KR20220006573A - 선체의 수중 모니터링 및 유지관리용 로봇, 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

선박이 항해중일 때 선박의 선체(1)를 수중에서 모니터링하고 유지관리하는 로봇(2)과 방법을 설명한다. 로봇(2)은, 본체(5)와, 로봇(2)을 견인하기 위한 케이블(3)에 로봇(2)을 연결시키는 커넥터(21)와, 선체에 대하여 안착하도록 구성된 안착 베이스(13)와, 본체(5)의 길이방향 축에 대하여 직교하게 배열된 하나 이상의 수중익형(6, 7)과, 본체(5)의 전방부에 배치되어 있는 키(8)를 포함하고, 본체(5)는 직선형으로 뻗어나가는 본체로서 길이 대 폭의 비율이 5 이상이고, 수중익형(6, 7)의 길이는 본체(5)에 대하여 직교하는 방향에서 보았을 때 본체(5)의 폭 보다 길고, 케이블(3)의 커넥터(21)는 수중익형(6)의 일단에 배치되어 있거나, 하나 이상의 수중익형과 평행하게 연장하는 아암에 배치되어 있다.

Description

선체의 수중 모니터링 및 유지관리용 로봇, 시스템 및 방법

본 발명은 선체의 수중 모니터링 및 유지관리용 로봇과, 이 로봇을 사용하여 항해중일 때 수중에 있는 선체를 모니터링하고 유지관리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 선박이 민간운송 속도로 운항 중에 있을 때 생물부착(biofouling)을 제거하고, 검사하고, 거친부분을 줄이고, 선체에 대한 기타 서비스를 수행할 수 있는, 로봇과 이 로봇을 사용한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

선체의 유지관리 및 검사는 보통 드라이 독(dry dock)에서 수행된다. 드라이 독에서 하는 검사와 유지관리는 비용이 많이 들고, 시간이 많이 소요되며, 선박의 임무에서 제외된다. 물 밖에서 작업을 함으로써 생기는 또 다른 단점은, 작업환경에서 검사를 할 수가 없다는 것인데, 이는 유동 패턴을 잘 이해할 수 없다는 것을 의미한다. 항해중에 실제 유동 패턴을 이해하면, 작업을 개선하고 연료 비용도 개선할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 세척 및 표면처리 도구를 갖는 작업 도구들은 선체에 있는 생물부착을 제거할 수 있고, 선체 드래그(hull drag)를 감소시킬 수 있어서, 연료 비용을 개선할 수 있다.

생물부착은 해운업에 있어서 주요 도전과제인데, 선체에 있는 부착물(fouling)이 드래그를 크게 증가시키고, 선박의 수력학적 성능을 감소시키며, 연료 소비를 크게 증가시키기 때문이다. 생물부착은 선체 표면에 부착되는 얇은 바이오필름으로 시작되어, 더 큰 식물, 홍합 및 따개비가 선체에 부착되기 위한 좋은 환경을 생성한다. 제거하지 않게 되면, 생물부착은 두꺼운 유기물질 층을 형성하여, 선체에 결합된 생태계를 초래한다. IMO에 따르면, 생물부착은 원치않는 종들이 새로운 장소로 퍼져나가는 주요 원인이 되며, 이렇게 퍼져나가는 것은 환경적으로 바람직하지 않다.

부착물 방지 페인트는 일부가 유체의 유동에 의해 셀프-폴리싱이 되는데, 생물부착이 생성되고 부착되는 것을 줄여주는데 사용되고, 또한 바이오필름이 생성되고 좀 더 심각한 생물부착이 발생하는 것을 지연시킨다. 또한, 생물부착은 환경적으로 바람직하지 않은 화학물질을 포함하는데, 그 중 다수가 지난 몇년간 금지되어 왔다. 페인트 산업이 환경에 영향을 덜 미치는 좀 더 효율적인 생물부착방지효과를 개발하려고 노력해왔을 지라도, 생물부착방지는 단지 생물부착의 성장을 지연시킬 수 있을 뿐, 생물부착이 형성되는 것을 막지는 못한다.

가장 흔한 세척방법은, 드라이 독에서 고압으로 세척하는 것이다. 고압 세척은 페인트의 거칠기를 증가시킨다. 그 프로세스는 수작업이며, 선박에 적용해야하는 것이어서 페인트의 조도를 유지하기 위해 자동화된 프로세스 제어를 통합시키는 것은 거의 없다. 따라서 팩트는 세척에 의해 장기적으로 선체의 성능이 감소될 수 있다는 것이다.

선박을 드라이 독에 집어넣을 필요 없이 선체를 세척하기 위한 몇가지 개념이 제안되어 왔다. 이 개념은 유기물질을 제거함으로써 선체의 수력학적 성능을 개선하는 것을 목표로 한다.

선체의 외부를 검사하고 스크럽(scrub)하기 위한 원격 조정 차랑(ROV's)을 사용하는 것이 알려져 있는데, 예를 들어, KR20170065916A, WO 01171874 A1, US 2011282536 A1, US 5947051 A, 및 DK201670635 A1이 있다. 원격 조정 차랑(ROV's)은 선박이 항구에 있거나 정박해 있을 때 선체를 세척하고 스크럽 작업을 하는데 좋은 해결책이 될 수 있지만, 과도한 드래그 때문에, 선박이 물에서 움직일 때에는 적합하지 않다.

나아가, 여러 특허들이 항해 중에 선박을 스크럽 하는 장치를 설명하고 있고, 로프나 와이어로 조절할 수 있는 장치를 설명하고 있는데, 그중 일부는 선박과 물의 속도차이에 의해 구동되는 회전 브러쉬를 갖고 있다. 예를 들어, US826012 A, US702965 A, EP1390257 A1, US2093434A 및 GB2038721 A를 참고할 수 있다. 브러쉬로 세척하는 것은 생물부착은 신속하게 제거하는 것을 목적으로 하지만, 페인트의 품질을 유지하는 것은 고려하지 않는다.

GB2038721 A, US826012 A 및 SU893713A에서는 키를 제어하여 장치의 깊이를 제어하고, 수중익형을 사용하여 선박의 선체에 대하여 장치를 유지시키는 선체 세척 장치를 설명하고 있다. 위 공개문헌들은 터빈을 사용하는 것과 해수 속에서 드래그를 증가시키는 향상된 특징을 설명하고 있다. 선박이 상업적인 운송속도로, 예를 들어 6 내지 8 m/s로 작동하는 경우, 드래그 힘은 매우 크게 될 것이고, 키는 로봇의 위치를 실효적으로 조종하는데 필요한 힘을 극복할 수 없을 것이다. 따라서, 터빈, 수중익형 및 구조적인 요소들은 장치를 제어하는 것을 어렵게 하거나 심지어는 제어할 수 없게 만드는 드래그 힘을 발생시키는데 중요한 사항이 된다. US 826012 A에서는 장치의 방향성을 달성하기 위한 4가지 다른 로프와 크레인을 보여주고 있다. GB2038721 A에서는 방향성을 제어하여 장치가 제어가능하게 선체에 적용되도록 장치의 후방에 별도의 로프가 있는 것을 제시하고 있다. SU893713A에서는 또한 장치의 위치를 제어하기 위해 다중 제어 라인을 사용하여 제어하는 것에 관련된 문제를 해결하고 있다.

WO2005014387 A1은 선박이 전진할 때 항해하는 선박의 선체의 외부를 세척하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 선박의 선체에 고정된 하나 이상의 레일에 움직이도록 결합되어 있는 캐리지에 연결되어 있고, 캐리지는 모터로 작동되는 구동수단에 의해 레일을 따라 움직일 수 있다. 선체는 회전 브러쉬에 의해 세척되며, 브러쉬는 선박에서 전력을 공급받는 모터에 의해 작동하거나 물을 통과하여 이동함으로써 파워를 얻는 하나 이상의 터빈에 의해 구동된다. 물속으로 장치를 집어넣는 동안, 장치가 선체에 대하여 올바른 쪽으로 배치되는 것을 보장하는 장치의 포지티브 배향은 없다. 만약 장치가 잘못된 쪽으로 배치되어 선체쪽으로 향하게 되면, 장치 및/또는 선체가 손상될 수 있다. 회전 브러쉬, 모터, 제어장치 및 터빈으로 구성된 복잡한 구조 때문에, 세척장치는 유체역학적으로 비효율적이며, 과도한 드래그를 유발한다. 복잡한 장치에 의해 드래그가 발생하고, 그로 인해 작동되는 키로부터 발생하는 스티어링 힘과 장치로부터 발생하는 드래그 힘 사이의 힘 벡터는 밀도와 함께 수평선을 기준으로하는 로프의 편향각을 결정하게 된다. 따라서, 장치는 선체의 대부분의 섹션에 도달하도록 하는 수단으로서 이동하는 로프 앵커 포인트에 의해 상쇄되는 수평선에 대한 작은 편향각을 갖는 앵커 포인트를 가져야만 한다.

WO2005014387 A1에 따른 장치는 움직이는 부품을 다수 구비하여 비교적 복잡하며, 나아가 선체에 결합되는 레일이 하나 이상 필요하다. 모든 기술적인 모든 특징들은 방대하여, 운송중에 과도한 드래그 힘을 생성하고, 장치를 다루는 것을 복잡하게 만든다. 드래그 힘은 키의 힘에 비하여 커서, 로프의 편향각도를 낮게 만들고, 장치가 선체 영역의 대부분에 도달하는 것을 불가능하게 만든다.

본 발명의 목적은 선박이 속도를 내면서 운항 중일 때 선체의 외부를 유지관리하고 검사하는 방법과 장치로서, 앞서 설명한 방법과 장치들 보다 더 간단하면서 더 신뢰할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.

다른 목적들은 본 발명에 대한 설명내용을 보면 당업자의 입장에서 자명하게 알 수 있다.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 본 발명은

선박이 항해중일 때 선박의 선체(1)를 수중에서 모니터링하고 유지관리하는 로봇으로서,

상기 로봇은,

전방부와 중간부에 연결된 후방단부를 갖는 본체와,

상기 로봇을 견인하기 위한 케이블에 상기 로봇을 연결시키도록 상기 본체의 전방부에 배치되어 있는 커넥터와,

상기 선체에 대하여 안착하도록 구성되고 상기 본체의 길이 전체를 따라 배치되어 있는 안착 베이스와,

상기 로봇의 안착 베이스를 상기 선체 쪽으로 향하게 하도록 상기 본체의 길이방향 축에 대하여 직교하게 배열되어 있는 하나 이상의 수중익형과,

상기 본체의 길이방향 축과 상기 수중익형에 대하여 직교하도록 상기 본체의 전방부에 배치되어 있는 키를 포함하고,

상기 본체는 직선형으로 뻗어나가는 본체로서 길이 대 폭의 비율이 5 이상이고, 상기 수중익형의 길이는 상기 본체에 대하여 직교하는 방향에서 보았을 때 상기 본체의 폭 보다 길고, 상기 케이블의 커넥터는 상기 수중익형의 일단에 배치되어 있거나, 상기 하나 이상의 수중익형과 평행하게 연장하는 아암에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇에 관한 것이다.

직선형으로 뻗어나가는 본체는 선박의 선체를 모니터링 및/또는 유지보수하기 위한 작업이 진행되는 동안 로봇의 방향과 관련된 안정성을 위해서 중요하다. 측면방향으로 오프셋되어 배치된 케이블용 커넥터와 함께, 즉 로봇이 작업중일 때 선박의 선체의 표면과 거의 평행하는 방향으로 본체의 길이방향 축으로부터 오프셋되어 배치되어 있는 커넥터와 함께, 직선형으로 뻗어나가는 본체는, 로봇을 배치하여 사용하는 동안에 로봇이 선체에 접근할 때 정확하게 방향이 설정되어 있다는 것을 확실히 하기 위해 중요하다.

한 실시예에 따르면, 전방 수중익형이 전방부에 배치되어 있고, 후방 수중익형이 본체의 후방 단부에 배치되어 있고, 수중익형은 서로 평행하게 그리고 안착 베이스에 의해 정의되는 평면에 대하여 평행하게 배치되어 있다.

한 실시예에 따르면, 고정된 안정핀이 본체의 후단부에 배치되어 있고, 본체에 대하여 직교하고 수중익형에 대하여서도 직교한다. 본체의 후방단부에 배치된 고정된 안정핀은 로봇의 방향 안정성을 더욱 개선시켜서, 로봇의 본체의 길이방향 축이 선체를 따라 유동하는 물의 방향과 거의 평행하게 되도록 보장한다. 본체를 방향적으로 안정적으로 유지시키고 물의 유동방향과 거의 평행하게 함으로써, 로봇의 드래그와 로봇에 대하여 흐르는 물이 유발하는 측방향 힘이 개선된다. 따라서, 키에 의해 로봇의 측면방향 움직임을 제어하는 것이 더 쉽다.

한 실시예에 따르면, 고정된 안정핀은 본체에 일체로 통합된 부분이다.

한 실시예에 따르면, 케이블을 연결시키는 커넥터는 전방 수중익형의 외측 단부 근처에 배치되어 있다. 커넥터를 전방 수중익형의 외측 단부에 배치한다.

선체에 대하여 안착하기 위한 풋이 케이블용 커넥터와 동일하게 전방 수중익형의 동일한 단부에 배치될 수 있다.

한 실시예에 따르면, 전방 수중익형은 본체를 중심으로 비대칭으로 배치되어 있을 수 있고, 전방 수중익형에 있어서 케이블이 고정되는 부분이 본체의 반대편 측에 있는 부분보다 길다.

안착 베이스의 외측 표면은 하나 이상의 고정된 브러쉬, 하드 롤러, 스크레이퍼 및/또는 연마재를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 안착 베이스 또는 안착 베이스의 부품들은 교환가능하다. 교환가능한 안착 베이스 및/또는 교환가능한 안착 베이스의 부품들에 의해, 마모된 브러쉬, 롤러, 스크레이퍼 및/또는 연마재를 교환하거나, 특별한 요구에 따라 안착 베이스를 교환할 수 있다.

하나 이상의 센서, 카메라, 및 데이터를 수집하는 테스트 장치가 상기 로봇에 설치되어 있을 수 있다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 본 발명은

선박이 항해중일 때 선박의 선체를 수중에서 모니터링하고 유지관리하는 방법으로서,

상기 방법은,

a) 상술한 로봇을 배치하고, 상기 로봇이 상기 선박의 선체에 설치되도록 하는 단계;

b) 상기 선박의 선체를 따라 길이방향으로 상기 로봇의 위치를 조정하도록 상기 케이블의 길이를 조정하는 단계;

c) 상기 로봇의 깊이를 조정하여 한번 또는 그 이상 상기 로봇이 상기 선박의 이동방향을 가로질러 이동하도록 상기 키를 조정하는 단계;

d) 상기 로봇의 길이방향 위치를 조정하도록 상기 케이블의 길이를 조정하는 단계; 및

e) 상기 선박의 선체의 미리정해진 영역이 모니터링 및/또는 유지보수될 때까지 c) 단계와 d) 단계를 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 선체를 수중에서 모니터링하고 유지관리하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 선체에서 작업중인 선체 유지관리 로봇의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 로봇의 실시예의 사시도이다.
도 3은 작업중에 선체에서 정지상태인 도 2의 실시예의 사시도로서 측면에서 본 도면이다.
도 4는 도 2의 실시예의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 로봇의 실시예가 좌현측에서 우현용으로 전환되는 것을 나타내는 도면이다.
도면은 본 발명의 로봇에 대한 조정가능한 수중익형의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 1은 선박의 선체(1)의 최전방부와, 선체(1)에 설치된 본 발명에 따른 로봇(2)을 나타낸다. 케이블(3)이 로봇(2)에 체결되어 있고 또한 선박에 탑재된 윈치(4)에 체결되어 있다. 케이블의 길이는 윈치(4)에 의해 조절될 수 있다.

도시된 로봇은 길이방향 본체(5)를 포함하고, 전방 수중익형(6)이 본체(5)의 전방부를 교차하면서 본체에 배치되어 있고, 본체(5)의 후방단부에 후방 수중익형(7)이 배치되어 있다. 전방 수중익형(6)과 후방 수중익형(7)은 서로 거의 평행하게 배치되어 있고 본체(5)의 길이방향 축에 대하여 거의 직교한다. 키(8)가 본체(5)와 전방 수중익형(6) 모두에 거의 직교하면서 본체의 전방부에 배치되어 있다. 고정된 안정핀(9)(stabilizing fin)이 본체(5)와 후방 수중익형(7) 모두에 거의 직교하면서 배치되어 있다. 도시된 실시예에서 전방 수중익형은 본체에 대하여 대칭형태로 배열되어 있지 않다. 풋(10)(foot)이 전방 수중익형(6)에서 길이가 가장 긴 부분의 단부에 배치되어 있다. 도시된 실시예에서, 로봇(2)을 견인하기 위해 로봇(2)을 케이블(3)에 연결시키는 커넥터가 전방 수중익형(6)에서 가장 긴 부분의 외측단부에 설치되어 있다.

전방부와 중간부에 의해 연결된 후방단부를 포함하는 본체(5)는 직선형으로 길게 연장된 본체로서, 로봇이 사용 중일때 최소의 드래그를 유발하는 형태로 되어 있다. 안착 베이스(13)는 거의 평평한 표면으로 되어 있는데, 본체(5)의 측면을 따라 배열되어 있고, 로봇이 사용 중일 때 선체에 대하여 안착되도록 하기 위한 것이다. 안착 베이스(13)는 본체의 길이 대부분을 따라 이어지며, 거의 그 폭 전체에 대하여 이어진다. 선체에 안착되도록 마련된 안정 베이스의 표면은 수행할 작업에 따라 달라진다. 로봇이 모니터링 목적으로만 사용될 경우에는, 안정 베이스는 부드러운 표면으로 덮혀서 로봇과 선체 사이의 마찰을 최소화 시킨다. 유지관리 작업의 경우, 안착 표면은 작업에 적합한 표면을 갖게 되며, 브러쉬, 연마재, 스크레이퍼(scrape), 롤러 등등을 포함할 수 있다. 안착 베이스는 두 개 이상의 요소로 분할될 수 있고, 두 개 이상의 요소는 계획하는 유지관리 작업에 사용되는 동일하거나 다른 표면 물질로 덮혀 있을 수 있다. 스크레이퍼와 롤러를 사용하여 따개비(barnacles) 등등을 부숴서 제거할 수 있고, 한편, 일반적인 또는 연마성 강모를 갖는 브러쉬를 사용하여 바이오필름 및/또는 분쇄된 따개비를 제거할 수 있다. 선체의 외표면을 부드럽게 하기 위해 안착 표면에 연마재를 사용할 수 있다. 부가적으로, 안착 표면 또는 요소는, 로봇이 융통성 있는 도구가 되도록, 바람직하게 다른 시간에 다른 목적으로 로봇을 사용할 수 있도록 교환될 수 있다.

보통, 본체는 본체의 길이 대 폭의 비율이 5 또는 그 이상이며, 즉 본체의 길이가 폭 보다 적어도 5배 이상이다. 보다 바람직하게는, 길이의 비율이 약 8이고, 심지어는 10 또는 그 이상일 수도 있다. 높은 값의 본체의 길이 대 폭의 비율과 함께, 후방부에 안정핀을 배치하고 본체의 최전방부에 키를 배치함으로써, 로봇을 안정화시키고 사용시 로봇의 수직 이동을 더 쉽게 제어할 수 있다.

도시된 로봇의 실시예는 전방 수중익형(6)을 갖고 있고, 전방 수중익형은 본체의 타측에서 보다 본체의 일측에서 더 길게 되어 있어서, 본체에 대하여 비대칭으로 배열되어 있다. 이 실시예에서, 본체에서 보았을 때, 풋(10)은 전방 수중익형의 가장 길이가 긴 부분의 외측단부에 배치되어 있다. 케이블(3)은 풋(10) 가까이에 전방 수중익형에 배열된 커넥터(21)에 연결되어 있다.

본 발명의 로봇은 간단한 크레인이나 비슷한 것을 이용하여 배치할 수 있는데, 선박의 데크에서 로봇을 들어올려 선박의 한쪽 측면에 매달려 있는 위치로 옮길 수 있다. 로봇의 꼬리가 바다에 들어가기 전에 케이블(3)에 매달린 상태에서, 로봇의 꼬리 날개(aft) 부분 또는 꼬리가 전방부 또는 헤드부와 비교하여 바람을 바로잡는 모멘트(wind straightening moment)가 더 크기 때문에, 바람에 의해 꼬리가 아래쪽으로 향하게 될 것이다. 로봇을 빠른 속도의 선박에서 바다로 집어 넣을 때, 로봇은 케이블(3)에 매달려 있는데, 로봇의 후방부가 우선 바다와 닿게 되고, 이로써 로봇의 방향이 전환되어 로봇의 꼬리날개의 단부가 다운스트림을 갖도록 로봇의 방향이 정해진다. 로봇을 바다에 집어넣기 위한 특수장비를 사용할 필요 없이 원하는 대로 로봇을 배향시키기 위해서는, 케이블(3)용 연결 포인트의 본체의 길이 축에 대한 비대칭적인 배열구조가 중요하다

수중익형(6, 7)은 날개 형상으로 되어 있고, 물속에서 속도를 내면서 본체(5)와 풋(10)을 선체쪽으로 향하게 하도록 구성되어, 풋과 후방 수중익형이 선체와 거의 평행하게 배치되도록 배열되고, 안정핀(9)와 키(8)는 선체에 거의 직교하도록 배열된다. 선체에 대하여 기대고 있는 풋(10)의 표면은 바람직하게 매끈하고, 선택적으로 마찰력이 낮은 물질로 덮혀 있어서, 선체에 대하여 마찰력을 최소로 한다. 대안으로, 하나 이상의 롤러가 풋(10)에 설치되어 마찰력을 더 줄일 수 있다.

세척장치(13)가 선체(1)에 기대고 있는 본체의 표면에 배치되어 있다. 세척장치는 브러쉬, 연마재 표면, 스크레이퍼, 하나 이상의 롤러 등등, 또는 제거하거나 줄여야하는 부착물의 성질에 따라 앞서 언급한 하나 이상의 세척장치들 또는 그 조합으로 이루어질 수 있다. 세척장치(13)의 유형에 상관없이, 세척작용은 로봇의 길이방향 또는 횡단방향 움직임에 의해 이루어지며, 회전하는 브러쉬를 사용하는 종래의 해결방안과 비교할 때 로봇의 움직이는 부분의 개수를 최소로 감소시킬 수 있다. 브러쉬는 세척장치(13)가 진흙, 조류, 해조류 및 켈프와 같은 비교적 부드러운 부착물을 제거하는데 사용된다. 브러쉬로 제거하기 전에 따개비나 홍합을 부수기 위해 단단한 소재의 롤러나 스크레이퍼가 필요할 수도 있다. 연마재 표면을 사용하거나, 연마재 강모를 갖는 브러쉬를 사용함으로써, 선체 표면을 매끄럽게 하여, 선박과 물 사이의 마찰을 줄일 수 있다. 나아가, 덜 매끈한 표면 보다 매끈한 표면에 쉽게 고정되지 않기 때문에, 폴리싱 작업 후에 부착물이 줄어든다.

일반적으로, 본 발명의 로봇은 선박이 공해상에서 순항하고 있을 때 있을 때 사용된다. 선박의 속도는 선박의 종류에 따라 다르며 선박은 짐을 싣고 있을 수도 있고 아닐 수도 있다. 기름이 채워진 대형 유조선은 보통 12 내지 15 노트의 속도로 달리며, 안정적인 속도는 대략 그 절반정도가 될 수 있다. 크루즈 선박이나 화물선과 같은 다른 선박은 상황에 따라 다르지만 유조선보다 속도가 더 높다.

본 발명의 로봇은 날개 형상의 수중익형(6, 7)과 만나는 물의 속도 때문에 발생하는 힘에 의해 선체에 대하여 유지된다. 포일(foil)에 의해 생성되는 힘은 날개의 프로파일 상에서 물의 속도에 따라 달라지며, 즉 선박의 속도, 따라오는 물에 대한 포일의 각도, 포일의 프로파일, 포일의 크기에 따라 달라진다. 포일에 의해 생성되는 힘이 너무 작은 경우, 세척 또는 폴리싱 작업의 효율이 감소 되고, 아니면 로봇이 선체에 부착된 상태로부터 벗어나서 주변의 물 속으로 들어가게 된다. 힘이 너무 크면, 로봇과 선체 사이의 마찰이 너무 높을 수 있고, 선체의 외부 표면에 대하여 로봇의 필요한 움직임이 크게 감소되거나 멈출 수도 있다.

주어진 선박 속도에서 로봇을 선체쪽으로 향하게 하는 힘은, 선박의 일반적인 속도에 대한 정보를 기초로, 주어진 선박에 대해 최종적으로 한 번만 설정될 수 있다. 또는, 필요시, 포일, 포일의 프로파일은 또는 만나는 물의 유동에 대한 포일의 부착 각도는 조절될 수 있는데, 이는 로봇을 바다에 넣기 전에 조절할 수도 있고, 아니면 다른 상황에서 사용하도록 로봇을 좀 더 융통성 있게 만들도록 원격으로 조절하는 방법으로 조절할 수도 있다.

도 6은 선체 쪽으로 포일이 생성하는 힘을 조절하기 위해 플랩을 자동으로 조절하도록 스프링이 장착된 플랩(20)을 갖는 수중익형(6, 7)을 나타내고 있다. 당업자는, 스프링을, 원격으로 제어할 수 있는 액추에이터에 의해 또는 로봇을 배치시키기 전에 조절될 수 있는 록킹 장치로 대체할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또는, 유동하는 물에 대하여 상대적으로 포일의 각도를 조절함으로써, 바람직하게는 포일이 포일의 전방에 가까운 곳을 중심으로 회전하도록 함으로써 포일을 조정할 수 있고, 축은 포일의 길이방향 축에 평행하며, 나사나 비슷한 것으로 또는 고무나 다른 가요성 물질로 이루어진 수중익형을 사용하여 유동하는 물에 대하여 포일의 각도를 조절한다.

외측 선체를 세척하기 위해, 상술한 것처럼 로봇을 바다에 집어 넣고, 로봇의 길이방향 축이 선박의 외측표면과 길이방향 축에 대하여 거의 평행하게 향하도록 자동으로 로봇 스스로 방향을 잡는다. 이러한 배향은 본체의 전방 단부에 가까이 있는 키(8)와 본체의 원단에 가까이 있는 안정핀(9) 및 키와 안정핀 사이의 거리에 의해 이루어진다. 로봇은 키(8)를 조정함으로써 로봇의 길이방향 축에 대하여 옆으로 이동하도록 제어된다. 키를 제1방향으로 회전시킴으로써, 로봇은 선박에 의해 발생하는 유동하는 물의 방향을 가로지르는 제1 방향으로 힘을 받게 되고, 그 반대도 성립된다. 키를 한 방향으로 회전시킴으로써, 키를 반대로 회전시키기 전에 옆으로 특정 거리에 걸쳐 로봇이 이동하게 되고, 세척표면(6)은 선박의 선체의 영역에서 이동하게 되고 동시에 세척표면(6)의 특성에 따라 선체를 세척하거나 닦게 된다. 이런식으로, 로봇이 선박에 연결되어 있는 선박의 측면으로부터 바닥을 세척하도록, 로봇은 수선(waterline)으로부터 선박의 바닦까지 옆으로 이동할 수 있다.

빌지(bilge) 키는 로봇에 대한 장애물을 구성하여, 빌지 키 보다 더 깊은 선체의 부분에 도달하는 것을 어렵게 만든다. 그러나, 부착물은 햇빛에 대한 이용가능성 때문에 수선 부근에서 제일 무겁고, 부착물에 관한 문제는 깊어질 수록 감소된다. 따라서, 수선으로부터 빌지 키까지 선체를 세척하는 것은 종종 선박의 도킹을 위한 기간들 사이에서 충분하다.

선박의 한 섹터를 세척한 후에, 위 단락에서 설명한 것처럼 로봇이 다시 제어되기 전에 케이블의 길이가 조정된다. 바람직하게, 케이블의 제1 길이를 사용하여 세정된 영역이 케이블의 다음 조정이 있은 후에 커버되는 영역과 살짝 겹치도록, 케이블의 길이가 조정된다. 이런식으로, 선박의 선체를 섹터 마다 세정할 수 있다.

도 4는 키와 키를 제어하는 메커니즘에 대한 한 실시예를 나타내고 있다. 당업자는 유선 및 무선 통신수단을 통해 키를 제어할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 키(8)는 로봇의 길이방향 축에 거의 직교하도록 배치되어 있고, 로봇을 사용할 때 선박의 선체로부터 바깥쪽으로 향한다. 키는 액추에이터(14)로 제어할 수 있는 키 축(15)에 배치되어 있다. 키 축은 액추에이터에 의해 또는 도시된 기어를 통해 직접 제어될 수 있다.

키는 바람직하게 균형키이며, 즉 키의 일부분은 키 축(15)의 상류에 배치되어 있고 일부분은 하류에 배치되어 있어서, 키를 회전시키는 것에 대항하여 작용하는 힘들이 서로 거의 상쇄된다. 균형키를 사용하면, 키를 회전시키는 것을 제어하는데 필요한 힘이 줄어들고, 따라서 로봇을 제어하기 위한 전력소모도 줄어든다. 균형키를 사용함으로써, 로봇에 필요한 전력소모가, 전원으로서 로봇 내부에 설치된 배터리를 사용하기에 충분히 낮게 유지될 수 있어서, 케이블을 통해 전력을 공급할 필요가 없다.

바람직한 로봇은 조감도로 보았을 때 본체에 대하여 비대칭이라는 사실 때문에, 로봇은 선박의 우현 또는 좌현측에서 사용하도록 구성되어 있다. 도 5는 좌현으로부터 우현 버전으로 전환되도록 그리고 그 반대의 경우도 마찬가지로, 전방 수중익형과 키 부분이 풀려서 회전되는 방법을 나타낸다.

본 발명의 로봇은 상술한 것처럼 바다 속으로 투입되고, 케이블(3)의 길이는 로봇이 정확한 길이방향 위치를 갖도록 조정된다. 이어서 로봇이 좌현 또는 우현 쪽으로 향하도록 키(8)를 조정함으로써 로봇은 옆으로 이동될 수 있다. 이러한 옆쪽으로 움직이는 것에 의해, 세척표면은 선체에 대하여 슬라이딩될 수 있다. 당업자는 본 발명의 로봇이 프로펠러, 추진기, 액티브 웨이브 감쇠기에 적합하지 않다는 것을 그리고 구형이물(bulb)을 세척하는 것은 도전이 될 것이라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 대부분의 선체는 본 발명의 로봇에 의해 세척될 것이고, 선박의 이러한 부분들은 선박이 항구에 있을 때 또는 정박중일 때 다른 수단으로 세척할 수 있을 것이다.

도 7a 내디 도 7e는 로봇을 제어하고 조정하기 위한 여러가지 구조를 보여준다. 도 7a는 상술한 실시예에 해당하며, 로봇용 케이블이 윈치에 연결되어 있고, 대안적으로 윈치는 위치가 달라질 수 있고, 케이블은 선박의 데크의 최전방부에 배치되고 도면부호 4로 표시된 지점에서 풀리를 통해 방향이 정해진다.

다른 예로서, 도 7b에 도시된 것처럼, 케이블은 선수(bow) 부근에 설치된 크레인의 활대(17)를 통해 선박에 연결되어 있다. 크레인을 사용하게 되면, 로봇을 들어올리고 내리는 동안 선체에서 로봇을 멀리한 채로 유지함으로써, 로봇을 바다에 넣을 때 그리고 다시 집어 올릴 때 제어를 더 손쉽게 할 수 있다. 또한, 도 7a에 도시된 구조로는 선체의 최전방부의 영역에 도달하는 것이 불가능하거나 어려운데, 크레인에 의하면 선체의 최전방부의 영역에 도달할 수 있다.

도 7c는 도 7a와 도 7b의 구조에 대하여 다른 구조를 나타내며, 케이블이 윈치(4)에서 시작하여 선체의 최전방부에 배치된 풀리(18)를 거쳐 이어지며, 이로써 선체의 최전방부에 대한 접근성이 개선될 수 있다.

도 7d와 도 7e는 선박의 데크를 따라 도시가 안 된 트랙에 배치된 트롤리(19)를 사용하는 것을 나타낸다. 도 7d는, 도 7c에 대응하는 구조로 로봇이 케이블(3)에 의해 제어되고 나아가 로봇과 트롤리(19)에 연결된 콘트롤 케이블(20)에 의해 수직방향으로 제어되는 장치를 나타낸다. 이러한 구조에 의해, 로봇을 수직방향과 길이방향 모두에 대해 더 잘 제어할 수 있다. 도 7e는 도 7d에 대응하는데, 로봇이 트롤리와 콘트롤 와이어에 의해서만 제어되도록 케이블(3)은 제거된다.

당업자는 로봇의 길이방향 위치를 케이블(30)의 길이에 의해 계산할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 세척하는 동안 횡단하는 움직임은 예측하거나 확인하기가 쉽지 않다. 로봇의 횡단방향의 움직임에 대하여 보다 정확하게 정보를 얻기 위해서는, 그리고 세척대상 표면이 실제로 세척되었는지를 확인하기 위해서는, 로봇 및/또는 선박에 제공된 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 로봇이 옆으로 움직이는 것과 로봇의 위치에 대한 정보는 로봇에 설치된 압력 센서를 통해 확인/연산할 수 있고, 물의 표면에 있거나 빌지 키와 같이 선박에 있는 공지의 요소에 대한 거리를 측정하는 거리 센서를 통해서 및/또는 가속도계를 사용하여 언제든지 로봇이 얼마나 깊이 있는지를 측정할 수 있다. 이러한 이용할 수 있는 정보자료들로부터 얻은 정보를 조합함으로써, 로봇이 어디에 있는지 그리고 의도하고 있는 영역을 커버해왔는지를 확인하도록 로봇의 위치와 움직임을 연산할 수 있다.

또한, 센서, 카메라 및 테스트 장치는 로봇에 연결되어, 선체, 생물부착의 상태, 유지보수 세션 중에 로봇이 커버하는 영역, 선체에 대한 처리의 성공여부, 선체에 대한 손상, 유동 측정값, 다른 유형의 비파괴 테스트 방법의 수행 등등을 모니터링할 수 있다. 센서, 테스트장치 및/또는 카메라로부터 획득한 데이터는 로봇이 선박에 올라올 때 수집되도록 로봇내의 데이터 획득 모듈에 저장되거나, 무선통신 또는 유선 데이터연결을 통해 선박에 전송될 수 있다.

이 특허에서 개시하는 내용에 따라 구성된 두 개의 상이한 로봇이 물속에서 2미터까지 사용되었고, 게다가 22미터의 밧줄(tug)와 11미터의 새우 트롤선을 가지고, 각각 3-5-7 및 9 노트로 수행되었다. 로봇의 길이는 1.2 미터 내지 1.5 미터이고 무게는 4 내지 7 킬로그램이다. 모든 테스트에서, 로봇은 물과 접촉했을 때 즉시 선박의 선수(bow)를 향하여 앞쪽 단부를 갖는 선박과 평행하게 정렬되었고, 키와 보트의 선미(stern) 쪽으로 향하는 꼬리는 선체에서 멀어지는 쪽으로 향하고 있었다.

7노트 이상으로 수행된 모든 테스트에서, 단 몇초 만에 수중익형은 로봇을 선체쪽으로 조종하였고, 로봇의 안착 베이스는 선체의 측면에 안착되었다. 7노트 이상으로 수행된 모든 테스트에서, 로봇의 본체는 선체를 따라 흐르는 물의 수평 유동방향으로부터 5도 이내로 잘 유지되었다. 모든 테스트에서, 케이블의 각도는 수직을 기준으로 45 내지 30도였고, 키에 의해 전개되는 힘은 장치의 드래그(drag) 힘보다 더 크다는 것을 보여주었다.

Claims (11)

1. 선박이 항해중일 때 선박의 선체(1)를 수중에서 모니터링하고 유지관리하는 로봇(2)으로서,
   상기 로봇(2)은,
   전방부와 중간부에 연결된 후방단부를 갖는 본체(5)와,
   상기 로봇(2)을 견인하기 위한 케이블(3)에 상기 로봇(2)을 연결시키도록 상기 본체(5)의 전방부에 배치되어 있는 커넥터(21)와,
   상기 선체(1)에 대하여 안착하도록 구성되고 상기 본체(5)의 길이 전체를 따라 배치되어 있는 안착 베이스(13)와,
   상기 로봇(2)의 안착 베이스(13)를 상기 선체(1) 쪽으로 향하게 하도록 상기 본체(5)의 길이방향 축에 대하여 직교하게 배열되어 있는 하나 이상의 수중익형(6, 7)과,
   상기 본체(5)의 길이방향 축과 상기 수중익형(6, 7)에 대하여 직교하도록 상기 본체(5)의 전방부에 배치되어 있는 키(8)를 포함하고,
   상기 본체(5)는 직선형으로 뻗어나가는 본체로서 길이 대 폭의 비율이 5 이상이고, 상기 수중익형(6, 7)의 길이는 상기 본체(5)에 대하여 직교하는 방향에서 보았을 때 상기 본체(5)의 폭 보다 길고, 상기 케이블(3)의 커넥터(21)는 상기 수중익형(6)의 일단에 배치되어 있거나, 상기 하나 이상의 수중익형과 평행하게 연장하는 아암에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
2. 제1항에 있어서,
   전방 수중익형(6)이 상기 전방부에 배치되어 있고, 후방 수중익형(7)이 상기 본체(5)의 후방 단부에 배치되어 있고, 상기 수중익형(6, 7)은 서로 평행하게 그리고 상기 안착 베이스에 의해 정의되는 평면에 대하여 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   고정된 안정핀(9)이 상기 본체(5)의 후단부에 배치되어 있고, 상기 본체에 대하여 직교하고 상기 수중익형(6, 7)에 대하여서도 직교하는 것을 특징으로 하는 로봇.
4. 제3항에 있어서,
   상기 고정된 안정핀(9)은 상기 본체(5)에 일체로 통합된 부분인 것을 특징으로 하는 로봇.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 케이블(3)을 연결시키는 상기 커넥터(21)는 상기 전방 수중익형(6)의 외측 단부 근처에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
6. 제5항에 있어서,
   상기 선체에 대하여 안착하기 위한 풋(10)이 상기 케이블(3)용 커넥터(21)와 동일하게 상기 전방 수중익형(6)의 단부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
7. 제6항에 있어서,
   상기 전방 수중익형(6)은 상기 본체(5)를 중심으로 비대칭으로 배치되어 있고, 상기 전방 수중익형(6)에 있어서 상기 케이블(3)이 고정되는 부분이 상기 본체의 반대편 측에 있는 부분보다 긴 것을 특징으로 하는 로봇.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 안착 베이스(13)의 외측 표면은 하나 이상의 고정된 브러쉬, 하드 롤러, 스크레이퍼 및/또는 연마재를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 안착 베이스(13) 또는 상기 안착 베이스의 부품들은 교환가능한 것을 특징으로 하는 로봇.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 센서, 카메라, 및 데이터를 수집하는 테스트 장치가 상기 로봇(2)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇.
11. 선박이 항해중일 때 선박의 선체(1)를 수중에서 모니터링하고 유지관리하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    a. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 로봇을 배치하고, 상기 로봇(2)이 상기 선박의 선체(1)에 설치되도록 하는 단계;
    b. 상기 선박의 선체(1)를 따라 길이방향으로 상기 로봇(2)의 위치를 조정하도록 상기 케이블(3)의 길이를 조정하는 단계;
    c. 상기 로봇(2)의 깊이를 조정하여 한번 또는 그 이상 상기 로봇(2)이 상기 선박(1)의 이동방향을 가로질러 이동하도록 상기 키(8)를 조정하는 단계;
    d. 상기 로봇(2)의 길이방향 위치를 조정하도록 상기 케이블(3)의 길이를 조정하는 단계; 및
    e. 상기 선박의 선체(1)의 미리정해진 영역이 모니터링 및/또는 유지보수될 때까지 c 단계와 d 단계를 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 선체를 수중에서 모니터링하고 유지관리하는 방법.
    
    
    

Images