KR20130025690A

KR20130025690A - 풍력 발전기의 유지보수 로봇

Info

Publication number: KR20130025690A
Application number: KR1020110089151A
Authority: KR
Inventors: 김홍겸; 이병규; 이종환; 조영석; 하영열; 하인철; 한동기
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-03-12
Also published as: KR101291120B1

Abstract

풍력 발전 타워의 유지보수 로봇이 개시된다. 본 실시 예에 따른 유지보수 로봇은 타워의 외곽 둘레를 감싸는 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있도록 각각 일단이 회전축을 통해 연결되며 타단이 결속장치에 의해 서로 결속되는 제1몸체와 제2몸체를 구비한 로봇몸체와, 타워에 대해 로봇몸체를 지지 및 승강 이동시킬 수 있도록 로봇몸체에 장착되어 수평방향으로 진퇴 가능하며 타워 외면과 접촉되는 단부에 주행부를 갖는 복수의 엑츄에이터와, 로봇몸체에 배치되는 주행레일을 따라 이동 가능하게 마련되는 작업유닛을 포함한다.

Description

풍력 발전기의 유지보수 로봇{MAINTENANCE ROBOT FOR WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력 발전기의 크랙 검사, 용접, 도장 및 청소 등을 수행하는 유지보수 로봇에 관한 것이다.

풍력 발전기는 풍력 에너지를 사용하여 전기를 발생하는 장치이다. 이러한 풍력 발전기는 타워(tower)와, 타워에 설치되는 나셀(nacelle)과, 나셀에 연결되는 블레이드(blade)를 구비한 로터(rotor)를 포함한다. 이러한 풍력 발전기는 바람에 의해 블레이드 및 로터가 나셀에 대해 회전되어 기계 에너지를 생성하고, 이러한 기계 에너지는 발전기(generator)에 의해 사용 가능한 전기 에너지로 변환된다.

타워는 여러 개의 타워 세그먼트가 조립 또는 결합되어 형성되는데, 각각의 타워 세그먼트에는 원주 형태의 플랜지(flange)가 마련되어, 인접하는 타워 세그먼트의 플랜지와 볼트 체결되어 상호 결합됨으로써 타워가 완성된다. 각 타워 세그먼트의 결합으로 이루어진 타워는 나셀을 지지할 수 있게 된다.

타워는 바람에 의한 저항력을 줄이기 위해 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형태로 이루어질 수 있다.

이러한 타워는 외풍, 진동 등 다양한 내부 또는 외부 환경에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 정기적, 비정기적인 유지 보수가 요구된다.

근래에는 타워의 유지 보수를 위한 방법으로 타워 내부를 승강 가능하도록 플랫폼을 구비하여 작업자가 플랫폼에서 수동으로 작업을 하거나, 작업자가 직접 접근하지 않고서도 타워의 유지 보수를 수행할 수 있도록 하는 장치가 제안되고 있다.

한국 공개특허공보 2011-0014117호는 타워 부재용 정비 시스템이 제안되고 있다. 이러한 타워 부재용 정비 시스템은 타워 부재를 따라 등반 시스템을 이동시키는 등반 모듈과, 등반 모듈과 타워 부재 사이의 마찰 접촉을 보장하기 위하여 타워 부재를 포위하고 등반 모듈에 압력을 가하는 커넥터 부재가 구비된다.

그러나 이 장치는 지면에 고정된 타워 외벽에 타워 부재용 정비 시스템을 장착하는 경우 등반 모듈을 포위하는 커넥터 부재를 사용함에 따라 세팅 작업이 용이하지 않게 된다. 또한, 경사진 타워 외벽을 등반 모듈이 주행하는 경우에는 등반 모듈이 탄성을 갖는 커넥터 부재에 의해 가압됨에 따라 등반 모듈의 주행 안정성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 풍력 발전 타워 외벽에 용이하게 장착되며 안정적으로 주행하면서 타워의 다양한 유지 보수 작업을 자동적으로 수행하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 풍력 발전기의 유지보수 로봇은 타워(tower)의 외벽을 따라 승강 이동하여 작업을 수행하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇에 있어서, 상기 타워의 외곽 둘레를 감쌀 수 있도록 회전축을 통해 상호 회전 가능하게 연결되는 제1몸체와 제2몸체를 구비한 로봇몸체와, 상기 타워에 대해 상기 로봇몸체를 지지 및 승강 이동시킬 수 있도록 상기 로봇몸체에 장착되는 복수의 엑츄에이터와, 상기 로봇몸체에 배치되는 주행레일을 따라 이동 가능하게 마련되는 작업유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 작업유닛은 상기 주행레일에서 분리 가능하게 마련될 수 있다.

또한, 상기 복수의 엑츄에이터는 각각 수평방향으로 진퇴 이동 가능하게 마련되는 샤프트를 갖는 실린더와, 상기 샤프트의 단부에 마련되어 상기 타워 외면과 접촉하여 이동하는 주행부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 주행부는 무한궤도 바퀴(caterpillar wheel)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 주행부는 공기압에 의해 상기 타워 외벽에 흡착되는 흡착패드를 갖는 무한궤도 바퀴를 포함할 수 있다.

또한, 상기 주행부는 자력에 의해 상기 타워 외벽에 흡착되는 전자석을 갖는 무한궤도 바퀴를 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇몸체는 상기 제1몸체와 상기 제2몸체를 결속시키는 결속장치를 포함하고, 상기 제1몸체와 상기 제2몸체는 상기 회전축을 중심으로 회전되어 열리거나 결속될 수 있다.

또한, 상기 유지보수 로봇은 상기 복수의 엑츄에이터의 가압력을 감지하기 위한 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 주행부는 상기 샤프트의 단부에 힌지 결합될 수 있다.

또한, 상기 작업유닛은 상기 주행레일을 따라 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 장착되어 상기 타워 외벽의 결함 여부를 감지하기 위한 감지부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 감지부는 상기 이동유닛에 설치되는 하나 이상의 암에 장착되는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 감지부는 카메라모듈, 초음파 센서 및 적외선 센서 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 작업유닛은 상기 주행레일을 따라 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 설치되어 상기 타워 외벽을 청소하는 회전 브러시를 구비한 클리닝 장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 클리닝 장치는 상기 이동유닛에 설치되는 하나 이상의 암에 장착되는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 작업유닛은 상기 주행레일을 따라 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 설치되어 상기 타워 외벽에 도료를 분사하는 노즐을 갖는 도장장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 도장장치는 상기 이동유닛에 설치되는 하나 이상의 암에 장착되는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 작업유닛은 상기 주행레일을 따라 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 설치되어 상기 타워 외벽의 용접을 위한 토치를 갖는 자동용접장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 자동용접장치는 상기 이동유닛에 설치되는 하나 이상의 암에 장착되는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 주행레일은 서로 이격 배치되는 원형의 링 기어 및 가이드 레일을 포함하고, 상기 작업유닛은 상기 링 기어와 맞물리는 구동기어와 상기 가이드 레일에 결합되는 이동블럭을 포함할 수 있다.

또한, 상기 로봇몸체는 상기 복수의 엑츄에이터를 작동시키는 유체를 공급하기 위한 모터 및 밸브가 장착될 수 있다.

또한, 상기 제1몸체 및 상기 제2몸체를 개폐하기 위한 개폐장치를 더 포함하고, 상기 개폐장치는 신축 가능한 샤프트를 갖는 실린더를 포함할 수 있다.

또한, 상기 주행부는 상기 샤프트가 힌지 결합되는 플레이트와, 상기 플레이트의 양측에 배치되는 무한궤도 바퀴를 포함하고, 상기 무한궤도 바퀴는 모터에 의해 구동되는 구동휠과, 상기 구동휠을 감싸는 무한궤도를 포함할 수 있다.

또한, 상기 도장장치는 도료가 충진되는 탱크와 상기 노즐에 에어를 공급하는 에어공급장치를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 의한 풍력 발전기의 유지보수 로봇은 타워 외벽의 유지 보수를 위한 풍력 발전기의 유지보수 로봇에 있어서, 상기 유지보수 로봇은 상기 타워의 외벽 둘레를 감쌀 수 있도록 내부에 중공부가 형성된 로봇몸체와, 상기 로봇몸체가 상기 타워의 외벽에 지지되도록 상기 로봇몸체에 장착되어 상기 중공부 쪽을 향해 진퇴 이동하는 샤프트와, 상기 샤프트에 마련되어 상기 로봇몸체가 상기 타워의 외벽을 따라 승강하도록 구동되는 주행부와, 상기 로봇몸체에 배치되는 주행레일을 따라 이동 가능하게 마련되며 상기 주행레일에 분리 가능하게 장착되는 작업유닛과, 상기 유지보수 로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 유지보수 로봇은 상기 주행부에 의해 상기 타워 외벽에 가압되는 압력을 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 센서에 의해 감지된 압력을 기초로 상기 샤프트를 진퇴 구동하여 상기 로봇몸체가 상기 타워의 외벽에 지지될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기의 유지보수 로봇은 집게 형태의 클램핑 구조를 가짐에 따라 타워 외벽에의 설치작업이 용이할 뿐만 아니라 유지보수 로봇이 타워 외벽을 따라 이동하는 경우 타워 직경의 변화에도 불구하고 타워의 외벽에 견고하게 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기의 유지보수 로봇은 하나의 장치로 타워의 다양한 유지 보수 작업을 실시할 수 있다.

도 1은 본 실시 예의 풍력 발전기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 실시 예의 풍력 발전기 타워의 유지 보수를 위한 유지보수 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 실시 예의 유지보수 로봇의 로봇몸체의 동작 상태도이다.
도 4는 본 실시 예의 유지보수 로봇의 엑츄에이터의 동작 상태도이다.
도 5는 본 실시 예의 주행부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7은 다양한 실시 예의 주행부를 나타낸 것이다.
도 8은 본 실시 예의 작업유닛을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 실시 예의 도장장치를 갖는 작업유닛을 나타낸 것이다.
도 10은 본 실시 예의 용접자동로봇을 갖는 작업유닛을 나타낸 것이다.
도 11은 본 실시 예의 결함감지장치를 갖는 작업유닛을 나타낸 것이다.
도 12는 본 실시 예의 다수개의 작업유닛이 주행레일에 장착된 상태를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 실시 예의 풍력 발전기를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 풍력 발전기(10)는 타워(11), 타워(11)의 윗부분에 장착되는 나셀(nacelle,13), 나셀(13)에 회전 가능하게 결합되는 허브(15)와, 허브(15)에 결합되는 복수의 블레이드(17)를 포함하고, 타워(11)의 외벽에는 타워(11)의 외벽을 타고 승강하면서 타워(11)의 유지보수를 수행하는 유지보수 로봇(20)이 설치된다.

복수의 블레이드(17)는 허브(15)에 방사형으로 설치되고, 바람에 의해 회전함으로써 허브(15)를 회전시키고, 허브(15)는 나셀(13) 내부에 설치된 발전기(generator,미도시)를 회전시켜 전기를 발생시킨다.

타워(11)는 여러 개의 타워 세그먼트가 조립 또는 결합되어 형성되는데, 각 타워 세그먼트는 인접하는 타워 세그먼트와 상호 볼트 체결되어 결합됨으로써 완성될 수 있다.

타워(11)는 높이가 대략 수십에서 백여미터에 이를 수 있고, 그 외경은 상부로 갈수록 좁아지는 테이퍼 형태를 이룬다.

이러한 타워(11)는 그 외관에 영향을 주는 다양한 기후조건에 노출된 상태에 있게 되므로 정기적으로 유지 보수를 할 필요가 있게 된다.

유지보수 로봇(20)은 타워(11) 외벽을 타고 승강하면서 타워(11)의 유지보수를 위한 다양한 작업을 수행한다. '다양한 작업'은 용접, 크랙 검사, 도장 및 청소 등 타워의 신뢰성을 유지시키기 위한 모든 작업을 포함할 수 있다.

도 2는 본 실시 예에 따른 풍력 발전기 타워의 유지 보수를 위한 유지보수 로봇을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 실시 예에 따른 유지보수 로봇의 로봇몸체의 동작 상태도이고, 도 4는 본 실시 예에 따른 유지보수 로봇의 엑츄에이터의 동작 상태도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 유지보수 로봇(20)은 타워(11)의 외곽 둘레를 감싸는 형태의 로봇몸체(30)와, 타워(11)에 대해 로봇몸체(30)를 지지 및 이동시키기 위한 복수의 엑츄에이터(50)와, 로봇몸체(30)에 분리 가능하게 마련되어 타워(11)에 대하여 유지 보수를 수행하는 작업유닛(90)을 포함한다.

로봇몸체(30)는 제1몸체(31)와 제2몸체(32)로 구분되고, 제1몸체(31)와 제2몸체(32)는 회전축(33)에 의해 상호 회전 가능하게 연결되어 인접하는 자유단부(31a,32a)가 접촉 또는 접촉 해제될 수 있다. 또한, 로봇몸체(30)는 타워(11)의 하부쪽 직경보다 상대적으로 큰 직경을 가지도록 마련될 수 있다.

이러한 제1몸체(31)와 제2몸체(32)는 인접하는 자유단부(31a,32a)가 접촉된 경우에는 내측에 타워(11)를 수용할 수 있는 중공부(34)를 갖는 형태를 이루게 된다.

로봇몸체(30)가 타워(11)의 외곽 둘레를 감쌀 수 있게 하기 위해 먼저 제1몸체(31)와 제2몸체(32)를 도 3에 도시된 바와 같이 회전축(33)을 중심으로 각 자유단부(31a,32a)가 서로 멀어지는 방향으로 회전시켜 중공부(34)를 개방시킨다.

다음으로, 개방된 입구를 통해 타워(11)를 수용한 후 각 자유단부(31a,32a)가 서로 가까워지는 방향으로 회전시켜 각 자유단부(31a,32a)를 상호 결합시킴으로써 로봇몸체(30)가 타워(11)의 외곽 둘레를 감쌀 수 있게 한다.

이와 같이 로봇몸체(30)가 타워(11)의 외곽 둘레를 감싸는 경우에는 로봇몸체(30)와 타워(11)의 외벽은 이격되어 서로 접촉되지 않게 된다.

제1몸체(31)와 제2몸체(32)가 회전 가능하게 연결되는 회전축(33) 근방의 로봇몸체(30)에는 폐루프 형태의 로봇몸체(30)를 개폐하기 위한 개폐장치(40)가 구비될 수 있다.

개폐장치(40)는 진퇴 가능한 샤프트(41)를 갖는 유압식 또는 공압식 실린더(43)를 구비할 수 있다. 실린더(43)는 로봇몸체(30)에 마련되는 실린더 지지부(45)에 회전 가능하게 지지되고, 실린더(43)에서 진퇴하는 샤프트(41)는 대응하는 로봇몸체(30)에 그 단부가 회전 가능하게 지지될 수 있다. 개폐장치(40)의 실린더(43)로의 유체(공압 또는 유압) 공급은 후술하는 모터(55) 및 밸브(54)에 연결되는 유체공급라인(59)을 통해 전달될 수 있다. 개폐장치(40)의 샤프트(41)가 진퇴 이동함에 따라 제1몸체(31)와 제2몸체(32)는 회전축(33)을 중심으로 회전되어 각 자유단부(31a,32a)가 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동될 수 있게 된다.

이러한 구성을 통하여, 유지보수 로봇(20)은 운반체를 통해 유지보수가 필요한 타워(11)로 운반된 후 크레인을 통하여 타워(11)에 장착될 수 있다.

이 경우, 로봇몸체(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1,2몸체(31,32)의 자유단부(31a,32a)가 서로 이격되어 생성되는 입구를 통해 타워(11)를 중공부(34)에 수용할 수 있다.

이후, 개폐장치(40)를 동작시키게 되면, 제1,2몸체(31,32)는 회전축(33)을 중심으로 회전되어 제1,2몸체(31,32)의 자유단부(31a,32a)는 도 4에 도시된 바와 같이 개방된 입구를 폐쇄하여 로봇몸체(30)가 타워(11)의 외곽 둘레를 감싸게 된다. 제1몸체(31)와 제2몸체(32)의 각 자유단부(31a,32a)에는 로봇몸체(30)가 닫힌 상태를 유지하도록 서로 결속시키는 결속장치(45)가 구비될 수 있다.

결속장치(45)는 로봇몸체(30)가 닫혀 폐루프 형태를 이룰 때 간격이 벌어지지 않도록 각 자유단부(31a,32a)를 서로 견고히 고정시키기 위한 것으로서 후크 타입으로 이루어지거나 핀 타입으로 이루어질 수 있다. 이외에도 결합시 견고한 고정이 이루어질 수 있는 다양한 방식이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 결속장치(45)는 작업자의 수동작업에 의해 결속되거나 별도의 엑츄에이터를 사용하여 자동 결속되거나 결속 해제될 수 있을 것이다.

한편, 본 실시 예의 로봇몸체(30)는 다각형 형태의 제1,2몸체(31,32)를 갖도록 구성하였으나 이에 한정되지 않으며 로봇몸체(30)는 반원형의 제1,2몸체를 구비하여 원형의 중공부를 형성할 수도 있을 것이다. 즉, 로봇몸체(30)가 타워(11)의 외면을 감쌀 수 있는 구조라면 그 형상은 제한되지 않는다.

엑츄에이터(50)는 로봇몸체(30)의 둘레를 따라 이격 배치되어 복수개 구비되고, 로봇몸체(30) 내측의 중공부(34)를 향해 신축 가능하게 구비될 수 있다.

이러한 엑츄에이터(50)는 로봇몸체(30)에 장착되어 중공부(34) 쪽을 향해 진퇴 이동하는 샤프트(51)를 갖는 실린더(53)를 구비하고, 샤프트(51)의 단부에는 타워(11) 외벽에 가압되어 지지되는 주행부(60)가 구비될 수 있다.

실린더(53)는 공압식 또는 유압식 실린더로 구비되어 샤프트(51)를 진퇴 이동시킴으로써 주행부(60)와 타워(11) 외벽 사이에 일정 장력을 제공하는 기능을 수행한다.

로봇몸체(30)에는 실린더(53)를 제어하기 위한 모터(55) 및 밸브(54)와 이들을 제어하기 위한 제어부(70)가 구비될 수 있다.

제어부(70)의 제어신호에 따라 모터(55)는 밸브(54)를 개폐시키고, 밸브(54)와 실린더(53)를 연결하는 유체공급라인(59)을 통해 유체가 실린더(53)에 공급되어 샤프트(51)를 진퇴 이동시킨다. 모터(55)는 공급되는 유체에 따라 공압모터 또는 유압모터로 구성될 수 있다. 이 때, 유체공급라인(59)은 분기되어 개폐장치(40)의 실린더(43)와 연결될 수 있다. 따라서 로봇몸체(30)를 회전시키는 데 필요한 동력을 제공할 수 있다.

제어부(70)는 유지보수 로봇(20)의 전반적인 작동을 제어하거나 다양한 제어동작을 수행하도록 다수의 컴퓨터 명령을 수행하는 CPU(Central Processing Unit)를 구비한 마이크로프로세서(microprocessor), 마이크로컨트롤러(microcontroller) 등으로 이루어질 수 있으며 RAM(Random Access Memory), ROM(Read-Only-Memory), 플래쉬 메모리(Flash Memory)등과 같은 메모리 장치를 포함할 수 있다.

또한, 제어부(70)는 유선 케이블을 통해 외부장치(리모컨 등)와 연결되어 제어되거나 외부장치와 무선 주파수 신호를 통해 원격 제어될 수 있다.

샤프트(51)가 타워(11) 외벽 방향으로 신장됨에 따라 그 단부에 장착되는 주행부(60)는 타워(11)의 외벽에 가압되어 밀착되고, 그 가압력에 의해 로봇몸체(30)는 타워(11)의 외벽에 지지되게 된다.

또한, 엑츄에이터(50)는 샤프트(51)가 신장될 때 타워(11) 외벽에 가압되는 가압력을 감지하기 위한 센서(57)를 구비할 수 있다.

센서(57)는 샤프트(51)가 타워(11) 외벽을 가압할 때 실린더(53) 내부에 가해지는 유체의 압력을 감지하는 센서이거나, 주행부(60)에 의해 타워(11) 외벽에 가압되는 압력을 감지하는 센서로 구성될 수 있다.

센서(57)에 의해 감지된 신호는 제어부(70)로 전송되고, 제어부(70)는 감지된 신호를 기초로 엑츄에이터(50)의 동작을 제어하게 된다.

한편, 본 실시 예의 엑츄에이터(50)는 샤프트(51)를 갖는 실린더(53)로 구성하였으나, 수평방향 전후로 진퇴 이동 가능한 구조라면 어느 것이라도 적용될 수 있을 것이다. 일 예로, 엑츄에이터는 구동모터와, 구동모터에 의해 전후 방향으로 직선 운동하는 구동부재(랙기어 등)로 구성되거나, 구동모터에 의해 회전되어 직선 이동하는 볼스크류 엑츄에이터로 구성될 수 있음을 밝힌다.

주행부(60)는 타워(11)의 외벽을 따라 이동시 미끄럼 이동을 최소화 하도록 샤프트(51)의 단부에 힌지 결합되는 무한궤도 바퀴(61)를 포함할 수 있다.

도 5는 본 실시 예의 주행부(60)를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 5를 참조하면, 무한궤도 바퀴(61)는 모터(62)에 의해 구동되는 구동휠(63)과, 구동휠(63)의 회전에 따라 이동하여 순차적으로 타워(11)의 외벽에 접하는 무한궤도(64)를 포함한다. 이러한 주행부(60)는 샤프트(51)의 단부에 힌지 결합되는 플레이트(65)와, 플레이트(65)의 양측에 배치되는 한 쌍의 무한궤도 바퀴(61)로 구성될 수 있다.

무한궤도(64)는 벨트, 타이밍 벨트, 체인 등 다양한 동력전달부재가 이용될 수 있다. 이러한 무한궤도 바퀴(61)는 타워(11) 외벽과의 접촉면적을 증가시킬 수 있으므로 로봇몸체(30)가 타워(11) 외벽에서 슬립되는 현상을 줄일 수 있어 주행 안정성이 향상될 수 있다.

또한, 무한궤도 바퀴(61)는 샤프트(51)의 단부에 회전 가능하게 힌지 결합되므로 경사진 타워(11) 외벽을 따라 이동하는 경우에도 무한궤도 바퀴(61)는 타워(11) 외벽의 경사진 각도에 대응하여 회전됨으로써 미끄럼 주행을 최소화 할 수 있게 된다

한편, 무한궤도 바퀴(61)에는 로봇몸체(30)의 안정적 지지를 위한 부가적인 수단(흡착패드, 전자석 등)이 더 구비될 수 있다.

도 6 및 도 7은 다양한 실시 예의 주행부를 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 무한궤도 바퀴(61)는 타워(11)를 승강하는 로봇몸체(30)의 이동 안정성을 증가시킬 수 있도록 타워(11) 외벽에 압박되는 흡착패드(66)를 구비할 수 있다.

흡착패드(66)는 컵 형태로 구비되어 무한궤도(64) 둘레를 따라 이격 배치되어 무한궤도(64)의 회전에 따라 순차적으로 타워(11) 외벽에 접촉하여 흡착되게 된다. 이러한 흡착패드(66)는 흡착패드(66)의 공기압을 조절하기 위한 공기압 밸브(67) 및 공기펌프(미도시)와 연결되고, 공기압 밸브(67)의 개폐에 따라 흡착패드(66)의 접촉부분을 대기압 이하의 압력으로 떨어뜨림으로써 흡착패드(66)가 타워(11)의 외벽에 부착되도록 한다.

즉, 무한궤도(64)의 회전에 따라 무한궤도(64)에 구비된 흡착패드(66)는 순차적으로 타워(11)의 외벽과 접촉하게 되고, 타워(11) 외벽과 순차적으로 접촉하는 흡착패드(66)는 공기펌프(미도시)에 의해 대기압 이하의 압력으로 떨어뜨려 흡착패드(66)가 타워(11) 벽면에 부착되도록 한다. 이와 반대로, 타워(11) 외벽과 순차적으로 접촉해제되는 흡착패드(66)는 공기펌프(미도시)에 의해 대기압을 초과하는 압력으로 상승시켜 흡착패드(66)가 타워(11) 벽면으로부터 흡착 해제될 수 있도록 한다. 이러한 흡착패드(66)의 동작(흡착 또는 흡착 해제)은 공기압 밸브(67)의 개폐에 따라 제어될 수 있다.

도 7을 참조하면, 주행부(60)는 자력에 의해 타워(11) 외벽에 흡착되는 전자석(68)을 갖는 무한궤도 바퀴(61)를 구비할 수 있다.

이러한 주행부(60)는 프레임(65)에 전자석(68)을 구비하고, 전자석(68)은 전원의 인가에 의해 프레임(65)과 마주하는 타워(11)와의 사이에 인력을 발생시킨다.

즉, 전자석(68)의 자력에 의해 강 구조물인 타워(11)와 인력이 작용함에 따라 무한궤도 바퀴(61)는 타워(11)의 외벽과 밀착되게 되어 주행부(60)의 이동 안정성은 향상되게 된다. 이 때, 전자석(68)과 타워(11) 간 작용하는 인력은 무한궤도 바퀴(61)의 이동력보다는 작게 작용하여 무한궤도 바퀴(61)가 타워(11)에 밀착된 상태로 주행할 수 있다.

이와 같이, 흡착패드(66) 및 전자석(68)은 주행부(60)의 안정적 이동을 위하여 주행부(60)의 보조 이동 수단으로서 작용될 수 있으나, 로봇몸체(30)를 지지하기 위한 수단으로서 작용할 수도 있다. 즉, 주행부(60)를 통해 타워(11) 외벽의 유지 보수를 위한 위치까지 이동된 후 흡착패드(66) 및/또는 전자석(68)의 작용에 의하여 로봇몸체(30)는 타워(11) 외벽에 지지될 수 있어 안정성이 향상되게 된다.

이 경우 엑츄에이터(50)의 오작동이 발생하더라도 흡착패드(66) 및/또는 전자석(68)의 작용에 의하여 로봇몸체(30)는 타워(11) 외벽에 안전하게 지지될 수 있다.

다시 도 2 및 도 8을 참조하면, 로봇몸체(30)에는 작업유닛(90)이 분리 가능하게 결합되는 주행레일(80)이 마련될 수 있다.

주행레일(80)은 로봇몸체(30)의 상단 둘레를 따라 배치되는 원형의 링 기어(81) 및 가이드레일(83)을 구비하고, 링 기어(81) 및 가이드레일(83)은 로봇몸체(30)의 제1몸체(31)와 제2몸체(32) 부분으로 나뉘어져 구성될 수 있다.

링 기어(81) 및 가이드 레일(83)은 후술하는 작업유닛(90)의 이동을 안내하기 위한 것으로, 본 실시 예에서는 링 기어(81) 및 가이드 레일(83)이 별도로 구비되도록 하였으나, 주행레일(80)은 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 주행레일(80)은 링 기어 및 가이드 레일이 일체로 형성되거나, 링 기어(81) 또는 가이드 레일(83)만으로 이루어질 수 있다.

주행레일(80)에는 작업유닛(90)이 장착될 수 있다. 작업유닛(90)은 주행레일(80)을 따라 이동하는 이동유닛(93)과, 이동유닛(93)에 장착되어 타워(11)의 유지보수를 위한 다양한 작업(크랙 검사, 용접, 도장, 청소 등)을 수행하는 수단들이 구비될 수 있다.

이동유닛(93)은 가이드 레일(83)을 따라 이동 가능하게 결합되는 이동블럭(95)을 구비할 수 있다. 이동블럭(95) 내에는 이동블럭(95)을 구동하기 위한 구동모터(92)가 구비되고, 구동모터(92)의 축에는 가이드 레일(83) 전방에 위치하는 링 기어(81)의 기어부와 맞물리는 구동기어(91)가 마련될 수 있다.

구동모터(92)의 회전에 따라 구동기어(91)는 링 기어(81)의 기어부와 맞물리면서 회전되고, 이에 따라 이동유닛(93)은 가이드 레일(83)을 따라 슬라이딩 이동하게 된다.

이하에서는 이동유닛(93)에 설치되어 다양한 작업(크랙 검사, 용접, 도장, 청소 등)을 수행하는 수단(100,110,120,130)들에 대하여 예를 들어 설명한다. 이하에서는 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 도8에 도시된 바와 같이, 작업유닛(90)은 주행레일(80)을 따라 이동하는 이동유닛(93)과, 이동유닛(93)에 설치되어 타워(11) 외벽을 청소하는 클리닝 장치(100)를 포함할 수 있다.

클리닝 장치(100)는 이동유닛(93)에 설치되는 하나 이상의 암(101,102,103,104)과, 암(104)의 단부에 설치되어 구동모터(108)에 의해 회전되는 회전 브러시(106)를 포함할 수 있다.

암(101,102,103,104)은 이동블럭(95)상에서 회전 가능하게 마련된 제1암(101)과, 제1암(102)의 단부에서 회전 가능하게 결합된 제2암(102)과, 제2암(102)의 단부에서 회전 가능하게 결합된 제3암(103)과, 제3암(103)의 단부에서 회전 가능하게 결합된 제4암(104)을 구비한 수직 다관절 암으로 구성될 수 있다.

각 암(101,102,103,104)은 조인트(101a,102a,103a,104a)에 의해 상하, 좌우, 회전 등 다자유도 운동을 하도록 구성될 수 있다. 조인트(101a,102a,103a,104a)에는 각 암(101,102,103,104)을 구동하기 위한 서보 모터(미도시)가 설치될 수 있다.

한편, 본 실시 예의 암은 수직 다관절 암으로 구성하였으나, 이는 일 예에 불과한 것으로 수평 다관절 암으로 구성되거나, 이들의 조합 또는 하나의 암으로 구성될 수 있을 것이다.

또한, 작업유닛(90)은 도 9에 도시한 바와 같이 주행레일(80)을 따라 이동하는 이동유닛(93)과, 이동유닛(93)에 설치되어 타워(11) 외벽에 도료를 분사하는 도장장치(110)를 포함할 수 있다.

도장장치(110)는 이동유닛(93)에 설치되는 하나 이상의 암(101,102,103,104)과, 암(104)의 단부에 설치되어 도료를 타워(11) 외벽에 분사하는 노즐(113)과, 도료가 충진되는 탱크(111)와, 노즐(113)에 에어를 공급하는 에어 공급장치(112)를 구비할 수 있다.

또한, 작업유닛(90)은 도 10에 도시한 바와 같이 주행레일(80)을 따라 이동하는 이동유닛(93)과, 이동유닛(93)에 설치되어 타워(11) 외벽의 용접작업을 위한 용접자동로봇(121)으로 구성될 수 있다.

용접자동로봇(121)은 이동유닛(93)에 설치되는 하나 이상의 암(101,102,103,104)과, 암(104)의 단부에 설치되며 전류 및 가스를 공급하는 케이블(미도시)과 연결되는 용접 토치(120)를 구비할 수 있다.

또한, 작업유닛(90)은 도 11에 도시한 바와 같이 주행레일(80)을 따라 이동하는 이동유닛(93)과, 이동유닛(93)에 설치되어 타워(11) 외벽의 결함 여부를 감지하기 위한 결함감지장치(130)로 구성될 수 있다.

결함감지장치(130)는 이동유닛(93)에 설치되는 하나 이상의 암(101,102,103,104)과, 타워(11) 외벽의 상태를 측정하기 위해 암(104)의 단부에 설치되는 감지부(131)를 구비할 수 있다.

감지부(131)는 타워(11) 외벽의 영상을 획득하기 위한 카메라, 초음파 센서 및 적외선 센서 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

감지부(131)에서 감지된 신호는 케이블 또는 무선 데이터 통신을 이용하여 제어부(70)에 전송되고, 제어부(70)는 감지된 신호의 분석을 통하여 타워(11) 표면의 결함여부를 판단하게 된다.

이와 같이 작업유닛(90)은 주행레일(80)에 분리 가능하게 마련됨에 따라 타워(11)의 유지 보수의 목적에 따라 로봇몸체(30)에 작업유닛(90) 만을 교체하도록 함으로써 다양한 목적의 타워 유지 보수 작업을 수행할 수 있으며, 또한, 도 12에 도시된 바와 같이 주행레일(80)에는 클리닝 장치(100), 도장장치(110,도9참조), 용접자동로봇(121,도10참조) 및 결함감지장치(130) 중 하나 이상이 마련되어 각각의 유지 보수 작업을 단독으로 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 2 이상의 서로 다른 유지 보수 작업을 병행해서 진행할 수 있음은 물론이다.

일 예로 도장장치(110)와, 결함감지장치(130)를 주행레일(80)에 마련하는 경우 결함감지장치(130)에 의해 타워(11)의 도장 보수 작업이 요구되는 부분이 발견되면 도장장치(110)가 도장 보수 작업이 요구되는 부분에 도료를 분사하여 보수를 할 수 있게 된다. 이와 마찬가지로, 결함감지장치(130)를 클리닝 장치(100), 용접자동로봇(121)과 같이 주행레일(80)에 마련하는 경우 결함감지장치(130)에 의해 오염부분, 용접 보수 작업이 요구되는 부분이 발견되면 클리닝 장치(100), 용접자동로봇(121)을 이용하여 그 자리에서 필요한 유지보수 작업을 할 수 있게 되어 타워의 다양한 유지 보수 작업이 요구되는 부분에 대해 본 실시예의 작업유닛을 이용하여 한 번에 해결할 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 풍력 발전기, 11: 타워,
20: 유지보수 로봇, 30: 로봇몸체,
40: 개폐장치, 45: 결속장치,
50: 엑츄에이터, 51: 샤프트,
53: 실린더, 57: 센서,
60: 주행부, 61: 무한궤도 바퀴,
66: 흡착패드, 68: 전자석,
80: 주행레일, 90: 작업유닛,
100: 클리닝 장치, 110: 도장장치,
120: 용접 토치. 130: 결함감지장치.

Claims

타워(tower)의 외벽을 따라 승강 이동하여 상기 타워의 유지 보수 작업을 수행하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇에 있어서,
상기 타워의 외곽 둘레를 감쌀 수 있도록 회전축을 통해 상호 회전 가능하게 연결되는 제1몸체와 제2몸체를 구비한 로봇몸체;
상기 타워에 대해 상기 로봇몸체를 지지 및 승강 이동시킬 수 있도록 상기 로봇몸체에 장착되는 복수의 엑츄에이터;
상기 로봇몸체에 배치되는 주행레일을 따라 이동 가능하게 마련되는 작업유닛;을 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 작업유닛은 상기 주행레일에서 분리 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 엑츄에이터는 각각 수평방향으로 진퇴 이동 가능하게 마련되는 샤프트를 갖는 실린더와, 상기 샤프트의 단부에 마련되어 상기 타워 외면과 접촉하여 이동하는 주행부를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 3항에 있어서,
상기 주행부는 무한궤도 바퀴(caterpillar wheel)를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 3항에 있어서,
상기 주행부는 공기압에 의해 상기 타워 외벽에 흡착되는 흡착패드를 갖는 무한궤도 바퀴를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 3항에 있어서,
상기 주행부는 자력에 의해 상기 타워 외벽에 흡착되는 전자석을 갖는 무한궤도 바퀴를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 로봇몸체는 상기 제1몸체와 상기 제2몸체를 결속시키는 결속장치를 포함하고, 상기 제1몸체와 상기 제2몸체는 상기 회전축을 중심으로 회전되어 열리거나 결속되는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항에 있어서,
상기 유지보수 로봇은 상기 복수의 엑츄에이터의 가압력을 감지하기 위한 센서를 더 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 3항에 있어서,
상기 주행부는 상기 샤프트의 단부에 힌지 결합된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업유닛은 상기 주행레일을 따라 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 장착되어 상기 타워 외벽의 결함 여부를 감지하기 위한 감지부를 더 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 10항에 있어서,
상기 감지부는 상기 이동유닛에 설치되는 하나 이상의 암에 장착되는 것을 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 10항에 있어서,
상기 감지부는 카메라, 초음파 센서 및 적외선 센서 중 어느 하나를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업유닛은 상기 주행레일을 따라 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 설치되어 상기 타워 외벽을 청소하는 회전 브러시를 구비한 클리닝 장치를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 13항에 있어서,
상기 클리닝 장치는 상기 이동유닛에 설치되는 하나 이상의 암에 장착되는 것을 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업유닛은 상기 주행레일을 따라 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 설치되어 상기 타워 외벽에 도료를 분사하는 노즐을 갖는 도장장치를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 15항에 있어서,
상기 도장장치는 상기 이동유닛에 설치되는 하나 이상의 암에 장착되는 것을 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업유닛은 상기 주행레일을 따라 이동하는 이동유닛과, 상기 이동유닛에 설치되어 상기 타워 외벽의 용접을 위한 용접 토치를 갖는 자동용접장치를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 17항에 있어서,
상기 자동용접장치는 상기 이동유닛에 설치되는 하나 이상의 암에 장착되는 것을 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주행레일은 서로 이격 배치되는 원형의 링 기어 및 가이드 레일을 포함하고, 상기 작업유닛은 상기 링 기어와 맞물리는 구동기어와 상기 가이드 레일에 결합되는 이동블럭을 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇몸체는 상기 복수의 엑츄에이터를 작동시키는 유체를 공급하기 위한 모터 및 밸브가 장착된 것을 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1몸체 및 상기 제2몸체를 개폐하기 위한 개폐장치를 더 포함하고, 상기 개폐장치는 신축 가능한 샤프트를 갖는 실린더를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 3항에 있어서,
상기 주행부는 상기 샤프트가 힌지 결합되는 플레이트와, 상기 플레이트의 양측에 배치되는 무한궤도 바퀴를 포함하고, 상기 무한궤도 바퀴는 모터에 의해 구동되는 구동휠과, 상기 구동휠을 감싸는 무한궤도를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 15항에 있어서,
상기 도장장치는 상기 도료가 충진되는 탱크와 상기 노즐에 에어를 공급하는 에어공급장치를 더 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
타워 외벽의 유지 보수를 위한 풍력발전기의 유지보수 로봇에 있어서,
상기 유지보수 로봇은,
상기 타워의 외벽 둘레를 감쌀 수 있도록 내부에 중공부가 형성된 로봇몸체;
상기 로봇몸체가 상기 타워의 외벽에 지지되도록 상기 로봇몸체에 장착되어 상기 중공부 쪽을 향해 진퇴 이동하는 샤프트;
상기 샤프트에 마련되어 상기 로봇몸체가 상기 타워의 외벽을 따라 승강하도록 구동되는 주행부;
상기 로봇몸체에 배치되는 주행레일을 따라 이동 가능하게 마련되며 상기 주행레일에 분리 가능하게 장착되는 작업유닛;
상기 유지보수 로봇의 전반적인 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 24항에 있어서,
상기 유지보수 로봇은 상기 주행부에 의해 상기 타워 외벽에 가압되는 압력을 감지하는 센서를 더 포함하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.
제 25항에 있어서,
상기 제어부는 상기 센서에 의해 감지된 압력을 기초로 상기 샤프트를 진퇴 구동하여 상기 로봇몸체가 상기 타워의 외벽에 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 유지보수 로봇.