KR102586491B1 - 무인 수중 로봇 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인 수중 로봇 장치에 관한 것이다. 본 발명은 수중에서 중성부력을 유지시키고, 방수기능을 갖는, 가볍고 내식성을 갖는 소재로 형성된 원통형의 본체와 상기 본체와 일정간격으로 고정, 형성되어, 상기 본체에 동력을 전달하여 전후, 상하좌우로 이동시키는 적어도 1개 이상의 스러스터(thruster)와 상기 본체의 상부에 형성되어, 현재 위치를 실시간으로 추적할 수 있도록 하여 상기 본체를 촬영하는 전방 카메라부와 상기 전방카메라)와 일정간격 이격 형성되어, 상기 본체에 인접한 주변환경을 촬영하는 옴니(omni) 카메라부와 상기 본체의 하부에 연결 형성되어, 알류미늄 재질의 내식성을 가지는 부재로 이루어지며, 수중에서 중성부력을 유지시키고, 방수기능을 갖는 메인 프레임과 상기 본체의 아래방향으로 형성되어, 수중을 360도 영상촬영하는 점검카메라부과 상기 본체의 상부에 배치되어, 외부로부터 전원을 공급과 제어를 받을수 있는 커넥터 연결부와 상기 본체의 하부에 형성되어, 야간에 촬영의 용이함과 위치를 표시할수 있도록 하기 위한 발광부와 상기 본체에 배치되어 이더넷(Ethernet) 통신방식을 적용하며, 상기 본체의 위치를 추적하기 위해, 외부와의 무선통신을 수행하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무인 수중 로봇 장치{Unmanned underwater inspection robot device}

본 발명은 무인 수중 로봇장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 수중에서 360°회전이 가능하여 정확안 영상촬영을 할수 있는 무인 수중 로봇장치에 관한 것이다.

최근 수직 승강이 가능한 비행체에 관한 연구가 활발하게 진행되어, 육지 상공에서 항공촬영을 하거나 촬영한 영상을 무선통신을 통해 육상의 사용자에 게 전송하는 임무를 수행하는 등 활동하고 있다.

다만, 비행체의 활동범위는 상공에 한정되며 해상 또는 담수 등의 수중내에서 직접 획득해야 하는 정보를 취득할 수 없는 문제점이 있다.

한편, 취수구 주변에는 지리적 특성에 의해서 마모성 모래성분의 뻘 이 대량유입된다. 유입된 뻘은 일정 높이 이상이 될 경우 준설이 필요하기 때문에, 뻘 높이를 측정해야만 한다.

일반적으로 뻘의 높이를 측정하기 위해 잠수부를 투입하게 되는데, 뻘을 포함하는 수중의 경우 가시거리가 1미터 미만이므로 뻘의 높이를 측정하는데 잠수 횟수 및 잠수 시간이 증가하게 되며, 이에 따른 인명사고 위험의 우려가 있다.

또한, 잠수부는 뻘 과다 퇴적 위치에 대한 정보와 퇴적 높이에 대한 사전 정보 없이 주기적으로 작업에 투입되기 때문에 작업 효율성이 수시로 변동된다는 문제점이 있었다..

대한민국 특허등록 제10-0932190호 대한민국 특허공개 제2014-0077726호 대한민국 특허공개 제2020-0011623호

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 복잡한 수중 복합구조물을 검사하기 위한 무인 수중검사 로봇 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 수중에서의 정확한 자세 유지와 정밀한 검사 작업과 영상 처리를 동시에 수행할 수 있으며, 육안 검사 다이버에 의한 검사보다 높은 검사 신뢰도를 확보할수 있는 무인 수중검사 로봇장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 내부 방사능 오염 등의 안전사고 위험을 최소화하고 작업 효율을 높힐수 있는 무인 수중검사 로봇장치를 제공하는 데 있다..

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 무인 수중 로봇 장치에 있어서, 수중에서 중성부력을 유지시키고, 방수기능을 갖는, 가볍고 내식성을 갖는 소재로 형성된 원통형의 본체와 상기 본체와 일정간격으로 고정, 형성되어, 상기 본체에 동력을 전달하여 전후, 상하좌우로 이동시키는 적어도 1개 이상의 스러스터(thruster)와 상기 본체의 상부에 형성되어, 현재 위치를 실시간으로 추적할 수 있도록 하여 상기 본체를 촬영하는 전방 카메라부와 상기 전방카메라)와 일정간격 이격 형성되어, 상기 본체에 인접한 주변환경을 촬영하는 옴니(omni) 카메라부와 상기 본체의 하부에 연결 형성되어, 알류미늄 재질의 내식성을 가지는 부재로 이루어지며, 수중에서 중성부력을 유지시키고, 방수기능을 갖는 메인 프레임과 상기 본체의 아래방향으로 형성되어, 수중을 360도 영상촬영하는 점검카메라부과 상기 본체의 상부에 배치되어, 외부로부터 전원을 공급과 제어를 받을수 있는 커넥터 연결부와 상기 본체의 하부에 형성되어, 야간에 촬영의 용이함과 위치를 표시할수 있도록 하기 위한 발광부와 상기 본체에 배치되어 이더넷(Ethernet) 통신방식을 적용하며, 상기 본체의 위치를 추적하기 위해, 외부와의 무선통신을 수행하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한,

따라서, 본 발명은 안전사고를 방지하고, 신뢰성이 확보된 정확한 검사를 수행하기 위하여 완성도 높은 무인 수중로봇 장치를 제공하는 효과가 있는 것이다.

또한, 전방위로의 안전한 운행과 정지상태(Hovering)를 유지할수 있으며, 원거리에서도 정밀 촬영이 가능하여 복잡한 구조물을 점검할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 수중로봇 장치의 사시도.
도 2 본 발명의 일실시예에 의한 무인 수중로봇 장치의 정면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 무인 수중로봇 장치의 평면도.
도 4a는 덮개의 사진.
도 4b는 본체의 사진.
도 5는 메인 프레임의 사진.
도 6은 스러스트의 동작도.
도 7은 스러스트의 배치형태를 설명하기 위한 도면.
도 8은 상하 스러스트 지지대 및 방향 스러스트 지지대의 사진.
도 9는 열화상 영상의 디스플레이 화면을 나타내는 사진.
도 10은 발열부 위치의 디스플레이 화면을 나타내는 사진.
도 11은 수중표면영상의 디스플레이 화면을 나타내는 사진.
도 12는 3차원모델링의 디스플레이 화면을 나타내는 사진.
도 13은 무인 수중로봇장치를 이용한 수중 탐사시스템을 나타내는 블록도.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 수중로봇 장치의 사시도이고, 도 2 본 발명의 일실시예에 의한 무인 수중 로봇 장치의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 무인 수중 로봇 장치의 평면도이고, 도 4는 본체의 사진이고, 도 5는 메인 프레임의 사진이고, 도 6은 스러스트의 동작도이고, 도 7은 상하 스러스트 지지대 및 방향 스러스트 지지대의 사진이고, 도 8은 스러스트의 배치형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 열화상 영상의 디스플레이 화면을 나타내는 사진이고, 도 10은 발열부 위치의 디스플레이 화면을 나타내는 사진이고, 도 11은 수중표면영상의 디스플레이 화면을 나타내는 사진이고, 도 12는 3차원모델링의 디스플레이 화면을 나타내는 사진이고, 도 13은 무인 수중로봇장치를 이용한 수중 탐사시스템을 나타내는 블록도이다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 무인 수중로봇 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면 무인 수중로봇장치(100)는 본체(110)는 원통형으로 이루어져, 수중에서 중성부력을 유지시키고, 방수 기능을 갖는, 알류미늄 재질의 가볍고 내식성을 갖는 소재로 형성된다.

도 4a에 나타난 대로, 본체(110)는 상부가 덮개(C)로 밀폐되어 확실한 방수 처리가 되며, 도 4b는 내부에는 공간이 있으며, 스러스트(120)의 회전모터(121b)를 고정하기 위한 통공(111)이 마련된 연결부(112)가 있는 본체(110)이다.

상기 본체(110)와 일정간격으로 고정, 형성되어 상기 본체(110)에 동력을 전달하여 전, 후, 상하, 좌우로 이동시키는 적어도 2개 이상의 스러스터(thruster: 120)가 형성된다.

상기 스러스트(120)는 일종의 본 발명인 무인 수중로봇장치(100)의 추진장치로서, 본체(110)에 추진력을 제공하여, 상기 본체(110)를 전후좌우 및 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 한다. 따라서, 상기 스러스터(120)는 구성요소 각각 독립적으로 제어됨으로써 다양한 방향으로 본체(110)를 이동시킬 수 있는 것이다.

잠시 도 6을 참조하면, 상기 추진장치(120)는 틸팅축(123), 덕트(125) 및 프로펠러(127)를 포함하며, 상기 덕트(125)는 프로펠러(127)의 외주면에 배치되어 프로펠러(127)를 보호한다. 상기 덕트(125)는 틸팅축(123)에 연결되어 틸팅 회전됨으로써, 덕트(125) 내에 배치된 프로펠러(125)의 회전에 의해 모든 방향으로 상기 본체(110)에 추진력을 제공한다.

전방 카메라부(130)는 도시된 대로 길다란 가이드 형태로 이루어져 있으며, 상기 본체(110)의 상부에 형성되어, 무인 수중로봇장치(100)의 현재 위치를 실시간으로 추적할 수 있도록 하고, 상기 본체(110)도 촬영하는 역할을 한다.

옴니(omni) 카메라부(140)는 상기 전방카메라(130)와 일정간격 이격 형성되어 있다. 상기 옴니 카메라부(140)는 본체(110)에 인접한 전방향으로 주변 환경을 촬영하는 역할을 하는 것이다. 더 나아가, 360°회전 가능하게 설계되어 전, 후방을 모두 촬영할 수 있다.

도 5는 메인 프레임(150)은 소정형상으로 상기 본체(110)의 하부에 연결 형성되어, 알류미늄 재질의 내식성을 가지는 비교적 가벼운 부재로 이루어지며, 수중에서 중성부력을 유지시키는 역할을 한다.

점검카메라부(160)는 상기 본체(110)의 아래방향으로 형성되어, 수중이나 해저를 360°영상으로 촬영한다.

상기 점검카메라부(160)는 전체적인 형상을 이루는 하우징(도면부호는 생략)과 상기 점검카메라부(160)에 내장되어 360°영상 촬영하도록 하기 위한 PTZ부(도시는 생략), 상기 점검카메라부(160)를 방수를 위한 덮개(161)로 이루어진다.

상기 PTZ부는 Pan/ Tilt/ Zoom의 약자로서, 사물의 확대나 축소를 원격으로 제어할 수 있는 카메라이며, 원격회전 및 줌 조정이 가능한 카메라로서, 촬영대상의 움직임을 관찰하거나 필요한 부분에 회전과 줌을 하여 주어 넓은 영역을 모니터링할수 있는 장점이 있는 것이다. 상기 PTZ부는 재어부(미도시)에 의하여 주변영역도 촬영하며, 해저 지형을 파악할수 있으며, 본 발명의 무인 수중로봇장치(100)의 위치도 파악할수 있다.

따라서, 상기 점검카메라부(160)를 이용하여 사각지대를 허용하지 않고, 수중이나 해저를 점검할수 있으며, 상기 점검카메라부(160)는 줌-인 또는 줌-아웃 기능을 구비하여, 점검하고자 하는 대상을 최대 약 30배 정도까지 확대하여 영상을 촬영할수도 있다.

커넥터 연결부(170)는 상기 본체(110)의 상부에 있는 커버(C)의 중앙부위에 배치되어, 외부로부터 전원을 공급과 제어를 받을 수 있는 것이다.

또한, 상기 커넥터 연결부(170)에 케이블(미도시)이 연결되어 외부로부터 전원을 공급받음과 동시에 외부로부터 제어를 받을 수 있다. 여기서, 상기 케이블의 예로는 테더 케이블(tether cable)을 포함할 수 있다.

상기 스러스트(120)를 지지하는 상하 스러스트 지지대(128)의 하부에는, 플래쉬 기능을 하는 램프(180)가 형성되어, 야간에 촬영의 용이함과 위치를 표시할수 있도록 하는 것이다.

통신부(190)는 본체(110) 상부의 커버(C) 부분에 배치되어 이더넷(Ethernet) 통신방식을 적용하며, 상기 본체(110)의 위치를 추적하기 위해, 외부와의 무선통신을 수행한다.

상기 통신부(190)는 압력 트랜스미터, 변위 트랜스미터, 혹은 어떠한 신호를 발신할 수 있는 모든 장치들을 포함할 수 있다. 또한, 수중 지형 영역에 설치된 Ultra wideband receiver, 스마트폰, 태블릿, 혹은 다른 계산 장치와 같은 무선 접근 가능한 장치들(미도시)과도 무선통신할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여 스러스트(120)의 동작 특성에 관하여 설명하기로 한다.

상기 스러스트(120)는 도시된 대로, 상기 본체(110)에 배치된 구동모터(121), 상기 구동모터(121)에 연결되어 회전하는 틸팅축(123), 측면에는 상기 틸팅축(123)이 연결되어 틸팅운동이 가능한 덕트(125), 상기 덕트(125) 내에 삽입되어 회전에 의한 추진력을 제공하는 프로펠러(127)를 포함하는 구성이다. 상기 스러스트(120)의 갯수는 본 실시예에서는 본체(110)를 중심으로 일정간격으로 8개가 연결되어 있지만, 6~ 10개가 바람작할 것이다.

도 6을 보면, 상기 스러스트(120)는 수중이나 해저에서 본체(110)에 추진력을 제공하며 전후, 좌 우, 상하이동을 독립적으로 자유롭게 할 수 있도록 수직 추진기(120a)와 자유 추진기(120b)를 포함한다. 스러스트(120)는 제어부(미도시)의 제어를 통해 상기 각각의 추진기(120a, 120b)를 제어함으로써 다양한 방향의 운동이 가능하며, 이에 따른 정밀한 자세 제어가 가능하다.

상기 수직 추진기(120a)는 일 예로, 하나 이상이 본체(110)에 배치되어 상기 본체(110)를 승강시킨다. 수진 추진기(120a) 각각은 본체(110)를 기준으로 서로 대칭되도록 배치된다. 수직 추진기(120a)는 정회전됨에 따라 본체(110)를 상승시키고, 역회전됨에 따라 본체(110)를 하강시킨다.

도시된 대로, 자유 추진기(120b)는 선회되는 반경 없이 본체(110)를 전후좌우상하 이동시킨다. 자유 추진기(120b)는 구동 모터(121), 틸 팅축(123), 덕트(125) 및 프로펠러(127)를 포함할 수 있다. 상기 자유 추진기(120b)는 수중 탐색장치(100)의 네 방향에 배치된 쿼드 콥터를 포함한다.

상기 구동 모터(121)는 프로펠러(127)를 회전시키는 회전 모터(121b)와 덕트(125)를 틸팅하게 하는 틸팅 모터(121a)를 포함한다.

회전 모터(121b)는 4 방향에 배치된 프로펠러(127)로 각각 연결되어 동력을 제공한다. 이 때, 각 구동 모터(121)의 출력을 개별적으로 증감시켜 추진 방향을 자유롭게 조정할 수 있다.

틸팅 모터(121a)는 본체(110)에 배치되고, 틸팅축(123)에 연결되어 자유 추진기(120b)에 동력을 제공한다. 덕트(125)는 측면이 틸팅축(123)으로 고정되고, 물이 통과할 수 있도록 하기 위해 실린더 형상을 갖는다. 프로펠러(127)는 덕트(125) 내에 삽입되어, 회전 됨에 따라 추진력을 발생시키는 것이다.

덕트(125)는 0°에서 360°까지 회전 가능하게 되어, 본 발명의 무인 수중 로봇장치가 기동시, 선회하는 반경없이 상하전후 좌우로 자유롭게 방향을 전환할 수 있게 한다.

예로서, 4방향의 덕트(125)가 0°로 틸팅되지 않는 경우, 자유추진기(120b)는 수직 추진기와 방향이 같으므로, 프로펠러(127)가 회전됨에 따라 수직 추진기(120a)와 같이 무인 수중탐색장치(100)를 상하로 승강시킬 수 있다.

다른 예로, 4방향의 덕트(125)가 90°로 틸팅되는 경우, 자유 추진기(120b)는 지면과 수평인 방향을 향하게 되어, 프로펠러(127)가 회전됨에 따라 무인 수중 로봇장치(100)를 전, 후 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기와 같이 덕트(125)의 틸팅 정도에 따라 상, 하, 전, 후, 좌우로 이동할 수 있게 되어, 무인 수중 로봇장치(100)의 이동방향을 즉각적으로 바꿀 수 있으므로 협소한 취수구 내에서도 선회하는 반경이 없이 효율적으로 이동할 수 있다. 따라서, 본 발명의 무인 수중 로봇장치(100)는 정밀한 영상 촬영이 가능한 효과가 있는 것이다.

도 7은 무인 수중로봇장치(100)의 스러스터(120)의 배치 형태인데, 도시된 바와 같이, 자유추진기(121b)가 상하방향으로 움직일 때하고 비교하였을 때, 전후방향은 90°각도로 틸팅되어 방향이 변환되어 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 무인 수중 로봇장치(100)가 상하, 전후좌우 방향으로 움직일수 있도록 제어하기 위하여 예를 들어, 상기 스러스트(120)가 일정간격으로 총 8개가 연결되어 있다면, 절반인 4개는 90°각도로 틸팅되어 서로 번갈아 배치되는 형태인 것이다.

또한, 상기 스러스터(120)를 상기 본체(110)와 명확한 고정이 이루어 질수 있도록 하기 위하여, 2개의 지지대가 형성된다.

상기 본체(110)와 길이방향으로 연결되어, 상기 본체(110)의 상부를 중심으로 일정한 간격으로 최소 2개 이상 고정, 형성되는 상하 스러스트 지지대(128) 및 상기 본체(110)의 하부를 중심으로 일정간격으로 최소 2개 이상 고정, 형성되는 방향 스러스트 지지대(129)가 고정, 형성되어 있다. 본 실시예에서는 각 4개씩이지만 각각 2~ 8개가 바람직할 것이다.

도 8을 참조하면, 상하 스러스트 지지대(128) 및 방향 스러스트 지지대(129)의 사진인데, 모두 전체적으로 'ㄱ' 자 형상으로 이루어진다.

상기와 같은 구성적 특징을 가지고, 수중이나 해저의 조사구역 내를 운행하면서 수중의 정보를 촬영 및 수집하는 본 발명의 무인 수중로봇장치(100)는 전방카메라부(130) 등을 이용하여, 운행하는 동안에 조사구역 전체를 알맞은 크기와 위치에서 촬영하여, 실시간으로 열화상 영상정보를 획득하는 기능도 한다.

이를 설명하면, 상기 옴니 카메라부(140)에서 획득된 영상정보를 처리하고 상기 위치로부터 도출된 상기 무인 수중로봇장치(100)의 좌표정보 및 전방 카메라부(130)에서 측정된 수중표면정보를 매핑하여 미리 설정된 구역 내의 수중표면을 3차원으로 모델링하는 제어 정보처리장치(200)가 원격으로 형성된다.

상기 전방 카메라부(130)와 옴니 카메라부(140)는 조사하고자 하는 수중 표면의 면적에 해당하는 구역 전체와 주변환경을 촬영하여 본 발명의 무인 수중로봇장치(100)를 추적할 수 있도록 하여 열화상 영상을 생성하는 것이다.

상기 전방카메라부(130)는 하부를 지지하여 이루어진 발광부(L)를 통하여 적외선 열화상 촬영장치의 기능을 하는 것으로, 대상물체의 열을 추적, 탐지하여 온도분포를 제어 정보처리장치(200)에 전송을 통한 화면으로 보여주는 것이다.

따라서, 기존에는 협소한 공간 또는 폐쇄된 공간에서는 위치를 GPS로 측정할 경우 오차가 크게 발생하는 문제를 해결하고자 본 실시예에서는 상기와 같은 적외선 열화상 카메라를 사용함으로써 위치 오차를 크게 줄일 수 있었다.

구체적으로 상기 전방카메라부(130)는 미리 설정한 조사구역을 충분히 포함하는 수면 면적을 촬영할 수 있도록 설치된다.

그리고, 상기 옴니카메라부(140)는 미리 설정한 조사구역을 충분히 포함하는 수면의 면적을 촬영할 수 있도록 설치된다.

더 나아가, 본 발명의 무인 수중로봇장치(100)가 설정한 조사구역 내에서 운행하면서 상기 전방 카메라부(130)에서 촬영하면, 실제 무인 수중로봇장치(100)의 열화상이 나타나며, 상기 발열부(L)는 상대적으로 고온이므로 분명하게 인식되는 컬러로 나타나므로, 무인 수중로봇장치(100)의 위치를 정확하게 추적, 인식될 수 있다.

또한, 상기 옴니 카메라부(140)에는 상기 전방 카메라부(130)에서 촬영된 열화상 영상정보를 실시간으로 획득하고 데이터화하여 상기 제어 정보처리장치(200)로 전송하는 전송모듈(미도시)이 포함된다.

상기 제어 정보처리장치(200)는 상기 무인 수중로봇장치(100)가 상기 옴니 카메라부(140)에서 획득된 영상정보를 처리하여 얻어진 무인 수중로봇장치(100)의 위치좌표를 상호 매핑시켜 최종적으로 3차원의 수중표면 이미지를 생성하는 것이다.

이러한 제어 정보처리장치(200)는 상기 옴니 카메라부(140)에서 전송된 영상정보를 처리하여 상기 발열부(L)의 위치를 검출하고 검출된 발열부(L)의 위치정보로부터 무인 수중로봇장치(100)의 위치 좌표를 연산하여 도출하게 된다.

또한, 상기 제어 정보처리장치(200)는 상기 옴니 카메라부(140)의 전송모듈에서 전송해준 열화상 영상정보를 실시간으로 데이터베이스부(250)에 저장한다. 그리고, 이렇게 저장된 영상정보를 제어 정보처리장치(200)의 화면(미도시)으로 디스플레이시킨다.

이를 통해 관리자는 실제로 본 발명의 무인 수중로봇장치(100)의 운행상황을 모니터링할 수 있다. 또한, 제어 정보처리장치(200)는 상기 화면에서 관리자가 설정하는 조사구역(범위) 내의 열화상 영상정보를 처리하여 온도분포화된 정보로 변환하고, 처리된 온도분포 정보 중에서 특정 온도값 이상의 영역을 검출하며, 검출된 영역의 위치를 발열부(L)의 위치정보로 인식하여 획득한다.

다시 말해서, 열화상 영상정보의 이미지 와핑을 수행하고, 열화상 이미지를 이진화한 후 특정 온도값 이상의 영역을 검출한다. 그리고 검출된 값에 해당하는 좌표는 상기 발열부(L)의 위치좌표로 결정된다.

또한, 상기 온도분포화된 영상정보는 컬러화된 화면으로 디스플레이될 수있다. 즉, 관리자는 화면으로 상기 발열부(L)의 위치 다시 말해서, 상기 무인 수중로봇장치(100)의 운행상황과 위치를 모니터링할 수 있다.

그리고, 상기 제어 정보처리장치(200)는 상기 획득된 상기 발열부(L)의 위치정보를 연산 처리하여 본 발명에 의한 무인 수중로봇장치(100)의 실제 위치 좌표를 최종적으로 도출한다.

그리고, 전방 카메라부(130)는 수중표면의 영상을 촬영한다. 그러면, 상기 제어정보처리장치(200)는 상기 전방카메라부(130)에서 촬영된 수중표면이나 해저의 영상정보를 저장하고, 이러한 방식으로 저장된 수중표면 영상정보를 화면으로 디스플레이하는 것이다. 즉, 관리자는 상기 전방 카메라부(130)를 통하여 촬영된 수중표면 또는 해저표면의 영상의 실시간 모니터링이 가능한 것이다.

상기 수중표면의 영상정보는 3차원 매핑(mapping)도 이루어진다. 참고로 상기 제어 정보처리장치(200)에는 상기 관성측정센서(미도시)에서 측정된 관성측정값의 정보를 수신하여 처리한 후, 무인 수중로봇장치(100)의 정확한 위치 좌표를 도출하게 한다.

이렇게 도출된 무인 수중로봇장치(100)의 실제 위치좌표 및 상기 전방카메라부(130)가 쵤영한 저장된 영상을 수중표면의 영상정보를 전송받아 상호 매핑시키고, 매핑된 정보를 3차원의 이미지로 변환하여 상기 제어 정보처리장치(200)의 화면으로 디스플레이시킨다.

즉, 상기 무인 수중로봇장치(100)의 특정 위치좌표값과, 그 특정 위치좌표값에서 상기 전방 카메라부(130)를 이용한 측정한 수중표면의 형상을 서로 매칭하여 포인트 클라우드화시킨다. 구체적인 예로서, 상기 포인트 클라우드화시키는 것은 수중표면의 체표면에 대한 모델링 기반의 미리 설정된 3차원 모델 포맷에 의해 상기 처리된 수중표면 영상정보를 우선적으로 모델링한다.

그리고, 상기 연산된 무인 수중로봇장치(100)의 실제 위치좌표와 상기 모델링된 수중표면 영상정보를 매핑하여 포인트 클라우드화시키는 동작으로 이루어진다.

이러한 포인트 클라우드화된 일정수 이상의 데이터를 3차원의 입체적인 이미지 형상으로 변환하여 보여줄 수 있다. 이때, 수중표면의 높낮이에 따라 컬러를 구분하여 명확하게 할 수 있다. 상기 포인트 클라우드로 생성시키는 3차원모델링은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여 수중표면의 3차모델링 과정을 설명하기로 한다.

상기 도면들은 모두 사진들인데, 구체적으로 설명하면, 도 9는 열화상 영상의 디스플레이 화면을 나타내는 사진이고, 도 10은 발열부(L) 위치의 디스플레이 화면을 나타내는 사진이다. 그리고, 도 11은 수중표면 영상의 디스플레이 화면을 나타내는 사진이고, 도 12는 3차원 모델링의 디스플레이 화면을 나타내는 사진이다.

참고로, 이하에서 언급되는 작업자라는 의미는 상기 무인 수중로봇장치(100)를 조종하는 오퍼레이터와 상기 제어 정보처리장치(200)를 조작하는 엔지니어이다.

먼저, 3차원 모델링 과정은 조사 대상구역(일반적으로 직사각형)을 지정하고, 조사구역을 포함한 전체를 촬영할 수 있는 위치와 높이에 있는 곳에 무인 수중로봇장치(100)를 위치하게 한다.

그리고, 엔지니어는 열화상 영상을 확인하고, 도 9에 점선 사각형과 같이 조사구역을 지정하며, 조사구역의 가로세로 실거리를 측정한다.

또한, 상기 발열부(L) 위치를 위해 조사구역을 하나 이상의 격자로 구획한다. 엔지니어는 격자의 개수를 입력하면 도 10의 사진과 같이 자동으로 구획되도록 한다.

상기와 같은 세팅이 끝나면, 오퍼레이터는 발열부(L)가 부착된 상기 무인 수중로봇장치(100)를 조사구역 내에서 운행시킨다.

오퍼레이터는 조사구역 내의 모든 영역을 스캔하기 위해 정해진 경로를 따라 무인 수중로봇장치(100)를 운행시킬 수 있다. 예를 들어, 직사각형의 조사구역 일측에서 전후방향으로 왕복하면서 좌 또는 우측으로 이동하게 함으로써 조사구역 전 영역을 상기 무인 수중로봇장치(100)가 운행되도록 할 수 있다.

이때, 상기 전방카메라부(130)에서 측정되는 수중표면의 영상정보와 상기 옴니카메라부(140)에서 촬영되는 열화상의 영상정보는 실시간으로 상기 제어 정보처리장치(200)로 전송되면서 동기화된다.

그리고, 상기 제어 정보처리장치(200)로 전송된 정보들 중 열화상 영상정보는 무인 수중로봇장치(100)의 위치인식을 거쳐 상기 무인 수중로봇장치(100)의 실시간 위치좌표가 도출되어 매핑으로 진행된다.

다음에, 상기 수중표면의 영상정보는 상기 수중표면 정보처리를 거친 후에 이 두 정보들을 매핑하여 조사구역의 수중표면 형상을 도 12에 나타난 것처럼 3차원의 컬러 이미지로 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 수중표면의 모델링 방법에 관하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 상기에서 실시한 설명과 중복되는 설명은 어느정도 생략하기로 한다.

이하에서는 본 발명에 의한 무인 수중로봇장치(100)를 이용한 수중 탐사시스템(500)의 블록도를 도 13을 참조하여 설명하기로 한다.

도시된 대로, 상기 무인 수중로봇장치(100)에 의하여 수집된 수중 정보를 저장하는 데이터베이스부(250)가 형성된다.

즉, 열화상촬영카메라(131), 제2 카메라(132) 및 제3카메라(133)로부터 촬영된 영상정보 등을 저장하는 데이터베이스부(250)가 구비되어 있으며, 상기 데이터베이스부(250)에서 저장된 데이터를 통하여 해양 생태정보를 실시간으로 분석 및 맵핑하는 처리부(T)로 이루어진다.

그리고, 상기 처리부(T)에서 촬영된 영상을 분석함에 있어 딥러닝시스템을 이용한다는 것을 특징으로 한다.

딥러닝 방식이란, 컴퓨터가 빅데이터를 바탕으로 마치 사람처럼 스스로 학습할 수 있도록 하기 위해 프로그램화된 인공신경망을 기반으로 하는 기계 학습 기술을 말하는 것으로서, 특히, 인간의 시청각 신경을 모델로 짜여있기 때문에 사진, 영상, 음향 데이터 처리에 많이 적용되고 있으며, 상기 처리부(T)에서는 촬영된 영상의 사물을 실시간 분석 후, 영상에서 발견되는 물체의 특성을 분석하여 분포현황을 제시할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터베이스부(250)에는 저장된 데이터를 통하여 상기 수중의 정보를 분석하여 매핑하고, 이러한 수중의 정보를 출력시키는 출력부(350)가 형성되어 있는 분석매핑부(300)가 형성된다.

상기 출력부(350)는 상기 처리부(T)에서 전송된 생태정보를 수신하여 출력하는 것으로서, 설정한 구역에 따른 해저 및 수중 정보를 맵핑하여 출력할 수 있고, 이를 통하여 수중정보를 확인하고자 하는 경우, 정보지도화면(미도시)에서 위치를 클릭하여 해저영상정보 및 생태정보를 제공받을 수 있도록 구현된다.

상기 무인 수중로봇장치(100)은 수집되는 수중 탐사의 정보를 빅 데이터화시켜서 분석 및 분류하는 딥러닝 방식을 이용하여 수중의 정보를 수집하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 제어 정보처리장치(200)에 의하여 수집된 정보를 저장하는 데이터베이스부(250)와 상기 데이터베이스부(250)에서 저장된 정보를 전송받아 분석하는 처리부(T)에서 딥러닝 시스템을 이용하여 정보를 분석 및 분류함에 따라 보다 정확한 해저나 해양정보를 파악할 수 있고, 관리자가 이를 수작업으로 분석할 필요가 없어 시간을 절약하며, 딥러닝 방식의 특성상 반복된 사용으로 데이터가 축적되는 경우, 보다 더 정확한 분류가 가능함에 따라 시간경과에 따른 해양정보 분류의 정확도가 높아지는 효과가 있다.

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.

110 : 본체 120 : 스러스트
121 : 구동모터 121a : 틸팅모터
121b : 회전모터 123 : 틸팅축
125 : 덕트 127 : 프로펠러
128 : 상하 스러스트 지지대 129 : 방향 스러스트 지지대
130 : 전방 카메라부 140 : 옴니(omni) 카메라부
150 : 메인 프레임 160 : 점검카메라부
170 : 커넥터 연결부 180 : 발광부
190 : 통신부 200 : 제어정보처리장치
250 : 데이터베이스부 300 : 분석매핑부
350: 출력부
500: 무인 수중로봇장치를 이용한 수중 탐사시스템

Claims (4)

1. 수중에서 중성부력을 유지시키고, 방수기능을 갖는, 알류미늄 재질의 가볍고 내식성을 갖는 소재로 형성된 원통형의 본체(110);
   상기 본체(110)와 일정간격으로 고정, 형성되어, 상기 본체(110)에 동력을 전달하여 전후, 상하좌우로 이동시키는 적어도 1개 이상의 스러스터(thruster: 120);
   상기 본체(110)의 상부에 형성되어, 현재 위치를 실시간으로 추적할 수 있도록 하여 상기 본체(110)를 촬영하는 전방 카메라부(130);
   상기 전방카메라(130)와 일정간격 이격 형성되어, 상기 본체(110)에 인접한 주변환경을 촬영하는 옴니(omni) 카메라부(140);
   상기 본체(110)의 하부에 연결 형성되어, 알류미늄 재질의 내식성을 가지는 부재로 이루어지며, 수중에서 중성부력을 유지시키는 메인 프레임(150);
   상기 본체(110)의 아래방향으로 형성되어, 수중을 360°영상 촬영하는 점검카메라부(160);
   상기 본체(110)의 상부에 배치되어, 외부로부터 전원을 공급과 제어를 받을수 있는 커넥터 연결부(170);
   상기 스러스트(120)를 지지하는 상하 스러스트 지지대(128)의 하부에 형성되어, 야간에 촬영의 용이함과 위치를 표시할수 있도록 하기 위한 램프(180);
   상기 본체(110)에 배치되어 이더넷(Ethernet) 통신방식을 적용하며, 상기 본체(110)의 위치를 추적하기 위해, 외부와의 무선통신을 수행하는 통신부(190)를 포함하는 무인 수중 로봇 장치(100)에 있어서,
   
   상기 스러스트(120)의 회전모터(121b)를 고정하기 위한 통공(111)이 마련된 연결부(112)가 있으며,
   상기 스러스트(120)는 수중이나 해저에서 본체(110)에 추진력을 제공하며 전후, 좌 우, 상하이동을 독립적으로 자유롭게 할 수 있도록 수직 추진기(120a)와 자유 추진기(120b)를 포함하고, 상기 스러스트(120)는 제어부의 제어를 통해 상기 추진기(120a, 120b)를 제어하고,
   상기 수직 추진기(120a)는 하나 이상이 본체(110)에 배치되어 상기 본체(110)를 승강시키고, 상기 수진 추진기(120a)는 본체(110)를 기준으로 서로 대칭되게 배치되고,
   상기 자유 추진기(120b)는 구동 모터(121), 틸 팅축(123), 덕트(125) 및 프로펠러(127)를 포함하고, 상기 자유 추진기(120b)는 수중 탐색장치(100)의 네 방향에 배치된 쿼드 콥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 스러스터(120)를 상기 본체(110)와 고정되도록 하기 위하여,
   상기 본체(110)와 길이방향으로 연결되어, 상기 본체(110)의 상부를 중심으로 일정한 간격으로 최소 2개 이상 고정, 형성되는 상하 스러스트 지지대(128); 및
   상기 본체(110)의 하부를 중심으로 일정한 간격으로 최소 2개 이상 고정, 형성되는 방향 스러스트 지지대(129)가 고정, 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 점검카메라부(160)는
   하우징;
   상기 점검카메라부(160)에 내장되어 360°영상 촬영하도록 하기 위한 PTZ부;
   상기 점검카메라부(160)를 수용하여 방수를 하기 위한 덮개(161)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 수중 로봇장치.
   
   

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