KR20120104043A

KR20120104043A - 역키네마틱스를 이용하여 위치를 제어하는 곤돌라 로봇 및 그의 위치 제어 방법

Info

Publication number: KR20120104043A
Application number: KR1020110022114A
Authority: KR
Inventors: 김봉석; 박창우; 김동엽; 권준호; 선화동
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-09-20
Also published as: KR101234519B1

Abstract

본 발명은 역키네마틱스(inverse kinematics)를 이용하여 위치를 제어하는 곤돌라 로봇 및 그의 위치 제어 방법에 관한 것으로, 건물의 외벽에서 위치가 변동하는 곤돌라 로봇의 현재 위치를 파악하고 이를 바탕으로 곤돌라 로봇의 위치를 제어하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 로프 카트의 로프에 매달려 있는 곤돌라 로봇의 로봇 본체에 연결된 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정되면, 곤돌라 로봇은 흡착용 로봇암의 정보를 이용해 로봇 본체의 초기 위치를 산출한다. 로봇 본체의 변동에 의한 흡착용 로봇암에 변동이 발생되면, 곤돌라 로봇은 흡착용 로봇암의 변동에 따른 변동 정보를 획득한다. 그리고 곤돌라 로봇은 획득한 변동 정보와 로봇 본체의 초기 위치를 기반으로 로프 카트를 통하여 로봇 본체에 연결된 로프의 길이를 가감하여 로봇 본체의 위치를 보정한다. 이때 곤돌라 로봇은 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 흡착용 로봇암의 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 로봇 본체의 초기 위치를 산출할 수 있다.

Description

역키네마틱스를 이용하여 위치를 제어하는 곤돌라 로봇 및 그의 위치 제어 방법{Gondola robot controlling position using inverse kinematics and method for controlling position thereof}

본 발명은 외벽 유지 관리용 지능형 로봇 시스템 및 그의 운용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 외벽에서 위치가 변동하는 곤돌라 로봇의 현재 위치를 파악하고 이를 바탕으로 역키네마틱스(inverse kinematics)를 이용하여 곤돌라 로봇의 위치를 제어하는 곤돌라 로봇 및 그의 위치 제어 방법에 관한 것이다.

산업의 발전에 따라 도시화가 급속히 진행되면서, 도심지에는 규모가 큰 다양한 건물들이 들어서고 있다. 또한 도시화에 따라 부수적으로 환경 오염 문제도 증가하고 있는 추세이다.

이러한 이유로 외부 환경에 노출된 건물의 외벽은 먼지, 비, 매연 등에 의해 쉽게 오염되기 때문에, 주기적으로 청소할 필요가 있다. 이러한 건물의 외벽 청소는 청소부가 줄이나 곤돌라를 타고 건물의 꼭대기에서 아래로 내려오면서 수작업으로 수행하게 되는데, 청소 중 청소부의 낙상과 같은 안전 사고의 발생 위험을 항상 안고 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해서, 청소부의 역할을 대신할 다양한 종류의 건물의 외벽 유지 관리용 지능형 로봇 시스템이 소개되고 있다. 종래에 소개되고 있는 대부분의 외벽 유지 관리용 지능형 로봇은 외벽에 부착되어 이동하면서 건물의 외벽에 대한 청소를 수행하기 때문에, 청소 면적이 비교적 적은 문제점을 안고 있다.

또한 외벽 유지 관리용 지능형 로봇은 구동부와 외벽 유지 관리를 위한 관리부를 함께 구비하기 때문에, 무거워 움직임이 둔하고, 이로 인해 외벽의 유지 관리에 상당이 많은 시간이 소요되는 문제점을 안고 있다.

이러한 기존의 외벽 유지 관리용 지능형 로봇이 갖는 문제점을 해소하기 위해서, 본 발명의 목적은 건물의 외벽을 좀 더 신속하게 청소 또는 도색할 수 있는 곤돌라 유형의 곤돌라 로봇을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 건물의 외벽에서 유동하는 곤돌라 로봇의 현재 위치를 파악하고 이를 바탕으로 곤돌라 로봇의 위치를 제어할 수 있는 곤돌라 로봇 및 그의 위치 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로프 카트의 로프에 매달려 있는 곤돌라 로봇의 로봇 본체에 연결된 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정되면, 상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암의 정보를 이용해 상기 로봇 본체의 초기 위치를 산출하는 산출 단계, 상기 로봇 본체의 변동에 의한 상기 흡착용 로봇암에 변동이 발생되면, 상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암의 변동에 따른 변동 정보를 획득하는 획득 단계, 및 상기 곤돌라 로봇은 상기 획득한 변동 정보와 상기 로봇 본체의 초기 위치를 기반으로 상기 로프 카트를 통하여 상기 로봇 본체에 연결된 로프의 길이를 가감하여 상기 로봇 본체의 위치를 보정하는 보정 단계를 포함하는 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법에 있어서, 상기 산출 단계에서 상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 상기 로봇 본체의 초기 위치를 산출할 수 있다.

본 발명에 따른 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법에 있어서, 상기 흡착용 로봇암은 일단이 상기 로봇 본체에 연결되어 있으며 복수의 관절을 갖는 암부와, 상기 암부의 타단에 설치되어 건물의 외벽에 흡착 고정되는 흡착툴을 포함한다. 이때 상기 흡착용 로봇암의 정보와 변동 정보는 상기 암부의 길이와, 상기 복수의 관절의 각도를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법에 있어서, 상기 획득 단계에서 상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암의 관절을 패시브 관절로 이용하여 상기 흡착용 로봇암의 변동에 따른 변동 정보를 획득할 수 있다.

본 발명에 따른 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법에 있어서, 상기 보정 단계는 상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 변동 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 상기 로봇 본체의 변동 위치를 산출하는 단계, 상기 곤돌라 로봇은 상기 산출된 변동 위치가 상기 로봇 본체의 초기 위치를 기준으로 설정된 설정 영역을 벗어났는지를 판단하는 단계, 및 상기 판단 결과 벗어난 경우 상기 곤돌라 로봇은 상기 산출된 변동 위치를 기반으로 상기 로프 카트를 통하여 상기 로프의 길이를 가감하여 상기 로봇 본체의 위치를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법에 있어서, 상기 보정 단계는 상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 변동 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 상기 로봇 본체의 변동 위치를 산출하는 단계, 및 상기 곤돌라 로봇은 상기 산출된 변동 위치를 기반으로 상기 로프 카트를 통하여 상기 로프의 길이를 가감하여 상기 로봇 본체의 위치를 상기 로봇 본체의 초기 위치로 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 로봇 본체, 통신부, 흡착용 로봇암 및 제어부를 포함하는 곤돌라 로봇을 제공한다. 상기 로봇 본체는 건물에 설치되는 로프 카트의 로프에 연결되어 이동한다. 상기 통신부는 상기 로봇 본체에 설치되며 상기 로프 카트와 통신을 수행한다. 상기 흡착용 로봇암은 상기 로봇 본체에 연결되며 상기 로봇 본체를 건물의 외벽에 고정한다. 그리고 상기 제어부는 상기 로봇 본체에 내장되어 상기 흡착용 로봇암의 구동을 제어하며, 상기 로봇 본체에 연결된 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정되면 상기 흡착용 로봇암의 정보를 이용해 상기 로봇 본체의 초기 위치를 산출하고, 상기 흡착용 로봇암에 변동이 발생되면 상기 흡착용 로봇암의 변동에 따른 변동 정보를 획득하고, 상기 획득한 변동 정보와 상기 로봇 본체의 초기 위치를 기반으로 상기 로봇 본체에 연결된 상기 로프의 길이 가감을 상기 통신부를 통하여 상기 로프 카트에 요청하여 상기 로봇 본체의 위치를 보정한다.

그리고 본 발명에 따른 곤돌라 로봇에 있어서, 상기 제어부는 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 상기 로봇 본체의 초기 위치를 산출할 수 있다. 또한 상기 제어부는 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 변동 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 상기 로봇 본체의 변동 위치를 산출할 수 있다.

본 발명에 따르면, 곤돌라 로봇은 로프 카트에 연결된 로프에 의해 이동하기 때문에, 종래의 구동부를 함께 구비하는 외벽 유지 관리용 지능형 로봇에 비해서 신속하게 외벽 유지 관리 작업을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 곤돌라 로봇은 흡착용 로봇암에 의해 건물의 외벽에 고정되고, 외부 환경에 의한 곤돌라 로봇의 위치 변화에 따른 흡착용 로봇암의 위치 변화 정보를 이용한 역키네마틱스를 통하여 곤돌라 로봇의 현재 위치를 파악하고 이를 바탕으로 곤돌라 로봇을 지탱하는 로프의 길이를 가감시켜 곤돌라 로봇의 위치를 보정할 수 있다.

이와 같이 곤돌라 로봇의 위치 제어를 통하여 곤돌라 로봇의 외벽 유지 관리 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 청소용 로봇암을 이용하여 건물의 외벽에 대한 청소를 수행할 때 발생되는 곤돌라 로봇의 유동을 보정하지 않을 경우, 청소한 곳을 다시 청소하거나 청소하지 않는 영역이 발생될 수 있다. 하지만 본 발명에서와 같이 곤돌라 로봇의 유동을 보정함으로써, 청소한 곳을 다시 청소하거나 청소하지 않는 영역이 발생되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템을 보여주는 도면으로서, 곤돌라 로봇이 흡착용 로봇암에 의해 건물의 외벽에 고정된 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 곤돌라 로봇의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1의 곤돌라 로봇이 초기 위치에서 위치가 변동된 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법에 따른 흐름도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템을 보여주는 도면으로서, 곤돌라 로봇이 흡착용 로봇암에 의해 건물의 외벽에 고정된 상태를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 곤돌라 로봇의 구성을 보여주는 블록도이다. 그리고 도 3은 도 1의 곤돌라 로봇이 초기 위치에서 위치가 변동된 상태를 보여주는 도면이다. 한편 도 3에서는 로봇 본체(21) 및 흡착용 로봇암(23)의 위치 변동을 도시하기 위해서, 관리용 로봇암(25)의 도시를 생략하였다. 또한 도 3에서 실선으로 초기 위치(O₁)에서의 로봇 본체(21) 및 흡착용 로봇암(23)을 도시하였다고, 점선으로 변동 위치(O₂)에서의 로봇 본체(21a) 및 흡착용 로봇암(23a)을 도시하였다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템(100)은 로프(18)를 매개로 연결된 로프 카트(10)와 곤돌라 로봇(20)을 포함한다. 로프 카트(10)는 건물(80)의 옥상(81)에 고정 설치되며, 로프(18)의 길이 가감을 통하여 곤돌라 로봇(20)의 위치를 조정한다. 그리고 곤돌라 로봇(20)은 로프(18)의 말단에 연결되어 건물(80)의 외벽(83)에 대한 유지 관리를 수행한다. 이때 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)을 이용하여 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 상태에서, 관리용 로봇암(25)을 이용하여 건물(80)의 외벽(83)에 대한 유지 관리를 수행한다. 또한 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)의 위치 변화를 감지하여 곤돌라 로봇(20)의 위치 제어를 수행한다.

여기서 로프 카트(10)는 카트 본체(12), 윈치(14), 로프(18) 및 송수신부(19)를 포함할 수 있다. 송수신부(19)는 카트 본체(12)에 설치되는 곤돌라 로봇(20)의 통신부(24)와 통신을 수행한다. 카트 본체(12)는 건물(80)의 옥상(81)의 고정 설치되며, 송수신부(19)를 통한 곤돌라 로봇(20)의 요청에 따라 로프(18)의 길이 가감을 수행한다. 윈치(14)는 윈치 지지대(16)를 매개로 카트 본체(12)에서 이격되어 건물(80)의 외벽(83) 아래를 향하게 설치된다. 로프(18)는 카트 본체(12)와 곤돌라 로봇(20)을 연결하며, 윈치(14)에 의해 지지된다. 이때 카트 본체(12)는 로프(18)를 감거나 풀 수 있는 롤과, 롤에 회전력을 제공하는 모터를 구비하며, 곤돌라 로봇(20)과의 통신을 통하여 로프(18)의 길이 가감을 수행한다.

그리고 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)을 이용하여 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 상태에서 관리용 로봇암(25)을 이용하여 건물(80)의 외벽(83)에 대한 유지 관리를 수행할 때, 바람과 같은 외부의 환경적인 요인이나 관리용 로봇암(25)이 구동하는 과정에서 발생되는 진동에 의해 곤돌라 로봇(20)의 위치에 변동이 발생될 수 있다. 이때 곤돌라 로봇(20)은 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 흡착용 로봇암(23)의 변동에 의해 발생되는 변동 정보를 획득하고, 그 변동 정보를 이용한 로프(18) 길이의 가감을 통하여 곤돌라 로봇(20)의 위치를 제어한다.

이와 같은 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)은 로봇 본체(21), 통신부(24), 흡착용 로봇암(23) 및 제어부(28)를 포함하며, 저장부(26) 및 관리용 로봇암(25)을 더 포함할 수 있다.

로봇 본체(21)는 건물(80)에 설치되는 로프 카트(10)의 로프(18)에 연결되어 이동한다. 로봇 본체(21)의 상부에는 로프(18)가 연결되어 고정될 수 있는 고정대(27)가 설치되어 있다. 고정대(27)는 로봇 본체(21)의 상부의 양쪽에 설치된 예를 개시하였지만, 로봇 본체(21)의 상부의 중심에 하나만 설치될 수도 있고, 상부에 2개 이상이 설치될 수도 있다. 이때 로봇 본체(21)는 통신부(24), 저장부(26) 및 제어부(28)를 내장할 수 있다. 통신부(24), 저장부(26) 및 제어부(28)는 인쇄회로기판에 실장된 형태로 로봇 본체(21)에 내장될 수 있다. 또한 통신부(24)의 경우 로봇 본체(21)의 외부에 노출되는 형태로 로봇 본체(21)에 설치될 수도 있다.

또한 로봇 본체(21)는 관리용 로봇암(25)으로 관리 물질을 공급할 수 있는 관리 물질 공급부(29)를 포함할 수 있다. 이때 관리 물질 공급부(29)는 관리 물질을 저장하거나, 외부로부터 관리 물질을 공급받아 관리용 로봇암(25)으로 전달할 수 있다. 관리 물질은 건물(80)의 외벽(83) 청소에 필요한 세척제와, 도색에 필요한 도료 등을 포함할 수 있다.

통신부(24)는 제어부(28)의 제어에 따라 로프 카트(10)의 송수신부(19)와 통신을 수행한다. 통신부(24)는 로봇 본체(21)의 상하 이동 및 고정된 상태에서의 위치 제어에 필요한 로프(18)의 길이 가감을 요청하는 정보를 로프 카트(10)의 송수신부(19)로 전송한다. 통신부(24)는 관리자의 원격 제어기와 통신을 수행하며, 원격 제어기로부터 관리자의 원격 제어 신호를 수신하여 제어부(28)로 전달할 수 있다. 관리자의원격 제어 신호는 곤돌라 로봇(20)의 시동 신호 및 종료 신호를 비롯하여, 곤돌라 로봇(20)의 원격 제어에 필요한 다양한 제어 신호를 포함할 수 있다. 이때 통신부(24)는 통신망을 통하여 로프 카트(10)의 송수신부(19)와 통신할 수 있다. 예컨대 통신망으로는 유선통신망, 이동통신망, WiBro(Wireless Broadband)망, HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)망, 위성통신망, 근거리통신망 중에 하나일 수 있다. 통신망으로는 근거리통신망을 사용하는 것이 바람직하며, 근거리통신망으로는 블루투스, 적외선, 지그비, UWB, NFC 또는 와이파이(wifi) 등이 사용될 수 있다.

저장부(26)는 곤돌라 로봇(20)의 동작 제어시 필요한 프로그램과, 그 프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 저장하고 있다. 저장부(26)는 원격 제어기의 원격 제어 신호에 따른 기능을 수행하기 위한 실행 프로그램을 저장한다. 저장부(26)는 흡착용 로봇암(23)이 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 상태에서의 로봇 본체(21)의 위치 변동에 따른 로봇 본체(21)의 위치 제어에 필요한 실행프로그램을 저장한다. 위치 제어에 필요한 실행프로그램은 역키네마틱스를 계산할 수 있는 프로그램을 포함할 수 있다. 저장부(26)는 흡착용 로봇암(23)의 길이에 대한 정보를 저장한다.

흡착용 로봇암(23)은 로봇 본체(21)에 연결되며 로봇 본체(21)를 건물(80)의 외벽(83)에 고정하는 기능을 수행한다. 흡착용 로봇암(23)은 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 이후에, 관절(37)을 패시브 관절로 이용하여 흡착용 로봇암(23)의 변동에 따른 변동 정보를 획득하는 수단으로 이용된다. 이러한 흡착용 로봇암(23)은 암부(31)와 흡착툴(33)로 구성될 수 있다. 암부(31)는 복수의 로드(35)와, 복수의 로드(35) 사이를 연결하는 복수의 관절(37)을 구비한다. 암부(31)의 일단에 위치하는 관절(37)은 로봇 본체(21)에 설치되고, 암부(31)의 타단에 위치하는 관절(37)에는 흡착툴(33)이 설치될 수 있다. 그리고 흡착툴(33)은 암부(31)의 타단에 설치되어 건물(80)의 외벽(83)에 흡착 고정될 수 있다. 흡착툴(33)은 진공 흡착 방식으로 건물(80)의 외벽(83)에 고정될 수 있다. 예컨대 흡착용 로봇암(23)은 로봇 본체(21)의 하부에 설치될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예에서는 흡착용 로봇암(23)이 로봇 본체(21)의 하부에 하나가 설치된 예를 개시하였지만 복수개가 설치될 수 있다. 또한 로봇 본체(21)를 로프(18)와 건물(80)에 고정된 흡착용 로봇암(23)으로 안정적으로 지탱할 수 있도록, 고정대(27)와 흡착용 로봇암(23) 중에 적어도 한쪽은 복수 개를 로봇 본체(21)에 설치하는 것이 바람직하다.

관리용 로봇암(25)은 로봇 본체(21)에 연결되며, 제어부(28)의 제어에 따라 건물(80)의 외벽(83) 관리를 수행한다. 관리용 로봇암(25)은 암부(41)와 관리툴(43)을 포함할 수 있다. 암부(41)는 흡착용 로봇암(23)의 암부(31)의 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다. 즉 암부(41)는 복수의 로드(45)와, 복수의 로드(45) 사이를 연결하는 복수의 관절(47)을 구비한다. 암부(41)의 일단에 위치하는 관절(47)은 로봇 본체(41)에 설치되고, 암부(41)의 타단에 위치하는 관절(47)에는 관리툴(43)이 설치될 수 있다. 그리고 관리툴(43)은 암부(41)의 타단에 설치되어 건물(80)의 외벽(83)에 대한 관리를 수행한다. 이러한 관리툴(43)은 청소 기구이거나 도색 기구일 수 있다. 예컨대 관리용 로봇암(25)은 로봇 본체(21)의 상부에 설치될 수 있으며, 이것에 한정되는 아니다. 또한 흡착용 로봇암(23)과 관리용 로봇암(25)은 구동 시 서로 간섭하지 않은 범위에서 로봇 본체(21)의 서로 다른 위치에 설치될 수도 있다.

그리고 제어부(28)는 로봇 본체(21)에 내장되며, 곤돌라 로봇(20)의 전반적인 제어 동작을 수행하는 마이크로프로세서(microprocessor)로서의 기능을 수행한다. 제어부(28)는 원격 제어기의 원격 제어 신호에 따른 곤돌라 로봇(20)을 구동시킬 수 있다. 특히 제어부(28)는 흡착용 로봇암(23)이 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 상태에서의 로봇 본체(21)의 위치 변동에 따른 로봇 본체(21)의 위치 제어를 수행한다. 즉 로봇 본체(21)에 연결된 흡착용 로봇암(23)이 건물(80)의 외벽(83)에 고정되면 흡착용 로봇암(23)의 정보를 이용해 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 산출한다. 제어부(28)는 흡착용 로봇암(23)에 변동이 발생되면 흡착용 로봇암(23)의 변동에 따른 변동 정보를 획득한다. 그리고 제어부(28)는 획득한 변동 정보와 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 기반으로 로봇 본체(21)에 연결된 로프(18)의 길이 가감을 통신부(24)를 통하여 로프 카트(10)에 요청하여 로봇 본체(21)의 위치를 보정한다.

여기서 초기 위치(O₁)는 흡착툴(33)의 고정 위치를 기준으로 한 로봇 본체(21)의 임의의 위치로 설정될 수 있으며, 로봇 본체(21)의 임의의 위치 중 로봇 본체(21)의 무게 중심의 위치로 설정할 수 있다.

이때 제어부(28)는 흡착용 로봇암(23)이 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 위치를 기준으로 흡착용 로봇암(23)의 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 산출한다. 흡착용 로봇암(23)이 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 위치는 흡착툴(33)의 흡착 위치를 의미한다.

또한 흡착용 로봇암(23)의 정보와 변동 정보는 암부(31)의 길이와, 복수의 관절(37)의 각도를 포함할 수 있다. 암부(31)의 길이는 복수의 관절(37)로 연결되어 복수의 로드(35)의 길이의 합이다. 관절(37)의 각도는 관절(37)을 구동시키는 모터의 엔코더로부터 획득할 수 있다.

또한 제어부(28)는 다음과 같이 흡착용 로봇암(23)의 변동 정보를 획득할 수 있다. 즉 제어부(28)는 흡착용 로봇암(23)의 관절(37)을 패시브 관절로 이용하여 흡착용 로봇암(23)의 변동에 따른 변동 정보를 획득한다. 흡착용 로봇암(23)은 제어부(28)의 제어에 따라 능동적으로 구동하여 건물(80)의 외벽(83)에 고정되지만, 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 이후에는 로봇 본체(21)의 움직임에 따라 수동적으로 변동하는 패시브 형태의 로봇암으로 사용한다. 따라서 제어부(28)는 패시브로 움직이는 흡착용 로봇암(23)으로부터 변동 정보를 획득할 수 있다.

또한 제어부(28)는 로봇 본체(21)의 위치 보정을 다음과 같이 수행할 수 있다. 즉 제어부(28)는 획득된 변동 정보에 따라 로프(18)의 길이를 가감시켜 로봇 본체(21)의 위치를 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)로 보정할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 제어부(28)는 흡착용 로봇암(23)이 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 위치를 기준으로 흡착용 로봇암(23)의 변동 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 로봇 본체(21)의 변동 위치(O₂)를 산출한다. 이어서 제어부(28)는 산출된 변동 위치(O₂)를 기반으로 로프 카트(10)를 통하여 로프(18)의 길이를 가감하여 로봇 본체(21)의 위치를 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)로 보정할 수 있다.

또한 제어부(28)는 로봇 본체(21)의 변동 위치(O₂)를 산출한 이후에, 변동 위치(O₂)가 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 기준으로 설정된 설정 영역을 벗어났는지의 여부를 판단한다. 판단 결과 설정 영역을 벗어난 경우, 제어부(28)는 로봇 본체(21)의 위치 보정을 수행할 수 있다. 한편 판단 결과 설정 영역을 벗어나지 않은 경우, 제어부(28)는 로봇 본체(21)의 위치 보정을 수행하지 않을 수 있다. 즉 흡착용 로봇암(23)에 의해 위치가 고정된 로봇 본체(21)는 전술된 바와 같이 바람과 같은 외부의 환경적인 요인이나 관리용 로봇암(25)이 구동하는 과정에서 발생되는 진동에 의해 위치 변동이 발생될 수 있다. 하지만 위치 변동의 정도가 크지 않은 경우, 즉 변동 위치(O₂)가 설정 영역 내에 위치하는 경우 로봇 본체(21)의 위치 보정을 수행하지 않아도 무방할 수 있다. 이때 설정 영역은 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 기준(중심)으로 일정 반경으로 설정될 수 있다. 곤돌라 로봇(20)이 수행하는 작업의 정밀도에 따라 설정 영역의 반경 크기는 변동될 수 있다. 예컨대 설정 영역의 반경은 수cm 내지 수십cm 사이에서 설정될 수 있다. 본 실시예에서는 설정 영역을 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 기준으로 일정 반경을 갖는 원으로 설정하는 예를 개시하였지만, 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 기준으로 사각 형태로 설정될 수도 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)은 로프 카트(10)에 연결된 로프(18)에 의해 이동하기 때문에, 종래의 구동부를 함께 구비하는 외벽 유지 관리용 지능형 로봇에 비해서 신속하게 외벽 유지 관리 작업을 수행할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)에 의해 건물(80)의 외벽(83)에 고정되고, 외부 환경에 의한 곤돌라 로봇(20)의 위치 변화에 따른 흡착용 로봇암(23)의 위치 변화 정보를 이용한 역키네마틱스를 통하여 곤돌라 로봇(20)의 현재 위치를 파악하고 이를 바탕으로 곤돌라 로봇(20)을 지탱하는 로프(18)의 길이를 가감시켜 곤돌라 로봇(20)의 위치를 보정할 수 있다.

이와 같이 곤돌라 로봇(20)의 위치 제어를 통하여 곤돌라 로봇(20)의 외벽 유지 관리 효율을 향상시킬 수 있다. 예컨대 관리용 로봇암(25)으로 청소용 로봇암을 이용하여 건물(80)의 외벽(83)에 대한 청소를 수행할 때 발생되는 곤돌라 로봇(20)의 유동을 보정하지 않을 경우, 청소한 곳을 다시 청소하거나 청소하지 않는 영역이 발생될 수 있다. 하지만 본 실시예에서는 곤돌라 로봇(20)의 유동을 보정함으로써, 청소한 곳을 다시 청소하거나 청소하지 않는 영역이 발생되는 것을 억제할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇 시스템(100)에서의 곤돌라 로봇(20)의 위치 제어 방법을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)의 위치 제어 방법에 따른 흐름도이다.

본 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)의 위치 제어 방법은, 로프 카트(10)의 로프(18)에 매달려 있는 곤돌라 로봇(20)의 로봇 본체(21)에 연결된 흡착용 로봇암(23)이 건물(80)의 외벽(83)에 고정되면, 곤돌라 로봇(20)이 흡착용 로봇암(23)의 정보를 이용해 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 산출하는 산출 단계, 로봇 본체(21)의 변동에 의한 흡착용 로봇암(23)에 변동이 발생되면, 곤돌라 로봇(20)이 흡착용 로봇암(23)의 변동에 따른 변동 정보를 획득하는 획득 단계, 및 곤돌라 로봇(20)이 획득한 변동 정보와 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 기반으로 로프 카트(10)를 통하여 로봇 본체(21)에 연결된 로프(18)의 길이를 가감하여 로봇 본체(21)의 위치를 보정하는 보정 단계를 포함한다.

구체적으로 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)의 위치 제어 방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저 로프 카트(10)의 로프(18)에 곤돌라 로봇(20)이 매달려 있는 상태에서, S51단계에서 로프 카트(10)는 로프(18)를 풀어서 곤돌라 로봇(20)을 건물(80)의 외벽(83)의 목표 지점으로 이동시킨다.

다음으로 S53단계에서 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)을 구동시켜 건물(80)의 외벽(83)에 고정시켜 로봇 본체(21)의 위치를 고정한다.

다음으로 S55단계 및 S57단계에서 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)의 정보를 이용해 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 산출한다. 즉 S55단계에서 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)의 정보를 획득한다. 여기서 흡착용 로봇암(23)의 정보는 흡착용 로봇암(23)의 길이 및 관절(37)의 각도를 포함한다. 여기서 흡착용 로봇암(23)의 길이는 흡착용 로봇암(23)을 로봇 본체(21)에 세팅하는 과정에서 저장부(26)에 저장된 흡착용 로봇암(23)의 길이를 이용할 수 있다. 흡착용 로봇암(23)의 관절 각도는 관절(37)을 구동하는 모터의 엔코더로부터 획득할 수 있다.

이어서 S57단계에서 곤돌라 로봇(20)은 획득한 흡착용 로봇암(23)의 정보를 이용하여 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 산출한다. 즉 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)이 건물(80)의 외벽(83)에 고정된 위치를 기준으로 흡착용 로봇암(23)의 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 산출한다.

다음으로 S59단계에서 곤돌라 로봇(20)은 로봇 본체(21)에 위치 변동이 발생되는 지의 여부를 판단한다. 이때 로봇 본체(21)에 위치가 변동하면 로봇 본체(21)에 연결된 흡착용 로봇암(23)에 변동이 발생되기 때문에, 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)의 변동 여부를 체크한다.

S59단계의 판단 결과 위치 변동이 발생하지 않은 경우, 곤돌라 로봇(20)은 S59단계를 반복하여 수행한다.

S59단계의 판단 결과 위치 변동이 발생된 경우, S61단계에서 곤돌라 로봇(20)은 로봇 본체(21)의 위치 변동에 의한 흡착용 로봇암(23)의 변동 정보를 획득한다. 즉 곤돌라 로봇(20)은 흡착용 로봇암(23)의 관절(37)을 패시브 관절로 이용하여 흡착용 로봇암(23)의 변동에 따른 변동 정보를 획득한다. 흡착용 로봇암(23)의 변동 정보는 암부(31)의 길이와, 복수의 관절(37)의 각도를 포함할 수 있다.

다음으로 S63단계에서 곤돌라 로봇(20)은 획득한 변동 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 로봇 본체(21)의 변동 위치(O₂)를 산출한다. 여기서 변동 위치(O₂)는 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 기준으로 산출할 수 있다.

다음으로 S65단계에서 곤돌라 로봇(20)은 변동 위치(O₂)가 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)를 기준으로 설정된 설정 영역을 벗어났는지의 여부를 판단한다.

S65단계의 판단 결과 설정 영역을 벗어나지 않은 경우, 곤돌라 로봇(20)은 S59단계부터 다시 수행할 수 있다.

S65단계의 판단 결과 설정 영역을 벗어난 경우, S67단계에서 곤돌라 로봇(20)은 변동 위치(O₂)와 초기 위치(O₁)를 기반으로 로봇 본체(21)의 위치 보정에 필요한 로프(18) 길이의 가감을 로프 카트(10)에 요청한다. 즉 곤돌라 로봇(20)은 통신부(24)를 통하여 로프 카트(10)에 로프(18) 길이의 가감을 요청할 수 있다. 예컨대 한 고정대(27)에 연결된 각각의 로프(18)의 길이의 가감을 통하여 곤돌라 로봇(20)의 위치를 조정할 수 있다.

다음으로 S69단계에서 로프 카트(10)가 곤돌라 로봇(20)의 요청에 따라 로프(18)의 길이를 가감함으로써, 곤돌라 로봇(20)은 로봇 본체(21)의 위치를 보정할 수 있다. 예컨대 곤돌라 로봇(20)은 획득된 변동 정보에 따라 로프(18)의 길이를 가감시켜 로봇 본체(21)의 위치를 로봇 본체(21)의 초기 위치(O₁)로 보정할 수 있다.

이와 같이 곤돌라 로봇(20)은 위치 보정을 수행하면서 관리용 로봇암(25)을 구동시켜 건물(80)의 외벽(83)에 대한 관리를 수행할 수 있다.

그리고 S71단계에서 곤돌라 로봇(20)은 건물 관리 작업의 종료 여부를 판단하고, 종료되지 않은 경우 S59단계부터 다시 수행한다.

한편 본 실시예에 따른 곤돌라 로봇(20)의 위치 제어 방법에서는 S65단계를 수행하는 예를 개시하였지만, S65단계를 생략할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 로프 카트 12 : 카트 본체
14 : 윈치 16 : 윈치 지지대
18 : 로프 19 : 송수신부
20 : 곤돌라 로봇 21 : 로봇 본체
23 : 흡착용 로봇암 24 : 통신부
25 : 관리용 로봇암 26 : 저장부
27 : 고정대 28 : 제어부
31, 41 : 암부 33 : 흡착툴
35, 45 : 로드 37, 47 : 관절
43 : 관리툴 100 : 곤돌라 로봇 시스템

Claims

로프 카트의 로프에 매달려 있는 곤돌라 로봇의 로봇 본체에 연결된 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정되면, 상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암의 정보를 이용해 상기 로봇 본체의 초기 위치를 산출하는 산출 단계;
상기 로봇 본체의 변동에 의한 상기 흡착용 로봇암에 변동이 발생되면, 상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암의 변동에 따른 변동 정보를 획득하는 획득 단계;
상기 곤돌라 로봇은 상기 획득한 변동 정보와 상기 로봇 본체의 초기 위치를 기반으로 상기 로프 카트를 통하여 상기 로봇 본체에 연결된 로프의 길이를 가감하여 상기 로봇 본체의 위치를 보정하는 보정 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 산출 단계에서,
상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 정보를 이용한 역키네마틱스(inverse kinematics)를 풀어서 상기 로봇 본체의 초기 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법.
제2항에 있어서,
상기 흡착용 로봇암은 일단이 상기 로봇 본체에 연결되어 있으며 복수의 관절을 갖는 암부와, 상기 암부의 타단에 설치되어 건물의 외벽에 흡착 고정되는 흡착툴을 포함하며,
상기 흡착용 로봇암의 정보와 변동 정보는 상기 암부의 길이와, 상기 복수의 관절의 각도를 포함하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법.
제3항에 있어서, 상기 획득 단계에서,
상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암의 관절을 패시브 관절로 이용하여 상기 흡착용 로봇암의 변동에 따른 변동 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법.
제3항에 있어서, 상기 보정 단계는,
상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 변동 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 상기 로봇 본체의 변동 위치를 산출하는 단계;
상기 곤돌라 로봇은 상기 산출된 변동 위치가 상기 로봇 본체의 초기 위치를 기준으로 설정된 설정 영역을 벗어났는지를 판단하는 단계;
상기 판단 결과 벗어난 경우 상기 곤돌라 로봇은 상기 산출된 변동 위치를 기반으로 상기 로프 카트를 통하여 상기 로프의 길이를 가감하여 상기 로봇 본체의 위치를 보정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법.
제3항에 있어서, 상기 보정 단계는,
상기 곤돌라 로봇은 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 변동 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 상기 로봇 본체의 변동 위치를 산출하는 단계;
상기 곤돌라 로봇은 상기 산출된 변동 위치를 기반으로 상기 로프 카트를 통하여 상기 로프의 길이를 가감하여 상기 로봇 본체의 위치를 상기 로봇 본체의 초기 위치로 보정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇의 위치 제어 방법.
건물에 설치되는 로프 카트의 로프에 연결되어 이동하는 로봇 본체;
상기 로봇 본체에 설치되며 상기 로프 카트와 통신을 수행하는 통신부;
상기 로봇 본체에 연결되며 상기 로봇 본체를 건물의 외벽에 고정하는 흡착용 로봇암;
상기 로봇 본체에 내장되어 상기 흡착용 로봇암의 구동을 제어하며, 상기 로봇 본체에 연결된 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정되면 상기 흡착용 로봇암의 정보를 이용해 상기 로봇 본체의 초기 위치를 산출하고, 상기 흡착용 로봇암에 변동이 발생되면 상기 흡착용 로봇암의 변동에 따른 변동 정보를 획득하고, 상기 획득한 변동 정보와 상기 로봇 본체의 초기 위치를 기반으로 상기 로봇 본체에 연결된 상기 로프의 길이 가감을 상기 통신부를 통하여 상기 로프 카트에 요청하여 상기 로봇 본체의 위치를 보정하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇.
제7항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 정보를 이용한 역키네마틱스(inverse kinematics)를 풀어서 상기 로봇 본체의 초기 위치를 산출하고, 상기 흡착용 로봇암이 건물의 외벽에 고정된 위치를 기준으로 상기 흡착용 로봇암의 변동 정보를 이용한 역키네마틱스를 풀어서 상기 로봇 본체의 변동 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 곤돌라 로봇.