KR20120011592A - 와이어 구동 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

와이어 구동 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

와이어 구동장치 및 그 구동방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 와이어 구동 장치는 작업 장치가 탑재되는 플랫폼, 플랫폼에 연결되는 복수의 와이어 각각에 연결되어 플랫폼을 이동시키는 복수의 윈치부, 플랫폼과 대상 간의 거리를 측정하는 복수의 거리 센서, 플랫폼의 기울기를 측정하는 경사계, 플랫폼의 위치를 측정하는 위치 센서, 및 복수의 거리 센서, 경사계 및 상기 위치 센서에서 측정된 값을 기반으로 플랫폼의 위치를 보정하는 제어신호를 산출하는 프로세서를 포함한다.

Description

와이어 구동 장치 및 그 구동 방법{Wire driving apparatus and driving method thereof}
본 발명은 와이어 구동 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보다 정밀하게 구동할 수 있는 와이어 구동 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
총톤수(gross tonnage)가 8만 톤(GT)이 넘는 여객선이나 재화중량톤수(deadweight tonnage)가 30만 톤(DWT)이 넘는 유조선 등과 같은 대형 선박들이 운항되고 있다. 이러한 대형 선박의 선체를 구성하는 구조물의 규모는 매우 크고 높이 또한 매우 높다.
조선 산업에서 높은 고소 공간 등과 같이 작업자가 직접 작업하기 곤란한 작업들이 있다. 예를 들어, 선박의 수직 벽면에서의 용접, 그라인딩, 블라스팅, 도장 등의 작업은 작업자가 직접 작업하기에는 매우 어려울 뿐만 아니라 작업자의 안전상의 문제를 야기할 수도 있다. 이러한 작업들은 크레인이나 사다리 장치 등의 외부 구조물을 이용하여 작업 장치를 작업 위치에 가까이 위치시킨 후 수행되거나, 자력이나 진공패드 등을 이용하여 작업 대상에 붙어서 이동할 수 있는 로봇들을 이용하여 수행되고 있다.
작업 대상에 붙어서 이동하는 로봇은 자체 무게에 제한이 있고 이동 속도가 느리다는 단점이 있다. 외부 구조물을 이용하는 방식은 외부 구조물 자체의 규모가 크고 외부 구조물의 설치, 해체 및 운반에 많은 시간이 소요되고 있다.
본 발명의 실시예는 보다 정밀하게 구동하는 와이어 구동 장치 및 와이어 구동 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치는 작업 장치가 탑재되는 플랫폼, 상기 플랫폼에 연결되는 복수의 와이어 각각에 연결되어 상기 플랫폼을 이동시키는 복수의 윈치부, 상기 플랫폼과 대상 간의 거리를 측정하는 복수의 거리 센서, 상기 플랫폼의 기울기를 측정하는 경사계, 상기 플랫폼의 위치를 측정하는 위치 센서, 및 상기 복수의 거리 센서, 상기 경사계 및 상기 위치 센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 플랫폼의 위치를 보정하는 제어신호를 산출하는 프로세서를 포함한다.
상기 복수의 윈치부 각각은, 각각의 와이어를 당기거나 푸는 윈치 장치, 및 상기 각각의 와이어의 장력을 측정하는 텐션 미터를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 제어신호를 상기 복수의 윈치부에 전달하고, 상기 복수의 윈치부 각각은 상기 제어신호에 따라 각각의 와이어를 당기거나 풀 수 있다.
상기 제어신호는 상기 복수의 와이어 각각의 길이 및 장력 정보를 포함할 수있다.
상기 프로세서는 상기 복수의 거리 센서에서 측정된 값으로부터 상기 플랫폼의 z축 기준의 회전각을 산출할 수 있다.
상기 경사계는, 상기 플랫폼의 x축 기준의 기울기를 측정하는 제1 경사계, 및 상기 플랫폼의 y축 기준의 기울기를 측정하는 제2 경사계를 포함할 수 있다.
상기 경사계는 상기 플랫폼의 x축 기준의 기울기 및 y축 기준의 기울기를 측정하는 2축 경사계일 수 있다.
상기 위치 센서는 상기 플랫폼의 특정 지점에 설치되어 상기 작업 장치의 작업 영역의 전체 좌표계 상에서 상기 특정 지점의 위치를 측정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 경사계에서 측정되는 상기 플랫폼의 x축 기준의 기울기 및 y축 기준의 기울기와, 상기 z축 기준의 회전각을 이용하여 상기 플랫폼의 자세 정보를 산출하고, 상기 플랫폼의 자세 정보를 이용하여 상기 특정 지점으로부터 상기 전체 좌표계 상의 상기 플랫폼의 중심 위치를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 작업 장치가 탑재되는 플랫폼에 연결되는 복수의 와이어의 길이를 조절하여 상기 플랫폼을 이동시키는 와이어 구동 장치를 구동하는 방법은 상기 플랫폼을 목표 위치 및 자세로 이동시키고, 복수의 와이어의 제1 길이를 저장하는 단계, 상기 복수의 와이어의 장력을 측정하여 기준치와 비교하는 단계, 상기 복수의 와이어의 장력이 상기 기준치 이상일 때, 상기 복수의 와이어의 제2 길이를 저장하는 단계, 상기 복수의 와이어의 제2 길이와 상기 제1 길이의 오차인 와이어 길이 오프셋을 산출하는 단계, 상기 플랫폼의 위치 및 자세를 측정하는 단계, 상기 목표 위치 및 자세와 상기 측정된 위치 및 자세 간의 오차를 산출하는 단계, 상기 산출된 오차를 반영하여 새로운 목표 위치 및 자세를 산출하는 단계, 상기 플랫폼을 상기 새로운 목표 위치 및 자세로 이동시키기 위한 상기 복수의 와이어의 제3 길이를 산출하는 단계, 상기 복수의 와이어의 제3 길이에 상기 와이어 길이 오프셋을 반영하여 상기 복수의 와이어의 제4 길이를 산출하는 단계, 및 상기 제4 길이에 따라 상기 복수의 와이어의 길이를 조절하는 단계를 포함한다.
상기 제4 길이에 따라 상기 복수의 와이어 길이를 조절한 후, 상기 플랫폼의 위치 및 자세를 재측정하여 상기 목표 위치 및 자세에 일치하는지 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 재측정된 위치 및 자세가 상기 목표 위치 및 자세에 일치하지 않으면 상기 복수의 와이어의 장력을 측정하여 기준치와 비교하는 단계부터 재수행할 수 있다.
상기 복수의 와이어의 장력이 상기 기준치 이하인 경우 상기 복수의 와이어의 장력을 증가시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 플랫폼의 자세는 상기 플랫폼의 x축 기준의 기울기, y축 기준의 기울기 및 z축 기준의 회전각을 포함할 수 있다.
상기 x축 기준의 기울기 및 상기 y축 기준의 기울기는 서로 직교하여 배치되는 복수의 단축 경사계에 의해 측정될 수 있다.
상기 x축 기준의 기울기 및 상기 y축 기준의 기울기는 내부적으로 두 축이 직교하는 2축 경사계에 의해 측정될 수 있다.
상기 z축 기준의 회전각은 상기 플랫폼에 구비되는 복수의 거리 센서로부터 측정되는 대상과의 거리로부터 산출될 수 있다.
와이어의 자중에 의한 처짐이나 과도한 장력에 의한 와이어의 늘어짐을 방지할 수 있고, 측정 센서들을 이용하여 플랫폼의 중심 위치 및 자세를 산출하여 보다 정밀하게 플랫폼을 이동시키고 플랫폼의 위치 및 자세를 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치를 간략히 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치에서 z축 회전각을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치에서 x축 및 y축 회전각을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치를 간략히 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 와이어 구동 장치는 작업 장치가 탑재되는 플랫폼(110), 플랫폼(110)에 연결되는 복수의 와이어(125) 각각에 연결되어 플랫폼(110)을 이동시키는 복수의 윈치부(120), 플랫폼(110)과 대상 간의 거리를 측정하는 복수의 거리 센서(130a, 130b), 플랫폼(110)의 기울기를 측정하는 경사계(140), 플랫폼(110)의 위치를 측정하는 위치 센서(150) 및 복수의 거리 센서(130a, 130b), 경사계(140) 및 위치 센서(150)에서 측정된 값을 기반으로 플랫폼(110)의 위치를 보정하는 제어신호를 산출하는 프로세서(160)를 포함한다.
여기서는 플랫폼(110)이 직육면체의 평판으로 형성되고, 플랫폼(110)의 8개의 모서리 각각에 와이어가 연결되고, 각 와이어가 복수의 윈치부(120) 각각에 연결되는 것으로 가정한다. 그러나, 플랫폼(110)의 형태나 와이어의 개수 등은 제한되지 않으며, 플랫폼(110)의 형태는 작업 장치를 탑재하기에 적절한 형태로 형성될 수 있고, 플랫폼(110)의 형태에 따라 플랫폼(110)을 이동시키고 균형을 유지하기 위한 소정 개수의 와이어가 플랫폼(110)에 연결될 수 있다.
이하, 플랫폼(110)의 위치를 산출하기 위하여 와이어 구동 장치에 의해 작업 장치가 작업할 수 있는 전체 작업 영역을 기준으로 하는 x-y-z 좌표계를 전체 좌표계라 하고, 플랫폼(110)을 기준으로 하는 x-y-z 좌표계를 플랫폼 좌표계라 한다. 예를 들어, 전체 좌표계는 작업 장치가 작업하는 선체의 벽면에 평행한 방향의 x축, 선체의 벽면에 수직인 방향의 y축 및 지표에서 수직인 방향(중력에 평행한 방향)의 z축으로 구성될 수 있다. 플랫폼 좌표계는 플랫폼(110)의 측면에 평행한 방향의 x축, 플랫폼(110)의 측면에 수직인 방향의 y축 및 플랫폼(110)의 수평면에 수직인 방향의 z축으로 구성될 수 있다. 복수의 와이어에 연결된 플랫폼(110)의 기울어짐 등에 따라 전체 좌표계와 플랫폼 좌표계는 일치하지 않을 수 있다.
복수의 윈치부(120) 각각은 와이어를 당기거나 푸는 윈치 장치(121) 및 각각의 와이어의 장력을 측정하는 텐션 미터(122)를 포함한다. 윈치 장치(121)는 원통형의 드럼에 와이어를 감아 끌어당기는 장치로서, 전동기나 내연기관 등에 의해 작동될 수 있다. 복수의 윈치부(120) 각각은 윈치 장치(121)의 드럼의 회전수를 측정하여 와이어의 길이 변화를 측정할 수 있고, 윈치 장치(121)와 플랫폼(110) 사이의 와이어 길이를 추정할 수 있다. 복수의 윈치부(120) 각각은 윈치 장치(121)와 플랫폼(110) 사이의 와이어 길이 정보(P) 및 텐션 미터(122)에서 측정되는 와이어의 장력 정보(T)를 프로세서(160)에 전달한다.
복수의 거리 센서(130a, 130b)는 소정 거리 이격되어 플랫폼(110)의 측면, 즉 플랫폼 좌표계의 x축에 평행하게 구비된다. 복수의 거리 센서(130a, 130b) 각각은 플랫폼(110)의 측면과 대상(선체면)과의 거리를 측정하고, 측정된 거리 정보(D1, D2)를 프로세서(160)에 전달한다. 복수의 거리 센서(130a, 130b)에서 측정되는 거리 정보(D1, D2)는 플랫폼(110)이 z축을 회전축으로 하여 회전된 z축 기준 회전각을 산출하는데 이용된다. z축 기준 회전각은 전체 좌표계의 x-y 좌표축을 기준으로 z축을 회전축으로 하여 플랫폼 좌표계의 x-y 좌표축이 회전된 각도를 의미한다. 거리 센서(130a, 130b)로는 표적을 향해 레이저를 발사한 뒤 반사되어 되돌아오는 레이저를 검출하여 거리를 측정하는 레이저 거리 측정기가 사용될 수 있다.
경사계(140)는 플랫폼(110)이 x축(플랫폼 좌표계)을 기준으로 기울어진 x축 기울기 및 y축(플랫폼 좌표계)을 기준으로 기울어진 y축 기울기를 측정한다. 경사계(140)는 x축 기울기를 측정하는 제1 단축 경사계 및 y축 기울기를 측정하는 제2 단축 경사계로 구성될 수 있다. 제1 단축 경사계는 y축(플랫폼 좌표계)에 평행하게 설치되고 제2 단축 경사계는 x축(플랫폼 좌표계)에 평행하게 설치된다. 즉, 제1 단축 경사계와 제2 단축 경사계는 서로 직교하여 설치된다. 또는 경사계(140)는 내부적으로 직교되어 있는 2축 방향의 기울기를 측정할 수 있는 2축 경사계일 수 있다. 2축 경사계의 하나의 축은 x축(플랫폼 좌표계)에 평행하고 다른 하나의 축은 y축(플랫폼 좌표계)에 평행하다. 플랫폼(110)의 위치 및 자세를 산출하는 과정에서 x축 기울기 및 y축 기울기는 x축을 회전축으로 하여 플랫폼(110)이 회전된 x축 기준 회전각 및 y축을 회전축으로 하여 플랫폼(110)이 회전된 y축 기준 회전각으로 이용된다. x축 회전각은 플랫폼 좌표계의 x축을 회전축으로 하여 z-y 좌표축이 회전된 각도를 의미한다. y축 회전각은 플랫폼 좌표계의 y축을 회전축으로 하여 z-x 좌표축이 회전된 각도를 의미한다. 경사계(140)로는 기계 부품의 경사를 측정하는 디지털 클리노미터(clinometer)가 이용될 수 있다. 경사계(140)는 측정된 x축 기울기 및 y축 기울기 정보(S1, S2)를 프로세서(160)에 전달한다.
위치 센서(150)는 플랫폼(110)의 특정 지점에 설치된다. 예를 들어, 위치 센서(150)는 플랫폼(110)의 한쪽 모서리에 설치될 수 있다. 위치 센서(150)는 전체 좌표계 상에서 특정 지점의 위치를 측정하고, 특정 지점의 위치 정보(P)를 프로세서(160)에 전달한다. 위치 센서(150)는 광파기 원리를 이용하여 전체 좌표계 상에서 특정 지점의 위치를 측정할 수 있다. 특정 지점의 위치 정보(P)는 전체 좌표계 상에서 플랫폼(110)의 중심 위치(C)를 산출하는데 이용된다.
프로세서(160)는 경사계(140)에서 측정되는 플랫폼(110)의 x축 및 y축 기준의 회전각(S1, S2), 복수의 거리 센서(130a, 130b)에서 측정되는 거리 정보(D1, D2)에서 산출되는 플랫폼(110)의 z축 기준의 회전각을 이용하여 플랫폼(110)의 자세 정보를 산출한다. 플랫폼(110)의 자세 정보는 전체 좌표계 상에서 플랫폼(110)이 z축 기준으로 회전된 정도, x축 및 y축 기준으로 기울어진 정도를 의미한다. 프로세서(160)는 플랫폼(110)의 자세 정보를 이용하여 위치 센서(150)에서 측정되는 특정 지점의 위치로부터 전체 좌표계 상의 플랫폼(110)의 중심 위치(C)를 산출한다. 프로세서(160)는 전체 좌표계 상에서 플랫폼(110)의 위치로 지정된 위치에 플랫폼(110)의 중심 위치(C)가 일치하도록 플랫폼(110)의 위치를 보정하는 제어신호(CONT)를 산출하고, 산출된 제어신호(CONT)를 복수의 윈치부(120)에 전달한다. 제어신호(CONT)는 복수의 와이어 각각의 길이 및 장력 정보를 포함할 수 있다. 복수의 윈치부(120)는 제어신호(CONT)에 따라 각각의 와이어를 당기거나 풀어서 플랫폼(110)을 이동시키고 플랫폼(110)의 위치 및/또는 자세를 보정한다.
이제, 복수의 거리 센서(130a, 130b)를 이용하여 플랫폼(110)의 z축 회전각을 측정하는 방법 및 경사계(140)를 이용하여 플랫폼(110)의 x축 및 y축 회전각을 측정하는 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치에서 z축 회전각을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, x-y-z 좌표계는 플랫폼 좌표계를 나타낸다. 제1 거리 센서(130a)와 제2 거리 센서(130b)는 미리 정해진 소정 간격(a) 이격되어 x축에 평행하게 설치된다. 제1 거리 센서(130a)와 제2 거리 센서(130b)는 y축 방향으로 대상(선체면)(10)과의 거리를 측정한다. 제1 거리 센서(130a)와 제2 거리 센서(130b)는 측정된 거리 정보를 프로세서(160)에 전달하고, 프로세서(160)는 제1 거리 센서(130a)에서 측정된 거리와 제2 거리 센서(130b)에서 측정된 거리의 차이(b)를 산출한다. 프로세서(160)는 제1 거리 센서(130a)와 제2 거리 센서(130b)의 간격(a)을 알고 있으며, 제1 거리 센서(130a) 및 제2 거리 센서(130b)의 측정 거리 차이(a) 및 간격(a)을 이용하여 플랫폼(110)의 z축 기준의 회전각(α)을 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치에서 x축 및 y축 회전각을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, x-y-z 좌표계는 전체 좌표계를 나타내고, 플랫폼(110)의 z축 회전각은 0인 상태이다. 플랫폼 좌표계의 y축에 평행하게 설치되는 경사계는 전체 좌표계의 x-y 평면(수평면)에 대해 플랫폼 좌표계의 x축을 회전축으로 한 플랫폼(110)의 기울기(β)를 측정하고, 플랫폼 좌표계의 x축에 평행하게 설치되는 경사계는 수평면에 대해 플랫폼 좌표계의 y축을 회전축으로 한 플랫폼(110)의 기울기(γ)를 측정한다. x축을 회전축으로 하는 기울기(β)는 플랫폼(110)의 x축 회전각에 대응되고, y축을 회전축으로 하는 기울기(γ)는 플랫폼(110)의 y축 회전각에 대응된다. x축 회전각은 플랫폼 좌표계의 x축을 회전축으로 하여 z-y 좌표축이 회전된 각도를 의미한다. y축 회전각은 플랫폼 좌표계의 y축을 회전축으로 하여 z-x 좌표축이 회전된 각도를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 구동 장치의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 와이어 구동 장치에서 플랫폼(110)의 이동, 위치 및 자세 보정 과정을 수행하는 방법에 대하여 설명한다.
와이어 구동 장치는 목표 위치 및 자세로 플랫폼(110)을 이동시킨다(S110). 목표 위치 및 자세는 사용자에 의해 명령된 위치 및 자세를 의미하며, 플랫폼(110)을 이동시키기 위한 목표 좌표로 지시될 수 있다. 와이어 구동 장치는 목표 좌표로 플랫폼(110)을 이동시키기 위해 역기구학 문제의 해결을 통하여 각각의 와이어 길이를 산출하고, 각각의 와이어 길이가 산출된 와이어 길이가 될 수 있도록 복수의 윈치부(120)에 제어신호를 전달하여 와이어 길이를 조절한다.
복수의 윈치부(120)의 구동에 의해 와이어 길이의 조절이 완료된 후, 프로세서(160)는 각 와이어 길이(d_i1) 정보를 저장한다(S115). 이때, 저장되는 와이어 길이는 플랫폼(110)을 이동시키기 위한 역기구학 문제의 해결을 통하여 산출되는 와이어 길이일 수 있다. 역기구학 문제의 해결을 통하여 산출되는 와이어 길이(d_i1)를 제1 와이어 길이라 한다.
복수의 윈치부(120) 각각은 대응하는 와이어의 장력을 측정한다(S120). 복수의 윈치부(120)는 측정된 와이어의 장력 정보(T)를 프로세서(160)에 전달한다.
프로세서(160)는 각 와이어의 장력이 기준치 이상인지 확인한다(S125). 와이어의 처짐이나 과도한 장력에 의한 늘어짐 등으로 와이어의 길이 정보만으로는 플랫폼(110)의 정밀한 위치 및 자세의 제어가 어렵다. 특히, 넓은 작업 영역에서 구동되는 와이어 구동 장치의 경우에는 와이어의 처짐이나 늘어짐 등의 현상이 더욱 심각하게 작용하게 되어 작업의 정밀도가 낮아질 수 있다. 또한, 모든 와이어의 장력이 일정 수준 이상이어야 탑재된 작업 장치의 작업시 흔들림이 발생하지 않는다. 이를 위하여, 본 발명의 와이어 구동 장치는 각 와이어의 장력이 기준치 이상인지 확인한다.
각 와이어의 장력이 기준치 이상이 아닌 경우, 프로세서(160)는 해당 와이어의 장력이 기준치 이상이 되도록 윈치부(120)에 제어신호를 전달하고, 윈치부(120)는 제어신호에 따라 윈치장치(121)를 구동하여 와이어의 길이를 조절하고 장력을 증가시킨다(S130). 제어신호에는 해당 와이어의 길이 및 장력 정보가 포함될 수 있다.
각 와이어의 장력이 기준치 이상인 경우, 프로세서(160)는 각 와이어의 길이(d_i2) 정보를 저장한다(S140). 와이어의 장력을 기준치와 비교하여 조절된 와이어 길이(d_i2)를 제2 와이어 길이라 한다.
프로세서(160)는 제2 와이어 길이와 제1 와이어 길이의 오차(d_i2-d_i1)를 구하고, 이를 와이어 길이 오프셋으로 저장한다(S145).
와이어 구동 장치는 플랫폼(110)의 위치 및 자세를 측정한다(S150). 복수의 거리 센서(130a, 130b)는 대상과의 거리를 측정하고 거리 정보(D1, D2)를 프로세서(160)에 전달하고, 프로세서(160)는 거리 정보(D1, D2)를 이용하여 z축 기준의 회전각을 산출한다. 경사계(140)는 플랫폼(110)의 x축 기준의 기울기 및 y축 기준의 기울기를 측정하여 프로세서(160)에 전달하고, 프로세서(160)는 플랫폼(110)의 x축 기준의 회전각 및 y축 기준의 회전각(S1, S2)을 산출한다. 위치 센서(150)는 전체 좌표계 상에서 플랫폼(110)의 특정 지점의 위치를 측정하여 프로세서(160)에 전달한다.
프로세서(160)는 플랫폼(110)의 x축 및 y축 기준의 회전각(S1, S2), z축 기준의 회전각을 이용하여 플랫폼(110)의 자세 정보를 산출한다. 플랫폼(110)의 자세 정보는 전체 좌표계 상에서 플랫폼(110)의 x축 기준 회전각, y축 기준 회전각 및 z축 기준 회전각을 포함한다. 프로세서(160)는 플랫폼(110)의 자세 정보를 이용하여 플랫폼(110)의 특정 지점의 위치로부터 전체 좌표계 상의 플랫폼(110)의 중심 위치(C)를 산출한다.
전체 좌표계 상의 플랫폼(110)의 중심 위치(C)는 잘 알려진 오일러 각을 이용하여 산출될 수 있다. 수학식 1은 오일러 각을 이용하여 플랫폼 좌표계의 좌표를 전체 좌표계의 좌표로 산출하는 방법을 나타낸다.
Figure pat00001
여기서, (1) Ψ는 z축을 회전축으로 하여 회전된 x-y 좌표축의 각도, (2) Θ는 (1)에서 회전된 x축을 회전축으로 하여 회전된 z-y 좌표축의 각도, (3) Φ는 (2)에서 회전된 z축을 회전축으로 하여 회전된 z-y 좌표축의 각도를 의미한다.
앞서 프로세서(160)에서 산출된 z축 기준 회전각(α)은 Ψ에 대응되고, x축 기준 회전각(β)은 Θ에 대응되며, y축 기준 회전각(γ)은 Φ에 대응된다. 플랫폼 좌표계 상에서 플랫폼(110)의 중심 위치(C)가 (x, y, z)일 때, 수학식 1의 오일러 각의 3x3 변환 행렬을 이용하여 전체 좌표계 상에서 플랫폼(110)의 중심 위치 (x', y', z')를 산출할 수 있다.
이와 같이, 와이어 구동 장치는 플랫폼(110)의 자세 정보를 구하고, 자세 정보로부터 변환 행렬을 도출할 수 있으며, 플랫폼(110)이 기울어진 상태에서도 플랫폼(110)의 중심 위치(C)를 구할 수 있다.
프로세서(160)는 목표 위치 및 자세와, 측정된 위치 및 자세 간의 오차를 산출한다(S155).
프로세서(160)는 플랫폼(110)의 중심위치(C)가 일치하도록 목표 위치 및 자세에 산출한 오차를 반영하여 새로운 목표 위치 및 자세 정보를 산출한다(S160).
프로세서(160)는 새로운 목표 위치 및 자세로 플랫폼(110)을 이동시키기 위한 역기구학 문제를 해결하여 복수의 와이어 각각의 제3 와이어 길이를 산출한다(S165).
프로세서(160)는 산출된 제3 와이어 길이에 와이어 길이 오프셋(d_i2 - d_i1)을 반영한다(S170). 즉, 프로세서(160)는 산출된 제3 와이어 길이에 와이어 길이 오프셋이 더하여 플랫폼(110)을 새로운 목표 위치 및 자세로 이동시키기 위한 제4 와이어 길이를 산출한다.
프로세서(160)는 플랫폼(110)을 새로운 목표 위치 및 자세로 이동시키기 위해 결정된 제4 와이어 길이 정보를 포함하는 제어신호를 윈치부(120)에 전달하고, 윈치부(120)는 제어신호에 따라 윈치장치(121)를 구동하여 와이어 길이를 조절한다(S175).
와이어 구동 장치는 플랫폼(110)의 위치 및 자세를 보정한 후, 플랫폼(110)의 위치 및 자세를 재측정한다(S180).
와이어 구동 장치는 재측정된 플랫폼(110)의 위치 및 자세가 목표 위치 및 자세에 일치하는지 확인한다(S190). 재측정된 플랫폼(110)의 위치 및 자세가 목표 위치 및 자세에 일치하면, 와이어 구동 장치는 플랫폼(110)의 이동, 위치 및 자세 보정 과정을 종료한다. 재측정된 플랫폼(110)의 위치 및 자세가 설정된 위치 및 자세에 일치하지 않으면, 와이어 구동 장치는 와이어 장력을 측정하는 과정(S120)부터 플랫폼(110)의 이동, 위치 및 자세 보정 과정을 다시 수행한다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110 : 플랫폼
120 : 윈치부
130 : 거리 센서
140 : 경사계
150 : 위치 센서
160 : 프로세서

Claims (11)

  1. 작업 장치가 탑재되는 플랫폼;
    상기 플랫폼에 연결되는 복수의 와이어 각각에 연결되어 상기 플랫폼을 이동시키는 복수의 윈치부;
    상기 플랫폼과 대상 간의 거리를 측정하는 복수의 거리 센서;
    상기 플랫폼의 기울기를 측정하는 경사계;
    상기 플랫폼의 위치를 측정하는 위치 센서; 및
    상기 복수의 거리 센서, 상기 경사계 및 상기 위치 센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 플랫폼의 위치를 보정하는 제어신호를 산출하는 프로세서를 포함하는 와이어 구동 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 윈치부 각각은,
    각각의 와이어를 당기거나 푸는 윈치 장치; 및
    상기 각각의 와이어의 장력을 측정하는 텐션 미터를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 복수의 와이어 각각의 길이 및 장력 정보를 포함하는 상기 제어신호를 상기 복수의 윈치부에 전달하고, 상기 복수의 윈치부 각각은 상기 제어신호에 따라 각각의 와이어를 당기거나 푸는 것을 특징으로 하는 와이어 구동 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 복수의 거리 센서에서 측정된 값으로부터 상기 플랫폼의 z축 기준의 회전각을 산출하는 와이어 구동 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 경사계는,
    상기 플랫폼의 x축 기준의 기울기를 측정하는 제1 경사계; 및
    상기 플랫폼의 y축 기준의 기울기를 측정하는 제2 경사계를 포함하는 와이어 구동 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 상기 플랫폼의 특정 지점에 설치되어 상기 작업 장치의 작업 영역의 전체 좌표계 상에서 상기 특정 지점의 위치를 측정하는 와이어 구동 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 경사계에서 측정되는 상기 플랫폼의 x축 기준의 기울기 및 y축 기준의 기울기와, 상기 z축 기준의 회전각을 이용하여 상기 플랫폼의 자세 정보를 산출하고, 상기 플랫폼의 자세 정보를 이용하여 상기 특정 지점으로부터 상기 전체 좌표계 상의 상기 플랫폼의 중심 위치를 산출하는 와이어 구동 장치.
  7. 작업 장치가 탑재되는 플랫폼에 연결되는 복수의 와이어의 길이를 조절하여 상기 플랫폼을 이동시키는 와이어 구동 장치를 구동하는 방법에 있어서,
    상기 플랫폼을 목표 위치 및 자세로 이동시키고, 복수의 와이어의 제1 길이를 저장하는 단계;
    상기 복수의 와이어의 장력을 측정하여 기준치와 비교하는 단계;
    상기 복수의 와이어의 장력이 상기 기준치 이상일 때, 상기 복수의 와이어의 제2 길이를 저장하는 단계;
    상기 복수의 와이어의 제2 길이와 상기 제1 길이의 오차인 와이어 길이 오프셋을 산출하는 단계;
    상기 플랫폼의 위치 및 자세를 측정하는 단계;
    상기 목표 위치 및 자세와 상기 측정된 위치 및 자세 간의 오차를 산출하는 단계;
    상기 산출된 오차를 반영하여 새로운 목표 위치 및 자세를 산출하는 단계;
    상기 플랫폼을 상기 새로운 목표 위치 및 자세로 이동시키기 위한 상기 복수의 와이어의 제3 길이를 산출하는 단계;
    상기 복수의 와이어의 제3 길이에 상기 와이어 길이 오프셋을 반영하여 상기 복수의 와이어의 제4 길이를 산출하는 단계; 및
    상기 제4 길이에 따라 상기 복수의 와이어의 길이를 조절하는 단계를 포함하는 와이어 구동 장치의 구동 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제4 길이에 따라 상기 복수의 와이어 길이를 조절한 후, 상기 플랫폼의 위치 및 자세를 재측정하여 상기 목표 위치 및 자세에 일치하는지 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 재측정된 위치 및 자세가 상기 목표 위치 및 자세에 일치하지 않으면 상기 복수의 와이어의 장력을 측정하여 기준치와 비교하는 단계부터 재수행하는 와이어 구동 장치의 구동 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 와이어의 장력이 상기 기준치 이하인 경우, 상기 복수의 와이어의 장력을 증가시키는 단계를 더 포함하는 와이어 구동 장치의 구동 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 플랫폼의 위치 및 자세를 측정하는 단계는 상기 플랫폼의 x축 기준의 기울기, y축 기준의 기울기 및 z축 기준의 회전각을 측정하는 단계를 포함하는 와이어 구동 장치의 구동 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 z축 기준의 회전각은 상기 플랫폼에 구비되는 복수의 거리 센서로부터 측정되는 대상과의 거리로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 와이어 구동 장치의 구동 방법.
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