자율 수중 탐사선

Autonomous underwater vehicle
미 해군 훈련 중 블루핀 로보틱스 사 직원이 촬영한 전장준비 자율잠수함(BPAUV).
블랙고스트 AUV는 외부 통제 없이 자율적으로 수중 공격 코스를 이용할 수 있도록 설계되었습니다.
수중 기뢰 식별 및 파괴를 위한 Pluto Plus AUV.노르웨이 광산 사냥꾼 KNM 힌뇌이

Autonomous Subter Vehicle(AUV; 자율 수중 차량)은 작업자의 입력 없이 물 속을 이동하는 로봇입니다.AUV는 무인 수중 차량(무인 수중 차량)으로 알려진 더 큰 해저 시스템의 일부를 구성한다. 이 분류는 비자율 원격 작동 수중 차량(ROV)을 포함한다. 이 분류는 조작자/조종사가 탯줄을 통해 또는 원격 조종을 통해 지표에서 제어하고 전원을 공급한다.군사 어플리케이션에서 AUV는 종종 무인 해저 차량(UUV)으로 언급된다.수중 글라이더는 AUV의 하위 클래스입니다.

역사

최초의 AUV는 1957년 초 워싱턴 대학의 응용 물리학 연구소에서 Stan Murphy, Bob Francois, 그리고 후에 Terry Ewart에 의해 개발되었습니다."특수 목적 수중 연구선" 또는 SPERV는 확산, 음향 전달 및 해저 방류를 연구하는 데 사용되었다.

다른 초기 AUV는 1970년대에 Massachusetts Institute of Technology에서 개발되었습니다.이들 중 하나는 MIT의 Hart Nariary 갤러리에 전시되어 있다.동시에[1], 소련에서도 AUV가 개발되었습니다(비록 이것은 훨씬 나중까지 일반적으로 알려져 있지 않았습니다).

적용들

이런 종류의 수중 운송수단은 유인 운송수단에 비해 가격이 저렴하기 때문에 최근 수중 탐색과 탐사의 매력적인 대안이 되었다.지난 몇 년 동안, 해양 탐사 및 추출 프로그램의 도전에 대응하기 위해 수중 운송 수단을 개발하려는 시도가 풍부했습니다.최근 연구자들은 해양학 및 연안 [2]관리 분야에서 장기적인 데이터 수집을 위한 AUV 개발에 주력하고 있다.

상업의

석유 및 가스 산업은 해저 인프라 구축을 시작하기 전에 해저의 상세한 지도를 만들기 위해 AUV를 사용합니다. 파이프라인과 해저 완성물은 환경 파괴를 최소화하면서 가장 비용 효율적인 방법으로 설치할 수 있습니다.AUV를 통해 조사업체는 기존의 수심측정이 덜 효과적이거나 비용이 너무 많이 드는 지역을 정밀하게 조사할 수 있다.또한 파이프라인 검사를 포함한 포스트레이 파이프 조사가 가능해졌습니다.파이프라인 검사 및 수중 인공 구조물 검사에 AUV를 사용하는 것이 보편화되고 있다.

조사.

South Florida 대학의 연구원이 태양열로 "트위팅"하는 AUV(SAUV)인 Tavros02를 전개합니다.

과학자들은 호수, 바다, 해저 등을 연구하기 위해 AUV를 사용한다.다양한 센서를 AUV에 부착하여 다양한 원소 또는 화합물의 농도, 빛의 흡수 또는 반사, 현미경적 생명체의 존재를 측정할 수 있습니다.예를 들어 전도성 온도 깊이 센서(CTD), 형광계 및 pH 센서가 있습니다.또한 AUV를 견인 차량으로 구성하여 특정 위치에 맞춤형 센서 패키지를 전달할 수 있습니다.

워싱턴 대학의 Applied Physics Lab은 1950년대부터 Seaglider AUV 플랫폼을 반복 제작해 왔습니다.Seaglider는 원래 해양학 연구를 위해 설계되었지만, 최근 몇 년 동안 미 해군이나 석유 및 가스 산업과 같은 기관으로부터 많은 관심을 받고 있습니다.이러한 Autonomous Glider가 제조 및 운용에 비교적 저렴하다는 사실은 대부분의 AUV 플랫폼이 수많은 어플리케이션에서 [3]성공을 거둘 것임을 나타냅니다.

환경과 직접 상호작용하는 AUV의 예로는 퀸즐랜드공대(QUT)가 만든 가시관 불가사리 로봇(COTSBOT)이 있다. COTSBOT는 산호초에 큰 피해를 주는 가시관 불가사리(Acantus planci)를 찾아 근절한다.그것은 불가사리를 식별하기 위해 신경망을 사용하고 그것을 [4]죽이기 위해 담즙염을 주입한다.

취미

다음 항목도 참조하십시오.개인 잠수정 조직

많은 로봇 공학자들이 취미로 AUV를 만든다.이러한 수제 AUV가 [5][6][7]목표를 달성하면서 서로 경쟁할 수 있도록 하는 몇 가지 경쟁이 존재합니다.상업적인 동료들과 마찬가지로, 이러한 AUV는 카메라, 조명 또는 음파 탐지기를 장착할 수 있습니다.제한된 리소스와 경험 부족으로 인해 취미 AUV는 운영의 깊이, 내구성 또는 정교함 면에서 상용 모델과 거의 경쟁할 수 없습니다.마지막으로, 이러한 취미 AUV는 보통 해양 항해를 하지 않으며, 대부분 수영장이나 호수 바닥에서 운영됩니다.간단한 AUV는 마이크로컨트롤러, PVC 압력 하우징, 자동 도어록 액추에이터, 주사기 및 DPDT [8]릴레이로 구성할 수 있습니다.일부 대회 참가자들은 오픈 소스 [9]소프트웨어에 의존하는 설계를 만듭니다.

불법 마약 거래

GPS 내비게이션으로 목적지까지 자율적으로 이동하는 잠수함은 불법 마약 [10][11]밀매업자들에 의해 만들어졌다.[12][13]

항공 사고 조사

AUV ABS와 같은 자율 수중 차량은 실종된 비행기의 잔해를 찾기 위해 사용되었습니다.에어프랑스 [14]447편과 블루핀-21 AUV는 말레이시아 항공 [15]370편 수색에 사용되었다.

군사 응용 프로그램

MK 18 MOD 1 황새치 UUV
Mk 18 Mod 2 킹피쉬 UUV
킹피시 UUV 출시

미 해군 무인 해저 차량(UUV) 마스터[16] 플랜은 다음과 같은 UUV의 임무를 확인했습니다.

  • 인텔리전스, 감시 및 정찰
  • 광산 대책
  • 대잠전
  • 검사/식별
  • 해양학
  • 통신/내비게이션 네트워크 노드
  • 페이로드 전달
  • 정보 운용
  • 시간 크리티컬 스트라이크

해군 마스터플랜은 모든 UUV를 4가지 [17]등급으로 나눴다.

  • 휴대용 차량 클래스: 배기량 25–100파운드, 내구시간 10–20시간, 소형 수상 비행선에서 수동으로 발사(Mk 18 Mod 1 Swordfish UUV)
  • 경량 차량 클래스: 최대 배기량 500파운드, 20-40시간의 내구성, 발사 재시도 시스템 또는 지상선의 크레인(Mk 18 Mod 2 Kingfish UUV)을 사용하여 RHIB에서 발사됨
  • 중량급 차량: 최대 배기량 3,000파운드, 40~80시간의 내구성, 잠수함에서 발사
  • 대형차급: 최대 10톤의 배수량, 수상함 및 잠수함에서 진수

해군은 2019년 5대의 오르카 UUV를 발주해 처음으로 전투력을 [18]갖춘 무인 잠수함을 인수한 바 있다.

차량 설계

지난 50여 [19]년 동안 수백 개의 AUV가 설계되었지만, 상당한 수의 차량을 판매하는 회사는 극소수뿐입니다.국제시장에서 AUV를 판매하고 있는 기업은 Kongsberg Maritine, HII(Hydroid,[20] 이전 소유), Bluefin Robotics, Teledyne Gavia(옛 Hafmynd), International Submariting Engineering(ISE) Ltd, Ellictron 등 약 10개사입니다.

차량의 크기는 휴대용 경량 AUV에서 10m 이상의 대형 직경 차량에 이르기까지 다양합니다.대형 차량은 내구성과 센서 페이로드 용량 측면에서 이점이 있으며, 소형 차량은 낮은 물류량(예: 지원 선박 발자국, 발사 및 회수 시스템)으로부터 상당한 이점을 얻는다.

블루핀과 콩스버그를 포함한 일부 제조업체들은 국내 정부 후원의 혜택을 받고 있다.시장은 과학 분야(대학 및 연구기관 포함), 상업 분야(오프쇼어 에너지, 해양 광물 등) 및 방위 관련 응용 분야(광구 대책, 전투 공간 준비)의 3개 분야로 효과적으로 나뉜다.이러한 역할의 대부분은 유사한 설계를 사용하며 크루즈(토프도형) 모드로 작동합니다.이들은 1~4노트의 속도로 미리 계획된 경로를 따라 데이터를 수집합니다.

상용화된 AUV는 미국 Woods Hole Oceanographic Institute에서 개발하여 현재 HII에서 상업적으로 생산하고 있는 소형 REMUS 100 AUV, HUGIN 패밀리, HUGIN Superior, HUGIN Superior, HUGIN Superiority 등 다양한 디자인을 포함하고 있습니다.ablishment, Bluefin Robotics 직경 12인치 및 21인치(300 및 530mm) 차량, ISE Ltd.익스플로러, Cellula Robotics의 Solus LR, RT Sys Comet 및 NemoSens AUV, Teledyne의 Gavia, Osprey 및 SeaRaptor, L3 Harris Ocean Server Iver 범위의 AUV.

대부분의 AUV는 동력 프로펠러가 있는 원통형 또는 어뢰 형태로 조사 등급 또는 순항 AUV에 속합니다.이는 크기, 사용 가능한 볼륨, 유체역학적 효율성 및 취급 편의성 사이에서 가장 적합한 조합으로 간주됩니다.일부 차량은 모듈식 설계를 채택하여 작업자가 구성 요소를 쉽게 교체할 수 있습니다.일부 최근의 개발은 전통적인 원통형 형태에서 벗어나 Saab의 Sabretooth 하이브리드 R/AUV 또는 최근에 출시된 HUGIN Edge와 같은 다른 배치로 전환됩니다.이는 작동 요구 사항에 따라 형상을 최적화하거나(Sabretooth), 또는 저저항 유체 역학적 성능(HUGIN Edge)의 이점을 얻습니다.

시장은 2010년 이후 차량의 특성보다 데이터에 중점을 두고 성숙해 왔습니다.운영자들은 기술적으로 더 잘 알고 있고 그에 비례하여 AUV의 활용도가 증가했다.더 많은 작업자가 음향 링크를 사용하여 차량을 감독하는 대신 시스템을 자율적으로 사용합니다.그 결과, 온보드 프로세싱과 인미션의 자율성이 AUV의 중요한 기능이 되었습니다.대부분의 AUV에는 내비게이션 또는 이벤트 기반 자율성이 있습니다.그들은 센서를 작동하거나 경로를 변경하거나 지표로 귀환하기 위해 뚜렷한 이벤트가 있는 지리적 임무 계획을 따를 것이다.일부 AUV에는 적응형 자율성이 있습니다.예를 들어 계획된 경로를 따라 장애물을 피하기 위해 코스를 조정하는 기능이 있습니다.최신 기술은 작업자의 입력 없이 수집한 데이터를 수집, 처리 및 실행하는 차량입니다.

2008년 현재, 자연에서 발견되는 디자인을 모방한 새로운 등급의 AUV가 개발되고 있습니다.대부분은 현재 실험 단계에 있지만, 이러한 생체 모방(또는 생체 공학) 차량은 자연에서 성공적인 디자인을 모방함으로써 추진성과 기동성 면에서 더 높은 수준의 효율성을 달성할 수 있습니다.Festo의 AuquaJelly([23]AUV)와 EvoLogics BOSS Manta [24]Ray가 그러한 두 가지 차량이다.

센서

AUV는 자율적으로 항해하고 바다의 지형을 지도화하기 위한 센서를 탑재하고 있습니다.일반적인 센서에는 나침반, 깊이 센서, 사이드캔 및 기타 음파탐지기, 자력계, 서미스터 및 전도성 프로브가 포함됩니다.일부 AUV에는 형광계(클로로필 센서라고도 함), 탁도 센서, pH 및 용존 산소의 양을 측정하는 센서를 포함한 생물학적 센서가 장착되어 있습니다.

2006년 9월 캘리포니아 몬터레이 만에서 시연된 결과 21인치(530mm) 직경의 AUV는 6노트의 순항 [citation needed]속도를 유지하면서 400피트(120m) 길이의 하이드로폰 어레이를 견인할 수 있는 것으로 나타났습니다.

내비게이션

전파는 물을 매우 멀리 투과할 수 없기 때문에 AUV는 잠수하자마자 GPS 신호를 잃는다.따라서 AUV가 물 속을 항해하는 표준 방법은 데드 어카운팅입니다.그러나 수중 음향 위치 확인 시스템을 사용하여 항법 기능을 개선할 수 있습니다.해저 전개된 베이스라인 트랜스폰더의 그물 내에서 동작하는 경우 이를 LBL 항법이라고 한다.서포트 선박과 같은 지표면 기준을 이용할 수 있는 경우, 음향 범위 및 베어링 측정을 통해 해저 차량이 지상선의 알려진(GPS) 위치와 상대적인 위치를 계산하기 위해 초단거리 기준선(USBL) 또는 단거리 기준선(SBL) 위치를 사용한다.AUV는 위치 추정을 개선하고 시간이 지남에 따라 증가하는 데드 카운팅 오류를 줄이기 위해 자체 GPS 수정 작업을 수행할 수도 있습니다.AUV에 탑재된 관성 항법 시스템은 위치 고정과 정밀 조작 사이에 AUV 위치, 가속도 및 속도를 데드 카운팅하여 계산합니다.관성 측정 장치의 데이터를 사용하여 추정할 수 있으며, 바다/호수 바닥의 이동 속도를 측정하는 도플러 속도 로그(DVL)를 추가하여 개선할 수 있습니다.일반적으로 압력 센서는 수직 위치(차량 깊이)를 측정합니다. 그러나 깊이와 고도는 DVL 측정으로도 얻을 수 있습니다.이러한 관찰은 최종 탐색 솔루션을 결정하기 위해 필터링됩니다.

추진력

AUV에는 몇 가지 추진 기술이 있습니다.그 중 일부는 브러시 또는 브러시가 없는 전기 모터, 변속 장치, 립 씰 및 노즐로 둘러싸이거나 그렇지 않을 수 있는 프로펠러를 사용합니다.AUV 건설에 포함된 이러한 모든 부품은 추진과 관련이 있습니다.다른 차량은 모듈성을 유지하기 위해 스러스터 유닛을 사용합니다.필요에 따라 추진기는 프로펠러 충돌 보호용 노즐 또는 소음 제출을 줄이기 위한 노즐을 갖출 수도 있고 효율을 최고 수준으로, 소음을 최저 수준으로 유지하는 직접 구동 추진기를 갖출 수도 있다.첨단 AUV 스러스터에는 중복 샤프트 씰링 시스템이 있어 미션 중에 씰 중 하나가 고장나더라도 로봇의 올바른 씰링을 보장합니다.

수중 글라이더는 직접 추진하지 않는다.부력과 트림을 바꿈으로써, 그들은 가라앉고 상승하는 것을 반복한다; 날개는 이 상하 운동을 전진 운동으로 변환한다.부력의 변화는 일반적으로 물을 흡수하거나 밀어낼 수 있는 펌프를 사용하여 이루어집니다.차량의 피치는 차량의 질량 중심을 변경하여 제어할 수 있습니다.Slocum glider의 경우 내부적으로 나사에 장착된 배터리를 움직여 이 작업을 수행합니다.저속 및 저전력 전자 장치 때문에 트림 상태를 순환하는 데 필요한 에너지는 일반 AUV보다 훨씬 적으며 글라이더는 몇 개월간의 내공성과 대양 횡단 범위를 가질 수 있습니다.

통신

물속에서는 전파가 잘 전파되지 않기 때문에 많은 AUV에는 원격 명령과 제어를 가능하게 하는 음향 모뎀이 포함되어 있습니다.이러한 모뎀은 일반적으로 독자적인 통신 기술 및 변조 방식을 사용합니다.2017년 NATO는 해저 통신을 위한 ANEP-87 JANUS 표준을 비준했다.이 표준에서는 80개의 BPS 통신 링크를 유연하고 확장 가능한 메시지 포맷으로 사용할 수 있습니다.

힘

현재 사용되는 대부분의 AUV는 충전식 배터리(리튬 이온, 리튬 폴리머, 니켈 금속 수소화물 등)로 구동되며, 일종의 배터리 관리 시스템과 함께 구현됩니다.일부 차량은 기본 배터리를 사용하여 내구성이 두 배 정도 향상됩니다. 즉, 작업당 상당한 추가 비용이 듭니다.이전에 일부 시스템에서는 알루미늄 기반 세미 연료 전지를 사용했지만, 상당한 유지보수가 필요하며, 값비싼 리필이 필요하며 폐기물을 안전하게 처리해야 합니다.새로운 경향은 다양한 배터리 및 전원 시스템을 슈퍼 캐패시터와 결합하는 것입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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참고 문헌

외부 링크

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