KR20150034437A

KR20150034437A - Lng 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20150034437A
Application number: KR20130114514A
Authority: KR
Inventors: 추길환; 임채묵; 김수호
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2015-04-03

Abstract

LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇에 관한 것으로, 서로 이격된 위치에 마련되는 주행부, 상기 주행부의 상부에 승강 및 회전되는 동작부, 상기 동작부의 제어에 따라 팔레트에 적재된 단열박스를 흡착하는 흡착부, 상기 주행부의 이동을 안내하는 안내부, 상기 주행부의 주행을 제어하며 상기 흡착부에 흡착된 단열박스의 위치를 조절하는 동작부를 제어하는 제어부를 마련하여 중량물인 단열박스를 공간부에 위치시켜 무게중심을 낮추어 로봇이 안정적인 자세로 이동할 수 있고, 이로 인해 단열박스의 이동 또는 작업 중에 무게중심을 잡는데 필요한 웨이트를 필요로 하지 않으며, 로봇의 중량을 경량으로 제작할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇 및 그 제어방법{Rail Traveling Heat Shield Installed Robot of LNG Holds and Control Method}

본 발명은 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 화물창의 내면에 설치되는 단열박스의 이송 및 이를 정해진 위치에 설치하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하, 'LNG'라 함) 상태로 LNG 수송선에 저장되어 원거리의 수요처로 운반된다.

이러한 LNG는 천연가스를 극저온, 예컨대 대략 -163℃로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때 보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.

이와 같은 LNG는 LNG 수송선에 실려서 바다를 통해 운반되어 육상 수요처에 하역되거나 LNG RV(LNG Regasification Vessel)에 실려서 바다를 통해 운반되어 육상 수요처에 도달한 후 재기화되어 천연가스 상태로 하역될 수 있는데, LNG 수송선과 LNG RV에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크('화물창'이라고도 함)가 마련된다.

또한 LNG FPSO(Floating Production Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 LNG 저장탱크가 포함된다.

여기서 LNG FPSO는 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요 시 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨 싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다.

또한 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후, 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같은 LNG 저장탱크는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 단열재가 화물의 하중에 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(independent tank type)과 멤브레인형(membrane type)으로 분류된다. 단열재가 화물의 하중에 직접적으로 작용하지 않는 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나뉘며, 단열재가 화물의 하중에 직접적으로 작용하는 멤브레인형 저장탱크는 GT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형으로 나뉘어진다.

종래 기술의 일 실시예에 따른 화물창 즉 멤브레인형인 GT NO 96형 화물창은 선체의 내벽에 적층되어 설치된다. 플라이우드 박스(plywood box) 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 단열박스 및 2차 단열박스를 포함한다.

화물창의 1차 단열박스는 LNG 측에 위치되고, 2차 단열박스는 선체의 내벽 측에 위치되도록 설치된다. 그리고 1차 단열박스 및 2차 단열박스 각각의 상측에는 0.5~0.7㎜ 두께의 인바(Invar) 강(36% Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 각각 설치된다. 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽은 1차 멤브레인(Primary Membrane) 및 2차 멤브레인(Secondary Membrane)이라고도 한다.

따라서 1차 밀봉벽과 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 1차 밀봉벽의 누설 시 상당한 기간 동안 2차 밀봉벽 만으로도 화물인 LNG를 안전하게 지탱할 수 있다.

이러한 LNG 선박의 경우 보통 4개의 화물창(tank)을 가지며, 선수부 화물창을 제외한 나머지 화물창에는 각 화물창당 약 10,000개의 표준박스(개당 50 ~ 60kg)가 설치된다. 이때, 세컨더리(secondary) 표준박스는 약 5,000개가 설치되며, 프라이머리(primary) 표준박스는 약 5,000개가 설치된다.

특히 세컨더리 표준박스 설치 작업의 대부분은 작업자에 의한 수작업으로 이루어지며, 보통 3인 1조 구성되어 2명이 설치하고 나머지 1명이 설치된 박스를 고정한다.

이러한 공정은 박스를 수작업으로 설치하기 때문에 안전사고의 위험과 근골격계 질환의 위험이 상존하고 있으며, 생산성 향상에 한계가 있어 향후 LNG 선박의 생산 증가에 대비한 생산능력 향상이 용이하지 않았다.

즉, 세컨더리 표준박스의 경우 프라이머리 표준박스와 달리 한쪽 면에 레진(resin)이라는 물질이 도포 되어 있기 때문에 장치를 이용한 작업이 용이하지 않아 작업자 3명에 의존하여 전량 수작업으로 설치하고 있다.

또한 중량의 박스를 작업자 2인이 하루 약 120개 정도를 설치하기 때문에 장기간 근무한 작업자는 근골격계 질환 등의 발생이 빈번하고, 지속적인 작업이 불가능하였다.

이를 위해 본 출원인은 실용신안등록 제20-0438079호로 '단열박스 천정설치용 운반장치'를 출원한 바 있으며, 실용신안등록 제20-0438080호로 '단열박스 바닥설치용 운반장치'를 출원한 바 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 'LNG 선박의 단열박스 설치 장치'가 개시되어 있다.

하기 특허문헌 1에 따른 LNG 선박의 단열박스 설치 장치에는 에어 밸런스장치를 이송시켜 주는 전동 팔레트 트럭, 상기 전동 팔레트 트럭과 결합되고 하부에 설치되어 이동가능하며, 단열박스 설치 작업시 장치의 전복을 방지하는 아우트리거(outrigger), 상기 아우트리거의 양단 중앙부에 설치되어 단열박스 설치 작업 시 작업자의 부하를 줄여주는 에어 밸런스 장치가 구비되어 있다.

상기 에어 밸런스장치의 중앙부분에 설치되어 단열박스 하중을 지탱하는 에어 밸런스 메인 실린더, 상기 전동 팔레트 트럭의 일측에 수평으로 부착되어 작업반경 내 단열박스 설치 위치까지 박스를 이송시켜 주는 2단의 리프트 암, 상기 리프트 암과 힌지 결합되며, 지그 전체를 지지하는 지그 프레임, 상기 지그 프레임의 일측에 설치되어 단열박스가 없는 상태에서 지그 회전을 제한하는 지그 회전제한용 브레이크가 구비되어 있다.

상기 지그 프레임과 수평으로 결합되어 연장되며, 진공패드를 고정하고 지그 프레임과 회전축으로 연결되어 단열박스를 회전시키는 진공패드 프레임 및 상기 진공패드 프레임에 복수개로 부착되어 단열박스의 표면을 진공으로 흡착하는 진공흡착 패드로 이루어져 있다.

대한민국 실용신안등록 제20-0441414호(2008년 8월 8일 등록) 대한민국 실용신안등록 제20-0438079호(2008년 1월 11일 등록) 대한민국 실용신안등록 제20-0438080호(2008년 1월 11일 등록)

그러나 종래기술에 따른 단열박스 설치장치는 작업자의 부하를 줄이기 위하여 공압 실린더를 이용한 브레이크를 지그 회전축에 설치하여 단열박스가 언클램핑(unclamping) 됨과 동시에 브레이크를 작동시켜 지그의 급속한 회전을 제한시켜 하는 것으로, 작업자가 브레이크를 조작해야 되는 번거로움이 있으며, 수동 조작에 따른 작업자 등이 추가로 배치되어야 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레일을 이용하여 화물창의 벽면으로부터 일정 거리를 유지하며 레일을 따라 이동하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 중량물인 단열박스의 흡착 또는 이동에 따른 무게중심을 안정되게 유지시키는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 화물창의 바닥면, 천장, 수직면, 상부경사면, 하부경사면에 단열박스를 설치하고자 하는 위치로 자동 이동하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 서로 이격된 위치에 마련되는 주행부, 상기 주행부의 상부에 승강 및 회전되는 동작부, 상기 동작부의 제어에 따라 팔레트에 적재된 단열박스를 흡착하는 흡착부, 상기 주행부의 이동을 안내하는 안내부, 상기 주행부의 주행을 제어하며 상기 흡착부에 흡착된 단열박스를 회전시키는 동작부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 다수의 버튼 및 레버가 마련되는 조작반, 상기 조작반의 신호를 받아 상기 제어부로 전송하는 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 주행부, 제어부에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 수신부, 전원부, 제어부는 베이스 내부에 장착되고, 상기 안내부는 화물창의 천장에 고정되는 안내레일인 것을 특징으로 한다.

상기 주행부는 전후 좌우 및 360°회전이 이루어지는 옴니휠을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 흡착부는 일정 크기를 갖는 플레이트, 상기 플레이트 저면에 고정되는 다수의 흡착판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 동작부는 상기 안내부의 상면에 고정되고 승강되는 제1 직선구동부, 상기 제1 직선구동부에 대하여 회전 가능하게 결합되고 상부로 연장된 고정부재가 회전 가능하게 결합되는 회전구동부, 상기 회전구동부를 승강시키며 상기 안내부에 대하여 회전 가능하게 결합된 제2 직선구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고정부재는 상기 흡착부를 길이 가변시키면서 상기 흡착부를 회전시키는 3축구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 3축구동부는 볼 조인트인 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법은 (a) 단열박스가 적재된 팔레트를 향해 이동하는 단계, (b) 상기 팔레트의 단열박스를 흡착하고자 하는 위치가 적정 위치인지를 판단하는 단계, (c) 상기 단열박스가 흡착되도록 동작부에 의해 흡착부를 동작시켜 상기 단열박스를 흡착하는 단계, (d) 상기 흡착된 단열박스를 공간부로 이동시켜 상기 단열박스의 무게중심을 유지하는 단계, (e) 상기 단열박스를 설치하고자 하는 위치로 이동하는 단계, (f) 상기 단열박스를 설치 위치로 상기 흡착부를 상승 및 회전시켜 일정 시간 동안 유지하는 단계, (g) 상기 단열박스를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (b) 단계에서, 상기 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 화물창의 천장에 설치된 안내레일을 따라 이동하면서 이동된 거리를 비교·판단하여 상기 팔레트에 근접하는 것을 특징으로 한다.

상기 (c) 단계에서, (c1) 상기 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 상기 동작부의 하부 동작부의 승강과 회전, 상기 동작부의 상부 동작부의 승강과 회전에 의해 상기 흡착부이 경사지게 돌출되는 것을 특징으로 한다.

상기 (c) 단계에서, (c2) 상기 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 상기 동작부의 하부 동작부 및 상부 동작부가 승강과 회전으로 경사지게 돌출된 다음 흡착판을 흡착하는 것을 특징으로 한다.

상기 (d) 단계에서, 상기 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 상기 단열박스가 흡착된 3축 구동부를 무게중심이 낮게 유지되도록 공간부로 회전되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇에 의하면, 중량물인 단열박스를 공간부에 위치시켜 무게중심을 낮추어 로봇이 안정적인 자세로 이동할 수 있고, 이로 인해 단열박스의 이동 또는 작업 중에 무게중심을 잡는데 필요한 웨이트를 필요로 하지 않으며, 로봇의 중량을 경량으로 제작할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 화물창의 바닥면, 수직면, 하부경사면, 상부경사면, 천장면에 각각 단열박스를 정해진 위치에 배열할 수 있으며, 간단한 구조로 이루어져 로봇 제작에 따른 비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

본 발명에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법에 의하면, 단열박스의 이동 및 안정적인 자세 제어로 인해 로봇의 운영을 보다 안정적으로 할 수 있고, 로봇을 조작반으로 수동 조작함은 물론 각각의 이동 거리 등을 미리 설정하여 자동으로 운영할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇을 보인 개략적인 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 동작을 순차적으로 나타낸 동작 상태도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇으로 단열박스를 설치하는 상태를 나타낸 동작 상태도,

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇을 보인 개략적인 사시도이다.

본 발명의 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 서로 이격된 위치에 마련되는 주행부(10), 상기 주행부(10)의 상부에 승강 및 회전되는 동작부(20), 상기 동작부(20)의 동작에 따라 팔레트에 적재되어 있는 단열박스를 흡착하는 흡착부(30), 상기 주행부(10)의 이동을 안내하는 안내부(40), 상기 주행부(10)의 주행을 제어함은 물론 상기 흡착부(30)에 단열박스의 위치를 조절하는 동작부(20)를 제어하는 제어부(50)를 포함한다.

또한 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 이동, 회전 또는 자세 유지 등을 조정하는 조작반(60), 조작반(60)의 제어신호를 수신하는 수신부(70) 및 전원을 공급하는 전원부(80)를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 주행부(10)는 베이스(11) 저면에 2개의 바퀴가 각각 회전 가능하게 설치되어 있다.

이러한 주행부(10)의 바퀴는 통상적으로 사용되는 옴니휠(상표명으로서 omin wheel 또는 poly wheel 이라고도 함)이 사용될 수 있다. 옴니휠은 일반 바퀴의 둘레에 6개의 작은 롤러를 연결한 구조로, 두 개의 방향성을 가지며, 조향 없이 모든 방향으로 이동이 가능하다.

즉, 옴니휠은 전후 좌우 및 대각선 방향 등 자유롭게 이동할 수 있는 것이면 족하다.

주행부(10)의 상측에는 동작부(20)와 흡착부(30)가 장착된다. 흡착부(30)는 동작부(20)에 의해 회전 각도가 제어되는데, 흡착부(30)는 중량물인 단열박스를 흡착하여 설치 위치로 회전되는 것이다.

동작부(20)는 주행부(10) 상면에 고정되는 제1 직선구동부(21), 제1 직선구동부(21)에 대하여 회전 가능하게 결합되고 상부로 연장되는 고정부재(24)가 회전 가능하게 결합되는 회전구동부(23), 회전구동부(23)를 승강시킴은 물론 안내부(10)에 대하여 회전 가능하게 결합되는 제2 직선구동부(25), 흡착부(30)를 길이 가변시킴은 물론 3축(X, Y, Z 방향)으로 회전되는 3축구동부(27)를 포함한다.

제1 직선구동부(21)는 일정 길이를 갖는 실린더 본체(21a)와 실린더 본체(21a) 내부에 승강 가능하게 결합되는 피스톤 로드(21b)로 이루어진다.

이러한 제1 직선구동부(21)는 단열박스(미도시)의 크기보다 큰 공간부(31)가 형성되도록 서로 떨어져 있다. 아울러 이들 제1 직선구동부(21)는 회전구동부(23)에 의해 서로 연결되어 있다. 즉, 제1 직선구동부(21)와 회전구동부(23)는 도 2의 우측(정면)에서 보았을 때 대략 '∩'자 형태로 이루어진다.

또한 제1 직선구동부(21)의 피스톤 로드(21b)에는 회전구동부(23)의 양 끝단이 각각 회전 가능하게 결합되어 있다. 즉, 피스톤 로드(21b)의 상단에는 각각 제1 회전체(22)가 고정되어 있으며, 이들 제1 회전체(22)에는 회전구동부(23)의 양단이 회전 가능하게 결합되어 있다.

또 제1 회전체(22)에는 구동모터(미도시)가 설치될 수 있으며, 회전구동부(23)는 구동모터에 의해 회전된다. 회전구동부(23)는 대략 'ㅗ'자 형상으로 이루어져 있으며, 회전구동부(23)의 중간에는 도 2의 도면상 수직으로 고정부재(24)가 일체로 형성되어 있다.

고정부재(24)의 상단에는 제2 회전체(24a)가 장착되어 있다. 아울러 제2 회전체(24a)의 상부에는 제2 직선구동부(25)가 설치되어 있다. 제2 직선구동부(25)는 일정 길이를 갖는 제2 실린더 본체(25a)와 제2 실린더 본체(25a) 내부에 이동 가능하게 결합된 제2 피스톤 로드(25b)로 이루어져 있다.

한편 제2 피스톤 로드(25b)에는 제2 회전체(24a)가 마련되어 있으며, 제2 회전체(24a) 또한 제1 회전체(22)와 같이 구동모터(미도시)에 의해 회전 가능하게 결합되어 있다.

또 제2 직선구동부(25)는 제2 실린더 본체(25a)와 제2 피스톤 로드(25b)로 이루어져 있다. 즉, 제2 직선구동부(25)의 제2 피스톤 로드(25b)는 제2 회전체(24a)에 회전 가능하게 결합되어 있고, 제2 직선구동부(25)의 상단에는 제3 회전체(26)가 고정되어 있으며, 제3 회전체(26)는 안내부(40)를 따라 이동 가능하게 결합되어 있다.

또한 고정부재(24)에는 흡착부(30)를 이동 및 회전시키는 3축구동부(27)가 마련되어 있다. 3축 구동부(27)는 흡착부(30)를 길이 가변시킴은 물론 흡착부(30)를 3축 즉, X, Y, Z축 방향으로 회전이 이루어지는 볼 조인트로 이루어져 있다.

고정부재(24)에는 실린더 본체와 같은 역할을 하며, 3축구동부(27)는 고정부재(24)의 내부를 왕복 이동하는 피스톤 로드와 같은 역할을 한다.

제1 직선구동부(21) 사이에는 단열박스의 무게중심을 보다 낮은 위치에 있도록 공간부(31)가 형성되고, 흡착부(30)는 3축구동부(27)의 선단에 고정되는 일정 크기를 갖는 플레이트(32)와 플레이트(32)의 저면에 고정되는 다수의 흡착판(33)으로 이루어져 있다.

플레이트(32)는 단열박스 보다 작은 크기를 가져도 무방하며, 공간부(31)는 단열박스의 크기보다 큰 공간을 갖도록 형성된다. 공간부(31)는 2개의 제1 직선구동부(21)에 의해 형성되는 공간이다.

이와 같이 단열박스 보다 공간부(31)를 더 크게 형성하는 이유는 단열박스의 위치를 낮추어 주어 무게중심이 로봇의 하부에 위치되게 하여 로봇의 무게중심을 보다 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

또한 안내부(40)는 화물창(미도시)의 천장에 고정되는 안내레일로 이루어진다. 이러한 안내부(40)는 로봇이 이동해야 되는 장소로 이동할 수 있도록 화물창의 각 층에 마련될 수 있다.

안내부(40)에는 동작부(20)의 제2 직선구동부(25)가 안정적으로 이동되도록 가이드 부재(41)가 이동 가능하게 결합되어 있으며, 이는 제2 직선구동부(25)의 제3 회전체(26)에 고정되어 있다.

또한 주행부(10)의 베이스(11)에는 주행부(10), 동작부(40) 및 제어부(50)에 전원을 공급하는 전원부(80)가 장착될 수 있다. 베이스(11)에는 수동으로 조작하기 위한 팬던트(미도시)와 같은 조작반(60)의 제어신호를 수신하는 수신부(70)가 장착될 수 있다.

또 제어부(50)는 조작반(60)의 제어신호에 의해 동작이 제어될 뿐만 아니라 로봇에 입력된 프로그램 등에 의해 자체적으로 동작 및 제어할 수 있다.

다음 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 결합관계를 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 베이스(11)에 각각 옴니휠을 장착하여 이동 가능한 주행부(10)를 제작한다. 이와 함께 각각 동작부(20)를 마련한다.

즉, 제1 직선구동부(21)는 제1 실린더 본체(21a)와 제1 피스톤 로드(21b)를 결합하며, 제1 직선구동부(21)는 유압, 공압 또는 전기에 의해 피스톤 로드가 왕복 이동되는 전기실린더 일 수 있다.

아울러 제2 직선구동부(25) 또한 제1 직선구동부(21)와 같이 마련되며, 제2 직선구동부(25)는 유압, 공압 또는 전기로 왕복 이동되는 실린더로 제작된다.

또 제1 직선구동부(21)의 제1 피스톤 로드(21b)에는 회전구동부(23)를 회전 가능하게 결합한다. 즉, 회전구동부(23)는 대략 'ㅗ'자 형상으로 이루어지며, 회전구동부(23)의 양 끝단은 제1 회전체(22) 내부에 회전 가능하게 결합된다.

고정부재(24) 상단에는 제2 회전체(24a)를 결합한다. 제2 회전체(24a)의 상부에는 제2 직선구동부(25)의 제2 피스톤 로드(25b)를 장착하며, 제2 피스톤 로드(25b)에는 제2 실린더 본체(25a)를 결합한다.

제2 실린더 본체(25a)에는 제2 직선구동부(25)를 회전시키는 제3 회전체(26)를 장착하며, 제3 회전체(26)는 안내부(40)의 안내레일을 따라 이동 가능하게 결합한다.

한편 화물창에는 로봇이 이동되어야 하는 구간에 각각 필요한 안내레일인 안내부(40)를 고정한다. 이러한 안내부(40)는 화물창의 길이 방향을 따라 고정하는 것이 바람직하다.

또 고정부재(24)에는 3축구동부(27)를 이동 가능하게 결합하며, 3축구동부(27)는 일종의 피스톤 로드에 해당되고, 고정부재(24)는 일종의 실린더 본체에 해당된다.

3축구동부(27)에는 흡착부(30)를 장착한다. 흡착부(30)는 일정 크기를 갖는 플레이트(32)에 다수의 흡착판(33)을 고정하며, 흡착판(33)에는 에어호스 등을 공기흡입장치(미도시)와 연결한다. 이러한 공기흡입장치는 흡착판(33)을 진공 상태로 전환하여 주어 단열박스의 흡착이 보다 견고하게 흡착되게 한다.

또한 로봇에는 조작반(60)의 제어신호를 수식하는 수신부(70)가 장착되며, 주행부(10), 동작부(20) 등에 전원을 공급하는 전원부(80)가 장착된다.

다음 도 3를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법을 간략하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법은 단열박스가 적재된 팔레트로 이동하는 단계, 상기 팔레트의 단열박스를 흡착하는 위치가 적정한지를 판단하는 단계, 상기 단열박스가 흡착되도록 동착부에 의해 흡착부를 동작하는 단계, 상기 흡착된 단열박스에 따른 무게중심을 유지하는 단계, 상기 단열박스를 설치하고자 하는 위치로 이동하는 단계, 상기 단열박스를 설치 위치로 상기 흡착부를 회전시켜 일정 시간 동안 유지하는 단계, 상기 단열박스를 분리하는 단계를 포함한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 다수의 단열박스가 적재된 팔레트를 향해 이동하게 된다(S110). 이때 로봇은 안내부(40)를 따라 이동하게 되며, 제어부(50)에 의해 이동된 거리를 파악하여 정위치에 놓여지는 팔레트를 향해 적정 위치로 이동하게 된다.

이러한 로봇의 이동은 안내부(40)의 이동된 거리를 계산하여 정해진 위치에 놓여진 팔레트를 향해 이동하거나 작업자가 조작반(60)의 조작에 따라 적정 위치로 이동되게 한다. 이하에서 후술되는 로봇의 제어는 설정된 제어 순서에 따라 동작하는 것으로 설명한다.

이렇게 이동하는 도중에 로봇은 팔레트(1)에 적재되어 있는 단열박스를 흡착하기에 적절한 위치에 도달하였는지를 비교·판단하게 된다(S120). 한편 팔레트와의 거리가 설정된 위치에 도달하지 않았으면, 팔레트를 향해 계속 이동하게 된다.

로봇은 팔레트와 설정된 위치에 도달하게 되면, 로봇의 이동을 멈추게 되고, 흡착판(33)에 의해 단열박스를 흡착하도록 플레이트(32)가 하강된다(S130). 단열박스의 흡착을 위해 제어부(50)는 동작부(20)의 제1 직선구동부(21) 및 제2 직선구동부(25)를 각각 제어하게 된다. 이에 따라 제1 직선구동부(21)와 제2 직선구동부(25)는 각각 상하 방향으로 승강된다.

즉, 제1 직선구동부(21)는 제1 실린더 본체(21a)에 결합되어 있는 제1 피스톤 로드(21b)가 상승되고, 제2 직선구동부(25)는 제2 실린더 본체(25a)에 결합되어 있는 제2 피스톤 로드(25b)가 하강된다. 이에 따라 회전구동부(23)는 수직 상태에서 단열박스를 향해 경사지게 회전된다.

또 제어부(50)는 도 4의 팔레트(1)를 향해 고정부재(24)에 결합되어 있는 3축구동부(27)를 돌출시킨다.

이렇게 흡착부(30)가 단열박스에 밀착된 상태에서 플레이트(32)를 보다 하강시켜 흡착판(33)의 압착에 의해 단열박스가 흡착판(33)에 부착된다. 이와 함께 흡착판(33)은 공기흡입장치(미도시)에 의해 진공상태로 전환되어 단열박스를 견고하게 부착하게 된다(S140).

이와 같이 단열박스가 부착된 흡착부(30)는 단열박스를 들어올리기 위하여 상승하게 된다. 이때 회전구동부(23)의 고정부재(24)에 결합된 3축구동부(27)가 후퇴함과 동시에 제1 직선구동부(21)가 상승된다.

이어서 제어부(50)에서는 안정된 자세를 유지하도록 동작부(20) 및 흡착부(30)를 작동시켜 단열박스가 공간부(31)에 위치하도록 하강시켜 무게중심을 유지하게 된다(S150). 즉, 3축구동부(27)는 고정부재(24) 내부로 진입함과 함께 주행부(10)의 이동에 따라 제1 직선구동부(21)가 제2 직선구동부(25)와 일직선이 되도록 이동하게 된다.

이는 로봇의 무게중심을 낮추어 무게중심을 유지하면서 이동되도록 하며, 로봇의 이동 도중에 전도 등의 위험을 낮추기 위함이다.

이렇게 로봇의 무게중심을 낮게 유지하면서 단열박스를 설치할 위치로 안내부(40)를 따라 이동하게 된다(S160). 한편 로봇의 이동 시 제어부(50)에서는 단열박스를 설치하고자 하는 위치로 이동되는 거리를 비교·판단하게 된다(S170).

만약 단열박스의 설치 위치가 아닌 경우 계속 이동하여 설치 위치까지 이동하게 된다.

단열박스의 설치 위치에 도달한 로봇은 이동을 멈추게 되고, 단열박스의 설치 위치를 확인하게 된다(S180). 단열박스는 화물창의 내측면에 부착되는 것으로, 수직면, 상부경사면, 하부경사면, 천장면, 바닥면에 각각 3 X 3, 4 X 4와 같은 매트릭스와 같은 행렬 구조로 배열 고정된다. 따라서 로봇은 가로 방향 또는 세로 방향으로 각각 순차적으로 단열박스를 이동시킬 수 있다.

이와 같이 단열박스의 설치 위치로 이동된 로봇의 제어부(50)에서는 단열박스를 화물창의 내면에 고정하고자 하는 지점에 이동되도록 동작부(20)를 제어하게 된다. 이러한 동작부(20)의 동작에 따라 흡착부(30)는 단열박스의 설치 지점으로 이동된다(S190).

이러한 상태에서 제어부(50)는 화물창의 내면에 단열박스를 밀착시켜 작업자들에 의해 단열박스를 고정할 수 있도록 일정시간 동안 유지된다(S200).

단열박스의 고정이 완료되면, 흡착판(33)의 진공상태를 해제하게 되고, 로봇이 후퇴됨에 따라 흡착판(33)은 단열박스로부터 분리된다(S210).

이와 같이 로봇은 팔레트에 적재된 단열박스를 안내부(10)를 따라 설치 지점으로 이동시켜 주므로 작업자의 근골격계 부상 또는 안전사고 등의 발생을 줄일 수 있게 된다.

도 4를 참조하여 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 동작을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 동작을 순차적으로 나타낸 동작 상태도이다. 도 4는 단열박스(2)를 화물창의 수직면에 고정하는 과정을 순차적으로 도시하고 있다. 즉, 로봇이 팔레트(1)로 이동하여 단열박스(2)를 흡착하여 이동된 후 수직면에 단열박스(2)를 설치하는 단계별로 도시되어 있다.

한편 화물창은 일정 높이를 갖는 층별로 구획되어 있으며, 이들 층에는 각각 발판(미도시)이 다수의 서포트(support)에 의해 지지되어 있다. 또한 화물창은 멤브레인으로서, 대략 8각형상으로 이루어져 있다. 따라서 단열박스(2)는 수직면, 상부경사면, 하부경사면, 천장면, 바닥면에 각각 시공된다.

본 발명의 단열박스 설치 로봇은 전동카트(미도시)를 이용하여 이동하거나 조작반(60)으로 로봇을 조정하여 작업 위치로 이동하여 화물창에 설치된다. 아울러 단열박스(2)는 팔레트(1)에 소정의 개수만큼 적재된 상태로 공급된다.

이러한 단열박스(2)는 팔레트(1)에 3 내지 5개와 같이 일정 개수가 적재될 수 있다.

도 4(a)에서와 같이, 로봇은 팔레트(1)에 적재된 단열박스(2)를 흡착하기 위하여 이동하게 된다. 이때 로봇은 정해진 위치에 놓여지는 팔레트(1)와 일정 거리만큼 떨어진 위치에 설치된다.

한편 제어부(50)에서는 동작부(40)를 작동시켜 흡착부(30)를 하강시킨 상태로 이동하는데, 이는 로봇이 보다 안정적인 자세를 유지하면서 이동되게 하여 로봇의 전도 등을 방지하기 위함이다.

도 4(b)에서와 같이, 로봇은 이동하면서 팔레트(1)와 근접하게 되면, 동작부의 제1 직선구동부(21)의 제1 피스톤 로드(21b)가 일정 높이만큼 상승시킨다. 이에 따라 회전구동부(23)는 소정의 각도로 회전되어 기울어진 상태이며, 주행부(10)는 팔레트(1) 사이에 위치하게 되어 제1 직선구동부(21)와 제2 직선구동부(25)는 일직선이 아닌 서로 다른 위치에 있게 된다.

이와 같이 흡착부(30)를 상승시키는 이유는 흡착부(30)와 적재된 단열박스(2)가 접촉되거나 부딪히지 않도록 한다.

도 4(c)에서와 같이, 로봇이 팔레트(1)와 일정 거리만큼 이격된 상태 즉, 단열박스(2)를 흡착하기에 충분한 거리까지 주행부(10)에 의해 제1 직선구동부(21)가 이동된다. 단열박스(2)와 로봇 간의 거리는 미리 설정되어 있으며, 제어부(50)에 의하여 주행부(10)의 동작을 정지시킨다.

도 4(d)에서와 같이, 로봇은 정지된 상태에서 제어부(50)의 제어신호에 따라 회전구동부(23)에 결합되어 있는 3축구동부(27)가 인출되어 플레이트(32)가 단열박스(2)의 상부에 위치하게 된다.

도 4(e)에서와 같이, 제어부(50)에서는 동작부(20)의 회전구동부(23)를 더욱 인출시켜 흡착판(33)을 단열박스(2)에 밀착시킨다. 이렇게 흡착판(33)이 하강됨에 따라 단열박스(2)는 흡착판(33)에 흡착된다. 이와 함께 제어부(50)에서는 공기흡입장치를 구동하여 흡착판(33)을 진공상태로 전환한다. 이는 단열박스(2)와 흡착판(33)이 진공상태로 되어 흡착판(33)으로부터 단열박스(2)를 보다 견고하게 흡착된 상태로 유지한다.

이어서 도 4(f)에서와 같이, 제어부(50)에서는 제1 직선구동부(21)의 제1 피스톤 로드(21b)를 상승시켜 단열박스(2)를 들어올린다. 이렇게 단열박스(2)를 들어올린 다음 도 4(g)에서와 같이, 회전구동부(23)의 3축구동부(27)를 후퇴시킨다.

이는 중량물인 단열박스(2)에 의한 무게중심을 제1 직선구동부(21)쪽으로 이동시켜 주어 로봇이 넘어지지 않도록 안정적인 자세를 유지되게 한다.

또한 도 4(h)에서와 같이, 제어부(50)에서는 팔레트(1)로부터 일정 거리만큼 떨어지도록 제1 직선구동부(21)를 후퇴시킨다. 즉, 주행부(10)는 후퇴되는 제1 직선구동부(21)에 의해 제2 직선구동부(25)와 보다 일직선이 되는 위치로 이동하게 된다. 이때 제1 직선구동부(21)의 제1 피스톤 로드(21b)는 하강된다.

이어서 도 4(i)에서와 같이, 제1 직선구동부(21)는 주행부(10)의 후퇴에 의해 제2 직선구동부(25)와 일직선으로 이루어지게 되고, 단열박스(2)는 흡착부(30)의 공간부(31)에 위치하게 된다. 이는 로봇의 이동 시 단열박스(2)에 의한 무게중심이 주행부(10)의 상부에 안정적으로 위치하게 되고, 이에 따라 로봇의 이동은 보다 안정적으로 이동할 수 있게 된다. 이후 로봇은 단열박스(2)를 설치하고자 하는 위치로 안내부(10)를 따라 이동하게 된다.

이어서 도 4(j)에서와 같이, 제어부(50)는 이동하고자 하는 위치로 이동이 완료된 상태에서 단열박스(2)를 설치 위치로 이동하게 된다. 이는 주행부(10)를 이동시킴에 따라 제1 직선구동부(21)가 화물창의 수직면(3)을 향해 이동된다. 즉, 제1 직선구동부(21)는 제2 직선구동부(25) 보다 더 돌출되어 단열박스(2)를 수직면(3)에 근접하게 된다.

다음에 도 4(k)에서와 같이, 제어부(50)는 제1 직선구동부(21)를 수직면(3)쪽으로 더욱 근접하게 이동시킴과 함께 제1 직선구동부(21)의 제1 피스톤 로드(21b)를 상승시킨다. 이와 함께 3축구동부(27)를 회전시켜 단열박스(2)를 도면상 수직으로 위치되게 회전시킨다.

도 4(l) 및 도 4(m)에서와 같이, 화물창의 수직면(3)에 근접하게 되면, 제어부(50)에서는 제2 직선구동부(25)의 제2 피스톤 로드(25b)를 하강시킨다. 제1 직선구동부(21)의 제1 피스톤 로드(21b)의 상승 및 제2 직선구동부(25)의 제2 피스톤 로드(25b)의 하강은 회전구동부(23)가 수평으로 유지되도록 각각 승강된다.

이와 같이 단열박스(2)가 수직으로 회전된 상태에서 3축구동부(27)가 수직면(3)을 향해 진출하게 된다. 즉, 로봇은 수직면(3)과 팔레트(1) 사이를 오가는데, 단열박스(2)는 제1 직선구동부(21), 회전구동부(23) 및 주행부(10)에 그 위치가 전환된다. 즉, 로봇 자체가 회전되지 않고서 단열박스(2)는 공간부(31)를 통해 그 위치가 바뀌게 된다.

이어서 도 4(n)에서와 같이, 제어부(50)에서는 3축구동부(27)를 진출시켜 단열박스(2)를 수직면(3)에 밀착시킨다. 이에 따라 로봇은 일정 시간 동안 단열박스(2)를 수직면(3)에 밀착된 상태를 유지하게 되고, 이때 작업자는 단열박스(2)를 수직면(3)에 고정하게 된다.

이와 같이 단열박스(2)의 고정이 완료되면, 제어부(50)에서는 흡착판(33)의 진공 상태를 해제한 다음 후퇴하여 흡착판(32)을 단열박스(2)로부터 분리하게 된다.

또한 도 4(o)에서와 같이, 제어부(50)는 제1 직선구동부(21)의 제1 피스톤 로드(21b)의 하강 및 제2 직선구동부(25)의 제2 피스톤 로드(25b)의 상승에 따라 회전구동부(23)를 회전시킨다. 이때 흡착판(33)은 공기흡입장치(미도시)의 일시적인 정지에 의해 흡착판(33)의 진공상태를 해제하게 된다.

도 4(p)에서와 같이, 로봇은 다시 단열박스(2)를 이동시키기 위하여 안내부(10)를 따라 팔레트(1)를 향해 이동하게 된다.

한편 도 5는 단열박스(2)를 수직면, 하부경사면, 상부경사면, 바닥면, 천장면에 설치하기 자세를 나타내는 것으로, 도 5(a)의 (가)는 단열박스(2)를 이동시킨 다음 (나)를 기준으로 하여 수직면(3)의 아래쪽에 단열박스(2)를 밀착시킨 상태를 나타내고 있으며, (다)는 (나)를 기준으로 수직면(3)의 위쪽에 단열박스(2)를 밀착시킨 상태를 나타내고 있다.

또 도 5(b)는 단열박스(2)를 이동시킨 다음 하부경사면과 상부경사면에 밀착시킨 상태를 나타내는 것으로, (가)는 단열박스(2)를 하부경사면에 고정하는 자세를 나타내고, (나)는 단열박스(2)를 상부경사면에 고정하는 자세를 나타내고 있다.

또한 도 5(c)는 단열박스(2)를 이동시킨 다음 바닥면과 천장면에 밀착시킨 상태를 나타내는 것으로, (가)는 단열박스(2)를 바닥면에 고정하는 자세를 나타내고, (나)는 단열박스(2)를 천장면에 고정하는 자세를 나타내고 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.

10: 주행부 11: 베이스
20: 동작부 21: 제1 직선구동부
21a: 제1 실린더 본체 21b: 제1 피스톤 로드
22: 제1 회전체 23: 회전구동부
24: 고정부재 24a: 제2 회전체
25: 제2 직선구동부 25a: 제2 실린더 본체
25b: 제2 피스톤 로드 26: 제3 회전체
27: 3축구동부 30: 흡착부
31: 공간부 32: 플레이트
33: 흡착판 40: 안내부
50: 제어부 60: 조작반
70: 수신부 80: 전원부

Claims

서로 이격된 위치에 마련되는 주행부,
상기 주행부의 상부에 승강 및 회전되는 동작부,
상기 동작부의 제어에 따라 팔레트에 적재된 단열박스를 흡착하는 흡착부,
상기 주행부의 이동을 안내하는 안내부,
상기 주행부의 주행을 제어하며 상기 흡착부에 흡착된 단열박스를 회전시키는 동작부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
제1항에 있어서,
다수의 버튼 및 레버가 마련되는 조작반,
상기 조작반의 신호를 받아 상기 제어부로 전송하는 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 주행부, 제어부에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
제3항에 있어서,
상기 수신부, 전원부, 제어부는 베이스 내부에 장착되고,
상기 안내부는 화물창의 천장에 고정되는 안내레일인 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
제4항에 있어서,
상기 주행부는 전후 좌우 및 360°회전이 이루어지는 옴니휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
제4항에 있어서,
상기 흡착부는 일정 크기를 갖는 플레이트,
상기 플레이트 저면에 고정되는 다수의 흡착판을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
제4항에 있어서,
상기 동작부는 상기 안내부의 상면에 고정되고 승강되는 제1 직선구동부,
상기 제1 직선구동부에 대하여 회전 가능하게 결합되고 상부로 연장된 고정부재가 회전 가능하게 결합되는 회전구동부,
상기 회전구동부를 승강시키며 상기 안내부에 대하여 회전 가능하게 결합된 제2 직선구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
제7항에 있어서,
상기 고정부재는 상기 흡착부를 길이 가변시키면서 상기 흡착부를 회전시키는 3축구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
제8항에 있어서,
상기 3축구동부는 볼 조인트인 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇.
(a) 단열박스가 적재된 팔레트를 향해 이동하는 단계,
(b) 상기 팔레트의 단열박스를 흡착하고자 하는 위치가 적정 위치인지를 판단하는 단계,
(c) 상기 단열박스가 흡착되도록 동작부에 의해 흡착부를 동작시켜 상기 단열박스를 흡착하는 단계,
(d) 상기 흡착된 단열박스를 공간부로 이동시켜 상기 단열박스의 무게중심을 유지하는 단계,
(e) 상기 단열박스를 설치하고자 하는 위치로 이동하는 단계,
(f) 상기 단열박스를 설치 위치로 상기 흡착부를 상승 및 회전시켜 일정 시간 동안 유지하는 단계,
(g) 상기 단열박스를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 화물창의 천장에 설치된 안내레일을 따라 이동하면서 이동된 거리를 비교·판단하여 상기 팔레트에 근접하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, (c1) 상기 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 상기 동작부의 하부 동작부의 승강과 회전, 상기 동작부의 상부 동작부의 승강과 회전에 의해 상기 흡착부이 경사지게 돌출되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, (c2) 상기 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 상기 동작부의 하부 동작부 및 상부 동작부가 승강과 회전으로 경사지게 돌출된 다음 흡착판을 흡착하는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 상기 레일 주행형 단열박스 설치 로봇은 상기 단열박스가 흡착된 3축 구동부를 무게중심이 낮게 유지되도록 공간부로 회전되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 레일 주행형 단열박스 설치 로봇의 제어방법.