KR101313306B1 - 부표형 모니터링 로봇 - Google Patents

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KR101313306B1
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Abstract

본 발명은 하천 또는 해양에서 다양한 역할을 수행하는 부표형 모니터링 로봇에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 부표형 모니터링 로봇은 수중에서 부력을 제공하는 몸체부, 태양광을 이용한 자가발전이 가능하도록 상기 몸체부의 상측에 배치되는 솔라셀을 포함하는 자가발전부, 카메라 및 수중 카메라를 통해 영상을 획득하고 상기 영상을 미리 설정된 영상보정방법에 따라 보정하여 수중 및 수상의 생태 환경 변화를 동시에 모니터링 하는 모니터링부, 상기 몸체부에 장착되어 상기 자가발전부로부터 동력을 제공받아 상기 몸체부가 현 위치에서 목표 이동 위치로 이동할 수 있도록 수중에서 추진력을 발생시키는 추진부, 상기 모니터링부의 모니터링을 통해 획득된 데이터를 원격으로 전송하고, 상기 자가발전부, 상기 모니터링부, 또는 상기 추진부와 관련된 제어명령을 원격으로 전송받는 무선통신부, 그리고 근접하는 물체를 감지하는 근접감지 센서를 구비하여 상기 근접감지 센서의 감지 결과 및 상기 미리 설정된 영상보정방법에 따라 보정된 영상을 함께 분석하여 상기 근접하는 물체를 회피하여 주행이 이루어지도록 상기 추진부의 추진 방향 및 속도를 제어하는 주행제어부를 포함한다.

Description

부표형 모니터링 로봇{Buoy type robot for monitoring conditions}
본 발명은 하천 또는 해양에서 다양한 역할을 수행하는 부표형 모니터링 로봇에 관한 것이다.
근래 들어 하천 또는 해양 환경 보호의 중요성에 대한 인식이 자리 잡기 시작하면서, 하천 또는 해양의 환경 상태를 파악하고 개선시키고자 하는 노력들이 다양하게 기울여지고 있다.
그런데 하천 또는 해양은 그 특성상 다양한 환경 상태를 현장측정을 통해 지속적으로 관측하고 파악하기에는 어려운 점이 많았다. 이를테면 연근해의 일정 범위에서 온도 변화량 측정, 산소요구량 측정, pH 측정 등이 지속적으로 이루어져야 하는 경우, 이를 관측선이나 조사선을 이용하여 직접적으로 수행하게 되면 막대한 인력과 장비를 현장에 계속 상주시켜야 할 뿐만 아니라, 장기간에 걸친 지속적인 관측이 어려운 한계가 있었다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 하천 또는 해양 상에 설치되는 부표에 센서 등을 부착하여 측정이 이루어지기도 하였다. 하지만 대부분의 부표는 계류식의 고정 형태이며, 고정 형태가 아니라 하더라도 그 제어를 위해서는 수동적인 조작이 필요했다. 이에 따라, 부표를 통한 측정 방식은 막대한 인력과 장비가 소요되지 않고 장기간에 걸친 지속적인 관측은 가능한 장점이 있는 대신에, 이동이 자유롭고 여러 가지 장비를 통한 다양한 측정이 가능한 관측선이나 조사선을 이용한 직접적인 현장측정에 비해 측정을 위한 이동 범위나 측정 종류가 크게 제한되는 단점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주변의 상태를 모니터링 하여 획득한 데이터를 무선으로 전송하고, 스스로 장애물을 감지하여 회피하는 능동적인 주행이 가능하며, 필요에 따라 원격 제어될 수 있고, 자가발전을 통해 전기를 생성하여 지속적인 구동이 가능한 부표형 모니터링 로봇을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 부표형 모니터링 로봇은 수중에서 부력을 제공하는 몸체부, 태양광을 이용한 자가발전이 가능하도록 상기 몸체부의 상측에 배치되는 솔라셀을 포함하는 자가발전부, 카메라 및 수중 카메라를 통해 영상을 획득하고 상기 영상을 미리 설정된 영상보정방법에 따라 보정하여 수중 및 수상의 생태 환경 변화를 동시에 모니터링 하는 모니터링부, 상기 몸체부에 장착되어 상기 자가발전부로부터 동력을 제공받아 상기 몸체부가 현 위치에서 목표 이동 위치로 이동할 수 있도록 수중에서 추진력을 발생시키는 추진부, 상기 모니터링부의 모니터링을 통해 획득된 데이터를 원격으로 전송하고, 상기 자가발전부, 상기 모니터링부, 또는 상기 추진부와 관련된 제어명령을 원격으로 전송받는 무선통신부, 그리고 근접하는 물체를 감지하는 근접감지 센서를 구비하여 상기 근접감지 센서의 감지 결과 및 상기 미리 설정된 영상보정방법에 따라 보정된 영상을 함께 분석하여 상기 근접하는 물체를 회피하여 주행이 이루어지도록 상기 추진부의 추진 방향 및 속도를 제어하는 주행제어부를 포함한다.
삭제
상기 모니터링부는 위치 상태를 파악하는 지피에스(GPS)를 포함할 수 있다.
상기 모니터링부는 수질 오염 상태 및 온도 변화를 모니터링 할 수 있다.
상기 모니터링부는 수중의 산소요구량 및 수소이온농도지수(pH)를 측정할 수 있다.
삭제
상기 무선통신부는 와이어리스 이더넷 모뎀(wireless ethernet modem)을 포함할 수 있다.
상기 솔라셀은 복수로 구비되고, 상기 복수의 솔라셀 중 절반은 상기 몸체부의 상측에 방사상으로 배치되며, 상기 복수의 솔라셀 중 나머지는 상기 복수의 솔라셀 중 절반이 방사상으로 배치된 부분의 사이마다 각각 배치될 수 있다.
상기 복수의 솔라셀은 표면이 상기 몸체부의 중심에서 외측을 향해 경사지게 형성될 수 있다.
상기 모니터링부는 상기 카메라를 통해 획득된 영상의 프레임 이미지에서 특징점을 검출하고, 상기 획득한 영상의 이전 프레임 이미지에서 검출한 이전 특징점에 대한 상기 특징점의 이동방향 및 이동크기를 검출하며, 상기 이동방향의 역방향으로 상기 이동크기만큼 상기 프레임 이미지를 이동시키고, 상기 이전 프레임 이미지에 대한 상기 프레임 이미지의 롤링방향 및 롤링각도를 검출하며, 상기 롤링방향의 역방향으로 상기 롤링각도만큼 상기 프레임 이미지를 회전시키는 영상보정모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 모니터링부를 통해 주변의 상태, 수질 오염 정도, 수중의 생태 환경 등을 파악할 수 있고, 무선통신부를 구비함으로써, 모니터링을 통해 획득된 데이터를 원하는 원격지에 전송할 수 있으며, 본 부표형 모니터링 로봇을 원격지에서 다양한 제어명령을 통해 제어할 수 있다.
또한, 솔라셀을 이용한 자가발전이 이루어짐으로써, 자체적으로 장시간 물에서 이동할 수 있고, 작동을 위해서는 에너지가 필요한 각 구성들이 지속적으로 구동될 수 있다.
또한, 복수의 솔라셀 중 절반을 방사상으로 배치하고 복수의 솔라셀 중 나머지 절반은 복수의 솔라셀 중 절반이 방사상으로 배치된 부분의 사이마다 각각 배치되도록 함으로써, 솔라셀은 태양광이 입사될 수 있는 모든 방향에 대해 항상 일정 수준 이상의 에너지 변환효율을 유지할 수 있도록 배치될 수 있으며, 배치 구조상 제작성 및 경제성을 높일 수 있다.
또한, 주행제어부와 주행제어부의 근접감지 센서 및/또는 카메라를 통해, 근접하는 물체를 파악하고 추진 방향 및 속도를 제어하여 대응함으로써, 주행 안전성을 확보할 수 있다. 아울러, 이러한 주행제어부에 의하면, 원격지로부터의 수동적인 제어를 통한 주행이 이루어지고 있는 경우라도, 근접감지 센서 및/또는 카메라를 통해 근접하는 물체가 포착되는 경우에는 자율적으로 회피한 뒤, 다시 제어명령에 따른 주행을 하는 능동적인 제어가 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 부표형 모니터링 로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1의 부표형 모니터링 로봇의 정면도이다.
도 3은 도 1의 부표형 모니터링 로봇의 측면도이다.
도 4는 도 1의 부표형 모니터링 로봇의 평면도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 부표형 모니터링 로봇(이하 '본 부표형 모니터링 로봇'이라 함)(100)은 부표처럼 부유할 수 있어 하천 또는 해양에서 사용될 수 있는 로봇에 관한 것으로, 주변의 상황을 감지하고 주변 환경의 데이터를 수집하여 원격으로 전송하며, 장애물을 자율적으로 회피하는 능동적인 이동이 이루어질 수 있는 부표형 모니터링 로봇에 관한 것이다.
이하에서는 본 부표형 모니터링 로봇(100)과 관련하여 구성들을 살핀다.
우선, 몸체부(1)의 구성을 살핀다.
몸체부(1)는 수중에서 부력을 제공한다. 본 부표형 모니터링 로붓(100)은 몸체부(1)의 부력을 통해 하천이나 해양 상에 부유될 수 있다. 예를 들면 몸체부(1)는 수중에서 부력이 생성되도록 빈 내부공간을 형성할 수 있다.
이러한 몸체부(1)는 부력을 제공하는 역할 이외에 다른 구성들이나 그 하위 구성들을 수용할 수 있는 역할도 할 수 있다. 예시적으로, 도 1 내지 도 4를 참조하면 몸체부(1)는 몸체상부(11), 그리고 몸체상부(11)와 결합되는 몸체하부(12)를 포함할 수 있다. 몸체상부(11)에는 후술할 솔라셀(21), 와이어리스 이더넷 모뎀(51), 카메라(31) 등이 장착될 수 있고, 몸체하부(12)에는 추진부(4), 수중 카메라 등이 설치될 수 있다.
참고로, 본 부표형 모니터링 로봇(100)이 부유되면서 뒤집히지 않도록 몸체부(1)는 하측의 내부 또는 외부에 무게중심을 아래쪽으로 끌어내려 균형을 잡아주는 무게중심부를 포함할 수 있다.
다음으로, 자가발전부(2)의 구성을 살핀다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 자가발전부(2)는 태양력을 이용하여 이를 전기에너지로 직접 변환 시킬 수 있는 구성이다. 즉, 자가발전부(2)는 동력을 발생하기 위한 전력을 외부로부터 공급받지 않고, 몸체부(1)의 상측에 태양광을 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치를 구비하여 이를 통해 외부의 도움 없이 스스로 구동에 필요한 전력을 생성하는 구성이다.
구체적으로는, 자가발전부(2)는 태양광을 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있도록 몸체부(1)의 상측에 배치되어 태양광을 흡수하는 솔라셀(21) 및 솔라셀(21)과 연결되어 솔라셀(21)을 통해 흡수되는 태양광을 일련의 과정을 통해 전기에너지로 변환하고 이를 충전하여 저장하는 충전부(미도시)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 충전부는 충전 가능한 배터리, 그리고 배터리의 충전 상태 및 잔량을 체크하는 충전제어부(charge controller)를 포함할 수 있다. 또한, 배터리는 복수로 구비될 수 있다.
배터리가 두 개로 구비되는 경우의 충전부의 충전 방식을 예시적으로 살펴보면, 충전제어부를 통해 두 배터리 중 잔량이 작은 배터리를 파악하여 선택한 후 선택 회로에 대한 충전을 시작하고, 충전 중인 배터리의 충전 상태를 확인하며, 충전 중인 배터리의 충전이 종료되면 다시 두 배터리 중 잔량이 작은 배터리를 파악하는 방식으로 순환될 수 있다.
이러한 자가발전부(2)를 통해 자가발전이 이루어짐으로써, 후술할 추진부(4)에 작동을 위한 동력이 제공될 수 있고, 이를 통해 본 부표형 모니터링 로봇(100)은 외부로부터의 에너지 공급 없이도 자체적으로 장시간 물에서 이동할 수 있다.
또한, 자가발전부(2)는 후술할 모니터링부(3)와 무선통신부에도 전기에너지를 제공할 수 있어, 이같이 작동을 위해서는 에너지가 필요한 각 구성들(3, 4, 5)이 자가발전부(2)를 통해 지속적으로 구동될 수 있다.
그리고 도 1 내지 도 4를 참조하면, 솔라셀(21)은 복수(211, 212)로 구비될 수 있다. 태양광의 다양한 입사 방향에 대해 소정의 변환 효율이 유지될 수 있도록, 솔라셀(21)은 복수로 구비되어 다양한 방향 및 적정한 각도에 대해 나뉘어 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
예시적으로, 복수의 솔라셀(211, 212)은 몸체부(1)의 상측에 방사상으로 배치될 수 있다. 특히 도 4를 참조하면, 복수의 솔라셀 중 절반(211)은 몸체부(1)의 상측에 방사상으로 배치될 수 있다. 또한, 복수의 솔라셀 중 나머지(212)는 복수의 솔라셀 중 절반(211)이 방사상으로 배치된 부분의 사이마다 각각 배치될 수 있다.
예시적으로, 도 4에 나타난 바와 같이 복수의 솔라셀(211, 212)은 10개일 수 있으며, 이 중 5개의 솔라셀(211)은 몸체부(1)의 중심으로부터 방사상으로 뻗어나가도록 배치될 수 있고, 나머지 5개의 솔라셀(212)은 방사상으로 뻗어나가도록 배치된 5개의 솔라셀(211)의 사이마다 배치될 수 있다. 이때 도 4를 참조하면, 나머지 5개의 솔라셀(212)은 배치되는 공간의 크기를 고려하여 방사상으로 이미 배치된 5개의 솔라셀(211)의 크기보다 작게 구비되어 배치될 수 있다.
그리고 이러한 복수의 솔라셀(211, 212)은 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이 표면(213)이 몸체부(1)의 중심에서 외측을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 복수의 솔라셀(211, 212)의 표면(213)은 몸체부(1)의 중심에 가까울수록 높게 구비되고 몸체부(1)의 중심으로부터 멀어질수록 낮게 구비되는 경사로 형성될 수 있다.
이 같은 방식을 통해 솔라셀(21)은 태양광이 입사될 수 있는 모든 방향에 대해 항상 일정 수준 이상의 에너지 변환효율을 유지할 수 있도록 배치될 수 있다. 특히 도 4에 나타난 바와 같이, 솔라셀(21)의 판넬이 일반적으로 직사각형의 형상으로 구비되는 것을 고려하면, 직사각형 판넬의 방사상의 배치 및 이러한 방사상의 배치 사이의 공간의 크기를 고려한 작은 직사각형 판넬의 방사상의 배치는 일반적인 직사각형 판넬을 활용하는 최적의 배치 구조라 할 수 있다. 즉, 솔라셀(21)의 이와 같은 배치 구조는 태양광이 입사될 수 있는 모든 방향에 대응할 수 있는 최적의 배치 구조임과 동시에, 이 같은 배치 구조에는 일반적인 직사각형 판넬을 활용할 수 있고 그 구조도 복잡하지 않으므로 제작성 및 경제성도 높일 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 모니터링부(3)를 살핀다.
모니터링부(3)는 주변의 상태를 모니터링 한다. 예시적으로, 본 부표형 모니터링 로봇(100)은 모니터링부(3)를 통해 연근해나 호소계 경계의 수질 오염 상태, 온도 변화, 수중 생태 환경 변화 등의 환경 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있으며, 이러한 환경 상태에 관한 데이터를 수집할 수 있다. 즉, 모니터링부(3)는 하천 또는 해양의 수질 오염 상태, 온도 변화 등을 모니터링 할 수 있다. 이러한 다양한 환경 상태에 대한 모니터링 및 데이터 수집을 위해 모니터링부(3)의 하위 구성들은 본 부표형 모니터링 로봇(100) 상의 필요한 위치마다 각각 나뉘어 형성될 수 있다.
또한, 모니터링부(3)는 수중의 산소요구량 및 수소이온농도지수(pH)를 측정할 수 있다. 예시적으로, 모니터링부(3)에는 이러한 수질 오염 분석의 지표들을 측정하기 위해 COD/pH 센서가 구비될 수 있다. 아울러, 모니터링부(3)는 수중을 촬영하는 수중 카메라를 포함할 수 있다. 이러한 수중 카메라를 통해 수중의 생태 환경에 관한 데이터를 수집할 수 있다.
그리고 도 1 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 모니터링부(3)는 팬(pan) 구동 및 틸트(tilt) 구동이 가능하도록 몸체부(1)의 상측에 배치되는 카메라(31)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 카메라(31)가 360도의 팬 각도와 130도의 틸트 각도로 구동될 수 있도록 설정되면, 본 부표형 모니터링 로봇(100)이 물에 부유한 상태에서 롤링(rolling) 되며 흔들리는 것을 감안하더라도 주변 360도의 방향에 대한 모든 감시가 실질적으로 가능해질 수 있다.
또한, 모니터링부(3)는 카메라(31)를 통해 획득된 영상의 프레임 이미지에서 특징점을 검출하고, 획득한 영상의 이전 프레임 이미지에서 검출한 이전 특징점에 대한 특징점의 이동방향 및 이동크기를 검출하며, 이동방향의 역방향으로 이동크기만큼 프레임 이미지를 이동시키고, 이전 프레임 이미지에 대한 프레임 이미지의 롤링방향 및 롤링각도를 검출하며, 롤링방향의 역방향으로 롤링각도만큼 프레임 이미지를 회전시키는 영상보정모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
이때, 특징점은 해리스 코너 검출법(Harris corner detector)에 의해 검출될 수 있다. 해리스 코너 검출법은 프레임 이미지 내에 상하좌우로 움직이는 윈도우를 형성하여, 이러한 윈도우 내의 화소 값의 변화를 분석함으로써 코너점(특징점)을 찾는 방식으로 구현될 수 있다.
또한, 이동방향 및 이동크기는 옵티컬 플로우(optical flow)에 의해 검출될 수 있다. 옵티컬 플로우는 두 프레임 사이의 움직임을 추정하는 경우에 사용되는 방법으로, 밀집 옵티컬 플로우와 희소 옵티컬 플로우로 나눌 수 있다. 밀집 옵티컬 플로우는 영상 프레임에 포함되는 모든 픽셀의 속도를 구하는 것이고, 희소 옵티컬 플로우는 특징점들의 속도를 구하는 것이다.
영상보정모듈에는 특징점들의 속도를 구하는 희소 옵티컬 플로우를 사용할 수 있다. 예시적으로, 영상보정모듈에는 루카스카나데(Lucas-Kanade) 옵티컬 플로우를 사용할 수 있다. 루카스카나데 방법은 작은 지역 원도우를 사용하기 때문에 비교적 빠른 움직임에 대해서도 추적이 가능하고, 모든 픽셀의 속도를 구하지 않고 특징점들의 속도만을 구하기 때문에 연산속도가 빠른 장점이 있다.
다만, 루카스카나데 방법은 작은 지역 윈도우를 사용하므로 해당 원도우보다 큰 움직임이 발생 하였을 경우 움직임을 계산하기 어려운 점은 있다. 그렇지만 실시간으로 빠른 영상보정이 이루어지도록 하기 위해서는, 빠른 움직임에 대한 추적이 가능한 점, 연산속도가 빠른 점이 더 중요하게 작용될 수 있음에 더 비중을 둘 수 있을 것이다.
또한, 상술한 롤링방향 및 롤링각도는 롤링감지센서에 의해 검출될 수 있다. 즉, 영상의 롤링방향의 흔들림에 대해서는, 이러한 센서를 통해 롤링방향의 회전각도 데이터를 받아 보정이 이루어질 수 있다. 모니터링부(3)는 이러한 롤링감지센서를 포함할 수 있다.
이같은 영상보정모듈을 통해, 카메라(31)에 의해 획득된 영상이 상하좌우로 흔들렸을 때의 보정과 롤링으로 인해 흔들렸을 때의 보정이 이루어 질 수 있어, 흔들림이 감소된 보다 안정적인 영상을 제공받을 수 있게 된다.
아울러, 이러한 카메라(31)는 후술할 주행제어부의 근접감지 센서와 조합되어 추진부(4)의 추진 방향 및 속도를 제어할 수 있다. 이에 대해서는 주행제어부의 구성을 살피면서 다시 설명한다.
또한, 이러한 주변 환경 상태와 관련하여 모니터링 된 각종 데이터, 수중 카메라 또는 카메라(31)의 영상 등은 후술할 무선통신부를 통해 원격지, 이를테면 육지에 있는 통합관제센터와 같은 곳에 전송될 수 있다.
그리고 모니터링부(3)는 위치 상태를 파악하는 지피에스(GPS)를 포함할 수 있다. 본 부표형 모니터링 로봇(100)은 GPS를 통해 하천이나 해양 상에서의 자기 위치를 인식할 수 있다. 이러한 GPS는 다음과 같이 활용될 수 있다. 즉, 후술할 무선통신부를 통해 원격으로 전송된 제어명령이 목표 이동 위치에 관한 것인 경우, 이러한 GPS를 이용하여 현재의 자기 위치를 인식하고 이를 기준으로 GPS를 통해 지속적으로 가이드 받으면서 지정된 목표 이동 위치로 이동할 수 있다.
또한, 이러한 모니터링부(3)는 상술한 자가발전부(2)로부터 전기를 공급받아 장시간에 걸쳐 지속적으로 구동되며 정해진 역할을 수행할 수 있다.
이와 같이, 모니터링부(3)의 다양한 센서, 측정 장치, 수중 카메라, 카메라(31) 등을 통해 주변의 상태, 수질 오염 정도, 수중의 생태 환경 등을 파악할 수 있고, GPS를 이용함으로써 원하는 목표 지점에 손쉽게 도달할 수 있게 되며, 모니터링을 위해 구비된 카메라(31)를 주행제어부를 통한 분석에 함께 활용함으로써 본 부표형 모니터링 로봇(100)의 자율 주행이 보다 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.
다음으로, 추진부(4)의 구성을 살핀다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 추진부(4)는 수중에서 추진력을 제공하도록 몸체부(1)에 장착될 수 있다. 추진부(4)는 일반적으로 수중에 대부분이 잠기게 되는 몸체하부(12)에 도 1 내지 도 4에 나타난 바와 같이 장착될 수 있다. 또한, 추진부(4)는 추진을 위한 프로펠러(41)를 구비할 수 있다.
이러한 추진부(4)는 후술할 무선통신부, 또는 상술한 모니터링부(3)의 GPS, 카메라, 수중 카메라, 후술할 주행제어부 등과 연계되어 주행 방향 및 속도를 정할 수 있다. 이를테면 무선통신부를 통해 목표 이동 위치를 전송받은 경우 GPS와 연계되어 목표 이동 위치로 이동될 수 있도록 추진부(4)가 제어될 수 있고, 수중 카메라가 수중 생태 환경에 있어서 특징적인 부분을 알고리즘 등을 통해 분석하여 접근하고자 하는 경우 이와 연계되는 주행이 이루어질 수도 있다.
또한, 카메라(31)가 본 부표형 모니터링 로봇(100)의 주행 방향 쪽에 부유하고 있는 장애물을 발견하였을 경우 근접감지 센서와 연계되어 주행제어부를 통해 추진부(4)는 이를 회피하도록 제어될 수 있다.
그리고 이러한 추진부(4)는 상술한 자가발전부(2)로부터 전기를 공급받아 장시간에 걸쳐 지속적으로 구동될 수 있다.
다음으로, 무선통신부의 구성을 살핀다.
무선통신부는 모니터링부(3)의 모니터링을 통해 획득된 데이터를 원격으로 전송할 수 있다. 또한, 무선통신부는 자가발전부(2), 모니터링부(3), 또는 추진부(4)와 관련된 제어명령을 원격으로 전송받을 수 있다. 예시적으로 도 1 내지 도 3을 참조하면, 무선통신부는 와이어리스 이더넷 모뎀(51)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 모니터링부(3)의 모니터링을 통해 획득된 데이터는 이러한 와이어리스 이더넷 모뎀(51)을 통해 원격지로 전송될 수 있다. 참고로, 모니터링부(3)의 모니터링을 통해 획득된 데이터는 상술한 바와 같이 주변의 상태, 수질 오염 정도, 수중의 생태 환경 등에 관해 획득된 데이터, GPS 위치 정보, 카메라(31)나 수중 카메라를 통해 수집된 영상 자료 등이 포함될 수 있다.
또한, 와이어리스 이더넷 모뎀을 통해 제어명령이 원격으로 전송될 수 있어, 본 부표 모니터링 로봇(100)에 대한 다양한 원격지 조정이 이루어질 수 있다. 이를테면 원격 제어명령을 통해 모니터링부(3)에 구비된 각종 센서의 감도나 측정 범위 등의 설정값을 변경할 수도 있고, 카메라의 팬 또는 틸트 구동을 제어할 수도 있으며, 수중 카메라의 촬영 상태를 조정할 수도 있고, 추진부(4)의 추진력이나 추진방향을 달리할 수도 있다.
참고로, 도면에는 무선통신부 중 와이어리스 이더넷 모뎀(51)의 구성이 도시되어 있고, 이러한 와이어리스 이더넷 모뎀을 통해 데이터를 원격으로 전송하거나 제어명령을 원격으로 전송받는 무선통신부의 자체의 구성은 도면상 도시되어 있지 않으며 몸체부(1)의 내측, 이를테면 몸체상부(11)의 내측에 구비될 수 있다.
다음으로, 주행제어부(미도시)의 구성을 살핀다.
도면에는 도시되지 않았으나, 주행제어부는 근접하는 물체를 감지하는 근접감지 센서를 구비한다. 주행제어부는 이러한 근접감지 센서의 감지 결과에 따라 근접하는 물체를 회피하여 주행이 이루어지도록 추진부(4)의 추진 방향 및 속도를 제어할 수 있다. 예시적으로, 근접감지 센서는 초음파 센서(ultra sonic sensor)일 수 있으며, 이러한 초음파 센서를 통해 전면에 출현하는 장애물을 감지하고, 주행제어부는 이에 따라 추진부(4)를 제어할 수 있다.
여기서, 물체가 근접한다는 의미는 본 부표형 모니터링 로봇(100)을 기준으로 한 상대적인 개념이므로, 물체가 이동하여 본 부표형 모니터링 로봇(100)에 근접하게 되는 경우와, 본 부표형 모니터링 로봇(100)이 이동하여 물체에 근접하게 되는 경우를 모두 포함할 수 있다.
또한, 주행제어부는 근접감지 센서의 감지 결과와 모니터링부(3)에서 상술한 카메라(31)를 통해 획득된 영상을 함께 분석하여 추진부(4)의 추진 방향 및 속도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 카메라(31)를 통해 획득된 영상은 영상에서 특징이 되는 지점들을 추출하고 이러한 특징이 되는 지점들의 변화에 따라 근접하는 물체를 파악해내는 알고리즘 등을 통해 분석될 수 있다. 이와 같이 근접감지 센서의 감지와 함께 카메라(31)를 통한 영상적인 측면에서의 분석까지 이루어지도록 함으로써, 보다 정확하게 근접하는 물체를 파악할 수 있고, 보다 신속하게 추진부(4)의 추진 방향 및 속도를 제어하여 대응할 수 있다. 또한, 이러한 근접감지 센서와 카메라(31)는 주변 감시 기능도 수행할 수 있다.
나아가, 원격지로부터의 제어명령이 무선통신부를 통해 추진부에 전달되어 특정 속도로 특정 방향에 대해 수동적인 제어에 의한 주행이 이루어지고 있는 경우라도, 주행제어부는 상술한 근접감지 센서나 카메라(31)를 통해 근접하는 장애물이 포착되는 경우에는 이러한 장애물을 자율적으로 회피한 뒤, 다시 제어명령에 따른 주행이 이루어지도록 제어할 수 있다. 원격지로부터의 수동적인 제어로는 근접하는 장애물을 쉽게 파악하여 대응하기 어려울 것이므로, 주행제어부의 근접감지 센서와 카메라(31)를 통해 능동적인 대응이 이루어지는 것이 본 부표형 모니터링 로봇(100)의 보호에 더 유리하기 때문이다.
이러한 본 부표형 모니터링 로봇(100)에 의하면, 주변의 상태를 모니터링 하여 획득한 데이터를 무선으로 전송할 수 있고, 스스로 장애물을 감지하여 회피하는 능동적인 주행이 가능하며, 필요에 따라 원격 제어될 수 있고, 자가발전을 통해 전기를 생성하여 장시간에 걸친 지속적인 구동이 가능할 수 있다.
즉, 본 부표형 모니터링 로봇(100)은 신 재생에너지인 태양전지를 이용하여 소요 에너지를 확보하고 하천 또는 해양의 환경 상태를 다양하게 모니터링 하며, 장애물을 인식하고 회피하는 등의 자율적인 이동이 가능하고, 원격 통신을 통한 데이터 전송 및 제어가 가능하며, GPS를 통해 자기위치인식이 가능한 IT 융합 기술 기반의 수상 로봇 플랫폼의 역할을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100. 부표형 모니터링 로봇
1. 몸체부 11. 몸체상부
12. 몸체하부 2. 자가발전부
21. 솔라셀 211. 복수의 솔라셀 중 절반
212. 복수의 솔라셀 중 나머지 213. 복수의 솔라셀의 표면
3. 모니터링부 31. 카메라
4. 추진부 41. 프로펠러
51. 와이어리스 이더넷 모뎀

Claims (10)

  1. 수중에서 부력을 제공하는 몸체부,
    태양광을 이용한 자가발전이 가능하도록 상기 몸체부의 상측에 배치되는 솔라셀을 포함하는 자가발전부,
    카메라 및 수중 카메라를 통해 영상을 획득하고 상기 영상을 미리 설정된 영상보정방법에 따라 보정하여 수중 및 수상의 생태 환경 변화를 동시에 모니터링 하는 모니터링부,
    상기 몸체부에 장착되어 상기 자가발전부로부터 동력을 제공받아 상기 몸체부가 현 위치에서 목표 이동 위치로 이동할 수 있도록 수중에서 추진력을 발생시키는 추진부,
    상기 모니터링부의 모니터링을 통해 획득된 데이터를 원격으로 전송하고, 상기 자가발전부, 상기 모니터링부, 또는 상기 추진부와 관련된 제어명령을 원격으로 전송받는 무선통신부, 그리고
    근접하는 물체를 감지하는 근접감지 센서를 구비하여 상기 근접감지 센서의 감지 결과 및 상기 미리 설정된 영상보정방법에 따라 보정된 영상을 함께 분석하여 상기 근접하는 물체를 회피하여 주행이 이루어지도록 상기 추진부의 추진 방향 및 속도를 제어하는 주행제어부를 포함하는 부표형 모니터링 로봇.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 모니터링부는 위치 상태를 파악하는 지피에스(GPS)를 포함하는 부표형 모니터링 로봇.
  4. 제1항에서,
    상기 모니터링부는 수질 오염 상태 및 온도 변화를 모니터링 하는 부표형 모니터링 로봇.
  5. 제1항에서,
    상기 모니터링부는 수중의 산소요구량 및 수소이온농도지수(pH)를 측정하는 부표형 모니터링 로봇.
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 무선통신부는 와이어리스 이더넷 모뎀(wireless ethernet modem)을 포함하는 부표형 모니터링 로봇.
  8. 제1항에서,
    상기 솔라셀은 복수로 구비되고,
    상기 복수의 솔라셀 중 절반은 상기 몸체부의 상측에 방사상으로 배치되며,
    상기 복수의 솔라셀 중 나머지는 상기 복수의 솔라셀 중 절반이 방사상으로 배치된 부분의 사이마다 각각 배치되는 부표형 모니터링 로봇.
  9. 제8항에서,
    상기 복수의 솔라셀은 표면이 상기 몸체부의 중심에서 외측을 향해 경사지게 형성되는 부표형 모니터링 로봇.
  10. 제1항에서,
    상기 모니터링부는 상기 카메라를 통해 획득된 영상의 프레임 이미지에서 특징점을 검출하고, 상기 획득한 영상의 이전 프레임 이미지에서 검출한 이전 특징점에 대한 상기 특징점의 이동방향 및 이동크기를 검출하며, 상기 이동방향의 역방향으로 상기 이동크기만큼 상기 프레임 이미지를 이동시키고, 상기 이전 프레임 이미지에 대한 상기 프레임 이미지의 롤링방향 및 롤링각도를 검출하며, 상기 롤링방향의 역방향으로 상기 롤링각도만큼 상기 프레임 이미지를 회전시키는 영상보정모듈을 더 포함하는 부표형 모니터링 로봇.
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