KR102586641B1

KR102586641B1 - 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템

Info

Publication number: KR102586641B1
Application number: KR1020220002617A
Authority: KR
Inventors: 신수용; 김은비; 강호현
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단
Priority date: 2022-01-07
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2023-10-06
Anticipated expiration: 2042-01-07
Also published as: WO2023132458A1; KR20230106901A

Abstract

본 발명은 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템에 관한 것으로서, 자율운항을 통해 설정된 경로를 따라 비행하여 해상에 노출된 풍력발전기의 블레이드 및 타워를 점검하는 드론과, 자율운항을 통해 해저로 잠수하여 이동할 수 있도록 형성되며 해저에 위치된 상기 풍력발전기의 구조체를 점검하는 잠수정과, 상기 드론 및 상기 잠수정을 각각 격납할 수 있도록 형성되며 해수면을 따라 자율운항을 통해 상기 풍력발전기가 형성된 위치까지 상기 드론 및 상기 잠수정을 운반하는 선박을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템{Offshore wind farm management system using autonomously operated unmanned moving vehicle}

본 발명은 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상에 설치된 풍력발전기의 파손이나 작동상태를 작업자가 직접 점검하지 않아도 정기적으로 자동 점검이 가능한 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템에 관한 것이다.

풍력 발전은 신재생에너지 가운데 비교적 효율이 높으며 시장경쟁력을 갖추고 있어, 기술 개발 및 활용이 점차 늘어나고 있는 추세이다.

초기 풍력 발전은 육상 풍력 발전을 위주로 발달했으나, 터빈의 대형과, 소음 및 진동, 장소의 제한 등의 문제로 최근 해상 풍력 발전이 각광받고 있다.

특히, 우리나라는 삼면이 바다인 지형적 특성으로 인해 해상 풍력 발전에 매우 유리한 조건을 가지고 있어, 전망이 매우 밝다고 볼 수 있다.

일반적으로 해상 풍력 발전기는 크게 Rotor-nacelle assembly라 불리는 발전 구성물과 지지구조물(Supporting structure) 2개 부분으로 나뉠 수 있으며, 이 지지구조물은 발전 구성물을 설정된 높이로 위치시키는 타워(Tower)와 해저에 고정되어 타워를 지지하도록 콘크리트 및 와이어를 포함하는 구조체(Foundation)로 구분된다.

해상 풍력 발전기와 같은 대형 구조물은 최초 준공 후 시간이 경과됨에 따라 결함 부분이 발생하며, 따라서 구조물의 건전성 여부를 파악하기 위한 상태 점검이 필요로 된다.

특히, 구조물에 파도나 바람, 해류 등의 외부 하중이 작용함에 따라 구조물과 해저면의 경계 부분이 특히 취약하므로, 이에 따라 구조물이 설치된 지반의 침하, 세굴 또는 구조물의 기울어짐 등의 문제가 발생하기 쉽다.

또한 바람에 의해 회전되는 풍력발전기의 블레이드는 바람과 접촉되는 면적을 넓히기 위해 크게 형성되어 있는데, 파손되어 이탈되는 경우 주변의 다른 풍력발전기를 타격하여 파손시키거나 해상에 낙하되어 사고를 유발할 수 있는 문제점이 있었다.

그러나 해상에 설치된 풍력발전기는 발전 상태나 센서에 의해 동작상태를 이용하여 점검이 필요한지 원격으로 판단하기 때문에 사고 발생 전에 파손 위험을 파악하기 어렵고, 해저에 설치된 구조체는 점검이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한 점검을 위해서는 작업자가 직접 풍력발전기로 이동한 후 점검해야 하므로 시간이 오래걸리고, 점검 중에는 풍력발전기를 정지시켜야 하므로 발전량이 감소되는 문제점이 있었다.

한국특허 공개번호 제10-2014-0134382호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다수 개의 무인 이동체를 기반으로 원격에서 풍력발전기의 작동상태, 노후화상태, 파손 및 균열상태를 시각적으로 확인할 수 있는 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 해저에 설치된 구조체의 부식이나 파손 상태를 정밀하게 분석할 수 있고, 점검이 필요한 위치를 정보를 세부적으로 안내할 수 있는 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 풍력발전기가 형성된 원거리에서도 자가발전 및 충전을 통해 장시간동안 임무를 수행할 수 있는 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템은 자율운항을 통해 설정된 경로를 따라 비행하여 해상에 노출된 풍력발전기의 블레이드 및 타워를 점검하는 드론과, 자율운항을 통해 해저로 잠수하여 이동할 수 있도록 형성되며 해저에 위치된 상기 풍력발전기의 구조체를 점검하는 잠수정과, 상기 드론 및 상기 잠수정을 각각 격납할 수 있도록 형성되며 해수면을 따라 자율운항을 통해 상기 풍력발전기가 형성된 위치까지 상기 드론 및 상기 잠수정을 운반하는 선박을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템의 상기 선박은 상부에는 상기 드론이 이착륙할 수 있도록 형성되고 하부에는 상기 잠수정을 보관하거나 출격할 수 있도록 형성되는 격납유닛과, 상부에 형성되며 태양광을 통해 자가발전을 하여 전력을 충전할 수 있도록 형성되는 발전모듈과, 상기 풍력발전기에 형성된 충전단자와 접촉되어 상기 풍력발전기에서 생산되는 전력을 공급받을 수 있도록 형성되는 도킹모듈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템의 상기 선박은 상기 드론이 상기 풍력발전기를 점검하는 경우 상기 블레이드의 각도 및 회전속도를 조절하여 상기 드론이 상기 블레이드를 촬영할 수 있도록 제어하는 제어모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템의 상기 드론 및 상기 잠수정은 상기 풍력발전기를 촬영하여 취득된 점검 이미지에서 균열, 변형, 파손 상태를 원본 이미지와 비교하여 점검유무를 결정하게 되고, 상기 점검 이미지는 머신러닝을 통해 저장되어 다음 점검 시 균열, 변형, 파손 상태를 판단할 때 상기 원본 이미지와 함께 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템의 상기 드론은 상기 블레이드의 회전속도와 동기화되어 상기 블레이드를 따라 비행하도록 형성되며, 상기 블레이드의 길이방향을 따라 이동되면서 상기 블레이드의 상태를 점검하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템의 상기 잠수정은 상기 구조체에 부착된 이물질 또는 해양생물을 제거할 수 있도록 세척유닛을 더 포함하며, 상기 세척유닛을 통해 상기 구조체 점검이 필요한 부위를 세척한 후 이미지를 생성하여 균열, 변형, 파손 상태를 점검하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템에 의하면, 다수 개의 무인 이동체를 기반으로 원격에서 풍력발전기의 작동상태, 노후화상태, 파손 및 균열상태를 시각적으로 확인할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템에 의하면, 해저에 설치된 구조체의 부식이나 파손 상태를 정밀하게 분석할 수 있고, 점검이 필요한 위치를 정보를 세부적으로 안내할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템에 의하면, 풍력발전기가 형성된 원거리에서도 자가발전 및 충전을 통해 장시간동안 임무를 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템의 전체적인 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템이 풍력발전기가 형성된 위치에서 산개되는 모습을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템이 풍력발전기를 점검하는 모습을 나타낸 예시도.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템의 전체적인 구성을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템이 풍력발전기(10)가 형성된 위치에서 산개되는 모습을 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템이 풍력발전기(10)를 점검하는 모습을 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템은 자율운항을 통해 설정된 경로를 따라 비행하여 해상에 노출된 풍력발전기(10)의 블레이드(12) 및 타워(11)를 점검하는 드론(200)과, 자율운항을 통해 해저로 잠수하여 이동할 수 있도록 형성되며 해저에 위치된 풍력발전기(10)의 구조체(13)를 점검하는 잠수정(300)과, 드론(200) 및 잠수정(300)을 각각 격납할 수 있도록 형성되며 해수면을 따라 자율운항을 통해 풍력발전기(10)가 형성된 위치까지 드론(200) 및 잠수정(300)을 운반하는 선박(100)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

드론(200)은 다수 개의 프로펠러를 이용하여 비행할 수 있도록 형성되며, 하부에는 제1카메라(210)가 형성되어 있어 풍력발전기(10)의 블레이드(12)나 타워(11)를 촬영하여 균열, 변형, 파손된 부위를 검출할 수 있도록 형성되어 있다.

드론(200)은 자율운항이 가능하여 다수 개의 풍력발전기(10)를 순차적으로 이동하면서 점검할 수 있도록 점검 경로를 형성하게 되는데, 선박(100)에서 이륙되면 고도를 높여 풍력발전기(10)의 위치와 개수를 파악한 후 경로를 형성하여 자율운항을 통해 각각의 풍력발전기(10)를 점검할 수 있게 된다.

여기서 드론(200)의 배터리가 한정적이기 때문에 배터리의 용량 대비 점검가능 풍력발전기(10) 개수를 자동으로 연산하여 경로를 설정할 수 있으며, 미점검된 풍력발전기(10)는 이미지 및 GPS 위치정보를 기반으로 다음 점검시 미점검된 풍력발전기(10)로 경로를 형성할 수 있게 된다.

잠수정(300)은 해저에 잠수된 상태에서 프로펠러를 통해 이동이 가능하도록 형성되며, 전면에는 제2카메라(310), 초음파센서, 라이다센서가 마련되어 있어 해저에서 자율운항할 때 해저에 존재하는 구조체(13)나 장애물과 접촉되지 않도록 방지될 수 있게 된다.

잠수정(300)은 GPS 신호를 기반으로 위치정보를 수신받아 동작되도록 형성되어 있으나, 해저에서 수신율이 감소되는 것을 감안하여 해수면에서 노출된 상태로 풍력발전기(10)까지 이동된 후 잠수하여 풍력발전기(10)의 구조체(13)를 점검하는 것이 바람직하다.

또한 잠수정(300)은 해저에서 촬영하기 때문에 해상에 존재하는 점검대상 풍력발전기(10)에 대한 수량이나 위치를 파악하기 어렵기 때문에 드론(200)과 무선통신하여 드론(200)에서 형성된 경로를 전송받아 드론(200)과 잠수정(300)이 동일한 풍력발전기(10)를 점검하도록 하는 것이 바람직하다.

이때 드론(200)과 잠수정(300)의 배터리 용량에 의한 차이가 존재하고, 잠수정(300)이 해저에서 기동하기 위해 발생되는 물의 밀도가 공기보다 높으므로 드론(200)보다 배터리 소모가 빠르게 진행될 수 있다.

이를 위해 드론(200)에서 전송받은 경로를 따라 순차적으로 드론(200)과 잠수정(300)이 점검을 수행하되, 드론(200)이나 잠수정(300) 중 어느 하나가 먼저 점검이 끝나면 다음 풍력발전기(10)로 이동하여 점검하도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 점검하는 풍력발전기(10)의 순서는 동일하게 진행하고 점검 속도는 달리함으로써 보다 효율적으로 풍력발전기(10)를 점검할 수 있게 된다.

선박(100)은 해수면을 따라 이동할 수 있는 것으로 내륙에서 이격된 위치에 형성된 풍력발전기(10)가 형성된 위치로 드론(200)과 잠수정(300)을 운반하기 위해 사용되며, 선박(100)이 드론(200)과 잠수정(300)을 운반함에 따라 드론(200)과 잠수정(300)이 풍력발전기(10)가 형성된 위치까지 배터리 소모없이 이동될 수 있으므로 점검시간을 대폭 늘릴 수 있게 된다.

또한 선박(100)에 의해 드론(200)과 잠수정(300)이 운반되기 때문에 배터리가 소모되면 선박(100)으로 복귀하여 선박(100)에 의해 안전하게 회수될 수 있게 되므로, 배터리 소모에 의해 드론(200)이나 잠수정(300)을 잃어버리는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

또한 선박(100)은 상부에는 드론(200)이 이착륙할 수 있도록 형성되고 하부에는 잠수정(300)을 보관하거나 출격할 수 있도록 형성되는 격납유닛(110)과, 상부에 형성되며 태양광을 통해 자가발전을 하여 전력을 충전할 수 있도록 형성되는 발전모듈(120)과, 풍력발전기(10)에 형성된 충전단자(13)와 접촉되어 풍력발전기(10)에서 생산되는 전력을 공급받을 수 있도록 형성되는 도킹모듈(130)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

격납유닛(110)은 선박(100)의 상부와 하부에 각각 형성되어 있어 내부에 드론(200)이나 잠수정(300)을 수용하여 격납하고, 격납된 드론(200)이나 잠수정(300)에 전력을 공급하여 배터리를 충전할 수 있도록 구성되어 있다.

이때 드론(200)을 격납하기 위한 상부 격납유닛(110)은 상부면이 슬라이드로 개폐될 수 있도록 형성되어 있어 드론(200)이 착륙할 때 상부면이 개방된 후 내부로 진입할 수 있도록 구성되어 있다.

또한 드론(200)이 이착륙할 때 선박(100)의 내부 구조물과 접촉되는 것을 방지하기 위해 상부 격납유닛(110)에는 별도의 승강패드가 마련되어 있어 승강패드가 선박(100) 상부로 돌출된 후 드론(200)이 착륙하거나 이륙하면 내부로 하강되도록 하여 드론(200)이 정지된 상태에서 격납유닛(110)에 의해 격납되도록 하는 것이 바람직하다.

잠수정(300)을 격납하기 위한 하부 격납유닛(110)은 선박(100)의 하부에 형성되어 있는데, 보다 상세하게는 선박(100)의 하부 전면 또는 후면에 위치되어 일면이 회동에 의해 개폐될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

하부 격납유닛(110) 내부에 격납된 잠수정(300)은 사출방식으로 출격되어 바다로 진입할 수 있도록 형성되어 있으며, 복귀할 때는 하부 격납유닛(110)의 일면이 회동되어 형성된 경사면을 따라 추진력에 의해 내부로 진입할 수 있게 된다.

이때 하부 격납유닛(110)은 잠수정(300)이 일방향으로만 진입할 수 있도록 가이드가 마련되어 있으며, 내부에는 잠수정(300)을 고정하기 위한 픽업모듈이 형성되고 바닥면에는 잠수정(300)의 배출 방향을 전환시키는 회전체가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

즉, 잠수정(300)은 하부 격납유닛(110)에 의해 출격된 후 다시 복귀될 때 가이드를 따라 내부로 진입할 수 있게 되고, 픽업유닛에 의해 고정된 상태로 유지되어 선박(100)이 이동할 때 잠수정(300)이 선박(100)내부와 접촉되어 파손되는 것을 방지할 수 있고, 선박(100)에서 다시 사출될 때는 전면 먼저 사출되도록 회전체에 의해 방향을 전환시킬 수 있게 도니다.

발전모듈(120)은 선박(100)의 상부에 형성되어 있으며 다수 개의 태양광모듈로 이루어져 있어 태양광에 의한 자가발전이 가능하여 해양에서도 장기간 운영이 가능해진다.

이때 발전모듈(120)은 선박(100)의 내부 배터리를 충전함과 동시에 선박(100) 내부에 격납되어 있는 드론(200)이나 잠수정(300)에 배터리를 충전시킬 수 있게 된다.

또한 도킹모듈(130)은 발전모듈(120)에 의해 필요한 전력량을 공급받지 못한 경우 사용되는 것으로, 풍력발전기(10)의 외면에 형성된 충전단자(14)와 연결되어 풍력발전기(10)에서 생산된 전력을 공급받기 위해 사용된다.

이때 도킹모듈(130)은 다축으로 형성되어 3차원 좌표로 가변될 수 있는 다관절로봇으로 구성될 수 있으며, 풍력발전기(10)에 형성된 충전단자(14)와 접촉됨으로써 내부 배터리를 충전시킬 수 있게 된다.

또한 풍력발전기(10)에 형성된 충전단자(14)는 선박(100)이 근접한 상태에서만 활성화되도록 하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 충전단자(14)가 아닌 무선충전방식을 통해 충전될 수도 있다.

또한 선박(100)은 드론(200)이 풍력발전기(10)를 점검하는 경우 블레이드(12)의 각도 및 회전속도를 조절하여 드론(200)이 블레이드(12)를 촬영할 수 있도록 제어하는 제어모듈(140)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

선박(100)은 풍력발전기(10)와 무선통신을 통해 원격으로 제어할 수 있도록 형성되어 있으며, 드론(200)이 풍력발전기(10)를 점검할 때 드론(200)이 점검 경로에 맞춰 풍력발전기(10)가 순차적으로 블레이드(12)의 각도를 변화시켜 회전속도를 감속시키도록 제어할 수 있게 된다.

선박(100)의 제어신호에 의해 풍력발전기(10)의 블레이드(12) 각도가 변화되면 블레이드(12)는 바람에 의해 회전되지 않도록 방지될 수 있으며, 이 상태에서 드론(200)은 블레이드(12)를 촬영하여 블레이드(12)에서 발생된 균열, 변형, 파손상태를 확인할 수 있게 된다.

또한 블레이드(12)의 각도를 변화시킴에 따라 바람에 의해 회전되는 블레이드(12)는 서서히 감속될 수 있게 되는데, 풍력발전기(10)가 완전히 정지되거나 다시 발전하기 위해 회전되는 속도까지 복원되기 위한 시간이 오래 걸리므로 저속회전 상태에서 드론(200)이 블레이드(12)를 촬영하여 점검할 수 있도록 할 수도 있다.

즉, 드론(200)이 블레이드(12)를 촬영하여도 이미지가 왜곡되지 않는 정도의 속도로만 감속되도록 제어될 수 있게 되며, 드론(200)은 블레이드(12)를 촬영하여 점검을 수행할 수 있게 된다.

또한 드론(200)은 블레이드(12)의 회전속도와 동기화되어 블레이드(12)를 따라 비행하도록 형성되며, 블레이드(12)의 길이방향을 따라 이동되면서 블레이드(12)의 상태를 점검하는 것을 특징으로 한다.

드론(200)은 블레이드(12)의 전체 상태를 촬영한 후 각각의 블레이드(12)의 외면을 면밀히 분석할 수 있도록 형성되어 있는데, 이 경우 드론(200)은 블레이드(12)의 길이 방향으로 이동하면서 블레이드(12)의 외면을 부분적으로 확대하여 촬영하여 세부 상태를 점검할 수 있게 된다.

이때 드론(200)은 블레이드(12)가 정지된 상태에서는 블레이드(12)를 따라 이동하면서 쉽게 촬영할 수 있으나, 저속으로 회전되는 상태인 경우에는 블레이드(12)의 회전 방향을 따라 이동할 필요성이 있다.

이를 위해 드론(200)에는 블레이드(12)의 회전 속도를 감지하고 블레이드(12)와 동일한 속도로 비행하도록 형성되는 동기화유닛(220)을 더 포함하고 있으며, 동기화 유닛을 통해 드론(200)은 블레이드(12)의 회전속도에 맞춰 블레이드(12)와 동일한 방향으로 비행하게 된다.

블레이드(12)와 회전속도가 동기화 된 상태에서 블레이드(12)의 일단 또는 타단에서부터 일 방향으로 이동하며 블레이드(12)의 외면을 촬영할 수 있게 되며 블레이드(12)에 존재하는 균열, 변형, 파손 상태를 검토하여 점검이 필요한 상태인지 판단할 수 있게 된다.

또한 드론(200) 및 잠수정(300)은 풍력발전기(10)를 촬영하여 취득된 점검 이미지에서 균열, 변형, 파손 상태를 원본 이미지와 비교하여 점검유무를 결정하게 되고, 점검 이미지는 머신러닝을 통해 저장되어 다음 점검 시 균열, 변형, 파손 상태를 판단할 때 원본 이미지와 함께 사용되는 것을 특징으로 한다.

드론(200)과 잠수정(300)은 각각 촬영된 이미지 정보를 기반으로 균열, 변형, 파손 상태를 판단하게 되는데, 이를 비교판단하기 위해 드론(200)과 잠수정(300)에는 정상상태에서 촬영된 원본 이미지가 저장되어 있다.

여기서 드론(200)과 잠수정(300)이 촬영된 이미지는 점검 이미지라 칭한다.

점검 이미지와 기 저장된 원본 이미지를 서로 비교하여 균열, 변형, 파손에 의한 비정상상태를 비교할 수 있게 되고, 점검이 필요하다고 판단되는 부위의 점검 이미지는 별도로 저장되어 보관되고 작업자에게 해당 위치, 사진 및 비교 판단된 상태정보를 제공하여 작업자가 점검할 수 있도록 유도하게 된다.

이때 점검이 필요하다고 판단된 점검 이미지는 작업자가 점검 후 균열, 변형, 파손, 정상 상태 중 어느 하나로 선택할 수 있게 되며, 드론(200)과 잠수정(300)은 작업자가 선택한 정보를 기반으로 머신러닝을 수행하여 다음 점검을 수행할 때 원본 이미지와 함께 작업자에 의해 머신러닝이 수행된 점검 이미지를 보조 수단으로 사용하여 정상상태와 비정상상태를 보완할 수 있게 된다.

즉, 점검 이미지에 대한 정보가 쌓일수록 머신러닝에 필요한 데이터도 점진적으로 증가될 수 있고, 드론(200)과 잠수정(300)이 촬영된 이미지를 비교 판단할 때 정상상태와 비정상상태를 정밀하게 비교할 수 있게 된다.

또한 머신러닝을 통해 작업자가 반드시 필요한 순간에만 점검을 수행할 수 있게 되며, 필요에 따라 드론(200)과 잠수정(300)은 예상 수명이나 파손시기를 예측하여 작업자가 점검 또는 교체해야하는 기간을 산정하여 안내해줄 수도 있다.

또한 잠수정(300)은 구조체(13)에 부착된 이물질 또는 해양생물을 제거할 수 있도록 세척유닛(320)을 더 포함하며, 세척유닛(320)을 통해 구조체(13) 점검이 필요한 부위를 세척한 후 이미지를 생성하여 균열, 변형, 파손 상태를 점검하는 것을 특징으로 한다.

잠수정(300)은 해저에서 풍력발전기(10)의 구조체(13)를 점검하게 되는데, 구조체(13)는 콘크리트 기초, 와이어, 프레임을 포함하고 있다.

해저에 존재하는 만큼 해저에 잔류하는 이물질이 표면에 묻어 있거나 따개비와 같은 해양생물이 표면을 덮고 있을 수 있으므로 이를 제거해야 표면상의 균열, 변형, 파손 상태를 파악할 수 있게 된다.

이를 위해 잠수정(300)은 이물질을 세척하기 위한 세척유닛(320)이 형성되어 있으며, 세척유닛(320)은 바닷물을 고압으로 분사하여 구조체(13)의 표면에 존재하는 이물질이나 해양생물을 제거할 수 있게 된다.

필요에 따라 따개비와 같은 해양생물을 효과적으로 제거하기 위해 표면을 긁어내는 갈고리가 마련되어 있어 추진력에 의해 표면의 해양생물을 물리적으로 제거할 수도 있게 된다.

세척유닛(320)을 통해 표면이 깨끗해진 구조체(13)를 촬영할 수 있게 되고, 표면에 발생된 균열, 변형, 파손 상태를 분석하여 풍력발전기(10)의 구조체(13)가 무너지지 않도록 사전에 점검할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템에 의하면, 다수 개의 무인 이동체를 기반으로 원격에서 풍력발전기의 작동상태, 노후화상태, 파손 및 균열상태를 시각적으로 확인할 수 있고, 해저에 설치된 구조체의 부식이나 파손 상태를 정밀하게 분석할 수 있고, 점검이 필요한 위치를 정보를 세부적으로 안내할 수 있으며, 풍력발전기가 형성된 원거리에서도 자가발전 및 충전을 통해 장시간동안 임무를 수행할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

10 : 풍력발전기
11 : 타워
12 : 블레이드
13 : 구조체
14 : 충전단자
100 : 선박
110 : 격납유닛
120 : 발전모듈
130 : 도킹모듈
140 : 제어모듈
200 : 드론
210 : 제1카메라
220 : 동기화유닛
300 : 잠수정
310 : 제2카메라
320 : 세척유닛

Claims

자율운항을 통해 설정된 경로를 따라 비행하여 해상에 노출된 풍력발전기의 블레이드 및 타워를 점검하는 드론과;
자율운항을 통해 해저로 잠수하여 이동할 수 있도록 형성되며 해저에 위치된 상기 풍력발전기의 구조체를 점검하는 잠수정과;
상기 드론 및 상기 잠수정을 각각 격납할 수 있도록 형성되며 해수면을 따라 자율운항을 통해 상기 풍력발전기가 형성된 위치까지 상기 드론 및 상기 잠수정을 운반하는 선박;을 포함하고,
상기 드론은
상기 블레이드의 회전속도와 동기화되어 상기 블레이드를 따라 비행하도록 형성되며, 상기 블레이드의 길이방향을 따라 이동되면서 상기 블레이드의 상태를 점검하는 것을 특징으로 하는
자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템.
제 1항에 있어서,
상기 선박은
상부에는 상기 드론이 이착륙할 수 있도록 형성되고 하부에는 상기 잠수정을 보관하거나 출격할 수 있도록 형성되는 격납유닛과;
상부에 형성되며 태양광을 통해 자가발전을 하여 전력을 충전할 수 있도록 형성되는 발전모듈과;
상기 풍력발전기에 형성된 충전단자와 접촉되어 상기 풍력발전기에서 생산되는 전력을 공급받을 수 있도록 형성되는 도킹모듈;로 이루어지는 것을 특징으로 하는
자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템.
자율운항을 통해 설정된 경로를 따라 비행하여 해상에 노출된 풍력발전기의 블레이드 및 타워를 점검하는 드론과;
자율운항을 통해 해저로 잠수하여 이동할 수 있도록 형성되며 해저에 위치된 상기 풍력발전기의 구조체를 점검하는 잠수정과;
상기 드론 및 상기 잠수정을 각각 격납할 수 있도록 형성되며 해수면을 따라 자율운항을 통해 상기 풍력발전기가 형성된 위치까지 상기 드론 및 상기 잠수정을 운반하는 선박;을 포함하고,
상기 선박은
상기 드론이 상기 풍력발전기를 점검하는 경우 상기 블레이드의 각도 및 회전속도를 조절하여 상기 드론이 상기 블레이드를 촬영할 수 있도록 제어하는 제어모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템.
제 1항 또는 제3항에 있어서,
상기 드론 및 상기 잠수정은
상기 풍력발전기를 촬영하여 취득된 점검 이미지에서 균열, 변형, 파손 상태를 원본 이미지와 비교하여 점검유무를 결정하게 되고,
상기 점검 이미지는 머신러닝을 통해 저장되어 다음 점검 시 균열, 변형, 파손 상태를 판단할 때 상기 원본 이미지와 함께 사용되는 것을 특징으로 하는
자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템.
삭제
제 1항 또는 제3항에 있어서,
상기 잠수정은
상기 구조체에 부착된 이물질 또는 해양생물을 제거할 수 있도록 세척유닛;을 더 포함하며,
상기 세척유닛을 통해 상기 구조체 점검이 필요한 부위를 세척한 후 이미지를 생성하여 균열, 변형, 파손 상태를 점검하는 것을 특징으로 하는
자율운항 무인 이동체를 이용한 해상 풍력발전 단지 관리시스템.