KR101521831B1 - 인공 근육을 이용한 케이블 포설 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전선(15)에 견인력을 작용하여 포설하는 장치에 있어서: 본체(20); 상기 전선(15)의 파지와 견인이 가능하도록 본체(20) 상에 설치되는 인공 근육(30); 및 상기 인공 근육(30)을 설정된 주기로 수축과 이완하도록 전원을 제공하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에, 대형 선박 및 해양 공사현장에서 케이블을 견인하여 포설하는 용도로 인공 근육을 활용함에 따라 설치, 이동, 조작의 용이성으로 작업성을 향상하는 효과가 있다.

Description

인공 근육을 이용한 케이블 포설 장치{Cable installation apparatus using artificial muscle}

본 발명은 케이블 포설 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대형 선박 및 해양 공사현장에 케이블을 견인ㆍ포설하는 용도로 적용하여 설치, 이동, 조작의 용이성을 향상하는 인공 근육을 이용한 케이블 포설 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대단위 노동 집약적인 선박 건조공정에서는 다량의 케이블이 포설된다. 이러한 케이블 포설 작업은 비교적 많은 인원이 투입될 뿐만 아니라 좁은 작업공간과 높고 깊은 전로(Cable Tray)로 인해 작업 조건이 매우 열악하여 생산성이 떨어지며, 고하중의 케이블 포설 시 견인력이 크기 때문에 작업자의 근골격계 질환이 급증하고 있다.

이를 해결하기 위해 각 조선소에서는 전기 윈치, 피더 등을 개량하거나 개발하여 케이블 포설 작업에 활용하고 있기는 하지만 케이블 포설 작업의 특성상 범용성이 떨어져 활용도가 낮고, 또한 취급의 편의상 소형화ㆍ경량화의 설계가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이러한 설계의 일환으로서 생체근육에 비하여 에너지 밀도가 월등한 인공 근육의 도입이 검토될 수 있다. 국내에서도 한양대학교 김선정 교수 연구진에 의하여 탄소나노튜브 섬유와 파라핀 왁스로 구성된 하이브리드형 탄소나노튜브 인공 근육이 개발되었다. 이는 굽힘, 수축, 이완은 물론 종래에 구현이 어려웠던 비틀림이나 회전 운동도 가능한 것으로 보고되고 있다.

이외에 참고할 수 있는 선행특의 일예로서, 한국 공개특허공보 제2002-0095839호는 원통형 본체 내부의 한쪽 단부에는 자기장 부재가 고정되어 있고, 다른쪽 단부에는 인장 스프링에 의해 왕복운동을 하는 철 부재가 위치하며, 상기 자기장 부재와 철 부재를 근육의 기시부와 종지부에 각각 체결하는 체결 부재가 상기 원통으로부터 연장되어 있어서, 전류의 단속에 따라 양 체결부재의 거리가 좁아지고 넓어지는 구성으로 된다. 이에 따라, 퇴화 과정의 근육을 움직일 수 있고, 특정 인체 기관의 움직임에 연동시키는 효과를 기대한다.

상기한 선행특허에 의하면 신체의 일부 기능을 보완하는 정도로 활용도가 기대되지만 선박의 케이블 트레이에 전선을 포설하는 작업에 투입하려면 구조적인 변화가 수반되어야 한다.

1. 한국 공개특허공보 제2002-0095839호 "인공 근육 장치 및 그것을 이용한 시스템"(공개일자 : 2002. 12. 28.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 대형 선박 및 해양 공사현장에서 케이블을 견인하여 포설하는 작업에 투입함에 설치, 이동, 조작 용이성을 반영한 구조의 설계를 적용하는 인공 근육을 이용한 케이블 포설 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전선에 견인력을 작용하여 포설하는 장치에 있어서: 본체; 상기 전선의 파지와 견인이 가능하도록 본체 상에 설치되는 인공 근육; 및 상기 인공 근육을 설정된 주기로 수축과 이완하도록 전원을 제공하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 인공 근육은 전선의 반경방향으로 배치되는 원형부와, 전선의 축방향에 근접하도록 배치되는 직선부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 인공 근육의 원형부와 직선부는 독립적 작동이 가능하도록 절연부를 개재하여 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기는 인공 근육에 소요되는 전원을 형성하는 전원부와, 인공 근육의 작동을 단속하거나 변동하는 버튼부와, 인공 근육에 작용하는 장력을 검출하는 검출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체는 전선을 포설 방향으로 안내하도록 안내대를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 대형 선박 및 해양 공사현장에서 케이블을 견인하여 포설하는 용도로 인공 근육을 활용함에 따라 설치, 이동, 조작의 용이성으로 작업성을 향상하는 효과가 있다.

또한, 고하중의 전선 포설에 있어서 작업자의 근골격계 질환과 안전사고를 예방하는 효과를 나타낸다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 케이블 포설 장치를 측면과 정면에서 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 포설 장치에서 인공 근육의 작동상태를 나타내는 모식도
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 포설 장치를 이용한 작업상태를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전선(15)에 견인력을 작용하여 설정된 경로상으로 포설하는 장치에 관하여 제안한다. 특히 케이블 트레이(10)의 경로상으로 고하중의 전원용 및 신호용 전선(15)을 포설하는 것을 대상으로 설명하지만 반드시 이러한 설치조건에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 본체(20)는 케이블 트레이(10)의 상면이나 저면에 탈부착 가능한 구조로 형성된다. 본체(20)의 선단과 후단은 케이블 트레이(10)의 가로대인 렁에 클램핑되는 구조를 지닌다. 본체(20)의 내부에는 후술하는 주요 작동부를 수용하는 공간을 형성한다.

또, 본 발명에 따르면 인공 근육(30)이 상기 전선(15)의 파지와 견인이 가능하도록 본체(20) 상에 설치되는 구조를 지닌다. 본체(20)의 제한된 공간에서 전선(15)의 이동을 위한 일방향 포설력을 발생하기 위해서는 왕복운동의 메커니즘이 선호된다. 이러한 메커니즘의 일환으로 본체(20)에 인공 근육(30)의 수축과 이완 작동을 적용할 수 있다. 인공 근육(30)은 전기 작동식을 선택하지만 공압 작동식을 배제하는 것은 아니다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 인공 근육(30)은 전선(15)의 반경방향으로 배치되는 원형부(31)와, 전선(15)의 축방향에 근접하도록 배치되는 직선부(33)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 원형부(31)는 전선(15)을 파지하는 부분으로서 전선(15)보다 굵은 직경으로 형성한다. 직선부(33)는 전선(15)을 견인하는 부분으로서 전선(15)의 축과 평행하거나 경사지게 배치된다. 직선부(33)는 다수개로 구성되어 원형부(31)에 일정한 간격으로 연결된다. 직선부(33)는 1~2개소에서 고정부(35)를 개재하여 본체(20)의 상면에 연결한다. 고정부(35)는 기계적 연결에 더하여 전기적 연결 기능도 구비하도록 한다.

이때, 본 발명의 원형부(31)는 전선(15)의 파지와 해제가 용이하도록 일지점을 결속 가능한 구조로 연결하는 것이 좋다.

한편, 인공 근육(30)의 원형부(31)와 직선부(33)는 누전과 마찰 손상을 방지하도록 유연성, 절연성, 내마모성을 지닌 피복을 구비할 수도 있다.

본 발명의 변형예로서, 상기 인공 근육(30)의 원형부(31)와 직선부(33)는 독립적 작동이 가능하도록 절연부(37)를 개재하여 연결되는 것을 특징으로 한다. 절연부(37)는 원형부(31)과 직선부(33)를 기계적으로 연결하지만 전기적으로 분리한다. 물론 원형부(31)와 직선부(33)에 전원을 공급하는 고정부(35)도 각각 분리되어야 한다. 이는 전선(15)의 제원(종류, 굵기 등)에 대응하여 원형부(31)의 파지력과 직선부(33)의 견인력을 다르게 작용하기 위함이다.

이때, 인공 근육(30)은 다공성으로 빠른 이온 전달이 가능한 탄소나노튜브로 구성함이 적절하지만 다공성 고분자 전해질을 사용하는 IPMC(Ionic Polymer-Metal Composite）막을 조합해서 구성할 수도 있다. IPMC는 저전압(1~2V)으로 구동 가능하고 응답속도가 빠르며 내구성과 화학안정성을 지닌다.

또, 본 발명에 따르면 제어기(40)가 상기 인공 근육(30)을 설정된 주기로 수축과 이완하도록 전원을 제공하는 구조를 지닌다. 제어기(40)는 본체(20)의 내부에 수용되고 제어회로 기판을 기반으로 외부 전원을 받는 단자를 구비한다. 제어기(40)의 제어회로는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력 인터페이스를 지니는 마이콤 회로로 구성한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기(40)는 인공 근육(30)에 소요되는 전원을 형성하는 전원부(41)와, 인공 근육(30)의 작동을 단속하거나 변동하는 버튼부(43)와, 인공 근육(30)에 작용하는 장력을 검출하는 검출부(45)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 전원부(41)는 외부의 전원을 받아 인공 근육(30)에 소요되는 전원으로 변환한다. 물론 안정적인 전원 공급을 위한 축전지를 더 구비할 수도 있다. 버튼부(43)는 인공 근육(30)의 작동을 개시하고 중단하는 입력부 외에 작동모드를 선택하는 선택부를 구비한다. 검출부(45)는 인공 근육(30)에 과도한 부하가 작용하는 상태를 검출하는 센서로 구성한다. 검출부(45)를 고정부(35)에 인접하도록 배치하면 구성적으로 간편하다.

작동에 있어서, 케이블 트레이(10)에 본체(20)를 고정한 다음 인공 근육(30)의 원형부(31)를 개방하고, 개방된 인공 근육(30)에 전선(15)을 상치한 다음 원형부(31)를 결속하고, 제어기(40)이 버튼부(43)를 통하여 작동을 개시하면, 제어기(40)가 설정된 주기로 전원을 인가하면서 인공 근육(30)은 수축과 이완을 반복한다. 도 4는 인공 근육(30)이 수축되기 전의 상태이고, 도 5는 인공 근육(30)의 원형부(31)와 직선부(33)가 수축되면서 전선(15)을 당겨서 포설하는 상태이고, 도 6은 인공 근육(30)이 이완되면서 다음의 파지 위치로 이동하는 상태이다.

이와 같이 제어기(40)가 도 4 내지 도 6의 작동을 반복하면 전선(15)은 인공 근육(30)의 행정거리만큼 전진하면서 포설된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체(20)는 전선(15)을 포설 방향으로 안내하도록 안내대(25)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 케이블 트레이(10)를 이동하는 전선(15)은 경로 구조나 포설의 동기화 상태에 따라 과도한 횡방향 요동을 받을 우려가 있다. 이 경우 본체(20)의 상면에 설치되는 안내대(25)가 횡방향 요동을 구속하여 인공 근육(30)의 부담과 파손 우려를 완화한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 케이블 트레이 15: 전선
20: 본체 22: 지지대
25: 안내대 30: 인공 근육
31: 원형부 33: 직선부
35: 고정부 37: 절연부
40: 제어기 41: 전원부
43: 버튼부 45: 검출부

Claims (5)

1. 전선(15)에 견인력을 작용하여 포설하는 장치에 있어서:
   본체(20);
   상기 전선(15)의 파지와 견인이 가능하도록 본체(20) 상에 설치되는 인공 근육(30); 및
   상기 인공 근육(30)을 설정된 주기로 수축과 이완하도록 전원을 제공하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지되,
   상기 인공 근육(30)은 전선(15)의 반경방향으로 배치되는 원형부(31)와, 전선(15)의 축방향에 근접하도록 배치되는 직선부(33)를 구비하고,
   상기 인공 근육(30)의 원형부(31)와 직선부(33)는 독립적 작동이 가능하도록 절연부(37)를 개재하여 연결되며,
   상기 제어기(40)는 인공 근육(30)에 소요되는 전원을 형성하는 전원부(41)와, 인공 근육(30)의 작동을 단속하거나 변동하는 버튼부(43)와, 인공 근육(30)에 작용하는 장력을 검출하는 검출부(45)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인공 근육을 이용한 케이블 포설 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체(20)는 전선(15)을 포설 방향으로 안내하도록 안내대(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 인공 근육을 이용한 케이블 포설 장치.

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