KR101334566B1 - 3절 링크 벡터추진기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 벡터추진기 구조가 공간을 많이 차지하여 자율무인잠수정 등 수중로봇을 소형화하는 데 장애가 되므로 이를 극복하고 소형의 자율무인잠수정 등 수중로봇에서 사용하기 적합한 단순구조의 벡터추진기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이에 본 발명에서는 2개의 볼조인트와 1개의 2축링크를 이용하여 2개의 액추에이터로써 추진기의 벡터링 구조를 구성하고, 종래의 벡터추진기와는 달리 2개의 액추에이터가 모두 자율무인잠수정 등 수중로봇의 선체구조에 고정되도록 하여 전체적인 구조를 단순화함으로써 벡터추진기의 소형화가 가능하게 하였다.

Description

3절 링크 벡터추진기{3-point link vector thruster}

본 발명은 자율무인잠수정 등 수중로봇의 추진기에 관한 것이다.

근래에 해양을 탐사하고 개발하기 위한 수중로봇들이 많이 개발되고 있으며 그 중 다수가 자율무인잠수정(AUV)들이다. 또한 이들 개발되는 자율무인잠수정들의 추세는 시장경쟁력을 갖추기 위한 소형화 및 단순구조화, 즉 단일추진기를 갖는 형태가 많이 개발되고 있다.

이러한 단일추진기를 갖는 자율무인잠수정 등 수중로봇의 운동제어를 위해서는 선미부의 제어판을 이용하는 경우가 많은데 이러한 제어판은 근본적으로 날개의 양력을 그 제어력으로 사용하기 때문에 저속에서는 제어가 어렵다는 문제점이 있다. 이에 추진기의 추력 방향을 바꿀 수 있는 벡터추진기(vector thruster)가 각광을 받고 있다.

도 5는 종래의 벡터추진기의 구조를 보여준다.

종래의 벡터추진기는 짐발(gymbal)형의 구조물 내에 프로펠러(propeller)(1)와 추진모터하우징(motor housing)(2)이 설치되고 이를 조향하기 위한 2개의 리니어액추에이터(linear actuator)(3, 4)로 구성되나, 2개의 리니어액추에이터(3, 4) 중 안쪽의 리니어액추에이터(3)는 선체구조(hull structure)(6)에 고정되지 못하고 안쪽의 회전구조(swivel structure)(5)에 고정되며, 바깥쪽의 리니어액추에이터(4)만 선체구조(6)에 고정된다.

이 때문에 종래의 벡터추진기의 경우, 바깥쪽의 리니어액추에이터(4)는 프로펠러(1)와 추진모터하우징(2), 그리고 안쪽의 리니어액추에이터(3)를 포함하는 기구부를 동시에 구동시켜야 하므로 더 큰 구동력을 필요로 하며, 안쪽의 리니어액추에이터(3)는 많은 변위를 제공하지 못하는 문제가 발생하게 된다.

하지만 무엇보다 큰 문제는, 종래의 벡터추진기는 추진모터하우징(2)과 안쪽의 리니어액추에이터(3)를 함께 고정하여야 하는 짐발의 공간 문제로 인하여 벡터추진기의 전체적인 크기가 커지게 되어 소형화가 어렵다는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 종래의 벡터추진기 구조가 공간을 많이 차지하여 자율무인잠수정 등 수중로봇을 소형화하는 데 장애가 되므로 이를 극복하고 소형의 자율무인잠수정 등 수중로봇에서 사용하기 적합한 단순구조의 벡터추진기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시 예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

추진모터하우징의 상부에 부착되는 제1볼조인트 및 제2볼조인트;

일 끝단은 상기 제1볼조인트 및 제2볼조인트에 각각 연결되고 타 끝단은 선체구조에 고정되며, 서로 일치하거나 상반되는 방향으로 작동함으로써 프로펠러 및 추진모터하우징을 상하좌우 방향으로 기울이는 제1리니어액추에이터 및 제2리니어액추에이터 및;

일 끝단은 추진모터하우징의 하부에 부착되고 타 끝단은 선체구조에 고정되며, 프로펠러 및 추진모터하우징의 상하좌우 방향 기울어짐의 축 역할을 하는 2축링크;

를 포함하는 3절 링크 벡터추진기를 제시한다.

또한 본 발명은,

제1볼조인트 및 제2볼조인트를 추진모터하우징의 상부에 부착하는 단계;

제1리니어액추에이터 및 제2리니어액추에이터 각각을 일 끝단은 상기 제1볼조인트 및 제2볼조인트에 연결하고 타 끝단은 선체구조에 고정하는 단계 및;

2축링크를 일 끝단은 추진모터하우징의 하부에 부착하고 타 끝단은 선체구조에 고정하는 단계;

를 포함하는 3절 링크 벡터추진기의 제작방법을 제시한다.

본 발명에 따르면, 소형의 자율무인잠수정 등 수중로봇에서 사용하기 적합한 단순구조의 벡터추진기를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시 예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

도 1은 본 발명에 따른 3절 링크 벡터추진기의 구조.
도 2는 본 발명에 따른 3절 링크 벡터추진기를 위(도 1의 A방향)에서 본 모습.
도 3은 본 발명에 따른 3절 링크 벡터추진기를 옆(도 1의 B방향)에서 본 모습.
도 4는 본 발명에 따른 제1볼조인트, 제2볼조인트 및 2축링크 상호간의 배치 형태.
도 5는 종래의 벡터추진기의 구조.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

일반적으로 다중 절점 기구의 작동은 4개의 연결점으로 구성하고 3개 이상의 액추에이터가 작동되어야 하나 자율무인잠수정 등 수중로봇은 자체의 전력을 사용하므로 액추에이터를 많이 사용하는 것이 불리하다. 한편 종래의 벡터추진기는 짐발 구조로 인해 공간을 많이 차지하여 소형화가 어렵다.

이에 본 발명에 따른 3절 링크 벡터추진기는 2개의 볼조인트와 1개의 2축링크를 이용하여 2개의 액추에이터로써 추진기의 벡터링 구조를 구성하고, 종래의 벡터추진기와는 달리 2개의 액추에이터가 모두 자율무인잠수정 등 수중로봇의 선체구조에 고정되도록 하여 전체적인 구조를 단순화함으로써 벡터추진기의 소형화가 가능하게 하였다.

도 1은 본 발명에 따른 3절 링크 벡터추진기의 구조를 보여준다.

본 발명에 따른 3절 링크 벡터추진기는 제1볼조인트(11) 및 제2볼조인트(12), 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22), 그리고 2축링크(30)를 포함하여 이루어진다.

제1볼조인트(11) 및 제2볼조인트(12)는 각각 추진모터하우징(2)의 상부에 부착된다.

제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)는 일 끝단이 제1볼조인트(11) 및 제2볼조인트(12)에 각각 연결된다. 즉 제1리니어액추에이터(21)의 일 끝단은 제1볼조인트(11)에, 제2리니어액추에이터(22)의 일 끝단은 제2볼조인트(12)에 연결된다.

그리고 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)의 타 끝단은 모두 선체구조(6)에 고정된다. 이 경우 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)의 타 끝단에는 각각 제3볼조인트(13) 및 제4볼조인트(14)를 추가로 연결하고 이러한 제3볼조인트(13) 및 제4볼조인트(14)를 매개로 하여 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)가 선체구조(6)에 고정되도록 함으로써, 선체구조(6)에 고정된 상태의 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)의 움직임이 보다 원활해지도록 하는 것이 바람직하다.

제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)는 후술하는 바와 같이 서로 일치하거나 상반되는 방향으로 작동함으로써 프로펠러(1) 및 추진모터하우징(2)을 상하좌우 방향으로 기울이는 역할을 한다.

2축링크(30)는 프로펠러(1) 및 추진모터하우징(2)의 상하좌우 방향 기울어짐의 축 역할을 한다.

이러한 2축링크(30)의 일 끝단은 추진모터하우징(2)의 하부에 부착되고 타 끝단은 선체구조(6)에 고정된다(도 3 참조).

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 제1볼조인트(11) 및 제2볼조인트(12)와 2축링크(30)는 상호간에 추진기의 중심으로부터 120도 간격으로 배치되도록 하며, 이 경우 2축링크(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 자율무인잠수정 등 수중로봇의 센터라인 상에 위치하도록 한다. 이는 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)가 상하좌우로 균형 잡힌 조향기능을 수행할 수 있도록 하기 위함이다.

도 2는 본 발명에 따른 3절 링크 벡터추진기를 위(도 1의 A방향)에서 본 모습이며, 도 3은 옆(도 1의 B방향)에서 본 모습인데, 도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 3절 링크 벡터추진기의 작동원리를 보여주고 있다.

도 2에서 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)가 차동적(差動的)으로 작동하면 프로펠러(1) 및 추진모터하우징(2)은 좌우로 기울어져 추진력의 방향이 좌우로 바뀌게 된다. 도 2에서 가운데 점선으로 표시한 십자는 가려서 보이지 않는 2축링크(30)를 나타낸다.

그리고 도 3에서 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22)가 같이 움직이면 프로펠러(1) 및 추진모터하우징(2)은 상하로 기울어져 추진력의 방향이 상하로 바뀌게 된다.

도 3에서 2축링크(30)는 아래쪽 선체구조(6)의 스트럿 오른쪽 끝에 위치하여 프로펠러(1) 및 추진모터하우징(2)의 상하좌우 방향 기울어짐의 축 역할을 하며, 상하좌우의 2축 외 다른 방향으로의 비틀어짐을 방지한다. 또한 2축링크(30)는 프로펠러(1) 및 추진모터하우징(2)의 하중과 추진력을 지지하여 추진력이 선체구조(6) 즉 자율무인잠수정 등 수중로봇에 곧바로 전달되도록 한다.

한편, 본 발명은, 제1볼조인트(11) 및 제2볼조인트(12)를 추진모터하우징(2)의 상부에 부착하는 단계; 제1리니어액추에이터(21) 및 제2리니어액추에이터(22) 각각을 일 끝단은 상기 제1볼조인트(11) 및 제2볼조인트(12)에 연결하고 타 끝단은 선체구조(6)에 고정하는 단계 및; 2축링크(30)를 일 끝단은 추진모터하우징(2)의 하부에 부착하고 타 끝단은 선체구조(6)에 고정하는 단계;를 포함하는 3절 링크 벡터추진기의 제작방법을 제시하는 바, 이에 대한 보다 상세한 내용은 이미 상술한 바와 같다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 프로펠러 2 : 추진모터하우징
3, 4 : 리니어액추에이터 5 : 회전구조
6 : 선체구조
11 : 제1볼조인트 12 : 제2볼조인트
13 : 제3볼조인트 14 : 제4볼조인트
21 : 제1리니어액추에이터 22 : 제2리니어액추에이터
30 : 2축링크

Claims (8)

1. 자율무인잠수정과 같은 수중로봇에 적용되는 추진기로서, 2개의 볼조인트와 1개의 2축링크를 이용하여 2개의 액추에이터로써 추진기의 벡터링 구조를 구성하고 2개의 액추에이터가 모두 수중로봇의 선체구조에 고정되도록 하여 그 구조를 단순화함으로써 추진기의 소형화가 가능하게 하게 한 3절 링크 벡터추진기로서,
   추진모터하우징의 상부에 부착되는 제1볼조인트 및 제2볼조인트;
   일 끝단은 상기 제1볼조인트 및 제2볼조인트에 각각 연결되고 타 끝단은 선체구조에 고정되며, 서로 일치하거나 상반되는 방향으로 작동함으로써 프로펠러 및 추진모터하우징을 상하좌우 방향으로 기울이는 제1리니어액추에이터 및 제2리니어액추에이터 및;
   일 끝단은 추진모터하우징의 하부에 부착되고 타 끝단은 선체구조에 고정되며 상기 제1볼조인트 및 제2볼조인트 사이의 가운데에 위치하는 한편, 프로펠러 및 추진모터하우징의 상하좌우 방향 기울어짐의 축 역할을 하되 상하좌우의 2축 외 다른 방향으로의 비틀어짐은 방지하며, 프로펠러 및 추진모터하우징의 하중과 추진력을 지지하여 추진력이 선체구조에 곧바로 전달되도록 하는 2축링크;
   를 포함하는 3절 링크 벡터추진기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1볼조인트 및 제2볼조인트와 상기 2축링크는 상호간에 추진기의 중심으로부터 120도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 3절 링크 벡터추진기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 2축링크는 자율무인잠수정 등 수중로봇의 센터라인 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 3절 링크 벡터추진기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1리니어액추에이터 및 제2리니어액추에이터의 타 끝단에 각각 연결되는 제3볼조인트 및 제4볼조인트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 3절 링크 벡터추진기.
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