KR101247789B1 - 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정에 관한 것으로서, 특히 알루미늄 재질로 형성되고, 내부에 전자 회로부가 형성되는 함체와; 상기 함체를 보호하는 외부 프레임과; 상기 함체의 양측면에 수직으로 2개가 설치되고, 저면에서 4개가 각각 방향성을 갖도록 설치하여 상하, 전후, 병진, 대각, 회전 운동이 가능한 복수의 추진기와; 상기 함체의 전면에 설치되는 네트워크 카메라와; 상기 네트워크 카메라의 측면에 설치되는 조명과; 상기 함체의 상면으로 돌출 형성되어 상기 함체의 전자 회로부와 모선에 설치된 컴퓨터와 통신 케이블을 상호 연결시키는 어댑터; 및 모선에 설치된 컴퓨터에 연결되어 전력선 통신 방식으로 상기 추진기를 제어하는 조이스틱을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 자율무인잠수정인 AUV의 자가 제어기능과 원격제어 무인잠수정인 ROV의 수동적 기능을 결합하여 각종 센서들과 무인잠수정의 피드백을 통하여 자가 제어를 통한 자동적인 수심 유지와 스스로 위치를 파악하며 비상시에 자력으로 수면 위까지 부상할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 자율무인잠수정인 AUV의 자가 제어기능과 원격제어 무인잠수정인 ROV의 수동적 기능을 결합하여 각종 센서들과 무인잠수정의 피드백을 통하여 자가 제어를 통한 자동적인 수심 유지와 스스로 위치를 파악하며 비상시에 자력으로 수면 위까지 부상할 수 있다.
Description
본 발명은 무인잠수정에 관한 것으로서, 상세하게는 자율무인잠수정인 AUV의 자가 제어기능과 원격제어 무인잠수정인 ROV의 수동적 기능을 결합하여 각종 센서들과 무인잠수정의 피드백을 통하여 자가 제어를 통한 자동적인 수심 유지와 스스로 위치를 파악하며 비상시에 자력으로 수면 위까지 부상할 수 있도록 하는 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정에 관한 것이다.
일반적으로 수중에서 작업을 수행하는 원격제어 무인잠수정(ROV:Remotely Operated Vehicle)은 지상과 유선으로 연결되어 원격조종 및 제어가 가능하고, 자율 무인잠수정(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)은 지상과의 케이블 없이 동력원과 스스로 움직이기 위한 제어장치를 갖추고 수중을 항해하게 된다.
상기 소형 무인잠수정은 심해에서도 작업이 가능하고 비교적 넓은 영역을 탐사할 수 있는데, 심해생물, 해저 메탄 수화물의 탐사작업이나 장시간 동안 해양환경을 실시간 모니터링 하기 위한 해저관측소의 설치 또는 해저기지 및 해저구조물 건설을 위한 작업 장비로 활용되고 있으며 최근 군사적 활용방법 역시 연구되고 있다.
통상 인간의 잠수한계를 초월한 지역, 예를 들면 심해저 등과 같이 생리학상 인간의 잠수 수심한계를 초과한 지역이나, 오염지역의 난파선 등과 같이 위험지역의 탐사 또는 군 수색용으로 무인잠수정이 사용되고 있음은 주지된 바와 같다.
이를 위한 무인잠수정은 중성 부력을 유지하는 유선형 동체를 위시하여 동력장치 및 조타장치 등이 장착된 것으로 이루어져 있다.
조타장치는 잠수정의 좌우의 추진방향을 조정하기 위한 것으로 동체에 구비된 양력핀(러더)의 각도조정에 의하여 진행방향을 제어하거나 잠수정에 추진력을 부여하는 추진모터를 다수로 설치하여 상기 모터를 제어함으로써 추진과 조향기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는 벡터방식 등이 적용되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 자율 무인잠수정과 원격제어 무인잠수정의 장점만을 필요로하는 무인잠수정의 개발이 요구되었다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위한 것으로, 자율무인잠수정인 AUV의 자가 제어기능과 원격제어 무인잠수정인 ROV의 수동적 기능을 결합하여 각종 센서들과 무인잠수정의 피드백을 통하여 자가 제어를 통한 자동적인 수심 유지와 스스로 위치를 파악하며 비상시에 자력으로 수면 위까지 부상할 수 있도록 하는 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
알루미늄 재질로 형성되고, 내부에 전자 회로부가 형성되며, 저면에 프레임이 수직으로 형성되고, 외측면에 공기주입식 부력재가 부착되는 함체와; 상기 함체를 보호하는 외부 프레임과; 상기 함체의 양측면에 수직으로 2개가 설치되고, 프로펠러의 축을 테플론을 이용하여 수밀시키며, 저면에서 4개가 각각 방향성을 갖도록 설치하여 상하, 전후, 병진, 대각, 회전 운동이 가능한 복수의 추진기와; 상기 함체의 전면에 설치되는 네트워크 카메라와; 상기 네트워크 카메라의 측면에 설치되는 조명과; 상기 함체의 상면으로 돌출 형성되어 상기 함체의 전자 회로부와 모선에 설치된 컴퓨터와 통신 케이블을 상호 연결시키는 어댑터; 및 모선에 설치된 컴퓨터에 연결되어 전력선 통신 방식으로 상기 추진기를 수동 방식으로 제어하는 조이스틱를 포함하며,
상기 전자 회로부는,
220V의 전기를 24V, 16A로 변환시키고, 6개의 상기 추진기의 모터를 돌리기 위해 6개 이상의 아웃풋이 구비되는 SMPS와; 변속 신호를 출력하는 전자변속기와; 온도와 압력을 측정하는 온도압력센서와; LAN 신호를 220V의 전기신호와 함께 보내는 파워브릿지와; 상기 컴퓨터에서 오는 랜 정보를 분리시키고, 각각의 아이피를 그대로 유지시켜주는 네트워크 허브와; 상기 전자변속기의 0~5V사이의 전압조절로 상기 추진기 모터의 회전수를 조절하고 상기 조이스틱의 움직임에 따라 부드럽게 움직이도록 제어하는 C-RIO(Compact-RIO)를 포함하며,
상기 컴퓨터는,
상기 네트워크 카메라 및 추진기의 제어를 위해 랩뷰 소프트웨어를 이용하여 프로그램밍하고, 상기 C-RIO를 통해 온도압력센서에서 취득된 압력값을 이용하여 프로그램밍하여 프로그래밍 결과를 통해 상기 복수의 추진기중 상하 추진기를 제어하여 수직 방향의 위치인 수심을 자동으로 보정하여 사용자가 필요로 하는 수심을 유지하고, 상기 추진기로 병진 운동을 수행할 수 있도록 프로그래밍하는 것을 특징으로 한다.
상기 전자 회로부는,
220V의 전기를 24V, 16A로 변환시키고, 6개의 상기 추진기의 모터를 돌리기 위해 6개 이상의 아웃풋이 구비되는 SMPS와; 변속 신호를 출력하는 전자변속기와; 온도와 압력을 측정하는 온도압력센서와; LAN 신호를 220V의 전기신호와 함께 보내는 파워브릿지와; 상기 컴퓨터에서 오는 랜 정보를 분리시키고, 각각의 아이피를 그대로 유지시켜주는 네트워크 허브와; 상기 전자변속기의 0~5V사이의 전압조절로 상기 추진기 모터의 회전수를 조절하고 상기 조이스틱의 움직임에 따라 부드럽게 움직이도록 제어하는 C-RIO(Compact-RIO)를 포함하며,
상기 컴퓨터는,
상기 네트워크 카메라 및 추진기의 제어를 위해 랩뷰 소프트웨어를 이용하여 프로그램밍하고, 상기 C-RIO를 통해 온도압력센서에서 취득된 압력값을 이용하여 프로그램밍하여 프로그래밍 결과를 통해 상기 복수의 추진기중 상하 추진기를 제어하여 수직 방향의 위치인 수심을 자동으로 보정하여 사용자가 필요로 하는 수심을 유지하고, 상기 추진기로 병진 운동을 수행할 수 있도록 프로그래밍하는 것을 특징으로 한다.
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상기와 같이 구성되는 본 발명인 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정에 따르면, 자율무인잠수정인 AUV의 자가 제어기능과 원격제어 무인잠수정인 ROV의 수동적 기능을 결합하여 각종 센서들과 무인잠수정의 피드백을 통하여 자가 제어를 통한 자동적인 수심 유지와 스스로 위치를 파악하며 비상시에 자력으로 수면 위까지 부상할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 추진기의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 전자 회로부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 모선에 설치된 컴퓨터의 랩뷰 프로그램의 메인 화면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 추진기의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 전자 회로부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 모선에 설치된 컴퓨터의 랩뷰 프로그램의 메인 화면을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 추진기의 구성을 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 전자 회로부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정의 구성중 모선에 설치된 컴퓨터의 랩뷰 프로그램의 메인 화면을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정(1)은, 함체(10)와, 외부 프레임(20)과, 추진기(30)와, 네트워크 카메라(40)와, 조명(50)과, 어댑터(60)와, 조이스틱(70)으로 구성된다.
먼저, 함체(10)는 프레임과 컨트롤 박스의 역할을 겸용하도록 알루미늄 재질로 형성되고, 내부에 전자 회로부(11)가 형성되며, 저면에 프레임(13)이 수직으로 형성된다. 이때, 함체(10)는 외측면에 공기주입식 부력재(15)가 부착되는 것이 바람직하고, 커버가 분리 가능하도록 설치되며 실리콘 재질의 오링을 이용하여 수밀이 이루어진다.
여기에서, 전자 회로부(11)는 도 2에 도시된 바와 같이 SMPS(11a)와, 전자 변속기(11b)와, 온도압력센서(11c)와, 파워브릿지(11d)와, 네트워크 허브(11e)와, C-RIO(11f)로 이루어진다.
SMPS(11a)는 220V의 전기를 24V, 16A로 변환시키고, 6개의 추진기(30)의 모터를 돌리기 위해 6개 이상의 아웃풋이 구비된다.
전자변속기(11b)는 D&J사의 전자변속기로 24V에서 반응을 하며 5A를 사용한다. 추진기(30)의 모터와 연결할 수 있는 8핀 커넥터가 구비되고, 24V입력 커넥터, 및 C-RIO와의 연결로 변속이 가능한 10핀 단자가 구비된다.
온도압력센서(11c)는 온도와 압력을 측정할 수 있는 센서로서, 수심을 자동으로 보정하는 기능을 위한 것이다.
파워브릿지(11d)는 LAN 신호를 220V의 전기신호와 함께 보내어 모선에 설치된 컴퓨터(80)와 함체(10)간의 통신 케이블(C)의 굵기를 줄여 통신 케이블(C)의 무게에 의한 운동성 저하를 줄이고 방수를 용이하게 할 수 있다. 이때, 파워브릿지(11d)는 두 개가 쌍으로 되어있어 밖에서 랜(LAN)과 전류를 합치고 함체 내부에서 다시 분리시킨다.
네트워크 허브(11e)는 220V의 어댑터가 필요하고 5개의 채널을 가지고 있으며, 컴퓨터에서 오는 랜 정보를 C-RIO(11f)와 네트워크 카메라(40)로 분리시키고, 각각의 아이피를 그대로 유지시켜준다.
C-RIO(Compact-RIO)(11f)는 핵심인 전자회로로서, 크게 5개의 부분으로 나눌 수 있고, 먼저 연산을 하는 C-RIO 9012와 FPGA인 9101 ,그리고 온도압력센서(11c)와 연결이 되는 디지털 신호 입출력기 9401, 디지털 출력기 9474, 마지막으로 아날로그 출력기 9263가 구비된다. 이것을 이용해 전자변속기(11b)의 0~5V사이의 전압조절로 추진기(30) 모터의 회전수를 조절하고 조이스틱(70)의 움직임에 따라 부드럽게 움직이도록 제어한다.
한편, 상기와 같이 구성된 전자 회로부(11)는 무게와 부피 감소로 사용자의 하이브리드형 무인잠수정(1)의 운반 편리성을 증대시킬 수 있고, 무게와 부피를 감소시켜 수중에서의 활동범위를 넓혔다. 특히 침몰한 배를 탐사하는 경우, 좁은 공간에 들어가야 하는 경우가 많은데 기존의 부피가 큰 ROV는 좁은 공간에 들어가기가 어려웠다. 하지만 본 발명에 따른 하이브리드형 무인잠수정(1)은 비교적 좁은 공간도 자유롭게 이동할 수 있다. 그리고 무게가 감소하면 추진기의 효율 또한 좋아지는 데, 같은 힘으로 적은 무게의 함체를 추진시키기 때문에 속도가 증가하고, 부피가 작아지면 하이브리드형 무인잠수정(1)이 해수로부터 받는 저항이 줄어든다.
그리고, 외부 프레임(20)은 함체(10)의 저면에 부착되어 함체(10)를 보호한다. 여기에서, 외부 프레임(20)은 함체(10)와 동일 재질 또는 함체(10)보다 경도가 높은 재질로 형성된다.
또한, 추진기(30)는 함체(10)의 양측면에 수직으로 2개가 설치되는 상하 추진기(31)와, 도 2에 도시된 바와 같이 함체(10)의 저면에서 4개가 수평하게 각각 방향성을 갖도록 설치되는 이동 추진기(33)로 구성되어, 상하, 전후, 병진, 대각, 회전 운동이 가능하다. 여기에서, 추진기(30)는 프로펠러의 축을 테플론을 이용하여 수밀시킨다. 여기에서 또한, 추진기(30)의 형태 부분에 있어서는 추진기(30)의 머리와 몸통을 나사선을 내어 돌려서 분리하여 관리자가 추진기(30)의 모터의 교환이나 조립 및 분해가 간편하도록 설계하였다. 또한 함체(10)의 프레임(13)을 통해 추진기(30)와 함체(10)를 연결하는 케이블(미도시)을 프레임(13) 안으로 형성하여 케이블이 밖으로 노출되어 해양생물이나 구조물에 걸릴 위험성을 배제하고, 미관을 향상시켰다.
또, 네트워크 카메라(40)는 조이스틱(70)의 제어에 따라 방향 및 줌이 제어되고, 함체(10)의 전면에 설치된다. 여기에서, 네트워크 카메라(40)는 랜으로 컴퓨터(80)와의 접속이 가능하고, 컴퓨터(80)에서 자체적으로 해상도 조절도 가능하다.
한편, 조명(50)은 네트워크 카메라(40)의 측면에 복수개가 설치된다.
그리고, 어댑터(60)는 함체(10)의 상면으로 돌출 형성되어 함체(10)의 전자 회로부(11)와 모선에 설치된 컴퓨터(80)와 통신 케이블(C)을 상호 연결시킨다.
또한, 조이스틱(70)은 모선에 설치된 컴퓨터(80)에 연결되어 전력선 통신 방식으로 추진기(30)를 제어한다.
여기에서, 모선에 설치된 컴퓨터(80)는 네트워크 카메라(40) 및 추진기(30)의 제어를 위해 도 4에 도시된 바와 같은 랩뷰 소프트웨어를 이용하여 프로그램밍하고, 특히 C-RIO(11f)를 통해 온도압력센서(11c)에서 취득된 압력값을 이용하여 프로그램밍하고, 프로그래밍 결과를 통해 상하 추진기(31)를 제어하여 수직 방향의 위치인 수심을 자동으로 보정하여 사용자가 필요로 하는 수심을 유지한다.
한편, 랩뷰 소프트웨어를 통해 간결한 공유변수의 사용으로 컴퓨터 및 C-RIO에서 같은 변수를 사용하게 함으로써 더욱 깔끔한 블록 다이어그램을 작성할 수 있고 프로그램의 해석 또한 간편하게 할 수 있다.
또한, 6개의 추진기로 병진 운동을 수행할 수 있도록 프로그래밍함과 동시에 프로그램 소스는 간편화시켜 기존에 한 번에 한 가지 운동만이 가능한 것을 두 가지 이상의 운동이 동시에 이루어져서 더욱 자유로운 운동이 가능해졌다.
랩뷰 프래그램을 보다 구체적으로 설명하면, 랩뷰 프래그램은 제어 프로그램으로서 내셔날 인스트르먼트(National Instruments)사에서 개발한 테스트와 측정, 데이터 수집 및 분석, 데이터 로깅, 인스트루먼트 제어 어플리케이션 등의 분야에 널리 사용되는 그래픽컬 프로그래밍 언어이다.
랩뷰는 과학과 공학에 관련된 애플리케이션 개발에 최적의 언어로서 텍스트 기반의 언어와는 다르게 아이콘을 이용하여 프로그램을 작성한다. 랩뷰는 프로그램 환경이 그래픽컬 하므로 초보자 들이 배우기 쉽고 엔지니어나 연구원들이 비교적 빠른 시간 안에 프로그램 개발을 할 수 있다.
특별히 랩뷰라는 프로그램을 적용한 이유는 랩뷰라는 프로그램이 각종 계측과 제어에 있어서 매우 효율적이고 파워풀한 기능을 가지고 있어서 하이브리드형 무인잠수정(1)의 센서 계측은 물론 제어에도 탁월한 기능을 발휘할 수가 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 함체 20 : 외부 프레임
30 : 추진기 40 : 네트워크 카메라
50 : 조명 60 : 어댑터
70 : 조이스틱
30 : 추진기 40 : 네트워크 카메라
50 : 조명 60 : 어댑터
70 : 조이스틱
Claims (4)
- 알루미늄 재질로 형성되고, 내부에 전자 회로부가 형성되며, 저면에 프레임이 수직으로 형성되고, 외측면에 공기주입식 부력재가 부착되는 함체와;
상기 함체를 보호하는 외부 프레임과;
상기 함체의 양측면에 수직으로 2개가 설치되고, 프로펠러의 축을 테플론을 이용하여 수밀시키며, 저면에서 4개가 각각 방향성을 갖도록 설치하여 상하, 전후, 병진, 대각, 회전 운동이 가능한 복수의 추진기와;
상기 함체의 전면에 설치되는 네트워크 카메라와;
상기 네트워크 카메라의 측면에 설치되는 조명과;
상기 함체의 상면으로 돌출 형성되어 상기 함체의 전자 회로부와 모선에 설치된 컴퓨터와 통신 케이블을 상호 연결시키는 어댑터; 및
모선에 설치된 컴퓨터에 연결되어 전력선 통신 방식으로 상기 추진기를 수동 방식으로 제어하는 조이스틱를 포함하며,
상기 전자 회로부는,
220V의 전기를 24V, 16A로 변환시키고, 6개의 상기 추진기의 모터를 돌리기 위해 6개 이상의 아웃풋이 구비되는 SMPS와;
변속 신호를 출력하는 전자변속기와;
온도와 압력을 측정하는 온도압력센서와;
LAN 신호를 220V의 전기신호와 함께 보내는 파워브릿지와;
상기 컴퓨터에서 오는 랜 정보를 분리시키고, 각각의 아이피를 그대로 유지시켜주는 네트워크 허브와;
상기 전자변속기의 0~5V사이의 전압조절로 상기 추진기 모터의 회전수를 조절하고 상기 조이스틱의 움직임에 따라 부드럽게 움직이도록 제어하는 C-RIO(Compact-RIO)를 포함하며,
상기 컴퓨터는,
상기 네트워크 카메라 및 추진기의 제어를 위해 랩뷰 소프트웨어를 이용하여 프로그램밍하고, 상기 C-RIO를 통해 온도압력센서에서 취득된 압력값을 이용하여 프로그램밍하여 프로그래밍 결과를 통해 상기 복수의 추진기중 상하 추진기를 제어하여 수직 방향의 위치인 수심을 자동으로 보정하여 사용자가 필요로 하는 수심을 유지하고, 상기 추진기로 병진 운동을 수행할 수 있도록 프로그래밍하는 것을 특징으로 하는 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정. - 삭제
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Priority Applications (1)
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| KR1020110059439A KR101247789B1 (ko) | 2011-06-20 | 2011-06-20 | 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110059439A KR101247789B1 (ko) | 2011-06-20 | 2011-06-20 | 해양탐사를 위한 하이브리드형 무인잠수정 |
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| KR20120139901A KR20120139901A (ko) | 2012-12-28 |
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ID=47906084
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|---|---|---|---|---|
| KR101642493B1 (ko) * | 2015-03-24 | 2016-07-25 | 한국해양과학기술원 | 항만 수중구조물 검사용 무인 잠수장치 |
| KR101709013B1 (ko) * | 2015-08-25 | 2017-02-22 | 제주대학교 산학협력단 | 인명구조용 원격 조정 무인 잠수정 |
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