KR101485080B1 - Underwater moving object having apparatus for controlling balance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수중 운동체에 관한 것으로, 특히 환형 솔레노이드를 이용하여 자세를 제어하는 자세 제어 장치를 구비하는 수중 운동체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underwater vehicle, and more particularly to an underwater vehicle having an attitude control device for controlling an attitude using an annular solenoid.
일반적으로, 수중운동체란 수중에서 전진 유영이 가능하고, 부력 제어에 의해 용이하게 상승 및 하강 유영이 가능한 장치를 가리킨다. 수중 운동체는 수상 운동체와 달리 수중에서 활동하는 활용 영역의 특성에 따라 수압에 견딜 수 있고, 물의 저항에도 고속으로 이동할 수 있도록 통상적으로 선수가 둥근 원주(圓柱)형태로 구현된다.In general, an underwater vehicle refers to a device capable of forward swimming in water and capable of easily raising and lowering swimming by buoyancy control. Unlike an auger, an underwater vehicle is able to withstand water pressure depending on the characteristics of the active area underwater, and the athlete is usually implemented as a round column so that it can move at high speed against water resistance.
원주형으로 구현되는 수중 운동체는 추진력을 갖고 있는 동안 방향타를 이용하여 운동 방향과 자세를 제어한다. 그러나 수중 운동체가 정지하게 되면, 해류나 파도 및 바람과 같은 외부에서 인가되는 힘에 의해 안정된 자세를 유지하기 어려운 상태가 된다. 특히 통신이나, 계측 등의 목적을 위해 수중 운동체가 수상으로 부상하는 경우에는, 안정된 통신 및 정확한 계측을 위해 안정된 자세 유지가 더욱 중요해진다. 그러나 수중에서의 활동을 고려하여 설계된 원주형의 수중 운동체의 형상은 수상에서 더욱 불안정해지기 쉽다는 문제가 있다.The underwater vehicle, which is implemented as a columnar type, controls the direction and attitude of the movement using the rudder while having propulsion. However, when the underwater vehicle stops, it becomes difficult to maintain a stable posture due to external forces such as ocean currents, waves and winds. In particular, when an underwater vehicle floats as an aquatic object for communication, measurement, or the like, it becomes more important to maintain a stable posture for stable communication and accurate measurement. However, there is a problem that the shape of the columnar underwater vehicle designed in consideration of the activity in the water tends to become more unstable in the water phase.
그럼에도 불구하고, 기존의 원주형 수중 운동체는 단지 무게 중심이 원주의 중심 아래로 위치하게 하여, 외력에 의한 자세 변화 시에 발생하는 무게 중심의 이동으로 인한 복원력을 이용하여 자세를 제어할 뿐, 정지 상태에서 자세를 제어하기 위한 별도의 장치를 구비하지 않고 있다.Nevertheless, the conventional columnar underwater vehicle has only the center of gravity positioned below the center of the circumference, and the posture is controlled by using the restoring force due to the movement of the center of gravity, which occurs when the posture changes due to external force, And does not have a separate device for controlling the posture in the state.
그러나 자세 변화에 따른 무게 중심의 이동에 의한 복원력을 이용하여 자세를 제어하는 방식은 자세를 안정시키는데 많은 시간을 필요로 한다. 또한 동일한 방향으로 외력이 지속적으로 작용하는 경우, 변화된 자세가 복원되지 못하는 경우도 발생할 수 있다는 한계가 있다.However, the method of controlling the posture using the restoring force by the movement of the center of gravity due to the posture change requires a long time to stabilize the posture. In addition, there is a limitation that when the external force continuously acts in the same direction, the changed posture can not be restored.
한국 등록 특허 제10-1140604호(수중 운동체의 자세 제어를 위한 부력 유지장치. 2012.04.20)에는 상기한 문제를 보완하기 위해 수중 운동체를 위한 부력 유지 장치를 설명한 선행기술이 개시되어 있다. 그러나 선행기술은 부력 유지 장치를 미리 결정된 수심 또는 시간에 따라 폭발시켜 분리시킴으로써, 1회성 장치다. 또한 기본적으로 수상함에서 발사되어 수중으로 입수하는 수중 운동체의 초기 자세 제어를 위한 발명으로, 적용할 수 있는 영역이 극히 한정적이다.Korean Patent No. 10-1140604 (Buoyancy Holding Apparatus for Attitude Control of Underwater Vehicle, Apr. 20, 2012) discloses a prior art that describes a buoyancy holding apparatus for an underwater vehicle to solve the above-mentioned problem. However, the prior art is a one-time device, by detonating the buoyancy holding device by exploding at a predetermined depth or time. Also, it is an invention for controlling the initial attitude of an underwater vehicle which is basically launched from a ship and is available in water, and the applicable range is very limited.
본 발명의 목적은 정지 시에도 수중 이동체가 정지 시에도 자세를 안정화시킬 수 있는 자세 제어 장치를 구비하는 수중 이동체를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an underwater vehicle having an attitude control device capable of stabilizing the attitude even when the moving vehicle is stopped even when the vehicle is at rest.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 수중 운동체는 원주형의 수중 운동체에 있어서, 상기 수중 운동체의 추진력을 생성하는 추진부; 상기 추진부를 제어하여 상기 수중 운동체의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 수중 운동체의 자세를 감지하여 판별하고, 판별된 상기 수중 운동체의 자세에 응답하여 자기장을 생성하고, 상기 자기장에 의해 발생되는 자기력으로 무게 중심 이동 수단의 위치를 가변하여 상기 수중 운동체의 무게 중심을 이동시키는 자세 제어 장치; 를 포함한다.To achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a submerged underwater vehicle comprising: a propelling unit for generating a propulsion force of the underwater vehicle; A control unit for controlling the operation of the underwater vehicle by controlling the propulsion unit; And a controller for controlling the position of the center of gravity of the underwater vehicle by changing the position of the center of gravity moving means by the magnetic force generated by the magnetic field to generate a magnetic field in response to the discriminated posture of the underwater vehicle, A posture control device for moving the posture control device; .
상기 자세 제어 장치는 적어도 하나의 센서를 구비하여 상기 수중 운동체의 자세를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 인가되는 감지 신호를 분석하여 상기 수중 운동체의 자세를 판별하고, 판별된 상기 수중 운동체의 자세에 따라 자세 판정 신호를 생성하는 자세 판정부; 상기 자세 판정 신호를 수신하고, 수신된 상기 자세 판정 신호에 응답하여 상기 수중 운동체를 자세를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하는 제어부; 및 상기 제어 전류에 응답하여 자기장을 생성하고, 상기 자기장에 의해 발생되는 자기력으로 무게 중심 이동 수단의 위치를 가변하여 상기 수중 운동체의 무게 중심을 이동시키는 무게 중심 가변부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The posture control device includes a sensor unit having at least one sensor for sensing the posture of the underwater vehicle; An attitude determination unit for analyzing a sensing signal applied from the sensor unit to discriminate the attitude of the underwater vehicle and generating an attitude determination signal according to the determined attitude of the underwater vehicle; A control unit for receiving the attitude determination signal and generating a control current for controlling the attitude of the underwater vehicle in response to the received attitude determination signal; And a center-of-gravity variable portion for generating a magnetic field in response to the control current, and moving the center of gravity of the underwater vehicle by changing the position of the center-of-gravity moving means by a magnetic force generated by the magnetic field. And a control unit.
상기 무게 중심 가변부는 원주형의 상기 수중 운동체의 무게 중심 위치에서 상기 수중 운동체의 외주면을 따라 환형으로 구현되고, 내부에 환형의 공동이 형성된 몸체; 상기 무게 중심 이동 수단으로써 상기 공동 내에 배치되고, 자성체로 구현되어 상기 자기력에 의해 상기 공동 내부를 이동 가능한 무게추; 및 각각 상기 몸체의 기설정된 영역을 감싸도록 구성되고, 상기 제어 전류에 응답하여 상기 자기장을 발생시켜, 상기 몸체의 대응하는 영역을 자화시켜, 상기 무게추가 상기 공동 내를 이동하도록 하는 상기 자기력을 유도하는 적어도 하나의 솔레노이드; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the center-of-gravity variable portion is formed in an annular shape along an outer circumferential surface of the underwater vehicle at a center-of-gravity position of the circumferential-type underwater vehicle and has an annular cavity formed therein; A weight being disposed in the cavity as the center of gravity moving means and being embodied as a magnetic body and being movable in the cavity by the magnetic force; And generating a magnetic field in response to the control current to magnetize a corresponding region of the body and to induce the magnetic force to move within the cavity by adding the weight, At least one solenoid; And a control unit.
상기 적어도 하나의 솔레노이드는 상기 솔레노이드가 복수개로 구비되는 경우, 상기 몸체의 서로 다른 영역에 배치되는 것을 특징으로 한다.The at least one solenoid is disposed in a different region of the body when the plurality of solenoids are provided.
상기 무게 중심 가변부는 상기 무게추가 상기 공동 내부에서 용이하게 이동할 수 있도록 가이드하는 슬라이드 수단; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the center-of-gravity-variable portion includes: a slide means for guiding the weight-variable portion so as to easily move within the cavity; Further comprising:
상기 센서부는 상기 수중 운동체의 롤 방향으로의 변위, 각속도 및 각가속도를 감지하여 상기 감지 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.The sensor unit detects the displacement, the angular velocity, and the angular acceleration of the underwater vehicle in the roll direction to generate the sensing signal.
상기 자세 제어 장치는 상기 제어 장치와 상기 제어부가 서로 통신을 수행하도록 통신 기능을 제공하는 통신부; 를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.Wherein the posture control device includes: a communication unit for providing a communication function to allow the control device and the control unit to communicate with each other; And further comprising:
상기 제어부는 상기 자세 판정 신호와 함께 상기 제어 장치에서 상기 통신부를 통해 인가되는 동작 제어 정보에 응답하여 상기 제어 전류를 생성하는 것을 특징으로 한다.And the control unit generates the control current in response to the operation control information applied through the communication unit in the controller together with the attitude determination signal.
상기 제어부는 상기 동작 제어 정보를 분석하여 상기 수중 운동체가 정지 상태이면, 상기 자세 판정 신호에 응답하여 상기 제어 전류를 생성하는 것을 특징으로 한다.Wherein the control unit analyzes the operation control information and generates the control current in response to the attitude determination signal when the underwater vehicle is in a stopped state.
따라서, 본 발명의 자세 제어 장치를 구비하는 수중 운동체는 원주형 수중 운동체의 무게 중심 위치에 비어있는 내부에 레일이 형성된 환형 구조물과 이를 감싸는 솔레노이드 및 자성체 등으로 구성되는 무게추를 구비하고, 수중 운동체의 자세가 변화하면, 변화된 자세에 대응하는 전류를 솔레노이드로 공급함으로써, 무게추의 위치를 가변한다. 그러므로 수중 운동체가 외력에 의해 자세가 변화되더라도 용이하게 자세를 제어하여 안정화 시킬 수 있어, 수중 운동체에 부여된 임무를 충실하게 수행할 수 있도록 한다.Therefore, the underwater vehicle equipped with the posture control device of the present invention includes an annular structure having a rail formed inside thereof, which is empty at the center of gravity of the columnar underwater vehicle, a weight weight composed of a solenoid and a magnetic body, The position of the weight is varied by supplying a current corresponding to the changed posture to the solenoid. Therefore, even if the underwater vehicle changes its attitude due to external force, the attitude can be easily controlled and stabilized, so that the mission assigned to the underwater vehicle can be faithfully performed.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 운동체를 위한 자세 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도2 는 수중 운동체의 롤, 요 및 피치를 나타낸다.
도3 은 도1 의 무게 중심 가변부의 구성을 나타낸다.
도4 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자세 제어 장치를 구비하는 수중 운동체를 나타낸다.
도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 운동체의 자세 제어 방법을 나타낸다.1 is a block diagram showing an attitude control apparatus for an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the roll, yaw and pitch of an underwater vehicle.
Fig. 3 shows the configuration of the center-of-gravity-variable portion of Fig.
4 shows an underwater vehicle equipped with an attitude control device according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates a method of controlling an attitude of an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 운동체를 위한 자세 제어 장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing an attitude control apparatus for an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention.
도1 을 참조하면, 본 발명의 수중 운동체를 위한 자세 제어 장치는 센서부(110), 자세 판정부(120), 제어부(130), 무게 중심 가변부(140) 및 통신부(150)를 포함한다.1, an attitude controller for an underwater vehicle according to the present invention includes a
센서부(110)는 수중 운동체의 자세를 감지하기 위한 적어도 하나의 센서(미도시)를 구비한다. 그리고 센서부(110)는 적어도 하나의 센서 각각에서 수중 운동체의 자세를 감지한 적어도 하나의 감지 신호를 자세 판정부(120)로 전송한다. 여기서 적어도 하나의 센서는 적어도 하나의 자이로 센서(Gyro Sensor)가 포함될 수 있으며, 자이로 센서 이외에도 가속도 센서 및 나침반 등의 센서가 추가로 포함될 수 있다. 다만 본 발명에서는 자세 제어 장치(100)는 원주형의 수중 운동체의 중심축을 중심으로 롤(Roll) 방향으로의 변위, 각속도 및 각가속도를 참조하므로, 센서부(110)는 롤 방향으로의 변위, 각속도 및 각가속도를 측정할 수 있는 적어도 하나의 센서를 구비한다.The
도2 는 수중 운동체의 롤, 요 및 피치를 나타낸다.Figure 2 shows the roll, yaw and pitch of an underwater vehicle.
도2 를 참조하여 수중 운동체(10)의 롤, 요(Yaw) 및 피치(Pitch)를 설명하면, 롤은 상기한 바와 같이, 원주형 수중 운동체(10)가 원주의 중심 축을 기준으로 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 것을 의미한다. 즉 롤은 수중 운동체의 좌우 기울임을 나타낸다.The roll, yaw, and pitch of the
그리고 요는 수중 운동체(10)의 선수가 좌우 운동하여 좌측 방향 또는 우측 방향으로 방향 전환하는 것을 의미하며, 피치는 수중 운동체(10) 선수의 상하 운동으로 상승 또는 하강 하는 것을 의미한다.And the yaw means that the bow of the
수중 운동체의 운동은 상기한 3가지로 구분되며, 일반적으로 원주 형태로 구현되는 수중 운동체의 구조적 특징에 따라 요나 피치에 대한 변화보다는 롤에 대한 변화가 크게 발생할 뿐만 아니라 수중 운동체의 자세 안정화에 가장 큰 영향을 미친다.The motions of underwater motions are divided into the above three types, and according to the structural characteristics of the underwater motors, which are generally implemented in a circumferential shape, not only the changes to the yaw and pitch but also the rolls are greatly changed, It affects.
따라서 본 발명에 따른 수중 운동체의 자세 제어 장치(100)는 수중 운동체(10)의 롤 방향으로의 자세 변화를 제어하는 것을 주요 목적으로 하며, 이에 따라 센서부(110)는 롤 방향으로의 변위, 각속도 및 각가속도를 기본적으로 감지한다.Therefore, the main object of the
다시 도1 을 참조하면, 자세 판정부(120)는 센서부(110)에서 인가되는 적어도 하나의 감지 신호를 수신하여 분석함으로써, 수중 운동체(10)의 자세를 판정하고, 자세 판정 신호를 제어부(130)로 전송한다. 특히 자세 판정부(120)는 상기한 바와 같이, 수중 운동체(10)의 롤 방향으로의 회전 상태를 분석하여 자세 판정 신호를 생성한다.1, the
제어부(130)는 자세 판정 신호를 수신하고, 무게 중심 가변부(140)를 구동하여 수중 운동체의 무게 중심의 위치를 조절함으로써, 수중 운동체의 자세를 제어한다. 여기서 제어부(130)는 무게 중심 가변부(140)로 제어 전류를 인가하여 무게 중심 가변부(140)를 구동할 수 있다.The
무게 중심 가변부(140)는 원주형의 수중 운동체(10)에서 무게 중심 위치에 수중 운동체의 외부면을 따라 환형(Annular Shape)으로 구성된다. 그리고 환형의 무게 중심 가변부(140)의 내부는 제어부(130)의 제어에 따라 이동할 수 있는 무게추가 구비된다. 즉 무게 중심 가변부(140)는 제어부(130)의 제어에 따라 무게추의 위치를 가변함으로써, 수중 운동체(10)의 무게 중심을 이동시켜 자세를 조절할 수 있다. 무게 중심 가변부(140)의 상세한 구성은 도3 에서 설명하도록 한다.The center-of-
통신부(150)는 제어 장치(130)가 수중 운동체(10)의 제어 장치(미도시)와 통신을 수행할 수 있도록 하는 구비된다. 이는 자세 제어 장치(100) 또한 수중 운동체(10)에 포함되어 수중 운동체(10)의 자세를 제어하므로, 수중 운동체(10)의 이동 방향이나 속도 등을 고려하지 않는 경우에, 수중 운동체(10)의 운항에 지장을 초래할 수 있기 때문이다. 예를 들어 수중 운동체(10)의 제어 장치가 수중 운동체(10)를 정지 상태가 아니라 좌우 방향으로 회전시키고자 하는 경우에, 무게 중심 가변부(140)가 무게 중심을 이동시키게 되면, 제어 장치의 제어에 대응하여 수중 운동체(10)가 회전하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.The
따라서 통신부(150)는 제어부(130)가 수중 운동체(10)의 제어 장치와 통신을 수행하도록 하여 제어부(130)가 자세 판정 신호뿐만 아니라, 제어 장치에서 인가되는 수중 운동체(10)의 동작 제어 정보를 함께 고려하여 무게 중심 가변부(140)를 제어할 수 있도록 한다.Therefore, the
예를 들어 제어부(130)는 동작 제어 정보 분석 결과, 수중 운동체가 정지 상태로 판별되는 경우에, 상기 자세 판정 신호에 응답하여 제어 전류를 무게 중심 가변부(140)로 인가할 수 있다.For example, when the
상기에서는 설명의 편의를 위하여 자세 판별부(120)와 제어부(130)를 개별적으로 도시하였으나, 자세 판별부(120)는 제어부(130)에 포함될 수 있다.Although the
도3 는 도1 의 무게 중심 가변부의 구성을 나타낸다.Fig. 3 shows the configuration of the center-of-gravity-variable portion of Fig.
도3 을 참조하면, 무게 중심 가변부(140)는 환형으로 형성된 몸체(BD)와 몸체(BD)내부에 형성되는 환형의 공동(空洞)(AN), 공동 내에 구비되는 무게추(BS), 공동 내에서 무게추(BS)가 용이하게 이동할 수 있도록 가이드하는 슬라이드 수단(SL) 및 환형 바디를 감싸는 적어도 하나의 솔레노이드 (SN)를 포함한다.3, the center-of-
몸체(BD)는 원주형의 수중 운동체(10)의 외주면을 따라 환형으로 형성된다. 특히 몸체(BD)는 수중 운동체(10)의 무게 중심 위치에 배치된다. 이는 수중 운동체(10)의 롤 방향으로의 자세를 제어할 때, 무게 중심 위치에서 제어하는 것이 가장 효율적으로 제어할 수 있기 때문이다.The body BD is formed in an annular shape along the outer peripheral surface of the columnar
몸체(BD)의 형상에 대응하여 몸체(BD)의 내부에 환형으로 형성되는 공동(AN) 은 무게추(BS)가 이동할 수 있는 경로를 제공한다. 즉 무게 중심 가변부(140)에서 무게추(BS)는 공동(AN)을 따라 이동할 수 있다.The cavity AN formed annularly in the body BD corresponding to the shape of the body BD provides a path through which the weight BS can move. That is, in the center-of-
그리고 슬라이드 수단(SL)은 무게추(BS)가 공동(AN)내에서 용이하게 이동할 수 있도록 가이드하는 역할을 수행한다. 슬라이드 수단(SL)은 무게추(BS)가 공동 내에서 용이하게 이동할 수 있도록 무게추(BS)와 몸체(BD)내에 공동(AN)이 형성된 면 사이에 마찰을 줄일 수 있는 어떠한 수단으로 구현되어도 무방하다. 일예로 슬라이드 수단(SL)은 레일(rail)이나 베어링(bearing) 등으로 구현될 수 있다.The slide means SL serves to guide the weight BS to move easily in the cavity AN. The slide means SL may be embodied by any means capable of reducing friction between the weights BS and the surface of the cavity BD in the body BD so that the weight BS can easily move within the cavity It is acceptable. For example, the slide means SL may be implemented as a rail, a bearing, or the like.
무게추(BS)는 수중 운동체(10)의 무게 중심 이동 수단으로 영구 자석 또는 자화된 철심과 같은 자성체(magnetic substance : 磁性體)로 구현되며, 슬라이드 수단(SL)에 의해 공동(AN) 내부를 이동할 수 있는 형상으로 구현된다. 무게추(BS)가 자성체로 구현됨에 따라, 무게추(BS)는 적어도 하나의 솔레노이드(SN)에 의해 몸체의 일부 영역이 자화되면, 자화된 몸체의 자기력에 의해 공동(AN) 내부를 이동한다. 그리고 무게추(BS)가 이동함에 따라 수중 운동체(10)의 무게 중심이 롤 방향으로 가변된다.The weight BS is implemented as a magnetic body such as a permanent magnet or a magnetized iron core as a center of gravity moving means of the
적어도 하나의 솔레노이드(SN) 각각은 자기장 발생 수단으로서, 환형 몸체(BD)의 지정된 일부 영역를 감싸는 도선으로 구현될 수 있다. 적어도 하나의 솔레노이드(SN) 각각은 몸체의 서로 다른 영역에 지정되어 배치될 수 있으며, 개별적으로 제어부(130)로부터 전류가 인가될 수 있다. 그리고 전류가 인가된 솔레노이드(SN)은 자기장을 발생하여 대응하는 몸체(BD)의 영역에 자기장을 발생한다.Each of the at least one solenoids SN can be realized as a magnetic field generating means and a conductor surrounding the specified part of the annular body BD. Each of the at least one solenoids SN may be assigned to different areas of the body, and a current may be separately applied from the
전류가 인가된 적어도 하나의 솔레노이드(SN)에 의해 자기장이 생성된 몸체(BD)의 영역은 일종의 자성체로서 동작하게 되고, 자성체인 무게추(BS)에 자력을 인가하여 무게추(BS)가 공동(AN)내에서 이동하도록 한다. 적어도 하나의 솔레노이드(SN)은 무게추(BS)를 이동 시킬 수 있는 레벨로 전류가 인가되어야 한다. 또한 무게추(BS)의 위치를 정밀하게 조절하기 위해서는 복수개의 솔레노이드가 서로 다른 위치에 배치되어 무게추(BS)에 자력을 인가하도록 구성되는 것이 바람직하다.The region of the body BD where the magnetic field is generated by the at least one solenoid SN to which the current is applied is operated as a kind of magnetic body and magnetic force is applied to the weight body BS as a magnetic body, (AN). At least one solenoid (SN) must be energized to a level capable of moving a weight (BS). Also, in order to precisely control the position of the weight BS, it is preferable that a plurality of solenoids are disposed at different positions to apply a magnetic force to the weight BS.
여기서 무게추(BS)는 수중 운동체의 무게 중심이 가변될 수 있도록 충분한 무게를 가져야 하며, 무게추(BS)의 무게는 수중 운동체의 무게, 크기 및 형상에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 수중 운동체(10)의 무게 및 크기가 커지게 되면, 이에 비례하여 무게추(BS)의 무게 또한 증가되어 제작되어야 한다. 또한 적어도 하나의 솔레노이드(SN)은 무게추(BS)를 이동시킬 수 있는 레벨로 자기장을 생성할 수 있도록 구성되어야 한다. 즉 솔레노이드(SN)은 무게추(BS)의 무게 및 크기 그리고 공동(AN)과 무체추(BS) 사이의 마찰 등을 고려하여 형성되어야 한다. 또한 적어도 하나의 솔레노이드(SN)의 개수 또한 몸체(BD)의 형상과 무게추(BS)의 무게를 고려하여 결정되어야 한다.Here, the weight (BS) must have a sufficient weight so that the center of gravity of the underwater vehicle can be varied, and the weight of the weight BS can be variously adjusted according to the weight, size and shape of the underwater vehicle. When the weight and size of the
상기한 본 발명의 수중 운동체(10)의 자세 제어 장치(100)는 수중 운동체(10)의 자세 변화, 특히 롤 방향 변화를 센서를 이용하여 감지하고, 감지된 자세 변화에 대응하여 무게추(BS)의 위치를 가변함으로써, 수중 운동체의 자세를 안정화 시킬 수 있다.The
예를 들어 수중 운동체(10)가 시계 방향으로 롤 회전을 하는 경우에, 무게추(BS)를 동일한 시계 방향으로 이동 시킴으로써, 반시계 방향으로의 복원력을 증가시켜 수중 운동체(10)의 자세가 안정화되도록 할 수 있다. 또한 실제로 수중 운동체(10)의 롤 회전이 필요한 경우에는, 제어부(130)가 수중 운동체의 제어 장치에서 인가되는 동작 제어 정보를 반영하여 무게추(BS)의 위치를 조절함으로써, 수중 운동체(10)가 정지 시에나 이동 시 모두 안정적으로 자세를 제어할 수 있다.For example, when the
도4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자세 제어 장치를 구비하는 수중 운동체를 나타낸다.4 shows an underwater vehicle having an attitude control device according to an embodiment of the present invention.
도4 에서 수중 운동체(10)는 선수가 둥근 원주 형태이고, 수중 운동체의 동작을 제어하기 위한 제어 장치(13) 및 수중 운동체(10)가 수중에서 이동할 수 있도록 제어 장치(13)의 제어에 따라 추진력을 제공하는 추진 장치(15)를 구비한다.4, the
또한 도4 의 수중 운동체(10)는 무게 중심 위치에 복수개의 자세 제어 장치(100a ~ 100c)를 구비한다. 상기에서는 수중 운동체(10)가 하나의 자세 제어 장치(100)을 구비하는 것으로 가정하여 설명하였으나, 수중 운동체(10)의 크기 및 무게에 따라 하나의 자세 제어 장치(100)만으로 수중 운동체(10)의 자세를 제어하기 어려운 경우가 발생할 수 있다. 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 자세 제어 장치(100)에서 무게추(BS)의 무게는 수중 운동체(10)의 크기 및 무게에 비례하여 조절되어야 한다. 이는 수중 운동체(10)의 크기나 무게에 따라 무게추(BS)의 무게가 더 무겁게 제작되어야 함을 의미한다. 그러나 무게추(BS)의 무게가 무거워지게 되면, 무게추(BS)를 이동시키기 위해 솔레노이드(SN)에서 발생해야하는 자기장의 세기 또한 증가되어야 한다. 뿐만 아니라, 비록 슬라이드 수단(SL)이 가이드하더라도 무게추(BS)와 공동(AN)의 내측면 사이의 마찰이 증가하게 되어 무게추(BS)의 이동이 용이하지 않게 된다. 그리고 무게추(BS)의 크기가 무게에 따라 커짐에 따라 자세 제어 장치(100)의 크기 또한 증가된다. 이는 수중 운동체(10)의 내부에 자세 제어 장치(100)를 배치하게 어렵게 한다.The
이러한 문제를 보완하기 위해 도4 의 수중 운동체(10)는 복수개의 자세 제어 장치(100a ~ 100c)를 구비하였다. 즉 수중 운동체(10)의 자세를 제어하기 위한 무게추(BS)의 크기 및 무게가 복수개의 자세 제어 장치(100a ~ 100c)에 분산되도록 하여, 수중 운동체(10)의 자세 제어를 용이하게 하고, 더불어 자세 제어 장치(100a ~ 100c)의 배치를 용이하게 한다.To solve this problem, the
자세 제어 장치(100)가 복수개로 분산 배치되는 경우에, 복수개의 자세 제어 장치(100a ~ 100c)에서 무게 중심 가변부(140)을 제외한 나머지 구성인 센서부(110), 자세 판정부(120), 제어부(130) 및 통신부(150)는 하나만 구비하여 공동으로 이용할 수 있도록 구성되어도 무방하다.The
도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 운동체의 자세 제어 방법을 나타낸다.5 illustrates a method of controlling an attitude of an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention.
도1 내지 도4 를 참조하여 도5 의 수중 운동체의 자세 제어 방법을 설명하면, 우선 자세 제어 장치(100)의 센서부(110)가 수중 운동체(10)의 자세 변화를 감지한다(S10). 센서부(110)는 특히 수중 운동체(10)의 롤 방향으로의 회전 상태를 분석하여 자세 판정 신호를 생성하여 자세 판정부(120)로 전송한다.5, the
자세 판정부(120)는 센서부(110)로부터 인가된 자세 판정 신호를 분석하여 수중 운동체(10)의 자세를 판정하고, 자세 판정 신호를 생성한다(S20). 그리고 자세 판정 신호를 제어부(130)로 전송한다.The
제어부(130)는 자세 판정부(120)로부터 자세 판정 신호를 수신하고, 수중 운동체(10)의 제어 장치(13)로부터 동작 제어 정보를 수신하여 획득한다(S30). 그리고 제어부(130)는 수신된 자세 판정 신호와 동작 제어 정보를 분석하여 수중 운동체(10)의 자세 제어가 필요한지 판별한다(S40).The
만일 자세 제어가 필요하지 않은 것으로 판단되면, 다시 센서부(110)는 수중 운동체의 자세 변화를 감지한다(S10). 그러나 자세 제어가 필요한 것으로 판단되면, 제어부(130)는 수중 운동체(10)의 자세를 제어하기 위해 무게 중심 가변부(140)의 무게추(BS)를 이동시킬 위치를 계산한다(S50). 즉 그리고 계산된 위치로 무게추(BS)를 이동시키기 위해 전류가 솔레노이드(SN)에 인가되어야 하는 전류량을 계산한다(S60). 만일 무게 중심 가변부(140)가 복수개의 솔레노이드(SN)를 구비하고 있다면, 복수개의 솔레노이드 각각에 인가될 전류량을 개별적으로 계산할 수도 있다.If it is determined that the posture control is not necessary, the
그리고 솔레노이드(SN)에 인가되어야하는 전류량이 계산되면, 제어부(130)는 계산된 전류를 솔레노이드(SN)에 인가함으로써 솔레노이드(SN)를 구동하고, 구동된 솔레노이드(SN)가 발생하는 자기장에 의해 무게추(BS)가 이동함으로써, 수중 운동체(10)의 자세가 제어된다.When the amount of current to be applied to the solenoid SN is calculated, the
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and a carrier wave (for example, transmission via the Internet). The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (9)
상기 수중 운동체의 추진력을 생성하는 추진부;
상기 추진부를 제어하여 상기 수중 운동체의 동작을 제어하는 제어 장치; 및
상기 수중 운동체의 자세를 감지하여 판별하고, 판별된 상기 수중 운동체의 자세에 응답하여 자기장을 생성하고, 상기 자기장에 의해 발생되는 자기력으로 무게 중심 이동 수단의 위치를 가변하여 상기 수중 운동체의 무게 중심을 이동시키는 자세 제어 장치; 를 포함하고,
상기 자세 제어 장치는
적어도 하나의 센서를 구비하여 상기 수중 운동체의 자세를 감지하는 센서부;
상기 센서부에서 인가되는 감지 신호를 분석하여 상기 수중 운동체의 자세를 판별하고, 판별된 상기 수중 운동체의 자세에 따라 자세 판정 신호를 생성하는 자세 판정부;
상기 자세 판정 신호를 수신하고, 수신된 상기 자세 판정 신호에 응답하여 상기 수중 운동체를 자세를 제어하기 위한 제어 전류를 생성하는 제어부; 및
상기 제어 전류에 응답하여 자기장을 생성하고, 상기 자기장에 의해 발생되는 자기력으로 무게 중심 이동 수단의 위치를 가변하여 상기 수중 운동체의 무게 중심을 이동시키는 무게 중심 가변부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.In a columnar underwater vehicle,
A propulsion unit for generating propulsion force of the underwater vehicle;
A controller controlling the propulsion unit to control an operation of the underwater vehicle; And
The position of the center of gravity moving means is changed by the magnetic force generated by the magnetic field so that the center of gravity of the underwater vehicle An attitude control device for moving the device; Lt; / RTI >
The posture control device
A sensor unit having at least one sensor for sensing an attitude of the underwater vehicle;
An attitude determination unit for analyzing a sensing signal applied from the sensor unit to discriminate the attitude of the underwater vehicle and generating an attitude determination signal according to the determined attitude of the underwater vehicle;
A control unit for receiving the attitude determination signal and generating a control current for controlling the attitude of the underwater vehicle in response to the received attitude determination signal; And
A center of gravity varying unit for generating a magnetic field in response to the control current and for changing a position of the center of gravity moving means by a magnetic force generated by the magnetic field to move the center of gravity of the underwater vehicle; Wherein the first and second motors are connected to each other.
원주형의 상기 수중 운동체의 무게 중심 위치에서 상기 수중 운동체의 외주면을 따라 환형으로 구현되고, 내부에 환형의 공동이 형성된 몸체;
상기 무게 중심 이동 수단으로써 상기 공동 내에 배치되고, 자성체로 구현되어 상기 자기력에 의해 상기 공동 내부를 이동 가능한 무게추; 및
각각 상기 몸체의 기설정된 영역을 감싸도록 구성되고, 상기 제어 전류에 응답하여 상기 자기장을 발생시켜, 상기 몸체의 대응하는 영역을 자화시켜, 상기 무게추가 상기 공동 내를 이동하도록 하는 상기 자기력을 유도하는 적어도 하나의 솔레노이드; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.2. The apparatus of claim 1, wherein the center-of-
A body formed in an annular shape along an outer circumferential surface of the underwater vehicle at a center of gravity position of the cylindrical type of underwater vehicle and having an annular cavity formed therein;
A weight being disposed in the cavity as the center of gravity moving means and being embodied as a magnetic body and being movable in the cavity by the magnetic force; And
Each of which is configured to enclose a predetermined region of the body and to generate the magnetic field in response to the control current to magnetize a corresponding region of the body to induce the magnetic force to move within the cavity, At least one solenoid; Wherein the first and second motors are connected to each other.
상기 솔레노이드가 복수개로 구비되는 경우, 상기 몸체의 서로 다른 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.4. The apparatus of claim 3, wherein the at least one solenoid
Wherein the plurality of solenoids are disposed in different areas of the body when the plurality of solenoids are provided.
상기 무게추가 상기 공동 내부에서 용이하게 이동할 수 있도록 가이드하는 슬라이드 수단; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.The apparatus as claimed in claim 3, wherein the center-of-
A slide means for guiding the weight to easily move within the cavity; Further comprising: a plurality of submerged motors.
상기 수중 운동체의 롤 방향으로의 변위, 각속도 및 각가속도를 감지하여 상기 감지 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.The apparatus of claim 1, wherein the sensor unit
Wherein the sensing signal is generated by sensing displacement, angular velocity, and angular acceleration of the underwater vehicle in the roll direction.
상기 제어 장치와 상기 제어부가 서로 통신을 수행하도록 통신 기능을 제공하는 통신부; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.The apparatus according to claim 1, wherein the posture control device
A communication unit for providing a communication function to allow the control device and the control unit to communicate with each other; Further comprising: an undercarriage disposed in the vehicle body.
상기 자세 판정 신호와 함께 상기 제어 장치에서 상기 통신부를 통해 인가되는 동작 제어 정보에 응답하여 상기 제어 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.8. The apparatus of claim 7, wherein the control unit
And generates the control current in response to the operation control information applied through the communication unit in the controller together with the attitude determination signal.
상기 동작 제어 정보를 분석하여 상기 수중 운동체가 정지 상태이면, 상기 자세 판정 신호에 응답하여 상기 제어 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.9. The apparatus of claim 8, wherein the control unit
And analyzes the operation control information to generate the control current in response to the attitude determination signal when the underwater vehicle is in a stopped state.
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