WO2022004936A1 - 예인형 수중로봇 - Google Patents

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WO2022004936A1
WO2022004936A1 PCT/KR2020/009672 KR2020009672W WO2022004936A1 WO 2022004936 A1 WO2022004936 A1 WO 2022004936A1 KR 2020009672 W KR2020009672 W KR 2020009672W WO 2022004936 A1 WO2022004936 A1 WO 2022004936A1
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WO
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underwater robot
cable
towing
robot body
inclination angle
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/009672
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English (en)
French (fr)
Inventor
박정우
김효곤
윤성조
이효준
황정환
최영호
Original Assignee
한국로봇융합연구원
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Publication date
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    • B63B21/66—Equipment specially adapted for towing underwater objects or vessels, e.g. fairings for tow-cables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned
    • B63G2008/005—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned remotely controlled
    • B63G2008/007—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned remotely controlled by means of a physical link to a base, e.g. wire, cable or umbilical

Definitions

  • the present invention relates to a towing-type underwater robot, and more particularly, to a towing-type underwater robot capable of performing a faster underwater exploration mission by enabling stable swimming and high-speed communication by towing.
  • a representative underwater robot used for this purpose is a Remotely Operated Vehicle (ROV) or an Autonomous Underwater Vehicle (AUV). And other driving methods for the same purpose include towing type underwater equipment.
  • ROV Remotely Operated Vehicle
  • AAV Autonomous Underwater Vehicle
  • other driving methods for the same purpose include towing type underwater equipment.
  • AUV is an underwater robot that has a built-in battery, thruster, sensor and controller, and can independently perform high-speed autonomous swimming and mission in the water by controlling the wing plate on the outside of the body.
  • the platform is designed in the shape of an elongated cylinder with a low flow resistance.
  • the degree of freedom of motion is small because a large number of thrusters cannot be mounted.
  • ROV is an underwater robot that can perform missions such as swimming, exploration, and simple tasks in the water through remote operation. Since power is supplied through a cable from a remote location, the burden on operating time is relatively low. It is designed to be equipped with multiple thrusters for higher freedom of motion, and is equipped with a robotic arm and various sensors. Because it is precisely remote operated at low speed underwater, it has a rather dull shape such as a rectangular parallelepiped. For this reason, the flow resistance is high, which makes it difficult to operate in an environment with severe currents and at high speed.
  • Towing type underwater equipment is equipment that performs underwater exploration missions by connecting the stern of a ship capable of high-speed operation and a towing cable by wire. However, since there is no separate propeller, independent operation is impossible without the towing force of the ship.
  • a representative example of towing type underwater equipment is an underwater equipment called TowFish. It acquires underwater and sea floor information through various sensors and information collection devices built into this underwater equipment and transmits the information to the ship through the power/communication cable inside the towing cable. Because it swims in water at high speed, it has an elongated cylindrical shape similar to an AUV.
  • Such equipment is connected to a ship that can move at high speed in the sea with a towing cable, and performs exploration missions through the towing force of the ship. It can swim passively depending on the length of the towed cable and the speed of the vessel, or it can swim with varying operating depths through the control of an externally mounted wing plate. Because there is no separate thruster, its own power consumption is very low, so it can efficiently perform exploration missions. However, as it uses the towing force of the ship, it cannot swim in the water alone, and it is difficult to use it for precise underwater exploration.
  • towing type underwater robot equipped with individually controllable wing plates and multiple self-propelling units.
  • the body needs to be enlarged in order to mount various devices such as thrusters, actuators and sensors, and high-speed communication is required to remotely control all the devices inside the underwater robot through a ship.
  • the motion of the underwater equipment can be easily affected by the behavior of the towing cable because the cable is fixedly connected in the middle of the bow of the equipment.
  • the communication cable inside the cable which is an existing example, is a copper wire, it cannot transmit and receive a lot of information at high speed.
  • This can be solved by using the optical cable as an internal communication cable of the towed cable to enable high-speed and long-distance communication. Therefore, it is necessary to apply a countermeasure mechanism to protect the optical cable while the robot's posture is not easily changed by the towing cable.
  • the present invention has been made in accordance with the above requirements and needs, and an object of the present invention is to provide a towing type underwater robot capable of performing a more rapid underwater exploration mission by enabling stable swimming by towing even in an enlarged body there is
  • Another object of the present invention is to provide a towing-type underwater robot capable of performing more rapid underwater exploration missions by enabling high-speed communication through a countermeasure mechanism for protecting the optical cable without easily changing the robot's posture by the towing cable is to do
  • the towing type underwater robot for achieving the above object includes an underwater robot body formed flat to a certain height, and a composite cable connected to the front of the underwater robot body to supply power and communicate with the towing, the underwater robot
  • the front side of the body forms a first inclined surface inclined at a first inclination angle to the rear from the upper side to the lower side
  • the rear upper surface of the underwater robot body forms a second inclined surface inclined at a second inclination angle from the upper side to the lower side toward the rear
  • the rear bottom surface of the underwater robot body forms a third inclined surface inclined at a third inclination angle from the lower side to the upper side toward the rear.
  • the first inclination angle is smaller than the third inclination angle, and the second inclination angle is smaller than the first inclination angle.
  • the front of the underwater robot body is provided with a strain termination connected by a oscillating rotation joint.
  • the composite cable consists of an external cable for towing, and an internal cable for power supply and communication that is inserted into the external cable and protected by the external cable.
  • the inner cable in the composite cable is drawn out from the middle of the strain termination and inserted into the underwater robot body.
  • a rotation joint limiter that limits the rotation angle is installed at the rotation joint position of the strain termination.
  • a cable drum on which an inner cable is wound is provided inside the underwater robot body.
  • the inner cable is drawn into the underwater robot body through the cable entry guide, wound on the cable drum, and then connected to the underwater robot's pressure box through the main connector.
  • a guide cushioning material is provided at a portion to which the cable entry guide is connected so that the basic angle can be changed by being buffered to some extent depending on the incoming angle of the inner cable.
  • the cable drum has a space between the minimum diameter allowed within the allowable limit and the maximum diameter allowable in the internal space to accommodate the inner cable of the lead-in length, which is variable according to the swing angle of the strain termination, and to be bent while being wound.
  • the space is partially covered by the cover part along the circumferential direction to guide the inner cable.
  • the towing type underwater robot According to the towing type underwater robot according to the present invention, various devices can be mounted with efficient spatial arrangement, stable swimming by towing is possible even with an enlarged body, and the effect on the posture of the robot by the towing cable is minimized. High-speed communication using the optical cable is possible through the countermeasure mechanism to protect the optical cable without being easily distorted, which has the effect of performing more rapid underwater exploration missions.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a towing-type underwater robot according to an embodiment of the present invention.
  • 2A to 2C are a plan view, an elevation view, and a front view viewed from the front of the towing type underwater robot according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are enlarged views showing the front end and the rear end (rear) of the underwater robot body in FIG. 2B.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the inside (skeleton) of the front part of the underwater robot body in FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a view showing an operating state of the strain termination in FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a view showing a cable entry guide in FIG. 4 .
  • FIG. 7a and 7b are views showing the arrangement and winding state of the inner cable in the towing type underwater robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2a to 2c are a plan view, an elevation view, and a front view viewed from the front of the towing-type underwater robot according to an embodiment of the present invention.
  • the towing type underwater robot 100 includes an underwater robot body 110 , a composite cable 120 , a strain termination 130 , and a cable drum 140 . .
  • the underwater robot body 110 has a flat and long shape with a certain height, and this shape can receive less horizontal flow resistance, and can arrange a plurality of thrusters for various degrees of freedom of motion at low speeds, and there are many planes. It is possible to place the device efficiently in the space.
  • the thruster is provided with two main thrusters 151 for advancing at the rear of the underwater robot body 110, and three auxiliary thrusters 152 and 152' are installed in front of the underwater robot body 110. .
  • the front two 152 of the auxiliary thrusters 152 are for vertical (for vertical movement) and the rear one 152' is for the side (for lateral movement).
  • Front horizontal wings 153 are disposed on both sides of the front portion of the underwater robot body 110
  • rear horizontal wings 154 are disposed on both sides of the rear portion of the underwater robot body 110
  • the rear vertical wings 155 are disposed on the bottom, respectively.
  • the horizontal blades 153 and 154 and the vertical blade 155 are each controlled in inclination by a control motor.
  • FIG. 3a and 3b are enlarged views showing the front end and the rear end (rear) of the underwater robot body 110 in (b) of FIG.
  • the front side of the underwater robot body 110 forms a first inclined surface 111a that is inclined at a first inclination angle a rearward from the upper side to the lower side.
  • the first inclination angle (a) is preferably formed to be about 15 degrees.
  • the first inclined surface 111a inclined in this way is a monocular camera (156, see FIG. 1) installed in the front or a scan sonar (157, see FIG. 1), etc. This makes it possible to perform the exploration mission without tilting the posture of the underwater robot body 110 .
  • the rear upper surface of the underwater robot body 110 forms a second inclined surface 111b inclined at a second inclination angle b from the upper side to the lower side toward the rear, and the rear bottom surface of the underwater robot body 110 is toward the rear. It forms a third inclined surface inclined at a third inclination angle c from the lower side to the upper side.
  • the second inclination angle (b) is formed at about 14 degrees
  • the third inclination angle (c) is formed at about 26 degrees.
  • the first inclination angle a is smaller than the third inclination angle c
  • the second inclination angle b is smaller than the first inclination angle a.
  • the second inclined surface 111b and the third inclined surface 111c inclined in this way are the first inclined surface 111a of the front part, and when they have a shape that is not symmetrical above and below, the pitching direction due to the flow resistance during high-speed swimming Moment forces may be generated and negatively affect posture control, which serves to offset this.
  • Figure 4 is a perspective view showing the inside (skeleton) of the front part of the underwater robot body in Figure 1
  • Figure 5 is a view showing the operating state of the strain termination in Figure 4
  • Figure 6 is a view showing the cable entry guide in Figure 4
  • 7a and 7b are views showing the arrangement and winding state of the inner cable in the towing type underwater robot according to an embodiment of the present invention.
  • the composite cable 120 is a cable that is connected to the front of the underwater robot body 110 to supply power and communicate with the towing, and an external cable 121 with rigidity for towing, and an external cable 121 ) is inserted into the inside and protected by an external cable 121, and consists of an internal cable 122 such as an optical cable for power supply and communication.
  • the strain termination 130 is connected to the underwater robot body 110 by a rotation joint 131 that can be oscillated from the front of the underwater robot body 110 .
  • the cable drum 140 is installed in the middle of the underwater robot body 110 , and the inner cable 122 is wound around the cable drum 140 .
  • the composite cable 120 is connected to the ship from the front of the strain termination 130, and the inner cable 122 in the composite cable 120 is drawn out from the middle of the strain termination 130 to the underwater robot body 110 of inserted inside.
  • the inner cable 122 is introduced into the underwater robot body 110 through the cable lead-in guide 161, is wound around the cable drum 140, and then is connected to the pressure-resistant box 163 of the robot through the main connector 162. do.
  • the cable drum 140 has a minimum diameter (D1) within an allowable limit in which the inner cable 122 of a varying lead-in length depending on the swing angle of the strain termination 130 is accommodated and can be bent while winding, and the maximum allowable in the internal space.
  • D1 minimum diameter
  • a space S between the diameters D2 is provided. The space S is partially covered by the cover part 141 along the circumferential direction to guide the inner cable 122 .
  • the ship (not shown) and the towing type underwater robot 100 are connected by wire through a complex cable 120 capable of towing, power supply, and communication with each other.
  • the angle of rotation of the strain termination 130 is adjusted in order to prevent the posture from being easily changed and the optical cable (internal cable: 122) inside not being damaged. That is, the strain termination 130 is connected to the underwater robot body 110 through the rotation joint 131 and is rocked, so that the inner cable 122 of the composite cable 120 behaves underwater. It minimizes the influence on the pitching direction of
  • a rotation joint limiter 164 for limiting the rotation angle is installed at the rotation joint position of the strain termination 130 . Since the rotation joint limiter 164 may be damaged while the inner cable 122 of the composite cable 120 is also bent when the strain termination 130 is too bent through the rotation joint 131, as shown in FIG. It serves to limit the angle of rotation.
  • the inner cable 122 from the strain termination 130 enters the inside of the underwater robot body 110 through the cable lead-in guide 161, and is installed to be inclined at a certain basic angle to smoothly guide the inner cable 122. .
  • the portion to which the cable lead-in guide 161 is connected is provided with a guide cushioning material 165 as shown in FIG.
  • the inner cable 122 introduced into the underwater robot body 110 is wound once in the space S of the cable drum 140, and then through the main connector 162. It is connected to the pressure-resistant box 163 installed inside the underwater robot body 110 .
  • the cable drum 140 is exposed and varied according to the angular state by the rotation joint 131 of the strain termination 130 , and is introduced into the interior of the underwater robot body 110 . It is a drum for keeping the remaining length compared to the maximum length for the incoming length of the cable 122 (the length from the strain termination to the main connector through the cable drum) inside the underwater robot body 110 .
  • the lead-in length of the inner cable 122 When the lead-in length of the inner cable 122 is maximized (when the strain termination is erected), the lead-in length of the inner cable 122 is arranged to the maximum allowable diameter (D2) in the inner space of the cable drum 140 ( 7b), when the lead-in length of the inner cable 122 is minimized (when the strain termination is laid down), the lead-in length of the inner cable 122 is arranged to the minimum diameter D1 of the cable drum 140 (Fig. 7a).
  • main thruster 152 auxiliary thruster

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Abstract

본 발명은 예인에 의한 안정적인 유영이 가능하면서 고속 통신이 가능하여, 보다 신속한 수중탐사 임무를 수행할 수 있는 예인형 수중로봇에 관한 것이다. 본 발명은 수중로봇 몸체와, 복합케이블을 포함하며, 수중로봇 몸체의 전방 측면은 상측에서 하측으로 갈수록 후방으로 제1경사각으로 경사된 제1경사면을 이루고, 수중로봇 몸체의 후부 상면은 후방으로 갈수록 상측에서 하측으로 제2경사각으로 경사된 제2경사면을 이루며, 수중로봇 몸체의 후부 저면은 후방으로 갈수록 하측에서 상측으로 제3경사각으로 경사된 제3경사면을 이룬다. 본 발명에 의하면, 다양한 장치들을 탑재할 수 있으며, 예인에 의한 안정적인 유영이 가능하고, 로봇의 자세가 쉽게 틀어지지 않으면서 고속 통신이 가능하여, 보다 신속한 수중 탐사 임무를 수행할 수 있다는 효과가 있다. [대표도] 도 1

Description

예인형 수중로봇
본 발명은 예인형 수중로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예인에 의한 안정적인 유영이 가능하면서 고속 통신이 가능하여, 보다 신속한 수중탐사 임무를 수행할 수 있는 예인형 수중로봇에 관한 것이다.
사람이 직접 접근하기 어려운 해양 환경에서는 수중로봇 기술을 활용하여 탐사 임무를 수행한다. 이를 위해 활용되는 대표적인 수중로봇은 ROV(Remotely Operated Vehicle, 원격조정 수중로봇) 또는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle, 자율무인 잠수정)가 있다. 그리고 같은 목적의 다른 구동 방식으로 예인형 수중장비를 들 수 있다.
AUV는 자체에 배터리, 추진기, 센서와 제어기를 내장하고, 몸통 외부의 날개 판 제어를 통해 단독으로 수중에서 고속 자율 유영 및 임무수행이 가능한 수중로봇이다. 하지만 자체 배터리로 운영하기 때문에 운영시간이 제한된다는 단점이 있다. 보다 긴 운영시간과 항속거리 사양을 가지기 위해서는 플랫폼의 형태가 유속저항이 낮도록 길쭉한 원통의 날렵한 형태로 설계하는데, 이러한 형태는 내부 공간이 좁아서 많은 장치들을 장착할 수 없다는 단점이 있다. 또 다수의 추진기를 장착할 수 없어서 모션 자유도가 작다는 단점도 있다.
ROV는 원격 운영을 통해 수중에서 유영, 탐사 및 간단한 작업 등의 임무수행이 가능한 수중로봇이다. 원격지에서 케이블을 통해 전력을 공급하기 때문에 운영시간에 대한 부담은 상대적으로 낮다. 보다 높은 모션 자유도를 위해 다수의 추진기를 장착하도록 설계하고, 로봇 팔과 다양한 센서를 탑재한다. 수중에서 저속으로 정밀하게 원격 운영하기 때문에 직육면체 등의 다소 둔탁한 형태를 가지게 된다. 이 때문에 유속저항이 높아 조류가 심한 환경과 고속으로의 운영이 어렵다는 단점이 있다.
예인형 수중장비는 고속으로 운항이 가능한 선박의 선미부와 예인 케이블로 유선으로 연결하여 수중 탐사 임무를 수행하는 장비이다. 다만, 별도의 자체 추진기가 없기 때문에 선박의 예인력 없이는 단독 운영이 불가능하다.
예인형 수중장비의 대표적인 예는 수중예인체(TowFish)라 불리우는 수중장비이다. 이 수중장비에 내장되어 있는 각종 센서 및 정보수집 장치를 통해 수중 및 해저면의 정보를 획득하여 예인 케이블 내부의 전력/통신 케이블을 통해 선박으로 정보를 송신한다. 수중에서 고속으로 유영하기 때문에 AUV와 비슷하게 길쭉한 원통형의 형태를 가진다. 이러한 장비는 해상에서 고속으로 이동할 수 있는 선박과 예인 케이블로 연결하여 선박의 예인력을 통해 탐사 임무를 수행한다. 예인 케이블이 풀려있는 길이와 선박의 운항 속도에 의해 수동적으로 유영되거나 외부에 장착된 날개판의 제어를 통해 운영 수심 정도를 가변하며 유영할 수 있다. 별도의 추진기가 없기 때문에 자체 소비전력은 매우 낮아 효율적으로 탐사 임무를 수행할 수 있다. 다만, 선박의 예인력을 이용하다보니 단독적으로는 수중에서 유영을 할 수 없으며, 정밀한 수중 탐사의 용도로 활용하기는 힘들다는 단점이 있다.
예인형 수중장비의 수동적인 운영을 보완하고자 개별 제어가 가능한 날개판 및 다수의 자체 추진기를 장착한 예인형 수중로봇을 개발할 수 있다. 이를 위해서는 추진기, 구동기 및 센서 등 다양한 장치를 탑재하기 위하여 몸체가 비대해져야 하며, 배를 통해 수중로봇 내부의 모든 장치를 원격 제어하기 위해서는 고속 통신이 요구된다.
일반적으로 예인 케이블을 수중장비에 연결할 때 장비의 선수부의 가운데에 케이블을 고정식으로 연결하기 때문에 예인 케이블의 거동에 의하여 수중장비의 모션에 쉽게 영향을 줄 수 있다. 또 기존의 예인 케이블 내부의 통신 케이블은 구리선이기 때문에 고속으로 많은 정보를 송수신할 수 없는데 반해, 수중로봇에는 탑재되는 장치가 많아진 만큼 배와 통신해야 할 정보가 많아져 개선이 필요하다. 이에 고속 및 원거리 통신이 가능하도록 광케이블을 예인 케이블의 내부 통신 케이블로 활용함으로서 해결할 수 있는데, 광케이블은 비틀림이나 꺾임에 의해 손쉽게 파손이 될 수 있어 사용하기 매우 까다롭다는 단점이 있다. 그래서 예인 케이블에 의하여 로봇의 자세가 쉽게 틀어지지 않으면서 광케이블을 보호하기 위한 대응 메커니즘을 적용할 필요가 있다.
[선행기술문헌]
한국등록특허 제10-1283417호 (등록일: 2013.07.02.)
본 발명은 상기한 바와 같은 요구와 필요성에 따라 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 비대해진 몸체에도 예인에 의한 안정적인 유영이 가능하여, 보다 신속한 수중 탐사 임무를 수행할 수 있는 예인형 수중로봇을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 예인 케이블에 의하여 로봇의 자세가 쉽게 틀어지지 않으면서 광케이블을 보호하기 위한 대응 메커니즘을 통해 고속 통신이 가능하여, 보다 신속한 수중 탐사 임무를 수행할 수 있는 예인형 수중로봇을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 예인형 수중로봇은 일정높이로 납작하게 형성된 수중로봇 몸체와, 수중로봇 몸체의 전방에 연결되어 예인과 전력공급 및 통신을 하는 복합케이블을 포함하며, 수중로봇 몸체의 전방 측면은 상측에서 하측으로 갈수록 후방으로 제1경사각으로 경사된 제1경사면을 이루고, 수중로봇 몸체의 후부 상면은 후방으로 갈수록 상측에서 하측으로 제2경사각으로 경사된 제2경사면을 이루며, 수중로봇 몸체의 후부 저면은 후방으로 갈수록 하측에서 상측으로 제3경사각으로 경사된 제3경사면을 이룬다.
제1경사각은 제3경사각보다 작고, 제2경사각은 제1경사각보다 작게 되어 있다.
수중로봇 몸체의 전방에는 요동가능한 회전관절로 연결된 스트레인 터미네이션이 구비된다.
복합케이블은 예인을 위한 외부케이블과, 외부케이블의 내부에 삽입되어 외부케이블에 의해 보호되며 전력공급 및 통신을 위한 내부케이블로 이루어진다.
복합케이블은 스트레인 터미네이션의 전방에 연결된다.
복합케이블 내의 내부케이블은 스트레인 터미네이션의 중간에서 외부로 인출되어 수중로봇 몸체의 내부로 삽입된다.
스트레인 터미네이션의 회전관절 위치에는 회전각도를 제한하는 회전관절 리미터가 설치된다.
수중로봇 몸체의 내부에는 내부케이블이 감기는 케이블 드럼이 구비된다.
내부케이블은 케이블 인입가이드를 통해 수중로봇 몸체의 내부로 인입되어 케이블 드럼에 감긴 후 메인커넥터를 통해 수중로봇의 내압박스에 연결된다.
내부 케이블의 인입 각도에 따라 어느 정도 완충되어 기본 각도의 변화가 가능하도록 케이블 인입가이드가 연결되는 부분에는 가이드 완충재가 구비된다.
케이블 드럼은 스트레인 터미네이션의 요동각도에 따라 가변되는 인입길이의 내부케이블이 수용되어 감기면서 꺾일 수 있는 허용한도로 된 최소직경과 내부 공간상 허용 가능한 최대직경 사이의 공간을 구비한다.
공간은 원주방향을 따라 부분적으로 커버부에 의해 씌워져 내부케이블을 가이드한다.
본 발명에 의한 예인형 수중로봇에 의하면, 효율적인 공간배치로 다양한 장치들을 탑재할 수 있으며, 비대해진 몸체에도 예인에 의한 안정적인 유영이 가능하고, 예인 케이블에 의한 로봇의 자세에 주는 영향을 최소화하여 로봇의 자세가 쉽게 틀어지지 않으면서 광케이블을 보호하기 위한 대응 메커니즘을 통해 광케이블을 사용하여 고속 통신이 가능하여, 보다 신속한 수중 탐사 임무를 수행할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 예인형 수중로봇을 나타내는 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 의한 예인형 수중로봇의 평면도, 입면도, 및 전면에서 바라본 전면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2b에서 수중로봇 몸체의 전방 단부 및 후방 단부(후부)를 나타내는 확대도이다.
도 4는 도 1에서 수중로봇 몸체의 앞부분 내부(골격)를 보인 사시도이다.
도 5는 도 4에서 스트레인 터미네이션의 작동 상태를 보인 도면이다.
도 6은 도 4에서 케이블 인입가이드를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 의한 예인형 수중로봇에서 내부케이블의 배치 및 감김상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 예인형 수중로봇을 나타내는 구성도이고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 의한 예인형 수중로봇의 평면도, 입면도, 및 전면에서 바라본 전면도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 예인형 수중로봇(100)은 수중로봇 몸체(110)와, 복합케이블(120)과, 스트레인 터미네이션(130)과, 케이블 드럼(140)을 포함한다.
수중로봇 몸체(110)은 일정한 높이로 납작하고 긴 형태이며, 이러한 형태는 수평방향 유속 저항을 적게 받을 수 있으며, 저속에서 다양한 모션 자유도를 위해 복수의 추진기를 배치할 수 있고, 평면이 많아서 내부의 공간에 효율적으로 장치를 배치할 수 있다. 본 실시예에서 추진기는 수중로봇 몸체(110)의 후방에 2개의 전진용 주 추진기(151)가 설치되고, 수중로봇 몸체(110)의 전방에 3개의 보조 추진기(152, 152')가 설치된다. 보조 추진기(152) 중의 앞 2개(152)는 수직용(수직방향 이동용)이고 뒤 1개(152')는 측면용(측방향 이동용)이다.
수중로봇 몸체(110)의 앞부분 양측면에는 전방 수평날개(153)가 배치되고, 수중로봇 몸체(110)의 뒷부분 양측면에는 후방 수평날개(154)가 배치되며, 수중로봇 몸체(110)의 뒷부분 상면과 저면에는 각각 후방 수직날개(155)가 배치된다. 수평날개(153, 154) 및 수직날개(155)는 각각 제어모터에 의해 기울기가 제어된다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 (b)에서 수중로봇 몸체(110)의 전방 단부 및 후방 단부(후부)를 나타내는 확대도이다. 도시한 바와 같이, 수중로봇 몸체(110)의 전방 측면은 상측에서 하측으로 갈수록 후방으로 제1경사각(a)으로 경사된 제1경사면(111a)을 이룬다. 제1경사각(a)은 약 15도로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 경사된 제1경사면(111a)은 전방에 설치되는 단안 카메라(mono camera, 156, 도 1 참조)나 주사 소나(scan sonar, 157, 도 1 참조) 등과 센서를 약간 아래로 내려다보도록 배치할 수 있어 수중로봇 몸체(110)의 자세를 기울이지 않고 탐사 임무를 수행할 수 있게 한다.
그리고, 수중로봇 몸체(110)의 후부 상면은 후방으로 갈수록 상측에서 하측으로 제2경사각(b)으로 경사된 제2경사면(111b)을 이루며, 수중로봇 몸체(110)의 후부 저면은 후방으로 갈수록 하측에서 상측으로 제3경사각(c)으로 경사된 제3경사면을 이룬다. 제2경사각(b)은 약 14도로 형성되고, 제3경사각(c)는 약 26도로 형성되는 것이 바람직하다. 제1경사각(a)은 제3경사각(c)보다 작고, 제2경사각(b)은 제1경사각(a)보다 작게 되어 있다. 이와 같이 경사된 제2경사면(111b) 및 제3경사면(111c)은 전면부의 제1경사면(111a)으로 위와 아래가 대칭이지 않는 형태를 가질 때, 고속 유영시 유속 저항으로 인해 피칭(pitching) 방향 모멘트 힘이 발생하여 자세 제어에 부정적인 영향을 줄 수 있는데, 이를 상쇄시키는 역할을 한다.
도 4는 도 1에서 수중로봇 몸체의 앞부분 내부(골격)를 보인 사시도이고, 도 5는 도 4에서 스트레인 터미네이션의 작동 상태를 보인 도면이며, 도 6은 도 4에서 케이블 인입가이드를 나타내는 도면이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 의한 예인형 수중로봇에서 내부케이블의 배치 및 감김상태를 나타내는 도면이다.
도시한 바와 같이, 복합 케이블(120)은 수중로봇 몸체(110)의 전방에 연결되어 예인과 전력공급 및 통신을 하는 케이블로서, 예인을 위한 강성을 가진 외부케이블(121)과, 외부케이블(121)의 내부에 삽입되어 외부케이블(121)에 의해 보호되며 전력공급 및 통신을 위한 광케이블 등의 내부케이블(122)로 이루어진다. 스트레인 터미네이션(130)은 수중로봇 몸체(110)의 전방에서 요동가능한 회전관절(131)로 수중로봇 몸체(110)에 연결된다. 케이블 드럼(140)은 수중로봇 몸체(110)의 중간 내부에 설치되어 있으며, 케이블 드럼(140)에는 내부 케이블(122)이 감기게 되어 있다.
복합케이블(120)은 스트레인 터미네이션(130)의 전방에서 선박으로 연결되며, 복합케이블(120) 내의 내부케이블(122)은 스트레인 터미네이션(130)의 중간에서 외부로 인출되어 수중로봇 몸체(110)의 내부로 삽입된다. 내부케이블(122)은 케이블 인입가이드(161)를 통해 수중로봇 몸체(110)의 내부로 인입되어 케이블 드럼(140)에 감긴 후, 메인커넥터(162)를 통해 로봇의 내압박스(163)에 연결된다.
케이블 드럼(140)은 스트레인 터미네이션(130)의 요동각도에 따라 가변되는 인입길이의 내부케이블(122)이 수용되어 감기면서 꺾일 수 있는 허용한도로 된 최소직경(D1)과 내부 공간상 허용 가능한 최대직경(D2)사이의 공간(S)을 구비한다. 공간(S)은 원주방향을 따라 부분적으로 커버부(141)에 의해 씌워져 내부케이블(122)을 가이드하게 되어 있다.
선박(도시 안됨)과 예인형 수중로봇(100)은 예인과 전력공급, 서로간 통신이 가능한 복합케이블(120)을 통해 유선 연결되는데, 복합케이블(120)에 의해 예인형 수중로봇(100)의 자세가 쉽게 틀어지지 않고 내부의 광케이블(내부케이블: 122)이 손상되지 않도록 하기 위해 스트레인 터미네이션(130)의 요동각도를 조절한다. 즉, 스트레인 터미네이션(130)은 수중로봇 몸체(110)에 회전관절(131)을 통해 연결되어 요동됨으로써, 복합케이블(120)의 내부케이블(122)이 수중 거동함에 대해 예인형 수중로봇(100)의 피칭(pitching)방향에 대한 영향을 최소화 해준다.
스트레인 터미네이션(130)의 회전관절 위치에는 회전각도를 제한하는 회전관절 리미터(164)가 설치된다. 회전관절 리미터(164)는 회전관절(131)을 통해 스트레인 터미네이션(130)이 너무 꺾이면 복합케이블(120)의 내부케이블(122)도 같이 꺽이면서 손상될 수 있기 때문에 도 5에 도시한 바와 같이 회전 각도를 제한하는 역할을 한다.
스트레인 터미네이션(130)에서 나온 내부케이블(122)는 케이블 인입 가이드(161)을 통해 수중로봇 몸체(110)의 내부로 들어가는데, 내부 케이블(122)을 원활하게 가이드하도록 일정한 기본 각도로 기울어지게 설치된다. 이때, 내부 케이블(122)의 인입 각도에 따라 어느 정도 완충되어 기본 각도의 변화가 가능하도록 케이블 인입 가이드(161)가 연결되는 부분에는 도 6에 도시한 바와 같은 가이드 완충재(165)가 구비된다.
도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 수중로봇 몸체(110)의 내부로 인입된 내부케이블(122)은 케이블 드럼(140)의 공간(S)에 한번 감긴 후, 메인커넥터(162)를 통해 수중로봇 몸체(110) 내부에 설치된 내압박스(163)에 연결된다.
케이블 드럼(140)은 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 스트레인 터미네이션(130)의 회전 관절(131)에 의한 각도 상태에 따라 노출되어 가변되며 수중로봇 몸체(110)의 내부로 인입되는 내부케이블(122)의 인입 길이(스트레인 터미네이션에서 케이블 드럼을 거쳐 메인 커넥터까지 이어지는 길이)에 대해 최대길이 대비 남음길이를 수중로봇 몸체(110)의 내부에 담아두기 위한 드럼이다.
내부케이블(122)의 인입 길이가 최대로 되면(스트레인 터미네이션이 세워졌을 때), 케이블 드럼(140)의 내부 공간상 허용 가능한 최대직경(D2)으로 내부케이블(122)의 인입 길이가 배치되고(도 7b), 내부케이블(122)의 인입 길이가 최소로 되면(스트레인 터미네이션이 눕혀졌을 때), 케이블 드럼(140)의 최소직경(D1)으로 내부케이블(122)의 인입 길이가 배치된다(도 7a).
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
[부호의 설명]
100: 예인형 수중로봇 110: 수중로봇 몸체
120: 복합케이블 121: 외부케이블
122: 내부케이블 130: 스트레인 터미네이션
131: 회전관절 140: 케이블 드럼
151: 주 추진기 152: 보조 추진기
153: 전방 수평날개 154: 후방 수평날개
155: 후방 수직날개 156: 단안 카메라
157: 주사소나 161: 케이블 인입가이드
162: 메인커넥터 163: 내압박스
164: 회전관절 리미터 165: 가이드 완충재

Claims (12)

  1. 일정높이로 납작하게 형성된 수중로봇 몸체와, 상기 수중로봇 몸체의 전방에 연결되어 예인과 전력공급 및 통신을 하는 복합케이블을 포함하며,
    상기 수중로봇 몸체의 전방 측면은 상측에서 하측으로 갈수록 후방으로 제1경사각으로 경사된 제1경사면을 이루고,
    상기 수중로봇 몸체의 후부 상면은 후방으로 갈수록 상측에서 하측으로 제2경사각으로 경사된 제2경사면을 이루며,
    상기 수중로봇 몸체의 후부 저면은 후방으로 갈수록 하측에서 상측으로 제3경사각으로 경사된 제3경사면을 이루는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1경사각은 상기 제3경사각보다 작고, 상기 제2경사각은 상기 제1경사각보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수중로봇 몸체의 전방에는 요동가능한 회전관절로 연결된 스트레인 터미네이션이 구비되는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합케이블은 예인을 위한 외부케이블과, 상기 외부케이블의 내부에 삽입되어 외부케이블에 의해 보호되며 전력공급 및 통신을 위한 내부케이블로 이루어지는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복합케이블은 상기 스트레인 터미네이션의 전방에 연결되는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복합케이블 내의 상기 내부케이블은 상기 스트레인 터미네이션의 중간에서 외부로 인출되어 상기 수중로봇 몸체의 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 스트레인 터미네이션의 회전관절 위치에는 회전각도를 제한하는 회전관절 리미터가 설치되는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 수중로봇 몸체의 내부에는 상기 내부케이블이 감기는 케이블 드럼이 구비되는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내부케이블은 케이블 인입가이드를 통해 상기 수중로봇 몸체의 내부로 인입되어 상기 케이블 드럼에 감긴 후 메인커넥터를 통해 수중로봇의 내압박스에 연결되는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 내부 케이블의 인입 각도에 따라 어느 정도 완충되어 기본 각도의 변화가 가능하도록 상기 케이블 인입가이드가 연결되는 부분에는 가이드 완충재가 구비되는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 케이블 드럼은 상기 스트레인 터미네이션의 요동각도에 따라 가변되는 인입길이의 상기 내부케이블이 수용되어 감기면서 꺾일 수 있는 허용한도로 된 최소직경과 내부 공간상 허용 가능한 최대직경 사이의 공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공간은 원주방향을 따라 부분적으로 커버부에 의해 씌워져 상기 내부케이블을 가이드하는 것을 특징으로 하는 예인형 수중로봇.
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