KR101003967B1 - 수중 탐사 로봇의 배터리를 충전하는 충전 시스템 및 충전 방법 - Google Patents

수중 탐사 로봇의 배터리를 충전하는 충전 시스템 및 충전 방법 Download PDF

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차유성
류영선
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 수중 탐사 로봇의 충전 시스템 및 충전 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 충전 시스템은, 배터리를 구비하며, 수중을 탐사하는 수중 탐사 로봇 및 수중 탐사 로봇의 배터리를 충전하는 크레인형 충전 스테이션으로서, 배터리를 충전하는 충전부와, 적외선 센서를 이용하여 접근하는 수중 탐사 로봇을 감지하고, 수중 탐사 로봇을 잡아 충전부의 충전 위치에 위치시키는 크레인을 포함하는 크레인 충전 스테이션을 포함한다.
수중 탐사 로봇, 충전 스테이션

Description

수중 탐사 로봇의 배터리를 충전하는 충전 시스템 및 충전 방법{Charging system for underwater exploration robot and charging method}
본 발명은 충전 시스템 및 충전 방법에 관한 것으로, 수중 탐사 로봇의 배터리를 충전할 수 있는 충전 시스템 및 충전 방법에 관한 것이다.
수중 탐사 로봇은 수중 곳곳을 이동하며 수중을 탐사한다. 이러한 수중 탐사 로봇은 배터리를 구비하여, 배터리의 전력을 통해 이동하고 수중을 탐사한다.
그러나 종래에는, 수중 탐사 로봇의 배터리가 수중에서 모두 소진되는 경우에는, 더 이상 수중 탐사 로봇이 이동할 수 없으므로, 수중 탐사 로봇을 찾아내야 하고, 물 밖으로 직접 끌어 내야 하는 문제가 발생한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 수중 탐사 로봇의 충전을 효율적으로 수행할 수 있는 충전 시스템 및 충전 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 수중 탐사 로봇의 충전 시스템은, 배터리를 구비하며, 수중을 탐사하는 수중 탐사 로봇 및 상기 수중 탐사 로봇의 배터리를 충전하는 크레인형 충전 스테이션으로서, 상기 배터리를 충전하는 충전부와, 적외선 센서를 이용하여 접근하는 상기 수중 탐사 로봇을 감지하고, 상기 수중 탐사 로봇을 잡아 상기 충전부의 충전 위치에 위치시키는 크레인을 포함하는 크레인 충전 스테이션을 포함한다.
여기서, 상기 충전부는 제1 코일을 구비하고 상기 수중 탐사 로봇은 제2 코일을 구비하여, 상기 제1 및 제2 코일간의 전자기 유도에 의해 상기 배터리가 충전될 수 있다.
또한 상기 크레인 및 상기 충전부는 상기 수중 밖에 위치하며, 상기 크레인은 상기 적외선 센서를 이용하여 상기 크레인 하부의 수중에 접근한 수중 탐사 로 봇을 감지하고, 상기 수중으로 하강하여 상기 수중 탐사 로봇을 잡아 수중 밖으로 빼낼 수 있다. 이때 크레인은 전자석을 구비하여, 상기 크레인 하부의 수중에 접근한 수중 탐사 로봇을 감지하면, 상기 전자석을 작동시키고, 상기 전자석의 자력에 의해 유인된 상기 수중 탐사 로봇을 잡을 수 있다.
또한, 상기 수중 탐사 로봇은 상기 배터리의 잔량이 임계치 이하인 경우, 충전 요청 패킷을 상기 크레인형 충전 스테이션으로 전송하고, 상기 충전 스테이션은 상기 충전 요청 패킷을 수신하면 상기 적외선 센서를 작동시킬 수 있다.
한편, 상기 수중 탐사 로봇은 상기 크레인형 충전 스테이션의 위치를 3차원 좌표계의 원점으로 하여 자신의 위치를 파악할 수 있다.
상기 배터리의 충전이 완료되면 상기 크레인은 상기 수중 탐사 로봇을 상기 수중으로 내려놓을 수 있고, 상기 수중 탐사 로봇은 상기 충전 요청 패킷을 전송한 뒤, 자신이 위치하는 3차원 좌표를 저장하고, 상기 충전 충전이 완료된 후에는, 상기 저장한 3차원 좌표로 되돌아가 수중을 탐사할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면에 충전 방법은, 충전부와 크레인을 구비하여 수중 탐사 로봇의 배터리를 충전하는 크레인형 충전 스테이션의 충전 방법으로서, 배터리의 잔량이 임계치 이하인 상기 수중 탐사 로봇으로부터 충전 요청 패킷을 수신하는 단계와, 적외선 센서를 작동하여 상기 수중 탐사 로봇의 접근 여부를 감지하는 단계 및 상기 접근한 수중 탐사 로봇을 크레인을 이용하여 잡아 충전부에 위치시키고, 상기 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.
상기 배터리의 충전이 완료되면 상기 크레인은 상기 수중 탐사 로봇을 상기 수중으 로 내려놓는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수중 탐사 로봇이, 상기 충전 스테이션의 위치를 3차원 좌표계의 원점으로 하여 상기 충전 요청 패킷을 전송한 위치를 3차원 좌표를 저장하고, 상기 충전 충전이 완료된 후에는 상기 저장한 3차원 좌표로 되돌아가 수중을 탐사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 수중 탐사 로봇의 충전을 원활하게 수행할 수 있다. 또한, 수중 탐사의 연속성을 보장하며, 효율적으로 수중 탐사를 수행할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 충전 시스템 및 충전방법에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충전 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 2는 수중 탐사 로봇이 충전 스테이션에 부착되어 충전하는 모습을 나타내는 사시도이고, 도 3은 수중 탐사 로봇의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 충전 시스템(10)은 수중 탐사 로봇(100)과, 크레인형 충전 스테이션(200)을 포함한다. 수중 탐사 로봇(100)이 수중에 존재하는 것을, 설명의 편의상 도 1에 도시된 바와 같이, 수조 내부에 존재하는 것으로 예로 들어 설명한다.
수중 탐사 로봇(100)은 배터리(130)를 구비하며, 배터리(130)에 의한 전력으로 수중을 이동하며 탐사를 수행할 수 있다. 이러한 수중 탐사 로봇(100)은 수시로 배터리(130)의 잔량을 모니터링 할 수 있다. 수중 탐사 로봇(100)은 배터리(130)의 모니터링을 위해 모니터링부(미도시)를 구비할 수 있다. 만약 탐사 수행중에 배터리(130)의 잔량이 기 설정된 임계치 이하가 되면, 수중 탐사 로봇(100)은 크레인형 충전 스테이션(200)으로 충전 요청 패킷을 전송할 수 있다. 여기서 수중 탐사 로봇(100)과 크레인형 충전 스테이션(200) 간에는 미리 약속된 통신 방식이 설정되어있을 수 있다. 또한 수중 탐사 로봇(100)은 크레인형 충전 스테이션과 통신을 수행하기 위한 통신부(미도시)를 내부에 구비할 수 있다. 충전 요청 패킷을 전송한 후, 수중 탐사 로봇(100)은 충전을 위해 크레인형 충전 스테이션(200)으로 이동한다.
크레인형 충전 스테이션(200)은 제어부(210)와, 충전부(260) 및 크레인(220)을 포함한다. 여기서 충전부(260) 및 크레인(220)은 수중 밖에 위치할 수 있다. 크레인(220)은 적외선 센서(230)를 구비하여, 크레인(220) 하부에 수중 탐사 로봇(100)이 접근하는 것을 감지한다. 수중 탐사 로봇(100)이 크레인(220) 하부로 이동한 것이 감지되면, 크레인(220)은 제어부(210)의 제어에 따라 수중으로 하강하여 수중 탐사 로봇(100)를 잡는다. 이때, 크레인(220)은 전자석(미도시)을 구비하여, 전자석의 자력에 의해 유인된 수중 탐사 로봇(100)을 잡을 수 있다. 여기서 전자석(미도시)은 수중 탐사 로봇(100)이 크레인(220) 하부로 이동한 것이 감지될 때 작동할 수 있다.
그리고 크레인(220)은 수중 탐사 로봇(100)을 수중 밖으로 끌어 올려 충전부(260)에 위치시켜 배터리가 충전되도록 한다. 예를 들어, 크레인형 충전 스테이션(200)의 충전부(260)에 제1 코일(290)이 구비되고, 수중 탐사 로봇(100)에는 제2 코일(120)이 구비되어, 제1 및 제2 코일(120, 190)간의 전자기 유도에 의해, 배터리(130)를 충전할 수 있다.
여기서 배터리(130)의 충전이 원활히 이루어지려면, 제1 및 제2 코일(120, 190) 간의 전자기 유도가 원활히 이루어지도록, 크레인은, 도 2에 도시된 바와 같이, 수중 탐사 로봇(100)을 충전부(260)의 적절한 충전 위치에 위치시킨다. 여기서 충전 위치는, 제1 및 제2 코일(120, 190)간의 전자기 유도가 원활히 이루어질 수 있는 위치를 말한다.
좀더 구체적으로 설명하면, 충전부(260)의 제1 코일(290)은, 기판(270)상에 동심원으로 구비될 수 있다. 또한 수중 탐사 로봇(100)의 제2 코일(120)도 제1 코일(290)과 대응되도록 동심원으로 구비될 수 있다. 크레인은 제1 코일(290)과 제2 코일(120)이 동심원 상에 위치하도록 수중 탐사 로봇(100)을 위치시킨다. 따라서 제1 코일(290)과 제2 코일(120)은 전자기 유도가 가장 잘 이루어지는 상태로 위치하게 된다. 그리고, 제1 코일(290)과 제2 코일(120)간의 전자기 유도에 의해 수중 탐사 로봇(100)은 배터리(130)를 충전하게 된다.
충전이 완료되면, 크레인(260)은 수중 탐사 로봇(100)을 수중으로 내려 놓는다. 그리고, 이때, 제어부(210)는 수중 탐사 로봇(100)에게 충전 완료 패킷을 전송할 수 있다. 수중 탐사 로봇(100)은 충전 완료 패킷을 수신하면, 크레인형 충전 스테이션(200)으로부터 멀어지도록 이동하여 수중을 다시 탐사하게 된다. 예컨대 수중 탐사 로봇(100)은, 이전에 탐사하던 위치로 되돌아가 탐사를 계속 수행할 수 있다.
도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 수중 탐사 로봇(100)은, 크레인형 충전 스테이션(200)의 위치를 3차원 좌표계(X, Y, Z)의 원점으로 하여 자신의 위치를 파악할 수 있다. 예컨대 수중 탐사 로봇(100)은 수중 탐사 개시 전에 크레인형 충전 스테이션(200)의 위치를 3차원 좌표계의 원점으로 설정하고, 이후에 이동하는 자신의 위치를 3차원 좌표(P(X1, Y1, Z1))로 인식할 수 있다. 예를 들어, 수중 탐사 로봇(100)은 크레인형 충전 스테이션(200)과 수시로 신호를 주고 받으면서 크레인형 충전 스테이션(200)과의 거리 등을 감지함으로써 크레인형 충전 스테이션(200)과 자신의 위치 관계를 파악할 수 있으며, 또는 GPS를 이용하여 위치를 파 악할 수도 있다. 또는 수조 외부에서 크레인형 충전 스테이션(200)과 수중 탐사 로봇(100)의 위치 관계를 영상으로 촬영하고, 이러한 정보를 수중 탐사 로봇(100)에게 전송함으로써, 크레인형 충전 스테이션(200)과의 위치 관계를 파악할 수도 있다.
이러한 수중 탐사 로봇(100)은 충전 요청 패킷을 전송한 시점에, 자신이 위치한 3차원 좌표(P(X1, Y1, Z1))를 저장한다. 저장된 3차원 좌표는 (P(X1, Y1, Z1))탐사를 중지한 위치가 된다. 그리고 3차원 좌표(P(X1, Y1, Z1)) 등을 이용하여 크레인형 충전 스테이션(200)으로 이동하여 배터리(130)를 충전할 수 있다. 충전 후, 크레인형 충전 스테이션(200)으로부터 충전 완료 패킷을 수신하면 이전에 저장한 3차원 좌표(P(X1, Y1, Z1))를 이용하여, 이전에 탐사를 중지하였던 장소로 이동하여, 다시 탐사를 계속 수행할 수 있다.
이하에서 도 4를 더 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 크레인형 충전 스테이션의 충전 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저 크레인형 충전 스테이션(200)은 배터리의 잔량이 임계치 이하인 수중 탐사 로봇(100)으로부터 충전 요청 패킷을 수신한다(S410).
그리고, 적외선 센서(230)를 동작시켜 크레인(220) 하부에 수중 탐사 로봇(100)이 접근했는지 여부를 감지한다(S420). 수중 탐사 로봇(100)이 크레인(220) 하부로 접근한 것이 감지되면, 크레인(220)이 수중으로 하강하여 수중 탐사 로봇(100)을 잡아 올리고, 충전부(260)에 의해 충전되도록 위치시킨다(S430). 여기서 수중 탐사 로봇(100)이 크레인(220) 하부로 접근한 것이 감지되면, 크레인(220) 내부에 구비된 전자석을 작동시켜, 수중 탐사 로봇(100)을 잡기 쉽도록 전자석의 자력에 의해 유인하고, 자력에 의해 고정적으로 잡을 수 있다.
그리고 배터리의 충전이 완료된 후에는 크레인(220)을 다시 수중으로 하강시켜 수중 탐사 로봇(100)을 수중에 내려 놓는다(S440).
수중 탐사 로봇(100)을 수중에 내려 놓은 후에는, 제어부(210)가 충전 완료 패킷을 수중 탐사 로봇(100)으로 전송한다. 수중 탐사 로봇(100)은 충전 완료 패킷을 수신하면, 이동을 개시하여, 이전에 탐사를 중지했던 위치로 돌아가 다시 탐사를 계속 수행할 수 있다.
이러한 수중 탐사 로봇(100)의 충전 시스템(10) 및 충전 방법에 의하면, 수중 탐사 로봇(100)의 배터리(130)가 모두 소진되기 전에, 배터리(130)를 충전할 수 있다. 또한, 크레인(220)을 이용하여 전자기 유도에 의해 충전이 잘 이루어질 수 있도록 수중 탐사 로봇(100)을 충전부(260)에 위치시킴으로써, 충전이 원활히 이루어질 수 있다. 따라서 수중 탐사 로봇(100)의 배터리(130) 소진으로 인해 발생되는 종래의 여러 문제를 해결할 수 있다. 또한 수중 탐사 로봇(100)은, 탐사를 중지했던 위치로 되돌아가 탐사를 계속 수행하므로, 탐사의 연속성을 보장할 수 있고, 효율적인 탐사를 수행할 수 있다.
한편, 전술한 예는 수중 탐사 로봇(100)에 관해 서술하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 관상용 물고기 로봇에도 적용될 수 있다. 또한, 충전부(260)이 수중이 아닌 밖에 위치된 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되지 않고, 수중 내에 존재할 수 있다. 즉, 크레인(220)을 이용하여, 충전부(260)의 제1 코일(290)과 수중 탐사 로봇(100)의 제2 코일(110) 간에 전자기 유도가 원활히 이루어질 수 있도록 수중 탐사 로봇(100)을 충전부(260)에 위치시키는 모든 경우에는 본 발명이 적용될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충전 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 수중 탐사 로봇이 크레인형 충전 스테이션에 부착되어 충전하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 수중 탐사 로봇의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전 방법을 나타내는 순서도이다.

Claims (11)

  1. 수중 탐사 로봇의 충전시스템에 있어서,
    배터리를 구비하며, 수중을 탐사하는 수중 탐사 로봇; 및
    상기 수중 탐사 로봇의 배터리를 충전하는 크레인형 충전 스테이션으로서,
    상기 배터리를 충전하는 충전부와, 적외선 센서를 이용하여 접근하는 상기 수중 탐사 로봇을 감지하고, 상기 수중 탐사 로봇을 잡아 상기 충전부의 충전 위치에 위치시키는 크레인을 포함하는 크레인 충전 스테이션
    을 포함하는 충전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충전부는 제1 코일을 구비하고 상기 수중 탐사 로봇은 제2 코일을 구비하여, 상기 제1 및 제2 코일간의 전자기 유도에 의해 상기 배터리가 충전되는 것
    인 충전 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 크레인 및 상기 충전부는 상기 수중 밖에 위치하며,
    상기 크레인은 상기 적외선 센서를 이용하여 상기 크레인 하부의 수중에 접근한 수중 탐사 로봇을 감지하고, 상기 수중으로 하강하여 상기 수중 탐사 로봇을 잡아 수중 밖으로 빼내는 것
    인 충전 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 크레인은 전자석을 구비하여, 상기 크레인 하부의 수중에 접근한 수중 탐사 로봇을 감지하면, 상기 전자석을 작동시키고, 상기 전자석의 자력에 의해 유인된 상기 수중 탐사 로봇을 잡는 것
    인 충전 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수중 탐사 로봇은 상기 배터리의 잔량이 임계치 이하인 경우, 충전 요청 패킷을 상기 크레인형 충전 스테이션으로 전송하고,
    상기 충전 스테이션은 상기 충전 요청 패킷을 수신하면 상기 적외선 센서를 작동시키는 것
    인 충전 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수중 탐사 로봇은 상기 크레인형 충전 스테이션의 위치를 3차원 좌표계의 원점으로 하여 자신의 위치를 파악하는 것
    인 충전 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 배터리의 충전이 완료되면
    상기 크레인은 상기 수중 탐사 로봇을 상기 수중으로 내려놓는 것
    인 충전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 수중 탐사 로봇은
    상기 충전 요청 패킷을 전송한 뒤, 자신이 위치하는 3차원 좌표를 저장하고,
    상기 충전 충전이 완료된 후에는, 상기 저장한 3차원 좌표로 되돌아가 수중을 탐사하는 것
    인 충전 시스템.
  9. 충전부와 크레인을 구비하여 수중 탐사 로봇의 배터리를 충전하는 크레인형 충전 스테이션의 충전 방법에 있어서,
    배터리의 잔량이 임계치 이하인 상기 수중 탐사 로봇으로부터 충전 요청 패킷을 수신하는 단계;
    적외선 센서를 작동하여 상기 수중 탐사 로봇의 접근 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 접근한 수중 탐사 로봇을 크레인을 이용하여 잡아 충전부에 위치시키고, 상기 배터리를 충전하는 단계
    를 포함하는 충전 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 배터리의 충전이 완료되면 상기 크레인은 상기 수중 탐사 로봇을 상기 수중으로 내려놓는 단계
    를 더 포함하는 충전 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 수중 탐사 로봇이, 상기 충전 스테이션의 위치를 3차원 좌표계의 원점으로 하여 상기 충전 요청 패킷을 전송한 위치를 3차원 좌표를 저장하고, 상기 충전 충전이 완료된 후에는 상기 저장한 3차원 좌표로 되돌아가 수중을 탐사하는 단계
    를 더 포함하는 충전 방법.
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