KR101672414B1 - 해저자원 채굴선의 작업을 위한 수중 로봇의 케이블 엉킴 방지 장치 - Google Patents

Abstract

해저자원 채굴선의 작업을 위한 수중 로봇의 케이블 엉킴 방지 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치는, 케이블을 파지 혹은 해제하는 링 형상의 케이블 그립부와; 상기 케이블 그립부의 측면에서 팬(Pan) 방향으로 회전 가능한 간격 유지부를 포함할 수 있다.

Description

해저자원 채굴선의 작업을 위한 수중 로봇의 케이블 엉킴 방지 장치{Cable tangle preventing device of ROV for deep sea mining vessel}

본 발명은 해저자원 채굴선의 작업을 위한 수중 로봇의 케이블 엉킴 방지 장치에 관한 것이다.

해저관련 사업이 발전함에 따라 작업선에서 수중으로 내려지는 로봇의 종류도 다양해질 뿐만 아니라 대수도 증가하고 있다.

특히 해저자원을 채굴하기 위한 채굴선은 무인잠수정(ROV, Remotely Operated Vehicle), 마이닝 로봇(mining robot) 등과 같은 다수의 수중 로봇을 해저로 내려 채굴 작업을 수행하고 있다. 이 경우 동시에 작업되는 로봇의 수는 최소 2대에서 최대 몇십 대에 이르기도 한다.

이때에 원격조작과 전원공급을 위해 선상에서 해저의 로봇까지 엄빌리컬 케이블(Umbilical Cable)을 사용하게 된다.

투입된 수중 로봇이 많을수록 엄빌리컬 케이블 역시 그 수가 많아져, 케이블 간에 서로 엉킴이 발생할 수 있다. 이처럼 엉킴이 발생하는 경우 로봇의 이동성을 저해하거나 최악의 경우 케이블에 손상을 입혀 수중 작업을 더 이상 진행할 수 없게 만들기도 한다.

도 1은 수중 로봇 중 무인잠수정의 케이블 엉킴을 예시한 도면이다.

도 1에 도시된 것과 같이 대부분의 무인잠수정(20)은 해저면 근처까지 엄빌리컬 케이블(10)을 내린 후 테더 관리 시스템(TMS, Tether Management System)(30)을 이용하여 무인잠수정의 이동을 위한 케이블(12)을 조절한다.

해저 작업을 위한 대형 수중 로봇의 경우 리프트(lift)를 위한 케이블이 따로 있고, 엄빌리컬 케이블만을 사용하여 제어된다. 리프트 케이블은 호이스팅(hoisting), 로잉(lowing)할 때에만 사용된다.

이 경우 무인잠수정이나 수중 작업 로봇의 엄빌리컬 케이블은 대부분 조류에 의해 엉킴이 발생하게 되는데, 수심이 낮은 부근에서는 바람에 의한 조류가 심하게 발생되며, 수심이 깊은 곳에서는 불규칙한 조류가 발생되어 케이블 엉킴을 유발할 수 있다.

미국공개특허 US 2011/0283930에는 무인잠수정을 위한 광섬유 관리 시스템으로, 광케이블이 스풀로부터 제거되어 무인잠수정으로부터 엉킴없이 방출되도록 광케이블에 장력을 적용하는 시스템이 개시되어 있지만, 이는 방출 과정에 한정되어 있으며, 조류에 의해 다수의 케이블이 엉킨 경우에 대한 해결책이 되지는 못하는 한계가 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

미국공개특허 US 2011/0283930

본 발명은 해저자원 채굴선의 작업에 이용되는 다중 수중 로봇들을 제어하고 전원을 공급하기 위한 엄빌리컬 케이블 간에 중성부력을 가지는 지지로드를 설치함으로써 케이블 간에 간격이 유지되어 엉킴을 방지하는 해저자원 채굴선의 작업을 위한 수중 로봇의 케이블 엉킴 방지 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 케이블을 파지 혹은 해제하는 링 형상의 케이블 그립부와; 상기 케이블 그립부의 측면에서 팬(Pan) 방향으로 회전 가능한 간격 유지부를 포함하는 케이블 엉킴 방지 장치가 개시된다.

상기 케이블 그립부는, C자 형상을 가지며 외측면에 끼움홈이 형성되어 있는 제1 몸체와; C자 형상을 가지며 내부에 빈 공간이 형성되어 있고 외측면에 가로로 소정 길이를 가지는 슬롯이 형성되어 있는 제2 몸체를 포함하며, 상기 간격 유지부는, 상기 제2 몸체 내부의 빈 공간에 수용되어 팬 방향으로 회전 가능한 회전몸체와; 상기 회전몸체에 결합되며 상기 슬롯을 관통하여 외측으로 연장되며 끝단에 끼움돌기가 돌설되어 있는 지지로드를 포함할 수 있다.

상기 제1 몸체의 일단과 상기 제2 몸체의 일단이 힌지 결합되어 있고, 상기 제1 몸체의 타단과 상기 제2 몸체의 타단이 볼트 결합, 리벳 결합, 자석 결합 중 적어도 하나의 방식에 의해 체결되는 구조를 가질 수 있다.

상기 지지로드는 텔레스코픽 타입일 수 있다.

상기 지지로드의 끼움돌기는 타 케이블에 체결된 타 케이블 엉킴 방지 장치의 케이블 그립부에 포함되는 제1 몸체에 형성된 끼움홈이 끼움 결합될 수 있다.

상기 케이블 그립부의 내경은 상기 케이블의 직경보다 클 수 있따.

상기 케이블 그립부와 상기 간격 유지부 중 적어도 하나는 중성부력을 가질 수 있다.

상기 케이블은 수중 작업을 위해 선박으로부터 내려지는 수중 로봇에 연결되는 엄빌리컬 케이블(Umbilical Cable)일 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 해저자원 채굴선의 작업을 위한 다중 수중로봇들의 엄빌리컬 케이블 간에 중성부력을 가지는 지지로드를 설치함으로써 케이블 간에 간격이 유지되어 엉킴을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 수중 로봇 중 무인잠수정의 케이블 엉킴을 예시한 도면,
도 2는 해저자원 채굴선에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치가 적용된 모습을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치를 나타낸 입체 도면,
도 4는 케이블 엉킴 방지 장치의 단면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 해저자원 채굴선에 대하여 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치가 적용된 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치를 나타낸 입체 도면이며, 도 4는 케이블 엉킴 방지 장치의 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 채굴선(1), 엄빌리컬 케이블(10), 라이저(5), 무인잠수정(21), 마이닝 로봇(22), 케이블 엉킴 방지 장치(100), 케이블 그립부(110), 간격 유지부(120), 제1 몸체(111), 제2 몸체(112), 끼움홈(113), 슬롯(114), 힌지부(115), 회전몸체(121), 지지로드(122), 끼움돌기(123)가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치(100)는 채굴선(1)으로부터 수중 작업을 위해 내려지는 무인잠수정(ROV)(21), 마이닝 로봇(Mining Robot)(22) 등의 수중 로봇들에 대해 개별적으로 연결된 엄빌리컬 케이블(10)마다 체결되어 엄빌리컬 케이블(10)이 상호 일정 간격을 유지하도록 함으로써 조류 등에 의해 서로 엉키게 되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치(100)는 케이블 그립부(110) 및 간격 유지부(120)를 포함한다.

케이블 그립부(110)는 채굴선(1)에서 내려온 수중 로봇들에 연결되어 있는 엄빌리컬 케이블(10) 중 하나를 파지한다.

케이블 그립부(110)는 C자 형상의 제1 몸체(111)와 역시 C자 형상의 제2 몸체(112)가 합쳐져 링 형상(O자 형상)의 조립체를 형성하며, 링 형상을 이용하여 케이블(10)을 안정적으로 파지하게 된다.

여기서, 제1 몸체(111)와 제2 몸체(112)가 합쳐진 링 형상의 내경은 파지 대상이 되는 케이블(10)의 직경보다 크게 설계되어 케이블(10)이 케이블 그립부(110)와는 독립적으로 움직일 수 있도록 한다(도 4의 (a) 및 (b) 참조). 이는 엄빌리컬 케이블(10)의 경우 수중 로봇의 동작에 따라 케이블을 감고 푸는 동작이 반복 수행되기 때문으로, 케이블 그립부(110)가 케이블(10)에 고정되지 않고 체결만 될 수 있도록 하기 위함이다.

제1 몸체(111)와 제2 몸체(112)는 일단에서 힌지부(115)에 의해 힌지 결합되어 있어 제1 몸체(111) 및 제2 몸체(112) 중 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상대적으로 회전함으로써 엄빌리컬 케이블(10)을 파지하거나 해제할 수 있다.

제1 몸체(111)의 타단과 제2 몸체(112)의 타단은 볼트 결합, 리벳 결합, 자석 결합 중 적어도 하나의 결합 방식으로 체결될 수 있다.

볼트 결합, 리벳 결합의 경우 제1 몸체(111)의 타단과 제2 몸체(112)의 타단에서 외측 방향으로 돌출된 각 결합부 내에 결합공이 형성되어 있어, 제1 몸체(111)와 제2 몸체(112)가 링 형상을 이룰 경우 결합공이 서로 연통되게 된다. 연통된 결합공 내에 볼트 혹은 리벳을 삽입함으로써 제1 몸체(111)와 제2 몸체(112)를 조립시킬 수 있게 된다.

자석 결합의 경우 제1 몸체(111)의 타단과 제2 몸체(112)의 타단에 각각 서로 반대되는 자성의 자극이 설치되어 있어 인력에 의해 제1 몸체(111)와 제2 몸체(112)이 조립되도록 할 수도 있을 것이다.

간격 유지부(120)는 제2 몸체(112)의 내부에서 소정 각도 범위 내에서 팬(Pan) 방향으로의 회전 수행이 가능한 회전몸체(121)와, 일단이 회전몸체(121)에 결합되고 타 케이블 그립부(110)와의 간격 유지를 위해 외측으로 길게 연장된 지지로드(122)를 포함한다.

여기서, 회전몸체(121)의 수용 및 팬 방향으로의 회전이 가능하도록 제2 몸체(112)는 내부에 빈 공간이 형성되어 있고, 제2 몸체(112)의 외측면에는 지지로드(122)가 관통되고 팬 방향으로 일정 범위 내에서 회전 동작할 수 있는 길이를 가지는 슬롯(114)이 가로 방향으로 형성되어 있을 수 있다.

지지로드(122)는 슬롯(114)을 지나 회전몸체(121)에 결합되며, 회전몸체(121)의 팬 방향으로의 회전에 의해 지지로드(122) 역시 팬 방향으로 회전하게 되는데, 이 때 슬롯(114)의 길이에 따라 그 회전 범위가 결정될 수 있다.

지지로드(122)의 끝단에는 끼움돌기(123)가 돌설되어 있어 타 엄빌리컬 케이블(10a)에 체결된 타 케이블 엉킴 방지 장치(100a)의 케이블 그립부의 제1 몸체(111a)의 외측면에 형성된 끼움홈(113a)에 끼움 결합될 수 있다.

끼움돌기(123) 및 끼움홈(113)을 통해 케이블 엉킴 방지 장치(100)는 채굴선(1)에서 수중 작업을 위해 내려지는 수중 로봇의 수에 상응하여 무제한으로 확장이 가능하게 되며, 그 수량에 상관없이 설치가 용이하게 된다.

회전몸체(121)는 제2 몸체(112)의 내부에서 회전이 가능하도록 제2 몸체(112)의 곡률과 동일한 곡률을 가지는 C자 형상을 가질 수 있다. 여기서, 회전몸체(121)의 길이는 제2 몸체(112)의 길이보다 작아, 회전몸체(121)가 팬 동작을 수행하는 경우 동작 방해가 일어나지 않도록 한다.

지지로드(122)는 고정된 간격 이하로 길이가 줄어들지는 않지만 그 이상으로는 늘어날 수 있는 텔레스코픽(telescopic) 타입일 수 있으며, 이 경우 케이블(10) 사이의 간격에 따라 그 길이가 조정될 수 있다. 또한, 케이블(10)이 조류에 의해 이동하는 경우에도 간격 변화에 대하여 어느 정도 유연성을 가져 지지로드(122)의 파손이 방지될 수 있다.

케이블 그립부(110) 및 간격 유지부(120) 중 적어도 하나는 일정 수심을 유지할 수 있도록 하는 중성부력을 가질 수 있다.

케이블 그립부(110)가 케이블(10)을 파지하기는 하지만, 전술한 것과 같이 케이블(10)이 독립적으로 상하로 이동할 수 있도록 하기에, 케이블 그립부(110)의 상하 위치는 중성부력에 의해서만 결정되며 수중 로봇의 움직임에 따른 상하 위치 변화는 발생되지 않게 된다.

이 경우 케이블 그립부(110)와 간격 유지부(120)가 중성부력을 가짐으로써 동일한 수심 내에 위치하게 되어 동일 평면 상에 놓이도록 함으로써 각 케이블(10) 사이의 간격은 간격 유지부(120)의 지지로드(122)에 의해 일정하게 유지될 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치(100)는 마지막에 내려지는 무인잠수정에 의해 설치될 수 있으며, 이미 내려져 있는 케이블(10)에 케이블 그립부(110)를 체결하고 간격 유지부(120)가 타 케이블(10)에 체결된 케이블 그립부(110)와 연결되도록 함으로써 무한 확장이 가능할 수 있다.

본 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치(100)는 조류에 의한 영향을 많이 받는 해수면 근처의 저수심에 설치될 수 있다. 하지만, 사용되는 환경이 조류가 심한 환경이라면 저수심 이외에 고수심에서도 설치될 수 있으며, 케이블 엉킴 방지 장치(100) 중 하나는 라이저(5)에 고정됨으로써 더욱 강인한 지지가 이루어지도록 할 수 있다.

본 실시예에 따른 케이블 엉킴 방지 장치(100)는 엄빌리컬 케이블 간에 중간점들을 연결 지지함으로써 조류 혹은 외력에 의한 케이블의 극심한 움직임을 저해하여 케이블 간의 엉킴을 방지할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 채굴선 5: 라이저
10, 10a: 엄빌리컬 케이블 100, 100a: 케이블 엉킴 방지 장치
110: 케이블 그립부 111: 제1 몸체
112: 제2 몸체 113: 끼움홈
114: 슬롯 115: 힌지부
120: 간격 유지부 121: 회전몸체
122: 지지로드 123: 끼움돌기

Claims (8)

1. 케이블을 파지 혹은 해제하는 링 형상의 케이블 그립부와;
   상기 케이블 그립부의 측면에서 팬(Pan) 방향으로 회전 가능한 간격 유지부를 포함하되,
   상기 케이블 그립부는, C자 형상을 가지며 외측면에 끼움홈이 형성되어 있는 제1 몸체와; C자 형상을 가지며 내부에 빈 공간이 형성되어 있고 외측면에 가로로 소정 길이를 가지는 슬롯이 형성되어 있는 제2 몸체를 포함하고,
   상기 간격 유지부는, 상기 제2 몸체 내부의 빈 공간에 수용되어 팬 방향으로 회전 가능한 회전몸체와; 상기 회전몸체에 결합되며 상기 슬롯을 관통하여 외측으로 연장되며 끝단에 끼움돌기가 돌설되어 있는 지지로드를 포함하며,
   상기 지지로드의 끝단에 돌설되어 있는 끼움돌기는 타 케이블에 체결된 타 케이블 엉킴 방지 장치의 케이블 그립부에 포함되는 제1 몸체의 외측면에 형성된 끼움홈에 끼움 결합되고,
   상기 지지로드는 고정된 간격 이하로 길이가 줄어들지는 않지만 그 이상으로는 연장 가능한 텔레스코픽 타입으로 구성되어 조류에 의한 상기 케이블이 이동하는 경우에도 간격 변화에 대한 유연성을 제공하며,
   상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체가 합쳐진 링 형상의 상기 케이블 그립부의 내경은 상기 케이블의 직경보다 크게 설계되어 상기 케이블이 상기 케이블 그립부와는 독립적으로 움직일 수 있게 하는 케이블 엉킴 방지 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 몸체의 일단과 상기 제2 몸체의 일단이 힌지 결합되어 있고,
   상기 제1 몸체의 타단과 상기 제2 몸체의 타단이 볼트 결합, 리벳 결합, 자석 결합 중 적어도 하나의 방식에 의해 체결되는 구조를 가지는 케이블 엉킴 방지 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 케이블 그립부와 상기 간격 유지부 중 적어도 하나는 중성부력을 가지는 케이블 엉킴 방지 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 케이블은 수중 작업을 위해 선박으로부터 내려지는 수중 로봇에 연결되는 엄빌리컬 케이블(Umbilical Cable)인 케이블 엉킴 방지 장치.

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