KR20220149277A

KR20220149277A - 수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR20220149277A
Application number: KR1020210056713A
Authority: KR
Inventors: 김기주; 김수용
Original assignee: 동명대학교산학협력단
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-11-08
Also published as: KR102478093B1

Abstract

수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템이 개시된다. 본 발명은 본체와 상기 본체에 연결되어 상기 본체를 전후, 상하, 좌 우로 이동시키는 추진장치와 상기 본체에 연결되어 해양의 오염물질을 포함한 유체를 여과시키는 정화장치를 구비하고, 상기 본체의 위치를 실시간으로 추적할 수 있도록 해서, 상기 본체를 촬영하는 제1 카메라와 상기 본체에 인접한 주변환경 및 엄빌리컬 케이블을 촬영하고, 상기 제1 카메라에서 촬영된 본체 정보를 실시간 획득하고 데이터화하는 전송모듈이 형성된 제2 카메라와 촬영하고자 하는 대상을 확대하여 찍을 수 있는 제3 카메라가 구비된 촬영장치와 상기 본체의 가운데 부분에는 외부 기기로부터 전원을 공급과 제어를 받을수 있는 엄빌리컬 케이블을 포함하며, 일정 구역 내를 운행하면서 수중정보의 촬영 수집하는 수중드론과 상기 제2카메라가 상기 엄빌리컬 케이블을 촬영할 때, 상기 제2카메라의 촬영 위치와 각도를 변경시키는 제어신호를 상기 제2카메라에 전송하는 제어신호 전송부와 상기 제2카메라로부터 획득한 영상을 전달받는 모니터링부와 상기 엄블리컬 케이블은 내부에 상기 수중드론에 전원을 공급하도록 하기 위한 전력공급 케이블과 상기 수중드론과 데이터를 송수신하기 위한 데이터 케이블이 내장되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 출원에 의한 성과물은 부산광역시의 대학혁신연구단지 조성사업 중 "동명대학교 대학혁신연구단지 조성산업" 지원으로 수행되었다.

Description

수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템{Umbilical Cable Status Monitoring system of underwater drone}

본 발명은 수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템에 관한 것으로 상기 엄빌리컬 케이블의 이상상태의 발생을 실시간으로 정확히 모니터링할수 있는 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템에 관한 것이다.

엄빌리컬 케이블(Umbilical Cable)이라는 것은 해양 엔지니어링에 사용되는 복합케이블의 통칭으로서 크게 지질 탐사용, 석유 시추용, ROV(원격조종 로봇잠수정)용으로 구분된다. 상기 엄빌리컬 케이블은 해저장비에 연결되어 전원을 공급하거나 장비를 제어하고 모니터링 장비 등의 신호를 전송하는 역할을 한다. 주로, 해양플랜트, 에너지 탐사 및 시추용, 무인잠수정용, 수중드론용으로 사용된다.

예를 들어, 모선과 수중 해양장비 사이에 연결되어 수중 해양장비에 전원 및 유압을 공급하거나 모선과 수중 해양장비 사이의 통신선로 기능을 수행한다.

특히, 상기 엄빌리컬 케이블을 통해 동적 움직임이 많은 해저의 수중드론을 운용하는 경우 엄빌리컬 케이블의 엉킴현상이 빈번하게 발생하고, 이로 인해서 엄빌리컬 케이블을 통한 통신 불량 또는 엄빌리컬 케이블의 손상 문제가 발생할 가능성이 높다.

이와 같은 엄빌리컬 케이블 손상과 이로 인한 사고 예방을 위해 수중드론의 엄빌리컬 케이블에 부이(Buoy)를 부착하거나, 상부에 카메라를 설치하여 작업자나 관리자가 엄빌리컬 케이블의 상태를 수시로 감시하는 방식을 제시할 수 있다.

이러한 굵고 무거운 엄빌리컬 케이블을 사용하는 수중 드론은 이에 상응하는 크기의 부이를 사용해야 하는데, 이것은 결국 수중드론의 작업에 방해가 된다.

또한, 수중드론에 카메라를 이용한 감시 방법도 역시 작업 효율이 떨어지고 심해(深海)의 시계가 좋지 않은 영역에서는 사용이 매우 어렵다는 단점이 있다.

대한민국 특허공개 제2015-0101757호 대한민국 특허공개 제2019-0133694호 대한민국 특허공개 제2020-0129137호

따라서, 본 발명은 본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 수중드론에 연결되는 엄빌리컬 케이블의 상태를 실시간으로 감시하여 엄빌리컬 케이블의 상태 정보를 운영자가 알 수 있도록 전송하여, 운영자가 수중드론을 안전한 조종에 도움이 될수 있도록 하여 엄빌리컬 케이블에 이상상태가 발생하였을 때, 생성될 수 있는 2차 피해를 방지하기 위한 수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템을 제공할 수 있는 것을 목적으로 한다.

또한, 영상촬영장치의 촬영각도 및 촬영위치를 제어하여 더욱 정확한 모니터링이 가능한 수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템을 제공할 수 있는 것을 목적으로 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 본체와 상기 본체에 연결되어 상기 본체를 전후, 상하, 좌 우로 이동시키는 추진장치와 상기 본체에 연결되어 해양의 오염물질을 포함한 유체를 여과시키는 정화장치를 구비하고, 상기 본체의 위치를 실시간으로 추적할 수 있도록 해서, 상기 본체를 촬영하는 제1 카메라와 상기 본체에 인접한 주변환경 및 엄빌리컬 케이블을 촬영하고, 상기 제1 카메라에서 촬영된 본체 정보를 실시간 획득하고 데이터화하는 전송모듈이 형성된 제2 카메라와 촬영하고자 하는 대상을 확대하여 찍을 수 있는 제3 카메라가 구비된 촬영장치와 상기 본체의 가운데 부분에는 외부 기기로부터 전원을 공급과 제어를 받을수 있는 엄빌리컬 케이블을 포함하며, 일정 구역 내를 운행하면서 수중정보의 촬영 수집하는 수중드론과 상기 제2카메라가 상기 엄빌리컬 케이블을 촬영할 때, 상기 제2카메라의 촬영 위치와 각도를 변경시키는 제어신호를 상기 제2카메라에 전송하는 제어신호 전송부와 상기 영상촬영장치의 제2카메라로부터 획득한 영상을 전달받는 모니터링부와 상기 엄블리컬 케이블은 내부에 상기 수중드론에 전원을 공급하도록 하기 위한 전력공급 케이블과 상기 수중드론과 데이터를 송수신하기 위한 데이터 케이블이 내장되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2카메라는 촬영의 정확도를 높이기 위하여 비디오 영상개선모듈이 장착된 적외선 카메라이며, 상기 제어신호 전송부로부터 제어신호를 수신하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 엄빌리컬 케이블에는 상기 엄블리컬 케이블을 따라 이동하며, 상기 엄빌리컬 케이블에서 감지된 기울기를 전달받아, 상기 제어신호 전송부로 전달시키는 센서부가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 제어신호 전송부는 상기 센서부를 통하여 설정된 기울기를 초과하면 상기 제2카메라에 제어신호를 전송하여 촬영하도록 하여, 촬영한 영상을 상기 통신부를 통하여 상기 모니터링부로 전송하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 수중드론과 연결되는 엄빌리컬 케이블의 상태를 실시간 감시하여 실시간 상태감시 정보를 관리자가 알 수 있도록 하여 수중드론의 안전 조종에 도움이 되도록 하여 수중드론을 사용한 작업의 효율이 높아지고 수중드론과 관련된 유지 보수를 위한 비용 및 시간이 절약되는 효과가 있다.

또한, 엄빌리컬 케이블과 네트워크의 연결이 끊어지는 경우, 자동 절체 시스템에 의해 대체 네트워크 경로로 인하여 실시간 및 자동으로 연결해줌으로써 네트워크의 신뢰성 확보를 도모할수 있는 효과도 있다.

도 1은 수중드론의 사시도.
도 2는 수중드론의 단면도.
도 3은 수중드론의 토출부의 저면도.
도 4는 영상촬영장치와 제어신호 전송부와의 구성도.
도 5는 엄블리컬 케이블의 구성도.
도 6은 엄블리컬 케이블의 단면도.
도 7은 엄블리컬 케이블의 모니터링 시스템의 블록도.
도 8은 모니터링하는 방법의 흐름도.
도 9는 엄빌리컬 케이블과 네트워크 연결상태의 모니터링 장치의 블럭도.

이하에서는 본 발명의 양호한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시가 되더라도 가능한 한 동일 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현도 의미하는 것임을 미리 밝혀두고자 한다.

도 1은 수중드론의 사시도이고, 도 2는 수중드론의 단면도이고, 도 3은 수중드론의 토출부의 저면도이고, 도 4는 영상촬영장치와 제어신호 전송부와의 구성도이고, 도 5는 엄블리컬 케이블의 구성도이고, 도 6은 엄블리컬 케이블의 단면도이고, 도 7은 엄블리컬 케이블의 모니터링 시스템의 블록도이고, 도 8은 모니터링하는 방법의 흐름도이고, 엄빌리컬 케이블과 네트워크 연결상태의 모니터링 장치의 블럭도이다.

도 1은 본 발명의 의한 실시예에 있어 구성요소 중에 하나인 수중에서 일정 구역 내를 운행하며, 수중 정보를 촬영 수집하는 수중드론(100)이다. 상기 수중드론(100)은 수중에서 부양한 상태로 원격 운행될 수 있는 것으로, 수중의 이물질을 포함한 유체를 흡입하여 수중 속 이물질을 제거할 수 있으며, 동시에 이물질을 제거하는 과정에 있어서 흐트러짐 없이 균형을 유지할 수 있는 것이다.

또한, 상기 수중드론(100)은 별도의 조명부재(미도시)가 구비되어 어두운 환경에서도 용이한 촬영이 이루어지도록 하는 것이다.

도시된 대로, 본체(110)는 골조를 이루는 부재로 형성되며, 복수의 패널 또는 복수의 빔을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 본체(110)는 예로서, 알루미늄 패널 또는 알루미늄 빔과 같이 비교적 가벼운 경량이면서 내식성을 갖는 소재로 구성될 수 있다.

또한, 상기 본체(110)에 형성되어 상기 본체(10)를 전후, 상하, 좌 우로 이동시키는 추진장치(140)가 구비된다. 상기 추진장치(140)는 덕트(미도시), 틸팅축 (미도시)및 프로펠러(미도시)를 포함하며 덕트는 프로펠러의 외주면에 배치되어 프로펠러를 보호한다. 상기 추진장치(140)를 이용하여 수중드론(100)을 추진시키는 것에 대한 자세한 설명은 널리 공지된 기술이므로 생략하기로 한다.

엄빌리컬 케이블(160)은 상기 수중드론(100)의 본체(110)에서 대략 가운데 부분으로 관통 형성되어, 외부 기기로부터 전원 공급과 제어를 받는다.

또한, 통신장치(150)는 외부의 장비 등과 소통하도록 하기 위하여 형성된다. 예로서, 수중 지형 영역에 설치된 Ultra wideband receiver, 스마트폰, 태블릿, 혹은 다른 계산 장치와 같은 무선 접근가능한 장치들(미도시)과도 무선통신할 수 있다

도 2는 수중드론(100)의 단면도인데, 도시된 대로 상기 본체(110)에 연결되어 해양의 오염물질을 포함한 유체를 여과시키는 정화장치(120)는 오염 물질이 포함된 유체를 흡입하여 오염 물질을 여과시켜 걸러낸 다음 정화된 유체를 다시 한번 토출하는 장치로 정화통(121), 흡입펌프(122) 및 토출부(123)를 포함한다. 참고로, 상기 도면에서는 엄빌리컬 케이블(160)이 고정부재(도면부호는 생략)에서 뽑아진 상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 정화통(121)은 유체가 유입되는 인입부(121a)와 오염 물질을 여과하는 필터(121b)를 포함한다. 상기 필터(121b)는 정화통(121)의 내부의 저장공간을 상부 공간(121c)과 하부 공간(121d)으로 구획하며, 상기 필터(121b)는 상부공간(121c)과 하부 공간(121d)은 필터(121b)를 통해 연통되어, 유입된 유체는 상기 필터(121b)를 지나서만 흡입펌프(122)를 향해 이동될 수 있다.

여기서, 상기 인입부(121a)는 필터(121b)에 의해 구획되는 하부 공간(121d)에 형성되어, 하부공간(121d)에 유입된 유체는 흡임펌프(122)의 흡입력에 의해 필터(121b)를 지나서 상부 공간(121c)으로 이동한다.

필터(121b)는 저장공간의 하면을 기준으로 소정의 경사를 갖도록 기울어져 형성될 수 있다. 상기 필터(121b)는 인입부(121a)로부터 가까운 쪽 부분이 인입부(121a)로부터 먼 쪽 부분보다 더 큰 높이를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 필터(121b)는 오염 물질이 통과될 수 없을 정도로 작게 형성된 관통공을 가지므로, 오염 물질을 필터(121b)에 의해 걸려져, 상부 공간(121c)으로 이동할 수 없게 된다. 즉, 걸러진 오염 물질은 하부 공간(121d)에 침적된다.

또한, 정화통(121)은 하면의 일면에 퇴적된 이물질을 제거할 수 있도록 개폐 가능하게 형성된 이물질 배출부(미도시)가 더 형성될 수 있다.

흡입펌프(122)는 상부 공간(121c)과 연통하여 형성되며, 연결관 등과 같은 연통부재(미도시)를 통해 연결될 수 있다. 상기 흡입펌프(122)는 오염물질이 충분히 제거될 수 있도록 높은 흡입력을 가지며, 흡입펌프(122)의 흡입력에 의해 인입부(121a)로 유체가 유입될 수 있으며 토출부(123)를 통해 유입된 유체가 토출될 수 있다.

상기 흡입펌프(122)는 정화통(121) 내의 유체가 하부 공간(121d)으로부터 상부 공간(121c)으로 역류되도록 상측방향으로 유체를 흡입한다. 따라서, 흡입펌프(122)에 의해 유체가 필터(121b)를 통해 상부 공간(121c)으로 이동됨에 따라 이물질은 필터(121b)에 걸러지게 된다.

또한, 상기 흡입펌프(122)는 토출부(123)를 통해 유체를 토출하는 토출압력을 본체(110)의 추진력으로 사용할 수 있을 정도의 충분한 압력으로 유체를 흡입, 토출한다.

상기 토출부(123)는 흡입펌프(122)에 연결되어 필터(121b)에 의해 이물질이 제거된 유체를 흡입펌프(122)에 의해 전달받아 토출시킨다. 상기 토출부(123)는 유체를 토출시킴에 있어서 본체(110)의 균형을 유지할 수 있도록 흡입된 유체를 서로 상쇄되는 방향으로 토출시킨다.

토출부(123)는 상기 토출부(123)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 형상을 가지며 일 예로, 원형의 링 형상을 가질수 있다. 이 때, 토출부(123)는 길이 방향을 따라 동일한 폭을 갖도록 형성된다. 그러나 토출부(123)의 형상은 원형의 링에 한정되지 않고, 필요에 따라 변경될 수 있다.

이하, 토출부(123)에 관한 설명을 하기로 한다.

도 3을 참조하면, 토출부(123)는 흡입펌프(122)에 의해 전달받은 유체를 토출시킬 수 있는 복수의 토출공(123a)을 갖는다. 상기 토출공(123a)은 상기 토출부(123)의 중심점을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 형성되며, 대칭되는 위치에 형성되어 서로 마주보는 토출공(123a)은 형상 및 크기가 서로 같다.

또한, 토출공(123a)은 상기 토출부(123)의 하면에 형성되어 하측 방향으로 유체 배출시 반력에 의해 본체(110)를 상승시키도록 형성될 수 있다. 이때, 도시된 대로 토출공(123a)은 토출부(123)의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 복수개 배치된다.

상기 토출공(123a)은 다른 예로, 토출부(123)의 상면에 형성되어 상측 방향으로 유체 배출시 반력에 의해 본체(110)를 하강시키도록 형성될 수도 있다.

또한, 토출공(123a)은 또 다른 예로, 토출부(123)의 측면에 형성되어 측면방향으로 유체 배출시 서로 상쇄되어 아무런 반력을 받지 않을 수 있다.

이하에서는, 엄빌리컬 케이블(160)을 촬영하는 영상촬영장치(130)에 대한 설명을 대략적으로 하기로 한다.

영상촬영장치(130)는 본체(110)에 연결되어 상기 본체(110)의 위치 및 인접한 주변 환경을 촬영할 수 있다. 영상촬영장치(130)는 본체(110)의 위치를 실시간으로 추적하여 상기 본체(110)를 촬영하는 제1카메라(131) 및 상기 본체(110)에 인접한 주변환경 및 엄빌리컬 케이블(160)을 촬영하는 제2 카메라(132) 및 촬영하고자 하는 대상을 확대하여 찍을 수 있는 제3카메라(133)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 제1카메라(131)는 수중드론(100)의 위치를 확인할 수 있도록 하는 발광다이오드(L)가 표면에 일정 간격의 원형으로 구성된다.

또한, 수중드론(100)이 운행하는 동안, 상기 제2 카메라(132)에는 제1카메라(131)에서 촬영된 주변의 영상정보와 엄빌리컬 케이블(160)을 실시간으로 획득하고 데이터화하여 모니터링부(180)로 전송하는 전송모듈(미도시)도 포함된다.

상기 모니터링부(180)는 제2카메라(132)로부터 획득한 엄빌리컬 케이블(160)의 영상을 전달받는 역할을 하는 것이다. 또한, 그밖의 제1카메라(131)와 제3카메라(133)로부터도 영상을 전달받는다.

이하에서는, 상기 영상촬영장치(130)에 대한 설명을 도면을 참조하여 하기로 한다.

도 4를 보면, 상기 제어 신호 전송부(170)에서 영상촬영장치(130)에 제어 신호를 전송하면, 상기 영상촬영장치(130)의 통신부(136)는 상기 제어신호 전송부(170)로부터 제어신호를 수신한다. 상기 영상촬영장치(130)는 해당 좌표의 위치로 자동 이동하여 추적 물체의 영상을 실시간으로 감시할 수 있도록 구현되어 있다.

상기 영상촬영장치(130)는 도시된 대로, CCD(Charge Coupled Device)카메라(134), 적외선 카메라(135)가 각각 결합되어 있는 형태로 통신부(136)를 포함할 수 있다. 여기서, 유의할 점은 상기 CCD 카메라(134), 적외선 카메라(135) 및 통신부(136)는 제1카메라(131), 제2카메라(132), 제3카메라(133) 모두에 내장되어 있는 것이다. 따라서, 상기 제1카메라(131), 제2카메라(132) 및 제3카메라(133)들은 모두 CCD 카메라(134), 적외선 카메라(135)의 이중 카메라를 가지고 있는 것이다.

상기 영상촬영장치(130)는 상기 CCD 카메라(134)는 주간에 해상 상황을 실시간으로 육안 확인하기 위한 것이고, 상기 적외선 카메라(135)는 야간 및 안개 시에 도 해상 상황을 실시간 감시하기 위한 것이다. 그러므로, 주 야에 걸쳐 가리지 아니하고 모두 모니터링할수 있는 효과도 있는 것이다.

따라서, 상기 적외선 카메라(135)에는 안개, 연기, 황사, 해무, 악천후 등과 같은 방해물이 반사시킨 빛의 파장을 제거하고, 방해물 뒤편 사물에 대한 고유의 빛을 증폭하고 복원하여 추적물체에 대한 오작동을 사전 예방하여 표적 감시의 촬영 정확도를 높이기 위한 비디오 영상 개선 모듈(미도시)이 적용되어 있다.

상기 통신부(136)에서는 상기 카메라부(130)를 통하여 생성하는 촬영 정보를 모니터링부(180)에 송신하고, 상기 제어신호 전송부(170)로부터 제어신호를 수신하는 기능을 수행한다. 따라서, 상기 제어신호를 수신하여 상기 CCD 카메라(134) 및 상기 적외선 카메라(135)의 촬영 위치 또는 촬영 각도가 변경되는 것이다.

수중드론(100)이 촬영 수집한 수중 정보를 기반으로 하여 영상촬영장치(130)의 제2카메라(132)가 상기 엄빌리컬 케이블(160)을 촬영할 때, 더욱 정확한 촬영이 이루어지도록 하기 위하여 상기 제2카메라(132)의 촬영 위치 또는 촬영 각도를 변경시키는 제어신호를 상기 제2카메라(132)에 전송하는 제어신호 전송부(170)가 형성되어 있다. 즉, 엄빌리컬 케이블(160)을 제2카메라(132)가 촬영할 때, 더욱 명확한 촬영이 되도록 상기 제2카메라(132)에 제어신호를 전송함으로서, 상기 제2카메라(132)의 촬영 위치 또는 촬영 각도를 변경시켜 촬영하도록 하는 것이다.

상기 제어신호 전송부(170)에서 상기 제2카메라(132)에 제어신호를 전송하면, 상기 제2카메라(132)는 해당 좌표의 위치로 자동 이동하여 엄빌리컬 케이블(160)의 영상을 실시간으로 모니터링할 수 있는 것이다.

이하에서는 엄빌리컬 케이블(160)에 대한 설명을 도 5와 도 6을 참조하여 하기로 한다.

도 5를 보면, 상기 엄블리컬 케이블(160)은 내부에 상기 수중드론(100)에 전원을 공급하도록 하기 위한 전력공급 케이블(161)과 상기 수중드론(100)에 신호 또는 데이터를 송수신하기 위한 데이터 케이블(162)이 내장된 하우징 형태로 이루어져 있다.

부력체(167)는 망사튜브(165) 외주에 결합되어 엄빌리컬 케이블(160)의 전체에 중성 부력을 유지한다. 상기 부력체(167)는 엄빌리컬 케이블(160)이 부유하거나 일정한 수심을 유지하도록 중성부력을 가지게 한다. 상기 부력체(167)는 원통형이고 중앙에 상기 망사튜브(165)가 관통, 삽입될 수 있는 홀(미도시)이 형성된다. 더 나아가, 상기 부력체(167)의 형상은 수중에서의 조류 등을 감안하여, 최대한 유선형으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

전력공급 케이블(161)은 전원공급부(미도시)에서 제공하는 전력을 상기 수중 드론(100)으로부터 공급받아 작동시킨다. 상기 전력공급 케이블(161)은 작류를 공급하도록 + 케이블과 - 케이블로 구성될수 있다.

그리고, 상기 데이터 케이블(162)은 수중드론(100)으로 신호나 데이터를 송수신한다.

상기 데이터 케이블(162)은 데이터나 전기적인 신호를 송수신할 수 있는 모든 종류가 사용될 수 있으나, 수중이라는 특성상 중성부력을 가진 UTP (Unshielded Twisted Pair)타입의 LAN 통신선을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

따라서, 상기 데이터 케이블(162)을 통해 상기 수중드론(100)에서 오퍼레이터가 내린 명령을 수중드론(100)의 통신보드(미도시)에 입력시킬 수 있다. 또한, 수중드론(100)에 장착된 제1카메라(131)와 제2카메라(132) 및 제3카메라(133)로부터 주변의 영상데이터를 실시간으로 수신할 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 데이터 케이블(162)은 하나 이상 구비될 수 있으며, 각각은 실리콘 재질의 쉴드(163)로 감싸질 수 있다. 그리고, 상기 데이터 케이블(162)의 묶음 전체는 하나의 차폐막(164)에 의해 둘러싸여 차폐된 구조를 가질 수 있다.

상기 차폐막(164)은 상기 전력공급 케이블(161)에서 발생하는 전자기장이나 전기적 노이즈가 상기 데이터 케이블(162)의 데이터 전송 성능을 방해하는 것을 차단하기 위해 구비된다. 이때, 상기 차폐막(164)은 알루미늄 재질의 박판으로 이루어질 수 있다. 즉, 은박지와 같은 것으로 상기 데이터 케이블(162) 전체를 감쌀 수 있다.

망사튜브(165)는 상기 전력공급 케이블(161)과 데이터 케이블(162)을 하나의 케이블로 뭉쳐 케이블 형상을 유지하고 보호하기 위한 구성이다. 즉, 상기 망사튜브(165)의 내부에 전력공급 케이블(161), 데이터 케이블(162)가 모두 수용된다.

이때, 상기 망사튜브(165)는 절연재질로 이루어지고 내부의 케이블(161, 162)을 외부의 충격으로부터 보호한다. 상기 망사튜브(165)는 망(net)으로 이루어지되, 케이블이나 공압호스와 결합되는 것이 아니고, 단지 감싸도록 구비된다.

따라서, 상기 망사튜브(165)로 인해 각 케이블(161, 162)의 엉김이나 꼬임을 방지할 수 있고, 지속적인 벤딩으로 인한 피로 파괴(금속선을 계속 구부렸다가 펴면 절단되는 것처럼 반복적인 하중에 의한 고체의 파괴진행 징후)를 방지할 수도 있다. 더 나아가, 상기 망사튜브(165)를 통해 물이 유입되더라도, 유입된 해수나 강물은 상기 전력공급 케이블(161) 또는 데이터 케이블(162)이 가열되는 것을 식혀주는 냉각수 역할도 하게 된다.

또한, 공압호스(166)는 수중드론(100) 내부의 압축공기를 주입 또는 조절하여 상기 수중드론(100)의 내부 압력을 조절하는 것으로, 상기 공압호스(166)는 지상이나 해상판 등에 형성되는 압축기(미도시)와 연결되어서, 일정 압력의 공기를 수중드론(100)에 전달하는 역할을 하는 것이다.

또한, 상기 엄빌리컬 케이블(160)은 지상의 장치(미도시)들과도 네트워크 연결되어 있는데, 이에 관련되는 설명은 나중에 하기로 한다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가진 엄블리컬 케이블(160)을 모니터링하는 구성에 대하여 설명하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 엄블리컬 케이블(160)을 모니터링하는 구성에서, 상기 엄블리컬 케이블(C)의 표면에 형성되어 따라 이동하거나 또는 임의의 센서로부터 이상 현상을 전송을 받는 감지부(168)와 상기 감지부(168)로부터 감지된 신호를 증폭시키는 신호증폭기(190)가 구성된다.

여기서, 상기 신호증폭기(190)는 통상의 OP-AMP(연산증폭기)로 구성될 수 있다. 상기 OP-AMP는 버퍼나 증폭기로 널리 사용되며, 상기 OP-AMP는 전하 증폭기나 전압 증폭기로도 사용될 수 있다. 전하 증폭기의 출력 전압은 입력 캐패시턴스가 아닌 피드백 캐패시턴스에 관련 되어있다. 이는 전하 증폭기의 출력 전압이 케이블의 캐패시턴스와 관계가 없음을 의미한다.

상기 언급한 전압 증폭기의 장점은 자체 온도보상 기능이 있어 일정한 길이의 센서를 사용할 때 매우 유용하다. 온도에 따른 전압의 민감도(g-constant)는 온도에 따른 전하의 민감도(d-constant) 보다 작다. 따라서, 상기 전압 증폭기는 온도에 영향을 덜 받는다.

영상촬영장치(130)를 이루는 카메라 중의 하나인 제2카메라(132)는 상기 감지부(168)에 압력 또는 압력의 변화가 감지되면, 압력 또는 압력의 변화가 감지된 지역을 촬영한다.

제어부(C)는 감지부(168)로부터 압력 또는 압력의 변화가 감지되면, 제어신호 전송부(170)에서 상기 제2카메라(132)에 제어신호를 전송, 신호를 전달받으며, 상기 제2카메라(132)는 상기 감지부(168)의 압력 또는 압력의 변화가 감지된 신호를 근거로 압력 또는 압력의 변화가 감지된 지역을 촬영하여, 획득한 영상을 모니터링부(180)로 전달한다.

만일, 상기 제2카메라(132)가 고정식으로 설치된 경우에는 상기 감지부(168)로부터 압력 또는 압력의 변화가 감지된 신호를 전달받으면 해당 지역을 촬영한다.

여기서, 모니터링부(180)는 카메라(200)로 촬영한 영상을 확인할 수 있는 구성으로 컴퓨터, 모바일기기, 태블릿 등 화면 출력이 가능한 기기를 말한다. 이때, 상기 제어부(C)와 모니터링부(180)는 네트워크로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제어신호 전송부(170)는 상기 감지부(168)로부터 압력 또는 압력의 변화가 감지된 신호를 전달받으면, 상기 감지부(168)로부터 압력 또는 압력의 변화가 감지된 신호를 근거로 압력 또는 압력의 변화가 감지된 지역을 촬영하도록 상기 제2카메라(132)의 앵글을 조정하여 상기 제2카메라(132)가 영상을 획득하도록 제어하는 것이다.

즉, 제2카메라(132)가 상기 감지부(168)로부터 압력 또는 압력의 변화가 감지된 신호를 전달받으면, 해당 엄블리컬 케이블(160)의 부위를 촬영할 수 있도록 상기 제2카메라(132)의 앵글을 조정한 후 해당 부위를 촬영한다.

상기 제어부(C)는 촬영된 영상(정지영상, 동영상)을 자동으로 전자메일 또는 모바일 문자로 관리자에게 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.

즉, 엄블리컬 케이블(160)의 이상 상태를 해당하는 영상을 확인하기 위해 별도의 영상 검색을 하지 않아도, 실시간으로 이상 상태의 영상을 확인 및 관리할 수 있다.

이러한 이상 상황의 영상이 전송되는 과정은, 감지부(168)를 통하여 압력 또는 압력의 변화가 감지되어 신호가 발생되면, 제어부(C)가 이를 수신하여 제2카메라(132)가 촬영하도록 제어(촬영 또는 이동(회전) 후 촬영)하며, 제어신호 전송부(170)로부터 보조를 받아 정확한 촬영을 할수 있는 것이다.

촬영된 영상을 제어부(C)가 수신하여 네트워크 등을 통해 모니터링부(180)로 전달하여 관리자가 실시간으로 확인할 수 있도록 케어하는 역할을 한다.

이때, 상기 제어부(C)는 관리자가 부재중이거나, 상주하지 않는 상위관리자에게 촬영된 영상(정지영상, 동영상)을 자동으로 전자메일 또는 모바일문자로 전달하도록 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 상기 엄빌리컬 케이블(160)을 모니터링하는 방식에 있어서, 상기 엄빌리컬 케이블(160)의 기울기를 분석하여 이상상황을 모니터링하는 방식에 대한 설명을 하기로 한다.

엄빌리컬 케이블(160)의 표면에는 상기 엄블리컬 케이블(160)을 따라 이동하며, 상기 엄빌리컬 케이블(160)에서 감지된 기울기를 전달받아, 상기 제어신호 전송부(170)로 전달시키는 센서부(미도시)가 형성되어 있다.

상기 센서부는 상기 엄블리컬 케이블(160)의 자세를 감지한다. 여기서, 상기센서부는 AHRS이고, X축, Y축, Z축에 대한 기울기를 측정하는 것이다.

상기 AHRS를 설명하면, 통상 각속도와 가속도를 이용하여 물체의 자세정보(Roll, Pitch)를 추정하는 시스템을 ARS(Attitude Reference System)이라고 한다. 여기에, 지자계(Compass) 센서를 추가시켜서 물체의 자세정보(Roll, Pitch, Yaw)를 획득하는 시스템을 AHRS(Attitude Heading Reference System)이라고 한다. 즉, 각속도, 가속도를 출력해주는 것이 아니라 Roll, Pitch, Yaw값을 계산하여 출력해준다.

그러면, 상기 제어신호 전송부(170)는 상기 센서부를 통하여 사전에 미리 설정된 기울기를 초과하면, 상기 제2카메라(132)에 제어신호를 전송하여 상기 엄빌리컬 케이블(160)을 촬영하도록 하여, 촬영한 영상을 제2카메라(132) 내부의 통신부(136)를 통하여 모니터링부(180)로 전송하는 것이다. 상기 모니터링부(180)를 통하여 확인한 관리자가 적절한 조치를 취하도록 하는 것이다.

이하 도면을 첨부하여 엄빌리컬 케이블을 모니터링하는 방법을 설명하기로 한다. 앞서 설명한 실시예와 중복되는 설명은 어느정도 생략하기로 한다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 모니터링 방법은 수중드론(100)을 이용하여 수중작업을 하기 위한 작업을 실행하는 단계(S100), 영상촬영장치(130)를 이용하여 엄빌리컬 케이블(160)을 감시하기 위하여 그 주변을 촬영하여 탐지 정보나 촬영 정보를 생성하는 단계(S110), 상기 수중드론(100)이 주변을 운행하면서 정보를 수신하는 단계(S120), 상기 촬영 정보를 기반으로 하여 상기 엄빌리컬 케이블(160)이 이상상황을 판단하는 단계(S130) 및 엄빌리컬 케이블(160)이 이상상황이라고 판단되는 경우 모니터링부(180)에 전송하는 단계(S140)를 포함한다.

이 때, 상기 전송하는 단계(S140) 이후에, 엄빌리컬 케이블(160)이 손상을 입었거나, 기울기가 급격하게 기울어져서 엉키었다고 판단되는 경우, 상기 관리부의 담당자에게 영상을 전송하여 확인시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 S100 단계에서는, 영상촬영장치(130)를 통하여 상기 수중드론(100)이 수중의 영역에서 작업을 실행한다.

상기 S110 단계에서는, 영상촬영장치(130)를 통하여 엄빌리컬 케이블(160)을 모니터링하기 위하여 상기 엄빌리컬 케이블(160)의 주변을 촬영하여 촬영 정보를 생성한다. 따라서, 상기 영상촬영장치(130)는 상기 엄빌리컬 케이블(160)을 감시하기 적합한 위치에 설치되어 모니터링하는 것이 바람직하다.

상기 영상촬영장치(130)는 CCD 카메라(134)와 적외선 카메라(135)를 포함하고, 주간용과 야간용이 별도로 구비되어 있다. 상기 CCD 카메라(134)는 주간에 수중의 상황을 실시간 육안으로 확인하기 위한 것이고, 상기 적외선 카메라(135)는 야간에 수중의 상황을 실시간으로 모니터링하기 위한 것이다.

따라서, 상기 적외선 카메라(135)에는 해무(海霧), 수중의 흐림 등과 같은 방해 인자가 반사시킨 빛의 파장을 제거하고, 방해인자에 대한 고유의 빛을 증폭하고 복원하여, 추적 물체에 대한 오작동을 사전에 예방하여 표적 감시의 정확도를 높이기 위한 비디오 영상 개선 모듈이 적용되어 있다.

또한, 상기 S110 단계는, 상기 탐지 정보를 기반으로, 영상촬영장치(130)가 상기 엄빌리컬 케이블(160)을 촬영하도록 상기 제2카메라(132)의 촬영 위치 또는 촬영 각도를 변경하여 촬영 정보를 생성할 수도 있다.

상기 S120단계는 수중드론(100)이 수중을 운행하면서 탐지정보와 촬영정보 등을 수신하는 것이다.

상기 S130 단계에서는 상기 S120에서의 탐지 정보, 촬영 정보를 기반으로 상기 엄빌리컬 케이블의 상태를 모니터링하여 이상 상황인지 여부를 한다.

상기 S130 단계는 엄빌리컬 케이블(168)의 감지부(168)를 통한 압력 또는 압력 변화의 감지와 센서부를 통한 상기 엄빌리컬 케이블(160)의 기울기가 사전에 설정된 기울기를 넘어서는 지 여부등과 같은 이상상황을 판단하는 것이다.

상기 S140 단계에서는 상기 엄빌리컬 케이블(160)이 압력의 변환에 의한 감지신호 또는 과도한 기울기의 발생 등과 같은 이상상황으로 판단되는 경우, 모니터링부(180)에 전달한다.

이하에서는, 상기 엄빌리컬 케이블(160)과 네트워크(도시는 생략)와의 연결상태를 모니터링하는 장치(200)에 대한 설명을 도면을 참조하여 하기로 한다. 본 방식은 상기 엄빌리컬 케이블(160)의 상태를 네트워크 등을 통하여 모니터링부(180)로 연결되어 전달하는 방식이 해당하는 것이다.

도 9를 보면, 모니터링 장치(200)에 관한 블록도인데, 전체 구성은 관리 시스템(210), 진단장치(220), 스위치(230), 다중 서비스 지원 플랫폼(240: MSPP), 탭 모니터링 시스템(250), 자동절체 시스템(260), 분배기(270), 및 온라인 서비스 제공자(280)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 탭 모니터링 시스템(250)은 실시간으로 엄빌리컬 케이블(160)의 신호 레벨을 모니터링하고, 상기 엄빌리컬 케이블(160)과 네트워크의 연결이 끊어진 경우 네트워크의 대체 경로를 찾아주는 시스템이다.

상기 관리 시스템(210)은 상기 탭 모니터링 시스템(250)에 연결되어 사용자가 실시간으로 네트워크 상태를 확인 가능한 시스템으로 PC 등에 설치된다.

이 때, 상기 관리 시스템(210)과 상기 탭 모니터링 시스템(250)은 RS- 232로 연결되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

상기 진단장치(220)는 상기 관리 시스템(210)에 연결되어 네트워크 통신망의 손상 등의 이상 유무를 실시간으로 측정하고, 상기 관리 시스템(210)에 USB로 연결되지만, 이에 한정되지는 아니한다. 또한, 상기 진단장치(220)는 작동 중인 엄빌리컬 케이블(160)에 대한 네트워크 이상 상태를 모니터링할 수 있다.

또한, 자동 절체 시스템(260)은 상기 탭 모니터링 시스템(250)에 연결되며, 엄빌리컬 케이블(160)과 네트워크의 연결이 끊어졌을 때, 상기 탭 모니터링 시스템(250)에서 찾은 대체 경로로 연결함으로써 네트워크를 재구성한다.

상기 분배기(270)는 상기 자동 절체 시스템(260)에 연결되며, 하나의 신호를 다수개의 케이블(도시는 생략)로 분배하는 분배함이다.

또한, 상기 분배기(270)에 발광다오드인 LED(미도시)를 추가적으로 형성하여 엄빌리컬 케이블(160)의 네트워크 정상 연결 여부를 육안으로 확인할 수 있도록 구성할 수 있다.

따라서, 엄빌리컬 케이블(160)과 네트워크의 연결이 끊어지면 자동 절체 시스템(260)에 의한 대체 경로에서 자동으로 연결해 줌으로써, 네트워크의 신뢰성이 확보될 수 있으며, 네트워크의 상태를 육안으로 확인할 수 있음으로 인하여 네트워크 상태를 실시간 확인할 수 있는 장점도 있는 것이다.

따라서, 네트워크 끊김 등과 같은 갑작스런 불량 상태라 할지라도 네트워크의 신뢰성을 확보 할 수 있는 장점이 있는 것이다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상기 기술한 실시 예는 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

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

100 : 수중드론 110 : 본체
120 : 정화장치 121 : 정화통
121b: 필터 121c: 상부공간
122 : 흡입펌프 123 : 토출부
130 : 영상촬영장치 131 : 제1 카메라
132 : 제2 카메라 133 : 제3 카메라
134 : CCD 카메라 135 : 적외선 카메라
136 : 통신부 140 : 추진장치
150 : 통신장치 160 : 엄빌리컬 케이블
161 : 전력공급 케이블 162 : 데이터 케이블
163 : 쉴드 164 : 차폐막
165 : 망사튜브 166 : 공압호스
167 : 부력체 168 : 감지부
170 : 제어 신호 전송부 180 : 모니터링부
190 : 신호증폭기 C : 제어부
200 : 모니터링 장치 L : 발광다이오드
210 : 관리시스템 220 : 진단장치
230 : 스위치 240 : 다중서비스 지원 플랫폼(MSPP)
250 : 탭 모니터링 시스템 260 : 자동 절체 시스템
270 : 분배기 280 : 온라인 서비스 제공자

Claims

수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템에 있어서,
본체와 상기 본체에 연결되어 상기 본체를 전후, 상하, 좌 우로 이동시키는 추진장치;
상기 본체에 연결되어 해양의 오염물질을 포함한 유체를 여과시키는 정화장치를 구비하고, 상기 본체의 위치를 실시간으로 추적할 수 있도록 해서, 상기 본체를 촬영하는 제1 카메라와 상기 본체에 인접한 주변환경 및 엄빌리컬 케이블의 촬영 및 상기 제1 카메라에서 촬영된 본체 정보를 실시간 획득하고 데이터화하는 전송모듈이 형성된 제2 카메라와 촬영하고자 하는 대상을 확대하여 찍을 수 있는 제3 카메라가 구비된 영상촬영장치와 상기 본체의 가운데 부분에는 외부 기기로부터 전원 공급과 제어를 받을수 있는 엄빌리컬 케이블을 포함하며, 일정 구역 내를 운행하면서 수중 정보를 촬영 수집하는 수중드론;
상기 영상촬영장치를 통한 촬영을 할 때, 상기 영상촬영장치의 촬영 위치와 각도를 변경시키는 제어신호를 상기 영상촬영장치에 전송하는 제어신호 전송부;
상기 영상촬영장치의 제2카메라로부터 획득한 영상을 전달받는 모니터링부; 상기 엄블리컬 케이블은 내부에 상기 수중드론에 전원을 공급하도록 하기 위한 전력공급 케이블과 상기 수중드론과 데이터를 송수신하기 위한 데이터 케이블이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템.
제1항에 있어서,
상기 영상촬영장치는 촬영의 정확도를 높이기 위해 비디오 영상개선모듈이 장착된 적외선카메라와 상기 제어신호 전송부로부터 제어신호를 수신하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 엄빌리컬 케이블에는 상기 엄블리컬 케이블을 따라 이동하며, 상기 엄빌리컬 케이블에서 감지된 기울기를 전달받아, 상기 제어신호 전송부로 전달시키는 센서부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어신호 전송부는 상기 센서부를 통하여 설정된 기울기를 초과하면 상기 제2카메라에 제어신호를 전송하여 촬영하도록 하여, 상기 촬영한 영상을 상기 통신부를 통하여 상기 모니터링부로 전송하는 것을 특징으로 하는 수중드론의 엄빌리컬 케이블 상태 모니터링 시스템.