KR102584497B1 - 무인 예인장치 - Google Patents

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KR102584497B1
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Abstract

해양에 부유하는 해양구조물, 화물선 등과 같은 부유체 등을 무인으로 이동시킬 수 있는 무인 예인장치가 제공된다. 무인 예인장치는, 선체의 하부에 접하는 수평부와, 선체의 측부에 접하는 수직부를 포함하는 몸체부와, 몸체부의 저면에 결합되어 추진력을 발생시키는 추진부와, 몸체부에 설치되어 몸체부의 부력을 조절하는 부력조절부와, 몸체부에 설치되며 자력을 발생시켜 선체를 부착하는 적어도 하나의 자력 결합부와, 몸체부에 설치되며 무선통신으로 제어신호를 입력 받아 추진부의 방향을 제어하여 몸체부를 선체로 이동시키고, 부력조절부를 제어하여 몸체부가 잠수되는 수위를 조절하며, 자력 결합부의 자력을 제어하여 몸체부를 선체에 밀착 고정시키는 제어부를 포함한다.

Description

무인 예인장치{Unmanned towing apparatus}
본 발명은 무인 예인장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 해양에 부유하는 해양구조물, 화물선 등과 같은 부유체 등을 무인으로 이동시킬 수 있는 무인 예인장치에 관한 것이다.
선박은 적재용량이 크고 비용이 저렴하여 운송수단으로 널리 이동되고 있다. 이와 같은 대형화된 선박을 운송수단으로 사용할 경우, 항구에 마련된 부두 안벽에 정박시키는 접안 작업이 반드시 필요하다.
최근에는 운송의 경제성을 향상시키기 위하여 대형화된 선박을 이용하게 되는 경우가 많아 선박의 접안에 상당한 시간이 소요되는 경우가 많다. 또한, 육지로부터 멀어진 해상에 정박된 채로 화물을 선적 또는 하역하기 위한 이동항구의 개념이 가시화되면서 이동항구와 항만 사이의 화물 이송을 위한 선박의 접안이 중요시되고 있다.
이와 같은 접안 작업은 선박의 크기 및 규정에 맞는 예인선을 배정하고 수동으로 예인하는 방식을 사용하고 있다. 다시 말해, 다수의 예인선 간에는 예인선원 또는 작업자를 통하여 수동으로 위치, 방향, 속도 등에 대한 정보를 통신으로 교환하면서 선박에 대한 예인선의 정확한 위치와 배치양상을 조절하면서 작업해야 하기 때문에 작업시간이 오래 걸리고 사고의 위험도 높은 문제가 있었다. 따라서, 위와 같은 문제를 해결하기 위한 선박 예인장치를 필요로 하였다.
대한민국 등록특허 제10-1224909 호, (2013.01.16.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 해양에 부유하는 해양구조물, 화물선 등과 같은 부유체 등을 무인으로 이동시킬 수 있는 무인 예인장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 과제에 의한 무인 예인장치는, 선체의 하부에 접하는 수평부와, 상기 선체의 측부에 접하는 수직부를 포함하는 몸체부와, 상기 몸체부의 저면에 결합되어 추진력을 발생시키는 추진부와, 상기 몸체부에 설치되어 상기 몸체부의 부력을 조절하는 부력조절부와, 상기 몸체부에 설치되며 자력을 발생시켜 상기 선체를 부착하는 적어도 하나의 자력 결합부와, 상기 몸체부에 설치되며 무선통신으로 제어신호를 입력 받아 상기 추진부의 방향을 제어하여 상기 몸체부를 상기 선체로 이동시키고, 상기 부력조절부를 제어하여 상기 몸체부가 잠수되는 수위를 조절하며, 상기 자력 결합부의 자력을 제어하여 상기 몸체부를 상기 선체에 밀착 고정시키는 제어부를 포함한다.
상기 무인 예인장치는, 상기 몸체부로부터 상기 선체의 면을 따라 연장되는 적어도 하나의 지지부와, 상기 지지부에 설치되어 상기 선체와 상기 몸체부 사이를 완충하는 완충패드를 더 포함하되, 상기 자력 결합부는 상기 지지부와 상기 완충패드 사이에 개재될 수 있다.
상기 무인 예인장치는, 상기 몸체부 외측면에 복수 개가 이격 배치되는 롤러부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 무인 예인장치는, 다수의 예인선원 또는 작업자를 필요로 하지 않고 불필요한 통신 없이 선체를 무선으로 제어하고 부유식 해양 플랜트에 접안 시킬 수 있어 부유 사고 위험도를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 잠수 수위가 제어 가능하고 수중 이동이 가능하여 선체를 빠르고 안정적으로 이동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무인 예인장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 무인 예인장치가 선박에 설치된 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 무인 예인장치의 작동과정을 도시한 작동도이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 무인 예인장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 무인 예인장치(1)는 해양구조물 등과 같은 선체(T)를 무선으로 제어하여 부유식 해양 플랜트(P)에 접안시키기 위한 접안 장치이다. 본 발명의 무인 예인장치(1)는 예인선원 또는 작업자가 탑승하지 않고 무선으로 제어하여 선체(T)를 이동시킬 수 있으며, 부력조절부에 의해 잠수 수위가 제어 가능하여 수중에서 이동 가능한 특징이 있다. 무인 예인장치(1)는 잠수 이동하여 선체(T)의 외측면에 밀착배치되어 부유식 해양 플랜트(P)에 빠르게 수중 이동시킬 수 있으며, 접안 후 잠수 이동하여 선체(T)로부터 빠르게 분리될 수 있는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 도 1 내지 도 3을 참조하여 무인 예인장치(1)의 각 구성요소에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무인 예인장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 무인 예인장치가 선박에 설치된 사용상태를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 무인 예인장치(1)는 선체(T)의 하부에 접하는 수평부(12)와, 선체(T)의 측부에 접하는 수직부(11)를 포함하는 몸체부(10)와, 몸체부(10)의 저면에 결합되어 추진력을 발생시키는 추진부(20)와, 몸체부(10)에 설치되어 몸체부(10)의 부력을 조절하는 부력조절부와, 몸체부(10)에 설치되며 자력을 발생시켜 선체(T)를 부착하는 적어도 하나의 자력 결합부(30)와, 몸체부(10)에 설치되며 무선통신으로 제어신호를 입력 받아 추진부(20), 부력조절부(도시하지 않음) 및 자력 결합부(30)를 각각 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 포함한다. 본 발명에서의 선체(T)는 화물선, 시추선, 해양플랜트 등 해상에 부유하는 다양한 부유체 등을 포함할 수 있다.
몸체부(10)는 선체(T)를 지지하기 위한 구조체를 형성하는 것으로, 선체(T)의 하부에 접하는 수평부(12)와 선체(T)의 측부에 접하는 수직부(11)가 결합되어 형성된다. 몸체부(10)를 형성하는 수평부(12)와 수직부(11)는 막대바 형상으로 형성되어 양 끝단부가 서로 결합될 수 있다. 구체적으로, 수직부(11)는 선체(T)의 측면과 평행하고 바닥면과 수직한 y축 방향으로 연장형성되어 배치될 수 있다. 수평부(12)는 선체(T)의 하부와 평행하고 수직부(11)와 수직한 x축 방향으로 연장형성되어 배치될 수 있다. 수직부(11)의 하단부와 수평부(12)의 끝단부가 연결되어 몸체부(10)는 'ㄴ'자 형상으로 굴절 형성될 수 있다. 이와 같은 형상의 몸체부(10)는 수직부(11)와 수평부(12) 사이에 빈 공간이 형성되며, 빈 공간에 선체(T)가 배치된다. 몸체부(10)는 빈 공간에 선체(T)의 일부분이 배치되어 선체(T)의 하부와 측부를 지지할 수 있다. 특히, 몸체부(10)는 지지부(50)에 의해 선체(T)를 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.
지지부(50)는 몸체부(10)로부터 선체(T)의 면을 따라 연장되는 막대바로, 가늘고 긴 판자 형상으로 형성될 수 있다. 지지부(50)는 빈 공간으로 노출되는 몸체부(10)의 일측면에 적어도 하나 배치될 수 있으며, 구체적으로, 수직부(11)의 내측면과 수평부(12)의 상면에 고정 배치될 수 있다. 특히, 지지부(50)는 선체의 면을 따라 연장되는 z축 방향으로 몸체부(10)에 고정되어, 몸체부(10)가 선체(T)의 하부 및 측부와 접하는 면적을 넓혀 선체(T)를 안정적으로 지지할 수 있다. 한편, 지지부(50)는 도면에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)와 분리 형성되어 선체(T)와 밀착되는 몸체부(10)의 일측면에 형성되는 것을 예로 들어 설명하지만, 몸체부(10)와 일체로 형성될 수도 있으며, 몸체부(10)의 측면으로부터 연장 형성될 수 있는 등 선체(T)를 안정적으로 지지할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 수직부(11), 수평부(12) 및 지지부(50)가 결합되어 구조체를 형성하는 무인 예인장치(1)는 빈 공간에 배치되는 선체(T)와 밀착되되, 몸체부(10)에 설치되는 자력 결합부(30)에 의해 선체(T)와 더욱 밀착 배치될 수 있다.
자력 결합부(30)는 자력을 발생시켜 몸체부(10)와 선체(T)를 밀착 고정시키기 위한 것으로, 전자석으로 이루어져 몸체부(10)에 설치된다. 자력 결합부(30)는 선체(T)와 지지부(50) 사이의 개재되며 지지부(50)의 일측면에 고정배치될 수 있다. 자력 결합부(30)는 한 쌍이 지지부(50)의 양단부에 각각 배치될 수 있으며, 복수 개의 지지부(50)에 각각 배치되어 몸체부(10)와 선체(T)의 고정력을 강화할 수 있다. 특히, 자력 결합부(30)는 얇은 판상의 형태로 형성되고 넓은 면적을 가지는 면이 선체(T)에 밀착되어 지지부(50) 및 몸체부(10)와 선체(T)의 고정력을 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 선체(T)와 지지부(50) 사이에는 선체와 몸체부(10)를 완충하는 완충패드(40)가 개재될 수 있다.
완충패드(40)는 몸체부(10)가 선체(T)에 자력에 의해 고정되면서 발생하는 충격을 완충시키기 위한 것으로, 선체(T)와 자력 결합부(30) 사이에 배치되고 자력 결합부(30)에 고정될 수 있다. 완충패드(40)는 충격을 흡수할 수 있는 재질로 형성되고, 자력 결합부(30)와 동일한 형상 및 크기로 형성되어 선체(T)로 노출된 자력 결합부(30)의 일측면에 고정 배치될 수 있다. 완충패드(40)는 도면에 도시된 바와 같이, 자력 결합부(30)와 마찬가지로 넓은 면적을 가지는 판상으로 형성되는 것을 예로 들어 설명하지만, 반드시 이에 한정될 필요는 없으며, 몸체부(10) 및 지지부(50)와 선체(T)가 접하면서 발생하는 충격을 흡수할 수 있는 다양한 재질 및 형상으로 형성될 수 있다. 아울러, 완충패드(40)와 자력 결합부(30)는 반드시 지지부(50)에 형성될 필요는 없으며 몸체부(10)의 일부에 형성될 수도 있다.
이와 같이 형성되는 몸체부(10)는 추진부(20)에 의해 선체(T)로 이동하여 선체(T)의 외측면에 밀착될 수 있다.
추진부(20)는 몸체부(10)의 추진력을 발생시키는 것으로, 몸체부(10)의 저면에 결합될 수 있다. 추진부(20)는 몸체부(10)의 하부 중앙에 배치될 수 있으며, 복수 개가 몸체부(10)의 하면에 이격 배치될 수도 있다. 추진부(20)는 추진력을 발생시킬 수 있는 다양한 종류의 추진기를 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 아지무스 스러스터로 형성되는 것을 예로 들어 설명하도록 한다.
한편, 무인 예인장치(1)는 몸체부(10)에 제어부가 설치된다.
제어부(도시하지 않음)는 무인 예인장치(1)를 무선으로 제어하기 위한 제어장치로, 몸체부(10)에 설치된다. 제어부는 몸체부(10)의 내부에 설치되어 무선통신으로 제어신호를 입력받아 추진부(20) 및 자력 결합부(30)를 각각 제어하여 무인 예인장치(1)가 조종될 수 있다. 무인 예인장치(1)는 제어부가 무선으로 입력 받는 제어신호에 의해 위치 값이 측정될 수 있으며, 위치 값이 측정되고 추진부(20)의 방향을 제어하여 몸체부(10)를 선체(T)를 향하여 이동시킬 수 있다. 또한, 제어부는 자력 결합부(30)의 자력을 제어하여 몸체부(10)를 선체(T)에 밀착 고정시킬 수 있으며, 추후에 추진부(20)를 제어하여 선체(T)를 이동시킬 수 있다. 이와 같은 무인 예인장치(1)의 작동과정과 관련하여 추후에 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 제어부는 무선통신으로 추진부(20)와 자력 결합부(30) 뿐만 아니라 부력조절부를 제어하여 몸체부(10)가 잠수되는 수위를 조절할 수 있다.
부력조절부는 몸체부(10)의 수위를 조절하기 위한 것으로, 일종의 워터 밸러스트 탱크(WBT)를 예로 들 수 있다. 부력조절부는 몸체부(10)의 적어도 일부에 형성되어 몸체부(10)의 수위를 조절하면서 몸체부(10)가 잠수되는 수위를 조절할 수 있다. 이에, 본 발명의 무인 예인장치(1)는 해수면에 부유하여 이동하거나 수중에서 이동 가능하여 선체(T)를 신속하고 안정적으로 이동시킬 수 있다.
무인 예인장치(1)는 제어부에서 무선으로 입력 받는 제어신호에 의해 선체(T)에 밀착되어 이동할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 무인 예인장치(1)는 복수 개가 선체(T)의 외주면에 밀착 고정되어 선체(T)를 이동시켜 부유식 해양 플랜트(P)에 접안 시킬 수 있다..
롤러부(60)는 도면에 도시된 바와 같이, 무인 예인장치(1)가 부유식 해양 플랜트(P)와 선체(T) 사이에 개재되었을 때, 부유식 해양 플랜트(P)와 선체(T)로부터 용이하게 분리되기 위한 것으로, 몸체부(10)의 외주면에 복수 개가 배치된다. 롤러부(60)는 원통형 형상으로 형성되어 몸체부(10)의 외주면에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 롤러부(60)는 몸체부(10)가 선체(T)와 밀착되는 면이 아닌, 이와 대향되는 외측면에 복수 개가 수직방향으로 이격배치될 수 있다. 롤러부(60)는 도 3에 도시된 바와 같이 무인 예인장치(1)가 선체(T)를 부유식 해양 플랜트(P)에 접안시키고 선체(T)와 부유식 해양 플랜트(P) 사이에 개재되어 있을 경우, 부유식 해양 플랜트(P)의 벽면을 타고 미끄럼 이동하고 수중 이동하여 선체(T)로부터 이탈될 수 있다. 이와 관련하여는 작동과정에서 구체적으로 설명하도록 한다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 무인 예인장치의 작동과정에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4 내지 도 6은 무인 예인장치의 작동과정을 도시한 작동도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 도 4의 (a)는 무인 예인장치(1)가 선체(T)에 접근하는 도면을 도시하고 있으며, 도 4의 (b)는 선체(T)에 인접하게 배치된 무인 예인장치(1)가 선체(T)의 외측면에 밀착되는 도면을 도시하고 있다. 먼저 도 4의 (a)를 참조하면, 선체(T)를 부유식 해양 플랜트(P)에 접안시키기 위해, 무인 예인장치(1)와 선체(T)의 위치 값을 측정하여 상대위치를 계산한다. 제어부는 원격제어기(도시하지 않음)로부터 무선통신으로 위치정보를 입력 받고, 추진부(20)를 제어하여 선체(T)의 위치로 이동한다. 몸체부(10)는 제어부에 의해 선체(T)와 인접하게 이동하고, 수평부(12) 및 수직부(11)가 선체(T)의 하부 및 측부와 각각 인접하게 위치할 수 있다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)는 수평부(12) 및 수직부(11)가 선체(T)의 하부 및 측부와 인접하게 배치되어 있는 상태에서 제어부가 자력 결합부(30)를 제어하여 몸체부(10)와 선체(T)는 밀착 배치될 수 있다. 이때, 몸체부(10)가 자력 결합부(30)의 자력에 의해 선체(T)의 외측면에 밀착되면서 충격이 발생할 수 있으나, 자력 결합부(30)와 선체(T) 사이에 개재되는 완충패드(40)가 충격을 흡수하고 최소화할 수 있다. 한편, 도 4에서는 하나의 무인 예인장치(1)가 선체(T)의 일측면에 결합된 도면을 도시하였지만, 앞서 도시된 도 3에서와 같이 다수 개의 무인 예인장치(1)가 선체(T)의 외측면에 결합될 수 있다. 다수 개의 무인 예인장치(1)가 선체(T)의 외측면에 밀착 배치되고, 무선통신으로 제어신호를 입력 받아 이동하여 선체(T)는 부유식 해양 플랜트(P)에 접안될 수 있다. 이때, 무인 예인장치(1)는 부력조절부가 몸체부(10)의 부력을 조절하여 반 잠수된 상태나 수중에 잠긴 상태에서 선체(T)를 이동시킬 수 있다. 본 발명의 무인 예인장치(1)는 반 잠수된 상태나 수중에 잠긴 상태에서 선체(T)를 이동할 수 있어 파도나 바람의 영향을 받지 않고 선체(T)를 이동시킬 수 있으며, 추진력이 뛰어나 신속하게 이동시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 선체(T)가 무인 예인장치(1)에 의해 부유식 해양 플랜트(P)에 접안된 도면을 도시하고 있다. 선체(T)가 무인 예인장치(1)에 의해 부유식 해양 플랜트(P)에 접안되면 무어링 라인을 체결하여 부유식 해양 플랜트(P)에 완전하게 고정될 수 있다.
계속해서, 도 6을 참조하면, 선체(T)가 부유식 해양 플랜트(P)에 완전하게 정박된 후에 무인 예인장치(1)가 선체(T)로부터 분리되는 도면을 도시하고 있다. 선체(T)가 부유식 해양 플랜트(P)에 안정적으로 정박된 후에, 무인 예인장치(1)는 도면에 도시된 것 같이 이동할 수 있다. 도 6은 무인 예인장치(1)의 롤러부(60)가 부유식 해양 플랜트(P)의 일측면을 타고 수직 이동하여 수중에서 이동하는 도면을 도시하고 있다.
무인 예인장치(1)는 선체(T)가 정박된 후에, 제어부가 제어신호를 입력 받아 자력 결합부(30)가 선체(T)로부터 분리될 수 있다. 선체(T)에 고정된 자력 결합부(30)가 선체(T)로부터 분리되면, 복수 개의 롤러부(60)가 부유식 해양 플랜트(P)의 일측면을 타고 수직방향으로 이동하여 선체(T)로부터 분리될 수 있다. 무인 예인장치(1)는 부유식 해양 플랜트(P)와 접하는 일측면에 롤러부(60)를 형성하여, 부유식 해양 플랜트(P)와 선체(T)로부터 분리될 때 마찰력과 충격이 발생하는 것을 방지하면서 분리될 수 있다. 부유식 해양 플랜트(P)와 선체(T)로부터 분리되어 수중에 잠긴 무인 예인장치(1)는 수중에서 잠수 이동하여 위치가 이동될 수 있으며, 도킹 스테이션으로 이동하여 정박할 수 있다. 무인 예인장치(1)는 도킹 스테이션에 정박한 후에 베터리가 충전될 수 있으며, 이에 무선으로 제어하여 연속적으로 사용될 수 있다.
1: 무인 예인장치 10: 몸체부
11: 수직부 12: 수평부
20: 추진부 30: 자력 결합부
40: 완충패드 50: 지지부
60: 롤러부

Claims (3)

  1. 선체의 하부에 접하는 수평부와, 상기 수평부의 끝단부에 결합되어 상기 선체의 측부에 접하는 수직부를 포함하여 'ㄴ'자 형상으로 굴절 형성된 몸체부;
    상기 몸체부의 저면에 결합되어 추진력을 발생시키는 추진부;
    상기 몸체부에 설치되어 상기 몸체부의 부력을 조절하는 부력조절부;
    상기 몸체부에 설치되며 자력을 발생시켜 상기 선체를 부착하는 적어도 하나의 자력 결합부;
    상기 몸체부에 설치되며 무선통신으로 제어신호를 입력 받아 상기 추진부의 방향을 제어하여 상기 몸체부를 상기 선체로 이동시키고, 상기 부력조절부를 제어하여 상기 몸체부가 잠수되는 수위를 조절하며, 상기 자력 결합부의 자력을 제어하여 상기 몸체부를 상기 선체에 밀착 고정시키는 제어부;
    상기 몸체부로부터 상기 선체의 면을 따라 연장되는 적어도 하나의 지지부, 및
    상기 지지부에 설치되어 상기 선체와 상기 몸체부 사이를 완충하는 완충패드를 포함하되,
    상기 지지부는 복수 개가 상기 수직부의 내측면과 상기 수평부의 상면에 각각 고정 배치되고,
    상기 자력결합부는 쌍을 이루어 각각의 상기 지지부 양단에 배치되되 상기 지지부와 상기 완충패드 사이에 개재되는 무인 예인장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부 외측면에 복수 개가 이격 배치되는 롤러부를 더 포함하는 무인 예인장치.
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