KR101258955B1 - 수중 로봇 시스템 - Google Patents

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KR101258955B1
KR101258955B1 KR1020110124530A KR20110124530A KR101258955B1 KR 101258955 B1 KR101258955 B1 KR 101258955B1 KR 1020110124530 A KR1020110124530 A KR 1020110124530A KR 20110124530 A KR20110124530 A KR 20110124530A KR 101258955 B1 KR101258955 B1 KR 101258955B1
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KR
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management system
active
tether
underwater
tether management
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Application number
KR1020110124530A
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English (en)
Inventor
박귀홍
박영준
윤인근
조기수
허종행
주성문
최용호
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/48—Means for searching for underwater objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices

Abstract

수중 로봇 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예들에 따른 수중 로봇 시스템은, 수중 장비와 해저에서 연결되는 제1 테더 케이블을 구비하며, 상기 수중 장비에 상기 제1 테더 케이블이 연결된 상태에서 부유식 해상 구조물로부터 상기 수중 장비로 공급되는 전원을 상기 제1 테더 케이블을 통해 전달받는 액티브 테더 관리 시스템; 및 상기 액티브 테더 관리 시스템과 제2 테더 케이블로 연결되고, 상기 수중 장비의 위치를 감지하여 상기 액티브 테더 관리 시스템에 구비된 상기 제1 테더 케이블을 상기 수중 장비에 연결해 주는 ROV(Remotely Operated Vehicle)를 포함한다.

Description

수중 로봇 시스템{UNDERWATER ROBOT SYSTEM}
본 발명은, 수중 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, ROV(Remotely Operated Vehicle)를 효율적으로 운영할 수 있는 수중 로봇 시스템에 관한 것이다.
최근 연근해에서 이루어지던 각종 수중 탐사가 심해로 이동하고 있으며, 이에 따라 심해에서의 수중 탐사 및 생산 작업을 위한 수중 장비의 설치 및 유지보수를 수행하기 위해 ROV(Remotely Operated Vehicle)가 사용되고 있다.
이때, ROV가 심해에서 사용되기 위해서는 해상의 선박과의 연결을 위한 테더(tether) 케이블을 필요로 하며, 상기 테더 케이블을 제어하고, ROV가 테더 케이블로부터 받는 직접적인 영향을 감소시키기 위해서는 테더 관리 시스템(Tether Management System; TMS)의 사용이 필수적이다.
그러나, 상기와 같은 구성에 의해서도 심해로 갈수록 ROV의 운영을 위한 테더 케이블은 길어지고, ROV 운영을 위한 크레인 시설 및 선박의 크기가 커지는 문제가 발생하게 되며, 운영선박의 비용도 증가하게 된다.
예컨대, 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2009-0074547호에 보면 수중진수장치 및 원격제어 무인잠수정이 개시되어 있다.
개시된 기술의 경우, 원격제어 무인잠수정의 작업을 지원하는 수중진수장치 및 수중진수장치와 중성부력케이블로 연결되어 있으며, 선박으로부터 원격으로 제어됨으로써 해저탐사 및 정밀작업을 수행하는 원격제어 무인잠수정을 포함하는 복합형 심해 무인잠수정 시스템이다.
그런데, 상기 문헌에 개시된 기술을 비롯하여 현재까지 알려진 무인잠수정의 경우, 연결된 케이블에 의해 이동하는데 있어서 다소 한계가 있으므로 이에 대한 적절한 대안이 요구된다.
대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 제10-2009-0074547호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배터리를 내장하여 자유롭게 이동이 가능한 액티브 테더 관리 시스템과 그 내부에 장착된 ROV를 이용함으로써 ROV 운영 시, 테더 케이블로 인한 제한된 움직임을 개선할 수 있고, 심해에서의 오랜 작업시간을 보장할 수 있는 수중 로봇 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중 장비와 해저에서 연결되는 제1 테더 케이블을 구비하며, 상기 수중 장비에 상기 제1 테더 케이블이 연결된 상태에서 부유식 해상 구조물로부터 상기 수중 장비로 공급되는 전원을 상기 제1 테더 케이블을 통해 전달받는 액티브 테더 관리 시스템; 및 상기 액티브 테더 관리 시스템과 제2 테더 케이블로 연결되고, 상기 수중 장비의 위치를 감지하여 상기 액티브 테더 관리 시스템에 구비된 상기 제1 테더 케이블을 상기 수중 장비에 연결해 주는 ROV(Remotely Operated Vehicle)를 포함하는 수중 로봇 시스템이 제공될 수 있다.
상기 제2 테더 케이블은, 상기 액티브 테더 관리 시스템에 구비된 윈치에 감기거나 풀리는 방식으로 구비되며, 상기 제2 테더 케이블에 의해 상기 액티브 테더 관리 시스템과 상기 ROV 간의 거리조절이 가능할 수 있다.
상기 ROV는, 상기 액티브 테더 관리 시스템과 결합 또는 분리가능하도록 구비되며, 상기 액티브 테더 관리 시스템이 상기 해저에 도달한 경우 상기 제2 테더 케이블에 의해 상기 액티브 테더 관리 시스템과 연결된 상태로 상기 액티브 테더 관리 시스템으로부터 분리될 수 있다.
상기 액티브 테더 관리 시스템은, 상기 액티브 테더 관리 시스템과 상기 수중 장비 사이의 입출력을 제어하는 인터페이스부; 상기 수중 장비와 연결되기 전에는 초기 전원을 사용하고, 상기 수중 장비와 연결된 후에는 상기 수중 장비를 통해 공급되는 전원을 사용하는 전원부; 현재 위치 정보를 감지하고, 감지 결과를 출력하는 센서부; 상기 감지 결과에 기초하여 상기 현재 위치 정보에 대응하는 제어 신호를 발생하는 제어부; 및 상기 제어 신호에 기초하여 이동 방향을 제어하는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 액티브 테더 관리 시스템이 상기 해저에 도달했음을 감지한 경우, 감지 결과를 출력하고, 상기 제어부는 상기 감지 결과를 수신한 경우, 상기 ROV가 상기 액티브 테더 관리 시스템으로부터 분리되도록 제어할 수 있다.
상기 센서부는, 위치 인식 센서, 깊이 센서 및 초음파 물체 감지센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 구동부는, 3방향으로 이동 가능하도록 구현되며, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 액티브 테더 관리 시스템의 이동 방향을 상하, 전후 및 좌우 방향으로 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 액티브 테더 관리 시스템의 내부에 ROV를 구비함으로써 ROV 운영 시, 테더 케이블로 인한 제한된 움직임을 개선할 수 있고, 심해에서의 오랜 작업시간을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 로봇 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수중 로봇 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 테더 관리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 로봇 시스템의 운영 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 로봇 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 부유식 해상 구조물(20)은 엄비리컬(umbilical) 케이블(30)을 통해 심해의 각종 수중 장비들(400a, 400b)과 연결된다. 이때, 엄비리컬 케이블(30)은 통신 라인 및 전원 공급 라인을 포함할 수 있다.
부유식 해상 구조물(20)은 엄비리컬 케이블(30)을 통해 수중 장비들(400a, 400b)을 제어 또는 모니터링 할 수 있으며, 수중 장비들(400a, 400b)로 전원을 공급할 수 있다. 이때, 부유식 해상 구조물(20)은 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물 또는 선박일 수 있다.
또한, 심해에는 수중 장비들(400a, 400b)을 설치하거나, 설치된 이후의 유지보수를 위해 액티브 테더 관리 시스템(active tether management system, 100a, 100b) 및 ROV(Remotely Operated Vehicle; 300a, 300b)가 구성될 수 있다.
액티브 테더 관리 시스템(100a, 100b)은 수중 장비(400a, 400b)와 해저에서 연결되는 제1 테더 케이블(40a, 40b)을 구비하며, 수중 장비(400a, 400b)에 제1 테더 케이블(40a, 40b)이 연결된 상태에서 부유식 해상 구조물(20)로부터 수중 장비(400a, 400b)로 공급되는 전원을 제1 테더 케이블(40a, 40b)을 통해 전달받을 수 있다.
또한, ROV(300a, 300b)는 액티브 테더 관리 시스템(100a, 100b)과 제2 테더 케이블(50a, 50b)로 연결되고, 수중 장비(400a, 400b)의 위치를 감지하여 액티브 테더 관리 시스템(100a, 100b)에 구비된 제1 테더 케이블(40a, 40b)을 수중 장비(400a, 400b)에 연결해 줄 수 있게 된다. 이를 위한, 수중 로봇 시스템(10)의 일 예가 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.
도 2는 도 1에 도시된 수중 로봇 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2에서는 하나의 수중 장비(400)에 대응하는 수중 로봇 시스템(10) 만을 예로 들어 설명한다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 수중 로봇 시스템(10)은 액티브 테더 관리 시스템(100), 윈치(winch, 200) 및 ROV(300)를 포함하며, 액티브 테더 관리 시스템(100)은 인터페이스(110), 전원부(120), 센서부(130), 제어부(140) 및 구동부(150)를 포함한다.
인터페이스부(110)는 액티브 테더 관리 시스템(100)과 수중 장비(400) 사이의 입출력을 제어한다. 이때, 액티브 테더 관리 시스템(100)은 제1 테더 케이블(40)을 통해 액티브 테더 관리 시스템(100) 및 수중 장비(400) 사이에 데이터 전달 및 전원 공급을 수행할 수 있게 된다.
즉, 수중 장비(400)는 엄비리컬 케이블(30)을 통해 부유식 해상 구조물(20)에 연결되어 있으며, 제1 테더 케이블(40)을 통해 액티브 테더 관리 시스템(100)과 연결될 수 있으므로, 수중 로봇 시스템(10)은 부유식 해상 구조물(20)에 의한 제어가 가능하게 된다.
전원부(120)는 외부(예컨대, 부유식 해상 구조물(20))로부터 전원을 공급받아 충전된 상태로 액티브 테더 관리 시스템(100)이 부유식 해상 구조물(20)로부터 입수하여 해저 면으로 도달하는 동안 초기 전원을 제공한다. 또한, 전원부(120)는 액티브 테더 관리 시스템(100)이 해저 면에 도달한 이후, 부유식 해상 구조물(20)로부터 수중 장비(400)를 통해 공급되는 전원을 이용하여 충전하며, 충전된 전원을 ROV(300)로 공급할 수 있다.
즉, 전원부(120)는 액티브 테더 관리 시스템(100)이 해저 면에 도달하여 수중 장비(400)와 연결되기 이전에는 초기 전원을 사용하고, 해저 면에 도달하여 수중 장비(400)와 연결된 이후에는 수중 장비(400)를 통해 공급되는 전원을 사용할 수 있게 된다.
센서부(130)는 액티브 테더 관리 시스템(100)의 동작 방향에 기초하여 현재 위치 정보를 감지하고, 감지된 결과를 제어부(140)로 출력한다. 또한, 센서부(130)는 액티브 테더 관리 시스템(100)이 해저 면에 도달했음을 감지한 경우, 감지된 결과를 제어부(140)로 출력할 수 있다. 이를 위해, 센서부(130)는 위치 인식 센서(미도시), 깊이 센서(미도시) 및 초음파 물체 감지센서(미도시) 등을 포함할 수 있다.
제어부(140)는 센서부(130)로부터 출력된 현재 위치 정보를 수신하고, 현재 위치 정보에 대응하는 제어 신호(미도시)를 발생할 수 있다. 제어부(140)는 센서부(130)로부터 해저 면에 도달했음을 감지한 결과를 수신한 경우, 액티브 테더 관리 시스템(100)과 결합 또는 분리가능하도록 구비된 ROV(300)가 액티브 테더 관리 시스템(100)으로부터 분리되도록 제어할 수 있다.
구동부(150)는 액티브 테더 관리 시스템(100)이 3방향으로 이동 가능하도록 구현된 것으로, 현재 위치 정보에 대응하는 제어 신호에 기초하여 액티브 테더 관리 시스템(100)의 이동 방향을 상하, 전후 및 좌우 방향으로 제어할 수 있다. 이때, 구동부(150)는 스러스터(thruster)로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
윈치(200)는 ROV(300)를 운영하기 위한 것으로, 액티브 테더 관리 시스템(100) 및 ROV(300)와 연결된 상태로 액티브 테더 관리 시스템(100)에 일체형으로 구비될 수 있다. 이때, 윈치(200)는 액티브 테더 관리 시스템(100)과 ROV(300)를 연결하기 위한 제2 테더 케이블(50)을 구비할 수 있다.
제2 테더 케이블(50)은 제어부(140)의 제어에 기초하여 ROV(300)가 액티브 테더 관리 시스템(100)으로부터 분리되는 경우 이를 연결한다. 즉, 제2 테더 케이블(50)은 액티브 테더 관리 시스템(100)에 구비된 윈치(200)에 감기거나 풀리는 방식으로 구비되며, 제2 테더 케이블(50)에 의해 액티브 테더 관리 시스템(100)과 ROV(300) 사이의 거리 조절이 가능하게 된다.
또한, 수중 장비(400)로부터 액티브 테더 관리 시스템(100)의 전원 공급 및 통신을 위해 액티브 테더 관리 시스템(100)에 별도로 구비된 제1 테더 케이블(40)은 일단이 액티브 테더 관리 시스템(100)에 연결된 상태로 ROV(300)가 액티브 테더 관리 시스템(100)으로부터 분리될 때 같이 분리된다.
또한, 제2 테더 케이블(50)을 통해 액티브 테더 관리 시스템(100)과 연결된 ROV(300)는 수중 장비(400)의 위치를 감지한다. ROV(300)는 일단이 액티브 테더 관리 시스템(100)에 연결된 제1 테더 케이블(40)의 타단을 수중 장비(400)의 연결 포트에 연결함으로써, 액티브 테더 관리 시스템(100)은 부유식 해상 구조물(20)로부터 수중 장비(400)를 통해 공급되는 전원을 공급받을 수 있고, 배터리 장치로 작동하던 전원부(120)가 충전될 수 있다. 그 결과, ROV(300)는 수중 장비(400)의 유지보수 작업을 안정적으로 수행할 수 있게 된다. 이를 위해, ROV(300)는 그리퍼(gripper, 미도시), 카메라(미도시) 및 조명 장치(미도시) 등을 구비할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 테더 관리 시스템을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 액티브 테더 관리 시스템(100)의 하부에는 ROV(300)가 결합 또는 분리가능하도록 구비되며, 액티브 테더 관리 시스템(100)과 ROV(300)를 연결하기 위해 윈치(200)상기 제2 테더 케이블(50)이 구비될 수 있다.
액티브 테더 관리 시스템(100)은 센서부(130)에 의해 감지되는 위치 정보 및 이미지 정보에 기초하여 구동부(150)의 동작에 의해 하향, 전후 및 좌우로 방향을 전환하면서 심해로 입수하게 된다.
액티브 테더 관리 시스템(100)이 입수하여 해저 면에 도달한 이후, 제어부(140)는 ROV(300)가 분리되도록 제어하고, ROV(300)가 분리되는 동시에 액티브 테더 관리 시스템(100)에 연결된 제1 테더 케이블(40) 또한 액티브 테더 관리 시스템(100)으로부터 분리될 수 있다.
또한, 액티브 테더 관리 시스템(100)이 해저에 도달한 경우, ROV(300)는 제2 테더 케이블(50)에 의해 액티브 테더 관리 시스템(100)과 연결된 상태로 액티브 테더 관리 시스템(100)으로부터 분리될 수 있다.
이때, 분리된 ROV(300)는 제2 테더 케이블(50)에 의해 액티브 테더 관리 시스템(100)에 연결되고, 액티브 테더 관리 시스템(100)은 제1 테더 케이블(40)을 이용하여 수중 장비(400)를 통해서 부유식 해상 구조물(20)에 연결되므로, 부유식 해상 구조물(20)의 운영자에 의해 심해에서의 작업을 수행할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 로봇 시스템의 운영 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 액티브 테더 관리 시스템(100)은 센서부(130)에 의해 감지되는 위치 정보에 기초하여 방향을 하향, 전후 및 좌우로 전환하면서, 전원부(120)에 저장된 초기 전원을 이용하여 심해로 입수한다(S110).
액티브 테더 관리 시스템(100)은 해저 면에 도달한 이후, 액티브 테더 관리 시스템(100)에 결합 또는 분리가능하도록 구비된 ROV(300) 및 제1 테더 케이블(40)을 분리한다(S130).
제2 테더 케이블(40)을 통해 연결된 상태로 액티브 테더 관리 시스템(100)으로부터 분리된 ROV(300)는 획득된 위치 정보 및 이미지 정보에 기초하여 이동하고, 수중 장비(400)의 위치를 감지한다(S150).
ROV(300)는 수중 장비(400)의 위치가 감지된 경우, 액티브 테더 관리 시스템(100)에 구비된 제1 테더 케이블(40)을 이용하여 액티브 테더 관리 시스템(100)과 수중 장비(400)를 연결한다(S170).
액티브 테더 관리 시스템(100)은 부유식 해상 구조물(20)로부터 수중 장비(400)를 통해 공급되는 전원을 이용하여 충전하고, 충전된 전원을 ROV(300)로 공급한다(S190).
이와 같이, 본 실시예에 따른 수중 로봇 시스템(10)에 의하면, 액티브 테더 관리 시스템(100)에 ROV(300) 및 액티브 테더 관리 시스템(100)과 ROV(300)를 연결하기 위한 윈치(200)를 구비함으로써 기존의 수면에서부터 해저면까지의 케이블에 의한 ROV(300)의 움직임에 제한이 없게 된다.
또한, 액티브 테더 관리 시스템(100)이 전원부(120)를 구비함으로써 심해 입수 시 엄비리컬 케이블(30)로부터 인가되는 전원을 필요로 하지 않으며, 해저면에서만 액티브 테더 관리 시스템(100)과 수중 장비(400)사이에서의 케이블이 존재하므로 기존 방법에 비해 케이블의 영향을 줄여서 운영자의 작업효율을 개선시키는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 수중 로봇 시스템 20: 부유식 해상 구조물
30: 엄비리컬 케이블 40, 50: 테더 케이블
100: 액티브 테더 관리 시스템 110: 인터페이스부
120: 전원부 130: 센서부
140: 제어부 150: 구동부
200: 윈치 300: ROV
400: 수중 장비

Claims (7)

  1. 수중 장비와 해저에서 연결되는 제1 테더 케이블을 구비하며, 상기 수중 장비에 상기 제1 테더 케이블이 연결된 상태에서 부유식 해상 구조물로부터 상기 수중 장비로 공급되는 전원을 상기 제1 테더 케이블을 통해 전달받는 액티브 테더 관리 시스템; 및
    상기 액티브 테더 관리 시스템과 제2 테더 케이블로 연결되고, 상기 수중 장비의 위치를 감지하여 상기 액티브 테더 관리 시스템에 구비된 상기 제1 테더 케이블을 상기 수중 장비에 연결해 주는 ROV(Remotely Operated Vehicle)를 포함하는 수중 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 테더 케이블은,
    상기 액티브 테더 관리 시스템에 구비된 윈치에 감기거나 풀리는 방식으로 구비되며,
    상기 제2 테더 케이블에 의해 상기 액티브 테더 관리 시스템과 상기 ROV 간의 거리조절이 가능한 수중 로봇 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 ROV는,
    상기 액티브 테더 관리 시스템과 결합 또는 분리가능하도록 구비되며, 상기 액티브 테더 관리 시스템이 상기 해저에 도달한 경우 상기 제2 테더 케이블에 의해 상기 액티브 테더 관리 시스템과 연결된 상태로 상기 액티브 테더 관리 시스템으로부터 분리되는 수중 로봇 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액티브 테더 관리 시스템은,
    상기 액티브 테더 관리 시스템과 상기 수중 장비 사이의 입출력을 제어하는 인터페이스부;
    상기 수중 장비와 연결되기 전에는 초기 전원을 사용하고, 상기 수중 장비와 연결된 후에는 상기 수중 장비를 통해 공급되는 전원을 사용하는 전원부;
    현재 위치 정보를 감지하고, 감지 결과를 출력하는 센서부;
    상기 감지 결과에 기초하여 상기 현재 위치 정보에 대응하는 제어 신호를 발생하는 제어부; 및
    상기 제어 신호에 기초하여 이동 방향을 제어하는 구동부를 포함하는 수중 로봇 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 센서부는,
    상기 액티브 테더 관리 시스템이 상기 해저에 도달했음을 감지한 경우, 감지 결과를 출력하고,
    상기 제어부는 상기 감지 결과를 수신한 경우, 상기 ROV가 상기 액티브 테더 관리 시스템으로부터 분리되도록 제어하는 수중 로봇 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서부는,
    위치 인식 센서, 깊이 센서 및 초음파 물체 감지센서 중 적어도 하나를 포함하는 수중 로봇 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 구동부는,
    3방향으로 이동 가능하도록 구현되며,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 액티브 테더 관리 시스템의 이동 방향을 상하, 전후 및 좌우 방향으로 제어하는 수중 로봇 시스템.
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