KR20230163957A - 자력을 이용하여 벽면을 주행하는 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 플레이트로 이루어지며, 상기 플레이트의 적어도 일부 상에 제어 유닛이 설치되는 몸체; 및 상기 몸체의 각 코너에 배치되고 각각 개별적으로 조향 및 구동 제어되는 복수 개의 바퀴 모듈로서, 각각의 바퀴 모듈은 주행 바퀴, 상기 주행 바퀴의 회전을 위한 제1 액추에이터 및 상기 주행 바퀴의 조향을 위한 제2 액추에이터를 포함하고, 상기 주행 바퀴는 3개의 서로 이격된 휠과 상기 3개의 휠 중 인접한 휠 사이에 각각 삽입되는 2개의 원반형의 자석을 포함하는 것인, 복수 개의 바퀴 모듈을 포함하는 벽면주행로봇에 관한 것이다.

Description

자력을 이용하여 벽면을 주행하는 로봇{robot that runs on walls using magnetic force}

본 발명은 벽면주행로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각각 개별적으로 조향 및 구동 제어되는 복수 개의 바퀴 모듈을 통해 모든 방향으로 그리고 다양한 방식으로 자유롭게 이동이 가능한 벽면주행로봇에 관한 것이다.

금속 벽, 철판 및 다른 금속 재료의 수직 표면 또는 수평 표면에 로봇을 고정하고 이동시키는 작업은 다양한 산업 분야에서 중요한 업무일 수 있다. 이러한 작업은 건설 업체, 공장, 창고 및 다른 환경에서 자동화 및 로봇 기술을 활용하는 데 필수적일 수 있다. 기존의 로봇 및 이동 장치는 표면에 고정하는 데 사용되는 다양한 방법을 채택하고 있지만, 이러한 방법들은 여전히 개선의 여지가 있다.

기존의 고정 방법 중 일부는 복잡하고 비용이 많이 들며, 시간과 노력을 낭비할 수 있다. 또한, 일부 방법은 표면에 손상을 입힐 수 있거나 원하는 위치로 정확하게 이동하지 못할 수 있다. 더 나아가, 일부 작업 환경은 전기적 또는 전자적 장치를 사용하는 로봇에 대한 안전 문제를 야기할 수 있다.

따라서 본 발명은 자석 및 자력을 활용하여 철판 및 금속 벽과 같은 표면에 안전하게 고정되고 이동하는 로봇 시스템을 제공함으로써 위에서 언급한 문제점들을 해결하고자 한다.

본 발명은 표면에 높은 접착력을 가지면서도 쉽게 분리 가능하며, 고정 위치를 정확하게 유지할 수 있는 기술을 기반으로 하고 있다. 또한, 이 발명은 환경 안전성 및 작업자 안전을 고려하여 설계되었으며, 로봇의 안전 이동을 보장할 수 있다.

이러한 기술적 문제를 해결하는 새로운 방법을 개발하고자 함으로써, 이 발명은 로봇 기반의 자동화 작업을 효율적으로 수행하고 고급 제조 및 건설 과정에서의 성능과 정확성을 향상시키기 위한 중요한 발전을 나타내고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2010-0010578호

본 발명의 다양한 과제 중 하나는, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 몸체의 각 코너에 배치되는 복수 개의 바퀴 모듈을 각각 개별적으로 구동 및 조향할 수 있도록 하여 주행의 자유도를 획기적으로 높인 벽면주행로봇을 제공함에 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 적어도 하나의 플레이트로 이루어지며, 상기 플레이트의 적어도 일부 상에 제어 유닛이 설치되는 몸체; 및 상기 몸체의 각 코너에 배치되고 각각 개별적으로 조향 및 구동 제어되는 복수 개의 바퀴 모듈로서, 각각의 바퀴 모듈은 주행 바퀴, 상기 주행 바퀴의 구동을 위한 제1 액추에이터 및 상기 주행 바퀴의 조향을 위한 제2 액추에이터를 포함하고, 상기 주행 바퀴는 3개의 서로 이격된 휠과 상기 3개의 휠 중 인접한 휠 사이에 각각 삽입되는 2개의 원반형의 자석을 포함하는 것인, 복수 개의 바퀴 모듈;을 포함하고, 상기 벽면주행로봇이 작업면에 부착되었을 때, 상기 자석은 작업면으로부터 0.4mm 내지 0.6mm 인 간극(G)를 두고 이격되어 있는 벽면주행로봇을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 벽면주행로봇이 작업면에 부착되었을 때, 상기 자석은 작업면으로부터 0.5mm 인 간극(G)를 두고 이격될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 액추에이터가 상기 3개의 휠 중 바깥쪽 휠에 직접 부착되어 상기 제1 액추에이터의 회전구동력이 상기 주행 바퀴에 직접 전달될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 각각의 바퀴 모듈은 상기 주행 바퀴와 상기 몸체 사이에 제1 톱니바퀴를 포함하고, 각각의 바퀴 모듈의 상기 제2 액추에이터는 제2 톱니바퀴를 포함하며, 상기 제2 액추에이터가 구동될 때 제2 톱니바퀴를 통해 제1 톱니바퀴로 회전구동력이 전달되어, 상기 주행 바퀴가 상기 몸체에 수직한 조향회전축(Y)을 중심으로 회전할 수 있는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 하나의 바퀴 모듈로도 상기 벽면주행로봇의 전체 무게를 지탱할 수 있도록 상기 자석의 자력이 결정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 몸체의 상면 또는 하면에 설치되고 미리 결정된 작업을 수행하도록 구성된 장치를 포함하는 작업 유닛을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 미리 결정된 작업은 선박 외벽의 페인트 또는 오염물을 제거하는 작업일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 몸체는 복수 개의 서브 몸체로 이루어지고, 상기 복수 개의 서브 몸체 중 인접한 2개의 서브 몸체 사이에는 힌지 결합 방식으로 연결되는 연결부가 구비되는 것일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 연결부에서 마주하는 인접한 2개의 서브 몸체의 양 측면이 이루는 내각을 각도(α)라 할 때, 상기 각도(α)는 0°이상 45°이하일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 몸체는 동일한 크기의 4개의 사각형의 서브 몸체로 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 벽면주행로봇은, 상기 몸체의 각 변에 설치되고, 상기 벽면주행로봇의 진행방향 전방의 지면의 높낮이 및 경사를 탐지하도록 구성된 감지 센서; 및 각각의 상기 연결부마다 설치되어 상기 각도(α)를 제어하도록 구성되는 선형 액추에이터를 더 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 감지 센서로부터 전달된 전기적인 신호에 기초하여 상기 벽면주행로봇의 진행방향 전방의 지형을 모델링하도록 구성되고, 상기 제어 유닛은 상기 모델링을 이용하여 다가오는 벽면주행로봇의 진행방향 전방 측의 작업면의 높낮이 및 경사에 적합한 상기 각도(α)를 결정하고, 상기 벽면주행로봇 이동함에 따라 결정된 각도(α)에 맞추어 상기 선형 액추에이터를 동적으로 제어하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 바퀴 모듈은 스워브 드라이브(swerve drive) 방식으로 구동될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇은 복수 개의 바퀴 모듈을 각각 개별적으로 구동 및 조향할 수 있음으로써, 전진, 후진 및 방향 전환 등의 일반적인 주행은 물론 평행 이동, 제자리 회전 등의 특수한 주행도 가능한 효과가 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들의 특징들 및 이득들은 첨부 도면들과 함께 처리되는 하기의 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇의 정면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇의 여러 바퀴 모듈 중 하나의 바퀴 모듈 부분을 확대한 사시도이다.
도 3 은 본 발명의 변형예에 따른 벽면주행로봇이 곡면의 선박 외벽을 주행할 때, 몸체가 상측으로 소정 각도로 접혀지는 모습을 간략히 나타낸 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

예를 들어, 「동일」 및 「동일하다」 등 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 같은 기능이 얻어지는 정도의 차가 존재하고 있는 상태도 나타낸다.

예를 들어, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라」, 「나란하게」, 「수직하게」, 「중심으로」, 「동심」 혹은 「동축」등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 같은 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 가지고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타낸다.

이하에서 언급되는 구성요소 앞에 '제1, 제2, 제3' 등의 표현이 붙는 용어 사용은, 지칭하는 구성요소의 혼동을 피하기 위한 것일 뿐, 구성요소들 사이의 순서, 중요도 또는 주종관계 등과는 무관하다. 예를 들면, 제1구성요소 없이 제2구성요소 만을 포함하는 발명도 구현 가능하다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이제 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇에 대하여 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇의 정면도를 도시한다. 도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇은, 적어도 하나의 플레이트(11)로 이루어지며, 이 플레이트(11)의 적어도 일부 상에 제어 유닛(3)이 설치되는 몸체(1); 몸체(1)의 각 코너에 배치되고 각각 개별적으로 조향 및 구동 제어되는 복수 개의 바퀴 모듈(2)로서, 각각의 바퀴 모듈(2)은 주행 바퀴(21), 주행 바퀴(21)의 구동을 위한 제1 액추에이터(22) 및 주행 바퀴(21)의 조향을 위한 제2 액추에이터(23)를 포함하고, 주행 바퀴(21)는 3개의 휠(211)과 상기 3개의 휠(211) 중 인접한 휠(211) 사이에 각각 삽입되는 2개의 원반형의 자석(212)을 포함하는 것인, 복수 개의 바퀴 모듈(2)을 포함한다.

(몸체)

몸체(1)는 적어도 하나의 플레이트(11)를 포함하는 대략적으로 판상(板狀)형의 형태로 이루어진다. 이 플레이트(11)의 각각의 코너의 하면 측에는 바퀴 모듈(2)이 설치되어 있고, 이 플레이트(11)의 적어도 일부 상에는 이 바퀴 모듈(2)을 제어하기 위한 제어 유닛(3)이 설치되어 있다. 만일 몸체(1)가 여러 장의 플레이트(11)로 구성되는 경우에는, 가장 위쪽에 배치되는 플레이트(11)의 적어도 일부 상에 제어 유닛(3)이 설치될 수 있고, 가장 아래쪽에 배치되는 플레이트(11)의 각각의 코너의 하면 측에 바퀴 모듈(2)이 설치될 수 있다.

예를 들어 도 1 은 하나의 플레이트(11)로 이루어지는 몸체(1)를 보여주고, 도 2 는 2 장의 플레이트(11)로 이루어지는 몸체(1)를 보여준다. 도 2 의 몸체(1)와 같이 여러 장의 플레이트(11)를 포함하는 경우 각 플레이트(11)의 면적은 서로 상이할 수 있다. 또한 도 2 에 도시된 바와 같이, 가장 아래쪽에 배치되는 플레이트(11)는 다른 플레이트(11) 보다 외측으로 연장하면서 각 코너에 있는 제1 톱니바퀴(24)를 적어도 부분적으로 덮도록 형성되는 원형 부분을 더 포함할 수 있다.

제어 유닛(3)은 각각의 바퀴 모듈(2)을 개별적으로 제어하도록 구성되며, 바람직하게는 메인 제어 회로 기판, 메모리, 인터페이스, 시리얼 통신 기판, 릴레이 기판 등을 포함할 수 있다.

플레이트(11)는 다양한 재질로 구성될 수 있으나, 선박의 외벽에서 작업을 수행해야 하는 점을 고려하면 부식에 강하고 강도가 높은 스테인리스 강 또는 스테인리스 합금강으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 플레이트(11)의 두께(플레이트(11)가 여러 장 적층되는 경우 이들의 두께를 모두 합한 총 두께를 말한다)는 28~32mm인 것이 바람직하다. 플레이트(11)의 두께가 30mm 초과이면 벽면주행로봇 자체의 무게가 너무 커져 이동성이 떨어지고 과도하게 강력한 세기의 자석(212)이 필요하게 되고, 반대로 플레이트(11)의 두께가 28mm 미만이면 쉽게 휘어질 수 있을 뿐만 아니라, 강성이 낮아져 작업 유닛 등의 무게를 지지하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.

또한 몸체(1)의 상면 및/또는 하면의 적어도 일부분에는 작업 유닛을 결합할 수 있는 도킹부가 마련되어 있을 수 있다. 이 도킹부는 작업 유닛이 전방향에 대한 동일한 작업성을 가지기 위해 몸체(1)의 플레이트(11)의 중앙 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 플레이트(11)의 어느 한 쪽의 코너 쪽으로 치우쳐져 배치되어 있어도 무방하다.

(바퀴 모듈)

본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇은, 몸체(1)의 각 코너에 배치되고 각각 개별적으로 조향 및 구동 제어되는 복수 개의 바퀴 모듈(2)을 포함한다. 예를 들어 몸체(1)의 플레이트(11)가 사각 플레이트인 경우 4개의 바퀴 모듈(2)이 구비되며, 4개의 바퀴 모듈(2)이 각각 몸체(1)의 플레이트의 각 코너에 설치되게 된다.

도 2 는 복수 개의 바퀴 모듈(2) 중 하나의 바퀴 모듈(2) 부분을 확대하여 도시한 사시도이다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 각각의 바퀴 모듈(2)은 주행 바퀴(21), 이 주행 바퀴(21)의 구동을 위한 제1 액추에이터(22) 및 이 주행 바퀴(21)의 조향을 위한 제2 액추에이터(23)를 포함한다.

주행 바퀴(21)는 작업면(4), 예를 들어 선박의 외벽에 직접 맞닿아 회전구동되는 부분으로서, 원 형상의 양 측면과 중앙면에 해당하는 외주연을 가지는 대체로 원통 형상으로 이루어져, 작업면(4)과의 접촉 면적을 최대화하도록 구성되는 것이 바람직하다.

비제한적인 일 실시예로서, 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 주행 바퀴(21)는 3개의 서로 이격된 휠(211)과, 이 3개의 휠(211) 중 인접한 휠(211) 사이에 각각 삽입되는 2개의 원반형의 자석(212)을 포함할 수 있다.

주행 바퀴(21)에 포함되는 자석(212)은 영구 자석일 수도 있고, 필요한 경우에만 자력을 발생시킬 수 있는 전자석일 수도 있다. 또한 2개의 자석(212) 중 하나는 영구 자석으로, 다른 하나는 전자석으로 조합하는 것도 마찬가지로 가능하다.

벽면주행로봇에 포함되는 모든 자석(212)의 자력의 총합은 벽면주행로봇의 전체 무게를 지탱할 수 있는 수준보다 대략 50% 이상 더 큰 값으로 결정되는 것이 바람직하며 대략 70% 이상 더 큰 값으로 결정되는 것이 보다 바람직할 수 있다. 하지만, 보다 안전한 작업을 위해 하나의 바퀴 모듈(2)로도 벽면주행로봇의 전체 무게를 지탱할 수 있는 수준으로 자석(212)의 자력이 결정되는 것이 보다 바람직하다. 하나의 바퀴 모듈(2)만으로도 벽면주행로봇의 전체 무게를 지탱할 수 있으면, 오작동으로 오직 하나의 바퀴 모듈(2)의 자석(212)의 자력만이 유지되고 나머지 바퀴 모듈(2)의 자석(212)의 자력이 상실되는 경우나, 혹은 급작스러운 외부 충격에 의해 오직 하나의 바퀴 모듈(2)만이 작업면(4)에 유지되고 나머지 바퀴 모듈(2)이 작업면(4)으로부터 이탈되는 경우에도, 벽면주행로봇이 작업면(4)에 유지되어 있을 수 있어 예기치 못한 충격이나 낙하로 벽면주행로봇이 완전히 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 벽면주행로봇이 작업면(4) 위를 이동할 때, 주행 바퀴(21)의 3개의 휠(211)은 작업면(4)에 접촉하고 있지만, 주행 바퀴(21)의 2개의 자석(212) 각각은 작업면(4)에 대하여 소정의 간극(G)을 유지한다. 이때 작업면(4)과 주행 바퀴(21)의 자석(212) 사이의 간극(G)은 0.4 mm 내지 0.6 mm 일 수 있다. 보다 바람직하게는 작업면(4)과 주행 바퀴(21)의 자석(212) 사이의 간극(G)은 0.5 mm 일 수 있다. 간극(G)이 0.4 mm 보다 작으면 작업면(4)에 있는 페인트나 오염물에 의해 형성된 요철에 자석(212)이 접촉하여 자석(212) 및/또는 도장된 작업면이 손상될 위험이 커진다. 반면에 간극(G)이 0.6 mm 보다 크면 벽면 주행 로봇을 작업면(4) 상에 유지할 수 있는 일정 수준 이상의 자기력을 유지하기 어려울 수 있다.

제1 액추에이터(22)는 주행 바퀴(21)의 측면에 결합되어 주행 바퀴(21)를 회전구동시키는 구성이다. 본 발명에서는 제1 액추에이터(22)의 회전구동력이 주행 바퀴(21)에 직접 전달되는 방식으로 구성되며, 예를 들어 제1 액추에이터(22)의 구동회전축이 주행 바퀴(21)의 측면에 인접하게 위치 및 결합되어 구동회전축의 회전에 의해 주행 바퀴(21)를 회전시키고, 이러한 주행 바퀴(21)의 회전에 의해 벽면주행로봇이 작업면(4) 상을 주행하게 된다.

예를 들어 도 1 및 도 2 에 도시한 바퀴 모듈(2)과 같이, 주행 바퀴(21)가 3개의 서로 이격된 휠(211)과, 이 3개의 휠(211) 중 인접한 휠(211) 사이에 각각 삽입되는 2개의 원반형의 자석(212)으로 구성되는 경우, 제1 액추에이터(22)는 3개의 휠(211) 중 바깥쪽 휠(211)에 직접 부착되어 제1 액추에이터(22)의 회전구동력을 주행 바퀴(21)에 직접 전달할 수 있다. 여기서 바깥쪽 휠(211)이란, 해당 휠(211)의 원 형상의 양 측면 중 어느 하나의 측면만이 자석(212)과 마주하고 있는 휠(211)로 정의할 수 있다.

이러한 제1 액추에이터(22)는 해당 제1 액추에이터(22)를 포함하는 바퀴 모듈(2)에 포함된 주행 바퀴(21)의 구름에만 관련되며, 나머지 다른 바퀴 모듈(2)의 주행 바퀴(21)에는 영향을 미치지 않는다.

제1 액추에이터(22)는 서보 모터, DC 모터, AC 모터, BLDC 모터 중 어느 하나일 수 있으며, 일 수 있으며, 이중에서도 벽면을 주행해야 하는 상황에서도 흔들리거나 멈추지 않기 위해 감속기와 엔코더가 포함된 BLDC 모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

제2 액추에이터(23)는 주행 바퀴(21)에 결합되어 각 주행 바퀴(21)의 진행 방향을 제어하는 구성이다. 구체적으로 제2 액추에이터(23)는 조향회전축을 중심으로 주행 바퀴(21)를 회전시켜 각각의 바퀴 모듈(2)의 방향을 조절하도록 구성된다.

본 발명에서는 제2 액추에이터(23)의 주행 바퀴(21)에 대한 배치에 대해 특별히 한정하지 않는다. 비제한적인 일 실시예로서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 바퀴 모듈(2)은 주행 바퀴(21)와 몸체(1) 사이에 제1 톱니바퀴(24)를 포함하고, 제2 액추에이터(23)는 제2 톱니바퀴(25)를 포함하며, 제2 액추에이터(23)가 구동될 때 제2 톱니바퀴(25)를 통해 제1 톱니바퀴(24)로 회전구동력이 전달되어, 주행 바퀴(21) 전체가 몸체(1)에 수직한 조향회전축(Y)을 중심으로 회전할 수 있도록 구성될 수 있다.

비제한적인 다른 일 실시예로서, 제2 액추에이터(23)는 주행 바퀴(21)의 바로 위로 그리고 몸체(1)의 상면에 설치되어, 몸체(1)의 모서리에 형성된 관통공에 회전 로드가 관통하여 주행 바퀴(21)와 결합하는 구조로 이루어질 수도 있다.

이러한 제2 액추에이터(23)는 해당 제2 액추에이터(23)를 포함하는 바퀴 모듈(2)에 포함된 주행 바퀴(21)의 조향에만 관련되며, 나머지 다른 바퀴 모듈(2)의 주행 바퀴(21)에는 영향을 미치지 않는다.

제2 액추에이터(23)는 로터리 모터, 서보 모터, DC 모터 중 어느 하나일 수 있으며, 이중에서도 벽면에 부착된 상황에서도 무게를 줄이면서 동시에 안정적인 조향을 하기 위해 서보 모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 주행 바퀴(21), 제1 액추에이터(22) 및 제2 액추에이터(23)는 하나의 바퀴 모듈(2)을 구성하면서 모듈화되고, 주행 바퀴(21)와 제1 액추에이터(22) 그리고 주행 바퀴(21)와 제2 액추에이터(23)가 작동적으로 결합되어 해당 바퀴 모듈(2)을 구동시킨다. 하지만 어느 하나의 바퀴 모듈(2)의 주행 바퀴(21), 제1 액추에이터(22) 및 제2 액추에이터(23)의 작동은 몸체(1)의 다른 코너에 배치된 다른 바퀴 모듈(2)에는 영향을 주지 않는다. 이에 의해 복수 개의 바퀴 모듈(2)은 각각 개별 조향 및 구동 제어를 통해 스워브 드라이브(swerve drive) 방식으로 구동될 수 있어 벽면주행로봇의 자유로운 이동이 가능하다.

(작업 유닛)

작업 유닛은 작업면(4)에 미리 결정된 작업을 수행하기 위한 도구(tool)이 구비되는 장치로서, 몸체(1)의 상면 및/또는 하면의 적어도 일부분에 마련된 도킹부에 결합할 수 있도록 구비된다. 여기서 미리 결정된 작업은 선박 건조 시 선박 외벽에서 수행되어야 하는 작업 혹은 선박 외벽의 유지 보수에 필요한 작업, 예를 들면 선박 외벽의 페인트 또는 오염물을 제거하는 작업일 수 있다.

미리 결정된 작업에 따라 작업 유닛의 형태, 방식, 도구의 종류 등이 달라질 수 있기 때문에 본 발명에서는 작업 유닛의 구체적인 구성에 대해 특별히 한정하지 않는다. 비제한적인 일 실시예로서, 작업 유닛은 작업 구동부, 작업 아암 및 작업 툴로 이루어질 수 있다.

작업 구동부는 몸체(1)의 도킹부에 결합하는 부분으로서, 바람직하게는 회전 구동할 수 있게 결합된다. 작업 구동부가 회전됨으로써 작업 유닛이 다양한 움직임을 가질 수 있어 벽면주행로봇을 기준으로 모든 방향으로의 작업이 가능할 수 있다. 작업 구동부의 회전은 모든 방향, 즉 360° 회전할 수 있도록 결정될 수 있다. 만일 작업 유닛이 몸체(1)의 하면에 결합된다면 바퀴 모듈(2)과의 간섭을 고려하여 일정 각도 범위에서만 회전할 수 있도록 결정될 수도 있다.

작업 아암은 일단이 작업 구동부에 결합되고, 타단은 작업 툴에 결합된다. 작업 아암의 일단은 작업 구동부에 결합되어 그 전체가 소정의 방향으로 회전될 수 있다. 작업 아암은 굽히거나 펴는 동작이 가능하도록 다관절로 이루어지는 것이 바람직하다.

작업 툴은 작업 아암의 타단에 결합되어 미리 결정된 작업을 수행하는 장치이다. 비제한적인 일 실시예로서 작업 툴에 설치되는 도구에는 특별한 제한이 없으며, 미리 결정된 작업에 맞추어 그라인더(grinder), 브러쉬(brush) 등과 같은 통상적인 도구를 장착할 수 있다. 작업 툴은 작업 아암으로부터 탈부착이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇은, 미리 결정된 작업에 적합한 작업 툴을 부착한 작업 유닛을 이용하여, 선박 외벽의 수리 또는 유지 작업이 필요한 작업면(4)까지 자력으로 외벽 상에 붙어 이동한 후 미리 결정된 작업을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 벽면주행로봇은 몸체(1) 상에 배터리를 탑재하여 외부로부터의 별도의 전원 공급 없이 구동될 수도 있고, 외부와 연결된 전력선을 통해 유선으로 전원을 공급받아 구동될 수도 있다. 이때 벽면주행로봇의 자체 무게가 작을수록 벽면주행로봇의 가볍고 빠른 기동이 가능해지며, 각각의 바퀴 모듈(2)이 갖춰야 하는 자력도 낮아지기 때문에, 별도의 배터리를 탑재하지 않고 외부로부터 유선으로 전원을 공급받도록 구성되는 것이 보다 바람직하다.

(변형예)

다음으로 본 발명에 따른 벽면주행로봇의 변형예를 소개한다. 본 발명의 변형예에 따른 벽면주행로봇은, 몸체(1)가 복수 개의 서브 몸체(12)로 이루어지고, 복수 개의 서브 몸체(12) 중 인접한 2개의 서브 몸체(12) 사이에는 힌지 결합 방식으로 연결되는 연결부(13)가 구비될 수 있다.

본 발명의 변형예에 따른 벽면주행로봇에서 몸체(1)는 복수 개의 서브 몸체(12)로 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 몸체(1)가 단일의 일체형 구성요소가 아닌 다수의 서브 몸체(12)가 서로 견고하게 연결되면서도 동시에 작동적으로 연결되는 형태로 이루어질 수 있다. 각각의 서브 몸체(12)의 형상은 특별히 한정하지는 않으나, 각각의 서브 몸체(12)의 형상이 모두 동일하고 그 크기도 서로 동일한 것이 바람직하다. 비제한적인 일 실시예로서, 동일한 크기의 4개의 사각형의 서브 몸체(12)가 구비되고, 이들 4개의 서브 몸체(12)가 2 Х 2 의 배열로 서로 연결될 수 있다.

복수 개의 서브 몸체(12) 중 인접한 2개의 서브 몸체(12) 사이에는 힌지 결합 방식으로 연결되는 연결부(13)가 구비될 수 있다. 예를 들어 도 3 에 도시된 바와 같이, 인접한 2개의 서브 몸체(12)는 연결부(13)를 중심으로 상측으로(작업면(4)으로부터 멀어지는 방향)으로 접혀질 수 있다. 하지만 이에 제한되지 않고, 도 3 에 도시된 바와는 달리 연결부(13)가 몸체(1)의 하면 측, 즉 작업면(4)에 마주하는 면에 위치하여 하측으로(작업면(4)을 향하는 방향)으로 접혀지는 구성도 물론 가능하다.

이때 연결부(13)에서 마주하는 인접한 2개의 서브 몸체(12)의 양 측면이 이루는 내각을 각도(α)라 할 때, 상기 각도(α)는 0°이상 30° 이하일 수 있다. 비제한적인 일 실시예로서, 바람직하게는 상기 각도(α)는 0°이상 20° 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게 상기 각도(α)는 0°이상 15° 이하일 수 있다. 상기 각도(α)가 커질수록 작업면(4)의 굴곡에서의 벽면주행로봇의 원활한 이동 능력이 커지지만, 상기 각도(α)가 너무 크면 중력에 의해 벽면주행로봇이 전복될 수도 있기 때문에 위와 같은 범위로 제한한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예에 따른 벽면주행로봇은, 몸체(1)의 각 변에 설치되고, 벽면주행로봇의 진행방향 전방의 지면의 높낮이 및 경사를 탐지하도록 구성된 감지 센서(14); 및 각각의 연결부(13)에 설치되어 각도(α)를 제어하도록 구성되는 선형 액추에이터(15)를 더 포함할 수 있다.

감지 센서(14)는 벽면주행로봇의 진행방향 전방의 지면의 높낮이 및 경사를 탐지하도록 구성된 센서이다. 감지 센서(14)는 몸체(1)의 각 변마다 적어도 하나 이상 설치되는 것이 바람직하다. 도 3 에서는 벽면주행로봇의 진행방향 전방 및 후방의 감지 센서(14)만을 간략하게 도시하고 나머지 감지 센서(14)는 생략하였다. 본 발명에서는 이 감지 센서(14)의 종류 및 방식에 특별히 구애받지 않으며, 진행방향 전방의 지면의 높낮이 및 경사를 탐지할 수 있는 센서라면 어느 방식이든 자유롭게 적용이 가능하다. 예를 들어 감지 센서(14)는 레이저 거리 센서일 수도 있고, 적외선 거리 센서일 수도 있다.

도 3 에서는 벽면주행로봇의 진행방향 전방에 위치한 감지 센서(14)의 감지 방향을 점선 화살표로 나타내었다. 비제한적인 일 실시예로서, 감지 센서(14)의 작업면(4)에 대한 각도, 즉 도 3 의 점선 화살표와 작업면(4)이 이루는 각도는 벽면주행로봇의 속도에 따라 가변적으로 조정될 수 있게 구성될 수 있다.

비제한적인 일 실시예로서, 본 발명의 변형예에 따른 벽면주행로봇은 벽면주행로봇의 진행 방향을 감지하기 위한 차속 센서를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 벽면주행로봇은 전후좌우 모든 방향으로 이동할 수 있으므로, 모든 방향에서의 진행을 감지하기 위하여 차속 센서는 복수 개로 구비되는 것이 바람직하며, 몸체(1)의 각 변마다 적어도 하나 이상 구비되는 것이 보다 바람직하다. 이 차속 센서는 차량의 주행속도를 측정하기 위한 센서로서, 출력 값이 양의 값이면 차량이 전진하는 것으로 판단할 수 있고, 출력 값이 음의 값이면 차량이 후진하는 것으로 판단할 수 있다. 그러므로 복수 개의 차속 센서 중 가장 큰 양의 값을 가지는 차속 센서를 기준으로 벽면주행로봇의 진행방향을 쉽게 결정할 수 있다.

이 차속 센서는 벽면주행로봇의 진행방향을 감지한 뒤에 이를 전기적인 신호로 변환하여 이 신호를 제어 유닛(3)에 전달하도록 구성된다. 제어 유닛(3)은 차속 센서로부터의 전기적인 신호를 이용하여, 어느 방향에 있는 감지 센서(14)로부터의 신호를 수신할지 결정하게 되며, 이를 통해 불필요한 감지 센서(14)의 작동을 줄일 수 있다.

선형 액추에이터(15)는 각각의 연결부(13)마다 설치되며, 인접한 서브 몸체(12) 간의 각도(α)를 제어하도록 구성된다. 이를 위해 선형 액추에이터(15)의 일 단부와 타 단부는 각기 다른 서브 몸체(12)와 결합한다. 도 3을 기준으로 설명하면, 선형 액추에이터(15)가 작동하여 그 길이가 짧아지면, 인접한 2개의 서브 몸체(12)를 서로 끌어당기게 되어, 인접한 2개의 서브 몸체(1) 간의 각도(α)가 커지게 된다. 반대로 선형 액추에이터(15)의 길이가 길어지면, 결합 부분에서 인접한 2개의 서브 몸체(1)를 멀리 밀게 되어, 인접한 2개의 서브 몸체(12) 간의 각도(α)가 작아지게 된다. 본 발명에서는 선형 액추에이터(15)의 종류나 방식에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

제어 유닛(3)은 감지 센서(14)로부터 전달된 전기적인 신호에 기초하여, 필요에 따라 차속 센서로부터 전달된 전기적인 신호를 더하여, 벽면주행로봇의 진행방향 전방의 지형을 실시간으로 모델링하고 업데이트한다. 그리고 제어 유닛(3)은 이 모델링을 이용하여 현재 벽면주행로봇이 위치하고 있는 작업면(4)의 높낮이 및 경사에 적합하도록 벽면주행로봇의 몸체(1)의 형태, 즉 인접한 2개의 서브 몸체(12)의 양 측면이 이루는 내각을 결정하게 되고, 이에 기초하여 벽면주행로봇의 이동에 따라 선형 액추에이터(15)의 작동을 동적으로 제어하게 된다.

예를 들어 도 3 에 도시된 바와 같이 벽면주행로봇의 진행방향 전방에 경사가 있으면, 먼저 감지 센서(14)가 전방에 경사가 있음을 감지하고 이에 관련된 전기적인 신호를 작업 유닛에 전달하게 되며, 제어 유닛은 이 경사면을 모델링하여 벽면주행로봇의 진행방향 전방 측의 바퀴 모듈(2)이 경사의 초입에 진입할 때 벽면주행로봇 속도 및 경사면의 기울기에 맞추어 동적으로 선형 액추에이터(15)를 작동시킨다.

이에 따라 본 발명의 변형예에 따른 벽면주행로봇은 지형을 탐지하고 이에 맞게 벽면주행로봇의 몸체(1)의 형태(각도(α))를 조정하므로, 선박 외벽에 급격한 경사면이 있더라도 벽면주행로봇에 큰 부담이 가해지는 일이 없이 부드럽고 원만하게 주행할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 몸체 11: 플레이트
12: 서브 몸체 13: 연결부
14: 감지 센서 15: 선형 액추에이터
2: 바퀴 모듈 21: 주행 바퀴
211: 휠 212: 자석
22: 제1 액추에이터 23: 제2 액추에이터
24: 제1 톱니바퀴 25: 제2 톱니바퀴
3: 제어 유닛 4: 작업면

Claims (12)

1. 벽면주행로봇으로서,
   적어도 하나의 플레이트로 이루어지며, 상기 플레이트의 적어도 일부 상에 제어 유닛이 설치되는 몸체; 및
   상기 몸체의 각 코너에 배치되고 각각 개별적으로 조향 및 구동 제어되는 복수 개의 바퀴 모듈로서, 각각의 바퀴 모듈은 주행 바퀴, 상기 주행 바퀴의 구동을 위한 제1 액추에이터 및 상기 주행 바퀴의 조향을 위한 제2 액추에이터를 포함하고, 상기 주행 바퀴는 3개의 서로 이격된 휠과 상기 3개의 휠 중 인접한 휠 사이에 각각 삽입되는 2개의 원반형의 자석을 포함하는 것인, 복수 개의 바퀴 모듈;을 포함하고,
   상기 벽면주행로봇이 작업면에 부착되었을 때, 상기 자석은 작업면으로부터 0.4mm 내지 0.6mm 인 간극(G)를 두고 이격되어 있는 벽면주행로봇.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 벽면주행로봇이 작업면에 부착되었을 때, 상기 자석은 작업면으로부터 0.5mm 인 간극(G)를 두고 이격되어 있는 벽면주행로봇.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 액추에이터가 상기 3개의 휠 중 바깥쪽 휠에 직접 부착되어 상기 제1 액추에이터의 회전구동력이 상기 주행 바퀴에 직접 전달되는 벽면주행로봇.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   각각의 바퀴 모듈은 상기 주행 바퀴와 상기 몸체 사이에 제1 톱니바퀴를 포함하고,
   각각의 바퀴 모듈의 상기 제2 액추에이터는 제2 톱니바퀴를 포함하며,
   상기 제2 액추에이터가 구동될 때 제2 톱니바퀴를 통해 제1 톱니바퀴로 회전구동력이 전달되어, 상기 주행 바퀴가 상기 몸체에 수직한 조향회전축(Y)을 중심으로 회전할 수 있는 벽면주행로봇.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   하나의 바퀴 모듈로도 상기 벽면주행로봇의 전체 무게를 지탱할 수 있도록 상기 자석의 자력이 결정되는 벽면주행로봇.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 몸체의 상면 또는 하면에 설치되고 미리 결정된 작업을 수행하도록 구성된 장치를 포함하는 작업 유닛을 더 포함하는 벽면주행로봇.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 미리 결정된 작업은 선박 외벽의 페인트 또는 오염물을 제거하는 작업인 벽면주행로봇.
   
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 몸체는 복수 개의 서브 몸체로 이루어지고,
   상기 복수 개의 서브 몸체 중 인접한 2개의 서브 몸체 사이에는 힌지 결합 방식으로 연결되는 연결부가 구비되는 벽면주행로봇.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 연결부에서 마주하는 인접한 2개의 서브 몸체의 양 측면이 이루는 내각을 각도(α)라 할 때, 상기 각도(α)는 0°이상 45°이하인 벽면주행로봇.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 몸체는 동일한 크기의 4개의 사각형의 서브 몸체로 이루어지는 벽면주행로봇.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 벽면주행로봇은,
    상기 몸체의 각 변에 설치되고, 상기 벽면주행로봇의 진행방향 전방의 지면의 높낮이 및 경사를 탐지하도록 구성된 감지 센서; 및
    각각의 상기 연결부마다 설치되어 상기 각도(α)를 제어하도록 구성되는 선형 액추에이터;를 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은 상기 감지 센서로부터 전달된 전기적인 신호에 기초하여 상기 벽면주행로봇의 진행방향 전방의 지형을 모델링하도록 구성되고,
    상기 제어 유닛은 상기 모델링을 이용하여 다가오는 벽면주행로봇의 진행방향 전방 측의 작업면의 높낮이 및 경사에 적합한 상기 각도(α)를 결정하고, 상기 벽면주행로봇 이동함에 따라 결정된 각도(α)에 맞추어 상기 선형 액추에이터를 동적으로 제어하도록 구성되는 벽면주행로봇.
    
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 바퀴 모듈은 스워브 드라이브(swerve drive) 방식으로 구동되는 벽면주행로봇.

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