[논문]고층 건물 외벽 청소용 자동화 기구 기안에 대한 연구

이진구; 이동주

doi:10.7736/kspe.2012.29.1.056

고층 건물 외벽 청소용 자동화 기구 기안에 대한 연구
A Study of Automatic Cleaning Tool Design for Façade in High-rise Buildings 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.29 no.1, 2012년, pp.56 - 63

Abstract ▼ AI-Helper

Due to the development of construction technology, there is a considerable increase in the number of skyscrapers in the world. Accordingly, there are rapid growing requests about maintenance systems such as cleaning, painting, and monitoring the processes of facade in highrise buildings. However, it is extremely dangerous working the walls of high-rise buildings, and crashes from buildings have accounted for large proportion of constructional accidents. An alternative solution must be developed with the commercialization of automatic robot systems. For the last decade, interest in developing robots for cleaning and maintenance in facade of highrise buildings has continuously increased. The use of automatic robot systems can be expected to reduce accidents and decrease labor costs. In this paper, we propose a new kind of cleaning mechanism. We have designed and manufactured various cleaning tools for different types of facades with economic commercialization. The cleaning cycle, size, and intensity will be determined by economic constraints as well. The final goals are to design and manufacture tools and robots that can clean facades efficiently and rapidly even in dangerous places. The cleaning tool systems consist of nozzles, brush rollers, and squeezing devices. Furthermore, these tools and robots perform each process utilizing the systems of built-in guide types and gondola types for building maintenance. The performance of the proposed cleaning tools is evaluated experimentally; however additional study should be necessary for safer and more stable commercialization.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 빌트-인 가이드(built-in guide) 및 곤돌라(gondola) 방식의 로봇시스템에 탑재되어 청소를 수행할 수 있는 자동화 기구를 기안하고 상용화를 위한 기초 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 실제 작업자가 수행하는 청소작업의 분석을 통해 건물 외벽을 자동으로 청소하기 위한 기구를 제시하였다. 개발된 청소용 세정장치는 스프레이 방식의 분사를 통해 세척수 소비량의 감소를 도모하였으며 자원의 재활용을 위한 회수 시스템을 기안하였다.
본 연구에서는 추가적으로 창문의 틀과 같은 구조물에 능동적으로 대응할 수 있는 가변형 분할 브러쉬 롤러를 기안하였다.⁷

가설 설정

1 에 도시하였다.¹ 과학기술의 발전에 따라 현대 건축물은 대형화 및 고층화되고 있으며 이런 추세는 앞으로도 지속될 것이다. 도시의 미관을 화려하게 만드는 고층 건축물은 건설뿐만 아니라 유지보수에서도 상당한 비용의 발생이 예상된다.

제안 방법

본 연구를 통해 개발된 노즐부는 다섯 개의 분할된 노즐장치로 구성된다. 각각의 노즐장치는 타이밍벨트와 타이밍풀리로 연결되어 모터의 구동을 통하여 내부의 설치된 두 개의 노즐이 회전하며 세척수와 세제를 분사한다. 전체 시스템 중량의 감소와 물 소비량의 절감을 위해 세척수의 분사는스프레이 형태를 적용하였다.
본 연구에서는 실제 작업자가 수행하는 청소작업의 분석을 통해 건물 외벽을 자동으로 청소하기 위한 기구를 제시하였다. 개발된 청소용 세정장치는 스프레이 방식의 분사를 통해 세척수 소비량의 감소를 도모하였으며 자원의 재활용을 위한 회수 시스템을 기안하였다. 또한 제어시스템의 단순화를 위해 가변형 분할 브러쉬 롤러를 추가로 기안하였다.
작업자에 의해 수행되는 청소공정은 일반적으로 다음과 같은 세가지 작업으로 이루어진다. 건물 내부로부터 공급되는 세척수와 작업자가 소지하고 있는 세제를 스폰지 도구를 사용하여 외벽에 분사한다. 다음으로 세척수를 이용하여 외벽의 세제를 닦아내고 최종적으로 차량용 와이퍼와 같은 고무 스퀴징(squeezing)을 이용하여 물기를 제거한다.
개발된 청소용 세정장치는 스프레이 방식의 분사를 통해 세척수 소비량의 감소를 도모하였으며 자원의 재활용을 위한 회수 시스템을 기안하였다. 또한 제어시스템의 단순화를 위해 가변형 분할 브러쉬 롤러를 추가로 기안하였다.
일부 금속성 커튼월의 경우 산성 및 알칼리성 세제의 사용으로 인하여 부식을 일으킬 수 있기 때문이다. 본 연구에서 기안된 세정장치의 브러쉬 솔은 산성 및 알칼리성 세제와 같은 화학약품에 대응이 가능하도록 폴리프로필렌 및 나일론 등의 다양한 재질을 적용하여 검증되었다. 일반적으로 나일론 재질은 알칼리성 세제에 사용이 가능하며 폴리프로필렌 재질은 산성 및 알칼리성에 모두 적용이 가능하다.
폐수의 회수율은 진공펌프를 사용하여 실험을 통해 검증되었다. 세정장치의 이송 속도는 0.4m/s로 일정하게 유지되었으며, 세척수의 분사압력을 0.05MPa 에서 0.3MPa 로 순차적으로 증가시키며 폐수의 회수율을 조사하였다.
7 과 같은 분사시스템을 기안하였다. 세척수 분사시스템은 공기 압축기(Air Compressor)를 이용하여 밀폐된 용기에 압력을 가하고 압력 조절기(Regulator)의 조정을 통해 분사압력을 조절하는 방식으로 제작되었다. 또한 사용된 세척수와 세제의 회수를 위해 진공펌프가 추가되었다.
연구의 초기에는 세척수가 분사되는 반력에 의해 베어링이 설치된 노즐이 회전하고, 이와 연결된 일자형 브러쉬가 회전하며 청소를 수행하는 방법을 기안하였다. 그러나 전체 시스템 중량의 증가로 인해 청소를 수행하기 위한 충분한 세척수를 탑재하는 것이 불가능하였다.
유리를 이용한 기초적인 청소 실험을 통하여 본 세정장치의 적용 가능성 및 폐수의 회수 가능성을 일차적으로 확인하였다. 향후 이동 메커니즘과 통합하여 실제 건물 외벽에 적용을 통한 작업속도의 최적화, 세척수의 회수율 향상 및 가변형 분할 브러쉬 롤러의 적용 가능성 등에 관한 추가적인 연구를 수행할 예정이다.
이동 메커니즘과 연계한 실제 건물의 적용 실험에 앞서 청소용 자동 세정장치의 효용성과 폐수의 회수율을 분석하기 위하여 Fig. 11 에 도시된 것과 같이 시제품, 테스트 베드 및 세척수 분사시스템을 제작하였다.
각각의 노즐장치는 타이밍벨트와 타이밍풀리로 연결되어 모터의 구동을 통하여 내부의 설치된 두 개의 노즐이 회전하며 세척수와 세제를 분사한다. 전체 시스템 중량의 감소와 물 소비량의 절감을 위해 세척수의 분사는스프레이 형태를 적용하였다.

대상 데이터

본 연구를 통해 개발된 노즐부는 다섯 개의 분할된 노즐장치로 구성된다. 각각의 노즐장치는 타이밍벨트와 타이밍풀리로 연결되어 모터의 구동을 통하여 내부의 설치된 두 개의 노즐이 회전하며 세척수와 세제를 분사한다.
테스트 베드는 1,700mm 의 폭과 700mm 의 높이를 적용한 유리부를 알루미늄 프레임을 사용하여 고정하였으며, 상부 및 하부의 이송부를 이용하여 직선운동이 가능하도록 제작되었다.

성능/효과

8%로 최대값을 나타내었다. 반면에 개발된 2 단 케이스 노즐부를 통한 최대 회수율은 분사압력이 0.3MPa에서 14.1%로 세정장치 하부 물받이의 회수율보다 미미한 것으로 나타났다. 분사압력이 증가하면 분사된 세척수의 양이 충분하여 진공을 통한 회수율이 증가되는 것으로 판단된다.

후속연구

기안된 청소용 세정장치는 빌트-인 가이드 및 곤돌라 방식의 로봇시스템에 탑재되어 작업을 수행할 예정이다. 빌트-인 가이드 방식의 이동 메커니즘의 예를 Fig.
분사압력이 증가하면 분사된 세척수의 양이 충분하여 진공을 통한 회수율이 증가되는 것으로 판단된다. 또한 분사압력이 일정한 크기에 도달하면 전체 회수율은 일정한 값에 수렴할 것으로 판단되며 이에 대한 추가적인 실험을 실시할 예정이다.
이와 같은 결과를 근거로 기안된 가변형 분할 브러쉬 롤러가 청소용 세정장치에 적용되어 창문 틀과 같은 건물 외벽 구조물의 모양에 따라 자연스러운 대응이 가능할 것으로 판단하였다. 또한 오염도가 심한 건물 외벽에 대해서는 브러쉬 롤러에 공급되는 공압을 키움으로써 큰 압력의 밀착을 통해 청소의 효율성을 높일 수 있을 것으로 예상된다.
공압이 공급되지 않은 분할 원판 롤러만 우측에 도시된 것과 같이 상향으로 자유로운 이동이 가능하였다. 이와 같은 결과를 근거로 기안된 가변형 분할 브러쉬 롤러가 청소용 세정장치에 적용되어 창문 틀과 같은 건물 외벽 구조물의 모양에 따라 자연스러운 대응이 가능할 것으로 판단하였다. 또한 오염도가 심한 건물 외벽에 대해서는 브러쉬 롤러에 공급되는 공압을 키움으로써 큰 압력의 밀착을 통해 청소의 효율성을 높일 수 있을 것으로 예상된다.
제작된 분사시스템의 세척수 분사량은 분사압력 0.05MPa 에서 분당 1.2 L 로 측정되었으나, 실제 건물의 청소 실험을 통해 작업시간과 회수율 및 재활용 방안 등에 관한 추가적인 연구가 수행될 예정이다.
개발중인 청소용 세정장치부의 최종적인 목표 중량은 50 kg 이다. 제작된 시제품의 부품은 표면을 아노다이징 처리한 Al6061 및 아세탈 등의 경량 재질을 채택하여 20 kg 의 중량을 실현하였으나, 작업범위에 따른 설계변경과 세척수 탑재량에 대한 검토가 필요하다.
유리를 이용한 기초적인 청소 실험을 통하여 본 세정장치의 적용 가능성 및 폐수의 회수 가능성을 일차적으로 확인하였다. 향후 이동 메커니즘과 통합하여 실제 건물 외벽에 적용을 통한 작업속도의 최적화, 세척수의 회수율 향상 및 가변형 분할 브러쉬 롤러의 적용 가능성 등에 관한 추가적인 연구를 수행할 예정이다.

참고문헌 (8)

The Chosunilbo, "Seoul in 2015...63 Building is so small, Dated 02 April," 2009.
KOSHA, "The Statistics of Industrial Disasters," 2009.
Kim, D. G. and Kim, B. K., "Construction Robot System Design for High-rise Building External Wall Maintenance," Proceedings of Autumn Conference of The Korea Institute of Building Construction, Vol. 10, No. 2, pp. 7-10, 2010.
Lee, Y. W., Yeun, K. W. and Kim, J., "The Analysis of Wind Load on Curtain Wall Member of the Building," Proceedings of Autumn Conference of Architectural Institute of Korea, Vol. 30, No. 1, pp. 37-38, 2010.
Kim, D. G. and Kim, B. K., "A Study on the Improvement of External Wall Maintenance and Repairment of High-rise Building using Construction Robot," Proceedings of Autumn Conference of Korean Recycled Construction Resource Institute, Vol. 5, No. 3, pp. 35-38, 2010.
Lee, J. K. and Ryu, J. H., "A Study in the Retrieving Rate of Automatic Cleaning Apparatus for Facade in High-rise Buildings," Proceedings of KSPE Spring Conference, pp. 357-358, 2011.
Park, J. W., Lee, J. K. and Ryu, J. H., "A Study on the Variable Partition Brush Roller of Automatic Cleaning Apparatus for Facade in Buildings," Proceedings of KSPE Spring Conference, pp. 353- 354, 2011.
Lee, S. H. and Han, C. S., "Proposal of Force/Motion Control Strategy for Robotics Building Maintenance System," Proceedings of KSPE Spring Conference, pp. 449-450, 2011.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증