KR101507422B1

KR101507422B1 - Hybrid Autonomous Underwater Vehicle

Info

Publication number: KR101507422B1
Application number: KR1020130121014A
Authority: KR
Inventors: 주문갑; 신동협; 배설봉
Original assignee: 부경대학교 산학협력단
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-03-31
Anticipated expiration: 2033-10-11

Abstract

본 발명은 하이브리드 무인잠수정에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 측면은, 플라스틱 프레임으로 하이브리드 무인잠수정 본체(8)의 상단 중앙부에 탈착 가능하도록 형성되어 펼쳐지는 경우 수중 글라이더 모드, 접혀지는 경우 무인 잠수정 모드로의 전환을 수행하는 수중 날개(4); 및 상기 수중 날개(4)와 연결되어 동작하는 수중날개 구동모터(2)에 대한 제어를 수행하는 제어 프로세서(17); 를 포함하는 하이브리드 무인잠수정(100)을 제공함에 있다.
이에 의해, 수중 글라이더의 부력 조절과 무게중심 이동을 통하여 추진력을 얻으므로 추진에 필요한 에너지가 작은 장점과, 자율 무인잠수정의 수직방향의 이동이 추진시에 필수적이고, 빠른 속도로 작은 회전 반경을 제공가능한 장점을 동시에 제공함으로써, 기존의 자율 무인잠수정에 수중 글라이더의 추진방식을 추가하여 에너지 효율을 높임과 동시에 필요시에는 추진기를 사용하여 긴 이동거리와 효과적인 임무 수행이 동시에 가능하다.The present invention relates to a hybrid unmanned submersible. The first aspect of the present invention relates to an underwater wing 4 which is detachably formed at the upper center portion of a hybrid unmanned submersible main body 8 with a plastic frame and performs an underwater glider mode when folded and an unmanned submersible mode when folded ); And a control processor (17) for performing control on an underwater blade drive motor (2) operating in connection with the underwater blade (4); To the hybrid unmanned underwater vehicle (100).
As a result, the propulsion force is obtained through the buoyancy control of the underwater glider and the movement of the center of gravity. Therefore, the energy required for propulsion is small, and the vertical movement of the autonomous unmanned submersible is essential for the propulsion. By providing the possible advantages simultaneously, it is possible to increase the energy efficiency by adding the propulsion method of the underwater glider to the existing autonomous unmanned submersible, and at the same time, it is possible to carry out the long travel distance and the effective mission by using the propeller when necessary.

Description

Hybrid Autonomous Underwater Vehicle

본 발명은 하이브리드 무인잠수정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 자율 무인 잠수정과 수중 글라이더의 장점을 혼합하기 위한 하이브리드 무인잠수정에 관한 것이다.
The present invention relates to a hybrid unmanned submersible, and more particularly, to a hybrid unmanned submersible for mixing the advantages of an autonomous unmanned submersible and an underwater glider.

무인잠수정은 크게 모선과 연결된 케이블을 통하여 조종되는 ROV(Remotely Operated Vehicle)와 모선과의 연결 없이 프로그램에 의하여 스스로 움직이는 AUV(자율 무인잠수정, Autonomous Underwater Vehicle)로 구분된다. The unmanned submersible is divided into ROV (Remotely Operated Vehicle), which is controlled through a cable connected to the mother ship, and AUV (Autonomous Underwater Vehicle), which is moved by the program by itself without connection with the mother ship.

ROV(Remotely Operated Vehicle)는 함체의 위치뿐만 아니라 주로 해양 샘플의 수집을 위하여 장착된 로봇팔의 움직임까지 모선에서 조종되는 반면, 자율 무인잠수정(AUV)은 RF 등의 무선 통신을 통하여 작전 시작 시 전달된 임무를 고도의 자율성(autonomy)을 가지고 스스로 실행해야하기 때문에 더 많은 전자장치를 구비하고 있으며, 더 높은 차원의 제어가 필요하다. The ROV (Remotely Operated Vehicle) is controlled not only by the location of the enclosure but also by the movement of the robot arm mounted for collecting marine samples, while the autonomous unmanned submersible (AUV) Because they have to run their own tasks with a high degree of autonomy, they are equipped with more electronic devices and require a higher level of control.

이러한, 자율 무인잠수정(AUV)은 프로펠러 추진기를 사용하는 전통적인 자율 무인잠수정과, 중력 및 부력을 이용하여 추진하는 수중 글라이더로 분류하여 각각 발전하여 왔으며, 미국은 수중 글라이더에 대한 개념을 가장 먼저 개발하였고, 현재도 이에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있다. These autonomous unmanned submersibles (AUVs) have been developed as classical autonomous unmanned submersibles using propeller propellers and underwater gliders driven by gravity and buoyancy, respectively. The US developed the concept of underwater gliders first , And it is currently actively conducting research on this.

일반적인 무인잠수정과 달리 수중 글라이더는 물고기의 부레와 같은 유사한 역할을 하는 부력 조절 장치를 이용하여 추진력을 얻음으로써, 부력 조절장치를 통해 수직방향으로 힘을 발생시킨 후 선체 좌우의 부착된 날개를 통해 양력을 발생시켜 추진력으로 전환한다. 최소한의 동력으로 수중 글라이더는 일반 무인잠수정에 비해 운영시간과 탐사 거리를 극대화시킬 수 있는 장점을 갖는다. Unlike a general unmanned submersible, an underwater glider generates a propulsive force using a buoyancy regulator that plays a similar role as a fish breeze, generating a force in a vertical direction through a buoyancy regulator, To the propulsion force. The underwater glider has the advantage of maximizing the operating time and the exploration distance compared to general unmanned submersible.

부연 설명하자면 수중 글라이더 타입은 프로펠러 추진기를 사용하지 않으므로 에너지 소비가 적어 수개월 동안 수천 킬로미터의 수중을 항해하며 수온 측정, 해류 측정 등의 작업들을 할 수 있는 반면, 진행속도가 느리고 회전반경이 큰 단점을 갖는 것이다. In other words, since the underwater glider type does not use the propeller propeller, it can navigate thousands of kilometers of water for several months with low energy consumption, and can perform water temperature measurement and ocean current measurement. On the other hand, .

그리고 수중 글라이더 타입과는 달리 기존의 자율 무인잠수정 타입은 프로펠러 추진기와 내장배터리를 사용하며, 작은 회전 반경을 이용하여 해저 지형 탐색, 기뢰 탐색 및 제거 등의 주어진 임무를 정확하게 수행할 수 있다는 장점을 갖는 반면, 장기간의 수중 항해가 불가능한 단점을 갖는다. Unlike the underwater glider type, the conventional autonomous unmanned submersible type uses a propeller propeller and an internal battery, and has a merit that it can accurately perform a given mission such as searching for undersea feature, searching for a mine, and removing a mine using a small radius of rotation On the other hand, it has a disadvantage that long-term underwater navigation is impossible.

이에 따라 해당 기술분야에 있어서는 종래의 자율 무인잠수정에 수중 글라이더의 추진방식을 추가하여 에너지 효율을 높이고, 필요시에는 추진기를 사용하여, 긴 이동거리와 효과적인 임무 수행이 가능한 하이브리드 무인잠수정에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
Accordingly, in the related technical field, the technology for the hybrid unmanned submersible which can increase the energy efficiency by adding the propulsion system of the underwater glider to the conventional autonomous unmanned submersible and can use a propeller when necessary, .

[관련기술문헌][Related Technical Literature]

1. 잠수함용 수평타 기능을 겸비한 포드 추진장치(Pod Propulsion System Including Hydroplanes for Submarine) (특허출원번호 제10-2006-0129255호)1. Pod Propulsion System Including Hydroplanes for Submarine (Patent Application No. 10-2006-0129255), which has a horizontal riding function for a submarine.

2. 자율운항무인선박(Auto-Piloting Unmanned Ship) (특허출원번호 제10-2006-0073160호)2. Auto-Piloting Unmanned Ship (Patent Application No. 10-2006-0073160)

3. 등속조인트를 이용한 추력편향 수중 추진장치(Underwater Vector Thruster using Constant Speed Joint) (특허출원번호 제10-2011-0117059호)
3. Underwater Vector Thruster using Constant Speed Joint Using Constant Velocity Joint (Patent Application No. 10-2011-0117059)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 자율 무인잠수정에 수중 글라이더의 추진방식을 추가하여 에너지 효율을 높이고, 필요시에는 추진기를 사용하여, 긴 이동거리와 효과적인 임무 수행이 가능하도록 하기 위한 하이브리드 무인잠수정을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to improve the energy efficiency by adding a propulsion system of an underwater glider to an existing autonomous unmanned submersible and to enable a long travel distance and an effective mission performance by using a propeller when necessary To provide a hybrid unmanned underwater vehicle.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 무인잠수정(100)은, 플라스틱 프레임으로 하이브리드 무인잠수정 본체(8)의 상단 중앙부에 탈착 가능하도록 형성되어 펼쳐지는 경우 수중 글라이더 모드, 접혀지는 경우 무인 잠수정 모드로의 전환을 수행하는 수중 날개(4); 및 상기 수중 날개(4)와 연결되어 동작하는 수중날개 구동모터(2)에 대한 제어를 수행하는 제어 프로세서(17); 를 포함한다. In order to achieve the above object, the hybrid unmanned submersible vehicle 100 according to the embodiment of the present invention is configured to be detachably mountable on the upper center portion of the hybrid unmanned submersible main body 8 with a plastic frame, An underwater wing (4) for performing the transition to the unmanned submersible mode; And a control processor (17) for performing control on an underwater blade drive motor (2) operating in connection with the underwater blade (4); .

이때, 상기 제어 프로세서(17)는, 상기 수중 글라이드 모드 수행시 음파의 도플러 현상을 이용해 선체의 상대 속도를 측정하는 센서인 DVL(Doppler Velocity Log)(13)에 의해 위치 추적을 수행하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the control processor 17 performs the position tracking by a DVL (Doppler Velocity Log) 13, which is a sensor for measuring the relative velocity of the hull using the Doppler phenomenon of the sound wave in the underwater glide mode .

또한, 상기 제어 프로세서(17)는, 상기 수중 글라이드 모드 수행시 해수면 이하에 상기 하이브리드 무인잠수정 본체(8)가 위치한 경우, GPS(11), DVL(Doppler Velocity Log)(13), 깊이 감지 센서(depth sensor)(18)와 IMU(Inertial Measurement Unit)(12)로부터 데이터를 수신하여 상기 하이브리드 무인잠수정 본체(8)의 자세 및 위치를 연산하는 방식을 취하고, 상기 하이브리드 무인잠수정 본체(8)가 해수면 위로 떠오르는 것을 미리 설정된 이벤트 조건으로 설정하여 상기 이벤트 조건이 발생하는 경우, RF(Radio Frequency) 통신부(17a)를 이용하여 현재 데이터를 송수신하거나, 상기 GPS(11)를 이용해 위성과 연결하여 상기 하이브리드 무인잠수정 본체(8)에 대해 연산된 현재 위치를 보정하는 방식을 취하는 것이 바람직하다.When the hybrid unmanned submersible main body 8 is located below sea level in the underwater glide mode, the control processor 17 controls the GPS 11, the DVL (Doppler Velocity Log) 13, the depth sensor depth sensor 18 and an IMU 12 to calculate the posture and the position of the hybrid unmanned submersible main body 8. The hybrid unmanned submersible main body 8 is configured to calculate the posture and the position of the hybrid unmanned submersible main body 8, And transmits the current data using the RF (Radio Frequency) communication unit 17a when the event condition occurs, or connects the satellite with the satellite using the GPS 11, It is preferable to adopt a scheme of correcting the calculated current position with respect to the submersible main body 8.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 무인잠수정(100)은, 제 1 무게중심형 구동모터(1), 무게중심형 배터리(6), 제 2 무게중심형 구동모터(7)를 일체로 연결하여 형성되는 무게중심 축(5); 를 더 포함하며, 상기 무게중심형 배터리(6)는, 상기 제 1 무게중심형 구동모터(1)와 상기 제 2 무게중심형 구동모터(7)의 전단에 형성되며, 상기 제 1 무게중심형 구동모터(1)와 상기 제 2 무게중심형 구동모터(7)를 포함한 상기 하이브리드 무인잠수정 본체(8) 내부의 액츄에이터로의 전원 공급을 위해 전력을 저장하기 위해 형성되며, 상기 제 1 무게중심형 구동모터(1)의 후단과, 상기 무게중심형 배터리(6)의 전단에는 각각 적외선 거리 센서(3)가 형성되어, 상기 적외선 거리 센서(3)를 이용해 상기 무게중심형 배터리(6)에 상기 대한 무게중심 축(5) 상에서의 수평 이동을 통해 무게 중심을 상단 및 후단으로 제어하는 기능이 상기 제어 프로세서(17)에 의해 수행되는 것이 바람직하다. The hybrid unmanned submersible 100 according to the present invention is formed by integrally connecting a first center-weighted drive motor 1, a center-weighted battery 6, and a second center-weighted drive motor 7 A center-of-gravity axis 5; Wherein the center-weighted battery (6) is formed at a front end of the first center-weighted driving motor (1) and the second center-weighted driving motor (7), and the first center- A first center-of-gravity type drive motor (7), and a second center-of-gravity type drive motor (7), the first center-of-gravity type drive motor An infrared distance sensor 3 is formed on the rear end of the driving motor 1 and on the front end of the center-weight type battery 6, It is preferable that the control processor 17 performs a function of controlling the center of gravity to the upper end and the rear end through the horizontal movement on the central axis 5. [

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본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 무인잠수정은, 수중 글라이더의 부력 조절과 무게중심 이동을 통하여 추진력을 얻으므로 추진에 필요한 에너지가 작은 장점과, 자율 무인잠수정의 수직방향의 이동이 추진시에 필수적이고, 빠른 속도로 작은 회전 반경을 제공가능한 장점을 동시에 제공함으로써, 기존의 자율 무인잠수정에 수중 글라이더의 추진방식을 추가하여 에너지 효율을 높이고, 필요시에는 추진기를 사용하여, 긴 이동거리와 효과적인 임무 수행이 가능하다.
The hybrid unmanned submersible according to the embodiment of the present invention is advantageous in that the energy required for propulsion is small because the propulsion force is obtained through the buoyancy control of the underwater glider and the movement of the center of gravity and the vertical movement of the autonomous unmanned submersible is necessary , Providing the possibility of providing a small turning radius at a high speed, thereby enhancing the energy efficiency by adding an underwater glider propulsion method to the existing autonomous unmanned submersible, and by using a propeller when necessary, This is possible.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 무인잠수정(100)의 제어 프로세서(17)와 각 센서 및 액츄에이터와의 관계를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 무인잠수정(100)에 대한 항법 시스템을 제공하기 위한 하이브리드 무인잠수정 제어시스템(100a)을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 무인잠수정(100)의 종단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 무인잠수정(100)에 대한 각 타입의 글라이드 모드와, 자율 무인잠수정 모드에 따른 다양한 방식에 따른 수중날개 변화를 나타내는 도면이다. 1 is a block diagram for explaining a relationship between a control processor 17 of each hybrid unmanned submersible 100 and each sensor and an actuator according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a hybrid unmanned submersible control system 100a for providing a navigation system for a hybrid unmanned submersible 100 according to an embodiment of the present invention.
3 is a longitudinal sectional view of the hybrid unmanned submersible 100 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing various types of glide modes for hybrid unmanned submersible 100 according to an embodiment of the present invention and variations of underwater wing according to various modes according to autonomous unmanned submersible mode.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
In the present specification, when any one element 'transmits' data or signals to another element, the element can transmit the data or signal directly to the other element, and through at least one other element Data or signal can be transmitted to another component.

먼저, 도 3을 참조하면, 하이브리드 무인잠수정(100)을 자율 구동하여 추진력을 얻기 위한 구성요소는 제 1 무게중심형 구동모터(1), 수중날개 구동모터(2), 적외선 거리 센서(3), 수중 날개(4), 무게중심 축(5), 무게중심형 배터리(6), 무게중심형 구동모터(7), 하이브리드 무인잠수정 본체(8), 및 프로펠러(9)를 포함한다. 한편, 3, components for autonomously driving the hybrid UAV 100 to obtain thrust are a first center-of-gravity type driving motor 1, an underwater blade driving motor 2, an infrared distance sensor 3, A center-weight type battery 6, a center-weight type drive motor 7, a hybrid unmanned submersible main body 8, and a propeller 9, as shown in FIG. Meanwhile,

여기서 수중 날개(4)는 플라스틱 프레임으로 하이브리드 무인잠수정 본체(8)의 상단 중앙부에 탈착 가능하도록 형성된다. 이렇게 형성된 수중 날개(4)의 타입은 도 2에서의 제 1 내지 제 3 타입으로 각기 형성 가능하며, 제 1 내지 제 3의 각 타입마다 수중 글라이더 모드, 무인 잠수정 모드로의 전환을 수중 날개(4)와 연결되어 동작하는 수중날개 구동모터(2)에 대한 제어 프로세서(17)의 제어에 의해 수행된다.Here, the water wing 4 is detachably attached to the upper center portion of the hybrid unmanned submersible main body 8 with a plastic frame. The type of underwater wing 4 thus formed can be formed into each of the first to third types in FIG. 2, and the conversion into the underwater glider mode and the unmanned submersible mode for each of the first to third types is performed by the water wing 4 And is controlled by the control processor 17 for the underwater blade drive motor 2 that operates in conjunction with the underwater blade drive motor 2.

한편, 수중 날개(4)는 도 4에 도시된 방향타(16)로의 역할을 수행할 수 있다. On the other hand, the water wing 4 can serve as the rudder 16 shown in Fig.

다음으로, 무게중심 축(5)은 제 1 무게중심형 구동모터(1), 무게중심형 배터리(6), 제 2 무게중심형 구동모터(7)를 일체로 연결하여 형성된다. Next, the center-of-gravity axis 5 is formed by integrally connecting the first center-weighted drive motor 1, the center-weighted battery 6, and the second center-weighted drive motor 7.

무게중심형 배터리(6)는 제 1 무게중심형 구동모터(1)와 제 2 무게중심형 구동모터(7)의 전단에 형성되며, 제 1 무게중심형 구동모터(1)와 제 2 무게중심형 구동모터(7)를 포함한 전원을 공급하기 하이브리드 무인잠수정 본체(8) 내부로의 전원 공급을 위해 전력을 저장하기 위해 형성된다. The center-of-gravity type battery 6 is formed at the front end of the first center-of-gravity type driving motor 1 and the second center type center driving motor 7, Type drive motor 7 for supplying power to the hybrid unmanned submersible main body 8. The power supply for supplying the power to the hybrid unmanned submersible main body 8 is not particularly limited.

또한, 제 1 무게중심형 구동모터(1)의 후단과, 무게중심형 배터리(6)의 전단에는 각각 적외선 거리 센서(3)가 형성됨으로써, 적외선 거리 센서(3)를 이용해 무게중심형 배터리(6)에 대한 무게중심 축(5) 상에서의 수평 이동을 통해 무게 중심을 상단 및 후단으로 제어하는 기능이 추가적으로 제어 프로세서(17)에 의해 가능하다. The infrared distance sensor 3 is formed on the rear end of the first center-of-gravity type driving motor 1 and the front end of the center-weight type battery 6 so that the center- 6 is further enabled by the control processor 17 to control the center of gravity to the upper and rear ends through horizontal movement on the center-of-gravity axis 5.

이와 같이, 제 1 무게중심형 구동모터(1), 무게중심형 배터리(6), 그리고 제 2 무게중심형 구동모터(7)는 도 3에 도시된 중량이동장치(14)로의 역할을 수행할 수 있다. Thus, the first center-weighted drive motor 1, the center-weighted battery 6, and the second center-weighted drive motor 7 serve as the weight transfer device 14 shown in FIG. 3 .

한편, 하이브리드 무인잠수정 본체(8)의 후단 말미에는 프로펠러(9)가 형성됨으로써, 도 1에 도시된 추진체(15)로의 역할을 수행한다.
Meanwhile, a propeller 9 is formed at the rear end of the hybrid unmanned submersible main body 8 to serve as the propellant 15 shown in FIG.

다음으로, 하이브리드 무인잠수정(100)은 상술한 바와 같은 수중 날개(4)의 변환을 통해 수중 글라이더 모드의 경우, 수중 글라이더의 추진방식을 추가하여 에너지 효율을 높이고, 필요시에는 자율 무인잠수정 모드에 의한 추진력을 얻도록 함으로써, 긴 이동거리에 대한 임무 수행과, 필요시 추진력에 의한 임무 수행이 가능하도록 한다.In the case of the underwater glider mode, the hybrid unmanned submersible 100 is operated by changing the submersible wing 4 as described above to increase the energy efficiency by adding the propulsion method of the underwater glider, So that it is possible to carry out the mission for a long distance traveled and, if necessary, to perform the mission by the momentum.

이와 같이 하이브리드 무인잠수정(100)에 수중 글라이더의 추진방식을 적용하기 위해서 하이브리드 무인잠수정(100)은 도 1과 같이, GPS(GPS 수신기: 11), IMU(Inertial Measurement Unit: 12), DVL(Doppler Velocity Log: 13), 중량이동장치(14), 추진체(15), 방향타(16), 제어 프로세서(17) 및 RF 통신부(17a)를 포함하는 것이 바람직하다. 1, the hybrid unmanned submersible 100 includes a GPS (Global Positioning System) receiver 11, an IMU (Inertial Measurement Unit) 12, a DVL (Doppler) Velocity log 13, a weight transfer device 14, a propellant 15, a rudder 16, a control processor 17 and an RF communication unit 17a.

또한, 도 2와 같이, 하이브리드 무인잠수정(100) 내부에 형성된 하이브리드 무인잠수정 제어시스템(100a)은 상술한 IMU(12)을 포함하는 관성 항법 장치(INS: Inertial Navigation System)(10a), GPS(11) 외에 깊이 감지 센서(depth sensor)(18), Kalman 필터(19)를 더 포함함으로 형성된다. 2, the hybrid unmanned submersible control system 100a formed in the hybrid UAV 100 includes an inertial navigation system (INS) 10a including the above-described IMU 12, a GPS (Global Positioning System) 11, a depth sensor 18 and a Kalman filter 19 are further included.

하이브리드 무인잠수정(100)은 수중 글라이더 모드로 구동시 수중 환경에서 운항되기 때문에 일반적인 통신이 어려워 하이브리드 무인잠수정(100)의 위치정보와 자세정보를 정확하게 파악하는 것이 중요한 요소이다. Since the hybrid unmanned submersible 100 is operated in an underwater environment when operated in an underwater glider mode, general communication is difficult, and it is important to accurately grasp the position information and attitude information of the hybrid unmanned SUV 100.

종래에는 수중 항법에 있어서 관성센서를 사용하는 방법과, 모선이나 해저에 위치한 초음파 센서를 사용하는 LBL(Long Base Line), USBL(Ultra Short Base Line)을 같이 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.Conventionally, there have been used a method of using an inertial sensor for underwater navigation and a method of using an LBL (Long Base Line) and USBL (Ultra Short Base Line) using an ultrasonic sensor located on a mother ship or a seabed.

이와 대조적으로 본 발명에서의 제어 프로세서(17)는 수중 운동체에 장착된 음파의 도플러 현상을 이용해 선체의 상대 속도를 측정하는 센서인 DVL(Doppler Velocity Log)(13)을 위치추적의 정밀도를 높이는 수중 항법을 이용하는 것이 바람직하다. In contrast, the control processor 17 of the present invention uses a Doppler Velocity Log (DVL) 13, which is a sensor for measuring the relative speed of a ship by using the Doppler phenomenon of a sound wave mounted on an underwater vehicle, It is preferable to use navigation.

즉, 하이브리드 무인잠수정(100)은 수중 글라이더 모드로 구동시 수중 환경에서 운항되기 때문에 일반적인 통신이 어려워 위치정보와 자세정보를 정확하게 파악하는 것이 중요한 요소이다. That is, since the hybrid unmanned submersible 100 is operated in an underwater environment when driving in an underwater glider mode, general communication is difficult and it is important to accurately grasp the position information and attitude information.

이에 따라, 본 발명에서와 같이 DVL(Doppler Velocity Log)(13)을 수중 운동체에 장착하여 위치추적의 정밀도를 높이는 수중 항법을 이용하는 경우, 결과적으로 제어 프로세서(17)는 모선이나 해저 구조물의 도움 없이 하이브리드 무인잠수정 본체(8)의 위치를 종래의 기술에 비해 정밀하게 탐색 가능한 효과를 제공한다.
Accordingly, in the case of using an underwater navigation method in which a DVL (Doppler Velocity Log) 13 is attached to an underwater vehicle to increase the accuracy of position tracking as in the present invention, the control processor 17 can consequently The position of the hybrid unmanned submersible main body 8 can be searched precisely compared to the conventional technique.

또한, 제어 프로세서(17)는 도 2와 같이 GPS(11), DVL(Doppler Velocity Log)(13), 깊이 감지 센서(depth sensor)(18)와 IMU(Inertial Measurement Unit)(12)를 이용한 복합항법을 통해 하이브리드 무인잠수정 본체(8)의 자세 및 위치를 연산하고, 하이브리드 무인잠수정 본체(8)가 해수면 위로 떠오르는 것을 미리 설정된 이벤트 조건으로 설정할 수 있다. 2, the control processor 17 is a combination of a GPS 11, a DVL (Doppler Velocity Log) 13, a depth sensor 18 and an IMU (Inertial Measurement Unit) It is possible to calculate the posture and the position of the hybrid unmanned submersible main body 8 through navigation and to set the hybrid unmanned submersible main body 8 to float above the sea surface by preset event conditions.

이후, 제어 프로세서(17)는 이벤트 조건이 발생하는 경우, RF(Radio Frequency) 통신부(17a)를 이용하여 현재 데이터를 송수신하거나, GPS(11)를 이용해 위성과 연결하여 하이브리드 무인잠수정 본체(8)에 대한 현재 위치를 바로잡는 방식을 사용하는 것이 바람직하다.
Thereafter, when an event condition occurs, the control processor 17 transmits / receives current data using a radio frequency (RF) communication unit 17a or connects the satellite with the satellite using the GPS 11, It is preferable to use a method of correcting the current position with respect to the target position.

보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 하이브리드 무인잠수정(100)에 대한 수중 글라이더 모드로 구동을 위해 하이브리드 무인잠수정 제어시스템(100a)은 깊이 제어를 하며 직진 운동하는 것을 구현하기 위하여 IMU(12)와 GPS(11), 깊이 감지 센서(depth sensor)(18)를 결합하여 Kalman 필터(19)를 적용한 항법시스템 보드로 구현된다. 2, the hybrid unmanned submersible control system 100a for driving in the underwater glider mode with respect to the hybrid unmanned submersible 100 is provided with the IMU 12 A GPS 11 and a depth sensor 18 are combined to form a navigation system board to which a Kalman filter 19 is applied.

여기서, 하이브리드 무인잠수정 제어시스템(100a)에 포함되는 제어 프로세서(17)는 150 MHz의 연산속도와 DAC(Digital-to-Analog Converter), PWM(Pulse Width Modulation), 통신 기능 등을 지원하며, Kalman 필터(19)와 복합항법에 사용되는 각종 센서와 각종 액츄에이터에 대한 제어를 수행 가능하다. The control processor 17 included in the hybrid unmanned submersible control system 100a supports an operation speed of 150 MHz and a digital-to-analog converter (DAC), a pulse width modulation (PWM) It is possible to control the various sensors used in the filter 19 and the complex navigation and various actuators.

제어 프로세서(17)는 IMU(12)에 포함된 자이로 센서(Gyros)(12a) 및 가속도센서(12b)로부터 중력데이터 및 속도데이터를 수집하여 항법 방정식을 생성 후, GPS(11)와 깊이 감지 센서(depth sensor)(18)로부터 수집한 보정데이터로 보완한 뒤, 인공위성 항법 자료의 실시간 처리에 활용되는 Kalman 필터(19)를 통해 보정을 수행한다. The control processor 17 collects the gravity data and the velocity data from the gyroscope 12a and the acceleration sensor 12b included in the IMU 12 to generate a navigation equation, the correction data is supplemented by the correction data collected from the depth sensor 18 and then corrected through the Kalman filter 19 used for real-time processing of the satellite navigation data.

본 발명에서의 제어 프로세서(17)를 Texas Instrument 사의 DSP(Digital Signal Processor)인 TMS320F28335를 이용하여 하이브리드 무인잠수정 제어시스템(100a)을 구현한다.The hybrid unmanned submersible control system 100a is implemented by using the control processor 17 of the present invention as a TMS320F28335 DSP (Digital Signal Processor) of Texas Instruments.

제어 프로세서(17)는 GPS(11), IMU(12), DVL(13)로부터의 데이터를 RS-232 인터페이스를 이용하여 수신한다. 제어 프로세서(17)는 수신된 데이터를 Kalman 필터(19)를 이용해 보정을 완료함으로써, DAC 기능에 의한 추진체(15)에 대한 제어를 수행하며, PWM 기능에 의한 중량이동장치(14), 방향타(16)에 대한 제어가 수행되도록 한다.
The control processor 17 receives data from the GPS 11, the IMU 12, and the DVL 13 using an RS-232 interface. The control processor 17 performs control on the propellant 15 by the DAC function by completing the correction using the Kalman filter 19 with the received data and controls the weight movement device 14, 16 are performed.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
The present invention can also be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
As described above, preferred embodiments of the present invention have been disclosed in the present specification and drawings, and although specific terms have been used, they have been used only in a general sense to easily describe the technical contents of the present invention and to facilitate understanding of the invention , And are not intended to limit the scope of the present invention. It is to be understood by those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

1: 무게중심 구동모터
2: 수중날개 구동모터
3: 적외선 거리 센서
4: 수중날개
5: 무게중심 축
6: 무게중심형 배터리
7: 무게중심형 구동모터
8: 하이브리드 무인잠수정 본체
9: 프로펠러
10a: 관성 항법 장치(INS: Inertial Navigation System)
11: GPS(GPS 수신기)
12: IMU(Inertial Measurement Unit)
13: DVL(DVL(Doppler Velocity Log)
14: 중량이동장치
15: 추진체
16: 방향타
17: 제어 프로세서
17a: RF 통신부
18: 깊이 감지 센서(depth sensor)
19: Kalman 필터
100: 하이브리드 무인잠수정
100a: 하이브리드 무인잠수정 제어시스템1: center-of-gravity driven motor
2: Underwater wing drive motor
3: Infrared distance sensor
4: Underwater wing
5: Center of gravity axis
6: Center-Weight Battery
7: Centrifugal drive motor
8: Hybrid unmanned submersible main body
9: Propeller
10a: Inertial Navigation System (INS)
11: GPS (GPS receiver)
12: Inertial Measurement Unit (IMU)
13: DVL (DVL (Doppler Velocity Log)
14: Weight transfer device
15: propellant
16: Rudder
17: Control processor
17a: RF communication section
18: Depth sensor
19: Kalman filter
100: Hybrid unmanned submersible
100a: Hybrid unmanned submersible control system

Claims

An underwater wing that performs a transition to an underwater glider mode when the plastic frame is detachably formed at an upper center portion of the hybrid unmanned submersible main body and to an unmanned submersible mode when folded;
A control processor for performing control on an underwater blade drive motor connected to the underwater blade; And
A center-of-gravity axis formed by integrally connecting a first center-of-gravity type driving motor, a center-of-gravity type battery, and a second center-of-gravity type driving motor; / RTI >
The center-of-gravity type battery includes a first center-of-gravity type driving motor and a second center-of-gravity type driving motor. The center-of-gravity type battery is disposed at a front end of the first center- And is configured to store electric power for power supply to an actuator inside the hybrid unmanned submersible main body,
An infrared ray distance sensor is formed on the rear end of the first center-weighted driving motor and the front end of the center-weighted battery, respectively, so that horizontal movement of the center- Wherein a function of controlling the center of gravity to the upper end and the rear end is performed by the control processor.

The control system according to claim 1,
Wherein the position tracking is performed by a DVL (Doppler Velocity Log) which is a sensor for measuring the relative velocity of the hull using the Doppler phenomenon of a sound wave in the underwater glide mode.

The control system according to claim 2,
When the hybrid unmanned submersible main body is located below the sea surface in the underwater glide mode, data is received from the GPS, the DVL (Doppler Velocity Log), the depth sensor and the IMU (Inertial Measurement Unit) A method of calculating the posture and the position of the submersible main body is adopted,
The hybrid system is set to a predetermined event condition so that the hybrid unmanned submersible main body rises above the sea surface, and when the event condition occurs, current data is transmitted or received using a radio frequency (RF) communication unit, And a current position calculated for the main body of the unmanned submersible is corrected.

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