KR20140139144A - 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치 - Google Patents

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Abstract

정지 상태에서 무인 잠수정의 자세를 자동으로 제어 가능하며 소형 무인 잠수정에도 효과적으로 적용될 수 있는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치가 개시된다. 본 발명에 따른 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치는 선체의 자세를 감지하는 센서와, 선체 내부에 배치되는 중량체와, 중량체를 선체의 종방향으로 이동시키는 종방향 구동부와, 중량체를 선체의 횡방향으로 이동시키는 횡방향 구동부, 및 센서로 감지된 선체의 자세에 따라 종방향 구동부 및 횡방향 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다. 따라서, 별도의 외부 추진기 없이 내부 장치만으로 무인 잠수정의 자세를 자동 제어할 수 있기 때문에, 제조 비용 및 인력을 절감하면서 작업성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

무인 잠수정의 자동 자세 제어장치{Apparatus for automatic controlling position of underwater vehicle}
본 발명은 자동 자세 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정지 상태에서 잠수정의 무게 중심을 변화시키는 수단이 구비되어 자동으로 자세 변화를 수행하는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 무인 잠수정은 심해저 등과 같은 인간의 잠수 수심 한계를 초과한 지역이나 오염지역 등과 같이 위험지역의 탐사, 군 수색용으로 사용되는 것으로, 원격제어 무인잠수정(ROV : Remotely Operated Vehicle), 자율 무인잠수정(AUV : Autonomous Underwater Vehicle) 등으로 구분된다.
이와 같은 무인 잠수정은 중성 부력을 유지하는 유선형 선체에 동력 장치 및 조타 장치 등을 구비하고 있다.
또한, 무인 잠수정은 자세를 제어하기 위한 자세 제어장치를 구비한다. 종래의 무인 잠수정에 설치되는 자세 제어장치는 잠수정 선체 내부에 고정되어 있는 무게추를 삽입하여 자세를 잡는 구조이거나, 평형수(Ballast)를 이용한 자세 제어를 구현한 구조였다.
하지만, 종래의 무인 잠수정에 설치되는 자세 제어장치는 무게추를 이용하는 경우 자동 자세 제어가 불가능하였으며, 소형 무인 잠수정에 적용될 경우 평형수를 이용하기에는 공간적인 제약으로 인해 정지 상태에서 자동 자세 제어가 불가능한 문제점이 있었다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 정지 상태에서 무인 잠수정의 자세를 자동으로 제어 가능하며 소형 무인 잠수정에도 효과적으로 적용될 수 있는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치를 제공한다.
본 발명에 따른 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치는 선체의 자세를 감지하는 센서와, 선체 내부에 배치되는 중량체와, 중량체를 선체의 종방향으로 이동시키는 종방향 구동부와, 중량체를 선체의 횡방향으로 이동시키는 횡방향 구동부, 및 센서로 감지된 선체의 자세에 따라 종방향 구동부 및 횡방향 구동부를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 종방향 구동부는 선체의 종방향으로 형성되는 샤프트, 및 중량체에 고정되며 샤프트에 연결되어 중량체를 샤프트를 따라 직선 이동시키는 제1모터를 포함한다.
또한, 횡방향 구동부는 선체의 종방향으로 형성되는 샤프트, 및 샤프트에 연결되어 중량체를 샤프트를 중심으로 회전시키는 제2모터를 포함한다.
이 경우, 횡방향 구동부는 중심부에 샤프트가 연결되는 치차부, 및 치차부와 연결되어 중량체 및 치차부를 샤프트를 중심으로 회전시키는 제3모터를 더 구비한다.
한편, 종방향 구동부는 선체의 종방향으로 직선 이동 가능하게 배치되며 중량체와 연결되는 치차부와, 선체의 종방향으로 형성되는 치차 가이드, 및 치차부에 결합되고 치차 가이드에 연결되어 중량체 및 치차부를 치차 가이드를 따라 직선 이동시키는 제4모터를 포함할 수 있다.
또한, 횡방향 구동부는 선체 내에 배치되는 치차부와, 중량체와 결합되는 브라켓, 및 브라켓에 고정되며 치차부의 내륜에 연결되어 중량체 및 브라켓을 치차부의 내륜을 따라 이동시키는 제5모터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치는 별도의 외부 추진기 없이 내부 장치만으로 무인 잠수정의 자세를 자동 제어할 수 있기 때문에, 제조 비용 및 인력을 절감하면서 작업성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 정지 상태 또는 운항 중에도 무인 잠수정의 자세를 용이하게 변경 가능하기 때문에, 다양한 활용이 가능하며, 특히 잠수함의 어뢰 발사관 등으로의 회수율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인 잠수정의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무인 잠수정의 개략적인 구성을 도시한 것이며,
도 3은 도 2의 정면도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인 잠수정의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무인 잠수정은 선체(10), 센서(20), 중량체(60), 종방향 구동부, 횡방향 구동부, 및 제어부를 포함한다.
선체(10)는 무인 잠수정의 주 몸체를 이루는 것으로, 유선형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
센서(20)는 선체(10)의 자세를 감지한다. 즉, 센서(20)는 무인 잠수정의 횡방향 및 종방향에 대한 자세 정보를 획득한다. 센서(20)는 도 1에 도시된 것처럼 선체(10)의 전방에 배치될 수 있으며, 선체(10)의 후방 또는 적소에 설치될 수 있다. 또한, 센서(20)는 단일개로 구비되거나 복수개로 구비되는 것도 가능하며, 다양한 형태의 센서 형태로 구현될 수 있다.
중량체(60)는 선체(10)의 내부에 배치된다. 중량체(60)는 일정 이상의 질량을 갖는 무게추를 사용할 수 있으며, 선체(10) 내부에 설치되는 베터리 등의 중량물을 이용하는 것도 가능하다.
종방향 구동부는 중량체(60)를 선체(10)의 종방향으로 이동시킨다. 이 경우, 선체(10)의 종방향은 무인 잠수정의 길이 방향을 의미한다.
횡방향 구동부는 중량체(60)를 선체(10)의 횡방향으로 이동시킨다. 이 경우, 선체(10)의 횡방향은 무인 잠수정의 길이 방향에 대해 직교하는 방향을 의미한다.
제어부(미도시)는 센서(20)로 감지된 선체(10)의 자세에 따라, 종방향 구동부 및 횡방향 구동부를 제어한다. 제어부는 센서(20)에 일체로 형성될 수 있으며 별도로 형성되는 것도 가능하다.
결국, 종방향 구동부 및 횡방향 구동부에 의해 중량체(60)는 종방향 및 횡방향으로 이동된다. 이와 같이, 중량체(60)가 이동되면 무인 잠수정의 자세가 변경되며, 변경된 자세를 센서(20)가 감지한다. 센서(20)로 감지된 자세 정보는 제어부와 인터페이스되며, 제어부는 종방향 구동부 및 횡방향 구동부에 원하는 자세가 되도록 구동 신호를 전송한다.
따라서, 무인 잠수정의 자세는 별도의 외부 추진기 없이 내부 장치만으로 자동 조작될 수 있게 된다. 대형 잠수정의 경우 내부의 평형수를 이용하여 자세 변경을 수행할 수 있으나, 소형 잠수정의 경우 공간상의 제약으로 인해 평형수를 사용할 수 없기 때문에 본 발명은 소형 잠수정에도 효과적으로 적용될 수 있다.
또한, 수동으로 무인 잠수정의 무게 중심을 조정해 주는 작업이 불필요하기 때문에, 인력을 감소할 수 있고 무인 잠수정의 초기 작업성을 개선할 수 있으며 운항 중에도 무인 잠수정의 자세를 바꿀 수 있다.
이제, 보다 구체적인 실시 예를 통해, 본 발명에 따른 종방향 구동부 및 횡방향 구동부의 구성을 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종방향 구동부는 샤프트(40), 및 제1모터(50)를 포함한다.
샤프트(40)는 선체(10)의 종방향으로 형성된다.
제1모터(50)는 중량체(60)에 고정되며 샤프트(40)에 연결된다. 제1모터(50)와 중량체(60)는 힌지부재(51) 등으로 서로 연결될 수 있다. 또한, 제1모터(50)는 리니어 모터의 형태로 구현될 수 있다. 제1모터(50)가 구동되면, 중량체(60)는 샤프트(40)를 따라 직선 이동된다.
또한, 횡방향 구동부는 제2모터(80)를 포함한다.
제2모터(80)는 선체(10) 내부 적소에 설치된다. 제2모터(80)는 회전축은 샤프트(40)에 기어 물림하고 있으며, 제2모터(80)의 구동에 의해 샤프트(40)는 회전된다. 결국, 샤프트(40)에 연결된 중량체(60)는 제2모터(80)의 구동에 의해 샤프트(40)를 중심으로 하여 회전된다.
이 경우, 횡방향 구동부는 치차부(30), 및 제3모터(70)를 더 구비할 수 있다.
치차부(30)는 그 중심부에 샤프트(40)가 연결된다.
제3모터(70)는 선체(10)의 적소에 고정된다. 제3모터(70)의 회전축은 치차부(30)의 내륜에 맞물려 있다. 제3모터(70)가 구동되면 치차부(30)는 회전되며, 치차부(30)에 연결된 샤프트(40)도 함께 회전된다. 결국, 제3모터(70)의 구동에 의해, 중량체(60) 및 치차부(30)가 샤프트(40)를 중심으로 회전된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무인 잠수정의 개략적인 구성을 도시한 것이며, 도 3은 도 2의 정면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 무인 잠수정은 선체(110), 센서(120), 중량체(150), 종방향 구동부, 횡방향 구동부, 및 제어부를 포함한다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시 예는 전술한 실시 예와 모든 구성이 동일하고 종방향 구동부 및 횡방향 구동부의 구성만 다르므로, 중복되는 구성의 설명은 생략하며 종방향 구동부 및 횡방향 구동부의 구성만을 설명하기로 한다.
종방향 구동부는 치차부(130)와, 치차 가이드(140), 및 제4모터(170)를 포함한다.
치차부(130)는 선체(110)의 종방향으로 직선 이동 가능하게 배치되며, 중량체(150)와 연결된다.
치차 가이드(140)는 선체(110)의 종방향으로 형성된다.
제4모터(170)는 치차부(130)에 결합된다. 제4모터(170)의 회전축은 치차 가이드(140)의 외주연에 형성된 치차에 맞물려 있다. 제4모터(170)가 구동되면, 제4모터(170)와 결합된 치차부(130)가 직선 이동된다. 결국, 제4모터(170)의 구동에 의해, 중량체(150) 및 치차부(130)는 치차 가이드(140)를 따라 직선 이동된다.
또한, 횡방향 구동부는 브라켓(160), 및 제5모터(180)를 포함한다.
브라켓(160)은 중량체(150)와 결합된다.
제5모터(180)는 브라켓(160)에 고정된다. 제5모터(180)의 회전축은 치차부(130)의 내륜에 맞물려 있다. 제5모터(180)가 구동되면, 제5모터(180)는 치차부(130)의 내륜을 따라 이동된다. 결국, 제5모터(180)의 구동에 의해, 중량체(150) 및 브라켓(160)은 치차부(130)의 내륜을 따라 이동된다.
지금까지 본 발명에 따른 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 선체 20 : 센서
30 : 치차부 40 : 샤프트
50 : 제1모터 60 : 중량체
70 : 제3모터 80 : 제2모터

Claims (6)

  1. 선체(10)의 자세를 감지하는 센서(20);
    상기 선체(10)의 내부에 배치되는 중량체(60);
    상기 중량체(60)를 상기 선체(10)의 종방향으로 이동시키는 종방향 구동부;
    상기 중량체(60)를 상기 선체(10)의 횡방향으로 이동시키는 횡방향 구동부; 및
    상기 센서(20)로 감지된 상기 선체(10)의 자세에 따라 상기 종방향 구동부 및 횡방향 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 종방향 구동부는:
    상기 선체(10)의 종방향으로 형성되는 샤프트(40); 및
    상기 중량체(60)에 고정되며 상기 샤프트(40)에 연결되어, 상기 중량체(60)를 상기 샤프트(40)를 따라 직선 이동시키는 제1모터(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 횡방향 구동부는,
    상기 선체(10)의 종방향으로 형성되는 샤프트(40); 및
    상기 샤프트(40)에 연결되어, 상기 중량체(60)를 상기 샤프트(40)를 중심으로 회전시키는 제2모터(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 횡방향 구동부는:
    중심부에 상기 샤프트(40)가 연결되는 치차부(30); 및
    상기 치차부(30)와 연결되어, 상기 중량체(60) 및 상기 치차부(30)를 상기 샤프트(40)를 중심으로 회전시키는 제3모터(70)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 종방향 구동부는:
    상기 선체의 종방향으로 직선 이동 가능하게 배치되며, 상기 중량체와 연결되는 치차부;
    상기 선체의 종방향으로 형성되는 치차 가이드; 및
    상기 치차부에 결합되고 상기 치차 가이드에 연결되어, 상기 중량체 및 상기 치차부를 상기 치차 가이드를 따라 직선 이동시키는 제4모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 횡방향 구동부는:
    상기 선체 내에 배치되는 치차부;
    상기 중량체와 결합되는 브라켓; 및
    상기 브라켓에 고정되며 상기 치차부의 내륜에 연결되어, 상기 중량체 및 상기 브라켓을 상기 치차부의 내륜을 따라 이동시키는 제5모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정의 자동 자세 제어장치.
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