KR20120076001A - 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치는, 기설정된 알고리즘에 따라 물고기 로봇의 전진, 후진, 방향전환, 상승 또는 잠수를 제어하는 제어 모듈; 및 상기 물고기 로봇의 양측 면에 각기 구비되며, 액추에이터의 회전을 공간상의 지느러미 판의 운동으로 전환하여 상기 지느러미 판에 양력 및 추진력을 발생시켜, 상기 제어 모듈의 제어에 따라 상기 물고기 로봇이 전진, 후진, 방향전환, 상승 또는 잠수하도록 하는 두 개의 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

물고기 로봇의 옆 지느러미 장치{Pectoral Fin Apparatus of Fish Robot}

본 발명은 물고기 로봇에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 비교적 단순한 구조로 구성되어, 구성비용 및 동력을 절감할 수 있는 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 물고기는 몸통과 꼬리 지느러미를 이용한 사인곡선형의(Sinusoidal) 유영 운동으로 추진력을 발생시켜 전진 운동한다. 부레가 있는 물고기는 부레를 이용한 부력 조절로 잠수 또는 부상하며, 상어와 같이 부레가 없는 물고기는 비행기 날개와 같이 옆 지느러미의 각도를 조절함으로써, 양력을 발생시켜 잠수 또는 부상한다. 또한, 물고기는 옆 지느러미를 정교하게 활용하여 미세한 움직임을 조절하거나, 방향을 조절한다.

이러한 물고기 유영 방식은 프로펠러 형태의 수중 이동체에 비하여 에너지 효율이 우수하기 때문에, 최근에는 물고기 유영 방식을 이용하는 물고기 로봇이 많이 개발되고 있다.

종래의 물고기 로봇은 무게 중심의 변화나, 부레를 이용한 밀도변동에 의해 잠수 및 부상 운동을 하였다. 그런데, 이러한 구조는 몸체가 클 경우에는 공간의 문제로 인하여 적용되기 어려웠다.

이를 개선하기 위하여, 물고기 로봇의 옆 지느러미의 각도를 조절하고, 앞뒤로 저어줌으로써 추진력을 발생시킬 수 있는 구조가 제안된 바 있다.

그런데, 종래의 메커니즘에 따르면, 물고기 로봇이 실제 물고기의 옆 지느러미와 같은 다양한 동작을 표현하기 위해서는 매우 많은 액추에이터가 필요하여 구현하기가 어려웠다.

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 옆 지느러미에 의하여 양력조절과 전진/후진운동을 제어할 수 있는 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 액추에이터의 2차원 회전운동을 복수의 링크에 의해 3차원 공간상의 회전운동으로 변화시켜, 물고기 로봇의 방향을 제어할 수 있는 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일면에 따른 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치는, 기설정된 알고리즘에 따라 물고기 로봇의 전진, 후진, 방향전환, 상승 또는 잠수를 제어하는 제어 모듈; 및 상기 물고기 로봇의 양측 면에 각기 구비되며, 액추에이터의 회전을 공간상의 지느러미 판의 운동으로 전환하여 상기 지느러미 판에 양력 및 추진력을 발생시켜, 상기 제어 모듈의 제어에 따라 상기 물고기 로봇이 전진, 후진, 방향전환, 상승 또는 잠수하도록 하는 두 개의 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면에 따른 옆 지느러미 장치는, 기설정된 알고리즘에 따라 전원이 공급되면 회전하는 액추에이터; 상기 액추에이터의 회전중심의 연장선상에 끼워져, 상기 액추에이터가 회전하면 회전하는 입력 축; 긴 형상으로 구성되어, 상기 긴 형상의 일 방향이 상기 입력 축에 수직하도록 끼워지며, 상기 액추에이터의 회전반경을 상기 긴 형상에 의하여 상기 회전중심에서 바깥방향으로 연장하는 세 번째 링크; 바 형상으로 구성되어, 일단이 상기 세 번째 링크의 상기 긴 형상의 타 방향에 끼워지는 고정 링크; 상기 고정 링크의 타단에 고정되는 지느러미 판; 및 상기 고정 링크의 중심지점을 구속하여 상기 고정 링크의 회전반경을 제한하는 구체 관절을 포함하며, 상기 물고기 로봇의 양측에 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 액추에이터, 입력 축, 세 번째 링크 및 고정 링크로 구성되는 4절 링크에 의하여 액추에이터의 운동을 3차원 공간상의 왕복 운동으로 변화시켜, 양력에 의하여 물고기 로봇의 상승 및 잠수를 제어할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 하나 또는 두 개의 액추에이터를 이용하여 양력과 추진력을 발생시킬 수 있어, 물고기 로봇의 구현비용 및 구동전력을 절감시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 지느러미 판의 각도를 지속적으로 변화시켜 물고기 로봇을 정방향 또는 역방향으로 이동시키거나, 우회전 또는 좌회전시킬 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치를 도시한 구성도.
도 1b는 도 1a의 'C' 부분의 확대도.
도 2a 내지 2D는 옆 지느러미 장치의 제어 형태를 도시한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치를 도시한 구성도이고 도 1b는 도 1a의 'C' 부분의 확대도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치(10)는 제어 모듈(100) 및 두 개의 구동 모듈(200)(도 1a상에는 하나의 구동 모듈만을 도시함)을 포함한다.

제어 모듈(100)은 기설정된 알고리즘이나 사용자의 제어에 따라 액추에이터(210)를 회전시키거나, 회전 후 일정상태로 유지하여 물고기 로봇을 상승 또는 잠수시키거나, 정방향 또는 역방향으로 추진시키거나, 우회전 또는 좌회전시킨다.

예컨대, 제어 모듈(100)은 사용자의 제어 명령을 수신하는 무선수신부, 기설정된 알고리즘에 따라 물고기 로봇의 움직임을 제어하는 중앙처리장치, 및 중앙처리장치의 제어에 따라 액추에이터(210)에 전원을 공급하여 액추에이터(210)를 구동시키는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

제어 모듈(100)은 정방향 또는 역방향 유영을 제어할 경우에는 좌측의 구동 모듈(200)과 우측의 구동 모듈(200)을 정방향 또는 역방향으로 지속적으로 360도 회전시킨다. 또는, 제어 모듈(100)은 상승 유영 및 잠수 유영을 제어할 경우에는 좌측의 구동 모듈(200)과 우측의 구동 모듈(200)의 액추에이터(210)를 일정각도만큼 회전시켜, 지느러미 판(260)이 일정각도에 대응하는 소정각도로 유지되도록 한다. 또한, 제어 모듈(100)은 우회전 또는 좌회전 유영을 제어할 경우에는 좌측의 구동 모듈(200) 및 우측의 구동 모듈(200) 중 전환할 방향에 대응하는 하나의 구동 모듈의 액추에이터(210)를 지속적으로 360도 회전시킨다. 다만, 하나의 액추에이터(210)가 두 개의 회전력을 발생시킬 수 있는 경우, 두 개의 구동 모듈(200)은 하나의 액추에이터(210)를 공유할 수 있다.

두 개의 구동 모듈(200)은 물고기 로봇의 좌측과 우측에 각각 구비되며, 각각 4절 링크를 구성하는 액추에이터(210), 입력 축(220), 세 번째 링크(230) 및 고정 링크(240)와 구체 관절(250) 및 지느러미 판(260)을 포함한다. 이하, 하나의 구동 모듈(200)의 움직임에 대해서 설명한다.

액추에이터(210)는 물고기 로봇의 예컨대, 몸체 내부에 구비되며, 제어 모듈(100)의 제어에 따라 회전 운동하여 액추에이터(210)의 회전축의 연장선상에 연결된 입력 축(220)을 각각 회전시킨다.

입력 축(220)은 액추에이터(210)의 회전중심의 연장선상에 위치하며, 일단은 액추에이터(210)에 연결되고, 타단은 세 번째 링크(230)와 연결되어, 액추에이터(210)의 회전 운동에 따른 회전각에 따라 세 번째 링크(230)를 회전시킨다. 즉, 입력축은 두 번째 링크로서, 액추에이터(210)의 회전력을 세 번째 링크(230)에 전달해준다.

세 번째 링크(230)는 긴 형상 예컨대, 긴 지름의 일 방향으로 짧은 지름이 좁아지는 타원형상으로 구성되어, 긴 지름과 짧은 지름이 입력 축(220)과 일정각도를 유지하도록 결합하여 액추에이터(210)의 회전반경을 회전중심으로부터 바깥방향으로 연장한다.

세 번째 링크(230)는 일 방향의 반대편인 타 방향에는 결합홀이 구비되어, 결합홀(232)에 의해 입력 축(220)과 결합하고, 일 방향에는 프리즘 관절(231)이 형성되어, 프리즘 관절(231)에 끼워지는 고정 링크(240)를 회전시킨다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 프리즘 관절(231)은 세 번째 링크(230)의 일 방향에 형성된 예컨대, 사각형상의 홈으로서, 홈의 내부에 고정 링크(240)를 끼워, 고정 링크(240)를 유연하게 고정한다.

구체 관절(250)은 일단이 물고기 로봇의 몸체에 고정되며, 타단은 고정 링크(240)의 중간지점을 유연하게 고정하여 고정 링크(240)의 회전반경을 일정범위 내로 제한한다. 여기서, 유연하게 고정한다는 것은 구체 관절(250) 및 프리즘 관절(231)에 끼워져도 고정 링크(240)가 회전가능하도록 고정한다는 것이다.

예를 들어, 바 형상의 고정 링크(240)가 구형으로 돌출된 중간지점을 가지면, 구체 관절(250)의 타단은 구형으로 돌출된 중간지점에서 고정 링크(240)의 바 형상이 뻗어나가는 방향을 제외한 일부를 감싸는 형상으로 구성되어, 고정 링크(240)의 회전 각도를 일정범위 내로 구속한다.

지느러미 판(260)은 물고기의 지느러미 형상 또는 노 형상으로 구성되어, 고정 링크(240)를 소정깊이 이상으로 끼울 수 있는 결합 홈을 구비하고, 고정 링크(240)의 프리즘 관절(231)에 끼워진 일단에 대응되는 타단을 결합 홈의 내부에 끼움으로써 고정 링크(240)와 결합한다.

지느러미 판(260)은 고정 링크(240)의 회전 방향으로 회전하여 물의 저항력을 일으켜 물고기 로봇을 상승 또는 잠수시키거나, 전진 또는 후진하거나, 우회전 또는 좌회전하도록 한다.

종합하면, 옆 지느러미 장치(10)는 액추에이터(210)의 회전중심의 연장선상에 있는 입력 축(220)에 고정 링크(240)의 회전 운동이 구속될 수 있도록, 입력 축(220)에 연결된 세 번째 링크(230)에 프리즘 관절(231)을 형성하고, 고정 링크(240)의 중심지점을 구체 관절(250)로 유연하게 고정하여 액추에이터(210)의 회전이 3차원 공간상에 동력으로 변환되도록 한다.

또한, 옆 지느러미 장치(10)는 고정 링크(240)의 연장선상에 지느러미 역할을 하는 지느러미 판(260)을 달아 입력 축(220)이 회전하면, 회전 각도에 따라 세 번째 링크(230)가 움직이고, 프리즘 관절(231)에 의해 고정 링크(240)가 회전 각도와 연동하여 지느러미 판(260)의 각도를 변화시킴으로써 즉, 세 번째 링크(230)의 공간상 회전각도가 지느러미 판(260)의 각도로 변화됨에 따라, 양력을 조절할 수 있다.

이하, 도 2a 내지 2d를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 옆 지느러미 장치(10)에 의한 물고기 로봇의 움직임에 대하여 설명한다. 도 2a 내지 2d는 옆 지느러미 장치(10)의 제어 형태를 도시한 도면이다. 여기서, 화살표는 물고기 로봇의 전진방향을 가리킨다.

도 2a와 같이, 물고기 로봇이 지느러미 판(260)의 앞부분을 뒷부분보다 내려가는 각도를 유지하며 전진하면, 아래쪽에서 들어올리는 힘이 작용하여, 물고기 로봇은 잠수한다.

도 2d와 같이, 물고기 로봇이 지느러미 판(260)의 앞부분을 뒷부분보다 올라가는 각도를 유지하며 전진하면, 위에서 누르는 힘이 작용하여 물고기 로봇은 상승한다.

옆 지느러미 장치(10)가 한 쌍의 지느러미 판(260)의 각도를 도 2a -> 도 2b -> 도 2c -> 도 2d 순서로 변화시키면, 옆 지느러미 장치(10)를 구비한 물고기 로봇은 정방향으로 유영한다. 반면, 옆 지느러미 장치(10)가 한 쌍의 지느러미 판(260)의 각도를 도 2d -> 도 2c -> 도 2b -> 도 2a 순서로 변화하면, 옆 지느러미 장치(10)를 구비한 물고기 로봇은 역방향으로 유영한다. 이 경우, 옆 지느러미 장치(10)는 별도의 전진 또는 후진을 위한 장치를 구동시키지 않아도 지느러미 판(260)으로만 전진 또는 후진할 수 있다.

또는, 옆 지느러미 장치(10)가 좌측에 위치한 지느러미 판(260)의 각도를 도 2a -> 도 2b -> 도 2c -> 도 2d 순서로 변화시키면, 옆 지느러미 장치(10)를 구비한 물고기 로봇은 우회전한다. 그리고, 옆 지느러미 장치(10)가 우측에 위치한 지느러미 판(260)의 각도를 도 2a -> 도 2b -> 도 2c -> 도 2d 순서로 변화시키면, 옆 지느러미 장치(10)와 연결된 물고기 로봇은 좌회전한다.

이와 같이, 본 발명은 액추에이터, 입력 축, 세 번째 링크 및 고정 링크로 구성되는 4절 링크에 의하여 액추에이터의 운동을 3차원 공간상의 왕복 운동으로 변화시켜, 양력에 의하여 물고기 로봇의 상승 및 잠수를 제어할 수 있다.

즉, 본 발명은 하나 또는 두 개의 액추에이터를 이용하여 양력과 추진력을 발생시킬 수 있어, 물고기 로봇의 구현비용 및 구동전력을 절감시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 지느러미 판(260)의 각도를 지속적으로 변화시켜 물고기 로봇을 정방향 또는 역방향으로 이동시키거나, 우회전 또는 좌회전시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 기설정된 알고리즘에 따라 물고기 로봇의 전진, 후진, 방향전환, 상승 또는 잠수를 제어하는 제어 모듈; 및
   상기 물고기 로봇의 양측 면에 각기 구비되며, 액추에이터의 회전을 공간상의 지느러미 판의 운동으로 전환하여 상기 지느러미 판에 양력 및 추진력을 발생시켜, 상기 제어 모듈의 제어에 따라 상기 물고기 로봇이 전진, 후진, 방향전환, 상승 또는 잠수하도록 하는 두 개의 구동 모듈
   을 포함하는 물고기 로봇의 옆 지느러미 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 두 개의 구동 모듈 각각은,
   상기 제어 모듈의 제어에 따라 전원이 공급되면 회전하는 상기 액추에이터;
   상기 액추에이터의 회전중심의 연장선상에 끼워져, 상기 액추에이터가 회전하면 회전하는 입력 축;
   긴 형상으로 구성되어, 상기 긴 형상의 일 방향이 상기 입력 축에 기설정된 일정각도로 끼워지며, 상기 액추에이터의 회전반경을 상기 긴 형상에 의하여 상기 회전중심에서 바깥방향으로 연장하는 세 번째 링크;
   바 형상으로 구성되어, 일단 부위가 상기 세 번째 링크의 상기 긴 형상의 타 방향에 끼워지는 고정 링크;
   상기 고정 링크의 타단 부위에 고정되는 지느러미 판; 및
   상기 고정 링크의 중심지점을 구속하여 상기 고정 링크의 회전반경을 제한하는 구체 관절
   을 포함하는 옆 지느러미 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 세 번째 링크는,
   상기 긴 형상의 일 방향에 구비되어, 상기 입력 축에 끼워지는 결합홀; 및
   상기 긴 형상의 타 방향에 구비되어, 끼워진 상기 고정 링크를 유연하게 고정하는 소정형상의 프리즘 관절
   을 포함하는 것인 옆 지느러미 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 물고기 로봇의 유영동작을 제어할 때,
   상기 제어 모듈은, 상기 두 개의 구동 모듈에 각기 구비된 상기 액추에이터를 상기 유영동작에 대응하는 방향과 각도로 회전시킴으로써, 상기 물고기 로봇의 전진, 후진 또는 방향전환을 제어하는 것인 옆 지느러미 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 물고기 로봇의 상승을 제어할 때,
   상기 제어 모듈은 상기 두 개의 구동 모듈에 각기 구비된 상기 지느러미 판의 앞부분이 뒷부분보다 올라가는 각도로 상기 액추에이터의 회전각을 고정하며, 다른 추진 장치에 의하여 전진시키는 것인 옆 지느러미 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 물고기 로봇의 잠수를 제어할 때,
   상기 제어 모듈은 상기 두 개의 구동 모듈에 각기 구비된 상기 지느러미 판의 앞부분이 뒷부분보다 내려가는 각도로 상기 액추에이터의 회전각을 고정하며, 다른 추진 장치에 의하여 전진시키는 것인 옆 지느러미 장치.
7. 기설정된 알고리즘에 따라 전원이 공급되면 회전하는 액추에이터;
   상기 액추에이터의 회전중심의 연장선상에 끼워져, 상기 액추에이터가 회전하면 회전하는 입력 축;
   긴 형상으로 구성되어, 상기 긴 형상의 일 방향은 상기 입력 축과 일정각도를 유지하도록 끼워지며, 상기 액추에이터의 회전반경을 상기 긴 형상에 의하여 상기 회전중심에서 바깥방향으로 연장하는 세 번째 링크;
   바 형상으로 구성되어, 일단이 상기 세 번째 링크의 상기 긴 형상의 타 방향에 끼워지는 고정 링크;
   상기 고정 링크의 타단에 고정되는 지느러미 판; 및
   상기 고정 링크의 중심지점을 구속하여 상기 고정 링크의 회전반경을 제한하는 구체 관절을 포함하며, 상기 물고기 로봇의 양측에 구비되는 옆 지느러미 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 세 번째 링크는,
   상기 긴 형상의 일 방향에 구비되어, 상기 입력 축에 끼워지는 결합홀; 및
   상기 긴 형상의 타 방향에 구비되어, 끼워진 상기 고정 링크를 유연하게 고정하는 소정형상의 프리즘 관절
   을 포함하는 것인 옆 지느러미 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 물고기 로봇의 상승을 제어할 때, 상기 지느러미 판의 앞부분이 뒷부분보다 올라가는 각도로 유지되도록 상기 액추에이터의 회전각을 고정하며, 다른 추진 장치에 의하여 상기 물고기 로봇을 전진시키며,
   상기 물고기 로봇의 잠수를 제어할 때, 상기 지느러미 판의 앞부분이 뒷부분보다 내려가는 각도로 유지되도록 상기 액추에이터의 회전각을 고정하며, 다른 추진 장치에 의하여 상기 물고기 로봇을 전진시키는 것인 옆 지느러미 장치.

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