(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービンの内部の３次元空間を認識し、映像情報を獲得して伝送する認識部；
タワーセクションフランジ結合部をボルティングするための作業部；
ボルト、ナットおよび前記作業部を前記フランジ結合部に移動し、ボルティングを遂行する操作部；
前記フランジ結合部に沿って水平移動するか、前記風力タービンの内部はしごまたはエレベーターを用いて移動する移動部；
前記認識部、作業部、操作部および移動部のうちのいずれか一つ以上を制御する制御部；および
遠隔制御システムとの通信のための通信部
を含む風力タービン組立・管理ロボットにおいて、
前記制御部は、前記風力タービン組立・管理ロボットの現在位置値を計算するロボット位置決定部；および前記現在位置値に基づいて前記風力タービン組立・管理ロボットを移動させるロボット処理部を含み、
前記ロボット位置決定部で前記現在位置値を計算できない場合、前記ロボット処理部は位置喪失状態と判断し、前記風力タービン組立・管理ロボットを前記位置喪失状態の以前の位置に移動させる、風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項２】
前記操作部は、前記作業部または前記移動部と脱着結合され得る、請求項１に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項３】
前記操作部は、マニピュレータおよび前記作業部または移動部と脱着結合され得る結合部を含む、請求項２に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項４】
前記結合部は、グリッパと前記グリッパと脱着可能であり前記作業部または移動部を収容して固定させることができる結合ユニットを含む、請求項３に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項５】
前記マニピュレータは６自由度以上の自由度を有し、前記操作部は少なくとも２つ以上の前記マニピュレータを含む、請求項３に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項６】
前記認識部は、マニピュレータ、カメラおよびセンサーを含む、請求項１に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項７】
前記作業部は、ナットドライバーまたは溶接ドライバーである、請求項１に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項８】
前記移動部は、前記内部はしごのレールまたは欄干に沿って移動できる移動手段、前記フランジ結合部をガイドレールとして利用できる移動手段、およびエレベーターに乗下車が可能な移動手段のうちで選択された少なくとも一つを含む、請求項１に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項９】
前記制御部は、前記風力タービンの内部または外部設計値および前記風力タービン組立・管理ロボットの設計値が保存されている保存部、および前記認識部の認識値を利用して３次元空間モデル測定値を構成する３次元空間モデル構成部を含み、
前記ロボット処理部は前記現在位置値に基づいて所望の作業を遂行できるように前記風力タービン組立・管理ロボットを移動し、
前記ロボット位置決定部は前記設計値と前記３次元空間モデル測定値とを比較して、前記風力タービン組立・管理ロボットの前記現在位置値を計算する、請求項１に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項１０】
前記位置喪失状態である場合、
前記ロボット処理部は前記認識部の認識量を増加させて、前記認識部で前記映像情報を再獲得するように制御し、
前記ロボット位置決定部は前記再獲得された映像情報に基づいて前記現在位置値を再び判断する、請求項９に記載の風力タービン組立・管理ロボット。
【請求項１１】
風力タービン；
前記風力タービンの内部の３次元空間を認識し、映像情報を獲得して伝送する認識部、タワーセクションフランジ結合部をボルティングするための作業部、ボルト、ナットおよび前記作業部を前記フランジ結合部に移動し、ボルティングを遂行する操作部、前記フランジ結合部に沿って水平移動するか、前記風力タービンの内部はしごまたはエレベーターを用いて移動する移動部、前記認識部、作業部、操作部および移動部を制御する制御部、および遠隔制御システムとの通信のための通信部を含む風力タービン組立・管理ロボット；および
遠隔制御システムを含み、
前記制御部は、前記風力タービン組立・管理ロボットの現在位置値を計算するロボット位置決定部；および前記現在位置値に基づいて前記風力タービン組立・管理ロボットを移動させるロボット処理部を含み、
前記ロボット位置決定部で前記現在位置値を計算できない場合、前記ロボット処理部は位置喪失状態と判断し、前記風力タービン組立・管理ロボットを前記位置喪失状態の以前の位置に移動させる、風力タービンシステム。
【請求項１２】
前記操作部は、前記作業部または前記移動部と脱着結合され得る、請求項１１に記載の風力タービンシステム。
【請求項１３】
前記操作部は、マニピュレータおよび前記作業部または移動部と脱着結合され得る結合部を含む、請求項１２に記載の風力タービンシステム。
【請求項１４】
前記結合部は、グリッパと前記グリッパと脱着可能であり前記作業部または移動部を収容して固定させることができる結合ユニットを含む、請求項１３に記載の風力タービンシステム。
【請求項１５】
前記マニピュレータは６自由度以上の自由度を有し、前記操作部は少なくとも２つ以上の前記マニピュレータを含む、請求項１３に記載の風力タービンシステム。
【請求項１６】
前記認識部は、マニピュレータ、カメラおよびセンサーを含む、請求項１１に記載の風力タービンシステム。
【請求項１７】
前記作業部は、ナットドライバーまたは溶接ドライバーである、請求項１１に記載の風力タービンシステム。
【請求項１８】
前記移動部は、前記内部はしごのレールまたは欄干に沿って移動できる移動手段、前記フランジ結合部をガイドレールとして利用できる移動手段、およびエレベーターに乗下車が可能な移動手段のうちで選択された少なくとも一つを含む、請求項１１に記載の風力タービンシステム。
【請求項１９】
前記制御部は、前記風力タービンの内部または外部設計値および前記風力タービン組立・管理ロボットの設計値が保存されている保存部、および前記認識部の認識値を利用して３次元空間モデル測定値を構成する３次元空間モデル構成部を含み、
前記ロボット処理部は前記現在位置値に基づいて所望の作業を遂行できるように前記風力タービン組立・管理ロボットを移動し、
前記ロボット位置決定部は前記設計値と前記３次元空間モデル測定値とを比較して、前記風力タービン組立・管理ロボットの前記現在位置値を計算する、請求項１１に記載の風力タービンシステム。
【請求項２０】
前記位置喪失状態である場合、
前記ロボット処理部は前記認識部の認識量を増加させて、前記認識部で前記映像情報を再獲得するように制御し、
前記ロボット位置決定部は前記再獲得された映像情報に基づいて前記現在位置値を再び判断する、請求項１９に記載の風力タービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力タービンの組立と管理が容易な風力タービン組立・管理ロボットおよびこれを含む風力タービンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンは風力による動力エネルギーを機械的なエネルギーに転換させる機械である。機械的なエネルギーが水をポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）するか、ミル（ｍｉｌｌ）をひくような機械によって直接使用されれば、風力タービンは風車と言える。同様に、機械的なエネルギーが電気に転換されれば、機械は風力発電機または風力発電プラントと言える。
【０００３】
風力タービンのタワーは大きいサイズおよびこのような大きい構造物を運搬することに対する物流的な制限によって、設置サイトに運搬される前に全体タワーを組み立てることは不可能である。したがって、複数の事前製作されたタワーセクションを設置サイトに運搬した後、これを組み立ててタワーを完成する。
【０００４】
しかし、タワーセクションを組み立てる時、作業者が非常に高い位置で重い加圧ボルティング（ｂｏｌｔｉｎｇ）装備を使用して組み立てるために、作業効率が低いだけでなく安全上の問題も提起される。また、組立後にも随時に組立部分のロックが一定のトルクで維持されるようにモニタリングおよび維持補修をしなければならず、この場合にも安全上の問題は依然として残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、安全で効率的に風力タービンをモニタリングし維持補修することができる風力タービン組立・管理ロボットを提供することを目的とする。
【０００６】
また本発明の実施形態は、風力タービン組立・管理ロボットを含む風力タービンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面による風力タービン組立・管理ロボットは、風力タービンの内部の３次元空間を認識し、映像情報を獲得して伝送する認識部、タワーセクションフランジ結合部をボルティングするための作業部、ボルト、ナットおよび前記作業部を前記フランジ結合部に移動し、ボルティングを遂行する操作部、前記フランジ結合部に沿って水平移動するか、前記風力タービンの内部はしごまたはエレベーターを用いて移動する移動部、前記認識部、作業部、操作部および移動部を制御する制御部、および遠隔制御システムとの通信のための通信部を含むことができる。
【０００８】
本発明の他側面による風力タービンシステムは、風力タービン、前記風力タービン組立・管理ロボット、および遠隔制御システムを含むことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態による風力タービン組立・管理ロボットは、自律的にタワーセクションの組立を遂行することができるため、タワーセクションの組立時に安全上の問題が発生しない。
【００１０】
またロボットが周期的に風力タービンをモニタリングし維持補修をするため、モニタリングおよび維持補修が人的資源を使用する場合に比べてより正確かつ容易であるだけでなく、安全上の問題も発生しない。
【００１１】
本発明の実施形態による風力タービンシステムも、遠隔地で風力タービン組立・管理ロボットを用いてタワーセクションの組立および管理を行うため、風力タービンをより正確かつ容易にそして安全に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による風力タービン（ｗｉｎｄ  ｔｕｒｂｉｎｅ）システムの概略的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの各構成要素を図式的に示した図である。
【図３】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの認識部の一実施形態を示す概略的な斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの作業部の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの操作部の動作方式を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの操作部の実施形態を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの移動部の一実施形態を示す概略図である。
【図８】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの移動部の別の実施形態を示す概略図である。
【図９】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの移動部の更なる実施形態を示す概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの作業と移動方式を示す概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの制御部の構成を示す概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの位置喪失状態時にロボットの制御をどのように遂行するかを示す概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボットの作業状態図を示す概念図である。
【図１４】本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボット状態の詳細概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一側面によれば、風力タービンの内部の３次元空間を認識し映像情報を獲得して伝送する認識部、タワーセクションフランジ結合部をボルティングするための作業部、ボルト、ナットおよび前記作業部を前記フランジ結合部に移動しボルティングを遂行する操作部、前記フランジ結合部に沿って水平移動するか、前記風力タービンの内部はしごまたはエレベーターを用いて移動する移動部、前記認識部、作業部、操作部および移動部を制御する制御部、および遠隔制御システムとの通信のための通信部を含む風力タービン組立・管理ロボットが提供され得る。
【００１４】
前記操作部は、前記作業部または前記移動部と脱着結合され得る。
【００１５】
前記操作部は、マニピュレータおよび前記作業部または移動部と脱着結合され得る結合部を含むことができる。
【００１６】
前記結合部は、グリッパと前記グリッパと脱着可能であり前記作業部または移動部を収容して固定させることができる結合ユニットを含むことができる。
【００１７】
前記マニピュレータは６自由度以上の自由度を有するマニピュレータであり、前記操作部は少なくとも２つ以上の前記マニピュレータを含むことができる。
【００１８】
前記認識部は、マニピュレータ、カメラおよびセンサーを含むことができる。
【００１９】
前記作業部は、ナットドライバーまたは溶接ドライバーであり得る。
【００２０】
前記移動部は、前記はしごレールまたは欄干に沿って移動できる移動手段、前記フランジ結合部をガイドレールとして利用できる移動手段、およびエレベーターに乗下車が可能な移動手段のうちで選択された少なくとも一つを含むことができる。
【００２１】
前記制御部は、前記タービン内外部設計値および前記ロボット設計値が保存されている保存部、前記認識部の認識値を利用して３次元空間モデル測定値を構成する３次元空間モデル構成部、前記設計値と測定値を比較して前記ロボットの現在位置値を計算するロボット位置決定部、および前記現在位置値に基づいて前記ロボットを移動して所望の作業を遂行できるようにするロボット処理部を含むことができる。
【００２２】
前記ロボット位置決定部で位置喪失状態と判断された場合、前記ロボット処理部は前記認識部の認識量を増加させて再認識値を得て、前記ロボット位置決定部は前記再認識値に基づいて現在位置を判断し、前記ロボット処理部は前記ロボットを現在状態の以前状態に移動させることができる。
【００２３】
本発明の他側面によれば、風力タービン、前記風力タービン組立・管理ロボット、および遠隔制御システムを含むことができる。
【００２４】
その他実施形態の具体的な事項は発明の実施のための形態およびそれに対応する図面に含まれている。
【００２５】
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるわけではなく、互いに異なる多様な形態に実現され、単に本実施形態は本発明の開示が完全であるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。したがって、いくつかの実施形態で、よく知られた技術は本発明が曖昧に解釈されることを避けるために具体的に説明されない。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態による風力タービン（ｗｉｎｄ  ｔｕｒｂｉｎｅ）システムの概略的な斜視図である。図１を参照すれば、風力タービンシステムは風力タービン１と遠隔制御システム８を含む。風力タービン１はタワー２、タワー２上に装着されるナセル３、ナセル３に結合されたローター４および風力タービン組立・管理ロボット７を含む。風力タービン組立・管理ロボット７と遠隔制御システム８は無線通信可能に実現される。
【００２７】
図１で、ローター４はローターハブ（図示せず）を覆っているスピナ５とローターハブに装着されたローターブレード６から構成される。図面では３つのローターブレード６を例示しているが、３つ以上または３つ未満のローターブレード６を含むことができる。ローターブレード６はローター４を容易に回転させて、風からの運動エネルギーを機械的エネルギーに、また結果的に電気エネルギーに転換させる。より詳しくは、風がローターブレード６にぶつかる時、ローター４が回転軸１０を中心に回転して風からの運動エネルギーを機械的エネルギーに変換させる。風の方向は容易に変わるため、ローターブレード６が実質的に風と対面できるように制御する必要がある。言い換えると、ナセル３を回転させることによって、風の方向がローター４の回転軸１０にほぼ平行にするか、ローターブレード６を同等な方法でまたは個別的にこれらの長さ方向軸１２、即ち、ローター４の回転軸１０と垂直でタワー２の縦方向軸と実質的に同軸である回転軸１２を中心にピッチ（ｐｉｔｃｈｅｄ）させて、ローターブレード６にぶつかる風の量を最大化させることができる。
【００２８】
ナセル３は発電機および関連構成要素を収納する。したがってローター４によって伝達された機械的エネルギーは発電機（図示せず）によって電気的エネルギーに変換される。ナセル３には発電機および関連構成要素が収納され、作業者またはロボット７が多様な設置、組立、および維持補修任務（以下、組立および管理任務）を遂行する間に立っていられる空間を提供するためのプラットホーム３０を含む。
【００２９】
タワー２は一般にアーチ型鋼鉄板をローリングし、これら鋼鉄板の端部を共に固定して形成した閉鎖リングタイプのタワーセクション２２を複数個積層組立して形成することができる。タワー２は支持面１１からタワー２内部への接近を可能にする入口２４を含む。外部はしご２６を用いて支持面１１から入口２４まで移動することができる。タワー２内には作業者またはロボット７が風力タービン１を組立および管理任務を遂行する間に移動するための内部はしご２８およびエレベーター２９が設置され得る。そして、ナセル３と同様に多数のプラットホーム２０が多様な組立および管理任務を遂行する間に立っていられる空間を提供するためにタワー２内に配置され得る。
【００３０】
図２は本発明の一実施形態による風力タービン管理ロボット７の各構成要素を図式的に示した図である。
【００３１】
本発明の一実施形態による風力タービン組立・管理ロボット７は、認識部１００、作業部２００、操作部３００、移動部４００、通信部５００、制御部６００および電源部７００を含む。
【００３２】
認識部１００は、３次元空間を認識し現在位置から目標位置に移動経路に沿って移動することができるように支援する。認識部１００の結果は管理ロボット７の移動経路発生と操作経路発生に活用することができる。また認識部１００は風力タービン１の内部状態のモニタリングにも活用することができる。内部状態のモニタリングの一例としては、ボルトの締結有無または締結解除如何の視覚確認のための映像情報を獲得して通信部５００を通じて遠隔制御システム８に伝送することを含むことができる。
【００３３】
作業部２００は、作業対象物に一定の作業を遂行するための道具である。例えば、ボルトとナットを締結するための道具であり得る。
【００３４】
操作部３００は、ボルト、ナットまたは作業部２００を所望の位置に移動するか固定する役割を果たす。
【００３５】
移動部４００は、管理ロボット７がモバイルロボットになるようにする手段である。移動部４００は、電源部７００から電力の供給を受け制御部６００から制御を受けることによって、ロボット７が元の位置から所望の位置に移動することが可能であるようにする。
【００３６】
通信部５００は、遠隔制御システム８と有無線通信を遂行するかエレベーター２９の無線通信手段と無線通信を遂行することができるようにする。
【００３７】
制御部６００は、認識部１００、作業部２００、操作部３００、移動部４００、および通信部５００の各構成要素を自動制御するか、遠隔制御システム８の命令によってロボット７を制御する。
【００３８】
電源部７００は、認識部１００、作業部２００、操作部３００、移動部４００、通信部５００および制御部６００の各構成要素に電源を供給する構成要素である。電源部７００は、風力タービン１内部の電源コンセントから充電できる。
【００３９】
通信部５００、制御部６００および電源部７００はロボット７の本体８００内に設置され、外部からは見えないこともある。また、作業部２００と移動部４００は本体８００内に収納されていて、必要時に操作部３００と結合して使用され得る。
【００４０】
図３は認識部１００の一実施形態を示す概略的な斜視図である。
【００４１】
認識部１００は、カメラ１１０、センサー１２０およびマニピュレータ１３０を含むことができる。カメラ１１０はタワー１内部の状況をモニタリングし３次元の映像情報を遠隔制御システム８に伝送するのに使用され得る。センサー１２０はトルクセンサーを含むことができる。トルクセンサーはタワーセクション２２の組立のためのボルティングが一定のトルクで行われるかを測定するのに使用され得る。トルクセンサー以外にセンサー１２０は圧力センサー、位置センサー、光センサー、赤外線センサーなどをさらに含むことができる。圧力センサーも、ボルティング時、圧力を加える場合に一定の圧力が加えられるかを測定するのに使用され得る。位置センサーとしてはポテンショメーター（ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ）、エンコーダー（ｅｎｃｏｄｅｒ）、線形可変微分器（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、レゾルバ（ｒｅｓｏｌｖｅｒ）などが使用されてロボット７の運動および移動などを測定することができる。光センサーまたは赤外線センサーは、ロボット７が周辺環境に関する情報を得て他の物体と接触する前に近接したかどうかを判断するのに使用され得る。マニピュレータ１３０はタワー１内部の所望の空間を所望の姿勢で認識するために提供され得る。したがって、マニピュレータ１３０は６自由度以上の自由度を有するマニピュレータであるのが好ましい。３つの自由度は回転移動ａ、放射移動ｂ、垂直移動ｃである。他の３つの自由度はピッチ（ｐｉｔｃｈ）ｄ、ヨー（ｙａｗ）ｅ、およびロール（ｒｏｌｌ）ｆである。もちろん、ロボット７の実現方式によっては別途のマニピュレータ１３０は省略されてもよい。
【００４２】
図４は作業部２００の実施形態を示す断面図である。
【００４３】
作業部２００は作業対象物に一定の作業を遂行するための道具である。作業種類は、高い力は必要ないが回転速度が速くなければならない場合と、回転速度は大きくないが高い力を必要とする作業に分けられる。例えば、作業部２００はタワーセクション２２のボルティング作業に使用されるナットドライバー２１０または溶接ドライバー２２０であり得る。ナットドライバー２１０の場合、最小２つ以上の自由度を有するのが好ましい。一つの自由度はボルトを引くのに使用し、他の一つの自由度はナットを回転させるのに使用することができる。図４を参照すれば、ナットドライバー２１０または溶接ドライバー２２０は作業対象物に接触して締結、回転または溶接可能なヘッド部２１１０、２２１０と、ヘッド部２１１０、２２１０に駆動力を伝達し外形を形成するボディー２１２０、２２２０と、ヘッド部２１１０、２２１０に駆動力を発生させるための駆動部２１３０、２２３０を含む。しかし、本発明はこれに限定されるのではなく、作業部２００は作業種類およびボルトおよびナット種類によって多様な工具を含むことができる。したがって、作業部２００は着脱形態にロボット７が装着して移動することが好ましい。例えば、作業部２００は移動時にはロボット本体８００に収納されており、ボルティング作業時に操作部３００と結合されて作業を遂行することができる。
【００４４】
図５は操作部３００の動作方式を示す図である。操作部３００はボルト３０２とナット３０４をタワーセクション２２のフランジ結合部２３に移動させた後、作業部２００の一例であるナットドライバー２１０を用いてボルティングを遂行する。したがって、操作部３００は３以上の自由度（Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｆｒｅｅｄｏｍ）、より好ましくは６以上の自由度を有する２つ以上のマニピュレータ（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）３１０で実現することが好ましい。操作部３００は位置と力を同時に制御できなければならない。
【００４５】
図６に示されているように、操作部３００は作業部２００と脱着結合され得る結合部３２０をさらに備えることができる。結合部３２０は作業対象物、例えばボルトまたはナットに対するグリップ動作を行うか、ボルトの締結または分離などのような作業を行うための作業部２００に対するグリップとグリップ解除動作を行うための部分である。
【００４６】
結合部３２０はまた、以下で説明する移動部４００とも脱着結合され得る。
【００４７】
結合部３２０は第１結合手段３２１０または第２結合手段３２２０の形態に実現され得る。第１結合手段３２１０はマニピュレータ３１０に連結される連結部３２１２およびフィンガー３２１４を支持する支持部３２１６を含むグリッパの形態に実現され得る。フィンガー３２１４は回転および移動が可能であり、グリップ動作が可能で作業物体（ボルト、ナットまたは作業部２００）をつかんで回転／移動させた後、所望の位置に置いておくことができる。例えば、フィンガー３２１４は一対が備えられ、互いに接近することによってグリップ動作を遂行し、後退することによってグリップ解除動作を遂行する。支持部３２１６はフィンガー３２１４のグリップ動作を可能にするヒンジ軸を構成し、フィンガー３２１４と連結部３２１２を結合させる。前記連結部３２１２はマニピュレータ３１０へ脱着可能に形成される。
【００４８】
第２結合手段３２２０は前記第１結合手段３２１０と結合ユニット３２３０の組み合わせからなり得る。第１結合手段３２１０がボルトまたはナットをグリップする場合には固定力が大きな問題にならないが、ボルトとナットを締めるための作業部２００を締めて回転する場合には作業部２００が第１結合手段３２１０から離脱することがある。したがって、作業部２００とより堅固で安定的に結合し、作業部２００の動作がより円滑に行われるようにするための結合ユニット３２３０をさらに含むことができる。結合ユニット３２３０の形態は作業部２００の形態によって多様に変形され得るのはもちろんである。例えば、結合ユニット３２３０はグリッパ形態の第１結合手段３２１０によるグリップおよびグリップ解除動作によって脱着可能に形成され得る。結合ユニット３２３０は第１結合手段３２１０が収容される空間を形成し、第１結合手段３２１０に固定される固定部３２３２と作業部２００に結合される結合部３２３４から構成され得る。結合部３２３４は作業部２００を収容して固定させることができる形態を有する。結合ユニット３２３０は第１結合手段３２１０がグリップ状態で結合ユニット３２３０の内部に嵌合されて挿入され、分離可能に形成される。例えば、結合ユニット３２３０は第１結合手段３２１０がグリップ解除された時は結合ユニット３２３０に加圧接触され得、第１結合手段３２１０のグリップ状態では結合ユニット３２３０と自由に結合と分離が可能な開口部を有することができる。また、固定部３２３２は第１結合手段３２１０の収容が可能な多角形の断面を有する中空管形態を有することができる。即ち、第１結合手段３２１０は固定部３２３２の内部にスライド挙動によって分離および装着が可能である。操作部３００は移動部４００と連係されて移動部４００の機能も遂行することができる。
【００４９】
図７乃至図９は移動部４００の多様な実施形態を示す概略図である。
【００５０】
移動部４００はロボット７を移動させる手段を意味するものであって、車輪または人型脚であり得る。
【００５１】
タワー１内でロボット７の移動はタワー外部はしご２６＜−＞タワープラットホーム２０＜−＞内部はしご２８またはエレベーター２９＜−＞ナセルプラットホーム２０＜−＞ローター４の順に移動可能である。
【００５２】
したがって、移動部４００は図７に例示されているように、外部はしご２６または内部はしご２８のレールまたは欄干に沿って移動できる第１移動手段を含むことができる。第１移動手段は汽車の車輪のような金属車輪４１１０または合成樹脂からなった車輪４１１２の内部に電磁石車輪４１１４が挿入された複合車輪４１２０の形態に実現され得る。複合車輪４１２０の場合、制御部６００で電磁石車輪４１１４に加えられる磁力の強さを制御してはしご２６、２８に沿って自然に回転移動するようにすることができる。
【００５３】
また、図８に例示されているように、移動部４００は二つのタワーセクション２２を組み立てる場合、かみ合っている二つのフランジ結合部２３によって形成されたリングに沿って水平移動４２１が可能な第２移動手段を含むことができる。第２移動手段はフランジ結合部２３をガイドレールとして使用する第１スライダー４２１０または第２スライダー４２２０の形態に実現され得る。第１スライダー４２１０の内面はフランジ結合部２３の形状と対応するように形成される。そして、第１スライダー４２１０の内面には長溝４２１３がフランジ結合部２３とかみ合うように形成され、長溝４２１３の内部にはそれぞれ複数個のボール４２１５が挿入され、第１スライダー４２１０がフランジ結合部２３に沿って容易に移動できるようにする。第２スライダー４２２０はフランジ結合部２３の上下面に沿って回転する一対の回転ベアリング４２２３と各回転ベアリング４２２３の中心部を貫通して挿入された中空軸４２２５を含むことができる。中空軸４２２２５の一端にはナット４２２７が固定されて設置され得る。
【００５４】
また、図９に例示されているように、移動部４００はプラットホーム２０、３０またはエレベーター２９を用いて移動できる第３移動手段を含むことができる。第３移動手段は通常の車輪４３１０または脚構造４３２０の移動手段であり得る。
【００５５】
一方、エレベーター２９を利用して移動する場合にはエレベーター２９は通信部５００の無線通信を通じて呼び出し可能にする無線通信手段をさらに含むことができる。したがって、通信部５００とエレベーター２９の無線通信手段はジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）またはブルートゥース方式の無線通信モジュールを含むことができ、その他の無線通信モジュールを含むこともできる。通信部５００は制御部６００を通じてエレベーター２９にエレベーター２９制御信号を送信することができる。制御部６００はエレベーター２９の出入門が開くとエレベーター２９にロボット７が乗車または下車するように制御することができる。制御部６００は認識部１００を通じてエレベーター２９の出入門開閉如何を判断するように実現されるか、エレベーター２９からエレベーター２９の現在位置および出入門開閉に関する情報を通信部５００を通じて受信されるように実現され得る。
【００５６】
移動部４００はロボット本体８００に常時的に連結されていてもよく、図１０に例示されているように、ロボット本体８００に収納されていて操作部３００と結合されてもよい。図１０を参照すれば、操作部３００を構成するマニピュレータ３１０の第２結合手段３２２０にナットドライバー２１０が結合されてボルティング作業を行い、他のマニピュレータ３１０には第１スライダー４２１０が結合されて移動を遂行することができる。
【００５７】
図１１は制御部６００の構成を示す概略図である。
【００５８】
制御部６００は、風力タービン１の３次元設計図面が保存されている保存部６１０、３次元空間モデル構成部６２０、ロボット位置決定部６３０およびロボット処理部６４０を含むことができる。
【００５９】
保存部６１０は、風力タービン１内外部の３次元空間モデル設計値とロボット７設計時に定められたロボットの重量、サイズ、最大出力などのロボット７設計値が保存される。
【００６０】
３次元空間モデル構成部６２０は、認識部１００で認識された３次元映像認識値であるステレオイメージ、ポイント雲などが入力される。３次元空間モデル構成部６２０は認識部１００の認識値を利用してロボット７の３次元空間モデル測定値を獲得する。
【００６１】
ロボット位置決定部６３０は、保存部６１０に保存されている保存値と３次元空間モデル構成部６２０の測定値を比較してロボット７の３次元現在位置値を計算することができる。
【００６２】
ロボット処理部６４０はロボット位置決定部６３０の現在位置値に基づいてロボット７が所望の位置に移動して所望の作業を遂行することができるように、認識部１００、作業部２００、操作部３００、移動部４００および通信部５００の各構成要素を自動制御する。一方、ロボット処理部６４０は、遠隔制御システム８からの入力される命令によってロボット７を制御し、ロボット７の現在状態および作業処理結果を出力して遠隔制御システム８に伝送する。ロボット処理部６４０は保存部６１０に保存されているロボット７設計値と認識部１００のセンサー１１０から測定されたロボット７の特定部位の加速度、角加速度、モータ出力などの測定値を活用してロボット７の制御を遂行する。
【００６３】
一方、様々な原因によってロボット処理部６４０で位置喪失状態１２００と判断することもある。このような場合にロボット７の制御をどのように遂行するかが図１２に例示されている。図１２を参照すれば、ロボット処理部６４０で現在ロボット７の位置を推定できない場合の状態が位置喪失状態１２００である。様々な原因によってロボット７の移動中に一時的な位置喪失が可能である。このような場合、ロボット処理部６４０はロボット７が停止するようにし、認識部１００で認識量を増やして現在位置を再認識するようにする。ロボット位置決定部６３０が再認識値に基づいて現在位置を確認すれば、ロボット処理部６４０はロボットの作業を再開するようにする。例えば、ロボット処理部６４０は図１２の位置状態図に基づいてロボットを現在状態の以前状態に移動させて作業を再開するようにすることができる。以前状態に移動させて作業を再開するようにすることが位置喪失による作業遂行の不完全性を補充するために好ましいこともある。
【００６４】
ロボット７はタワー外部はしご２６＜−＞タワープラットホーム２０＜−＞はしご２８またはエレベーター２９＜−＞ナセルプラットホーム２０＜−＞ローター４の順に移動可能である。例えば、ロボット位置認識部５３０で位置喪失状態１２００と判断されると現在位置を再び認識する。その結果、現在位置がはしご２８またはエレベーター２９と判断されると、以前状態であるタワープラットホーム２０に移動してロボット７の任務を再開する。
【００６５】
図１３はロボットの作業状態図を示す概念図である。ロボットの基本状態は待機状態１３００であり、遠隔作業１３１０と自律作業１３２０の２種類作業状態が可能である。
【００６６】
図１４には自律作業１３２０の場合のロボット状態の詳細概念図が例示されている。自律作業１３２０の種類には電源連結作業１４１０、モニタリング作業１４２０、移動作業１４３０、ボルティング作業１４４０およびその他作業１４５０があり得る。電源連結作業１４１０はボルティングなどのように多くの力またはトルクを必要とする作業にはロボット７に充電されたエネルギーのみで作業することが不可能であることがある。この時、風力タービン１の内部の電源コンセントにロボット７を連結して充電と共に作業に必要なエネルギーを使用することができる。モニタリング作業１４２０は周期的に風力タービン１の状況をモニターする作業であって、風力タービン１の様々な主要場所、即ちモニタリング場所の高解像度のイメージを認識した後、これを遠隔地に伝送して周期的なモニタリングが可能であるようにする。ボルティング作業１４４０はボルティングが必要な位置に移動してボルティング作業をするか、すでにボルティングが完了した場合にはボルティングが解けたかどうかを確認し、解けた場合、再締め作業を遂行する。その他の作業１４５０はプログラム形態にロボット７に伝達され得、電源連結作業１４１０、モニタリング作業１４２０、移動作業１４３０およびボルティング作業１４４０以外のいかなる自律作業でもロボット７によって遂行され得ることであれば適用可能である。
【００６７】
以上で参照した図面と記載された発明の詳細な説明は単に本発明の例示的なものであって、これは単に本発明を説明するための目的で使用されたもので、意味限定或いは特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使用されたものではない。したがって本技術分野における通常の知識を有する者であればこれから多様な変形および均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は添付された特許請求の範囲の技術的な思想によって決められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の実施形態による風力タービン組立・管理ロボットは、風力タービンが設置され得る風車、風力タービンタワー、風力発電機または風力発電プラントに適用され得る。
【００６９】
また、本発明の他の実施形態による風力タービンシステムは、風車、風力タービンタワー、風力発電機または風力発電プラントなどを遠隔的に制御することができる制御システムに適用され得る。
【００７０】
具体的に本発明の風力タービン組立・管理ロボットとこれを含む風力タービンシステムは、風力タービンが設置される以前に設置のための用意作業に用いられるかまたは設置された以後の維持補修およびモニタリングの時に用いられ得る。
【符号の説明】
【００７１】
１      風力タービン
２      タワー
３      ナセル
４      ローター
５      スピナ
６      ローターブレード
７      ロボット
８      遠隔制御システム
１０      回転軸
１１      支持面
１２      方向軸
２０      タワープラットホーム
３０      ナセルプラットホーム
２２      タワーセクション
２３      フランジ結合部
２４      入口
２６      外部はしご
２８      内部はしご
２９      エレベーター
１００      認識部
１１０      カメラ
１２０      センサー
１３０、３１０      マニピュレータ
２００      作業部
２１０      ナットドライバー
２２０      溶接ドライバー
３００      操作部
３０２      ボルト
３０４      ナット
３２０      結合部
４００      移動部
５００      通信部
６００      制御部
６１０      保存部
６２０      ３次元空間モデル構成部
６３０      ロボット位置決定部
６４０      ロボット処理部
７００      電源部
８００      ロボットの本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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