통권제 12 호 해양로봇기술개발및활용현황 Ⅰ. 해양로봇분류및시장규모 1. 해양로봇의분류 2. 해양로봇시장규모 Ⅱ. 해외해양로봇투자예산및기술개발사례 1. 美국방부해양로봇투자예산 2. 해외기술개발사례 Ⅲ. 활용분야별국내제품개발및활용사례 1. 해양과학탐사용수중로봇 2. 수중건설로봇 3. 국방해양무인체계 본자료는 RIB 제 2 호 국내외수중로봇산업현황및전망 의후속편으로, 16 년제 2 차로봇융합포럼 ( 한국로봇산업진흥원, 해군본부공동개최 ) 해양로봇기술개발현황및발전전략 발표내용을요약 정리한것입니다.
Ⅰ. 해양로봇분류및시장규모 1) 1. 해양로봇의분류 해양로봇은크게사람이탑승하는유인형, 사람이탑승하지않는무인형으로구분할수있다. 무인해양로봇은선이연결되어외부와통신하고전원을공급하는형태의 ROV (Remotely Operated Vehicle) 등과무선으로운용되며자체적으로미션을수행하는 AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 등으로구분할수있다. 유인형 (Manned Submersible) Diving bell Manned Submersible 해양로봇 (Underwater Vehicle) 무인형 (Unmanned Underwater Vehicle) 유선 (Tethered) 무선 (Untethered) Towing Vehicle Tracking Vehicle ROV Glider AUV 2. 해양로봇시장규모 전세계해양로봇시장규모를살펴보면, 전체의 60% 이상이군수용으로소비되고있 다. 민수용도개발되고있지만그비율이상대적으로매우작고, 군수용을제외한 AUV 는 대부분연구용이라고볼수있다. * 출처 : IDTechEx Homepage 2014 1) 한국로봇융합연구원홍영진박사의 국내외해양로봇기술개발현황 발표자료를정리 요약한것입니다. 1
Ⅱ. 해외해양로봇투자예산및기술개발사례 1) 1. 美국방부해양로봇투자예산 미국국방부의연간지출예산을살펴보면, 해상무인시스템쪽에매년 4 억불정도를투자하고있다. 크게해상과해저로구분하여개발하고있으며, 주로 AUV 에대한투자가대부분인것으로파악된다. * DoD : Department of Defence ( 미국국방부 ) 2. 해외기술개발사례 OceanOne ( 스탠포드대학, 미국 ) 휴머노이드타입의 ROV 로, 햅틱 (haptic) 기술을활용해로봇팔이느끼는피드백을직접느끼고이를선상에서조정가능하다. 인간다이버를대신하는컨셉으로, 다이버의작업가능깊이보다더깊은곳에서동일한작업을할수있도록개발하려는취지에서출발했다. 길이는 150cm 정도이며, 추진장치 8 개 ( 상하방향 4 개, 앞뒤방향 4 개 ) 를장착하고있다. 2
Ⅱ. 해외해양로봇투자예산및기술개발사례 Sea WASP (SAAB, 스웨덴 ) 미국국방부예산을지원받아개발한것으로, 미군의육상폭탄제거로봇을컨셉으로해상에서도기뢰제거에사용될수있도록개발한일종의 ROV이다. 고정위치를유지할수있는기술이탑재되어기뢰제거에유리하다는특징을가지고있다. 길이는 1.7m, 무게는 90kg 이하이다. Eelime (Kongsberg Maritime, 노르웨이 ) 뱀모양의생체모방형로봇으로, 협소하고복잡한해저구조물에서원하는위치의탐사가가능하다는특징이있다. 유사한형태의로봇이개발된바있으나, 이로봇의경우는실제해양플랜트쪽에적용할수있도록개발했다는점에의의가있다. 댐조사로봇 (Panasonic, 일본 ) 2) 일본댐관리용수중로봇으로, 탁한물속에서도점검부분을선명하게촬영할수있으며, 유속이어느정도있는조건에서일정한높이로일정한거리를유지하며영상을찍을수있다. 실제상용화가되었고, 현재일본의 20년이상된댐시설에적용되어활용되고있다. 2) 해양로봇으로보기는어려울수있으나, 최근에개발된사례로예시에포함 3
1. 해양과학탐사용수중로봇 3) 6,000m 급심해무인잠수정 (ROV) 해미래 해미래는 6,000m 급심해탐사용무인잠수정으로, 길이 3.3m, 폭 1.8m, 높이 2.2m 이며, 중량은 3,660kg 이다. 해미래는 모선의선상제어실에서케이블을통해조종하게되어있으며, 8 대의카메라와 2 개의로봇팔을비롯하여탐사에필요한각종 장비를장착하고있다. 해미래 ( 한국해양과학기술원 ) 해미래는 15 년 6 월왕돌초협곡, 동해병폐기물투기지역등동해의 8 지역을탐사해폐어망회수, 다공질암석절벽발견, 퇴적물시료채취, 해저생물관측및채집등을수행하였다. 16 년 3~4 월에는마리아나해저화산지역및확정대에서열수를찾고열수분출공주변환경을직접탐사했다. 구체적으로퇴적물채집장치설치, 코어링, 암석채취, 생물채집등시료들을샘플링해서해양과학자들이미생물이나지역의지질 생물학적특성을연구하는데활용할수있도록했다. 3) 선박해양플랜트연구소이판묵박사의 해양과학탐사수중로봇및무인선개발현황 발표자료를정리 요약한것입니다. 4
천해용자율무인잠수정 (AUV) 이심이 이심이는천해용자율무인잠수정으로해양자원탐사는물론수중오염조사와정밀지형도제작, 해저침몰물체탐색등의활용을목표로개발되었다. 직경 0.2m, 길이 1.58m, 중량 38kg이며, 본체에부착된센서를통해수중 100m 이내에서자율적으로운행하면서탐사가가능하다. * 최대심도 : 100m 속도 / 전원 : 3 kts (Max 4kts) / 리튬폴리머배터리 / 6시간작동탑재장비 : DVL( 도플러속도계 ), ATM( 수중음향모뎀 ), IMU ( 관성항법센서 ), SSS, OAS, GPS, 심도계, 광학 / 초음파도킹유도장치, RF/WiFi 무선통신장치 이심이 ( 한국해양과학기술원 ) 한국해양과학기술원은이심이를개발하면서수중에서도킹 (docking) 하는기술도함께연구해, 앞쪽에카메라를장착해서스테이션을찾아가는작업을수행했다. 단조류가없어시계가좋은상태에서만가능하기때문에, 다음단계는자기장이나초음파를이용해서도킹하는기술을연구할계획이다. 한편이기술을이용해서한화에서 ACTD 사업 4) 으로수중정찰용 AUV 를기술개발했으며, 주요기능및탑재장비는아래와같다. ACTD 사업 : 11.11 ~ 14.10. 개발기관 : 한화 주요기능및탑재장비 - 자율운항수중정찰및기뢰탐색 - 전방감시소나, 장애물회피소나, 광학카메라 - 측면주사소나 - RF/Wifi 통신 ( 수상 ), ATM통신 ( 수중 ) - GPS( 수상 ), USBL( 수중 ) - 수중관성항법 (IMU-DVL복합항법) 4) ACTD(Advanced Concept Technology Demonstration) 사업 : 신개념기술시범 5
다관절복합이동해저로봇크랩스터 CR200 CR200은우리나라서해안처럼조류가세고시계가나쁜환경에서도작업할수있도록개발되었다. 크랩스터 CR200 은길이가 2.4m, 폭이 2.4m, 높이가 1.3m이고, 공기중의무게가 700kg이며수심 200m까지내려갈수있다. 또한 2노트의강조류환경에서해저위치와상태를확인하고샘플을회수하는등의작업을수행할수있다는강점을가지고있다. CR200은발이 6개달려있는데, 앞에있는발 2개는필요할때팔을꺼내서작업이가능하며, 바닥에닿지않고다리가떠서움직일때에는날개같은형태로헤엄치듯이이동가능하다. 크랩스터 CR200 은세월호구난지원작업에투입되어 70m 전방에서세월호가어떻게누 워있는지수중음파촬영을하고, 주변환경및물체를식별하는역할을수행했다. 15 년 4 월에는해저유물탐사작업에도투입되었다. 6
2. 수중건설로봇 5) 점차증가하고있는해양구조물 ( 해양에너지, 해양플랜트등 ) 의시공및유지관리를위한목적으로수중에서활용가능한건설장비개념의수중로봇의필요성이커지고있다. 잠수사의작업에의존하는기존방식은작업의위험도가높고작업효율또한낮으며, 20m 내외의얕은수심작업만가능하다는한계를안고있다. 수중건설로봇은이러한부분을보완해깊은수심까지작업이가능하고작업효율이높을뿐아니라, 인력의안전성또한확보할수있다는장점을가지고있다. 수중로봇의활용분야는건설, 구조 인양, 유물탐사등다양하며, 그중건설분야의경우, 맵핑 (mapping) 을통해지형을파악하고, 설치, 건설, 유지 관리, 종국적으로는해체에이르기까지다양한단계에서활용가능하다. 특히건조작업등은크고무거운작업이많기때문에 WROV 6) 를활용해케이블링등의작업을수행하고있다. 우리나라는 13년부터수중건설로봇사업단이시작되었다. 그전에는건설수요가많지않아탐사, 조사, 광물채취등의활용영역에국한되어있었다. 수중건설로봇사업단은 18 년상용화및원천기술개발부분을포함할계획이다. 90 년대 2012 년 2013 년 2018 년이후 해양조사및탐사 시스템및 HW 중심기술 - 심해 ROV 해미래 - 천해용 AUV 이심이 - 망간단괴집광로봇미내로 - 항만수중감시로봇 수중로봇기술전략프로그램 수중로봇핵심원천기술 임무수행형로봇시스템개발 자율 / 반자율수중로봇기술 심해저자원개발로봇상용화 해저플랜트운용로봇상용화 수중건설로봇상용화 * 한국해양과학기술원수중건설로봇산업단기준으로작성 건설로봇의종류를살펴보면, 수중굴삭기, 해저지반코어링, 샘플링등지반조사를위한 로봇, 항만시설물의벽체를크롤링하면서조사하는로봇등이있다. 5) 한국해양과학기술원수중건설로봇사업단장인성단장의 수중건설로봇개발현황및실용화전략 발표자료를정리 요약한것입니다. 6) WROV(Working class Remotely Operated Vehicles) : 작업용무인수중로봇 7
천해용수중굴삭기 UX-100 대형해양구조물을해저바닥면에설치하기위한작업을수행함에있어기존잠수사대신 UX-100을직접수중에투입해원격조정함으로써작업기간의단축은물론안전성확보가가능하다. UX-100의기술은해저시공장비와선상지원시스템, 원격운영실로구성된다. 해저시공장비 UX-100은특수방수설계 제작되었고선상에서공급된전력으로생성된유압을이용해구동되며, 선상지원시스템은발전기와케이블윈치 (Cable Winch) 로구성, 원격운영실은다양한센서데이터와소나데이터 7) 를취합해작업지역을영상화하고이를기반으로해저시공장비를조정할수있게한다. UX-100은높은수압속에서도안정적으로작업을수행할수있으며, 육상장비와유사한조정시스템으로운영인력의훈련을최소화한다는장점을가지고있다. 특히가상영상시스템은시야확보가불가능한해저작업구간을시각화해준다는강점이있다. 1 수중원격조종을통해작업이가능한 수중기초사석고르기, 굴삭용무인 기계화장비 2 수중물체인식및수중위치분석을 위한수중환경모니터링시스템 3 수중무인기계화시공이가능한원격 제어용운영시스템 7) 소나 (sonar) : 수중음향을이용하여바다속물체의탐지, 위치추적등을담당 8
천해용착저식시추로봇 DrillBot-100 해저면에착저하여원격조정이가능한지반조사장비로, 해저 100m 에서심도 50m 까지 지반굴착이가능하며, 이를통해시료채취등의작업을수행한다. 3. 국방해양무인체계 8) 국방해양무인체계는해상, 수중및공중을포함하는작전환경에서부여된임무를수행할수있는무인동력운동체로, 크게수중의 UUV, ROV, USV 등을포함한다. 국방해양무인체계는정보감시정찰, 대기뢰전, 대잠전및대함전임무를수행할수있는체계로연안전투시군의생존성및전투력을향상시키고작전영역을확장하기위해운용한다. 국방해양무인체계의운용의장점은 1) 위험해역, 오염해역에서의임무및반복적인단순 임무수행이가능해, 위험해역및오염환경에서인명피해를최소화할수있고유인체계 접근이어려운해역까지전투역영을확장할수있으며작전영역확장에따라전투력이증 대된다. 2) 비대칭, 비정규전전력에대한대응수단이될수있다. 3) 미래전쟁환경인네트 워크기반유무인협동교전을위한핵심구성요소가될수있다. 4) 유인체계에비해상대 적으로획득비용과운용비용이저가이다. 즉, 국방해양무인체계는유인체계의생존성및 전투력을향상시키고작전영역을확장시키는역할을수행한다. 8) 국방과학연구소김원제책임연구원의 국방해양무인체계기술개발현황및추진계획 발표자료를정리 요약한것입니다. 9
1) 국방해양무인체계기술개발현황 무인수상정기술개발현황 관련기초연구 - 지능형자율운항제어기술기초연구 - 혼합형자율제어아키텍처기초연구 - 국방무인화특화연구센터 USV 원격통제기술개발 산학연 GMB 천리안 ( 12) CMB 천리안육상통제부 소해용및기타 USV 체계에대한기술조사 - USV 개발동향분석 - USV 탑재소해장비조사 - USV 국내개발가능성조사및발전방향제시 USV 원격통제기술개발 국과연 운용개념도 무인수상정형상 복합임무무인수상정기술개발 - 임무모듈형공통플랫폼설계기술개발 - USV 원격운용통제기술개발 - COLREG 기반자율운항기술개발 - USV 임무모듈연동기술개발 10
무인잠수정기술개발현황 관련기초연구 - 수중운동체특화연구센터 - 국방무인화특화연구센터 - 수중통신 / 탐지특화연구센터 자율항해무인기뢰처리기 (MDV) 연구 - 대기뢰전용, 소형급 UUV, 신개념기술시범 (ACTD) 사업 - 양산준비중 산학연 수중탐색무인잠수정 - 대기뢰전용, 소형급기뢰탐색 UUV, 신개념기술시범 (ACTD) 사업 - 체계개발준비중 소모성기뢰처리기 - 대기뢰전용, 소형급기뢰제거 UUV, 신개념기술시범 (ACTD) 사업 - 군사적실용성평가수행중 SAS 탑재잠수정용 UUV 개념연구 - 대잠전용, SAS 탑재를위한 UUV 소요기술분석 국과연 대잠전용무인잠수정개념연구 - 대잠전용무인잠수정체계개략설계 - 대잠전용무인잠수정운용개념 ( 안 ) 제시 - 에너지원및탐지센서요구사양도출및개발가능성분석 11
2) 국방해양무인체계발전전략국방해양무인체계는크게감시정찰용에서전투용무인정으로, 원격제어에서완전자율무인정으로, 수상함탑재운용에서잠수함탑재운용방향으로발전시켜나아갈계획이다. 무인수상정의발전방향을살펴보면 10년대원격자율제어와같은기반기술을확보하고, 20년에는 11m급이내의함정탑재용기술을개발할계획이며, 20년중반에는 11m 이상급, 30년후반무인수상정의군집자율제어등의방향으로나아갈계획이다. 무인잠수정역시마찬가지로 10 년대에는기반기술을확보하고 20 년대에는수상함 탑재, 후반기에는잠수함탑재, 30 년대에는군집제어는물론수중통신을통한협업복합 임무수행이가능하도록발전시켜나갈것이다. 구체적인기술개발추진전략으로는 1) 플랫폼중심의설계에서임무중심으로설계로전환하고, 2) 현존위협에대비하기위한임무수행무인체계를우선개발하며 3) 산학연과의역할분담을통해산학연의우위기술을적극활용할것이다. 4) 향후무인체계단독임무수행에서유 무인협동임무수행으로발전시켜나갈것이며, 5) 장기적으로는유인체계로부터무인체계의독립성강화를위한기술개발또한추진할계획이다. 12
통권제 12 호 (2016.7 月 ) 해양로봇기술개발및활용현황 발행일 : 2016 년 7 월 발행처 : 한국로봇산업진흥원 (702-815) 대구광역시북구노원로 77 www.kiria.org 담당 : 정책기획실이보경주임 (T. 053-210-9513) Robot Issue Brief 는한국로봇산업진흥원홈페이지 (www.kiria.org) 를통해서도보실수있습니다. 본자료를인용하실경우출처가한국로봇산업진흥원에서발행한 Robot Issue Brief 임을밝혀주시기바랍니다. 본보고서는정부와한국로봇산업진흥원의공식견해가아니며, 글쓴이의견해임을참고하시기바랍니다.