KR20120080484A - 수중청소로봇 - Google Patents
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Abstract
수중청소로봇이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 수중청소로봇은, 수중구조체의 표면을 따라 이동하고 복수의 주행모듈을 구비한 주행부와, 로봇본체와, 복수의 주행모듈을 주행부의 이동방향인 제1방향 및 제1방향에 수직한 제2방향을 중심으로 각각 회동 가능하도록 로봇본체에 연결하는 본체연결부와, 수중구조체의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 청소모듈을 구비한 청소헤드부와, 청소헤드부를 제1방향 및 제1방향에 수직한 평면상의 한 축방향을 중심으로 각각 회동 가능하게 로봇본체에 연결하는 헤드연결부를 포함하는 수중청소로봇이 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 수중청소로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중구조물의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 데 사용되는 수중청소로봇에 관한 것이다.
수중구조물의 표면 중 항상 물에 잠겨있는 부분에는 여러 종류의 이물질이 부착되는 경우가 많다. 이러한 이물질은 주로 따개비류, 멍게류, 해면동물 등과 같은 부착생물(附着生物)에 의한 생물부착(biofouling) 현상이 주류를 이룰 수 있다.
이러한 생물부착 현상은 수중구조물의 표면 및 물 사이의 저항을 증가시키거나 물의 유동을 차단하는 등의 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 선박의 선체에 생물부착 현상이 일어나는 경우에는 선박의 운항효율이 저하되거나 선박의 최고속도가 감소될 수 있고, 해수를 이용한 냉각시스템의 입출수관 내면에 생물부착 현상이 일어나는 경우에는 해수의 원활한 유동이 방해되거나 차단되는 등의 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 생물부착 현상은 다양한 문제를 야기할 수 있으며, 특히 선박의 경우에는 생물부착 현상에 의한 문제들을 해결하기 위하여 다양한 방법이 시도되고 있다.
선박의 경우에는, 생물부착 현상을 해결하기 위해서 선체를 건식독(drydock)으로 이동시킨 후 부착생물을 제거하거나, 선저부에 독성이 있는 방오도료(antifouling paint)를 도포하여 부착생물의 생착을 방지하는 방법 등이 사용되고 있다. 그런데, 선체를 건식독으로 이동시켜 부착생물을 제거하는 데에는 많은 시간 및 비용이 소요되며, 부착생물을 제거하는 동안에는 선박을 사용할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 방오도료에는 생물부착을 방해하는 방오제(antifoulant)가 포함되는데, 방오제로 널리 사용되고 있는 트리부틸주석(TBT: Tributyltin)이 해양 생태계의 파괴 또는 교란을 야기한다는 것이 밝혀져, 국제해사기구(IMO)는 트리부틸주석의 사용을 전면 금지하기 위한 방안을 모색하고 있는 실정이다.
따라서, 선저부 표면에 부착된 부착생물을 물리적으로 제거하는 청소장치를 선저부 표면을 따라 이동시키는 방법에 대한 연구 및 개발이 진행되어 오고 있으며, 그 중 일부는 상용화 되었다.
그런데, 선저부와 같은 수중구조체의 표면에는 다양한 곡률을 갖는 곡면이 형성될 수 있다. 이는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 1에는 선박의 선체가 예시되어 있고, 도 2 내지 도 4에는 도 1에 표시된 Ⅱ-Ⅱ 직선, Ⅲ-Ⅲ 직선 및 Ⅳ-Ⅳ 직선에 따른 선체의 단면이 각각 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 선박의 선체(10)에는 그 외각을 형성하는 선각(shell plating, 11)이 포함될 수 있다. 그리고, 선체(10)는 중간영역, 선수부분 및 선미부분으로 대별할 수 있다. 선수부분에는 구상선수(bulbous bow, 12)가 형성될 수 있고, 선미부분에는 내부에 스턴튜브(도시되지 않음, stern tube)가 설치된 스턴튜브부(13)가 형성될 수 있다.
이와 같이 선체(10)의 선각(11)은 다양한 곡면 형상을 가질 수 있다. 이에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 선체(10)의 선수부분에서는 하방향으로 갈수록 선각(11)이 점차 좁아지다가 구상선수(12)가 형성된 부분에 근접할수록 다시 넓어지는 형상을 가질 수 있다. 즉, 선수부분의 선각(11)은 도시된 바와 같이 상당 부분이 곡면으로 이루어 질 수 있다.
도 3을 참조하면, 선체(10)의 중간영역에서는 도시된 바와 같이 선각(11)의 상당 부분이 평면형일 수 있다. 그러나, 이 경우에도 선각(11)은 선체(10)의 길이방향을 향해서는 곡면을 형성할 수 있다.
도 4를 참조하면, 선체(10)의 선미부분에서는 하방향으로 갈수록 선각(11)이 완만하게 좁아지다가 내부에 스턴튜브(도시되지 않음)가 설치된 부분에 이르러 급격하게 좁아지는 형상을 가질 수 있다. 즉, 선미부분의 선각(11)은 도시된 바와 같이 선수부분에 비하여 곡률반경이 작은 곡면으로 이루어 질 수 있다.
이와 같이, 선각(11)은 위치에 따라 그 곡면의 형상이 달라질 수 있으므로, 선저부를 청소하는 장치는 다양한 형상의 곡면이 형성된 부분에서도 안정적으로 주행할 수 있어야 한다.
그러나, 현재 상용화 된 선저부 청소장치는 상술한 바와 같은 곡면 부분을 주행하지 못하거나 방향을 유지하지 못하는 경우가 있으므로, 잠수부가 청소장치의 이동을 보조해야 하는 경우가 많은 실정이다.
본 발명의 실시예는 수중구조체의 표면 중 곡면이 연속적으로 형성된 부분도 안정적으로 청소할 수 있는 수중청소로봇을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중구조체의 표면을 청소하는 수중청소로봇으로서, 상기 수중구조체의 표면을 따라 이동하고 복수의 주행모듈을 구비한 주행부와, 로봇본체와, 상기 복수의 주행모듈을 상기 주행부의 이동방향인 제1방향 및 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 중심으로 각각 회동 가능하도록 상기 로봇본체에 연결하는 본체연결부와, 상기 수중구조체의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 청소모듈을 구비한 청소헤드부와, 상기 청소헤드부를 상기 제1방향 및 상기 제1방향에 수직한 평면상의 한 축방향을 중심으로 각각 회동 가능하게 상기 로봇본체에 연결하는 헤드연결부를 포함하는 수중청소로봇이 제공될 수 있다.
상기 복수의 주행모듈은, 주행모듈 프레임과, 상기 수중구조체의 표면에 일면이 접하고, 상기 주행모듈 프레임에 회전 가능하게 설치된 캐터필러와, 상기 수중구조체의 표면과의 사이에 인력이 작용하도록 상기 주행모듈 프레임에 설치된 자석을 각각 포함할 수 있다.
그리고 상기 복수의 주행모듈은, 상기 주행모듈 프레임에 설치되고 상기 캐터필러를 일방향 또는 타방향으로 각각 회전시키는 주행구동모터를 각각 포함할 수 있다.
여기서, 상기 자석은 전자석 또는 영구자석일 수 있다.
상기 본체연결부는, 상기 로봇본체의 하측면에 상기 제2방향으로 이격 설치된 적어도 한 쌍의 롤링연결브라켓과, 일면에는 브라켓부가 각각 돌출 형성되고, 타면에는 사이드패널부가 각각 돌출 형성된 적어도 한 쌍의 피칭연결프레임을 포함하고, 상기 롤링연결브라켓 및 상기 브라켓부는 상기 피칭연결프레임이 상기 로봇본체에 대하여 상기 제1방향을 중심으로 회동 가능하게 결합되고, 상기 사이드패널부에는 복수의 상기 주행모듈이 상기 피칭연결프레임에 대하여 상기 제2방향을 중심으로 각각 회동 가능하게 결합될 수 있다.
그리고 상기 본체연결부는, 상기 로봇본체의 하측면 및 상기 피칭연결프레임의 사이에 분산 설치되고, 상기 피칭연결프레임이 상기 로봇본체에 대하여 상기 제1방향을 중심으로 회동되면 압축 또는 신장되는 적어도 한 쌍의 탄성모듈을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 본체연결부는, 상기 사이드패널부 및 상기 주행모듈 사이에 설치되고, 상기 주행모듈이 상기 제2방향을 중심으로 상기 피칭연결프레임에 대하여 회동되면 상기 주행모듈을 상기 제1방향과 나란하게 복귀되도록 탄성 지지하는 토션스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 청소모듈은, 상기 청소헤드부 내에 설치된 브러시 구동모터와, 상기 브러시 구동모터에 일측이 연결되고, 타측은 상기 청소헤드부의 하측으로 돌출된 브러시 구동축과, 상기 브러시 구동축의 타측에 탈착 가능하게 결합되고 회전되면 상기 수중구조체의 표면과의 사이에 부압이 발생되는 브러시를 포함할 수 있다.
그리고 상기 청소모듈은, 상기 청소헤드부의 저면에 설치되고 상기 수중구조체의 표면 및 상기 청소헤드부의 저면 사이에 간격이 유지되도록 상기 청소헤드부를 지지하는 적어도 하나의 지지롤러를 더 포함할 수 있다.
또한 청소헤드부, 상기 청소헤드부의 일측에 설치되고 상기 수중구조체의 표면을 촬영하는 촬영모듈을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 촬영모듈은, 상기 수중구조체의 표면을 촬영하는 카메라와, 상기 수중구조체의 표면에 빛을 조사하는 램프를 더 포함할 수 있다.
상기 헤드연결부는, 상기 로봇본체 또는 상기 청소헤드부 중 어느 한 쪽에 상기 제1방향을 중심으로 회전 가능하게 설치된 회전판과, 일단부는 상기 로봇본체 또는 상기 청소헤드부 중 다른 한 쪽에 결합되고 타단부는 상기 회전판에 회동 가능하게 결합된 피칭연결브라켓을 포함할 수 있다.
그리고 상기 헤드연결부는, 상기 회전판 및 상기 피칭연결브라켓을 커버하는 방진커버를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 수중청소로봇은, 상기 로봇본체 내에 설치되고 상기 주행부 및 상기 청소헤드부의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 수중구조체의 표면 중 곡면이 연속적으로 형성된 부분에서도 안정적으로 주행하며 청소를 행할 수 있게 함으로써, 잠수부가 수중청소로봇의 이동을 보조할 필요가 없고, 수중구조체의 표면 청소작업의 완전 자동화가 가능해진다.
도 1은 선박의 선체를 예시한 도면.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 직선에 따른 선체의 단면을 나타낸 도면.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 직선에 따른 선체의 단면을 나타낸 도면.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 직선에 따른 선체의 단면을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 로봇본체 및 청소헤드부를 설명하기 위한 분해사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 주행부 및 본체연결부를 설명하기 위한 분해사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 측면도.
도 9은 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 직선에 따른 단면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 직선에 따른 선체의 단면을 나타낸 도면.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 직선에 따른 선체의 단면을 나타낸 도면.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 직선에 따른 선체의 단면을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 로봇본체 및 청소헤드부를 설명하기 위한 분해사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 주행부 및 본체연결부를 설명하기 위한 분해사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 측면도.
도 9은 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 직선에 따른 단면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇(1)은 전술한 바와 같은 수중구조체의 표면을 청소하는 로봇으로, 수중청소로봇(1)에는 로봇본체(100), 청소헤드부(200), 헤드연결부(400), 주행부(500) 및 본체연결부(600)가 포함될 수 있다.
로봇본체(100)에는 하우징(110)이 포함될 수 있고, 하우징(110)은 수중청소로봇(1)이 수중에서 작업할 때 내부로 물이 유입되지 않는 방수구조를 가질 수 있다. 하우징(110) 내에는 동력공급수단(도시되지 않음) 및 제어부(도 8의 120)가 설치될 수 있는데, 이에 대해서는 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
청소헤드부(200)에는 헤드본체(201)가 포함될 수 있고, 헤드본체(201)에는 수중구조체의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 청소모듈이 구비될 수 있다. 청소모듈에 대해서는 도 6 및 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
로봇본체(100)의 하우징(110) 및 청소헤드부(200)의 헤드본체(201)는 헤드연결부(400)에 의해 연결될 수 있다. 헤드연결부(400)의 구조 및 작동에 대해서는 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
주행부(500)는 수중구조체의 표면을 따라 이동하는데, 주행부(500) 및 로봇본체의 하우징(110)은 본체연결부(600)에 의해 연결될 수 있다. 본체연결부(600)의 구조 및 작동에 대해서는 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.
참고로, xyz 좌표축은 후술할 헤드연결부(400) 및 본체연결부(600)의 작동방향을 정의하기 위한 것이다. 본 명세서에서는 주행부(500)의 이동방향, 즉 x축과 나란한 방향을 제1방향으로 정의하고, y축과 나란한 방향은 제2방향, z축과 나란한 방향은 제3방향으로 각각 정의한다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 로봇본체 및 청소헤드부가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 청소헤드부(200)에 구비된 청소모듈에는 브러시(210) 및 지지롤러(230)가 더 포함될 수 있다. 그리고, 청소헤드부(200)에는 촬영모듈(300)이 포함될 수 있다.
헤드연결부(도 5의 400)에는 회전판(410), 브라켓(411), 고정림(420), 결합패널(430), 피칭연결브라켓(431) 및 핀(440)이 포함될 수 있다.
회전판(410)은 로봇본체(100)의 하우징(110) 일측에 제1방향, 즉 x축과 나란한 방향을 중심으로 화살표로 표시한 바와 같이 회전 가능하게 설치될 수 있다. 고정림(420)은 로봇본체(100)의 일측에 결합되어 회전판(410)이 회전 가능하도록 그 가장자리 부분을 지지할 수 있다.
회전판(410)의 일면에는 브라켓(411)이 돌출 형성되거나 브라켓(411)의 일단부가 결합될 수 있고, 브라켓(411)의 타단부에는 핀홀(412)이 형성될 수 있다.
청소헤드부(200)의 헤드본체(201)에는 결합패널(430)의 일면이 결합될 수 있고, 결합패널(430)의 타면에는 피칭연결브라켓(431)이 돌출 형성되거나 또는 피칭연결브라켓(431)의 일단부가 결합될 수 있고, 피칭연결브라켓(431)의 타단부에는 핀홀(432)이 형성될 수 있다.
참고로 도시되지는 않았으나, 피칭연결브라켓(431)은 결합패널(430) 없이 헤드본체(201)에 직접 돌출 형성될 수도 있다.
핀(440)은 회전판(410)의 브라켓(411)에 형성된 핀홀(412) 및 피칭연결브라켓(431)의 핀홀(432)을 관통하며 설치될 수 있다. 즉, 회전판(410)에는 피칭연결브라켓(431)의 타단부가 핀(440)의 길이방향을 중심으로 회동 가능하게 연결될 수 있다.
따라서, 로봇본체(100) 및 청소헤드부(200)는 핀(440)의 길이방향과 나란한 방향을 중심으로 회동 가능하게 연결될 수 있다.
이때 핀(440)은 회전판(410)의 회전에 따라 제1방향을 중심으로 회전할 수 있으므로, 청소헤드부(200)는 로봇본체(100)에 대하여 제1방향을 중심으로 회전 가능한 동시에, 제1방향과 수직한 평면, 즉 도면에 표시된 xyz 좌표계에서 y축 및 z축이 형성하는 평면상의 한 축방향을 중심으로 회동 가능하게 연결될 수 있다.
하우징(110) 및 헤드본체(201) 사이에는 회전판(410), 고정림(420), 피칭연결브라켓(431) 및 핀(440)을 커버하는 방진커버(450)가 설치될 수 있다. 방진커버(450)는 회전판(410)과 고정림(420) 사이, 브라켓(411)과 피칭연결브라켓(431) 사이 등의 가동부위에 이물질이 개재되는 것을 방지한다.
이때, 방진커버(450)는 헤드연결부(도 5의 400)의 작동에 따라 원활하게 움직일 수 있도록 유연한 재질로 제조될 수 있다.
참고로, 도시되지는 않았으나, 회전판(410) 및 고정림(420)이 헤드본체(201)에 설치되고, 피칭연결브라켓(431)이 하우징(110)에 돌출 형성 또는 설치될 수도 있다.
청소모듈에 포함된 브러시(210)에는 디스크(211) 및 와이어(213)가 포함될 수 있고, 디스크(211)에는 구동축 결합부(212)가 형성될 수 있다.
와이어(213)는 디스크(211)의 일면에 다수 개가 결합된다. 와이어(213)로는 합성수지, 금속 등의 소재로 제조된 다양한 형상의 것이 사용될 수 있는데, 와이어(213)의 형상 및 소재는 수중구조체의 표면에 부착된 이물질의 양이나 성질에 따라 적절한 것을 선정하여 사용할 수 있다.
구동축 결합부(212)에는 디스크(211)를 회전시키기 위한 브러시 구동축(도 8의 221)이 탈착 가능하게 결합된다. 브러시 구동축(도 8의 221) 및 지지롤러(230)에 대해서는 도 8을 참조하여 후술한다.
촬영모듈(300)에는 투명창(310), 카메라(320) 및 램프(330)가 포함될 수 있다. 투명창(310)은 청소헤드부(200)의 헤드본체(201) 전방에 구비되는데, 카메라(320) 및 램프(330)가 다른 물체와 충돌하지 않도록 보호하기 위한 것이다.
카메라(320)는, 수중구조체의 표면 중 작업자가 수중청소로봇(도 5의 1)을 이용하여 청소를 하고자 하는 부분의 상태 및 청소를 행한 후의 상태 등을 확인하기 위한 것이다. 카메라(320)에 의해 촬영된 영상은 실시간으로 작업자가 사용하는 단말기(도시되지 않음)로 전송될 수 있다.
자세하게 도시되지는 않았으나 촬영모듈(300)에는 카메라(320)의 각도를 조절할 수 있는 틸팅수단(도시되지 않음)이 더 포함되어, 카메라(320)를 이용하여 넓은 범위를 촬영하도록 할 수 있다.
램프(330)는 수중구조체의 표면에 빛을 조사하기 위한 것으로, 카메라(320)로 영상을 촬영할 때 충분한 광량을 공급하기 위한 것이다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 주행부 및 본체연결부를 설명하기 위한 분해사시도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 주행부(도 5의 500)에는 복수의 주행모듈(510, 520, 530)이 포함될 수 있고, 본체연결부(도 5의 600)에는 결합플레이트(610), 롤링연결브라켓(611), 피칭연결프레임(620), 핀(630), 탄성모듈(640) 및 토션스프링(650)이 포함될 수 있다.
주행부(도 5의 500)는 수중구조체의 표면을 따라 이동할 수 있으며, 복수의 주행모듈(510, 520, 530)이 구비될 수 있다.
제1주행모듈(510)에는 주행모듈 프레임(511), 캐터필러(512) 및 자석(513)이 포함될 수 있다.
캐터필러(512)는 주행모듈 프레임(511)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 이때, 캐터필러(512)는 수중구조체의 표면에 일면이 접하게 설치되어, 캐터필러(512)가 일방향 또는 타방향으로 회전하면 제1주행모듈(510)이 수중구조체의 표면상에서 일방향 또는 타방향으로 이동될 수 있다.
자석(513)은 주행모듈 프레임(511) 내에 설치될 수 있는데, 자석(513)의 일측은 주행모듈 프레임(511)에 고정 결합되고, 타측은 수중구조체의 표면과의 사이에 인력이 작용되도록 근접하게 설치될 수 있다.
따라서, 제1주행모듈(510)은 자석(513)에 의해 강재로 제조된 수중구조체의 표면에 접촉된 상태로 이동할 수 있다.
자석(513)으로는 영구자석 및 전자석 등이 사용될 수 있다. 여기서, 자석(513)으로 영구자석을 사용할 경우에는 자기력에 의한 인력을 얻기 위하여 별도의 에너지가 소요되지 않는다는 장점이 있고, 전자석을 사용할 경우에는 청소작업이 완료된 후 수중구조물의 표면으로부터 수중청소로봇(도 5의 1)을 분리하기 용이하다는 장점이 있다.
제2주행모듈(520)의 주행모듈 프레임(521), 캐터필러(522) 및 자석(523), 제3주행모듈(530)의 주행모듈 프레임(531), 캐터필러(532)는 각각 전술한 제1주행모듈(510)의 주행모듈 프레임(511), 캐터필러(512) 및 자석(513)과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도시되지는 않았으나, 결합플레이트(610)의 일면은 하우징(도 5의 110)의 하측면에 결합될 수 있고, 결합플레이트(610)의 타면에는 롤링연결브라켓(611)이 설치될 수 있다. 롤링연결브라켓(611)의 단부에는 핀홀(612)이 형성될 수 있다. 여기서, 핀홀(612)은 x축과 나란한 방향, 즉 제1방향으로 형성될 수 있다.
참고로, 도시되지는 않았으나, 롤링연결브라켓(611)은 결합플레이트(610) 없이 하우징(도 5의 110)의 하측면에 직접 설치될 수도 있다.
피칭연결프레임(620)에는 프레임 본체부(621), 사이드패널부(622) 및 브라켓부(623)가 포함될 수 있다.
브라켓부(623)은 프레임 본체부(621)의 일면에 돌출 형성될 수 있고, 브라켓부(623)의 단부에는 핀홀(624)이 형성될 수 있다. 여기서, 핀홀(624)은 x축과 나란한 방향, 즉 제1방향으로 형성될 수 있다.
사이드패널부(622)는 피칭연결프레임(620)의 타면에 돌출 형성될 수 있다. 여기서, 사이드패널부(622)는 x축 및 z축이 형성하는 평면, 즉 제2방향에 수직인 평면 형상으로 형성될 수 있다.
롤링연결브라켓(611)의 핀홀(612) 및 브라켓부(623)의 핀홀(624)에는 핀(630)이 관통 설치되어, 롤링연결브라켓(611) 및 브라켓부(623)가 회동 가능하게 결합될 수 있다. 이때, 롤링연결브라켓(611) 및 브라켓부(623)는 제1방향을 중심으로 회동 가능할 수 있다.
따라서, 피칭연결프레임(620)은 로봇본체(도 5의 100)에 대하여 제1방향을 중심으로 회동 가능하게 결합될 수 있다.
참고로, 결합플레이트(610)에는 다른 피칭연결프레임(도 9의 620a)이 제1방향을 중심으로 회동 가능하게 결합될 수 있다. 다른 피칭연결프레임(도 9의 620a)은 피칭연결프레임(620)과 제2방향으로 이격 배치되고 제1방향을 중심으로 회동 가능하게 설치될 수 있다.
사이드패널부(622)에는 제1주행모듈(510)이 결합될 수 있다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 사이드패널부(622)의 일측은 주행모듈 프레임(511)의 일측 양단부에 회동 가능하게 결합될 수 있다. 이때, 주행모듈 프레임(511)은 y축과 나란한 방향, 즉 제2방향을 중심으로 회동 가능하게 결합될 수 있다.
같은 방법으로, 사이드패널부(622)의 타측에는 제2주행모듈(520)의 주행모듈 프레임(521)이 제2방향을 중심으로 회동 가능하게 결합될 수 있다.
따라서, 제1주행모듈(510) 및 제2주행모듈(520)은 피칭연결프레임(620)에 대하여 제2방향을 중심으로 각각 회동 가능하게 결합될 수 있다.
참고로, 제3주행모듈(530) 및 도시되지 않은 제4주행모듈은 전술한 다른 피칭연결프레임(도 9의 620a)에 제2방향을 중심으로 각각 회동 가능하게 결합될 수 있다.
여기서, 제1주행모듈(510)의 주행모듈 프레임(511)에는 캐터필러(512)를 일방향 또는 타방향으로 회전시키기 위한 제1주행구동모터(514)가 고정 설치될 수 있다. 제1주행구동모터(514)에는 구동축(515)이 연결되는데, 구동축(515)의 단부는 캐터필러(512) 내에 설치된 구동바퀴(도시되지 않음)에 연결되어 제1주행구동모터(514)의 회전력을 캐터필러(512)로 전달할 수 있다.
한편, 본체연결부(도 5의 600)에는 탄성모듈(640) 및 토션스프링(650)이 더 포함될 수 있다.
탄성모듈(640)은 결합플레이트(610) 및 프레임 본체부(621) 사이, 즉 하우징(도 5의 110)의 하측면 및 피칭연결프레임(620)의 일면 사이에 분산 설치될 수 있다. 이때 탄성모듈(640)은 피칭연결프레임(620)이 로봇본체(도 5의 100)에 대하여 제1방향을 중심으로 회동되면 압축 또는 신장되도록 설치될 수 있다.
따라서, 탄성모듈(640)은 로봇본체(도 5의 100) 및 피칭연결프레임(620)이 제1방향을 중심으로 회동되면, 다시 원위치로 회동되는 방향으로 탄성 지지할 수 있다.
토션스프링(650)은 사이드패널부(622) 및 제1주행모듈(510) 사이에 설치될 수 있다.
토션스프링(650)은 제1주행모듈(510)이 피칭연결프레임(620)에 대하여 제2방향을 중심으로 회동되면, 제1주행모듈(510)을 원위치, 즉 제1방향과 나란한 방향으로 복귀되는 방향으로 탄성력이 작용하도록 설치될 수 있다. 즉, 제1주행모듈(510)은 토션스프링(650)에 의하여 탄성 지지될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 나머지 주행모듈(520, 530)에도 전술한 바와 같은 토션스프링이 각각 설치될 수 있다.
이와 같이, 본체연결부(600)는 복수의 주행모듈(510, 520, 530)을 제1방향 및 제2방향을 중심으로 각각 회동 가능하도록 로봇본체(도 5의 100)에 연결할 수 있다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇(도 5의 1)에는 네 개의 주행모듈(510, 520, 530, 도시되지 않음) 및 한 쌍의 피칭연결프레임(620, 도 9의 620a)이 포함될 수 있는데, 주행모듈의 수 및 피칭연결프레임의 수는 필요에 따라 가감될 수 있다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇의 측면도가 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 표시된 Ⅸ-Ⅸ 직선에 따른 단면도가 도시되어 있다. 도 8 및 도 9를 함께 참조하여 설명한다.
우선 도 8을 참조하면, 청소헤드부(200)에 구비된 청소모듈에는 전술한 브러시(210) 외에, 헤드본체(201) 내에 설치된 브러시 구동모터(220), 브러시 구동축(221) 및 지지롤러(230)가 포함될 수 있다.
브러시 구동축(221)의 일측은 브러시 구동모터(220)에 연결되고, 브러시 구동축(221)의 타측은 브러시(210)의 디스크(도 6의 211)에 형성된 구동축 결합부(도 6의 212)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
브러시 구동모터(220)의 회전력은 브러시 구동축(221)에 의해 디스크(도 6의 211)로 전달되어, 브러시(210)를 회전시킨다. 브러시(210)가 회전되면 수중구조체의 표면 및 브러시(210) 사이에 부압이 발생될 수 있다.
이는 와이어(213)에 의한 것으로, 디스크(211)가 회전하면 와이어(213)에 의해 물이 디스크(211)의 반경방향으로 이동하게 되어 디스크(211)의 중심부분의 압력이 상대적으로 낮아지게 될 수 있다.
따라서, 청소헤드부(200)는 이 부압에 의해 수중구조체의 표면으로부터 이탈되지 않게 되며, 브러시(210)의 와이어(도 6의 213)는 수중구조체의 표면에 밀착되어 효율적으로 청소를 행하게 된다.
다만, 부압이 과도하게 작용하는 경우에는 브러시(210)가 지나치게 수중구조체의 표면에 밀착되어 청소헤드부(200)가 수중구조체의 표면을 따라 이동하기 어려워 질 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 청소헤드부(200)의 저면에 지지롤러(230)를 설치할 수 있다. 즉, 지지롤러(230)에 의해 청소헤드부(200)를 지지하도록 함으로써 수중구조체의 표면 및 청소헤드부(200)의 저면 사이에서 일정한 간격이 유지되도록 할 수 있다.
따라서, 브러시(210)의 와이어(도 6의 213)가 수중구조체의 표면을 적절히 가압하면서 마찰하게 함으로써 청소작업의 효율을 높이고, 와이어(도 6의 213)에 지나친 힘이 가해지는 것을 방지하여 와이어(도 6의 213)의 수명이 과도하게 단축되는 것을 방지할 수 있다.
지지롤러(230)는 적어도 한 개 이상 설치될 수 있으며, 도시된 바와 같이 복수가 청소헤드부(200)의 저면에 분산 배치될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제1주행모듈(510) 및 제2주행모듈(520)은 자석(513, 523)에 의해 수중구조체의 표면에 접촉된 상태로 각각 이동될 수 있다.
이때, 화살표로 표시한 바와 같이, 제1주행모듈(510) 및 제2주행모듈(520)은 본체연결부(600)에 의하여 로봇본체(100)에 회동 가능하게 연결되므로, 수중구조체의 표면에 곡면이 형성된 경우에도 제1주행모듈(510) 및 제2주행모듈(520)은 수중구조체의 표면에 접촉된 상태, 즉 캐터필러(512, 522)가 수중구조체의 표면으로부터 이탈되지 않은 상태로 각각 이동할 수 있다.
한편, 로봇본체(100) 및 청소헤드부(200)는 헤드연결부(400)에 의해 핀(440)을 중심으로 회동 가능하게 연결된다.
즉, 브러시(210)가 회전하여 부압이 발생되면 청소헤드부(200)는 수중구조체의 표면에 밀착되고, 로봇본체(100)는 제1주행모듈(510) 및 제2주행모듈(520)이 수중구조체의 표면에 밀착되므로, 청소헤드부(200)는 로봇본체(100)에 대하여 화살표로 표시한 바와 같이 회동될 수 있다.
따라서, 제1주행모듈(510) 및 제2주행모듈(520)이 수중구조체의 표면을 따라 이동하는 방향, 즉 x축과 나란한 방향인 제1방향을 기준으로 하는 곡률을 갖는 곡면이 수중구조체의 표면에 형성되더라도, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇(도 5의 1)은 청소작업 및 이동을 원활히 지속할 수 있다.
도 9를 참조하면, 화살표로 표시한 바와 같이 하우징(110)의 하측면에 결합된 결합플레이트(610)에 대하여 한 쌍의 피칭연결프레임(620, 620a)이 핀(630, 630a)을 중심으로 각각 회동 가능하게 연결될 수 있다.
이때, 피칭연결프레임(620, 620a)은 로봇본체(100)에 대하여 y축과 z축에 수직한 방향, 즉 제1방향을 중심으로 각각 회동 가능하다.
따라서, 제1주행모듈(510) 및 제2주행모듈(520)이 수중구조체의 표면을 따라 이동하는 방향에 수직한 방향, 즉 y축과 나란한 방향인 제2방향을 기준으로 하는 곡률을 갖는 곡면이 수중구조체의 표면에 형성되더라도, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇(도 5의 1)은 청소작업 및 이동을 원활히 지속할 수 있다.
그러므로 본 발명의 일 실시예에 따른 수중청소로봇(도 5의 1)은, 수중구조체의 표면에 다양한 곡면이 연속적으로 형성되더라도, 수중구조체의 표면으로부터 브러시(210) 및 복수의 주행모듈(510, 520, 530)이 각각 이탈되지 않으므로, 안정적으로 이동하면서 청소작업을 지속할 수 있다.
한편, 탄성모듈(640, 640a) 및 토션스프링(도 7의 650)은 주행모듈(510, 520, 530)이 제1방향 및 제2방향을 중심으로 회동되었을 때 원위치로 복귀되도록 탄성 지지하므로, 수중청소로봇(도 5의 1)이 이동함에 따라 수중구조체의 표면에 형성된 곡면의 곡률이 변경되더라도 주행모듈(510, 520, 530)이 신속하게 회동되거나 복귀되도록 할 수 있다.
참고로, 로봇본체(100)의 하우징(110) 내에는 앞에서 언급했던 바와 같이 동력공급수단(도시되지 않음) 및 제어부(120)가 설치될 수 있다.
동력공급수단(도시되지 않음)은 브러시 구동모터(220), 카메라(도 6의 320), 램프(도 6의 330) 및 주행구동모터(514, 534) 등을 작동시키기 위한 동력을 공급하고, 제어부(120)는 각각의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(120)는 청소헤드부(200) 및 주행부(500)의 작동을 제어할 수 있다. 여기서, 동력공급수단 및 제어부(120)로는 충전지 및 소형컴퓨터 등이 각각 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 선저부 청소로봇에 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.
1: 수중청소로봇 100: 로봇본체
110: 하우징 120: 제어부
200: 청소헤드부 210: 브러시
220: 브러시 구동모터 230: 지지롤러
300: 촬영모듈 310: 투명창
320: 카메라 330: 램프
400: 헤드연결부 440: 핀
500: 주행부 510, 520, 530: 주행모듈
600: 본체연결부 611: 롤링연결브라켓
620: 피칭연결 프레임 630: 핀
640: 탄성모듈 650: 토션스프링
110: 하우징 120: 제어부
200: 청소헤드부 210: 브러시
220: 브러시 구동모터 230: 지지롤러
300: 촬영모듈 310: 투명창
320: 카메라 330: 램프
400: 헤드연결부 440: 핀
500: 주행부 510, 520, 530: 주행모듈
600: 본체연결부 611: 롤링연결브라켓
620: 피칭연결 프레임 630: 핀
640: 탄성모듈 650: 토션스프링
Claims (14)
- 수중구조체의 표면을 청소하는 수중청소로봇으로서,
상기 수중구조체의 표면을 따라 이동하고, 복수의 주행모듈을 구비한 주행부;
로봇본체;
상기 복수의 주행모듈을 상기 주행부의 이동방향인 제1방향 및 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 중심으로 각각 회동 가능하도록 상기 로봇본체에 연결하는 본체연결부;
상기 수중구조체의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 청소모듈을 구비한 청소헤드부; 및
상기 청소헤드부를 상기 제1방향 및 상기 제1방향에 수직한 평면상의 한 축방향을 중심으로 각각 회동 가능하게 상기 로봇본체에 연결하는 헤드연결부를 포함하는 수중청소로봇.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 주행모듈은,
주행모듈 프레임:
상기 수중구조체의 표면에 일면이 접하고, 상기 주행모듈 프레임에 회전 가능하게 설치된 캐터필러; 및
상기 수중구조체의 표면과의 사이에 인력이 작용하도록 상기 주행모듈 프레임에 설치된 자석을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제2항에 있어서,
상기 복수의 주행모듈은,
상기 주행모듈 프레임에 설치되고, 상기 캐터필러를 일방향 또는 타방향으로 각각 회전시키는 주행구동모터를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제2항에 있어서,
상기 자석은 전자석 또는 영구자석인 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제2항에 있어서,
상기 본체연결부는,
상기 로봇본체의 하측면에 상기 제2방향으로 이격 설치된 적어도 한 쌍의 롤링연결브라켓; 및
일면에는 브라켓부가 각각 돌출 형성되고, 타면에는 사이드패널부가 각각 돌출 형성된 적어도 한 쌍의 피칭연결프레임을 포함하고,
상기 롤링연결브라켓 및 상기 브라켓부는 상기 피칭연결프레임이 상기 로봇본체에 대하여 상기 제1방향을 중심으로 회동 가능하게 결합되고,
상기 사이드패널부에는 복수의 상기 주행모듈이 상기 피칭연결프레임에 대하여 상기 제2방향을 중심으로 각각 회동 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제5항에 있어서,
상기 본체연결부는,
상기 로봇본체의 하측면 및 상기 피칭연결프레임의 사이에 분산 설치된 적어도 한 쌍의 탄성모듈을 더 포함하고,
상기 탄성모듈은 상기 피칭연결프레임이 상기 로봇본체에 대하여 상기 제1방향을 중심으로 회동되면 압축 또는 신장되는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제6항에 있어서,
상기 본체연결부는,
상기 사이드패널부 및 상기 주행모듈 사이에 설치된 토션스프링을 더 포함하고,
상기 토션스프링은 상기 주행모듈이 상기 제2방향을 중심으로 상기 피칭연결프레임에 대하여 회동되면 상기 주행모듈을 상기 제1방향과 나란하게 복귀되도록 탄성 지지하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제1항에 있어서,
상기 청소모듈은,
상기 청소헤드부 내에 설치된 브러시 구동모터;
상기 브러시 구동모터에 일측이 연결되고, 타측은 상기 청소헤드부의 하측으로 돌출된 브러시 구동축; 및
상기 브러시 구동축의 타측에 탈착 가능하게 결합되고, 회전되면 상기 수중구조체의 표면과의 사이에 부압이 발생되는 브러시를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제8항에 있어서,
상기 청소모듈은,
상기 청소헤드부의 저면에 설치되고, 상기 수중구조체의 표면 및 상기 청소헤드부의 저면 사이에 간격이 유지되도록 상기 청소헤드부를 지지하는 적어도 하나의 지지롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제1항에 있어서,
상기 청소헤드부는,
상기 청소헤드부의 일측에 설치되고, 상기 수중구조체의 표면을 촬영하는 촬영모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제10항에 있어서,
상기 촬영모듈은,
상기 수중구조체의 표면을 촬영하는 카메라; 및
상기 수중구조체의 표면에 빛을 조사하는 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제1항에 있어서,
상기 헤드연결부는,
상기 로봇본체 또는 상기 청소헤드부 중 어느 한 쪽에 상기 제1방향을 중심으로 회전 가능하게 설치된 회전판; 및
일단부는 상기 로봇본체 또는 상기 청소헤드부 중 다른 한 쪽에 결합되고, 타단부는 상기 회전판에 회동 가능하게 결합된 피칭연결브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제12항에 있어서,
상기 헤드연결부는,
상기 회전판 및 상기 피칭연결브라켓을 커버하는 방진커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
- 제1항에 있어서,
상기 로봇본체 내에 설치되고, 상기 주행부 및 상기 청소헤드부의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중청소로봇.
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