KR101225690B1

KR101225690B1 - 이동식 모니터링 로봇과 이를 구비한 풍력발전기 및 이동식 모니터링 로봇을 이용하여 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법

Info

Publication number: KR101225690B1
Application number: KR1020110088974A
Authority: KR
Inventors: 한동기; 김홍겸; 이병규; 이종환; 조영석; 하영열; 하인철
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-01-23

Abstract

이동식 모니터링 로봇과 이를 구비한 풍력발전기 및 이동식 모니터링 로봇을 이용하여 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 이동식 모니터링 로봇은 풍력발전기의 타워를 형성하는 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 복수의 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 헤더부 및 헤더부를 지지하는 다관절 형태의 관절부를 포함하는 로봇몸체; 로봇몸체를 타워 내에 설치된 레일을 기초로 결합부재가 체결된 위치로 이동시키는 구동부; 및 구동부 및 로봇몸체를 제어하여, 결합부재가 체결된 위치로 로봇몸체를 이동시키고 결합부재의 체결상태에 대한 모니터링이 수행되도록 하는 제어부;를 포함한다.

Description

이동식 모니터링 로봇과 이를 구비한 풍력발전기 및 이동식 모니터링 로봇을 이용하여 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법{MOVABLE MONITORING ROBOT, AND WIND POWER GENERATOR HAVING THE SAME, AND METHOD FOR MONITORING FASTENING CONDITION OF WIND POWER GENERATOR TOWER SEGMENT CONNECTING ELEMENT USING MOVABLE MONITORING ROBOT}

본 발명은 이동식 모니터링 로봇과 이를 구비한 풍력발전기 및 이동식 모니터링 로봇을 이용하여 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법에 관한 것이다.

풍력 터빈(이하, “풍력발전기”라고 함)의 타워는 블레이드의 회전력을 전기에너지로 변환하는 나셀(nacelle)을 지지하는 구조물이다. 타워 내부에는 작업자가 안전하게 나셀까지 올라갈 수 있는 사다리뿐 아니라 최근에는 작업자의 이동상 편의를 위해 전동운반장치가 설치되어 있다. 또한, 타워 내부에는 나셀 내부의 발전기에서 생산된 전기를 지상의 전기계통으로 전달하기 위해 전력선을 지지하는 케이블트레이(cable tray)가 설치되어 있다.

이러한 타워는 통상적으로 해체가 가능한 여러 개의 타워 세그먼트가 조립 또는 결합되어 형성된다. 이때, 각각의 타워 세그먼트의 결합부위에는 다수의 체결 구멍을 갖는 원주 형태의 플랜지(flange)가 마련되어 있다. 각 타워 세그먼트의 플랜지는 볼트와 너트에 의해 결합되어 나셀을 지지하는 타워로 형성된다.

또한, 타워는 외풍, 진동 등 다양한 내부 또는 외부 환경에 의해 영향을 받을 수 있다. 이때, 각각의 타워 세그먼트를 결합시키는 볼트와 너트의 체결상태가 외부의 힘에 영향을 받아 이완될 경우 안전상에 큰 위협이 될 수 있다.

이에, 종래에는 작업자가 정기적으로 타워 내에 설치된 사다리를 타고 직접 올라가서 시험장비를 이용하여 볼트와 너트의 체결상태를 점검하거나, 필요한 경우 조임수단을 이용하여 풀어진 일부 볼트 및 너트를 조이는 작업을 수행하였다. 이 경우, 전체 타워 세그먼트를 결합시키는 볼트와 너트의 체결상태를 일일이 점검하는 데에 많은 시간이 소요되며, 작업자의 실수에 의해 일부 풀어진 볼트 및 너트를 그냥 지나칠 수 있다. 또한, 사람이 직접 동원되어야 하므로 중대형의 타워에서 안전상의 문제가 발생할 수 있다.

또한, 한국공개특허 제2010-0085707호에서는 너트가 풀렸을 경우 너트에 감겨진 도전선이 단선되도록 하여, 볼트와 너트의 체결상태를 관리자가 신속하게 인식할 수 있도록 하고 있다. 그러나, 이미 너트가 일정 기준치 이상으로 풀려 도전선의 단선이 발생한 경우에만 관리자가 해당 사실을 인지할 수 있어서, 볼트와 너트의 체결상태를 모니터링하여 사전에 일정 기준치 이상으로 볼트와 너트의 체결상태가 이완되는 것을 예방할 수 없는 문제점이 있다.

특허문헌1: 한국공개특허 제2010-0085707호(2010.07.29 공개)

본 발명의 실시 예는 풍력발전기의 타워 내에서 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 결합부재가 체결된 위치로 로봇몸체를 이동시켜 각 결합부재의 체결상태에 대한 모니터링을 수행하는, 이동식 모니터링 로봇과 이를 구비한 풍력발전기 및 이동식 모니터링 로봇을 이용하여 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기의 타워를 형성하는 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 복수의 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 헤더부 및 상기 헤더부를 지지하는 다관절 형태의 관절부를 포함하는 로봇몸체; 상기 로봇몸체를 상기 타워 내에 설치된 레일을 기초로 상기 결합부재가 체결된 위치로 이동시키는 구동부; 및 상기 구동부 및 상기 로봇몸체를 제어하여, 상기 결합부재가 체결된 위치로 상기 로봇몸체를 이동시키고 상기 결합부재의 체결상태에 대한 모니터링이 수행되도록 하는 제어부;를 포함하는 이동식 모니터링 로봇이 제공될 수 있다.

상기 헤더부는 상기 결합부재의 체결상태를 영상 촬영하는 촬영부와, 상기 결합부재 또는 결합부재가 체결된 부위에 광을 조사하는 광 조사부를 포함할 수 있다.

상기 촬영부 및 상기 광 조사부 중 어느 하나 이상은 상기 헤더부에 착탈 가능하게 마련될 수 있다.

상기 관절부는 둘 이상의 관절과, 상기 관절에 하나 이상 설치되어, 상기 관절의 위치, 각도, 속도 및 상기 헤더부와 상기 결합부재간의 거리정보 중 하나 이상을 수집하는 감지센서부를 포함하고, 상기 관절은 상기 헤더부를 좌우방향 또는 상하방향으로 이동시키는 병진관절과 상기 헤더부를 회전시키는 회전관절 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 관절의 위치, 각도, 속도 및 상기 헤더부와 상기 결합부재간의 거리정보 중 하나 이상을 기초로, 상기 관절부 또는 상기 헤더부를 제어하여 상기 결합부재의 체결상태에 대한 모니터링이 수행되도록 할 수 있다.

상기 구동부는 상기 레일을 기초로 이동하는 구동휠과, 상기 구동휠에 회전력을 전달하는 모터 및 상기 구동휠의 위치를 측정하여 위치정보를 생성하는 위치센서부를 포함할 수 있다.

상기 레일은 래크 형태로 마련되고, 상기 구동휠은 상기 레일에 맞물려 회전하는 피니언 형태로 마련될 수 있다.

상기 구동부는 상기 레일을 감싸는 형태로 마련되어 상기 레일에 상기 로봇몸체를 고정시키는 고정프레임을 포함하고, 상기 고정프레임의 단부는 한번 이상 절곡 연장되어 상기 레일의 홈에 결합되고, 상기 로봇몸체가 특정 위치에 도착하면 자성을 갖는 전자석으로 이루어질 수 있다.

상기 결합부재는 볼트와 너트를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력발전기의 타워 내에 마련된 레일; 및 상기 레일을 기초로 이동하는 상술한 이동식 모니터링 로봇;을 포함하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.

상기 레일은 래크 형태로 마련되고, 상기 로봇의 구동휠은 상기 레일에 맞물려 회전하는 피니언 형태로 마련될 수 있다.

상기 로봇은 상기 레일을 감싸는 형태로 마련되어 상기 레일에 상기 로봇의 몸체를 고정시키는 고정프레임을 포함하고, 상기 고정프레임의 단부는 한번 이상 절곡 연장되어 상기 레일의 홈에 결합되고, 상기 로봇몸체가 특정 위치에 도착하면 자성을 갖는 전자석으로 이루어질 수 있다.

상기 레일은 상기 타워를 형성하는 타워 세그먼트의 길이방향으로 상기 타워 세그먼트에 하나씩 마련될 수 있다.

상기 레일은 제2타워 세그먼트의 결합부위와 결합되는 제1타워 세그먼트의 결합부위에 인접하도록 설치되되, 상기 제1타워 세그먼트의 내측 벽면을 따라 원주방향으로 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 이동식 모니터링 로봇을 이용하여, 풍력발전기의 타워를 형성하는 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 복수의 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 결합부재가 체결된 위치정보를 기초로, 상기 로봇이 상기 타워 내에 설치된 레일을 따라 제1결합부재가 체결된 타워 세그먼트의 결합부위로 이동하는 단계; 상기 타워 세그먼트의 결합부위에서, 상기 로봇이 관절을 제어하여 상기 헤더부를 상기 타워의 중심부로 이동시키는 단계; 상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 모니터링 수단을 이용하여 상기 제1결합부재를 모니터링하는 단계 및 상기 결합부재의 모니터링 순서를 기초로, 상기 로봇이 상기 제1결합부재에 대한 모니터링이 완료되면 제2결합부재가 체결된 위치로 상기 헤더부를 회전시키는 단계; 상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 상기 모니터링 수단을 이용하여 상기 제2결합부재를 모니터링하는 단계;를 포함하는 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법이 제공될 수 있다.

상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 상기 모니터링 수단을 이용하여 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재를 모니터링하는 단계는 상기 관절의 위치, 각도, 속도 및 상기 헤더부와 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재간의 거리정보 중 하나 이상을 기초로, 상기 로봇이 상기 모니터링 수단을 제어하여 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재에 대한 영상 촬영을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 이동식 모니터링 로봇을 이용하여, 풍력발전기의 타워를 형성하는 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 복수의 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법에 있어서, 상기 결합부재의 모니터링 순서를 기초로, 상기 로봇이 상기 타워 내에 설치된 레일을 따라 제1결합부재가 체결된 위치로 이동하는 단계; 상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 모니터링 수단을 이용하여 상기 제1결합부재를 모니터링하는 단계; 상기 제1결합부재에 대한 모니터링이 완료되면, 상기 로봇이 상기 결합부재의 모니터링 순서를 기초로 상기 레일을 따라 제2결합부재가 체결된 위치로 이동하는 단계; 및 상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 상기 모니터링 수단을 이용하여 상기 제2결합부재를 모니터링하는 단계;를 포함하는 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법이 제공될 수 있다.

상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 상기 모니터링 수단을 이용하여 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재를 모니터링하는 단계는 상기 로봇의 관절 위치, 각도, 속도 및 상기 헤더부와 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재간의 거리정보 중 하나 이상을 기초로, 상기 로봇이 상기 모니터링 수단을 제어하여 상기 제1결합부재에 대한 영상 촬영을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 이동식 모니터링 로봇과 이를 구비한 풍력발전기 및 이동식 모니터링 로봇을 이용하여 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법은, 풍력발전기의 타워 내에서 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 결합부재가 체결된 위치로 로봇몸체를 이동시켜 각 결합부재의 체결상태에 대한 모니터링을 수행할 수 있다.

또한, 각 결합부재의 체결상태를 모니터링하여 사전에 결합부재의 체결상태가 기준치 이상으로 이완되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 다관절 및 모니터링 수단이 부착된 헤더부를 제어하여 각 결합부재의 체결상태를 보다 면밀하게 모니터링할 수 있다.

또한, 타워의 중심부로 헤더부를 이동시키고, 각 결합부재의 모니터링 순서를 기초로 헤더부를 회전시켜가며 간편하고 효과적으로 각 결합부재의 체결상태를 순차적으로 모니터링할 수 있다.

또한, 로봇몸체를 레일 상에 효과적으로 고정시켜 각 결합부재의 체결상태에 대한 모니터링을 안정적으로 수행할 수 있다.

도 1은 통상적인 풍력발전기 타워를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전기 타워 내에 이동식 모니터링 로봇이 탑재된 형태를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 풍력발전기 타워 내에 이동식 모니터링 로봇이 탑재된 형태를 도시한다.
도 4는 상기 도 2와 도 3의 이동식 모니터링 로봇의 블록도이다.
도 5는 타워 내 수직방향으로 설치된 레일을 기초로 이동하는 상기 도 2의 이동식 모니터링 로봇의 사시도이다.
도 6은 타워 내 수평방향으로 설치된 레일을 기초로 이동하는 상기 도 3의 이동식 모니터링 로봇의 사시도이다.
도 7은 암수나사의 체결상태를 모니터링하는 상기 도 5의 이동식 모니터링 로봇의 측면도이다.
도 8은 암수나사의 체결상태를 모니터링하는 상기 도 6의 이동식 모니터링 로봇의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 타워 세그먼트에 레일을 설치하는 방법을 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 각 타워 세그먼트에 레일을 설치하는 방법을 도시한다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 풍력발전기(10)의 타워(40)는 블레이드(20)의 회전력을 전기에너지로 변환하는 나셀(30)을 지지하며, 다수의 타워 세그먼트(41,42,45)가 조립 또는 결합되어 형성된다. 이하, 도 2와 도 3은 타워 세그먼트(41,42)의 결합부위(A)를 확대한 타워(40)의 내부를 나타낸다.

도 2와 도 3을 참조하면, 타워 세그먼트(41,42)의 플랜지(43,44)는 결합부재에 의해 결합될 수 있다. 예컨대, 타워 세그먼트(41,42)의 결합형태에 따라 결합부재는 볼트, 너트, 리벳, 키, 핀 등을 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에서는 결합부재로서 볼트와 너트(이하, “암수나사”라 함)를 예로 들어 설명한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 이동식 모니터링 로봇(100)(이하, “로봇”이라 함)은 타워(40) 내에 수직방향 또는 수평방향으로 설치된 레일(3,4)을 기초로 이동하면서 각 타워 세그먼트(41,42)를 결합시키는 암수나사(1,2)의 체결상태를 모니터링할 수 있다. 상술한 “모니터링”은 각 암수나사(1,2)의 체결상태를 촬영하거나, 촬영과 체결상태를 검사하는 과정을 포함하는 것으로 정의될 수 있다.

이때, 도 2에 도시한 레일(3)은 타워(40)가 설치된 이후, 타워(40)의 상부에서 하부까지 타워(40)의 내측에 길이방향으로 길게 하나로 설치되거나, 둘 이상이 연결되어 설치될 수 있다. 도 3에 도시한 레일(4)은 타워(40)가 설치된 이후, 타워(40)의 내측 벽면을 따라 원주방향으로 하나로 설치되거나, 둘 이상이 연결되어 설치될 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시한 레일(3)은 지지부재(5)와 체결부재(볼트, 너트 등)(미도시)에 의해 타워(40)의 길이방향으로 설치될 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 레일(4)은 체결부재 등에 의해 타워(40) 내측 벽면을 따라 원주방향으로 설치될 수 있다. 이러한 레일(3,4)은 타워(40)를 형성하는 각 타워 세그먼트 내에 미리 설치되어 차량 등의 이송수단에 의해 이송된 후, 각 타워 세그먼트를 결합하는 방법으로 설치될 수 있다. 이에 대해서는 도 9와 도 10에서 설명하기로 한다.

한편 통상적으로, 타워(40) 내에는 나셀까지 올라갈 수 있는 사다리가 놓여져 있거나 작업자의 이동상 편의를 위해 전동운반장치가 설치되어 있다. 이때, 사다리 또는 전동운반장치가 이동하는 레일을 활용하여 로봇(100)을 설치할 수도 있다. 본 발명의 실시 예에서는 래크(rack) 형태의 레일(3,4)이 타워(40) 내에 구성되어 있는 것으로 가정한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 로봇(100)은 헤더부(111)와 관절부(112)를 포함하는 로봇몸체(110), 구동부(120), 제어부(130), 검사부(140), 송수신부(150) 및 저장부(160)를 포함한다. 로봇(100)에 포함된 각각의 구성요소들의 동작에 필요한 전원은 배터리나 전선케이블 등을 통해 공급될 수 있다.

헤더부(111)는 촬영부(113)와 광 조사부(114)를 포함한다. 촬영부(113)는 암수나사의 체결상태를 영상 촬영하며, 헤더부(111)에 착탈 가능하게 마련될 수 있다. 촬영부(113)는 암나사, 수나사, 암수나사의 체결부위 등을 다방면에서 촬영할 수 있다. 그리고, 광 조사부(114)는 암수나사 또는 암수나사가 체결된 부위에 광을 조사하며, 헤더부(111)에 착탈 가능하게 마련될 수 있다. 이때, 광은 조명 광, 레이저 광 등을 포함할 수 있다. 촬영부(113)는 광이 조사된 상태에서 암수나사의 체결상태를 촬영할 수 있으며, 줌 기능 등을 이용하여 각 암수나사의 체결상태를 보다 효과적으로 촬영할 수 있다.

관절부(112)는 둘 이상의 관절(115,116)과, 각각의 관절에 하나 이상 설치된 감지센서부(117)를 포함한다. 이때, 관절은 직선(병진)운동하는 병진관절(115)과 회전운동하는 회전관절(116) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 관절부(112)는 밸트, 래크와 피니언, 피스톤 크랭크, 액추에이터, 유압실린더, 모터승강장치 등을 이용한 공지된 다양한 방식을 이용하여 병진관절(115) 및 회전관절(116)을 직선운동 또는 회전운동시킬 수 있다.

도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇(100)의 관절은 헤더부(111)를 지지하며 좌우방향으로 회전운동하는 회전관절(116)과 회전관절(115)에 연결되어 좌우방향 또는 상하방향으로 직선운동하는 병진관절(115)을 포함할 수 있다.

도 2, 도4 및 도 5를 참조하면, 이러한 형태의 관절을 갖는 로봇(100)은 수직방향으로 레일(3)이 설치된 타워(40) 내에서 암수나사(1,2)의 체결상태를 신속하게 효과적으로 모니터링하는 데에 편리하다. 즉, 로봇몸체(110)가 모니터링할 암수나사(1,2)가 체결된 타워 세그먼트(41,42)의 결합부위로 이동하면, 좌우방향 또는 상하방향으로 이동시키는 병진관절(115)에 의해 로봇몸체(110)의 헤더부(111)가 타워 중심부(X’)로 이동된다.

그리고, 타워 중심부(X’)에 위치한 헤더부(111)가 회전하면서 각 암수나사(1,2)의 체결상태를 간편하게 모니터링할 수 있다. 이때, 모니터링 순서에 따라 타워 중심부(X’)에 위치한 헤더부(111)가 일정 각도로 회전하면서 각 암수나사(1,2)의 체결상태를 순차적으로 모니터링하게 된다.

예컨대, 각 암수나사(1,2)의 모니터링 순서를 기초로 제1암수나사에 대한 모니터링이 완료되면 제2암수나사가 체결된 위치로 헤더부(111)가 회전하여 제2암수나사의 체결상태에 대한 모니터링을 수행하는 방법으로, 각 암수나사(1,2)의 체결상태에 대한 모니터링이 순차적으로 진행될 수 있다. 이때, 레일(3)의 폭이 인접한 암수나사(1,2)간의 폭보다 좁게 설치되어 레일(3)에 인접한 암수나사(1,2)에 대한 모니터링이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.

또한, 도 4와 도6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 로봇(100)의 관절은 헤더부(111)를 지지하며 좌우방향으로 회전운동하는 회전관절(116a)과 회전관절(116a)에 연결되어 상하방향으로 회전운동하는 회전관절(116b)을 포함할 수 있다.

도 3, 도4 및 도 6을 참조하면, 이러한 형태의 관절을 갖는 로봇(100)은 타워 세그먼트(41,42)의 결합부위에 인접한 타워(40)의 내면 둘레에 수평방향으로 레일(4)이 설치된 타워(40) 내에서 암수나사(1,2)의 체결상태를 면밀하게 모니터링하는 데에 유용하다. 이때, 타워(40)의 내면 둘레에 수평방향으로 설치된 레일(4)은 타워(40)의 내면에 밀착되게 고정되도록 타워(40)의 곡면에 대응되는 형상으로 마련될 수 있다.

이어서 설명하면, 각 암수나사(1,2)의 모니터링 순서를 기초로, 로봇몸체(110)가 해당 암수나사(1,2)가 체결된 위치로 이동하면, 상하방향으로 회전운동하는 회전관절(116b)에 의해 로봇몸체(110)의 헤더부(111)가 암수나사(1,2)에 근접하게 이동된다. 이후, 좌우방향으로 회전운동하는 회전관절(116a)에 의해 암수나사(1,2)의 체결상태가 자세하게 모니터링될 수 있다. 이때, 모니터링 순서에 따라 해당 암수나사(1,2)에 대한 모니터링이 완료되면, 로봇몸체(110)는 레일(4)을 따라 다음 암수나사가 체결된 위치로 이동하여 모니터링을 수행하게 된다. 그러나, 도 5에서 도시한 로봇(100)의 관절을 이용한 모니터링 방법을 도 6에도 적용할 수 있음은 당연하다.

상술한 로봇(100)의 관절 형태는 다양한 머니퓰레이터 형태로 마련될 수 있다. 예컨대, 헤더부(111)에 가까운 순서부터 회전관절, 병진관절(상하방향), 회전관절, 병진관절(좌우방향)이 서로 연결되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 헤더부(111)에 가까운 순서부터 회전관절, 병진관절(좌우방향), 병진관절(상하방향), 회전관절이 서로 연결되는 형태로 구성될 수 있다. 이외에도 병진관절 또는 회전관절만으로 관절 형태가 구성될 수도 있다.

다시 도 4를 참조하면, 감지센서부(117)는 병진관절(115) 및 회전관절(116) 중 하나 이상에 설치되어, 각 관절(115,116)의 위치, 각도, 속도, 로봇몸체(110)와 대상물(암수나사 등) 간의 거리 등에 대한 정보를 수집한다. 예컨대, 감지센서부(117)는 엔코더, 초음파 센서 등을 포함할 수 있다. 감지센서부(117)는 수집된 정보를 제어부(130)로 전달하여, 각 관절(115,116)의 동작 및 촬영부(113)의 줌 기능 등이 제어되도록 한다.

구동부(120)는 구동휠(122)과 구동휠(122)에 회전력을 전달하는 모터(124)를 포함한다. 또한, 구동부(120)는 구동휠(122)의 위치를 측정하여 위치정보를 생성하고, 이를 제어부(130)로 전달하여 로봇몸체(110)의 이동방향이 제어되도록 하는 위치센서부(126)를 포함한다. 참고로, 모터(124)와 위치센서부(126)는 설치위치를 한정하지 않으므로 설명의 편의상 도면에 도시하지 않았다.

도 4, 도 7, 도8을 참조하면, 구동휠(122)은 타워 내에 설치된 래크 형태의 레일(3,4)에 맞물려 이동할 수 있도록 피니언 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 레일(3,4)에서 이동하는 로봇몸체(110)가 자중에 의해 타워에서 추락하지 않도록 레일(3,4)에 로봇몸체(110)를 고정시키는 고정프레임(125)이 마련될 수 있다. 여기서, 고정프레임(125)은 레일(3,4)을 감싸는 형태로 마련될 수 있다. 또한, 고정프레임(125)의 단부(125a)는 한번 이상 절곡 연장되어 레일(3,4)의 홈에 결합될 수 있다.

그리고, 레일(3,4)에 접촉되는 고정프레임(125)의 단부(125a)는 전자석으로 마련되어, 로봇몸체(110)가 해당 암수나사(1,2)가 체결된 위치에 도착하면 자성을 가져 로봇몸체(110)가 레일(3,4)에 단단히 고정되도록 할 수 있다. 예컨대, 구동휠(122)의 위치정보를 기초로 로봇몸체(110)가 특정 위치에 도착하면, 고정프레임(125)의 단부(125a)가 자성을 갖게 된다.

이때, 고정프레임(125) 내에는 전극과 전극으로부터 전류를 인가받는 코일이 포함될 수 있으며, 이를 통해 고정프레임(125)의 단부(125a)에 형성된 철심에 자성이 발생할 수 있다. 그리고 외부장치로부터 전달된 제어정보 또는 미리 설정된 제어정보에 기초하여, 내부 스위치(미도시)에 의해 전류 인가가 온/오프될 수 있다. 이를 통해 보다 안정되게 해당 암수나사(1,2)에 대한 모니터링이 수행될 수 있다. 여기서, 외부장치는 예컨대 풍력발전기에 설치된 로컬 제어 시스템(200) 또는 풍력발전기 외부에 설치된 관제 시스템(300)을 포함한다.

구동축(123)은 고정프레임(125)으로부터 연장되어 로봇몸체(110)의 관절부(112)과 연결될 수 있다. 이때, 구동축(123)이 중공형태로 마련되어, 병진관절(115)이 중공 내부로 출입하면서 좌우방향으로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제어부(130)는 로봇(100)에 포함된 각각의 모듈들(110, 120, 140, 150, 160)을 제어하여, 암수나사가 체결된 위치로 로봇몸체(110)를 이동시키고, 로봇몸체(110)의 동작을 제어하여 암수나사의 체결상태에 대한 모니터링이 수행되도록 한다. 이때, 제어부(130)는 후술할 저장부(160)에 저장된 제어정보 또는 외부장치로부터 수신한 제어정보를 기초로 로봇(100)에 포함된 각각의 모듈(110, 120, 140, 150, 160)을 제어할 수 있다.

예컨대, 제어부(130)는 암수나사가 체결된 위치정보 및 구동휠(122)의 위치정보를 기초로, 로봇몸체(110)를 암수나사가 체결된 위치로 이동시킬 수 있다. 또한, 제어부(130)는 관절부(112)에 포함된 각각의 관절(115,116)의 위치, 각도, 속도 및 헤더부(111)(또는 로봇몸체(100))와 암수나사간의 거리정보 중 하나 이상을 기초로, 관절부(112)에 포함된 각각의 관절(115,116)을 제어하거나, 헤더부(111)에 포함되어 암수나사의 체결상태를 영상 촬영하는 촬영부(113)의 줌 기능 등을 제어하여 암수나사의 체결상태에 대한 모니터링이 수행되도록 할 수 있다.

또한, 제어부(130)는 암수나사의 모니터링 순서를 기초로, 제1암수나사에 대한 모니터링이 완료되면 다음 순서로 모니터링이 이루어지는 제2암수나사가 체결된 위치로 로봇몸체(110)를 이동시킬 수 있다. 또한, 제어부(130)는 각 암수나사의 체결상태에 대한 모니터링이 완료되면, 구동부(120)를 제어하여 로봇몸체(110)를 최초 이동위치로 복귀시키거나 미리 설정된 위치로 이동시킬 수 있다.

검사부(140)는 암수나사의 체결상태에 대한 영상정보와 암수나사의 체결상태를 판단하는 기준이 되는 기준데이터를 비교하여 암수나사의 체결상태를 검사한다. 예컨대, 검사부(140)는 수나사에 체결된 암나사의 체결위치변화, 수나사와 암나사의 형태변화 등을 기준데이터와 비교하여 검사하고 이를 통해 암수나사의 체결상태를 판단할 수 있다.

즉, 수나사에 체결된 암나사가 이완되면 암나사는 이완된 정도에 따라 수나사의 처음 체결위치로부터 일정 거리가 더 이격된다. 그리고, 수나사와 암나사는 처음 체결형태로부터 이동변위가 발생하여 체결형태가 변화된다. 이때, 암수나사의 체결상태가 기준치 범위를 초과하여 비정상으로 판단된 경우, 검사부(140)는 송수신부(150)에 의해 관리자에게 해당 사실을 통보할 수 있다.

또한, 검사부(140)는 저장부(160)에 저장된 해당 암수나사의 체결상태에 대한 누적된 영상정보와 현재의 암수나사의 체결상태에 대한 영상정보를 비교하여 암수나사의 체결상태가 이완된 여부, 날짜, 시간, 이완된 정도 및 과정 등을 보다 자세하게 검사할 수 있다. 이를 통해, 보다 지속적이고 체계적인 관리가 이루어질 수 있다. 다른 실시 예에서 외부장치에 의해 암수나사의 체결상태에 대한 검사가 이루어질 경우 검사부(140)는 생략될 수 있으며, 이 경우 암수나사의 체결상태에 대한 영상정보가 외부장치로 전송된다.

송수신부(150)는 외부장치와 데이터 송수신을 수행한다. 예컨대, 로컬 제어 시스템(200)은 나셀 내에 설치되어 풍력발전기의 각 설비들을 감시하고 제어할 수 있다. 관제 시스템(300)은 로컬 제어 시스템(200)과 통신을 수행하며, 각종 제어정보 등을 로컬 제어 시스템(200)으로 전달하여, 로봇(100)이 원격 제어될 수 있도록 한다.

즉, 관제 시스템(300)에 의해 로컬 제어 시스템(200)으로 전달된 제어정보는 송수신부(150)에 의해 로봇(100)의 제어부(130)로 전달되어, 로봇(100)이 상술한 암수나사에 대한 모니터링 동작을 수행할 수 있도록 한다. 그러나, 이에 한정하지는 않으며 로봇(100)이 송수신부(150)를 기초로 직접 관제 시스템(300)으로부터 제어정보를 수신할 수도 있다. 또한, 로봇(100)이 후술할 저장부(160)에 저장된 제어정보를 기초로 암수나사에 대한 모니터링 동작을 수행할 수도 있음은 물론이다.

저장부(160)는 암수나사의 체결상태를 모니터링하기 위한 각종 데이터 정보를 저장한다. 예컨대, 데이터 정보는 미리 설정된 제어정보 및 외부장치로부터 수신한 제어정보를 포함한다. 미리 설정된 제어정보 및 외부장치로부터 수신한 제어정보는 로봇(100)에 포함된 각각의 모듈들을 제어하기 위한 프로그램, 알고리즘, 제어명령, 암수나사의 모니터링 순서, 암수나사의 모니터링 방법, 암수나사가 체결된 위치정보, 로봇(100) 또는 구동휠(122)의 위치정보 등을 포함할 수 있다.

또한, 저장부(160)는 암수나사의 체결상태에 대한 누적된 영상정보와 현재의 암수나사의 체결상태에 대한 영상정보, 암수나사의 체결상태를 검사한 결과데이터 및 암수나사의 체결상태를 판단하는 기준이 되는 기준데이터를 포함할 수 있다. 여기서 암수나사의 체결상태를 검사한 결과데이터는 누적되어 히스토리 정보로 저장될 수 있으며, 저장부(160)에 저장된 값들을 송수신부(150)에 의해 외부장치로 전송되어 관리자에 의해 모니터링 또는 관리될 수 있다.

한편, 풍력발전기(10)의 각 타워 세그먼트(41,42,45)는 차량 등의 이송수단에 의해 이송된 후, 각각 결합되어 타워(40)로 형성된다. 이때, 도 1의 풍력발전기(10)의 타워(40)를 형성하는 타워 세그먼트(41,42,45)를 예로 들어 타워 세그먼트(41,42,45)에 레일을 설치하는 방법을 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 타워 세그먼트에 레일을 설치하는 방법을 도시한다. 그리고, 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 각 타워 세그먼트에 레일을 설치하는 방법을 도시한다.

도 9를 참조하면, 레일(3a,3b,3c)은 각 타워 세그먼트(41,42,45)에 각각 하나씩 설치될 수 있다. 여기서 레일(3a,3b,3c)은 각 타워 세그먼트(41,42,45)의 상부에서 하부까지 길이방향으로 설치될 수 있다. 그리고, 지지부재(5), 체결부재(미도시) 등에 의해 레일(3a,3b,3c)이 각 타워 세그먼트(41,42,45)의 내측 부위에 고정될 수 있다.

또한, 순차적으로 각 타워 세그먼트(41,42,45)의 플랜지(43,44,44a,45a)가 상호 결합되었을 경우에, 각 타워 세그먼트(41,42,45)의 내측에 설치된 레일(3a,3b,3c)은 그 단부가 서로 접촉되거나, 로봇(100)이 상호 결합된 각 타워 세그먼트(41,42,45)를 이동할 수 있는 범위 안에서 일정거리 이격되도록 마련될 수 있다. 참고로, 타워 세그먼트(45)의 하단부(45b)는 지면에 설치되므로 플랜지가 마련되어 있지 않다.

도 10을 참조하면, 레일(4a,4b)은 체결부재 등에 의해 타워 세그먼트(41,42)의 내측 벽면을 따라 원주방향으로 설치될 수 있다. 여기서, 레일(4a)은 타워 세그먼트(42)의 플랜지(44)와 결합되는 타워 세그먼트(41)의 플랜지(43)에 인접하게 설치된다. 그리고, 레일(4b)은 타워 세그먼트(45)의 플랜지(45a)와 결합되는 타워 세그먼트(42)의 플랜지(44a)에 인접하게 설치된다. 타워 세그먼트(45)의 하단부(45b)는 지면에 설치되므로 타워 세그먼트(45)에는 레일이 설치되지 않는다.

한편 상술된 저장부(160)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

또한, 도 4에서 도시된 각 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 수행할 수 있을 것이다.

1,2: 암수나사 3,4: 레일
10: 풍력발전기 41,42,45: 타워 세그먼트
100: 로봇
110: 로봇몸체 111: 헤더부
112: 관절부 113: 촬영부
114: 광 조사부 115: 병진관절
116: 회전관절 117: 감지센서부
120: 구동부 122: 구동휠
123: 구동축 124: 모터
125: 고정프레임 126: 위치센서부
130: 제어부 140: 검사부
150: 송수신부 160: 저장부
200: 로컬 제어 시스템
300: 관제 시스템

Claims

풍력발전기의 타워를 형성하는 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 복수의 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 헤더부 및 상기 헤더부를 지지하는 다관절 형태의 관절부를 포함하는 로봇몸체;
상기 로봇몸체를 상기 타워 내에 설치된 레일을 기초로 상기 결합부재가 체결된 위치로 이동시키는 구동부; 및
상기 구동부 및 상기 로봇몸체를 제어하여, 상기 결합부재가 체결된 위치로 상기 로봇몸체를 이동시키고 상기 결합부재의 체결상태에 대한 모니터링이 수행되도록 하는 제어부;
를 포함하는 이동식 모니터링 로봇.
제1항에 있어서,
상기 헤더부는 상기 결합부재의 체결상태를 영상 촬영하는 촬영부와,
상기 결합부재 또는 상기 결합부재가 체결된 부위에 광을 조사하는 광 조사부를 포함하는 이동식 모니터링 로봇.
제2항에 있어서,
상기 촬영부 및 상기 광 조사부 중 어느 하나 이상은 상기 헤더부에 착탈 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 이동식 모니터링 로봇.
제1항에 있어서,
상기 관절부는 둘 이상의 관절과,
상기 관절에 하나 이상 설치되어, 상기 관절의 위치, 각도, 속도 및 상기 헤더부와 상기 결합부재간의 거리정보 중 하나 이상을 수집하는 감지센서부를 포함하고,
상기 관절은 상기 헤더부를 좌우방향 또는 상하방향으로 이동시키는 병진관절과 상기 헤더부를 회전시키는 회전관절 중 적어도 하나를 포함하는 이동식 모니터링 로봇.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 상기 관절의 위치, 각도, 속도 및 상기 헤더부와 상기 결합부재간의 거리정보 중 하나 이상을 기초로, 상기 관절부 또는 상기 헤더부를 제어하여 상기 결합부재의 체결상태에 대한 모니터링이 수행되도록 하는 것인 이동식 모니터링 로봇.
제1항에 있어서,
상기 구동부는 상기 레일을 기초로 이동하는 구동휠과,
상기 구동휠에 회전력을 전달하는 모터 및
상기 구동휠의 위치를 측정하여 위치정보를 생성하는 위치센서부를 포함하는 이동식 모니터링 로봇.
제6항에 있어서,
상기 레일은 래크 형태로 마련되고,
상기 구동휠은 상기 레일에 맞물려 회전하는 피니언 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 이동식 모니터링 로봇.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 구동부는 상기 레일을 감싸는 형태로 마련되어 상기 레일에 상기 로봇몸체를 고정시키는 고정프레임을 포함하고,
상기 고정프레임의 단부는 한번 이상 절곡 연장되어 상기 레일의 홈에 결합되고, 상기 로봇몸체가 특정 위치에 도착하면 자성을 갖는 전자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동식 모니터링 로봇.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 결합부재는 볼트와 너트를 포함하는 이동식 모니터링 로봇.
풍력발전기의 타워 내에 마련된 레일; 및
상기 레일을 기초로 이동하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 이동식 모니터링 로봇;을 포함하는 풍력발전기.
제10항에 있어서,
상기 레일은 래크 형태로 마련되고,
상기 로봇의 구동휠은 상기 레일에 맞물려 회전하는 피니언 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
제10항에 있어서,
상기 로봇은 상기 레일을 감싸는 형태로 마련되어 상기 레일에 상기 로봇의 몸체를 고정시키는 고정프레임을 포함하고,
상기 고정프레임의 단부는 한번 이상 절곡 연장되어 상기 레일의 홈에 결합되고, 상기 로봇몸체가 특정 위치에 도착하면 자성을 갖는 전자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
제10항에 있어서,
상기 레일은 상기 타워를 형성하는 타워 세그먼트의 길이방향으로 상기 타워 세그먼트에 하나씩 마련된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
제10항에 있어서,
상기 레일은 제2타워 세그먼트의 결합부위와 결합되는 제1타워 세그먼트의 결합부위에 인접하도록 설치되되, 상기 제1타워 세그먼트의 내측 벽면을 따라 원주방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 이동식 모니터링 로봇을 이용하여, 풍력발전기의 타워를 형성하는 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 복수의 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법에 있어서,
상기 결합부재가 체결된 위치정보를 기초로, 상기 로봇이 상기 타워 내에 설치된 레일을 따라 제1결합부재가 체결된 타워 세그먼트의 결합부위로 이동하는 단계;
상기 타워 세그먼트의 결합부위에서, 상기 로봇이 관절을 제어하여 상기 헤더부를 상기 타워의 중심부로 이동시키는 단계;
상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 모니터링 수단을 이용하여 상기 제1결합부재를 모니터링하는 단계;
상기 결합부재의 모니터링 순서를 기초로, 상기 로봇이 상기 제1결합부재에 대한 모니터링이 완료되면 제2결합부재가 체결된 위치로 상기 헤더부를 회전시키는 단계; 및
상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 상기 모니터링 수단을 이용하여 상기 제2결합부재를 모니터링하는 단계;
를 포함하는 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 구동부는 상기 레일을 감싸는 형태로 마련되어 상기 레일에 상기 로봇몸체를 고정시키는 고정프레임을 포함하고,
상기 고정프레임의 단부는 한번 이상 절곡 연장되어 상기 레일의 홈에 결합되고, 상기 로봇몸체가 특정 위치에 도착하면 자성을 갖는 전자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 상기 모니터링 수단을 이용하여 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재를 모니터링하는 단계는
상기 관절의 위치, 각도, 속도 및 상기 헤더부와 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재간의 거리정보 중 하나 이상을 기초로, 상기 로봇이 상기 모니터링 수단을 제어하여 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재에 대한 영상 촬영을 수행하는 단계를 포함하는 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 이동식 모니터링 로봇을 이용하여, 풍력발전기의 타워를 형성하는 각 타워 세그먼트를 상호 결합시키는 복수의 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법에 있어서,
상기 결합부재의 모니터링 순서를 기초로, 상기 로봇이 상기 타워 내에 설치된 레일을 따라 제1결합부재가 체결된 위치로 이동하는 단계;
상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 모니터링 수단을 이용하여 상기 제1결합부재를 모니터링하는 단계;
상기 제1결합부재에 대한 모니터링이 완료되면, 상기 로봇이 상기 결합부재의 모니터링 순서를 기초로 상기 레일을 따라 제2결합부재가 체결된 위치로 이동하는 단계; 및
상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 상기 모니터링 수단을 이용하여 상기 제2결합부재를 모니터링하는 단계;
를 포함하는 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 구동부는 상기 레일을 감싸는 형태로 마련되어 상기 레일에 상기 로봇몸체를 고정시키는 고정프레임을 포함하고,
상기 고정프레임의 단부는 한번 이상 절곡 연장되어 상기 레일의 홈에 결합되고, 상기 로봇몸체가 특정 위치에 도착하면 자성을 갖는 전자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 로봇이 상기 헤더부에 구비된 상기 모니터링 수단을 이용하여 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재를 모니터링하는 단계는
상기 로봇의 관절 위치, 각도, 속도 및 상기 헤더부와 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재간의 거리정보 중 하나 이상을 기초로, 상기 로봇이 상기 모니터링 수단을 제어하여 상기 제1결합부재 또는 상기 제2결합부재에 대한 영상 촬영을 수행하는 단계를 포함하는 풍력발전기 타워 세그먼트 결합부재의 체결상태를 모니터링하는 방법.