KR101328842B1

KR101328842B1 - 해양계측용 로봇 부이

Info

Publication number: KR101328842B1
Application number: KR1020120096265A
Authority: KR
Inventors: 배진호; 최경현; 도양회
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-11-13

Abstract

본 발명은 해양계측용 로봇 부이에 관한 것으로서, 고압공기 또는 유압을 이용한 밸러스트 탱크에 의한 부력 및 무게추에 의해 수중에서 상하운동을 하는 로봇 부이에 있어서, 상기 밸러스트 탱크와 무게추를 포함하며 계측을 위한 센서가 설치된 계측부이; 상기 계측부이의 상부에 분리형으로 설치되며 보안코드를 내장하고 있고 이미지센서를 설치한 통신용 부표; 상기 계측부이의 일측에서 상하방향으로 관통하는 관통부 내에 설치되어 상기 관통부를 통과하는 해수의 유속에 의해 자체의 동력에너지를 생산하도록 한 에너지 생성부; 및 해저에 설치되어 상기 계측부이와 연결된 앵커부;로 이루어져, 자체로 생산하는 동력에너지를 사용하면서 각종의 해양데이터를 안전하게 보호받으면서 취득할 수 있는 효과가 있다.

Description

해양계측용 로봇 부이{ROBOT BUOY FOR MEASURING OF SEA}

본 발명은 해양계측용 로봇 부이에 관한 것으로서, 상세히는 해양정보를 계측하기 위한 각종의 센서를 설치한 계측부이에 보안통신을 위해 분리형으로 설치된 통신용 부표를 설치하고, 상기 계측부이를 관통하는 해수의 흐름에 의해 자체 동력에너지를 생성하며, 해저의 앵커부와 연결하여 필요에 따라 부상 또는 잠수를 하도록 한 해양계측용 로봇 부이에 관한 것이다.

최근 지구온난화, 자연재해의 급증 등 인류의 생존을 위협하는 전 지구적 해양환경 변화의 심화로 해양정보에 대한 지속적인 모니터링이 필요하며, 이러한 차원에서 주변해역을 효율적으로 관리하고 해양자원의 지속가능한 개발·이용 및 관리를 위한 종합적인 국가해양관측 시스템 확보와 실시간 해양관측자료의 효율적인 관리체계 구축이 선행되어야 할 것으로 보인다.

따라서 중장기 해양변화에 따른 연안침식, 해수면 변화, 해양생태계 변동 등에 대한 보다 정확한 예측 및 대응능력 증대를 위해서는 효율적인 해양관측 시스템이 요구되고 있다.

이러한 요구에 부응하여 다양한 해양관측 시스템으로서 도 6에 도시한 바와 같이 물에 뜨는 부표(부이)를 이용한 해양관측용 부표가 있다.

상기 해양관측용 부표는 해수면에 뜨는 부상체(1)와, 이 부상체에 장착되어 해수상태를 감지 및 수집하는 해수 측정기(2)와, 상기 해수 측정기와 연결되어 데이터를 전송받으며 무선통신망을 이용하여 원격지에 수집 데이터를 교류하는 무선 중계기(3)와, 상기 해수 측정기와 무선 중계기로 전원을 공급하는 솔라전원 공급장치(4)로 구성되는 해양관측용 부표에 있어서, 상기 부상체(1)는 중공의 원구 형태로 구비되면서 상부통체(10)와 하부통체(2)로 분리되며, 상기 상부통체(10)는 외면으로 솔라셀이 부착되고 내면으로는 전장품을 회로적으로 연결하는 회로기판과 무선 중계기가 탑재된 상태에서 수밀 유지를 위한 수밀 충진재(15)가 충진되며, 상기 하부통체(20)는 차지 컨트롤러와 배터리 및 해수 측정기가 탑재된 상태에서 밸런스 유지를 위한 중량 충진재(25)가 충진되는 것으로 구성된다.

그러나 상기한 종래 해양관측용 부표는 해수면에 항상 떠있는 상태에 있기 때문에 보안성이 취약하여 무단으로 훼손하거나 절도를 당할 수 있는 등 부표의 보호에 취약하다는 문제가 있으며, 태양열에 의해 저장된 솔라전원 공급장치의 전기에너지로 작동을 위한 전원을 공급받지만, 태양열의 특성상 날씨가 흐린 날 등에는 솔라전원 공급장치에 의한 전기에너지의 저장에 제한을 받을 수밖에 없어, 항상 안정적으로 전원을 공급받지 못한다고 하는 문제가 있다.

한국 등록특허 제10-1011887호

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 해양의 다양한 정보를 계측하여 알려주는 계측부이를 해저의 앵커부에 연결된 로봇의 형태로 제작하되, 보안에 취약한 상기 계측부이를 보완하기 위해 보안코드와 이미지센서를 계측부이에 분리형으로 설치된 통신용 부표에 설치하고, 에너지 생성부에 의해 자체의 동력에너지를 생산하도록 한 해양계측용 로봇 부이를 제공함에 있다.

다른 목적은 상기 에너지 생성부는 계측부이를 관통하는 관통부에 설치한 터빈과 이 터빈에 연결된 발전기 및 배터리로 구성하거나, 상기 관통부에 설치된 피에조 소자와 이 피에조 소자에 연결된 배터리로 구성한 해양계측용 로봇 부이를 제공함에 있다.

또 다른 목적은 상기 앵커부는 해저에 고정된 앵커, 이 앵커와 계측부이 및 통신용 부표 사이에 연결된 앵커라인으로 구성하거나, 앵커, 이 앵커에 내장되어 태엽스프링에 의해 회전하는 권취봉 및 상기 앵커와 계측부이 사이에 연결된 앵커라인으로 구성한 해양계측용 로봇 부이를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 해양계측용 로봇 부이는, 고압공기 또는 유압을 이용한 밸러스트 탱크에 의한 부력 및 무게추에 의해 수중에서 상하운동을 하는 로봇 부이에 있어서, 상기 밸러스트 탱크와 무게추를 포함하며 계측을 위한 센서가 설치된 계측부이; 상기 계측부이의 상부에 분리형으로 설치되며 보안코드를 내장하고 있고 이미지센서를 설치한 통신용 부표; 상기 계측부이의 일측에서 상하방향으로 관통하는 관통부 내에 설치되어 상기 관통부를 통과하는 해수의 유속에 의해 자체의 동력에너지를 생산하도록 한 에너지 생성부; 및 해저에 설치되어 상기 계측부이와 연결된 앵커부;로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.

또, 상기 통신용 부표는 내장된 통신단말기와 중계기를 더 포함하며, 상기 통신단말기는 GPS수신기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 계측부이의 관통부에 설치된 에너지 생성부는 상기 관통부의 한쪽 측면에 설치되어 관통부를 통과하는 해수의 유속에 의해 회전하는 터빈과, 상기 회전하는 터빈에 연결된 발전기 및 배터리이거나, 상기 관통부의 양쪽 측면에 설치되어 관통부를 통과하는 해수의 유속에 의해 진동하는 피에조 소자와, 상기 진동하는 피에조 소자에 연결된 배터리인 것이 바람직하다.

상기 앵커부는 해저에 설치된 앵커와, 상기 앵커의 내부에 설치되어 태엽스프링에 의해 회전하도록 한 권취봉과, 상기 권취봉에 감겨 계측부이와 연결된 앵커라인을 포함하여, 상기 태엽스프링에 의한 상기 권취봉의 회전에 의해 앵커라인이 감기거나 풀어지면서 계측부이가 수중에서 상하로 이동하도록 한 것이나, 해저에 설치된 앵커와, 상기 앵커와 계측부이 및 통신용 부표 사이를 연결한 앵커라인을 포함하여, 상기 계측부이는 앵커라인을 따라 수중에서 상하로 이동하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 해양계측용 로봇 부이에 의하면, 해양 환경의 객관적이고 과학적인 자료를 지속적으로 생산하여 제공하므로 3면이 해양으로 둘러 싸여있는 우리 나라의 해양과학의 발전 및 이를 통한 해양개발의 새로운 국가발전 전략 수립에 기여하는 효과가 있다.

또, 연안 및 접경 해역의 다양한 해양환경을 모니터링 할 수 있고, 해양계측장비의 개발로 해양과학의 발전 및 기업소득 증대에 기여하는 효과가 있다.

또한, 해양 계측 및 감시 시스템의 상용화와 파고, 온도 등의 다양한 해양 정보의 계측 시스템을 계측부이에 포함되는 보안통신을 통해 안전하게 구축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 계측부이를 관통하여 흐르는 해수를 통해 본 발명의 로봇 부이를 작동하기 위한 동력에너지를 생성함으로써 어떠한 상황에서도 항상 계측부이의 작동을 위한 에너지를 생산하여 공급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 A-A'선에 따른 종단면도 및 상기 A-A'선의 종단면도의 B-B'선에 따른 종단면도
도 3은 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 C-C'선에 따른 종단면도 및 상기 C-C'선의 종단면도의 D-D'선에 따른 종단면도
도 4는 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 해양계측용 로봇 부이를 해저에 설치한 상태를 도시한 설치상태도
도 5는 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 보안통신의 실시 상태도
도 6은 종래 해양관측용 부표의 사시도

이하, 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 사시도를 도시한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이는 밸러스트 탱크(6a)와 무게추(6b)를 포함하고 있는 계측부이(1), 통신용 부표(2), 에너지 생성부(3) 및 앵커부(4)로 이루어져 있다.

상기 계측부이(1)는 구형의 몸체 둘레의 중심부를 따라 고리가 부착된 형태로 구성되고, 상기 계측부이(1)의 하부에는 해수의 온도와 파고 등의 각종의 해양데이터의 계측을 위한 온도센서 등의 여러 종류의 계측센서(5)를 설치하고 있으며, 또한 계측부이(1) 내의 하부에는 밸러스트 탱크(6a)와 무게추(6b)를 설치하고 있어, 상기 밸러스트 탱크(6)에 저장된 고압공기 또는 유압으로 상기 계측부이(1)의 부력을 조절하고, 상기 무게추(6b)에 의해 무게중심을 바꾸어 계측부이(1)가 상하 운동을 하게 함으로써 해수의 온도와 파고 등의 해양데이터를 깊이 방향으로 취득할 수 있도록 한다.

상기 통신용 부표(2)는 외부에 이미지센서(7)를 설치하고 있고 내부에 통신단말기와 중계기를 내장하고 있으며, 이러한 통신용 부표(2)의 내부에는 밴덜리즘(Vandalism) 및 보안문제의 해결을 위해 보안코드를 내장하고 있고, 상기 통신용 부표(2)를 통해 계측센서(5)를 제어할 뿐만 아니라 고압공기 또는 유압이 저장된 밸러스트 탱크(6a)에 의한 계측부이(1)의 부력을 조절하고 무게추(6b)에 의해 무게를 제어하게 된다. 이와 같이 통신용 부표(2)에 내장된 보안코드는 계측부이(1)의 수리 및 점검을 위해 수거할 때, 밴덜리즘(Vandalism) 및 보안문제의 차원에서 관리자를 확인하기 위해 요구하게 된다.

상기 통신단말기는 GPS수신기를 포함할 수 있으며 상기 GPS수신기를 설치한 경우 본 발명의 로봇 부이의 정확한 위치를 수시로 확인할 수 있다는 장점이 있다.

상기 에너지 생성부(3)는 계측부이(1)의 일측에서 상하로 관통하는 관통부(8)를 통해 흐르는 해수를 이용하여 자체 에너지를 생산하고 저장하는 기능을 하도록 한 것으로서, 다음과 같이 2가지 형태의 에너지 생성부(3)가 있다.

도 2는 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 A-A'선에 따른 종단면도 및 상기 A-A'선의 종단면도의 B-B'선에 따른 종단면도를 도시한 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 계측부이(1)에 설치된 어느 하나의 형태의 에너지 생성부(3)는 상기한 관통부(8) 내의 일측에 장착한 터빈(9)과 상기 터빈(9)의 양쪽에 연결되어 계측부이(1)에 내장된 발전기(10) 및 상기 발전기(10)에 연결되어 전기에너지를 저장하는 배터리(11a)로 구성된다.

따라서, 상기 계측부이(1)가 해저에서 상승하거나 하강할 경우, 상기 계측부이(1)에 형성된 관통부(8)를 통해 통과하는 해수의 유속의 힘으로 터빈(9)를 회전시키면, 회전하는 상기 터빈(9)에 연결된 발전기(10)가 발전을 하게 되고, 이러한 발전기(10)의 발전에 의해 생성한 전기에너지는 배터리(11a)에 저장하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 C-C'선에 따른 종단면도 및 상기 C-C'선의 종단면도의 D-D'선에 따른 종단면도를 도시한 것이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 계측부이(1)에 설치된 다른 하나의 형태의 에너지 생성부(3)는 상기한 관통부(8) 내의 일측에 다수개로 부착한 피에조 소자(12)와 상기 다수개의 피에조 소자(12)에 연결되어 계측부이(1)에 내장된 배터리(11b)로 구성된다.

따라서, 상기 계측부이(1)가 해저에서 상승하거나 하강할 경우, 상기 계측부이(1)에 형성된 관통부(8)를 통해 통과하는 해수의 유속의 힘으로 피에조 소자(12)를 진동시키면 전기에너지가 생성하게 되고, 생성된 전기에너지를 배터리(11b)에 저장하게 된다.

상기 앵커부(4)는 계측부이(1)와 연결되어 상기 계측부이(1)를 바다에 고정하도록 한 것으로서, 다음과 같이 2가지 형태의 앵커부(4)가 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 해양계측용 로봇 부이를 해저에 설치한 상태를 도시한 설치상태도를 도시한 것이다.

먼저, 제1 실시예의 해양계측용 로봇 부이에서는 앵커부(4)가 해저에 설치된 앵커(13a), 상기 앵커(13a)에 내장된 권취봉(14), 상기 권취봉(14)에 감겨 계측부이(1)와 연결된 와이어와 같은 앵커라인(15a)으로 구성되고, 상기 계측부이(1)의 부력에 맞춘 텐션(tension)을 주기 위해 권취봉(14)에는 태엽스프링(16)이 연결되어 있다. 또한, 상기 계측부이(1)의 상부에 분리형으로 설치된 통신용 부표(3)는 계측부이(1)와 별도의 통신라인(17)으로 연결되어 있다.

따라서, 상기 계측부이(1)와 연결된 앵커라인(15a)이 앵커(13a) 내의 권취봉(14)에 감겨있을 때, 양성부력에 의해서는 감겨있는 상기 앵커라인(15a)이 풀리면서 계측부이(1)가 수면 위로 떠오르게 되고, 중성부력 및 음성부력에 의해서는 태엽스프링(16)의 작용에 의해 상기 앵커라인(15a)이 감기면서 계측부이(1)가 수면 아래로 가라앉게 된다. 이와 같은 계측부이(1)가 계측센서(5)를 통해 각종의 해양데이터를 계측하여 취득하면 취득된 정보는 근거리 통신에 의해 통신용 부표(2)로 보내고, 분리되는 상기 통신용 부표(2)는 수면 위로 떠올라 근거리 통신에 의해 받은 해양데이터를 송신하게 된다.

또한, 밴덜리즘(Vandalism) 및 보안문제의 해결을 위해 보안통신이 안되거나 계측부이(1)가 공격을 받을 경우, 상기 계측부이(1)는 잠수를 하게 되고, 통신용 부표(2)는 별도로 분리되면서 수면 위로 떠올라 구조신호를 송신하게 된다.

한편, 제2 실시예의 해양계측용 로봇 부이에서는 앵커부(4)가 해저에 설치된 앵커(13b), 상기 앵커(13b)와 수면 아래에 있는 계측부이(1) 및 수면에 떠있는 통신용 부표(2) 사이를 연결하고 있는 와이어와 같은 앵커라인(15b)으로 구성되며, 이 경우 상기 계측부이(1)와 통신용 부표(2) 사이를 연결하고 있는 앵커라인(15b)은 통신라인을 겸하게 된다.

따라서, 앵커(13b)와 통신용 부표(2) 사이의 앵커라인(15b)에서 이 앵커라인(15b)을 따라 계측부이(1)가 상승 및 하강하는 동작을 하게 되며, 상기 계측부이(1)가 상승하여 통신용 부표(2)에 근접하게 되면 서로 근거리 통신을 하여 상기 통신용 부표(2)가 해양데이터를 받은 후 송신을 하게 된다.

이와 같이 앵커(13a)(13b)와 와이어와 같은 앵커라인(15a)(15b)으로 계측부이(1)가 바다 속에서 상승 및 하강하도록 한 것이나, 상기 앵커(13a)(13b)와 와이어와 같은 앵커라인(15a)(15b)을 제거하여 사용하지 않는 경우에는 계측부이(1)가 수중 글라이더와 같은 동작으로 상하 좌우 유영으로 각종의 해양데이터를 계측하여 정보를 취득하도록 할 수도 있다.

이러한 본 발명의 로봇 부이는 수리 및 점검을 위해 부이를 수거하기 위해서는 먼저 상기한 바와 같이 밴덜리즘(Vandalism) 및 보안 문제의 해결이 우선되어야 하며, 이에 따라 관리자인 수거자와 로봇 부이 사이의 보안통신을 통해 수거를 하도록 한 것으로 보안통신이 되지 않을 경우 부이는 잠수를 하도록 하는데, 이에 대해서 다음과 같이 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이의 보안통신의 실시 상태도를 도시한 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 로봇 부이의 관리자(18)가 수리 및 점검을 위해 상기 로봇 부이를 수거하려고 접근할 때, 상기 계측부이(1)의 통신용 부표(2)에 설치된 이미지센서(7)를 통해 관리자(18)를 확인한 후 보안코드를 요구하게 되고, 관리자(18)가 상기 보안코드에 따른 적절한 응답을 하는 경우 로봇 부이는 수면 위로 떠올라 안전하게 수거하게 된다.

하지만, 관리자(18)뿐만 아니라 관리자가 아닌 임의의 사람이 보안코드의 요구에 적절하게 응답하지 못하게 되면, 로봇 부이는 보호를 위해 수면 아래로 잠수하도록 되어 있으며, 물론 이 경우에는 상기한 바와 같이 로봇 부이의 계측부이(1)는 잠수하지만 통신용 부표(2)는 수면 위로 떠올라 구조신호를 송출하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 해양계측용 로봇 부이에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 계측부이 2 : 통신용 부표
3 : 에너지 생성부 4 : 앵커부
5 : 계측센서 6a : 밸러스트 탱크
6b : 무게추 7 : 이미지센서
8 : 관통부 9 : 터빈
10 : 발전기 11a,11b : 배터리
12 : 피에조 소자 13a,13b : 앵커
14 : 권취봉 15a,15b : 앵커라인
16 : 태엽스프링 17 : 통신라인
18 : 관리자

Claims

고압공기 또는 유압을 이용한 밸러스트 탱크에 의한 부력 및 무게추에 의해 수중에서 상하운동을 하는 로봇 부이에 있어서,
상기 밸러스트 탱크와 무게추를 포함하며 계측을 위한 센서가 설치된 계측부이;
상기 계측부이의 상부에 분리형으로 설치되며 보안코드를 내장하고 있고 이미지센서를 설치한 통신용 부표;
상기 계측부이의 일측에서 상하방향으로 관통하는 관통부 내에 설치되어 상기 관통부를 통과하는 해수의 유속에 의해 자체의 동력에너지를 생산하도록 한 에너지 생성부; 및
해저에 설치되어 상기 계측부이와 연결된 앵커부;
로 이루어진 것을 특징으로 하는 해양계측용 로봇 부이.
제1항에 있어서,
상기 통신용 부표는 내장된 통신단말기와 중계기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양계측용 로봇 부이.
제2항에 있어서,
상기 통신단말기는 GPS수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해양계측용 로봇 부이.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계측부이의 관통부에 설치된 에너지 생성부는 상기 관통부의 한쪽 측면에 설치되어 관통부를 통과하는 해수의 유속에 의해 회전하는 터빈과, 상기 회전하는 터빈에 연결된 발전기 및 배터리인 것을 특징으로 하는 해양계측용 로봇 부이.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계측부이의 관통부에 설치된 에너지 생성부는 상기 관통부의 양쪽 측면에 설치되어 관통부를 통과하는 해수의 유속에 의해 진동하는 피에조 소자와, 상기 진동하는 피에조 소자에 연결된 배터리인 것을 특징으로 하는 해양계측용 로봇 부이.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 앵커부는 해저에 설치된 앵커와, 상기 앵커의 내부에 설치되어 태엽스프링에 의해 회전하도록 한 권취봉과, 상기 권취봉에 감겨 계측부이와 연결된 앵커라인을 포함하여, 상기 태엽스프링에 의한 상기 권취봉의 회전에 의해 앵커라인이 감기거나 풀어지면서 계측부이가 수중에서 상하로 이동하도록 한 것을 특징으로 하는 해양계측용 로봇 부이.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 앵커부는 해저에 설치된 앵커와, 상기 앵커와 계측부이 및 통신용 부표 사이를 연결한 앵커라인을 포함하여, 상기 계측부이는 앵커라인을 따라 수중에서 상하로 이동하도록 한 것을 특징으로 하는 해양계측용 로봇 부이.