KR20090068518A - 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동로봇의 이동위치를 그룹화하고 이동경로 계획시 그룹화한 위치들의 관계를 설정하고 이를 이용하여 모든 작업을 위한 최적화된 로봇의 이동경로를 찾고 해당위치에서 작업을 수행할 수 있는 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법에 관한 것으로, a)화물창 각 벽면의 2차원 위치데이터를 3차원 위치데이터로 변환하는 단계; b)화물창 각 벽면에서 수행할 작업들의 작업위치데이터를 입력하는 단계; c)상기 b)단계에서 입력한 작업위치데이터를 그룹화하여 이동 포인트를 설정하는 단계; d)상기 c)단계에서 설정된 이동 포인트들간의 위치관계를 설정하는 단계; e)화물창 각 벽면의 간섭물의 데이터를 추출하는 단계; f)이동로봇의 모든 이동경로 계획을 산출하는 단계; g)상기 f)단계에서 산출한 이동로봇의 이동경로중 최적의 작업시간을 갖는 최적이동경로를 산출하는 단계; h)상기 g)단계에서 산출된 최적이동경로를 시뮬레이션을 통하여 점검하는 단계; i)상기 h)단계에서 점검한 최적이동경로와 작업지시데이터를 매칭하는 단계; j)상기 최적이동경로 및 작업지시데이터를 이동로봇이 해독가능하도록 작업명령지시서를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 선박 화물창 마킹공정등의 작업을 수행하기 위한 최적의 로봇의 이동경로를 생성하고 이를 용이하게 검증하는 것이 가능하여 선박 화물창 생산의 효율성을 크게 증가 시킬 수 있는 이점이 있다.

선박의 화물창, 마킹로봇, 이동경로계획

Description

선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법{Method of motion planning traveling robot for vessel tank}

본 발명은 선박 화물창 마킹공정등의 작업들을 수행하기 위한 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이동로봇의 이동위치를 그룹화하고 이동경로 계획시 그룹화한 위치들의 관계를 설정하고 이를 이용하여 모든 작업을 위한 최적화된 로봇의 이동경로를 찾고 해당위치에서 작업을 수행할 수 있는 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 화물창의 벽면에 대한 마킹(Marking), 편평도 계측(Flatness), 스터드 볼트 연마작업(Studbolt grinding)등은 사람에 의한 수작업으로 진행되었다.

이러한 수작업으로 진행되던 선박의 화물창에 대한 작업들이 자동화 기술의 발달로 인하여 로봇으로 작업을 대체할 수 있게 되었다.

그러나 선박의 화물창에 대한 마킹등의 작업을 위한 이동로봇의 주행에 관한 경로 계획방법은 없는 실정이다.

다만 종래의 특허 출원 10-1999-0028008에서 미장로봇을 위한 경로계획방법이 제안되고 있지만 상기 종래 기술은 로봇의 이동위치가 셀단위로 분해한 작업위치이고 최적경로 도출시에도 시작셀과 도착셀간의 거리가 최소화되는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이는 로봇의 이동데이터와 작업데이터를 구분하지 못하고 있기 때문에 선박의 화물창 마킹공정등의 작업시간을 최소화하기 위한 로봇의 구체적인 이동경로를 생성하는데에는 한계가 있는 문제점이 있다,

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이동로봇이 선박의 마킹공정등을 위한 작업들을 가장 효율적으로 수행할 수 있는 이동경로를 계획할 수 있는 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제는 a)화물창 각 벽면의 2차원 위치데이터를 3차원 위치데이터로 변환하는 단계; b)화물창 각 벽면에서 수행할 작업들의 작업위치데이터를 입력하는 단계; c)상기 b)단계에서 입력한 작업위치데이터를 그룹화하여 이동 포인트를 설정하는 단계; d)상기 c)단계에서 설정된 이동 포인트들간의 위치관계를 설정하는 단계; e)화물창 각 벽면의 간섭물의 데이터를 추출하는 단계; f)이동로봇의 모든 이동경로 계획을 산출하는 단계; g)상기 f)단계에서 산출한 이동로봇의 이동경로중 최적의 작업시간을 갖는 최적이동경로를 산출하는 단계; h)상기 g)단계에서 산출한 최적이동경로와 작업지시데이터를 매칭하는 단계; i)상기 최적이동경로 및 작업지시데이터를 이동로봇이 해독가능하도록 작업명령지시서를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법에 의해 실현된다.

바람직하게는 상기 g)단계에는 상기 산출된 최적이동경로를 시뮬레이션을 통 하여 점검하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 b)단계의 작업위치데이터의 내용은 마킹 포인트, 편평도계측 포인트 및 스터드 볼트 포인트에 관한 것이고 상기 i)단계의 작업지시데이터의 내용은 마킹작업, 편평도 계측작업, 스터드 볼트 연마작업에 관한 것인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 f)단계는k)이동로봇의 이동시작 포인트 후보를 선정하는 단계; l)상기 k)단계에서 선정된 이동시작 포인트의 기준 이동방향 및 전환방향의 후보를 지정하는 단계; m)상기 l)단계에서 선정된 기준 이동방향으로 이동하면서 상기 기준 이동방향상으로 다음 이동 포인트의 존재 여부, 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트인지 여부 및, 다음 이동 포인트가 간섭물 포인트인지 여부를 판단하는 단계; n)상기 m)단계에서 상기 다음 이동 포인트가 존재하지 않거나 상기 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트인 경우 상기 기준 전환방향으로 방향전환하여 이동하는 단계; o) 상기 m)단계에서 상기 다음 이동 포인트가 간섭물 포인트인경우 간섭물 포인트를 회피하여 우회이동하는 단계; p)상기 m)단계에서 상기 다음 이동포인트가 존재하고 상기 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트 및 간섭물 이동포인트가 아닌 경우 모든 이동 포인트를 수행하였는지 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법에 의하면 선박 화물창 마킹공정등의 작업을 수행하기 위한 최적의 로봇의 이동경로를 생성하고 이를 용이하게 검증하는 것이 가능하여 선박 화물창 생산의 효율성을 크게 증가 시킬 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 선박 화물창의 마킹공정등을 위한 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법에 대한 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.

도 2는 도 1에서 도시한 일 실시예의 이동 포인트를 설정하는 작업을 나타낸 그림이다.

도 3은 화물창 각 벽면의 간섭물을 나타낸 그림이다.

도 4는 도 1에서 도시한 일 실시예의 이동로봇의 모든 이동경로 계획을 산출하는 단계를 나타낸 흐름도이다.

먼저 선박의 화물창의 각 벽면의 2차원 위치데이터를 3차원 위치데이터로 변환한다.(S10)

화물창을 설계하는데 있어서 화물창의 캐드(CAD)데이터는 2차원 평면 데이터이고 로봇이 이동하는 화물창의 위치정보 데이터는 IGPS(Indoor GPS: 이하, IGPS라 한다.)에 의해 생성되는 3차원데이터이기 때문에 먼저 화물창의2차원 위치 데이터를 3차원 평면데이터로 변환한다.

상기 이전단계(S10)후 화물창 각 벽면에서 수행 할 작업들의 작업위치데이터 들을 입력받는다.(S20)

위의 작업위치데이터란, 마킹 포인트, 편평도 계측 포인트 및 스터드 볼트 포인트에 관한 데이터를 말한다.

상기 이전단계(S20)후 상기 작업위치데이터들을 그룹화하여 이동 포인트를 설정하는 작업을 수행한다.(S30)

상기 이전단계(S20)에서 입력 받은 화물창 각 벽면(1)의 마킹 포인트(M), 편평도 계측 포인트(F) 및 스터드 볼트 포인트(S)와 같은 작업위치데이터들은 도 2에서 도시한 바와 같이 개별적인 작업위치만 나타낼 뿐, 로봇의 이동위치를 나타내는 것은 아니다.

따라서 인접한 작업위치데이터들(M,F,S)을 공통적인 이동 포인트(G)로 묶어서 관리한다.

상기 이전단계(S30)에서 그룹화한 이동 포인트(G)들간의 위치관계를 설정한다.(S40)

본 단계(S40)는 각 이동 포인트(G)의 정보에 해당하는 것으로 임의의 이동 포인트(G)의 전/후,좌/우의 인접한 이동 포인트(G)들과의 위치정보를 설정하는 것이다. 이러한 이동 포인트(G)들간의 위치관계는 로봇의 이동 주행 경로 생성시 진행방향을 결정하는데 사용된다.

상기 이전단계(S40)후 화물창 각 벽면의 간섭물의 데이터를 추출한다.(S50)

화물창 각 벽면의 간섭물은 고정형 간섭물과 유동형 간섭물로 분류되는데 고정형 간섭물은 도 3에서 2차원 CAD데이터상에 존재하는 화물창 특유의 리퀴드 돔(Liquid dorm: L), 가스 돔(gas dorm: G)및 벽면의 끝단면에 위치하는 리테이너 바(R)등이 있다. 또한 유동형 간섭물은 로봇과 간섭물과의 관계에서 발생되는 것으로 로봇의 크기와 고정형 간섭물간의 충돌을 고려하여 일정한 크기로 경계를 만드는 것이다.

위와 같은 간섭물들은 로봇의 경로 계획시 경로상에서 배제되고 로봇의 간섭물 회피 주행을 위한 데이터로 사용된다.

상기 이전단계(S50)후 이동로봇의 모든 이동경로 계획을 산출한다.(S60)

이를 위해서 먼저 도 4의 흐름도에서 도시한 바와 같이 이동로봇의 이동시작 포인트 후보를 선정한다.(S61)

보통 로봇이 화물창 벽면 주행시에는 4~8가지 정도의 이동시작 포인트 후보(화물창의 모서리 부분)가 존재한다.

이후 상기 이전단계(S61)에서 선정된 상기 이동시작 포인트 후보에 대하여 기준 이동방향 및 전환방향을 선정한다.(S62)

상기 기준 이동방향 및 전환방향은 보통 전/후,좌/우중 2개씩 2가지 경우가 발생하게 되어 실제 경로 계획의 후보들은 총 8~16가지의 경로계획이 발생한다.

상기 이동시작 포인트에서 상기 이전단계(S62)에서 선정한 기준 이동방향으로 이동로봇의 이동을 실시한다.(S63)

이후 상기 이전단계(S63)에서 선장한 기준 이동방향상으로 다음 이동 포인트가 존재하는지 판단한다.(S64)

다음 이동포인트가 존재하지 않는다면 막다른 곳이라 판단하고 상기 기준 전 환방향으로 방향전환하여 이동한다.(S66)

다음 이동 포인트가 존재하면 상기 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트인지를 판단한다.(S65)

상기 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트로 판단되면 역시 상기 기준 전환방향으로 방향전환하여 이동한다.(S66)

상기 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트가 아니면 상기 다음 이동 포인트가 간섭물 포인트인지를 판단한다.(S67)

상기 다음 이동 포인트가 간섭물 포인트로 판단되면 간섭물을 회피하여 선정된 기준 이동방향으로 이동하도록 우회이동한다.(S67a)

상기 다음 이동 포인트가 간섭물 포인트가 아니면 모든 이동 포인트를 수행하였는지를 판단하고(S68) 모든 이동 포인트를 수행하지 않았다면 상기 이전단계(S63)로 회귀하여 모든 이동 포인트가 수행될 때 까지 위와 같은 과정을 반복수행한다.

이와 같은 과정의 기본적인 데이터는 이전단계들에서 수행하였던 이동 포인트들간의 관계설정(S40)과 간섭물의 데이터 추출(S50)에 기초한다.

모든 이동 포인트를 수행하였다면 도 1에서 도시한 바와 같이 상기 이전단계(S60)에서 산출한 모든 이동로봇의 이동경로중 최적의 작업시간을 갖는 최적이동경로를 찾는다.(S70)

작업시간의 최적화가 가장 우선시 되는 요소로서 작업시간은 로봇의 이동속도, 로봇의 방향전환 속도 각 작업(마킹, 편평도 계측, 스터드 볼트 연마)당 시간 을 고려하여 계산된다.

최적이동경로를 찾는데 그 밖의 고려하여야할 요소로서 로봇의 수직 또는 수평 주행중심, 방향전환 최소화, 예측가능한 이동경로, 간섭물 회피를 위한 우회이동등이 있다.

이후 상기 이전단계(S70)에서 찾은 최적이동경로를 시물레이션을 통하여 점검한다.(S71)

도 5는 최적이동경로의 시물레이션 화면을 나타낸 그림이다.

도 5의 10은 로봇의 최적이동경로를 나타낸 것이고 도 5의 20은 주행중인 로봇을 나타낸다.

로봇의 대각선 주행, 지그재그 주행, 미수행 포인트등과 같은 특이한 사항을 중심으로 관찰한다.

상기 이전단계(S71)에서 점검한 최적이동경로의 각 포인트와 작업지시데이터를 매칭시킨다.(S80) 상기 작업지시데이터의 기준내용은 마킹, 편평도 계측, 스터드 볼트 연마등이다. 본 단계(S80)는 구체적으로 상기 이동 포인트에서 역으로 작업지시데이터를 추출하는 단계이다.

상기 이전단계(S80)후 상기 최적이동경로 및 작업지시데이터를 이동로봇이 해독가능하도록 작업명령지시서를 생성한다.(S90)

이상에서 본 발명에 따른 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법에 대한 바람직한 일 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술 분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으 로 이해된다.

도 1은 본 발명에 따른 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법에 대한 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.

도 2는 도 1에서 도시한 일 실시예의 이동 포인트를 설정하는 작업을 나타낸 그림이다.

도 3은 화물창 각 벽면의 간섭물을 나타낸 그림이다.

도 4는 도 1에서 도시한 일 실시예의 이동로봇의 모든 이동경로 계획을 산출하는 단계를 나타낸 흐름도이다.

도 5는 최적이동경로의 시물레이션 화면을 나타낸 그림이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

M : 마킹 포인트 F : 편평도 계측 포인트

S : 스터드 볼트 포인트

Claims (4)

1. a)화물창 각 벽면의 2차원 위치데이터를 3차원 위치데이터로 변환하는 단계;

   b)화물창 각 벽면에서 수행할 작업들의 작업위치데이터를 입력하는 단계;

   c)상기 b)단계에서 입력한 작업위치데이터를 그룹화하여 이동포인트를 설정하는 단계;

   d)상기 c)단계에서 설정된 이동포인트들간의 위치관계를 설정하는 단계;

   e)화물창 각 벽면의 간섭물의 데이터를 추출하는 단계;

   f)이동로봇의 모든 이동경로 계획을 산출하는 단계;

   g)상기 f)단계에서 산출한 이동로봇의 이동경로중 최적의 작업시간을 갖는 최적이동경로를 산출하는 단계;

   h)상기 g)단계에서 산출한 최적이동경로와 작업지시데이터를 매칭하는 단계;

   i)상기 최적이동경로 및 작업지시데이터를 이동로봇이 해독가능하도록 작업명령지시서를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   j)상기 g)단계에는 상기 산출된 최적이동경로를 시뮬레이션을 통하여 점검하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 b)단계의 작업위치데이터의 내용은 마킹 포인트, 편평도계측 포인트 및 스터드 볼트 포인트에 관한 것이고 상기 i)단계의 작업지시데이터의 내용은 마킹작업, 편평도 계측작업, 스터드 볼트 연마작업에 관한 것인 것을 특징으로 하는 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 f)단계는

   k)이동로봇의 이동시작 포인트 후보를 선정하는 단계;

   l)상기 k)단계에서 선정된 이동시작 포인트의 기준 이동방향 및 전환방향의 후보를 지정하는 단계;

   m)상기 l)단계에서 선정된 기준 이동방향으로 이동하면서 상기 기준 이동방향상으로 다음 이동 포인트의 존재 여부, 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트인지 여부 및, 다음 이동 포인트가 간섭물 포인트인지 여부를 판단하는 단계;

   n)상기 m)단계에서 상기 다음 이동 포인트가 존재하지 않거나 상기 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트인 경우 상기 기준 전환방향으로 방향전환하여 이동하 는 단계;

   o)상기 m)단계에서 상기 다음 이동 포인트가 간섭물 포인트인경우 간섭물 포인트를 회피하여 우회이동하는 단계;

   p)상기 m)단계에서 상기 다음 이동 포인트가 존재하고 상기 다음 이동 포인트가 기존 수행포인트 및 간섭물 이동포인트가 아닌 경우 모든 이동 포인트를 수행하였는지 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 선박 화물창 벽면주행 이동로봇의 경로 계획방법.

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