KR20170045674A

KR20170045674A - 해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20170045674A
Application number: KR1020150145646A
Authority: KR
Inventors: 김지윤; 박희환; 조현철; 이상철
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2017-04-27
Also published as: KR102463544B1

Abstract

해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법에 관한 것으로, 해양 플랜트에 설치된 각종 설비로 이동 가능하도록 레일 구조체(13)를 따라 주행 가능하게 마련되는 작업용 로봇 및 상기 로봇과의 통신을 통해 상기 로봇으로부터 수신되는 검사 및 감지 정보에 기초해서 상기 로봇의 동작을 제어하는 중앙 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 레일 구조체를 따라 주행하는 작업용 로봇을 이용해서 해양 플랜트에 마련된 각 설비에 대한 유지 보수 작업을 무인화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법{UNMANNED OPERATION SYSTEM AND METHOD FOR OFFSHORE PLANT}

본 발명은 해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양 플랜트의 구조 유지 보수(fabric maintenance) 및 비상 상황 대응 작업을 무인화하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법에 관한 것이다.

해양자원 개발 증가, 육지 공간 부족 등의 원인으로 인해, 심해저 원유 및 가스의 시추 및 저장, 정제 등을 위한 다양한 해양 플랜트의 수요가 증가하고 있다.

해양 플랜트는 바다에 매장되어 있는 석유, 가스와 같은 해양 자원들을 발굴, 시추, 생산해내는 활동을 위한 장비와 설비를 포함한 제반 사업을 의미한다.

이러한 해양 플랜트는 용도에 따라 시추용과 생산용으로 구분되고, 설치방식에 따라 고정식과 부유식으로 구분될 수 있다.

최근에는 해양 개발을 위한 순수한 해양 플랜트뿐만 아니라 선박 기능을 갖춘 복합기능형 해양 플랜트의 수요가 증가하는 추세이다.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 해양 구조물 기술을 개시하여 출원한 바 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1300715호(2013년 9월 10일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1003984호(2010년 12월 31일 공고)

한편, Oil FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading Plant)나 LNG FPSO는 해양 구조물 내에 Oil 저장탱크나 LNG 저장탱크가 설치되고, 해양 구조물의 상부 갑판에 원유 혹은 천연가스를 처리(예컨대, 천연가스의 생산 및 액화 등)하기 위해 필요한 각종 설비들, 즉 탑 사이드 모듈(topside module)이 설치된다.

특히, FPSO나 FLNG(Floating, Liquid gas plant)와 같은 해양 플랜트들은 특정 지역의 구조 유지 보수(Fabric maintenance)에 비교적 많은 인력이 집중되고 있다.

이와 같이, 종래에는 해양 플랜트의 유지 보수를 대부분 인력에 의존함에 따라, 인력 운영에 따른 유지 보수 비용이 증가하고, 작업의 부정확성으로 인한 사고 발생 요인이 상존하는 문제점이 있었다.

또한, 해양 플랜트의 특성상 폭발성 물질이나, 고온, 고압의 위험 시설에 대한 작업 과정에서 휴먼 에러로 인한 대형 화재나 폭발 사고가 발생하기도 하였다.

이로 인해, 이미 선진국에서는 해양 플랜트의 무인화 시스템 개발이 진행되고 있다.

따라서 해양 플랜트의 유지 보수 작업에 소요되는 인력을 효과적으로 줄일 수 있고, 시스템적으로 접근 가능하게 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해양 플랜트 내부를 복수의 공간으로 구획하고 구획된 각 공간에서 주행 가능한 로봇과 함께 적용하여 해양 플랜트의 유지 보수 및 비상 상황에 대한 사후 처리를 무인화하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 해양 플랜트의 유지 보수에 소요되는 비용을 절감하고, 사고의 요인을 제거하여 해양 플랜트의 운영 안정성을 향상시킬 수 있는 해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 해양 플랜트 무인 운영 시스템은 해양 플랜트에 설치된 각종 설비로 이동 가능하도록 레일 구조체(13)를 따라 주행 가능하게 마련되는 작업용 로봇 및 상기 로봇과의 통신을 통해 상기 로봇으로부터 수신되는 검사 및 감지 정보에 기초해서 상기 로봇의 동작을 제어하는 중앙 제어부를 포함하여 해양 플랜트의 각 설비에 대한 검사 및 유지 보수 작업을 무인화하는 것을 특징으로 한다.

상기 로봇은 해양 플랜트의 내부 공간을 구획한 복수의 섹터 각각에 적어도 하나 이상 주행 가능하게 설치되고, 각 섹터에 설치된 각종 설비의 특성에 따라 미리 설정된 항목별 검사 및 유지 보수 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 항목별 검사 정보는 수동 밸브 상태, 게이지 검사, 회전 기기의 이상 유무 검사, 가스 누출 검사 및 화재 감시 정보 중에서 하나 이상을 포함하고, 상기 유지보수 작업은 수동 밸브 조작, 게이지 검사 정보와 회전 기기류의 이상 유/무 검사 정보, 가스 누출 검사 정보 또는 화재 감시 정보에 따라 미리 설정된 시나리오에 따른 유지 보수 및 사고 대응 작업을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 로봇은 상기 레일 구조체를 따라 주행하는 주행기, 상기 주행기의 상부에 마련되고 각 설비의 검사 및 유지보수 작업을 수행하는 작업기 및 상기 주행기와 작업기의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 주행기는 외형을 형성하는 이동대차에 대칭적으로 배치되는 구동휠과 보조휠 및 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 구동휠을 구동하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 레일 구조체는 수평직선레일, 수평곡선레일 및 수직곡선레일 중에서 선택되는 조합하여 구성되며, 상기 주행기는 상기 수평 및 수직곡선레일 주행시 대향되는 상기 구동휠 간의 속도차를 유지하는 차동기어 트레인 및 좌우 양측의 구동휠 사이에 설치하고 상기 수직곡선레일에 마련된 래크와 맞물리는 피니언을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 작업기는 각 섹터에 마련된 각 설비의 특성에 따라, 수동 밸브 조작, 게이지 검사, 회전기기류의 이상 유무 검사 및 가스 누출이나 화재 감시 및 대처 동작을 수행하는 검사모듈과 작업모듈을 포함하고, 상기 검사모듈은 가스 누출 여부를 검사하는 가스감지센서, 화재 발생 여부를 검사하는 화재감지센서, 상기 주행 중인 로봇의 이동자세를 감지하는 자세감지센서, 각 설비 및 밸브나 게이지를 촬영하는 카메라, 회전기기의 이상 유무를 검사하도록 각각 진동과 음향을 감지하는 진동감지센서 및 음향감지센서 중에서 각 섹터에 마련된 설비의 특성에 따라 적어도 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 검사모듈은 상기 레일 구조체에 설치된 ID 태그를 인식하는 태그 인식기 및 각 설비와 상기 로봇 동작 과정에서 이상 고온 발생 여부를 감지하는 온도감지센서를 더 포함하고, 상기 검사모듈에 마련되는 각 센서와 카메라는 상기 작업모듈에 교체 가능하게 장착되는 것을 특징으로 한다.

상기 작업모듈은 수동 조작 밸브를 조작하는 밸브 조작툴, 각 설비에 마련된 부품을 교체하는 부품 교체툴 및 물이나 소화제, 불활성 가스를 분사하는 분사유닛을 포함하여 승강 동작 및 회전 동작 가능하도록 복수의 관절을 갖는 로봇팔로 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙 제어부는 각 섹터에 마련된 상기 로봇으로부터 전송된 검사 결과 및 작업 수행 정보를 저장하고, 상기 로봇을 이용해서 수행할 각 작업 ID별 작업파일을 저장하는 데이터베이스와 연결되며, 상기 로봇으로부터 전달되는 작업 ID를 판독해서 대응되는 도면 및 작업파일을 상기 데이터베이스에서 검색해서 상기 로봇으로 전송하며, 상기 로봇의 검사결과에 기초해서 미리 설정된 시나리오에 따라 대응 동작을 수행하도록 상기 로봇을 원격제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 해양 플랜트 무인 운영 방법은 (a) 해양 플랜트를 구획하는 복수의 섹터에 각각 하나 이상 마련되는 로봇을 각 섹터에 마련된 레일 구조체를 따라 주행시켜 각 섹터에 마련되는 각종 설비에 대해 미리 설정된 항목별로 이상 여부를 검사하는 단계 및 (b) 중앙 제어부에서 상기 로봇의 검사 결과를 수신하고, 수신된 검사 결과에 기초해서 미리 설정된 시나리오에 따라 대응 동작을 수행하도록 제어하는 단계를 포함하여 해양 플랜트의 각 설비에 대한 검사 및 유지 보수 작업을 무인화하는 것을 특징으로 한다.

상기 (a)단계는 (a1) 상기 로봇에서 태그 인식기를 이용하여 상기 레일 구조체에 설치된 ID 태그를 인식하는 단계, (a2) 상기 로봇의 제어부에서 상기 레일 구조체의 수평곡선레일 또는 수직곡선레일 이전에 설치되는 ID 태그가 인식되면, 상기 로봇의 주행속도를 조절하는 단계 및 (a3) 상기 제어부에서 각 섹터에 마련된 설치의 유지 보수 작업위치를 저장하는 작업위치 ID 태그가 인식되면, 작업 ID를 상기 중앙 제어부로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (b)에서 상기 중앙 제어부는 각 설비에 대해 유지 보수 작업을 수행하도록, 데이터베이스에서 상기 작업 ID에 매칭되어 저장된 도면 및 작업파일을 검색해서 상기 로봇으로 전송하고, 상기 로봇의 제어부는 수신된 도면 및 작업파일을 분석하여 분석된 작업내용에 기초해서 해당 동작을 수행하도록 상기 로봇의 작업기에 마련된 각 모듈의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법에 의하면, 레일 구조체를 따라 주행하는 작업용 로봇을 이용해서 해양 플랜트에 마련된 각 설비에 대한 유지 보수 작업을 무인화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 레일을 이용해서 로봇이 주행함에 따라, 기존의 겐트리를 이용한 로봇 이동 방법에 비하여 장거리 이동이 용이하고, 겐트리 로봇으로 접근할 수 없는 영역까지 레일을 설치하여 접근이 가능하다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면, 자율 주행을 이용한 로봇의 이동 방법에 비하여 장애물 극복이나 층간 이동이 용이함에 따라, 보다 다양한 영역을 무인 자동화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 해양 플랜트 현장에서의 유지, 보수, 검사 및 모니터링 작업을 사람 대신 로봇을 이용함으로써, 비용을 절감하고 작업의 정확성을 높일 수 있으며, 24시간 상시 작업이 가능하므로 작업 능률을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 사고 발생 시 표준화된 매뉴얼에 따라 신속하게 대응이 가능하므로, 초동대처 효율이 증대되며 상시 감시가 가능하여 사고를 미연에 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

결과적으로, 해양 플랜트에서 화재나 가스 폭발과 같은 사고 발생 시, 위험구역(발화점 및 고온 화염구역)에 로봇을 대신 투입하여 사고 처리 작업을 수행함으로써, 해양 플랜트 운영의 HSE(Health, Safety, and the Environment) 경쟁력을 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해양 플랜트 무인 운영 시스템의 블록 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 무인 운영 시스템이 마련된 각 섹터의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해양 플랜트 무인 운영 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 4는 로봇의 가스 누출 검사 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 5는 로봇의 화재 감시 및 대응 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 6은 로봇의 밸브 체크 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 7은 로봇의 밸브 조작 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 8은 로봇의 게이지 체크 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 9는 로봇의 오일 누유 검사 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 10은 로봇의 세척 방법을 단계별로 설명하는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해양 플랜트 무인 운영 시스템 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 주행 가능하게 마련되는 작업용 로봇을 이용해서 해양 플랜트의 구조 유지보수(Fabric Maintenance)에 해당하는 수동 밸브 조작(Valve Operation), 게이지 검사, 회전 기기류의 이상 유/무 검사 그리고 가스 누출이나 화재 감시 및 대처 등을 포함하는 안전(Safety) 분야의 무인화를 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해양 플랜트 무인 운영 시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 무인 운영 시스템이 마련된 각 섹터의 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해양 플랜트 무인 운영 시스템(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 해양 플랜트에 설치된 각종 설비로 이동 가능하도록 레일 구조체(13)를 따라 주행 가능하게 마련되는 작업용 로봇(이하 '로봇'이라 약칭함)(20) 및 로봇(20)과의 통신을 통해 로봇(20)으로부터 수신되는 검사 및 감지 정보에 기초해서 로봇(20)의 동작을 제어하는 중앙 제어부(30)를 포함한다.

본 실시 예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 해양 플랜트의 내부 공간을 복수의 섹터(A 내지 E)로 구획하고, 각 섹터(A 내지 E)에 적어도 하나 이상의 로봇(20)을 주행 가능하게 설치하여 각 섹터(A 내지 E)에 설치된 각종 설비의 특성에 따라 미리 설정된 항목별 검사를 수행한다.

이에 따라, 본 발명은 상기 항목별 검사 정보에 기초하여 로봇(20)을 이용해서 해양 플랜트에 마련된 각 설비의 유지보수 작업을 수행한다.

예를 들어, 상기 항목별 검사 정보는 수동 밸브 상태, 게이지 검사, 회전 기기의 이상 유무 검사, 가스 누출 검사 및 화재 감시 정보 중에서 하나 이상을 포함하고, 상기 유지보수 작업은 수동 밸브 조작, 게이지 검사 정보와 회전 기기류의 이상 유/무 검사 정보 및 가스 누출 검사 정보나 화재 감시 정보에 따라 미리 설정된 시나리오에 따른 작업 등을 포함하는 안전 관련 작업을 말한다.

여기서, 본 실시 예에서는 해양 플랜트에서 로봇(20)을 이용하여 해양 플랜트에 마련된 각종 설비의 검사 및 유지 보수 작업을 수행하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 해양 플랜트에서 인력을 이용해서 수행하는 다양한 작업들을 로봇(20)이 수행하게 하여 궁극적으로 해양 플랜트의 운영을 무인화하는 것임에 유의하여야 한다.

먼저, 본 실시 예에 따른 해양 플랜트 무인 운영 시스템의 상세 구성을 설명하기에 앞서, 도 2를 참조하여 해양 구조물 내부 공간을 복수로 구획한 각 섹터의 구성을 설명한다.

해양 구조물은 단층으로 구성되기도 하나, 통상적으로는 복층의 데크(11)를 갖도록 구성된다.

도 2에는 상하 2층의 데크(11)가 도시되고, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 데크(11)를 상하 3층 이상으로 구성하도록 변경될 수 있다.

데크(11)에는 로봇(20)이 상층 또는 하층 데크(11)로 이동할 수 있도록 통로(12)가 형성될 수 있다.

레일 구조체(13)는 로봇(20)의 주행 경로를 구성하도록 다수의 레일(14)을 포함한다.

예를 들어, 레일 구조체(13)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하층 데크(11)에 설치된 장비의 측면과 상면을 경유하여 상층 데크(11)에 설치된 장비의 측면을 경유하여 주행할 수 있다. 이러한 레일 구조체(13)에 의한 주행 경로는 직선구간과 곡선구간을 포함하는 3차원의 레일 배치를 이룰 수 있다.

즉, 레일 구조체(13)는 수평직선레일(141), 수평곡선레일(142), 수직곡선레일(143)을 선택적으로 조합하여 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상하 2층 데크 구조에서 수평직선레일(141)은 각 하층 데크(11)의 바닥 및 천장과 상층 데크(11)의 바닥 둘레를 따라 설치될 수 있다.

수평직선레일(141)은 곡선구간을 포함하지 않고, 길이가 길어지는 경우 분할 구조로 형성하여 연결될 수 있다.

동일 수평면에 배치되는 한 쌍의 수평직선레일(141) 사이에는 수평곡선레일(142)이 마련되고, 상층 데크(11)와 하층 데크(11)의 수평면에 각각 배치되는 한 쌍의 수평직선레일(141) 사이에는 수직곡선레일(143)이 마련될 수 있다.

여기서, 수평곡선레일(142)과 수직곡선레일(143)은 해양 플랜트 및 각 섹터(A 내지 E)에 마련된 장비의 크기에 대응해서 서로 다른 곡률반경을 갖도록 형성될 수 있다.

하층 데크(11)의 천장에 인접한 수평직선레일(141)과 상층 데크(11)의 바닥에 인접한 수평직선레일(141) 사이에는 곡률반경이 작은 수직곡선레일(143)이 통로(12)를 통과하도록 마련될 수 있다.

수평직선레일(141)은 로봇(20)의 정립 상태를 유지하는 바닥 경로와 로봇(20)의 도립 상태를 유지하는 천장 경로로 분산되어 배치될 수 있다.

즉, 바닥과 천장의 수평직선레일(141)은 수평곡선레일(142)과 수직곡선레일(143)을 이용해서 연결될 수 있다. 그래서 로봇(20)은 수직곡선레일(143)을 통과한 후 천장에 설치된 수평직선레일(141)에 진입하면 도립상태에서 작업을 수행할 수 있다.

예를 들어, 로봇(20)이 수평직선레일(141)에서 수직곡선레일(143)을 지나면서 하층 데크(11)의 천장에 형성된 도립구간에 접어들면, 로봇(20)은 도립 상태에서 단독 또는 병행 작업을 진행할 수 있다.

즉, 본 발명은 도 2에 도시된 B 섹터에서 노후 부품 교체와 같이 단일 로봇(20)으로 작업을 수행하기 어려운 경우, 각각 정립 상태와 도립 상태로 배치된 복수의 로봇(20)을 이용한 협조작업을 통해 해당 작업을 수행할 수 있다.

수직곡선레일(143)은 약 90˚로 방향을 전환하는 엘보우형 또는 약 180˚로 방향을 전환하는 U자형으로 형성될 수 있다.

U자형 수직곡선레일(143)로 바닥에서 천장으로 진행하거나, 데크(11)의 통로(12)를 통과할 수 있다.

물론, 본 발명은 엘보우형 또는 U자형 수직곡선레일(143)을 조합하여 다양한 형태의 수평 및 수직 주행 경로를 구성하도록 변경될 수 있다.

한편, 수평직선레일(141), 수평곡선레일(142), 수직곡선레일(143)은 각각 I빔을 사용하여 설치될 수 있다.

즉, I빔은 상단과 하단에 플랜지를 구비함에 따라, 로봇(20)을 긴밀하게 지지하여 주행시 불필요한 요동을 최소화할 수 있다.

반면, H빔을 사용하는 경우, 상하단 플랜지의 크기가 크기 때문에, 수평곡선레일(142) 또는 수직곡선레일(143)의 곡률반경이 작은 경우에 적합하지 않다.

이와 같은 수평직선레일(141), 수평곡선레일(142), 수직곡선레일(143)은 일측면을 이용하여 해양 플랜트의 바닥이나 천장에 고정될 수 있다.

한편, 수직곡선레일(143)의 외면에는 로봇(20)의 수직이동시 미끄럼을 방지하도록, 래크(15)가 마련될 수 있다.

래크(15)는 수직 방향으로 승강 동작하는 로봇(20)의 중력에 의한 미끄럼을 방지하여 상하 주행의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

물론, 본 발명은 수직곡선레일의 내면에 래크를 설치하도록 변경될 수 있다.

그리고 본 발명은 로봇의 주행력과 제동력을 보강하는 측면에서 수평직선레일과 수평곡선레일의 일부 구간에도 래크를 적용하도록 변경될 수도 있다.

레일 구조체(13)에는 로봇(20)을 충전하기 위한 충전 도킹 스테이션(17)과 주행중인 로봇(20)이 작업위치를 확인하고 주행속도를 제어하기 위한 복수의 ID 태그(16)가 설치될 수 있다.

예를 들어, 수평직선레일(141)에는 각 설비별 검사 및 유지보수 작업을 수행하도록 로봇(20)의 작업위치 정보를 저장하는 작업위치 ID 태그(161)와, 주행 중인 로봇(20)이 작업위치에 도달하기 이전에 감속하도록 감속위치 정보를 저장하는 작업감속 ID 태그(162)가 설치될 수 있다.

그리고 수평곡선레일(142)에는 로봇(20)이 곡선구간에 도달하기 이전에 감속하도록 감속위치 정보를 저장하는 회전감속 ID 태그(163)가 설치될 수 있다.

이와 함께, 레일 구조체(13)에 인접하게 로봇(20)에 전원을 공급해서 충전하는 충전 도킹 스테이션(17)과 화재 발생시 화재 경고알람을 발생하고, 소화제를 로봇(20)에 공급하는 화재 경고 및 소화모듈(18)이 더 설치될 수 있다.

또한, 레일 구조체(13)에는 주행 중인 로봇(20)에 전원을 공급하기 위한 전원바 레일(도면 미도시) 및 방폭을 위해 밀폐된 각 섹터(A 내지 E) 내부 공간에 이산화탄소(CO₂)와 같은 불활성 기체를 주입하는 기체 주입모듈(도면 미도시)이 더 설치될 수 있다.

로봇(20)은 레일 구조체(13)를 따라 주행하는 주행기(21), 주행기(21)의 상부에 마련되고 각 설비의 검사 및 유지보수 작업을 수행하는 작업기(22) 및 주행기(21)와 작업기(22)의 구동을 제어하는 제어부(23)를 포함한다.

이와 함께, 로봇(20)은 주행기(21)와 작업기(22) 및 제어부(23)에 전원을 공급하는 배터리(24), 레일 구조체(13)에 마련된 충전 도킹 스테이션(17)을 통해 공급되는 전원을 배터리(24)에 충전하는 충전모듈(25) 및 중앙 제어부(30)와 통신을 수행하는 통신모듈(26)을 더 포함할 수 있다.

주행기(21)는 주행기(21)의 외형을 형성하는 이동대차에 대칭적으로 배치되는 구동휠(41)과 보조휠(42) 및 제어부(23)의 제어신호에 따라 구동휠(31)을 구동하는 구동모터(43)를 포함할 수 있다.

그리고 주행기(21)는 수평 및 수직곡선레일(142,143) 주행시 대향되는 구동휠(31) 간의 속도차를 유지하는 차동기어 트레인(144) 및 좌우 양측의 구동휠(41) 사이에 설치하고 수직곡선레일(143)에 마련된 래크(15)와 맞물리는 피니언(45)을 더 포함할 수 있다.

이와 함께, 주행기(21)는 주행 속도 감속시 구동휠(41) 및 보조휠(42)의 회전력을 감소시키도록 제동 동작하는 제동유닛(도면 미도시)을 더 포함할 수 있다.

주행기(21)는 I빔으로 마련된 각 레일(14)의 상단과 하단에 각각 구동휠(41)과 보조휠(42)을 긴밀하게 밀착시킨 상태로 주행한다.

물론, 상측 구동휠(41)과 하측 구동휠(41)은 로봇(20)이 도립구간(27)을 지나는 동안에는 반전될 수 있다.

작업기(22)는 각 섹터에 마련된 각 설비의 특성에 따라, 수동 밸브 조작, 게이지 검사, 회전기기류의 이상 유/무 검사 및 가스 누출이나 화재 감시 및 대처를 위한 검사모듈(50)과 작업모듈(60)을 포함할 수 있다.

검사모듈(50)은 각 설비에서 가스 누출 여부를 검사하는 가스감지센서(51)와 화재 발생 여부를 검사하는 화재감지센서(52), 주행 중인 로봇의 이동자세를 감지하는 자세감지센서(53), 각 설비 및 그에 마련된 밸브나 게이지를 촬영하는 카메라(44), 터빈이나 펌프와 같은 회전기기의 이상 유무를 검사하기 위해 각각 진동과 음향을 감지하는 진동감지센서(55)와 음향감지센서(56) 중에서 각 섹터에 마련된 설비의 특성에 따라 적어도 둘 이상을 포함할 수 있다.

이와 함께, 검사모듈(50)은 로봇(20)의 주행 및 작업 동작을 제어하기 위해 레일 구조체(13)에 설치된 ID 태그(16)를 인식하는 태그 인식기(57) 및 각 설비와 로봇(20) 동작 과정에서 이상 고온 발생 여부를 감지하는 온도감지센서(58)를 더 포함할 수 있다.

가스감지센서(51)는 반도체, 세라믹스, 고체 전해질 등을 이용해서 메탄, 산소, 이산화탄소 등의 가스형상의 화합물을 계측하는 고정형 화학센서로 마련될 수 있다.

화재감지센서(52)는 열이나 공기의 팽창, 또는 연기를 감지해서 화재발생 여부를 감지할 수 있다.

자세감지센서(53)는 로봇(20)의 피치(pitch) 축, 요(yaw) 축 및 롤(roll) 축에 대한 변동을 감지해서 로봇의 자세를 감지할 수 있다.

카메라(54)는 수동 밸브와 게이지 등 각 설비 및 그에 적용되는 부품의 동작 상태를 촬영하고, 촬영된 영상을 제어부(23)로 전달할 수 있다.

그리고 카메라(54)는 설비의 배관이나 바닥에 연료나 윤활유 등이 누유된 흔적을 스캔하여 촬영할 수도 있다. 그래서 제어부(23)는 카메라(54)에서 촬영된 영상 정보를 중앙 제어부(30)로 전송하고, 누유 발생시 중앙 제어부(30)의 원격 제어에 따라 작업모듈(60)을 구동해서 누유가 발생한 지점을 보수한 후, 세척수를 분사하도록 분사유닛(63)의 구동을 제어할 수 있다.

진동감지센서(55)와 음향감지센서(56)는 각각 터빈이나 펌프와 같은 회전기기의 케이스를 통해 진동와 소음을 측정하고, 측정된 결과를 제어부(23)로 전송할 수 있다.

이와 같이 검사모듈(50)에 마련되는 각 센서(51 내지 53, 55 내지 58) 및 카메라(53)는 각각 별도의 센싱툴로 마련되고, 수행하는 작업에 따라 작업모듈(60)에 교체 장착될 수 있다.

작업모듈(60)은 각 설비의 검사결과 이상 발생시 미리 설정된 시나리오에 따른 대응 동작을 수행하기 위해, 승강 동작 및 회전 동작 가능하도록 복수의 관절을 갖는 로봇팔을 포함할 수 있다.

이러한 작업모듈(60)에는 수동 조작 밸브를 조작하는 밸브 조작툴(61), 노후 부품을 교체하기 위한 부품 교체툴(62) 및 물이나 소화제, 불활성 가스를 분사하는 분사유닛(63)이 설치될 수 있다.

여기서, 밸브 조작툴(61)과 부품 교체툴(62) 및 분사유닛(63)은 상기 로봇팔의 선단에 회전 방식으로 교체 가능하게 설치될 수도 있고, 주행기(21)에 마련된 카트(도면 미도시)에 적재되고 수행하고자 하는 작업에 따라 교체 장착될 수도 있다.

제어부(23)는 메모리(도면 미도시)에 저장된 구동 프로그램을 실행시켜 미리 설정된 일별, 주별, 월별 검사 스케줄에 따라 로봇(20)을 주행하도록 주행기(21)를 제어하고, 주행 과정에서 상시적으로 가스 누출 여부 및 화재 발생 여부를 검사하도록 검사모듈(50)을 제어할 수 있다.

그리고 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 검사모듈(50)의 검사 결과 정보를 중앙 제어부(30)로 전송하며, 검사모듈(50)의 검사 결과 정보에 따라 설정 시나리오별 대응 동작을 수행하도록 작업모듈(60)의 동작을 제어한다.

즉, 제어부(23)는 로봇(20)의 주행 과정에서 태그 인식기(57)를 통해 인식된 태그 정보에 따라 로봇(20)의 주행 속도를 감속해서 미리 설정된 작업위치에 정지시키고, 중앙 제어부(30)로 해당 작업위치의 작업 ID를 전송하며, 작업파일을 수신해서 수신된 작업파일에 따라 작업모듈(60)의 동작을 제어할 수 있다.

중앙 제어부(30)에는 각 섹터에 마련된 각 로봇(20)으로부터 전송된 검사 결과 및 작업 수행 정보를 저장하고, 로봇(20)을 이용해서 수행할 각 작업 ID별 작업파일을 저장하는 데이터베이스(31)가 연결될 수 있다.

예를 들어, 데이터베이스(31)는 각 섹터에 마련된 설비별로 일별, 주별, 월별 검사 스케줄에 따라 부여된 작업 ID 정보에 작업파일을 매칭시켜 저장하고, 로봇(20)에서 전송된 작업 ID를 판독해서 해당 작업파일을 검색하여 중앙 제어부(30)에 제공할 수 있다.

이에 따라, 중앙 제어부(30)는 각 로봇(20)에서 전송된 검사 결과 정보 및 작업 수행 정보를 데이터베이스(31)에 저장하고, 데이터베이스(31)에서 검색된 작업파일을 해당 로봇(20)으로 전송할 수 있다.

여기서, 상기 작업파일은 설비별로 검사해야 할 항목별 검사 동작과 검사 결과에 따라 미리 설정된 설정 시나리오별 대응 동작 정보를 포함할 수 있다.

이러한 중앙 제어부(30)는 검사모듈(50)의 검사 결과 이상이 발생한 항목의 경고 알람을 발생하는 알람 발생부(32), 관리자의 명령을 입력받는 입력부(33) 및 각 섹터에 설치되는 무선접속장치(34)를 통해 각 로봇(20)과 통신을 수행하는 통신부(35)를 포함하는 관리서버로 마련될 수 있다.

무선접속장치(34)는 광 케이블을 통해 중앙 제어부(30)의 통신부(35)와 통신 가능하게 연결되고, 와이파이(Wi-Fi) 방식으로 각 로봇(20)과 통신을 수행할 수 있다.

물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방식의 무선 통신 방식을 적용하도록 변경될 수 있다.

다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해양 플랜트 무인 운영 방법을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해양 플랜트 무인 운영 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 3의 S10단계에서 중앙 제어부(30)는 전원을 공급받아 부팅되고, 제어 프로그램을 실행시키며, 통신을 초기화한다.

그리고 중앙 제어부(30)는 해양 플랜트의 각 섹터에 마련된 무선접속장치(34)를 통해 로봇(20)과 통신을 연결한다(S12).

이때, 중앙 제어부(30)와 통신이 연결되면, 로봇(20)에 마련된 가스감지센서(51)와 화재감지센서(52)는 가스 누출 여부 및 화재 발생 여부를 지속적으로 검사하고, 제어부(23)는 검사 결과를 중앙 제어부(30)로 전송한다.

S14단계에서 중앙 제어부(30)는 미리 설정된 일별, 주별, 월별 작업 스케줄에 따라 유지 보수 작업을 수행하도록 로봇(20)에 주행 명령을 송신한다.

그러면, 로봇(20)의 제어부(23)는 수신된 주행 명령에 따라 주행기(21)에 마련된 구동모터(43)를 구동해서 주행을 시작하도록 제어한다(S16).

주행이 시작되면, 검사모듈(50)에 마련된 태그 인식기(57)는 레일 구조체(13)에 설치되는 ID 태그(16)를 인식한다(S18).

그래서 제어부(23)는 인식된 태그 정보에 따라 로봇의 주행 속도 및 작업 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(23)는 곡선구간에서 회전감속 ID 태그(163)가 인식되면 주행기(21)의 주행 속도를 감속해서 회전 주행하도록 제어하고, 작업감속 ID 태그(162)가 인식되면 주행기(21)의 주행속도를 감속한 후, 작업위치 ID 태그(161)가 인식되면 주행기(21)를 정지시키도록 제어한다.

그리고 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 작업위치 ID 태그(161)로부터 인식된 작업 ID를 중앙 제어부(30)로 송신하도록 제어한다(S20). 여기서, 상기 작업 ID는 복수의 층으로 구성된 섹터의 층 정보 및 작업위치 정보를 포함할 수 있다.

S22단계에서 중앙 제어부(30)는 수신된 작업 ID를 판독하고, 판독된 작업 ID에 대응되는 도면과 작업파일을 데이터베이스(31)에서 검색해서 로봇(20)으로 송신한다(S24).

S26단계에서 제어부(23)는 수신된 도면과 작업파일을 분석하고, 분석된 도면 및 작업 내용에 따라 작업을 수행하도록 작업기(22)의 동작을 제어할 수 있다(S28).

이때, 제어부(23)는 로봇(20)의 주행 및 작업위치별 정지동작을 수행하는 과정에서 누적 오차 발생을 방지하기 위해, 주행기(21)의 일측에 설치된 터치센서의 전류값 또는 전압값을 이용해서 정확한 위치에 정지하였는지 여부를 검사하는 티칭(teaching) 작업을 수행할 수 있다.

그리고 제어부는 오프셋(offset)을 조정한 후, 작업 ID에 따라 작업을 분류하여 분류된 내용의 작업을 수행하도록 제어할 수 있다.

로봇(20)이 수동 밸브 조작, 게이지 검사, 가스 누출 및 화재 감시 등을 포함하는 유지 보수 작업을 수행하는 방법에 대해서는 아래에서 도 4 내지 도 를 참조해서 상세하게 설명하기로 한다.

작업이 완료되면, S30단계에서 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 중앙 제어부(30)로 작업 완료 메시지를 송신하도록 제어한다.

한편, 작업을 수행하는 과정에서 이상이 발생하는 경우, 제어부(30)는 해당 작업의 이상 발생 알람 메시지를 전송한다(S32).

그러면, 중앙 제어부(30)에 마련된 알람 발생부(32)는 수신된 알람 메시지에 따라 해당 작업의 알람을 발생한다.

그리고 중앙 제어부(30)는 수신된 알람 메시지의 알람 코드를 판독하고(S34), 판독된 결과에 따라 알람 대응 작업을 수행하도록 로봇(20)의 구동을 원격제어할 수 있다(S36).

다음, 도 4를 참조하여 로봇의 가스 누출 검사 방법을 상세하게 설명한다.

도 4는 로봇의 가스 누출 검사 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 4의 S40단계에서 제어부(23)는 가스감지센서(51)를 온 시키고, 가스감지센서(51)의 이상 여부를 체크한다(S41).

만약, S41단계의 체크결과 가스감지센서(51)가 이상 상태이면, 제어부(23)는 가스감지센서(51)의 이상 상태 알람 메시지를 중앙 제어부(30)로 전송할 수 있다.

반면, 가스감지센서(51)가 정상 상태이면, S42단계에서 가스감지센서(51)는 가스 누출 여부를 감지하고, 제어부(23)는 가스감지센서(51)의 감지 정보를 이용해서 가스 누출이 감지되었는지 여부를 검사한다.

만약, S42단계의 검사결과 가스 누출이 미감지된 경우, 가스감지센서(51)는 지속적으로 가스 누출 여부를 감지한다.

한편, S42단계의 검사결과 가스 누출이 감지되면, 제어부(23)는 로봇(20)의 주행 및 작업을 중지하도록 주행기(21) 및 작업기(22)의 동작을 제어한다(S43,S44).

이어서, 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 중앙 제어부(30)로 가스 누출 감지 알람 메시지를 전송하도록 제어한다(S45).

S46단계에서 제어부(23)는 중앙 제어부(30)로부터 가스 누출 위치를 탐지하기 위한 가스 탐지 명령이 수신될 때까지 대기한다.

가스 탐지 명령이 수신되면, S47단계에서 가스감지센서(51)는 가스 누출 위치를 감지하고, 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 감지된 가스 누출 위치 정보를 중앙 제어부(30)로 전송한다(S49).

S49단계에서 제어부(23)는 중앙 제어부(30)로부터 원격 제어 명령을 수신하고, 수신된 원격 제어명령에 따라 작업을 수행하도록 주행기(21) 및 작업기(22)의 동작을 제어하고, 작업이 완료되면 작업 결과를 중앙 제어부(30)로 전송한다.

이와 같이, 본 발명은 주행 가능하게 마련된 작업용 로봇을 이용해서 해양 플랜트에 마련된 각종 설비에서 가스 누출 여부를 검사하고, 검사 결과를 실시간으로 전송할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 가스 누출 발생시 가스 누출 위치를 정확하게 탐지해서 중앙 제어부의 원격제어를 통해 신속히 대응 작업을 무인 방식으로 수행함으로써, 가스 누출로 인한 폭발 사고를 미연에 예방하고, 유해 가스로 인한 인명 피해를 방지할 수 있다.

다음, 도 5를 참조하여 로봇의 화재 감시 및 대응 방법을 상세하게 설명한다.

도 5는 로봇의 화재 감시 및 대응 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 5의 S60단계에서 제어부(23)는 화재감지센서(52)를 온 시키고, 화재감지센서(52)의 이상 여부를 체크한다(S61).

만약, S61단계의 체크결과 화재감지센서(52)가 이상 상태이면, 제어부(23)는 화재감지센서(52)의 이상 상태 알람 메시지를 중앙 제어부(30)로 전송할 수 있다.

반면, 화재감지센서(52)가 정상 상태이면, S62단계에서 화재감지센서(52)는 화재 발생 여부를 감지하고, 제어부(23)는 화재감지센서(52)의 감지 정보를 이용해서 화재 발생 여부를 검사한다.

만약, S62단계의 검사결과 화재 발생이 미감지된 경우, 화재감지센서(52)는 지속적으로 화재 발생 여부를 감지한다.

한편, S62단계의 검사결과 화재 발생이 감지되면, 제어부(23)는 로봇(20)의 주행 및 작업을 중지하도록 주행기(21) 및 작업기(22)의 동작을 제어한다(S63,S64).

이어서, 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 중앙 제어부(30)로 화재 발생 감지 알람 메시지를 전송하도록 제어한다(S65).

S66단계에서 제어부(23)는 중앙 제어부(30)로부터 화재 발생에 대응하기 위한 화재 대응 명령이 수신될 때까지 대기한다.

화재 대응 명령이 수신되면, S67단계에서 제어부(23)는 미리 설정된 화재 발생시 시나리오에 따른 화재 대응 동작을 수행하도록 주행기(21) 및 작업기(22)의 동작을 제어한다.

예를 들어, 제어부(23)는 작업기(22)에 마련된 분사유닛(63)을 레일 구조체(13)의 일측에 마련된 소방 포트(도면 미도시)에 연결하고, 소방수나 소화제를 분사해서 화재를 초동 진압하도록 분사유닛(63)의 구동을 제어할 수 있다.

그리고 제어부(30)는 화재 대응 작업이 완료되면 작업 결과를 중앙 제어부(30)로 전송한다(S68).

이어서, S69단계에서 제어부(23)는 중앙 제어부(30)로부터 원격 제어 명령을 수신하고, 수신된 원격 제어명령에 따라 작업을 수행하도록 주행기(21) 및 작업기(22)의 동작을 제어하며, 작업이 완료되면 다시 작업 결과를 중앙 제어부(30)로 전송한다(S70).

이와 같이, 본 발명은 주행 가능하게 마련된 작업용 로봇을 이용해서 해양 플랜트에 마련된 각종 설비에서 화재 발생 여부를 검사하고, 검사 결과를 실시간으로 전송할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 화재 발생시 초기 진압을 수행하고, 중앙 제어부의 원격제어를 통해 대응 작업을 무인 방식으로 수행함으로써, 화재 발생 시 신속한 초기 대응을 통해 대형 사고를 예방할 수 있다.

다음, 도 6 및 도 7을 참조하여 로봇의 밸브 체크 및 조작 방법을 상세하게 설명한다.

도 6은 로봇의 밸브 체크 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이고, 도 7은 로봇의 밸브 조작 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 6의 S80단계에서 제어부(23)는 수동 밸브의 조작 상태를 인식하기 위해, 작업모듈(60)의 로봇팔 선단에 구조 광 센싱툴 형태로 제작된 센서나 카메라를 장착하도록 제어한다.

센싱툴 장착이 완료되면, S81단계에서 상기 센싱툴은 밸브 핸들의 영상을 촬영하고, 제어부(23)는 영상 인식 처리 과정을 거쳐 촬영된 밸브 핸들 영상이 정상적으로 인식되는지 여부를 검사한다(S82).

만약, S82단계의 검사결과 밸브 핸들 영상의 인식이 불가능한 경우, 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 밸브 인식 알람 메시지를 중앙 제어부(30)로 전송하고(S83), S81 내지 S83단계를 반복 수행하도록 제어한다.

반면, S82단계의 검사결과 밸브 핸들 영상이 정상적으로 인식되면, 제어부(23)는 인식된 영상을 기반으로 밸브 각도를 계산하고, 계산된 밸브 각도를 중앙 제어부(30)로 전송한다.

한편, 도 7에 도시된 로봇의 밸브 조작 방법을 설명하면, 제어부(23)는 S90단계 내지 S93단계에서 도 6에서 설명한 S80단계 내지 S83단계를 동일하게 수행한다.

S94단계에서 제어부(23)는 작업모듈(60)의 로봇팔 선단에서 센싱툴을 탈착하고, 밸브 핸들을 조작하기 위한 밸브 조작툴(61)을 장착하도록 제어한다.

밸브 조작툴 장착이 완료되면, 제어부(23)는 중앙 제어부(30)로부터 수신되는 회전각도만큼 밸브 핸들을 회전 조작하도록 작업모듈(60)의 구동을 제어한다.

이어서, 밸브 조작이 완료되면, 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 작업 결과를 중앙 제어부(30)로 전송한다.

이와 같이, 본 발명은 로봇에 마련된 센싱툴을 이용해서 수동 조작 밸브의 핸들 조작 상태를 인식하고, 밸브 조작툴을 구동해서 밸브의 핸들을 조작할 수 있다.

다음, 도 8을 참조하여 로봇의 게이지 체크 방법을 상세하게 설명한다.

도 8은 로봇의 게이지 체크 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 8의 S100단계에서 각 설비나 배관에 설치되는 유량계 등의 게이지를 체크하기 위해, 작업모듈(60)의 로봇팔 선단에 구조 광 센싱툴 형태로 제작된 센서나 카메라를 장착하도록 제어한다.

센싱툴 장착이 완료되면, S101단계에서 상기 센싱툴은 게이지의 영상을 좔영하고, 제어부(23)는 영상 인식 처리 과정을 거쳐 촬영된 게이지 영상이 정상적으로 인식되는지 여부를 검사한다(S102).

만약, S102단계의 검사결과 게이지 영상의 인식이 불가능한 경우, 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 게이지 인식 알람 메시지를 중앙 제어부(30)로 전송하고(S103), S101 내지 S103단계를 반복 수행하도록 제어한다.

반면, S102단계의 검사결과 게이지 영상이 정상적으로 인식되면, 제어부(23)는 인식된 영상을 기반으로 게이지 값을 리드하고, 리드된 게이지 값을 중앙 제어부(30)로 전송한다.

다음, 도 9 및 도 10을 참조하여 로봇의 오일 누유 검사 방법 및 세척 방법을 상세하게 설명한다.

도 9는 로봇의 오일 누유 검사 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이고, 도 10은 로봇의 세척 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 9의 S110단계에서 제어부(23)는 각 설비 주변 바닥이나 배관에서의 오일 누유 여부를 검사하기 위해, 작업모듈(60)의 로봇팔 선단에 카메라(54)를 장착하도록 제어한다.

카메라(54) 장착이 완료되면, S112단계에서 카메라(54)는 제어부(23)의 제어신호에 따라 바닥의 오일 누유 흔적을 스캔한다.

S113단계에서 제어부(23)는 영상 인식 처리 과정을 거쳐 스캔된 영상에서 누유 흔적이 발견되는지 여부를 검사한다.

S113단계의 검사결과 누유 흔적이 발견되면, 제어부(23)는 로봇(20)의 주행을 중지시키고 로봇(20)의 위치 및 자세를 메모리에 저장한다(S114).

이어서, 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 중앙 제어부(30)의 원격제어 명령에 따라 동작하는 원격제어모드로 전환한다(S115).

S116단계에서 제어부(23)는 바닥 누유 알람 메시지를 중앙 제어부(30)로 전송하고, 중앙 제어부(30)로부터 수신되는 제어명령에 따른 원격제어 동작을 수행한다(S117).

원격제어모드가 종료되면, S118단계에서 제어부(23)는 메모리에 저장된 로봇의 위치 및 자세에 따라, 로봇(20)의 위치 및 자세를 복귀시킨 후, S112단계로 진행한다.

한편, S113단계의 검사결과 바닥 누유 흔적이 미발견되면, S119단계에서 카메라(54)는 제어부(23)의 제어신호에 따라 각 배관의 오일 누유 흔적을 스캔한다.

S120단계에서 제어부(23)는 영상 인식 처리 과정을 거쳐 스캔된 영상에서 누유 흔적이 발견되는지 여부를 검사한다.

S120단계의 검사결과 누유 흔적이 발견되면, 제어부(23)는 로봇(20)의 주행을 중지시키고 로봇(20)의 위치 및 자세를 메모리에 저장한다(S121).

이어서, 제어부(23)는 통신모듈(26)을 통해 중앙 제어부(30)의 원격제어 명령에 따라 동작하는 원격제어모드로 전환한다(S122).

S123단계에서 제어부(23)는 배관 누유 알람 메시지를 중앙 제어부(30)로 전송하고, 중앙 제어부(30)로부터 수신되는 제어명령에 따른 원격제어 동작을 수행한다(S124).

원격제어모드가 종료되면, S125단계에서 제어부(23)는 메모리에 저장된 로봇(20)의 위치 및 자세에 따라, 로봇(20)의 위치 및 자세를 복귀시킨 후, S119단계로 진행한다.

한편, S120단계의 검사결과 배관 누유 흔적이 미발견되면, S126단계에서 제어부(23)는 작업모듈(60)의 로봇팔 선단에서 카메라(54)를 탈착하도록 제어한다.

이와 같은 과정을 통해 각 설비 주변 바닥이나 배관에서의 오일 누유 흔적이 발견된 경우, 본 발명은 로봇(20)을 이용해서 세척 작업을 수행한다.

즉, 도 10의 S130단계에서 제어부(23)는 작업모듈(60)의 로봇팔 선단에 카메라(54)를 장착하도록 제어한다.

카메라(54) 장착이 완료되면, S131단계에서 카메라(54)는 제어부(23)의 제어신호에 따라 바닥의 오일 오염 부위를 스캔한다.

S132단계에서 제어부(23)는 영상 인식 처리 과정을 거쳐 스캔된 영상에서 오염 부위가 발견되는지 여부를 검사한다.

만약, S132단계의 검사결과 오염 부위가 발견되면, 제어부(23)는 로봇(20)의 주행을 중지시키고 로봇(20)의 위치 및 자세를 메모리에 저장한 후, 통신모듈(26)을 통해 바닥 오염 알람 메시지를 중앙 제어부(30)로 전송한다.

그리고 제어부(23)는 원격제어모드로 전환하여 중앙 제어부(30)로부터 수신되는 원격제어명령에 따라 분사유닛(63)을 구동해서 세척수를 분사하여 바닥의 오염부위를 세척한다(S134).

원격제어모드가 종료되면, 제어부(23)는 메모리에 저장된 로봇(20)의 위치 및 자세에 따라, 로봇(20)의 위치 및 자세를 복귀시킨 후, S131단계로 진행한다.

한편, S132단계의 검사결과 바닥에서 오염 부위가 미발견되면, S135단계에서 카메라(54)는 제어부(23)의 제어신호에 따라 각 배관의 오일 오염 부위를 스캔한다.

S136단계에서 제어부(23)는 영상 인식 처리 과정을 거쳐 스캔된 영상에서 오염 부위가 발견되는지 여부를 검사한다.

만약, S136단계의 검사결과 오염 부위가 발견되면, 제어부(23)는 로봇(20)의 주행을 중지시키고 로봇(20)의 위치 및 자세를 메모리에 저장한 후, 배관 오염 알람 메시지를 중앙 제어부(30)로 전송한다.

이어서, 제어부(23)는 원격제어모드로 전환하고, 중앙 제어부(30)로부터 수신되는 원격제어명령에 따라 분사유닛(63)을 구동해서 세척수를 분사하여 배관의 오염부위를 세척한다(S138).

원격제어모드가 종료되면, S125단계에서 제어부(23)는 메모리에 저장된 로봇(20)의 위치 및 자세에 따라, 로봇(20)의 위치 및 자세를 복귀시킨 후, S135단계로 진행한다.

한편, S139단계의 검사결과 배관 오염 부위가 미발견되면, S139단계에서 제어부(23)는 바닥 및 배관의 오염 부위 세척 작업 결과를 중앙 제어부(30)로 전송한다.

이와 같이, 본 발명은 해양 구조물에 마련된 각 설비 주변 바닥과 배관에서의 오일 누유 여부를 검사하고, 분사유닛을 이용해서 오염 부위에 세척수를 분사하여 세척할 수 있다.

이와 함께, 본 발명은 진동감지센서나 음향감지센서를 이용해서 펌프나 터빈과 같은 회전기기의 케이스를 통해 모터의 진동 또는 소음을 측정하고, 측정된 결과에 따라 회전기기의 이상 발생 여부를 검사할 수 있다.

또한, 본 발명은 온도감지센서를 각 설비나 로봇의 이상 고온 여부를 감지해서 이상 고온 발생시 해당 설비나 로봇의 이상 상태로 판단해서 유지 보수 작업을 수행할 수도 있다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 레일 구조체를 따라 주행하는 작업용 로봇을 이용해서 해양 플랜트에 마련된 각 설비에 대한 유지 보수 작업을 무인화할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 레일 구조체를 따라 주행하는 작업용 로봇을 이용해서 해양 플랜트에 마련된 각 설비에 대한 유지 보수 작업을 무인화하는 기술에 적용된다.

10: 해양 플랜트 무인 운영 시스템
11: 데크 12: 통로
13: 레일 구조체 14: 레일
141: 수평직선레일 142: 수평곡선레일
143: 수직곡선레일 15: 래크
16: ID 태그 161: 작업위치 ID 태그
162: 작업감속 ID 태그 163: 회전감속 ID 태그
17: 충전 도킹 스테이션 18: 화재경보 및 진압모듈
20: 작업용 로봇 21: 주행기
22: 작업기 23: 제어부
24: 배터리 25: 충전모듈
26: 통신모듈 30: 중앙 제어부
31: 데이터베이스 32: 알람 발생부
33: 입력부 34: 무선접속장치
35: 통신부 41: 구동휠
42: 보조휠 43: 구동모터
44: 차동기어트레인 45: 피니언
50: 검사모듈 51: 가스감지센서
52: 화재감지센서 53: 자세감지센서
54: 카메라 55: 진동감지센서
56: 음향감지센서 57: 태그 인식기
58: 온도감지센서 60: 작업모듈
61: 밸브 조작툴 62: 부품 교체툴
63: 분사유닛

Claims

해양 플랜트에 설치된 각종 설비로 이동 가능하도록 레일 구조체를 따라 주행 가능하게 마련되는 작업용 로봇 및
상기 로봇과의 통신을 통해 상기 로봇으로부터 수신되는 검사 및 감지 정보에 기초해서 상기 로봇의 동작을 제어하는 중앙 제어부를 포함하여
해양 플랜트의 각 설비에 대한 검사 및 유지 보수 작업을 무인화하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제1항에 있어서,
상기 로봇은 해양 플랜트의 내부 공간을 구획한 복수의 섹터 각각에 적어도 하나 이상 주행 가능하게 설치되고,
각 섹터에 설치된 각종 설비의 특성에 따라 미리 설정된 항목별 검사 및 유지 보수 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제2항에 있어서,
상기 항목별 검사 정보는 수동 밸브 상태, 게이지 검사, 회전 기기의 이상 유무 검사, 가스 누출 검사 및 화재 감시 정보 중에서 하나 이상을 포함하고,
상기 유지보수 작업은 수동 밸브 조작, 게이지 검사 정보와 회전 기기류의 이상 유/무 검사 정보, 가스 누출 검사 정보 또는 화재 감시 정보에 따라 미리 설정된 시나리오에 따른 유지 보수 및 사고 대응 작업을 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇은 상기 레일 구조체를 따라 주행하는 주행기,
상기 주행기의 상부에 마련되고 각 설비의 검사 및 유지보수 작업을 수행하는 작업기 및
상기 주행기와 작업기의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제4항에 있어서,
상기 주행기는 외형을 형성하는 이동대차에 대칭적으로 배치되는 구동휠과 보조휠 및
상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 구동휠을 구동하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제5항에 있어서,
상기 레일 구조체는 수평직선레일, 수평곡선레일 및 수직곡선레일 중에서 선택되는 조합하여 구성되며,
상기 주행기는 상기 수평 및 수직곡선레일 주행시 대향되는 상기 구동휠 간의 속도차를 유지하는 차동기어 트레인 및
좌우 양측의 구동휠 사이에 설치하고 상기 수직곡선레일에 마련된 래크와 맞물리는 피니언을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제4항에 있어서,
상기 작업기는 각 섹터에 마련된 각 설비의 특성에 따라, 수동 밸브 조작, 게이지 검사, 회전기기류의 이상 유무 검사 및 가스 누출이나 화재 감시 및 대처 동작을 수행하는 검사모듈과 작업모듈을 포함하고,
상기 검사모듈은 가스 누출 여부를 검사하는 가스감지센서,
화재 발생 여부를 검사하는 화재감지센서,
상기 주행 중인 로봇의 이동자세를 감지하는 자세감지센서,
각 설비 및 밸브나 게이지를 촬영하는 카메라,
회전기기의 이상 유무를 검사하도록 각각 진동과 음향을 감지하는 진동감지센서 및 음향감지센서 중에서 각 섹터에 마련된 설비의 특성에 따라 적어도 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제7항에 있어서,
상기 검사모듈은 상기 레일 구조체에 설치된 ID 태그를 인식하는 태그 인식기 및
각 설비와 상기 로봇 동작 과정에서 이상 고온 발생 여부를 감지하는 온도감지센서를 더 포함하고,
상기 검사모듈에 마련되는 각 센서와 카메라는 상기 작업모듈에 교체 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제7항에 있어서,
상기 작업모듈은 수동 조작 밸브를 조작하는 밸브 조작툴,
각 설비에 마련된 부품을 교체하는 부품 교체툴 및
물이나 소화제, 불활성 가스를 분사하는 분사유닛을 포함하여
승강 동작 및 회전 동작 가능하도록 복수의 관절을 갖는 로봇팔로 마련되는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
제4항에 있어서,
상기 중앙 제어부는 각 섹터에 마련된 상기 로봇으로부터 전송된 검사 결과 및 작업 수행 정보를 저장하고, 상기 로봇을 이용해서 수행할 각 작업 ID별 작업파일을 저장하는 데이터베이스와 연결되며,
상기 로봇으로부터 전달되는 작업 ID를 판독해서 대응되는 도면 및 작업파일을 상기 데이터베이스에서 검색해서 상기 로봇으로 전송하고,
상기 로봇의 검사결과에 기초해서 미리 설정된 시나리오에 따라 대응 동작을 수행하도록 상기 로봇을 원격제어하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 시스템.
(a) 해양 플랜트를 구획하는 복수의 섹터에 각각 하나 이상 마련되는 로봇을 각 섹터에 마련된 레일 구조체를 따라 주행시켜 각 섹터에 마련되는 각종 설비에 대해 미리 설정된 항목별로 이상 여부를 검사하는 단계 및
(b) 중앙 제어부에서 상기 로봇의 검사 결과를 수신하고, 수신된 검사 결과에 기초해서 미리 설정된 시나리오에 따라 대응 동작을 수행하도록 제어하는 단계를 포함하여
해양 플랜트의 각 설비에 대한 검사 및 유지 보수 작업을 무인화하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 방법.
제11항에 있어서, 상기 (a)단계는
(a1) 상기 로봇에서 태그 인식기를 이용하여 상기 레일 구조체에 설치된 ID 태그를 인식하는 단계,
(a2) 상기 로봇의 제어부에서 상기 레일 구조체의 수평곡선레일 또는 수직곡선레일 이전에 설치되는 ID 태그가 인식되면, 상기 로봇의 주행속도를 조절하는 단계 및
(a3) 상기 제어부에서 각 섹터에 마련된 설치의 유지 보수 작업위치를 저장하는 작업위치 ID 태그가 인식되면, 작업 ID를 상기 중앙 제어부로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 방법.
제12항에 있어서,
상기 (b)단계에서 상기 중앙 제어부는 각 설비에 대해 유지 보수 작업을 수행하도록, 데이터베이스에서 상기 작업 ID별로 매칭되어 저장된 도면 및 작업파일을 검색해서 상기 로봇으로 전송하고,
상기 로봇의 제어부는 수신된 도면 및 작업파일을 분석하여 분석된 작업내용에 기초해서 해당 동작을 수행하도록 작업기에 마련된 각 모듈의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트 무인 운영 방법.