KR20100111186A

KR20100111186A - 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치

Info

Publication number: KR20100111186A
Application number: KR1020090029629A
Authority: KR
Inventors: 김상휘; 조승호; 김현구; 박영준; 조기수
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2010-10-14
Also published as: JP2012522707A; WO2010117162A2; WO2010117162A3; CN102387978A; KR101069840B1; JP5514296B2; US20120118208A1; CN102387978B

Abstract

윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치가 개시된다. 구동모터; 상기 구동모터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 구동축; 상기 구동축에 의해 회전하면서 상기 구동축을 따라 이동가능하도록 상기 구동축 상에 설치되고, 그 길이방향 단부의 외주면에는 제 1 나사부가 형성된 와이어 드럼; 및 상기 구동축과 평행하게 배치되고, 상기 구동축과 대향하는 측면에는 상기 구동축의 길이방향으로 연장되고 상기 제 1 나사부와 맞물리는 제 2 나사부가 형성되는 가이드부를 포함하고, 상기 와이어 드럼은 상기 와이어 드럼의 1 회전당 감기거나 풀리는 와이어의 길이가 동일하도록 상기 가이드부를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 윈치는 와이어 드럼이 와이어가 정렬된 상태로 순차적으로 와이어 드럼에 감기거나 와이어 드럼으로부터 순차적으로 풀리도록, 가이드부를 따라 회전하면서 이동함으로써, 와이어 드럼의 1 회전당 감기거나 풀리는 와이어의 길이가 동일하고, 와이어의 길이에 대한 정밀제어가 가능해진다.

와이어 드럼, 구동축, 구동모터, 자율이동

Description

윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치{Winch and autonomous mobile apparatus including the same}

본 발명은 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 감기거나 풀리는 와이어의 길이에 대한 정밀한 제어가 가능하도록 구성된 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치에 관한 것이다.

일반적으로 선체의 블록 내부에서 용접 또는 절단 같은 작업을 자동으로 수행하기 위해 작업 로봇이 탑재되는 자율이동장치가 사용된다. 자율이동장치는 로봇을 탑재할 수 있는 플랫폼을 복수의 와이어를 이용하여 선체 블록 내부를 이동하도록 작동된다.

여기서, 플랫폼에 설치된 윈치가 선체 블록 내벽면과 결합되어 있는 와이어를 감거나 푸는 과정을 반복적으로 수행함으로써 플랫폼은 선체블록 내부를 자유롭게 이동할 수 있다. 더욱이 윈치에 의해 감기거나 풀리는 와이어의 길이를 정밀하게 제어해야만 플랫폼은 선체블록 내부의 원하는 위치로 이동할 수 있다.

그런데, 일반적으로 사용되는 윈치는 단순히 모터로 드럼을 회전시켜 와이어 를 감거나 풀도록 작동한다. 즉, 일반적으로 사용되는 윈치는 모터의 on/off 제어만을 통해 와이어를 감거나 풀도록 작동한다. 따라서, 윈치에 의해 감기거나 풀리는 와이어의 길이에 대한 정밀 제어가 불가능하였다.

또한, 일반적인 와이어 윈치는 정렬기능이 없기 때문에 와이어가 겹쳐지면서 감길 수 있다. 이와 같이 와이어가 겹쳐지면서 감기는 경우 와이어를 와이어 윈치에 한 바퀴 감기 위한 모터의 회전량이 변하게 된다. 따라서 모터의 회전량 대비 와이어가 감기는 길이를 정의할 수 없어 정밀제어를 할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 일반적인 와이어 윈치는 와이어가 겹쳐지면서 감기게 됨으로써 와이어의 토출 위치가 변하게 된다. 따라서 와이어 윈치의 정밀제어를 위한 와이어 토출위치를 정의할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 와이어의 길이를 정밀하게 제어 가능하도록 구성된 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 와이어가 와이어 드럼에 감기거나 와이어 드럼으로부터 풀리는 위치가 일정하게 유지되도록 구성된 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 구동모터; 상기 구동모터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 구동축; 상기 구동축에 의해 회전하면서 상기 구동축을 따라 이동가능하도록 상기 구동축 상에 설치되고, 그 길이방향 단부의 외주면에는 제 1 나사부가 형성된 와이어 드럼; 및 상기 구동축과 평행하게 배치되고, 상기 구동축과 대향하는 측면에는 상기 구동축의 길이방향으로 연장되고 상기 제 1 나사부와 맞물리는 제 2 나사부가 형성되는 가이드부를 포함하고, 상기 와이어 드럼은 상기 와이어 드럼의 1 회전당 감기거나 풀리는 와이어의 길이가 동일하도록 상기 가이드부를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 윈치가 제공된다.

여기서, 상기 와이어 드럼이 상기 가이드부를 따라 이동시 상기 가이드부의 길이방향의 일정 위치에서 와이어가 상기 와이어 드럼에 감기거나 상기 와이어 드럼으로부터 풀리기 시작할 수 있다.

여기서, 상기 윈치에는 상기 가이드부의 길이방향에 수직한 방향을 향하는 와이어 토출구가 형성되고, 상기 와이어 드럼이 상기 가이드부를 따라 이동시 상기 와이어 토출구의 중심위치에서, 와이어가 상기 와이어 드럼에 감기거나 상기 와이어 드럼으로부터 풀리기 시작할 수 있다.

여기서, 상기 와이어 드럼 및 상기 와이어 토출구 사이에 배치되고, 상기 와이어 토출구를 통과하는 와이어가 상기 와이어 토출구의 중심을 지나도록 지지하는 지지 롤러를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 지지 롤러에 의해 지지되는 와이어가 상기 지지 롤러로부터 벗어나는 것을 방지하도록 상기 지지 롤러의 외주연과 접하거나 인접하여 배치되고, 상기 지지 롤러의 회전축과 평행한 회전축을 구비한 보조롤러를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 지지 롤러에 의해 지지되는 와이어의 장력을 측정하기 위해 상기 지지 롤러와 인접하여 배치되는 로드셀(load cell)을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 구동축은 그 길이방향으로 홈이 연장 형성된 볼스플라인축이고, 상기 와이어 드럼의 내 측에는 상기 홈에 삽입되는 볼을 구비한 볼스플라인 너트가 형성될 수 있다.

한편, 상기 와이어 드럼의 제 1 나사부는 상기 와이어 드럼의 길이방향 양측단부에 형성될 수 있다.

여기서, 상기 구동모터의 회전량을 측정하기 위해 상기 구동모터에 설치되는제 1 엔코더; 상기 와이어 드럼의 회전량을 측정하기 위해 상기 구동축의 단부에 설치되는 제 2 엔코더; 및 상기 제 1 엔코더에 의해 측정된 상기 구동모터의 회전량 및 상기 제 2 엔코더에 의해 측정된 상기 와이어 드럼의 회전량을 수신하고, 측정된 상기 구동모터의 회전량에 대한 상기 와이어 드럼의 회전량의 비가 미리 정해진 값과 차이가 나면, 추가적으로 상기 와이어 드럼을 회전시켜 그 차이를 보상하도록 상기 구동모터를 회전시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 와이어 드럼은, 상기 와이어 드럼에 감기는 와이어가 정렬된 상태로 감기도록 상기 와이어 드럼의 외주면에 나선형으로 연속하는 가이드 홈을 구비할 수 있다.

한편, 상기 구동축과 평행하게 배치되고, 상기 와이어 드럼에 감긴 와이어를 상기 와이어 드럼의 중심 측으로 눌러주는 핀치롤러를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 일정한 작업공간에서 이동가능한 자율이동장치로서, 상기 작업공간의 내부에 위치하는 이동플랫폼; 상기 이동플랫폼에 설치되는 상기 윈치; 및 일 단이 상기 작업공간을 한정하는 지지체에 결합되고, 타 단이 상기 윈치에 결합되는 와이어를 포함하는 자율이동장치가 제공된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 와이어가 정렬된 상태로 순차적으로 와이어 드럼에 감기거나 와이어 드럼으로부터 순차적으로 풀리도록, 와이어 드럼이 가이드부를 따라 회전하면서 이동함으로써, 와이어 드럼의 1 회전당 감기거나 풀리는 와이어의 길이가 동일하여 와이어의 길이에 대한 정밀제어가 가능해진다.

또한, 윈치의 와이어 드럼이 가이드부를 따라 회전하면서 이동함으로써, 와이어를 감거나 푸는 과정에서 항상 와이어가 토출되는 위치가 일정하게 유지될 수 있다.

또한, 구동모터의 회전량을 측정하는 제 1 엔코더와 와이어 드럼의 회전량을 측정하는 제 2 엔코더를 사용하여 구동모터를 제어함으로써, 와이어 길이에 대한 정밀 제어를 할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 감기거나 풀리는 와이어의 길이에 대한 정밀 한 제어가 가능한 윈치를 포함하는 자율이동장치는 작업공간 내부의 원하는 위치로 정확하게 이동할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 윈치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치를 포함하는 자율이동장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 상기 자율이동장치(100)는 선체의 블록 내부 같은 일정한 작업공간(107)에서 자유롭게 이동한다.

도 1을 참조하면, 자율이동장치(100)는 이동플랫폼(105), 윈치(110), 와이어(92)를 포함한다. 이동플랫폼(105)은 이동과정에서 작업공간(107)의 내부에 위치한다. 이동플랫폼(105)의 상측에는 용접, 절단 및 도장 같은 작업을 수행할 수 있는 작업장치(106)가 이동플랫폼(105)의 길이방향으로 이동가능하게 탑재될 수 있다. 또한, 이동플랫폼(105)의 하측에는 블라스팅 및 그리트 수거 같은 작업을 수행할 수 있는 작업장치가 이동플랫폼(105)의 길이방향으로 이동가능하게 탑재될 수 있다.

이동플랫폼(105)에는 복수의 윈치(110)가 설치된다. 윈치(110)는, 일 단이 작업공간(107)을 한정하는 지지체(108)에 결합된 와이어(92)의 타 단과 결합된다. 여기서 작업공간을 한정하는 지지체는 선체의 블록을 구획하는 격벽과 같은 것을 의미하며, 이외에도 다양한 형태의 지지체가 존재할 수 있다.

이와 같이 구성된 자율이동장치(100)는 윈치(110)를 사용하여 윈치(110)와 결합된 와이어(92)를 감거나 풀면서 이동플랫폼(105)이 작업공간(107) 내부를 자유롭게 이동할 수 있도록 작동된다.

여기서, 본 실시예에 따른 윈치(110)는 감기거나 풀리는 와이어(92)의 길이를 정밀하게 조절할 수 있도록 구성된다. 이에 따라, 자율이동장치(100)는 이동플랫폼(105)을 작업공간(107)의 원하는 위치로 정밀하게 이동하도록 작동된다.

이하, 본 실시예에 따른 윈치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치를 후방측에서 바라본 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ 단면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 윈치는 구동모터(10), 구동축(30), 와이어 드럼(50), 가이드부(70)를 포함한다.

상기 구동모터(10)는 후술하는 구동축을 회전시키기 위한 구동력을 제공한다. 도 2를 참조하면, 상기 구동모터(10)는 감속기(12) 및 모터 브레이크(14)와 결합된다. 다만, 상기 구동모터(10)와 결합되는 감속기 및 모터 브레이크는 선택적으로 적용할 수 있다.

상기 구동모터(10)는 지지프레임(20)에 설치된다. 본 실시예에서 지지프레임은 구동모터(10)와 같은 구성을 지지하기 위한 지지체로서 이동플랫폼(105)(도 1 참조)에 설치된다. 지지프레임(20)에는 구동모터(10)로부터 구동력을 전달받아 회전하는 구동축(30)이 설치된다.

상기 구동모터(10)의 구동력을 구동축(30)으로 전달하기 위해 구동모터(10)의 일 단부에는 모터 기어(18)가 설치되고, 상기 구동축(30)의 일 단부에는 상기 모터 기어(18)와 치합하는 드럼 기어(38)가 설치된다.

도 2를 참조하면, 상기 구동축(30)에는 와이어 드럼(50)이 설치된다. 상기 와이어 드럼(50)은 와이어를 감기 위한 구성으로서, 원통형상으로 이루어진다. 본 실시예에서, 와이어 드럼(50)은 구동축(30)에 의해 회전하면서 구동축(30)을 따라 이동 가능하도록 구동축(30) 상에 설치된다.

이를 위해, 구동축(30)은 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 그 길이방향으로 홈(34)이 연장 형성된 볼스플라인축이고, 와이어 드럼(50)의 내 측에는 홈(34)에 삽입되는 볼(54)을 구비한 볼스플라인너트(52)가 형성될 수 있다.

여기서, 볼(54)은 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 구동축(30)의 회전시 홈(34)에 걸린다. 이에 따라, 볼스플라인 너트(52)를 포함하는 와이어 드럼(50)은 구동축(30)과 함께 회전할 수 있다.

또한, 볼(54)은 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 홈(34)을 따라 구동축(30)의 길이방향으로 구름이동 한다. 이에 따라, 볼스플라인 너트(52)를 포함하는 와이어 드럼(50)은 구동축(30)의 길이방향으로 이동할 수 있다.

다만, 본 실시예에서는 와이어 드럼이 구동축에 의해 회전하면서 구동축을 따라 이동하기 위해, 구동축이 볼스플라인축이고 와이어 드럼의 내측에 볼스플라인 너트가 형성된 것으로 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 와이어 드럼이 구동축에 의해 회전하면서 구동축을 따라 이동 가능한 다양한 메커니즘을 사용할 수 있다.

본 실시예에서 와이어 드럼(50)은 그 길이방향 양측 단부의 외주면에 제 1 나사부(56)가 형성된다. 제 1 나사부(56)는 후술하는 가이드부(70)에 형성된 제 2 나사부(76)와 맞물린다.

다만, 제 1 나사부(56)는 반드시 와이어 드럼(50)의 양측 단부에 형성될 필요는 없고, 와이어 드럼(50)의 일 단부에 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 와이어 드럼(50)은 와이어 드럼(50)에 감기는 와이어(92)와 접하는 외주면 상에 나선으로 연속하여 형성된 가이드홈(58)을 구비한다. 이와 같은 가이드홈(58)은 와이어 드럼(50)이 와이어가 감기는 방향으로 회전하면서 후술하는 가이드부를 따라 이동시 와이어 드럼(50)에 정렬된 상태로 감기도록 가이드 한다.

본 실시예에서는 구동축(30)과 평행하게 배치된 핀치롤러(90)를 더 포함한다. 도 5를 참조하면, 핀치롤러(90)는 지지프레임(20)에 설치된다. 핀치롤러(90)는 와이어 드럼(50)에 감긴 와이어(92)를 와이어 드럼(50)의 중심 측으로 눌러준다.

한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 구동축(30)의 대향측에는 상기 구동축(30)과 평행하게 배치되는 가이드부(70)가 형성된다. 상기 가이드부(70)는 상기 지지프레임(20)과 일체로 형성되나, 별개로 제작되어 배치될 수 있다.

상기 가이드부(70)는 구동축(30)과 대향하는 측면에 구동축(30)의 길이방향으로 연장되는 제 2 나사부(76)를 구비한다. 도 3을 참조하면, 상기 제 2 나사 부(76)는 제 1 나사부(56)와 맞물린다. 이에 따라, 와이어 드럼(50)은 회전하면서 가이드부(70)를 따라 이동할 수 있다.

이 때, 상기 와이어 드럼(50)은 와이어(92)가 정렬된 상태로 순차적으로 와이어 드럼(50)에 감기거나 와이어 드럼(50)으로부터 순차적으로 풀리도록, 가이드부(70)를 따라 회전하면서 나사 이동한다. 이로 인해, 상기 와이어 드럼(50)의 1 회전당 감기거나 풀리는 와이어의 길이는 동일해진다.

여기서, 제 1 나사부(56) 및 제 2 나사부(76)에 각각 형성된 나사산은 일정한 피치(pitch)를 가진다. 이는 와이어 드럼(50)이 1 회전할 때 와이어 드럼(50)이 가이드부(70)를 따라 이동하는 거리는 일정하게 유지된다는 것을 의미한다.

이에 따라, 상기 와이어 드럼(50)이 상기 가이드부(70)를 따라 이동시 상기 가이드부(70)의 길이방향의 일정 위치에서 와이어(92)가 상기 와이어 드럼(50)에 감기거나 상기 와이어 드럼(50)으로부터 풀리기 시작한다.

이와 관련하여, 본 실시예에 따른 윈치(110)에는 도 2에서 도시된 바와 같이상기 가이드부(70)의 길이방향에 수직한 방향을 향하는 와이어 토출구(21)가 형성된다. 와이어 토출구(21)는 지지프레임(20)의 일부를 가공함으로써 형성된다.

본 실시예에 따른 윈치(110)는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 상기 와이어 드럼(50)이 상기 가이드부(70)를 따라 이동시 와이어 토출구의 중심위치(M)에서 와이어(92)가 와이어 드럼(50)에 감기거나 와이어 드럼(50)으로부터 풀리기 시작하도록 작동한다.

여기서 와이어 토출구의 중심위치란 와이어 토출구의 중심을 지나고 가이드 부의 길이방향에 수직한 평면과, 가이드부가 만나는 위치를 의미하며, 도 3에서는 M으로 도시된다.

본 실시예에서 윈치(110)는 와이어 토출구(21) 및 와이어 드럼(50) 사이에 배치되는 지지 롤러(96)를 더 포함한다. 지지 롤러(96)는 와이어(92)가 와이어 토출구(21)의 중심을 지나도록 지지한다. 지지 롤러(96)는 롤러 지지부(95)에 회전가능하게 설치되고, 롤러 지지부(95)의 단부는 지지프레임(20)에 설치된다.

본 실시예에서 윈치(110)는 지지 롤러(96)의 회전축과 평행한 회전축을 구비한 보조 롤러(97)를 더 포함한다. 보조 롤러(97)는 지지 롤러(96)에 의해 지지되는 와이어(92)가 지지 롤러(96)로부터 벗어나는 것을 방지한다. 보조 롤러(97)는 지지 롤러(96)의 외주연과 접하거나 인접하여 배치되고, 롤러 지지부(95)에 회전가능하게 설치된다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에서 윈치(110)는 지지 롤러(50)와 인접하여 배치되는 로드셀(91)을 더 포함한다. 로드셀(91)은 지지 롤러(96)에 의해 지지되는 와이어(92)의 장력을 측정하기 위한 것으로 지지 롤러(96)가 설치된 롤러 지지부(95)의 단부에 설치된다.

지지 롤러(96)에 의해 지지되는 와이어에 장력이 걸리면 와이어에 의해 지지 롤러(96)가 로드셀(91) 측으로 하중을 가하게 된다. 이 경우 로드셀(91)에 가해진 하중을 통해 와이어의 장력을 측정하게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 작동상태를 설명하기 위한 평면도이다. 이하 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 작동과정을 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저 도 2 및 도 5를 참조하면, 구동 모터(10)에 의해 와이어 드럼(50)이 와이어를 푸는 방향으로 회전하는 경우 와이어 드럼(50)은 와이어 드럼(50)의 양측 단부에 형성된 제 1 나사부(56)가 가이드부(70)의 측면에 형성된 제 2 나사부(76)와 맞물리면서 구동축(30)의 우측 방향으로 이동하게 된다.

이와 같은 경우, 상기 와이어 드럼(50)이 상기 구동축(30)의 우측 방향으로 이동함과 동시에 와이어 드럼(50)에 감겨진 와이어(92)는 와이어 드럼(50)으로부터 순차적으로 풀린다.

그리고, 와이어 드럼(50)으로부터 풀리는 와이어(92)는 지지 롤러(96)에 의해 지지되어 와이어 토출구(21)를 통해 외부로 이송된다.

이 후, 와이어 드럼(50)이 구동축(10)을 따라 도 6에서 도시된 위치까지 이동한다. 이 때, 와이어를 계속 풀어야 하는 경우에는 구동모터는 계속적으로 동일한 방향으로 회전하면서 와이어 드럼(50)을 회전시킨다. 이에 따라 와이어 드럼(50)은 계속해서 우측으로 이동하면서 와이어 드럼(50)에 감긴 와이어(92)를 순차적으로 풀게 된다.

그러나 와이어를 감아야 하는 경우에는 구동모터는 반대 방향으로 회전하게 되고, 이에 따라 와이어 드럼(50)은 구동축(10)의 좌측 방향으로 이동하게 된다. 이와 같은 경우, 상기 와이어 드럼(50)이 상기 구동축(30)의 좌측 방향으로 이동함과 동시에 윈치의 외부로 이송된 와이어는 와이어 드럼(50)에 정렬된 형태로 감긴다.

여기서, 본 실시예에 따른 윈치(110)는 상기 가이드부(70)의 길이방향의 일정 위치 중 와이어 토출구(21)의 중심위치(M)에서 와이어(92)가 상기 와이어 드럼(50)에 감기거나 상기 와이어 드럼(50)으로부터 풀리기 시작하도록 작동한다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 윈치는 와이어를 감거나 푸는 과정에서 항상 와이어가 토출되는 위치가 일정하게 유지될 수 있다.

또한, 본 실시예에서 윈치(110)는 와이어 드럼(50)의 1 회전당 와이어 드럼(50)에 감기거나 와이어 드럼(50)으로부터 풀리는 와이어의 길이가 동일하도록 작동한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치는 와이어 드럼(50)에 감기거나 와이어 드럼(50)으로부터 풀리는 와이어의 길이를 정밀하게 제어할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 와이어 드럼(50)이 1 회전시 감기거나 풀리는 와이어의 길이는 동일하다. 이에 따라, 일정 길이의 와이어를 감거나 풀기 위해서는 회전해야 하는 와이어 드럼(50)의 회전량이 미리 정해진다.

이와 관련하여, 와이어 드럼(50)에 구동력을 전달하는 구동모터(10)는 기어를 통해 와이어 드럼을 회전시키는 구동축(30)과 연결된다. 여기서 구동모터(10)와 구동축(30)을 연결하는 기어들의 기어비에 의해 구동모터(10)의 1 회전당 와이어 드럼(50)의 회전량이 미리 정해진다.

이와 같은 점을 고려할 때, 일정 길이의 와이어를 감거나 풀기 위한 구동모터(10)의 회전량에 대한 와이어 드럼(50)의 회전량의 비는 윈치를 설계하는 과정에서 미리 정해진다. 예를 들어 와이어를 5m 감기 위해 구동모터가 100회전하고 와이어 드럼이 10회전하도록 윈치가 설계된 경우 구동모터의 회전량에 대한 와이어 드 럼의 회전량의 비는 10/100(=1/10)로 미리 정해진다.

그러나 윈치를 제작하는 과정에서 제작 오차가 발생하거나 윈치를 사용하는 과정에서 구동모터와 구동축을 연결하는 기어에 마모가 발생하는 등 다양한 원인으로 인해 구동모터의 회전량에 대한 와이어 드럼의 회전량의 비가 미리 정해진 값과 차이가 날 수 있다.

이를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치는 2 개의 엔코더 및 제어부를 더 포함한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치에 더 포함된 제 1 엔코더(16), 제 2 엔코더(86) 및 제어부(80)의 관계를 나타내는 개략적인 도면이다.

보다 상세히, 도 2 및 도 7을 참조하면, 구동모터(10)에는 상기 구동모터(10)의 회전량을 측정하기 위한 제 1 엔코더(16)가 설치되고, 구동축(30)의 타 단부에는 구동축(30)과 함께 회전하는 와이어 드럼(50)의 회전량을 측정하기 위한 제 2 엔코더(86)가 설치된다.

제어부(80)는 지지프레임(20)에 설치되어 제 1 엔코더(16) 및 제 2 엔코더(86)와 인접 배치될 수 있으나, 지지프레임(20)과 분리되어 제 1 엔코더(16) 및 제 2 엔코더(86)와 원격 배치될 수 있다. 또한, 제어부(80)는 제 1 엔코더(16) 및 제 2 엔코더(86)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

제어부(80)는, 예를 들어 일정 길이의 와이어를 감거나 풀기 위해 구동모터(10)가 작동하여 와이어 드럼(50)이 회전하는 경우, 제 1 엔코더(16)로부터 구동 모터(10)의 회전량에 대한 데이터를 수신하고 제 2 엔코더(86)로부터 와이어 드 럼(50)의 회전량에 대한 데이터를 수신한다.

이 후, 상기 제어부(80)는 제 1 엔코더(16)에 의한 측정값에 대한 제 2 엔코더(86)에 의한 측정값의 비를 미리 정해진 값과 비교한다. 만약 측정값들의 비와 미리 정해진 값이 차이가 나면, 제어부(80)는 그 차이를 보상하도록 구동모터(10)를 회전시켜 추가적으로 와이어 드럼(50)을 회전시킨다.

보다 상세히 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치가 와이어를 5m 감기 위해 구동모터(10)가 100회 회전하고 와이어 드럼(50)이 10회 회전하도록 설계된 것으로 가정하자. 이 때, 구동모터(10)의 회전량에 대한 와이어 드럼(50)의 회전량의 비가 10/100로 미리 정해진다.

여기서 와이어를 5m 감기 위해 구동모터(10)가 100회 회전하면, 제 1 엔코더(16)에 의해 측정된 값은 100회가 된다. 이 때, 제 2 엔코더(86)에서 측정된 와이어 드럼(50)의 회전량이 9.5회라면 제 1 엔코더(16) 및 제 2 엔코더(86)에 의해 측정된 값의 비는 9.5/100이 된다.

이와 같이 측정된 값의 비와 미리 정해진 값이 차이가 나면, 제어부(80)는 그 차이를 보상하기 위해 와이어 드럼(50)이 0.5바퀴를 추가로 더 회전할 수 있도록 구동모터(10)를 회전시킨다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 드럼(50)은 최초 9.5회 회전한 후 추가로 0.5회 회전하여 총 10회를 회전함으로써 원래 감아야 하는 5m의 와이어를 감을 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치는, 일정한 길이로 와이어를 감 거나 풀기 위한 목적에서 최초에 구동모터에 의해 회전하는 와이어 드럼의 회전량이 부족한 경우 추가적으로 구동모터를 작동하여 와이어 드럼을 추가적으로 회전시킴으로써 결과적으로 최초에 목적한 일정한 길이로 와이어를 풀거나 감을 수 있어 와이어 길이에 대한 정밀제어가 가능해진다.

또한, 이와 같이 감기거나 풀리는 와이어의 길이에 대한 정밀한 제어가 가능한 윈치를 포함하는 자율이동장치는 작업공간 내부의 원하는 위치로 정확하게 이동할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치를 포함하는 자율이동장치를 개략적으로 나타내는 도면이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치를 후방측에서 바라본 사시도이고,

도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ 단면도이고,

도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이고,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 평면도이고,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 작동 상태를 나타내는 평면도이고,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 제 1 엔코더, 제 2 엔코더, 제어부 및 구동모터의 관계를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 구동모터 18 : 모터 기어

30 : 구동축 38 : 드럼 기어

50 : 와이어 드럼 70 : 지지부

100 : 자율이동장치 110 : 윈치

Claims

구동모터;

상기 구동모터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 구동축;

상기 구동축에 의해 회전하면서 상기 구동축을 따라 이동가능하도록 상기 구동축 상에 설치되고, 그 길이방향 단부의 외주면에는 제 1 나사부가 형성된 와이어 드럼; 및

상기 구동축과 평행하게 배치되고, 상기 구동축과 대향하는 측면에는 상기 구동축의 길이방향으로 연장되고 상기 제 1 나사부와 맞물리는 제 2 나사부가 형성되는 가이드부를 포함하고,

상기 와이어 드럼은 상기 와이어 드럼의 1 회전당 감기거나 풀리는 와이어의 길이가 동일하도록 상기 가이드부를 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 윈치.
제1항에 있어서,

상기 와이어 드럼이 상기 가이드부를 따라 이동시 상기 가이드부의 길이방향의 일정 위치에서 와이어가 상기 와이어 드럼에 감기거나 상기 와이어 드럼으로부터 풀리기 시작하는 것을 특징으로 하는 윈치.
제2항에 있어서,

상기 윈치에는 상기 가이드부의 길이방향에 수직한 방향을 향하는 와이어 토출구가 형성되고,

상기 와이어 드럼이 상기 가이드부를 따라 이동시 상기 와이어 토출구의 중심위치에서, 와이어가 상기 와이어 드럼에 감기거나 상기 와이어 드럼으로부터 풀리기 시작하는 것을 특징으로 하는 윈치.
제3항에 있어서,

상기 와이어 드럼 및 상기 와이어 토출구 사이에 배치되고,

상기 와이어 토출구를 통과하는 와이어가 상기 와이어 토출구의 중심을 지나도록 지지하는 지지 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치.
제4항에 있어서,

상기 지지 롤러에 의해 지지되는 와이어가 상기 지지 롤러로부터 벗어나는 것을 방지하도록 상기 지지 롤러의 외주연과 접하거나 인접하여 배치되고, 상기 지지 롤러의 회전축과 평행한 회전축을 구비한 보조롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치.
제4항에 있어서,

상기 지지 롤러에 의해 지지되는 와이어의 장력을 측정하기 위해 상기 지지 롤러와 인접하여 배치되는 로드셀(load cell)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치.
제1항에 있어서,

상기 구동축은 그 길이방향으로 홈이 연장 형성된 볼스플라인축이고,

상기 와이어 드럼의 내 측에는 상기 홈에 삽입되는 볼을 구비한 볼스플라인 너트가 형성되는 것을 특징으로 하는 윈치.
제1항에 있어서,

상기 와이어 드럼의 제 1 나사부는 상기 와이어 드럼의 길이방향 양측단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 윈치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구동모터의 회전량을 측정하기 위해 상기 구동모터에 설치되는 제 1 엔 코더;

상기 와이어 드럼의 회전량을 측정하기 위해 상기 구동축의 단부에 설치되는 제 2 엔코더; 및

상기 제 1 엔코더에 의해 측정된 상기 구동모터의 회전량 및 상기 제 2 엔코더에 의해 측정된 상기 와이어 드럼의 회전량을 수신하고, 측정된 상기 구동모터의 회전량에 대한 상기 와이어 드럼의 회전량의 비가 미리 정해진 값과 차이가 나면, 추가적으로 상기 와이어 드럼을 회전시켜 그 차이를 보상하도록 상기 구동모터를 회전시키는 제어부를 더 포함하는 윈치.
제9항에 있어서,

상기 와이어 드럼은,

상기 와이어 드럼에 감기는 와이어가 정렬된 상태로 감기도록 상기 와이어 드럼의 외주면에 나선형으로 연속하는 가이드 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 윈치.
제10항에 있어서,

상기 구동축과 평행하게 배치되고, 상기 와이어 드럼에 감긴 와이어를 상기 와이어 드럼의 중심 측으로 눌러주는 핀치롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치.
일정한 작업공간에서 이동가능한 자율이동장치로서,

상기 작업공간의 내부에 위치하는 이동플랫폼;

상기 이동플랫폼에 설치되는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 윈치; 및

일 단이 상기 작업공간을 한정하는 지지체에 결합되고, 타 단이 상기 윈치에 결합되는 와이어를 포함하는 자율이동장치.