KR102112098B1 - 해양운항체의 자율운항시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 본 발명에 따른 해양운항체의 자율운항시스템은, 해양운항체의 현재좌표와 목적지좌표를 비교하여 제1구동신호를 출력하는 제1제어기; 상기 현재좌표와 현재목표좌표를 비교하여 제2구동신호를 출력하는 제2제어기; 상기 제1구동신호와 상기 제2구동신호를 입력받아 연산하여 상기 해양운항체의 운항 경로를 제어하는 제3구동신호를 출력하는 구동신호 출력부; 및 상기 해양운항체의 좌측에 결합된 제1모터 및 우측에 결합된 제2모터로 구성되고, 상기 제3구동신호에 따라 상기 해양운항체가 상기 목적지좌표에 이상적 경로로 운항되도록 상기 제1 및 제2모터의 구동을 제어하는 구동부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 해양운항체에 별도의 센서가 없어 조류의 벡터값을 알 수 없는 경우에, 신경회로망을 통해 얻은 결과값을 이용하여 상기 해양운항체의 모터 회전속도를 제어하여 목적지까지 이상적 경로로 운항될 수 있다.

Description

해양운항체의 자율운항시스템 및 그 방법{An autonomous navigation system of unmanned surface vehicle and method thereof}
본 발명은 해양운항체의 자율운항시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 상기 해양운항체에 별도의 센서가 없어 조류의 벡터값을 알 수 없는 경우에, 신경회로망을 통해 얻은 결과값을 이용하여 상기 해양운항체의 모터 회전속도를 제어하여 목적지까지 이상적 경로로 운항되는 해양운항체의 자율운항시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
이동 플랫폼에서의 무인시스템(Unmanned System)은 장소에 따라 지상, 공중, 수상에서 이용될 수 있다. 최근에는 무인시스템들을 어떻게 활용할 것인가에 대하여 국내외에서 활발히 연구가 진행되고 있다.
무인시스템을 갖춘 해양운항체의 경우 다양한 용도로 사용하기 위해서는 자율운항 기능은 필수적이다. 그러나 수상에서의 자율운항은 지상에서의 자율주행과는 달리 조향에 있어서 환경적인 영향을 많이 받는다. 따라서, 지상에서의 자율주행을 하는 것과 동일한 방법으로 수상에서 자율운항을 한다면 해양운항체는 목적지까지 도달하는데 더 많은 시간이 걸릴 수 있다.
도 1을 참조하면, 해상의 경우에는 해양운항체(20)가 조류와 같은 환경영향을 받아 목적지까지 이동할 때 해양운항체(20)는 계속해서 조류의 벡터량 만큼 밀려나게되어 이상적 경로로 운항하지 못한다. 또한 종래의 자율운항시스템(10)은 고전적인 유도 알고리즘이나 일반 선형제어기로 GPS 등으로 위치를 보정해 가며 해양운항체(20)의 항해를 제어할 수 있지만, 변화해가는 환경을 실시간으로 예측하는 것이 아니라 현재 위치에서 목적지까지의 오차 정보만을 이용하기 때문에 도달 시간이 많이 소요되고, 출발지로부터 목적지까지 최단직선경로인 이상적 경로를 따라 운항하지 않는 문제점이 있었다.
한국공개특허 제10-2017-0064345호
본 발명은 해양운항체의 자율운항시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 해양운항체에 별도의 센서가 없어 조류의 벡터값을 알 수 없는 경우에, 신경회로망을 통해 얻은 결과값을 이용하여 상기 해양운항체의 모터 회전속도를 제어하여 목적지까지 이상적 경로로 운항되는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 해양운항체의 자율운항시스템은, 해양운항체의 현재좌표와 목적지좌표를 비교하여 제1구동신호를 출력하는 제1제어기; 상기 현재좌표와 현재목표좌표를 비교하여 제2구동신호를 출력하는 제2제어기; 상기 제1구동신호와 상기 제2구동신호를 입력받아 연산하여 상기 해양운항체의 운항 경로를 제어하는 제3구동신호를 출력하는 구동신호 출력부; 및 상기 해양운항체의 좌측에 결합된 제1모터 및 우측에 결합된 제2모터로 구성되고, 상기 제3구동신호에 따라 상기 해양운항체가 상기 목적지좌표에 이상적 경로로 운항되도록 상기 제1 및 제2모터의 구동을 제어하는 구동부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제2제어기는 상기 현재좌표와 상기 현재목표좌표 간의 위도차이가 발생될 때 상기 제2구동신호를 출력하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제2제어기는 신경회로망을 포함하고, 상기 신경회로망의 학습에 따라 상기 위도차이가 최소가 되도록 연산하여 상기 제2구동신호를 출력하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 해양운항체가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 우측에 위치된 경우에, 상기 구동부는 상기 제3구동신호에 따라 상기 제2모터를 상기 제1모터보다 빠르게 회전되도록 구동하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 해양운항체가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 좌측에 위치된 경우에, 상기 구동부는 상기 제3구동신호에 따라 상기 제1모터를 상기 제2모터보다 빠르게 회전되도록 구동하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 현재목표좌표를 기준으로 일정 범위의 위도 구간 값을 오프셋(offset)값으로 설정하고, 상기 제2제어기는 상기 현재좌표가 상기 오프셋값 범위를 벗어나는 경우 상기 제2구동신호를 출력하는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 해양운항체의 자율운항방법은, 해양운항체의 현재좌표와 목적지좌표를 비교하여 제1제어기에서 제1구동신호를 출력하는 단계; 상기 현재좌표와 현재목표좌표를 비교하여 제2제어기에서 제2구동신호를 출력하는 단계; 구동신호 출력부로 상기 제1구동신호 및 상기 제2구동신호가 입력되어 연산되고 제3구동신호를 출력하는 단계; 및 상기 제3구동신호를 입력받아 상기 해양운항체가 이상적 경로로 운항되도록 제1모터 및 제2모터를 포함하는 구동부를 제어하는 단계;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 현재좌표와 상기 현재목표좌표 간의 위도차이가 발생 될 때 상기 제2구동신호가 출력되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제2제어기는 신경회로망을 포함하고, 상기 신경회로망의 학습에 따라 상기 위도차이가 최소가 되도록 연산하여 상게 제2구동신호를 출력하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 해양운항체가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 우측에 위치된 경우에, 상기 구동부가 상기 제3구동신호에 따라 상기 제2모터를 상기 제1모터보다 빠르게 회전되도록 구동하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 해양운항체가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 좌측에 위치된 경우에, 상기 구동부가 상기 제3구동신호에 따라 상기 제1모터를 상기 제2모터보다 빠르게 회전되도록 구동하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 현재목표좌표를 기준으로 일정 범위의 위도 구간 값을 오프셋(offset)값으로 설정하고, 상기 현재좌표가 상기 오프셋값 범위를 벗어나는 경우 상기 제2구동신호를 출력하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 해양운항체에 별도의 센서가 없어 조류의 벡터값을 알 수 없는 경우에, 신경회로망을 통해 얻은 결과값을 이용하여 상기 해양운항체의 모터 회전속도를 제어하여 목적지까지 이상적 경로로 운항될 수 있다.
도 1은 종래기술의 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항제의 자율운항시스템을 도식화한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항체의 동작의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항체의 동작의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항체의 이동경로의 궤적들을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항체의 동작의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항제의 자율운항시스템을 도식화한 도면이다.
도 2를 참조하면, 해양에서 출발좌표로부터 설정된 목적지좌표로 자율운행을 하는 해양운항체의 자율운항시스템에 있어서, 상기 자율운항시스템은 GPS(100), 제어부(200) 및 구동부(300)를 포함하여 구성된다.
상기 GPS(100)는 상기 해양운항체(20)에 결합되어 상기 해양운항체(20)의 경도좌표 및 위도좌표를 실시간으로 수신한다.
상기 제어부(200)는 제1제어기(210) 및 제2제어기(220)를 포함하여 구성되고 병렬로 연결되며 상기 구동부(300)를 제어한다.
상기 제1제어기(210)는 주 제어기로, 현재좌표와 목적지좌표를 비교하여 제1구동신호를 출력한다.
상기 제2제어기(220)는 부 제어기로, 현재좌표와 현재목표좌표를 비교하여 제2구동신호를 출력한다. 상기 제2제어기(220)는 실제 모델링에서 생기는 오차 혹은 바람, 조류와 같은 다른 외부적 환경 요소에 대한 오차를 근사화하는 제어기로 신경회로망이 사용될 수 있다. 여기에서 사용되는 상기 제2제어기(220)는 상기 제1제어기(210)와 병렬 구조로 사용되어 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(희망 궤적)을 벗어난 경우만 사용되어 부가적인 제어입력을 생성한다.
상기 현재목표좌표는 출발좌표와 설정된 목적지좌표를 잊는 직선으로 해양운항체(20)가 자율운항하게 될 이상적 경로 상에서 현재 시점에 예상된 좌표를 의미한다.
보다 구체적으로, 좌표평면상에서 현재 해양운항체(20)의 경도좌표에서 상기 출발좌표와 설정된 목적지좌표를 잊는 직선이 만나는 좌표이다.
상기 제어부(200)는 구동신호 출력부(250)를 더 포함하고, 상기 구동신호 출력부(250)는 상기 제1구동신호와 상기 제2구동신호를 입력받아 연산하고, 제3구동신호를 출력한다.
상기 구동부(300)는 제1모터(310) 및 제2모터(320)를 포함하여 구성된다. 상기 제1모터(310)는 상기 해양운항체(20) 좌측 후미에 결합되고, 상기 제2모터(320)는 상기 해양운항체(20) 우측 후미에 결합된다.
상기 출력된 제3구동신호는 상기 구동부(300)로 입력되어 상기 해양운항체(20)가 상기 목적지좌표에 이상적 경로로 운항되도록 상기 제1모터(310) 및 상기 제2모터(320)를 구동시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항체의 동작의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 해양운항체(20)가 a좌표에서 목적지좌표로 자율운항 하는 경로에 있어서, a좌표와 목적지좌표를 잊는 최단직선이 이상적 경로(40)가 된다. 실제 모델링에서 생기는 오차 혹은 바람, 조류와 같은 다른 외부적 환경 요소에 의해 상기 해양운항체(20)는 이상적 경로(40)로 운항되지 못하고 어느 시점에 b좌표에 이르게 된다. 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)를 벗어남에 따라 제2제어기(220)가 동작하게 되고, 상기 제1제어기(210)로부터 출력되는 제1구동신호와 제2제어기(220)에서 출력되는 제2구동신호가 구동신호 출력부(250)로 입력되고, 상기 구동신호 출력부(250)로부터 제3구동신호가 출력되어, 상기 제3구동신호에 따라 b좌표에 있는 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)로 수렴하게끔 구동부(300)가 동작된다.
보다 구체적으로, 상기 해양운행체(10)가 상기 이상적 경로(40)의 오른쪽에 위치하게 된 경우, 즉, 상기 해양운항체(20)가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 우측에 위치하게 된 경우, 상기 구동부(300)의 제2모터(320)를 제1모터(310)보다 더 빠르게 구동시켜 상기 해양운항체(20)가 상기 이상적 경로(40)로 수렴하게끔 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항체의 동작의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 해양운항체(20)가 a'좌표에서 목적지좌표로 자율운항 하는 경로에 있어서, a'좌표와 목적지좌표를 잊는 최단직선이 이상적 경로(40)가 된다. 실제 모델링에서 생기는 오차 혹은 바람, 조류와 같은 다른 외부적 환경 요소에 의해 상기 해양운항체(20)는 이상적 경로(40)로 운항되지 못하고 어느 시점에 b'좌표에 이르게 된다. 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)를 벗어남에 따라 제2제어기(220)가 동작하게 되고, 상기 제1제어기(210)로부터 출력되는 제1구동신호와 제2제어기(220)에서 출력되는 제2구동신호가 구동신호 출력부(250)로 입력되고, 상기 구동신호 출력부(250)로부터 제3구동신호가 출력되어, 상기 제3구동신호에 따라 b'좌표에 있는 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)로 수렴하게끔 구동부(300)가 동작된다.
보다 구체적으로, 상기 해양운행체(10)가 상기 이상적 경로(40)의 왼쪽에 위치하게 된 경우, 즉 상기 해양운항체(20)가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 좌측에 위치하게 된 경우, 상기 구동부(300)의 제1모터(310)를 제2모터(320)보다 더 빠르게 구동시켜 상기 해양운항체(20)가 상기 이상적 경로(40)로 수렴하게끔 할 수 있다.
보다 구체적으로, 여러 개의 층으로 이루어진 상기 제2제어기(220)인 신경회로망의 한 층은 여러 개의 노드로 이루어진다. 노드에서는 실제로 연산이 일어나는데, 이 연산 과정은 인간의 신경망을 구성하는 뉴런에서 일어나는 과정을 모사하도록 설계되어있다. 노드는 일정 크기 이상의 자극을 받으면 반응을 하는데, 그 반응의 크기는 입력값과 노드의 계수(또는 가중치)를 곱한 값과 대략 비례한다. 일반적으로 노드는 여러 개의 입력을 받으며 입력의 갯수 만큼 계수를 가지고 있다. 따라서 이 계수를 조절함으로써 여러 입력에 다른 가중치를 부여할 수 있다. 모든 계수는 학습 과정에서 계속 조금씩 변하는데, 결과적으로 각 노드가 어떤 입력을 중요하게 여기는지를 반영한다. 그리고 신경망의 '학습(training)'은 이 계수를 업데이트하는 과정이다. 일 실시 예로 역전파 알고리즘은 Levenbeg-Marquard backpropagation을 이용할 수 있다.
도 3의 b좌표와 c좌표, 도 4의 b'좌표와 c'좌표를 잊는 직선은 상기 해양운항체(20)의 현재좌표와 현재목표좌표의 위도 차이로, 신경망의 학습에 따라 상기 위도 차이가 최소가 되도록 상기 제2제어기(220)내에서 연산을 하여 제2구동신호를 출력하게된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항체의 동작의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 5을 참조하면, 출발좌표에서 목적지좌표까지 실제 모델링에서 생기는 오차 혹은 바람, 조류와 같은 다른 외부적 환경 요소가 없다면 이상적 경로(40)를 통하여 해양운항체(20)가 운행한다.
그러나, 실제 모델링에서 생기는 오차 혹은 바람, 조류와 같은 다른 외부적 환경 요소가 존재하고, 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)를 이탈하므로, 제어부(200)의 동작에 따라 제1경로(41), 제2경로(42) 중 어느 하나로 해양운항체(20)가 자율운행하게 된다.
상기 제1경로(41)는 현재좌표와 목적지좌표만 비교하는 제1제어기(210)만 동작한 경우이고, 상기 제2경로(42)는 신경회로망을 이용한 제2제어기(220)가 상기 제1제어기(210)와 병렬하여 동작한 경우이다. 상기 제1경로(41) 보다 상기 제2경로(42)를 따라 상기 해양운항체(20)가 움직일 때, 더 빨리 목적지에 도달할 수 있었고, 상기 출발좌표와 상기 목적지좌표를 잊는 이상적 경로(40)에 수렴하여 운항하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양운항체의 동작의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
상기 도 5와 같이 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)에 수렴하여 운항할 때, 채터링(chattering)현상이 일어나게 된다. 채터링 현상은 상기 해양운항체(20) 이상적 경로(40)로 수렴하기 위해 회전이 잦아지는 현상을 말하며, 채터링 현상이 커지면 목적지로 도달하는 시간이 길어지게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 채터링 현상을 줄이기 위해 오프셋(offset)값(△y)을 설정할 수 있다. 상기 오프셋(offset)값(△y)은 이상적 경로(40)를 기준으로 일정범위의 위도 구간 값을 말한다. 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)에 근접했을 때, 채터링 현상을 감소시키기 위하여 오프셋(offset)값(△y)을 설정할 수 있고, 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)로부터 위도 차이가 오프셋(offset)값(△y) 범위에 있을 때도 이상적 경로(40)로 운행한다고 판단한다.
보다 구체적으로, 해양운항체(20)의 현재좌표가 a좌표인 경우, a좌표에서 상기 현재좌표와 현재목표좌표의 위도 차이는 오프셋(offset)값(△y) 범위 외로, 도3과 같이 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40) 오른쪽에 있는 경우이므로, 제1제어기(210) 및 제2제어기(220)가 모두 동작하여 각각 제1구동신호 및 제2구동신호를 출력하고, 상기 제1구동신호 및 제2구동신호는 구동신호 출력부(250)로 입력되어 제3구동신호를 출력하고, 상기 제3구동신호는 구동부(300)로 입력되어 제2모터(320)를 제1모터(310)보다 빠르게 구동하여 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)로 수렴할 수 있도록 한다.
마찬가지로, 해양운항체(20)의 현재좌표가 c좌표인 경우, c좌표에서 상기 현재좌표와 현재목표좌표의 위도 차이는 오프셋값(△y) 범위 외로, 도 4와 같이 상기 해양운항체(20)가 상기 이상적 경로(40) 왼쪽에 있는 경우이므로, 제1제어기(210) 및 제2제어기(220)가 모두 동작하여 각각 제1구동신호 및 제2구동신호를 출력하고, 상기 제1구동신호 및 제2구동신호는 구동신호 출력부(250)로 입력되어 제3구동신호를 출력하고, 상기 제3구동신호는 구동부(300)로 입력되어 상기 제1모터(310)를 상기 제2모터(320)보다 빠르게 구동하여 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)로 수렴할 수 있도록 한다.
또한, 해양운항체가(10)의 현재좌표가 b좌표인경우, 상기 b좌표의 위도좌표와 상기 b좌표의 현재목표좌표의 위도 차이는 오프셋값(△y) 범위 내로, 이상적 경로(40)로 운항하고 있다고 판단한다. 따라서, 제2제어기(220)는 동작하지 않고, 상기 해양운항체(20)는 제1제어기(210)만 동작에 따라 구동부(300)를 동작시켜 상기 해양운항체(20)가 운항한다.
해양에서 출발좌표로부터 설정된 목적지좌표로 자율운행을 하는 해양운항체의 자율운항방법에 있어서, 먼저 해양운항체(20)의 현재좌표와 목적지좌표를 비교하여 제1제어기(210)에서 제1구동신호를 출력하는 단계;가 수행된다.
이어서, 상기 현재좌표와 현재목표좌표를 비교하여 제2제어기(220)에서 제2구동신호를 출력하는 단계;가 수행된다.
상기 제2제어기(220)는 부 제어기로, 현재좌표와 현재목표좌표를 비교하여 제2구동신호를 출력한다. 상기 제2제어기(220)는 실제 모델링에서 생기는 오차 혹은 바람, 조류와 같은 다른 외부적 환경 요소에 대한 오차를 근사화하는 제어기로 신경회로망이 사용될 수 있다. 여기에서 사용되는 상기 제2제어기(220)는 상기 제1제어기(210)와 병렬 구조로 사용되어 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(희망 궤적)을 벗어난 경우만 사용되어 부가적인 제어입력을 생성한다.
이어서, 구동신호 출력부(250)로 상기 제1구동신호 및 상기 제2구동신호가 입력되어 연산되고 제3구동신호를 출력하는 단계; 가 수행된다.
일 실시 예로 상기 현재좌표와 상기 현재목표좌표 간의 위도차이가 발생 될 때 상기 제2구동신호가 출력될 수 있다.
이어서, 상기 제3구동신호를 입력받아 상기 해양운항체(20)가 이상적 경로(40)로 운항되도록 제1모터(310) 및 제2모터(320)를 포함하는 구동부(300)를 제어하는 단계;가 수행된다.
일 실시 예로, 상기 해양운항체(20)가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 우측에 위치된 경우에, 상기 구동부(300)가 상기 제3구동신호에 따라 상기 제2모터(220)를 상기 제1모터(210)보다 빠르게 회전되도록 구동시킬 수 있다.
다른 실시 예로, 상기 해양운항체(20)가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 좌측에 위치된 경우에, 상기 구동부(300)가 상기 제3구동신호에 따라 상기 제1모터(310)를 상기 제2모터(320)보다 빠르게 회전되도록 구동시킬 수 있다.
또 다른 실시 예로, 상기 현재목표좌표를 기준으로 일정 범위의 위도 구간 값을 오프셋(offset)값(△y)으로 설정하고, 상기 현재좌표가 상기 오프셋값(△y) 범위를 벗어나는 경우 상기 제2구동신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
20 해양운항체 40 이상적 경로
41 제1경로 42 제2경로
100 GPS 200 제어부
210 제1제어기 220 제2제어기
250 구동신호 출력부 300 구동부
310 제1모터 320 제2모터

Claims (12)

  1. 해양운항체의 현재좌표와 목적지좌표를 비교하여 제1구동신호를 출력하는 제1제어기;
    상기 현재좌표와 현재목표좌표를 비교하여 제2구동신호를 출력하는 제2제어기;
    상기 제1구동신호와 상기 제2구동신호를 입력받아 연산하여 상기 해양운항체의 운항 경로를 제어하는 제3구동신호를 출력하는 구동신호 출력부; 및
    상기 해양운항체의 좌측에 결합된 제1모터 및 우측에 결합된 제2모터로 구성되고, 상기 제3구동신호에 따라 상기 해양운항체가 상기 목적지좌표에 이상적 경로로 운항되도록 상기 제1 및 제2모터의 구동을 제어하는 구동부를 포함하고,
    상기 현재목표좌표는 출발좌표와 상기 목적지좌표를 잊는 직선으로 상기 해양운항체가 자율운항하게 될 상기 이상적 경로 상에서 현재 시점에 예상된 좌표이고,
    상기 현재목표좌표를 기준으로 일정 범위의 위도 구간을 오프셋(offset)값으로 설정하고,
    상기 제2제어기는 상기 현재좌표가 상기 오프셋값을 벗어나는 경우에만 상기 제2구동신호를 출력하고,
    상기 제2제어기는 외부적 환경 요소에 대한 오차를 근사화하기 위해 신경회로망을 포함하고, 상기 신경회로망의 학습에 따라 상기 해양운항체가 상기 이상적 경로로 운항되도록 상기 제2구동신호를 출력하며,
    상기 신경회로망은 여러 개의 노드로 구성되고, 상기 학습은 상기 노드의 계수를 업데이트하는 과정이고,
    상기 해양운항체가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 우측에 위치된 경우에,
    상기 구동부는 상기 제3구동신호에 따라 상기 제2모터를 상기 제1모터보다 빠르게 회전되도록 구동하고,
    상기 해양운항체가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 좌측에 위치된 경우에,
    상기 구동부는 상기 제3구동신호에 따라 상기 제1모터를 상기 제2모터보다 빠르게 회전되도록 구동하는 해양운항체의 자율운항시스템.
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  7. 해양운항체의 현재좌표와 목적지좌표를 비교하여 제1제어기에서 제1구동신호를 출력하는 단계;
    상기 현재좌표와 현재목표좌표를 비교하여 제2제어기에서 제2구동신호를 출력하는 단계;
    구동신호 출력부로 상기 제1구동신호 및 상기 제2구동신호가 입력되어 연산되고 제3구동신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제3구동신호를 입력받아 상기 해양운항체가 이상적 경로로 운항되도록 제1모터 및 제2모터를 포함하는 구동부를 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 현재목표좌표는 출발좌표와 상기 목적지좌표를 잊는 직선으로 상기 해양운항체가 자율운항하게 될 상기 이상적 경로 상에서 현재 시점에 예상된 좌표이고,
    상기 현재목표좌표를 기준으로 일정 범위의 위도 구간을 오프셋(offset)값으로 설정하고,
    상기 제2제어기는 상기 현재좌표가 상기 오프셋값을 벗어나는 경우에만 상기 제2구동신호를 출력하고,
    상기 제2제어기는 외부적 환경 요소에 대한 오차를 근사화하기 위해 신경회로망을 포함하고, 상기 신경회로망의 학습에 따라 상기 해양운항체가 상기 이상적 경로로 운항되도록 상기 제2구동신호를 출력하며,
    상기 신경회로망은 여러 개의 노드로 구성되고, 상기 학습은 상기 노드의 계수를 업데이트하는 과정이고,
    상기 해양운항체가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 우측에 위치된 경우에,
    상기 구동부가 상기 제3구동신호에 따라 상기 제2모터를 상기 제1모터보다 빠르게 회전되도록 구동하고,
    상기 해양운항체가 이동하는 방향을 기준으로 상기 현재목표좌표로부터 좌측에 위치된 경우에,
    상기 구동부가 상기 제3구동신호에 따라 상기 제1모터를 상기 제2모터보다 빠르게 회전되도록 구동하는 해양운항체의 자율운항방법.


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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000302098A (ja) * 1999-04-20 2000-10-31 Japan Marine Sci & Technol Center 自動方位設定方法とその装置
JP2002321690A (ja) * 2001-04-27 2002-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 相対的浮体運動システム、２浮体間運動制御回路及びシミュレータ
JP2003127983A (ja) * 2001-10-30 2003-05-08 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 自律型水中航走体の航走制御装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7483868B2 (en) * 2002-04-19 2009-01-27 Computer Associates Think, Inc. Automatic neural-net model generation and maintenance
KR102467138B1 (ko) 2015-12-01 2022-11-15 대우조선해양 주식회사 운항체의 자율운항시스템 및 그 제어방법
KR101799216B1 (ko) * 2016-12-19 2017-11-17 (주)코마린 해양 내비게이션 장치 및 항로 제공 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000302098A (ja) * 1999-04-20 2000-10-31 Japan Marine Sci & Technol Center 自動方位設定方法とその装置
JP2002321690A (ja) * 2001-04-27 2002-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 相対的浮体運動システム、２浮体間運動制御回路及びシミュレータ
JP2003127983A (ja) * 2001-10-30 2003-05-08 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 自律型水中航走体の航走制御装置

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