KR20150145590A - 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 운영자의 작업 효율을 증가시키고, 하드웨어적인 다운사이징을 통해 원격제어로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle) 시스템의 비용과 모선의 비용을 절감하여 ROV의 작업능률과 범위를 확대할 수 있도록 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 고화질 카메라를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드 카메라를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리부; 음원의 방향과 크기를 측정하도록 ROV( Remotely Operated Vhicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 입체음향 센서부와, 상기 입체음향 센서부의 센싱 신호에 대응하는 가상 음원 소스의 방향과 크기를 가지는 입체음향을 생성하는 입체음향 시스템부를 포함하는 음향처리부; 및 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 접촉 정보를 제공하는 접촉신호처리부;를 포함하는 멀티미디어부;를 포함하여 구성되어, 사용의 편리성을 제공하고, 수중 작업용 원격제어로봇의 제어에 필요한 영상, 음향 및 접촉 신호 등의 신호처리를 로봇과 모선에서 분산 처리하도록 구현하여, ROV시스템의 구현 비용 및 운영 비용을 현저히 절감시키는 효과를 제공한다.
Description
본 발명은 수중 작업용 원격제어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 운영자의 작업 효율을 증가시키고, 하드웨어적인 다운사이징을 통해 원격제어로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle) 시스템의 비용과 모선의 비용을 절감하여 ROV의 작업능률과 범위를 확대할 수 있도록 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 인간의 활동공간은 지상을 벗어나, 해양 영역으로 확장됨에 따라, 해양 건축물과 구조물이 다양한 형태로 건설되고 있다. 이러한 해양 건축물과 구조물은 바다의 섬을 가로지르는 다리, 해저 터널, 해안의 건축물을 비롯하여 풍력 발전, 조력 발전, 파력 발전 등의 다양한 에너지 관련 구조물 등 그 종류와 형태가 매우 다양하다. 따라서 지상의 포크레인, 블로우저 등에 해당하는 장비가 수중에도 필요하였다.
도 1은 ROV(20)의 예로서 종래기술의 수중 작업용 포크레인 로봇과 모선(10)을 나타내는 도면이다. 도 1과 같이 외국에서는 오래전에 수중용 포크레인을 개발하여 실제 작업 현장에 투입하여 사용하고 있다.
그러나 상술한 바와 같은 수중 원격제어로봇의 원활한 이용을 위해서는, 수중에서의 장애물 감지, 위치 측정, 원격제어 알고리즘, 하드웨어 구조의 개선 작업 등의 문제점을 가진다.
이에 따라, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0077784호에서는 수중 로봇의 몸체 외측에 적어도 하나 이상의 근접 센서와 근접센서와 연결된 스프링 및 덧판을 구성하여, 덧판이 장애물에 접촉하는 경우 스프링에 의해 압력이 근접센서에 전달되어 주위 장애물을 감지할 수 있도록 하는 '장애물 감지 및 회피를 위한 수중로봇의 장애물 감지기와 수중로봇 및 그 방법'을 개시한다.
그리고 대한민국 등록특허공보 10-1177839호에서는 예인선이 DGPS(Differential Global Positioning System)를 통해 위치를 추적하는 모선과의 상대위치와, 모선의 선저에서 작업하는 수중로봇으로부터 음향신호를 통해 전달되는 수종로봇에 대한 상태 위치 정보를 이용하여, 모선과 수중로봇 사이의 상대 위치를 획득하는 것에 의해 모선 선저의 수중로봇의 위치를 제어할 수 있도록 하는 '수중로봇 위치 측정 시스템 및 그 방법 및 시스템'을 개시한다.
또한, 대한민국 등록특허 제 10-1213534호에서는 수상 게이트웨이를 설치하여 게이트웨이를 통해 클러스터 내의 수중 로봇의 등록 요청 브로드캐스팅을 수행하고, 해당 클러스터에 속하는 수중 로봇들이 게이트웨이를 통해 응답하여 클러스터에 등록 되는 것에 의해 수중 로봇들로 제어 명령을 전송할 수 있도록 하는 '수종로봇 원격 제어 시스템 및 방법'을 개시한다.
상술한 바와 같이, 종래기술들의 경우, 수중 작업 로봇의 제어를 위해, 다양한 장애물 감지 기술, 위치 측정 기술 및 수중 로봇과의 통신 기술 등을 개발하여 제공하고 있다.
그러나 종래기술들의 경우에는, 저비용으로 수중 로봇 주위 영상을 제공하는 기술, 수중 음향의 효율적인 전달에 의해 음향에 의한 주위 환경 파악을 위한 기술, 모선의 시스템 간소화를 위한 기술 등은 제공하지 못하고 있어, 모선의 비용 절감과, 수중 로봇의 효율 향상에 의한 인건비 절감을 위한 기술 개발을 필요로 하고 있는 실정이다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저가의 카메라를 통해 작업에 필요한 영상을 구현하고, 입체 음향 효과를 제공하여 음향에 의한 주위 환경을 입체적으로 느낄 수 있도록 하여 조작을 용이하게 함으로써 비숙련자도 조작을 용이하게 수행할 수 있도록 하여, 수중 건설용으로 새롭게 개발되는 경 작업용 원격제어로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle)의 작업 능률과 범위를 현저히 향상시키고, 인건비를 절감시킬 수 있도록 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수중 작업용 원격제어로봇의 제어에 필요한 영상, 음향 및 접촉 신호 등의 신호처리를 로봇과 모선에서 분산 처리하도록 구현하는 것에 의해 모선의 시스템 구성을 최소화 시킬 수 있도록 하여 모선의 용선비를 현저히 절감시킬 수 있도록 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 고화질 카메라를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드 카메라를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리부; 음원의 방향과 크기를 측정하도록 ROV( Remotely Operated Vhicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 입체음향 센서부와, 상기 입체음향 센서부의 센싱 신호에 대응하는 가상 음원 소스의 방향과 크기를 가지는 입체음향을 생성하는 입체음향 시스템부를 포함하는 음향처리부; 및 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 가상 접촉 신호 정보를 제공하는 접촉신호처리부;를 포함하는 멀티미디어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 영상처리부는, ROV의 전방 화면 영상을 제공하는 고화질 카메라부; 상기 ROV의 매니플레이터 작업 영역의 영상을 제공하는 고정초점 카메라부; 상기 ROV의 주변 영상을 제공하는 서라운드뷰 카메라부; 및 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부의 촬영 영상을 전송받아 출력하는 모니터부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고화질 카메라부의 영상은 모선으로 바로 전송되어 영상신호처리가 수행되고, 상기 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부는 상기 ROV에서 영상 신호처리가 수행되는 분산신호처리를 수행하고,
상기 모니터부는 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 출력하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고화질 카메라부는, 고화질 카메라 및 상기 고화질 카메라의 팬(pan)과 틸트(tilt)를 제어하는 고화질 카메라 팬틸트부;를 포함하여 구성되어 상기 고화질 카메라의 영상을 통신케이블을 이용하여 모선의 모니터부로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고정초점 카메라부는, 매니플레이터에 의해 수행되는 작업 영역에 대한 스테레오 영상을 촬영하기 위해 작업 영역에 초점 고정되는 두 대 이상의 모션 비전용 고정 초점 카메라; 상기 고정초점 카메라들의 팬(pan)과 틸트(tilt)를 제어하는 고정 초점 카메라 팬틸트부; 및 상기 고정 초점 카메라와 상기 고정 초점 카메라 팬틸트부의 모선과의 통신을 위한 랜허브(LAN HUB)와 광커넥터를 포함하는 고정초점 카메라부 통신부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉 상기 고정 초점 카메라는 스테레오 카메라로 구성되며,
상기 서라운드뷰 카메라부는, 찰영 영상을 조합하여 주변 영상을 생성하는 두 개 이상의 서라운드뷰 카메라; 및 상기 서라운드뷰 카메라들의 촬영 영상을 디지털 신호로 변환한 후 모선의 모니터부로 전송하도록 디지털 변환기와 이더넷 IF(InterFace)를 포함하는 서라운드뷰 카메라부 통신부;를 포함하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 모니터부는, 상기 고화질 카메라의 촬영 영상데이터를 표시하고 저장하는 고화질 영상 모니터부; 상기 고정 초점 카메라부에 의한 매니플레이터 작업 영역의 영상과 상기 서라운드뷰 카메라부에 의한 ROV 주변 영상을 수신하여 저장하고 제어하는 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부; 상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부에서 출력되는 고정초점 카메라 영상을 출력하는 고정초점영상모니터부; 및 상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부에서 출력되는 서라운드뷰 카메라 영상을 출력하는 서라운드뷰영상모니터부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 입체음향 시스템부는, 상기 ROV에 설치된 입체음향 센서부의 신호처리는 ROV에서 수행하고, 입체음향 출력을 위한 신호처리는 모선에서 처리하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 접촉신호처리부는,
ROV의 센서 정보를 융합하여 센서 정보에 대응하는 상기 가성 접촉 신호 정보를 생성하고, 가상 접촉 신호 정보의 대상물과의 거리와 ROV의 속도(속력 및 이동 방향)에 따라 서로 다른 경고를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 접촉신호처리부는, IMV, DVL, 고도계, 심도계, 다채널근접센서, ROV동작추정부, 위치추정부, 초음파센서부 중 하나 이상을 포함하여 ROV의 주변 장애물을 인식하는 센서부; 상기 ROV의 구동 명령을 분석하여 ROV의 3차원 공간상의 위치를 추정하는 위치추정부; 및 운영자 선택 모니터의 영상에 따른 제어 명령 보정에 의해 모니터 영상의 시각 혼동을 제어하는 모니터영상보정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 가상 접촉 신호를 대응하는 진동, 경고음, GUI 표시 중 하나 이상의 방법으로 운영자에게 전달하는 햅틱부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 상기 멀티미디어부의 감지 신호를 신호 처리한 후 결과 값만을 모선으로 전송하도록 상기 ROV에 구성되는 ROV 시스템제어부, 및 상기 ROV 시스템제어부로부터 전송되는 결과 값을 운영자가 인식하는 신호로 변환하여 출력한 후, 운영자의 제어 입력을 상기 ROV시스템 제어부로 전송하여 ROV를 제어하도록 모선에 설치되는 모선시스템제어부로 분리 구성되는 분산제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 분산배치되는 다수의 추력기를 구비하여, 매니플레이터의 구동력에 의한 ROV의 선체 진동을 상쇄키기 위한 ROV 선체에 대한 롤(Roll)과 피치(Pitch) 제어를 수행하는 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부는, 매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템은, 다운 타임 최소화를 위하여, 전원 계통을 부분 이중화하여 전원을 공급하는 전원이중화부;를 더 포함하고, 멀티미디어부의 영상처리부와 음향처리부와 접촉신호처리부, 분산제어부, 매니플레이터-ROV 선체 협력제어부를 구성하는 각 부품들이 교체 가능한 모듈화 구조로 제작되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법은, 멀티미디어부와 분산제어부와 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부를 포함하는 수중 작용용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법에 있어서, 멀티미디어부의 고화질 카메라부를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라부를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드뷰 카메라부를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리과정; ROV(Remotely Operated Vehicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 센서부에 의해 음원의 방향과 크기를 측정하고, 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 시스템부가 상기 입체음향 센서부의 측정 신호를 수신하여 측정 음원 소스에 대응하는 가상 음원을 생성하는 음향처리과정; 및 접촉신호처리부가 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 접촉 정보를 제공하는 접촉신호처리과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 접촉신호처리과정은 해당 접촉 충격에 대응하는 진동, 경고음, GUI 표시 중 하나 이상의 방법으로 운영자에게 전달하는 햅틱신호를 제공하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법은, 다운 타임 최소화를 위하여, 전원이중화부에 의해 전원 계통을 부분 이중화하여 전원을 공급하고, 멀티미디어부의 영성처리부와 음향처리부와 접촉신호처리부, 분산제어부, 매니플레이터-ROV 선체 협력제어부의 구성을 모듈화하여 제어하는 다운타임최소화과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법은, 매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하는 매니플레이터-ROV선체 협조제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수중 작업용 원격제어로봇의 제어방법은, 상기 입체음향 시스템부가 모선에 설치되어, 입체음향 센서부의 음향 센싱 및 신호처리는 ROV에서 수행되고, 상기 입체음향 출력은 모선에서 분산처리하도록 분산제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수중 작업용 원격제어로봇의 제어방법은, 고화질 카메라를 구비한 고화질 카메라부, 두 개 이상의 상기 고정초점 카메라를 구비한 고정초점 카메라부 및 두 개 이상의 서라운드 카메라를 구비한 서라운드뷰 카메라부에 의한 촬영 영상의 신호처리는 ROV에서 수행되고, 상기 ROV의 전방 화면 영상, 매니플레이터 작업 영역 영상 또는 상기 서라운드 영상을 모선의 모니터부에서 출력하는 분산제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명은, 저가의 카메라를 통해 작업에 필요한 영상을 구현하고, 입체 음향 효과를 제공하여 음향에 의한 주위 환경을 입체적으로 느낄 수 있도록 하여 조작을 용이하게 함으로써 비숙련자도 조작을 용이하게 수행할 수 있도록 하여, 수중 건설용으로 새롭게 개발되는 경 작업용 원격제어로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle)의 작업 능률과 범위를 현저히 향상시키고, 인건비를 절감시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 수중 작업용 원격제어로봇의 제어에 필요한 영상, 음향 및 접촉 신호 등의 신호처리를 로봇과 모선에서 분산 처리하도록 구현하는 것에 의해 모선의 시스템 구성을 최소화 시킬 수 있도록 하여 모선의 용선비를 현저히 절감시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 종래기술의 ROV(10)와 모선(20)으로 구성되는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 블록 구성도.
도 3은 도 2의 멀티미디어부(100)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 4는 도 2의 영상처리부(110)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 5는 도 2의 음향처리부(120)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 6은 분산제어를 위한 멀티미디어부(100)와 분산제어부(300)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 7은 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 블록 구성도.
도 3은 도 2의 멀티미디어부(100)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 4는 도 2의 영상처리부(110)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 5는 도 2의 음향처리부(120)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 6은 분산제어를 위한 멀티미디어부(100)와 분산제어부(300)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도.
도 7은 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예의 설명에서 ROV와 모선은 도 1의 도면 부호를 그대로 사용하여 ROV(20) 모선(10)으로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 블록 구성도이다.
도 2와 같이 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템(1)은 멀티미디어부(100), 다운타임최소화를 위한 전원이중화부(200), 모선의 시스템 부하 절감을 위한 분산제어부(300), 매니플레이터 구동 시의 ROV( Remotely Operated Vhicle, 수중 작업용 원격제어로봇)(20)의 선체 진동 최소화를 위한 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부(400) 및 모선(10)과 ROV(20) 사이의 통신을 위한 통신부(500)를 포함하여 구성된다.
상기 멀티미디어부(100)는 고화질 카메라를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드 카메라를 이용하여 ROV(20)의 주변 영상을 제공한다. 또한, ROV(20) 주변의 음원에 대한 음원의 방향과 크기를 측정하여 지향성 음원신호를 생성하고, 생성된 지향성 음원을 작업자가 ROV(20)의 관점에서 방향과 크기를 인식할 수 있도록 하는 가상음원으로 출력한다. 또한, 상기 멀티미디어부(100)는 ROV(20)의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 접촉 정보를 제공한다.
도 3은 도 2의 멀티미디어부(100)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도이고, 도 4는 도 2의 영상처리부(110)의 상세 구성 및 전송 방식을 나타내는 블록 구성도이다.
도 3과 같이, 상술한 기능 수행을 위한 상기 멀티미디어부(100)는, 영상처리부(110), 음향처리부(120) 및 접촉신호처리부(130)를 포함하여 구성된다.
또한 도 3 및 도 4와 같이, 상기 영상처리부(110)는 고화질카메라부(111), 고정초점 카메라부(112), 서라운드카메라부(113) 및 모니터부(111M)를 포함하여 구성된다. 상술한 구성 중 상기 고화질카메라부(111), 고정초점 카메라부(112), 서라운드카메라부(113)는 ROV(20)에 구성되고, 상기 모니터부(111M)은 모선(10)에 구성된다.
상기 영상처리부(110)은 각 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 상기 고화질카메라부(111)는 ROV(20)의 전방 화면 영상을 제공하는 것으로, 도 4와 같이, 고화질 카메라(111a, HD 카메라)와 상기 고화질 카메라(111a)의 팬(pan)과 틸트(tilt)를 제어하는 고화질 카메라 팬틸트부(111b) 및 랜허브와 광케이블 커넥터를 포함하는 고정초점카메라부통신부(112d)를 포함하여 구성되어, 상기 고화질 카메라(111a)에 의해 촬영된 ROV(20)의 전방 영상(또는 주 영상)을 전용 광케이블(Dedicated Fiber Optic Cable)로 구성되는 통신케이블을 이용하여 모선(10)의 모니터부(111M)로 전송하는 기능을 수행한다.
상기 고정초점 카메라부(112)는, 두 대 이상의 고정 초점 카메라(112a, 112b)와 각각의 고정 초점 카메라의 팬과 틸트를 조절하는 고정초점 카메라 팬틸트부(112c)와 고정초점카메라부통신부(112d)를 포함하여 구성된다.
상기 고정 초점 카메라(112a, 112b)들은 매니플레이터의 의해 수행되는 작업 영역에 초점이 고정되어, 작업 영역을 촬영한 후 각각 합성되는 것에 의해 매니플레이터에 의한 작업 영역에 대한 스테레오 영상을 생성하도록 구성된다.
상기 팬틸트부(111b)는 모선의 운영자의 제어에 의해 상기 팬틸트부를 조작하여 영상의 초점을 맞추는 원격추종과 상기 ROV 자체의 신호처리에 의해 상기 매니플레이터를 자동으로 추종하도록 하는 자동추종을 포함하는 팬틸트의 분산처리를 수행하도록 구성된다.
또한, 상기 고정초점카메라부통신부(112d)는 각각의 고정 초점 카메라(112a, 112b)들의 촬영영상과 하기에 설명될 사라운드뷰 카메라부(113)의 촬영영상을 수신하여 다중화한 후 광케이블을 통해 모선(10)의 모니터부(111M)로 전송하도록 구성된다.
상기 서라운드뷰 카메라부(113)는 저화질 NTSC 방식의 아날로그 카메라인 다수의 서라운드뷰 카메라(113a, 113b)를 디지털 변환기와 이더텟 IF를 장착한 서라운드뷰카메라부통신부(113c)를 통해 네트워크에 바로 접속이 가능하도록 구현한다. 상기 구성의 서라운드뷰 카메라부(113)는 서라운드뷰카메라부통신부(113c)가 고정초점카메라부통신부(112d)와 접속되도록 구성된다.
상기 모니터부(111M)는 고화질 영상모니터부(111c), 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f), 고정초점영상모니터부(113e) 및 서라운드뷰영상모니터부(113d)를 포함하여 구성된다.
상기 고화질 영상모니터부(111c)는 고화질 카메라의 촬영 영상 데이터를 표시하고 저장하도록 구성된다.
상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f)는 상기 고정 초점 카메라부(112)에 의한 매니플레이터 작업 영역의 영상과 상기 서라운드뷰 카메라부(113)에 의한 ROV(20) 주변 영상을 수신하여 저장하고 각각의 영상을 고정초점영상모니터부(113e와 서라운드뷰영상모니터부(113d)로의 분할 출력을 제어하도록 구성된다.
상기 고정초점영상모니터부(113e)는 상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f)에서 출력되는 고정초점 카메라 영상을 출력하도록 구성된다.
상기 서라운드뷰명상모니터부(113e)는 상기 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f)에서 출력되는 서라운드뷰 카메라 영상을 출력하도록 구성된다.
상술한 구성의 모니터부(111M)의 각 구성은 촬영된 영상데이터를 전용 광케이블을 이용하여 고정초점카메라부통신부(112d)를 통해 수신하도록 모선(10)에 구성된다.
상술한 구성에서 상기 영상처리부(110)의 촬영 영상 신호들의 신호처리는 ROV(20) 내에서 신호 처리된 후 결과 값만이 모선(10)의 모니터부(111M)로 전송되어 출력하도록 하는 영상신호처리에 대한 분산제어가 수행된다. 구체적으로, 상기 고화질 영상모니터부(111c), 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부(112f), 고정초점영상모니터부(113e) 및 서라운드뷰영상모니터부(113d)
상기 고화질 카메라부(111)의 영상은 모선으로 바로 전송되어 영상신호처리가 수행되고, 상기 고정초점 카메라부(113) 및 서라운드뷰 카메라부(113) 상기 ROV에서 영상 신호처리가 수행되는 분산신호처리를 수행하고, 상기 모니터부는 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 출력하는 분산제어 구조로 구성된다. 이에 따라, 모선(10)의 영상 신호처리를 위한 시스템 구성을 간소화시킬 수 있게 된다. 상술한 분산 제어는 하기에 설명될 분산제어부(300)에 의해 수행된다.
즉, 상기 영상처리부(110)는 3가지 카메라부 그룹에 의해 고화질 영상을 획득할 수 있도록 한다. 이러한 구성의 이유를 설명하면 다음과 같다.
ROV(20) 작업은 영상에 의하여 가장 많은 정보를 제공받는다. 최근 HD급 카메라가 대중화되었지만. 실제 HD 고화질의 영상을 구현하기 위해서는 카메라 외에 영상의 손실을 최소화하는 전송 방법과 저장 방법을 함께 구현해야 한다. 또한, 적절한 조명의 종류, 장착 위치, 조명의 방향 및 세기 등 수중 고화질 영상을 취득하기 이한 기술적인 조건은 매우 다양하며 까다롭다. 이를 모두 만족할 때 비로소 HD 방송 수준의 영상을 얻을 수 있다. 물론 탁도 등 수중 상태의 조건은 별게의 문제이다. 따라서 다수의 HD 카메라를 장착하는 것은 현실적이지 않다. 이러한 대안으로 본 발명의 실시예에서는 HD 카메라를 구비하는 고화질 카메라부(111) 이외에 추가로 2가지 그룹의 카메라 군을 설정한다. 즉, 고정된 초점을 가지는 소형 고해상도 모션 비젼용 카메라 두 대를 스테레오로 장착한 고정초점 카메라부(112)를 구성하여 수중 작업용으로 사용한다. 수중 작업은 로봇 팔의 작업 범위가 한정되기 때문에 고정된 초점으로 충분히 고화질 영상을 얻을 수 있는 여건이 된다. 상기 모션 비젼용 카메라는 크기가 작고 가볍기 때문에 빠른 팬틸트 조작이 가능하고, 디지털 네트워크에 바로 연결이 되는 Giga 이더넷 인터페이스(IF)를 제공하기 때문에 잡음에 강하다. 이때 모선의 운영자의 제어에 의해 상기 팬틸트부를 조작하여 영상의 초점을 맞추는 원격추종과 상기 ROV 자체의 신호처리에 의해 상기 매니플레이터를 자동으로 추종하도록 하는 자동추종을 포함하는 팬틸트의 분산처리를 수행하도록 구성된다.
그리고 또 하나의 카메라군은 ROV의 자체 상태와 전방을 제외한 주변 상태를 파악하기 위한 카메라로 저화질 NTSC 방식의 아날로그 카메라를 디지털 변환기와 이더텟 IF를 장착하여 네트워크에 바로 접속이 가능하도록 구현한 서라운드뷰 카메라부로 구성한다. 이와 같이 다수의 저화질 카메라에서 생성된 영상은 ROV에서 실시간으로 합성되어 ROV의 주변의 서라운드 뷰(Souround View)를 제공한다. 이상의 3가지 카메라 그룹 및 분산처리 구조는 목적과 성능, 그리고 경제성을 최적화한 구성으로 효과적인 영상 정보를 제공한다. 상기 서라운드뷰 카메라부는 서라운드 영상 생성을 위해 4개 이상의 카메라를 구비하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 도 2의 음향처리부(120)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도이다.
지상의 로봇과는 달리 ROV의 작업은 음향 정보가 전혀 제공되지 않는다. 따라서 운영자는 모든 정보를 시각에 의존하여 받아야 한다. 지금까지의 ROV 운영자는 이와 같은 제어실의 상황을 당연하고 자연스럽게 받아들이지만, 일반적인 텔레-로보틱스(tele-robotics)의 관점에서 볼 때, 이는 매우 이례적인 경우로 볼 수 있으며 비효율적이다. 그 이유로는 수중에는 다양한 작업 음이 존재한다. 추진기의 동작음. 유압 장치의 동작 음, 환경과 접촉에 의한 접촉 음, 여러 대의 장비가 도시에 작업을 하는 경우의 주변의 환경 음도 존재한다. 이러한 환경의 음의 존재는 운영자가 전체 시스템이 정상적인지 또는 비정상적인 상태인지 빠르게 파악할 수 있도록 도와준다. 다만, 수중에서는 음파의 전달 속도가 매우 빠르고 음원의 방향이 직선이 아니기 때문에 수중 음원 방향의 전달을 위해서 알고리즘에 이한 실시간 가공이 필요하다. 따라서 전달하는 음은 완전한 실제음이 아니며, 실제 음의 취득이 목적이 아니므로 실제음을 재생할 필요가 없다. 본 발명의 경우 음향처리부(120)는 운영자가 주변 환경 상황을 파악하는데 도움을 주기 위해 효과적적으로 가공된 입체 음향을 제공하는 것에 있다. 또한, 필요에 따라 설장을 통해 특정 센서의 값을 주기적으로 읽어주는 자이를 제공한다. 이러한 장치는 운영자에게 간헐적으로 또는 필요 시 지속적으로 정보를 제공한다. 한편 상황에 따라 기능이 필요하지 않을 경우 기능을 켜지 않으면 된다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 상기 음향처리부(120)는, 도 5와 같이, 음원에 대한 지향성을 가지고 음원의 방향과 크기를 측정하도록 ROV(20)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서(123a~123d)를 포함하는 입체음향 센서부(121)와, 상기 입체음향 센서부(121)의 센싱 신호에 대응하는 가상 음원 소스의 방향과 크기를 가지는 입체음향을 생성하도록 모선(10)에 설치되는 입체음향 시스템부(125)를 포함하여 구성된다.
상기 입체음향 센서부(121)는 ROV(20)에 설치되는 다수의 음향센서(123a~123d)를 가지는 음향센서어레이(123)를 이용하여 수중 음원(S)에서 발생하는 소리를 센싱한 후, 크기, 센싱 시간 등의 연산처리를 수행함으로써, ROV(20)에 대한 상대적인 음원(S)의 방향과 거리, 소리의 크기 등을 검출한다. 이렇게 입체음향 센서부(121)에 의해 검출된 수중 음원(S)의 소리 정보는 모선(10)의 입체음향 시스템부(125)로 전송된다.
상기 입체음향 시스템부(125)는 각각의 음향센서(123a~123d)의 ROV(20)에 대한 상태 위치에 대응하는 위치에 위치하도록 운영자를 중심으로 배치되는 다수의 스피커(127a~127d)로 구성되는 입체스피커부(127)를 포함하여 구성된다.
상술한 구성의 입체음향 시스템부(125)는 입체음향 센서부(121)에서 전송된 수중 음원(S)의 ROV(20)에 대한 상대적인 위치, 방향 및 크기를 가지는 소리 정보를 운영자 관점에서의 가상 음원(VS)의 위치, 방향 및 크기를 가지는 소리가 되도록 각각의 스피커의 출력을 제어하여 출력하는 것에 의해, ROV(20)에 대한 수중 음원(S)의 위치를 모선에서의 운영자를 대상으로 하는 가상 음원(VS)으로 재생한다. 가상 음원(VS)를 통해 운영자는 ROV(20) 입장에서 수중 음원(S)을 가상적으로 인식할 수 있게 된다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 접촉신호처리부(130)는 IMV, DVL, 고도계, 심도계, 다채널근접센서, ROV동작추정부, 위치추정부, 초음파센서부 중 하나 이상을 포함하여 ROV의 주변 장애물을 인식하는 센서부(130S)와, 상기 ROV의 구동 명령 및 다수의 센서에 의한 접촉 구간과의 거리를 분석하여 ROV의 3차원 공간상의 위치를 추정하는 위치추정부(130L)와, 운영자 선택 모니터의 영상에 따른 제어 명령 보정에 의해 모니터 영상의 시각 혼동을 제어하는 모니터영상보정부(130M)와, 햅틱신호를 발생시키는 햅틱부(130H)를 포함하여 구성된다.
상술한 구성의 접촉신호처리부는, 모선의 운영자의 제어에 의해 상기 팬틸트부를 조작하여 영상의 초점을 맞추는 원격추종과 상기 ROV 자체의 신호처리에 의해 상기 매니플레이터를 자동으로 추종하도록 하는 자동추종을 포함하는 팬틸트의 분산처리를 수행하도록 구성된다.
지상의 많은 로봇 시스템은 영상과 음향 정보를 넘어 접촉에 대한 정보를 제공한다. 단순한 접촉의 여부 또는 접촉하는 힘을 측정하는 센서는 고품질의 제어 결과를 얻기 위해 폭넓게 사용된다. 이러한 정보는 조작 장치에 바로 제공되어 환경의 접촉에 의한 느낌을 조작자에게 제공한다. 이러한 장치를 햅틱 장치라고 한다. 그러나 수중에서 사용이 가능한 접촉 센서 또는 힘 측정 센서는 종류가 다양하지 않고, 대략 수심 100m 이상의 영역에서는 수압의 영향으로 장착되기 어렵거나 매우 고가이다. 한편 ROV와 같이 물속에서 유영하는 수중 로봇은 접촉이 발생할 경우 상당한 손상이 불가피 하기 때문에 운영 중에 접촉을 허용할 수 없다. 그러나 잠수 때 해저면에 닿거나 부상 때 다른 구조물과 충돌하는 경우가 발생하며, 작업 중에 주변 환경과 접촉하는 경우도 발생이 가능하다. 이러한 상황에서 ROV에 주변에 가상의 접촉 구간을 단계별로 설정하고 장착된 다양한 센서를 이용하여 접촉 구간과의 거리를 예측함으로서 운영자에게 단계적인 경고를 줄 수 있다. 가상의 접촉 구간은 3차원 공간에서 설정되며, 경고는 음향, 영상을 통해 전달되고, 특히 햅틱부(130H)의 햅틱 장치를 통해 진동, 경고음, GUI 표시 등의 물리적인 가상의 힘을 구현하여 경보를 전달할 수 있다. 이를 위해 IMU, DVL, 고도계, 심도계, 다채널 근접 장애물 센서 등이 필요하며, 명령에 따른 ROV의 동작을 추정하여 센서 정보의 일시적인 부재를 극복하고 3차원 공간상에서의 위치를 추정한다. 이를 위해 다양한 확률적인 추정 및 예측 알고리즘이 적용된다.
또한 상기 모니터영상보정부(130M)는 운영자가 선택한 모니터의 영상에 따른 제어 명령을 보정하는 기법을 적용하여 모니터에서 본 시각에 따른 혼동을 제거하는 방법을 적용한다. 이러한 방법은 운영자가 작업 효율을 높이고 실수를 예방한다.
이와 같이 다양한 방법을 통하여 다양한 정보를 수집하고 가공하여 궁극적으로 작업자의 효율을 높이는 방향으로 사용되며, 작업자가 보다 쉽고 편하고 안전하게 작업을 수행함으로서 전체적인 작업 능률을 향상하는 것에 기여할 수 있게 된다.
도 6은 분산제어를 위한 멀티미디어부(100)와 분산제어부(300)의 상세 구성을 나타내는 블록 구성도이다.
ROV의 비용 절감을 위한 방법으로 모선의 비용을 절감하는 것도 포함되며, 선상 제어실 설계도 비용 절감의 매우 중용한 요소로 작용한다. 따라서 효율적인 선상제어실의 구성에 따라 모선 선택의 폭을 보다 유연하게 할 수 있다. 선상 제어실은 하드웨어적인 규모와 운영자의 수에 의한 규모가 중요한 설계 요소가 된다.
선상 제어실의 구성 요소 중에 큰 비중은 ROV(20)에서 전달되는 다양한 센서 데이터의 처리를 위한 통신 및 컴퓨터 시스템에 있다. 지금까지 통상적인 ROV는 모든 센서 데이터를 선상 시스템에 집중하여 처리하는 방식이다. 중앙 집중에 의한 수월한 데이터 처리, 유지 보수의 간편함, 그리고 광통신에 의한 무시할 만한 정도의 통신 시간 지연으로 인하여 변경의 필요성을 느끼지 못하고 있다. 그러나 다수의 데이터가 전송되는 독립적인 직렬 통신 장치로 인하여 광모뎀에서 다수의 직렬통신 포트를 확보해야 하며 컴퓨터에서 직렬 통신의 부담을 덜기 위해 직렬통신 서버를 별도로 두는 것이 통상적이며, 이에 따라 모선의 하드웨어 시스템의 구성이 복잡해지고 과도한 비용이 소요되어 비용 절감을 이루지 못하였다.
따라서 본 발명에서는 최근 널리 사용되는 고성능 마이크로프로세서인 ARM과 FPGA의 기술을 기반으로 다수의 직렬통신을 사용하는 센서를 ROV(20)에서 처리하고, 선택된 데이터만을 모선(10) 상에서 처리함으로써 컴퓨팅 자원의 위치를 분산하고 가상적으로 데이터를 통합하도록 하는 분산제어구조를 가지는 분산제어부(300) 도 6과 같이 설계하였다.
즉, 상기 분산제어부(300)는 접촉센서부(130)와 영상처리부(110)의 데이터를 처리하기 위하여 고성능 마이크로프로세서인 ARM과 FPGA의 기술을 기반으로 다수의 직렬통신을 사용하도록 ROV(20)에 ROV신호처리부(355)와 ROV신호처리부(355)에서 선택되어 전송되는 데이터만을 신호처리하도록 모선(10)에 설치되는 모선시스템제어부(310)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 접촉센서부(130)와 영상처리부(110)는 ROV신호처리부(355)에 기가랜 기반으로 데이터를 전송하도록 구성된다. 또한 상기 ROV신호처리부(355)와 모선시스템제어부(310)는 랜허브와 광전변화기를 가지는 ROV통신부(351)를 모선(10)과 광케이블로 연결하여 통신을 수행할 수 있도록 구성된다.
상술한 도 6의 구성과 같이, 상기 분산제어부(300)는 ROV(20)의 하위네트워크는 EtherCAT 기반으로 설계되며, 부하에 따라 복수의 하위네트워크 구조를 가진다. 각 네트워크에 할당된 센서는 상호보완적인 센서로 그룹하여 만약 하나의 네트워크에 이상이 발생하여도 ROV의 최소 기능을 유지할 수 있도록 위험을 분산하는 구조로 설계되었다. 이러한 방법의 유지보수에 대한 측면으로 모선 상 시스템인 모선시스템제어부(310)에서 네트워크를 통해 ROV(20)에 대한 유지보수가 가능하다. 또한, 고성능 마이크로 프로세스의 외형이 매우 작기 때문에 ROV(20)에 장착하여도 ROV(20)의 하드웨어 구조에 거의 부담을 주지 않으면서 모선시스템제어부(310)의 과도한 통신 부담과 데이터 처리 부담을 경감하여 모선(10)의 제어실 내부의 복잡한 환경을 단순화할 수 있다는 장점이 있다. 실제 이러한 경우 통상적으로 사용하는 광통신 모뎀과 Mux, 각각의 직렬 장치를 변화하는 다수의 광통신 서브(sub) 보드를 제거할 수 있고 대신 LAN 통신 기반의 모든 장치를 물리적인 광 회선을 사용하는 것으로 해석하여 설계할 수 있다. 따라서 모선(10)의 제어실은 ROV(10)의 제어를 위한 필수적인 장비만으로 구축할 수 있고, 모든 시스템의 관리는 원격으로 진행이 가능하여 진정한 분산 시스템의 구현이 가능하다. 이에 따라 모선(10)의 시스템 구성을 위한 하드웨어 적인 비용을 현저히 절감할 수 있도록 한다.
다음으로 도 1의 상기 전원이중화부(200)는 다운타임의 최소화를 위한 구성 중 하나이다.
ROV(20)의 작업 현장에서 시스템이 기능을 정지하는 다운 시간 (down time)은 손실 비용과 신뢰도 면에서 매우 중요한 의미를 가진다. 따라서 최근의 모든 ROV와 작업 현장에서 다운 시간을 최소화하기 위한 절차를 마련하고 이를 보증하기 위한 다양한 검증을 요구한다. 특히 ROV(20)의 고장 발생 때 60분 이내의 고장 복구 보장이 대표적인 예라고 할 수 있다. 실제 현장에서 60분 이내의 고장을 복구하기 위해서는 5-10분 이내의 고장의 원인을 파악하고, 해당 부분의 부품을 즉각 교체하는 것이 가능하여야 한다. 이를 위해서 실시간 고장 진단 기능이 가능해야 하며 모든 부품이 모듈화되어 있어야 하고 현장에서 간단하게 교체가 가능해야 한다. 이에 따라 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템(1)의 모든 구성은 실시간 고장 진단이 가능하고, 모든 부품이 모듈화되어 있으며, 현장에서 간단하게 교체할 수 있도록 구성된다.
또한, 다운 시간을 최소화하는 방안으로 위의 기본적인 조건이외에 전원 계통의 부분 이중화 방안이 있다. 상기 전원이중화부(200)는 한쪽 부분의 전원 시스템 고장에 전체 30%이상의 최소 전원의 투입이 가능하도록 구성된다. 또한 일부 모듈의 10%를 시스템 내부에 확보하여 단순 고장인 경우 압력 용기의 분해 조립 없이 바로 확보된 경로에 커넥터를 체결함으로써 문제를 해결할 수 있도록 구성된다.
다음으로 도 1의 매니플레이터-ROV선체 협조제어부(400)는 매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하도록 구성된다. 상기 추력기는 수직면에 4개, 수평면에 4개가 구성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
비용 절감을 위해 ROV(20)의 선체 규모를 줄일 경우 발생하는 문제 중에 가장 심각한 것이 매니퓰레이터의 작업 중에 선체가 많이 흔들린다는 것이다. 이는 매니퓰레이터를 이용한 정밀 작업의 성패와 작업 시간측면에서 매우 부정적이기 때문에 다양한 제어기술로 해결을 하고자 한다. 본 발명에서는 ROV(20)에서는 수직운동에 필요한 추력을 용량이 작은 4대의 수직 추진기로 확보하고 분산 배치하여 롤(Roll)과 피치(Pitch)의 가제어성을 확보하였다. 또한 매니퓰레이터의 작업에 의하여 선체가 흔들리는 것을 감지하여 제어하는 것 보다 사전에 매니퓰레이터의 명령을 해석하고 이를 통해 선체가 움직이는 것을 미리 추정하여 선체를 제어하는 추측(predictive control)기법 등을 적극적으로 포함한 고급 제어 기법을 적용하였다. 이를 통해 경작업용 ROV에서 중간 작업용 ROV의 작업 성능을 가능하게 할 수 있었다.
도 7은 본 발명의 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법은, 멀티미디어부와 분산제어부와 매니플레이트-ROV 선체 협조제어부를 포함하는 수중 작용용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법으로서, 멀티미디어부의 고화질 카메라부를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라부를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드뷰 카메라부를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리과정(S100)과, ROV(Remotely Operated Vehicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 센서부에 의해 음원에 대한 지향성을 가지고 음원의 방향과 크기를 측정하고, 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 시스템부가 상기 입체음향 센서부의 측정 신호를 수신하여 측정 음원 소스에 대응하는 가상 음원을 생성하는 음향처리과정(S200) 및 접촉신호처리부가 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 접촉 정보를 제공하는 접촉신호처리과정(S300)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법은, 다운 타임 최소화를 위하여 전원이중화부에 의해 전원 계통을 부분 이중화하여 전원을 공급하는 과정과, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법은, 멀티미디어부의 영성처리부와 음향처리부와 접촉신호처리부, 분산제어부, 매니플레이트-ROV 선체 협력제어부의 구성을 모듈화하여 제어하는 과정을 선택적으로 수행하는 다운타임최소화과정(S400)을 더 포함하여 구성된다.
또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법은, 매니플레이트의 구동 이전에 매니플레이트의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하는 매니플레이트-ROV선체 협조제어과정(S500)을 더 포함하여 구성된다.
또한, 상기 수중 작업용 원격제어로봇의 제어방법은, 상기 입체음향 시스템부가 모선에 설치되어, 입체음향 센서부의 음향 센싱 및 신호처리는 ROV에서 수행되고, 상기 입체음향 출력은 모선에서 분산처리하도록 분산제어과정(S600)을 더 포함하여 구성된다.
상기 분산제어과정(S600)은, 고화질 카메라를 구비한 고화질 카메라부, 두 개 이상의 상기 고정초점 카메라를 구비한 고정초점 카메라부 및 두 개 이상의 서라운드 카메라를 구비한 서라운드뷰 카메라부에 의한 촬영 영상의 신호처리는 ROV에서 수행되고, 상기 ROV의 전방 화면 영상, 매니플레이트 작업 영역 영상 또는 상기 서라운드 영상을 모선의 모니터부에서 출력하는 과정을 더 포함하여 구성된다.
1: 수중 작업용 원격제어로봇 시스템
10: 모선
20: ROV
100: 멀티미디어부
110: 영상처리부 111: 고화질 카메라부
111a: 고화질 카메라 111b: 고화질카메라 팬틸트부
111M: 모니터부
112: 고정초점 카메라부 112a, 112b: 고정초점 카메라
112c: 고정초점카메라 팬틸트부 112d: 고정초점카메라부통신부
112e: 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부
113: 서라운드뷰 카메라부 113a, 113b: 서라운드카메라
113c: 서라운드카메라부 통신부 113d: 서라운드뷰영상모니터부
113e: 고정초점영상모니터부
120: 음향처리부
121: 입체음향센서부 123: 음향센서어레이
123a~123d: 음향센서 S: 음원
125: 입체음향 시스템부 127: 입체스피커부
127a~127d: 스피커 VS: 가상 음원
130: 접촉신호처리부
130H: 햅틱부 130S: 접촉센서부
130L: 위치추정부 130M: 모니터영상보정부
200: 전원이중화부
300: 분산제어부
310: 모션시스템제어부 350: ROV시스템제어부
351: ROV시스템통신부
500: 통신부
20: ROV
100: 멀티미디어부
110: 영상처리부 111: 고화질 카메라부
111a: 고화질 카메라 111b: 고화질카메라 팬틸트부
111M: 모니터부
112: 고정초점 카메라부 112a, 112b: 고정초점 카메라
112c: 고정초점카메라 팬틸트부 112d: 고정초점카메라부통신부
112e: 고정초점 및 서라운드 영상 모니터링 제어부
113: 서라운드뷰 카메라부 113a, 113b: 서라운드카메라
113c: 서라운드카메라부 통신부 113d: 서라운드뷰영상모니터부
113e: 고정초점영상모니터부
120: 음향처리부
121: 입체음향센서부 123: 음향센서어레이
123a~123d: 음향센서 S: 음원
125: 입체음향 시스템부 127: 입체스피커부
127a~127d: 스피커 VS: 가상 음원
130: 접촉신호처리부
130H: 햅틱부 130S: 접촉센서부
130L: 위치추정부 130M: 모니터영상보정부
200: 전원이중화부
300: 분산제어부
310: 모션시스템제어부 350: ROV시스템제어부
351: ROV시스템통신부
500: 통신부
Claims (16)
- 고화질 카메라를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드 카메라를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리부;
음원의 방향과 크기를 측정하도록 ROV( Remotely Operated Vhicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 입체음향 센서부와, 상기 입체음향 센서부의 센싱 신호에 대응하는 가상 음원 소스의 방향과 크기를 가지는 입체음향을 생성하는 입체음향 시스템부를 포함하는 음향처리부; 및
상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하여 단계별 가상 접촉 신호 정보를 제공하는 접촉신호처리부;
를 포함하는 멀티미디어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 영상처리부는,
ROV의 전방 화면 영상을 제공하는 고화질 카메라부;
상기 ROV의 매니플레이터 작업 영역의 영상을 제공하는 고정초점 카메라부;
상기 ROV의 주변 영상을 제공하는 서라운드뷰 카메라부; 및
모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부의 촬영 영상을 전송받아 출력하는 모니터부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 고화질 카메라부의 영상은 모선으로 바로 전송되어 영상신호처리가 수행되고, 상기 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부는 상기 ROV에서 영상 신호처리가 수행되는 분산신호처리를 수행하고, 상기 모니터부는 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 출력하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 2에 있어서, 상기 고정초점 카메라부는,
매니플레이터에 의해 수행되는 작업 영역에 대한 스테레오 영상을 촬영하기 위해 작업 영역에 초점 고정되는 두 대 이상의 모션 비전용 고정 초점 카메라;
상기 고정초점 카메라들의 팬(pan)과 틸트(tilt)를 제어하는 고정 초점 카메라 팬틸트부; 및
상기 고정 초점 카메라와 상기 고정 초점 카메라 팬틸트부의 모선과의 통신을 위한 랜허브(LAN HUB)와 광커넥터를 포함하는 고정초점 카메라부 통신부;를 포함하여 구성되어,
모선의 운영자의 제어에 의해 상기 팬틸트부를 조작하여 영상의 초점을 맞추는 원격추종과 상기 ROV 자체의 신호처리에 의해 상기 매니플레이터를 자동으로 추종하도록 하는 자동추종을 포함하는 팬틸트의 분산처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 2에 있어서, 상기 서라운드뷰 카메라부는,
ROV의 주변 상황 파악을 수행하기 위하여 사라운드 영상을 생성하는 두 개 이상의 서라운드뷰 카메라; 및
상기 서라운드뷰 카메라의 촬영 영상을 디지털 신호로 변환하여 서라운드 영상으로 합성한 후, 모선의 모니터부로 전송하도록 디지털 변환기와 이더넷 IF(InterFace)를 포함하는 서라운드뷰 카메라부 통신부;를 포함하는 분산제어 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 접촉신호처리부는,
ROV의 센서 정보를 융합하여 센서 정보에 대응하는 상기 가성 접촉 신호 정보를 생성하고, 가상 접촉 신호 정보의 대상물과의 거리와 ROV의 속도(속력 및 이동 방향)에 따라 서로 다른 경고를 출력하는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 6에 있어서, 상기 접촉신호처리부는,
IMV, DVL, 고도계, 심도계, 다채널근접센서, ROV동작추정부, 위치추정부, 초음파센서부 중 하나 이상을 포함하여 ROV의 주변 장애물을 인식하는 센서부;
상기 ROV의 구동 명령을 분석하여 ROV의 3차원 공간상의 위치를 추정하는 위치추정부; 및
운영자 선택 모니터의 영상에 따른 제어 명령 보정에 의해 모니터 영상의 시각 혼동을 제어하는 모니터영상보정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 6에 있어서, 상기 접촉신호처리부는,
상기 가상 접촉 신호를 대응하는 진동, 경고음, GUI 표시 중 하나 이상의 방법으로 운영자에게 전달하는 햅틱부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 멀티미디어부의 감지 신호를 신호 처리한 후 결과 값만을 모선으로 전송하도록 상기 ROV에 구성되는 ROV 시스템제어부, 및
상기 ROV 시스템제어부로부터 전송되는 결과 값을 운영자가 인식하는 신호로 변환하여 출력한 후, 운영자의 제어 입력을 상기 ROV시스템 제어부로 전송하여 ROV를 제어하도록 모선에 설치되는 모선시스템제어부로 분리 구성되는 분산제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
분산배치되는 다수의 추력기를 구비하여, 매니플레이터의 구동력에 의한 ROV의 선체 진동을 상쇄키기 위한 ROV 선체에 대한 롤(Roll)과 피치(Pitch) 제어를 수행하는 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 9에 있어서, 상기 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부는,
매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 다운 타임 최소화를 위하여,
전원 계통을 부분 이중화하여 전원을 공급하는 전원이중화부;를 더 포함하고, 멀티미디어부의 영상처리부와 음향처리부와 접촉신호처리부, 분산제어부, 매니플레이터-ROV 선체 협력제어부를 구성하는 각 부품들이 교체 가능한 모듈화 구조로 제작되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템.
- 멀티미디어부와 분산제어부와 매니플레이터-ROV 선체 협조제어부를 포함하는 수중 작용용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법에 있어서,
멀티미디어부의 고화질 카메라부를 이용하여 전방 시야 영상을 제공하고, 고정 초점 카메라부를 이용하여 작업 영역에 대한 영상을 제공하며, 서라운드뷰 카메라부를 이용하여 ROV의 주변 영상을 제공하는 영상처리과정;
ROV(Remotely Operated Vehicle, 수중 작업용 원격제어로봇)의 외측면에 장착되는 다수의 음향센서를 포함하는 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 센서부에 의해 음원의 방향과 크기를 측정하고, 멀티미디어부의 음향처리부의 입체음향 시스템부가 상기 입체음향 센서부의 측정 신호를 수신하여 측정 음원 소스에 대응하는 가상 음원을 생성하는 음향처리과정; 및
접촉신호처리부가 ROV의 센서를 이용하여 상기 ROV의 주변 장애물의 위치를 감지하고, ROV의 센서 정보를 융합하여 센서 정보에 대응하는 상기 가성 접촉 신호 정보를 생성하며, 상 접촉 신호 정보의 대상물과의 거리와 ROV의 속도(속력 및 이동 방향)에 따라 단계별 접촉 경고 출력하는 접촉신호처리과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법.
- 청구항 13에 있어서, 상기 접촉신호처리과정은,
해당 접촉 충격에 대응하는 진동, 경고음, GUI 표시 중 하나 이상의 햅틱신호를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어방법.
- 청구항 13에 있어서,
매니플레이터의 구동 이전에 매니플레이터의 구동 명령을 해석하여 ROV 선체의 움직임을 추정한 후에, 상기 추정된 움직임을 상쇄시키도록 상기 다수의 추력기를 제어하는 매니플레이터-ROV선체 협조제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법.
- 청구항 13에 있어서,
상기 고화질 카메라부의 영상은 모선으로 바로 전송되어 영상신호처리가 수행되고, 상기 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부는 상기 ROV에서 영상 신호처리가 수행되는 분산신호처리를 수행하고,
상기 모니터부는 모선에 설치되어 상기 고화질 카메라부, 고정초점 카메라부 및 서라운드뷰 카메라부에서 신호처리된 영상데이터를 수신하여 출력하는,
분산제어과정;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 작업용 원격제어로봇 시스템의 제어 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140075790A KR20150145590A (ko) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140075790A KR20150145590A (ko) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150145590A true KR20150145590A (ko) | 2015-12-30 |
Family
ID=55087960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140075790A KR20150145590A (ko) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | 수중 작업용 원격제어로봇 시스템 및 그 제어 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150145590A (ko) |
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