Rope-riding mobile anchor for robots operating on convex facade

Abstract

As industries rapidly develop, cities have grown in importance, leading to increased population density. Consequently, the need to efficiently utilize limited land has arisen, resulting in the construction of many high-rise build- ings. Particularly in recent times, buildings have expanded into the realm of art, high-rise structures featuring convex facades are emerging. This has made cleaning the facades of buildings more challenging and the working environ- ment for cleaning worker became more hazardous. Hence, there is a necessity to develop facade cleaning robot systems applicable to buildings of various shapes. Previous studies have developed robots capable of cleaning high-rise building facades using two ropes, enabling 2-Degrees Of Freedom (2-DOF) movement during cleaning tasks. In this paper, Rope-riding Mobile Anchor (RMA) enhancing the manipulability of the cleaning robot by extending the cleaning are not only flat facades but also convex facades is studied. RMA, using caterpillar track, moves horizontally along ropes installed on building rooftops, modifying the accessible cleaning area. Thus enabling the facade cleaning robot to access any area of the building. Additionally, a fix mecha- nism using a 4-bar linkage was implemented to ensure stable attachment of the RMA on the rope while the cleaning robot operates on the building’s facade. Experimental results demonstrated that each RMA could stably ride on the rope while carrying a mass of 50.5kg and withstood a force of 495.24N without slipping. Furthermore, when using RMA, manipulability in the same cleaning area is improved.|이 연구에서는 곡면 외벽 청소 시스템을 구성하는 로봇 중 청소 영역을 변경해주는 RMA를 개발했다. RMA는 로프 위를 주행하는 driving part와 로프 위의 특정 위 치에서 멈추고 로봇이 움직이지 않도록 고정해주는 fix mechanism part로 구성되어 있다. Fix mechanism은 4절 링크 형태를 가지고 있으며 캡스턴 방정식을 활용해 로프에 걸리는 장력을 강화하여 RMA가 미끄러짐 없이 정지한 상태를 유지하도록 만든다. 그리고 RMA를 사용할 경우 DAR의 manipulability가 향상되는 효과가 있 다. RMA의 성능을 실험해본 결과 RMA 하나 당 50.5kg의 하중을 매달고 로프 위를 주행할 수 있었으며, fix mechanism의 경우 495.24N의 당기는 힘이 있어도 로프에서 미끄러짐이 일어나지 않았다. 따라서 곡면 외벽에서 청소 시스템(DAR과 RDWR) 의 작동 영역을 옮겨줄 수 있는 충분한 능력이 있다고 평가된다. 또한 RMA를 사 용했을 때에 그렇지 않을 때 보다 같은 위치에서 DAR의 모터가 소비하는 전류가 감소하므로 manipulability가 향상된다는 것을 확인했다. 특히 청소 구간의 윗 부 분일수록 사용 전류를 크게 감축시키므로 RMA를 사용함으로써 기존의 dead zone 문제를 해결할 수 있을 것이다.