WO2020067620A1 - 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론 - Google Patents

자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론 Download PDF

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김성준
전형석
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Definitions

  • the present invention relates to an unmanned marine autonomous drone having a posture restoration function.
  • An unmanned self-driving vehicle that runs along the road on land processes autonomous driving along the road while processing numerous variables such as the shape of the road, obstacles, surrounding cars, and collision risk.
  • U.S. Patent No. 7,789,723, Unmanned ocean vehicle (registered on September 7, 2010), uses unmanned ships to load and transport goods, and uses solar panels as sails to generate power.
  • the technology is disclosed.
  • a typical problem is that unmanned autonomous ships can be easily overturned by high waves and very fast wind speed in the ocean, and currently unmanned autonomous ships have a fatal problem that is very difficult to restore posture when overturned.
  • an unmanned autonomous ship includes a solar panel that generates the required power using sunlight, and when an unmanned autonomous ship is overturned in the ocean, the solar panel is placed below the sea level and the propeller is placed above the sea level to autonomously operate. And power supply and demand is impossible.
  • the posture of the solar panel and the propulsion unit is corrected to perform stable and continuous autonomous operation. It provides an unmanned marine autonomous drone with a posture restoration function.
  • the present invention enables to fold or unfold a solar panel that generates power required for autonomous operation of the ocean according to the conditions of the ocean waves and wind, thereby stably producing electric power, improving hull stability, and hulls such as high waves.
  • the present invention provides an unmanned marine autonomous drone with a posture restoration function that improves power production efficiency by allowing the direction of a solar panel that produces power required for autonomous operation of the ocean to follow the sun.
  • an unmanned marine autonomous drone having a posture restoring function includes a first buoyancy hull generating buoyancy and a second buoyancy hull disposed in parallel with the first buoyancy hull and generating buoyancy.
  • a solar power unit coupled to the rotation shaft and disposed above the water surface;
  • a propulsion unit coupled to the rotation shaft and disposed under the water surface to generate propulsive force using electric power generated by the solar power generation unit;
  • an inversion module mounted on any one of the first and second buoyancy hulls and rotating the rotation shaft to invert the solar power generation unit and the propulsion unit.
  • the solar power generation unit of an unmanned marine autonomous drone having a posture restoration function is a solar cell attachment plate having a structure folded in a zigzag form, a solar cell plate attached to the solar cell attachment plate and folded in a zigzag form together with the solar cell attachment plate, And a rotation frame coupled to the solar cell attachment plate, and a drive unit that rotates the rotation frame to fold or unfold the solar panel.
  • the solar power unit of an unmanned marine autonomous drone having a posture restoring function maintains a state in which the solar cell attachment plate is folded when the wind speed and wave height are higher than a certain intensity, and the solar cell attachment plate when the wind speed and wave height is below a predetermined intensity. Keep it unfolded.
  • the unmanned marine autonomous drone having a posture restoring function further includes a solar tracking unit installed on the rotation shaft so that the solar power generation unit rotates by tracking the sun.
  • the solar power unit of an unmanned marine autonomous drone having a posture restoring function When the solar power unit of an unmanned marine autonomous drone having a posture restoring function is deployed, the solar power unit has one of a flat shape and a curved shape.
  • the solar power generation unit of an unmanned marine autonomous drone having a posture restoration function has a posture restoration function further comprising a posture detection sensor that detects that the propulsion unit is disposed above the water surface.
  • the width of the solar power unit is spaced apart between the first and second buoyancy hulls such that the solar power unit of an unmanned marine autonomous drone having a posture restoration function is rotated between the first and second buoyancy hulls It is formed narrower.
  • An unmanned marine autonomous drone having a posture restoring function according to the present invention is overturned by a wave or wind when autonomously operating the ocean, and when the solar panel is disposed below the water surface and the propulsion unit is disposed on the water surface, Correct posture to ensure stable and consistent autonomous operation.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an unmanned marine autonomous drone having a posture restoring function according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing that the solar power unit of the unmanned marine autonomous drone of FIG. 1 is folded.
  • FIG. 3 is a front view of the 'A' direction of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an excerpt of the solar power unit shown in FIG. 1.
  • 5 to 8 are diagrams illustrating a process of restoring a posture in a state where an unmanned marine autonomous drone having a posture restoration function is overturned.
  • first and second may be used to separately describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an unmanned marine autonomous drone having a posture restoring function according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing that the solar power unit of the unmanned marine autonomous drone of FIG. 1 is folded.
  • 3 is a front view of the 'A' direction of FIG. 1.
  • the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoring function includes a buoyancy hull 100, a fixing member 200, a rotating shaft 300, a solar power generation unit 400, and a propulsion unit 500 and inversion module 600.
  • the buoyancy hull 100 includes a first buoyancy hull 110 and a second buoyancy hull 120.
  • the first buoyancy hull 110 is formed in a shape similar to a rectangle, and the first buoyancy hull 110 has a storage space capable of generating buoyancy therein and storing articles.
  • the tip of the first buoyancy hull 110 may be pointed to minimize fluid resistance generated while the first buoyancy hull 110 is advanced.
  • the second buoyancy hull 120 is disposed at a predetermined distance from the first buoyancy hull 110, and the second buoyancy hull 120 is manufactured in substantially the same shape and the same size as the first buoyancy hull 110. Can be.
  • the interior of the second buoyancy hull 120 is equipped with a variety of equipment necessary for the autonomous marine drone 800, which has a posture restoration function, such as a control unit, a battery, and electronic equipment to autonomously operate the ocean. Can be.
  • the first buoyancy hull 110 and the second buoyancy hull 120 are arranged side by side in a state spaced apart from each other, to prevent the first and second buoyancy hulls 110 and 120 from being separated from each other or relatively moved.
  • the fixing members 200 are coupled to the first and second buoyancy hulls 110 and 120.
  • the fixing member 200 includes first and second buoyancy hulls 110 and 120 and first and second buoyancy hulls 110 and 120 that interconnect the fore castles of the first and second buoyancy hulls 110 and 120. And a second fixing member 220 interconnected with each other.
  • the first fixing member 210 and the second fixing member 220 may be made of a high-strength metal material to combine the first and second buoyancy hulls 110 and 120 with sufficient strength, respectively. .
  • the first and second fixing members 210 and 220 may firmly couple the first and second buoyancy hulls 110 and 120 by various methods such as fastening screws and welding.
  • the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoration function is easily overturned. It does not have the advantage.
  • the rotation shaft 300 is coupled to the first and second buoyancy hulls 110 and 120 fixed by the first and second fixing members 210 and 220, as shown in FIG. It is disposed between the first and second fixing members 210 and 220.
  • One end of the rotation shaft 300 shown in FIG. 3 is disposed inside the first buoyancy hull 110, and the other end opposite to one end of the rotation shaft 300 is inside the second buoyancy hull 120 Is placed on.
  • One end and the other end of the rotating shaft 300 are rotatably coupled to the first and second buoyancy hulls 110 and 120, respectively, through a bearing or the like.
  • the rotation shaft 300 has a structure that can be rotated with respect to the first and second buoyancy hulls 110 and 120.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an excerpt of the solar power unit shown in FIG. 1.
  • the solar power generation unit 400 generates electric power for operating the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoration function using sunlight generated from the sun.
  • the solar power unit 400 has a particularly collapsible structure.
  • the solar power generation unit 400 includes a base body 405, a base 407, a solar cell attachment plate 410, a solar panel 420, a rotating frame 430, and a driving unit 440.
  • the base body 405 is formed in a plate shape, the base body 405 is securely fixed to the rotation shaft 300, whereby the base body 405 is rotated by the rotation of the rotation shaft 300 (300) ).
  • the width of the base body 405 is formed, for example, to be narrower than the gap between the first buoyancy hull 110 and the second buoyancy hull 120.
  • the base 407 may be formed in a rod shape, and the base 407 is formed or protrudes in a direction parallel to the base body 405 from the side of the base body 405.
  • the base 407 is coupled to the base body 405, it is possible to increase the size of the base body 405 without using the base 407.
  • the rotation frame 430 is coupled to the base body 405 to be rotatable relative to the base body 405.
  • the pivoting frame 430 includes two vertical frames 435 spaced apart from each other, and a horizontal frame 437 connecting the tops of the two vertical frames 435, and the vertical frame 435 and the horizontal frame 437 are It may be formed integrally with each other.
  • the driving unit 440 is coupled to the lower end of the vertical frame 435 of the rotating frame 430, and the driving unit 440 rotates the rotating frame 430 clockwise or counterclockwise with respect to the base body 405. It plays a role.
  • the solar cell attachment plate 410 is a plate formed of a synthetic resin material, and the solar cell attachment plate 410 has a shape in which a plate having a rectangular shape is combined in a zigzag form. Therefore, the solar cell attachment plate 410 has a structure that can be expanded or folded similar to an accordion. In one embodiment of the present invention, considering the amount of power generated from sunlight, the entire area of the solar cell attachment plate 410 may be considered.
  • the solar panel 420 is attached to the solar cell attaching plate 410, and the solar panel 420 is coupled to the solar cell attaching plate 410 to be folded or unfolded together with the solar cell attaching plate 410.
  • the solar panel 420 is coupled to each of the bent solar cell mounting plate 410, and when the solar cell mounting plate 410 is folded, the solar panel 420 is also folded, as shown in FIG. When 410 is unfolded, the solar panel 420 is also unfolded as shown in FIG. 1.
  • one end of the solar cell attachment plate 410 is coupled to the pedestal 407, and the other end opposite to one end of the solar cell attachment plate 410 is coupled to the rotation frame 430. do.
  • the rotation frame 430 When the rotation frame 430 is rotated in one direction while one end of the solar cell attachment plate 410 is coupled to the pedestal 407, the solar cell attachment plate 410 is moved together with the rotation frame 430 In this process, the solar cell attachment plate 410 that was folded is unfolded.
  • the solar cell attachment plate 410 unfolded by the rotation frame 430 may have a flat plate shape or a curved shape.
  • the solar cell attachment plate 410 when the wind speed in the ocean is greater than the specified speed or the wave height is higher than the specified height, the solar cell attachment plate 410 maintains the folded state, and when the wind speed in the ocean is lower than the specified speed or the wave height is lower than the specified height The solar cell attachment plate 410 performs solar power generation in an unfolded state.
  • the solar cell attachment plate 410 maintains a folded state at night because solar power generation cannot be performed at night.
  • a posture sensor 439 for detecting whether the rotation frame 430 is disposed above or below the water surface may be disposed in the horizontal frame 437 of the rotation frame 430.
  • the posture detection sensor 439 may include, for example, a metal ball disposed inside the pipe and a terminal that is pressed by the weight of the metal ball to generate a sensing signal.
  • the posture detection sensor 439 may use a sensor that senses the heading and angle (pitch, roll, etc.) of the hull using a 3-axis accelerometer.
  • the metal ball of the posture detection sensor 439 cannot press the terminal and causes The sensing signal is not generated, and through this, it is possible to recognize that the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoration function is overturned.
  • the propulsion unit 500 is operated using the electric power generated from the solar power generation unit 400, and the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoration function by the propulsion unit 500 is an ocean current Regardless of whether or not you can drive autonomously along a designated route.
  • the propulsion unit 500 is coupled to the rotating shaft 300, the propulsion unit 500 is disposed on the opposite side of the solar power generation unit 400.
  • the propulsion unit 500 is disposed below the water surface, and the solar power unit 400 coupled to the rotation shaft 300 When disposed below this water surface, the propulsion unit 500 is disposed above the water surface.
  • the rotation shaft 300 is coupled to the reversing module 600, the reversing module 600, the first and second buoyancy hull (110 120) is fixed in the solar power unit 400 and The propulsion unit 500 is reversed.
  • the reversing module 600 rotates the rotation shaft 300 to reverse the solar power generation unit 400 and the propulsion unit 500 while the first and second buoyancy hulls 110 and 120 are fixed.
  • the motor 610 is disposed adjacent to the rotation shaft 300 at one of the first buoyancy hull 110 and the second buoyancy hull 120, and the first gear ( 620) are combined.
  • the second gear 630 is coupled to the end of the rotation shaft 300, the first gear 620 is mutually coupled with the second gear 630.
  • the power is transmitted from the first gear 610 to the second gear 620 as the motor 610 rotates while the first gear 610 is geared to the second gear 620, thereby causing the rotation shaft ( 300) is rotated clockwise or counterclockwise.
  • the solar tracking unit 700 is coupled to the solar power unit 400 in order to maximize the amount of power generated from the solar power unit 400.
  • the solar tracking unit 700 is coupled to the rotation shaft 300, and the solar tracking unit 700 rotates the entire solar power generation unit 400 in a direction parallel to the rotation shaft 300 to the solar power generation unit 400. Make more sunlight reach.
  • the solar tracking unit 700 recognizes the orientation of the sun using a GPS module, a clock, or the like mounted on the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoration function, and then the solar tracking unit ( By applying a control signal to 700) so that the solar power generation unit 400 can be rotated by the solar tracking unit 700.
  • the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoring function that was normally driving as illustrated in FIG. 5 may be overturned as shown in FIG. 6 by various marine environments.
  • the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoration function As shown in FIG. 6, as the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoration function is overturned, the solar power generation unit 400 is disposed below the water surface, and the propulsion unit 500 is disposed above the water surface.
  • the rollover of the unmanned marine autonomous drone 800 having a posture restoring function is detected by the posture sensor 439 disposed below the water surface.
  • an inversion module 600 (see FIG. 3) connected to the rotation shaft 300 as shown in FIG. 7 is operated.
  • the first and second buoyancy hull (110,120) is placed on the surface of the rotating shaft 300 starts to rotate, and by the rotation of the rotating shaft 300, the propulsion unit 500 in the direction toward the bottom of the water surface It is rotated, and the solar power generation unit 400 is rotated along the rotation axis 300 in a direction toward the water surface.
  • the propulsion unit 500 and the solar power generation unit 400 continue to rotate, as illustrated in FIG. 8, when the solar power generation unit 400 is in a vertical direction with respect to the water surface, the posture detection sensor 439 It is sensed that the solar power generation unit 400 has reached the designated position, and thus the inversion module 600 stops working.
  • the present invention can be used in the field of unmanned marine autonomous driving drones.

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Abstract

본 발명에 의한 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론은 부력을 발생시키는 제1 부력 선체 및 상기 제1 부력 선체와 이격된 상태로 나란하게 배치되며 부력을 발생시키는 제2 부력 선체를 포함하는 부력 선체; 상기 제1 및 제2 부력 선체들을 연결하여 고정하는 고정 부재; 상기 제1 및 제2 부력 선체들을 상호 연결하며 상기 제1 및 제2 부력 선체들에 대하여 회동되는 회동축; 상기 회동축에 결합되며 수면의 위쪽에 배치되는 태양 발전 유닛; 상기 회동축에 결합되며 수면의 아래쪽에 배치되고 상기 태양 발전 유닛에 의하여 발생된 전력을 이용하여 추진력을 발생시키는 추진 유닛; 및 상기 제1 및 제2 부력 선체들 중 어느 하나에 장착되며 상기 회동축을 회전시켜 상기 태양 발전 유닛 및 추진 유닛을 반전시키는 반전 모듈을 포함한다.

Description

자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론
본 발명은 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론에 관한 것이다.
최근 들어, 육상에서는 무인으로 도로를 따라 주행하는 무인 자율 주행 차량에 대한 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다.
육상에서 도로를 따라 주행 되는 무인 자율 주행 차량은 도로의 형태, 장애물, 주변 자동차 및 추돌 위험 등 수많은 변수를 처리하면서 도로를 따라 자율 주행을 진행한다.
*최근에는 육상이 아닌 드넓은 해양에서 선박을 무인 자율 운항하는 기술이 개발되고 있다.
하나의 예로서, 미국 등록 특허 제7,789,723호, Unmanned ocean vehicle( 2010년 9월 7일 등록)에는 무인 선박을 이용하여 물건을 선적 및 운반할 수 있는 기술 및 태양전지판을 돛 처럼 이용하여 발전을 수행하는 기술이 개시되어 있다.
그러나 육상이 아닌 해양에서 무인 선박은 육상에 비하여 장애물이 적어 추돌 또는 충돌의 위험은 적었지만 육상 자율 주행과 다른 문제점들을 갖는다.
대표적인 문제점으로서는 무인 자율 운항 선박은 해양에서의 높은 파도, 매우 빠른 풍속에 의하여 쉽게 전복될 수 있는 것으로, 현재 무인 자율 운항 선박은 전복될 경우 자세를 복구하기 매우 어려운 치명적인 문제점을 갖는다.
특히 무인 자율 운항 선박은 태양광을 이용하여 필요한 전력을 발생시키는 태양광 전지판을 포함하는데, 무인 자율 운항 선박이 해양에서 전복될 경우 태양광 전지판이 해수면 아래에 배치되고 추진기가 해수면 위에 배치되어 자율 운항 및 전력 수급이 불가능한 문제점을 갖는다.
본 발명은 해양을 자율 운항할 때 파도 또는 바람에 의하여 전복되어 태양전지판이 수면 아래에 배치되고 추진 유닛이 수면 위에 배치되었을 때 태양전지판 및 추진 유닛의 자세를 바로잡아 안정적이고 지속적으로 자율 운항을 할 수 있는 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론을 제공한다.
본 발명은 해양을 자율 운항할 때 소요되는 전력을 생산하는 태양전지판을 해양의 파도 및 바람의 조건에 따라 접거나 펼칠수 있도록 하여 안정적으로 전력을 생산하고 선체 안정성을 향상시키며, 높은 파도 등으로 선체가 전복되었을 경우 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론을 제공한다.
본 발명은 해양을 자율 운항할 때 소요되는 전력을 생산하는 태양 전지판의 방향이 태양을 추종하도록 하여 전력 생산 효율을 향상시킨 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론을 제공한다.
일실시예로서, 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론은 부력을 발생시키는 제1 부력 선체 및 상기 제1 부력 선체와 이격된 상태로 나란하게 배치되며 부력을 발생시키는 제2 부력 선체를 포함하는 부력 선체; 상기 제1 및 제2 부력 선체들을 연결하여 고정하는 고정 부재; 상기 제1 및 제2 부력 선체들을 상호 연결하며 상기 제1 및 제2 부력 선체들에 대하여 회동되는 회동축; 상기 회동축에 결합되며 수면의 위쪽에 배치되는 태양 발전 유닛; 상기 회동축에 결합되며 수면의 아래쪽에 배치되고 상기 태양 발전 유닛에 의하여 발생된 전력을 이용하여 추진력을 발생시키는 추진 유닛; 및 상기 제1 및 제2 부력 선체들 중 어느 하나에 장착되며 상기 회동축을 회전시켜 상기 태양 발전 유닛 및 추진 유닛을 반전시키는 반전 모듈을 포함한다.
자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론의 상기 태양 발전 유닛은 지그재그 형태로 접힌 구조를 갖는 태양전지 부착판, 상기 태양전지 부착판에 부착되어 상기 태양전지 부착판과 함께 지그재그 형태로 접히는 태양전지판, 상기 태양전지 부착판에 결합되는 회동 프레임, 상기 회동 프레임을 회동시켜 상기 태양전지판을 접거나 펼치는 구동 유닛을 포함한다.
자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론의 상기 태양 발전 유닛은 풍속 및 파고가 일정 세기 이상일 때에는 상기 태양전지 부착판이 접힌 상태를 유지하고, 상기 풍속 및 상기 파고가 일정 세기 이하일 때에는 상기 태양전지 부착판을 펼친 상태를 유지한다.
자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론은 상기 회동축에 설치되어 상기 태양 발전 유닛이 태양을 추종하여 회전되도록 하는 태양 추종 유닛을 더 포함한다.
자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론의 상기 태양 발전 유닛이 전개되었을 때 상기 태양 발전 유닛은 평판 형상 및 곡면 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는다.
자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론의 상기 태양 발전 유닛이 수면 아래에 있고, 상기 추진 유닛이 수면의 위에 배치된 것을 감지하는 자세 감지 센서를 더 포함하는 자세 복원 기능을 갖는다.
자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론의 상기 태양 발전 유닛이 상기 제1 및 제2 부력 선체들의 사이에서 회전되게 상기 태양 발전 유닛의 폭은 상기 제1 및 제2 부력 선체들 사이의 이격된 간격보다 좁게 형성된다.
본 발명에 따른 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론은 해양을 자율 운항할 때 파도 또는 바람에 의하여 전복되어 태양전지판이 수면 아래에 배치되고 추진 유닛이 수면 위에 배치되었을 때 태양전지판 및 추진 유닛의 자세를 바로잡아 안정적이고 지속적으로 자율 운항을 할 수 있도록 한다.
또한 해양을 자율 운항할 때 소요되는 전력을 생산하는 태양전지판을 해양의 파도 및 바람에 의하여 운항에 방해받지 않도록 접거나 펼칠수 있도록 하여 안정적으로 전력을 생산하고 높은 파도 및 바람에 의한 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한 해양을 자율 운항할 때 소요되는 전력을 생산하는 태양 전지판의 방향이 태양을 추종하도록 하여 전력 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 무인 해양 자율주행 드론의 태양 발전 유닛이 접힌 것을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 'A' 방향 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 태양 발전 유닛을 발췌 도시한 사시도이다.
도 5 내지 도 8은 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론이 전복된 상태에서 자세를 복원하는 과정을 설명한 도면들이다.
이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론의 외관 사시도이다. 도 2는 도 1의 무인 해양 자율주행 드론의 태양 발전 유닛이 접힌 것을 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1의 'A' 방향 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)은 부력 선체(100), 고정 부재(200), 회동축(300), 태양 발전 유닛(400), 추진 유닛(500) 및 반전 모듈(600)을 포함한다.
부력 선체(100)는 제1 부력 선체(110) 및 제2 부력 선체(120)를 포함한다.
제1 부력 선체(110)는 직사각형과 유사한 형상으로 형성되며, 제1 부력 선체(110)는 내부에 부력을 발생 및 물품을 수납할 수 있는 수납 공간을 갖는다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 부력 선체(110)의 내부에는 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)이 해양을 자율 운항하는데 필요한 제어 유닛, 배터리, 각종 전자 장비, 통신 모듈, GPS 모듈과 같은 다양한 장비들이 내장될 수 있다.
제1 부력 선체(110)가 전진하면서 발생되는 유체 저항을 최소화하기 위해 제1 부력 선체(110)의 선단은 뾰족하게 형성될 수 있다.
제2 부력 선체(120)는 제1 부력 선체(110)로부터 소정 간격 이격된 위치에 배치되며, 제2 부력 선체(120)는 제1 부력 선체(110)와 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 사이즈로 제작될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 제2 부력 선체(120)의 내부에는 제어 유닛, 배터리, 전자 장비 등 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)이 해양을 자율 운항하는데 필요한 다양한 장비들이 내장될 수 있다.
제1 부력 선체(110) 및 제2 부력 선체(120)는 상호 소정 간격 이격된 상태로 상호 나란하게 배치되는데, 제1 및 제2 부력 선체(110,120)들이 상호 분리되거나 상대적으로 이동되는 것을 방지하기 위해 제1 및 제2 부력 선체(110,120)에는 고정 부재(200)가 결합된다.
고정 부재(200)는 제1 및 제2 부력 선체(110,120)의 선수(fore castle)를 상호 연결하는 제1 고정 부재(210) 및 제1 및 제2 부력 선체(110,120)의 선미(poop)를 상호 연결하는 제2 고정 부재(220)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서 제1 고정 부재(210) 및 제2 고정 부재(220)는 각각 제1 및 제2 부력 선체(110,120)를 충분한 강도로 결합하도록 강도가 높은 금속 소재로 제작될 수 있다. 제1 및 제2 고정 부재(210,220)들은 체결 나사, 용접 등 다양한 방법에 의하여 제1 및 제2 부력 선체(110,120)를 견고하게 결합할 수 있다.
특히 본 발명에서 제1 부력 선체(110) 및 제2 부력 선체(120)가 상호 이격되게 결합된 쌍동선(catamaran) 구조를 가질 경우, 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)이 쉽게 전복되지 않는 장점을 갖는다.
제1 및 제2 고정 부재(210,220)들에 의하여 고정된 제1 및 제2 부력 선체(110,120)들에는 도 3에 도시된 바와 같이 회동축(300)이 결합되는데, 회동축(300)은 제1 및 제2 고정 부재(210,220)들 사이에 배치된다.
도 3에 도시된 회동축(300)의 일측 단부는 제1 부력 선체(110)의 내부에 배치되고, 회동축(300)의 일측 단부와 대향하는 타측 단부는 제2 부력 선체(120)의 내부에 배치된다. 회동축(300)의 일측 단부 및 타측 단부는 각각 베어링 등을 통해 회전 가능하게 제1 및 제2 부력 선체(110,120)에 결합된다.
즉 회동축(300)은 제1 및 제2 부력 선체(110,120)에 대하여 회동될 수 있는 구조를 갖는다.
도 4는 도 1에 도시된 태양 발전 유닛을 발췌 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 태양 발전 유닛(400)은 태양으로부터 발생된 태양광을 이용하여 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)을 작동시키기 위한 전력을 생산한다.
본 발명의 일실시예에서, 태양 발전 유닛(400)은 특히 접철 가능한 구조를 갖는다.
태양 발전 유닛(400)은 베이스 몸체(405), 받침대(407), 태양전지 부착판(410), 태양 전지판(420), 회동 프레임(430) 및 구동 유닛(440)을 포함한다.
베이스 몸체(405)는 플레이트 형상으로 형성되며, 베이스 몸체(405)는 회동축(300)에 견고하게 고정되고, 이로 인해 베이스 몸체(405)는 회동축(300)의 회동에 의해 회동축(300)과 함께 회동된다.
본 발명의 일실시예에서, 베이스 몸체(405)의 폭은, 예를 들어, 제1 부력 선체(110) 및 제2 부력 선체(120)의 사이 간격보다 좁은 폭으로 형성된다.
받침대(407)는 막대 형상으로 형성될 수 있으며, 받침대(407)는 베이스 몸체(405)의 측면으로부터 베이스 몸체(405)와 평행한 방향으로 형성 또는 돌출 된다.
본 발명의 일실시예에서는 비록 받침대(407)가 베이스 몸체(405)에 결합되는 것이 도시 및 설명되고 있지만, 받침대(407)를 사용하지 않고 베이스 몸체(405)의 사이즈를 증가시켜도 무방하다.
회동 프레임(430)은 베이스 몸체(405)에 대하여 회동 가능하게 베이스 몸체(405)에 결합된다. 회동 프레임(430)은 상호 이격된 2개의 수직 프레임(435) 및 2개의 수직 프레임(435)들의 상단을 연결하는 수평 프레임(437)을 포함하며, 수직 프레임(435) 및 수평 프레임(437)은 상호 일체로 형성될 수 있다.
구동 유닛(440)은 회동 프레임(430)의 수직 프레임(435)의 하단에 결합되며, 구동 유닛(440)은 회동 프레임(430)을 베이스 몸체(405)에 대하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회동시키는 역할을 한다.
태양전지 부착판(410)은 합성수지 소재로 형성된 판이며, 태양전지 부착판(410)은 직사각형 형상을 갖는 플레이트를 지그재그 형태로 결합한 형상을 갖는다. 따라서 태양전지 부착판(410)은 아코디언과 유사하게 펼쳐지거나 접힐 수 있는 구조를 갖는다. 본 발명의 일실시예에서, 태양광으로부터 발생되는 전력량을 고려하여 태양전지 부착판(410)의 전체 면적이 고려될 수 있다.
태양전지판(420)은 태양전지 부착판(410)에 부착되며, 태양전지판(420)은 태양전지 부착판(410)과 함께 접히거나 펼쳐질수 있게 태양전지 부착판(410)에 결합된다.
즉 태양전지판(420)은 절곡된 태양전지 부착판(410)에 각각 결합되어 태양전지 부착판(410)이 접힐 경우 도 2에 도시된 바와 같이 태양전지판(420)도 접히고, 태양전지 부착판(410)이 펼쳐질 경우 도 1에 도시된 바와 같이 태양전지판(420)도 함께 펼쳐진다.
본 발명의 일실시예에서, 태양전지 부착판(410)의 일측 단부는 받침대(407)에 결합되고, 태양전지 부착판(410)의 일측 단부와 대향하는 타측 단부는 회동 프레임(430)에 결합된다.
태양전지 부착판(410)의 일측 단부가 받침대(407)에 결합된 상태에서 회동 프레임(430)이 일측 방향으로 회동될 경우, 태양전지 부착판(410)은 회동 프레임(430)과 함께 이동되고 이 과정에서 접혀 있던 태양전지 부착판(410)은 펼쳐지게 된다.
반대로 태양전지 부착판(410)이 펼쳐진 상태에서 회동 프레임(430)이 타측 방향으로 회동될 경우, 태양전지 부착판(410)은 회동 프레임(430)과 함께 이동되면서 태양전지 부착판(410)은 접히게 된다.
회동 프레임(430)에 의하여 펼쳐진 태양전지 부착판(410)은 평판 형상 또는 곡면 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 해양에서 풍속이 지정된 속도 이상이거나 파고가 지정된 높이 이상일 경우 태양전지 부착판(410)은 접힌 상태를 유지하고, 해양에서 풍속이 지정된 속도 이하이거나 파고가 지정된 높이 이하일 경우 태양전지 부착판(410)은 펼쳐진 상태에서 태양광 발전을 수행한다. 물론 본 발명의 일실시예에서, 야간에는 태양광 발전을 수행할 수 없기 때문에 야간에는 태양전지 부착판(410)이 접힌 상태를 유지한다.
본 발명의 일실시예에서, 회동 프레임(430)의 수평 프레임(437)에는 회동 프레임(430)이 수면 위에 배치되었는지 또는 수면 아래에 배치되었는 가를 감지하는 자세 감지 센서(439)가 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 자세 감지 센서(439)는, 예를 들어, 파이프 내부에 배치된 금속 볼 및 금속 볼의 자중에 의하여 눌려 센싱 신호를 발생시키는 단자를 포함할 수 있다. 이와 다르게 자세 감지 센서(439)는 3축 가속도계를 이용하여 선체의 방향(heading)과 각도(pitch, roll 등)을 감지하는 센서를 이용할 수 있다.
예를 들어, 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)이 전복되어 태양 발전 유닛(400)이 수면 아래에 배치될 경우, 자세 감지 센서(439)의 금속 볼은 단자를 누르지 못하고 이로 인해 센싱 신호가 발생되지 않게 되는데 이를 통해서 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)이 전복되었음을 인지할 수 있게 된다.
도 3을 다시 참조하면, 태양 발전 유닛(400)으로부터 발전된 전력을 이용하여 추진 유닛(500)이 작동되고, 추진 유닛(500)에 의하여 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)은 해류와 상관없이 지정된 경로를 따라 자율 주행을 할수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에서, 추진 유닛(500)은 회동축(300)에 결합되고, 추진 유닛(500)은 태양 발전 유닛(400)의 반대쪽에 배치된다.
예를 들어, 회동축(300)에 결합된 태양 발전 유닛(400)이 수면 위에 배치될 경우 추진 유닛(500)은 수면 아래에 배치되고, 회동축(300)에 결합된 태양 발전 유닛(400)이 수면 아래에 배치될 경우 추진 유닛(500)은 수면 위에 배치된다.
도 3을 다시 참조하면, 회동축(300)에는 반전 모듈(600)이 결합되며, 반전 모듈(600)은 제1 및 제2 부력 선체(110,120)이 고정된 상태에서 태양 발전 유닛(400) 및 추진 유닛(500)을 반전시킨다.
반전 모듈(600)은 제1 및 제2 부력 선체(110,120)이 고정된 상태에서 태양 발전 유닛(400) 및 추진 유닛(500)을 반전시키기 위해서 회동축(300)을 회동시킨다.
이를 구현하기 위해 제1 부력 선체(110) 및 제2 부력 선체(120) 중 어느 한곳에는 회동축(300)과 인접하게 모터(610)가 배치되고, 모터(610)의 축에는 제1 기어(620)가 결합된다. 한편, 회동축(300)의 단부에는 제2 기어(630)가 결합되며, 제1 기어(620)는 제2 기어(630)와 상호 치차 결합된다.
제1 기어(610)가 제2 기어(620)에 치차 결합된 상태에서 모터(610)가 회전됨에 따라 동력은 제1 기어(610)에서 제2 기어(620)로 전달되고 이로 인해 회동축(300)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회동된다.
본 발명의 일실시예에서, 태양 발전 유닛(400)으로부터 발전량을 극대화시키기 위해서 태양 발전 유닛(400)에는 태양 추종 유닛(700)이 결합된다.
태양 추종 유닛(700)은 회동축(300)에 결합되며, 태양 추종 유닛(700)은 태양 발전 유닛(400) 전체를 회동축(300)과 평행한 방향으로 회전시켜 태양 발전 유닛(400)에 보다 많은 태양광이 도달할 수 있도록 한다.
본 발명의 일실시예에서, 태양 추종 유닛(700)은 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)에 탑재된 GPS 모듈, 시계 등을 이용하여 태양의 방위를 인식한 후 태양 추종 유닛(700)에 제어 신호를 인가함으로써 태양 추종 유닛(700)에 의하여 태양 발전 유닛(400)이 회전될 수 있도록 한다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)이 전복된 상태에서 자세를 복원하는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 도 5와 같이 정상 주행하던 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)은 다양한 해양 환경에 의하여 도 6에 도시된 바와 같이 상하가 전복될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)이 전복 됨에 따라 태양 발전 유닛(400)은 수면 아래에 배치되고, 추진 유닛(500)은 수면 위에 배치되는데, 이와 같은 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)의 전복은 자세 감지 센서(439)가 수면 아래 배치됨으로써 감지된다.
도 6에 도시된 바와 같이 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론(800)이 전복될 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 회동축(300)에 연결된 반전 모듈(600, 도 3 참조)이 작동하여 제1 및 제2 부력선체(110,120)들이 수면에 배치된 상태에서 회동축(300)이 회전을 시작하고, 회동축(300)의 회전에 의하여 추진 유닛(500)은 수면 아래를 향하는 방향으로 회전되고, 태양 발전 유닛(400)은 회동축(300)을 따라 수면 위를 향하는 방향으로 회전된다.
이와 같이 추진 유닛(500) 및 태양 발전 유닛(400)이 회전을 계속 진행하다 도 8에 도시된 바와 같이 태양 발전 유닛(400)이 수면에 대하여 수직한 방향이 되면 자세 감지 센서(439)에 의하여 태양 발전 유닛(400)이 지정된 위치에 도달한 것이 감지되고, 이로 인해 반전 모듈(600)이 작동을 멈춘다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 해양을 자율 운항할 때 파도 또는 바람에 의하여 전복되어 태양전지판이 수면 아래에 배치되고 추진기가 수면 위에 배치되었을 때 태양전지판 및 추진기의 자세를 바로잡아 안정적이고 지속적으로 자율 운항을 할 수 있게 된다.
또한 해양을 자율 운항할 때 소요되는 전력을 생산하는 태양전지판을 해양의 파도 및 바람에 의하여 접거나 펼칠수 있도록 하여 안정적으로 전력을 생산하고 높은 파도 및 바람에 의한 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한 해양을 자율 운항할 때 소요되는 전력을 생산하는 태양 전지판의 방향이 태양을 추종하도록 하여 전력 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
본 발명은 무인 해양 자율 주행 드론 분야에 이용 가능하다.

Claims (7)

  1. 부력을 발생시키는 제1 부력 선체 및 상기 제1 부력 선체와 이격된 상태로 나란하게 배치되며 부력을 발생시키는 제2 부력 선체를 포함하는 부력 선체;
    상기 제1 및 제2 부력 선체들을 연결하여 고정하는 고정 부재;
    상기 제1 및 제2 부력 선체들을 상호 연결하며 상기 제1 및 제2 부력 선체들에 대하여 회동되는 회동축;
    상기 회동축에 결합되며 수면의 위쪽에 배치되는 태양 발전 유닛;
    상기 회동축에 결합되며 수면의 아래쪽에 배치되고 상기 태양 발전 유닛에 의하여 발생된 전력을 이용하여 추진력을 발생시키는 추진 유닛; 및
    상기 제1 및 제2 부력 선체들 중 어느 하나에 장착되며 상기 회동축을 회전시켜 상기 태양 발전 유닛 및 추진 유닛을 반전시키는 반전 모듈을 포함하는 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양 발전 유닛은
    지그재그 형태로 접힌 구조를 갖는 태양전지 부착판, 상기 태양전지 부착판에 부착되어 상기 태양전지 부착판과 함께 지그재그 형태로 접히는 태양전지판, 상기 태양전지 부착판에 결합되는 회동 프레임, 상기 회동 프레임을 회동시켜 상기 태양전지판을 접거나 펼치는 구동 유닛을 포함하는 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 태양 발전 유닛은 풍속 및 파고가 일정 세기 이상일 때에는 상기 태양전지 부착판이 접힌 상태를 유지하고,
    상기 풍속 및 상기 파고가 일정 세기 이하일 때에는 상기 태양전지 부착판을 펼친 상태를 유지하는 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회동축에 설치되어 상기 태양 발전 유닛이 태양을 추종하여 회전되도록 하는 태양 추종 유닛을 더 포함하는 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양 발전 유닛이 전개되었을 때 상기 태양 발전 유닛은 평판 형상 및 곡면 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양 발전 유닛이 수면 아래에 있고, 상기 추진 유닛이 수면의 위에 배치된 것을 감지하는 자세 감지 센서를 더 포함하는 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 태양 발전 유닛이 상기 제1 및 제2 부력 선체들의 사이에서 회전되게 상기 태양 발전 유닛의 폭은 상기 제1 및 제2 부력 선체들 사이의 이격된 간격보다 좁게 형성된 자세 복원 기능을 갖는 무인 해양 자율주행 드론.
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