KR102018676B1 - 물고기 로봇 - Google Patents

Abstract

조립성과 방수성 및 내구성이 우수한 물고기 로봇을 제시한다. 제시된 물고기 로봇은 메인 몸통 모듈; 및 상기 메인 몸통 모듈의 후부에 상호 별개로 좌우 회전가능하게 연속적으로 결합된 다수의 관절 모듈;을 포함하고, 상기 다수의 관절 모듈의 각각에는 서보모터가 고정되게 내장되고, 상기 서보모터의 하부에는 상기 서보모터의 회전력을 해당 관절 모듈에게로 전달하는 출력 가동축이 고정되게 배치되고, 상기 다수의 관절 모듈의 각각에는 출력 가동축의 고정 배치방향과는 상이한 위치에 배선용 배관이 설치되고, 상기 배선용 배관을 통해, 이웃한 모듈로부터의 전선이 상기 해당 관절 모듈내의 서보모터와 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

물고기 로봇{Fish robot}

본 발명은 물고기 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메인 몸통부 및 다수의 관절부가 각기 모듈화되어 서로 연결된 물고기 로봇에 관한 것이다.

종래에, 복수개의 회전몸통편이 각각 독립적으로 축회전할 수 있도록 하는 물고기 로봇(대한민국 등록특허 제10-1268239호 참조)이 제안되었다.

상술한 대한민국 등록특허 제10-1268239호의 물고기 로봇은 도 1에서와 같이, 몸통부(400) 및 꼬리부(500)를 포함한다. 몸통부(400)는 내부 수용공간이 마련된 제어편(410), 및 제어편(410)과 이격배치되고 내부 수용공간이 형성된 적어도 하나의 회전몸통편(420; 420a, 420b)을 구비한다.

여기서, 회전몸통편(420)의 수용공간에는 회전몸통편(420)과 결합된 회동부(600), 및 회동부(600)와 결합된 회전축을 갖는 서보모터(100)가 설치되는데, 회동부(600) 및 서보모터(100)는 동일한 세로회전축 상에 상호결합된다. 서보모터(100)의 회전력에 의해 회동부(600)가 회전되고, 회동부(600)의 회전에 연동되어 각각의 회전몸통편(420a, 420b)이 각각 축회전을 한다.

또한, 도 2에서와 같이 회동부(600)의 내부에는 중공(610) 형상의 중심축(605)이 회동부와 연동되지 않도록 이격 배치되고, 회전몸통편의 서보모터(100)에 접속되는 배선부(200)는 중심축(605)의 중공(610)을 통해 연결된다.

즉, 상술한 종래의 물고기 로봇은 회동부(600)가 서보모터(100)의 상부에 설치되되 중심축(605)의 내부에 중공(610)을 두어 전선이 지나가도록 하고, 제어편(410)에서의 신호와 전원을 각각의 회전몸통편(420a, 420b)에 전달하고 있다.

이러한 종래의 구조는 중공(610)의 배선 공간을 이용하여 전선이 전체적으로 연결되어야 하므로 배선을 위한 구조가 어렵고, 조립 생산성을 저하시키는 원인이 된다.

또한, 배선부(200)는 회동부(600)와 동일축에 위치하게 되므로 회동부(600)가 회전시 서보모터(100)의 배선이 지속적으로 간섭을 받게 되어 작동중 전선의 피복이 손상된다. 이로 인해, 전기적 누전 등이 발생되어 제어편(410)과 서보모터(100)를 손상시키는 문제점이 있다.

그리고, 회동부(600)와 서보모터(100)의 틈에 전선이 끼여서 회동부(600) 및 서보모터(100)의 회전에 방해가 되는 문제가 발생된다. 이는 서보모터(100)의 제어를 위한 토크에도 영향을 미치므로, 정확한 제어가 어려워지는 문제점을 야기한다.

한편, 고장 또는 침수로 수리를 하는 경우 배선으로 전체가 연결이 되어 있어서 어느 한 부분의 수리로 끝나는 것이 아니라 전체를 분해해야만 하는 수리의 어려움이 생기는 문제점을 가지고 있다.

다시 말해서, 기존 기술(즉, 대한민국 등록특허 제10-1268239호의 물고기 로봇)은 회동부의 중앙에 구멍이 뚫려있고 이 구멍이 배선배관 역할을 겸하고 있어서, 회동축의 회전에 의한 배선 손상 및 배선내구성 단축이 발생한다. 그리고, 회동축 샤프트 내부에 홀이 있어 회동축 샤프트 강도가 떨어져서 장시간 사용시 변형이 발생하고, 회동축 주위의 복잡한 구조로 인하여 회전운동의 안정성이 떨어진다. 이로 인하여 구동모터가 과부하로 인하여 쉽게 손상을 받는 구조이므로 구동모터의 수명을 단축하게 된다.

선행기술 1 : 대한민국 등록특허 제10-1744642호(물고기 로봇) 선행기술 2 : 대한민국 등록특허 제10-1576117호(생체 모방 물고기의 구동 및 제어 방법과 생체 모방 물고기) 선행기술 3 : 대한민국 등록특허 제10-1268239호(물고기 로봇 및 물고기 로봇 충전기)

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 조립성과 방수성 및 내구성이 우수한 물고기 로봇을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 물고기 로봇은, 메인 몸통 모듈; 및 상기 메인 몸통 모듈의 후부에 상호 별개로 좌우 회전가능하게 연속적으로 결합된 다수의 관절 모듈;을 포함하고, 상기 다수의 관절 모듈의 각각에는 서보모터가 고정되게 내장되고, 상기 서보모터의 하부에는 상기 서보모터의 회전력을 해당 관절 모듈에게로 전달하는 출력 가동축이 고정되게 배치되고, 상기 다수의 관절 모듈의 각각에는 출력 가동축의 고정 배치방향과는 상이한 위치에 배선용 배관이 설치되고, 상기 배선용 배관을 통해, 이웃한 모듈로부터의 전선이 상기 해당 관절 모듈내의 서보모터와 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 관절 모듈은, 상기 서보모터가 내장되는 박스부, 및 상기 박스부의 개구부를 덮는 커버부를 각각 포함하되, 상기 서보모터의 좌측부 및 우측부에는 브라켓이 설치되고, 상기 브라켓은 상기 박스부의 내측면에 형성시킨 제 1 돌출부와 제 2 돌출부 사이 및 상기 커버부의 내측면에 형성시킨 제 3 돌출부 및 제 4 돌출부의 사이에 끼워져서 상기 서보모터가 고정되게 설치될 수 있다.

상기 박스부와 상기 커버부 사이에는 제 1 씰링부재가 설치될 수 있다.

상기 제 1 씰링부재는 오링일 수 있다.

상기 출력 가동축의 일단은 상기 서보모터의 회전축과 연결되고, 상기 출력 가동축의 타단은 이웃한 모듈에 고정되되, 상기 출력 가동축은 해당 관절 모듈의 하부에 상하로 서로 이격되게 설치된 제 1 베어링에 끼워지고, 상기 제 1 베어링 사이에는 제 1 립씰이 삽입결합될 수 있다.

상기 다수의 관절 모듈은 제 1 관절 모듈 및 제 2 관절 모듈을 포함하고, 상기 제 1 관절 모듈의 출력 가동축의 타단은 상기 제 1 관절 모듈의 하부를 관통하여 이웃한 모듈인 상기 메인 몸통 모듈의 후부 하측에 고정되게 삽입될 수 있다.

상기 다수의 관절 모듈은 제 1 관절 모듈 및 제 2 관절 모듈을 포함하고, 상기 제 2 관절 모듈의 출력 가동축의 타단은 상기 제 2 관절 모듈의 하부를 관통하여 이웃한 모듈인 상기 제 1 관절 모듈의 후부 하측에 고정되게 삽입될 수 있다.

상기 배선용 배관은 해당 관절 모듈의 상부에 설치시킨 제 2 베어링 및 방수를 위해 제 2 립씰에 끼워질 수 있다.

상기 배선용 배관의 상부 외주면에는 제 2 씰링부재가 설치될 수 있다.

상기 제 2 씰링부재는 오링일 수 있다.

상기 다수의 관절 모듈은 제 1 관절 모듈 및 제 2 관절 모듈을 포함하고, 상기 제 1 관절 모듈에는 전선 통과공이 추가로 형성되고, 상기 전선 통과공은 상기 제 2 관절 모듈에게로 전원 및 신호 전달을 위한 전선을 통과시킬 수 있다.

상기 서보모터에는 제 1 연결 커넥터가 연결되고, 상기 배선용 배관을 통과하는 전선의 끝단에는 제 2 연결 커네터가 설치되어, 상기 제 1 연결 커넥터 및 상기 제 2 연결 커넥터가 상호 결합 및 결합해제될 수 있다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 복수개의 회전몸통편이 각각 독립적으로 축회전할 수 있도록 하는 물고기 로봇을 제공함에 있어서, 출력 가동축을 배선 방향과 상이한 서보모터의 하부측에 연결 구성함으로써, 출력 가동축에 별도의 중공을 만들지 않고도 원활한 구동이 가능하며, 전선을 출력 가동축에 삽입시킬 필요가 없어 배선 구조가 종래에 비해 간편하고 조립 생산성이 높아진다.

또한, 출력 가동축의 고정방향과 전선 배선은 상호 간섭되지 않도록 위치하여, 간섭이 발생되지 않아 서보모터의 작동중에 전선의 피복이 손상되는 문제가 발생하지 않고, 서보모터의 불필요한 토크 발생으로 인한 제어오류를 방지할 수 있다. 특히, 출력 가동축과 전선은 서로 전혀 무관하게 위치할 수 있어, 전선 배선이 서보모터의 회전에 전혀 방해가 되지 않게 된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 연속적인 관절 모듈의 연결 및 씰링을 통해 어느 한 모듈(블록)의 침수로 인해 수리를 하는 경우 관절부마다 연결 커넥터를 사용함에 따라 해당 모듈만 쉽게 분리 교체할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 물고기 로봇의 측단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 서보모터에 결합된 회동부, 립씰(Lip-Seal) 및 배선부를 설명하기 위한 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 물고기 로봇의 측단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제 1 관절부 및 제 2 관절부에 각각 설치되는 서보모터와 그 주변과의 연결관계를 나타낸 부분 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 제 2 관절부의 측단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 제 2 관절부의 변형예를 나타낸 측단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제 2 관절부의 조립과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 씰링부재가 없을 경우에 관절부의 파손시 물고기 로봇 전체에 물이 유입되는 경로를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 씰링부재를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 물고기 로봇의 측단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 물고기 로봇은, 수중에서 물고기 형상으로 잠수 또는 부상하면서 사인곡선형(Sinusoidal)의 유영 운동을 하는 로봇으로써, 제어부가 구비되는 메인 몸통부와, 제 1 관절부(16), 및 제 2 관절부(18)를 포함하며, 상기 제 1 관절부(16) 및 제 2 관절부(18)는 각각 모듈화되어 상기 메인 몸통부에 연속적으로 결합 형성될 수 있다.

메인 몸통부는 머리쪽에 형성되어 그 커버에는 물고기의 눈과 입과 아가미 등이 표현될 수 있으며, 센서부(10), 하부에 형성된 전원부(12), 상부에 형성된 제어부(14), 및 제어부(14)의 후부 상측에 설치된 공간부(20)를 포함할 수 있고, 부력의 발생 또는 저감을 제어하여 부력을 조절하는 부레부를 더 포함할 수도 있다.

센서부(10)는 주변에 위치한 장애물을 검출하기 위한 하나 이상의 센서 모듈을 구비할 수 있으며, 적외선 센서 등이 예시되어 장애물을 센싱할 수 있고, 제어부(14)는 센싱된 신호를 전달받아 유영방향, 유영 속도 등을 검출하여 물고기 로봇의 동작 제어를 수행할 수 있다.

전원부(12)는 물고기 로봇의 동작을 위한 각 모듈들의 전원 공급을 수행하며, 예를 들어 센서부(10), 제어부(14), 제 1 관절부(16), 및 제 2 관절부(18)에 전원을 공급하여, 물고기 로봇의 유영운동을 위한 전원을 공급할 수 있다.

제어부(14)는 해당 물고기 로봇의 장애물 센싱 및 미리 설정된 범위 내에서의 수중 유영 동작이 가능하도록 제어한다.

제 1 관절부(16) 및 제 2 관절부(18)는 물고기 로봇의 유영 동작이 가능하도록 회전력을 제어하는 하나 이상의 구동모터 및 그 회전축이 구비될 수 있으며, 메인 몸통부와 연속적으로 체결되고 이후 꼬리부(50)가 결합되어 물고기 로봇의 전체적인 몸통 형상을 나타낼 수 있다. 특히, 각 관절부(16, 18)에는 회전 가능하게 고정된 회동부가 구비되며, 회동부는 구동모터에 체결되어 구동모터의 회전에 따라 고속 또는 저속, 큰 각도 또는 작은 각도 등과 같은 여러 조건으로 움직이게 된다.

이를 위해, 제 1 관절부(16)는 메인 몸통부와 별도의 회동 가능한 연결 부재에 의해 회전 가능하게 체결되어, 좌우 회전가능하게 결합될 수 있다. 물론, 제 1 관절부(16)는 연결 부재의 분리에 의해 메인 몸통부로부터 분리도 가능하다.

또한, 제 2 관절부(18)는 제 1 관절부(16)와 별도의 회동 가능한 연결 부재에 의해 회전 가능하게 체결되어, 좌우 회전가능하게 결합되되 제 1 관절부(16)의 후측에 연결되어 제 1 관절부(16)와는 독립적으로 회전할 수 있다. 물론, 제 2 관절부(18) 또한 분리도 가능하도록 체결될 수 있다.

제 2 관절부(18)의 후단에는 꼬리부(50)가 연결될 수 있으며, 꼬리부(50)는 제 1 관절부(16) 및 제 2 관절부(18)의 구동에 의한 회전력을 최종적으로 전달받아 좌우 유연운동을 제공하고, 이에 따라 물고기 로봇이 물속을 나아갈 수 있게 한다.

따라서, 꼬리부(50)는 유연성이 있는 플라스틱으로 제작될 수 있고, 필요에 따라서는 적절한 대체 재료가 사용될 수 있다.

공간부(20)는 제 1 관절부(16)와 제 2 관절부(18) 각각의 전기 배선을 제공하는 공간으로서, 제 1 관절부(16)와 제 2 관절부(18)의 상부를 커버하도록 구비될 수 있고, 상기 전기 배선만이 통과할 수 있는 원통형의 홀 영역이 제 1 관절부(16)와 제 2 관절부(18)의 상단에 구비되어 상기 공간부(20)와 연결될 수 있다.

또한, 제 1 관절부(16)와 제 2 관절부(18)는 종래와 같이 별도의 중공이 구비된 회동부를 결합시키지 않게 구성되고, 회동부의 축 방향인 하단과는 상이한 방향인 상단에 공간부(20)와 전선 배선으로만 통과 연결되는 홀 영역을 가질 수 있으며, 이는 전선 끼임 또는 토크 저하를 방지하면서도 그 결합 구성은 용이하게 구성할 수 있다. 또한, 별도의 회전축 결합이 필요하지 않으므로, 공간부(20)와 결합된 부분에 대한 방수 처리도 용이하게 된다.

도 3을 참조하면, 제 1 관절부(16), 제 2 관절부(18) 각각의 상단과 공간부(20) 사이에는 전기 배선이 통과하는 원통형의 홀이 각각 형성될 수 있다. 여기서, 전기 배선은 제1 전원선 및 제2 전원선(음극 및 양극)과, 제어선이 포함될 수 있으며, 원통형의 홀 내에서 자유롭게 배치 연결될 수 있다. 또한, 각 배선이 구비된 각 원통형 홀은 밀폐 및 방수 처리됨으로써, 각 관절부별로 분리된 방수 구조를 구현할 수 있다.

또한, 메인 몸통부에서 각 관절부에 대응하는 전체 전기 배선들이 연결될 수 있고, 전체 전기 배선은 먼저 메인 몸통부로부터 제 1 관절부(16)로 유입될 수 있으며, 전체 전기 배선 중 제 1 관절부(16)를 위한 전기 배선을 제외한 나머지 배선은 상기 공간부(20)를 통해 제 2 관절부(18)로 유입될 수 있다. 만약 다른 관절부(미도시)들이 연속적으로 더 구비되는 경우, 공간부 또한 연속적으로 더 구비될 수 있으며, 전기 배선 또한 연속적으로 구비된 공간부를 통해 그 이전 관절부에서 다음 관절부로 순차적으로 연결 구성될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 전기적인 분리 방수 효과가 발생될 수 있다. 예를 들어 충격 등으로 인해 어느 한 관절부에 물이 유입되더라도, 다른 관절부로의 유입가능성을 차단함으로써, 고장율을 저감시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 물고기 로봇은 크게 3개의 부분으로 모듈화되어 조립 가능한 형태로 구성될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 물고기 로봇은 메인 몸통부, 제 1 관절부(16), 및 제 2 관절부(18)로 각각 모듈화될 수 있는데, 이들이 하나로 조립되거나 3개의 모듈로 분해될 수 있다. 필요에 따라서는 메인 몸통부, 제 1 관절부(16), 제 2 관절부(18)를 메인 몸통 모듈, 제 1 관절 모듈, 제 2 관절 모듈이라고 할 수도 있다.

상술한 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 물고기 로봇은 크게 3개의 부분으로 모듈화된다고 예시하였으나, 필요에 따라서는 메인 몸통부 또는 각 관절 모듈들을 더욱 모듈화하여 3개 이상의 모듈들이 연속적으로 연결되는 형태로 분해되도록 구성하여도 무방하다.

한편, 도 3에서 미설명 부호 19는 씰링(sealing)부재이다. 전선(22)의 배선이 완료되면 해당 전선(22)이 통과하는 구멍(즉, 배선용 배관(24), 전선 통과공(16a))을 씰링부재(19)로 막는다. 이와 같이 하면 메인 몸통부와 제 1 관절부(16) 및 제 2 관절부(18)는 완벽하게 서로 독립된 별개의 공간이 된다. 이에 의해 어느 한 공간에 침수가 발생하였다고 하더라도 다른 공간으로 수분이 침투되지 못한다. 기존에는 중공 홀을 통해 여러 관절과 메인 몸통부가 하나로 되어 한 부분이 크렉이나 다른 원인으로 침수되면 전체가 고장되는 문제가 있었으나, 본 발명의 실시예를 이러한 문제점을 해결할 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 제 1 관절부 및 제 2 관절부에 각각 설치되는 서보모터와 그 주변과의 연결관계를 나타낸 부분 사시도이고, 도 5는 도 1에 도시된 제 2 관절부의 측단면도이다.

제 1 관절부(16) 및 제 2 관절부(18)는 각각 박스부(44) 및 커버부(46)를 포함한다. 여기서, 박스부(44)와 커버부(46)의 결합(조립) 과정은 도 7의 변형예와 동일하므로 후술하기로 한다.

도 5에서는 제 2 관절부(18)를 도시하였으므로 이하에서는 제 2 관절부(18)에 설치된 서보모터와 그 주변과의 연결관계를 설명한다.

제 2 관절부(18)는 서보모터(32)가 내장되는 박스부(44), 및 박스부(44)의 일측 개구부를 덮는 커버부(46)를 포함한다.

한편, 서보모터(32)의 좌측부 및 우측부에는 브라켓(34)이 각각 설치된다. 그에 따라, 서보모터(32)의 우측부에 설치된 브라켓(34)은 박스부(44)의 내측면에 형성된 돌출부(44a, 44b) 사이에 고정되게 끼워지고, 서보모터(32)의 좌측부에 설치된 브라켓(34)은 커버부(46)의 내측면에 형성된 돌출부(46a, 46b) 사이에 고정되게 끼워진다. 결국, 브라켓(34)은 서보모터(32)를 제 2 관절부(18)의 내부에 고정시킨다.

그리고, 박스부(44)와 커버부(46) 사이에는 씰링(sealing)을 위한 오링(46c)이 끼워진다. 이를 위해, 커버부(46)의 내측면에는 오링(46c)이 끼워질 수 있는 오링홈이 형성되고, 그에 대향되는 박스부(44)의 일면(개구부가 형성된 면)에도 오링(46c)이 끼워질 수 있는 오링홈이 형성된다. 여기서, 오링(46c)은 본 발명의 청구범위에 기재된 제 1 씰링부재의 일 예가 될 수 있다.

특히, 출력 가동축(36)이 서보모터(32)의 하부의 커플링(38)을 매개로 세로방향으로 서보모터(32)에 연결된다. 즉, 서보모터(32) 내의 회전축이 커플링(38)을 매개로 출력 가동축(36)과 연결된다. 여기서, 출력 가동축(36)과 커플링(38)은 일체로 구성되거나, 상호 조립 및 분해가 가능도록 구성될 수 있다.

출력 가동축(36)은 서보모터(32)의 회전력을 제 2 관절부(18)의 몸통(즉, 박스부(44) 및 커버부(46)를 포함)에게로 전달한다. 출력 가동축(36)의 하부 끝단부는 제 2 관절부(18)의 하부(즉, 박스부(44)의 하부)를 관통하여 제 1 관절부(16)의 후부 하측에 고정되게 삽입된다. 그에 따라, 서보모터(32)가 구동되면 출력 가동축(36)은 위치가 고정된 상태에서 서보모터(32)만이 좌우 회전을 하게 된다. 이러한 서보모터(32)의 좌우 회전에 의해 제 2 관절부(18)가 좌우 회전을 하게 된다.

여기서, 출력 가동축(36)의 외주면에는 상하로 상호 이격된 베어링(40)이 결합되고, 상호 이격된 베어링(40) 사이에는 방수를 위해 링 형상의 립씰(leap-Seal)(42)이 삽입결합된다. 이와 같이 립씰(42)로 인해 해당 부위에 대한 밀봉효과가 높게 된다. 베어링(40)은 본 발명의 청구범위에 기재된 제 1 베어링의 일 예가 될 수 있고, 립씰(42)은 본 발명의 청구범위에 기재된 제 1 립씰의 일 예가 될 수 있다.

도 4에서는 출력 가동축(36)과 베어링(40) 및 립씰(42)의 연결관계를 쉽게 이해시키기 위해, 마치 출력 가동축(36)과 베어링(40) 및 립씰(42)이 하나의 세트인 것처럼 도시하였으나, 실질적으로는 베어링(40) 및 립씰(42)은 해당 관절부의 박스부(44)의 저면에 압입설치되고, 출력 가동축(36)이 베어링(40) 및 립씰(42)의 구멍에 끼워지는 형태일 수 있다. 이때, 베어링(40) 및 립씰(42)의 내경은 동일하고, 출력 가동축(36)의 외경은 베어링(40) 및 립씰(42)의 내경 보다 일정 크기만큼 작은 정도이면 된다. 즉, 바람직하게는 출력 가동축(36)의 외경은 출력 가동축(36)이 베어링(40) 및 립씰(42)의 구멍에서 헐겁지 않게 고정될 정도일 수 있다.

립씰(42)은 내주면을 따라 돌출 형성된 환형 연질 블레이드가 적어도 하나가 구비되며, 립씰(42)의 외주면에는 홈이 형성되고, 홈 내부에 압축링이 안착결합되는 형태이다. 압축링이 립씰(42) 자체를 내측으로 가압하면 환형 연질 블레이드가 출력 가동축(36)에 밀착되어 누수를 방지하게 된다. 결국, 립씰(42)은 출력 가동축(36)을 압착하여 방수가 가능하게 된다.

그리고, 제 2 관절부(18)의 몸통(예컨대, 박스부(44))의 상부에는 원통형 홀 형태의 배선용 배관(24)이 설치되되, 배선용 배관(24)의 외주면에는 베어링(28) 및 방수를 위해 링 형상의 립씰(leap-Seal)(30)이 결합된다. 실질적으로는, 제 2 관절부(18)의 몸통(예컨대, 박스부(44))의 상부에는 베어링(28) 및 립씰(leap-Seal)(30)이 압입설치되고, 배선용 배관(24)이 베어링(28) 및 립씰(30)의 구멍에 끼워지는 것이다. 이때, 베어링(28) 및 립씰(30)의 내경은 동일하고, 배선용 배관(24)의 외경은 베어링(28) 및 립씰(30)의 내경과 거의 동일할 정도이면 된다. 즉, 배선용 배관(24)이 베어링(28) 및 립씰(30)의 구멍에 끼워져서 쉽게 빠지지 않을 정도이면 된다.

립씰(30)은 내주면을 따라 돌출 형성된 환형 연질 블레이드가 적어도 하나가 구비되며, 립씰(30)의 외주면에는 홈이 형성되고, 홈 내부에 압축링이 안착결합되는 형태이다. 압축링이 립씰(30) 자체를 내측으로 가압하면 환형 연질 블레이드가 배선용 배관(24)에 밀착되어 누수를 방지하게 된다. 결국, 립씰(30)은 배선용 배관(24)을 압착하여 방수가 가능하게 된다.

베어링(28)은 본 발명의 청구범위에 기재된 제 2 베어링의 일 예가 될 수 있고, 립씰(30)은 본 발명의 청구범위에 기재된 제 2 립씰의 일 예가 될 수 있다. 여기서, 제 2 관절부(18)의 배선용 배관(24)의 상부는 공간부(20)와 연결되므로, 제 2 관절부(18)의 배선용 배관(24)의 상부 외주면에는 방수를 위한 오링(26)이 추가로 설치될 수 있다. 물론, 제 1 관절부(16)의 배선용 배관(24)의 상부는 제어부(14)와 연결되므로, 제 1 관절부(16)의 배선용 배관(24)의 상부 외주면에는 방수를 위한 오링(26)이 추가로 설치될 수 있다. 오링(26)은 본 발명의 청구범위에 기재된 제 2 씰링부재의 일 예가 될 수 있다.

그에 따라, 제 1 관절부(16) 및 공간부(20)를 통과한 전선(22; 서보모터 전원 및 신호용 전선)이 배선용 배관(24)을 통과하여 서보모터(32)와 연결된다.

한편, 제 1 관절부(16)의 구성은 제 2 관절부(18)의 구성과 거의 유사하다. 그에 따라, 제 2 관절부(18)의 구성요소와 동일한 제 1관절부(16)의 구성요소에 대해서는 참조부호를 동일하게 부여한다. 다만 차이나는 것은 제 1 관절부(16)에는 전선 통과공(16a)이 추가로 형성되었다는 점이 차이난다. 즉, 제 1 관절부(16)의 경우에는 제어부(14)로부터 2그룹의 전선(22)이 배선용 배관(24)을 통해 들어오는데, 1그룹의 전선(22)은 해당 제 1 관절부(16)내의 서보모터(32)와 연결되고, 다른 1그룹의 전선(22)은 공간부(20)를 통해 제 2 관절부(18)의 서보모터(32)와 연결되어야 한다. 이와 같이 1그룹의 전선(22)을 제 2 관절부(18)의 서보모터(32)와 연결되도록 하기 위해서 제 1 관절부(16)에 전선 통과공(16a)을 추가로 형성하였다.

그리고, 제 1 관절부(16)의 경우, 제 1 관절부(16)의 출력 가동축(36)의 하부 끝단부가 제 1 관절부(16)의 하부(즉, 박스부(44)의 하부)를 관통하여 메인 몸통부의 후부 하측에 고정되게 삽입되므로, 제 1 관절부(16)내의 서보모터(32)가 구동되면 제 1 관절부(16)의 출력 가동축(36)은 좌우 회전을 하지 않고 제 1 관절부(16)내의 서보모터(32)만이 좌우 회전을 하게 된다. 이러한 서보모터(32)의 좌우 회전에 의해 제 1 관절부(16)가 좌우 회전을 하게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예를 종래와 비교하여 보면 다음과 같은 차이 및 효과가 있다.

종래에는 도 1 및 도 2에서와 같이 회동부(600)가 서보모터(100)의 상부에 설치되되 회동부(600)의 중심축(605)에 중공(610)을 두어 전선이 지나가도록 하였는데, 본 발명의 실시예에서는 출력 가동축(36)에 중공을 만들지 않고, 또한 출력 가동축(36)을 서보모터(32)의 하부에 연결하였다. 이로 인해, 전선을 출력 가동축(36)에 삽입시킬 필요가 없으므로 배선 구조가 종래에 비해 간편하고 조립 생산성이 높아진다.

또한, 종래에는 회동부(600)가 회전시 서보모터(100)의 배선이 지속적으로 간섭이 되어 작동중 전선의 피복이 손상되는 등의 문제가 발생되었으나, 본 발명의 실시예에서는 출력 가동축(36)과 전선(22)은 서로 전혀 무관하게 위치하게 된다. 이로 인해, 본 발명의 실시예에서는 간섭이 발생되지 않아서 서보모터(32)의 작동중에 전선(22)의 피복이 손상되는 문제가 발생하지 않고, 서보모터(32)의 불필요한 손상을 방지할 수 있다.

한편, 종래에는 회동부(600)의 회동시 회동부(600)와 서보모터(100)의 틈에 전선이 끼임으로 인해 회동부(600) 및 서보모터(100)의 회전에 방해가 되는 문제가 발생하였으나, 본 발명의 실시예에서는 출력 가동축(36)과 전선(22)은 서로 전혀 무관한 방향으로 위치하게 되므로 전선(22)이 서보모터(32)의 회전에 전혀 방해가 되지 않는다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 서보모터의 회전축을 아래방향으로 하고 배선배관은 그와 반대되게 위로 함으로써, 회전축 주위 구조를 단순화하고, 회전업무에만 집중할 수 있다. 회전축 샤프트의 내부에 배선용 중공홀이 없는 샤프트 구조가 되어 공간도 최적화되고 구조적 안정성이 향상된다. 따라서, 모터의 회전운동이 안정이 되어 수명을 대폭 향상시킬 수 있다.

기존 기술의 경우에는 회동부 샤프트 내부 구멍으로 인하여 샤프트의 강도 저하로 변형이 일어날 수 있고, 구동축 주위의 복잡한 구조로 인한 안정성의 저하가 발생된다. 이로 인해 기존 기술은 서보모터의 수명 단축이 발생되었으나, 상술한 본 발명의 실시예에서는 그러한 문제점을 해결할 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 제 2 관절부의 변형예를 나타낸 측단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 제 2 관절부의 조립과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 및 도 7에서는 제 2 관절부(18)의 변형예를 나타내고 있으나, 이는 제 1 관절부(16)에도 그대로 적용가능하다.

제 2 관절부(18)의 변형예는 상술한 본 발명의 실시예의 제 2 관절부(18)의 구성과 거의 유사하다. 다만 차이나는 것은 서보모터(32)의 교체를 보다 용이하게 할 수 있도록 하기 위해 연결 커넥터(48a, 48b)를 추가로 채용하였다는 점이 차이난다.

즉, 제 2 관절부(18)의 변형예에서는 서보모터(32)측에 연결 커넥터(48a)를 설치하고, 중공의 배선용 배관(24)을 통과하는 전선(22)의 끝단에 연결 커넥터(48b)를 설치한다. 여기서, 연결 커넥터(48a)는 암커넥터이고, 연결 커넥터(48b)는 수커넥터일 수 있다. 물론, 그 반대이어도 된다.

이와 같이 하면, 연결 커넥터(48a, 48b)로 인해 전선 조립 및 분해를 보다 편하게 할 수 있다.

특히, 어느 한 모듈(블록)의 침수로 인해 수리를 하는 경우 종래에는 전선이 전체적으로 연결되어 있어서 모든 모듈을 분해하였으나, 본 발명에서는 관절부마다 연결 커넥터(48a, 48b)를 사용함에 따라 해당 모듈만 쉽게 분리 교체할 수 있다.

한편, 제 2 관절부(18)의 박스부(44)와 커버부(46)가 분리된 상태에서 제 2 관절부(18)를 조립하기 위해서는, 도 7에서와 같이 박스부(44)에 출력 가동축(36)을 설치하고 박스부(44)의 배선용 배관(24)을 통해 전선(22) 및 연결 커넥터(48b)를 박스부(44)의 내부로 유입시킨다. 그리고, 서보모터(32)의 오른쪽 브라켓(34)을 박스부(44)의 내측면에 형성된 돌출부(44a, 44b) 사이에 끼우고, 연결 커넥터(48a, 48b)를 서로 연결시킨다. 이후, 커버부(46)의 내측면에 형성된 돌출부(46a, 46b) 사이가 서보모터(32)의 좌측의 브라켓(34)에 대향되도록 하여 커버부(46) 및 박스부(44)를 맞닿게 한다. 이와 같이 하면 서보모터(32)의 왼쪽 브라켓(34)이 커버부(46)의 내측면에 형성된 돌출부(46a, 46b) 사이에 끼워진다. 이후, 볼트 등을 이용하여 박스부(44)와 커버부(46)간의 결합을 보다 견고히 한다.

상술한 변형예가 본 발명에 채용된 경우에도 앞서 설명한 본 발명의 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

도 8은 도 3에 도시된 씰링부재가 없을 경우에 관절부의 파손시 물고기 로봇 전체에 물이 유입되는 경로를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 3에 도시된 씰링부재를 설명하기 위한 도면이다.

도 8의 설명에서는 도 3에 도시된 물고기 로봇에 씰링부재(19)가 채용되지 않은 것으로 설정한다.

물고기 로봇에 씰링부재(19)가 채용되지 않으면, 전기배선용 배관이 모두 관통되어 있어서 하나의 블록(예컨대, 제 2 관절부(18))에 물이 유입되면 유입된 물은 전기배관을 통하여 누수가 이웃 블록으로 전파된다. 즉, 도 8에서와 같이 제 2 관절부(18)에 유입된 물은 제 1 관절부(16)와 제어부(14)와 전원부(12)를 순차적으로 거쳐서 머리쪽의 센서부(10)에까지 전파되어 물고기 로봇의 내부 전체가 침수되는 문제가 발생한다. 따라서, 배선용 배관(24) 및 전선 통과공(16a)을 씰링부재(19)로 미리 막지 않으면 하나의 블록(모듈)에 물 유입시 물고기 로봇전체가 손상되어 작동 불능이 되고, 센서, 배터리, 전기회로 전체를 교체하여야 하므로 수리비용이 많이 발생한다.

그에 따라, 상술한 문제들을 해결하기 위해, 도 9에서와 같이 씰링부재(9)를 이용하여 배선용 배관(24) 및 전선 통과공(16a)을 밀폐시킨다.

도 9의 (a)에서, 씰링부재(19)는 1개 또는 다수의 날개를 가지고 고무 등과 같이 탄성을 지닌 재질로 구성될 수 있다. 이러한 씰링부재(19)를 이용하여 전선(22)과 홀(즉, 배선용 배관(24) 및 전선 통과공(16a))을 씰링한다.

도 9의 (b)의 경우는, 홀(즉, 배선용 배관(24) 및 전선 통과공(16a))에 전선(22)을 삽입한 후에 에폭시 또는 실리콘 등의 재료를 부어 굳혀서 씰링한다. 도 9의 (b)에서는 에폭시 또는 실리콘 등의 재료가 굳은 것을 씰링부재(19)라고 한다.

이와 같은 씰링부재(19)로 전기배선용 배관을 밀폐함으로써 완벽한 격리 공간을 가지게 되어, 하나의 블록에 물이 유입되더라도 다른 블록으로 물이 전파되지 않아서 해당 블록만 침수된다. 따라서, 해당 블록만 교체하여 수리를 하게 되므로, A/S 기간 및 비용을 대폭 절감할 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 센서부 12 : 전원부
14 : 제어부 16 : 제 1 관절부
18 : 제 2 관절부 20 : 공간부
22 : 전선 24 : 배관
26, 46c : 오링 28, 40 : 베어링
30, 42 : 립씰 32 : 서보모터
34 : 브라켓 36 : 출력 가동축
38 : 커플링 44 : 박스부
46 : 커버부 44a, 44b, 46a, 46b : 돌출부
48a, 48b : 연결 커넥터 50 : 꼬리부

Claims (12)

1. 수중 유영 운동을 위한 제어 신호를 제공하는 메인 몸통 모듈; 및
   상기 메인 몸통 모듈의 후부에 상기 제어 신호에 따라 상호 별개로 좌우 회전가능하게 연속적으로 결합된 다수의 관절 모듈;을 포함하고,
   상기 다수의 관절 모듈의 각각에는 서보모터가 고정되게 내장되고, 상기 서보모터의 하부에는 상기 서보모터의 회전력을 해당 관절 모듈에게로 전달하는 출력 가동축이 고정되게 배치되고,
   상기 다수의 관절 모듈의 각각에는 출력 가동축의 고정 배치방향과는 상이한 위치에 배선용 배관이 설치되고,
   상기 배선용 배관을 통해, 이웃한 모듈로부터의 전선이 상기 해당 관절 모듈내의 서보모터와 연결되고,
   상기 다수의 관절 모듈은, 상기 서보모터가 내장되는 박스부, 및 상기 박스부의 개구부를 덮는 커버부를 각각 포함하되,
   상기 서보모터의 좌측부 및 우측부에는 브라켓이 설치되고, 상기 브라켓은 상기 박스부의 내측면에 형성시킨 제 1 돌출부와 제 2 돌출부 사이 및 상기 커버부의 내측면에 형성시킨 제 3 돌출부 및 제 4 돌출부의 사이에 끼워져서 상기 서보모터가 고정되게 설치되는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 박스부와 상기 커버부 사이에는 제 1 씰링부재가 설치된 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제 1 씰링부재는 오링인 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력 가동축의 일단은 상기 서보모터의 회전축과 연결되고, 상기 출력 가동축의 타단은 이웃한 모듈에 고정되되,
   상기 출력 가동축은 해당 관절 모듈의 하부에 상하로 서로 이격되게 설치된 제 1 베어링에 끼워지고, 상기 제 1 베어링 사이에는 제 1 립씰이 삽입결합된 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 다수의 관절 모듈은 제 1 관절 모듈 및 제 2 관절 모듈을 포함하고,
   상기 제 1 관절 모듈의 출력 가동축의 타단은 상기 제 1 관절 모듈의 하부를 관통하여 이웃한 모듈인 상기 메인 몸통 모듈의 후부 하측에 고정되게 삽입되는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 다수의 관절 모듈은 제 1 관절 모듈 및 제 2 관절 모듈을 포함하고,
   상기 제 2 관절 모듈의 출력 가동축의 타단은 상기 제 2 관절 모듈의 하부를 관통하여 이웃한 모듈인 상기 제 1 관절 모듈의 후부 하측에 고정되게 삽입되는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 배선용 배관은 해당 관절 모듈의 상부에 설치시킨 제 2 베어링 및 방수를 위해 제 2 립씰에 끼워지는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 배선용 배관의 상부 외주면에는 제 2 씰링부재가 설치된 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 2 씰링부재는 오링인 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 관절 모듈은 제 1 관절 모듈 및 제 2 관절 모듈을 포함하고,
    상기 제 1 관절 모듈에는 전선 통과공이 추가로 형성되고, 상기 전선 통과공은 상기 제 2 관절 모듈에게로 전원 및 신호 전달을 위한 전선을 통과시키는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 서보모터에는 제 1 연결 커넥터가 연결되고, 상기 배선용 배관을 통과하는 전선의 끝단에는 제 2 연결 커네터가 설치되어, 상기 제 1 연결 커넥터 및 상기 제 2 연결 커넥터가 상호 결합 및 결합해제되는 것을 특징으로 하는 물고기 로봇.

Images