KR20180094608A - 수상선 기반의 수중로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수상선 기반의 수중로봇 시스템에 관한 것으로서, 수상선 ; 추진장치를 구비하며, 테더 케이블을 통해서 상기 수상선과 원격통신이 이루어지는 수중로봇 ; 상기 수상선에 마련되는 구동모터와, 상기 구동모터에 의하여 구동되는 윈치 드럼과, 일단부가 상기 윈치 드럼에 권취된 상태로 타단부가 수중으로 투입되어 수중로봇을 수직방향으로 견인하는 3개의 윈치 케이블과, 상기 3개의 윈치 케이블이 삼각형 형태로 배치된 상태로 수중으로 투입될 수 있도록 가이드하는 3개의 케이블 배치용 가이드를 포함하여 이루어지는 윈치 ; 상기 윈치 케이블에 인가되는 수평방향 힘을 감지하도록 마련되는 힘센서(force sensor) ; 상기 힘센서에서 검출된 신호를 기반으로 상기 수중로봇의 위치이동 및 자세변화를 파악하고 상기 수중로봇의 추진장치나 상기 윈치를 제어하는 제어기 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

수상선 기반의 수중로봇 시스템{UNDERWATER ROBOT SYSTEM BASED SURFACE CRAFT}

본 발명은 수상선 기반의 수중로봇 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수상선을 기반으로 수중에서 작업을 수행하는 수중로봇의 위치이동 및 자세변화를 파악하고 이를 제어할 수 있도록 함으로써 안정적인 수중작업이 이루어질 수 있도록 하는 수상선 기반의 수중로봇 시스템에 관한 것이다.

수중로봇은 인력을 직접 투입하기 어려운 수중에서의 조사나 작업을 수행하기 위한 목적으로 이용되는 것으로서, ROV(Remotely Operated Vehicle)와 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 등이 있다.

수중로봇은 테더 케이블(tether cable)을 통해서 모선(mother ship)과 연결된 상태로 수중으로 투입되어 수중에서 목적한 작업을 수행하게 된다. 이러한 수중로봇은 모선에 마련되어 있는 컨트롤러를 통해서 원격으로 조종되거나, 미리 지정된 프로그램에 따라서 자동으로 목적한 작업을 수행한다.

수중로봇은 해저로 투입되어 자체 추진장치나 주행장치를 이용하여 자유롭게 이동하며 작업을 수행하기도 하지만, 모선으로부터 일정한 거리를 유지하도록 고정된 상태로 수중으로 투입되어 일정 수심에서 해양정보를 수집하기도 한다.

후자의 경우에는 수중로봇이 오랜 시간 동안 수중에 머물면서 목표한 작업을 수행할 수 있도록, 자율주행 기능 및 자가발전 장치를 갖춘 무인 탐사선을 모선으로 이용하기도 한다.

수중에서 정보 수집과 같은 작업을 수행하는 수중로봇에 관한 종래의 기술로서 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1128032호 "다자유도 무인 수상 로봇 기반의 수중 작업 로봇"을 제시한 바 있다.

상기의 종래 기술은 단일한 테더 케이블을 통해서 수상선(무인 수상 로봇)과 수중로봇(수중 작업 로봇)이 일정한 거리로 연결된 상태로 수중에서 정보 수집이나 작업을 수행하는 다자유도 무인 수상 로봇 기반의 수중 작업 로봇에 관한 것이다.

수상선에는 수상선의 위치를 정밀하게 측정하기 위한 dGPS와 수중로봇의 위치를 측정하기 위한 소나센서가 마련되고, 수중로봇에는 자체적으로 자세 정보를 획득하기 위한 2축의 기울기 센서와 방향 정보를 구하기 위한 자이로 센서가 구비되어 있다.

수상선은 테더 케이블의 길이를 조절함으로써 수중로봇의 상하방향 거리를 제어하고, 소나센서를 통해서 감지된 정보를 바탕으로 수중 작업 로봇의 위치를 파악한다.

수중로봇은 2축의 기울기 센서와 자이로 센서를 이용하여 수중로봇의 자세를 파악하고, 자체적으로 구비하고 있는 3개의 추진장치(자세 제어용 모터)를 구동하여 수중로봇의 롤링(rolling)및 피칭(pitching)을 제어하게 된다.

종래 기술에 의한 수상선과 수중로봇은 단일한 테더 케이블을 통해서 연결되므로 움직임의 자유도가 높다는 장점이 있다. 그러나 이러한 형태는 안정된 자세를 유지하면서 정보를 지속적으로 수집해야 하는 해양 정보 수집용 수중로봇에 있어서 다소 문제점을 가지고 있다.

우선, 수상선이 너울을 따라 상하로 요동하게 되거나 수중로봇이 조류의 영향을 받게 되면 롤링이나 피칭이 쉽게 발생하게 된다. 그리고 단일한 테더 케이블로 연결되어 있으므로 수상선에 대한 수중로봇의 방향이 비틀어지는 요잉(yawing) 또한 쉽게 발생하게 된다.

이렇듯, 종래 기술에 의한 수중로봇은 단일한 테더 케이블을 통해서 수상선에 연결되므로 수상선의 움직임이나 조류에 의한 영향을 크게 받게 되며, 수중로봇의 자세 제어는 자체 센서와 추진장치에 전적으로 의존하게 된다. 따라서 수중로봇의 자세 제어가 어려우며 이를 제어하기 위한 에너지 소모가 크므로 효율적인 운용이 어렵다.

대한민국 등록특허 제10-1128032호 "다자유도 무인 수상 로봇 기반의 수중 작업 로봇" 대한민국 등록특허 제10-1277002호 "무인수상로봇"

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수중로봇이 수상선 하부의 지정된 영역에 안정적으로 연결될 수 있도록 하여 수중작업을 수행하는 동안 롤링(rolling), 피칭(pitching), 요잉(yawing)이 감소하도록 하고자 한다. 특히, 수중로봇과 수상선을 연결하는 케이블을 통해서 수중로봇의 위치이동 및 자세변화를 직접 파악할 수 있도록 하여 수중로봇의 위치 및 자세 제어가 신속하게 이루어질 수 있도록 하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 수상선 ; 추진장치를 구비하며, 테더 케이블을 통해서 상기 수상선과 원격통신이 이루어지는 수중로봇 ; 상기 수상선에 마련되는 구동모터와, 상기 구동모터에 의하여 구동되는 윈치 드럼과, 일단부가 상기 윈치 드럼에 권취된 상태로 타단부가 수중으로 투입되어 수중로봇을 수직방향으로 견인하는 3개의 윈치 케이블과, 상기 3개의 윈치 케이블이 삼각형 형태로 배치된 상태로 수중으로 투입될 수 있도록 가이드하는 3개의 케이블 배치용 가이드를 포함하여 이루어지는 윈치 ; 상기 윈치 케이블에 인가되는 수평방향 힘을 감지하도록 마련되는 힘센서(force sensor) ; 상기 힘센서에서 검출된 신호를 기반으로 상기 수중로봇의 위치이동 및 자세변화를 파악하고 상기 수중로봇의 추진장치나 상기 윈치를 제어하는 제어기 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 윈치의 윈치 드럼은 상기 3개의 윈치 케이블이 서로 독립된 영역에 권취되도록 3개의 권취영역으로 구획되며, 상기 케이블 배치용 가이드는 상기 윈치 드럼의 각각의 권취영역으로부터 이격된 상태로 고정되는 케이블 가이드 풀리인 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 수상선의 선저에는 수중으로 투입되는 상기 윈치 케이블을 각각 감싸는 복수의 케이블 투입용 가이드가 마련되며, 상기 힘센서는 상기 케이블 투입용 가이드에 마련되어 2축 방향의 힘을 감지하는 힘센서인 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 수상선의 선저에는 상기 수중로봇이 지정된 영역을 벗어나는 것을 감지하기 위한 3개의 소나센서(sonar sensor)가 마련되며, 상기 수중로봇이 상기 3개의 소나센서의 평면상 감지영역의 내부에 위치되도록 상기 3개의 소나센서는 삼각형 형태로 배치되며, 상기 제어기는 상기 3개의 소나센서의 상기 수중로봇 감지 여부에 따라서 상기 수중로봇의 추진장치를 제어하는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 3개의 윈치 케이블 중 어느 하나는 상기 테더 케이블인 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 수상선은 자율주행 기능 및 자가발전 장치를 갖춘 무인 탐사선인 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명에 의한 수상선 기반의 수중로봇 시스템은, 삼각형 형태로 배치되어 수중으로 투입되는 3개의 윈치 케이블에 수중로봇이 결합되므로 수중로봇의 롤링(rolling), 피칭(pitching), 요잉(yawing) 발생이 억제된다.

특히, 힘센서(force sensor)를 통해서 수중로봇의 위치이동 및 자세변화를 직접 감지하게 되므로, 수중로봇의 위치 및 자세 제어가 신속하게 이루어지게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 운용모습을 도시한 개념도,
도 2는 도 1의 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 개념도,
도 3은 도 2의 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 주요부를 도시한 사시도,
도 4는 도 2의 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 윈치의 정면도,
도 5는 도 4의 윈치의 측면 단면도,
도 6 및 도 7은 도 2의 수상선 기반의 수중로봇 시스템에서 수중로봇의 위치이동 및 자세변화를 감지하고 제어하는 상태를 도시한 도면,
도 8은 도 2의 수상선 기반의 수중로봇 시스템에서 소나센서에 의하여 수중로봇의 위치가 감지되는 상태를 도시한 도면.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시례에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

우선 본 발명의 일 실시례에 의한 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 구성에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 운용모습을 도시한 개념도이며, 도 2는 도 1의 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 개념도이며, 도 3은 도 2의 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 주요부를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 2의 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 윈치의 정면도이며, 도 5는 도 4의 윈치의 측면 단면도이며, 도 6 및 도 7은 도 2의 수상선 기반의 수중로봇 시스템에서 수중로봇의 위치이동 및 자세변화를 감지하고 제어하는 상태를 도시한 도면이며, 도 8은 도 2의 수상선 기반의 수중로봇 시스템에서 소나센서에 의하여 수중로봇의 위치가 감지되는 상태를 도시한 도면이다.

수상선(10)이 마련된다. 수상선(10)은 자율주행 기능 및 자가발전 장치를 갖추고 있으며, 지정된 프로그램에 의하여 무인 운항이 이루어지는 무인 탐사선이다. 본 실시례의 수상선(10)에는 자가발정 장치로서 태양광 패널(11)을 구비하고 있다.

수상선(10)은 실시례에 따라서 유인 탐사선일 수도 있으며, 그 형태 또한 특별히 한정되지 않는다.

수중로봇(20)이 마련된다. 수중로봇(20)은 수중에서 위치를 이동하거나 자세를 바로잡기 위하여 복수의 추진장치(21)를 구비하고 있다. 수중로봇(20)은 테더 케이블(tether cable, 미도시)을 통해서 수상선(10)과 원격통신이 이루어진다. 본 실시례에서 테더 케이블은 후술할 3개의 윈치 케이블(130) 중 어느 하나이며, 도면상에서 구분되도록 도시하지 않는다.

수중로봇(20)에는 목적한 작업을 수행하기 위한 로봇 암(22)과 정보를 수집하기 위한 수중 촬영장치(23) 등이 마련되며, 이 외에도 목적한 작업을 수행하기 위한 다양한 장비들이 탑재될 수 있다.

수중로봇(20)의 추진장치(21)는 일정한 방향으로 고정된 상태에서 추진력의 강약을 조절함으로써 이동이나 회전이 이루어지도록 할 수도 있고, 추진장치(21) 자체가 직접 회전하며 추진력의 방향을 전환할 수 있도록 마련될 수도 있다.

수상선에는 구동모터(110), 윈치 드럼(120), 윈치 케이블(130), 케이블 배치용 가이드(140)를 포함하여 이루어지는 윈치(100)가 마련된다. 상기 윈치(100)는 인력에 의하여 작동되는 수동 윈치가 아니라 구동모터(110)에 의하여 작동되는 전동 윈치이다.

우선 구동모터(110)가 수상선(10)에 고정된 상태로 마련된다. 구동모터(110)에 의하여 회전되는 윈치 드럼(120)이 마련된다. 윈치 드럼(120)은 회전축의 방향을 따라서 일정한 간격으로 이격되어 3개의 권취영역(121)으로 구획된다.

윈치 드럼(120)의 3개의 권취영역(121)에는 윈치 케이블(130)의 일단부가 각각 권취된다. 3개의 권취영역(121)에 각각 권취된 윈치 케이블(130)의 타단부는 수중으로 투입되어 수중로봇(20)에 연결되고, 수중로봇(20)을 수직방향으로 견인하게 된다.

윈치 드럼(120)이 3개의 권취영역(121)으로 구획되어 있으므로 각각의 권취영역(121)에 권취되는 윈치 케이블(130)은 서로 간섭하지 않는다. 따라서 윈치 드럼(120)을 회전시키면 3개의 윈치 케이블(130)이 모두 같은 길이만큼 감기거나 풀리게 된다.

윈치 케이블(130)이 삼각형 형태로 배치된 상태로 수중으로 투입될 수 있도록 가이드하는 케이블 배치용 가이드(140)가 마련된다.

본 실시례의 케이블 배치용 가이드(140)는 윈치 드럼(120)의 각각의 권취영역(121)으로부터 이격된 상태로 고정되는 케이블 가이드 풀리이다. 명칭에서 알 수 있듯이 단부에는 자유롭게 회전되는 풀리(141)가 마련되어 각각의 윈치 케이블(130)을 매끄럽게 가이드 한다.

케이블 배치용 가이드(140)는 윈치 드럼(120)의 3개의 권취영역(121)에 각각 권취되어 있는 3개의 윈치 케이블(130)이 삼각형 형태를 이루며 배치될 수 있도록 수상선(10)의 선미를 향하여 1개가 마련되며, 수상선(10)의 선수를 향하여 2개가 마련된다. 케이블 배치용 가이드(140)에 의하여 배치되는 윈치 케이블(130)의 배치형태는 도 3을 참조하면 쉽게 이해할 수 있다.

이어서, 수상선(10)에 마련되는 케이블 투입용 가이드(210), 힘센서(force sensor, 220), 소나센서(sonar sensor, 300), 그리고 이들에서 검출된 신호를 기반으로 수중로봇(20)의 위치이동 및 자세변화를 파악하고 수중로봇(20)의 위치 및 자세를 제어하는 제어기(400)에 대하여 설명한다.

수상선(10)의 선저에는 윈치 케이블(130)을 각각 감싸는 복수의 케이블 투입용 가이드(210)가 마련된다. 케이블 투입용 가이드(210)는 케이블 배치용 가이드(140)에 의하여 삼각형 형태로 배치된 윈치 케이블(130)을 수직방향으로 수중으로 투입될 수 있도록 가이드한다.

케이블 투입용 가이드(210)는 윈치 케이블(130)을 사방에서 감싸는 풀리나 롤러 등이 장착되어 있는 형태일 수도 있고, 도면에 도시된 바와 같이 원통의 부싱 형태일 수도 있다.

윈치 케이블(130)에 인가되는 수평방향의 힘을 감지하기 위하여 각각의 케이블 투입용 가이드(210)에는 힘센서(220)가 마련된다. 상기의 힘센서(220)는 2축 방향의 힘센서로서 수평상 모든 방향으로의 힘을 감지할 수 있다.

수상선(10)의 선저에는 수중로봇(20)이 지정된 영역을 벗어나는 것을 감지하기 위한 3개의 소나센서(300)가 마련된다. 수중로봇(20)이 3개의 소나센서(300)의 평면상 감지영역의 내부에 위치되도록 3개의 소나센서(300)는 삼각형 형태로 배치된다. 3개의 소나세서(300)의 수중로봇(20) 감지 여부에 따라서 수중로봇(20)의 위치를 감지할 수 있다.

본 실시례의 수중로봇(20)은 3개의 윈치 케이블(130)에 연결된 상태로 케이블 투입용 가이드(210)의 수직방향 하부에 위치하게 되므로, 케이블 투입용 가이드(210)의 수직방향 하부가 지정된 영역이 된다. 그리고 소나센서(300)는 3개의 케이블 투입용 가이드(210)를 둘러싸는 형태가 되도록 도 3과 같이 배치된다.

수중로봇(20)이 소나센서(300)에 감지되면 수중로봇(20)이 지정된 영역을 벗어난 것을 알 수 있게 된다. 상기와 같은 방식으로 수중로봇(20)의 위치이동을 파악하는 것은 일 실시례일 뿐이며, 소나센서(300)에서 감지된 수중로봇(20)의 거리를 연산함으로써 수중로봇(20)의 위치를 파악하는 종래의 방식도 적용될 수 있다.

힘센서(220)에서 검출된 신호를 기반으로 수중로봇(20)의 위치이동 및 자세변화를 감지하고, 소나센서(300)에서 검출된 신호를 기반으로 수중로봇(20)의 위치를 파악하며, 이를 기반으로 수중로봇(300)의 추진장치(21)나 윈치(100)를 제어하는 제어기(400)가 마련된다.

수중로봇(20)이 수평방향으로 이동하면 이를 연결하고 있는 윈치 케이블(130)에 수평방향으로 힘이 인가된다. 케이블 투입용 가이드(210)에 마련되는 힘센서(220)는 상기 윈치 케이블(130)에 인가되는 힘을 감지하여 검출된 신호를 제어기(400)로 전달한다.

아울러 소나센서(300)는 수중로봇(20)이 지정된 영역을 이탈하여 소나센서(300)의 감지영역으로 이동하게 되면, 이를 감지하여 감지된 신호를 제어기(400)로 전달한다.

제어기(400)는 힘센서(220)에서 검출된 신호를 기반으로 수중로봇(20)의 이동방향을 파악하고, 소나센서(300)에서 검출된 신호를 기반으로 수중로봇(20)의 이동위치를 파악한다. 그리고 수중로봇(20)의 추진장치(21)나 윈치(100)를 구동하여 수중로봇(20)이 지정된 위치로 복귀할 수 있도록 제어한다.

수중로봇(20)의 자세변화도 상기와 같은 방식으로 제어된다. 수중로봇(20)에 롤링(rolling), 피칭(pitching), 요잉(yawing)이 발생하면 특정 윈치 케이블(130)에 힘이 인가된다. 힘센서(220)는 상기 윈치 케이블(130)에 인가된 힘을 감지하여 제어기(400)로 검출된 신호를 전달한다. 제어기(400)는 힘센서(220)에서 검출된 신호를 바탕으로 수중로봇(20)의 자세변화를 파악하고 이를 제어하게 된다.

제어기(400)가 수중로봇(20)의 추진장치(21)나 윈치(100)를 제어하게 되면, 수중로봇(20)은 특정한 방향으로 이동하거나 회전하며, 본래의 자세로 되돌아온다.

상기에서는 수중로봇(20)의 위치이동과 자세변화에 대한 제어과정을 각각 설명하고 있으나 이는 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 이는 상황에 맞추어 동시에 이루어지게 된다.

본 발명의 일 실시례에 의한 수상선 기반의 수중로봇 시스템은, 수중로봇(20)이 삼각형 형태로 배치된 상태로 수중으로 투입되는 3개의 윈치 케이블(130)에 연결되어 있으므로, 수중로봇(20)이 적극적으로 제어되지 않는 상태에서도 롤링, 피칭, 요잉이 감소되는 효과가 있다.

단일 케이블에 의하여 수중로봇이 수상선과 연결되면 수상선과 수중로봇의 거리만 통제할 수 있고, 2개의 케이블에 의하여 수중로봇과 수상선이 연결되며 요잉은 저감되나 롤링이나 피칭 중 어느 하나는 통제할 수 없게 된다.

그러나 본 실시례와 같이 3개의 윈치 케이블(130)에 의하여 수상선(10)과 수중로봇(20)이 연결되면 롤링, 피칭, 요잉이 감소할 뿐만 아니라, 단일 케이블에 의하여 연결된 상태일 때보다 더 쉽게 위치 및 자세를 제어할 수 있게 된다.

아울러 힘센서(220)로 윈치 케이블(130)의 움직임을 직접 감지하고, 소나센서(300)로 수중로봇(20)의 위치를 신속하게 감지하므로, 수상선(10)에 대한 수중로봇(20)의 위치이동 및 자세변화를 신속하고 정확하게 파악할 수 있으며, 이에 대해서 신속하게 대응할 수 있다.

이어서, 본 실시례에 의한 수상선 기반의 수중로봇 시스템의 구체적인 제어 상태를 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 6은 수중로봇(20)이 지정된 영역을 벗어난 상태에서 본래의 위치로 복귀되도록 제어되는 모습을 도시하고 있다.

도면에서와 같이 수중로봇(20)의 자세가 흐트러지지 않은 상태에서 수중로봇(20)이 지정된 위치를 벗어나 수상선(10)의 선미쪽으로 이동하게 되면, 3개의 윈치 케이블(130)에 장력이 유지된 상태로 수평방향 힘이 가해진다. 케이블 투입용 가이드(210)에 각각 마련되는 힘센서(220)는 각각의 윈치 케이블(130)에 인가되는 힘을 감지하여 제어기(400)로 전달한다.

제어기(400)는 3개의 힘센서(220)에서 감지된 신호를 기반으로 수중로봇(20)의 추진장치(21)를 제어하여 수중로봇(20)을 전방으로 이동시킨다. 수중로봇(20)은 전방으로 이동되어 지정된 영역으로 복귀된다.

도 7은 수중로봇(20)이 기울어진 채로 지정된 영역을 벗어난 상태에서 본래의 위치와 자세로 복귀되는 모습을 도시하고 있다.

도면에서와 같이 수중로봇(20)은 수상선(10)의 선미쪽으로 이동되어있을 뿐만 아니라, 수중로봇(20)의 전방측이 상방으로 들려있다. 즉, 수중로봇(20)의 자세가 흐트러진 상태로 지정된 영역을 이탈한 것이다.

이와 같은 상태에서는 수중로봇(20)의 후방측에 연결되어 있는 윈치 케이블(130-1)만 장력을 유지한 상태가 되고, 수중로봇(20)의 전방측에 연결되어 있는 윈치 케이블(130-2)은 장력이 해제된 상태가 된다.

따라서 후방측의 윈치 케이블(130-1)에 대응되는 케이블 투입용 가이드(210-1)에만 힘이 인가되고, 이에 대응되는 힘센서(220-1)만 감지 신호를 제어기(400)로 전달하게 된다.

제어기(400)는 상기의 감지 신호를 기반으로 수중로봇(20)의 현재 위치 및 자세를 파악하게 되고, 이를 바탕으로 수중로봇(20)의 추진장치(21)를 구동시켜 수중로봇(20)이 다시 수평을 이루며 전방으로 이동될 수 있도록 한다.

물론 상기 과정에서 윈치(100)가 작동되어 수중로봇(20)의 후방측을 끌어올림으로써 수중로봇(20)의 자세를 바로잡을 수도 있다.

도 8은 수상선(10)에 마련되어 있는 3개의 소나센서(300)가 수중로봇(20)의 위치를 감지하는 상태를 도시하고 있다.

도면에서와 같이 수중로봇(20)이 수상선(10)의 선미쪽으로 이동된 상태에서는 각각의 소나센서(300) 중 선미쪽에 위치한 소나센서(300-1)가 수중로봇(20)을 감지하게 된다.

도 8에서는 수중로봇(20)의 위치가 제어되는 상태를 도시하고 있지 않으나, 소나센서(300-1)에 의하여 수중로봇(20)의 위치가 감지된 이후 도 6 또는 도 7과 유사한 방식으로 위치 제어가 이루어질 수 있다.

소나센서(300)는 윈치 케이블(130)의 장력이 해제되어 힘센서(220)에 의한 위치 파악이 이루어질 수 없는 상황에서도 수중로봇(20)의 위치를 감지할 수 있도록 한다. 즉, 힘센서(220)와 소나센서(300)는 상호 보완적으로 작동하며 수중로봇(20)의 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 한다.

수중로봇(20)이 수상선(10)의 측방으로 이동하거나 롤링이나 로잉과 같은 자세 변화가 발생하는 상황에서도, 상기와 동일한 방식으로 수중로봇(20)의 위치인식 및 자세제어가 이루어진다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시례들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 수상선
20 : 수중로봇
100 : 윈치
110 : 구동모터
120 : 윈치 드럼
130 : 윈치 케이블
140 : 케이블 배치용 가이드
210 : 케이블 투입용 가이드
220 : 힘센서
300 : 소나센서
400 : 제어기

Claims (6)

1. 수상선 ;
   추진장치를 구비하며, 테더 케이블을 통해서 상기 수상선과 원격통신이 이루어지는 수중로봇 ;
   상기 수상선에 마련되는 구동모터와, 상기 구동모터에 의하여 구동되는 윈치 드럼과, 일단부가 상기 윈치 드럼에 권취된 상태로 타단부가 수중으로 투입되어 수중로봇을 수직방향으로 견인하는 3개의 윈치 케이블과, 상기 3개의 윈치 케이블이 삼각형 형태로 배치된 상태로 수중으로 투입될 수 있도록 가이드하는 3개의 케이블 배치용 가이드를 포함하여 이루어지는 윈치 ;
   상기 윈치 케이블에 인가되는 수평방향 힘을 감지하도록 마련되는 힘센서(force sensor) ;
   상기 힘센서에서 검출된 신호를 기반으로 상기 수중로봇의 위치이동 및 자세변화를 파악하고 상기 수중로봇의 추진장치나 상기 윈치를 제어하는 제어기 ;
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수상선 기반의 수중로봇 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 윈치의 윈치 드럼은 상기 3개의 윈치 케이블이 서로 독립된 영역에 권취되도록 3개의 권취영역으로 구획되며, 상기 케이블 배치용 가이드는 상기 윈치 드럼의 각각의 권취영역으로부터 이격된 상태로 고정되는 케이블 가이드 풀리인 것을 특징으로 하는 수상선 기반의 수중로봇 시스템.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수상선의 선저에는 수중으로 투입되는 상기 윈치 케이블을 각각 감싸는 복수의 케이블 투입용 가이드가 마련되며, 상기 힘센서는 상기 케이블 투입용 가이드에 마련되어 2축 방향의 힘을 감지하는 힘센서인 것을 특징으로 하는 수상선 기반의 수중로봇 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수상선의 선저에는 상기 수중로봇이 지정된 영역을 벗어나는 것을 감지하기 위한 3개의 소나센서(sonar sensor)가 마련되며, 상기 수중로봇이 상기 3개의 소나센서의 평면상 감지영역의 내부에 위치되도록 상기 3개의 소나센서는 삼각형 형태로 배치되며, 상기 제어기는 상기 3개의 소나센서의 상기 수중로봇 감지 여부에 따라서 상기 수중로봇의 추진장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 수상선 기반의 수중로봇 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 3개의 윈치 케이블 중 어느 하나는 상기 테더 케이블인 것을 특징으로 하는 수상선 기반의 수중로봇 시스템.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 수상선은 자율주행 기능 및 자가발전 장치를 갖춘 무인 탐사선인 것을 특징으로 하는 수상선 기반의 수중로봇 시스템.

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