KR20200100937A

KR20200100937A - 선박 자동계류장치

Info

Publication number: KR20200100937A
Application number: KR1020190018930A
Authority: KR
Inventors: 남택근; 최성수; 정의현; 이홍규
Original assignee: 목포해양대학교 산학협력단
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2020-08-27

Abstract

본 발명은 선박 자동계류장치에 관한 것으로, 상기 선박 자동계류장치는 부두와 같은 선박의 접안장소에 설치되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트에 직교되는 방향으로 결합되되, 회동가능하게 힌지 결합되는 제1 로봇암과, 상기 베이스플레이트에 일단이 힌지 결합되고, 타단이 제1 로봇암에 힌지 결합되어, 상기 제1 로봇암을 소정각도 회동시키는 제1 액추에이터와, 상기 제1 로봇암의 상단에 힌지 결합되되, 상부 일측이 절곡된 형상으로 형성된 제2 로봇암과, 상기 제2 로봇암의 끝단에 결합되며, 진공펌프와 연결되어, 상기 진공펌프의 작동유무에 따라 선박의 표면에 흡착 또는 분리되는 흡착유닛과, 상기 제1 로봇암에 일단이 힌지 결합되고, 타단이 제2 로봇암에 힌지 결합되어, 상기 제2 로봇암을 소정각도 회동시키는 제2 액추에이터와, 상기 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 진공펌프의 동작을 제어하는 조종기를 포함하는 것으로, 본 발명은, 계류작업시 발생될 수 있는 인명사고를 감소시킬 뿐만 아니라, 선박의 계류에 소요되는 시간을 획기적으로 단축 시키므로 선박 및 터미널운용의 효율성과 경제성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.

Description

선박 자동계류장치 {automatic mooring device}

본 발명은 선박 자동계류장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부두 등에 접안 및 이안을 위한 계류작업을 자동으로 수행할 수 있도록 마련되어 자율운항선박에 최적화된 선박 자동계류장치에 관한 것이다.

최근 4차 산업혁명의 도래와 더불어 자율운항선박, 스마트항만 등 해양·해사 분야에도 인공지능, 사물인터넷, 정보통신기술을 기반으로 하는 최신 기술들이 도입되어 활발하게 적용되고 있는 추세이다.

특히 최근 전 세계적으로 자율운항선박이 이슈가 되고 있고, 국내의 경우에도 자율운항선박의 개발을 적극 추진 중에 있으며, 자율운항선박의 운용에 있어 항해 시의 자율운항 기능 뿐 아니라 부두에의 접·이안 시에 따른 계류방식을 필히 고려할 필요가 있다.

이와 관련하여, 종래의 선박 계류방식은 로프(rope) 및 계선주(bollard)를 이용한 전통적인 방식, 퀵릴리즈후크(quick release hook) 및 자기기술(magnetism technology)등을 이용한 계류방식, 유압 및 흡착판을 이용한 자동계류 방식이 있다.

로프기반 방식은 현재의 선박 및 부두 실정에 맞게 장시간에 걸쳐 온 최적화된 방식이지만, 다수의 인력이 요구된다는 점, 계류작업의 안전성 및 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다.

또한, 퀵릴리즈후크 방식의 경우, 현대식 계류 시스템의 진일보된 형태라 할 수 있지만, 여전히 로프를 사용하고 있으므로 자율운항선박의 접·이안 자동화를 구현하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.

대한민국, 등록특허공보, 등록번호 제10-1877037호

본 발명은 이를 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명은, 유압액추에이터 및 흡착유닛을 포함하여, 선박표면에 직접 탈부착됨으로써 선박의 동요를 통제하므로 자율운항선박에 최적화된 선박자동계류장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 선박 자동계류장치에 관한 것으로, 상기 선박 자동계류장치는 부두와 같은 선박의 접안장소에 설치되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트에 직교되는 방향으로 결합되되, 회동가능하게 힌지 결합되는 제1 로봇암과, 상기 베이스플레이트에 일단이 힌지 결합되고, 타단이 제1 로봇암에 힌지 결합되어, 상기 제1 로봇암을 소정각도 회동시키는 제1 액추에이터와, 상기 제1 로봇암의 상단에 힌지 결합되되, 상부 일측이 절곡된 형상으로 형성된 제2 로봇암과, 상기 제2 로봇암의 끝단에 결합되며, 진공펌프와 연결되어, 상기 진공펌프의 작동유무에 따라 선박의 표면에 흡착 또는 분리되는 흡착유닛과, 상기 제1 로봇암에 일단이 힌지 결합되고, 타단이 제2 로봇암에 힌지 결합되어, 상기 제2 로봇암을 소정각도 회동시키는 제2 액추에이터와, 상기 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 진공펌프의 동작을 제어하는 조종기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 선박 자동계류장치는, 사용자 인터페이스를 더 포함하는 것으로, 상기 사용자 인터페이스는, 상기 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 진공펌프와 무선통신으로 연결되어, 상기 제1 엑추에이터, 제2 엑추에이터, 진공펌프를 원격제어하고, 상기 원격제어 결과를 모니터링 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스플레이트에 결합된 제1 로봇암 지지브라켓과 상기 제1 로봇암과의 힌지결합부와, 상기 제1 로봇암과 상기 제2 로봇암과의 힌지결합부에는 각각 로터리 인코더가 장착되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은, 계류작업시 발생될 수 있는 인명사고를 감소시킬 뿐만 아니라, 선박의 계류에 소요되는 시간을 획기적으로 단축 시키므로 선박 및 터미널 운용의 효율성과 경제성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.

도1은 본 발명의 선박 자동계류장치의 측면 사진이다.
도2는 본 발명의 선박 자동계류장치의 정면 사진이다.
도3은 본 발명에 따른 베이스플레이트의 사시도이다.
도4는 본 발명에 따른 제1 로봇암 및 제2 로봇암의 결합 사시도이다.
도5는 본 발명에 따른 베이스플레이트에 로터리 인코더가 장착된 사진이다.
도6은 본 발명의 선박 자동계류장치와 사용자 인터페이스가 도시된 사진이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일례에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도1은 본 발명의 선박자동계류장치의 측면 사진이고, 도2는 본 발명의 선박 자동계류장치의 정면 사진이며, 설명의 명확성을 위해 도1의 좌측방향(흡착유닛(500)이 결합된 방향)을 전면으로하여, 본 발명을 설명한다.

본 발명의 선박 자동계류장치(1000)는 베이스플레이트(100), 제1 로봇암(200), 제1 액추에이터(300), 제2 로봇암(400), 흡착유닛(500), 제2 액추에이터(600), 조종기(700)를 포함한다.

도3에 도시된 바와 같이, 상기 베이스플레이트(100)는 사각 판재형상으로 형성되며, 부두와 같은 선박의 접안장소에 설치된다.

아울러, 상기 베이스플레이트(100)의 상면에는, 후술할 제1 로봇암(200)이 결합되는 제1 로봇암 지지브라켓(110)이 결합되어있다.

상기 제1 로봇암 지지브라켓(110)은 한 쌍으로 구비되되, 동일한 형상으로 형성되고 서로 소정간격 이격되게 배치되어, 상기 한 쌍의 제1 로봇암 지지브라켓(100) 사이공간에 제1 로봇암(200)이 결합되어지도록 한다.

또한, 상기 베이스플레이트(100)의 상면에는, 후술할 제1 액추에이터(300)가 결합되는 제1 액추에이터 지지브라켓(120)이 형성되되, 상기 제1 액추에이터 지지브라켓(120)은, 제1 로봇암 지지브라켓(110)의 전방에 배치된다.

상기 제1 액추에이터 지지브라켓(120)은 한 쌍의 2조로 구비되며, 한 쌍의 제1 액추에이터 지지브라켓(120)은 서로 소정간격 이격되게 배치되어, 상기 제1 액추에이터 지지브라켓(120)의 사이공간에 상기 제1 액추에이터(300)가 결합되어지도록 한다.

그리고 실시례로서, 상기 베이스플레이트(100)는, 상,하부플레이트로 구성되어 질 수 있다.

이 때, 상기 하부플레이트는, 선박의 접안장소에 고정설치되고, 상기 상부플레이트는, 상기 하부플레이트의 상부에 설치되되, 좌,우측 방향으로 회동가능하게 설치되어, 상기 상부플레이트의 상면에 설치되는 후술할 상기 제1 로봇암(200)이 좌,우측방향으로 회동가능하도록 한다.

다음으로, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 로봇암(200)은 상기 베이스플레이트(100)의 상면에 상기 베이스플레이트(100)와 직교되는 방향으로 설치되되, 제1 로봇암 지지브라켓(100)에 힌지 결합되어 회동가능하게 설치된다.

상기 제1 로봇암(200)은 사각기둥형상으로 형성되며, 하단은 제1 로봇암 지지브라켓(100)에 힌지결합되고, 상단은 후술할 제2 로봇암(400)과 힌지결합된다.

아울러, 상기 제1 로봇암(200)의 상,하단은 곡면으로 형성되어, 상기 상,하단이 각각 제2 로봇암(400)과 제1 로봇암 지지브라켓(100)에 힌지 결합되었을 때, 용이하게 회동되어지도록 한다.

상기 제1 로봇암(200)의 양측면에는 각각 한 쌍의 제1 액추에이터 지지브라켓(210)이 결합되며, 상기 한 쌍의 제1 액추에이터 지지브라켓(210)은 서로 소정간격 이격되어, 사이공간에 제1 액추에이터(300)가 결합되도록한다.

또한, 상기 제1 로봇암의 전면에는 한 쌍의 제2 액추에이터 지지브라켓(220)이 결합되며, 상기 제2 액추에이터 지지브라켓(220)은, 제1 액추에이터 지지브라켓(210)보다 하측에 배치된다.

상기 한 쌍의 제2 액추에이터 지지브라켓(220)은 서로 소정간격 이격되어, 사이공간에 후술할 제2 액추에이터(500)가 결합되도록한다.

덧붙여, 제1 로봇암(200)의 관절부에는, 로터리 인코더(230)가 장착되어, 사용자가 상기 제1 로봇암(200)의 회동각도를 확인할 수 있도록 한다.

여기서 제1 로봇암(200)의 관절부란, 제1 로봇암 지지브라켓(110)과 제1 로봇암(200)과의 힌지결합부를 일컫는 것이며, 상기 로터리 인코더(230)는, 힌지축이 회전되는 각도를 측정하는 센서로, 상기 로터리 인코더에서 측정된 각도는 후술할 사용자 인터페이스(800)로 전송된다.

그리고 이때, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 로터리 인코더(230)를 안정적으로 사용하기 위해, 본 발명에서는 상기 제1 로봇암 지지브라켓(110)의 외측에 별도의 지지부재(130)를 추가로 설치하였다.

이어서, 상기 제1 액추에이터(300)는 상기 베이스플레이트(100)에 일단이 결합되고, 타단이 제1 로봇암(200)에 결합되어, 상기 제1 로봇암(200)을 소정각도 범위 내에서 회동시키는 요소이다.

상기 제1 액추에이터(300)는, 원통형상으로 형성되며, 길이방향으로 길이를 가지는 실린더와, 상기 실린더 내부에 길이방향으로 왕복이동되도록 삽입되는 피스톤을 포함하며, 유압에 의해 길이가 신축되어지는 구조이다.

즉, 상기 제1 액추에이터(300)의 신축에 의해, 제1 로봇암(200)이 전 후방으로 회동되며, 이에 따라, 상기 제1 로봇암(200)의 상단에 결합된, 후술할 흡착유닛(500)이 전후방으로 이동되는 것이다.

더욱 상사하게는, 상기 제1 액추에이터(300)의 하단은, 상기 베이스플레이트(100)에 형성된 제1 액추에이터 지지브라켓(120)에 힌지결합되고, 상단은, 상기 제1 로봇암(200)에 형성된 제1 액추에이터 지지브라켓(210)에 힌지결합된다.

그리고 상기 제1 액추에이터 지지브라켓(120,210) 들은 모두 한 쌍이 2조로 구성되므로, 상기 제1 액추에이터(300)도 2 개가 구비되어, 한 쌍의 제1 액추에이터 지지브라켓들(120,210)의 사이공간에 각각 결합되어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제2 로봇암(400)은 상기 제1 로봇암(200)의 상단에 결합되되, 상부 일측이 절곡된 형상으로 형성된다.

상기 제2 로봇암(400)의 수직단면은 'ㄱ'자 형상으로, 상기 제1 로봇암(200)에 결합되는 수직부와, 상기 수직부의 끝단부에서 직각으로 절곡된 절곡부를 포함한다.

상기 절곡부의 저면에는 한 쌍의 제2 액추에이터 지지브라켓(410)이 서로 소정간격 이격되게 형성되어 있으며, 상기 한 쌍의 제2 액추에이터 지지브라켓(410)의 사이공간에는 제2 액추에이터(600)가 힌지 결합되어진다.

그리고 본 발명에서, 제2 로봇암(400)의 관절부에는, 로터리 인코더를 장착된다.

여기서 상기 제2 로봇암(400)의 관절부란, 제1 로봇암(200)과 제2 로봇암(400)의 힌지결합부를 일컫는 것이며, 상기 로터리 인코더는, 힌지축이 회전되는 각도를 측정하는 센서로, 상기 로터리 인코더에서 측정된 각도는 후술할 사용자 인터페이스로 전송되어, 사용자가 제2 로봇암(400)의 회동각도를 알수 있도록 한다.

한편, 상기 제2 로봇암(400)의 절곡부 끝단에는 흡착유닛(500)이 결합된다.

상기 흡착유닛(500)은 흡착패드와, 상기 흡착패드를 선박의 표면에 흡착 또는 분리시키는 진공펌프를 포함한다.

상기 흡착패드는, 접안 대상 선박의 선체에 분리 가능하게 부착되기 위한 요소이며,

상기 진공펌프는 상기 흡착패드와 연결되어 상기 흡착패드가 흡착력을 가지도록 하는 요소로서, 상기 진공펌프의 작동유무에 따라 상기 흡착패드가 선박의 표면에 흡착 또는 분리되어진다.

또한, 상기 흡착유닛(500)은 제3 액추에이터를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제3 액추에이터의 일단은 상기 제2 로봇암(400)의 절곡부 끝단에 결합되고, 타단은 흡착패드에 결합되는 것으로, 상기 제3 액추에이터가 신축됨에 따라 상기 흡착패드는 전후방으로 이동되도록 구성된다.

다음으로, 상기 제2 액추에이터(600)는, 상기 제1 로봇암(200)에 일단이 결합되고, 타단이 제2 로봇암(400)에 결합되어, 상기 제2 로봇암(400)을 소정각도 범위 내에서 회동시키는 역할을 한다.

더욱 상세하게는, 상기 제2 액추에이터(600)의 하단은, 제1 로봇암(200)에 형성된 제2액추에이터 지지브라켓(220)에 힌지결합되고, 상단은, 제2 로봇암(400)에 형성된 제2액추에이터 지지브라켓(410)에 힌지결합된다.

아울러, 상기 제2 액추에이터(600)는 유압에 의해 신축되는 구조로서, 상기 제2 액추에이터의 신축에 의해 제2 로봇암(400)은 전후방으로 회동되며, 이에 따라 상기 흡착유닛(500)의 높낮이가 조절되어진다.

그리고 본 발명에서 사용되는 상기 제1 액추에이터(300) 및 상기 제2 액추에이터(600)는, 하이브리드 액추에이터로, 상기 액추에이터를 신축시키는 유압펌프가 서보모터에 의해 구동되는 방식이다.

그리고 본 발명에서 제1 로봇암(200), 제1 액추에이터(300), 제2 로봇암(400), 제2 액추에이터(600)는 힌지결합된다고 기재하였으나, 이는 링크구조로 결합되는 것을 통칭하는 것으로, 본 발명에서 설명한 힌지 결합 외에도, 다양한 형태의 링크구조로 구성되어 질 수 있다.

한편, 상기 조종기(700)는, 상기 제1 액추에이터(300), 제2 액추에이터(600) 및 상기 진공펌프(도면미도시)를 제어하는 요소이다.

상기 조종기(700)는 상기 제1 액추에이터(300), 제2 액추에이터(600) 및 상기 진공펌프의 작동을 유/무선으로 조작하는 요소로, 본 발명에서는, 상기 조종기의 실시례로서, RF 무선 조종기를 활용하여, 상기 제1 액추에이터(300), 제2 액추에이터(600) 및 상기 진공펌프를 제어하도록 한다.

한편, 본 발명의 선박 자동계류장치(1000)는, 사용자 인터페이스(800)를 더 포함한다.

상기 사용자 인터페이스(800)는, 상기 제1 액추에이터(300), 제2 액추에이터(600), 진공펌프(도면미도시)와 연결되어, 상기 요소들을 원격제어하고, 그 결과를 사용자가 모니터링 할 수 있도록 표시한다.

도6에 도시된 바와 같이, 상기 사용자 인터페이스(800)는, 소프트웨어 프로그램의 실행을 충분히 처리할 수 있는 성능을 가진 PC, 태블릿PC, 스마트폰 등과 같은 단말기와, 상기 단말기에 설치되어 작동되는 소프트웨어 프로그램(또는 어플리케이션)을 포함한다.

그리고 본 발명에서는, 상기 단말기의 실시례로서, PC를 사용하였으며 상기 단말기는, GUI(graphical user interface)를 포함하며, 상기 GUI를 통해, 선박 자동계류장치(1000)의 움직임이 3차원으로 출력되도록 한다.

또한, 상기 소프트웨어 프로그램은, 상기 제1 액추에이터(300), 제2 액추에이터(600), 진공펌프(도면미도시)를 원격으로 조종할 수 있는 원격조종프로그램과, 상기 선박 자동계류장치(1000)의 움직임과 위치정보를 분석 및 표시하는 결과산출 프로그램을 포함한다.

즉, 사용자는 상기 사용자 인터페이스(800)를 통해 상기 선박 자동계류장치(1000)를 원격제어할 수 있고, 그 결과를 모니터링 할 수 있다.

그리고 사용자는, 본 발명의 상기 선박자동계류장치(1000)를 축소모형으로 제작하여, 계류작업을 테스트하되, 상기 사용자 인터페이스(800)를 통해 계류작업결과를 확인하여, 실제 선박 자동계류장치가 작동될 때의 결과를 미리 예측할 수 있다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시례를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시례가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

1000: 선박 자동계류장치
100: 베이스플레이트
110: 제1 로봇암 지지브라켓
120: 제1 액추에이터 지지브라켓
130: 지지부재
200: 제1 로봇암
210: 제1 액추에이터 지지브라켓
220: 제2 액추에이터 지지브라켓
230: 로터리 인코더
300: 제1 액추에이터
400: 제2 로봇암
500: 흡착유닛
600: 제2 액추에이터
700: 조종기
800: 사용자 인터페이스

Claims

부두와 같은 선박의 접안장소에 설치되는 베이스플레이트;
상기 베이스플레이트에 직교되는 방향으로 결합되되, 회동가능하게 힌지 결합되는 제1 로봇암;
상기 베이스플레이트에 일단이 힌지 결합되고, 타단이 제1 로봇암에 힌지 결합되어, 상기 제1 로봇암을 소정각도 회동시키는 제1 액추에이터;
상기 제1 로봇암의 상단에 힌지 결합되되, 상부 일측이 절곡된 형상으로 형성된 제2 로봇암;
상기 제2 로봇암의 끝단에 결합되며, 진공펌프와 연결되어, 상기 진공펌프의 작동유무에 따라 선박의 표면에 흡착 또는 분리되는 흡착유닛;
상기 제1 로봇암에 일단이 힌지 결합되고, 타단이 제2 로봇암에 힌지 결합되어, 상기 제2 로봇암을 소정각도 회동시키는 제2 액추에이터; 및
상기 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 진공펌프의 동작을 제어하는 조종기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 자동계류장치.
제1 항에 있어서,
상기 선박 자동계류장치는, 사용자 인터페이스;를 더 포함하는 것으로,
상기 사용자 인터페이스는, 상기 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 진공펌프와 무선통신으로 연결되어, 상기 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 진공펌프를 원격제어하고, 제어결과를 모니터링 화면에 출력하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 자동계류장치.
제1 항에 있어서,
상기 베이스플레이트에 결합된 제1 로봇암 지지브라켓과 상기 제1 로봇암과의 힌지결합부와,
상기 제1 로봇암과 상기 제2 로봇암과의 힌지결합부에는 각각 로터리 인코더가 장착되는 것을 특징으로 하는 선박 자동계류장치.