KR101479144B1 - 햅틱 감응 조종 장치 및 이를 이용한 선박의 선저 청소 시스템 - Google Patents

햅틱 감응 조종 장치 및 이를 이용한 선박의 선저 청소 시스템 Download PDF

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강부원
정회룡
손형일
이민수
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명에 따른 햅틱 감응 조종 장치는 감응 플레이트, 상기 감응 플레이트 상에 회전 가능하게 배치되는 핸들부, 및 상기 핸들부에 회전 가능하게 결합되는 짐벌을 포함하고, 상기 핸들부 또는 상기 짐벌에 햅틱 감응 기능이 부가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 장치는 선저 청소로봇을 운용하는데 있어서 조작자의 직관성, 작업 기능 및 동작에 따른 햅틱 감각의 독립성을 유지하고 다양한 명령을 처리할 수 있게 함으로써 사용자 편의성을 향상시킨다.

Description

햅틱 감응 조종 장치 및 이를 이용한 선박의 선저 청소 시스템{Haptic Sensing Manipulating Apparatus and System for Cleaning the Hull of a Ship}
본 발명은 햅틱 감응 조종 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 햅틱 기능을 이용하여 이격된 상태로 배치되는 로봇과 같은 기계 장치의 구동을 가능하게 하는 동시에 조작자의 직관성과 상기 기계 장치의 조작에 필요한 다양한 기능 및 명령을 처리할 수 있게 하는 조작 편의성을 구비하는 햅틱 감응 조종 장치 및 이를 이용한 선박의 선저 청소 시스템에 관한 것이다.
배 바닥에 해당하는 선저 부위의 청소는 선박의 연료비를 절감시키고 선박 운영 효율을 증진시켜 항해 일수를 단축시킬 뿐만 아니라 선저 표면 도막의 내구성을 연장시킨다는 장점을 가지므로 이를 위해서 일반적으로 대형 선박에는 주기적인 청소 작업이 수행된다. 현재는 작업자가 직접 선저 청소용 기계를 수중에서 조작하여 청소 작업을 수행하고 있으며, 이러한 선저 청소방법은 지속적인 인건비 지출과 더불어 잠재적 위험성을 항상 내포하고 있다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위해서 조작자가 직접적으로 수중에서 작업하지 않고 무인 선저 청소로봇을 운용하는 시스템 개발이 수행되고 있다.
종래의 무인 선저 청소로봇의 운용 과정을 다음과 같다. 먼저, 선저 청소로봇의 진입 및 회수 장치를 이용하여 로봇을 수중에 입수시킨다. 이때에 크레인으로 무인 선저 청소로봇 전면부에 걸이용 후크를 걸어 입수시킨다. 입수와 동시에 발라스트를 조절하여 로봇이 수면에 대해 수직으로 배치되게 한다. 이후, 선저 청소 로봇의 스러스터(thruster)를 가동하여 로봇을 수평 이동함으로써 선박의 외벽에 청소 로봇을 부착시킨다.
청소 로봇이 선박의 외벽에 부착된 후에 상기 청소 로봇 바퀴의 전자석에 의해 선체 외벽에 부착되어 이동함으로써 선박의 외벽을 청소한다. 이후, 선체 바닥의 외벽을 따라 이동하면서 청소해야 하는 영역을 지정하고, 장애물이 있으면 피해가면서 청소작업을 수행한다.
한편, 해저에 입수된 선저 청소 로봇을 원격으로 조종할 경우에는 상기 선저 청소 로봇에 부착된 카메라를 통해서 진행 방향 및 방해물을 식별하여 직업을 진행하는데, 해저에는 부유물 등의 방해요소의 존재로 인하여 시야의 확보가 용이하지 않으므로 선저 청소 로봇에 장착된 카메라로 전송되는 시각정보 만을 이용해서 조작하는 것은 상당히 어려운 작업이다.
보다 구체적으로, 문헌으로 공개된 원격 조종 로봇 시스템 및 이에 사용되는 원격 조종기를 참조하면 다음과 같다. 한국등록특허 제10-1151787호에서는 거리 센서, 영상 정보, 햅틱 기술 등을 사용하여 조향 결정 성능을 향상시킨 원격 조종 로봇 시스템 및 이에 사용되는 원격 조종기를 제공한다. 상기 등록특허에서는 원격 모바일 로봇에 탑재된 초음파센서나 레이저 센서 등의 거리센서정보를 원격조종기에 제공함으로써, 카메라의 좁은 시야각을 해결하고 로봇과 장애물과의 원근감을 정확하게 파악하여 로봇의 주행 성능을 향상하고자 한다는 점에 대해서는 기술되어 있지만, 구체적으로 조작자가 직접 다루어야만 하는 원격조종기 자체에 대해서는 별다른 내용이 기술되어 있지 않아 원격 모바일 로봇을 조작자가 직관적으로 제어하는 데에는 부족한 부분이 있다는 문제점이 있게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 선저 청소로봇을 제어함에 있어서 조작자의 직관성, 조작 기능 및 실제 동작에 따른 햅틱 감각의 독립성을 강화하고 장치의 휴대성을 증가시키고 복수의 명령을 처리할 수 있게 하는 햅틱 감응 조종 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 햅틱 감응 기능이 향상된 햅틱 감응 조종 장치 및 선저 청소로봇을 이용하여 시야의 확보가 용이하지 않은 해저에서의 청소 작업을 용이하게 하는 선박의 선저 청소 시스템을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 햅틱 감응 조종 장치는 감응 플레이트, 상기 감응 플레이트 상에 회전 가능하게 배치되는 핸들부, 및 상기 핸들부에 회전 가능하게 결합되는 짐벌을 포함하고, 상기 핸들부 또는 상기 짐벌에 햅틱 감응 기능이 부가되는 것을 특징으로 한다.
상기 핸들부는 인터페이스 패널, 상기 인터페이스 패널 상에 회전 운동 가능하게 결합되는 회전 로드, 상기 회전 로드의 양단으로부터 반원 형상으로 형성되는 핸들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 핸들부는 상기 인터페이스 패널을 중심으로 회전 운동하는 제1자유도, 상기 짐벌이 상기 핸들부를 중심으로 회전하는 제2자유도, 및 상기 짐벌 자체가 운동하는 제3자유도를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는, 상기 감응 플레이트 상에 배치되어 상기 핸들부의 회전 운동을 감지하는 핸들 감지체를 더 포함하며, 상기 핸들 감지체는 상기 감응 플레이트에 수직으로 고정 배치되는 지지 포스트 및 상기 지지 포스트의 상단에 고정되는 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 짐벌은 상기 핸들의 양단에 한쌍이 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 짐벌은, 상기 핸들부에 회전 가능하게 결합하는 짐벌 바디, 상기 짐벌 바디에 회전 가능하게 결합되는 지지부, 및 상기 지지부에 연동하게 배치되는 햅틱 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 햅틱 감지부의 상기 지지부에 대한 회전은 상기 제3자유도를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 짐벌은, 상기 짐벌 바디와 상기 지지부를 분리 가능하게 연결하는 고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 햅틱 감지부는 상기 짐벌 바디 상에 회전가능하게 배치되는 감지 바디, 상기 감지 바디의 양측 단을 연결하여 상기 감지 바디와의 사이에 파지 공간을 형성하는 바디 연결체, 및 상기 감지 바디에 배치되는 햅틱 전달체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 지지부는 상기 짐벌 바디 상에 회전 가능하게 배치되는 지지 바디, 상기 지지 바디에 고정 배치되는 거치링, 및 상기 지지 바디의 상단에 형성되는 거치홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 지지부는 상기 짐벌 바디에 회전 가능하게 결합되고, 상기 햅틱 감지부는 상기 지지부에 회전 가능하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 고정부는 상기 짐벌 바디와 상기 지지부를 분리 가능하게 연결하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정부는 상기 짐벌 바디와 상기 지지부를 연결하는 회전축의 축방향으로 운동하며, 상기 지지부를 고정하는 제 1 위치 및 제 2 위치 사이에서 상기 지지부를 고정 및 해제하는 것이 휴대성을 위해 바람직할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 다른 관점에 따른 선박의 선저 청소 시스템은 상기 햅틱 감응 조종 장치, 및 상기 햅틱 감응 조종 장치에 무선 또는 유선으로 접속되는 선저 청소로봇을 포함하며, 상기 햅틱 감응 조종 장치는 조향 기능 및 속도 조절 기능을 제공하며, 상기 선저 청소로봇으로부터 제공되는 햅틱 감각을 조작자에게 반력을 통해 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 선박의 선저 청소 시스템은 복수의 자유도를 통해 발라스트 조절, 한쌍의 스러스트의 상대적 세기 조절, 및 출력 조절을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 햅틱 감응 조종 장치는 선저 청소로봇을 운용하는데 있어서 조작자의 직관성, 작업 기능 및 동작에 따른 햅틱 감각의 독립성을 유지하고 다양한 명령을 처리할 수 있게 함으로써 사용자 편의성을 향상시키고자 한다.
본 발명은 핸들부에 잡기(grip) 및 손목회전(roll)이 가능한 한쌍의 짐벌을 위치하게 하고, 짐벌은 양팔의 힘방향 유지를 위해 핸들부 회전에 구속받지 않는 별도의 자유도를 가지게 함으로써 선저 청소로봇의 조종시에 햅틱 기능의 독립성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 짐벌의 지지부를 접어 부피를 줄이게 함으로써 휴대 기능을 높이게 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 햅틱 감응 조종 장치를 도시하는 사시도,
도 2는 짐벌이 배치된 핸들부의 동작을 보이는 것으로서, 도 1을 상부에서 바라본 평면도,
도 3은 제1실시예에 따른 짐벌에 대한 사시도,
도 4는 도 3의 측면도,
도 5는 도 2에서 핸들부 상에 조작 패널이 부가된 형태를 보이는 도면,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 햅틱 감응 조종 장치를 도시하는 사시도,
도 7은 제2실시예에 따른 짐벌에 대한 사시도,
도 8은 도 7의 측면도, 및
도 9은 본 발명에 따른 햅틱 감응 조종 장치가 선저 부위의 청소에 투입된 청소 로봇을 제어하는 상태를 보이는 도면이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 햅틱 감응 조종 장치를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 선저 부위의 청소에 투입된 청소 로봇을 제어하기 위한 햅틱 감응 조종 장치를 제공하기 위한 것이지만 이에 한정되는 것은 아니고 우주선, 자동차, 및 비행선 등 구동 가능한 모든 종류의 기계 장치로 그 적용범위를 확대할 수 있다. 더불어, 원격 조종 뿐만 아니라 무선 또는 유선을 포함하는 일반적인 조종장치로서 구동된다.
본 발명에서 '반력'은 청소 로봇을 포함하는 기계 장치의 운용 과정에서 외부로부터 가해지는 충격 또는 진동 등을 조작자가 감지할 수 있을 정도로 나타내어지는 햅틱 성분으로 정의할 수 있다. 즉, 조작자가 촉각을 통해 감지할 수 있는 모든 형태의 감각 형태를 반력으로 정할 수 있다.
본 발명인 햅틱 감응 조종 장치는 필요에 따라 일체형으로 제조되거나 각각 분리되어 제조될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.
이하, 햅틱 감응 조종 장치의 구조 및 기능을 구체적으로 설명한다.
햅틱 감응 조종 장치의 제 1 실시예 (100)
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 햅틱 감응 조종 장치의 제 1 실시예(100)에 대한 전체적인 구조를 살핀다.
햅틱 감응 조종 장치(100)는 감응 플레이트(10), 감응 플레이트(10) 상에 회전 가능하게 배치되는 핸들부(20), 핸들부(20)에 회전 가능하게 결합되는 짐벌(30)을 포함한다.
감응 플레이트(10)는 본 발명인 햅틱 감응 조종 장치(100)의 전체적인 지지판의 기능을 하는 동시에 이격된 장소에 배치되는 선저 청소 로봇으로부터 전달받는 햅틱 정보를 포함한 센싱 정보를 수신하는 기능을 담당할 수 있다.
감응 플레이트(10) 상에는 핸들부(20)의 회전 운동을 감지하는 핸들 감지체(12)가 배치된다. 상기 핸들 감지체(12)는 감응 플레이트(10)에 수직으로 고정 배치되는 지지 포스트(14) 및 지지 포스트(14)의 상단에 고정되는 센서(13)를 구비한다.
핸들부(20)는 인터페이스 패널(21), 인터페이스 패널(21)을 중심으로 상호 대칭적으로 배치되는 동시에 회전 운동 가능하게 결합되는 회전 로드(23), 회전 로드(23)의 양단으로부터 반원 형상으로 형성되는 핸들(25), 및 회전 로드(23)와 핸들(25)의 결합부위에 배치되는 마운트(27)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 핸들부(20)의 양단에 배치되는 짐벌(30)을 이용하여 인터페이스 패널(21)을 중심으로 시계 또는 반시계 방향으로 핸들부(20)를 회전할 수 있음을 알 수 있다. 여기에서, 핸들(25)의 끝단을 통해 핸들(25)의 원주 접선 방향을 따라 반력이 형성될 수 있다. 상기 반력을 통해 핸들(25)의 조종 과정에서 청소 로봇으로부터 감지되는 실제 충격 내지 진동을 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 짐벌(30)은 조작자의 손을 통해 직접적으로 햅틱 감응을 인지할 수 있는 햅틱 감응 조종 장치(100)의 핵심적인 구성요소이다. 조작자는 손가락 또는 손목을 이용하여 짐벌(30)을 회전구동함에 의해서 이격된 상태로 배치되는선저 청소 로봇의 미세 구동을 제어할 수 있다. 이와 더불어 짐벌(30) 상에 배치되는 구동기 및 센서를 이용하여 손에 감지되는 미세 진동 또는 충격 등을 통하여 선저 청소 로봇 주위에 있는 장애물 또는 해저 기류의 영향도를 체크할 수 있다.
이하, 짐벌(30)의 구체적인 구조 및 기능을 설명한다.
짐벌의 제 1 실시예 (30)
짐벌(30)은 핸들부(20)의 마운트(27)에 회전 가능하게 결합하는 짐벌 바디(31), 짐벌 바디(31)에 고정되는 구동부(35), 짐벌 바디(31)에 회전 가능하게 결합되는 지지부(40), 상기 지지부(40)에 연동하게 배치되는 햅틱 감지부(50), 및 짐벌 바디(31)와 지지부(40)를 분리 가능하게 연결하는 고정부(37)를 포함한다.
짐벌 바디(31)는 마운트 연결부(33)를 통해 마운트(27)에 결합한다. 여기에서, 상기 마운트(27)는 회전 로드(23)의 양단에 배치되므로 짐벌(30)은 결과적으로 회전 로드(23) 양측단에 한쌍으로 존재할 수 있다.
구동부(35)는 햅틱 감지부(50)의 회전 구동시에 일정 위치를 벗어나는 경우에는 원래의 위치로 복원할 수 있게 하는 에너지를 제공한다. 즉, 조작자가 짐벌(30)을 조작하는 경우에 햅틱 감지부(50)의 기본 위치를 유지하는 힘이 주어지지 않는다면 작동이 용이하지 않으므로 이를 감안하여 설계할 수 있다. 한편, 구동부(35)는 짐벌 바디(31)를 중심으로 반대편에 배치되는 햅틱 감지부(50)와 고정부(37)와의 균형을 맞추기 위해 존재할 수 있다.
지지부(40)는 짐벌 바디(31) 상에 배치되는 지지부 회전축(47)을 중심으로 회전 운동 가능한 지지 바디(41), 지지 바디(41)의 상부에 고정 배치되는 거치링(43), 및 지지 바디(41)의 상단에 형성되는 거치홈(45)을 포함한다.
햅틱 감지부(50)는 짐벌 바디(31) 상에 배치되는 감지부 회전축(57)을 중심으로 회전 운동 가능한 감지 바디(51), 감지 바디(51)의 양측 단을 연결하여 상기 감지 바디(51)와의 사이에 파지 공간을 형성하는 바디 연결체(53), 감지 바디(51)에 배치되는 햅틱 전달체(55)를 포함한다.
조작자가 햅틱 감지부(50) 및 지지부(40)를 이용하여 구동하는 과정을 보면 다음과 같다.
조작자의 엄지 손가락은 거치링(43)을 관통하여 거치홈(45) 상에 안착하게 하고, 나머지 손가락들은 햅틱 감지부(50) 상에 형성된 파지 공간에 위치한다. 상기 파지 공간을 통한 잡는(grip) 구조에서와 같이 거치홈(45)은 햅틱 기능의 독립성을 유지할 수 있다. 조작자의 손은 결과적으로 지지 바디(41) 및 감지 바디(51)를 감싸쥐는 구조로 파지하게 되고, 상기의 상태에서 조작자는 엄지 손가락을 제외한 잔여 손가락을 이용하여 햅틱 감지부(50)의 회동을 가능하게 한다.
상기 햅틱 감지부(50)의 회동 과정에서 조작자는 햅틱 전달체(55)를 통해 반력을 전달받는다. 즉, 청소 로봇을 이용하여 청소 작업을 수행하는 도중에 상기 로봇에 가해지는 진동이나 충격을 실감있게 햅틱 전달체(55)로 전달받게 되고 손에 느껴지는 촉감을 이용하여 햅틱 감지부(50)의 롤링을 조절할 수 있다.
더불어, 조작자는 손목 회전을 통해 짐벌(30)을 마운트 연결부(33)를 중심으로 회전운동(roll)하게 하는데, 이를 통해 팔에서 상위 팔과 하위 팔로부터 햅틱 기능의 독립성을 유지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 감지부 회전축(57)으로부터 햅틱 전달체(55)까지의 거리(L)는 조작자의 손 크기 또는 편의에 따라 감지 바디(51) 상에서 조절 가능하다. 햅틱 감지부(50)에 전송되는 햅틱 감각은 예시적으로 햅틱 전달체(55)로부터 감지 바디(51)의 길이 방향에 수직한 방향으로 반력이 가해지는 것으로 도시하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 다양하게 변경 가능하다.
도 3을 참조하면, 고정부(37)는 지지부(40)가 짐벌 바디(31) 상에서 수직으로 고정되도록 기능한다. 고정부(37)는 지지부(40)의 지지 바디(41)에 형성된 고정부 회전축(39)을 중심으로 회동 가능하며, 고정부(37)에 형성된 고정홈(38)은 짐벌 바디(31)에 형성된 고정홈 걸쇠(32)에 분리가능하게 결합한다.
한편, 고정부(37)가 고정부 회전축(39)을 중심으로 회전하여 고정홈(38)이 고정홈 걸쇠(32)로부터 해제되는 경우에는, 지지부(40)는 지지부 회전축(47)을 중심으로 회전하여(도 4의 도면 부호 47a 참조) 감응 플레이트(10)에 평행한 위치로 이동 가능하다. 상기와 같이, 본 발명에 따른 장치(100)의 휴대성을 고려하여 지지부(40)의 위치 변경을 통해 짐벌(30)을 접을 수 있도록 설계하여 장치(100)의 부피를 줄일 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면 본 발명의 햅틱 감응 조종 장치(100)는 인터페이스 패널(21) 상에 각종 조작 버튼을 구비할 수 있다. 예를 들어, 조작자의 편의를 위한 크루즈 버튼(91), 정밀 작업을 위한 스케일 조절 버튼(93), 및 브러시 조작 버튼(95) 등을 포함한다. 추가적으로, 인터페이스 패널(21) 상에는 조명 버튼, 카메라 버튼, 로그 버튼 등을 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 조작 기능들을 인터페이스 패널(21)을 중심으로 한 곳에 모아 햅틱 기능을 제공받는 동시에 필요한 임무를 효율적으로 수행할 수 있도록 핸들부(20)에 마련할 수 있다. 상기 버튼들의 배치 형태는 단순한 예시일 수 있고, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.
햅틱 감응 조종 장치의 제 2 실시예 (100')
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 햅틱 감응 조종 장치의 제 2 실시예(100')에 대한 전체적인 구조를 살핀다.
이하에서는, 햅틱 감응 조종 장치의 제 1 실시예(100)와 동일한 부분에서는 설명을 생략하고 상이한 구조 및 기능을 중심으로 설명한다.
햅틱 감응 조종 장치(100')는 감응 플레이트(10), 감응 플레이트(10) 상에 회전 가능하게 배치되는 핸들부(20), 핸들부(20)에 회전 가능하게 결합되는 한쌍의 짐벌(60)을 포함한다.
도 6을 참조하면, 핸들(25)의 양단에 배치되는 짐벌(60)을 이용하여 인터페이스 패널(21)을 중심으로 시계 또는 반시계 방향으로 핸들부(20)를 회전할 수 있다. 여기에서, 핸들(25)의 양측 끝단을 통해 핸들(25)의 원주 접선 방향을 따라 반력이 형성될 수 있다. 상기 반력을 통해 핸들(25)의 조종 과정에서 청소 로봇으로부터 감지되는 실제 충격 내지 진동을 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 짐벌(60)의 회전 동작인 롤링(rolling)을 통해 청소 로봇을 구동하는 과정에서 주위로부터 상기 청소 로봇에 가해지는 실제적인 반력을 적절히 계산하여 이를 짐벌(60) 상에 배치되는 햅틱 감지 센서에 전달함으로써 조작자가 경험적으로 파악할 수 있다.
이하, 짐벌(60)의 구체적인 구조 및 기능을 설명한다.
짐벌의 제 2 실시예 (60)
짐벌(60)은 핸들부(20)의 마운트(27)에 회전 가능하게 결합하는 짐벌 바디(61), 짐벌 바디(61)에 지지부 회전축(65)을 통해 회전 가능하게 결합되는 지지부(70), 상기 지지부(70)에 연동하게 배치되는 햅틱 감지부(80), 및 짐벌 바디(61)와 지지부(70)를 분리 가능하게 연결하는 고정부(67)를 포함한다.
짐벌 바디(61)는 마운트 연결부(63)를 통해 마운트(27)에 결합한다.
짐벌(60)에서는 별도의 구동부를 도시하지 않지만, 햅틱 감지부(80)의 회전 구동시에 일정 위치를 벗어나는 경우에는 원래의 위치로 복원할 수 있게 하는 에너지를 제공하도록 적절한 위치에 배치 가능하다. 즉, 조작자가 짐벌(60)을 조작하는 경우에 햅틱 감지부(80)의 기본 위치를 유지하는 힘이 주어지지 않는다면 작동이 용이하지 않으므로 이를 감안하여 설계할 수 있다.
지지부(70)는 짐벌 바디(61)의 일측에 결합되는 지지부 회전축(65)을 중심으로 회전 운동 가능하다.
햅틱 감지부(80)는 지지부(70)의 상단에 결합되는 감지부 회전축(72)을 중심으로 회전 운동 가능한 바디 연결체(81), 바디 연결체(81)의 양측 단을 연결하여 상기 바디 연결체(81)와의 사이에 파지 공간을 형성하는 감지 바디(83), 및 감지 바디(83)에 배치되는 햅틱 전달체(미도시)를 포함한다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 감지부 회전축(72)으로부터 연장되는 가상축(72a)를 중심으로 햅틱 감지부(80)가 회전 구동할 수 있다.
조작자가 햅틱 감지부(80) 및 지지부(70)를 이용하여 구동하는 과정을 보면 다음과 같다.
조작자의 엄지 손가락을 제외한 나머지 손가락을 이용하여 파지 공간을 관통하도록 파지한다. 이 과정에서 조작자의 손은 결과적으로감지 바디(83)를 감싸쥐는 구조로 파지하게 되고, 상기의 상태에서 조작자는 손과 손목의 힘을 이용하여 햅틱 감지부(80)의 회동을 가능하게 한다.
상기 햅틱 감지부(80)의 회동 과정에서 조작자는 햅틱 전달체(미도시)를 통해 반력을 전달받는다. 즉, 선저 청소 로봇를 이용하여 청소 작업을 수행하는 도중에 로봇에 가해지는 진동이나 충격을 실감있게 햅틱 전달체로 전달받게 되고 손에 느껴지는 촉감을 이용하여 햅틱 감지부(80)의 롤링을 조절할 수 있다.
도 8에서 감지 바디(83)에 배치되는 햅틱 전달체는 상기 감지 바디(83)의 상단 및 하단에 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 손에 가해지는 햅틱 감각을 안정적으로 감지할 수 있다.
고정부(67)는 지지부(70)가 짐벌 바디(61) 상에서 수직으로 고정되도록 기능한다. 고정부(67)는 짐벌 바디(61), 지지부 회전축(65), 및 지지부(70)를 연결하는 방향을 따라 직선 운동한다. 상기 고정부(67)는 지지부(70)를 고정하는 제 1 위치 및 상기 지지부(70)의 고정을 해제하는 제 2 위치 사이에서 병진 운동한다.
즉, 고정부(67)가 제 2 위치에 있는 경우에, 지지부(70)는 지지부 회전축(65)으로부터 연장되는 가상축(65a)을 회전 구동할 수 있다(도면 번호 74참조). 이를 통해 지지부(70)는 지지부 회전축(65)을 중심으로 회전하여 감응 플레이트(10)에 평행하게 배치 가능하다.
다음으로, 도 1 및 도 9를 참조하여 햅틱 감응 조종 장치(100)를 이용하여 선박을 이루는 부분 중 수중에 잠겨 있는 선저(1)에 부착되어 청소 작업을 수행하는 선저 청소로봇(3)과의 연동 과정을 설명한다. 선저 청소로봇(3)은 유선 또는 무선의 접선 선로(5)를 이용하여 제어 가능하게 연결된다.
선박의 선저 청소 작업시, 조작자는 햅틱 감응 조종 장치(100)의 핸들(25) 양단에 배치되는 짐벌(30)을 양손으로 잡아 양팔의 회전 움직임을 통해 선저 청소로봇(3)의 이동방향을 조정하고 손의 움직임을 이용해 속도를 조절한다.
선저 청소로봇(3)을 해상에 진수시켜 청소 작업을 수행하는 과정은 진수/선박 부착, 초기위치이동, 및 청소의 3단계의 임무를 수행한다. 여기서 진수 이후의 과정부터 본 발명의 햅틱 감응 조종 장치(100)를 통한 조종이 필요하다.
선저 청소로봇(3)을 선박에 부착하기 위해서는 선저 청소로봇(3)의 발라스트(ballast)와 스러스트(thrust)를 제어해야 하는데, 3자유도의 햅틱 제어가 필요하다. 상기 3자유도는 발라스트 조절, 두개 스러스트의 상대적인 세기 조절, 및 출력 조절이다. 선저 위치에 부착된 이후부터는 선저 청소로봇(3)의 주행 각도와 주행 속도를 제어할 수 있는 2자유도의 햅틱 제어가 요구된다.
본 발명에서 제안한 햅틱 감응 조종 장치(100)는 핸들부(20)에서 요구하는 사람의 움직임은 팔인 반면에 짐벌(30,60)의 움직임은 손으로 한정하여 각 움직임의 독립성을 유지할 수 있도록 한다. 햅틱 감응 조종 장치(100)의 각 자유도는 최대 3자유도의 구성을 가지지만 동작 형태는 크게 두 가지 구조로 나눌 수 있는데, 앞서 설명한 바와 같이, 핸들부(20)는 동일한 형태를 유지하되, 짐벌(30,60)은 복수의 형태를 제시함으로써 각각 잡기(grip) 및 손목회전(roll) 움직임을 구현하게 된다.
이상, 본 발명에 따른 햅틱 감응 조종 장치는 선저 청소로봇을 운용하는데 있어서 조작자의 직관성, 작업 기능 및 동작에 따른 햅틱 감각의 독립성을 유지하고 다양한 명령을 처리할 수 있게 함으로써 사용자 편의성을 향상시킨다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
1 : 선저
3 : 선저 청소로봇
10 : 감응 플레이트
20 : 핸들부
21 : 인터페이스 패널
23 : 회전 로드
25 : 핸들
27 : 마운트
30,60 : 짐벌
31 : 짐벌 바디
35 : 구동부
37,67 : 고정부
40,70 : 지지부
50,80 : 햅틱 감지부
100 : 햅틱 감응 조종 장치

Claims (15)

  1. 감응 플레이트;
    상기 감응 플레이트 상에 회전 가능하게 배치되는 핸들부; 및
    상기 핸들부에 회전 가능하게 결합되는 짐벌;
    을 포함하고,
    상기 핸들부 또는 상기 짐벌에 햅틱 감응 기능이 부가되며,
    상기 핸들부는 상기 감응 플레이트에 결합된 인터페이스 패널을 중심으로 회전 운동하는 제1자유도, 상기 짐벌이 상기 핸들부를 중심으로 운동하는 제2자유도, 및 상기 짐벌 자체가 운동하는 제3자유도를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 핸들부는 상기 인터페이스 패널, 상기 인터페이스 패널 상에 회전 운동 가능하게 결합되는 회전 로드, 상기 회전 로드의 양단으로부터 반원 형상으로 형성되는 핸들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 감응 플레이트 상에 배치되어 상기 핸들부의 회전 운동을 감지하는 핸들 감지체 및 구동기를 포함하며,
    상기 핸들 감지체는 상기 감응 플레이트에 수직으로 고정 배치되는 지지 포스트 및 상기 지지 포스트의 상단에 고정되는 구동기 및 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 짐벌은 상기 핸들의 양단에 한쌍이 배치되는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 짐벌은,
    상기 핸들부에 회전 가능하게 결합하는 짐벌 바디;
    상기 짐벌 바디에 회전 가능하게 결합되는 지지부; 및
    상기 지지부에 연동하게 배치되는 햅틱 감지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 햅틱 감지부의 상기 지지부에 대한 회전은 상기 제3자유도를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 짐벌은,
    상기 짐벌 바디와 상기 지지부를 고정 및 분리 가능하게 연결하는 고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 햅틱 감지부는 상기 짐벌 바디 상에 회전가능하게 배치되는 감지 바디, 상기 감지 바디의 양측 단을 연결하여 상기 감지 바디와의 사이에 파지 공간을 형성하는 바디 연결체, 및 상기 감지 바디에 배치되는 햅틱 전달체를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 짐벌 바디 상에 회전 가능하게 배치되는 지지 바디, 상기 지지 바디에 고정 배치되는 거치링, 및 상기 지지 바디의 상단에 형성되는 거치홈을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 짐벌 바디에 회전 가능하게 결합되고, 상기 햅틱 감지부는 상기 지지부에서 움직임이 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 짐벌 바디와 상기 지지부를 연결하는 회전축의 축방향으로 운동하며, 상기 지지부를 고정하는 제 1 위치 및 상기 지지부의 고정을 해제하는 제 2 위치 사이에서 병진 운동하는 것을 특징으로 하는,
    햅틱 감응 조종 장치.
  14. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 11 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 햅틱 감응 조종 장치; 및
    상기 햅틱 감응 조종 장치에 무선 또는 유선으로 접속되는 선저 청소로봇;
    을 포함하며,
    상기 햅틱 감응 조종 장치는 상기 선저 청소로봇으로부터 제공되는 햅틱 감각을 조작자에게 반력을 통해 전달하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 선저 청소 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 햅틱 감응 조종 장치는 복수의 자유도를 통해 발라스트 조절, 한쌍의 스러스트의 상대적 세기 조절, 및 출력 조절을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 선저 청소 시스템.
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