KR20160087626A

KR20160087626A - 수중관측을 위한 탐사동력장치 및 이를 이용한 운항방법

Info

Publication number: KR20160087626A
Application number: KR1020150006828A
Authority: KR
Inventors: 신규재
Original assignee: 부산외국어대학교 산학협력단
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-07-22

Abstract

본 발명은 수중로봇에 관한 것으로서, 수중관측을 위한 탐사동력장치로서, 영상유닛(110), 제어유닛(120), 동력유닛(130)을 포함하여 구성되는 헤드부(100)와; 제1추진유닛(210), 제2추진유닛(220) 및 하우징유닛(230)을 포함하여 구성되는 제1몸체부(200);와 조향기능을 하는 방향지시타(310)와 동력을 공급하는 DC모터(320)와 상기 DC모터에 연결되어 선체 추진력을 공급하는 후미프로펠러(330)를 포함하여 구성되는 제2몸체부(300);를 포함하는 것으로 구성되어 있다. 수중관측을 위한 탐사동력장치는, 유, 무선 조정기(400)와 통신하여 원격제어하며, 원격제어 신호가 끊어질 시 로봇이 자동 부상하여 탐사동력장치의 유실을 방지하는 기능을 포함한다.
또한, 상기 탐사동력장치의 운항방법은, 제1워터펌프(233)로 제1밸러스트탱크(231)에 물을 공급하여 무게중심을 조절하여 수중목표위치까지 탐사동력장치를 하강시키는 하강단계; 제1워터펌프(233)로 제1밸러스트탱크(231) 내 물을 배수하고, 제2워터펌프(234)를 통해 제2밸러스트탱크(232)에 물을 공급하여 무게중심을 조절하여 탐사동력장치를 상승시키는 상승단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 탐사동력장치는 방향지시타를 장착하여 하강시 및 상승시에 위치제어가 가능한 효과가 있다. 이를 통해 간단한 구성만으로 수중 목표위치 및 회수 목표지점으로 접근이 가능한 효과가 있다. 또한, 유,무선 통신을 이용한 제어가 가능하여 정보를 송수신하거나 위치파악이 가능한 효과가 있다.

Description

수중관측을 위한 탐사동력장치 및 이를 이용한 운항방법{Exploration power unit for underwater observation}

본 발명은 수중관측을 위한 탐사동력장치 및 이를 이용한 운항방법에 관한 것이다.

일반적으로 자율형 무인잠수정(AUV: Autonomous Underwater Vehicle) 또는 원격조정이 가능한 수중 운동체(ROV: Remotely Operated Vehicle) 등과 같은 수중 로봇은 심해저와 같이 생리학적으로 인간의 잠수한계를 초과한 지역이나 오염지역 등에서 해저의 지형과 수온 및 염분도 등 각종해양생태 환경을 탐사하기 위한 연구 및 학술용 목적과 기뢰 등의 폭발물을 탐지하고 이를 제거하는 등의 인명 및 장비의 손실이 예상되는 위험한 작업을 대신하거나 주기적인 수중의 정찰활동과 같은 군사용 목적등 다양한 목적의 수행을 위해 개발된 것이다.

기존 해저 탐사에 사용되는 수중로봇은 프로펠러와 제어핀에 의해 제어되고, 일반적으로 제어핀의 제어는 작은 모터로 가능한 반면에 프로펠러의 작동은 수중탐사로봇에 필요한 전원소비량의 70%이상을 소모하는 추진모터에 의해 제어된다.

또한, 요구하는 운항시간이 길어짐에 따라 필요한 배터리 용량이 증가되며 이는 직접적으로 잠수정의 크기가 커지는 결과가 초래하게 된다. 잠수정의 크기가 커지면 잠수정의 운용에 필요한 지원시스템에 대한 요구사양이 높아지고 결과적으로 잠수정 운영비용이 기하급수적으로 증대된다.

이러한 문제점을 극복하고자 개발된 기술이 글라이더 기술이다. 글라이더는 자제 부력조절장치를 가지고 있으며, 초기에는 자동으로 음성부력을 만들고 무게중심을 선체 앞쪽으로 이동시켜 잠수를 시작하며, 정해진 수심까지 도착한 후엔 자동으로 양성부력을 만들고 무게중심을 뒤쪽으로 이동시켜 상승한다. 이러한 과정을 여러 번 반복하므로 장거리 탐사가 가능하다.

그러나 글라이더의 경우 자신이 해수면에서 상승위치를 제어할 수 없고, 아울러 사용자는 위성통신에 의존하여 글라이더의 상승지점을 파악하고 다음단계의 미션을 전달하게 되며 이로 인하여 글라이더의 운영이 복잡하였다. 또한, 수중글라이더는 물살에 떠내려가 버리기 때문에 해류가 빠른 바다에서는 사용하기 곤란한 단점이 있었다. 국내특허 10-2011-0001199에서는 상승위치를 제어할 수 있는 수중탐사로봇을 제안하였지만, 추를 이용하여 부력을 조절하므로 상기 탐사로봇의 수중에서 추의 사용이 일회적이라는 단점이 있어 이를 운영하는데 비용이 증가하는 결과를 초래하게 된다.

KR 10-2009-0058608 KR 10-2012-0031951 KR 10-2004-0087341

본 발명의 목적은 상기와 같은 수중탐사로봇의 구조적, 기능적 문제점을 해결할 수 있도록 동체의 추진방향을 조절하는 방향지시타를 구성하여 보다 향상된 조향기능을 수행할 수 있도록 하는 탐사동력장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 수중로봇은, 수중관측을 위한 탐사동력장치로서, 영상유닛(110), 제어유닛(120), 동력유닛(130)을 포함하여 구성되는 헤드부(100)와; 제1추진유닛(210), 제2추진유닛(220) 및 하우징유닛(230)을 포함하여 구성되는 제1몸체부(200);와 조향기능을 하는 방향지시타(310)와 동력을 공급하는 DC모터(320)와 상기 DC모터에 연결되어 선체 추진력을 공급하는 후미프로펠러(330)를 포함하여 구성되는 제2몸체부(300);를 포함하는 것으로 구성되어 있다. 수중관측을 위한 탐사동력장치는, 유, 무선 조정기(400)와 통신하여 원격제어하며, 원격제어 신호가 끊어질 시 로봇이 자동 부상하여 탐사동력장치의 유실을 방지하는 기능을 포함한다.

또한, 상기 탐사동력장치의 운항방법은, 제1워터펌프(233)로 제1밸러스트탱크(231)에 물을 공급하여 무게중심을 조절하여 수중목표위치까지 탐사동력장치를 하강시키는 하강단계; 제1워터펌프(233)로 제1밸러스트탱크(231) 내 물을 배수하고, 제2워터펌프(234)를 통해 제2밸러스트탱크(232)에 물을 공급하여 무게중심을 조절하여 탐사동력장치를 상승시키는 상승단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 탐사동력장치는 방향지시타를 장착하여 하강시 및 상승시에 위치제어가 가능한 효과가 있다. 이를 통해 간단한 구성만으로 수중 목표위치 및 회수 목표지점으로 접근이 가능한 효과가 있다.

또한, 유,무선 통신을 이용한 제어가 가능하여 정보를 송수신하거나 위치파악이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 저면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 정면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 배면도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 헤드부 및 제2몸체부 좌측면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제어유닛의 유무선통신 방법에 대한 예시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 저면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 정면도이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 배면도이고, 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중로봇 헤드부 및 제2몸체부 좌측면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 수중관측을 위한 탐사동력장치는 영상유닛(110), 제어유닛(120), 동력유닛(130)을 포함하여 구성되는 헤드부(100)와; 제1추진유닛(210), 제2추진유닛(220) 및 하우징유닛(230)을 포함하여 구성되는 제1몸체부(200);와 조향기능을 하는 방향지시타(310)와 동력을 공급하는 DC모터(320)와 상기 DC모터에 연결되어 선체 추진력을 공급하는 후미프로펠러(330)를 포함하여 구성되는 제2몸체부(300);를 포함하며 구성된다. 상기 영상유닛(110)은, 탐조등(Search Light)(112)과 수중 영상을 취득하기 위한 카메라(111)를 포함하여 구성된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제어유닛의 유무선통신 방법에 대한 예시도로서, 도 6을 참고하면, 상기 제어유닛(120)은, 외부와 유,무선 통신이 가능하고, 마이컴 제어부에서 사용자의 지령 값에 따라 운항한다. 조정기의 송신부 마이컴에서 전진, 후진, 상하좌우, 부상, 잠항 등의 데이터를 송신하면 수신부 마이컴에서 수신된 데이터대로 움직이면서 수중로봇이 원격제어되어 운항한다. 수중관측을 위한 탐사동력장치는, 유, 무선 조정기(400)와 통신하여 원격제어하며, 원격제어 신호가 끊어질 시 로봇이 자동 부상하여 탐사동력장치의 유실을 방지한다.

또한, 상기 제어유닛은, 사용자가 지령값을 입력하는 단계 지령값입력단계; 입력된 지령값이 유무선 조정기로 전송되는 지령값 전송단계; 유무선조정기에 입력된 지령값이 마이컴으로 전송되는 마이컴전송단계; 마이컴에 전송된 지령값이 릴레이 트렌스터의 접점을 붙여 추진모터에 동력을 공급하여 탐사동력장치가 운항하는 단계 운항단계;를 거쳐 운영된다.

상기 제1추진유닛(210) 및 제2추진유닛(220)은, 제1몸체부(200)를 중심으로 좌, 우에 설치되며, 상기 탐사동력장치의 중심을 잡기 위한 제1추(211) 및 제2추(221)와 동력을 공급하는 제1서브모터(213) 및 제2서브모터(223)와 상기 제1서브모터(213) 및 제2서브모터(223)와 연결되어 상기 탐사동력장치의 추진력을 부여하는 제1프로펠러(212) 및 제2프로펠러(222)를 포함하여 구성된다.

상기 하우징 유닛(230)은, 상기 하우징유닛(230) 중앙에 배터리(240)가 마련되고, 배터리(240)를 중심으로 무게중심을 조절하는 제1밸러스트 탱크(231), 제2밸러스트 탱크(232)가 앞, 뒤로 마련되며, 제1밸러스트 탱크(231), 제2밸러스트 탱크(232)에 물을 공급하는 제1워터펌프(233), 제2워터펌프(234)가 각각 구비된다. 상기 카메라(111)는, 상기 탐사동력장치에 탑재되며, 수중영상데이터를 획득하며, 상기 영상데이터를 유,무선조정기(400)로 전송한다. 상기 카메라를 통해 선체나 어자원 및 오염물질 등 수중에서 육안으로 확인할 수 없는 수중의 물체를 탐색하여 영상정보와 상황정보를 획득할 수 있다.

제1워터펌프(233)로 제1밸러스트탱크(231)에 물을 공급하여 무게중심을 조절하여 수중목표위치까지 탐사동력장치를 하강시키는 하강단계와 제1워터펌프(233)로 제1밸러스트탱크(231) 내 물을 배수하고, 제2워터펌프(234)를 통해 제2밸러스트탱크(232)에 물을 공급하여 무게중심을 조절하여 탐사동력장치를 상승시키는 상승단계를 거치며 부상 및 잠함의 원리로 탐사동력장치가 운항한다. 상기 하강단계에서 상기 수중목표위치로 상기 탐사동력장치를 접근시키도록 방향지시타(310)의 각도를 변화시켜 탐사동력장치의 진행방향을 제어하고, 상기 상승단계에서 상기 수면목표위치로 상기 탐사동력장치를 접근시키도록 방향지시타(310)의 각도를 변화시켜 진행방향을 제어한다.

이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

10 탐사동력장치
100 헤드부
110 영상유닛
111 카메라
112 탐조등
120 제어유닛
121 유선조정기
122 무선조정기
123 마이컴
130 동력유닛
200 제1몸체부
210 제1추진유닛
211 제1추
212 제1프로펠러
213 제1서브모터
220 제2추진유닛
221 제2추
222 제2프로펠러
223 제2서브모터
230 하우징유닛
231 제1밸러스트탱크
232 제2밸러스트탱크
233 제1워터펌프
234 제2워터펌프
240 배터리
300 제2몸체부
310 방향지시타
320 DC모터
330 후미프로펠러

Claims

수중관측을 위한 탐사동력장치에 있어서,
영상유닛(110), 제어유닛(120), 동력유닛(130)을 포함하여 구성되는 헤드부(100)와;
제1추진유닛(210), 제2추진유닛(220) 및 하우징유닛(230)을 포함하여 구성되는 제1몸체부(200);와
조향기능을 하는 방향지시타(310)와 동력을 공급하는 DC모터(320)와 상기 DC모터에 연결되어 선체 추진력을 공급하는 후미프로펠러(330)를 포함하여 구성되는 제2몸체부(300);를 포함하며 구성되는 탐사동력장치.
제 1항에 있어서,
상기 영상유닛(110)은,
탐조등(Search Light)(112)과 수중 영상을 취득하기 위한 카메라(111)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탐사동력장치.
제1항에 있어서,
상기 제어유닛(120)은,
외부와 유,무선 통신이 가능하고,
마이컴(123)에서 사용자의 지령 값에 따라 운항하는 것을 특징으로 하는 탐사동력장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1추진유닛(210) 및 제2추진유닛(220)은,
상기 제1몸체부(200)를 중심으로 좌, 우에 설치되며,
상기 탐사동력장치(10)의 중심을 잡기 위한 제1추(211) 및 제2추(221)와 동력을 공급하는 제1서브모터(213) 및 제2서브모터(223)와 상기 제1서브모터(213) 및 제2서브모터(223)와 연결되어 상기 탐사동력장치(10)의 추진력을 부여하는 제1프로펠러(212) 및 제2프로펠러(222)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탐사동력장치.
제 1항에 있어서,
상기 하우징 유닛(230)은,
상기 하우징유닛(230) 중앙에 배터리(240)가 마련되고, 배터리(240)를 중심으로 무게중심을 조절하는 제1밸러스트 탱크(231), 제2밸러스트 탱크(232)가 앞, 뒤로 마련되며, 제1밸러스트 탱크(231), 제2밸러스트 탱크(232)에 물을 공급하는 제1워터펌프(233), 제2워터펌프(234)가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 탐사동력장치.
제 2항에 있어서,
상기 카메라(111)는,
상기 탐사동력장치(10)에 탑재되며, 수중영상데이터를 획득하며, 상기 영상데이터를 유무선조정기(121)로 전송하는 것을 특징으로 하는 탐사동력장치.
제 1항에 있어서,
상기 수중관측을 위한 탐사동력장치(10)는,
유, 무선 조정기(400)와 통신하여 원격제어하며, 원격제어 신호가 끊어질 시 탐사동력장치(10)가 자동 부상하여 탐사동력장치(10)의 유실을 방지하는 것을 특징으로 하는 탐사동력장치.
제1워터펌프(233)로 제1밸러스트탱크(231)에 물을 공급하여 무게중심을 조절하여 수중목표위치까지 탐사동력장치(10)를 하강시키는 하강단계;
제1워터펌프(233)로 제1밸러스트탱크(231) 내 물을 배수하고, 제2워터펌프(234)를 통해 제2밸러스트탱크(232)에 물을 공급하여 무게중심을 조절하여 탐사동력장치(10)를 상승시키는 상승단계;를 포함하는 탐사동력장치 운항방법.
제 8 항에 있어서,
상기 하강단계에서 상기 수중목표위치로 상기 탐사동력장치(10)를 접근시키도록 방향지시타(310)의 각도를 변화시켜 탐사동력장치(10)의 진행방향을 제어하는 탐사동력장치 운항방법.
제 8 항에 있어서,
상기 상승단계에서 상기 수면목표위치로 상기 탐사동력장치(10)를 접근시키도록 방향지시타(310)의 각도를 변화시켜 탐사동력장치(10)의 진행방향을 제어하는 탐사동력장치 운항방법.
제 1항에 있어서,
상기 제어유닛(120)은,
사용자가 지령값을 유무선 조정기(121)에 입력하는 단계 지령값입력단계;
유무선조정기(121)에 입력된 지령값이 마이컴(123)으로 전송되는 마이컴전송단계;
마이컴(123)에 전송된 지령값이 릴레이 트렌스터의 접점을 붙여 동력유닛(130)에 동력을 공급하여 탐사동력장치(10)가 운항하는 단계 운항단계;를 포함하는 탐사동력장치 운항방법.