KR200434822Y1 - 고소작업대 교육용 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 선박 건조 및 수리의 주요장비인 고소작업대 교육용 시뮬레이터(Aerial Working Platform Training simulator)에 관한 것으로 상세하게는 초대형 및 중소형 선박의 여러가지 건조 및 수리작업에 주로 적용되는 고소작업대 차량에 대해 조작자의 조작능력 향상을 위해 고안된 것으로 실제 작업환경을 3차원 가상환경으로 구축하고 생산성과 안전성을 가진 고소작업대 교육용 시뮬레이터에 관한 것이다.

본 고안은 실제 고소작업대 차량의 상부조작반과 동일한 조작반 및 실제와 같은 3차원 가상 작업환경 그리고 이동이 가능한 콘솔형태의 본체로 구성되어 있으며 기상조건에 따른 안전성 문제 및 다수 교육시 발생되는 교육공간의 문제와 실제 장비를 이용한 교보재 확보의 경제적 어려움 그리고 이에 따른 교육시간 미확보등, 여러 가지 저수준의 교육환경의 어려움을 해결하면서 콘솔 일체형으로 작으면서도 이동이 가능함에 따라 시간과 공간의 제약없이 실제와 동일한 3차원 가상작업장으로 실제 장비와 동일한 조작훈련이 가능하다는 것이 특징이고 제작비용이 저렴하므로 다수 교육의 교육효율 극대화와 경제적인 이득을 추구할 수 있도록 한, 고소작업대 교육용 시뮬레이터를 제공하는 것이다.

고소작업대, 시뮬레이터, 3차원 가상환경 시스템, 교육용 시뮬레이터

Description

고소작업대 교육용 시뮬레이터{Aerial Working Platform Training Simulator}

도1은 본 고안의 시뮬레이터 외부장치 사시도

도2는 본 고안의 내부운용 소프트웨어 운용개념도

도3은 본 고안의 내부운용 소프트웨어 운용알고리즘도

도4는 본 고안의 내부 시스템 구성도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1;고소작업대 교육용 시뮬레이터 본체

2;모니터

3;조작반과 풋 스위치

4;오디오 선택기

5;신호 및 영상제어 컴퓨터

6;스피커

7;연결 단자함

8;내부 소프트웨어 운용 개념

9;내부 소프트웨어 운용 알고리즘

10; 내부 시스템 구성

본 고안은 고소작업대 교육용 시뮬레이터에 관한 것으로, 운전자의 선별적 동작 설정을 통하여 기본운전 준비상황의 교육 및 조작수준에 따라 실제 작업장과 동일한 3차원 가상작업장 영상을 통해 흥미유발로 인한 운전 기술의 숙달 및 조작과, 실제 고소작업대 차량의 운전시 발생하는 이상 상황에 대하여 대처 할 수 있는 능력을 키우는데 본 고안의 목적이 있다.

오늘날 선박건조 및 수리 산업에 있어서 초대형 및 중형급 이상의 선박의 경우 높은 상공의 작업을 위해 종래는 사다리를 이용하여 선박에 대한 각종 공정작업을 해왔다. 따라서 높은 상공의 사다리위에서 하던 작업자의 안전사고를 예방하면서 작업 효율을 극대화하기 위한 방안으로 자동화되고 현대화되는 시대적 작업환경에 맞추어 선박의 건조 및 수리 작업에 고소작업대를 주요 작업도구로서 많이 사용하고 있다. 따라서 조작훈련을 통한 능숙한 조작으로 인해 조작미숙으로 인한 작업자의 안전사고를 예방하고 작업효율을 극대화 하기위해 고소작업대 차량의 조작교육을 강화하고 있는 상황이다.

특히 실제 대형 및 중소형 선박 건조 및 수리작업을 하는데 요구되는 여러 종류의 작업에 고소작업 차량을 운영하는 인력의 조종 숙련정도에 따라 작업효율의 차이가 많으므로 전문 숙련 인력의 확충을 위한 교육방안이 필요하나 실제 운행중인 장비를 대상으로 한 교육은 고소작업대의 붐대 인출 및 상승에 따라 지상에서부 터 상위로 높이 올라가는 고소작업대가 눈 또는 비와 바람등의 기상조건에 따른 안전상의 문제와 장비 사용에 따른 경제적 문제, 실제차량을 교보재 장비로서 교육할 때의 공간상의 문제 그리고 교보재 미확보로 인한 장기간의 교육 대기시간 발생에 따른 저수준의 교육 환경등의 여러가지 문제점이 따르고 있어 적절한 교육이 되지 못하는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기의 문제점을 감안하여, 발판스위치 및 각종 상부 조작 스위치, 푸쉬 버턴, 조이스틱 등의 조작에 의해 전기적 신호를 입력할 수 있는 조작반과 조작반으로부터의 입력신호를 받아 연산 처리하는 신호 및 영상제어 컴퓨터 그리고 신호 및 영상제어 컴퓨터를 통하여 사용자에게 3차원 영상 및 사운드를 출력해주는 모니터와, 오디오 선택기로 구성된 고소작업대 시뮬레이터의 외부 장치와, 외부장치로부터 받은 신호들을 처리하여 3차원 가상 작업환경 영상과 음향을 제어하는 내부 운용소프트웨어로 고소작업대의 시뮬레이터를 구성한 것으로, 첨부된 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 고안의 구성은, 고소작업대 교육용 시뮬레이터 본체(1), 모니터(2), 조작반과 풋 스위치(3), 오디오 선택기(4), 신호 및 영상제어 컴퓨터(5), 스피커(6), 연결 단자함(7)으로 구성된 외부 장치와 내부 소프트웨어 운용 개념(8), 내부 소프트웨어 운용 알고리즘(9)으로 구성된 소프트웨어가 결합하여서 된 것이다.

이와 같이 된 본 고안의 구성을 세부적으로 설명하면 다음과 같다

고소작업대 교육용 시뮬레이터 본체(1)는 실제 고소작업대 차량의 상부 조작반 및 풋 스위치와 동일한 구성 및 동일한 높이에 위치하는 조작반 및 풋 스위치(3)와 실제 작업장 환경을 동일하게 구성한 3차원 가상 작업환경 영상을 출력하는 모니터(2), 조작반과 풋 스위치(3)로부터 입력되는 신호를 처리하여 영상과 연동 할 수 있는 신호 및 영상제어용 컴퓨터(5), 스피커 및 이어폰으로의 출력을 선택할 수 있는 오디오 선택기(4), 오디오 선택기를 통해 음향이 출력되는 스피커(6), 조작반(3)으로부터 입력되는 신호를 구분지어 주는 연결 단자함(7)을 모두 포함하도록 구성된다.

특히 고소작업대 교육용 시뮬레이터 본체(1)는 실제 고소작업대 상부 조작반과 동일한 자세에서 조종훈련을 할 수 있는 위치가 되도록 구성되면서 신호 및 영상제어용 컴퓨터(5)를 고정할 수 있는 내부 컴퓨터 고정대와, 내부 열의 환기를 위한 통풍구 및 환기팬과, 시뮬레이터 본체(1)의 이동을 고려하여 하부의 이동바퀴와 수납장 형태의 키보드 수납기로 구성된다.

이러한 키보드 수납기는 신호 및 영상제어용 컴퓨터(5)와 연결되는 마우스 그리고 오디오 선택기(4)와 연결되어 음향을 출력하는 이어폰을 수납할 수 있도록 구성된다.

3차원 가상작업 환경의 영상을 출력하는 모니터(2)는 고소작업대 교육용 시뮬레이터 본체(1)의 상부에 고정되어 시뮬레이터 조종훈련을 하는 동안 눈의 피로를 최소화 하기 위해 수직방향에서 17도 뒤로 기울여 구성된다.

실제 고소작업대 차량의 상부조작반 및 풋 스위치와 동일한 조작반 및 풋 스위치(3)는 고소작업대 교육용 시뮬레이터 본체(1)의 가운데에 위치하면서 각종 스위치와 조이스틱 그리고 풋 스위치로 구성되어 있다. 이러한 조작반 및 풋 스위치(3)는 시뮬레이터 본체(1) 내부의 연결 단자함(7)을 통해 신호 및 영상제어용 컴퓨터(5)로 전기적 조작 신호가 입력되도록 되어 있다.

특히 풋 스위치(3)는 시뮬레이터를 이동하거나 사용하지 않을 경우, 힌지를 통해 수직방향 직각으로 돌려 넣어 수납자석을 통해 수납이 가능하도록 구성된다.

음향을 출력하는 오디오 선택기(4)는 시뮬레이터의 조작반(3) 옆에 위치하고 신호 및 영상제어용 컴퓨터(5)와 마우스를 연결 시키면서 스피커 및 이어폰을 연결시켜 버턴을 눌러 스피커(6)와 이어폰을 선택하도록 구성된다.

신호 및 영상제어용 컴퓨터(5)는 시뮬레이터의 내부에 위치하고 본체(1) 내부의 컴퓨터 고정대에 의해 고정되면서 고소작업대 교육용 시뮬레이터의 입출력을 처리한다. 그리고 시뮬레이터의 운용에 적합한 범용 PC(Pentium 4-3.0 GHz CPU, 256MBytes Video Memory, 512 RAM)와 전기적 입력 신호를 받아 처리할 수 있는 DAQ 보드(Data Acquisition board) 및 그 외 주변장치로 구성되며 조작반 및 풋 스위치(3)로부터 전기적 조작 입력신호를 시뮬레이터 내부 연결 단자함(7)을 통해 받아서 내부 운용 소프트웨어를 통해 연산처리 한 후, 모니터(2)로 3차원 가상 작업환경 영상을 출력함과 동시에 스피커(6)로 음향을 출력하도록 구성된다.

음향을 출력하는 스피커(6)는 시뮬레이터 본체(1) 내부의 상단에 위치하여 고정된다. 여기서 출력되는 음향은 실제 고소작업대 차량으로 하는 교육훈련에서 동작상에 발생되는 각종 소음 등을 말한다. 실제 작업환경과 동작상황에 따라 현장과 동일한 소리와 소음을 발생시키도록 구현한다.

여기서 사용되는 구현소리의 종류는, 실제 작업장의 주위 환경소리(작업현장의 운반차량 소리, 날씨 바람 등의 환경소리 등), 고소작업대의 엔진시동 소리, 작업반경의 위험을 알리는 부져소리, 고소작업대의 주행과 상부조작반을 조작할 때의 차량 구동부 소리등을 입력하므로 사용자가 현장에서 느낄 수 있는 사운드를 제공한다.

이러한 음향의 구현은 실제 고소작업대 작업현장 소리를 녹음하여 신호 및 영상제어용 컴퓨터(5)에 데이터 베이스로 구축하고 시뮬레이터의 내부 운용 소프트웨어의 알고리즘(9)에 의해 조작반(3)으로부터의 입력신호와 유기적으로 연동되어 출력된다.

조작반(3)으로부터 입력되는 신호를 구분지어 주는 연결 단자함(7)은 시뮬레이터 본체(1)의 내부에 위치하면서 조작반 및 풋 스위치(3)의 각 조작 스위치 및 조이스틱 마다의 고유 번호를 부여하여 전기적 입력 신호를 구분지어 준다. 이렇게 구분된 전기적 입력 신호는 신호 및 영상제어 컴퓨터(5)로 입력되어 내부 운용 소프트웨어의 알고리즘(9)에 의해 연산 처리될 수 있는 데이터로 가공된다.

신호 및 영상제어용 컴퓨터(5)에 설치되어 작동되는 내부 소프트웨어 운용개념(8)은 고소작업대 교육훈련의 종류와 방법을 제시하는 것으로, 주행, 바스켓, 레버조작, 도움말, 관리자용으로 구별되며, 레버조작과 도움말을 통해 안전운전 절차 및 예방조치 방법과, 조작반 내 각 조작 스위치 및 조이스틱의 조작 방법 및 조작 시 작동 방법을 제시하고 바스켓 컨텐츠를 통해 각종 실제 작업벽면을 3차원 가상작업 벽면으로 구현하여 수준별 훈련이 가능하도록 제시하고 운전상의 위험 상황에서 교육생 대처 능력 향상을 도모한다. 관리자용 컨텐츠는 암호를 통해 접근하도록 하고 교육생의 기능평가를 위해 제한시간 설정 및 감점점수 레벨을 설정 및 수정할 수 있도록 한다. 이러한 내부 소프트웨어 운용 개념(8)을 통해 교육생은 실제 고소작업대의 상부조작반을 조종하는 것과 동일한 환경으로 훈련을 하게 되고 고소작업대 교육용 시뮬레이터를 통해 고소작업대 조종훈련 교육효과를 극대화 하게 된다.

내부 소프트웨어 운용 알고리즘(9)은 내부 소프트웨어 운용 개념(8)에서 교육생이 선택하는 컨텐츠에 따라 작동되도록 구성된다.

시뮬레이터의 주행 실습과 바스켓 실습의 컨텐츠에서 주 화면인 메뉴 선택 화면에 따라 주행 실습인 경우, 직선, S, T 의 코스를 선택하고 실습을 시작하며, 이때 주행의 평가지침인 도로의 경계라인을 고소작업대 차량 바퀴가 접촉되었을 때와 제한시간 초과의 경우에 실격처리되는 기능 평가를 하게 되고 이 평가결과를 교육생에게 가시화 하게 된다.

바스켓 실습인 경우, 평면형, 돌출 평면형, 수직 계단형, 수평 계단형, 앞 기울임 형, 뒤 기울임 형, 볼록형, 오목형, 돌출 천장형의 실제와 동일한 3차원 가상작업 벽면에서 각 작업벽면에 따라 수직 왕복이동 실습, 수평 왕복이동 실습, 대각선 왕복이동 실습의 컨텐츠가 구성되며 시뮬레이터의 조작반(3)을 조작하여 각 작업벽면에 고소작업대의 상부바스켓을 벽면과의 일정거리를 유지하면서 이동하는 훈련을 하게 된다. 이 때 벽면과의 기준거리를 유지 하지 못하거나, 작업구역을 이 탈하는 경우, 제한시간을 초과하는 경우등의 평가기준에 의해 감점 및 실격 처리가 되도록 하고 교육생에게 가시화 하게 된다.

이렇게 주행 실습과 바스켓 실습에서 교육생의 기능실습을 평가하기 위해서 내부 운용 알고리즘(9)은 쓰레드(Thread) 방식으로 교육생의 조작신호를 모니터링 하여 영상과의 인터페이스(interface)를 구현하게 된다.

내부 소프트웨어 운용 개념(6)에 의한 훈련기능 중 고소작업대 차량의 주행과 상부 바스켓의 조종 훈련기능에 대해, 상세하게 설명하면 다음과 같다.

△고소작업대 차량 주행 조종에 의한 훈련기능;

- 엔진시동 : 고소작업대 차량의 주행을 하기 위헤 최초 차량의 엔진을 시동하기 위한 동작훈련

- 조향 : 고소작업대 차량의 주행중 차량의 진행방향을 조종하기 위한 동작훈련

- 주행 : 전진 및 후진이 있으며 주행의 속도도 고속 및 저속으로 조절할 수 있는 동작훈련

△고소작업대 차량 상부 바스켓 조종에 의한 훈련기능;

- 엔진시동 : 고소작업대 상부 바스켓 조종을 하기 위헤 최초 차량의 엔진을 시동하기 위한 동작훈련

- 붐 신축 : 고소작업대 상부 바스켓 조작반에서 붐대의 인입 및 인출을 통해 최대 상공 26M까지의 한도내에서 높이를 조절 할 수 있는 동작훈련

- 붐 승강 : 고소작업대 상부 바스켓 조작반에서 붐대의 상승 및 하강을 통 해 높이를 조절 할 수 있는 동작훈련

- 붐 회전 : 고소작업대 상부 바스켓 조작반에서 붐대를 담고 있는 플랫폼(platform)의 좌로 또는 우로 회전 할 수 있는 동작훈련

- 승선바구니 회전 : 고소작업대 상부 바스켓을 좌로 또는 우로 회전할 수 있도록 할 수 있는 동작훈련

- 리미트 작동 : 승선바구니가 작업 벽면과 충돌하는 것을 방지하기 위한 센서의 신호를 감지하여 충돌시 조작반의 기능을 일단 중지시키는 동작훈련

이때 리미트 작동 신호의 적색등이 점등되면 교육생은 리미트 작동해제 스위치를 통해 다시 고소작업대 상부 바스켓을 조종할 수 있게 된다.

- 비상정지 : 작업 중 위급한 상황 발생시 고소작업대 차량의 엔진을 정지할 수 있는 동작훈련

△고소작업대 조작반의 구성

- 고소작업대 종류별(직진식, 굴절식 등) 구성

- 고소작업대 색깔별 구성

상기에서 상세하게 설명한 내부장치의 통합은 내부 시스템 구성(10)과 같다. 상세하게 설명하면, 조작반(3)에서 입력하는 전기적 신호는 신호 및 영상제어 컴퓨터(5)내부의 DAQ 보드를 통해 디지털 데이터로 처리되어 내부 소프트웨어 알고리즘(9)에 의해 3차원 가상 작업환경 영상 및 작업환경의 음향과 연동되어 동작하게 되는 것이다.

본 고안의 이러한 외부 본체(1) 및 내부 구성(10)을 통해 실제 고소작업대 차량의 상부 바스켓 조작작업과 동일한 여건에서 정보를 제공 받으며 조종할 수 있도록, 고소작업대의 조작반과 동일한 시뮬레이터로 된 외부장치를 제공하는 것이다.

이러한 외부 본체(1)의 사용은, 교육생이 풋 스위치(3)를 발로 밟고 전방에 형성된 모니터(2)를 통해 내부 운영개념(8)에서 제공되는 컨텐츠에 의한 3차원 가상 작업환경 영상을 보면서, 실제 고소작업대에 장착된 상부 조작반과 동일하게 고소작업대의 조작반(3)을 통해, 내부 운용 알고리즘(9)의 입력 도구로 사용하는 것이다.

이와 같은 본 고안은, 시뮬레이터 본체(1)와 내부 운용개념 (8) 및 운용 알고리즘(9)으로 구성된 모의 실험장치를 통해, 고소작업대 교육에서 실제 적용하기 어려운 고난이도의 작업 벽면들을 가상으로 조종 훈련하므로, 교육생이 실 상황에서 고소작업대를 조종하는 것과 동일한 교육성과를 얻을 수 있고, 상기에서 설명한 교육생이 실제 고소작업대를 통해 교육을 받음으로 발생하는 문제점 해결함과 동시에, 동일한 교육성과를 얻을 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (16)

1. 가상 교육 훈련을 위한 다양한 정보를 입력할 수 있는 조작반 및 풋 스위치와;

   상기 조작반 및 풋 스위치에 의해 입력된 신호가 영상으로 표시되는 모니터 및 음향으로 표시되는 스피커와;

   상기 조작반 및 풋 스위치에 의한 입력 신호를 연산처리 하여 상기 모니터 및/또는 상기 스피커에 신호를 출력하는 신호 및 영상제어용 컴퓨터;를 포함하고,

   상기 신호 및 영상제어용 컴퓨터는 가상 훈련의 종류와 방법을 제공하는 내부 소프트웨어 운용 개념과, 상기 내부 소프트웨어 운용 개념에서 선택된 컨텐츠에 따라 가상 훈련이 이루어지도록 하는 내부 소프트웨어 운용 알고리즘을 구비하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부 소프트웨어 운용 개념은 주행, 바스켓, 레버조작, 도움말 및 관리자용 컨텐츠를 포함하는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 주행 컨텐츠가 선택된 경우 사용자는 상기 조작반을 통해 직선, S 및 T 코스 중 적어도 하나를 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 주행 컨텐츠가 선택된 경우 사용자는 엔진시동, 조향, 전후진 및 속도를 상기 조작반을 통해 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 주행 컨텐츠가 선택된 경우 상기 내부 소프트웨어 운용 알고리즘은 주행 평가지침에 따라서 평가한 후 평가결과를 상기 모니터 및/또는 상기 스피커를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 평가지침은 도로의 경계라인을 고소작업대 차량 바퀴가 접촉했을 때 및 제한 시간 초과에 관한 것임을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 바스켓 컨텐츠가 선택된 경우 사용자는 엔진시동, 붐 신축, 붐 승강, 붐 회전, 승선바구니 회전, 리미트 작동 및 비상정지 중 적어도 하나를 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 바스켓 컨텐츠가 선택된 경우 사용자는 평면형, 돌출 평면형, 수직 계단형, 수평 계단형, 앞 기울임형, 뒤 기울임형, 볼록형, 오목형 및 돌출 천장형 중에서 적어도 하나를 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
9. 제 7 항 또는 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 바스켓 컨텐츠가 선택된 경우 상기 내부 소프트웨어 운용 알고리즘은 바스켓에 대한 평가지침에 따라서 평가한 후 평가결과를 상기 모니터 및/또는 상기 스피커를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 바스켓에 대한 평가지침은 벽면과 바스켓과의 일정 거리 유지 여부, 작업구역에서의 이탈 여부 또는 제한 시간 초과 여부 등의 경우에 이를 상기 모니터 및/또는 상기 스피커를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 고소작업대 교육용 시뮬레이터는 이동바퀴를 구비하는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 조작반은 키보드, 조이스틱, 버튼 및 마우스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 풋 스위치는 힌지를 통해 수납자석을 통해 수납이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
14. 제 2 항에 있어서,

    상기 도움말 컨텐츠가 선택된 경우 안전운전 절차 및 예방조치 방법이 상기 모니터 및/또는 상기 스피커를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
15. 제 2 항에 있어서,

    상기 관리자용 모드가 선택된 경우 사용시간 설정 및 감점점수 레벨을 설정 및 수정할 수 있는 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 관리자용 모드는 암호를 통해 접근 가능한 것을 특징으로 하는 고소작업대 교육용 시뮬레이터.

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