KR101065062B1 - 천장 주행이 가능한 비행로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 동축 반전형 상/하부 로터가 구비된 로터 구동부; 상기 로터 구동부에 연결된 상태로 상/하부 로터의 회전반경 바깥쪽에 설치되는 플랫폼; 상기 플랫폼과 로터 구동부 사이를 연결시키기 위한 연결로드; 및 상기 플랫폼 상단에 설치되어 독립 구동되는 휠 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하고, 동축반전 형태의 로터 구동부를 구비함으로써, 호버링 성능이 우수하고, 비행로봇이 천장부에 닿은 상태에서는 휠 구동부를 이용해 전방향으로 구동되도록 함으로써, 로터 구동부의 추력을 최소로 유지시킬 수 있어, 에너지저감 효과가 뛰어나고, 이로 인해, 오랜시간 비행이 가능하며, 카메라모듈을 탑재함에 따라, 지형이나 지물 등과 같은 감시활동이 가능하고, 이들 감시대상을 다양한 방향에서 감시하거나 근접 촬영하는 것이 가능하기 때문에 보다 정밀하고 입체적인 영상정보를 획득할 수 있고, 다양한 장소에서의 능동적인 감시활동이 가능한 효과를 갖는다.
동축반전, 비행로봇, 호버링, 천장구동, 휠 구동부

Description

천장 주행이 가능한 비행로봇{Flying Robots being capable of running on the ceiling}
본 발명은 천장 주행이 가능한 비행로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 호버링이 우수한 동축 반전형태의 비행로봇 상부에 전방향성 휠 구동부를 장착하여 적은 추력으로도 천장주행이 가능하도록 하고, 카메라 모듈을 탑재시켜 감시기능을 갖도록 한 천장 주행이 가능한 비행로봇에 관한 것이다.
일반적으로 지형 지물을 감시하기 위한 수단으로 감시카메라가 사용된다. 이러한 감시카메라는 전주나 가로등, 건물에 고정 설치되어 특정지역을 지속적으로 감시하는데 이용되거나, 차량이나 비행로봇에 탑재되어 산업기간 시설물들의 안전점검 및 진단을 수행하는데 이용되고 있다.
도 1은 종래의 비젼 시스템을 이용한 교량점검 예를 도시한 개략도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 종래 기술은 유압으로 작동되는 4절 링크부(6,7,8,9)를 탑재한 교량용 점검차를 조사대상인 교량의 외측에 설치하고, 4절 링크부 끝단에 2축 스칼라 로봇(10)을 부착하고, 2축 스칼라 로봇(10) 위에 상하 및 좌우방향으로 제어가 가능한 카메라를 부착하고, 4절 링크부(6,7,8,9)와 2축 스칼라 로봇(10)을 교량 상부에서 유선 또는 무선으로 제어하고, 교량 점검차가 이동하면서 원하는 지점의 영상을 카메라로 촬영한 후 이를 유선 또는 무선으로 전송하고, 상기 전송된 데이터를 비젼 시스템을 사용하여 영상 처리하여 균열의 폭과 길이를 판별한 후 이를 파일형태로 저장한다.
이러한 비젼 시스템을 이용한 교량의 결함조사 방법은 많은 장비를 필요로 하는 문제가 있었고 또한 탑재 점검차량의 이동에 따른 교량의 결함조사 방법으로서 작업범위가 제한적이고 번거로운 문제가 있다.
또한, 상기 점검 시스템을 교량이 아닌 다른 시설물에 적용하는데 많은 어려움이 있었다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 호버링이 우수한 동축 반전형태의 비행로봇 상부에 전방향성 휠 구동부를 장착하여 적은 추력으로도 천장주행이 가능하도록 한 천장 주행이 가능한 비행로봇을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 비행로봇에 카메라모듈을 탑재시킴에 따라, 지형이나 지물 등의 감시대상을 다양한 방향에서 감시하거나 근접 촬영하는 것이 가능하도록 한 천장 주행이 가능한 비행로봇을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 동축 반전형 상/하부 로터가 구비된 로터 구동부; 상기 로터 구동부에 연결된 상태로 상/하부 로터의 회전반경 바깥쪽에 설치되는 플랫폼; 상기 플랫폼과 로터 구동부 사이를 연결시키기 위한 연결로드; 및 상기 플랫폼 상단에 설치되어 독립 구동되는 휠 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 로터 구동부는 엑츄에이터가 탑재된 본체 프레임; 및 상기 본체 프레임 상/하측의 동축 상에 설치되는 상/하부 로터;를 포함한다.
여기서, 상기 플랫폼 간을 별도의 보강로드를 이용해 상호 연결되도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 휠 구동부는 비행로봇의 최상부에서 천장과 접지되어 구동이 가능하도록 설치되는 구동휠; 상기 구동휠과 축 결합되어 회전력을 제공하는 제어모터; 상기 제어모터의 후단부에 결합되는 일단이 플랫폼에 축회동 가능한 상태로 힌지 결합되는 제1 힌지부와 상기 제1 힌지부의 하부로 연장되는 제2 힌지부를 형성하는 모터 브라켓; 및 상기 모터 브라켓의 제2 힌지부에 일단이 힌지 결합되고, 타단이 플랫폼 측의 제3 힌지부에 힌지결합되는 완충기;를 포함한다.
또한, 상기 구동휠은 휠 원주방향 둘레에 다수의 롤러를 설치하되, 상기 롤러는 구동휠과 함께 회전되는 한편, 구동휠의 회전이 멈춘 상태에서는 제어모터의 축방향으로 자율회전이 가능한 상태로 결합된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 플랫폼에는 휠 구동부 또는 로터 구동부에 전원을 공급하기 위 한 배터리를 분산 탑재하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결로드 내부를 중공관 형태로 제작하고, 상기 중공관 내부를 신호선 및 전력선이 지나는 관로로 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 동축반전 형태의 로터 구동부를 구비함으로써, 호버링 성능이 우수하고, 비행로봇이 천장부에 닿은 상태에서는 휠 구동부를 이용해 전방향으로 구동되도록 함으로써, 로터 구동부의 추력을 최소로 유지시킬 수 있어, 에너지저감 효과가 뛰어나고, 이로 인해, 오랜 시간 비행이 가능한 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 카메라모듈을 탑재함에 따라, 지형이나 지물 등과 같은 감시활동이 가능하고, 이들 감시대상을 다양한 방향에서 감시하거나 근접 촬영하는 것이 가능하기 때문에 보다 정밀하고 입체적인 영상정보를 획득할 수 있고, 다양한 장소에서의 능동적인 감시활동이 가능한 효과를 갖는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 천장 주행이 가능한 비행로봇을 도시한 사시도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 크게 로터 구동부(110), 플랫폼(120), 연결로드(130), 휠 구동부(150)로 구성된다.
상기 로터 구동부(110)는 엑츄에이터(113)가 탑재된 본체 프레임(111)과, 상기 본체 프레임(111) 상/하측의 동축 상에 설치되는 상/하부 로터(115)(117)로 구성된다.
이때, 상기 상/하부 로터(115)(117)는 각각 별개의 엑츄에이터(113)로부터 동력을 전달받아 상호 반대방향 회전하게 되는데, 이처럼 2개의 로터를 통해 효율적으로 추력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상호 반전 작용을 통해서 호버링 상태를 유지하거나 비행방향을 조정할 수 있게 된다.
그리고, 상기 엑츄에이터(113)는 모터 또는 엔진이 탑재되어 사용될 수 있다.
상기 상/하부 로터(115)(117)의 회전반경 바깥쪽에는 지상 착지를 돕기 위한 플랫폼(120)이 설치된다.
상기 플랫폼(120)은 비행로봇의 무게를 절감시키기 위해 살 부분이 제거된 골조형태의 구조물로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 플랫폼(120)은 대략 3~4개정도가 설치될 수 있고, 각각은 연결로드(130)를 이용해 로터 구동부(110)의 본체 프레임(111)과 연결된다.
또한, 상기 플랫폼(120) 간은 별도의 보강로드(140)를 이용해 상호 연결되도록 하여 구조물의 안정성을 높일 수 있다.
그리고, 상기 플랫폼(120)의 상단에는 휠 구동부(150)가 설치된다.
도 3은 본 발명에 따른 휠 구동부를 도시한 확대도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 휠 구동부(150)는 비행로봇의 최상부에서 천장과 접지되어 구동이 가능하도록 설치되는 구동휠(151)과, 상기 구동휠(151)과 축 결합되어 회전력을 제공하는 제어모터(153), 상기 제어모터(153)의 후단부에 결합되는 일단이 플랫폼(120)에 축회동 가능한 상태로 힌지 결합되는 제1 힌지부(P1)와 상기 제1 힌지부(P1)의 하부로 연장되는 제2 힌지부(P2)를 형성하는 모터 브라켓(154)과, 상기 모터 브라켓(154)의 제2 힌지부(P2)에 일단이 힌지결합되고, 타단이 플랫폼(120) 측의 제3 힌지부(P3)에 힌지결합되는 완충기(155)로 구성된다.
여기서, 상기 구동휠(151)은 휠 원주방향 둘레에 다수의 롤러(152)를 설치하게 되는데, 상기 롤러(152)는 구동휠(151)과 함께 회전되는 한편, 구동휠(151)의 회전이 멈춘 상태에서는 제어모터(153)의 축방향으로 자율회전이 가능한 구조를 갖는다.
상기 모터 브라켓(154)은 제1 힌지부(P1)를 중심으로 제2 힌지부(P2)가 회동되는 구조로 이루어져 있다. 즉, 제1 힌지부(P1) 측이 고정단이 되고 제2 힌지부(P2) 측이 자유단이 되는 구조이다.
이는, 자유단의 회동시 제어모터(153) 및 구동휠(151)이 함께 회동되는 구조로서, 상기 자유단측의 제2 힌지부(P2)는 플랫폼(120) 측에 힌지 결합된 완충기(155)에 의해 탄력적으로 지지되고 있는 상태이다.
즉, 본 발명의 휠 구동부(150)는 천장표면의 굴곡을 따라 구동휠(151)의 높낮이가 가변되는 구조를 갖는 것이다.
그리고, 상기 플랫폼(120)에는 비행로봇의 다양한 부속이 장착되도록 할 수 있는데, 특히 상기 휠 구동부(150) 또는 로터 구동부(110)에 전원을 공급하기 위한 배터리(160)를 탑재할 수 있다.
물론, 로터 구동부(110)의 엑츄에이터(113)를 엔진을 탑재하는 경우에는 배터리(160) 대신 연료통이 탑재되도록 할 수 있다.
이때, 다수의 배터리(160) 또는 연료통은 각각의 플랫폼(120)에 분산 탑재시켜 비행로봇의 무게균형이 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 플랫폼(120)에는 카메라모듈(170)을 포함한 각종 측정장비(초음파센서, 무선장비 등)가 탑재될 수 있고, 로터 구동부(110)의 본체 프레임(111)에는 제어모듈이 탑재되도록 할 수 있다.
특히, 본 발명은 비행로봇에 카메라모듈(170)을 탑재함으로써, 지형이나 지물 등의 감시활동이 가능해지게 된다.
이때, 비행로봇이 비행 및 천장주행을 통해 이들 감시대상을 다양한 방향에서 감시하거나 근접 촬영하는 것이 가능하기 때문에 보다 정밀하고 입체적인 영상정보를 획득할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 이동이 자유롭기 때문에, 다양한 장소에서의 능동적인 감시활동이 가능한 이점을 갖게 된다.
이때, 상기 로터 구동부(110) 측과 플랫폼(120) 측을 연결하는 신호선 및 전력선이 연결로드(130)를 이용해 설치되도록 할 수 있는데, 상기 연결로드(130) 내 부를 중공관 형태로 제작하고, 상기 중공관 내부를 신호선 및 전력선이 지나는 관로로 이용되도록 할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 동축 반전 형태의 로터 구동부(110)를 작동시켜 수직 상승한 후, 탐사구조물(교량 등)의 천장부에 닿게 되면, 휠 구동부(150)를 작동시켜 천장부 주행이 이루어지도록 함으로써, 탐사위치를 변경할 수 있게 된다. 이때, 상기 휠 구동부(150)는 개별 구동시켜 x, y축 방향으로의 이동이 자유롭게 조정될 수 있다.
이와 같은 본 발명은 상/하부 로터(115)(117)를 동시 구동시키는 구조여서 추력 및 호버링 성능이 우수하고, 비행로봇이 천장부에 닿은 상태에서는 추력을 최소화시켜 휠 구동부(150)를 이용해 전방향 이동시킴으로써, 에너지저감 효과가 뛰어나고, 이로 인해, 장시간 비행이 가능한 이점이 있다.
도 1은 종래의 비젼 시스템을 이용한 교량점검 예를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 천장 주행이 가능한 비행로봇을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 휠 구동부를 도시한 확대도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 천장 주행이 가능한 비행로봇 110: 로터 구동부
111: 본체 프레임 113: 엑츄에이터
115, 117: 상/하부 로터 120: 플랫폼
130: 연결로드 140: 보강로드
150: 휠 구동부 151: 구동휠
152: 롤러 153: 제어모터
154: 브라켓 155: 완충기
160: 배터리 170: 카메라모듈

Claims (7)

  1. 동축 반전형 상/하부 로터(115)(117)가 구비된 로터 구동부(110); 상기 로터 구동부(110)에 연결된 상태로 상/하부 로터()의 회전반경 바깥쪽에 설치되는 플랫폼(120); 상기 플랫폼(120)과 로터 구동부(110) 사이를 연결시키기 위한 연결로드(130); 및 상기 플랫폼(120) 상단에 설치되어 독립 구동되는 휠 구동부(150);를 포함하고,
    상기 휠 구동부(150)는 비행로봇의 최상부에서 천장과 접지되어 구동이 가능하도록 설치되는 구동휠(151); 상기 구동휠(151)과 축 결합되어 회전력을 제공하는 제어모터(153); 상기 제어모터(153)의 후단부에 결합되는 일단이 플랫폼(120)에 축회동 가능한 상태로 힌지 결합되는 제1 힌지부(P1)와 상기 제1 힌지부(P1)의 하부로 연장되는 제2 힌지부(P2)를 형성하는 모터 브라켓(154); 및 상기 모터 브라켓(154)의 제2 힌지부(P2)에 일단이 힌지결합되고, 타단이 플랫폼(120) 측의 제3 힌지부(P3)에 힌지결합되는 완충기(155);를 포함하는 것을 특징으로 하는 천장 주행이 가능한 비행로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 로터 구동부(110)는 엑츄에이터(113)가 탑재된 본체 프레임(111); 및
    상기 본체 프레임(111) 상/하측의 동축 상에 설치되는 상/하부 로터(115)(117);를 포함하는 것을 특징으로 하는 천장 주행이 가능한 비행로봇.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플랫폼(120) 간을 별도의 보강로드(140)를 이용해 상호 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 천장 주행이 가능한 비행로봇.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 구동휠(151)은 휠 원주방향 둘레에 다수의 롤러(152)를 설치하되, 상기 롤러(152)는 구동휠(151)과 함께 회전되는 한편, 구동휠(151)의 회전이 멈춘 상태에서는 제어모터(153)의 축방향으로 자율회전이 가능한 상태로 결합된 것을 특징으로 하는 천장 주행이 가능한 비행로봇.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 플랫폼(120)에 휠 구동부(150) 또는 로터 구동부(110)에 전원을 공급하기 위한 배터리(160)를 분산 탑재하는 것을 특징으로 하는 천장 주행이 가능한 비행로봇.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 연결로드(130) 내부를 중공관 형태로 제작하고, 상기 중공관 내부를 신호선 및 전력선이 지나는 관로로 이용하는 것을 특징으로 하는 천장 주행이 가능한 비행로봇.
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