KR100859773B1 - A Device on Optical Guidance for Underwater Docking of Autonomous Underwater Vehicles - Google Patents

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KR100859773B1
KR100859773B1 KR1020030032757A KR20030032757A KR100859773B1 KR 100859773 B1 KR100859773 B1 KR 100859773B1 KR 1020030032757 A KR1020030032757 A KR 1020030032757A KR 20030032757 A KR20030032757 A KR 20030032757A KR 100859773 B1 KR100859773 B1 KR 100859773B1
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Abstract

본 발명은 자율무인잠수정에 장착된 수중 카메라를 이용하여 해저 기지에 설치된 발광다이오드로 구성된 원형 광원을 설치하여 자율무인 잠수정의 수중 카메라를 이용하여 원형 광원을 영상처리로 인식하고, 자율무인잠수정의 방향 제어판을 제어하여 해저기지에 도킹하는 광학 가이드 장치를 제공함에 있는 것이다.The present invention is to install a circular light source consisting of light emitting diodes installed in the subsea base using an underwater camera mounted on an autonomous unmanned submersible to recognize the circular light source as an image processing using an underwater camera of an autonomous unmanned submersible, the direction of the autonomous unmanned submersible It is to provide an optical guide device for controlling the control panel to dock to the seabed base.

자율무인잠수정(10)의 선수부 중앙에 목표물의 영상으로 캡쳐하는 카메라(20)가 설치되고, 해저기지의 도킹장치(30)의 입구측에 발광다이오드로 구성된 원형 광원을 갖는 광학 가이드장치(40)를 설치하여 카메라에 의해 원형 광원을 인식처리하여 자율무인 잠수정이 도킹자치와 떨어진 거리, 경사각과 방향각을 추정하여 자율무인잠수정의 방향제어판을 조종하여 자세 제어를 통해 도킹장치에 도킹되는 것을 특징으로 하며, 이처럼 본 발명은 해저 기지의 도킹장치 입구에 발광다이오드 어레이로 구성된 원형 광원을 설치하여 목표물을 표시하고, 거리변화에 따라 광원의 조도를 조절하여 구현한 것이다.In the center of the bow of the autonomous unmanned submersible 10, a camera 20 for capturing an image of a target is installed, and an optical guide device 40 having a circular light source composed of a light emitting diode at an inlet side of the docking device 30 of the subsea base. By installing the camera to recognize the circular light source, the autonomous unmanned submersible is docked to the docking device through posture control by controlling the direction control panel of the autonomous unmanned submersible by estimating the distance away from the docking autonomous, the inclination angle and the direction angle In this way, the present invention is implemented by installing a circular light source consisting of a light emitting diode array at the entrance to the docking device of the seabed base to display the target, and adjust the illuminance of the light source according to the distance change.

광학 가이드, 자율무인잠수정, 조도조절장치, 수중 도킹, 수중 카메라, 수중 라이트, 영상처리Optical Guide, Autonomous Submersible, Illumination Control, Underwater Docking, Underwater Camera, Underwater Light, Image Processing

Description

자율무인잠수정의 수중 도킹을 위한 광학 가이드 장치{A Device on Optical Guidance for Underwater Docking of Autonomous Underwater Vehicles}A Device on Optical Guidance for Underwater Docking of Autonomous Underwater Vehicles}

도 1은 수중 카메라를 이용한 자율무인잠수정의 도킹 개념도1 is a conceptual diagram of the docking of an autonomous unmanned submersible using an underwater camera

도 2는 자율무인잠수정에 탑재된 수중 카메라와 해저 기지의 수중 라이트로 구성된 광학 가이드 장치를 이용한 자율무인잠수정의 도킹 개념도2 is a docking conceptual diagram of an autonomous unmanned submersible using an optical guide device composed of an underwater camera mounted on the autonomous unmanned submersible and an underwater light of a subsea base

도 3은 자율무인잠수정의 제어기법으로 수중 목표물과 카메라의 중심이 일치하는 제어입력 생성.3 is a control method of the center of the camera and the underwater target with the control method of the autonomous unmanned submersible.

도 4는 자율무인잠수정의 거리 변화에 따른 광학 가이드 장치의 조도 조절 및 자율무인잠수정의 자세 제어 개념도4 is a conceptual diagram of the illumination control and the attitude control of the autonomous unmanned submersible according to the distance change of the autonomous unmanned submersible

도 5는 자율무인잠수정의 수중 도킹을 위한 광학 가이드 장치5 is an optical guide device for underwater docking of autonomous unmanned submersible

도 6은 도 5의 A-A' 확대단면도,6 is an enlarged cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG.

도 7은 광학 가이드 장치의 조도 조절 장치 구성도
도 8은 LED 광원 조도 조절장치의 회로도.
7 is a configuration diagram of the illuminance control device of the optical guide device
8 is a circuit diagram of the LED light source illuminance control device.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 자율무인잠수정 20 : 카메라10: autonomous unmanned submersible 20: camera

30 : 도킹장치 40 : 광학 가이드장치30: docking device 40: optical guide device

41 : 원추형 고정부 43 : LED 41: conical fixing part 43: LED                 

47 : 보호대 49 : 고무패드47: protector 49: rubber pad

#1, #2, #3, #4, #5: 반원형 광원군# 1, # 2, # 3, # 4, # 5: semicircular light source group

본 발명은 자율무인잠수정이 해저기지 또는 해중 기지로의 수중 도킹함에 있어서, 자율무인잠수정이 해저기지에 정밀하게 수중 도킹할 수 있는 자율무인잠수정의 수중 도킹을 유도하는 광학 가이드장치를 제공함에 있는 것이다.The present invention provides an optical guide device for inducing underwater docking of an autonomous unmanned submersible that can be docked precisely underwater to an underwater base when the autonomous unmanned submersible is docked to a sea basin or subsea base. .

수중에서 자율운항이 가능한 자율무인잠수정(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)은 자체에 전원을 내장하고 운항하기 때문에 전원의 충전을 위하여 수상으로 한번씩 귀환하여 전원을 충전하고 데이터를 받는 작업을 반복해야 한다.The Autonomous Underwater Vehicle (AUV), which can autonomously operate underwater, has its own power supply and operation, so it has to repeat the operation of charging the power and receiving data once, returning to the water to charge the power.

이러한 제약조건을 극복하기 위하여 수중에 해저 기지를 만들어 이에 귀환하여 전원 충전과 함께 데이터 추출 작업을 수행하는 것이 요구되고 있다.In order to overcome these constraints, it is required to create a submarine base underwater and return it to perform data extraction along with power charging.

수중 기지로 귀환하는 기존의 방법으로서, 해저기지와 자율무인잠수정 간에 초음파 위치추적장치를 이용하여 자율무인잠수정을 유도제어하는 방법을 주로 사용하고 있다.As a conventional method of returning to an underwater base, the method of inductively controlling an autonomous unmanned submersible by using an ultrasonic position tracking device between a seabed base and an autonomous unmanned submersible is mainly used.

상기한 수중 초음파를 이용한 유도제어방법은 자율무인잠수정이 해저기지에 개략적으로 접근할 수 있도록 유도할 수 있으나, 초음파 위치추적 장치의 오차 범위가 크고 신호취득 시간간격이 크므로 도킹장치 근방에서의 최종단계 운동제어를 위해서 정밀한 항법장치가 별도로 요구된다.The above-described induction control method using underwater ultrasonic waves can guide the unmanned submersible submersible to approach the seabed base, but because the error location of the ultrasonic positioning device is large and the signal acquisition time interval is large, A precise navigation system is required separately for step motion control.

수중 도킹을 위한 정밀항법 장치로써 초음파를 사용하지 않는 기존의 방법은, 자율무인잠수정에 관성항법장치를 탑재하여 미리 입력된 해저기지의 위치를 찾아가는 방법과, 초음파 속도계와 지자기 컴파스 신호를 이용하여 적분하는 추측항법(Dead-reckoning)을 이용하는 방법, 해저 기지 주변의 자기장 변화를 측정하여 자율무인잠수정을 제어하는 방법, 그리고 수중 카메라를 이용하여 해저 기지를 확인하여 최종단의 도킹을 유도하는 방법이 등이 있다.Existing methods that do not use ultrasonic waves as a precision navigation device for underwater docking are equipped with an inertial navigation device in an autonomous unmanned submersible to find the location of a subsea base previously input, and integrate it using an ultrasonic speedometer and geomagnetic compass signals. Using the dead-reckoning method, controlling the autonomous submerged submersible by measuring the magnetic field change around the seabed base, and using the underwater camera to identify the seabed base to induce the docking of the final stage. There is this.

상기한 관성 항법시스템을 이용하는 수중 도킹은 고정밀의 센서를 사용해야 하므로 고가의 장비를 필요로 하는 단점이 있고, 정밀한 센서인 경우에도 오차가 시간의 제곱에 비례하여 증가하므로 보조적인 정밀 속도센서를 추가적으로 요구되는 문제점이 있었다.Underwater docking using the inertial navigation system has the disadvantage of requiring expensive equipment because it requires the use of a high-precision sensor, and even in the case of a precise sensor, the error increases in proportion to the square of time, thus requiring an auxiliary precision speed sensor. There was a problem.

또한 자기장에 의한 방법은 자율무인잠수정 자체에서 발생하는 자기장의 변화에 민감하며 정확도 면에서 관성센서를 이용하는 방법 보다 성능이 떨어지는 단점이 있다.In addition, the magnetic field method is sensitive to the change in the magnetic field generated by the autonomous unmanned submersible itself and has a disadvantage in that its performance is lower than that of the inertial sensor.

그리고 광학 카메라를 이용하는 방법은 아직 보편화되어 있지 않은 방법으로서, 기존의 방법은 해저 기지에 카메라를 장착하여 해저 기지에 도달하는 자율무인잠수정을 모니터링하여 제어신호를 전송하는 방법을 이용하는 복잡한 단점이 있다.In addition, the method of using an optical camera is not yet common, and the conventional method has a complex disadvantage of using a method of transmitting a control signal by monitoring an autonomous unmanned submersible reaching a subsea base by mounting a camera at the subsea base.

또한, 자율무인잠수정이 수중에서 기지에 도킹하기 위해서는 자율무인잠수정이 해저 기지 근방에 도달하였을 때에 해저 기지의 도킹 지점을 정확히 인식하고 이를 정밀하게 추적하고 제어하는 기술이 필요하다. In addition, in order for the autonomous unmanned submersible to dock at the base in the water, when the autonomous unmanned submersible reaches near the seabed base, it is necessary to accurately recognize and precisely track and control the docking point of the seabed base.                         

자율무인잠수정이 해저기지를 인식하는 방법으로 관성항법 센서를 이용하는 방법, 일반 카메라를 이용하는 광학적인 방법, 초음파를 이용하는 방법, 및 레이저를 이용하는 방법 등이 있다.As an autonomous unmanned submersible, a method using an inertial navigation sensor, an optical method using a general camera, a method using an ultrasonic wave, and a method using a laser are used to recognize a seabed base.

초음파를 이용하는 방법은 해상도가 떨어지며 시간지연이 큰 단점이 있고, 레이저를 이용하는 방법은 정밀한 계측이 가능하나 자율무인잠수정이 불규칙한 운동을 하므로 목표물에 레이저를 정확히 주사할 수 있는 제어장치가 별도로 요구되는 단점이 있고, 관성항법 센서를 이용하는 경우에는 해저 기지에 도달하기까지 누적된 위치 오차를 보정해줘야 하는 단점이 있다.Ultrasonic method has the disadvantage of low resolution and large time lag, and laser method is capable of precise measurement, but autonomous unmanned submersible moves irregularly so that a separate control device that can accurately scan the laser is required. In the case of using the inertial navigation sensor, there is a disadvantage in that the accumulated position error must be corrected until reaching the sea bottom.

따라서, 범용의 카메라를 이용하면서 도킹장치 근방에서 정밀한 항법장치를 구현하여 수중 도킹이 이루어질 수 있는 장치가 요구된다.Therefore, there is a need for a device that can be docked underwater by implementing a precise navigation device near the docking device while using a general-purpose camera.

상기한 종래의 문제점을 해소하기 위해 본 발명에서는 자율무인잠수정이 수중 초음파 항법 또는 관성항법에 의하여 수중 목표물 근방 20-30m 범위에 들어 왔을 때에 이후의 도킹을 위한 정밀 항법이 광학 가이드장치에 의해 안전하게 도킹될 수 있도록 수중 조명장치(라이트)를 해저기지의 도킹장치 입구에 설치하여 표시하고, 자율무인잠수정이 이 목표물을 인식하여 추진기와 방향제어판을 제어하는 장치를 구현하는 것에 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, in the present invention, when the autonomous unmanned submersible enters the 20-30 m range near the underwater target by underwater ultrasonic navigation or inertial navigation, precise navigation for later docking is safely docked by the optical guide device. The purpose of this is to install and display an underwater lighting device (light) at the entrance of the docking device of the subsea base so that the autonomous unmanned submersible can recognize the target and control the propeller and the direction control panel.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자율무인잠수정(10)의 수중 도킹을 위해 자율무인잠수정(10)의 선수부 중앙에 목표물의 영상으로 캡쳐하는 카메라(20)가 설치되고, 해저기지의 도킹장치(30)의 입구측에 광원을 갖는 광학 가이드장치(40)를 설치하여 상기 카메라에 의해 영상처리된 광원을 이용하여 도킹장치까지의 거리, 경사각과 방향각을 추정하여 자율무인잠수정의 방향제어판을 조종하면서 목표지점을 찾아가는 것을 특징으로 하고 있다.In order to achieve the above object, the present invention is installed in the center of the bow portion of the autonomous unmanned submersible 10, the camera 20 for capturing the image of the target is installed, docking of the subsea base An optical guide device 40 having a light source is installed at the inlet side of the device 30 to estimate the distance, inclination angle and direction angle to the docking device by using the light source imaged by the camera to control the direction of the autonomous unmanned submersible. It is characterized by moving to find the target point.

상기한 광학 가이드장치(40)는 도킹장치(30)의 입구측에 고정되는 깔대기 모양으로 되는 원추형 고정부(41)로 구성되고, 상기 원추형 고정부(41)의 전면에는 병렬 연결되는 다수의 LED(43)가 원주면을 따라 일정한 간격을 유지하도록 2열로 배열하여 상기 LED(43)에 의해 크고 작은 한쌍의 원형의 광원을 형성하도록 되고, 원추형 고정부(41)에 고정되는 LED(43)는 비닐막 내부에 투명오일이 채워진 유연막으로 방수처리 하고, 상기 고정부(41)의 외원주면에는 수평 및 수직방향의 상, 하, 좌, 우 및 45도 경사위치에 5개의 반원형 광원군( #1, #2, #3, #4, #5)이 설치되고, 상기 LED(43)의 밝기 조절은 자율무인잠수정의 거리정보를 입력하는 트랜지스터 구동회로에 의해 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The optical guide device 40 is composed of a conical fixing portion 41 of a funnel shape fixed to the inlet side of the docking device 30, a plurality of LEDs connected in parallel to the front of the conical fixing portion 41 The 43 is arranged in two rows so as to maintain a constant interval along the circumferential surface to form a pair of large and small circular light sources by the LED 43, the LED 43 fixed to the conical fixing portion 41 is Waterproofing with a flexible film filled with transparent oil inside the vinyl film, five semi-circular light source groups (# 1) at the inclined positions of up, down, left, right and 45 degrees in the horizontal and vertical directions on the outer circumferential surface of the fixing part 41 , # 2, # 3, # 4, # 5 are installed, and the brightness adjustment of the LED 43 is configured to be controlled by a transistor driving circuit for inputting the distance information of the autonomous unmanned submersible.

상기 광학 가이드장치(40)의 고정부(41)의 내부에 충격방지용 고무패드(49)가 설치되고, 상기 고정부(41)에는 LED(43)를 보호할 수 있도록 보호대(47)가 설치되고, 상기 보호대(47)는 고정부(41)에 고정되는 LED(43) 사이 사이에 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.An anti-shock rubber pad 49 is installed inside the fixing part 41 of the optical guide device 40, and the protecting part 47 is installed on the fixing part 41 to protect the LED 43. In addition, the guard 47 is characterized in that arranged at equal intervals between the LED 43 is fixed to the fixing portion 41.

이하, 본 발명을 첨부된 예시 도면을 참고하여 그 구성 및 작용 효과 등을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in more detail the configuration and effect and the like.

도 1은 자율무인잠수정의 선수 중앙에 소형의 수중 카메라를 장착한 상태의 좌표계를 나타내고 있다.Fig. 1 shows a coordinate system in which a small underwater camera is attached to the center of a player in an autonomous unmanned submersible.

도시된 바와 같이 임의의 지점에 있는 목표물 P가 카메라의 CCD 평면에 수평과 수직 방향으로 편차를 갖고 p 지점으로 투영된다.As shown, the target P at any point is projected to point p with a deviation in the horizontal and vertical directions on the CCD plane of the camera.

카메라가 자율무인잠수정의 선수 중앙에 설치되었으므로, 카메라의 전진방향에 따라 투영된 p지점이 CCD 평면의 중앙에 유지되도록 선미의 수평 및 수직의 방향제어판을 자동제어하면서 자율무인잠수정이 전진하게 되면, 궁극적으로 자율무인잠수정이 도킹장치에 도달할 수 있게 된다.Since the camera is installed in the center of the bow of the autonomous unmanned submersible, when the autonomous unmanned submersible is advanced while automatically controlling the horizontal and vertical direction control panels of the stern so that the point p projected according to the forward direction of the camera is maintained at the center of the CCD plane, Ultimately, the autonomous unmanned submersible can reach the docking device.

상기 방향제어판의 구동은 카메라의 광유동방정식이 연성된 수중 선체의 운동방정식을 해석함으로써 자율무인잠수정의 자세를 제어할 수 있다.The driving of the direction control plate can control the attitude of the autonomous unmanned submersible by analyzing the motion equation of the underwater hull combined with the optical flow equation of the camera.

도 2는 가시거리 범위내에서 멀리 떨어져 있는 자율무인잠수정이 카메라에 투영된 목표물의 원점의 위치오차가 영이 되도록 제어하여 도킹장치에 도달하는 과정을 나타내고 있다.2 illustrates a process of reaching the docking apparatus by controlling the positional error of the origin of the target projected to the camera to be zero by the autonomous unmanned submersible far away within the visible range.

도킹장치 입구는 원추형으로 제작하여 자율무인잠수정이 약간의 위치오차를 가지고 입사될 경우에 측면에 스치면서 도킹에 성공할 수 있도록 유도하며, 측면에 부딪힐 때에 과도한 충격발생을 방지하기 위하여 고무 패드를 원추형 가이드 장치 내벽에 부착한다.The docking device inlet is made of conical shape so that when the autonomous unmanned submersible enters with a slight positional error, it can lubricate to the side and can be successfully docked. Attach to the inner wall of the guide unit.

도 3은 투영된 수중 목표물이 카메라의 CCD 평면상에서 이동하도록 자율무인잠수정을 제어하는 개념을 나타내고 있다.3 illustrates the concept of controlling the autonomous unmanned submersible to move the projected underwater target on the CCD plane of the camera.

투영된 목표물이 CCD 평면의 원점에 유지하는 경우에도 목표물과 경사각을 가질 수가 있다. 이때에 투영된 원형 광원은 거리의 변화 및 각도 변화에 따라 직경이 변화하고, 타원도가 변화한다.Even when the projected target is kept at the origin of the CCD plane, it may have an inclination angle with the target. At this time, the projected circular light source changes its diameter and changes its ellipticity according to the change in distance and the change in angle.

따라서, 투영 광원의 직경의 크기로 자율무인잠수정이 도킹장치와 떨어져 있는 거리를 찾을 수 있고, 타원 모양을 최적화 와 경사 각도를 찾을 수 있다.Therefore, the autonomous submersible can find the distance away from the docking device by the size of the diameter of the projection light source, optimize the ellipse shape and find the inclination angle.

도 2에서와 같이 자율무인잠수정이 경사각을 갖고 목표물이 중앙에 위치하는 경우에는 투영된 원형 라이트가 타원형을 갖게되므로, 타원형 모양의 변형 방향을 고려하여 도킹장치에 수직한 법선의 각도를 영상처리로 찾아야 한다.As shown in FIG. 2, when the autonomous unmanned submersible has an inclination angle and the target is located at the center, the projected circular light has an elliptical shape. Thus, the angle of the normal perpendicular to the docking device is taken into consideration by considering the deformation direction of the elliptical shape. You have to find it.

도 4는 자율무인잠수정의 수중 도킹을 위한 광학 가이드 장치의 전체 시스템 개략도를 나타내고 있다.4 shows an overall system schematic of an optical guide device for underwater docking of an autonomous submersible.

초음파 위치추적 장치와 같은 추가적인 센서를 이용하면 도킹장치의 광원의 밝기를 조절함으로써 자율무인잠수정이 원거리에 있을 경우뿐만 아니라 근거리에 있을 경우에도 균일한 화질을 얻을 수 있게 조절이 가능하다.By using an additional sensor such as an ultrasonic position tracking device, the brightness of the light source of the docking device can be adjusted to obtain uniform image quality even when the autonomous unmanned submersible is not only at a long distance but also at a short distance.

도 5는 본 발명이 적용된 수중 도킹장치 입구에 설치된 광학 가이드 장치의 구성을 나타내고 있는 것으로 원추형의 도크 입구에 원판의 소형의 LED로 만들어진 광원 배열을 도크 입구의 원주면를 따라 일정한 간격으로 균일하게 배열하면 배열된 LED가 하나의 원형을 이루도록 구성하였다.5 is a view showing the configuration of an optical guide device installed at the entrance of the underwater docking apparatus to which the present invention is applied, if the light source array made of a small LED of a disc at the conical dock entrance is uniformly arranged at regular intervals along the circumferential surface of the dock entrance. The arranged LEDs were configured to form one circle.

이 원형의 목표물을 추적함으로써 자율무인잠수정의 수중 카메라가 도킹장치의 입구를 확인할 수 있는 것이다.By tracking this circular target, the underwater camera of the autonomous unmanned submarine can identify the entrance of the dock.

또한, 수직 상하 방향으로 반원형 광원군(#1과 #2)를, 수평 좌우 방향에 광 원군(#3과 #4)를 설치하고, 각도 확인을 위한 광원군(#5)를 설치함으로써 무인잠수정으로부터 도크 입구까지의 거리, 경사각 및 방향각을 LED 라이트 신호를 영상처리함으로써 추정할 수 있다.In addition, the semicircular light source groups # 1 and # 2 in the vertical up and down directions, the light source groups # 3 and # 4 in the horizontal left and right directions, and the light source group # 5 for the angle check are provided. The distance, inclination angle and direction angle from the inlet to the dock entrance can be estimated by image processing the LED light signal.

LED는 반구형 방향으로 빛을 발광하므로 도킹 장치의 전면에서는 어느 방향에서나 균일한 조도를 갖는 원형 광원을 감지할 수 있으므로, 일반적인 수중 라이트가 갖는 방향성에 따른 영상처리 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.Since the LED emits light in a hemispherical direction, the front surface of the docking device can detect a circular light source having a uniform illuminance in any direction, thereby reducing the image processing error according to the direction of the general underwater light.

한편, 본 발명에서는 LED 광원을 도 6에 도시된 바와 같이 LED(43) 배열을 병렬로 연결하여 몇 개의 LED가 손상되더라도 전체 시스템의 성능에는 영향이 미치지 않도록 구성한다.On the other hand, in the present invention, the LED light source is configured to connect the LED 43 array in parallel as shown in Figure 6 so that even if several LEDs are damaged so as not affect the performance of the entire system.

도 6은 도 5의 A-A'단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, LED 배열을 설치하는 원환형 기판을 중간에 띄우고, 배면 지지판(41)과 전면 투명 비닐막으로 밀폐시키고 중간에 투명 오일을 적재하여 방수를 하며, 외부의 압력이 변화하여도 내부에 그대로 압력이 전달되는 방식을 이용하여 수압을 보상하며, 비닐 막 전면에 자율무인잠수정이 충돌하거나 외부 물건에 부딪히는 경우에도 광원 어레이가 손상되지 않도록 보호대(47)를 등간격으로 설치하면 심해에서 본 발명의 광학 가이드 장치를 사용할 수 있는 장점이 있다.FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG. 5, and as shown therein, an annular substrate for installing an LED array is floated in the middle, sealed with a back support plate 41 and a front transparent vinyl film, and transparent oil is placed in the middle. It is waterproof by loading and compensates for the water pressure by using the method that the pressure is transmitted inside even if the outside pressure changes, and the light source array is not damaged even when the autonomous unmanned submersible collides with the front of the vinyl film or hits an external object. Installing the guards 47 at equal intervals so that the optical guide device of the present invention can be used in the deep sea.

또한 본 발명에서는 도 5에 나타낸 바와 같이 광학 가이드장치에 반원형 광원군을 별도 설치하는 대신에 광원군이 설치되는 5개의 지점에 광원을 부분적으로 차단할 수 별도의 광원 차단부(45)를 설치할 수 있다.In addition, in the present invention, as shown in FIG. 5, instead of separately installing the semicircular light source group in the optical guide device, a separate light source blocking unit 45 may be installed to partially block the light source at five points where the light source group is installed. .

이처럼 광학 가이드장치(40)에 부분적으로 LED의 광원이 차단되는 광원 차단부(45)를 형성하게 되면 이를 카메라에 의한 영상처리로 확인함으로써 광원군(#1 ~ #5)을 설치하여 영상 처리하는 방법과 동일하게 도크 입구까지의 거리, 경사각 및 방향각을 관측할 수 있다.As such, when the light source blocking unit 45 partially blocking the LED light source is formed in the optical guide device 40, the light source group # 1 to # 5 may be installed by checking the image processing by the camera. Similar to the method, the distance to the dock entrance, the inclination angle and the direction angle can be observed.

도 7은 본 발명이 적용된 광학 가이드장치의 자세를 계측하는 또 다른 실시 형태를 나타내고 있는 것으로써, 광학가이드장치(40)에 별도의 광원군을 설치하지 않고 기존 원주상의 LED(43) 배열중의 일부가 생략되는 광원 차단부(45)를 설치하여 상기 광원 차단부(45)가 광학 가이드장치(40)의 원주상에 불연속점을 이루도록 구성할 수 있는 것이다.FIG. 7 shows another embodiment of measuring the posture of the optical guide device to which the present invention is applied, and is arranged in the existing circumferential LED 43 without installing a separate light source group in the optical guide device 40. By installing a light source blocking unit 45, a part of which is omitted, the light source blocking unit 45 may be configured to form a discontinuous point on the circumference of the optical guide device 40.

그리하면 앞서 설명한 바와 같은 별도의 반원형 광원이 고정부의 외주면에 설치하는 번거러움을 덜 수 있게 된다.Then, a separate semicircular light source as described above can reduce the hassle of installing on the outer peripheral surface of the fixing portion.

그리고 LED는 반구형 방향으로 빛을 발광하므로 도킹 장치의 전면에서는 어느 방향에서나 균일한 조도를 갖는 원환형 광원을 감지할 수 있으므로, 일반적인 수중 라이트가 갖는 방향성에 따른 영상처리 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.In addition, since the LED emits light in a hemispherical direction, the front surface of the docking device can detect an annular light source having a uniform illuminance in any direction, thereby reducing an image processing error according to the direction of a general underwater light. .

도 8은 LED 광원 조도 조절장치의 회로도이다.8 is a circuit diagram of the LED light source illuminance control device.

해저기지에 자율무인잠수정을 유도하기 위하여 설치되어 있는 초음파 위치추적장치 또는 초음파 거리계를 이용하여 자율무인잠수정의 거리가 판독되면 이 정보를 변환하여 그림과 같은 전자회로를 갖는 라이트 조도 조절장치에 입력하여 LED의 밝기를 조절한다.When the distance of the autonomous unmanned submersible is read by using an ultrasonic position tracking device or an ultrasonic telemeter installed to induce the autonomous unmanned submersible at the seabed base, it converts this information and inputs it to the light illuminance control device having the electronic circuit as shown in the figure. Adjust the brightness of the LED.

이와 같이 본 발명의 자율무인잠수정의 광학 가이드 장치는 해저 기지의 작업 수심에 관계없이 외부압력을 보상하는 방식을 이용하므로 작업수심에 제한이 없으며, 몇 개의 LED가 수명이 다되거나 손상되더라도 기본적인 성능에는 영향이 없는 강인한 구조의 광원을 가지므로 심해에서 사용하기에 유리하다. As such, the optical guide device of the autonomous unmanned submersible of the present invention uses a method of compensating for external pressure regardless of the working depth of the subsea base, so there is no limitation in the working depth, and even if some LEDs reach the end of life or are damaged, the basic performance is not limited. It has a robust structure of light source with no influence, which is advantageous for use in deep sea.                     

또한, 도킹장치 전방 반구형 영역에서는 도킹 가이드를 위한 균일 광원을 발광할 수 있으며, 원형의 광원을 이용하여 자율무인잠수정이 도킹장치까지 떨어져 있는 거리를 계산할 수 있고, 5개의 반원형 광원군을 설치하여 자율무인잠수정이 도킹장치와 이루는 경사각과 방향각을 영상처리로 추정할 수 있다.In addition, in the hemispherical region in front of the docking device, it is possible to emit a uniform light source for the docking guide, and the distance from the autonomous unmanned submersible to the docking device can be calculated by using a circular light source. The angle of inclination and direction of the unmanned submersible with the docking device can be estimated by image processing.

또한 광원의 밝기는 자율무인잠수정의 거리정보를 입력하여 트랜지스터를 구동함으로써 자동으로 제어가 가능하다.In addition, the brightness of the light source can be automatically controlled by inputting the distance information of the unmanned submersible submersible and driving the transistor.

상술한 바와 같이 본 발명의 자율무인잠수정의 수중 도킹을 위한 광학 가이드 장치는 해저기지의 작업 수심에 관계없이 외부압력을 보상하도록 비닐막 내부에 투명오일이 채워진 방수구조를 가지며, 외부압력을 보상하는 구조이므로 도킹장치의 설치수심에 제한이 없으며, 병렬 연결구조를 갖는 LED를 사용함으로써 몇 개의 LED가 수명이 다되거나 손상되더라도 기본적인 성능에는 영향이 없는 강인한 구조의 광원을 가지므로 심해에서 사용하기에 유리하다는 이점이 있다.As described above, the optical guide device for underwater docking of the autonomous unmanned submersible has a waterproof structure filled with transparent oil inside the vinyl film to compensate for the external pressure regardless of the working depth of the subsea base, and compensates for the external pressure. Because of its structure, there is no limit on the installation depth of the docking device, and by using LEDs with parallel connection structure, it has a strong structure of light source that does not affect the basic performance even if some LEDs are worn out or damaged. There is an advantage.

도킹장치 전방 반구형 영역에서는 도킹 가이드를 위한 균일 광원을 발광할 수 있으며, 원형의 광원을 영상처리함으로써 자율무인잠수정이 도킹장치까지 떨어져 있는 거리를 계산할 수 있고, 5개의 반원형 광원군을 설치하여 자율무인잠수정이 도킹장치와 이루는 경사각과 방향각을 영상처리로 추정할 수 있고, 광원의 밝기는 자율무인잠수정의 거리정보를 입력하여 트랜지스터를 구동함으로써 자동으로 제어가 가능하다.In the semi-spherical area in front of the docking device, it is possible to emit a uniform light source for the docking guide. By processing the circular light source, it is possible to calculate the distance of the autonomous unmanned submersible to the docking device. The tilt angle and the direction angle of the submersible can be estimated by the image processing, and the brightness of the light source can be automatically controlled by inputting the distance information of the autonomous unmanned submersible and driving the transistor.

또한, 자율무인잠수정의 선수부 중앙에 한 개의 방수카메라를 장착하고, 이로부터 얻어지는 도킹장치의 원형 광원을 인식함으로써 자율무인잠수정이 도킹장치에 도달하기 위한 정보를 영상처리로 얻으며, 자율무인잠수정의 방향제어판의 구동은 도킹장치의 중심이 카메라의 이미지 평면의 중앙에 위치하도록 제어명령을 발생하며, 카메라의 광유동방정식이 수중 선체의 운동방정식을 해석함으로써 자율무인잠수정의 자세를 제어한다. In addition, by installing one waterproof camera in the center of the bow part of the autonomous unmanned submersible, by recognizing the circular light source of the docking device obtained therefrom, the autonomous unmanned submersible obtains information for reaching the docking device through image processing, and the direction of the autonomous unmanned submersible The driving of the control panel generates a control command so that the center of the docking device is located in the center of the image plane of the camera, and the light flow equation of the camera controls the attitude of the autonomous unmanned submersible by interpreting the motion equation of the underwater hull.

Claims (5)

삭제delete 자율무인잠수정(10)의 선수부 중앙에 목표물의 영상으로 캡쳐하는 카메라(20)가 설치되고, 해저기지의 도킹장치(30)의 입구측에 광원을 갖는 광학 가이드장치(40)를 설치하여, 카메라에 의해 영상처리된 상기 광학 가이드장치(40)의 광원 추적으로 도킹장치의 입구를 확인하면서 도킹장치까지의 거리, 경사각과 방향각을 계산하여 자율무인잠수정의 방향제어판을 제어하여 자율무인잠수정(10)의 자세를 변화시켜 도킹장치에 도킹시키기 위한 광학 가이드 장치로서,In the center of the bow of the autonomous unmanned submersible 10, a camera 20 for capturing an image of a target is installed, and an optical guide device 40 having a light source is installed at the entrance of the docking device 30 of the subsea base. By checking the entrance of the docking device by tracking the light source of the optical guide device 40 which is processed by the image, the distance to the docking device, the inclination angle and the direction angle are calculated to control the direction control panel of the autonomous unmanned submersible submarine 10 An optical guide device for docking a docking device by changing its posture, 상기 자율무인잠수정의 수중 도킹을 유도하는 광학 가이드장치(40)는, 도킹장치(30)의 입구측에 고정되는 깔대기 모양의 원추형 고정부(41)로 구성되고, 상기 원추형 고정부(41)의 전면에는 병렬 연결되는 다수의 LED(43)가 원주를 따라 일정한 간격을 유지하도록 2열로 배열하여 상기 LED(43)가 크고 작은 한쌍의 원형 광원을 형성하도록 되고, 원추형 고정부(41)에 고정되는 LED(43)는 유연막으로 방수처리 하고, 상기 고정부(41)의 외원주면에는 수평 및 수직방향의 상, 하, 좌, 우 및 45도 경사위치에 5개의 반원형 광원군( #1, #2, #3, #4, #5)이 설치되고, 상기 LED(43)의 밝기 조절은 자율무인잠수정의 거리정보를 입력하는 트랜지스터 구동회로에 의해 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자율무인잠수정의 수중 도킹을 위한 광학 가이드 장치.The optical guide device 40 for guiding the underwater docking of the autonomous unmanned submersible is composed of a funnel-shaped conical fixing part 41 fixed to the inlet side of the docking device 30, and the conical fixing part 41 A plurality of LEDs 43 connected in parallel are arranged in two rows so as to maintain a constant distance along the circumference so that the LEDs 43 form a pair of large and small circular light sources, which are fixed to the conical fixing portion 41. The LED 43 is waterproofed with a flexible film, and five semicircular light source groups (# 1, # 2) are disposed on the outer circumferential surface of the fixing part 41 in the horizontal, vertical, upward, downward, left, right, and 45 degree inclination positions. , # 3, # 4, # 5 are installed, and the brightness adjustment of the LED 43 is controlled by a transistor driving circuit for inputting the distance information of the autonomous unmanned submersible underwater Optical guide device for docking. 제2항에 있어서, 상기 광학 가이드장치(40)의 고정부(41)의 내부에 충격방지용 고무패드(49)가 설치되는 것을 특징으로 하는 자율무인잠수정의 수중 도킹을 위한 광학 가이드 장치.The optical guide device for underwater docking of an autonomous unmanned submersible according to claim 2, wherein an anti-shock rubber pad (49) is provided inside the fixing part (41) of the optical guide device (40). 제2항에 있어서, 상기 고정부(41)에는 LED(43)를 보호할 수 있도록 보호대(47)가 설치되고, 상기 보호대(47)는 고정부(41)에 고정되는 LED(43) 사이 사이에 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자율무인잠수정의 수중 도킹을 위한 광학 가이드 장치.According to claim 2, wherein the fixing portion 41 is provided with a guard 47 to protect the LED 43, the guard 47 is between the LED 43 is fixed to the fixing portion 41 Optical guide device for underwater docking of the autonomous unmanned submersible, characterized in that arranged at equal intervals. 제 2 항에 있어서, 자율무인잠수정의 수중 도킹을 유도하는 상기 광학 가이드장치(40)는, 도킹장치(30)의 입구측에 고정되는 깔대기 모양의 원추형 고정부(41)로 구성되고, 상기 원추형 고정부(41)의 전면에는 병렬 연결되는 다수의 LED(43)가 원주면을 따라 일정한 간격을 유지하도록 2열로 배열하여 상기 LED(43)가 크고 작은 한쌍의 원형의 광원을 형성하도록 되고, 원추형 고정부(41)에 고정되는 LED(43)는 유연막으로 방수처리되고, 상기 고정부(41)에는 수평 및 수직방향의 상, 하, 좌, 우 및 45도 경사위치에 LED의 광원이 부분적으로 차단되는 5개의 광원 차단부(45)가 설치되고, 상기 LED(43)의 밝기 조절은 자율무인잠수정의 거리정보를 입력하는 트랜지스터 구동회로에 의해 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자율무인잠수정의 수중 도킹을 위한 광학 가이드 장치.3. The optical guide device 40 according to claim 2, which guides the docking of the autonomous unmanned submersible, is composed of a funnel-shaped conical fixing part 41 fixed to the inlet side of the docking device 30. A plurality of LEDs 43 connected in parallel to the front of the fixing portion 41 are arranged in two rows so as to maintain a constant interval along the circumferential surface so that the LEDs 43 form a pair of large and small circular light sources. The LED 43 fixed to the fixing part 41 is waterproofed with a flexible film, and the fixing part 41 partially has a light source of the LED at the inclined positions of the top, bottom, left, right and 45 degrees in the horizontal and vertical directions. Five light source blocking units 45 are cut off, and the brightness of the LED 43 is controlled by a transistor driving circuit for inputting distance information of the autonomous unmanned submersible. Optics for Docking De device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103057679A (en) * 2013-01-11 2013-04-24 哈尔滨工程大学 Mutual butt joint device for double intelligent underwater robots and butt joint method
CN104527952A (en) * 2014-12-23 2015-04-22 浙江大学 Minitype autonomous underwater vehicle
KR101986572B1 (en) * 2018-03-29 2019-06-10 레드원테크놀러지 주식회사 Management system and method for remotely operated vehicle

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101138859B1 (en) * 2011-06-30 2012-05-15 엘아이지넥스원 주식회사 System for underwater docking underwater vehicle using magnetic induced line and method thereof
KR101760192B1 (en) 2014-06-19 2017-07-21 포항공과대학교 산학협력단 Underwater docking system based on underwater agent and the method of docking using thereof
CN105501415A (en) * 2015-12-15 2016-04-20 浙江大学 Automatic tail end docking device and method for deep sea AUV docking
KR102040372B1 (en) * 2017-10-23 2019-11-04 한국농어촌공사 Movable water quality management apparatus capable of performing unmanned autonomous voyage
CN110824482B (en) * 2019-12-13 2024-03-12 江苏科技大学 Submarine cabin entry guiding device and method based on sonar and LED array
CN111572737B (en) * 2020-05-28 2022-04-12 大连海事大学 AUV capturing and guiding method based on acoustic and optical guidance
CN114291241A (en) * 2022-01-20 2022-04-08 海南大学 Airbag type multi-power unmanned aircraft
CN117644958B (en) * 2024-01-25 2024-04-26 自然资源部第一海洋研究所 Binocular vision-based autonomous docking device and method for deep sea AUV

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4588150A (en) * 1982-04-23 1986-05-13 Erno-Raumfahrttechnik Gmbh Docking device for space vehicle
US5340060A (en) 1991-10-14 1994-08-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Rendezvous docking optical sensor system
JP2000272583A (en) * 1999-03-25 2000-10-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd Device and method for docking autonomic unmanned submarine in water
US6278917B1 (en) 1997-09-01 2001-08-21 Siemens Aktiengesellschaft Method for docking an autonomous mobile unit with the use of a light beam

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4588150A (en) * 1982-04-23 1986-05-13 Erno-Raumfahrttechnik Gmbh Docking device for space vehicle
US5340060A (en) 1991-10-14 1994-08-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Rendezvous docking optical sensor system
US6278917B1 (en) 1997-09-01 2001-08-21 Siemens Aktiengesellschaft Method for docking an autonomous mobile unit with the use of a light beam
JP2000272583A (en) * 1999-03-25 2000-10-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd Device and method for docking autonomic unmanned submarine in water

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103057679A (en) * 2013-01-11 2013-04-24 哈尔滨工程大学 Mutual butt joint device for double intelligent underwater robots and butt joint method
CN104527952A (en) * 2014-12-23 2015-04-22 浙江大学 Minitype autonomous underwater vehicle
KR101986572B1 (en) * 2018-03-29 2019-06-10 레드원테크놀러지 주식회사 Management system and method for remotely operated vehicle

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