KR102311747B1 - Intelligent Squid Automatic Jigging machine that respond to the movement of fishing boats - Google Patents

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배재현
박창두
차봉진
김병관
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Abstract

The present invention relates to an intelligent jigging machine responding to movement of fishing boats, which comprises: a body unit having a rotating shaft rotating a winding drum of an automatic jigging machine for catching fishing; a motor unit connected to the rotating shaft to provide rotational force; an acceleration sensor measuring the change of position and speed according to the vertical and horizontal linear and rotational movements of the fishing boat; and a control unit receiving movement data related to a change in position and speed measured from the acceleration sensor and controlling the driving of the motor unit to adjust the speed of winding or unwinding a fishing line.

Description

어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기{Intelligent Squid Automatic Jigging machine that respond to the movement of fishing boats}Intelligent Squid Automatic Jigging machine that respond to the movement of fishing boats

본 발명은 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파도나 운항에 따른 어선의 움직임을 측정하고 이에 반응하여 조획기의 양승 속도를 조절함으로써, 어획물의 탈락과 낙시 얽힘을 방지할 수 있는 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기에 관한 것이다.The present invention relates to an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel, and more particularly, measures the movement of a fishing vessel according to waves or operation and adjusts the lifting speed of the catcher in response thereto, thereby preventing the dropout and entanglement of catches. It is about an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel that can be prevented.

오징어 등의 어류의 채낚기 어선의 파도나 운항에 따른 운동은 조업 중 투양승 과정에서 속도에 영향을 주게 된다. 즉 선박의 동요는 낚시줄을 감거나 푸는 속도에 영향을 주어 과도한 부하 발생시 어획물의 탈락이나 줄의 엉킴 등 조업에 많은 영향을 주게 된다. 일반적으로 수동 조획기는 어업인이 적절히 조획기의 회전 속도를 조절하여 선박의 동요에 따른 영향을 상쇄시킬 수 있다. 반면 자동 조획기는 이에 따른 제어가 곤란하고 최근 개발된 장비에서는 가속도 센서를 이용하여 제어가 가능한 것으로 되어 있으나 여전히 반응 속도나 어획 성능 면에서 사람이 직접 제어하는 것에 못 미치고 있는 문제점이 있다.The movement of the waves or operation of the fishing vessel for catching fish such as squid affects the speed during the hoisting process during fishing. In other words, the sway of the ship affects the speed of winding or unwinding the fishing line, and when an excessive load occurs, the fishing is greatly affected, such as the loss of catch or tangling of the line. In general, the manual catcher can offset the effect of the ship's agitation by appropriately adjusting the rotational speed of the fisherman. On the other hand, the automatic catcher is difficult to control, and the recently developed equipment can be controlled using an acceleration sensor, but there is a problem that it is still inferior to that of a human control in terms of reaction speed and fishing performance.

대한민국 등록특허 제10-1184889호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1184889 대한민국 등록특허 제10-1370603호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1370603

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 문제점을 해결하여 본 연구에서는 어선의 운동에 대한 반응 속도가 우수하며, 어획 성능이 개선된 제어 알고리즘을 통해 가속도 센서를 이용한 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기를 제공하는데 있다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the above problems, and in this study, the reaction speed to the movement of the fishing boat is excellent, and the intelligent fishing boat that responds to the movement of the fishing boat using the acceleration sensor through the control algorithm with improved fishing performance It provides breakthroughs.

상기의 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기는 채낚기용 자동 조획기의 권취 드럼을 회전시키는 회전축을 갖는 몸체부, 상기 회전축에 연결되어 회전력을 제공해 주는 모터부, 어선의 상하 좌우 직선 및 회전 운동에 따른 위치 및 속도 변화를 측정하는 가속도 센서, 그리고, 상기 가속도 센서로부터 측정된 위치 및 속도 변화에 관한 움직임 데이터를 전송받아 상기 모터부의 구동을 제어하여 낚시줄을 감거나 푸는 속도를 조절하는 제어부를 포함한다.Intelligent catcher that responds to the motion of a fishing boat according to the present invention for solving the above problem is a body portion having a rotating shaft for rotating the winding drum of the automatic catcher for catching fishing, a motor unit connected to the rotating shaft to provide rotational force, fishing vessel An acceleration sensor that measures changes in position and speed according to vertical and horizontal linear and rotational movements of It includes a control unit for adjusting the unwinding speed.

상기 모터부는 BLDC 모터로 구성될 수 있다.The motor unit may be configured as a BLDC motor.

상기 BLDC 모터는 고정자 전압을 입력받아 고정자 전류 및 회전자 속도를 출력하며, BLDC 모터에 인가되는 전류를 측정하여 BLDC 모터 발생 토크를 계산할 수 있으며, 정속 운전을 위해서는 토크에 따른 전류 값이 변하게 되므로 이를 이용하여 센서 리스 속도 제어가 가능하다.The BLDC motor receives the stator voltage and outputs the stator current and the rotor speed, and by measuring the current applied to the BLDC motor, the BLDC motor generated torque can be calculated. sensorless speed control is possible.

상기 제어부는 현재 지능형 조획기의 구동과 관련된 정보를 표시하는 표시부 및 각종 제어 신호를 수동으로 수동으로 입력 가능한 입력부를 더 포함할 수 있다.The control unit may further include a display unit for displaying information related to the driving of the current intelligent chopper and an input unit capable of manually inputting various control signals manually.

상기 가속도 센서는 6축 가속도센서를 사용하며, 상기 제어부는 마이크로 컨트롤러를 이용하여 Z축 방향의 진동을 심플 칼만 필터를 적용하여 노이즈를 제거할 수 있다.The acceleration sensor uses a 6-axis acceleration sensor, and the control unit may remove noise by applying a simple Kalman filter to vibration in the Z-axis direction using a microcontroller.

상기 제어부는 모터 서보제어 전용의 MCU(Micro Controller Unit)를 사용하여 속도 제어 주파수 200Hz, 제어 주기 5ms로 제어가 가능할 수 있다.The control unit may be controlled using an MCU (Micro Controller Unit) dedicated to motor servo control at a speed control frequency of 200 Hz and a control period of 5 ms.

이상과 같이 본 발명에 따른 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기에 의하면, 어선의 운동에 대한 반응 속도가 우수하며, 어획 성능이 개선된 제어 알고리즘을 통해 3축 가속도 센서를 이용한 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기를 제공할 수 있다.As described above, according to the intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention according to the present invention, the reaction speed to the movement of the fishing vessel is excellent, and the fishing vessel using a 3-axis acceleration sensor through a control algorithm with improved fishing performance It is possible to provide an intelligent catcher that responds to the movement of

도 1 및 2는 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 결합사시도 및 내부 투시도,
도 3은 도 1의 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 종단면도,
도 4는 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 요부 구성 블록도,
도 5는 3축 가속도 선세를 이용한 어선의 운동량 측정 그래프,
도 6은 가속도 운동 계측 수심(상)), 어선과 원줄의 가속도(하) 그래프,
도 7은 바이어스 추정 칼만 필터 시스템 모델 알고리즘 순서도,
도 8은 칼만 필터를 이용한 노이즈 제거 최적값 도출 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 제어부 블록도,
도 10은 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 모터부 일체형 제어기 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 전용 모터 드리이버 실물 사진,
도 12는 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 통합 제어 시스템 제어 알고리즘 순서도, 그리고,
도 13은 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 통합 제어 시스템 GUI 장비 설정(좌) 및 장비 운영(우) 설명도이다.
1 and 2 are a combined perspective view and an internal perspective view of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention;
Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view of the intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel according to the present invention of Figure 1;
4 is a block diagram of the main part of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention;
5 is a graph of measuring the momentum of a fishing vessel using a three-axis acceleration line;
6 is an acceleration motion measurement water depth (upper), an acceleration (lower) graph of a fishing boat and a line,
7 is a flow chart of the bias estimation Kalman filter system model algorithm;
8 is a graph of deriving an optimal value for noise removal using a Kalman filter;
9 is a control block diagram of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention;
10 is a block diagram of a motor unit integrated controller of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention.
11 is a real photo of a dedicated motor driver of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention;
12 is a flowchart of an integrated control system control algorithm of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention;
13 is an explanatory diagram of the integrated control system GUI equipment setting (left) and equipment operation (right) of the intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel according to the present invention.

본 발명의 실시예들에 관한 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.Specific details regarding the embodiments of the present invention are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예는 본 발명의 이상적인 사시도, 투시도, 종단면도, 블록도, 순서도, 설명도 및 그래프를 참고하여 설명될 것이다.Like reference numerals refer to like elements throughout. The embodiments described herein will be described with reference to ideal perspective views, perspective views, longitudinal sectional views, block diagrams, flowcharts, explanatory drawings and graphs of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면 도 1 내지 도 13을 참고하여 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings 1 to 13 will be described in detail with respect to the intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel according to the present invention.

도 1 및 2는 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 결합사시도 및 내부 투시도, 도 3은 도 1의 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 종단면도, 그리고, 도 4는 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 요부 구성 블록도이다.1 and 2 are a combined perspective view and an interior perspective view of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention, Figure 4 is a block diagram of the main part of the intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel according to the present invention.

본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 오징어 등을 낚는데 사용하는 채낚기용 조획부(100) 및 모터부(210), 가속도 센서(212), 제어부(230) 및 인버터(250)를 포함한다.The intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel according to the present invention, as shown in FIGS. 1 to 4, the catcher 100 and the motor unit 210 for catching squid used for catching squid, and the acceleration sensor 212 , a control unit 230 and an inverter 250 .

조획부(100)는 몸체부(105)의 양측에 배치된 권취 드럼(110)을 포함한다.The snatching portion 100 includes a winding drum 110 disposed on both sides of the body portion 105 .

권취 드럼(100)은 세로 소정 간격을 두고 마주하는 한쌍의 권취 휠(112)과 권취 휠(112)의 몸쳄부(105)의 중앙을 수평 방향으로 관통 연장되어 권취 휠(112)을 회전시키는 회전축(114)과 소정 간격으로 양 귄취 휠(112)에 수직 방향으로 양단이 결합되어 낚시줄이 감기는 복수개의 낚시줄 감김 프레임(116)을 포함한다.The winding drum 100 extends through the center of a pair of winding wheels 112 and the body 105 of the winding wheel 112 facing each other at a predetermined vertical distance in the horizontal direction to rotate the winding wheel 112 . It includes a plurality of fishing line take-up frames 116 in which both ends are coupled in the vertical direction to both the take-up wheels 112 at a predetermined interval with the 114 and the fishing line is wound.

모터부(210)는 상기 회전축(220)에 연결되어 언선의 운동에 반응하여 자동으로 조절된 회전력을 제공해 주며 본 실시예에서 모터부(210)는 200W 무기어 축형 BLDC 모터를 사용하였다. 모터부(210)의 BLDC 모터는 고정자 전압을 입력받아 고정자 전류 및 회전자 속도를 출력하는 시스템이다. 그러므로 BLDC 모터에 인가되는 전류를 도 8과 같이 측정하여 BLDC 모터 발생 토크를 계산할 수 있으며, 정속 운전을 위해서는 토크에 따른 전류 값이 변하게 되므로 이를 이용하여 센서 리스 속도 제어가 가능함을 알 수 있다. The motor unit 210 is connected to the rotation shaft 220 to provide an automatically adjusted rotational force in response to the movement of the tongue, and the motor unit 210 uses a 200W gearless shaft type BLDC motor in this embodiment. The BLDC motor of the motor unit 210 is a system that receives a stator voltage and outputs a stator current and a rotor speed. Therefore, it is possible to calculate the torque generated by the BLDC motor by measuring the current applied to the BLDC motor as shown in FIG. 8, and since the current value according to the torque is changed for constant speed operation, it can be seen that sensorless speed control is possible using this.

BLDC(Brushless DC Motor) 모터는 DC모터에서 브러시 즉 정류자 등 기계적인 접촉부를 없애고 이것을 전자적인 정류 기구를 설치한 직류 모터를 말하여 무정류자 모터라고도 한다. BLDC (Brushless DC Motor) motor refers to a DC motor in which a mechanical contact such as a brush or commutator is removed from the DC motor and an electronic commutation mechanism is installed.

가속도 센서(212)는 어선의 상하 좌우 진선 및 회전 운동에 따른 위치 및 속도 변화를 측정한 움직임 데이터를 제어부(230)로 전송한다.The acceleration sensor 212 transmits the movement data measuring the position and speed change according to the vertical and horizontal straight line and rotational movement of the fishing vessel to the controller 230 .

제어부(230)는 상기 가속도 센서(212)가 측정한 어선의 움직임 데이터를 바탕으로 상기 모터부(210)의 구동 RPM을 제어하여 권치 드럼(110)을 이용하여 낚시줄을 감거나 푸는 속도를 적절히 조절함으로써 낚시줄에 과도한 부하 발생을 방지하여 어획물의 탈락이나 줄의 엉킴 등을 방지하도록 상기 모터부(210)의 구동 RPM을 제어하며, 현재 지능형 조획기의 구동과 관련된 정보를 표시하는 표시부(232) 및 여러 제어 신호를 수동으로 입력 가능한 입력부(234)를 포함한다. 또한 상기 제어부(230)는 마이크로 컨트롤러를 이용하여 Z축 방향의 진동을 심플 칼만 필터를 적용하여 노이즈를 제거할 수 있다.The control unit 230 controls the driving RPM of the motor unit 210 based on the movement data of the fishing vessel measured by the acceleration sensor 212 to appropriately adjust the speed of winding or unwinding the fishing line using the winding drum 110 . Controls the driving RPM of the motor unit 210 to prevent excessive load on the fishing line by adjusting the fishing line to prevent dropping of catch or tangling of the line, and a display unit 232 for displaying information related to the operation of the current intelligent catcher. ) and an input unit 234 capable of manually inputting various control signals. Also, the controller 230 may remove noise by applying a simple Kalman filter to vibration in the Z-axis direction using a microcontroller.

인버터부(250)는 제어부(210)의 게이팅 신호에 따라 PWM 제어 방식을 통해 모터부(210)에 특정 펄스폭과 주파수의 구동 전압을 인가한다.The inverter unit 250 applies a driving voltage of a specific pulse width and frequency to the motor unit 210 through a PWM control method according to the gating signal of the control unit 210 .

이러한 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기는 선박의 동요가 수중의 낚시에 미치는 영향을 제어하기 위해 가속도 센서에 의한 실시간 측정과 속도제어가 매우 중요하다. 즉 양승 중 어선의 동요는 자동 조획기의 양승 속도에 영향을 주게 되며 어획물의 탈락과 낚시 얽힘에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 근해 채낚기 조업 시 어선의 운동을 측정하기 위하여 실제 경북 포항(구룡포항) 선적 29톤급 근해 오징어 채낚기 어선을 이용하여 총 3회 현장 계측 시험을 실시하였다. 본 발명에 따른 3축 가속도계(GDX-ACC, Vernier)인 가속도 센서(212)를 선박의 선수 갑판 가운데 지점과 좌현 현측 자동 조획기 위에 설치하고 어선 운동 성분 중 Z축 가속도(Heave)와 X축 회전량(Rolling)을 측정하였으며 초당 50회씩 1분간 측정하여 값을 분석하였다. 이때 사용된 계측·분석소프트웨어는 Vernier Software & Technology사 Graphical analysis v4.1이며, 파고는 2.0 내지 2.5 m에서 도 5와 같이 Z방향 가속도(중력 방향)는 최대 11.8㎨(약 1.2G), X축 회전운동량은 최대 ±0.33rad/s 주기는 1.78sec로 나타났다. 도 5는 도 5는 3축 가속도 선세를 이용한 어선의 운동량 측정 그래프이다.The intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel according to the present invention is very important in real-time measurement and speed control by the acceleration sensor in order to control the effect of the fluctuation of the vessel on the underwater fishing. In other words, it is known that the shaking of the fishing vessel during the fishing affects the lifting speed of the automatic catcher and affects the dropout of the catch and the entanglement of the fishing. In order to measure the movement of a fishing vessel during offshore fishing, a total of three on-site measurement tests were conducted using a 29-ton offshore squid catching vessel actually shipped from Pohang, Gyeongbuk (Guryongpo Port). The acceleration sensor 212, which is a 3-axis accelerometer (GDX-ACC, Vernier) according to the present invention, is installed at the center point of the bow deck of the ship and on the port side automatic catcher, and the Z-axis acceleration (Heave) and X-axis rotation among the motion components of the fishing vessel. Rolling was measured, and values were analyzed by measuring 50 times per second for 1 minute. The measurement and analysis software used at this time is Vernier Software & Technology's Graphical analysis v4.1, and the Z-direction acceleration (gravity direction) is 11.8㎨ (approximately 1.2G), X-axis as shown in FIG. 5 at a wave height of 2.0 to 2.5 m. The maximum rotational momentum was ±0.33 rad/s and the period was 1.78 sec. 5 is a graph of measuring the momentum of a fishing vessel using a 3-axis acceleration line.

또한, 어선의 동요가 낚시 양승 속도에 미치는 영향을 알기 위해 어선의 동요가 낚시에 미치는 영향을 계측하기 위해 어선의 중앙 현측에 가속도계(GY-521, MPU 6050)인 가속도 센서를 설치하고, 낚시 추에 수중 가속계인 가속도 센서를 추가 부착하여 계측하였다. 그 결과 도 6과 같이 수심 150m에서 올라오면서 Z축 가속도 변화가 어선의 동요와 거의 유사하게 나타남을 알 수 있으며 자동 조획기의 권취 드럼(110)에 의한 가속도 변화보다 선체 동요에 의한 채낚시의 속도 변화가 동기화 되고 있음을 확인하였다. 도 6은 가속도 운동 계측 수심(상)), 어선과 원줄의 가속도(하) 그래프이다.In addition, an acceleration sensor, an accelerometer (GY-521, MPU 6050), was installed on the central side of the fishing vessel to measure the effect of the fluctuation of the fishing vessel on fishing to know the effect of the fluctuation of the fishing vessel on the fishing speed. An accelerometer, an underwater accelerometer, was additionally attached to the surface and measured. As a result, it can be seen that the change in Z-axis acceleration appears almost similar to the fluctuation of the fishing boat as it rises from the depth of 150 m as shown in FIG. It was confirmed that the changes are being synchronized. 6 is a graph of acceleration motion measurement water depth (top), and acceleration (bottom) of a fishing boat and a line.

한편, 바이어스 추정 칼만 필터를 적용하여 가속도를 측정하였는데, 자동 조획기에 상용 PLC를 이용한 제어 방식은 일반적인 동작 제어에는 문제가 없으나, 가속도 센서(212) 신호 처리와 같은 복잡한 계산이 필요할 경우 모터부(210)의 추종성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 어선의 동요를 정확히 계측하여 자동 조획기에 전달하기 위해서 드론이나 ROV 등 이동 장비에 사용되는 저가형 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 6축 가속도 센서를 활용하고, 노이즈 제거 및 정확한 계측을 위하여 LPF와 바이어스 추정 칼만 필터를 적용하였다.On the other hand, the acceleration was measured by applying the bias estimation Kalman filter. The control method using a commercial PLC in the automatic handler does not have a problem in general motion control. 210) has a problem of poor followability. Therefore, in order to accurately measure the fluctuations of the fishing vessel and transmit it to the automatic catcher, a low-cost MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) 6-axis accelerometer used in mobile equipment such as drones and ROVs is used, and for noise removal and accurate measurement, A bias estimation Kalman filter was applied.

칼만 필터는 루프만 칼만(Rudolf E. Kalman)이 1960년대 초 개발한 필터(filter)로 과거의 정보와 새로운 측정값을 사용하여 측정값에 포함된 잡음(noise)를 제거시켜 추정(estimate, 최적의 값을 추적)하는데 사용하는 알고리즘으로 도 7과 같다. 도 은 바이어스 추정 칼만 필터 시스템 모델 알고리즘 순서도이다. The Kalman filter is a filter developed by Rudolf E. Kalman in the early 1960s. It uses old information and new measurement values to remove noise included in the measurement values to estimate (optimal). The algorithm used to track the value of ) is shown in FIG. 7 . FIG. is a flowchart of a bias estimation Kalman filter system model algorithm.

한편, 도 8은 칼만 필터를 이용한 노이즈 제거 값 도출 그래프인데, 6축 가속도센서(GY-521 MPU-6050)와 Arduino Nano보드를 이용하여 Z축 방향의 진동을 임의로 발생시키고, 심플 칼만 필터(SimpleKalmanFilter.h) 를 적용하여 노이즈를 제거한 최적값 도출 결과이다.Meanwhile, FIG. 8 is a graph of deriving noise removal values using a Kalman filter. Using a 6-axis accelerometer (GY-521 MPU-6050) and an Arduino Nano board, vibrations in the Z-axis direction are randomly generated, and a simple Kalman filter (SimpleKalmanFilter) is used. It is the result of deriving the optimal value by applying .h) to remove the noise.

<시작품 개량 및 보완> <Improvement and supplementation of prototype>

○ 본 발명에 따른 지능형 조획기의 BLDC 드라이버 일체형 제어기 개발. ○ Development of BLDC driver integrated controller of intelligent catcher according to the present invention.

2019년 개발된 자동조획기에 사용된 상용 PLC의 단점을 보완하기 위하여 BLDC 드라이버 일체용 제어기 개발 추진하였다.In order to compensate for the shortcomings of the commercial PLC used in the automatic controller developed in 2019, the development of a controller for BLDC driver was promoted.

모터 서보제어 전용의 MCU(Micro Controller Unit)를 사용하여 속도 제어 주파수 200Hz, 제어 주기 5ms로 매우 빠른 제어가 가능함을 확인 하였다.It was confirmed that very fast control was possible with a speed control frequency of 200Hz and a control period of 5ms using MCU (Micro Controller Unit) dedicated to motor servo control.

회로 내부의 저항 값과 전류를 계측하여 위치 및 속도 PI 제어기를 구성하고, BLDC Motor의 홀센서 HALL1, HALL2, HALL3 입력을 받아서 전력 소자의 스위칭 신호를 제어 연산하고 전류 출력에 따른 PWM 출력을 도 9와 같이 제어하였다. 도 9는 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 제어부 블록도이다.The position and speed PI controller is configured by measuring the resistance value and current inside the circuit, and the switching signal of the power element is controlled and calculated by receiving the Hall sensor HALL1, HALL2, HALL3 input of the BLDC Motor, and the PWM output according to the current output is shown in Fig. was controlled as 9 is a control block diagram of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention.

지능형 조획기 전용 모터 드라이브(IGCM06F60GA, Infineon) 일체형 제어기는 1kW 고출력 AC타입 BLDC모터에 적용 가능한 모델로 기존 자동 조획기에 제어기 부분만 제거하고 기존의 모터, 변속기 등은 그대로 사용하여 도 10 및 도 11과 같이 그 성능을 개선하였다. 도 10은 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 모터부 일체형 제어기 블록도이며, 도 11은 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 전용 모터 드리이버 실물 사진이다.The intelligent chopper exclusive motor drive (IGCM06F60GA, Infineon) integrated controller is a model applicable to a 1kW high output AC type BLDC motor. Its performance was improved as 10 is a block diagram of a motor unit integrated controller of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention, and FIG. 11 is a real photograph of a dedicated motor driver of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention.

지능형 조획기 인터페이스는 사용자 편의성을 높이기 위해 불필요한 기능을 최소화 시키고 어업인 요구에 맞춰 화면 터치 방식에서 소프트 버튼 터치 방식으로 변경하였다. 또한, 지능형 조획기 통합 제어 시스템은 Windows CE 6.0 기반의 15인치 터치 판넬 PC(Cortex A8 1GHz, RAM : 512MB, Flash : 256MB)을 이용하여 구성하였으며, 지능형 조획기와 통합제어기 데이터 송수신을 위한 통신 방식은 PLC(Power Line Communication)망을 통한 RS-485 통신망 구성하였다.The intelligent catcher interface minimized unnecessary functions to increase user convenience and changed from a screen touch method to a soft button touch method according to the needs of fishermen. In addition, the intelligent chopper integrated control system was configured using a Windows CE 6.0-based 15-inch touch panel PC (Cortex A8 1GHz, RAM: 512MB, Flash: 256MB), and a communication method for transmitting and receiving data between the intelligent chopper and the integrated controller configured RS-485 communication network through PLC (Power Line Communication) network.

지능형 조획기는 좌현, 우현 각 12대까지 동시 제어 가능하도록 구성하며 장비 등록 시 각 장비의 설치 위치에 일치하도록 ID를 정확히 입력하여야 하며, 긴급 정지 및 긴급상황 발생 시 컨트롤러를 정지시키지 위한 하드웨어 접점 버튼 구성을 추가 하였다(도 12 및 도 13 참조). 도 12는 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 통합 제어 시스템 제어 알고리즘 순서도, 그리고, 도 13은 본 발명에 따른 어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기의 통합 제어 시스템 GUI 장비 설정(좌) 및 장비 운영(우) 설명도이다.The intelligent catcher is configured to control up to 12 each port and starboard at the same time. When registering equipment, the ID must be accurately entered to match the installation location of each equipment. Hardware contact button to stop the controller in case of emergency stop and emergency situations A configuration was added (see FIGS. 12 and 13). 12 is a flowchart of an integrated control system control algorithm of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention, and FIG. 13 is an integrated control system GUI equipment setting of an intelligent catcher that responds to the movement of a fishing vessel according to the present invention ( Left) and equipment operation (right) explanatory diagrams.

○ 본 발명에 따른 지능형 조획기 통합 제어 시스템 프로토콜 정의 ○ Definition of the intelligent catcher integrated control system protocol according to the present invention

통신 방식은 RS-485 반이중 통신 방식으로 단방향 통신만 가능하도록 구성하였다. 장비 ID는 각 장비에 개별 ID(Address) 부여하며, ID는 Hexacode로 2자리이며 0x0A~0x80(10~128)번까지 부여하였다. ID 0xFF(255)일 때는 전체 수신용 데이터 긴급 상황에 주로 사용함(ex: 긴급 정지). 해당 ID가 자신일 때 처리하며 수신 후 응답 시간은 10ms 이내에 동작The communication method is RS-485 half-duplex communication method, and only one-way communication is possible. The device ID is assigned to each device as an individual ID (Address), and the ID is Hexacode, 2 digits, and assigned from 0x0A to 0x80 (10 to 128). When ID 0xFF (255), it is mainly used for data emergency situations for all reception (ex: emergency stop). It is processed when the corresponding ID is itself, and the response time after receiving is within 10ms

프로토콜 데이터 형식 : ([)(ID)(CMD)(DATA)(CHKSUM)(]), 최대 32bytes Protocol data format: ([)(ID)(CMD)(DATA)(CHKSUM)(]), up to 32bytes

[ : 데이터의 시작(STX), 1byte [ : Start of data (STX), 1 byte

ID : 장비 식별번호(Hex : 0A ~ 80), 2bytes ID: Equipment identification number (Hex: 0A ~ 80), 2bytes

CMD : 요청을 위한 명령(Hex : 00 ~ FF), 2bytes CMD : Command for request (Hex : 00 ~ FF), 2 bytes

DATA는 최대 24bytes DATA is up to 24 bytes

] : 데이터의 끝(ETX), 1byte ] : End of data (ETX), 1 byte

설정 데이터는 데이터의 양을 줄이기 위해 각 항목에 대해 bit 단위의 데이터로 처리한 후 Byte로 변환In order to reduce the amount of data, the setting data is processed as bit-unit data for each item and then converted into bytes.

○ 본 발명에 따른 지능형 조획기 제어통신 시험○ Intelligent chopper control communication test according to the present invention

지능형 조획기 통합 제어 시스템의 통신 테스트를 위하여 전력 선통신을 이용하여 안정적인 작동 상태를 점검하고, 가상 신호 시뮬레이터를 이용해 통신프로토콜에 따른 송수신을 하였다.For the communication test of the intelligent catcher integrated control system, the stable operation status was checked using power line communication, and transmission and reception were performed according to the communication protocol using a virtual signal simulator.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

100 : 조획부 105 : 몸체
110 : 권취 드럼 112 : 권취 휠
114 : 회전축 116 : 낚시줄 감김 프레임
210 : 모터부 212 : 가속도 센서
230 : 제어부 232 : 표시부
234 : 입력부 250 : 인버터부
100: catch section 105: body
110: winding drum 112: winding wheel
114: axis of rotation 116: fishing line wound frame
210: motor unit 212: acceleration sensor
230: control unit 232: display unit
234: input unit 250: inverter unit

Claims (6)

채낚기용 자동 조획기의 권취 드럼을 회전시키는 회전축을 갖는 몸체부,
상기 회전축에 연결되어 회전력을 제공해 주는 모터부,
어선의 상하 좌우 직선 및 회전 운동에 따른 위치 및 속도 변화를 측정하는 가속도 센서, 그리고,
상기 가속도 센서로부터 측정된 위치 및 속도 변화에 관한 움직임 데이터를 전송받아 상기 모터부의 구동을 제어하여 낚시줄을 감거나 푸는 속도를 조절하는 제어부
를 포함하며,
상기 가속도 센서는 6축 가속도센서를 사용하며,
상기 제어부는 마이크로 컨트롤러를 이용하여 Z축 방향의 진동을 심플 칼만 필터를 적용하여 노이즈를 제거하는
어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기.
A body portion having a rotating shaft for rotating the winding drum of the automatic catcher for catching fishing;
A motor unit connected to the rotation shaft to provide rotational force,
An acceleration sensor that measures the change in position and speed according to the vertical and horizontal linear and rotational movements of the fishing vessel; and
A control unit that receives movement data related to a change in position and speed measured from the acceleration sensor and controls the driving of the motor unit to adjust the speed of winding or unwinding the fishing line
includes,
The acceleration sensor uses a 6-axis acceleration sensor,
The control unit removes noise by applying a simple Kalman filter to vibration in the Z-axis direction using a microcontroller.
An intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel.
제1항에서,
상기 모터부는
BLDC 모터로 구성되는
어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기.
In claim 1,
the motor unit
Consists of BLDC motors
An intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel.
제2항에서,
상기 BLDC 모터는
고정자 전압을 입력받아 고정자 전류 및 회전자 속도를 출력하며, BLDC 모터에 인가되는 전류를 측정하여 BLDC 모터 발생 토크를 계산할 수 있으며, 정속 운전을 위해서는 토크에 따른 전류 값이 변하게 되므로 이를 이용하여 센서 리스 속도 제어가 가능한
어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기.
In claim 2,
The BLDC motor is
It receives the stator voltage and outputs the stator current and rotor speed, and by measuring the current applied to the BLDC motor, the torque generated by the BLDC motor can be calculated. speed controllable
An intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel.
제1항에서,
상기 제어부는
현재 지능형 조획기의 구동과 관련된 정보를 표시하는 표시부 및 각종 제어 신호를 수동으로 수동으로 입력 가능한 입력부
를 더 포함하는
어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기.
In claim 1,
the control unit
A display unit that displays information related to the operation of the current intelligent catcher and an input unit that can manually input various control signals
further comprising
An intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel.
삭제delete 제1항에서,
상기 제어부는
모터 서보제어 전용의 MCU(Micro Controller Unit)를 사용하여 속도 제어 주파수 200Hz, 제어 주기 5ms로 제어가 가능한
어선의 운동에 반응하는 지능형 조획기.
In claim 1,
the control unit
Using MCU (Micro Controller Unit) dedicated to motor servo control, it can be controlled with a speed control frequency of 200Hz and a control cycle of 5ms.
An intelligent catcher that responds to the movement of the fishing vessel.
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