KR20150145590A - Remotely operated vehicle system for underwater work and the control method thereof - Google Patents

Remotely operated vehicle system for underwater work and the control method thereof Download PDF

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KR20150145590A
KR20150145590A KR1020140075790A KR20140075790A KR20150145590A KR 20150145590 A KR20150145590 A KR 20150145590A KR 1020140075790 A KR1020140075790 A KR 1020140075790A KR 20140075790 A KR20140075790 A KR 20140075790A KR 20150145590 A KR20150145590 A KR 20150145590A
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최현택
김시문
이종무
변성훈
김기훈
최진우
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한국해양과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a remotely operated vehicle (ROV) system and a control method thereof capable of increasing an efficiency of operation of a user and expanding the efficiency of operation and scope of an ROV by reducing the costs of the ROV system and the costs of a command ship through downsizing of the hardware. The ROV system for underwater work comprises a multimedia part. The multimedia part comprises: an image processing part to provide a front view image using a high definition camera, a work area image using a fixed-focus camera, and a peripheral image of the ROV using a surround camera; a sound processing part having a stereophonic sound sensor part with a plurality of sound sensors mounted on an outer surface of the ROV to measure a direction and magnitude of a sound source and a stereophonic sound system part to generate a stereophonic sound with a direction and magnitude of a virtual sound source corresponding to a sensing signal of the stereophonic sound sensor part; and a contact signal processing part detecting the locations of the obstacles around the ROV to provide contact information step-by-step. As such, the present invention provides a convenience of use, and drastically reduces operational and management costs of the ROV system by distribute-processing the signal such as an image, sound, and contact signals required to control the ROV for underwater work in the vehicle and the command ship.

Description

수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법{REMOTELY OPERATED VEHICLE SYSTEM FOR UNDERWATER WORK AND THE CONTROL METHOD THEREOF} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a remote control robot system for underwater work,

본 발명은 수중 작업용 원격제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 운영자의 작업 효율을 증가시키고, 하드웨어적인 다운사이징을 통해 원격제어로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle) 시스템의 비용과 모선의 비용을 절감하여 ROV의 작업능률과 범위를 확대할 수 있도록 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
[0001] The present invention relates to remote control for underwater work, and more particularly to a remote control system for an underwater worker, which increases operator's work efficiency and reduces the cost of a remotely operated vehicle (ROV) And more particularly, to a remote control robot system for underwater work and a control method thereof.

최근 인간의 활동공간은 지상을 벗어나, 해양 영역으로 확장됨에 따라, 해양 건축물과 구조물이 다양한 형태로 건설되고 있다. 이러한 해양 건축물과 구조물은 바다의 섬을 가로지르는 다리, 해저 터널, 해안의 건축물을 비롯하여 풍력 발전, 조력 발전, 파력 발전 등의 다양한 에너지 관련 구조물 등 그 종류와 형태가 매우 다양하다. 따라서 지상의 포크레인, 블로우저 등에 해당하는 장비가 수중에도 필요하였다.
Recently, as the human activity space extends beyond the ground and into the marine area, marine buildings and structures are being constructed in various forms. Such marine buildings and structures are diverse in their types and forms, including bridges across the islands of the sea, submarine tunnels, coastal structures, and various energy-related structures such as wind power generation, tidal power generation and wave power generation. Therefore, equipments such as ground crane, blower, etc. were needed in water.

도 1은 ROV(20)의 예로서 종래기술의 수중 작업용 포크레인 로봇과 모선(10)을 나타내는 도면이다. 도 1과 같이 외국에서는 오래전에 수중용 포크레인을 개발하여 실제 작업 현장에 투입하여 사용하고 있다.Fig. 1 is a view showing a conventional art folklore robot for underwater work and a bus bar 10 as an example of an ROV 20. Fig. As shown in Fig. 1, watercress forklifts have been developed in foreign countries long before they are put into actual work sites.

그러나 상술한 바와 같은 수중 원격제어로봇의 원활한 이용을 위해서는, 수중에서의 장애물 감지, 위치 측정, 원격제어 알고리즘, 하드웨어 구조의 개선 작업 등의 문제점을 가진다.However, in order to smoothly use the underwater remote control robot, there are problems such as obstacle detection in the water, position measurement, remote control algorithm, and improvement work of the hardware structure.

이에 따라, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0077784호에서는 수중 로봇의 몸체 외측에 적어도 하나 이상의 근접 센서와 근접센서와 연결된 스프링 및 덧판을 구성하여, 덧판이 장애물에 접촉하는 경우 스프링에 의해 압력이 근접센서에 전달되어 주위 장애물을 감지할 수 있도록 하는 '장애물 감지 및 회피를 위한 수중로봇의 장애물 감지기와 수중로봇 및 그 방법'을 개시한다.Accordingly, in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0077784, a spring and a ridge connected to at least one proximity sensor and a proximity sensor are formed outside the body of the underwater robot, so that when the buryment contacts the obstacle, And an obstacle detector and an underwater robot for detecting and avoiding an obstacle, which enables an obstacle to be detected and transmitted to a proximity sensor.

그리고 대한민국 등록특허공보 10-1177839호에서는 예인선이 DGPS(Differential Global Positioning System)를 통해 위치를 추적하는 모선과의 상대위치와, 모선의 선저에서 작업하는 수중로봇으로부터 음향신호를 통해 전달되는 수종로봇에 대한 상태 위치 정보를 이용하여, 모선과 수중로봇 사이의 상대 위치를 획득하는 것에 의해 모선 선저의 수중로봇의 위치를 제어할 수 있도록 하는 '수중로봇 위치 측정 시스템 및 그 방법 및 시스템'을 개시한다.In Korean Patent Registration No. 10-1177839, a tugboat is provided with a relative position with respect to a position of a traverse line through a DGPS (Differential Global Positioning System), and a relative position between a traverse robot that is transmitted through an acoustic signal from an underwater robot The present invention discloses a 'underwater robot position measurement system and method and system' for acquiring a relative position between a bus and an underwater robot using the state information of the underwater robot, thereby enabling the position of the robot in the underwater boat to be controlled.

또한, 대한민국 등록특허 제 10-1213534호에서는 수상 게이트웨이를 설치하여 게이트웨이를 통해 클러스터 내의 수중 로봇의 등록 요청 브로드캐스팅을 수행하고, 해당 클러스터에 속하는 수중 로봇들이 게이트웨이를 통해 응답하여 클러스터에 등록 되는 것에 의해 수중 로봇들로 제어 명령을 전송할 수 있도록 하는 '수종로봇 원격 제어 시스템 및 방법'을 개시한다.In Korean Patent Registration No. 10-1213534, an award gateway is installed, broadcasting registration request of an underwater robot in a cluster is performed through a gateway, and submersible robots belonging to the cluster are registered in the cluster in response via a gateway A remote control system and method for remote control of a remote robot for transmitting control commands to underwater robots.

상술한 바와 같이, 종래기술들의 경우, 수중 작업 로봇의 제어를 위해, 다양한 장애물 감지 기술, 위치 측정 기술 및 수중 로봇과의 통신 기술 등을 개발하여 제공하고 있다.
As described above, in the case of the conventional technologies, various obstacle detection technology, position measurement technology, and communication technology with an underwater robot are developed and provided for controlling an underwater work robot.

그러나 종래기술들의 경우에는, 저비용으로 수중 로봇 주위 영상을 제공하는 기술, 수중 음향의 효율적인 전달에 의해 음향에 의한 주위 환경 파악을 위한 기술, 모선의 시스템 간소화를 위한 기술 등은 제공하지 못하고 있어, 모선의 비용 절감과, 수중 로봇의 효율 향상에 의한 인건비 절감을 위한 기술 개발을 필요로 하고 있는 실정이다.However, in the case of the prior art, it has not been possible to provide a technique for providing an image around the robot underwater at a low cost, a technology for grasping the surrounding environment by sound by efficient delivery of underwater sound, and a technique for simplifying the system of the mother ship, And to improve the efficiency of underwater robots and to reduce labor costs.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저가의 카메라를 통해 작업에 필요한 영상을 구현하고, 입체 음향 효과를 제공하여 음향에 의한 주위 환경을 입체적으로 느낄 수 있도록 하여 조작을 용이하게 함으로써 비숙련자도 조작을 용이하게 수행할 수 있도록 하여, 수중 건설용으로 새롭게 개발되는 경 작업용 원격제어로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle)의 작업 능률과 범위를 현저히 향상시키고, 인건비를 절감시킬 수 있도록 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional art, and it is an object of the present invention to provide an image processing method and a stereoscopic image processing method, (ROV: Remotely Operated Vehicle), which is newly developed for underwater construction, to significantly improve the work efficiency and range and reduce the labor cost. And an object of the present invention is to provide a remote control robot system for underwater work and a control method thereof.

또한, 본 발명은 수중 작업용 원격제어로봇의 제어에 필요한 영상, 음향 및 접촉 신호 등의 신호처리를 로봇과 모선에서 분산 처리하도록 구현하는 것에 의해 모선의 시스템 구성을 최소화 시킬 수 있도록 하여 모선의 용선비를 현저히 절감시킬 수 있도록 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
Further, according to the present invention, it is possible to minimize the system configuration of the bus by implementing the signal processing such as image, sound, contact signal and the like necessary for controlling the remote control robot for underwater work in a distributed manner in the robot and the bus, It is another object of the present invention to provide a remote control robot system for underwater work and a method thereof.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 고화질 카메라를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드 카메라를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리부; 음원의 방향과 크기를 측정하도록 ROV( Remotely Operated Vhicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 입체음향 센서부와, 상기 입체음향 센서부의 센싱 신호에 대응하는 가상 음원 소스의 방향과 크기를 가지는 입체음향을 생성하는 입체음향 시스템부를 포함하는 음향처리부; 및 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 가상 접촉 신호 정보를 제공하는 접촉신호처리부;를 포함하는 멀티미디어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a remote control robot system for underwater work, which comprises a high-definition camera for providing a forward view image, a fixed-focus camera for providing an image of a work area, An image processing unit for providing a peripheral image of the ROV; A stereo acoustic sensor unit including a plurality of acoustic sensors mounted on an outer surface of an ROV (Remote Operated Vhicle) for measuring the direction and size of a sound source; A sound processing unit including a stereo sound system unit for generating a stereo sound having a direction and a size of a sound source; And a contact signal processing unit for detecting the position of a peripheral obstacle of the ROV and providing virtual contact signal information in stages.

상기 영상처리부는, ROV의 전방 화면 영상을 제공하는 고화질 카메라부; 상기 ROV의 매니플레이터 작업 영역의 영상을 제공하는 고정초점 카메라부; 상기 ROV의 주변 영상을 제공하는 서라운드뷰 카메라부; 및 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부의 촬영 영상을 전송받아 출력하는 모니터부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the image processing unit comprises: a high-definition camera unit for providing a front screen image of ROV; A fixed focus camera unit for providing an image of the manipulator working area of the ROV; A surround-view camera unit for providing a surrounding image of the ROV; And a monitor unit installed on the bus and receiving and outputting the images of the high-definition camera unit, the fixed-focus camera unit, and the surround-view camera unit.

상기 고화질 카메라부의 영상은 모선으로 바로 전송되어 영상신호처리가 수행되고, 상기 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부는 상기 ROV에서 영상 신호처리가 수행되는 분산신호처리를 수행하고,The fixed-focus camera unit and the surround-view camera unit perform dispersion signal processing in which video signals are processed in the ROV,

상기 모니터부는 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 출력하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.The monitor unit may include a dispersion control structure installed on a bus and receiving image data processed by the high-definition camera unit, the fixed-focus camera unit, and the surround-view camera unit, and outputting the processed image data.

상기 고화질 카메라부는, 고화질 카메라 및 상기 고화질 카메라의 팬(pan)과 틸트(tilt)를 제어하는 고화질 카메라 팬틸트부;를 포함하여 구성되어 상기 고화질 카메라의 영상을 통신케이블을 이용하여 모선의 모니터부로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the high-definition camera unit comprises a high-definition camera and a high-definition camera pan tilt unit for controlling pan and tilt of the high-definition camera, the image of the high-definition camera being transmitted to a monitor unit And transmits the data.

상기 고정초점 카메라부는, 매니플레이터에 의해 수행되는 작업 영역에 대한 스테레오 영상을 촬영하기 위해 작업 영역에 초점 고정되는 두 대 이상의 모션 비전용 고정 초점 카메라; 상기 고정초점 카메라들의 팬(pan)과 틸트(tilt)를 제어하는 고정 초점 카메라 팬틸트부; 및 상기 고정 초점 카메라와 상기 고정 초점 카메라 팬틸트부의 모선과의 통신을 위한 랜허브(LAN HUB)와 광커넥터를 포함하는 고정초점 카메라부 통신부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the fixed-focus camera unit includes at least two motion-ratio-dedicated fixed-focus cameras that are focused on a working area to photograph a stereo image of a working area performed by the manipulator; A fixed-focus camera pan tilt unit for controlling pan and tilt of the fixed-focus cameras; And a fixed focus camera unit communication unit including a LAN hub and an optical connector for communication between the fixed focus camera and the busbar of the fixed-focus camera pan / tilt unit.

즉 상기 고정 초점 카메라는 스테레오 카메라로 구성되며, That is, the fixed focus camera is composed of a stereo camera,

상기 서라운드뷰 카메라부는, 찰영 영상을 조합하여 주변 영상을 생성하는 두 개 이상의 서라운드뷰 카메라; 및 상기 서라운드뷰 카메라들의 촬영 영상을 디지털 신호로 변환한 후 모선의 모니터부로 전송하도록 디지털 변환기와 이더넷 IF(InterFace)를 포함하는 서라운드뷰 카메라부 통신부;를 포함하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.The surround-view camera unit may include at least two surround-view cameras that combine tally images to generate a surrounding image; And a surround-view camera unit communication unit including a digital converter and an Ethernet IF (InterFace) for converting an image captured by the surround-view cameras into a digital signal and transmitting the digital signal to a monitor unit of a bus line. do.

상기 모니터부는, 상기 고화질 카메라의 촬영 영상데이터를 표시하고 저장하는 고화질 영상 모니터부; 상기 고정 초점 카메라부에 의한 매니플레이터 작업 영역의 영상과 상기 서라운드뷰 카메라부에 의한 ROV 주변 영상을 수신하여 저장하고 제어하는 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부; 상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부에서 출력되는 고정초점 카메라 영상을 출력하는 고정초점영상모니터부; 및 상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부에서 출력되는 서라운드뷰 카메라 영상을 출력하는 서라운드뷰영상모니터부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the monitor unit comprises: a high-quality image monitor unit for displaying and storing photographed image data of the high-definition camera; A fixed focus and surround image monitoring control unit for receiving, storing, and controlling the image of the manipulator working area by the fixed focus camera unit and the ROV surrounding image by the surround view camera unit; A fixed focus image monitor for outputting a fixed focus camera image output from the fixed focus and surround image monitoring controller; And a surround-view image monitor unit for outputting a surround-view camera image output from the fixed-focus and surround-image monitoring control unit.

상기 입체음향 시스템부는, 상기 ROV에 설치된 입체음향 센서부의 신호처리는 ROV에서 수행하고, 입체음향 출력을 위한 신호처리는 모선에서 처리하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.The stereophonic sound system is characterized in that a signal processing of a stereo sound sensor unit provided in the ROV is performed in ROV and a signal processing in stereo sound output is processed in a bus.

상기 접촉신호처리부는,The contact signal processing unit,

ROV의 센서 정보를 융합하여 센서 정보에 대응하는 상기 가성 접촉 신호 정보를 생성하고, 가상 접촉 신호 정보의 대상물과의 거리와 ROV의 속도(속력 및 이동 방향)에 따라 서로 다른 경고를 출력하는 것을 특징으로 한다. The sensor information of the ROV is fused to generate the false contact signal information corresponding to the sensor information and different warnings are outputted according to the distance of the virtual contact signal information to the object and the speed of the ROV (speed and moving direction) .

상기 접촉신호처리부는, IMV, DVL, 고도계, 심도계, 다채널근접센서, ROV동작추정부, 위치추정부, 초음파센서부 중 하나 이상을 포함하여 ROV의 주변 장애물을 인식하는 센서부; 상기 ROV의 구동 명령을 분석하여 ROV의 3차원 공간상의 위치를 추정하는 위치추정부; 및 운영자 선택 모니터의 영상에 따른 제어 명령 보정에 의해 모니터 영상의 시각 혼동을 제어하는 모니터영상보정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the contact signal processing unit includes at least one of an IMV, a DVL, an altimeter, a depth meter, a multi-channel proximity sensor, an ROV operation estimating unit, a position estimating unit, and an ultrasonic sensor unit. A position estimator for estimating a position on the three-dimensional space of the ROV by analyzing a driving command of the ROV; And a monitor image correcting unit for controlling the visual confusion of the monitor image by correcting the control command according to the image of the operator selected monitor.

상기 가상 접촉 신호를 대응하는 진동, 경고음, GUI 표시 중 하나 이상의 방법으로 운영자에게 전달하는 햅틱부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a haptic unit for transmitting the virtual contact signal to the operator in accordance with at least one of a corresponding vibration, a warning sound, and a GUI display.

또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 상기 멀티미디어부의 감지 신호를 신호 처리한 후 결과 값만을 모선으로 전송하도록 상기 ROV에 구성되는 ROV 시스템제어부, 및 상기 ROV 시스템제어부로부터 전송되는 결과 값을 운영자가 인식하는 신호로 변환하여 출력한 후, 운영자의 제어 입력을 상기 ROV시스템 제어부로 전송하여 ROV를 제어하도록 모선에 설치되는 모선시스템제어부로 분리 구성되는 분산제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The remote control robot system for underwater work may further include an ROV system controller configured to process the sensing signal of the multimedia unit and to transmit only the result value to the ROV, and a ROV system controller configured to transmit a result value transmitted from the ROV system controller, And a distribution control unit configured to convert the signal into a signal to be recognized and then output the control input of the operator to the ROV system control unit and to be separated into a bus system control unit installed on the bus line to control the ROV, .

또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 분산배치되는 다수의 추력기를 구비하여, 매니플레이터의 구동력에 의한 ROV의 선체 진동을 상쇄키기 위한 ROV 선체에 대한 롤(Roll)과 피치(Pitch) 제어를 수행하는 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the remote control robot system for underwater work includes a plurality of thrusters distributed in a distributed manner, and the roll and pitch control for the ROV hull to offset the hull vibration of the ROV by the driving force of the manifold And a maneuverer-ROV hull co-ordinating controller for performing a maneuvering operation.

상기 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부는, 매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The maneuverer-ROV hull co-ordinating control unit may control the plurality of thrusters so as to cancel the estimated motion after interpreting the driving command of the manifold to estimate the movement of the ROV hull, .

또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 다운 타임 최소화를 위하여, 전원 계통을 부분 이중화하여 전원을 공급하는 전원이중화부;를 더 포함하고, 멀티미디어부의 영상처리부와 음향처리부와 접촉신호처리부, 분산제어부, 매니플레이터-ROV 선체 협력제어부를 구성하는 각 부품들이 교체 가능한 모듈화 구조로 제작되는 것을 특징으로 한다.
The remote control robot system for underwater work further includes a power supply redundancy unit for partially powering the power supply system to supply power for minimizing a down time and includes a video processing unit, a sound processing unit, a contact signal processing unit, , The manifolder-ROV hull co-operation control unit is manufactured in a modular structure in which the respective parts are replaceable.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법은, 멀티미디어부와 분산제어부와 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부를 포함하는 수중 작용용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법에 있어서, 멀티미디어부의 고화질 카메라부를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라부를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드뷰 카메라부를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리과정; ROV(Remotely Operated Vehicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 센서부에 의해 음원의 방향과 크기를 측정하고, 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 시스템부가 상기 입체음향 센서부의 측정 신호를 수신하여 측정 음원 소스에 대응하는 가상 음원을 생성하는 음향처리과정; 및 접촉신호처리부가 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 접촉 정보를 제공하는 접촉신호처리과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, a method of controlling a remote control robot system for underwater work according to the present invention is a method for controlling an underwater remote control robot system including a multimedia unit, a distributed control unit, and a manifold- An image processing step of providing a front view image using a high quality camera part of a multimedia part, providing an image of a work area using a fixed focus camera part, and providing a peripheral image of ROV using a surround view camera part; A direction and a size of a sound source are measured by a stereo sound sensor unit of an acoustic processing unit of a multimedia unit including a plurality of acoustic sensors mounted on an outer surface of a ROV (Remotely Operated Vehicle) A sound processing process in which a stereo sound system unit receives a measurement signal of the stereo sound sensor unit and generates a virtual sound source corresponding to a measured sound source; And a touch signal processing unit for sensing a position of a peripheral obstacle of the ROV and providing stepwise contact information.

상기 접촉신호처리과정은 해당 접촉 충격에 대응하는 진동, 경고음, GUI 표시 중 하나 이상의 방법으로 운영자에게 전달하는 햅틱신호를 제공하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The touch signal process may further include providing a haptic signal to the operator in at least one of a vibration corresponding to the contact shock, a warning sound, and a GUI display.

상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법은, 다운 타임 최소화를 위하여, 전원이중화부에 의해 전원 계통을 부분 이중화하여 전원을 공급하고, 멀티미디어부의 영성처리부와 음향처리부와 접촉신호처리부, 분산제어부, 매니플레이터-ROV 선체 협력제어부의 구성을 모듈화하여 제어하는 다운타임최소화과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to minimize the down-time, the control method of the underwater work remote control robot system includes a power source duplication unit for partially duplicating the power source to supply power, a contact signal processing unit for distributing the spirituality processing unit, the acoustic signal processing unit, And a downtime minimization process of modularizing and controlling the configuration of the plat- < Desc / Clms Page number 7 > ROV hull co-operation control unit.

상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법은, 매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하는 매니플레이터-ROV선체 협조제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The control method of the underwater work remote control robot system includes a step of estimating a movement of the ROV hull by interpreting a driving command of the manifold before driving the manifolder, And a maneuverer-ROV hull co-ordination controlling process for controlling the maneuverer-ROV hull.

상기 수중 작업용 원격제어로봇의 제어방법은, 상기 입체음향 시스템부가 모선에 설치되어, 입체음향 센서부의 음향 센싱 및 신호처리는 ROV에서 수행되고, 상기 입체음향 출력은 모선에서 분산처리하도록 분산제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The control method of the underwater work remote control robot may include a dispersion control process in which the stereo sound system unit is installed on the bus, sound sensing and signal processing of the stereo sound sensor unit is performed in the ROV, and the stereo sound output is distributed in the bus; And further comprising:

상기 수중 작업용 원격제어로봇의 제어방법은, 고화질 카메라를 구비한 고화질 카메라부, 두 개 이상의 상기 고정초점 카메라를 구비한 고정초점 카메라부 및 두 개 이상의 서라운드 카메라를 구비한 서라운드뷰 카메라부에 의한 촬영 영상의 신호처리는 ROV에서 수행되고, 상기 ROV의 전방 화면 영상, 매니플레이터 작업 영역 영상 또는 상기 서라운드 영상을 모선의 모니터부에서 출력하는 분산제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
The control method of the underwater work remote control robot includes a high-definition camera unit having a high-definition camera, a fixed-focus camera unit having two or more fixed-focus cameras, and a surveillance camera unit having two or more surround cameras And a dispersion control process of performing image signal processing on the ROV and outputting the front screen image, the manipulator work area image, or the surround image of the ROV from the monitor unit of the bus.

상술한 구성을 가지는 본 발명은, 저가의 카메라를 통해 작업에 필요한 영상을 구현하고, 입체 음향 효과를 제공하여 음향에 의한 주위 환경을 입체적으로 느낄 수 있도록 하여 조작을 용이하게 함으로써 비숙련자도 조작을 용이하게 수행할 수 있도록 하여, 수중 건설용으로 새롭게 개발되는 경 작업용 원격제어로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle)의 작업 능률과 범위를 현저히 향상시키고, 인건비를 절감시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
The present invention having the above-described configuration realizes an image necessary for a job through a low-cost camera, and provides a stereo sound effect, thereby enabling the user to feel the surroundings of the surroundings in a three- So that the operation efficiency and range of the remotely operated vehicle (ROV), which is newly developed for underwater construction, can be remarkably improved and the labor cost can be reduced.

또한, 본 발명은 수중 작업용 원격제어로봇의 제어에 필요한 영상, 음향 및 접촉 신호 등의 신호처리를 로봇과 모선에서 분산 처리하도록 구현하는 것에 의해 모선의 시스템 구성을 최소화 시킬 수 있도록 하여 모선의 용선비를 현저히 절감시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
Further, according to the present invention, it is possible to minimize the system configuration of the bus by implementing the signal processing such as image, sound, contact signal and the like necessary for controlling the remote control robot for underwater work in a distributed manner in the robot and the bus, It is possible to remarkably reduce the cost of the system.

도 1은 종래기술의 ROV(10)와 모선(20)으로 구성되는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 블록 구성도.
도 3은 도 2의 멀티미디어부(100)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 4는 도 2의 영상처리부(110)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 5는 도 2의 음향처리부(120)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 6은 분산제어를 위한 멀티미디어부(100)와 분산제어부(300)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 7은 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
FIG. 1 is a block diagram of a remote control robot system for underwater work comprising ROV 10 and bus 20 of the prior art.
2 is a block diagram of a remote control robot system for underwater work according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram showing a detailed configuration of the multimedia unit 100 of FIG.
4 is a block diagram showing a detailed configuration of the image processing unit 110 of FIG.
5 is a block diagram showing the detailed configuration of the sound processing unit 120 of FIG.
6 is a block diagram showing the detailed configuration of the multimedia unit 100 and the distributed control unit 300 for the distributed control.
7 is a flowchart showing a process of a control method of a remote control robot system for underwater work according to the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing embodiments of the present invention.

본 발명의 실시예의 설명에서 ROV와 모선은 도 1의 도면 부호를 그대로 사용하여 ROV(20) 모선(10)으로 하여 설명한다.
In the description of the embodiment of the present invention, the ROV and the bus bar are used as the bus bar 10 of the ROV 20 as they are.

도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 블록 구성도이다.2 is a block diagram of a remote control robot system for underwater work according to an embodiment of the present invention.

도 2와 같이 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템(1)은 멀티미디어부(100), 다운타임최소화를 위한 전원이중화부(200), 모선의 시스템 부하 절감을 위한 분산제어부(300), 매니플레이터 구동 시의 ROV( Remotely Operated Vhicle, 수중 작업용 원격제어로봇)(20)의 선체 진동 최소화를 위한 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부(400) 및 모선(10)과 ROV(20) 사이의 통신을 위한 통신부(500)를 포함하여 구성된다.2, the remote control robot system 1 for underwater work includes a multimedia unit 100, a power duplication unit 200 for minimizing a down time, a dispersion control unit 300 for reducing a system load of a bus, ROV hull coordination control unit 400 for minimizing the hull vibration of a ROV (Remotely Operated Vhicle) 20 and a communication unit for communication between the bus 10 and the ROV 20 (500).

상기 멀티미디어부(100)는 고화질 카메라를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드 카메라를 이용하여 ROV(20)의 주변 영상을 제공한다. 또한, ROV(20) 주변의 음원에 대한 음원의 방향과 크기를 측정하여 지향성 음원신호를 생성하고, 생성된 지향성 음원을 작업자가 ROV(20)의 관점에서 방향과 크기를 인식할 수 있도록 하는 가상음원으로 출력한다. 또한, 상기 멀티미디어부(100)는 ROV(20)의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 접촉 정보를 제공한다.
The multimedia unit 100 provides a forward view image using a high quality camera, provides an image of a work area using a fixed focus camera, and provides a surrounding image of the ROV 20 using a surround camera. In addition, it is possible to generate a directional sound source signal by measuring the direction and size of the sound source with respect to the sound source around the ROV 20, And outputs it as a sound source. In addition, the multimedia unit 100 detects the location of a peripheral obstacle of the ROV 20 and provides step-by-step contact information.

도 3은 도 2의 멀티미디어부(100)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도이고, 도 4는 도 2의 영상처리부(110)의 상세 구성 및 전송 방식을 나타내는 블록 구성도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the multimedia unit 100 of FIG. 2. FIG. 4 is a block diagram illustrating a detailed configuration and a transmission method of the image processing unit 110 of FIG.

도 3과 같이, 상술한 기능 수행을 위한 상기 멀티미디어부(100)는, 영상처리부(110), 음향처리부(120) 및 접촉신호처리부(130)를 포함하여 구성된다.3, the multimedia unit 100 for performing the functions described above includes an image processing unit 110, an acoustic processing unit 120, and a contact signal processing unit 130.

또한 도 3 및 도 4와 같이, 상기 영상처리부(110)는 고화질카메라부(111), 고정초점 카메라부(112), 서라운드카메라부(113) 및 모니터부(111M)를 포함하여 구성된다. 상술한 구성 중 상기 고화질카메라부(111), 고정초점 카메라부(112), 서라운드카메라부(113)는 ROV(20)에 구성되고, 상기 모니터부(111M)은 모선(10)에 구성된다.3 and 4, the image processing unit 110 includes a high-definition camera unit 111, a fixed-focus camera unit 112, a surround camera unit 113, and a monitor unit 111M. The high definition camera unit 111, the fixed focus camera unit 112 and the surround camera unit 113 are configured in the ROV 20 and the monitor unit 111M is configured in the bus bar 10.

상기 영상처리부(110)은 각 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.The image processing unit 110 will be described in detail below.

먼저 상기 고화질카메라부(111)는 ROV(20)의 전방 화면 영상을 제공하는 것으로, 도 4와 같이, 고화질 카메라(111a, HD 카메라)와 상기 고화질 카메라(111a)의 팬(pan)과 틸트(tilt)를 제어하는 고화질 카메라 팬틸트부(111b) 및 랜허브와 광케이블 커넥터를 포함하는 고정초점카메라부통신부(112d)를 포함하여 구성되어, 상기 고화질 카메라(111a)에 의해 촬영된 ROV(20)의 전방 영상(또는 주 영상)을 전용 광케이블(Dedicated Fiber Optic Cable)로 구성되는 통신케이블을 이용하여 모선(10)의 모니터부(111M)로 전송하는 기능을 수행한다.First, the high-definition camera unit 111 provides a front screen image of the ROV 20. As shown in FIG. 4, the high-definition camera unit 111 and the high-definition camera 111a provide pan and tilt tilt unit 111b and a fixed-focus camera unit communication unit 112d including a LAN hub and an optical cable connector. The ROV 20, which is photographed by the high-definition camera 111a, To the monitor unit 111M of the bus 10 by using a communication cable composed of a dedicated optical fiber cable (Dedicated Fiber Optic Cable).

상기 고정초점 카메라부(112)는, 두 대 이상의 고정 초점 카메라(112a, 112b)와 각각의 고정 초점 카메라의 팬과 틸트를 조절하는 고정초점 카메라 팬틸트부(112c)와 고정초점카메라부통신부(112d)를 포함하여 구성된다.The fixed-focus camera unit 112 includes two or more fixed-focus cameras 112a and 112b, a fixed-focus camera pan tilt unit 112c for adjusting the pan and tilt of each fixed-focus camera, 112d.

상기 고정 초점 카메라(112a, 112b)들은 매니플레이터의 의해 수행되는 작업 영역에 초점이 고정되어, 작업 영역을 촬영한 후 각각 합성되는 것에 의해 매니플레이터에 의한 작업 영역에 대한 스테레오 영상을 생성하도록 구성된다.The fixed focus cameras 112a and 112b are fixed in focus on the working area performed by the manifold, and are combined with each other after photographing the working area, thereby generating a stereo image for the working area by the manipulator .

상기 팬틸트부(111b)는 모선의 운영자의 제어에 의해 상기 팬틸트부를 조작하여 영상의 초점을 맞추는 원격추종과 상기 ROV 자체의 신호처리에 의해 상기 매니플레이터를 자동으로 추종하도록 하는 자동추종을 포함하는 팬틸트의 분산처리를 수행하도록 구성된다.The pan-tilt section 111b is controlled by the operator of the bus to control the pan tilt section to automatically follow the maneuver according to the remote tracking for focusing the image and the signal processing of the ROV itself And performs the dispersion processing of the pan tilt including the tilt.

또한, 상기 고정초점카메라부통신부(112d)는 각각의 고정 초점 카메라(112a, 112b)들의 촬영영상과 하기에 설명될 사라운드뷰 카메라부(113)의 촬영영상을 수신하여 다중화한 후 광케이블을 통해 모선(10)의 모니터부(111M)로 전송하도록 구성된다.In addition, the fixed-focus camera unit communication unit 112d receives and multiplexes the photographed images of the respective fixed-focus cameras 112a and 112b and the photographed image of the four-round-view camera unit 113, which will be described later, To the monitor unit 111M of the bus 10.

상기 서라운드뷰 카메라부(113)는 저화질 NTSC 방식의 아날로그 카메라인 다수의 서라운드뷰 카메라(113a, 113b)를 디지털 변환기와 이더텟 IF를 장착한 서라운드뷰카메라부통신부(113c)를 통해 네트워크에 바로 접속이 가능하도록 구현한다. 상기 구성의 서라운드뷰 카메라부(113)는 서라운드뷰카메라부통신부(113c)가 고정초점카메라부통신부(112d)와 접속되도록 구성된다.The surround-view camera unit 113 directly connects a plurality of surround-view cameras 113a and 113b, which are analog cameras of a low-quality NTSC system, to a network through a surround-view camera unit communication unit 113c equipped with a digital converter and an Ether- . The surround-view camera unit 113 configured as described above is configured such that the surround-view camera unit communication unit 113c is connected to the fixed-focus camera unit communication unit 112d.

상기 모니터부(111M)는 고화질 영상모니터부(111c), 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f), 고정초점영상모니터부(113e) 및 서라운드뷰영상모니터부(113d)를 포함하여 구성된다.The monitor unit 111M includes a high definition image monitor unit 111c, a fixed focus and surround image monitoring control unit 112f, a fixed focus image monitor unit 113e and a surround view image monitor unit 113d.

상기 고화질 영상모니터부(111c)는 고화질 카메라의 촬영 영상 데이터를 표시하고 저장하도록 구성된다.The high-definition image monitoring unit 111c is configured to display and store photographed image data of a high-quality camera.

상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f)는 상기 고정 초점 카메라부(112)에 의한 매니플레이터 작업 영역의 영상과 상기 서라운드뷰 카메라부(113)에 의한 ROV(20) 주변 영상을 수신하여 저장하고 각각의 영상을 고정초점영상모니터부(113e와 서라운드뷰영상모니터부(113d)로의 분할 출력을 제어하도록 구성된다.The fixed focus and surround image monitoring control unit 112f receives and displays an image of the manipulator working area by the fixed focus camera unit 112 and an image of the ROV 20 by the surround view camera unit 113 And controls each of the divided images to be output to the fixed-focus image monitor unit 113e and the surround-view image monitor unit 113d.

상기 고정초점영상모니터부(113e)는 상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f)에서 출력되는 고정초점 카메라 영상을 출력하도록 구성된다.The fixed-focus image monitor unit 113e is configured to output a fixed-focus camera image output from the fixed-focus and surround-image monitoring controller 112f.

상기 서라운드뷰명상모니터부(113e)는 상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f)에서 출력되는 서라운드뷰 카메라 영상을 출력하도록 구성된다.The surround-view meditative monitoring unit 113e is configured to output a surround-view camera image output from the fixed-focus and surround-image monitoring controller 112f.

상술한 구성의 모니터부(111M)의 각 구성은 촬영된 영상데이터를 전용 광케이블을 이용하여 고정초점카메라부통신부(112d)를 통해 수신하도록 모선(10)에 구성된다.Each configuration of the monitor unit 111M having the above-described configuration is configured in the bus 10 to receive photographed video data through the fixed-focus camera unit communication unit 112d using a dedicated optical cable.

상술한 구성에서 상기 영상처리부(110)의 촬영 영상 신호들의 신호처리는 ROV(20) 내에서 신호 처리된 후 결과 값만이 모선(10)의 모니터부(111M)로 전송되어 출력하도록 하는 영상신호처리에 대한 분산제어가 수행된다. 구체적으로, 상기 고화질 영상모니터부(111c), 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f), 고정초점영상모니터부(113e) 및 서라운드뷰영상모니터부(113d)In the above-described configuration, the signal processing of the photographed image signals of the image processing unit 110 is processed in the ROV 20, and then only the resultant value is transmitted to the monitor unit 111M of the bus 10 and output Is performed. More specifically, the high definition image monitor 111c, the fixed focus and surround image monitoring controller 112f, the fixed focus image monitor 113e, and the surround view image monitor 113d,

상기 고화질 카메라부(111)의 영상은 모선으로 바로 전송되어 영상신호처리가 수행되고, 상기 고정초점 카메라부(113) 및 서라운드뷰 카메라부(113) 상기 ROV에서 영상 신호처리가 수행되는 분산신호처리를 수행하고, 상기 모니터부는 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 출력하는 분산제어 구조로 구성된다. 이에 따라, 모선(10)의 영상 신호처리를 위한 시스템 구성을 간소화시킬 수 있게 된다. 상술한 분산 제어는 하기에 설명될 분산제어부(300)에 의해 수행된다.The fixed-focus camera unit 113 and the surround-view camera unit 113 process the video signal in the ROV, and the video signal processing is performed. The monitor unit includes a distributed control structure installed on a bus and receiving image data processed by the high-definition camera unit, the fixed-focus camera unit, and the surround-view camera unit, and outputting the image data. Thus, the system configuration for processing the video signal of the bus bar 10 can be simplified. The above-described distributed control is performed by the distributed control unit 300, which will be described below.

즉, 상기 영상처리부(110)는 3가지 카메라부 그룹에 의해 고화질 영상을 획득할 수 있도록 한다. 이러한 구성의 이유를 설명하면 다음과 같다.That is, the image processing unit 110 can acquire a high-quality image by three camera subgroups. The reason for such a configuration is as follows.

ROV(20) 작업은 영상에 의하여 가장 많은 정보를 제공받는다. 최근 HD급 카메라가 대중화되었지만. 실제 HD 고화질의 영상을 구현하기 위해서는 카메라 외에 영상의 손실을 최소화하는 전송 방법과 저장 방법을 함께 구현해야 한다. 또한, 적절한 조명의 종류, 장착 위치, 조명의 방향 및 세기 등 수중 고화질 영상을 취득하기 이한 기술적인 조건은 매우 다양하며 까다롭다. 이를 모두 만족할 때 비로소 HD 방송 수준의 영상을 얻을 수 있다. 물론 탁도 등 수중 상태의 조건은 별게의 문제이다. 따라서 다수의 HD 카메라를 장착하는 것은 현실적이지 않다. 이러한 대안으로 본 발명의 실시예에서는 HD 카메라를 구비하는 고화질 카메라부(111) 이외에 추가로 2가지 그룹의 카메라 군을 설정한다. 즉, 고정된 초점을 가지는 소형 고해상도 모션 비젼용 카메라 두 대를 스테레오로 장착한 고정초점 카메라부(112)를 구성하여 수중 작업용으로 사용한다. 수중 작업은 로봇 팔의 작업 범위가 한정되기 때문에 고정된 초점으로 충분히 고화질 영상을 얻을 수 있는 여건이 된다. 상기 모션 비젼용 카메라는 크기가 작고 가볍기 때문에 빠른 팬틸트 조작이 가능하고, 디지털 네트워크에 바로 연결이 되는 Giga 이더넷 인터페이스(IF)를 제공하기 때문에 잡음에 강하다. 이때 모선의 운영자의 제어에 의해 상기 팬틸트부를 조작하여 영상의 초점을 맞추는 원격추종과 상기 ROV 자체의 신호처리에 의해 상기 매니플레이터를 자동으로 추종하도록 하는 자동추종을 포함하는 팬틸트의 분산처리를 수행하도록 구성된다.ROV (20) work is given the most information by the image. Recently, HD cameras have become popular. In order to realize real HD high quality image, a transmission method and a storage method which minimize the loss of the image other than the camera should be implemented together. In addition, the technical conditions for obtaining a high-quality image in the water, such as the type of proper lighting, the mounting position, the direction and intensity of illumination, etc., are very diverse and difficult. When all of these are satisfied, HD broadcasting level images can be obtained. Of course, the condition of underwater conditions such as turbidity is a problem. Therefore, it is not realistic to mount a large number of HD cameras. As an alternative to this, in the embodiment of the present invention, in addition to the high-definition camera unit 111 having the HD camera, two groups of cameras are additionally set. That is, a fixed-focus camera unit 112 equipped with two small-sized, high-resolution, motion-vision cameras having a fixed focus is mounted in stereo, and is used for underwater work. Underwater work is limited by the working range of the robot arm, so it is a condition to obtain a high quality image with sufficient fixed focus. Since the motion-vision camera is small and light, it can perform a high-speed pan / tilt operation and provides a Giga Ethernet interface (IF) directly connected to a digital network. A pan tilt dispersion process including an automatic tracking for automatically following the manifold by signal processing of the ROV itself and remote tracking for focusing an image by operating the pan tilt unit under the control of a bus operator .

그리고 또 하나의 카메라군은 ROV의 자체 상태와 전방을 제외한 주변 상태를 파악하기 위한 카메라로 저화질 NTSC 방식의 아날로그 카메라를 디지털 변환기와 이더텟 IF를 장착하여 네트워크에 바로 접속이 가능하도록 구현한 서라운드뷰 카메라부로 구성한다. 이와 같이 다수의 저화질 카메라에서 생성된 영상은 ROV에서 실시간으로 합성되어 ROV의 주변의 서라운드 뷰(Souround View)를 제공한다. 이상의 3가지 카메라 그룹 및 분산처리 구조는 목적과 성능, 그리고 경제성을 최적화한 구성으로 효과적인 영상 정보를 제공한다. 상기 서라운드뷰 카메라부는 서라운드 영상 생성을 위해 4개 이상의 카메라를 구비하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
And another camera group is a camera to grasp the ROV itself and surrounding conditions except for the front, and it is equipped with a digital camera with a low-resolution NTSC system and a surround-view And a camera unit. In this way, images generated from a number of low-quality cameras are synthesized in real time in ROV, and provide a surround view around the ROV. The above three camera groups and distributed processing structure provide effective image information with optimized configuration for purpose, performance, and economy. The surround-view camera unit may include at least four cameras for generating a surround image, but the present invention is not limited thereto.

도 5는 도 2의 음향처리부(120)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도이다.5 is a block diagram showing the detailed configuration of the sound processing unit 120 of FIG.

지상의 로봇과는 달리 ROV의 작업은 음향 정보가 전혀 제공되지 않는다. 따라서 운영자는 모든 정보를 시각에 의존하여 받아야 한다. 지금까지의 ROV 운영자는 이와 같은 제어실의 상황을 당연하고 자연스럽게 받아들이지만, 일반적인 텔레-로보틱스(tele-robotics)의 관점에서 볼 때, 이는 매우 이례적인 경우로 볼 수 있으며 비효율적이다. 그 이유로는 수중에는 다양한 작업 음이 존재한다. 추진기의 동작음. 유압 장치의 동작 음, 환경과 접촉에 의한 접촉 음, 여러 대의 장비가 도시에 작업을 하는 경우의 주변의 환경 음도 존재한다. 이러한 환경의 음의 존재는 운영자가 전체 시스템이 정상적인지 또는 비정상적인 상태인지 빠르게 파악할 수 있도록 도와준다. 다만, 수중에서는 음파의 전달 속도가 매우 빠르고 음원의 방향이 직선이 아니기 때문에 수중 음원 방향의 전달을 위해서 알고리즘에 이한 실시간 가공이 필요하다. 따라서 전달하는 음은 완전한 실제음이 아니며, 실제 음의 취득이 목적이 아니므로 실제음을 재생할 필요가 없다. 본 발명의 경우 음향처리부(120)는 운영자가 주변 환경 상황을 파악하는데 도움을 주기 위해 효과적적으로 가공된 입체 음향을 제공하는 것에 있다. 또한, 필요에 따라 설장을 통해 특정 센서의 값을 주기적으로 읽어주는 자이를 제공한다. 이러한 장치는 운영자에게 간헐적으로 또는 필요 시 지속적으로 정보를 제공한다. 한편 상황에 따라 기능이 필요하지 않을 경우 기능을 켜지 않으면 된다.Unlike terrestrial robots, ROV's work does not provide any acoustic information at all. Therefore, the operator must receive all the information in a visual manner. Until now, ROV operators have taken this situation naturally and naturally, but from the point of view of general tele-robotics, this is a very unusual case and inefficient. The reason is that there are various working sounds in the water. Operating sound of propeller. There are also operating sounds of the hydraulic equipment, contact sounds due to contact with the environment, and surrounding environmental sounds when several equipment are working in the city. The presence of these environments helps the operator to quickly determine whether the entire system is normal or abnormal. However, since the propagation speed of sound waves in water is very fast and the direction of sound source is not a straight line, real-time processing based on the algorithm is required to transmit the direction of underwater sound source. Therefore, the transmitted note is not a complete actual note, and since it is not the purpose of obtaining the actual note, there is no need to reproduce the actual note. In the case of the present invention, the sound processing unit 120 provides an effective processed stereo sound to help the operator to grasp the surrounding environment. In addition, it provides a jig that periodically reads the value of a specific sensor through the setup as needed. These devices provide information to the operator intermittently or continuously as needed. On the other hand, if the function is not needed according to the situation, the function should not be turned on.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 상기 음향처리부(120)는, 도 5와 같이, 음원에 대한 지향성을 가지고 음원의 방향과 크기를 측정하도록 ROV(20)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서(123a~123d)를 포함하는 입체음향 센서부(121)와, 상기 입체음향 센서부(121)의 센싱 신호에 대응하는 가상 음원 소스의 방향과 크기를 가지는 입체음향을 생성하도록 모선(10)에 설치되는 입체음향 시스템부(125)를 포함하여 구성된다.5, the sound processing unit 120 includes a plurality of acoustic sensors (not shown) mounted on the outer surface of the ROV 20 to measure the direction and size of the sound source with directivity to the sound source 123a to 123d and a stereophonic sound sensor unit 121 installed on the bus bar 10 to generate a stereo sound having a direction and a size of a virtual sound source corresponding to the sensing signal of the stereo acoustic sensor unit 121 And a stereophonic sound system unit 125 to which the sound signal is input.

상기 입체음향 센서부(121)는 ROV(20)에 설치되는 다수의 음향센서(123a~123d)를 가지는 음향센서어레이(123)를 이용하여 수중 음원(S)에서 발생하는 소리를 센싱한 후, 크기, 센싱 시간 등의 연산처리를 수행함으로써, ROV(20)에 대한 상대적인 음원(S)의 방향과 거리, 소리의 크기 등을 검출한다. 이렇게 입체음향 센서부(121)에 의해 검출된 수중 음원(S)의 소리 정보는 모선(10)의 입체음향 시스템부(125)로 전송된다.The stereo sound sensor unit 121 senses a sound generated from the underwater sound source S using an acoustic sensor array 123 having a plurality of sound sensors 123a to 123d installed in the ROV 20, Size, sensing time, and the like, thereby detecting the direction and distance of the sound source S relative to the ROV 20, the size of the sound, and the like. The sound information of the underwater sound source S detected by the stereo sound sensor unit 121 is transmitted to the stereo sound system unit 125 of the bus 10.

상기 입체음향 시스템부(125)는 각각의 음향센서(123a~123d)의 ROV(20)에 대한 상태 위치에 대응하는 위치에 위치하도록 운영자를 중심으로 배치되는 다수의 스피커(127a~127d)로 구성되는 입체스피커부(127)를 포함하여 구성된다.The stereo sound system unit 125 is constituted by a plurality of speakers 127a to 127d arranged around the operator so as to be located at positions corresponding to the state positions for the ROV 20 of the respective acoustic sensors 123a to 123d And a three-dimensional speaker unit 127 which is connected to the speaker.

상술한 구성의 입체음향 시스템부(125)는 입체음향 센서부(121)에서 전송된 수중 음원(S)의 ROV(20)에 대한 상대적인 위치, 방향 및 크기를 가지는 소리 정보를 운영자 관점에서의 가상 음원(VS)의 위치, 방향 및 크기를 가지는 소리가 되도록 각각의 스피커의 출력을 제어하여 출력하는 것에 의해, ROV(20)에 대한 수중 음원(S)의 위치를 모선에서의 운영자를 대상으로 하는 가상 음원(VS)으로 재생한다. 가상 음원(VS)를 통해 운영자는 ROV(20) 입장에서 수중 음원(S)을 가상적으로 인식할 수 있게 된다.
The stereo sound system unit 125 having the above-described structure is configured to receive sound information having a position, direction, and size relative to the ROV 20 of the underwater sound source S transmitted from the stereo sound sensor unit 121, The position of the underwater sound source S with respect to the ROV 20 can be detected by controlling the position of the underwater sound source S with respect to the operator on the bus line by controlling the output of each speaker so as to be the sound having the position, And reproduces it with a virtual sound source (VS). The operator can virtually recognize the underwater sound source S from the ROV 20 through the virtual sound source VS.

다시 도 3을 참조하면, 상기 접촉신호처리부(130)는 IMV, DVL, 고도계, 심도계, 다채널근접센서, ROV동작추정부, 위치추정부, 초음파센서부 중 하나 이상을 포함하여 ROV의 주변 장애물을 인식하는 센서부(130S)와, 상기 ROV의 구동 명령 및 다수의 센서에 의한 접촉 구간과의 거리를 분석하여 ROV의 3차원 공간상의 위치를 추정하는 위치추정부(130L)와, 운영자 선택 모니터의 영상에 따른 제어 명령 보정에 의해 모니터 영상의 시각 혼동을 제어하는 모니터영상보정부(130M)와, 햅틱신호를 발생시키는 햅틱부(130H)를 포함하여 구성된다.3, the contact signal processing unit 130 includes at least one of an IMV, a DVL, an altimeter, a depth meter, a multi-channel proximity sensor, an ROV operation estimating unit, a position estimating unit, and an ultrasonic sensor unit, A position estimating unit 130L for estimating a position on the three-dimensional space of ROV by analyzing a distance between a driving command of the ROV and a contact interval by a plurality of sensors, a sensor unit 130S for recognizing an obstacle, A monitor image correction unit 130M for controlling the visual confusion of the monitor image by correcting the control command according to the image of the monitor, and a haptic unit 130H for generating the haptic signal.

상술한 구성의 접촉신호처리부는, 모선의 운영자의 제어에 의해 상기 팬틸트부를 조작하여 영상의 초점을 맞추는 원격추종과 상기 ROV 자체의 신호처리에 의해 상기 매니플레이터를 자동으로 추종하도록 하는 자동추종을 포함하는 팬틸트의 분산처리를 수행하도록 구성된다.The contact signal processing unit of the above-described configuration is configured to automatically follow the maneuver by following the remote tracking that focuses the image by operating the pan tilt unit under the control of the operator of the bus and the signal processing of the ROV itself, To perform the dispersion processing of the pan tilt.

지상의 많은 로봇 시스템은 영상과 음향 정보를 넘어 접촉에 대한 정보를 제공한다. 단순한 접촉의 여부 또는 접촉하는 힘을 측정하는 센서는 고품질의 제어 결과를 얻기 위해 폭넓게 사용된다. 이러한 정보는 조작 장치에 바로 제공되어 환경의 접촉에 의한 느낌을 조작자에게 제공한다. 이러한 장치를 햅틱 장치라고 한다. 그러나 수중에서 사용이 가능한 접촉 센서 또는 힘 측정 센서는 종류가 다양하지 않고, 대략 수심 100m 이상의 영역에서는 수압의 영향으로 장착되기 어렵거나 매우 고가이다. 한편 ROV와 같이 물속에서 유영하는 수중 로봇은 접촉이 발생할 경우 상당한 손상이 불가피 하기 때문에 운영 중에 접촉을 허용할 수 없다. 그러나 잠수 때 해저면에 닿거나 부상 때 다른 구조물과 충돌하는 경우가 발생하며, 작업 중에 주변 환경과 접촉하는 경우도 발생이 가능하다. 이러한 상황에서 ROV에 주변에 가상의 접촉 구간을 단계별로 설정하고 장착된 다양한 센서를 이용하여 접촉 구간과의 거리를 예측함으로서 운영자에게 단계적인 경고를 줄 수 있다. 가상의 접촉 구간은 3차원 공간에서 설정되며, 경고는 음향, 영상을 통해 전달되고, 특히 햅틱부(130H)의 햅틱 장치를 통해 진동, 경고음, GUI 표시 등의 물리적인 가상의 힘을 구현하여 경보를 전달할 수 있다. 이를 위해 IMU, DVL, 고도계, 심도계, 다채널 근접 장애물 센서 등이 필요하며, 명령에 따른 ROV의 동작을 추정하여 센서 정보의 일시적인 부재를 극복하고 3차원 공간상에서의 위치를 추정한다. 이를 위해 다양한 확률적인 추정 및 예측 알고리즘이 적용된다.Many robotic systems on the ground provide information about contact beyond video and acoustic information. Sensors measuring simple contact or contact force are widely used to obtain high quality control results. This information is provided directly to the operating device to provide the operator with a feeling of environmental contact. Such a device is referred to as a haptic device. However, contact sensors or force measuring sensors that can be used in the water are not various kinds, and in the region of about 100 m or more in depth, they are difficult to be mounted due to water pressure or are very expensive. On the other hand, underwater robots swimming in water, such as ROV, can not allow contact during operation because significant damage is inevitable in case of contact. However, when submerged, it may collide with other structures when it touches the sea floor or floats, and it may happen that it comes into contact with the surrounding environment during work. In this circumstance, it is possible to provide a step-by-step warning to the operator by setting the virtual contact region around the ROV in a stepwise manner and estimating the distance from the contact region using various mounted sensors. The virtual contact section is set in the three-dimensional space. The warning is transmitted through the sound and the image. Particularly, the haptic device of the haptic part 130H implements physical and virtual forces such as vibration, . For this, IMU, DVL, altimeter, depth meter, multi-channel obstacle obstacle sensor, etc. are required, and the operation of ROV by command is estimated to overcome temporal absence of sensor information and estimate the position in three-dimensional space. Various probabilistic estimation and prediction algorithms are applied for this purpose.

또한 상기 모니터영상보정부(130M)는 운영자가 선택한 모니터의 영상에 따른 제어 명령을 보정하는 기법을 적용하여 모니터에서 본 시각에 따른 혼동을 제거하는 방법을 적용한다. 이러한 방법은 운영자가 작업 효율을 높이고 실수를 예방한다.In addition, the monitor image correcting unit 130M applies a method of correcting a control command according to an image of a monitor selected by the operator to remove confusion according to the time of the monitor. This method increases operator efficiency and prevents mistakes.

이와 같이 다양한 방법을 통하여 다양한 정보를 수집하고 가공하여 궁극적으로 작업자의 효율을 높이는 방향으로 사용되며, 작업자가 보다 쉽고 편하고 안전하게 작업을 수행함으로서 전체적인 작업 능률을 향상하는 것에 기여할 수 있게 된다.
In this way, various information is collected and processed to ultimately increase the efficiency of the worker. As a result, the worker can easily, comfortably, and safely perform the work, thereby contributing to the improvement of the overall work efficiency.

도 6은 분산제어를 위한 멀티미디어부(100)와 분산제어부(300)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도이다.6 is a block diagram showing the detailed configuration of the multimedia unit 100 and the distributed control unit 300 for the distributed control.

ROV의 비용 절감을 위한 방법으로 모선의 비용을 절감하는 것도 포함되며, 선상 제어실 설계도 비용 절감의 매우 중용한 요소로 작용한다. 따라서 효율적인 선상제어실의 구성에 따라 모선 선택의 폭을 보다 유연하게 할 수 있다. 선상 제어실은 하드웨어적인 규모와 운영자의 수에 의한 규모가 중요한 설계 요소가 된다.Reducing the costs of ROVs is also a way to reduce costs, and shipboard control room design is also a very important factor in cost savings. Therefore, the width of the bus selection can be made more flexible according to the configuration of the efficient line control room. The shipboard control room is an important design factor due to the hardware scale and the number of operators.

선상 제어실의 구성 요소 중에 큰 비중은 ROV(20)에서 전달되는 다양한 센서 데이터의 처리를 위한 통신 및 컴퓨터 시스템에 있다. 지금까지 통상적인 ROV는 모든 센서 데이터를 선상 시스템에 집중하여 처리하는 방식이다. 중앙 집중에 의한 수월한 데이터 처리, 유지 보수의 간편함, 그리고 광통신에 의한 무시할 만한 정도의 통신 시간 지연으로 인하여 변경의 필요성을 느끼지 못하고 있다. 그러나 다수의 데이터가 전송되는 독립적인 직렬 통신 장치로 인하여 광모뎀에서 다수의 직렬통신 포트를 확보해야 하며 컴퓨터에서 직렬 통신의 부담을 덜기 위해 직렬통신 서버를 별도로 두는 것이 통상적이며, 이에 따라 모선의 하드웨어 시스템의 구성이 복잡해지고 과도한 비용이 소요되어 비용 절감을 이루지 못하였다.A large proportion of the components of the onboard control room are in communication and computer systems for processing various sensor data communicated in the ROV 20. Until now, ROV is a method of concentrating all sensor data on a shipboard system. It does not feel the necessity of change due to easy data handling by centralization, easy maintenance, and negligible communication time delay due to optical communication. However, because of the independent serial communication device in which a plurality of data are transmitted, it is common to arrange a plurality of serial communication ports in the optical modem and to separate the serial communication server from the computer in order to reduce the burden of the serial communication. The configuration of the system becomes complicated and excessive cost is not achieved.

따라서 본 발명에서는 최근 널리 사용되는 고성능 마이크로프로세서인 ARM과 FPGA의 기술을 기반으로 다수의 직렬통신을 사용하는 센서를 ROV(20)에서 처리하고, 선택된 데이터만을 모선(10) 상에서 처리함으로써 컴퓨팅 자원의 위치를 분산하고 가상적으로 데이터를 통합하도록 하는 분산제어구조를 가지는 분산제어부(300) 도 6과 같이 설계하였다.Therefore, in the present invention, a sensor using a plurality of serial communication is processed in the ROV 20 based on the technology of ARM and FPGA which are widely used high performance microprocessors, and only the selected data is processed on the bus 10, The distributed control unit 300 having a distributed control structure for distributing positions and virtually integrating data is designed as shown in FIG.

즉, 상기 분산제어부(300)는 접촉센서부(130)와 영상처리부(110)의 데이터를 처리하기 위하여 고성능 마이크로프로세서인 ARM과 FPGA의 기술을 기반으로 다수의 직렬통신을 사용하도록 ROV(20)에 ROV신호처리부(355)와 ROV신호처리부(355)에서 선택되어 전송되는 데이터만을 신호처리하도록 모선(10)에 설치되는 모선시스템제어부(310)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 접촉센서부(130)와 영상처리부(110)는 ROV신호처리부(355)에 기가랜 기반으로 데이터를 전송하도록 구성된다. 또한 상기 ROV신호처리부(355)와 모선시스템제어부(310)는 랜허브와 광전변화기를 가지는 ROV통신부(351)를 모선(10)과 광케이블로 연결하여 통신을 수행할 수 있도록 구성된다.In order to process data of the contact sensor unit 130 and the image processing unit 110, the dispersion control unit 300 controls the ROV 20 to use a plurality of serial communications based on the technologies of ARM and FPGA, And a bus system controller 310 installed in the bus 10 to process only data selected and transmitted from the ROV signal processor 355 and the ROV signal processor 355. At this time, the contact sensor unit 130 and the image processing unit 110 are configured to transmit data to the ROV signal processing unit 355 based on the Giga LAN. The ROV signal processing unit 355 and the bus system control unit 310 are configured to perform communication by connecting an ROV communication unit 351 having a LAN hub and a photoelectric converter to the bus 10 via an optical cable.

상술한 도 6의 구성과 같이, 상기 분산제어부(300)는 ROV(20)의 하위네트워크는 EtherCAT 기반으로 설계되며, 부하에 따라 복수의 하위네트워크 구조를 가진다. 각 네트워크에 할당된 센서는 상호보완적인 센서로 그룹하여 만약 하나의 네트워크에 이상이 발생하여도 ROV의 최소 기능을 유지할 수 있도록 위험을 분산하는 구조로 설계되었다. 이러한 방법의 유지보수에 대한 측면으로 모선 상 시스템인 모선시스템제어부(310)에서 네트워크를 통해 ROV(20)에 대한 유지보수가 가능하다. 또한, 고성능 마이크로 프로세스의 외형이 매우 작기 때문에 ROV(20)에 장착하여도 ROV(20)의 하드웨어 구조에 거의 부담을 주지 않으면서 모선시스템제어부(310)의 과도한 통신 부담과 데이터 처리 부담을 경감하여 모선(10)의 제어실 내부의 복잡한 환경을 단순화할 수 있다는 장점이 있다. 실제 이러한 경우 통상적으로 사용하는 광통신 모뎀과 Mux, 각각의 직렬 장치를 변화하는 다수의 광통신 서브(sub) 보드를 제거할 수 있고 대신 LAN 통신 기반의 모든 장치를 물리적인 광 회선을 사용하는 것으로 해석하여 설계할 수 있다. 따라서 모선(10)의 제어실은 ROV(10)의 제어를 위한 필수적인 장비만으로 구축할 수 있고, 모든 시스템의 관리는 원격으로 진행이 가능하여 진정한 분산 시스템의 구현이 가능하다. 이에 따라 모선(10)의 시스템 구성을 위한 하드웨어 적인 비용을 현저히 절감할 수 있도록 한다.
6, the lower layer network of the ROV 20 is designed based on EtherCAT, and has a plurality of sub network structures according to the load. The sensors allocated to each network are grouped into complementary sensors, and the structure is designed to distribute the risk so that even if one network fails, the minimum ROV function can be maintained. In terms of maintenance of this method, it is possible to maintain the ROV 20 through the network in the bus system control unit 310 which is a bus system. In addition, since the external shape of the high-performance microprocessor is very small, it is possible to reduce the excessive communication burden and data processing burden of the bus system controller 310 without imposing almost any burden on the hardware structure of the ROV 20 even when the ROV 20 is mounted on the ROV 20 The complex environment inside the control room of the bus bar 10 can be simplified. In this case, it is possible to eliminate the optical communication modem and the Mux, which are commonly used, and a plurality of optical communication sub boards, which change the respective serial devices. Instead, all devices based on the LAN communication are interpreted as using physical optical lines Can be designed. Therefore, the control room of the bus 10 can be constructed only by the equipment necessary for controlling the ROV 10, and the management of all the systems can be performed remotely, thereby realizing a real distributed system. Accordingly, the hardware cost for the system configuration of the bus bar 10 can be remarkably reduced.

다음으로 도 1의 상기 전원이중화부(200)는 다운타임의 최소화를 위한 구성 중 하나이다.Next, the power supply redundancy unit 200 of FIG. 1 is one of the configurations for minimizing the downtime.

ROV(20)의 작업 현장에서 시스템이 기능을 정지하는 다운 시간 (down time)은 손실 비용과 신뢰도 면에서 매우 중요한 의미를 가진다. 따라서 최근의 모든 ROV와 작업 현장에서 다운 시간을 최소화하기 위한 절차를 마련하고 이를 보증하기 위한 다양한 검증을 요구한다. 특히 ROV(20)의 고장 발생 때 60분 이내의 고장 복구 보장이 대표적인 예라고 할 수 있다. 실제 현장에서 60분 이내의 고장을 복구하기 위해서는 5-10분 이내의 고장의 원인을 파악하고, 해당 부분의 부품을 즉각 교체하는 것이 가능하여야 한다. 이를 위해서 실시간 고장 진단 기능이 가능해야 하며 모든 부품이 모듈화되어 있어야 하고 현장에서 간단하게 교체가 가능해야 한다. 이에 따라 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템(1)의 모든 구성은 실시간 고장 진단이 가능하고, 모든 부품이 모듈화되어 있으며, 현장에서 간단하게 교체할 수 있도록 구성된다.The down time at which the system stops functioning at the worksite of the ROV 20 is very important in cost and reliability. Therefore, various ROVs and various verification procedures are required to ensure the downtime is minimized at the work site. In particular, it can be said that failure recovery within 60 minutes when a failure of ROV 20 occurs is a representative example. In order to recover from failure within 60 minutes, it should be possible to identify the cause of failure within 5-10 minutes and to immediately replace the part of the part. To do this, a real-time fault diagnosis function must be possible, all parts must be modular and should be easily replaceable in the field. Accordingly, all the components of the remote control robot system for underwater work 1 can be diagnosed in real time, all the parts are modularized, and can be easily replaced in the field.

또한, 다운 시간을 최소화하는 방안으로 위의 기본적인 조건이외에 전원 계통의 부분 이중화 방안이 있다. 상기 전원이중화부(200)는 한쪽 부분의 전원 시스템 고장에 전체 30%이상의 최소 전원의 투입이 가능하도록 구성된다. 또한 일부 모듈의 10%를 시스템 내부에 확보하여 단순 고장인 경우 압력 용기의 분해 조립 없이 바로 확보된 경로에 커넥터를 체결함으로써 문제를 해결할 수 있도록 구성된다.
In addition to the above basic conditions, there is a partial redundancy scheme of the power system in order to minimize the down time. The power supply redundancy unit 200 is configured such that a minimum power of 30% or more can be applied to a power system failure in one portion. In addition, 10% of some modules are secured inside the system, so that if a simple failure occurs, the problem can be solved by fastening the connector to the secured route without disassembling and assembling the pressure vessel.

다음으로 도 1의 매니플레이터-ROV선체 협조제어부(400)는 매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하도록 구성된다. 상기 추력기는 수직면에 4개, 수평면에 4개가 구성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.Next, the maneuverer-ROV hull co-ordinating control unit 400 of FIG. 1 analyzes the driving command of the manifold to estimate the ROV hull motion, and then compensates the estimated motion And to control the plurality of thrusters. It is preferable that the thruster has four on the vertical plane and four on the horizontal plane, but the present invention is not limited thereto.

비용 절감을 위해 ROV(20)의 선체 규모를 줄일 경우 발생하는 문제 중에 가장 심각한 것이 매니퓰레이터의 작업 중에 선체가 많이 흔들린다는 것이다. 이는 매니퓰레이터를 이용한 정밀 작업의 성패와 작업 시간측면에서 매우 부정적이기 때문에 다양한 제어기술로 해결을 하고자 한다. 본 발명에서는 ROV(20)에서는 수직운동에 필요한 추력을 용량이 작은 4대의 수직 추진기로 확보하고 분산 배치하여 롤(Roll)과 피치(Pitch)의 가제어성을 확보하였다. 또한 매니퓰레이터의 작업에 의하여 선체가 흔들리는 것을 감지하여 제어하는 것 보다 사전에 매니퓰레이터의 명령을 해석하고 이를 통해 선체가 움직이는 것을 미리 추정하여 선체를 제어하는 추측(predictive control)기법 등을 적극적으로 포함한 고급 제어 기법을 적용하였다. 이를 통해 경작업용 ROV에서 중간 작업용 ROV의 작업 성능을 가능하게 할 수 있었다.
One of the most serious problems when reducing the size of the hull of the ROV 20 in order to reduce costs is that the hull is shaken during operation of the manipulator. This is very negative in terms of the success or failure of the precise operation using the manipulator and the working time, so that various control techniques are desired. In the present invention, the ROV 20 secures the roll and pitch controllability by securing and distributing the thrust necessary for the vertical movement by the four vertical propellers having small capacities. In addition, rather than detecting and controlling the shaking of the hull by the operation of the manipulator, it is possible to analyze the command of the manipulator in advance, and to perform advanced control including actively predicting control of the hull by estimating the movement of the hull in advance Technique. This enabled the work performance of the intermediate ROV in the light ROV.

도 7은 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart showing a process of a control method of a remote control robot system for underwater work according to the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법은, 멀티미디어부와 분산제어부와 매니플레이트-ROV 선체 협조제어부를 포함하는 수중 작용용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법으로서, 멀티미디어부의 고화질 카메라부를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라부를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드뷰 카메라부를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리과정(S100)과, ROV(Remotely Operated Vehicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 센서부에 의해 음원에 대한 지향성을 가지고 음원의 방향과 크기를 측정하고, 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 시스템부가 상기 입체음향 센서부의 측정 신호를 수신하여 측정 음원 소스에 대응하는 가상 음원을 생성하는 음향처리과정(S200) 및 접촉신호처리부가 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 접촉 정보를 제공하는 접촉신호처리과정(S300)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 7, the control method of the remote control robot system for underwater work is a control method of a remote control robot system for underwater operation including a multimedia unit, a dispersion control unit, and a manifold-ROV hull coordination control unit, An image processing step (S100) of providing a forward view image using a high-quality camera unit, providing an image of a working area using a fixed-focus camera unit, and providing a peripheral image of ROV using a surround-view camera unit, The direction and size of the sound source are measured by the stereo sound sensor unit of the sound processing unit of the multimedia unit including a plurality of sound sensors mounted on the outer surface of the remotely operated vehicle and the underwater work remote control robot, The stereo sound system part of the sub sound processing part adds the measurement signal of the stereo sound sensor part (S200) for generating a virtual sound source corresponding to the source of the measured sound source, and a contact signal processing step (S300) for sensing the position of a peripheral obstacle of the ROV and providing stepwise contact information .

또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법은, 다운 타임 최소화를 위하여 전원이중화부에 의해 전원 계통을 부분 이중화하여 전원을 공급하는 과정과, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법은, 멀티미디어부의 영성처리부와 음향처리부와 접촉신호처리부, 분산제어부, 매니플레이트-ROV 선체 협력제어부의 구성을 모듈화하여 제어하는 과정을 선택적으로 수행하는 다운타임최소화과정(S400)을 더 포함하여 구성된다.
The method for controlling a remote control robot system for underwater work includes the steps of supplying power by partially duplicating a power supply system by a power duplication unit in order to minimize a down time and a control method of a remote control robot system for underwater work, A downtime minimization process (S400) for selectively performing a process of modulating and controlling the configurations of the spontaneity processing unit, the sound processing unit, the contact signal processing unit, the dispersion control unit, and the manifold-ROV hull co-operation control unit.

또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법은, 매니플레이트의 구동 이전에 매니플레이트의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하는 매니플레이트-ROV선체 협조제어과정(S500)을 더 포함하여 구성된다.The control method of the underwater work remote control robot system may further include a step of estimating a movement of the ROV hull by interpreting the driving command of the manifold before the operation of the manifold, And a manifold-ROV hull co-ordination controlling process (S500).

또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇의 제어방법은, 상기 입체음향 시스템부가 모선에 설치되어, 입체음향 센서부의 음향 센싱 및 신호처리는 ROV에서 수행되고, 상기 입체음향 출력은 모선에서 분산처리하도록 분산제어과정(S600)을 더 포함하여 구성된다.In addition, the control method of the underwater work remote control robot may include a step of installing the stereo sound system unit on the bus, performing sound sensing and signal processing of the stereo sound sensor unit on the ROV, and distributing the stereo sound output on the bus (S600).

상기 분산제어과정(S600)은, 고화질 카메라를 구비한 고화질 카메라부, 두 개 이상의 상기 고정초점 카메라를 구비한 고정초점 카메라부 및 두 개 이상의 서라운드 카메라를 구비한 서라운드뷰 카메라부에 의한 촬영 영상의 신호처리는 ROV에서 수행되고, 상기 ROV의 전방 화면 영상, 매니플레이트 작업 영역 영상 또는 상기 서라운드 영상을 모선의 모니터부에서 출력하는 과정을 더 포함하여 구성된다.The dispersion control process (S600) includes a high-definition camera unit having a high-definition camera, a fixed-focus camera unit having two or more fixed-focus cameras, and a surround- The signal processing is performed in the ROV, and further comprises the step of outputting the front screen image, the manifold working area image, or the surround image of the ROV from the monitor unit of the bus.

1: 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 10: 모선
20: ROV
100: 멀티미디어부
110: 영상처리부 111: 고화질 카메라부
111a: 고화질 카메라 111b: 고화질카메라 팬틸트부
111M: 모니터부
112: 고정초점 카메라부 112a, 112b: 고정초점 카메라
112c: 고정초점카메라 팬틸트부 112d: 고정초점카메라부통신부
112e: 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부
113: 서라운드뷰 카메라부 113a, 113b: 서라운드카메라
113c: 서라운드카메라부 통신부 113d: 서라운드뷰영상모니터부
113e: 고정초점영상모니터부
120: 음향처리부
121: 입체음향센서부 123: 음향센서어레이
123a~123d: 음향센서 S: 음원
125: 입체음향 시스템부 127: 입체스피커부
127a~127d: 스피커 VS: 가상 음원
130: 접촉신호처리부
130H: 햅틱부 130S: 접촉센서부
130L: 위치추정부 130M: 모니터영상보정부
200: 전원이중화부
300: 분산제어부
310: 모션시스템제어부 350: ROV시스템제어부
351: ROV시스템통신부
500: 통신부
1: Remote control robot system for underwater work 10: Mothership
20: ROV
100: Multimedia part
110: image processing unit 111: high-definition camera unit
111a: high definition camera 111b: high definition camera pan tilt section
111M: Monitor section
112: fixed focus camera unit 112a, 112b: fixed focus camera
112c: fixed-focus camera pan tilt section 112d: fixed-focus camera section communication section
112e: Fixed focus and surround image monitoring control unit
113: surround view camera unit 113a, 113b: surround camera
113c: Surround camera sub-communication unit 113d: Surround view image monitor unit
113e: Fixed-focus image monitor unit
120: Acoustic processor
121: stereo acoustic sensor unit 123: acoustic sensor array
123a ~ 123d: acoustic sensor S: sound source
125: stereo system part 127: stereo speaker part
127a ~ 127d: speaker VS: virtual sound source
130: contact signal processor
130H: Haptic part 130S: Contact sensor part
130L: Position estimation unit 130M: Monitor image correction unit
200: power supply duplication unit
300:
310: Motion system control unit 350: ROV system control unit
351: ROV system communication section
500:

Claims (16)

고화질 카메라를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드 카메라를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리부;
음원의 방향과 크기를 측정하도록 ROV( Remotely Operated Vhicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 입체음향 센서부와, 상기 입체음향 센서부의 센싱 신호에 대응하는 가상 음원 소스의 방향과 크기를 가지는 입체음향을 생성하는 입체음향 시스템부를 포함하는 음향처리부; 및
상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 가상 접촉 신호 정보를 제공하는 접촉신호처리부;
를 포함하는 멀티미디어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
An image processing unit for providing a front view image using a high quality camera, providing an image for a work area using a fixed focus camera, and providing a peripheral image of ROV using a surround camera;
A stereo acoustic sensor unit including a plurality of acoustic sensors mounted on an outer surface of an ROV (Remote Operated Vhicle) for measuring the direction and size of a sound source; A sound processing unit including a stereo sound system unit for generating a stereo sound having a direction and a size of a sound source; And
A contact signal processing unit for detecting the position of a peripheral obstacle of the ROV and providing stepwise virtual contact signal information;
The remote control robot system according to claim 1, further comprising:
청구항 1에 있어서, 상기 영상처리부는,
ROV의 전방 화면 영상을 제공하는 고화질 카메라부;
상기 ROV의 매니플레이터 작업 영역의 영상을 제공하는 고정초점 카메라부;
상기 ROV의 주변 영상을 제공하는 서라운드뷰 카메라부; 및
모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부의 촬영 영상을 전송받아 출력하는 모니터부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
The image processing apparatus according to claim 1,
A high definition camera unit for providing a front screen image of ROV;
A fixed focus camera unit for providing an image of the manipulator working area of the ROV;
A surround-view camera unit for providing a surrounding image of the ROV; And
And a monitor unit installed on the bus line for receiving and outputting the photographed images of the high-definition camera unit, the fixed-focus camera unit, and the surround-view camera unit.
청구항 2에 있어서,
상기 고화질 카메라부의 영상은 모선으로 바로 전송되어 영상신호처리가 수행되고, 상기 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부는 상기 ROV에서 영상 신호처리가 수행되는 분산신호처리를 수행하고, 상기 모니터부는 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 출력하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
The method of claim 2,
The fixed-focus camera unit and the surround-view camera unit perform dispersion signal processing in which image signal processing is performed in the ROV, and the monitor unit is installed in a bus And a distributed control structure for receiving and outputting image data processed by the high-definition camera unit, the fixed-focus camera unit, and the surround-view camera unit.
청구항 2에 있어서, 상기 고정초점 카메라부는,
매니플레이터에 의해 수행되는 작업 영역에 대한 스테레오 영상을 촬영하기 위해 작업 영역에 초점 고정되는 두 대 이상의 모션 비전용 고정 초점 카메라;
상기 고정초점 카메라들의 팬(pan)과 틸트(tilt)를 제어하는 고정 초점 카메라 팬틸트부; 및
상기 고정 초점 카메라와 상기 고정 초점 카메라 팬틸트부의 모선과의 통신을 위한 랜허브(LAN HUB)와 광커넥터를 포함하는 고정초점 카메라부 통신부;를 포함하여 구성되어,
모선의 운영자의 제어에 의해 상기 팬틸트부를 조작하여 영상의 초점을 맞추는 원격추종과 상기 ROV 자체의 신호처리에 의해 상기 매니플레이터를 자동으로 추종하도록 하는 자동추종을 포함하는 팬틸트의 분산처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
The camera according to claim 2,
Two or more motion-only fixed-focus cameras fixed in focus on a work area for capturing a stereo image of a work area performed by the manipulator;
A fixed-focus camera pan tilt unit for controlling pan and tilt of the fixed-focus cameras; And
And a fixed focus camera unit communication unit including a LAN hub and an optical connector for communication between the fixed focus camera and the busbar of the fixed-focus camera pan / tilt unit,
A pan tilt dispersion process including an automatic tracking for automatically following the manifold by signal processing of the ROV itself and remote tracking for focusing an image by operating the pan tilt unit under the control of a bus operator, Wherein the remote control robot system comprises:
청구항 2에 있어서, 상기 서라운드뷰 카메라부는,
ROV의 주변 상황 파악을 수행하기 위하여 사라운드 영상을 생성하는 두 개 이상의 서라운드뷰 카메라; 및
상기 서라운드뷰 카메라의 촬영 영상을 디지털 신호로 변환하여 서라운드 영상으로 합성한 후, 모선의 모니터부로 전송하도록 디지털 변환기와 이더넷 IF(InterFace)를 포함하는 서라운드뷰 카메라부 통신부;를 포함하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
The apparatus according to claim 2, wherein the surround-
Two or more surround-view cameras that generate a four-round image to perform an ROV surrounding situation detection; And
And a surround-view camera unit communication unit including a digital converter and an Ethernet IF (Inter-Face) for converting the photographed image of the surround-view camera into a digital signal and synthesizing the digital image into a surround image, Wherein the remote control robot system comprises:
청구항 1에 있어서, 상기 접촉신호처리부는,
ROV의 센서 정보를 융합하여 센서 정보에 대응하는 상기 가성 접촉 신호 정보를 생성하고, 가상 접촉 신호 정보의 대상물과의 거리와 ROV의 속도(속력 및 이동 방향)에 따라 서로 다른 경고를 출력하는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
The apparatus according to claim 1,
The sensor information of the ROV is fused to generate the false contact signal information corresponding to the sensor information and different warnings are outputted according to the distance of the virtual contact signal information to the object and the speed of the ROV (speed and moving direction) Remote control robot system for underwater work.
청구항 6에 있어서, 상기 접촉신호처리부는,
IMV, DVL, 고도계, 심도계, 다채널근접센서, ROV동작추정부, 위치추정부, 초음파센서부 중 하나 이상을 포함하여 ROV의 주변 장애물을 인식하는 센서부;
상기 ROV의 구동 명령을 분석하여 ROV의 3차원 공간상의 위치를 추정하는 위치추정부; 및
운영자 선택 모니터의 영상에 따른 제어 명령 보정에 의해 모니터 영상의 시각 혼동을 제어하는 모니터영상보정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
7. The apparatus of claim 6,
A sensor unit for recognizing a surrounding obstacle of the ROV including at least one of IMV, DVL, altimeter, depth meter, multi-channel proximity sensor, ROV operation estimating unit, position estimating unit, and ultrasonic sensor unit;
A position estimator for estimating a position on the three-dimensional space of the ROV by analyzing a driving command of the ROV; And
And a monitor image correcting unit for controlling the visual confusion of the monitor image by correcting the control command according to the image of the operator selected monitor.
청구항 6에 있어서, 상기 접촉신호처리부는,
상기 가상 접촉 신호를 대응하는 진동, 경고음, GUI 표시 중 하나 이상의 방법으로 운영자에게 전달하는 햅틱부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
7. The apparatus of claim 6,
And a haptic unit for transmitting the virtual contact signal to the operator through at least one of a corresponding vibration, a warning sound, and a GUI display.
청구항 1에 있어서,
상기 멀티미디어부의 감지 신호를 신호 처리한 후 결과 값만을 모선으로 전송하도록 상기 ROV에 구성되는 ROV 시스템제어부, 및
상기 ROV 시스템제어부로부터 전송되는 결과 값을 운영자가 인식하는 신호로 변환하여 출력한 후, 운영자의 제어 입력을 상기 ROV시스템 제어부로 전송하여 ROV를 제어하도록 모선에 설치되는 모선시스템제어부로 분리 구성되는 분산제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
The method according to claim 1,
An ROV system controller configured to process the sensing signal of the multimedia unit and to transmit only resultant values to the ROV;
The ROV system controller converts the resultant value transmitted from the ROV system controller into a signal recognized by the operator and outputs the converted signal to the ROV system controller to control the ROV, Wherein the remote control robot system further comprises a controller for controlling the operation of the remote control robot.
청구항 1에 있어서,
분산배치되는 다수의 추력기를 구비하여, 매니플레이터의 구동력에 의한 ROV의 선체 진동을 상쇄키기 위한 ROV 선체에 대한 롤(Roll)과 피치(Pitch) 제어를 수행하는 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
The method according to claim 1,
A manifold-ROV hull co-ordinating control unit for performing roll control and pitch control for the ROV hull to offset the hull vibration of the ROV by the driving force of the manifold, Further comprising: a remote control robot system for underwater work.
청구항 9에 있어서, 상기 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부는,
매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
[12] The system of claim 9, wherein the manifold-
Wherein the controller is configured to control the plurality of thrusters to cancel the estimated motion after interpreting the driving command of the manifolder before driving the manifold to estimate the motion of the ROV hull, Robot system.
청구항 1에 있어서, 다운 타임 최소화를 위하여,
전원 계통을 부분 이중화하여 전원을 공급하는 전원이중화부;를 더 포함하고, 멀티미디어부의 영상처리부와 음향처리부와 접촉신호처리부, 분산제어부, 매니플레이터-ROV 선체 협력제어부를 구성하는 각 부품들이 교체 가능한 모듈화 구조로 제작되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
The method of claim 1, further comprising:
And a power supply duplexer for supplying power by partially duplicating the power supply system, wherein each component constituting the image processing unit, the sound processing unit, the contact signal processing unit, the dispersion control unit, and the manifold- Wherein the remote control robot system is constructed in a modular structure.
멀티미디어부와 분산제어부와 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부를 포함하는 수중 작용용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법에 있어서,
멀티미디어부의 고화질 카메라부를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라부를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드뷰 카메라부를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리과정;
ROV(Remotely Operated Vehicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 센서부에 의해 음원의 방향과 크기를 측정하고, 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 시스템부가 상기 입체음향 센서부의 측정 신호를 수신하여 측정 음원 소스에 대응하는 가상 음원을 생성하는 음향처리과정; 및
접촉신호처리부가 ROV의 센서를 이용하여 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하고, ROV의 센서 정보를 융합하여 센서 정보에 대응하는 상기 가성 접촉 신호 정보를 생성하며, 상 접촉 신호 정보의 대상물과의 거리와 ROV의 속도(속력 및 이동 방향)에 따라 단계별 접촉 경고 출력하는 접촉신호처리과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법.
A control method for an underwater remote control robot system including a multimedia unit, a distributed control unit, and a manifold-ROV hull coordination control unit,
An image processing step of providing a front view image using a high quality camera part of a multimedia part, providing an image of a work area using a fixed focus camera part, and providing a peripheral image of ROV using a surround view camera part;
A direction and a size of a sound source are measured by a stereo sound sensor unit of an acoustic processing unit of a multimedia unit including a plurality of acoustic sensors mounted on an outer surface of a ROV (Remotely Operated Vehicle) A sound processing process in which a stereo sound system unit receives a measurement signal of the stereo sound sensor unit and generates a virtual sound source corresponding to a measured sound source; And
The contact signal processing unit detects the position of the peripheral obstacle of the ROV using the sensor of the ROV and fuses the sensor information of the ROV to generate the false contact signal information corresponding to the sensor information, And a contact signal processing step of outputting a stepwise contact warning according to the distance and the velocity (speed and moving direction) of the ROV.
청구항 13에 있어서, 상기 접촉신호처리과정은,
해당 접촉 충격에 대응하는 진동, 경고음, GUI 표시 중 하나 이상의 햅틱신호를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법.
14. The method according to claim 13,
And providing a haptic signal for at least one of vibration, warning sound, and GUI display corresponding to the contact shock.
청구항 13에 있어서,
매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하는 매니플레이터-ROV선체 협조제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법.
14. The method of claim 13,
A manifolder-ROV hull coordination control process of controlling the plurality of thrusters to cancel the estimated movement after interpreting the driving command of the manifolder and estimating the ROV hull motion before driving the manifolder; And a control unit for controlling the operation of the remote control robot system.
청구항 13에 있어서,
상기 고화질 카메라부의 영상은 모선으로 바로 전송되어 영상신호처리가 수행되고, 상기 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부는 상기 ROV에서 영상 신호처리가 수행되는 분산신호처리를 수행하고,
상기 모니터부는 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 출력하는,
분산제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법.
14. The method of claim 13,
The fixed-focus camera unit and the surround-view camera unit perform dispersion signal processing in which video signals are processed in the ROV,
The monitor unit is installed on a bus and receives image data processed by the high-definition camera unit, the fixed-focus camera unit, and the surround-view camera unit, and outputs the image data.
Wherein the remote controlling robot system further comprises a distributed control process.
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