KR101563861B1 - 선박용 로봇 작업시스템 - Google Patents

Abstract

선박용 로봇 작업시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 로봇 작업시스템은 육상 구조물에 설치되어 케이블을 감거나 푸는 릴유닛; 케이블과 연결되며, 선체 외벽 위에서 작업을 수행하는 작업로봇; 및 선체 외벽 위에서 작업로봇의 이동 시 함께 이동하며, 작업로봇에 연결되는 케이블을 지지하는 케이블지지부를 장착한 보조로봇;을 포함한다.

Description

선박용 로봇 작업시스템{ROBOT WORKING SYSTEM USED FOR SHIP}

본 발명은 선박용 로봇 작업시스템에 관한 것이다.

수중의 선체 외벽에는 따개비, 물이끼 등 각종 이물질이 들러붙어 외관을 해치거나 선박의 효율적인 운항에 지장을 줄 수 있으므로 청소작업이 필요하다. 그러나, 선체 외벽 청소작업을 수중에서 작업자가 수도구나 맨손을 이용하여 수행할 경우, 매우 비효율적일 뿐 아니라 청소작업의 신뢰도 및 작업자의 안전성 등을 보장하기 힘들다. 이에 최근에는 다양한 종류의 수중 청소로봇이 사용되고 있다.

예컨대 한국공개특허 제2011-0062248호(2011.06.10. 공개)(이하, “선행기술”이라 함)는 회전식 청소브러시를 이용하여 이물질 청소를 수행하면서 선체 외벽을 주행하는 수중 청소로봇에 관한 기술을 공개하고 있다. 이러한 선행기술뿐 아니라 종래의 다양한 수중 청소로봇은 원격으로 무선 조종되거나 윈치의 릴(reel)에 감겨진 케이블을 통해 전달된 제어명령에 의해 조종되어 청소작업을 수행한다.

여기서, 윈치는 통상적으로 수중 청소로봇의 동작을 제어하는 조작장치와 연결된 제어서버와 함께 육상에 설치될 수 있다. 케이블은 통신케이블, 전력케이블 등을 내설할 수 있으며, 이를 통해 청소로봇으로 사용자의 조작장치에 의해 수행된 제어명령을 전달하거나, 전력공급장치에 의해 전력을 공급할 수 있다.

그러나, 선체 외벽이 상당히 넓은 면적을 가진 중대형 선박의 경우, 선체 외벽 상의 청소로봇의 위치에 따라 상당히 길게 케이블이 풀어질 수 있다. 이 경우, 청소로봇에 연결된 케이블이 엉기거나 축 늘어진 상태가 되어 청소작업의 효율성을 떨어뜨리거나 외관상 미관을 해칠 수 있다.

한국공개특허 제2011-0062248호(2011.06.10. 공개)

본 발명의 실시 예는 선체 외벽 위에서 각종 작업을 수행하는 작업로봇과 연결된 케이블을 선체 외벽 위에서 작업로봇과 함께 이동하는 보조로봇을 통해 효과적으로 가이드 및 지지함으로써 청소작업의 효율성을 높이는 선박용 로봇 작업시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 육상 구조물에 설치되어 케이블을 감거나 푸는 릴유닛; 상기 케이블과 연결되며, 선체 외벽 위에서 작업을 수행하는 작업로봇; 및 상기 선체 외벽 위에서 상기 작업로봇의 이동 시 함께 이동하며, 상기 작업로봇에 연결되는 상기 케이블을 지지하는 케이블지지부를 장착한 보조로봇;을 포함하는 선박용 로봇 작업시스템이 제공될 수 있다.

상기 작업로봇은 외부 제어명령 또는 내부 설정값에 따라 해당 작업영역으로 이동하고, 상기 보조로봇은 상기 작업로봇의 이동 시, 상기 작업로봇으로부터 위치, 자세, 이동속도 및 이동방향 중 하나 이상을 포함하는 주행정보를 수신하는 통신부와, 상기 수신된 주행정보를 기초로 상기 보조로봇의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 작업로봇 이동 시 상기 작업로봇과 나란하게 상기 보조로봇이 이동되도록 할 수 있다.

상기 릴유닛은 상기 케이블을 감고 있는 릴과, 상기 릴을 회전시키는 모터와, 외부의 제어명령에 따라 상기 케이블이 상기 릴에 감기거나 풀려지도록 상기 모터를 구동시키는 릴제어부를 포함할 수 있다.

상기 케이블지지부는 상기 케이블의 움직임에 따라 회전하는 롤러와, 상기 롤러 회전축에 양단부가 연결되며, 상기 케이블이 통과할 수 있도록 일정 스페이스를 형성하는 롤러프레임과, 상기 롤러프레임의 하부에 장착되며 텔레스코프 방식으로 상기 롤러프레임의 높이를 조절하는 높이조절장치를 포함할 수 있다.

상기 보조로봇은 상기 케이블의 장력을 감지하는 장력감지센서와, 상기 감지된 장력 값을 기초로, 상기 높이조절장치에 의해 상기 롤러의 높이를 조절하거나, 상기 릴제어부로 상기 제어명령을 전달하는 방법으로 상기 케이블의 장력을 조절하는 장력조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 작업로봇은 수중에서 상기 선체 외벽의 청소 작업을 수행하는 청소로봇을 포함하고, 상기 보조로봇은 수면 위에서 상기 작업로봇과 나란히 이동하며, 상기 케이블이 일정 장력을 유지하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 로봇 작업시스템은 선체 외벽 위에서 각종 작업을 수행하는 작업로봇과 연결된 케이블을 선체 외벽 위에서 작업로봇과 함께 이동하는 보조로봇을 통해 효과적으로 가이드 및 지지함으로써 청소작업의 효율성을 높일 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 작업로봇과 케이블에 의해 연결된 릴유닛이 부두 구조물에 장착된 형태를 단면도로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 작업로봇과 릴유닛 사이에 개재되어 케이블을 가이드 및 지지하는 보조로봇을 측면도로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 릴유닛, 보조로봇, 작업로봇의 구성을 블록화시켜 도시한 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 보조로봇의 케이블지지부의 높낮이 조절방식을 정면도로 도시한 것이다.
도 5는 도 2에 도시된 릴유닛의 케이블과 연결된 작업로봇과, 해당 작업로봇과 함께 선체 외벽 위에서 이동하는 보조로봇을 이용하여 선체 외벽 위에서 청소작업을 수행하는 방법을 도시한 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 로봇 작업시스템은 육상의 (부두) 구조물(5)에 설치되며, 케이블(20)을 감고 있는 릴유닛(100)과, 선체(1) 외벽 위에서 이동하며 케이블(20)과 연결된 작업로봇(200) 및 선체(1) 외벽 위에서 작업로봇(200)과 함께 이동하며 케이블(20)을 가이드 및 지지하는 보조로봇(300)을 포함한다. 선박용 로봇 작업시스템은 선체(1) 외벽 위에서 이동하며 작업을 수행하는 작업로봇(200)과 연결된 케이블(20)을 보조로봇(300)을 통해 효과적으로 가이드 및 지지함으로써, 케이블(20)이 꼬이거나 엉키지 않도록 하고, 이를 통해 청소작업의 효율성을 높일 수 있다. 여기서 케이블(20)은 작업로봇(200)으로 사용자의 조작장치에 의해 수행된 제어명령을 전달하거나, 전력공급장치에 의해 전력을 공급하기 위한 통신케이블, 전력케이블 등을 내설할 수 있다. 조작장치는 조이스틱, 마우스, 키보드, 터치패널 등을 포함할 수 있다.

릴유닛(110)은 육상의 부두 구조물(5)에 설치되어 케이블(20)을 감거나 풀며, 케이블(20)은 선체(1) 외벽 위에서 작업을 수행하는 작업로봇(200)에 연결된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 릴유닛(110)은 케이블(20)을 감고 있는 릴(110)과, 릴(110)을 회전시키는 모터(120)와, 외부의 제어명령에 따라 케이블(20)이 릴(110)에 감기거나 풀려지도록 모터(120)를 구동시키는 릴제어부(130)를 포함한다.

작업로봇(200)은 릴유닛(110)의 케이블(20)과 연결되어 케이블(20)을 통해 전력 및 제어명령을 전달받을 수 있다. 또 작업로봇(200)은 케이블(20)을 통해 전달된 외부 제어명령외에 내부 설정값에 따라 자체적으로 선체(1) 외벽 위에서 이동하며 작업을 수행할 수 있다. 또, 작업로봇(200)은 케이블(20)을 통한 유선 제어방식 뿐 아니라 무선통신 방식으로 제어될 수도 있다.

또 작업로봇(200)은 보조로봇(300)과 단거리 무선통신을 수행할 수 있으며, 자신의 위치, 자세, 이동속도 및 이동방향 중 하나 이상을 포함하는 주행정보를 보조로봇(300)로 전달하여, 보조로봇(300)과 함께 이동할 수 있다. 이러한 작업로봇(200)은 제1주행휠(210), 청소브러시(220), 센서모듈(230), 송수신부(240), 저장부(250) 및 제1제어부(260)를 포함한다.

작업로봇(200)은 자석을 포함하는 제1주행휠(210)을 가지며, 수중의 선체(1) 외벽에 부착된 채 주행하면서 청소브러시(220)를 이용하여 청소작업을 수행하는 청소로봇을 포함할 수 있다. 또 작업로봇(200)은 도장, 용접, 수리 등의 작업을 수행하는 각종 작업용 로봇을 포함할 수 있다. 이하에서는 청소로봇으로 가정하고 설명한다. 선박에 대한 청소작업은 통상적으로 선박이 부두에 접안된 이후에 수행될 수 있다. 선체(1)의 손상을 방지하기 위해 육상의 부두 구조물(5)에는 복수의 펜더(fender)(3)가 일정 간격으로 마련된다. 예컨대, 항만의 부두에는 화물의 하역과 여객의 승하선을 위한 안벽, 잔교, 부잔교 등의 구조물이 설치된다. 펜더(3)는 이러한 부두 구조물(5)에 설치되어 선박의 충격으로부터 부두 구조물(5)과 선체(1)를 보호한다. 상술한 릴유닛(110)은 펜더(3) 사이에 설치될 수 있다.

상술한 센서모듈(230)은 작업로봇(100)의 위치, 자세, 이동속도 및 이동방향 중 하나 이상을 측정하기 위한 장치들을 포함하며, 예컨대 위치/자세측정센서(미도시), 수중카메라 등을 포함할 수 있다. 위치/자세측정센서는 작업로봇(100)의 수심을 감지하는 압력센서, 작업로봇(100)의 방위각을 감지하는 관성센서를 포함할 수 있으며, 감지된 수심과 방위각을 이용하여 작업로봇(100)의 현재위치, 자세, 이동방향 등을 측정할 수 있다. 관성센서는 작업로봇(100)의 가속도, 속도, 방향, 거리 등 다양한 항법 관련 정보를 제공할 수 있고, (광섬유) 자이로 센서, AHRS(Attitude and Heading Reference System) 등을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 위치/자세측정센서는 GPS, 전자 나침반(electric compass), 휠 센서 및 LBL(Long Base Line) 장치 등을 포함할 수 있다.

송수신부(240)는 외부기기와 통신을 수행한다. 예컨대, 송수신부(240)는 보조로봇(300)과 통신을 수행하며, 센서모듈(230)에 의해 측정된 값을 보조로봇(300)으로 전달할 수 있다.

제1저장부(250)는 센서모듈(230)에 의해 측정된 정보, 촬영영상, 작업로봇(200) 제어를 위한 각종 설정값, 프로그램, 알고리즘, 각 장치간의 통신을 위한 알고리즘 등을 저장할 수 있다.

제1제어부(260)는 각 구성요소(210~250) 간의 동작을 제어한다. 예컨대, 제1제어부(260)는 외부 제어명령 또는 설정값에 따라 청소브러시(220) 및 제1주행휠(210)의 동작 제어 등을 수행할 수 있다. 또, 작업로봇(100)의 이동 시 주행정보를 송수신부(240)를 통해 보조로봇(300)으로 전달할 수 있다.

보조로봇(300)은 선체(1) 외벽 위에서 이동하며, 릴유닛(110)과 작업로봇(200) 사이에 개재되어, 케이블(20)을 가이드 및 지지한다. 보조로봇(300)은 작업로봇(200)의 이동 시 함께 이동하며, 작업로봇(200)에 연결되는 케이블(20)이 일정 장력을 유지하도록 지지하는 케이블지지부(310)를 장착한다. 예컨대, 상술한 작업로봇(200)이 수중 청소로봇인 경우, 보조로봇(300)은 수면 위 선체(1) 외벽 위에서 작업로봇(200)과 나란히 이동하면서 케이블(20)을 가이드 및 지지한다.

도 4의 (a)와 (b)를 참조하면, 케이블지지부(310)는 케이블(20)의 움직임에 따라 회전하는 롤러(312)와, 롤러 회전축(312a)에 양단부가 연결되며, 케이블(20)이 통과할 수 있도록 일정 스페이스를 형성하는 롤러프레임(314)과, 롤러프레임(314)의 하부에 장착되며 텔레스코프 방식으로 롤러프레임(314)의 높이를 조절하는 높이조절장치(316)를 포함한다. 높이조절장치(316)는 후술할 장력조절부(360, 도 3 참조)에 의해 제어될 수 있으며, 다른 실시 예에서 생략 가능하다.

도 2와 도 3을 참조하면, 상술한 보조로봇(300)은 제2주행휠(320), 통신부(330), 제2제어부(340), 장력감지센서(350) 및 장력조절부(360)를 포함한다. 보조로봇(300)은 작업로봇(200)과 마찬가지로 자석을 포함하는 제2주행휠(320)을 가지며, 선체(1) 외벽에 부착된 채 주행할 수 있다.

통신부(330)는 외부기기와 통신을 수행한다. 예컨대, 통신부(330)는 작업로봇(200)과 통신을 수행하며, 작업로봇(200)으로부터 상술한 주행정보를 수신할 수 있다. 이때, 보조로봇(300)과 작업로봇(200) 간 단거리 무선통신이 수행될 수 있다. 다른 예로서 유선으로 통신이 수행될 수도 있다.

제2제어부(340)는 통신부(330)를 통해 수신된 주행정보를 기초로 보조로봇(300)의 동작을 제어한다. 예컨대, 제2제어부(340)는 작업로봇(200) 이동 시 작업로봇(200)과 나란하게 보조로봇(300)이 이동되도록 제2주행휠(320)의 이동속도를 제어할 수 있다. 또, 제2제어부(340)는 작업로봇(200)과 동일한 자세, 이동방향을 갖도록 보조로봇(300)의 자세 제어 및 제2주행휠(320)의 조향각도 등을 제어할 수 있다. 또, 제2제어부(340)는 작업로봇(200)으로부터 일정 거리 이격된 위치에서 나란히 보조로봇(300)이 위치하도록 보조로봇(300)의 위치를 제어할 수 있다.

장력감지센서(350)는 보조로봇(300)은 케이블(20)의 장력을 감지한다. 장력감지센서(350)는 초음파, 광 등을 이용하여 케이블(20)의 장력을 감지할 수 있으며, 이외에도 공지된 다양한 장력 감지 수단이 이용될 수 있다.

장력조절부(360)는 장력감지센서(350)에 의해 감지된 장력 값을 기초로, 높이조절장치(316, 도 4 참조)를 제어하여 롤러(312, 도 4 참조)의 높이를 조절하거나, 릴제어부(130)로 제어명령을 전달하는 방법으로 케이블(20)의 장력을 조절한다. 즉 선체(1) 외벽이 상당히 넓은 면적을 가진 중대형 선박의 경우, 선체(1) 외벽 상의 작업로봇(100)의 위치에 따라 상당히 길게 케이블(20)이 풀어져 늘어질 수 있다. 이 경우, 장력조절부(360)는 장력감지센서(350)에 의해 감지된 장력 값을 기초로, 롤러(312, 도 4 참조)의 높이를 조절하거나 릴제어부(130)로 제어명령을 전달하여 케이블(20)이 일정 길이 감기도록 함으로써 케이블(20)의 장력을 설정값을 기준으로 조절할 수 있다.

제2저장부(370)는 장력감지센서(350)에 의해 측정된 정보, 보조로봇(300) 제어를 위한 각종 설정값, 프로그램, 알고리즘, 각 장치간의 통신을 위한 알고리즘 등을 저장할 수 있다. 제1저장부(250)와 제2저장부(370)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

이하, 도 1 내지 도 4의 내용을 기초로, 도 5를 통해 선박용 로봇 작업방법에 대해서 설명하기로 한다. 이때, 청소작업을 예로 들어 설명한다.

릴유닛(100)의 케이블(20)과 연결된 작업로봇(200)은 케이블(20)을 통해 조작장치(미도시)로부터 제어명령을 수신하면, 해당 제어명령에 따라 이동하면서 수중의 선체(1) 외벽에 대한 청소작업을 수행한다.

이때, 작업로봇(200)은 이동 시, 이동속도, 이동방향 등을 포함하는 주행정보를 보조로봇(300)로 전달할 수 있다.

그러면, 보조로봇(300)은 해당 주행정보를 기초로 케이블(20)을 가이드 및 지지하면서, 작업로봇(200)과 나란히 이동하게 된다. 여기서 보조로봇(300)은 작업로봇(200)의 이동속도, 이동방향에 대응되는 속도 및 방향으로 이동하면서 케이블(20)을 지지할 수 있다. 주행정보에 작업로봇(200)의 자세 정보가 포함된 경우, 보조로봇(300)은 작업로봇(200)과 동일한 자세를 취하면서 이동할 수 있다.

선체(1) 외벽 위에는 특정 영역에 따개비 등의 이물질이 집중적으로 부착될 수 있다. 이 경우, 작업로봇(200)이 해당 영역에 멈추어 선체(10) 외벽에 붙은 따개비 등을 집중적으로 제거할 경우, 작업로봇(200)의 자세 등이 변할 수 있다. 보조로봇(300)은 케이블(20)이 꼬이지 않도록 작업로봇(200)의 자세와 동일한 자세를 갖도록 제어될 수 있다. 또 보조로봇(300)은 작업로봇(200)과 설정된 거리만큼 이격된 곳에 위치하도록 제어될 수 있다. 이를 통해, 작업로봇(200)을 통한 각종 작업이 효과적으로 수행될 수 있다.

도 3에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

100: 릴유닛 200: 작업로봇
210: 제1주행휠 220: 청소브러시
230: 센서모듈 240: 송수신부
250: 제1저장부 260: 제1제어부
300: 보조로봇 310: 케이블지지부
320: 제2주행휠 330: 통신부
340: 제2제어부 350: 장력감지센서
360: 장력조절부 370: 제2저장부

Claims (6)

1. 육상 구조물에 설치되어 케이블을 감거나 푸는 릴유닛;
   상기 케이블과 연결되며, 선체 외벽 위에서 작업을 수행하는 작업로봇; 및
   상기 선체 외벽 위에서 상기 작업로봇의 이동 시 함께 이동하며, 상기 작업로봇에 연결되는 상기 케이블을 지지하는 케이블지지부를 장착한 보조로봇;을 포함하되,
   상기 작업로봇은 외부 제어명령 또는 내부 설정값에 따라 해당 작업영역으로 이동하고,
   상기 보조로봇은 상기 작업로봇의 이동 시, 상기 작업로봇으로부터 위치, 자세, 이동속도 및 이동방향 중 하나 이상을 포함하는 주행정보를 수신하는 통신부와,
   상기 수신된 주행정보를 기초로 상기 보조로봇의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 작업로봇 이동 시 상기 작업로봇과 나란하게 상기 보조로봇이 이동되도록 하는 선박용 로봇 작업시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 릴유닛은
   상기 케이블을 감고 있는 릴과,
   상기 릴을 회전시키는 모터와,
   외부의 제어명령에 따라 상기 케이블이 상기 릴에 감기거나 풀려지도록 상기 모터를 구동시키는 릴제어부를 포함하는 선박용 로봇 작업시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 케이블지지부는
   상기 케이블의 움직임에 따라 회전하는 롤러와,
   상기 롤러 회전축에 양단부가 연결되며, 상기 케이블이 통과할 수 있도록 일정 스페이스를 형성하는 롤러프레임과,
   상기 롤러프레임의 하부에 장착되며 텔레스코프 방식으로 상기 롤러프레임의 높이를 조절하는 높이조절장치를 포함하는 선박용 로봇 작업시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 보조로봇은 상기 케이블의 장력을 감지하는 장력감지센서와,
   상기 감지된 장력 값을 기초로, 상기 높이조절장치에 의해 상기 롤러의 높이를 조절하거나, 상기 릴제어부로 상기 제어명령을 전달하는 방법으로 상기 케이블의 장력을 조절하는 장력조절부를 더 포함하는 선박용 로봇 작업시스템.
6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작업로봇은 수중에서 상기 선체 외벽의 청소 작업을 수행하는 청소로봇을 포함하고,
   상기 보조로봇은 수면 위에서 상기 작업로봇과 나란히 이동하며, 상기 케이블이 일정 장력을 유지하도록 하는 선박용 로봇 작업시스템.

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