KR20200063488A - Embedded directional drilling robot for shallow drilling and exploration and drilling system - Google Patents

Embedded directional drilling robot for shallow drilling and exploration and drilling system Download PDF

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KR20200063488A
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Abstract

Disclosed are an embedded directional drilling robot for shallow drilling and exploration, and a drilling system. Embodiments of the present invention provide the embedded directional drilling robot having directionality and biomimicking a biological structure and a drilling method of moles, and the drilling system. The embedded directional drilling robot according to the embodiment of the present invention includes: a drilling unit; a direction providing unit controlling the direction of the drilling unit; a link structure including links corresponding to a biological structure of the moles; and a control unit which automatically controls movement of the link structure and the forward and backward movement of the drilling unit by controlling at least one motor physically connected to the link structure.

Description

천부시추 및 탐사를 위한 임베디드 방향성 시추 로봇 및 시추 시스템 {Embedded directional drilling robot for shallow drilling and exploration and drilling system}Embedded directional drilling robot for shallow drilling and exploration and drilling system}

본 발명은 시추 로봇에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 방향성을 가지며, 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식을 생체 모방(biomimetic)한 임베디드 방향성 시추 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a drilling robot, and more specifically, to an embedded directional drilling robot having a directionality and biomimetic (biomimetic) the biological structure and excavation method of the mole.

시추 기술은 에너지 자원의 탐사와 개발, 광물자원탐사, 지하수개발, 토목시공 등 다양한 분야에 이용되고 있고, 최근에는 극한지, 우주에서 활용하고자 이에 대한 기술 개발이 이루어지고 있다. 시추 기술은 목표 심도에 따라 최대 200~300m 이내의 심도를 갖는 천부시추와 자원 탐사 및 개발을 위한 심부시추로 나뉜다.Drilling technology is used in various fields such as exploration and development of energy resources, exploration of mineral resources, groundwater development, and civil engineering, and recently, technology development has been conducted to utilize it in extreme regions and space. Drilling technology is divided into deep drilling for exploration and development of resources and deep drilling with a depth of up to 200~300m depending on the target depth.

천부시추는 토목시공과 큰 연관이 있으며, 시료채취, 지반조사, 연약지반 개량을 위해 천부시추가 시행될 수 있다.Cheonbu drilling is closely related to civil construction, and Cheonbu drilling can be carried out for sampling, ground investigation, and soft ground improvement.

기존의 시추 시스템은 리그나 이수 필터링 및 순환 시스템과 같은 대형 장비가 동반되어야 하며, Bottom Hole Assembly (BHA)에 연결되는 파이프 길이에 따라 일정 심도마다 추가적인 파이프를 삽입해야 하여 부수적인 장비들로 인해 인력과 비용이 많이 소모되는 문제점이 있다. 또한, 기존의 대형 장비는 산간, 극한 지역 등 지형적 제한 조건이 발생할 수 있다.Existing drilling systems must be accompanied by large equipment such as rigs, water filtering and circulation systems, and additional pipes must be inserted at certain depths depending on the length of the pipes connected to the Bottom Hole Assembly (BHA), which causes the manpower due to ancillary equipment. And there is a problem that is expensive. In addition, the existing large equipment may be subject to geographical limitations such as mountainous and extreme areas.

따라서, 방향성을 가지는 새로운 방식의 소형 시추 시스템의 필요성이 대두된다.Accordingly, a need arises for a new type of compact drilling system with directionality.

본 발명은 방향성을 가지는 임베디드 소형 로봇에 관한 것으로, 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식을 생체 모방(biomimetic)한 시추 로봇을 제안한다.The present invention relates to an embedded small-sized robot having a directionality, and proposes a drilling robot that is biomimetic (biomimetic) of the biological structure and excavation method of moles.

본 발명의 실시예들은, 방향성을 가지며 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식을 생체 모방한 임베디드 방향성 시추 로봇 및 시추 시스템을 제공한다.Embodiments of the present invention provide an embedded directional drilling robot and a drilling system that has directionality and mimics the biological structure and drilling method of moles.

본 발명의 일 실시예에 따른 임베디드 방향성 시추 로봇은 드릴링 유닛; 상기 드릴링 유닛의 방향을 제어하는 방향 제공부; 두더지의 생물학적 구조와 대응되는 링크들을 포함하는 링크 구조; 및 상기 링크 구조와 물리적으로 연결된 적어도 하나 이상의 모터를 제어하여 상기 링크 구조의 움직임과 상기 드릴링 유닛의 앞뒤 움직임을 자동 제어하는 제어부를 포함한다.An embedded directional drilling robot according to an embodiment of the present invention includes a drilling unit; A direction providing unit that controls the direction of the drilling unit; A link structure including links corresponding to the biological structure of the mole; And a control unit controlling at least one motor physically connected to the link structure to automatically control the movement of the link structure and the front and rear movements of the drilling unit.

상기 드릴링 유닛은 상기 두더지의 머리에 대응되며, 상기 링크 구조는 상기 두더지의 어깨뼈와 앞발의 움직임의 생물학적 구조에 대응될 수 있다.The drilling unit corresponds to the head of the mole, and the link structure may correspond to the biological structure of movement of the shoulder blades and forefoot of the mole.

상기 링크 구조는 상기 어깨뼈에 대응하는 제1 링크, 상기 앞발에 대응하는 제2 링크, 상기 제1 링크의 일측과 상기 제2 링크의 일측에 연결되는 제3 링크, 및 상기 제2 링크의 상기 일측과 상기 드릴링 유닛을 연결하는 제4 링크를 포함할 수 있다.The link structure includes a first link corresponding to the shoulder blade, a second link corresponding to the forefoot, a third link connected to one side of the first link and one side of the second link, and the second link A fourth link connecting one side and the drilling unit may be included.

상기 제어부는 상기 적어도 하나 이상의 모터의 회전 방향을 제1 방향으로 제어하여 상기 드릴링 유닛이 앞으로 이동하도록 상기 링크 구조의 움직임을 제어하고, 상기 적어도 하나 이상의 모터의 회전 방향을 제2 방향으로 제어하여 상기 드릴링 유닛이 뒤로 이동하면서 상기 제2 링크가 앞으로 이동하도록 상기 링크 구조의 움직임을 제어할 수 있다.The control unit controls the rotation direction of the at least one motor in a first direction to control the movement of the link structure so that the drilling unit moves forward, and controls the rotation direction of the at least one motor in a second direction to The movement of the link structure may be controlled such that the second link moves forward while the drilling unit moves backward.

상기 방향 제어부는 복수의 선형 액츄에이터(linear actuator)를 이용하여 상기 드릴링 유닛의 방향을 제어할 수 있다.The direction control unit may control the direction of the drilling unit using a plurality of linear actuators.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 로봇은 상기 시추 로봇의 방향 정보와 위치 정보를 추정하기 위한 센싱 데이터를 측정하는 복수의 센서들을 더 포함할 수 있다.Further, the drilling robot according to an embodiment of the present invention may further include a plurality of sensors for measuring sensing data for estimating direction information and position information of the drilling robot.

본 발명의 일 실시예에 따른 시추 시스템은 시추 로봇; 및 상기 시추 로봇을 제어하고 모니터링하기 위한 제어 장치를 포함하고, 상기 시추 로봇은 드릴링 유닛; 상기 드릴링 유닛의 방향을 제어하는 방향 제공부; 두더지의 생물학적 구조와 대응되는 링크들을 포함하는 링크 구조; 및 상기 제어 장치로부터 수신된 제어 신호에 기초하여 상기 링크 구조와 물리적으로 연결된 적어도 하나 이상의 모터를 제어함으로써, 상기 링크 구조의 움직임과 상기 드릴링 유닛의 앞뒤 움직임을 자동 제어하는 제어부를 포함한다.Drilling system according to an embodiment of the present invention includes a drilling robot; And a control device for controlling and monitoring the drilling robot, wherein the drilling robot includes a drilling unit; A direction providing unit that controls the direction of the drilling unit; A link structure including links corresponding to the biological structure of the mole; And a control unit for automatically controlling the movement of the link structure and the forward and backward movement of the drilling unit by controlling at least one motor physically connected to the link structure based on a control signal received from the control device.

상기 드릴링 유닛은 상기 두더지의 머리에 대응되며, 상기 링크 구조는 상기 두더지의 어깨뼈와 앞발의 움직임의 생물학적 구조에 대응될 수 있다.The drilling unit corresponds to the head of the mole, and the link structure may correspond to the biological structure of movement of the shoulder blades and forefoot of the mole.

상기 링크 구조는 상기 어깨뼈에 대응하는 제1 링크, 상기 앞발에 대응하는 제2 링크, 상기 제1 링크의 일측과 상기 제2 링크의 일측에 연결되는 제3 링크, 및 상기 제2 링크의 상기 일측과 상기 드릴링 유닛을 연결하는 제4 링크를 포함할 수 있다.The link structure includes a first link corresponding to the shoulder blade, a second link corresponding to the forefoot, a third link connected to one side of the first link and one side of the second link, and the second link A fourth link connecting one side and the drilling unit may be included.

상기 제어부는 상기 적어도 하나 이상의 모터의 회전 방향을 제1 방향으로 제어하여 상기 드릴링 유닛이 앞으로 이동하도록 상기 링크 구조의 움직임을 제어하고, 상기 적어도 하나 이상의 모터의 회전 방향을 제2 방향으로 제어하여 상기 드릴링 유닛이 뒤로 이동하면서 상기 제2 링크가 앞으로 이동하도록 상기 링크 구조의 움직임을 제어할 수 있다.The control unit controls the rotation direction of the at least one motor in a first direction to control the movement of the link structure so that the drilling unit moves forward, and controls the rotation direction of the at least one motor in a second direction to The movement of the link structure may be controlled such that the second link moves forward while the drilling unit moves backward.

상기 시추 로봇은 상기 시추 로봇의 방향 정보와 위치 정보를 추정하기 위한 센싱 데이터를 측정하는 복수의 센서들을 더 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 복수의 센서들에 의해 측정된 센싱 데이터의 상호 작용 데이터 값을 분석하여 상기 시추 로봇의 방향성 정보와 위치 정보를 추정할 수 있다.The drilling robot further includes a plurality of sensors that measure sensing data for estimating direction information and position information of the drilling robot, and the control device is an interaction data value of sensing data measured by the plurality of sensors. By analyzing, it is possible to estimate directional information and position information of the drilling robot.

본 발명의 실시예들에 따르면, 방향성을 가지며 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식을 생체 모방한 임베디드 방향성 시추 로봇을 제공할 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to provide an embedded directional drilling robot having directionality and biomimicking the biological structure and excavation method of moles.

본 발명의 실시예들에 따르면, 임베디드 방향성 시추 로봇을 통해 대형 장비 이용 시 발생하는 이수 배출 및 넓은 지역의 무분별한 시추로 인한 환경문제를 해결할 수 있고, 대형 장비나 사람이 직접 작업하기 어려운 지역 예를 들어, 산간, 경사지에서의 작업이 가능하다.According to embodiments of the present invention, an embedded directional drilling robot can solve environmental problems caused by discharge of waste water and indiscriminate drilling in a large area when using large equipment. For example, it is possible to work in mountainous and sloping areas.

본 발명의 실시예들에 따르면, 소형화를 통한 우주, 극지와 같이 접근이 어려운 환경에서의 작업 가능성 향상, 자동화를 통한 운용인력 및 비용을 최소화할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, it is possible to minimize operating manpower and cost through automation, improving workability in an environment that is difficult to access, such as space and polarization through miniaturization.

본 발명의 실시예들에 따르면, 대형 구조물인 리그 설치나 심도에 따라 추가되는 파이프라인이 필요하지 않고, 방향성 시추를 통한 다양한 위치의 굴착이 가능하며, 작업 가능 지역의 범위를 넓힐 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 달, 화성 등 타행성에서의 자원 및 공간 탐사가 가능하다.According to embodiments of the present invention, there is no need for additional pipelines depending on the depth of the rig installation or the depth of a large structure, excavation in various positions through directional drilling is possible, and the range of the workable area can be widened. For example, the present invention enables exploration of resources and space in other planets such as the moon and Mars.

본 발명의 실시예들에 따르면, 시추 로봇에 추가 장착되는 센서에 따라 지뢰 탐지, 자원 탐사 등 다양한 기능을 수행할 수도 있다.According to embodiments of the present invention, various functions such as landmine detection and resource exploration may be performed according to a sensor additionally mounted on a drilling robot.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 시스템에 대한 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 로봇에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 두더지의 생물학적 구조에 대응하는 링크 구조를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 방향 제공부 및 이동 수단을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 시추 로봇의 시추 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 굴착 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
1 shows a conceptual configuration for a drilling system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a configuration for a drilling robot according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an exemplary view for explaining the link structure corresponding to the biological structure of the mole.
Figure 4 shows an exemplary view for explaining the direction providing unit and the moving means.
5 shows an exemplary view for explaining a drilling process of the drilling robot of the present invention.
6 shows an exemplary view for explaining the drilling process of FIG. 5.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형 태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상 의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing the embodiments, and is not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the components, steps, operations, and/or elements mentioned above of one or more other components, steps, operations, and/or elements. Presence or addition is not excluded.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사 전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. In addition, terms that are commonly defined in the dictionary are not ideally or excessively interpreted unless specifically defined.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.

본 발명의 실시예들은, 방향성을 가지며 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식을 생체 모방한 임베디드 방향성 시추 로봇을 제공하는 것을 그 요지로 한다.Summary of the Invention Embodiments of the present invention are directed to providing an embedded directional drilling robot that has directionality and mimics the biological structure and excavation method of moles.

여기서, 본 발명의 시추 로봇은 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식을 생체 모방한 앞 몸체와 방향 조절, 이동, 고정, 후처리 기능을 수행하는 뒷 몸체로 구분될 수 있다.Here, the drilling robot of the present invention can be divided into a front body that mimics the biological structure and excavation method of the mole and a rear body that performs direction control, movement, fixation, and post-processing functions.

앞 몸체는 굴착을 하기 위한 드릴링 유닛과 두더지의 앞발과 어깨뼈의 움직임의 생물학적 구조에 대응하는 링크 구조 그리고 링크 구조와 드릴링 유닛의 움직임을 자동 제어하기 위한 적어도 하나 이상의 모터를 포함할 수 있다.The front body may include a drilling unit for excavation, a link structure corresponding to the biological structure of movement of the forefoot and shoulder blades of the mole, and at least one motor for automatically controlling the movement of the link structure and drilling unit.

이러한 본 발명에 대해 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.The present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 시스템에 대한 개념적인 구성을 나타낸 것이다.1 shows a conceptual configuration for a drilling system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시추 시스템은 시추 로봇(100)과 제어 장치(200)를 포함하며, 시추 로봇(100)은 임베디드 방향성 시추 플랫폼과 지하 위치 인식 시스템을 포함하고, 제어 장치(200)는 지상-지하 통신 및 모니터링 시스템을 포함할 수 있다.As shown in Figure 1, the drilling system of the present invention includes a drilling robot 100 and a control device 200, the drilling robot 100 includes an embedded directional drilling platform and an underground location recognition system, the control device 200 may include a terrestrial-underground communication and monitoring system.

시추 로봇(100)은 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식을 생체 모방(biomimetic)하여 설계되며, 제어 장치(200)에 의한 제어를 통해 방향이 제어되고, 복수의 센서들 예를 들어, 3개의 3축 자이로스코프를 구비하여 3축 자이로스코프에 의해 측정된 센싱 데이터를 제어 장치로 제공할 수 있다.The drilling robot 100 is designed by biomimetic the biological structure and excavation method of the mole, the direction is controlled through control by the control device 200, and a plurality of sensors, for example, three 3-axis With a gyroscope, sensing data measured by a three-axis gyroscope can be provided as a control device.

이 때, 시추 로봇(100)은 제어 장치(200)를 통해 수신되는 제어 신호에 기초하여 굴착, 이동 및 방향 조절 등을 제어할 수 있다.At this time, the drilling robot 100 may control excavation, movement, and direction adjustment based on a control signal received through the control device 200.

나아가, 시추 로봇(100)에 지뢰 탐지용 센서 또는 자원 탐지용 센서가 구비된 경우 해당 센서를 이용하여 지뢰를 탐지하거나 자원을 탐지할 수 있으며, 이러한 센싱 정보를 제어 장치로 제공할 수도 있다.Furthermore, if the drilling robot 100 is equipped with a sensor for detecting a mine or a resource for detecting a mine, the sensor may detect a mine or detect a resource using the sensor, and may provide such sensing information as a control device.

제어 장치(200)는 시추 로봇(100)을 운용하는 사용자에 의해 입력된 제어 신호를 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 시추 로봇으로 제공하며, 시추 로봇(100)으로부터 수신되는 복수의 센서들에 의해 측정된 센싱 데이터를 수신하여 시추 로봇의 방향성 정보와 위치 정보를 추정한다.The control device 200 provides a control signal input by a user operating the drilling robot 100 to a drilling robot through wired communication or wireless communication, and is measured by a plurality of sensors received from the drilling robot 100 The received sensing data is received to estimate directional information and position information of the drilling robot.

여기서, 제어 장치(200)는 복수의 센서들 각각의 센싱 데이터 간 상호 작용 데이터를 분석하여 시추 로봇(100)의 방향성 정보와 위치 정보를 추정할 수 있다.Here, the control device 200 may estimate the directional information and the position information of the drilling robot 100 by analyzing the interaction data between the sensing data of each of the plurality of sensors.

예를 들어, 제어 장치(200)는 시추 로봇의 앞 부분, 중간 부분 및 뒷 부분에 각각 3축 자이로스코프가 장착되고, 3 개의 3축 자이로스코프에 의해 센싱된 센싱 데이터가 수신되는 경우 중간 부분에 구비된 3축 자이로스코프의 센싱 데이터를 기준으로 앞 부분에 구비된 3축 자이로스코프의 센싱 데이터 간의 상호 작용 데이터 값을 분석하여 방향성 정보를 추정할 수 있으며, 중간 부분에 구비된 3축 자이로스코프의 센싱 데이터를 기준으로 뒷 부분에 구비된 3축 자이로스코프의 센싱 데이터 간의 상호 작용 데이터 값을 분석하여 땅속의 어떤 위치에 있는지 측정하기 위한 위치 정보를 추정할 수 있다.For example, the control device 200 is equipped with a three-axis gyroscope on the front part, the middle part and the back part of the drilling robot, respectively, and when sensing data sensed by three three-axis gyroscopes is received, the middle part Based on the sensing data of the 3-axis gyroscope, the direction data can be estimated by analyzing the interaction data values between the sensing data of the 3-axis gyroscope provided in the front part, and the 3-axis gyroscope is provided in the middle part. Based on the sensing data, it is possible to estimate the location information for measuring the location in the ground by analyzing the interaction data value between the sensing data of the 3-axis gyroscope provided at the back.

또한, 제어 장치(200)는 시추 로봇(100)으로부터 지뢰 탐지 또는 자원 탐지에 대한 센싱 정보가 수신되는 경우 추정된 위치 정보와 탐지된 지뢰 또는 자원에 대한 위치를 매핑하여 사용자에게 제공할 수도 있다.In addition, when sensing information for landmine detection or resource detection is received from the drilling robot 100, the control device 200 may map the estimated location information to the location of the detected landmine or resource and provide it to the user.

이러한 본 발명에 따른 시추 로봇에 대해 도 2 내지 도 6을 이용하여 설명하면 다음과 같다.The drilling robot according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6 as follows.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시추 로봇에 대한 구성을 나타낸 것이고, 도 3은 두더지의 생물학적 구조에 대응하는 링크 구조를 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이며, 도 4는 방향 제공부 및 이동 수단을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows a configuration for a drilling robot according to an embodiment of the present invention, Figure 3 shows an exemplary view for explaining a link structure corresponding to the biological structure of the mole, Figure 4 is a direction providing unit and It shows an exemplary diagram for explaining a moving means.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시추 로봇(100)은 드릴링 유닛(110)과 적어도 하나 이상의 모터(115) 및 링크 구조(111 ~ 114)를 포함하는 앞 몸체와 이동 수단(130), 고정 수단(140), 잔해 처리 수단(150) 및 센서들(160)을 포함하는 뒷 몸체로 구성된다.2 to 4, the drilling robot 100 according to an embodiment of the present invention moves with the front body including the drilling unit 110 and at least one or more motors 115 and link structures 111 to 114 It is composed of a rear body including a means 130, a fixing means 140, a debris processing means 150 and sensors 160.

드릴링 유닛(110)과 링크 구조(111 ~ 114) 및 적어도 하나 이상의 모터(115)는 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식을 모방하여 설계될 수 있으며, 드릴링 유닛(110)은 두더지의 머리에 대응되고, 링크 구조(111 ~ 114)는 두더지의 앞발(forelimb), 상완골(humerus), 어깨뼈(scapula)와 쇄골(clavicle)에 대응되며, 적어도 하나 이상의 모터(115)는 두더지의 근육에 대응된다.The drilling unit 110 and the link structures 111 to 114 and at least one motor 115 may be designed to mimic the biological structure and excavation method of the mole, and the drilling unit 110 corresponds to the head of the mole, The link structures 111 to 114 correspond to the forelimb, humerus, scapula and clavicle of the mole, and at least one motor 115 corresponds to the muscle of the mole.

두더지는 머리가 움츠려 들면서 앞발을 내밀면서 땅을 파고, 머리가 나오면서 팔이 벌어지면서 파여진 흙을 뒤로 밀어낸다. 본 발명에서의 시추 로봇은 이러한 두더지의 생물학적 구조와 굴착 방식은 적어도 하나 이상의 모터(115), 링크 구조(111 ~ 114) 및 드릴링 유닛(110)의 물리적인 연결 구조를 통해 구현한 것이다.A mole digs the ground with its forehead reaching out while the head is squeezing and pushes the dug back as the head opens and arms open. The drilling robot in the present invention is implemented through the physical structure of at least one of the motor 115, the link structures 111 to 114, and the drilling unit 110.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 링크 구조(111 ~ 114)는 두더지의 어깨뼈(scapula)에 대응하는 제1 링크(111), 앞발(forelimb)에 대응하는 제2 링크(112), 제1 링크(111)의 일측과 제2 링크(112)의 일측에 연결되며 상완골(humerus)에 대응하는 제3 링크(113), 및 제2 링크(112)의 일측과 드릴링 유닛(110)을 연결하며 쇄골(clavicle)에 대응하는 제4 링크(114)를 포함하며, 이러한 링크 구조(111 ~ 114)는 좌우 대칭 구조로 이루어진다. 그리고 제4 링크(114)과 드릴링 유닛(110)은 링크 구조(111 ~ 114)와 드릴링 유닛(110)을 물리적으로 연결하기 위한 별도의 링크를 통해 연결될 수 있다.That is, as shown in Figure 3, the link structure (111 ~ 114) is a first link (111) corresponding to the shoulder blade (scapula) of the mole, the second link (112) corresponding to the forefoot (forelimb), the A third link 113 connected to one side of the first link 111 and one side of the second link 112 and corresponding to the humerus, and a drilling unit 110 connected to one side of the second link 112 And includes a fourth link 114 corresponding to the clavicle (clavicle), such a link structure (111 ~ 114) is made of a symmetrical structure. In addition, the fourth link 114 and the drilling unit 110 may be connected through separate links for physically connecting the link structures 111 to 114 and the drilling unit 110.

여기서, 어깨뼈에 대응하는 제1 링크(111)는 적어도 하나 이상의 모터(115) 예를 들어, 두 개의 모터와 물리적으로 연결되며, 모터(115)의 회전 방향에 따라 링크 구조(111 ~ 114)의 움직임과 드릴링 유닛(110)의 움직임을 자동으로 제어할 수 있다.Here, the first link 111 corresponding to the shoulder blade is physically connected to at least one motor 115, for example, two motors, and the link structures 111 to 114 according to the rotation direction of the motor 115 And the movement of the drilling unit 110 can be automatically controlled.

예를 들어, 시추 로봇에 구비된 제어부(미도시)가 제어 장치로부터 제어 신호를 수신하는 경우 수신된 제어 신호에 기초하여 모터(115)의 회전 방향을 제1 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 제어함으로써, 앞발에 대응하는 제2 링크(112)가 바깥쪽 방향으로 이동되면서 드릴링 유닛(110)이 앞으로 이동하도록 자동 제어하고, 모터(115)의 회전 방향을 제2 방향(반시계 방향 또는 시계 방향)으로 제어함으로써, 앞발에 대응하는 제2 링크(112)가 앞쪽 방향으로 이동되면서 드릴링 유닛(110)이 뒤로 이동하도록 자동 제어할 수 있다. 물론, 모터(115)의 회전 방향은 좌측에 구비된 링크 구조와 우측에 구비된 링크 구조에 따라 다르게 제어될 수 있다.For example, when a control unit (not shown) provided in the drilling robot receives a control signal from the control device, the rotation direction of the motor 115 is based on the received control signal in the first direction (clockwise or counterclockwise). By controlling with, the second link 112 corresponding to the forefoot is automatically controlled to move forward while the drilling unit 110 moves forward while moving in the outer direction, and the rotation direction of the motor 115 is rotated in the second direction (counterclockwise or By controlling in a clockwise direction, the second link 112 corresponding to the forefoot may be automatically controlled to move backward while the drilling unit 110 moves backward. Of course, the rotation direction of the motor 115 may be controlled differently depending on the link structure provided on the left side and the link structure provided on the right side.

즉, 드릴링 유닛(110)과 링크 구조(111 ~ 114)는 모터의 회전 방향에 의하여 움직임이 함께 제어되며, 앞발에 대응하는 제2 링크(112)가 앞으로 이동하는 경우 머리에 대응하는 드릴링 유닛(110)이 뒤쪽으로 자동 이동하며, 제2 링크(112)가 좌측과 우측 방향으로 회전 이동하는 경우 드릴링 유닛(110)이 앞쪽으로 자동 이동된다.That is, the drilling unit 110 and the link structure (111 to 114) is controlled together by the movement of the rotational direction of the motor, the second link 112 corresponding to the forefoot moves forward when the drilling unit corresponding to the head ( 110) is automatically moved to the rear, and when the second link 112 is rotated in the left and right directions, the drilling unit 110 is automatically moved to the front.

방향 제공부(120)는 제어부에 의한 제어를 통해 시추 로봇의 방향을 제어한다.The direction providing unit 120 controls the direction of the drilling robot through control by the control unit.

여기서, 방향 제공부(120)는 복수의 선형 액츄에이터(linear actuator)를 이용하여 드릴링 유닛의 방향 또는 시추 로봇의 방향을 제어할 수 있다.Here, the direction providing unit 120 may control the direction of the drilling unit or the direction of the drilling robot using a plurality of linear actuators.

이러한 방향 제공부(120)는 동시 운동으로 굴착 시 수축과 이완 기능을 하여 효율적인 굴착이 이루어질 수 있도록 하며, 독립 운동을 통해 앞 몸체의 방향 조절 역할을 하며, 각 액츄에이터는 유니버설 조인트(universal joint)로 앞 몸체에 연결되어 회전으로 발생하는 유격의 영향을 상쇄할 수 있다.The direction providing unit 120 functions as a contraction and relaxation function during excavation by simultaneous movement to enable efficient excavation, and serves to adjust the direction of the front body through independent movement, and each actuator is a universal joint. It can be connected to the front body to counteract the effect of play caused by rotation.

이동 수단(130)은 시추 로봇을 이동시키는 수단(locomotion)이고, 고정 수단(140)은 시추 로봇이 굴착을 할 때 시추 로봇을 고정시키기 위한 수단(locking)이며, 잔해 처리 수단(150)은 드릴링 유닛(110)에 의한 굴착에 의해 발생되는 잔해를 시추 로봇의 뒤쪽으로 처리하기 위한 수단이다.The moving means 130 is a means for moving the drilling robot (locomotion), the fixing means 140 is a means for locking the drilling robot when the drilling robot excavates (locking), the debris processing means 150 is drilling It is a means for processing the debris generated by excavation by the unit 110 to the back of the drilling robot.

센서들(160)은 시추 로봇의 방향 정보와 위치 정보를 추정하기 위한 센싱 데이터를 측정하며, 시추 로봇의 앞 부분, 중간 부분, 뒷 부분에 각각 구비될 수 있다.The sensors 160 measure sensing data for estimating the direction information and the position information of the drilling robot, and may be provided at the front part, the middle part, and the back part of the drilling robot, respectively.

이 때, 센서들(160)은 3축 자이로스코프를 포함할 수 있다.At this time, the sensors 160 may include a three-axis gyroscope.

나아가, 센서들(160)은 지뢰를 탐지하기 위한 센서, 자원을 탐지하기 위한 센서를 포함할 수도 있으며, 각각의 목적에 따라 각 센서의 위치를 미리 결정될 수 있다.Furthermore, the sensors 160 may include a sensor for detecting land mines and a sensor for detecting resources, and the location of each sensor may be determined in advance according to each purpose.

또한, 본 발명의 시추 로봇은 제어 장치와 무선 통신을 수행하는 경우 제어 장치와 무선 통신을 수행하기 위한 통신 수단을 구비할 수 있다.Further, the drilling robot of the present invention may include a communication means for performing wireless communication with the control device when performing wireless communication with the control device.

이러한 시추 로봇은 도 5에 도시된 바와 같이, 고정 수단에 의해 시추 로봇이 고정되면 모터, 링크 구조와 드릴링 유닛을 이용한 굴착을 수행하며, 굴착 과정을 수행한 후 이동하기 위하여 고정을 해제하고, 앞으로 이동 및 방향을 조절한다. 그리고, 굴착에 의해 발생된 잔해를 잔해 처리 수단을 이용하여 처리한다.5, the drilling robot performs excavation using a motor, a link structure, and a drilling unit when the drilling robot is fixed by the fixing means, releases the fixing to move after performing the excavation process, and forwards Adjust movement and direction. Then, the debris generated by excavation is treated using the debris processing means.

시추 로봇의 굴착 과정은 도 6에 도시된 바와 같이, 굴착 지점으로 시추 로봇이 이동하면 모터의 방향 제어를 통해 링크 구조(111 ~ 114)가 제어되면서 드릴링 유닛(110)이 앞쪽으로 이동하고 앞발에 대응하는 제2 링크(112)가 좌우에 위치하면서 굴착을 수행하고, 드릴링 유닛(110)에 의해 흙이 파헤쳐지면 파헤쳐진 흙을 뒤로 보내기 위하여 모터(115)의 회전 방향이 반대 방향으로 제어되어 링크 구조(111 ~ 114)가 제어되면서 앞발에 대응하는 제2 링크(112)가 앞쪽으로 이동함과 동시에 드릴링 유닛(110)이 뒤쪽으로 자동 이동되고, 다시 모터(115)의 회전 방향이 반대 방향으로 제어되면서 제2 링크(112)가 좌측과 우측으로 회전하면서 흙이 몸체 옆 부분으로 이동되면서 드릴링 유닛(110)이 앞쪽으로 나오게 된다. 이러한 과정이 반복되면서 두더지의 굴착 방식을 시추 로봇으로 구현할 수 있다.The drilling process of the drilling robot is shown in FIG. 6, when the drilling robot moves to the excavation point, the link structures 111 to 114 are controlled through the direction control of the motor, and the drilling unit 110 moves forward and moves to the forefoot. When the corresponding second link 112 is located on the left and right side, excavation is performed, and when the soil is dug by the drilling unit 110, the rotation direction of the motor 115 is controlled in the opposite direction to send the dug back. As the structures 111 to 114 are controlled, the second link 112 corresponding to the forefoot moves forward, and at the same time, the drilling unit 110 automatically moves to the rear, and the rotation direction of the motor 115 again in the opposite direction While being controlled, the second link 112 rotates to the left and right, while the soil moves to the side of the body, so that the drilling unit 110 comes forward. As this process is repeated, the drilling method of the mole can be implemented as a drilling robot.

이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The system or device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or combinations of hardware components and software components. For example, the systems, devices, and components described in the embodiments include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors (micro signal processors), microcomputers, and field programmable arrays (FPAs). ), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers. The processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (11)

드릴링 유닛;
상기 드릴링 유닛의 방향을 제어하는 방향 제공부;
두더지의 생물학적 구조와 대응되는 링크들을 포함하는 링크 구조; 및
상기 링크 구조와 물리적으로 연결된 적어도 하나 이상의 모터를 제어하여 상기 링크 구조의 움직임과 상기 드릴링 유닛의 앞뒤 움직임을 자동 제어하는 제어부
를 포함하는 시추 로봇.
Drilling unit;
A direction providing unit that controls the direction of the drilling unit;
A link structure including links corresponding to the biological structure of the mole; And
Control unit for automatically controlling the movement of the link structure and the front and back movement of the drilling unit by controlling at least one motor physically connected to the link structure
Drilling robot comprising a.
제1항에 있어서,
상기 드릴링 유닛은
상기 두더지의 머리에 대응되며,
상기 링크 구조는
상기 두더지의 어깨뼈와 앞발의 움직임의 생물학적 구조에 대응되는 것을 특징으로 하는 시추 로봇.
According to claim 1,
The drilling unit
Corresponds to the head of the mole,
The link structure
Drilling robot, characterized in that corresponding to the biological structure of the movement of the shoulder blades and forefoot of the mole.
제2항에 있어서,
상기 링크 구조는
상기 어깨뼈에 대응하는 제1 링크, 상기 앞발에 대응하는 제2 링크, 상기 제1 링크의 일측과 상기 제2 링크의 일측에 연결되는 제3 링크, 및 상기 제2 링크의 상기 일측과 상기 드릴링 유닛을 연결하는 제4 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 로봇.
According to claim 2,
The link structure
A first link corresponding to the shoulder blade, a second link corresponding to the forefoot, a third link connected to one side of the first link and one side of the second link, and the one side and the drilling of the second link Drilling robot, characterized in that it comprises a fourth link connecting the unit.
제3항에 있어서,
상기 제어부는
상기 적어도 하나 이상의 모터의 회전 방향을 제1 방향으로 제어하여 상기 드릴링 유닛이 앞으로 이동하도록 상기 링크 구조의 움직임을 제어하고, 상기 적어도 하나 이상의 모터의 회전 방향을 제2 방향으로 제어하여 상기 드릴링 유닛이 뒤로 이동하면서 상기 제2 링크가 앞으로 이동하도록 상기 링크 구조의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는 시추 로봇.
According to claim 3,
The control unit
The direction of rotation of the at least one motor is controlled in a first direction to control the movement of the link structure so that the drilling unit moves forward, and the direction of rotation of the at least one motor is controlled in a second direction to allow the drilling unit to Drilling robot characterized in that to control the movement of the link structure so that the second link moves forward while moving backward.
제1항에 있어서,
상기 방향 제어부는
복수의 선형 액츄에이터(linear actuator)를 이용하여 상기 드릴링 유닛의 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 시추 로봇.
According to claim 1,
The direction control unit
Drilling robot, characterized in that for controlling the direction of the drilling unit using a plurality of linear actuators (linear actuator).
제1항에 있어서,
상기 시추 로봇의 방향 정보와 위치 정보를 추정하기 위한 센싱 데이터를 측정하는 복수의 센서들
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 로봇.
According to claim 1,
A plurality of sensors for measuring the sensing data for estimating the direction information and position information of the drilling robot
Drilling robot characterized in that it further comprises.
시추 로봇; 및
상기 시추 로봇을 제어하고 모니터링하기 위한 제어 장치
를 포함하고,
상기 시추 로봇은
드릴링 유닛;
상기 드릴링 유닛의 방향을 제어하는 방향 제공부;
두더지의 생물학적 구조와 대응되는 링크들을 포함하는 링크 구조; 및
상기 제어 장치로부터 수신된 제어 신호에 기초하여 상기 링크 구조와 물리적으로 연결된 적어도 하나 이상의 모터를 제어함으로써, 상기 링크 구조의 움직임과 상기 드릴링 유닛의 앞뒤 움직임을 자동 제어하는 제어부
를 포함하는 시추 시스템.
Drilling robot; And
Control device for controlling and monitoring the drilling robot
Including,
The drilling robot
Drilling unit;
A direction providing unit that controls the direction of the drilling unit;
A link structure including links corresponding to the biological structure of the mole; And
A control unit for automatically controlling the movement of the link structure and the front and rear movements of the drilling unit by controlling at least one motor physically connected to the link structure based on a control signal received from the control device.
Drilling system comprising a.
제7항에 있어서,
상기 드릴링 유닛은
상기 두더지의 머리에 대응되며,
상기 링크 구조는
상기 두더지의 어깨뼈와 앞발의 움직임의 생물학적 구조에 대응되는 것을 특징으로 하는 시추 시스템.
The method of claim 7,
The drilling unit
Corresponds to the head of the mole,
The link structure
Drilling system, characterized in that corresponding to the biological structure of the movement of the shoulder blades and forefoot of the mole.
제8항에 있어서,
상기 링크 구조는
상기 어깨뼈에 대응하는 제1 링크, 상기 앞발에 대응하는 제2 링크, 상기 제1 링크의 일측과 상기 제2 링크의 일측에 연결되는 제3 링크, 및 상기 제2 링크의 상기 일측과 상기 드릴링 유닛을 연결하는 제4 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 시추 시스템.
The method of claim 8,
The link structure
A first link corresponding to the shoulder blade, a second link corresponding to the forefoot, a third link connected to one side of the first link and one side of the second link, and the one side and the drilling of the second link A drilling system comprising a fourth link connecting the units.
제9항에 있어서,
상기 제어부는
상기 적어도 하나 이상의 모터의 회전 방향을 제1 방향으로 제어하여 상기 드릴링 유닛이 앞으로 이동하도록 상기 링크 구조의 움직임을 제어하고, 상기 적어도 하나 이상의 모터의 회전 방향을 제2 방향으로 제어하여 상기 드릴링 유닛이 뒤로 이동하면서 상기 제2 링크가 앞으로 이동하도록 상기 링크 구조의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는 시추 시스템.
The method of claim 9,
The control unit
The direction of rotation of the at least one motor is controlled in a first direction to control the movement of the link structure so that the drilling unit moves forward, and the direction of rotation of the at least one motor is controlled in a second direction to allow the drilling unit to Drilling system characterized by controlling the movement of the link structure so that the second link moves forward while moving backward.
제7항에 있어서,
상기 시추 로봇은
상기 시추 로봇의 방향 정보와 위치 정보를 추정하기 위한 센싱 데이터를 측정하는 복수의 센서들
을 더 포함하고,
상기 제어 장치는
상기 복수의 센서들에 의해 측정된 센싱 데이터의 상호 작용 데이터 값을 분석하여 상기 시추 로봇의 방향성 정보와 위치 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 시추 시스템.
The method of claim 7,
The drilling robot
A plurality of sensors for measuring the sensing data for estimating the direction information and position information of the drilling robot
Further comprising,
The control device
Drilling system characterized in that to estimate the directional information and position information of the drilling robot by analyzing the interaction data value of the sensing data measured by the plurality of sensors.
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