[논문]선박 공조닥트의 특성분석에 관한 사례 연구 - 유지관리용 로봇의 이동 알고리즘 개발을 위한 분석 -

황광일

선박 공조닥트의 특성분석에 관한 사례 연구 - 유지관리용 로봇의 이동 알고리즘 개발을 위한 분석 -
A Case Study on the Analysis of Characteristics of Marine HVAC Duct - For the Development of Maintenance Robot's Movement Algorithm - 원문보기

This study is focused on the analysis of the characteristics of marine HVAC duct. These results will be applied to develope a robot which is for maintaining a cabin comfort, convenience and healthy through HVAC duct. The followings are the results of this study. (1) The evaluated items which proposed by at the view point of robot's function can be adapted to other vessels for the same purpose, (2) For the case of round type duct. the maximized conditions which robot has to have are straight length of 40.152mm, inclination of $45^{\circ}$. horizontal bending of $90^{\circ}$. increasing diameter of 1.28 times, and 0.625 times decreasing diameter in branch. (3) For the case of rectangular type duct. the maximized conditions are straight length of 15.987mm. aspect ratio of 4.17:1, inclination of $18.92^{\circ}$. horizontal bending of $90^{\circ}$, and 0.65 times decreasing diameter in branch.

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문제 정의

따라서 이러한 목적에 부합하도록 선박 선실 내의 공조환경을 쾌적하고 건강하게 유지하기 위한 목적의 선박용 공조시스템의 공조닥트 유지관리용 로봇을 개발할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 유지관리용 로봇을 개발하기 위한 기초 작업으로써 로봇의 기능과 행동범위 그리고 제어방식에 대한 알고리즘을 구축하기 위해 선박 공조닥트의 특성을 파악하고자 한다.
본 연구는 선박용 공조닥트의 특성을 파악한 것으로, 이는 선박 선실 내의 공조환경을 쾌적하고 건강하게 유지하기 위해 개발하고자 하는 선박용 공조닥트의 유지관리용 로봇의 기능과 행동범위 그리고 제어방식에 대한 알고리즘을 구축하기 위해서이다. 본 연구의 조사 분석결과를 정리하면 다음과 같다.
개발할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 유지관리용 로봇을 개발하기 위한 기초 작업으로써 로봇의 기능과 행동범위 그리고 제어방식에 대한 알고리즘을 구축하기 위해 선박 공조닥트의 특성을 파악하고자 한다.
이에 본 연구에서는 특정 선박을 대상으로 한 공조닥트 유지관리용 로봇 개발을 위하여 해당 선박의 공조닥트 관련 각종 데이터를 상세 분석하는 사례 연구를 수행하였다.

제안 방법

1. 선박용 공조닥트의 특성을 분석하기 위한 조사항목을 선언하였고 또한 분석 요소를 체계화 하였다.
것이다. 이에 근거하여 본 연구에서는 공조닥트를 원형닥트와 사각닥트로 구분하여 분석을 수행하였다. 공조닥트를 분석하기 위한 평가 항목들을 Table 3에 정리 하였다.

대상 데이터

본 연구의 조사 분석 대상인 선박은 실습생들이 승선하여 1년 동안 생활하면서 여러 형태의 실습을 행하도록 설계된 실습전용 선박으로 다른 용도의 선박에 비해 선내 공간 중에서 거주구역이 차지하는 비율이 높은 특성을 갖고 있다. 6개의 갑판 중에서 거주구역은 Boat deck, Shelter deck, Main deck, 2nd deck 의 4개 갑판에 걸쳐 시설되어 있다.

성능/효과

본 연구의 조사 분석에서는 각종 닥트의 수량적 개념(개수, 본 논문의 결과 Table에는 No.로 표기)이 사용되고 있는데, 이는 각종 닥트의 구조적 형상은 로봇의 이동과 관련하여 이동 방식과 기능, 그리고 범위를 결정하는데 매우 중요한 요소이므로 직선, 곡선, 확대, 축소, 분기 등의 형상별, 크기단위별 각 구분기준에서 "1 개"로 수치화한 것이다. 이는 개발하고자 하는 로봇이 세분화된 각각의 단일 형상에 대응 가능하다면 두 가지 이상의 조합된 형상 변화에 대해서도 대응할 수 있을 것으로 판단하였기 때문이다.
2. 원형닥트의 경우에는 최대 직관길이가 40,152 mm(이동능력), 경사각 45°(오름능력), 90°곡관 (회전능력), 1.28배의 관경 확대 대응능력, 분기에 대해서는 0.625배의 관경 축소 대응 능력과 분기에서의 경로선택능력을 갖추고 있어야만 했다.
3. 사각닥트의 경우에는 최대 직관길이가 15, 987mm(이동능력), aspect ratio 4.17:1(장방형 단면에 대한 대응능력),경사각 18.92°(오름 능력), 90°곡관(회전능력), 분기에 대해서는 0.45 배의 관경 축소 대응능력과 3 분기점에서의 경로 선택능력을 갖추고 있어야만 했다.
YT type. Twin elbow type 등의 순서로 많이 적용되었음을 알 수 있었다.
곡관부를 형성하고 있는 사각닥트 40개의 각도와 곡률반경을 조사한 결과, Table 13에서 알 수 있는 바와 같이 90° 곡관이 30개를 차지하고 있었으며, 최소 200mm에서 최대 350nnn의 곡률반경을 갖고 있었다.
기울기를 갖고 있는 16개의 사각닥트를 조사한 결과, 하향 -3.99°로부터 상향 18.92°까지의 기울기로 원형닥트에 비해 완만한 수치를 보여주고 있었다 (Table 12).
대상 선박의 곡관부에 대한 조사결과, Table 7에 나타난 것과 같이 총 415개의 곡관부가 있으며, 90° 곡관이 160개, 30°가 152개 존재하여 전체적으로는 평균 54°의 곡률을 나타내고 있다.
직경 닥트가 104개로 가장 많았다. 또한, 수평거리는 최소 861mm에서 최대 40,152mm의 길이에 대응해야 한다는 것을 알 수 있었다. 단, 본 연구에서 언급하는 수평거리의 의미는 측정지점으로부터 최단 거리에 있는 점검구 혹은 취출구까지의 거리로, 이는 유지관리 로봇을 투입할 수 있는 위치로부터 이동해야만 하는 각 배관별 최장거리를 의미한다.
평가대상 선박 내에는 Table 10에 나타난 것과 같이 총 136개의 수평 직선 사각닥트가 설치되어있고, 사각닥트의 수평거리는 최소 420mm에서 최대 15,987mm의 범위에 걸쳐 다양하게 존재하며 전체적인 평균 길이는 4,433mm로 조사되었다.

후속연구

각 항목들의 의미는 다음과 같다. 즉, 이동 거리는 이동능력과 제어범위를, 경사각은 오름능력을, 곡관은 회전능력을, 확대와 축소는 관경변화에 대한 대응 능력을, 그리고 분기는 경로선택능력에 대한 알고리즘을 각각 결정하기 위한 데이터로 활용될 것이다.
향후 본 연구의 결과를 기초로 해당 선박에 대한 공조닥트용 유지관리 로봇을 제작할 계획이다. 또한 로봇 이동 알고리즘의 보편성을 확보하기 위하여 현재 여객선과 상선에 대한 분석을 추진하고 있다.

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