KR20240051439A - 티바 전처리용 자동화 로봇장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티바의 전처리 작업을 수행하기 위한 자동화 로봇장치에 있어서: 티바 상으로 이동 가능하도록 주행기(25)를 갖춘 본체(20); 상기 본체(20) 상에 3축 모션의 다관절 아암을 구비하고, 말단에서 호스노즐(45)을 지지하는 아암부재(30); 및 상기 본체(20)와 아암부재(30)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박 블록 내부의 티바를 위한 최적의 로봇 모션 메커니즘을 기반으로 난해한 구역의 전처리 작업을 안전하고 효율적으로 처리하며 현장의 작업자의 노령화와 인력 수급난을 해소하는 효과가 있다.

Description

티바 전처리용 자동화 로봇장치 {Automatic robot apparatus for T-bar pretreatment}
본 발명은 티바 전처리 로봇장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 블록 내에 반복적으로 설치되는 티바 부재의 표면을 전처리하기 위한 티바 전처리용 자동화 로봇장치에 관한 것이다.
선박 블록 내부에는 티바 부재가 반복적으로 설치되고 티바 부재 표면에 이물질 제거 및 도료의 부착력 향상을 위해 전처리라는 공정을 거치게 된다. 현재 전처리 공정에서는 그리트를 사용하여 수작업으로 티바 부재 표면을 전처리 작업하고 있으나 도장작업 인력의 노령화 및 안전 문제로 인해 이를 대신할 다관절 로봇팔 형태의 자동화 장비가 필요한 실정이다.
다만 티바가 가지는 특이한 형상 및 배치 형태로 인해 작업 공간이 충분히 확보되지 않아 일반적인 주판과 같은 평판 전처리 작업보다 작업 난이도가 높으며 시수 또한 상대적으로 많이 소요된다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2012-0033517호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제2012-0033518호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 이중선체 블록 내부는 많은 벽(거더, 트랜스)으로 나눠진 여러 개의 공간(섹션)으로 구성되어 있으므로 전처리 작업을 하는 로봇의 경우 여러 대의 로봇이 일정한 한 개의 공간씩을 맡아 동시에 작업하는 형태로 다수 대를 제어하여 효율성을 높이고 비용절감을 기대한다.
선행문헌 2는 블라스팅 로봇을 이중선체 블록내의 상하부론지 사이에 투입하여 설치하고, 론지 설계정보를 블라스팅 로봇에 입력하여 론지 정보를 로딩시키고, 론지 정보에 의거하여 미리 정해진 구역별로 분할하여 로봇 제어정보를 설정하고, 로봇 제어정보에 의거하여 하부론지 바닥면부터 블라스팅 작업을 수행하도록 함으로써 로봇에 의한 자동화를 구현한다.
다만 상기한 선행문헌에 의하면 티바의 전처리를 위한 그리트 작업에 적합한 로봇 모션 메커니즘과 관련된 기술적 사상의 반영이 미흡하다.
한국 공개특허공보 제2012-0033517호 "이중선체 블록 내에서 작업하는 다수 대의 전처리 로봇 제어 시스템 및 제어방법" (공개일자 : 2012.04.09.) 한국 등록특허공보 제2012-0033518호 "로봇을 이용한 이중선체블록 내부 상하부 론지 블라스팅 방법" (공개일자 : 2012.04.09.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박 블록 내에 반복적으로 설치되는 티바 부재의 표면을 그리트 작업함에 수작업을 탈피한 오퍼레이팅 개념으로의 패러다임을 전환하여 복잡한 티바의 형상 모든 면을 골고루 전처리 가능한 티바 전처리용 자동화 로봇장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 티바의 전처리 작업을 수행하기 위한 자동화 로봇장치에 있어서: 티바 상으로 이동 가능하도록 주행기를 갖춘 본체; 상기 본체 상에 3축 모션의 다관절 아암을 구비하고, 말단에서 호스노즐을 지지하는 아암부재; 및 상기 본체와 아암부재를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 아암부재는 회전 모션을 구현하는 1축아암에 피칭 모션을 구현하는 2축아암 및 3축아암을 연결한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 1축아암의 축간거리를 485㎜, 2축아암의 축간거리를 300㎜, 3축아암의 축간거리를 300㎜로 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기는 작업 대상면에 대하여 호스노즐의 단부를 300㎜의 거리와 45~60˚의 각도 범위로 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기는 작업의 진행방향을 기준으로 전방과 후방으로 티바와 바닥판의 작업 영역을 구분하여 실행하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박 블록 내부의 티바를 위한 최적의 로봇 모션 메커니즘을 기반으로 난해한 구역의 전처리 작업을 안전하고 효율적으로 처리하며 현장의 작업자의 노령화와 인력 수급난을 해소하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇장치를 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 로봇장치의 주요부를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 로봇장치의 모션 시뮬레이션 모식도
도 4는 본 발명에 따른 로봇장치의 작업예를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 티바의 전처리 작업을 수행하기 위한 자동화 로봇장치에 관하여 제안한다. 선박 블록 내부에 반복적으로 설치되는 티바 부재의 표면을 전처리하는 로봇을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 티바(10)는 수직판재인 웹(11)과 수평판재인 페이스(12)를 결합한 구조이고, 선박 블록 내부의 바닥판(15)에 일정한 간격을 유지하도록 배치된다. 20만~30만톤까지의 선형인 초대형유조선(VLCC)의 경우 티바의 높이는 800㎜, 페이스(12)의 폭은 200㎜, 티바의 간격은 1000㎜로 설정될 수 있다.
본 발명에 따르면 본체(20)가 티바 상으로 이동 가능하도록 주행기(25)를 갖춘 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본체(20)를 구성하는 가이드(22), 주행기(25) 등이 나타난다. 본체(20)는 티바(10)의 페이스(12)와 유사한 폭으로 형성되고 주행기(25)에 의해 페이스(12) 상으로 주행한다. 가이드(22)는 본체(20)가 페이스(12)에 긴밀하게 착탈 및 지지되도록 형성한다. 주행기(25)는 본체(20)가 설정된 거리 단위로 이동 및 정지하도록 구동모터, 전동부재, 제동부재 등을 갖춘다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 본체(20) 상에 3축 모션의 다관절 아암을 구비하는 아암부재(30)가 말단에서 호스노즐(45)을 지지하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2에서, 본체(20)에 탑재되는 아암부재(30)는 3축 이상의 다관절 로봇용 아암으로 구성하는 것이 좋다. 아암부재(30)의 말단인 엔드 이펙터(End effector)에 전처리 그리트를 분사하는 호스노즐(45)이 설치된다. 호스노즐(45)은 플렉시블 호스, 분사노즐, 클램프로 구성된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 아암부재(30)는 회전 모션을 구현하는 1축아암(31)에 피칭 모션을 구현하는 2축아암(32) 및 3축아암(33)을 연결한 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 아암부재(30)를 구성하는 1축아암(31), 2축아암(32), 3축아암(33), 모션기(35) 등이 나타난다. 1축아암(31)은 회전 모션을 구현하는 모션기(35)를 개재하여 본체(20)에 연결된다. 1축아암(31)은 주로 아래보기 작업을 위해 절곡된 형태를 이루는 것이 좋다. 2축아암(32)은 1축아암(31)의 말단에 피칭 모션을 구현하는 모션기(35)를 개재하여 연결된다. 3축아암(33)은 2축아암(32)의 말단에 피칭 모션을 구현하는 모션기(35)를 개재하여 연결된다. 3축아암(33)의 말단에는 엔드 이펙터(End effector)가 연결된다. 아암부재(30)를 4축 이상으로 설정하는 경우 전체 외형이 증가하여 티바의 작업 조건에 제약이 수반될 수 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 1축아암(31)의 축간거리를 485㎜, 2축아암(32)의 축간거리를 300㎜, 3축아암(33)의 축간거리를 300㎜로 유지하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 1축아암(31), 2축아암(32), 3축아암(33)의 축간거리가 각각 485㎜, 300㎜, 300㎜로 예시된다. 이는 전술한 초대형유조선(VLCC)의 제원에 적합한 규격으로서 선박의 크기에 따라 변동이 가능하다. 티바 페이스의 중간점의 상단 100mm 높이에 모션의 원점을 설정하고 아암부재(30)가 가장 짧으면서 모든 부위를 전처리할 수 있는 규격을 설정한다. 특히 2축아암(32)의 축간거리를 이루는 양단의 조인트(35B, 35C) 위치가 모션의 최적화를 위한 상대적 영향이 크다.
또한, 본 발명에 따르면 제어기(40)가 상기 본체(20)와 아암부재(30)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제어기(40)가 본체(20)와 아암부재(30)에 연계되도록 탑재된다. 제어기(40)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 갖춘 마이컴 회로를 기반으로 한다. 입력인터페이스에는 주행기(25), 모션기(35) 등의 작동을 검출하는 센서가 연결되고, 출력인터페이스에는 주행기(25), 모션기(35) 등의 구동모터가 연결된다. 제어기(40)의 알고리즘은 메모리에 프로그램과 데이터 형태로 저장되고 마이크로프로세서에 의하여 실행된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기(40)는 작업 대상면에 대하여 호스노즐(45)의 단부를 300㎜의 거리와 45~60˚의 각도 범위로 유지하는 것을 특징으로 한다.
도 3의 시뮬레이션을 통하여 아암부재(30)의 규격을 안출하는 과정에서 호스노즐(45)의 단부를 통한 분사거리와 분사각도를 반영한다. 도 3(a)는 바닥판(15)에 대한 작업 모션을 나타내고, 도 3(b)는 웹(11)에 대한 작업 모션을 나타내고, 도 3(c)는 페이스(12)의 상면에 대한 작업 모션을 나타내고, 도 3(d)는 페이스(12)의 저면에 대한 작업 모션을 나타내고, 도 3(e)는 평면에서 아암부재(30)의 모션을 나타낸다. 모든 모션에서 분사거리 300㎜와 분사각도 45~60˚ 범위가 유지되는 것이 좋다. 분사거리가 적정치를 벗어나거나 분사각도가 너무 낮으면 전처리 품질이 저하된다. 분사각도가 너무 높아 90˚에 근접할수록 아암부재(30)에 대한 반력이 증가되어 호스노즐(45)의 진동이 유발된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기(40)는 작업의 진행방향을 기준으로 전방과 후방으로 티바와 바닥판의 작업 영역을 구분하여 실행하는 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 반복 배치된 티바(10)의 TN-1, T, TN+1로 로봇을 횡방향으로 이동시키며 작업하는 상태를 나타낸다. 로봇의 본체(20)가 설치된 티바(T)를 중심으로 인접한 전방의 티바(TN+1)와 인접한 후방의 티바(TN-1)로 작업 영역을 분산한다. 예컨대, 부호 W1의 전방 바닥판(15), 부호 W2의 전방 웹(11), 부호 W3의 전방 페이스(12)의 저면, 부호 W4의 전방 페이스(12)의 상면, 부호 W5의 후방 페이스(12)의 저면, 부호 W6의 후방 웹(11)으로 작업을 진행하는 것이 아암부재(30)의 모션 최적화에 유리하다. 물론 로봇의 횡방향 이동에 앞서 각각의 티바(TN-1, T, TN+1) 상에서 종방향으로 설정된 거리 단위로 주행하면서 작업을 완료한다.
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: 티바 11: 웹
12: 페이스 15: 바닥판
20: 본체 22: 가이드
25: 주행기 30: 아암부재
31: 1축아암 32: 2축아암
33: 3축아암 35: 모션기
40: 제어기 45: 호스노즐

Claims (5)

  1. 티바의 전처리 작업을 수행하기 위한 자동화 로봇장치에 있어서:
    티바 상으로 이동 가능하도록 주행기(25)를 갖춘 본체(20);
    상기 본체(20) 상에 3축 모션의 다관절 아암을 구비하고, 말단에서 호스노즐(45)을 지지하는 아암부재(30); 및
    상기 본체(20)와 아암부재(30)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 티바 전처리용 자동화 로봇장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 아암부재(30)는 회전 모션을 구현하는 1축아암(31)에 피칭 모션을 구현하는 2축아암(32) 및 3축아암(33)을 연결한 것을 특징으로 하는 티바 전처리용 자동화 로봇장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 1축아암(31)의 축간거리를 485㎜, 2축아암(32)의 축간거리를 300㎜, 3축아암(33)의 축간거리를 300㎜로 유지하는 것을 특징으로 하는 티바 전처리용 자동화 로봇장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(40)는 작업 대상면에 대하여 호스노즐(45)의 단부를 300㎜의 거리와 45~60˚의 각도 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 티바 전처리용 자동화 로봇장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(40)는 작업의 진행방향을 기준으로 전방과 후방으로 티바와 바닥판의 작업 영역을 구분하여 실행하는 것을 특징으로 하는 티바 전처리용 자동화 로봇장치.
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