KR101965846B1 - 무인 잠수정 회수 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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송선호
박세원
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 발명에 따르면, 수용부의 상단에 결합하고, 외부의 크레인에 연결되어 승하강하며, 무인 잠수정과 회수장치 간의 방위 편차 보정을 수행하는 회전 결합부를 제공함으로써 해양조류 작용 시에도 회전이 발생되지 않고 운용 가능하도록 하는 무인 잠수정 회수 장치 및 이의 제어 방법이 개시된다.

Description

무인 잠수정 회수 장치 및 이의 제어 방법{UUV Recovery Device and Control Method thereof}
본 발명은 무인 잠수정 회수 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 무인 잠수정의 자세 변경에 따라 짐벌 구조를 이용하여 자세를 보정하는 무인 잠수정 회수 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 무인잠수정(UUV: Unmanned Underwater Vehicle) 회수장치는 단순한 기계장치 위주로 개발되어 해류, 파도 등의 다양한 변수가 존재하는 해상환경에서 운용하기에 효용성이 낮고 안전 문제 발생 등의 문제점이 있다.
또한, 실제 해역 운용 시 숙련된 잠수부가 직접 수중운동체에 인양줄을 연결하거나 소형 수상정을 이용해 인양줄을 연결하는 등 장비 및 인원이 추가 투입되어야 하는 문제점 및 위험성이 존재한다.
이에 따라, 육안으로 확인이 가능한 수심에서 회수장치와의 접촉이 이루어져야 하며, 회수장치의 각도 유지나 조정 등이 가능해야 한다.
본 발명은 무인 잠수정 회수 장치 및 이의 제어 방법으로 수용부의 상단에 결합하고, 외부의 크레인에 연결되어 승하강하며 무인 잠수정과 회수장치 간의 방위 편차 보정을 수행하는 회전 결합부를 제공함으로써 해양조류 작용 시에도 회전이 발생되지 않고 운용 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 조종 수상제어부를 통해 선상에서 임의의 방위로 수동 제어를 수행하여 보다 안전한 무인잠수정 회수를 하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 탐지 장치는, 연결 고정링을 이용하여 상기 무인 잠수정을 수용하는 수용부, 상기 수용부의 상단에 결합하고, 외부의 크레인에 연결되어 승하강하며, 상기 무인 잠수정과 상기 회수장치 간의 방위 편차 보정을 수행하는 회전 결합부 및 상기 회전 결합부에 결합되는 견인줄 및 상기 견인줄의 타측에 연결되어 선택적으로 상기 견인줄을 감거나 푸는 윈치를 포함하여, 상기 수용부의 무인 잠수정을 회수하는 가이드부를 포함한다.
여기서, 상기 회전 결합부는, 상기 가이드부의 상기 윈치와 연결된 견인줄을 고정시키는 윈치 마운터, 상기 윈치 마운터의 하단에 위치하며, 상기 무인 잠수정이 전방을 주시하도록 자세 제어 기준값을 생성하는 자세 제어부 및 상기 자세 제어부 하단에 위치하며, 요축 방향 회전을 수행하는 회전 수행부를 포함한다.
여기서, 상기 가이드부는, 상기 회전 결합부에 제어 명령을 전송하는 조종 수상제어부를 더 포함하며, 상기 조종 수상제어부는, 상기 자세 제어부의 신호를 획득하고, 상기 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송한다.
여기서, 상기 자세 제어부는, 조류에 의해 상기 무인 잠수정이 회전하면 방위 변화를 감지하는 검출 센서부 및 상기 검출 센서부로부터 검출된 감지 신호를 입력 받아 자세 제어 기준값을 계산하여 생성하는 기준값 생성부를 포함한다.
여기서, 상기 회전 수행부는, 상기 무인 잠수정의 회전 각도를 계산하는 엔코더, 상기 요축 방향 회전을 수행하도록 모터 구동 명령을 전송하는 모터 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 조종 수상제어부는, 상기 무인 잠수정의 초기 진수 시 상기 검출 센서부로부터 감지된 방위 변화를 방위 변화값으로 입력하는 오프셋 입력부, 상기 기준값 생성부로부터 계산된 상기 자세 제어 기준값을 입력하여 초기화 설정을 수행하는 초기 설정부, 상기 자세 제어 기준값과 상기 회전 수행부의 상기 회전 각도를 더하여 제1 요축 제어값을 설정하는 제1 요축 설정부 및 상기 제1 요축 제어값과 초기 진수 시 상기 방위 변화값을 더하여 제2 요축 제어값을 설정하는 제2 요축 설정부를 포함한다.
여기서, 초기 진수 대비 발생되는 회수 진로 편차를 계산하는 진로 편차 계산부를 더 포함하며, 상기 진로 편차 계산부는, 상기 회수 진로 편차를 극복하기 위한 편차 극복 값인 팬 컨트롤 값을 계산하여 상기 엔코더에 전송한다.
여기서, 상기 연결 고정링은, 적어도 일부가 상기 무인 잠수정의 외측을 감싸는 형태의 스트랩을 포함하고, 상기 스트랩이 상기 무인 잠수정을 지지한다.
여기서, 상기 자세 제어부는, 조류의 수직력에 의해 작동하는 부력통 및 상기 부력통과 연결되어 상기 부력통의 수직력을 전달받는 동력 전달부재를 포함하여, 상기 자세 제어부의 수직 자세를 유지한다.
여기서, 상기 견인줄은, 상기 윈치 마운터의 양측에 고정되며, 연결 포트를 포함하여 상기 가이드부의 상기 조종 수상제어부와 신호 연동을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법은, 자세 제어부가 자세 제어 기준값을 생성하는 단계, 상기 자세 제어부의 하단에 위치하는 회전 수행부가 상기 무인 잠수정과 상기 회수장치 간의 방위 편차 보정을 위한 요축 방향 회전을 수행하는 단계 및 조종 수상제어부가 상기 자세 제어부의 신호를 획득하고, 상기 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 자세 제어 기준값을 생성하는 단계는, 검출 센서부가 조류에 의해 상기 무인 잠수정이 회전하면 방위 변화를 감지하는 단계 및 기준값 생성부가 상기 검출 센서부로부터 검출된 감지 신호를 입력 받아 자세 제어 기준값을 계산하여 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 요축 방향 회전을 수행하는 단계는, 엔코더가 상기 무인 잠수정의 회전 각도를 계산하는 단계, 모터 제어부가 요축 방향 회전을 수행하도록 모터 구동 명령을 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 자세 제어부의 신호를 획득하고, 상기 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송하는 단계는, 오프셋 입력부가 상기 무인 잠수정의 초기 진수 시 상기 검출 센서부로부터 감지된 방위 변화를 방위 변화값으로 입력하는 단계, 초기 설정부가 상기 기준값 생성부로부터 계산된 상기 자세 제어 기준값을 입력하여 초기화 설정을 수행하는 단계, 제1 요축 설정부가 상기 자세 제어 기준값과 상기 회전 수행부의 상기 회전 각도를 더하여 제1 요축 제어값을 설정하는 단계 및 제2 요축 설정부가 상기 제1 요축 제어값과 초기 진수 시 상기 방위 변화값을 더하여 제2 요축 제어값을 설정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 자세 제어부의 신호를 획득하고, 상기 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송하는 단계는, 진로 편차 계산부가 초기 진수 대비 발생되는 회수 진로 편차를 계산하는 단계를 더 포함하며, 상기 회수 진로 편차를 계산하는 단계는, 상기 회수 진로 편차를 극복하기 위한 편차 극복 값인 팬 컨트롤 값을 계산하여 상기 엔코더에 전송한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 수용부의 상단에 결합하고, 외부의 크레인에 연결되어 승하강하며, 상기 무인 잠수정과 상기 회수장치 간의 방위 편차 보정을 수행하는 회전 결합부를 제공함으로써 해양조류 작용 시에도 회전이 발생되지 않고 운용할 수 있다.
또한, 조종 수상제어부를 통해 선상에서 임의의 방위로 수동 제어를 수행하여 보다 안전한 무인잠수정 회수를 할 수 있다.
이에 따라, 무인잠수정이 수중에서 회수장치와 접촉 시, 조류 및 파도에 의한 장비 흔들림으로 인한 무인잠수정 파손 발생을 막을 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 작동 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 제어 관계를 나타낸 제어도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법의 회전 제어 명령을 전송하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명에 관련된 무인 잠수정 회수 장치 및 이의 제어 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 무인 잠수정 회수 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치(10)는 수용부(100), 회전 결합부(200), 가이드부(300)를 포함한다.
무인 잠수정 회수 장치(10)는 회수 장비와 무인 잠수정의 접촉을 확인하면서 회수장치의 자세 제어를 통해 안정적인 무인잠수정 회수를 수행하는 장치이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치는 무인잠수정(UUV: Unmanned Underwater Vehicle)의 안정적인 회수를 위한 짐벌기능이 탑재된다. 무인잠수정은 자율운항 능력의 정도에 따라 크게 자율형 무인잠수정(AUV: Autonomous Underwater Vehicle)과 원격작동 무인잠수정(ROV: Remotely Operated Vehicle)으로 구분되며 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치는 회수선과 무선통신이나 수중통신이 가능한 자율형 무인잠수정을 대상으로 한다.
해상에서 무인잠수정을 진수/회수 할 경우 해상상태에 따라 해류 및 파도 등의 환경조건에 의한 안전문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점은 무인잠수정의 파손 및 모함의 파손 등 위험을 발생시킬 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치는 육안으로 확인이 가능한 수심에서 회수장치와의 접촉이 이루어지며, 회수장치의 각도 유지나 조정 등이 가능하다.
수용부(100)는 연결 고정링(110)을 이용하여 무인 잠수정(20)을 수용한다.
연결 고정링(110)은, 적어도 일부가 상기 무인 잠수정의 외측을 감싸는 형태의 스트랩(111, 112, 113)을 포함하고, 스트랩(111, 112, 113)이 상기 무인 잠수정을 지지한다.
무인잠수정(20)이 수중에서 회수장치와 접촉 시, 조류/파도에 의한 장비 흔들림으로 인해 무인잠수정 파손 발생이 가능하지만 본 발명은 무인 잠수정의 외측을 감싸는 형태의 스트랩(111, 112, 113)을 이용하여 무인 잠수정의 파손을 막을 수 있다.
스트랩(111, 112, 113)은 유연하고 질긴 소재의 띠 모양의 것으로 버클, 버튼 또는 매직 테이프 등으로 고정시키는 것도 가능하다.
수용부(100)는 상부는 회전 결합부(200)와 연결되고, 하부는 스트랩(111, 112, 113)과 부착되는 스트랩 마운터(120)를 포함할 수 있으며, 스트랩 마운터(120)는 회전 결합부(200)의 윈치 마운터(230)와 대칭되는 구조로 이루어져 회전 결합부(200)의 회전의 중심을 중앙에 일치시킬 수 있다.
회전 결합부(200)는 수용부(100)의 상단에 결합하고, 외부의 크레인에 연결되어 승하강하며, 무인 잠수정과 상기 회수장치 간의 방위 편차 보정을 위해 요축 방향 회전을 수행한다.
여기서, 요축 방향 회전 수행의 표현은 '무인 잠수정'의 각도를 회전 시킨다는 의미가 아니라 '무인　잠수정'과 '회수함(회수장치 포함)'간의 방위 편차 보정을 의미하는 것이다.
자세를 의미하는 각도는 롤, 피치, 요(Roll, Pitch, Yaw)로 나타난다. 요는 z축 방향 회전을 의미하고, 롤은 좌우로 회전하는 것을 의미한다. 피치는 앞으로 쏠릴 때 기울어지는 방향을 의미한다. 즉, 중력방향을 기준으로 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 값이 롤과 피치이며, 롤과 피치를 측정하기 위해 사용하는 센서가 가속도 센서와 자이로 센서이다. MEMS 기술을 적용한 칩형태의 센서로 수중 탐지 장치에 장착되는 것이 바람직하다. Yaw의 회전축은　z축방향, 즉 중력방향과 같다. 따라서 가속도센서보다는 자이로 센서의 z축 값을 측정하여 이 값을 이용해 yaw값을 계산하고 드리프트되는 오차를 보상하는 마그네토미터, 즉 지자기센서를 추가적으로 사용하는 것이 바람직하다. 3축 지자기 센서를 적용해서 yaw 방향을 측정할 수 있다.
회전 결합부(200)는 자세 제어부(210), 회전 수행부(220), 윈치 마운터(230)를 포함한다.
회전 결합부(200)는 짐벌 구동부를 포함하는 것이 바람직하다. 짐벌 구동부는 무인 잠수정의 수평 자세를 유지하게 하는 기구물이다.
특히, 다양한 실시예에 따른 짐벌은 초소형 사이즈이면서 경량으로 구성되어서, 다양한 사이즈의 회전 결합부(200)에 실장될 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 짐벌 구동부는 3축을 따라 무인 잠수정의 수평 유지를 정밀하게 제어할 수도 있다.
종래의 회수장치는 단순한 기계장치 위주로 개발되어 해류/파도 등의 다양한 변수가 존재하는 해상환경에서 운용하기에 효용성이 낮고 안전 문제 발생 등의 문제점이 많다. 실제 해역 운용 시 숙련된 잠수부가 직접 수중운동체에 인양줄을 연결하거나 소형 수상정을 이용해 인양줄을 연결하는 등 장비 및 인원이 추가 투입되어야 하는 문제점 및 위험성이 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전 결합부(200)는 잠수부가 인양줄을 연결하는 것이 아닌, 상단은 가이드부의 윈치와 직접 연결되고 하단은 무인 잠수정을 수용하는 수용부와 연결되어 무인 잠수정의 자세를 제어함으로써 직접 인양줄을 연결하면서 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
윈치 마운터(230)는 가이드부(300)의 윈치(320)와 연결된 견인줄을 고정시킨다.
윈치와 연결된 케이블을 고정시키는 부분으로, 회전을 방지하기 위해 2개의 케이블(310)로 고정되는 것이 바람직하다. 회수장치와 운용함 간에 2개의 윈치를 적용하여 조류 등에 의한 회전이 발생되지 않을 수 있다.
또한, 수밀케이블 연결 포트(231)를 탑재하여, 수상 제어기와 전원 및 신호 연동 수행이 가능하다.
자세 제어부(210)는 윈치 마운터의 하단에 위치하며, 자세 제어 기준값을 생성한다.
자세 제어부(210)는 조류의 수직력에 의해 작동하는 부력통 및 상기 부력통과 연결되어 상기 부력통의 수직력을 전달받는 동력 전달부재를 포함하여, 상기 자세 제어부의 수직 자세를 유지한다.
또한, 내부에 North Sensor와 Gyro Sensor를 탑재하여 회수기의 자세 제어용 기준 값을 생성한다.
회전 수행부(220)는 자세 제어부(210) 하단에 위치하며, 상기 무인 잠수정의 요축 방향 회전을 수행한다.
여기서, 무인 잠수정의 요축 방향 회전 수행의 표현은 '무인 잠수정'의 각도를 회전 시킨다는 의미가 아니라 '무인　잠수정'과 '회수함(회수장치 포함)'간의 방위 편차 보정을 의미하는 것이다.
즉, 무인잠수정 회수장치 구성부가 회전하면서 각도 차이를 0으로 맞추는 것이다.
회전 수행부(220)는 Pan Encoder 및 모터를 장착하여, 자세 제어부(210)의 부력통 대비 하부 회전체의 Yaw 방향 회전을 수행하며 물리적인 각도 변화를 연산한다.
운용함과 자세 제어부(210)가 함께 회전하더라도 절대 각도 대비 변위를 측정하여 회전 수행부(220)가 지정된 절대방위를 바라 볼 수 있다.
가이드부(300)는 회전 결합부(200)에 결합되는 견인줄(310) 및 상기 견인줄의 타측에 연결되어 선택적으로 상기 견인줄을 감거나 푸는 윈치(320)를 포함하며, 수용부(100)의 무인 잠수정을 회수한다.
가이드부(300)는 운용함의 선상(30)에 위치하여, 무인 잠수정을 안전하게 회수하기 위한 신호를 주고 받을 수 있다.
견인줄(310)은, 상기 윈치 마운터의 양측에 고정되며, 연결 포트를 포함하여 상기 가이드부의 상기 조종 수상제어부와 신호 연동을 수행한다.
윈치(320)는 2개의 윈치로 구성되어 배의 절대 방위와 회수 장치의 회전 결합부(200)의 부력통 방위가 동일하게 유지되도록 한다.
가이드부(300)는 회전 결합부(200)에 제어 명령을 전송하는 조종 수상제어부(330)를 더 포함한다.
조종 수상제어부(330)는, 자세 제어부로 신호를 획득하고, 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송한다. 구체적으로, 조종 수상제어부(330)는 선상(30)에서 제어/구동 전원 연동 및 제어명령 전송, 신호 획득 등의 임무를 수행한다.
종래의 경우, 무인잠수정이 해수면에 표류 시, 조류/파도 등으로 인해 회수장치에 안착이 불가하지만 본 발명의 일 실시예에 따르면 조종 수상제어부(330)가 자세 제어부로 신호를 획득하고, 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송함으로써 회전 수행부의 회전으로 인해 수용부가 무인잠수정의 안착이 용이한 자세로 회전할 수 있으므로 조류와 파도에 상관없이 무인 잠수정 안착을 가능하게 할 수 있다.
또한, 조종 수상제어부(330)는 수상에 위치하지만, 회전 결합부(200)와 통신이 가능하여 수중에서의 상황을 확인할 수 있으므로 급변하는 해상 환경에서 무인 잠수정의 회수 조건을 변화시킬 수 있다.
조종 수상제어부(330)는 수밀 케이블(331)을 포함하여 선상에서 전원 및 제어 신호 등이 유선으로 연동 될 수 있도록 한다.
수밀 케이블(331)은 윈치 마운터(230)의 수밀케이블 연결 포트(231)와 연결된다.
조종 수상제어부(330)는 임의의 방위로 수동 제어를 수행하여 보다 안전한 무인잠수정 회수가 가능하다. 조종 수상제어부(330)는 유선연결 또는 무선연결을 통한 제어전원, 구동전원, 제어명령, 상태정보 등을 수상에서 제어/모니터링 할 수 있다.
도 2는 운용환경 예시 형상이다. 무인잠수정 등 수중운동체는 회수를 위해 양성부력으로 설계되는 경우가 대부분이며, 양성부력으로 떠 올랐을 때는 파도에 의한 영향을 많이 받기 때문에 자율운항이 가능한 무인잠수정의 경우 육안 확인이 가능한 수표면 5m 이내의 수중에서 회수를 진행하는 것이 안전하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 작동 과정을 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 무인잠수정의 회수 진로를 나타내며 임무 완료 후, RF 통신이나 수중통신으로 회수 경로를 전달받아 절대 방위 기준으로 회수장치의 방위를 정렬한다.
도 3의 (b), (c), (d)는 조류 등 해상 환경에 의해 운용함 및 회수장치의 각도가 틀어진 상황을 도시한다.
도 3의 (b)는 회수 진로 대비 약 15˚ 시계방향으로 틀어진 상황이며, 상부 부력통의 North Sensor 및 Gyro Sensor를 통해 기준 값 대비 변경각도를 감지한다.
도 3의 (c)와 같이 반시계방향으로 약 15˚를 이동하여 기준 값과의 변위가 0이 되도록 한다.
도 3의 (d)는 최종 정렬된 회수장치로 무인잠수정이 진입하는 형상이다.
각도를 조정할 때는 기준 값 대비 발생된 각도 변화량에 따라 조정속도를 가변한다. 각도가 클 경우는 빠른 속도록 이동을 하며, 변화량의 크기가 줄어들 수록 가변 속도를 감소시켜 0˚에 가까운 경우 아주 작은 속도로 제어를 수행한다. 이러한 루틴으로 자세 정보를 지속 업데이트하면서, 해상 환경에 따른 변화에 빠른 속도로 대처한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치(10)는 자세 제어부(210), 회전 수행부(220), 조종 수상제어부(330)를 포함한다.
자세 제어부(210)는 윈치 마운터의 하단에 위치하며, 자세 제어 기준값을 생성한다.
자세 제어부(210)는 검출 센서부(211), 기준값 생성부(213)를 포함한다.
검출 센서부(211)는 조류에 의해 상기 무인 잠수정이 회전하면 방위 변화를 감지한다.
검출 센서부(211)는 내부에 North Sensor와 Gyro Sensor를 탑재하는 것이 바람직하다.
기준값 생성부(213)는 검출 센서부로부터 검출된 감지 신호를 입력 받아 자세 제어 기준값을 계산하여 생성한다.
회전 수행부(220)는 자세 제어부(210) 하단에 위치하며, 상기 무인 잠수정의 요축 방향 회전을 수행한다.
회전 수행부(220)는 회전 각도 계산부(221), 모터 제어부(223)를 포함한다.
회전 각도 계산부(221)는 무인 잠수정의 회전 각도를 계산한다.
회전 각도 계산부(221)는 Pan Encoder를 장착하는 것이 바람직하며, 자세 제어부(210)의 부력통 대비 하부 회전체의 Yaw 방향 회전을 수행할 수 있도록 물리적인 각도 변화를 연산한다.
모터 제어부(223)는 무인 잠수정의 요축 방향 회전을 수행하도록 모터 구동 명령을 전송한다.
조종 수상제어부(330)는, 자세 제어부로 신호를 획득하고, 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송한다.
조종 수상제어부(330)는 오프셋 입력부(331), 초기 설정부(333), 제1 요축 설정부(335), 제2 요축 설정부(337), 진로 편차 계산부(339)를 포함한다.
오프셋 입력부(331)는 무인 잠수정의 초기 진수 시 상기 검출 센서부로부터 감지된 방위 변화를 방위 변화값으로 입력한다.
초기 설정부(333)는 상기 기준값 생성부로부터 계산된 상기 자세 제어 기준값을 입력하여 초기화 설정을 수행한다.
제1 요축 설정부(335)는 상기 자세 제어 기준값과 상기 회전 수행부의 상기 회전 각도를 더하여 제1 요축 제어값을 설정한다.
제2 요축 설정부(337)는 상기 제1 요축 제어값과 초기 진수 시 상기 방위 변화값을 더하여 제2 요축 제어값을 설정한다.
진로 편차 계산부(339)는 초기 진수 대비 발생되는 회수 진로 편차를 계산한다.
진로 편차 계산부(339)는 상기 회수 진로 편차를 극복하기 위한 편차 극복 값인 팬 컨트롤 값을 계산하여 상기 회전 각도 계산부에 전송한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 제어 관계를 나타낸 제어도이다.
도 5는 조종 수상제어부(330) 및 자세 제어부(210), 회전 수행부(220) 간의 전원/통신 구성도이다.
자세 제어부(210)는 윈치 마운터의 하단에 위치하며, 자세 제어 기준값을 생성한다.
자세 제어부(210)는 검출 센서부(211), 기준값 생성부(213)를 포함한다.
검출 센서부(211)는 조류에 의해 상기 무인 잠수정이 회전하면 방위 변화를 감지한다.
검출 센서부(211)는 내부에 North Sensor와 Gyro Sensor를 탑재하는 것이 바람직하다. 검출 센서부(211)는 회수 장치와 무인 잠수정의 움직임에 대한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 검출 센서부(211)는 물체의 방위 변화를 감지하는 자이로 센서, 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 가속도 센서, 및 시선 방향을 감지하는 외부 센서를 포함할 수 있다.
기준값 생성부(213)는 검출 센서부로부터 검출된 감지 신호를 입력 받아 자세 제어 기준값을 계산하여 생성한다.
여기서, Yaw 값(214)은 초기 전원 구동 시 North Sensor와 Gyro Sensor의 기준 값으로 초기화 되며 이후 변경되는 값을 출력하게 된다.
회전 수행부(220)는 자세 제어부(210) 하단에 위치하며, 상기 무인 잠수정의 요축 방향 회전을 수행한다.
회전 수행부(220)는 회전 각도 계산부(221), 모터 제어부(223)를 포함한다.
회전 각도 계산부(221)는 무인 잠수정의 회전 각도를 계산한다. 회전 각도 계산부(221)는 Pan Encoder를 장착하는 것이 바람직하며, 자세 제어부(210)의 부력통 대비 하부 회전체의 Yaw 방향 회전을 수행할 수 있도록 물리적인 각도 변화를 연산한다.
모터 제어부(223)는 무인 잠수정의 요축 방향 회전을 수행하도록 모터 구동 명령을 전송한다.
조종 수상제어부(330)는, 자세 제어부로 신호를 획득하고, 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송한다.
조종 수상제어부(330)는 오프셋 입력부(331), 초기 설정부(333), 제1 요축 설정부(335), 제2 요축 설정부(337), 진로 편차 계산부(339)를 포함한다.
오프셋 입력부(331)는 무인 잠수정의 초기 진수 시 상기 검출 센서부로부터 감지된 방위 변화를 방위 변화값으로 입력한다.
초기 설정부(333)는 상기 기준값 생성부로부터 계산된 상기 자세 제어 기준값을 입력하여 초기화 설정을 수행한다.
제1 요축 설정부(335)는 상기 자세 제어 기준값과 상기 회전 수행부의 상기 회전 각도를 더하여 제1 요축 제어값을 설정한다.
구체적으로, 자세 제어 기준값에 해당하는 Yaw 값(214)과 회전 수행부의 상기 회전 각도에 해당하는 Pan E 값(222)을 더하여 제1 요축 제어값(Yaw1)을 설정한다.
제2 요축 설정부(337)는 상기 제1 요축 제어값과 초기 진수 시 상기 방위 변화값을 더하여 제2 요축 제어값을 설정한다.
구체적으로, 제1 요축 제어값(Yaw1)과 방위 변화값에 해당하는 Offset값을 더하여 제2 요축 제어값(Yaw2)을 설정한다.
진로 편차 계산부(339)는 초기 진수 대비 발생되는 회수 진로 편차(Yaw CMD)를 계산한다.
진로 편차 계산부(339)는 상기 회수 진로 편차를 극복하기 위한 편차 극복 값인 팬 컨트롤 값(338)을 계산하여 상기 회전 각도 계산부에 전송한다.
구체적으로, 상기 도 3의 (a) 시점 대비 도 3의 (b) 시점의 편차 값을 계산하며, 예시에서는 15도로 계산된다.
여기서, 팬 컨트롤 값(Pan Ctrl)(338)은 편차 극복을 하기 위한 값이므로 -(Yaw CMD)인 것이 바람직하다. 자동모드에서는 본 값을 계산하면서 짐벌이 동일 방향을 바라볼 수 있다.
만일, 수동으로 각도를 조정하기 위해서는 offset 값을 조정하면 된다.
상기 도 3에 나타난 조류 등 해상 환경에 의해 운용함 및 회수장치의 각도가 틀어진 상황에서 도 3의 (a), (b), (c)에 따른 각 제어값은 표 1에 나타난 바와 같다.
Figure 112018096982434-pat00001
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법은 자세 제어부가 자세 제어 기준값을 생성하는 단계(S100)에서 시작한다.
단계 S110에서 검출 센서부가 조류에 의해 상기 무인 잠수정이 회전하면 방위 변화를 감지한다.
단계 S130에서 기준값 생성부가 상기 검출 센서부로부터 검출된 감지 신호를 입력 받아 자세 제어 기준값을 계산하여 생성한다.
단계 S200에서 조종 수상제어부가 상기 자세 제어부로 신호를 획득하고, 회전 수행부로 회전 제어 명령을 전송한다.
단계 S300에서 자세 제어부의 하단에 위치하는 회전 수행부가 요축 방향 회전을 수행한다.
여기서, 무인 잠수정의 요축 방향 회전 수행의 표현은 '무인 잠수정'의 각도를 회전 시킨다는 의미가 아니라 '무인　잠수정'과 '회수함(회수장치 포함)'간의 방위 편차 보정을 의미하는 것이다.
단계 S310에서 회전 각도 계산부가 상기 무인 잠수정의 회전 각도를 계산한다.
단계 S320에서 모터 제어부가 요축 방향 회전을 수행하도록 모터 구동 명령을 전송한다.
도 6에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 6에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 6은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법의 회전 제어 명령을 전송하는 단계를 나타낸 흐름도이다.
단계 S200에서 조종 수상제어부가 상기 자세 제어부로 신호를 획득하고, 회전 수행부로 회전 제어 명령을 전송한다.
단계 S210에서 오프셋 입력부가 상기 무인 잠수정의 초기 진수 시 상기 검출 센서부로부터 감지된 방위 변화를 방위 변화값으로 입력한다.
단계 S220에서 초기 설정부가 상기 기준값 생성부로부터 계산된 상기 자세 제어 기준값을 입력하여 초기화 설정을 수행한다.
단계 S230에서 제1 요축 설정부가 상기 자세 제어 기준값과 상기 회전 수행부의 상기 회전 각도를 더하여 제1 요축 제어값을 설정한다.
단계 S240에서 제2 요축 설정부가 상기 제1 요축 제어값과 초기 진수 시 상기 방위 변화값을 더하여 제2 요축 제어값을 설정한다.
단계 S250에서 진로 편차 계산부가 초기 진수 대비 발생되는 회수 진로 편차를 계산한다.
회수 진로 편차를 계산하는 단계(S250)는, 회수 진로 편차를 극복하기 위한 편차 극복 값인 팬 컨트롤 값을 계산하여 상기 회전 각도 계산부에 전송한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법에 있어서, 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령어들을 포함하는 비일시적(Non-Transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 기록되어 공랭식 환경 제어 방법을 포함한 동작들을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
10: 무인 잠수정 회수 장치
100: 수용부
200: 회전 결합부
210: 자세 제어부
220: 회전 수행부
230: 윈치 마운터
300: 가이드부
330: 조종 수상제어부

Claims (15)

  1. 무인 잠수정을 회수하는 무인 잠수정 회수 장치에 있어서,
    연결 고정링을 이용하여 상기 무인 잠수정을 수용하는 수용부;
    상기 수용부의 상단에 결합하고, 외부의 크레인에 연결되어 승하강하며, 상기 무인 잠수정과 상기 회수 장치 간의 방위 편차 보정을 수행하는 회전 결합부; 및
    상기 회전 결합부에 결합되는 견인줄 및 상기 견인줄의 타측에 연결되어 선택적으로 상기 견인줄을 감거나 푸는 윈치를 포함하여, 상기 수용부의 무인 잠수정을 회수하는 가이드부;를 포함하며,
    상기 회전 결합부는, 상기 가이드부의 상기 윈치와 연결된 견인줄을 고정시키는 윈치 마운터;
    상기 윈치 마운터의 하단에 위치하며, 상기 무인 잠수정이 전방을 주시하도록 자세 제어 기준값을 생성하는 자세 제어부; 및
    상기 자세 제어부 하단에 위치하며, 요축 방향 회전을 수행하는 회전 수행부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    상기 회전 결합부에 제어 명령을 전송하는 조종 수상제어부;를 더 포함하며,
    상기 조종 수상제어부는,
    상기 자세 제어부의 신호를 획득하고, 상기 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자세 제어부는,
    조류에 의해 상기 무인 잠수정이 회전하면 방위 변화를 감지하는 검출 센서부; 및
    상기 검출 센서부로부터 검출된 감지 신호를 입력 받아 자세 제어 기준값을 계산하여 생성하는 기준값 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전 수행부는,
    상기 무인 잠수정의 회전 각도를 계산하는 엔코더;
    상기 요축 방향 회전을 수행하도록 모터 구동 명령을 전송하는 모터 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조종 수상제어부는,
    상기 무인 잠수정의 초기 진수 시 상기 검출 센서부로부터 감지된 방위 변화를 방위 변화값으로 입력하는 오프셋 입력부;
    상기 기준값 생성부로부터 계산된 상기 자세 제어 기준값을 입력하여 초기화 설정을 수행하는 초기 설정부;
    상기 자세 제어 기준값과 상기 회전 수행부의 상기 회전 각도를 더하여 제1 요축 제어값을 설정하는 제1 요축 설정부; 및
    상기 제1 요축 제어값과 초기 진수 시 상기 방위 변화값을 더하여 제2 요축 제어값을 설정하는 제2 요축 설정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    초기 진수 대비 발생되는 회수 진로 편차를 계산하는 진로 편차 계산부;를 더 포함하며,
    상기 진로 편차 계산부는,
    상기 회수 진로 편차를 극복하기 위한 편차 극복 값인 팬 컨트롤 값을 계산하여 상기 엔코더에 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연결 고정링은,
    적어도 일부가 상기 무인 잠수정의 외측을 감싸는 형태의 스트랩을 포함하고,
    상기 스트랩이 상기 무인 잠수정을 지지하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자세 제어부는,
    조류의 수직력에 의해 작동하는 부력통; 및
    상기 부력통과 연결되어 상기 부력통의 수직력을 전달받는 동력 전달부재;를 포함하여, 상기 자세 제어부의 수직 자세를 유지하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 견인줄은, 상기 윈치 마운터의 양측에 고정되며,
    연결 포트를 포함하여 상기 가이드부의 상기 조종 수상제어부와 신호 연동을 수행하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치.
  11. 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법에 있어서,
    자세 제어부가 자세 제어 기준값을 생성하는 단계;
    상기 자세 제어부의 하단에 위치하는 회전 수행부가 상기 무인 잠수정과 상기 회수장치 간의 방위 편차 보정을 위한 요축 방향 회전을 수행하는 단계; 및
    조종 수상제어부가 상기 자세 제어부의 신호를 획득하고, 상기 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송하는 단계;를 포함하며,
    상기 자세 제어 기준값을 생성하는 단계는,
    검출 센서부가 조류에 의해 상기 무인 잠수정이 회전하면 방위 변화를 감지하는 단계; 및
    기준값 생성부가 상기 검출 센서부로부터 검출된 감지 신호를 입력 받아 자세 제어 기준값을 계산하여 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 요축 방향 회전을 수행하는 단계는,
    엔코더가 상기 무인 잠수정의 회전 각도를 계산하는 단계; 및
    모터 제어부가 요축 방향 회전을 수행하도록 모터 구동 명령을 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 자세 제어부의 신호를 획득하고, 상기 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송하는 단계는,
    오프셋 입력부가 상기 무인 잠수정의 초기 진수 시 상기 검출 센서부로부터 감지된 방위 변화를 방위 변화값으로 입력하는 단계;
    초기 설정부가 상기 기준값 생성부로부터 계산된 상기 자세 제어 기준값을 입력하여 초기화 설정을 수행하는 단계;
    제1 요축 설정부가 상기 자세 제어 기준값과 상기 회전 수행부의 상기 회전 각도를 더하여 제1 요축 제어값을 설정하는 단계; 및
    제2 요축 설정부가 상기 제1 요축 제어값과 초기 진수 시 상기 방위 변화값을 더하여 제2 요축 제어값을 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 자세 제어부의 신호를 획득하고, 상기 회전 수행부에 회전 제어 명령을 전송하는 단계는,
    진로 편차 계산부가 초기 진수 대비 발생되는 회수 진로 편차를 계산하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 회수 진로 편차를 계산하는 단계는,
    상기 회수 진로 편차를 극복하기 위한 편차 극복 값인 팬 컨트롤 값을 계산하여 상기 엔코더에 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 잠수정 회수 장치의 제어 방법.
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