KR20130098062A - 비행가능한 외벽 이동 로봇 - Google Patents

비행가능한 외벽 이동 로봇 Download PDF

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Abstract

바퀴와 함께 비행을 위한 작동력을 통해 외벽 등반은 물론 이·착륙에 의한 이동 및 제어 성능을 향상시키는 것이 가능하도록, 링크프레임과, 상기 링크프레임의 끝단 부위마다 각각 구비되며 이동을 위한 바퀴를 포함하는 이동수단, 상기 링크프레임 상에 복수로 구비되어 비행을 위한 작동력을 발생시키는 로터, 상기 링크프레임의 크로스 접합 부위에 구비되며 상기 로터 및 상기 이동수단의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 비행가능한 외벽 이동 로봇을 제공한다.

Description

비행가능한 외벽 이동 로봇{Flying and Wall climbing robot}
본 발명은 비행가능한 외벽 이동 로봇에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 구동 바퀴와 함께 비행을 위한 작동력을 가미함으로써, 외벽 등반은 물론 이·착륙에 의한 이동 및 제어 성능을 향상시킨 비행가능한 외벽 이동 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 교량과 같은 기간 시설물들은 안전성 확보를 위해 주기적인 안전점검 및 진단이 요구된다. 이에 따라, 1차적으로는 외관검사 위주의 구조물 균열 및 부식 여부를 검사한다.
교량을 예로 안전점검 및 진단을 위한 종래 검사 방법을 살펴보면, 대부분 물이 흐르는 교량의 하부에 비계와 같은 작업대를 설치하고, 그 위에서 작업자가 교량의 부식이나 균열 상태를 직접 조사하는 방식으로 이루어졌었다.
이와 같은 종래 검사 방법의 경우, 교량 하부의 수면상에 비계와 같은 작업대를 설치하는데도 많은 경제적 부담을 감수해야할 뿐만 아니라, 바람이 심한 경우에는 작업대의 안정을 보장할 수 없는 등 안전사고의 위험까지 높아지는 문제점이 있었다.
이러한 불편사항으로부터 출발하여 화재나 각종 사고 발생시 재난상황을 감시하거나, 작업자의 직접적인 접근이 어려운 교량이나 터널 및 각종 고소설비의 안전한 점검을 위해 비행과 주행을 동시에 수행할 수 있는 배행탐사로봇 관련 기술이 개시되어 있다.
예를 들면, 국내 등록특허공보 제873976호의 교량 탐사용 로봇이나 등록특허공보 제661618호에서 개시하고 있는 전동식 4-프로펠러 소형 호버링 로봇 플랫폼을 들 수 있다.
상기한 종래기술에 따른 로봇 및 로봇 플랫폼들의 경우, 비행과 주행을 동시에 수행한다기보다는 비행을 통해 적용범위를 넓히거나 작업자의 안전성을 도모하기 위한 기술형태 또는 4개의 블레이드나 프로펠러를 사용하는 QRT(Quad-Rotor Type) 소형 비행체의 한계 예를 들면, 가반중량비 즉, 비행체 자체 무게에 대한 탑재 능력이 충분하지 못한 문제점 등을 해소하는 것에 지나지 않는 한계를 안고 있는 것에 지나지 않는다.
상기한 종래기술에 따른 로봇이나 로봇 플랫폼은 자체의 이동을 전적으로 비행에 의존할 수밖에 없어 미세한 비행통제기술을 요하게 되는 문제점과, 지면 흡착 패드를 이용, 착륙상태를 고정하는 정도에 지나지 않는 한계를 안고 있다.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점으로부터 착안 된 것으로, 바퀴와 함께 비행을 위한 로터를 구비함으로써, 외벽 등반시 바퀴의 접착력 저하로 인한 파손의 위험을 방지할 수 있는 비행가능한 외벽 이동 로봇을 제공하기 위한 것이다.
나아가, 본 발명은 로터의 회전력을 이용한 이·착륙과 함께 미세 이동을 위한 제어 성능이 뛰어난 비행가능한 외벽 이동 로봇을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 이동시 벽면의 장애물을 용이하게 극복하는 것은 물론, 경사가 급격하게 바뀌는 벽면 간의 이동을 용이하게 수행할 수 있는 비행가능한 외벽 이동 로봇을 제공하기 위한 것이기도 하다.
본 발명이 제안하는 비행가능한 외벽 이동 로봇은 링크프레임과, 상기 링크프레임의 끝단 부위마다 각각 구비되며 이동을 위한 바퀴를 포함하는 이동수단, 상기 링크프레임 상에 복수로 구비되어 비행을 위한 작동력을 발생시키는 로터, 상기 링크프레임의 크로스 접합 부위에 구비되며 상기 로터 및 상기 이동수단의 작동을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어진다.
상기 로터는 비행시 고도나 회전, 위치를 자유롭게 제어할 수 있도록 적어도 4개로 구성하되, 상기 링크프레임을 기준으로 동일 선상에 배치된 상기 로터들을 한 쌍으로 하여 회전 방향을 동일하게 하고, 서로 다른 쌍들 간의 상기 로터들의 회전 방향은 상반되게 구성가능하다.
상기 이동수단의 바퀴 및 상기 로터는 이동이나 비행을 위한 전동모터가 개별로 구비되어 각각의 작동상태를 독립적으로 제어할 수 있도록 이루어지고, 상기 이동수단은 각각의 상기 바퀴마다 이동시 장애극복을 위한 스프링 댐퍼가 더 구비된 형태로 실시할 수 있다.
상기 바퀴는 수직 외벽이나 천장에 착지가능하도록 겉면에 점착성 물질이 도포 되고, 상기 제어기는 무선통신모듈 및 전원공급을 위한 배터리를 포함하는 형태 등 다양하게 실시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇에 의하면, 바퀴와 함께 비행을 위한 로터를 구비하여 외벽 등반시 바퀴의 접착력 이외에 로터의 회전력에 의한 하중을 부가할 수 있어 작동 안정성을 확보하는 동시에 파손의 위험을 방지하는 등의 기술적 효과를 얻는다.
본 발명의 실시예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇에 의하면, 바퀴마다 스프링 댐퍼가 구비되어 이동시 벽면의 장애물을 용이하게 극복하는 것은 물론, 경사가 급격하게 바뀌는 벽면 간의 이동이 용이하므로 다양한 분야에 적용할 수 있는 범용성을 확보하는 것이 가능하게 된다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇에 의하면, 이동수단의 바퀴나 로터마다 각각의 전동모터가 개별로 구비되어 작동상태를 독립적으로 제어하는 것이 가능하고, 궁극적으로는 QRT(Quad-Rotor Type) 소형 비행체가 가지고 있는 한계 즉, 가반중량비를 효과적으로 해소하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇의 기술구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇의 기술구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇의 이동수단에 대한 상세 기술구성을 도시한 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇의 이·착륙시 로터의 작동관계를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇의 기술구성을 개괄적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇의 기술구성을 도시한 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇의 기술구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇은 도 1이나 도 2 및 도 5에서 나타낸 것처럼 링크프레임(10) 상에 이동수단(20)과 함께 복수의 로터(30), 그리고 작동을 제어하기 위한 제어기(40)를 포함하여 이루어지는 것으로, 비행과 외벽 등반(Wall climbing)을 병행할 수 있도록 구성된다.
상기 링크프레임(10)는 본체의 뼈대를 형성하는 주요 기술구성으로, 크로스 형태로 결합된 일체 등 다양하게 실시할 수 있다. 예를 들면, 십자형이나 별(*)자형과 같은 형태를 들 수 있다.
상기 이동수단(20)은 상기 링크프레임(10)의 끝단 부위마다 각각 구비되는 형태로, 도 1이나 도 2 또는 도 5 나 도 6과 같이 바퀴(21)를 포함하는 형태로 이루어진다.
상기 이동수단(20)의 바퀴(21)는 이동을 위한 전동모터(21a)가 개별로 구비된 형태로 실시할 수 있다. 이때, 상기 전동모터(21a)는 상기 제어기(40)로부터 각각의 작동상태를 독립적으로 제어할 수 있도록 구성된다.
이외에도 상기 이동수단(20)의 바퀴(21)는 도 2에서처럼 전륜이나 후륜 중 적어도 어느 한 쌍에만 이동을 위한 전동모터(21a)가 구비된 형태로도 실시가능하다.
도 5에서와 같이 상기 로터(30)가 6개인 헥사로터나 8개인의 옥토로터의 경우에는 상기 링크프레임(10)을 기준으로 동일 축 상에 구비되어 상호 대응하는 적어도 한 쌍에만 이동을 위한 구동력을 발휘하는 상기 전동모터(21a)가 구비된 형태 등 다양하게 실시할 수 있다.
여기서, 상기 전동모터(21a)가 없는 상기 이동수단(20)의 바퀴(21)는 바퀴하우징(23)이 자유롭게 회동 가능한 회전축(23a)으로 결합, 구성함으로써, 직선 주행은 물론, 곡선 주행시 슬립(slip) 현상을 최소화할 수 있도록 한다.
상기 회전축(23a)은 상기 바퀴하우징(23) 및 스프링 댐퍼(22)의 댐퍼케이스(22a) 또는 상기 링크프레임(10)의 끝단 부위와 같은 장착 부위에 각각 볼베어링이나 오일리스 매개단을 형성하는 형태로 실시할 수 있다.
상기 볼베어링이나 오일리스 매개단은 작동시 상기 회전축(23a)과 장착단 간의 마찰을 최소화하는 동시에 직선 및 곡선 주행시 상기 바퀴(21)의 슬립(slip) 현상을 방지하는 역할을 수행하게 된다.
상기 이동수단(20)은 도 2에서처럼 각각의 상기 바퀴(21)마다 이동시 장애극복을 위한 스프링 댐퍼(22) 및 댐퍼케이스(22a)가 더 구비된 형태로 실시할 수 있다.
상기 스프링 댐퍼(22)의 역할은 각각의 상기 바퀴(21)의 높이를 적절히 조절할 수 있도록 함으로써, 장애물이나 경사각이 상이한 두 벽면을 옮겨 가는 것이 용이하게 된다.
즉, 벽면을 장애물 위를 지나갈 때 또는, 수직 외벽에서 천장으로 이동할 때 양쪽 벽면으로 이루어진 경사각을 좀더 수월하게 극복하는 것이 가능하게 된다.
이와 같은 상기 스프링 댐퍼(22)는 도 3에서 나타내는 바와 같이 패시브(Passive) 한 시스템으로 추가적인 액츄에이터(actuator)가 요구되지 않아 전체적인 기술구성의 간소화에 따른 생산성 향상을 도모하는 등의 특징을 발휘하기도 한다.
상기 바퀴(21)는 수직 외벽이나 천장에 착지가능하도록 겉면에 점착성 물질이 도포 된 형태로 실시하는 것이 좋다.
상기 점착성 물질은 1회성 또는 반영구적 사용이 가능한 점착성 물질로, 상기 바퀴(21) 자체를 교체가능하게 하거나 바퀴(21)의 타이어 외부에 도포 또는 부착가능한 형태 등 다양한 형태로 실시가능하다.
반영구적인 점착성 물질의 경우, 먼지 등에 의해 패드(Pad)가 심하게 오염되어 일정 수준 이상의 점착력을 기대하기 어려울 때에는 물로 세척하면 다시 원 상태로 복원가능한 형태로 이루어진다.
예를 들면, 드라이 플랫 엘라스토머(Dry flat elastormer)나 벽면에 맞닿는 섬모 내에 반데르발스 힘이 작용할 수 있도록 이루어진 나노 섬모를 소재로 구성된 패드(Pad) 형태 등을 들 수 있다.
상기 로터(30)는 비행을 위한 소정의 작동력을 발휘하기 위한 것으로, 상기 링크프레임(10) 상에 복수로 구비된다.
상기 로터(30)는 비행시 고도나 회전, 위치를 자유롭게 제어할 수 있도록 적어도 4개로 구성하는 좋다. 하지만 반드시 4개로 국한되지 않고, 도 5에서와 같은 헥사로터-6개의 로터- 또는 8개의 옥토로터 등 다양하게 실시할 수 있다.
다만, 상기 로터(30)는 도 4에서 도시한 바와 같이 상기 링크프레임(10)을 기준으로 동일 선상에 배치된 상기 로터(30)들을 한 쌍으로 하여 회전 방향을 동일하게 하고, 다른 링크프레임(10) 상에 형성된 서로 다른 쌍들 간의 상기 로터(30)의 회전 방향은 상반되게 구성한다.
이와 같은 상기 로터(30)들의 회전에 의해 벽면 부착시와 이탈시 필요한 힘을 얻게 된다. 즉, 도 4에서처럼 수직 벽면으로 부착시에는 우측에 표시된 기체 상의 상기 로터(30)와 같이 상기 제어기(40)가 통제함으로써, 공중에서 벽면으로 접근할 수 있도록 하는 반면, 수직 벽면으로부터의 이탈시에는 도 4에서 좌측에 표시된 기체 및 상기 로터(30)와 같이 상기 제어기(40)가 통제하여 수직 벽면으로부터 공중으로 이격될 수 있도록 회전하게 된다.
여기서, 상기 로터(30)는 상기 이동수단(20)과 마찬가지로 비행을 위한 전동모터(30a)가 각 로터(30)마다 개별로 구비되고, 상기 제어기(40)는 상기 로터(30)의 작동상태를 독립적으로 제어할 수 있도록 구성한다.
상기 전동모터(21a)(30a)들의 작동은 모두 상기 제어기(40)에서 제어되며, 상기 제어기(40)와 상기 전동모터(21a)(30a)들은 여러 가닥의 전선으로 연결, 구성된다.
이와 같은 상기 로터(30)의 경우, 해당 벽면으로의 부착력을 지속적으로 발생시킬 수 있기 때문에 상기 바퀴(21)의 점착성이 다소 부족한 상황 등으로 인해 기체의 고정이 어려워 벽면에서 이탈하는 문제가 발생한다 하더라도 추락을 방지할 뿐만 아니라, 다시 해당 벽면으로 복귀 또는 부착시키는 것이 가능하게 된다.
이러한 상기 로터(30) 및 제어기(40) 간의 상호 연동을 통해 불필요한 파손을 방지하는 등 기기의 내구성을 향상시키는 기술적 효과를 얻는다.
상기 제어기(40)는 마이크로프로세서나 피씨(PC) 또는 임베디드 시스템으로 구성된다. 상기 로터(30) 및 상기 이동수단(20)의 작동을 제어하는 것은 물론, 프로세서에 따라 이외의 추가적인 작업을 제어할 수 있도록 구성할 수 있다.
상기 제어기(40)는 상기 링크프레임(10)의 크로스 접합 부위 즉, 기체의 정중앙에 구비하는 형태가 바람직하다.
또한, 상기 제어기(40)는 무선통신모듈(41)을 포함하여 외부로 무선 통신 환경을 제공할 수 있도록 구성하는 것이 좋다. 상기 무선통신모듈(41)은 외부에서 사용자가 필요한 정보를 수신하는 것은 물론, 직접 필요한 명령으로 제어할 수 있는 기반으로써의 역할을 담당하게 된다.
상기 제어기(40)는 전원공급을 위한 배터리(42)를 포함하되, 상기 링크프레임(10)의 크로스 접합 부위 하단에 배치된 형태로 실시하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇은 비행뿐만이 아닌 건물이나 교량의 수직 내·외벽, 천장, 기타 경사진 벽면의 이동이 모두 가능하므로 활용 가능한 분야 또한 폭넓다.
예를 들면, 카메라나 기타 필요한 여러 장비를 추가로 탑재하는 경우, 감시나 건물 및 교량과 같은 건축 구조물의 검사나 청소, 선박과 같은 대형 물체에 대한 검사 및 청소 등 주로 사람이 접근하기 어려운 영역의 작업을 수행하는데 활용하는 것이 가능하다.
특히, 비행 및 이동을 위한 전동모터(21a)(30a)를 각 개별로 구비하여 가반중량비 즉, 비행체 자체 무게에 대한 탑재 능력이 미진했던 한계를 극복하는 기술적 특징을 포함한다.
상기에서는 본 발명에 따른 비행가능한 외벽 이동 로봇에 대한 이해를 돕기 위해 구체적인 실시 예를 들어 설명하였지만, 이러한 구체적인 실시 예로부터 본 발명의 기술사상이 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명으로부터 통상의 지식을 가진 자가 변경 또는 변형 가능한 정도 또한 본 발명의 범주로 이해하여야 할 것이다.
10 : 링크프레임 20 : 이동수단
21 : 바퀴 22 : 스프링 댐퍼
22a: 댐퍼 케이스 23 : 바퀴하우징
23a: 회전축 30 : 로터
40 : 제어기 41 : 무선통신모듈
42 : 배터리 21a, 30a: 전동모터

Claims (9)

  1. 링크프레임(10)과;
    상기 링크프레임(10)의 끝단 부위마다 각각 구비되며 이동을 위한 바퀴(21)를 포함하는 이동수단(20);
    상기 링크프레임(10) 상에 복수로 구비되어 비행을 위한 작동력을 발생시키는 로터(30);
    상기 링크프레임(10)의 크로스 접합 부위에 구비되며 상기 로터(30) 및 상기 이동수단(20)의 작동을 제어하는 제어기(40)를 포함하는 비행가능한 외벽 이동 로봇.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로터(30)는 비행시 고도나 회전, 위치를 자유롭게 제어할 수 있도록 적어도 4개로 구성하되, 상기 링크프레임(10)을 기준으로 동일 선상에 배치된 상기 로터(30)들을 한 쌍으로 하여 회전 방향을 동일하게 하고, 서로 다른 쌍들 간의 상기 로터(30)들의 회전 방향은 상반되게 구성되는 비행가능한 외벽 이동 로봇.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동수단(20)의 바퀴(21) 및 상기 로터(30)는 이동이나 비행을 위한 전동모터(21a)(30a)가 개별로 구비되어 각각의 작동상태를 독립적으로 제어하는 비행가능한 외벽 이동 로봇.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동수단(20)의 바퀴(21)는 전륜이나 후륜 중 적어도 어느 한 쌍에만 이동을 위한 전동모터(21a)가 구비된 비행가능한 외벽 이동 로봇.
  5. 청구항 4에 있어서,
    전륜이나 후륜 중 상기 전동모터(21a)가 구비되지 않는 상기 이동수단(20)의 바퀴(21)는 바퀴하우징(23)이 자유롭게 회동 가능한 회전축(23a)으로 결합, 구성된 비행가능한 외벽 이동 로봇.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동수단(20)은 각각의 상기 바퀴(21)마다 이동시 장애극복을 위한 스프링 댐퍼(22) 및 댐퍼케이스(22a)가 더 구비된 비행가능한 외벽 이동 로봇.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 바퀴(21)는 수직 외벽이나 천장에 착지가능하도록 겉면에 점착성 물질이 도포 된 비행가능한 외벽 이동 로봇.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(40)는 무선통신모듈(41)을 포함하는 비행가능한 외벽 이동 로봇.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(40)는 전원공급을 위한 배터리(42)를 포함하는 비행가능한 외벽 이동 로봇.
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