KR20220138922A - 선체 도장 로봇용 드론 시스템 - Google Patents

선체 도장 로봇용 드론 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선체를 도장하는 로봇의 기능을 수행하기 위한 드론 시스템에 있어서: 도료를 저장하는 도료공급원(10); 상기 도료공급원(10)에 호스(15)로 연결되고, 복수의 노즐부재를 통하여 도료를 분사하는 드론본체(20); 상기 드론본체(20)의 위치와 자세를 검출하면서 도장 작업에 관련된 정보를 생성하는 검출수단(30); 및 상기 도료공급원(10), 드론본체(20), 검출수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박 건조 현장에서 2노즐과 검출부재를 갖춘 도장 로봇을 탑재하고 대상 선체에 적합한 패턴으로 비행하면서 외판을 도장하므로 생력화와 더불어 실질적인 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

선체 도장 로봇용 드론 시스템 {Drone system for hull painting robot}
본 발명은 선체 도장 드론 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 건조 현장에서 도장 로봇을 탑재하고 비행하면서 선체의 외판을 도장하기 위한 선체 도장 로봇용 드론 시스템에 관한 것이다.
선박 건조시 핵심공정 중에서 용접과 가공 및 물류 분야의 자동화는 많은 연구가 이루어져서 실용화 및 작업환경이 상당히 개선되고 있으나, 도장 및 전처리 분야의 자동화 연구는 지금까지 매우 미흡한 실정으로 해당 분야가 병목공정으로 작용할 것으로 예상되고 있다. 궁극적으로 작업자가 고소차를 이용하여 작업하는 영역은 드론을 활용하는 방식으로 해결이 가능할 것으로 전망된다.
선박의 선체 도장과 관련하여 드론을 활용하는 선행기술문헌으로 한국 등록특허공보 제2185574호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제2172495호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.
선행문헌 1은 다양한 대형 구조물의 표면에 도장된 도막 두께를 정확히 측정함과 동시에 도막 두께 측정에 사용되는 측정부의 이동 가능 범위를 넓게 하여 드론을 측정위치로 근접 이동시킨 후 드론의 이동 없이도 넓은 범위의 도막 두께 측정이 가능하여 신속성 및 안전성 향상을 기대한다.
그러나, 이는 도장된 이후의 도막 두께 측정에만 한정되므로 선체 도장 공정의 생력화에 미치는 영향이 크지 않다.
선행문헌 2는 몸체부의 상부부위에 설치되고 비행이 가능한 프로펠러로 이루어지는 비행부; 몸체부에 설치되며 도료저장부의 도료를 도포하는 도장부; 위치전송부가 구비된 도장용 드론; 형상측정부를 구비하는 측정용 드론; 드론 위치를 서로 매칭하여 위치를 제어하는 서버; 등으로 구성된다.
다만, 이는 도장용과 측정용의 2종류 드론을 사용해야 하므로 번거롭다는 측면에서 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 등록특허공보 제2185574호 "드론용 도막 두께 측정장치" (공개일자 : 2020.12.03.) 한국 등록특허공보 제2172495호 "도장용 드론 운영시스템" (공개일자 : 2020.11.02.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박 건조 현장에서 2노즐과 검출부재를 갖춘 도장 로봇을 탑재하고 대상 선체에 적합한 패턴으로 비행하면서 외판을 도장할 수 있는 선체 도장 로봇용 드론 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선체를 도장하는 로봇의 기능을 수행하기 위한 드론 시스템에 있어서: 도료를 저장하는 도료공급원; 상기 도료공급원에 호스로 연결되고, 복수의 노즐부재를 통하여 도료를 분사하는 드론본체; 상기 드론본체의 위치와 자세를 검출하면서 도장 작업에 관련된 정보를 생성하는 검출수단; 및 상기 도료공급원, 드론본체, 검출수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드론본체의 노즐부재는 고정노즐과 가변노즐로 구성되고, 가변노즐은 위치조절기에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드론본체는 위치 이동을 위한 메인추진기에 더하여 도료 분사의 반력을 지탱하기 위한 서브추진기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 GPS, GPS와 연계하여 고도를 측정하는 고도측정기, 선체에 대한 거리를 검출하는 거리검출기, 도료 분사와 도장 상태를 촬영하는 카메라, 선체 도장의 도막 상태를 검사하는 도막검사기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 각 노즐부재에 의한 분사영역을 중첩시킨 상태에서 드론본체를 상하방향으로 이동시키면서 도장을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박 건조 현장에서 2노즐과 검출부재를 갖춘 도장 로봇을 탑재하고 대상 선체에 적합한 패턴으로 비행하면서 외판을 도장하므로 생력화와 더불어 실질적인 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 전체적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 주요부를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 제어회로를 나타내는 블록도
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 작업예를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 선체를 도장하는 로봇의 기능을 수행하기 위한 드론 시스템에 관하여 제안한다. 선박의 선체에서 고소차를 이용하여 작업하는 영역을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 도료를 저장하는 도료공급원(10)을 구비한다. 도료공급원(10)은 이동 가능한 대차 상에서 도장에 소요되는 도료를 생성하도록 각 원료를 배합하는 구성을 포함한다. 도료공급원(10)은 도료의 이송력 부가하는 펌프와 유로를 개폐하는 밸브를 구비한다.
또한, 본 발명에 따르면 복수의 노즐부재를 통하여 도료를 분사하는 드론본체(20)가 상기 도료공급원(10)에 호스(15)로 연결되는 구조를 이루고 있다.
도 1을 참조하면, 드론본체(20)가 도료공급원(10)과 호스(15)로 연결된 상태를 나타낸다. 드론본체(20)는 선체의 피도장 영역에 대하여 수평 및 수직 이동은 물론 정지비행도 가능하다. 드론본체(20)는 바퀴에 의한 도장면 손상이나 오염이 발생하지 않는 비접촉 방식의 작업에 유리하다. 호스(15)는 고강도, 경량성, 유연성, 난연성을 갖춘 소재로 구성한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드론본체(20)의 노즐부재는 고정노즐(21)과 가변노즐(22)로 구성되고, 가변노즐(22)은 위치조절기(25)에 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 드론본체(20)에 탑재되는 복수의 노즐부재로서 고정노즐(21)과 가변노즐(22)이 나타난다. 고정노즐(21)은 위치가 고정되므로 기준좌표로 설정 가능하다. 가변노즐(22)은 가이드레일(23) 상에서 이동 가능하게 장착된다. 위치조절기(25)는 가변노즐(22)에 대한 위치 이동을 유발하는 동시에 그 변동 상태를 검출한다. 드론본체(20)는 호스(15)와 노즐부재 사이에 유로개폐 또는 유량조절을 위한 전자밸브를 구비한다.
이때, 고정노즐(21)와 가변노즐(22)은 높이를 차등적으로 유지하는 것이 바람직하다. 도시에는 고정노즐(21)이 가변노즐(22)보다 높게 위치하며, 이는 후술하는 도 4를 통하여 명확하게 이해된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 드론본체(20)는 위치 이동을 위한 메인추진기(27)에 더하여 도료 분사의 반력을 지탱하기 위한 서브추진기(28)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1에서, 드론본체(20)에 설치되는 메인추진기(27)와 서브추진기(28)가 나타난다. 메인추진기(27)는 드론본체(20)의 상단 영역에 설치되고 호스(15)를 포함한 전체 하중을 감당한다. 서브추진기(28)는 드론본체(20)의 측면 영역에서 노즐부재와 반대측에 설치된다. 노즐부재를 통하여 도로가 분사되는 과정에서 반력으로 드론본체(20)의 위치가 변동된다. 서브추진기(28)는 이러한 반력을 감당하여 드론본체(20)와 선체의 피도장 영역을 일정한 거리로 유지한다.
또한, 본 발명에 따르면 검출수단(30)이 상기 드론본체(20)의 위치와 자세를 검출하면서 도장 작업에 관련된 정보를 생성하는 구조를 이루고 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 드론본체(20)에 노즐부재와 검출수단(30)이 동시에 탑재되는 상태를 나타낸다. 검출수단(30)은 드론본체(20)의 노즐부재를 가동하기 위한 정보 및 추진기(27)(28)를 가동하기 위한 정보를 획득한다. 드론본체(20)가 선체의 피도장 영역과 일정한 거리 및 자세를 유지하는 것이 중요하다. 드론본체(20)는 검출수단(30)을 구동하기 위한 배터리를 탑재한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단(30)은 GPS(31), GPS(31)와 연계하여 고도를 측정하는 고도측정기(32), 선체에 대한 거리를 검출하는 거리검출기(33), 도료 분사와 도장 상태를 촬영하는 카메라(35), 선체 도장의 도막 상태를 검사하는 도막검사기(38)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서, 검출수단(30)을 구성하는 GPS(31), 고도측정기(32), 거리검출기(33), 카메라(35), 도막검사기(38) 등이 나타난다. GPS(31)는 경도 및 위도 좌표를 근거로 드론본체(20)의 위치 데이터를 실시간으로 처리한다. 2대의 GPS(31)로 오차를 상대적으로 소거하는 상대측위(DGPS : Differential GPS) 방식이 선호된다. 고도측정기(32)는 고정노즐(21)와 기압센서를 활용하여 구성하며, 드론본체(20)의 도장 작업시 높이 변동을 검출한다. 거리검출기(33)는 선박 건조 현장을 고려할 때 레이저 방식보다는 초음파 방식이 선호된다. 카메라(35)는 2D 영상을 획득하지만 3D 스캐너 기능을 부가할 수도 있다. 도막검사기(38)는 비파괴 방식으로 도막 두께를 검출하는 자기유도형 또는 와류형을 적용한다.
한편, 작업 환경에 따라 검출수단(30)은 가동검출기(37)를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다. 가동검출기(37)는 드론본체(20), 검출수단(30)은 물론 후술하는 제어수단(40)에 탑재된 주요 구성품의 가동 상태를 검출한다. 이는 과전류, 과열 상태를 감지하여 작동 신뢰성이나 내구성 저하에 의한 안전사고 위험을 경감하기 위함이다.
또한, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 도료공급원(10), 드론본체(20), 검출수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조를 이루고 있다.
도 2 및 도 3에서, 제어수단(40)이 도료공급원(10), 드론본체(20), 검출수단(30)에 연결된 상태를 나타낸다. 제어수단(40)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로의 제어기(41)를 기반으로 한다. 제어기(41)의 구동부(43)에는 밸브, 위치조절기(25), 메인추진기(27), 서브추진기(28) 등이 연결된다. 제어수단(40)은 제어기(41) 및 리모컨 기능의 조작기(45) 간의 통신도 수행한다. 조작기(45)는 작업 조건을 입력하는 입력부(46), 주요 구성품을 가동하는 출력부(47), 가동 상태를 표시하는 표시부(48) 등을 갖춘다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 각 노즐부재에 의한 분사영역을 중첩시킨 상태에서 드론본체(20)를 상하방향으로 이동시키면서 도장을 수행하는 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 고정노즐(21)과 가변노즐(22)을 이용하여 도장하는 과정을 나타낸다. 도 4(a)처럼 고정노즐(21)과 가변노즐(22)은 높이 차이를 유지하고 가변노즐(22)은 위치가 가변된다. 도 4(b)는 고정노즐(21)과 가변노즐(22)에서 도료가 분사되는 상태를 평면에서 나타낸다. 도 4(c)는 선체의 피도장 영역에 도료가 도포된 상태를 나타낸다. 각각의 노즐부재에 의한 분사폭이 400㎜라면 상하 50㎜ 간격(높이차)를 두고 중첩된다. 도 4(d)는 실제로 고정노즐(21)와 가변노즐(22)에 의하여 분사된 상태를 나타낸다.
제어기(41)는 드론본체(20)를 수직 상승, 수평 이동, 수직 하강, 수평 이동을 반복하는 설정된 경로의 지그재그 패턴으로 이동시키며 노즐부재를 가동하여 도장을 수행한다. 도 4(d)와 같이 도포 영역이 중첩된 상태에서 상하방향으로 도장하는 것이 도장품질을 확보하는 차원에서 중요하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 도료공급원 15: 호스
20: 드론본체 21: 고정노즐
22: 가변노즐 23: 가이드레일
25: 위치조절기 27: 메인추진기
28: 서브추진기 30: 검출수단
31: GPS 32: 고도측정기
33: 거리검출기 35: 카메라
37: 가동검출기 38: 도막검사기
40: 제어수단 41: 제어기
43: 구동부 45: 조작기
46: 입력부 47: 출력부
48: 표시부

Claims (5)

  1. 선체를 도장하는 로봇의 기능을 수행하기 위한 드론 시스템에 있어서:
    도료를 저장하는 도료공급원(10);
    상기 도료공급원(10)에 호스(15)로 연결되고, 복수의 노즐부재를 통하여 도료를 분사하는 드론본체(20);
    상기 드론본체(20)의 위치와 자세를 검출하면서 도장 작업에 관련된 정보를 생성하는 검출수단(30); 및
    상기 도료공급원(10), 드론본체(20), 검출수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선체 도장 로봇용 드론 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 드론본체(20)의 노즐부재는 고정노즐(21)과 가변노즐(22)로 구성되고, 가변노즐(22)은 위치조절기(25)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선체 도장 로봇용 드론 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 드론본체(20)는 위치 이동을 위한 메인추진기(27)에 더하여 도료 분사의 반력을 지탱하기 위한 서브추진기(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 선체 도장 로봇용 드론 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출수단(30)은 GPS(31), GPS(31)와 연계하여 고도를 측정하는 고도측정기(32), 선체에 대한 거리를 검출하는 거리검출기(33), 도료 분사와 도장 상태를 촬영하는 카메라(35), 선체 도장의 도막 상태를 검사하는 도막검사기(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 선체 도장 로봇용 드론 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(40)은 각 노즐부재에 의한 분사영역을 중첩시킨 상태에서 드론본체(20)를 상하방향으로 이동시키면서 도장을 수행하는 것을 특징으로 하는 선체 도장 로봇용 드론 시스템.
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