KR101656950B1

KR101656950B1 - 음향신호 추적형 다종 물고기로봇의 군집유영장치 및 방법

Info

Publication number: KR101656950B1
Application number: KR1020140177773A
Authority: KR
Inventors: 신규재
Original assignee: 부산외국어대학교 산학협력단
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-09-13
Also published as: KR20160070599A

Abstract

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영장치는, 관리자가 로봇물고기 군집유영 프로그램을 입력하는 통합제어부(10); 물고기로봇의 공연이 가능한 수조부(30); 상기 통합제어부(10)와 상기 수조부(30)를 유선 또는 무선으로 통신하는 통신부(20);로 구성된 물고기 군집유영장치에 있어서, 상기 수조부(30)는, 상부에 크레인구동모듈(200)이 설치되며 내부에 물을 담수하는 대형수조(100); 상기 대형수조(100) 내부에서 X,Y,Z축의 회동방향으로 구동되는 1개 이상의 크레인구동모듈(200); 음파수신장치가 장착되어 음파를 수신하여 상기 대형수조(100) 내부의 음파발생위치로 배치되는 하나이상의 어종으로 구성된 물고기로봇(300); 상기 대형수조(100)의 크레인구동모듈(200)과 연결되어 상기 대형수조(100) 내부에 고유주파수 대역대의 음파를 발생시켜 상기 물고기로봇(300)의 이동을 유도하는 음파발생장치(400); 물고기로봇(300)의 배터리가 방전되는 경우 전원을 충전할 수 있는 충전스테이션(500); 으로 구성되며, 상기 크레인구동모듈(200) 및 상기 음파발생장치(400)를 다수 개를 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영방법은, 관리자가 통합제어부(10)에 물고기로봇(300) 군집유영프로그램을 입력하는 프로그램입력단계; 상기 프로그램입력단계에서 입력된 프로그램을 수조부(30)로 전송하는 프로그램전송단계; 상기 프로그램전송단계에서 전송받은 프로그램을 음파발생장치(400)로 전송하고 상기 프로그램에 따라 각 음파발생장치(400)의 독립적인 주파수대역의 음파를 생성는 음파생성단계; 상기 음파생성단계에서 생성된 독립적인 음파신호를 음파발생장치(400)의 음파통신모듈(440)을 통해 전송하는 음파전송단계; 상기 음파전송단계에서 발생한 음파를 물고기로봇(300) 내 음파수신기로 수신하는 음파수신단계; 상기 음파수신단계에서 받은 신호를 필터링하고 각 물고기로봇(300)의 고유 주파수 위치를 탐색하여 발생한 위치로 이동하는 이동단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법은 수조제어모듈에서 물고기로봇의 동작 및 군집유영을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법은 물고기로봇이 충, 방전 양을 자동으로 체크하여 전원공급필요시 충전스테이션으로 이동하여 충전할 수 있어 대형수조 내 로봇물고기 관리를 효과적으로 개선시킨다.

Description

음향신호 추적형 다종 물고기로봇의 군집유영장치 및 방법{Fish robot clustering swimming apparatus and method using acoustic signal tracking}

본 발명은 물고기로봇의 군집유영장치 및 방법에 관한 것이다.

물고기로봇은 1994년 MIT에서 Robotuna의 개발을 시작으로, 1998년 Draper lap에서 MIT의 Robotuna를 기초로 VCUUV(Vorticity Control Unmanned Undersea Vehicle)을 개발하였다.

최근에는 물고기로봇의 지느러미나 몸통이 실제 물고기와 유사하게 움직일 수 있도록 개발되고 있다.

국내특허문헌 10-2010-0041352은, 수족관 내의 물고기로봇 위치 탐지방법 및 장치에 관한 것으로, 물고기로봇들마다 고유한 패턴으로 부착된 마커를 촬영하는 카메라와, 카메라에 의해 촬영된 영상내의 마커이미지로부터 그 마커가 부착된 물고기로봇의 위치 및 자세를 판정하고 물고기로봇의 다음위치 및 자세에 관한 동작명령을 생성하는 제어부 및 동작명령을 물고기로봇에 송신하는 송신기를 포함하여 구성하고 있다. 이와 같이 마커를 부착하여 물고기로봇을 제어하는 방법은 마커를 촬영하기 위한 카메라가 물고기로봇마다 필요하다. 이로 인해 물고기로봇 내부에 영상신호처리를 위한 고가의 프로세서가 필요하며, 특히 다양한 물고기로봇으로 구현되는 물고기로봇의 공연을 위해서는 많은 비용이 소모된다. 또한, 상기 카메라에서 촬영된 영상을 분석하는 단계를 거치는 과정에서 조도세기, 빛산란 등의 외부적인 요인에 의하여 다수의 물고기로봇을 군집 유영을 구현하는데 어려움이 있다.

KR 10-2010-0041352 수족관 내의 로봇 물고기 위치 탐지 방법 및 장치 KR 10-2011-0045672 로봇 물고기 및 이를 포함하는 인공 수족관 KR 10-2000-0057125 수중용 로봇 완구를 가지는 수족관 시스템 KR 10-2012-0134612 수중 로봇의 위치 추정 시스템

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 물고기로봇이 수조 내에서 자신의 위치를 결정하고 이동경로를 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영장치는, 관리자가 물고기로봇 군집유영 프로그램을 입력하고, 물고기로봇의 군집유영장치를 메인PC에서 통합적으로 제어하는 통합제어부(10); 물고기로봇의 공연이 가능한 수조부(30); 상기 통합제어부(10)와 상기 수조부(30)를 유선 또는 무선으로 통신하는 통신부(20);로 구성된 물고기 군집유영장치에 있어서, 상기 수조부(30)는, 상부에 크레인구동모듈(200)이 설치되며 내부에 물을 담수하는 대형수조(100); 상기 대형수조(100) 내부에서 X,Y,Z축의 회동방향으로 구동되는 1개 이상의 크레인구동모듈(200); 음파수신장치가 장착되어 음파를 수신하여 상기 대형수조(100) 내부의 음파발생위치로 배치되는 하나이상의 어종으로 구성된 물고기로봇(300); 상기 대형수조(100)의 크레인구동모듈(200)와 연결되어 상기 대형수조(100) 내부에 고유주파수 대역대의 음파를 발생시켜 상기 물고기로봇(300)의 이동을 유도하는 음파발생장치(400); 물고기로봇(300)의 배터리가 방전되는 경우 전원을 충전할 수 있는 충전스테이션(500); 으로 구성되며, 상기 크레인구동모듈(200) 및 상기 음파발생장치(400)를 다수 개를 설치하여 구성된다.

또한, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영방법은, 관리자가 통합제어부(10)에 물고기로봇(300) 군집유영프로그램을 입력하는 프로그램입력단계; 상기 프로그램입력단계에서 입력된 프로그램을 수조부(30)로 전송하는 프로그램전송단계; 상기 프로그램전송단계에서 전송받은 프로그램을 음파발생장치(400)로 전송하고 상기 프로그램에 따라 각 음파발생장치(400)의 독립적인 주파수대역의 음파를 생성는 음파생성단계; 상기 음파생성단계에서 생성된 독립적인 음파신호를 음파발생장치(400)의 음파통신모듈(440)을 통해 전송하는 음파전송단계; 상기 음파전송단계에서 발생한 음파를 물고기로봇(300) 내 음파수신기로 수신하는 음파수신단계; 상기 음파수신단계에서 받은 신호를 필터링하고 각 물고기로봇(300)이 고유 주파수 위치를 탐색하여 발생한 위치로 이동하는 이동단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법은 통합제어부에서 물고기로봇의 동작 및 군집유영을 제어할 수 있다.

또한, 독립적인 주파수대역의 음파를 생성하고 수신하는 음파발생장치와 음파수신장치를 사용하면, 아쿠아리움 내에서 물고기로봇을 이용한 공연을 개시하기 전에 입력된 프로그램에 의해 물고기로봇이 원하는 위치와 방향으로 자동적으로 배치되어 물고기로봇 공연이 가능해지게 된다.

또한, 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법은 물고기로봇이 충,방전량을 자동으로 체크하여 전원공급필요 시 충전스테이션으로 이동하여 충전할 수 있어 수조 내 물고기로봇 관리를 효과적으로 개선한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법의 충전스테이션구동 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파발생장치의 작동모드를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물고기로봇 군집유형 방법을 도시한 예시도이다.

상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치 및 방법의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 관리자가 물고기로봇 군집유영 프로그램을 입력하고, 물고기로봇의 군집유영장치를 메인PC에서 통합적으로 제어하는 통합제어부(10); 물고기로봇의 공연이 가능한 수조부(30); 상기 통합제어부(10)와 상기 수조부(30)를 유선 또는 무선으로 통신하는 통신부(20);로 구성된 물고기 군집유영장치에 있어서, 상기 수조부(30)는, 상부에 크레인구동모듈(200)이 설치되며 내부에 물을 수용하는 수조(100); 상기 수조(100) 내부에서 X,Y,Z축의 회동방향으로 구동되는 1개 이상의 크레인구동모듈(200); 음파수신장치가 장착되어 음파를 수신하여 상기 수조(100) 내부의 음파발생위치로 배치되는 하나이상의 어종으로 구성된 물고기로봇(300); 상기 수조(100)의 크레인구동모듈(200)과 연결되어 상기 수조(100) 내부에 고유주파수 대역대의 음파를 발생시켜 상기 물고기로봇(300)의 이동을 유도하는 음파발생장치(400); 물고기로봇(300)의 배터리가 방전되는 경우 전원을 충전할 수 있는 충전스테이션(500);으로 구성되며, 상기 크레인구동모듈(200) 및 상기 음파발생장치(400)를 다수 개를 설치하는 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 물고기로봇 군집유형 방법을 도시한 예시도이다.

상기 크레인구동모듈(200)에 음파발생장치(400)가 구비되고, 소장 작업을 수행하면서 수조(100) 내부를 이동하는 물고기로봇(300)에 음파수신장치를 구비하여 상기 물고기로봇(300)이 제 1위치에서 제 2위치로 이동하는 방법에 있어서, 관리자가 통합제어부(10)에 물고기로봇(300) 군집유영프로그램을 입력하는 프로그램입력단계; 상기 프로그램입력단계에서 입력된 프로그램을 수조부(30)로 전송하는 프로그램전송단계; 상기 프로그램전송단계에서 전송받은 프로그램을 음파발생장치(400)로 전송하고 상기 프로그램에 따라 각 음파발생장치(400)의 독립적인 주파수대역의 음파를 생성하는 음파생성단계; 상기 음파생성단계에서 생성된 독립적인 음파신호를 음파발생장치(400)의 음파통신모듈(440)을 통해 전송하는 음파전송단계; 상기 음파전송단계에서 발생한 음파를 물고기로봇(300) 내 음파수신기로 수신하는 음파수신단계; 상기 음파수신단계에서 받은 신호를 필터링하고 각 물고기로봇(300)의 고유 주파수 위치를 탐색하여 발생한 위치로 이동하는 이동단계; 를 포함한다.

상기 수조제어모듈(600)은, 상기 다수의 크레인구동모듈(200) 및 음파발생장치(400)를 각각의 좌표로서 독립적으로 제어한다. 상기 통합제어부(10)는 물고기로봇(300), 물고기로봇 시나리오 및 충전스테이션(500)을 관리한다.

상기 크레인구동모듈(200)은, 상기 수조제어모듈(600)에 입력된 프로그램에 따라 X,Y,Z축의 회동방향으로 구동되며, 상기 음파발생장치(400) 이동을 제어하고, 물고기로봇 어종 수에 따라 다수 개로 구성된다.

상기 물고기로봇(300)은 다양한 어종으로 구성될 수 있으며, 상기 음파발생장치(400)는 다수개로 구성되며, 각각 독립적인 고유주파수의 음파가 발생한다. 상기 물고기로봇(300)은 다수개의 음파발생장치(400)에서 발생한 다수의 음파를 수신하고 필터링하여, 각 물고기로봇(300) 고유주파수와 일치하는 음파가 발생한 음파발생장치(400)를 따라 이동할 수 있도록 음파수신장치가 물고기로봇(300)에 부착된다. 음파발생장치와 물고기로봇(300)이 독립적인 고유주파수를 발생하고 수신함으로써 다양한 어종으로 물고기로봇(300)을 구성하고, 수조제어모듈(600)에 입력된 프로그램에 대응하는 위치로 음파발생장치와 물고기로봇(300)이 수조(100) 내를 이동하면서 물고기로봇(300)을 이용한 공연을 하게 된다.

또한, 통합제어부(10)에 입력되는 프로그램 시나리오를 다양하게 구성하면, 각 시나리오에 대응하는 위치와 방향으로 자동적으로 물고기로봇(300)이 배치되어 공연을 다양하게 구성할 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 음파발생장치의 작동모드를 도시한 개략도이다.

도 4와 같이, 상기 음파발생장치(400)는 음파발생장치의 상부가 회전가능하도록 설계되어 음파발생장치(400)의 측면이 360회전하는 하는 것을 특징으로 하며 4면에 각각 음파통신모듈(440)을 설치하여 음파가 발생하는 면이 회전하는 경로를 따라 물고기로봇(300)이 이동하므로 관리자가 최종적으로 원하는 위치와 방향으로 배치할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 물고기로봇의 군집유영 장치의 충전스테이션구동 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 물고기로봇(300)은 충, 방전 양을 자동으로 체크하고, 배터리가 방전되는 경우, 물고기로봇(300)이 자동으로 충전스테이션(500)으로 이동한다. 상기 충전스테이션(500)은, 상기 음파발생장치(400)와 구분되는 독립적인 주파수의 음파를 발생한다.

상기 물고기 로봇(300)의 배터리의 잔량이 부족하거나 충전명령이 입력되면, 상기 충전스테이션(500)에서 발생한 음파를 수신하는 음파수신장치와 음파수신장치로부터 수신된 신호를 통해, 상기 충전스테이션(500)의 위치정보를 검출하여 충전이 필요한 상기 물고기로봇(300)의 위치와 가장 가까운 충전스테이션(500)으로 이동하여 전원을 공급받는다.

상기 충전스테이션(500)에 전원을 공급받는 물고기로봇(300)이 도킹되면, 상기 충전스테이션(500)이 수면으로 리프팅되어 수면 위 무선충전베드를 통해 자동으로 충전된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이며 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허 청구범위를 기준으로 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상에 대해서까지 포함되는 것으로 해석되어야할 것이다.

10 통합제어부
20 통신부
30 수조부
100 대형수조
200 크레인구동모듈
210 제1크레인구동모듈
220 제2크레인구동모듈
230 제3크레인구동모듈
300 물고기로봇
310 제1물고기로봇
320 제2물고기로봇
330 제3물고기로봇
400 음파발생장치
410 제1음파발생장치
420 제2음파발생장치
430 제3음파발생장치
440 음파통신모듈
500 충전스테이션
600 수조제어모듈

Claims

관리자가 물고기로봇 군집유영 프로그램을 입력하고, 상기 물고기로봇의 군집유영장치를 메인PC에서 통합적으로 제어하는 통합제어부(10);
상기 물고기로봇의 공연이 가능한 수조부(30);
상기 통합제어부(10)와 상기 수조부(30)를 유선 또는 무선으로 통신하는 통신부(20);로 구성되고,
상기 수조부(30)는 내부에 물을 저장하는 대형수조(100);
상기 대형수조(100) 내부에서 X,Y,Z축의 회동방향으로 구동되는 1개 이상의 크레인구동모듈(200);
음파수신장치가 장착되어 음파를 수신하여 상기 대형수조(100) 내부의 음파발생위치로 배치되는 하나 이상의 어종으로 구성된 물고기로봇(300);
상기 대형수조(100)의 상기 크레인구동모듈(200)과 연결되어 상기 대형수조(100) 내부에 고유주파수 대역대의 음파를 발생시켜 상기 물고기로봇(300)의 이동을 유도하는 1개 이상의 음파발생장치(400);
상기 물고기로봇(300)의 배터리가 방전되는 경우 전원을 충전할 수 있는 충전스테이션(500);
상기 크레인구동모듈(200) 및 상기 음파발생장치(400)를 개별 좌표로서 독립적으로 제어하는 수조제어모듈(600);로 구성되며,
상기 크레인구동모듈(200)은 상기 수조제어모듈(600)에 입력된 프로그램에 따라 X,Y,Z축의 회동방향으로 구동 및 상기 음파발생장치(400) 이동을 제어하고,
상기 물고기로봇(300)은 상기 음파발생장치(400)에서 발생한 음파를 수신하고 필터링하여, 상기 물고기로봇(300) 고유주파수와 일치하는 음파가 발생된 음파발생장치(400)를 따라 이동할 수 있도록 음파수신장치를 설치하고, 상기 물고기로봇(300)은 배터리에 충전된 전원에 의해 주행하되 상기 배터리가 방전되는 경우 상기 충전스테이션(500)에 도킹되어 충전전원을 공급받으며,
상기 음파발생장치(400)는 독립적인 고유주파수의 음파를 발생시키고 상기 음파발생장치(400) 측면이 360회전하도록 구성되며,
상기 충전스테이션(500)은 상기 물고기로봇(300)의 배터리의 잔량이 부족하거나 충전명령이 입력되면, 상기 음파를 수신하는 음파수신장치와 음파수신장치로부터 수신된 신호를 통해 상기 충전스테이션(500)의 위치정보를 검출하여 상기 물고기로봇(300)의 위치와 가장 가까운 충전스테이션(500)으로 이동하여 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 물고기로봇 군집유영장치.
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내부에 물을 저장하는 대형수조(100)와 상기 대형수조(100) 상부에 결합된 크레인구동모듈(200)에 의하여 상기 대형수조(100) 내부를 이동하는 음파발생장치(400)와, 음파수신장치를 구비하여 상기 음파발생장치(400)에서 송출되는 음파를 추적하여 동기 이동하는 물고기로봇(300)의 군집유영방법에 있어서,
관리자가 통합제어부(10)에 물고기로봇(300) 군집유영프로그램을 입력하는 프로그램입력단계;
상기 프로그램입력단계에서 입력된 프로그램을 수조부(30)로 전송하는 프로그램전송단계;
상기 프로그램전송단계에서 전송받은 프로그램을 음파발생장치(400)로 전송하고 상기 프로그램에 따라 상기 음파발생장치(400)의 독립적인 주파수대역의 음파를 생성하는 음파생성단계;
상기 음파생성단계에서 생성된 독립적인 음파신호를 상기 음파발생장치(400)의 음파통신모듈(440)을 통해 전송하는 음파전송단계;
상기 음파전송단계에서 발생한 음파를 상기 물고기로봇(300) 내 음파수신장치로 수신하는 음파수신단계;
상기 음파수신단계에서 받은 신호를 필터링하고 상기 물고기로봇(300)이 고유 주파수 위치를 탐색하여 발생한 위치로 이동하는 이동단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 물고기로봇의 군집유영방법.