KR101236849B1

KR101236849B1 - 해저로봇 운용 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101236849B1
Application number: KR1020100129913A
Authority: KR
Inventors: 박영준; 최종웅; 이재용; 주성문; 이재상; 박귀홍; 정희용; 이동훈
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2013-02-25
Also published as: KR20120068330A

Abstract

해저로봇 운용 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇 시스템은 모선으로부터 케이블을 통해 전달되는 외부전원을 공급하고, 상기 외부전원의 공급이 중단되는 비상상황 발생시 내장된 배터리를 연결하여 비상전원을 공급하는 하이브리드 전원 공급부, 상기 비상상황 발생시 튜브를 팽창시켜 부력에 의해 해저로봇을 수면으로 부상시키는 부력부, 적어도 하나의 추진기를 통해 상기 해저로봇을 이동시키는 추진부 및 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 수면에 투입되는 투입지점을 파악하여 저장하고 수중에서의 상기 비상상황 발생시 상기 투입지점으로 귀환하도록 상기 추진기를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

해저로봇 운용 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REMOTELY OPERATED VEHICLE MANAGEMENT}

본 발명은 해저로봇 운용 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 해저로봇은 해저 자원탐사, 침몰된 선박의 인양작업, 기름제거작업, 해저케이블 설치, 수중구조물의 수리 등에 이용되는 것으로서, 그 용도 및 작동방식에 따라 다양한 형태로 개발되고 있다.

해저로봇은 제어 방식에 따라 케이블이 해저로봇에 연결된 원격조정잠수정(Remotely-operated vehicle, ROV)과 케이블 없이 자체 동력으로 움직이는 무인잠수정(Autonomous Underwater Vehicles, AUV) 및 인텔리전트로봇 등으로 구분될 수 있으며, 무인 인텔리전트 로봇의 경우 스스로 판단하여 해저의 지형에 따라 조사할 방향과 거리를 결정하고 조사한 자료를 해저에서 모선에 송신하는 시스템을 갖추고 있다.

한편, 도 1은 종래의 복합형 해저무인잠수정 시스템을 나타낸 개념도이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 현재 국내외에서 개발되고 있는 원격조정잠수정(ROV, 이하, 해저로봇이라 통칭함) 시스템은 전반적인 운용을 위한 모선(10)이 존재하고 모선(10)과 해저로봇(ROV)(30)간에 전원공급과 해저로봇(30)에서 전송하는 영상정보와 각종신호 처리 및 제어를 위한 별도의 케이블(30)이 존재한다.

여기에 최근에는 약6000미터 이상의 1차 케이블(31)에 의한 제약을 극복하기 위해서, 1차 케이블의 끝에 수중진수장치(40)를 두어 이것이 모선(10)의 운동 영향을 흡수하고, 해저로봇(20)은 중성부력의 2차 케이블(32)에 의해 수중진수장치에 연결되어 보다 깊은 심해에서의 작업이 가능한 기술이 개발되었다.

도 1에서의 전원 공급은 모선(10)에서 3상 60Hz 전원을 400Hz로 주파수 변환을 하고 2800V로 승압을 한 이후에 해저로봇(20)으로 공급을 하고, 해저로봇(20)은 승압된 2800V 전압을 200V로 다운시켜서 사용하는 구조이다.

그러나, 이러한 종래의 해저로봇(20)은 케이블을 통해 전원 공급 및 제어가 이루어 지는 구조이므로 항상 전력공급을 위한 케이블이 항상 연결되어 있어야 하는 단점이 있다. 이는 해저로봇(20)을 수중에 투입할 때의 기상 및 해류 등과 같은 외부 환경여건에 따라서 해저로봇(20)으로 공급되는 케이블이 끊어지거나 다른 전력 공급상의 작동 오류의 문제로 인해 유실될 문제가 있다. 실제의 한 예로 2003년에 일본 JAMSTEC에서 개발한 수심 11,000m까지 탐사할 수 있는 KAIKO의 경우 연결선이 끊어지면서 심해로 가라앉아 유실된 사례가 존재한다.

본 발명의 실시 예는 해저로봇의 하이브리드(Hybrid) 전원공급과 비상시 안전한 귀환을 제공하는 해저로봇 운용 시스템 및 그 방법을 제공 하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 모선으로부터 케이블을 통해 전달되는 외부전원을 공급하고, 상기 외부전원의 공급이 중단되는 비상상황 발생시 내장된 배터리를 연결하여 비상전원을 공급하는 하이브리드 전원 공급부; 상기 비상상황 발생시 튜브를 팽창시켜 부력에 의해 해저로봇을 수면으로 부상시키는 부력부; 적어도 하나의 추진기를 통해 상기 해저로봇을 이동시키는 추진부; 및 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 수면에 투입되는 투입지점을 파악하여 저장하고 수중에서의 상기 비상상황 발생시 상기 투입지점으로 귀환하도록 상기 추진기를 제어하는 제어부를 포함한다.

여기에, 수면에서 상기 모선과 통신을 수행하는 무선통신모듈, 상기 케이블을 통해 제어신호 및 데이터를 송수신하는 유선통신모듈 및 수중에서 상기 모선과 통신하는 초음파통신모듈 중 적어도 하나를 포함하는 통신부; 및 초음파위치인식센서를 통해서 수중에서 위치정보를 측정하는 초음파 위치추적부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 하이브리드 전원 공급부는, 상기 케이블의 단부와 연결되어 상기 모선으로부터 제공되는 상기 외부전원을 상기 해저로봇의 시스템 내부로 공급하는 외부전원 공급모듈; 상기 외부전원 공급부에 연결되어 인가되는 상기 외부전원으로 상기 배터리를 충전하는 충전모듈; 외부전원 공급이 비정상적인 상태에서 스위칭 연결되어 상기 비상전원을 공급하는 배터리; 및 상기 외부전원의 공급상태를 감시하여 공급중단 및 설정 기준치 이하의 전력감소 중 적어도 하나의 비상상황 발생을 감지하는 감시모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 감시모듈은, 전원공급이 상기 비상전원으로 변경되었음을 알리는 상기 비상상황 발생 이벤트 정보를 상기 제어부로 전달하고, 상기 배터리의 전원사용시 잔량을 체크하여 설정된 레벨 별 기준 값 미만으로 내려가는지를 감시할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 수중에서 상기 배터리의 잔량을 확인하여 설정된 제1 기준 값(L1) 보다 크면 상기 추진부를 이용하여 수면으로 부상시키고, 상기 배터리의 잔량이 상기 제1 기준 값(L1)보다 작으면 상기 부력부를 이용하여 상기 수면으로 부상시킬 수 있다.

상기 제어부는, 상기 수면에서 상기 배터리의 잔량이 설정된 제2 기준 값(L2)보다 크면 상기 추진부를 이용하여 상기 투입지점으로 이동하고, 상기 배터리의 잔량이 상기 제2 기준 값(L2) 보다 작으면 상기 GPS를 통해 파악된 위치정보를 상기 모선에 지속적으로 전송하도록 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 모선으로부터 케이블을 통해 전원을 공급받는 해저로봇 운용 방법은,

a) 상기 케이블을 통해 전달되는 외부전원을 공급하고 투입지점을 파악하여 저장하는 단계; b) 상기 외부전원의 공급이 중단되는 비상상황이 발생하면 내장된 배터리를 연결하여 비상전원을 공급하는 단계; c) 수중에서 상기 배터리의 잔량을 확인하여 설정된 제1 기준 값보다 크면 상기 해저로봇에 구비되는 추진부를 이용하여 수면으로 부상하는 단계; 및 d) 상기 수면에서 상기 배터리의 잔량이 설정된 제2 기준 값보다 크면 상기 추진부를 이용하여 상기 투입지점으로 귀환하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 c) 단계는, 상기 수중에서 상기 배터리의 잔량을 확인하여 상기 제1 기준 값보다 작은 경우 상기 해저로봇에 구비되는 부력부의 튜브를 팽창시켜 부력에 의해 상기 수면으로 부상할 수 있다.

또한, 상기 d) 단계는, GPS(Global Positioning System )를 통해 파악되는 위치정보를 상기 모선에 전송하되, 상기 수면에서 상기 배터리의 잔량이 상기 제2 기준 값보다 작은 경우 상기 부상된 위치에서 상기 위치정보를 지속적으로 전송할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇은 외부전원 공급이 중단되는 비상 상태를 감지하고 비상 상태에서도 하이브리드 전원공급에 따른 구동 및 제어가 가능하다.

그리고, 해저로봇의 투입지점을 저장하고 외부전원 중단 및 제어가 불가능한 상황에서도 해저로봇을 자동 회수할 수 있다.

또한, 고가의 해저장비유실을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 복합형 해저무인잠수정 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇 운용 시스템을 나타낸 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 정상 상태에서의 전원 공급부의 동작 구성도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비상 상태에서의 전원 공급부의 동작 구성도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇의 외부형태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇의 운용방법을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서 해저로봇이 바다에서 운용되는 것을 가정하여 설명하되 이에 한정되지 않으며, 강이나 저수지와 같은 내수면에서도 적용 가능한 것이다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇 운용 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇 운용 시스템을 나타낸 구성도이다.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇 운용 시스템은 모선(100), 해저로봇(200) 및 케이블(300)을 포함한다.

모선(100)은 해상에서 케이블(300)을 통해 연결되는 해저로봇(200)에 전원을 공급하는 전원공급수단, 해저로봇(200)의 위치파악 및 동작에 따라 생성되는 각종 데이터를 수신하는 통신수단 및 그 동작을 제어하기 위한 제어수단을 포함하는 시스템으로 구성된다.

해저로봇(200)은 모선(10)과 연결되는 케이블(300)을 통해 공급되는 전원으로 동작하고 비상시 별도 장착된 배터리로 동작하는 하이브리드(Hybrid)전원 공급기능을 수행한다. 또한, 해저로봇(200)은 전원 공급의 이상상태나 제어상의 비정상적인 이벤트 발생시 미리 설정되는 배터리 잔량 기준 값을 고려하여 투입지점으로 자동으로 귀환한다. 이러한 해저로봇(200)의 하이브리드 전원공급 및 자동 귀환방법에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하도록 한다.

케이블(300)은 모선과 해저로봇(200)을 연결하여 제어/신호처리 및 전원을 공급한다. 케이블(300)은 모선(10)에 구비된 케이블 드럼에 의해 감기거나 풀리며 해저로봇(200)의 부력에 영향을 최소화 하도록 중성부력을 가지는 특수 케이블을 사용한다.

여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 도 2에서는 설명의 편의상 모선(100)과 해저로봇(200)이 직접 케이블(300)을 통해 연결되는 것으로 도시하였으나 이에 한정되지 않으며, 도 1에서와 같이 케이블의 끝에 수중진수장치를 더 구성한 시스템으로 구성할 수도 있는 것이다.

한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇(200)은 통신부(210), 전원 공급부(220), 초음파위치센서부(230), 부력부(240), 추진부(250), 저장부(260) 및 제어부(270)를 포함한다.

통신부(210)는 해수면에서 모선(10)과의 통신을 수행하는 무선통신모듈(211)과 케이블(300)을 통해 제어신호 및 데이터를 송수신하는 유선통신모듈(212) 및 수중에서 모선(100)과의 통신을 수행하는 초음파통신모듈(213)을 포함한다.

무선통신모듈(211)은 장거리 RF(Radio Frequency) 무선 모뎀을 포함할 수 있으며, 비상 상태에서 해저로봇(200)이 해수면위로 부상한 경우 내장된 GPS(Global Positioning System) 모듈을 이용하여 현재 위치정보(좌표)를 파악하고, 파악된 위치정보를 모선(100)으로 전송한다.

유선통신모듈(212)은 해저로봇(200)에서 탐색되는 정보 및 수집되는 영상 데이터를 전송한다.

초음파통신모듈(213)은 수중에서 음파통신을 통해 모선(100)과의 위치정보송신, 제어신호 및 데이터 통신을 수행한다. 예컨대, 초음파통신모듈(113)은 전송반경이 4km이고 4800bps로 통신 가능한 초음파 수중모뎀을 포함할 수 있다. 또한, 초음파통신모듈(213)에는 최근 음파통신에 대한 연구가 활발히 진행됨에 따른 전송영역 및 전송성능이 더 향상된 음파 통신기술이 적용될 수 있다.

전원 공급부(220)은 하이브리드 전원 공급부로서, 정상적인 경우 외부에서 케이블(300)을 통해 전달되는 외부전원을 연결하여 해저로봇(200)의 내부로 공급하고, 상기 외부전원의 공급이 비정상적인 비상상황이 발생하면 배터리를 연결하여 비상전원을 공급한다.

이러한 전원 공급부(220)는 외부전원 공급모듈(221), 충전모듈(222), 배터리모듈(223) 및 감시모듈(224)을 포함한다.

한편, 아래의 도 4 및 도 5를 통하여 해저로봇(200)의 정상 및 비상 상태에서의 전원공급 구성을 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 정상 상태에서의 전원 공급부의 동작 구성도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비상 상태에서의 전원 공급부의 동작 구성도를 나타낸다.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 외부전원 공급부(220)는 케이블(300)의 단부와 연결되어 모선(100)으로부터 제공되는 외부전원을 내부로 공급한다.

충전모듈(222)은 외부전원 공급모듈(221)에 연결되어 인가되는 외부전원으로 배터리모듈(223)를 충전한다.

배터리모듈(223)은 외부전원 공급이 비정상적인 상태에서 도 5와 같이 해저로봇(200)의 전원연결단자에 스위칭 연결되어 해저로봇(200)에 비상전원을 공급한다.

이 때, 본 발명의 실시 예에 따르면, 전원 공급부(220)가 외부전원 공급모듈(221)에서 배터리모듈(223)로의 스위칭을 안전하게 하기 위해서는 충전모듈(222)을 해저로봇(200)의 부하와 외부전원 공급부(221)의 사이에 장착함으로써 스위칭시 불연속 구간으로 인한 전원 불안정 현상을 예방할 수 있다.

감시부(240)는 외부전원 공급모듈(221)를 통해 제공되는 외부전원의 공급상태를 감시하여, 공급중단 및 설정 기준치 이하의 전력감소와 같은 비정상적인 전원공급상태를 파악한다. 그리고, 전원 공급부(220)의 소스를 외부전원에서 배터리모듈(223)로 스위칭하여 해저로봇에 항상 전원이 공급되도록 한다. 한편, 감시부(240)는 전원공급이 비상전원으로 변경되었음을 알리는 비상상황 발생 이벤트 정보를 제어부(270)로 전달하여 알릴 수 있다.

해저로봇(200)은 수심이 깊은 해저에서 케이블(300)을 통해 공급되는 외부전원을 주전원으로하여 구동되므로 임의로 케이블(300)과 분리되는 비상상황은 해저로봇(200)내에 전원이 차단되어 구동자체가 불가능하여 유실될 가능성이 있다. 따라서, 외부전원 공급모듈(221)는 외부전원 공급상태를 감시하고 공급이 중단되는 비상상황 발생시 독립적으로 동작하여 우선적으로 비상전원으로 전환을 한 후에 제어부(270)에 그 이벤트 상황을 보고하는 것이다.

또한, 감시부(240)는 주기적으로 배터리모듈(223)의 충전상태(충전량)을 확인하여 완충상태를 유지하도록 하며, 특히, 배터리모듈(223)의 전원사용 시 잔량을 체크하여 미리 설정된 레벨 별 기준 값(예; L1/L2) 미만으로 내려가는지를 감시한다.

초음파 위치추적부(230)는 초음파 기반의 위치인식센서를 통해서 수중에서 해저로봇(200)의 위치정보 값을 측정한다. 이 때, 초음파 위치추적부(230)는 USBL(Ultra Short Base Line) 및 LBL(Long Base Line) 중 어느 하나이상의 위치인식방식을 이용할 수 있다.

여기서, USBL 방식은 모선(100)의 아래에 송신 센서를 가까이 위치시키고, 해저로봇(200)과 초음파 신호를 주고 받아서 위치정보를 계산한다. USBL 방식은 해저로봇(200)의 위치 계산을 위해서 해저에 별도의 송신 장치를 설치하지 않아도 되는 이용상의 장점이 있다.

그리고, LBL 방식은 복수의 송신 센서를 해저에 미리 위치시켜 두고, 해저로봇(200)과 초음파 신호를 주고 받아서 위치정보를 계산한다. 이 경우, 송신 센서가 멀리 배치되어 있기 때문에 USBL 방식 대비 위치정보 값의 정확도가 높다는 장점이 있다.

초음파 위치추적부(230)는 USBL 및 LBL 방식의 장단점을 고려하여 작업환경에 따라 적용될 수 있다.

부력부(240)는 밸브를 통해 개방되는 공기압축탱크(241)와 공기압축탱크(241)에서 토출되는 공기를 통해 팽창하는 적어도 하나의 튜브(242)를 포함한다.

부력부(240)는 해저로봇(200)에 전원공급이 중단되거나 전원공급이 원활하지 않는 경우 또는 제어 에러가 발생하는 경우의 비상상태에서 튜브(242)를 팽창시켜 부력에 의해 해저로봇(200)을 해수면위로 부상시킨다.

추진부(250)는 해저로봇(200)의 선체 후방에 유영용 3방향 트러스터(Thruster)로 구성되는 메인 추진모듈(251)과 X, Y, Z 방향을 자유롭게 제어하는 복수의 서브 추진모듈(251)을 포함한다. 예컨대, 서브 추진모듈(251)은 전동추진기를 이용하여 구성될 수 있으며 각 전후, 좌우, 상하의 방향으로 각각 제어하기 위해 적어도 6개의 추진기가 구성될 수 있다.

저장부(260)는 해저로봇(200)의 운용을 위한 각종 프로그램 및 데이터가 저장되고, 해저로봇(200)의 운용에 따라 생성되는 각종 데이터가 저장된다.

제어부(270)는 해저로봇(200)의 운용을 위한 상기 각부의 전반적인 동작을 제어하며, 해저작업을 위해 해저로봇(200)이 투입되는 투입지점(GPS 위치정보)을 저장하고, 비상상황 또는 작업종료 시 투입지점으로 자동 귀환하도록 제어한다.

이 때, 제어부(270)는 해저로봇(200)의 전원 공급상태를 파악하여 귀환동작을 제어하되, 비상상황시 배터리모듈(223)의 비상전원을 이용하는 경우 배터리모듈(223)의 잔량을 확인하여 미리 설정된 잔량 레벨에 맞게 적응 제어를 수행한다.

예를 들면, 제어부(270)는 해저로봇(200)이 수중에서 투입지점으로의 귀환시 수면위로 부상하기 위해 만족하는 배터리모듈(223)의 잔량 기준 값(L1)을 설정하고, 수면에서 투입지점으로 이동하기 위해 만족하는 배터리모듈(223)의 잔량 기준 값(L2)을 설정한다. 이 때, 잔량 기준 값(L1)은 기준 값(L2)보다 크고(L1 > L2), 해저로봇(200)이 위치하는 수심에 따라서 기준 값(L1, L2)을 단계별로 차등 설정할 수도 있다.

제어부(270)는 수중에서 배터리모듈(223)의 잔량을 확인하여 기준 값(L1) 보다 크면 추진부(250)를 이용하여 해수면으로 빠르게 이동시킨다. 그리고, 해수면으로 이동후의 배터리모듈(223)의 잔량이 기준값(L2)보다 크면 추진부(250)를 이용하여 모선(100)으로 이동하도록 제어한다.

또한, 제어부(270)는 수중에서 배터리모듈(223)의 잔량이 기준 값(L1)보다 작으면 부력부(240)를 이용하여 해수면으로 이동하도록 제어한다. 그리고, 제어부(270)는 해수면으로 이동후의 배터리모듈(223)의 잔량이 기준값(L2) 보다 작으면 GPS를 통해 파악된 위치정보를 모선(100)으로 전송하도록 제어한다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇(200)의 외부형태를 나타낸다.

첨부된 도 6을 참조하면, (A)의 해저로봇(200)은 기립 또는 보행을 위해 다리가 펴진 상태이고, (B)의 해저로봇은 유영을 위해 다리를 접은 상태를 보여준다.

해저로봇(200)은 상기 도 3을 통하여 설명한 구성 외에도 해저에서의 보행을 위한 다관절 팔/다리(Leg), 전방의 물체를 인식하는 환경인식 센서시스템, 유영용 핀, 주변을 밝게 비추는 조명부, 주변을 촬영하는 카메라, 수심 및 자세를 측정하기 위한 각종 센서 등을 더 포함할 수 있다.

이 때, 제어부(270)는 유영시 해저로봇(200)의 팔과 다리를 접어 물의 저항을 최소화할 수 있다.

한편, 도 7을 통하여 위에서 설명한 시스템 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇(200)의 하이브리드 전원공급과 비상시 안전한 귀환을 제공하는 해저로봇 운용 방법을 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇의 운용방법을 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해저로봇(200)이 외부전원을 공급하기 위한 케이블(300)이 연결되고 외부전원이 공급되는 상태에서 해수면으로 투입되면(S101), GPS를 통해 투입지점을 파악하여 저장한다(S102). 이 때, 모선(100)에서도 해저로봇(200)의 투입지점을 저장한다.

해저로봇(200)은 기상 및 외부 환경여건에 의한 외부전원 공급중단 및 설정 기준치 이하의 전력감소 등과 같은 비정상적인 전원공급상태를 감시한다(S103). 그리고, 해저로봇(200)이 외부전원 공급 중단에 따른 비정상적인 전원공급상태를 감지하면(S104; 예), 외부전원에서 내부 배터리모듈(223)로 스위칭하여 비상전원을 공급한다(S105).

해저로봇(200)은 배터리모듈(223)의 충전용량을 고려하여 일정시간 비상전원으로 구동할 수 있으며, 모선(10)에서의 귀환명령 또는 상기 비상상태에 따라 자동 귀환 모드로 동작하는 경우 팔/다리를 접어 유영 자세로 전환한다(S106).

해저로봇(200)은 수중에서 배터리모듈(223)의 잔량을 측정하고 측정되는 배터리모듈(223)의 잔량이 설정 기준 값(L1)보다 큰 것으로 판단되면(S107; 예), 추진부(250)를 이용하여 수면으로 빠르게 이동한다(S108). 이 때, 해저로봇(200)은 수면으로 이동 중에 초음파위치센서부(230)를 통해 현재 위치를 파악하여 지속적으로 모선(100)에 전송할 수 있다.

해저로봇(200)은 해수면으로 부상한 이후에 배터리모듈(223)의 잔량이 설정 기준 값(L2)보다 큰 것으로 판단되면(S109; 예), GPS를 통해 자신의 현재 위치정보를 파악하고(S110), 추진부(250)를 이용하여 상기 저장된 투입지점으로 이동한다(S111). 이 때, 해저로봇(200)은 GPS를 통해 파악되는 위치정보를 지속적으로 모선(100)에 전송한다(S112). 따라서, 모선(100)이 투입지점으로 귀환하는 해저로봇(200)을 안전하게 회수할 수 있다.

반면, 상기 S107 단계에서 측정되는 배터리모듈(223)의 잔량이 설정 기준 값(L1)보다 작은 것으로 판단되면(S107; 아니오), 부력부(240)를 구동하여 발생되는 부력에 의해 수면으로 이동한다(S113). 이 때, 부력부(240)의 부력만으로 수면위로의 이동이 어려운 경우 추진부(250)의 추진력을 보조하여 수면으로의 부상을 도울 수 있다.

또한, 상기 S107 단계에서 해저로봇(200)이 해수면으로 부상한 이후에 배터리모듈(223)의 잔량이 설정 기준 값(L2)보다 작은 것으로 판단되면(S109; 아니오), GPS를 통해 자신의 현재 위치정보를 파악하고, 파악되는 위치정보를 지속적으로 모선(100)에 전송한다(S112). 따라서, 모선(100)이 해저로봇(200)의 부상지점(현재위치)를 추적 이동하여 안전하게 회수할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 해저로봇(200)은 케이블(300)이 끊어져 외부전원 공급이 중단되는 비상 상태를 감지하여 적응적으로 배터리모듈(223)를 이용한 비상전원을 공급함으로써 비상 상태에서도 하이브리드 전원공급에 따른 구동 및 제어가 가능한 효과가 있다.

그리고, 외부전원 중단 및 제어가 불가능한 상황에서도 해저로봇(200)의 투입지점을 저장하고 배터리모듈(223)의 비상전원을 이용하여 상기 투입지점으로의 자동 귀환 함으로써 비상상황에서도 해저로봇을 자동 회수할 수 있는 효과가 있다.

또한, 해저로봇(200)의 이동 중인 수중에서의 위치정보와 해수면상에서의 위치정보를 모선에 지속적으로 전송함으로써 고가의 해저장비유실을 예방할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 모선
200: 해저로봇
300: 케이블
210: 통신부
220: 전원 공급부
221: 외부전원 공급부
222: 충전모듈
223: 배터리모듈
224: 감시모듈
230: 초음파위치추적부
240: 부력부
250: 추진부
260: 저장부
270: 제어부

Claims

모선으로부터 케이블을 통해 전달되는 외부전원을 공급하고, 상기 외부전원의 공급이 중단되는 비상상황 발생시 내장된 배터리를 연결하여 비상전원을 공급하는 하이브리드 전원 공급부;
상기 비상상황 발생시 튜브를 팽창시켜 부력에 의해 해저로봇을 수면으로 부상시키는 부력부;
적어도 하나의 추진기를 통해 상기 해저로봇을 이동시키는 추진부; 및
GPS(Global Positioning System)를 이용하여 수면에 투입되는 투입지점을 파악하여 저장하고 수중에서의 상기 비상상황 발생시 상기 투입지점으로 귀환하도록 상기 추진기를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는, 수중에서 상기 배터리의 잔량을 확인하여 설정된 제1 기준 값(L1) 보다 크면 상기 추진부를 이용하여 수면으로 부상시키고, 상기 배터리의 잔량이 상기 제1 기준 값(L1)보다 작으면 상기 부력부를 이용하여 상기 수면으로 부상시키며,
상기 수면에서 상기 배터리의 잔량이 설정된 제2 기준 값(L2)보다 크면 상기 추진부를 이용하여 상기 투입지점으로 이동하고, 상기 배터리의 잔량이 상기 제2 기준 값(L2) 보다 작으면 상기 GPS를 통해 파악된 위치정보를 상기 모선에 지속적으로 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 해저로봇 운용 시스템.
제 1 항에 있어서,
수면에서 상기 모선과 통신을 수행하는 무선통신모듈, 상기 케이블을 통해 제어신호 및 데이터를 송수신하는 유선통신모듈 및 수중에서 상기 모선과 통신하는 초음파통신모듈 중 적어도 하나를 포함하는 통신부; 및
초음파위치인식센서를 통해서 수중에서 위치정보를 측정하는 초음파 위치추적부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저로봇 운용 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하이브리드 전원 공급부는,
상기 케이블의 단부와 연결되어 상기 모선으로부터 제공되는 상기 외부전원을 상기 해저로봇의 시스템 내부로 공급하는 외부전원 공급모듈;
상기 외부전원 공급부에 연결되어 인가되는 상기 외부전원으로 상기 배터리를 충전하는 충전모듈;
외부전원 공급이 비정상적인 상태에서 스위칭 연결되어 상기 비상전원을 공급하는 배터리; 및
상기 외부전원의 공급상태를 감시하여 공급중단 및 설정 기준치 이하의 전력감소 중 적어도 하나의 비상상황 발생을 감지하는 감시모듈
을 포함하는 것을 특징으로 하는 해저로봇 운용 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 감시모듈은,
전원공급이 상기 비상전원으로 변경되었음을 알리는 상기 비상상황 발생 이벤트 정보를 상기 제어부로 전달하고, 상기 배터리의 전원사용시 잔량을 체크하여 설정된 레벨 별 기준 값 미만으로 내려가는지를 감시하는 것을 특징으로 하는 해저로봇 운용 시스템.
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모선으로부터 케이블을 통해 전원을 공급받는 해저로봇 운용 방법에 있어서,
a) 상기 케이블을 통해 전달되는 외부전원을 공급하고 투입지점을 파악하여 저장하는 단계;
b) 상기 외부전원의 공급이 중단되는 비상상황이 발생하면 내장된 배터리를 연결하여 비상전원을 공급하는 단계;
c) 수중에서 상기 배터리의 잔량을 확인하여 설정된 제1 기준 값보다 크면 상기 해저로봇에 구비되는 추진부를 이용하여 수면으로 부상하는 단계; 및
d) 상기 수면에서 상기 배터리의 잔량이 설정된 제2 기준 값보다 크면 상기 상기 추진부를 이용하여 상기 투입지점으로 귀환하는 단계
를 포함하는 해저로봇 운용 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 수중에서 상기 배터리의 잔량을 확인하여 상기 제1 기준 값보다 작은 경우 상기 해저로봇에 구비되는 부력부의 튜브를 팽창시켜 부력에 의해 상기 수면으로 부상하는 것을 특징으로 하는 해저로봇 운용 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 d) 단계는,
GPS(Global Positioning System )를 통해 파악되는 위치정보를 상기 모선에 전송하되,
상기 수면에서 상기 배터리의 잔량이 상기 제2 기준 값보다 작은 경우 상기 부상된 위치에서 상기 위치정보를 지속적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 해저로봇 운용 방법.