Easy-to-install, stand-alone, winch-embedded façade cleaning robot: Design and experiments

Abstract

Cleaning tasks for vertical structures, such as building façades and walls on construction sites are dangerous; there is a high risk of fall accidents among workers engaged in such tasks. Hence, research on the automation of wall cleaning tasks based on robotics technology has been actively conducted in recent years. However, existing wall-cleaning robots have limitations, such as poor mobility performance or the need for additional infrastructure for operation. In this study, we designed a novel rope-driven wall-cleaning robot Edelstro-M2 with two innovative characteristics. First, both vertical and horizontal movements on the wall are possible by implementing a dual rope climbing mechanism and parallel kinematics. Second, except for a rope fixing arrangement, additional infrastructure such as winch and building management unit (BMU) systems are not required for operation. A prototype model was developed, and real-world experiments were conducted to verify the mobility and cleaning performance of the robot.|해마다 건물 외벽청소 작업 시 발생하는 인명피해가 증가하고 있으며 이에 대한 해결책으로써 로봇을 이용한 외벽 청소 자동화 연구가 진행되고 있다. 현재 다양한 종류의 연구용 및 상용 외벽청소 로봇이 개발되었지만 여러 한계점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 한계점을 개선하여 다음과 같은 두가지 특징을 가진 새로운 모델 Edelstro-M2 를 개발하였다. 첫째, 와이어에 매달리는 방식을 가진 대부분의 모델들이 수직 방향으로만 움직일 수 있는 것에 반해 본 모델은 두줄의 로프를 기구학을 고려하여 개별적으로 제어함으로써 수평 및 수직방향의 자유로운 이동성능을 구현하였다. 둘째, 로프 등강 장치를 로봇에 직접 탑재함으로써 건물의 옥상 혹은 지상부에 전동 윈치와 같은 추가적인 장비 설치가 불필요하다. 이로 인해 로프를 고정할 수 있는 부분만 존재한다면 대부분의 외벽에서 범용적으로 사용 가능하며 설치가 빠르고 쉽다는 장점을 가진다. 로봇의 검증을 위해 실제 작동이 가능한 프로토타입을 개발하였으며 건물 외벽에서 현장 실험을 실시하였다. 그 결과 총 세가지 성능 지표인 수직 등강 속도, 전 방향 이동성, 고압수 분사의 세척성능 면에서 기존 모델들을 상회하거나 실사용이 가능한 정도의 충분한 성능을 발휘하는 것을 검증하였다.