KR101086378B1 - 와이어 구동시스템 및 그것의 제어방법 - Google Patents

Abstract

와이어 구동시스템 및 그것의 제어방법이 개시된다. 작업영역 주위의 지지구조체에 분산 배치된 복수의 와이어 구동유닛과, 지지구조체에 분산 배치되고 위치신호를 각각 송신하는 복수의 송신기와, 복수의 와이어 구동유닛에 의해 길이가 각각 조절되는 복수의 와이어가 분산 결합되는 이동체와, 복수의 와이어 구동유닛에 각각 설치되어 위치신호를 수신하는 복수의 구동유닛용 수신기와, 이동체에 설치되어 위치신호를 수신하는 복수의 이동체용 수신기를 포함하고, 이동체는 구동유닛용 수신기 및 이동체용 수신기에 의해 초기위치 및 초기자세가 파악되고, 복수의 와이어 구동유닛에 의해 복수의 와이어의 길이가 각각 조절됨에 따라 목표위치로 이동되는 와이어 구동시스템을이 제공함으로써, 독립탱크 방식 액화천연가스 운반선의 건조에 소요되는 시간 및 노력이 절약되고, 작업자의 안전성이 향상되며, 작업의 자동화가 가능해진다.

와이어, 이동체, LNG선, 저장탱크

Description

와이어 구동시스템 및 그것의 제어방법{WIRE-DRIVEN SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 와이어 구동시스템 및 그것의 제어방법에 관한 것이다.

천연가스는 천연적으로 산출되는 가스 중 탄화수소를 주성분으로 하는 가연성 가스를 말한다. 천연가스의 장거리 수송기술이 발전되기 전까지는 천연가스가 산출지 부근에서만 연료로써 이용되었다. 그러나, 파이프라인을 이용한 천연가스의 수송기술 및 천연가스를 액화하여 운반하는 액화천연가스(liquefied natural gas, LNG) 운반선의 건조기술이 발달되면서 천연가스를 이용하는 국가가 증가되어왔다.

현재 천연가스(natural gas)는 가정용 연료, 대중교통의 연료, 발전용 또는 산업용 가스 보일러의 연료로 사용되는 등 전세계적으로 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 따라서, 천연가스의 사용량이 증가되면서 접근이 용이한 지역의 에너지 자원은 더욱 빠르게 고갈되어 가고 있다.

그런데, 지구온난화에 의한 빙하의 감소로 북극 해저로의 접근이 가능해지면서, 북극에 매장되어 있는 다량의 원유 및 천연가스 등의 자원을 개발하기 위한 각국의 움직임이 활발해지고 있다. 이와 함께 전세계적으로 액화천연가스의 원활한 수송을 위한 액화천연가스 운반선의 수요가 증가되고 있으며, 특히 극지방의 해역을 항해할 수 있는 고운항성(高運航性)의 액화천연가스 운반선의 필요성이 높아지고 있다.

여기서, 액화천연가스 운반선은 액화천연가스를 저장하는 저장탱크의 형식에 따라 독립탱크 방식 및 멤브레인 방식으로 대별된다. 이 중 독립탱크 방식은 멤브레인 방식에 비해 액화천연가스 운반선의 건조비가 높다는 단점이 있으나, 저장탱크에 적재된 액화천연가스의 슬로싱(sloshing) 효과를 감소시킬 수 있고, 높은 안전성 및 신뢰성에 의해 고운항성을 얻을 수 있다.

따라서, 극지를 운항하는 액화천연가스 운반선의 저장탱크는 독립탱크 방식을 적용하는 것이 유리하다.

도 1에는 독립탱크 방식의 액화천연가스 운반선의 부분 단면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 독립탱크 방식의 액화천연가스 운반선(10)에는 선체(11)에 형성된 저장탱크 설치공간(13)에 저장탱크(14)가 탑재되어 있다. 저장탱크(14)는 통상 복수로 설치되며, 각 저장탱크(14) 사이에는 격벽(bulkhead, 12)이 설치된다.

각 저장탱크(14)의 상부에는 액화천연가스를 저장탱크(14) 내에 하역하기 위한 펌핑장치(도시되지 않음) 등이 설치되는 탱크 돔(tank dome, 15)이 구비된다.

독립탱크 방식의 저장탱크(14)는 액화천연가스 운반선(10)의 외부에서 별도로 제작된 후, 저장탱크 설치공간(13)에 탑재된다. 그리고, 저장탱크(14)는 높은 단열성이 요구되므로, 저장탱크(14)의 외면(外面)에는 도시되지 않은 단열패 널(insulating panel)이 부착된다.

저장탱크(14)의 외면에 단열패널을 부착하는 작업은, 저장탱크(14)를 저장탱크 설치공간(13)에 탑재하기 전에 행해질 수도 있고, 저장탱크 설치공간(13)에 탑재한 후 선체(11) 및 격벽(12)과 저장탱크(14) 사이의 공간을 이용하여 행해질 수도 있다.

저장탱크(14)의 외면에 단열패널을 부착하는 작업을 행하기 위해서는 선행되어야 할 사전작업이 있다. 이러한 사전작업으로는, 저장탱크(14) 외면의 편평도를 측정하는 작업, 저장탱크(14) 내면에 보강재가 부착된 위치를 검출하는 작업, 검출된 보강재의 위치에 마킹을 하는 작업, 마킹 된 위치에 스터드 볼트를 용접하는 작업, 저장탱크(14)의 표면을 보호하기 위한 표면처리작업 등이 있다.

그런데, 독립탱크 방식의 저장탱크(14)는 알루미늄이나 스테인리스 스틸과 같은 비자성체로 제작되므로, 자기력을 이용하여 벽면을 따라 이동하며 상술한 바와 같은 사전작업을 행하는 자동화 장치를 적용하기 어렵다.

따라서, 현재 독립탱크 방식의 저장탱크(14)에 단열패널을 부착하는 작업 및 이를 위한 사전작업들이 수작업으로 행해지고 있는 실정이다.

도 2에는 도 1에 A로 표시한 부분이 확대 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 저장탱크(14)의 외면에는 단열패널을 부착하기 위한 다수의 스터드 볼트(17)가 설치된다. 격벽(12)에는 작업자의 이동을 위한 족장판(足場板, 16)이 설치된다. 그리고, 도시되지는 않았으나, 저장탱크(14)와 선체(도 1의 11)의 측면 사이에도 족장판이 설치된다.

여기서, 저장탱크(14) 및 격벽(12) 사이의 간격(W)은 통상 1m 정도이며, 족장판(16)의 폭(Ws)은 통상 60cm 미만이다. 따라서, 저장탱크(14) 및 격벽(12) 사이의 공간은 협소하므로, 작업자가 단열패널을 운반 및 부착하거나, 상술한 바와 같은 사전작업을 행하는 데에는 많은 어려움이 따르게 된다. 특히, 작업자가 상술한 사전작업을 위한 장비 또는 단열패널을 들고 작업 및 운반하는 과정에서 근골격계 질환이 유발되거나, 족장판(16)과 저장탱크(14) 사이의 공간으로 추락하는 등의 사고가 발생할 가능성이 상존한다.

따라서, 저장탱크(14)를 저장탱크 설치공간(13)에 탑재한 후 저장탱크(14) 및 격벽(12) 사이의 협소한 공간에서 단열패널을 부착하는 작업 및 이를 위한 사전작업을 행하게 될 경우에도, 이러한 작업을 용이하게 행할 수 있는 수단 및 방법이 절실히 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 필요에 의해 안출된 것으로, 본 발명에 따르면 독립탱크 방식의 액화천연가스 운반선에 탑재되는 저장탱크의 표면에 부착될 단열패널을 용이하게 운반하거나, 단열패널의 부착을 위한 사전작업을 용이하게 행할 수 있는 와이어 구동시스템 및 그것의 제어방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 작업영역 주위의 지지구조체에 분산 배치된 복수의 와이어 구동유닛과, 지지구조체에 분산 배치되고 위치신호를 각각 송신하는 복수의 송신기와, 복수의 와이어 구동유닛에 의해 길이가 각각 조절되는 복수의 와이어가 분산 결합되는 이동체와, 복수의 와이어 구동유닛에 각각 설치되어 위치신호를 수신하는 복수의 구동유닛용 수신기와, 이동체에 설치되어 위치신호를 수신하는 복수의 이동체용 수신기를 포함하고, 이동체는 구동유닛용 수신기 및 이동체용 수신기에 의해 초기위치 및 초기자세가 파악되고, 복수의 와이어 구동유닛에 의해 복수의 와이어의 길이가 각각 조절됨에 따라 이동체가 목표위치로 이동되는 와이어 구동시스템이 제공된다.

복수의 와이어는 이동체의 가장자리 부분에 결합될 수 있다.

복수의 와이어 구동유닛 중, 작업영역의 상단부보다 높은 위치에 배치된 와이어 구동유닛에 연결된 와이어는 이동체 상단부의 중심영역에 결합되고, 작업영역의 하단부보다 낮은 위치에 배치된 와이어 구동유닛에 연결된 와이어는 이동체 하단부의 양측 가장자리 부분에 결합될 수 있다.

와이어 구동유닛은, 와이어를 감거나 푸는 드럼과, 드럼의 회전 정도를 감지하는 회전감지수단과, 와이어에 작용하는 장력을 감지하는 장력감지수단을 포함할 수 있다.

와이어 구동유닛은, 와이어를 가이드 하는 도르래를 더 포함할 수 있다.

여기서, 도르래는, 지지구조체에 고정된 고정프레임과, 작업영역에 수직한 방향의 회전축을 중심으로 고정프레임에 회전 가능하게 지지되는 회전프레임과, 회전프레임에 회전 가능하게 결합되고, 와이어를 가이드 하며 와이어를 지지하는 롤러를 포함할 수 있다.

이동체는, 장방형의 메인 프레임과, 메인 프레임에 제1 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 이송프레임과, 제1 이송프레임에 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이동 가능하게 설치되고 적어도 하나의 작업모듈이 교체 가능하게 탑재된 제2 이송프레임을 포함할 수 있다.

여기서, 작업모듈은, 스터드 볼트 용접장치, 스터드 볼트 공급장치, 편평도(flatness) 계측장치, 보강재 위치 검출장치, 마킹장치, 브러싱(brushing) 장치 및 용접부 검사장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이동체에 설치된 복수의 이동체용 수신기 중 어느 하나는 이동체의 기하학적 중심에 설치될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 바와 같은 와이어 구동시스템을 제어하는 방법으로서, 복수의 구동유닛용 수신기 및 복수의 이동체용 수신기를 이용하여, 복수의 와이어 구동유닛 각각의 위치, 복수의 와이어와 이동체의 결합 부분 각각의 위치 및 이동체의 초기위치 및 초기자세를 측정하는 초기화 단계와, 초기화 단계에서 측정된 결과를 이용하여 와이어 구동시스템을 모델링 하는 모델링 단계와, 모델링 단계의 결과를 이용하여 이동체가 목표위치로 이동하여 목표자세를 취하였을 때의 복수의 와이어의 길이를 각각 산출하는 산출 단계와, 복수의 와이어의 길이가 산출 단계에서 산출된 길이로 각각 조절되도록 복수의 와이어 구동유닛을 각각 작동시켜 이동체를 이동시키는 이동 단계를 포함하는 와이어 구동시스템의 제어방법이 제공된다.

이동 단계는, 소정의 작동 기준에 따라 복수의 와이어 구동유닛의 작동 방향 을 각각 결정하고 작동 순서를 각각 설정하는 단계와, 복수의 와이어에 각각 가해지는 장력의 크기를 소정의 기준 장력범위와 비교하여, 복수의 와이어 구동유닛의 작동 속도를 각각 조절하는 속도 조절 단계를 포함할 수 있다.

소정의 작동 기준은, 복수의 와이어 구동유닛 중 와이어의 길이를 단축하는 것을 선순위로 지정하는 것과, 복수의 와이어 구동유닛 중 작업영역의 상단부보다 상측에 설치된 것을 선순위로 지정하는 것을 포함하고, 복수의 와이어 구동유닛 중 선순위로 지정된 것으로 갈수록 작동 속도를 빠르게 설정할 수 있다.

그리고, 소정의 기준 장력범위는 와이어의 최대 허용 장력범위를 3등분 하였을 때 중간범위에 해당되는 장력의 범위이고, 와이어에 작용하는 장력이 소정의 기준 장력범위보다 작을 경우에는 와이어 구동유닛이 와이어의 길이를 연장하는 속도를 감소시키거나 단축하는 속도를 증가시키고, 와이어에 작용하는 장력이 소정의 장력 범위보다 클 경우에는 와이어 구동유닛이 와이어의 길이를 연장하는 속도를 증가시키거나 단축하는 속도를 감소시키는 것일 수 있다.

이동 단계 이후에는, 이동체가 이동된 후의 복수의 와이어의 길이를 각각 산출하고, 이를 산출 단계에서 산출된 복수의 와이어의 길이와 각각 비교하여 그 차이를 보정하는 보정 단계를 더 포함할 수 있다.

보정 단계는, 와이어에 작용하는 장력이 소정의 기준 장력범위보다 크거나 작을 경우, 와이어 구동유닛이 와이어에 작용하는 장력이 소정의 기준 장력범위 이내가 되도록 와이어의 길이를 조절할 수 있다.

본 발명에 따르면, 독립탱크 방식 액화천연가스 운반선에 탑재되는 저장탱크의 표면에 부착될 단열패널을 용이하게 운반하거나, 단열패널을 부착하기 위한 사전작업을 용이하게 행할 수 있는 와이어 구동시스템 및 그것의 제어방법을 제공하여, 독립탱크 방식 액화천연가스 운반선의 건조에 소요되는 시간 및 노력이 절약되고, 작업자의 안전성이 향상되며, 작업의 자동화가 가능해진다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템이 도 1에 표시한 Ⅲ-Ⅲ 직선에 따른 단면에 설치된 모습이 간략하게 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템(100)에는 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115), 복수의 송신기(150) 및 이동체(130)가 포함된다.

제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)은 이동체(130)가 이동되어야 하는 작업영역, 즉 작업 대상이 되는 저장탱크(14)의 일면 주위의 지지구조체에 분산 배치된다. 여기서, 지지구조체는 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)을 견고하게 지지할 수 있는 수단으로, 도시된 바와 같이 저장탱크(14)가 탑재된 액화천연가스 운반선(10)의 선체(11) 및 갑판(18)이 지지구조체로 활용될 수 있다.

참고로, 저장탱크(14)가 저장탱크 설치공간(도 1의 13)에 탑재되기 전에는 저장탱크(14)에 인접한 위치에 있는 도시되지 않은 기둥, 크레인, 벽체 등을 지지구조체로 활용하여 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)을 분산 배치할 수 있으며, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)를 견고하게 지지할 수 있는 별도의 구조물(도시되지 않음)을 제작하여 이를 지지구조체로 활용할 수도 있다.

이동체(130)가 저장탱크(14) 일면의 가장자리 부분까지 도달될 수 있게 하기 위하여, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)이 분산 배치되는 범위는 저장탱크(14)의 일면보다 넓어야 한다. 그러므로, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)은 작업영역의 상단부, 즉 저장탱크(14)의 일면의 상측 가장자리 보다 높은 위치와, 작업영역의 하단부, 즉 저장탱크(14)의 일면의 하측 가장자리 보다 낮은 위치와, 작업영역의 양측단부, 즉 저장탱크(14)의 일면의 양측 가장자리 보다 더 양측 방향으로 이격 된 위치에 배치된다.

제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)은 각각에 연결된 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 조절한다. 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 관하여는 아래에서 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 일단부는 상술한 바와 같이 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 각각 연결되어 그 길이가 조절된다. 그리고, 각각의 타단부는 이동체(130)에 분산 결합된다. 이때, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 타단부는 이동체(130)의 가장자리 부분에 분산 결합된다.

이동체(130)는 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 의해 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이가 각각 조절됨에 따라 작업영역, 즉 저장탱크(14)의 일면을 따라 이동된다. 이동체(130)에는 적어도 하나의 작업모듈이 교체 가능하게 탑재된다. 이동체(130)에 관하여는 아래에서 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도시된 지지구조체, 즉 선체(11) 및 갑판(18)에는 복수의 송신기(150)가 분산 배치된다. 복수의 송신기(150)는 서로 동기화 되어 위치신호를 송신한다. 따라서, 위치신호를 수신하는 수신기(도시되지 않음)를 이용하여 복수의 송신기(150)가 송신하는 위치신호의 시간차를 분석하면 복수의 송신기(150)를 기준으로 한 수신기의 위치를 파악할 수 있다.

여기서, 도시되지 않은 수신기를 이용하여 수신기의 공간적인 위치를 정확하게 파악할 수 있게 하기 위하여, 복수의 송신기(150)는 동일 평면상에 위치하지 않도록 분산 배치되어야 한다.

상술한 바와 같은 수신기는 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 및 이동체(130)에 설치된다. 도시되지는 않았으나, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에는 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)가 연결되는 위치에 각각 수신기 가 설치되고, 이동체(130)에는 복수의 수신기가 이동체(130)의 기하학적 중심점 및 그 외의 부분에 설치된다.

제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 설치된 수신기를 구동유닛용 수신기라 칭하고, 이동체(130)에 설치된 수신기를 이동체용 수신기라 칭하기로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템(100)은 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)을 이용하여 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 각각 조절함으로써 이동체(130)를 이동시킨다.

이때, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 각각 설치된 복수의 구동유닛용 수신기 및 이동체(130)에 설치된 이동체용 수신기를 이용하여 이동체(130)의 초기위치 및 초기자세를 파악한 다음, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)을 이용하여 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 조절함으로써 이동체(130)를 목표하는 위치, 즉 목표위치로 이동시키고 목표하는 자세를 취하도록 할 수 있다.

도 4에는 도 3에 B로 표시한 제1 와이어 구동유닛의 사시도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 제1 와이어 구동유닛(111)에는 윈치모듈(111a) 및 도르래(111d)가 포함된다.

윈치모듈(111a)에는 고정프레임(111b) 및 드럼(111c)이 포함된다. 고정프레임(111b)은 지지구조체, 즉 선체(도 3의 11 참조)의 바닥면(11a)이나 도시되지 않 은 별도의 구조물에 고정된다. 고정프레임(111b)에는 제1 와이어(121)를 감거나 푸는 드럼(111c)이 회전 가능하게 결합된다.

도시되지는 않았으나, 윈치모듈(111a)에는 드럼(111c)의 회전한 정도를 감지하는 회전감지수단 및 제1 와이어(121)에 작용되는 장력을 감지하는 장력감지수단이 설치된다. 따라서, 윈치모듈(111a)을 이용하여 제1 와이어(121)가 드럼(111c)에 감긴 길이 또는 풀려나간 길이를 측정할 수 있다.

윈치 모듈(111a)의 일측에는 도르래(111d)가 설치된다. 도르래(111d)에는 고정프레임(111e) 및 회전프레임(111f)이 포함된다.

도르래(111d)의 고정프레임(111e)은 윈치모듈(111a)과 같이 선체(11)의 바닥면(11a)과 같은 지지구조체에 고정된다. 회전프레임(111f)은 고정프레임(111e)에 회전 가능하게 지지되는데, 회전프레임(111f)은 작업영역에 수직한 방향의 회전축, 즉 저장탱크(도 3의 14 참조)의 일면에 수직한 방향의 회전축을 중심으로 회전 가능하게 고정프레임(111e)에 결합된다. 도시되지는 않았으나, 회전프레임(111f)에는 롤러가 회전 가능하게 설치되어, 제1 와이어(121)를 가이드하며 지지한다.

따라서 도르래(111d)는, 이동체(도 3의 130 참조)를 작업영역, 즉 저장탱크(14)의 일면의 범위 내에서 이동시키기 위하여 드럼(111c)에 의해 제1 와이어(121)의 길이를 조절할 경우, 제1 와이어(121)가 이동체(130)의 위치에 관계없이 원활하게 드럼(111c)에 감기거나 풀릴 수 있도록 가이드 한다.

제2 내지 제5 와이어 구동유닛(도 3의 112 내지 115) 또한 제1 와이어 구동유닛(111)과 동일한 구조를 갖고 동일하게 작동되므로, 제2 내지 제5 와이어 구동 유닛(112 내지 115)에 대한 상세한 설명은 상술한 제1 와이어 구동유닛(111)에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.

도 5에는 도 3에 C로 표시한 이동체의 사시도가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 이동체(130)에는 메인 프레임(131), 제1 이송프레임(132) 및 제2 이송프레임(133)이 포함된다.

메인 프레임(131)은 장방형의 형상을 갖는다. 도시되지는 않았으나, 메인 프레임(131)의 형상은 변경될 수 있다.

메인 프레임(131)에는 제1 이송프레임(132)이 제1 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 여기서, 제1 방향은 메인 프레임(131)이 형성하는 평면상의 한 방향을 지칭한다. 메인 프레임(131)에는 제1 이송프레임(132)을 제1 방향으로 이동시키기 위한 제1 이송장치(132a) 및 제1 직선운동수단(132b)이 설치된다. 제1 이송장치(132a)로는 전동기 등이 사용될 수 있고, 제1 직선운동수단(132b)으로는 볼 스크루(ball screw) 등이 사용될 수 있다.

제1 이송프레임(132)에는 제2 이송프레임(133)이 제1 방향에 수직한 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 여기서, 제2 방향은 메인 프레임(131)이 형성하는 평면상의 한 방향 중 제1 방향에 수직한 방향을 지칭한다.

참고로, 본 명세서에서 지칭하는 '평행' 및 '수직'은 수학적이거나 기하학적인 평행 및 수직을 지칭하는 것이 아니라, 가공오차나 이송오차 등을 고려한 실질적인 평행 및 수직을 지칭함을 밝힌다.

제1 이송프레임(132)에는 제2 이송프레임(133)을 제2 방향으로 이동시키기 위한 제2 이송장치(도시되지 않음) 및 제2 직선운동수단(133b)이 설치된다. 따라서, 제2 이송프레임(133)은 메인 프레임(131)에 대하여 소정의 범위 내에서 자유롭게 평면 이동할 수 있다.

제2 이송프레임(133)에는 제1 작업모듈(137)이 설치되고, 메인 프레임(131)에는 제2 작업모듈(134) 및 제3 작업모듈(135)이 탑재된다. 제1 내지 제3 작업모듈(137, 134, 135)은 제2 이송프레임(133) 및 메인 프레임(131)에 교체 가능하게 탑재된다.

여기서, 제1 내지 제3 작업모듈(137, 134, 135)은 저장탱크(14)의 외면에 도시되지 않은 단열패널을 부착하기 전에 수행되어야 할 사전작업에 사용되는 작업장비들로서, 스터드 볼트 용접장치, 스터드 볼트 공급장치, 편평도 측정장치, 보강재 위치 검출장치, 마킹장치, 브러싱 장치 및 용접부 검사장치 등을 지칭한다.

따라서, 이동체(130)가 작업영역, 즉 저장탱크(14)의 일면을 이동하며 행하여야 할 작업의 내용에 따라 필요한 작업장비를 제1 내지 제3 작업모듈(137, 134, 135)로서 탑재할 수 있다.

또는, 도시되지는 않았으나, 이동체(130)에 제1 내지 제3 작업모듈(137, 134, 135) 대신 저장탱크(14)에 부착할 단열패널을 적재할 수 있는 수단을 탑재시키고, 이 단열패널을 저장탱크(14)의 부착될 위치에 근접한 족장판(도 2의 16 참조)으로 옮겨 적재하거나 저장탱크(14)에 부착할 수 있는 수단을 탑재시키면, 저장탱크(14)에 단열패널을 부착하는 작업 또한 용이하게 행할 수 있다.

메인 프레임(131)의 가장자리 부분에는 제1 내지 제5 와이어(도 3의 121 내 지 125)의 타단부가 결합되는 제1 내지 제5 와이어 결합부(136a 내지 136e)가 구비된다. 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 조절하여 이동체(130)의 위치 및 자세를 조절하기 위해서는, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)에 작용되는 장력이 메인 프레임(131)에 효과적으로 전달되어야 하므로, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)는 메인 프레임(131)의 가장자리 부분에 결합된다.

제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 중 작업영역의 상단부보다 상측에 설치된 제3 내지 제5 와이어 구동유닛(113 내지 115)에 일단부가 연결된 제3 내지 제5 와이어(123 내지 125)는 제3 내지 제5 와이어 결합부(136c 내지 136e)에 각각 결합된다. 그리고, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 중 작업영역의 하단부보다 하측에 설치된 제1 및 제2 와이어 구동유닛(111, 112)에 일단부가 연결된 제1 및 제2 와이어(121, 122)는 제1 및 제2 와이어 결합부(136a 및 136b)에 각각 결합된다.

여기서, 제3 내지 제5 와이어 결합부(136c 내지 136e)는 메인 프레임(131) 상단부의 중심영역에 배치되고, 제1 및 제2 와이어 결합부(136a, 136b)는 메인 프레임(131) 하단부의 양측 가장자리 부분에 배치된다.

이는, 이동체(130)의 상측에 배치된 제3 내지 제5 와이어(113 내지 115)가 이동체(130)의 하중을 지지하고, 이동체(130)의 하측에 배치된 제1 및 제2 와이어(121, 122)가 이동체(130)의 자세, 즉 균형을 조절하도록 하기 위한 것이다.

예를 들어서 도시되지는 않았으나, 제3 와이어(123)의 길이를 단축시켜 이동체(130)를 저장탱크(14)의 일측 가장자리 부분으로 이동시키고자 할 경우, 이동 체(130)의 하중을 지지하는 제3 내지 제5 와이어(123 내지 125)가 이동체(130) 상단부의 양측에 분산 결합되었다고 가정하면, 제3 와이어(123)의 길이를 최대한 단축시키더라도 이동체(130)가 저장탱크(14)의 상측 중 일측 가장자리에 도달할 수 없는 경우가 있다.

즉, 이동체(130)를 저장탱크(14)의 상측 중 일측 가장자리에 도달되도록 하기 위해서는 제3 와이어(123)에 매우 강한 장력이 가해져야 하는데, 이때 가해지는 장력이 제3 와이어(123)의 최대 허용 장력 보다 큰 경우 제3 와이어(123)가 파단 되는 경우가 발생될 수 있다.

따라서, 이동체(130)의 하중을 지지하는 제3 내지 제5 와이어(123 내지 125)는 제1 및 제2 와이어(121, 122) 보다 메인 프레임(131)의 중심영역에 가깝게 배치되어야 하므로, 제3 내지 제5 와이어 결합부(136c 내지 136e)는 메인 프레임(131) 상단부의 중심영역에 배치된다.

참고로, 제1 내지 제5 와이어 결합부(136a 내지 136e)는 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 타단부가 길이 방향으로 회전하거나 메인 프레임(131)이 형성하는 평면에 평행하게 회전할 수 있도록 구성되어, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)가 꼬이거나 휘어지지 않고 결합상태를 유지할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템(100)은 이동체(130)를 작업영역 내에서 목표위치로 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이동체(130)를 목표위치로 정확하게 이동시키기 위한 와이어 구동시스템(100)의 제어방법에 대해서는 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법에는 초기화 단계(S10), 모델링 단계(S20), 산출 단계(S30) 및 이동 단계(S40)가 포함된다.

초기화 단계(S10)는, 도 3을 참조하여 설명한 복수의 구동유닛용 수신기 및 복수의 이동체용 수신기를 이용하여 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 각각의 위치, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)가 이동체(130)에 결합된 위치, 이동체(130)의 초기위치 및 초기자세를 측정하는 단계이다.

즉, 구동유닛용 수신기를 이용하여 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)가 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 각각 연결된 부분의 위치를 측정하고, 이동체용 수신기를 이용하여 제1 내지 제5 와이어 결합부(136a 내지 136e)의 위치를 측정한다. 그리고, 이동체(130)의 초기위치 및 이동체(130)가 작업영역에 대하여 어느 방향으로 얼마나 기울어져 있는지를 측정한다.

그 결과, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 양단부 위치를 측정 및 산출할 수 있으며, 이동체(130)의 초기위치 및 초기자세를 산출할 수 있게 된다.

여기서, 제1 내지 제5 와이어 결합부(136a 내지 136e)의 위치는 이동체(130)에 설치된 복수의 이동체용 수신기에 대한 상대적인 위치를 미리 측정할 수 있으므로, 복수의 이동체용 수신기의 위치를 측정하면 제1 내지 제5 와이어 결합부(136a 내지 136e)의 위치를 용이하게 산출할 수 있다.

모델링 단계(S20)는, 상술한 초기화 단계(S10)에서 측정 및 산출된 결과를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템(100)을 모델링 하는 단계이다. 즉, 초기화 단계(S10)에서 이상적인 상태일 때의 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 양단부 길이를 측정 및 산출할 수 있고, 이동체(130)는 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이 조절을 통하여 목표위치로 이동되므로, 공칭 역기구학 모델(nominal inverse kinematics model), 즉 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 산출하는 수식을 도출 할 수 있다.

또한 상술한 바와 같이, 복수의 이동체용 수신기 중 적어도 하나는 이동체(130)의 기하학적 중심에 배치되므로, 복수의 이동체용 수신기의 위치를 측정하면 이동체(130)의 위치뿐만 아니라 이동체(130)의 자세, 즉 기울어진 각도를 산출하는 수식을 도출 할 수 있다. 이때, 이동체(130)에는 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)에 의해 방사상으로 장력이 가해지므로, 이동체(130)는 작업영역에 대해 평행을 유지하면서 기하학적 중심을 기준으로만 회전할 수 있는 이상적인 상태인 것으로 가정한다.

산출 단계(S30)는, 모델링 단계(S20)의 결과 얻어진 식들을 이용하여 이동체(130)를 목표위치로 이동시키고 목표자세를 취하도록 하였을 때의 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 각각 산출하는 단계이다.

이동 단계(S40)는, 산출 단계(S30)에서 산출된 결과에 따라 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)으로 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 각각 조절하는 단계이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법에 대하여 도 7 내지 도 10을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.

도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템을 간략하게 도시한 개념도가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 저장탱크(14), 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115), 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 및 이동체(130)가 간략하게 도시되어 있다.

작업영역, 즉 저장탱크(14)의 일면의 주위에는 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)이 분산 배치된다.

제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 일단부가 각각 연결된 부분의 위치, 즉 복수의 구동유닛용 수신기가 각각 설치된 위치의 좌표를 w_i(x_wi, y_wi)(i=1, 2, 3, 4, 5)로 나타낼 수 있다. 이와 같이, 복수의 구동유닛용 수신기의 위치는 작업영역, 즉 저장탱크(14)의 일면을 기준으로 하는 작업영역 좌표계{W} 상의 좌표로 표현할 수 있다.

그리고, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 타단부가 이동체(130)에 결합된 부분의 위치의 좌표를 p_i(x_pi, y_pi)(i=1, 2, 3, 4, 5)로 나타낼 수 있다. 상술한 바와 같이, 이동체(130)에 설치된 복수의 이동체용 수신기의 위치를 측정하면 제1 내지 제5 와이어 결합부(136a 내지 136e) 각각의 위치를 용이하게 산출할 수 있으므로, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각의 타단부 위치를 이동체 좌표계{P} 상의 좌표로 표현할 수 있다.

여기서, 이동체(130)의 기하학적 중심에는 적어도 하나의 이동체용 수신기가 설치되므로, 이동체(130)의 기하학적 중심의 위치는 용이하게 측정할 수 있다. 여기서, 이동체(130)의 기하학적 중심의 위치를 작업영역 좌표계{W} 상의 c(x_c, y_c)로 나타낸다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법에 필요한 정보를 구하기 위하여 와이어 구동시스템(100)의 주요 위치를 좌표로 표현할 수 있으며, 복수의 구동유닛용 수신기 및 복수의 이동체용 수신기를 이용하여 이러한 좌표값을 구하는 것이 도 6을 참조하여 설명한 초기화 단계(S10)이다.

와이어 구동시스템(100)은 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각의 길이를 조절함으로써 제어된다. 따라서, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각의 양단부의 좌표를 구하면, 각각의 길이를 산출할 수 있다.

따라서, 공칭 역기구학 모델을 이용하여 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 식으로 나타내면 아래의 수학식 1과 같다.

여기서, l_i(i=1, 2, 3, 4, 5)는 제1 내지 제5 와이어의 길이이다. 즉, l₁ 내 지 l₅는 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각의 길이를 의미한다.

그리고, 이동체(130)의 자세, 즉 이동체(130)가 기하학적 중심점을 기준으로 작업영역에 대하여 기울어진 각도 또한 수학식으로 표현할 수 있는데, 이에 대해서는 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 이동체를 간략하게 도시한 개념도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 간략하게 도시된 이동체(130)가 소정의 각도로 기울어져 있다. 이동체(130)가 기울어진 각도(θ)는 작업영역 좌표계{W}에 대하여 이동체 좌표계{P}가 기울어진 각도로 나타낼 수 있다.

이동체(130)가 기울어진 각도(θ)를 이용하여 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 타단부가 이동체(130)에 결합된 부분의 좌표를 p_i(x_pi, y_pi)(i=1, 2, 3, 4, 5)로 나타내면 아래의 수학식 2와 같다.

여기서, d_i는 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 타단부가 이동체(130)에 결합된 부분과 이동체(130)의 기하학적 중심점(c) 사이의 거리이고, α_i는 이동체 좌표계{P}의 수평축(도 8의 x축)에 대하여 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 타단부가 이동체(130)에 결합된 부분이 형성하는 각도이다.

이동체(130)의 중심점의 좌표 c(x_c, y_c), d_i 및 α_i는 이동체(130)에 설치된 이동체용 수신기를 이용하여 측정 및 산출할 수 있다. 즉, 이동체(130)에 복수의 이동체용 수신기가 배치된 위치는 이미 알고 있으므로, 복수의 이동체용 수신기의 위치를 측정하면 d_i 및 α_i를 산출할 수 있다.

이와 같이, 수학식 1 및 수학식 2를 도출하는 것이 도 6을 참조하여 설명한 모델링 단계(S20)이다.

모델링 단계(S20)에 의해 얻어진 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 이동체(130)를 목표위치로 이동시키고 목표자세를 취하였을 때의 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 산출할 수 있게 된다.

이동체(130)의 목표위치 및 목표자세, 즉 이동체(130)가 이동시키고자 하는 위치에 이동하였을 때의 기하학적 중심점의 좌표값 c(x_c, y_c) 및 이동체 좌표계{P}를 작업영역 좌표계{W}에 대하여 회전시키고자 하는 각도(θ)를 수학식 2에 대입하면, 이동체(130)가 목표위치로 이동하여 목표자세를 취하였을 때 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 타단부가 이동체(130)에 결합된 부분의 좌표값 p_i(x_pi, y_pi)(i=1, 2, 3, 4, 5)을 각각 산출할 수 있다.

이 좌표값을 수학식 1에 대입하면, 이동체(130)가 목표위치로 이동하여 목표 자세를 취하였을 때의 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각의 길이를 산출할 수 있다. 이와 같이, 모델링 단계(S20)로부터 산출된 수학식들을 이용하여 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각의 길이를 산출하는 것이 도 6을 참조하여 설명한 산출 단계(S30)이다.

산출 단계(S30)에서 산출 된 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각의 길이에 따라, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)를 작동시켜 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 조절하면 이동체(130)가 목표위치로 이동하여 목표자세를 취하게 된다. 이와 같이, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각의 길이를 산출 단계(S30)에서 산출된 각각의 길이에 맞게 조절하여 이동체(130)를 목표위치로 이동시키고 목표자세를 취하게 하는 것이 도 6을 참조하여 설명한 이동 단계(S40)이다.

도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법을 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 도 9에는 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)가 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 의해 각각의 길이가 조절되어 이동체(130)가 목표위치 및 목표자세로 이동되는 모습이 도시되어 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법 중 이동 단계(S40)에 해당된다.

이동 단계(S40)에서는 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)에 의해 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이가 각각 조절되는데, 이 과정에서 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 중 일부 또는 전부에 상반된 방향의 장력이 가해질 수 있다.

즉, 이동체(130)가 목표위치 및 목표자세로 이동되는 과정에서, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 중 일부 또는 전부의 길이가 연장되어, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 각각에 적절한 장력이 유지되지 않는 경우, 이동체(130)가 저장탱크(14)의 일면에 충돌할 수도 있다.

그리고, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)에 서로 상반된 방향의 장력이 가해져서 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)중 일부 또는 전부에 가해지는 장력이 최대 허용 장력을 넘게 되는 경우에는, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 중 일부가 파단 되거나 제1 내지 제5 와이어 결합부(136a 내지 136e) 중 일부가 파손되는 상황이 발생될 수 있다.

따라서, 이동 단계(S40)에는 이동체(130)가 목표위치 및 목표자세로 이동되어야 할 방향에 따라 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)의 작동 방향을 결정하고 작동 속도를 설정하는 단계가 포함된다.

여기서, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)의 작동 방향은 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)이 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 각각 감아서 단축시키거나 풀어서 연장하는 것을 말한다. 그리고, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)의 작동 속도는 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)이 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)를 감거나 푸는 속도를 말한다.

제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)의 작동 방향은 이동체(130)를 초기위치로부터 목표위치로 이동시킬 경로에 따라 각각 결정된다. 즉, 이동체(130)가 이동하는 과정에서, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 중 이동체(130)와의 거리가 가까워지는 것은 제1 내지 제5 와이어(111 내지 115) 중 해당되는 것의 길이를 각각 단축시키고, 그 반대의 경우에는 각각 연장시킨다.

제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)의 작동 속도를 설정하는 데에는 소정의 작동 기준이 필요하다. 상술한 소정의 작동 기준은, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 중 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 단축하는 것을 선순위로 지정하는 것과, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 중 작업영역, 즉 저장탱크(14)의 일면의 상단부보다 상측에 설치된 것을 선순위로 지정하는 것이다. 여기서, 길이를 단축하는 작동 기준을 우선적으로 적용한다.

예를 들어, 제1 와이어 구동유닛(111), 제4 와이어 구동유닛(114) 및 제5 와이어 구동유닛(115)은 각각 제1 와이어(121), 제4 와이어(124) 및 제5 와이어(125)의 길이를 연장시켜야 하고, 제2 와이어 구동유닛(112) 및 제3 와이어 구동유닛(113)은 제2 와이어(112) 및 제3 와이어(113)의 길이를 단축시켜야 한다.

즉, 제1 와이어 구동유닛(111), 제4 와이어 구동유닛(114) 및 제5 와이어 구동유닛(115)보다 제2 와이어 구동유닛(112) 및 제3 와이어 구동유닛(113)을 선순위로 지정한다.

그리고, 도면에 화살표로 표시한 바와 같이 이동체(130)를 이동시킬 때, 제3 와이어 구동유닛(113), 제4 와이어 구동유닛(114) 및 제5 와이어 구동유닛(115)은 작업영역의 상단부 보다 상측에 설치되어 있으므로, 제1 와이어 구동유닛(111)과 제2 와이어 구동유닛(112) 보다 선순위로 지정한다.

그러므로, 상술한 바와 같은 소정의 작동 기준에 따르면, 제3 와이어 구동유닛(113)은 제3 와이어(123)의 길이를 단축시키면서 작업영역의 상단부 보다 상측에 설치되어 있으므로 가장 선순위로 지정하고, 제2 와이어 구동유닛(122)이 그 다음 순위로 지정된다. 이후, 제4 및 제5 와이어 구동유닛(114, 115)이 제2 와이어 구동유닛(122)의 다음 순위로 지정되고 제1 와이어 구동유닛(111)이 가장 마지막 순위로 지정된다.

이와 같이 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)을 소정의 작동 기준에 따라 순위를 부여한 후, 선순위의 작동 속도를 가장 느리게 하고 후순위로 갈수록 작동 속도가 빠르게 되도록 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)을 작동시키면, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 사이에 장력의 충돌이 발생되거나, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 일부 또는 전부가 느슨해져서 이동체(130)가 저장탱크(14)의 일면에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.

예를 들어, 이동체(130)가 도시된 바와 같이 이동할 경우, 가장 선순위인 제3 와이어 구동유닛(113)은 가장 느린 작동 속도로 와이어의 길이를 단축한다. 반면, 가장 후순위인 제1 와이어 구동유닛(111)은 가장 빠른 속도로 와이어의 길이를 연장한다. 따라서, 제1 와이어(121) 및 제3 와이어(123) 사이에는 상반된 장력이 작용하지 않게 되므로, 이동체(130)의 이동이 진행되는 과정에서 장력의 충돌이 발생되지 않는다.

참고로, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 중 일부는 이동 체(130)의 이동 방향에 따라 이동체(130)와의 거리가 가까워지다가 멀어질 수 있다. 이럴 경우에는 구동유닛(111 내지 115) 중 해당되는 것의 작동 방향이 변경된다. 따라서, 상술한 바와 같은 순위 또한 이동체(130)의 이동 중 변경될 수 있으며, 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115) 중 해당되는 것은 변경된 순위에 따라 작동 속도가 변경되도록 할 수 있다.

그런데, 이동체(130)가 이동되는 목표위치 및 목표자세에 따라 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)에는 서로 다른 크기의 장력이 작용될 수 있다. 또한, 이동체(130)의 이동 방향에 따라 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이가 모두 같은 속도로 풀리거나 감기지 않는다.

따라서, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)에 가해지는 장력의 크기를 기준으로 한 소정의 장력범위에 따라 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)의 작동속도, 즉 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)를 감거나 푸는 속도를 각각 다르게 조절할 수 있다.

여기서, 소정의 기준 장력범위는 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 최대 허용 장력범위를 고려하여 정할 수 있다.

예를 들어, 최대 허용 장력이 1500N이라고 가정하면, 이를 3등분하여 500 내지 1000N을 기준 장력범위로 하고, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 중 500N 이하의 장력이 작용하는 것은 연장되는 속도를 감소시키거나 단축하는 속도를 증가시켜서 작용하는 장력이 기준 장력범위 내에 들게 한다.

반대로, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 중 1000N 이상의 장력, 즉 기준 장력범위보다 큰 장력이 작용하는 것은 연장되는 속도를 증가시키거나 단축되는 속도를 감소시켜서 작용하는 장력이 기준 장력범위 내에 들게 한다.

이와 같이 소정의 기준 장력범위를 이용하여 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(111 내지 115)의 작동 속도를 조절하면 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)에 지나치게 크거나 작은 장력이 작용되는 것을 방지하여, 이동체(130)가 더욱 안정적으로 목표위치 및 목표자세로 이동되도록 할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)에 각각 작용되는 장력은 앞에서 설명한 장력감지수단으로 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법은, 이동 단계(S40)에 소정의 작동 기준에 따라 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(121 내지 125)의 작동 방향 및 작동 속도를 설정하는 단계 및 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)에 각각 가해지는 장력의 크기를 소정의 기준 장력범위와 비교하여 제1 내지 제5 와이어 구동유닛(121 내지 125)의 작동 속도를 조절하는 속도 조절 단계를 더 포함 함으로써, 이동체(130)를 목표위치 및 목표자세로 더욱 안정적으로 이동시킬 수 있다.

그런데, 산출 단계(S30)의 결과에 따라 이동 단계(S40)에 의하여 이동체(130)를 이동시킨 결과, 이동체(130)의 이동 후의 위치 및 자세가 목표위치 및 목표자세와 오차를 가질 가능성이 있다. 이러한 오차는 상술한 회전감지수단이나 장력감지수단의 측정오차, 회전감지수단이나 장력감지수단의 신호를 수신할 때 발생하는 노이즈, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 드럼(111c)의 기구적 오차 등 다양한 이유에 의해 발생될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법은 이동 단계(S40) 이후에 수행되는 보정 단계를 더 포함할 수 있다. 보정 단계에 대해서는 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.

도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법을 설명하기 위한 이동체의 개념도가 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 이동 단계(S40)에 의해 이동된 이동체(130)가 굵은 실선으로 도시되어 있고, 산출 단계(S30)에서 산출된 목표위치 및 목표자세가 점선으로 도시되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법은, 이동 단계(S40) 이후에 수행되는 보정 단계를 더 포함한다.

보정 단계는, 이동체(130)가 이동 단계(S40)에 의해 이동된 후의 위치 및 자세, 즉 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 각각 측정 및 산출하고, 산출 단계(S30)에서 산출된 결과와 각각 비교하여 그 차이를 보정하는 방법으로 달성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법의 보정 단계를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

이동 단계(S40)에 의해 이동된 후의 이동체(130)의 위치는 이동체(130)의 중심점의 좌표C(x_c, y_c)에 설치된 수신기에 의해 측정할 수 있다. 그리고, 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125)의 길이를 측정하기 위하여, 이동된 이동체(130)에 제1 내지 제5 와이어(121 내지 125) 중 어느 하나(이하, 도 10을 참조한 설명에서는 '와이어'라 칭한다)가 연결된 위치(A)의 좌표를 A(x_a, y_a)라 하고, 이동체(130)가 산출 단계(S30)에 의해 산출된 목표위치 및 목표자세에 있을 때의 그 연결 위치(G)의 좌표를 G(x_g, y_g)라고 한다.

그리고, 이동체(130)의 중심점을 기준으로 한 좌표계{x-y}를 기준으로, 이동체가 x축에 대하여 기울어진 각도를 θ라고 가정하면, A(x_a, y_a)의 좌표를 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, r은 이동체(130)의 중심점으로부터 A위치까지의 거리로, 미리 알 수 있는 값이다. 그리고, α는 이동체(130)의 중심점(c)과 B위치를 잇는 선분이 좌표계{x-y}의 x축과 이루는 각으로, 미리 알 수 있는 값이다. 여기서, B(x_b, y_b)는 이동체(130)가 수평상태라고 가정했을 때의 A위치이다.

따라서, 수학식 3에 의해 A위치의 좌표 A(x_a, y_a)를 정의할 수 있다.

그리고, A위치에 연결된 와이어의 길이를 조절하는 제1 내지 제5 와이어 구 동유닛(121 내지 125) 중 어느 하나(이하, 도 10을 참조한 설명에서는 '와이어 구동유닛'이라 칭한다)와 와이어가 연결된 위치(W)의 좌표는 저장탱크(14)의 일면을 기준으로 하는 작업영역 좌표계{W} 상의 W(X_W, Y_W)로 나타낼 수 있다.

즉, A위치 및 W위치를 연결하는 와이어의 양단부의 좌표를 모두 산출할 수 있으므로, 그 길이를 산출할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 A위치와 W위치를 연결하는 실제 와이어의 길이를 나타내면 수학식 4와 같다.

여기서, l_1,real은 A위치와 W위치를 연결하고 있는 와이어의 실제 길이로, 오차를 포함하고 있다. l_1,ideal은 상기와 같은 방법에 의해 산출된 길이, 즉 A위치 및 W위치를 직선으로 잇는 선분의 길이이다. 그리고, l_1,sag는 와이어의 자체 무게 등이 원인이 된 처짐으로 인해 발생한 길이를 의미한다.

그리고, 상기와 같은 방법을 이용하여, 이동체(130)가 목표위치 및 목표자세로 이동했을 때의 와이어의 길이를 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, l_2,real은 G위치와 W위치를 연결하고 있는 와이어의 실제 길이로, 오차를 포함하고 있다. l_2,ideal은 상기와 같은 방법에 의해 산출된 길이, 즉 G위치 및 W위치를 직선으로 잇는 선분의 길이이다. 그리고, l_2,sag는 와이어의 자체 무게 등이 원인이 된 처짐으로 인해 발생한 길이를 의미한다.

수학식 4 및 수학식 5를 이용하면 이동체(130)가 목적위치 및 목적자세로 이동되기 위하여 변화되어야 할 와이어의 길이를 아래의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.

여기서, Δl_real은 변화되어야 할 와이어의 길이, l_1,measure는 이동체(130)가 이동 단계(S40)에 의해 이동된 위치 및 자세에서의 와이어의 길이, l_2,measure는 이동체(130)가 산출 단계(S30)에서 산출된 목표위치 및 목표자세로 이동하였을 때의 와 이어의 길이, l_1,error 및 l_2,error는 각각 현재의 각종 오차를 모두 포함한 길이 오차이다.

이때, 와이어의 실제 길이와 측정 길이의 오차 중 드럼(111c)의 기계적 오차, 회전감지수단에 의한 측정오차 등이 매우 작다고 가정하면, 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템(100)에서 발생되는 드럼(111c)의 기계적 오차 및 회전감지수단에 의한 측정오차는 수십 미터에 이르는 와이어의 길이에서 수 밀리미터 단위로 발생할 정도로 작기 때문에, 상기 가정은 무리가 없는 것으로 볼 수 있다.

여기서, l_1,sag 및 l_2,sag의 값은 측정 또는 산출을 통해 구할 수 없는 값이다. (l_2,sag-l_1,sag)는 이동체(130)가 목표위치 및 목표자세에 있을 때의 처짐과, 이동체(130)가 이동 단계(S40)에 의해 이동된 위치 및 자세에 있을 때의 처짐에 의해 발생하는 길이 변화량의 차이이다.

여기에, 장력감지수단에 의해 측정되는 장력을 상술한 소정의 기준 장력범위와 비교한 결과를 기준으로 와이어 구동유닛을 작동시키면, 수학식 7의 처짐에 의해 발생하는 길이 변화량의 차이(l_2,sag-l_1,sag)를 최대한 감소시킬 수 있다.

와이어에 기준 장력범위 내의 장력이 작용할 때의 처짐에 의해 발생하는 길이 변화량의 차이를 정상적인 상태, 즉 길이 변화량의 차이가 최소화 된 것으로 가정하면, 와이어에 작용하는 장력이 기준 장력범위보다 클 경우에는 처짐에 의해 발생하는 길이 변화량의 차이가 음의 값을 갖고, 와이어에 작용하는 장력이 기준 장력범위보다 작을 경우에는 처짐에 의해 발생하는 길이 변화량의 차이가 양의 값을 갖는다.

따라서, 와이어에 작용하는 장력이 기준 장력범위보다 클 경우에는 와이어의 길이를 연장시키고, 와이어에 작용하는 장력이 기준 장력범위보다 작을 경우에는 와이어의 길이를 단축시켜서, 와이어에 작용하는 장력이 기준 장력범위 내에 들도록 하면 처짐에 의해 발생하는 길이 변화량의 차이를 최소화 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 와이어 구동시스템 및 그것의 제어방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

도 1은 독립탱크 방식의 액화천연가스 운반선의 부분 단면도.

도 2는 도 1에 A로 표시한 부분의 투시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템이 도 1에 표시한 Ⅲ-Ⅲ 직선에 따른 단면에 설치된 모습을 간략하게 도시한 사시도.

도 4는 도 3에 B로 표시한 제1 와이어 구동유닛의 사시도.

도 5는 도 3에 C로 표시한 이동체의 사시도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템을 간략하게 도시한 개념도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 이동체를 간략하게 도시한 개념도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법을 설명하기 위한 개념도.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동시스템의 제어방법을 설명하기 위한 이동체의 개념도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11: 선체 14: 저장탱크

100: 와이어 구동시스템 111: 제1 와이어 구동유닛

111a: 윈치 모듈 111b: 고정프레임

111c: 드럼 111d: 도르래

111e: 고정프레임 111f: 회전프레임

112: 제2 와이어 구동유닛 113: 제3 와이어 구동유닛

114: 제4 와이어 구동유닛 115: 제5 와이어 구동유닛

121 내지 125: 제1 내지 제5 와이어 130: 이동체

131: 메인 프레임 132: 제1 이송프레임

132a: 제1 이송모터 132b: 제1 직선운동수단

133: 제2 이송프레임 133b: 제2 직선운동수단

134: 제2 작업모듈 135: 제3 작업모듈

136a 내지 136e: 제1 내지 제5 와이어 연결부

150: 송신기

Claims (15)

1. 작업영역 주위의 지지구조체에 분산 배치된 복수의 와이어 구동유닛;

   상기 지지구조체에 분산 배치되고, 위치신호를 각각 송신하는 복수의 송신기;

   상기 복수의 와이어 구동유닛에 의해 길이가 각각 조절되는 복수의 와이어가 분산 결합되는 이동체;

   상기 복수의 와이어 구동유닛에 각각 설치되어 상기 위치신호를 수신하는 복수의 구동유닛용 수신기; 및

   상기 이동체에 설치되어 상기 위치신호를 수신하는 복수의 이동체용 수신기를 포함하고,

   상기 이동체는 상기 구동유닛용 수신기 및 상기 이동체용 수신기에 의해 초기위치 및 초기자세가 파악되고, 상기 복수의 와이어 구동유닛에 의해 상기 복수의 와이어의 길이가 각각 조절됨에 따라 상기 이동체가 목표위치로 이동되는 와이어 구동시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 와이어는 상기 이동체의 가장자리 부분에 결합된 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 와이어 구동유닛 중,

   상기 작업영역의 상단부보다 높은 위치에 배치된 상기 와이어 구동유닛에 연결된 상기 와이어는 상기 이동체 상단부의 중심영역에 결합되고,

   상기 작업영역의 하단부보다 낮은 위치에 배치된 상기 와이어 구동유닛에 연결된 상기 와이어는 상기 이동체 하단부의 양측 가장자리 부분에 결합되는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 와이어 구동유닛은,

   상기 와이어를 감거나 푸는 드럼;

   상기 드럼의 회전 정도를 감지하는 회전감지수단; 및

   상기 와이어에 작용하는 장력을 감지하는 장력감지수단을 포함하는 와이어 구동시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 와이어 구동유닛은,

   상기 와이어를 가이드 하는 도르래를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 도르래는,

   상기 지지구조체에 고정된 고정프레임;

   상기 작업영역에 수직한 방향의 회전축을 중심으로, 상기 고정프레임에 회전 가능하게 결합된 회전프레임; 및

   상기 회전프레임에 회전 가능하게 결합되고, 상기 와이어를 가이드 하며 상기 와이어를 지지하는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 이동체는,

   장방형의 메인 프레임;

   상기 메인 프레임에 제1 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 이송프레임; 및

   상기 제1 이송프레임에 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 적어도 하나의 작업모듈이 교체 가능하게 탑재된 제2 이송프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 작업모듈은,

   스터드 볼트 용접장치, 스터드 볼트 공급장치, 편평도 계측장치, 보강재 위치 검출장치, 마킹장치, 브러싱 장치 및 용접부 검사장치 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템.
9. 제1항에 있어서,

   상기 이동체에 설치된 상기 복수의 이동체용 수신기 중 어느 하나는 상기 이동체의 기하학적 중심에 설치되는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 와이어 구동시스템을 제어하는 방법으로서,

    상기 복수의 구동유닛용 수신기 및 상기 복수의 이동체용 수신기를 이용하여, 상기 복수의 와이어 구동유닛 각각의 위치, 상기 복수의 와이어와 상기 이동체의 결합 부분 각각의 위치 및 상기 이동체의 초기위치 및 초기자세를 측정하는 초기화 단계;

    상기 초기화 단계에서 측정된 결과를 이용하여 상기 와이어 구동시스템을 모델링 하는 모델링 단계;

    상기 모델링 단계의 결과를 이용하여 상기 이동체가 목표위치로 이동하여 목표자세를 취하였을 때의 상기 복수의 와이어의 길이를 각각 산출하는 산출 단계; 및

    상기 복수의 와이어의 길이가 상기 산출 단계에서 산출된 길이로 각각 조절되도록 상기 복수의 와이어 구동유닛을 각각 작동시켜 상기 이동체를 이동시키는 이동 단계를 포함하는 와이어 구동시스템의 제어방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 이동 단계는,

    소정의 작동 기준에 따라 상기 복수의 와이어 구동유닛의 작동 방향을 각각 결정하고 작동 속도를 각각 설정하는 단계; 및

    상기 복수의 와이어에 각각 가해지는 장력의 크기를 소정의 기준 장력범위와 비교하여, 상기 복수의 와이어 구동유닛의 작동 속도를 각각 조절하는 속도 조절 단계를 포함하는 와이어 구동시스템의 제어방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 소정의 작동 기준은,

    상기 복수의 와이어 구동유닛 중 상기 와이어의 길이를 단축하는 것을 선순위로 지정하고,

    상기 복수의 와이어 구동유닛 중 상기 작업영역의 상단부보다 상측에 설치된 것을 선순위로 지정하는 것을 포함하고,

    상기 복수의 와이어 구동유닛 중 선순위로 지정된 것으로부터 후순위로 지정된 것으로 갈수록 상기 작동 속도를 빠르게 설정하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템의 제어방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 소정의 기준 장력범위는 상기 와이어의 최대 허용 장력범위를 3등분 하였을 때 중간범위에 해당되는 장력의 범위이고,

    상기 와이어에 작용하는 장력이 상기 소정의 기준 장력범위보다 작을 경우에는 상기 와이어 구동유닛이 상기 와이어의 길이를 연장하는 속도를 감소시키거나 단축하는 속도를 증가시키고,

    상기 와이어에 작용하는 장력이 상기 소정의 기준 장력범위보다 클 경우에는 상기 와이어 구동유닛이 상기 와이어의 길이를 연장하는 속도를 증가시키거나 단축하는 속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템의 제어방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 이동 단계 이후에는,

    상기 이동체가 이동된 후의 상기 복수의 와이어의 길이를 각각 측정 및 산출하고, 이를 상기 산출 단계에서 산출된 복수의 와이어의 길이와 각각 비교하여 그 차이를 보정하는 보정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템의 제어방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 보정 단계는,

    상기 와이어에 작용하는 장력이 상기 소정의 기준 장력범위보다 크거나 작을 경우, 상기 와이어 구동유닛이 상기 와이어에 작용하는 장력이 상기 소정의 기준 장력범위 이내가 되도록 상기 와이어의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 와이어 구동시스템의 제어방법.

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