KR102067441B1 - 정적 평형을 유지하는 안전보드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운송수단 중 특히 부유체에서의 멀미를 방지할 수 있도록 항상 정적 평행상태를 유지할 수 있도록 6자유도 운동을 상쇄시키고, 탑승자를 안정적으로 지지하기 위한 저 중심 설계가 반영된 정적 평형을 유지하는 안전보드를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트의 상부에 마련되는 보딩플레이트; 상기 베이스플레이트와 보딩플레이트 사이에 설치되어 상기 보딩플레이트의 6자유도 운동을 가능케 하는 액추에이터 유닛; 및, 상기 액추에이터 유닛의 작동을 제어하는 컨트롤 유닛; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

정적 평형을 유지하는 안전보드 {Safety board maintaining static equilibrium}

본 발명은 정적 평형을 유지하는 안전보드에 관한 것으로, 특히 선박 등의 부유체에서 6 자유도 운동을 상쇄시켜 정적 평행 상태의 유지가 가능한 안전보드에 관한 것이다.

의학적으로 “가속도 병” 또는 “동요병”으로 구분되는 “멀미”는 특히 해상부유체에 탑승한 대부분이 경험하게 되는 것으로, 정도의 차이가 있을 뿐 90%이상이 겪게 되는 것으로 알려져 있다.

멀미 증상은 신체의 물리적-심리적 측면에서 작업수행 능력을 급격히 저하시키고 정신활동의 지연 및 오류를 유발하며, 증상의 회복에 상당한 시간이 소요될 수 있어 해상에서의 안전사고를 유발할 위험성이 있다.

이러한 멀미의 발생 원인을 살펴보면 다음과 같다. 신체의 중추신경계는 시각, 청각 및 근육기관 등의 여러 감각기관으로부터 정보를 통합하여 부유체에서의 6자유도 운동을 인지하는데 신체 균형의 안정화를 위해서는 시각 균형을 유지하는 것이 중요하며 시각 균형은 머리의 움직임과 연동되어 있다. 그러므로 멀미는 시각정보와 신체 정보의 불일치나 움직임의 추정치를 예측할 수 없을 때 위장기관에서 자극이 생겨 발생되는 것이다.

따라서 부유체에서 멀미를 방지할 수 있도록 지각 정보와 신체 움직임의 불일치를 최소화하기 위해 부유체의 6자유도 운동을 상쇄시켜 정적 평형을 유지시키는 기술은 중소형 레저 선박, 요트, 유람선 및 크루즈 선박에 최적화되어 적용이 가능하며, 급격히 성장하고 있는 해상 낚시 및 해양 레저 시장에서 기술의 수요가 지속될 것으로 예측되는바, 이 기술의 연구 개발이 시급히 이루어져야 할 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1657437호 "다목적 받침대" 대한민국 공개특허 제10-2015-0031236호 "멀미방지의자"

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 운송수단 중 특히 부유체에서의 멀미를 방지할 수 있도록 항상 정적 평행상태를 유지할 수 있도록 6자유도 운동을 상쇄시키고, 탑승자를 안정적으로 지지하기 위한 저 중심 설계가 반영된 정적 평형을 유지하는 안전보드를 제공하는데 그 목적이 있다.

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

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정적 평형을 유지하는 안전보드는, 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트의 상부에 마련되는 보딩플레이트; 상기 베이스플레이트와 보딩플레이트 사이에 설치되어 상기 보딩플레이트의 6자유도 운동을 가능케 하는 액추에이터 유닛; 및, 상기 액추에이터 유닛의 작동을 제어하는 컨트롤 유닛; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 액추에이터 유닛은 상기 베이스 플레이트의 상부에 삼각형상을 이룰 수 있도록 배치되는 제1 레일가이드, 제2 레일가이드 및 제3 레일가이드를 포함하는 삼각레일부재와, 상기 제1 레일가이드, 제2 레일가이드 및 제3 레일가이드 각각에 한 쌍으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 제1 가이드블록, 제2 가이드블록 및 제3 가이드블록을 포함하는 블록부재와, 상기 보딩플레이트의 하부에 설치되는 것으로, 상기 삼각레일부재에 내접하는 삼각형의 둘레보다 상대적으로 더 짧은 둘레를 가지는 삼각형상으로 형성되며, 상기 제1 레일가이드, 제2 레일가이드 및 제3 레일가이드 각각과 마주보는 제1 꼭짓점부, 제2 꼭짓점부 및 제3 꼭짓점부를 포함하는 삼각모션부재와, 일단부가 상기 제1 가이드블록 각각의 일측에 회전 가능하게 설치되고 타단부가 상기 제1 꼭짓점부에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 제1 지지암, 일단부가 상기 제2 가이드블록 각각의 일측에 회전 가능하게 설치되고 타단부가 상기 제2 꼭짓점부에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 제2 지지암 및, 일단부가 상기 제3 가이드블록 각각의 일측에 회전 가능하게 설치되고 타단부가 상기 제3 꼭짓점부에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 제3 지지암을 포함하는 지지부재 및, 상기 삼각레일부재에 설치되어 블록부재의 슬라이딩 이동을 가능케 하는 구동부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 함께 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 베이스플레이트와 보딩플레이트의 측면에는 플렉시블 재질의 측면 커버가 마련되어 상기 액추에이터 유닛을 기밀 가능하게 밀폐하면서 상기 보딩플레이트의 6자유도 운동을 가능케 하는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

운송수단 상에 콤팩트한 구조로 탈착 가능하게 설치되어 멀미를 유발시키는 동요를 상쇄시키게 됨으로써 멀미로 인한 안전사고의 예방이 가능한 이점이 있다.

그리고 안정성 향상, 승선감 향상 및 피로도 저감 등의 효과를 기대할 수 있는 이점이 있다.

이와 함께 안전보드에 안전구조 및 ICT 융합 기술을 구현하여 탑승자에게 다양한 정보를 제공하여 레저 활동의 만족도를 극대화할 수 있는 이점이 있다.

아울러 레저형 운송수단인 낚시선, 요트, 유람선 및 크루즈 선박에 최적화된 안전보드의 보급을 통해 해양 레저 시장의 성장에 기여할 수 있는 이점이 있다.

이와 함께 본 발명의 다른 효과는 이상에서 설명한 실시예 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 정적 평형을 유지하는 안전보드를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 정적 평형을 유지하는 안전보드의 내부 구조를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 정적 평형을 유지하는 안전보드의 내부 구조를 평면도로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 정적 평형을 유지하는 안전보드의 작동 예시를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 정적 평형을 유지하는 안전보드의 다양한 실시예를 사시도로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 설명에 앞서 본 발명의 이점 및 특징 및 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 이러한 용어 중 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하는 것이고, 설명 상에 방향을 지칭하는 단어는 설명의 이해를 돕기 위한 것으로 시점에 따라 변경 가능함을 주지하는 바이다.

이와 함께 본 발명에서 6자유도(Degrees of Freedom) 운동이라 함은, 부유체의 폭 방향, 길이방향 및 높이 방향 각각을 X, Y, Z 축으로 설정하여, 각각의 축방향 직선운동(Surge, Sway, Heave) 및 회전운동(Roll, Pitch, Yaw)을 가르키게 된다.

본 발명의 주요 특징은 선박 등의 해양 부유체에서 지각 정보와 신체 움직임의 불일치를 최소화하기 위해 저 중심 설계와 더불어 부유체의 6자유도(Degrees of Freedom) 운동을 상쇄시켜 정적 평형 상태를 유지함으로써 향해 안정성 및 승선감 향상, 멀미 방지, 피로도 저감 등의 효과를 기대할 수 있는 안전보드를 구현하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 정적 평형을 유지하는 안전보드는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 베이스플레이트(100), 보딩플레이트(200), 액추에이터 유닛(300) 및 컨트롤 유닛(미도시)을 포함하여 이루어진다.

베이스플레이트(100)는 부유체에 장착 고정되는 구조가 적용되며 상부측에 인원이 탑승하게 되는 보딩플레이트(200)가 마련된다.

그리고 액추에이터 유닛(300) 베이스플레이트(100)와 보딩플레이트(200)의 사이에 설치되어 부유체의 6자유도 운동을 상쇄시키기 위한 보딩플레이트(200)의 6자유도 운동을 가능케 하며 컨트롤 유닛에 의해 제어되는 구조로 이루어진다.

본 발명의 핵심 구성인 액추에이터 유닛(300)의 구조를 도 2 내지 도 3을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

액추에이터 유닛(300)은 삼각레일부재(310), 블록부재(320), 삼각모션부재(340), 지지부재(330) 및 구동부재(미도시)를 포함하여 이루어진다.

삼각레일부재(310)는 베이스 플레이트의 상부에 삼각형상을 이룰 수 있도록 배치되는 제1 레일가이드(311), 제2 레일가이드(312) 및 제3 레일가이드(313)를 포함하여 이루어진다.

구조적 안정성을 위해 제1 레일가이드(311), 제2 레일가이드(312) 및 제3 레일가이드(313)는 동일한 길이 및 사이각으로 정삼각형상을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.

그리고 블록부재(320)는 삼각레일부재(310)를 타고 슬라이딩 이동하게 되는 것으로 제1 레일가이드(311), 제2 레일가이드(312) 및 제3 레일가이드(313) 각각에 한 쌍으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 제1 가이드블록(321), 제2 가이드블록(322) 및 제3 가이드블록(323)을 포함하여 이루어진다.

다음으로 삼각모션부재(340)는 보딩플레이트(200)의 하부에 설치되며 후술될 블록부재(320)의 슬라이딩 이동에 따라 연동되는 지지부재(330)의 각도 변화에 의해 6자유도 운동을 구현하게 되는 것으로, 저 중심 설계를 위해 삼각레일부재(310)에 내접하는 삼각형의 둘레보다 상대적으로 더 짧은 둘레를 가지는 삼각형상으로 형성된다.

그리고 삼각모션부재(340)는 지지부재(330)와의 결합 구조를 구현하기 위해 제1 레일가이드(311), 제2 레일가이드(312) 및 제3 레일가이드(313) 각각과 마주보는 제1 꼭짓점부(341), 제2 꼭짓점부(342) 및 제3 꼭짓점부(343)를 포함하여 이루어진다.

이어서 지지부재(330)는 삼각모션부재(340)의 6자유도 운동을 가능하게끔 지지하는 것으로 제1 지지암(331), 제2 지지암(332) 및 제3 지지암(333)을 포함하여 이루어진다.

제1 지지암(331)은 한 쌍으로 이루어지며, 각각의 일단부가 제1 가이드블록(321) 각각의 일측에 회전 가능하게 설치되고, 각각의 타단부가 제1 꼭짓점부(341)에 회전 가능하게 설치된다.

또한 제2 지지암(332)은 한 쌍으로 이루어지며, 각각의 일단부가 제2 가이드블록(322) 일측에 회전 가능하게 설치되고 타단부가 제2 꼭짓점부(342)에 회전 가능하게 설치된다.

또한 제3 지지암(333)은 한 쌍으로 이루어지며, 일단부가 상기 제3 가이드블록(323) 각각의 일측에 회전 가능하게 설치되고 타단부가 상기 제3 꼭짓점부(343)에 회전 가능하게 설치된다.

이러한 지지암들은 삼각모션부재(340)를 수직방향을 기준으로 삼각레일부재(310)의 내측으로 기울어지게 지지하게 됨으로써, 안전보드를 안정적인 저 중심 구조로 지지할 수 있게 된다.

여기에서 각각의 지지암과 가이드블록 및 꼭짓점부의 결합구조는 지지암의 양단부가 관절 구조로 회전이 가능하도록 볼 조인트 구조로 결합되는 것이 바람직할 것이다.

그리고 구동부재는 삼각레일부재(310)에 설치되어 블록부재(320)의 슬라이딩 이동을 가능케 하는 것으로, 각 레일가이드의 양측에 Brush Less DC 서보모터의 작동과 연동되어 구동하는 웜기어 방식의 리니어 액추에이터 구조로 설치되어 웜기어의 구동에 따라 각 블록가이드가 레일가이드를 타고 슬라이딩 되는 구조로 이루어진다.

다음으로 도 3 내지 도 4를 참조하여 액추에이터 유닛(300)의 구동에 의해 6자유도 운동으로 부유체의 자유도를 감쇄시키는 과정을 예시로 설명하면 다음과 같다.

도 4-A에 도시된 바와 같이 각 지지암 간의 각도를 동일하게 증감시키도록 각 가이드블록을 이동시켜 삼각모션부재(340)에 의한 보딩플레이트(200)의 Z축 상하운동을 가능케 한다.

그리고 도 4-B에 도시된 바와 같이 제1 지지암(331) 및 제3 지지암(333) 또는 제2 지지암(332) 및 제3 지지암(333) 간의 각도를 증감시켜 삼각모션부재(340)에 의한 보딩플레이트(200)의 X축 회전 운동을 가능케 한다.

이와 함께 도 4-C에 도시된 바와 같이 제1 지지암(331), 제2 지지암(332) 및 제3 지지암(333)의 위치를 동시에 시계방향 또는 반시계방향에 대응되도록 이동시켜 삼각모션부재(340)에 의한 보딩플레이트(200)의 Z축 회전 운동을 가능케 한다.

아울러 도 4-D에 도시된 바와 같이, 각 지지암들의 이동 및 각도 조절을 통해 삼각모션부재(340)에 의한 보딩플레이트(200) 동시 다발적인 승강 및 회전운동을 가능케 할 수 있다.

이와 함께 컨트롤 유닛은 부유체의 자유도를 감지하고 액추에이터 유닛(300)의 역전을 방지를 통한 작동을 통해 보딩플레이트(200)의 정적 평형을 유지시킬 수 있게 액추에이터 유닛(300)을 제어한다.

이러한 컨트롤 유닛은 6자유도의 직선운동을 감지하는 가속도 센서 및 회전운동을 감지하는 자이로스코프센서로 이루어지는 IMU센서를 기반으로 정적 평형 유지를 위한 데이터 처리를 구현한다. 즉 정적 평형 유지 제어 알고리즘을 설계하여 BLDC서보모터의 제어를 위한 연산식을 산출하고 폐루프 제어 방식으로 액추에이터 유닛(300)의 리얼타임 제어를 가능하게 한다.

한편 베이스플레이트(100)와 보딩플레이트(200)의 측면에는 플렉시블(Flexible) 재질의 측면 커버(500)가 마련되어 액추에이터 유닛(300)을 외부로부터 차폐시키면서 보딩플레이트(200)의 6자유도 운동을 가능케 할 수 있다.

아울러 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 보딩플레이트(200)의 상부면에는 미끄럼 방지를 위한 구조와 안전턱(700)이 형성될 수 있으며, 탑승자의 이탈을 방지하기 위한 안전바(800)가 설치될 수 있다.

또한 보딩플레이트(200)에 의자(900)를 설치하고, 의자(900)의 일측에 디스플레이 기능을 구성하여 모바일 어플리케이션과 연동하여 수심, 날씨 및 항해지도 등의 다양한 정보 제공 및 스마트폰의 메세지 또는 전화 알림을 가능케 하는 ICT 융합 기술을 적용하는 것이 바람직할 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 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. 그리고 상술한 바와 같이 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 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.

100: 베이스플레이트
200: 보딩플레이트
300: 액추에이터 유닛
310: 삼각레일부재
311: 제1 레일가이드
312: 제2 레일가이드
313: 제3 레일가이드
320: 블록부재
321: 제1 가이드블록
322: 제2 가이드블록
323: 제3 가이드블록
330: 지지부재
331: 제1 지지암
332: 제2 지지암
333: 제3 지지암
340: 삼각모션부재
341: 제1 꼭짓점부
342: 제2 꼭짓점부
343: 제3 꼭짓점부
500: 측면 커버
700: 안전턱
800: 안전바
900: 의자

Claims (3)

1. 베이스플레이트;
   상기 베이스플레이트의 상부에 마련되는 보딩플레이트;
   상기 베이스플레이트와 보딩플레이트 사이에 설치되어 상기 보딩플레이트의 6자유도 운동을 가능케 하는 액추에이터 유닛; 및,
   상기 액추에이터 유닛의 작동을 제어하는 컨트롤 유닛;을 포함하며,
   
   상기 액추에이터 유닛은,
   상기 베이스 플레이트의 상부에 삼각형상을 이룰 수 있도록 배치되는 제1 레일가이드, 제2 레일가이드 및 제3 레일가이드를 포함하는 삼각레일부재와,
   상기 제1 레일가이드, 제2 레일가이드 및 제3 레일가이드 각각에 한 쌍으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 제1 가이드블록, 제2 가이드블록 및 제3 가이드블록을 포함하는 블록부재와,
   상기 보딩플레이트의 하부에 설치되는 것으로, 상기 삼각레일부재에 내접하는 삼각형의 둘레보다 상대적으로 더 짧은 둘레를 가지는 삼각형상으로 형성되며, 상기 제1 레일가이드, 제2 레일가이드 및 제3 레일가이드 각각과 마주보는 제1 꼭짓점부, 제2 꼭짓점부 및 제3 꼭짓점부를 포함하는 삼각모션부재와,
   일단부가 상기 제1 가이드블록 각각의 일측에 회전 가능하게 설치되고 타단부가 상기 제1 꼭짓점부에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 제1 지지암, 일단부가 상기 제2 가이드블록 각각의 일측에 회전 가능하게 설치되고 타단부가 상기 제2 꼭짓점부에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 제2 지지암 및, 일단부가 상기 제3 가이드블록 각각의 일측에 회전 가능하게 설치되고 타단부가 상기 제3 꼭짓점부에 회전 가능하게 설치되는 한 쌍의 제3 지지암을 포함하는 지지부재 및,
   상기 삼각레일부재에 설치되어 블록부재의 슬라이딩 이동을 가능케 하는 구동부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정적 평형을 유지하는 안전보드.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 베이스플레이트와 보딩플레이트의 측면에는,
   플렉시블 재질의 측면 커버가 마련되어 상기 액추에이터 유닛을 외부로부터 차폐시키면서 상기 보딩플레이트의 6자유도 운동을 가능케 하는 것을 특징으로 하는 정적 평형을 유지하는 안전보드.

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