KR20150002988A - 수중생물 형태를 지닌 수중로봇 및 그 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일면은, 수중 생물체의 형상을 지니고, 굴신운동 가능한 본체(10); 상기 본체(10)에 프로펠러(24)를 탑재한 추진부(20); 상기 본체(10)에 음파탐지기(33)를 탑재한 통신부(30); 상기 본체(10)에 자력발생기(48)를 탑재한 부착부(40); 및 상기 추진부(20), 통신부(30), 부착부(40)에 전원을 제공하면서 설정된 조건으로 작동 신호를 입출력하는 제어부(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 수중에서 장기간 대기와 유영 가능한 구조의 로봇을 활용하여 인명 손실을 최소화하면서 적함의 선체에 부착되어 위치와 이동경로에 대한 정보를 제공하는 효과가 있다.

Description

수중생물 형태를 지닌 수중로봇 및 그 운용방법{Submarine robot with underwater organism shape and Method for managing the same}

본 발명은 수중생물 형태를 지닌 수중로봇 및 그 운용방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수중에서 장기간 대기와 유영 가능한 구조의 로봇을 활용하여 인명 손실을 최소화하면서 작전지역의 군사적 우위를 확보할 수 있는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇 및 그 운용방법에 관한 것이다.

국지전 혹은 전면전 발생시 인접한 해역 및 국가의 운용에 중요하다고 판단되는 바다에 대한 제해권 확보는 전쟁의 필수 요소이다. 과거 2차 대전에서 영국을 고립시키기 위하여 독일이 잠수함인 U-Boat를 이용하여 제해권을 확보하려 했으나, 대서양에서 미국에 제해권을 빼앗기게 되면서 전세가 역전되었던 것은 널리 알려진 사실이다. 특히, 최근에는 바다에서 석유 자원 등이 발견되게 되면서 이해관계가 있는 바다에 대한 제해권을 지키는 일이 더욱더 중요하게 되었다.

이와 관련되어 수중 로봇을 활용하는 방안으로 한국 등록특허공보 제1204419호, 한국 공개특허공보 제2012-0075641호 등의 선행특허를 참조할 수 있다.

전자의 선행특허는 수중에서 유영 가능하며, 원격 통신 모듈 및 영상획득 모듈을 포함하여 구성된 수중 로봇; 상기 수중 로봇의 움직임을 원격으로 제어하는 원격제어부; 상기 수중 로봇으로부터 획득된 수중 영상 정보를 분석하여, 상기 수중 로봇의 이동 목표를 설정하는 정보분석부; 및 상기 획득된 수중 영상 정보를 저장하는 정보저장부를 포함한다. 이에 따라, 어류에게 외부자극을 가하여 운동량을 증가시키면서 생태 적응 능력을 향상시키는 효과를 기대한다.

후자의 선행특허는 전면 외부에 목표물에 접착될 수 있는 원형의 강력자석과 목표추적을 위한 카메라를 장착하고, 1단계 모터추진장치, 2단계 로켓 추진장치, 3단계 고폭탄 장치의 3단으로 분리해 각 부분이 연결조립되고, 본부지령실과 GPS 간에 교신을 할 수 있는 안테나를 구비하고, 공기탱크를 만들어 유도미사일이 항상 직립으로 부상 정지하는 구조를 제안한다. 이에 따라, 은밀하게 수중항진 후 다양한 목표를 동시에 타격하여 제거함으로써 일시에 적의 연해 군사력을 무력화하는 효과를 기대한다.

그러나, 전자의 선행특허는 원격에서 유연한 이동을 제어할 수 있지만 폭탄을 탑재한 군사용도로 활용하기 곤란하고, 후자의 선행특허는 작전지역의 수중에서 장기간 대기하면서 임무를 수행하는 용도로 활용하기 미흡하다.

1. 한국 등록특허공보 제1204419호 "어류 관리용 수중 로봇 제어 시스템 및 제어 방법"(공개일자 : 2012. 5. 8.) 2. 한국 공개특허공보 제2012-0075641호 "수중과 지상 목표물 공격용 소형 스텔스 유도미사일"(공개일자 : 2012. 7. 9.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 수중에서 장기간 대기와 유영 가능한 구조의 로봇을 활용하여 인명 손실을 최소화하면서 적함의 선체에 부착되어 위치와 이동경로에 대한 정보를 알리는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇 및 그 운용방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면은, 수중 생물체의 형상을 지니고, 굴신운동 가능한 본체; 상기 본체에 프로펠러를 탑재한 추진부; 상기 본체에 음파탐지기를 탑재한 통신부; 상기 본체에 자력발생기를 탑재한 부착부; 및 상기 추진부, 통신부, 부착부에 전원을 제공하면서 설정된 조건으로 작동 신호를 입출력하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체는 굴신운동 부분의 신축성을 향상하도록 주름시트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 통신부는 음파탐지기로 액티브소너와 패시브소너를 구비하고, 레이더를 통하여 위치정보를 전달하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 부착부는 본체의 굴신운동 부분에 회동축과 회동대를 구비하고, 구동기를 통한 일시적 작동으로 굴신된 자세를 유지하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제어부는 본체의 대기 상태에서 최소한의 전력으로 유영시키는 모드를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면은, 청구항 1의 제어부를 기반으로 수중로봇을 운용하는 방법에 있어서: (a) 작전지역을 정찰하며 적함을 탐지하는 단계; (b) 적함의 목표가 결정되면 접근하여 선체에 부착하는 단계; 및 (c) 설정된 로직으로 적함의 위치 정보를 송신하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 각 단계 중의 하나에서 주요부의 비정상작동이나 저전압 상태로 판단되면 회수신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 수중에서 장기간 대기와 유영 가능한 구조의 로봇을 활용하여 인명 손실을 최소화하면서 적함의 선체에 부착되어 위치와 이동경로에 대한 정보를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 로봇에 탑재된 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 수중 로봇의 작동 전후를 평면으로 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 수중 로봇의 주요회로를 나타내는 블록도
도 4는 본 발명에 따른 수중 로봇의 작동을 나타내는 플로우차트

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전시 혹은 어떤 특정한 목적을 위하여 제해권 확보가 필요할 때, 작전지역에 침투한 적군의 수중함이나 수상함에 대한 위치 정보를 지속적으로 발생하여 작전의 우위를 점할 수 있는 개념을 요지로 한다.

본 발명에 따른 로봇은 수중 생물체의 형상을 지닌 본체(10)가 굴신운동 가능한 구조이다. 수중 생물체 형태의 본체(10)를 지닌 로봇을 이용하면 아군 인원을 최소한으로 투입하면서 작은 동력으로 비교적 넓은 지역에 대한 제해권 확보가 가능하다. 도 1은 수중 생물체로서 물고기를 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 본체(10)의 굴신운동은 본체(10)의 유영을 조력하기도 하지만 후술하는 것처럼 적함의 선체에 대한 부착력을 높인다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 본체(10)는 굴신운동 부분의 신축성을 향상하도록 주름시트(15)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도시에는 본체(10)를 3부분으로 구분하여 전방과 후방으로 굴신운동함을 예시한다. 주름시트(15)는 내염수성, 내열성, 내한성, 내마모성을 지닌 수지로서 전방과 후방의 2개소에 설치하는 것이 무난하다. 본체(10)에 주름시트(15)가 구비되면 최소한의 동력으로 굴신운동을 수행할 수 있다.

이외에, 상기 본체(10)는 수중 생물체의 형상에 부합하는 방향타(12)를 탑재한다. 본체(10)가 물고기 형태라면 방향타(12)는 등지느러미와 뒷지느러미의 위치에 배치한다. 본체(10)의 급선회가 필요한 경우에는 후술하는 프로펠러(24)가 탑재된 꼬리지느러미를 방향타(12)로 구성할 수도 있다. 본체(10)의 크기와 동력소모를 축소하는 측면에서 밸러스트 장치는 배제하지만, 경박단소한 구조로 탑재하여 최소한의 깊이로 잠수 유영을 구현할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체(10)에 프로펠러(24)를 탑재한 추진부(20)가 구비된다. 추진부(20)의 프로펠러(24)는 본체(10)의 선미(꼬리) 부분에 장착하고, 저소음 구동을 위해 엔진보다 모터(22)를 사용한다. 전술한 방향타(12)도 또 다른 모터(22)를 기반으로 하는 기구로 구동된다.

상기 추진부(20)는 프로펠러(24)를 사용하지 않고 꼬리의 좌우운동으로 추진하는 형태로 변형 실시될 수 있다. 이때 추진부(20)에는 모터(22)의 회전운동을 좌우운동으로 변환하는 장치가 마련되어야 하는 것은 물론이다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체(10)에 음파탐지기(33)를 탑재한 통신부(30)가 구비된다. 음파탐지기(33)는 수중에서 전달율이 높은 성질을 지닌 압력파를 이용한다. 통신부(30)는 양호한 송수신 감도 확보에 유리하도록 본체(10)의 상측으로 고감도 안테나와 함께 배치된다. 음파탐지기(33)는 수중함이나 수상함의 음원에서 발생하는 음파에서 고유의 음색을 추출하여 적함의 종류를 판별한다. 물론 아군의 함정에서 사전에 약속된 신호패턴을 송출하는 방식으로 음파탐지기(33)에 의한 식별력을 높일 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 통신부(30)는 음파탐지기(33)로 액티브소너와 패시브소너를 구비하고, 레이더(37)를 통하여 위치정보를 전달하는 것을 특징으로 한다. 액티브소너는 음파를 발산하여 적함에서 반사되는 신호로 적함을 인식하고, 패시브소너는 음파의 발산이 없는 상태에서 입력된 소리로 적함을 인식하는 용도이다. 액티브소너는 적함에 노출될 우려가 있으므로 패시브소너와 병행하여 제한된 패턴으로 사용한다.

이때, 본체(10)는 어뢰나 기뢰와는 다르게 적함의 소나에 검출되지 않도록 충분히 작은 크기의 물고기 형태를 취하는 외에 흡음성, 전파흡수성, 열상감지 방지성을 지닌 특수 도료로 피복되는 것이 좋다.

한편, 본 발명의 통신부(30)는 GPS수신기(31)와 송수신기(35)를 구비할 수도 있다. GPS수신기(31)는 GPS 위성으로부터 현재의 위치 정보를 수신하여 후술하는 제어부(50)로 보낸다. GPS수신기(31)의 오류나 GPS의 불안정 상황에 대비하여 자이로스코프, 가속도계와 같은 센서의 신호를 병용할 수 있다. 송수신기(35)는 상기 GPS수신기(31)의 정보를 비롯한 종합적 제어 정보를 아군의 관제센터에 있는 서버로 송수신한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체(10)에 자력발생기(48)를 탑재한 부착부(40)가 구비된다. 자력발생기(48)는 본체(10)가 적함의 선체에 접근한 후 설정된 위치에 긴밀하게 부착하는 기능을 수행한다. 다만, 평상시 운반과 보관의 편리성과 이물질 부착 방지를 위해 자력발생기(48)의 자력이 온오프되는 방식이 선호된다. 이를 위해 자력발생기(48)는 매그스위치 또는 전자석을 적용할 수 있다. 자력발생기(48)는 본체(10)의 굴신운동되는 전방부와 후방부 측면에 각각 2개씩, 적어도 총 4개를 설치한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 부착부(40)는 본체(10)의 굴신운동 부분에 회동축(42)과 회동대(44)를 구비하고, 구동기(46)를 통한 일시적 작동으로 굴신된 자세를 유지하는 것을 특징으로 한다. 본체(10)의 전방부에서 회동대(44)는 일단이 회동축(42)에 연결되고 타단이 전방으로 연장된다. 본체(10)의 후방부에서 회동대(44)는 일단이 회동축(42)에 연결되고 타단이 후방으로 연장된다. 구동기(46)는 제어부(50)의 전기적 신호를 받아 회동대(44)를 회전시켜 굴신운동을 유발한다. 다만 최소한의 전력으로 굴신운동된 자세를 유지하려면 워엄-워엄휠을 사용한 워엄기어를 적용하는 것이 좋다. 즉, 본체(10)가 일시적 작동으로 굴신되어 적함의 선체에 부착되면 더 이상의 전력소모가 없으므로 남은 전력으로 자신의 임무 수행에 전력할 수 있다.

한편, 굴신운동의 원활화를 위해 본체(10)의 외피는 내염수성, 내열성, 내마모성과 더불어 유연성을 지닌 소재를 사용한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 추진부(20), 통신부(30), 부착부(40)에 전원을 제공하면서 설정된 조건으로 작동 신호를 입출력하는 제어부(50)가 구비된다. 제어부(50)가 추진부(20), 통신부(30), 부착부(40)에 제공하는 전원은 배터리(55)를 사용한다. 제어부(50)는 추진부(20)의 프로펠러(24)와 방향타(12)를 제어하여 적함을 추적하고 부착부(40)의 회동대(44)와 자력발생기(48)에 신호를 보내어 굴신운동과 자력부착을 유발한다. 제어부(50)는 GPS수신기(31)로부터 수신된 신호를 송수신기(35)가 전송할 수 있는 신호로 변환하여 아군의 관제센터에 있는 서버로 송신한다. 또한, 신속한 임무 수행을 위해 제어부(50)는 음파탐지기(33)의 신호를 직접 처리하기 위한 음파해석모듈(52)을 구비하는 것이 좋다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어부(50)는 본체(10)의 대기 상태에서 최소한의 전력으로 유영시키는 모드를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 로봇은 평소에 수중에서 조류의 움직임에 연동하면서 이동하여 배터리(55)의 동력소모를 최소로 한다. 그리고 설정된 주기마다 장소를 이동하거나 수면위로 부상하여 아군의 관제센터와 통신을 하면서 자신의 위치를 송신하고 작전지 이동을 비롯한 각종 지시를 수신한다.

본 발명의 다른 일면은 청구항 1의 제어부(50)를 기반으로 수중로봇을 운용하는 방법에 관하여 제안한다. 본체(10) 상에 추진부(20), 통신부(30), 부착부(40), 제어부(50)를 탑재한 수중 로봇을 작전지역에 투입하여 작전을 수행하는 구체적 로직의 일예를 나타낸다.

본 발명에 따르면 단계 (a)는 작전지역을 정찰하며 적함을 탐지하는 로직을 수행한다. 로봇의 각 객체가 분담할 수 있는 용량에 따라 작전지역에 배치되는 로봇의 수량이 결정된다. 각각의 로봇은 할당된 영역을 정찰하면서(S10) 음파탐지기(33) 등을 이용하여 수중함과 수상함을 탐지하여 적함을 식별한다(S20). 물론 적함의 식별시 아군의 관제센터와 교신하여 조력이나 지시를 받을 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 단계 (b)는 적함의 목표가 결정되면 접근하여 선체에 부착하는 로직을 수행한다. 적함이 다수 존재하거나 할당 영역의 경계선 상에 위치하는 경우 아군의 관제센터에서 지시를 받아 공격 대상을 결정하고(S30), 추진부(20)를 가동하여 적함을 추적하면서 인접한 근거리로 접근하고(S40), 음파탐지기(33)와 음파해석모듈(52)을 이용한 음향해석을 통하여 적함의 선체, 특히 프로펠러와 같은 소음원의 위치를 식별한다. 물론 적함의 프로펠러 식별시 아군의 관제센터와 교신하여 조력이나 지시를 받을 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 단계 (c)는 설정된 로직으로 적함의 위치 정보를 송신하는 로직을 수행한다. 적함의 선체에 도달하면 굴신운동으로 본체(10)를 곡면화한 후에 자력발생기(46)를 가동하여 부착하고 송수신기(35)와 레이더(37)를 이용하여 적함의 위치 정보를 송신한다(S50). 적함의 위치가 실시간으로 파악되므로 아군함에 의한 공격이 유리한 상태로 된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 각 단계 중의 하나에서 주요부의 비정상작동이나 저전압 상태로 판단되면 회수신호를 발생하는 것을 특징으로 한다. 단계 S60에서 정상적인 임무 수행이 곤란한 경우 설정된 신호를 송출한다. 주요 기능부 이상으로 비정상작동인 경우 수거하여 정비소로 보내고, 저전압 상태인 경우 현장에서 배터리(55)를 충전이나 교체한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 본체 15: 주름시트
20: 추진부 22: 모터
24: 프로펠러 30: 통신부
33: 음파탐지기 35: 송수신기
37: 레이더 40: 부착부
42: 회동축 44: 회동대
46: 구동기 48: 자력발생기
50: 제어부 52: 음파해석모듈
55: 배터리

Claims (7)

1. 수중 생물체의 형상을 지니고, 굴신운동 가능한 본체(10);
   상기 본체(10)에 프로펠러(24)를 탑재한 추진부(20);
   상기 본체(10)에 음파탐지기(33)를 탑재한 통신부(30);
   상기 본체(10)에 자력발생기(48)를 탑재한 부착부(40); 및
   상기 추진부(20), 통신부(30), 부착부(40)에 전원을 제공하면서 설정된 조건으로 작동 신호를 입출력하는 제어부(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 본체(10)는 굴신운동 부분의 신축성을 향상하도록 주름시트(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 통신부(30)는 음파탐지기(33)로 액티브소너와 패시브소너를 구비하고, 레이더(37)를 통하여 위치정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 부착부(40)는 본체(10)의 굴신운동 부분에 회동축(42)과 회동대(44)를 구비하고, 구동기(46)를 통한 일시적 작동으로 굴신된 자세를 유지하는 것을 특징으로 하는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부(50)는 본체(10)의 대기 상태에서 최소한의 전력으로 유영시키는 모드를 구비하는 것을 특징으로 하는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇.
6. 청구항 1의 제어부(50)를 기반으로 수중로봇을 운용하는 방법에 있어서:
   (a) 작전지역을 정찰하며 적함을 탐지하는 단계;
   (b) 적함의 목표가 결정되면 접근하여 선체에 부착하는 단계; 및
   (c) 설정된 로직으로 적함의 위치 정보를 송신하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇의 운용방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 각 단계 중의 하나에서 주요부의 비정상작동이나 저전압 상태로 판단되면 회수신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 수중생물 형태를 지닌 수중로봇의 운용방법.

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