KR101407461B1

KR101407461B1 - 수중 이동 장치 및 그의 이동 방법

Info

Publication number: KR101407461B1
Application number: KR1020130098904A
Authority: KR
Inventors: 김재훈; 박영준; 은종호; 최종웅; 이재용; 주성문; 이재상; 박귀홍; 정희용; 이동훈
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2014-06-16
Also published as: EP2657125A4; WO2012087033A1; US20130269585A1; US9051036B2; KR20120071330A; EP2657125A1; KR20130101487A; EP2657125B1

Abstract

수중 이동 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치는, 몸체; 몸체 후방측에 설치된 추진기; 몸체에 설치된 상하 방향 스러스터 및 좌우 방향 스러스터를 포함하는 스러스터부 및 몸체의 양 측부에 위치되며, 다관절 모듈을 포함하는 복수의 다리부를 포함한다.

Description

수중 이동 장치 및 그의 이동 방법{Underwater Moving Apparatus and Moving method thereof}

본 발명은 수중 이동 장치 및 그의 이동 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수중 이동 장치는 해저 자원탐사, 침몰된 선박의 인양작업, 기름제거작업, 해저케이블 설치, 수중구조물의 수리 등에 이용되는데, 그 용도 및 작동방식에 따라 다양한 형태로 개발되고 있다.

수중 이동 장치는 제어 방식에 따라 케이블이 수중 이동 장치에 연결된 원격조정잠수정(Remotely-operated vehicle, ROV)과 케이블 없이 자체 동력으로 움직이는 무인잠수정(Autonomous Underwater Vehicles, AUV) 등으로 구분될 수 있으며, 해저의 지형에 따라 조사할 방향과 거리를 결정하고 조사한 자료를 해저에서 모선에 송신하는 시스템을 갖추고 있다.

한편, 도 1은 종래의 원격조정잠수정형 수중 이동 장치를 나타낸 개념도이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 현재 국내외에서 개발되고 있는 수중 이동 장치는 전반적인 운용을 위한 모선(1)과 해저에서 이동하면서 작업을 수행하는 수중 이동 장치(2) 그리고, 모선(1)과 수중 이동 장치(2)간의 전원 공급과 수중 이동 장치(2)에서 전송하는 영상정보와 각종신호 및 제어 신호 송신을 위한 케이블(3)이 존재한다.

그러나, 이러한 종래의 수중 이동 장치(2)는 한국의 서해안과 같이 조류의 영향으로 유속이 강한 곳에서는 자세 및 운동 제어가 어려워 원하는 위치에 접근하기가 용이하지 않다. 즉, 도 1에서와 같이 강한 유속에 의해 자세를 잡지 못하고 떠내려가거나 자세 및 운동 제어가 어려워 많은 에너지를 소모하게 되는 문제점이 있다.

또한, 이러한 수중 이동 장치는 대개 상부에 부유체를 두고 여러 방향의 스러스터(thruster)를 달아 위치를 제어하는데, 해저에서 주로 스러스터에 의지하여 이동하므로, 해류의 속도가 빠른 경우 이동 및 자세 제어가 용이하지 않다. 또한 스러스터 및 추진기 만으로 이동가능한 수중 이동 장치는 심해저의 바닥면에 안착된 상태에서 이동하기 어려운 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예는 수중 이동 장치가 원하는 위치까지 용이하게 접근할 수 있는 수중 이동 장치 및 그의 이동 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 수중의 바닥면에 안착된 상태에서 이동이 용이한 수중 이동 장치 및 그의 이동 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 수중에서 자세 제어가 용이한 수중 이동 장치 및 그의 이동 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 몸체; 상기 몸체 후방측에 설치된 추진기; 상기 몸체에 설치된 상하 방향 스러스터 및 좌우 방향 스러스터를 포함하는 스러스터부 및 상기 몸체의 양 측부에 위치되며, 다관절 모듈을 포함하는 복수의 다리부를 포함하는, 수중 이동 장치가 제공된다.

이 때, 상기 몸체는 전후 방향 단면이 원형 또는 타원형으로 형성되되, 상기 몸체의 전방 측의 단면이 넓고 후방 측의 단면이 좁은 유선형으로 형성될 수 있다.

이 때, 상기 몸체의 전방측에 위치되며, 다관절 모듈을 포함하는 적어도 하나의 팔부를 포함할 수 있다.

이 때, 수중 이동 장치는 상기 추진기의 전방측에 위치된 꼬리날개부를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 꼬리 날개부는, 상기 몸체의 상측부 및 하측부에 위치되는 수직 안정판을 포함하는 수직 꼬리 날개 및 상기 몸체의 양 측부에 위치되는 수평 안정판을 포함하는 수평 꼬리 날개를 포함할 수 있다.

이 때, 수중 이동 장치는, 상기 몸체 내부에 위치되는 부력 발생부를 더 포함하고, 상기 부력 발생부는, 유체 저장 탱크; 상기 유체 저장 탱크와 연결된 신축가능한 주머니 부재; 및 상기 유체 저장 탱크 및 상기 주머니 부재 사이에 설치되어 상기 유체 저장 탱크 내부에 저장된 유체를 상기 주머니 부재로 이동시킬 수 있는 펌프를 포함할 수 있다.

상기 부력 발생부는 상기 몸체의 전방부 및 후방부에 한 쌍으로 형성될 수 있다.

한편, 수중 이동 장치는, 상기 몸체 내부에 설치되는 무게 중심 이동부를 더 포함하되, 상기 무게 중심 이동부는, 상기 몸체 내부에서 이동가능하게 형성되는 중량체; 상기 중량체를 이동시키기 위하여 상기 중량체와 결합되는 볼 스크류; 상기 볼 스크류를 회전시키기 위한 구동 모터 및 상기 중량체의 이동을 가이드 하도록 상기 볼 스크류와 나란하게 배열되는 한 쌍의 LM 가이드를 포함할 수 있다.

한편, 수중 이동 장치는, 상기 몸체의 수심, 기울기, 자세, 외부 물체로부터의 거리 및 방위 중 적어도 하나를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있다.

한편, 수중 이동 장치는, 상기 몸체를 조종하는 모선과 통신을 수행하는 통신부를 더 포함할 수 있다.

한편, 수중 이동 장치는, 상기 수중 이동 장치가 투입되는 수면에서 상기 몸체를 수직자세로 변환시켜 설정된 수심으로 이동하고, 상기 설정된 수심에서 상기 몸체를 수평자세로 변환하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 다관절 모듈은, 상기 몸체에 상기 몸체의 외측 방향으로 연장된 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 회전축 부재; 상기 회전축 부재의 일단부에 상기 제 1 회전축에 수직한 제 2 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합된 조인트 부재; 상기 조인트 부재의 일단부에 상기 제 1 회전축 및 상기 제 2 회전축에 수직한 제 3 회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되는 제 1 프레임 부재; 및 상기 제 1 프레임 부재의 일 단부에 상기 제 3 회전축과 나란한 제 4 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되는 제 2 프레임 부재를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 다리부는 상기 제 2 프레임 부재의 단부에 회전가능하게 설치되는 발 부재를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 발 부재의 일 단부면에는 상기 단부면으로부터 외측 방향으로 연장된 고정 돌기가 형성될 수 있다.

이 때, 상기 제 1 프레임 부재 및 상기 제 2 프레임 부재에는 길이 방향으로 개구가 형성될 수 있다.

이 때, 상기 제 2 프레임 부재를 상기 제 1 프레임 부재에 대하여 회전시킬 수 있도록 상기 제 1 프레임 부재의 일측에 일단부가 설치되며 타단부가 상기 제 2 프레임 부재의 일측에 결합되는 유압 실린더를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제 2 프레임 부재는 상기 제 4 회전축을 중심으로 회전하여 상기 제 1 프레임 부재와 나란하게 배열될 수 있다.

이 때, 상기 다리부는 3 쌍으로 형성되며, 상기 3 쌍의 다리부는 전방측으로부터 후방측으로 나란하게 배열될 수 있다.

이 때, 수중 이동 장치는 상기 제 1 프레임 부재를 둘러싸는 제 1 프레임 부재 커버부 및 상기 제 2 프레임 부재를 둘러싸는 제 2 프레임 부재 커버부를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제 1 프레임 부재 커버부 및 상기 제 2 프레임 부재 커버부 각각은, 익형 단면을 가지는 유선형 커버; 상기 유선형 커버의 오목한 면에 결합되되 상기 제 4 회전축이 관통하는 제 4 회전축 홀이 형성된 판형 커버 및 상기 유선형 커버 및 상기 판형 커버 중 어느 하나에 형성되어 상기 제 1 프레임 부재 또는 상기 제 2 프레임 부재를 상기 유선형 커버와 상기 판형 커버의 내측에 고정시키는 지지대를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 제 1 프레임 부재 커버부의 판형 커버에는 상기 제 1 프레임 부재가 상기 조인트 부재와 결합되는 제 3 회전축이 관통하는 제 3 회전축 홀, 및 상기 제 1 프레임 부재의 유압 실린더의 피스톤 단부의 이동을 방해하지 않도록 형성된 실린더 가이드 홀이 형성되고, 상기 제 2 프레임 부재 커버부의 판형 커버에는 상기 제 1 프레임 부재 커버부의 판형 커버의 상기 제 4 회전축 홀 및 상기 실린더 가이드 홀에 대응하는 홀들이 형성될 수 있다.

이 때, 상기 제 1 프레임 부재 커버부의 유선형 커버 및 상기 제 2 프레임 부재 커버부의 유선형 커버는, 상기 제 2 프레임 부재가 상기 제 4 회전축을 중심으로 회전하여 상기 제 1 프레임 부재와 나란하게 된 상태에서 익형을 형성하도록 형성되고, 상기 제 1 프레임 부재 커버부의 판형 커버 및 상기 제 2 프레임 부재 커버부의 판형 커버는, 상기 제 2 프레임 부재가 상기 제 4 회전축을 중심으로 회전하여 상기 제 1 프레임 부재와 나란하게 된 상태에서 서로 포개어지도록 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 수중 이동 장치가 조류를 극복하고 해저 목표지점으로 이동하는 방법은, a) 수면에 투입되면 몸체를 상기 목표지점으로 향하는 수직자세로 변환하는 단계; b) 상기 목표지점으로 수직 하강하고, 설정된 수심에 도달하면 속도를 줄이거나 정지하는 단계; c) 상기 몸체를 수평자세로 변환하는 단계; 및 d) 상기 추진기, 스러스터부 및 다리부 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 목표지점으로 이동하는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 a) 단계는, 상기 몸체의 전방부에 음성부력을 발생하고, 후방부에 양성부력을 발생하도록 부력을 조절하여 상기 전방부가 상기 목표지점을 향한 상기 수직자세로 변환하는 단계; 및 상기 전방부 측으로 무게중심을 이동시켜 상기 수직자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 a) 단계와 b) 단계 사이에, 상기 몸체의 기울기가 허용치 범위 내에서 수직한 것으로 판단되면 상기 추진기를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 b) 단계는, 설정된 목표수심 및 해저로부터의 목표거리 중 어느 하나에 도달한 것으로 판단 하는 단계; 및 상기 추진기의 가동을 중단하거나 역추진을 발생하여 정지하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 c) 단계는, 상기 몸체의 후방부에 음성부력을 발생하고, 전방부에 양성부력을 발생하도록 부력을 조절하여 상기 수평자세가 되면 중성부력을 발생하는 단계; 및 상기 전방부 측의 무게중심을 중앙으로 이동시켜 상기 수평자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 a) 단계 이전에, 상기 복수의 다리부를 접는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 d) 단계 이후에, 작업을 완료하여 상승하는 경우 전방부에 양성부력을 발생하고, 후방부에 음성부력을 발행하도록 부력을 조절하여 상기 전방부가 수면을 향한 수직자세로 변환하는 단계; 상기 후방부 측으로 무게중심을 이동시켜 상기 수면을 향한 수직자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생하는 단계; 및 추진기의 추력을 발생하여 상기 수면으로 수직 상승하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치는 부력 조절 및 무게중심 이동을 통해 자세를 수직으로 변환하고, 추력을 발생하여 원하는 수심까지 빠르게 하강함으로써 용이하게 목표수심으로 이동할 수 있다. 그리고, 설정된 수심 또는 해저로부터의 거리에서 정지한 다음 자세를 수평으로 변환하고 목표지점으로 이동함으로써 안전하게 운용할 수 있다.

또한, 유선형 몸체 형상과 유영시 다관절 다리를 접어둠으로써 유체의 저항을 줄이고 조류/해류의 영향에 따른 강한 유속에 적응할 수 있다.

도 1은 종래의 수중 이동 장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류극복 이동을 위한 수중 이동 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치와 기존 잠수정의 몸체형상을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 부력 발생부의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 무게 중심 이동부의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 다리부를 구성하는 다관절 모듈의 일 예의 사시도이다.
도 10은 도 9의 다관절 모듈이 접힌 상태를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 다리부를 구성하는 다관절 모듈의 다른 예의 사시도이다.
도 12는 도 11의 다관절 모듈이 접힌 상태를 도시한 사시도이다.
도 13은 도 11의 다관절 모듈의 분해 사시도이다.
도 14는 도 12에서 A-A'의 단면도이다.
도 15는 도 14의 다관절 모듈이 기울어진 상태도이다.
도 16은 일반적인 수심에 따른 유속의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류극복 이동 단계를 나타낸 개념도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류극복 이동 방법을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.

설명에 앞서 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치는 수중에 잠수하여 침몰선 구난, 수중 건설, 수중 구조물 검사, 자원 탐색, 해저 생물 조사 및 해저 지형 탐사 등에 사용되는 수중 이동 장치로 전원공급 및 제어방식에 따라 ROV 방식 또는 AUV 방식 등에 적용할 수 있다. 다만, 설명의 편의상 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 AUV 방식을 가정하여 설명하되 본 발명이 이에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서 수중 이동 장치가 바다에서 운용되는 것을 가정하여 설명하되 이에 한정되지 않으며, 강이나 저수지와 같은 내수면에서도 적용 가능한 것이다.

이제 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치와 기존 잠수정의 몸체형상을 나타낸다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 측면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 평면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 부력 발생부의 개략도이다. 이하 도면을 참조하여 수중 이동 장치를 설명함에 있어, 수중 이동 장치(10)의 팔부(70)가 위치되는 방향을 수중 이동 장치(10)의 전방으로 규정하고 추진기(30)가 위치되는 방향을 수중 이동 장치(10)의 후방으로 규정하여 설명한다.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)은 몸체(20), 추진기(30), 꼬리날개부(40), 스러스터부(50), 다리부(60), 부력 발생부(80), 무게중심 이동부(160), 센서부(170), 통신부(180) 및 제어부(190)를 포함한다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 몸체(20)의 전방측에 팔부(70)를 포함할 수 있다.

몸체(20)는 수중에서 받는 항력계수를 최소화 하기 위해 전방부가 유선형으로 형성되고 후방부가 전방부로부터 길이방향의 원뿔형태로 좁아지는 구조로 형성된다.

보다 상세히, 몸체(20)는, 도 4 내지 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 전후 방향으로 단면이 타원형 또는 원형의 유선형으로 형성된다. 이 때, 몸체(20)의 전방측 단면은 두껍게, 즉 넓은 단면을 가지도록 형성되며, 후방 측 단면은 얇은, 즉 좁은 단면을 갖도록 형성된다. 그리고, 몸체(20)는 전방 단부로부터 후방 단부에 이르기까지 유선형으로 이루어져, 몸체가 수중에서 이동할 때 물의 저항이 적어질 수 있도록 형성된다.

첨부된 도 3을 참조하면, 도 3(A)의 기존 몸체형상을 고려하지 않은 박스형태의 잠수정의 항력계수는 2.5인 것에 비해 도 3(B)의 본 발명의 일 실시예에 따른 유선형 몸체(20)의 항력계수는 0.05로 유체의 영향을 최소화 할 수 있다.

또한, 몸체(20)는 해저에서의 높은 수압으로부터 수중 이동 장치의 구동을 위해 내장된 전자장비를 보호하기 위해 견고한 방수구조를 가지며, 표면의 항력계수를 줄이기 위해 코팅 처리될 수 있다.

몸체(20)의 내부에는 몸체가 수중에서 상하로 이동할 수 있도록 하기 위한 부력 발생부(80) 및 몸체(20)에 결합되는 다리부(60)와 팔부(70)를 구동하기 위한 구동부(미도시) 등이 위치될 수 있다.

몸체(20)의 후방측에는 추진기(30)가 설치된다. 추진기(30)는 몸체(20)의 후방 단부에 설치되는 프로펠러(32)와, 프로펠러(32)를 회전시키도록 몸체 내부에 위치되는 구동 모터(미도시)를 포함한다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치는 구동 모터를 구동하여 프로펠러(32)를 회전시킴으로써 전방으로 이동할 수 있는 추진력을 얻을 수 있다.

상기 추진기(30) 전방 측에 위치된 몸체의 표면에는 꼬리날개부(40)가 위치된다. 꼬리날개부(40)는 몸체(20)의 자세를 안정적으로 유지하기 위한 구성이다.

도 4을 참조하면, 꼬리날개부(40)는 수직꼬리날개(42) 및 수평꼬리날개(44)를 포함할 수 있다.

수직꼬리날개(42)는 몸체(20)의 상측부 및 하측부에 위치되는 수직 안정판을 포함할 수 있다. 이 때, 수직 안정판에는 방향타(미도시)가 회전가능하게 설치될 수 있다.

수평꼬리날개(44)는 수직꼬리날개(42)의 좌측부 및 우측부에 위치되며 몸체에 수평으로 배열된 판형의 수평 안정판을 포함할 수 있다. 이 때, 수평 안정판에는 승강타(미도시)가 회전가능하게 설치될 수 있다.

몸체(20)에는 수중 이동 장치의 자세를 제어하거나 이동을 보조하기 위하여 스러스터부(50)가 설치된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스러스터부(50)는 상하 방향 스러스터(52, 54) 및 좌우 방향 스러스터(56, 58)를 포함한다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 상하 방향 스러스터(52, 54)는 몸체(20)의 전방부 및 후방부에 수직 방향으로 배열되도록 형성된 두 개의 스러스터로 이루어질 수 있다.

상하방향 스러스터(52, 54)는 몸체(20)를 상측 방향으로 이동시키고자 할 경우 프로펠러를 회전하여 하측 방향으로 유체, 예를 들어 해수가 배출되도록 하거나, 몸체(20)를 하측 방향으로 이동시키고자 할 경우 프로펠러를 회전하여 상측 방향으로 해수가 배출되도록 구성된다.

좌우 방향 스러스터(56, 58)는, 도 4 내지 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 몸체(20)의 길이 방향으로 중앙부 상측 및 하측에 횡방향으로 배열되도록 형성된 두개의 스러스터로 이루어질 수 있다.

좌우 방향 스러스터(56, 58)는 몸체(20)를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이동시키고자 할 경우 그 역방향으로 유체, 예를 들어 해수를 배출시키도록 프로펠러를 회전시켜 몸체(20)를 좌측 방향 또는 우측 방향으로 이동시키도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 수중 이동 장치는, 두 개의 상하 방향 스러스터 및 두 개의 좌우 방향 스러스터를 각각 서로 다른 방향으로 회전시키면 몸체가 제자리에서 회전하도록 형성될 수 있다.

본 실시예에서는 상하 방향 스러스터(52, 54)를 몸체(20)의 전방부 및 후방부에 한 개씩 구비하고, 좌우 방향 스러스터(56, 58)를 몸체의 길이 방향 중앙부 상측 및 하측에 한 개씩 구비하였으나, 상하 방향 스러스터 및 좌우 방향 스러스터의 설치 위치 및 개수는 몸체(20)의 자세를 제어하고 보조 추력을 발생시킬 수 있도록 하기 위하여 당업자가 용이하게 발명할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 몸체(20) 내부에는 수중에서 몸체(20)를 상하로 이동시킬 수 있도록 하기 위하여 부력 발생부(80)가 설치된다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 부력 발생부(80)는 몸체(20)의 중앙부에 위치되며, 유체 저장 탱크(82), 펌프(84), 밸브(86) 및 주머니 부재(88)를 포함할 수 있다.

유체 저장 탱크(82) 내부에는 소정의 유체가 저장된다. 이 때, 유체는 기체일 수 있다. 유체는 유체 저장 탱크(82) 내부에서 필요에 따라 펌프(84)에 의하여 주머니 부재(88) 측으로 이동하여 주머니 부재(88)의 부피를 증가시키도록 형성된다.

유체 저장 탱크(82) 내부의 유체를 주머니 부재(88)로 이송하기 위하여 펌프(84)가 유체 저장 탱크(82)와 주머니 부재(88) 사이에 위치된다.

그리고, 주머니 부재(88)에 저장된 유체의 양을 일정하게 유지하기 위하여 펌프(84)와 주머니 부재(88) 사이에는 밸브(86)가 설치된다.

주머니 부재(88)는 신축가능한 소재로 이루어지며, 주머니 부재(88)의 부피가 그 내부에 저장된 유체의 양에 따라 조절될 수 있도록 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 부력 발생부(80)는 부력 발생부가 설치된 몸체 내부 공간에서 주머니 부재(88)의 부피가 증가 또는 감소하면 주머니 부재(88)의 부피가 증가 또는 감소함에 따라, 그에 대응하는 양의 물, 즉 수중 이동 장치를 둘러싸고 있는 유체, 예를 들어 수중 이동 장치가 바다 속에 있는 경우 해수가 몸체(20) 내부로 유입 또는 유출될 수 있는 구조로 이루어진다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는, 유체가 주머니 부재(88)에 채워지는 정도에 따라 몸체(20)의 전체 밀도가 달라지게 된다.

예를 들어, 유체가 주머니 부재(88)의 부피를, 도 7에서 실선으로 도시된 부피로부터 2점 쇄선으로 도시된 부피만큼 증가시키면 그만큼의 해수가, 부력 발생부(80)가 설치된 몸체(20)의 내부 공간(89)으로부터 몸체(20)의 외부로 배출되고, 이에 따라 몸체(20) 전체의 밀도가 낮아진다.

이 때, 몸체(20) 전체의 밀도가, 수중 이동 장치를 둘러싸는 해수의 밀도보다 낮아지게 되면, 몸체(20)에 양의 부력이 생성되어 몸체가 해수 속에서 상측 방향으로 떠오르게 된다.

반대로, 주머니 부재(88)의 부피가 감소되면, 부피가 감소된 만큼 몸체(20) 외부로부터 해수가 유입되고, 그에 따라 몸체(20) 전체의 밀도가 높아진다.

이 때, 몸체(20) 전체의 밀도가, 수중 이동 장치(10)를 둘러싸고 있는 해수의 밀도보다 높아지게 되면, 몸체(20)에 음의 부력이 생성되어 몸체가 해수 속에서 하측 방향으로 가라앉게 된다.

이와 같은 방식으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 주머니 부재(88)에 저장되는 유체의 양을 조절하여 몸체(20) 전체의 부력의 크기를 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부력 발생부(80)가 몸체(20)의 전방부 및 후방부에 한 쌍으로 설치될 수 있다.

한 쌍으로 설치되는 부력 발생부(80)는 각각 독립하여 부력을 조절할 수 있으며, 각각의 부력 발생부가 설치되는 몸체의 내부 공간이 서로 연통하도록 형성될 수 있다.

이와 같이 부력 발생부가 몸체의 전방부 및 후방부에 한 쌍으로 형성되면, 본 발명의 실시예에 따른 부력 발생부(80)는 몸체(20)의 전방부 및 후방부에 양성부력, 음성부력 및 중성부력이 발생하도록 조절될 수 있다. 이 때, 양성부력은 부력이 중력보다 커서 부상하는 상태이고, 음성부력은 중력이 부력보다 커서 가라앉는 상태이며, 중성부력은 중력과 부력이 같은 상태에서 뜨지도 가라앉지도 않는 상태를 각각 의미한다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 부력 발생부(80)는 수중 이동 장치가 조류의 영향으로 유속이 강한 해역에 투입되는 경우 몸체(20)의 전방부에 음성부력을 발생시키고, 후방부에 양성부력이 발생하도록 부력을 조절하여, 수중 이동 장치가 목표지점을 향해 수직으로 빠르게 하강할 수 있도록 수직한(오뚝이) 자세를 취하도록 한다. 그리고, 수중 이동 장치는 미리 설정된 목표수심 또는 해저로부터의 목표거리에 도달하면 몸체의 전방부 및 후방부에 중성부력을 발생시켜 수평한 자세를 취할 수 있다.

한편, 수중 이동 장치(10)는 몸체(20) 내부에 설치되는 무게 중심 이동부(160)를 포함할 수 있다.

도 8은 무게 중심 이동부(160)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 무게 중심 이동부(160)는 볼 스크류(164), 이동 지지대(166), 중량체(168), LM 가이드(162) 및 구동 모터(169)를 포함한다.

볼 스크류(164)는 몸체(20) 내부에 전후 방향으로 배열되며 구동 모터(169)에 의하여 축(164a)이 회전하도록 형성된다. 축(164a)이 회전함에 따라 축(164a)에 결합된 너트(164b)가 전후 방향으로 이동한다.

너트(164b)에는 이동 지지대(166)가 결합된다. 이동 지지대(166)는 너트(164b)가 이동함에 따라 함께 이동가능하도록 형성된다. 이동 지지대(166) 상에는 중량체(168)가 결합되어 이동 지지대(166)가 이동함에 따라 이동 지지대(166)와 함께 중량체(168)가 이동할 수 있도록 형성된다.

한편, 이동 지지대(166)의 이동을 가이드 하기 위하여 볼 스크류(164)의 양 측부에는 한 쌍의 LM 가이드(162)가 설치된다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 무게 중심 이동부(160)의 볼 스크류(164)는 몸체의 전후 방향 뿐 아니라 몸체의 좌우 방향으로도 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 이동 지지대(166)에 결합된 중량체(168)가 몸체(20)의 전후 방향으로 전후로 이동함에 따라 몸체(20)의 무게 중심의 위치가 변경될 수 있으며, 중량체(168)의 위치에 따라 몸체(20)의 자세 및 기울기가 변경될 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 센서부(170)를 포함한다.

센서부(170)는 수중 이동 장치(10)의 구동을 위해 외부환경을 측정하는 다양한 센서를 포함할 수 있는데, 예컨대 현재 위치한 수심을 체크하는 수심 센서(171), 기울기 및 자세 측정을 위한 틸트 센서(172), 소나(Sonar)라고도 불리며 해저 및 전방의 물체로부터의 거리 및 방위를 측정하는 초음파 센서(173) 등을 포함할 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 통신부(180)를 포함한다.

통신부(180)는 수면상에서 수중 이동 장치(10)의 운용을 관리하는 모선과 통신을 수행하는 무선통신모듈, 상기 모선과 케이블을 통해 전원 및 제어신호를 수신하는 유선통신모듈 및 수중에서 상기 모선과의 통신을 수행하는 초음파통신모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 제어부(190)를 포함한다.

제어부(190)는 수중 이동 장치(10)의 운용을 위한 상기 각부의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 제어부(190)는 수중 이동 장치(10)이 조류의 영향으로 유속이 강한 해역에 투입되는 경우 조류극복 이동을 위한 자세를 제어하여 안전한 목표지점으로의 이동을 수행한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수중 이동 장치(10)의 몸체(20)의 양 측부에 다리부(60)가 설치된다. 다리부(60)는 수중 이동 장치(10)가 예를 들어 해양의 바닥면에 안착된 경우 추진기를 이용하지 않고 바닥면 상에서 걷는 방식으로 이동하기 위한 구성이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다리부(60)는 몸체(20) 양 측부에 3쌍으로 형성된다. 이 때 3쌍의 다리부(60)는 몸체(20)의 양 측부에 전방으로부터 후방으로 서로 나란하게 배열될 수 있다.

보다 상세히 다리부(60)의 구성을 살펴보면, 다리부(60)는 다관절 모듈(100) 및 다관절 모듈(100)에 설치된 발 부재(62)를 포함할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 다리부(60)를 구성하는 다관절 모듈(100)에 대하여 도면을 달리하여 보다 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)의 다리부(60)를 구성하는 다관절 모듈(100)의 일 예의 사시도이다. 도 10은 도 9의 다관절 모듈(100)이 접힌 상태를 도시한 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다리부(60)의 다관절 모듈(100)은 회전축 부재(110), 조인트 부재(120), 제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140)를 포함한다.

회전축 부재(110)는, 일단부가 몸체(20)에 결합되며 타단부가 몸체(20)의 외측 방향으로 연장되도록 형성된다. 이 때, 회전축 부재(110)는 몸체(20)의 외측 방향으로 배열되는 제 1 회전축(A1)을 중심으로 회전할 수 있도록 형성된다.

조인트 부재(120)는 일단부가 회전축 부재(110)의 타단부에 회전가능하게 설치된다. 이 때, 조인트 부재(120)는 제 1 회전축(A1)에 대하여 수직한 제 2 회전축(A2)을 중심으로 회전할 수 있도록 형성된다. 이 때, 회전축 부재(110)와 조인트 부재(120)는 유니버셜 조인트에 대응하는 구조로 형성될 수 있다.

조인트 부재(120)의 타단부에는 제 1 프레임 부재(130)의 일단부가 제 1 회전축(A1) 및 제 2 회전축(A2)에 수직한 제 3 회전축(A3)을 중심으로 회전할 수 있도록 결합된다.

제 1 프레임 부재(130)의 타단부에는 제 4 회전축(A4)을 중심으로 회전할 수 있는 제 2 프레임 부재(140)가 결합된다.

제 4 회전축(A4)에 결합되는 제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140)는 동일 평면 상에 배열되지 않고 제 4 회전축(A4)의 연장방향으로 서로 이웃하여 배열된다.

제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140)는 수중 이동 장치(10)가 수중의 바닥면에 안착하였을 때 몸체(20)를 바닥면에 대하여 지지하는 다리부(60)의 뼈대를 형성하는 구성요소이다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 프레임 부재(130)에는 유압 실린더(150)가 제 1 프레임 부재(130)와 동일 평면 상의 일 측부에 설치된다.

유압 실린더(150)의 피스톤(154)의 단부는 제 2 프레임 부재(140)의 일측에 회전가능하게 결합된다. 이에 따라, 제 2 프레임 부재(140)는 유압 실린더(150)의 피스톤 길이를 조절함으로써 제 4 회전축(A4)을 중심으로 회전될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140)는 일 방향으로 연장되되 제 4 회전축(A4)의 연장 방향으로 소정의 두께를 갖는 납작한 판 형태로 이루어질 수 있다.

이 때, 도 9를 참조하면, 제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140)에는 각각 제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140)를 경량화하기 위하여 길이 방향으로 개구(132, 142)가 형성될 수 있다.

한편, 도 10을 참조하면, 유압 실린더(150)의 피스톤(154)을 연장시키면 제 2 프레임 부재(140)가 제 4 회전축(A4)을 중심으로 제 3 회전축(A3) 방향으로 회전하여 제 2 프레임 부재(140)의 타단부에 위치된 발 부재(62)가 제 1 프레임 부재(130)의 제 3 회전축(A3)에 매우 인접하게 위치된다.

본 명세서에서는, 이와 같이 제 2 프레임 부재(140)를 제 4 회전축(A4)을 중심으로 도 9에서 볼 때 시계 방향으로 회전시켜 제 3 회전축(A3)에 인접하게 위치시키는 것을 "제 2 프레임 부재(140)를 제 1 프레임 부재(130)에 대하여 접는다"라고 표현한다.

이 때, 유압 실린더(150)의 피스톤(154)을 연장시켜 제 2 프레임 부재(140)가 제 4 회전축(A4)을 중심으로 최대한 회전하여 제 2 프레임 부재(140)에 결합된 발 부재(62)가 제 1 프레임 부재(130)의 제 3 회전축(A3)에 가장 인접하게 배치된 상태가, 제 2 프레임 부재(140)가 제 1 프레임 부재(130)에 대하여 최대한 접혀진 상태이다.

그리고 본 명세서에서는, 제 2 프레임 부재(140)를 제 4 회전축(A4)을 중심으로 도 9에서 볼 때 반시계 방향으로 회전시켜 제 3 회전축(A3)으로부터 멀어지게 위치시키는 것을 "제2 프레임 부재(140)를 제 1 프레임 부재(130)에 대하여 펼친다"라고 표현한다.

이 때, 유압 실린더(150)의 피스톤(154)을 최대한 신축시켜 제 2 프레임 부재(140)가 제 4 회전축(A4)을 중심으로 회전하여 제 2 프레임 부재(A2)의 발 부재(62)가 제 3 회전축(A3)에 가장 멀리 위치된 상태가, 제 2 프레임 부재(140)가 제 1 프레임 부재(130)에 대하여 최대한 펼쳐진 상태이다.

따라서, 제 2 프레임 부재(140)는 제 1 프레임 부재(130)에 대하여 최대한 접혀진 상태와 최대한 펼쳐진 상태 사이에 위치된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 수중에서 유영할 때 다리부(60)의 제 2 프레임 부재(140)가 제 1 프레임 부재(130)에 대하여 최대한 접혀진 상태를 유지하도록 형성된다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 수중 이동 장치(10)가 수중에서 유영할 경우 수중 이동 장치(10)의 다리부(60)는, 다리부(60)를 형성하는 면 중 가장 작은 면적을 갖는 면이 몸체의 전방측으로 향하도록 배치된다.

이와 같이 배열되기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 프레임 부재(130)의 제 4 회전축(A4)이 몸체(20)의 상하 방향으로 배열된다.

이와 같이 배열되면, 몸체(20)가 전방측으로 이동하는 동안 제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140)의 두께 방향 단면이 몸체(20)의 전진 방향에 대하여 전방을 향하도록 배열되므로 수중 이동 장치가 유영하는 동안, 다리부(60)의 저항을 감소시킬 수 있다.

한편, 제 2 프레임 부재(140)의 타단부측에 발 부재(62)가 위치된다.

발 부재(62)는 제 2 프레임 부재(140)의 제 5 회전축(A5)을 중심으로 회전가능하도록 형성된다. 발 부재(62)는 수중 이동 장치(10)가 바닥면에 놓인 상태에서 바닥면에 닿는 면적을 넓히기 위한 구성 요소이며, 이를 위하여 제 5 회전축(A5)을 중심으로 회전가능한 판재 형상의 저면(66)을 구비한다.

그리고, 발 부재(62)의 저면(66)에는 하측 방향으로 돌출된 돌기(64)가 형성된다. 돌기(64)는, 수중 이동 장치(10)가 안착되는 바닥면이 예를 들어 모래와 같이 함몰되기 쉬운 소재로 형성된 면인 경우, 발 부재(62)의 저면이 바닥면에 접한 상태에서 돌기(64)가 바닥면에 박히도록 형성되어 저면(66)이 바닥면에 보다 견고하게 고정될 수 있도록 함으로써 수중 이동 장치(10)가 바닥면에서 안정적으로 정지 자세를 취하거나 바닥면을 걸어 다닐 수 있도록 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 몸체(20)의 전방측에는 팔부(70)가 위치된다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 팔부(70)는 몸체(20)의 전방측에 하나 이상, 예를 들어 두 개로 이루어질 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 팔부(70)는, 다리부(60)를 형성하는 다관절 모듈(100)로 이루어질 수 있다.

팔부(70)를 형성하는 다관절 모듈(100)의 일단부에는 다리부(60)의 발 부재 대신 집게 구조로 이루어진 작동 구조체(72)가 설치된다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 수중에서 수중 이동 장치가 팔부(70)의 집게 구조의 작동 구조체(72)를 이용하여 소정의 대상물을 집을 수 있도록 형성된다.

수중 이동 장치의 팔부(70)에 설치될 수 있는 집게 구조의 작동 구조체(72)는 예를 들어, 공지된 형태의 로봇 팔 단부에 형성되는 손가락 구조로 이루어질 수 있는 바 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다리부(60)에 적용된 다관절 모듈(100)은 5축의 회전축(A1, A2, A3, A4, A5)을 구비하도록 형성되어 다관절 모듈(100)을 형성하는 회전축 부재(110), 조인트 부재(120), 제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140) 및 발 부재(62)가 자유로이 움직일 수 있으므로, 이와 같은 다관절 모듈(100)을 팔부에도 적용할 경우 팔부(70)의 집게 구조가 다관절 모듈(100)을 이용하여 자유로이 움직일 수 있기 때문에, 수중에서 팔부(70)를 이용하여 다양한 작업을 용이하게 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 다리부(60)를 구성하는 다관절 모듈이 앞선 실시예와 다르게 형성될 수 있다. 이하 본 발명의 다리부(60)를 구성하는 다관절 모듈(100)의 다른 예에 대하여 도면을 달리하여 설명한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 다리부(60)를 구성하는 다관절 모듈의 다른 예의 사시도이다. 도 12는 도 11의 다관절 모듈이 접힌 상태를 도시한 사시도이다. 도 13은 도 11의 다관절 모듈의 분해 사시도이다. 도 14는 도 12에서 A-A'의 단면도이다. 도 15는 도 14의 다관절 모듈이 기울어진 상태도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 다리부(60)를 구성하는 다관절 모듈(200)은 앞선 실시예와 비교할 때 제 1 프레임 부재(130) 및 제 2 프레임 부재(140)의 외부에 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)를 더 포함한다.

제 1 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)는 각각 익형의 외형을 가지며, 각각 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)를 둘러싸도록 형성된다. 이 때, 본 명세서에서 제 1 및 제 2 프레임 부재 커버부(260, 270)가 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)를 둘러싼다는 의미는 제 1 및 제 2 프레임 부재 커버부(260, 270)가 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240)를 수밀한 상태로 유지시키도록 둘러싸는 것을 의미할 수도 있으나, 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240)의 주위에 위치되어 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240)를 구비한 수중 이동 장치가 수중에서 이동할 때 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240)의 형상에 의한 물의 저항을 감소시킬 수 있도록 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240) 주위에 위치된다는 의미도 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 이와 같은 경우에는 제 1 및 제 2 프레임 부재 커버부(260, 270)가 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240)를 수밀 상태로 둘러싸지 않을 수도 있다. 즉 제 1 및 제 2 프레임 부재 커버부(260, 270)에는 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240)와 연결된 부재들의 상호 작동을 방해하지 않도록 하기 위하여 복수의 개구가 형성되어 있을 수 있다.

이에 따라 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)를 구비한 수중 이동 장치(10)는, 수중을 유영할 때, 다리부(60)에 의하여 생성되는 물의 저항이 매우 작아질 수 있다.

보다 상세히, 도 11 내지 도 15을 참조하면, 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)는 각각 유선형 커버(262, 272) 및 판형 커버(264, 274)를 포함한다.

유선형 커버(262, 272)는 익형의 단면을 가지되, 내부에 제 1 프레임 부재(230) 또는 제 2 프레임 부재(240)가 위치될 수 있는 공간을 구비한다.

판형 커버(264, 274)는 유선형 커버(262, 272)의 일단부면에 결합되어, 유선형 커버(262, 272)와 판형 커버(264, 274)가 제 1 프레임 부재(230) 또는 제 2 프레임 부재(240)를 둘러싸도록 한다.

도 13를 참조하면, 제 1 프레임 부재 커버부(260)의 판형 커버(264)에는 제 1 프레임 부재(230)가 조인트 부재(220)와 결합되는 제 3 회전축(A3)이 관통하는 제 3 회전축홀(267), 제 1 프레임 부재(230)가 제 2 프레임 부재(240)와 결합되는 제 4 회전축(A4)이 관통하는 제 4 회전축홀(265) 및 제 1 프레임 부재(230)의 유압 실린더(250)의 피스톤(254)의 단부가 제 2 프레임 부재(240)의 일측과 회전가능하게 결합할 때 피스톤(254) 단부의 이동을 방해하지 않도록 형성된 실린더 가이드 홀(266)이 형성된다.

또한, 제 2 프레임 부재 커버부(270)의 판형 커버(274)에는 제 1 프레임 부재 커버부(260)의 판형 커버(264)의 제 4 회전축 홀(265) 및 실린더 가이드 홀(266)에 대응하는 홀들(275, 276)이 또한 형성된다.

한편, 제 2 프레임 부재 커버부(270)의 일단부측에는 발 부재(62)가 제 2 프레임 부재의 제 5 회전축(A5)을 중심으로 회전가능하게 위치되므로, 제 2 프레임 부재 커버부(270)의 일 단부측은 발 부재의 회전을 방해하지 않도록 개방된 형태로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)를 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)가 둘러싸더라도 다관절 모듈(100)에서 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240), 그리고 발 부재(62)의 움직임이 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)에 의하여 제한을 받지 않는다.

그리고 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270) 각각의 유선형 커버(262, 272) 및 판형 커버(264, 274) 중 어느 하나에는 지지대(263, 273)가 형성되어 제 1 프레임 부재(230) 또는 제 2 프레임 부재(240)가 각각 제 1 프레임 부재 커버부(260) 또는 제 2 프레임 부재 커버부(270) 내에 고정될 수 있도록 한다.

본 실시예에서는, 도 13에서 알 수 있는 바와 같이 유선형 커버(262, 272)에 지지대(263, 273)가 형성되었으며, 도 14를 참조하면, 지지대(263, 273)는 일측단이 유선형 커버(262, 272)의 내측면에 결합되고, 타측단이 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240)의 일측과 결합되어 유선형 커버(262, 272)의 내측에서 제 1 및 제 2 프레임 부재(230, 240)를 지지하도록 형성된다.

한편, 본 실시예에서, 제 2 프레임 부재(240)가 제 1 프레임 부재(230)에 최대한 접힌 상태가 될 경우 도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 프레임 부재 커버부(260)는 제 2 프레임 부재 커버부(270)와 맞접하여 하나의 익형을 형성한다. 이 때, 제 1 프레임 부재 커버부(260)는 제 2 프레임 부재 커버부(270)와 맞접한 상태에서 대칭인 형태로 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이와 같이 제 1 및 제 2 프레임 부재 커버부(260, 270)가 맞접한 상태에서의 단면이 도 14에 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 프레임 부재(240)가 제 1 프레임 부재(230)에 대하여 최대한 접힌 상태에서, 수중 이동 장치(10)의 수중에서의 유영이 이루어지는데, 본 실시예에서와 같이 제 1 프레임 부재 커버부(260)와 제 2 프레임 부재 커버부(270)가 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)를 둘러싸도록 형성되면, 다리부(60)의 외주면이 유선형으로 형성되어 수중에서의 수중 이동 장치가 유영하는 동안 저항을 줄일 수 있다.

또한 다리부(60)가 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)에 의하여 익형으로 형성되면, 수중 이동 장치(10)의 다리부(60)를 필요에 따라 움직여 수중 이동 장치(10)의 균형을 유지할 수도 있다.

예를 들어 도 15에 도시된 바와 같이, 수중 이동 장치(10)의 이동 방향에 대하여 다리부(60)의 제 1 회전축(A1)을 중심으로 다리부(60)의 전단부를 상측 방향으로 α 각도만큼 회전시키면 각도의 크기에 따라 양력과 항력이 발생한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 익형의 외표면을 갖는 다리부를 회전시킴으로써 발생할 수 있는 양력 및 항력에 의하여 수중 이동 장치(10)의 자세 및 위치에 대한 제어가 이루어질 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)는 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)가 위치될 수 있도록 내부가 비워진 형태로 이루어진 것으로 예시하였으나, 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)의 내부는 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)의 작동을 위하여 필요한 공간을 제외하고 모두 채워진 형태로 이루어질 수도 있다.

그리고 본 실시예에서는 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)가 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)와 별개의 구성인 것으로 예시하였으나 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)가 제 1 프레임 부재 커버부(260) 및 제 2 프레임 부재 커버부(270)와 일체로 형성되도록 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240)를 제작하거나 또는 제 1 프레임 부재(230) 및 제 2 프레임 부재(240) 자체의 단면의 형태를 서로 대칭되는 유선형 또는 익형의 형태로 구성하는 것도 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치는 몸체가 유선형으로 이루어져, 수중에서 이동하는 경우 유체에 의한 저항을 덜 받으며 용이하게 이동할 수 있다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치는 다관절 부재로 이루어진 복수의 다리부를 구비하여 바닥면에서 다리부를 이용하여 걸으며 이동하므로, 바닥면에서의 이동이 용이하다. 그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치는 바닥면에서 걸으며 이동하므로 바닥면을 이동하는 동안 바닥면의 모래 또는 흙등이 비산되지 않도록 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치는, 수중 이동 장치가 수중에서 유영하는 경우 다리부가 접혀질 수 있도록 형성되어 다리부가 수중 이동 장치의 수중 이동시 유체의 저항을 덜 받을 수 있도록 구성된다.

그리고, 본 발명의 수중 이동 장치의 다른 예로서, 다리부가 유선형으로 이루어질 수 있는 커버부를 구비하도록 구성된 경우, 수중 이동 장치의 다리부를 수중 이동 장치의 자세 및 위치 제어를 위한 지느러미로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 이동 장치의 이동 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 16은 일반적인 수심에 따른 유속의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 조류극복 이동 단계를 나타낸 개념도이다. 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 조류극복 이동 방법을 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도 16을 참조하면, 일반적으로 유속분포는 수심에 따라 변하며 수면부의 유속이 가장 빠르고, 수면으로부터 거리가 멀어질수록 유속이 약해진다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 조류 및 해류에 의해 유속이 빠른 부분에서 신속하게 벗어나 목표 지점으로 이동할 수 있도록 운용된다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 모선에서 해저의 목표지점을 고려한 위치의 수면에 투입된다(S101). 수면에 투입되는 수중 이동 장치(10)는 목표지점까지 유영해야 하므로 유체의 저항을 최소화 하기 위해 다리부(60)를 접는다.

수중 이동 장치(10)는 부력조절 및 무게중심이동으로 선수가 목표지점(해저방향)으로 향하는 수직한 자세로 변환한다(S102).

수중 이동 장치(10)의 부력 발생부(80)는 전방부에 음성부력을 발생하고, 후방부에 양성부력을 발생하도록 부력을 조절하여 해저의 목표지점을 향해 수직으로 빠르게 하강 유영할 수 있도록 오뚝이 자세를 취한다.

또한, 무게중심 이동부(160)는 상기 부력조절에 따른 동작에 대응하여 전방부쪽으로 무게중심을 이동시켜 수직자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생시킨다.[1단계]

수중 이동 장치(10)는 몸체의 기울기가 허용치 범위 내에서 수직한 것으로 판단되면(S103; 예), 추진기(30) 및 꼬리날개부(40)을 이용하여 목표지점으로 빠르게 수직 하강한다(S104). 상기 목표지점은 모선으로부터 입력된 위치이며 초음파를 이용한 위치추적 장치를 통해 파악할 수 있다.

수중 이동 장치(10)는 오뚝이의 원리에 의해 항상 수직한 자세를 유지하려는 모멘트가 작용하므로 자세 제어를 위한 에너지 소모가 적으며, 유체의 저항이 작은 선형이므로 최소의 에너지로 원하는 수심까지 하강이 가능하다.

수중 이동 장치(10)는 미리 설정된 목표수심 및 해저로부터의 목표거리에 도달한 것으로 판단되면(S105; 예), 추진기(30)의 가동을 중단하거나 역추진을 발생하여 하강 속도를 줄이거나 정지한다(S106).

이 때, 상기 목표수심은 목표지점의 수심을 고려하여 목표지점 수심에 도달되기 이전에 수평자세 변환을 위해 수중 이동 장치(10)의 속도를 줄이거나 정지하기 위한 설정 정보이다. 다만, 여기에 지형에 따라 해저바닥의 높이가 불규칙할 수 있으므로 목표거리를 더 설정하여 돌출된 해저바닥과의 충돌을 예방할 수 있다.[2단계]

수중 이동 장치(10)는 저속 혹은 정지상태에서 부력조절 및 무게중심을 이동하여 수평한 자세로 변환한다(S107). 즉, 위의 S102 단계와 반대되는 동작으로 수중 이동 장치(10)의 부력 발생부(80)는 전방부에 양성부력을 발생하고, 후방부에 음성부력을 발생하도록 부력을 조절하여 몸체가 수평이 되면 중성부력을 발생하여 수평한 자세를 취한다.

또한, 무게중심 이동부(160)는 상기 부력조절에 따른 동작에 대응하여 무게중심을 중앙으로 이동시켜 수평자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생시킨다.[3단계]

수중 이동 장치(10)은 수평 한 자세를 취한 이후에 추진기(30) 및 꼬리날개부(40), 스러스터부(50) 및 다리부(60) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 목표지점까지 이동한다(S104). 수중 이동 장치(10)은 상기 목표지점까지 이동한 이후에 접혀있는 다리부(60)를 펴서 해저에 안착할 수도 있다.[4단계]

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 부력 발생부(80) 및 무게중심 이동부(160)를 이용하여 자세를 수직으로 변환하고, 추력을 발생하여 원하는 수심까지 빠르게 하강함으로써 조류를 극복하고 목표수심으로 이동할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 설정된 수심 또는 해저로부터의 일정 거리에서 정지한 다음 자세를 수평으로 변환하고 목표지점으로 이동함으로써 안전하게 운용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 유선형 몸체와 유영시 다관절 다리를 접어둠으로써 유체의 저항을 줄이고 조류/해류의 영향에 따른 강한 유속에 적응할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.

예컨대, 도 17 및 도 18에 도시한 본 발명의 실시예에서는 수중 이동 장치(10)이 조류를 극복하고 수중의 목표지점으로 이동하는 방법을 위주로 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 수면으로 부상 시에도 적용할 수 있다.

즉, 수중 이동 장치(10)가 작업을 완료하여 상승 하는 경우 위에서의 실시예와는 반대로 전방부에 양성부력을 발생하고, 후방부에 음성부력을 발행하도록 부력을 조절하여 상기 전방부가 수면을 향한 수직자세로 변환한다.

그리고, 상기 후방부 측으로 무게중심을 이동시켜 상기 수면을 향한 수직자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생시킨다. 다음, 추력을 발생하여 수면으로 수직 상승한다. 수면으로 부상된 수중 이동 장치(10)는 모선으로 위치정보(예; GPS)를 전송하여 회수될 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동 장치(10)는 작업을 마친 이후 조류를 극복하고 빠르게 부상함으로써 안전하게 회수될 수 있는 이점이 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 수중 이동 장치
20: 몸체
30: 추진기
40: 꼬리날개부
60: 다리부
80: 부력 발생부
160: 무게중심 이동부
170: 센서부
180: 통신부
190: 제어부

Claims

몸체;
상기 몸체 후방측에 설치된 추진기;
상기 몸체에 설치된 상하 방향 스러스터 및 좌우 방향 스러스터를 포함하는 스러스터부; 및
상기 몸체의 양 측부에 위치되며, 다관절 모듈을 포함하는 복수의 다리부를 포함하되,
상기 다관절 모듈은
상기 몸체 일측에 회전가능하게 결합되는 제 1 프레임 부재,
상기 제 1 프레임 부재에 회전가능하게 결합되는 제 2 프레임 부재 및
상기 제 1 및 제 2 프레임 부재 각각의 외표면 일측을 형성하는 유선형 커버 및 외표면 타측을 형성하는 판형 커버를 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 프레임 부재의 유선형 커버는 상기 제 2 프레임 부재가 상기 제 1 프레임 부재 방향으로 회전된 상태에서 익형으로 형성되고,
상기 제 1 및 제 2 프레임 부재의 유선형 커버가 익형으로 형성된 상태에서 상기 다관절 모듈을 회전시켜 상기 익형의 유선형 커버에 발생되는 양력 및 항력에 의하여 상기 몸체의 자세 및 위치 제어를 수행할 수 있도록 구성되는
수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체는 전후 방향 단면이 원형 또는 타원형으로 형성되되,
상기 몸체의 전방 측의 단면이 넓고 후방 측의 단면이 좁은 유선형으로 형성되는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체의 전방측에 위치되며, 다관절 모듈을 포함하는 적어도 하나의 팔부를 포함하는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 추진기의 전방측에 위치된 꼬리날개부를 더 포함하는, 수중 이동 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 꼬리 날개부는,
상기 몸체의 상측부 및 하측부에 위치되는 수직 안정판을 포함하는 수직 꼬리 날개 및
상기 몸체의 양 측부에 위치되는 수평 안정판을 포함하는 수평 꼬리 날개를 포함하는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체 내부에 위치되는 부력 발생부를 더 포함하고,
상기 부력 발생부는,
유체 저장 탱크;
상기 유체 저장 탱크와 연결된 신축가능한 주머니 부재; 및
상기 유체 저장 탱크 및 상기 주머니 부재 사이에 설치되어 상기 유체 저장 탱크 내부에 저장된 유체를 상기 주머니 부재로 이동시킬 수 있는 펌프를 포함하는, 수중 이동 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 부력 발생부는 상기 몸체의 전방부 및 후방부에 한 쌍으로 형성되는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체 내부에 설치되는 무게 중심 이동부를 더 포함하되,
상기 무게 중심 이동부는,
상기 몸체 내부에서 이동가능하게 형성되는 중량체;
상기 중량체를 이동시키기 위하여 상기 중량체와 결합되는 볼 스크류;
상기 볼 스크류를 회전시키기 위한 구동 모터 및
상기 중량체의 이동을 가이드 하도록 상기 볼 스크류와 나란하게 배열되는 한 쌍의 LM 가이드를 포함하는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체의 수심, 기울기, 자세, 외부 물체로부터의 거리 및 방위 중 적어도 하나를 측정하는 센서부를 더 포함하는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체를 조종하는 모선과 통신을 수행하는 통신부를 더 포함하는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수중 이동 장치가 투입되는 수면에서 상기 몸체를 수직자세로 변환시켜 설정된 수심으로 이동하고, 상기 설정된 수심에서 상기 몸체를 수평자세로 변환하도록 제어하는 제어부를 포함하는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 다관절 모듈은,
상기 몸체에 상기 몸체의 외측 방향으로 연장된 제 1 회전축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 회전축 부재;
상기 회전축 부재의 일단부에 상기 제 1 회전축에 수직한 제 2 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합된 조인트 부재를 포함하며,
상기 제 1 프레임 부재는 상기 조인트 부재의 일단부에 상기 제 1 회전축 및 상기 제 2 회전축에 수직한 제 3 회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되며,
상기 제 2 프레임 부재는 상기 제 1 프레임 부재의 일 단부에 상기 제 3 회전축과 나란한 제 4 회전축을 중심으로 회전가능하게 결합되는
수중 이동 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 다리부는 상기 제 2 프레임 부재의 단부에 회전가능하게 설치되는 발 부재를 더 포함하는, 수중 이동 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 발 부재의 일 단부면에는 상기 단부면으로부터 외측 방향으로 연장된 고정 돌기가 형성되는, 수중 이동 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 프레임 부재 및 상기 제 2 프레임 부재에는 길이 방향으로 개구가 형성되는, 수중 이동 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 프레임 부재를 상기 제 1 프레임 부재에 대하여 회전시킬 수 있도록 상기 제 1 프레임 부재의 일측에 일단부가 설치되며 타단부가 상기 제 2 프레임 부재의 일측에 결합되는 유압 실린더를 포함하는, 수중 이동 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 프레임 부재는 상기 제 4 회전축을 중심으로 회전하여 상기 제 1 프레임 부재에 대하여 접혀진 상태로 배열될 수 있는, 수중 이동 장치.
제 1 항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다리부는 3 쌍으로 형성되며, 상기 3 쌍의 다리부는 전방측으로부터 후방측으로 나란하게 배열되는, 수중 이동 장치.
제 12 항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 프레임 부재 및 상기 제 2 프레임 부재 각각은 상기 유선형 커버 및 상기 판형 커버와 일체로 형성되는
수중 이동 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 판형 커버는 상기 유선형 커버의 오목한 면에 결합되되 상기 제 4 회전축이 관통하는 제 4 회전축 홀이 형성되며,
상기 다관절 모듈은 상기 유선형 커버 및 상기 판형 커버 중 어느 하나에 형성되어 상기 제 1 프레임 부재 또는 상기 제 2 프레임 부재를 상기 유선형 커버와 상기 판형 커버의 내측에 고정시키는 지지대를 포함하는,
수중 이동 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 프레임 부재 커버부의 판형 커버에는 상기 제 1 프레임 부재가 상기 조인트 부재와 결합되는 제 3 회전축이 관통하는 제 3 회전축 홀, 및 상기 제 1 프레임 부재의 유압 실린더의 피스톤 단부의 이동을 방해하지 않도록 형성된 실린더 가이드 홀이 형성되고,
상기 제 2 프레임 부재 커버부의 판형 커버에는 상기 제 1 프레임 부재 커버부의 판형 커버의 상기 제 4 회전축 홀 및 상기 실린더 가이드 홀에 대응하는 홀들이 형성되는, 수중 이동 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 프레임 부재 커버부의 유선형 커버 및 상기 제 2 프레임 부재 커버부의 유선형 커버는, 상기 제 2 프레임 부재가 상기 제 4 회전축을 중심으로 회전하여 상기 제 1 프레임 부재와 나란하게 된 상태에서 익형을 형성하도록 형성되고,
상기 제 1 프레임 부재 커버부의 판형 커버 및 상기 제 2 프레임 부재 커버부의 판형 커버는, 상기 제 2 프레임 부재가 상기 제 4 회전축을 중심으로 회전하여 상기 제 1 프레임 부재와 나란하게 된 상태에서 서로 포개어지도록 형성되는, 수중 이동 장치.
제 1 항에 기재된 수중 이동 장치가 조류를 극복하고 해저 목표지점으로 이동하는 방법에 있어서,
a) 수면에 투입되면 몸체를 상기 목표지점으로 향하는 수직자세로 변환하는 단계;
b) 상기 목표지점으로 수직 하강하고, 설정된 수심에 도달하면 속도를 줄이거나 정지하는 단계;
c) 상기 몸체를 수평자세로 변환하는 단계; 및
d) 상기 추진기, 스러스터부 및 다리부 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 목표지점으로 이동하는 단계
를 포함하는 수중 이동 장치의 이동 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 a) 단계는,
상기 몸체의 전방부에 음성부력을 발생하고, 후방부에 양성부력을 발생하도록 부력을 조절하여 상기 전방부가 상기 목표지점을 향한 상기 수직자세로 변환하는 단계; 및
상기 전방부 측으로 무게중심을 이동시켜 상기 수직자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동 장치의 이동 방법.
제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
상기 a) 단계와 b) 단계 사이에,
상기 몸체의 기울기가 허용치 범위 내에서 수직한 것으로 판단되면 상기 추진기를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동 장치의 이동 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 b) 단계는,
설정된 목표수심 및 해저로부터의 목표거리 중 어느 하나에 도달한 것으로 판단 하는 단계; 및
상기 추진기의 가동을 중단하거나 역추진을 발생하여 정지하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동 장치의 이동 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 몸체의 후방부에 음성부력을 발생하고, 전방부에 양성부력을 발생하도록 부력을 조절하여 상기 수평자세가 되면 중성부력을 발생하는 단계; 및
상기 전방부 측의 무게중심을 중앙으로 이동시켜 상기 수평자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동 장치의 이동 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 a) 단계 이전에,
상기 복수의 다리부를 접는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동 장치의 이동 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 d) 단계 이후에,
작업을 완료하여 상승하는 경우 전방부에 양성부력을 발생하고, 후방부에 음성부력을 발행하도록 부력을 조절하여 상기 전방부가 수면을 향한 수직자세로 변환하는 단계;
상기 후방부 측으로 무게중심을 이동시켜 상기 수면을 향한 수직자세의 변화 및 유지를 위한 모멘트를 발생하는 단계; 및
상기 추진기의 추력을 발생하여 상기 수면으로 수직 상승하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 이동 장치의 이동 방법.