KR101094789B1 - Fish Type Robot and the Swimming Controlling Method thereof - Google Patents

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KR101094789B1 KR1020090072973A KR20090072973A KR101094789B1 KR 101094789 B1 KR101094789 B1 KR 101094789B1 KR 1020090072973 A KR1020090072973 A KR 1020090072973A KR 20090072973 A KR20090072973 A KR 20090072973A KR 101094789 B1 KR101094789 B1 KR 101094789B1
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류영선
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Abstract

본 발명은 물고기형 로봇 및 그 유영 기법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 물고기형 로봇은, 머리, 몸통 및 꼬리를 구성하는 적어도 세 개의 부위 및 상기 각 부위를 연결하는 적어도 두 개의 링크를 포함하는 몸체; 상기 각 링크를 구동하여 상기 몸체를 추진시키는 추진부; 및 상기 각 링크를 구동하여 상기 추진의 방향을 전환시키는 방향 전환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Figure R1020090072973

물고기형 로봇, 물고기 유영 메커니즘, 4절 링크, 수중 이동체, 플래핑

The present invention discloses a fish-type robot and its swimming technique. Fish-type robot according to an aspect of the present invention, the body comprising at least three parts constituting the head, torso and tail and at least two links connecting the respective parts; A driving unit driving each of the links to propel the body; And a direction changer for driving the respective links to change the direction of the propulsion.

Figure R1020090072973

Fish Robot, Fish Swimming Mechanism, Section 4 Link, Underwater Vehicle, Flapping

Description

물고기형 로봇 및 그 유영 기법{Fish Type Robot and the Swimming Controlling Method thereof}Fish Type Robot and the Swimming Controlling Method

본 발명은 물고기형 로봇의 유영 메커니즘에 관한 것으로서, 구체적으로는 물고기 유영 메커니즘을 도입하여 제어 효율을 높일 수 있는 물고기형 로봇 및 그 유영 기법에 관한 것이다.The present invention relates to a swimming mechanism of a fish-type robot, and more particularly, to a fish-type robot and a swimming technique capable of increasing control efficiency by introducing a fish swimming mechanism.

종래의 수중 이동체는 프로펠러형 추진 메커니즘을 사용하여 이동하였으나, 이 방식은 유체의 저항으로 인해 에너지 효율이 50~55%에 지나지 않는 단점이 있었다. 때문에, 프로펠러형보다 에너지 효율이 높다고 판단된 물고기의 유영 방식을 모방한 물고기 유영 메커니즘을 도입하는 시도를 하고 있다.The conventional underwater moving body is moved using a propeller type propulsion mechanism, but this method has a disadvantage that the energy efficiency is only 50-55% due to the resistance of the fluid. Therefore, attempts have been made to introduce a fish swimming mechanism that mimics the swimming method of fish that is considered to be more energy efficient than the propeller type.

종래의 물고기 유영 메커니즘은 실험결과에 따라 설정된 이동 경로를 따라 유영하도록 설계되었기 때문에, 제어가 복잡하고 유영의 움직임 또한 자연스럽지 않았다. 뿐만 아니라, 방향 전환시의 회전 반경이 넓어 에너지 효율이 더욱 낮아지는 단점도 있었다.Since the conventional fish swimming mechanism is designed to swim along the movement path set according to the experimental result, the control is complicated and the movement of swimming is not natural. In addition, there is a disadvantage in that the energy efficiency is further lowered due to the wider radius of rotation during the change of direction.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 물고기 유영 메커니즘을 도입하여 제어 효율을 높일 수 있는 물고기형 로봇 및 그 유영 기법을 제공함에 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a fish-type robot and its swimming technique that can increase the control efficiency by introducing a fish swimming mechanism.

본 발명의 다른 목적은 직진과 방향 전환을 위한 구동부를 별도로 구성하여 원하는 경로로의 이동에 유리할 수 있는 물고기형 로봇 및 그 유영 기법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a fish-type robot and its swimming technique, which may be advantageous in moving to a desired path by separately configuring a driving unit for straight and changing directions.

본 발명의 일면에 따른 물고기형 로봇은, 머리, 몸통 및 꼬리를 구성하는 적어도 세 개의 부위 및 상기 각 부위를 연결하는 적어도 두 개의 링크를 포함하는 몸체; 상기 각 링크를 구동하여 상기 몸체를 추진시키는 추진부; 및 상기 각 링크를 구동하여 상기 추진의 방향을 전환시키는 방향 전환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Fish-type robot according to an aspect of the present invention, the body comprising at least three parts constituting the head, torso and tail and at least two links connecting the respective parts; A driving unit driving each of the links to propel the body; And a direction changer for driving the respective links to change the direction of the propulsion.

본 발명의 다른 면에 따른 물고기형 로봇은, 머리, 몸통 및 꼬리를 포함하는 몸체; 상기 머리와 상기 몸통을 연결하는 제1 링크; 상기 몸통과 상기 꼬리를 연결하는 제2 링크; 추진방향을 기준으로 상기 제2 링크를 플래핑(Flapping)시켜 상기 몸체를 상기 추진방향으로 추진시키는 제1 모터; 상기 제2 링크에 대한 상기 제1 링크의 각도를 조절하여 상기 추진방향을 전환시키는 제2 모터; 및 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Fish-type robot according to another aspect of the present invention, the body comprising a head, body and tail; A first link connecting the head and the body; A second link connecting said body and said tail; A first motor flapping the second link based on a propulsion direction to propel the body in the propulsion direction; A second motor for changing the driving direction by adjusting an angle of the first link with respect to the second link; And a control unit controlling the first motor and the second motor.

본 발명의 또 다른 면에 따른 물고기형 로봇의 유영 기법은, 머리, 몸통, 꼬리, 상기 머리과 몸통 및 상기 몸통과 꼬리를 각각 연결하는 제1 및 제2 링크를 포함하는 물고기형 로봇의 유영 기법에 있어서, 상기 제2 링크의 플래핑(Flapping)을 제어하여 추진력을 발생시키는 단계; 및 상기 제1 링크의 플래핑 기준축과 상기 제2 링크의 플래핑 기준축의 위상차를 제어하여 상기 추진력의 방향을 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The swimming technique of the fish-type robot according to another aspect of the present invention is a swimming technique of the fish-type robot including a head, a body, a tail, the head and the body, and first and second links connecting the body and the tail, respectively. The method of claim 2, further comprising: generating a thrust force by controlling flapping of the second link; And controlling the phase difference between the flapping reference axis of the first link and the flapping reference axis of the second link to change the direction of the driving force.

본 발명에 따르면, 물고기 유영 메커니즘을 도입하여 유영을 용이하게 제어할 수 있으며, 회전 반경을 줄일 수 있어 에너지 소비 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to easily control the swimming by introducing a fish swimming mechanism, it is possible to reduce the radius of rotation can increase the energy consumption efficiency.

뿐만 아니라, 본 발명은 직진 유영과 방향 전환을 별도로 제어할 수 있어 원하는 경로로의 이동에 유리하고, 자연스러운 유영을 구사할 수 있다.In addition, the present invention can control the straight stream and the direction change separately, it is advantageous to the movement to the desired path, and can use the natural stream.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 물고기형 로봇에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 물고기형 로봇을 도시한 구성도이며, 도 2a 내지 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 물고기형 로봇의 유영 기법을 설명하기 위한 도면이다.Hereinafter, a fish-type robot according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a block diagram illustrating a fish-type robot according to an embodiment of the present invention, Figures 2a to 2c is a view for explaining the swimming technique of the fish-type robot according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 물고기형 로봇(10)은 몸체(110), 추진부(120) 및 방향 전환부(130)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the fish-type robot 10 according to an embodiment of the present invention includes a body 110, a pushing unit 120, and a direction changing unit 130.

몸체(110)는 머리(Ba), 몸통(Bb) 및 꼬리(Bc)를 구성하는 적어도 세 개의 부 위 및 각 부위를 연결하는 적어도 두 개의 링크(L1, L2)를 포함한다. 이때, 각 링크(L1, L2)는 구부림이 가능한 하나의 4절 링크 또는 서로 연결된 두 개의 4절 링크일 수 있으며, 관절 기능을 제공할 수 있는 다른 구성 요소일 수 있다.The body 110 includes at least three parts constituting the head Ba, the body Bb and the tail Bc, and at least two links L1 and L2 connecting the respective parts. In this case, each link (L1, L2) may be one four-section link or two four-section link connected to each other, and may be another component that can provide a joint function.

추진부(120)는 각 링크(L1, L2)를 구동하여 몸체(110)를 추진시키며, 각 링크(L1, L2)를 플래핑시키는 모터와 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.The driving unit 120 drives each of the links L1 and L2 to propel the body 110 and includes a motor for flapping each link L1 and L2 and a control unit for controlling the motor.

상세하게는, 추진부(120)는 머리(Ba)의 회전 중심점(PA)과 몸통(Bb)의 회전 중심점(PB)을 가상으로 연결한 굽힘축(F-axis)에 기준하여 몸통(Bb)과 꼬리(Bc)를 연결하는 링크(L2)를 상하로 플래핑시켜 몸체(110)를 추진시킨다. 이때, 회전 중심점(PA~PC)은 추진부(120)와 방향 전환부(130)에 의하여 각 링크(L1, L2)가 구동됨에 따라 머리(Ba), 몸통(Bb) 및 꼬리(Bc)의 방향 전환 중심점일 수 있다.In detail, the driving unit 120 is based on the bending axis (F-axis) that virtually connected the rotation center point P A of the head Ba and the rotation center point P B of the body Bb. The body 110 is driven by flapping the link L2 connecting Bb) and the tail Bc up and down. At this time, the rotation center point (P A ~ P C ) is the head (Ba), the body (Bb) and the tail (Bc) as each link (L1, L2) is driven by the driving unit 120 and the direction switching unit 130 ) May be a turning center point.

방향 전환부(130)는 각 링크(L1, L2)를 구동하여 몸체(110)의 추진 방향을 전환시키며, 각 링크(L1, L2)를 플래핑시키는 모터와 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.The direction switching unit 130 drives the links L1 and L2 to change the propulsion direction of the body 110, and includes a motor for flapping each link L1 and L2 and a controller for controlling the motor.

상세하게는, 방향 전환부(130)는 굽힘축(F-axis)을 추진할 방향에 대해 180도 이하의 각도를 갖도록 회전시키고, 그에 따라 회전시킨 방향으로 추진할 방향을 전환시킬 수 있다.In detail, the direction switching unit 130 may rotate to have an angle of 180 degrees or less with respect to the direction in which the bending axis F-axis is propagated, and thus may change the direction to propagate in the rotated direction.

이때, 추진부(120) 및 방향 전환부(130)는 추진할 방향에 대해 좌우측으로 동일한 각도의 몸체(110)를 방향 전환시키면서, 굽힘축(F-axis)에 기준하여 몸통(Bb)과 꼬리(Bc)를 연결하는 링크(L2)를 상하로 플래핑시켜 추진력을 증가시킬 수 있다. 이때, 몸체(110)는 각 링크(L1, L2)의 구동에 따라 발생한 양력, 항력 및 관성력의 합산에 의해 산출되는 추진력에 의하여 추진한다. 이하, 도 2a 내지 2c를 참조하여 좀더 자세히 설명한다.At this time, the driving unit 120 and the direction switching unit 130 while turning the body 110 of the same angle to the left and right with respect to the direction to propel, the body Bb and the tail (based on the bending axis (F-axis) The driving force can be increased by flapping the link L2 connecting Bc) up and down. At this time, the body 110 is propelled by the driving force calculated by the sum of the lift force, drag force and inertia force generated by the driving of each link (L1, L2). Hereinafter, with reference to Figures 2a to 2c will be described in more detail.

즉, 물고기형 로봇(10)은 도 2a과 같이 추진할 방향(S방향)에 대해 머리(Ba) 및 몸통(Bb)을 움직이지 않고, 단지 꼬리(Bc)만을 플래핑(Falpping)하여 추진할 수 있으며, 도 2과 같이 직진 유영하다가, 도 2b 또는 도 2c와 같이 좌측 또는 우측으로 방향을 전환할 수 있다.That is, the fish-type robot 10 may be driven by only flapping the tail Bc without moving the head Ba and the body Bb with respect to the direction (S direction) to be propelled as shown in FIG. 2A. 2, while swimming straight as shown in FIG. 2, the direction may be changed to the left or the right as shown in FIG. 2B or 2C.

또는, 물고기형 로봇(10)은 S방향으로 전진하기 위해서, 도 2b의 방향으로 방향 전환하면서 기설정된 시간만큼 플래핑하다가, 도 2c의 방향으로 방향 전환하면서 기설정된 시간만큼 플래핑하는 것을 반복하여 S방향으로 전진할 수 있다. 이 경우, 물고기형 로봇(10)은 도 2a와 같은 유영 기법만을 사용할 경우보다, 실제 물고기의 유영 기법에 더 근접한 자연스러운 유영을 구사할 수 있으며, 추진력 또한 더 높일 수 있다.Alternatively, the fish-shaped robot 10 repeatedly flaps for a predetermined time while turning in the direction of FIG. 2B and then flips for a predetermined time while turning in the direction of FIG. 2C in order to advance in the S direction. Advance in the S direction. In this case, the fish-type robot 10 may use natural swimming closer to the swimming technique of the actual fish than the swimming technique as shown in FIG. 2A, and may further increase the driving force.

한편, 물고기형 로봇(10)은 몸체(110)의 일부에 형성되어 몸체(110)의 회전을 돕는 옆지느러미(미도시)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the fish-shaped robot 10 may be formed on a portion of the body 110 may further include a side fin (not shown) to help the rotation of the body (110).

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 물고기형 로봇에 대하여 설명한다.Hereinafter, a fish-type robot according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물고기형 로봇을 도시한 구성도이며, 도 4a 내지 4c는 각 링크의 구조를 도시한 예시도이며, 도 5 내지 6은 도 3의 물고기형 로봇(30)의 유영 기법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 3 내지 6을 참조 하여 설명한다.3 is a block diagram showing a fish-type robot according to another embodiment of the present invention, Figures 4a to 4c is an illustration showing the structure of each link, Figures 5 to 6 is a fish-type robot 30 of FIG. A diagram for explaining a swimming technique of). Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 3 to 6.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 물고기형 로봇(30)은 몸체(311~313, 312, 322), 제1 링크(321), 제2 링크(322), 제1 모터(331), 제2 모터(332) 및 제어부(340)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the fish-type robot 30 according to another embodiment of the present invention includes a body 311 to 313, 312, and 322, a first link 321, a second link 322, and a first link. The motor 331, the second motor 332, and the controller 340 are included.

이때, 물고기형 로봇(30)은 수중에 적용될 때 제1 링크(321), 제2 링크(322), 제1 모터(331), 제2 모터(332), 제어부(340) 및 전원부(미도시) 등을 포함하는 내부 회로에 물이 유입되지 않도록 방수형 재질로 보호된다.At this time, when the fish-type robot 30 is applied underwater, the first link 321, the second link 322, the first motor 331, the second motor 332, the control unit 340 and the power supply unit (not shown) It is protected by waterproof material to prevent water from entering the internal circuit including

몸체(311~313, 312, 322)는 머리(311), 몸통(312) 및 꼬리(313)를 포함하며, 내외부에 제1 링크(321), 제2 링크(322), 제1 모터(331), 제2 모터(332) 및 제어부(340)를 포함한다.The bodies 311 to 313, 312, and 322 include a head 311, a body 312, and a tail 313, and include a first link 321, a second link 322, and a first motor 331 inside and outside. ), A second motor 332, and a controller 340.

제1 링크(321)는 머리(311)와 몸통(312)을 연결하는 관절로서 예컨대, 도 4a 또는 4c와 같은 4절 링크(4bar linkage)일 수 있다.The first link 321 is a joint connecting the head 311 and the torso 312, and may be, for example, a 4 bar linkage as illustrated in FIG. 4A or 4C.

제2 링크(322)는 몸통(312)과 꼬리(313)를 연결하는 관절로서 예컨대, 도 4b 또는 4c와 같은 4절 링크(4bar linkage)일 수 있다.The second link 322 is a joint connecting the body 312 and the tail 313, and may be, for example, a 4 bar linkage as illustrated in FIG. 4B or 4C.

여기서, 제1 링크(321) 및 제2 링크(322)는 각각 통상의 4절 링크 메커니즘으로 동작하므로 그에 대한 세부적인 설명은 생략하기로 한다.Here, since the first link 321 and the second link 322 operate as a conventional four-section link mechanism, detailed description thereof will be omitted.

제1 모터(331)는 추진방향을 기준으로 제2 링크(322)를 플래핑시켜 몸체(311~313, 312, 322)를 추진방향으로 추진시킨다. 이때, 제1 모터(331)는 제2 링크(322)를 플래핑시킴으로써, 꼬리(313)를 추진방향에 대해 +θ 내지 -θ(이때, θ는 위상)각에서 반복적으로 플래핑시켜 몸체(311~313, 312, 322)를 추진방향으로 전진시킬 수 있다.The first motor 331 propagates the bodies 311 to 313, 312, and 322 in the pushing direction by flapping the second link 322 based on the pushing direction. At this time, the first motor 331 by flapping the second link 322, by repeatedly flapping the tail 313 at an angle of + θ to -θ (where θ is a phase) with respect to the driving direction of the body ( 311 ~ 313, 312, 322 can be advanced in the pushing direction.

제2 모터(332)는 제2 링크(322)에 대한 제1 링크(321)의 각도를 조절하여 추진방향을 회전시킨다. 이때, 제2 모터(332)는 제2 링크(322)에 대한 제1 링크(321)의 각도(φ)를 180도 미만으로 방향 전환에 소요되는 시간만큼 유지하여 추진방향을 회전시킬 수 있다. 여기서, 제2 링크(322)는 유영을 위해서 플래핑하므로, 제2 링크(322)에 대한 제1 링크(321)의 각도는 제2 링크(322)의 플래핑 중심축과 제1 링크(321)의 각도일 수 있다.The second motor 332 rotates the propulsion direction by adjusting the angle of the first link 321 with respect to the second link 322. In this case, the second motor 332 may rotate the propulsion direction by maintaining the angle φ of the first link 321 with respect to the second link 322 to less than 180 degrees for the time required to change the direction. Here, the second link 322 is flapping for swimming, so the angle of the first link 321 relative to the second link 322 is the flapping center axis of the second link 322 and the first link 321. It may be an angle of.

제어부(340)는 제1 모터(331) 및 제2 모터(332)의 구동을 제어하여 예컨대, 4절 링크 메커니즘에 의해 제1 링크(321) 및 제2 링크(322)를 플래핑함으로써, 몸체(311~313, 312, 322)의 추진 및 방향 전환을 제어한다.The controller 340 controls the driving of the first motor 331 and the second motor 332 to flap the first link 321 and the second link 322 by, for example, a four-section link mechanism. Control propulsion and redirection of (311 to 313, 312, 322).

이때, 제어부(340)는 기설정된 프로그램에 따른 이동경로를 반복적으로 순환하도록 추진 및 방향 전환을 제어할 수 있으며 또는, 리모컨 등에 의한 사용자의 제어에 따라 추진 및 방향 전환을 제어할 수 있다.In this case, the controller 340 may control the propulsion and the direction change to repeatedly circulate the movement path according to the preset program, or may control the propulsion and the direction change under the control of the user by the remote control.

도 5와 같이, 제어부(340)는 각 링크(321, 322)를 제어하여 수학식 1에 의해 산출되는 추진력(Fp)을 발생시켜 몸체(311~313, 312, 322)를 추진시킬 수 있다. 여기서, Fpi는 각 링크(321, 322)가 플래핑함에 따라 발생되는 추력이며, Fl는 양력, Fd는 항력, Fi은 관성력이다.As shown in FIG. 5, the controller 340 may control the respective links 321 and 322 to generate propulsion force F p calculated by Equation 1 to propel the bodies 311 to 313, 312 and 322. . Here, F pi is the thrust generated as each link (321, 322) flapping, F l is the lift, F d is the drag, F i is the inertia force.

Figure 112009048452972-pat00001
Figure 112009048452972-pat00001

Figure 112009048452972-pat00002
Figure 112009048452972-pat00002

즉, 몸체(311~313, 312, 322)에 대한 추진력은 제1 링크(321) 및 제2 링크(322)의 플래핑에 의하여 발생된 추력들의 합에 의해 산출되므로, 제1 링크(321)와 제2 링크(322)가 함께 추진방향에 대해 플래핑할 때 더 높을 수 있다.That is, since the driving force on the bodies 311 to 313, 312, and 322 is calculated by the sum of the thrusts generated by the flapping of the first link 321 and the second link 322, the first link 321. And the second link 322 may be higher when flapping together for the propulsion direction.

따라서, 제어부(340)는 G방향으로 몸체를 추진시키기 위하여, 제1 모터(331)와 제2 모터(332)를 동시에 제어하여 제1 링크(321)와 제2 링크(322)를 함께 플래핑시켜, 제2 링크(322)만을 플래핑할 때보다 더 높은 추진 효율로 몸체(311~313, 312, 322)를 G방향으로 추진시킬 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 제어부(340)의 제어를 크게 두 가지 단계로 설명한다.Accordingly, the controller 340 simultaneously controls the first motor 331 and the second motor 332 to flap the first link 321 and the second link 322 together to propel the body in the G direction. In this way, the body 311 to 313, 312, and 322 may be propelled in the G direction with a higher propulsion efficiency than when only the second link 322 is flapping. Hereinafter, the control of the controller 340 will be described in two steps with reference to FIG. 6.

먼저, 제어부(340)는 제2 모터(332)를 제어하여 제2 링크(322)의 플래핑 중심축이 G방향에 대해 +α각으로 꺾이게 하면서, 제2 링크(322)를 +θ 내지 -θ에서 플래핑하도록 한다. 동시에, 제어부(340)는 제2 모터(332)를 제어하여 제2 링크(322)에 대한 제1 링크(321)의 각도를 +φ를 유지하도록 한다(S610).First, the controller 340 controls the second motor 332 so that the flapping center axis of the second link 322 is bent at an angle of + α with respect to the G direction, and the second link 322 is + θ to −. flapping at θ. At the same time, the controller 340 controls the second motor 332 to maintain the angle of the first link 321 relative to the second link 322 at + φ (S610).

다음으로, 제어부(340)는 전자의 제어와 반대되는 제어를 한다. 즉, 제어부(340)는 제2 모터(332)를 제어하여 제2 링크(322)의 플래핑 중심축이 G방향에 대해 -α각으로 꺾이게 하면서, 제2 링크(322)를 +θ 내지 -θ에서 플래핑하도록 한다. 동시에, 제어부(340)는 제2 모터(332)를 제어하여 제2 링크(322)에 대한 제1 링크(321)의 각도를 -φ를 유지하도록 한다(S620).Next, the controller 340 performs control opposite to the former control. That is, the controller 340 controls the second motor 332 so that the flapping center axis of the second link 322 is bent at the angle -α with respect to the G direction, while the second link 322 is + θ to-. flapping at θ. At the same time, the controller 340 controls the second motor 332 to maintain the angle of the first link 321 relative to the second link 322 at -φ (S620).

이때, 제어부(340)는 첫 번째 단계와 두 번째 단계를 기설정된 동일한 시간(예컨대, 1분)만큼 반복적으로 제어하여 몸체(311~313, 312, 322)가 G방향으로 직진 유영하도록 한다.At this time, the controller 340 repeatedly controls the first step and the second step for a predetermined time (eg, 1 minute) so that the bodies 311 to 313, 312, and 322 swim straight in the G direction.

즉, 제어부(340)는 이러한 제어를 통하여 제2 링크(322)에 의한 추력과 제1 링크(321)에 의한 추력을 합산한 추진력으로 몸체(311~313, 312, 322)를 추진시킬 수 있으며, 실제 물고기의 유영에 더 근접한 자연스러운 유영으로 몸체(311~313, 312, 322)를 추진시킬 수 있다.That is, the controller 340 may propel the bodies 311 to 313, 312, and 322 by the thrust force of the thrust by the second link 322 and the thrust by the first link 321 through such control. It is possible to propel the body (311 ~ 313, 312, 322) to a natural swimming closer to the actual swimming of the fish.

한편, 물고기형 로봇(30)은 머리(311) 또는 몸통(312)에 형성되어, 추진방향의 전환을 돕는 옆지느러미(미도시)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the fish-type robot 30 may further include a side fin (not shown) formed in the head 311 or the body 312 to help change the propulsion direction.

이 같이, 본 발명은 물고기 유영 메커니즘을 도입하여 유영을 용이하게 제어할 수 있으며, 회전 반경을 줄일 수 있어 에너지 소비 효율을 높일 수 있다.As described above, the present invention can easily control the swimming by introducing the fish swimming mechanism, can reduce the radius of rotation can increase the energy consumption efficiency.

뿐만 아니라, 본 발명은 직진 유영과 방향 전환을 별도로 제어할 수 있어 원하는 경로로의 이동에 유리하고, 자연스러운 유영을 구사할 수 있다.In addition, the present invention can control the straight stream and the direction change separately, it is advantageous to the movement to the desired path, and can use the natural stream.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 물고기형 로봇의 유영 기법에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물고기형 로봇의 유영 기법을 도시한 흐름도이다.Hereinafter, a swimming technique of a fish-type robot according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. 7 is a flowchart illustrating a swimming technique of a fish-type robot according to another embodiment of the present invention.

이때, 도 7의 물고기형 로봇(30)은 머리(311), 몸통(312), 꼬리(313), 머리(311)와 몸통(312) 및 몸통(312)과 꼬리(313)를 각각 연결하는 제1 링크(321)와 제2 링크(322)를 포함한다.At this time, the fish-type robot 30 of FIG. 7 connects the head 311, the body 312, the tail 313, the head 311 and the body 312, and the body 312 and the tail 313, respectively. A first link 321 and a second link 322 are included.

도 7을 참조하면, 물고기형 로봇(30)은 제2 링크(322)의 플래핑(Flapping)을 제어하여 소정 방향에 대한 추진력을 발생시킨다(S710).Referring to FIG. 7, the fish-type robot 30 controls flapping of the second link 322 to generate propulsion force in a predetermined direction (S710).

그리고, 물고기형 로봇(30)은 제1 링크(321)의 플래핑 기준축과 제2 링크의 플래핑 기준축의 위상차를 제어하여 추진력의 방향을 전환시킨다(S720).Then, the fish-type robot 30 controls the phase difference between the flapping reference axis of the first link 321 and the flapping reference axis of the second link to change the direction of the driving force (S720).

이때, 물고기형 로봇(30)은 소정 방향을 기준으로 제1 링크(321)와 제2 링크(322)의 플래핑을 함께 제어하여 추진력을 증가시킬 수 있다. 즉, 추진력은 각 링크(321, 322)의 플래핑에 의하여 발생한 추력(= 양력+항력+관성력)들의 합과 같으므로, 제1 링크(321)의 플래핑과 제2 링크(322)의 플래핑이 모두 소정 방향에 대한 추력이라면, 제1 링크(321)와 제2 링크(322)의 플래핑을 함께 제어할 때 더 높일 수 있을 것이다.At this time, the fish-type robot 30 may increase the driving force by controlling the flapping of the first link 321 and the second link 322 together with respect to a predetermined direction. That is, the thrust force is equal to the sum of the thrusts (= lift + drag + inertia forces) generated by the flapping of the links 321 and 322, so that the flapping of the first link 321 and the fluff of the second link 322 are the same. If the lapping is all about thrust in a given direction, it may be higher when controlling the flapping of the first link 321 and the second link 322 together.

이 같이, 본 발명은 물고기 유영 메커니즘을 도입하여 유영을 용이하게 제어할 수 있으며, 회전 반경을 줄일 수 있어 에너지 소비 효율을 높일 수 있다. 또한, 직진 유영과 방향 전환을 별도로 제어할 수 있어 원하는 경로로의 이동에 유리하고, 자연스러운 유영을 구사할 수 있다.As described above, the present invention can easily control the swimming by introducing the fish swimming mechanism, can reduce the radius of rotation can increase the energy consumption efficiency. In addition, the straight stream and the direction change can be controlled separately, which is advantageous to the movement in the desired path, and can use the natural stream.

이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the above-described embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, Of course, this is possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the description of the following claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 물고기형 로봇을 도시한 구성도.1 is a block diagram showing a fish-type robot according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 물고기형 로봇의 유영 기법을 설명하기 위한 도면.2a to 2c is a view for explaining the swimming technique of the fish-type robot according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물고기형 로봇을 도시한 구성도.Figure 3 is a block diagram showing a fish-type robot according to another embodiment of the present invention.

도 4a 내지 4c는 각 링크의 구조를 도시한 예시도4A to 4C are exemplary diagrams showing the structure of each link.

도 5 내지 6은 도 3의 물고기형 로봇의 유영 기법을 설명하기 위한 도면.5 to 6 are views for explaining the swimming technique of the fish-type robot of FIG.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물고기형 로봇의 유영 기법을 도시한 흐름도.7 is a flowchart illustrating a swimming technique of a fish-type robot according to another embodiment of the present invention.

Claims (18)

머리, 몸통 및 꼬리를 구성하는 적어도 세 개의 부위 및 상기 각 부위를 연결하는 적어도 두 개의 링크를 포함하는 몸체;A body comprising at least three parts constituting the head, torso and tail and at least two links connecting the respective parts; 상기 각 링크를 구동하여 상기 몸체를 추진시키는 추진부; 및A driving unit driving each of the links to propel the body; And 상기 몸통과 상기 꼬리를 연결하는 링크에 대한 상기 머리와 상기 몸통을 연결하는 링크의 각도를 180도 미만으로 방향 전환에 소요되는 시간만큼 유지하여 추진방향을 전환시키는 방향 전환부Direction switching unit for switching the propulsion direction by maintaining the angle of the head and the link linking the body to the link connecting the body and the tail for less than 180 degrees for the time required to change the direction 를 포함하는 물고기형 로봇.Fish-type robot comprising a. 제1항에 있어서, 상기 각 링크는,The method of claim 1, wherein each of the links, 구부림이 가능한 하나의 4절 링크 또는 서로 연결된 두 개의 4절 링크를 포함하는 것인 물고기형 로봇.A fish-like robot comprising one four-section link that can be bent or two four-section links connected to each other. 제1항에 있어서, 상기 추진부는,The method of claim 1, wherein the driving unit, 상기 머리의 회전 중심점과 상기 몸통의 회전 중심점을 가상으로 연결한 굽힘축에 기준하여, 상기 몸통과 상기 꼬리를 연결하는 링크를 플래핑(Flapping)시켜 상기 몸체를 추진시키는 것인 물고기형 로봇.A fish-type robot that propels the body by flapping the link connecting the body and the tail based on a bending axis that virtually connects the center of rotation of the head and the center of rotation of the body. 삭제delete 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 방향 전환부는, 상기 추진방향에 대해 좌우측으로 동일한 각도의 방향 전환을 반복적으로 수행하며,The direction change unit, repeatedly performing the direction change of the same angle to the left and right with respect to the pushing direction, 상기 추진부는 상기 굽힘축에 기준하여 상기 몸통과 상기 꼬리를 연결하는 링크를 상하로 플래핑시켜 추진력을 증가시키는 것인 물고기형 로봇.The propulsion unit is a fish-shaped robot to increase the driving force by flapping up and down the link connecting the body and the tail based on the bending axis. 제1항에 있어서, 상기 몸체는,The method of claim 1, wherein the body, 상기 각 링크의 구동에 따라 발생한 양력, 항력 및 관성력에 따라 추진하는 것인 물고기형 로봇.The fish-type robot that is propelled according to the lift, drag and inertia forces generated by the driving of each link. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 몸체의 일부에 형성되어 상기 몸체의 회전을 돕는 옆지느러미Lateral fins formed in a portion of the body to help the rotation of the body 를 더 포함하는 물고기형 로봇.Fish-type robot further comprising. 머리, 몸통 및 꼬리를 포함하는 몸체;A body including a head, a torso and a tail; 상기 머리와 상기 몸통을 연결하는 제1 링크;A first link connecting the head and the body; 상기 몸통과 상기 꼬리를 연결하는 제2 링크;A second link connecting said body and said tail; 추진방향을 기준으로 상기 제2 링크를 플래핑(Flapping)시켜 상기 몸체를 상기 추진방향으로 추진시키는 제1 모터;A first motor flapping the second link based on a propulsion direction to propel the body in the propulsion direction; 상기 제2 링크에 대한 상기 제1 링크의 각도를 조절하여 상기 추진방향을 전환시키는 제2 모터; 및A second motor for changing the driving direction by adjusting an angle of the first link with respect to the second link; And 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하며, 상기 제2 링크에 대한 상기 제1 링크의 각도를 180도 미만으로 방향 전환에 소요되는 시간만큼 유지하여 상기 추진방향을 전환시키는 제어부A control unit which controls the first motor and the second motor and switches the propulsion direction by maintaining the angle of the first link with respect to the second link for less than 180 degrees for the time required to change the direction. 를 포함하는 물고기형 로봇.Fish-type robot comprising a. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 8, wherein the control unit, 상기 제2 모터를 제어하여 상기 제2 링크를 상기 추진방향을 기준으로 양의 제1 각도 내지 음의 제1 각도 범위 내에서 플래핑시키는 것인 물고기형 로봇.And control the second motor to flap the second link within a positive first to negative first angle range based on the propulsion direction. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 9, wherein the control unit, 상기 제1 모터와 상기 제2 모터를 제어하여 상기 제2 링크에 대한 상기 제1 링크의 각도를 기설정된 제3 각도만큼 꺾이게 하면서, 상기 제2 링크의 플래핑 중심축을 상기 추진방향에 대해 제4 각도만큼 꺽이게 하여 상기 제2 링크를 상기 양의 제1 각도 내지 음의 제1 각도 범위 내에서 기설정된 시간동안 플래핑시키고,By controlling the first motor and the second motor to bend the angle of the first link with respect to the second link by a predetermined third angle, the flapping central axis of the second link to the fourth driving direction relative to the driving direction Bent by an angle to flap the second link for a predetermined time within the positive first to negative first angle range, 상기 제2 링크에 대한 상기 제1 링크의 각도를 기설정된 음의 제3 각도만큼 꺾이게 하면서, 상기 제2 링크의 플래핑 중심축을 상기 추진방향에 대해 음의 제4 각도만큼 꺽이게 하여 상기 제2 링크를 상기 양의 제1 각도 내지 음의 제1 각도 범위 내에서 상기 기설정된 시간동안 플래핑시켜 상기 몸체를 상기 추진방향으로 추진시키는 것인 물고기형 로봇.While bending the angle of the first link with respect to the second link by a predetermined negative third angle, by bending the flapping central axis of the second link by a negative fourth angle with respect to the propulsion direction. A fish-shaped robot that propels the body in the pushing direction by flapping a link for the predetermined time within the range of the first positive angle to the first negative angle. 제10항에 있어서, 상기 추진방향에 대한 추진력은,The method of claim 10, wherein the driving force for the driving direction, 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크의 플래핑에 따른 양력, 항력 및 관성력을 합산한 힘인 물고기형 로봇.Fish-like robot that is the sum of the lifting force, drag force and inertia forces according to the flapping of the first link and the second link. 삭제delete 제8항에 있어서, 상기 제어부는,The method of claim 8, wherein the control unit, 상기 제1 링크 및 상기 제2 링크를 4절 링크(4bar linkage) 메커니즘에 의해 제어하는 것인 물고기형 로봇.A fish-type robot that controls the first link and the second link by a 4 bar linkage mechanism. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 머리 또는 상기 몸통에 형성되어 상기 추진방향의 전환을 돕는 옆지느러미Lateral fins formed in the head or the body to help change the propulsion direction 를 더 포함하는 물고기형 로봇.Fish-type robot further comprising. 머리, 몸통, 꼬리, 상기 머리과 몸통 및 상기 몸통과 꼬리를 각각 연결하는 제1 및 제2 링크를 포함하는 물고기형 로봇의 유영 기법에 있어서,In the swimming technique of a fish-type robot comprising a head, a body, a tail, the head and the body and first and second links connecting the body and the tail, respectively, 상기 제2 링크의 플래핑(Flapping)을 제어하여 추진력을 발생시키는 단계;Controlling flapping of the second link to generate propulsion force; 상기 제1 링크의 플래핑 기준축과 상기 제2 링크의 플래핑 기준축의 위상차를 제어하여 추진방향을 전환시키는 단계; 및Switching a propulsion direction by controlling a phase difference between a flapping reference axis of the first link and a flapping reference axis of the second link; And 상기 제1 링크와 상기 제2 링크의 플래핑을 함께 제어하여 상기 추진력을 증가시키는 단계Controlling the flapping of the first link and the second link together to increase the propulsion force 를 포함하는 물고기형 로봇의 유영 기법.Swimming technique of a fish-type robot comprising a. 삭제delete 제15항에 있어서, 상기 추진력은,The method of claim 15, wherein the driving force, 상기 플래핑에 따른 양력, 항력 및 관성력에 의해 발생되는 것인 물고기형 로봇의 유영 기법.The swimming technique of the fish-type robot that is generated by the lift, drag and inertial forces according to the flapping. 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 링크는,The method of claim 15, wherein the first and second links, 4절 링크(4bar linkage) 메커니즘에 의해 구동되는 것인 물고기형 로봇의 유영 기법.A swimming technique of fish-type robots driven by a 4bar linkage mechanism.
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