KR101310148B1 - 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체 및 그의 제어방법 - Google Patents

수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체 및 그의 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101310148B1
KR101310148B1 KR1020110016012A KR20110016012A KR101310148B1 KR 101310148 B1 KR101310148 B1 KR 101310148B1 KR 1020110016012 A KR1020110016012 A KR 1020110016012A KR 20110016012 A KR20110016012 A KR 20110016012A KR 101310148 B1 KR101310148 B1 KR 101310148B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
variable
air
chamber
front chamber
actuator
Prior art date
Application number
KR1020110016012A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120096740A (ko
Inventor
안중환
이언주
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020110016012A priority Critical patent/KR101310148B1/ko
Publication of KR20120096740A publication Critical patent/KR20120096740A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101310148B1 publication Critical patent/KR101310148B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H23/00—Toy boats; Floating toys; Other aquatic toy devices
    • A63H23/10—Other water toys, floating toys, or like buoyant toys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/14—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

본 발명은 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체에 관한 것으로, 기존의 공기 압축방식이나 무게추 및 방향키 제어방식과 달리 밀폐된 공간에서 공기만을 이동시키는 간단한 구성에 의해 자세 및 깊이를 제어하므로 구조가 간단한 것은 물론, 액추에이터에 걸리는 부하가 적어 에너지 소모가 적으며 자세제어 각도를 크게 할 수 있는 것이다.
이를 위한 본 발명은, 전측에 설치되고 공기의 입출에 따라 가변하는 가변 프론트 챔버와, 후측에 설치되고 프론트 챔버와 공기가 통하도록 연통되어 공기의 입출에 따라 가변하는 가변 리어 챔버와, 가변 프론트 챔버나 가변 리어 챔버 중 하나를 가변시켜주어 가변 프론트 챔버나 가변 리어 챔버간에 공기를 이동시키는 액추에이터를 포함하여 이루어진다.

Description

수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체 및 그의 제어방법{Attitude and depth control device for underwater moving object and with the same and control method thereof}
본 발명은 수중운동체에 관한 것으로, 특히 기존의 공기 압축방식이나 무게추 및 방향키 제어방식과 달리 밀폐된 공간에서 공기만을 이동시키는 간단한 구성에 의해 자세 및 깊이를 제어하므로 구조가 간단한 것은 물론, 액추에이터에 걸리는 부하가 적어 에너지 소모가 적으며 자세제어 각도가 큰 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체에 관한 것이다.
일반적으로, 수중운동체란 수중에서 전진 유영이 가능하고, 부력 제어에 의해 용이하게 승강 유영이 가능한 장치를 가리킨다.
이같은 수중운동체는 다양한 형태와 용도로 활용되고 있으며 장애물에 충돌하지 않고 장애물 회피 유영이 가능한 한편, 자율유영 및 원격 조종유영이 가능하도록 하여 완구, 관상, 및 교육용으로 사용되는 로봇물고기도 그 중 한가지이다.
최근에는 언론에서 4대강에서 수질조사, 관리에 사용될 로봇물고기를 언급하면서 물고기 형태의 수중운동체가 큰 관심을 받고 있다.
이러한 로봇물고기는 단독으로 혹은 3~5 마리가 그룹을 이루면서 수질 측정과 정보 저장, 송신 등의 기능을 수행하게 된다. 또 배터리 충전을 위한 복귀, 장애물 회피 등의 기능도 갖추게 된다.
이같은 로봇물고기에는 전세계적으로 아직 개발단계에 머물고 있으며 국내에서는 현재 소재공학, IT(정보기술), 첨단배터리, 엔진공학, 환경오염 탐지 등 최첨단 과학기술이 복합된 성격의 로봇물고기를 개발하고 양산하기 위해 박차를 가하고 있는 중이다.
수중운동체에서 가장 핵심적인 부분에 속하는 기술 중 하나는 자세 및 깊이 제어기술이며, 종래에 자세제어 방식은 대략 3가지로 구분된다.
첫째는 밸러스트 탱크를 이용한 공기 압축형으로, 이 방식에서는 밸러스트 탱크 내의 공기를 압축하거나 팽창시키고 나머지 빈 공간은 물로 채우면서 부력을 조절한다. 하지만, 밸러스트 탱크 내 방수가 어렵고, 공기를 압축하게 되면 공기 압축을 위해 사용되는 액추에이터에 큰 부하가 걸리면서 많은 양의 에너지를 소모하게 된다.
둘째는 무게추를 이용한 무게중심 이동형으로, 이 방식에서는 도 1에 도시된 것처럼 모터를 사용하여 무게추를 앞뒤로 옮기는 방법에 의해 앞뒤의 무게 중심을 이동시키면서 자세를 제어한다. 즉, 제2서보모터(21)로 된 전동기와, 마이컴(40)의 구동제어신호에 의한 제2서보모터(21)의 회전에 의해 머리 쪽 및 꼬리지느러미 쪽으로 이동되는 무게추(22)로 된 부레를 포함하는데, 제2서보모터(21)의 회전에 의해 무게추(22)가 가이드(24)를 따라 머리 쪽으로 이동되면 무게중심이 머리쪽으로 이동되므로 하강 유영하게 되고, 무게추(22)가 꼬리지느러미 쪽으로 이동되면 무게중심이 꼬리지느러미 쪽으로 이동되므로 상승 유영하게 된다.
하지만, 이 방식의 경우 무게추(22)를 이동시키기 위한 구조설계가 복잡하다는 문제가 있고, 무게추(22)의 위치나 무게에 따라 자세제어 각도가 제한적인 것은 물론 에너지 손실 등의 문제가 있다.
셋째는 방향기 제어방식으로, 방향키를 바디 중심이나 추진체 쪽에 장착하여 위 아래로 움직임으로써 자세를 제어한다. 하지만, 방향키 제어방식의 경우 수중에서 방수가 어려운 구조적인 문제가 있었으며, 구비해야 하는 액추에이터의 수가 많아지면서 에너지 소모량이 증가하고 방향키의 구조와 제어 각도에 따라 자세 제어범위가 제한적일 수 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 밀폐된 공간에서 공기만을 이동시키는 간단한 구성에 의해 자세 및 깊이를 제어할 수 있는 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체는, 전측에 설치되고 공기의 입출에 따라 가변하는 가변 프론트 챔버와; 후측에 설치되고 상기 가변 프론트 챔버와 공기가 통하도록 연통되어 공기의 입출에 따라 가변하는 가변 리어 챔버와; 상기 가변 프론트 챔버나 가변 리어 챔버 중 하나를 가변시켜주어 상기 가변 프론트 챔버나 가변 리어 챔버간에 공기를 이동시키는 액추에이터를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상향시, 상기 액추에이터의 작동에 의해 가변 리어 챔버의 공기를 가변 프론트 챔버로 이동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 하향시, 상기 액추에이터의 작동에 의해 가변 프론트 챔버의 공기를 가변 리어 챔버로 이동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 하나는 상기 액추에이터에 의해 변위되면서 공기를 이동시키는 피스톤이 내부에 설치된 실린더로 구비되고, 나머지 하나는 입출되는 공기의 압력에 의해 수축 또는 팽창하는 에어백인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 액추에이터는, 모터와, 상기 모터 샤프트에 결합되어 회전하는 구동기어와, 상기 구동기어와 치합되어 회전하고 중앙에는 나사공이 형성된 종동기어를 포함하여 이루어지고, 상기 피스톤은 상기 종동기어의 나사공과 나사결합된 스크루 아암을 구비하여 상기 종동기어의 회전시 변위되면서 공기를 밀어내거나 끌어오는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 하나는 상기 액추에이터에 의해 수축 또는 팽창되면서 공기를 이동시키는 자바라인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 하나는 상기 액추에이터에 의해 수축 또는 팽창되면서 공기를 이동시키는 풀무인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 상기 액추에이터에 의해 가변되지 않는 나머지 하나는 입출되는 공기의 압력에 의해 수축 또는 팽창하는 에어백인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 상기 액추에이터에 의해 가변되지 않는 나머지 하나는 입출되는 공기의 압력에 의해 변위되면서 내부 공간을 조절해주는 피스톤이 내부에 설치된 실린더인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 상기 액추에이터에 의해 가변되지 않는 나머지 하나는 입출되는 공기의 압력에 의해 수축 또는 팽창하는 자바라인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 상기 액추에이터에 의해 가변되지 않는 나머지 하나는 입출되는 공기의 압력에 의해 수축 또는 팽창하는 풀무인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 우측에 설치되고 공기의 입출에 따라 가변하는 가변 라이트 챔버와; 좌측에 설치되고 상기 가변 라이트 챔버와 공기가 통하도록 연통되어 공기의 입출에 따라 가변하는 가변 레프트 챔버와; 상기 가변 라이트 챔버나 가변 레프트 챔버 중 하나를 가변시켜주어 상기 가변 라이트 챔버나 가변 레프트 챔버간에 공기를 이동시키는 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가변 프론트 챔버와, 가변 리어 챔버와, 액추에이터를 한 조로 하는 어셈블리가 좌편과 우편에 복수 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 수면으로부터의 깊이정보를 얻기 위한 압력센서, 수중운동체의 자세정보를 얻기 위한 각도센서, 수중 바닥으로부터의 거리정보를 얻기 위해 바닥과의 거리를 측정하는 거리센서 중 적어도 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 수중운동체용 자세 및 깊이 제어방법은, 전측과 후측에 각각 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버를 구비하고, 상기 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버간에 공기를 이동시킴으로써 수중운동체의 전후방향 기울기를 변화시키는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 우측과 좌측에 각각 가변 라이트 챔버와 가변 레프트 챔버를 더 구비하고, 상기 가변 라이트 챔버와 가변 리어 챔버간에 공기를 이동시킴으로써 수중운동체의 좌우방향 기울기를 변화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치 및 이를 구비한 수중운동체는, 전측과 후측에 설치된 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버에 공기를 압축 없이 단순 이동시키는 방식으로 수중운동체의 자세 및 깊이를 제어할 수 있으므로 기존의 공기 압축방식이나 무게추 및 방향키 제어방식과 달리 부하가 적어 에너지 소모가 적다.
또한, 본 발명은 간단히 공기를 이동시키는 방식이기 때문에 자세 및 깊이 제어가 원활하면서도 구조가 간단하며 상황에 따라 자세제어 각도를 크게 하는데 유리하다.
또한, 본 발명은 가변 프론트 챔버와, 가변 리어 챔버와, 액추에이터를 한 조로 하는 어셈블리를 좌편과 우편에 복수 배치하는 구성에 의해 미세한 기울임 각도제어와 보다 큰 각도제어에 유리하다.
또한, 본 발명은 가변 라이트 챔버와 가변 레프트 챔버를 추가적으로 구비하여 좌우편 기울임 각도까지도 원활하게 제어할 수 있다.
도 1은 종래기술을 설명하기 위한 참조도.
도 2는 본 발명에 의한 수중운동체의 구성을 설명하기 위한 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 수중운동체의 구동 메커니즘을 설명하기 위한 다이아그램.
도 4는 본 발명에 따른 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버의 배치를 보여주는 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버가 복수의 조로 구비되어 배치된 상태를 보여주는 평면도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 수중운동체의 작용 및 동작을 설명하기 위한 참조도.
도 7은 제1변형실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 참조구성도.
도 8a 및 도 8b는 제2변형실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 참조도.
도 9a 및 도 9b는 제3변형실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 참조도.
이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 수중운동체의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체는 기존의 공기 압축방식이나 무게추 및 방향키 제어방식과 달리 밀폐된 공간에서 압축 없이 공기만을 이동시킬 수 있도록 간단히 구성된다. 이로써 본 발명은 구조가 간단한 것은 물론, 액추에이터(140)에 걸리는 부하가 적어 에너지 소모가 적으며 자세제어 각도를 크게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 구성을 살펴보면, 메인 몸체(110), 가변 프론트 챔버(120)와, 가변 리어 챔버(130), 액추에이터(140), 각종 감지센서들(112a,112b,112c)을 포함하여 이루어지며, 상기 메인 몸체(110)의 전후측에 위치한 상기 가변 프론트 챔버(120)와 가변 리어 챔버(130)간에 공기를 압축 없이 이동시킬 수 있도록 구성된다. 여기서 상기 액추에이터(140)는 상기 가변 프론트 챔버(120)와 가변 리어 챔버(130)간에 공기를 이동시켜주는 역할을 한다.
아래에서는 상기 주요 구성요소들을 중심으로 본 발명의 구성에 대해 더욱 상세히 설명한다.
먼저, 상기 가변 프론트 챔버(120)는 상기 메인 몸체(110)의 전측에 설치되어 지지되고 공기의 입출에 따라 가변할 수 있도록 구성된다. 이를 위해 상기 가변 프론트 챔버(120)는 피스톤(144)이 내부에서 승강하는 실린더 형태로 형성되되, 액추에이터(140)가 내부에 설치될 수 있는 추가적인 공간도 구비한 밀폐 구조물로 형성된다. 또한, 상기 가변 프론트 챔버(120)는 가변 리어 챔버(130)와 에어 튜브(135)에 의해 연통될 수 있도록 공기 입출구(121)가 구비된다.
이같은 구성에 따르면, 상기 가변 프론트 챔버(120)에 구비된 피스톤(144)이 상승하면 상기 가변 프론트 챔버(120)로 공기가 유입되고, 반대로 피스톤(144)이 하강하면 상기 가변 프론트 챔버(120)에서 공기가 유출된다. 이처럼 상기 가변 프론트 챔버(120)는 내부에 구비된 피스톤(144)의 승강에 따라 내부의 실체적이 변화되면서 공기를 받아들이거나 내보낼 수 있는 상태가 된다. 즉, 상기 피스톤(144)이 상승하면 가변 프론트 챔버(120)의 내부 실체적이 늘어나서 더 많은 양의 공기를 수용하면서 공기를 유입하게 되고, 반대로 상기 피스톤(144)이 하강하면 가변 프론트 챔버(120)의 내부 실체적이 줄어들어 적은 양의 공기만을 수용할 수 있는 상태가 되어 공기를 유출시키게 된다.
여기서, 가변 프론트 챔버(120)의 피스톤(144)의 승강동작은 그 내부에 설치된 액추에이터(140)에 의해 이루어지며, 상기 액추에이터(140)의 구성에 대해서는 차후에 상세히 설명하기로 한다.
상기 가변 리어 챔버(130)는 상기 메인 몸체(110)의 후측에 설치되고 상기 가변 프론트 챔버(120)와 공기가 통하도록 에어 튜브(135)에 의해 연통되어 공기의 입출에 따라 가변한다. 상기 가변 리어 챔버(130)는 에어 튜브(135)가 연결된 공기 입출구(131)가 구비되고, 공기가 유입되면 그 공기압에 의해 팽창했다가 공기가 유출되면 수축하는 에어백으로 구비된다. 상기 가변 리어 챔버(130)로 구비되는 에어백은 상기 가변 프론트 챔버(120)로부터 유출되는 공기를 추가적으로 수용할 수 있도록 충분한 내부 공간을 갖는 것으로 구비되거나 플렉시블하거나 신축 가능하여 내부 공간을 넓힐 수 있는 것으로 구비되면 된다.
상기 액추에이터(140)는 전술된 것처럼 상기 가변 프론트 챔버(120)를 가변시켜 공기를 상기 가변 프론트 챔버(120)로부터 유출시키거나 유입되도록 하는 역할을 하는 것으로 본 실시예에서는 모터(141)로 구비된 것으로 도시되었다. 본 실시예에 따르면 상기 모터(141)의 구동력을 전달하여 상기 피스톤(144)을 승강시키기 위해, 피니언 기어(미도시됨)가 설치된 모터 샤프트(141a)와 치합되어 회전하는 구동기어(142)와, 상기 구동기어(142)와 치합되어 회전하는 종동기어(143)가 부속품으로서 어셈블리 형태로 구비된다.
단, 상기 구동기어(142) 및 종동기어(143)는 가변 프론트 챔버(120)에 설치된 지지대(145)에 회전 가능하도록 지지되고, 상기 종동기어(143)의 중앙에는 나사공이 형성된다. 이로써, 상기 피스톤(144)의 스크루 아암(144a)이 상기 종동기어(143)의 나사공에 나사결합되어, 상기 모터(141)의 구동에 의해 종동기어(143)의 회전시 상기 피스톤(144)이 승강하게 된다. 단, 상기 종동기어(143)의 회전으로 피스톤(144)이 승강하려면 피스톤(144)은 상기 가변 프론트 챔버(120)의 내벽에 회전되지 않고 승강만 가능하도록 결합되어야 한다.
한편, 본 실시예에서 피스톤(144)을 승강시키는 역할을 하는 상기 액추에이터(140)는 상기 모터(141) 대신 아암이 진퇴하는 실린더로 구비될 수 있고, 이 경우 실린더를 상기 피스톤(144)의 하부에 위치시켜 상기 실린더 아암에 의해 상기 피스톤(144)을 승강시키도록 하면 된다. 이처럼, 본 실시예에서는 상기 액추에이터(140)가 모터(141)와 기어들이 조합된 어셈블리 형태로 구비되었으나 그 외의 다양한 형태로 마련될 수 있다.
예컨대, DC 모터, BLD 모터, AC 모터, 리니어 모터, 스텝 모터 등의 모터류, 유압실린더나 공압실린더와 같이 피스톤 아암이 진퇴하도록 구성된 실린더류, 솔레노이드나 에어 펌프 등이 단독으로 구비되거나 부속품들과 함께 어셈블리 형태로 구비될 수 있다.
이처럼 상기 액추에이터(140)는 가변 프론트 챔버(120)를 가변시켜주는 역할을 할 수 있는 것이라면 제한하지 않고 종류에 상관없이 다양한 것으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명은 각종 감지센서들 즉, 압력센서(112a), 각도센서(112b), 거리센서(112c)를 더 포함한다. 상기 압력센서(112a)는 수면으로부터의 깊이정보를 얻기 위해 구비된다. 또한, 상기 각도센서(112b)는 수중운동체의 자세정보 즉, 얼마나 기울었는지에 대한 정보를 얻기 위해 구비된다. 마지막으로 상기 거리센서(112c)는 수중 바닥과의 거리를 측정하는 역할을 하여 수중 바닥으로부터의 거리정보를 얻기 위해 구비된다.
도 3은 본 발명에 의한 수중운동체의 구동 메커니즘을 설명하기 위한 다이아그램이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 평소에는 수중운동체가 수평을 유지할 수 있도록 액추에이터(140)를 이용하여 수중운동체의 전측과 후측에 설치된 가변 프론트 챔버(120)와 가변 리어 챔버(130)의 공기량을 조절한다. 또한, 수중운동체의 기울임 정도를 조절하거나 깊이를 조절해야 하는 경우에도 제어기(150)를 통한 입력에 의해 액추에이터(140)를 구동함으로써 가변 프론트 챔버(120)와 가변 리어 챔버(130)의 공기량을 조절해줄 수 있다.
이때 압력센서(112a)와 거리센서(112c)를 이용하여 수중운동체가 원하는 깊이에 도달했는지 측정하면서 그 측정값과 입력값을 비교하여 원하는 결과치가 나올 때까지 피드백을 수행한다. 마찬가지로, 각도센서(112b)를 이용하여 수중운동체의 기울기를 측정하면서 그 측정값과 입력값을 비교하여 원하는 결과치가 나올 때까지 피드백을 수행한다.
도 4 및 와 도 5는 본 발명에 따른 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버의 배치를 보여주는 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에서는 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버가 다양한 형태로 배치될 수 있다. 도 4는 가변 프론트 챔버(120)와 가변 리어 챔버(130)가 하나씩 구비되어 메인 몸체(110)전후에 배치된 일반적인 형태이고, 도 5는 가변 프론트 챔버(120)와, 가변 리어 챔버(130)와, 액추에이터(140)를 한 조로 하는 어셈블리가 메인 몸체(110)의 좌편과 우편에 복수 배치된 형태이다.
도 5와 같이 가변 프론트 챔버(120)와, 가변 리어 챔버(130)와, 액추에이터(140)를 한 조로 하는 어셈블리가 좌편과 우편에 각각 배치되면, 좌편과 우편에 각각 설치된 가변 프론트 챔버(120)의 공기의 양, 좌편과 우편에 각각 설치된 가변 리어 챔버(130)의 공기의 양을 비대칭적으로 조절하여 수중운동체의 기울임 각도를 미세하게 조절하거나 크게 조절하는데 유리하게 사용할 수 있다.
또한, 도 5에는 가변 프론트 챔버9120) 및 가변 리어 챔버(130)와 동일한 기능을 수행하는 가변 라이트 챔버(160) 및 가변 레프트 챔버(170)를 추가적으로 구비하고, 이 둘 중 한 곳에 추가적인 액추에이터(미도시됨)를 설치하는 구성도 개시되었다. 이같은 구성에 따르면 수중운동체의 기울임이 전후방향으로만 이루어지는 것이 아니라 좌우방향의 기울임도 신속하게 이루어지는 것이 가능하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체의 작용 및 동작을 첨부한 도 6a 내지 도 6c에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 수중운동체의 작용 및 동작을 설명하기 위한 참조도이다.
먼저, 도 6a는 평상시에 수중운동체가 기울임 각도 없이 수평상태를 유지하고 있는 상태이다. 이때는 가변 프론트 챔버(120)와 가변 리어 챔버(130)에 수용된 공기에 의해 전측과 후측의 부력이 평형을 이루고 있다.
이후, 도 6b에 도시된 것처럼 액추에이터(140)에 의해 가변 프론트 챔버(120)의 피스톤(144)을 하강시키면 상기 가변 프론트 챔버(120)로부터 공기가 유출된 후 에어 튜브(135)를 타고 상기 가변 리어 챔버(130)로 유입된다. 이 과정에서 신축 가능한 에어백으로 구비된 상기 가변 리어 챔버(130)가 유입되는 공기를 수용하면서 팽창하게 된다.
이로써 평형을 이루고 있던 전측과 후측의 부력이 깨어지고 공기의 양이 증가한 후측의 부력이 커지면서 수중운동체는 앞으로 기울어진다. 이때 수중운동체의 후측에 설치된 추진체(미도시됨)를 작동시켜주면 수중운동체는 그대로 하강 유영을 하게 된다.
한편, 도 6a와 같이 수중운동체가 평형을 이루고 있는 상태에서 도 6c와 같이 액추에이터(140)에 의해 가변 프론트 챔버(120)의 피스톤(144)을 하강시키면 상기 가변 프론트 챔버(120)에 진공압이 발생하면서 그 진공압에 의해 상기 가변 리어 챔버(130)로부터 공기가 유출된 후 에어 튜브(135)를 타고 상기 가변 프론트 챔버(120)로 유입된다. 이 과정에서 신축 가능한 에어백으로 구비된 상기 가변 리어 챔버(130)가 유출된 공기의 감소량에 따라 수축된다.
이로써 평형을 이루고 있던 전측과 후측의 부력이 깨어지고 공기의 양이 증가한 전측의 부력이 커지면서 수중운동체는 뒤로 기울어진다. 이때 수중운동체의 후측에 설치된 추진체(미도시됨)를 작동시켜주면 수중운동체는 그대로 상승 유영을 하게 된다.
한편, 본 발명에 의한 수중운동체의 깊이를 제어하기 위해서 압력센서(112a)와 거리센서(112c)를 사용한다. 즉, 수면에서의 거리정보를 얻기 위해서 압력센서(112a)를 사용하고, 수중 바닥에서의 거리정보를 얻기 위해서 거리센서(112c)를 사용한다.
이로써, 입력값과 상기 압력센서(112a) 및 거리센서(112c)에서 측정한 측정값을 비교하여 일치하지 않는 경우 전술된 것처럼 공기를 이동시키는 방법에 의해 수중운동체의 자세를 앞으로 또는 뒤로 기울인 다음 추진체를 구동함으로써 수중운동체가 하강 유영을 하거나 상승 유영을 하도록 하여 깊이를 제어한다.
이때, 상기 압력센서(112a)와 거리센서(112c)는 편리하게 취사 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 압력센서(112a)를 위주로 하여 깊이를 측정하되 깊은 수중에서 바닥이 가까운 경우라면 상기 거리센서(112c)를 위주로 깊이를 측정할 수 있다.
또한, 상승 유영을 필요로 하는 경우든, 하강 유영을 필요로 하는 경우든 입력값과 상기 압력센서(112a)와 거리센서(112c)의 측정값이 차이가 클수록 수중운동체의 기울기를 크게 하는 방식으로 자세를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체는 상기 가변 프론트 챔버(120)와 상기 가변 리어 챔버(130)와 액추에이터(140)를 어떤 종류로 구비할 것인지에 따라 다양한 변형실시예가 가능하다. 그러므로 아래에서는 변형실시예에 따른 본 발명에 대해 설명한다.
도 7은 제1변형실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 참조구성도이다.
도시된 바와 같이, 제1변형실시예에서는 액추에이터(140)에 의해 가변되지 않는 가변 리어 챔버의 경우 에어백을 대신하여 변위되면서 내부 공간의 실체적을 조절해주는 피스톤(244)이 설치된 실린더(230)로 구비된 것을 특징으로 한다.
이처럼 가변 리어 챔버를 위해 에어백을 대신하여 실린더(230)가 설치되면 좀 더 내구성이 증가되는 장점이 있다.
도 8a 및 도 8b는 제2변형실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 참조도이다.
도시된 바와 같이, 제2변형실시예에서는 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 하나가 공기의 유출입에 대응하여 수축 또는 팽창되는 자바라(220)인 것을 특징으로 한다.
상기 자바라(220)의 경우 알려진 것처럼 전체 또는 일부 부위(220a)가 접철되는 형태로 가변 가능하게 이루어져 공기의 유출입의 따라 내부 공간을 유동적으로 조절하면서 공기를 원활하게 수용할 수 있다. 상기 자바라(220)의 경우에도 공기의 유출입을 위한 공기 입출구(221)를 구비한다.
여기서, 상기 자바라(220)는 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 액추에이터에 의해 변위되는 쪽이나 그렇지 않은 쪽 모두에 적합하게 적용될 수 있다. 단, 도면에서는 액추에이터에 의해 변위되는 쪽의 경우를 도시하였으며 이때 액추에이터로는 자바라(220)의 내부에 설치되며 본체(241)로부터 아암(242)이 진퇴하면서 자바라(220)를 신축시켜주는 실린더(240)가 구비된 것으로 예시되었다.
도 9a 및 도 9b는 제3변형실시예에 따른 본 발명의 구성을 설명하기 위한 참조도이다.
도시된 바와 같이, 제3변형실시예에서는 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 하나가 공기의 유출입에 대응하여 수축 또는 팽창되는 풀무(320)로 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 풀무(320)의 경우 알려진 것처럼 부채꼴 모양으로 형성된 몸체(320a)의 좌우폭을 신축시키는 방식에 의해 가변하도록 이루어져 공기의 유출입에 따라 내부 공간을 유동적으로 조절하면서 공기를 원활하게 수용할 수 있다. 이 경우에도 물론 공기의 유출입을 위한 공기 입출구(321)를 구비한다.
여기서, 상기 풀무(320)는 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 액추에이터에 의해 변위되는 쪽이나 그렇지 않은 쪽 모두에 적합하게 적용될 수 있다. 단, 도면에서는 액추에이터에 의해 변위되는 쪽의 경우를 도시하였으며 이때 액추에이터로는 신축동작이 가능한 라인모터(340)가 구비된다. 상기 라인모터(340)는 양단부가 풀무(320)의 핸들(320b)과 각각 결합되어 신축되면서 풀무(320)를 신축시켜준다.
참고로, 상기 신축동작이 가능한 라인모터(340)는 한국공개특허 제20070058420호 등에서 볼 수 있는 공지의 기술이므로 구성상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110 : 메인 몸체 112a : 압력센서
112b : 각도센서 112c : 거리센서
120 : 가변 프론트 챔버 130 : 가변 리어 챔버
135 : 에어 튜브 140 : 액추에이터
141 : 모터 141a : 샤프트
142 : 구동기어 143 : 종동기어
145 : 지지대 144 : 피스톤
144a : 스크루 아암 150 : 제어기
160 : 가변 라이트 챔버 170 : 가변 레프트 챔버
220 : 자바라 240 : 실린더
320 : 풀무 340 : 라인모터

Claims (17)

  1. 전측에 설치되고 공기의 입출에 따라 공기를 수용하는 실체적이 가변되도록 한 가변 프론트 챔버와;
    후측에 설치되고 공기의 입출에 따라 공기를 수용하는 실체적이 가변되도록 하되, 상기 가변 프론트 챔버와 공기가 통하도록 연통되어, 상기 가변 프론트 챔버가 공기를 유입하여 실체적이 증가하면 자신은 공기가 유출되어 실체적이 감소하고, 반대로 상기 가변 프론트 챔버가 공기를 유출하여 실체적이 감소하면 자신은 공기가 유입되어 실체적이 증가하는 가변 리어 챔버와;
    상기 가변 프론트 챔버나 가변 리어 챔버 중 하나의 실체적을 증감시켜줌으로써 상기 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버간에 공기를 압축 없이 이동시켜주는 액추에이터를 포함하여 구성되어,
    상기 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버에 존재하는 공기를 상기 액추에이터의 작동에 의해 상기 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버간에 이동시킴으로써 공기의 추가 생산이나 주입 또는 공기의 압축 없이 전후방향 기울기 자세를 변화시킬 수 있도록 하되,
    상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 하나는 상기 액추에이터에 의해 수축 또는 팽창되면서 공기를 이동시키는 자바라이고,
    상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 나머지 하나는 상기 자바라에서 입출되는 공기의 압력에 의해 수축 또는 팽창하는 에어백인 것을 특징으로 하는 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상향시, 상기 액추에이터의 작동에 의해 가변 리어 챔버의 공기를 가변 프론트 챔버로 이동시키고,
    하향시, 상기 액추에이터의 작동에 의해 가변 프론트 챔버의 공기를 가변 리어 챔버로 이동시키는 것을 특징으로 하는 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제2항에 있어서,
    수면으로부터의 깊이정보를 얻기 위한 압력센서, 수중운동체의 자세정보를 얻기 위한 각도센서, 수중 바닥으로부터의 거리정보를 얻기 위해 바닥과의 거리를 측정하는 거리센서 중 적어도 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 가변 프론트 챔버와, 가변 리어 챔버와, 액추에이터를 한 조로 하는 어셈블리가 좌편과 우편에 복수 배치되는 것을 특징으로 하는 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치.
  14. 제2항에 있어서,
    우측에 설치되고 공기의 입출에 따라 공기를 수용하는 실체적이 가변되도록 한 가변 라이트 챔버와;
    좌측에 설치되고 공기의 입출에 따라 공기를 수용하는 실체적이 가변되도록 하되, 상기 가변 라이트 챔버와 공기가 통하도록 연통되어, 상기 가변 라이트 챔버가 공기를 유입하여 실체적이 증가하면 자신은 공기가 유출되어 실체적이 감소하고, 반대로 상기 가변 라이트 챔버가 공기를 유출하여 실체적이 감소하면 자신은 공기가 유입되어 실체적이 증가하는 가변 레프트 챔버와;
    상기 가변 라이트 챔버나 가변 레프트 챔버 중 하나의 실체적을 증감시켜줌으로써 상기 가변 라이트 챔버와 가변 레프트 챔버간에 공기를 압축 없이 이동시켜주는 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치.
  15. 제1항, 제2항, 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항의 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와, 상기 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치를 지지하는 메인 몸체를 포함하여 이루어지는 수중운동체.
  16. 수중운동체용 자세 및 깊이 제어방법에 있어서,
    전측에 설치되고 공기의 입출에 따라 공기를 수용하는 실체적이 가변되도록 한 가변 프론트 챔버와; 후측에 설치되고 공기의 입출에 따라 공기를 수용하는 실체적이 가변되도록 하되, 상기 가변 프론트 챔버와 공기가 통하도록 연통되어, 상기 가변 프론트 챔버가 공기를 유입하여 실체적이 증가하면 자신은 공기가 유출되어 실체적이 감소하고, 반대로 상기 가변 프론트 챔버가 공기를 유출하여 실체적이 감소하면 자신은 공기가 유입되어 실체적이 증가하는 가변 리어 챔버와; 상기 가변 프론트 챔버나 가변 리어 챔버 중 하나의 실체적을 증감시켜줌으로써 상기 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버간에 공기를 압축 없이 이동시켜주는 액추에이터를 구비하고,
    상기 가변 프론트 챔버와 가변 리어 챔버간에 공기를 이동시킴으로써 수중운동체의 전후방향 기울기를 변화시키되,
    상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 하나는 상기 액추에이터에 의해 수축 또는 팽창되면서 공기를 이동시키는 자바라이고, 상기 가변 프론트 챔버 및 가변 리어 챔버 중 나머지 하나는 상기 자바라에서 입출되는 공기의 압력에 의해 수축 또는 팽창하는 에어백인 것을 특징으로 하는 수중운동체용 자세 및 깊이 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    우측에 설치되고 공기의 입출에 따라 공기를 수용하는 실체적이 가변되도록 한 가변 라이트 챔버와;
    좌측에 설치되고 공기의 입출에 따라 공기를 수용하는 실체적이 가변되도록 하되, 상기 가변 라이트 챔버와 공기가 통하도록 연통되어, 상기 가변 라이트 챔버가 공기를 유입하여 실체적이 증가하면 자신은 공기가 유출되어 실체적이 감소하고, 반대로 상기 가변 라이트 챔버가 공기를 유출하여 실체적이 감소하면 자신은 공기가 유입되어 실체적이 증가하는 가변 레프트 챔버를 더 구비하고,
    상기 가변 라이트 챔버와 가변 리어 챔버간에 공기를 이동시킴으로써 수중운동체의 좌우방향 기울기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 수중운동체용 자세 및 깊이 제어방법.
KR1020110016012A 2011-02-23 2011-02-23 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체 및 그의 제어방법 KR101310148B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110016012A KR101310148B1 (ko) 2011-02-23 2011-02-23 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체 및 그의 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110016012A KR101310148B1 (ko) 2011-02-23 2011-02-23 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체 및 그의 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120096740A KR20120096740A (ko) 2012-08-31
KR101310148B1 true KR101310148B1 (ko) 2013-09-24

Family

ID=46886574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110016012A KR101310148B1 (ko) 2011-02-23 2011-02-23 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체 및 그의 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101310148B1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101552994B1 (ko) 2012-08-31 2015-09-15 엘지디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법
KR102049720B1 (ko) * 2018-11-01 2019-11-28 (주)아이로 로봇 물고기의 장애물 탈출 제어방법
US11169523B2 (en) 2018-11-01 2021-11-09 Artificial Intelligence Robot Inc. Control apparatus and method for swimming of robot fish
KR102049719B1 (ko) * 2018-11-01 2020-01-08 (주)아이로 로봇 물고기의 일정수심 유영제어장치 및 방법
JP7123817B2 (ja) * 2019-01-23 2022-08-23 三菱重工業株式会社 水中航走体
CN110304225A (zh) * 2019-07-19 2019-10-08 中国地质科学院 一种伸缩式浮力调节浮筒
CN112027038A (zh) * 2020-08-14 2020-12-04 天津大学 伞骨型水下潜航器深度与姿态调节装置及其控制方法
KR102508838B1 (ko) * 2020-12-15 2023-03-10 (주)아이로 밸러스트 탱크를 이용한 물고기 로봇 및 그의 유영 제어 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08282589A (ja) * 1995-04-11 1996-10-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 潜水船用姿勢角制御装置
JPH1035587A (ja) * 1996-07-26 1998-02-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中ロボット
JP2005270126A (ja) * 2004-03-22 2005-10-06 Saamaru:Kk 潜水玩具
JP2007278856A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Hitachi Ltd 有線式遠隔操縦型水中遊泳ビークル

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08282589A (ja) * 1995-04-11 1996-10-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 潜水船用姿勢角制御装置
JPH1035587A (ja) * 1996-07-26 1998-02-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中ロボット
JP2005270126A (ja) * 2004-03-22 2005-10-06 Saamaru:Kk 潜水玩具
JP2007278856A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Hitachi Ltd 有線式遠隔操縦型水中遊泳ビークル

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120096740A (ko) 2012-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101310148B1 (ko) 수중운동체용 자세 및 깊이 제어장치와 이를 구비한 수중운동체 및 그의 제어방법
US8397658B1 (en) Buoyancy control systems and methods for submersible objects
CN107225924B (zh) 一种轮桨腿一体的两栖机器人及其控制方法
CN102066191B (zh) 水中姿势稳定化装置及具有该装置的潜水装置
KR20120109956A (ko) 수중로봇의 인공부레 시스템 및 구동 방법
CN100384693C (zh) 水下滑翔探测器
CN108622352B (zh) 一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置
EP2657125A1 (en) Underwater mobile apparatus and moving method thereof
US20090178603A1 (en) Buoyancy control systems and methods
KR101787581B1 (ko) 부유형 녹조 및 적조 예방장치
CN2934066Y (zh) 一种水下滑翔探测器
US9647149B2 (en) Method and system for rapid and controlled elevation of a raisable floor for pools
KR101393578B1 (ko) 선저 청소 장치
KR101893430B1 (ko) 하이브리드 수중 글라이더
CN213384667U (zh) 水下机器人移动承载平台
US7562634B2 (en) Diving device
CN112249286B (zh) 一种具有多驱动系统的仿生机器鱼
JP2005270126A (ja) 潜水玩具
CN117429591A (zh) 一种水下可扩展主动声呐航行器
CN206569240U (zh) 一种水下机器人沉浮及姿态控制器
TWM458366U (zh) 驅動裝置、及座墊支柱驅動機構
CN111055979A (zh) 一种基于机械视觉游泳池救生装置
CN115818490A (zh) 一种rov释放回收的半主动升沉补偿装置
CN214164667U (zh) 一种增浮装置及水陆两栖车
CN112265623A (zh) 一种水下机器人重心及浮沉调节装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160906

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170830

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee