KR20180134478A - 소형 잠수정 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 소형 잠수정은 잠수정 동체; 상기 동체의 측면에 배치되어 잠수정의 진행 방향을 조절하는 방항타; 상기 동체의 후면에 배치되어 잠수정의 추진력을 제공하는 프로펠러; 상기 동체의 부력을 조절하는 밸러스터 탱크;를 포함하는 소형 잠수정으로, 상기 동체의 일측면에 배치되어 잠수정 외부를 촬영하는 카메라; 외부 기기와 통신을 수행하면서 제어신호를 수신하는 통신부; 상기 방향타를 구동시키는 서보모터; 상기 잠수정에 이상이 발생하거나 오동작이 발생할 때, 안전 장치를 작동시키는 페일세이프; 상기 카메라가 촬영한 영상을 분석하고, 상기 통신부를 통해 촬영 영상을 상기 외부 기기로 전송하고, 상기 외부 기기로부터 수신되어 제어신호에 따라 상기 카메라, 서보모터 및 페일세이프를 제어하는 제1 제어부; 상기 밸러스터 탱크를 제어하는 워터펌프; 상기 프로펠러에 연결된 메인모터를 제어하는 모터 제어부; 상기 통신부로부터 수신되는 상기 제어신호에 따라 상기 워터펌프 및 모터제어부를 제어하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.

Description

소형 잠수정{SMALL UNDERWATER THRUSTERS }

본 발명은 소형 잠수정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자가 무선 통신을 통해 제어할 수 있는 소형 잠수정에 관한 것이다.

일반적으로 잠수정은 해저 자원탐사, 침몰된 선박의 인양작업, 기름제거 작업, 해저 케이블 설치, 수중 구조물의 수리 등에 이용된다. 특히 무인 잠수정은 사용자의 프로그래밍에 의해 스스로 판단하여 해저의 지형에 따라 조사할 방향과 거리를 결정하고 조사한 자료를 해저에서 사용자에게 송신하는 시스템을 갖추고 있으며, 국내에서는 초소형 수중 로봇을 해양로봇 분야에서 주로 사용하고 있다.

초소형 소형 잠수정의 경우, 사용자가 외부에서 무선 통신으로 제어하게 되는데, 수중에서 신호가 끊기기 때문에 제어에 어려움이 있다. 최근에 드론이 널리 보급되면서 무선 통신으로 드론을 제어하는 기술을 널리 이용되고 있다.

하지만, 잠수정의 경우 물속이라는 환경적 요인으로 널리 이용되지 못하는 실정이다.

따라서 수중에서 제어하기 위해서는 수중에서 신호가 끊기는 현상을 해소해야 하고, 더불어 방수 기능이 강화되어야 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수중에서 신호 끊김 없이 제어할 수 있는 소형 잠수정을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수밀 구조에 의해 내부 회로를 보호할 수 있는 소형 수중 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소형 잠수정은 잠수정 동체; 상기 동체의 측면에 배치되어 잠수정의 진행 방향을 조절하는 방항타; 상기 동체의 후면에 배치되어 잠수정의 추진력을 제공하는 프로펠러; 상기 동체의 부력을 조절하는 밸러스터 탱크;를 포함하는 소형 잠수정으로, 상기 동체의 일측면에 배치되어 잠수정 외부를 촬영하는 카메라; 외부 기기와 통신을 수행하면서 제어신호를 수신하는 통신부; 상기 방향타를 구동시키는 서보모터; 상기 잠수정에 이상이 발생하거나 오동작이 발생할 때, 안전 장치를 작동시키는 페일세이프; 상기 카메라가 촬영한 영상을 분석하고, 상기 통신부를 통해 촬영 영상을 상기 외부 기기로 전송하고, 상기 외부 기기로부터 수신되어 제어신호에 따라 상기 카메라, 서보모터 및 페일세이프를 제어하는 제1 제어부; 상기 밸러스터 탱크를 제어하는 워터펌프; 상기 프로펠러에 연결된 메인모터를 제어하는 모터 제어부; 상기 통신부로부터 수신되는 상기 제어신호에 따라 상기 워터펌프 및 모터제어부를 제어하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.

상기 통신부는 지그비 모듈을 포함할 수 있다.

상기 제1 제어부는 라즈베리파이 모듈을 포함할 수 있다.

상기 제2 제어부는 아두이노 모듈을 포함할 수 있다.

상기 제1 제어부 및 제2 제어부를 전원을 공급하는 제1 배터리; 상기 모터 제어부에 전원을 공급하는 제2 배터리; 및 상기 워터펌프에 전원을 공급하는 제3 배터리를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 연산을 담당하는 제1 제어부와 외부기기를 제어하는 제2 제어부가 분리되어 있어, 소형 잠수정의 제어 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 잠수정의 외관을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 잠수정의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소형 잠수정의 구성을 나타낸 블럭도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 잠수정의 측면도를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소형 잠수정은 잠수정 동체(10), 상기 동체의 일측면에 배치되는 방향타(20), 상기 동체의 후면에 배치되는 프로펠러(30), 및 상기 프로펠러를 구동하는 메인모터(40)로 구성된다.

그리고 상기 동체(10) 내부에는 상기 방향타(20) 및 프로펠러(30)를 제어하고 잠수정의 전체 움직임과 동작을 제어하는 회로장치가 내장되어 있다. 상기 프로펠러(30)와 동체(10) 사이에는 메인모터(40)가 배치되어 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 잠수정의 동작을 설명하기 위한 블럭도를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소형 잠수정은 카메라, 통신부, 보조모터, 페일세이프, 제1 제어부, 워터펌프, 블래스트탱크, 모터제어부, 메인모터, 및 제2 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제1 제어부는 카메라, 통신부, 보조모터, 및 페일세이프와 데이터를 송수신하고, 이들을 제어할 수 있다.

상기 제2 제어부는 통신부, 워터펌퍼, 및 모터제어부와 데이터를 송신하고, 이들을 제어할 수 있다.

상기 제1 제어부와 제2 제어부는 상호 데이터를 송수신한다.

상기 카메라는 수중을 촬영하기 위한 것으로 파이 카메라가 사용될 수 있다. 상기 카메라에는 광을 조사하는 조명이 부착될 수 있다.

상기 통신부는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 소형 잠수정의 데이터 송수신 기능을 수행한다.

상기 보조모터는 제1 제어부의 제어에 의해 방향타(20)를 구동할 수 있다. 상기 보조모터로 서보모터나 스텝모터가 사용될 수 있다.

상기 페일세이프는 소형 잠수정에 이상이 발생하거나 오동작을 일으켰을 때, 안전 장치가 작동하도록 하여 사고를 예방할 수 있다.

즉, 상기 제1 제어부는 카메라에서 촬영한 영상을 수신하고, 이를 분석하여 통신부를 통해 물 밖의 통신기기로 전송하고, 통신부를 통해 제어신호를 수신하여 보조모터나 카메라, 페일세이프를 제어할 수 있다. 상기 물 밖의 통신기기는 사용자의 리모콘을 포함할 수 있으며, 노트북과 같은 개인 PC를 포함할 수 있다. 따라 본 발명에 의하면 노트북과 같은 개인 PC로 소형 잠수정을 제어할 수 있다.

상기 제1 제어부는 라즈베리 파이(raspberry Pi3) 모듈이 사용될 수 있다. 라즈베리 파이는 초소형 컴퓨터로 일반 PC와 유사한 기능을 수행하면서 데이터처리, 통신, 영상 분석 등의 기능을 수행할 수 있다.

상기 제2 제어부는 상기 통신부로부터 제어신호를 수신하여 상기 워터펌프와 모터제어부를 제어할 수 있다.

상기 제2 제어부는 아두이노(Arduino Uno) 모듈이 사용될 수 있다. 상기 아두이노 모듈은 물리적인 세계를 감지하고 제어할 수 있는 인터랙팁 객체들과 디지털 장치를 만들기 위한 도구로, 마이크로콘트롤러보드를 기반으로 한 오픈 소스 컴퓨팅 플랫폼과 소프트웨어 개발 환경이다.

상기 라즈베리파이 모듈과 아두이노 모듈은 입출력(GPIO, General Purpose Input/Output)을 지원한다는 점에서 유사하지만, 아두이노 모듈은 외부 장치의 제어 단자를 포함한다는 점에서 차이가 있다.

또한, 아두이노 모듈은 외부 프로그램을 사용하여 외부기기를 직접 제어하지만, 라즈베리파이는 설치되어있는 운영체제 내에서 직접 프로그래밍하여 외부기기를 제어합니다.

상기 라즈베리파이 모듈은 비디오 영상과 같은 복잡한 수치계산은 라즈베리파이가 적합하고 외부기기 제어에는 아두이노 모듈이 적합하다.

상기 워터펌프는 제2 제어부의 제어신호에 따라 동작하며 상기 밸러스트 탱크의 수위를 조절한다. 밸러스트 탱그의 수위를 조절하여 소형 잠수정이 잠수 또는 상승할 수 있도록 제어할 수 있다.

상기 모터제어부는 배터리 전원을 입력받아 3상 주파수를 발생시켜 모터를 제어한다. 상기 모터 제어부는 모터 회전을 위해서 지속적으로 다른 위상의 고주파 신호를 만들어 모터에 인가한다. 모터 제어부는 배터리 전원을 모터에 제공하는 역할도 함께 한다.

상기 모터 제어부의 제어에 따라 상기 메인 모터가 회전하게 되며, 메인모터에 부착된 프로펠러가 회전하면서 잠수정을 추진력을 얻을 수 있다. 상기 메인모터로는 BLDC 모터가 사용될 수 있다.

상기 살펴본 바와 같이 제1 제어부는 카메라에서 촬영한 영상처리와 같은 복잡한 데이터 처리를 위해 사용되고, 상기 제2 제어부는 워터펌프 제어나 모터제어와 같이 외부 기기를 제어하는데 사용된다. 하나의 제어부를 통해 영상처리와 외부기기를 제어하는 경우, 데이터 처리를 하는 영역과 외부기기를 제어하는 영역을 분리하여 오류를 줄이고 제어의 정밀도를 높일 수 있다.

잠수정의 경우 중성 부력을 맞추는 것이 중요한데, 이를 위해서는 잠수정의 크기가 커질수록 불리하다. 이로 인하여 크기가 제한된 잠수정 내부를 소형 회로를 사용하면서도 제어의 정확성을 높이는 것이 중요하다. 실시예에서와 같이 제1 제어부로 라즈베리파이를 사용하고, 제2 제어부를 아두이노를 사용함으로써 이러한 목적을 달성할 수 있다.

그리고 제어부, 모터제어부, 및 워터펌프의 동작 전압은 서로 다를 수 있다. 따라서 본 발명에서는 서로 다른 정격 전압을 가지는 제1 배터리, 제2 배터리, 및 제3 배터리를 더 포함할 수 있다.

도 3은 배터리를 포함하는 실시예를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 배터리는 상기 제1 제어부에 전원을 공급하고, 상기 제2 배터리는 상기 모터 제어부에 전원을 공급하고, 상기 제3 배터리는 상기 모터 펌프에 전원을 공급한다.

상기 제1 배터리는 5V 전압이 사용될 수 있고, 상기 제1 배터리 전압은 제1 제어부를 통해 제2 제어부로 제공된다.

제2 배터리와 제3 배터리는 리튬 폴리머 배터리가 사용될 수 있다.

다음으로, 상기 소형 잠수정의 동작 순서를 살펴보기로 한다.

먼저, 파워 온되면, 제1 배터리를 통해 제1 제어부로 전원이 인가되고, 제2 배터리를 통해 제2 제어부로 전원이 인가된다.

제2 제어부는 워터펌프를 제어하여 밸러스트 탱크의 수위를 조절하여 소형 잠수정이 잠항할 수 있도록 한다.

소형 잠수정이 잠수하면, 상기 제2 제어부는 모터제어부를 제어하여 프로펠러를 구동시켜 소형 잠수정에 추진력을 제공한다.

그리고 제1 제어부는 서보모터를 제어하여 방향타를 구동시켜 소형 잠수정의 방향을 제어한다.

이때, 제1 제어부에 연결된 카메라를 통해 촬영된 영상은 통신부를 통해 외부 기기로 전달되고, 외부 기기에서는 제어신호를 전달한다. 상기 외부기기는 사용자가 조절하는 리모콘일 수 있다.

또한, 잠수정의 경우 방수 기능이 중요하다.

물에 직접적으로 노출되는 메인 모터를 주사기와 구리스를 이용하여 방수시키고 모터축을 수축튜브를 이용하여 방수시킨 후, 내부에서도 실리콘 링을 통하여 방수시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 잠수정 동체
20 : 방향타
30 : 프로펠러
40 : 메인모터

Claims (5)

1. 잠수정 동체;
   상기 동체의 측면에 배치되어 잠수정의 진행 방향을 조절하는 방항타;
   상기 동체의 후면에 배치되어 잠수정의 추진력을 제공하는 프로펠러;
   상기 동체의 부력을 조절하는 밸러스터 탱크;를 포함하는 소형 잠수정에 있어서,
   상기 동체의 일측면에 배치되어 잠수정 외부를 촬영하는 카메라;
   외부 기기와 통신을 수행하면서 제어신호를 수신하는 통신부;
   상기 방향타를 구동시키는 서보모터;
   상기 잠수정에 이상이 발생하거나 오동작이 발생할 때, 안전 장치를 작동시키는 페일세이프;
   상기 카메라가 촬영한 영상을 분석하고, 상기 통신부를 통해 촬영 영상을 상기 외부 기기로 전송하고, 상기 외부 기기로부터 수신되어 제어신호에 따라 상기 카메라, 서보모터 및 페일세이프를 제어하는 제1 제어부;
   상기 밸러스터 탱크를 제어하는 워터펌프;
   상기 프로펠러에 연결된 메인모터를 제어하는 모터 제어부;
   상기 통신부로부터 수신되는 상기 제어신호에 따라 상기 워터펌프 및 모터제어부를 제어하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 잠수정.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 통신부는 지그비 모듈을 포함하는 소형 잠수정.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어부는 라즈베리파이 모듈을 포함하는 소형 잠수정.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 제어부는 아두이노 모듈을 포함하는 소형 잠수정.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 제어부 및 제2 제어부를 전원을 공급하는 제1 배터리;
   상기 모터 제어부에 전원을 공급하는 제2 배터리; 및
   상기 워터펌프에 전원을 공급하는 제3 배터리를 더 포함하는 소형 잠수정.
   
   
   

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