KR20140000967A

KR20140000967A - 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇

Info

Publication number: KR20140000967A
Application number: KR1020120068951A
Authority: KR
Inventors: 석진욱; 김성태; 이병규; 조승호
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-06
Also published as: KR101379724B1

Abstract

풍력발전기용 블레이드의 조립로봇이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇은, 상단부에 허브(hub)가 결합되는 타워(tower)를 그립핑(gripping)하는 타워 그립퍼; 허브에 조립되는 블레이드(blade)를 그립핑하는 블레이드 그립퍼; 및 타워에 대한 블레이드의 이격거리 조절을 위해 타워 그립퍼와 블레이드 그립퍼 사이에서 접철 가능하게 연결되는 접철식 연결유닛을 포함한다.

Description

풍력발전기용 블레이드의 조립로봇{Assembly robot for windmill blade}

본 발명은, 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타워와 블레이드들의 이송 효율을 향상시킬 수 있음은 물론 블레이드의 조립 작업을 용이하게 진행할 수 있는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇에 관한 것이다.

풍력발전기(혹은 풍력터빈)는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 비중이 커지고 있다.

이러한 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(blade)가 허브(hub)에 연결되어 마련되는 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 나셀(nacelle)을 지지하면서 보호하는 나셀 커버(nacelle cover)와, 나셀 커버를 지지하는 타워(tower)를 포함한다.

블레이드는 공기 역학적으로 설계된 형상을 이용하여 바람의 에너지에서 유용한 공력 토크(torque)를 발생시키고 이 공력 토크를 이용하여 발전기를 회전시켜 전기를 발생시킨다.

전기 발생량을 증가시키기 위해서는 블레이드의 공기 역학적 형상이 중요하다. 뿐만 아니라 구조적으로 그 형상으로부터 유발되는 하중을 적절히 지지할 수 있어야 한다.

하중은 공기역학적 형상에 지배적이지만 구조적인 최적 설계를 통해 동일한 하중을 지지하면서도 최대한 가벼운 블레이드를 설계 하는 것이 또 하나의 중요한 설계 기술이다.

한편, 대형 풍력발전기에서 블레이드는 타워와 마찬가지로 대단히 큰 거대 구조물, 예컨대 그 길이가 100 미터(m) 내외에 이르는 대단히 큰 거대 구조물이다. 때문에 타워와 블레이드들을 설치 장소로 이송시킨 후에 타워의 상단부에 결합된 허브에 다수의 블레이드를 조립(설치)하여 풍력발전기를 축조하는 작업이 그리 쉬운 것은 아니다.

특히, 필요에 따라 많은 덤프트럭과 크레인을 동원할 수도 있는 육상과 달리 해상처럼 작업 환경이 열악한 장소의 경우에는 거대 구조물인 타워와 블레이드를 해상으로 이송시키기는 작업 자체가 용이하지 않다.

뿐만 아니라 육상과 달리 해상의 경우, 강풍이나 파고 등의 외기 조건이 상당히 나쁠 뿐만 아니라 해상에서의 크레인 작업이 제한적일 수 있기 때문에, 타워의 허브에 블레이드를 조립하는 작업 역시 용이하지 않다.

이에 대해 좀 더 부연 설명한다. 해상에서 거대 구조물인 타워와 블레이드들을 이송시키려 하는 경우, 타워와 블레이드들을 단순히 한데 묶어 공간의 줄이면서 이송시킬 수 있고 아니면 개별적으로 이송시킬 수 있다. 그렇지만 전자의 경우에는 타워와 블레이드들 간의 접촉 충돌로 인해 손상이 가해질 수 있고, 후자의 경우에는 이송 효율이 현저히 떨어진다.

물론, 이러한 점을 모두 감안하고 설사 타워와 블레이드들을 원하는 위치로 이송시켰다 하더라도 해상에서 타워의 상단부 허브에 블레이드를 조립하기 위해서는 타워를 잡아 작업하는 크레인과 블레이드를 잡아 작업하는 크레인 등 적어도 2대 이상의 크레인이 필요한데, 앞서 기술한 것처럼 육상과 달리 해상의 경우에는 크레인의 사용 대수 및 그 작업이 제한적일 수밖에 없기 때문에 그 여간 어려운 것이 아니다.

이러한 상황을 감안하여 허브에 블레이드를 조립 또는 설치하기 위한 방안들이 일본특허 JP2004342346호 등과 같이 지속적으로 제안되고 있다.

하지만, 현재까지 알려지고 있는 기술 정도로는 타워와 블레이드를 효율적으로 연결시켜 이송시키기 어려울 뿐만 아니라 블레이드를 조립하기도 어렵기 때문에 이와 관련한 새롭고 진보적인 방안이 필요하다.

선행기술 ; 일본특허 JP2004342346호

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 타워와 블레이드들을 효율적으로 연결시킬 수 있어 타워와 블레이드들의 이송 효율을 향상시킬 수 있음은 물론 블레이드의 조립 작업을 용이하게 진행할 수 있는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상단부에 허브(hub)가 결합되는 타워(tower)를 그립핑(gripping)하는 타워 그립퍼; 상기 허브에 조립되는 블레이드(blade)를 그립핑하는 블레이드 그립퍼; 및 상기 타워에 대한 상기 블레이드의 이격거리 조절을 위해 상기 타워 그립퍼와 상기 블레이드 그립퍼 사이에서 접철 가능하게 연결되는 접철식 연결유닛을 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇이 제공될 수 있다.

상기 접철식 연결유닛은, 상기 타워 그립퍼에 연결되는 타워 그립퍼 연결부; 상기 블레이드 그립퍼에 연결되는 블레이드 그립퍼 연결부; 및 상기 타워 그립퍼 연결부와 상기 블레이드 그립퍼 연결부를 링크 타입으로 연결하는 다수의 링크부재를 포함할 수 있다.

상기 블레이드 그립퍼 연결부는 상기 블레이드 그립퍼를 선형 이동시키는 리니어 모터를 포함할 수 있다.

상기 다수의 링크부재는, 양단부가 상기 타워 그립퍼 연결부와 상기 블레이드 그립퍼 연결부의 하부 영역에 각각 자유 회전 가능하게 연결되는 직선형 링크부재; 및 상기 타워의 길이 방향을 따라 상기 직선형 링크부재의 상부 영역에 배치되며, 양단부가 상기 타워 그립퍼 연결부와 상기 블레이드 그립퍼 연결부에 각각 자유 회전 가능하게 연결되는 절곡형 링크부재를 포함할 수 있다.

상기 접철식 연결유닛은, 상기 직선형 링크부재와 상기 절곡형 링크부재를 구동시키는 액추에이터를 더 포함할 수 있되, 상기 액추에이터는, 일단부는 상기 타워 그립퍼 또는 상기 타워 그립퍼 연결부에 회전 가능하게 연결되고 타단부는 상기 블레이드 그립퍼 연결부에 회전 가능하게 연결되는 메인 실린더; 및 상기 절곡형 링크부재에 연결되는 서브 실린더를 포함할 수 있다.

상기 블레이드 그립퍼는, 그립핑 바디; 상기 그립핑 바디에 연결되는 다수의 그립핑 아암; 및 상기 그립핑 아암들의 단부에 마련되어 상기 블레이드의 외표면에 접촉가압되는 접촉가압부를 포함할 수 있다.

상기 접촉가압부는, 작업유체의 압력에 의해 부피 팽창되면서 상기 블레이드의 외표면에 탄성적으로 접촉가압되는 탄성 접촉가압 튜브일 수 있다.

상기 탄성 접촉가압 튜브로 상기 작업유체를 공급하는 작업유체 공급부; 상기 탄성 접촉가압 튜브 내로 공급되는 상기 작업유체의 압력을 감지하는 작업유체 압력감지부; 및 상기 작업유체 압력감지부의 정보에 기초하여 상기 작업유체 공급부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 블레이드에 대한 상기 블레이드 그립퍼의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 상기 블레이드의 내부에 배치되며, 상기 블레이드 그립퍼의 그립핑 방향에 역 방향으로 저항하면서 상기 블레이드의 변형을 저지시키는 변형저지유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 변형저지유닛은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브일 수 있다.

상기 변형저지유닛은, 상기 변형저지용 튜브의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 상기 변형저지용 튜브의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 적어도 하나의 부피 팽창 저지벽체를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 타워와 블레이드들을 효율적으로 연결시킬 수 있어 타워와 블레이드들의 이송 효율을 향상시킬 수 있음은 물론 블레이드의 조립 작업을 용이하게 진행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇이 적용될 풍력발전기의 정면도로서 하나의 블레이드가 설치되기 전 상태의 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇에 의해 타워와 블레이드들이 연결된 상태의 도면이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도이다.
도 4는 도 3의 부분 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇의 동작을 단계적으로 도시한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇에서 접촉가압부 영역의 확대 구조도이다.
도 9는 도 8에 적용되는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇의 제어블록도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇의 요부 구조도이다.
도 11은 블레이드에 대한 변형 단면 구조도이다.
도 12는 도 11에 적용될 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇의 변형저지유닛에 대한 개략적인 구성도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇이 적용될 풍력발전기의 정면도로서 하나의 블레이드가 설치되기 전 상태의 도면이다.

이 도면을 참조하여 풍력발전기에 대해 간략하게 살펴보면, 풍력발전기는 나셀(nacelle, 미도시)에 연결되고 바람에 의해 회전되는 다수의 블레이드(110, blade)와, 나셀과 블레이드(110)의 축 방향 하중을 지지하는 타워(101, tower)를 포함한다.

블레이드(110)는 바람에 의해 회전되면서 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다. 허브(102)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(110)는 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가질 수 있으며, 2개 이상이 적용될 수 있다. 본 실시예의 풍력발전기에는 3개의 블레이드(110)가 적용되고 있지만 이의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

허브(102)는 다수의 블레이드(110)가 연결되는 장소이다. 허브(102)와 다수의 블레이드(110)를 통틀어 로터(rotor)라 부르기도 한다. 허브(102)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.

허브(102)에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 나셀(nacelle, 미도시)이 연결되며, 나셀은 나셀 커버(105, nacelle cover)에 의해 보호된다.

앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 나셀은, 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 동력을 발생시켜 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft, 미도시), 기어 박스(gear box, 미도시), 제너레이터(generator, 미도시)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체를 통틀어 부르는 이름이다.

나셀 커버(105)는 나셀의 외부에 결합되어 나셀을 보호하는 역할을 한다. 나셀 커버(105)는 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀 커버(105)는 내구성이 우수한 비금속 혹은 금속 복합 재질로 제작될 수 있다.

타워(101)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 다수의 블레이드(110), 허브(102), 나셀 및 나셀 커버(105) 등의 구조물에 대한 축 방향 하중을 지지한다.

타워(101) 역시, 블레이드(110)와 마찬가지로 내부가 빈 파이프(pipe) 형의 구조물이며, 타워(101)의 내부 빈 공간을 통해 케이블(cable) 등이 통과된다. 케이블은 송전용 파워 케이블(power cable), 통신용 케이블(cable) 등을 포함한 다양한 종류의 케이블일 수 있다.

타워(101)에는 타워(101)의 외벽에서 반경 방향 외측으로 돌출되고 타워(101)의 길이 방향을 따라 이격되게 다수의 링 플랜지(108, ring flange, 도 5 내지 도 7 참조)가 마련된다. 링 플랜지(108)는 길이가 긴 타워(101)를 한번에 제작하기 어려울 때, 단위길이로 만들어 이들을 연결시키는 연결 부위를 가리킨다.

한편, 사이즈 혹은 크기가 작은 풍력발전기의 경우에는 설치에 별 어려움이 없지만 예컨대 타워(101)의 길이가 대략 100 미터(m) 내외이고 블레이드(110)의 길이 역시 타워(101)에 준하는 길이를 갖는 대형 풍력발전기의 경우, 도 1처럼 허브(102)에 블레이드(110)를 설치하는 설치 작업이 그리 용이한 것은 아니다.

특히, 필요에 따라 많은 덤프트럭과 크레인을 동원할 수도 있는 육상과 달리 해상처럼 작업 환경이 열악한 장소의 경우에는 거대 구조물인 타워(101)와 블레이드(110)를 해상으로 이송하는 이송 작업이 일단 만만치 않다.

뿐만 아니라 타워(101)와 블레이드(110)를 해상으로 이송한 후에, 허브(102)에 블레이드(110)를 조립하는 조립 작업도 만만치 않다. 이는 앞서 기술한 것처럼 육상과 달리 해상의 경우, 강풍이나 파고 등의 외기 조건이 상당히 나쁠 뿐만 아니라 해상에서의 크레인 작업, 즉 사용할 수 있는 크레인 대수 내지는 크레인 사용 시간 등이 제한적일 수 있기 때문이다.

따라서 타워(101)와 블레이드(110)들을 효율적으로 연결시키면서도 블레이드(110)의 조립 작업에 사용될 수 있는 장치가 요구되는데, 이는 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇(120)이 담당한다.

이하에서 자세히 설명하겠지만 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇(120)을 사용하게 되면 타워(101)와 블레이드(110)들을 효율적으로 연결시킬 수 있어 해상일지라도 타워(101)와 블레이드(110)들의 이송 효율을 향상시킬 수 있음은 물론 블레이드(110)의 조립 작업을 용이하게 진행할 수 있을 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇에 의해 타워와 블레이드들이 연결된 상태의 도면, 도 3은 도 2의 요부 확대도, 도 4는 도 3의 부분 사시도, 그리고 도 5 내지 도 7은 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇의 동작을 단계적으로 도시한 도면들이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇(120)은, 타워 그립퍼(130), 블레이드 그립퍼(140), 그리고 접철식 연결유닛(150)을 포함한다.

도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇(120)은 하나의 타워(101)에 총 3개의 블레이드(110)를 연결하여 하나의 묶음 형태로 만들 수 있다. 물론, 이는 블레이드(110)가 3개 적용되기 때문인데, 만약 블레이드(110)가 4개 이상 적용되는 경우라면 그에 대응되게 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇(120)의 구조가 변경되면 된다.

타워 그립퍼(130)는 타워(101)를 그립핑(gripping)하는 부분이다. 타워(101)가 길기 때문에 타워 그립퍼(130)가 타워(101)의 어떠한 위치를 그립핑해도 무방하다.

하지만, 본 실시예의 경우, 타워 그립퍼(130)가 다수의 링 플랜지(108)에 결합되도록 하고 있다. 결합 방식은 후크식 걸이 방식일 수도 있고, 볼팅 방식일 수도 있으며, 경우에 따라서는 용접 방식일 수도 있다.

블레이드 그립퍼(140)는 타워(101)의 상단부에 배치되는 허브(102)에 조립되는 블레이드(110)를 그립핑하는 역할을 한다.

이러한 블레이드 그립퍼(140)는, 그립핑 바디(141)와, 그립핑 바디(141)에 연결되는 다수의 그립핑 아암(142)과, 그립핑 아암(142)들의 단부에 마련되어 블레이드(110)의 외표면에 접촉가압되는 접촉가압부(143)를 포함한다.

본 실시예의 경우, 그립핑 바디(141)에 총 4개의 그립핑 아암(142)들이 연결되어 블레이드(110)를 그립핑하고 있는데, 이러한 사항은 하나의 실시예에 불과하다. 따라서 도면의 형상에 본 실시예의 권리범위가 제한되지 않는다. 그립핑 아암(142)들은 실린더(144)에 의해 상호 좁아지거나 벌어지는 동작을 수행할 수 있다.

접촉가압부(143)는 실질적으로 블레이드(110)의 외표면에 접촉된 후에 가압되면서 블레이드(110)를 그립핑하는 부분으로서, 블레이드(110)의 외표면에 손상을 주지 않는 재질, 예컨대 고무, 실리콘, 우레탄 등의 재질로 제작될 수 있다.

또한 접촉가압부(143)는 블레이드(110)의 외표면 형상에 대응되는 곡률을 가질 수 있는데, 이러한 경우 좀 더 넓은 표면적으로 블레이드(110)의 외표면을 가압할 수 있기 때문에 블레이드(110)가 찌그러지는 등 블레이드(110)에 변형이 발생되는 것을 저지시킬 수 있다. 따라서 블레이드(110)가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드(110)를 안정적으로 그립핑할 수 있다.

한편, 접철식 연결유닛(150)은 도 5 및 도 6처럼 타워(101)에 대한 블레이드(110)의 이격거리 조절을 위해 타워 그립퍼(130)와 블레이드 그립퍼(140) 사이에서 접철 가능하게 연결되는 부분이다.

타워(101)와 블레이드(110)들을 이동시킬 때에는 도 5처럼 타워(101)에 대해 블레이드(110)들이 인접되도록 접철식 연결유닛(150)을 접으면 되고, 블레이드(110)들을 조립할 때에는 도 6처럼 타워(101)에 대해 블레이드(110)들이 벌어지도록 접철식 연결유닛(150)을 펼치면 된다.

이처럼 타워 그립퍼(130)가 타워(101)에, 그리고 블레이드 그립퍼(140)가 블레이드(110)에 그립핑된 상태에서 접철식 연결유닛(150)이 타워 그립퍼(130)와 블레이드 그립퍼(140)를 연결시킴으로써, 타워(101)와 3개의 블레이드(110)는 도 2처럼 마치 하나의 몸체처럼 묶인 구조가 된다. 따라서 크레인 한 대만으로도 핸들링이 가능할 뿐만 아니라 이송 효율이 향상된다. 즉 타워(101)에 대해 블레이드(110)들을 접어 이송시키면 되기 때문에 많은 공간이 필요치 않을 뿐만 아니라 이송 효율이 향상된다. 특히, 구조상 타워(101)와 3개의 블레이드(110)가 서로 충돌되지 않기 때문에 효율적이다.

또한 접철식 연결유닛(150)의 동작에 의해 블레이드(110)가 타워(101)에 대해 비스듬히 이격 배치된 후(도 6참조), 허브(102)를 향해 선형 이동될 수 있어(도 7 참조) 블레이드(110)의 조립 작업이 보다 용이해질 수 있게 된다.

이와 같은 역할을 담당하는 접철식 연결유닛(150)은, 타워 그립퍼(130)에 연결되는 타워 그립퍼 연결부(160)와, 블레이드 그립퍼(140)에 연결되는 블레이드 그립퍼 연결부(170)와, 타워 그립퍼 연결부(160)와 블레이드 그립퍼 연결부(170)를 링크 타입으로 연결하는 다수의 링크부재(180)와, 링크부재(180)들을 구동시키는 액추에이터(190)를 포함한다.

타워 그립퍼 연결부(160)는 타워 그립퍼(130) 쪽에 연결되는 부분이다. 이러한 타워 그립퍼 연결부(160)는 판상체의 플레이트 타입(plate type)일 수도 있고 아니면 바아 타입(bar type)일 수도 있다.

블레이드 그립퍼 연결부(170)는 타워 그립퍼 연결부(160)의 반대편에서 블레이드 그립퍼(140) 쪽에 연결되는 부분이다.

타워 그립퍼 연결부(160)가 타워 그립퍼(130)에 견고하게 고정되게 연결되고 있는데 반해 블레이드 그립퍼 연결부(170)는 블레이드 그립퍼블레이드 그립퍼(140)를 선형 이동시키는 리니어 모터를 포함한다.

이에 대해 살펴보면, 도 5에서 도 6처럼 타워(101)에 대해 블레이드(110)를 이격시키면서 경사 배치하여(도 6의 진한 화살표 참조) 허브(102)에 대한 블레이드(110)의 상대위치를 조절한 다음에는 허브(102)를 향해 블레이드(110)를 이동, 즉 선형 이동시켜(도 7의 진한 화살표 참조) 허브(102)에 블레이드(110)를 결합시켜야 하는데, 이를 위해 블레이드 그립퍼 연결부(170)는 타워 그립퍼 연결부(160)와 달리 선형 이동을 위한 리니어 모터를 포함하고 있는 것이다.

링크부재(180)는 타워 그립퍼 연결부(160)와 블레이드 그립퍼 연결부(170)를 링크 타입으로 연결하는 부분이다.

이러한 링크부재(180)는 양단부가 타워 그립퍼 연결부(160)와 블레이드 그립퍼 연결부(170)의 하부 영역에 각각 자유 회전 가능하게 연결되는 직선형 링크부재(181)와, 타워(101)의 길이 방향을 따라 직선형 링크부재(181)의 상부 영역에 배치되며, 양단부가 타워 그립퍼 연결부(160)와 블레이드 그립퍼 연결부(170)에 각각 자유 회전 가능하게 연결되는 절곡형 링크부재(182)를 포함한다.

직선형 링크부재(181)가 하나의 막대 형상을 갖는데 반해 절곡형 링크부재(182)는 상호간 접철되는 한 쌍의 단위링크(182a,182b)를 포함한다.

직선형 링크부재(181)와 절곡형 링크부재(182)는 각각 다수 개씩 배치될 수 있다. 직선형 링크부재(181)와 절곡형 링크부재(182)의 동작에 기인하여 도 5처럼 타워(101)와 블레이드(110)가 서로 인접되게 접근되거나 도 6처럼 이격 배치될 수 있다.

액추에이터(190)는 도 5 및 도 6처럼 링크부재(180)가 동작되도록, 다시 말해 직선형 링크부재(181)와 절곡형 링크부재(182)를 구동시키는 역할을 한다.

본 실시예에서 액추에이터(190)는, 일단부는 타워 그립퍼(130)에 회전 가능하게 연결되고 타단부는 블레이드 그립퍼 연결부(170)에 회전 가능하게 연결되는 메인 실린더(191)와, 양단부가 절곡형 링크부재(182)의 단위링크(182a,182b)들에 각각 회전 가능하게 연결되는 서브 실린더(192)를 포함한다.

메인 실린더(191)와 서브 실린더(192)는 모두가 유압 실린더이다. 하지만, 공압 실린더나 유공압 복합실린더가 적용될 수도 있다.

본 실시예의 경우, 메인 실린더(191)의 일단부가 타워 그립퍼(130)에 회전 가능하게 연결되고 있으나 메인 실린더(191)의 일단부는 타워 그립퍼 연결부(160)에 회전 가능하게 연결될 수도 있다.

이러한 구성을 갖는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇(120)의 작용에 대해 설명한다.

도 5와 같이 접철식 연결유닛(150)이 접혀있는 상태에서 메인 실린더(191)와 서브 실린더(192)를 동작시킨다. 그러면 접혀져 있던 직선형 링크부재(181)와 절곡형 링크부재(182)가 도 6처럼 펼쳐진다.

이때, 직선형 링크부재(181)보다 절곡형 링크부재(182)의 펼쳐지는 정도가 작게 형성됨으로써 도 6처럼 타워(101)에 대해 블레이드(110)가 이격되면서 경사 배치될 수 있다.

도 6의 진한 화살표 방향으로 타워(101)에 대해 블레이드(110)를 이격시키면서 경사 배치하여 허브(102)에 대한 블레이드(110)의 상대위치를 조절한 다음에는 도 7처럼 리니어 모터를 포함하는 블레이드 그립퍼 연결부(170)를 동작시킨다. 그러면 도 7의 진한 화살표 방향으로 블레이드(110)가 선형 이동될 수 있고, 이러한 동작으로 인해 허브(102)에 블레이드(110)를 용이하게 조립할 수 있다.

이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따르면 타워(101)와 블레이드(110)들을 효율적으로 연결시킬 수 있어 타워(101)와 블레이드(110)들의 이송 효율을 향상시킬 수 있음은 물론 블레이드(110)의 조립 작업을 용이하게 진행할 수 있게 된다.

특히, 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇(120)을 적용하게 되면 종래기술 대비 크레인 사용량을 현격히 줄이면서도 풍력발전기를 용이하게 설치할 수 있어 설사 해상 작업이라도 큰 로스(loss) 없이 효율적으로 풍력발전기를 설치할 수 있을 것이라 기대된다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇에서 접촉가압부 영역의 확대 구조도이고, 도 9는 도 8에 적용되는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇의 제어블록도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 경우, 블레이드 그립퍼(240)의 그립핑 아암(242)들의 단부에 마련되는 접촉가압부(243)는 작업유체의 압력에 의해 부피 팽창되면서 블레이드(110)의 외표면에 탄성적으로 접촉가압되는 탄성 접촉가압 튜브(243)로 적용된다.

도 8처럼 탄성 접촉가압 튜브(243) 내로 작업유체가 공급되면 탄성 접촉가압 튜브(243)가 부피 팽창되는데, 이때, 탄성 접촉가압 튜브(243)의 후방에서는 그립핑 아암(242)이 탄성 접촉가압 튜브(243)를 지지하고 있기 때문에 부피 팽창되는 탄성 접촉가압 튜브(243)는 블레이드(110)의 외표면 쪽으로 넓게 펴지면서 넓은 표면적으로 블레이드(110)를 지지할 수 있게 된다.

이처럼 탄성 접촉가압 튜브(243)가 블레이드(110)의 외표면 쪽으로 넓게 펴지면서 넓은 표면적으로 블레이드(110)를 지지하게 되면 블레이드(110)의 그립핑을 위한 힘이 분산되는 효과를 제공하기 때문에 블레이드(110)가 변형되는 것을 저지하면서도 블레이드(110)를 안정적으로 그립핑할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 8과 같이 탄성 접촉가압 튜브(243)가 동작되기 위해 탄성 접촉가압 튜브(243)로 유압과 같은 작업유체를 공급하게 되는데, 이를 위해 도 9처럼 작업유체 공급부(281), 작업유체 압력감지부(282) 및 컨트롤러(283)가 마련된다.

작업유체 공급부(281)는 탄성 접촉가압 튜브(243)로 작업유체를 공급하는 일종의 유압 탱크이며, 작업유체 압력감지부(282)는 탄성 접촉가압 튜브(243) 내로 공급되는 작업유체의 압력을 감지하는 역할을 한다.

그리고 컨트롤러(283)는 작업유체 압력감지부(282)의 정보에 기초하여 작업유체 공급부(281)의 동작을 컨트롤한다.

이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(283)는, 중앙처리장치(283a, CPU), 메모리(283b, MEMORY), 서포트 회로(283c, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.

중앙처리장치(283a)는 본 실시예에서 작업유체 압력감지부(282)의 정보에 기초하여 작업유체 공급부(281)의 동작을 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(283b, MEMORY)는 중앙처리장치(283a)와 연결된다. 메모리(283b)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다. 서포트 회로(283c, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(283a)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(283c)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.

본 실시예에서 작업유체 압력감지부(282)의 정보에 기초하여 작업유체 공급부(281)의 동작을 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(283b)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(283b)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.

본 실시예에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇의 요부 구조도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇(320)의 경우, 전술한 제1 실시예의 구성에 더하여 변형저지유닛(370)을 더 포함하고 있다.

변형저지유닛(370)은 블레이드(310)에 대한 블레이드 그립퍼(340)의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 블레이드(310)의 내부에 배치되며, 블레이드 그립퍼(340)의 그립핑 방향에 역 방향으로 저항하면서 블레이드(310)의 변형을 저지시키는 역할을 한다.

즉 도 10처럼 블레이드 그립퍼(340)의 접촉가압부(343)가 블레이드(310)의 외측면에 접촉되어 블레이드(310)를 안쪽으로 가압하면서 블레이드(310)를 그립핑할 때, 변형저지유닛(370)이 블레이드(310)의 내부에 배치되어 바깥쪽으로 저항하게 되면 블레이드(310)의 그립핑 압력을 상쇄시킬 수 있기 때문에 블레이드(310)가 변형되는 것을 효과적으로 저지시킬 수 있다. 다시 말해, 블레이드 그립퍼(340)의 압력에 의해, 혹은 접촉가압부(343)의 강한 압력에 의해 블레이드(310)의 측벽이 안쪽으로 휘어지면서 변형되는 것을 효과적으로 저지시킬 수 있다.

본 실시예에서 이러한 역할을 담당하는 변형저지유닛(370)은 작업유체, 예컨대 유압의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브로 적용된다. 이하, 편의를 위해, 변형저지유닛(370)을 변형저지용 튜브(370)로 설명하면서 참조부호를 동일하게 부여한다.

참고로, 블레이드(310)는 금속 재질로 제작되는 타워(102)와 달리 강성이 있으면서도 가벼워야 하기 때문에 비금속 재질로 제작되는데, 이때 블레이드(310)가 변형되지 않도록 블레이드(310) 내부에는 전단 웹(shear web, 311)이 마련된다.

이러한 구조에서 변형저지용 튜브(370)는 전단 웹(311)에 의해 구획되는 각 스페이스 모두에 마련될 수 있다. 물론, 다수의 스페이스 중에서 선택된 곳에만 변형저지용 튜브(370)가 적용되어도 무방하다.

변형저지용 튜브(370)를 설치할 때는 블레이드(310)의 내부에서 팽창이 되지 않은 일반적인 상태로 존재하나 블레이드(310)에 대한 그립핑 작업이 진행될 때에는 도 10처럼 부피 팽창되면서 블레이드(310)의 바깥쪽으로 저항함으로써 블레이드(310)의 그립핑 압력을 상쇄시켜 블레이드(310)의 변형을 저지시킬 수 있다.

도 11은 블레이드에 대한 변형 단면 구조도이고, 도 12는 도 11에 적용될 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇의 변형저지유닛에 대한 개략적인 구성도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 일부의 블레이드(410)의 경우, 그 내부에 다수의 전단 웹(411,412)이 마련될 수 있으며, 다수의 전단 웹(411,412)으로 인해 블레이드(410)의 내부가 2개 이상이 스페이스(S1~S3)로 구획될 수도 있다.

이러한 경우, 변형저지유닛(470)은 각 스페이스(S1~S3)에 하나씩 개별적으로 배치될 수도 있지만 변형저지유닛(470)이 블레이드 그립퍼(340)의 압력에 의해, 혹은 접촉가압부(343)의 압력(A)에 역 방향으로 저항하면 되기 때문에 이러한 그립핑 압력(A)이 제공되는 곳에만 배치되어도 충분하다.

즉 도 11의 경우, 그립핑 압력(A)이 제공되는 제2 스페이스(S2)에만 변형저지유닛(470)이 배치되더라도 무방하다.

또한 변형저지유닛(470)이 동작될 때의 힘, 다시 말해 부피 팽창에 따른 압력은 그립핑 압력(A)에 역 방향인 도 11의 B 방향으로 작용하면 충분하며, 불필요하게 C 방향으로 압력이 가해질 필요는 없다. 실제, C 방향으로 압력이 가해질 경우, 전단 웹(411,612)들이 휘어지는 폐단이 발생될 수도 있다

이러한 점을 감안하여 본 실시예에서는 변형저지유닛(470)을 도 12와 같이 적용하고 있다.

즉 본 실시예에서 변형저지유닛(470)은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브(471)와, 변형저지용 튜브(471)의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 변형저지용 튜브(471)의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 부피 팽창 저지벽체(472)를 포함한다.

이때, 부피 팽창 저지벽체(472)는 변형저지용 튜브(471)의 외측면에서 한 쌍의 그립핑 아암(132)의 그립핑 방향을 제외한 나머지 영역에 배치될 수 있다.

이와 같은 구조의 변형저지유닛(470)이 적용되면, 변형저지용 튜브(471) 내로 작업유체가 공급될 때, 변형저지용 튜브(471)가 도 11의 B 방향으로만 부피 팽창하면서 그립핑 압력(A)에 역 방향으로 저항하기 때문에 효율적일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

101 : 타워 102 : 허브
105 : 나셀 커버 110 : 블레이드
120 : 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇 130 : 타워 그립퍼
140 : 블레이드 그립퍼 141 : 그립핑 바디
142 : 그립핑 아암 143 : 접촉가압부
150 : 접철식 연결유닛 160 : 타워 그립퍼 연결부
170 : 블레이드 그립퍼 연결부 180 : 링크부재
181 : 직선형 링크부재 182 : 절곡형 링크부재
190 : 액추에이터 191 : 메인 실린더
192 : 서브 실린더

Claims

상단부에 허브(hub)가 결합되는 타워(tower)를 그립핑(gripping)하는 타워 그립퍼;
상기 허브에 조립되는 블레이드(blade)를 그립핑하는 블레이드 그립퍼; 및
상기 타워에 대한 상기 블레이드의 이격거리 조절을 위해 상기 타워 그립퍼와 상기 블레이드 그립퍼 사이에서 접철 가능하게 연결되는 접철식 연결유닛을 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제1항에 있어서,
상기 접철식 연결유닛은,
상기 타워 그립퍼에 연결되는 타워 그립퍼 연결부;
상기 블레이드 그립퍼에 연결되는 블레이드 그립퍼 연결부; 및
상기 타워 그립퍼 연결부와 상기 블레이드 그립퍼 연결부를 링크 타입으로 연결하는 다수의 링크부재를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제2항에 있어서,
상기 블레이드 그립퍼 연결부는 상기 블레이드 그립퍼를 선형 이동시키는 리니어 모터를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제2항에 있어서,
상기 다수의 링크부재는,
양단부가 상기 타워 그립퍼 연결부와 상기 블레이드 그립퍼 연결부의 하부 영역에 각각 자유 회전 가능하게 연결되는 직선형 링크부재; 및
상기 타워의 길이 방향을 따라 상기 직선형 링크부재의 상부 영역에 배치되며, 양단부가 상기 타워 그립퍼 연결부와 상기 블레이드 그립퍼 연결부에 각각 자유 회전 가능하게 연결되는 절곡형 링크부재를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제4항에 있어서,
상기 접철식 연결유닛은,
상기 직선형 링크부재와 상기 절곡형 링크부재를 구동시키는 액추에이터를 더 포함하되,
상기 액추에이터는,
일단부는 상기 타워 그립퍼 또는 상기 타워 그립퍼 연결부에 회전 가능하게 연결되고 타단부는 상기 블레이드 그립퍼 연결부에 회전 가능하게 연결되는 메인 실린더; 및
상기 절곡형 링크부재에 연결되는 서브 실린더를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블레이드 그립퍼는,
그립핑 바디;
상기 그립핑 바디에 연결되는 다수의 그립핑 아암; 및
상기 그립핑 아암들의 단부에 마련되어 상기 블레이드의 외표면에 접촉가압되는 접촉가압부를 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제6항에 있어서,
상기 접촉가압부는,
작업유체의 압력에 의해 부피 팽창되면서 상기 블레이드의 외표면에 탄성적으로 접촉가압되는 탄성 접촉가압 튜브인 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제7항에 있어서,
상기 탄성 접촉가압 튜브로 상기 작업유체를 공급하는 작업유체 공급부;
상기 탄성 접촉가압 튜브 내로 공급되는 상기 작업유체의 압력을 감지하는 작업유체 압력감지부; 및
상기 작업유체 압력감지부의 정보에 기초하여 상기 작업유체 공급부의 동작을 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블레이드에 대한 상기 블레이드 그립퍼의 그립핑 위치에 대응되는 위치에서 상기 블레이드의 내부에 배치되며, 상기 블레이드 그립퍼의 그립핑 방향에 역 방향으로 저항하면서 상기 블레이드의 변형을 저지시키는 변형저지유닛을 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제9항에 있어서,
상기 변형저지유닛은, 작업유체의 공급 또는 취출에 의해 부피 팽창 또는 부피 수축 가능한 변형저지용 튜브인 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.
제10항에 있어서,
상기 변형저지유닛은,
상기 변형저지용 튜브의 부피 팽창 방향을 가이드하기 위해 상기 변형저지용 튜브의 적어도 어느 일측에 결합되어 해당 영역에서의 부피 팽창을 저지시키는 적어도 하나의 부피 팽창 저지벽체를 더 포함하는 풍력발전기용 블레이드의 조립로봇.