KR20240015332A - 고 정밀 gnss 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템 - Google Patents

고 정밀 gnss 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상에서 고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템(100)에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 카타마란(catamaran) 선체(110)에 메인 전력은 고출력 배터리(130)를 장착하여, 컨트롤 장치(120)에서 고 정밀 GNSS 안테나(150)로 고해상도 신호를, 선체 균형 센서(140)의 신호를 받아 적절한 모터신호를 만들어 추력모터(160) 2개에 신호를 전달하여 자율주행 시스템(100)을 구현하고, 견인고리(170)를 이용하여 초소형 선박 및 부이(buoy) 등을 밧줄 등으로 연결하여 견인한다.

Description

고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템{high-resolution marine autonomous tractive vehicle system }
본 발명은 고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 선박 형태의 선체에 2개의 추진기, 고 해상도 위치 센서, 선체 균형을 위한 센서, 이를 제어하기 위한 컨트롤 장치를 장착하여, 해상에서 고 해상도의 위치를 유지하거나, 초소형 선박 및 부이(buoy) 등을 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템에 관한 것이다.
매년 해수면이 높아짐으로 하여, 해양에 관심이 전 세계적으로 집중되고 있다. 해저도시나 해상도시와 같은 국가 차원의 관심부터 해상에서 데이터를 습득하고자 하는 기업 차원, 해양 레저를 즐기고자 하는 일반인까지 관심의 범위는 다양하게 증가하고 있다.
간척사업 등과 같은 측면에서 국가는 해양 오염을 막기 위해 수질 센서나 미세먼지 센서 등을 간척 사업지 내외부에 설치하여 꾸준히 오염을 방지한다. 이에 따라 해수면 위에 부이(buoy) 등을 띄워 그 부이(buoy) 등 안에 센서 등을 탑재하여 정보를 취득하는 방식이 필요하였으나, 부이(buoy)를 설치하는데 있어 막대한 자금이 들어가고, 유지보수 또한 쉽지 않았다. 이러한 해결책들이 절실히 요구되는 시점이다.
또한 소형 레저 선박을 즐기고자 하는 일반인들은 해상 정박이나 근거리 이동이 필요할 때 선박에 장착된 선외기 혹은 선내기로 이런 행위들을 쉽게 할 수 없어 주 선외기 혹은 선내기 보다 다소 출력이 약한 가이드 모터 장착이 필요하였으나, 휴대성 및 사용성이 매우 불편하였다. 타국에서는 이미 발빠르게 가이드 모터에 GPS등을 내장하여 해상 정박이나 근거리 이동 등을 운영할 수 있게 제품이 개발되어 있다. 하지만 모든 배에 장착이 불가능한 점과 사용성은 개선이 되었지만 휴대성이 더욱 악화되어 소형 레저 선박을 즐기고자 하는 일반인들의 개선 사항은 끈임없이 재기되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-2133368호 "정밀 위치 해상 계측을 위한 무인 자율 부이 시스템, 이의 방법, 그리고 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체" (2020. 7. 7. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 견인이 가능한 개별 자율주행체를 통하여 해상에서 특수 목적을 수행하는 부이(buoy) 등을 견인하여 특정 목적지까지 견인을 하거나, 해상 레저 선박 등을 특정 지역에 해상 정박, 혹은 특정 목적지까지 견인하는 해상 견인이 가능한 고해상도 해상 자율주행 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 선체(110); 선체(110)의 내부에 설치되는 선체(110)의 위치 정보를 받을 수 있는 고 정밀 GNSS 안테나(150); 선체(110)의 내부에 설치되는 선체(110)의 균형 정보를 받을 수 있는 선체 균형 센서(140); 선체(110)의 내부에 설치되는 고 정밀 GNSS 안테나(150)의 위치 정보를 수집 판단하는 컨트롤 장치(120); 선체(110)의 내부에 설치되는 선체 균형 센서(140)의 선체 균형 정보를 수집 판단하는 컨트롤 장치(120); 컨트롤 장치의 판단에 따라 생성된 신호로 움직이는 추력모터(160); 선체(110)의 내부에 설치되는 컨트롤 장치(120), 고출력 배터리(130), 선체 균형 센서(140), GNSS 안테나(150)를 해수와 빗물로부터 보호하는 방수 덮개(180); 선체(110)의 일측에 설치되어 견인 대상(초소형 선박 및 부이 등)에 밧줄 등으로 연결하는 견인 고리(170); 를 포함하는 고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템을 제공한다.
상기와 같이 본 발명은, 해상 견인이 가능한 고해상도 해상 자율주행 시스템을 사용함으로써, 기존 해상 센서 부이(buoy) 등을 무설치로 사용이 가능함으로 사용성을 증대시킬 수 있으며, 기존 설치형 부이(buoy) 등에 비해 저렴한 설치 및 제품 비용으로 해상의 센싱 해상도가 극대화 및 해상 국토 개발 업체의 비용 및 시간이 절감될 것으로 예상된다.
또한 본 발명은 해상 레저 선박 이용자들에게 기존 제품보다 휴대성 및 사용성이 증대될 수 있으며, 이를 통해 국산 기술 부재에 따른 단점들을 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방수 덮개를 장착한 고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 방수 덮개(180)를 제거한 상태의 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템 및 이의 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방수 덮개를 장착한 고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템의 사시도이며, 도 2는 도 1에서 방수 덮개(180)를 제거한 상태의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 고 정밀 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이(buoy) 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 자율주행 시스템(100)은, 선체(110), 선체(110)의 내부에 설치되는 컨트롤 장치(120), 고출력 배터리(130), 선체 균형 센서(140), 고 정밀 GNSS 안테나(150), 추력 모터(160) 등이 있으며, 선체(110) 후미 쪽에 설치되는 견인 고리(170), 선체(110) 상단에 장착되는 방수 덮개(180) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
선체(110)의 재질로는 FRP(fiberglass reinforced plastic), ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), HDPE(high density polyethylene), PLA(polylactic acid) 등이 사용될 수 있다.
본 해상 자율주행 시스템(100)은, 고출력 배터리(130)와 추력모터(160)의 출력을 효율적으로 이용하고, 초소형 선체(110)의 균형 유지와 고 정밀 위치 파악의 단점을 극복하여, 해상에서 견인이 가능한 자율주행 시스템을 제공한다.
선체 균형 센서(140)는 선체(110)의 내부에 설치되어 선체(110)의 균형 정보를 받을 수 있다.
고정밀 GNSS 안테나(150)는 선체(110)의 내부에 설치되어 선체(110)의 위치 정보를 받을 수 있다.
컨트롤 장치(120)는 선체(110)의 내부에 설치되며, 선체(110)의 고 정밀 GNSS 안테나(150)의 위치 정보 및 선체(110)의 선체 균형 센서(140)의 선체 균형 정보 정보를 취득하고, 고출력 배터리(130)의 전력을 입력 받아 알고리즘으로 생성된 모터 제어 신호로 추력 모터(160)를 제어한다.
추력 모터(160)는 컨트롤 장치(120)의 판단에 따라 생성된 신호로 움직이게 된다.
컨트롤 장치(120)는 고 정밀 GNSS 안테나(150)에서 받은 신호를 분석하여 기본적으로 고 정밀 위치 정보를 파악하되 사용자가 선택적으로 제공할 수 있는 인터넷 신호(핫스팟, 테더링, wifi, 기타 등등)가 있다면 초고정밀 위치추적 정보(GPS-RTK)를 생성 및 이용할 수 있고, 원격 제어가 가능하며, 컨트롤 장치(120)에서 수집할 수 있는 정보를 불특정 대상(NE)로 송출할 수 있다.
컨트롤 장치(120)는 견인 중인 대상체에 전력을 공급할 수 있고, 데이터 송 수신이 가능 하다.
경우에 따라 컨트롤 장치(120)와 고출력 배터리(130)는 견인 중인 대상체에서 전력을 공급받을 수 있다.
선체(110)는 추력 모터(160)를 통하여 추진력을 얻고, 선체(110)에 해상에서 생길 수 있는 각종 외력에 반발력을 주어 해상 정박을 할 수 있고, 원격 제어를 통하여 특정 포인트(point)로 이동이 가능하다.
선체 균형 센서(140)는 정박 혹은 포인트 이동시 전복 방지 시스템으로 이용이 가능하며, 추력 모터(160) 제어 알고리즘의 일환으로 가감속을 통하여 선수 전복, 선미 전복, 좌현 전복, 우현 전복을 방지한다.
컨트롤 장치(120)는 저장매체를 포함할 수 있으며, 이 저장매체는 수집된 데이터를 기록하는 용도로 사용이 가능하다.
컨트롤 장치(120)는 단독 제어를 수행하기 위해 사용자가 블루투스와 같은 RF신호로 통신을 할 수 있다.
방수 덮개(180)는 컨트롤 장치(120), 고출력 배터리(130), 선체 균형 센서(140), GNSS 안테나(150)를 해수와 빗물로부터 보호한다.
견인 고리(170)는 선체(110)의 일측에 설치되어 견인 대상(초소형 선박 및 부이 등)에 밧줄 등으로 연결될 수 있다.
또한, 인터넷 환경을 사용자가 선택적으로 추가할 수 있다.
또한, 사용자가 추가하여 인터넷 환경이 제공된다면 GNSS 초고정밀 위치 추적 모드(GPS-RTK)를 사용할 수 있다.
또한, 사용자가 추가하여 인터넷 환경이 제공된다면 원격 제어 기능이 포함될 수 있다.
한편, 추력모터(160)는 프로펠러의 정방향(CW), 프로펠러의 역방향(CCW)를 각각 장착하여 선박 회전에 모멘트를 응용하여 선체 균형 유지에 이점을 제공할 수 있다.
또한, 추력모터(160)는 추력의 정방향(CW), 추력의 역방향(CCW)를 이용하여, 제자리 선회할 수 있다.
또한, 선체 균형 센서(140)를 통하여 컨트롤 장치(120)에서 판단 할 때, 선체 균형을 잃었다 판단 시, 추력모터(160)을 이용하여, 선체 균형을 유지하도록 할 수 있다.
또한, 무게 중심을 하부에 두어 전복시 자가 복원이 가능하다.
또한, 견인 고리(170)가 후미 쪽 하단으로 달려, 추력의 이점을 더할 수 ㅇ있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템
110 : 선체
120 : 컨트롤 장치
130 : 고출력 배터리
140 : 선체 균형 센서
150 : 고 정밀 GNSS 안테나
160 : 추력 모터
170 : 견인 고리
180 : 방수 덮개

Claims (1)

  1. 선체(110);
    선체(110)의 내부에 설치되는 선체(110)의 위치 정보를 받을 수 있는 고 정밀 GNSS 안테나(150);
    선체(110)의 내부에 설치되는 선체(110)의 균형 정보를 받을 수 있는 선체 균형 센서(140);
    선체(110)의 내부에 설치되는 고 정밀 GNSS 안테나(150)의 위치 정보를 수집 판단하는 컨트롤 장치(120);
    선체(110)의 내부에 설치되는 선체 균형 센서(140)의 선체 균형 정보를 수집 판단하는 컨트롤 장치(120);
    컨트롤 장치의 판단에 따라 생성된 신호로 움직이는 추력모터(160);
    선체(110)의 내부에 설치되는 컨트롤 장치(120), 고출력 배터리(130), 선체 균형 센서(140), GNSS 안테나(150)를 해수와 빗물로부터 보호하는 방수 덮개(180);
    선체(110)의 일측에 설치되어 견인 대상(초소형 선박 및 부이 등)에 밧줄 등으로 연결하는 견인 고리(170);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 정밀 GNSS 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템.
KR1020220093053A 2022-07-27 2022-07-27 고 정밀 gnss 위치 추적을 이용하여 초소형 선박 및 부이 등 해상 부유체를 견인할 수 있는 고해상도 해상 자율주행 시스템 KR20240015332A (ko)

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