KR100455746B1 - 원격조종용 무인잠수정 - Google Patents

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KR100455746B1
KR100455746B1 KR10-2002-0026782A KR20020026782A KR100455746B1 KR 100455746 B1 KR100455746 B1 KR 100455746B1 KR 20020026782 A KR20020026782 A KR 20020026782A KR 100455746 B1 KR100455746 B1 KR 100455746B1
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Abstract

본 발명은 무인 잠수정에 관한 것으로 종래의 무인 잠수정의 잠수 및 부상장치가 별도의 액화압축공기를 이용하다보니 잠수 및 부상의 횟수에 제한이 있으며, 액화압축공기를 충전해야할 고가의 장비가 추가로 구비되어야 함으로 무인 잠수정 운영 유지비가 비싸다는 등의 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 무인 잠수정은 전후방에 상하방향추진모터가 배치되고 자바라 탱크의 공기 압축식으로 신속하게 급속 잠항 및 부상이 가능할 뿐만 아니라 별도의 액화 압축공기를 쓸 필요가 없어 무인 잠수정 운영 유지비가 기존의 무인 잠수정보다 저렴하게 들어가는데 있다.

Description

원격조종용 무인잠수정{ROMTELY OPERATED VEHICLE}
본 발명은 ROV(Romtely Operated Vehicle)무인 잠수정에 관한 것으로 더욱 상세히 무인 잠수정의 잠수 및 부상장치에 관한것이다.
잠수정은 비교적으로 잠수함보다 훨씬 소형인 소형 잠수체를 지칭하는데 이 잠수정에도 유인용과 무인용으로 나뉘어질수 있으며 이중에서 무인용 잠수정은 AUV(Autonomous Underwater Vehicle)와, ROV(Romtely Operated Vehicle)로 분류될수 있으며, AUV(Autonomous Underwater Vehicle)는 자율항해 시스템을 도입하여 사전에 미리 작동 프로그램을 사용자가 입력하면 수중에서 자동으로 미리 입력된 작동 프로그램에 의하여 작동하여 각종 정보를 수집하며, 작동 프로그램을 완료하여 수면으로 부상하면 이 잠수정 본체를 사용자가 있는 모선으로 인양하여 이 잠수정 본체가 수집한 정보를 분석한다.
ROV(Romtely Operated Vehicle)는 현재 가장 보편적으로 사용하는 소형 무인 잠수정으로서 사용자가 잠수정과 실시간으로 정보를 교환하고 동작제어 및 각종 정보수집과 분석을 한다.
좀 더 상세히 이 종래의 ROV(Romtely Operated Vehicle)의 구성과 기능을 살펴보면
도 1 에서 도시한 바와 같이
모선 내의 조종실(1)과 무인 잠수정 본체(2)와 모선 내의 조종실(1)에서 동력과 명령을 전달받아 무인 잠수정 본체(2)에 전달하고 무인 잠수정 본체(2)에서 수집한 정보를 모선 내의 조종실(1)에 전달하는 기능을 하는 유선케이블(3)로 구성 되어져 있으며
이 종래의 ROV(Romtely Operated Vehicle)의 무인 잠수정의 구성과 기능에 있어서 무인 잠수정 본체의 잠수 및 부상의 구조와 기능을 살펴보면
무인 잠수정 내부에 메인 벨러스트 탱크와 액화 압축공기통으로 이루어진 잠수 및 부상장치가 내장되어 있어 잠수시에는 메인 벨러스트 탱크에 물을 유입시켜 잠수정의 부력을 음성부력으로 전환시켜 잠수하고 부상시에 메인 밸러스트 탱크에 액화 압축 공기통의 압축공기를 강제 투입하여 메인 밸러스트 탱크 내부의 물을 강제 배수 시켜 메인 밸러스트 탱크 내부에 대신 공기가 차있게 함으로서 양성 부력을 얻어 부상시키는 구조이다.
그러나 이러한 잠수 및 부상장치의 사용으로 별도의 액화압축공기를 이용하다보니 잠수 및 부상의 횟수에 제한이 있으며, 액화압축공기를 충전해야할 고가의 장비가 추가로 구비되어야 함으로 무인 잠수정 운영 유지비가 비싸다는 등의 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 기존의 잠수 및 부상장치에서 액화압축공기통을 제거되면서도 신속한 급속 잠수 및 부상이 가능한 무인 잠수정을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 무인 잠수정을 나타낸 개요도
도 2 는 본 발명에 따른 무인 잠수정을 설명하기 위한 개요도
도 3 은 본 발명에 따른 무인 잠수정을 나타낸 사시도
도 4a 는 본 발명에 따른 무인 잠수정의 자바라 탱크의 동작과정을 설명한 개략적 단면도
도 4b 는 본 발명에 따른 무인 잠수정의 자바라 탱크의 동작과정을 설명한 개략적 단면도
도 5a 는 본발명의 추진 동력부를 설명한 무인 잠수정의 평면도
도 5b 는 본발명의 추진 동력부를 설명한 무인 잠수정의 평면도
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
400:원격 조종 장치 300:중간 송수신기 200: 유선 케이블 100: 무인잠수정
10: 프레임
20: 잠수 및 부상 장치부
21: 전방 메인 벨러스트 탱크 22: 후방 메인 벨러스트 탱크
23: 공기 압축용 좌측 자바라 탱크 24: 공기 압축용 우측 자바라 탱크
25: 우측 압축공기 이동 파이프 26: 좌측 압축공기 이동 파이프
27: 자바라 압축용 모터
28: 우측 자바라 탱크의 자바라 29: 좌측 자바라 탱크의 자바라
31: 전방 잠수 및 부상 추진용 수중모터
32: 후방 잠수 및 부상 추진용 수중모터
40: 추진 동력부
41: 좌측 전후진용 수중모터 42: 우측 전후진용 수중모터
50: 전원 장치 및 제어부
60: 부력 보상 탱크
61: 좌측 상부 부력 보상 탱크 62: 좌측 하부 부력 보상 탱크
63: 우측 상부 부력 보상 탱크 64: 우측 하부 부력 보상 탱크
70: 자율회피 센서부
71: 좌측 전면 자율회피 센서 72: 우측 전면 자율회피 센서
73: 좌측 후면 자율회피 센서 74: 우측 후면 자율회피 센서
80: 전방 카메라부
본 발명의 구성은 원격조종용 무인 잠수정(ROV)에 있어서 도 2 에 도시한 바와 같이 명령과 정보를 중간송수신기에 전달 및 교환하여 잠수정의 동작제어 및 정보교환의 기능을 갖는 원격조종장치(400)와 무인잠수정 본체에 원격장치로 부터 명령과 정보를 전파로 받아 무인 잠수정 본체에 직접 전달하여 무인잠수정의 동작제어 및 정보교환의 기능의 과정을 가능하게 하는 중간송수신기(300)와 중간송수신기(300)에 연결된 유선케이블(200)으로 원격제어장치(400)의 명령과 정보를 받아 작동하는 무인 잠수정본체(100)로 이루어져 있다.
상기 무인 잠수정 본체(100)의 구성을 대략적으로 분류하면 도 3 에 도시한 바와 같이 본체의 골격을 이루는 파이프형태의 프레임(10)과 무인 잠수정의 잠수와 부상을 위한 잠수 및 부상장치부(20)와 무인 잠수정의 전후좌우진의 동작을 하는 추진 동력부(40)와 무인 잠수정에 동력과 동작제어를 하는 전원장치 및 제어부(50)와 무인 잠수정의 중성부력을 위한 부력보상탱크(60)와 무인 잠수정의 자동 자율회피기능을 위한 자율회피 센서부(70) 및 무인 잠수정의 수중항해시 수중의 각종 화상정보를 채집하는 전방 카메라부(80)로 구성되어있다.
상기 무인 잠수정 본체(100)의 구성을 더욱 상세히 분류하면
프레임(10)은 본체의 골격을 이루는 파이프 형태로서 무인 잠수정의 잠수와 부상을 위한 잠수 및 부상장치부(20)와 무인 잠수정의 전후좌우진의 동작을 하는 추진 동력부(40)와 무인 잠수정에 동력과 동작제어를 하는 전원장치 및 제어부(50)와 무인 잠수정의 중성부력을 위한 보상부력탱크부(60)와 무인 잠수정의 자동 자율회피기능을 위한 자율회피 센서부(70) 및 무인 잠수정의 수중항해시 수중의 각종 화상정보를 채집하는 전방 카메라부(80)의 요소들을 장착 고정되게 하는 것이며,
무인 잠수정의 잠수와 부상을 위한 잠수 및 부상장치부(20)는 무인 잠수정 본체의 전방에 위치한 전방 메인 벨러스트 탱크(21)와 무인 잠수정 본체의 후방에 위치한 후방 메인 벨러스트 탱크(22)와 무인 잠수정 본체의 중앙을 중심으로 좌측에 위치한 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)와 무인 잠수정 본체의 중앙을 중심으로 우측에 위치한 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)와 전방 메인 벨러스트 탱크(21)상단부와 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)의 상단부에 연결된 우측 압축공기 이동 파이프(25)와 후방 메인 벨러스트 탱크(22)상단부와 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)의 상단부에 연결된 좌측 압축공기 이동 파이프(26)와 무인 잠수정 본체의 중앙 중저면에 위치하여 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)와 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)를 동작시키는 자바라 압축용 모터(27)와 무인 잠수정 본체의 전방에 수직 방향으로 위치하여 급속 잠수 및 부상을 가능하게 하는 전방 상하방향추진용 수중모터(31)와 무인 잠수정 본체의 후방에 수직 방향으로 위치하여 급속 잠수 및 부상을 가능하게 하는 후방 상하방향추진용 수중모터(32)로 구성되며
무인 잠수정의 전후좌우진을 하는 추진동력부(40)는 무인 잠수정 본체의 좌측에 위치하여 전후진 및 좌우회전의 가능하게 하는 좌측 전후추진용 수중모터(41)와 무인 잠수정 본체의 우측에 위치하여 전후진 및 좌우회전의 가능하게 하는 우측 전후추진용 수중모터(42)로 구성되며
무인 잠수정에 동력과 동작제어를 하는 전원장치 및 제어부(50)는 무인 잠수전 본체의 저면에 위치하며
무인 잠수정의 중성부력을 위한 부력보상탱크(60)는 좌측 전후추진용 수중모터(41)의 상부에 위치한 좌측 상부 부력보상탱크(61)와 좌측 전후추진용 수중모터(41)의 하부에 위치한 좌측 하부 부력보상탱크(62)와 우측 전후추진용 수중모터(42)의 상부에 위치한 우측 상부 부력보상탱크(63)와 우측 전후추진용 수중모터(42)의 하부에 위치한 우측 하부 부력보상탱크(64)로 구성되며
무인 잠수정의 자동 자율회피기능을 위한 자율회피 센서부(70)는 무인 잠수정의 좌측 하부 부력 보상탱크(62)의 전면부에 위치하여 무인 잠수정이 전진시에 무인 잠수정 전방의 장애물을 탐지하며 장애물 발견시 자동으로 회피동작을 하게하는 좌측 전면 자율회피 센서(71)와 무인 잠수정의 우측 하부 부력 보상탱크(64)의 전면부에 위치하여 무인 잠수정이 전진시에 무인 잠수정 전방의 장애물을 탐지하며 장애물 발견시 자동으로 회피동작을 하게하는 우측 전면 자율회피 센서(72)와 무인 잠수정의 좌측 하부 부력 보상탱크(62)의 후면부에 위치하여 무인 잠수정이 후진시에 무인 잠수정 후방의 장애물을 탐지하며 장애물 발견시 자동으로 회피동작을 하게하는 좌측 후면 자율회피 센서(73)와 무인 잠수정의 우측 하부 부력 보상탱크(64)의 후면부에 위치하여 무인 잠수정이 후진시에 무인 잠수정 후방의 장애물을 탐지하며 장애물 발견시 자동으로 회피동작을 하게하는 우측 후면 자율회피 센서(74)로 구성되며
무인 잠수정의 수중항해시 수중의 각종 화상정보를 채집하여 원격조종자에게 실시간으로 전송하는 전방 카메라부(80)는 전방 메인 벨러스트 탱크(21)의 전면부에 위치하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 무인 잠수정의 작동과정은 다음과 같다.
조종자가 상기 원격조종장치(400)로 작동 명령을 조작하면 상기 원격조종장치(400)로 부터 나온 작동 명령 신호는 전파신호로 전환되어 상기의 중간 송수신기(300)에 무선으로 수신되며 이 중간송수신기(300)에 수신된 작동 명령은 이 중간 송수기(300)와 무인 잠수정 본체(100)에 상호 연결되어 있는 유선 케이블(200)을 통해 무인 잠수정 본체(100)에 전달 되어 조종자가 입력한 작동 명령을 수행하게 된다.
상기의 작동 명령을 수신한 무인 잠수정은 예를 들어 잠수명령을 입력시 도 4a 와 도 4b 에 도시한바와 같이 무인 잠수정 본체의 중앙을 중심으로 우측에 위치한 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)의 자바라(28)와 좌측에 위치한 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)의 자바라(29)가 자바라 압축용 모터(27)의 작동으로 수축하게 되며 이에 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24) 안에 있던 공기가 압축되어져서 압축공기 이동파이프(25)를 통해 전방 메인 벨러스트 탱크(21)로 압축되어 들어가며 또한 이와 동시에 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23) 안에 있던 공기가 압축되어져서 압축공기 이동파이프(26)를 통해 후방 메인 벨러스트 탱크(22)로 압축되어 들어가며 이로인해 공기의 부피가 감소하여 무인 잠수정 본체의 부력은 중성부력(무인 잠수정 본체가 수면으로 잠수하지도 않고,부상하지도 않는 중간상태)보다 낮아지는 음성부력으로 바뀌어인 잠수정 본체의 비중이 물보다 높아지게 되므로 음성부력으로 잠수하게 되며,
이와 동시에 무인 잠수정 본체의 전방에 수직 방향으로 위치하여 급속 잠수 및 부상을 가능하게 하는 전방 상하방향추진용 수중모터(30)와 무인 잠수정 본체의 후방에 수직 방향으로 위치하여 급속 잠수 및 부상을 가능하게 하는 후방 상하방향추진용 수중모터(31)의 스크류가 수저방향으로 회전하여 추진력을 얻어 종래의 잠수방식인 잠향타로 인한 잠수보다 월등히 빠른 속력으로 급속잠수 하게되며,
다시 부상시에는 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)의 자바라(28)와 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)의 자바라(29)가 자바라 압축용 모터(27)의 작동으로 팽창하게 되며 이에 전방 메인 벨러스트 탱크(21)안에 압축되어져있던 공기가 압축공기 이동파이프(25)를 통해 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)의 자바라로 팽창되어 들어가며 이와 동시에 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)의 자바라(29)가 자바라 압축용 모터(27)의 작동으로 팽창하게 되며 이에 후방 메인 벨러스트 탱크(22)안에 압축되어져 있던 공기가 압축공기 이동파이프(26)를 통해 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(24)의 자바라(29)로 팽창되어 들어가며 이로 인해 좌우측자바라(29),(28)가 팽창시 공기의 부피가 처음의 중성부력일때의 부피로 회복되어 음성부력이었던 무인 잠수정 본체는 중성부력을 회복하게 되어 무인 잠수정 본체가 물의 비중보다 낮아져서 부상하게 되며,
이와 동시에 무인 잠수정 본체의 전방에 수직 방향으로 위치하여 급속 잠수 및 부상을 가능하게 하는 전방 상하방향추진용 수중모터(30)와 무인 잠수정 본체의 후방에 수직 방향으로 위치하여 급속 잠수 및 부상을 가능하게 하는 후방 상하방향추진용 수중모터(31)의 스크류가 수면방향으로 잠수시의 역방향으로 회전하여 추진력을 얻어 종래의 잠수방식인 잠향타로 인한 부상보다 월등히 빠른 속력으로 급부상하게 된다.
또한 무인 잠수정 본체(100)의 전후좌우 방향전환은 도 5a 와 도 5b에서 도시한 바와 같이 무인 잠수정 좌측에 위치하여 전후진 및 좌우회전의 가능하게 하는 좌측 전후추진용 수중모터(41)와 무인 잠수정 본체의 우측에 위치하여 전후진 및 좌우회전의 가능하게 하는 우측 전후추진용 수중모터(42)를 구동시켜 본체 주행 추진력을 준다.
상기 무인 잠수정 (100)의 전진주행시에는 좌측 전후추진용 수중모터(41)와 우측 전후추진용 수중모터(42)를 동시에 똑같은 회전수로 구동시켜 전진주행을 하고,
상기 무인 잠수정 (100)의 후진주행시에는 좌측 전후추진용 수중모터(41)와 우측 전후추진용 수중모터(42)를 동시에 똑같은 회전수로 전진주행시의 반대방향으로 구동시켜 후진주행을 하고,
상기 무인 잠수정 (100)의 좌회전시에는 좌측 전후추진용 수중모터(41)는 후진 방향으로 구동하고 우측 전후추진용 수중모터(42)는 전진 방향으로 구동하게 하면 무인 잠수정(100)본체를 중심으로 제자리에서 회전가능하여 종래의 방향타를 이용한 방향전환보다 훨씬 신속하고 선회길이가 짧아져서 좁은 공간에서의 이동이 훨씬 유리해졌다.
특히 좌회전주행시 좌측 전후 추진용 수중모터(41)와 우측 전후 추진용 수중모터(42)를 똑같이 전진 방향으로 구동시키면서 좌측전후추진용 수중모터(41)는와우측 전후추진용 수중모터(42)의 구동 회전수 비율을 틀리게 조절해서 미세한 좌회전주행이 가능하여 훨씬 복잡하고 정밀한 방향 전환을 할수있게 되었다.
또한 우회전시는 상기에 설명한 방법의 역순으로 실행된다.
상기 서술한 바와 같이 본 발명에 따르면 전후방에 상하방향추진모터가 배치되고 자바라 탱크의 공기 압축식으로 신속하게 급속 잠항 및 부상이 가능할 뿐만 아니라 별도의 액화 압축공기를 쓸 필요가 없어 무인 잠수정 운영 유지비가 기존의 무인 잠수정보다 저렴하게 들어가는데 있다.

Claims (1)

  1. 무인 잠수정 본체의 전방에 위치한 전방 메인 벨러스트 탱크(21)와, 무인 잠수정 본체의 후방에 위치한 후방 메인 벨러스트 탱크(22)와, 무인 잠수정 본체의 중앙을 중심으로 좌측에 위치한 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)와, 무인 잠수정 본체의 중앙을 중심으로 우측에 위치한 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)와, 전방 메인 벨러스트 탱크(21) 상단부와 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)의 상단부에 연결된 우측 압축공기 이동 파이프(25)와, 후방 메인 벨러스트 탱크(22) 상단부와 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)의 상단부에 연결된 좌측 압축 공기 이동파이프(26)와, 무인 잠수정 본체의 중앙 중저면에 위치하여 공기 압축용 좌측 자바라 탱크(23)와, 공기 압축용 우측 자바라 탱크(24)를 동작시키는 자바라 압축용 모터(27)와, 무인 잠수정 본체의 전방에 수직 방향으로 위치하여 급속 잠수 및 부상을 가능하게 하는 전방 상하방향추진용 수중모터(30)와, 무인 잠수정 본체의 후방에 수직 방향으로 위치하여 급속 잠수 및 부상을 가능하게 하는 후방 상하방향추진용 수중모터(31)와, 무인 잠수정 본체의 좌측에 위치하여 전후진 및 방향 전환을 가능하게 하는 좌측 전후추진용 수중모터(41)(42)와, 무인 잠수정 본체의 우측에 위치하여 전후진 및 방향 전환을 가능하게 하는 우측 전후추진용 수중모터(42)로; 구성된 원격조정용 잠수정.
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