KR20240030789A

KR20240030789A - 철 구조물 벽면 주행 로봇

Info

Publication number: KR20240030789A
Application number: KR1020220110279A
Authority: KR
Inventors: 장민우; 이재열; 홍성호; 함제훈
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-03-07

Abstract

본 발명의 철 구조물 벽면 주행 로봇은, 로봇 베이스 프레임; 상기 로봇 베이스 프레임에 조향 및 회전 가능하게 장착되어 철 구조물 벽면에서 주행하는 복수의 구동 바퀴; 상기 로봇 베이스 프레임에 승강가능하게 장착되는 복수의 자석 모듈; 상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 구비되어 용접 비드를 스캔하는 레이저 스캐너 모듈; 상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 구비되어 로봇의 전방 및 후방을 촬영하는 카메라; 상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 장착되어 로봇의 작동을 제어하는 제어박스; 및 상기 로봇 베이스 프레임에 Y축 및 X축 방향으로 이동가능하게 장착되는 비드 가공 툴 모듈을 포함한다.

Description

철 구조물 벽면 주행 로봇{Robot driving on steel wall structure}

본 발명은 철 구조물 벽면 주행 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철 구조물 벽면에 부착된 상태로 주행하며 용접 비드를 제거하는 철 구조물 벽면 주행 로봇에 관한 것이다.

철재 용접 구조물은 강판의 절단, 가공, 조립, 도장, 탑재 등의 공정을 거쳐 만들어지며, 선박 공정을 예로 들어 설계된 선박을 적은 비용으로 빠르게 높은 품질로 건조하는 것이 선박 건조 기술의 핵심이다. 특히, 선체제작을 위한 작업 중 용접이 30% 이상을 차지하고 있어 전체 선박 공정에서 높은 비중을 차지하고 있고 고부가가치 선박이 확대됨에 따라 용접에 대한 공정이 증가하는 추세이다.

이러한 용접 공정은 제조 대상물의 규모가 클수록 고소작업과 같이 열악한 작업환경으로 인해 작업자의 능률 저하, 안전사고를 유발한다.

다양한 철재 용접 구조물의 제조 공정에서 발생되는 유해물로부터 근로자를 보호할 필요가 있고 특히, 용접 비드 사상 중 발생하는 철재 칩과 소음은 물리적으로 작업자의 건강에 영향을 주고 직접적인 상해와 직결되므로 우선적으로 개선되어야 한다.

등록특허 제10-2033515호에는 종래기술에 의한 철 구조물에 적용 가능한 금속 벽면 주행 로봇이 개시되어 있다. 개시된 종래기술의 경우, 전방 본체와 후방 본체를 힌지로 연결하는 형태이고, 전방, 중심, 후방 바퀴와 자력부로 구성되어 금속 벽면 주행이 가능하다.

개시된 금속 벽면 주행 로봇은 중심의 힌지부로 인하여 곡면 등의 복잡한 형상에 대응이 가능한 것으로 기술되었으나, 고정된 자력부로 인하여 곡면 대응시 자력부와 철 구조물 사이 에어 갭의 증가로 인한 자력 상실의 위험이 있고, 구동 바퀴의 조향 능력이 부재하여 로봇의 초기 설치 방향으로의 주행은 가능하나 설치 후 방향 전환이 어려운 문제가 있다.

등록특허 제10-2033515호

본 발명은 철재 용접 구조물에 부착되어 주행이 가능하고, 비드의 절삭과 연삭 반력을 견디며 단위 작업 수행이 가능하며, 철 구조물 주행 간 장애물을 극복하고 높은 위치 제어 정밀도 주행할 수 있고, 철 구조물의 비드를 인식하여 비드 추종 주행이 가능한 철 구조물 벽면 주행 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 철 구조물 벽면 주행 로봇은, 로봇 베이스 프레임; 상기 로봇 베이스 프레임에 조향 및 회전 가능하게 장착되어 철 구조물 벽면에서 주행하는 복수의 구동 바퀴; 상기 로봇 베이스 프레임에 승강가능하게 장착되는 복수의 자석 모듈; 상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 구비되어 용접 비드를 스캔하는 레이저 스캐너 모듈; 상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 구비되어 로봇의 전방 및 후방을 촬영하는 카메라; 상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 장착되어 로봇의 작동을 제어하는 제어박스; 및 상기 로봇 베이스 프레임에 Y축 및 X축 방향으로 이동가능하게 장착되는 비드 가공 툴 모듈을 포함한다.

본 발명의 철 구조물 벽면 주행 로봇은 상기 로봇 베이스 프레임의 상부에 장착되는 케이블 트레이; 상기 케이블 트레이의 중앙부에 구비되는 호스 케이블 로터리 조인트를 더 포함할 수 있다.

상기 로봇 베이스 프레임에 Y축 방향으로 이동가능하게 결합되는 가공 툴 베이스 프레임을 더 포함하고, 상기 비드 가공 툴 모듈은 상기 가공 툴 베이스 프레임에 대해 X축 방향으로 이동가능하게 장착될 수 있다.

본 발명의 철 구조물 벽면 주행 로봇은 상기 로봇 베이스 프레임에 장착되어 Y축 구동모터에 의해 회전 및 이동되는 볼스크류 및 너트와, 상기 로봇 베이스 프레임에 장착되어 상기 가공 툴 베이스 프레임의 Y축 방향 이동을 안내하는 LM가이드 및 블록을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 철 구조물 벽면 주행 로봇은 상기 가공 툴 베이스 프레임에 장착되어 X축 구동모터에 의해 회전 및 이동되는 사다리꼴 나사 및 너트와, 상기 가공 툴 베이스 프레임에 장착되어 상기 비드 가공 툴 모듈의 X축 방향 이동을 안내하는 LM가이드 및 블록을 더 포함할 수 있다.

상기 자석 모듈은 상기 로봇 베이스 프레임에 회전가능하게 결합되는 결합 베이스와, 상기 결합 베이스의 하부에 결합되는 한 쌍의 공압 실린더와, 상기 한 쌍의 공압 실린더의 하부에 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 가이드 바퀴와, 상기 한 쌍의 가이드 바퀴 사이에 장착되는 영구 자석과, 상기 영구 자석을 회전시키는 로터리 액추에이터를 포함할 수 있다.

상기 레이저 스캐너 모듈은 레이저 스캐너 구동 모터에 의해 회전되어 X축 방향으로 구동하는 사다리꼴 나사 및 너트와, 틸트 모터에 의해 틸팅가능하게 장착되는 레이저 스캐너를 포함할 수 있다.

상기 로봇 베이스 프레임의 하부 중앙에 장착되어 로봇의 이동거리와 주행방향을 측정하는 오도미터를 더 포함할 수 있다.

상기 오도미터는 상기 로봇 베이스 프레임의 하부에 결합되는 결합 베이스에 장착되어 회전 각도를 측정하는 제1 로터리 엔코더와, 상기 결합 베이스의 하부 양측에 결합되는 한 쌍의 공압 실린더와, 상기 한 쌍의 공압 실린더의 아래에 장착되는 우레탄 바퀴와, 상기 우레탄 바퀴의 회전수를 측정하는 제2 로터리 엔코더를 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 철 구조물 벽면 주행 로봇에 의하면, 철재 용접 구조물에 부착되어 주행이 가능하고, 비드의 절삭과 연삭 반력을 견디며 단위 작업 수행이 가능하며, 철 구조물 주행 간 장애물을 극복하고 높은 위치 제어 정밀도 주행할 수 있고, 철 구조물의 비드를 인식하여 비드 추종 주행이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철 구조물 벽면 주행 로봇을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에서 상부 커버를 제외하고 도시한 사시도이다.
도 3은 로봇 베이스 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 4는 가공 툴 베이스 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 5는 가공 툴 베이스 프레임과 비드 가공 툴 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 6은 자석 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 7은 자석 모듈의 장애물 회피 주행을 나타내는 도면이다.
도 8은 레이저 스캐너 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 9는 오도미터를 나타내는 사시도(a) 및 단면도(b)이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 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 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철 구조물 벽면 주행 로봇을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에서 상부 커버를 제외하고 도시한 사시도이며, 도 3은 로봇 베이스 프레임을 나타내는 사시도이고, 도 4는 가공 툴 베이스 프레임을 나타내는 사시도이며, 도 5는 가공 툴 베이스 프레임과 비드 가공 툴 모듈을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철 구조물 벽면 주행 로봇(100)은, 로봇 베이스 프레임(110), 로봇 베이스 프레임에 조향 및 회전 가능하게 장착되어 철 구조물 벽면에서 주행하는 복수의 구동 바퀴(120), 로봇 베이스 프레임에 승강가능하게 장착되는 복수의 자석 모듈(130), 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 구비되어 용접 비드를 스캔하는 레이저 스캐너 모듈(220), 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 구비되어 로봇의 전방 및 후방을 촬영하는 카메라(160), 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 장착되어 로봇의 작동을 제어하는 제어박스(180), 로봇 베이스 프레임에 Y축 및 X축 방향으로 이동가능하게 장착되는 비드 가공 툴 모듈(210)을 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 로봇 베이스 프레임(110)은 사각 단면의 금속 파이프 부재들이 서로 용접되어 형성될 수 있다. 로봇 베이스 프레임(110)은 파이프 부재들이 직사각형의 네 변 부재와 직사각형의 각 꼭지점 부위에서 세로로 용접되는 기둥부를 포함할 수 있다.

복수의 구동 바퀴(120)는 로봇 베이스 프레임(110)에 결합되는 4개의 구동 바퀴 베이스(111)에 장착될 수 있다. 각 구동 바퀴(120)는 모터에 의해 조향 및 회전 가능하게 장착될 수 있다. 그래서, 로봇은 직선 주행뿐만 아니라 사선, 곡률, 원주 주행이 가능하다.

복수의 자석 모듈(130)은 로봇 베이스 프레임(110)에 결합되는 8개의 자석 모듈 베이스(112)에 장착될 수 있다. 각 자석 모듈(130)은 영구 자석이 회전 및 승강 가능하게 장착되어 있어서, 로봇이 철 구조물의 벽면에 부착된 상태로 주행할 수 있다.

레이저 스캐너 모듈(220)은 로봇 베이스 프레임(110)의 전방 및 후방에 결합되는 레이저 스캐너 베이스(113)에 장착될 수 있다. 레이저 스캐너 모듈(220)은 용접 비드를 스캔하여 비드를 인식한 다음 정확한 위치에서 비드 가공을 수행할 수 있도록 한다.

제어박스(180)는 로봇 베이스 프레임(110)의 전방 및 후방에 결합되는 제어 박스 결합 베이스(114)에 장착될 수 있다. 제어박스(180)는 로봇 부품들의 작동을 제어할 수 있다.

카메라(160)는 전방 및 후방 제어박스(180)의 상면에 장착되어 로봇의 전방 및 후방을 촬영할 수 있다. 또한, 로봇의 전면 및 후면에는 복수의 LED(170)가 구비되어 로봇 주위를 조명할 수 있다. 전방 및 후방의 카메라(160)와 LED(170)로 로봇이 주행하면서 주위 환경을 실시간 모니터링할 수 있다.

비드 가공 툴 모듈(210)은 로봇 베이스 프레임(110)에 Y축 및 X축 방향으로 이동가능하게 장착될 수 있다. 비드 가공 툴 모듈(210)은 절삭날과 연삭날을 구비하여 용접 비드를 절삭 또는 연삭할 수 있다.

철 구조물 벽면 주행 로봇(100)은 로봇 베이스 프레임(110)의 상부에 장착되는 케이블 트레이(140), 케이블 트레이의 중앙부에 구비되는 호스 케이블 로터리 조인트(144)를 더 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 케이블 트레이(140)는 로봇 베이스 프레임(110)의 상부에 서로 교차되어 장착될 수 있고, 교차부 중심에는 관통공이 형성될 수 있다. 케이블 트레이(140)에는 전원 및 통신 케이블과 집진 호스 등을 정리하여 안착할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 케이블 트레이(140) 위에는 케이블 커버(142)가 장착될 수 있다. 호스 케이블 로터리 조인트(144)는 케이블 커버(142)의 중심을 통과하도록 구비되고, 회전가능하게 장착될 수 있다. 호스 케이블 로터리 조인트(144)를 통해 전원 및 통신 케이블과 집진 호스 등이 각 커넥터에 연결될 수 있다.

케이블 트레이(140)의 일측에는 공압 밸브 및 레귤레이터(150)가 설치되어 공압 실린더들의 작동을 제어할 수 있다.

철 구조물 벽면 주행 로봇(100)은 로봇 베이스 프레임(110)에 Y축 방향으로 이동가능하게 결합되는 가공 툴 베이스 프레임(200)을 더 포함하고, 비드 가공 툴 모듈(210)은 가공 툴 베이스 프레임에 대해 X축 방향으로 이동가능하게 장착될 수 있다. 그래서, 비드 가공 툴 모듈(210)은 로봇 베이스 프레임(110)에 대해 X축 및 Y축 방향으로 이동하여 XY 평면상의 임의의 지점으로 이동될 수 있다.

로봇 베이스 프레임(110)에는 Y축 구동모터(195)에 의해 회전 및 이동되는 볼스크류 및 너트(191)와, 가공 툴 베이스 프레임(200)의 Y축 방향 이동을 안내하는 LM가이드 및 블록(202)이 장착될 수 있다.

로봇 베이스 프레임(110)의 일측에는 볼스크류(191)가 베어링에 의해 회전가능하게 장착되고, Y축 구동모터(195)가 볼스크류(191)를 회전시킴에 따라 이에 결합된 너트(191)가 Y축 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 로봇 베이스 프레임(110)의 일측에는 연마봉(193)도 구비하여 이동을 안내하고 진동을 저감할 수 있다. 또한, 한 쌍의 Y축 스토퍼(196)가 구비되어 Y축 방향으로의 이동 범위를 제한할 수 있다.

로봇 베이스 프레임(110)의 타측에는 LM가이드 및 블록(202)이 장착되어, 가공 툴 베이스 프레임(200)의 Y축 방향 이동을 안내할 수 있다. 로봇 베이스 프레임(110)의 외측에는 케이블 베어(207)가 구비되어, 가공 툴 베이스 프레임(200)의 전원 공급과 통신 케이블이 케이블 베어(207)를 통과한 후 연결될 수 있다. 로봇 베이스 프레임(110)의 타측에도 한 쌍의 Y축 스토퍼(196)가 구비되어 가공 툴 베이스 프레임(200)의 Y축 방향 이동 범위를 제한할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 철 구조물 벽면 주행 로봇(100)은 가공 툴 베이스 프레임(200)에 장착되어 X축 구동모터(205)에 의해 회전 및 이동되는 사다리꼴 나사 및 너트와, 가공 툴 베이스 프레임(200)에 장착되어 비드 가공 툴 모듈(210)의 X축 방향 이동을 안내하는 LM가이드 및 블록(202)을 더 포함할 수 있다.

가공 툴 베이스 프레임(200)은 직사각형 모양으로 형성되고, 로봇 베이스 프레임(110)의 상부에 X축 방향으로 가로질러 장착될 수 있다. 이를 위해, 가공 툴 베이스 프레임(200)의 각 꼭지점 하부에는 프레임 결합 베이스(201)가 구비되어 로봇 베이스 프레임(110)에 이동가능하게 장착될 수 있다.

사다리꼴 나사 및 너트(미도시)는 가공 툴 베이스 프레임(200)의 일측에 X축 구동모터(205)에 의해 회전 및 이동되도록 장착될 수 있다. 즉, 외주면에 사다리꼴 나사가 형성된 리드 스크류가 X축 구동모터(205)에 의해 회전되면, 이에 결합된 너트가 X축 방향으로 이동될 수 있다.

LM가이드 및 블록(202)은 가공 툴 베이스 프레임(200)의 타측 상하면에 장착될 수 있다. LM가이드 및 블록(202)과 사다리꼴 나사 및 너트에는 각각 가공 툴 결합 베이스(209)가 X축 방향으로 이동 가능하게 장착되고, 한 쌍의 가공 툴 결합 베이스(209)에 비드 가공 툴 모듈(210)이 장착될 수 있다.

가공 툴 베이스 프레임(200)의 양측 상부에는 한 쌍의 케이블 베어(207)가 구비되어, 가공 툴의 통신과 전원 케이블이 케이블 베어(207)를 통과하여 연결될 수 있다.

또한, 가공 툴 베이스 프레임(200)에는 X축 스토퍼(206)와 포토센서(208)를 구비하여, 동작 거리를 제한할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 비드 가공 툴 모듈(210)은 한 쌍의 가공 툴 결합 베이스(209)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 비드 가공 툴 모듈(210)은 하부에 비드를 절삭하는 절삭날(215)과 한 쌍의 절삭 칩 스위퍼(216)를 구비하고, 상부에 연삭 분진 호퍼(218) 내부에 비드를 연삭하는 연삭날(미도시)을 구비할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 자석 모듈(130)은 로봇 베이스 프레임(110)에 회전가능하게 결합되는 결합 베이스(131)와, 결합 베이스의 하부에 결합되는 한 쌍의 공압 실린더(135)와, 한 쌍의 공압 실린더의 하부에 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 가이드 바퀴(136)와, 한 쌍의 가이드 바퀴 사이에 장착되는 영구 자석(137)과, 영구 자석을 회전시키는 로터리 액추에이터(138)를 포함할 수 있다.

결합 베이스(131)는 로봇 베이스 프레임(110)에 결합된 자석 모듈 베이스(112)에 회전가능하게 결합될 수 있다. 결합 베이스(131)의 상부 중심에는 자석 모듈 베이스(112)의 회전축을 지지하는 볼 베어링이 구비되고, 그 하부에는 베어링 커버(133)가 결합될 수 있다.

한 쌍의 공압 실린더(135)는 결합 베이스(131)의 하부 양측에 결합될 수 있다.

각 공압 실린더(135)의 실린더 로드 하단에는 가이드 바퀴(136)가 장착된 브라켓이 결합될 수 있다.

영구 자석(137)은 한 쌍의 가이드 바퀴(136) 사이의 브라켓에 장착될 수 있다. 영구 자석(137)의 하단은 가이드 바퀴(136)의 하단보다 조금 높게 배치되어 에어 갭(Air gap)을 형성함으로써, 영구 자석이 직접 접촉하여 철 구조물이 손상되거나 로봇이 주행 불가능하게 되는 것을 방지할 수 있다.

로터리 액추에이터(138)는 한 쌍의 가이드 바퀴(136) 사이의 브라켓 상부에 장착되어 영구 자석(137)을 회전시킴으로써 영구 자석을 션팅할 수 있다.

공압 밸브 및 레귤레이터(150)의 작동에 의해 공압 실린더(135)의 실린더 로드가 팽창하여 영구 자석(137)이 하강한 후, 로터리 액추에이터(138)의 동작에 의해 영구 자석(137)과 철 구조물 사이에 강한 인력이 발생할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 철 구조물 벽면에 비드나 피스 등의 장애물이 존재하는 경우, 에어 갭이 작아서 로봇의 주행에 방해가 될 수 있다. 그래서, 복수의 자석 모듈(130) 중 장애물에 접근하는 자석 모듈(130)에 션팅을 이용하여 인력을 제거하고 공압 실린더(135)를 수축하여 장애물을 통과한 후 다시 자기장을 생성하여 로봇 베이스 프레임(110)과 철 구조물 사이의 인력을 유지할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 레이저 스캐너 모듈(220)은 레이저 스캐너 구동 모터(221)에 의해 회전되어 X축 방향으로 구동하는 사다리꼴 나사 및 너트(223)와, 틸트 모터(225)에 의해 틸팅가능하게 장착되는 레이저 스캐너(228)를 포함할 수 있다.

레이저 스캐너 모듈(220)의 프레임은 레이저 스캐너 베이스(113)에 장착되고, 레이저 스캐너 모듈(220)은 로봇 베이스 프레임(110)의 전방 및 후방 하부에 한 쌍이 장착될 수 있다.

사다리꼴 나사 및 너트(223)는 프레임에 볼 베어링에 의해 회전 가능하게 장착되고, 레이저 스캐너 구동 모터(221)에 의해 타이밍 풀리(222)를 통해 회전될 수 있다.

사다리꼴 나사 너트(223)에는 X축 방향으로 이동되는 브라켓이 결합되고, 이 브라켓에 레이저 스캐너(228)가 틸팅가능하게 장착될 수 있다. 레이저 스캐너(228)는 브라켓의 상측에 장착된 틸트 모터(225)에 의해 틸팅됨으로써, 비드 가공 툴의 이동거리 손실을 줄이고 주행 중 넓은 면적의 비드 스캐닝을 할 수 있다.

브라켓의 후면에는 사다리꼴 나사(223)에 지지되는 가이드 롤러(224)를 구비할 수 있다. 또한, 프레임의 단부에는 스토퍼(227)가 구비되고, 프레임의 하부에는 포토센서(227)가 구비되어, 레이저 스캐너(228)의 이동거리를 제한할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 철 구조물 벽면 주행 로봇(100)은 로봇 베이스 프레임(110)의 하부 중앙에 장착되어 로봇의 이동거리와 주행방향을 측정하는 오도미터(230)를 더 포함할 수 있다.

오도미터(230)는 로봇 베이스 프레임(110)의 하부에 결합되는 결합 베이스에 장착되어 회전 각도를 측정하는 제1 로터리 엔코더(232)와, 결합 베이스의 하부 양측에 결합되는 한 쌍의 공압 실린더(235)와, 한 쌍의 공압 실린더의 아래에 장착되는 우레탄 바퀴(237)와, 우레탄 바퀴의 회전수를 측정하는 제2 로터리 엔코더(238)를 포함할 수 있다.

결합 베이스의 내부에는 볼 베어링(234)이 구비되고, 결합 베이스의 상부에는 제1 로터리 엔코더(232)의 회전수 측정을 위한 엔코더 자석(233)이 구비될 수 있다. 제1 로터리 엔코더(232)는 오도미터(230)의 회전 각도를 측정하여 로봇의 주행 방향을 계산할 수 있다.

한 쌍의 공압 실린더(235)의 실린더 로드 하단에는 우레탄 바퀴(237)가 장착된 브라켓이 결합될 수 있다. 바퀴 회전축(2371)에는 복수의 볼 베어링(2372)이 구비되어 우레탄 바퀴(237)가 브라켓에 회전가능하게 장착될 수 있다. 바퀴 회전축(2371)과 우레탄 바퀴(237) 사이에는 키(key)가 결합되어 함께 회전될 수 있다.

우레탄 바퀴(237)의 회전축(2371) 외측에 제2 로터리 엔코더(238)가 장착될 수 있다. 바퀴 회전축(2371)의 일단부에는 엔코더 자석(2378)이 구비되어 제2 로터리 엔코더(238)가 바퀴의 회전수를 측정하여 이동거리를 적산할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 철 구조물 벽면 주행 로봇
110: 로봇 베이스 프레임 111: 구동 바퀴 베이스
112: 자석 모듈 베이스 113: 레이저 스캐너 베이스
114: 제어 박스 결합 베이스
120: 구동 바퀴
130: 자석 모듈 131: 결합 베이스
133: 베어링 커버 135: 공압 실린더
136: 가이드 바퀴 137: 영구 자석
138: 로터리 액추에이터
140: 케이블 트레이 142: 케이블 커버
144: 호스 케이블 로터리 조인트
150: 공압 밸브 및 레귤레이터
160: 카메라
170: LED
180: 제어박스
190: LM가이드 및 블록 191: 볼스크류 및 너트
193: 연마봉 195: Y축 구동모터
196: Y축 스토퍼 197: 케이블 베어
198: 포토센서
200: 가공 툴 베이스 프레임 201: 프레임 결합 베이스
202: LM가이드 및 블록 205: X축 구동모터
206: X축 스토퍼 207: 케이블 베어
208: 포토센서 209: 가공 툴 결합 베이스
210: 비드 가공 툴 모듈 215: 절삭날
216: 절삭 칩 스위퍼 218: 연삭 분진 호퍼
220: 레이저 스캐너 모듈 221: 레이저 스캐너 구동 모터
222: 타이밍 풀리 223: 사다리꼴 나사 및 너트
224: 가이드 롤러 225: 틸트 모터
226: 스토퍼 227: 포토센서
228: 레이저 스캐너 229: 케이블 베어
230: 오도미터 232: 제1 로터리 엔코더
233: 엔코더 자석 234: 볼 베어링
235: 공압 실린더 237: 우레탄 바퀴
2371: 바퀴 회전축 2372: 볼 베어링
2373: 키 2378: 엔코더 자석
238: 제2 로터리 엔코더

Claims

로봇 베이스 프레임;
상기 로봇 베이스 프레임에 조향 및 회전 가능하게 장착되어 철 구조물 벽면에서 주행하는 복수의 구동 바퀴;
상기 로봇 베이스 프레임에 승강가능하게 장착되는 복수의 자석 모듈;
상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 구비되어 용접 비드를 스캔하는 레이저 스캐너 모듈;
상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 구비되어 로봇의 전방 및 후방을 촬영하는 카메라;
상기 로봇 베이스 프레임의 전방 및 후방에 장착되어 로봇의 작동을 제어하는 제어박스;
상기 로봇 베이스 프레임에 Y축 및 X축 방향으로 이동가능하게 장착되는 비드 가공 툴 모듈을 포함하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.
제1항에 있어서,
상기 로봇 베이스 프레임의 상부에 장착되는 케이블 트레이;
상기 케이블 트레이의 중앙부에 구비되는 호스 케이블 로터리 조인트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.
제1항에 있어서,
상기 로봇 베이스 프레임에 Y축 방향으로 이동가능하게 결합되는 가공 툴 베이스 프레임을 더 포함하고,
상기 비드 가공 툴 모듈은 상기 가공 툴 베이스 프레임에 대해 X축 방향으로 이동가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.
제3항에 있어서,
상기 로봇 베이스 프레임에 장착되어 Y축 구동모터에 의해 회전 및 이동되는 볼스크류 및 너트와,
상기 로봇 베이스 프레임에 장착되어 상기 가공 툴 베이스 프레임의 Y축 방향 이동을 안내하는 LM가이드 및 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.
제4항에 있어서,
상기 가공 툴 베이스 프레임에 장착되어 X축 구동모터에 의해 회전 및 이동되는 사다리꼴 나사 및 너트와,
상기 가공 툴 베이스 프레임에 장착되어 상기 비드 가공 툴 모듈의 X축 방향 이동을 안내하는 LM가이드 및 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.
제1항에 있어서,
상기 자석 모듈은
상기 로봇 베이스 프레임에 회전가능하게 결합되는 결합 베이스와,
상기 결합 베이스의 하부에 결합되는 한 쌍의 공압 실린더와,
상기 한 쌍의 공압 실린더의 하부에 회전가능하게 장착되는 한 쌍의 가이드 바퀴와,
상기 한 쌍의 가이드 바퀴 사이에 장착되는 영구 자석과,
상기 영구 자석을 회전시키는 로터리 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.
제1항에 있어서,
상기 레이저 스캐너 모듈은
레이저 스캐너 구동 모터에 의해 회전되어 X축 방향으로 구동하는 사다리꼴 나사 및 너트와,
틸트 모터에 의해 틸팅가능하게 장착되는 레이저 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.
제1항에 있어서,
상기 로봇 베이스 프레임의 하부 중앙에 장착되어 로봇의 이동거리와 주행방향을 측정하는 오도미터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.
제8항에 있어서,
상기 오도미터는
상기 로봇 베이스 프레임의 하부에 결합되는 결합 베이스에 장착되어 회전 각도를 측정하는 제1 로터리 엔코더와,
상기 결합 베이스의 하부 양측에 결합되는 한 쌍의 공압 실린더와,
상기 한 쌍의 공압 실린더의 아래에 장착되는 우레탄 바퀴와,
상기 우레탄 바퀴의 회전수를 측정하는 제2 로터리 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 철 구조물 벽면 주행 로봇.