KR102265363B1 - 수중 운송 수단의 부력 제어를 위한 재사용 가능한 부력 모듈 - Google Patents

수중 운송 수단의 부력 제어를 위한 재사용 가능한 부력 모듈 Download PDF

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Abstract

수중 환경 로봇 시스템(10) 및 방법은 선택적으로 변경될 수 있는 부력 구성을 갖는다. 시스템은 수중 로봇 운송 수단 (110) 및 수중 로봇 운송 수단과 선택적으로 부력으로 결합되고 부력으로 결합 해제되도록 구성된 부력 모듈 (116)을 포함한다. 테더 (118)는 부력 모듈에 연결되고, 모터 (120)는 테더에 동작가능하게 연결되고 테더 및 부력 모듈을 연장 및 수축시키도록 구성된다. 테더는 연장 및 수축되어 부력 모듈을 연장 및 수축시킬 수 있다. 부력 모듈을 연장 및 수축 시키는 것은 시스템의 배치에 따라 부력 모듈을 수중 로봇 운송 수단과 부력으로 결합시키거나 또는 부력으로 결합 해제시킬 수 있다. 부력 모듈을 결합 및 결합 해제시킴으로써, 수중 로봇의 부력이 선택적으로 변경될 수 있다.

Description

수중 운송 수단의 부력 제어를 위한 재사용 가능한 부력 모듈
수중 로봇 및 하나 이상의 재사용 가능한 부력 모듈을 포함하는 수중 작업을 수행하기 위한 시스템, 방법 및 디바이스.
수중 운송 수단(vehicle)의 이동성은 다양한 요인에 의해 좌우된다. 운송 수단의 밀도와 중력은 수중 이동성에 큰 역할을 한다. 수중 운송 수단은 수주(water column)를 통해 매끄럽게 유영(swim)하고 효율적으로 작업을 수행하기 위해 그것들의 중력 및/또는 부력의 영향을 막을 수 있는 수단이 있어야 한다. 중립 부력 상태를 갖는 수중 운송 수단은 수주를 통해 유영하고 운반하기 위한 최적 조건이다. 수중 구조물의 육안 검사 또는 수중 타겟의 비디오 촬영과 같은 일부 애플리케이션들에서는 중립 부력(neutral buoyancy)으로 자유롭게 유영하는 것이 바람직하다. 한편, 해저에 크롤링(crawling) 또는 앵커링 (anchoring)하기 위해서는, 음의(negative) 부력 상태를 갖는 수중 로봇이 필요하다. 파울링(fouling) 세정, 로봇 암 조작 및 유지 보수와 같은 일부 응용 프로그램은 동작의 반향 영향 (즉, 동일하고 반대 반동 힘)를 극복하기 위해 수중 운송 수단이 해저 바닥에서 안정적이고 무거워야 한다.
부력 제어의 개념은 잠수함의 초기 진화와 함께 개발되었다. 잠수함은 전형적으로 펌프와 가스 실린더를 사용하여 즉, 유압으로 수중의 그것들의 체적을 변화시킴으로써 내부 부력을 변화시킨다. 그러나, 유압 부력 제어 시스템은 대개 벌키하고 복잡하며 대형의 깊은 수중 운송 수단에 최적화되어 있다.
따라서, 수중 운송 수단에 특정 용도 및 조건에 적용될 수 있는 제조, 운영 및 유지 용이하고, 비용 효과적이고 소형 시스템으로 부력을 제어하는 수단을 제공할 필요가 있다. 수면 부력 한계 및 해저 중력 한계를 이용함으로써, 본 출원에 개시된 본 발명에 따라 이산 부력 제어가 달성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 수중 로봇 운송 수단을 포함하는 수중 환경 로봇 시스템이 제공되며, 수중 로봇 운송 수단은 수중 환경 로봇 시스템의 적어도 하나의 운송 수단이다. 부력 모듈은 수중 로봇 운송 수단에 선택적으로 부력으로 결합되고 부력으로 결합 해제되도록 구성된다. 테더(tether)는 부력 모듈에 연결된다. 모터는 테더에 동작가능하게 연결되고 테더 및 부력 모듈을 연장 및 수축시키도록 구성된다. 제 1 상태에서 테더 및 부력 모듈은 수축된 위치(retracted position)에 있고 수중 로봇 운송 수단은 제 1 부력을 갖는다. 제 2 상태에서, 테더 및 부력 모듈은 연장된 위치에 있고, 수중 로봇 운송 수단은 제 2 부력을 갖는다. 부력 모듈은 부력으로(buoyantly) 결합되거나 부력으로 결합 해제되는 상태 중 하나에 있으며 수중 로봇은 제 1 상태에 있고, 부력 모듈은 부력으로 결합되거나 부력으로 결합 해제되는 상태 중 다른 상태에 있으며, 상기 수중 로봇은 제 2 상태에 있다.
또 다른 측면에 따르면, 부력 모듈은 양의 부력(positive buoyancy)을 가지며, 제 1 상태에서 부력 모듈은 수축된 위치에 있고 부력으로 수중 로봇과 결합하여 수중 로봇의 제 1 부력이 상기 부력 모듈이 상기 연장 위치에 있고 상기 수중 로봇으로부터 부력으로 결합 해제되는 제 2 상태의 제 2 부력보다 높아지도록 한다.
또 다른 측면에 따르면, 부력 모듈은 음의 부력을 가지며, 제 1 상태에서 부력 모듈은 수축된 위치에 있고 수중 로봇과 부력으로 결합 해제되어 상기 수중 로봇의 제 1 부력이 부력 모듈이 연장된 위치에 있고 수중 로봇과 부력으로 결합되는 제 2 상태에서의 제 2 부력보다 높아지도록 한다.
또 다른 측면에 따르면, 부력 모듈은 중립 부력을 가지며, 제 1 상태에서 부력 모듈은 수축된 위치에 있고 부력으로 수중 로봇과 결합하여 상기 수중 로봇의 제 1 부력이 부력 모듈이 연장 위치에 있고 수중 로봇과 부력으로 결합 해제된 제 2 상태에서의 제 2 부력과 동일하도록 한다.
전술한 측면들 중 하나 이상에 따라 구성된 실시예에 결합될 수 있는 또 다른 측면에 따르면, 상기 부력 모듈은 표면 보트(surface boat)에 합체된다.
전술한 측면들 중 하나 이상에 따라 구성된 실시예에 결합될 수 있는 또 다른 측면에 따르면, 상기 부력 모듈은 표면 보트이다.
전술한 측면들 중 하나 이상에 따라 구성된 실시예에 결합될 수 있는 또 다른 측면에 따르면, 상기 표면 보트는 상기 표면 보트가 결합 해제된 상태에 있을 때 상기 물의 표면 상에서 기능을 수행하도록 구성된다.
또 다른 측면에 따르면, 테더는 느슨한 상태(slack condition)에 있으며, 부력 모듈은 수중 로봇과 부력으로 결합 해제된 상태에 있다.
다른 측면에 따르면, 수중 로봇 운송 수단을 포함하는 수중 환경에서 사용하기 위해 선택적으로 결합 가능한 부력을 갖는 로봇 시스템이 제공된다. 부력 모듈은 수중 로봇 운송 수단과 선택적으로 결합 및 결합 해제되도록 구성된다. 테더는 부력 모듈에 연결된다. 윈치(winch)는 테더에 동작 가능하게 연결되고 테더 및 부력 모듈을 연장 및 수축 시키도록 구성된다. 상태 제어기(state controller)는 윈치에 연결되어 다음의 부력 상태 중 적어도 두 가지 사이에서 로봇 시스템을 전환하도록 동작한다 : (1) 테더 및 부력 모듈이 수축된 위치에 있고 수중 로봇 운송 수단이 제 1 부력을 갖는 제 1 상태 (2) 테더 및 부력 모듈이 연장된 위치에 있고 수중 로봇 운송 수단이 제 2 부력을 갖는 제 2 상태. 부력 모듈은 제 1 상태에서 수중 로봇과 결합 또는 결합 해제되고, 부력 모듈은 제 2 상태에서 수중 로봇과 결합 또는 결합 해제되는 것 중 다른 상태에 있다.
또 다른 측면에 따르면, 수중 환경 로봇 시스템을 작동시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 수중 환경 로봇 시스템을 수중 환경에 배치하는 단계를 포함한다. 수중 환경 로봇 시스템은 수중 로봇 운송 수단을 포함하고, 수중 로봇 운송 수단은 수중 환경 로봇 시스템 중 적어도 하나의 운송 수단이다. 상기 시스템은 수중 로봇 운송 수단과 선택적으로 부력으로 결합되고 부력으로 결합 해제되도록 구성된 부력 모듈을 포함한다. 테더는 부력 모듈에 연결된다. 모터는 테더에 동작가능하게 연결되고 테더 및 부력 모듈을 연장 및 수축시키도록 구성된다. 상기 방법은 수중 환경 로봇 시스템의 부력 구성을 선택적으로 변경하는 단계를 포함한다. 부력을 선택적으로 변경하는 단계는 테더 및 부력 모듈을 연장시키는 단계; 수중 로봇 운송 수단이 하나의 부력을 가지도록 부력 모듈을 부력으로 결합 해제시키는 단계; 상기 테더 및 부력 모듈을 수축시키는 단계(retracting); 및 수중 로봇 운송 수단이 다른 부력을 갖도록 부력으로 부력 모듈과 결합시키는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 부력 모듈은 양의 부력(positive buoyancy)을 가지며, 제 1 상태에서 부력 모듈은 수축된 위치에 있고 부력으로 수중 로봇과 결합하여 수중 로봇의 부력이 상기 부력 모듈이 연장 위치에 있고 상기 수중 로봇으로부터 부력으로 결합 해제되는 제 2 상태에서 보다 높도록 한다.
또 다른 측면에 따르면, 부력 모듈은 음의 부력을 가지며, 제 1 상태에서 부력 모듈은 수축된 위치에 있고 부력으로 수중 로봇과 결합 해제되어 수중 로봇의 부력이 상기 부력 모듈이 연장 위치에 있고 상기 수중 로봇과 부력으로 결합 되는 제 2 상태에서 보다 높도록 한다.
또 다른 측면에 따르면, 부력 모듈은 중립 부력을 가지며, 제 1 상태에서 부력 모듈은 수축된 위치에 있고 부력으로 수중 로봇과 결합되어 수중 로봇의 부력이 상기 부력 모듈이 연장 위치에 있고 상기 수중 로봇과 부력으로 결합 해제 되는 제 2 상태에서 부력과 같게 한다.
전술한 측면들 중 하나 이상에 따라 구성된 실시예에 결합될 수 있는 또 다른 측면에 따르면, 상기 부력 모듈 은 표면 보트에 합체된다.
전술한 측면들 중 하나 이상에 따라 구성된 실시예에 결합될 수 있는 또 다른 측면에 따르면, 상기 부력 모듈은 표면 보트이다.
전술한 측면들 중 하나 이상에 따라 구성된 실시예에 결합될 수 있는 또 다른 측면에 따르면, 상기 표면 보트는 상기 표면 보트가 결합 해제된 상태에 있을 때 상기 물의 표면 상에서 기능을 수행하도록 구성된다.
또 다른 측면에 따르면, 테더는 느슨한 상태(slack condition)에 있어서 부력 모듈이 수중 로봇과 부력으로 결합 해제된 상태에 있게 한다.
도면들 1a - 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 세부 사항들을 도시한 도면이다;
도면들 2a-2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 세부 사항들을 도시한 도면이다;
도면들 3a-3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 세부 사항들을 도시한 도면이다;
도면들 4a-4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 세부 사항들을 도시한 도면이다;
도면들 5a-5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 세부 사항들을 도시한다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 수중 환경 로봇 시스템 (10)의 실시예는 수중 로봇 (110)을 포함한다. 수중 로봇 (110)은 하측 본체 부분 (112)을 포함할 수 있다. 수중 로봇 (110)의 메인 선체는 로봇의 특정 동작에 필요한 것으로 판단되는 다양한 전자 기기, 모터, 스러스터, 센서 및 전원을 수용할 수 있다. 하측 본체 부분 (112)은 도 1 에 도시된 바와 같이 수면아래 바닥을 횡단하는데 사용될 수 있는 트랙 (114)을 포함할 수 있다.
부력 모듈 (116)은 테더 (118) 및 전동 풀리 또는 윈치 시스템 (120)을 통해 수중 로봇 (110)에 연결된다. 부력 모듈 (116)은 하나 이상의 테더(118)를 통해 수중 로봇 (110)에 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 부력 모듈 (116)은 2 개의 테더 (118)를 통해 연결되고, 하나는 전방에 위치하며 하나는 후방에 위치된다. 2 개의 테더의 사용은 안정성을 증가시키고 수중 로봇 (110) 및 부력 모듈 (116)이 오정렬될 기회 (예를 들어, 부력 모듈 (116)에 대해 로봇이 뒤집힘)를 감소시킨다. 게다가, 다수의 테더의 사용은 부력 모듈 (116)의 부력을 수중 로봇 (110)의 선체에 분배시킨다. 테더 (118)는 단일 윈치 시스템 (120)에 연결된 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 개별 윈치 시스템이 각각의 테더에 대해 사용될 수 있다.
윈치 시스템 (120)은 모터 및 테더 (118)를 연장 및 수축시키도록 구성된 풀리(pulley 또는 드럼(drum)를 포함한다. 윈치 시스템 (120)은 모터 및 테더 (118)를 감고 풀기 위한 풀리 또는 드럼을 포함한다. 예를 들어, 윈치 시스템 (120)의 모터가 제 1 방향으로 회전할 때, 테더 (118)는 수중 로봇으로부터 풀리고 연장된다. 모터가 드럼의 반대 방향으로 회전하게 할 때, 테더 (118)는 드럼 상으로 감겨서 수중 로봇으로 수축된다. 동작 모드에 의해, 윈치 시스템 (120)은 입력 제어 명령을 수신시 테더 (118)를 연장 및 수축시킬 수 있다. 다른 컴포넌트 중 실행 또는 다른 방법으로 구현되는 코드에 의해 구성된 프로세서 및 비 휘발성 메모리를 포함하는 상태 제어 디바이스는 명령을 수신 및 제공하거나 또는 전기적 또는 기계적 사용자 입력 디바이스는 윈치에 연결하여 윈치의 동작을 제어 할 수 있고 이는 결국 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 적어도 2 개의 부력 상태들 사이에서 로봇 시스템을 전환시키기 위해 작동한다.
테더 (118)가 윈치 (120)의 작동에 의해 연장 및/또는 수축됨에 따라, 테더 (118)에 연결된 부력 모듈 (116) 또한 개별적으로 연장되고 수축된다. 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이 시스템은 부력 모듈 (116)을 수중 로봇 (110)과 결합 및 결합 해제 시키는데 사용될 수 있다.
도 1a-1c는 수중 로봇 (110)의 부력이 부력 모듈 (116)의 결합/결합 해제 상태의 결과로서 변화되도록 하는 수중 로봇 (110)과 결합 및 결합 해제되는 다양한 상태에서의 부력 모듈 (116)을 도시한다. 도 1a-1c에 도시된 특정 실시예에서, 부력 모듈 (116)은 양의 부력을 갖는다. 양의 부력은 부력 모듈 (116)이 로봇이 동작하는 물의 밀도보다 작은 밀도를 갖는다는 것을 의미한다. 부력 모듈의 양의 부력은 위쪽으로의 힘, 즉 수주의 상부를 향한 힘이 수중 로봇에 가해지게 한다.
도 1a에서, 테더 (118)는 수축된 위치에 있다. 다시 말하면, 테더 (118)는 윈치 시스템 (120)의 드럼에 권취되고, 부력 모듈 (116)은 수중 로봇 (110)에 결합된다. 부력 (116) 모듈은 수중 로봇 (110)과 결합되어 부력이 테더 (118)를 통해 수중 로봇에 전송된다. 따라서, 테더 (118)는 장력을 받고, 부력을 수중 로봇에 전달한다. 다른 실시예에서, 부력 모듈 (116)이 완전히 수축된 위치에 있고 로봇 (110)에 맞닿아 결합될 때, 탈착 가능한 보유 클램프 (미도시)가 사용될 수 있다. 대안적으로, 보유 클램프는 부력 모듈 (116)과 확실하게 결합하여 테더 (118)가 완전히-수축된 위치에서 일정한 전체 장력을 받지 않는다.
도 1b에서, 윈치 시스템 (120)은 부력 모듈이 수중 로봇 (110)으로부터 멀리 연장되도록 테더 (118)를 연장시킴으로써 부력 모듈 (116)을 전개하는 과정을 도시한다. 부력 모듈 (116)의 양의 부력으로 인해, 부력 모듈 (116)은 수면을 향해 수주(water column)를 통해 상승한다. 그러나, 테더 (118)는 여전히 장력을 받고 있으므로, 부력은 도 1b에 도시된 구성에서 테더 (118)를 통해 수중 로봇 (110)으로 계속 전달된다. 이와 같이, 테더 (118)는 장력을 받고, 수중 로봇 (110)에 힘을 가하고 있기 때문에 부력 모듈 (116)은 이 구성에서 수중 로봇 (110)과 여전히 결합되어 있다.
도 1c에서, 윈치 시스템 (120)은 풀어지고 테더 (118)의 충분한 길이가 연장되어 부력 모듈 (116)이 수주를 통해 수면 위로 상승하고 수중 로봇이 수주를 통해 하강하여 수중 표면과 접촉하게 된다. 이 상태에서, 부력이 더 이상 테더 (118)를 통해 전달되지 않을 정도로 테더 (118)는 연장된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 부력 모듈 (116)은 물의 표면 상에 자유롭게 떠 있고 수중 로봇은 해저 표면에 받쳐진다. 테더(118)는 수주보다 더 큰 길이로 연장되어 즉, 해당 위치의 물의 깊이보다 더 깊이 연장되어 테더 (118)가 부력 모듈 (116) 및 수중 로봇 (110)에 대해 느슨해진다. 이 구성에서, 부력 모듈이 더 이상 로봇 (110)에 부력을 가하지 않기 때문에 부력 모듈 (116)은 로봇 (110)으로부터 결합 해제된다.
도 1c의 느슨한 상태에서, 테더 (118)는 더 이상 부력을 수중 로봇 (110)에 전달하지 않는다. 테더(118)가 더 이상 부력을 로봇 (110)에 전달하지 않는 결과로서, 수중 로봇 (110)의 순 부력이 증가된다. 이와 같이, 수중 로봇 (110)은 해저 표면에 대해 그것을 유지하는 보다 큰 중력을 경험한다. 수중 로봇 (110)에 의해 경험된 증가된 순 하향력은 수중 로봇 (110)과 해저 표면 사이의 견인력을 증가시킨다. 더 좋은 견인력이 유지되기 때문에 증가된 견인력은 로봇이 해저 표면을 따라 더 안정적으로 이동할 수 있게 한다. 게다가, 이 증가된 견인력은 수중 로봇이 더 큰 안정성을 가지기 때문에 수중 로봇 (110)이 보다 효율적으로 작업을 수행하는 것을 허용한다. 예를 들어, 수중 로봇 (110)이 파이프 표면으로부터 파울링을 제거하도록 작동되면, 파울링 제거 툴에 의해 파이프에 가해지는 힘은 수중 로봇 (110)에 대해 동일하고 반대되는 힘을 초래할 것이다. 이와 같이, 수중 로봇 (110)이 파이프 상에 힘을 가할 때 수중 로봇이 파이프로부터 밀려 나가게 하는 경향이 있다. 부력 모듈 (116)의 결합 해제의 결과로서 감소된 부력에 의해 야기되는 수중 로봇 (110)의 증가된 견인력은 이 힘에 저항하고 로봇이 세정 동작 중에 원하는 위치에 머무르도록 한다.
이동 로봇 시스템 (10)은 특정 동작 중에 수중 로봇 (110)의 부력 특성을 조정하고 필요에 따라 다른 동작 중에 다시 조정되도록 재구성될 수 있다. 도 1a에서, 부력 모듈 (116)의 양의 부력은 수중 로봇 (110)의 음의 부력에 대응한다. 이 상태에서, 부력 모듈 (116)과 수중 로봇 (110) 사이의 결합은 중립 부력 구성으로 귀결된다. 중립 부력 구성은 수중 로봇의 유영 동작에 특히 유용하며, 그 이유는 시스템 (10)이 수주를 통해 위 또는 아래로 움직이는 경향이 없기 때문이다.
예를 들어, 로봇 시스템 (10)이 물 속으로 먼저 전개 될 때, 도 1a에 도시된 바와 같이, 부력 모듈 (116)을 수중 로봇 (110)과 결합하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 부력 모듈 (116)과 수중 로봇 (100)의 결합에 의해 달성되는 중립 부력은 수주를 통한 유영의 효율을 향상시키고 스러스터 (122)의 사용이 수주를 통해 로봇을 움직이는 것을 허용한다. 스러스터 (122)는 로봇을 원하는 위치로 이동 시키는데 사용될 수 있다. 원하는 위치에 도달하면, 윈치 (120)는 도 1c에 도시된 바와 같이, 부력 모듈 (116)이 수면 상에 떠 있고 수중 로봇 (110)이 테더 (118)를 충분히 느슨하게 하여 해저 표면에 대해 받쳐지도록 충분한 양으로 테더 (118)를 연장하도록 활성화될 수 있다. 일단 부력 모듈 (116)이 수중 로봇 (110)으로부터 결합 해제되면 (즉, 수중 로봇상에 부력 모듈에 의해 힘이 가해지지 않는다면), 수중 로봇 (110)은 횡 방향 이동 (즉, 트레드(tread) (114) 또는 다른 수단) 및 해저 표면에서의 동작 (검사, 세정, 유지 보수 작업 동작 등을 수행)에 적합한 음의 부력 상태를 갖는다. 크롤링 또는 해수면상에서 수행되는 다른 작업이 완료된 후, 윈치 (120)는 테더를 감아서 수축시켜 부력 모듈 (116) 및 수중 로봇 (110)을 재결합시킬 수 있다 (즉, 부력 모듈에 의해 수중 로봇에 힘이 가해진다). 이런 식으로, 해저 바닥 작업이 완료된 후 수중 로봇은 다시 중립 부력을 받고 효율적인 방식으로 수주를 통하여 이동할 수 있다. 일단 작업이 완료되면, 수중 로봇 (110)은 물로부터 회수하기 위해 표면으로 유영할 수 있다.
따라서, 도 1a-1c와 관련하여 도시되고 설명된 수중 로봇은 제 1 상태에서, 제 1 부력을 가질 수 있지만, 제 2 상태에서는 제 2 부력을 가질 수 있고, 제 3 상태에서는 제 3 부력을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 배열과 관련하여, 제 1 상태에서 수중 로봇은 중립 부력 특성을 가지며, 제 2 상태에서 수중 로봇은 음의 부력 특성을 가지며, 제 3 상태에서 수중 로봇은 중립 부력 특성을 갖는다. 당업자라면 알 수 있듯이 다양한 상태들이 상기한 바와 같이 상이한 부력 특성과 관련되는 다른 배열들이 구성될 수 있다.
이와 같이 수중 로봇의 부력은 윈치 및 테더와 같은 기계 디바이스를 사용하여 변경될 수 있다. 윈치 및 테더 시스템 사용은 유압 밸러스트를 변경해야 하는 다른 시스템과 비교하여 운송 수단의 부력을 제어하는 비용 효율적이고 효율적인 수단을 제공할 수 있다. 또한, 부력 모듈이 테더에 의해 수중 운송 수단에 연결되어 있기 때문에, 부력 모듈은 수중 로봇으로부터 결합 해제된 후에 회수되어 재사용될 수 있다. 이것은 밸러스트 물질을 단순히 방출하고 무시하고 재사용 할 수 없는 전형적인 드롭-밸러스트 시스템에 비해 상당한 장점을 제공한다. 게다가, 부력 모듈을 결합, 결합 해제 및 재결합하는 능력은 로봇의 부력이 동작 내내 여러 번 조정되는 것을 허용한다. 이것은 로봇의 한 번 발사로 더 큰 가요성과 동작 복잡성을 달성할 수 있다. 예를 들어, 로봇은 제 1 위치로 유영하고, 해저에 착륙하여 작업을 수행하고, 부력 모듈과 다시 재결합하여 다른 위치로 유영한 다음 다시 착륙하여 제 2 동작을 수행할 수 있다. 이것은 로봇이 물로부터의 회수를 위해 최종적으로 재부상하기 전에 여러 번 반복될 수 있다. ADD
밸러스터 모듈을 조작하는 것에 의한 부력 조절은 시스템을 제어되는 효율적인 동작을 제공하기 위해 프로세스를 조정하는데 사용될 수 있는 많은 센서를 통해 제어될 수 있다. 수중 로봇 운송 수단은 표면 아래에 운송 수단의 깊이를 결정하기 위해, 통상의 디자인 중 하나를 포함하는 수중 깊이 센서를 포함할 수 있다 (예를 들어, 현재 위치 및 수면 표면 사이의 거리). 테더 센서가 테더의 상태를 모니터링하기 위해 포함될 수 있다. 예를 들어, 테더 센서는 테더의 장력/힘을 측정할 수 있다 (예를 들어, 통상의 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함할 수 있다). 테더 센서는 테더가 장력을 받는 상태인지 느슨한 상태인지를 측정할 수 있다. 테더 센서는 윈치의 다운스트림에 배치될 수 있다 (즉, 윈치의 테더-전개 측면). 윈치 인코더는 또한 윈치의 회전수를 측정하기 위해 제공될 수 있으며 이 측정된 데이터를 사용하여 풀린 (전개된) 테더의 길이를 결정할 수 있다. 예를 들어, 이 세개의 센서 (“부력 제어 센서")는 함께 사용되어 로봇 프로세싱 유닛에 부력 모듈 상태에 대한 피드백 (“부력 모듈 피드백")을 제공할 수 있다. 예를 들어, 깊이, 인코더 및 힘 센서 데이터 신호를 비교함으로써, 소프트웨어를 실행하는 프로세서는 부력 제어 프로세스가 어떤 상태에 있는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 깊이 범위가 테더 인코더 길이보다 더 깊고 테더가 장력을 받으면, 더 많은 테더의 느슨함이 요구되고, 따라서 윈치가 제어될 수 있다. 테더 인코더 길이가 깊이 등급보다 훨씬 더 깊고, 테더 장력 센서가 얼마동안 테더에 장력을 검출하지 못하면, 그것은 테더가 한참동안 느슨해졌고, 그것의 일부를 회수하는 것이 잠재적인 얽힘을 방지할 수 있다는 것을 의미한다. 부력 제어 시스템상에 폐루프 자동 제어가 적용되어 수중 로봇의 부력 상태에 항력 및 표면파의 영향을 최소화할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 1에 도시된 배열은 양의 부력의 부력 모듈 (116)을 포함한다. 또한, 음의 부력 및/또는 중립 부력의 부력 모듈은 또한 아래에서 보다 상세히 설명되는 다른 배열에도 사용될 수 있다. 부력 모듈의 부력은 부력 모듈의 재료 밀도를 조정함으로써 및/또는 부력 모듈의 체적을 조정함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 부력 모듈은 공기가 채워진 주머니(bladder)일 수도 있고 포말 오일(foam oil) 또는 물보다 낮은 밀도를 갖는 다른 물질로 충전된 주머니일 수도 있다. 저밀도 재료를 포함하는 부력 모듈은 양의 부력 모듈로 귀결될 것이다. 유사하게, 납 중량, 모래 암석 또는 물보다 조밀한 다른 재료와 같이 밀도가 높은 물질을 포함하는 부력 모듈은 음의 부력이 있는 부력 모듈로 귀결될 것이다.
도면들 2-5는 수중 로봇의 부력을 변경하기 위해 부력 모듈이 결합, 결합 해제 및 재결합될 수 있다는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 그러나, 다양한 실시예에서, 부력 모듈의 확장/수축과 부력 모듈의 부력 특성의 조합은 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이 다양하다.
도 2를 참조하면, 수중 로봇 (200)은 상부(upper portion) (210) 및 하부(lower portion) (212)를 포함한다. 상부 (210)는 테더 (218)를 연장 및 수축시키는 윈치 시스템 (220)을 포함한다. 하부 (212)는 해저를 횡단하는데 사용될 수 있는 트랙(214)를 포함한다. 하부(212)는 또한 부력 모듈 (216)을 통합한다. 부력 모듈 (216)은 하부 (212)에 통합되는 추가 중량/밸러스트의 형태일 수 있다. 부력 모듈 (216)은 또한 하부 (212)와 일체일 수 있어서 하부 (212)의 자연 중량은 또한 부력 모듈 (216)의 중량/밸러스트로서 동작한다. 부력 모듈 (216)은 음의 부력이다.
도 2a에서, 수중 로봇 (200)의 상부 (210)는 부력 모듈 (216)을 포함하는 하부 (212)와 결합한다. 이 실시예에서, 부력 모듈 (216)은 음의 부력 상태를 갖는다. 따라서, 수중 로봇 (200)은 해저와 확실하게 결합하도록 구성되며, 트랙 (214)을 사용하여 해저를 따라 이동하거나 및/또는 다양한 동작을 수행할 수 있다. 도 2b에서, 윈치 시스템 (220)은 테더 (218)의 세그먼트를 연장하여 수중 로봇의 하부 본체 (212)가 수중 로봇의 상부 본체 (210)로부터 멀리 연장되게 한다. 상부 본체 (210)는 중립 부력을 가지지만, 음의 부력이 있는 부력 모듈 (216)을 포함하는 하부 본체 (212)는 음의 부력을 갖는다. 따라서, 윈치 (220)가 테더 (218)를 연장시킬 때, 테더 (118)는 느슨해져 도 2c에 도시된 바와 같이 하부 본체 (212)에 상부 본체 (210) 사이에 힘을 가하지 않는다. 이 상태에서, 부력 모듈 (216)은 수중 로봇의 상부 (210)로부터 결합 해제된다. 상부 (210)는 수중 로봇의 메인 부분일 수 있고, 스러스터 (222), 검사 및 유지 보수 툴을 포함할 수 있고/또는 로봇의 메인 제어 전자 기기를 수용할 수 있다. 부력 모듈 (216)이 수중 로봇의 메인 부분으로부터 결합 해제되면, 트랙 (214)은 해저상에 있는다. 부력 모듈 (216)의 밸러스트가 확실하게 결합되지 않으면, 상부 (210)는 중립 부력을 가지며 수주를 통해 효율적으로 유영하여 다양한 작업을 수행할 수 있다. 윈치 시스템 (220)은 테더 (218)의 추가 길이를 연장하여 상부 (210)는 하부(212)로부터 임의의 거리를 이동할 수 있다. 상부 (210)와 하부(212) 사이에서 연장되는 테더는 파워 및/또는 다른 신호들을 송신하는 예컨대, 상부 본체와 하부 본체 사이에서 데이터를 전송하기에 적절한 (예를 들어, 수중 유영 로봇 부분과 트랙 (214) 사이의) 통신 테더(communication tether)일 수 있다. 예를 들어, 통신 테더는 절연된 전기 도전체를 포함할 수 있다. 통신 테더는 광 와이어들을 포함할 수 있다. 통신 테더는 선택적으로 그 길이를 따라 이어지는 보강재를 포함하여 둘러싸는 재킷의 신장, 스냅, 전단 또는 다른 절단을 방지할 수 있다. 일 실시예에서, 통신 테더는 절연된 전기 도전체, 광 와이어, 보강재 또는 이들 엘리먼트의 조합을 포함하는 구조화된 케이블을 포함할 수 있다. 상부는 중립 부력 상태에 있고, 물을 통해 유영할 수 있는 도 2c에 도시된 구성 동안에, 하부 (212) 상의 트랙 (214)은 상부 본체와 하부 본체 사이의 최대 이격 거리 내에 있도록 하기 위해 상부 본체 (210)의 이동 방향에 대응하는 방향으로 해저를 따라 크롤링함으로써 수주를 통해 유영하여 상부 본체 (210)의 움직임을 따라갈 수 있다. 이러한 방식으로, 상부 본체와 하부 본체 사이의 거리가 테더의 길이를 초과하지 않도록 하체가 상부 본체를 따라 이동할 수 있기 때문에 상부 본체의 이동 범위는 테더의 길이에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 모바일 플랫폼을 제공함으로써 로봇의 동작 영역이 확장될 수 있다. 적절한 대응 움직임을 결정하기 위해 상부 본체의 움직임에 관한 데이터 신호가 하부 본체로 (예를 들어, 테더를 통해) 송신될 수 있고 및/또는 상보적인 방식으로 이동하도록 그것의 움직임을 제어하기 위해 상부 본체가 직접 하부 본체 드라이브 명령 신호를 송신할 수 있다.
도 2a에서, 수중 로봇은 크롤링 구성을 가지며, 음의 부력 특성으로 인해 해저 표면상에서 크롤링에 적합하다. 도 2c에서, 상부 본체 (210)는 하부 본체 (212)로부터 결합 해제되고, 상부 본체는 그것의 중립 부력 특성으로 인해 수주를 통해 자유롭게 유영할 수 있지만, 하부 본체는 음의 부력 특성으로 인해 해저 상에 놓여 있다. 유영 동작이 수행된 후, 윈치는 로봇이 해저를 횡단할 수 있고, 다음 위치로 이동할 수 있도록 상부 및 하부 (부력 모듈 포함)를 재결합하기 위해 테더를 수축시킬 수 있다. 도면들 2a-2c에 도시된 로봇 시스템은 전술한 바와 유사하게 부력 제어 센서 및 부력 모듈 피드백 프로세싱을 포함할 수 있다. 부력 제어 센서는 고도계 센서, 테더 힘 센서 및 윈치 인코더를 포함할 수 있다. 상부 본체는 상부 본체와 해저 사이의 거리를 결정하기 위해 고도계 센서를 포함할 수 있다. 3 개의 센서로부터의 데이터는 부력 모듈의 상태에 관한 피드백을 포함하는 신호를 로봇 프로세싱 유닛에 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 고도계, 인코더 및 힘 센서의 측정치를 비교함으로써, 프로세서는 부력 제어 프로세스의 현재 상태를 (예를 들어, 음의 부력, 전환, 또는 중립 부력) 결정할 수 있다. 하나의 동작 예로서, 고도 측정의 결과가 메모리에 저장된 현재 테더 인코더 길이보다 더 높고, 테더가 테더 센서로부터 알려진바로 장력을 받고 있으면, 그러면 더 많은 테더 느슨함이 요구되고 윈치가 제어되어서 추가 길이의 테더를 펴지도록 윈치로 움직인다 (winch out). 만약 메모리에 저장된 현재 테더 인코더 길이가 고도 판독값보다 훨씬 더 크고 테더 장력 센서가 연장된 시간 기간동안 테더에 장력을 검출하지 못하면, 이 상태는 아마도 테더가 상당한 기간 느슨해졌음을 나타내고 얼마의 테더를 회수하는 것이 (예를 들어, 윈치를 감아서 제어함으로써) 는 테더 얽힘의 가능성을 줄일 수 있다. 부력 제어 시스템에 폐루프 자동 제어를 추가로 적용하여 로봇의 부력 상태에 항력(drag) 및 표면파의 영향을 최소화한다.
이제 도 3을 참조하여, 수중 로봇 시스템 (300)은 수중 로봇 (310) 및 표면 운송 수단(surface vehicle)(324)을 포함한다. 표면 운송 수단 (324) 및 수중 로봇(310)은 운송 수단용 테더(326)에 의해 연결될 수 있다. 운송 수단용 테더(326)는 표면 운송 수단 (324)과 수중 로봇 (310) 사이에서 데이터 및 다른 정보를 전송하기 위해 파워 및/또는 전기 신호 (예를 들어, 전자 기기 박스 (336)로부터)를 전송할 수 있는 통신 테더일 수 있다. 표면 운송 수단 (324)은 수중 로붓(310)에 대한 지지 보우트일 수 있다. 표면 운송 수단 (324)은 수주의 상부에서 수면 표면 상에 있을 수 있고, 수중 로봇 (310)은 수주를 통해 유영할 수 있고 및/또는 해저면상에 착륙하여 다양한 작업을 수행할 수 있다. 수중 로봇 (310)은 수주를 통한 추진을 위한 스러스터 (322) 및 해저면을 횡단하기 위한 트랙 (314)을 포함하는 하부 (312)를 포함할 수 있다.
표면 운송 수단 (324)은 부력 모듈(316)에 연결된 테더(318)를 감고 푸는데 사용될 수 있는 윈치 시스템 (320)을 포함한다. 도 3a를 참조하면, 테더 (118) 및 부력 모듈 (316)은 수축된 상태에 있고, 부력 모듈(316)은 수중 로봇(310)으로부터 결합 해제된다. 도시된 바와 같이, 테더 (318)가 수축될 때, 부력 모듈 (316)은 표면 운송 수단 (324)에 인접한다. 부력 모듈 (316)이 수중 로봇 (310)으로부터 결합 해제되는 이 상태에서, 수중 로봇 (310)은 중립 부력 상태이다. 따라서, 수중 로봇 (310)은 스러스터 (322)를 이용하여 수주를 통해 효율적으로 유영할 수 있다.
도 3b에서, 윈치 시스템(320)은 테더 (318)를 풀어 연장시키도록 명령하고 작동된다. 테더(318) 및 부력 모듈(316)이 연장된 때, 부력 모듈 (316)은 수중 로봇 (310)과 결합된다. 부력 모듈 (316)은 음의 부력 특성을 가진다. 따라서, 부력 모듈 (316)이 표면 보트 (324)로부터 하강하여 수중 로봇 (310)과 결합될 때, 부력 모듈의 음의 부력과 동등한 양만큼 수중 로봇의 부력이 감소하고, 수중 로봇은 음의 부력 상태가 된다. 연장되고 결합 상태에 있을 때 수중 로봇 (310)은 부력 모듈 (316)을 수용하기 위한 리세스 (328)를 포함할 수 있다. 유사하게, 표면 보트 (324)는 수축 및 결합 해제된 상태에서 부력 모듈 (316)을 수용하기 위한 리세스 (330)를 포함할 수 있다. 부력 모듈 (316) 및/또는 수중 로봇 (310)은 부력 모듈 (316)을 수중 로봇 (310)에 확실하게 결합시키는 래칭 메커니즘(latching mechanism) (예를 들어, 자석 (332))을 포함할 수 있다. 자석에 의해 제공되는 확실한 결합은 부력 모듈 (316) 및 수중 로봇 (310) 사이의 예를 들어, 수중 로봇이 해저상의 고르지 않은 표면 또는 범프 위를 넘을 때 의도하지 않은 결합 해제를 방지할 수 있다. 부력 모듈 (316)은 운송 수단용 테더 (326)를 수용하도록 크기가 정해지고 형상화된 중심 개구 (334)를 갖는 링 형상일 수 있다. 부력 모듈 (316)은 개별적으로 및/또는 그룹으로 전개될 수 있는 다수의, 이산의 유닛들을 포함하여 부력은 각각의 부력 모듈의 독립적인 제어에 의해 점진적으로 제어될 수 있다. 래칭 메커니즘은 수중 로봇 (310)에 부력 모듈을 결합 및 결합 해제시킴으로써 단일 및/또는 다수의 부력 모듈의 분리/결합을 가능하게 한다. 중심 개구 (334)는 부력 모듈이 운송 수단용 테더 (326)를 따라 미끄러질 때 잠재적으로 채핑(chaffing)을 감소시키는 매끄러운 원뿔 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 중심 개구 (334)는 또한 운송 수단용 테더 (326)를 따라 이동하는 것을 가능하게 하고 채핑 또는 다른 잠재적인 손상을 줄이는 롤러들을 또한 포함할 수 있다. 유사하게, 상기에서 논의된 바와 같이, 로봇 시스템은 깊이/고도계 센서, 윈치 인코더 및 테더 장력 센서가 부력 조절 동작들을 효율적이고 원활하게 제어하는데 사용될 수 있는 부력 제어 센서 및 부력 모듈 피드백 프로세싱을 포함할 수 있다.
도 4에 관련하여, 수중 로봇 시스템은 운송 수단용 테더 (426)를 통해 연결된 표면 운송 수단 (424)과 수중 로봇 (410)을 포함한다. 도 4에 도시된 시스템은 도 3에 도시된 시스템과 유사하고 주요 차이점은 부력 모듈 (416)이 양의 부력을 가지며 윈치 시스템 (420)이 부력 모듈 (416)을 연장 및 수축시키기 위해 수중 로봇 (410)에 의해 지지된다는 것이다. 따라서, 유사한 부분들은 "4" 접두사가 "3" 접두사 대신 사용되는 것을 제외하고는 유사한 넘버링 관계를 공유한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 테더 (418)는 윈치 (420)의 드럼 주위에 권취된다. 부력 모듈 (416)이 수축된 위치에 있고, 수중 로봇 (410)과 결합된다. 이 구성에서, 부력 모듈 (416)은 수중 로봇 (410)에 양의 부력을 가하여 수중 로봇이 중립 부력 상태에 있게 한다.
도 4b에서, 윈치는 부력 모듈(416)이 연장 수중 로봇 (410)으로부터 결합 해제되어 멀리 연장되게 하는 테더 (418)의 정도까지 동작시켰다. 도시된 바와 같이, 부력 모듈 (416)은 표면 운송 수단 (424)에 의해 수용된다. 테더 (418)는 느슨해지고 부력 모듈 (416)에 의해 수중 로봇 (410)상에 어떠한 힘도 가해지지 않는다. 수중 로봇 (410)으로부터 양의 부력에 부력 모듈 (416)의 결합 해제는 수중 로봇 (410)의 순 부력을 감소시킨다. 따라서, 수중 로봇(410)은 음의 부력 상태가 되어 해저를 횡단하는데 더 적합하다.
도 3 및 도 4에 도시된 양쪽 모두의 배열에서, 운송 수단용 테더가 충분히 길어서 운송 수단용 테더는 표면 운송 수단 및/또는 부력 모듈의 부력으로 인해 수중 로봇에 부력을 가하지 않는다. 따라서, 부력 모듈이 연장된 위치에 있을 때, 표면 운송 수단의 부력은 부주의하게 수중 로봇의 부력에 영향을 미치지 않는다. 이와 같이, 확장된 위치에서 부력 모듈에 연결된 테더는 더 이상 장력을 받지 않으며 부력을 전달하지 않는다. 상기에서 논의된 바와 같이, 유사한 방식으로, 로봇 시스템은 깊이/고도계 센서, 윈치 인코더 및 테더 장력 센서가 부력 조절 동작들을 효율적이고 원활하게 제어하는데 사용될 수 있는 부력 제어 센서 및 부력 모듈 피드백 프로세싱을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 수중 로봇 시스템 (500)은 수중 로봇 (510) 및 표면 운송 수단 (524)을 포함한다. 도 5에 도시된 시스템은 도면들 3 및 4에 도시된 시스템들에 유사하고, 주요 차이점은 표면 운송 수단 (524)이 수중에서 및 수면에서 이동할 수 있는 하이브리드 운송수단이고 부력 모듈 (516)이 표면 운송 수단 (524)에 통합된다는 것이다. 따라서, 유사한 부분들은 "5" 접두사가 "3" 또는 "4" 접두사 대신 사용되는 것을 제외하고는 유사한 넘버링 관계를 공유한다.
도 5a를 참조하여, 표면 운송 수단 (524) 및 수중 로봇 (510)이 결합되고, 두 운송 수단은 중립 순 부력을 갖는다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 윈치 시스템 (520)은 테더 (518)를 연장시켜 표면 운송 수단 (524)과 수중 로봇이 부분적으로 서로로부터 멀어지도록 동작된다. 그러나, 도 5b에 도시된 구성에서, 표면 운송 수단은 여전히 수주 내에 있고 아직 표면에 도달하지 않았다. 이와 같이, 테더 (518)는 여전히 장력을 받고 있으므로, 표면 운송 수단 (524)에 통합된 부력 모듈 (516)은 수중 로봇 (510)에 부력을 가한다. 부력 모듈 (516)은 표면 운송 수단 (524)에 통합된 추가된 양의 부력 재료의 형태일 수 있다. 부력 모듈(516)은 표면 운송 수단 (524)과 일체가 될 수 있어서 하부 표면 운송 수단(524)의 자연 부력 또한 부력 모듈(516)의 양의 부력을 제공한다.
도 5c에서, 윈치 (520)는 테더 (518)의 충분한 길이를 연장시켜서 표면 운송 수단 (524)는 수주의 상부에서 수면 표면에 도달하였고, 테더(518)는 느슨해진다. 연장된 느슨한 상태에서, 테더 (518)는 부력 모듈 (516)로부터 수중 로봇 (510)으로 힘을 전달하지 않으므로, 부력 모듈 (516)과 수중 로봇 (510)은 결합 해제된다. 이 상태에서, 수중 로봇 (510)은 음의 부력을 가지며 바닥을 가로 질러 다양한 작업을 수행하기에 적합한 해저 바닥에 착륙한다.
표면 운송 수단 (524)은 물을 통해 또는 통신 테더를 통해 (미도시) 원격 제어 국으로부터 공중으로 통신을 수신하고, 그런 다음 수중 로봇 (510)에 해당 신호를 중계할 수 있는 통신 릴레이 (536)를 또한 포함할 수 있다. 표면 운송 수단 (524)은 또한 수중 로봇 (510)의 표면 운송 수단 (524)에 대한 상대적 위치를 추적하기 위한 위치 센서 (538)를 포함할 수 있다. 표면 운송 수단 (524)은 또한 두 운송 수단의 상대적 위치를 계산하기 위한 프로세서를 포함할 수 있으며, 수중 로봇이 다양한 동작을 수행할 때 수중 로봇 (510)과 표면 운송 수단 (524) 사이에 상대적인 위치가 유지되도록 표면 운송 수단 (524)을 이동시키도록 명령될 수 있는 추진 시스템 (540)을 더 포함할 수 있다. 다시, 유사하게, 로봇 시스템은 상기에서 논의된 바와 같이, 깊이/고도계 센서, 윈치 인코더 및 테더 장력 센서가 부력 조절 동작들을 효율적이고 원활하게 제어하는데 사용될 수 있는 부력 제어 센서 및 부력 모듈 피드백 프로세싱을 포함할 수 있다. 또한, 전술한 것과 유사하게, 표면 운송 수단은 수중 로봇의 움직임을 따라 대응하는 방식으로 이동하도록 제어될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예는 시간과 비용이 많이 드는 작업으로 운송 수단을 개조 또는 변경하지 않고 동일한 운송 수단을 사용하여, 부력 특성을 달리할 필요가 있는 다양한 작업을 수행할 수 있는 로봇 시스템을 제공하여 수중 환경에서의 동작에 대한 상당한 장점을 제공한다. 수중 로봇의 부력은 로봇이 물 속에 배치된 후, 로봇의 작동 중에 윈치 및 테더와 같은 기계 디바이스를 사용하여 변경할 수 있다. 윈치 및 테더 시스템 사용은 유압 밸러스트를 변경해야 하는 다른 시스템과 비교하여 운송 수단의 부력을 제어하는 비용 효율적이고 효율적인 수단을 제공할 수 있다. 또한, 부력 모듈이 테더에 의해 수중 운송 수단에 연결되어 있기 때문에, 부력 모듈은 수중 로봇으로부터 결합 해제된 후에 회수되어 재사용될 수 있다. 이것은 밸러스트 물질을 단순히 방출하고 무시하고 재사용 할 수 없는 전형적인 드롭-밸러스트 시스템에 비해 상당한 장점을 제공한다. 게다가, 부력 모듈을 결합, 결합 해제 및 재결합하는 능력은 작업 전반에 걸쳐 로봇의 부력을 여러 번 조정할 수 있게 하여 로봇의 다양성을 증가시키면서 동시에 부력 특성을 수동으로 변경하기 위해 로봇 중간 동작을 회수 및/또는 다른 작업을 수행하기 위한 별도의 로봇을 가질 필요를 줄인다.
도면의 동일한 참조 부호는 여러 도면을 통해 동일한 엘리먼트들을 나타내며 도면을 참조하여 설명되고 도시된 모든 컴포넌트들 및/또는 단계가 모든 실시예 또는 장치에 필요하지는 않다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 출원에 개시된 시스템 및 방법의 실시예, 구현 및/또는 배열은 본 출원에 설명된 기능 및/또는 동작을 수행하도록 프로세서 및/또는 다른 엘리먼트를 구성하도록 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨팅 디바이스의 프로세서에서 실행될 수 있는 하드웨어, 펌웨어 및/또는 컴퓨터 사용 가능한 매체 (소프트웨어 모듈들 및 브라우저 플러그-인을 포함하는) 상에 상주하는 소프트웨어 알고리즘, 애플리케이션, 프로그램, 모듈 또는 코드로서 통합될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 본 개시의 방법을 수행하여 실행될 때 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들, 모듈들, 및/또는 애플리케이션들은 단일 컴퓨터 또는 프로세서 상에 상주할 필요가 없지만 그러나 본 출원에 개시된 시스템 및 방법의 다양한 측면을 구현하기 위해 다수의 상이한 컴퓨터 또는 프로세서 사이에서 모듈식으로 분배될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본원에서 사용된 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥 상 다르게 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함하도록 의도된다. 본 출원에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는 명시된 특징, 정수, 단계, 동작, 엘리먼트 및/또는 컴포넌트들의 존재를 나타내지 만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 엘리먼트, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.
특허 청구 범위를 변경하기 위해 특허 청구 범위에서 "제 1", "제 2", "제 3 등"과 같은 서수 용어를 사용하는 것은 그 자체로 방법의 동작이 수행되는 임의의 우선 순위, 선행 또는 하나의 청구항 엘리먼트의 다른 것에 대한 순서 또는 시간적 순서를 의미하는 것이 아니라 청구항 엘리먼트를 구별하기 위해 특정 이름을 가진 하나의 청구항 엘리먼트를 동일한 이름을 가진 (그러나 서수 용어를 사용하는) 다른 엘리먼트와 구별하기 위한 단지 라벨로서 사용된다는 것에 유의하여야 한다.
또한, 본원에서 사용되는 표현 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한으로 간주되어서는 안 된다. 본 출원에서”포함하는", "포함하는" 또는 "갖는", "함유하는", "수반하는” 및 그 변형은 그 이후에 열거 된 항목 및 그 등가물뿐만 아니라 추가 항목을 포함한다.
대상은 예시적으로 제공되며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 이하의 청구 범위에서 설명되는 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않고 도시되고 설명된 예시적인 실시예 및 애플리케이션을 따르지 않고 본 출원에 설명된 주제에 대한 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.
특히, 상기 도면 및 실시예는 다른 실시예를 설명되거나 도시된 엘리먼트의 일부 또는 전부의 교환에 의해 가능한 한, 하나의 구현에 본 출원의 범위를 제한하고자하는 것은 아니다. 게다가, 본 출원의 특정 컴포넌트가 공지된 컴포넌트를 사용하여 부분적으로 또는 완전히 구현될 수 있는 경우, 본 출원의 이해를 위해 필요한 그러한 공지된 컴포넌트의 단지 해당 부분만이 설명되고, 그러한 공지된 컴포넌트의 다른 부분에 대한 상세한 설명은 애플리케이션을 모호하게 하지 않도록 생략되었다. 본 출원에서, 단수의 컴포넌트를 도시하는 구현예는 복수의 동일 컴포넌트를 포함하는 다른 구현예들에 반드시 제한되어서는 안되며, 그 반대도 마찬가지이다. 더욱이, 출원인은 명시 적으로 명시되지 않는 한, 명세서 또는 청구의 어떠한 용어도 흔치 않은 또는 특별한 의미로 간주하려는 의도는 없다. 또한, 본원은 예시로서 본 출원에 지칭된 공지된 컴포넌트에 대한 현재 및 미래의 공지되는 등가물을 포함한다.
특정 구현예에 대한 전술한 설명은 관련 기술(들)의 지식 (본 출원에 참조로서 인용되고 통합된 문헌의 내용을 포함 내에 지식을 적용함으로써 다른 사람이 할 수 있는 애플리케이션의 일반적인 특성을 완전히 밝힐 것이고, 본 출원의 일반적인 개념을 벗어나지 않고, 과도한 실험없이 그러한 특정 구현 예를 비롯한 다양한 애플리케이션을 용이하게 변형 및/또는 개조할 수 있다. 따라서, 이러한 개조 및 수정은 여기에 제시된 교시 및 지침에 기초하여, 개시된 구현의 등가물의 의미 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 명세서의 어구 또는 용어는 본 명세서의 용어 또는 표현이 본 출원에 제시된 교시 및 지침에 비추어 숙련된 당업자(들)에 의해 해석되도록 그러한 설명을 위한 것이지 제한을 위한 것은 아니며, 관련 기술 분야의 당업자의 지식과 조합하여 사용된다. 설명된 치수 또는 도시된 도면은 하나의 예에 따라 도시되고 다른 치수는 본 발명을 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 출원의 다양한 구현이 이상에서 설명되었지만, 이들 예는 제한이 아닌 예로서 제시된 것임을 이해해야 한다. 당업자에게는 형태 및 세부 사항의 다양한 변화가 본원의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 출원은 상술한 예시적인 구현들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 된다.

Claims (24)

  1. 수중 환경 로봇 시스템에 있어서,
    수중 로봇 운송 수단으로서, 상기 수중 로봇 운송 수단은 상기 수중 환경 로봇 시스템의 적어도 하나의 운송 수단인, 상기 수중 로봇 운송 수단;
    상기 수중 로봇 운송 수단에 선택적으로 결합 및 결합 해제되도록 구성된 부력 모듈을 합체하거나 포함하는 표면 보트(surface boat);
    상기 부력 모듈에 연결된 테더(tether); 및
    상기 테더에 동작가능하게 연결되고 상기 테더 및 상기 부력 모듈을 연장 및 수축 시키도록 구성된 모터;를 포함하되,
    제 1 상태에서 상기 테더 및 부력 모듈은 수축된 위치(retracted position)에 있고, 상기 수중 로봇 운송 수단은 제 1 부력을 갖고, 제 2 상태에서 상기 테더 및 부력 모듈은 연장된 위치(extended position)에 있고 상기 수중 로봇 운송 수단은 제 2 부력을 가지고,
    상기 부력 모듈은 상기 제 1 상태에서 상기 수중 로봇에 부력으로(buoyantly) 결합되거나 부력으로 결합 해제되는 상태들 중 하나의 상태이고, 상기 부력 모듈은 상기 제 2 상태에서 상기 수중 로봇에 부력으로 결합되거나 또는 부력으로 결합 해제되는 상태들 중 다른 상태이고,
    상기 수중 로봇 운송 수단은 물을 통하여 유영 동작(swimming operations)을 수행하도록 하기 위하여 상기 모터의 작동을 통하여 부력으로 중립이 되도록 구성되는,
    수중 환경 로봇 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부력 모듈은 양의 부력(positive buoyancy)을 가지며, 상기 제 1 상태에서 상기 부력 모듈은 수축된 위치에 있고, 상기 수중 로봇에 부력으로 결합되어 상기 수중 로봇의 제 1 부력이 상기 부력 모듈이 연장된 위치에 있고 부력으로 상기 수중 로봇으로부터 부력으로 결합 해제된 제 2 상태에서의 제 2 부력보다 더 높게 되도록 하는, 수중 환경 로봇 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 부력 모듈은 음의 부력(negative buoyancy)을 가지며, 상기 제 1 상태에서 상기 부력 모듈은 수축된 위치에 있고, 상기 수중 로봇에 부력으로 결합 해제되어 상기 수중 로봇의 제 1 부력이 상기 부력 모듈이 연장된 위치에 있고 부력으로 상기 수중 로봇에 부력으로 결합되는 제 2 상태에서의 제 2 부력보다 더 높게 되도록 하는, 수중 환경 로봇 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 부력 모듈은 중립 부력(neutral buoyancy)을 가지는, 수중 환경 로봇 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 표면 보트는 상기 표면 보트가 결합 해제 상태에 있을 때 수면 표면상에서 기능을 수행하도록 구성되는, 수중 환경 로봇 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 테더(tether)는 느슨한 상태가 되어 상기 부력 모듈이 상기 수중 로봇과 부력으로 결합 해제되는 상태에 있게 되는, 수중 환경 로봇 시스템.
  9. 삭제
  10. 수중 환경 로봇 시스템을 동작시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 수중 환경 로봇 시스템을 수중 환경에 배치하는 단계로서, 상기 수중 환경 로봇 시스템은 :
    수중 로봇 운송 수단에 있어서, 상기 수중 로봇 운송 수단은 상기 수중 로봇 시스템의 적어도 하나의 운송 수단인, 상기 로봇 운송 수단;
    상기 수중 로봇 운송 수단과 선택적으로 부력으로 결합되고, 부력으로 결합 해제되도록 구성된 부력 모듈;
    상기 부력 모듈에 연결된 테더(tether); 및
    상기 테더에 동작가능하게 연결되고 상기 테더 및 상기 부력 모듈을 연장 및 수축 시키도록 구성된 모터;를 포함하되,
    상기 수중 환경 로봇 시스템의 부력 구성을 선택적으로 변경하는 단계로서,
    상기 테더 및 부력 모듈을 연장시키는 단계;
    상기 수중 로봇 운송 수단이 하나의 부력을 갖도록 상기 부력 모듈을 부력으로 결합 해제시키는 단계;
    상기 테더 및 부력 모듈을 수축시키는 단계 ; 및
    상기 로봇 운송 수단이 다른 부력을 갖도록 상기 부력 모듈을 부력으로 결합시키는 단계를 포함하는, 상기 선택적으로 변경하는 단계를 포함하며,
    상기 테더는 느슨한 상태(slack condition)에 있어서 상기 부력 모듈이 수중 로봇과 부력으로 결합 해제된 상태에 있게 하며,
    부력으로 중립이 되도록 하기 위하여 상기 수중 로봇 운송 수단의 부력 구성을 선택적으로 변경하는 것에 의하여 물을 통한 유영 동작(swimming operation)을 수행하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 수중 환경 로봇 시스템은 양의 부력(positive buoyancy)을 갖는 부력 모듈로 배치되고, 제 1 상태에서 상기 부력 모듈은 수축된 위치에 있고 부력으로 상기 수중 로봇과 결합하여 상기 수중 로봇의 부력이 상기 부력 모듈이 연장된 위치에 있고 상기 수중 로봇으로부터 부력으로 결합 해제되는 제 2 상태에서 보다 높게 되는, 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 수중 환경 로봇 시스템은 음의 부력(negative buoyancy)을 갖는 부력 모듈로 배치되고, 제 1 상태에서 상기 부력 모듈은 수축된 위치에 있고 부력으로 상기 수중 로봇과 결합 해제되어 상기 수중 로봇의 부력이 상기 부력 모듈이 연장된 위치에 있고 상기 수중 로봇과 부력으로 결합되는 제 2 상태에서 보다 높게 되는, 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 수중 환경 로봇 시스템은 중립 부력(neutral buoyancy)을 갖는 부력 모듈로 배치되는, 방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 수중 환경 로봇 시스템을 배치하는 단계에 앞서 표면 보트에 있는 상기 부력 모듈을 포함하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 표면 보트는 상기 표면 보트가 결합 해제 상태에 있을 때 수면 표면상에서 기능을 수행하도록 구성되는, 방법.
  16. 수중 환경 로봇 시스템에 있어서,
    수중 로봇 운송 수단으로서, 상기 수중 로봇 운송 수단은 상기 수중 로봇 시스템의 적어도 하나의 운송 수단인, 상기 로봇 운송 수단;
    상기 수중 로봇 운송 수단에 반복적으로, 선택적으로 결합 및 결합 해제되도록 구성된 부력 모듈;
    상기 부력 모듈에 연결된 테더(tether); 및
    상기 테더에 동작가능하게 연결되고 상기 테더 및 상기 부력 모듈을 연장 및 수축 시키도록 구성된 모터;를 포함하되,
    제 1 상태에서 상기 테더 및 부력 모듈은 수축된 위치(retracted position)에 있고 상기 수중 로봇 운송 수단은 중립 부력(neutral buoyancy)을 갖는 것에 의하여 물을 통한 유영 동작(swimming operation)을 위한 상기 수중 로봇 운송수단을 구성하며, 제 2 상태에서 상기 테더 및 부력 모듈은 연장된 위치(extended position)에 있고 상기 수중 로봇 운송 수단은 음의 부력(negative uoyancy)을 가지고,
    상기 부력 모듈은 상기 제 1 상태에서 상기 수중 로봇에 부력으로(buoyantly) 결합되고, 상기 부력 모듈은 상기 제 2 상태에서 상기 수중 로봇에 부력으로 결합 해제되며,
    상기 로봇 시스템은 상기 제 1 상태로부터 상기 제 2 상태로 전환하고 다시 상기 제 1 상태로 전환하도록 구성되는, 수중 환경 로봇 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 부력 모듈은 표면 보트에 통합된, 수중 환경 로봇 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 부력 모듈은 표면 보트인, 수중 환경 로봇 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 표면 보트는 상기 표면 보트가 결합 해제 상태에 있을 때 수면 표면상에서 기능을 수행하도록 구성되는, 수중 환경 로봇 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 테더(tether)는 느슨한 상태가 되어 상기 부력 모듈이 상기 수중 로봇과 부력으로 결합 해제되는 상태에 있게 되는, 수중 환경 로봇 시스템.
  21. 수중 환경 로봇 시스템을 동작시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 수중 환경 로봇 시스템을 수중 환경에 배치하는 단계로서, 상기 수중 환경 로봇 시스템은 :
    수중 로봇 운송 수단에 있어서, 상기 수중 로봇 운송 수단은 상기 수중 로봇 시스템의 적어도 하나의 운송 수단인, 상기 로봇 운송 수단;
    상기 수중 로봇 운송 수단과 반복적으로, 선택적으로 부력으로 결합되고, 부력으로 결합 해제되도록 구성된 부력 모듈;
    상기 부력 모듈에 연결된 테더(tether); 및
    상기 테더에 동작가능하게 연결되고 상기 테더 및 상기 부력 모듈을 연장 및 수축 시키도록 구성된 모터;를 포함하되,
    상기 수중 환경 로봇 시스템의 부력 구성을 선택적으로 변경하는 단계로서,
    상기 부력 모듈 및 상기 수중 로봇 운송 수단이 부력으로 결합되는 상기 수중 환경 로봇 시스템의 상기 테더 및 부력 모듈을 연장시키는 단계;
    상기 수중 로봇 운송 수단이 음의 부력(negative buoyancy)을 갖도록 상기 부력 모듈을 부력으로 결합 해제시키는 단계;
    상기 테더 및 부력 모듈을 수축시키는 단계; 및
    상기 수중 로봇 운송 수단이 중립 부력(neutral buoyancy)을 가지는 것에 의하여 물을 통한 유영 동작(swimming operation)을 위한 상기 수중 로봇 운송 수단을 구성하도록 상기 부력 모듈을 부력으로 재결합시키는 단계를 포함하는, 상기 선택적으로 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 수중 환경 로봇 시스템을 배치하는 단계에 앞서 표면 보트에 있는 상기 부력 모듈을 포함하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 표면 보트는 상기 표면 보트가 결합 해제 상태에 있을 때 수면 표면상에서 기능을 수행하도록 구성되는, 방법.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 테더(tether)는 느슨한 상태가 되어 상기 부력 모듈이 상기 수중 로봇과 부력으로 결합 해제되는 상태에 있게 되는, 방법.
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