KR102076685B1 - 단열박스 설치용 레일주행 로봇장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레일(20)을 이동하면서 단열박스(15)를 부착하는 로봇장치에 있어서: 상기 레일(20)에 주행기(31)와 접하도록 설치되고, 상면에 회전 가능한 아암(32)을 구비하는 하부구동체(30); 상기 아암(32) 상에 4축구동기(46)를 개재하여 흡착판(42)을 지지하도록 설치되는 상부구동체(40); 및 상기 하부구동체(30)를 설정 위치로 이동하여 아암(32)과 흡착판(42)으로 단열박스(15)를 설정 위치에 부착하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, LNGC의 건조 공정에서 화물창과 같은 협소한 장소에 설치되어 작업 시간 단축에 의한 생산성 향상과 더불어 작업자의 안전성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

단열박스 설치용 레일주행 로봇장치{Rail running robot apparatus for installing adiabatic box}

본 발명은 단열박스 설치 로봇장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 LNG를 수송하는 선박의 건조 공정에 소요되는 단열박스 설치용 레일주행 로봇장치에 관한 것이다.

통상적으로 LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier)는 천연가스를 대략 -163℃의 극저온 액체 상태로 수송하기 위하여 화물창에 단열박스를 구비한다. LNGC의 건조시 화물창의 벽에 단열박스를 설치하는 작업의 경우 기존에는 작업자 2~3인을 1조로 하는 수작업에 주로 의존하고 있다.

이후 단열박스 설치 작업의 자동화를 위해 많은 시도가 이어지고 있으나 작업 생산성을 올리는데 한계가 있고 특히 작업장 내 각종 구조물과의 간섭, 협소 공간 진입 등이 문제가 되어 안전성 확보도 용이하지 않다. 해당 분야의 자동화와 관련되는 선행기술 문헌으로서 한국 등록특허공보 제0965295호, 한국 실용신안등록공보 제0441414호 등이 알려져 있다.

전자의 선행기술 문헌은 단열패널이 설치되는 영상을 촬영하여 전송하는 영상촬영장치; 상기 영상정보와 제어신호를 전송하는 원격제어장치; 상기 신호를 처리하여, 구동제어신호를 전송하는 로봇제어장치; 상기 로봇제어장치에 의해 단열패널을 부착하는 로봇; 및 상기 로봇제어장치로 전송하는 제어용입력장치를 포함한다. 이에 따라, 선박건조기간을 단축하여 생산성을 향상시킴은 물론, 작업자의 부주의에 의한 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과를 기대한다.

후자의 선행기술 문헌은 에어 밸런스장치를 이송시켜 주는 전동 팔레트 트럭; 아우트리거의 양단 중앙부에 설치되어 단열박스 설치시 부하를 줄여주는 에어 밸런스 장치; 2단의 리프트 암과 힌지결합되어 지그 전체를 지지하는 지그 프레임; 지그 회전을 제한하는 브레이크; 지그 프레임과 수평으로 결합되어 진공패드로 단열박스를 회전시키는 진공패드 프레임 등을 구비한다. 이에 따라, 작업자의 안전 확보 및 지속적인 작업 수행으로 생산성 향상을 기대한다.

그러나, 상기한 선행기술 문헌에 의하면 비교적 로봇암의 구동 반경이 큰 일반적인 스카라 타입 로봇을 기반으로 하기 때문에 주변의 구조물과의 간섭이 불가피하여 결국 작업 생산성을 저하시키게 된다.

1. 한국 등록특허공보 제0965295호 "단열패널 자동 부착 시스템"(공개일자 : 2009. 6. 3.) 2. 한국 실용신안등록공보 제0441414호 "LNG 선박의 단열박스 설치 장치"(공개일자 : 2008. 8. 8.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, LNGC의 건조 공정에서 화물창과 같은 협소한 장소에 설치되어 작업 시간 단축에 의한 생산성 향상과 더불어 작업자의 안전성 향상을 도모할 수 있는 단열박스 설치용 레일주행 로봇장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레일을 이동하면서 단열박스를 부착하는 로봇장치에 있어서: 상기 레일에 주행기와 접하도록 설치되고, 상면에 회전 가능한 아암을 구비하는 하부구동체; 상기 아암 상에 4축구동기를 개재하여 흡착판을 지지하도록 설치되는 상부구동체; 및 상기 하부구동체를 설정 위치로 이동하여 아암과 흡착판으로 단열박스를 설정 위치에 부착하도록 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 부구동체의 아암은 작동실린더를 개재하여 회전운동을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 상부구동체의 흡착판은 지지판과 지지축을 개재하여 아암에 X-Y-Z-θ 운동 가능하게 지지되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제어수단은 제어기와, 하부구동체와 흡착판의 이동 상태를 검출하는 위치센서와, 아암에 작용하는 하중 변화를 검출하는 힘센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 하부구동체는 아암에 작용하는 무게 중심 변화에 대응하여 전복을 방지하도록 회전운동 가능한 아웃리거를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, LNGC의 건조 공정에서 화물창과 같은 협소한 장소에 설치되어 작업 시간 단축에 의한 생산성 향상과 더불어 작업자의 안전성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇장치의 대기 상태를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 로봇장치의 이동후 상태를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 로봇장치의 단열박스 흡착 상태를 나타내는 구성도
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 로봇장치의 단열박스 부착 상태를 나타내는 구성도

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

본 발명은 레일(20)을 이동하면서 단열박스(15)를 부착하는 로봇장치에 관하여 제안한다. LNGC의 화물창은 바닥면(11)과 벽면(12)을 포함하는 다면체 공간으로서 극저온 액체 상태의 LNG를 저장하기 위해 단열박스(15)를 지닌다. 본 발명은 화물창의 벽면(12)에 단열박스(15)를 설정된 순서대로 부착하는 로봇장치를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 레일(20)은 바닥면(11)에 일시적으로 설치되는 구조로 형성되며, 하부구동체(30)의 위치 검출을 조력하도록 반사판을 구비할 수도 있다.

본 발명은 레일(20)을 기반으로 하면서 하부구동체(30)와 상부구동체(40)로 이루어지는 로봇장치와 연계하는 방식으로 종래의 일반적인 스카라 타입의 로봇장치를 지양하여 협소한 공간에서 주변 구조물과의 간섭을 피한다.

이하의 설명에서 전방과 후방은 레일(20)의 진행 방향이 아닌 레일(20)에 직교하는 방향을 의미한다.

본 발명에 따르면 상면에 회전 가능한 아암(32)을 구비하는 하부구동체(30)가 상기 레일(20)에 주행기(31)와 접하도록 설치된다. 하부구동체(30)의 주행기(31)는 레일(20)에 접촉하여 설정된 위치로 이동하도록 추진한다. 주행기(31)는 서보모터로 추진력을 발생하고 원하는 위치에 요동없이 정지하는 제동기능도 구비한다. 아암(32)은 수직과 수평의 자세로 변환되는 적어도 90˚이상의 범위로 회전되도록 하부구동체(30)의 상면에 힌지를 개재하여 설치된다.

본 발명의 세부구성에 의하면 상기 하부구동체(30)의 아암(32)은 작동실린더(34)를 개재하여 회전운동을 수행하는 것을 특징으로 한다. 작동실린더(34)는 유압실린더 또는 공압실린더로서 아암(32)의 수직 및 수평 자세 변환을 유발한다. 단열박스(15)의 중량에 따라 작동실린더(34)의 설치 수량을 증감한다. 유공압 발생장치는 하부구동체(30)에 내장할 수도 있고 외부로 연결할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 상부구동체(40)가 상기 아암(32) 상에 4축구동기(46)를 개재하여 흡착판(42)을 지지하도록 설치된다. 상부구동체(40)의 흡착판(42)은 전면에 다수의 흡착패드(44)를 구비하고, 하부구동체(30)에 내장되는 진공압 발생장치의 진공압으로 단열박스(15)를 파지한다. 단열박스(15)를 파지하고 벽면(12)으로 이송하여 부착하는 과정에서 흡착판(42)은 4축구동기(46)를 통하여 미세한 동작으로 운동된다. 4축구동기(46)는 단열박스(15)에 대한 정확한 위치 제어를 위해 각각의 서보모터를 사용한다.

본 발명의 세부구성에 의하면 상기 상부구동체(40)의 흡착판(42)은 지지판(41)과 지지축(43)을 개재하여 아암(32)에 X-Y-Z-θ 운동 가능하게 지지되는 것을 특징으로 한다. 지지판(41)은 지지축(43)을 개재하여 아암(32) 상에 수직운동(Y축) 및 회전운동(θ축) 가능하게 장착되고, 흡착판(42)은 지지판(41) 상에 좌우운동(X축) 및 전후운동(Z축) 가능하게 장착된다. 물론 흡착판(42)의 전후운동은 흡착패드(44)를 탑재한 별도의 판재를 통하여 지지판(41)에 대한 흡착패드(44)의 승강운동으로 구현된다. 이에 따라, 흡착판(42)은 X-Y-Z-θ의 4축운동을 구현하여 일정 위치에 대기중인 단열박스(15)를 벽면(12)에 순차적으로 부착할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 하부구동체(30)를 설정 위치로 이동하여 아암(32)과 흡착판(42)으로 단열박스(15)를 설정 위치에 부착하도록 제어한다. 제어수단(50)은 하부구동체(30)의 아암(32)의 위치, 상부구동체(40)의 흡착판(42)의 위치, 작동 과정의 비상 상태 등에 대한 통제를 담당한다.

본 발명의 세부구성에 의하면 상기 제어수단(50)은 제어기(52)와, 하부구동체(30)와 흡착판(42)의 이동 상태를 검출하는 위치센서(54)와, 아암(32)에 작용하는 하중 변화를 검출하는 힘센서(56)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 제어기(52)는 메모리, 마이크로프로세서, 입출력인터페이스 등을 구비한 마이콤 회로로서 하부구동체(30)에 탑재한다. 위치센서(54)는 LDS를 사용하고 전술한 레일(20)의 반사판과 연계하여 하부구동체(30)와 상부구동체(40)의 이동 위치 정보를 획득한다. 이 경우 위치센서(54)는 상하좌우에 위치하는 단열박스(15)의 교차인식이 가능하도록 복수로 설치한다. 힘센서(56)는 아암(32)이나 지지축(43)에 설치되며, 흡착과 부착 작업을 진행하는 동안의 하중 변화에 대한 정보를 획득한다. 하중이 정상치 이하로 급변하면 흡착판(42)의 단열박스(15)가 작업 도중에 탈락한 상태이고, 하중이 정상치 이상으로 급변하면 단열박스(15)에 고압이 작용하거나 아암(32) 등에 간섭이 발생한 상태이다.

물론, 이외에도 제어수단(50)은 단열박스(15)의 흡착파지 여부를 감지하는 센서, 아암(32)의 미세운동을 촬영하는 카메라, 외부와 정보를 교환하기 위한 통신 모듈 등을 구비할 수 있다.

본 발명의 세부구성에 의하면 상기 하부구동체(30)는 아암(32)에 작용하는 무게 중심 변화에 대응하여 전복을 방지하도록 회전운동 가능한 아웃리거(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 로봇장치는 경박단소에 부합하는 설계적 특징을 지니므로 단열박스(15)를 들어서 부착하는 과정에서 발생하는 무게 중심 변화로 전복할 우려가 있다. 아웃리거(35)는 하부구동체(30)의 양측면에 설치되는 L자형의 지지대로서 단열박스(15)가 이동하는 반대측으로 회전하여 무게 중심을 안정적으로 유지한다.

물론, 아웃리거(35) 대신에 또는 아웃리거(35)와 함께 하부구동체(30) 내부에 전후진 운동하는 카운터밸런스(도시 생략)를 더 구비할 수도 있다.

작동에 있어서, 도 1처럼 벽면(12)의 전방에 레일(20)을 설치하고 로봇장치를 대기시키며, 작업 대상 벽면(12)의 전방에 단열박스(15)를 다수로 적재하여 둔 상태에서 제어수단(50)의 제어기(52)를 가동하면, 하부구동체(30)의 주행기(31)에 의하여 로봇장치의 이동이 개시되고, 위치센서(54)로 위치를 파악하면서 설정된 위치에서 정지한다(도 2 참조).

이어서, 아암(32)이 작동실린더(34)에 의하여 전방으로 회전하여 흡착판(42)이 단열박스(15)로 접근하는 동안 아웃리거(35)가 전방으로 회전하여 무게 중심을 유지하고(도 2 참조), 흡착판(42)이 단열박스(15)에 밀착되면 흡착패드(44)에 진공압이 발생하여 파지하고(도 3 참조), 작동실린더(34)에 의하여 아암(32)이 다시 상승하면서 흡착판(42)의 θ축 운동으로 단열박스(15)가 벽면(12)을 향하고(도 4 참조), X-Y-Z축의 미세운동으로 단열박스(15)를 정위치에 부착하는 동안 아웃리거(35)가 후방으로 회전하여 무게 중심을 유지한다(도 5 참조).

이와 같이 본 발명에 의하면 단열박스(15)의 파지 및 설치 과정이 단순하여 설치 시간을 최소화하는 동시에 레일(20)을 주행하는 방식을 통해 작업 장소 이동 시간도 최소화할 수 있다.

한편, 설정된 작업이 종료된 후 레일(20)과 로봇장치를 철거하여 다음의 장소에 설치하고 동일한 방식으로 작업을 속행할 수 있다.

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.

11: 바닥면 12: 벽면
15: 단열박스 20: 레일
30: 하부구동체 31: 주행기
32: 아암 34: 작동실린더
36: 아웃리거 40: 상부구동체
41: 지지판 42: 흡착판
43: 지지축 44: 흡착패드
46: 4축구동기 50: 제어수단
52: 제어기 54: 위치센서
56: 힘센서

Claims (5)

1. 레일(20)을 이동하면서 단열박스(15)를 부착하는 로봇장치에 있어서:
   상기 레일(20)에 주행기(31)와 접하도록 설치되고, 상면에 회전 가능한 아암(32)을 구비하는 하부구동체(30);
   상기 아암(32) 상에 4축구동기(46)를 개재하여 흡착판(42)을 지지하도록 설치되는 상부구동체(40); 및
   상기 하부구동체(30)를 설정 위치로 이동하여 아암(32)과 흡착판(42)으로 단열박스(15)를 설정 위치에 부착하도록 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지되,
   상기 하부구동체(30)의 아암(32)은 작동실린더(34)를 개재하여 90˚이상의 범위로 회전회전운동을 수행하고,
   상기 상부구동체(40)의 흡착판(42)은 지지판(41)과 지지축(43)을 개재하여 아암(32)에 X-Y-Z-θ 운동 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 단열박스 설치용 레일주행 로봇장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(50)은 제어기(52)와, 하부구동체(30)와 흡착판(42)의 이동 상태를 검출하는 위치센서(54)와, 아암(32)에 작용하는 하중 변화를 검출하는 힘센서(56)를 구비하는 것을 특징으로 하는 단열박스 설치용 레일주행 로봇장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부구동체(30)는 아암(32)에 작용하는 무게 중심 변화에 대응하여 전복을 방지하도록 회전운동 가능한 아웃리거(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 단열박스 설치용 레일주행 로봇장치.

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