KR20190116018A - Gps와 초음파 통신을 이용한 수중 위치정보 획득방법 - Google Patents

Abstract

수중로봇 위치 계산시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇 위치 계산 시스템은, GPS(Global Positioning System)를 통해 위치를 수신하는 GPS부표 A와 GPS부표 B, 상기 부표 A와 B는 수신한 GPS 신호를 이용하여 현재 위치를 수중로봇에 초음파 통신을 이용하여 전달한다. 수중로봇은 상기 GPS부표 A와 B로 부터 수신한 위치정보 그리고, 수중로봇에 장착된 수심센서를 통하여 획득한 수심정보를 바탕으로 수중로봇의 위치를 계산하는 것을 특징으로 한다.

Description

GPS와 초음파 통신을 이용한 수중 위치정보 획득방법{Method of acquiring underwater location information using GPS and ultrasonic communication}

[0001]본 발명은 수표면에 위치한 2개의 GPS(Global Positioning System) 수신기들과 수중의 로봇이 초음파를 이용하여 통신함으로써 로봇의 정확한 위치정보를 획득하는 방법에 관한 것이다.

[0002]일반적으로 수중에서 로봇의 위치정보를 획득하는 방법은 수면에서의 최초위치 정보와 이동간의 경로정보를 이용하여 추정하는 방법을 사용한다.

[0003]만약, 이러한 추정하는 기술을 사용하는 로봇은 이동 시간이 늘어남에 따라 추정하면서 얻은 위치정보의 오차가 누적이 되어 커질 수밖에 없다는 단점이 있다.

[0004]한편, 대표적인 수중 위치 인식 시스템(Underwater acoustic positioning system)은 LBL(Long baseline), SBL(Short baseline) 및 USBL(Ultra short baseline)등과 같은 시스템이 사용된다.

[0005]한편, 도 1은 종래의 LBL(Long Baseline)을 이용한 수중 위치 인식 시스템을 나타낸 개념도이다.

[0006]첨부된 도 1을 참조하면, LBL을 이용한 수중 위치 인식 시스템은 통상적으로 수중로봇에 하나의 송수신부(Transceiver)를 설치하고, 해저면(Sea floor)에 4대의 발신부(Transponder)를 설치하여 송수신부와 발신부간의 초음파 신호를 주고받아서 수중로봇의 위치를 측정한다. 그러나, LBL을 이용한 위치 인식 시스템은 작업영역 부근 해저면에 사전에 발신부를 설치 및 회수해야 하므로 현실성이 떨어지며, 작업영역이 제한적일 뿐 아니라 설치비용이 고가인 단점이 있다.

[0008]본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은, 수중로봇을 운용함에 있어, 수표면에 떠있는 2개의 GPS부표들과 수중로봇과의 초음파 통신을 통하여 수중로봇의 정확한 위치를 계산하고자 함이다.

[0009]상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 신호를 수신하고 수중의 로봇과 초음파 통신을 수행하는 수표면의 2개의 GPS 부표들; 상기 GPS 부표들과 수중로봇과의 초음파 통신을 위한 초음파 통신모듈; 상기 GPS 부표들이 GPS 신호 수신을 위한 GPS 수신모듈; 상기 GPS 부표들이 동작하는데 필요한 전원 배터리; 상기 GPS 부표들과 초음파 통신을 수행하는 수중로봇; 및 상기 수중로봇의 현재 수심을 측정할 수 있는 수심센서를 포함한다.

[0010]여기서, 상기 2개의 GPS 부표들은 일정간격을 두고 떨어져 있으며, 수신한 GPS정보를 초음파 통신을 통하여 수중의 로봇에게 전달한다.

[0011]그리고, 초음파 통신을 수행하여 수중로봇은 GPS 부표들의 위치정보들 얻은 후, 수중로봇이 가진 수심센서를 이용하여 현재 수심을 측정하고, 이렇게 얻은 GPS 부표들의 위치정보와 수심정보를 이용하여 로봇의 현재 위치를 계산해 낼 수 있다.

[0012]상기 GPS 부표들의 위치정보와 수심정보를 이용하여 로봇의 위치정보를 계산하는 방법은,

[0013]a) GPS 부표 A와 GPS 부표 B가 GPS 신호를 수신하는 단계; b) 수신한 GPS정보를 초음파통신을 통하여 수중로봇에 전달하는 단계; c) 수심센서를 이용하여 수중로봇의 수심을 획득하는 단계를 포함한다.

[0014]d) 상기 a) 단계에서 취득한 정보를 바탕으로 삼각함수와 피타고라스의 정리 수학식을 이용하여 계산하는 단계를 포함한다.

[0015]본 발명의 실시 예에 따르면 GPS 부표로부터 수중로봇의 상대위치를 계산할 수 있다.

[0016]또한, 상기에서 계산한 수중로봇의 상대 위치정보에 GPS 정보를 더하여 정확한 수중로봇의 절대위치를 계산할 수 있다.

[0017]도 1은 종래의 LBL을 이용한 수중 위치 인식 시스템을 나타낸 개념도이다.
[0018]도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇의 측정 시스템의 구성을 나타낸다.

[0019]아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명 하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

[0020]명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

[0021]이제 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇 위치 측정 시스템 및 그 방법 및 시스템에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

[0022]도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇 위치 측정 시스템의 구성을 나타낸다.

[0023]첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수중로봇의 위치 측정 시스템은 수중로봇(100), GPS수신 부표A(101), GPS수신 부표B(102)를 포함한다.

[0024]GPS수신 부표A와 B는 위성으로부터 GPS 신호를 수신하여 부표의 현재 위치정보를 초음파통신을 이용하여 수중로봇에 전달한다.

[0025]수중로봇은 수심센서를 이용하여 깊이정보를 취득하고, 상기 GPS 부표A와 B로부터 수신한 부표들의 위치정보를 바탕으로 삼각함수와 피타고라스 정리 수학식을 이용하여 현재위치를 계산한다.

[0026]구체적으로 설명하면, GPS 부표 A(101)는 위치 A(x0,y0), GPS 부표 B(102)는 A로부터 c거리에 위치하고, 수중로봇(100)은 수표면 위치 C(x1, y1)에 위치하며, 수표면에 직각으로 수중 D(103)에 위치하며, 부표 A와 수중로봇 D와의 거리는 l, 부표 B와 수중로봇 D와의 거리는 m, 수중로봇의 깊이는 h라고 가정한다.

[0027]상기와 같은 환경에서 A(101)와 B(102)는 GPS수신을 하고 있음으로 AB간의 거리는 초음파통신을 이용하여 전달된 GPS정보로 수중로봇이 획득한다. 여기서 수중로봇의 깊이 h는 수중로봇의 깊이센서를 통하여 얻는다.

[0028]수중로봇(100)은 초음파 통신을 이용하여 A부표(101)와 수중로봇 D(100)까지의 거리 구한다. 또한, 초음파 통신을 이용하여 부표 B(102)와 수중로봇 D(100)까지의 거리 m를 구한다.

[0029]상기에서 얻어진 정보를 이용하여 수표면상의 수중로봇의 위치 C(x1,y1)(103)에서 부표 A(101) 및 B(102) 까지의 거리 b와 c를 피타고라스의 정리를 이용한 수학식, 즉, b = , a = (여기서 b는 GPS 부표A와 수중로봇 수면의 위치 C 까지의 거리, a는 GPS 부표B와 수중로봇 수면의 위치 C 까지의 거리, l은 GPS 부표A와 수중로봇 D 까지의 거리, m은 GPS 부표B와 수중로봇 D 까지의 거리, h는 수중로봇의 깊이)를 이용하여 계산한다.

[0030]부표 A(101)B(102)간의 직선과 수중로봇의 수표면 위치 C(103)와 부표A(101) 간의 직선이 이루는 사잇각 Θ를 삼각함수 수학식, 즉, cosΘ = , Θ = (여기서 Θ는 부표 A의 사잇각, a는 GPS 부표A의 대변, b는 GPS 부표B의 대변, c는 수중로봇의 수표면상의 위치 C의 대변) 를 이용하여 계산한다.

[0031]상기 수학식에서 구한 사잇각 Θ를 이용하여, 변 c와 수표면의 수중로봇 위치 C(x1,y1)(103)에 수직선인 점 F(x0+xd, y0)(104) 까지의 거리 xd, 점 F(104)와 C(103) 까지의 거리 yd를 수학식, 즉, xd = bcosΘ, yd = bsinΘ (여기서 Θ는 부표A의 사잇각, b는 GPS 부표B의 대변, xd는 부표A로부터 점 F까지의 거리, yd는 점 F로부터 수표면위의 수중로봇의 위치 C까지의 거리)를 이용하여 계산한다.

[0032]상기에서 구한 xd와 yd를 이용하여 수학식, 즉, C(x1, y1) = (x0+xd, y0+yd) (여기서, C는 수중로봇의 수표면 위치)를 이용하여 수중로봇의 위치를 계산한다.

[0033]100: 수중로봇
101: GPS부표 A 102: GPS부표 B
103: 수중로봇의 수표면 위치점
104: GPS부표 A와 B의 직선에서 수중로봇의 수표면 위치점과의 수직인 점

Claims (4)

1. GPS(Global Positioning System)를 통하여 위치정보를 수신하는 부표A;
   상기 부표A와 이격된 위치에서 GPS를 통하여 위치정보를 수신하는 부표B;
   상기 부표A와 부표B와 초음파 통신을 이용하여 부표A와 부표B의 위치정보를 수신하는 수중로봇;
   상기 수중로봇은 수심센서를 이용하여 수심거리를 획득하고 상기 위치정보를 이용하여 수중로봇의 위치정보를 계산하는 시스템
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 부표A와의 상대적 위치정보 내지 부표B와의 상대적 위치정보는 각각 해당하는 두 지점간의 위치좌표, 거리, 각도 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 3차원 위치정보인 것을 특징으로 하는 수중로봇 위치 계산 시스템
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 부표A와 부표B는 자신의 위치정보를 수신하는 GPS부;
   상기 수중로봇과의 초음파 통신을 수행하는 초음파 통신모듈;
   상기 수중로봇의 수심을 측정하는 수심센서 모듈;
   상기 수중로봇의 운용 동작을 원격 제어하고 위치정보를 계산하는 로봇 제어기를 호함하는 수중로봇 위치 계산 시스템
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 로봇 제어기는,
   상기 수중로봇의 위치정보를 계산하여 원격지에 전송하기위한 PLC(Power Line Communication) 통신모듈을 포함하는 수중로봇 위치 계산 시스템.