목차
보고서 요약서 2
SUMMARY 4
제1장. 연구개발과제의 개요 7
1. 연구개발 목적 7
2. 연구개발의 필요성 7
3. 연구개발 범위 11
제2장. 국내외 기술 개발 현황 12
1. 국내 현황 12
2. 국외 현황 19
제3장. 연구 수행 내용 및 성과 24
1. 테스트베드 구축 (수행: 한국로봇융합연구원 & 승화기술정책연구소) 24
2. 선박 외벽 이동을 위한 자석형 주행장치 (수행: 제타크리젠) 38
3. 파공봉쇄용 로봇 암 및 앵커 투입 장치 (수행: 한국로봇융합연구원) 45
4. 제어장치/원격제어기 및 부가장치 개발 (수행: 한국로봇융합연구원) 53
5. 앵커 개발 (수행: 해양안전메카) 65
6. 봉쇄패드 개발 (수행: 승화기술정책연구소) 76
7. 훈련용 시뮬레이터 개발 (수행: 해양안전메카) 90
8. 실해역 실험 (수행: 주관 & 참여기관) 92
제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 96
1. 목표 달성도 96
2. 관련 분야 기여도 98
제5장. 연구개발성과의 활용계획 (작성자: 홍영진) 99
제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 100
제7장. 연구개발성과의 보안등급 101
제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설ㆍ장비 현황 102
제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 103
제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 104
제11장. 기타 사항 105
제12장. 참고문헌 106
〈표 1〉 선체 파공의 원인과 봉쇄 여부 (2006-2009년) 10
〈표 2〉 정량적 목표 11
〈표 3〉 국내 선박파공 봉쇄장비 관련 특허 현황 16
〈표 4〉 국내 선박파공 봉쇄기술 관련 논문 현황 17
〈표 5〉 한국해양수산개발원 해역별 방재장비 보유현황표 18
〈표 6〉 2012년도 국내 기관별 비상 방제품 보유현황 18
〈표 7〉 2차년도 제작된 테스트베드 사양서 30
〈표 8〉 2차년도 제작된 곡면 주행실험용 테스트베드 사양서 30
〈표 9〉 3차년도 제작된 대형 파공 실험이 가능한 테스트베드 제작 사양 32
〈표 10〉/〈표 13〉 개발된 주행모듈 사양 43
〈표 11〉/〈표 15〉 연차별 로봇 암 및 몸통부 비교표 47
〈표 12〉/〈표 16〉 연차별 앵커 투입장치 비교표 49
〈표 13〉/〈표 17〉 소형 파공봉쇄 장치의 제원 (최종) 50
〈표 14〉/〈표 18〉 소형 파공봉쇄 장치 연차별 비교표 50
〈표 15〉/〈표 19〉 대형 파공봉쇄 장치의 제원 (최종) 52
〈표 16〉/〈표 20〉 제어장치의 모듈별 제원 (최종) 55
〈표 17〉/〈표 22〉 로컬 제어장치 (로봇에 탑재되는 방수/방폭형 제어부) 57
〈표 18〉/〈표 23〉 로컬 제어장치 하우징 및 내부 부품배치와 레이아웃 58
〈표 19〉/〈표 24〉 연차별 로컬 제어장치의 비교표 58
〈표 20〉/〈표 27〉 제작된 케이블 릴의 연차별 비교표 62
〈표 21〉/〈표 38〉 훈련용 시뮬레이터 제어장치 하드웨어 사양 91
〈그림 1〉/〈그림 2〉 선박 파공봉쇄장치 개념도 7
〈그림 2〉/〈그림 3〉 씨프린스 사고 (1995년 전남 여수, 벙커씨유 5천톤 유출) 및 허베이 스피리트 (2007년 충남 태안, 원유 1만 2천톤 유출) 해양오염 사고 모습 8
〈그림 3〉/〈그림 4〉 허베이 스피리트호 기름유출로 인한 태안반도 피해지역 위성사진 및 피해지역 내 실제 기름제거 작업 모습 8
〈그림 4〉/〈그림 5〉 최근 5년간 해양오염사고 발생 현황(2008-2012) 9
〈그림 5〉/〈그림 6〉 국내 항만물동량 추이 9
〈그림 6〉/〈그림 7〉 2014년 4월 부산, 캡틴 반젤리스 사고 당시 파공봉쇄 대원 10
〈그림 7〉/〈그림 8〉 종래 파공봉쇄용 기술수준 및 연구개발품 예 12
〈그림 8〉/〈그림 9〉 선박 파공부 용접 봉쇄의 예 (2008년) 13
〈그림 9〉/〈그림 10〉 요철형 마그네틱 에어 메트릭스 형태 13
〈그림 10〉/〈그림 11〉 버터플라이 밸브식 마그네틱 봉쇄장치 시연 14
〈그림 11〉/〈그림 12〉 공기압 밸브식 마그네틱 봉쇄장치 14
〈그림 12〉/〈그림 13〉 선박의 기름유출 방지장치 대표도 14
〈그림 13〉/〈그림 14〉 KAIST의 선박사고시 유출차단장치 및 방법 15
〈그림 14〉/〈그림 15〉 MIKO Marine사의 Magnetic Plaster 19
〈그림 15〉/〈그림 16〉 미국 텍사스 대학의 파공봉쇄 실험 장치 19
〈그림 16〉/〈그림 17〉 국가별 특허점유율 20
〈그림 17〉/〈그림 18〉 연도별 파공봉쇄 관련 특허 출원빈도 및 국가별 점유율 분포 20
〈그림 18〉/〈그림 19〉 미국 록히드마틴社의 손잡이를 밀어 올리면서 파공봉쇄용 앵커의 날개가 펴지는 메커니즘 21
〈그림 19〉/〈그림 20〉 미국 코노코필립스社의 파공봉쇄 특허 대표도 21
〈그림 20〉/〈그림 21〉 미국 다이버시파이드社의 파공봉쇄 특허 도면 22
〈그림 21〉/〈그림 22〉 미국 MSRC 예산증감표 23
〈그림 22〉/〈그림 23〉 여수 해경안전교육원의 파공봉쇄 훈련 장비 모습 24
〈그림 23〉/〈그림 24〉 릴리프 밸브(relief valve) 예시 25
〈그림 24〉/〈그림 25〉 릴리프 밸브 상용 제품 예시 26
〈그림 25〉/〈그림 26〉 특수 제작 릴리프 밸브 27
〈그림 26〉/〈그림 27〉 실물 제작된 릴리프밸브에서 물이 배출되고 있는 모습 27
〈그림 27〉/〈그림 28〉 실물 제작된 테스트베드의 유출압 시운전 모습 28
〈그림 28〉/〈그림 29〉 실물 제작된 테스트베드의 자력식 주행 로봇 주행 시험 28
〈그림 29〉/〈그림 32〉 곡률반경 3m, 곡면주행 실험용 테스트베드 제작도면 및 제작 실물 모습 29
〈그림 30〉/〈그림 34〉 3차년도 제작한 대형 파공(구경: 1m) 실험이 가능한 테스트베드 제작품 모습 31
〈그림 31〉/〈그림 35〉 지상 8m 높이의 75kPa 가압이 가능한 테스트베드 설계도면 33
〈그림 32〉/〈그림 38〉 소형/대형 파공봉쇄 실험이 가능한 실외 테스트베드 제작품 모습 (최대 75kPa) 34
〈그림 33〉/〈그림 41〉 실해역 파공봉쇄 실험용 테스트베드 부함 설계도면 35
〈그림 34〉/〈그림 45〉 4차년도 실해역 파공봉쇄 실험용 테스트베드 설계변경 안 37
〈그림 35〉/〈그림 48〉 대형 파공봉쇄 실험이 가능한 실해역 테스트베드 제작품 모습 37
〈그림 36〉/〈그림 49〉 한국로봇융합연구원에서 개발한 수중 청소작업 로봇 (좌측), 천장 부착형 건설로봇 (우측) 38
〈그림 37〉/〈그림 50〉 자석형 주행모듈 39
〈그림 38〉/〈그림 51〉 네오디움 영구자석이 내장된 트랙피스 구조 39
〈그림 39〉/〈그림 52〉 영구자석 종류와 크기에 따른 부착력 계산 도구 예 40
〈그림 40〉/〈그림 53〉 외벽에 부착된 주행장치 개념도 41
〈그림 41〉/〈그림 54〉 개발된 주행모듈 측면 모습 43
〈그림 42〉/〈그림 55〉 자석 트랙피스 밀착을 위한 가이드 구조 모습 44
〈그림 43〉/〈그림 56〉 자석형 무한궤도형 주행모듈 (제작품) 44
〈그림 44〉/〈그림 57〉 앵커 투입 위치 선정 45
〈그림 45〉/〈그림 59〉 앵커 투입위치 선정 과정 46
〈그림 46〉/〈그림 63〉 로봇 암 및 몸통부 47
〈그림 47〉/〈그림 68〉 앵커 투입장치 48
〈그림 48〉/〈그림 79〉 대형 파공봉쇄 장치 모습 51
〈그림 49〉/〈그림 82〉 파공봉쇄 장치용 제어장치 구성 53
〈그림 50〉/〈그림 86〉 주 제어장치 통신/제어 I/O 신호 흐름도 56
〈그림 51〉/〈그림 95〉 로컬 제어장치의 방폭설계 도면 59
〈그림 52〉/〈그림 103〉 제작된 케이블 사양 및 케이블 보호용 레이스업 자켓 모습 61
〈그림 53〉/〈그림 104〉 제작된 케이블 릴의 커넥터 사양 도면 62
〈그림 54〉/〈그림 114〉 KIRO 제작 항력측정용 샘플 앵커 및 앵커 투입기 66
〈그림 55〉/〈그림 115〉 파공부의 수직단면 방향의 깊이에 따른 항력측정 결과 66
〈그림 56〉/〈그림 116〉 1차년도 샘플 앵커를 이용한 항력측정 결과 67
〈그림 57〉/〈그림 118〉 항력계수 및 항력 검증을 위한 앵커 제작품 67
〈그림 58〉/〈그림 119〉 샘플 앵커의 항력 측정 결과 그래프 68
〈그림 59〉/〈그림 121〉 1차년도 제작된 앵커의 실물 모습 68
〈그림 60〉/〈그림 122〉 해경교육원 파공봉쇄 훈련시설에서의 제작 앵커의 성능 테스트 모습(1차년도) 69
〈그림 61〉/〈그림 124〉 파공봉쇄 실험용 테스트베드 가압탱크의 와류 발생과 이에 따른 투입 앵커의 견착 실패 모습 70
〈그림 62〉/〈그림 126〉 앵커의 내구성 개선 전후 모습 비교 70
〈그림 63〉/〈그림 129〉 2차년도 제작된 일자형 앵커의 설계도면과 중심 견인시의 내구성 기구해석 모습 71
〈그림 64〉/〈그림 131〉 원형 파공부에서의 앵커 견착 실험 모습 72
〈그림 65〉/〈그림 132〉 일자형 앵커의 견착부의 톱니형 구조 및 구조해석 모습 73
〈그림 66〉/〈그림 133〉 일자형 앵커의 내구성 시험성적서 73
〈그림 67〉/〈그림 138〉 대형 파공봉쇄를 위한 접이식 앵커의 설계 도면 및 구조해석 결과 74
〈그림 68〉/〈그림 154〉 봉쇄패드의 성능실험 모습 (포항, 한국로봇융합연구원) 79
〈그림 69〉/〈그림 168〉 4차년도 개선된 봉쇄패드의 봉쇄성능 실험모습 (2019년 한국로봇융합연구원, 포항) 82
〈그림 70〉/〈그림 169〉 봉쇄패드용 견인장치의 방수 하우징 설계안 83
〈그림 71〉/〈그림 172〉 봉쇄패드용 견인장치 방수 하우징의 방폭설계 적용 84
〈그림 72〉/〈그림 178〉 봉쇄패드의 파공봉쇄 장치와의 탈부착 후크 원리 85
〈그림 73〉/〈그림 180〉 봉쇄패드용 압전센서 내장 및 중공형 제작 모습 86
〈그림 74〉/〈그림 182〉 봉쇄패드용 안전센서의 배선 회로도 및 성능시험 모습 87
〈그림 75〉/〈그림 183〉 대형 파공봉쇄용 패드 설계도면 및 구조해석 결과 88
〈그림 76〉/〈그림 185〉 대형 파공봉쇄용 패드 제작실물 및 밀폐성능 실험 모습 89
〈그림 77〉/〈그림 186〉 대형 파공봉쇄용 패드의 방수 성능 실험 모습 89
〈그림 78〉/〈그림 188〉 훈련용 시뮬레이터용 제어장치 설계도면 및 제작품 모습 90
〈그림 79〉/〈그림 189〉 소형/대형 파공봉쇄 장치의 동작제어를 훈련용 시뮬레이터 제작품 모습 91
〈그림 80〉/〈그림 190〉 실해역 실험 장소 확보를 위한 지자체 및 지역 수산청 허가증 92
〈그림 81〉/〈그림 191〉 3차년도(2018년) 실해역 실험 장소 위성사진 (포항 영일만항 인근) 92
〈그림 82〉/〈그림 192〉 실해역 실험 모습 및 실해역 실험 당시의 시나리오 93
〈그림 83〉/〈그림 193〉 4차년도 실해역 실험장소 위성 사진 (목포항 인근) 94
〈그림 84〉/〈그림 194〉 대형 파공봉쇄 장치의 실해역 실험 모습 (2019년 12월, 목포항 인근) 95
〈그림 85〉/〈그림 195〉 독일 Falch 사의 Oil tank water jetting robot 100