KR-20260061678-A - An Underwater drone work management system

Abstract

본 발명은 수중드론을 활용한 해양 작업에 대해 관리하는 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 해양 작업시 모선과 수중드론 간을 연결하는 케이블에 대해 수중드론의 이동에 따른 케이블 공급 및 장력 조절을 위한 케이블공급부의 신규 구조를 제시하며 특히, 파랑에 의한 모선의 높낮이 변화에도 수중드론에 케이블을 공급하는 피딩롤러의 위치 변화는 최소화시킴으로써 케이블의 장력을 보다 효과적으로 유지시킬 수 있게 하고 또한, 파랑에 의한 모선의 높낮이 변화에도 불구하고 수중드론의 이동에 따른 케이블 길이변화에 대응하는 케이블 장력 조절 및 케이블공급부 내에서의 케이블 장력 조절이 효과적으로 이루어질 수 있도록 제어할 수 있는 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템에 관한 것이다.

Inventors

• 남건우

Assignees

• 주식회사 아이쉐어넷

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (5)

1. 수중에서 해양 작업을 수행하는 수중드론; 모선에 위치하며, 상기 수중드론에 연결된 케이블의 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 케이블공급부; 및 상기 수중드론 및 케이블공급부에 대한 작업 제어를 수행하는 제어부;를 포함하며, 상기 케이블공급부는, 수중드론에 연결된 케이블에 대한 메인 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 메인와인딩롤러와, 상기 메인와인딩롤러와 수중드론 사이에서 공급되는 케이블에 대해 보조 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 피딩롤러와, 상기 메인와인딩롤러와 피딩롤러 사이에서 공급되는 케이블에 대한 지지 기능을 수행하는 가이딩롤러와, 상기 피딩롤러를 지지하면서 파랑에 의한 모선의 높낮이 변화에 대응하여 움직이면서 일정 수준의 파랑에도 피딩롤러의 위치 변화를 최소화시키는 피딩롤러암을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 피딩롤러암이 파랑에 의한 모선의 높낮이 변화에 대응하여 움직이는 측정값을 기반으로 피딩롤러를 제어하여 피딩롤러를 통해 공급되는 케이블에 대한 보조 공급 및 장력 조절 제어를 수행하는 피딩롤러제어모듈을 포함하고, 상기 피딩롤러제어모듈은, 일정 시간 동안 상기 피딩롤러암이 파랑에 의한 모선의 높낮이 변화에 대응하여 움직이는 각도에 대한 센싱값을 기반으로 기준값을 설정하는 기준값설정모듈과, 상기 피딩롤러암이 움직이는 각도가 상기 기준값에서 설정된 범위를 초과하여 당겨지는 경우 피딩롤러에 권취된 케이블을 권출시켜 공급하는 피딩롤러권출모듈과, 상기 피딩롤러암이 움직이는 각도가 상기 기준값에서 설정된 범위보다 일정 수준 이하로 낮게 유지되는 경우 피딩롤러를 통해 케이블을 권취시켜 케이블의 장력을 일정 수준으로 유지시키는 피딩롤러권취모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 가이딩롤러에 가해지는 케이블에 의한 압력값을 기반으로 메인와인딩롤러를 제어하여 메인와인딩롤러를 통해 공급되는 케이블에 대한 메인 공급 및 장력 조절 제어를 수행하는 메인와인딩롤러제어모듈을 추가로 포함하고, 상기 메인와인딩롤러제어모듈은 일정 시간 동안 상기 가이딩롤러에 가해지는 케이블에 의한 압력값을 기반으로 제2기준값을 설정하는 제2기준값설정모듈과, 상기 가이딩롤러에 가해지는 케이블에 의한 압력값이 상기 제2기준값에서 설정된 범위를 초과하여 가해지는 경우 메인와인딩롤러에 권취된 케이블을 권출시켜 공급하는 메인와인딩롤러권출모듈과, 상기 가이딩롤러에 가해지는 케이블에 의한 압력값이 상기 제2기준값에서 설정된 범위보다 일정 수준 이하로 낮게 측정되는 경우 메인와인딩롤러를 통해 케이블을 권취시켜 케이블의 장력을 일정 수준으로 유지시키는 메인와인딩롤러권취모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 피딩롤러 및 메인와인딩롤러 상호 간의 작동 관계 정보를 기반으로 수중드론을 활용한 해양 작업의 위험도를 예측,산정하여 제공하는 위험도산정모듈을 추가로 포함하고, 상기 위험도산정모듈은, 상기 피딩롤러의 동작 없이 메인와인딩롤러만이 동작되는 비율 및 이때 메인와인딩롤러에서 권취 또는 권출되는 케이블 길이 정보를 기반으로 기존 해양 작업 DB와 대비하여 해양 작업시 사고 발생 가능성을 예측,제시하는 사고위험도예측모듈과, 상기 피딩롤러 및 메인와인딩롤러가 동시에 동작하는 경우에 있어서 각각 피딩롤러 및 메인와인딩롤러에서 권취 또는 권출되는 케이블 길이가 달라지는 정보를 기반으로 기존 해양 작업 DB와 대비하여 수중드론 케이블 엉킴사고 발생 가능성을 예측,제시하는 케이블위험도예측모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 수중드론에서 측정되는 케이블의 장력, 방향, 유속 및 상기 피딩롤러에서 측정되는 케이블의 길이 정보를 기반으로 수중드론의 위치를 설정하는 수중드론위치설정모듈을 추가로 포함하고, 상기 수중드론위치설정모듈은, 상기 피딩롤러에서 측정되는 케이블의 길이 정보를 기반으로 수중드론과 피딩롤러 사이 케이블의 전체 길이를 측정하는 케이블길이산정모듈과, 상기 수중드론의 움직임 방향 및 수중드론에서 측정되는 케이블의 방향 정보를 기반으로 피딩롤러를 기준으로 한 수중드론의 방향을 설정하는 방향설정모듈과, 상기 수중드론에서 측정되는 케이블의 장력과 유속 및 상기 케이블길이산정모듈에서 측정된 케이블 전체 길이를 기반으로 수중에서의 케이블의 형태를 산정하는 케이블형태산정모듈과, 상기 방향설정모듈에서 설정된 수중드론의 방향 정보 및 상기 케이블형태산정모듈에서 산정된 수중 케이블의 형태 정보를 기반으로 수중드론의 위치를 정확하게 설정하는 종합설정모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템.

Description

수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템{An Underwater drone work management system} 본 발명은 수중드론을 활용한 해양 작업에 대해 관리하는 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 해양 작업시 모선과 수중드론 간을 연결하는 케이블에 대해 수중드론의 이동에 따른 케이블 공급 및 장력 조절을 위한 케이블공급부의 신규 구조를 제시하며 특히, 파랑에 의한 모선의 높낮이 변화에도 수중드론에 케이블을 공급하는 피딩롤러의 위치 변화는 최소화시킴으로써 케이블의 장력을 보다 효과적으로 유지시킬 수 있게 하고 또한, 파랑에 의한 모선의 높낮이 변화에도 불구하고 수중드론의 이동에 따른 케이블 길이변화에 대응하는 케이블 장력 조절 및 케이블공급부 내에서의 케이블 장력 조절이 효과적으로 이루어질 수 있도록 제어할 수 있는 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템에 관한 것이다. 일반적으로 드론(Drone)은 무인기를 뜻하는 용어로서, 사람이 탑승하지 않고 외부의 조종에 의해 하늘을 나는 비행체로 널리 알려졌었으나, 최근에는 하늘을 나는 것에 국한되지 않고, 바다위를 주행하거나 바다 속을 잠수하는 형태로 이른바 '수중드론'이 개발되고 있다. 최근, 이러한 드론은 무인 이동장치의 플랫폼 개념으로 이해하는 것이 올바르며, 앞으로 드론을 이용한 다양한 분야에 활용될 수 있음은 물론이다. 특히 수중드론은 해양에서 해양관측, 인명구조, 수중탐사, 수온, 수심, 유속, 염분, 미생물과 같은 해양환경을 측정할 수 있고, 기상이변을 예측하거나, 어류의 이동을 확인하는 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 수중드론이 수면이 아닌, 일정한 수심 이하의 물 속에서 작업을 하게 되면 GPS 등으로 수중드론의 위치를 파악하는 것은 어렵기 때문에, 실제 수중에서 작업하는 수중드론의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 기술이 필요하며 또한, 수중드론에 연결된 (엄빌리컬)케이블의 경우 항상 일정한 텐션을 유지하지 못하게 되면 수중드론의 작업 중에 연결된 케이블이 꼬이거나 손상되는 등의 문제가 발생될 수 있다. <특허문헌> 국내등록특허 제10-2488040호(2023.01.11.공고) "수중드론을 이용한 엄빌리컬 케이블 엉킴방지장치" 상기 <특허문헌> 에 개시된 선행기술의 경우, 수중드론의 작업 과정에서 수중드론에 연결된 케이블이 일정 위치에서 이탈되는 것 방지 내지는 손상되는 것을 방지함과 아울러, 수중드론에 연결된 케이블의 길이를 수중드론의 움직임에 따라 조절함으로써 케이블에 일정 텐션을 유지시켜 꼬임을 방지할 수 있게 하는 것에 관한 기술적 사상을 개시하고 있는 것으로, 다만 이를 위한 과제해결원리로는 케이블 중간에 형성된 별도의 케이블 조절장치와 감지장치를 통한 구조적 해결원리를 제시하고 있을 뿐이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 구성도 도 2는 제어부의 세부 구성도 도 3은 본 발명에서 수중드론과 케이블공급부 사이 연결관계 참고도 도 4는 본 발명에서 수중드론과 케이블공급부 사이 연결관계 측면도 이하에서는 본 발명에 따른 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 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 의미하며, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 도 1 등을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중드론을 활용한 해양 작업 관리시스템은, 수중에서 해양 작업을 수행하는 수중드론(10); 모선에 위치하며, 상기 수중드론(10)에 연결된 케이블(20)의 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 케이블공급부(30); 및 상기 수중드론(10) 및 케이블공급부(30)에 대한 작업 제어를 수행하는 제어부(50);를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 해양 작업시 모선과 수중드론(10) 간을 연결하는 케이블(20)에 대해 수중드론의 이동에 따른 케이블 공급 및 장력 조절을 위한 상기 케이블공급부(30)의 신규 구조 및 이를 활용한 효과적인 제어기술을 제시하는 것이 특징인 바, 이하에서 상세히 설명하도록 한다. 상기 수중드론(10)은 수중에서 해양 작업을 수행하는 무인 이동 및 작업 수행 장치의 개념으로 이해하는 것이 올바르며, 다양한 분야 작업에 활용될 수 있음은 물론이다. 특히, 수중드론은 해양에서 해양관측, 인명구조, 수중탐사, 수온, 수심, 유속, 염분, 미생물과 같은 해양환경을 측정할 수 있고, 기상이변을 예측하거나, 어류의 이동을 확인하는 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다. 상기 수중드론에는 전력 공급, 정보 송수신 등을 위한 케이블(20)이 모선(수중드론의 작업을 제어하는 기능 수행)과 연결되게 되는데, 특히 상기 케이블(20)은 엄빌리컬 케이블(Umbilical cable)이 활용될 수 있는데, 엄빌리컬 케이블은 해양플랜트공학에 사용되는 복합케이블로 정의되며, 해양플랜트, 에너지 탐사 및 시추용, 무인잠수정용, 수중드론용 등으로 사용된다. 예를 들어, 엄빌리컬 케이블은 모선과 수중드론(10) 사이에 연결되어 수중드론(10)으로 전원 등을 공급하거나 모선과 수중드론(10) 사이의 통신선로 기능을 수행한다. 특히 엄빌리컬 케이블이 동적 움직임이 많은 수중드론(10) 등에 운용되는 경우 엄빌리컬 케이블의 엉킴 현상이 빈번하게 발생하고 이로 인해 엄빌리컬 케이블을 통한 통신의 불량 또는 엄빌리컬 케이블의 손상 문제가 발생할 가능성이 높다. 이하에서는 '케이블'이라고 통칭하도록 한다. 상기 케이블공급부(30)는 모선에 위치하며, 상기 수중드론(10)에 연결된 케이블(20)의 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 구성으로, 특히, 파랑에 의한 (케이블공급부(30)가 위치하는)모선의 높낮이 변화에도 능동적으로 대응하면서 케이블 공급 및 장력 조절을 효과적으로 수행할 수 있게 하는 새로운 구조를 제시하고 있는 것이 특징인 바, 이를 위해 상기 케이블공급부(30)는 보다 구체적으로, 수중드론(10)에 연결된 케이블(20)에 대한 메인 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 메인와인딩롤러(310)와, 상기 메인와인딩롤러(310)와 수중드론(10) 사이에서 공급되는 케이블(20)에 대해 보조 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 피딩롤러(320)와, 상기 메인와인딩롤러(310)와 피딩롤러(320) 사이에서 공급되는 케이블(20)에 대한 지지 기능을 수행하는 가이딩롤러(330)와, 상기 피딩롤러(320)를 지지하면서 파랑에 의한 모선의 높낮이 변화에 대응하여 움직이면서 일정 수준의 파랑에도 피딩롤러(320)의 위치 변화를 최소화시키는 피딩롤러암(340)을 포함할 수 있다. 상기 메인와인딩롤러(310)는 수중드론(10)에 연결된 케이블(20)에 대한 메인 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 구성으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 수중드론(10)에 연결되는 케이블(20)을 권취하고 있다가 수중드론(10)의 작업 중 이동 등에 연동하여 케이블(20)을 공급하는 메인 공급 기능 및 공급되는 케이블(20)의 장력을 유지시키는 조절 기능을 후술할 제어부(50)의 제어하에 수행할 수 있다. 상기 메인와인딩롤러(310)에는 별도의 모터가 연결되어 있어 메인와인딩롤러(310)에서의 케이블(20) 권취와 권출 등에 필요한 구동력을 제공할 수 있으며 또한, 케이블(20)의 장력을 측정할 수 있는 센서 등이 포함될 수 있다. 상기 피딩롤러(320)는 상기 메인와인딩롤러(310)와 수중드론(10) 사이에서 공급되는 케이블(20)에 대해 보조 공급 및 장력 조절 기능을 수행하는 구성으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 메인와인딩롤러(310)와 수중드론(10) 사이의 케이블(20)이 양자 간에 직접 연결되는 것이 아닌, 양자 사이에서 상기 피딩롤러(320)가 위치하여 공급되는 케이블(20)에 대한 보조 공급 기능 및 공급되는 케이블(20)의 장력을 유지시키는 조절 기능을 후술할 제어부(50)의 제어하에 수행할 수 있도록 한다. 이를 통해 긴 길이에 걸쳐 운용되는 케이블(20)이 상기 메인와인딩롤러(310)로부터 직접 수중드론(10)에 직결되는 것이 아닌, 상기 피딩롤러(320)를 거쳐 공급되도록 함으로써 피딩롤러(320)와 수중드론(10) 사이에서는 수중드론(10)의 움직임(이동)에 따른 케이블(20)의 공급 조절 및 장력 조절에 주안을 둔 제어가 이루어지고, 피딩롤러(320)와 메인와인딩롤러(310) 사이에서는 파랑 등에 의한 모선의 움직임 등의 변수에 의한 영향을 최소화하는데 주안을 둔 제어가 이루어져, 보다 효율적인 케이블(20) 공급 및 장력 제어가 이루어질 수 있도록 한다. 상기 피딩롤러(320)에도 별도의 모터가 연결되어 있어 피딩롤러(320)에서의 케이블(20) 권취와 권출 등에 필요한 구동력을 제공할 수 있으며 또한, 케이블(20)의 장력을 측정할 수 있는 센서 등이 포함될 수 있다. 상기 가이딩롤러(330)는 상기 메인와인딩롤러(310)와 피딩롤러(320) 사이에서 공급되는 케이블(20)에 대한 지지 기능을 수행하는 구성으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 메인와인딩롤러(310)와 피딩롤러(320) 사이에 위치하는 별도의 구조물을 활용하여 해당 구조물 상부에 상기 가이딩롤러(330)가 위치하면서 메인와인딩롤러(310)와 피딩롤러(320) 사이에서 공급되는 케이블(20)에 대한 지지 및 장력 측정(일 예로, 케이블(20)에 의해 가이딩롤러(330)에 가해지는 압력 등에 대한 측정) 등의 기능을 수행할 수 있다. 상기 피딩롤러암(340)은 상기 피딩롤러(320)를 지지하면서