KR102372433B1

KR102372433B1 - 가지치기 로봇

Info

Publication number: KR102372433B1
Application number: KR1020200052431A
Authority: KR
Inventors: 김만성; 김용진; 심다빈; 이현아; 최승우
Original assignee: 김만성; 김용진; 심다빈; 이현아; 최승우
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2040-04-29
Also published as: KR20210133614A

Abstract

가지치기 로봇이 제공된다. 본 개시의 일 실시예에 따른 가지치기 로봇은 몸체 프레임과, 몸체 프레임의 상단에 결합하는 원형 레일을 포함하는 몸체부; 원형 레일상에서 원형 궤도를 따라 이동하며 나뭇가지를 절단하는 절단부; 몸체 프레임에 결합하며, 나무의 외주면을 따라 몸체부 및 절단부를 연직 방향으로 이동시키는 궤도부를 포함하고, 절단부는 나뭇가지를 절단하기 위한 절단부재와; 원형 레일의 중심에 대한 절단부재의 반경방향 위치를 조절하는 바이스를 포함할 수 있다.

Description

가지치기 로봇{PRUNING ROBOT}

본 개시는 가지치기 로봇에 관한 것으로, 특히 가지치기의 대상이 되는 나무를 타고 오르내리면서 나뭇가지를 제거할 수 있는 가지치기 로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 과수나 조경용 나무의 가지치기를 할 때 작업자가 사다리 등에 올라 나뭇가지에 접근한 후 전지용 가위 또는 전기톱 등을 이용해 직접 가지를 자른다. 그러나, 이와 같이 작업자가 직접 나뭇가지를 자를 경우 작업자가 추락하거나, 떨어지는 나뭇가지에 의해 부상을 입을 가능성이 존재한다.

이러한 점을 고려하여, 국내 등록특허 제10-1780007호에는 복수의 링크부로 구성되어 나무에 오르면서 자동으로 가지치기를 할 수 있는 가지치기 로봇이 개시되어 있다. 그러나, 등록특허 제10-1780007호에 개시된 가지치기 로봇의 경우, 가지치기의 대상 나무의 지름이 균일하지 않을 경우에는 가지치기를 적절하게 수행할 수 없고, 톱 등의 절단부가 나무에 대해 수평 이동 및 연직 이동을 동시에 할 수 없으며, 나무 표면을 보호할 수 있는 수단이 없다는 문제점이 있다.

본 개시는 상술한 종래 가지치기 로봇의 문제점을 해결하여, 지름에 변동이 있는 나무에 대해서도 가지치기를 할 수 있고, 절단부가 연직 이동과 별개로 수평 이동을 할 수 있는 가지치기 로봇을 제공한다.

본 개시의 일 실시예에 따른 가지치기 로봇은, 몸체 프레임과, 몸체 프레임의 상단에 결합하는 원형 레일을 포함하는 몸체부; 원형 레일상에서 원형 궤도를 따라 이동하며 나뭇가지를 절단하는 절단부; 몸체 프레임에 결합하며, 나무의 외주면상에서 몸체부 및 절단부를 연직 방향으로 이동시키는 궤도부를 포함하고, 절단부는 나뭇가지를 절단하기 위한 절단부재와; 원형 레일의 중심에 대한 절단부재의 반경방향 위치를 조절하는 바이스를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 절단부는 절단부재를 구동하는 절단부재 구동모터와, 절단부재 구동모터를 바이스에 결합하는 절단부재 구동모터 고정부재를 더 포함하고, 바이스는 바이스 몸체와, 바이스 몸체에 결합하며 절단부재 구동모터의 반경방향 위치를 조절하는 조절부재를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 몸체는 몸체 고정부를 더 포함하며, 몸체 프레임은 제1 몸체 프레임 및 제2 몸체 프레임을 포함하며, 원형 레일은 제1 레일 및 제2 레일을 포함하며, 몸체 고정부는 제1 몸체 프레임과 제2 몸체 프레임을 피봇 가능하게 결합시키고, 제1 레일과 제2 레일을 피봇 가능하게 결합시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 레일과 제2 레일은 동일 평면상에 위치할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 궤도부는 궤도 바퀴; 궤도 바퀴를 감싸는 궤도 바퀴 케이스; 그리고 궤도 바퀴 케이스에 고정되고, 궤도 바퀴를 구동하는 궤도 모터를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 궤도부는 궤도 바퀴 케이스를 몸체 프레임에 결합하고, 원형 레일의 중심에 궤도 바퀴의 반경방향 위치를 조절하는 스프링을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 궤도부는 스프링을 지지하는 스프링 지지핀을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 가지치기 로봇은 절단부 및 궤도부의 작동을 제어하는 제어부와, 사용자로부터의 신호를 제어부로 전달하는 통신부를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 가지치기 로봇에 의하면, 궤도부에 의해 가지치기 로봇이 연직 방향으로 이동하는 것과 동시에 절단부가 원형 레일 상에서 원형 궤도를 따라 이동하며 나뭇가지를 절단할 수 있으므로, 임의의 위치의 나뭇가지에 대해 가지치기가 가능하며, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한, 바이스를 통해 절단부재의 반경방향 위치를 조절할 수 있으므로 나뭇가지를 사용자가 원하는 길이로 절단할 수 있어 상품가치를 높일 수 있다.

또한, 몸체 프레임 및 원형 레일이 2 이상의 부재로 구성되어 있으며, 몸체 고정부에 의해 피봇 가능하게 구성됨에 따라, 몸체부가 개폐 가능하게 되어 가지치기 대상이 되는 나무를 용이하게 감쌀 수 있다.

또한, 스프링을 통해 궤도 바퀴의 반경방향 위치를 조절할 수 있으므로, 가지치기 대상이 되는 나무의 직경에 변동이 있더라도 용이하게 가지치기를 진행할 수 있다.

도 1은 본 개시에 따른 가지치기 로봇을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A 부분을 확대하여 도시한 부분 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 가지치기 로봇의 몸체부를 분해한 상태를 도시한 분해도이다.
도 4는 도 1에 도시된 가지치기 로봇이 개방된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 궤도부를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 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.

도 1은 본 개시에 따른 가지치기 로봇(1)을 도시한 사시도이다.

본 개시에 따른 가지치기 로봇(1)은 몸체부(100), 절단부(200) 및 궤도부(300)를 포함할 수 있다.

몸체부(100)는 몸체 프레임(110)과, 몸체 프레임(110)의 상단에 결합하는 원형 레일(120)을 포함할 수 있다. 몸체 프레임(110) 및 원형 레일(120)은 몸체 고정부(130)에 의해 개폐 가능하도록 구성되며, 가지치기를 시작하기 전 준비단계에서 개방된 후 가지치기의 대상이 되는 나무를 감싸는 형태로 체결되도록 구성된다. 구체적인 사항에 대해서는 도 3 및 4를 참조하여 다시 설명하기로 한다.

절단부(200)는 몸체부(100)의 원형 레일(120)상에서 원형 궤도를 따라 이동하며 나뭇가지를 절단하도록 구성되고, 궤도부(300)는 몸체 프레임(110)의 내측에 결합하며 나무의 외주면을 따라 몸체부(100) 및 절단부(200)를 연직 방향으로 이동시킨다. 도 1에는 가지치기 로봇(1)이 하나의 절단부(200) 및 4개의 궤도부(300)를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 2개 이상의 절단부를 구비하거나, 3개 또는 5개 이상의 궤도부를 구비할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 A 부분을 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

절단부(200)는 나뭇가지를 절단하기 위한 절단부재(210)와, 절단부재(210)를 구동하기 위한 절단부재 구동모터(220), 원형 레일(120)의 중심에 대한 절단부재(210)의 반경방향 위치를 조절하기 위한 바이스(240) 및 절단부재 구동모터(220)를 바이스(240)에 고정하기 위한 절단부재 구동모터 고정부재(230)를 포함할 수 있다.

절단부재(210)로는 나뭇가지를 절단할 수 있는 임의의 부재를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 원형의 전동 톱을 사용할 수 있으며, 선형의 전동 톱 또는 임의의 형태의 칼이 사용될 수 있다.

절단부재(210)는 절단부재 구동모터(220)에 의해 작동할 수 있으며, 절단부재 구동모터(220)의 구동축에 결합할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 절단부재(210)가 원형 톱일 경우, 절단부재(210)가 절단부재 구동모터(220)의 구동축에 결합한 상태로 회전함으로써 나뭇가지를 절단할 수 있다.

절단부재(210)는 바이스(240)에 의해 원형 레일(120)의 중심[즉, 가지치기 로봇(1)의 중심]에 대한 반경방향 위치가 조절될 수 있다. 바이스(240)는 원형 레일(120)에 결합되는 바이스 몸체(242)와, 바이스 몸체(242)에 대해 반경방향으로 이동하며 절단부재(210)의 반경방향 위치를 조절하는 조절 부재(244)를 포함할 수 있다. 절단부재 구동모터(220)는 절단부재 구동모터 고정부재(230)에 의해 조절 부재(244)에 고정될 수 있다.

본 개시에서는 절단부재(210)를 포함하는 절단부(200)가 원형 레일(120)상에서 원형 궤도를 따라 이동하도록 구성되며, 이는 가지치기 로봇(1)의 이동과는 독립적으로 이루어진다. 이와 같이, 본 개시에서는 절단부재(210)의 수평 이동과 수직 이동이 독립적으로 이루어질 수 있으므로, 임의의 위치의 나뭇가지에 대해 가지치기가 가능하며, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 바이스(240)를 통해 절단부재(210)의 반경방향 위치를 조절할 수 있으므로, 나뭇가지를 사용자가 원하는 길이로 절단할 수 있어 상품가치를 높일 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 가지치기 로봇(1)에 대해 몸체부(100)의 일부를 분해한 상태를 도시한 분해도이며, 도 4는 도 1에 도시된 가지치기 로봇(1)이 개방된 상태를 도시한 사시도이다.

몸체 프레임(110)은 제1 몸체 프레임(112) 및 제2 몸체 프레임(114)을 포함할 수 있으며, 원형 레일(120)은 동일 평면상에 위치하는 제1 레일(122) 및 제2 레일(124)을 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4에는 몸체 프레임(110) 및 원형 레일(120)이 각각 두 개의 부재로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 3개 이상의 부재로 구성될 수도 있다.

몸체 고정부(130)는 제1 몸체 프레임(112)과 제2 몸체 프레임(114)을 피봇 가능하게 결합시키고, 제1 레일(122)과 제2 레일(124)을 피봇 가능하게 고정시킬 수 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 몸체 프레임(112)과 제2 몸체 프레임(114)이 서로 결합하는 부위에 제1 몸체 프레임 고정부(1122) 및 제2 몸체 프레임 고정부(1142)가 각각 형성되고, 제1 레일(122)과 제2 레일(124)이 서로 결합하는 부위에 각각 제1 레일 고정부(1222) 및 제2 레일 고정부(1242)가 각각 형성되며, 원기둥 형상으로 형성된 제1 몸체 고정부(130A) 및 제2 몸체 고정부(130B)가 제1 몸체 프레임 고정부(1122), 제2 몸체 프레임 고정부(1142), 제1 레일 고정부(1222) 및 제2 레일 고정부(1242)를 관통하여 제1 몸체 프레임(112), 제2 몸체 프레임(114), 제1 레일(122) 및 제2 레일(124)을 상호 결합시킬 수 있다.

이러한 결합구조에 의하면, 제1 몸체 고정부(130A) 또는 제2 몸체 고정부(130B) 중 어느 하나를 해제할 경우 제1 몸체 프레임(112) 및 제1 레일(122)과 제2 몸체 프레임(114) 및 제2 레일(124)이 서로 피봇(pivot)할 수 있으며, 이에 따라 몸체부(100)가 개폐될 수 있게 된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 몸체 고정부(130A)를 해제할 경우, 제1 몸체 프레임(112) 및 제1 레일(122)과 제2 몸체 프레임(114) 및 제2 레일(124)이 제2 몸체 고정부(130B)를 축으로 피봇함으로써, 몸체부(100)가 개폐될 수 있다.

이와 같이, 본 개시에서는 몸체부(100)가 개폐될 수 있도록 구성하기 때문에, 가지치기를 하기 전 준비단계에서 가지치기 로봇(1)의 몸체부(100)를 개방한 후 가지치기의 대상 나무를 둘러싸도록 몸체부(100)를 체결하고, 가지치기를 수행할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 궤도부(300)를 확대하여 도시한 부분 확대도이다.

궤도부(300)는 궤도 바퀴(310), 궤도 바퀴를 감싸는 궤도 바퀴 케이스(320), 궤도 바퀴 케이스(320)에 결합되고, 궤도 바퀴(310)를 구동하는 궤도 모터(330)를 포함할 수 있다.

궤도 바퀴 케이스(320)에 있어서 궤도 바퀴(310)와 대향하는 면에는 스프링 지지핀(350)이 형성되어 있으며, 스프링 지지핀(350)을 따라 스프링(340)이 배치되어 있다.

스프링 지지핀(350)은 몸체 프레임(110)에 형성된 구멍을 관통할 수 있는 직경으로 구성된다. 스프링 지지핀(350)의 외주면에 배치된 스프링(340)에 의해 몸체 프레임(110)과 궤도 바퀴 케이스(320)간의 거리가 조절되며, 이를 통해 몸체 프레임(110)에 대한 궤도 바퀴(310)의 위치, 즉 원형 레일(120)의 중심에 대한 궤도 바퀴(310)의 반경방향 위치가 조절될 수 있다. 스프링 지지핀(350)은 몸체 프레임(110)의 외측에서 볼트와 체결되어 있어 궤도부(300)가 몸체 프레임(110)으로부터 분리되지 않도록 고정하고 있다.

이와 같이, 본 개시에서는 원형 레일(120)의 중심에 대한 궤도 바퀴(310)의 반경방향 위치가 조절될 수 있으므로, 가지치기를 하는 대상 나무의 직경에 변화가 있을 경우 궤도 바퀴(310)의 반경방향 위치가 대상 나무의 직경에 따라 변하게 되어, 직경에 변동이 있는 나무에 대해서도 추가적인 동작 없이 가지치기를 수행할 수 있다.

본 개시의 가지치기 로봇(1)은 절단부(200) 및 궤도부(300)의 작동을 제어하는 제어부와, 사용자로부터의 신호를 제어부로 전달하는 통신부를 더 포함할 수 있다(미도시).

구체적으로, 사용자 리모콘이나 휴대폰 어플리케이션 등을 통해 가지치기 로봇(1)의 연직 이동, 절단부(200)의 원형 레일(120) 상에서의 이동 또는 절단부재(210)의 반경방향 위치 조절에 대한 제어신호를 송신하면, 통신부에서 해당 명령을 수신한 후 제어부로 전달하며, 제어부에서는 전달된 신호에 기초하여 절단부(200)의 톱 구동모터(220), 바이스(240)의 조절 부재(244) 및 궤도 모터(330)의 작동을 제어할 수 있다. 통신부는 블루투스, 무선랜 모듈 등 일반적인 무선통신 모듈이 사용될 수 있다.

이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 개시의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

1: 가지치기 로봇;
100: 몸체부; 110: 몸체 프레임; 120: 원형 레일; 130: 몸체 고정부;
200: 절단부; 210: 절단부재; 220: 절단부재 구동모터; 230: 절단부재 구동모터 고정부재;
240: 바이스; 242: 바이스 몸체; 244: 조절 부재
300: 궤도부; 310: 궤도 바퀴; 320: 궤도바퀴 케이스; 330: 궤도 모터;
340: 스프링, 350: 스프링 지지판;

Claims

몸체 프레임과, 몸체 프레임의 상단에 결합하는 원형 레일을 포함하는 몸체부;
상기 원형 레일상에서 원형 궤도를 따라 이동하며 나뭇가지를 절단하는 절단부;
상기 몸체 프레임에 결합하며, 나무의 외주면상에서 상기 몸체부 및 상기 절단부를 연직 방향으로 이동시키는 궤도부를 포함하고,
상기 절단부는
나뭇가지를 절단하기 위한 절단부재와;
상기 원형 레일의 중심에 대한 상기 절단부재의 반경방향 위치를 조절하는 바이스를 포함하는,
가지치기 로봇.
제1항에 있어서,
상기 절단부는 상기 절단부재를 구동하는 절단부재 구동모터와, 상기 절단부재 구동모터를 상기 바이스에 결합하는 절단부재 구동모터 고정부재를 더 포함하고,
상기 바이스는 바이스 몸체와, 바이스 몸체에 결합하며 상기 절단부재 구동모터의 반경방향 위치를 조절하는 조절부재를 더 포함하는,
가지치기 로봇.
제1항에 있어서,
상기 몸체부는 몸체 고정부를 더 포함하며,
상기 몸체 프레임은 제1 몸체 프레임 및 제2 몸체 프레임을 포함하며,
상기 원형 레일은 제1 레일 및 제2 레일을 포함하며,
상기 몸체 고정부는
상기 제1 몸체 프레임과 상기 제2 몸체 프레임을 피봇 가능하게 결합시키고,
상기 제1 레일과 상기 제2 레일을 피봇 가능하게 결합시키는,
가지치기 로봇.
제3항에 있어서,
상기 제1 레일과 상기 제2 레일은 동일 평면상에 위치하는,
가지치기 로봇.
제1항에 있어서,
상기 궤도부는
궤도 바퀴;
상기 궤도 바퀴를 감싸는 궤도 바퀴 케이스; 그리고
상기 궤도 바퀴 케이스에 결합되고, 상기 궤도 바퀴를 구동하는 궤도 모터를 포함하는,
가지치기 로봇.
제5항에 있어서,
상기 궤도부는
상기 궤도 바퀴 케이스를 상기 몸체 프레임에 결합하고, 상기 원형 레일의 중심에 대한 상기 궤도 바퀴의 반경방향 위치를 조절하는 스프링을 더 포함하는,
가지치기 로봇.
제6항에 있어서,
상기 궤도부는 상기 스프링을 지지하는 스프링 지지핀을 더 포함하는,
가지치기 로봇.
제1항에 있어서,
상기 절단부 및 상기 궤도부의 작동을 제어하는 제어부와,
사용자로부터의 신호를 상기 제어부로 전달하는 통신부를 더 포함하는,
가지치기 로봇.