KR102075229B1 - 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상교각, 해안방벽 또는 선박 등을 포함하는 해양구조물의 벽면 검사 및 보수작업이 용이하도록 마련된 해양 작업 로봇에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 수중에서 구조물이나 생태계의 조사 및 측정이 가능한 수중카메라를 장착한 수중작업로봇(600); 및 상기 수중작업로봇(600)과 연결되어 있어 상기 수중작업로봇(600)을 이송하며 전원을 공급하는 수상작업로봇(100);으로 구성하되, 상기 수상작업로봇(100)은, 상기 수상작업로봇(100)의 전후방 추진력을 제공하는 전후방스러스트(300); 상기 해양구조물을 검사하거나 보수작업을 진행하기 위해 주위에 존재하는 해양구조물이나 장애물을 초음파 또는 레이져로 인식하는 센서(500);가 마련되고, 상기 센서(500)의 인식에 따라 제어부(700)로 송수신되고, 상기 제어부(700)의 신호로 자동 혹은 원격제어로 승하강할 수 있도록 구성된 측방스러스트(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇{ROBOT FOR INSPECTION AND VARIOUS OPERATION ON THE WALL-SIDE OCEAN STRUCTURE}

본 발명은 해상교각, 해안방벽 또는 선박 등을 포함하는 해양구조물의 벽면 검사 및 보수작업이 용이하도록 마련된 해양 작업 로봇에 관한 것이다.

최근 들어 교량 및 댐 등의 인공구조물의 보수 유지와 대형선박의 선저 청소 및 검사 관련 작업이 급증하고 있다. 이러한 작업을 위해 인공구조물의 보수 유지용 부착형 수중로봇을 개발하거나 대형선박의 선저 검사 및 청소를 위해서 적합한 부착형 수중선저 청소 로봇을 개발하였다. 하지만, 이들 수중로봇은 인공구조물에 부착이 매우 어렵고 작업면적이 매우 제한적이어서 적용이 매우 어려우며, 인공구조물에 부착되어 주행하는 경우 인공구조물 벽면에 부딪쳐 청소 로봇의 손상이 심하다.

대한민국 등록특허 제10-0873976호는 교량 안전성 탐사용 로봇에 관한 기술로, 비행에 필요한 추력을 발생시키는 구동부를 구비한 비행로봇과 비행로봇의 추력 및 호버링에 의해 교량 상판 하부에 부착된 상태에서 주행하는 이동로봇 및 카메라모듈을 포함하고 있고, 추력을 발생시키는 스러스트로 구성된다. 그러나 대한민국 등록특허 제10-0873976호와 같은 기술은 측면에 마련된 스러스트가 구조물과 부딪쳐 로봇의 손상이 심하고 수중 청소가 어려운 측면이 있다.

또한, 로봇이 전후방으로 주행시 측면 스러스트로 인한 수중마찰력 즉, 유동 저항이 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 10-0873976

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 평상 시의 운행에는 수상으로 나와 있어서 추진을 하지 않고, 측면에 장애물이나 작업 대상물이 있을 때 이를 초음파나 레이져 센서로 인지하여 자동으로 이동하는 측방스러스트가 구비된 해양 작업 로봇을 제공하는 것이다.

또한, 무인 해양 로봇이 자율적으로 정확한 위치 제어 및 자세 유지를 하거나 교량이나 선저와 같은 수중구조물에 측방스러스트로 밀착시켜 수중 구조물의 검사가 가능하고 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 수중 내외부의 교각 등 시설물 벽면에 부딪쳐 벽면 검사 선박의 손상이 최소화되게 할 수 있는 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 수중에서 구조물이나 생태계의 조사 및 측정이 가능한 수중카메라를 장착한 수중작업로봇(600); 및 상기 수중작업로봇(600)과 연결되어 있어 상기 수중작업로봇(600)을 이송하며 전원을 공급하는 수상작업로봇(100);으로 구성하되, 상기 수상작업로봇(100)은, 상기 수상작업로봇(100)의 전후방 추진력을 제공하는 전후방스러스트(300); 상기 해양구조물을 검사하거나 보수작업을 진행하기 위해 주위에 존재하는 해양구조물이나 장애물을 초음파 또는 레이져로 인식하는 센서(500);가 마련되고, 상기 센서(500)의 인식에 따라 제어부(700)로 송수신되고, 상기 제어부(700)의 신호로 자동 혹은 원격제어로 승하강할 수 있도록 구성된 측방스러스트(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 비용이 저렴하고 설치 및 운반이 간편하며 안정적인 원격 제어와 정확한 위치 제어 및 자세 유지가 가능하여 수중 구조물의 보수 유지와 생태계의 감시 및 조사가 가능한 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 측방스러스트가 상기 해양구조물을 검사하거나 보수작업을 진행하거나 측면에 장애물이 있을 때 이를 초음파나 레이져 센서로 인지하여 제어부(700)의 명령으로 자동으로 수중에 잠기도록 하여 전후방 추진시 측방스러스트에 의한 유동 저항이 최소화될 수 있는 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 수중 내외부의 교각 등 시설물 벽면에 부딪쳐 벽면 검사 선박의 손상을 최소화할 수 있는 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 해양구조물 벽면 검사 작업이 가능한 해양 작업 로봇에 있어서, 측면 외곽에 회전베어링(200)가 마련된 수상작업로봇(100)의 모습을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 해양구조물 벽면 검사 작업이 가능한 해양 작업 로봇에 있어서, 6자유도의 수중작업로봇(700)의 모습을 나타낸 정투상 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 해양구조물 벽면 검사 작업이 가능한 해양 작업 로봇의 제1실시예를 나타낸 것으로, 액츄에이터를 이용한 측방스러스트(400)의 하방 이동을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 해양구조물 벽면 검사 작업이 가능한 해양 작업 로봇의 제1실시예를 나타낸 것으로, 액츄에이터를 이용한 측방스러스트(400)의 상방 이동을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 해양구조물 벽면 검사 작업이 가능한 해양 작업 로봇의 제2실시예를 나타낸 것으로, 힌지부의 회동으로 이루어지는 측방스러스트(400)의 후방 이동을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 해양구조물 벽면 검사 작업이 가능한 해양 작업 로봇의 제2실시예를 나타낸 것으로, 힌지부의 회동으로 이루어지는 측방스러스트(400)의 전방 이동을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 6에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명인 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇은 크게 수중에서 구조물이나 생태계의 조사 및 측정이 가능한 카메라를 장착한 6자유도 수중작업로봇(600)과 상기 수중작업로봇(600)과 연결되어 있어 상기 6자유도 수중작업로봇(600)을 이송하며 전원을 공급하는 수상작업로봇(100)으로 구성된다. 또한, 상기 수상작업로봇(100)은 회전베어링(200), 전후방스러스트(300) 및 측방스러스트(400)를 더 마련하여 상기 수상작업로봇(100)의 이동을 용이하게 하며, 상기 수상작업로봇(100)과 수중작업로봇(600)의 각 구성은 제어부(700)의 명령에 의해 제어 가능하다.

보다 구체적으로, 상기 회전베어링(200)은 상기 수상작업로봇(100)이 해양구조물 측면에 접촉하거나 접촉면을 따라 이동 가능하도록 접촉마찰을 줄여주고 접촉을 지속적으로 유지한다. 상기 수상작업로봇(100)이 전진 또는 측면 이동할 수 있도록 상기 수상작업로봇(100)의 좌우 측면 전단부에 우레탄 재질의 다수개로 구성된다. 또한, 상기 회전베어링(200)은 상기 수상작업로봇(100)이 상기 접촉면을 따라 전후방 이동이 용이하다.

도 1에 나타난 바와 같이, 상기 회전베어링(200)은 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있도록 구형으로 마련되고, 상기 전후방스러스트(300)에 연결된 모터가 작동하게 되면 상기 수상작업로봇(100)의 전후방으로 움직이게 되므로 상기 회전베어링(200)의 회전되지 않도록 제어되고, 상기 모터의 작동 감지가 없는 경우는 상기 회전베어링(200)이 상기 해양구조물 측면에 접촉하는 경우로 인지하여 접촉마찰에 의해 회전 가능하도록 마련된다.

다음으로, 상기 측방스러스트(400)는 상하이동 가능한 액츄에이터(410), 프로펠러(420) 및 전후방 이동 가능한 힌지부(430) 등으로 구성될 수 있으며, 상기 수상작업로봇(100) 하단에 다수개로 마련될 수 있다. 다만, 상기 측방스러스트(400)의 구성은 필요에 따라 선택되어 사용할 수 있으며 자세한 구성은 하기 제1실시예 및 제2실시예에서 설명하고자 한다.

먼저, 제1실시예로, 도 3 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 측방스러스트(400)가 상기 액츄에이터(410)와 프로펠러(420)로 구성될 수 있으며, 상기 액츄에이터(410) 및 프로펠러(420)에는 각각 구동을 위한 모터(미도시)가 설치되어, 상기 제어부(700)의 명령으로 상기 모터의 작동을 제어함으로써 상기 액츄에이터(410)와 프로펠러(420)의 작동 상태를 변경 및 제어할 수 있다.

상기 측방스러스트(400)의 하방향 이동은, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 측방스러스트(400)의 액츄에이터(410)에 의해 가능하다. 그리고, 상기 액츄에이터(410)의 단부에 설치된 상기 프로펠러(420)가 작동 하여 상기 수상작업로봇(100) 전체의 양측방 이동을 가능하게 한다.

보다 구체적으로, 상기 회전베어링(200)이 해양구조물에 밀착되어 추진되어야 하는 경우나, 측면에 장애물이 있을 때 이를 상기 초음파나 레이져 센서(500)로 인지하여 상기 수상작업로봇(100)의 측방향 추진이 필요한 경우 즉, 상기 측방스러스트(400)의 작동이 필요한 경우에는, 상기 초음파나 레이져 센서(500)로 인지한 신호를 상기 수상작업로봇(100)의 제어부(700)에 신호를 보내고 이는 상기 수상작업로봇(100)과 연결된 액츄에이터(410)에 회전명령을 보내어 상기 액츄에이터(410)를 구동한다.

도 3의 (3A)에 나타난 바와 같이, 상기 횡축이 상기 수상작업로봇(100)과 연결된 액츄에이터(410)에서 회전(3A-1)하며 하방으로 빠져나오게(3B-1) 된다. 이후 상기 수중작업로봇(600)에 의해 상기 해양구조물을 검사하거나 보수작업을 진행할 수 있게 된다.

또한, 상기 측방스러스트(400)의 상방향 이동은, 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 측방스러스트(400)의 액츄에이터(410)에 의해 가능하며, 상기 초음파나 레이져 센서(500)에 의해 상대 구조물이나 장애물이 인지되지 않으면 상기 측방스러스트(400)를 수중에서 벗어나도록 상방향으로 이송시켜 수중마찰력을 제거하고 상기 수상작업로봇(100)의 전후방으로 빠른 이동할 수 있도록 한다.

보다 구체적으로, 상기 회전베어링(200)이 해양구조물 밀착을 제거하고 상기 수상작업로봇(100)이 전방 또는 후방으로 빠른 이동해야 하는 경우에는, 도 4의 (4A)에 나타난 바와 같이, 상기 측방스러스트(400)는 상기 수상작업로봇(100)과 연결된 액츄에이터(410)가 내부로 회전(4A-1)하며 상방으로 삽입(4B-1)되어 수중에서 상방으로 인양된다.

또한, 제2실시예로, 도 5 내지 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 측방스러스트(400)가 상기 힌지부(430)와 프로펠러(420)로 구성될 수 있으며, 상기 수상작업로봇(100)의 전후방 이동시에 상기 힌지부(430)를 중심으로 상기 측방스러스트(400)가 전후방으로 회동하여 상방 이동함으로써, 수중마찰력 즉, 물에 의한 저항이 최소화될 수 있도록 한다.

이때, 상기 힌지부(430)는 상기 수상작업로봇(100)에 연결된 상부샤프트와 상기 프로펠러(420)가 연결된 하부샤프트 사이에 마련되어 상기 프로펠러(420)의 이동을 가능하게 한다. 그리고, 상기 힌지부(430)에는 상기 상부샤프트 및 하부샤프트 사이의 회동을 위한 동력을 제공하는 모터(미도시)가 설치되고, 상기 프로펠러(420)에도 구동을 위한 모터(미도시)가 구비된다. 상기 모터(미도시)는 상기 초음파나 레이져 센서(500)로 인지된 해양구조물이나 장애물 유무 상태에 상기 힌지부(430)와 프로펠러(420)의 작동 상태는 자동으로 제어될 수 있다.

먼저, 상기 측방스러스트(400)의 후방이동은, 도 5에 나타난 바와 같이, 상기 측방스러스트(400)의 힌지부(430)에 의해 상기 하부샤프트가 후방이동 함으로써 이루어질 수 있다. 상기 수상작업로봇(100)이 전방으로 빠르게 이동하기 위해 상기 측방스러스트(400)가 회동하여 수중에서 수상으로 이동되어 수면마찰력을 제거한다.

보다 구체적으로, 상기 전후방스러스트(300)의 작동에 의해 도 5의 (5A-1)에 나타난 바와 같이 상기 수상작업로봇(100)이 전진하는 경우에는, 상기 하부샤프트가 상기 힌지부(430)를 중심으로 후방으로 회동하도록 상기 힌지부(430)가 제어되고, 상기 하부샤프트와 함께 상기 측방스러스트(400)가 수상으로 올라오게 된다(5B, 5C). 이에 따라, 상기 수상작업로봇(100)이 전방으로 이동하더라도 상기 측방스러스트(400)에 의한 수중 마찰력을 제거할 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 측방스러스트(400)의 전방이동은, 도 6에 나타난 바와 같이, 상기 측방스러스트(400)의 힌지부(430)에 의해 상기 하부샤프트가 전방이동 함으로써 이루어질 수 있다. 상기 수상작업로봇(100)이 후방으로 빠르게 이동하기 위해 상기 측방스러스트(400)가 회동하여 수중에서 수상으로 이동되어 수면마찰력을 제거한다.

또한, 상기 전후방스러스트(300)의 작동에 의해 도 6의 (6A-1)에 나타난 바와 같이 상기 수상작업로봇(100)이 후방 이동하는 경우에는, 상기 하부샤프트가 상기 힌지부(430)를 중심으로 전방으로 회동하도록 상기 힌지부(430)가 제어되고, 상기 하부샤프트와 함께 상기 측방스러스트(400)가 수상으로 올라오게 된다(6B, 6C). 이에 따라, 상기 수상작업로봇(100)이 후방으로 이동하더라도 상기 측방스러스트(400)에 의한 수중 마찰력을 제거할 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 전후방스러스트(300)는 상기 수상작업로봇(100)의 이동을 위한 추진력을 발생시키는 역할을 한다. 상기 전후방스러스트(300)는 상기 측방스러스트(400)와 마찬가지로 상하이동을 위한 액츄에이터, 전후방 이동을 위한 힌지부 및 프로펠러 등을 포함하도록 구성될 수 있고, 다수개로 마련되어 상기 수상작업로봇(100)의 이동방향 및 자세를 조절할 수도 있다.

다음으로, 상기 수중작업로봇(600)은 상기 수상작업로봇(100) 하부에서 조사 및 측정이 가능한 복수의 수중카메라(미도시)를 구비하여 수중 보수작업을 용이하게 한다. 보다 구체적으로, 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 수중작업로봇(600)은 제어용모터(미도시), 수중카메라(미도시), 소나스캐너(미도시)로 구성된다.

상기 제어용모터(미도시)는 상기 수중작업로봇(600)에 전후방 및 측방 추진을 위하여 설치된 프로펠러를 각각 제어한다.

상기 수중카메라(미도시)는 수중의 조류 속에서도 자기 위치를 일정하게 유지할 수 있도록 2축기울기센서(미도시)가 마련되고 상기 수중카메라(미도시)의 위치 방향 정보를 인식하고 상기 수상작업로봇(100)의 롤링과 피칭에 대응하여 평형을 제어할 수 있도록 구성된다.

상기 소나스캐너(미도시)는 상기 해양구조물의 벽면 검사를 용이하게 하기 위한 장치로, 상기 수중작업로봇(600)의 위치를 파악하면서 상기 제어용모터(미도시)를 제어하여 수중의 목표 지점을 스캔하고, 상기 수중작업로봇(600)이 상기 목표 지점에 위치하도록 조절한다. 또한, 상기 소나스캐너(미도시)는 비전검사기를 추가로 구비하여 상기 해양구조물의 내부 검사를 실시할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 비용이 저렴하고 설치 및 운반이 간편하며 안정적인 원격 제어와 정확한 위치 제어 및 자세 유지가 가능하여 수중 구조물의 보수 유지와 생태계의 감시 및 조사가 가능한 해양구조물 벽면 검사 선박 구조를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 측방스러스트(400)가 상기 해양구조물을 검사하거나 보수작업을 진행하거나 측면에 장애물이 있을 때 이를 상기 초음파나 레이져 센서(500)로 인지하여 자동으로 수중에 잠기도록 하여 전후방 추진시 상기 측방스러스트(400)에 의한 유동 저항이 최소화될 수 있는 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 수중 내외부의 교각 등 시설물 벽면에 부딪쳐 벽면 검사 선박의 손상을 최소화할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.

100. 수상작업로봇
200. 회전베어링
300. 전후방스러스트
400. 측방스러스트
410. 액츄에이터
420. 프로펠러
430. 힌지부
500. 초음파 혹은 레이져 센서
600. 수중작업로봇
700. 제어부

Claims (5)

1. 수중에서 해양구조물이나 생태계의 조사 및 측정이 가능한 수중카메라를 장착한 6자유도 수중작업로봇(600); 및
   상기 수중작업로봇(600)과 연결되어 있어 상기 수중작업로봇(600)을 이송하며 전원을 공급하는 수상작업로봇(100);으로 구성하되,
   상기 수상작업로봇(100)은,
   상기 해양구조물 측면에 상기 수상작업로봇(100)이 접촉하거나 접촉면을 따라 이동 가능하도록 접촉마찰을 줄여주고, 상기 수상작업로봇(100)이 상기 접촉면을 따라 전후방 이동이 용이하도록 좌우 측면 전단부에 우레탄 재질의 다수개로 구성되는 회전베어링(200);
   상기 수상작업로봇(100)의 전후방 추진력을 제공하는 전후방스러스트(300);
   상기 해양구조물을 검사하거나 보수작업을 진행하기 위해 주위에 존재하는 해양구조물이나 장애물을 초음파 또는 레이져로 인식하는 센서(500);가 마련되고,
   상기 수상작업로봇(100)의 하단에 다수개로 마련되어 상기 센서(500)의 인식에 따라 제어부(700)로 송수신되고, 상기 제어부(700)의 신호로 자동 혹은 원격제어로 상하방 이동할 수 있도록 구성된 측방스러스트(400);를 포함하되,
   상기 회전베어링(200)은,
   시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있도록 구형으로 마련되고,
   상기 전후방스러스트(300)에 연결된 모터가 작동하게 되면 상기 수상작업로봇(100)의 전후방으로 움직이게 되므로 상기 회전베어링(200)의 회전되지 않도록 제어되며,
   상기 모터의 작동 감지가 없는 경우는 상기 회전베어링(200)이 상기 해양구조물 측면에 접촉하는 경우로 인지하여 접촉마찰에 의해 회전 가능하도록 마련되고,
   상기 측방스러스트(400)는,
   상하방 이동하는 액츄에이터(410);
   상기 액츄에이터(410) 하단에 마련되어 수상작업로봇(100)을 이동시키는 프로펠러(420); 및
   상기 수상작업로봇(100)과 액츄에이터(410) 사이에 마련되어 상기 프로펠러(420)가 결합된 상기 액츄에이터(410)를 회동하는 힌지부(430);로 구성되고,
   상기 수상작업로봇(100)의 전진 주행 시 추진저항이 최소화될 수 있도록 상기 측방스러스트(400)가 상방으로 이동되고, 상기 해양구조물에 밀착 주행 시 해양구조물을 초음파 또는 레이져로 인식하는 센서(500)를 이용하여 해양구조물을 인식하면 측면 추진력을 이용하도록 센서(500)신호에 따라 상기 제어부(700)의 명령에 의해 상기 측방스러스트(400)가 하방으로 이동 가능하도록 상기 액츄에이터(410)를 더 포함하되 상기 측방스러스트(400) 및 액츄에이터(410)는 자동으로 제어 가능하며,
   상기 수중작업로봇(600)은,
   상기 수중작업로봇(600)에 마련된 다수개의 상기 프로펠러(420)를 제어하는 제어용모터;
   상기 수중작업로봇(600)의 위치를 파악하면서 상기 제어용모터를 제어하여 수중의 목표 지점을 스캔하여 상기 수중작업로봇(600)이 상기 목표 지점에 위치하도록 조절하는 소나스캐너;가 더 마련되고,
   상기 수상작업로봇(100)의 전진 주행시 추진저항을 제거하도록 상기 측방스러스트(400)가 수상으로 이동하도록 회동하는 것을 특징으로 하는 해양구조물의 벽면 검사가 가능한 해양 작업 로봇.
   
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