KR20230147936A

KR20230147936A - 선박용 무선 조종식 자동 용접장치

Info

Publication number: KR20230147936A
Application number: KR1020220046903A
Authority: KR
Inventors: 김선오
Original assignee: 김선오
Priority date: 2022-04-15
Filing date: 2022-04-15
Publication date: 2023-10-24

Abstract

본 발명은 선박의 골격을 이루는 금속프레임을 용접하는 장치에 관한 것으로, 상기 선박의 내부공간으로 이동이 가능한 크기로 형성되고, 내부에 작동전원을 공급하는 하나 이상의 배터리를 탑재하는 대차프레임(10); 상기 대차프레임(10)의 하단 모서리부위마다 장착되고, 제어신호에 따라 작동하여 원하는 방향으로 이동시키는 복수의 주행유닛(20); 상기 대차프레임(10)의 상단에 장착되고, 제어신호에 따라 작동하여 금속프레임을 용접하는 용접유닛(30); 상기 대차프레임(10)의 일측에 장착되고, 설정된 시퀀스에 따라 제어신호를 자동으로 처리하는 제어유닛(40); 상기 제어유닛(40)과 무선으로 연결되고, 상기 주행유닛(20)과 용접유닛(30)의 제어신호를 원격으로 조종하는 원격조종기(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 용접장치를 원격으로 조종할 수 있게 구현함으로써, 협소하거나 밀폐된 공간에서도 용접이 가능함에 따라 안전하고 편리한 작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 작업에 소요되는 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

선박용 무선 조종식 자동 용접장치{Radio-controlled automatic welding device for ships}

본 발명은 선박의 골격을 이루는 금속프레임을 용접하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접장치를 원격으로 조종할 수 있게 구현함으로써, 협소하거나 밀폐된 공간에서도 용접이 가능함에 따라 안전하고 편리한 작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 작업에 소요되는 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있고, 다 방향으로 움직임이 가능한 용접로봇을 채택함으로써, 수평, 수직, 위빙, 돌림 용접 등 모든 작업이 가능할 뿐만 아니라 모든 구간을 부드럽게 이어서 용접하므로 용접이음부가 발생하지 않아 최상의 용접품질을 얻을 수 있는 선박용 무선 조종식 자동 용접장치에 관한 것이다.

조선 자동화를 이루기 위하여 여러 가지 어려움이 있지만, 그 중에서 무거운 자동화 기기의 운반에 대한 어려움이 가장 자주 거론되는 문제 중의 하나이다.

조선소에서는 작업물이 상대적으로 거대하여 자동화된 생산라인에 작업물이 지나는 형태로는 자동화가 어려우므로, 자동화기기를 작업물에 가까이 운반 후 작업을 해야 하는 경우가 대부분이다.

하지만 작업장에는 맨홀과 펜스 등의 장애물이 많고 복잡하기 때문에 크레인 등의 이동장비를 사용하기는 어렵고 작업자가 장비를 수동 운반해야 하는 경우가 많다.

이러한 작업환경에서는 제어 및 전원을 위해 필요한 케이블이 길기 때문에 케이블을 옮기는 것과 효과적으로 정리하는 것도 큰 문제가 되고 있다.

따라서 작업환경에서 성공적으로 적용되는 장비중의 하나가 휴대용 용접 캐리지이다.

용접캐리지는 작고 가벼울 뿐만 아니라 단순 작업에 효율적이기 때문에 널리 사용되고 있다.

하지만 캐리지는 오직 한 가지 종류의 작업만을 수행할 수 있기 때문에 약간 복잡한 작업에는 두 종류의 캐리지를 번갈아 사용해야 하는 단점이 있다.

예컨대 조선 작업물 중 수평 직선 용접과 수직 위빙 용접 작업으로 구성되어있는 U자 형태의 용접 작업이 있다.

이 경우에는 하나의 캐리지로는 작업을 수행 할 수 없고, 수평 직선 용접용 캐리지와 수직 위빙 용접용 캐리지를 사용하여야 작업이 가능하다.

따라서 각각의 캐리지를 작업에 선행준비가 필요하기 때문에 작업의 종류와 복잡성에 따라 준비시간이 증가하게 된다.

게다가 대부분의 용접 캐리지는 용접 토치의 작업 각도를 제어할 수 없어 용접 시작과 종료 지점의 100mm에 해당하는 부분을 용접할 수 없다.

따라서 특허문헌1과 같이 종래의 캐리지가 갖는 장점은 최대한 살리면서 단점을 보완하는 로봇형 캐리지가 제안된 바 있다.

즉, 특허문헌1은 원통 좌표계 구조체(로봇아암)의 용접부를 구성하는데 모든 용접작업이 가능토록 함은 물론 전방향휠(Mecanum Wheel)을 채택하여 선회하지 않고 다 방향으로 주행이 가능하게 구현하였다.

그러나 전방향휠은 바닥과 불연속 점 접촉되는 구조임에 따라 접지력이 부족하여 경사로나 긴급제동이 불가능한 문제가 있다.

더구나 용접과 동시에 이동할 경우에는 올바른 방향으로 주행이 불가능하여 용접불량을 초래하는 문제가 있다.

대한민국 공개실용신안공보 제20-2010-0004445호 고안의 명칭: 선박용 연속 용접 캐리지

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 제안된 것으로, 용접장치를 원격으로 조종할 수 있게 구현함으로써, 협소하거나 밀폐된 공간에서도 용접이 가능함에 따라 안전하고 편리한 작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 작업에 소요되는 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있고, 다 방향으로 움직임이 가능한 용접로봇을 채택함으로써, 수평, 수직, 위빙, 돌림 용접 등 모든 작업이 가능할 뿐만 아니라 모든 구간을 부드럽게 이어서 용접하므로 용접이음부가 발생하지 않아 최상의 용접품질을 얻을 수 있는 선박용 무선 조종식 자동 용접장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 주행유닛을 롤러가 사선으로 배열된 메카넘휠로 구성함으로써, 전후이동과 좌우이동은 물론 사선이동과 좌우회전이 모두 가능함에 따라 공간에 제약받지 않고 이동이 가능한 우수한 기동성을 보장할 수 있고, 별도의 조향장치가 생략됨에 따라 제작과 유지관리 및 조종이 용이함과 더불어 바닥과 선택적으로 맞물려 접지력을 배가시켜주는 보강휠을 부가함으로써, 바닥과 불연속 점 접촉되는 메카넘휠의 단점을 보완해줌에 따라 주행안전성과 용접정밀성을 높일 수 있는 선박용 무선 조종식 자동 용접장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명은 선박의 골격을 이루는 금속프레임을 용접하는 장치에 관한 것으로, 상기 선박의 내부공간으로 이동이 가능한 크기로 형성되고, 내부에 작동전원을 공급하는 하나 이상의 배터리를 탑재하는 대차프레임; 상기 대차프레임의 하단 모서리부위마다 장착되고, 제어신호에 따라 작동하여 원하는 방향으로 이동시키는 복수의 주행유닛; 상기 대차프레임의 상단에 장착되고, 제어신호에 따라 작동하여 금속프레임을 용접하는 용접유닛; 상기 대차프레임의 일측에 장착되고, 설정된 시퀀스에 따라 제어신호를 자동으로 처리하는 제어유닛; 상기 제어유닛과 무선으로 연결되고, 상기 주행유닛과 용접유닛의 제어신호를 원격으로 조종하는 원격조종기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 주행유닛은, 상기 대차프레임의 하단 모서리부위에 장착되는 ㅠ형 형상의 고정프레임; 상기 고정프레임의 일측 하단에 전후로 회전 가능하게 장착되는 구동샤프트; 상기 구동샤프트의 일측에 장착되고, 바닥과 맞물려 전후회전에 따라 대차프레임을 원하는 방향으로 이동되게 유도하는 메카넘휠; 상기 고정프레임의 내측에 배치되고, 상기 구동샤프트에 상하로 스윙 가능하게 장착되는 ㄷ형 형상의 조절프레임; 상기 조절프레임의 일측 하단에 전후로 회전 가능하게 장착되는 종동샤프트; 상기 종동샤프트의 일측에 장착되고, 상기 조절프레임을 따라 바닥과 선택적으로 맞물려 접지력을 배가시키는 보강휠; 상기 고정프레임과 조절프레임에 각각 회전 가능하게 장착되고, 상기 고정프레임으로부터 조절프레임을 상하로 스윙시키는 조절실린더; 상기 고정프레임의 내측에 장착되고, 제어신호에 따라 설정방향으로 회전력을 발생하는 주행모터; 상기 고정프레임의 내측에 장착되고, 상기 주행모터의 회전력을 구동샤프트로 전달하는 감속기어; 상기 구동샤프트와 종동샤프트 및 감속기어에 각각 장착되고, 상기 주행모터의 회전력을 동시 전달되게 체인으로 연결되는 스프로킷;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 주행유닛은 작업장소로 단순 이동할 경우에는 메카넘휠만이 바닥과 맞물려 이동경로를 따라 대차프레임을 전후, 좌우, 사선이동 및 좌우회전이 가능하게 작동하고, 긴급제동이나 경사로이동 및 용접과 동시이동이 요구될 경우에는 주행안전성과 용접정밀성이 향상되도록 보강휠이 바닥과 맞물리게 하강하여 접지력을 배가시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 용접유닛은, 상기 대차프레임의 상단 전방에 장착되고, 적어도 5축 이상의 관절과 모터로 조합되어 다 방향으로 움직임이 가능한 용접로봇; 상기 용접로봇의 끝단부에 장착되고, 중앙으로 불활성가스와 용접심재가 토출되어 금속프레임을 용접하는 용접토치; 상기 대차프레임의 상단 후방에 수직 및 수평방향으로 장착되어 회전 및 높낮이 조절이 가능한 지지대; 상기 지지대의 상단에 회전 가능하게 배치되고, 상기 용접토치로 공급될 용접심재가 권취된 심재보빈; 상기 지지대의 상단에 장착되고, 상기 심재보빈에 권취된 용접심재가 소정의 장력으로 풀려지게 연결하는 회전부재; 상기 용접로봇의 일측에 장착되고, 상기 심재보빈에 권취된 용접심재를 당겨 용접토치로 공급하는 심재피더;로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 제어유닛은, 상기 대차프레임의 상단 전방에 장착되고, 상기 대차프레임의 전방과 측방으로 용접위치를 검출하는 메인검출모듈; 상기 대차프레임의 전후좌우 외측에 각각 장착되고, 상기 대차프레임의 주위환경을 검출하는 서브검출모듈; 상기 대차프레임의 상단 일측에 장착되고, 상기 주행유닛과 용접유닛의 제어신호를 처리하는 제어모듈; 상기 제어모듈에 탑재되고, 상기 원격조종기와 무선으로 연결되어 신호를 주고받는 통신모듈; 상기 제어모듈에 탑재되고, 상기 메인검출모듈과 서브검출모듈로부터 입력되는 신호를 설정 기준정보와 비교하여 주행유닛과 용접유닛의 제어신호를 자동으로 단속하는 안전모듈;로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 메인검출모듈은, 상기 대차프레임의 상단 전방에 장착되는 지지체; 상기 지지체의 상단에 Z축을 기준으로 360°로 회전 가능하게 장착되는 회전체; 상기 회전체의 일측에 X축을 기준으로 360°로 회전 가능하게 장착되어 용접위치를 영상으로 촬영하는 메인카메라; 상기 회전체의 타측에 X축을 기준으로 360°로 회전 가능하게 장착되어 용접위치를 검출하는 레이더센서;로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 서브검출모듈은, 상기 대차프레임의 전후좌우 외측에 장착되는 고정체; 상기 고정체의 전면 상측에 노출되게 장착되고, 상기 대차프레임의 주위환경을 영상으로 촬영하는 서브카메라; 상기 고정체의 전면 하측에 노출되게 장착되고, 상기 대차프레임의 주행방해물을 검출하는 초음파센서;로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 원격조종기는, 적어도 사용자가 양손으로 파지하며 이동이 가능한 크기를 가진 조종기본체; 상기 조종기본체의 전면에 돌출되게 장착되고, 상기 제어유닛을 조종하는 복수의 버튼; 상기 조종기본체의 전면 양측에 돌출되게 장착되고, 상기 주행유닛과 용접유닛을 조종하는 한 쌍의 스틱; 상기 조종기본체의 내부에 장착되고, 상기 제어유닛으로부터 수신되는 신호를 소리로 출력하는 스피커; 상기 조종기본체의 전면 중앙에 장착되고, 상기 제어유닛으로부터 신호를 입력받아 주행환경과 작동상태를 화상으로 표시하는 디스플레이;로 구성된 것을 특징으로 한다.

첫째, 본 발명은 용접장치를 원격으로 조종할 수 있게 구현함으로써, 협소하거나 밀폐된 공간에서도 용접이 가능함에 따라 안전하고 편리한 작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 작업에 소요되는 시간과 비용을 대폭 절감할 수 있고, 다 방향으로 움직임이 가능한 용접로봇을 채택함으로써, 수평, 수직, 위빙, 돌림 용접 등 모든 작업이 가능할 뿐만 아니라 모든 구간을 부드럽게 이어서 용접하므로 용접이음부가 발생하지 않아 최상의 용접품질을 얻을 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 주행유닛을 롤러가 사선으로 배열된 메카넘휠로 구성함으로써, 전후이동과 좌우이동은 물론 사선이동과 좌우회전이 모두 가능함에 따라 공간에 제약받지 않고 이동이 가능한 우수한 기동성을 보장할 수 있고, 별도의 조향장치가 생략됨에 따라 제작과 유지관리 및 조종이 용이한 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 주행유닛에 바닥과 선택적으로 맞물려 접지력을 배가시켜주는 보강휠을 부가함으로써, 바닥과 불연속 점 접촉되는 메카넘휠의 단점을 보완해줌에 따라 주행안전성과 용접정밀성을 높일 수 있는 효과가 있다.

넷째, 본 발명은 주위환경을 파악하는 복수의 검출모듈과 함께 주행유닛과 용접유닛을 자동으로 단속하는 안전모듈을 구성함으로써, 원격에서도 편리하고 안전한 조종이 가능할 뿐만 아니라 주위환경이 급격하게 변화되더라도 조종자의 개입 없이 자동으로 신속하게 조치해줌에 따라 각종 안전사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 용접장치를 전체적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 주행유닛을 저부에서 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 주행유닛의 정면과 후면을 나타내는 구성도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 주행유닛의 고정프레임을 분리하여 주요부를 나타내는 분해도이다.
도 6은 본 발명에 따른 보강휠의 작동을 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 메카넘휠 제어원리를 나타내는 참고사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 메인검출모듈과 서브검출모듈을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 원격조종기를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 용접장치의 시스템을 전체적으로 나타내는 블록도이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

본 발명은 선박의 골격을 이루는 금속프레임을 용접하는 장치에 관한 것으로, 도 1처럼 대차프레임(10)과 주행유닛(20) 및 용접유닛(30) 그리고 제어유닛(40)과 원격조종기(50)를 주요 구성으로 하는 선박용 무선 조종식 자동 용접장치이다.

먼저, 본 발명에 따른 대차프레임(10)은 도 1처럼 주행유닛(20) 내지 제어유닛(40)을 수용 장착하는 차체이다.

이러한 대차프레임(10)은 적어도 선박의 내부공간 즉, 작업자의 접근이 어려운 협소한 공간까지 이동이 가능한 크기로 형성된다.

여기서 대차프레임(10)의 내부에는 주행유닛(20) 내지 제어유닛(40)의 작동전원을 공급하는 하나 이상의 리튬이온 배터리를 탑재한다.

한편, 본 발명의 용접장치는 배터리로의 전원으로만 작동할 수도 있고, 외부전원과 연결되어 배터리와 연동해서 작동할 수도 있다.

이어서 본 발명에 따른 주행유닛(20)은 도 1처럼 대차프레임(10)의 하단 모서리부위마다 장착되어 원하는 방향으로 이동시켜준다.

이러한 주행유닛(20)은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 고정프레임(21), 구동샤프트(22), 메카넘휠(23), 조절프레임(24), 종동샤프트(25), 보강휠(26), 조절실린더(27), 주행모터(28), 감속기어(29), 스프로킷(20a)으로 구성된다.

고정프레임(21)은 정면기준 ㅠ형 형상으로 형성되고, 대차프레임(10)의 하단 모서리부위에 장착된다.

이러한 고정프레임(21)은 구동샤프트(22) 내지 감속기어(29)를 구동 가능하게 수용하는 하우징으로, 상판과 측판으로 분할 형성될 수 있다.

구동샤프트(22)는 메카넘휠(23)을 회전 가능하게 지지하는 것으로, 고정프레임(21)의 일측 하단에 베어링과 함께 개재되어 전후로 회전 가능하게 장착된다.

메카넘휠(23)은 구동샤프트(22)의 일측에 장착되고, 바닥과 맞물려 전후회전에 따라 대차프레임(10)을 원하는 방향으로 이동되게 유도한다.

즉, 메카넘휠(23)은 휠의 외면에 45°로 틀어진 롤러들이 배열된 것으로, 별도의 조향장치 없이도 전후이동과 좌우이동은 물론 사선이동과 좌우회전이 모두 가능함에 따라 공간에 제약받지 않고 이동이 가능한 우수한 기동성을 보장해준다.

이러한 메카넘휠(23)의 이동체계에 관련해서는 후술하여 상세하게 설명하겠다.

조절프레임(24)은 평면기준 ㄷ형 형상으로 형성되고, 고정프레임(21)의 내측 구동샤프트(22)에 상하로 스윙 가능하게 장착된다.

종동샤프트(25)는 보강휠(26)을 회전 가능하게 지지하는 것으로, 조절프레임(24)의 일측 하단에 전후로 회전 가능하게 장착된다.

보강휠(26)은 종동샤프트(25)의 일측에 장착되고, 조절프레임(24)을 따라 바닥과 선택적으로 맞물려 접지력을 배가시켜준다.

즉, 보강휠(26)은 휠의 외면에 바닥과의 접지력 즉, 마찰이 높은 연질의 고무재가 둘러져 메카넘휠(23)이 가진 단점을 보완해준다.

이러한 메카넘휠(23)의 단점에 관련해서는 후술하여 상세하게 설명하겠다.

조절실린더(27)는 고정프레임(21)과 조절프레임(24)에 각각 회전 가능하게 힌지로 연결 장착된다.

이러한 조절실린더(27)는 고정프레임(21)으로부터 조절프레임(24)을 상하로 스윙시켜준다.

주행모터(28)는 고정프레임(21)의 내측 상단에 장착되고, 정/역방향으로 회전력을 발생한다.

감속기어(29)는 고정프레임(21)의 내측 상단에 회전 가능하게 장착되고, 주행모터(28)의 회전력 높여 구동샤프트(22)로 전달해준다.

스프로킷(20a)은 구동샤프트(22)와 종동샤프트(25) 및 감속기어(28)에 각각 장착되어 주행모터(28)의 회전력을 동시 전달되게 체인으로 연결된다.

이하, 주행유닛(20)의 작동체계를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 용접장치가 작업장소로 단순 이동할 경우에는 도 6a처럼 기동성을 위해 보강휠(26)은 바닥으로부터 이격되고, 메카넘휠(23)만이 바닥에 접지하게 된다.

즉, 설정 이동경로를 따라 도 7과 같이 4개의 메카넘휠(23)이 각기 회전하여 대차프레임(10)을 전후, 좌우, 사선이동 및 좌우회전이 가능하게 작동한다.

여기서 메카넘휠(23)은 바닥과의 불연속 점 접촉하게 됨에 따라 슬립이 발생하여 구동력 손실이 발생하고, 바닥상태에 따라 구동성능이 저하되어 정밀주행이 어려운 문제가 있다.

따라서 긴급제동이나 경사로이동 및 용접과 동시이동이 요구될 경우에는 도 6b처럼 조절실린더(27)가 작동하여 보강휠(26)을 바닥에 접지시킨다.

즉, 조절실린더(27)가 작동하면, 조절프레임(24)은 구동샤프트(22)를 기점으로 하강 스윙하게 되어 보강휠(26)이 바닥에 접지된다.

보강휠(26)이 바닥에 접지되면, 사선이동은 불가능하지만 바닥과의 슬립이 차단됨에 따라 정밀주행은 물론 견인력이 향상되어 전반적인 주행안전성과 용접정밀성을 높일 수 있다.

이때, 바닥상태에 따라 메카넘휠(23)과 보강휠(26)이 바닥에 동시 접지되게 할 수도 있고, 메카넘휠(23) 보다 보강휠(26)이 더 하강하여 보강휠(26)만 바닥에 접지되게 할 수 있다.

이어서 본 발명에 따른 용접유닛(30)은 도 1처럼 대차프레임(10)의 상단에 장착되고, 제어신호에 따라 작동하여 금속프레임을 용접한다.

이러한 용접유닛(30)은 용접로봇(31), 용접토치(32), 지지대(33), 심재보빈(34), 회전부재(35), 심재피더(36)로 구성된다.

용접로봇(31)은 대차프레임(10)의 상단 전방에 장착되고, 적어도 5축 이상의 관절과 모터로 조합되어 다 방향으로 움직임이 가능하다.

용접토치(32)는 용접로봇(31)의 끝단부에 장착되고, 중앙으로 불활성가스와 용접심재가 토출되어 금속프레임을 용접한다.

이러한 용접토치(32)에는 진동이나 충격을 감지하는 센서와 용접라인을 표시하는 십자형 레이저가 장착될 수 있다.

지지대(33)는 심재보빈(34)을 지지하는 파이프로, 대차프레임(10)의 상단 후방에 수직 및 수평방향으로 장착된다.

이러한 지지대(33)는 대차프레임(10)으로부터 탈/장착은 물론 회전 및 높낮이 가변이 가능하여 작업현장에 맞게 조절할 수 있다.

심재보빈(34)은 용접토치(32)로 공급될 용접심재가 권취된 것으로, 지지대(33)의 상단에 회전 가능하게 배치된다.

회전부재(35)는 지지대(33)의 상단에 장착되어 심재보빈(34)에 권취된 용접심재가 소정의 장력으로 풀려지게 연결한다.

즉, 회전부재(35)는 베어링이 조합된 슬리브로, 심재보빈(34)을 회전 가능하게 지지한다.

심재피더(36)는 용접로봇(31)의 일측에 장착되어 심재보빈(34)에 권취된 용접심재를 당겨 용접토치(32)로 공급한다.

이러한 심재피더(36)는 용접심재를 통과되는 케이스와, 케이스의 내부에 서로 마주보게 일렬로 배열된 롤러와, 롤러들 사이에 피터모터와 연결된 구동롤러가 개재된 구조를 갖는다.

이어서 본 발명에 따른 제어유닛(40)은 도 1처럼 대차프레임(10)의 일측에 장착되고, 설정된 시퀀스에 따라 제어신호를 자동으로 처리한다.

이러한 제어유닛(40)은 메인검출모듈(41), 서브검출모듈(42), 제어모듈(43), 통신모듈(44), 안전모듈(45)로 구성된다.

메인검출모듈(41)은 대차프레임(10)의 상단 전방에 장착되고, 대차프레임(10)의 전방과 측방으로 용접위치를 검출한다.

이러한 메인검출모듈(41)은 도 8a처럼 지지체(41a)와 회전체(41b) 및 메인카메라(41c) 그리고 레이더센서(41d)로 구성된다.

지지체(41a)는 대차프레임(10)의 상단 전방 즉, 용접유닛(30) 앞에 장착되는 프레임으로, 회전체(41b)를 회전 가능하게 지지한다.

여기서 지지체(41a)의 내부에는 모터가 탑재되고, 중앙에는 모터와 연결되는 회전축이 Z축 방향으로 수직하게 장착된다.

회전체(41b)는 지지체(41a)의 상단에 회전축과 연결 장착되어 Z축을 기준으로 360°로 회전한다.

이러한 회전체(41b)의 내부 양측에는 모터가 각각 탑재되고, 중앙에는 모터와 연결되는 회전축이 X축 방향으로 수평하게 장착된다.

메인카메라(41c)는 회전체(41b)의 일측에 회전축과 연결되어 X축을 기준으로 360°로 회전한다.

이러한 메인카메라(41c)는 용접위치를 영상으로 촬영하여 원격조정기(50)로 전송한다.

레이더센서(41d)는 회전체(41b)의 타측에 회전축과 연결되어 X축을 기준으로 360°로 회전한다.

이러한 레이더센서(41d)는 용접대상물인 금속프레임과 주변구조물을 검출한다.

서브검출모듈(42)은 대차프레임(10)의 전후좌우 외측에 각각 장착되어 대차프레임(10)의 주위환경을 검출한다.

이러한 서브검출모듈(42)은 도 8b에 도시된 바와 같이 고정체(42a)와 보조카메라(42b) 및 초음파센서(42c)로 구성된다.

고정체(42a)는 대차프레임(10)의 전후좌우 외측에 장착되는 케이스로, 후면에는 탈/장착을 유도하는 연결부재가 구성된다.

서브카메라(42b)는 고정체(42a)의 전면 상측에 노출되게 장착되어 대차프레임(10)의 주위환경을 영상으로 촬영한다.

초음파센서(42c)는 고정체(42a)의 전면 하측에 노출되게 장착되어 대차프레임(10)의 주행방해물을 검출한다.

제어모듈(43)은 CPU, RAM, HDD, I/O포트를 포함하는 PCB기판으로, 대차프레임(10)의 상단 일측에 장착된다.

즉, 제어모듈(43)은 메인검출모듈(41)과 서브검출모듈(42) 및 무선조종기(50)로부터 수신되는 신호를 설정된 시퀀스에 따라 주행유닛(20)과 용접유닛(30)의 제어신호를 자동으로 통합 처리한다.

여기서 제어모듈(43)에는 용접라인을 추적하는 알고리즘이 탑재되어 메인카메라(41c)가 촬영된 영상을 실시간 분석하여 용접유닛(30)의 작동좌표를 생성한다.

통신모듈(44)은 제어모듈(43)에 탑재되는 와이파이, 블루투스, 지그비 등의 모뎀으로, 원격조종기(50)와 무선으로 연결되어 신호를 주고받는다.

안전모듈(45)은 제어모듈(43)에 탑재되어 입출력되는 정보를 비교 분석하는 인공지능 어플리케이션이다.

즉, 안전모듈(45)은 도 10처럼 메인검출모듈(41)과 서브검출모듈(42)로부터 입력되는 신호를 설정 기준정보와 비교하여 주행유닛(20)과 용접유닛(30)의 제어신호를 자동으로 단속한다.

예컨대, 레이더센서(41d)와 초음파센서(42c)에 의해 방해물과의 충돌이 예상되면 원격조종기(50)로 경고신호를 출력한다.

경고신호를 출력했음에도 원격조종기(50)로부터 보정신호가 입력되지 않으면, 주행모터(28)를 즉시 정지시킨다.

이러한 안전모듈(55)로 인해 원격에서도 편리하고 안전한 조종이 가능할 뿐만 아니라 주위환경이 급격하게 변화되더라도 조종자의 개입 없이 자동으로 신속하게 조치해줌에 따라 각종 안전사고를 예방할 수가 있다.

마지막으로 본 발명에 따른 원격조종기(50)는 도 1처럼 제어유닛(40)과 무선으로 연결되어 주행유닛(20)과 용접유닛(30)의 제어신호를 원격으로 조종한다.

이러한 원격조종기(50)는 도 9에 도시된 바와 같이 조종기본체(51), 복수의 버튼(52), 한 쌍의 스틱(53), 스피커(54), 디스플레이(55)로 구성된다.

조종기본체(51) 적어도 사용자가 양손으로 파지하며 이동이 가능한 크기로 형성된다.

버튼(52)은 조종기본체(51)의 전면에 돌출되게 장착되어 제어유닛(40)의 전원 및 옵션기능을 조종한다.

스틱(53)은 상하좌우로 틸팅되는 것으로, 조종기본체(51)의 전면 양측에 돌출되게 장착되어 주행유닛(20)과 용접유닛(30)을 조종한다.

스피커(54)는 조종기본체(51)의 내부에 장착되어 제어유닛(40)으로부터 수신되는 신호를 소리로 출력한다.

즉, 스피커(54)는 작업장의 소음이나 용접장치의 작동음 및 위험상황을 알리는 경고음 등을 출력한다.

디스플레이(55)는 조종기본체(51)의 전면 중앙에 장착되어 제어유닛(40)으로부터 신호를 입력받아 주행환경과 작동상태를 화상으로 표시한다.

즉, 디스플레이(55)에는 메인카메라(51c)와 보조카메라(52b)가 촬영하는 영상정보 및 통심감도, 주행속도, 주행거리, 배터리나 연료량 등의 계측정보와 경고문자를 표시한다.

한편, 원격조종기(50)는 도면으로 도시하지 않았지만, 조종기본체(51)의 내부에 충/방전이 가능한 배터리와, 제어유닛(40)과 무선으로 정보를 주고받는 통신모듈이 탑재된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10: 대차프레임
20: 주행유닛
20a: 체인
20b: 스프로킷
21: 고정프레임
22: 구동샤프트
23: 메카넘휠
24: 조절프레임
25: 종동샤프트
26: 보강휠
27: 조절실린더
28: 주행모터
29: 감속기어
30: 용접유닛
31: 용접로봇
32: 용접토치
33: 지지대
34: 심재보빈
35: 회전부재
36: 심재피더
40: 제어유닛
41: 메인검출모듈
41a: 지지체
41b: 회전체
41c: 메인카메라
41d: 레이더센서
42: 서브검출모듈
42a: 고정체
42b: 서브카메라
42c: 초음파센서
43: 제어모듈
44: 통신모듈
45: 안전모듈
50: 원격조종기
51: 조종기본체
52: 버튼
53: 스틱
54: 스피커
55: 디스플레이

Claims

선박의 골격을 이루는 금속프레임을 용접하는 장치에 있어서,
상기 선박의 내부공간으로 이동이 가능한 크기로 형성되고, 내부에 작동전원을 공급하는 하나 이상의 배터리를 탑재하는 대차프레임(10);
상기 대차프레임(10)의 하단 모서리부위마다 장착되고, 제어신호에 따라 작동하여 원하는 방향으로 이동시키는 복수의 주행유닛(20);
상기 대차프레임(10)의 상단에 장착되고, 제어신호에 따라 작동하여 금속프레임을 용접하는 용접유닛(30);
상기 대차프레임(10)의 일측에 장착되고, 설정된 시퀀스에 따라 제어신호를 자동으로 처리하는 제어유닛(40);
상기 제어유닛(40)과 무선으로 연결되고, 상기 주행유닛(20)과 용접유닛(30)의 제어신호를 원격으로 조종하는 원격조종기(50);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 조종식 자동 용접장치.
청구항 1에 있어서,
상기 주행유닛(20)은,
상기 대차프레임(10)의 하단 모서리부위에 장착되는 ㅠ형 형상의 고정프레임(21);
상기 고정프레임(21)의 일측 하단에 전후로 회전 가능하게 장착되는 구동샤프트(22);
상기 구동샤프트(22)의 일측에 장착되고, 바닥과 맞물려 전후회전에 따라 대차프레임(10)을 원하는 방향으로 이동되게 유도하는 메카넘휠(23);
상기 고정프레임(21)의 내측에 배치되고, 상기 구동샤프트(22)에 상하로 스윙 가능하게 장착되는 ㄷ형 형상의 조절프레임(24);
상기 조절프레임(24)의 일측 하단에 전후로 회전 가능하게 장착되는 종동샤프트(25);
상기 종동샤프트(25)의 일측에 장착되고, 상기 조절프레임(24)을 따라 바닥과 선택적으로 맞물려 접지력을 배가시키는 보강휠(26);
상기 고정프레임(21)과 조절프레임(24)에 각각 회전 가능하게 장착되고, 상기 고정프레임(21)으로부터 조절프레임(24)을 상하로 스윙시키는 조절실린더(27);
상기 고정프레임(21)의 내측에 장착되고, 제어신호에 따라 설정방향으로 회전력을 발생하는 주행모터(28);
상기 고정프레임(21)의 내측에 장착되고, 상기 주행모터(28)의 회전력을 구동샤프트(22)로 전달하는 감속기어(29);
상기 구동샤프트(22)와 종동샤프트(25) 및 감속기어(28)에 각각 장착되고, 상기 주행모터(28)의 회전력을 동시 전달되게 체인으로 연결되는 스프로킷(20a);
으로 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 무선 조종식 자동 용접장치.
청구항 2에 있어서,
상기 주행유닛(20)은 작업장소로 단순 이동할 경우에는 메카넘휠(23)만이 바닥과 맞물려 이동경로를 따라 대차프레임(10)을 전후, 좌우, 사선이동 및 좌우회전이 가능하게 작동하고, 긴급제동이나 경사로이동 및 용접과 동시이동이 요구될 경우에는 주행안전성과 용접정밀성이 향상되도록 보강휠(26)이 바닥과 맞물리게 하강하여 접지력을 배가시키는 것을 특징으로 하는 선박용 무선 조종식 자동 용접장치.
청구항 1에 있어서,
상기 용접유닛(30)은,
상기 대차프레임(10)의 상단 전방에 장착되고, 적어도 5축 이상의 관절과 모터로 조합되어 다 방향으로 움직임이 가능한 용접로봇(31);
상기 용접로봇(31)의 끝단부에 장착되고, 중앙으로 불활성가스와 용접심재가 토출되어 금속프레임을 용접하는 용접토치(32);
상기 대차프레임(10)의 상단 후방에 수직 및 수평방향으로 장착되어 회전 및 높낮이 조절이 가능한 지지대(33);
상기 지지대(33)의 상단에 회전 가능하게 배치되고, 상기 용접토치(32)로 공급될 용접심재가 권취된 심재보빈(34);
상기 지지대(33)의 상단에 장착되고, 상기 심재보빈(34)에 권취된 용접심재가 소정의 장력으로 풀려지게 연결하는 회전부재(35);
상기 용접로봇(31)의 일측에 장착되고, 상기 심재보빈(34)에 권취된 용접심재를 당겨 용접토치(32)로 공급하는 심재피더(36);
로 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 무선 조종식 자동 용접장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어유닛(40)은,
상기 대차프레임(10)의 상단 전방에 장착되고, 상기 대차프레임(10)의 전방과 측방으로 용접위치를 검출하는 메인검출모듈(41);
상기 대차프레임(10)의 전후좌우 외측에 각각 장착되고, 상기 대차프레임(10)의 주위환경을 검출하는 서브검출모듈(42);
상기 대차프레임(10)의 상단 일측에 장착되고, 상기 주행유닛(20)과 용접유닛(30)의 제어신호를 처리하는 제어모듈(43);
상기 제어모듈(43)에 탑재되고, 상기 원격조종기(50)와 무선으로 연결되어 신호를 주고받는 통신모듈(44);
상기 제어모듈(43)에 탑재되고, 상기 메인검출모듈(41)과 서브검출모듈(42)로부터 입력되는 신호를 설정 기준정보와 비교하여 주행유닛(20)과 용접유닛(30)의 제어신호를 자동으로 단속하는 안전모듈(45);
로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 조종식 자동 용접장치.
청구항 5에 있어서,
상기 메인검출모듈(41)은,
상기 대차프레임(10)의 상단 전방에 장착되는 지지체(41a);
상기 지지체(41a)의 상단에 Z축을 기준으로 360°로 회전 가능하게 장착되는 회전체(41b);
상기 회전체(41b)의 일측에 X축을 기준으로 360°로 회전 가능하게 장착되어 용접위치를 영상으로 촬영하는 메인카메라(41c);
상기 회전체(41b)의 타측에 X축을 기준으로 360°로 회전 가능하게 장착되어 용접위치를 검출하는 레이더센서(41d);
로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 조종식 자동 용접장치.
청구항 5에 있어서,
상기 서브검출모듈(42)은,
상기 대차프레임(10)의 전후좌우 외측에 장착되는 고정체(42a);
상기 고정체(42a)의 전면 상측에 노출되게 장착되고, 상기 대차프레임(10)의 주위환경을 영상으로 촬영하는 서브카메라(42b);
상기 고정체(42a)의 전면 하측에 노출되게 장착되고, 상기 대차프레임(10)의 주행방해물을 검출하는 초음파센서(42c);
로 구성된 것을 특징으로 하는 무선 조종식 자동 용접장치.