KR20180027807A - 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이블 자동 수납장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇팔 또는 이를 포함한 움직일 수 있는 기구를 이용하여 해저를 탐사하거나 혹은 시료를 채취하거나 등과 같이 해저에서 사용되는 탐사계측장비를 운용할 때 탐사계측장비의 운용범위 내에서 전원과 통신 공급을 원활하게 유지할 수 있도록 한 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치에 관한 것이다.

Description

고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치{Automatic cable storage device that synchronizes the movement of the elastic rubber band on Coiled Cable}

본 발명은 케이블 자동 수납장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇팔 또는 이를 포함한 움직일 수 있는 기구를 이용하여 해저를 탐사하거나 혹은 시료를 채취하거나 등과 같이 해저에서 사용되는 탐사계측장비를 운용할 때 탐사계측장비의 운용범위 내에서 전원과 통신 공급을 원활하게 유지할 수 있도록 한 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치에 관한 것이다.

일반적으로, 해양수산자원 개발 및 관리, 의약품 및 신물질 개발을 위한 생명공학적 연구, 그리고 기후변화 및 환경오염과 연관된 수생생태계 영향 연구 등을 수행하기 위해서는 해저면의 지표, 암반 또는 해저구조물의 상태 감시, 필요로 하는 시료의 채집, 샘플 조사, 데이터 계측 등의 기술 확보가 선행되어야 한다.

이러한 것과 관련된 전통적인 방식은 주로 선상에서 긴 줄에 채집장비를 연결하여 수심 수십에서 수천 미터 깊이까지 줄은 내려 원거리에서 감시하거나 시료를 채취하거나 혹은 얕은 수심의 경우에는 잠수부가 직접 장비를 들고 수중으로 들어가서 시료를 채취하는 경우가 대부분이었다.

특히, 선상채집의 경우 대부분 박스코어나 퇴적물 그랩, 저인망 트롤, 그물망 등을 사용하게 되는데 이들의 경우 선상에서 해저까지 긴 줄을 내려 원거리에서 채집을 시도하므로 시료 채취위치의 정확도가 떨어지며, 시료의 종류별, 시간별 선별 채취가 불가능하다는 단점이 있었다.

또한, 잠수부에 의한 시료 채취의 경우 잠수부의 판단에 의한 선별채취는 가능하나 잠수시간에 제한이 있고, 모든 판단을 잠수부 단독으로 결정하여야 하며, 잠수가능 수심 이상의 해저에서는 작업이 불가능한 단점이 있었다.

최근에는 고온측정용 온도센서, 카메라, 레이저 플라즈마를 이용한 심해광물 현장분석장치 등 다양한 감시수단, 채취수단, 분석수단들이 개발되었고, 이를 탑재한 탐사계측장비를 이용하여 해저면에 접촉 또는 근접시켜 임무를 수행하고 있다.

그런데, 탐사계측장비를 이용하여 해저조사관측, 해저탐사, 수중작업 등을 수행함에 있어 잠수정 또는 수중로봇으로부터 떨어진 지점의 해저면 지표, 암반 또는 해저구조물의 상태 감시, 시료채집, 샘플조사, 테이터 계측을 위한 장치(센서 또는 엑추에이터)를 로봇팔 혹은 그와 유사한 이동기구를 이용하여 상기 장치를 파지한 다음 해저면 또는 해양구조물에 접촉시키거나 근접시켜 작업을 수행하게 되는데 이때 상기 장치에 연결된 케이블이 확장가능해야 하며, 작업 임무 종료 후에는 상기 장치를 잠수정 또는 수중로봇으로 회수해 보관해야 한다.

이러한 상황에서 확장된 케이블이 수중에 늘어져 있게 되면 잠수정 또는 수중로봇 이동시 추진기나 혹은 기타 부착장치에 엉키는 문제가 발생되고, 엉키지 않더라도 케이블이 늘어져 있게 되면 케이블이 해류를 따라 흔들림으로 인해 수중 관측을 방해하게 되며, 수중 작업을 어렵게 만든다.

이를 해결하기 위해서는 케이블을 스파이어럴식으로 감아 보관할 수 있는 수납함을 만들어야 하지만 수중 케이블의 최고 곡률반경을 고려할 때 수납함에 보관하는 것은 많은 공간을 차지하므로 여유공간이 많지 않은 탐사계측장비에 적합하지 않고, 또한 수납함의 뚜껑을 여닫는 구조를 갖추어야 하는데 이 구조에서 방수기능을 유지할 수 있어야 하므로 방수에 필요한 구성이 복잡해지는 등 부차적인 문제가 발생된다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0201336호(1999.03.13.) '실린더형 시린지 유닛을 이용한 수질의 자동 측정 장치' 대한민국 특허 등록번호 제10-0299576호(2001.06.11.) '수질검사용 시료 자동 채취장치' 대한민국 특허 등록번호 제10-0566541호(2006.03.24.) '자동 채수기' 대한민국 특허 등록번호 제10-0672966호(2007.01.16.) '자동 채수기' 대한민국 특허 등록번호 제10-0880871호(2009.01.21.) '헤드스페이스를 이용한 시료의 자동채취장치 및 방법' 대한민국 특허 등록번호 제10-0986215호(2010.10.01.) '원격제어 수중로봇팔의 작업공간 구동 및 자동 제어 마스터 시스템' 대한민국 특허 등록번호 제10-1469611호(2014.12.01.) '무인선박을 이용한 수상 이동형 하천 퇴적물 채집 및 채수 멀티플 장치'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 로봇팔 또는 이를 포함한 움직일 수 있는 기구를 이용하여 해저를 탐사하거나 혹은 시료를 채취하거나 등과 같이 해저에서 사용되는 탐사계측장비를 운용할 때 탐사계측장비의 운용범위 내에서 전원과 통신 공급을 원활하게 유지할 수 있도록 한 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 탐사계측장비 본체 일측에 고정되는 원통형상의 보호하우징; 상기 보호하우징을 직경방향으로 관통한 뒤 길이방향으로 일정길이 연장된 한 쌍의 슬라이드구멍; 상기 보호하우징에 내장되고, 일단은 탐사계측장비의 제어기와 연결되며, 타단은 임무수행장치와 연결되는 코일형 케이블; 상기 슬라이드구멍에 끼워짐과 동시에 상기 케이블이 걸리도록 배치된 슬라이딩바; 일단은 상기 하우징의 일단에 고정된 고정판에 결속되고, 타단은 상기 슬라이딩바에 결속된 제1고무줄; 일단은 상기 슬라이딩바에 고정되고 타단은 임무수행장치에 고정된 제2고무줄; 상기 제2고무줄과 상기 케이블을 연결 고정하여 동기화시키는 다수의 고무줄고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치를 제공한다.

이때, 상기 보호하우징의 일단에는 플랜지형 고정판이 일체로 구비되어 탐사계측장비 본체에 상기 보호하우징을 볼트 체결시키는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 보호하우징의 타단에는 나팔관이 일체로 구비되어 상기 케이블의 인출입을 원활하게 안내하는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 나팔관에는 둘레방향으로 다수의 통수공이 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제1고무줄이 상기 슬라이딩바에 결속되는 방식은 1점 고정식 또는 2점 고정식 중 어느 하나의 방식인 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 로봇팔 또는 이를 포함한 움직일 수 있는 기구를 이용하여 해저를 탐사하거나 혹은 시료를 채취하거나 등과 같이 해저에서 사용되는 탐사계측장비를 운용할 때 탐사계측장비의 운용범위 내에서 전원과 통신 공급을 원활하게 유지하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명 제1실시예에 따른 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명 제1실시예에 따른 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치의 보호하우징을 분리하여 보인 사용전,후의 고무줄 신장상태를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명 제2실시예에 따른 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치의 보호하우징을 분리하여 보인 사용전,후의 고무줄 신장상태를 보인 예시도이다.
도 4의 (a),(b)는 본 발명 제1,2실시예에 따른 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치의 내부에 설치된 고무줄의 동작예를 모식적으로 보인 예시적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치의 실제 제작예 및 탑재 운용하는 예를 보인 예시적인 사진이다.

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.

아울러, 본 발명은 탐사계측장비, 이를 테면 수중에서 운용되는 잠수정 또는 수중로봇을 이용하여 해저를 조사 관측하거나 혹은 해저를 탐사하거나 혹은 수중작업할 때 잠수정 또는 수중로봇으로부터 떨어진 지점의 해저면 지표, 암반, 해저구조물의 상태 감시, 시료채집, 샘플조사, 테이터 계측 등의 작업이 필요하게 되는데, 이때 이들을 가능하게 하는 장치(예. 센서 또는 엑추에이터 등)를 로봇팔 혹은 그와 유사한 이동기구를 이용하여 이 장치를 집어서 해저면 또는 해양구조물에 접촉시키거나 근접시켜 작업을 수행하게 되는데 그 과정에서 장치의 이동에 맞춰 신호를 주고받거나 제어하는 통신선, 전원을 공급하는 전원선 등이 수중 케이블로 연결되어 있기 때문에 이 수중 케이블도 함께 확장, 축소 가능하도록 구성하는 것이 특징이다.

이를 위해, 본 발명에서는 코일형 케이블을 이용하여 확장시에는 길이가 늘어나고, 수축(회수)시에는 길이가 자동적으로 줄어 들게 구성하고, 또한 수축시 외부충격이나 혹은 교란에 의해 케이블이 손상되지 않도록 보호할 수 있는 구조로 구현된다.

[제1실시예]

본 발명에 따른 제1실시예는 도 1 및 도 2의 도시와 같이, 탐사계측장비 본체의 일측에 고정되는 보호하우징(100)을 포함한다.

상기 보호하우징(100)은 양단이 개방된 원통형상으로 형성되고, 양단은 개방된다.

그리고, 상기 보호하우징(100)의 외주면에는 직경방향으로 대칭되게 한 쌍의 슬릿형 슬라이드구멍(110)이 보호하우징(100)의 길이방향으로 일정길이 형성된다.

이때, 상기 보호하우징(100)은 합성수지로 성형되어 제조되는데, 바람직하기로는 PVC가 적당하다.

아울러, 상기 보호하우징(100)의 슬라이드구멍(110)에는 상기 보호하우징(100)의 직경보다 긴 길이를 갖는 슬라이딩바(120)가 끼워지며, 상기 슬라이딩바(120)의 양단에는 각각 핀(122)이 체결되어 상기 슬라이딩바(120)가 상기 슬라이드구멍(110)에서 이탈되지 않고 슬라이드구멍(110)을 따라 보호하우징(100)의 길이방향으로 활주될 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 보호하우징(100)의 일단에는 고정판(130)이 일체로 형성되는데, 이또한 합성수지, 바람직하게는 PVC로 성형되어 접착되는 방식으로 고정된다. 물론, 일체로 성형시켜도 무방하다.

이 경우, 상기 고정판(130)은 상기 보호하우징(100)을 탐사계측장비 본체(미도시)의 일측에 고정하기 위한 일종의 플랜지 역할을 수행하게 된다.

즉, 고정판(130)을 면접촉시킨 상태에서 다수의 볼트를 조여 고정하는 방식으로 설치할 수 있다.

그리고, 상기 보호하우징(100)의 내부에는 케이블(140)이 코일 형상으로 감긴 상태로 내장되며, 케이블(140)의 일단은 상기 고정판(130)을 관통하여 도시하지 않은 제어기(컨트롤러)와 전기적으로 연결 접속된다.

이때, 상기 케이블(140)은 전원선 및 통신선을 포함한다.

아울러, 상기 케이블(140)의 타단은 상기 보호하우징(100)을 관통하여 노출되며 앞서 설명하였듯이 다양한 임무수행장치(S), 예를 들어 도시된 도 4의 예에서는 온도센서와 접속된 것을 예시하며, 이에 국한되지 않고 임무수행장치는 카메라 등 다양한 종류가 될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 고정판(130)과 반대되는 쪽 보호하우징(100)의 단부에는 나팔관(150)이 고정되는데, 이또한 합성수지, 특히 PVC로 제작하여 접착고정시킴이 바람직하며, 일체로 성형할 수도 있다.

이러한 나팔관(150)은 임무수행장치(S)를 향해 확경된 형태를 가지기 때문에 케이블(140)이 신장되었다 수축되었다 할 때 걸리지 않고 원활하게 인출입될 수 있도록 안내하기 위한 것이다.

뿐만 아니라, 상기 나팔관(150)에는 둘레면을 따라 다수의 통수공(152)이 형성되는데, 특히 적어도 2개 이상의 통수공(152)이 직경방향으로 대칭되게 형성됨이 바람직하며, 이것은 수중에서 물이 통과되게 하여 수압을 줄이는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 슬라이딩바(120)는 끼워져 설치될 때 슬라이딩바(120) 보다 먼저 케이블(140)이 내장되어 있는 상태이므로 상기 슬라이딩바(120)는 항상 케이블(140)과 간섭되어 케이블(120)이 늘어나게 되면 슬라이딩바(120)가 걸리기 때문에 슬라이딩바(120)도 함께 늘어나는 방향으로 움직이게 된다.

여기에서, 상기 슬라이딩바(120)가 움직인 후에 홈포지션으로 복귀시키는 수단이 필요한데, 이 수단으로 도 1,2 및 도 4의 (a)와 같이 두 개의 고무줄, 즉 제1,2고무줄(R1,R2)이 사용되는데, 상기 제1,2고무줄(R1,R2)은 상기 슬라이딩바(120) 상에 1점 고정식으로 구현된 형태를 가질 수 있다.

이때, 상기 제1고무줄(R1)은 상기 보호하우징(100) 내부에서 신장 또는 수축되는 고무줄이며, 상기 제2고무줄(R2)은 상기 보호하우징(100) 외부로 신장되었다가 다시 내부로 수축되어 들어오게 동작하는 고무줄이다.

아울러, 상기 제1고무줄(R1)의 일단은 고정판(130)의 일부에 고정되고 타단은 상기 슬라이딩바(120)에 결속되는데, 이를 위해 상기 슬라이딩바(120)의 길이 중간에 결속부재(124)를 더 구비할 수 있다.

덧붙여, 상기 슬라이딩바(120)의 양단에는 이탈 방지를 위해 도 4의 (a),(b)에 예시한 바와 같은 원판 형상의 고정핀(122)이 체결될 수 있다.

그리고, 결속부재(124)를 구비한 경우, 제1고무줄(R)의 타단이 상기 결속부재(124)에 1점 고정된다.

또한, 제2고무줄(R2)의 일단도 상기 슬라이딩바(120)에 1점 고정되는데, 결속부재(124)가 있는 경우 그 결속부재(124)에 고정되면 된다.

뿐만 아니라, 제2고무줄(R2)의 타단은 임무수행장치(S)에 결속된다.

따라서, 본 발명 제1실시예에 따른 1점 고정식 제1,2고무줄(R1,R2)은 도시와 같이 하나의 직선을 이룸이 바람직하다.

이 경우, 상기 제1,2고무줄(R1,R2)은 상기 케이블(140)이 코일형상으로 꼬여 있는 내부를 관통하도록 배치되며, 특히 상기 슬라이딩바(120)를 지난 지점에 연결되는 고무줄, 즉 제2고무줄(R2)에는 케이블(140)의 움직임과 동기시키기 위해 고무줄고정부재(160) 다수개가 간격을 두고 설치된다.

상기 고무줄고정부재(160)는 일종의 고정바와 같은 것으로서, 양단이 상기 케이블(140)의 코일경을 직경방향으로 가로질러 고정되고, 고무줄고정부재(160)의 길이 일부, 바람직하게는 길이 중간이 상기 제2고무줄(R2)과 고정된다.

여기에서, 상기 고무줄고정부재(160)를 상기 제2고무줄(R2)에만 설치하는 이유는 수중에서 보호하우징(100)을 벗어나 외부로 인출되면서 신장되는 부분이 제2고무줄(R2)이기 때문이다.

아울러, 동작은 케이블(140)을 늘릴 때 케이블(140)의 종단을 잡고 당기면 코일경이 펼쳐지면서 케이블(140)이 신장되어 제1,2고무줄(R1,R2)이 늘어나면서 케이블(140)이 신장되게 되는데, 특히 제2고무줄(R2)은 보호하우징(100) 밖으로까지 신장된다.

그리고, 원위치인 홈포지션으로의 복귀는 외력이 제거되는 순간 늘어났던 제1,2고무줄(R1,R2)의 탄성복귀력 때문에 케이블(140)을 함께 붙잡고 당겨지게 되어 원래 위치로 돌아가게 된다.

이러한 동작을 가능하게 하는 것은 제1,2고무줄(R1,R2)의 탄성복귀력을 케이블(140)과 동기화시키는 고무줄고정부재(160) 때문이다.

특히, 상기 제1고무줄(R1)은 상기 고정판(130)과 슬라이딩바(120)를 서로 결속하여 보호하우징(100) 내부에서 늘어나는 길이가 조절되면서 탄성복귀력을 제공하는데, 도 4의 (a)에서 ①구간의 수축 팽창 운동을 말한다.

그리고, 상기 제2고무줄(R2)은 상기 슬라이딩바(120)와 임무수행장치(S)를 서로 결속하여 로봇팔 또는 이와 유사한 이동기구(예. 사람의 손 또는 단순 링크구조 등)의 최대 리치까지 늘어나는 길이로 조절되면서 탄성복귀력을 제공하는데, 도 4의 (a)에서 ②구간의 수축 팽창 운동을 말한다.

[제2실시예]

본 발명 제2실시예에 따른 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치는 도 3의 예시와 같이, 제1고무줄(R1)의 타단을 2점 고정식으로 변형시킬 수 있다.

이것은 보다 더 원활하고 안정적인 동작 구현을 위한 것이다.

즉, 슬라이딩바(120)에 고정되는 제1고무줄(R1)의 단부가 2개로 갈라져 2점에서 고정되게 구성하되, 1점 고정되는 제2고무줄(R2)이 2점 고정되는 제1고무줄(R1)의 고정점 사이에 위치하도록 배치함으로써 더욱 더 안정적이고 원활한 동작이 이루어지도록 구현할 수 있게 된다.

때문에, 고정점이 도 3 및 도 4의 (b)와 같이 'Y'자 형태로 분리 형성되어 2점 고정되는 구조를 제외한 나머지 구성 및 동작은 상술한 제1실시예와 동일하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 수납장치는 도 5와 같은 형태로 실 제작되어 탐사계측장비에 설치되어 사용되게 된다.

이와 같이 구성하게 되면, 로봇팔 혹은 그와 유사한 이동기구의 운용범위 내에서 자유롭게 움직이더라도 그 움직임에 따라 케이블(140)이 보호하우징(100) 내부로 들고 나면서 밖으로 노출되지 않은 상태에서 항상 적정한 장력을 유지한 채 늘어짐없이 안정적으로 연결하고, 수납되기 때문에 파단 등의 사고를 막고, 정확한 임무수행이 가능한 효과를 제공한다.

100: 하우징 110: 슬라이드구멍
120: 슬라이딩바 130: 고정판
140: 케이블 150: 나팔관

Claims (5)

1. 탐사계측장비 본체 일측에 고정되는 원통형상의 보호하우징;
   상기 보호하우징을 직경방향으로 관통한 뒤 길이방향으로 일정길이 연장된 한 쌍의 슬라이드구멍;
   상기 보호하우징에 내장되고, 일단은 탐사계측장비의 제어기와 연결되며, 타단은 임무수행장치와 연결되는 코일형 케이블;
   상기 슬라이드구멍에 끼워짐과 동시에 상기 케이블이 걸리도록 배치된 슬라이딩바;
   일단은 상기 하우징의 일단에 고정된 고정판에 결속되고, 타단은 상기 슬라이딩바에 결속된 제1고무줄;
   일단은 상기 슬라이딩바에 고정되고 타단은 임무수행장치에 고정된 제2고무줄;
   상기 제2고무줄과 상기 케이블을 연결 고정하여 동기화시키는 다수의 고무줄고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보호하우징의 일단에는 플랜지형 고정판이 일체로 구비되어 탐사계측장비 본체에 상기 보호하우징을 볼트 체결시키는 것을 특징으로 하는 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 보호하우징의 타단에는 나팔관이 일체로 구비되어 상기 케이블의 인출입을 원활하게 안내하는 것을 특징으로 하는 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 나팔관에는 둘레방향으로 다수의 통수공이 더 형성된 것을 특징으로 하는 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1고무줄이 상기 슬라이딩바에 결속되는 방식은 1점 고정식 또는 2점 고정식 중 어느 하나의 방식인 것을 특징으로 하는 고무줄의 탄성운동을 코일형 케이블에 동기화시킨 케이블 자동 수납장치.
   

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