KR101369827B1

KR101369827B1 - 수중 로봇, 이를 포함하는 해저 설비 시스템 및 이를 이용하는 수중 작업 방법

Info

Publication number: KR101369827B1
Application number: KR1020120079467A
Authority: KR
Inventors: 이동훈; 김태훈; 은종호; 임범현; 조기수; 최윤규
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-03-06
Also published as: KR20140013207A

Abstract

본 발명은 수중 로봇, 이를 포함하는 해저 설비 시스템 및 이를 이용하는 수중 작업 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중에서 원격으로 작업하는 수중 로봇, 상기 수중 로봇과 해저 시설물을 포함하는 해저 설비 시스템 및 상기 수중 로봇을 이용하여 상기 해저 시설물을 조작하는 수중 작업 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 해저면에 설치되는 하우징, 상기 하우징의 일면에 제공되는 조작 패널 및 상기 일면으로부터 일 방향으로 연장되는 돌출 부재를 포함하는 해저 시설물; 및 프레임, 상기 프레임을 이동시키거나 및 자세를 조정하는 추진기, 상기 프레임에 설치되고, 상기 해저 시설물을 조작하는 로봇 암 및 상기 해저 시설물에 상기 프레임이 고정되도록 상기 돌출 부재에 체결되는 체결 유닛을 포함하는 수중 로봇;을 포함하는 해저 설비 시스템이 제공될 수 있다.

Description

수중 로봇, 이를 포함하는 해저 설비 시스템 및 이를 이용하는 수중 작업 방법{UNDERWATER ROBOT, SUBSEA EQUIPMENT SYSTEM WITH THE SAME AND UNDERWATER OPERATION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 수중 로봇, 이를 포함하는 해저 설비 시스템 및 이를 이용하는 수중 작업 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중에서 원격으로 작업하는 수중 로봇, 상기 수중 로봇과 해저 시설물을 포함하는 해저 설비 시스템 및 상기 수중 로봇을 이용하여 상기 해저 시설물을 조작하는 수중 작업 방법에 관한 것이다.

석유 소비의 증가에 따라 미개척지인 해저 유정의 개발에 대한 수요가 증대되면서 최근 해저 유정으로부터 원유를 채취하기 위한 해저 플랜트에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

일반적으로 해저 유정의 원유 채취에는 유정으로부터 원유를 추출하는 웰 헤드 트리(wellhead tree)나 추출된 원유를 임시로 저장한 뒤 이를 송출하는 매니폴드(manifold)와 같이 해저면(seabed)에 설치되는 해저 시설물(subsea equipment)이 이용된다.

해저 시설물은 수심 수백 미터로부터 깊게는 수 킬로미터에 달하는 해저면에 설치되므로 그 설치 및 조작에는 사람 대신 수중 로봇(ROV: remotely operated vehicle)이 활용되는데, 수중 로봇은 수중에 부유한 상태에서 수중 작업을 수행하므로 조류 등에 의한 외력이 가해지면 위치 및 자세가 불안정해져 해저 시설물을 제대로 조작할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 일 과제는, 안정적인 수중 작업이 가능한 수중 로봇, 이를 포함하는 해저 설비 시스템 및 이를 이용하는 수중 작업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는, 수중 로봇이 작업 중 조류 등의 외란에 의해 그 위치 및 자세가 불안정해지는 것을 방지하는 수중 로봇, 이를 포함하는 해저 설비 시스템 및 이를 이용하는 수중 작업 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해저면에 설치되는 하우징, 상기 하우징의 일면에 제공되는 조작 패널 및 상기 일면으로부터 일 방향으로 연장되는 돌출 부재를 포함하는 해저 시설물; 및 프레임, 상기 프레임을 이동시키거나 자세를 조정하는 추진기, 상기 프레임에 설치되고, 상기 해저 시설물을 조작하는 로봇 암 및 상기 해저 시설물에 상기 프레임이 고정되도록 상기 돌출 부재에 체결되는 체결 유닛을 포함하는 수중 로봇;을 포함하는 해저 설비 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 체결 유닛은, 상기 프레임에 설치되는 암 및 상기 암의 단부에 제공되고, 상기 돌출 부재를 그립(grip)하는 그리퍼(gripper)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 체결 유닛은, 상기 암의 길이를 조절하는 실린더를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 돌출 부재는, 상기 일면으로부터 연장되는 바 및 상기 바의 길이를 조절하는 실린더를 포함할 수 있다.

또한, 상기 바는, 상기 조작 패널의 상부에 형성되고, 상기 체결 유닛은, 상기 프레임의 상면에 형성될 수 있다.

또한, 상기 돌출 부재는 상기 바를 좌우로 슬라이딩시키는 레일을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 수중 로봇이 해저 시설물을 조작하는 방법에 있어서, 상기 수중 로봇의 체결 유닛이 상기 해저 시설물의 일면으로부터 돌출된 바를 그립하는 단계; 상기 수중 로봇이 상기 해저 시설물에 체결된 상태에서 상기 수중 로봇의 로봇 암이 상기 해저 시설물을 조작하는 단계;를 포함하는 수중 작업 방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 수중 로봇이 상기 해저 시설물에 체결된 상태에서 상기 해저 시설물에 대한 상기 수중 로봇의 위치를 조정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 체결 유닛이 돌출 부재를 그립함으로써 수중 로봇이 해저 시설물에 체결되어 조류 등의 외란에 의해 위치 및 자세가 불안정해 지는 것이 방지 될 수 있다.

본 발명에 의하면, 체결 유닛 및 체결 부재의 길이를 조절하거나 또는 위치를 조절함으로써 해저 시설물에 대한 수중 로봇의 위치를 조정할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 설비 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 해저 시설물의 사시도이다.
도 3은 도 2의 해저 시설물의 정면도이다.
도 4는 도 2의 해저 시설물의 측면도이다.
도 5는 도 1의 수중 로봇의 사시도이다.
도 6은 도 5의 수중 로봇의 정면도이다.
도 7은 도 5의 수중 로봇의 측면도이다.
도 8은 도 5의 수중 로봇의 후면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 작업 방법의 순서도이다.
도 10은 도 9의 수중 작업 방법의 동작도이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이고, 도면에 도시된 형상은 필요에 따라 본 발명의 이해를 돕기 위하여 과장되어 표시된 것이므로, 본 발명이 본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 설비 시스템(10)에 관하여 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저 설비 시스템(10)의 개략도이다.

해저 설비 시스템(10)은 해저면과 관련된 작업에 이용되는 시스템이다. 대표적으로 해저 설비 시스템(10)은 원유나 천연 가스를 비롯하여 해저에 매장되어 있는 다양한 해저 자원의 채취에 이용될 수 있다. 이외에도 해저 설비 시스템(10)은 해저 탐사나 해저 발전 등의 다양한 분야에 활용될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 용이를 위하여 해저 설비 시스템(10)에 관하여 해저 원유를 채취하는 것을 중심으로 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 해저 설비 시스템(10)은 해저 시설물(100)과 수중 로봇(200)을 포함한다.

해저 시설물(100)은 해저면에 설치되는 구조물이다. 해저 시설물(100)은 원유의 채취에 관련된 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 해저 시설물(100)은 웰 헤드 트리(100a) 또는 매니폴드(100b)일 수 있다.

웰 헤드 트리(100a)는 해저 유정의 정두(wellhead)에 설치된다. 웰 헤드 트리(100a)는 해저 유정으로부터 원유를 추출할 수 있다. 또 웰 헤드 트리(100a)는 해저 유정으로부터 분출되는 원유의 압력을 제어하여 원유가 유출되는 것을 방지할 수 있다. 유정의 정두가 복수인 경우에는 웰 헤드 트리(100a)는 각 정두마다 설치될 수 있다.

매니폴드(100b)는 웰 헤드 트리(100a)의 주변의 해저면에 설치되며, 플로우 라인(flowline, 14)과 점퍼(jumper, 15)를 통해 웰 헤드 트리(100a)와 연결된다. 매니폴드(100b)는 플로우라인을 통해 웰 헤드 트리(100a)에서 추출된 원유를 수집하여 이를 임시로 저장한다.

또 매니폴드(100b)는 파이프 라인(pipeline, 16)이나 라이져(riser)를 통해 해상의 정제 시설(17)과 연결된다. 매니폴드(100b)는 파이프 라인(16) 등을 통해 정제 시설(17)로 수집한 원유를 송출하고, 정제 시설(17)에서는 원유를 1차로 정제한다.

수중 로봇(200)은 해저 시설물(100)을 조작하여 그 동작을 제어한다. 상술한 웰 헤드 트리(100a)나 매니폴드(100b)를 비롯한 해저 시설물(100)은 얕게는 수심 수백 미터로부터 깊게는 수심 수 킬로미터에 이르는 해저면에 설치되므로, 이를 사람이 조작하는 것은 불가능하며 따라서 수중 로봇(200)이 이용된다.

해상의 모선(11)에서 런쳐 스테이션(launcher station, 12)을 진수시키고, 런쳐 스테이션(12)의 내부에 탑재된 수중 로봇(200)이 수중으로 진수될 수 있다. 여기서, 런쳐 스테이션(12)에는 하나 또는 복수의 수중 로봇(200)이 탑재될 수 있다.

수중 로봇(200)은 테더 케이블(tether cable, 13)을 통해 런쳐 스테이션(12)과 연결되고, 런쳐 스테이션(12)은 다시 테더 케이블(13)을 통해 모선(11)과 연결된다. 여기서, 테더 케이블(13)은 통신 및 전원 공급 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라 수중 로봇(200)은 모선(11)의 조종실의 파일럿의 조종을 받아 원격으로 수중 작업을 수행할 수 있다.

이하에서는 해저 시설물(100)에 관하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1의 해저 시설물(100)의 사시도이고, 도 3은 도 2의 해저 시설물(100)의 정면도이고, 도 4는 도 2의 해저 시설물(100)의 측면도이다. 도 2 내지 도 4는 해저 시설물(100) 중 매니폴드(100b)를 도시한 것이지만, 후술하는 해저 시설물(100)에 관한 설명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 해저 시설물(100)은 하우징(110), 지지 부재(120), 조작 패널(130) 및 돌출 부재(140)를 포함한다.

하우징(110)은 해저 시설물(100)의 몸체를 이룬다. 하우징(110)은 내압성(耐壓性)이 높은 재질로 제공된다. 이에 따라 심해의 고압 환경에서 해저 시설물(100)의 변형 및 파손이 방지될 수 있다.

한편, 해저 원유의 채취에 이용되는 해저 시설물(100)의 경우에는 하우징(110)에 원유의 추출, 저장, 송출, 압력 제어를 위한 수단이 설치될 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)에는 플로우 라인(14), 점퍼(15), 파이프 라인(16), 라이져 등과 같은 원유 운송 라인이 연결될 수 있다. 다른 예를 들어, 하우징(110)에는 원유를 저장하는 저장 탱크나 원유를 추출, 송출하거나 압력을 제어하기 위한 펌프 등이 설치될 수 있다.

지지 부재(120)는 하우징(110)을 지지한다. 지지 부재(120)는 하우징(110)에 설치되고, 해저면에 직접 접촉하여 하우징(110)의 자중을 지탱할 수 있다. 하우징(110)에는 지지 부재(120)가 복수로 설치되고, 복수의 지지 부재(120)가 하우징(110)의 자중을 적절히 분배하여 지탱할 수 있다.

조작 패널(130)은 하우징(110)의 일면에 마련될 수 있다. 조작 패널(130)은 해저 시설물(100)의 동작을 제어하기 위한 조작을 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 조작 패널(130)에는 버튼(a), 레버(b), 다이얼(c), 플러그 소켓(d) 등이 포함될 수 있다.

조작 패널(130)이 조작되면, 해저 시설물(100)은 그에 대응되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 비상 정지 버튼이 눌리면, 해저 시설물(100)은 수행하고 있던 동작을 정지할 수 있다. 다른 예를 들어, 원유의 추출압 또는 송출압을 조절하는 다이얼이 회전되면, 해저 시설물(100)은 그에 따라 원유의 추출압이나 송출압을 증감할 수 있다.

돌출 부재(140)는 조작 패널(130)이 마련된 하우징(110)의 일면에 마련된다. 여기서, 돌출 부재(140)는 상기 하우징(110)의 일면에서 조작 패널(130)의 일측에 마련될 수 있다. 예를 들어, 돌출 부재(140)는 조작 패널(130)의 상측에 마련될 수 있다.

돌출 부재(140)는 바(143), 실린더(142) 및 레일(141)을 포함할 수 있다.

바(143)는 하우징(110)의 일면으로부터 수직 방향으로 연장될 수 있다. 바(143)는 원통형 형상을 가질 수 있다. 바(143)에는 수중 로봇(200)이 체결될 수 있으며, 이에 따라 수중 로봇(200)이 조류 등의 외란으로부터 안정적인 자세를 유지하도록 할 수 있다.

바(143)의 일단에는 실린더(142)가 결합된다. 실린더(142)는 바(143)를 상기 수직 방향으로 이동시켜 그 길이를 조절할 수 있다. 레일(141)은 하우징(110)의 일면에 형성되며, 바(143) 및 실린더(142)가 레일(141)을 따라 이동할 수 있다. 예를 들어, 레일(141)은 하우징(110)의 일면에서 조작 패널(130)의 상측에 수평 방향으로 형성되고, 바(143) 및 실린더(142)는 조작 패널(130)의 상측에서 수평 방향으로 레일(141)을 따라 이동할 수 있다.

이하에서는 수중 로봇(200)에 관하여 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 도 5는 도 1의 수중 로봇(200)의 사시도이고, 도 6은 도 5의 수중 로봇(200)의 정면도이고, 도 7은 도 5의 수중 로봇(200)의 측면도이고, 도 8은 도 5의 수중 로봇(200)의 후면도이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 수중 로봇(200)은 프레임(210), 케이블 포트(220), 추진기(230), 부유 부재(240), 로봇 암(250), 촬영 유닛(260) 및 체결 유닛(270)을 포함한다. 여기서, 상술한 수중 로봇(200)의 구성 요소가 모두 필수적인 것은 아니므로, 수중 로봇(200)이 상술한 구성 요소 중 일부만을 포함하는 것도 가능하다.

프레임(210)은 수중 로봇(200)의 몸체를 이룬다. 프레임(210)에는 수중 로봇(200)의 다른 구성 요소들이 설치될 수 있다. 프레임(210)은 내압성(耐壓性)이 높은 재질로 제공된다. 이에 따라 심해의 고압 환경에서 수중 로봇(200)의 변형 및 파손이 방지될 수 있다.

케이블 포트(220)에는 테더 케이블(13)이 연결된다. 테더 케이블(13)은 런쳐 스테이션(12)을 거쳐 모선(11)으로 연결된다. 이에 따라 수중 로봇(200)은 모선(11)으로부터 전원을 공급받고, 모선(11)과 통신을 수행할 수 있다.

추진기(230)는 프레임(210)에 설치되고, 추진기(230)는 추진력을 출력한다. 예를 들어, 추진기(230)는 프로펠러 또는 제트 분사기일 수 있다. 추진기(230)가 추진력을 출력하면, 프레임(210)이 이동하거나 프레임(210)의 자세가 조정될 수 있다.

수중 로봇(200)에는 복수의 추진기(230)가 제공될 수 있다. 복수의 추진기(230)는 프레임(210)의 서로 다른 측면에 마련될 수 있다. 이에 따라 추진기(230)는 프레임(210)의 이동이나 자세를 정밀하게 제어할 수 있다.

부유 부재(240)는 프레임(210)에 부력을 제공한다. 예를 들어, 부유 부재(240)는 스티로폼이나 폴리우레탄 등과 같이 밀도가 낮은 재질로 제공되거나 또는 공기나 질소 등의 기체가 담긴 용기로 제공될 수 있다. 이러한 부유 부재(240)는 프레임(210)의 상부에 설치될 수 있다. 부유 부재(240)가 프레임(210)의 상부에 설치되면, 부유 부재(240)의 부력에 의해 프레임(210)이 정자세를 유지하기 용이해질 수 있다.

로봇 암(250)은 수중 작업을 수행한다. 로봇 암(250)은 프레임(210)에 전방을 향하도록 설치될 수 있다. 로봇 암(250)은 다관절 구동 구조로 제공될 수 있으며, 프레임(210)에는 복수의 로봇 암(250)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 수중 로봇(200)은 5관절 로봇 암과 7관절 로봇 암을 가질 수 있다.

로봇 암(250)은 해저 시설물(100)을 조작할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(250)은 조작 패널(130)의 버튼을 누르거나, 다이얼을 돌리거나, 레버를 움직이거나, 플러그 소켓에 플러그를 삽입할 수 있다. 로봇 암(250)이 복수인 경우에는 각각의 로봇 암(250)에 서로 다른 동작이 할당될 수 있다.

촬영 유닛(260)은 영상을 촬영한다. 촬영 유닛(260)은 카메라(261) 및 조명 부재(262)를 포함할 수 있다. 조명 부재(262)는 광을 출력하고, 카메라(261)는 영상을 촬영한다. 촬영된 영상은 테더 케이블(13)을 통해 모선(11)으로 송신될 수 있다. 모선(11)의 조종실에서는 디스플레이를 통해 촬영된 영상을 표시하고, 파일럿이 이를 이용해 수중 로봇(200)을 조종할 수 있다.

체결 유닛(270)은 해저 시설물(100)의 하우징(110)과 수중 로봇(200)의 프레임(210)을 서로 체결시킨다. 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)과 체결되면, 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)에 대하여 상대적으로 고정되어 조류 등에 의한 외란으로 수중 로봇(200)의 위치 및 자세가 불안정해지는 것이 방지될 수 있다.

체결 유닛(270)은 실린더(271), 암(272) 및 그리퍼(gripper, 273)를 포함할 수 있다. 실린더(271)는 프레임(210)의 일면에 설치되고, 암(272)은 실린더(271)로부터 연장된다. 실린더(271)는 암(272)의 길이를 조절할 수 있다. 그리퍼(273)는 암(272)의 단부에 제공된다. 그리퍼(273)는 바(143)를 그립(grip)하여 수중 로봇(200)을 해저 시설물(100)에 체결시킬 수 있다.

예를 들어, 실린더(271)는 프레임(210)의 상면에 설치되고, 암(272)은 프레임(210)의 상면에 수직한 위쪽으로 연장될 수 있다. 그리퍼(273)가 바(143)를 보지하면, 수중 로봇(200)이 바(143)의 하부에 체결되어 고정될 수 있다. 이때 실린더(271)가 암(272)의 길이를 조절함에 따라 프레임(210)이 바(143)에 대하여 승강할 수 있다. 조작 패널(130)이 하우징(110)에서 돌출 부재(140)의 하측에 마련된 경우에는 수중 로봇(200)이 바(143)의 하부에서 체결되어 승강할 수 있다. 이러한 상태에서 조작 패널(130)은 로봇 암(250)의 작업 범위 내에 위치할 수 있다. 로봇 암(250)은 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)과 체결되어 안정적인 자세를 유지하면서 그 작업 범위 내의 조작 패널(130)을 조작할 수 있다.

또 체결 유닛(270)은 복수로 제공될 수도 있다. 예를 들어, 체결 유닛(270)은 프레임(210)의 상면에 프레임(210)의 전방으로부터 후방을 향하는 방향에 따라 한 쌍으로 설치될 수 있다. 복수의 체결 유닛(270)이 체결 부재(140)를 그립하면 수중 로봇(200)의 위치 및 자세가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.

한편, 수중 로봇(200)은 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어기는 수중 로봇(200)의 전반적인 동작 및 수중 로봇(200)의 다른 구성 요소를 제어한다. 예를 들어, 제어기(미도시)는 케이블 포트(220)를 통해 조종신호를 획득하고, 이에 따라 추진기(230) 및 로봇 암(250)을 구동시킬 수 있다. 제어기(미도시)의 동작에 관해서는 이하의 수중 작업 방법에서 보다 구체적으로 설명한다.

제어기(미도시)는 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있다.

하드웨어적으로 제어기는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors) 및 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 제어기능을 수행하기 위한 전기적인 장치로 제공될 수 있다.

소프트웨어적으로 제어기는 하나 이상의 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 코드(software code) 또는 소프트웨어 어플리케이션(software application)에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리에 저장되고, 제어기의 하드웨어적인 구성에 의해 실행될 수 있다. 또 소프트웨어는 테더 케이블(13)을 통해 모선(11)으로부터 송신되어 수중 로봇(200)의 제어기의 하드웨어적 구성에 설치될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 수중 작업 방법에 관하여 설명한다. 이하에서 설명하는 수중 작업 방법은 상술한 해저 설비 시스템(10)을 이용하여 수행될 수 있다. 다만, 수중 작업 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 수중 작업 방법은 본 발명에 따른 해저 설비 시스템(10)과 동일 또는 유사한 다른 시스템을 이용하여 수행될 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 작업 방법에 관하여 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 작업 방법의 순서도이다.

수중 작업 방법은 수중 로봇(200)이 발진하는 단계(S110), 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)에 접근하는 단계(S120), 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)에 체결되는 단계(S130), 로봇 암(250)의 작업 범위를 조작 패널(130)의 위치로 조정하는 단계(S140) 및 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)을 조작하는 단계(S150)를 포함한다. 여기서, 상술한 단계들이 반드시 설명된 순서에 따라 수행되어야 하는 것은 아니며, 나중에 설명된 단계가 먼저 설명된 단계에 앞서 수행되는 것도 가능하다.

이하에서는 각 단계에 관하여 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 도 9의 수중 작업 방법의 동작도이다.

수중 로봇(200)은 런쳐 스테이션(12)으로부터 수중으로 발진된다(S110). 먼저 모선(11)에서 크레인 등을 이용하여 런쳐 스테이션(12)을 진수시킨다. 런쳐 스테이션(12)의 내부에는 하나 또는 복수의 수중 로봇(200)이 탑재될 수 있다. 런쳐 스테이션(12)이 진수되면 수중 로봇(200)이 런쳐 스테이션(12) 내부로부터 수중으로 발진한다.

일반적으로 해표에서는 바람의 영향으로 조류가 강한 반면, 해저로 갈수록 조류가 안정적이다. 따라서, 수중 로봇(200)이 모선(11)으로부터 해표면에서 바로 진수되면, 수중 로봇(200)의 위치 및 자세를 제어하기 어렵고, 수중 로봇(200)과 모선(11)을 연결하는 테더 케이블(13)이 꼬이는 상황이 유발될 수 있다. 반면, 런쳐 스테이션(12)을 일정한 깊이로 진수한 뒤 런쳐 스테이션(12)으로부터 수중 로봇(200)을 발진시키면, 비교적 자중이 큰 런쳐 스테이션(12)이 앵커(anchor) 역할을 수행하고, 수중 로봇(200)의 위치 및 자세가 안정되고, 수중 로봇(200)과 런쳐 스테이션(12) 간의 동선이 모선(11)까지의 동선보다 짧아 테더 케이블(13)의 관리가 용이한 장점이 있다.

발진된 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)에 접근한다(S120). 수중 로봇(200)은 모선(11)의 파일럿에 의해 원격 조종되어 해저 시설물(100)로 접근한다. 먼저 수중 로봇(200)의 카메라(261)가 영상을 촬영하고, 촬영된 영상정보는 테더 케이블(13)을 통해 모선(11)의 조종실로 전송된다. 모선(11)에서는 디스플레이를 통해 영상을 표시하고, 파일럿은 이를 참고하며 조종신호를 입력한다. 모선(11)은 입력된 조종신호를 테더 케이블(13)을 통해 런쳐 스테이션(12)을 거쳐 수중 로봇(200)으로 전송한다. 수중 로봇(200)에서는 추진기(230)가 조종신호에 따라 구동되어 수중 로봇(200)을 이동시키거나 수중 로봇(200)의 자세를 제어할 수 있다. 이에 따라 수중 로봇(200)이 수중에서 이동하여 해저 시설물(100)에 접근할 수 있다.

수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)에 체결된다(S130), 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)에 접근하면, 수중 로봇(200)의 체결 유닛(270)이 해저 시설물(100)의 돌출 부재(140)에 체결된다. 도 10을 참조하면, 해저 시설물(100)에서 돌출 부재(140)가 조작 패널(130)의 상부에 배치된 경우 수중 로봇(200)은 돌출 부재(140)의 하부로 이동하고, 프레임(210)의 상부에 마련된 체결 유닛(270)이 돌출 부재(140)와 체결된다. 구체적으로 실린더(142)(271)가 암(272)을 상승시키고, 암(272)의 단부에 마련된 그리퍼(273)가 바(143)를 그립할 수 있다. 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)에 체결되면, 수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)에 대하여 상대적으로 고정되어 조류 등의 외란의 영향으로 인해 자세가 불안정해지는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 수중 로봇(200)이 안정적인 자세 및 위치를 유지하므로 로봇 암(250)을 통해 조작 패널(130)을 조작하기 용이해진다.

로봇 암(250)의 작업 범위를 조작 패널(130)의 위치로 조정할 수 있다(S140). 수중 로봇(200)과 해저 시설물(100)이 체결된 상태에서 돌출 부재(140)와 체결 유닛(270)은 로봇 암(250)의 작업 범위를 조작 패널(130)의 위치로 조정되도록 구동할 수 있다. 예를 들어, 체결 유닛(270)의 실린더(271)가 암(272)을 승강시켜 프레임(210)을 상하로 이동시켜 수중 로봇(200)의 조작 패널(130)에 대한 수직 위치를 조정할 수 있다. 다른 예를 들어, 돌출 부재(140)의 실린더(142)가 레일(141)을 따라 좌우로 이동하여 수중 로봇(200)의 조작 패널(130)에 대한 수평 위치를 조정할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 돌출 부재(140)의 실린더(142)가 바(143)를 연장시키거나 축소시키는 방향으로 이동시켜 수중 로봇(200)과 해저 시설물(100) 간의 간격을 조절할 수 있다.

로봇 암(250)의 동작 범위가 제한적이어서 조작 패널(130)의 특정 부위만을 조작할 수 있는 경우에도 이처럼 프레임(210)의 위치를 조정함으로써 로봇 암(250)이 조작 패널(130) 전체에 대하여 조작을 할 수 있다. 물론, 로봇 암(250)의 동작 범위가 충분히 넓어 별도의 위치 조정이 필요없는 경우라면 본 단계가 생략되어도 무방할 수 있다.

수중 로봇(200)이 해저 시설물(100)을 조작한다(S150). 조작 패널(130)이 로봇 암(250)의 동작 범위 내로 진입하면 로봇 암(250)이 조작 패널(130) 상을 조작하여 해저 시설물(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(250)은 조작 패널(130) 상의 버튼을 누르거나, 다이얼을 회전시키거나 레버를 승강시키거나 또는 플러그 소켓에 플러그를 삽입하는 등의 동작을 수행하여 해저 시설물(100)을 조작할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 해저 설비 시스템 11: 모선
12: 런쳐 스테이션 15: 정제시설
100: 해저 시설물 100b: 매니폴드
130: 조작 패널 140: 돌출 부재
200: 수중 로봇 210: 프레임
230: 추진기 250: 로봇 암
270: 체결 유닛 271: 실린더
272: 암 273: 그리퍼

Claims

해저면에 설치되는 하우징, 상기 하우징의 일면에 제공되는 조작 패널 및 상기 일면으로부터 일 방향으로 연장되는 돌출 부재를 포함하는 해저 시설물; 및
프레임, 상기 프레임을 이동시키거나 자세를 조정하는 추진기, 상기 프레임에 설치되고, 상기 해저 시설물을 조작하는 로봇 암 및 상기 해저 시설물에 상기 프레임이 고정되도록 상기 돌출 부재에 체결되는 체결 유닛을 포함하는 수중 로봇;을 포함하되,
상기 돌출 부재는, 상기 일면으로부터 연장되는 바 및 상기 바의 길이를 조절하는 실린더를 포함하는 해저 설비 시스템.
제1항에 있어서,
상기 체결 유닛은,
상기 프레임에 설치되는 암 및
상기 암의 단부에 제공되고, 상기 돌출 부재를 그립(grip)하는 그리퍼(gripper)를 포함하는 해저 설비 시스템.
제2항에 있어서,
상기 체결 유닛은, 상기 암의 길이를 조절하는 실린더를 더 포함하는 해저 설비 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 바는, 상기 조작 패널의 상부에 형성되고,
상기 체결 유닛은, 상기 프레임의 상면에 형성되는 해저 설비 시스템.
제1항에 있어서,
상기 돌출 부재는 상기 바를 좌우로 슬라이딩시키는 레일을 더 포함하는 해저 설비 시스템.
수중 로봇이 해저 시설물을 조작하는 방법에 있어서,
상기 수중 로봇의 체결 유닛이 상기 해저 시설물의 일면으로부터 돌출되며 그 길이가 조절되는 바를 그립하는 단계;
상기 수중 로봇이 상기 해저 시설물에 체결된 상태에서 상기 수중 로봇의 로봇 암이 상기 해저 시설물을 조작하는 단계;를 포함하는 수중 작업 방법.
제7항에 있어서,
상기 수중 로봇이 상기 해저 시설물에 체결된 상태에서 상기 해저 시설물에 대한 상기 수중 로봇의 위치를 조정하는 단계;를 더 포함하는 수중 작업 방법.