KR102431532B1 - 원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치 - Google Patents

원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치 Download PDF

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Abstract


본 발명은 구명장치, 혹은 보트, 혹은 잠수정에서 하늘을 비행하는 드론처럼 방향 전환 및 제자리 유지하는 기능을 하도록, 복수 개의 멀티 제트 추력장치를 부착하고 각 추력장치의 모터를 여러 센서 정보를 기반으로 정밀 제어하여 원하는 방향으로 즉시 이동하도록 구성하였다. 구명장치나 보트, 잠수정 등과 같은 다양한 부유체 형태에 최소 3개 이상의 멀티 추력장치(프로펠러 혹은 워터 및 에어 펌프)를 부착하고, 항해 제어 컴퓨터 장치(CCC : Cruise Control System)로 관성센서 및 GPS 위성수신기 기반으로 원하는 방향으로 이동토록 각 추력장치를 정밀 제어한다.

본 발명을 통하여 수상에서 전·후·좌·우로 즉시 방향 전환할 수 있는 새로운 구명 장치(이하, 보트 및 잠수정 포함)가 제공되어 익수자 근처로 신속하게 이동할 수 있어 골든타임을 확보, 익수자 구조에 기여하는 효과가 있다. 현재 선박 등은 프로펠러로 대표되는 단일 추진장치를 사용하므로 긴 반경으로 선회 방향 전환을 하고, 물결 및 파도에 밀리기 때문에 특정 위치에 정지해 있을 수 없지만, 본 발명의 복수 개의 멀티제트 방식은 방향 전환이 즉시 이루어지며, 특정 위치에 정지해 있을 수 있는 새로운 형태의 항해 수단(배, 잠수정, 튜브)을 구현할 수 있다.

Description

원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치{Multi jet life saving devices that can be instantly switched to any direction with remote or self controller}
해마다 전 세계적으로 37만 명 내외의 익사자가 발생한다. 이를 방지하기 위해 선박 안전장비 및 수변 근처에 설치해 두는 구명장치(구명환)에 대하여 다양한 시도가 이루어지고 있다. 일례로 대한민국 등록특허 제10 - 1301614호는 구명환이 탑재된 무선조종 보트로, 무선 조종에 의해 익수자가 위치한 곳까지 신속하게 선체를 도달시켜 구조 활동이 용이할 뿐만 아니라, 선체를 익수자에게 접근시킨 후 에어백을 전개시켜 익수자가 붙잡을 수 있는 부력을 제공하여 익수자를 안전하게 구조할 수 있는 구명환이 탑재된 무선조종 보트에 관한 것이다. 그러나 무선조종 보트에 구명환이 탑재되어 운용된다는 한계가 있으며, 무선조종 보트는 1 ~ 2개의 수중 프로펠러로 추진하므로 익수자와 직접 접촉시 상해 위험성이 있고, 자유자재로 방향 전환이 가능한 멀티콥터 비행 드론에 비해 상대적으로 방향 제어가 쉽지 않아 익수자 근처로 신속한 이동이 어렵다는 문제점이 있다.
비행 드론은 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인비행기(UAV : Unmanned aerial vehicle)의 총칭으로, 2010년을 전후하여 군사적 용도 외 다양한 민간 분야에 활용되고 있다. 헬리콥터나 드론처럼 프로펠러의 회전에 의해 양력을 발생시키는 비행 물체의 경우, 프로펠러 회전의 반작용에 의해 본체가 프로펠러가 회전하는 반대 방향으로 회전하게 된다. 싱글로터 헬리콥터의 경우 이 문제를 해결하기 위해 테일 로터(tail rotor)가 필요하지만, 드론은 앞뒤 프로펠러의 회전을 반대로 하여 프로펠러 회전에 의해 발생하는 반작용을 상쇄시키는 원리를 기본으로 한다. 즉, 드론은 각각의 로터 프로페러 회전을 제어하여 상승비행모드(ascend), 하강비행모드(descend), 전진비행모드 (forward), 후진비행모드(backward), 우횡비행모드(roll right), 좌횡비행모드 (roll left), 좌회전비행모드(yaw left), 우회전비행모드(yaw right)가 가능하다.
본 발명은 구명장치를 무선 원격조종으로 익수자 근처까지 신속히 유도하여 물에 빠진 인명을 구조하도록, 방향 전환시 선회 반경이 필요한 현행 수상 항해 장치와 달리 순간적인 방향 전환이 가능한 구명장치에 관한 것이다. 원격조종으로 익수자 근처로 유도하는 구명보트 혹은 구명튜브가 다양하게 소개되었지만, 현행 보트(배) 추진 방식을 그대로 적용하여 방향 전환이 바로 실행되지 못하고 선회를 통해 방향 전환이 이루어지므로, 익수자 근처에 신속하게 도달하도록 조종하기 어렵다. 본 발명은, 비행 드론처럼 즉각적인 방향 전환이 가능한 수상 운송 수단의 추진 체계 및 용이한 조종 방법을 익수자를 구조하는 구명 장치(이하 보트 및 잠수정 포함)에 적용한 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 수상 인명 사고 발생시 신속하게 장애물 혹은 수난자와의 충돌을 방지하며 이동할 수 있도록, 하늘의 멀티콥터처럼 수상에서도 방향 전환이 즉시 실행되는, 복수 개의 프로펠러 혹은 물을 뿜어 추진력을 얻는 제트 추진 장치(워터펌프 및 에어펌프, 노즐)를 복수 개 설치한 구명장치에 관한 것이다. 상기와 같은 멀티제트 방식의 구명튜브는 사고발생 지점으로 직접 출동 혹은 드론에 탑재되어 익수자 근처에 투하된 후. 자체 추진력으로 즉시 방향 전환하면서 가까이 접근하여 익수자를 구조하도록 운용할 수 있다. 기존 구명장치는 물결 및 파도에 의해 떠내려가는 문제점이 있지만, 새로운 구명장치는 이를 극복하여 자체 추진력으로 특정 위치를 유지할 수 있어야 한다.
관련 선행 특허 명세서에 설명된 바와 같이, 일반적으로 강, 호수, 저수지, 바다와 같이 수량이 풍부한 장소에서는 익사 사고가 빈번하게 발생하게 된다. 세계적으로 연간 37만 명의 익사자가 발생한다. 이러한 익사 사고는 수영 미숙, 과도한 음주 후 입수, 선박의 전복 등과 같은 위급 상황 발생시, 신속하고 적절하게 대응하지 못하여 발생하게 된다. 따라서, 익사 사고가 빈번하게 발생하는 장소에는 인명을 구조할 수 있는 장비가 설치되거나 또는 인명 구조원이 상주하여 익사 사고를 예방하게 된다. 이러한 익사 사고는 대부분 신속한 구조가 이루어지지 못했거나, 제대로 안전교육을 받지 않은 일반인이 직접 구조하러 들어가서 도리어 익수자와 함께 익사하는 안타까운 경우도 발생하게 된다. 또한, 가까이 위치한 익수자에게는 물 밖에서 구명튜브나 로프 또는 길다란 막대 등을 던져 익수자를 구출할 수 있으나, 거리가 먼 경우에는 구명 튜브나 로프가 익수자에게 도달하지 않거나 정확하게 도달하지 않아 실패할 확률이 높고, 성공하더라도 시간이 많이 소요되어 자칫 익수자가 의식을 잃거나 로프 등을 놓쳐 구출 작업이 모두 허사가 될 수 있다. 먼 거리에 위치한 익수자를 구조하기 위한 선행기술로 실용신안등록 제20 - 03902304호의 "익수자 구조용 소형 무선조종 보트"와 특허등록 제10 - 1301614호의 "구명정이 탑재된 무선조종 보트"가 있다. 선행 기술로 "구명정이 탑재된 무선조종 보트"를 설명하면, 구명환이 탑재된 무선조종 보트는, 선체에 무선 송수신부, 제어부 및 구동부가 장착되어 프로펠러 및 방향키를 무선신호로 제어한다. 선체의 선수에 설치되고 익수자의 체온을 감지하여 선체가 익수자를 향해 항해하도록 방향키를 제어하는 제어부에 감지신호를 송신하는 열감지 센서와, 선체의 갑판에 형성된 안치 홈에 탑재하는 구명환과, 선체의 갑판 산에 마련되고 선체가 익수자와 근접하게 되면 에어백을 전개시키는 에어백 모듈 및 선체의 선미에 마련되고 구조용 와이어가 권선되는 전동 릴을 구성한다. 에어 백이 선체를 중심으로 사방으로 전개되어 익수자가 용이하게 에어백을 붙잡을 수 있어 익수자에게 신속하게 부력을 제공하도록 구성되어 있다. 그러나 물결 및 파도가 있는 경우 조종이 어려운 무선조종 보트와 구명환이 분리되어 운용된다는 한계와 무선조종 보트의 프로펠러가 외부에 노출되어 익수자에게 상해를 가할 우려 등의 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 포르투갈의 노라스 퍼포먼스(Noras performance) 회사에서는 리모컨을 이용해서 원격으로 조종할 수 있는 구명용 부이인 "U-Safe"를 개발하였다. "U-Safe"는 물속에서 자체적으로 추진력을 가지고 안정적으로 움직일 수 있도록, 2개의 에어 펌프를 양단에 설치하여(총 중량 8kg, 크기 100 x 80 x 20 cm), 물에 빠진 사람에게 신속하게 도달할 수 있도록 부력(200kg)과 추진력(속도 15 knots, 3마일 범위, 40분 운용)이 충분하므로 익수자를 안전한 곳으로 옮겨올 수 있다. 그러나 "U-Safe" 무선조종 부이는 2개의 수중 에어 펌프의 제트로 추진하므로 후진은 불가능하고, 목표물을 지났을 경우 긴 반경을 두고 선회해야 하며, 물결 파도에 밀려날 경우 원래 위치로 돌아가기 어렵다. 현재까지 알려진 구명장치및 보트 및 잠수정 등은 하늘에서 자유자재로 방향 전환하면서 비행하는 드론에 비해 상대적으로 익수자 근처 목적지로 접근하기 위한 방향 전환이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 익수자 근처에 어렵게 도달하더라도 물결 및 파도에 의해 밀려날 경우 원래 위치로 도달하기 위해서는, 다시 선회하여 접근해야 하기 때문에 구조 시간이 중요한 구명장치로 사용하는데 한계가 있다.
세계적으로 연간 37만 명 익사자가 발생한다. 이를 최소화하기 위하여 구명튜브를 탑재한 무선조종 보트, 부이(buoy)에 추진기관을 설치한 무선조종 부이 등이 국내·외에서 발표되었지만, 현재까지 적용된 단일 방향의 추력(엔진) 방식으로는 익수자에게 신속하게 접근하기 위한 방향 제어가 쉽지 않다는 문제점이 있다. 마찬가지로 고정익 항공기도 호버링 비행이 불가능하고 방향 선회시 큰 선회 반경을 갖는 등 조종이 쉽지 않았지만, 멀티콥터 형태의 드론이 발표되면서 상기 문제점들이 해결되었다. 무선조종 구명환 등과 같이 부력을 제공하는 구명장치(이하 보트 및 잠수정 포함)를 이용하여, 익수자를 신속하게 구조하기 위해서는 다음과 같은 과제를 해결해야 한다.
첫째, 익수자 근처에 구명튜브를 정확하게 던지더라도 물결 및 파도에 의하여 다른 곳으로 이동할 우려가 있으므로, 인명 구조를 신속하게 하기 위해서는 비행 드론처럼 전·후·좌·우로 신속히 방향 전환할 수 있는 새로운 구명장치 추진 방식 및 제어장치가 필요하다.
둘째, 비행 드론처럼 원하는 방향으로 똑바로 이동하도록, 구명장치도 수상에서 흔들림 및 물결과 파도 등의 영향을 극복하면서 똑바로 이동하도록 구성할 필요가 있다.
셋째, 원거리에서 원격 조종할 경우, 구조 현장 관측 시야에 제한이 있으므로, 익수자 근처에 도달시 구명장치를 자동 조종하여 익수자 근처로 접근하도록 구성할 필요가 있다.
넷째, 익수자가 구명 장치를 잡은 후, 의식이 정상화되면 구명 장치를 익수자가 조작하여 원하는 장소로 이동할 수 있도록 구성할 필요가 있다.
다섯째, 임의의 방향으로 바로 이동할 수 있는 구명 장치는 물놀이 기구로 발전할 수 있는 만큼, 전용 무선조종장치와 함께 스마트폰을 통해서도 원격 조종할 수 있도록 제공할 필요가 있다.
여섯째, 파도 등에 의해 뒤집어 지거나, 익수자가 어느 방향에서 잡더라도 추진 및 원격 조종 가능하도록, 상·하(뒤집어 진 상태)와 전·후·좌·우 구분이 없도록 구성할 필요가 있다.
수상 보트와 같이 고정익 항공기는 호버링 비행이 불가능하고, 방향 선회시 큰 선회 반경을 갖는 등 조종이 쉽지 않았다. 무선조종 헬리콥터도 정지비행은 가능하지만, 테일 로터가 추가되면서 고정익 항공기에 비해 원격 조종이 더욱 어렵다. 그러나, 쿼드롭터 형태의 드론은 4개 프로펠러에서 발생하는 양력 및 토오크 차이를 제어하여, 정지비행 및 방향 전환을 안정적으로 수행한다. 즉 쿼드롭터는 프로펠러가 마주보는 2쌍씩(대각선) 같은 방향으로 회전시켜, 고속으로 회전하면 제자리에서 상승하고, 저속으로 회전하면 하강하며, 진행하고자 하는 방향의 프로펠러 회전 속도를 줄이면 기체가 그 방향으로 기울어지면서 기울어진 방향으로 이동하게 된다. 프로펠러의 갯수의 따라 쿼드롭터, 헥사콥터(hexa copter), 옥타콥터(octo copter)로 부른다.
구명장치 혹은 보트, 혹은 잠수정에서도 비행 드론처럼 방향 전환 및 제자리 유지하는 기능을 하도록 구성하기 위해서는, 드론처럼 복수 개의 추력 장치를 부착하고, 여러 센서 정보를 기반으로 원하는 방향으로 이동하도록 각 추력 장치의 모터를 정밀 제어하도록 구성해야 있다. 즉 구명 장치(구명환 포함)나 보트, 잠수정 등과 같은 부유체 형태에 최소 3개 이상의 멀티 추력 장치(프로펠러 혹은 워터 및 에어 펌프)를 부착하고, 관성센서 및 GPS 위성수신기 센서 기반의 정밀 항해 제어 컴퓨터 장치(CCC : Cruise Control System, 비행 드론의 FCC/Flight Control Computer 역할)를 포함 적용하여야 한다. 방향 전환이 자유로운 구명 장치를 물놀이 기구로 범위 확대될 경우, 스마트폰을 통해서도 원격 조종할 수 있도록 항해 제어 컴퓨터 장치(CCC)에 무선랜 혹은 블루투쓰 무선통신 방식을 탑재한다. 추가로 구명 장치뿐만 아니라 일반 물놀이에 사용할 수 있는 조종 스틱형 조종장치를 부착한 형태로 제공할 경우, 조종 스틱형 조종장치보다 우선하여 부모 등의 스마트폰으로 원격 조종하여 안전 귀환시킬 필요가 있다. 구명장치는 사용자와 직접 접촉하므로 에어펌프 혹은 워터펌프를 적용한다. 구명장치에 장착된 각 방향의 멀티 제트(이하, 워터 혹은 에어펌프) 추력 장치는 파도 등에 의해 뒤집어 지거나 익수자가 어느 방향에서 잡더라도 원격조종이 가능하도록 상·하 및 전·후·좌·우 구분이 없도록 공기 및 물 흡입구를 양단에 설치하도록 구성할 필요가 있다.
이를 통하여, 신속한 인명 구조를 위한 전·후·좌·우로 즉시 방향 전환할 수 있는 새로운 구명 장치(이하, 보트 및 잠수정 포함) 추력 수단 및 제어장치가 제공된다. 구명 장치가 물결 및 파도에 의하여 다른 곳으로 이동하더라도, 즉시 방향 전환으로 익수자 근처로 이동시킬 수 있다.

본 발명에 따른 원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치는 수상에서 부력을 확보해주는 부력체(4)와; 상기 부력체(4)에 고정되고, 부력체 주변의 액체를 흡입하여 배출하여 부력체에 추력을 제공하도록 구성된 복수의 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)와; 상기 각각의 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)에 장착된 노즐(9)과; 상기 부력체(4)에 장착되어 상기 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)들의 출력을 제어하기 위한 제어장치와; 상기 제어장치과 워터 펌프 모터에 전력을 공급하기 위한 배터리(2)를 포함하고, 상기 제어장치는 워터펌프 구동수단과 무선통신수단과 조종 스틱과 적외선 센서와 카메라와 GPS 위성수신기를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 무선통신수단을 통하여 전송된 위치정보와 GPS 위성수신기의 부력체 위치정보를 비교하여 부력체를 무선통신수단을 통하여 전송된 위치로 이동하도록 상기 복수의 워터 펌프 모터를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 조종 스틱을 통하여 상기 부력체의 복수의 워터 펌프 모터를 제어명령이 입력될 경우, 상기 무선통신수단을 통하여 전송된 위치정보와 GPS 위성수신기의 부력체 위치정보를 무시하고 상기 복수의 워터 펌프 모터를 제어하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 카메라와 상기 적외선 센서의 신호를 입력받아 무선통신수단으로 전송하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 복수의 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)는 4개로 구성되고, 상기 부력체(4)의 중심을 향하여 마주보도록 대칭으로 배치되고, 부력체(4)의 중심을 향하여 추력을 가하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 무선통신수단을 통하여 전송받은 위치에 도달한 경우 부력체(40)를 수상에서 호버링시키거나 방향 전환시키기 위하여, 서로 마주보는 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)의 추력을 미세하게 제어하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제어장치는, 시계방향이나 반시계 방향을 따라 4개의 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)의 추력을 순차로 제어하여 이동 부력체(4)의 방향을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치.
본 발명은 구명 장치, 혹은 보트, 혹은 잠수정에서 하늘을 비행하는 드론처럼 방향 전환 및 제자리 유지하는 기능을 제공하도록, 복수 개의 멀티 제트 추력 장치를 부착하고, 각 추력 장치의 모터를 여러 센서 정보를 기반으로 정밀 제어하여 원하는 방향으로 이동하도록 구성하였다. 즉, 구명장치나 보트, 잠수정 등과 같은 부유체 형태에 최소 3개 이상의 멀티 추력 장치(프로펠러 혹은 워터 및 에어 펌프)를 부착하고, 항해 제어 컴퓨터 장치(CCC : Cruise Control System)로 관성센서 및 GPS 위성수신기 기반으로 각 추력 장치의 출력을 정밀 제어한다. 본 발명을 통하여 수상 및 수중에서도 자유자재로 방향 전환 및 특정 위치에서 정지 가능한 운송 수단이 제공됨으로써 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 수상에서 전·후·좌·우로 즉시 방향 전환할 수 있는 새로운 구명 장치(이하, 보트 및 잠수정 포함)가 제공되어, 익수자 근처로 신속하게 이동할 수 있어 골든 타임을 확보, 익수자 구조에 기여하는 효과가 크다.
둘째, 익수자 근처로 구명장치를 던지거나 투하한 후, 물결 혹은 파도에 의하여 구명장치가 밀려나는(표류하는) 경우에도, 원격조종 혹은 적외선 및 카메라센서로 자동 인식하여 익수자 근처로 신속히 이동시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째, 현재 선박 등은 프로펠러로 대표되는 단일 추진 장치를 사용하므로 긴 반경으로 선회 방향 전환을 하고, 물결 및 파도에 밀리기 때문에 특정 위치에 정지해 있을 수 없지만, 본 발명의 복수 개의 멀티 제트 방식은 방향 전환이 즉시 이루어지면서 특정 위치에 정지해 있을 수 있는 새로운 형태의 운송 장치(배, 잠수정, 튜브)를 제공하는 효과가 있다.
넷째, 사용자가 조종 스틱 형태의 자체 조종장치로 자유자재로 방향 전환이 되므로 재미를 느낄 수 있는 물놀이 구명 장치(튜브 및 보트)를 제공하는 효과가 있으며, 항해 제어 컴퓨터에 무선랜을 포함시킬 경우 구명 장치를 사용하는 아이들을 스마트폰으로 원격 조종하여 안전한 위치로 이동시키는 효과가 있다.
제 1 도는 익수자 근처로 던지는 구명환 장치 이미지도이다.
제 2 도는 바주카포처럼 쏘아 던지는 구명튜브 이미지도이다.
제 3 도는 원격조종이 가능한 구명환을 탑재한 무선조종 보트의 이미지도이다.
제 4 도는 익수자 근처에 구명환을 투하하는 해양구조 드론의 이미지도이다
제 5 도는 포르투갈 노라스 사의 듀얼 제트 원격조종 구명 보트인 'U safe'의 이미지도이다.
제 6 도는 본 발명의 자유로이 방향전환이 가능한 멀티 제트 원격조종 구명장치 개념도이다.
제 7 도는 본 발명의 멀티제트 원격조종 구명장치의 방향전환 및 회전 원리도이다.
제 8 도는 기존 단일 추력 선박과 본 발명의 멀티 제트 추력 방식의 선회 방식 비교도이다.
제 9 도는 본 발명의 멀티제트 원격조종 구명 장치의 구성도이다.
제 10 도는 본 발명의 멀티제트 구명 장치의 항해 조종 컴퓨터(CCC)의 구성도이다.
전 세계적으로 연간 익사자는 37만 명에 달하는 만큼, 보다 신속하고 안전한 구명장치를 개발하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있으며, 최근에는 드론으로 익수자 근처에 접근하여 3kg 내외의 구명환을 직접 투하하는 방식도 검토되고 있다. 원격조종으로 익수자 근처로 유도하는 구명보트 혹은 구명튜브도 소개되었지만, 현행 배 추진 원리를 그대로 적용하여 전진하면서 선회 방향 전환을 하므로 원하는 목적지까지 도달하도록 조종하기 어렵다. 특히, 구명보트의 프로펠러는 익수자와 접촉시 손상을 입힐 우려가 있다. 본 발명은 무선 원격조종으로 안전한 장소까지 유도하여 물에 빠진 인명을 구조할 수 있는 구명장치에 관한 것이다. 본 발명은, 비행 드론처럼 즉각적인 방향 전환 체계 및 용이한 조종 방법을 익수자를 구조하는 구명 장치에 적용하는 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 수상 인명 사고 발생시 신속하게 장애물 혹은 수난자와의 충돌을 방지하며 이동할 수 있도록, 하늘의 멀티콥터처럼 수상에서도 방향 전환이 즉시 실행되는, 복수 개의 프로펠러 혹은 물(공기)을 뿜어 추진력을 얻는 제트 추력 장치를 복수 개 설치한 구명 장치에 관한 것이다. 상기와 같은 멀티제트 방식의 구명장치는 사고발생 지점으로 직접 출동 하거나 혹은 드론에 탑재되어 익수자 근처에 투하된 후. 익수자에 가까이 접근하여 구조하도록 운용할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
제 1 도는 익수자 근처로 던지는 구명환 장치 이미지도이다. 선박 혹은 수변 공간 주변에는 밧줄을 연결한 무게 3kg 내외의 구명환이 비치되어 있지만, 전문 구조 요원이 던지더라도 20m 이내로 제한된다. 제 2 도는 바주카포처럼 쏘아 던지는 구명튜브 이미지도이다. 구조요원이 손으로 던지는 것보다는 화약 및 스프링 힘을 이용하므로 멀리 있는 익수자도 구조할 수 있다는 개념이다. 제 3 도는 원격조종이 가능한 구명환을 탑재한 무선조종 보트의 이미지도이다. 취미로 사용하는 RC(Remote Control) 조종보트를 확대하여 구명환을 실어, 익수자 근처에 도달하면 구명환을 내려놓는 개념이다. 무선(RC)조종보트는 가시거리 내에서는 유용할 수 있어 국내에서도 일부 소방청에서 운용하고 있지만, 무선조종 보트를 정확한 위치로 원격 조종하기 어렵다. 물결 및 파도에 의해 익수자와 무선조종보트의 프로펠러가 부딪히지 않도록 하는 것과 같은 안전 대책도 필요하다. 제 4 도는 익수자 근처에 구명환을 투하하는 해양구조 드론의 이미지도이다. 익수자 2 ~ 3m 상공에서 구명환을 익수자 근처에 투하하여 익수자를 구조하는 개념이다. 최소 구명환 3kg 페이로드가 가능한 대형 드론이 이착륙할 수 있는 지역으로 한정되며, 구명환이 물결 및 파도에 의해 흘러갈 경우 구조 효과가 제한된다는 문제점이 있다. 제 5 도는 포르투갈 노라스 사의 듀얼 제트 원격조종 구명 보트인 'U safe'의 이미지도로 2015년에 발표된 가장 진보된 구명장치로 알려져 있다. 에어펌프로 추력을 얻기 때문에 후진이 되지 않아, 정확하게 목표지점까지 조종하기 어렵고 특히 물결 및 파도가 있을 경우 익수자 근처에 접근하기 어렵다는 문제로 상용화는 지연되고 있다.
제 6 도는 본 발명의 자유로이 방향전환이 가능한 멀티 제트 원격조종 구명장치 개념도이다. 현재 수상 운행 수단인 보트나 잠수함처럼 단일 방향 추력 장치를 적용하는 경우에는, 고정익 비행기처럼 정지 비행 및 즉시 방향 전환이 불가능하다. 그러나 프로펠러를 복수 개 설치한 비행 드론은 각 프로펠러의 회전속도를 비행제어컴퓨터(FCC)에서 관성센서 등의 정보를 기반으로 정밀 제어하여 정지비행 및 즉시 방향전환이 가능하다. 본 발명은 구명 장치의 효용을 높이기 위해서 멀티콥터처럼 복수 개의 추력 장치(에어 혹은 워터펌프 모터 + 노즐)를 방향별로 설치하여, 각 추력 장치를 제어함으로써 멀티콥터처럼 즉시 방향전환이 가능하고, 물결 및 파도의 영향을 극복하여 제자리에 머물러 있는 기능을 구현하였다. 이를 발전시켜 수상 보트 및 잠수정에도 적용할 수 있다. 현재 보트의 경우 특정 위치에 머무르려면 닻을 내리는 방법 외에 없지만, 본 발명은 각 추력 장치를 제어하여 특정 위치에 머물러 있을 수 있다.
제 7 도는 본 발명의 멀티제트 원격조종 구명장치의 방향전환 및 회전 원리도이다. 4개의 추력 장치(에어 혹은 워터펌프 모터 + 노즐)를 설치하는 경우 전진하기 위해서는 하단의 2개 추력 장치를 가동시키면 전진 방향의 추력이 발생하게 된다. 하단의 2개 추력 장치를 강하게 가동시키면 빨라지고, 약하게 가동시키면 느려진다. 전진하면서 좌우로 흔들리는 것은 좌우 추력 장치의 추력을 가감시켜 최소화시킬 수 있다. 전진하다가 후진하려면, 하단 2개 추력 장치를 오프시키고 상단 2개 추력 장치를 가동시킨다. 전진하다가 우측으로 이동하려면, 하단 2개 추력 장치를 오프시키고 좌측 2개 추력 장치를 가동시킨다. 전진하다가 좌측으로 이동하려면, 하단 2개 추력 장치를 오프시키고 우측 2개 추력 장치를 가동시킨다. 45도 방향으로 이동하려면 해당되는 1개의 추력 장치만 가동시키면 된다. 4개의 추력 장치를 활용하여, 정지하려면 밀려나는 반대 방향의 추력을 만들어내는 추력 장치를 미세하게 피드백 가동시키는 방식으로 구현된다. 시계 방향으로 회전하려면 4개의 추력 장치중 1개씩 시계 방향으로 미세하게 순차적으로 가동시키면 된다. 역으로 시계 반대 방향으로 회전하려면 4개의 추력 장치중 1개씩 시계 반대 방향으로 미세하게 순차적으로 가동시키면 된다. 비행 드론은 프로펠러 회전 에너지를 대부분 양력을 만들어내는데 사용되므로 비행시간이 제한되지만, 수상을 항해하는 수단에서는 부력으로 떠 있으므로 추력 장치의 에너지는 대부분 이동 및 회전, 자세 제어하는데 사용된다는 이점이 있다. 제 8 도와 같이 기존 단일 추력 선박과 본 발명의 멀티 제트 추력 방식의 선회 방식을 비교할 수 있다.
제 9 도는 본 발명의 멀티제트 원격조종 구명 장치의 구성도이다. 수상 및 수중 운행 수단에 있어서, 원하는 방향으로 즉시 방향 전환이 가능한 구명장치 및 보트 혹은 잠수정을 다음과 같이 구현하고자 한다. 수상에서 부력을 확보해주는 부력체(4); 복수 개 방향의 추력(10)을 만들어 내도록 해당 방향에 각각 설치한 복수 개의 추진 모터 (6,7,8,9); 원격 조종 혹은 조종 스틱(1)으로 해당 방향으로 이동하도록 복수 개의 추진 모터(6,7,8,9)의 출력을 각각 제어하기 위한 무선통신 및 제어 장치(5, 항해제어컴퓨터/CCC); 복수 개의 추진 모터(6,7,8,9)에 전력을 공급하기 위한 배터리(2)로 구성한다. 이 경우, 복수 개 방향의 추진력(10)을 만들어 내는 노즐(9)을 포함한 해당 방향에 각각 설치한 추진 모터 (6,7,8,9)의 출력을 각각 제어하여, 이동하는 방향 및 추력(thrust)의 크기를 결정한다.
이 경우, 이동하려는 방향으로 추력(thrust)을 만들어 내도록, 이동 방향의 추력(10)을 만들어 내는 해당 추진 모터 (6,7,8,9)의 출력을 제어하면서, 이동할 때 물결 및 파도에 의해 밀리는 힘이 작용하는 경우, 반대 방향의 힘을 발생시키는 추진 모터 (6,7,8,9)의 출력을 높여, 부력체(4)가 똑바로 진행하도록 구성한다.
일례로 4 개 방향의 추력(10)을 만들어 내도록, 각 방향의 추력을 담당하는 4 개 추진모터(6,7,8,9)의 출력을 각각 제어하여, 이동하는 방향을 결정한다. 이 경우, 각 방향을 담당하는 추진모터(6,7,8,9)는, 프로펠러; 혹은, 에어펌프 및 노즐; 혹은, 워터 펌프 및 노즐 형태로 구성하여 설치된 방향으로 추력을 만들어내도록 구성한다.
이 경우, 4개의 추력 장치(에어 혹은 워터펌프 모터 + 노즐)를 설치하는 경우 전진하기 위해서는 하단의 2개 추력 장치를 가동시켜, 전진 방향의 추력을 발생하는 수단; 선택적으로, 하단의 2개 추력 장치를 강하게 가동시키면 빨라지고, 약하게 가동시키면 느려지도록 제어한다. 혹은, 전진하면서 좌우로 흔들리는 것은 좌우 추력 장치의 추력을 가감시켜 최소화하도록 제어한다. 혹은, 전진하다가 후진하려면, 하단 2개 추력 장치를 오프시키고 상단 2개 추력 장치를 가동시키도록 제어한다. 혹은, 전진하다가 우측으로 이동하려면, 하단 2개 추력 장치를 오프시키고 좌측 2개 추력 장치를 가동시키도록 제어한다. 혹은, 전진하다가 좌측으로 이동하려면, 하단 2개 추력 장치를 오프시키고 우측 2개 추력 장치를 가동시키도록 제어한다. 혹은, 45도 방향으로 이동하려면 해당되는 1개의 추력 장치만 가동시키도록 제어한다. 혹은, 정지하려면 4개의 추력 장치에서, 밀려나는 반대 방향의 추력을 만들어내는 추력 장치를 미세하게 피드백 가동시키는 방식으로 구현하도록 제어한다. 혹은, 시계 방향으로 회전하려면 4개의 추력 장치중 1개씩 시계 방향으로 미세하게 순차적으로 가동시키도록 제어한다. 혹은, 시계 반대 방향으로 회전하려면 4개의 추력 장치중 1개씩 시계 반대 방향으로 미세하게 순차적으로 가동시키도록 제어한다.
이 경우 항해 제어 컴퓨터(Cruise Control Computer)인 무선통신 및 제어장치(5)는, 부력체(4)에 탑재된 관성 센서(자이로센서 및 가속도센서 및 방위각센서) 혹은 GPS 위성수신기를 기준으로, 각 방향의 추력을 발생시키는 추진모터(6,7,8,9)의 출력을 제어하여 원하는 방향으로 이동하도록 구성한다.
이 경우, 무선통신 및 제어장치(5)는, 관성 센서 혹은 GPS 위성수신기를 기준으로, 각 방향을 담당하는 추진모터(6,7,8,9)의 출력을 제어하여 부력체(4)가 외부 물결 및 파도의 영향으로 이동하는 경우에도, 특정 위치에 머무르도록 제어한다.
잠수정과 같이 수중을 항해하는 경우, 수중으로 내려가거나 혹은 수중에서 위로 부상할 경우, 부력체(4)에 물을 채우거나 배출하는 방식과 같이 부력을 조절하여 상하 이동하도록 구성한다.
이와 함께, 효율적인 익수자 구조를 위하여, 원격조종 및 자동 인식으로 익수자 근처로 이동하기 위한 적외선 센서 및 카메라센서(6)를 포함하여 구성한다.
이 경우, 조종 스틱(1)으로 사용자가 이동 방향을 지시하는 수단; 무선통신 및 제어장치(5)는 관성 센서 혹은 GPS 위성수신기를 기준으로, 각 방향의 추력을 발생시키는 추진모터(6,7,8,9)를 제어하여 지시하는 방향으로 이동하도록 구성한다.
제 10 도는 본 발명의 멀티제트 구명 장치 항해 조종 컴퓨터(CCC)의 구성도이다. 항해 조종 컴퓨터를 구성하는 무선통신 및 제어장치는, 항해 제어 컴퓨터(160) ; 원격 조종을 위한 무선통신수단(160); 현재 위치 및 이동해야 할 방향을 결정하기 위한 GPS 위성수신기(170); 선택적으로, 주변을 모니터링 혹은 익사자를 자동 인식하기 위한 적외선센서 및 카메라센서(210); 선택적으로, 사용자가 방향을 조정하기 위한 조종 스틱(180); 원하는 방향으로 흔들림을 최소화하여 안정적으로 자세 제어하며 이동시키기 위한 관성센서(190); 각 추진 모터(100, 110, 120, 130)를 구동하는 펌프모터 구동수단(140)으로 구성한다.
본 발명은 사용자가 조종 스틱 형태의 자체 조종장치로 자유자재로 방향 전환이 되므로 재미를 느낄 수 있는 물놀이 구명 장치(튜브 및 보트)로 발전될 전망이며, 항해 제어 컴퓨터에 무선랜 혹은 블루투쓰 모듈(장치)을 포함시킬 경우 구명 장치를 사용하는 아이들을 부모는 스마트폰으로 원격 조종하여 안전한 위치로 이동시키도록 구성할 수 있다. 즉, 조종 스틱(1)으로 구명장치를 자체적으로 이동 방향을 지시하는 수단; 무선통신 및 제어장치(5)는 스마트폰과 통신하기 위한 무선랜 혹은 블루투쓰통신 장치를 탑재하여, 조종 스틱(1)으로 사용자가 자체 조종하더라도, 스마트폰을 통해 입력되는 원격 조종 명령을 우선적으로 처리하도록 구성한다.
이상과 같이 본 발명은 구명 장치, 혹은 보트, 혹은 잠수정에서 하늘을 비행하는 드론처럼 방향 전환 및 제자리 유지하는 기능을 제공하도록, 복수 개의 멀티 제트 추력 장치를 부착하고, 각 추력 장치의 모터를 여러 센서 정보를 기반으로 정밀 제어하여 원하는 방향으로 이동하도록 구성하였다. 이를 통하여 수상에서 전·후·좌·우로 즉시 방향 전환할 수 있는 새로운 구명 장치(이하, 보트 및 잠수정 포함)가 제공되어, 익수자 근처로 신속하게 이동할 수 있어 골든 타임을 확보, 익수자 구조에 기여하는 효과가 크다.
1 : 조종 스틱 2 : 배터리
3 : 무선통신 및 제어장치 4 : 부력체
5 : 적외선센서 및 카메라센서 6 : 추진모터 #1
7 : 추진모터 #2 8 : 추진모터 #3
9 : 추진모터 #4 10 : 추력(thrust)
100 : 모터 #1 110 : 모터 #2
120 : 모터 #3 130 : 모터 #N
140 : 펌프모터 구동수단 150 : 항해 제어 컴퓨터
160 : 무선통신수단 170 : GPS 위성수신기
180 : 조종 스틱 190 : 관성센서
200 : 전원공급수단 210 : 적외선센서 및 카메라센서

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  22. 수상에서 부력을 확보해주는 부력체(4)와;
    상기 부력체(4)에 고정되고, 부력체 주변의 액체를 흡입하여 배출하여 부력체에 추력을 제공하도록 구성된 복수의 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)와;
    상기 각각의 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)에 장착된 노즐(9)과;
    상기 부력체(4)에 장착되어 상기 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)들의 출력을 제어하기 위한 제어장치와;
    상기 제어장치과 워터 펌프 모터에 전력을 공급하기 위한 배터리(2)를 포함하고,
    상기 제어장치는 워터펌프 구동수단과 무선통신수단과 조종 스틱과 적외선 센서와 카메라와 GPS 위성수신기를 포함하고,
    상기 제어장치는, 상기 무선통신수단을 통하여 전송된 위치정보와 GPS 위성수신기의 부력체 위치정보를 비교하여 부력체를 무선통신수단을 통하여 전송된 위치로 이동하도록 상기 복수의 워터 펌프 모터를 제어하도록 구성되고, 상기 조종 스틱을 통하여 상기 부력체의 복수의 워터 펌프 모터를 제어명령이 입력될 경우, 상기 무선통신수단을 통하여 전송된 위치정보와 GPS 위성수신기의 부력체 위치정보를 무시하고 상기 복수의 워터 펌프 모터를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치.
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  24. 제22항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 카메라와 상기 적외선 센서의 신호를 입력받아 무선통신수단으로 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 복수의 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)는 4개로 구성되고, 상기 부력체(4)의 중심을 향하여 마주보도록 대칭으로 배치되고, 부력체(4)의 중심을 향하여 추력을 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 무선통신수단을 통하여 전송받은 위치에 도달한 경우 부력체(40)를 수상에서 호버링시키거나 방향 전환시키기 위하여, 서로 마주보는 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)의 추력을 미세하게 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제어장치는, 시계방향이나 반시계 방향을 따라 4개의 워터 펌프 모터(6, 7, 8, 9)의 추력을 순차로 제어하여 이동 부력체(4)의 방향을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원격 혹은 자체 조종으로 원하는 방향 전환이 즉시 가능한 멀티 제트 방식의 구명장치.
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