KR20130052211A - 블록내 이동체 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 블록내 와이어를 이용한 이동체 제어장치는 이동체와 연결된 와이어, 와이어 길이를 조절하는 윈치드럼, 와이어의 풀리거나 감기는 방향을 유도하는 가이드부를 포함하되, 윈치드럼은 블록내 모서리에 배치되고, 가이드부는 윈치드럼의 중심에서 풀린 와이어와 윈치드럼이 배치된 모서리가 평행이 되도록 배치되되, 서로 대응하는 윈치드럼과 가이드부 사이 거리가 최대거리를 갖도록 배치된다.

Description

블록내 이동체 제어장치{Craft control device in block}

본 발명은 블록내 이동체 제어장치에 대한 것이다.

선박의 대형화 추세에 따라 선체를 이루는 블록(block)도 대형화되고 있다. 일반적으로 대형 선박의 선체는 먼저 선체의 일부분을 구성하는 블록을 제작한 후, 블록들을 서로 조립하는 방식으로 제작되고 있다. 다시 말하면, 원자재 표면의 녹이나 이물질을 블라스팅(blasting) 등의 방법으로 제거한 후 부식 방지를 위한 도장을 한 다음, 원자재를 용접 등의 방법을 이용하여 블록을 제조하고, 이 블록들을 서로 조립하여 선체를 완성할 수 있다.

이러한 블록의 내부 또한 용접, 블라스팅, 도장작업 등이 행해져야 한다. 따라서, 블라스팅에 사용된 그리트(grit)의 수거작업, 도장 후 블록 내부의 건조 작업, 작업완료된 블록 내부의 검사 작업 및 도막의 측정 작업 등 다양한 작업들이 블록 내에서 행해지게 된다. 이러한 블록 내부에서의 작업은 내부의 구조가 복잡해지고 작업단계가 증가함에 따라서 정밀도를 요한다. 특히 블록 내부에서 작업정밀도를 높이기 위해서 윈치를 통한 와이어의 정밀한 제어가 필수적이다.

와이어를 제어함으로서 블록내부에서 작업을 수행하는 자율이동장치를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.

일반적으로 자율이동장치에는 와이어를 제어하는 윈치가 설치되어 자율이동장치를 이동시킨다. 윈치는 윈치드럼과 가이드부를 포함하고 있으며, 와이어의 길이는 윈치드럼에서 와이어가 풀리거나 감길때 윈치드럼의 회전수에 따라 예측된다.

하기 특허문헌에서는 윈치드럼에 감기거나 풀리는 와이어의 정렬을 위해서 윈치드럼과 인접한 부위에서 윈치드럼이 회전함에 따라 윈치드럼의 길이방향으로 이동하는 장치를 포함하고 있다.

그러나 실제 윈치드럼의 회전에 따라서 와이어가 풀리거나 감길때 항상 윈치드럼의 중심에서 와이어가 풀리거나 감기지 않고 윈치드럼의 길이방향 전체에서 풀리거나 감기게 된다. 결국 윈치드럼에서 와이어가 감기거나 풀리는 위치에 따라 예측되는 와이어 길이와 실제 와이어 길이 사이에 오차가 발생한다.

미국 특허출원 제5585707호

본 발명의 일실시예는 이동체에 연결된 와이어가 정밀하게 제어될 수 있도록 하는 이동체 제어장치가 제공된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 블록내에서 와이어를 이용한 이동체 제어장치로서, 상기 이동체와 연결된 와이어; 상기 와이어를 풀거나 감음으로써 상기 와이어의 길이를 조절하는 윈치드럼; 상기 와이어의 풀리거나 감기는 방향을 유도하는 가이드부를 포함하되, 상기 윈치드럼은 상기 블록의 모서리에 배치되고, 상기 가이드부는 상기 윈치드럼이 배치된 모서리에 인접하는 상기 블록의 꼭지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치가 제공된다.

상기 가이드부는 상기 블록에 상기 가이드부를 고정시키는 고정대; 그리고 상기 고정대에 설치되어 상기 와이어가 감기고 회전하는 풀리를 포함할 수 있다.

상기 가이드부는 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 방향으로 회전가능하다.

상기 블록은 육면체블록이며, 상기 육면체블록의 12개 모서리 중 서로 평행한 모서리로 이루어진 3개의 모서리군을 포함하되, 제1모서리군, 제2모서리군, 제3모서리군 중 어느 하나에 상기 윈치드럼이 배치될 수 있다.

상기 윈치드럼은 어느 하나의 상기 모서리군을 형성하는 각 모서리의 중앙부에 2개씩 배치될 수 있다.

상기 가이드부는 상기 블록의 8개 꼭지점 각각에 배치될 수 있다.

상기 윈치드럼은 상기 제1모서리군, 제2모서리군, 제3모서리군 중 가장 긴 모서리군에 배치될 수 있다.

상기 윈치드럼에 설치되어, 상기 윈치드럼의 회전수에 따라 와이어의 길이를 예측하는 엔코더를 더 포함할 수 있다.

상기 엔코더에 의해 예측된 와이어의 길이, 및 상기 이동체의 위치정보를 통해서 상기 윈치드럼을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 윈치드럼은 상기 블록의 평행하는 4개의 모서리에 각각 2개씩 배치되고, 상기 엔코더는 상기 윈치드럼의 개수와 동일한 개수로 설치되는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.

본 발명의 실시예들은 다음에 열거된 효과들 중 적어도 하나 이상을 나타낸다.

첫째, 와이어의 길이를 정밀하게 계측한다.

둘째, 와이어 길이 측정시에 별도의 장치를 필요로 하지 않는다.

도1은 윈치드럼과 가이드부의 이격거리에 따른 와이어 길이 오차발생의 개념도이다.
도2는 와이어 길이로서 측정되는 구간을 나타내는 개념도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 이동체 제어장치의 배치도이다.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 제어장치의 육면체 블록 사시도이다.
도5는 본 발명의 일실시예인 이동체 제어장치의 일부구성인 가이드부의 사시도이다.
도6은 육면체 블록의 각 모서리를 구별하기 위한 구분도이다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 이동체 제어장치의 연결상태 블록도이다.

실시예들은 여러 가지 다른 형태들로 구체화되어질 수 있고, 여기에서 설명되는 양상들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 오히려, 상기 양상들은 실시예들을 더욱 철저하고 완전하게 되도록 해주며, 당업자에게 실시예들의 영역을 충분히 전달할 수 있도록 해준다. 비록 제1, 제2 .. 등의 용어들이 여러 구성 요소들을 기술하기 위하여 여기에서 사용되어 질 수 있다면, 상기 구성 요소들은 이러한 용어들로 한정되지 않는 것으로 이해되어 질 것이다. 단지 이러한 용어들은 어떤 구성 요소로부터 다른 구성 요소를 구별하기 위해서 사용되어질 뿐이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 명세서에 기재된 "...부" 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

본 발명의 일실시예는 와이어를 감거나 푸는 윈치드럼이 가이드부를 통해서 이동체와 연결될 때 윈치드럼의 회전에 따라 예측된 와이어 길이와 풀리거나 감기는 실제 와이어 길이 간의 오차를 줄이기 위한 이동체 제어장치에 관한 것이다.

이하 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도1은 윈치드럼과 가이드부의 이격거리에 따른 와이어 길이 오차발생의 개념도이다.

도2는 와이어 길이로서 측정되는 구간을 나타내는 개념도이다.

도1에 도시된 바와 같이 윈치드럼과 가이드부의 이격거리가 h₁ 인 경우 윈치드럼의 접선면과 윈치드럼의 가장자리에서 풀리는 와이어가 이루는 각도는 θ₁ 이고 윈치드럼과 가이드부의 이격거리가 h₂ 인 경우 윈치드럼의 접선면과 윈치드럼의 가장자리에서 풀리는 와이어가 이루는 각도는 θ₂ 이다. θ₁ 과 θ₂ 는 θ₁ < θ₂ 관계에 있다.

도2에 도시된 바와 같이 와이어 길이로서 측정되는 구간은 가이드부로부터 이동체와 연결된 부분까지의 길이를 의미한다.

도1과 도2를 통해 와이어 길이의 오차에 대해서 살펴본다.

와이어가 윈치드럼의 가장자리에서부터 풀리는 순간상황을 고려하면 윈치드럼과 가이드부의 이격거리가 h₁ 인 경우 수회 윈치드럼이 회전하여 윈치드럼의 직경에 따라 계산된 풀린길이가 h₁ 이 된다고 가정한다. 도2를 참고하면 이 때 윈치드럼의 회전으로 예측된 와이어 풀림길이는 h₁ 이고 예측된 와이어 길이는 제1와이어길이 + h₁ 이다. 실제 와이어 길이는 도2의 제1와이어길이 + 제2와이어 길이이므로 ℓ₁ - h₁ 만큼 윈치드럼에서 더 풀려야만 제2와이어길이가 h₁ 이 되어 예측된 와이어 길이와 일치하게 된다. 다시 말하면 윈치드럼의 가장자리에서부터 와이어의 풀림이 시작되면 윈치드럼의 회전으로 예측된 와이어 풀림길이가 ℓ₁ 이 되어야 실제 풀린 와이어의 길이는 h₁이 된다. 이러한 오차는 일반적인 윈치에서 윈치드럼과 가이드부간의 거리가 고정되어 있기 때문에 발생하는 오차이다. 윈치드럼이 회전을 계속하면 와이어는 윈치드럼에서 점점 풀리면서 윈치드럼의 d/2되는 지점까지 도달하고, 윈치드럼 회전수에 의해서 예측된 와이어 길이는 실제 와이어와 같게 된다. 즉 와이어가 윈치드럼의 d/2지점에 다가갈수록 오차가 줄어들게 된다. 반면에 윈치드럼의 d/2지점을 지나서 윈치드럼이 계속 회전하면 다시 오차는 증가하게 된다.

윈치드럼의 회전에 의해서 발생하는 예측된 와이어 길이와 실제 와이어 길이간의 오차는 윈치드럼과 가이드부의 이격거리가 h₂ 인 경우에도 최대 l₂ - h₂ 이 된다. 그러나 도1에서 확인할 수 있듯이 윈치드럼과 가이드부 사이거리가 길면 길수록 예측된 와이어 길이와 실제 와이어 길이의 오차는 줄어들게 된다. 즉 도1의 θ₂ ≒ 90°가 되면 l₂ - h₂ ≒0 이 된다.

결국 윈치드럼과 가이드부의 사이거리를 길게하여 윈치드럼에 의해서 예측된 와이어 길이와 실제 와이어 길이간의 오차를 최소가 되도록 한다.

이상 윈치드럼과 가이드부의 사이거리를 길게하여 와이어 길이 오차를 줄이는 원리에 대해서 살펴보았다. 이하 블록내부에서 작업을 하는 이동체에 적용한 본 발명의 실시예에 관하여 살펴본다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 이동체 제어장치의 배치도이다.

도3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 블록(100)내 와이어(200)를 이용한 이동체 제어장치는 이동체(600)와 연결된 와이어(200), 와이어(200) 길이를 조절하는 윈치드럼(300), 와이어(200)의 풀리거나 감기는 방향을 유도하는 가이드부(400)를 포함하되, 윈치드럼(300)은 블록(100)내 모서리에 배치되고, 가이드부(400)는 윈치드럼(300)의 중심에서 풀린 와이어(200)와 윈치드럼(300)이 배치된 모서리가 평행이 되도록 배치되되, 서로 대응하는 윈치드럼(300)과 가이드부(400) 사이 거리가 최대거리를 갖도록 배치될 수 있다.

설명의 편의상 육면체 블록인 경우를 고려하여 설명하면 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 제어장치는 육면체 블록(100) 내부에 설치되는 이동체(600), 육면체 블록(100)의 12개의 모서리 중 서로 평행한 3개의 모서리군으로 분류해서 모서리군을 형성하는 4개의 각 모서리에 2개씩 배치되는 윈치드럼(300), 윈치드럼(300)에서 토출된 와이어(200)의 풀리거나 감기는 방향을 유도하고 블록(100)의 8개 꼭지점 각각에 배치되는 가이드부(400) 그리고 윈치드럼(300)에서 풀리거나 감기고, 이동체(600)와 연결된 와이어(200)를 포함한다.

상기 블록(100)은 선박의 선체제조, 항공기의 동체제조 등 대형 구조체를 제작하는데 사용되는 단위 셀일 수 있다. 일반적으로 블록(100)의 내부는 도색작업, 연마작업, 검사작업 등 다양한 작업이 수행되어야 하는 공간을 형성하고 있으며, 자율 이동체(600)는 블록(100)내부에서 상기와 같은 작업을 수행한다. 본 발명의 일실시예에서 언급되는 블록(100)은 크기, 형태에 제한이 없으며, 본 발명의 실시예는 와이어(200)를 이용한 이동체(600)를 작업수행에 사용하는 모든 블록(100)내 작업에 적용된다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동체 제어장치의 육면체 블록 사시도이다. 도4에 도시된 바와 같이 한 모서리(변)의 길이가 ℓ인 경우 이를 삼등분하여 중심을 포함하는 ℓ/3 구간을 중앙부라 한다. 육면체의 특성상 12개의 모서리 중 서로 평행인 4개의 모서리가 존재한다.

와이어(200)는 블록(100)내부에 설치된 이동체(600)와 연결된다. 이동체(600)에 의해서 소정의 외력이 작용할 수 있으며, 인장력이 뛰어나고 소정의 굵기를 갖는 철재 와이어일 수 있다. 와이어(200)는 윈치드럼(300)에 의해서 풀리거나 감기며, 와이어(200)의 길이는 윈치드럼(300)의 회전수에 따라서 예측된다.

윈치드럼(300)은 소정의 지름을 갖는 회전가능한 원통형상이며, 와이어(200)가 표면에 감겨 있다. 윈치드럼(300)은 모터 또는 이외의 적용 가능한 동력원에 의해서 회전하며, 윈치드럼(300)의 회전에 따라서 와이어(200)의 풀리고 감기는 길이가 결정된다.

가이드부(400)는 윈치드럼(300)에서 풀리거나 감기는 와이어(200)가 이동체(600)의 연결부(500)로 향하도록 유도하는 기능을 담당한다.

도5는 본 발명의 일실시예인 이동체 제어장치의 일부구성인 가이드부(400)의 사시도이다. 도5에 도시된 바와 같이 블록(100)의 일면에 고정시키는 고정대(410), 회전가능한 풀리(420)를 포함하고 있다. 풀리(420)는 와이어(200)를 걸어 회전시키는 바퀴로 보통 주철제로 만들어지며 고속회전을 고려하여 경합금으로 제작될 수 있다. 고정대(410)에는 풀리(420)의 전방위 회전을 가능하게 하기 위한 힌지부(미도시)가 포함되어 있으며 힌지부로 인해 가이드부(400)는 오일러 각인 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)각으로 회전이 가능하다. 가이드부(400)는 윈치드럼(300)의 중심에서 풀린 와이어(200)와 윈치드럼(300)이 배치된 모서리가 평행이 되도록 배치되되, 서로 대응하는 윈치드럼(300)과 가이드부(400) 사이 거리가 최대거리를 갖도록 배치될 수 있다. 윈치드럼(300)의 중심은 앞서 설명한 도1과 같이 윈치드럼(300)과 가이드부(400) 사이 거리가 최소가 되는 d/2위치를 의미한다. 설명의 편의상 육면체 블록인 경우, 윈치드럼(300)과의 거리를 최대한 멀리 위치시키는 것은 모서리 중심부에 위치하는 윈치드럼(300)과 설치가능한 최장거리인 꼭지점에 가이드부(400)를 위치시키는 방식이 가능하다.

앞서 설명한 윈치드럼과 가이드부의 배치관계를 보다 상세히 설명하기 위해서 도6을 참고한다.

도6은 육면체 블록의 각 모서리를 구별하기 위한 구분도이다.

도6에 도시된 바와 같이 12개의 모서리 중 서로 평행한 모서리를 포함하는 모서리집단을 모서리군이라 정의하고 (①②③④)는 제1모서리군, (①'②'③'④')는 제2모서리군, (①"②"③"④")는 제3모서리군으로 명명한다.

모서리군을 형성하는 모서리들은 같은 길이를 갖는다. 도6에 도시된 육면체 모서리의 길이는 (①=②=③=④)>(①'=②'=③'=④')>(①"=②"=③"=④") 관계에 있다. 이 경우 윈치드럼(300)과의 거리를 최대한 멀리 위치시키는 것은 제1모서리군을 형성하는 (①, ②, ③, ④)모서리 중심부(도4참고)에 2개의 윈치드럼(300)을 설치하고, 윈치드럼(300)에 대응하는 가이드부(400)를 8개의 꼭지점에 배치시킴으로서 구현된다. 모서리 중심부에 설치되는 2개의 윈치드럼(300)은 서로 이격되는 거리가 짧을수록 대응하는 가이드부(400)와 거리가 길어진다.

결국 육면체의 모서리 길이가 가장 긴 4개의 모서리를 선정하여 윈치드럼(300)과 가이드부(400)를 배치한다.

블록(100)내부의 작업환경에 따라 윈치드럼(300)과 가이드부(400)는 다양한 방식 설치가 가능하며 서로 대응하는 윈치드럼(300)과 가이드부(400)가 최대거리를 갖도록 배치됨으로서 윈치드럼의 회전에 따른 예측 와이어길이와 실제 와이어길이의 오차를 줄일 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 이동체 제어장치의 일부구성인 윈치드럼(300), 가이드부(400)의 배치관계에 대해서 살펴보았다. 이하 이동체 제어장치의 각 구성들 사이의 동작관계를 살펴본다.

도7은 본 발명의 실시예에 따른 이동체 제어장치의 연결상태 블록도이다.

도7에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 이동체 제어장치는 상기 윈치드럼에 설치되어, 윈치드럼(300)의 회전수에 따라 풀리거나 감기는 와이어(200)의 길이를 예측하는 엔코더(700)를 포함하고, 윈치드럼(300)을 제어하는 제어부(800)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 이동체 제어장치는 육면체 블록(100)에서 8개의 윈치드럼(300)과 각 윈치드럼(300)의 회전수에 따라 풀리거나 감기는 와이어 길이를 예측하는 8개의 엔코더(700)를 포함한다. 제어부(800)는 이동체의 이동위치정보를 입력받는다. 이동위치정보는 이동체가 목표하는 위치정보이며, 이동체의 목표위치에서의 8개 와이어의 길이정보가 포함될 수 있다.

이동체의 제어가 시작되면 제1윈치드럼(310)은 회전하고 회전정보를 실시간으로 제1엔코더(710)로 전달한다. 제1엔코더(310)는 회전수에 따른 와이어 길이정보를 제어부(800)로 전달하고 제어부(800)는 다시 감거나 풀려야 하는 와이어 길이정보를 기초로 제1윈치드럼(310)의 회전정보에 관한 지령을 보낸다. 제어부(800)는 도8에 도시된 제1윈치드럼(310), 제1엔코더(710), 제2윈치드럼(320), 제2엔코더(720) … 제8윈치드럼(380), 제8엔코더(780)를 각각 독립적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 블록
200 와이어
300 윈치드럼
400 가이드부
410 고정대
420 풀리
500 연결부
600 이동체
700 엔코더
800 제어부

Claims (10)

1. 블록내에서 와이어를 이용한 이동체 제어장치로서,
   상기 이동체와 연결된 와이어;
   상기 와이어를 풀거나 감음으로써 상기 와이어의 길이를 조절하는 윈치드럼;
   상기 와이어의 풀리거나 감기는 방향을 유도하는 가이드부를 포함하되,
   상기 윈치드럼은 상기 블록의 모서리에 배치되고,
   상기 가이드부는 상기 윈치드럼이 배치된 모서리에 인접하는 상기 블록의 꼭지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부는
   상기 블록에 상기 가이드부를 고정시키는 고정대; 그리고
   상기 고정대에 설치되어 상기 와이어가 감기고 회전하는 풀리를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 가이드부는 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 방향으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 블록은 육면체블록이며, 상기 육면체블록의 12개 모서리 중 서로 평행한 모서리로 이루어진 3개의 모서리군을 포함하되, 제1모서리군, 제2모서리군, 제3모서리군 중 어느 하나에 상기 윈치드럼이 배치된 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 윈치드럼은 어느 하나의 상기 모서리군을 형성하는 각 모서리의 중앙부에 2개씩 배치되는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 가이드부는 상기 블록의 8개 꼭지점 각각에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 윈치드럼은 상기 제1모서리군, 제2모서리군, 제3모서리군 중 가장 긴 모서리군에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 윈치드럼에 설치되어, 상기 윈치드럼의 회전수에 따라 와이어의 길이를 예측하는 엔코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 엔코더에 의해 예측된 와이어의 길이 및 상기 이동체의 위치정보를 통해서 상기 윈치드럼을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 윈치드럼은 상기 블록의 평행하는 4개의 모서리에 각각 2개씩 배치되고,
    상기 엔코더는 상기 윈치드럼의 개수와 동일한 개수로 설치되는 것을 특징으로 하는 이동체 제어장치.
    
    

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