KR101371145B1

KR101371145B1 - 수중 작업용 로봇 시스템

Info

Publication number: KR101371145B1
Application number: KR1020120054132A
Authority: KR
Inventors: 박진형; 배성준; 김병수; 정희용; 최용호
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2014-03-06
Also published as: KR20130130369A

Abstract

본 발명은 수중 작업용 로봇 시스템에 관한 것으로, 수평 방향으로 설치되는 수평 프레임; 수직 방향으로 설치되어 상기 수평 프레임을 지지하는 수직 프레임; 상기 수평 프레임을 따라 제1 방향으로 이동 가능하게 설치되는 이동 프레임; 상기 이동 프레임을 따라 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 이동 가능하게 설치되는 로봇 암; 그리고 해저 지형에 따라 상기 수평 프레임이 수평을 유지하도록 상기 수직 프레임의 높이를 조절하는 수평 조절 장치를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템을 개시한다.

Description

수중 작업용 로봇 시스템{ROBOT SYSTEM FOR UNDERWATER WORKING}

본 발명은 수중 작업용 로봇 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 갠트리형의 수중 작업용 로봇 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 해저 오일/가스 생산시스템 설치, 해저 자원의 탐사, 해저 케이블의 설치, 침몰 선박의 인양, 수중 구조물의 수리 등과 같은 수중 작업을 위해 수중 로봇(ROV; Remotely Operated Vehicle)이 활용되고 있다.

기존의 수중 로봇은 수중에서 부유하는 상태로 자세를 유지하면서 두 개의 로봇 팔을 이용하여 각종 임무를 수행하게 된다. 일 예로, 수중 로봇을 이용하여 해저 플랜트를 설치하려면, 수중 로봇의 조정자는 모선에서 수중 로봇을 원격으로 조정하여 수중 로봇의 자세를 수동으로 제어해야 한다.

그런데, 수중 로봇을 일정한 자세로 심해에서 부유하도록 정확하게 조정하는 것에는 상당한 어려움이 따를 수 있다. 따라서, 숙련된 조정자라 하더라도 수중 로봇을 이용하여 수중 작업을 수행하는데에는 상당한 시간이 소요될 수 있다.

또한, 수중 로봇의 수중에서의 자세를 안정적으로 제어하면서 수중 로봇의 팔을 제어하는 것은 어려울 수 있다. 이에 따라, 수중 로봇의 팔을 조종하는 작업자 외에, 수중 로봇의 자세를 조종하는 작업자를 필요로 하여, 작업 인력의 낭비가 초래될 수 있다.

뿐만 아니라, 기존의 수중 로봇을 이용하여 정밀 작업을 수행할 경우, 수중 로봇의 두 개의 팔 중에서 하나의 팔을 작업 대상 구조물에 지지하여야 하므로, 나머지 하나의 팔만으로 작업을 수행할 수 있게 되어, 수중 로봇을 이용하여 작업을 빠른 속도로 수행하기 어려울 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수중 작업을 보다 신속하고 정밀하게 수행할 수 있는 수중 작업용 로봇 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 수중에서 부유하면서 작업을 수행하는 수중 로봇(ROV; Remotely Operated Vehicle)을 이용하지 않고도 수중 작업을 수행할 수 있는 수중 작업용 로봇 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 해저 지형을 고려하여 적응적으로 높이를 조절함으로써, 수중 작업의 정확성을 향상시킬 수 있는 수중 작업용 로봇 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수중 작업용 로봇 시스템은 수평 방향으로 설치되는 수평 프레임; 수직 방향으로 설치되어 상기 수평 프레임을 지지하는 수직 프레임; 상기 수평 프레임을 따라 제1 방향으로 이동 가능하게 설치되는 이동 프레임; 상기 이동 프레임을 따라 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 이동 가능하게 설치되는 로봇 암; 그리고 해저 지형에 따라 상기 수평 프레임이 수평을 유지하도록 상기 수직 프레임의 높이를 조절하는 수평 조절 장치를 포함한다.

또한, 상기 수평 조절 장치는, 상기 수평 프레임의 기울기 정보를 측정하는 기울기 검출 센서부; 그리고 측정된 상기 기울기 정보에 기초하여 상기 수직 프레임의 높이를 조절하는 높이 조절 장치를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 기울기 검출 센서부는, 상기 수평 프레임의 상기 제1 방향으로의 기울기 정보를 측정하는 제1 기울기 검출 센서; 그리고 상기 수평 프레임의 상기 제2 방향으로의 기울기 정보를 측정하는 제2 기울기 검출 센서를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 높이 조절 장치는, 상기 수직 프레임과 연결되는 실린더 로드; 그리고 상기 실린더 로드를 승강 또는 하강시키기 위한 구동 실린더를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 수중 작업용 로봇 시스템의 방향을 조절하기 위한 방향 조절 장치를 더 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 방향 조절 장치는, 상기 수직 프레임 또는 상기 수평 프레임에 설치되고, 회전 축이 수평 방향으로 제공되는 스러스터; 그리고 상기 스러스터의 상기 회전 축을 구동시키기 위한 구동모터를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 방향 조절 장치는, 상기 스러스터의 회전 축을 수평 방향으로 회전시키기 위한 회전 수단을 더 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수중 작업을 보다 신속하고 정밀하게 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수중에서 부유하면서 작업을 수행하는 수중 로봇(ROV; Remotely Operated Vehicle)을 이용하지 않고도 수중 작업을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 해저 지형을 고려하여 적응적으로 높이를 조절함으로써, 수중 작업의 정확성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 작업용 로봇 시스템이 해저에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 작업용 로봇 시스템의 사시도이다.
도 3은 도 2의 'A-A'에 따른 단면도이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 작업용 로봇 시스템이 해저에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 수중 작업용 로봇 시스템(100)은 예를 들어, 모선(400)의 크레인(410)에서 와이어(420)가 풀림에 따라서 심해(500)로 인하되어 해저 상에 설치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 작업용 로봇 시스템의 사시도이다. 도 3은 도 2의 'A-A'에 따른 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 작업용 로봇 시스템(100)은 수평 프레임(110), 수직 프레임(120), 이동 프레임(130), 로봇 암(140), 그리고 수평 조절 장치(150)를 포함한다.

이하, 이동 프레임(130)의 이동 방향을 제1 방향(X), 수평면에서 제1 방향(X)과 수직인 방향을 제2 방향(Y), 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)에 수직인 방향을 제3 방향(Z)으로 하여, 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다.

또한, 이하에서 '전방'은 도 3에서 보아 제1 방향(X)을 따라 지면(紙面)으로 들어가는 방향을 의미하고, '후방'은 도 3에서 보아 제1 방향(X)을 따라 지면으로부터 나오는 방향을 의미하고, '좌측'은 도 3에서 보아 제2 방향(Y)에서 왼쪽을 의미하고, '우측'은 도 3에서 보아 제2 방향(Y)에서 오른쪽을 의미하고, '상부'는 제3 방향(Z)에서 위쪽을 의미하고, '하부'는 제3 방향(Z)에서 아래쪽을 의미하고, '좌면'은 좌측을 향하는 면을 의미하고, '우면'은 우측을 향하는 면을 의미하고, '상면'은 상부를 향하는 면을 의미하고, '하면'은 하부를 향하는 면을 의미한다.

수평 프레임(110)은 수평 방향으로 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수평 프레임(110)은 제1 방향(X)으로 제공되는 제1 수평 프레임(111a,111b), 제2 방향(Y)으로 제공되는 제2 수평 프레임(112a,112b)을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 제1 수평 프레임(111a)의 우면과 제2 수평 프레임(111b)의 좌면에는 이동 프레임(130)의 단부 측이 삽입될 수 있도록 제1 방향(X)을 따라 가이드 홈(113)이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 제1 수평 프레임(111a,111b)에는 구동모터(131)가 제공될 수 있다. 도 2에는 구동모터(131)가 제1 수평 프레임(111a)의 후방 측의 단부에 내장되는 것으로 도시되어 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 가이드 홈(113)을 따라 스크류 축(132)이 제공될 수 있다. 스크류 축(132)은 구동모터(131)와 연결되어, 구동모터(131)의 구동에 따라 회전할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 제1 수평 프레임(111a,111b)의 전방 측의 단부에는 베어링(134)이 설치될 수 있다. 베어링(134)은 스크류 축(132)을 회전 가능하게 지지할 수 있다.

수직 프레임(120)은 수직 방향으로 설치되어 수평 프레임(110)을 지지할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수직 프레임(120)은 수평 프레임(110)의 네 모서리 부분의 하면 측을 지지하는 제1 내지 제4 수직 프레임(121~124)을 포함할 수 있다.

이동 프레임(130)은 수평 프레임(110)을 따라 이동 가능하게 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 이동 프레임(130)은 제1 수평 프레임(111a,111b)을 따라 제1 방향(X)으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수평 프레임(110)과 수직 프레임(120)에 의하여 이동 프레임(130)이 이동할 수 있는 갠트리(gantry) 형태의 이동 틀이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 이동 프레임(130)의 양단에는 기어가 형성된 홈부(133)가 제1 방향(X)으로 관통 형성될 수 있다. 홈부(133)에는 스크류 축(132)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 이동 프레임(130)은 구동모터(131)의 구동에 의하여 제1 수평 프레임(111a,111b)을 따라 제1 방향(X)으로 이동할 수 있다.

다만, 이상에서 언급된 이동 프레임(130)의 이동 방식은 하나의 예로서 제시된 것으로서, 이에 제한되는 것은 아니며, 이동 프레임(130)은 예를 들어, 리니어 모터, 랙-피니언 기어 결합, 구동 실린더, 또는 롤러나 컨베이어 구동 등의 방식으로 이동될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 로봇 암(140)은 이동 프레임(130)을 따라 제2 방향(Y)으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 로봇 암(140)은 수평 프레임(110)과 이동 프레임(130)에 의하여 제공되는 X-Y 스테이지 상에서 이동할 수 있다.

도 3을 참조하면, 이동 프레임(130)의 하면에는 제2 방향(Y)을 따라 홈(130a)이 형성될 수 있다. 이동 프레임(130)의 홈(130a)에는 기어가 형성된 스크류 바(136)가 제2 방향(Y)으로 제공될 수 있다. 스크류 바(136)는 이동 프레임(130)의 일 측에 내장되는 모터(135)에 의하여 회전하고, 이동 프레임(130)의 타 측에 내장되는 베어링부(137)에 의하여 회전 가능하게 지지될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 로봇 암(140)은 이의 상부 측에 결합홈(141a)이 제2 방향(Y)으로 제공될 수 있다. 결합홈(141a)은 스크류 바(136)와 결합할 수 있다. 이에 따라, 로봇 암(140)은 모터(135)의 구동에 의하여 이동 프레임(130)을 따라 제2 방향(Y)으로 이동할 수 있다.

다만, 이상에서 언급된 로봇 암(140)의 이동 방식은 하나의 예로서 제시된 것으로, 이에 제한되지 않고 예를 들어, 리니어 모터, 랙-피니언 기어 결합, 구동 실린더, 또는 롤러나 컨베이어 구동 등의 방식으로 이동될 수도 있다.

수평 조절 장치(150)는 해저 지형에 따라 수평 프레임(110)이 수평을 유지하도록 수직 프레임(120)의 높이를 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수평 조절 장치(150)는 기울기 검출 센서부(151a,151b,152a,152b), 그리고 높이 조절 장치(153,154,155,156)를 포함할 수 있다.

기울기 검출 센서부(151a,151b,152a,152b)는 수평 프레임(110)의 기울기를 검출할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기울기 검출 센서부는 제1 기울기 검출 센서(151a,151b), 그리고 제2 기울기 검출 센서(152a,152b)를 포함할 수 있다.

제1 기울기 검출 센서(151a,151b)는 일 예로 제1 수평 프레임(111a,111b)의 상면상에 설치되어 수평 프레임(110)의 제1 방향(X)으로의 기울기를 측정할 수 있다. 제2 기울기 검출 센서(152a,152b)는 일 예로 제2 수평 프레임(112a,112b)의 상면상에 설치되어 수평 프레임(110)의 제2 방향(X)으로의 기울기를 측정할 수 있다.

높이 조절 장치(153,154,155,156)는 기울기 검출 센서부에 의해 측정된 기울기 정보에 기초하여, 수직 프레임(121,122,123,124)의 높이를 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 높이 조절 장치(153,154,155,156) 각각은 실린더 로드(153a), 그리고 구동 실린더(153b)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 실린더 로드(153a)는 이의 상부 측이 수직 프레임(121)의 하면에 고정될 수 있다. 구동 실린더(153b)는 수평 프레임(110)의 기울기 정보에 기초하여, 실린더 로드(153a)를 승강 또는 하강시킬 수 있다. 구동 실린더(153b)는 일 예로 유압 실린더일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

다만, 이상에서 언급된 수평 조절 방식은 하나의 예로서 제시된 것으로, 이에 제한되지 않는다. 따라서, 수평 조절 장치는 예를 들어, 리니어 모터, 또는 랙-피니언 기어 결합 등, 수평 프레임(110)의 수평을 조절할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수중 작업용 로봇 시스템(100)에는 방향 조절 장치(160)가 제공될 수 있다. 방향 조절 장치(160)는 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 방향을 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 방향 조절 장치(160)는 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 방향을 원활하게 조정할 수 있도록 바퀴(200)의 상부 측에 설치될 수 있다.

다만, 도 2 및 도 3에서 방향 조절 장치(160)는 방향 조절 수단(150)의 구동 실린더(153b)의 외면 측에 고정된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예로서 제시된 것으로, 방향 조절 장치(160)는 수직 프레임(120)이나 수평 프레임(110)에 설치될 수 있는 등, 방향 조절 장치(160)의 설치 위치는 특별히 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 방향 조절 장치(160)는 스러스터(161), 제1 구동 모터(162), 그리고 회전 수단(163,164)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 스러스터(161)는 이의 회전 축(161a)이 수평 방향으로 제공될 수 있다. 제1 구동 모터(162)는 스러스터(161)를 작동시킬 수 있다.

회전 수단(163,164)은 스러스터(161)를 제3 방향(Z)을 중심으로 회동시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 회전 수단은 제2 구동모터(163), 그리고 회전 부재(164)를 포함할 수 있다.

회전 부재(164)는 제2 구동모터(163)에 의해 회전할 수 있다. 일 예로, 회전 부재(164)는 이의 회전 중심 축의 방향이 제3 방향(Z)으로 제공되고, 제1 구동모터(162)의 하면과 고정될 수 있다. 제2 구동모터(163)는 회전 부재(164)를 회전 구동시킬 수 있다. 이에 따라, 스러스터(161)는 제2 구동모터(163)의 구동에 의하여, 회전 부재(164)의 회전 중심 축을 기준으로 360°회동할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수중 작업용 로봇 시스템(100)에는 영상 촬영 장치(170), 그리고 조명 장치(180)가 제공될 수 있다. 영상 촬영 장치(170)는 로봇 암(140)의 작업 영역에 대한 영상을 촬영할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 영상 촬영 장치(170)는 수평 프레임(110)에 제1 프레임(171)으로 고정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

영상 촬영 장치(170)는 예를 들어 CCD 카메라, 또는 CMOS 카메라 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 영상 촬영 장치(170)는 영상을 촬영할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.

조명 장치(180)는 로봇 암(140)의 작업 영역에 조명을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 조명 장치(180)는 수평 프레임(110)에 제2 프레임(181)으로 고정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

조명 장치(180)는 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 조명 기능을 제공할 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용이 가능하다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수중 작업용 로봇 시스템(100)에는 레이저 조사 장치(190)가 제공될 수 있다. 레이저 조사 장치(190)는 로봇 암(140)의 작업 대상 구조물(300)을 향하여 레이저 빔(191)을 조사할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 작업 대상 구조물(300)에는 레이저 빔(191)과 대응하는 형상의 안내 표시(310)가 마킹될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 레이저 조사 장치(190)로부터의 레이저 빔(191)과 작업 대상 구조물(300)에 마킹된 안내 표시(310)는 십(┼)자 형일 수 있다. 예를 들어, 모선(400) 측의 작업자는 영상 촬영 장치(170)로부터 영상 케이블을 통해 전송된 영상을 통해, 레이저 조사 장치(190)로부터의 레이저 빔(191)이 안내 표시(310)에 일치되도록 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 위치를 조정할 수 있다.

예를 들어, 모선(400) 측의 작업자는 제2 구동모터(163)를 제어하여 각 스러스터(161)의 회전 축(161a)의 방향을 원하는 방향으로 조절할 수 있다. 그리고, 모선(400) 측의 작업자는 예를 들어, 제1 구동모터(162)를 구동하여 스러스터(161)를 작동시킴으로써 원하는 방향으로 수중 작업용 로봇 시스템(100)을 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수중 작업용 로봇 시스템(100)에는 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 이동을 보조하기 위한 바퀴(200)가 제공될 수 있다. 예를 들어 해저 상에서 수중 작업용 로봇 시스템(100)을 이동시키기 위하여, 하나 이상의 바퀴(200)를 주행모터(미도시)로 구동시키는 것도 가능하다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 로봇 암(140)은 이동 부재(141), 매니퓰레이터(142), 회전 조절부(143), 승하강 조절부(144), 그리고 회동 조절부(145)를 포함할 수 있다.

이동 부재(141)는 이동 프레임(130)을 따라 제2 방향(Y)으로 이동 가능하게 설치될 수 있다. 매니퓰레이터(142)는 이동 부재(141)에 의하여 이동하여, 작업 대상 구조물(300)에 대한 작업을 수행할 수 있다. 회전 조절부(143)는 매니퓰레이터(142)를 제3 방향(Z)을 중심으로 회전시킬 수 있다. 승하강 조절부(144)는 매니퓰레이터(142)를 승하강 작동시킬 수 있다. 회동 조절부(145)는 제1 방향(X)의 축을 중심으로 매니퓰레이터(142)를 상하로 회동시킬 수 있다.

도 2 및 도 3에서는 수중 작업용 로봇 시스템(100)에 하나의 로봇 암(140)이 제공되는 것으로 도시되어 있지만, 로봇 암(140)은 두 개 이상 구비될 수도 있다. 예를 들어, 이동 프레임(130)을 따라 두 개의 로봇 암(140)을 이동 가능하도록 설치하거나, 이동 프레임(130)을 두 개 이상 설치하여, 각 이동 프레임(130)에 로봇 암(140)을 설치하는 등의 방식으로 두 개 이상의 로봇 암(140)을 이용하여 작업을 수행할 수 있다.

이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 작동 과정에 대해 설명한다. 먼저, 작업 대상 구조물(300)에 대한 작업을 수행하기 위하여 수중 작업용 로봇 시스템(100)을 작업 대상 구조물(300) 측에 설치한다.

이를 위해, 모선(400) 측의 작업자는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 크레인(410)을 조작하여 수중 작업용 로봇 시스템(100)을 심해(500)로 인하하고, 작업 대상 구조물(300)이 위치하는 해저에 수중 작업용 로봇 시스템(100)을 설치할 수 있다.

모선(400) 측의 작업자는 예를 들어, 영상 촬영 장치(170)에 의하여 촬영된 영상을 영상 케이블(미도시)을 통하여 전송받아, 작업 대상 구조물(300)에 대하여 촬영된 영상을 확인하면서 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 위치를 조정할 수 있다.

모선(400) 측의 작업자는 예를 들어, 레이저 조사 장치(190)로부터의 레이저 빔(191)이 작업 대상 구조물(300)의 안내 표시(310)에 일치되도록 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 위치를 제어할 수 있다.

이를 위해 모선(400) 측의 작업자는 일 예로, 제어 케이블을 통해 제어 신호를 전송할 수 있다. 모선(400) 측으로부터의 제어 신호에 따라, 제1 구동모터(162)와 제2 구동모터(163)가 구동됨에 따라, 스러스터(161)는 특정 방향으로 회전하여 작동되므로, 원하는 이동 방향으로 수중 작업용 로봇 시스템(100)을 이동시킬 수 있다.

수중 작업용 로봇 시스템(100)이 정위치에 셋팅된 후, 필요에 따라 수중 작업용 로봇 시스템(100)을 예를 들어, 석션 기법을 통해 해저에 고정시켜, 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 위치를 고정시킬 수도 있다. 다만, 수중 작업용 로봇 시스템(100)은 자중에 의하여 고정될 수도 있으므로, 석션을 생략하는 것도 가능하다.

해저 지형은 평평하지 않고 굴곡진 것이 보통이므로, 수중 작업용 로봇 시스템(100)은 해저 지형의 굴곡에 따라 기울어질 수 있다. 이는 수중 작업용 로봇 시스템(100)에 의한 작업의 정확성을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 이를 해소하기 위해 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 수평을 조절하는 과정을 수행할 수 있다. 수평 조절 과정은 자동으로 수행될 수도 있고, 모선(400) 측의 작업자에 의해 수동으로 수행될 수도 있다.

자동으로 수평을 조절하는 과정에 대해 설명하면, 예를 들어, 제1 기울기 검출 센서(151a,151b)의 기울기 검출 결과, 제1 수평 프레임(111a,111b)이 전방 측으로 하방 경사진 것으로 판단되면, 높이 조절 장치(153,154)의 구동 실린더(153b)가 구동되어 실린더 로드(153a)가 하강되거나, 높이 조절 장치(155,156)의 구동 실린더(153b)가 구동되어 실린더 로드(153a)가 승강될 수 있다.

다른 예로, 제2 기울기 검출 센서(152a,152b)의 기울기 검출 결과, 제2 수평 프레임(112a,112b)이 좌측을 향하여 하방 경사진 것으로 판단되면, 높이 조절 장치(154,156)의 구동 실린더(153b)가 구동되어 실린더 로드(153a)가 하강되거나, 높이 조절 장치(153,155)의 구동 실린더(153b)가 구동되어 실린더 로드(153a)가 승강될 수 있다.

수평 프레임(110)이 수평 방향으로 조절되면, 로봇 암(140)을 이용하여 작업 대상 구조물(300)에 대해 각종 필요한 작업들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 모선(400) 측의 작업자는 제어 신호를 제어 케이블(미도시)을 통해 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 구동모터(131), 모터(135)를 제어하여 로봇 암(140)을 X-Y 스테이지 상에서 원하는 위치로 조정할 수 있다.

또한, 모선(400) 측의 작업자는 로봇 암(140)의 매니퓰레이터(142), 회전 조절부(143), 승하강 조절부(144), 그리고 회동 조절부(145)를 제어하여, 로봇 암(140)을 조작하면서 필요한 작업들을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 위치를 정확하게 셋팅한 경우, 모선(400) 측의 작업자는 직접 로봇 암(140)의 이동을 제어할 필요가 없이 로봇 암(140)이 스스로 미리 설정된 위치로 이동하여 작업을 수행할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 의하면, 기존에 ROV를 이용하여 작업하던 것에 비하여 보다 빠르고 정확하게 필요한 작업들을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 로봇 암(140)으로 작업을 수행하는 과정에서 수중 작업용 로봇 시스템(100)의 자세를 조정할 필요가 없으므로, 손쉽게 작업을 수행할 수 있다.

이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다.

따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

100: 수중 작업용 로봇 시스템 110: 수평 프레임
111a,111b: 제1 수평 프레임 112a,112b: 제2 수평 프레임
120: 수직 프레임 130: 이동 프레임
140: 로봇 암 150: 수평 조절 장치
151a,151b,152a,152b: 기울기 검출 센서부 153,154,155,156: 높이 조절 장치
153a: 실린더 로드 153b: 구동 실린더
160: 방향 조절 장치 161: 스러스터
162: 제1 구동 모터 163: 제2 구동 모터
164: 회전 부재 170: 영상 촬영 장치
180: 조명 장치 190: 레이저 조사 장치
200: 바퀴 300: 작업 대상 구조물
400: 모선 410: 크레인
420: 와이어 500: 심해

Claims

수평 방향으로 설치되는 수평 프레임;
수직 방향으로 설치되어 상기 수평 프레임을 지지하는 수직 프레임;
상기 수평 프레임을 따라 제1 방향으로 이동 가능하게 설치되는 이동 프레임;
상기 이동 프레임을 따라 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 이동 가능하게 설치되는 로봇 암; 그리고
해저 지형에 따라 상기 수평 프레임이 수평을 유지하도록 상기 수직 프레임의 높이를 조절하는 수평 조절 장치를 포함하며,
상기 수평 조절 장치는,
상기 수평 프레임의 상기 제1 방향으로의 기울기 정보와, 상기 수평 프레임의 상기 제2 방향으로의 기울기 정보를 측정하고, 상기 제1 방향으로의 기울기 정보 및 상기 제2 방향으로의 기울기 정보에 기초하여 상기 수직 프레임의 높이를 조절하는 수중 작업용 로봇 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 수평 조절 장치는,
상기 수평 프레임의 상기 제1 방향으로의 기울기 정보와 상기 제2 방향으로의 기울기 정보를 측정하는 기울기 검출 센서부; 그리고
측정된 상기 제1 방향으로의 기울기 정보와 상기 제2 방향으로의 기울기 정보에 기초하여 상기 수직 프레임의 높이를 조절하는 높이 조절 장치를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 기울기 검출 센서부는,
상기 수평 프레임의 상기 제1 방향으로의 기울기 정보를 측정하는 제1 기울기 검출 센서; 그리고
상기 수평 프레임의 상기 제2 방향으로의 기울기 정보를 측정하는 제2 기울기 검출 센서를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 높이 조절 장치는,
상기 수직 프레임과 연결되는 실린더 로드; 그리고
상기 실린더 로드를 승강 또는 하강시키기 위한 구동 실린더를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 수중 작업용 로봇 시스템은,
상기 수중 작업용 로봇 시스템의 방향을 조절하기 위한 방향 조절 장치를 더 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 방향 조절 장치는,
상기 수직 프레임 또는 상기 수평 프레임에 설치되고, 회전 축이 수평 방향으로 제공되는 스러스터; 그리고
상기 스러스터의 상기 회전 축을 구동시키기 위한 구동모터를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템.
수평 방향으로 설치되는 수평 프레임;
수직 방향으로 설치되어 상기 수평 프레임을 지지하는 수직 프레임;
상기 수평 프레임을 따라 제1 방향으로 이동 가능하게 설치되는 이동 프레임;
상기 이동 프레임을 따라 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 이동 가능하게 설치되는 로봇 암; 그리고
해저 지형에 따라 상기 수평 프레임이 수평을 유지하도록 상기 수직 프레임의 높이를 조절하는 수평 조절 장치를 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템으로서,
상기 수중 작업용 로봇 시스템은,
상기 수중 작업용 로봇 시스템의 방향을 조절하기 위한 방향 조절 장치를 더 포함하며,
상기 방향 조절 장치는,
상기 수직 프레임 또는 상기 수평 프레임에 설치되고, 회전 축이 수평 방향으로 제공되는 스러스터;
상기 스러스터의 상기 회전 축을 구동시키기 위한 구동모터; 그리고
상기 스러스터의 회전 축을 수평 방향으로 회전시키기 위한 회전 수단을 포함하는 수중 작업용 로봇 시스템.