KR102328877B1 - 수중 드론용 엄빌리컬 케이블 - Google Patents

수중 드론용 엄빌리컬 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중 드론용 엄빌리컬 케이블을 개시한다. 구체적으로 지상의 전력공급부와 수중 드론을 연결하여 전력을 공급하는 전력케이블; 지상의 통신제어부와 수중 드론을 연결하여 데이터를 통신하는 테더케이블; 지상의 컴프레서와 수중 드론을 연결하여 공기를 공급하는 공압호스; 상기 전력케이블과 테더케이블 및 공압호스를 둘러싸는 망사튜브; 및 상기 망사튜브의 외주에 결합되어 중성부력을 유지하고 상기 전력케이블, 테더케이블 및 공압호스를 보호하는 복수개의 부력체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 드론용 엄빌리컬 케이블{Umbilical cable for underwater drone}
본 발명은 엄빌리컬 케이블에 관한 것으로, 상세하게는 수중에서 운용하는 드론에 전력을 공급하고, 데이터를 송수신하며, 공압을 공급할 수 있는 수중 드론용 엄빌리컬 케이블에 관한 것이다.
엄빌리컬 케이블은 해양플랜트공학에 사용되는 복합케이블로 정의되며, 해양플랜트, 에너지 탐사 및 시추용, 무인잠수정용 등으로 사용된다.
예를 들어, 엄빌리컬 케이블은 모선과 수중해양장비 사이에 연결되어 수중해양장비로 전원 및 유압을 공급하거나 모선과 수중해양장비 사이의 통신선로 기능을 수행한다. 특히 엄빌리컬 케이블을 통해 동적 움직임이 많은 무인잠수정을 운용하는 경우 엄빌리컬 케이블의 엉킴 현상이 빈번하게 발생하고 이로 인해 엄빌리컬 케이블을 통한 통신의 불량 또는 엄빌리컬 케이블의 손상 문제가 발생할 가능성이 높다.
최근 수면 위에 부양되거나 수중에서 운행하는 드론을 수상 드론 또는 수중 드론이라고 한다.
그런데 수중드론에 소나를 장착하여 해저, 수중표면이나 지형을 측량하거나 탐색하게 된다.
특히, 수중드론은 원자력발전소에서 수중 구조물이나 수중표면을 측정하기도 하고 댐, 둑, 항구, 보와 같은 구조물의 상태나 해저 환경을 모니터링하는 것과 같이 다목적으로 사용되고 있다.
이와 같이 수중 드론을 사용하는 경우 전력을 상시 공급하여 장시간 작업을 수행해야 하므로 전력공급을 위해 전력케이블이 필요하다.
그리고 수중 드론을 제어하기 위해 제어신호를 송신하거나 수중 드론에서 촬영한 영상을 데이터로 수신하기 위해 통신케이블(테더케이블)이 필요하게 된다.
또 수중 드론 기체의 안정적인 운행과 기체 내부의 방수를 위해 수심별로 수압과 기체 내부압을 동일하게 조절함으로써 수분이 기체 내부로 유입되는 것을 차단해야 하는데, 수심별로 수중 드론에 압축공기를 공급할 수 있는 공압호스도 구비되어야 한다.
종래 이러한 전력케이블, 테더케이블 및 공압호스는 모두 수중 드론과 별개로 연결되어 서로 꼬임 현상이 발생하고 서로 마찰되면서 마모가 일어나는 문제가 발생했다.
대한민국 공개특허 10-2015-0101757(2015.09.04.) "해저자원 채굴선의 작업을 위한 수중 로봇의 케이블 엉킴 방지 장치" 대한민국 공개특허 10-2016-0088782(2016.7.26.) "심해용 엄비리컬 케이블" 대한민국 등록실용신안 20-0207433(2000.10.9.) "무인잠수정 동력케이블"
이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수중 드론에 전력을 공급하는 전력케이블과 데이터를 송수신하는 테더케이블 및 공압을 주입하는 공압호스가 하나의 케이블로 일체화된 수중 드론용 엄빌리컬 케이블을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전력케이블에서 발생되는 전자기장이 테더케이블에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 구조의 수중 드론용 엄빌리컬 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전력케이블이나 테더케이블에서 발생하는 열을 냉각할 수 있는 구종의 수중 드론용 엄빌리컬 케이블을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수중 드론용 엄빌리컬 케이블은, 엄빌리컬 케이블(100), 수중 드론(200), 직류를 수중 드론(200)에 공급하는 전력공급부(300), 수중 드론(200)과 각종 데이터를 송수신하는 통신제어부(400), 및 수중 드론(200)에 압축공기를 공급하는 컴프레서(500)를 포함하는 수중 드론용 엄빌리컬 케이블에 있어서, 지상의 전력공급부(300)와 수중 드론(200)을 연결하여 직류를 공급하도록 + 케이블과 - 케이블로 구성되는 전력케이블(110); 지상의 통신제어부(300)와 수중 드론(200)을 연결하여 데이터를 통신하는 테더케이블(120); 지상의 컴프레서(500)와 수중 드론(200)을 연결하여 공기를 공급하는 공압호스(130); 상기 전력케이블(110)과 테더케이블(120) 및 공압호스(130)를 망사튜브(140) 내부에 모두 수용하고 둘러싸는 망사튜브(140); 상기 망사튜브(140)의 외주에 결합되어 중성부력을 유지하고 상기 전력케이블(110), 테더케이블(120) 및 공압호스(130)를 보호하는 복수개의 부력체(150);를 포함하여 이루어지며, 상기 테더케이블(120)의 외주에는 상기 전력케이블(110)에서 발생하는 전자기장 노이즈를 차폐하도록, 상기 테더케이블(120)은 실리콘 재질의 쉴드(122)로 감싸지고, 상기 테더케이블(120) 묶음 전체는 알루미늄 재질의 박판인 하나의 차폐막(121)에 의해 둘러싸여 차폐된 구조를 가지고, 상기 공압호스(130)는, 플렉시블(flexible) 재질로 이루어지고, 정밀압력조절기(미도시)가 부착되어 정해진 압력의 공기를 수중 드론(200)에 주입하는 컴프레서(500)로부터 수중 드론(200)으로 압축공기를 주입하거나 제거하여 수중 드론(200) 내부의 압력을 조절하고, 상기 망사튜브(140)는, 절연재질이고 망(net) 구조로 이루어지고, 상기 부력체(150)는 원통형이고 중앙에 상기 망사튜브(140)가 관통 및 삽입되는 홀이 형성되고, 상기 부력체(150)는 부력을 제공할 수 있도록 합성수지를 사용하고, 상기 전력케이블(110), 테더케이블(120), 공압호스(130)의 단위 길이당 중량을 고려하여 상기 부력체(150)의 크기와 부피를 설계하고, 상기 부력체(150)의 형상은 유선형이고, 상기 부력체(150)는 복수개가 분할되어 각각 상기 망사튜브(140)에 끼우는 방식으로 장착되고, 상기 망사튜브(140)를 통해 해수 또는 강물이 유입되고, 유입된 해수 또는 강물은 상기 전력케이블(110) 또는 상기 테더케이블(120)을 식혀주며, 상기 통신제어부(300)는 수심에 따라 주입해야할 공기의 압력이 세팅되어 있어서, 수중 드론(200)의 수심에 따라 자동으로 압축공기가 주입되거나 제거되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
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이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 종래 전력케이블, 테더케이블, 공압호스가 각각 수중 드론과 별개로 연결되지 않고 망사튜브에 의해 하나로 케이블로 형성되므로 서로 꼬이거나 마찰로 인해 마모되는 문제가 거의 없다.
그리고 전력케이블에서 발생하는 전자기장이 차폐층에 의해 차단되므로 데이터 손실이나 왜곡을 방지할 수 있다.
또 망사튜브의 구조로 인해 물이 유입되어 열이 발생하는 케이블을 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 사용되는 전체적인 시스템의 구조도
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 수중 드론용 엄빌리컬 케이블의 구조를 나타내는 측면도
도 3은 도 2에 도시된 AA 단면도
이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명이 사용되는 전체적인 시스템의 구조도이다.
본 발명은 수중 드론용 엄빌리컬 케이블에 관한 것으로서, 수중 드론을 수중에서 운용할 때 지상 또는 해상구조물로부터 수중 드론으로 전력을 공급하고, 동시에 수중 드론을 제어하기 위해 제어신호를 송신하거나 수중 드론에서 촬영한 영상 데이터를 수신하며, 수중 드론 내부에 압축공기를 공급하여 방수를 유지하기 위해 사용된다.
도시된 바를 참조하면, 지상이나 해상구조물에 전력공급부(300), 통신제어부(400) 및 컴프레서(500)가 설치된다. 그리고 수면 또는 수중에 수중 드론(200)이 이동하고 수중 드론(200)과 전력공급부(300), 통신제어부(400) 및 컴프레서(500)는 엄빌리컬 케이블(100)로 연결된다.
상기 전력공급부(300)는 직류를 수중 드론에 공급하고, 상기 통신제어부(400)는 수중 드론(200)과 각종 데이터를 송수신하며, 상기 컴프레서(500)는 수중 드론(200)에 압축공기를 공급한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 따른 수중 드론용 엄빌리컬 케이블의 구조를 나타내는 측면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 AA 단면도이다.
본 발명은 크게, 전력케이블(110), 테더케이블(120), 공압호스(130), 망사튜브(140), 부력체(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전력케이블(110)은 상기 전력공급부(300)와 수중 드론(200)을 전기적으로 연결하는 것으로서, 상기 전력공급부(300)에서 제공하는 전력을 상기 수중 드론(200)에게 공급하여 수중 드론(200)을 작동한다.
상기 전력케이블(110)은 직류를 공급하도록 + 케이블과 - 케이블로 구성될 수 있다. 이러한 전력케이블(110)은 복수개가 구비되어 수중 드론(200)의 각 장치에 전원을 인가할 수 있다.
상기 전력케이블(110)은 350 ~ 3000W까지 가용 가능하고 사양에 따라 굵기가 달라질 수 있다.
다음으로 상기 테더케이블(120)은 상기 통신제어부(400)와 수중 드론(200)을 연결하는 것으로서, 상기 통신제어부(400)와 수중 드론(200) 사이에 신호나 데이터를 송수신한다.
상기 테더케이블(120)은 데이터나 전기적인 신호를 송수신할 수 있는 모든 종류가 사용될 수 있으나, 중성부력을 가진 UTP 타입의 LAN 통신선을 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 테더케이블(120)을 통해 상기 통신제어부(400)에서 오퍼레이터가 내린 명령을 수중 드론의 통신보드에 입력시킬 수 있다. 또한, 수중 드론(200)에 장착된 카메라 영상데이터를 실시간으로 수신할 수 있다.
상기 테더케이블(120)은 하나 이상 구비될 수 있으며, 각각은 실리콘 재질의 쉴드(122)로 감싸질 수 있다.
그리고 상기 테더케이블(120) 묶음 전체는 하나의 차폐막(121)에 의해 둘러싸여 차폐된 구조를 가질 수 있다.
상기 차폐막(121)은 상기 전력케이블(110)에서 발생하는 전자기장이나 전기적 노이즈가 상기 테더케이블(120)의 데이터 전송 성능을 방해하는 것을 차단하기 위해 구비된다.
이때, 상기 차폐막(121)은 알루미늄 재질의 박판으로 이루어질 수 있다.
즉, 은박지와 같은 것으로 상기 테더케이블(120) 전체를 감쌀 수 있다.
다음으로 본 발명의 기술적 특징인 공압호스(130)에 대해 설명한다.
상기 공압호스(130)는 상기 컴프레서(500)와 수중 드론(200)을 연결하여 상기 컴프레서(500)로부터 수중 드론(200)으로 압축공기를 주입하거나 제거하여 수중 드론(200) 내부의 압력을 조절한다.
상기 공압호스(130)는 플렉시블(flexible)한 재질로 이루어지질 수 있으며, 비금속 재질이 적합하다.
상기 컴프레서(500)에는 정밀압력조절기(미도시)가 부착되어 정해진 압력의 공기를 수중 드론(200)에 주입할 수 있다.
상기 수중 드론(200) 내부에 주입된 압축공기는 수압과 동일하게 제어되므로 수분이 수중 드론(200) 내부에 유입되는 것을 방지한다.
수심에 따라 기압이 비례적으로 높아지므로 수심에 따라 주입해야할 공기의 압력이 세팅되어 수중 드론(200)의 수심에 따라 자동으로 압축공기가 주입되거나 제거되도록 제어할 수 있다.
종래에는 수중 드론(200) 내에 일정한 공기압을 주입한 상태로 수중에서 작동하기 때문에 일정 수심 이하에서 운용할 수 없었다. 그러나 본 발명에서 공압호스(130)를 통해 공기압을 제어할 수 있으므로 필요한 수심까지 하강하여 운용이 가능하다.
다음으로 상기 망사튜브(140)는 상기 전력케이블(110)과 테더케이블(120) 및 공압호스(130)를 모두 하나의 케이블로 뭉쳐 케이블 형상을 유지하고 보호하기 위한 구성이다.
즉, 상기 망사튜브(140)의 내부에 복수개의 상기 전력케이블(110), 테더케이블(120) 및 공압호스(130)가 모두 수용된다.
이때, 상기 망사튜브(140)는 절연재질로 이루어지고 내부의 케이블() 및 공압호스(130)를 외부의 충격으로부터 보호한다.
상기 망사튜브(140)는 망(net)으로 이루어지되, 케이블이나 공압호스와 결합되는 것이 아니라 단지 감싸도록 구비된다.
따라서, 상기 망사튜브(140)로 인해 각 케이블과 공압호스의 엉김이나 꼬임을 방지할 수 있고, 지속적인 벤딩으로 인한 피로 파괴를 방지할 수도 있다.
중요한 것은, 상기 망사튜브(140)를 통해 물이 유입될 수 있다. 유입된 해수나 강물은 상기 전력케이블(110)이나 테더케이블(120)이 가열되는 것을 식혀주는 냉각수 역할도 하게 된다.
다음으로 부력체(150)에 대해 설명하고자 한다.
상기 부력체(150)는 상기 망사튜브(140)의 외주에 결합되어 케이블 전체에 중성부력을 제공한다.
일반적으로 전력케이블(110)은 음성부력을 가지므로 가라앉게 된다. 케이블이 가라앉은 상태에서 장시간 사용하게 되면 수중 드론(200)의 제어가 곤란해지고, 다른 케이블과 꼬임현상이 발생할 수 있다.
이러한 것을 방지하기 위해 전체 케이블이 부유하거나 일정한 수심을 유지하도록 중성부력을 가지게 하기 위해 부력체(150)를 부착할 필요가 있다.
상기 부력체(150)는 원통형이고 중앙에 상기 망사튜브(140)가 관통, 삽입될 수 있는 홀이 형성된다.
그리고 상기 부력체(150)는 부력을 제공할 수 있도록 합성수지와 같이 적절한 재질을 사용할 수 있고, 상기 전력케이블(110), 테더케이블(120), 공압호스(130)의 단위 길이당 중량을 고려하여 상기 부력체(150)의 크기와 부피도 설계되어야 한다.
즉, 상기 부력체(150)는 수중에서 양성부력이며, 이러한 부력체(150)의 양성부력이 전력케이블(110)의 음성부력과 상쇄되면서 중성부력을 유지한다.
그리고 상기 부력체(150)의 형상은 수중에서의 조류 등을 감안하여 최대한 유선형으로 결정될 수 있다.
상기 부력체(150)는 복수개가 분할되어 각각 상기 망사튜브(140)에 끼우는 방식으로 장착될 수 있다.
상기 부력체(150)는 부력기능과 더불어 외부의 압력이나 충격으로부터 케이블 및 공압호스(130)를 보호할 수도 있게 된다.
이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 엄빌리컬 케이블
110 : 전력케이블
120 : 테더케이블
121 : 차폐층 122 : 쉴드
130 : 공압호스
140 : 망사튜브
150 : 부력체
200 : 수중 드론 300 : 전력공급부
400 : 통신제어부 500 : 컴프레서

Claims (3)

  1. 엄빌리컬 케이블(100), 수중 드론(200), 직류를 수중 드론(200)에 공급하는 전력공급부(300), 수중 드론(200)과 각종 데이터를 송수신하는 통신제어부(400), 및 수중 드론(200)에 압축공기를 공급하는 컴프레서(500)를 포함하는 수중 드론용 엄빌리컬 케이블에 있어서,
    지상의 전력공급부(300)와 수중 드론(200)을 연결하여 직류를 공급하도록 + 케이블과 - 케이블로 구성되는 전력케이블(110);
    지상의 통신제어부(300)와 수중 드론(200)을 연결하여 데이터를 통신하는 테더케이블(120);
    지상의 컴프레서(500)와 수중 드론(200)을 연결하여 공기를 공급하는 공압호스(130);
    상기 전력케이블(110)과 테더케이블(120) 및 공압호스(130)를 망사튜브(140) 내부에 모두 수용하고 둘러싸는 망사튜브(140);
    상기 망사튜브(140)의 외주에 결합되어 중성부력을 유지하고 상기 전력케이블(110), 테더케이블(120) 및 공압호스(130)를 보호하는 복수개의 부력체(150);를 포함하여 이루어지며,
    상기 테더케이블(120)의 외주에는 상기 전력케이블(110)에서 발생하는 전자기장 노이즈를 차폐하도록, 상기 테더케이블(120)은 실리콘 재질의 쉴드(122)로 감싸지고, 상기 테더케이블(120) 묶음 전체는 알루미늄 재질의 박판인 하나의 차폐막(121)에 의해 둘러싸여 차폐된 구조를 가지고,
    상기 공압호스(130)는, 플렉시블(flexible) 재질로 이루어지고, 정밀압력조절기(미도시)가 부착되어 정해진 압력의 공기를 수중 드론(200)에 주입하는 컴프레서(500)로부터 수중 드론(200)으로 압축공기를 주입하거나 제거하여 수중 드론(200) 내부의 압력을 조절하고,
    상기 망사튜브(140)는, 절연재질이고 망(net) 구조로 이루어지고,
    상기 부력체(150)는 원통형이고 중앙에 상기 망사튜브(140)가 관통 및 삽입되는 홀이 형성되고, 상기 부력체(150)는 부력을 제공할 수 있도록 합성수지를 사용하고, 상기 전력케이블(110), 테더케이블(120), 공압호스(130)의 단위 길이당 중량을 고려하여 상기 부력체(150)의 크기와 부피를 설계하고, 상기 부력체(150)의 형상은 유선형이고, 상기 부력체(150)는 복수개가 분할되어 각각 상기 망사튜브(140)에 끼우는 방식으로 장착되고,
    상기 망사튜브(140)를 통해 해수 또는 강물이 유입되고, 유입된 해수 또는 강물은 상기 전력케이블(110) 또는 상기 테더케이블(120)을 식혀주며,
    상기 통신제어부(300)는 수심에 따라 주입해야할 공기의 압력이 세팅되어 있어서, 수중 드론(200)의 수심에 따라 자동으로 압축공기가 주입되거나 제거되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수중 드론용 엄빌리컬 케이블.
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