KR102087716B1 - 로봇물고기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇물고기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방수성과 내구성이 우수하며, 몸통 부분에서 위쪽으로 물의 흐름을 유발시켜 잠수가 용이하고 회전 잠수 유영을 구현하여 한정된 공간에서도 잠수가 가능케 함으로써 기울기와 추진에 의한 유영과 센서에 의한 회피동작만으로 이루어진 단순 잠수 유영시 외벽에 부딪히는 문제를 해결할 뿐만 아니라, 잠수가능한 최대깊이를 설정하여 최대 잠수깊이에서 일정높이까지 유영범위를 한정하여 원하는 높이에서 원할하게 유영할 수 있도록 하며, 맥동을 이용하여 장애물 회피 능력을 증대시킬 수 있고, 부력 조절기능을 이중으로 구현하여 부력을 미세하게 조절할 수 있어 부드럽고 원활한 유영 구현에 기여할 수 있도록 개선된 로봇물고기에 관한 것이다.

Description

로봇물고기{Robot fish}

본 발명은 로봇물고기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분절부와 관절부의 설치 구조를 개선하고, 실링 성능이 높은 방수 구조를 제공하여 침수 발생을 아예 차단 할 수 있도록 한 로봇 물고기에 관한 것이다.

로봇 기술은 전통적인 개념의 공장자동화용 로봇팔 개념에서 의료용, 가사용, 산업용, 정찰용, 군사용 등 초소형화, 초정밀화를 이루는 등 비약적인 발전을 거듭하고 있다.

이에 따라, 다양한 산업분야에서 이러한 로봇 기술을 이용하고 있으며, 그 일환 중 하나로 잉어처럼 생긴 로봇물고기가 진짜 물고기처럼 물속을 돌아다니면서 몸에 설치된 다양한 센서를 통해 수질오염은 물론, 물고기의 생태, 종류 등을 파악하고, 무선통신장비를 통해 관리국과 교신함으로써 해양 생태 관리에 기여하기도 한다.

대표적인 예로, 영국 에섹스대 연구팀과 BMT라는 기술회사가 공동으로 연구개발한 로봇물고기를 예시할 수 있다.

이와 같은 많은 연구에 따라 로봇물고기는 충전지 및 충전기술, 유영기술, 무선통신기술 등이 비약적으로 발전하였으며, 이제는 대형 수족관 등에서 관람용, 이를 테면 생체 로봇 서비스로 활용하려는 시도들이 이루어지고 있다.

특히, 다양한 수중 생물 모방용인 관상어 로봇을 관람용으로 사용하게 되면 실제 물고기를 유지 관리하는데 드는 비용을 줄이고, 물고기 폐사를 막으며, 반영구적인 사용이 가능한 많은 장점들이 있다.

그런데, 수족관과 같이 강에 비해 상대적으로 좁고, 수심이 깊을 뿐만 아니라, 관람객에서 항상 공개된 상태로 유지되어야 하는 특성상 부력조절을 자유롭게 할 수 있어야 하는데 현재까지는 부레 기능을 구현하기 위해 불활성가스의 밀도를 조절하는 방식을 사용하고 있는데, 이러한 구조로는 급속한 부력 조절이 어렵다는 한계에 봉착해 있다.

이의 개선책으로 무게추를 이용한 방식이 개시되고 있으나, 이는 미세한 부력조절이 어렵고 장착구조도 복잡하여 구현상 어려움이 있는 실정이다.

더구나, 수족관의 구석진 곳에 갇힐 경우 이를 헤쳐나올 수 있는 기능이 없기 때문에 제어 불량이 많이 발생하는 단점도 있다.

또한, 종래에는 기울기와 추진에 의한 유영 및 센서에 의한 회피동작만으로 이루어진 단순한 잠수 유영방식을 취하고 있었기 때문에 수족관의 외벽에 부딪힘을 정확하게 회피하기 어렵다는 한계도 있다.

뿐만 아니라, 관상어로서만 유지될 뿐 관람객과 상호교감할 수 있는 기능이 없어 비교적 단순하다는 한계도 가지고 있다.

더구나, 종래 로봇 물고기는 수중 높이 제어기능이 제대로 구현되지 않아 수족관에서 운영시 관람객이나 운영자가 원하는 높이에서 유영이 이루어지지 않고 대부분 바닥이나 표면에서 유영하는 현상이 유발되고 있어 개선이 필요하다.

그리고, 종래 로봇 물고기는 장애물 탐지능력이 떨어지고, 구조적 특성상 후진을 못하기 때문에 수족관 내부에 존재하는 다수의 구조물에 의한 협착, 즉 끼임 현상이 자주 발생하는 문제가 있다. 이를 개선하기 위해서는 보조 추진기구의 설치가 필요하지만 그럴 경우 방수와 내구성의 문제가 야기될 수 있다.

아울러, 종래 로봇 물고기는 여러개의 관절운동을 통해 꼬리를 흔들면서 추진하게 되는데, 관절이 형성된 부분이 분절된 상태로 노출되어 있기 때문에 수족관 내부에 존재하는 이물질, 물풀 등에 의헤 걸림현상, 끼임현상이 유발되어 원활한 유영이 불가능하게 되는 문제도 있다.

또한, 종래 로봇 물고기는 단순한 표피 색상을 갖기 때문에 단조로워 관상시 미감을 떨어뜨리는 단점도 있다.

대한민국 등록특허 등록번호 제10-1513489호(등록일자 2015년04월14일), 구동제어가 용이한 로봇 물고기 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1488979호(등록일자 2015년01월27일), 부력 조절 및 회전 기능을 갖는 물고기 로봇 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1576117호(등록일자 2015년12월03일), 생체 모방 물고기의 구동 및 제어 방법과 생체 모방 물고기 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1744642호(등록일자 2017년06월01일), 물고기 로봇 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2014-0141032호(공개일자 2014년12월10일), 모형 물고기 대한민국 공개특허 공개번호 제10-2017-0143140호(공개일자 2017년12월29일), 무게조절이 가능한 물고기로봇

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 방수성과 내구성이 우수한 분절부와 관절부의 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 어수(魚首)를 포함하는 제1분절부와, 어수와 어미 사이의 몸통 일부에 해당하며 회전유영시 기준점을 제공하는 제2분절부와, 어미(魚尾)를 포함하는 제3분절부로 분절되고; 상기 제1분절부와 제2분절부는 메인관절부에 의해 힌지고정되어 상호 회전유동 가능하게 조립되며, 상기 제2분절부와 제3분절부는 서브관절부에 의해 힌지고정되어 상호 회전유동 가능하게 조립된 로봇물고기로서,

상기 메인관절부는 제1모터에 의해 회전구동되고;

상기 서브관절부는 제2모터에 의해 히전구동되며;

상기 제1분절부 내부에는 상기 제1,2모터의 구동과 전원공급을 제어하는 컨트롤러가 내장되고;

상기 제1,2모터는 모터케이스와, 모터케이스 내부에 고정설치되는 고정자와, 상기 모터케이스의 개방부를 내측에서 밀폐하는 박판 형태의 세퍼레이트 플레이트와, 상기 모터케이스의 개방부를 외측에서 밀폐하면서 돌출된 축보스와, 상기 축보스 내부에서 제1,2모터축에 스플라인 방식으로 고정된 회전자와, 상기 축보스를 관통하는 상기 제1,2모터축을 회전지지하는 베어링을 포함하여 상기 고정자와 회전자를 분리시켜 방수성을 증대시키는 것을 특징으로 하는 로봇물고기를 제공한다.

이때, 상기 제3분절부는 다시 테일링크(LNK)를 통해 테일분절부(TAL)로 분리되고, 상기 테일링크(LNK)는 단순 힌지식으로 링크되며, 상기 테일분절부(TAL)는 실리콘 소재로 제조되어 제3분절부가 유동될 때 그에 추종하면서 후속적으로 흐느적거리는 형태로 유동케 구성한 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 세퍼레이트 플레이트는 회전자(242)와 1mm 이하의 틈새를 유지시키도록 배치 고정된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명의 상기 제1,2모터는 서보모터 혹은 기어드모터로 구성되며, 제1,2모터의 모터축(MOT)에 디스크형상의 제1커플링(CPL)을 끼워 나사결합하고, 제1커플링(CPL)의 하부면에는 다수의 요철을 형성하며, 상기 제1커플링의 하부에는 상기 제1커플링(CPL)의 하부 요철면에 대응 접촉되는 요철부가 상면에 형성된 제2커플링이 승하강 가능하게 설치되며, 상기 제2커플링의 하면에는 동력전달축이 형성되며, 동력전달축에 결합된 스프링이 브라켓에 의해 지지되어 상기 제2커플링을 상기 제1커플링 방향으로 탄력지지하도록 설치되고, 상기 브라켓의 하부로 인출된 동력전달축에 관절 연결부가 형성되며, 상기 제2커플링의 일측면에는 센서바가 돌출형성되며, 제2커플링의 회전에 의해 센서바가 리미트 스위치를 작동시키도록 설치되되, 리미트스위치는, 관절부의 좌우 회전 중간위치를 검출할 수 있는 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 로봇물고기는,

상기 메인관절부와 서브관절부는 모터에 의해 회전구동되는 캠디스크와, 상기 캠디스크의 일측면에는 편심된 편심축에 일단이 힌지고정된 캠샤프트와, 상기 캠샤프트의 타단이 끼워져 조립되는 샤프트하우징과, 상기 샤프트하우징 내부에 개재되어 캠샤프트의 출몰길이를 탄성조절하는 샤프트스프링과, 상기 샤프트하우징의 단부에 나사고정된 구동기어축과, 상기 구동기어축의 단부에 일체로 형성된 구동기어와, 상기 구동기어축이 회전가능하게 축고정된 기어베이스와, 상기 기어베이스에 회전되게 축고정되고 상기 구동기어와 치결합되는 종동기어와, 상기 종동기어에서 일체로 연장되는 종동기어축;을 포함하고;

상기 제1분절부 내부에는 상기 모터의 구동과 전원공급을 제어하는 컨트롤러가 내장된 것을 특징으로 하는 로봇물고기도 제공한다.

이때, 상기 제1분절부에는 부력조절유닛이 더 설치되되, 상기 부력조절유닛은 로봇물고기의 전진방향으로 개방된 호형상의 인테이크(INTAKE)와, 상기 인테이크의 하단에 조립된 임펠러하우징과, 상기 임펠러하우징에 내장된 임펠러 및 임펠러모터와, 상기 임펠러하우징의 하단에 조립되고 로봇물고기의 제1분절부를 상하로 관통하여 저면에 노출되게 배관된 물도입관과, 상기 물도입관의 단부에 조립된 디퓨져로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 디퓨져는, 상기 물도입관의 단부 형상에 맞춰 끼움 조립될 수 있는 형상의 디퓨져관과, 상기 디퓨져관의 내경을 따라 일정간격을 두고 선회류 반대방향으로 각지게 돌출된 삼각돌기로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제1,2,3분절부의 조립부와 피조립부가 조립될 때 조립부에 마련된 조립경계부에는 오링이 이중으로 형성되고, 오링들 사이 폭에는 씰러가 도포되며, 오링과 간격을 두고 후크를 형성하고, 상대물인 피조립부에는 후크걸림부를 형성하여 서로 끼워맞출 때 후크 결합되면서 이중 씰링이 가능하도록 구성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 씰러는 마커인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제1분절부의 선단인 어수에는 음파발진부가 더 구비되고, 상기 음파발진부는 컨트롤러에 연결되어 주기적인 음파 발진에 따른 맥동을 발생시키도록 구성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제1,2,3분절부는 플렉시블한 스킨이 씌워져 보호되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 스킨은 제1수평부와, 상기 제1수평부로부터 경사 연장된 제1경사부와, 상기 제1경사부로부터 다시 일정길이 경사연장되면서 유영시 신축변형되는 경사변형부와, 상기 경사변형부의 단부로부터 단차지게 경사연장된 제2경사부와, 상기 제2경사부로부터 수평연장된 제2수평부로 이루어지며, 이 구조가 연속적으로 반복되게 구성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 스킨에는 OLED 또는 LED가 더 설치되고, 컨트롤러와 연결되어 제어신호에 따라 색상을 달리 구현하여 시간에 따라 색상 변화가 이루어진 카멜레온형으로 구현된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 이중 오링 압착구조를 통해 방수성과 내구성을 높일 수 있다.

둘째, 스킨을 형성하여 관절부를 밀폐하므로 관절부 걸림 현상을 방지하여 원활한 잠수유영을 구현할 수 있다.

세째, 스킨에 다양한 색상이 발현되게 하여 카멜레온 물고기 로봇을 구현할 수 있어 재미와 오락성 및 다양한 볼거리를 제공한다.

네째, 몸통 부분에서 위쪽으로 물의 흐름을 유발시켜 잠수가 용이하다.

다섯째, 회전 잠수 유영을 구현하여 한정된 공간에서도 잠수가 가능케 함으로써 기울기와 추진에 의한 유영과 센서에 의한 회피동작만으로 이루어진 단순 잠수 유영시 외벽에 부딪히는 문제를 해결할 수 있다.

여섯째, 잠수가능한 최대깊이를 설정하여 최대 잠수깊이에서 일정높이까지 유영범위를 한정하여 원하는 높이에서 원할하게 유영할 수 있다.

일곱째, 맥동을 이용하여 장애물 회피 능력을 증대시키고 끼임 발생시 쉽게 빠져나올 수 있다.

여덟째, 부력 조절 기능을 이중으로 구현하여 부력을 미세하게 조절할 수 있어 부드럽고 원활한 유영을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 예시적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 예시적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 관절부 구조를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 관절부를 구성하는 모터의 방수구조를 보인 예시적인 요부 발췌 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 관절부를 구성하는 모터의 다른 예를 보인 예시도이다.
도 6의 (가) 및 (나)는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 관절부를 구성하는 모터의 고토크 파손 방지 구조 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 로봇물고기의 관절부 회전제어 방법 설명도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 부력조절유닛이 설치된 예를 보인 예시도이다.
도 9는 도 8의 부력조절유닛의 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 방수구조를 설명하는 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 제어구성을 보인 예시적인 구성 블럭도이다.
도 12는 도 11의 구성이 적용된 예를 보인 로봇물고기의 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇물고기의 스킨 구조를 보인 예시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇물고기의 관절구조를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇물고기는 다수의 관절부로 이루어지고, 각 관절부는 힌지결합되어 초소형 서보모터에 의해 회전가능하게 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 로봇물고기는 급격한 방향전환과 급가속 기능을 구현하기 위해 기본적으로 어수(魚首)를 포함하는 제1분절부(110)와, 어수와 어미 사이의 몸통 일부에 해당하며 회전유영시 기준점을 제공하는 제2분절부(120)와, 어미(魚尾)를 포함하는 제3분절부(130)로 분절되고, 이들은 모두 관절로 연결되어 서로 결합된 각 상대물에 대해 회전유동할 수 있게 구성된다.

이때, 상기 제1분절부(110)와 제2분절부(120)는 메인관절부(210)에 의해 힌지고정되어 상호 회전유동 가능하게 조립되며, 상기 제2분절부(120)와 제3분절부(130)는 서브관절부(220)에 의해 힌지고정되어 상호 회전유동 가능하게 조립된다.

덧붙여, 상기 제3분절부(130)는 다시 테일링크(LNK)를 통해 테일분절부(TAL)로 분리될 수 있으며, 이때 테일링크(LNK)는 단순 힌지식 링크로 이루어질 수 있고, 테일분절부(TAL)는 지느러미에 적용되는 소재처럼 부드러운 실리콘 소재로 제조하여 제3분절부(130)가 유동될 때 그에 추종하면서 후속적으로 흐느적거리는 형태로 유동케 하여 자연스러운 유영이 보여질 수 있도록 구성될 수 있다.

보통, 상기 메인관절부(210)와 서브관절부(220)는 공지된 서보모터를 이용하여 관절 운동할 수 있도록 구성된 것이 일반적이다.

때문에, 이하에서 특별히 설명되지 않은 구성은 당해 분야에서 통상적으로 적용하고 있는 구조를 그대로 채용하고 있다고 보면 되며, 관절에 대한 설명은 후술한다.

아울러, 로봇물고기의 등 부분에는 상기 제1분절부(110)에서 상기 제2분절부(120)에 걸쳐 등지느러미(Dorsal Fin)(140)가 형성되는데, 상기 등지느러미(140)는 방향을 유지하기 위한 것으로 실리콘으로 제조됨이 바람직하다.

또한, 로봇물고기의 배 부분중 제1분절부(110)의 하부 양측에는 한 쌍의 배지느러미(Pelvic Fin)(150)가 형성되는데, 상기 배지느러미(150)는 위아래 흔들림을 방지하여 균형(평형)을 유지하기 위한 것으로 이또한 실리콘으로 제조됨이 바람직하다.

뿐만 아니라, 로봇물고기의 꼬리에 가까운 제2분절부(120)의 하부 양측에는 한 쌍의 뒷지느러미(Anal Fin)(160)가 형성되는데, 상기 뒷지느러미(160)는 회전을 방지하여 수직상태를 유지하기 위한 것으로 이또한 실리콘으로 제조됨이 바람직하다.

아울러, 상기 제1분절부(110)의 내부에는 마이크로프로세서 형태의 컨트롤러(300)가 탑재되는데, 상기 컨트롤러(300)는 수밀 구조를 이루어 물속에서 로봇물고기가 유영하더라도 침수되지 않도록 구성된다.

또한, 상기 컨트롤러(300)와 함께 동일한 수밀 구조를 이루면서 배터리(310)가 탑재되어 전원을 공급할 수 있도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 일 실시예에서는 도 3의 예시와 같이, 상기 메인관절부(210)와 서브관절부(220)가 초소형 서보모터에 의해 움직일 수 있도록 구성되는데, 상기 초소형 서보모터는 상기 메인관절부(210)를 관절운동시키는 제1모터(212)와, 상기 서브관절부(220)를 관절운동시키는 제2모터(222)로 이루어진다.

이때, 상기 메인관절부(210)는 회전유동할 수 있는 구조를 갖추기 위해 상기 제1분절부(110)와 제2분절부(120)의 경계에 제1분절부(110)에서 어수를 향해 요입된 제1요홈(112)이 형성되고, 상기 제2분절부(110)에서 상기 제1요홈(112)을 향해 돌출된 제1돌부(122)가 형성되어 상호 형합되게 된다.

또한, 상기 서브관절부(220)는 회전유동할 수 있는 구조를 갖추기 위해 상기 제2분절부(120)와 제3분절부(130)의 경계에 제2분절부(120)에서 어수를 향해 요입된 제2요홈(124)이 형성되고, 상기 제3분절부(130)에서 상기 제2요홈(124)을 향해 돌출된 제2돌부(134)가 형성되어 상호 형합되게 된다.

그리고, 상기 제1모터(212)는 제1모터축(214)이 양단으로 돌출된 2축 구조를 가지며, 제1모터축(214)의 단부에는 제1구동기어(216)가 고정된다.

아울러, 상기 제1요홈(112)의 대향하는 양측면에는 내주면에 상기 제1구동기어(216)와 맞물리는 기어가 형성된 제1기어홈(116)이 형성된다.

이 경우, 상기 제1구동기어(216)의 조립을 위해 상기 제1기어홈(116)은 분리조립되는 제1조립편(118)에 의해 형성되며, 제1조립편(118)은 조립시 제1기어홈(116) 형상을 만들도록 형상 가공되어 있고, 도시하지 않았지만 나사를 통해 제1분절부(110)에 고정된다.

이렇게 조립된 상태에서 제1모터(212)가 구동되면 그 회전방향에 따라 제1모터(212)가 고정되어 있는 제2분절부(120)를 기준으로 상기 제1분절부(110)가 회전유동하게 된다.

마찬가지로, 상기 제2모터(222)도 제2모터축(224)이 양단으로 돌출된 2축 구조를 가지며, 제2모터축(224)의 단부에는 제2구동기어(226)가 고정된다.

아울러, 상기 제2요홈(124)의 대향하는 양측면에는 내주면에 상기 제2구동기어(226)와 맞물리는 기어가 형성된 제2기어홈(126)이 형성된다.

이 경우에도, 상기 제2구동기어(226)의 조립을 위해 상기 제2기어홈(126)은 분리조립되는 제2조립편(128)에 의해 형성되며, 제2조립편(128)은 조립시 제2기어홈(126) 형상을 만들도록 형상 가공되어 있고, 도시하지 않았지만 나사를 통해 제2분절부(120)에 고정된다.

이렇게 조립된 상태에서 제2모터(222)가 구동되면 그 회전방향에 따라 제2모터(222)가 고정되어 있는 제3분절부(130)를 기준으로 상기 제2분절부(120)가 회전유동하게 된다.

그런데, 상기 제2분절부(120)는 제1,3분절부(110,130) 사이에 개재되어 있어 양단이 자유단 상태가 아니므로 결국 회전유동은 제2모터(222)가 설치되어 있는 제3분절부(130)에서 일어나게 된다.

여기에서, 상기 제1,2모터(212,222)는 전기를 받아 구동되어야 하기 때문에 침수에 매우 취약하다.

때문에, 철저한 방수처리는 매우 중요하다.

더구나, 본 발명처럼 물 속에서 상시 유영하는 로봇물고기의 경우에는 방수 불량으로 모터에 물이 들어가게 되면 동력을 상실하게 되므로 더욱 그러하다.

이를 위해, 본 발명에서는 이하 설명과 같이 독특한 방수구조를 갖춤으로써 침수 발생을 아예 차단하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 도 4에 따르면, 본 발명에 따른 상기 제1,2모터(212,222)는 고정자(철심+코일) 사이에서 회전자(영구자석)가 회전하는 구조와 달리, 고정자(232)와 회전자(242)가 서로 마주보는 형태로 구비된다.

이때, 상기 고정자(232)는 코어에 코일이 감긴 형태로서, 모터케이스(230) 내부에 고정설치되고, 상기 회전자(242)는 상기 모터케이스(230)의 양측면에 개방된 부분을 밀폐하면서 돌출되게 고정된 축보스(240) 내부에 설치된다.

여기에서, 상기 회전자(242)는 디스크판에 영구자석이 부착된 구조로서 상기 고정자(232)를 마주보고 제1,2모터축(214,224)에 스플라인 방식으로 고정되어 일체를 이룸으로써 함께 회전할 수 있게 구성된다.

아울러, 상기 제1,2모터축(214,224)의 원활한 회전을 위해 상기 제1,2모터축(214,224)이 관통하는 상기 축보스(240)의 내경과, 상기 제1,2모터축(214,224)의 외경 사이에는 베어링(250)이 개재된다.

뿐만 아니라, 상기 모터케이스(230)의 양측면에 형성된 개방부는 모터케이스(230) 내부에서 고정되는 박판 형태의 세퍼레이트 플레이트(260)에 의해 완전히 밀폐된다.

때문에, 상기 고정자(232)와 회전자(242)는 완전히 분리되게 된다.

이러한 구조는 단지 배열을 바꿨을 뿐 일반적인 고정자와 회전자의 관계에 의해 발생되는 회동력은 동일하다.

이에 더하여, 도 4에 확대 도시한 바와 같이, 세퍼레이트 플레이트(260)는 회전자(242)와 약 1mm의 틈새를 유지시키도록 모터케이스(230)의 내부에 설치되기 때문에 회전자(242)의 회전구동에 영향을 미치지 않으며, 불측의 이유로 인해 물이 스며들더라도 제1,2모터축(214,224)을 타고 빠지거나 혹은 틈새를 통해 빠질 뿐만 아니라, 이미 씰링된 상태이기 때문에 스며드는 물도 극미량이어서 그 물이 고정자(232) 쪽으로 흘러 들어가는 것이 원천 봉쇄된다.

때문에, 전기가 연결된 고정자(232) 측이 상시 수중에 침지된 상태로 놓여 있더라도 완전히 방수되므로 안전성이 극대화되며, 상기 세퍼레이트 플레이트(260)와 제1,2모터축(214,224)도 서로 접촉되지 않기 때문에 제1,2모터축(214,224)의 구동도 원활하게 된다.

이러한 구조는 움직이지 않는 기구의 틈새 씰링은 쉬워도 움직이는 기구의 씰링은 매우 어렵다는 것은 명백한 사실이지만, 본 발명에서는 그와 같은 문제를 완전히 일소할 수 있는 것이다.

덧붙여, 침투된 미량의 물이 혹여라도 회전자(242)에 영향을 주는 것 까지 방지할 수 있도록 상기 회전자(242)의 표면을 방수코팅하면 더욱 좋다.

한편, 본 발명에서는 도 5의 예시와 같이, 상기 제1,2모터(212,222)를 서보모터 혹은 기어드모터로 적용할 수도 있다.

도 5에 도시된 서보모터 혹은 기어드모터일 경우 1축(single shaft) 구조를 가질 수 있다.

그런데, 서보모터 혹은 기어드모터일 경우 좌우로 흔들면서 전진 유영을 구현할 때 고토크 부하에 의한 기어 파손이 야기될 수 있다. 즉, 물속에서의 관성력에 의해 좌우로 관절부를 회전시킬때 큰 토크가 걸린다. 이로 인해서 반대방향으로 회전을 시작할때 큰 토크가 걸려 기어 파손우려가 크다.

이와 같은 관성력에 의해 발생되는 큰 토크에서 슬림현상이 발생되게 하고, 역방향 회전시 다시 정상적으로 회전력을 전달 할 수 있도록 하는 모터 회전력 전달 구조를 제공한다.

본 발명에서는 서보모터 혹은 기어드모터로 구성된 제1,2모터(212,222)의 모터축(MOT)에 고정 설치되고 하면에 요홈부가 형성된 디스크 형상의 제1커플링(201)과, 상기 제1커플링(202)의 하면의 요홈부에 삽입 또는 이탈가능한 돌기부가 상면에 형성된 디스크 형상의 제2커플링(202)과, 상기 제2커플링(202)의 하면으로 돌출 형성되는 동력 전달축(203)과, 상기 동력전달축(203)에 결합되어 제2커플링(202)을 상기 제1 커플링(201)에 밀착시켜 탄력지지하는 스프링(204)과, 상기 스프링(204)을 지지하는 브라켓(205)과, 상기 브라켓(205)의 하부로 인출된 상기 동력전달축(203)의 하단부에 고정설치되어 회전력을 전달하시키기 위한 관절결합부(206)와, 상기 제2커플링(202)의 일측면으로 돌출 형성되는 센서바(207)와, 모터 브라켓에 고절설치되고, 상기 센서바(207)의 회전에 의해 회전 중점을 검출하기 위한 리미트 스위치(208)를 포함하여 구성되며, 상기 리미트 스위치(208)는, 모터 회전에 의해 좌우 왕복 회전각도의 중간 위치를 검출하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은, 도 6의 (가) 및 (나) 도시된 바와 같이,

정상적인 회전력 전달시에는, 도 6의 (가)와 같이, 제1커플링(201)과, 제2커플링(202)이 스프링(204)의 탄성력에 의해 서로 밀착되고, 제1커플링(201)의 요홈부(201a)에 제2커플링부(202)의 돌기부(202a)가 결합되어 회전력이 전달된다. 즉, 모터의 회전력이 관절 결합부(206)에 전달되어 정상적으로 관절부를 회전시킨다.

그런데, 모터는 일정각도 회전후 바로 반대방향으로 회전력을 발생시켜 좌우 회전 유전을 발생시킨다. 그러므로 반대방향으로 모터를 회전시키게 되면, 관절부의 관성력에 의해 제2커플링(202)은 제1커플링(201)과는 반대방향으로 토크가 걸리게 된다. 반대방향으로 걸리는 토크가 커지면, 도 6의 (나)와 같이, 제2커플링(202) 돌기부(202a)가 제1커플링(201)a)의 요홈부(201a)로부터 이탈되면서 스프링(204)을 압축하고, 회전력은 전달되지 않고, 마찰상태의 미끄러짐이 발생된다.

이어서 관절부에 전달되던 회전력이 차단되면서 관성력이 줄어들고, 제1커플링(201)이 반바퀴 회전되면, 다시 요홈부(201a)와, 돌기부(202a)가 일치되면서 스프링(204)력에 의해 결합상태가 되고, 회전력이 다시 전달된다. 다만, 이때도 반대방향 토크가 크다면, 요홈부(201a)에 돌기부(202a)가 안착하지 못하고 요홈부를 통과하게 되므로 회전력은 전달되지 못한다. 이후 스프링력과 효홉무에 돌기부가 삽입되어 걸리는 힘이 반대방향 토크보다 작아지면 회전력이 정상 전달된다.

결국 본 발명에 의하면, 일측방향으로 회전력을 발생시킨후, 바로 반대방향으로 회전력을 발생시킬때, 관성력에 의해 발생되는 토크를 미끄러짐으로 해소하고, 이후에 토크가 줄어들면 정상적으로 회전력을 전달할 수 있다.

상기와 같이 회전방향 전환 시점에 반대방향 토크에 의해 요홈부에서 돌기부가 벗어나서 미끄러짐이 발생되는 시간동안 실질절으로 관절부는 반대방향으로 회전되지 못하게 된다. 그러므로 서보모터를 제어할때 관절부를 일측에서 타측으로 회전 이동시킬때에 통상 정역방향 구동시간에 의해 제어하게 되는데, 손실되는 시간이 발생된다.

도 7는 본 발명에 의한 모터 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

모터를 구동시켜 관절부를 도 8의 O1 ~ O2 까지를 좌우 왕복 회전하면서 추진력을 발생시킨다. 이는 통상 모터를 정역방향으로 구동시키는 구동시간 즉, O1 ~ O2 까지 회전시키는 시간을 설정하여 제어한다. 정방향 회전이후 역방향 회전을 제어하는 시점에서 상기 제1,제2커플링(201)(202)에 의해 미끄러짐이 발생되면, 그 미끄러짐이 발생되는 시간동안 관절부가 반대방향으로 회전되지 못하여 동일한 시간으로 제어하게 되면 원하는 각도까지 관절부를 회전시키지 못한다.

이를 해결하기 위해서 본 발명에서는 제2커플링(202)에 센서바(207)를 일체형으로 형성하고, 센서바(207)에 의해 관절부의 회전 중간 지점(O₀)을 검출하도록 리미트 스위치(208)를 설치한다. 이에 따라 상기 미끄러짐 발생과 무관하게, 리미트 스위치(208)의 회전 중간지점을 검출하게 되면, 그 중간지점부터 진행할 각도에 대응된 시간만큼만(예; A 또는 B에 해당되는 시간) 모터를 구동시킴으로써, 정확한 좌우 각도로 회전각도를 제어할 수 있는 것이다.

또한, 상기 리미트 스위치(208)가 중간지점을 검출하면 구동속도를 조절하여 관성력을 줄일수 있도록 제어할 수 있다. 이로인해 고토크에 의해 유발되는 기어 파손을 미연에 방지할 수 있게 된다.

다른 한편, 본 발명에 따른 로봇물고기는 도 8 및 도 9의 예시와 같은 독특한 부력조절유닛(400)을 더 갖는다.

상기 부력조절유닛(400)은 로봇물고기의 전진방향으로 개방된 호형상의 인테이크(INTAKE)(410)와, 상기 인테이크(410)의 하단에 조립된 임펠러하우징(412)과, 상기 임펠러하우징(412)에 내장된 임펠러(414) 및 임펠러모터(416)와, 상기 임펠러하우징(412)의 하단에 조립되고 로봇물고기의 제1분절부(110)를 상하로 관통하여 저면에 노출되게 배관된 물도입관(420)과, 상기 물도입관(420)의 단부에 조립된 디퓨져(430)를 포함한다.

이때, 상기 인테이크(410)는 물도입관(430) 보다 상대적으로 더 큰 직경을 갖고 형성되어 로봇물고기의 잠수시 물 도입량을 늘려 하방향으로 방향을 전환하여 잠수하는데 걸리는 시간을 줄이기 위한 것이다.

그리고, 상기 임펠러모터(416)는 앞서 설명한 씰링형 제1,2모터(212,222) 형태를 그대로 취할 수 있으며, 다만 모터축이 2축이 아닌 1축 구조로 개량될 수 있다.

또한, 상기 물도입관(420)은 물 도입과 플로우시 워터젯 효과를 내기 위해 인테이크(410) 보다 작은 구경을 갖되, 바람직하게는 1cm 이하로 설계함이 좋다.

아울러, 상기 디퓨져(430)는 도 9에 확대 도시된 바와 같이, 임펠러(414)에 의해 도입된 물이 하방향으로 이동시 선회류가 발생하게 되는데, 이 선회류를 그대로 방출할 경우 로봇물고기가 제자리 회전할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 디퓨져(430)를 설치할 수 있으며, 디퓨져(430)는 상기 물도입관(420)의 단부 형상에 맞춰 끼움 조립될 수 있는 형상의 디퓨져관(432)과, 상기 디퓨져관(432)의 내경을 따라 일정간격을 두고 선회류 반대방향으로 각지게 돌출된 삼각돌기(434)로 이루어진다.

그리하여, 선회류가 하강할 때 삼각돌기(434)의 각진 부분에 선회류가 부딪혀 선회가 상쇄되도록 함으로써 최대한 직선류로 전환시킴으로써 로봇물고기가 불필요하가 제자리 회전하는 것을 억제할 수 있다.

이에 따른 부력조절은 컨트롤러(300)의 제어신호에 따라 임펠러(414)가 회전하여 인테이크(410)를 통해 로봇물고기 상부의 물을 흡입하여 물도입관(420)을 통해 하부로 배출하게 되면 배출압과 로봇물고기 상부에서의 물 흐름 변화로 인해 로봇물고기가 상승하게 된다.

반대로, 임펠러(414)를 역방향으로 회전시키면 로봇물고기 하부의 물이 상부로 도입된 후 인테이크(410)를 통해 배출되므로 로봇물고기는 하강하게 된다.

이와 같은 부력조절유닛(400)은 무게추의 높낮이를 가변시키는 통상적인 방법과, 밸러스트 탱크를 이용한 방법과 병용하여 사용함으로써 미세하고 세부적인 부력조절이 가능하도록 할 수 있다.

즉, 무게추 방식을 주된 부력조절 기능으로 사용하면서 본 발명에서 설명한 부력조절유닛(400)을 병용하여 미세한 부력조절 기능까지 갖추도록 할 수도 있고, 아니면 밸러스트 탱크 방식을 주된 부력조절 기능으로 사용하면서 상기 부력조절유닛(400)을 병용하여 미세한 부력조절 기능을 갖추도록 할 수도 있고, 혹은 이 3가지를 모두 병용할 수도 있다.

여기에서, 무게추 방식은 제1분절부(110)의 내부에 높이방향으로 볼스크류(미도시)를 설치하고, 컨트롤러(300)의 제어하에 볼스크류를 회전시키는 초소형 모터를 내장하며, 볼스크류에는 무게추를 블럭형태로 설치하여 초소형 모터의 회전방향에 따라 무게추의 높낮이를 조절하는 방식이 될 수 있다.

또한, 밸러스트 탱크 방식은 상기 제1분절부(110) 내부에 밸러스트탱크(미도시)와 펌프(미도시)를 설치하고, 컨트롤러(300)의 제어신호에 따라 상기 펌프의 가동을 제어하여 잠수시에는 물을 흡입하여 밸러스트탱크를 채우고, 상승시에는 밸러스트탱크내 물을 배출시키는 방식으로 로봇물고기의 부력을 조절하는 형태가 될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명 일 실시예에 따른 로봇물고기는 도 10의 예시와 같이, 각 분절부들을 종방향으로 서로 조립할 때 꼭 필요한 부분만 볼트조립하도록 볼트조립을 최소화하고, 이중 씰링구조 및 후크조립 구조를 갖춤으로써 방수능력을 더욱 증대시키도록 구성된다.

예컨대, 도 10은 각 분절부들이 종방향으로 분리되어 상호 조립됨으로써 하나의 로봇물고기를 구성할 때 분절부들이 조립되는 경계부분을 예시적으로 발췌하여 보인 도면이다.

도 10에 따르면, 분절부의 조립부와 피조립부가 조립될 때 조립부에 마련된 조립경계부(500)에 오링(510)을 이중으로 형성하고, 오링(510)들 사이 폭에는 씰러(540)를 도포하며, 오링(510)과 간격을 두고 후크(520)를 형성하고, 상대물인 피조립부에는 후크걸림부(530)를 형성함으로써 서로 끼워맞출 때 후크 결합이 일어남과 동시에 이중 씰링이 가능하도록 구성함으로써 방수성을 더욱 증대시킬 수 있다.

이때, 씰러(540)는 마커일 수 있다.

이러한 조립구조를 갖게 되면, 기존 볼트 체결시에는 로봇물고기의 유영시 볼트 풀림이 일어나 씰링불량이 생기기도 하고, 또 다수의 볼트 조립에 따른 공수증가, 균일 토크로 조여야 하는 등 섬세하고 세밀한 작업이 요구되었으나 본 발명에서는 단순히 맞춰 끼우기만 하면 되므로 매우 편리하고 긴밀하고 우수한 방수성을 확보할 수 있으며, 무엇보다도 로봇물고기 유영시 진동 등 떨림이 생기더라도 볼트 풀림 현상이 발생하지 않고 견고하게 후크 고정되어 있기 때문에 씰링성을 극대화시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 앞서 설명한 지느러미의 경우에도 자이로센서, 가속계, 지오마그네틱센서 등을 컨트롤러(300)와 연결하고, 초소형 모터를 통해 이들 지느러미가 좌우로 기울어지게 제어하거나 혹은 상하방향으로 기울어지도록 제어함으로써 수평, 수직상태를 유지하는 자제 제어를 용이하게 달성할 수 있을 것이다.

뿐만 아니라, 도 11의 예시와 같이, 상기 컨트롤러(300)에는 메모리부(MOM)와 무선통신부(WIR)가 연결되는데, 상기 메모리부(MOM)는 각종 센서들이 수집한 정보나 혹은 프로그램된 명령어 등이 저장되는 부분이면서 동시에 컨트롤러(300)가 수시로 엑세스하여 필요한 정보를 입출력하기 위한 수단이며, 상기 무선통신부(WIR)는 조이스틱형 리모컨 혹은 관제센서와 무선으로 통신하면서 로봇물고기의 유영을 제어하는 신호를 수신하기 위한 수단이다.

물론, 무선 조정방식 외에도 로봇물고기가 유영할 방식을 미리 프로그래밍하여 이를 소프트웨어로 탑재하여 외부에서 리모컨으로 제어하지 않고 자체 학습형 제어가 가능하도록 구성할 수도 있다.

이 경우, 학습형 제어는 이를 테면 머신러닝 기법을 따를 수 있다.

이때, 머신러닝 기법이란 컴퓨터 스스로 데이터를 수집하고 분석해 미래를 예측하는 기계학습 알고리즘 중 하나로, 먼저 컴퓨터를 알고리즘 기반으로 학습시킨 뒤 새로운 데이터를 입력해 결과를 예측하도록 하는데, 컴퓨터는 학습한 내용을 기반으로 방대한 양의 빅 데이터를 분석해 앞으로의 행동이나 가능성 등을 판단하는 기법을 말한다.

이러한 기법을 로봇물고기에 적용하게 되면 로봇물고기 스스로가 자신이 유영하는 공간 정보를 학습하고, 유영 패턴, 즉 장애물 정보, 수심에 따른 수온 변화 등을 학습하여 스스로 유영하도록 구현할 수 있게 된다.

또한, 상기 컨트롤러(300)에는 도 11 및 도 12의 예시와 같이, 좌측센서(340), 우측센서(350), 전면센서(360) 및 하단센서(370)가 더 연결된다.

이때, 상기 좌측센서(340)와 우측센서(350)는 로봇물고기의 입인 어구(魚口) 양측에 설치됨이 바람직하며, 이를 테면 전방에 장애물이나 다른 로봇물고기가 존재하는지 여부를 검출하여 이를 회피할 수 있도록 한 근접센서일 수 있다.

이 경우, 후술되는 초소형 CCD 카메라(380)를 병행하여 운용하게 되면 식별력을 더욱 더 높일 수 있어 유영 자유화를 증대시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 전면센서(360)는 어구(魚口)의 바로 밑에 설치됨이 바람직하며, PSD(Position Sensing Device) 선세가 바람직하다.

상기 PSD 센서는 적외선 삼각 측량 방식으로 거리를 측정하는 센서로 적외선 발광 다이오드, 렌즈, 1차원 CCD 센서가 한 개의 시스템으로 구성되어 어구(魚口)로부터 장애물까지의 거리를 즉시 판독가능하므로 전면센서(360)의 검출값은 컨트롤러(300)가 회피하기 위한 방향전환시 방향, 속도 등을 결정하는데 기준 자료가 된다.

아울러, 상기 하단센서(370)는 상기 전면센서(360)와 간격을 두고 어수의 하면에 설치됨이 바람직하며, 이를 테면 초음파센서를 이용하여 수심을 검출하도록 구성될 수 있다.

따라서, 이들 센서에 의해 검출된 정보는 메모리부(MOM)에 실시간 저장되고, 컨트롤러(300)는 이들 검출값을 참고하여 로봇물고기의 유영을 제어하게 된다.

특히, 상기 하단센서(370)는 수족관의 바닥면까지 깊이를 계측하여 메모리부(MOM)에 저장하고, 컨트롤러(300)의 제어신호에 따라 유영할 수 있는 깊이를 제어 받도록 설계될 수 있다.

즉, 컨트롤러(300)는 잠수 유영시 최대 잠수시간을 정하여 일정깊이까지 잠수가 가능한 최대 깊이를 설정하고, 또한 상승시간을 설정하여 최대 잠수깊이로부터 일정 높이까지의 활동범위를 한정하며, 나아가 잠수중 하단센서(370)에 의해 바닥이 감지되면 바닥 감지시 자동으로 상승전환시켜 다시 일정높이까지 상승한 후 유지할 수 있도록 다양하게 설계 및 설정됨으로서 수족관에서 관람객이 원하는 높이를 중심으로 집중적인 유영이 가능하도록 함이 바람직하다.

나아가, 상기 어수에는 음파발진부(390)가 더 구비될 수 있으며, 컨트롤러(300)에 연결 제어된다.

상기 음파발진부(390)는 주기적으로 음파를 발진시켜 맥동을 일으킴으로써 로봇물고기가 장애물에 걸렸을 때 이를 회피할 수 있도록 어수 전방으로 맥동을 발생시키기 위한 것이다.

이것은 단순끼임이나 걸림같은 경우 맥동에 의한 로봇물고기 주변에서의 물결 변화를 유도하여 로봇물고기의 끼임상태 해소, 걸림상태 해소를 유도하기 위한 것이다.

이에 더하여, 유영 장애상태를 극복할 수 있도록 급속추진이 가능한 부스터펌프(392)와, 역추진이 가능한 스크류펌프(394)를 복합적으로 병행하여 구비할 수 있으며, 이들도 컨트롤러(300)에 의해 제어된다.

여기에서, 상기 부스터펌프(392)는 제2분절부(120)의 하면에 설치될 수 있으며, 상기 컨트롤러(300)의 제어신호에 따라 부스팅됨으로써 물을 순간적으로 급속히 후방으로 밀어 보내 로봇물고기가 순간적으로 아주 빠르게 몸체와 꼬리를 흔들면서 급가속으로 전진하도록 하는 수단이다.

이렇게 되면, 실제 물고기의 유영 형태에 가깝게 재현할 수 있게 되므로 관람객은 더욱 더 관심을 집중하게 되고, 관상어로서의 기능을 충실히 수행할 수 있게 된다.

또한, 상기 스크류펌프(394)는 제1분절부(392)의 하면에 설치될 수 있으며, 역추진이 가능하여 장애상태를 쉽게 해소할 수 있다.

이 경우 역추진 분사의 힘과 꼬리를 흔드는 힘의 차이를 조절해 역추진 또는 정지 또는 느리게 전진 등을 조절할 수도 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에서는 도 13의 예시와 같이 로봇물고기의 외표면에 스킨(600)을 덮어 씌울 수 있다.

로봇물고기는 다수의 관절을 갖고, 그 관절이 노출된 상태로 운용되기 때문에 수족관 내부에 존재하는 각종 수초 또는 줄과 같은 장애요인에 관절에 끼이는 경우가 종종 발생한다.

그런데, 종래의 경우에는 이를 해결할 방법이 없어 로봇물고기를 건져낸 후 일일이 관리해야 하므로 관리상 많은 불편이 따랐다.

이에, 본 발명에서는 플렉시블한 스킨(600)을 외피로 구성하여 관절부분을 밀폐하여 노출되지 않게 함으로써 수초나 줄 등의 장애물이 관절에 끼지 않도록 사전에 방지할 수 있다.

이때, 스킨(600)은 관절의 운동에 방해를 주지 않아야 한다.

이를 위해, 본 발명에서는 도시와 같이 스킨(600)이 제1수평부(610)와, 상기 제1수평부(610)로부터 경사 연장된 제1경사부(620)와, 상기 제1경사부(620)로부터 다시 일정길이 경사연장되면서 유영시 신축변형되는 경사변형부(630)와, 상기 경사변형부(630)의 단부로부터 단차지게 경사연장된 제2경사부(640)와, 상기 제2경사부(640)로부터 수평연장된 제2수평부(650)로 이루어지며, 이 구조가 연속적으로 반복되게 구성된다.

그리하여 그 선단과 후단이 각각 고정됨으로써 관절이 꺽일 때 경사변형부(630)가 신축되면서 함께 변형되게 되어 관절꺽임에 따른 스킨(600)의 변형을 완충시킴으로 로봇물고기의 관절이 수초 등에 걸리지 않고 원활하게 유영할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 상기 스킨(600)에는 OLED가 더 설치될 수 있으며, 컨트롤러(300)의 제어신호에 따라 OLED의 색상을 달리 구현하여 시간에 따라 색상 변형되게 함으로써 카멜레온 로봇물고기를 구현할 수도 있다.

특히, CCD 카메라(380)가 촬상한 영상정보를 토대로 그에 맞는 색상 연출이 가능하도록 컨트롤러(300)가 OLED를 조절할 수도 있으며, 경우에 따라서는 광고문구나 홍보문구가 표출되도록 구현할 수도 있다.

이때, 상기 스킨(600)에 설치되는 색상 표현 수단은 OLED에 한정되지 않고, LED 등 다른 표현 수단도 가능함은 물론이다.

또다른 한편, 본 발명에 따른 로봇물고기는 도 14와 같이 서브관절부(220)가 캠-엑츄에이터 방식으로 변형될 수 있다.

도 14에 따르면, 제2분절부(120) 내부에 모터(미도시)에 의해 회전구동되는 캠디스크(700)가 설치될 수 있고, 상기 캠디스크(700)의 일측면에는 편심된 편심축(710)에 캠샤프트(720)의 일단이 힌지 고정될 수 있다.

그리고, 상기 캠샤프트(720)의 타단은 샤프트하우징(730)에 끼워져 분리되지 않게 조립되며, 샤프트하우징(730) 내부에서 샤프트스프링(790)에 의해 완충되면서 출몰되게 구성되어 캠샤프트(720)의 길이가 조절될 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 샤프트하우징(730)의 다른 단부에는 구동기어축(740)이 나사 고정되고, 상기 구동기어축(740)의 단부에는 구동기어(750)가 일체로 형성되며, 구동기어(750)의 원중심은 기어베이스(760)에 축 고정된다.

뿐만 아니라, 상기 기어베이스(760)에는 종동기어(770)가 회전가능하게 축고정되는데, 상기 종동기어(770)는 상기 구동기어(750)와 기어 결합된다.

아울러, 상기 종동기어(770)에는 종동기어축(780)이 연결되고, 상기 종동기어축(780)은 제3분절부(130) 내부로 연장된 후 그 내부에서 고정부재(미도시)에 의해 힌지 결합된다.

따라서, 상기 캠디스크(700)가 회전하게 되면 상기 샤프트스프링(790)의 탄성력을 받으면서 상기 캠샤프트(720)가 폄심축(710)과 함께 회전되면서 샤프트하우징(730) 속을 이동하면서 구동기어(750)를 편심축(710)이 편심된 각도 범위 내에서 왕복회전하게 된다.

이에 따라, 종동기어(770)도 대응되게 회전유동되면서 마치 꼬리를 흔들듯이 제3분절부(130)를 유동시켜 로봇물고기가 원활하게 움직일 수 있게 하여 준다.

이러한 구조는 앞선 실시예와 달리 모터가 계속 한 방향으로만 회전해도 캠-엑츄에이터 구조에 의해 자동적으로 꼬리를 흔드는 운동이 가능한 장점이 있다.

다시 말해, 앞서 설명한 실시예는 모터 자체가 정역방향으로 회전되면서 토크를 발생시켜야 하기 때문에 피로도가 증가할 수 있지만, 도 14의 실시예는 그 만큼 피로도를 줄일 수 있는 장점이 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 로봇물고기는 다양한 기능 장착을 통해 원활한 유영이 가능하여 보다 장수명화를 달성하면서 장애물 회피능력이 뛰어나고, 특히 잠수시 회전잠수가 가능하도록 컨트롤러(300)가 제어함으로써 신속한 잠수가 가능하며, 또한 미세한 부력조절까지 가능하여 원하는 유영 높이에서 관람객에게 신선한 재미를 제공할 수 있다.

110: 제1분절부
120: 제2분절부
130: 제3분절부
210: 메인관절부
220: 서브관절부
300: 컨트롤러

Claims (11)

1. 어수(魚首)를 포함하는 제1분절부(110)와, 어수와 어미 사이의 몸통 일부에 해당하며 회전유영시 기준점을 제공하는 제2분절부(120)와, 어미(魚尾)를 포함하는 제3분절부(130)로 분절되고; 상기 제1분절부(110)와 제2분절부(120)는 메인관절부(210)에 의해 힌지고정되어 상호 회전유동 가능하게 조립되며, 상기 제2분절부(120)와 제3분절부(130)는 서브관절부(220)에 의해 힌지고정되어 상호 회전유동 가능하게 조립된 로봇물고기에 있어서;
   상기 메인관절부(210)는 제1모터(212)에 의해 회전구동되고;
   상기 서브관절부(220)는 제2모터(222)에 의해 회전구동되며;
   상기 제1분절부(110) 내부에는 상기 제1,2모터(212,222)의 구동과 전원공급을 제어하는 컨트롤러(300)가 내장되고;
   상기 제1,2모터(212,222)는 모터케이스(230)와, 모터케이스(230) 내부에 고정설치되는 고정자(232)와, 상기 모터케이스(230)의 개방부를 내측에서 밀폐하는 박판 형태의 세퍼레이트 플레이트(260)와, 상기 모터케이스(230)의 개방부를 외측에서 밀폐하면서 돌출된 축보스(240)와, 상기 축보스(240) 내부에서 제1,2모터축(214,224)에 스플라인 방식으로 고정된 회전자(242)와, 상기 축보스(240)를 관통하는 상기 제1,2모터축(214,224)을 회전지지하는 베어링(250)을 포함하여 상기 고정자(232)와 회전자(242)를 분리시켜 방수성을 증대시키는 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3분절부(130)는 다시 테일링크(LNK)를 통해 테일분절부(TAL)로 분리되고, 상기 테일링크(LNK)는 단순 힌지식으로 링크되며, 상기 테일분절부(TAL)는 실리콘 소재로 제조되어 제3분절부(130)가 유동될 때 그에 추종하면서 후속적으로 흐느적거리는 형태로 유동케 구성한 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 세퍼레이트 플레이트(260)는 회전자(242)와 1mm 이하의 틈새를 유지시키도록 배치 고정된 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1분절부(110)에는 부력조절유닛(400)이 더 설치되되, 상기 부력조절유닛(400)은 로봇물고기의 전진방향으로 개방된 호형상의 인테이크(INTAKE)(410)와, 상기 인테이크(410)의 하단에 조립된 임펠러하우징(412)과, 상기 임펠러하우징(412)에 내장된 임펠러(414) 및 임펠러모터(416)와, 상기 임펠러하우징(412)의 하단에 조립되고 로봇물고기의 제1분절부(110)를 상하로 관통하여 저면에 노출되게 배관된 물도입관(420)과, 상기 물도입관(420)의 단부에 조립된 디퓨져(430)로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 디퓨져(430)는 상기 물도입관(420)의 단부 형상에 맞춰 끼움 조립될 수 있는 형상의 디퓨져관(432)과, 상기 디퓨져관(432)의 내경을 따라 일정간격을 두고 선회류 반대방향으로 각지게 돌출된 삼각돌기(434)로 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
6. 어수(魚首)를 포함하는 제1분절부(110)와, 어수와 어미 사이의 몸통 일부에 해당하며 회전유영시 기준점을 제공하는 제2분절부(120)와, 어미(魚尾)를 포함하는 제3분절부(130)로 분절되고;
   상기 제1분절부(110)와 제2분절부(120)는 메인관절부(210)에 의해 힌지고정되어 상호 회전유동 가능하게 조립되며, 상기 제2분절부(120)와 제3분절부(130)는 서브관절부(220)에 의해 힌지고정되어 상호 회전유동 가능하게 조립된 로봇물고기로서,
   상기 제1,2,3분절부(110,120,130)는, 내부에 컨트롤러나 전원장치가 실링되어 설치되는 케이스가 내장되고, 케이스는 종방향으로 조립부와 피조립부로 분리되어 조립될 때 조립부에 마련된 조립경계부(500)에는 오링(510)이 이중으로 형성되고, 오링(510)들 사이 폭에는 씰러(540)가 도포되며, 오링(510)과 간격을 두고 후크(520)를 형성하고, 상대물인 피조립부에는 후크걸림부(530)를 형성하여 서로 끼워맞출 때 후크 결합되면서 이중 씰링이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 씰러(540)는 마커인 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
8. 청구항 1 또는 6에 있어서,
   상기 제1분절부(110)의 선단인 어수에는 음파발진부(390)가 더 구비되고, 상기 음파발진부(390)는 컨트롤러(300)에 연결되어 주기적인 음파 발진에 따른 맥동을 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
9. 청구항 1 또는 6에 있어서,
   상기 제1,2,3분절부(110,120,130)는 플렉시블한 스킨(600)이 씌워져 보호되는 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 스킨(600)은 제1수평부(610)와, 상기 제1수평부(610)로부터 경사 연장된 제1경사부(620)와, 상기 제1경사부(620)로부터 다시 일정길이 경사연장되면서 유영시 신축변형되는 경사변형부(630)와, 상기 경사변형부(630)의 단부로부터 단차지게 경사연장된 제2경사부(640)와, 상기 제2경사부(640)로부터 수평연장된 제2수평부(650)로 이루어지며, 이 구조가 연속적으로 반복되게 구성된 것을 특징으로 하는 로봇믈고기.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 스킨(600)에는 OLED 또는 LED가 더 설치되고, 컨트롤러(300)와 연결되어 제어신호에 따라 색상을 달리 구현하여 시간에 따라 색상 변화가 이루어진 카멜레온형으로 구현된 것을 특징으로 하는 로봇물고기.
    

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