KR101649163B1 - 핵연료교환기 비상구동 이동로봇 영상 가이드 시스템 - Google Patents

핵연료교환기 비상구동 이동로봇 영상 가이드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)에 관한 것으로, 상세하게는 작업자가 비상시 핵연료교환기의 목표물(10)를 지상층에서 원격 조작하기 위해 다수의 카메라가 구비된 이동로봇(1000)을 사용하며, 카메라의 영상에 가이드 오브젝트(2100)를 증강현실로 구현함으로써 가이드 오브젝트(2100)가 증강된 영상을 모니터에 표시하여 이동로봇(1000)의 툴이 목표물(10)에 정확한 위치로 신속하고 용이하게 삽입되어 조작되도록 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)에 관한 것이다.

Description

핵연료교환기 비상구동 이동로봇 영상 가이드 시스템 {Augmented reality system for a nuclear fuel exchanger ram emergency operating robot}
본 발명은 핵연료교환기 비상구동 이동로봇의 영상 가이드 시스템에 관한 것으로서, 작업자가 비상시 핵연료교환기의 목표물을 지상층에서 원격 조작하기 위해 다수의 카메라가 구비된 이동로봇을 사용하며, 카메라의 영상에 가이드 오브젝트를 증강현실로 구현함으로써 가이드 오브젝트가 증강된 영상을 모니터에 표시하여 이동로봇의 툴이 목표물에 정확한 위치로 신속하고 용이하게 삽입되어 조작되도록 하는 장치 및 시스템에 관한 것이다.
중수로형 원자력발전소의 원자로에서 정상운전 중에 핵연료 교환 작업을 수행하는 핵연료 교환기에는 가동 중에 정상적인 자동 운전이 어려운 비상시를 대비하여 수동 조작기가 부착되어 있다. 그러나 발전소가 가동 중에는 작업자가 수동 조작기에 접근하기가 어려워서, 핵연료 교환기 수동 조작 작업에 어려움을 겪고 있다.
또한, 가압중수로의 핵연료교환 작업은 원격조작에 의하여 자동으로 핵연료 교환기가 운용되고 있으며, 자동 운전 중 칼란드리아(Calandria)와 램 헤드가 연결된 상태에서, 여타의 문제로 인해 핵연료 교환기가 자동으로 작동되지 않을 경우 원자로 전면 바닥 지하층에서 콘크리트 플러그를 제거하고 플러그 홀을 통해 삽입되어 핵연료교환기의 램 구동을 원격 조작으로 작동하여 핵연료교환기를 분리시킬 수 있는 장치가 필요하다.
그 일 예로서, 국내등록특허 제10-2003-0085368호(등록일 : 2006.04.21, 명칭 : 핵연료 교환기 원격 램 구동장치)에서와 같이 핵연료 교환기의 후단에 위치하는 램 드라이브 기어박스 어셈블리의 램 구동 삽입부와 클러치 구동 삽입부로 삽입/결합되어 핵연료 교환기의 램축을 작동시키는 램 구동장치에 있어서, 상기 램 구동장치는 램구동 삽입부와 클러치 구동삽입부내로 각각 삽입되고 모터에 의해 작동되는 램 구동부와 클러치 구동부가 일체형으로 설치된 구동부재;와, 상기 구동부재 하단에 고정되고 평행사변형 링크구조에 의해 구동부재를 수직상태로 유지시키며 이동시키는 틸트부재;와, 상기 틸트부재 하단에 설치되어 구동부재와 틸트부재를 상하로 수직이동시키고 바닥면에 접촉되어 지지되는 마스트부재;를 포함하여 구성된다.
이와 같은 종래문헌은 지상에서 4~10m 높이에 핵연료교환기의 수동 조작기부 바로 밑의 지하층에서 지상과 지하층을 수직으로 통하는 원형의 구멍을 막고 있는 콘크리트 플러그를 제거하고 그 구멍 아래에 램 구동장치를 정확히 있는 위치시키고, 마스트를 이용하여 램 구동장치를 상기 구멍을 통하여 핵연료교환기 수동 조작기까지 올려 보내고, 램 구동장치를 핵연료교환기 수동 조작기에 정합시키기 위해서 작업자가 구동부재 내에 설치된 관측 카메라의 영상만을 보고 조작하기에는 많은 연습과 노력이 필요하며, 수많은 조작을 필요로 한다.
따라서, 종래의 램 구동장치는 별도의 기술자가 필요하게 되며, 지하층에 설치해야 하며, 콘크리트 플러그 제거 등의 준비 작업이 필요하고, 조작에 소요되는 시간이 오래 걸림에 따라 비상시에 필요한 작업에는 비효율적이다.
국내등록특허 제10-2003-0085368호(등록일 : 2006.04.21, 명칭 : 핵연료 교환기 원격 램 구동장치)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 작업자가 비상시 핵연료교환기의 목표물을 지상층에서 원격 조작하기 위해 다수의 카메라가 구비된 이동로봇을 사용하며, 카메라의 영상에 가이드 오브젝트를 증강현실로 구현함으로써 가이드 오브젝트가 증강된 영상을 모니터에 표시하여 이동로봇의 툴이 목표물에 정확한 위치로 신속하고 용이하게 삽입되어 조작되도록 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇 영상 가이드 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료교환기 비상구동 이동로봇 영상 가이드 시스템은 단일 또는 복수대의 카메라가 구비되며 단일 또는 다수 개의 툴이 구비되는 이동로봇(1000);에 대하여, 단일 또는 다수 개의 목표물(10)에 상기 툴이 정합되는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)에 있어서,
상기 이동로봇(1000)이 향하는 방향을 측정하기 위한 기준이 되는 다수 개의 센서가 포함된 센서부(2000);상기 복수대의 카메라에서 촬영된 실제현실영상을 보정하고 가상의 가이드 오브젝트(2100);가 증강되도록 영상을 처리하는 영상처리부(3000); 상기 툴과 상기 목표물(10)이 정합되도록 상기 이동로봇(1000) 및 카메라의 구동이 제어되는 제어부(5000);및 상기 영상처리부(3000) 및 제어부(5000) 간 정보를 송수신 하기 위한 통신부(6000);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
카메라의 영상에 가이드 오브젝트를 증강현실로 구현함으로써 가이드 오브젝트가 증강된 영상을 모니터에 표시하여 이동로봇의 툴이 목표물에 정확한 위치로 신속하고 용이하게 삽입되어 조작되도록 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇 영상 가이드 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 핵연료교환기 비상구동 이동로봇 영상 가이드 시스템은 작업자가 비상시 핵연료교환기의 목표물을 지상층에서 원격 조작하기 위해 다수의 카메라가 구비된 이동로봇을 사용하며, 카메라의 영상 영상에 가이드 오브젝트를 증강현실로 구현함으로써 가이드 오브젝트가 증강된 영상을 모니터에 표시하여 이동로봇의 툴이 목표물에 정확한 위치로 신속하고 용이하게 삽입되어 조작될 수 있도록 하는 장점이 있다.
이에 따라, 작업자는 영상에서 실제 환경에 목표물 및 툴을 좌표계로 표시하는 가상 타겟을 확인하며, 좌표계가 표시됨에 따라 상대 거리를 알 수 있게 됨으로써 최소한의 동선으로 이동로봇을 이동시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 핵연료교환기 비상구동 이동로봇은 주위에 다른 장치들과의 충돌 및 끼임을 최대한 예방할 수 있으므로, 목표물 및 툴의 정합을 위한 조작에 있어서 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 이를 토대로 향후에 추가적으로 이동로봇이 자동화되기 위한 자료로 활용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동로봇의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 가이드 시스템 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 가이드오브젝트가 증강된 화면 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 가이드오브젝트와 제 3 가이드오브젝트가 증강된 화면 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 가이드오브젝트가 증강된 화면 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 가이드오브젝트 설명도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드오브젝트 설명도.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
일반적으로 가압중수형 원자로는 칼란드리아(Calandria)라고 불리우는 원통형 용기로서 수평 방향으로 설치되어 있으며, 칼란드리아 내에는 직경이 10cm 정도인 수백 개의 압력관(Pressure Tube)들이 역시 수평방향으로 관통하고 있고, 핵연료는 집합체(Fuel Bundle) 형태로 압력관 안에 공급되며, 하나의 압력관 안에는 보통 12개의 핵연료 집합체가 공급되도록 구성되어 있다.
이 때, 핵연료 교환시에 사용되는 핵연료교환기는 핵연료 집합체를 포함하여 칼란드리아 압력관 플러그 등을 저장할 수 있는 매거진부와 핵연료를 삽입/분리하는 램 집합체로 구성되어 있다.
상기 램 집합체는 유압모터등의 구동수단에 의해 헬리컬기어, 워엄기어 등 다수개의 기어를 통하여 필요 기능의 램축을 선택하여 작동시켜 칼란드리아 압력관과 연결 또는 분리되도록 하며 칼란드리아 압력관을 막아주는 플러그를 해체 또는 설치할 수 있고, 램 구동에 의하여 핵연료 다발을 삽입 또는 분리하는 등의 기능을 가지고 있다.
이 때, 핵연료교환기 램 집합체는 하측에 램 드라이브 기어박스 어셈블리가 구비되어 있으며, 램 드라이브 기어박스 어셈블리에는 램 구동 삽입부(11) 및 클러치 구동 삽입부(12)가 구성되어 있다.
따라서, 핵연료교환기의 오작동 또는 비상시에 램 구동 삽입부(11) 및 클러치 구동 삽입부(12)를 통해 수동으로 조작하여 구동시킬 수 있다.
그러나, 상기와 같은 작업은 지하실에서 칼란드리아까지 높이가 약 10∼16ｍ 임을 감안할 경우, 작업자가 육안에 의해 램 드라이브 기어박스 어셈블리 내로 램 구동 툴(410)을 정확하게 삽입하기가 곤란하다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)은 지면상에서 전후 이동 및 좌우 회전 가능하며 단일 또는 복수대의 카메라가 구비되는 이동부(100); 상기 이동부(100)와 상측으로 이격되며 단일 또는 복수대의 카메라가 구비되되, 상면에 힌지 구조로 구비된 틸트부(310);를 포함하는 인스톨러(300); 상기 틸트부(310) 상측에 배치되되, 단일 또는 복수대의 카메라가 구비되며 단일 또는 다수 개의 툴;이 구비된 툴부(400);및 상기 이동부(100) 및 인스톨러(300)가 연결되며 상하로 이동되는 마스트(200);를 포함하는 이동로봇(1000);에 대하여, 지면에서 상측으로 이격된 핵연료교환기의 하측면에 돌출된 단일 또는 다수 개의 목표물(10)에 상기 툴이 정합되는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)에 있어서, 상기 복수대의 카메라 영상이 보정되는 영상처리부(3000); 상기 영상처리부(3000)를 통해 상기 복수대의 카메라 영상에 증강되는 가이드 오브젝트(2100); 상기 복수대의 카메라에서 촬영되는 영상에 상기 가이드 오브젝트(2100)가 증강된 영상이 확인되는 모니터부(4000); 상기 툴과 상기 목표물(10)이 정합되도록 상기 이동로봇(1000)의 동작이 제어되는 제어부(5000);및 상기 영상처리부(3000) 및 제어부(5000) 간 정보를 송수신 하기 위한 통신부(6000);를 포함하는 구성일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000)의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 상기 이동로봇(1000)은 하단에서 상단방향으로 이동부(100), 마스트(200), 인스톨러(300) 및 툴부(400)가 위치하도록 연결 설치되며, 상기 이동부(100)에 설치된 제 1 카메라(110) 및 제 2 카메라(120), 상기 인스톨러(300)에 설치된 제 3 카메라(320) 및 제 4 카메라(330), 상기 툴부(400)에 설치된 제 5 카메라(430) 및 제 6 카메라(440)가 포함될 수 있다.
또한, 각각의 상기 카메라에는 센서가 구비될 수 있다.
상기 이동부(100)는 상기 이동부(100)의 몸체(130) 양 측면에 상기 이동로봇(1000)이 주행하는 동안에 장애물 또는 홈을 통과하며 주행할 수 있도록 메인 바퀴(140)와 연결되어 결합된 보조 바퀴(150)가 구비될 수 있다.
자세히 알아보면, 상기 몸체(130) 양 측면에는 지면에 맞닿는 메인 바퀴(140), 상기 메인 바퀴(140)와 소정 거리 이격된 보조 바퀴(150) 및 상기 메인 바퀴(140)와 보조 바퀴(150)를 연결하는 암 브라켓(160)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 몸체(130)는 측면 및 내측에 상기 메인 바퀴(140) 및 보조 바퀴(150)를 구동시키는 바퀴 구동부 및 상기 암 브라켓(160)을 회전시키는 암 브라켓(160) 구동부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 바퀴 구동부는 상기 바퀴 구동부의 체인 스프라켓과 상기 암 브라켓(160) 구동부의 체인 스프라켓이 체인으로 연결되어 상기 바퀴 구동부가 작동시 상기 메인 바퀴(140)와 보조 바퀴(150)가 동시 구동될 수 있다.
또한, 상기 바퀴 구동부는 축과 연결되는 감속기 및 상기 감속기와 연결되는 모터로 구성될 수 있으며, 상기 암 브라켓(160) 구동부는 회전모터가 연결될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해 상기 이동로봇(1000)은 일반적인 지면에서 주행시 상기 암 브라켓(160) 구동부를 작동시켜 상기 암 브라켓(160)이 상측으로 올라가도록 회전시킨 뒤 상기 바퀴 구동부를 작동시켜 상기 메인 바퀴(140)에 의해 이동될 수 있다.
또한, 상기 이동로봇(1000)은 주행중에 장애물 또는 홈을 통과하고자 할 경우, 상기 암 브라켓(160) 구동부에 의해 상기 암 브라켓(160)이 하측으로 내려오도록 회전시켜 상기 보조 바퀴(150)가 지면에 닿으며, 상기 이동 로봇이 지면으로부터 상측으로 이격될 수 있다. 이 때, 상기 이동로봇(1000)은 상기 바퀴 구동부를 작동시켜 상기 보조 바퀴(150)에 의해 장애물 또는 홈을 통과해서 이동될 수 있다.
또한, 상기 메인 바퀴(140) 및 보조 바퀴(150)는 상기 이동로봇(1000)을 안전하게 지탱하기 위해 상기 몸체(130) 양 측면에 상기 메인 바퀴(140) 및 보조 바퀴(150)가 두 개씩 구비될 수 있다.
상기 메인 바퀴(140) 및 보조 바퀴(150)는 상기 이동로봇(1000)의 중량에 따라 다양하게 실시될 수 있으며, 상기 메인 바퀴(140) 및 보조 바퀴(150)가 구동되기 위한 세부 구성은 일부 도시되지 않을 수 있다.
상기 이동부(100)의 몸체(130)는 전면 및 후면에 카메라가 구비될 수 있다.
또한, 상기 몸체(130)의 전면은 제 1 카메라(110), 후면에는 제 2 카메라(120)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제 1 카메라(110) 및 제 2 카메라(120)는 상하좌우 및 회전이 가능하며 상기 이동로봇(1000)의 주행을 위해 사용될 수 있다.
또한, 상기 제 1 카메라(110)는 상기 이동로봇(1000)의 길 안내를 위해 전방을 모니터 해주는 수단으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 제 2 카메라(120)는 상기 목표물(10)의 위치를 찾는 수단으로 사용될 수 있다.
상기 마스트(200)는 중앙 하부에 설치된 마스트(200)모터에 의해 작동체인이 구동되어 다단으로 연결 설치된 다수 개의 좌,우측 슬라이딩 프레임이 이동되어 승하강 되도록 되어 있으며, 좌우에 각각 위치하는 다수개의 슬라이딩 프레임이 동시에 작동되도록 즉, 좌우
슬라이딩 프레임부가 동시에 승하강 되도록 최상단 슬라이딩 프레임 및 최하단 슬라이딩 프레임은 각각 연결대에 의해 서로 연결되어 있다. 또한, 상기와 같이 마스트(200)모터에 따른 작동체인의 구동에 의해 승하강되는 좌/우 슬라이딩 프레임부의 구성은 소방차 및 이사용 사다리차, 고소작업대 등에 사용되는 승하강 사다리구성과 동일한 공지의 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 인스톨러(300)는 상기 툴부(400)의 위치를 조절하는 것으로, 상기 툴부(400)가 결합되는 틸트부(310)와, 상기 틸트부(310)와 힌지축에 의해 연결되는 기준부와, 상기 기준부 끝단 하부에 위치하도록 설치되어 틸트부(310)를 모터에 의해 틸트시키는 틸트구동부와, 상기 기준부와 연결 설치되어 스크류 및 모터에 의해 틸트부(310) 및 기준부를 수평 이동시키는 직선이송부(340)와, 상기 직선이송부(340) 하부에 연결 설치되고 모터에 의해 직선이송부(340)를 회전시키며 하단이 인스톨러(300) 상하이송부재에 연결되는 회전부로 구성되어 있다.
또한, 상기 인스톨러(300) 상하이송부재는 상하이송 구동모터에 의해 스크류가 회전하게 되고, 스크류의 회전에 의해 너트 및 이와 일체형으로 연결된 사각파이프가 스크류를 따라 상하 이동되므로, 사각파이프 상단에 결합되는 인스톨러(300)가 상하 이송된다. 이때, 상기 사각파이프는 마스트(200)의 최상단 슬라이딩 프레임에 고정설치된 가이드블록을 관통하도록 설치되어 있으므로, 상하로 이동될 시 흔들림 없이 사각파이프가 지지된다.
여기서, 상기 인스톨러(300)의 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 인스톨러(300)의 일부 구성이며, 이에 대한 구성은 등록특허 제10??0692098호에 공지된 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 인스톨러(300)는, 상기 기준부 측면 및 이웃하는 측면에 각각 카메라가 설치될 수 있으며, 상기 기준부 측면은 제 3 카메라(320), 이웃하는 측면은 제 4 카메라(330)가 구비될 수 있다.
자세히 알아보면, 상기 기준부 측면 및 이웃하는 측면은 가이드 바(321,331)가 일체 결합되며, 상기 가이드 바에 제 3 카메라(320) 및 제 4 카메라(330)가 탈부착될 수 있다.
또한, 상기 제 3 카메라(320) 및 제 4 카메라(330)는 상기 가이드 바(321,331)에 의해 평면상 수직으로 구비될 수 있으며, 이는, 보다 넓은 시야각이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 3 카메라(320) 및 제 4 카메라(330)는 상측을 주시하며 상기 툴 및 목표물(10)를 향하도록 구비될 수 있다.
상기 툴부(400)는 하측에 상기 틸트부(310)와 결합되는 베이스부(450) 및 상기 베이스부(450) 상측에 단일 또는 다수 개의 툴이 구비될 수 있다.
한편, 상기 목표물(10)은 핵연료교환기의 하측면에 돌출되며 램 구동 삽입부(11) 및 클러치 구동 삽입부(12)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 툴은 상기 램 구동 삽입부(11) 및 클러치 구동 삽입부(12)에 결합되는 것으로서, 상기 램 구동 삽입부(11) 내로 삽입되어 결합되는 램 구동 툴(410) 및 클러치 구동 삽입부(12) 내로 삽입되어 결합되는 클러치 구동 툴(420)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 램 구동 툴(410)은 헬리컬 구동모터에 의해 헬리컬 기어 구동공구가 작동하여 램 드라이브 기어박스 어셈블리의 헬리컬 기어를 핵연료 교환기 램 구동 축에 설치된 헬리컬 기어에 치합시키고, 램 구동모터에 의해 램 구동 축이 작동하여 헬리컬 기어를 작동시킴으로써, 핵연료교환기의 램 축이 작동되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 클러치 구동 툴(420)은 램 드라이브 기어박스 어셈블리의 클러치 구동 삽입부(12)로 삽입되어 램 드라이브 기어박스 어셈블리의 클러치를 구동시키는 것으로, 상기 램 구동 툴(410)과 일체형으로 될 수 있다.
여기서, 상기 램 구동 툴(410) 및 클러치 구동 툴(420)의 구조는 특허등록 10??0574876 에서와 같이 이미 공지되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 램 구동 툴(410) 및 클러치 구동 툴(420)의 하측 중앙에는 상기 제 5 카메라(430)가 구비되며, 상기 램 구동 툴(410)의 상측에는 제 6 카메라(440)가 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 가이드 시스템(10000) 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 가이드오브젝트가 증강된 화면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 가이드오브젝트와 제 3 가이드오브젝트가 증강된 화면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 가이드오브젝트가 증강된 화면 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 가이드오브젝트 설명도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드오브젝트 설명도이다.
도 2를 참조하면, 상기 센서부(2000)는 어느 하나의 센서로부터 아날로그 신호 또는 디지털 신호 형태의 센서신호를 획득하는 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 센서는 환경 변화에 따라 전기적 신호를 발생시키는 전기적 신호 센서와, 상기 카메라와 같이 실제현실 데이터를 획득한 후 상기 실제현실 데이터 중 센서 입력에 필요한 특정 데이터만 선택적으로 획득하는 카메라 센서를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 센서부(2000)는 상기 램 구동 툴(410), 램 구동 삽입부(11) 및 이동부(100) 등에 설치될 수 있으며, 방향 및 위치를 참고하기 위해 고정적으로 기준이 되는 작업장 곳곳에 설치될 수 있다.
한편, 상기 제 1 카메라(110) 내지 제 6 카메라(440)는 실제현실 데이터를 실시간 획득하는 수단으로도 사용될 수 있다.
상기 영상처리부(3000)는 상기 센서부(2000) 및 상기 제 1 카메라(110) 내지 제 6 카메라(440)를 통해 전달된 데이터를 이용하며, 객체 인식부, 데이터 저장부, 센서데이터 수신부 및 위치정보 산출부로 구성될 수 있다.
또한, 상기 영상처리부(3000)는 상기 실제현실 데이터가 저장되며, 카메라에서 들어오는 영상의 왜곡을 보정한 후, 가상 사물을 합성하여 실제현실에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터 그래픽 기법 즉, 증강현실이 사용될 수 있다.
상기 객체 인식부는 상기 실제현실 데이터를 판독하여 상기 가이드 오브젝트(2100)가 생성될 상기 이동부(100), 램 구동 툴(410), 클러치 구동 툴(420), 램 구동 삽입부(11) 및 클러치 구동 삽입부(12)를 인식할 수 있다.
상기 객체 인식부는 상기 제 1 카메라(110) 내지 제 6 카메라(440)를 통해 획득되는 데이터의 좌표계와 상기 센서부(2000)를 통해 센싱되는 센싱신호의 좌표계를 매칭하여 특정 센서신호가 검출되는 좌표 값을 상기 가이드 오브젝트(2100)로 생성될 객체로 인식할 수 있다.
상기 데이터 저장부는 상기 실제현실 데이터 및 가이드 오브젝트(2100) 데이터를 저장할 수 있다.
상기 센서데이터 수신부는 상기 이동로봇(1000) 및 목표물(10)에 대한 방향을 트래킹하기 위해, 상기 작업장 내에 구비된 고정센서가 전송하는 센서데이터를 상기 이동로봇(1000) 및 목표물(10)에 구비된 센서를 통해 센싱한 센싱 데이터를 수신할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 위치정보 산출부는 상기 센서부(2000)의 센서데이터를 통해 각각의 센서데이터가 수신된 시간 차이 및 도달시간을 기반으로 각각의 센서들의 방향 및 거리를 확인함으로써 각각의 센서에 대한 위치정보를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 위치정보 산출부는 카메라 캘리브레이션을 사용할 수 있다. 여기서, 카메라 캘리브레이션은 카메라의 기하광학적 특성과 실제 좌표계에 대한 카메라프레임의 3차원 위치 및 방향을 결정하는 과정으로, 상기 카메라를 통해 촬영된 실제현실 영상의 좌표로부터 3차원 정보를 추론하여 상기 목표물(10) 및 툴에 대한 상대적 위치 및 방향정보를 얻을 수 있다.
한편, 상기 통신부(6000)는 상기 제어부(5000) 및 영상처리부(3000) 간의 정보를 송수신 할 수 있다.
또한, 상기 통신부(6000)는 통신망 상의 서버 또는 장치에 저장된 실제현실 데이터 및 가상의 가이드 오브젝트(2100)를 수신하는 수단일 수 있다.
상기 제어부(5000)는 작업자 조작을 입력받는 장치를 포함하며, 상기 이동로봇(1000)의 움직임을 원격으로 제어한다.
또한, 상기 제어부(5000)는 컴퓨터, DVR 및 모니터 등으로 구성되며, 상기 이동로봇(1000)은 상기 제어부(5000)와 무선주파수(Radio Frequency) 영역대의 신호 또는 근거리 무선통신 프로토콜(예를 들어, WiFi 등)을 이용하여 통신할 수 있다. 따라서, 상기 제어부(5000)는 상기 통신부(6000)에 신호를 보내서 상기 이동로봇(1000)의 이동 속도 및 방향을 지시할 수 있으며, 상기 통신부(6000)에 의해 수신된 신호는 상기 제어부(5000)를 통해 상기 이동부(100)에 전달되어 상기 이동로봇(1000)의 움직임이 제어될 수 있다.
상기 모니터부(4000)는 실제현실 데이터 상의 객체에 가상의 가이드 오브젝트(2100)를 표시하는 출력장치를 포함하며, LCD와 같은 일반 출력장치와 안경, 고글, 유리창과 같은 투명한 출력장치 등 다양하게 실시될 수 있다.
또한, 상기 모니터부(4000)는 상기 이동 로봇의 외부 즉, 상기 작업자가 확인 가능한 공간에 설치되며, 상기 영상처리부(3000)에 의해 보정된 영상을 작업자에게 보여줄 수 있다.
도 3 및 6을 참조하면, 상기 제 1 가이드 오브젝트(2110)는 상기 제 1 카메라(110)에 사다리꼴 또는 다각형의 형상으로 증강되며, 상기 이동로봇(1000)의 이동부(100)의 위치 및 자세와 동일하게 이동될 수 있다.
또한, 상기 이동로봇(1000)의 차폭(w)과 이동로봇의 전면에서 일정한 위치의 거리(d)를 증강한 것이다.
예를 들면, 상기 제 1 카메라(110)가 전방을 바라보고 있을 경우, 화면 하단 중앙에 배치되어 상기 이동부(100)의 위치 및 자세를 알 수 있다.
핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000)은 작업자가 접근하기 어려운 지역에서 이동하기 때문에 카메라를 이용하여 로봇을 주행해야 하는데, 카메라의 영상만으로는 로봇을 주행하기 어렵다. 또한 상기 제 1 카메라(110)에 팬/틸트 기능이 있어서 상기 제 1 카메라가 회전된 상황에서는 상기 이동로봇(1000)이 향하는 방향을 혼동할 수 있다. 이 때, 상기 제 1 카메라(110)의 제 1 가이드 오브젝트(2110)는 상기 제 1 카메라(110)의 팬/틸트 각도를 고려하여 장애물 회피 및 직진 방향을 확인하기 위해 사용될 수 있다.
도 4 를 참조하면, 상기 제 2 가이드 오브젝트(2120) 는 상기 제 3 카메라(320), 제 4 카메라(330), 제 5 카메라(430) 및 제 6 카메라(440)에 사각형 위의 십자 형상의 가상 타겟으로, 상기 제 3 가이드오브젝트(2130)는 상기 램 구동 툴(410) 상측 중심에 위치하는 기준 좌표계(2131)와 상기 클러치 구동 툴(420)의 상측 중심을 대표할 수 있는 십자 형상의 가상 툴(2133)과 상기 가상 툴(2133)이 상기 램 구동 툴(410)을 중심으로 회전하여 위치할 수 있는 위치를 나타낸 원형궤적(2131)으로 표시하고 증강될 수 있다.
또한, 상기 목표물(10)의 말단 중심부의 위치에 제 1 가상타겟(2121)과 상기 램 구동 툴(410) 및 클러치 구동툴(420) 상측 중심부에 기준 좌표계(2131)와 가상타겟(2133)이 표시됨으로써 상기 램 구동 툴(410) 및 클러치 구동 툴(420)의 중심부가 상기 목표물(10)의 중심부로 용이하게 이동될 수 있다.
따라서, 작업자는 영상에 표시되는 가이드 오브젝트(2100)와 실제 상기 목표물(10)와 일치하도록 상기 이동 로봇을 이동시키면 용이하게 실제 상기 목표물(10)의 수직 아래에 위치시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제 3 가이드 오브젝트(2130)는 상기 제 3 카메라(320), 제 4 카메라(330), 제 5 카메라(430) 및 제 6 카메라(440)에 기준좌표계(2131) 및 제 2 가상타겟(2132)이 증강되며, 상기 램 구동 툴(410), 클러치 구동 툴(420) 및 상기 목표물(10)의 중심부의 위치에 따라 이동될 수 있다.
또한, 상기 제 3 가이드 오브젝트(2130)는 상기 램 구동 툴(410) 상측 중심에 기준 좌표계(2131)를 표시하고, 상기 램 구동 삽입부(11) 단부 중심에 표시되는 상기 제 2 가상타겟(2132)과의 거리를 x, y 및 z축 만큼 상대거리로 나타낼 수 있다.
따라서, 상기 램 구동 툴(410) 및 램 구동 삽입부(11)는 상기 제 3 가이드 오브젝트(2130)를 통해 정확한 위치 조작이 용이할 수 있다.
도 7(a)를 참조하면, 상기 가이드 오브젝트(2100,2120,2130)는 상기 이동로봇의 수직한 상측에 위치한 상태이며, 도 7(b)를 참조하면, 작업자가 모니터시 상기 목표물(10) 및 상기 가이드 오브젝트(2100,2120,2130)가 확인됨으로써 상기 가이드 오브젝트(2100,2120,2130)가 상기 목표물(10)에 일치하도록 상기 이동로봇(1000)을 이동시키면 상기 이동로봇(1000)을 용이하게 상기 목표물(10) 수직 아래에 위치시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 이동부(100)의 상부에 마스트(200)가 탑재되고, 상기 마스트(200)의 상단 중앙에 인스톨러(300) 상하이송부재가 설치되고, 상기 인스톨러(300) 상하이송부재의 상단에 인스톨러(300)가 결합됨과 동시에, 상기 인스톨러(300)에 툴부(400)가 설치되도록 구성되며 상기 툴부(400)는 목적지까지 이동 중, 경로의 높이를 고려하여 상기 틸트부(310)에 의해 약 180도 하측으로 회전된 상태로 이동될 수 있다.
이 때, 작업자는 상기 이동로봇(1000)이 높이 제한이 있는 경로를 벗어나면, 상기 틸트부(310)에 의해 상기 툴부(400)를 상측으로 180도 회전한 후, 목적지까지 상기 이동로봇(1000)을 이동시키는 동안에 상기 제 1 카메라(110)의 영상에 증강된 상기 제 1 가이드 오브젝트(2110)를 참고하며, 전방의 상하좌우를 확인하면서 안전하게 이동시킬 수 있다.
또한, 작업자는 상측을 주시하고 있는 상기 제 2 카메라(120) 내지 제 6 카메라(440)의 영상을 통해, 상기 목표물(10)를 탐색할 수 있다.
또한, 상기 이동로봇(1000)이 목적지에 다다르면, 상기 마스트(200)가 작동하여 상기 툴부(400)를 목적 위치 가까이로 승강시킬 수 있다. 그 다음, 작업자는 상기 제 3 카메라(320) 내지 제 6 카메라(440)의 영상을 통해 제 2 가이드 오브젝트(2120)의 가상 타겟을 확인하며, 상기 인스톨러(300)를 작동시켜 상기 툴부(400)를 직선 및 회전 이동시킴으로써 정확한 위치를 조절한다.
이 때, 작업자는 상기 제 3 가이드 오브젝트(2130)가 증강된 영상을 모니터 함으로써, 상기 램 구동 삽입부(11) 및 램 구동 툴(410)의 상대 거리 및 방향을 확인하면서 상기 램 구동 삽입부(11) 하부로 상기 램 구동 툴(410)이 위치되도록 조작할 수 있다.
또한, 상기 인스톨러(300) 상하이송부재를 작동시켜 상기 램 구동 툴(410)이 상기 램 구동 삽입부(11)로 정확히 삽입시킨다.
또한, 상기 가상 툴(2133)과 상기 클러치 구동 삽입부(12)를 확인하면서, 상기 클러치 구동 툴(420)은 상기 램 구동 툴(410)을 중심으로 회전 되며 상기 클러치 구동 툴(420) 내부의 상하 이송 장치를 이용하여 상기 클러치 구동 삽입부(12)로 정확하고 신속하게 삽입될 수 있다.
따라서, 상기 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)은 증강현실(Augmented Reality)을 적용함에 따라, 실제현실 촬영 영상만으로는 가늠하기 어려운 상기 목표물(10) 및 상기 툴 간의 거리 및 위치를 비교적 정확하게 판단할 수 있도록 하는 효과가 있다.
다시 한 번 말하자면, 본 발명의 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)은 작업자가 비상시 핵연료교환기의 목표물(10)를 원격 조작하기 위해 다수의 카메라가 구비된 이동로봇(1000)을 사용하며, 카메라의 영상에 가이드 오브젝트를 증강현실로 구현함으로써 가이드 오브젝트(2100)가 증강된 영상을 모니터에 표시하여 작업자가 이동로봇(1000)의 툴을 목표물(10)에 정확한 위치로 신속하고 용이하게 삽입하여 조작을 할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 모니터에 실제 환경과 목표물(10) 및 툴을 표시하는 가상 타겟이 확인되며, 좌표계가 표시됨에 따라 목표물(10)와 툴 사이의 상대 거리를 알 수 있게 됨으로써, 작업자가 최소한의 동선으로 이동로봇(1000)을 이동시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 칼란드리아(Calandria) 압력관으로부터 핵연료 교환기를 신속하게 분리하고, 작업시간 단축시켜 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000)은 주위에 다른 장치들과의 충돌 및 끼임을 최대한 예방할 수 있으므로, 목표물(10) 및 툴의 정합을 위한 조작에 있어서 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 이를 토대로 향후에 추가적으로 이동로봇(1000)이 자동화되기 위한 자료로 활용될 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명이 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 목표물 100 : 이동부
200 : 마스트 300 : 인스톨러
400 : 툴부 1000 : 이동로봇
2000 : 센서부 3000 : 영상처리부
4000 : 모니터부 5000 : 제어부
6000 : 통신부 10000 : 핵연료교환기 비상구동 이동로봇 영상 가이드 시스템
11 : 램 구동 삽입부 12 : 클러치 구동 삽입부
110 : 제 1 카메라 120 : 제 2 카메라
130 : 이동부 몸체 140 : 메인바퀴
150 : 보조바퀴 160 : 암 브라켓
310 : 틸트부 320 : 제 3 카메라
330 : 제 4 카메라 321,331 : 가이드 바
340 : 직선이송부 410 : 램 구동 툴
420 : 클러치 구동 툴 430 : 제 5 카메라
440 : 제 6 카메라 450 : 툴부의 베이스부
2100 : 가이드 오브젝트
2110 : 제 1 가이드 오브젝트 2120 : 제 2 가이드 오브젝트
2130 : 제 3 가이드 오브젝트 2121 : 제 1 가상타겟
2131 : 기준 좌표계 2132 : 제 2 가상타겟
2133 : 가상 툴

Claims (9)

  1. 단일 또는 복수대의 카메라가 구비되며 단일 또는 다수 개의 툴이 구비되는 이동로봇(1000);에 대하여, 단일 또는 다수 개의 목표물(10)에 상기 툴이 정합되는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)에 있어서,
    상기 이동로봇(1000)이 향하는 방향을 측정하기 위한 기준이 되는 다수 개의 센서가 포함된 센서부(2000);
    상기 복수대의 카메라에서 촬영된 실제현실영상을 보정하고 가상의 가이드 오브젝트(2100)가 증강되도록 영상을 처리하는 영상처리부(3000);
    상기 툴과 상기 목표물(10)이 정합되도록 상기 이동로봇(1000) 및 카메라의 구동이 제어되는 제어부(5000);및
    상기 영상처리부(3000) 및 제어부(5000) 간 정보를 송수신 하기 위한 통신부(6000);를 더 포함하되,
    상기 이동로봇(1000)은
    전방에 제 1 카메라(110)와, 후방에 제 2 카메라(120)가 구비되며, 지면상에서 전후 이동 및 좌우 회전이 가능한 이동부(100);
    상기 이동부(100)로부터 상측으로 이격되며, 정면에 제 3 카메라(320)와 측면에 제 4 카메라(330)가 구비되되, 상면에 힌지 구조로 구비된 틸트부(310)를 포함하는 인스톨러(300);
    상기 인스톨러(300) 상측에 구비되며, 하단에 제 5 카메라(430) 및 상단에 제 6 카메라(440)가 구비되는 툴부(400); 및
    상기 이동부(100) 및 인스톨러(300)가 연결되며 상하로 이동되는 마스트(200);를 포함하고,
    상기 가이드 오브젝트(2100)는
    상기 제 1 카메라(110) 영상에 제 1 가이드 오브젝트(2110)가 증강되며,
    상기 제 3 카메라(320), 제 4 카메라(330), 제 5 카메라(430) 및 제 6 카메라(440) 영상에 제 2 가이드 오브젝트(2120)와 제 3 가이드 오브젝트(2130)가 증강되는 것을 특징으로 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000)은 상기 제 1 카메라(110), 제 3 카메라(320), 제 4 카메라(330), 제 5 카메라(430) 및 제 6 카메라(440)에서 촬영되는 영상에 상기 가이드 오브젝트(2100)가 증강된 영상이 확인되는 모니터부(4000);를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 카메라(110) 및 제 2 카메라(120)는 상하좌우 회전이 원격으로 제어되는 것을 특징으로 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000).
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 오브젝트(2110)는 가상의 상기 이동부(100)의 형상으로 화면 하측에 증강되며 상기 이동로봇(1000)의 이동부(100)의 위치 및 자세와 동일하게 이동되는 것을 특징으로 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000).
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 가이드 오브젝트(2120)는 상기 툴 및 목표물(10) 단부 중심을 표시하는 제 1 가상타겟(2121)을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000).
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 가이드 오브젝트(2130)는 상기 툴 단부의 중심에 표시된 기준 좌표계(2131);및 상기 목표물(10)의 단부 중심에 표시된 제 3 가상타겟(2132);을 포함하며,
    상기 기준 좌표계(2131)와 제 3 가상타겟(2132)의 거리가 X, Y 및 Z 방향으로 표시되는 것을 특징으로 하는 핵연료교환기 비상구동 이동로봇(1000) 영상 가이드 시스템(10000).
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