KR101901819B1 - Rov 위험 경고 및 충돌방지 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저에서 활동하는 ROV가 주변의 상태를 감지하는 레인지 소나(range sonar)을 이용하여 위험을 감지하고 위험이 감지되는 경우 경고음이나 경고메시지를 출력시키고 ROV을 조종하는 조이스틱이 위험한 방향으로 이동하지 못하도록 제어하는 ROV 위험 경고 및 충돌방지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 상기 ROV에 설치되어 구성되며 주변의 객체를 인지하는 레인지 소나; 상기 ROV에 설치되어 구성되며 상기 ROV의 위치를 인지하는 위치감지센서; 상기 제어데크에 구성되며 상기 위치감지센서로부터 인지된 상기 ROV의 위치 정보 및 상기 레인지 소나에 의해 감지된 주변의 객체 정보를 인지하여 상기 ROV를 조작하는 조이스틱; 레인지 소나에 의해 감지된 정보를 이용하여 상기 ROV가 상기 객체 근방에 근접하는 경우 근접한 상황에 맞는 텍스트를 생성하고 생성된 텍스트를 음성으로 출력하는 경고메시지출력부; 및 상기 제어데크에 구성되며 상기 ROV가 소정의 거리 이내에 상기 객체가 있는 경우 상기 객체 방향으로는 상기 조이스틱이 움직이지 못하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되어 ROV의 파손을 방지하는 효과가 있다.

Description

ROV 위험 경고 및 충돌방지 시스템 및 방법{RISK WARINING AND ANTI-COLLISION SYSTEM AND METHOD FOR REMOTELY OPERATED VEHICLE}

본 발명은 ROV(Remotely Operated Vehicle) 위험 경고 및 충돌방지 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해저에서 활동하는 ROV가 주변의 상태를 감지하는 레인지 소나(range sonar)을 이용하여 위험을 감지하고 위험이 감지되는 경우 경고음이나 경고메시지를 출력시키고 ROV을 조종하는 조이스틱이 위험한 방향으로 이동하지 못하도록 제어하는 ROV 위험 경고 및 충돌방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

지금까지의 우리나라에서 개발된 해양구조물 대부분은 비교적 천해(수심 20m 내외의 낮은 수심)에 있는 항만구조물이 대부분이라 할 수 있다. 이 이외에는 조력발전, 파력발전, 해상풍력발전과 같이 해양에너지를 이용해 발전하는 구조물이나 거가대교의 침매터널, 인천대교와 같은 장대교량 등도 최근 개발된 해양 구조물의 대표적인 예이다.

현재와는 달리 다가오는 미래의 경우에는 보다 대수심 조건으로 해양 구조물이 개발될 것으로 예상된다. 해양 영토 확대를 위한 목적으로 해양 신산업이 창출될 것이고, 이에 맞춰 다양한 종류의 해양 구조물 건설이 증대될 것이다. 이 중 대표적인 것이 해저플랜트이며, 해저파이프라인이나 해저케이블 이외에도 다양한 해저플랜트 구조물이 건설될 것으로 예상된다. 외에도 해상공원 및 해상공항, 그리고 해저터널, 해저도시 등이 조만간 개발될 것으로 예상되며, 이를 통해 우리의 생활공간은 해양으로 확대되어 나가게 될 것이다.

미래 해양구조물 시장을 효율적으로 확보하기 위해서는 앞서 설명한 바 있는 해양구조물 수요 변화에 대해 미리 대처하고, 미래 요구에 적극적으로 부합할 수 있는 방향으로 해양구조물 시공 장비, 특히 ROV를 개발하고 활용할 필요가 있다.

지금까지 천해 조건에서 잠수부가 수중건설작업을 수행한 반면, 작업 수심이 점차 깊어짐에 따라 수중건설로봇은 열악한 수중 환경을 극복하고 수중 작업의 안정성 및 안전성을 확보할 수 있다는 측면에서 큰 의미가 있을 뿐만 아니라 정부의 융복합 기술 우선 정책 및 녹색성장 기조를 대변하는 신성장 동력산업으로도 발전 가능성이 무한하다고 볼 수 있다.

해외의 경우에는 다양한 해양구조물 건설의 목적으로 유영식 ROV, 트랙식 ROV, 견인식 장비 등이 활발하게 개발 및 활용되고 있다. 2011년 기준으로 전세계 ROV는 470대 정도이다.

국내에서는 ROV 개념의 6,000m급 무인잠수정 "해미래"를 비롯하여 심해저 광물채취 장비 미래로, 항만 건설용 장비 등이 성공적으로 개발되었으며, 해저지반조사 장비나 수중굴삭용 장비, 다관절 복합로봇 등 다양한 수중로봇에 대한 연구 또한 현재 진행 중이다.

이와 같은 해저용 무인로봇을 이용하여 해양구조물을 건설시 사용자의 조종미숙 또는 조류 등에 의해 해저의 구조물, 해저의 암초, 해저의 잠수함 등에 충돌하여 파손되는 경우가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1177839호(발명의 명칭 : 수중로봇 위치 측정 시스템 및 그 방법 및 시스템)

따라서 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 해저에서 활동하는 ROV에 설치된 레인지 소나(range sonar)을 이용하여 위험을 감지하고 위험이 감지되는 경우 경고음이나 경고메시지를 출력시키고 ROV을 조종하는 조이스틱이 위험이 감지된 방향으로 이동하지 못하도록 제어하여 ROV의 파손을 방지하는 위험 탐지 시스템 및 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 해저에서 활동하는 ROV가 주변의 상태를 감지하는 레인지 소나(range sonar)을 이용하여 위험을 감지하고 위험이 감지되는 경우 경고음이나 경고메시지를 출력시키고 ROV을 조종하는 조이스틱이 위험한 방향으로부터 멀어지는 방향으로는 움직이는 것이 가능하도록 하여 수중 건설로봇의 파손을 방지하는 위험 탐지 시스템 및 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 ROV의 위험 탐지 시스템은, 수중에서 동작하는 ROV(Remotely Operated Vehicle)와 상기 ROV를 무선 또는 유선으로 연결된 지상 또는 선상에서 제어하는 제어데크를 포함하는 ROV 위험 경고 및 충돌방지 시스템으로서,

상기 ROV에 설치되어 구성되며 주변의 객체를 인지하는 레인지 소나;

상기 ROV에 설치되어 구성되며 상기 ROV의 위치를 인지하는 위치감지센서;

상기 제어데크에 구성되며 상기 위치감지센서로부터 인지된 상기 ROV의 위치 정보 및 상기 레인지 소나에 의해 감지된 주변의 객체 정보를 인지하여 상기 ROV를 조작하는 조이스틱;

레인지 소나에 의해 감지된 정보를 이용하여 상기 ROV가 상기 객체 근방에 근접하는 경우 근접한 상황에 맞는 텍스트를 생성하고 생성된 텍스트를 음성으로 출력하는 경고메시지출력부; 및

상기 제어데크에 구성되며 상기 ROV가 소정의 거리 이내에 상기 객체가 있는 경우 상기 객체 방향으로는 상기 조이스틱이 움직이지 못하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.

상술한 목적을 달성하기 위한 ROV의 위험 탐지 방법은, 수중에서 동작하는 ROV(Remotely Operated Vehicle)와 상기 ROV를 무선 또는 유선으로 연결된 지상 또는 선상에서 제어하는 제어데크를 포함하는 ROV 위험 경고 및 충돌방지 방법으로서,

ROV의 위치를 감지하는 단계;

상기 ROV의 일정 영역 내에 객체가 존재하는 지의 여부를 감지하는 단계;

상기 ROV의 일정 영영 내에 객체가 존재하는 것으로 판단되면 상기 ROV를 유선 또는 무선으로 조종하는 조이스틱을 햅틱 상태로 전환시키는 단계; 및

상기 일정 영역 내에 객체가 존재하여 위험한 상태임을 알리는 경고메시지를 텍스트 형태로 형성하고 형성된 텍스트 형태의 경고메시지를 출력시키는 단계;를 포함하여 구성된다.

상기 햅틱 상태로 전환시키는 단계는,

상기 객체가 상기 ROV로부터 4개의 방위 중 어떤 방위에 위치하여 있는 지 감지하는 제1 감지단계;

상기 제1 감지단계에서 객체가 감지된 방향으로 상기 조이스틱이 움직이지 못하도록 제어하는 단계;

상기 ROV의 위치가 상기 객체로부터 일정 거리 외부로 이탈하였는 지의 여부를 감지하는 제2 감지단계; 및

상기 제2 감지단계에서 ROV의 위치가 상기 객체로부터 일정 거리 외부로 이탈할 것으로 판단되면 상기 조이스틱이 상기 객체 방향으로도 움직이도록 해제시키는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 본 발명의 ROV의 파손을 방지하는 위험 탐지 시스템 및 제어 방법은, 해저에서 활동하는 ROV에 설치된 레인지 소나(range sonar)을 이용하여 위험을 감지하고 위험이 감지되는 경우 경고음이나 경고메시지를 출력시키고 ROV을 조종하는 조이스틱이 위험이 감지된 방향으로 이동하지 못하도록 제어하여 ROV의 파손을 방지하여 ROV의 생존성을 높인 효과가 있다.

또한, 본 발명의 ROV의 파손을 방지하는 위험 탐지 시스템 및 제어 방법은, 해저에서 활동하는 ROV가 주변의 상태를 감지하는 레인지 소나(range sonar)을 이용하여 위험을 감지하고 위험이 감지되는 경우 경고음이나 경고메시지를 출력시키고 ROV을 조종하는 조이스틱이 위험한 방향으로부터 멀어지는 방향으로는 움직이는 것이 가능하도록 하여 수중 건설로봇의 파손을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ROV의 파손을 방지하는 위험 탐지 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ROV의 위험을 탐지하여 제어하는 과정을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 햅틱 상태로 전환시키는 과정을 나타낸 순서도.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ROV의 파손을 방지하는 위험 탐지 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, ROV의 위험 탐지 시스템은, 크게 수중에서 동작하는 ROV(Remotely Operated Vehicle)(100)와 상기 ROV(100)를 지상 또는 선상에서 무선 또는 유선으로 제어하는 제어데크(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

ROV(100)는 레인지 소나(110), 위치감지센서(120) 및 ROV 통신부(130)를 포함하여 구성된다. ROV(100)는 전술한 바와 같이 제어테크(200)와 유선 또는 무선으로 ROV통신부(130)를 통해 연결된다. ROV(100)는 해상 또는 해저에서 이동하면서 건설, 기뢰제거, 탐사, 인양 등의 작업을 수행한다.

레인지 소나(110)는 ROV(100)에 설치되어 구성되며 주변의 객체를 인지한다. 레인지 소나(110)는 초음파, 자외선, 적외선, 레이져 또는 카메라 등을 이용하여 주변의 객체를 인지한다. 여기서 객체는 다른 ROV, 잠수함, 대형 수상동물, 암초 등일 수 있다. 즉, 객체는 ROV(100)가 충돌하게 되면 ROV(100)를 작동불능 상태로 만들거나 기능 이상을 초래할 수 있는 것일 수 있다. 즉, 작은 수상 동물은 객체로 인지하지 않을 수 있다.

위치감지센서(120)는 ROV(100)의 위치를 인지할 수 있는 다수의 센서들을 복합적으로 사용한다. 위치감지센서(120)는 심도계, 고도계 및 자세센서 등이 단독으로 또는 복합적으로 사용되어 ROV(100)의 위치 및 자세를 인지할 수 있다.

ROV통신부(130)는 제어데크(200)와 통신하기 위하여 제어데크(200)와 유선 또는 무선의 채널을 형성한다.

제어데크(200)는 조이스틱(210), 제어부(220), 경고메시지출력부(230), 및 통신부(240)를 포함하여 구성된다.

제어데크(200)는 선상 또는 지상에 설치된 ROV(100)를 제어하는 콘트롤 스테이션(control station)으로 ROV(100)와 무선 또는 유선으로 연결되어 ROV(100)의 위치와 자세를 인지하고 위험이 감지된 경우 경고메시지나 경고음을 발생시키고, ROV(100)를 조종하고 제어할 수 있다.

조이스틱(210)은 제어데크(200)에 구성되며 상기 위치감지센서(120)로부터 인지된 상기 ROV(100)의 위치 정보 및 상기 레인지 소나(110)에 의해 감지된 주변의 객체 정보를 인지하여 상기 ROV(100)의 자세, 동작 및 이동을 제어한다.

제어부(220)는 제어데크(200)에 구성되며 상기 레인지 소나(110)로부터 소정의 거리 이내에 상기 객체가 있는 경우 상기 객체 방향으로는 상기 조이스틱이 움직이지 못하도록 제어한다. 즉, 제어부(220)는 햅틱 기능을 이용하여 객체가 존재하는 일방향으로는 조이스틱(210)을 불능 상태로 만들고 그 이외의 방향에서는 조이스틱(210)이 작동하도록 하여 위험지역으로부터 빠르게 빠져나올 수 있도록 한다.

경고메시지출력부(230)는 제어데크(200)에 구성되어 레인지 소나(110)에 의해 감지된 정보를 이용하여 ROV(100)가 객체 근방에 근접하는 경우 근접한 정보를 인지하여 경고메시지를 텍스트 형태로 형성하고 형성된 텍스트 형태의 경고메시지를 출력하도록 하여 ROV(100)를 조종하는 운용자가 ROV(100)가 위험한 상태에 있음을 인지시킨다. 예컨대, 설정된 범위가 20m인 경우, 20m의 범위에서 "ROV의 우측 20m에 위험한 구조물이 있으니 반대편으로 이동하여 주시기 바랍니다.."라는 메시지를 출력하고 더 근접하는 경우에는 "경고합니다. 지금 ROV의 우측 10m에 위험한 구조물이 있으니 반대편으로 즉시 이동하여 주시기 바랍니다."와 같은 메시지를 출력하여 현재 상황을 바르게 인식시킬 수 있다.

통신부(240)는 제어데크(200)에 구성되어 ROV(100)의 ROV통신부(130)와 채널을 형성하도록 한다. 즉, ROV통신부(130)와 통신부(240)에 의해 형성된 채널을 이용하여 제어데크(200)와 ROV(100)가 상호 통신하게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ROV의 위험을 탐지하여 제어하는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, S202단계에서 제어데크(100)는 ROV(100)의 위치를 감지한다. ROV(100)의 위치는 절대적인 위치와 상대적인 위치를 모두 인지한다.

S204단계에서 ROV(100)는 ROV(100)의 일정 영역 내에 ROV(100)를 위협하는 객체가 존재하는 지의 여부를 판단한. 여기서 ROV(100)를 위협하는 객체가 일정 영역 내에 존재하게 되면 해류나 간단한 조작 미스에 의해서 충돌 등으로 인해 ROV(100)에 손상이나 고장이 발생할 수 있다. 또한, 일정 영역은 운용자의 설정 및 ROV(100)의 속도에 따라 100m 내지 1m 범위의 값에서 설정된 값일 수 있다.

S206단계에서 제어데크(200)는 ROV(100)의 레인지 소나(110)로부터 ROV(100)와 객체 간의 거리에 대한 정보를 받아 ROV(100)로부터 일정 영영 내에 객체가 존재하는 것으로 판단되면 ROV(100)를 유선 또는 무선으로 조종하는 조이스틱(210)을 햅틱 상태로 전환시킨다. 여기서 햅틱 상태로 전환시키는 과정에 대해서는 후술하는 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

S208단계에서 상기 일정 영역 내에 객체가 존재하여 위험한 상태임을 알리는 경고메시지 또는 경고음을 출력시킨다. 한편, S208단계에서 발생시키는 경고메시지는 객체가 근방에 있으므로 객체로부터 멀어지도록 하는 유도하는 음성 형태의 경고메시지 또는 경고음일 수 있다. 이와 같은 메시지는 텍스트 형태로 형성하고 형성된 텍스트 형태의 경고메시지를 출력한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 햅틱 상태로 전환시키는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, S302단계에서 제어데크(200)의 제어부(220)는상기 객체가 ROV(100)로부터 어떤 방향으로 위치하여 있는 상태인지를 감지한다.

상기 S302단계에서 감지하여 제어부(220)는 객체가 감지된 방향으로 조이스틱(210)이 움직이지 못하도록 제어한다(S304단계). 조이스틱(210)이 움직이지 못하도록 제어하는 것은 햅틱 형태로 제어하여 조이스틱(210)의 해당 방향이 불능 상태가 되어 객체가 있는 방향으로 ROV(100)를 움직이지 않도록 제어한다. 한편, 객체가 있는 방향으로 불능상태를 시킨다는 것은 객체의 크기와 ROV(100)와의 거리 등에 따라 작동불능 상태의 각도를 변경시킬 수 있다. 예컨대, 아주 근접하게 된 경우면, 객체가 위치하고 있는 방향으로 180도의 방향을 불능상태로 만들고 객체의 크기가 작고 ROV(100)와도 여유공간이 있는 상태에서는 90도 정도의 방향을 불능 상태로 만든다. 본 발명에서는 180도 90도와 같이 각도의 수치를 한정하여 설명하였지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 수치에 한정되는 것은 아니다.

S306단계에서 제어부(220)는 ROV(100)의 위치가 객체로부터 일정 거리 외부로 이탈하였는 지의 여부를 감지한다. 여기서의 일정 거리는 설정 및 ROV(100)의 속도에 따라 100m 내지 1m 범위의 값에서 설정된 값일 수 있다.

S306단계에서 감지하여 ROV(100)의 위치가 객체로부터 일정 거리 외부로 이탈할 것으로 판단되면 조이스틱(210)이 상기 객체 방향으로도 움직이도록 해제시킨다. 예컨대 설정된 일정거리가 100m인 경우면, ROV(100)가 객체로부터 100m를 초과하여 위치한 경우에는 조이스킥(210)이 자유롭게 움직이도록 이전에 설정된 햅틱을 해제시킨다. 한편, 해제가 완료되면 경고메시지 출력부(230)는 "조이스틱 불능 상태가 해제되었습니다."와 같은 메시지를 출력하여 위험에서 벗어났음을 음성 메시지 형태로 알려준다.

상기 본 발명의 내용은 도면에 도식된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : ROV 110 : 레인지 소나
120 : 위치감지센서 130 : ROV통신부
200 : 제어데크 210 : 조이스틱
220 : 제어부 230 : 스피커
240 : 통신부

Claims (3)

1. 삭제
2. 수중에서 동작하는 ROV(Remotely Operated Vehicle)와 상기 ROV를 무선 또는 유선으로 연결된 지상 또는 선상에서 제어하는 제어데크를 포함하는 ROV 위험 경고 및 충돌방지 방법으로서,
   ROV의 위치를 감지하는 단계;
   상기 ROV의 일정 영역 내에 객체가 존재하는 지의 여부를 감지하는 단계;
   상기 ROV의 일정 영역 내에 객체가 존재하는 것으로 판단되면 상기 ROV를 유선 또는 무선으로 조종하는 조이스틱을 햅틱 상태로 전환시키는 단계; 및
   상기 일정 영역 내에 객체가 존재하여 위험한 상태임을 알리는 경고메시지를 출력시키는 단계;를 포함하고,
   상기 햅틱 상태로 전환시키는 단계는,
   상기 객체가 상기 ROV로부터 4개의 방위 중 어떤 방위에 위치하여 있는 지 감지하는 제1 감지단계;
   상기 제1 감지단계에서 객체가 감지된 방향으로 상기 조이스틱이 움직이지 못하도록 제어하는 단계;
   상기 ROV의 위치가 상기 객체로부터 일정 거리 외부로 이탈하였는 지의 여부를 감지하는 제2 감지단계; 및
   상기 제2 감지단계에서 ROV의 위치가 상기 객체로부터 일정 거리 외부로 이탈할 것으로 판단되면 상기 조이스틱이 상기 객체 방향으로 움직이도록 해제시키는 단계;를 포함하는 ROV 위험 경고 및 충돌방지 방법.
3. 삭제

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