KR101422693B1

KR101422693B1 - 해저 시설물, 수중 작업 시스템 및 수중 작업 방법

Info

Publication number: KR101422693B1
Application number: KR1020120079472A
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: 2014-07-28
Also published as: KR20140013209A

Abstract

본 발명은 해저 시설물, 수중 작업 시스템 및 수중 작업 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 로봇의 조종을 위한 주변 영상을 촬영하는 해저 시설물, 수중 작업 시스템 및 수중 작업 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 해저에 설치되는 해저 시설물; 상기 해저 시설물을 조작하는 수중 로봇; 및 상기 수중 로봇과 테더 케이블로 연결되고, 상기 수중 로봇을 조종하기 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 모선;을 포함하되, 상기 수중 로봇은, 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하여 제1 영상을 획득하는 제1 카메라를 포함하고, 상기 해저 시설물은, 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하여 제2 영상을 획득하는 제2 카메라를 포함하고, 상기 모선은, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상을 출력하는 디스플레이를 포함하는 수중 작업 시스템이 제공될 수 있다.

Description

해저 시설물, 수중 작업 시스템 및 수중 작업 방법{SUBSEA EQUIPMENT, UNDERWATER OPERATION SYSTEM AND UNDERWATER OPERATION METHOD}

본 발명은 해저 시설물, 수중 작업 시스템 및 수중 작업 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중 로봇의 조종을 위한 주변 영상을 촬영하는 해저 시설물, 수중 작업 시스템 및 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, sea ground)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 활용된다.

수중 로봇은 모선으로부터 원격 조종을 받아 동작하는데, 일반적으로 파일럿(pilot)은 모선에서 수중 로봇의 전방에 달린 카메라가 촬영한 영상에 의존해 수중 로봇을 조종한다. 그런데, 수중 로봇의 카메라는 그 전방을 촬영하기 때문에 촬영 범위가 제한적이므로 파일럿에게 충분한 시야를 제공하지 못하며 이에 따라 수중 로봇을 조종하기 어려운 문제를 가지고 있다. 기존에는 시야의 제약을 극복하기 위해 직접 수중 작업을 수행하는 수중 로봇과 함께 그 후방에서 전체적인 수중 작업 환경을 촬영하는 수중 로봇을 동시에 운용해 오고 있으나, 이러한 방식에는 여러 대의 수중 로봇이 참여하기 때문에 인력과 비용 면에서 불리한 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1128032호

본 발명의 일 과제는 수중 로봇이 수중 작업 시 어라운드 뷰(around view)를 제공하는 해저 시설물, 수중 작업 시스템 및 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해저에 설치되는 해저 시설물; 상기 해저 시설물을 조작하는 수중 로봇; 및 상기 수중 로봇과 테더 케이블로 연결되고, 상기 수중 로봇을 조종하기 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 모선;을 포함하되, 상기 수중 로봇은, 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하여 제1 영상을 획득하는 제1 카메라를 포함하고, 상기 해저 시설물은, 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하여 제2 영상을 획득하는 제2 카메라를 포함하고, 상기 모선은, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상을 출력하는 디스플레이를 포함하는 수중 작업 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 해저 시설물은, 하우징 및 상기 하우징의 일면에 제공되는 조작 패널을 더 포함하고, 상기 제2 카메라는, 상기 일면으로부터 이격된 위치에 상기 일면을 향해 촬영하도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 해저 시설물은, 상기 하우징의 일면으로부터 연장되어 설치되고, 상기 제2 카메라가 설치되는 돌출 부재를 더 포함하고, 상기 수중 로봇은, 상기 제1 카메라가 전방에 배치되는 보디 프레임, 상기 보디 프레임에 설치되고, 상기 해저 시설물을 조작하는 로봇 암 및 상기 돌출 부재를 그립하여 상기 수중 로봇을 상기 해저 시설물에 고정시키는 그리퍼를 포함할 수 있다.

또한, 상기 해저 시설물은, 복수의 상기 제2 카메라를 포함하고, 상기 복수의 제2 카메라는, 서로 상이한 제2 영상을 획득할 수 있다.

또한, 상기 돌출 부재는, 상기 일면으로부터 연장되는 제1 로드, 상기 제1 로드의 단부로부터 아래 방향으로 연장되는 제2 로드 및 상기 제1 로드 및 상기 제2 로드에 수직하고, 그 중심이 상기 제2 로드에 연결되는 체결바를 포함하고, 상기 그리퍼는, 상기 수중 로봇이 상기 하우징의 일면을 마주보고 고정되도록 상기 체결바를 그립하고, 상기 제2 카메라는, 한 쌍으로 제공되어 상기 체결바의 일측과 타측에 각각 하나씩 설치될 수 있다.

또한, 상기 수중 로봇은, 한 쌍의 상기 로봇 암을 가지고, 상기 한 쌍의 제2 카메라는, 각각 상기 한 쌍의 로봇 암을 중심으로 촬영할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 모선으로부터 원격 조종을 받아 해저 시설물을 조작하는 수중 로봇이 전방을 촬영하는 단계; 상기 해저 시설물이 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하는 단계; 및 상기 모선에서 상기 수중 로봇 및 상기 해저 시설물에서 촬영된 영상을 표시하는 단계;를 포함하는 수중 작업 방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 해저 시설물이 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하는 단계에서, 상기 해저 시설물은 서로 상이한 위치에 배치되는 복수의 카메라를 이용하여 서로 상이한 복수의 영상을 획득할 수 있다.

또한, 상기 모선에서 상기 수중 로봇 및 상기 해저 시설물에서 촬영된 영상을 표시하는 단계는, 상기 수중 로봇 및 상기 해저 시설물에서 각각 촬영된 영상을 합성할 수 있다.

본 발명에 의하면, 수중 작업 시 수중 로봇에서 전방을 촬영한 영상과 함께 해저 시설물에서 촬영한 어라운드 뷰를 함께 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 해저 시설물이 이를 조작하는 수중 로봇의 어라운드 뷰를 제공함으로써 수중 로봇 한 대가 단독으로 원활한 수중 작업을 수행할 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 작업 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.
도 11은 도 9의 수중 작업 방법에서 수중 로봇이 촬영한 영상을 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13은 도 9의 수중 작업 방법에서 촬영하는 보조 영상에 관한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 수중 작업 시스템(10)에 관하여 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 작업 시스템(10)의 개략도이다.

수중 작업 시스템(10)은 모선(11)으로부터 원격 조종되는 수중 로봇(200)을 이용하여 해저 시설물을 조종하기 위해 해저 시설물을 조작하는 시스템이다.

도 1을 참조하면, 수중 작업 시스템(10)은 해저 시설물(100), 수중 로봇(200) 및 모선(11)을 포함한다.

해저 시설물(100)은 해저면에 설치되는 시설물이다. 해저 시설물(100)은 해저면에서 수행되는 다양한 산업 분야에 이용될 수 있다. 예를 들어, 해저 시설물(100)은 해저로부터 원유나 천연 가스를 비롯하여 해저에 매장되어 있는 다양한 해저 자원(seabed resource)의 채취에 이용되거나 될 수 있다. 이외에도 해저 시설물(100)은 해저 지형의 탐사나 해저 발전 시설 등의 다양한 분야에 이용될 수도 있다.

해저 원유 채취에 이용되는 해저 시설물의 대표적인 예로는 웰 헤드 트리(14) 또는 매니폴드(15)가 있다.

웰 헤드 트리(14)는 해저 유정의 정두(wellhead)에 설치된다. 웰 헤드 트리(14)는 해저 유정으로부터 원유를 추출할 수 있다. 또 웰 헤드 트리(14)는 해저 유정으로부터 분출되는 원유의 압력을 제어하여 해저의 원유가 해양으로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 유정의 정두가 복수인 경우에는 웰 헤드 트리(14)는 각 정두마다 설치될 수 있다.

매니폴드(15)는 웰 헤드 트리(14)의 주변의 해저면에 설치되며, 플로우 라인(flowline)이나 점퍼(17, jumper)를 통해 웰 헤드 트리(14)와 연결된다. 매니폴드(15)는 플로우 라인을 통해 웰 헤드 트리(14)에서 추출된 원유를 수집하여 이를 임시로 저장한다.

또 매니폴드(15)는 플로우 라인(16, flowline)이나 파이프 라인(18, pipeline)를 통해 정제 시설(19)과 연결된다. 정제 시설(19)은 해상의 구조물이나 해상의 선박 등에 위치할 수 있다. 매니폴드(15)는 플로우 라인(16)이나 파이프 라인(18)를 통해 정제 시설(19)로 수집한 원유를 송출하고, 정제 시설(19)에서는 원유를 일차적으로 정제한다. 정제된 원유는 송유관을 통해 육지로 송출되거나 또는 선박을 통해 육지로 운송되어 다시 정제 과정을 거쳐 일반에 보급될 수 있다.

수중 로봇(200)은 해저 시설물을 조작하여 그 동작을 제어한다. 상술한 웰 헤드 트리(14)나 매니폴드(15)를 비롯한 해저 시설물은 얕게는 수심 수백 미터로부터 깊게는 수심 수 킬로미터에 이르는 해저면에 설치되므로, 이를 사람이 조작하는 것은 불가능하여 그 조작에는 수중 로봇(200)이 이용된다.

모선(11)은 크레인(crane) 등을 이용하여 런쳐 스테이션(12, lancher station)을 진수시킬 수 있다. 런쳐 스테이션(12)에는 하나 또는 복수의 수중 로봇(200)이 수납될 수 있으며, 런쳐 스테이션(12)이 수중에 진수되면 수중 로봇(200)이 런쳐 스테이션(12)으로부터 발진하여 수중 작업을 수행할 수 있다.

여기서, 런쳐 스테이션(12)은 수중 로봇(200)이 수중 작업을 하는 동안 외란을 받지 않도록 하는 앵커(anchor) 역할을 수행할 수 있다. 일반적으로 해표에서는 바람의 영향으로 조류가 강하고, 해저로 갈수록 조류가 안정적인데, 수중 로봇(200)이 모선(11)으로부터 해표면에서 바로 진수되면, 조류 등의 외란으로 인해 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. 런쳐 스테이션(12)을 일정한 깊이로 진수한 뒤 런쳐 스테이션(12)으로부터 수중 로봇(200)을 발진시키면, 비교적 자중이 큰 런쳐 스테이션(12)이 앵커로 기능하여 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.

모선(11)은 수중 로봇(200)과 테더 케이블(13, tether cable)을 통해 연결될 수 있다. 이때 테더 케이블(13)은 상술한 바와 같이 모선(11)으로부터 런쳐 스테이션(12)을 거쳐 수중 로봇(200)으로 연결될 수 있다. 테더 케이블(13)은 모선(11)으로부터 수중 로봇(200)으로 전원을 공급할 수 있다. 또 테더 케이블(13)은 모선(11)과 수중 로봇(200) 간에 수행되는 통신의 통로 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 테더 케이블(13)은 모선(11)으로부터 수중 로봇(200)으로 조종 신호를 전송하거나 반대로 수중 로봇(200)으로부터 모선(11)으로 수중 로봇(200)이 수집한 정보를 전송할 수 있다.

모선(11)은 수중 로봇(200)을 원격 조종할 수 있다. 모선(11)에는 수중 로봇(200)을 조종하기 위한 사용자 인터페이스가 제공될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 파일럿에게 영상을 출력하는 디스플레이(display)와 파일럿으로부터 조종 신호를 입력받는 조이스틱, 마우스, 키보드 등의 입력 수단으로 구성될 수 있다.

이하에서는 상술한 수중 작업 시스템(10)의 해저 시설물에 관하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 해저 시설물에 관하여 매니폴드(15)를 기준으로 설명하지만, 해저 시설물이 매니폴드(15)로 한정되는 것은 아니며, 해저 시설물은 이외에도 웰 헤드 트리(14)를 비롯하여 해저면에 설치되는 다양한 시설물일 수 있다.

도 2는 도 1의 해저 시설물의 사시도이고, 도 3은 도 2의 해저 시설물의 정면도이고, 도 4는 도 2의 해저 시설물의 측면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 해저 시설물은 하우징(110), 지지 부재(120), 조작 패널(130), 돌출 부재(140) 및 보조 카메라(150)를 포함한다.

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

한편, 해저 원유의 채취에 이용되는 해저 시설물의 경우에는 하우징(110)에 원유의 추출, 저장, 송출, 압력 제어를 위한 수단이 설치될 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)에는 플로우 라인, 점퍼(17), 플로우 라인(16), 파이프 라인(18) 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 시설물의 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 시설물은 그에 대응되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 비상 정지 버튼이 눌리면, 해저 시설물은 수행하고 있던 동작을 정지할 수 있다. 다른 예를 들어, 원유의 추출압 또는 송출압을 조절하는 다이얼이 회전되면, 해저 시설물은 그에 따라 원유의 추출압이나 송출압을 증감시킬 수 있다.

돌출 부재(140)는 조작 패널(130)이 마련된 하우징(110)의 일면에 마련된다. 여기서, 돌출 부재(140)는 하우징(110)의 상기 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 제1 로드(141), 승강기(142), 제2 로드(143) 및 체결바(144)를 포함할 수 있다.

제1 로드(141)는 조작 패널(130)이 마련된 하우징(110)의 일면으로부터 외측을 향하여 수평 방향으로 연장될 수 있다. 제1 로드(141)는 조작 패널(130) 너비의 중심선 상에 배치될 수 있다. 제1 로드(141)의 단부에는 승강기(142)가 설치될 수 있다. 제2 로드(143)는 승강기(142)의 하면으로부터 수직 방향으로 연장될 수 있다. 승강기(142)는 제2 로드(143)를 승강시켜 그 길이를 조절할 수 있다. 제2 로드(143)의 단부에는 체결바(144)가 형성된다. 체결바(144)는 그 길이 방향이 조작 패널(130)의 너비 방향일 수 있다. 이때 체결바(144)의 길이 방향은 제1 로드(141)와 제2 로드(143)의 길이 방향에 모두 수직인 방향일 수 있다. 체결바(144)는 승강기(142)가 제2 로드(143)를 승강시킴에 따라 그 높이가 조절될 수 있다. 체결바(144)에는 후술하는 수중 로봇(200)의 체결 유닛(270)이 체결될 수 있으며, 이에 따라 수중 로봇(200)이 조류 등의 외란으로부터 안정적인 자세를 유지하도록 할 수 있다.

보조 카메라(150)는 영상을 촬영한다. 여기서, 보조 카메라(150)는 후술되는 수중 로봇(200)의 주 카메라(261)가 촬영하는 영상과 상이한 영상을 촬영할 수 있다. 예를 들어, 수중 로봇(200)이 해저 시설물을 조작하는 경우에 주 카메라(261)는 수중 로봇(200)의 전방 영상을 촬영하고, 보조 카메라(150)는 수중 로봇(200)이 해저 시설물을 조작할 때 수중 로봇(200)의 주변 영상, 즉 어라운드 뷰를 촬영할 수 있다. 한편, 이하에서는 설명의 용이를 위해 주 카메라(261)가 촬영하는 영상을 주 영상으로 지칭하고, 보조 카메라(150)가 촬영하는 영상을 보조 영상으로 지칭하기로 한다.

보조 카메라(150)는 하나 또는 복수일 수 있다. 복수의 보조 카메라(150)는 서로 상이한 보조 영상을 촬영할 수 있다. 복수의 보조 카메라들(150)은 서로 다른 지점을 촬영하거나 또는 동일한 지점을 다른 각도로 촬영할 수 있다.

보조 카메라(150)는 하우징(110)으로부터 소정 거리 이격된 위치에 설치되어 하우징(110)을 향해 촬영을 할 수 있다. 예를 들어, 보조 카메라(150)는 조작 패널(130)이 설치된 일면으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 위치에 상기 일면을 향해 촬영할 수 있다. 이와 같이 배치된 보조 카메라(150)는 해저 시설물을 조작하기 위해 해저 시설물에 접근한 수중 로봇(200)의 주 카메라(261)보다 후방에 위치하게 되며, 이에 따라 보조 영상이 주 영상에 비해 보조 영상이 비교적 넓은 시야를 제공할 수 있다.

보조 카메라(150)는 돌출 부재(140)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 보조 카메라(150)는 체결바(144)에 설치될 수 있다. 후술하는 바와 같이 수중 로봇(200)은 체결바(144)를 그립하여 그 하부에 고정될 수 있는데, 이 상태에서 보조 카메라(150)는 수중 로봇(200)의 어라운드 뷰를 획득할 수 있다. 어라운드 뷰에는 하우징(110)의 조작 패널(130)이나 그 외의 일면 및 수중 로봇(200)의 일부 또는 전부가 내포될 수 있다. 또는 수중 로봇(200)이 체결바(144) 하부에 고정되면 보조 카메라(150)가 주 카메라(261)보다 후방에 배치되므로 주 영상보다 넓은 시야를 가지는 보조 영상을 촬영할 수 있다.

또 보조 카메라(150)는 돌출 부재(140)에 복수 개가 설치될 수 있다. 예를 들어, 제1 보조 카메라(151)는 체결바(144)의 일단에 설치되고, 제2 보조 카메라(152)는 체결바(144)의 타단에 설치될 수 있다. 제1 보조 카메라(151)와 제2 보조 카메라(152)는 각각 상이한 각도에서 보조 영상을 촬영할 수 있다. 예를 들어, 수중 로봇(200)이 해저 시설물의 일면에 접근하여 조작 패널(130)을 조작할 때, 제1 보조 카메라(151)는 수중 로봇(200)의 좌측 로봇 암(272)을 중심으로 촬영하고, 제2 보조 카메라(152)는 수중 로봇(200)의 우측 로봇 암(272)을 중심으로 촬영할 수 있다.

한편, 보조 카메라(150)의 설치 위치가 체결바(144)로만 한정되는 것은 아니며, 돌출 부재(140) 상의 적절한 위치에는 어디라도 설치될 수 있다. 예를 들어, 제1 로드(141)의 단부에 설치된 보조 카메라(150)는 체결바(144)에 체결된 수중 로봇(200)의 후방에서 전체적인 작업 환경의 영상을 촬영할 수 있다. 이외에도 하우징(110)에는 돌출 부재(140)가 아닌 별도의 구조물이 설치되고, 보조 카메라(150)가 이러한 별도의 구조물에 설치되는 것도 가능하다. 즉, 보조 카메라(150)는 원하는 보조 영상을 획득하기 적절한 위치에 다양한 방식으로 설치될 수 있는 것이다.

이처럼 주 영상과 더불어 보조 영상을 촬영하면, 모선(11)에서 파일럿은 주 영상을 참고하여 로봇 암(272)이 조작 패널(130)을 조작하도록 조종하면서 동시에 보조 영상을 참고하여 수중 로봇(200)의 자세나 위치를 알 수 있어 수중 로봇(200)을 보다 원활히 조종할 수 있다.

이하에서는 상술한 수중 작업 시스템(10)의 수중 로봇(200)에 관하여 도 5 내지 도 8을 참조하여 보다 상세하게 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 보디 프레임(210), 케이블 포트(220), 추진기(230), 부유 부재(240), 로봇 암(272), 체결 유닛(270) 및 촬영 유닛(260)을 포함한다. 다만, 수중 로봇(200)에 있어서 상술한 구성 요소가 모두 필수적인 것은 아니므로, 수중 로봇(200)이 상술한 구성 요소 중 일부만을 포함할 수도 있다.

보디 프레임(210)은 수중 로봇(200)의 몸체를 이룬다. 보디 프레임(210)에는 수중 로봇(200)의 다른 구성 요소들이 설치될 수 있다. 보디 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. 테더 케이블(13)은 수중 로봇(200)으로 전원을 공급할 수 있다. 또 수중 로봇(200)과 모선(11)은 테더 케이블(13)을 통해 통신을 수행할 수 있다.

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

수중 로봇(200)에는 복수의 추진기(230)가 제공될 수 있다. 복수의 추진기(230)는 보디 프레임(210)의 서로 다른 측면에 마련될 수 있다. 이에 따라 추진기(230)는 보디 프레임(210)을 다축으로 자유로이 이동하도록 하거나 보디 프레임(210)의 자세를 정밀하게 제어할 수 있다.

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

로봇 암(272)은 보디 프레임(210)에 전방을 향하도록 설치될 수 있다. 로봇 암(272)은 다관절 구동 구조로 제공될 수 있다. 보디 프레임(210)에는 복수의 로봇 암(272)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 수중 로봇(200)은 좌측 로봇 암(272)과 우측 로봇 암(272)의 한 쌍의 로봇 암(272)을 가질 수 있다. 또 로봇 암(272)이 복수인 경우 각 로봇 암(272)은 서로 다른 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 하나의 로봇 암(272)은 5관절 로봇 암(272)이고, 다른 하나의 로봇 암(272)은 7축 로봇 암(272)을 가질 수도 있다.

로봇 암(272)은 수중 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(272)은 해저 시설물을 조작할 수 있다. 구체적으로, 로봇 암(272)은 조작 패널(130)의 버튼(a)을 누르거나, 다이얼(c)을 돌리거나, 레버(b)를 움직이거나, 플러그 소켓(d)에 플러그를 삽입할 수 있다. 로봇 암(272)이 복수인 경우에는 각각의 로봇 암(272)에 서로 다른 동작이 할당될 수 있다.

체결 유닛(270)은 해저 시설물(100)에 수중 로봇(200)을 고정시킬 수 있다. 체결 유닛(270)은 돌출 부재(140)와 체결되고, 이에 따라 수중 로봇(200)이 하우징(110)의 일면에 고정될 수 있다. 수중 로봇(200)이 해저 시설물을 조작할 때 해저 시설물에 접근하여 부유한 상태에서 수중 작업을 하게 되면, 조류 등에 의한 외란으로 수중 로봇(200)의 위치 및 자세가 불안정해질 수 있는데, 수중 로봇(200)이 해저 시설물에 고정되면 외란의 영향으로 인해 위치 및 자세가 불안해지는 것이 방지될 수 있다.

체결 유닛(270)은 실린더(271), 암(272) 및 그리퍼(273, gripper)를 포함할 수 있다. 실린더(271)는 보디 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 체결 부재를 그립(grip)하여 수중 로봇(200)을 해저 시설물에 체결시킬 수 있다.

예를 들어, 실린더(271)는 보디 프레임(210)의 상면에 설치되고, 암(272)은 보디 프레임(210)의 상면에 수직한 위쪽으로 연장될 수 있다. 그리퍼(273)는 체결바(144)를 그립할 수 있다. 체결바(144)를 그립하면, 수중 로봇(200)이 체결바(144)의 하부에 하우징(110)의 일면을 마주보도록 고정될 수 있다. 이 상태에서 승강기(142)가 제2 로드(143)를 승강시키거나 실린더(271)가 암(272)의 길이를 조절하면 수중 로봇(200)이 해저 시설물에 고정된 상태에서 상하로 승강할 수 있다. 수중 로봇(200)의 로봇 암(272)의 작업 범위는 그 최대 길이로 제한되는데, 수중 로봇(200)이 상하로 승강하면 안정적인 자세를 유지하면서 작업 범위를 확장할 수 있다.

또 체결 유닛(270)은 복수로 제공될 수도 있다. 예를 들어, 체결 유닛(270)은 보디 프레임(210)의 상면에 보디 프레임(210)의 좌우로 한 쌍이 설치될 수 있다. 복수의 체결 유닛(270)이 체결 부재를 그립하면 수중 로봇(200)의 위치 및 자세가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.

촬영 유닛(260)은 영상을 촬영한다. 촬영 유닛(260)은 주 카메라(261) 및 조명 부재(262)를 포함할 수 있다. 주 카메라(261)는 보디 프레임(210)의 전방을 향하여 설치될 수 있다. 이에 따라 주 카메라(261)는 수중 로봇(200)의 전방 영상을 촬영할 수 있다. 촬영된 영상은 테더 케이블(13)을 통해 모선(11)으로 송신될 수 있다. 모선(11)에서는 디스플레이를 통해 촬영된 영상을 표시할 수 있다. 조명 부재(262)는 영상의 촬영을 위한 조명을 제공한다.

한편, 수중 로봇(200)은 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어기(미도시)는 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 조종 신호를 획득하고, 이에 따라 추진기(230) 및 로봇 암(272)을 구동시킬 수 있다.

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

하드웨어적으로 제어기(미도시)는 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 제어기능을 수행하기 위한 전기적인 장치로 제공될 수 있다.

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

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 작업 방법에 관하여 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명한다. 이하에서 설명하는 수중 작업 방법은 상술한 수중 작업 시스템(10)을 이용하여 수행될 수 있다. 다만, 수중 작업 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 수중 작업 방법은 본 발명에 따른 수중 작업 시스템(10)과 동일 또는 유사한 다른 시스템을 이용하여 수행될 수도 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 작업 방법의 순서도이다.

도 9를 참조하면, 수중 작업 방법은 수중 로봇(200)이 주 영상을 촬영하는 단계(S110), 해저 시설물이 보조 영상을 촬영하는 단계(S120), 모선(11)에서 주 영상 및 보조 영상을 표시하는 단계(S130) 및 수중 로봇(200)이 원격 조종되는 단계(S140)을 포함한다. 다만, 상술한 단계들이 반드시 설명된 순서에 따라 수행되어야 하는 것은 아니며, 나중에 설명된 단계가 먼저 설명된 단계에 앞서 수행되는 것도 가능하다.

이하에서는 상술한 각 단계에 관하여 설명한다.

모선(11)은 런쳐 스테이션(12)을 수중으로 진수시킬 수 있다. 런쳐 스테이션(12)이 진수되면, 수중 로봇(200)은 런쳐 스테이션(12)으로부터 발진할 수 있다.

이때 수중 로봇(200)은 테더 케이블(13)을 통해 모선(11)으로부터 조종 신호를 수신하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 모선(11)의 사용자 인터페이스는 파일럿으로부터 조종 신호를 입력받고, 테더 케이블(13)을 통해 조종 신호를 수중 로봇(200)으로 전송한다. 수중 로봇(200)은 케이블 포트(220)를 통해 조종 신호를 전송받고, 제어기(미도시)가 조종 신호에 따라 수중 로봇(200)의 구성요소가 동작하도록 제어할 수 있다. 이때 파일럿은 모선(11)의 디스플레이를 통해 수중 로봇(200) 또는 해저 시설물 (100)등으로부터 촬영된 영상을 참조하여 조종신호를 입력할 수 있다.

런쳐 스테이션(12)으로부터 발진한 수중 로봇(200)은 상술한 바와 같이 원격 조종에 따라 해저 시설물로 이동하여 해저 시설물에 체결될 수 있다. 구체적으로 수중 로봇(200)은 하우징(110)의 조작 패널(130)이 형성된 일면으로 접근한다. 수중 로봇(200)은 상기 일면에 형성된 돌출 부재(140)의 하부로 이동하고, 그리퍼(273)가 체결바(144)를 그립한다.

도 10은 도 9의 수중 작업 방법의 동작도이다. 도 10을 참조하면, 그리퍼(273)가 체결바(144)를 그립하여 수중 로봇(200)이 하우징(110)의 조작 패널(130)이 제공되는 일면과 마주보도록 해저 시설물에 고정된다. 수중 로봇(200)이 고정되면, 조류 등의 외란이 배제되어 로봇 암(272)이 조작 패널(130)을 용이하게 조작할 수 있다. 이때 조작하고자 하는 부위가 로봇 암(272)의 조작 범위 밖에 있는 경우에는 실린더(271)나 승강기(142)가 수중 로봇(200)을 해저 시설물에 고정된 상태로 유지시키면서 승강시킬 수 있다.

수중 로봇(200)은 주 영상을 촬영한다(S110). 주 카메라(261)는 보디 프레임(210)의 전면부에 수중 로봇(200)의 전방을 향하도록 설치된다. 이에 따라 주 카메라(261)는 수중 로봇(200)의 전방을 촬영하여 주 영상을 획득할 수 있다.

도 11은 도 9의 수중 작업 방법에서 수중 로봇(200)이 촬영한 영상을 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, 수중 로봇(200)이 조작 패널(130)이 형성된 하우징(110)의 일면을 마주보고 있는 상태에서는 주 카메라(261)는 조작 패널(130)을 중심으로 로봇 암(272) 등이 포함되는 영상을 촬영할 수 있다.

해저 시설물은 보조 영상을 촬영한다(S120). 보조 카메라(150)는 해저 시설물의 하우징(110)으로부터 이격된 상태에서 하우징(110)을 향하도록 설치된다. 이에 따라 보조 카메라(150)는 해저 시설물의 주변 영상을 획득할 수 있다.

도 12 및 도 13은 도 9의 수중 작업 방법에서 촬영하는 보조 영상에 관한 도면이다. 도 12 및 도 13을 참조하면, 수중 로봇(200)이 해저 시설물에 고정된 상태에서 보조 카메라(150)는 보조 영상으로서 수중 로봇(200)의 어라운드 뷰를 촬영할 수 있다. 어라운드 뷰에는 주 영상과 달리 수중 로봇(200)의 보디 프레임(210)의 일부 또는 전체가 포함될 수 있다.

이때, 체결바(144)의 양단에 설치된 제1 보조 카메라(151)는 좌측 로봇 암(272)을 중심으로 어라운드 뷰를 촬영하고, 제2 보조 카메라(152)는 우측 로봇 암(272)을 중심으로 어라운드 뷰를 촬영할 수 있다. 물론, 보조 카메라(150)는 이외에도 다른 위치에 설치되어 수중 로봇(200)의 후방 영상을 비롯한 다양한 영상을 촬영할 수 있다.

모선(11)에서 주 영상 및 보조 영상을 표시한다(S130). 촬영된 주 영상은 테더 케이블(13)을 통해 모선(11)으로 전송되고, 모선(11)의 디스플레이를 통해 표시될 수 있다. 파일럿은 이를 참조하여 로봇 암(272)을 조종하여 조작 패널(130)을 조작할 수 있다. 또 촬영된 보조 영상은 해저 시설물로부터 모선(11)으로 전송되고, 파일럿은 이를 참조하여 수중 로봇(200)의 수중 작업의 전반적인 상황을 파악하고 또 수중 로봇(200)의 위치나 자세를 조정할 수 있다. 이때 보조 영상은 해저 시설물로부터 수중 로봇(200)으로 유선 또는 무선으로 전송되고, 수중 로봇(200)으로부터 테더 케이블(13)을 통해 모선(11)으로 전송될 수 있다. 또는 보조 영상은 해저 시설물로부터 플로우 라인(16)이나 파이프 라인(18) 등을 통해 해상의 정제 시설(19)로 전송된 뒤, 정제 시설(19)에서 유선 또는 무선으로 모선(11)으로 전송될 수 있다.

따라서, 파일럿은 디스플레이를 통해 수중 로봇(200)의 전방에 관한 주 영상과 수중 로봇(200)의 어라운드 뷰에 관한 보조 영상을 모두 참조할 수 있으므로 주 영상만 받는 경우에 비해 수중 로봇(200)의 수중 작업 상황을 보다 정확히 파악할 수 있고, 이에 따라 수중 로봇(200)의 조작이 보다 용이해 질 수 있다.

이에 따라 수중 로봇(200)이 원격 조종될 수 있다(S140). 파일럿은 사용자 인터페이스의 입력 수단을 조작하여 조종 신호를 입력하고, 조종 신호는 테더 케이블(13)을 통해 수중 로봇(200)에 전송되고, 이에 따라 수중 로봇(200)이 해저 시설물을 조작할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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: 수중 작업 시스템 11: 모선
12: 런쳐 스테이션 13: 테더 케이블
100: 해저 시설물 110: 하우징
130: 조작 패널 140: 돌출 부재
150: 보조 카메라 200: 수중 로봇
210: 보디 프레임 250: 로봇 암
260: 촬영 유닛 261: 주 카메라
270: 체결 유닛

Claims

해저에 설치되는 해저 시설물;
상기 해저 시설물을 조작하는 수중 로봇; 및
상기 수중 로봇과 테더 케이블로 연결되고, 상기 수중 로봇을 조종하기 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 모선;을 포함하되,
상기 수중 로봇은, 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하여 제1 영상을 획득하는 제1 카메라를 포함하고,
상기 해저 시설물은, 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하여 제2 영상을 획득하는 제2 카메라를 포함하고,
상기 모선은, 상기 제1 영상 및 상기 제2 영상을 출력하는 디스플레이를 포함하되,
상기 해저 시설물은,
하우징; 및
상기 하우징의 일면으로부터 연장되어 설치되고, 상기 제 2 카메라가 설치되는 돌출 부재를 포함하고,
상기 수중 로봇은,
상기 제1 카메라가 전방에 배치되는 보디 프레임,
상기 보디 프레임에 설치되고, 상기 해저 시설물을 조작하는 로봇 암 및
상기 돌출 부재를 그립하여 상기 수중 로봇을 상기 해저 시설물에 고정시키는 그리퍼를 포함하는 수중 작업 시스템.
제1항에 있어서,
상기 해저 시설물은,
상기 하우징의 일면에 제공되는 조작 패널을 더 포함하는 수중 작업 시스템.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 해저 시설물은, 복수의 상기 제2 카메라를 포함하고,
상기 복수의 제2 카메라는, 서로 상이한 제2 영상을 획득하는 수중 작업 시스템.
제1항에 있어서,
상기 돌출 부재는,
상기 일면으로부터 연장되는 제1 로드,
상기 제1 로드의 단부로부터 아래 방향으로 연장되는 제2 로드 및
상기 제1 로드 및 상기 제2 로드에 수직하고, 그 중심이 상기 제2 로드에 연결되는 체결바를 포함하고,
상기 그리퍼는, 상기 수중 로봇이 상기 하우징의 일면을 마주보고 고정되도록 상기 체결바를 그립하고,
상기 제2 카메라는, 한 쌍으로 제공되어 상기 체결바의 일측과 타측에 각각 하나씩 설치되는 수중 작업 시스템.
제5항에 있어서,
상기 수중 로봇은, 한 쌍의 상기 로봇 암을 가지고,
상기 한 쌍의 제2 카메라는, 각각 상기 한 쌍의 로봇 암을 중심으로 촬영하는 수중 작업 시스템.
해저 시설물에 대해 고정된 상태에서 모선으로부터 원격 조종을 받아 상기 해저 시설물을 조작하는 수중 로봇이 전방을 촬영하는 단계;
상기 해저 시설물이 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하는 단계; 및
상기 모선에서 상기 수중 로봇 및 상기 해저 시설물에서 촬영된 영상을 표시하는 단계;를 포함하는 수중 작업 방법.
제7항에 있어서,
상기 해저 시설물이 상기 수중 로봇의 전방을 촬영하는 단계에서, 상기 해저 시설물은 서로 상이한 위치에 배치되는 복수의 카메라를 이용하여 서로 상이한 복수의 영상을 획득하는 수중 작업 방법.
제8항에 있어서,
상기 모선에서 상기 수중 로봇 및 상기 해저 시설물에서 촬영된 영상을 표시하는 단계는, 상기 수중 로봇 및 상기 해저 시설물에서 각각 촬영된 영상을 합성하는 수중 작업 방법.