KR20150105089A - 무인 수중 로봇 운영 장치 및 무인 수중 로봇의 운영 방법 - Google Patents

무인 수중 로봇 운영 장치 및 무인 수중 로봇의 운영 방법 Download PDF

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KR20150105089A
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김상준
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Abstract

본 발명은 무인 수중 로봇 운영 장치 및 무인 수중 로봇의 운영 방법에 관한 것으로, 수중 작업을 위한 무인 수중 로봇, 메인 제어기지와 무선으로 통신하여 수면 위를 이동하며 상기 무인 수중 로봇이 도킹하는 도킹부와 메인 제어기지와 무선으로 통신하여 상기 무인 모선 로봇 및 상기 무인 수중 로봇의 작동을 제어하는 로봇 제어부를 구비한 무인 모선 로봇을 포함하여 무인 수중 로봇이 도킹된 무인 모선 로봇으로 무인 수중 로봇을 작업 위치까지 이동시켜 수중 작업한 후 메인 제어기지로 복귀시키고, 상기 무인 무선 로봇에서 전력을 상기 무인 수중 로봇에 전달하여 상기 무인 수중 로봇을 운영함으로써, 수중 작업을 하는 데 있어 비용을 절감하고, 운영 편의성을 증대시킨다.

Description

무인 수중 로봇 운영 장치 및 무인 수중 로봇의 운영 방법{UNDERWATER ROBOT OPERATING APPARATUS AND UNDERWATER ROBOT OPERATING METHOD THEREWITH}
본 발명은 무인 수중 로봇 운영 장치 및 무인 수중 로봇의 운영 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 수중 작업을 하는 수중 로봇의 관리 및 작동 시 운영을 용이하게 한 무인 수중 로봇 운영 장치 및 무인 수중 로봇의 운영 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수중 작업은 다이버가 직접 수중으로 들어가 작업하던 방법에서 점차 무인 수중 로봇을 이용하여 수중 작업이 이루어지고 있다.
이러한 무인 수중 로봇에는 ROV(Remotely Operated Vehicle, 유선 원격 제어 무인 잠수정)와 AUV(Autonomous Underwater Vehicle, 자율 무인 잠수정)이 있다.
그러나, 수중 작업을 위해 무인 수중 로봇을 사용하기 위해서는 무인 수중 로봇을 작업 위치까지 이동해야하는 작업선이 필요하고, 진수해야 하는 크레인 그리고, 상기 무인 수중 로봇을 운영하기 위한 작업자까지 상기 작업선에 타고 이동해야 하므로, 이에 따르는 이동 비용 및 운영 비용이 크게 많이 소요되는 문제점이 있었다.
국내특허등록 제10-1323824호 '수중 로봇 운용 장치' (2013. 10. 24 등록)
본 발명의 목적은, 무인 수중 로봇을 운영하여 수중 작업을 하는 데 있어 비용을 절감하고, 운영 편의성을 증대시킨 무인 수중 로봇 운영 장치 및 무인 수중 로봇의 운영 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 본 발명의 과제는,
수중 작업을 위한 무인 수중 로봇; 및
상기 무인 수중 로봇이 도킹하는 도킹부와 상기 무인 모선 로봇에 구비되어 메인 제어기지와 무선으로 통신하여 상기 무인 수중 로봇의 작동을 제어하는 로봇 제어부를 구비하며, 메인 제어기지와 무선으로 통신하여 수면 위를 이동하는 무인 모선 로봇;을 포함하되,
상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 무선 로봇으로부터 전력을 공급받는 무인 수중 로봇 운영 장치를 제공함으로써 해결된다.
본 발명에 따른 상기 무인 모선 로봇은, 추진기를 구비하여 추진기의 작동에 의해 수면 위를 이동하는 모선 본체; 및 상기 추진기와 상기 무인 수중 로봇으로 전원을 공급하는 배터리부;를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 무인 무선 로봇은, 태양열에 의해 전력을 발생시키는 태양열판부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 상기 무인 모선 로봇은 물속을 촬영하는 카메라를 더 포함한다.
본 발명에 따른 상기 무인 모선 로봇은 자기위치를 확인할 수 있는 DGPS(Differential Global Positioning System); 및 상기 무인 수중 로봇의 위치를 확인할 수 있도록 하는 USBL(Ultra Short Base Line)를 더 포함한다.
본 발명에 따른 상기 무인 모선 로봇은 DVL(Doppler Velocity Log)을 더 포함한다.
본 발명에 따른 상기 로봇 제어부는, 상기 메인 제어기지와 무선통신하는 무선송수신제어부; 및 상기 무인 수중 로봇으로부터 작업 데이터를 전달받아 상기 메인 제어기지로 전송하는 작업 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 무인 수중 로봇은, ROV(Remotely Operated Vehicle, 유선 원격 제어 무인 잠수정) 또는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle, 자율 무인 잠수정)이다.
본 발명에 따른 상기 도킹부는 상기 ROV가 도킹되는 제1도킹부 또는 상기 AUV가 도킹되는 제2도킹부를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 도킹부는 상기 ROV가 도킹되는 제1도킹부 또는 상기 AUV가 도킹되는 제2도킹부를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 모선 로봇으로부터 무선으로 전력을 공급받는다.
또한, 본 발명의 과제는, 무인 수중 로봇이 도킹된 무인 모선 로봇을 수중 작업 위치까지 이동시키는 단계;
상기 무인 모선 로봇에 도킹된 무인 수중 로봇을 분리시켜 수중 작업하는 단계;
상기 수중 작업 후 상기 무인 수중 로봇을 다시 상기 무인 모선 로봇에 도킹시키는 단계; 및
상기 무선 수중 로봇이 도킹된 상기 무인 모선 로봇을 메인 제어기지로 복귀시키는 단계를 포함하되,
상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 무선 로봇으로부터 전력을 공급받는 무인 수중 로봇의 운영 방법을 제공함으로써 해결된다.
본 발명에 따른 상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 무선 로봇으로부터 무선으로 전력을 공급받는다.
본 발명은 무인 수중 로봇을 운영하여 수중 작업을 하는 데 있어 비용을 절감하고, 운영 편의성을 증대시키는 효과가 있다.
본 발명은 무인 수중 로봇을 이용한 작업 효율을 향상시키고, 수중 작업 시 태양열을 이용한 에너지 공급으로 무인 수중 로봇의 운영 비용을 더 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인 수중 로봇 운영 장치를 도시한 개략도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 무인 수중 로봇 운영 장치의 무인 모선 로봇을 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 무인 수중 로봇 운영 장치의 일 실시 예를 도시한 개략도
도 5는 본 발명에 따른 무인 수중 로봇의 운영 방법을 도시한 블럭도
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 무인 수중 로봇 운영 장치를 도시한 개략도로, 본 발명에 따른 무인 수중 로봇 운영 장치는, 수중 작업을 위한 무인 수중 로봇(10)을 포함한다.
상기 무인 수중 로봇(10)은, ROV(Remotely Operated Vehicle, 유선 원격 제어 무인 잠수정)(11) 또는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle, 자율 무인 잠수정)(12)인 것을 일 예로 한다.
본 발명에서 상기 무인 수중 로봇(10)은, ROV(11)와 AUV(12)인 것을 일 예로 한다.
상기 무인 수중 로봇(10)은 수면 위를 이동하는 무인 모선 로봇(20)에 도킹되어 사이 무인 모선 로봇(20)에 의해 수중 작업 위치까지 이동한다.
또한, 상기 무인 수중 로봇(10)은 상기 무인 무선 로봇(20)으로부터 전력을 공급받는다.
상기 무인 모선 로봇(20)은, 무인 수상함(Unmanned Surface Vehicle, USV)인 것을 일 예로 하며, 상기 무인 수중 로봇(10)이 도킹되는 도킹부(22)를 구비한다.
상기 도킹부(22)는 상기 ROV(11)가 도킹되는 제1도킹부(22a), 상기 AUV(12)가 도킹되는 제2도킹부(22b)를 포함하여 상기 ROV(11)와 상기 AUV(12) 중 적어도 어느 하나를 사용하여 수중 작업을 가능하게 하며, 상기 ROV(11)와 상기 AUV(12)을 모두 사용하여 수중 작업할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 무인 모선 로봇(20)은 무선 통신을 통해 메인 제어기지(40)와 통신하여 데이터를 전송하며, 상기 메인 제어기지(40) 내의 작업 관리자에 의해 조종되어 수중 작업 위치로 이동하고, 수중 작업 후 메인 제어기지(40)로 복귀한다.
상기 무인 모선 로봇(20)은 수중 작업 위치에 대한 정보를 상기 메인 제어기지(40)로부터 전달받아 수중 작업 위치로 자동 이동하고, 수중 작업 후 메인 제어기지(40)로 자동으로 복귀할 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참고하여, 상기 무인 모선 로봇(20)을 더 상세히 설명하면 하기와 같다.
상기 무인 모선 로봇(20)은, 추진기(21a)를 구비하여 추진기(21a)의 작동에 의해 수면 위를 이동하는 모선 본체(21);
상기 추진기(21a)와 상기 무인 수중 로봇(10)으로 전원을 공급하는 배터리부(23);를 포함한다.
또한, 상기 무인 모선 로봇(20)은, 상기 무인 모선 로봇(20)에 구비되어 메인 제어기지(40)와 무선으로 통신하여 상기 무인 모선 로봇(20) 및 상기 무인 수중 로봇(10)의 작동을 제어하는 로봇 제어부(30)를 구비한다.
상기 로봇 제어부(30)는, 상기 메인 제어기지(40)와 무선통신하는 무선송수신제어부(31); 및 상기 무인 수중 로봇(10)으로부터 작업 데이터를 전달받아 상기 메인 제어기지(40)로 전송하는 작업 제어부(32)를 포함한다.
상기 도킹부(22)는 ROV(11)가 도킹되는 제1도킹부(22a) 또는 AUV(12)가 도킹되는 제2도킹부(22b)를 포함한다.
상기 제1도킹부(22a) 또는 상기 제2도킹부(22b)는 상기 모선 본체(21)에 구비되는 것을 일 예로 하고, 상기 무인 모선 로봇(20)은 상기 모선 본체(21)의 일측에 상기 제1도킹부(22a)를 구비하고, 상기 모선 본체(21)의 타측에 상기 제2도킹부(22b)를 구비하여 수중 작업 ROV(11)와 AUV(12)를 함께 이동시킨 후 수중 작업 시 선택적으로 작동시켜 수중 작업을 할 수도 있고, 두 개의 수중 작업 위치에서 동시 작업을 가능하게 할 수도 있다. 즉, 어느 한 수중 작업 위치에서 AUV(12)를 분리하여 작업하고, 다른 한 수중 작업 위치까지 이동하여 ROV(11)를 분리하여 작업할 수도 있다.
상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 로봇으로부터 유선 또는 무선으로 전력을 공급받는다.
즉, 상기 작업 제어부(32)는, 상기 ROV(11)와 유선으로 연결되어 데이터를 전송받고, 상기 ROV(11)를 충전한다. 또한, 상기 AUV(12)와 자기공명방식으로 데이터를 전송받고, 상기 AUV(12)를 자기공명방식으로 무선 충전할 수 있다.
또한, 상기 무인 모선 로봇(20)은, 태양열에 의해 전력을 발생시키는 태양열판부(24)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 태양열판부(24)는 태양열에 의해 전력을 발생시키고, 발생된 전력으로 상기 배터리부(23)를 충전한다. 상기 태양열판부(24)는 상기 모선 본체(21)에 장착되며 상기 배터리부(23)에 연결된다.
상기 추진기(21a), 상기 AUV(12)와 상기 ROV(11)는 상기 태양열판부(24)에 의해 발생되어 상기 배터리부(23)에 충전된 전력으로 충전되어 작동되므로, 별도의 에너지원 없이 작동이 가능한 것이다.
또한, 상기 무인 모선 로봇(20)은 자기위치를 확인할 수 있는DGPS(Differential Global Positioning System)(26)를 더 포함하여 현재의 위치 정보를 상기 메인 제어기지(40)에서 지속적으로 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 DGPS는 상기 모선 본체(21)에 장착되어 상기 무인 모선 로봇(20)의 현재의 위치를 상기 메인 제어기지(40)에서 확인할 수 있도록 한다.
또한, 상기 무인 모선 로봇(20)은 물속을 촬영하는 카메라(25)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 카메라(25)는 상기 모선 본체(21)의 하부면에 구비되고 물속에 위치되어 물속을 촬영한다.
상기 카메라(25)는 물속을 촬영하여 촬영된 영상을 상기 메인 제어기지(40)로 전송하여 상기 무인 모선 로봇(20)에 의해 촬영되는 수중을 작업 관리자가 확인할 수 있도록 한다.
또한, 상기 무인 모선 로봇(20)은 상기 무인 수중 로봇(10) 즉, 상기 AUV(12)와 상기 ROV(11)의 위치를 확인할 수 있도록 하는 USBL(Ultra Short Base Line)(27)를 더 포함하는 것이 바람직하며, 정밀한 항법 적용을 위해 DVL(Doppler Velocity Log)(28)을 더 포함하는 것이 더 바람직하다.
도 4를 참고하면, 상기 AUV(12)와 상기 ROV(11)는 각각 USBL, IMU(inertial measurement unit), DVL, Depth 센서를 각각 구비하여 상기 제1도킹부(22a)와 상기 제2도킹부(22b)에서 분리되어 자기 위치를 정확히 알 수 있어 수중 작업 위치로 이동하여 수중 작업을 한 후 다시 상기 무인 모선 로봇(20)이 위치한 곳으로 복귀하여 상기 제1도킹부(22a)와 상기 제2도킹부(22b)로 정확하게 도킹할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 무인 수중 로봇 운영 장치를 이용한 무인 수중 로봇(10)의 운영 방법은, 무인 수중 로봇(10)이 도킹된 무인 모선 로봇(20)을 수중 작업 위치까지 이동시키는 단계(S100); 상기 무인 모선 로봇(20)에 도킹된 무인 수중 로봇(10)을 분리시켜 수중 작업하는 단계(S200); 상기 수중 작업 후 상기 무인 수중 로봇(10)을 다시 상기 무인 모선 로봇(20)에 도킹시키는 단계(S300); 및 상기 무선 수중 로봇이 도킹된 상기 무인 모선 로봇(20)을 메인 제어기지(40)로 복귀시키는 단계(S400)를 포함하며, 상기 무인 수중 로봇(10)은 상기 무인 모선 로봇(20)으로부터 전력을 공급받는다.
상기 무인 모선 로봇(20)을 수중 작업 위치까지 이동시키는 단계(S100)는, 메인 제어기지(40)에서 작업 관리자의 지시를 무선으로 상기 무인 모선 로봇(20)에 전달하여 상기 무인 모선 로봇(20)을 해당 수중 작업 위치로 이동시킬 수 있고, 상기 무인 모선 로봇(20)에 해당 수중 작업 위치를 저장하여 상기 무인 모선 로봇(20)이 자동으로 해당 수중 작업 위치로 이동하도록 할 수도 있다.
상기 무인 수중 로봇(10)은 상기 무인 모선 로봇(20)으로부터 유선 또는 무선으로 전력을 공급받는다.
상기 무인 수중 로봇(10)을 분리시켜 수중 작업하는 단계(S200)는, 상기 무인 수중 로봇(10) 즉, 상기 AUV(12)와 상기 ROV(11)에 수중 작업 임무를 전달하는 과정을 포함하며, 상기 AUV(12)와 상기 ROV(11)를 분리시키고, 분리된 상기 AUV(12)와 상기 ROV(11)는 수중 작업을 완료한 후 다시 상기 무인 모선 로봇(20)에 도킹된다.
상기 AUV(12)와 ROV(11)는 상기 무인 모선 로봇(20) 즉, USV와 도킹할 때, 신호는 각각에 탑재되어 있는 USBL을 이용하여 서로 간의 위치확인을 하고, 각각에 탑재되어 있는 IMU, DVL, Depth 센서 즉, INS(Integrated Navigation System)로 자기의 위치를 알 수 있으며 USV 모체에 도킹 할 수 있다.
상기 무인 수중 로봇(10)을 다시 상기 무인 모선 로봇(20)에 도킹시키는 단계(S300) 후에는 상기 AUV(12)와 ROV(11)의 작업 데이터를 무선을 통해 상기 메인 제어기지(40)로 전송하는 단계(S310)가 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 무인 수중 로봇(10)은 상기 무인 모선 로봇(20)에 도킹 후 태양열에 의해 충전된 전력을 유선 또는 무선으로 전달받아 충전되어 다시 원활하게 재작동될 수 있게 된다.
상기 무인 모선 로봇(20)을 기설정된 위치로 복귀시키는 단계(S400)는 해당 수중 작업이 완료된 후 메인 제어기지(40)에서 작업 관리자의 복귀 지시를 무선으로 상기 무인 모선 로봇(20)에 전달하여 상기 무인 모선 로봇(20)을 상기 메인 제어기지(40)로 복귀시킬 수 있고, 상기 무인 모선 로봇(20)에 자동으로 복귀명령을 하여 상기 무인 모선 로봇(20)을 상기 메인 제어기지(40)로 복귀시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 작업자가 작업위치까지 이동하지 않고 메인 제어기지에서 상기 무인 모선 로봇(20)을 제어하여 무인 수중 로봇(10)의 수중 작업을 가능하게 하며, 무인 수중 로봇10)을 진수하기 위한 크레인 등의 장비가 불필요하다.
따라서, 본 발명은 무인 수중 로봇(10)을 운영하여 수중 작업을 하는 데 있어 비용을 절감하고, 운영 편의성을 증대시킨다.
본 발명은 무인 수중 로봇(10)을 이용한 작업 효율을 향상시키고, 수중 작업 시 태양열을 이용한 에너지 공급으로 무인 수중 로봇(10)의 운영 비용을 더 절감한다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
10 : 무인 수중 로봇 11 : ROV
12 : AUV 20 : 무인 모선 로봇
21 : 모선 본체 21a : 추진기
22 : 도킹부 22a : 제1도킹부
22b : 제2도킹부 23 : 배터리부
24 : 태양열판부 25 : 카메라
26 : DGPS 27 : USBL
28 : DVL 30 : 로봇 제어부
31 : 무선송수신제어부 32 : 작업 제어부
40 : 메인 제어기지
S100 : 무인 모선 로봇을 수중 작업 위치까지 이동시키는 단계
S200 : 무인 수중 로봇을 분리시켜 수중 작업하는 단계
S300 : 무인 수중 로봇을 다시 상기 무인 모선 로봇에 도킹시키는 단계
S310 : 무인 수중 로봇의 작업 데이터를 무선을 통해 상기 메인 제어기지로 전송하는 단계
S400 : 무인 모선 로봇을 메인 제어기지로 복귀시키는 단계

Claims (12)

  1. 수중 작업을 위한 무인 수중 로봇; 및
    상기 무인 수중 로봇이 도킹하는 도킹부와 상기 무인 모선 로봇에 구비되어 메인 제어기지와 무선으로 통신하여 상기 무인 수중 로봇의 작동을 제어하는 로봇 제어부를 구비하며, 메인 제어기지와 무선으로 통신하여 수면 위를 이동하는 무인 모선 로봇;을 포함하되,
    상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 무선 로봇으로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무인 모선 로봇은,
    추진기를 구비하여 추진기의 작동에 의해 수면 위를 이동하는 모선 본체;
    상기 추진기와 상기 무인 수중 로봇으로 전원을 공급하는 배터리부;를 포함한 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 무인 무선 로봇은, 태양열에 의해 전력을 발생시키는 태양열판부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 무인 모선 로봇은 물속을 촬영하는 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 무인 모선 로봇은 자기위치를 확인할 수 있는 DGPS(Differential Global Positioning System); 및
    상기 무인 수중 로봇의 위치를 확인할 수 있도록 하는 USBL(Ultra Short Base Line)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 무인 모선 로봇은 DVL(Doppler Velocity Log)을 더 포함한 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 로봇 제어부는,
    상기 메인 제어기지와 무선통신하는 무선송수신제어부; 및
    상기 무인 수중 로봇으로부터 작업 데이터를 전달받아 상기 메인 제어기지로 전송하는 작업 제어부를 포함한 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 무인 수중 로봇은, ROV(Remotely Operated Vehicle, 유선 원격 제어 무인 잠수정) 또는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle, 자율 무인 잠수정)인 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 도킹부는 상기 ROV가 도킹되는 제1도킹부 또는 상기 AUV가 도킹되는 제2도킹부를 포함한 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 모선 로봇으로부터 무선으로 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇 운영 장치.
  11. 무인 수중 로봇이 도킹된 무인 모선 로봇을 수중 작업 위치까지 이동시키는 단계;
    상기 무인 모선 로봇에 도킹된 무인 수중 로봇을 분리시켜 수중 작업하는 단계;
    상기 수중 작업 후 상기 무인 수중 로봇을 다시 상기 무인 모선 로봇에 도킹시키는 단계; 및
    상기 무선 수중 로봇이 도킹된 상기 무인 모선 로봇을 메인 제어기지로 복귀시키는 단계를 포함하되,
    상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 무선 로봇으로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇의 운영 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 무인 수중 로봇은 상기 무인 무선 로봇으로부터 무선으로 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇의 운영 방법.
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