KR101827742B1

KR101827742B1 - 드론을 이용한 이동 및 수평유지 기능이 있는 천해조사 자율 무인 수상정

Info

Publication number: KR101827742B1
Application number: KR1020170067621A
Authority: KR
Inventors: 이승훈; 이철구; 유이선
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2018-02-12

Abstract

본 발명은 수면에 부유(浮遊)하는 바디와 상기 바디 중심부에 길이방향으로 관통 결합되는 봉을 포함하는 부이(buoy)체; 위성으로부터 상기 부이체가 위치한 지점의 위치정보를 실시간으로 수신하는 위치수신기; 해저 지형을 탐지하도록 상기 봉에 결합되어 상기 바디의 저면에 위치하는 음향탐지기; 상기 부이체를 기 설정된 좌표정보에 따라 이동시키는 다수개의 구동부; 상기 부이체와 상기 음향탐지기의 움직임을 감지하는 센서부; 및 상기 위치수신기, 음향탐지기, 구동부, 및 센서부를 제어하는 제어부;를 포함하는 천해조사 자율 무인 수상정을 제공한다.

Description

드론을 이용한 이동 및 수평유지 기능이 있는 천해조사 자율 무인 수상정 {ASV(AUTONOMOUS SURFACE VEHICLE) FOR SHALLOW WATER SURVEY COMPETENT MOVEMENT AND HORIZONTAL MAINTENANCE USING DRONE}

본 발명은 드론을 이용한 이동 및 수평유지 기능이 있는 천해조사 자율 무인 수상정에 관한 것이다.

해양특성 및 시간에 따라 수심 및 해저지형이 변화할 수 있기 때문에 선박운항, 해양자원개발 및 해양건설 등 다양한 해양산업 분야에서는 이에 대한 최신정보를 요구하는 실정이다.

해양환경 및 해양공간의 대한 정보를 획득하기 위하여 주기적으로 이루어지는 해양조사는 물리환경, 생물환경, 지질환경을 계측 장비와 이론을 통하여 모델링하는 것을 의미한다.

이때, 육상과 달리 해양 즉, 수중에서는 광학기술에 의존하기 어렵기 때문에 정밀한 해저환경 및 해저공간에 대한 정보를 획득하기 위해서 초음파를 주로 이용하고 있다.

이러한 기술의 일환으로, 대한민국 등록특허공보 제100883046호(출원일 : 2008. 06. 11, 등록일 : 2009. 02. 04, 이하 ‘종래기술’이라 칭함)에서 해양, 호수 등의 수질 및 기상환경을 모니터링하기 위한 기술을 제시한 바 있다.

그러나, 종래기술은 선박을 운항시키기 위한 모터가 선박의 저면에 위치하고 있어, 수질 및 기상환경을 모니터링하기 위하여 구비되는 센서들 중 소나, 수질센서 등과 같이 수중 내 위치하는 센서의 측량 값에 영향을 미칠 수 있다.

또한, 종래기술 외에도 선박에 해저환경 및 해저공간의 정보를 획득하기 위한 음향탐지기를 구비하는 경우, 파력(波力), 해류(海流)등에 의해 시시각각 변화하는 해양환경에서 선박은 해양환경에 의해 상하좌우와 전후에 의한 롤링 등으로 요동칠 수 있고, 이때, 음향탐지기는 선박과 함께 움직이므로 음파의 송수신 방향이 일정하지 않아 음향탐지기를 통해 획득 또는 수집된 측량 값의 정확도가 떨어질 수 있는 문제점이 존재하였다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 해양을 조사하는 데 있어서 정밀한 해저환경 및 해저공간에 대한 정보를 획득하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정은 수면에 부유(浮遊)하는 바디와 상기 바디 중심부에 길이방향으로 관통 결합되는 봉을 포함하는 부이(buoy)체; 위성으로부터 상기 부이체가 위치한 지점의 위치정보를 실시간으로 수신하는 위치수신기; 해저 지형을 탐지하도록 상기 봉에 결합되어 상기 바디의 저면에 위치하는 음향탐지기; 상기 부이체를 기 설정된 좌표정보에 따라 이동시키는 다수개의 구동부; 상기 부이체와 상기 음향탐지기의 움직임을 감지하는 센서부; 및 상기 위치수신기, 음향탐지기, 구동부, 및 센서부를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 센서부가 수면의 움직임에 의해 변동되는 상기 부이체의 움직임을 감지한 경우, 상기 음향탐지기가 최초 위치상태를 유지하도록 상기 제어부는 상기 구동부의 동작을 제어하여 상기 부이체의 움직임을 보정할 수 있다.

여기서, 상기 구동부는, 일단이 상기 부이체의 바디 또는 봉 중 어느 하나에 고정 결합되는 암; 상기 암의 타단에 설치되며, 구동모터의 동작에 의해 회전하는 회전체;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 센서부가 수면의 움직임에 의해 변동되는 상기 부이체의 움직임을 감지한 경우, 상기 제어부는 상기 회전체의 출력을 제어하여 상기 음향탐지기가 최초 위치상태를 유지하도록 상기 부이체의 움직임을 보정하며, 상기 제어부는 상기 다수개의 구동부에 각각 포함되는 상기 회전체를 선택적으로 제어할 수 있다.

또한, 상기 구동부는, 상기 암의 타단과 상기 회전체를 결합하고, 상기 회전체가 상기 암을 기준으로 하여 소정의 각도로 틸팅(tilting)되도록 구동되는 틸팅부분;을 더 포함할 수 있다.

아울러, 상기 부이체의 상기 봉은 적어도 하나 이상의 축을 가지고, 롤(roll), 피치(pitch) 방향 중 적어도 한 방향 이상으로 회동 가능한 짐벌(gimbal)과 결합되어 상기 바디에 결합되고, 상기 짐벌은 상기 봉과 상기 바디의 움직임을 분리하며, 적어도 하나 이상의 축이 상기 바디의 움직임을 따라 반대방향으로 움직이며, 상기 바디의 움직임에 관계없이 상기 음향탐지기의 최초 위치 상태를 유지시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 수면에 부유하는 부이체의 상측에 회전체를 구비하는 다수개의 구동부가 결합되고, 구동부가 부이체를 이동시키므로, 부이체 저면에 위치한 음향탐지기가 해저 지형정보를 획득하기 위하여 측량할 경우, 구동부의 동작이 음향탐지기를 통해 획득되는 측량 값에 영향을 미치지 않으며, 파도, 해류와 같은 해양상태 변화로 인해 음향탐지기의 최초 위치상태 유지가 어려운 경우, 제어부는 센서부를 통해 감지된 부이체의 움직임을 보상하기 위해 다수개의 구동부를 선택적으로 제어하며, 다수개의 구동부의 회전 출력을 조절함으로써 음향탐지기가 결합된 봉의 위치를 보정하기에 음향탐지기의 최초 위치상태 즉, 수평상태를 유지시켜 정확도 높은 해저 지형정보 획득이 가능할 수 있다.

둘째, 다수개의 구동부는 틸팅부분을 포함하고, 틸팅부분을 통해 회전체와 암이 결합되어, 제어부는 다수개의 구동부를 선택적으로 제어하여 회전체와 암이 이루는 틸팅 각도를 조정함으로써 부이체 이동에 추진력을 가하거나 음향탐지기의 수평을 유지시키기 위하여 부이체의 움직임을 보정할 수 있어 일정한 속도로 기 설정된 좌표대로 부이체를 수평으로 이동시키는 것이 가능하므로 음향탐지기를 통해 획득되는 해저 지형정보의 오차 발생을 최소화할 수 있다.

셋째, 음향탐지기는 짐벌과 결합된 부이체의 봉과 결합되어 부이체의 바디 저면에 위치하고, 짐벌에 의해 바디와 봉의 움직임이 분리될 수 있기에, 시시각각 변화하는 해양환경에 의해 바디가 기울어지더라도, 봉의 움직임이 보정되어 음향탐지기는 최초 위치 상태인 수평을 유지할 수 있어 음향탐지기를 통해 정확도 높은 해저 지형정보를 획득할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정을 도시한 측면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정을 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정의 측량을 개략적으로 도시한 개략도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정을 도시한 측면도이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정을 도시한 단면도이다.

참고로, 천해는 대체로 해안선에서 가까운 거리의 범위의 얕은 바다를 말하며, 해안으로부터의 거리 개념으로는 연안 또는 근해를 의미하는 범위이다.

이때, 천해는 얕은 수심을 가지기에 해저지형 및 해양환경을 탐지하기 위한 연구선의 접근이 어려운 지역이 존재하며, 본원 발명은 연구선 접근이 어려운 10 m 이내의 수심을 가지는 해양에서도 해저지형 및 해양환경 탐사가 가능하도록 착안되었다.

도1 내지 도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정(Autonomous Surface Vehicle; ASV, 100)은 부이체(110), 위치수신기(120), 음향탐지기(130), 구동부(140), 센서부(150), 통신부(160), 저장부(170), 전원부(180), 제어부(190)를 포함하여 구성된다.

부이체(110)는 바디(111)와 봉(112)을 포함한다.

여기서, 바디(111)는 수면에 부유(浮遊)하며, 원반형상, 선박형상 등의 다양한 형상을 가지도록 마련될 수 있다.

이때, 바디(111)는 수면에 부유하기 위하여 내부에 외부와 밀폐되는 다수개의 부력재가 수용될 수 있다.

또한, 바디(111)의 내부에는 후술할 센서부(150), 통신부(160), 저장부(170), 전원부(180), 제어부(190)가 수용될 수 있다.

그리고, 바디(111)는 부력이 존재하면서도 해양 환경에 견디도록 유리기포 강화 플라스틱(Syntactic Foam), 완충 알루미늄과 같이 부식이 적은 재질로 마련될 수 있다.

또한, 바디(111)는 파도에 의한 영향이 적게 미치도록 무게중심이 하측에 위치하도록 마련될 수 있어 안정감을 가질 수 있다.

여기서, 바디(111)는 상부에 추가적인 장비 설치를 위한 공간을 확보하기 위하여, 상광하협한 구조로 마련될 수 있다.

그리고, 바디(111)는 중심부에 수직한 방향으로 관통된 관통홀(H)이 형성되어 있을 수 있으며, 바디(111)의 관통홀(H)에 후술할 봉(112)이 관통되어 위치할 수 있다.

또한, 봉(112)은 바디(111) 중심부에 바디(111)의 저면에 수직인 방향으로 관통 결합될 수 있다.

이때, 봉(112)은 짐벌(G)과 결합되어 바디(111)에 결합될 수 있으며, 이 경우, 바디(111)와 봉(112)의 움직임이 분리될 수 있다.

즉, 바디(111)의 움직임과 봉(112)의 움직임이 서로 반대 방향으로 움직이며, 해양환경에 의해 변동되는 바디(111)의 움직임과 관계없이 봉(112)은 최초 위치상태를 유지할 수 있다.

위치수신기(120)는 바디(111)의 상부에 위치하여 위성으로부터 부이체(110)가 위치한 지점의 위치정보를 실시간으로 수신한다.

또한, 위치수신기(120)는 바디(111)의 관통홀(H)을 관통하는 봉(112)의 일단에 결합되어 바디(111)의 중심부에 위치할 수 있다.

이때, 봉(112)의 타단에는 후술할 음향탐지기(130)가 위치할 수 있다.

그리고, 위치수신기(120)는 RTK-GPS(real-time kinematic global positioning system) 수신기로 마련될 수 있다.

이때, 위치수신기(120)는 위성으로부터 해당 위치에 대한 GPS 위치정보를 수신하고, 후술할 통신부(160)를 통해 가상기지국(virtual reference station; VRS)으로부터 최초 위치정보에서의 실시간 오차보정신호를 수신하며, 보정을 실시한 후 위성으로부터 수신된 반송파를 이용하여 해당 위치정보를 생성할 수 있다.

이를 통해, 해상을 이동 중인 부이체(110)의 위치에 대한 정확도 높은 위치정보를 실시간으로 파악할 수 있다.

또한, 위치수신기(120)는 하나 이상이 구비될 수 있으며, 예를 들어, 두 개의 위치수신기(120)가 구비될 경우, 위성으로부터 부이체(110)의 GPS 위치정보를 수신하여 해당 위치정보를 생성하는데 있어서 오차 발생을 감소시켜, 위치수신기(120)가 하나 구비되는 것에 비해 더 정확도 높은 부이체(110)의 위치정보 생성이 가능할 수 있다.

그리고, 위치수신기(120)를 통해 천해조사 자율 무인 수상정(100)의 경도, 위도와 같은 병진운동상태를 판단할 수 있다.

음향탐지기(130)는 부이체(110)의 저면에 위치하여 해저 지형을 탐지할 수 있다.

여기서, 음파탐지기(130)는 수면 아래의 지형을 파악하기 위하여 음향신호를 송수신할 수 있다.

이때, 음파탐지기(130)는 다중빔 측심기(multi-beam echo sounder; MBES), 해저면 영상 조사기(side scan sonar) 등으로 마련될 수 있다.

여기서, 다중빔 측심기는 2도 내외의 빔을 수백~ 수천 개 송출하고, 이를 수신함으로써 넓은 범위의 해저 횡단면 전체를 동시에 측심하기에 해저 지형 측량이 가능할 수 있다.

또한, 해저면 영상 조사기는 부이체(110)에 결합되어 해저면에 직각방향으로 이동되면서 해저에 비스듬히 음파를 보내고, 그 반사파를 이용하여 해저면을 형상화할 수 있다.

이때, 다중빔 측심기와 해저면 영상 조사기는 침선, 장애물, 해저전선, 해저파이프라인 등 물체나 구조물의 확인 등의 조사에 이용될 수 있다.

그리고, 음파탐지기(130)는 적어도 하나 이상의 축을 가지고, 롤(roll), 피치(pitch) 방향 중 적어도 한 방향 이상으로 회동 가능한 짐벌(G)과 결합된 봉(111)의 타단에 결합될 수 있다.

여기서, 좌표계의 X,Y,Z축에 대하여 X축 회전을 롤, Y축 회전을 피치, Z축 회전을 요라 한다.

이때, 짐벌(G)은 적어도 하나 이상의 축이 바디(111)의 움직임을 따라 반대 방향으로 움직이며, 바디(111)의 움직임에 관계없이 음향탐지기(130)의 최초 위치 상태 즉, 수평상태를 유지시키는 것이 가능하다.

그리고, 음향탐지기(130)의 상부에는 관성항법장치(Inertial navigation system; INS), 자세계측장치(Motion Reference Unit; MRU)와 같은 자동항법기(I)가 위치할 수 있으며, 이때, 자동항법기(I)는 기 설정된 경로에 따라 부이체(110)가 이동하도록 부이체(110)의 롤링(rolling), 피칭(pitching), 히빙(heaving), 및 헤딩(heading)을 센싱할 수 있다.

여기서, 롤링은 부이체(110)의 좌우 방향의 움직임을 말하며, 피칭은 부이체(110)의 전후 방향의 움직임을 말한다.

또한, 히빙은 부이체(110)의 상하 방향의 움직임을 말하며, 헤딩은 부이체(110)의 선수 방향 즉, 부이체(110)의 진행 방향을 말한다.

구동부(140)는 다수개가 구비되며, 부이체(110)를 기 설정된 좌표정보에 따라 이동시킨다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정(100)에서 구동부(140)는 8개가 구비되었지만 이에 한정되지 않는다.

여기서, 구동부(140)는 암(141) 및 회전체(143)를 포함하여 구성된다.

여기서, 암(141)은 일단이 부이체(110)의 바디(111) 또는 봉(112) 중 어느 하나에 고정 결합 될 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정(100)에서는 구동부(140)가 봉(112)에 결합된 경우에 한하여 설명한다.

이때, 암(141)은 봉(112)과 소정 각도를 이루며, 바디(111)의 상부 방향으로 뻗어 있으며, 다수개의 구동부(140)에 포함되는 각각의 암(141)은 소정간격 이격되어 위치하고, 부이체(110)에 방사형으로 결합될 수 있다.

그리고, 회전체(143)는 암(141)의 타단에 설치되며, 구동모터(142)의 동작에 의해 회전한다.

여기서, 회전체(143)는 하나의 구동모터(142)에 연결되어 회전이 이루어질 수 있으며, 다수개 구동부(140)에 포함되는 회전체(143)가 적어도 하나 이상의 구동모터(142)와 연결되어 회전체(143)의 회전이 이루어질 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 다수개의 구동부(140)에 구비되는 회전체(143)는 회전속도, 회전 중지 등과 같은 회전 제어가 가능하며, 회전체(143) 각각의 회전 제어가 가능할 수 있다.

또한, 구동부(140)는 틸팅부분(144)을 더 포함하며, 틸팅부분(144)은 암(141)의 타단과 회전체(143)를 결합하고, 회전체(143)가 암(141)을 기준으로 하여 소정의 각도로 틸팅(tilting)되도록 구동될 수 있다.

예를 들어, 해류의 방향과 부이체(110)의 이동방향이 다른 경우, 회전체(143)는 해류의 방향으로 틸팅되어 회전함으로써 부이체(110)에 추진력을 부가할 수 있다.

센서부(150)는 기울기 감지센서(151), 자이로센서(152), 가속도센서(153) 등을 포함할 수 있다.

여기서, 기울기 감지센서(151)는 회전체(143)가 위치하는 암(141)의 타단에 구비되며, 회전체(143)가 틸팅된 경우, 회전체(143)와 암(141)이 이루는 틸팅각도를 감지할 수 있다.

또한, 자이로센서(152)는 관성공간에서 각속도를 구해 부이체(110)의 좌표가 지구관성좌표계(earth centers inertial coordinate system)에 대해 회전한 상태를 산출할 수 있다.

그리고, 가속도센서(153)는 선형 가속도를 측정하여 부이체(110)의 좌표가 지구관성좌표계에 대해 가속된 상태를 산출할 수 있다.

이때, 자이로센서(153)와 가속도센서(154)는 단일의 센서로 마련될 수 있다.

또한, 상술한 자동항법기(I)에 구비될 수 있다.

그리고, 자이로센서(152), 가속도센서(153)를 이용하여 천해조사 자율 무인 수상정(100)의 요, 피치, 롤 방향의 회전운동상태를 확인할 수 있다.

또한, 센서부(150)는 자이로센서(153)와 가속도센서(154)가 측정한 관성좌표계 기준의 측정치들을 위치수신기(120)가 사용하는 지면좌표계로 변환해주는 변환부분(미도시)이 더 포함될 수 있다.

통신부(160)는 위치수신기(120)가 위치정보를 생성하도록 가상기지국(virtual reference station; VRS)과 통신할 수 있다.

또한, 지상 혹은 선박에 위치하는 관측소와 통신하여 후술할 저장부(170)에 저장된 데이터를 전송하고, 좌표정보를 추가적으로 전달받을 수 있다.

저장부(170)는 좌표정보 저장부분(171) 및 데이터 저장부분(172)를 포함할 수 있다.

여기서, 좌표정보 저장부분(171)은 기 설정된 좌표정보가 저장될 수 있다.

그리고, 데이터 저장부분(172)은 음향탐지기(130)로부터 수집된 해저 지형 정보와 위치수신부(120)로부터 수집된 부이체(110)의 위치정보가 저장될 수 있다.

전원부(180)는 위치수신기(120), 음향탐지기(130), 구동부(140), 센서부(150), 통신부(160), 저장부(170), 제어부(190)에 전력을 제공할 수 있다.

여기서, 전원부(180)는 교체 가능한 형태로 마련될 수 있으며, 충전 가능한 형태로 마련될 수 도 있다.

또한, 전원부(180)는 바디(111)의 외부 또는 봉(112)의 일단에 추가적으로 구비될 수 있는 태양패널(미도시)에 의해 충전 가능할 수도 있다.

이 경우, 태양패널(미도시)을 통해 전원부(180)의 충전이 가능하므로, 천해조사 자율 무인 수상정(100)의 장기 관측이 가능할 수 있다.

제어부(190)는 상기 위치수신기(120), 음향탐지기(130), 구동부(140), 센서부(150), 통신부(160), 저장부(170), 전원부(180)를 제어할 수 있다.

여기서, 제어부(190)는 센서부(150)가 수면의 움직임에 의해 변동되는 부이체(110)의 움직임을 감지한 경우, 음파탐지기(130)가 최초 위치상태를 유지하도록 구동부(140)의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 바디(111)가 수평을 유지하도록 바디(111)의 움직임을 보정할 수 있다.

그리고, 센서부(150)가 수면의 움직임에 의해 변동되는 부이체(110)의 움직임을 감지하였을 경우, 제어부(190)는 회전체(143)의 출력을 제어하여 음파탐지기(130)가 최초 위치상태를 유지하도록 부이체(110)의 움직임을 보정할 수 있다.

또한, 제어부(190)는 다수개의 구동부(140)에 각각 포함되는 회전체(143)를 선택적으로 제어하는 것이 가능하다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정의 측량을 개략적으로 도시한 개략도이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정(100)을 이용한 천해 지형 조사는 다음과 같이 이루어질 수 있다.

도1 내지 도3을 참조하면, 먼저 천해조사 자율 무인 수상정(100)이 수면에 부유하고, 제어부(190)는 저장부(170)에 기 저장된 좌표정보를 확인한 뒤 구동부(140)를 제어하여 천해조사 자율 무인 수상정(100)을 측정위치까지 이동시킨다.

이때, 천해조사 자율 무인 수상정(100)의 위치는 위치수신기(120)를 통해 실시간으로 파악될 수 있다.

이 후, 제어부(190)는 구동부(140)를 제어하여 저장부(170)에 기 저장된 좌표정보대로 자동운항 시킬 수 있다.

이때, 구동부(140)의 동작에 의해 부이체(110)가 처음 이동하기 시작할 때는 전력이 소모되나, 부이체(110)는 부력에 의해 물에 뜬 채로 이동하므로 이동하기 시작한 후에는 전력의 소모가 절감될 수 있다.

또한, 제어부(190)는 센서부(150)의 센싱 결과에 따라 구동부(140)에서 회전체(143)의 출력을 제어하거나, 틸팅부분(144)을 제어하여 회전체(143)와 암(141)이 이루는 각도를 변경함으로써, 해저 지형 정보를 획득하는데 있어서 일정한 속도로 이동하면서도 음향탐지장치(130)가 최초 위치상태를 유지하도록 한다.

이를 통해, 시시각각 변화하는 해양환경에 의해 부이체(110) 저면에 위치한 음파 탐지기(130)의 음파의 송/수신 방향이 흐트러지는 것을 방지할 수 있어 측정오차를 최소화하며 정밀한 해저지형정보 획득이 가능할 수 있다.

이때, 천해조사 자율 무인 수상정(100)의 운항을 살펴보면, 천해조사 자율 무인 수상정(100)은 전/후 방향이 구분될 수 있으며, 중심부를 기준으로 전방 측에 위치한 회전체(143)들의 회전속도를 느리게 하고, 후방 측에 위치한 회전체(143)들의 회전속도를 전방 측에 위치한 회전체들에 비해 빠르게 한 경우, 전방으로 진행할 수 있다.

또한, 한 위치에서 잠시 정지하여 위치하여야 될 경우, 제어부(190)는 각 구동부(140)의 회전체(143)의 회전속도를 모두 같게 하여 천해조사 자율 무인 수상정(100)이 한 위치에 머무를 수 있도록 할 수 있다.

그리고, 천해조사 자율 무인 수상정(100)의 운항 중 파도를 만나 부이체(110)의 일 측이 타 측보다 상방에 위치하며 기울어진 경우, 제어부(190)는 센서부(150)를 통해 이를 감지하고, 구동부(140)의 회전체(143)를 선택적으로 제어하여 회전체(143)의 회전속도를 변경하거나, 회전체(143)와 암(141)이 이루는 각도를 조정하여 음향탐지기(130)의 최초 위치상태를 유지도록 한다.

이때, 부이체(110)가 기 설정된 좌표로 이동하면서도 음향탐지기(130)의 최초 위치상태를 유지하도록 짐벌(G)과의 결합을 통해 바디(111)와 봉(112)의 움직임이 분리되어 짐벌(G)에 의해 바디(111)가 기울어지더라도, 봉(112)의 롤링, 피칭 값이 보정될 수 있다.

또한, 구동부(140)의 동작에 의해 부이체(110)가 기 설정된 좌표로 이동하도록 부이체(110)의 헤딩 값이 보정될 수 있다.

제어부(190)는 센서부(150)를 통해 이를 감지하고, 상방에 위치한 부이체(110)의 일 측에 위치하는

이때, 음향탐지기(130)는 짐벌(G)과 결합된 봉(112)에 결합되며, 짐벌(G)을 통해 바디(111)와 봉(112)의 움직임이 분리되기 때문에, 부이체(110)의 움직임이 존재하더라도 짐벌(G)의 축 회전에 의해 부이체(110)의 움직임이 보상되므로, 음향탐지기(130)를 통해 정확도 높은 해저지형정보를 획득할 수 있다.

그리고, 획득한 해저지형정보를 후처리를 통해 취합하는 경우, 오류가 발견되더라도 위치수신기(120) 및 센싱부(150)를 통해 측정된 좌표정보와 보정정보를 반영하여 정밀한 해저지형정보 데이터를 완성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 천해조사 자율 무인 수상정(100)에서 구동부(140) 암(141)의 일단이 바디(111)와 고정 결합된 경우, 바디(111) 상부에 소정간격 이격 배치되어 위치하는 회전체(143)를 선택적으로 제어하여 바디(111)가 수평을 유지하도록 해양환경에 의한 바디(111)의 움직임을 보정하는 것이 가능할 수 있다.

여기서, 천해조사 자율 무인 수상정(100)은 선박 혹은 지상에 위치한 관측소와 측정위치를 비행하여 이동하는 것이 가능할 수 있다.

또한, 천해조사 자율 무인 수상정(100)은 측정지점 근거리에 위치한 선박에서 수면에 위치하도록 투하되어 측정지점으로 이동하는 것이 가능할 수 있다.

결국, 본 발명은, 수면에 부유하는 부이체의 상측에 회전체를 구비하는 다수개의 구동부가 결합되고, 구동부가 부이체를 이동시키므로, 부이체 저면에 위치한 음향탐지기가 해저 지형정보를 획득하기 위하여 측량할 경우, 구동부의 동작이 음향탐지기를 통해 획득되는 측량 값에 영향을 미치지 않으며, 파도, 해류와 같은 해양상태 변화로 인해 음향탐지기의 최초 위치상태 유지가 어려운 경우, 제어부는 센서부를 통해 감지된 부이체의 움직임을 보상하기 위해 다수개의 구동부를 선택적으로 제어하며, 다수개의 구동부의 회전 출력을 조절함으로써 음향탐지기가 결합된 봉의 위치를 보정하기에 음향탐지기의 최초 위치상태 즉, 정립상태를 유지시켜 정확도 높은 해저 지형정보 획득이 가능한 천해조사 자율 무인 수상정을 제공할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등개념으로 이해되어져야 할 것이다.

100 : 천해조사 자율 무인 수상정
110 : 부이체
111 : 바디
112 : 봉
G : 짐벌
120 : 위치수신기
130 : 음향탐지기
140 : 구동부
141 : 암
142 : 구동모터
143 : 회전체
144 : 틸팅부분
150 : 센서부
151 : 기울기 감지센서
152 : 자이로센서
153 : 가속도센서
160 : 통신부
170 : 저장부
180 : 전원부
190 : 제어부
I : 자동항법기

Claims

중심부에 저면과 수직한 방향으로 관통 형성된 관통홀을 가지며 수면에 부유(浮遊)하는 바디, 상기 바디의 관통홀에 관통 결합되는 봉, 및 상기 봉을 상기 바디의 관통홀에 결합시키되, 적어도 하나 이상의 축을 가지고 롤(roll), 피치(pitch) 방향 중 적어도 한 방향 이상으로 회동 가능하여 상기 바디와 상기 봉의 움직임을 분리시키는 짐벌(gimbal)을 포함하는 부이(buoy)체;
위성으로부터 상기 부이체가 위치한 지점의 위치정보를 실시간으로 수신하는 위치수신기;
해저 지형을 탐지하도록 상기 바디 하부에 위치하는 상기 봉의 단부에 결합되는 음향탐지기;
상기 바디 상부에 위치하는 상기 봉의 측면에 결합되어 상기 부이체를 기 설정된 좌표정보에 따라 이동시키는 다수개의 구동부;
상기 부이체와 상기 음향탐지기의 움직임을 감지하는 센서부; 및
상기 위치수신기, 음향탐지기, 구동부, 및 센서부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 짐벌은 적어도 하나 이상의 축이 상기 바디의 움직임을 따라 반대 방향으로 움직이며, 상기 바디의 움직임에 관계없이 상기 봉에 결합된 상기 음향탐지기의 최초 위치상태를 유지시키며,
상기 센서부가 수면의 움직임에 의해 변동되는 상기 부이체의 움직임을 감지한 경우, 상기 음향탐지기가 최초 위치상태를 유지하도록 상기 제어부는 상기 구동부의 동작을 제어하여 상기 부이체의 움직임을 보정하는 것을 특징으로 하는
천해조사 자율 무인 수상정.
제1항에 있어서,
상기 구동부는,
일단이 상기 부이체의 바디 또는 봉 중 어느 하나에 고정 결합되는 암;
상기 암의 타단에 설치되며, 구동모터의 동작에 의해 회전하는 회전체;를 포함하는 것을 특징으로 하는
천해조사 자율 무인 수상정.
제2항에 있어서,
상기 센서부가 수면의 움직임에 의해 변동되는 상기 부이체의 움직임을 감지한 경우, 상기 제어부는 상기 회전체의 출력을 제어하여 상기 음향탐지기가 최초 위치상태를 유지하도록 상기 부이체의 움직임을 보정하며,
상기 제어부는 상기 다수개의 구동부에 각각 포함되는 상기 회전체를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는
천해조사 자율 무인 수상정.
제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 암의 타단과 상기 회전체를 결합하고, 상기 회전체가 상기 암을 기준으로 하여 소정의 각도로 틸팅(tilting)되도록 구동되는 틸팅부분;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
천해조사 자율 무인 수상정.
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