KR20150074707A - 수중 청소로봇 - Google Patents

Abstract

수중의 슬러지 등을 청소할 수 있는 수중 청소로봇이 제공된다.
개시되는 수중 청소로봇은 수중에 위치하는 슬러지를 청소하기 위하여 슬러지와 접촉하는 슬러지 처리부; 상기 슬러지 처리부에 가해지는 충격을 흡수하도록 상기 슬러지 처리부에 가해지는 하중에 따라 변형되는 충격흡수부; 및 상기 충격흡수부가 연결되는 로봇몸체;를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 충격흡수부에 가해지는 하중을 측정하기 위한 하중 측정부를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 수중 청소로봇에 의하면, 슬러지나 벽면 등 외부 부하로부터 가해지는 충격을 충격흡수부를 통해 완화함으로써 수중 청소로봇의 파손이나 고장을 최소화할 수 있게 된다.

Description

수중 청소로봇{Cleaning Robot For Underwater Use}

본 발명은 수중 청소로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중의 슬러지 등을 청소할 수 있는 수중 청소 로봇에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아님을 밝혀둔다.

제철소 내의 많은 공장에서는 철강을 제조할 때 사용되는 물이 저장되는 수조들과 냉각수로 쓰인 물, 혹은 각종 폐슬러지와 섞인 물이 모이는 수조 등 여러 종류의 수조가 존재한다. 폐슬러지가 섞여 들어가는 수조의 물은 그대로 버려지는 것이 아니라, 슬러지 처리를 한 다음에 재사용된다. 그러나, 수조 내부에 슬러지가 너무 많이 쌓이게 되면 다시 물을 순환시키기 어렵기 때문에 정기적으로 수조에 쌓인 슬러지를 청소해주어야 한다.

기존에 행해지고 있는 수조 청소의 방법으로는, 공장 수리기간에 맞추어 수조 내부에 있는 수백 톤의 물을 펌프차를 동원하여 모두 빼낸 후, 사람이 수조 내부에 들어가서 슬러지를 제거하는 방법이 있었다. 이러한 수작업의 경우, 수조의 물을 모두 빼내기 위해서는 공장의 가동이 멈추어야 하며, 이를 위해서 공장 수리기간에만 수조의 청소를 할 수 있다는 문제점이 있다. 특히, 공장의 수리기간이 한정되어있기 때문에 빠른 시간 안에 물을 빼고 넣을 수 있어야 하며, 또한 물을 뺀 이후에도 일정시간 내에 수조 내부의 슬러지를 제거해야 한다. 그러나, 수백 톤이나 되는 물을 빼고 넣는 데에는 많은 시간이 걸리고, 사람이 수조 내부에 들어가서 호스를 들고 슬러지를 빨아들이는 데에도 많은 시간이 걸리고 있는 실정이어서, 공장 수리기간 안에 수조의 청소를 완료하지 못하고 다시 물을 투입하는 경우가 자주 발생하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 수조의 물을 제거하지 않은 상태에서 수조 내부에 원격조종되는 수중 청소로봇을 투입하여 수조 내의 슬러지를 청소하는 방법이 제시된 바 있다. 이러한 방법은 공장이 가동되고 있는 상황에서도 청소가 가능하여 원하는 시기에 청소가 가능하다는 장점이 있다. 즉, 수중 청소로봇의 경우 공장 가동을 멈추지 않고 실시간으로 청소작업을 수행함으로써 공장의 생산성 향상에 큰 도움이 될 수 있다.

그러나, 제철소 수조의 용수는 각종 슬러지와 기름 성분으로 인하여 탁도가 높아 수조에 쌓인 슬러지의 위치나 양을 알 수 없다. 따라서, 종래의 수중 청소로봇의 경우, 로봇이 진행하는 방향으로 슬러지가 쌓여 있는지, 또는 얼마나 쌓여 있는지를 확인할 수 없다.

더욱이, 수조 내부의 용수에서 발생하는 물살과 유속에 따라 슬러지가 쌓인 형상과 고착화된 정도가 일정하지 않기 때문에 수중 청소로봇이 청소하는 과정에서 로봇에 부가되는 하중의 정도가 일정하지 않다. 예를 들어, 슬러지가 별로 쌓여 있지 않은 곳을 청소하는 경우에는 청소로봇에 전달되는 부하가 크지 않지만, 슬러지가 다량 쌓여있는 곳을 청소하며 주행하는 경우에는 청소로봇에 부하가 크게 발생하게 되고 이로 인해 스크류를 돌리는 모터에 큰 하중이 전달되어 모터 혹은, 동력 전달장치에 문제가 발생한다. 또한, 일정하지 않은 슬러지층 때문에 로봇 전방부에 위치한 흡입 스크류 모듈(슬러지 처리부)에 걸리는 부하의 변동이 심해 안정적인 로봇의 운전에 방해가 된다.

이와 같이, 종래의 수중 청소로봇의 경우에는 탁도가 높은 수조에서 효과적인 슬러지 제거작업을 수행할 수 없다는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개 제2013-0084770호(2013.07.26. 공개)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하기 위한 것으로서, 수중 환경에서 안정적으로 슬러지의 청소(제거)가 가능한 수중 청소로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 일 측면으로서, 슬러지나 벽면 등 외부 부하로부터 가해지는 충격을 완화하여 파손이나 고장을 최소화할 수 있는 수중 청소로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 일 측면으로서, 슬러지와 접촉하는 슬러지 처리부의 방향이 슬러지가 쌓인 지형에 따라 용이하게 조정될 수 있도록 하여 효과적인 슬러지의 처리가 가능한 수중 청소로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 일 측면으로서, 청소로봇의 이동 중 슬러지로부터 가해지는 하중을 측정함으로써 청소 로봇의 구동을 안정적으로 제어할 수 있는 수중 청소로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 일 측면으로서, 하중측정부에 구비되는 로드셀이 물과 접촉하는 것을 완전히 차단할 수 있어 수중환경에서 사용하기 적합한 하중 측정부를 갖는 수중 청소로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은, 수중에 위치하는 슬러지를 청소하기 위하여 슬러지와 접촉하는 슬러지 처리부; 상기 슬러지 처리부에 가해지는 충격을 흡수하도록 상기 슬러지 처리부에 가해지는 하중에 따라 변형되는 충격흡수부; 및 상기 충격흡수부가 연결되는 로봇몸체;를 포함하는 수중 청소로봇을 제공한다.

바람직하게, 상기 충격흡수부는 상기 슬러지 처리부에 가해지는 하중에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성댐퍼부재를 구비할 수 있다. 이때, 상기 충격흡수부는 상기 슬러지 처리부의 양측과 상기 로봇몸체 사이를 연결하도록 복수개 설치되며, 상기 탄성댐퍼부재의 길이 변화에 따라 상기 슬러지 처리부의 좌우방향 회전이 가능하도록 구성될 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 슬러지 처리부와 상기 충격흡수부 사이에는 상기 슬러지 처리부의 좌우방향 회전이 가능하도록 제1 링크부가 설치될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 의한 수중 청소로봇은, 상기 슬러지 처리부를 상하 방향으로 이동시키도록 상기 슬러지 처리부와 로봇 몸체 사이에 연결된 상하 조절부;를 추가로 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 상하 조절부는 길이방향으로 선형 구동되며, 상기 슬러지 처리부와 상기 상하 조절부 사이에는 상기 슬러지 처리부의 상하 방향 이동이 가능하도록 제2 링크부가 설치될 수 있다. 이때, 상기 제2 링크부는 볼조인트를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의한 수중 청소로봇은, 상기 충격흡수부에 가해지는 하중을 측정하기 위하여 상기 충격흡수부에 연결되는 하중 측정부;를 추가로 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 하중 측정부는, 하중을 측정하기 위한 로드셀을 수용하는 베이스 하우징과, 상기 베이스 하우징의 일단을 폐쇄하여 상기 로드셀이 물과 접촉하는 것을 차단시키는 밀폐부와, 상기 밀폐부와 접촉하여 상기 로드셀에 하중을 전달하는 하중전달부를 구비할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 밀폐부는 상기 베이스 하우징의 일단을 폐쇄하는 격막부재와, 상기 격막부재가 장착되는 밀폐 하우징을 구비할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 슬러지나 벽면 등 외부 부하로부터 가해지는 충격을 충격흡수부를 통해 완화함으로써 수중 청소로봇의 파손이나 고장을 최소화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 슬러지가 쌓인 지형에 대응하여 슬러지 처리부의 방향이 자유롭게 전환 가능하므로 수중 청소로봇에 가해지는 부하를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 슬러지 처리부가 전체적으로 처리대상 슬러지와 접촉하므로 슬러지 처리작업의 효율을 극대화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 다자유도로 구성된 링크구조를 통하여 슬러지 처리부가 좌우방향 및/또는 상하방향으로 이동 가능하므로 슬러지가 쌓인 지형에 대응하여 효과적인 슬러지의 청소(제거) 작업이 가능하다는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 탁한 수중 환경에서도 슬러지나 장애물로부터 가해지는 하중(힘)을 측정함으로써 수중 청소로봇에 가해지는 과부하에 대응할 수 있을 뿐만 아니라, 슬러지의 양, 슬러지층의 두께, 고착정도에 따라 효과적인 슬러지 청소 작업을 수행할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 영상장비를 사용하는 수중 청소로봇의 경우에는 탁한 수중 환경에서 시야를 확보할 수 없으며, 음파를 사용하는 수중 청소로봇의 경우에는 슬러지층과 같은 무른 장애물을 측정할 수 없지만, 본 발명의 일 실시예와 같이 수중 청소로봇에 가해지는 하중을 측정하고 이를 통하여 수중 청소로봇을 제어하는 경우에는 수중의 탁도나 슬러지층의 형상이나 위치에 관계없이 수중 청소로봇의 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 슬러지 청소작업을 효율적으로 진행할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 로드셀이 물과 접촉하는 것을 완전히 차단할 수 있는 하중 측정부를 구비함으로써 수중 환경에서도 안정적인 하중 측정이 가능하게 되고, 이러한 하중을 통한 제어를 수행함으로써 수중 청소로봇에 가해지는 과부하에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 청소로봇의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 수중 청소로봇의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 수중 청소로봇에서 로봇 몸체 부분을 제외한 상태의 부분 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 수중 청소로봇의 측면도.
도 5은 도 4에 도시된 수중 청소로봇에서 상하조절부가 동작하여 슬러지 처리부가 하측방향으로 이동한 상태를 도시한 측면도.
도 6 내지 도 8은 도 1에 도시된 수중 청소로봇의 작동상태를 도시한 평면도로서, 도 6은 슬러지 처리부의 양측 모두에 슬러지가 분포된 경우의 작동상태를 나타내고, 도 7은 슬러지 처리부의 좌측에 슬러지가 많은 경우의 작동상태로 도시하며, 도 8은 슬러지 처리부의 우측에 슬러지가 많이 쌓여 있는 경우의 작동상태를 도시함.
도 9는 도 1에 도시된 수중 청소로봇에 적용 가능한 하중 측정부의 일 예를 도시한 사시도.
도 10은 도 9에 도시된 하중 측정부의 단면도.
도 11은 도 9에 도시된 하중 측정부의 분해 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 한편, 본 명세서에서는 수조 내에 쌓인 침전물을 슬러지로 표현하지만, 이러한 슬러지는 진흙 등에 한정되지 않고 각종 토사 등 수조 내의 각종 침전물을 모두 포함하는 의미로 사용하기로 한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 청소로봇(100)에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 수중 청소로봇(100)은, 수중에 위치하는 슬러지를 청소하기 위하여 슬러지와 접촉하는 슬러지 처리부(110)와, 상기 슬러지 처리부(110)에 가해지는 충격을 흡수하도록 상기 슬러지 처리부(110)에 가해지는 하중에 따라 변형되는 충격흡수부(130)와, 상기 충격흡수부(130)가 연결되는 로봇몸체(101)를 포함하여 구성되며, 상기 슬러지 처리부(110)를 상하 방향으로 이동시키는 상하조절부(150)와, 상기 충격흡수부(130)에 가해지는 하중을 측정하는 하중측정부(200)를 추가로 포함할 수 있다.

먼저, 상기 슬러지 처리부(110)는 수조의 수중에 위치하는 슬러지와 접촉하여 슬러지를 청소(제거)하게 된다. 이러한 슬러지 처리부(110)는 스크류 부재(113) 등을 통하여 슬러지를 흡입하기 용이한 상태로 슬러지층으로부터 분리하거나 분쇄하여 미도시된 슬러지 흡입부에서 용이하게 흡입될 수 있도록 한다.

이러한 슬러지 처리부(110)는 일 예로서 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 도시되지 않은 동력전달부로부터 동력을 공급받아 회전 구동하는 스크류 부재(113)를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

슬러지 처리부(110)에 스크류 부재(113)가 구비되는 경우, 상기 스크류 부재(113)는 슬러지를 상기 스크류 부재(113)의 중앙으로(즉, 도 3의 'A' 방향으로) 모으도록 중앙을 기준으로 양측에 구비된 스크류(113a, 113b)의 날개 방향이 서로 반대로 구성될 수 있다. 따라서, 스크류(113a, 113b)와 접촉하는 슬러지는 스크류(113a, 113b)의 회전에 의해 슬러지 처리부(110)의 중앙으로 이송되고 도시되지 않은 슬러지 흡입부에 의해 흡입될 수 있다.

또한, 슬러지 처리부(110)는 스크류 부재(113)의 회전축을 설치하기 위한 커버(111)를 구비할 수 있으며, 상기 커버(111)에 후술하는 바와 같이 링크구조가 장착되어 슬러지 처리부(110)의 회전이나 이동을 가능하게 한다.

그리고, 상기 충격흡수부(130)는 상기 슬러지 처리부(110)에 가해지는 충격을 흡수하도록 상기 슬러지 처리부(110)에 가해지는 하중에 따라 변형될 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 충격흡수부(130)는 슬러지 처리부(110)가 슬러지층이나 장애물에 접촉하여 충격이 발생하는 경우 이러한 충격을 완충할 수 있도록 구성된다.

이를 위하여, 상기 충격흡수부(130)는 상기 슬러지 처리부(110)에 가해지는 하중에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성댐퍼부재(135)를 구비할 수 있다.

구체적으로, 상기 탄성댐퍼부재(135)는 도 2에 일 예로 도시된 바와 같이, 외력에 의해 탄성적으로 변형되는 탄성부재(131)와, 탄성부재(131)의 장착을 위해 탄성부재(131)의 양단에 설치되는 플레이트(132)와, 상기 플레이트(132) 사이에 구비되어 신축되는 신축부재(134)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 탄성부재(131)는 상기 신축부재(134)를 감싸는 코일 스프링 형태로 구비될 수 있다. 또한, 상기 신축부재(134)는 안테나 형식으로 접혀지거나 신장되는 형태로 구성될 수 있다.

이러한 탄성댐퍼부재(135)는 슬러지 처리부(110)가 슬러지층이나 장애물과 접촉하여 충격이 발생하는 충격을 탄성부재(131)의 탄성력에 의해 완화하게 되므로, 슬러지 처리부(110), 각종 링크구조물, 로봇몸체(101) 등 수중 청소로봇(100)에 가해지는 충격을 완화하여 수중 청소로봇(100)의 파손이나 고장을 최소화할 수 있게 된다.

이때, 상기 충격흡수부(130)는 상기 슬러지 처리부(110)의 양측과 상기 로봇몸체(101) 사이를 연결하여 충격을 분산시키도록 복수개 설치되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 충격흡수부(130)는 슬러지 처리부(110)의 양측과 로봇몸체(101) 사이를 연결하도록 2개 설치될 수 있으나, 후술하는 상하조절부(150)에 설치되는 탄성댐퍼부재(155)를 포함하여 3개 이상 설치될 수도 있으며, 하나의 충격흡수부(130)가 설치되는 것도 가능하다.

일 예로서, 충격흡수부(130)가 슬러지 처리부(110)의 양측과 로봇몸체(101) 사이를 연결하도록 2개 이상 설치되는 경우에는 탄성댐퍼부재(135)의 길이 변화에 따라 상기 슬러지 처리부(110)의 좌우방향 회전이 가능하게 된다. 즉, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 슬러지(S)의 적층형태에 따른 하중 변경에 대응하여 슬러지 처리부(110)의 양측에 각각 연결된 탄성댐퍼부재(135)의 신축 길이의 변화가 발생하여 탄성댐퍼부재(135)의 길이가 변화되고, 이를 통하여 슬러지 처리부(110)의 좌우방향(도 1의 "Y" 축 방향)의 회전이 가능하게 된다.

한편, 상기 슬러지 처리부(110)의 좌우방향 회전이 가능하도록 슬러지 처리부(110)와 충격흡수부(130) 사이에는 제1 링크부(120)가 설치될 수 있다.

이러한 제1 링크부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 브라켓(121, 122)에 형성된 핀연결부(P1)를 통하여 슬러지 처리부(110)가 좌우방향으로 회전 가능하도록 한다.

따라서, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 청소로봇(100)은 충격흡수부(130)의 탄성댐퍼부재(135)를 통하여 슬러지(S)와 같은 장애물로 인한 충격 흡수가 가능할 뿐만 아니라, 회전가능하게 구성된 제1 링크부(120)의 링크구조 및 탄성댐퍼부재(135)의 신축을 통하여 슬러지 처리부(110)의 좌우방향 회전이 가능하므로 슬러지(S)의 적층 형태에 따른 능동적인 슬러지 제거 작업이 가능하게 된다.

그리고, 상기 충격흡수부(130)는 로봇몸체(101)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 충격흡수부(130)는 로봇몸체(101)에 직접 연결될 수도 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 후술하는 하중측정부(200)를 개재하여 로봇몸체(101)에 연결되는 것도 가능하다. 이러한 로봇몸체(101)에는 수중 청소로봇(100)의 이동이나 슬러지 처리부(110)의 구동을 위한 전원공급장치, 수중 청소로봇(110)의 제어를 위한 각종 제어장치 등이 구비될 수 있다. 또한, 로봇몸체(101)에는 슬러지 처리부(110)에서 모아진 슬러지를 흡입하기 위한 슬러지 흡입부가 연결되거나 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 청소로봇(100)은, 상기 슬러지 처리부(110)를 상하 방향(도 1 및 도 4의 "Z" 방향)으로 이동 가능하도록 상하조절부(150)를 추가로 포함할 수 있다.

즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상하조절부(150)는 슬러지 처리부(110)와 로봇몸체(101) 사이에 연결되며, 상하조절부(150)의 길이방향(도 4의 "L" 방향)으로 선형으로 신장, 축소하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 상하조절부(150)는 상하조절부(150)의 길이를 조절하기 위하여 신장 또는 축소되는 선형구동부(151)를 구비할 수 있다. 이러한 선형구동부(151)는 직선방향의 움직임을 구현하기 위하여 회전식 모터와 볼스크류 감속장치로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 유압실린더 등 공지의 선형구동장치가 사용될 수 있다.

또한, 상기 상하조절부(150)는 선형구동부(151)에 연결되어 슬러지 처리부(110)로부터 전달되는 충격을 완화할 수 있도록 탄성댐퍼부재(155)를 구비할 수 있다.

이러한 탄성댐퍼부재(155)는 충격흡수부(130)에 구비되는 탄성댐퍼부재(135)와 마찬가지로 충격을 흡수하도록 구성될 수 있다.

일 예로서, 상기 탄성댐퍼부재(155)는, 외력에 의해 탄성적으로 변형되는 탄성부재(153)와, 탄성부재(153)의 장착을 위해 탄성부재(153)의 양단에 설치되는 플레이트(156)와, 상기 플레이트(156) 사이에 구비되어 신축되는 신축부재(152)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 탄성부재(153)는 상기 신축부재(152)를 감싸는 코일 스프링 형태로 구비될 수 있다. 또한, 상기 신축부재(152)는 안테나 형식으로 접혀지거나 신장되는 형태로 구성될 수 있다.

한편, 상기 슬러지 처리부(110)와 상하조절부(150) 사이에는 슬러지 처리부(110)의 상하 방향 이동이 가능하도록 제2 링크부(160)가 설치될 수 있다.

이러한 제2 링크부(160)는 도 2에 도시된 바와 같이, 슬러지 처리부(110)에 연결되는 브라켓(161)과 상하조절부(150)에 연결되는 브라켓(162) 사이에서 핀연결부(P3)를 통하여 연결될 수 있다.

상기 핀연결부(P3)는 상기 상하조절부(150)의 신축에 의한 슬러지 처리부(110)의 상하방향 조절뿐만 아니라, 충격흡수부(130)에 의한 슬러지 처리부(110)의 좌우방향 조절까지 가능하도록 볼조인트(163)로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 링크부(120)는 상기 상하조절부(150)에 의해 상기 제2 링크부(160)에서 상하방향의 이동이 이루어질 때 슬러지 처리부(110)가 상하방향으로 이동할 수 있도록 브라켓(122, 137) 사이의 핀연결부(P2)를 추가로 구비할 수 있다.

그리고, 상기 상하조절부(150)의 신축을 통한 슬러지 처리부(110)의 상하방향 이동시 상기 상하조절부(150)의 상하방향 회전이 보다 자유롭게 이루어지도록 상하조절부(150)와 로봇몸체(101) 사이에 몸체 링크부(170)가 형성되는 것도 가능하다.

이러한 몸체 링크부(170)는 제2 링크부(160)와 유사하게 브라켓(171, 172) 사이의 핀연결부(P4)를 통하여 연결될 수 있다. 또한, 상기 상하조절부(150)가 상하 및 좌우방향으로 자유롭게 회전할 수 있도록 상기 핀연결부(P4)는 볼조인트(173)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 전술한 충격흡수부(130) 및/또는 상하조절부(150)는 로봇몸체(101)와 직접 연결되는 것도 가능하지만, 별도의 연결 프레임(190)을 통해 연결되는 것도 가능하다.

이때, 연결 프레임은 상하조절부(150) 및 충격흡수부(130)의 일체적인 거동이 가능하도록 링크 연결부(180)에 의해 연결될 수 있다. 또한, 상기 링크 연결부(180)는 슬러지 처리부(110)의 자유로운 회전이 보다 용이하게 구현될 수 있도록 추가적인 핀 결합부(P5, P6)가 구비되는 것도 가능하다.

한편, 종래의 수중 청소로봇은 카메라와 같은 영상장비를 구비하여 작업자가 청소 대상 영역을 확인하면서 수중 청소로봇을 제어하도록 구성되어 있지만, 제철소에 구비된 수조에 수용된 용수는 각종 슬러지와 기름성분으로 인하여 탁도가 높아 영상장비를 사용할 수 없다. 즉, 탁한 수조 용수의 특성상 청소하는 도중에 수중의 모습을 볼 수 없으므로, 운전자는 정확하게 로봇의 주변 상황을 인지하면서 청소로봇을 제어하기 힘들다.

또한, 종래의 수중 청소로봇은 영상장비 대신에 수중용 소나(Sonar) 센서를 이용하기도 하지만, 이러한 소나 센서는 수조의 벽면을 검출하여 청소로봇의 상대적인 위치를 알아낼 수 있을 뿐이며 이물질이 많이 존재하는 수조의 용수 특성상 정확한 청소로봇의 위치정보를 검출하는데 한계가 있다. 특히, 소나 센서는 1차원 스캔 방식으로서 소나 센서가 위치하는 높이의 장애물만 탐지할 수 있고 초음파를 반사시킬 수 있는 견고한 구조를 가진 물체, 예를 들어 수조의 벽면만을 검출할 수 있으므로 수조 내부에 쌓인 슬러지의 양을 검출할 수 없다는 단점이 존재한다. 따라서, 운전자는 수조의 어느 방향, 어느 위치에 슬러지가 대략 얼마만큼 쌓여있다라고 하는 대략적인 정보만을 가지고 청소로봇을 운전하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 청소로봇(100)은 슬러지 처리부(110)를 통하여 충격흡수부(130)에 가해지는 하중을 측정하기 위하여 상기 충격흡수부(130)에 연결되는 하중측정부(200)를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 하중측정부(200)를 이용하여 수중 청소로봇(100)에 가해지는 하중을 측정함으로써 수중 청소로봇(100)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.

이러한 하중측정부(200)는 연결부재(201)를 통하여 로봇몸체(101)에 연결될 수 있지만, 수중 청소로봇(100)에 전달되는 하중을 측정할 수 있다면 그 설치위치나 설치방법은 제한되지 않는다.

이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 청소로봇(100)에 장착될 수 있는 하중측정부(200)의 일 예에 대해 살펴본다.

도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 하중측정부(200)는, 하중을 측정하기 위한 로드셀(210)과, 상기 로드셀(210)을 수용하는 베이스 하우징(220)과, 상기 베이스 하우징(220)의 일단을 폐쇄하여 상기 로드셀(210)이 물과 접촉하는 것을 차단시키는 밀폐부(240)와, 외부에서 가해진 하중을 상기 로드셀(210)에 전달하기 위한 하중 전달부(250)를 구비할 수 있다.

상기 로드셀(load cell)(210)은 하중계의 일종으로서 외부로부터 가해지는 하중(힘)에 비례한 전압이나 압력에 의해 변환하는 변환기이다.

일 예로서, 도 10에 도시된 바와 같이 로드셀(210)은 고정된 바디에 연결되는 기준축(211)에 대한 상대적인 외부힘의 크기를 측정부(213)를 통하여 측정하도록 구성될 수 있다. 그러나, 하중측정부(200)에 구비되는 로드셀(210)은 하중의 감지가 가능하다면 그 형태나 방식은 제한되지 않으며 공지의 다양한 로드셀이 적용될 수 있다.

이러한 로드셀(210)은 물과 접촉하는 경우 손상되거나 오작동할 수 있으므로 수중환경에서 사용하기 위해서는 밀폐 설치가 필요하다.

이를 위하여 로드셀(210)은 상단이 개방된 베이스 하우징(220) 내의 수용공간(221)에 설치되고, 베이스 하우징(220)의 상단은 밀폐부(240)에 의해 밀봉되어 물과 접촉하는 것이 차단된다.

구체적으로, 상기 밀폐부(240)는 베이스 하우징(220)의 일단을 폐쇄하도록 베이스 하우징(220)의 상단에 설치되는 격막부재(241)와, 상기 격막부재(241)가 장착되는 밀폐 하우징(242)을 구비할 수 있다. 이때, 밀폐 하우징(242)과 베이스 하우징(220) 사이의 공간으로 물이 침투하는 것을 차단하기 위하여 상기 밀폐 하우징(242)과 베이스 하우징(220) 사이에는 실링부재(S1)가 장착될 수 있다.

상기 격막부재(241)는 베이스 하우징(220)의 상단을 밀폐하여 로드셀(210)로 물이 침투하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 외부에서 전달되는 힘을 로드셀(210)로 전달하는 역할을 수행하게 된다. 이를 위하여 상기 격막부재(241)는 고무나 우레탄 등 탄성재질로 형성되어 외부의 힘에 쉽게 변형될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 격막부재(241)는 탄성재질로 형성되어 외부에서 전달된 힘을 최대한 로드셀(210)로 전달할 뿐만 아니라 밀봉기능을 수행하게 된다.

이러한 격막부재(241)의 설치를 위하여 밀폐 하우징(242)에는 격막부재(241)의 안착 공간이 형성된다.

한편, 상기 격막부재(241)에 전달된 하중이 상기 로드셀(210)의 측정부(213)로 전달될 수 있도록 상기 격막부재(241)는 로드셀(210)의 측정부(213)와 직접 접촉하거나 접촉부재(230)를 통하여 간접적으로 접촉하도록 구성될 수 있다.

이를 위하여, 상기 격막부재(241)는 로드셀(210)의 측정부(213) 또는 접촉부재(230)와 접촉할 수 있는 높이에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 밀폐 하우징(242)은 상기 격막부재(241)가 로드셀(210)의 측정부(213) 또는 접촉부재(230)와 접촉할 수 있도록 내부에 중공 공간(242a)이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 접촉부재(230)는 격막부재(241)로부터 전달된 힘을 측정부(213)에 일정한 방향으로 전달하기 위하여 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 측정부(213)의 상단을 감싸도록 설치되어 로드셀(210)의 측정부(213) 및 격막부재(241)와 각각 접촉하게 된다.

그리고, 상기 하중 전달부(250)는 외부에서 가해진 하중을 상기 로드셀(210)에 전달하도록 구성된다.

이를 위하여 상기 하중 전달부(250)는, 격막부재(241)와 접촉하여 로드셀(210)에 하중을 전달하는 하중 전달부재(270)와, 상기 하중 전달부재(270)의 직선운동을 가이드하는 가이드 하우징(260)을 구비할 수 있다.

즉, 로드셀(210)의 기준축(211)과 동일한 방향으로 하중이 가해져야 로드셀(210)의 측정부(213)를 통한 정확한 하중 측정이 가능하므로, 상기 하중 전달부재(270)는 상기 기준축(211)과 동일한 방향으로는 이동 가능하되 다른 방향으로는 이동이 제한되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 가이드 하우징(260)은 몸체(261) 부분에 로드셀(210)의 기준축(211)과 동일한 방향으로 하중 전달부재(270)를 수용하기 위한 공간(261a)이 형성될 수 있다.

이와 같이, 하중 전달부재(270)가 가이드 하우징(260)에 의해 기준축(211) 방향으로만 이동될 수 있으므로 하중 전달부재(270)에 가해지는 힘의 방향과 관계없이 로드셀(210)에 안정적으로 하중의 전달이 가능하여 정확한 하중(힘)의 크기를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 로드셀(210)에 무리한 힘이 가해져 로드셀(210)이 파손되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 하중 전달부재(270), 격막부재(241), 로드셀(210) 사이에는 아무런 결속력이 없기 때문에 수중용 하중 측정장치(200)는 하중 전달부재(270)의 이동방향에 따른 압축력만 측정할 수 있지만, 부재 상호간의 결속력이 없기 때문에 정확한 하중의 측정이 가능하게 된다.

한편, 전술한 격막부재(241)는 별도의 고정수단을 통하여 밀폐 하우징(242)에 장착되는 것도 가능하지만, 가이드 하우징(260)을 구비하는 실시예의 경우 상기 격막부재(241)는 상기 밀폐 하우징(242)과 가이드 하우징(260)의 결합에 의하여 위치 고정될 수 있다.

즉, 상기 밀폐 하우징(242)과 가이드 하우징(260)의 사이에 격막부재(241)를 위치시킨 상태에서 가이드 하우징(260)의 일측 플랜지(263)에 형성된 결합공(263a)을 통하여 가이드 하우징(260)과 밀폐 하우징(242)을 결합할 수 있다.

이때, 상기 격막부재(241)의 양면의 단부에는 로드셀(210)로 수분이 유입되는 것을 차단하기 위하여 실링부재(S2,S3)가 장착될 수 있다. 이때, 일측의 실링부재(S3)는 가이드 하우징(260)과 밀폐 하우징(242) 사이의 수분의 침투를 방지하게 되며, 타측의 실링부재(S2)는 밀폐 하우징(242)의 설치홈(242b)에 안착되어 밀폐 하우징(242)과 격막부재(241) 사이를 밀봉함으로써 로드셀(210)로의 2차적인 수분 침투를 방지하게 된다. 따라서, 상기 하중측정부(200)는 2개의 실링부재(S2, S3)에 의한 확실한 밀폐가 가능하게 되어 로드셀(210)로의 수분 침투를 안정적으로 차단할 수 있게 된다. 더욱이, 탄성재질로 형성되는 격막부재(241)가 가이드 하우징(260) 및 밀폐 하우징(242)의 단부에 압착되어 설치되므로 격막부재(241)를 통한 추가적인 밀폐 기능을 달성할 수 있게 된다.

한편, 상기 가이드 하우징(260)의 타단의 플랜지(262)에 장착공(262a)이 형성되어 하중측정부(200)를 충격흡수부(130)에 설치할 수 있으며, 베이스 하우징(220)에도 연결부재(201) 등에 설치 가능하도록 설치홈(222)이 구비될 수 있다.

이러한 하중측정부(200)를 통하여, 수중 청소로봇(100)의 이동 또는 슬러지 처리 작업시 슬러지 등으로 인하여 슬러지 처리부(110)나 충격흡수부(130) 등에 작용하는 하중을 실시간으로 측정할 수 있으며, 하중측정부(200)에서 측정된 하중에 따라 슬러지 처리부(110)의 구동이나 로봇몸체(101)의 이동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 하중측정부(200)에서 측정되는 하중이 크면 운전 속도를 적절하게 조절하여 수중 청소로봇(100)이 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 청소로봇(100)의 진행방향으로 부가되는 하중이 없으면 슬러지층이 없거나, 혹은 이미 청소가 이루어진 구간으로 간주하여 빠르게 진행할 수 있도록 제어하는 것도 가능하다. 또한, 하중측정부(200)를 통하여 과다한 하중이 감지되면 로봇몸체(101)의 이동이나 슬러지 처리부(110)의 구동을 제한하도록 구성될 수 있다.

따라서, 하중측정부(200)를 이용하는 경우, 수중 청소로봇(100)의 파손이나 고장을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 빠르고 효율적인 슬러지 청소작업이 가능하게 된다.

다음으로, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 청소로봇(100)의 작용효과에 대해 살펴본다.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여 슬러지 처리부(110)의 상하방향("Z" 방향)의 구동에 대해 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 선형구동부(151)는 길이방향(L)으로 신장되거나 축소될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 선형구동부(151)가 길이방향(L)으로 신장되는 경우 선형구동부(151)의 신장에 따라 제2 링크부(160)의 핀연결부(P3)를 기준으로 슬러지 처리부(110)가 회전하여 하측 방향("Z" 방향)으로 이동하게 된다. 이때, 슬러지 처리부(110)는 하중측정부(130)와 슬러지 처리부(110) 사이의 핀연결부(P2)를 통해 회전 가능하므로 슬러지 처리부(110)의 원활한 상하방향 회전이 이루어질 수 있다.

한편, 로봇몸체(101) 측에도 핀연결부(P4, P5)가 설치되는 것이 가능하며, 이러한 핀연결부(P4, P5)를 통하여 링크구조의 자유도가 향상되어 슬러지 처리부(110)의 보다 원활한 구동이 가능하게 된다.

따라서, 선형구동부(151)의 신장되는 경우에는 슬러지 처리부(110)가 하측방향으로 이동하게 되고, 선형구동부(151)가 축소되는 경우에는 슬러지 처리부(110)가 상측방향으로 이동하게 된다. 이를 이용하여 높게 쌓여 있는 슬러지층을 무너뜨릴 수 있게 된다.

또한, 슬러지 처리부(110)의 상하 방향 이동시에 가해지는 충격은 충격흡수부(130)의 탄성댐퍼부재(135) 및/또는 상하조절부(150)의 탄성댐퍼부재(155)에 의해 완충될 수 있으므로, 수중 청소로봇(100)에 과다한 하중이 가해져 파손이나 고장되는 것을 최소화할 수 있다.

다음으로, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 슬러지 처리부(110)의 좌우방향(도 1의 "Y" 방향)의 구동에 대해 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 슬러지(S)가 쌓여 있는 곳으로 수중 청소로봇(100)이 전진하여 슬러지(S)와 접촉하게 되면, 작용반작용 법칙에 의하여 충격흡수부(130)의 탄성댐퍼부재(135)와 상하조절부(150)의 탄성댐퍼부재(155)가 압축되고, 하중측정부(200)에 하중이 전달된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 슬러지 처리부(110)의 양측이 슬러지(S)와 접촉하는 경우에는 슬러지 처리부(110)의 좌측에서 가해지는 힘(F1)과 우측에서 가해지는 힘(F2)이 서로 비슷하며, 이러한 힘은 충격흡수부(130)의 탄성댐퍼부재(135)와 상하조절부(150)의 탄성댐퍼부재(155)로 분산(f1, f2, f3)되어 전달되면서 완충된다.

따라서, 수중 청소로봇(100)이 슬러지(S)나 장애물과 충격하여 큰 하중이 전달되는 경우에도 탄성댐퍼부재(135, 155)를 통하여 완충이 이루어지므로 수중 청소로봇(100)의 파손이나 고장을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 하중측정부(200)를 통하여 실시간으로 측정된 하중은 운전자에게 전달되며, 운전자는 수중 청소로봇(100)의 주변을 볼 수 없는 상태에서도 하중측정부(200)에서 측정된 하중을 통하여 수중 청소로봇(100)의 전면에 위치한 장애물을 인식할 수 있게 된다. 따라서, 운전자가 하중측정부(200)에 가해지는 하중을 확인하면서 슬러지 처리부(110)의 구동이나 수중 청소로봇(100)의 이동을 제어할 수 있으므로 안정적인 슬러지 제거 작업이 수행될 수 있다.

한편, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 슬러지(S)가 적층되는 형태는 수중 청소로봇(100)의 전진방향과 일치하지 않고 왼쪽이나 오른쪽으로 치우친 형태를 가질 수 있다. 이러한 경우에는 슬러지(S)와 접촉함에 따라 양측에 위치하는 충격흡수부(130)의 탄성댐퍼부재(135)에 전달되는 하중이 서로 달라지고, 탄성댐퍼부재(135)는 전달되는 하중에 비례하여 압축이 이루어진다.

예를 들어, 도 7과 같이, 슬러지(S)가 왼쪽에 치우쳐 형성된 경우에는 좌측에서 가해지는 하중(F1)이 우측에서 가해지는 하중(F2)보다 크게 되며, 좌측의 충격흡수부(130)에 전달되는 하중(f1)이 우측의 충격흡수부(130)에 전달되는 하중(f2)보다 크게 된다. 따라서, 좌측의 충격흡수부(130)가 우측의 충격흡수부(130)보다 많이 압축되며 결국 슬러지 처리부(110)는 좌측방향으로 회전하게 된다. 이때, 슬러지 처리부(110)와 충격흡수부(130) 사이에 위치하는 제1 링크부(120)의 핀연결부(P1)를 통하여 슬러지 처리부(110)의 회전이 가능하게 된다. 또한, 슬러지 처리부(110)는 상하조절부(150)와 제2 링크부(160)의 볼조인트(163)[핀연결부(P3)]를 통하여 연결되므로 슬러지 처리부(110)는 상하조절부(150)와의 연결위치에서도 원활한 회전이 이루어질 수 있다.

또한, 좌측의 하중측정부(200)에 가해지는 하중이 우측의 하중측정부(200)에 가해지는 힘보다 크게 되므로 운전자는 슬러지(S)와의 접촉 여부 및 슬러지(S)의 적층형태를 인식할 수 있게 되고, 이에 대응하여 수중 청소로봇(100)의 구동을 제어할 수 있게 된다.

반대로, 도 8과 같이 슬러지(S)가 오른쪽에 치우쳐 형성된 경우에는 우측에서 가해지는 하중(F2)이 좌측에서 가해지는 하중(F1)보다 크므로, 우측의 충격흡수부(130)가 좌측의 충격흡수부(130)보다 많이 압축되며 결국 슬러지 처리부(110)는 우측방향으로 회전하게 된다. 또한, 좌우측의 하중측정부(200)에 가해지는 하중(f1, f2)을 토대로 운전자는 슬러지(S)와의 접촉 여부 및 슬러지(S)의 적층형태를 인식할 수 있게 되고, 이에 대응하여 수중 청소로봇(100)의 구동을 제어할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100... 수중 청소로봇 101... 로봇 몸체
110... 슬러지 처리부 111... 커버
113... 스크류 부재 120... 제1 링크부
130... 충격흡수부 131... 탄성부재
132... 플레이트 134... 신축부재
135... 탄성댐퍼부재 150... 상하 조절부
151... 선형구동부 152... 신축부재
153... 탄성부재 155... 탄성댐퍼부재
156... 플레이트 160... 제2 링크부
163... 볼 조인트 170... 몸체 링크부
173... 볼 조인트 180... 링크 연결부
190... 연결 프레임 200... 하중 측정부
201... 연결부재 210... 로드셀
220... 베이스 하우징 230... 접촉부재
240... 밀폐부 241... 격막부재
242... 밀폐 하우징 250... 하중전달부
260... 가이드 하우징 270... 하중 전달부재
P1, P2 P3, P4, P5, P6 : 핀연결부 S... 슬러지
S1, S2, S3... 실링부재

Claims (10)

1. 수중에 위치하는 슬러지를 청소하기 위하여 슬러지와 접촉하는 슬러지 처리부;
   상기 슬러지 처리부에 가해지는 충격을 흡수하도록 상기 슬러지 처리부에 가해지는 하중에 따라 변형되는 충격흡수부; 및
   상기 충격흡수부가 연결되는 로봇몸체;
   를 포함하는 수중 청소로봇.
2. 제1항에 있어서,
   상기 충격흡수부는 상기 슬러지 처리부에 가해지는 하중에 따라 탄성적으로 변형되는 탄성댐퍼부재를 구비하는 수중 청소로봇.
3. 제2항에 있어서,
   상기 충격흡수부는 상기 슬러지 처리부의 양측과 상기 로봇몸체 사이를 연결하도록 복수개 설치되며, 상기 탄성댐퍼부재의 길이 변화에 따라 상기 슬러지 처리부의 좌우방향 회전이 가능한 수중 청소로봇.
4. 제1항에 있어서,
   상기 슬러지 처리부와 상기 충격흡수부 사이에는 상기 슬러지 처리부의 좌우방향 회전이 가능하도록 제1 링크부가 설치되는 수중 청소로봇.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬러지 처리부를 상하 방향으로 이동시키도록 상기 슬러지 처리부와 로봇 몸체 사이에 연결된 상하 조절부;
   를 추가로 포함하는 수중 청소로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 상하 조절부는 길이방향으로 선형 구동되며,
   상기 슬러지 처리부와 상기 상하 조절부 사이에는 상기 슬러지 처리부의 상하 방향 이동이 가능하도록 제2 링크부가 설치되는 수중 청소로봇.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 링크부는 볼조인트를 포함하여 구성되는 수중 청소로봇.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 충격흡수부에 가해지는 하중을 측정하기 위하여 상기 충격흡수부에 연결되는 하중 측정부;
   를 추가로 포함하는 수중 청소로봇.
9. 제8항에 있어서,
   상기 하중 측정부는,
   하중을 측정하기 위한 로드셀을 수용하는 베이스 하우징과,
   상기 베이스 하우징의 일단을 폐쇄하여 상기 로드셀이 물과 접촉하는 것을 차단시키는 밀폐부와,
   상기 밀폐부와 접촉하여 상기 로드셀에 하중을 전달하는 하중전달부를 구비하는 수중 청소로봇.
10. 제9항에 있어서,
    상기 밀폐부는 상기 베이스 하우징의 일단을 폐쇄하는 격막부재와, 상기 격막부재가 장착되는 밀폐 하우징을 구비하는 수중 청소로봇.

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