WO2010117160A2 - 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치 - Google Patents

윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치 Download PDF

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WO2010117160A2
WO2010117160A2 PCT/KR2010/002015 KR2010002015W WO2010117160A2 WO 2010117160 A2 WO2010117160 A2 WO 2010117160A2 KR 2010002015 W KR2010002015 W KR 2010002015W WO 2010117160 A2 WO2010117160 A2 WO 2010117160A2
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wire
drum
drive shaft
winch
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김상휘
조승호
김현구
박영준
조기수
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삼성중공업 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/50—Control devices automatic for maintaining predetermined rope, cable, or chain tension, e.g. in ropes or cables for towing craft, in chains for anchors; Warping or mooring winch-cable tension control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/02—Driving gear
    • B66D1/14—Power transmissions between power sources and drums or barrels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/30—Rope, cable, or chain drums or barrels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/36—Guiding, or otherwise ensuring winding in an orderly manner, of ropes, cables, or chains
    • B66D1/39—Guiding, or otherwise ensuring winding in an orderly manner, of ropes, cables, or chains by means of axially-movable drums or barrels

Definitions

  • the present invention relates to a winch. More particularly, the present invention relates to a winch configured to precisely control the length of a wire and an autonomous mobile device including the same.
  • an autonomous mobile device equipped with a work robot is used to automatically perform work such as welding or cutting inside a block of a hull.
  • the autonomous platform is operated to move inside the hull block using a plurality of wires to a platform on which the robot can be mounted.
  • the platform can freely move inside the hull block by repeatedly performing a process of winding or unwinding the wires coupled to the hull block inner wall surface. Furthermore, the precise control of the length of the wire wound or unwound by the winch allows the platform to move to the desired position inside the hull block.
  • the wire between the wire drum and the wire discharge port may sag or sag.
  • a winch that is generally used, when the wire drum constituting the winch rotates in a direction in which the wire is released without tensioning the wire, the wire tightly wound on the wire drum is loosened and a phenomenon occurs that the wire drum is lifted from the outer peripheral surface of the wire drum. do.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and to precisely control the length of the wire by preventing the sagging of the wire and the loosening of the wire on the wire drum generated when the wire drum rotates in the unwinding direction
  • An object of the present invention is to provide a configured winch and an autonomous mobile device including the same.
  • the drive motor A drum drive shaft which receives the driving force from the drive motor and rotates the drum; A wire drum rotating by the drum drive shaft; A roller drive shaft disposed in parallel with the drum drive shaft and rotated in a direction different from the drum drive shaft by the drive motor; A roller connected to the roller drive shaft and supporting a wire wound on the wire drum or released from the wire drum; And a one-way clutch installed on the roller drive shaft such that the driving force transmitted from the roller drive shaft to the roller is interrupted when the wire drum rotates in the winding direction of the wire.
  • a winch is provided which receives a driving force from the roller drive shaft and rotates the wire positioned between the wire drum and the roller to maintain tension.
  • a torque limiter may be installed on the roller drive shaft.
  • It may further include a load cell (load cell) disposed adjacent to the roller to measure the tension of the wire supported by the roller.
  • load cell load cell
  • the pinch roller may further include a pinch roller contacting the outer circumference of the roller and having a rotating shaft parallel to the rotating shaft of the roller to prevent the wire supported by the roller from escaping from the roller.
  • an autonomous mobile device that can move in a certain workspace, the mobile platform located inside the workspace;
  • the above-mentioned winch installed on the mobile platform; And one end is coupled to the support that defines the workspace, the other end is provided with an autonomous mobile device comprising a wire coupled to the winch.
  • the winch can be precisely controlled for the length of the wire by preventing the wires from being entangled or disturbed by the sagging or sagging of the wire.
  • the autonomous mobile device including a winch capable of precise control of the length of the wound or unwound wire can be accurately moved to a desired position within the workspace.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an autonomous mobile device including a winch according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a winch according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a view schematically showing a longitudinal section of the roller drive shaft included in the winch according to an embodiment of the present invention
  • 5 and 6 are views showing the operating state of the winch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an autonomous mobile device including a winch according to an embodiment of the present invention.
  • the autonomous mobile device 100 is free to move in a certain work space 107, such as inside the block of the hull.
  • the autonomous mobile device 100 includes a mobile platform 105, a winch 110, and a wire 92.
  • the mobile platform 105 is located inside the workspace 107 during the movement. do.
  • a work device 106 that can perform operations such as welding, cutting and painting may be mounted to be movable in the longitudinal direction of the mobile platform 105.
  • a work device capable of performing operations such as blasting and grit collection may be mounted on the lower side of the mobile platform 105 to be movable in the longitudinal direction of the mobile platform 105.
  • the mobile platform 105 is provided with a plurality of winches 110.
  • the winch 110 is coupled to the other end of the wire 92, one end of which is coupled to the support 108 that defines the workspace 107.
  • the support defining the working space means the same as the partition wall partitioning the block of the hull, in addition to the various forms of the support is applied to this embodiment.
  • the autonomous mobile device 100 configured as described above uses the winch 110 to wind or unwind the wire 92 coupled with the winch 110 so that the moving platform 105 can freely move inside the workspace 107. It works.
  • the winch 110 is configured to precisely adjust the length of the wire 92 to be wound or unwound. Accordingly, the autonomous platform 100 is operated to precisely move the moving platform 105 to a desired position of the workspace 107.
  • FIG. 2 is a perspective view of the winch according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the I-I of FIG. 2
  • the winch 110 according to an embodiment of the present invention includes a drive motor 10, a drum drive shaft 20, a wire drum 30, a roller drive shaft 40, and a roller 50.
  • a one way clutch 60 is included in the winch 110 according to an embodiment of the present invention.
  • the drive motor 10 provides a driving force for rotating the drum drive shaft to be described later. 2, the drive motor 10 is connected to the speed reducer 14 and the motor brake 16. In addition, the drive motor 10 may be connected to an encoder 18 for measuring the amount of rotation of the drive motor rotation shaft. However, a reducer, a motor brake, and an encoder connected to the drive motor 10 may be selectively applied.
  • the drive motor 10 is installed in the support frame 70.
  • the support frame 70 is a support installed on the moving platform 105 (see FIG. 1), and is provided with a drum drive shaft 20 that rotates by receiving a driving force from the driving motor 10.
  • the motor gear 12 is installed at one end of the drive motor 10, the motor gear 12 and at one end of the drum drive shaft 20 The first drum gear 22 to be engaged is provided.
  • a wire drum 30 is installed in the drum drive shaft 20.
  • the wire drum 30 is configured to wind the wire 92 and has a cylindrical shape.
  • the wire drum 30 is installed on the drum drive shaft 20 to be movable along the drum drive shaft 20 while rotating by the drum drive shaft 20.
  • the drum drive shaft 20 and the wire drum 30 may be combined in a variety of ways, such as ball spline method.
  • the wire drum 30 is formed with a first threaded portion 36 on the outer circumferential surface of both ends of the longitudinal direction.
  • the first threaded portion 36 engages with a second threaded portion 96 formed in the guide portion 90 described later.
  • the first threaded portion 36 is not necessarily formed at both ends of the wire drum 30, but may be formed at one end of the wire drum 30.
  • a guide part 90 disposed in parallel with the drum drive shaft 20 is formed at one side of the drum drive shaft 20.
  • the guide unit 90 may be integrally formed with the support frame 70 or manufactured separately.
  • the guide portion 90 has a second threaded portion 96 extending in the longitudinal direction of the drum drive shaft 20 on the side opposite to the drum drive shaft 30 and engaged with the first threaded portion 36.
  • the wire drum 30 may be screwed along the guide portion 90 while the first threaded portion 36 is engaged with the second threaded portion 96.
  • the wire drum 30 is screwed while rotating along the guide portion 90 so that the wire 92 is sequentially wound on the wire drum 30 in an aligned state or released from the wire drum 30 in sequence.
  • Threads formed in the first threaded portion 36 and the second threaded portion 96 each have a constant pitch. In this case, when the wire drum 30 rotates once, the distance that the wire drum 30 moves along the guide portion 90 is kept constant.
  • the winch 110 is perpendicular to a predetermined position in the longitudinal direction of the guide portion 90, for example, the longitudinal direction of the guide portion 90 when the wire drum 30 moves along the guide portion 90, and has a wire discharge port ( The wire 92 acts to wind or unwind from the wire drum 30 at a planar position past the center of 21.
  • the roller drive shaft 40 is disposed in parallel with the drum drive shaft 20.
  • the roller drive shaft 40 is a configuration for transmitting a driving force to the roller 50 to be described later, and rotates in a direction different from the drum drive shaft 20 by the drive motor 10.
  • a second drum gear engaged with a roller gear 44 provided at one end of the roller drive shaft 40 is provided at a side of the first drum gear 22 in contact with the drum drive shaft 20. 24 is formed. Accordingly, the driving force of the driving motor 10 is transmitted to the roller drive shaft 40, and the roller drive shaft 40 rotates in a direction different from the rotation direction of the drum drive shaft 20.
  • the roller drive shaft 40 is connected to the roller 50.
  • the roller 50 supports the wire 92 wound on the wire drum 30 or released from the wire drum 30.
  • the roller 50 is rotatably installed on the roller support 58, and the end of the roller support 58 is installed on the support frame 70.
  • the wire 92 may be wound around the wire drum 30 while being supported by the roller 50 through the discharge port 71 formed in the support frame 70.
  • the wire 92 may pass through the discharge port 71 while being supported by the roller 50 while being released from the wire drum 30.
  • the winch 110 further includes a pinch roller 54 having a rotating shaft parallel to the rotating shaft of the roller 50.
  • the pinch roller 54 prevents the wire 92 supported by the roller 50 from deviating from the roller 50.
  • the pinch roller 54 is disposed in contact with or adjacent to the outer periphery of the roller 50, and is rotatably installed on the roller support 58.
  • the winch 110 further includes a load cell 80 disposed adjacent to the roller 50.
  • the load cell 80 is for measuring the tension of the wire 92 supported by the roller 50 and is installed at the end of the roller support part 80 on which the roller 50 is installed.
  • the roller 50 When tension is applied to the wire supported by the roller 50, the roller 50 is applied to the load cell 80 by the wire. In this case, the tension of the wire is measured through the load applied to the load cell 80.
  • a one way clutch 60 is installed on the roller drive shaft 40.
  • the one-way clutch 60 rotates in the direction in which the wire drum 30 winds the wire 92
  • the driving force transmitted to the roller 50 by the roller drive shaft 40 is interrupted.
  • the 30 rotates in the unwinding direction of the wire 92
  • the driving force is actuated by the roller drive shaft 40 to the roller 50.
  • the roller 50 is wound around the wire drum 30 without being affected by the driving force transmitted by the roller drive shaft 40 ( 92) due to friction with it.
  • the roller 50 rotates by a driving force transmitted by the roller drive shaft 40.
  • the roller 50 rotates in the direction in which the wire 92 is discharged to the outside through the discharge port 71.
  • the roller in order to maintain tension of the wire 92 positioned between the roller 50 and the wire drum 30 in a situation where the wire 92 is released from the wire drum 30, the roller is released at the same time.
  • the wire which is longer than the length of the wire should be rotated to pull the discharge port.
  • the gear ratio of the roller gear 44 and the second drum gear 24 can be adjusted appropriately.
  • a torque limiter 42 is installed on the roller drive shaft 40.
  • the torque limiter 42 prevents excessive driving force from being transmitted to the roller 50 by the roller drive shaft 40.
  • the excessive driving force is a slip between the roller 50 that rotates in the direction of discharging the wire 92 when the wire drum 50 rotates in the unwinding direction of the wire and the wire 92 that is supported by the roller 50.
  • the driving force is at least equal to the driving force at the moment of occurrence.
  • roller drive shaft 40 is divided into a total of three parts.
  • roller drive shaft 40 is the first shaft 41 is coupled to the roller gear 44 at the end, the second shaft 43 and one-way connected to the first shaft 41 by the torque limiter 42
  • a third shaft 45 is connected to the second shaft 43 by the clutch 60.
  • the torque limiter 42 is configured such that the joint 47, which transmits the rotational force, slips or falls when the load acts more than specified.
  • the one-way clutch 60 has an inner ring 46 coupled to the second shaft 43 and an outer ring 48 connected to the third shaft 45.
  • the outer ring 48 of the one-way clutch 60 may be connected to the third shaft 45 by a coupling 49 for preventing the declination and the eccentricity between the second shaft 43 and the third shaft 45. Can be.
  • the outer ring 48 of the one-way clutch 60 may be directly coupled to the third shaft 45.
  • winch 110 operates to wind wire 92.
  • the wire drum 30 rotates in the winding direction of the wire 92.
  • the driving force transmitted from the roller drive shaft 40 to the roller 50 by the one-way clutch 60 is interrupted. Accordingly, the roller 50 rotates in the direction in which the wire 92 is wound to the wire drum 30 due to friction with the wire 92.
  • winch 110 operates to unwind wire 92.
  • the wire drum 30 rotates in the direction of loosening the wire 92.
  • the roller 50 receives the driving force by the roller drive shaft 40 (see FIG. 2) and rotates in the direction in which the wire 92 passes through the discharge port 71 to the outside.
  • the roller 50 rotates to apply tension to the wire 92 positioned between the roller 50 and the wire drum 30.
  • the torque limiter 42 (see FIG. 2) operates to prevent excessive driving force from being transmitted to the roller 50 by the roller drive shaft 40 (see FIG. 2). This prevents the slip generated between the roller 50 and the wire 92 supported by the roller 50.
  • the winch according to an embodiment of the present invention sags or sags the wire generated in the winch by maintaining the tension between the wire and the wire drum, even though the wire drum rotates in the unwinding direction. This does not happen.
  • the winch 110 may be prevented from being entangled or disturbed with each other due to sagging or sagging of the wire.
  • the winch according to an embodiment of the present invention enables precise control of the wire length.
  • the autonomous mobile device including a winch capable of precise control of the length of the wound or unwound wire can be accurately moved to a desired position in the workspace.

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Abstract

윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치가 개시된다. 이 윈치는 구동모터; 상기 구동모터에 의해 회전하는 드럼 구동축; 상기 드럼 구동축에 의해 회전하는 와이어 드럼; 상기 드럼 구동축과 평행하게 배치되고, 상기 구동모터에 의해 상기 드럼 구동축과 상이한 방향으로 회전하는 롤러 구동축; 상기 롤러 구동축과 연결되고, 상기 와이어 드럼에 감기거나 상기 와이어 드럼으로부터 풀리는 와이어를 지지하는 롤러; 및 상기 와이어 드럼이 와이어를 감는 방향으로 회전시 상기 롤러 구동축에 의해 상기 롤러로 전달되는 구동력이 차단되도록 상기 롤러 구동축 상에 설치되는 원웨이 클러치(one way clutch)를 포함하고, 상기 롤러는 상기 와이어 드럼이 와이어를 푸는 방향으로 회전 시 상기 롤러 구동축에 의해 구동력을 전달받아 상기 와이어 드럼 및 상기 롤러 사이에 위치하는 와이어가 장력을 유지하도록 회전하는 것을 특징으로 한다.

Description

윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치
본 발명은 윈치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 와이어의 길이를 정밀하게 제어할 수 있도록 구성된 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치에 관한 것이다.
일반적으로 선체의 블록 내부에서 용접 또는 절단 같은 작업을 자동으로 수행하기 위해 작업 로봇이 탑재되는 자율이동장치가 사용된다. 자율이동장치는 로봇을 탑재할 수 있는 플랫폼을 복수의 와이어를 이용하여 선체 블록 내부를 이동하도록 작동된다.
여기서, 플랫폼에 설치된 윈치가 선체 블록 내벽면과 결합되어 있는 와이어를 감거나 푸는 과정을 반복적으로 수행함으로써 플랫폼은 선체블록 내부를 자유롭게 이동할 수 있다. 더욱이 윈치에 의해 감기거나 풀리는 와이어의 길이를 정밀하게 제어해야만 플랫폼은 선체블록 내부의 원하는 위치로 이동할 수 있다.
그런데, 일반적으로 사용되는 윈치는, 와이어에 장력을 가하지 않은 상태에서윈치를 구성하는 와이어 드럼이 와이어가 풀리는 방향으로 회전하면 와이어 드럼과 와이어 토출구 사이의 와이어가 처지거나 늘어지는 현상이 발생한다
이와 같이 늘어진 와이어는 서로 엉키거나 엉키지 않더라도 흐트러진 상태에 놓이게 된다. 이러한 상태에서 윈치가 와이어를 감으면 와이어는 엉키거나 흐트러진 상태로 와이어 드럼에 감기게 된다. 따라서, 윈치에 의해 감기거나 풀리는 와이어의 길이를 정밀하게 제어하지 못하는 문제가 있었다.
또한, 일반적으로 사용되는 윈치는 와이어에 장력을 가하지 않은 상태에서 윈치를 구성하는 와이어 드럼이 와이어가 풀리는 방향으로 회전하면 와이어 드럼에 타이트하게 감긴 와이어가 느슨하게 풀리고, 와이어 드럼의 외주면으로부터 들뜨는 현상이 발생한다.
와이어가 와이어 드럼에서 느슨하게 풀리고 들뜬 상태에서 와이어를 다시 와이어 드럼에 타이트하게 감는 것은 어렵다. 따라서 윈치에 의해 감기거나 풀리는 와이어의 길이를 정밀하게 제어하지 못하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 와이어 드럼이 와이어를 푸는 방향으로 회전하는 경우 발생되는 와이어의 처짐 및 와이어 드럼상의 와이어의 풀림 등을 방지하여 와이어의 길이를 정밀하게 제어하도록 구성된 윈치 및 이를 포함하는 자율이동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 구동모터; 상기 구동모터로부터 구동력을 전달받아 회전하는 드럼 구동축; 상기 드럼 구동축에 의해 회전하는 와이어 드럼; 상기 드럼 구동축과 평행하게 배치되고, 상기 구동모터에 의해 상기 드럼 구동축과 상이한 방향으로 회전하는 롤러 구동축; 상기 롤러 구동축과 연결되고, 상기 와이어 드럼에 감기거나 상기 와이어 드럼으로부터 풀리는 와이어를 지지하는 롤러; 및 상기 와이어 드럼이 와이어를 감는 방향으로 회전시 상기 롤러 구동축으로부터 상기 롤러로 전달되는 구동력이 차단되도록 상기 롤러 구동축 상에 설치되는 원웨이 클러치(one way clutch)를 포함하고, 상기 롤러는 상기 와이어 드럼이 와이어를 푸는 방향으로 회전 시 상기 롤러 구동축으로부터 구동력을 전달받아 상기 와이어 드럼 및 상기 롤러 사이에 위치하는 와이어가 장력을 유지하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 윈치가 제공된다.
상기 구동모터의 일 단부에 설치되는 모터 기어; 상기 드럼 구동축의 일 단부에 설치되고 상기 모터 기어와 치합하는 제 1 드럼기어; 및 상기 롤러 구동축의 일 단부에 설치되는 롤러 기어를 포함하고, 상기 드럼 구동축과 접하는 상기 제 1 드럼기어의 측부에는 상기 롤러 기어와 치합하는 제 2 드럼기어가 설치될 수 있다.
상기 롤러 구동축 상에는 토크 리미터가 설치될 수 있다.
상기 롤러에 의해 지지되는 와이어의 장력을 측정하기 위해 상기 롤러와 인접하여 배치되는 로드셀(load cell)을 더 포함할 수 있다.
상기 롤러에 의해 지지되는 와이어가 상기 롤러로부터 벗어나는 것을 방지하도록 상기 롤러의 외주연과 접하고, 상기 롤러의 회전축과 평행한 회전축을 구비한 핀치롤러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 일정한 작업공간에서 이동가능한 자율이동장치로서, 상기 작업공간의 내부에 위치하는 이동플랫폼; 상기 이동플랫폼에 설치되는 상기 언급된 윈치; 및 일 단이 상기 작업공간을 한정하는 지지체에 결합되고, 타 단이 상기 윈치에 결합되는 와이어를 포함하는 자율이동장치가 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 와이어 드럼이 와이어를 푸는 방향으로 회전하더라도 롤러와 와이어 드럼 사이에 위치하는 와이어가 장력을 유지함으로써 종래의 윈치에서 와이어 드럼이 와이어를 푸는 방향으로 회전할 때 발생되는 와이어의 처짐 또는 와이어 드럼상에 타이트 하게 감긴 와이어가 와이어 드럼상에서의 풀리거나 들뜨는 현상이 발생하지 않는다.
또한, 와이어의 처짐 또는 늘어짐에 의해 와이어가 서로 엉키거나 흐트러진 상태에 놓이는 것이 방지됨으로써 윈치는 와이어 길이에 대한 정밀제어가 가능해진다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이와 같이 감기거나 풀리는 와이어의 길이에 대한 정밀한 제어가 가능한 윈치를 포함하는 자율이동장치는 작업공간 내부의 원하는 위치로 정확하게 이동할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치를 포함하는 자율이동장치를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 사시도이고,
도 3은 도 2의 I-I 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치에 포함된 롤러 구동축의 길이방향 단면을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 윈치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치를 포함하는 자율이동장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 상기 자율이동장치(100)는 선체의 블록 내부 같은 일정한 작업공간(107)에서 자유롭게 이동한다.
도 1을 참조하면, 자율이동장치(100)는 이동플랫폼(105), 윈치(110) 및 와이어(92)를 포함한다.이동플랫폼(105)은 이동과정에서 작업공간(107)의 내부에 위치한다.
이동플랫폼(105)의 상측에는 용접, 절단 및 도장 같은 작업을 수행할 수 있는 작업장치(106)가 이동플랫폼(105)의 길이방향으로 이동가능하게 탑재될 수 있다. 또한, 이동플랫폼(105)의 하측에는 블라스팅 및 그리트 수거 같은 작업을 수행할 수 있는 작업장치가 이동플랫폼(105)의 길이방향으로 이동가능하게 탑재될 수 있다.
이동플랫폼(105)에는 복수의 윈치(110)가 설치된다. 윈치(110)는, 일 단이 작업공간(107)을 한정하는 지지체(108)에 결합된 와이어(92)의 타 단과 결합된다. 여기서 작업공간을 한정하는 지지체는 선체의 블록을 구획하는 격벽과 같은 것을 의미하며, 이외에도 다양한 형태의 지지체가 본 실시예에 적용된다.
이와 같이 구성된 자율이동장치(100)는 윈치(110)를 사용하여 윈치(110)와 결합된 와이어(92)를 감거나 풀면서 이동플랫폼(105)이 작업공간(107) 내부를 자유롭게 이동할 수 있도록 작동된다.
이 경우 윈치(110)는 감기거나 풀리는 와이어(92)의 길이를 정밀하게 조절할 수 있도록 구성된다. 이에 따라 자율이동장치(100)는 이동플랫폼(105)을 작업공간(107)의 원하는 위치로 정밀하게 이동하도록 작동된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 I-I 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치(110)는 구동모터(10)와, 드럼 구동축(20)과, 와이어 드럼(30)과, 롤러 구동축(40)과, 롤러(50)와, 원웨이 클러치(one way clutch)(60)를 포함한다.
구동모터(10)는 후술하는 드럼 구동축을 회전시키기 위한 구동력을 제공한다. 도 2를 참조하면, 구동모터(10)는 감속기(14) 및 모터 브레이크(16)와 연결된다. 또한, 구동모터(10)는 구동모터 회전축의 회전량을 측정하기 위한 인코더(encoder)(18)와 연결될 수 있다. 다만, 구동모터(10)와 연결되는 감속기, 모터 브레이크 및 인코더는 선택적으로 적용할 수 있다.
구동모터(10)는 지지프레임(70)에 설치된다. 지지프레임(70)은 이동플랫폼(105)(도 1 참조)에 설치되는 지지체로서, 구동모터(10)로부터 구동력을 전달받아 회전하는 드럼 구동축(20)이 설치된다.
구동모터(10)의 구동력을 드럼 구동축(20)으로 전달하기 위해 구동모터(10)의 일 단부에는 모터기어(12)가 설치되고, 드럼 구동축(20)의 일 단부에는 모터기어(12)와 치합하는 제 1 드럼기어(22)가 설치된다.
도 2를 참조하면, 드럼 구동축(20)에는 와이어 드럼(30)이 설치된다. 와이어 드럼(30)은 와이어(92)를 감기 위한 구성으로서, 원통형상으로 이루어진다. 본 실시예에서, 와이어 드럼(30)은 드럼 구동축(20)에 의해 회전하면서 드럼 구동축(20)을 따라 이동 가능하도록 드럼 구동축(20) 상에 설치된다. 이를 위해, 드럼 구동축(20) 및 와이어 드럼(30)은 볼스플라인 방식등 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
본 실시예에서 와이어 드럼(30)은 그 길이방향 양측 단부의 외주면에 제 1 나사부(36)가 형성된다. 상기 제 1 나사부(36)는 후술하는 가이드부(90)에 형성된 제 2 나사부(96)와 맞물린다. 다만, 제 1 나사부(36)는 반드시 상기 와이어 드럼(30)의 양측 단부에 형성될 필요는 없고, 상기 와이어 드럼(30)의 일 단부에 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 드럼 구동축(20)의 일 측에는 드럼 구동축(20)과 평행하게 배치되는 가이드부(90)가 형성된다. 가이드부(90)는 지지프레임(70)과 일체로 형성되거나 별개로 제작되어 배치될 수 있다.
가이드부(90)는 드럼 구동축(30)과 대향하는 측면에 드럼 구동축(20)의 길이방향으로 연장되고 제 1 나사부(36)와 맞물리는 제 2 나사부(96)를 구비한다. 와이어 드럼(30)은 드럼 구동축(20)에 의해 회전 할 때, 제 1 나사부(36)가 제 2 나사부(96)에 맞물린 상태로 가이드부(90)를 따라 나사 이동할 수 있다.
이와 같이 와이어 드럼(30)은 가이드부(90)를 따라 회전하면서 나사 이동함으로써 와이어(92)가 정렬된 상태로 와이어 드럼(30)에 순차적으로 감기거나 와이어 드럼(30)으로부터 순차적으로 풀리게 된다.
제 1 나사부(36) 및 제 2 나사부(96)에 각각 형성된 나사산은 일정한 피치(pitch)를 가진다. 이 경우 와이어 드럼(30)이 1 회전할 때 와이어 드럼(30)이 가이드부(90)를 따라 이동하는 거리가 일정하게 유지된다.
이에 따라 윈치(110)는 와이어 드럼(30)이 가이드부(90)를 따라 이동시 가이드부(90)의 길이방향의 일정 위치, 예를 들어 가이드부(90)의 길이방향에 수직하고 와이어 토출구(21)의 중심을 지나는 평면상의 위치에서 와이어(92)가 와이어 드럼(30)에 감기거나 와이어 드럼(30)으로부터 풀리도록 작동한다.
본 실시예에서 드럼 구동축(20)과 평행하게 롤러 구동축(40)이 배치된다. 롤러 구동축(40)은 후술하는 롤러(50)에 구동력을 전달하기 위한 구성으로서, 구동모터(10)에 의해 드럼 구동축(20)과 상이한 방향으로 회전한다.
이와 관련하여, 도 2를 참조하면, 드럼 구동축(20)과 접하는 제 1 드럼기어(22)의 측부에는, 롤러 구동축(40)의 일 단부에 설치된 롤러 기어(44)와 치합하는 제 2 드럼기어(24)가 형성된다. 이에 따라 구동모터(10)의 구동력이 롤러 구동축(40)으로 전달되고, 롤러 구동축(40)은 드럼 구동축(20)의 회전방향과 상이한 방향으로 회전한다.
본 실시예에서 롤러 구동축(40)은 롤러(50)와 연결된다. 롤러(50)는 와이어 드럼(30)에 감기거나 와이어 드럼(30)으로부터 풀리는 와이어(92)를 지지한다. 롤러(50)는 롤러 지지부(58)에 회전가능하게 설치되고, 롤러 지지부(58)의 단부는 지지프레임(70)에 설치된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이 와이어(92)는, 예를 들어 지지프레임(70)에 형성된 토출구(71)를 지나 롤러(50)에 지지된 상태로 와이어 드럼(30)에 감길 수 있다. 또는 와이어(92)는 와이어 드럼(30)으로부터 풀리면서 롤러(50)에 지지된 상태로 토출구(71)를 지날 수 있다.
본 실시예에서 윈치(110)는 롤러(50)의 회전축과 평행한 회전축을 구비한 핀치롤러(54)를 더 포함한다. 핀치롤러(54)는 롤러(50)에 의해 지지되는 와이어(92)가 롤러(50)로부터 벗어나는 것을 방지한다. 핀치롤러(54)는 롤러(50)의 외주연과 접하거나 인접하여 배치되고, 롤러 지지부(58)에 회전가능하게 설치된다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에서 윈치(110)는 롤러(50)와 인접하여 배치되는 로드셀(80)을 더 포함한다. 로드셀(80)은 롤러(50)에 의해 지지되는 와이어(92)의 장력을 측정하기 위한 것으로 롤러(50)가 설치된 롤러 지지부(80)의 단부에 설치된다.
롤러(50)에 의해 지지되는 와이어에 장력이 걸리면 와이어에 의해 롤러(50)가 로드셀(80) 측으로 하중을 가하게 된다. 이 경우 로드셀(80)에 가해진 하중을 통해 와이어의 장력을 측정하게 된다.
본 실시예에서, 롤러 구동축(40)에 원 웨이 클러치(one way clutch)(60)가 설치된다. 원웨이 클러치(one way clutch)(60)는 와이어 드럼(30)이 와이어(92)를 감는 방향으로 회전하면 롤러 구동축(40)에 의해 롤러(50)로 전달되는 구동력이 차단되고, 반대로 와이어 드럼(30)이 와이어(92)를 푸는 방향으로 회전하면 롤러 구동축(40)에 의해 구동력이 롤러(50)로 전달되도록 작동한다.
이에 따라 와이어 드럼(30)이 와이어(92)를 감는 방향으로 회전하면 롤러(50)는 롤러 구동축(40)에 의해 전달되는 구동력에 영향을 받지 않은 상태로 와이어 드럼(30) 측으로 감기는 와이어(92)와의 마찰로 인해 회전한다.
또한, 와이어 드럼(30)이 와이어(92)를 푸는 방향으로 회전하면, 롤러(50)는 롤러 구동축(40)에 의해 전달되는 구동력에 의해 회전한다. 이 경우, 롤러(50)는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 와이어(92)가 토출구(71)를 통해 외부로 토출되는 방향으로 회전한다.
본 실시예에서, 롤러(50)가 이와 같이 회전함으로써, 와이어 드럼으로부터 풀리는 와이어(92)는 롤러(50)와의 마찰로 인해 토출구(71) 측으로 당겨지고, 롤러(50)와 와이어 드럼(30) 사이에 위치하는 와이어(92)는 장력을 유지한다.
이와 관련하여 와이어 드럼(30)으로부터 와이어(92)가 풀리는 상황에서 롤러(50)와 와이어 드럼(30) 사이에 위치하는 와이어(92)가 장력을 유지하기 위해서 롤러는 동일한 시간에 와이어 드럼이 푸는 와이어의 길이보다 더 긴 길이의 와이어를 토출구측으로 당기도록 회전해야 한다. 이를 위해 롤러 기어(44) 및 제 2 드럼기어(24)의 기어비는 적절히 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 롤러 구동축(40)에 토크 리미터(torque limiter)(42)가 설치된다. 토크 리미터(42)는 롤러 구동축(40)에 의해 과도한 구동력이 롤러(50)로 전달되는 것을 방지한다.
여기서, 과도한 구동력이란 와이어 드럼(50)이 와이어를 푸는 방향으로 회전시 와이어(92)를 토출시키는 방향으로 회전하는 롤러(50)와 롤러(50)에 의해 지지되는 와이어(92) 사이에 슬립이 발생하는 순간의 구동력과 적어도 동일한 구동력을 말한다.
이와 같이 토크 리미터(42)가 롤러 구동축(40) 상에 설치됨으로써, 롤러(50)와 롤러(50)에 의해 지지되는 와이어(92) 사이에 슬립을 방지할 수 있고, 슬립에 의한 와이어(92)의 손상을 방지할 수 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치에 포함된 롤러 구동축의 길이방향 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 롤러 구동축(40)은 총 3 개의 부분으로 분할된다.
즉, 롤러 구동축(40)은 단부에 롤러 기어(44)가 결합되는 제 1 축(41), 토크 리미터(42)에 의해 제 1 축(41)과 연결되는 제 2 축(43) 및 원웨이 클러치(60)에 의해 제 2 축(43)과 연결되는 제 3 축(45)을 포함한다.
여기서, 토크 리미터(42)는 부하가 규정이상으로 작용한 경우 회전력을 전달하는 이음부(47)가 미끄러지거나 떨어지도록 구성된다. 또한, 원웨이 클러치(60)는 내륜(46)이 제 2 축(43)과 결합되고 외륜(48)이 제 3 축(45)과 연결된다.
이 경우 원웨이 클러치(60)의 외륜(48)은 제 2 축(43) 및 제 3 축(45)간의 편각 및 편심을 방지하기 위한 커플링(49)에 의해 제 3 축(45)과 연결될 수 있다. 또는 원웨이 클러치(60)의 외륜(48)은 제 3 축(45)과 직접 결합될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치의 작동 상태를 나타내는 도면이다. 먼저 도 5를 참조하면, 윈치(110)는 와이어(92)를 감도록 작동한다.
이 경우 와이어 드럼(30)은 와이어(92)를 감는 방향으로 회전한다. 그리고 원웨이 클러치(60)에 의해 롤러 구동축(40)으로부터 롤러(50)로 전달되는 구동력이 차단된다. 이에 따라 롤러(50)는 와이어(92)와의 마찰로 인해 와이어(92)가 와이어 드럼(30) 측으로 감기는 방향으로 회전한다.
도 6을 참조하면, 윈치(110)는 와이어(92)를 풀도록 작동한다. 이 경우 와이어 드럼(30)은 와이어(92)를 푸는 방향으로 회전한다. 그리고 롤러(50)는 롤러 구동축(40)(도 2 참조)에 의해 구동력을 전달받아 와이어(92)가 토출구(71)를 지나 외부로 이송되는 방향으로 회전한다.
이 경우 롤러(50)는 롤러(50)와 와이어 드럼(30) 사이에 위치하는 와이어(92)에 장력이 걸리도록 회전한다. 그리고 토크 리미터(42)(도 2 참조)는 롤러 구동축(40)(도 2 참조)에 의해 과도한 구동력이 롤러(50)로 전달되는 것을 방지하도록 작동한다. 이에 따라 롤러(50)와 롤러(50)에 의해 지지되는 와이어(92) 사이에 발생되는 슬립이 방지된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치는 와이어 드럼이 와이어를 푸는 방향으로 회전하더라도 롤러와 와이어 드럼 사이에 위치하는 와이어가 장력을 유지함으로써 종래의 윈치에서 발생되는 와이어의 처짐 또는 늘어짐이 발생하지 않는다.
나아가 이러한 윈치(110)는 와이어의 처짐 또는 늘어짐에 의해 와이어가 서로 엉키거나 흐트러진 상태에 놓이는 것이 방지될 수 있다. 이와 같은 점을 고려할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치는 와이어 길이에 대한 정밀제어가 가능해진다.
또한, 이와 같이 감기거나 풀리는 와이어의 길이에 대한 정밀한 제어가 가능한 윈치를 포함하는 자율이동장치는 작업공간 내부의 원하는 위치로 정확하게 이동할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 구동모터;
    상기 구동모터에 의해 회전하는 드럼 구동축;
    상기 드럼 구동축에 의해 회전하는 와이어 드럼;
    상기 드럼 구동축과 평행하게 배치되고, 상기 구동모터에 의해 상기 드럼 구동축과 상이한 방향으로 회전하는 롤러 구동축;
    상기 롤러 구동축과 연결되고, 상기 와이어 드럼에 감기거나 상기 와이어 드럼으로부터 풀리는 와이어를 지지하는 롤러; 및
    상기 와이어 드럼이 와이어를 감는 방향으로 회전시 상기 롤러 구동축에 의해 상기 롤러로 전달되는 구동력이 차단되도록 상기 롤러 구동축 상에 설치되는 원웨이 클러치(one way clutch)를 포함하고,
    상기 롤러는 상기 와이어 드럼이 와이어를 푸는 방향으로 회전 시 상기 롤러 구동축에 의해 구동력을 전달받아 상기 와이어 드럼 및 상기 롤러 사이에 위치하는 와이어가 장력을 유지하도록 회전하는 것을 특징으로 하는 윈치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동모터의 일 단부에 설치되는 모터 기어;
    상기 드럼 구동축의 일 단부에 설치되고 상기 모터 기어와 치합하는 제 1 드럼기어; 및
    상기 롤러 구동축의 일 단부에 설치되는 롤러 기어를 포함하고,
    상기 드럼 구동축과 접하는 상기 제 1 드럼기어의 측부에는 상기 롤러 기어와 치합하는 제 2 드럼기어가 형성되는 것을 특징으로 하는 윈치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 롤러 구동축에 설치되는 토크 리미터(torque limiter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 롤러에 의해 지지되는 와이어의 장력을 측정하기 위해 상기 롤러와 인접하여 배치되는 로드셀(load cell)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치
  5. 제1항에 있어서,
    상기 롤러에 의해 지지되는 와이어가 상기 롤러로부터 벗어나는 것을 방지하도록 상기 롤러의 외주연과 접하거나 인접하여 배치되고, 상기 롤러의 회전축과 평행한 회전축을 구비한 핀치롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치.
  6. 일정한 작업공간에서 이동가능한 자율이동장치로서,
    상기 작업공간의 내부에 이동가능하게 위치하는 이동플랫폼;
    상기 이동플랫폼에 설치되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 윈치; 및
    일 단이 상기 작업공간을 한정하는 지지체에 결합되고, 타 단이 상기 윈치에 결합되는 와이어를 포함하는 자율이동장치.
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