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Abstract 조선소에서 선박이나 해양 구조물은 여러 개의 블록으로 조립 및 탑재되어 건조된다. 블록의 탑재 과정은 블록의 리프팅과 이동, 그리고 턴오버 (turn-over) 등의 절차를 모두 포함하며, 주로 갠트리 크레인 (gantry crane) 등을 통해 작업이 이루어진다. 작업 중에는 블록과 다른 구조물과의 충돌과 같은 위험을 최소화하기 위해 블록의 위치와 자세를 매시간 정확하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 하지만 크레인을 이용하는 경우 작업자가 여러 개의 트롤리 (trolley)와 와이어 로프를 통해 블록을 제어하기 때문에 정확한 자세 제어가 매우 어렵다. 특히, 갠트리 크레인을 통해 블록을 제어하는 시스템은 시스템의 자유도가 제어 입력의 개수보다 적은 Underactuated Mechanical System (UMS) 이라고 볼 수 있다. 따라서 제어 입력이 모두 주어진다고 하더라도 블록의 자세가 완전히 정의되지 않으며, 블록이 3개의 자유도를 가지고 운동을 할 수 있는 시스템이다. 이러한 UMS는 기존의 일반적인 역기구학 (inverse kinematics) 제어 방법을 통해서 제어할 수 없으며, 특히 블록이 특정한 궤적을 따라서 이동하도록 제어하는 궤적 추적 제어 (trajectory tracking control)의 경우 더욱 제한적이다. 또한, 블록은 후크와 이퀄라이저 (equalizer)와 같은 여러 복잡한 장비들로 크레인과 연결되어 있기 때문에, 이러한 장비들의 매커니즘에 대한 모델링 또한 필요하다. 본 연구에서는 갠트리 크레인을 구성하는 물체들과 관절들을 모델링하기 위해 다물체계 동역학을 도입하였다. 또한, 시스템의 제어를 위해 servo constraint를 활용해 블록의 궤적 추적 제어를 수행하였으며, 시스템의 운동 방정식을 index reduction by minimal extension이라는 방법을 적용해 재구성하여 안정적으로 수치 해석을 수행하였다. 이를 기반으로 갠트리 크레인을 이용한 블록의 리프팅과 이동 및 턴오버 시뮬레이션을 수행하였고, 그 결과 블록이 주어진 궤적을 따라가도록 정확하게 제어되는 것을 확인하였다.
Publication Date 2019-05-16

이혜원, 노명일, 함승호, 전도현, "조선소의 블록 탑재 및 턴 오버 작업을 위한 UMS (Underactuated Mechanical System)의 제어 방법", 2019년도 대한조선학회 춘계학술발표회, 제주, pp. 139, 2019.05.15-17


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