KR20150072830A

KR20150072830A - 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스

Info

Publication number: KR20150072830A
Application number: KR1020130160410A
Authority: KR
Inventors: 손창현; 구자효
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-30

Abstract

본 발명은 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수상의 각 지점에 설치되어 인명구조나 탐사용도로 제작된 수상 무인로봇을 수상의 일지점에 정박시키고, 정박된 상태의 로봇에 자가 충전시켜 상시 운항 대기상태를 형성하도록 한 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스에 관한 것이다.

Description

무인 수상로봇용 수상 정박 베이스{Base station for unmanned robot}

본 발명은 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수상의 각 지점에 설치되어 인명구조나 탐사용도로 제작된 수상 무인로봇을 수상의 일 지점에 정박시키고, 정박된 상태의 수상 무인로봇에 자가 충전시켜 상시 운항 대기상태를 형성하도록 한 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스에 관한 것이다.

일반적으로, 바다, 강, 저수지 등에서 물놀이 기타 레저활동 중에 돌발적인 사고가 빈번히 발생한다.

이러한 경우 수난자를 구조하기 위해 직접 물속에 뛰어들거나 주위에서 물에 뜨는 물건을 던져주어 상기 수난자를 구조하게 된다.

상기와 같은 방법은 수난자가 육지와 근접한 위치에 있을 경우에만 가능하고 물놀이 사고 중에서 육지에서 멀리 떨어진 곳에서 발생하는 수상 사고는 수난자를 구하기 위해 보트 등을 이용하게 된다.

이와 같이 일반적인 보트를 이용하여 수난자를 구조하는 방법은 보트를 타고 수난자의 위치로 이동한 후 튜브 등을 수난자에 던지면 수난자가 튜브를 잡고 보트에 근접한 위치에 오게 되면, 구조대원이 수난자를 배 위로 끓어 올려서 구조하는 것이 일반적이라 할 것이다.

그러나, 상기한 구조형태는 관제소나 물 밖에 위치한 구조대원이 수상 감시영역을 반복적으로 관찰하여야 하는데, 구조대원이 자칫 수상 감시영역의 감시를 놓치거나 소홀히 하였을 경우에 인명 피해 등 큰 수상 사고가 발생될 수도 있다.

또한, 수난사고 발생지점이 수변에서 먼 경우 구조대원이 수난사고 발생지점에 도달하기까지는 많은 시간이 소요되므로, 수난자의 구조가 지연됨에 따른 2차적인 안전사고가 발생되기도 한다.

한편, 이러한 문제점들을 해소하기 위해 최근에는 수난사고가 발생된 지점에 수상 무인로봇을 신속히 투입시켜, 수난자가 수상 무인로봇을 잡고 임시적으로 부양된 상태를 유지하거나, 수상 무인로봇을 통해 물 밖으로 견인하여 이동하도록 하는 인명 구조용 수상 무인로봇이 제안되고 있다.

그리고, 본 발명자는 대한민국 특허출원 제 10-2012-0097124호를 통해 수난사고가 예상되는 근접된 지점에 수면에 부양되는 수상 정박 베이스를 구비하여, 수상 정박 베이스를 통해 수면의 각 지점에 수상 무인로봇이 정박하도록 한 수상 무인로봇을 이용한 인명 구조시스템과, 이를 이용한 인명 구조방법을 제안한 바 있다.

이와 같이 수상 정박 베이스를 통해 수상 무인로봇이 정박하도록 구성하면, 수상 무인로봇이 보다 신속히 수난사고가 발생된 지점으로 이동할 수 있어 보다 향상된 기동성이 확보되고, 파고 등에 의한 수상 무인로봇의 전복이나 물리적인 손상이 예방되는 한편, 수상 무인로봇이 정박하는 동안 수상 무인로봇의 구동이 요구되지 아니하므로 수상 무인로봇은 보다 향상된 운항거리를 확보할 수 있다.

그런데, 상기 수상 무인로봇은 외부에 위치된 콘트롤러로부터 무선 송신되는 제어신호에 의해 구동되므로, 비 숙련된 관리자가 수상 무인로봇을 수상에 위치된 수상 정박 베이스에 진입시켜 정박하는 것이 어렵다.

또한, 상기 수상 정박 베이스 내에 진입된 수상 무인로봇을 충전모듈에 정 위치시켜 충전하는 것 또한 어려운 관계로, 수상 정박 베이스를 통해 수상 무인로봇을 수상의 일지점에 정박하기 위해서는 관리자의 높은 숙련도가 요구되는 문제점이 지적되었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 수상의 각 지점에 설치되어 인명구조나 탐사용도로 제작된 로봇을 수상의 일지점에 정박시키고, 정박된 상태의 로봇에 자가 충전시켜 상시 운항 대기상태를 형성하도록 한 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스를 제공함에 있다.

상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스는,

내부에 정박공간이 형성되고, 측부에 정박공간과 연통하는 하나 이상의 진출입로가 형성된 부양 함체를 포함하여 구성되어,

수상에 부양된 상태로 운항하는 수상 무인로봇이, 진출입로를 따라 부양 함체의 정박공간 내로 진입하여 부양 함체의 정박공간 내에 정박하도록 구성되고,

상기 부양함체 내에는 정박공간의 양편에 안내레일이 이격되게 배치한 정박대가 형성되어, 진출입로를 따라 정박공간 내로 진입되는 수상 무인로봇은 정박대에 정박되도록 구성되고,

상기 정박대에는 전자력을 발산시키는 전자력부가 형성되고, 상기 수상 무인로봇의 일지점에는 전자력에 의해 달라붙는 자성부가 형성되어, 정박대에 진입된 수상 무인 로봇은 자성체와 전자력부 사이에 형성되는 인력에 의해, 정박대의 정위치에 위치 고정되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 정박대에 형성된 안내레일에는 스프링의 탄지력에 의해 돌출되는 탄지편이 형성되어, 정박공간 내로 양측 일지점에 견착홈이 형성된 수상 무인로봇이 안내레일 사이로 진입하면 탄지편은 수상 무인로봇에 형성된 견착홈에 각각 진입하여 수상 무인로봇을 탄력적으로 구속하도록 구성된다.

보다 바람직하게는, 상기 정박대는 정박공간 내에 거상로드에 의해 승강하도록 구성되어, 정박대에 수상 무인로봇이 정박하면 정박대는 거상로드에 의해 상승하여, 수상 무인로봇이 수면에서 이격된 상태를 유지하도록 구성한다.

그리고, 상기 부양함체에는 수상 무인로봇이 정박하는 정박공간 내로 충전전류를 1차 유도코일을 통해 유도시키는 무선 충전모듈이 형성되어, 수상 무인로봇은 무선 충전회로의 2 유도코일을 통해 무선 충전모듈을 통해 유도된 전류를 인가받아 내장 배터리에 축전하도록 구성된다.

전술한 바와 같이 수상의 각 지점에 배치된 본 발명에 의해 수상 무인로봇은 비 운항시 정박공간 내에 안정되게 정박할 수 있어서, 파고나 바람에 의한 손상이 예방되고 또 위치 교정을 위한 지속적인 운항이 불필요하다.

그리고, 본 발명에서는 이러한 수상 정박 베이스를 구현함에 있어, 정박공간 내에 안내레일이 형성된 정박대를 배치하고 상기 정박대에 탄지편을 형성하여, 정박공간 내로 진입된 수상 무인로봇이 정위치에 고정되도록 하고 있다.

따라서, 본 발명에 따른 수상 정박 베이스에 의해 수상 무인로봇은 정박공간의 정위치에 고정될 수 있고, 또 정위치 고정에 의해 무선 충전모듈에서 유도되는 전류를 안정되게 인가받아 신속한 내장 배터리의 축전이 가능하다.

도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스를 수상 무인로봇이 운항하는 수상의 각 지점에 배치한 상태를 보여주는 것이고,
도 2와 도 3은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스의 전체 구성을 보여주는 외형, 및 단면 구성도이고,
도 4는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스에 있어, 정박대를 보여주는 것이며,
도 5는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스에 정박되는 수상 무인로봇을 예시하여 보여주는 것이며,
도 6 내지 도 8은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스를 통한 수상 무인로봇의 정박과정을 순차적으로 보여주는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스(1)은, 도 1에서 보는 바와 같이 해수욕장이나 호수 등의 수면의 각 지점에 배치되어, 수상을 운행하면서 인명을 구조하거나 탐사하는 수상 무인로봇(100)을 임시 정박시키는 기능을 수행한다.

상기 수상 정박 베이스(1)은, 수상의 일 지점에 부양된 상태로 위치되는 부양 함체(10)를 포함하며, 상기 부양 함체(10)는 통상 우수한 내구성과 내식성을 겸비한 스테인레스 스틸 재질로 제작된 중공의 부양 구조체로 이루어져 수면에 반 잠수 상태로 부양된다.

도면을 보면 상기 부양 함체(10)는, 도 2 내지 도 3에서 보는 바와 같이 수면에 부상되는 상부는 직경이 좁고 수중에 입수되는 하부의 직경이 넓은 유선몸체로 이루어져, 무게 중심이 하부에 형성되도록 구성된다.

그리고, 상기 수중에 입수된 부양 함체(10)의 하부에는 복수의 수류공(13)들이 형성되어 수류공(13)을 통해 수중에 생성된 수류가 안정되게 통과하도록 구성된다.

따라서, 상기 부양함체(10)는 무게 중심이 하부에 형성된 유선몸체와 수류공(13)을 통해 파도나 수류와의 간섭이 최소화되어서, 수류나 파도에 의한 과도한 저항 없이 수면에 안정된 부양상태를 한다.

그리고, 상기 부양함체(10)에는 도 3a와 같이 와이어(52)를 와이딩 및 언 와이딩하는 권취부(51)와, 상기 와이어(52)에 고정되어 승강하는 닻(53)을 포함하여 구성된 정박모듈(50)이 형성되어, 부양함체(10)는 정박모듈(50)에 형성된 닻(53)을 수중 바닥에 고정시켜서 수상의 일지점에 부양된 상태로 고정되도록 한다.

즉, 상기 권취부(51)가 와이어(52)를 언 와인딩하면 닻(53)은 하강하여 수중 바닥에 고정되어서, 부양함체(10)는 정박모듈(50)에 형성된 닻(53)을 수중 바닥에 고정시켜서 수상의 일지점에 부양된 상태로 고정된다.

또한, 상기 수상의 일지점에 위치되는 부양함체(10)의 내부에는 정박공간(11)이 형성되며, 측부에는 정박공간(11)과 연통하는 진출입로(12)가 형성된다.

이때, 상기 부양함체(10)에 하나의 진출입로(12)를 형성하여 수상 무인로봇(100)이 단일 경로를 통해 진출입하도록 구성하는 것도 가능하다,

다만, 본 실시예에서는 도 6 내지 도 8에서 보는 바와 같이 부양함체(10)의 측벽에 복수의 진출입로(12)를 형성하여, 수상 무인로봇(100)이 다양한 진행 경로로 부양함체(10)의 정박공간(11)에 진출입하도록 한다.

그리고, 상기 부양함체(10)에 형성된 진출입로(12)는 외측에서 정박공간(11)이 형성된 내측으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 형상으로 이루어져, 수상 무인로봇(100)은 점차 폭이 좁아지는 진출입로(12)를 따라 정박공간(11) 내로 안정되게 진입하도록 한다.

상기 본 발명에 따른 수상 정박 베이스(1)에 정박하는 수상 무인로봇(100)은, 통상 도 5에서 보는 바와 같이 선체(110)에 내장 배터리(120)와; 내장 배터리(120)에 축전된 전류를 통해 추력을 생성하는 추력부(130)와; 무선 콘트롤러(150)에서 무선 전송되는 제어신호에 의해 추력부(130)의 구동을 제어하는 제어부(140)가 설치된 형태로 이루어져, 무선 콘트롤러(150)로부터 무선 전송된 제어신호에 의해 선체(110)가 고속으로 운항하게 된다.

그리하여, 상기 수상에 부양된 상태로 운항하면서 수난구조나 수상생태 등을 탐사하는 수상 무인로봇(100)은, 비 운항시 수상의 각 지점에 배치된 수상 정박 베이스(1)의 정박공간(11) 내에 정박된 상태를 유지한다.

이에 따라, 상기 수상 무인로봇(100)은 파도나 수류에 의한 손상이 예방되고 신속한 출동이 가능하고, 특히 파도나 수류 등에 의한 위치 이탈을 예방하기 위해 지속적인 운항이 불필요하므로 내장 배터리(120)의 소모량이 감소될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 이러한 수상 정박 베이스(1)을 구현함에 있어, 상기 정박공간(11) 내에 양편에 안내레일(21)이 이격되게 배치된 형태의 정박대(20)를 배치하여, 정박대(20)에 의해 수상 무인로봇(100)이 정 위치에 정박되도록 한다.

따라서, 상기 진출입로(12)를 따라 정박공간(11) 내로 진입되는 수상 무인로봇(100)은 정박대(20)에 형성된 안내레일(21)에 의한 각각 지지된 상태로 정박공간(11)의 정 위치에 정박된다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 도 5b와 도 6b와 같이 상기 정박대(20)에 제어부의 제어에 의해 전자력을 발산시키는 전자력부(25)를 형성하고, 상기 수상 무인로봇(100)의 일지점에는 전자력에 의해 달라붙는 자성부(112)를 형성하여, 상기 정박대(30)에 진입된 수상 무인 로봇(100)은 자성부(112)와 전자력부(25) 사이에 형성되는 인력(전자기 결합력)에 의해, 정박대(20)의 정위치에 위치 고정되도록 하고 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 정박대에 의해 정박공간 내에 정 위치된 수상 무인로봇을 탄력적으로 고정하는 구조를 형성하여, 정박대에 수상 무인로봇이 탄력적으로 고정되도록 한다.

이를 상술하자면, 본 실시예에서는 수상 무인로봇(100)의 양측을 지지하는 정박대(20)의 안내레일(21)에 스프링(23)에 의해 탄지된 탄지편(22)을 각각 부가한다.

도면을 보면 상기 탄지편(22)은 경사면이 형성된 블럭몸체로 이루어지고, 스프링(23)에 의해 탄지되어 가압이 이루어지지 아니하면 안내레일(21) 상에 돌출되도록 구성되며, 상기 안내레일(21)이 이격되게 배치된 정박대(20) 사이로 이동하여 정박하는 수상 무인로봇(100)의 선체(110)에는 탄지편(22)과 대응되는 형상의 견착홈(11)이 형성된다.

따라서, 도 6 내지 도 8에서 보는 바와 같이 상기 정박대(20)를 따라 정박공간(11) 내로 진입되는 과정에 수상 무인로봇(100)의 견착홈(11)에는 스프링(23)에 의해 탄지된 탄지편(22)이 진입된다.

그리하여, 외부에 위치한 관리자가 무선 콘트롤러(150)를 통해 수상 무인로봇(100)을 운항시켜 수상 일지점에 위치된 수상 정박 베이스(1)의 진출입로(12)를 따라 정박공간(11) 내로 진입시키면, 수상 무인로봇(100)은 정박대(20)에 형성된 안내레일(21)을 따라 정박공간(11)의 정위치에 위치한다.

이러한 과정에, 도 7c와 같이 안내레일(21)에 형성된 탄지편(22)은 수상 무인로봇(100)의 견착홈(111)에 탄력적으로 진입되어, 정박대(20)에 위치된 선체(110)를 정박대(20)에 탄력적으로 위치 고정하게 된다.

이와 같이 수상 무인로봇(100)이 탄지편(22)에 의해 정박공간(20) 내에 정 위치된 상태에서 탄력적인 구속이 이루어지면, 이를 수용한 수상 정박 베이스(1)의 부양함체(10)가 다소 요동하더라도 수상 무인로봇(100)이 요동하여 정 위치에서 이탈되는 현상이 예방될 수 있다.

그리고, 상기 수상 무인로봇(100)을 안착시킨 정박대(20)는 전동 실린더 등의 승강부재(24)에 의해 정박공간(11) 내에서 승강하도록 구성되어서, 정박대(20)에 수상 무인로봇(100)이 정박되면 정박대(20)는 도 8a에서 보는 바와 같이 승강부재(24)에 의해 상승하여 수면에 부상된 수상 무인로봇(100)을 상승시켜 수면에서 이격되도록 한다.

그리하여, 수상 무인로봇(100)은 정박공간(11) 내에 유입된 물과 이격된 상태로 정박되므로, 정박공간(11) 내로 유입되는 수류에 의한 저항 없이 부상된 상태로 정박하게 된다.

그리고, 상기 정박대(20)가 하강한 다음, 수상 무인로봇(100)이 탄지편(22)에 의한 구속력보다 높은 추진력을 생성하면 탄지편(22)에 의한 선체(110)의 구속이 해제되므로 진출입로(22)를 통한 수상 무인로봇(100)의 진출이 가능하다.

한편, 상기 수상 정박 베이스(1)에 마련되는 무선 충전모듈(30)은, 주 배터리(40)에 축전된 전류를 정박공간(11) 내에 정박된 수상 무인로봇(100)의 내장 배터리(120)에 축전하는 것이다.

상기 주 배터리(40)는 부양함체(100)의 외벽에 설치되는 태양광 패널(41)을 포함하는 자가 발전구조를 통해 상시에 충전되도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 부양함체(10)에, 주 배터리(40)에 축전된 충전전류를 1차 유도코일(31)을 통해 정박공간(11) 내로 유도하는 무선 충전모듈(30)을 형성하여, 2차 유도코일을 포함하는 무선 충전회로(121)를 마련하여 정박공간(11) 내에 정박된 수상 무인로봇의 무선 충전이 구현되도록 하고 있으며, 본 실시예에서는 무선 충전모듈을 정박대에 배치하고 있다.

따라서, 상기 정박대(20)에 수상 무인로봇(100)이 정박되면, 도 8b와 같이 정박대(20)에 배치된 무선 충전모듈(30)은 주 배터리(40)에 축전된 충전전류를 정박공간(11) 내에 유도시키게 되고, 수상 무인로봇(100)은 무선 충전회로(121)의 2차 유도코일을 통해 무선 충전모듈(30)에서 유도된 전류를 내장 배터리(120)에 축전하게 된다.

그리하여, 본 실시예에 따른 수상 정박 베이스(1)은 수상의 각 지점에 설치되어 수상 무인로봇(100)을 정박공간(11) 내에 정 위치에 고정하면서 무선 충전모듈(30)을 통해 수상 무인로봇(100)의 내장 배터리(120)를 충전하므로, 수상 무인로봇(100)은 수상 밖으로 이동하여 정박하지 아니하고 항시 수상 일지점에 정박하므로 수난지점 등에 신속한 초동 출동이 가능하고, 또 수상 일지점에 정박하는 동안 상시 충전이 이루어지므로 지속적인 운항이 가능하다.

1. 수상 무인로봇용 수상 정박 베이스
10. 부양함체 11. 정박공간
12. 진출입로 13. 수류공
20. 정박대 21. 안내 레일
22. 탄지편 23. 스프링
24. 승강부재 25. 전자력부
30. 무선 충전모듈 40. 주 배터리
41. 태양광 패널 50. 정박모듈
51. 권취부 52. 와이어
53. 닻
100. 수상 무인로봇 110. 선체
111. 견착홈 112. 자성부
120. 내장 배터리
121. 무선 충전회로 130. 추력부
140. 제어부 150. 무선 콘트롤러

Claims

내부에 정박공간이 형성되고, 측부에 정박공간과 연통하는 하나 이상의 진출입로가 형성된 부양 함체를 포함하여 구성되어,
수상에 부양된 상태로 운항하는 수상 무인로봇이, 진출입로를 따라 부양 함체의 정박공간 내로 진입하여 부양 함체의 정박공간 내에 정박하도록 구성되고,
상기 부양함체 내에는 정박공간의 양편에 안내레일이 이격되게 배치한 정박대가 형성되어, 진출입로를 따라 정박공간 내로 진입되는 수상 무인로봇은 정박대에 정박되도록 구성되고,
상기 정박대에는 전자력을 발산시키는 전자력부가 형성되고, 상기 수상 무인로봇의 일지점에는 전자력에 의해 달라붙는 자성부가 형성되어, 정박대에 진입된 수상 무인 로봇은 자성체와 전자력부 사이에 형성되는 인력에 의해, 정박대의 정위치에 위치 고정되도록 구성한 것을 특징으로 하는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스.
제 1항에 있어서, 상기 정박대에 형성된 안내레일에는 스프링의 탄지력에 의해 돌출되는 탄지편이 형성되어, 정박공간 내로 양측 일지점에 견착홈이 형성된 수상 무인로봇이 안내레일 사이로 진입하면 탄지편은 수상 무인로봇에 형성된 견착홈에 각각 진입하여 수상 무인로봇을 탄력적으로 구속하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스.
제 1항에 있어서, 상기 정박대는 정박공간 내에 거상로드에 의해 승강하도록 구성되어, 정박대에 수상 무인로봇이 정박하면 정박대는 거상로드에 의해 상승하여, 수상 무인로봇이 수면에서 이격된 상태를 유지하도록 구성한 것을 특징으로 하는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스.
제 1항에 있어서, 상기 수상 무인로봇은 선체에 내장 배터리와; 내장 배터리에 축전된 전류를 통해 추력을 생성하는 추력부와; 무선 콘트롤러에서 무선 전송되는 제어신호에 의해 추력부의 구동을 제어하는 제어부가 설치된 형태로 구성되고,
상기 부양함체에는 수상 무인로봇이 정박하는 정박공간 내로 주 베터리에 축전된 충전전류를 1차 유도코일을 통해 유도시키는 무선 충전모듈이 형성되어, 수상 무인로봇은 무선 충전회로의 2 유도코일을 통해 무선 충전모듈을 통해 유도된 전류를 인가받아 내장 배터리에 축전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스.
제 4항에 있어서, 상기 주 배터리는 부양함체의 외벽에 설치되는 태양광 패널을 포함하는 자가 발전구조를 통해 상시에 충전되도록 구성한 것을 특징으로 하는 무인 수상로봇용 수상 정박 베이스.