WO2014007443A1 - 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법 - Google Patents

수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법 Download PDF

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WO2014007443A1
WO2014007443A1 PCT/KR2012/011201 KR2012011201W WO2014007443A1 WO 2014007443 A1 WO2014007443 A1 WO 2014007443A1 KR 2012011201 W KR2012011201 W KR 2012011201W WO 2014007443 A1 WO2014007443 A1 WO 2014007443A1
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WO
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actuator
underwater robot
piston
eccentric piston
eccentric
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/011201
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English (en)
French (fr)
Inventor
류영선
양기훈
Original Assignee
한국생산기술연구원
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/14—Control of attitude or depth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
    • B63B43/02—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking
    • B63B43/10—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving buoyancy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/48—Means for searching for underwater objects

Definitions

  • the present invention relates to a posture and buoyancy control device and method for underwater robots, and more particularly, to a posture and buoyancy control device and method for underwater robots that can adjust the buoyancy and the left and right center of gravity of the underwater robot.
  • the underwater robot is equipped with a separate buoyancy control device can swim underwater.
  • a separate buoyancy control device is set to have a neutral buoyancy is most often mounted on an underwater robot, but may also be set to have a positive buoyancy to prevent loss of the underwater robot.
  • the fresh water environment such as lakes and rivers and the marine environment such as the sea has a disadvantage in that the buoyancy control device of the underwater robot cannot be finely adjusted only by the previously set buoyancy control device.
  • the attitude and buoyancy control device of the underwater robot includes a cylinder having an inlet and outlet at one end; An eccentric piston that linearly moves in the cylinder to allow liquid into and out of the cylinder through the inlet and outlet; A first actuator connected to the eccentric piston to linearly move the eccentric piston; A prismatic joint installed in the eccentric piston; And a second actuator connected to the prismatic joint to adjust a rotation angle of the eccentric piston.
  • the eccentric piston comprises a piston shaft; And a piston head connected to the piston shaft and eccentric with respect to the piston shaft.
  • the piston shaft may include a female thread on an inner surface thereof.
  • the first actuator comprises: an actuator shaft having a male thread that is fastened to the female thread; And a motor coupled to the actuator shaft to rotate the actuator shaft.
  • the attitude and buoyancy control device of the underwater robot according to the invention preferably further comprises a spline joint connecting the motor and the actuator shaft.
  • the piston shaft may comprise an axial male spline on its outer surface.
  • the prismatic joint is installed on the piston shaft, the ring portion having a female spline coupled to the male spline therein; And a protrusion provided at an outer circumference of the ring part to be mechanically connected to the second actuator.
  • the second actuator comprises a servo; An arm installed on the servo shaft; And a connecting rod for mechanically connecting the arm and the protrusion to transfer the rotational movement of the servo to the piston shaft.
  • the first actuator may include a linear actuator.
  • the attitude and buoyancy control device of the underwater robot controls the buoyancy and center of gravity of the underwater robot by controlling the eccentricity according to the position and the rotation angle of the eccentric piston using the first actuator and the second actuator It is preferable to further include.
  • control unit may adjust the front and rear center of gravity of the underwater robot by controlling the position of the eccentric piston.
  • control unit may adjust the buoyancy of the underwater robot by adjusting the amount of the liquid in the cylinder.
  • the left and right center of gravity of the underwater robot can be adjusted by controlling the eccentricity of the eccentric piston.
  • an apparatus for adjusting the attitude and buoyancy of an underwater robot includes: a water tank including a cylinder and an eccentric piston for adjusting an amount of liquid in the cylinder; A first actuator controlling a linear movement of the eccentric piston to adjust the position of the eccentric piston; A second actuator for controlling an eccentricity of the eccentric piston by controlling a rotation angle of the eccentric piston; And a control unit for adjusting the buoyancy and the center of gravity of the underwater robot according to the position of the eccentric piston and the eccentricity according to the rotation angle by using the first actuator and the second actuator.
  • the attitude and buoyancy control method of the underwater robot includes a cylinder having an inlet and outlet at one end; An eccentric piston that linearly moves in the cylinder to allow liquid into and out of the cylinder through the inlet and outlet; A first actuator connected to the eccentric piston to linearly move the eccentric piston; A prismatic joint mounted to the piston; A second actuator connected to the prismatic joint to adjust a rotation angle of the eccentric piston; And a control unit for controlling the first actuator and the second actuator, wherein the attitude and buoyancy adjustment method of the underwater robot comprises: (a) controlling the position of the eccentric piston using the first actuator to control the front and rear of the underwater robot; Adjusting the center of gravity; (b) adjusting the buoyancy of the underwater robot by adjusting the amount of the liquid in the cylinder using the first actuator; And (c) controlling the eccentricity according to the rotational angle of the eccentric piston using the second actuator to adjust the left and right center of gravity of the underwater robot.
  • step (b) comprises: (b-1) converting the rotational movement of the first actuator into a linear movement of the eccentric piston; And (b-2) controlling the position of the eccentric piston according to the linear movement of the eccentric piston to adjust the amount of the liquid inside the cylinder.
  • step (c) comprises: (c-1) transferring the rotational movement of the second actuator to the eccentric piston through the prismatic joint; And (c-2) adjusting the left and right center of gravity by controlling the rotation angle of the eccentric piston according to the rotational movement of the second actuator.
  • the center of gravity and buoyancy of the underwater robot can be simultaneously adjusted through the first actuator and the second actuator coupled to the water tank composed of an eccentric piston and a cylinder. There is this.
  • the first actuator and the second actuator control the position and rotation angle of the eccentric piston each having a constant weight, the front and rear centers of gravity and the left and right centers of gravity of the underwater robot can be easily changed.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a posture and buoyancy control device for an underwater robot according to the present invention.
  • Figures 2a and 2b are respectively assembled and exploded view showing the structure of the posture and buoyancy control device for an underwater robot according to the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing a first actuator of the attitude and buoyancy control device for underwater robots according to the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing a second actuator of the attitude and buoyancy control device for underwater robots according to the present invention.
  • Figure 5a is a perspective view showing a water tank of the attitude and buoyancy control device for underwater robots in accordance with the present invention.
  • 5B and 5C are perspective views illustrating a cylinder and an eccentric piston constituting a water tank of the attitude and buoyancy control device for an underwater robot according to the present invention, respectively.
  • Figure 6 is a perspective view showing a prismatic joint of the attitude and buoyancy control device for underwater robots according to the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a method for adjusting the attitude and buoyancy for the underwater robot according to the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing in detail S100 of the attitude and buoyancy adjustment method for an underwater robot according to the present invention.
  • Figure 9 is a flow chart illustrating in detail the S200 of the attitude and buoyancy adjustment method for underwater robots in accordance with the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart showing in detail S300 of the attitude and buoyancy adjustment method for an underwater robot according to the present invention.
  • first actuator 110 actuator shaft
  • connection rod 300 water tank
  • piston head 328 male spline
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a posture and buoyancy control device for an underwater robot according to the present invention.
  • the underwater robot posture and buoyancy control device 10 includes a first actuator 100, a second actuator 200, and a controller 500.
  • the first actuator 100 and the second actuator 200 generate predetermined motions under the control of the controller 500, respectively.
  • the first actuator 100 generates a rotational motion under the control of the controller 500.
  • the second actuator 200 generates a rotational movement of a predetermined rotation angle range under the control of the controller 500. Operation and structure of the first actuator 100 and the second actuator 200 will be described in detail below.
  • FIGS. 2A and 2B are respectively assembled and exploded views showing the structure of the posture and buoyancy control device 10 for underwater robots according to the present invention.
  • the underwater robot posture and buoyancy control device 10 includes a first actuator 100, a second actuator 200, and a water tank 300.
  • the first actuator 100 will be described in detail with reference to FIG. 3.
  • FIG 3 is a perspective view showing the first actuator 100 of the attitude and buoyancy control device for underwater robots according to the present invention.
  • the first actuator 100 may include an actuator shaft 110 and a motor 120, and may further include a spline joint 130.
  • the actuator shaft 110 includes a rod having a male thread 112 and is coupled to the rotating shaft 122 of the motor 120 to rotate together with the rotating shaft 122.
  • the rotation direction is clockwise or counterclockwise under the control of the controller.
  • the motor 120 is coupled to the actuator shaft 110 to rotate the actuator shaft 110.
  • the motor 120 rotates clockwise or counterclockwise under the control of the controller.
  • Motor 120 may comprise a geared motor.
  • the spline joint 130 connects the motor 120 and the actuator shaft 110.
  • the spline joint 130 and the actuator shaft 110 may be manufactured integrally, and may include a female spline fastened to a male spline provided on the rotation shaft 122 of the motor 120. Can be.
  • the actuator shaft 110 is coupled to the rotation shaft 122 of the motor 120 by the spline joint 130 to rotate together with the rotation shaft 122.
  • the first actuator 100 may be a linear actuator.
  • the shaft of the linear actuator can be fastened directly to the eccentric piston 320.
  • the rotational motion of the first actuator 100 is converted to the linear motion of the eccentric piston 320, and the moving distance, that is, the position of the eccentric piston 320 is adjusted according to the rotational speed of the first actuator 100.
  • Figure 4 is a perspective view showing a second actuator 200 of the posture and buoyancy control device for underwater robots according to the present invention.
  • the second actuator 200 includes a servo 210, an arm 220, and a connecting rod 230.
  • the servo 210 generates a rotational movement in a constant rotational angle range in a clockwise direction, counterclockwise or counterclockwise direction under the control of the controller.
  • the arm 220 is installed on the rotating shaft of the servo 210 and rotates together with the rotating shaft.
  • the arm 220 converts the rotational motion of the servo 210 into the linear motion of the connecting rod 230.
  • the connecting rod 230 mechanically connects the protrusion 220 of the arm 220 and the prismatic joint 400 to transmit the rotational motion of the servo 210 to the piston shaft 322. That is, the rotational motion of the servo 210 is converted into the linear motion of the arm 220 and the connecting rod 230, and the linear motion is again converted into the rotational motion by the prismatic joint 400 connected to the connecting rod 230. Is converted.
  • the rotation angle of the eccentric piston 320 is adjusted according to the rotation angle of the second actuator 200.
  • Figure 5a is a perspective view showing a water tank 300 of the attitude and buoyancy control device for underwater robots in accordance with the present invention.
  • the water tank 300 includes a cylinder 310 and an eccentric piston 320.
  • the water tank 300 accommodates liquid therein, and the buoyancy of the underwater robot changes according to the amount of liquid contained in the water tank 300. For example, when the water tank 300 is filled with water, the buoyancy of the underwater robot can be reduced to dive. If the water tank 300 is empty, the buoyancy of the underwater robot can be increased to rise to the water.
  • the configuration of the water tank 300 will be described in detail with reference to FIGS. 5B to 5C.
  • Figure 5b is a perspective view showing a cylinder 310 of the attitude and buoyancy control device for underwater robots according to the present invention
  • Figure 5c shows an eccentric piston 320 of the attitude and buoyancy control device for aquatic robots according to the present invention.
  • Perspective view is a perspective view showing a cylinder 310 of the attitude and buoyancy control device for underwater robots according to the present invention
  • Figure 5c shows an eccentric piston 320 of the attitude and buoyancy control device for aquatic robots according to the present invention.
  • the cylinder 310 has an inlet and outlet 312 at one end thereof. Liquid flows into or out of the cylinder 310 through the inlet / outlet 312. The inflow and outflow of the liquid is made by the eccentric piston 320.
  • the eccentric piston 320 is composed of a piston shaft 322 and a piston head 324.
  • the piston shaft 322 has a female thread 326 therein.
  • the female thread 326 is fastened to the male thread 112 of the actuator shaft 110 so as to linearly move the eccentric piston 320 according to the rotation of the actuator shaft 110.
  • the piston shaft 322 includes an axial male spline 328 on its outer surface, which male spline 328 is inserted into the female spline 412 of the prismatic joint 400.
  • the piston head 324 is coupled to the piston shaft 322 and includes an eccentric portion 329 eccentric with respect to the piston shaft 322.
  • controlling the rotation angle of the eccentric piston 320 may adjust the left and right center of gravity of the underwater robot.
  • Figure 6 is a perspective view showing a prismatic joint 400 of the attitude and buoyancy control device for underwater robots according to the present invention.
  • the prismatic joint 400 includes a ring portion 410 and a protrusion 420.
  • the ring portion 410 includes a female spline 412 into which a piston shaft 322 is inserted and which is fastened to the male shaft spline 328 of the piston shaft 322.
  • the protrusion 420 is provided on the outer circumference of the ring portion 410 and is mechanically connected to the second actuator 200.
  • the ring portion 410 and the protrusion 420 may be integrally formed, and the rotational movement of the second actuator 200 may be a rotational movement of the eccentric piston 230 by the connecting rod 230 and the prismatic joint 400. Is converted.
  • the eccentric piston 320 inserted into the prismatic joint 400 slides toward the first actuator 100.
  • liquid flows into the water tank 300.
  • the buoyancy of the underwater robot decreases, and the underwater robot dive or moves to a deeper depth from the current depth.
  • the eccentric piston 320 inserted into the prismatic joint 400 slides to the opposite side of the first actuator 100.
  • the liquid flows out of the water tank 300.
  • the buoyancy of the underwater robot increases, and the underwater robot moves to the water surface or moves to a shallower depth at the current depth.
  • the first actuator 100 controls the linear movement of the eccentric piston 320 to adjust the position of the eccentric piston 320 to adjust the amount of liquid in the water tank 300, that is, the buoyancy.
  • the eccentric piston 320 has a constant weight
  • the front and rear center of gravity of the underwater robot changes according to the position of the eccentric piston 320. That is, when the first actuator 100 controls the position of the eccentric piston 320 under the control of the controller, it is possible to change the front and rear center of gravity of the underwater robot. Underwater robots can descend or ascend in response to changes in the center of gravity.
  • the eccentric piston 320 inserted into the prismatic joint 400 rotates clockwise by a predetermined angle. Since the male spline 328 of the eccentric piston 320 is inserted into the female spline 412 of the prismatic joint 400, the eccentric piston 320 also rotates in accordance with the rotation of the second actuator 200. When the eccentric piston 320 rotates by a predetermined angle in the clockwise direction, the position of the eccentric portion 329 is changed, so a change occurs in the left and right center of gravity of the underwater robot.
  • the eccentric piston 320 inserted into the prismatic joint 400 rotates by the predetermined angle in the counterclockwise direction.
  • the eccentric piston 320 rotates by a predetermined angle in the counterclockwise direction, since the position of the eccentric portion 329 is changed, a change occurs in the left and right centers of gravity of the underwater robot.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for adjusting the attitude and buoyancy of the underwater robot according to the present invention.
  • the attitude and buoyancy adjustment method for an underwater robot according to the present invention is performed in the attitude and buoyancy adjustment apparatus for an underwater robot according to the present invention.
  • the center of gravity of the underwater robot is adjusted by controlling the position of the eccentric piston 320 using the first actuator 100 (S100).
  • the first actuator 100 controls the position of the eccentric piston 320 under the control of the controller, it is possible to change the front and rear center of gravity of the underwater robot. Underwater robots can descend or ascend in response to changes in the center of gravity.
  • FIG. 8 is a detailed flowchart illustrating S100 of the attitude and buoyancy adjustment method for an underwater robot according to the present invention.
  • the rotational motion of the first actuator 100 is converted into a linear motion of the eccentric piston 320 (S110).
  • the eccentric piston 320 As the first actuator 100 rotates clockwise or counterclockwise, the eccentric piston 320 has a linear motion.
  • the buoyancy of the underwater robot is adjusted by adjusting the amount of liquid in the cylinder 310 using the first actuator 100 (S200).
  • the position of the eccentric piston 320 is controlled using the first actuator 100, the amount of liquid in the cylinder 310 may be changed.
  • the buoyancy of the underwater robot decreases, and when liquid flows out of the cylinder 310, the buoyancy of the underwater robot increases to adjust the buoyancy.
  • FIG. 9 is a detailed flowchart illustrating S200 of the attitude and buoyancy adjustment method for an underwater robot according to the present invention.
  • the center of gravity of the underwater robot is adjusted by controlling the eccentricity according to the rotation angle of the eccentric piston 320 using the second actuator 200 (S300).
  • the second actuator 200 is connected to the eccentric piston 320 through the prismatic joint 400. Therefore, the eccentric piston 320 rotates according to the rotation angle of the second actuator 200.
  • the eccentric piston 320 rotates, and the position of the eccentric portion 329 is changed to change the left and right center of gravity of the underwater robot.
  • FIG. 10 is a detailed flowchart illustrating S300 of the attitude and buoyancy adjustment method for an underwater robot according to the present invention.
  • the rotational movement of the second actuator 200 is transmitted to the eccentric piston 320 through the prismatic joint 400 (S310).
  • the center of gravity and buoyancy of the underwater robot can be simultaneously adjusted through the first actuator and the second actuator coupled to the water tank composed of an eccentric piston and a cylinder. There is this.
  • the first actuator and the second actuator control the position and rotation angle of the eccentric piston each having a constant weight, the front and rear centers of gravity and the left and right centers of gravity of the underwater robot can be easily changed.

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Abstract

본 발명은 수중 로봇의 부력과 전후좌후 무게 중심을 조절할 수 있는 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치는 일단에 입출수구를 구비한 실린더; 상기 실린더 내에서 선형 운동을 하여 상기 입출수구를 통해 상기 실린더 내부에 액체를 출입시키는 편심 피스톤; 상기 편심 피스톤에 연결되어 상기 편심 피스톤을 선형 운동시키는 제1 액츄에이터; 상기 편심 피스톤에 설치된 프리즈매틱 조인트; 및 상기 프리즈매틱 조인트에 연결되어 상기 편심 피스톤의 회전 각도를 조절하는 제2 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법
본 발명은 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 수중 로봇의 부력과 전후좌후 무게 중심을 조절할 수 있는 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수중 로봇은 별도의 부력 조절 장치를 탑재하여 수중을 유영할 수 있다. 별도의 부력 조절 장치는 중성 부력을 가지도록 설정되어 수중 로봇에 탑재되는 경우가 대부분이지만, 수중 로봇의 유실을 방지하기 위하여 양성 부력을 가지도록 설정되기도 한다.
그러나, 호수와 강과 같은 민물 환경과 바다와 같은 해양 환경은 물의 비중이 서로 달라 이미 설정된 부력 조절 장치만으로는 수중 로봇의 부력을 미세하게 조절할 수 없다는 단점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 수중 로봇의 부력과 전후좌우 무게 중심을 조절할 수 있는 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치는 일단에 입출수구를 구비한 실린더; 상기 실린더 내에서 선형 운동을 하여 상기 입출수구를 통해 상기 실린더 내부에 액체를 출입시키는 편심 피스톤; 상기 편심 피스톤에 연결되어 상기 편심 피스톤을 선형 운동시키는 제1 액츄에이터; 상기 편심 피스톤에 설치된 프리즈매틱 조인트; 및 상기 프리즈매틱 조인트에 연결되어 상기 편심 피스톤의 회전 각도를 조절하는 제2 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 편심 피스톤은 피스톤 섀프트; 및 상기 피스톤 섀프트에 연결되며, 상기 피스톤 섀프트에 대하여 편심된 피스톤 헤드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 피스톤 섀프트는 그 내면에 암나사산을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 액츄에이터는 상기 암나사산에 체결되는 수나사산을 구비한 액츄에이터 섀프트; 및 상기 액츄에이터 섀프트에 결합되어 상기 액츄에이터 섀프트를 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치는 상기 모터와 상기 액츄에이터 섀프트를 연결하는 스플라인 조인트를 더 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 피스톤 섀프트는 그 외면에 축 방향의 수 스플라인을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 프리즈매틱 조인트는 상기 피스톤 섀프트에 설치되며, 그 내측에 상기 수 스플라인에 체결되는 암 스플라인을 구비하는 링부; 및 상기 링부의 외주에 구비되어 상기 제2 액츄에이터와 기구적으로 연결되는 돌기부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 액츄에이터는 서보; 상기 서보의 회전축에 설치된 암; 및 상기 암과 상기 돌기부를 기구적으로 연결하여 상기 서보의 회전 운동을 상기 피스톤 섀프트에 전달하는 연결 로드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 액츄에이터는 리니어 액츄에이터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치는 상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터를 이용해 상기 편심 피스톤의 위치 및 상기 회전 각도에 따른 편심을 제어하여 상기 수중 로봇의 부력과 무게 중심을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 편심 피스톤의 위치를 제어하여 상기 수중 로봇의 전후 무게 중심을 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 실린더 내의 상기 액체의 양을 조절함으로써 상기 수중 로봇의 부력을 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 편심 피스톤의 편심을 제어하여 상기 수중 로봇의 좌우 무게 중심을 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치는 실린더 및 상기 실린더 내의 액체의 양을 조절하는 편심 피스톤으로 구성되는 물 탱크; 상기 편심 피스톤의 선형 운동을 제어하여 상기 편심 피스톤의 위치를 조절하는 제1 액츄에이터; 상기 편심 피스톤의 회전 각도를 제어하여 상기 편심 피스톤의 편심을 조절하는 제2 액츄에이터; 및 상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터를 이용해 상기 편심 피스톤의 위치 및 상기 회전 각도에 따른 편심에 따라 수중 로봇의 부력과 무게 중심을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 방법은 일단에 입출수구를 구비한 실린더; 상기 실린더 내에서 선형 운동을 하여 상기 입출수구를 통해 상기 실린더 내부에 액체를 출입시키는 편심 피스톤; 상기 편심 피스톤에 연결되어 상기 편심 피스톤을 선형 운동시키는 제1 액츄에이터; 상기 피스톤에 설치된 프리즈매틱 조인트; 상기 프리즈매틱 조인트에 연결되어 상기 편심 피스톤의 회전 각도를 조절하는 제2 액츄에이터; 및 상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터를 제어하는 제어부를 포함하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 방법에 있어서, (a) 상기 제1 액츄에이터를 이용해 상기 편심 피스톤의 위치를 제어하여 상기 수중 로봇의 전후 무게 중심을 조절하는 단계; (b) 상기 제1 액츄에이터를 이용해 상기 실린더 내의 상기 액체의 양을 조절함으로써 상기 수중 로봇의 부력을 조절하는 단계; 및 (c) 상기 제2 액츄에이터를 이용해 상기 편심 피스톤의 회전 각도에 따른 편심을 제어하여 상기 수중 로봇의 좌우 무게 중심을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계는 (b-1) 상기 제1 액츄에이터의 회전 운동을 상기 편심 피스톤의 선형 운동으로 변환하는 단계; 및 (b-2) 상기 편심 피스톤의 선형 운동에 따른 상기 편심 피스톤의 위치를 제어하여 상기 실린더 내부의 상기 액체의 양을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계는 (c-1) 상기 제2 액츄에이터의 회전 운동을 상기 프리즈매틱 조인트를 통해 상기 편심 피스톤에 전달하는 단계; 및 (c-2) 상기 제2 액츄에이터의 회전 운동에 따른 상기 편심 피스톤의 회전 각도를 제어하여 상기 좌우 무게 중심을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법에 따르면, 편심 피스톤과 실린더로 구성된 물 탱크와 결합된 제1 액츄에이터 및 제2 엑츄에이터를 통해 수중 로봇의 무게 중심과 부력을 동시에 조절할 수 있다는 장점이 있다.
구체적으로는, 제1 액츄에이터를 통해 편심 피스톤의 선형 운동을 제어하여 편심 피스톤의 위치를 조절하면, 물 탱크 내의 액체의 양을 조절하여 수중 로봇의 부력을 조절할 수 있다.
또한, 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터가 각각 일정한 중량을 가지는 편심 피스톤의 위치 및 회전 각도를 제어하면 수중 로봇의 전후 무게 중심 및 좌우 무게 중심을 용이하게 변화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치를 개략적으로 도시한 블록도.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 구조를 도시한 조립도 및 분해도.
도 3은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 제1 액츄에이터를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 제2 액츄에이터를 도시한 사시도.
도 5a는 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 물 탱크를 도시한 사시도.
도 5b 및 도 5c는 각각 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 물 탱크를 구성하는 실린더 및 편심 피스톤을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 프리즈매틱 조인트를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법을 도시한 흐름도.
도 8은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법의 S100을 상세히 도시한 흐름도.
도 9는 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법의 S200을 상세히 도시한 흐름도.
도 10은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법의 S300을 상세히 도시한 흐름도.
<부호의 설명>
10 : 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치
100 : 제1 액츄에이터 110 : 액츄에이터 섀프트
120 : 모터 122: 회전축
130 : 스플라인 조인트 200 : 제2 액츄에이터
210 : 서보 220 : 암
230 : 연결 로드 300 : 물 탱크
310 : 실린더 320 : 편심 피스톤
312 : 입출수구 322 : 피스톤 섀프트
324 : 피스톤 헤드 328 : 수 스플라인
329 : 편심부 400 : 프리즈매틱 조인트
410 : 링부 412 : 암 스플라인
420 : 돌기부
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치(10)는 제1 액츄에이터(100), 제2 액츄에이터(200) 및 제어부(500)를 포함한다. 제1 액츄에이터(100) 및 제2 액츄에이터(200)는 제어부(500)의 제어에 따라 소정의 운동(motion)을 각각 발생시킨다. 예를 들어, 제1 액츄에이터(100)는 제어부(500)의 제어에 따라 회전 운동을 발생시킨다. 또한, 제2 액츄에이터(200)는 제어부(500)의 제어에 따라 일정한 회전 각도 범위의 회전 운동을 발생시킨다. 제1 액츄에이터(100) 및 제2 액츄에이터(200)의 동작 및 구조에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치(10)의 구조를 도시한 조립도 및 분해도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치(10)는 제1 액츄에이터(100), 제2 액츄에이터(200) 및 물 탱크(300)를 포함한다.
제1 액츄에이터(100)를 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 제1 액츄에이터(100)를 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제1 액츄에이터(100)는 액츄에이터 섀프트(110) 및 모터(120)를 포함하며, 스플라인 조인트(130)를 더 포함할 수 있다.
액츄에이터 섀프트(110)는 수나사산(112)을 구비한 로드(rod)를 포함하며, 모터(120)의 회전축(122)에 결합되어 회전축(122)과 함께 회전한다. 회전 방향은 제어부의 제어에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향이다.
모터(120)는 액츄에이터 섀프트(110)에 결합되어 액츄에이터 섀프트(110)를 회전시킨다. 모터(120)는 제어부의 제어에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 모터(120)는 기어드 모터(geared motor)를 포함할 수 있다.
스플라인 조인트(130)는 모터(120)와 액츄에이터 섀프트(110)를 연결한다. 스플라인 조인트(130)와 액츄에이터 섀프트(110)는 일체로 제조될 수 있으며, 모터(120)의 회전축(122)에 구비된 수 스플라인(male spline)에 체결되는 암 스플라인(female spline)을 포함할 수 있다. 스플라인 조인트(130)에 의해 액츄에이터 섀프트(110)가 모터(120)의 회전축(122)에 결합되어 회전축(122)과 함께 회전한다.
제1 액츄에이터(100)는 리니어 액츄에이터일 수 있다. 리니어 액츄에이터가 이용되는 경우, 리니어 액츄에이터의 축이 편심 피스톤(320)에 직접 체결될 수 있다.
제1 액츄에이터(100)의 회전 운동은 편심 피스톤(320)의 선형 운동으로 변환되고, 제1 액츄에이터(100)의 회전수에 따라 편심 피스톤(320)의 이동 거리, 즉 위치가 조절된다.
이하에서는, 제2 액츄에이터(200)를 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 제2 액츄에이터(200)를 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 제2 액츄에이터(200)는 서보(210), 암(220) 및 연결 로드(230)를 포함한다.
서보(210)는 제어부의 제어에 따라 시계 방향 또는 반시계 또는 반시계 방향으로 일정한 회전 각도 범위의 회전 운동을 발생시킨다.
암(220)은 서보(210)의 회전축에 설치되어 회전축과 함께 회전한다. 암(220)은 서보(210)의 회전 운동을 연결 로드(230)의 직선 운동으로 변환한다.
연결 로드(230)는 암(220)과 프리즈매틱 조인트(400)의 돌기부(420)를 기구적으로 연결하여 서보(210)의 회전 운동을 피스톤 섀프트(322)에 전달한다. 즉, 서보(210)의 회전 운동은 암(220)과 연결 로드(230)의 직선 운동으로 변환되고, 상기 직선 운동은 연결 로드(230)에 연결된 프리즈매틱 조인트(400)에 의해 다시 회전 운동으로 변환된다.
제2 액츄에이터(200)의 회전 각도에 따라 편심 피스톤(320)의 회전 각도가 조절된다.
이하에서는, 물 탱크(300)를 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 상세히 설명한다.
도 5a는 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 물 탱크(300)를 도시한 사시도이다.
도 5a을 참조하면, 물 탱크(300)는 실린더(310) 및 편심 피스톤(320)을 포함한다. 물 탱크(300)는 그 내부에 액체를 수용하며, 물 탱크(300)에 수용된 액체의 양에 따라 수중 로봇의 부력이 변화한다. 예를 들어, 물 탱크(300) 내에 물이 채워지면 수중 로봇의 부력이 감소하여 잠수를 할 수 있으며, 물 탱크(300)를 비우면 수중 로봇의 부력이 증가하여 수상으로 올라갈 수 있다.
물 탱크(300)의 구성을 도 5b 내지 도 5c를 참조하여 상세히 설명한다.
도 5b는 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 실린더(310)를 도시한 사시도이며, 도 5c는 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 편심 피스톤(320)을 도시한 사시도이다.
도 5b를 참조하면, 실린더(310)는 그 일단에 입출수구(312)를 구비한다. 입출수구(312)를 통해 실린더(310) 내부로 액체가 유입되거나 실린더(310) 외부로 액체가 유출된다. 액체의 유입 및 유출은 편심 피스톤(320)에 의해 이루어진다.
도 5c를 참조하면, 편심 피스톤(320)은 피스톤 섀프트(322) 및 피스톤 헤드(324)로 구성된다.
피스톤 섀프트(322)는 그 내측에 암나사산(326)을 구비한다. 암나사산(326)은 액츄에이터 섀프트(110)의 수나사산(112)에 체결되어 액츄에이터 섀프트(110)의 회전에 따라 편심 피스톤(320)을 직선 운동하도록 하는 기능을 한다.
피스톤 섀프트(322)는 그 외면에 축 방향의 수 스플라인(328)을 포함하며, 수 스플라인(328)은 프리즈매틱 조인트(400)의 암 스플라인(412)에 삽입된다.
피스톤 헤드(324)는 피스톤 섀프트(322)에 결합되며, 피스톤 섀프트(322)에 대하여 편심된 편심부(329)를 포함한다.
편심 피스톤(320)의 회전 각도에 따라 편심부(329)의 위치가 변화하므로 편심 피스톤(320)의 회전 각도를 제어하면 수중 로봇의 좌우 방향 무게 중심을 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 프리즈매틱 조인트(400)를 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 프리즈매틱 조인트(400)는 링부(410) 및 돌기부(420)를 포함한다.
링부(410)는 피스톤 섀프트(322)가 삽입되며, 그 내측에 피스톤 섀프트(322)수 스플라인(328)에 체결되는 암 스플라인(412)을 구비한다.
돌기부(420)는 링부(410)의 외주에 구비되어 제2 액츄에이터(200)와 기구적으로 연결된다. 링부(410)와 돌기부(420)는 일체로 형성될 수 있으며, 제2 액츄에이터(200)의 회전 운동이 연결 로드(230)와 프리즈매틱 조인트(400)에 의해 편심 피스톤(230)의 회전 운동으로 변환된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
제1 액츄에이터(100)가 시계 방향으로 회전하면, 프리즈매틱 조인트(400)에 삽입되어 있는 편심 피스톤(320)은 제1 액츄에이터(100) 쪽으로 슬라이딩된다. 편심 피스톤(320)이 제1 액츄에이터(100) 쪽으로 슬라이딩되면, 물 탱크(300)에는 액체가 유입된다. 물 탱크(300)에 액체가 유입되면, 수중 로봇의 부력이 감소하고, 수중 로봇은 잠수를 하거나, 현재의 수심에서 더 수심이 깊은 곳으로 이동하게 된다.
제1 액츄에이터(100)가 반시계 방향으로 회전하면, 프리즈매틱 조인트(400)에 삽입되어 있는 편심 피스톤(320)은 제1 액츄에이터(100)의 반대쪽으로 슬라이딩된다. 편심 피스톤(320)이 제1 액츄에이터(100)의 반대쪽으로 슬라이딩되면, 물 탱크(300)로부터 액체가 유출된다. 물 탱크(300)로부터 액체가 유출되면, 수중 로봇의 부력이 증가하고, 수중 로봇은 수상으로 이동하거나 현재의 수심에서 더 수심이 얕은 곳으로 이동하게 된다.
즉, 제1 액츄에이터(100)는 편심 피스톤(320)의 선형 운동을 제어하여 편심 피스톤(320)의 위치를 조절함으로써 물 탱크(300) 내의 액체의 양, 즉 부력을 조절한다.
또한, 편심 피스톤(320)은 일정한 중량을 가지므로 편심 피스톤(320)의 위치에 따라 수중 로봇의 전후 무게 중심이 변화한다. 즉, 제1 액츄에이터(100)가 제어부의 제어에 따라 편심 피스톤(320)의 위치를 제어하면, 수중 로봇의 전후 무게 중심을 변화시킬 수 있다. 수중 로봇은 전후 무게 중심의 변화에 따라 하강하거나 상승할 수 있다.
제2 액츄에이터(200)가 제어부의 제어에 따라 시계 방향으로 일정 각도만큼 회전하면, 프리즈매틱 조인트(400)에 삽입되어 있는 편심 피스톤(320)은 시계 방향으로 일정 각도만큼 회전한다. 프리즈매틱 조인트(400)의 암 스플라인(412)에 편심 피스톤(320)의 수 스플라인(328)이 삽입되어 있으므로 제2 액츄에이터(200)의 회전에 따라 편심 피스톤(320)도 회전하게 된다. 편심 피스톤(320)이 시계 방향으로 일정 각도만큼 회전하면, 편심부(329)의 위치가 변하게 되므로 수중 로봇의 좌우 무게 중심에 변화가 발생한다.
마찬가지로, 제2 액츄에이터(200)가 제어부의 제어에 따라 반시계 방향으로 일정 각도만큼 회전하면, 프리즈매틱 조인트(400)에 삽입되어 있는 편심 피스톤(320)은 반시계 방향으로 일정 각도만큼 회전한다. 편심 피스톤(320)이 반시계 방향으로 일정 각도만큼 회전하면, 편심부(329)의 위치가 변하게 되므로 수중 로봇의 좌우 무게 중심에 변화가 발생한다.
즉, 제2 액츄에이터(200)가 제어부의 제어에 따라 편심 피스톤(320)의 회전 각도를 제어하면 편심 피스톤(320)의 편심에 변화가 발생하고, 이에 따라 수중 로봇의 좌우 무게 중심을 변화시킬 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법을 도시한 흐름도이다. 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치에서 수행된다.
도 2b 및 도 7을 참조하면, 제1 액츄에이터(100)를 이용해 편심 피스톤(320)의 위치를 제어하여 수중 로봇의 전후 무게 중심을 조절한다(S100). 앞서 설명한 바와 같이, 편심 피스톤(320)은 일정한 중량을 가지므로 편심 피스톤(320)의 위치에 따라 수중 로봇의 전후 무게 중심이 변화한다. 즉, 제1 액츄에이터(100)가 제어부의 제어에 따라 편심 피스톤(320)의 위치를 제어하면, 수중 로봇의 전후 무게 중심을 변화시킬 수 있다. 수중 로봇은 전후 무게 중심의 변화에 따라 하강하거나 상승할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법의 S100을 상세히 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 제1 액츄에이터(100)의 회전 운동을 편심 피스톤(320)의 선형 운동으로 변환한다(S110). 제1 액츄에이터(100)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함에 따라, 편심 피스톤(320)은 선형 운동을 하게 된다.
다음에는, 편심 피스톤(320)의 선형 운동에 따른 편심 피스톤(320)의 위치를 제어하여 수중 로봇의 전후 무게 중심을 조절한다. 제어부가 제1 액츄에이터(100)의 회전을 적절히 제어하면, 편심 피스톤(320)의 위치를 조절할 수 있으며, 편심 피스톤(320)의 위치에 따라 수중 로봇의 전후 무게 중심을 조절할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 제1 액츄에이터(100)를 이용해 실린더(310) 내의 액체의 양을 조절함으로써 수중 로봇의 부력을 조절한다(S200). 제1 액츄에이터(100)를 이용해 편심 피스톤(320)의 위치를 제어하면, 실린더(310) 내의 액체의 양을 변화시킬 수 있다. 실린더(310) 내부로 액체가 유입되면 수중 로봇의 부력이 감소하고, 실린더(310) 외부로 액체가 유출되면 수중 로봇의 부력이 증가하여 부력을 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법의 S200을 상세히 도시한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 제1 액츄에이터(100)의 회전 운동을 편심 피스톤(320)의 선형 운동으로 변환한다(S210).
다음에는, 편심 피스톤(320)의 선형 운동에 따른 편심 피스톤(320)의 위치를 제어하여 실린더(310) 내부의 액체의 양을 조절한다. 실린더(310) 내부의 액체의 양에 따라 수중 로봇의 비중이 변화하므로 부력을 조절할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 제2 액츄에이터(200)를 이용해 편심 피스톤(320)의 회전 각도에 따른 편심을 제어하여 수중 로봇의 좌우 무게 중심을 조절한다(S300). 제2 액츄에이터(200)는 프리즈매틱 조인트(400)를 통해 편심 피스톤(320)에 연결된다. 따라서, 제2 액츄에이터(200)의 회전 각도에 따라 편심 피스톤(320)이 회전한다. 편심 피스톤(320)이 회전하며, 편심부(329)의 위치가 변화하여 수중 로봇의 좌우 무게 중심이 변화한다.
도 10은 본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 방법의 S300을 상세히 도시한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 제2 액츄에이터(200)의 회전 운동을 프리즈매틱 조인트(400)를 통해 편심 피스톤(320)에 전달한다(S310).
다음에는, 제2 액츄에이터(200)의 회전 운동에 따른 편심 피스톤(320)의 회전 각도를 제어하여 수중 로봇의 좌우 무게 중심을 조절한다(S320). 제2 액츄에이터(200)의 회전 각도에 따른 편심 피스톤(320)의 회전 각도도 변화하므로 제어부가 제2 액츄에이터(200)의 회전 각도를 적절히 제어하면, 수중 로봇의 좌우 무게 중심을 임의로 조절할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 여타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 수중 로봇용 자세 및 부력 조절 장치 및 방법에 따르면, 편심 피스톤과 실린더로 구성된 물 탱크와 결합된 제1 액츄에이터 및 제2 엑츄에이터를 통해 수중 로봇의 무게 중심과 부력을 동시에 조절할 수 있다는 장점이 있다.
구체적으로는, 제1 액츄에이터를 통해 편심 피스톤의 선형 운동을 제어하여 편심 피스톤의 위치를 조절하면, 물 탱크 내의 액체의 양을 조절하여 수중 로봇의 부력을 조절할 수 있다.
또한, 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터가 각각 일정한 중량을 가지는 편심 피스톤의 위치 및 회전 각도를 제어하면 수중 로봇의 전후 무게 중심 및 좌우 무게 중심을 용이하게 변화시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 일단에 입출수구를 구비한 실린더;
    상기 실린더 내에서 선형 운동을 하여 상기 입출수구를 통해 상기 실린더 내부에 액체를 출입시키는 편심 피스톤;
    상기 편심 피스톤에 연결되어 상기 편심 피스톤을 선형 운동시키는 제1 액츄에이터;
    상기 편심 피스톤에 설치된 프리즈매틱 조인트; 및
    상기 프리즈매틱 조인트에 연결되어 상기 편심 피스톤의 회전 각도를 조절하는 제2 액츄에이터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편심 피스톤은
    피스톤 섀프트; 및
    상기 피스톤 섀프트에 연결되며, 상기 피스톤 섀프트에 대하여 편심된 피스톤 헤드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피스톤 섀프트는 그 내면에 암나사산을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 액츄에이터는
    상기 암나사산에 체결되는 수나사산을 구비한 액츄에이터 섀프트; 및
    상기 액츄에이터 섀프트에 결합되어 상기 액츄에이터 섀프트를 회전시키는 모터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모터와 상기 액츄에이터 섀프트를 연결하는 스플라인 조인트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 피스톤 섀프트는 그 외면에 축 방향의 수 스플라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프리즈매틱 조인트는
    상기 피스톤 섀프트에 설치되며, 그 내측에 상기 수 스플라인에 체결되는 암 스플라인을 구비하는 링부; 및
    상기 링부의 외주에 구비되어 상기 제2 액츄에이터와 기구적으로 연결되는 돌기부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 액츄에이터는
    서보;
    상기 서보의 회전축에 설치된 암; 및
    상기 암과 상기 돌기부를 기구적으로 연결하여 상기 서보의 회전 운동을 상기 피스톤 섀프트에 전달하는 연결 로드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액츄에이터는 리니어 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터를 이용해 상기 편심 피스톤의 위치 및 상기 회전 각도에 따른 편심을 제어하여 상기 수중 로봇의 부력과 무게 중심을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 편심 피스톤의 위치를 제어하여 상기 수중 로봇의 전후 무게 중심을 조절하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 실린더 내의 상기 액체의 양을 조절함으로써 상기 수중 로봇의 부력을 조절하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 편심 피스톤의 편심을 제어하여 상기 수중 로봇의 좌우 무게 중심을 조절하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  14. 실린더 및 상기 실린더 내의 액체의 양을 조절하는 편심 피스톤으로 구성되는 물 탱크;
    상기 편심 피스톤의 선형 운동을 제어하여 상기 편심 피스톤의 위치를 조절하는 제1 액츄에이터;
    상기 편심 피스톤의 회전 각도를 제어하여 상기 편심 피스톤의 편심을 조절하는 제2 액츄에이터; 및
    상기 제1 액츄에이터 및 제2 액츄에이터를 이용해 상기 편심 피스톤의 위치 및 상기 회전 각도에 따른 편심에 따라 수중 로봇의 부력과 무게 중심을 조절하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 장치.
  15. 일단에 입출수구를 구비한 실린더; 상기 실린더 내에서 선형 운동을 하여 상기 입출수구를 통해 상기 실린더 내부에 액체를 출입시키는 편심 피스톤; 상기 편심 피스톤에 연결되어 상기 편심 피스톤을 선형 운동시키는 제1 액츄에이터; 상기 피스톤에 설치된 프리즈매틱 조인트; 상기 프리즈매틱 조인트에 연결되어 상기 편심 피스톤의 회전 각도를 조절하는 제2 액츄에이터; 및 상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터를 제어하는 제어부를 포함하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 방법에 있어서,
    (a) 상기 제1 액츄에이터를 이용해 상기 편심 피스톤의 위치를 제어하여 상기 수중 로봇의 전후 무게 중심을 조절하는 단계;
    (b) 상기 제1 액츄에이터를 이용해 상기 실린더 내의 상기 액체의 양을 조절함으로써 상기 수중 로봇의 부력을 조절하는 단계; 및
    (c) 상기 제2 액츄에이터를 이용해 상기 편심 피스톤의 회전 각도에 따른 편심을 제어하여 상기 수중 로봇의 좌우 무게 중심을 조절하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    (a-1) 상기 제1 액츄에이터의 회전 운동을 상기 편심 피스톤의 선형 운동으로 변환하는 단계; 및
    (a-2) 상기 편심 피스톤의 선형 운동에 따른 상기 편심 피스톤의 위치를 제어하여 상기 전후 무게 중심을 조절하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    (b-1) 상기 제1 액츄에이터의 회전 운동을 상기 편심 피스톤의 선형 운동으로 변환하는 단계; 및
    (b-2) 상기 편심 피스톤의 선형 운동에 따른 상기 편심 피스톤의 위치를 제어하여 상기 실린더 내부의 상기 액체의 양을 조절하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    (c-1) 상기 제2 액츄에이터의 회전 운동을 상기 프리즈매틱 조인트를 통해 상기 편심 피스톤에 전달하는 단계; 및
    (c-2) 상기 제2 액츄에이터의 회전 운동에 따른 상기 편심 피스톤의 회전 각도를 제어하여 상기 좌우 무게 중심을 조절하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 로봇의 자세 및 부력 조절 방법.
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