KR20190095612A - 자동 세일링 로봇선 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자율운행가능한 자동 세일링 로봇선에 있어서, 소정의 적재공간을 제공하고, 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 구동원으로 하여 수상운행가능한 쌍동선(10)과; 상기 쌍동선(10)의 운행방향을 제어하는 메인(main) 돛(210)과, 지브(jib) 돛(220) 그리고 마스트(mast)(230)로 구성되는 방향 제어부(20)와; 상기 마스트의 일측에 구비되고, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속 측정부(30)와; 상기 풍향풍속 측정부(30)로부터 전송된 정보를 분석하여, 상기 메인 돛과 지브 돛의 방향을 결정하는 제어부와; 선박의 위치와 진행방향을 측정할 수 있는 3축 지자기 센서와, GPS센서를 포함하여 구성되는 위치측정센서부와; 선박의 운행에 필요한 전기동력을 제공하기 위해서 구비되고, 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 집광판과 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부를 포함하여 구성되는 태양광충전시스템부(60)와; 상기 제어부로부터 전송되는 신호에 따라, 상기 방향 제어부(20)의 위치 및 구동을 제어하는 조타부(70);를 포함하여 구성되고, 소정의 세기의 바람이 부는 곳에서는 상기 풍향풍속 측정부(30)에 측정하는 풍향과 풍속을 이용하여 소정의 입력된 위치를 향해 주행을 하고, 바람이 없는 곳이나 정박하는 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선의 구성을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 자동 세일링 로봇선에 의할 때, 해상에서 발생한 풍력을 이용하여 풍력의 세기 또는 방향 등에 구애받지 않고 풍력과 태양광을 이용한 충전시스템에서 공급되는 청정에너지를 이용하여 자율세일링이 가능한 로봇선의 구성 및 시스템을 제공하는 데 그 이점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 자동 세일링 로봇선에 의할 때, 해상에서 발생한 풍력을 이용하여 풍력의 세기 또는 방향 등에 구애받지 않고 풍력과 태양광을 이용한 충전시스템에서 공급되는 청정에너지를 이용하여 자율세일링이 가능한 로봇선의 구성 및 시스템을 제공하는 데 그 이점이 있다.
Description
본 발명은 자동 세일링이 가능하고, 친환경적인 에너지를 이용하는 무인 로봇선에 관한 것이다.
기계력을 이용한 선박 추진이 행하여질 때까지는 풍력에 의한 배의 운항이 인류의 역사가 시작된 이래 오랫동안 행하여져 왔다. 초기는 단순하고 작은 범선인 것이었지만 돛이 대형화됨과 함께 돛을 다는 방식의 진보, 다수의 돛을 이용하는 기술의 진보, 돛의 강도 및 돛대의 강도를 향상시킴으로써 빠르고, 보다 대형인 배의 범주(帆走)를 가능하게 하였다. 마지막으로 기용된 커티 삭(Cutty Sark)형 범선이 그 집약화된 것이라고 일컬어지고 있다.
그 후, 선박의 정기운행성, 고속화, 대형화의 시장요구는 산업혁명의 증기력을 기계적으로 이용하는 방식을 이용하여 크게 발전하였다. 이 증기력 이용이 내연 기관의 디젤이 배에 이용하는 것에 의해, 그 편리성, 큰 출력성, 고효율화에 의해 바뀌어졌다.
최근 두번에 걸친 오일 쇼크, 리먼 쇼크, 연료비의 급등은 세계경제의 정체를 초래하여 해운업계도 그 때마다 장기간에 걸친 불황이 되어, 적자운항도 부득이하고, 이것을 견디어내기 위해 선박의 운행 양상이 크게 영향을 받았다. 주기관 운전 모드, 사양의 변경도 큰 항목 중의 하나이다. 연료비 절약을 위한 주기관 감속 운전, 초감속 운전도 대책의 하나이다. 30% MCR(MCR: Maximum Continuous Rating, 이하 동일) 운전(최대출력의 30%에서의 저부하 운전)은 물론 10% MCR 운전 상태도 상태화(常態化)되었다.
이 수준까지의 감속이 되면 풍력 이용의 범선 운행, 보조 추진력 장치로서의 돛의 이용도 시야에 들어와, 제1차 오일 쇼크 이후, 다양한 제안이 행하여져, 커티 삭 등의 종래의 범선과는 다른 기주범종(機主帆從) 방식을 채용한 현대형의 범장선(帆裝船)이 몇척 건조되어 왔다.
신아이 도쿠마루(新愛德丸)는, "소화 55년(1980)에 준공한 세계에서 최초의, 돛 조종에 사람 손을 필요로 하지 않는 에너지 절약 범장 상선이 실용화된 최초의 배"로 "연료소비를 절약하기 위해 자연의 풍력 에너지를 이용"하기 위해 준공적(準公的)인 자금원조인 "재단법인 일본 선박진흥회의 원조를 받아 재단법인 일본 선박용 기기 개발협회가 연구 개발하여, 실용화에 도달하고", "돛 조종의 자동화를 비롯하여, 배 형태나 프로펠라, 엔진 등에도 개선을 실시하여, 동일 형태의 재래선과 비교하여, 약 50%나 연료의 절약을 한다"고 한다(비특허문헌 1 참조).
그러나, 상선은 건조 비용에 민감한 경제적 위치에 놓여 있다. 신아이 도쿠마루의 경우에서는 준공적인 자금 원조를 받고 개발할 수 밖에 없을 정도로, 통상의 내연 기관을 이용하는 상선에 비교하여 개발 비용이 든다는 구조를 취하지 않을 수 없었다고 전해진다. 즉, 비특허문헌 1의 신아이 도쿠마루 모형도가 나타내는 바와 같이, 선미에 내연 기관을 구비하는 구획을 필요로 하면서, 이것에 더한 풍력 추진 기구를 배 중앙 및 선수부(船首部)의 갑판 상의 돛과 그 갑판 하에 돛 조종 기구를 설치할 필요가 있기 때문에, 원래 범주를 위한 설비 구입설치에 추가 비용이 드는 데다가, 범주 설비가 배 전체의 구성에 영향을 미쳐, 일반적인 건조 비용, 개발 비용이 고액이 될 수 밖에 없었던 것이라고 생각된다. 또한, 범주 설비가 이하에 서술하는 마이너스의 효과를 초래한다는 문제가 발생한다.
즉, 갑판 상에 돛의 마스트를 여러개 마련하고, 그 지지 구조를 갑판 하에 마련한다는 것은, 건조 비용이 들 뿐 만 아니라, 갑판 상을 점유하는 범주 설비에 의해 짐을 싣고 내리는 개구부에 제약이 생겨서 짐을 싣고 내리는 하역작업의 장해가 되어, 하역작업의 시간과 비용이 한층 더 증가한다는 상선으로서의 근본적인 문제가 발생한다.
이에 더하여 범주 설비에 의해 선상부에 마련되는 화물탑재 공간을 빼앗길 뿐만 아니라, 갑판 하의 범주를 위한 부대 설비 설치에 의해, 배 안의 화물용량이 줄어든다는 문제가 발생한다. 화물탑재량이 줄어들면, 적재량당 연료비도 상승하기 때문에, 선체 1단위의 연료비가 감소되어도, 적재 화물당 원단위(原單位)의 연료비도, 하역비용도 상승하는 것은 용이하게 상상할 수 있어, 결국, "동일 형태의 재래선과 비교하여, 약 50%나 연료의 절약을 한다"고 해도 상선으로서는 통용되지 않고, 이러한 구성을 취하는 종래의 기주범종 방식을 채용한 현대형의 범
장선은 보급에 이르지 않았다.
최근, 원유의 급등 및 저탄소화, CO2 배출에 따른 지구온난화 문제의 대책도 있어, 한층 더 화석 연료의 사용량의 삭감을 꾀하여, 비특허문헌 2에 나타나는 범주기종(帆主機從)형의 하이브리드 범선도 개발되고 있다. 범주기종을 꾀하기 위해, 돛의 면적이 증대되고 그 취급의 부담이 증가하기 때문에, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이 돛을 경질(硬質)의 날개로서 마스트에 신축성을 갖게 하는 것을 특징으로하여, 취급의 부담을 줄이는 것에 초점을 맞춘 것이라고 생각되지만, 상선으로서 평가하면 단락 [0008]에 기술한 상기 문제는 전혀 해결되지 않는다.
즉, 갑판 상에 돛의 마스트를 여러개 마련하고, 그 지지 구조를 갑판 하에 마련한다고 하는 것은, 건조 비용이 들 뿐만 아니라, 갑판 상을 점유하는 범주 설비에 의해 짐을 싣고 내리는 개구부에 제약이 생겨서 짐을 싣고 내리는 하역작업의 장해가 되고, 하역작업의 시간과 비용이 한층 더 증가한다는 상선으로서의 근본적인 문제가 발생한다고 하는 문제는 여전히 남아 있다.
이에 더하여 범주 설비에 의해 선상부에 마련되는 화물 탑재 공간을 빼앗길 뿐만 아니라, 갑판 하의 범주를 위한 부대 설비 설치에 의해, 배 안의 화물용량이 줄어든다고 하는 문제도 마찬가지이다. 화물탑재량이 줄어들면, 적재량당 연료비도 상승하기 때문에, 선체 1단위의 연료비가 감소되어도, 적재 화물당 원단위의 연료비도, 하역비용도 상승하는 것은 용이하게 상상할 수 있어, 결국, 연료의 소비량을 반감한다고 해도 상선으로서는 통용하기 어려운 것은 마찬가지이다.
또한, 범주기종형의 하이브리드 범선을 목적으로 하기 때문에, 선미로부터 보면 더 거대한 예를 들면, 폭 20m, 항해 시에는 높이 50m인 신축식의 돛이 3개 이상 전방에 설치되고(비특허문헌 2의 풀 세일 모드(full sailmode), 선미로부터 보면 전방 시계(視界)의 방해가 되기 때문에, 비특허문헌 3에 나타내는 일본공업 규격 JIS F0420:2009(ISO 8468:2007) "선박 및 해양기술-선교(船橋) 배치 및 관련 장치-요구사항 및 지침"과 일치하지 않는다고 하는 추가의 문제도 발생한다.
즉, "4.2.3.2: 요구되는 시계 225°[선수로부터 각각 양 뱃전에 112.5°] 내의 사각(死角)의 합계는 20°를 초과해서는 안된다. 한쪽 뱃전의 사각은 10°를 초과해서는 안된다. 정방향의 선수로부터 양 뱃전에 10° 내에서는, 한쪽 뱃전의 사각은 5°를 초과해서는 안된다. 2개의 사각에 끼워진 시계 부분은, 그 양 사각 중 큰 사각의 범위를 밑돌아서는 안된다."고 하는 표준규칙을 준수하려고 하면, 종래의 상선과 같이 선미에 선교를 설치하는 데도 어려움이 있다. 그러므로, 비특허문헌 2의 도 7에 나타나는 하이브리드 선박에서는, 선수부에 선교와 거주구역의 일부를 선미부에 거주구역을 설치한다.
그렇게 하면 범주 설비가 갑판을 점유할 뿐만 아니라, 선교까지도 추가로 기관의 상방 이외에서 갑판 상을 점유하는 것이 되어, 앞서 지적한 문제점은 더 악화된다는 점은, 처음부터 선교가 선미에 배치된 것은, 추진 기구인디젤 기관이 선미에 배치되어 그 부분의 화물 공간은 존재하지 않기 때문에 그곳은 화물을 쌓을 수 없고, 그 상부에 선교를 설치하여 갑판 상의 데드 스페이스(dead space)의 발생을 방지하는 것이었다. 선수부에 선교를 설치하면, 그 하부에 새로운 데드 스페이스의 발생을 초래하기 쉽고, 그 공간을 이용할 수 있다고 해도, 상선의 용도는 한정되고, 또는 하역 시의 부담이 가중되는 것이다.
또한, 분리형 거주구역의 경우, 보통 선미에 배치되어 있는 구명보트의 강하 설비도 추가로 선수부에 대한 설치가 요구되고, 한층 더 설계 변경과 갑판 상 설계의 제약을 초래하는 것도 알려진다(비특허문헌 4).
선수부에 선교를 배치하지 않는다고 하면, 특허문헌 2의 도 1에 개시된 바와 같이, 전방의 시계를 확보하기 위해 갑판 상에 비교적 저층의 돛을 다수 마련하는 것이 되지만, 갑판 상의 점유의 문제는 바뀌지 않고, 항행 시의 시계의 제약에 관한 문제는 여전히 잠재하는 것이라고 생각된다.
상기와 같은 선행기술들에서 발견되는 문제점이 대두되었고, 자동 세일링 가능한 선박 및 친환경 에너지를 이용한 선박에 대한 필요성이 대두되고 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 일본 특허공보 5318008, 평성 25년 7월 19일 등록
(특허문헌 0002) 일본 공개특허공보 2012-240539호
(특허문헌 0003) 일본 공개특허공보 평11-129977호
(특허문헌 0004) 일본 공개특허공보 2007-223351호
비특허문헌
(비특허문헌 0001)
http://www.funenokagakukan.or.jp/sc_02/s/genre/shu/data/B82013.html 배의 과학관, "돛조종 탱커 "신아이 도쿠마루" 1980년" 배 모형도
(비특허문헌 0002)
"선박 풍력 이용 "윈드 챌린저 계획", 오우치 가즈유키, 일본 마린 엔지니어링 학회지 제47권 제4호(2012), P108-P113".
(비특허문헌 0003) 일본 공업 규격 JIS F0420:2009(ISO 8468:2007), "선박 및 해양기술-선교 배치 및 관련 장치-요구 사항 및 지침"
친환적인 태양광 또는 풍력으로부터 동력에너지원을 획득가능한 시스템을 구비하고, 해상에서 다양한 크기와 방향으로 불어오는 해풍을 이용해서 자동 세일링이 가능한 선박의 구성을 도출하고자 한다.
상기 자동 세일링 로봇선은, 다양한 기상조건하에서도 운행이 가능한 시스템을 구비하고 있고, 돛의 조정을 위한 숙련된 항해사 등이 필요없이 입력된 목적지를 향해 무인으로 운행가능한 자동 세일링이 가능한 선박의 구성을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 자율운행가능한 자동 세일링 로봇선에 있어서, 소정의 적재공간을 제공하고, 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 구동원으로 하여 수상운행가능한 쌍동선(10)과; 상기 쌍동선(10)의 운행방향을 제어하는 메인(main) 돛(210)과, 지브(jib) 돛(220) 그리고 마스트(mast)(230)로 구성되는 방향 제어부(20)와; 상기 마스트의 일측에 구비되고, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속 측정부(30)와; 상기 풍향풍속 측정부(30)로부터 전송된 정보를 분석하여, 상기 메인 돛과 지브 돛의 방향을 결정하는 제어부와; 선박의 위치와 진행방향을 측정할 수 있는 3축 지자기 센서와, GPS센서를 포함하여 구성되는 위치측정센서부와; 선박의 운행에 필요한 전기동력을 제공하기 위해서 구비되고, 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 집광판과 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부를 포함하여 구성되는 태양광충전시스템부(60)와; 상기 제어부로부터 전송되는 신호에 따라, 상기 방향 제어부(20)의 위치 및 구동을 제어하는 조타부(70);를 포함하여 구성되고, 소정의 세기의 바람이 부는 곳에서는 상기 풍향풍속 측정부(30)에 측정하는 풍향과 풍속을 이용하여 소정의 입력된 위치를 향해 주행을 하고, 바람이 없는 곳이나 정박하는 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선의 구성을 제공한다.
한편, 상기 제어부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여, 측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 가능한 세기의 경우에는 풍속의 방향을 판단하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여, 측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 불가능한 세기의 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 선택적으로 이용하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 태양광충전시스템부(60)는, 빛에너지를 통해 충전할 수 없는 상태인 경우에는, 상기 내연기관(11)의 구동시에 상기 동력축으로부터 발생하는 회전력을 이용하여 전기를 발생시켜서 충전하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 조타부(70)는, 상기 방향 제어부(20)의 메인 돛과, 지브 돛의 위치와 방향을 상기 제어부의 신호에 따라 제어하며, 회전동력을 제공하는 서보모터부와, 상기 서보모터에서 발생하는 소정의 치차비로 회전속도를 감속시키고, 회전토크를 증폭시키는 기어부를 포함하여 구성되고, 상기 조타부(70)의 제어를 통해서, 유입되는 바람의 세기와 방향에 따라 상기 방향 제어부(20)를 제어하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예로, 자율운행가능한 자동 세일링 로봇선에 있어서, 소정의 적재공간을 제공하고, 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 구동원으로 하여 수상운행가능한 쌍동선(10)과; 상기 쌍동선(10)의 운행방향을 제어하는 메인(main) 돛(210)과, 지브(jib) 돛(220) 그리고 마스트(mast)(230)로 구성되는 방향 제어부(20)와; 상기 마스트의 일측에 구비되고, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속 측정부(30)와; 상기 풍향풍속 측정부(30)로부터 전송된 정보를 분석하여, 상기 메인 돛과 지브 돛의 방향을 결정하는 제어부와; 선박의 위치와 진행방향을 측정할 수 있는 3축 지자기 센서와, GPS센서를 포함하여 구성되는 위치측정센서부와; 선박의 운행에 필요한 전기동력을 제공하기 위해서 구비되고, 블레이드와, 상기 블레이드의 회전력을 증속시키는 증속기와, 회전력을 전기에너지로 변환시키는 제네레이터와, 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부를 포함하여 구성되는 풍력발전시스템부와; 상기 제어부로부터 전송되는 신호에 따라, 상기 방향 제어부(20)의 위치 및 구동을 제어하는 조타부(70);를 포함하여 구성되고, 소정의 세기의 바람이 부는 곳에서는 상기 풍향풍속 측정부(30)에 측정하는 풍향과 풍속을 이용하여 소정의 입력된 위치를 향해 주행을 하고, 바람이 없는 곳이나 정박하는 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선을 제공한다.
한편, 상기 제어부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여, 측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 가능한 세기의 경우에는 풍속의 방향을 판단하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여, 측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 불가능한 세기의 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 선택적으로 이용하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 풍력발전시스템부는, 풍력발전를 통해 충전할 수 없는 상태인 경우에는, 상기 내연기관(11)의 구동시에 상기 동력축으로부터 발생하는 회전력을 이용하여 전기를 발생시켜서 충전하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 조타부(70)는, 상기 방향 제어부(20)의 메인 돛과, 지브 돛의 위치와 방향을 상기 제어부의 신호에 따라 제어하며, 회전동력을 제공하는 서보모터부와, 상기 서보모터에서 발생하는 소정의 치차비로 회전속도를 감속시키고, 회전토크를 증폭시키는 기어부를 포함하여 구성되고, 상기 조타부(70)의 제어를 통해서, 유입되는 바람의 세기와 방향에 따라 상기 방향 제어부(20)를 제어하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
발명의 실시 예에 따른 자동 세일링 로봇선은, 해상에서 발생하는 해풍의 방향이나 크기에 상관없이, 이를 이용하여 자동으로 메인 돛과 지브 돛을 제어하여 항해가능한 자동 세일링 선박에 관한 구성을 제공한다.
그리고, 상기 자동 세일링 로봇선의 구동원은 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 주동력원으로 하는 추진체를 이용하는 것이 가능하나, 상기 선박의 일측에 해상에서 얻을 수 있는 태양광에너지 또는 풍력에너지를 전기에너지로 변환시켜서 충전하는 시스템을 구비함으로써, 상기 태양광 또는 풍력발전시스템에서 공급되는 전력을 이용하여 구동하는 시스템을 구비함으로써 친환경적인 동력계를 구비한 자동 세일링 선박의 구성을 제공하는 이점이 있다.
한편, 선박의 크기 또한 용도에 맞게 제작함으로써, 교육용부터 실제 크기의 다양한 용도에 맞게 대응하는 것이 가능하다는 효과 또한 기대된다.
도 1 내지 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동 세일링 로봇선의 전체 및 개별 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은, 세일링 요트의 해풍의 방향에 따른 운행방법을 설명하는 그림이다.
도 7은, 세일링 요트의 해풍의 방향에 따른 운행방법을 설명하는 그림이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1 내지 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자동 세일링 로봇선의 전체 및 개별 구성을 나타낸 도면이다. 도 7은, 세일링 요트의 해풍의 방향에 따른 운행방법을 설명하는 그림이다.
도 1 내지 6을 참조하면, 발명의 실시 예에 따른 자동 세일링 로봇선은, 해상에서 발생하는 해풍의 방향이나 크기에 상관없이, 이를 이용하여 자동으로 메인 돛과 지브 돛을 제어하여 항해가능한 자동 세일링 선박에 관한 구성을 제공한다.
한편, 상기 자동 세일링 로봇선의 구동원은 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 주동력원으로 하는 추진체를 이용하는 것이 가능하나, 상기 선박의 일측에 해상에서 얻을 수 있는 태양광에너지 또는 풍력에너지를 전기에너지로 변환시켜서 충전하는 시스템을 구비함으로써, 상기 태양광 또는 풍력발전시스템에서 공급되는 전력을 이용하여 구동하는 시스템을 구비함으로써 친환경적인 동력계를 구비한 자동 세일링 선박의 구성을 제공하게 된다.
한편, 선박의 크기 또한 용도에 맞게 제작함으로써, 교육용부터 실제 크기의 다양한 용도에 맞게 대응하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 자동 세일링 로봇선에 있어서, 자율운행가능한 자동 세일링 로봇선에 있어서, 소정의 적재공간을 제공하고, 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 구동원으로 하여 수상운행가능한 쌍동선(10)과; 상기 쌍동선(10)의 운행방향을 제어하는 메인(main) 돛(210)과, 지브(jib) 돛(220) 그리고 마스트(mast)(230)로 구성되는 방향 제어부(20)와; 상기 마스트의 일측에 구비되고, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속 측정부(30)와; 상기 풍향풍속 측정부(30)로부터 전송된 정보를 분석하여, 상기 메인 돛과 지브 돛의 방향을 결정하는 제어부와; 선박의 위치와 진행방향을 측정할 수 있는 3축 지자기 센서와, GPS센서를 포함하여 구성되는 위치측정센서부와; 선박의 운행에 필요한 전기동력을 제공하기 위해서 구비되고, 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 집광판과 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부를 포함하여 구성되는 태양광충전시스템부(60)와; 상기 제어부로부터 전송되는 신호에 따라, 상기 방향 제어부(20)의 위치 및 구동을 제어하는 조타부(70);를 포함하여 구성되고, 소정의 세기의 바람이 부는 곳에서는 상기 풍향풍속 측정부(30)에 측정하는 풍향과 풍속을 이용하여 소정의 입력된 위치를 향해 주행을 하고, 바람이 없는 곳이나 정박하는 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선의 구성을 제공한다.
수상에서 안정된 자세를 유지한 채 운행을 하기 위해서는, 파도나 바람으로 인해서 발생하게 되는 요(yaw), 스웨이(sway), 히브(heave), 롤(roll) 등의 현상으로부터 방재선박을 안정적으로 자세 및 위치를 유지하기 위해서는 단동선보다는 쌍동선(10) 보다 안정적인 구조를 제공하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 쌍동선(10)의 선체를 구비한 자동 세일링 로봇선을 실시 예로 기술하기로 한다. 단동선을 선체로 하여 본 발명을 실시하는 것에는 무리가 없다 할 것이다.
상세히, 상기 쌍동선(10)의 본체에는 소정의 적재공간을 제공하는 공간이 형성되고, 구동원으로는 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 동력원으로 해서 수상운행가능하다.
이때, 전기모터(11)를 메인동력원으로 하는 경우에는, 상대적으로 소형선박에 적용되는 것이 일반적이고, 내연기관(11) 엔진을 동력원으로 병행해서 사용하는 하이브리드 형태의 구성을 가지는 것이 바람직하다.
전기모터(11)와 내연기관(11) 엔진을 동시에 장착해서 사용하는 경우에는, 소정의 속도미만으로 운행하는 지역이나, 법령 등으로 인해 환경오염에 대한 규제를 받는 지역에서는 전기모터(11)만으로 운행을 하고, 고속운행의 조건이나 기타 큰 화물 등을 싣고 있는 경우와 같이 상대적으로 큰 마력의 동력의 필요로 하는 경우에는, 내연기관(11) 엔진 단독 또는 전기모터(11) 구동원과 병렬로 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 전기모터(11) 추진시스템을 구비하는 경우엔, 선체일측에 태양광 충전시스템을 구비하여 선박에 소용되는 전력원을 충전 및 공급받는 시스템을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 태양광충전시스템은 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 집광판과 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부 등을 포함하여 구성하는 것이 가능하다.
한편, 상기 제어부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여, 측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 가능한 세기의 경우에는 풍속의 방향을 판단하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것이 가능하다.
상세히, 해상에서 선박쪽으로 부는 바람의 방향과, 돛을 구비한 선박이 진행하고자 하는 방향에 따라서 주행방법 또는 범주방향이 달라지게 된다.
예를 들면, 바람이 진행방향의 뒷쪽에서 소정의 각도 범위 내에서 불면 돛을 러닝(running) 주행으로 운행하고, 바람이 측면에서 불어오는 경우에는 그 각도의 범위에 따라서 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행으로 운행하게 된다.
상기와 같은 서로 다른 주행은 바람에 대한 돛의 각도와, 돛을 제어하는 로프의 텐션의 크기에 따라서 각각 적용하게 되는 것이다.
요약하면, 상기 제어부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여, 측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 도 7에서와 같이 주행이 불가능한 풍향의 방향과 세기의 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 선택적으로 이용하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 태양광충전시스템부(60)는, 빛에너지를 통해 충전할 수 없는 상태인 경우에는, 상기 내연기관(11)의 구동시에 상기 동력축으로부터 발생하는 회전력을 이용하여 전기를 발생시켜서 충전하는 것이 가능하다.
즉, 동력축에 PTO(power take off, 동력인출장치)를 결합하여, 상기 PTO로부터 인출되는 동력을 이용하여 발전기 등과 결합하여 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜서 충전하는 것 또한 가능하다.
한편, 상기 조타부(70)는, 상기 방향 제어부(20)의 메인 돛과, 지브 돛의 위치와 방향을 상기 제어부의 신호에 따라 제어하며, 회전동력을 제공하는 서보모터부와, 상기 서보모터에서 발생하는 소정의 치차비로 회전속도를 감속시키고, 회전토크를 증폭시키는 기어부를 포함하여 구성되고, 상기 조타부(70)의 제어를 통해서, 유입되는 바람의 세기와 방향에 따라 상기 방향 제어부(20)를 제어하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 통해서, 태양광충전시스템으로 부터 공급되는 전기에너지와, 내연기관(11) 엔진으로부터 공급되는 동력을 선택적으로 이용하여 주행동력원으로 사용하고, 상기 풍향풍속측정부에서 측정된 정보를 바탕으로 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 조타부(70)의 제어를 통해서 상기 방향 제어부(20)를 제어하여 자율주행이 가능한 자동 세일링 로봇선을 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 자율운행가능한 자동 세일링 로봇선에 있어서, 소정의 적재공간을 제공하고, 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 구동원으로 하여 수상운행가능한 쌍동선(10)과; 상기 쌍동선(10)의 운행방향을 제어하는 메인(main) 돛(210)과, 지브(jib) 돛(220) 그리고 마스트(mast)(230)로 구성되는 방향 제어부(20)와; 상기 마스트의 일측에 구비되고, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속 측정부(30)와; 상기 풍향풍속 측정부(30)로부터 전송된 정보를 분석하여, 상기 메인 돛과 지브 돛의 방향을 결정하는 제어부와; 선박의 위치와 진행방향을 측정할 수 있는 3축 지자기 센서와, GPS센서를 포함하여 구성되는 위치측정센서부와; 선박의 운행에 필요한 전기동력을 제공하기 위해서 구비되고, 블레이드와, 상기 블레이드의 회전력을 증속시키는 증속기와, 회전력을 전기에너지로 변환시키는 제네레이터와, 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부를 포함하여 구성되는 풍력발전시스템부와; 상기 제어부로부터 전송되는 신호에 따라, 상기 방향 제어부(20)의 위치 및 구동을 제어하는 조타부(70);를 포함하여 구성되고, 소정의 세기의 바람이 부는 곳에서는 상기 풍향풍속 측정부(30)에 측정하는 풍향과 풍속을 이용하여 소정의 입력된 위치를 향해 주행을 하고, 바람이 없는 곳이나 정박하는 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선의 구성을 제공한다.
이때, 상기 풍력발전시스템부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에 구비되어 해풍에 따라 회전하는 블레이드와 연동해서 구비될 수 도 있고, 선체 일측에 별도로 구비되는 것도 가능하다.
상기 풍력발전시스템부는, 상기 블레이드의 회전력을 증속시키는 증속기와, 회전력을 전기에너지로 변환시키는 제네레이터와, 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부를 포함하여 구성되고, 앞서 설명한 태양광충전시스템과 선택적으로 구비 혹은 병렬로 구비되어 태양광충전시스템이 동작하지 못하는 기상환경하에서 보조적 또는 메인으로 동력원을 공급하는 시스템으로 사용하는 것이 가능하다.
한편, 상기 풍력발전시스템부와, 태양광충전시스템부(60) 그리고 내연기관(11)은 상호 보완적으로 사용하는 것이 바람직하나, 고속으로 운행해야 하는 환경하에서는 동시에 사용하는 것 또한 가능하다.
한편, 상기 제어부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여, 측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 가능한 세기의 경우에는 풍속의 방향을 판단하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것이 가능하다.
그리고,상 기 제어부는, 상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여, 측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 불가능한 세기의 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 선택적으로 이용하여 운행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 풍력발전시스템부는, 풍력발전를 통해 충전할 수 없는 상태인 경우에는, 상기 내연기관(11)의 구동시에 상기 동력축으로부터 발생하는 회전력을 이용하여 전기를 발생시켜서 충전하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 조타부(70)는, 상기 방향 제어부(20)의 메인 돛과, 지브 돛의 위치와 방향을 상기 제어부의 신호에 따라 제어하며, 회전동력을 제공하는 서보모터부와, 상기 서보모터에서 발생하는 소정의 치차비로 회전속도를 감속시키고, 회전토크를 증폭시키는 기어부를 포함하여 구성되고, 상기 조타부(70)의 제어를 통해서, 유입되는 바람의 세기와 방향에 따라 상기 방향 제어부(20)를 제어하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선의 구성을 제공한다.
10. 쌍동선
11. 전기모터 또는 내연기관 추진체
20. 방향 제어부 30. 풍향풍속 측정부
40. 제어부 50. 위치측정센서부
60. 태양광충전시스템부 70. 조타부
210. 메인(main) 돛 220. 지브(jib) 돛
230. 마스트(mast)
20. 방향 제어부 30. 풍향풍속 측정부
40. 제어부 50. 위치측정센서부
60. 태양광충전시스템부 70. 조타부
210. 메인(main) 돛 220. 지브(jib) 돛
230. 마스트(mast)
Claims (10)
- 자율운행가능한 자동 세일링 로봇선에 있어서,
소정의 적재공간을 제공하고, 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 구동원으로 하여 수상운행가능한 쌍동선(10)과;
상기 쌍동선(10)의 운행방향을 제어하는 메인(main) 돛(210)과, 지브(jib) 돛(220) 그리고 마스트(mast)(230)로 구성되는 방향 제어부(20)와;
상기 마스트의 일측에 구비되고, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속 측정부(30)와;
상기 풍향풍속 측정부(30)로부터 전송된 정보를 분석하여, 상기 메인 돛과 지브 돛의 방향을 결정하는 제어부와;
선박의 위치와 진행방향을 측정할 수 있는 3축 지자기 센서와, GPS센서를 포함하여 구성되는 위치측정센서부와;
선박의 운행에 필요한 전기동력을 제공하기 위해서 구비되고, 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 집광판과 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부를 포함하여 구성되는 태양광충전시스템부(60)와;
상기 제어부로부터 전송되는 신호에 따라, 상기 방향 제어부(20)의 위치 및 구동을 제어하는 조타부(70);를 포함하여 구성되고,
소정의 세기의 바람이 부는 곳에서는 상기 풍향풍속 측정부(30)에 측정하는 풍향과 풍속을 이용하여 소정의 입력된 위치를 향해 주행을 하고, 바람이 없는 곳이나 정박하는 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여,
측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 가능한 세기의 경우에는 풍속의 방향을 판단하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여,
측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 불가능한 세기의 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 선택적으로 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 제 1항에 있어서,
상기 태양광충전시스템부(60)는,
빛에너지를 통해 충전할 수 없는 상태인 경우에는, 상기 내연기관(11)의 구동시에 상기 동력축으로부터 발생하는 회전력을 이용하여 전기를 발생시켜서 충전하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 제 1항에 있어서,
상기 조타부(70)는,
상기 방향 제어부(20)의 메인 돛과, 지브 돛의 위치와 방향을 상기 제어부의 신호에 따라 제어하며,
회전동력을 제공하는 서보모터부와, 상기 서보모터에서 발생하는 소정의 치차비로 회전속도를 감속시키고, 회전토크를 증폭시키는 기어부를 포함하여 구성되고,
상기 조타부(70)의 제어를 통해서, 유입되는 바람의 세기와 방향에 따라 상기 방향 제어부(20)를 제어하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 자율운행가능한 자동 세일링 로봇선에 있어서.
소정의 적재공간을 제공하고, 전기모터(11) 또는 내연기관(11) 엔진을 구동원으로 하여 수상운행가능한 쌍동선(10)과;
상기 쌍동선(10)의 운행방향을 제어하는 메인(main) 돛(210)과, 지브(jib) 돛(220) 그리고 마스트(mast)(230)로 구성되는 방향 제어부(20)와;
상기 마스트의 일측에 구비되고, 풍향과 풍속을 측정하는 풍향풍속 측정부(30)와;
상기 풍향풍속 측정부(30)로부터 전송된 정보를 분석하여, 상기 메인 돛과 지브 돛의 방향을 결정하는 제어부와;
선박의 위치와 진행방향을 측정할 수 있는 3축 지자기 센서와, GPS센서를 포함하여 구성되는 위치측정센서부와;
선박의 운행에 필요한 전기동력을 제공하기 위해서 구비되고, 블레이드와, 상기 블레이드의 회전력을 증속시키는 증속기와, 회전력을 전기에너지로 변환시키는 제네레이터와, 직류전원으로 저장하는 배터리부, 그리고 필요한 동력원에 따라서 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 컨버터, 혹은 교류전원을 직류전원으로 변환시키는 인터버와 그리고 이를 제어하는 동력제어부를 포함하여 구성되는 풍력발전시스템부와;
상기 제어부로부터 전송되는 신호에 따라, 상기 방향 제어부(20)의 위치 및 구동을 제어하는 조타부(70);를 포함하여 구성되고,
소정의 세기의 바람이 부는 곳에서는 상기 풍향풍속 측정부(30)에 측정하는 풍향과 풍속을 이용하여 소정의 입력된 위치를 향해 주행을 하고, 바람이 없는 곳이나 정박하는 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 제 5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여,
측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 가능한 세기의 경우에는 풍속의 방향을 판단하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 제 5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 풍향풍속 측정부(30)에서 전송되는 풍향과 풍속에 관한 데이터를 분석하여,
측정된 풍속으로 주행이 가능한 지를 판단하고, 주행이 불가능한 세기의 경우에는 상기 전기모터(11) 또는 내연기관(11)에서 공급되는 추력을 선택적으로 이용하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 제 1항에 있어서,
상기 풍력발전시스템부는,
풍력발전를 통해 충전할 수 없는 상태인 경우에는, 상기 내연기관(11)의 구동시에 상기 동력축으로부터 발생하는 회전력을 이용하여 전기를 발생시켜서 충전하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
- 제 5항에 있어서,
상기 조타부(70)는,
상기 방향 제어부(20)의 메인 돛과, 지브 돛의 위치와 방향을 상기 제어부의 신호에 따라 제어하며,
회전동력을 제공하는 서보모터부와, 상기 서보모터에서 발생하는 소정의 치차비로 회전속도를 감속시키고, 회전토크를 증폭시키는 기어부를 포함하여 구성되고,
상기 조타부(70)의 제어를 통해서, 유입되는 바람의 세기와 방향에 따라 상기 방향 제어부(20)를 제어하여 러닝(running), 리칭(reaching) 또는 크로스홀드(close hauled) 주행중 선택하여 운행하는 것을 특징으로 하는 자동 세일링 로봇선.
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