KR100941581B1

KR100941581B1 - 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100941581B1
Application number: KR1020080015596A
Authority: KR
Inventors: 이태식; 레오나드 이. 버나드; 문득수; 김민구; 김나형; 이재호; 김보민
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2010-02-10
Also published as: KR20090090413A

Abstract

자동 앵커 시스템은 미지 환경에서 경험하게 되는 지반 물질에 지지 구조를 형성하기 위한 것으로서, 지반 물질에 침투 가능한 드릴 단부를 포함하는 외부 실린더, 상기 외부 실린더 내부에 제공되며 상기 드릴 단부를 통해 외부 실린더로 유입된 지반 물질의 조각을 이송하기 위한 통로를 제공하는 내부 실린더, 상기 내부 실린더로부터 이송되는 지반 물질의 조각을 외부 실린더 밖으로 배출하는 배출 부재, 및 상기 드릴 단부에 인접한 위치에서 상기 외부 실린더 내부에 장착되며 상기 외부 실린더 외면으로부터 선택적으로 돌출되어 외부 실린더를 지반 물질에 고정하는 고정 부재를 포함한다.

우주, 달, 화성, 앵커, 드릴

Description

미지 환경에서의 자동 앵커 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD OF AUTOMATICALLY ANCHORING IN UNKONWN ENVIRONMENT}

본 발명은 지반에 기초 구조물을 형성하는 앵커 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 구체적으로 알려지지 않은 미지의 환경에서 지반 물질의 특성에 따라 능동적으로 기초 구조물을 형성하는 앵커 시스템 및 방법에 관한 것이다.

우리가 살고 있는 지구는 제한된 공간을 갖고 있으며, 자원 고갈 등을 직면하고 있다. 이를 극복하기 위해 인류는 새로운 삶의 터전을 찾고 있으며, 이에 대한 대안으로 우주의 다른 행성이 인류의 새로운 터전으로 제안되고 있다.

미국, 러시아, 중국과 같은 우주산업 강국들이 이미 우주건설분야에 박차를 가하고 있는 가운데, 건설의 기초를 이루는 앵커 시스템(anchor system)은 우주기지, 엘리베이터 등을 건설하는 데에 없어서는 안 될 중요한 부분이다.

가깝게 인류의 새로운 터전으로 달과 화성 등이 지목되고 있으며, 이들 달과 화성은 지구와는 엄연히 다른 환경구조, 예를 들어 다른 지반구조, 다른 지질성분 등을 갖고 있다. 따라서 지구와 같은 지반구조 및 지질성분을 가정할 수 없으며, 지구와 같은 강도 구현을 기대할 수 없다.

앞으로의 미지 환경에서 지반 물질 상에 원하는 구조를 형성하고, 그에 대한 데이터를 수집하기 위해서 드릴링(drilling)과 앵커링(anchoring)을 동시에 수행할 수 있는 앵커 시스템이 필요하다. 또한, 달과 화성 표면에는 먼지(dust)가 많을 것으로 예상되기에 먼지에 관한 문제를 잘 해결할 수 있는 장치를 제공하는 것도 필요하다.

본 발명은 드릴링과 앵커링을 동시에 수행할 수 있는 자동 앵커 시스템 및 방법을 제공한다.

지구에서보다 우주 환경에서 드릴링을 수행할 때 먼지 등이 많이 발생할 것으로 예상되기 때문에, 본 발명은 드릴링을 수행하면서 지반 물질의 조각이나 먼지 등을 효과적으로 제거할 수 자동 앵커 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명은 미리 파악되지 않는 미지의 환경에서 유사토와 같은 지반 물질이나 이들 구조의 차이로부터 기인되는 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 자동 앵커 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 자동 앵커 시스템은 미지 환경(unknown environment)에서 경험하게 되는 지반 물질(ground material or host material)에 지지 구조를 형성하기 위한 것으로서, 상기 앵커 시스템은 지반 물질에 침투 가능한 드릴 단부를 포함하는 외부 실린더, 상기 외부 실린더 내부에 제공되며 상기 드릴 단부를 통해 외부 실린더로 유입된 지반 물질의 조각(pieces)을 이송하기 위한 통로를 제공하는 내부 실린더, 상기 내부 실린더로부터 이송되는 지반 물질의 조각을 외부 실린더 밖으로 배출하는 배출 부재, 및 상기 드릴 단부에 인접한 위치에서 상기 외부 실린더 내부에 장착되며 상기 외부 실린더 외면으로부터 선택적으로 돌출되어 외부 실린더를 지반 물질에 고정하는 고정 부재를 포함한다.

외부 실린더가 회전 또는 진동 등을 통해 지반 물질 내로 침투할 수 있으며, 이때 드릴 단부는 지반 물질 상에 있는 표층(outer layer)을 뚫고 지반 물질에 침투할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 드릴링이 진행되면서 외부 실린더 내부로 지반 물질 조각 또는 주변의 먼지가 유입될 수 있으며, 유입된 조각이나 먼지는 내부 실린더를 통해 외부 실린더 밖으로 배출될 수 있다. 따라서 단순히 앵커링만 수행하는 것이 아니라 드릴링을 동시에 수행할 수 있으며, 드릴링과 동시에 지반 물질의 조각이나 먼지 등을 효과적으로 처리하여 드릴링의 효율을 증가시킬 수가 있다.

특히, 미지의 환경에서는 유사토와 같은 지반 물질에 대한 데이터가 전무할 수 있기 때문에, 각종 센서를 이용하여 외부 실린더 및 내부 실린더로 전달되는 반력을 측정할 수 있고, 이를 기초로 앵커링에 필요한 적절한 변위량 등을 결정할 수가 있다.

구체적으로 외부 실린더의 끝에 있는 드릴 단부가 지반 물질 속으로 충분한 깊이 이상 진입하면, 고정 부재의 일부가 외부 실린더 밖으로 돌출되어 외부 실린더를 지반 물질에 고정시킬 수가 있다. 이때 고정 부재는 외부 실린더 내부에 장착되는 복수개의 고정 블록을 포함할 수 있으며, 고정 블록은 외부 실린더에 의한 드릴링이 완료된 후 외부 실린더 표면으로부터 돌출될 수 있다.

고정 블록을 작동시키기 위해서 내부 실린더를 회전시킬 수 있으며, 내부 실린더의 회전을 고정 블록의 방사 방향 운동으로 전환하여 고정 블록으로 하여금 앵커 시스템을 지반 물질에 고정시킬 수가 있다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 자동 앵커 시스템은 외부 실린더, 내부 실린더 및 배출 부재 외에 전체 구동에 따른 프레임 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템은 지반 물질 상부에 안착되는 베이스 프레임, 상기 베이스 프레임에 수직하게 이동 가능하게 장착되는 이동 프레임, 상기 베이스 프레임에 대해 상기 이동 프레임의 높이를 조절하는 승강 부재, 상기 이동 프레임 하부에서 이동 프레임과 함께 승강하며 수직 축을 기준으로 회전 가능하게 장착되고 지반 물질에 침투 가능한 드릴이 하단에 장착된 외부 실린더, 이동 프레임에 장착되어 외부 실린더를 회전시키는 제1 구동 부재, 외부 실린더 내부에서 수직 축을 따라 회전 가능하게 장착되며 외부 실린더로 유입된 지반 물질의 조각을 외부 실린더 외부로 이송하기 위한 통로를 제공하는 내부 실린더, 내부 실린더로부터 이송되는 지반 물질의 조각을 외부 실린더 밖으로 배출하는 배출 부재, 드릴에 인접한 위치에서 외부 실린더 내부에 장착되며 외부 실린더 외면으로부터 선택적으로 돌출되는 복수개의 고정 블록을 포함하는 고정 부재, 및 이동 프레임에 장착되어 내부 실린더를 회전시키며 내부 실린더의 회전을 통해 복수개의 고정 블록을 작동시키는 제2 구동 부재를 포함한다.

외부 실린더 및 내부 실린더의 원활한 작동을 위해 베이스 프레임 및 이동 프레임이 제공될 수 있으며, 이동 프레임은 외부 실린더 및 내부 실린더와 함께 승강하면서 드릴링 및 앵커링을 동시에 수행할 수 있다. 드릴링과 동시에 진공 펌프 등을 이용한 배출 부재에 의해서 지반 물질 조각이나 먼지 등이 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 미지의 환경 하에서 지반 물질에 앵커 시스템을 고정하는 방법은 지반 물질에 침투 가능한 드릴 단부를 포함하는 외부 실린더 및 상기 외부 실린더 내부에 제공되는 내부 실린더를 제공하는 단계, 상기 외부 실린더의 상기 드릴 단부를 이용하여 지반 물질을 드릴링 하는 단계, 상기 내부 실린더의 내부 통로를 이용하여 외부 실린더로 유입된 지반 물질의 조각을 외부 실린더 외부로 배출하는 단계, 및 외부 실린더를 상기 지반 물질로 소정의 깊이만큼 침투시킨 후, 외부 실린더 내부에 장착된 고정 부재의 일부를 외부 실린더 외면으로부터 돌출시켜 외부 실린더를 지반 물질에 고정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 자동 앵커 시스템은 드릴링과 앵커링을 동시에 수행할 수 있다. 이는 미지의 환경에서 작업자가 가장 적게 노출되기 위한 것으로서, 앵커링만 수행하는 기존 지구에서의 앵커링 시스템과는 차별화될 수 있으며, 작업 시간 및 효율에서 많은 이점을 기대할 수 있다.

또한, 본 발명의 자동 앵커 시스템은 드릴링이 진행되면서 외부 실린더 내부로 지반 물질 조각 또는 주변의 먼지를 계속적으로 제거하기 때문에 드릴링 효율을 개선할 수 있다.

본 발명의 자동 앵커 시스템은 여러 센서를 통해 외부 실린더 및 내부 실린더로 전달되는 수직 반력이나 회전 반력 등을 실시간으로 측정할 수 있으며, 이들 반력을 통해 파악되지 않는 미지의 환경에서 유사토와 같은 지반 물질이나 이들 구조의 차이에 의한 변화를 측정하고, 그에 적절히 대응함으로써 앵커링 효과를 증대시킬 수가 있다. 예를 들어, 고정 블록이 벌어지는 것에 대한 반력이 적은 경우 고 정 블록의 돌출되는 길이를 더 증가시킬 수 있으며, 드릴링과 수반되는 외부 실린더의 회전이 방해를 받는 경우 외부 실린더의 회전 속도나 기어비 등을 조절하게 할 수가 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 앵커 시스템 및 방법을 설명하기 위한 사시도이며, 도 2 및 도 3은 도 1의 자동 앵커 시스템의 구조 및 작동 메커니즘을 설명하기 위한 정면도들이다.

도 1내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 자동 앵커 시스템(100)은 외부 실린더(130), 내부 실린더(140), 배출 부재(150) 및 고정 부재(160)를 포함한다. 외부 실린더(130)의 하단에는 드릴(132) 또는 이에 대체 가능한 형상이 형성되어 있으며, 드릴(132)을 통해 회전하는 외부 실린더(130)는 지반 구조(50)로 진입할 수가 있다. 외부 실린더(130) 및 내부 실린더(140) 모두 중공형(hollow)으로 형성되며, 외부 실린더(130)의 내부로 내부 실린더(140)가 장착되며, 내부 실린더(140)의 내부로 드릴링에 의한 이물질 등을 배출할 수가 있다. 배출 부재(150)는 진공 펌프 등을 포함할 수 있으며, 내부 실린더(140) 단부에 있는 이물질을 흡입하여 배출시킬 수가 있다.

고정 부재(160)는 외부 실린더(130) 내부에 위치하되, 상대적으로 드릴(132)이 위치한 부분에 가깝도록 형성될 수 있다. 따라서 외부 실린더(130)가 표층(52) 을 지나 지반 물질(50) 내로 충분한 깊이로 진입하면, 고정 부재(160)가 작동하여 외부로 돌출될 수 있다. 고정 부재(160)를 작동시키기 위해서 볼 스크류 작동 방식, 별도의 솔레노이드, 벨트 구동 등 다양한 방식이 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 후술하는 바와 같이, 볼 스크류를 이용한 방식이 사용될 수 있고, 볼 스크류와 링크 또는 쐐기를 이용하여 고정 부재를 안정적으로 작동시킬 수가 있다.

배출 부재(150)에서 진공 펌프는 외부 실린더(130)가 작동하는 동안, 즉 제1 구동 부재(180)가 작동하는 동안 작동될 수 있으며, 바람직하게는 제1 구동 부재(180)가 동작하기 전부터 작동을 시작하고, 제1 구동 부재(180)가 동작을 완료한 후에도 작동을 진행할 수가 있다. 경우에 따라서는 고정 부재(160)가 작동을 하여 고정 블록(162)을 밀어내는 순간에도 배출 부재(150)는 계속 작동을 하여 혹시라도 외부 실린더(130)로 유입되는 조각이나 먼지를 배출시킬 수가 있다.

다시 도면들을 보면, 내부 실린더(140)와 고정 부재(160)가 상호 연동하도록 할 수가 있다. 고정 부재(160)가 위치한 내부로 동력을 전달하는 것이 용이하지 않을 수 있기 때문에, 이물질을 배출하기 위한 통로인 내부 실린더(140)를 이용할 수 있으며, 내부 실린더(140)를 회전시킴으로써 고정 부재(160)가 위치한 내부까지 동력을 전달할 수가 있다.

고정 부재(160)는 내부 실린더(140)의 주변에 제공되는 복수개의 고정 블록(162)을 포함할 수 있으며, 내부 실린더(140)의 주변을 따라 3분할 또는 4분할된 고정 블록(162)이 외부 실린더(130)에 형성된 홀을 통해 부분적으로 돌출될 수가 있다. 본 실시예에서는 고정 블록(162)이 드릴링 시에는 외부 실린더(130) 내에 있 다가(도 2 참조), 드릴링이 완료된 후에는 외부 실린더(130)에 형성된 홀을 통해 외부로 돌출될 수 있으며(도 3 참조), 그 결과 외부 실린더(130)를 포함하는 앵커 시스템(100)을 지반에 고정시킬 수가 있다. 고정 부재(160)를 작동하기 전에, 고정 블록(162)이 목적된 지반 물질 표면 하부에 위치한 것을 확인할 수 있으며, 이때 고정 블록(162)이 지반 물질 표면 하부에 위치한 것을 확인하기 위해서 표층(52)의 높이를 측정할 수 있으며, 외부에서 카메라나 다른 측정 장치를 이용하여 외부 실린더가 충분히 삽입되었는지를 판단할 수 있다. 외부 실린더(130)가 충분히 깊게 진입한 것으로 판단되면, 고정 블록(162)을 작동시켜 외부 실린더(130)를 지반에 고정시킬 수 있다.

외부 실린더(130) 및 내부 실린더(140)를 포함하는 앵커 시스템(100)에서 외부 실린더(130) 및 내부 실린더(140)를 지반에 고정시킨 후 주변 프레임들이 제거될 수 있지만, 외부 실린더(130) 및 내부 실린더(140)은 계속 지반에 고정되어 견고한 지지 구조를 형성한다.

다시 도 1 내지 도 3을 보면, 자동 앵커 시스템(100)은 외부 실린더(130) 및 내부 실린더(140) 외에 베이스 프레임(110), 이동 프레임(120), 승강 부재(170), 제1 구동 부재(180), 제2 구동 부재(190) 등을 더 포함할 수 있다.

베이스 프레임(110)은 목적하는 미지의 환경 상에 위치하며, 앵커 시스템(100)이 흔들리지 않도록 고정하는 기능을 한다. 베이스 프레임(110)에서 이동 프레임(120)은 베이스 프레임(110)에 제공되는 가이드(112)에 의해서 정해진 경로를 따라 승강할 수가 있다.

이를 위해 베이스 프레임(110)에는 승강 부재(170)가 장착되며, 3, 4개의 가이드(112) 중 적어도 하나는 볼 스크류 방식으로 이동 프레임(120)과 연결되어 이동 프레임(120)을 승강 시킬 수가 있다. 본 실시예에서는 볼 스크류 방식을 사용하지만, 경우에 따라서는 리니어 모터를 사용할 수도 있다.

이동 프레임(120)은 대략 두 개의 상하 플레이트(122)로 제공되며, 상하 플레이트(122)는 지지 로드(124)에 의해 연결되어 상하 플레이트(122)를 일체로 연결한다. 구체적으로 아래에 있는 플레이트는 외부 실린더(130)를 수용할 수 있는 홀을 포함하며, 위에 있는 플레이트는 내부 실린더(140)를 수용할 수 있는 홀 및 베어링을 포함할 수 있다. 외부 실린더(130)와 내부 실린더(140)는 이동 프레임(120)과 기능적으로 결속되어 있으며, 대략 수직 축을 중심으로 회전할 수 있다.

상술한 바와 같이, 이동 프레임(120)의 상하 플레이트(122)에는 가이드(112)가 통과할 수 있는 홀도 형성되어 있다. 단, 승강 부재(170)와 연결된 부분만 나사산이 형성된 가이드(112')와 결속되어 있으며, 승강 부재(170)의 회전이 이동 프레임(120)에 전달되어 이동 프레임(120)을 상하로 이동시킬 수 있다. 참고로, 이동 프레임(120)이 상하로 움직임으로써 외부 실린더(130)를 하방으로 가압할 수 있으며, 드릴링에 수반되는 적절한 힘을 유지할 수 있고, 볼 스크류 작동을 위한 나사산도 가이드 전부 또는 일부에 대해서 형성될 수가 있다.

이동 프레임(120)에는 외부 실린더(130)에 구동력을 제공하기 위한 제1 구동 부재(180)가 장착되며, 내부 실린더(140)에 구동력을 제공하기 위한 제2 구동 부재(190)가 장착된다. 도시된 바와 같이, 외부 실린더(130)의 외주에 풀리가 일체로 형성 또는 장착되어 있으며, 제1 구동 부재(180)의 모터와 풀리가 벨트에 의해 상호 연결되어 있다. 또한, 내부 실린더(140)의 외주에도 풀리가 일체로 형성되어 있으며, 제2 구동 부재(190)의 모터와 그 풀리가 벨트에 의해 상호 연결되어 있다.

따라서, 제1 구동 부재(180) 및 제2 구동 부재(190)도 이동 프레임(120)과 함께 상하로 이동할 수 있으며, 도시되어 있지는 않지만, 상기 구동 부재들은 외부의 전원 공급장치와 연결되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 벨트와 풀리를 이용하여 구동 부재와 실린더가 연결되어 있지만, 발명의 다른 실시예에 따르면 스프로킷과 체인, 기어박스 등을 통해 구동 부재와 실린더가 상호 연동 가능하게 연결될 수가 있다.

참고로, 승강 부재(170), 제1 구동 부재(180) 및 제2 구동 부재(190) 각각에는 센서들(172, 182, 192)이 장착되어 있다. 예를 들어, 승강 부재(170)와 기능적으로 연결된 제1 센서(172)는 승강 부재(170)로부터 측정되는 수직 반력을 측정할 수 있으며, 제1 구동 부재(180)와 연결된 제2 센서(184)는 외부 실린더(130)로부터 전달되는 회전 반력을 측정할 수 있고, 제2 구동 부재(190)와 연결된 제3 센서(194)는 내부 실린더(140)로부터 전달되는 회전 반력, 즉 고정 부재(160) 작동에 대한 반력을 가늠하여 측정할 수가 있다. 상기 센서들은 여러 가지 방식으로 반력이나 압력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 로드 셀과 같은 압력 센서를 이용할 수도 있으며, 이때 로드 셀은 이동 프레임과 베이스 프레임을 연결하는 가이드의 축 상에 장착될 수가 있다.

상기와 같이 반력이나 압력 등을 측정함으로써, 미지의 환경에서 해당 지반 물질의 특성을 파악할 수 있다. 예를 들어, 이들을 측정함으로써 승강 부재 또는 구동 부재로부터 지반 물질의 경도, 드릴링의 난이도, 고정 부재의 작동 곤란 등을 실시간으로 측정할 수 있으며, 측정된 결과에 따라 승강 부재에 기인하는 가압력이나 드릴링의 속도 또는 기어비 등을 조절할 수가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 앵커 시스템에서 고정 부재를 설명하기 위한 부분 확대도이다. 참고로 고정 부재를 제외한 다른 요소들에 대한 설명은 도 1 내지 도 3에 따른 상기 설명을 참조할 수 있다.

도 4를 참조하면, 고정 부재(160)는 2개의 작동 블록을 포함하며, 2개의 작동 블록은 내부 실린더(140)의 회전에 대응하여 상대적으로 접근 또는 후퇴할 수 있다. 구체적으로 고정 부재(160)에 대응하여 내부 실린더(140)의 외면에는 나사산이 형성되어 있으며, 고정 부재(160)는 외부 실린더에 고정되는 고정 플레이트(164) 및 내부 실린더(140)의 외면과 결속되어 내부 실린더(140)의 회전에 따라 상하로 움직일 수 있는 이동 플레이트(166)를 포함한다. 여기서 고정 플레이트(164)는 도시된 바와 같이 스크류 체결 등에 의해 외부 실린더에 고정될 수가 있다.

참고로, 본 실시예에서는 작동 블록인 고정 플레이트(164) 및 이동 플레이트(166)가 각각 아래 위로 장착되어 있지만, 그 위치는 상하 반전될 수 있으며, 두 플레이트 모두 내부 실린더의 나사산과 결속되어 함께 이동하도록 할 수가 있다.

도면을 보면, 고정 플레이트(164)와 이동 플레이트(166)는 링크(168)를 통해 각각의 고정 블록(162)과 연결되어 있다. 따라서 이동 플레이트(166)가 아래로 이 동하면 링크(168) 간의 각도가 좁혀지면서 고정 블록(162)을 밖으로 밀어낼 수 있으며, 이에 고정 블록(162)은 내부 실린더(140)에서 멀어지는 방향으로 방사상으로 이동할 수 있다.

고정 블록(162)이 외부 실린더(130)의 외면으로부터 돌출되면서 외부 실린더(130)는 지반에 고정될 수 있으며, 외부 실린더(130)가 고정된 이후에는 베이스 프레임, 이동 프레임, 구동 부재 등이 제거될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 앵커 시스템에서 다른 고정 부재를 설명하기 위한 확대도이다. 역시 고정 부재를 제외한 다른 요소들에 대한 설명은 도 1 내지 도 3에 따른 상기 설명을 참조할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 고정 부재(260)는 원추 기둥 형상의 작동 블록을 포함하며, 2개의 작동 블록은 내부 실린더(140)의 회전에 대응하여 상대적으로 서로 접근하거나 후퇴할 수가 있다.

구체적으로 고정 부재(260)에 대응하여 내부 실린더(140)의 외면에는 나사산이 형성되어 있으며, 고정 부재(260)는 외부 실린더에 고정되는 고정 쐐기(264) 및 내부 실린더(140)의 외면과 결속되어 내부 실린더(140)의 회전에 따라 상하로 움직일 수 있는 이동 쐐기(266)를 포함한다.

참고로, 본 실시예에서는 작동 블록인 고정 쐐기(264) 및 이동 쐐기(266)가 각각 아래 위로 장착되어 있지만, 그 위치는 상하 반전될 수 있으며, 두 요소 모두 내부 실린더의 나사산과 결속되어 함께 이동하도록 할 수가 있다.

도면을 보면, 고정 쐐기(264)와 이동 쐐기(266)에 대응하여 고정 블록(262) 역시 쐐기의 경사면과 밀착할 수 있는 각도로 형성된 경사면을 갖는다. 따라서 고정 쐐기(264)와 이동 쐐기(266)가 상호 접근하게 되면, 고정 블록(262)은 쐐기의 경사면을 타고 바깥 방향으로 이동할 수 있으며, 복수개의 고정 블록(262)이 동시에 벌어짐으로써 외부 실린더를 견고하게 고정시킬 수가 있다.

고정 블록(262)이 외부 실린더(130)의 외면으로부터 돌출되면서 외부 실린더(130)는 지반에 고정될 수 있으며, 외부 실린더(130)가 고정된 이후에는 베이스 프레임, 이동 프레임, 구동 부재 역시 제거될 수 있다.

본 실시예에서는 작동 블록이 원추기둥(truncated cone) 형상으로 형성되지만, 원추 형상으로 형성될 수 있고, 이 외에도 각뿔(pyramid) 형상 또는 각뿔기둥(truncated pyramid) 형상으로도 형성될 수가 있다. 이때 원추 또는 각뿔에서 꼭지점에 대응되는 부분이 서로 마주하도록 배치되는 것이 바람직하다.

명백히 도시되지는 않았지만 상기 자동 앵커 시스템은 제어부를 포함할 수 있으며, 제어부는 정해진 프로그램 및 로직에 따라 수행될 수가 있다. 경우에 따라서는 원격의 관리자가 카메라 및 각종 센서를 통해서 작업 상태를 확인하고, 필요한 동작 및 지시를 조절할 수도 있을 것이다. 즉, 본 발명은 우주 환경과 같은 미지의 환경에 대한 것으로서, 앵커 시스템이 목적된 위치에서 자동으로 필요한 기능을 수행할 수도 있고, 지구 또는 인근 기지 등에서 원력으로 조작될 수도 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 앵커 시스템 및 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

도 2 및 도 3은 도 1의 자동 앵커 시스템의 구조 및 작동 메커니즘을 설명하기 위한 정면도들이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 앵커 시스템에서 고정 부재를 설명하기 위한 부분 확대도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 앵커 시스템에서 다른 고정 부재를 설명하기 위한 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100：자동 앵커 시스템 110：베이스 프레임

120：이동 프레임 130：외부 실린더

132：드릴 140：내부 실린더

150：배출 부재 160：고정 부재

162：고정 블록 170：승강 부재

180：제1 구동 부재 180：제2 구동 부재

Claims

미지의 환경 하에서 지반 물질에 고정되는 앵커 시스템에 있어서,

지반 물질에 침투 가능한 드릴 단부를 포함하는 외부 실린더;

상기 외부 실린더 내부에 제공되며 상기 드릴 단부를 통해 상기 외부 실린더로 유입된 지반 물질의 조각을 이송하기 위한 통로를 제공하는 내부 실린더;

상기 내부 실린더로부터 이송되는 상기 지반 물질의 조각을 상기 외부 실린더 밖으로 배출하는 배출 부재; 및

상기 드릴 단부에 인접한 위치에서 상기 외부 실린더 내부에 장착되며, 상기 외부 실린더 외면으로부터 선택적으로 돌출되어 상기 외부 실린더를 상기 지반 물질에 고정하는 고정 부재;

를 구비하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제1항에 있어서,

상기 배출 부재는 진공 펌프를 포함하며, 상기 내부 실린더를 통해 상기 외부 실린더로 유입된 상기 지반 물질의 조각을 상기 외부 실린더 밖으로 배출하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제2항에 있어서,

상기 진공 펌프는 상기 외부 실린더의 회전하는 동안 작동하는 것을 특징으 로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제1항에 있어서,

상기 고정 부재는 상기 내부 실린더의 회전과 연동하여 작동하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제4항에 있어서,

상기 고정 부재는 상기 내부 실린더의 회전에 대응하여 상기 외부 실린더 외면으로부터 돌출되는 복수개의 고정 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제5항에 있어서,

상기 내부 실린더의 외면에는 나사산이 형성되며,

상기 고정 부재는,

상기 내부 실린더를 통과시키며 상기 외부 실린더 내부에 고정된 위치를 유지하는 고정 플레이트, 상기 내부 실린더의 나사산과 맞물려 상기 내부 실린더의 회전에 대응하여 상기 고정 플레이트에 접근 또는 후퇴하는 이동 플레이트, 및 상기 고정 플레이트와 상기 이동 플레이트 간의 간격에 대응하여 상기 복수개의 고정 블록을 방사 방향으로 이동시키는 링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제5항에 있어서,

상기 내부 실린더의 외면에는 나사산이 형성되며,

상기 고정 부재는,

상기 내부 실린더 상에서 고정된 위치를 유지하는 원추형의 고정 쐐기 및 상기 내부 실린더의 나사산과 맞물려 상기 내부 실린더의 회전에 대응하여 상기 고정 쐐기에 접근 또는 후퇴하는 원추형의 이동 쐐기를 포함하며,

상기 복수개의 고정 블록은 각기 상기 고정 쐐기 및 상기 이동 쐐기에 대응하는 경사면을 가짐으로써, 상기 고정 쐐기와 상기 이동 쐐기 간의 간격에 대응하여 방사 방향으로 이동하는 하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
미지의 환경 하에서 지반 물질에 고정되는 앵커 시스템에 있어서,

지반 물질 상부에 안착되는 베이스 프레임;

상기 베이스 프레임에 수직하게 이동 가능하게 장착되는 이동 프레임;

상기 베이스 프레임에 대해 상기 이동 프레임의 높이를 조절하는 승강 부재;

상기 이동 프레임 하부에서 상기 이동 프레임과 함께 승강하며 수직 축을 기준으로 회전 가능하게 장착되고, 지반 물질에 침투 가능한 드릴이 하단에 장착된 외부 실린더;

상기 이동 프레임에 장착되어 상기 외부 실린더를 회전시키는 제1 구동 부 재;

상기 외부 실린더 내부에서 상기 수직 축을 따라 회전 가능하게 장착되며 상기 외부 실린더로 유입된 지반 물질의 조각을 상기 외부 실린더 외부로 이송하기 위한 통로를 제공하는 내부 실린더;

상기 내부 실린더로부터 이송되는 상기 지반 물질의 조각을 상기 외부 실린더 밖으로 배출하는 배출 부재;

상기 드릴에 인접한 위치에서 상기 외부 실린더 내부에 장착되며, 상기 외부 실린더 외면으로부터 선택적으로 돌출되는 복수개의 고정 블록을 포함하는 고정 부재; 및

상기 이동 프레임에 장착되어 상기 내부 실린더를 회전시키며, 상기 내부 실린더의 회전을 통해 상기 복수개의 고정 블록을 작동시키는 제2 구동 부재;

를 구비하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제8항에 있어서,

상기 배출 부재는 진공 펌프를 포함하며, 상기 내부 실린더를 통해 상기 외부 실린더로 유입된 상기 지반 물질의 조각을 상기 외부 실린더 밖으로 배출하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제8항에 있어서,

상기 고정 부재에 대응하여 상기 내부 실린더의 외면에는 나사산이 형성되 며, 상기 고정 부재는 상기 내부 실린더의 외주로는 상기 나사산과 맞물려 상대적으로 접근 또는 후퇴하는 2개의 작동 블록을 포함하고, 상기 작동 블록 간의 상대적 접근 또는 후퇴에 의해 상기 복수개의 고정 블록이 방사 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제10항에 있어서,

상기 고정 부재는 상하로 배치되는 각각의 상기 작동블록과 상기 고정 블록을 연결하는 링크를 포함하며, 상기 작동블록 간의 거리가 감소되는 것에 대응하여 상기 링크는 상기 고정 블록을 밖으로 밀어내는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제10항에 있어서,

상기 고정 부재에서 상기 작동 블록은 꼭지점이 마주하도록 서로 마주보는 뿔 또는 뿔기둥 형상으로 형성되며, 상기 복수개의 고정 블록은 각기 상기 작동 블록에 대응하는 경사면을 가짐으로써, 상기 작동블록 간의 거리가 감소되는 것에 대응하여 상기 작동 블록은 상기 고정 블록을 밖으로 밀어내는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제8항에 있어서,

상기 승강 부재는 상기 외부 실린더의 회전에 대응하여 상기 외부 실린더를 하방으로 가압하는 힘을 제공하며,

상기 승강 부재와 기능적으로 연결되어 상기 외부 실린더로부터 전달되는 수직 반력 또는 압력을 측정하기 위한 제1 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
제8항에 있어서,

상기 제1 구동 부재와 기능적으로 연결되어 상기 외부 실린더로부터 전달되는 회전 반력을 측정하기 위한 제2 센서 및 상기 제2 구동 부재와 기능적으로 연결되어 상기 내부 실린더로부터 전달되는 회전 반력을 측정하기 위한 제3 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 시스템.
미지의 환경 하에서 지반 물질에 앵커 시스템을 고정하는 방법에 있어서,

지반 물질에 침투 가능한 드릴 단부를 포함하는 외부 실린더 및 상기 외부 실린더 내부에 제공되는 내부 실린더를 제공하는 단계;

상기 외부 실린더의 상기 드릴 단부를 이용하여 지반 물질을 드릴링 하는 단계;

상기 내부 실린더의 내부 통로를 이용하여 상기 외부 실린더로 유입된 지반 물질의 조각을 상기 외부 실린더 외부로 배출하는 단계; 및

상기 외부 실린더를 상기 지반 물질로 소정의 깊이만큼 침투시킨 후, 상기 외부 실린더 내부에 장착된 고정 부재의 일부를 상기 외부 실린더 외면으로부터 돌 출시켜 상기 외부 실린더를 상기 지반 물질에 고정하는 단계;

를 구비하는 미지 환경에서의 자동 앵커 방법.
제15항에 있어서,

상기 외부 실린더를 상기 지반 물질에 고정하는 단계에서,

상기 고정 부재는 복수개의 고정 블록을 포함하며, 상기 고정 블록을 밖으로 밀어내어 상기 고정 블록이 상기 외부 실린더의 외면으로부터 부분적으로 돌출되도록 하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 방법.
제16항에 있어서,

상기 외부 실린더를 상기 지반 물질에 고정하는 단계에서,

상기 고정 블록이 목적된 상기 지반 물질 표면 하부에 위치한 것을 확인한 후, 상기 고정 블록을 작동시키는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 방법.
제16항에 있어서,

상기 고정 블록은 방사 방향을 따라 동시에 벌어지거나 좁혀지는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 방법.
제15항에 있어서,

상기 내부 실린더를 상기 외부 실린더 내에서 회전 가능하게 장착하고, 상기 내부 실린더의 회전에 대응하여 상기 고정 부재가 작동하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 방법.
제19항에 있어서,

상기 외부 실린더가 상기 소정 깊이만큼 침투 한 후, 상기 내부 실린더가 회전하는 것을 특징으로 하는 미지 환경에서의 자동 앵커 방법.