수중형 자율 운항 로봇 키트{Underwater-type Autonomous Robot-kit}

본 발명은 수중형 자율 운항 로봇 키트에 관한 것으로 특히, 해양 로봇의 경진에 사용되고, 수중에서 자율적으로 운항할 수 있는 수중형 자율 운항 로봇 키트에 관한 것이다.

로봇 분야는 국가 발전의 주축이 되는 신성장 동력 산업으로 선정되었다. 이에 따라 기계, 조선 부품 산업과 해양 산업 체질 개선 및 해양 로봇 융합 기술의 선도를 위한 원천 기술의 개발과 전문 인력 양성을 위해, 국가적으로 로봇 경진 대회를 개최하고 있다.

이러한 로봇 경진 대회에서는 참여자가 직접 제작한 로봇을 출품하거나, 주체 측에서 로봇 키트를 참여자에게 제공하고, 참여자가 주어진 로봇 키트를 프로그램화한 후 이들 로봇들의 평가하여 순위를 정하고 있다.

로봇 키트에 대한 예가 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 20-0438227에 "마이크로 프로세서를 이용한 지능형 자율 이동 로봇 교육용 키트"라는 명칭으로 개시되어 있다. 상기 마이크로 프로세서를 이용한 지능형 자율 이동 로봇 교육용 키트는 지능형 자율 이동 로봇에 탑재되는 각종 제어 회로 부품을 모듈화하여 블루투스 통신 모듈부, 리모컨 수신 모듈부, 거리 측정(초음파 & PSD) 모듈부, 조도 & 온도 센서 모듈부, 로봇 팔 모듈부, 무선 카메라 모듈부, 만능 기판 모듈부, 노트북 거치대로 분리구성하고, 교육용 키트에는 상기 분리 구성된 여러 가지 모듈부가 키트의 메인보드 상에 구비된 모듈 장착 공간에 자석식으로 부착되도록 하면서 상기 메인보드 상에 모듈부와 연결잭으로 연결되기 위한 복수 개의 단자부를 형성하고, 외부기기와의 통신을 위한 RS-232C 및 USB 포트로 이루어진 통신포트, 로봇의 현재 상태 및 로봇의 명령을 표시하는 그래픽 LCD 디스플레이부, 로봇의 제어 및 상태 표시를 문자로 표시하는 문자 표시� ��, 자율 이동 로봇에 설치된 라인 감지부와 동일한 구조의 라인 감지부, 제어용 마이크로 프로세서, 프로그램 다운로드를 위한 ISP 포트, 모션 제어 및 모터 구동을 위한 모터 구동부, 상기 모터 구동부의 제어에 따라 자율이동로봇의 실제 바퀴와 동일하게 회전 작동하는 구동 바퀴로 구성된다.

그러나 상술한 로봇 키트는 육상용 자율 이동 로봇 키트로서, 해양 로봇 경진시 로봇의 능력 평가를 위한 수중 이동 및 장애물 탐지 및 회피해야 하는 수중용으로는 적합하지 않은 문제가 있다.

이에, 본 발명은 상술한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해상 로봇 경진 대회에서 사용할 수 있는 수중 이동, 방수 및 무게 조절 성능이 우수한 수중형 자율 운항 로봇 키트를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수중형 자율 운항 로봇 키트는 몸체; 상기 몸체의 후미에 결합되는 원통 형상의 덕트; 그 상부에 제 1 모터 및 제 2 모터가 장착되며, 상기 몸체의 내부에 장착되는 테일 슬라이드; 그 상부에 제어 보드, 배터리 및 제 3 모터가 장착되며, 상기 몸체의 내부에 장착되는 헤드 슬라이드; 상기 덕트의 내부 공간 내에 위치하는 프로펠라; 상기 제 1 모터의 회전 축과 상기 프로펠라를 제 1 축 결합시키기 위한 제 1 축 결합 수단; 요(Yaw)를 발생시키기 위한 이중 구동형 제어판; 상기 제 2 모터의 회전 축과 상기 이중 구동형 제어판을 제 2 축 결합시키기 위한 제 2 축 결합 수단; 상기 테일 슬라이드의 하부에서 피치를 발생시키기 위한 질량 부착 판; 상기 제 3 모터이 회전력을 이용하여 상기 질량 부착 판을 상기 헤드 슬라이드의 하부에서 전후로 이송시키기 위한 이송 수단을 포함한다.

상기 제 1 축 결합 수단은 그 일단이 상기 프로펠라와 결합되는 프로펠라 회전 축; 및 상기 프로펠라 회전 축과 상기 제 1 모터의 회전 축을 결합시키기 위한 축 결합 부재를 포함한다.

상기 제 2 축 결합 수단은 그 회전 축이 상기 이중 구동형 제어판과 결합되는 제 1 이중 평기어; 상기 제 1 이중 평기어와 기어 결합되는 제 2 이중 평기어; 및 그 일 기어가 상기 제 2 모터의 회전 축과 결합되고 그 타 기어가 상기 제 2 이중 평기어의 회전 축과 결합되는 베벨 기어를 포함한다.

상기 제 1 이중 평기어는 상기 몸체의 외부에 위치하며, 상기 제 1 이중 평기어는 상기 몸체의 내부에 위치하며, 상기 수중형 자율 운항 로봇 키트는 상기 제 1 이중 평기어를 방수하기 위한 커버; 상기 커버를 관통하는 상기 프로펠라 회전 축에 장착되는 제 1 오링; 및 상기 커버를 관통하는 상기 제 1 이중 평기어의 회전 축 양단에 결합되는 제 2 및 제 3 오링을 더 포함한다.

상기 몸체는 상기 헤드 슬라이드가 그 내부에 장착되는 헤드 몸체; 및 상기 헤드 몸체와 방수되게 결합되며, 상기 테일 슬라이드가 그 내부에 장착되는 테일 몸체를 포함한다.

상기 헤드 몸체는 그 전방에 센서 부착 부재가 장착되고, 그 후단부에 바깥 표면에 숫 나사산이 형성되며, 상기 테일 몸체는 상기 헤드 몸체의 나사산과 나사 결합하기 위한 암 나사산이 그 전방의 내부 표면에 형성된다.

상기 헤드 몸체 및 상기 테일 몸체가 나사 결합될 때, 그 사이에 장착되는 방수용 링을 더 포함한다.

상기 수중형 자율 운항 로봇 키트는 상기 헤드 몸체의 내부에 설치되며, 상기 헤드 슬라이드를 안내하기 위한 한 쌍의 헤드 슬라이드 가이드 부재들을 더 포함한다.

상기 수중형 자율 운항 로봇 키트는 상기 테일 몸체의 내부에 설치되며, 상기 테일 슬라이드를 안내하기 위한 한 쌍의 테일 슬라이드 가이드 부재들을 더 포함한다.

상기 이송 수단은 상기 질량 부착 판이 고정 설치되며, 상기 헤드 슬라이드의 하부에 이동 가능하게 설치되는 래크; 및 상기 헤드 슬라이드의 하부에 설치되어 상기 래크와 기어 결합되며, 상기 제 3 기어에 의해 구동되는 피니언을 포함한다.

상기 수중형 자율 운항 로봇 키트는 상기 헤드 몸체의 내부 양 측 및 상기 테일 몸체의 내부 양 측에 자세 조절용 질량 부재를 각각 설치하기 위한 4개의 무게 조절부들을 더 포함한다.

상기 수중형 자율 운항 로봇 키트는 상기 헤드 몸체의 외부 및 상기 테일 몸체의 외부에 각각 설치되어, 그 내부에 부력 조절용 질량 부재를 각각 설치하기 위한 2개의 부력 조절부들을 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 해상 로봇 경진 대회에서 사용할 수 있는 수중 이동, 방수 및 무게 조절 성능이 우수한 수중형 자율 운항 로봇 키트를 제공함으로써, 국내 해양 로봇 경진 대회 활성화 및 로봇 산업 육성에 실질적으로 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 과학 교육 및 로봇 문화 형성에 기여할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중형 자율 운항 로봇 키트를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 수중형 자율 운항 로봇 키트의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 수중형 자율 운항 로봇 키트의 헤드 몸체 및 테일 몸체의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 헤드 몸체를 상세히 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1 내지 도 3에 도시된 테일 몸체를 상세히 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1 내지 도 3, 및 도 5에 도시된 테일 몸체 내부에 테일 슬라이드가 장착된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1 내지 도 6에 도시된 수중형 자율 운항 로봇 키트의 제 1 모터와 프로펠러 사이의 제 1 축 결합을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1 내지 도 6에 도시된 수중형 자율 운항 로봇 키트의 제 2 모터와 이중 구동형 제어판의 제 2 축 결합을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 11은 도 1 내지 도 6에 도시된 수중형 자율 운항 로봇 키트의 제 3 모터, 헤드 슬라이드 및 질량 부착판의 결합을 나타낸 도면들이다.
도 12는 도 1 내지 도 6에 도시된 수중형 자율 운항 로봇 키트의 제 1 및 제 2 축 결합을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다.

그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중형 자율 운항 로봇 키트를 나타낸 도면들이다.

도면들을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수중형 자율 운항 로봇 키트는 몸체(100), 덕트(200), 헤드 슬라이드(300), 테일 슬라이드(400), 제 1 내지 제 3 모터(401, 403, 405), 프로펠라(500), 제 1 축 결합부(601, 603), 이중 구동형 제어판(700), 제 2 축 결합부, 질량 부착 판(901), 및 이송부(902, 903)를 포함한다.

상기 덕트(200)는 원통 형상을 가지며, 상기 몸체(100)의 후미에 결합된다.

상기 헤드 슬라이드(300)는 상기 몸체(100)의 내부에 장착된다. 상기 헤드 슬라이드(300)의 상부에 제 3 모터(405), 제어 보드(301) 및 배터리(302)가 각각 장착된다.

상기 테일 슬라이드(400)는 또한 상기 몸체(100)의 내부에 장착되며, 그 상부에 제 1 및 제 2 모터(401, 403)가 장착된다.

상기 프로펠라(500)는 상기 덕트(200)의 내부 공간 내에 위치한다.

상기 제 1 축 결합부(601, 603)는 상기 제 모터(401)의 회전 축과 상기 프로펠라(500)를 축 결합시킨다. 상기 프로펠라(500)는 상기 제 1 축 결합부(601, 603)를 통해 회전하게 된다.

상기 이중 구동형 제어판(700)은 상기 제 2 축 결합부(801, 802, 803)를 통해 상기 제 2 모터(403)와 결합하게 되며, 요(Yaw)를 발생시킨다.

상기 제 2 축 결합부(801, 802, 803)는 상기 제 2 모터(401)의 회전 축과 상기 이중 구동형 제어판(700)을 축 결합시킨다.

상기 질량 부착 판(901)은 상기 테일 슬라이드(400)의 하부에서 피치를 발생시킨다.

상기 이송부(902, 903)는 상기 질량 부착 판(901)을 상기 헤드 슬라이드(300)의 하부에서 전후로 이송시켜 피치를 발생시킨다.

상기 몸체(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 헤드 몸체(101) 및 테일 몸체(102)로 구성된다.

상기 헤드 몸체(101)의 내부에 상기 헤드 슬라이드(300)가 장착된다. 상기 테일 몸체(102)는 상기 헤드 몸체(101)와 방수되게 결합되며, 상기 테일 슬라이드(400)가 상기 테일 몸체(102)의 내부에 장착된다.

또한, 상기 헤드 몸체(101)의 전방에 센서 부착 부재(104)가 장착되고, 그 후단부에 바깥 표면에 숫 나사산(105)이 형성된다. 상기 테일 몸체(102)는 상기 헤드 몸체(101)의 숫 나사산(105)과 나사 결합하기 위한 암 나사산(106)이 그 전방의 내부 표면에 형성된다. 상기 헤드 몸체 및 상기 테일 몸체가 나사 결합될 때, 그 사이에 방수용 링(103)이 장착된다.

또한, 상기 헤드 몸체(101)의 내부에는 상기 헤드 슬라이드(300)를 안내하기 위한 한 쌍의 헤드 슬라이드 가이드 부재들(107, 108)이 형성되며, 상기 테일 몸체(102)의 내부에는 상기 테일 슬라이드(400)를 안내하기 위한 한 쌍의 테일 슬라이드 가이드 부재들(109, 110)이 형성된다.

상기 제 1 축 결합부(601, 603)는 도 7에 도시된 바와 같이, 프로펠라 회전 축(601) 및 축 결합 부재(603)를 포함한다. 상기 프로펠라 회전 축(601)의 일단은 상기 프로펠라(500)와 결합되며, 그 타단은 상기 축 결합 부재(603)에 의해 상기 제 1 모터(401)의 회전 축과 결합된다.

상기 제 2 축 결합부(801, 802, 803)는 도 8 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 이중 평기어(802), 제 2 이중 평기어(801), 및 베벨 기어(803)를 포함한다. 상기 제 1 이중 평기어(802)의 회전 축은 상기 이중 구동형 제어판(700)과 결합되며, 상기 제 2 이중 평기어(801)는 상기 제 1 이중 평기어(802)와 기어 결합되고, 상기 베벨 기어(803)의 그 일 기어는 상기 제 2 모터(401)의 회전 축과 결합되고 그 타 기어가 상기 제 2 이중 평기어(801)의 회전 축과 결합된다.

상기 제 1 이중 평기어(802) 및 상기 제 2 이중 평기어(801)는 상기 테일 몸체(102)의 내부에 위치한다. 상기 제 1 이중 평기어를 방수하기 위해 상기 제 1 이중 평기어(802)를 그 내부에 수용하는 커버(805)가 상기 테일 몸체(102)와 결합된다. 또한, 상기 커버(805)를 관통하는 상기 프로펠라 회전 축(601)에는 방수용 제 1 오링(605)이 결합되며, 상기 커버(805)를 관통하는 상기 제 1 이중 평기어(802)의 회전 축 양단에는 제 2 및 제 3 오링(806, 807)이 각각 결합된다.

상기 이송부(902, 903)는 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 질량 부착 판(901)이 고정 설치되며, 상기 헤드 슬라이드(300)의 하부에 이동 가능하게 설치되는 래크(903), 및 상기 헤드 슬라이드(300)의 하부에 설치되어 상기 래크(903)와 기어 결합되며, 상기 제 3 모터(405)에 의해 구동되는 피니언(902)을 포함한다.

상기 수중형 자율 운항 로봇 키트에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 헤드 몸체(101)의 내부 양 측 및 상기 테일 몸체(102)의 내부 양 측에 자세 조절용 질량 부재를 각각 설치하기 위한 4개의 무게 조절부들(111 내지 114)이 설치된다. 또한, 상기 수중형 자율 운항 로봇 키트는 상기 헤드 몸체(101)의 외부 및 상기 테일 몸체(102)의 외부에 각각 설치되어, 그 내부에 부력 조절용 질량 부재를 각각 설치하기 위한 2개의 부력 조절부들(210, 230)을 더 포함한다.

이상에서 본 발명을 특정한 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정하지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

100: 몸체 101: 헤드 몸체
102: 테일 몸체 103: 방수용 링
104: 센서 부착 부재 111 내지 114: 무게 조절부
200: 덕트 210, 230: 부력 조절부
300: 헤드 슬라이드 400: 테일 슬라이드
401, 403, 405: 모터 500: 프로펠라
601: 프로펠라 회전 축 603: 축 결합 부재
700: 이중 구동형 제어판 801, 802: 이중 평기어
803: 베벨 기어 805: 커버
605, 806, 807: 오링 901: 질량 부착 판
902: 피니언 903: 래크