KR20180110701A - 자가 발전형 수중 로봇 - Google Patents

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이계홍
이문직
강형주
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Abstract

본 발명은 수중 로봇이 유실된 경우에도 지속적인 위치 추적을 통해, 신속하게 발견하는 것이 가능한 자가 발전형 수중 로봇을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 이동 방향을 제어하는 구동부, 주변을 감지하고 복수의 정보를 수집하는 센서부, 수집된 상기 복수의 정보를 외부로 전송하는 통신부, 상기 구동부, 센서부 및 통신부에 전원을 공급하는 배터리 및 전류를 생성하여 상기 배터리를 충전하는 자가 발전부를 포함하고, 상기 복수의 정보는 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전형 수중 로봇을 개시한다.

Description

자가 발전형 수중 로봇{Self-generating underwater robot}
본 발명은 자가 발전형 수중 로봇에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 수중 로봇이 유실된 경우에도 지속적인 위치 추적을 통해, 신속하게 발견하는 것이 가능한 자가 발전형 수중 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 수중 로봇(해저 로봇)은 해저 자원탐사, 침몰된 선박의 인양작업, 기름제거작업, 해저케이블 설치, 수중구조물의 수리 등에 이용되는 것으로서, 그 용도 및 작동방식에 따라 다양한 형태로 개발되고 있다.
수중 로봇은 제어 방식에 따라 케이블이 수중 로봇에 연결된 원격조정잠수정(Remotely-operated vehicle, ROV)과 케이블 없이 자체 동력으로 움직이는 자율무인잠수정(Autonomous Underwater Vehicles, AUV) 및 인텔리전트로봇 등으로 구분될 수 있으며, 무인 인텔리전트 로봇의 경우 스스로 판단하여 해저의 지형에 따라 조사할 방향과 거리를 결정하고 조사한 자료를 해저에서 모선에 송신하는 통신 시스템을 갖추고 있다.
하지만, 원격조정잠수정은 전력소진이나 고장 등의 비상 상황에서 연결된 케이블을 잡아당겨 회수를 시도할 수 있으나, 케이블의 내구성 등의 예기 하지 못한 상황에 의한 유실 가능성이 있으며, 자율무인잠수정은 물리적으로 연결된 매개체 부재로 유실된 로봇을 재회수하는 것이 상당히 어려운 문제가 있다.
본 발명은 수중 로봇이 유실된 경우에도 지속적인 위치 추적을 통해, 신속하게 발견하는 것이 가능한 자가 발전형 수중 로봇을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전형 수중 로봇은 이동 방향을 제어하는 구동부, 주변을 감지하고 복수의 정보를 수집하는 센서부, 수집된 상기 복수의 정보를 외부로 전송하는 통신부, 상기 구동부, 센서부 및 통신부에 전원을 공급하는 배터리 및 전류를 생성하여 상기 배터리를 충전하는 자가 발전부를 포함하고, 상기 복수의 정보는 위치 정보를 포함한다.
또한, 양성 부력을 제공하는 부력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 자가 발전부는 태양광 발전장치를 포함할 수 있다.
또한, 비상 상황 발생 시, 상기 부력부를 통해 양성 부력을 제공받아 수면으로 부상하고, 상기 통신부는 현재 위치 정보를 지속적으로 외부에 전송할 수 있다.
또한, 비상 상황 발생 시, 수면으로 부상한 이후, 상기 배터리는 오직 상기 통신부 및 상기 센서부에서 위치정보를 수집하는 GPS센서에만 전원을 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 자가 발전형 수중 로봇은 수중 로봇이 유실된 경우에도 지속적인 위치 추적을 통해, 신속하게 발견하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전형 수중 로봇의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전형 수중 로봇의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 1을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 발전형 수중 로봇(100)은 배터리(110), 구동부(120), 센서부(130), 자가 발전부(140), 통신부(150) 및 부력부(160)를 포함한다.
상기 배터리(110)는 자가 발전형 수중 로봇(100)에서 구동부(120), 센서부(130), 통신부(150) 및 부력부(160)에 전원을 공급하며, 충방전이 가능한 이차 전지로 구성될 수 있으며, 여기서, 고출력이 가능한 리튬 이온 이차 전지로 구성되는 바람직하다.
한편, 이러한 배터리(110)는 적어도 하나 이상의 충방전 가능한 전지 셀과 전지 셀의 전극단자에 전기적으로 연결되어 전지 셀들을 보호하고, 잔존 용량(SOC, State of Charge)을 측정하는 회로 모듈(미도시)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이러한 회로 모듈은 상술한 바와 같이 상기 배터리(110)를 이루는 단위 전지 셀의 잔존 용량을 측정할 수 있음은 물론이며, 전지 셀의 충전 상태 및 발열 상태를 실시간으로 검출하는 것이 가능하다.
여기서, 상기 배터리(110)는 비상 상황 시, 다른 전원 공급 경로를 차단하고 통신부(150)와 센서부(130)의 GPS센서 측에만 전원을 선택적으로 공급하여, 자가 발전형 수중 로봇(100)의 위치를 모선(미도시)에 전달한 역할을 최우선으로 하여, 전원의 낭비를 최소화 할 수 있어, 재획득 가능성을 높일 수 있다.
상기 구동부(120)는 자가 발전형 수중 로봇(100)이 3방향으로 이동 가능하도록 구현된 것으로, 현재 위치 정보에 대응하는 원격 또는 자체 제어 신호에 기초하여 자가 발전형 수중 로봇(100)의 이동 방향을 상하, 전후 및 좌우 방향으로 제어할 수 있다. 이때, 구동부(120)는 서보모터 또는 트러스터(thruster) 등으로 구현될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
즉, 상기 구동부(120)는 수중 로봇(100의 선체 후방에 유영용 3방향 트러스터(Thruster)로 구성되는 메인 추진모듈과 X, Y, Z 방향을 자유롭게 제어하는 복수의 서브 추진모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
예를 들어, 서브 추진모듈은 전동추진기를 이용하여 구성될 수 있으며 각 전후, 좌우, 상·하의 방향으로 각각 제어하기 위해 적어도 6개의 추진기가 구성될 수 있다.
상기 센서부(130)는 자가 발전형 수중 로봇(100)의 동작 방향에 기초하여 현재 위치 정보 등을 포함하는 복수의 정보를 감지 및 수집하고, 상기 복수의 정보를 통신부(150)를 통해 모선(미도시)으로 전송한다. 또한, 센서부(130)는 자가 발전형 수중 로봇(100)이 해저 면에 도달했음을 감지 한 경우, 감지된 결과를 모선(미도시)으로 전송할 수 있다.
이를 위해, 센서부(130)는 GPS 센서(미도시), 카메라(미도시), 위치 인식 센서(미도시), 깊이 센서(미도시) 및 초음파 물체 감지센서(미도시) 등을 포함할 수 있다.
상기 자가 발전부(140)는 신재생 에너지를 통해 전류를 발생시키며, 생성된 전류를 통해 상기 배터리(110)를 충전시킬 수 있다.
여기서, 신재생 에너지는 풍력, 태양광 및 파력 등으로 구성될 수 있으며, 바람직한 실시예로 상기 자가 발전부(140)는 태양광을 이용한 태양광 발전장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, 태양광 발전장치는 태양광 패널(미도시)을 구비하며, 태양광 패널(미도시)은 태양광을 통해 상기 배터리(110)에 전기를 충전하기 위해 자가 발전형 수중 로봇(100)의 상면에 배치된다. 태양광 패널(미도시)을 이용한 태양광 발전 원리는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용한 것으로， 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n 접합을 한 태양 전지판에 태양광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 것이다
예를 들어, 외부에서 광이 태양광 패널(미도시)에 입사되었을 때, p형 반도체의 전도대의 전자가 입사된 광 에너지에 의해 가전자대로 여기 되고， 이렇게 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍을 형성하게 되며， 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 전류를 공급하게 된다.
상기 통신부(150)는 상기 센서부(130)에서 수집된 복수의 정보를 무선 통신을 통해 모선(미도시)에 전송하며, 모선(미도시)으로부터 상기 구동부(120)의 동작 신호를 전달 받아, 구동부(120)에 동작 제어 신호를 전달한다.
여기서, 상기 통신부(150)는 해수면에서 모선(10)과의 통신을 수행하는 무선통신모듈 및 수중에서 모선과의 통신을 수행하는 초음파통신모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신부(150)는 별도의 통신 케이블을 통해 제어신호 및 정보를 송수신하는 유선통신모듈을 더 포함할 수 있다.
여기서, 무선통신모듈은 장거리 RF(Radio Frequency) 무선 모뎀을 포함할 수 있으며, 비상 상태에서 자가 발전형 수중 로봇(100)이 해수면 위로 부상한 경우 센서부(130)의 GPS(Global Positioning System)센서 모듈을 이용하여 현재 위치정보(좌표)를 파악하고, 파악된 위치정보를 모선으로 전송한다.
또한, 초음파통신모듈은 수중에서 음파통신을 통해 모선과의 위치정보송신, 제어신호 및 데이터 통신을 수행한다. 예컨대, 초음파통신모듈은 전송반경이 4km이고 4800bps로 통신 가능한 초음파 수중모뎀을 포함할 수 있다. 여기서, 초음파통신모듈에는 최근 음파통신에 대한 연구가 활발히 진행됨에 따른 전송영역 및 전송 성능이 더 향상된 음파 통신기술이 적용될 수 있다.
또한, 유선통신모듈은 자가 발전형 수중 로봇(100)에서 수집되는 복수의 정보 및 수집되는 영상 데이터를 전송한다.
상기 부력부(160)는 자가 발전형 수중 로봇(100)에 설정된 양성 부력을 제공한다. 여기서, 상기 구동부(130)의 동력에 의해 부력이 감소되면 자가 발전형 수중 로봇(100)은 수중으로 침투 및 원하는 위치로 이동 가능하며, 비상 상황 또는 필요에 의해 구동부(130)의 동작이 정지되면 초기에 설정된 양성 부력을 통해 자가 발전형 수중 로봇(100)은 수면으로 서서히 부상할 수 있다.
또한, 상기 부력부(160)는 자가 발전형 수중 로봇(100)의 일측에 탈부착 가능하도록 부착되며, 전원공급이 중단되거나 전원공급이 원활하지 않은 경우 또는 제어 에러가 발생하는 경우 등의 비상 상황 시 양성 부력을 자가 발전형 수중 로봇(100)에 부가적으로 제공하여 자가 발전형 수중 로봇(100)이 수면상으로 부상할 수 있도록 한다.
이러한 상기 부력부(160)는 밸브를 통해 개방되는 공기압축탱크와 공기압축탱크에서 토출되는 공기를 통해 팽창하는 적어도 하나의 튜브를 포함하도록 구성될 수 있으며, 모터 등으로 구동되는 별도의 추진부를 포함할 수 있어 신속하게 수면상으로 부상할 수 있다.
즉, 상기 부력부(160)를 통해 발생한 양성 부력을 통해 자가 발전형 수중 로봇(100)은 수면상으로 부상될 수 있어, 상기 자가 발전부(140)가 수면상에서 용이하게 전류를 생성할 수 있도록 하며 모선에서 육안으로 신속하게 식별되도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 자가 발전형 수중 로봇을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 자가 발전형 수중 로봇 110: 배터리
120: 구동부 130: 센서부
140: 자가 발전부 150: 통신부
160: 부력부

Claims (5)

  1. 이동 방향을 제어하는 구동부;
    주변을 감지하고 복수의 정보를 수집하는 센서부;
    수집된 상기 복수의 정보를 외부로 전송하는 통신부;
    상기 구동부, 센서부 및 통신부에 전원을 공급하는 배터리; 및
    전류를 생성하여 상기 배터리를 충전하는 자가 발전부; 를 포함하고,
    상기 복수의 정보는 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전형 수중 로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    양성 부력을 제공하는 부력부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전형 수중 로봇.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자가 발전부는 태양광 발전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 발전형 수중 로봇.
  4. 제 3항에 있어서,
    비상 상황 발생 시,
    상기 부력부를 통해 양성 부력을 제공받아 수면으로 부상하고,
    상기 통신부는 현재 위치 정보를 지속적으로 외부에 전송하는 것을 특징으로 하는 자가 발전형 수중 로봇.
  5. 제 4항에 있어서,
    비상 상황 발생 시,
    수면으로 부상한 이후,
    상기 배터리는 오직 상기 통신부 및 상기 센서부에서 위치정보를 수집하는 GPS센서에만 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 자가 발전형 수중 로봇.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020004680A1 (ko) * 2018-06-26 2020-01-02 한국로봇융합연구원 자가 발전형 수중 로봇
KR20200056862A (ko) * 2018-11-15 2020-05-25 주식회사 네오텍 수중 드론의 전력 제어 방법

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