KR101931291B1 - 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법 - Google Patents

자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광이 지나는 슬릿에 의해 수집되는 정보를 기준으로 수평적 위치 제어, 각도 제어, 거리 제어를 하여 도킹 제어를 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 제 1 객체와 제 2 객체의 도킹을 위한 제어를 위하여, 상기 제 1,2 객체 중의 어느 하나의 객체에 구성되어 광을 송신하는 광 송신부;상기 제 1,2 객체 중의 다른 하나의 객체에 구성되어 광 송신부에서 송신되는 광을 센싱하고 센싱된 결과를 기준으로 다른 하나의 객체의 위치,각도,거리 제어를 하여 제 1 객체와 제 2 객체의 도킹을 위한 자세 제어를 하는 광 수신부;를 포함하는 것이다.

Description

자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법{System and Method for Controlling Attitude based on Optical Communication at ＡＵＶ Underwater Docking}
본 발명은 객체들 간의 결합 제어에 관한 것으로, 구체적으로 광이 지나는 슬릿에 의해 수집되는 정보를 기준으로 수평적 위치 제어, 각도 제어, 거리 제어를 하여 도킹 제어를 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
수중에서 자율운항이 가능한 자율 무인 잠수정(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)은 자체에 전원을 내장하고 운항하기 때문에 전원의 충전을 위하여 수상으로 한 번씩 귀환하여 전원을 충전하고 데이터를 받는 작업을 반복해야 한다.
이러한 제약조건을 극복하기 위하여 수중에 해저 기지를 만들어 이에 귀환하여 전원 충전과 함께 데이터 추출 작업을 수행하는 것이 요구되고 있다.
수중 기지로 귀환하는 종래 기술의 방법으로는 해저기지와 자율 무인 잠수정 간에 초음파 위치추적장치를 이용하여 자율 무인 잠수정을 유도제어하는 방법을 주로 사용하고 있다.
이와 같은 수중 초음파를 이용한 유도제어방법은 자율 무인 잠수정이 해저기지에 개략적으로 접근할 수 있도록 유도할 수 있으나, 초음파 위치추적 장치의 오차 범위가 크고 신호취득 시간간격이 크므로 도킹장치 근방에서의 최종단계 운동 제어를 위해서 정밀한 항법장치가 별도로 요구된다.
초음파를 사용하지 않는 수중 도킹을 위한 방법으로는 자율 무인 잠수정에 관성 항법 장치를 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 자율 무인 잠수정을 제어하는 방법, 그리고 수중 카메라를 이용하여 해저 기지를 확인하여 최종단의 도킹을 유도하는 방법이 등이 있다.
그러나 이와 같은 종래 기술의 수중 도킹을 위한 방법에서, 관성 항법시스템을 이용하는 수중 도킹은 고정밀의 센서를 사용해야 하므로 고가의 장비를 필요로 하는 문제가 있고, 정밀한 센서인 경우에도 오차가 시간의 제곱에 비례하여 증가하므로 보조적인 정밀 속도센서가 추가적으로 요구되는 문제가 있다.
또한, 자기장에 의한 방법은 자율 무인 잠수정 자체에서 발생하는 자기장의 변화에 민감하며 정확도 면에서 관성센서를 이용하는 방법보다 성능이 떨어지는 문제가 있다.
그리고 광학 카메라를 이용하는 방법은 해저 기지에 카메라를 장착하여 해저 기지에 도달하는 자율 무인 잠수정을 모니터링하여 제어신호를 전송하는 것으로 제어 과정이 복잡한 문제가 있고, 자율 무인 잠수정이 해저 기지 근방에 도달하였을 때에 해저 기지의 도킹 지점을 정확히 인식하고 이를 정밀하게 추적하고 제어하는 기술이 필요하다.
따라서, 단순한 제어 과정을 통하여 정밀한 도킹 제어가 가능한 새로운 객체간 도킹을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2004-0005307호 대한민국 등록특허 제10-1595877호 대한민국 공개특허 제10-2004-0100408호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 객체들 간의 도킹 제어의 문제를 해결하기 위한 것으로, 각각의 객체에 구성되는 광 송신기와 광 수신기를 이용하여, 광 수신기에서 수집된 정보를 기준으로 수평적 위치 제어, 각도 제어, 거리 제어를 통한 자세 제어를 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 광 수신부에 핀홀 등의 특정 형상을 갖는 슬릿이 구성되어 슬릿을 통과한 광의 위치,각도,세기를 기준으로 자세 제어를 하여 정밀도를 높인 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 소형 무인잠수정의 도킹과 같은 상황에서는 이동성이 큰 물체에는 광 수신부를 구성하고, 고정성이 큰 물체에는 광 송신부를 구성하여 효율적인 운용이 가능하도록 한 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 기존 무선 광통신 시스템과 연동이 가능하도록 도킹 제어 시스템을 구축하여 수중 환경의 변화에 영향을 받지 않는 강인한 객체간 도킹 제어가 가능한 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 수중 환경에서 물의 탁도를 측정하여 이를 기준으로 빛을 전달할 커버리지를 고려하여 광송신 세기를 결정하고 제어하여 도킹 제어의 정밀도를 높일 수 있도록 한 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 광 수신부에서 측정된 광의 세기와 슬릿을 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 자세 제어 정보와 연계하여 학습하여, 누적된 데이터를 바탕으로 보다 정확한 자세 제어가 될 수 있도록 한 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 수중 환경 및 객체 특성을 반영하여 슬릿에 형성되는 홀 형상, 홀 개수, 각각의 홀 크기를 변경하여 적용하여 슬릿을 통과한 광의 위치,각도,세기를 기준으로 한 자세 제어의 정밀도를 높인 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치는 제 1 객체와 제 2 객체의 도킹을 위한 제어를 위하여, 상기 제 1,2 객체 중의 어느 하나의 객체에 구성되어 광을 송신하는 광 송신부;상기 제 1,2 객체 중의 다른 하나의 객체에 구성되어 광 송신부에서 송신되는 광을 센싱하고 센싱된 결과를 기준으로 다른 하나의 객체의 위치,각도,거리 제어를 하여 제 1 객체와 제 2 객체의 도킹을 위한 자세 제어를 하는 광 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 객체는 고정 객체이고, 상기 제 2 객체는 이동 객체인 것으로 특징으로 한다.
그리고 상기 제 1,2 객체 각각에 광 송신부와 광 수신부가 구비되거나, 상기 제 1 객체에 광 송신부가 구비되고, 제 2 객체에 광 수신부가 구비되거나, 상기 제 1 객체에 광 수신부가 구비되고, 제 2 객체에 광 송신부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제 1,2 객체 각각에 광 송신부와 광 수신부가 모두 구비되어 무선 광통신 시스템과 연동되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광 송신부는, 수중 환경에서의 물의 탁도를 센싱하는 탁도 센싱부와,상기 탁도 센싱부에서 측정된 물의 탁도를 기준으로 빛을 전달할 커버리지에 맞도록 광송신 세기를 결정하는 광 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광 수신부는, 제 1 객체와 제 2 객체의 도킹을 위한 위치,각도,거리 제어를 하기 위하여 특정 형상의 핀홀을 복수 개 갖는 슬릿을 구비하여 슬릿을 통과한 광을 센싱하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 슬릿은, 수중 환경 및 객체 특성을 기준으로 슬릿에 형성되는 홀 형상, 홀 개수, 각각의 홀 크기가 달라지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광 수신부는, 광 송신부에서 송신된 광의 세기를 측정하고 슬릿을 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 획득하는 광 센싱부와,상기 광 센싱부에서 센싱된 광 센싱 결과 정보와 해당 정보를 통해 이루어진 자세 제어 정보를 연계하여 학습하여 데이터를 누적하여 제공하는 학습부와,상기 광 센싱부의 측정 정보와 학습부에서 학습된 정보를 바탕으로 제1,2 객체 간 결합이 이루어질 수 있도록 자세를 제어하는 자세 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 광 수신부는 탁도 센싱 결과를 바탕으로 결합될 두 객체 간 거리를 추정하여 자세 제어에 사용하기 위하여 탁도 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 수평 위치가 정렬되지 않는 경우에 오정렬 위치값을 산출하여 광 수신부가 구비되는 객체의 수평 위치 제어를 하여 정렬되도록 하고, 광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 각도가 어긋난 경우에 광 수신부가 구비되는 객체의 진행 각도 제어를 하여 정렬되도록 하고, 광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 세기를 기준으로 객체의 이격 거리를 산출하고 이동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 방법은 광 송신부가 구비되는 어느 하나의 객체에서 수중 환경에서 물의 탁도를 측정하여 이를 기준으로 광 송신 세기를 결정하는 단계;결정된 광 송신 세기를 기준으로 광 송신부에서 광 송신을 하는 단계;다른 하나의 객체에 구성되는 광 수신부에서 특정 형상을 갖는 슬릿을 통과한 광을 센싱하는 단계;광 수신부에서 측정된 광의 세기와 슬릿을 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 자세 제어 정보와 연계하여 학습하여 데이터 분석 및 누적하는 단계;누적된 데이터를 활용하여 슬릿을 통과하여 수신된 광의 위치,각도,세기를 기준으로 다른 하나의 객체의 자세 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 각각의 객체에 구성되는 광 송신기와 광 수신기를 이용하여, 광 수신기에서 수집된 정보를 기준으로 수평적 위치 제어, 각도 제어, 거리 제어를 통한 자세 제어를 하여 자율 무인 잠수정 수중 도킹이 효율적으로 이루어지도록 한다.
둘째, 수신부에 핀홀 등의 특정 형상을 갖는 슬릿이 구성되어 슬릿을 통과한 광의 위치,각도,세기를 기준으로 자세 제어를 하여 단순한 구조로 도킹 정밀도를 높일 수 있다.
셋째, 소형 무인잠수정의 도킹과 같은 상황에서는 이동성이 큰 물체에는 광 수신부를 구성하고, 고정성이 큰 물체에는 광 송신부를 구성하여 효율적인 운용이 가능하도록 한다.
넷째, 기존 무선 광통신 시스템과 연동이 가능하도록 도킹 제어 시스템을 구축하여 수중 환경의 변화에 영향을 받지 않는 강인한 객체간 도킹 제어가 가능하도록 한다.
다섯째, 수중 환경에서 물의 탁도를 측정하여 이를 기준으로 빛을 전달할 커버리지를 고려하여 광송신 세기를 결정하고 제어하여 도킹 제어의 정밀도를 높일 수 있다.
여섯째, 광 수신부에서 측정된 광의 세기와 슬릿을 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 자세 제어 정보와 연계하여 학습하여, 누적된 데이터를 바탕으로 보다 정확한 자세 제어가 될 수 있도록 한다.
일곱째, 수중 환경 및 객체 특성을 반영하여 슬릿에 형성되는 홀 형상, 홀 개수, 각각의 홀 크기를 변경하여 적용하여 슬릿을 통과한 광의 위치,각도,세기를 기준으로 한 자세 제어의 정밀도를 높일 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치의 실시 예에 따른 구성도
도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 광통신 기반 자세 제어 장치의 광 송신부와 광 수신부의 상세 구성도
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 광통신 기반 자세 제어 장치를 이용한 수평적 위치 제어, 각도 제어, 거리 제어의 일 예를 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 방법을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치의 실시 예에 따른 구성도이다.
그리고 도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 광통신 기반 자세 제어 장치의 광 송신부와 광 수신부의 상세 구성도이다.
본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법은 각각의 객체에 구성되는 광 송신기와 광 수신기를 이용하여, 광 수신기에서 수집된 정보를 기준으로 수평적 위치 제어, 각도 제어, 거리 제어를 통한 자세 제어를 하는 것이다.
이를 위하여, 자세 제어를 위한 정보를 제공하기 위한 수단으로 광 수신부에 핀홀 등의 특정 형상을 갖는 슬릿이 구성되어 슬릿을 통과한 광의 위치,각도,세기를 기준으로 자세 제어를 하여 정밀도를 높이는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 소형 무인잠수정의 도킹과 같은 상황에서 이동성이 큰 물체에는 광 수신부를 구성하고, 고정성이 큰 물체에는 광 송신부를 구성하여 효율적인 운용이 가능하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존 무선 광통신 시스템과 연동이 가능하도록 도킹 제어 시스템을 구축하여 수중 환경의 변화에 영향을 받지 않는 강인한 객체간 도킹 제어가 가능하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 수중 환경에서 물의 탁도를 측정하여 이를 기준으로 빛을 전달할 커버리지를 고려하여 광송신 세기를 결정하는 구성을 포함할 수 있다.
본 발명은 광 수신부에서 측정된 광의 세기와 슬릿을 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 자세 제어 정보와 연계하여 학습하여, 누적된 데이터를 바탕으로 자세 제어를 하는 구성을 포함할 수 있다.
이하의 설명에서 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치를 구성하는 모든 광 송신부는 광 세기 및 광송신 등에 대한 제어기능을 갖는다.
또한, 모든 광 수신부는 광센싱 기능을 갖는다.
그리고 결합이 될 두 객체는 모두 이동성을 가질 수 있으며, 그 중 결합의 모체가 되는 객체를 고정 객체로, 모체에 결합될 객체를 이동 객체로 표현한다.
여기서, 고정 객체는 도킹 스테이션이 될 수 있고, 이동 객체는 잠수정이 될 수 있고, 이로 제한되지 않음은 당연하다.
특히, 본 발명의 실시 예를 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 일 예로 설명하였으나, 이로 제한되지 않고 본 발명의 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법을 다른 객체들 간의 도킹 제어에 적용할 수 있음은 당연하다.
본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치의 광 송신부와 광 수신부는 각각의 객체에 다음과 같은 형태로 구성될 수 있다.
도 1a에서와 같이, 고정 객체(100)에 광 송신부(10)와 광 수신부(20)가 구비되고, 이동 객체(200)에 광 송신부(11)와 광 수신부(21)가 모두 구비되는 형태로 구성될 수 있다.
이 경우에는 고정 객체(100)에서 산출되는 자세 제어 정보와 이동 객체(200)에서 산출되는 자세 제어 정보 모두를 고정 객체(100)와 이동 객체(200)의 도킹을 위한 제어 정보로 사용할 수 있다.
이와 같이 고정 객체(100)에 광 송신부(10)와 광 수신부(20)가 구비되고, 이동 객체(200)에 광 송신부(11)와 광 수신부(21)가 모두 구비되는 형태는 기존 무선 광통신 시스템과 연동하는 경우에 사용될 수 있다.
도 1b에서와 같이, 고정 객체(100)에 광 송신부(30)가 구비되고, 이동 객체(200)에 광 수신부(31)가 구비되는 형태로 구성될 수 있다.
그리고 다른 형태로 도 1c에서와 같이, 수중 및 객체 운용 환경에 따라 고정 객체(100)에 광 수신부(40)가 구비되고, 이동 객체(200)에 광 송신부(41)가 구비되는 형태로 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치의 광 송신부와 광 수신부의 상세 구성은 다음과 같다.
도 2a는 본 발명에 따른 광 송신부의 상세 구성을 나타낸 것으로, 수중 환경에서의 물의 탁도를 센싱하는 탁도 센싱부(50)와, 탁도 센싱부(50)에서 측정된 물의 탁도를 기준으로 빛을 전달할 커버리지를 고려하여 광송신 세기를 결정하는 광 제어부(51)를 포함한다.
이와 같은 광 송신부는 기존 무선 광통신시스템과의 연동을 위한 수단 및 광 제어부(51)의 제어에 의해 광을 송신하는 광 송신 수단을 더 포함할 수 있다.
그리고 도 2b는 본 발명에 따른 광 수신부의 상세 구성을 나타낸 것으로, 광 송신부에서 송신된 광의 세기를 측정하고 슬릿을 통과한 화상정보(통과한 광의 세기 및 패턴 정보)를 획득하는 광 센싱부(60)와, 광 센싱부(60)에서 센싱된 광 센싱 결과 정보와 해당 정보를 통해 이루어진 자세 제어 정보를 연계하여 학습하여 데이터를 누적하여 제공하는 학습부(61)와, 광 센싱부(60)의 측정 정보와 학습부(61)에서 학습된 정보를 바탕으로 두 객체 간 결합이 이루어질 수 있도록 자세를 제어하는 자세 제어부(62)를 포함한다.
여기서, 광 수신부는 탁도 센싱 결과를 바탕으로 결합될 두 객체 간 거리를 추정하여 자세 제어에 사용하기 위하여 탁도 센싱부(63)를 더 포함할 수 있다.
그리고 광 센싱부(60)에 구성되어 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 제공하기 위한 슬릿은 수중 환경 및 객체 특성을 기준으로 슬릿에 형성되는 홀 형상, 홀 개수, 각각의 홀 크기를 변경하여 적용하는 것도 가능하다.
여기서, 객체 특성은 객체 크기, 운항 속도, 사용 목적 등의 항목이 포함될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치의 자세 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 광통신 기반 자세 제어 장치를 이용한 수평적 위치 제어, 각도 제어, 거리 제어의 일 예를 나타낸 구성도이다.
그리고 도 4는 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 3a는 광 송신부와 광 수신부의 수평적 위치 제어의 일 예를 나타낸 것으로, 광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부(60)에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 수평 위치가 정렬되지 않는 경우에 오정렬 위치값을 산출하여 광 수신부가 구비되는 객체의 수평 위치 제어를 하여 정렬되도록 하는 것이다.
도 3b는 광 송신부와 광 수신부의 각도 제어의 일 예를 나타낸 것으로, 광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부(60)에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 각도가 어긋난 경우에 광 수신부가 구비되는 객체의 진행 각도 제어를 하여 정렬되도록 하는 것이다.
도 3c는 광 송신부와 광 수신부의 거리 제어의 일 예를 나타낸 것으로, 광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부(60)에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 세기를 기준으로 객체의 이격 거리를 산출하고 이동을 제어하는 것이다.
그리고 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 방법은 다음과 같다.
어느 하나의 객체(고정 객체)에 광 송신부가 구성되고 다른 하나의 객체(이동 객체)에 광 수신부가 구성되는 경우를 일 예로 하여 설명하면, 도 4에서와 같이, 어느 하나의 객체에서 수중 환경에서 물의 탁도를 측정하여 이를 기준으로 빛을 전달할 커버리지를 고려하여 광 송신 세기를 결정한다.(S401)
그리고 결정된 광 송신 세기를 기준으로 광 송신부에서 광 송신을 한다.(S402)
이어, 다른 하나의 객체(이동 객체)에 구성되는 광 수신부에서 특정 형상을 갖는 슬릿을 통과한 광을 센싱한다.(S403)
그리고 다른 하나의 객체(이동 객체)에 구성되는 광 수신부에서 측정된 광의 세기와 슬릿을 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 자세 제어 정보와 연계하여 학습하여 데이터 분석 및 누적시킨다.(S404)
이어, 누적된 데이터를 활용하여 슬릿을 통과하여 수신된 광의 위치,각도,세기를 기준으로 다른 하나의 객체(이동 객체)의 자세 제어를 수행한다.(S405)
이상에서 설명한 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법은 각각의 객체에 구성되는 광 송신기와 광 수신기를 이용하여, 광 수신부에 핀홀 등의 특정 형상을 갖는 슬릿이 구성되어 슬릿을 통과한 광의 위치,각도,세기를 기준으로 자세 제어를 하여 정밀도를 높인 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법은 군사적 목적의 무인잠수함과 같이 은밀한 이동과 보안이 중시되는 환경에서 자세 제어를 위한 제어 신호의 노출을 최소화할 수 있도록 한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치의 광 송신부와 광 수신부는 LED 및 레이저를 이용하여 무선 광통신 시스템으로 활용될 수 있으므로 기존 광통신 시스템과 연동이 가능하다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100. 고정 객체
200. 이동 객체

Claims (11)

  1. 제 1 객체와 제 2 객체의 도킹을 위한 제어를 위하여,
    상기 제 1,2 객체 중의 어느 하나의 객체에 구성되어 광을 송신하는 광 송신부;
    상기 제 1,2 객체 중의 다른 하나의 객체에 구성되어 광 송신부에서 송신되는 광을 센싱하고 센싱된 결과를 기준으로 다른 하나의 객체의 위치,각도,거리 제어를 하여 제 1 객체와 제 2 객체의 도킹을 위한 자세 제어를 하는 광 수신부;를 포함하고,
    상기 광 송신부는 수중 환경에서의 물의 탁도를 센싱하여 측정된 물의 탁도를 기준으로 빛을 전달할 커버리지에 맞도록 광송신 세기를 결정하는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 객체는 고정 객체이고, 상기 제 2 객체는 이동 객체인 것으로 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1,2 객체 각각에 광 송신부와 광 수신부가 구비되거나,
    상기 제 1 객체에 광 송신부가 구비되고, 제 2 객체에 광 수신부가 구비되거나,
    상기 제 1 객체에 광 수신부가 구비되고, 제 2 객체에 광 송신부가 구비되는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1,2 객체 각각에 광 송신부와 광 수신부가 모두 구비되어 무선 광통신 시스템과 연동되는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광 송신부는,
    수중 환경에서의 물의 탁도를 센싱하는 탁도 센싱부와,
    상기 탁도 센싱부에서 측정된 물의 탁도를 기준으로 빛을 전달할 커버리지에 맞도록 광송신 세기를 결정하는 광 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광 수신부는,
    제 1 객체와 제 2 객체의 도킹을 위한 위치,각도,거리 제어를 하기 위하여 특정 형상의 핀홀을 복수 개 갖는 슬릿을 구비하여 슬릿을 통과한 광을 센싱하는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 슬릿은,
    수중 환경 및 객체 특성을 기준으로 슬릿에 형성되는 홀 형상, 홀 개수, 각각의 홀 크기가 달라지는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광 수신부는,
    광 송신부에서 송신된 광의 세기를 측정하고 슬릿을 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 획득하는 광 센싱부와,
    상기 광 센싱부에서 센싱된 광 센싱 결과 정보와 해당 정보를 통해 이루어진 자세 제어 정보를 연계하여 학습하여 데이터를 누적하여 제공하는 학습부와,
    상기 광 센싱부의 측정 정보와 학습부에서 학습된 정보를 바탕으로 제1,2 객체 간 결합이 이루어질 수 있도록 자세를 제어하는 자세 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 광 수신부는 탁도 센싱 결과를 바탕으로 결합될 두 객체 간 거리를 추정하여 자세 제어에 사용하기 위하여 탁도 센싱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 수평 위치가 정렬되지 않는 경우에 오정렬 위치값을 산출하여 광 수신부가 구비되는 객체의 수평 위치 제어를 하여 정렬되도록 하고,
    광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 각도가 어긋난 경우에 광 수신부가 구비되는 객체의 진행 각도 제어를 하여 정렬되도록 하고,
    광 송신부에서 송신된 광이 광 수신부의 광 센싱부에 구성되는 슬릿의 핀홀을 통과하여 센싱된 광의 세기를 기준으로 객체의 이격 거리를 산출하고 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치.
  11. 광 송신부가 구비되는 어느 하나의 객체에서 수중 환경에서 물의 탁도를 측정하여 이를 기준으로 광 송신 세기를 결정하는 단계;
    결정된 광 송신 세기를 기준으로 광 송신부에서 광 송신을 하는 단계;
    다른 하나의 객체에 구성되는 광 수신부에서 특정 형상을 갖는 슬릿을 통과한 광을 센싱하는 단계;
    광 수신부에서 측정된 광의 세기와 슬릿을 통과한 광의 세기 및 패턴 정보를 자세 제어 정보와 연계하여 학습하여 데이터 분석 및 누적하는 단계;
    누적된 데이터를 활용하여 슬릿을 통과하여 수신된 광의 위치,각도,세기를 기준으로 다른 하나의 객체의 자세 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 방법.

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