KR102649249B1 - 수중 오염물 제거 드론 시스템 - Google Patents

수중 오염물 제거 드론 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중 오염물 제거 드론 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중에서 사용되는 수중드론의 추진력을 외부의 흡입력에 대응하도록 함으로써 해저면과 수중드론 사이의 거리를 일정하게 유지하며 해저면의 슬러지를 외부로 토출하는 수중 오염물 제거 드론 시스템에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수중 오염물 제거 드론 시스템은 수중에서 조향과 주행을 위한 추진력을 발생하는 추진부(11)와, 상면 일측을 수직으로 관통하는 흡입홀(12)이 구비되는 수중드론부(10); 상기 수중드론부(10)에 연결되어 전기적 신호를 전달하는 케이블과, 상기 흡입홀(12)에 연결되어 오염물질을 포함하는 유체의 유로를 형성하는 흡입호스가 구비되는 연결부(20); 및 해수면에 부유하는 부이(35) 상면에 안착되며, 상기 케이블과 전기적으로 연결되어 수중드론부(10)의 동작을 제어하는 드론조종부(31)와, 상기 흡입호스에 제공되는 흡입력을 제어하는 진공펌프부(32)가 구비되는 제어부(30);를 포함한다.

Description

수중 오염물 제거 드론 시스템 {Underwater Decontamination Drone System}
본 발명은 수중 오염물 제거 드론 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중에서 사용되는 수중드론의 추진력을 외부의 흡입력에 대응하도록 함으로써 해저면과 수중드론 사이의 거리를 일정하게 유지하며 해저면의 슬러지를 외부로 토출하는 수중 오염물 제거 드론 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 양식장은 일정한 면적으로 둘러싸인 해수면 등에 어업에 필요한 시설을 설치하고 어류, 패류, 해조류 등의 수산물을 양식하는 곳을 말한다.
여기서, 양식장의 해저는 어류의 배설물이나 먹이 등이 해저면에 가라앉아 부패하여 해저가 오염되었으며, 오염된 해양은 양식장의 생산량을 저감시키고, 여름철 병균에 대한 집단 폐사 위험이 있었으므로 수질관리가 중요한 문제로 대두되었다.
이때, 수중의 쓰레기를 치우는 방법으로 잠수부가 직접 석션으로 슬러지를 청소하는 방법이 있었으나 양식장의 면적이 넓어 인력으로 처리하는데 한계가 있었다.
이에 따라, 대한민국 등록특허 제10-1789259호‘수중드론’은 수중드론을 통하여 오염물질을 흡입하고 정화하는 것에 관한 기술을 도시한 바 있으나, 슬러지를 저장할 수 있는 공간이 한정적이었으므로 한번에 처리할 수 있는 슬러지의 양이 한정적이었다.
대한민국 등록특허 제10-1789259호 (2017.10.17.)
본 발명의 목적은 수중드론이 수중의 오염물질을 흡입하는 과정에서 흔들리지 않도록 균형을 유지하는 수중 오염물 제거 드론 시스템을 제공하는 것이다.
그리고, 해저면과 수중드론 사이의 거리를 일정하게 유지하여 해저면 청소의 효율을 향상하는 것이다.
또한, 오염물질에 가해지는 흡입력을 외부에서 발생시킴으로써 수중드론의 부하를 저감하고, 연속적으로 작업 할 수 있는 수중 오염물 제거 드론 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수중 오염물 제거 드론 시스템은 수중에서 조향과 주행을 위한 추진력을 발생하는 추진부(11)와, 상면 일측을 수직으로 관통하는 흡입홀(12)이 구비되는 수중드론부(10); 상기 수중드론부(10)에 연결되어 전기적 신호를 전달하는 케이블과, 상기 흡입홀(12)에 연결되어 오염물질을 포함하는 유체의 유로를 형성하는 흡입호스가 구비되는 연결부(20); 및 해수면에 부유하는 부이(35) 상면에 안착되며, 상기 케이블과 전기적으로 연결되어 수중드론부(10)의 동작을 제어하는 드론조종부(31)와, 상기 흡입호스에 제공되는 흡입력을 제어하는 진공펌프부(32)가 구비되는 제어부(30);를 포함한다.
그리고, 상기 수중드론부(10)는, 평면좌표를 측정하는 GPS모듈(14)을 포함하며, 상기 제어부(30)는, 상기 연결부(20)의 길이와 각도를 측정하는 위치측정부(33)를 포함하여 상기 수중드론부(10)의 위치를 측정하는 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 제어부(30)는, 상기 수중드론부(10)의 경로를 설정하며, 상기 경로와 상기 평면좌표를 비교하는 경로설정부(34)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더하여, 수중드론부(10)는, 상기 수중드론부(10)의 기울기를 측정하는 기울기센서(15)를 구비하며, 상기 드론조종부(31)는 측정된 상기 기울기를 보정하여 상기 수중드론부(10)가 일방향을 유지할 수 있도록 상기 추진부(11)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 수중드론부(10)는, 전방에 상기 수중드론부(10)의 주변환경을 촬영하는 촬영부(16)와, 하부에 상기 흡입홀(12)의 흡입 상태를 촬영하는 하부촬영부(16a)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 수중드론부(10)는, 상기 촬영부(16)와 하부촬영부(16a)의 인접한 위치에 조명부(13)를 구비하여 시야를 확보하는 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 수중드론부(10)는, 하부에 해저면과의 거리를 측정하는 거리측정센서(17)가 구비되며, 상기 드론조종부(31)는 측정된 상기 거리에 대응하여 상기 수중드론부(10)와 상기 해저면의 거리를 소정의 간격으로 유지하도록 상기 추진부(11)를 제어하는 것을특징으로 한다.
더하여, 상기 수중드론부(10)는, 주변의 장애물을 스캐닝하는 소나센서(19)를 구비하여 충돌에 의한 사고를 예방하는 것을 특징으로 한다.
수중드론이 수중의 오염물질을 흡입하는 과정에서 흔들리지 않도록 균형을 유지하는 수중 오염물 제거 드론 시스템을 제공하는 효과가 있다.
그리고, 해저면과 수중드론 사이의 거리를 일정하게 유지하여 해저면 청소의 효율을 향상하는 효과가 있다.
또한, 오염물질에 가해지는 흡입력을 외부에서 발생시킴으로써 수중드론의 부하를 저감하고, 연속적으로 작업 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 오염물 제거 드론 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수중드론부의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수중드론부의 하면의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수중 오염물 제거 드론 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수중드론부(10)의 이동경로(P)를 나타낸 예시이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 오염물 제거 드론 시스템의 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 수중드론부의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수중드론부의 하면의 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 수중 오염물 제거 드론 시스템은 크게 수중드론부(10)와, 연결부(20)와, 제어부(30)를 포함한다.
먼저, 수중드론부(10)는 수중에서 조향과 주행을 위한 추진력을 발생하는 추진부(11)와, 상면 일측을 수직으로 관통하는 흡입홀(12)이 구비된다.
그리고, 수중드론부(10)의 몸체는 골조를 이루는 부재로 형성되며, 복수의 패널 또는 복수의 빔을 포함하여 구성될 수 있고, 일 예로, 알루미늄 패널 또는 알루미늄 빔과 같이 비교적 경량이면서 내식성을 갖는 소재로 구성될 수 있다.
여기서, 추진부(11)는 상하 뿐만 아니라 전후, 좌우 방향으로 추진력을 제공하도록 측방추진부(11a)를 포함한다.
추진부(11)는 각각이 독립적으로 제어됨으로써 다양한 방향으로 수중드론부(10)를 이동시킬 수 있고, 덕트, 틸팅축 및 프로펠러를 포함하며 덕트는 프로펠러의 외주면에 배치되어 프로펠러를 보호한다.
그리고, 덕트는 틸팅 축에 연결되어 틸팅 회전됨으로써, 덕트 내에 배치된 프로펠러의 회전에 의해 추진부(11)는 모든 방향으로 추진력을 제공할 수 있다.
다음으로, 연결부(20)는 상기 수중드론부(10)에 연결되어 전기적 신호를 전달하는 케이블과, 상기 흡입홀(12)에 연결되어 오염물질을 포함하는 유체의 유로를 형성하는 흡입호스가 구비된다.
그리고, 제어부(30)는 외부에 위치하며, 케이블과 전기적으로 연결되어 수중드론부(10)의 동작을 제어하는 드론조종부(31)와, 흡입호스에 제공되는 흡입력을 제어하는 진공펌프부(32)가 구비된다.
이때, 제어부(30)와 수중드론부(10)를 연결하는 연결부(20)는 수중드론부(10)와 유선으로 연결되므로, 수중드론부(10)의 이동 거리가 연결부(20)의 길이로 제한된다.
따라서, 연결부(20)는 케이블과 흡입호스를 릴 형태로 보관할 수 있도록 릴부(21)가 구비되며, 릴부(21)는 회전하며 케이블과 흡입호스의 길이를 조절하고, 이를 통해 오염물질이 포함된 유체 이동경로의 굴곡을 저감하여 오염물질이 흡입호스 내부를 충격하지 않도록 함으로써 수중드론부(10)에 진동 또는 중량을 더하지 않도록 한다.
즉, 수중드론부(10)에 연결부(20)가 연결되어 있으므로, 연결부(20)가 느슨할 경우 연결부(20)가 쳐지며 수중드론부(10)를 하방으로 지지하여 수중드론부(10)에 중량을 더할 수 있고, 오염물질이 흡입호스 내부를 충격하며 발생하는 진동이 수중드론부(10)에 전달될 수 있으므로 릴부(21)를 통하여 연결부(20)의 길이를 조절하는 것이다.
다음으로, 제어부(30)는 해수면에 부유하는 부이(35) 상면에 안착되어 수중드론부(10)의 인접한 위치에 구비될 수 있고, 제어부(30) 내부에 통신장치(37)를 더 포함하여 육지에서 제어할 수 있다.
이때, 통신장치(37)는 일 예로 수중지형 영역에 설치된 Ultra wideband receiver, 스마트폰, 태블릿, 혹은 다른 계산 장치와 같은 무선 접근가능한 장치가 사용될 수 있으나 이를 한정하는 것은 아니다.
그리고, 제어부(30)는 흡입호스를 통하여 외부로 방출된 슬러지를 동반하는 유체를 저장하는 정화조(36)가 구비된다.
이때, 정화조(36)는 오염 물질을 여과하는 필터(미도시)를 포함하며, 여과된 해수는 다시 바다로 배출된다.
이를 통해, 본 발명의 수중드론부(10)는 연결부(20)에 연결되어 외부로부터 전원을 공급받음과 동시에 외부로부터 제어를 받을 수 있으며, 압력을 발생하는 진공펌프부(32)가 외부에 구비되어 수중드론부(10)의 중량과 부하를 저감할 수 있고, 정화조(36)를 통하여 작업량을 확장할 수 있으므로 연속적인 작업이 가능하게 되는 것이다.
그리고, 전술한 수중 오염물 제거 작업을 관리자가 확인할 수 있도록 수중드론부(10) 일측에 촬영부(16)를 구비한다.
이때, 촬영부(16)는 수중드론부(10)의 전방에 설치되어 진행방향의 주변환경을 촬영할 수 있고, 하부에 흡입홀(12)에서 흡입되는 오염물질의 흡입 상태를 촬영하는 하부촬영부(16a)가 구비되어 관리자가 해저면의 상태를 확인할 수 있도록 한다.
더하여, 수중드론부(10)는 촬영부(16)와 하부촬영부(16a)의 인접한 위치에 조명부(13)를 구비하여 시야를 확보한다.
그리고, 수중드론부(10)는 촬영부(16)에서 확인되지 않는 사각지대에서의 장애물과의 충돌을 방지하기 위하여 전후방을 초음파로 스캐닝하는 소나센서(19)를 구비한다.
이를 통해, 촬영부(16)의 사각지대 또는 해저면의 혼탁한 시야 상황에 의해 장애물을 발견하지 못하여 충돌하는 사고를 예방할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 수중 오염물 제거 드론 시스템의 블록도이다.
본 발명의 수중 오염물 제거 드론 시스템은 수중드론부(10)의 평면좌표를 측정하는 GPS모듈(14)를 포함하며, 제어부(30)는 연결부(20)의 길이와 각도를 측정하는 위치측정부(33)를 포함하여 수중드론부(10)의 위치를 측정한다.
다시 말하여, GPS모듈(14)를 통하여 수중드론부(10)의 평면좌표를 입력받으며, 위치측정부(33)를 통하여 수중드론부(10)와 해수면의 간격을 측정함으로써 수중드론부(10)의 위치를 예측할 수 있다.
이때, 연결부(20)는 위치측정부(33)를 수직으로 관통하며, 위치측정부(33)는 연결부(20)가 수중드론부(10) 방향으로 뻗어진 각도를 측정하며, 연결부(20)의 길이는 전술한 릴부(21)의 회전수로 측정할 수 있다.
그리고, 수중드론부(10)는 수중드론부(10)의 기울기를 측정하는 기울기센서(15)를 구비하여 드론조종부(31)가 기울기를 보정함으로써 수중드론부(10)가 일방향을 유지할 수 있도록 한다.
다시 말하여, 기울기센서(15)는 수중드론부(10)가 3축(x, y, z) 중 어느 방향으로 기울었는지를 센싱하며, 센싱된 데이터에 대응하도록 드론조종부(31)가 추진부(11)를 동작한다.
본 발명의 일실시예로, 추진부(11)와 측방추진부(11a)는 수중드론부(10)의 둘레에 전측, 후측, 좌측, 우측으로 사방으로 일정한 간격으로 설치되며, 설치된 위치를 축의 중심부로 설정하여 기울어진 각도에 대응하여 출력부(11)의 출력을 각각 조절함으로써 수중드론부(10)의 평형을 유지한다.
본 발명의 실시예로, 기울기센서(15)는 IMU(Inertial Measurement Unit)센서를 사용하였으나, 이를 한정하는 것은 아니다.
도 5는 본 발명에 따른 수중드론부(10)의 이동경로(P)를 나타낸 예시이다.
도시된 바와 같이, 제어부(30)는 양식장 하부를 청소하면서, 수중드론부(10)가 정해진 청소공간(A)을 순차적으로 이동하며, 수중 오염물을 제거할 수 있도록 수중드론부(10)의 이동경로(P)를 설정하는 경로설정부(34)가 구비된다.
이때, 경로설정부(34)는 설정된 이동경로(P)와 GPS모듈(14)에서 측정된 평면좌표를 비교하며 정해진 경로를 순차적으로 이동하며 청소를 수행한다.
이를 통해, 본 발명의 수중 오염물 제거 드론 시스템은 관리자가 직접 드론조종부(31)를 조작하여 청소작업을 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 경로를 설정하여 자동으로 청소를 진행할 수 있게 된다.
즉, 사용자는 면으로 형성된 청소구역(A)을 경로설정부(34)를 통하여 경로를 설정함으로써 상기 수중드론부(10)가 상기 경로를 시작점(S) 부터 도착점(E)까지 순차적으로 이동하며 청소구역(A)의 청소를 수행할 수 있도록 하는 것이다.
다만, 전술한 이동경로(P)는 경로설정부(34)의 경로를 설정하는 방법의 한 가지 예에 불과하며, 사용자는 청소구역(A)에 따라 이동경로(P)를 설정할 수 있음은 당연하다.
더하여, 수중드론부(10)는 하부에 해저면과의 거리를 측정하는 거리측정센서(17)가 구비되어 수중드론부(10)와 해저면의 거리를 소정의 간격으로 유지하며 수중 오염물을 제거할 수 있다.
다시 말하여, 드론조종부(31)는 수중드론부(10)와 해저면의 간격이 설정된 간격보다 좁은 경우는 추진부(11)의 출력을 하방으로 증가시켜 간격을 넓히고, 설정된 간격보다 넓은 경우는 추진부(11)의 출력을 줄이거나, 상방으로 출력하여 간격을 좁히도록 호버링(hovering) 제어되는 것이다.
또한, 도시되지 않았으나 수중드론부(10) 내부에는 전술한 제어부(30)의 제어 신호를 입력받고, 촬영부(16) 및 각종 센서들의 데이터를 제어부(30)로 전송하는 드론제어부(미도시)를 포함한다.
이를 통하여, 본 발명의 수중 오염물 제거 드론 시스템은 수중드론부(10)가 수중의 오염물질을 흡입하는 과정에서 흔들리지 않도록 균형을 유지할 수 있으며, 해저면과 수중드론부(10) 사이의 거리를 설정된 간격으로 일정하게 유지하여 해저면 청소의 효율을 향상하고, 오염물질에 가해지는 흡입력을 외부에서 발생시킴으로써 수중드론부(10)에 흡입펌프를 설치하는 것보다 부하를 저감하고, 연속적으로 작업 할 수 있는 효과가 있는 것이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
10: 수중드론부
11: 추진부 11a: 측방추진부
12: 흡입홀 13: 조명부
14: GPS모듈 15: 기울기센서
16: 촬영부 16a: 하부촬영부
17: 거리측정센서 18: 가이드부
19: 소나센서
20: 연결부
21: 릴부
30: 제어부
31: 드론조종부 32: 진공펌프부
33: 위치측정부 34: 경로설정부
35: 부이 36: 정화조
37: 통신장치
A: 청소구역
P: 이동경로
S: 시작점
E: 도착점

Claims (8)

  1. 수중에서 조향과 주행을 위한 추진력을 발생하는 추진부(11)와, 상면 일측을 수직으로 관통하는 흡입홀(12)이 구비되는 수중드론부(10);
    상기 수중드론부(10)에 연결되어 전기적 신호를 전달하는 케이블과, 상기 흡입홀(12)에 연결되어 오염물질을 포함하는 유체의 유로를 형성하는 흡입호스가 구비되는 연결부(20); 및
    해수면에 부유하는 부이(35) 상면에 안착되며, 상기 케이블과 전기적으로 연결되어 수중드론부(10)의 동작을 제어하는 드론조종부(31)와, 상기 흡입호스에 제공되는 흡입력을 제어하는 진공펌프부(32)가 구비되는 제어부(30);를 포함하되,
    상기 수중드론부(10)는, 하부에 해저면과의 거리를 측정하는 거리측정센서(17)가 구비되며, 상기 드론조종부(31)는 측정된 상기 거리에 대응하여 상기 수중드론부(10)와 상기 해저면의 거리를 소정의 간격으로 유지하도록 상기 추진부(11)를 제어하고,
    상기 연결부(20)는 상기 케이블과 상기 흡입호스를 릴 형태로 보관할 수 있는 릴부(21)를 구비하며, 상기 제어부(30)는 상기 릴부(21)의 회전을 제어하여 연결부(20)의 길이를 조절함으로써 상기 유로의 굴곡으로 인해 오염물질이 상기 흡입호스 내부를 충격하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 수중 오염물 제거 드론 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수중드론부(10)는,
    평면좌표를 측정하는 GPS모듈(14)을 포함하며,
    상기 제어부(30)는,
    상기 연결부(20)의 길이와 각도를 측정하는 위치측정부(33)를 포함하여 상기 수중드론부(10)의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 수중 오염물 제거 드론 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부(30)는,
    상기 수중드론부(10)의 경로를 설정하며, 상기 경로와 상기 평면좌표를 비교하는 경로설정부(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 오염물 제거 드론 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    수중드론부(10)는,
    상기 수중드론부(10)의 기울기를 측정하는 기울기센서(15)를 구비하며,
    상기 드론조종부(31)는 측정된 상기 기울기를 보정하여 상기 수중드론부(10)가 일방향을 유지할 수 있도록 상기 추진부(11)를 제어하는 것을 특징으로 하는 수중 오염물 제거 드론 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    수중드론부(10)는,
    전방에 상기 수중드론부(10)의 주변환경을 촬영하는 촬영부(16)와,
    하부에 상기 흡입홀(12)의 흡입 상태를 촬영하는 하부촬영부(16a)가 구비되는 것을 특징으로 하는 수중 오염물 제거 드론 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수중드론부(10)는,
    상기 촬영부(16)와 하부촬영부(16a)의 인접한 위치에 조명부(13)를 구비하여 시야를 확보하는 것을 특징으로 하는 수중 오염물 제거 드론 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수중드론부(10)는,
    주변의 장애물을 스캐닝하는 소나센서(19)를 구비하여 충돌에 의한 사고를 예방하는 것을 특징으로 하는 수중 오염물 제거 드론 시스템.
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