説明

ウインチ及びこれを含む自律移動装置

【課題】ウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供する。
【解決手段】本発明によるウインチは、駆動モータと、上記駆動モータにより回転するドラム駆動軸と、上記ドラム駆動軸により回転するワイヤドラムと、上記ドラム駆動軸と平行に配置され、上記駆動モータにより上記ドラム駆動軸とは異なる方向に回転するローラ駆動軸と、上記ローラ駆動軸に連結され、上記ワイヤドラムに巻き取られたり、上記ワイヤドラムから繰り出されたりするワイヤを支持するローラと、上記ワイヤドラムがワイヤを巻き取る方向に回転するとき、上記ローラ駆動軸により上記ローラに伝達される駆動力を遮断するように上記ローラ駆動軸上に設けられるワンウェイクラッチ(one way clutch)と、を含み、上記ローラは、上記ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転するとき、上記ローラ駆動軸により駆動力の伝達を受けて、上記ワイヤドラム及び上記ローラの間に位置するワイヤが張力を維持するように回転することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はウインチに関し、より詳細には、ワイヤの長さを精密に制御可能に構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
通常、船体のブロック内部での溶接または切断のような作業を自動で行うために、作業ロボットの搭載された自律移動装置が使用されている。自律移動装置は、ロボットを搭載可能なプラットフォームを複数のワイヤを用いて船体ブロック内部で移動するように動作する。
ここで、プラットフォームに設けられたウインチが、船体ブロック内壁面に結合されているワイヤを巻き取るかまたは繰り出す動作を繰り返して行うことにより、プラットフォームは、船体ブロック内部で自由に移動することができる。さらに、ウインチにより巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さを精密に制御することができれば、プラットフォームを船体ブロック内部の所望する位置に移動することができる。
【0003】
しかし、通常使用されるウインチは、ワイヤに張力を加えない状態でウインチを構成するワイヤドラムが、ワイヤが繰り出される方向に回転すると、ワイヤドラムとワイヤ吐出口との間のワイヤが垂れたり、弛んだりする現象が発生する
このように垂れたワイヤは、互いに絡み合ったり、絡み合わなくても乱れた状態にある。このような状態でウインチがワイヤを巻き取ると、ワイヤは絡み合った状態または乱れた状態でワイヤドラムに巻き取られることになる。よって、ウインチにより巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さを精密に制御することができないという問題があった。
【0004】
また、通常使用されるウインチは、ワイヤに張力を加えない状態で、ウインチを構成するワイヤドラムがワイヤの繰り出される方向に回転すると、ワイヤドラムにタイトに巻き取られたワイヤが弛んで繰り出され、ワイヤドラムの外周面から弛む現象が発生する。
ワイヤがワイヤドラムから弛んで繰り出され、弛んだ状態で再びワイヤをワイヤドラムにタイトに巻き取ることは困難である。よって、ウインチにより巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さを精密に制御することができないという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転する場合に発生するワイヤの垂れることやワイヤドラム上のワイヤの弛むことを防止して、ワイヤの長さを精密に制御可能に構成されたウインチ及びこれを含む自律移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面によれば、駆動モータと、上記駆動モータからの駆動力の伝達を受けて回転するドラム駆動軸と、上記ドラム駆動軸により回転するワイヤドラムと、上記ドラム駆動軸と平行に配置され、上記駆動モータにより上記ドラム駆動軸とは異なる方向に回転するローラ駆動軸と、上記ローラ駆動軸に連結され、上記ワイヤドラムに巻き取られたり、上記ワイヤドラムから繰り出されたりするワイヤを支持するローラと、上記ワイヤドラムがワイヤを巻き取る方向に回転するとき、上記ローラ駆動軸から上記ローラに伝達される駆動力を遮断するように、上記ローラ駆動軸上に設けられるワンウェイクラッチ(one way clutch)と、を含み、上記ローラは、上記ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転するとき、上記ローラ駆動軸から駆動力の伝達を受けて上記ワイヤドラム及び上記ローラの間に位置するワイヤが張力を維持するように回転することを特徴とするウインチが提供される。
【0007】
上記駆動モータの一端部に設けられるモータギアと、上記ドラム駆動軸の一端部に設けられ、上記モータギアと噛み合う第1ドラムギアと、上記ローラ駆動軸の一端部に設けられるローラギアと、を含み、上記ドラム駆動軸に接する上記第1ドラムギアの側部には、上記ローラギアと噛み合う第2ドラムギアが設けられることが可能である。
上記ローラ駆動軸上には、トルクリミッタが設けられてもよい。
上記ローラにより支持されるワイヤの張力を測定するために、上記ローラに隣接して配置されるロードセル(load cell)をさらに含むことができる。
上記ローラにより支持されるワイヤが上記ローラから外れることを防止するために、上記ローラの外周縁に接し、上記ローラの回転軸と平行な回転軸を備えたピンチローラをさらに含むことができる。
【0008】
本発明の他の側面によれば、所定の作業空間で移動可能な自律移動装置であって、上記作業空間の内部に位置する移動プラットフォームと、上記移動プラットフォームに設けられる上述したウインチと、一端が上記作業空間を限定する支持体に結合され、他端が上記ウインチに結合されるワイヤを含む自律移動装置が提供される。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一側面によれば、ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転しても、ローラとワイヤドラムとの間に位置するワイヤが張力を維持するので、従来のウインチにおけるワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転するときに発生したワイヤの垂れること、またはワイヤドラム上にタイトに巻き取られたワイヤがワイヤドラム上で繰り出されたり、弛んだりする現象を防止できる。
また、ワイヤの垂れることや弛むことによりワイヤが互いに絡み合った状態、または乱れた状態になることを防止できるので、ウインチによるワイヤの長さに対する精密制御が可能となる。
本発明の他の側面によれば、このように巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さを精密に制御することができるウインチを含む自律移動装置は、作業空間内の所望する位置に正確に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施例に係るウインチを含む自律移動装置を概略的に示す図面である。
【図2】本発明の一実施例に係るウインチの斜視図である。
【図3】図2のI−Iに沿った断面図である。
【図4】本発明の一実施例に係るウインチに含まれたローラ駆動軸の長さ方向の断面を概略的に示す図面である。
【図5】本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を示す図面である。
【図6】本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下では、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。以下、本発明に係るウインチの好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明し、添付図面を参照して説明するに当たって、同一または対応する構成要素は同一の図面番号を付し、これに関する重複説明は省略する。
【0012】
図1は、本発明の一実施例に係るウインチを含む自律移動装置を概略的に示す図面である。上記自律移動装置100は、船体のブロック内部のような所定の作業空間107で自由に移動する。
図1を参照すると、自律移動装置100は、移動プラットフォーム105、ウインチ110及びワイヤ92を含む。移動プラットフォーム105は、移動過程で作業空間107の内部に位置する。
移動プラットフォーム105の上側には溶接、切断及び塗装のような作業を行える作業装置106が移動プラットフォーム105の長さ方向に移動可能に搭載されることができる。また、移動プラットフォーム105の下側にはブラスティング及びグリット収去のような作業を行える作業装置が移動プラットフォーム105の長さ方向に移動可能に搭載されることができる。
【0013】
移動プラットフォーム105には、複数のウインチ110が設けられる。ウインチ110は、一端が作業空間107を限定する支持体108に結合されたワイヤ92の他端と結合する。ここで、作業空間を限定する支持体とは、船体のブロックを区画する隔壁のようなものを意味し、これ以外にも様々な形態の支持体が本実施例に適用される。
【0014】
このように構成された自律移動装置100は、ウインチ110を用いてウインチ110に結合されたワイヤ92を巻き取るかまたは繰り出しながら、移動プラットフォーム105が作業空間107内を自由に移動するように動作する。
この場合、ウインチ110は巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤ92の長さを精密に調整することができるように構成される。これにより、自律移動装置100は、移動プラットフォーム105が作業空間107の所望する位置に精密に移動するように動作する。
【0015】
図2は、本発明の一実施例に係るウインチの斜視図であり、図3は、図2のI−Iに沿った断面図である。図2を参照すると、本発明の一実施例に係るウインチ110は、駆動モータ10と、ドラム駆動軸20と、ワイヤドラム30と、ローラ駆動軸40と、ローラ50と、ワンウェイクラッチ(one way clutch)60と、を含む。
【0016】
駆動モータ10は、後述するドラム駆動軸を回転させるための駆動力を提供する。図2を参照すると、駆動モータ10は減速機14及びモータブレーキ16に連結される。また、駆動モータ10は、駆動モータの回転軸の回転量を測定するためのエンコーダ(encoder)18に連結されることも可能である。但し、駆動モータ10に連結される減速機、モータブレーキ及びエンコーダは選択的に適用できる。
【0017】
駆動モータ10は、支持フレーム70に設けられる。支持フレーム70は、移動プラットフォーム105(図1参照)に設けられる支持体であって、駆動モータ10からの駆動力の伝達を受けて回転するドラム駆動軸20が設けられる。
駆動モータ10の駆動力をドラム駆動軸20に伝達するために駆動モータ10の一端部にモータギア12が設けられ、ドラム駆動軸20の一端部にはモータギア12と噛み合う第1ドラムギア22が設けられる。
【0018】
図2を参照すると、ドラム駆動軸20にはワイヤドラム30が設けられる。ワイヤドラム30は、ワイヤ92を巻き取るための構成であって、円筒形状を有する。本実施例においてワイヤドラム30は、ドラム駆動軸20により回転しながらドラム駆動軸20に沿って移動可能にドラム駆動軸20上に設けられる。このために、ドラム駆動軸20及びワイヤドラム30は、ボールスプライン方式等様々な方式により結合されることが可能である。
【0019】
本実施例においてワイヤドラム30は、その長さ方向の両側端部の外周面に第1ねじ部36が形成される。上記第1ねじ部36は、後述するガイド部90に形成された第2ねじ部96と噛み合う。しかし、第1ねじ部36が必ずしも上記ワイヤドラム30の両側端部に形成される必要はなく、上記ワイヤドラム30の一端部に形成されることも可能である。
【0020】
図2を参照すると、ドラム駆動軸20の一側にはドラム駆動軸20と平行に配置されるガイド部90が形成される。ガイド部90は、支持フレーム70と一体に形成されてもよく、別に製作され配置されてもよい。
ガイド部90は、ドラム駆動軸30に対向する側面に、ドラム駆動軸20の長さ方向に延長され、第1ねじ部36と噛み合う第2ねじ部96を備える。ワイヤドラム30は、ドラム駆動軸20により回転するとき、第1ねじ部36が第2ねじ部96と噛み合った状態でガイド部90に沿ってねじ移動することができる。
【0021】
このように、ワイヤドラム30がガイド部90に沿って回転しながらねじ移動することにより、ワイヤ92が整列された状態でワイヤドラム30に順次巻き取られたり、ワイヤドラム30から順次繰り出されたりすることになる。
第1ねじ部36及び第2ねじ部96にそれぞれ形成されたねじ山は所定のピッチ(pitch)を有する。この場合、ワイヤドラム30が1回転するとき、ワイヤドラム30がガイド部90に沿って移動する距離が一定に維持される。
【0022】
これにより、ウインチ110は、ワイヤドラム30がガイド部90に沿って移動するとき、ガイド部90の長さ方向の所定の位置、例えばガイド部90の長さ方向に対して垂直であり、かつワイヤ吐出口21の中心を通る平面上の位置にてワイヤ92がワイヤドラム30に巻き取られたり、ワイヤドラム30から繰り出されたりするように動作する。
【0023】
本実施例では、ドラム駆動軸20と平行にローラ駆動軸40が配置される。ローラ駆動軸40は、後述するローラ50に駆動力を伝達するための構成であって、駆動モータ10によりドラム駆動軸20とは異なる方向に回転する。
これに関連して図2を参照すると、ドラム駆動軸20に接する第1ドラムギア22の側部には、ローラ駆動軸40の一端部に設けられたローラギア44と噛み合う第2ドラムギア24が形成される。これにより、駆動モータ10の駆動力がローラ駆動軸40に伝達され、ローラ駆動軸40はドラム駆動軸20の回転方向とは異なる方向に回転する。
【0024】
本実施例において、ローラ駆動軸40はローラ50に連結される。ローラ50は、ワイヤドラム30に巻き取られたり、ワイヤドラム30から繰り出されたりするワイヤ92を支持する。ローラ50は、回転可能にローラ支持部58に設けられ、ローラ支持部58の端部は支持フレーム70に設けられる。
【0025】
図2から分かるように、ワイヤ92は、例えば支持フレーム70に形成された吐出口71を経てローラ50に支持された状態でワイヤドラム30に巻き取られることができる。また、ワイヤ92は、ワイヤドラム30から繰り出されながらローラ50に支持された状態で吐出口71を経ることができる。
【0026】
本実施例においてウインチ110は、ローラ50の回転軸に平行な回転軸を備えたピンチローラ54をさらに含む。ピンチローラ54は、ローラ50により支持されるワイヤ92がローラ50から外れることを防止する。ピンチローラ54は、ローラ50の外周縁に接するか隣接して配置され、ローラ支持部58に回転可能に設けられる。
【0027】
図3を参照すると、本実施例においてウインチ110は、ローラ50に接して配置されるロードセル80をさらに含む。ロードセル80は、ローラ50により支持されるワイヤ92の張力を測定するためのものであって、ローラ50の設けられたローラ支持部58の端部に設けられる。
ローラ50により支持されるワイヤに張力が掛かると、ワイヤによりローラ50がロードセル80側に荷重を加えることになる。この場合、ロードセル80に加えられた荷重からワイヤの張力を測定する。
【0028】
本実施例では、ローラ駆動軸40にワンウェイクラッチ(one way clutch)60が設けられる。ワンウェイクラッチ60は、ワイヤドラム30がワイヤ92を巻き取る方向に回転するとローラ駆動軸40によりローラ50に伝達される駆動力が遮断され、逆にワイヤドラム30がワイヤ92を繰り出す方向に回転するとローラ駆動軸40により駆動力がローラ50に伝達されるように動作する。
【0029】
これにより、ワイヤドラム30がワイヤ92を巻き取る方向に回転するとローラ50は、ローラ駆動軸40の動作のために、伝達される駆動力の影響を受けない状態でワイヤドラム30側に巻き取られるワイヤ92との摩擦により回転する。
また、ワイヤドラム30がワイヤ92を繰り出す方向に回転するとローラ50は、ローラ駆動軸40の動作のために、伝達される駆動力により回転する。この場合、ローラ50は、図2から分かるようにワイヤ92が吐出口71を通って外部に吐出する方向に回転する。
【0030】
本実施例では、ローラ50が上記のように回転することにより、ワイヤドラムから繰り出されるワイヤ92がローラ50との摩擦により吐出口71側に引かれ、ローラ50とワイヤドラム30との間に位置するワイヤ92は張力を維持する。
これに関連して、ワイヤドラム30からワイヤ92が繰り出される状態でローラ50とワイヤドラム30との間に位置するワイヤ92が張力を維持するためには、ローラは同じ時間内にワイヤドラムから繰り出されるワイヤの長さよりも長い長さのワイヤを吐出口側に引くように回転しなければならない。このために、ローラギア44及び第2ドラムギア24のギア比を適宜に調整することができる。
【0031】
また、本発明の一実施例によれば、ローラ駆動軸40にトルクリミッタ(torque limiter)42が設けられる。トルクリミッタ42はローラ駆動軸40により過度の駆動力がローラ50に伝達されることを防止する。
ここで、過度の駆動力とは、ワイヤドラム30がワイヤを繰り出す方向に回転するとき、ワイヤ92を吐出する方向に回転するローラ50と、ローラ50により支持されるワイヤ92との間にスリップの発生する瞬間の駆動力と少なくとも同じである駆動力をいう。
このように、トルクリミッタ42がローラ駆動軸40上に設けられることによりローラ50と、ローラ50により支持されるワイヤ92との間のスリップを防止でき、スリップによるワイヤ92の損傷を防止することができる。
【0032】
図4は、本発明の一実施例に係るウインチに含まれたローラ駆動軸の長さ方向の断面を概略的に示す図面である。図4を参照するとローラ駆動軸40は総3つの部分に分けられる。
つまり、ローラ駆動軸40は、端部にローラギア44が結合される第1軸41、トルクリミッタ42により第1軸41に連結される第2軸43及びワンウェイクラッチ60により第2軸43に連結される第3軸45を含む。
ここで、トルクリミッタ42は、負荷が規定値以上に作用したとき、回転力を伝達する継ぎ手部47が滑るか離れるように構成される。また、ワンウェイクラッチ60は、内輪46が第2軸43に結合され、外輪48が第3軸45に連結される。
この場合、ワンウェイクラッチ60の外輪48は、第2軸43及び第3軸45の間の偏角及び偏心を防止するためのカップリング49により第3軸45に連結されることが可能である。または、ワンウェイクラッチ60の外輪48は第3軸45に直接結合されてもよい。
【0033】
図5及び図6は、本発明の一実施例に係るウインチの動作状態を示す図面である。先ず図5を参照すると、ウインチ110はワイヤ92を巻き取るように動作する。
この場合、ワイヤドラム30はワイヤ92を巻き取る方向に回転する。そして、ワンウェイクラッチ60によりローラ駆動軸40からローラ50に伝達される駆動力が遮断される。これにより、ローラ50はワイヤ92との摩擦によりワイヤ92がワイヤドラム30 側に巻き取られる方向に回転する。
【0034】
図6を参照すると、ウインチ110は、ワイヤ92を繰り出すように動作する。この場合、ワイヤドラム30はワイヤ92を繰り出す方向に回転する。そして、ローラ50は、ローラ駆動軸40(図2参照)により駆動力の伝達を受け、ワイヤ92が吐出口71を経て外部に移送される方向に回転する。
この場合、ローラ50は、ローラ50とワイヤドラム30との間に位置するワイヤ92に張力が掛かるように回転する。そして、トルクリミッタ42(図2参照)はローラ駆動軸40(図2参照)により、過度の駆動力がローラ50に伝達されることを防止するように動作する。これにより、ローラ50とローラ50により支持されるワイヤ92との間に発生するスリップが防止される。
【0035】
以上で説明したように、本発明の一実施例に係るウインチは、ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転してもローラとワイヤドラムとの間に位置するワイヤが張力を維持するので、従来のウインチから発生されたワイヤの垂れることや弛むことを防止できる。
さらに、このようなウインチ110は、ワイヤの垂れや弛みによりワイヤが互いに絡み合ったり、または乱れたりすることを防止できる。このような点から、本発明の一実施例に係るウインチはワイヤの長さの精密な制御が可能となる。
また、このように巻き取られたり、繰り出されたりするワイヤの長さに対する精密な制御が可能なウインチを含む自律移動装置は、作業空間内の所望する位置に正確に移動することができる。
【0036】
以上では、本発明の実施例について説明したが、本発明の思想は本明細書に記載した実施例に限定されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などをして他の実施例を容易に提案することができるが、これも本発明の思想範囲内に含まれるものといえる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動モータと、
前記駆動モータにより回転するドラム駆動軸と、
前記ドラム駆動軸により回転するワイヤドラムと、
前記ドラム駆動軸と平行に配置され、前記駆動モータにより前記ドラム駆動軸とは異なる方向に回転するローラ駆動軸と、
前記ローラ駆動軸に連結され、前記ワイヤドラムに巻き取られたり、前記ワイヤドラムから繰り出されたりするワイヤを支持するローラと、
前記ワイヤドラムがワイヤを巻き取る方向に回転するとき、前記ローラ駆動軸により前記ローラに伝達される駆動力が遮断されるように、前記ローラ駆動軸上に設けられるワンウェイクラッチ(one way clutch)と、を含み、
前記ローラは、前記ワイヤドラムがワイヤを繰り出す方向に回転するとき、前記ローラ駆動軸により駆動力の伝達を受けて、前記ワイヤドラム及び前記ローラの間に位置するワイヤが張力を維持するように回転することを特徴とするウインチ。
【請求項2】
前記駆動モータの一端部に設けられるモータギアと、
前記ドラム駆動軸の一端部に設けられ、前記モータギアと噛み合う第1ドラムギアと、
前記ローラ駆動軸の一端部に設けられるローラギアと、を含み、
前記ドラム駆動軸に接する前記第1ドラムギアの側部に、前記ローラギアと噛み合う第2ドラムギアが形成されることを特徴とする請求項1に記載のウインチ。
【請求項3】
前記ローラ駆動軸に設けられるトルクリミッタ(torque limiter)をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のウインチ。
【請求項4】
前記ローラにより支持されるワイヤの張力を測定するために、前記ローラに隣接して配置されるロードセル(load cell)をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のウインチ。
【請求項5】
前記ローラにより支持されるワイヤが前記ローラから外れることを防止するために、前記ローラの外周縁に接するか隣接して配置され、前記ローラの回転軸と平行な回転軸を備えたピンチローラをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のウインチ。
【請求項6】
所定の作業空間で移動可能な自律移動装置であって、
前記作業空間の内部で移動可能に位置する移動プラットフォームと、
前記移動プラットフォームに設けられる請求項1ないし5のいずれか1項に記載のウインチと、
一端が前記作業空間を限定する支持体に結合され、他端が前記ウインチに結合されるワイヤと、
を含む自律移動装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公表番号】特表2012−522706(P2012−522706A)
【公表日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−504567(P2012−504567)
【出願日】平成22年4月1日(2010.4.1)
【国際出願番号】PCT/KR2010/002015
【国際公開番号】WO2010/117160
【国際公開日】平成22年10月14日(2010.10.14)
【出願人】(507375487)サムスン ヘヴィ インダストリーズ カンパニー リミテッド (20)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Heavy Industries Co., Ltd.
【住所又は居所原語表記】1321−15 Seocho−Dong, Seocho−Ku, Seoul, Korea