KR102193354B1 - 수중 조작 아암 로봇 - Google Patents

Abstract

수중 조작 아암 로봇은: 로봇의 유연한 움직임을 발생시키기 위해 관절 모듈들(2)에 의해 서로 연결되는 복수의 링크; 추진 및/또는 안내를 위해 로봇에 스러스트를 인가하기 위해 로봇의 길이를 따라 상이한 지점들에 위치된 다수의 스러스트 디바이스(6, 8, 18); 및 로봇에 부착되는 적어도 하나의 툴(12, 14), 또는 툴에 대한 적어도 하나의 연결점을 포함하되; 유연한 움직임 및/또는 스러스트 디바이스들(6, 8, 18)은 로봇의 이동 및 툴(12, 14)의 방향 및/또는 위치 제어를 가능하게 한다.

Description

수중 조작 아암 로봇

본 발명은 툴을 갖는 수중 조작 아암 로봇, 예를 들어, 그 자체를 이동, 방향 조종 및 동적 위치 제어(위치 유지/선회)할 수 있고 또한 검사, 유지보수 및 수리(IMR; inspection, maintenance and repair) 기능들을 제공할 수 있는 물 속에서 쓸 수 있는 로봇에 관한 것이다.

물 속에서 쓸 수 있는 로봇들은 종래 기술에서 다양한 목적으로 사용되었다. 무인의 원격으로 제어되는 로봇들은 많은 형태 및 크기를 취할 수 있고 많은 목적에 적합하게 되었다. 몇몇 알려진 디자인은 단지 감시 및 모니터링을 위해서만 사용되고, 다른 객체들과 직접, 물리적 수준으로 상호작용할 수 없다. 그러한 로봇들은 "장어-같은 또는 어류-같은" 움직임으로 이동하는 소위 "뱀형 로봇들"을 포함한다. 다른 알려진 디자인들은 다른 객체들, 이를테면 파지 메커니즘들 및 다른 도구들을 홀딩하는 로봇 아암들과의 물리적 상호작용을 위한 조작기들을 갖는 ROV들(remotely operated vehicles, 원격 조정 장비들) 및 AUV들(autonomous underwater vehicles, 무인 수중 장비들)을 맵핑 및 모니터링하기 위해 부력에 의한 추진력을 이용하는 글라이더들을 포함한다. ROV 또는 AUV는 아암을 지지하기 위해 안정적인 베이스를 제공해야 하고, 그로 인해 그러한 장비들은 상대적으로 크고 다루기 힘들다. 글라이더들은 안내, 항법 및 제어에 관한 한 정확도가 한정되고, 그것들이 단지 아래 또는 위로 굽이칠 때 효과적으로 작동할 수 있다. 이는 작은 공간에서 객체를 조작하도록 요구될 때, 또는 작업 영역에 대한 접근이 좁을 때 수중 조작 로봇들을 사용하는 것을 어렵게 만든다.

제1 측면에서 보아, 본 발명은 수중 조작 아암 로봇으로서, 상기 로봇의 유연한 움직임을 발생시키기 위해 관절 모듈들에 의해 서로 연결되는 복수의 링크; 추진 및/또는 안내를 위해 상기 로봇에 스러스트를 인가하기 위해 상기 로봇의 길이를 따라 상이한 지점들에 위치된 다수의 스러스트 디바이스; 및 상기 로봇에 부착되는 툴, 또는 툴에 대한 적어도 하나의 연결점을 포함하되; 상기 유연한 움직임 및/또는 상기 스러스트 디바이스들은 상기 로봇의 이동 및 상기 툴의 방향 및/또는 위치 제어를 가능하게 하는, 수중 조작 아암 로봇을 제공한다.

관절 모듈은 단일 회전축 또는 다수의 회전축에 대해 (링크들로서 지칭되는) 두 개의 요소 간 제어 상대 회전 및/또는 병진을 가능하게 하는 임의의 메커니즘이다. 링크들은 강성 또는 가요성 요소들 중 어느 하나이고, 통상적으로 관절 모듈들 간 물리적 연결을 제공한다. 링크들 및 관절 모듈들은 또한 다른 구성요소들을 홀딩할 수 있거나 다른 기능들을 가질 수 있다. 예를 들어, 그것들은 하나 이상의 스러스트 디바이스(들) 또는 툴(들)에 대한 연결점들을 포함할 수 있다. 몇몇 예시적인 실시예에서, 몇몇 링크는 아래에서 더 논의될 바와 같이 스러스트 모듈들을 포함하고, 관절 모듈들은 링크들 간의 연접식 메커니즘들일 수 있다. 관절 모듈들은 벨로스, 예를 들어 유입 벨로스에 하우징되는 이동 부분들을 포함할 수 있다. 유입 벨로스의 사용은 물 침투로부터의 보호를 제공할 뿐만 아니라 사용 동안 기계적 부분들의 스내깅의 위험을 감소시킨다.

추진 및/또는 안내를 위한 스러스트 디바이스들의 사용은 로봇 상에 모든 바람직한 추력의 사용을 망라한다. 이는: 다른 것들 중에서도; 전체 로봇 또는 로봇의 부분들의 회전 및/또는 병진 움직임; 중력, 부력 및/또는 수류에 반하는 스러스터들에 의한 위치 유지(예를 들어 '선회'); 지속 이동 동안의 진행 방향 변화; 로봇의 배열/형상의 변화; 및/또는 로봇의 유연한 이동을 보조 또는 증대하기 위해 사용되는 추진력을 포함할 수 있다.

툴은 모든 유형의 수중 맵핑, 모니터링 및 IMR 툴들, 예를 들어 검사 툴들 이를테면 카메라, 또는 조작 툴들 이를테면 그리퍼 툴을 포함하여, 수중 동작들을 위해 요구되는 임의의 유형의 툴일 수 있다. 제1 측면의 로봇은 아암을 홀딩하는 ROV 또는 AUV라는 방해물 없이 조작 아암을 효과적으로 제공한다. 로봇은 타겟 위치로 돌 수 있으며, 이는 파이프들, 수직도관들 아래로, 그리고 좁은 공간들을 통해 이동하는 것을 포함할 수 있고, 위치 유지 또는 선회(또한 동적 위치 제어로도 칭함)를 수행할 수 있으며, 그 다음 그것은 필요한 동작을 수행하기 위한 툴을 사용할 수 있으며, 로봇의 링크들의 일부 또는 전부는 조작 아암의 링크들로서의 역할을 한다.

유연한 움직임은 서로에 관해 회전 및/또는 병진하는 강성 링크들에 의한 연접식 움직임일 수 있다. 그것은 또한 곡선 형상들로 이동될 수 있는 가요성 구조들을 사용할 수도 있다. 통상적으로 반복적 유연한 움직임은 관절들의 이동을 사용하여 로봇을 나아가게 하는 것이 요구되는 경우 사용될 수 있다. 관절 모듈들은 유연한 움직임을 발생시키기 위한 행위를 한다. 그에 따라, 관절 모듈들은 서로에 관한 링크들의 이동을 능동적으로 만들 수 있고 아래에서 언급될 바와 같이 하나 이상의 액추에이터에 의해 작동될 수 있다. 액추에이터들은 링크들 내에 포함되거나 링크들 간에 홀딩될 수 있다.

몇몇 바람직한 예에서, 로봇의 유연한 움직임은 로봇을 나아가게 할 수 있는 높낮이가 있는 움직임일 수 있다. 그러한 움직임을 수행할 수 있는 로봇의 예는 수중 뱀형 로봇이다. 수 세기 동안, 기술자들 및 과학자들은 기술적 문제들에 대한 해결을 위한 그들의 탐구에서 자연계로부터 영감을 얻어 왔다. 이러한 과정은 생체 모방 기술이라 불린다. 수중 뱀형 로봇들은 생체 모방 기술에서 기인한 로봇의 일 형태이다. 이러한 유형들의 로봇들은 수중 탐사, 모니터링, 감시 및 검사에 사용하기 위해 제안되었다. 또한, 해양학, 생물학 및 해양 고고학을 포함하는 해양 과학 커뮤니티에, 심한 소음 없이 부드럽게 유영할 수 있고 어려운 환경들 이를테면 조난선들 및 다른 제한된 환경들에서 항해할 수 있는 뱀형 로봇들은 매우 흥미롭다. 그러나, 이전에는 뱀형 로봇들 및 유사한 로봇들이 본 출원에 설명된 바와 같은 조작 아암으로서 사용하도록 제안된 적이 없다.

조작 아암 로봇은 뱀형 로봇일 수 있다. 현재 맥락에서, 뱀형 로봇은 그렇게 함으로써 뱀 또는 장어의 움직임과 유사한 높낮이가 있는 움직임을 발생시키기 위해, 두 개 이상의 관절에서, 통상적으로는 많은 관절에서 구부러지도록 설계된 임의의 유형의 다중 링크 로봇이다. 모든 로봇은 가요성일 수 있거나, 또는 로봇은 가요성 섹션들 및 강성/고정 섹션들을 가질 수 있다. 유연한 그리고 고정된 섹션들의 조합은 또한 충분히 유연한 로봇의 길이의 부분을 따라 관절 모듈들을 고정/'동결'함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로 그러한 다중 링크 로봇들은 장어 로봇들 또는 칠성장어 로봇들로서 디자인될 수 있고 용어 "뱀형 로봇"은 이를 커버하도록 의도된다.

로봇은 그 대신에 어류 로봇의 형태를 취할 수 있다. 어류 로봇들은 통상적으로 보다 적은 링크를 갖고, 뱀형 로봇의 특징인 가늘고 긴 바디 구조를 가지지 않는다. 뱀형 로봇은 그것의 가늘고 긴 형상을 참조하여 어류 로봇들과 구분될 수 있다, 예를 들어 뱀형 로봇은 그것의 최대 또는 그것의 평균 폭의 적어도 다섯 배인 길이, 바람직하게는 그것의 최대 또는 그것의 평균 폭의 적어도 열 배인 길이를 가질 수 있다. 현재 뱀형 로봇은 그것의 보다 긴 길이 및 보다 다양한 움직임으로 인해 추가 이점들을 제공할 수 있다고 여겨지나, 제1 측면의 특징들을 갖는 어류 로봇은 또한 공지된 수중 로봇들에 비해 개선점들을 제공할 수 있다.

수중 로봇은 또한 지상 뱀형 로봇들과 구별되어야 한다. 지상 뱀형 로봇들은 그것들이 로봇 및 지상 간 마찰에 의존하여, 로봇을 높낮이가 있는 움직임으로 이동시키기 위해, 수평 미끄럼을 방지하고/거나 길이방향 마찰을 감소시키기 위해 보통 자유-회전 휠들을 사용하기 때문에 상당히 다르다. 그에 반해, 수중 로봇들은 수평으로 이동할 수 있고 바디를 이동하여 주변 유체를 밀어붙일 수 있으며, 그것들은 마찰을 사용한 고체 표면과의 상호작용에 의존하지 않는다.

로봇은 로봇의 길이를 따라 다수의 상이한 지점에 장착된 다수의 스러스트 디바이스를 포함한다. 스러스트 디바이스들은 측방향 및/또는 수직 스러스트, 즉 로봇의 길이를 가로질러 연장되는 방향의 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 스러스트 디바이스들은 길이방향 스러스트, 즉 로봇의 길이에 따라 연장되는 방향의 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스를 포함할 수 있다. 스러스트 디바이스들은 임의의 필요한 각진 방향으로 장착될 수 있다. 그것들은 로봇의 길이방향 축과 교차하는 선을 따라 스러스트를 제공하기 위해 장착될 수 있거나, 또는 그것들은 길이방향 축과 교차하지 않는 스러스트의 방향으로 로봇의 길이방향 축에서 이격되어 장착될 수 있다(적어도 로봇이 직선 배열로 있을 때). 이러한 방식으로 위치된 스러스트 디바이스들은 스러스터의 위치 및 방향에 따라 요우, 피치 또는 롤의 토크를 포함하여, 로봇에 토크를 인가하기 위해 사용될 수 있다.

스러스트 디바이스들은 프로펠러들, 임펠러들, 터널 스러스터들, 회전식 (아지무스) 스러스터, 접이식 스러스터들, 나사들(일축, 이축, 역-회전, 가변 피치, 노즐 유형 등), 핀들, 진공 펌프들 또는 스러스터들 및/또는 워터 제트들을 포함할 수 있다. 스러스트 디바이스들은 스러스트의 제어가능한 방향 및 크기를 갖는 스러스트를 제공할 수 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 방향으로 제어가능한 스러스트 디바이스(들)는 길이방향 스러스트 또는 측방향 스러스트를 제공하도록 배향될 수 있을 수 있다. 덧붙여, 조종익면들 이를테면 키들 및 핀들, 안내 날개들 및/또는 링크들 간 상대 회전은 방향 제어에 기여할 수 있다. 이는 로봇이 스러스트 디바이스에 의해 나아가고 있는 동안 그리고/또는 로봇이 끌려가고 있는 상황에서 그러할 수 있다.

로봇은 또한 부양을 만들어 내기 위해 날개들 또는 핀들을 구비할 수 있고/거나 그것은 부양을 만들어 낼 수 있는 바디 형상을 가질 수 있다. 그에 따라, 몇몇 예에서, 로봇은 하나 이상의 조향가능한 핀을 포함한다. 그러한 핀들 또는 조종면들은 해류, 모형화되지 않은 케이블 부력 등으로부터 불규칙 외란을 회피 또는 억제하기 위해 사용될 수 있다. 스러스트 디바이스(들)는 조향가능한 핀들과 동일한 목적들로, 그것들 대신 또는 그것들과 함께 사용될 수 있다.

바람직하게는 스러스트 디바이스(들)는 로봇이 수중에서, 심지어 연접식 링크들의 이동(높낮이가 있는 이동일 수 있음) 동안 일정 위치 및/또는 방향을 유지하게 할 수 있다. 그에 따라 스러스트 디바이스(들)는 로봇에 선회 유형 역량을 제공하기 위해 스러스트를 제공하도록 배열될 수 있다.

측방향 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스의 예는 하나 이상의 스러스터를 갖는 스러스트 모듈이며, 스러스트 모듈은 관절 모듈 및/또는 링크와 통합되거나 관절 모듈 및/또는 링크의 뱃머리 또는 고물 쪽에 장착된다. 그러한 스러스트 모듈은 예를 들어, 프로펠러들을 사용하는 터널 스러스터들, 또는 워터 제트 스러스터들을 포함할 수 있다. 일례는 수직한 두 방향(로봇의 길이방향 대부분에(또는 그것이 곡선 형상으로 있을 때 로봇의 대부분에 대한 접선에) 대체로 직교하는 두 방향일 수 있음)으로 배향된 스러스터들을 갖는 스러스트 모듈을 사용한다. 이는 스러스트가 임의의 측방향, 이를테면 상하 방향, 또는 수평 방향으로 인가되게 한다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 그렇게 함으로써 모든 측방향으로 스러스트를 인가하기 위해 로봇의 축에 대해 회전될 수 있는 스러스터를 갖는 하나 이상의 스러스트 모듈이 있을 수 있다. 그러한 스러스터의 회전은 스러스트 모듈에 관한 스러스터의 이동, 또는 인접한 관절 모듈들에 관한 스러스트 모듈의 회전에 의해 달성될 수 있다. 로봇의 길이를 따라 다수의 스러스트 모듈이 있을 수 있다. 이는 스러스트가 로봇의 상이한 부분들에 상이한 방향으로 인가되게 하며, 이는 모든 유형의 이동, 이를테면 로봇의 병진 이동, 또는 병진 없이 롤, 피치 또는 요우에서의 회전, 또는 이들 이동의 조합들이 달성될 수 있음을 의미한다. 측방향 추력은 또한 예를 들어, 로봇의 새로운 형상/배열로의 변화를 돕기 위해, 관절 모듈들을 새로운 위치들/각도들로 몰기 위해 사용될 수 있다. 이는 전환 속도를 증가시키기 위해, 또는 관절 모듈이 장래를 갖는 경우 링크들 간 이동을 제공하기 위해 수행될 수 있다.

길이방향 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스의 예는 스러스트를 로봇의 끝에 인가하기 위해 로봇의 후부에 장착된 후부 스러스트 디바이스이다. 대안적으로 또는 추가적으로 길이방향 스러스트 디바이스들은 로봇을 따라 임의의 지점에 또는 로봇 앞부분에 장착될 수 있고, 이는 로봇의 후부를 툴을 장착하기 위해 여유롭게 남기는 이점을 갖는다. 이러한 스러스트 디바이스는 뱀 바디에 일정 각도로 돌출되어 있을 수 있거나, 또는 그것의 방향이 변경될 수 있고 그것은 또한 접이식일 수 있다. 후부에 장착된 디바이스는 스러스터가 일측의 로봇에서 돌출되기 보다는, 로봇의 길이와 일렬일 수 있게 하며, 이는 그렇지 않으면 스러스터가 길이방향으로 있게 하라는 요구를 받을 수 있다. 길이방향 스러스트를 인가하기 위한 스러스터는 임의의 적절한 스러스터, 이를테면 프로펠러 또는 워터 제트 스러스터일 수 있다. 측방향 스러스트를 제공할 수 있는 스러스트 디바이스는 로봇의 질량 중심에서 떨어져 스러스트를 인가함으로써 로봇의 수직 위치를 조절하기 위해 그리고/또는 그것의 방향을 수직면으로 조절하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 로봇이 완벽하게 중립으로 부유하지 않을 공산이 있는 경우, 일정 수직 위치 및/또는 방향을 유지하기 위해 지속적인 스러스트가 요구될 것이다. 이는 특히 로봇이 배터리를 동력으로 움직이는 경우, 전력 사용량에 관해 난점일 수 있고 그에 따라 이를 회피하는 것이 바람직하다.

이러한 이슈를 다루기 위해, 로봇은 임의로 제어가능한 부양성을 갖는 요소들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 로봇은 가압 공기로 채워질 수 있는 밸러스트 탱크들 또는 대안적으로 그것의 부력 또는 무게를 변경하기 위해 압축되거나 팽창될 수 있는 임의의 "블래더(bladder)" 또는 유체를 포함할 수 있다. 제어가능한 부양성을 갖는 요소는 팽창 또는 수축 동안을 제외하고 에너지 소비 없이 일정 수직 위치를 유지하는 데 필요한 힘을 제공할 수 있다. 덧붙여, 로봇이 굽힘 및 형상/배열의 변화를 가능하게 하는 링크들 및 관절 모듈들을 가질 때, 관절들을 사용하여 부력 요소들 간 상대 위치를 변경하는 것 그리고 그렇게 함으로써 로봇의 부력 중심을 조작하는 것이 가능하다. 그로 인해 관절 모듈들을 통한 이동은 부력 요소들이 로봇의 움직임에 어떻게 영향을 미칠지를 조작하기 위해 사용될 수 있다.

바람직한 구현예는 수직 스러스트를 위한 스러스트 디바이스들 그리고 또한 제어가능한 부양성을 갖는 하나 이상의 요소 양자를 포함할 수 있다. 스러스트 디바이스들 및 부력 제어 요소들은 단일 모듈로 통합될 수 있고, 그에 따라 위에서 설명된 바와 같은 스러스트 모듈이 또한 부력 제어 역량을 가질 수 있게 된다. 바람직하게는, 부력 또는 무게는 로봇의 무게 및/또는 일정 연직 유속을 보상하기 위해 완변하는 수직력을 제공하기 위해 사용될 수 있는 반면, 스러스트 디바이스(들)는 로봇에 영향을 미치는 힘의 급변 예를 들어, 갑작스러운 유속 변화, 또는 로봇의 형상 변화에서 기인하는 변화를 보상하기 위해 신속한 교정력을 제공할 수 있다. 이러한 배열은 보다 에너지 효율적인 부력 요소들을 효율적으로 이용하면서, 또한 로봇의 위치 및 방향의 정확하고 신속한 제어를 가능하게 할 수 있다. 하나의 바람직한 예에서, 부력 제어가능 요소들의 부력은 로컬 스러스터 제어 입력들의 수직 성분의 시간 적분으로서 로컬에서 제어될 수 있고(즉, 적분 제어기), 그에 따라 평균 수직 스러스트는 정류 조건 하에서 제로로 수렴한다. 그에 따라, 스러스터들에 의해 고주파수 수직력이 제공되는 한편, 부력 요소들에 의해 저주파수 성분이 제공된다.

바람직한 예들에서, 로봇은 연접식 움직임을 가능하게 하는 관절 모듈들에 의해 연결되는 적어도 세 개의 링크를 포함한다. 링크들은 임의의 적절한 형태를 취할 수 있고, 특히 그것들은 스러스트 모듈들, 안내 핀들을 갖는 강성 링크들, 또는 스러스트 또는 안내 기능이 없는 강성 커플링 링크들일 수 있다. 예를 들어, 적어도 10개의 링크가 있을 수 있고, 그에 따라 로봇은 뱀형 로봇의 형태를 취하게 된다. 통상적인 뱀형 로봇은, 각 관절이 1 이상의 자유도를 제공하는, 끝과 끝을 붙여 연결되는 3개 내지 20개의 관절 모듈을 가질 수 있다.

관절 모듈들은 2차원 이동을 제공하기 위해 단일면에서의 상대 회전을 가능하게 할 수 있다. 대안적으로 관절들은 예를 들어 수평 및 수직 양자로 파도 모양들을 가능하게 하는, 보다 고차원 이동을 가능하게 할 수 있다. 관절 모듈들은 각각 로봇의 요우, 피치 및 롤 방향들 중 하나 이상에서의 상대 회전, 임의로 요우, 피치 및 롤 중 세 개 전부에서의 회전을 가능하게 한다. 상대 회전은 툴의 방향 및/도는 위치의 제어를 가능하게 한다. 관절 모듈들은 연접식 움직임을 만들기 위한 하나 이상의 액추에이터, 예를 들어 전기, 유압, 및/또는 공압 액추에이터들을 포함할 수 있다. 관절 모듈들은 또한 관절의 어느 한 측에서의 링크들의 병진 이동을 가능하게 할 수 있다.

툴 또는 연결점은 로봇 상의 임의의 편리한 지점에 부착될 수 있고 위에서 언급된 바와 같이 그것은 검사 툴들, 조작 툴들, 및 다른 유형들의 IMR 툴들을 포함하여, 임의의 유형의 툴일 수 있다. 그에 따라, 툴 또는 연결점은 로봇의 전단에, 전면 모듈에 있을 수 있다; 예를 들어 그것은 로봇의 길이 중간의 강성 링크들 중 하나와 통합되어, 중간 지점에 있을 수 있거나; 또는 그것은 로봇의 후단에 있을 수 있다. 다수의 툴 또는 연결점이 있을 수 있다, 예를 들어 로봇의 전단에 툴 또는 연결점이 있을 뿐만 아니라 로봇의 후단에도 툴 또는 연결점이 있을 수 있다. 일례는 전단에 그리고 후단에 툴 또는 연결점을 포함할 뿐만 아니라, 로봇의 길이의 중간 지점에 다른 툴 또는 연결점을 포함한다. 이와 같은 다수의 툴 배열은 로봇의 일단에 조작 툴을 그리고 로봇의 타단에 검사 툴을 가능하게 하기 위해 사용되고, 그렇게 함으로써 로봇이 검사 툴(예를 들어, 카메라일 수 있음)을 사용하여 조작 툴의 동작을 모니터링하게 할 수 있다. 로봇의 양 종단에 툴들이 있으며, 검사 툴은 중간 지점에 장착될 수 있다. 양 종단의 툴들은 양자 모두 조작 툴들일 수 있다. 이는 양 종단의 툴들을 사용하여 복잡한 "양손" 동작들을 가능하게 하면서 중간 지점의 검사 툴을 사용하여 동작들을 모니터링할 수 있다. 추가 옵션은 조작 툴들을 갖는 검사 툴들, 이를테면 그리퍼와 동일한 모듈에 장착된 카메라를 포함하는 것이다. 연결점이 존재하는 경우, 바람직하게는 표준화된 커플링 유형을 사용하여, 그것에 착탈가능한 방식으로 장착되는 툴이 있을 수 있다. 바람직하게는, 연결점은 대안적인 유형들의 툴들의 연결을 위해 배열될 수 있으며, 그로 인해 단일 로봇이 상이한 바다 속 동작들을 위한 상이한 툴들과 함께 장착되게 할 수 있다.

몇몇 바람직한 예에서, 로봇은 전면 모듈에 툴 또는 툴을 위한 연결점을 가지며, 그에 따라 툴이 로봇의 전단에 위치되게 된다. 전단에 장착된 툴은 특히 길이방향 스러스트 디바이스 이를테면 후부 스러스트 디바이스 및 측방향 스러스트를 위한 하나 이상의 스러스트 모듈과 조합될 때, 다양한 이동을 가질 수 있다.

상기한 내용을 유념하여, 로봇의 하나의 예시적인 실시예는 툴 또는 툴을 위한 연결점을 갖는 전면 모듈, 전면 모듈에 대한 로봇의 반대 종단의 후부 스러스트 디바이스일 수 있는, 종방향 스러스트를 만들어 내기 위한 스러스트 모듈, 전단 및 후단 사이의 다수의 링크로서, 관절 모듈들에 의해 결합되는 상기 링크들, 및 측방향 스러스트를 만들어 내기 위한 로봇의 길이에 따른 하나 이상의 스러스트 모듈을 갖는 뱀형 로봇을 포함할 수 있음이 이해될 것이다. 그러한 뱀형 로봇은 다양하게 이동할 수 있고 광범위한 상이한 유형들의 바다 속 동작들을 수행할 수 있다.

다른 예는 후부 스러스트 디바이스를 생략하고 또한 증대된 방향조종성에 추려하기 위해 그리고 보다 복잡한 동작을 수행하기 위해 길이방향 스러스트 역량을 생략할 수 있다. 그러한 예는 툴 또는 툴을 위한 연결점을 갖는 전면 모듈, 추가 툴 또는 툴을 위한 연결점을 갖는 후부 모듈, 전단 및 후단 간 다수의 링크로서, 유연한 움직임을 발생시키기 위해 관절 모듈들에 의해 결합되는 상기 링크들, 측방향 스러스트를 만들어 내기 위한 로봇의 길이에 다른 다수의 스러스트 모듈; 및 로봇의 길이의 중간 지점에 장착된 검사 툴을 갖는 뱀형 로봇을 포함할 수 있다.

뱀형 로봇의 높낮이가 있는 움직임은 정현파 유형 움직임으로서 특징지어질 수 있다. 이는 예를 들어, 측방향 파도 모양 또는 장어와 같은 움직임일 수 있다. 이러한 유형의 움직임은 다중 링크 어류 로봇들의 움직임과 상이하다. 예시적인 실시예들에서, 뱀형 로봇의 움직임은 다음과 같이 n개의 관절 모듈을 갖는 수중 뱀형 로봇의 각 관절(i)이 정현파 기준 신호를 추적하게 함으로써 발생된다:

상기 식에서 α 및 ω는 각각, 최대 진폭 및 주파수이고, δ는 관절들 간 위상 변이를 결정하는 한편, 함수 g(i,n)는 몇몇 상이한 뱀 움직임 패턴들을 포함하여, 사인 함수들의 상당히 일반적인 클래스를 설명하는 것을 가능하게 하는 관절(i)의 진폭에 대한 스케일링 함수이다. 파라미터 γ는 뱀형 로봇의 운동 방향을 제어하기 위해 사용될 수 있는 관절 오프셋 좌표이다. 바람직하게는, 뱀형 로봇의 속도 및 방향 각각을 제어하기 위해 파라미터들 α 및 δ는 고정되고 파라미터들 ω 및 γ는 가변적이다. 상기 식은 직선형 로봇의 경우, 평행한 회전축들을 갖는 관절들의 각 집합마다 별개로 채용될 수 있다. 그로 인해, 상기 식에서의 파라미터들의 별개의 집합이 각각, 예를 들어, 요우 움직임 및 피치 움직임을 제어하는 관절들마다 사용될 수 있다.

로봇은 로봇의 높낮이가 있는 움직임을 발생시키기 위한 보행 패턴 제어기를 포함할 수 있다. 바람직한 로봇은 방향을 원하는 방향으로 조절하기 위한 조절 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 그에 따라 예를 들어 진행 방향을 원하는 방향을 따르도록 조절하기 위한 진행 방향 제어 디바이스일 수 있다. 그로 인해 이러한 디바이스는 요 방향의 조절을 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 로봇은 전진 이동 동안 상승 및 하강을 가능하게 하기 위한 피치 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 진행 방향 및/또는 피치 제어 디바이스들은 높낮이가 있는 움직임 동안, 스러스트에 의한 움직임 동안, 또는 로봇의 움직임을 촉발하는 파도 모양들 및 스러스터들 양자로 작동할 수 있다. 진행 방향 및/또는 피치 제어 디바이스들은 그렇게 함으로써 전진 움직임 동안 진행 방향 및/또는 피치를 제어하기 위해, 스러스터들, 특히 스러스트 모듈들을 제어할 수 있을 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 관절 모듈들은 로봇의 형상을 변경하기 위해 그리고 그렇게 함으로써 추력의 방향에 대한 안내를 제공할 뿐만 아니라, 로봇이 이미 이동하고 있을 때 그것의 형상을 통해 그것의 움직임을 안내하기 위해 사용될 수 있다.

로봇은 툴의 움직임을 제어하기 위한 툴 제어기를 가질 수 있으며, 이는 그로 인해 툴이 장착되는 로봇의 부분 예를 들어, 전면 모듈의 방향 및 위치를 제어하기 위한 제어기일 수 있다.

다양한 제어기는 별개의 하드웨어, 또는 하드웨어와 공동으로 별개의 소프트웨어로서 형성된 별개의 제어 모듈들일 수 있거나, 또는 로봇의 제어의 모든 측면을 핸들링하는 통합 시스템이 있을 수 있다.

로봇은 로봇을 다른 구조물에 부착하기 위한, 예를 들어 로봇을 다른 구조물 상의 제 위치에 고정하기 위한 부착 디바이스를 구비할 수 있다. 이는 임의의 적절한 디바이스, 이를테면 기계식 클램프, 자기 디바이스 또는 흡착 디바이스에 의해 이루어질 수 있다. 특정한 일례는 또한 스러스트 디바이스 기능을 제공하는 흡착 디바이스를 사용한다. 그러한 디바이스는 하나의 사용 모드에서 그렇게 함으로써 로봇을 구조물에 고정시키기 위한 흡착력을 제공하기 위해 그 자체 및 고정 구조물 사이에 낮아진 수압을 발생시킬 수 있고, 다른 사용 모드에서 그것은 예들의 측방향 스러스트 디바이스들에 의해 이루어질 수 있는 바와 같이, 일측에서 바깥쪽을 향해 물을 나아가게 하고 타측 상에서는 안쪽을 향해 물을 끌어당김으로써 스러스트를 제공할 수 있다. 흡착 및 스러스트 조합 디바이스는 스러스트 모듈에 적합한 덮개 또는 날개를 추가하여 제공될 수 있다.

수중 장비에 대한 흡착 및 스러스트 조합 디바이스의 사용은 그 자체로 신규하고 진보적인 것으로 고려되고, 그로 인해 추가 측면에서 본 발명은 흡착 및 스러스트 조합 디바이스를 포함하되, 상기 흡착 및 스러스트 조합 디바이스는 장비의 추진 및/또는 안내를 위해 스러스트가 제공되는 제1 동작 모드 및 상기 장비를 다른 구조에 기대어 홀딩하기 위해 흡착이 제공되는 제2 동작 모드 양자를 제공하기 위해 동일한 구동 메커니즘을 사용하는, 수중 장비를 제공한다.

수중 장비는 로봇 이를테면 뱀형 로봇 및/또는 조작 아암 로봇일 수 있다. 로봇은 위에서 논의된 바와 같은 임의의 또는 모든 특징을 가질 수 있다. 흡착 및 스러스트 조합 디바이스는 위에서 논의된 바와 같은 스러스트 모듈의 부분일 수 있고 그것은 위에서 논의된 바와 같은 스러스트 디바이스/스러스트 모듈의 임의의 또는 모든 특징을 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 위에서 설명된 수중 조작 아암 로봇의 제어 방법을 제공하며, 방법은: 로봇 툴(들)을 필요한 방향 및/또는 위치로 이동시키기 위해 상기 관절 모듈들 및 상기 스러스트 디바이스들을 제어하는 단계를 포함하되; 상기 관절 모듈들은 상기 로봇을 나아가게 할 수 있는 유연한 움직임을 발생시키기 위해 사용되고/거나 상기 로봇의 형상 및 배열을 조절하기 위해 사용되며; 그리고 스러스트 디바이스들은 로봇을 병진 및/또는 회전 이동시키기 위해 사용된다.

임의로, 관절 모듈들은 스러스트 디바이스 힘의 방향을 제어하기 위해 로봇의 형상 및 배열을 조절하기 위해 그리고/또는 로봇을 나아가게 할 수 있는 유연한 움직임을 발생시키기 위해, 그리고/또는 로봇 툴(들)을 원하는 위미 및/또는 방향으로 이동시키기 위해 사용될 수 있다.

이러한 방법의 로봇은 위에서 논의된 특징들 중 임의의 특징을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 제어하는 단계는 종래 뱀형 로봇 또는 종래 ROV/AUV로 가능하지 않은 움직임을 제공하기 위해 스러스트 디바이스들로부터의 스러스트와 유연한 파도 모양 움직임(위에서 논의된 바와 같은 높낮이가 있는 움직임일 수 있음)을 조합할 수 있다.

상기 방법은 관절 모듈들을 사용하여 로봇을 필요한 배열로 이동시키는 단계 및 그 다음 스러스트 디바이스들을 사용하여 로봇을 필요한 배열로 병진 및/또는 회전시켜 그것을 필요한 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇은 관절 모듈들에 의해 소정의 작업을 위해 특정 형상, 이를테면 U자-형상으로 배치될 수 있고, 그 다음 스러스트 디바이스들에 의해 작업과 관련 있는 위치로 이동될 수 있다.

수중 조작 아암 로봇은 길이방향 스러스트를 제공하기 위한 스러스트 디바이스를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 방법은: 상기 길이방향 스러스트를 사용하여 상기 로봇을 나아가게 하고 상기 관절 모듈들을 사용하여 상기 로봇의 형상을 조절하고 그렇게 함으로써 상기 로봇의 진행 방향을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

관절 모듈들 및 스러스트 디바이스들의 상대 위치는 알려져 있고/거나 계산될 수 있으며, 덧붙여 관절 각도들이 알려져 있고/거나 계산될 수 있다. 상기 로봇을 제어하는 방법은 상기 관절 모듈들 및 스러스트 디바이스들 전부의 상기 방향을 결정하는 단계, 각 스러스트 디바이스로부터의 스러스트에 대한 벡터를 결정하는 단계 및 그렇게 함으로써 상기 로봇의 방향 및/또는 위치의 필요한 변화를 달성하기 위해 필요한 추력 및/또는 관절 모듈 조절을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 병진과 함께 또는 병진 없이 로봇의 회전이 요구되는 경우, 상기 방법은 질량 중심 상에 적절한 힘과 함께 질량 중심 주위에 작용하는 회전력을 제공할 스러스트 디바이스들로부터의 추력의 조합이 있는지를 결정할 수 있다. 질량 중심 상의 힘은 어떤 병진도 요구되지 않는 경우, 즉 질량 중심에 대한 모든 스러스트 디바이스로부터의 힘의 합이 어떤 병진 힘도 없이 이동하게 하도록, 제로일 수 있다. 그러한 힘의 조합이 존재하는 경우, 상기 방법은 그에 따라 스러스트 디바이스들을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 어떠한 힘의 조합도 찾을 수 없는 경우, 상기 방법은 필요한 회전 및 병진을 달성할 수 있는 방식으로 스러스트 디바이스들이 힘을 제공하게 하는 로봇에 대한 일시적인 새로운 배열을 제공하기 위해 (존재하는 경우) 방향 제어가능한 스러스트 디바이스의 이동 및/또는 하나 이상의 관절 모듈의 이동을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 관절 모듈들의 필요한 이동 및 스러스트 디바이스들로부터 필요한 스러스트를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 추가 측면에서 보아, 본 발명은 데이터 프로세싱 디바이스 상에서 실행될 때 위에서 설명된 바와 같은 방법을 써서 위에서 설명된 바와 같은 수중 조작 아암 로봇을 제어하도록 상기 데이터 프로세싱 디바이스를 구성할 명령들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다. 그에 따라, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 로봇을 필요한 방향 및/또는 위치로 이동시키기 위해 관절 모듈들 및 스러스트 디바이스들을 제어하도록 데이터 프로세싱 디바이스를 구성할 수 있으며; 상기 관절 모듈들은 상기 로봇을 나아가게 할 수 있는 유연한 움직임을 발생시키기 위해 사용되고/거나 상기 로봇의 형상 및 배열을 조절하기 위해 사용되며; 그리고 상기 스러스트 디바이스들은 상기 로봇을 병진 및/또는 회전 이동시키기 위해 사용된다. 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 임의로 본 발명의 방법에 관해 위에서 논의된 다른 방법 단계들을 수행하도록 상기 데이터 프로세싱 디바이스를 구성할 수 있다.

본 발명의 특정한 바람직한 실시예들이 이제 단지 예로서 다음 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 관절 모듈들, 핀들(fins) 및 스러스터 모듈들을 갖는 뱀형 로봇의 몇몇 뷰를 도시한다;
도 2는 뒷부분 프로펠러 모듈들을 사용하여 바다 속 설비를 향해 나아가는 뱀형 로봇들의 그룹을 예시한다;
도 3은 검사 작업을 수행하기 위해 바다 속 설비 상의 구조물 주위를 둘러싼 뱀형 로봇을 도시한다;
도 4는 바다 속 설비 상에 조작 작업을 수행하는 그리퍼 툴을 갖는 유영 뱀형 로봇을 도시한다;
도 5는 전단 및 후미 양자에 툴들을 갖는 뱀형 로봇을 도시하며, 뱀형 로봇은 조작 배열에 있다;
도 6은 운반 배열의 도 5의 뱀형 로봇을 도시한다;
도 7 및 도 8은 전단 및 후미 양자에 툴들을 갖는 다른 뱀형 로봇의 두 배열을 도시한다; 그리고
도 9 및 도 10은 뱀형 로봇이 로봇의 중간 지점에 길이방향 스러스터들을 그리고 양 단부에 툴들을 갖는 추가 예를 도시한다.

도면들에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 스러스트 디바이스를 포함하는 제안된 유영 뱀형 로봇은 증진된 기능성을 가질 수 있다. 연접식 구조가 직렬로 연결된 관절 모듈들로 구성된 유영 뱀형 로봇은 로봇의 운동 역량을 향상시키기 위해 스러스터 모듈들과 조합될 수 있다. 단지 관절 모듈들로 구성된 공지의 뱀형 로봇들은 생물체 장어와 같이 유영할 수 있다. 그러나, 로봇이 파이프들 및 다른 구조물들 주위에 감기거나 바다 속 설비들의 좁은 장소들 내에 있을 때, 로봇의 운동 역량은 일반적으로 감소될 것인데, 이는 로봇을 원하는 방향으로 나아가게 하기 위해 요구되는 파도 모양 움직임이 주위의 바다 속 설비 구조물에 의해 제약될 것이기 때문이다. 로봇의 연접식 구조를 로봇 상에 그것의 바디를 따라 선형 힘을 유도할 수 있는 스러스터들과 조합함으로써, 좁은 장소들에서의 로봇의 운동 역량이 상당히 향상된다. 덧붙여, 스러스트 디바이스들 중 하나로서 후부 프로펠러 모듈들을 사용하면 뱀형 로봇의 선형 움직임이 보다 빨라지게 된다.

스러스터들을 갖는 연접식 로봇은 기본적으로 로봇이 구속될 때에는 연접식 ROV(원격 조정 장비)가 될 것이고 어떠한 외부 구속도 없을 때에는 연접식 AUV(무인 수중 장비)가 될 것이다. 오늘날 ROV들 및 AUV들은 통상적으로 바다 속 동작들을 위한 툴들을 사용한다. 그러나, 공지의 ROV들 및 AUV들은 하나 또는 수 개의 보다 작은 조작 아암이 장착된 큰 메인 바디로 구성된 딱딱한 구조물이다. 본 출원에 설명된 개념은 ROV/AUV의 큰 메인 바디를 제거하고 조작 아암 그 자체가 추진 및 조작 양자를 수행할 수 있게 하는데, 이는 뱀형 로봇 바디가 사실상 조작 아암이 되기 때문이다.

주요 특징들을 관절 모듈들(2), 핀들(4) 및 스러스터 모듈들(6)을 갖는 뱀형 로봇의 세 개의 상이한 뷰를 도시하는 도 1에서 쉽게 볼 수 있다. 뱀형 로봇의 길이를 따라 다양한 지점에 위치되는 예시된 스러스터 모듈들(6)은 프로펠러들에 기반하고 터널 스터스터들(6) 형태를 취한다. 스러스터들의 다른 유형들, 이를테면 워터 제트들(water jets)이 또한 사용될 수 있다. 덧붙여, 추가 스러스트 디바이스가 후부 스러스트 디바이스(8)(본 예에서 후부 프로펠러 모듈(8))의 형태로 존재한다. 다시 한 번, 이는 스러스터(들)의 다른 유형들로 대체될 수 있다. 후부 스러스트 디바이스(8)는 뱀형 로봇 관절 부위들이 정렬될 때 로봇의 선형 움직임을 가능하게 할 뿐만 아니라, 뱀형 로봇 관절 부위들을 곡선 배열로 방향 조종하고 힘을 가할 수 있는 추가 역량을 갖는 것을 가능하게 한다.

로봇의 전면 모듈(10)은 툴이 부착되게 할 수 있다. 그로 인해 전면 모듈(10)은 하나 이상의 툴이 부착하도록 배열되고, 상이한 유형들의 툴들이 상이한 디자인들의 뱀형 로봇 상에 제공될 수 있다. 대안적으로, 몇몇 상이한 유형의 툴들 상의 대응하는 부착점에 부착하도록 배열되는 전면 모듈(10) 상에 부착점이 있을 수 있고, 그렇게 함으로써 단일 뱀형 로봇이 필요한 툴을 선택 및 부착함으로써 다수의 목적으로 사용되게 한다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에서와 같이 검사 툴(12) 이를테면 카메라 또는 다른 센서가 있을 수 있다. 대안적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 조작 툴(14)이 있을 수 있다.

도 2는 뱀형 로봇들을 바다 속 설비를 향해 선형으로 나아가게 하기 위한 후부 스러스트 디바이스(8)의 사용을 도시한다. 로봇들은 수중 장어와 같이 유영하기 위해 그리고/또는 방향 제어를 위해 후부 스러스트 디바이스(8) 및/또는 스러스터 모듈들(6)에 의해 인가되는 스러스트와 함께 키 또는 안내 날개들로서의 역할을 하는, 그것들의 연접식 구조(즉 관절 모듈들(2))를 사용할 수 있다. 핀들(4)은 로봇의 이동을 안내하는 것에 조력한다. 장거리 움직임을 위해, 그것은 로봇의 바디를 어뢰와 같이 직선으로 만들고 로봇의 뒤에 스러스터 유닛(8)을 이음으로써 물을 헤치며 가기에 가장 효율적인 에너지로 여겨진다. 스러스터 모듈들(6) 및/또는 연접식 구조는 방향 제어를 위해 사용될 수 있다. 그로 인해 스러스터들을 갖는 뱀형 로봇은 움직임에 관해 전통적인 뱀형 로봇과 동일한 능력을 가질 뿐만 아니라, 또한 충분히 장거리를 이동할 수 있는 추가 능력, 보다 다양한 항행 속도를 가질 뿐만 아니라, 로봇의 형상 및 자세에 대한 더 많은 제어력을 갖는다.

제안된 뱀형 로봇의 하나의 추가 역량은 도 3에 예시된다. 뱀형 로봇은 로봇의 전면 모듈(10) 상의 검사 툴(12)을 사용하여 검사 작업을 수행하기 위해 바다 속 설비 상의 구조물 주위를 둘러싼 일단을 갖는다. 바디에 따른 터널 스러스터들(6)은 로봇의 유동성을 증대시키고 바디의 일단이 구조물 주위에 감기더라도 그것이 모든 방향으로 선형 변위를 수행하게 한다. 전통적인 뱀형 로봇으로는 이것이 가능하지 않다. 후부 스러스트 디바이스(8)는 또한 추가 이동 역량을 제공한다.

도 5 내지 도 8은 후부 스러스트 디바이스(8)가 생략되고 대신 뱀형 로봇이 양 단부에 다수의 툴(본 예들에서 조작 툴(14) 및 카메라들/센서들(16))을 갖는 추가 예들을 도시한다. 그에 따라, 뱀형 로봇은 전면 모듈(10)에 그리고 로봇의 후부에 툴(14)을 갖는 '이중 종단'형일 수 있고, 뱀형 로봇의 두 개의 종단 사이에 연장되는 관절 모듈들(2) 및 스러스터 모듈들(6)을 갖는 링크열일 수 있다. 조작 툴들(14)의 쌍에 더하여, 또한 로봇의 길이의 중간 지점에 카메라(12) 형태의 검사 툴(12)이 있다. 이는 예를 들어 도 5 및 도 7에서와 같이, 로봇이 적합한 배열을 취할 때 두 개의 조작 툴(14)의 동작이 모니터링되게 한다. 이러한 배열에서, 로봇의 중심부들에서의 관절 모듈들(2)은 뻣뻣하게 홀딩되어, 움직임을 방지하며, 스러스트 모듈들(6)은 해류로부터의 표류 이동에 거스르기 위해 사용된다. 로봇의 종단들에서의 관절 모듈들(2)은 조작 툴들(14)의 움직임을 지휘하기 위해 사용될 수 있다.

도 5 내지 도 8의 뱀형 로봇들은 어떠한 길이방향 스러스터도 갖지 않는다. 이러한 뱀형 로봇들에 장거리 이동이 요구되면, 그것은 끌려갈 수 있다. 용이한 견인 이송을 가능하게 하기 위해, 뱀형 로봇은 위에서 논의된 후부 스러스터들, 즉 도 6에서와 같은 직선 어뢰 형상을 갖는 뱀형 로봇들의 것과 유사한 운반 배열을 가정할 수 있다. 뱀형 로봇은 대안적으로 또는 추가적으로 로봇의 길이를 따라 임의의 지점에 장착되는 길이방향 스러스터들을 구비할 수 있다. 이것들이 스러스트 모듈들(6)에서 바깥쪽을 향해 돌출될 수 있거나, 또는 스러스트 모듈들(6)은 스러스트를 로봇의 길이방향에 따라 다시 지향시키기 위한 스러스트 디렉터들 이를테면 날개들 또는 노즐들을 구비할 수 있다. 아래에 설명될 도 9 및 도 10의 예는 로봇의 중간 지점에 길이방향 스러스터들을 포함하고, 다른 예들 중 임의의 예에서 유사한 스러스터들이 이용될 수 있음이 이해될 것이다.

도 5 및 도 6의 로봇에서, 로봇은 전면 및 후면 모듈들에 센서들(16)을 장착한다. 센서들(16)은 예를 들어, 카메라들일 수 있다. 이것들은 운반 동안 정보를 제공할 수 있고, 또한 조작 툴들(14)의 동작에 관한 추가 정보, 이를테면 확대 뷰를 제공할 수 있다.

예로서, 도 8은 뱀형 로봇에 대한 추가 배열을 도시한다. 이러한 배열에서, 스러스트 모듈들 중 하나는 로봇의 대부분의 길이방향을 따라 스러스트를 제공하도록 배향된다. 이는 로봇에 예를 들어 조작 툴들(14) 중 하나가 고정 구조물의 부분 상에서 작동할 수 있도록, 고정 구조물에 관해 위치를 유지하도록 요구될 때 보다 큰 유연성을 제공할 수 있다. 로봇이 매우 높은 자유도를 갖고 그로 인해 그것들이 모든 피치, 요우 및 롤 발향으로 가능성 있게 회전할 수 있다는 것을 유념하여, 관절 모듈들(6)의 회전을 통해 달성가능한 임의의 위치를 추정할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

다른 예에서, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 로봇은 후부에 검사 툴(12)을 갖고, 전면 모듈에 센서들/카메라들(16)과 함께, 조작자 툴(14)을 갖는다. 스러스트 모듈들(6) 및 관절 모듈들(2)은 로봇이 높낮이가 있는 움직임을 발생시키고 다른 예들과 같이 다양한 배열을 취하게 하기 위해 사용된다. 길이방향 스러스트를 통해 병진으로의 추진을 가능하게 하기 위해, 본 예는 로봇의 중간 지점에 측방-장착식 길이방향 스러스터들(18)을 갖는다. 그러한 측방-장착식 스러스터들(18)은 이전에 논의된 후부 스러스터(8)와 동일한 방식으로 길이방향 스러스트를 제공할 수 있다.

뱀형 로봇은 그 자체가 조작 아암이고 그로 인해 종래 기술의 ROV 또는 AUV 상에 장착되는 조직 아암에 의해 수행되는 것들과 유사한 작업들을, 대부분의 ROV 또는 AUV 없이 수행할 수 있음이 이해될 것이다. 로봇은 로봇 상의 어딘가에 조작 툴(14), 예를 들어 도 4 내지 도 10에서와 같이 전면 모듈(10) 및/또는 후부에 그리퍼 툴(14)을 장착함으로써 조작 작업들을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 제안된 뱀형 로봇에서의 특징들의 조합은 그것이 스러스터들(6)을 사용하여 고정 위치(수중 선회)를 고수하거나, 또는 그 자체를 고정 위치에 기계적으로 고정하게 한다. 이는 제2 툴을 사용하여 또는 특수 부착 링크들 또는 부착 디바이스들을 써서, 도 4에서와 같이 고정 구조물 주위에 로봇의 길이의 부분을 휘감아 이루어질 수 있다. 부착 메커니즘의 사용은 도면들에 도시되지 않으나, 그것이 도면들에 도시된 예들에 추가될 수 있음이 이해될 것이다. 그것은 예를 들어, 기계적 클램프, 자기 디바이스, 또는 흡착 디바이스의 형태를 취할 수 있으며, 이에 의해 로봇은 로봇의 길이를 구조물에 휘감지 않고도 그 자체를 바다 속 구조물의 부분들에 고정할 수 있다. 임의의 적합한 부착 방법이 사용될 수 있다. 특정한 일례는 또한 스러스트 디바이스 기능을 제공한느 흡착 디바이스를 사용한다. 그러한 디바이스는 하나의 사용 모드에서 그렇게 함으로써 로봇을 구조물에 고정시키기 위한 흡착력을 제공하기 위해 그 자체 및 고정 구조물 사이에 낮아진 수압을 발생시킬 수 있고, 다른 사용 모드에서 그것은 예들의 측방향 스러스트 디바이스들에 의해 이루어질 수 있는 바와 같이, 일측에서 바깥쪽을 향해 물을 나아가게 하고 타측 상에서는 안쪽을 향해 물을 끌어당김으로써 스러스트를 제공할 수 있다. 흡착 및 스러스트 조합 디바이스는 스러스트 모듈(6)에 적합한 덮개 또는 날개를 추가하여 제공될 수 있다.

로봇은 또한 구조물에 미리 부착된 특수 디바이스들을 써서 바다 속 구조물에 고정될 수 있다. 구조물 상의 그러한 디바이스들은 부착 수단의 전부 또는 부분을 형성할 수 있다. 예를 들어, 구조물 상의 후크 디바이스는 로봇 상의 클램프와 협력할 수 있다. 다른 가능성은 바다 속 구조물 상의 디바이스, 이를테면 바다 속 구조물 상의 그리고 로봇의 부분과 체결하거나 로봇의 부분을 걸어서 고정시키도록 배열되는 클램핑 디바이스가 로봇을 홀딩 시 작동 부분을 취하는 것이다.

이는 로봇의 보다 많은 링크를, 툴에 대한 조작 아암으로서 사용하기 위해 풀어 놓을 수 있다. 로봇은 높은 자유도의 움직임, 및 조작 툴(14)을 사용하여 힘을 인가할 수 있는 능력에 의해 조작 아암으로서의 역할을 할 수 있는데, 이는 연접식 관절 모듈들(4) 및 스러스트 모듈들(6) 양자가 조작 툴(14)을 이동 및 홀딩하기 위해 사용될 수 있기 때문이다.

물론 전면 모듈(10) 또는 후부에 장착하는 것이 가장 다양한 이동을 가능하게 하고 뱀형 로봇의 바디에 의한 툴의 동작의 방해 위험을 감소시키기 때문에 툴을 그것이 가장 유용할 것이라고 예상되더라도, 검사 툴(12), 또는 조작 툴(14), 또는 임의의 다른 유형의 툴이 바로 전면 모듈(10) 또는 후부가 아닌 로봇을 따라 임의의 지점에 장착될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

그러한 연접식 구조들의 조작 작업들이 관련 있는 환경들은 바다 속 오일 및 가스 설비들 내부의 좁은 장소들을 포함한다. 조작 작업들의 예들은 다음을 포함한다:

● 뱀형 로봇 앞부분의 그리퍼를 사용하여 밸브 핸들을 잡고 돌려 밸브들을 열고 닫는 것.

● 로봇 앞부분에 장착된 그리퍼 툴을 사용하여, 예를 들어:

- 표면으로 들어올려질(예를 들어, 모듈을 교체하기 위해) 바다 속 모듈 이곳저곳을/을 지나 케이블 윈치를 안내하는 것.

- 고온 스탭들(stabs)을 삽입 및 제거하는 것.

- 연결부들(예를 들어, 전기/광)을 연결/분리하는 것.

- ROV 동작들 동안 바다 속 템플릿으로 놓친 객체들을 수색하고, 잡아서, 되찾는 것.

- 연결 및 분리를 구속하는 것.

● 로봇 맨 위쪽에 장착된 유압식 절삭 툴을 사용하여 바다 속 공정 섹션의 교체와 함께 공정 배관 조각을 잘라 내는 것.

● 로봇 앞부분에 장착된 브러쉬 툴 또는 노즐 고압 워터 제팅을 사용하여 바다 속 설비의 표면을 세척하는 것(즉 생물학적 물질을 제거하는 것).

● 진동 센서 툴을 구조물에 밀어붙여 수중 구조물의 진동을 측정하는 것.

● 측정 센서를 구조물에 밀어붙여 수중 구조물의 무결성을 측정하는 것. 이는 CP 프로브와 같은 부식 검출 센서를 구조물에 밀어붙여 부식 무결성을 측정하는 것을 포함한다.

● 안내선 절단을 위해 로봇 앞부분 상에 장착된 절단기 툴을 사용하는 것.

● 바다 속 구조물의 수리를 위해 용접 툴들을 사용하는 것.

● 기계적 연결 작업들을, 예를 들어, 플러그를 끼우고 뽑기 위한 툴들을 사용하는 것.

● 그리퍼 또는 유사한 툴을 사용하여 ROV 패널 핸들 또는 입거를 위한 안내선을 잡는 것.

● 유압식 토크 툴 또는 유압식 스탭-인에 의한 밸브 동작.

● 벽 두께 및 다른 조건 파라미터들을 측정하기 위해 센서를 공정 배관 위에 클램핑하는 것.

● 수직도관 검사: 뱀형 로봇은 수직도관 주위에 감긴 다음 수직도관을 따라 말리거나, 또는 수직도관을 따라 나아갈 수 있으며, 센서들은 수직도관과 접촉하여 로봇의 바디를 따라 장착되고, 일거에 전체 수직면 그리고 전체 수직면을 따라 센서 데이터를 활성화함.

비-접촉식 검사 작업들(즉, 바다 속 장비와의 물리적 개입을 필요로 하지 않는 작업들)의 예들은 예를 들어, 로봇의 머리에 장착된 카메라를 사용하여 다음을 수행하는 것을 포함한다:

● ROV 조정자들이 ROV 동작들을 제어하는 것을 돕기 위해 시각적 피드백을 제공하여 ROV 동작들을 지원하는 것. 뱀형 로봇은 종래 ROV들에 접근할 수 없는 카메라 각도들로부터의 비디오 자료들을 가능성 있게 제공할 수 있을 수 있다.

● 예를 들어, ROV가 설치 동안 장비를 충분하게 확보했는지 확인함으로써, ROV 동작들 동안 지시자들을 확인하는 것.

● 스니퍼 툴을 사용하여 누설을 확인하는 것

● 음향 센서를 사용하여 누설/기포를 확인

● 일반적 검사를 수행: 채유량 조절 장치들(Christmas trees), 매니폴드들, 및 보호 구조물들 및 다른 바다 속 템플릿 구조물들을 검사. 제안된 뱀형 로봇은 바다 속 템플릿 내 그리고 가능한 대로 채유량 조절 장치들 및 매니폴드들 내 좁은 장소들에 접근할 것이다.

뱀형 로봇이 많은 자유도에 의해 고도의 연접식 구조이기 때문에, 뱀형 로봇의 바디를 따라 상이한 기능들이 분산될 수 있다. 이는 예를 들어 로봇 앞부분의 센서 또는 툴이 움직임 동안 고정된 방향을 유지하거나 몇몇 특정 궤도를 따를 때 검사 또는 조작 작업들 동안 관련 있다. 이 경우, 로봇의 맨 뒤 모듈들은 (굽이치는 유영 움직임에 의해 그리고/또는 스러스터들을 사용하여) 로봇의 추진을 처리할 수 있는 한편; 앞 부분의 관절들은 센서 또는 툴이 원하는 방향을 갖거나 원하는 궤도를 따라 움직여진다는 것을 보장할 수 있다.

스러스터들 사용 없이 유영 뱀 움직임을 위해, 뱀형 로봇의 관절들에 대한 제어 알고리즘들은 대체로는 뱀형 로봇 문헌 내 기존의 공개된 제어 전략들에 기초할 수 있지만, 물론 세분화되고 특화된 알고리즘들이 개발될 것이다. 스러스트 디바이스들이 추가될 때에는 추진력의 두 주요 원천이 있다. 특히, 추진력은 로봇이 그것의 바디에 의해 굽이치는 움직임을 수행할 때, 즉 그것이 수중 뱀과 같이 유영하기 위해 바디 웨이브 움직임을 수행할 때 로봇 상에서 유도된다. 덧붙여, 추진력은 바디를 따라 장착된 스러스터들에 의해 유도된다. 프로펠러들에 기초한 스러스터들의 경우, 프로펠러의 회전축에 평행한 방향으로 선형 힘이 생성될 것이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 후부 프로펠러 유닛은 뱀의 꼬리 섹션에 평행한 힘을 유도할 것이지만, 터널 스러스터들은 바디에 수직인 힘을 생성할 것이다. 후부 스러스터 유닛은 통상적으로 로봇이 장거리를 나아가게 하기 위해 사용될 수 있는 한편, 터널 스러스터들은 로봇의 짧은 수평 또는 수직 변위를 수행하기 위해 사용될 수 있다.

단독으로 또는 뱀형 로봇의 높낮이가 있는 움직임과 함께 사용되는, 스러스트 디바이스들에 대한 제어 전력들은 기존 스러스트 유닛들 및 스러스트 디바이스들을 갖는 수중 로봇들의 알려진 특성들에 기초하여 그리고 기존 높낮이가 있는 뱀형 로봇들의 알려진 특성들에 기초하여 차용될 수 있다. 종래 ROV들 그리고 또한 다수의 스러스터를 갖는 수상 선박들의 경우, 장비의 원하는 움직임에 관한 각 스러스터에 대한 할당 전략은 근본적인 제어 문제를 나타낸다. ROV들, AUV들 및 수상 선박들(즉, 스러스터들을 갖는 딱딱한 바디들)에 대한 스러스터 할당 전략들에 대한 문헌이 많다. 스러스터들이 고도의 연접식 구조를 따라 장착된 조작 아암 로봇의 경우, 스러스터들 간 상대 위치가 로봇의 바디에 따른 관절 각도들에 의해 달라질 수 있기 때문에 스러스터 할당 문제는 새로운 치수를 나타낸다. 그에 따라 뱀형 로봇의 하나의 특정한 바디 형상에 대한 각 스러스터의 최적의 사용은 로봇이 새로운 바디 형상에 이를 때 일반적으로 달라질 것이다. 로봇은 로봇을 필요한 방향 및/또는 위치로 이동시키기 위해 관절 모듈들 및 스러스트 디바이스들을 제어하기 위한 제어 시스템을 갖는다. 관절 모듈들은 로봇을 나아가게 할 수 있는 유연한 움직임을 발생시키기 위해 사용되고/거나 로봇의 형상 및 배열을 조절하기 위해 사용된다. 스러스트 디바이스들은 로봇을 병진 및/또는 회전 이동시키기 위해 사용된다.

제어 시스템은 종래 뱀형 로봇 또는 종래 ROV/AUV로 가능하지 않은 움직임을 제공하기 위해 스러스트 디바이스들로부터의 스러스트와 뱀형 로봇의 유연한 파도 모양 움직임을 조합하도록 배열된다. 제어 시스템은 관절 모듈들을 사용하여 로봇을 필요한 배열로 이동시키고 스러스트 디바이스들을 사용하여 로봇을 필요한 배열로 병진 및/또는 회전시켜 그것을 필요한 위치로 이동시킬 수 있다.

관절 모듈들 및 스러스트 디바이스들의 상대 위치는 알려져 있고/거나 계산될 수 있으며, 덧붙여 관절 각도들이 알려져 있고/거나 계산될 수 있다. 그로 인해 제어 시스템은 용이하게 관절 모듈들 및 스러스트 디바이스들 전부의 방향을 결정할 수 있고, 로봇의 질량 중심에 관한 각 스러스트 디바이스로부터의 스러스트에 대한 벡터를 결정할 수 있다. 이는 그 다음 제어 시스템이 로봇의 방향 및/또는 위치의 필요한 변화를 달성하기 위해 필요한 추력 및/또는 관절 모듈 조절을 계산하게 한다.

예를 들어 도 1 내지 도 4에서와 같이, 수중 조작 아암 로봇이 길이방향 스러스트를 제공하기 위한 스러스트 디바이스를 포함할 때, 제어 시스템은 길이방향 스러스트를 사용하여 로봇을 나아가게 하고 관절 모듈들을 조절하여 로봇의 형상을 조절하고 그렇게 함으로써 로봇의 방향을 제어할 수 있다.

로봇은 온-보드 전원, 이를테면 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 이는 단기 동작들에 또는 검사 동작들 또는 광 간섭에 충분한 것으로 고려된다. 보다 장기 동작들 또는 보다 힘든 동작들의 경우에는 외부 전원이 요구될 수 있다. 이를 위한 몇몇 옵션이 있다. 로봇은 배터리들을 충전 또는 다른 온-보드 전원을 충전하기 위해 바다 속 발전소에 입거할 수 있다. 로봇 및/또는 툴은 테더링될 수 있다. 테더는 영구적으로 부착되거나 일시적으로, 이를테면 바다 속 동작 시 높은 전력 유출 시간 동안 부착될 수 있다. 테더는 바다 속 템플릿, 근처의 ROV/AUV 또는 테더 관리 시스템 상에 제공될 수 있으며, 이는 상부 설비 지원 선박에 결합될 수 있다. 테더에 제공되는 에너지는 또한 보다 튼튼한 툴링을 동작하기 위해 사용될 수 있다. 테더는 다양한 방식으로, 예를 들어 전기식/유압식/공압식 등으로 전력을 제공할 수 있다.

로봇은 툴을 바다 속 동작을 위한 장소로 가져간 다음 바다 속 템플릿에 도착한 후 그것을 테더에 연결할 수 있다. 대안적으로, 툴은 ROV에 의해 또는 테더 관리 시스템(TMS; tether management system)의 부분으로서 제공될 수 있거나, 또는 툴은 바다 속 템플릿에 영구적으로 위치되는 그리고 가능성 있게 그것에 영구적으로 연결되는 툴박스의 부분일 수 있다.

로봇은 다른 유사한 로봇에 연결하도록 배열될 수 있고, 이는 툴을 연결하기 위해 사용되는 바와 동일한 커플링 디바이스를 사용할 수 있다. 함께 연결되는 몇몇 로봇은 운반 중에, 예를 들어, 통상적인 스러스터를 사용함으로써 에너지 절감을 제공할 수 있고, 그 다음 이러한 비교적 큰 뱀은 실제 개입 작업을 위해 작은 것들의 집합으로 나뉠 수 있다. 비교적 긴 뱀형 로봇은 몇몇 동작에 바람직할 수 있고, 비교적 작은 뱀형 로봇은 다른 동작들에 바람직할 수 있다.

툴에 대한 로봇의 연결은 임의의 적합한 장착 디바이스, 이를테면 기계식 디바이스 또는 전기기계식 디바이스일 수 있다. 로봇 상에 툴을 지원하는 것 뿐만 아니라, 연결은 또한 로봇, 또는 로봇에 부착된 테더가 툴에 전력을 제공하게 하기 위해, 전력, 예를 들어 전기, 유압 또는 공압 전력을 위한 커플링을 제공할 수 있다.

로봇은 제어가능한 부양성을 갖는 요소들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 로봇은 가압 공기로 채워질 수 있는 밸러스트 탱크들 또는 대안적으로 그것의 부력을 변경하기 위해 압축되거나 팽창될 수 있는 임의의 "블래더(bladder)"를 포함할 수 있다. 제어가능한 부양성을 갖는 요소는 팽창 또는 수축 동안을 제외하고 에너지 소비 없이 일정 수직 위치를 유지하는 데 필요한 힘을 제공할 수 있다. 부력 제어 요소들은 측방향 스러스트 모듈들(6)에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 부력은 로봇의 무게 및/또는 일정 연직 유속을 보상하기 위해 완변하는 수직력을 제공하기 위해 사용될 수 있는 반면, 스러스트 디바이스(들)는 로봇에 영향을 미치는 힘의 급변 예를 들어, 갑작스러운 유속 변화, 또는 로봇의 형상 변화에서 기인하는 변화를 보상하기 위해 신속한 교정력을 제공할 수 있다. 이를 위해, 부력 제어가능한 요소들의 부력은 로컬 스러스터 제어 입력들의 수직 성분의 시간 적분으로서 로컬에서 제어될 수 있고(즉, 적분 제어기), 그에 따라 평균 수직 스러스트는 정류 조건 하에서 제로로 수렴한다. 부력 제어가능한 요소들은 방향 제어를 위해 앞서 언급한 방법들 중 임의의 방법과 조합될 때, 로봇이 위아래로 나아가게 하는, 양성 또는 음성 부력을 제공하기 위해 채용될 수 있다. 이는 상당한 거리의 에너지 효율적인 추진을 가능하게 한다.

위에서 언급된 이점들에 더하여, 전통적인 ROV들 및 AUV들에 비교할 때 뱀형 로봇의 형상 및 크기에서 기인하는 추가 이점들이 있다. 뱀형 로봇은 제한된 루트를 통해, 예를 들어 파이프 또는 복잡한 설비를 따라, 그 크기로 인해 기존의 ROV들 및 AUV들로 가능하지 않은 방식으로, 타겟 위치에 접근할 수 있다. 덧붙여, 타겟 위치 자체가 제한된 공간 내에 있거나 타겟 위치에 접근하기 어려운 경우 또 다시 제안된 뱀형 로봇이 이점들을 제공한다. 이는 동작들이 ROV들 및 AUV들에 고정된 전통적인 조작 아암들에 의해 접근할 수 없는 그리고 또한 동작들이 주변 구조물들의 해체 정도를 줄여 수행될 수 있는 공간들 내에서 수행될 수 있다는 것을 의미한다.

Claims (26)

1. 수중 뱀형 로봇으로서,
   상기 뱀형 로봇의 유연한 움직임을 발생시키기 위해 관절 모듈들에 의해 서로 연결되는 복수의 링크;
   추진을 위해 상기 뱀형 로봇에 스러스트를 인가하기 위해 상기 뱀형 로봇의 길이를 따라 상이한 지점들에 위치된 다수의 스러스트 디바이스; 및
   상기 로봇에 부착되는 적어도 하나의 툴, 또는 툴에 대한 적어도 하나의 연결점을 포함하되;
   상기 스러스트 디바이스들은 상기 유연한 움직임 및 병진 이동에서 전체 로봇의 이동을 가능하게 하거나, 상기 스러스트 디바이스들은 조작 아암의 링크들로서의 역할을 하는 상기 로봇의 링크들의 일부 또는 전부와 함께 상기 툴의 방향 또는 위치를 제어하며, 상기 로봇은 외부 구속이 없는 연접식 무인 수중 장비인, 수중 뱀형 로봇.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 다수의 스러스트 디바이스들은 안내를 위한 것인, 수중 뱀형 로봇.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 스러스트 디바이스들은 측방향 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스 및/또는 길이방향 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스를 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
4. 청구항 3에 있어서, 측방향 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스를 포함하며, 이러한 스러스트 디바이스는 하나 이상의 스러스터를 갖는 스러스트 모듈인, 수중 뱀형 로봇.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 스러스트 모듈은 수직한 두 방향으로 배향되는 스러스터들을 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
6. 청구항 1 또는 2에 있어서, 제어가능한 스러스트 방향을 갖는 스러스트 디바이스를 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
7. 청구항 1 또는 2에 있어서, 길이방향 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스를 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
8. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 스러스트 디바이스들은 상기 뱀형 로봇을 병진으로 이동시키거나 상기 로봇을 롤, 피치 또는 요우로 회전시킬 수 있는, 수중 뱀형 로봇.
9. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 관절 모듈들에 의해 발생되는 상기 유연한 움직임은 상기 수중 뱀형 로봇을 나아가게 할 수 있는 높낮이가 있는 움직임인, 수중 뱀형 로봇.
10. 청구항 1 또는 2에 있어서, 연접식 움직임을 가능하게 하는 관절 모듈들에 의해 연결되는 적어도 세 개의 링크를 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
11. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 관절 모듈들은 각각 하나 이상의 평면에서의 상대 회전을 가능하게 하는, 수중 뱀형 로봇.
12. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 관절 모듈들은 각각 상기 로봇의 요우, 피치 및 롤 방향들로의 상대 회전을 가능하게 하는, 수중 뱀형 로봇.
13. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 로봇의 부력을 증가 및/또는 감소시키기 위한 하나 이상의 부력 요소를 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
14. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 로봇은 상기 뱀형 로봇의 전단에, 전면 모듈에서 툴 또는 툴을 위한 연결점을 포함하며, 그에 따라 상기 툴이 사용 시, 상기 뱀형 로봇의 상기 전단에 위치되게 되는, 수중 뱀형 로봇.
15. 청구항 1 또는 2에 있어서, 다수의 툴 및/또는 연결점을 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
16. 청구항 15에 있어서, 상기 뱀형 로봇의 전단에 툴 또는 연결점을 그리고 상기 뱀형 로봇의 후부에 툴 또는 연결점을 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
17. 청구항 1 또는 2에 있어서, 검사 툴을 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
18. 청구항 1 또는 2에 있어서, 조작 툴을 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
19. 청구항 1 또는 2에 있어서, 흡착 및 스러스트 조합 디바이스를 포함하되, 상기 흡착 및 스러스트 조합 디바이스는 장비의 추진 및/또는 안내를 위해 스러스트가 제공되는 제1 동작 모드 및 상기 장비를 다른 구조에 기대어 홀딩하기 위해 흡착이 제공되는 제2 동작 모드 양자를 제공하기 위해 동일한 구동 메커니즘을 사용하는, 수중 뱀형 로봇.
20. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 툴 또는 툴을 위한 상기 연결점을 갖는 전면 모듈, 상기 전면 모듈에 대한 상기 뱀형 로봇의 반대 종단의 후부 스러스트 디바이스, 전단 및 후단 사이의 다수의 링크로서, 관절 모듈들에 의해 결합되는 상기 링크들, 및 측방향 스러스트를 만들어 내기 위한 상기 로봇의 길이에 따른 하나 이상의 스러스트 모듈을 포함하는, 수중 뱀형 로봇.
21. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 관절 모듈들은 유입 벨로스(oil filled bellows)에 의해 밀봉되는, 수중 뱀형 로봇.
22. 청구항 1에 따른 수중 뱀형 로봇의 제어 방법으로서, 상기 뱀형 로봇을 필요한 방향 또는 위치로 이동시키기 위해 관절 모듈들 및 스러스트 디바이스들을 제어하는 단계를 포함하되; 상기 관절 모듈들은 상기 뱀형 로봇을 나아가게 할 수 있는 유연한 움직임을 발생시키기 위해 사용되거나 상기 뱀형 로봇의 형상 및 배열을 조절하기 위해 사용되며; 그리고 상기 스러스트 디바이스들은 상기 뱀형 로봇의 전부를 병진 및 회전 이동시키기 위해 사용되는, 방법.
23. 청구항 22에 있어서, 상기 관절 모듈들을 사용하여 상기 뱀형 로봇 배열을 조절하고 상기 스러스트 디바이스들을 사용하여 상기 뱀형 로봇을 병진 및/또는 회전시켜, 상기 뱀형 로봇 및/또는 그것의 툴(들)을 필요한 위치 및/또는 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
24. 청구항 22에 있어서, 상기 뱀형 로봇은 길이방향 스러스트를 인가하기 위한 스러스트 디바이스를 포함하고, 상기 방법은: 상기 길이방향 스러스트를 사용하여 상기 뱀형 로봇을 추진시키고 상기 관절 모듈들을 사용하여 상기 뱀형 로봇의 형상을 조절하고 그렇게 함으로써 상기 뱀형 로봇 및/또는 그것의 툴(들)의 상기 위치 및/또는 방향을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
25. 청구항 22에 있어서, 상기 관절 모듈들 및 스러스트 디바이스들 전부의 방향을 결정하는 단계, 각 스러스트 디바이스로부터의 스러스트에 대한 벡터를 결정하는 단계, 및 그렇게 함으로써 상기 뱀형 로봇 및/또는 그것의 툴(들)의 방향 및/또는 위치의 필요한 변화를 달성하기 위해 필요한 추력 및/또는 관절 모듈 조절을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
26. 데이터 프로세싱 디바이스 상에서 실행될 때 청구항 22에 따른 방법을 써서 청구항 1에 따른 수중 뱀형 로봇을 제어하도록 상기 데이터 프로세싱 디바이스를 구성할 명령들을 포함하는, 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.

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