KR20120096690A - 수중로봇의 위치 측정장치 - Google Patents

수중로봇의 위치 측정장치 Download PDF

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Abstract

선저에서 작업하는 수중로봇의 위치를 측정하는 장치가 개시된다.
본 발명의 수중로봇 위치 측정장치는 선박의 선저 형상에 대응하는 다수의 위치에 부착되어 외부로부터 수신되는 음파발생신호에 따라 수중으로 각각 음파를 발생하는 다수의 제1 음파발생부와, 상기 선저에서 작업하는 수중로봇에 부착되어 수중으로 음파를 발생하는 제2 음파발생부와, 상기 선저로부터 수중으로 일정거리만큼 떨어져서 설치되고 상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 수중으로 발생된 음파를 각각 수신하는 3개의 음파수신부와, 상기 제1 및 제2 음파발생부로 상기 음파발생신호를 각각 출력하고 상기 3개의 음파수신부에서 수신한 제1 및 제2 음파발생부의 음파수신시간을 이용하여 상기 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 각각 계산하는 제어부를 포함한다.

Description

수중로봇의 위치 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING POSITION OF UNDERWATER ROBOT}
본 발명은 수중로봇의 위치측정에 관한 것으로서, 특히 수중의 선저 근처에서 이동하면서 작업하는 수중로봇의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 수중로봇의 위치 측정장치에 관한 것이다.
선박의 선저 부분은 통상적으로 수중에 위치하기 때문에 프로펠러 등의 선저 부분에 이끼, 부착생물 등의 이물질이 종종 낄 수 있다. 이 경우 선박의 운항에 지장이 있고 선박의 속도가 저하되며 연료소모량이 증가하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 일반적으로 선저를 주기적으로 점검하고 청소하고 있다. 종래는 다이버가 물속으로 직접 들어가서 선저에서 필요한 작업을 한다. 이런 경우 호흡문제로 인해 장시간 작업을 하기가 어렵고 이물질이 제거되면서 수중에 부유물이 발생하여 시계가 좋지 않으며 조류가 심한 곳에서는 작업하기 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 수중로봇이 도입되고 있다. 수중로봇은 해저탐사용으로 개발되어 수중의 각종 정보를 수집하고 경로 및 자원을 탐사하는 등 여러 가지 작업을 수행할 수 있다. 이 경우, 수중로봇의 위치를 실시간으로 파악하는 것이 무엇보다 중요하다.
일반적으로 알려진 종래의 수중로봇 위치측정기술로 SBL(Short Base Line:단기선) 위치인식법이 있다. 이 기법은 선박의 가장자리에 음파수신센서를 부착하고 해저에 위치한 수중로봇이 선박으로부터 일정거리 이상일 때 수중로봇에서 전송된 음파신호를 음파수신센서에서 수신하여 수중로봇의 위치를 측정하는 기술이다. 그러나, 이 기법의 경우 수중로봇이 해저를 이동하면서 작업하므로 수중로봇이 선저에 근접할 경우 선저의 곡면돌출 부분이 음파수신센서와 수중로봇 사이에 위치하여 수중로봇의 음파신호가 반대편의 음파수신센서에 감지되지 않아 정확한 위치 측정이 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 다른 종래의 기술로서 SSBL(Super Short Base Line: 초단기선) 기법이 있다. 이 기법은 다수의 음파수신센서와 트랜스듀서를 30㎝ 이내로 배열시킨 트랜스폰더(transponder)를 선박의 현측에 배치하여 운용하는 것이다. 이 방법은 구조적으로 소형화할 수 있으나 정확도가 상기한 SBL 시스템에 비해 부족한 면이 있으며 수중로봇이 대형선박 선저에 접근할 때 정확도가 나빠진다.
상기한 SBL 기법과 SSBL 기법 두 가지 방법은 음파수신센서를 수상선 현측에 늘어뜨릴 때 파도에 의해 음파수신센서가 흔들리는 문제가 있으며, 이들 센서의 흔들림을 보상하기 위해서는 센서의 운동을 측정하여 음향신호 분석시 보상하여야 하며 이런 문제점으로 인해 센서를 선박에 고정하지 않을 때는 정확도가 근본적으로 확보되기 어렵다. 또한, 센서의 흔들림을 최소화하기 위해 센서를 수상선에 고정할 경우 기 운용중인 선박의 외부에 부가적인 고정 장치를 추가하여야 하는 등 번거로움이 발생하게 된다.
나아가, 상기한 두 기법을 비롯하여 현재까지 개발된 종래기술에서는 수중로봇이 해저 및 수중에 위치하고 선박의 선저에 음파수신센서가 배치됨으로써 해저에서의 수중로봇 위치를 측정하는 것이어서 선저에서의 수중로봇의 위치를 정확하게 측정하지는 못한다는 문제점이 있다. 즉, 현재까지 개발된 수중로봇의 위치측정 기술은 모두 수중로봇이 선박의 선저로부터 일정한 거리 이상 떨어져 있을 때의 위치를 측정하기 위해 개발된 것으로서 수중로봇이 선저에 부착되거나 선저에 가까이 접근했을 때는 위치측정의 정확성이 현저히 떨어지는 문제점을 안고 있다.
따라서, 해당 기술분야에서는 선저면에 부착되거나 선저의 가까운 위치에서 작업하는 수중로봇의 위치를 정확하게 측정할 수 있는 기술의 개발에 대한 요구가 있어 왔다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 선박의 선저면에 부착되거나 선저면 근처에서 작업하는 수중로봇의 위치를 정확하고 빠르게 측정할 수 있도록 하는 수중로봇의 위치측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 선박의 선저면에 설치되어 그 위치가 알려진 다수의 음파수신센서와의 위치관계를 통해 선저에서의 수중로봇의 위치를 측정할 수 있도록 하는 수중로봇의 위치측정장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 장치의 설치가 용이하고 파도 등으로 인한 선박의 흔들림에도 수중로봇의 위치측정 정확도를 향상시킬 수 있는 수중로봇의 위치측정장치를 제공하는데 추가적인 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중로봇 위치 측정장치는,
선박의 선저 형상에 대응하는 다수의 위치에 부착되어 외부로부터 수신되는 음파발생신호에 따라 수중으로 각각 음파를 발생하는 다수의 제1 음파발생부; 상기 선저에서 작업하는 수중로봇에 부착되어 수중으로 음파를 발생하는 제2 음파발생부; 상기 선저로부터 수중으로 일정거리만큼 떨어져서 설치되고 상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 수중으로 발생된 음파를 각각 수신하는 3개의 음파수신부; 및 상기 제1 및 제2 음파발생부로 상기 음파발생신호를 각각 출력하고 상기 3개의 음파수신부에서 수신한 제1 및 제2 음파발생부의 음파수신시간을 이용하여 상기 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 각각 계산하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제어부는 상기 각각 계산된 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 이용하여 상기 선저에 대한 수중로봇의 상대위치를 측정한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 제1 및 제2 음파발생부와의 양방향 통신을 수행하여 상기 제1 및 제2 음파발생부로 음파발생신호를 전송하고 상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 음파발생시간을 수신하는 제1 양방향 통신모듈; 상기 음파발생신호의 전송시간을 카운트하는 제1 타이머; 상기 3개의 음파수신부로 제어신호를 전송하고 상기 각 음파수신부로부터 음파수신시간을 각각 수신하는 송수신모듈; 및 상기 제1 양방향 통신모듈 및 상기 각 음파수신부로부터 각각 수신된 음파발생시간 및 음파수신시간을 이용하여 상기 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 계산하는 위치계산부를 포함한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 수신된 각 음파발생시간과 상기 3개의 음파수신부에서 수신한 상기 제1 및 제2 음파발생부별 음파 수신시간 간의 지연시간 차이를 이용하여 상기 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 계산한다.
여기서, 상기 위치계산부는 상기 계산된 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 이용하여 상기 다수의 제1 음파발생부로부터 상기 수중로봇 간의 거리를 각각 계산한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 다수의 제1 음파발생부 및 상기 수중로봇의 위치를 시각적으로 디스플레이하는 표시부를 더 포함한다.
여기서, 상기 표시부는 상기 다수의 제1 음파발생부에 대한 상기 수중로봇의 상대 좌표를 더 디스플레이한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1 음파발생부는 일측에 형성된 자석에 의해 상기 선저에 부착된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 음파발생부는, 상기 제어부와의 양방향 통신을 수행하여 상기 제어부로부터 상기 음파발생신호를 수신하고 음파발생시 상기 음파 발생시간을 상기 제어부로 전송하는 양방향 통신모듈; 상기 양방향 통신모듈을 통해 수신된 음파발생신호에 따라 수중으로 음파를 발생하는 음파발진모듈; 및 상기 음파 발생시간을 카운트하는 제2타이머를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 음파수신부는, 상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 수중으로 각각 발생되는 음파를 수신하는 음파수신모듈; 상기 수신되는 음파의 수신시간을 각각 카운트하는 제3타이머; 상기 카운트된 음파수신시간을 저장하는 메모리; 상기 음파수신시간을 상기 제어부로 전송하는 통신부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 3개의 음파수신부는 해저면에 고정설치됨이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 3개의 음파수신부는 연결부재를 이용하여 정삼각형이 되도록 서로 연결되어 일체형으로 형성된다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 3개의 음파수신부의 수심을 검출하는 수심센서를 더 포함하며 상기 수신센서에서 검출된 수심정보를 상기 제어부로 전송한다.
여기서, 상기 수심센서는 상기 3개의 음파수신부 중 적어도 하나에 부착되거나 또는 내부에 내장됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 수중로봇의 위치 측정장치 및 방법에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
먼저, 본 발명에서는 수중로봇이 해저면이나 수중에서 존재하는 경우가 아니라 선박의 선저면에 부착되거나 선저면의 근처에서 작업하는 경우에 그 수중로봇의 위치를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 선박의 선저 곡면돌출부의 장애를 받지 않고 수중 음파신호를 수신할 수 있으므로 정확한 위치측정이 가능하다.
또한, 본 발명에서는 수중 음파수신장치가 해저에 고정되어 있으므로 파도 등으로 인한 선박의 흔들림에도 정확한 음파수신이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 자석을 이용한 측정장치의 탈착 및 고정이 용이하므로 간편하게 위치측정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명에서는 선저에 다수의 음파수신장치를 고정부착하여 선저의 위치를 사전에 파악하고 그 파악된 선저의 각 위치와 수중로봇과의 관계를 이용함으로써 선저에서의 수중로봇의 위치를 더 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇의 위치 측정장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇의 위치 측정장치의 구현 예.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부, 제1,2 음파발생부 및 음파수신부가 통신하는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 음파발생신호, 음파발생시간 및 음파수신시간에 대한 타임차트의 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 음파발생부의 위치를 계산하는 개념을 도시한 일 예시도.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇의 위치 측정장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수중로봇의 위치 측정장치(100)는 다수의 제1 음파발생부(110), 제2 음파발생부(120), 음파수신부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 다른 실시 예에서 상기한 수중로봇의 위치 측정장치(100)는 표시부(150) 및/또는 수심센서(160)를 더 포함할 수 있다.
제1 음파발생부(110)는 선박(10)의 선저(11)에 다수 개 부착된다. 구체적으로는 선저(11)의 형상에 대응하는 다수의 위치에 각각 부착된다. 예컨대, 선저(11)의 형상에 따라 가장자리에 각각 부착함으로써 다수의 제1 음파발생부(110)의 위치를 이용하여 선저(11)의 형상을 개략적으로 파악할 수 있다. 정확한 위치측정을 위하여 제1 음파발생부(110)는 3개 또는 4개가 바람직하다. 이러한 각각의 제1 음파발생부(110)는 외부의 제어부(140)로부터 전송되는 음파발생신호에 따라 수중으로 각각 음파를 발생한다.
제2 음파발생부(120)는 선저(11) 또는 그 근처에서 작업하는 수중로봇(121)에 부착된다. 수중로봇(121)은 이동하면서 설정된 작업을 수행한다. 이러한 제2 음파발생부(120)는 외부의 제어부(140)로부터 수신되는 음파발생신호에 따라 수중으로 음파를 발생한다.
음파수신부(130)는 다수의 제1 음파발생부(110) 및 제2 음파발생부(120)로부터 수중으로 발생된 음파를 각각 수신한다. 이러한 음파수신부(130)는 선저(11)로부터 수중으로 일정 거리만큼 떨어져 설치된다. 바람직하게는 파도, 해조류, 물고기 등으로 인해 이동되지 않도록 해저면에 고정설치된다. 이때, 음파발생부(130)는 다수 개 설치되는데, 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 정확한 위치측정을 위하여 최소 3개 설치된다. 본 발명의 실시 예에서는 서로 일정간격을 유지하며 3개로 설치된다.
제어부(140)는 제1 및 제2 음파발생부(110,120)로 음파발생신호를 출력하여 각각 수중으로 음파를 발생하도록 하고 3개의 음파수신부(130)에서 수신한 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 음파수신시간의 차이를 이용하여 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 위치를 각각 계산한다. 또한, 제어부(140)는 상기와 같이 각각 계산된 위치로부터 선저(11)에 대한 수중로봇(121)의 상대위치를 측정한다. 이렇듯, 제어부(140)는 다수의 제1 음파발생부(110)의 위치를 이용하여 선저(11)의 위치를 측정하고 제2 음파발생부(120)의 위치를 이용하여 수중로봇(121)의 위치를 측정한다.
또한, 제어부(140)는 상기와 같이 측정된 선저(11) 및 수중로봇(121)의 위치를 이용해 선저(11)에 대한 수중로봇(121)의 상대적인 위치를 측정한다. 이를 통해 선저(11)의 어느 위치에서 수중로봇(121)이 작업하고 있는지 그 작업위치를 파악할 수 있게 된다.
표시부(150)는 다수의 제1 음파발생부(110) 및 제2 음파발생부(120)의 위치를 시각적으로 디스플레이한다. 이로써 선저(11) 및 수중로봇(121)의 위치를 화면으로 표시할 수 있다. 또한, 표시부(150)는 선저(11)에 대한 수중로봇(121)의 상대 좌표도 디스플레이한다. 이로써 사용자는 선저(11)의 모양에서 수중로봇(121)이 어느 위치에서 작업하는지를 화면을 통해 시각적으로 확인할 수 있게 된다.
수심센서(160)는 각 음파수신부(130)가 위치한 지점의 수심을 검출하여 제어부(140)로 전송한다. 이를 위하여 수심센서(160)는 3개의 음파수신부(130) 중 적어도 하나에 부착되거나 내부에 내장됨이 바람직하다. 이러한 수심은 수중로봇(121)의 위치측정에 이용될 수 있다. 이는 하기에서 다시 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇의 위치 측정장치의 구현 예이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 수중로봇(121)은 선박(10)의 선저(11) 또는 그 근처에서 이동하면서 미리 설정된 작업을 수행한다. 이를 위해 수중로봇(121)에는 추진장치(미도시)가 마련된다. 선저(11)에는 일례로서 4개의 제1 음파발생부(110)가 설치된다. 이때, 바람직하게는 선저(11)의 형상에 대응하도록 위치가 알려진 가장자리에 부착된다. 또한 제1 음파발생부(110)는 선저(11)에 착탈이 용이하도록 자석을 이용하여 선저(11)에 부착된다. 이로써, 4개의 제1 음파발생부(110)의 위치를 통해 선저(11)의 형상, 크기 등을 확인할 수 있다. 이러한 각 제1 음파발생부(110)는 선박(10)의 상부에 위치한 제어부(140)로부터 출력되는 음파발생신호에 따라 수중으로 음파를 발생하고 음파발생시간을 카운트하여 제어부(140)로 회신한다.
수중로봇(121)에는 제2 음파발생부(120)가 부착된다. 제2 음파발생부(120)도 제어부(140)의 음파발생신호에 따라 수중으로 음파를 발생하고 음파발생시간을 카운트하여 제어부(140)로 회신한다. 수중로봇(121)은 4개의 제1 음파발생부(110)가 이루는 영역의 범위 내에서 이동함이 바람직하다.
음파수신부(130)는 선저(11)로부터 일정 거리만큼 떨어진 위치에 기하학적인 배치의 구조물로 설치된다. 이러한 기하학적 배치로 인해 음파를 발생하는 각 음파발생부(110,120)의 위치를 계산할 수 있다. 일례로 음파수신부(130)는 각각의 음파발생부(110,120)별로 삼각뿔 형태로 음파를 수신하기 위해 3개로 구현되며, 바람직하게는 정삼각형 형태를 이루도록 하여 해저에 고정설치됨으로써 이동하지 못하게 한다. 나아가, 바람직하게는 소정의 연결부재를 이용하여 서로 연결함으로써 일체형으로 구현하도록 한다. 이로써, 해저에 설치가 간편해진다.
음파수신부(130)는 4개의 제1 음파발생부(110) 및 제2 음파발생부(120)로부터 각각 발생된 음파를 각각 수신한다. 이는 각각의 음파수신부(130)에서 각 음파발생부(110,120)의 음파를 서로 독립적으로 수신하는 것이다. 이들 각 음파수신부(130)가 위치한 지점의 수심은 수심센서(160)를 이용하여 측정될 수도 있다. 이때, 측정된 수심은 음파발생부와 음파수신부 간의 거리일 수도 있다. 이러한 각 음파수신부(130)에서 음파를 수신하면 그 음파의 수신시간을 유무선 통신을 이용하여 제어부(140)로 회신한다. 바람직하게는 유선으로 음파수신시간을 전송한다. 이때, 각 음파수신부(130)는 음파발생부(110,120)의 음파를 선저(11)의 돌출부로 인해 전송장애 없이 직접 수신할 수 있도록 선저(11)로부터 일정 이상의 거리에 서로 간에 소정의 간격을 두고 배치됨이 바람직하다.
제어부(140)는 다수의 제1 음파발생부(110) 및 제2 음파발생부(120)와 양방향 무선통신을 수행하며 음파수신부(130)와 유무선통신을 수행한다. 제어부(140)는 제1 및 제2 음파발생부(110,120)로 음파발생신호를 전송하고 그 음파의 발생시간을 수신하여 저장한다. 또한, 제어부(140)는 음파수신부(130)로부터 음파의 수신시간을 수신하여 저장한다. 이로써, 제어부(140)는 각 음파수신부(130)별로 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 음파발생시간과 음파수신시간 간의 지연시간 차이를 계산하고, 이를 이용하여 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 위치를 측정한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제어부, 제1,2 음파발생부 및 음파수신부가 통신하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제어부(140)는 제1 양방향 통신모듈(141), 제1타이머(142), 송수신모듈(144) 및 위치계산모듈(145)을 포함하며, 나아가 타이머동기화모듈(143)을 더 포함할 수 있다.
제1 양방향 통신모듈(141)은 제1 및 제2 음파발생부(110,120)와 양방향 통신을 수행하여 제1 및 제2 음파발생부(110,120)로 음파발생신호를 전송하고 제1 및 제2 음파발생부(110,120)로부터 음파발생에 따른 음파발생시간을 수신한다. 제1 양방향통신은 유선 또는 무선으로 신호를 송수신할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 무선통신을 통해 음파발생신호 및 음파발생시간을 송수신한다.
제1타이머(142)는 제어부(140)에서 제1 및 제2 음파발생부(110,120)로 전송되는 음파발생신호의 전송시간을 카운트한다
송수신모듈(144)는 3개의 음파수신부(130)로 동작을 위한 제어신호를 전송하고 각각의 음파수신부(130)로부터 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 음파에 대한 음파수신시간을 각각 수신한다.
위치계산부(145)는 제1 양방향 통신모듈(141) 및 각 음파수신부(130)로부터 수신된 음파발생시간 및 음파수신시간을 이용하여 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 위치를 계산하고 상기 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 위치로부터 선저(11)에 대한 수중로봇(121)의 상대위치를 산출한다. 더 바람직하게는 위치계산부(145)에서 각 제1 및 제2 음파발생부(110,120)별로 음파발생시간 및 음파수신시간 간의 지연시간 차이를 이용하여 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 위치를 계산한다. 이에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명한다.
타이머동기화모듈(143)은 제어부(140)의 제1 타이머(142), 후술하는 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 제2타이머(124) 및 음파수신부(130)의 제3타이머(132) 간의 시간동기화를 수행한다. 이는 제어부(140)에서 음파발생시간 및 음파수신시간의 정확도를 높이기 위하여 각 타이머(142,124,132) 간의 카운트 시간을 동기화를 수행하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 제1 및 제2 음파발생부(110,120)는 각각 제2 양방향 통신모듈(122), 음파발진모듈(123) 및 제2타이머(124)를 포함한다.
제2 양방향 통신모듈(122)은 상기한 바와 같이 제어부(140)와 양방향 통신을 수행하여 제어부(140)로부터 음파발생신호를 수신하고 음파발생시 그 음파발생시간을 다시 제어부(140)로 전송한다. 이로써, 제어부(140)는 제1 음파발생부(110) 및 제2 음파발생부(120)에서 발생한 음파의 발생시간을 얻게 된다.
음파발진모듈(123)은 제2 양방향 통신모듈(122)을 통해 수신된 음파발생신호에 따라 수중으로 음파를 발생한다. 이러한 음파는 수중에서 무선으로 전송되는 무선파이다. 예컨대, 수중에서 진행하는 초음파일 수 있다.
제2타이머(124)는 제1 및 제2 음파발생부(110,120)에서 각각 발생한 음파의 발생시간을 각각 카운트한다. 이와 같이 카운트된 음파발생시간은 제2 양방향 통신모듈(122)를 통해 제어부(140)로 전송된다.
또한, 본 발명의 각 음파수신부(130)는 음파수신모듈(131), 제3타이머(132), 메모리(133) 및 통신부(134)를 포함하여 구성된다.
음파수신모듈(131)은 제1 및 제2 음파발생부(110,120)로부터 수중으로 각각 발생되는 음파를 수신한다. 이때, 제3타이머(132)는 각각 수신된 음파에 대한 음파수신시간을 카운트한다. 메모리(133)는 카운트된 음파수신시간을 저장한다. 또한, 통신부(134)는 음파수신시간을 제어부(140)로 전송한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 음파발생신호, 음파발생시간 및 음파수신시간에 대한 타임차트의 예시도이다.
도 4의 (a)는 제어부(140)에서의 음파발생신호에 대한 출력 타임차트의 예시도이고, 도 4의 (b)는 음파발생부(110,120)에서의 음파발생시간에 대한 타임차트의 예시도이고, 도 4의 (c),(d),(e)는 각각 3개의 음파수신부(130)에서의 음파수신시간에 대한 타임차트의 예시도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 선상에 위치한 제어부(140)에서 유무선 통신을 통해 선저(11)에 부착된 다수의 제1 음파발생부(110) 및 수중로봇(121)에 부착된 제2 음파발생부(120)로 각각 음파발생신호를 전송한다. 이러한 음파발생신호는 제1 음파발생부(110) 및 제2 음파발생부(120)에 대하여 서로 동일시점에 전송할 수도 있고, 또는 서로 다른 시점에 전송할 수도 있다. 도면의 일례에서는 제어부(140)에서 t0 시점에 제1 음파발생부(110)로, t5 시점에 제2 음파발생부(120)로 음파발생신호를 각각 전송한다.
상기와 같은 음파발생신호는 도 4의 (b)와 같이 (t1-t0) 만큼 통신을 위한 시간지연 후에 제1 음파발생부(110)에 전달되고, (t6-t5) 만큼의 시간지연 후에 제2 음파발생부(120)에 전달된다. 이로써 다수의 제1 음파발생부(110)는 제어부(140)에서 전송된 음파발생신호에 따라 즉시 t1 시점에 음파를 발생하고, 또한 제2 음파발생부(120)는 음파발생신호에 따라 즉시 t6 시점에 음파를 발생한다. 이러한 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 음파발생시간은 제2타이머(124)에 의해 카운트된다.
이와 같이 음파가 수중으로 발생되면 해저에 위치한 3개의 음파수신부(130)에서 그 음파를 수신하게 된다. 이때, 각 음파수신부(130)는 서로 소정의 간격으로 이격되어 삼각형 형태로 배치되므로 제1 및 제2 음파발생부(110,120)와의 거리가 각각 다를 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 음파발생부(110,120)로부터 발생된 각 음파의 도달시간도 서로 다르게 나타날 수 있다.
따라서, 도 4의 (c)~(e)와 같이 3개의 음파수신부(130) 중 음파수신부1은 t2 시점에, 음파수신부2는 t3 시점에, 음파수신부3은 t4 시점에 제1 음파발생부(110)의 음파를 수신한다. 또한, 음파수신부1은 t7 시점에, 음파수신부2는 t8 시점에, 음파수신부3은 t9 시점에 제2 음파발생부(120)의 음파를 수신한다. 이들 3개의 음파발생부(130)에서의 각 음파수신시간은 제3타이머(132)에 의해 카운트된다.
이 경우, 도 4의 (c)~(e)의 예시와 같이 제1 및 제2 음파발생부(110,120)에서 각각 발생된 음파는 해저면에 설치된 3개의 음파수신부(130)에 전달되는데, 제1 음파발생부(110)의 경우 음파수신부1에 음파가 도달하는데는 (t2-t1)의 시간지연이 발생하고, 음파수신부2에 음파가 도달하는데는 (t3-t1)의 지연시간이 발생하며, 음파수신부3에 음파가 도달하는데는 (t4-t1)의 시간지연이 발생한다. 역시 마찬가지로 제2 음파발생부(120)의 경우, 음파수신부1에 음파가 도달하는데는 (t7-t6)의 시간지연이 발생하고, 음파수신부2에 음파가 도달하는데는 (t8-t6)의 지연시간이 발생하며, 음파수신부3에 음파가 도달하는데는 (t9-t6)의 시간지연이 발생한다.
이처럼 3개의 음파수신부1,2,3 간에 음파수신시간에서 지연시간의 차이가 발생한다. 여기서, 이러한 3개의 음파수신시간 간에 지연시간의 차이가 발생하는 이유는 제1 및 제2 음파발생부(110,120)와 3개의 음파수신부(130) 간의 거리가 각각 다르므로 음파가 그 거리만큼 진행하는 시간에 따라 차이가 발생하기 때문이다.
결국, 제어부(140)는 제1 및 제2 음파발생부(110,120)로부터 수신된 각 음파발생시간과 3개의 음파수신부(130)에서 수신한 제1 및 제2 음파발생부(110,120)별 음파수신시간 간의 지연시간 차이를 이용하여 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 위치를 각각 계산하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 음파발생부의 위치를 계산하는 개념을 도시한 일 예시도이다.
도 5에 도시된 일례와 같이, A,B,C는 3개의 음파수신부(130)를 나타내고, P는 음파발생부(110 또는 120)를 나타낸다. A,B,C가 선저(11)에 대하여 모두 동일 평면상에 있을 수도 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 따라서 두 개의 음파수신부를 기준으로 나머지 하나의 음파수신부의 높이는 수심센서(160)를 이용하여 선저(11)에 대하여 수심(높이)로 구할 수도 있다. P의 좌표를 (x1,y1,z1)이라고 하고, A의 음파수신부를 원점으로 두고 B의 음파수신부를 X축과 일치시키면, 음파발생부의 위치(P)와 A,B,C 음파수신부 간의 거리 a,b,c에 대해서는 하기와 같이 수학식 1이 성립한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
..... (2)
Figure pat00003
.....(3)
d:A,B,C 음파수신부 간의 거리, C 음파수신부의 좌표:(
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,0)
위 3개의 방정식을 이용하여 a,b,c를 계산하고, 이로부터 P의 좌표를 구할 수 있다.
또한, 수심센서(160)를 이용하는 경우 P의 높이(h)는 음파수신부(130)의 수심과 동일하므로 P(x1,y1,z1)에서 z1=h가 되며, 하기와 같은 수학식2가 성립한다.
Figure pat00006
Figure pat00007
..... (5)
위 방정식을 풀면 P의 좌표를 구할 수 있는데, 수학식 1의 방법과 비교할 때 수심센서(160)의 정확도가 월등히 정밀하므로 위치계산에서 정확성이 개선될 수 있는 장점이 있다.
이처럼, 3개의 음파발생부(130)에서 측정된 제1 및 제2 음파발생부(110,120)의 음파수신시간 간의 지연시간 차이를 이용하면 각 음파발생부와 음파수신부 간의 거리가 계산되며, 더 나아가 음파수신부에 설치된 수심센서(160)에서 측정된 수심을 고려하면 음파수신부1을 기준으로 할 때 측정대상인 음파발생부의 위치는 유일하게 명시될 수 있다. 따라서 음파발생부 각각의 위치가 명시되면 선저(11)에서 수중로봇(121)의 위치정보는 연속적으로 측정할 수 있게 된다.
상기에서 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
수중정보를 획득하기 위해서는 수중에서 작업하는 수중로봇의 위치를 정확하게 파악하게 판단할 필요가 있다. 특히, 수중로봇이 선박의 선저에서 작업하는 경우 선저의 어느 위치에서 작업하는지를 파악하여 관리하는 것이 중요하다. 이를 통해 원하는 위치로 수중로봇을 이동시킬 수도 있고 필요한 작업을 지시할 수 있다.
이러한 측면에서 본 발명에 따른 수중로봇의 위치 측정장치 및 방법은 선박의 선저면에 부착되거나 선저면 근처에서 수중작업을 하는 수중로봇의 위치를 간단한 구성으로 정확하게 측정할 수 있으므로 해양 산업에서 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
10 : 선박 11 : 선저
110 : 제1 음파발생부 120 : 제2 음파발생부
121 : 수중로봇 130 : 음파수신부
140 : 제어부 150 : 표시부
160 : 수심센서

Claims (14)

  1. 선박의 선저 형상에 대응하는 다수의 위치에 부착되어 외부로부터 수신되는 음파발생신호에 따라 수중으로 각각 음파를 발생하는 다수의 제1 음파발생부;
    상기 선저에서 작업하는 수중로봇에 부착되어 수중으로 음파를 발생하는 제2 음파발생부;
    상기 선저로부터 수중으로 일정거리만큼 떨어져서 설치되고 상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 수중으로 발생된 음파를 각각 수신하는 3개의 음파수신부; 및
    상기 제1 및 제2 음파발생부로 상기 음파발생신호를 각각 출력하고 상기 3개의 음파수신부로부터 수신한 제1 및 제2 음파발생부의 음파수신시간을 이용하여 상기 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 각각 계산하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각각 계산된 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 이용하여 상기 선저에 대한 수중로봇의 상대위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 및 제2 음파발생부와의 양방향 통신을 수행하여 상기 제1 및 제2 음파발생부로 음파발생신호를 전송하고 상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 음파발생시간을 수신하는 제1 양방향 통신모듈;
    상기 음파발생신호의 전송시간을 카운트하는 제1 타이머;
    상기 3개의 음파수신부로 제어신호를 전송하고 상기 각 음파수신부로부터 음파수신시간을 각각 수신하는 송수신모듈; 및
    상기 제1 양방향 통신모듈 및 상기 각 음파수신부로부터 각각 수신된 음파발생시간 및 음파수신시간을 이용하여 상기 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 계산하는 위치계산부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 수신된 각 음파발생시간과 상기 3개의 음파수신부에서 수신한 상기 제1 및 제2 음파발생부별 음파 수신시간 간의 지연시간 차이를 이용하여 상기 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위치계산부는,
    상기 계산된 제1 및 제2 음파발생부의 위치를 이용하여 상기 다수의 제1 음파발생부로부터 상기 수중로봇 간의 거리를 각각 계산하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 제1 음파발생부 및 상기 수중로봇의 위치를 시각적으로 디스플레이하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 표시부는,
    상기 다수의 제1 음파발생부에 대한 상기 수중로봇의 상대 좌표를 더 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 음파발생부는,
    일측에 형성된 자석에 의해 상기 선저에 부착되는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 음파발생부는,
    상기 제어부와의 양방향 통신을 수행하여 상기 제어부로부터 상기 음파발생신호를 수신하고 음파발생시 상기 음파 발생시간을 상기 제어부로 전송하는 양방향 통신모듈;
    상기 양방향 통신모듈을 통해 수신된 음파발생신호에 따라 수중으로 음파를 발생하는 음파발진모듈; 및
    상기 음파 발생시간을 카운트하는 제2타이머; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 음파수신부는,
    상기 제1 및 제2 음파발생부로부터 수중으로 각각 발생되는 음파를 수신하는 음파수신모듈;
    상기 수신되는 음파의 수신시간을 각각 카운트하는 제3타이머;
    상기 카운트된 음파수신시간을 저장하는 메모리;
    상기 음파수신시간을 상기 제어부로 전송하는 통신부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 음파수신부는 해저면에 고정설치되는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 3개의 음파수신부는 연결부재를 이용하여 정삼각형이 되도록 서로 연결되어 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 3개의 음파수신부의 수심정보를 검출하는 수심센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 수신센서에서 검출된 수심정보를 이용하여 상기 제1 및 제2 음파발생부와 음파수신부 간의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수심센서는 상기 3개의 음파수신부 중 적어도 하나에 부착되거나 또는 내부에 내장되는 것을 특징으로 하는 수중로봇의 위치 측정장치.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR102123232B1 (ko) * 2020-04-01 2020-06-26 (주)해인엔지니어링 건축사 사무소 소형 소나를 이용한 수심 측정장치
CN113156367A (zh) * 2021-03-09 2021-07-23 自然资源部第二海洋研究所 便携式超短基线自动化收放作业装置
KR20210098668A (ko) * 2020-02-03 2021-08-11 한국로봇융합연구원 위치 추정 장치 및 방법
KR102408443B1 (ko) * 2021-01-12 2022-06-10 국방과학연구소 수중 및 수상 운동체 탐지 및 식별 장치 및 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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