KR20160009129A

KR20160009129A - 부력 조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치

Info

Publication number: KR20160009129A
Application number: KR1020140088854A
Authority: KR
Inventors: 옥진성; 신성일; 김상준
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-01-26
Also published as: KR101630246B1

Abstract

본 발명은 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇 장치에 관한 것으로서, 안벽과 부유식 구조물에 복수의 케이블 윈치를 설치하고, 측벽에 설치된 서로 다른 높이의 가이드 도르래에 의해 이동 플레이트의 상하측 모서리에 케이블을 연결하며, 이동 플레이트 상부에 이동 대상물을 탑재하여 이동시키도록 수중 케이블 로봇장치를 구성하고, 상기 이동플레이트에 발라스트 탱크를 이용하는 부력조절장치 및 무게추를 설치하여 부력 조절이 가능하게 하며, 수중 작업상황을 모니터링하기 위한 비전시스템과, 이동플레이트의 위치, 각도 높이 측정을 위한 각종 센서를 설치하여 제어기에 의해 케이블 윈치에 의한 이동플레이트의 이동 및 자세제어와 함께 부력조절에 의한 케이블 제어 작업 영역을 벗어난 위치로의 이동 및 자세제어가 가능하도록 한 것이다.

Description

부력 조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치{Cable winch robot for buoyancy control underwater}

본 발명은 부력 조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치에 관한 것으로서, 수중 전용으로 사용하는 케이블 로봇에서 수중에서의 특성인 부력을 조절하여서 제어 가능한 범위를 확장할 수 있도록 한 부력 조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치에 관한 것이다.

일반적으로 케이블 로봇은, 복수의 케이블 윈치를 설치하고, 케이블 윈치의 케이블에 이동 대상물을 연결하여 케이블을 조정함으로써 이동 대상물을 이동시킬 수 있도록 이루어진다.

도 1은 종래 육상에서 사용되는 케이블 로봇 장치의 개념도이다.

케이블 윈치 설치 구조물(1)에 좌우 상하에 각각 케이블 윈치(2)가 설치되고, 상기 좌우 상하에 설치된 복수의 케이블 윈치(20)의 케이블(3)에 상하부가 좌우측에 연결된 이동 대상물(4) 또는 이동 대상물을 지지하는 이동 플레이트를 연결하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 종래의 케이블 로봇 장치는, 8개의 케이블 윈치(2)를 제어하여 케이블(3)의 길이를 서로 연동되게 제어함으로서, 이동 대상물(4)을 수평이동 및 상하 이동시키는 것이다.

그런데, 상기와 같이 육상에서 사용하는 케이블 로봇 장치의 경우는 사용 가능한 구역이 제어하는 케이블의 길이 및 각도에 따라서 한정되어 있다. 그리고, 도 1과 같이 육상에서 사용하는 경우에는 사용 최대 높이가 줄의 최대 높이 이상으로는 올라가지 못하는 단점이 있다.

20-1999-0026060

본 발명은 수중 전용으로 사용하는 케이블 로봇으로 수중에서의 특성인 부력을 조절하여서 제어 가능한 범위를 확장할 수 있도록 한 부력 조절이 가능한 수중 케이블 로봇 장치를 제공하기 위한 것이다.

육상에서 사용하는 케이블 로봇 장치의 경우는 로드가 중력 방향으로 힘이 작용하기 때문에 케이블의 최고 윗단 도르래 이상의 높이에서 사용할 수 없다. 하지만 수중에서는 부력을 조절하여서 최고 윗단 도르래 이상의 높이에서도 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 수중에서 물체의 위치 특성을 파악할 수 있는 부가적인 센서를 부착하여 모니터링을 하면서 케이블 로봇을 제어할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치는,

안벽과 작업 영역만큼 떨어져 계류시킨 부유식 구조물과 상기 안벽의 상부에 설치되는 복수의 케이블 윈치와;

상기 안벽과 상기 부유식 구조물의 측벽에 서로 다른 높이의 그룹으로 나뉘어 설치되는 복수 개의 가이드 도르래와;

상기 가이드 도르래를 통해 가이드 되는 상기 복수 개의 케이블 윈치의 케이블에 상하 모서리부가 각각 연결되고, 상부에 이동 대상물을 탑재지지하는 이동 플레이트와;

상기 이동플레이트에 설치되어 이동플레이트의 부력을 조절하기 위한 부력조절장치와;

상기 케이블 윈치와, 상기 부력조절장치를 제어하여 상기 이동 플레이트의 이동을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 제어기의 제어에 의해 상기 이동플레이트의 이동에 따른 작업 상태를 모니터링 하기 위한 수중 라이트와, 수중 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 부력조절장치와 대응되어 이동플레이트에 중량을 가하기 위한 무게추가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 제어기에서 상기 이동 플레이트의 위치와 각도를 검출하기 위한 위치 및 각도 센서와, 높이센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

도한 본 발명은, 상기 부력조절장치와, 상기 무게추는, 이동플레이트의 경사 자세를 조절할 수 있도록 적어도 2쌍 이상 복수 쌍으로 분리되어 서로 대칭되게 이동플레이트에 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 원리는, 육상에서의 케이블 로봇을 그대로 수중으로 가져오게 되면 제어 가능한 범위가 동일하나, 이동 물체에 부력을 더하게 되면 작업 범위는 연직반대 방향으로 늘어나게 된다. 그러므로 이동 물체에 부력을 더하기 위해서 이동 물체를 고정하는 이동 플레이트에 부력조절 장치를 장착한다. 부력 조절은 발레스팅 펌프를 이용하여 제어를 한다.

또한, 부력조절을 하기 위해서 제어하는 물체의 위치를 정확히 파악해야 한다. 지상과 달리 수중에서는 케이블 로봇 밖에서 측정이 힘들기 때문에 물체 고정판에 위치, 각도 , 높이 측정센서를 장착하고, 수중 라이트와 카메라를 이용하여서 제어 중에 물체를 지속적으로 모니터링 할 수 있게 한다. 높이 측정인 수중 고도계, 수심 측정센서를 장착하여서 제어 높이 따른 부력 조절이 자동을 할 수 있게 제어를 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 수중 케이블 로봇 장치에서 이동 대상물을 탑재하는 이동 플레이트에 부력조절장치를 설치하여 부력을 조절함으로써, 지상과 달리 연직 방향으로 이동 대상물의 이동 제어 가능한 범위를 확장할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 수중에서 모니터링 할 수 있도록 각종 센서를 장착하여 작업 상황을 모니터링하면서 안전한 작업이 가능해진다. 또한 본 발명은 수심 및 고도 측정 센서를 통하여서 제어 높이에 따른 자동 부력 조절이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래 육상에서 이용되는 케이블 로봇장치 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 부력조절이 가능한 수중케이블 로봇장치의 제어장치 블록도.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이,

안벽(11)에서 작업 영역만큼 떨어져 계류시킨 부유식 구조물(12)과, 상기 안벽(11)의 상부에 설치되는 복수의 케이블 윈치(20)와;

상기 안벽(11)과 상기 부유식 구조물(12)의 측벽에 서로 다른 높이의 그룹으로 나뉘어 설치되는 복수 개의 가이드 도르래(30; 31, 32, 33)와;

상기 가이드 도르래(30)를 통해 가이드 되는 상기 복수 개의 케이블 윈치(20)의 케이블(21)에 상하 모서리부가 각각 연결되고, 상부에 이동 대상물(70)을 탑재 지지하는 이동 플레이트(40)와;

상기 이동플레이트(40)에 설치되어 이동플레이트(40)의 부력을 조절하기 위한 부력조절장치(50)와;

상기 케이블 윈치(20)와, 상기 부력조절장치(50)를 제어하여 상기 이동 플레이트(40)의 이동을 제어하는 제어기(100)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇의 제어장치 블록도이다.

본 발명은, 상기 제어기(100)의 제어에 의해 상기 이동플레이트(40)의 이동에 따른 작업 상태를 모니터링 하기 위한 수중 라이트(101)와, 수중 카메라(102)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 부력조절장치(50)와 대응되어 이동플레이트(40)에 중량을 가하기 위한 무게추(103)가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 제어기(100)에서 상기 이동 플레이트의 위치와 각도를 검출하기 위한 위치 및 각도 센서(104)와, 높이 센서(105)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

도한 본 발명은, 상기 부력조절장치(50)와, 상기 무게추(103)는, 이동플레이트(40)의 경사 자세를 조절할 수 있도록 적어도 2쌍 이상 복수 쌍으로 분리되어 서로 대칭되게 이동플레이트(40)에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 부력조절장치(50)는, 공기 등의 양을 조절하여 부력을 제어할 수 있는 부력조절수단이 사용될 수 있으며, 일 실시예로는 발라스팅 펌프(51)에 의해 부력조절이 가능한 발라스트 탱크로 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치는, 안벽(11)에 계류시킨 선박이나 해양 구조물의 하부에 수중에서 의장품이나 필요한 장치를 탑재하는 작업에서 수중 탑재물을 수중에서 탑재위치로 이동시켜 탑재시키는 작업에 이용된다.

수중 케이블 로봇 장치는, 안벽(11)과 부유식 구조물(12)의 상부에 복수의 케이블 윈치(20)를 설치한다. 케이블 윈치(20)는 안벽(11)과 부유식 구조물(12)에 각기 4개씩, 총 8개를 설치한다. 8개의 케이블 윈치(20)를 케이블을 이동 플레이트(40)의 좌우 상하단 모서리에 연결하기 위해서 가이드 도르래(30)가 설치된다.

안벽(11)과 부유식 구조물(12)의 상면에서 측벽으로 케이블(21)을 가이드 하는 제1가이드 도르래(31)와, 안벽(11)과 부유식 구조물(12)의 측벽 중간부에 설치되어 이동플레이트(40)의 상단 모서리에 연결시키는 일부 케이블(21)을 가이드 하는 제2가이드 도르래(32)와, 안벽(11)과 부유식 구조물(12)의 측벽 하부에 설치되어 이동플레이트(40)의 하단 모서리에 연결되는 케이블(21)을 가이드 하는 제3가이드 도르래(33)로 구성된다.

제1가이드 도르래(31)에 의해 안벽(11)과 부유식 구조물(12)의 상면에서 측벽으로 케이블(21)이 가이드 되며, 제2가이드 도르래(32)에 의해 측벽 중간부에서 일부 케이블(21)을 가이드하여 이동플레이트(40)의 상단 모서리에 연결되고, 제3가이드 도르래(33)에 의해 측벽 하부에서 이동플레이트(40)의 하부 모서리에 케이블(21)이 연결된다.

따라서 제2가이드 도르래(32)를 통해 연결된 케이블(21)과, 제3가이드 도르래(33)를 통해 연결된 케이블(210이 이동 플레이트(40)의 상하 모서리에 연결되므로 8개의 케이블의 길이를 조절함으로서 좌우, 상하 이동 및 경사진 자세 제어도 가능해진다. 여기서 케이블 윈치(20)에는 각각 엔코더가 설치되어 제어기(100)가 엔코더의 정보를 입력받아 케이블의 장력 및 길이 조절이 가능해진다.

8개의 케이블 윈치(20)의 케이블(21)에 의해 이동 플레이트(40)가 제어되는 경우, 제3가이드 도르래(33)를 통과하는 케이블(21)을 팽팽히 당기고, 제2가이드 도르래(32)를 통과하는 케이블(21)을 느슨하게 풀어주면 제3가이드 도르래(33)가 설치된 높이(Z₁)까지 이동 플레이트(40)를 하강시킬 수 있다. 그리고, 제3가이드 도르래(33)를 통과하는 케이블(21)을 느슨하게 풀어주고, 제2가이드 도르래(32)를 통과하는 케이블(21)을 팽팽히 당기면, 제2가이드 도르래(32)가 설치된 높이(Z₀)까지 이동 플레이트(40)를 상승시킬 수 있다.

그런데, 수중 탑재물 즉, 이동 대상물(70)을 설치할 높이가 제2가이드 도르래(32)가 설치된 높이보다 위쪽에 있는 경우, 케이블 윈치(20)를 제어하는 것만으로는 이동플레이트(40)를 더이상 상승시킬 수 없어서 작업 반경이 제한을 받게된다.

이에 따라 본 발명에서는 이동 플레이트(40)를 부력조절이 가능한 발라스트 탱크를 몸체로 구성하고, 발라스팅 펌프(51)를 통해 부력조절이 가능하게 구성한 것이다. 발라스트 탱크로 이루어진 이동 플레이트(40)의 상면에는 이동 대상물(70)을 고정 지지하도록 지그를 구비하여 이동 대상물(70)을 상면에 올려놓고 정정시킨 상태로 이동시키도록 구성한다.

본 발명은, 이동 플레이트(40)의 부력을 조절할 수 있도록 부력조절장치(50)로서 발라스팅 펌프(51)와 무게추(103)를 설치하여 수중에서 이동 플레이트(40) 자체적으로 상승 또는 하강이 가능하도록 구성한 것이다.

부력 조절을 하게 되면, 케이블(21)의 장력만으로는 이동 플레이트(40)의 위치와 높이를 파악할 수 없으므로, 이동 플레이트(40) 자체의 위치와 각도를 감지하는 위치,각도 센서(104)와, 높이 즉, 수심을 감지하는 높이센서(105)를 설치하여 제어기(100)가 이동 플레이트(40)의 높이와 각도 및 높이를 감지하여 발라스팅 펌프(51)를 제어함과 아울러 케이블 윈치(20)를 연동 제어하여 이동 플레이트(40)를 케이블 제어 범위를 벗어난 위치로 이동시킬 수 있게 된다. 그러므로 본 발명에서는 각 케이블 윈치(20)에 설치된 엔코더의 정보와 위치,각도 센서(104) 및 높이센서(105)에 의해 감지된 정보를 이용하여 제어기(100)가 이동 플레이트(40)의 모ㄱ표위치 및 자세를 제어할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 제2,제3가이드 도르래(32)(33)를 통해 이동 플레이트(40)에 연결된 케이블(21)들을 풀어주고, 부력조절장치(50)를 제어하여 부력을 높여주면, 이동플레이트(40)는 수중에서 상승되어 제2가이드 도르래(32)의 설치 높이(Z₀)보다 더 높은 위치로 상승되며, 최대 해수면 높이(Z₂)까지 이동 플레이트(40)에 탑재된 이동대상물(70)을 상승시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 케이블(21)에 의한 이동이 아닌 부력조절에 의한 이동시에도 자세제어가 가능하다. 부력조절장치(50)와 무게추(103)를 이동플레이트(40)에 서로 대칭되게 적어도 4개로 분산제어가 가능하게 설치하여 각 방향에 대해 서로 다른 부력으로 제어하게 되면, 이동플레이트(40)의 기울기 즉, 자세 제어가 가능해진다.

또한 이동 플레이트(40)를 하강시키고자 하는 경우, 부력조절장치(50)의 양성부력을 제거하게 되면 무게추(103)의 중량에 의해 하강시킬 수 있게 된다.

이러한 수중 이동 작업 상황을 모니터링 하기 위해서 본 발명에서는 복수의 수중 라이트(101)와 수중카메라(102)와 같은 비전 시스템을 설치하여 수중 작업 상황을 모니터링 할 수 있도록 하며, 제어기(100)는 비전 시스템의 데이터와 각종 센서 데이터 및 부력 정도에 의해 이동 플레이트(40)의 이동제어작업을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명은, 상기 제어기(100)를 상기 케이블 윈치(20)를 제어하기 위한 상위 제어기와, 부력조절과 모니터링 제어를 위한 하위 제어기로 분리 구성할 수 있으며, 하위 제어기가 비전시스템의 정보와, 위치, 각도 센서(104) 및 높이 센서(105)의 정보 및 부력조절장치(50)의 부력 상태정보를 신호처리하여 상기 상위 제어기로 케이블 윈치(20)를 각각 제어할 수 있도록 하는 정보를 제공할 수 있다.

이와 같이 상위 제어기와, 하위 제어기로 분리 구성하게 되면, 8개의 케이블 윈치(20)를 각각의 케이블 장력과 길이를 연동제어하는 구성과, 각종 센서 및 비전시스템과 부력 상태에 대한 신호처리를 분리제어할 수 있어서 제어 프로그램의 트래픽을 줄여 효율적인 제어가 가능해진다.

11 : 안벽 12 : 부유식 구조물
20 : 케이블 윈치 21 : 케이블
30 : 가이드 도르래 31, 32, 33 : 제1,제2,제3 가이드 도르래
40 : 이동 플레이트 50 : 부력조절장치
51 : 발라스팅 펌프 70 : 이동 대상물
100 : 제어기 101 : 수중 라이트
102 : 수중 카메라 103 : 무게추
104 : 위치, 각도 센서 105 : 높이센서

Claims

안벽(11)에서 작업 영역만큼 떨어져 계류시킨 부유식 구조물(12)과, 상기 안벽(11)의 상부에 설치되는 복수의 케이블 윈치(20)와;
상기 안벽(11)과 상기 부유식 구조물(12)의 측벽에 서로 다른 높이의 그룹으로 나뉘어 설치되는 복수 개의 가이드 도르래(30; 31, 32, 33)와;
상기 가이드 도르래(30)를 통해 가이드 되는 상기 복수 개의 케이블 윈치(20)의 케이블(21)에 상하 모서리부가 각각 연결되고, 상부에 이동 대상물(70)을 탑재 지지하는 이동 플레이트(40)와;
상기 이동플레이트(40)에 설치되어 이동플레이트(40)의 부력을 조절하기 위한 부력조절장치(50)와;
상기 케이블 윈치(20)와, 상기 부력조절장치(50)를 제어하여 상기 이동 플레이트(40)의 이동을 제어하는 제어기(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어기(100)의 제어에 의해 상기 이동플레이트(40)의 이동에 따른 작업 상태를 모니터링 하기 위한 수중 라이트(101)와, 수중 카메라(102)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치.
제 1 항에 있어서, 상기 부력조절장치(50)와 대응되어 이동플레이트(40)에 중량을 가하기 위한 무게추(103)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어기(100)에서 상기 이동 플레이트의 위치와 각도를 검출하기 위한 위치 및 각도 센서(104)와, 높이 센서(105)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치.
제 1 항에 있어서, 상기 부력조절장치(50)와, 상기 무게추(103)는, 이동플레이트(40)의 경사 자세를 조절할 수 있도록 적어도 2쌍 이상 복수 쌍으로 분리되어 서로 대칭되게 이동플레이트(40)에 설치된 것을 특징으로 하는 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치.
제 1 항에 있어서, 상기 부력조절장치(50)는 발라스팅 펌프(51)에 의해 부력조절이 가능한 발라스트 탱크로 구성된 것을 특징으로 하는 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어기(100)는,
상기 케이블 윈치(20)를 각각 제어하기 위한 상위 제어기와,
상기 이동플레이트(40)의 위치와 각도 및 높이정보를 검출하여 신호처리에 의해 케이블 윈치 제어정보를 상기 상위 제어기로 전송함과 아울러 상기 부력조절장치(50)를 통해 부력을 조절하는 하위 제어기로 분리 구성된 것을 특징으로 하는 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치.
제 1 항에 있어서, 상기 가이드 도르래(30)는,
안벽(11)과 부유식 구조물(12)의 상면에서 측벽으로 케이블(21)을 가이드 하는 제1가이드 도르래(31)와, 안벽(11)과 부유식 구조물(12)의 측벽 중간부에 설치되어 이동플레이트(40)의 상단 모서리에 연결시키는 일부 케이블(21)을 가이드 하는 제2가이드 도르래(32)와, 안벽(11)과 부유식 구조물(12)의 측벽 하부에 설치되어 이동플레이트(40)의 하단 모서리에 연결되는 케이블(21)을 가이드 하는 제3가이드 도르래(33)로 구성된 것을 특징으로 하는 부력조절이 가능한 수중 케이블 로봇장치.