JP7810331B2 - 水上ボートのｂｌｄｃモーター遠隔制御システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムに関し、より詳しくは、ユーザーの操作によってボートを遠隔で操縦するに際して、ジョイスティックにより精密でかつ迅速な反応性を提供する水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムに関する。

従来の技術では、ユーザーがジョイスティックを用いてボートを遠隔操縦するシステムであるが、この場合、精密な反応性と効率性に欠如しており、３６０度方向別の精密制御が困難であり、ジョイスティックのｘ、ｙ軸操作信号を線形的に変換する技術も不十分であるからモーター出力の精巧な制御が不可能であった。
これにより、ジョイスティックの多様な方向操作を正確に認識し、これを効率よく電圧信号に変換してモーターコントローラーに伝達する技術開発の必要性が台頭した。
また、ユーザーの操作によるボートの方向の決定と動きの制御が不正確で且つ遅かったし、リアルタイム遠隔制御機能も制限的であった。これを解決するために、統合コントローラーとモーターコントローラーとの相互作用を通じてユーザーの操作情報を迅速で且つ正確に処理するシステムが開発された。
よって、ユーザーの操作に基づき、ボートを遠隔で操縦するシステムを通じて精密で且つ迅速な反応性を提供することで、全体的なボート操縦の正確度と効率性を大幅に向上させる装置の開発が求められるようになった。

本発明は、前述した問題点を改善するために案出されたもので、その目的は、ユーザーの操作によってボートを遠隔で操縦するに際して、精密でかつ迅速な反応性を提供するシステムを構築することにより、各構成要素はユーザーの操作を精密に電圧信号に変換し、これにより、ボートの動きと方向を正確で且つ効率的に制御し、ユーザーの操作に基づいてボートの遠隔操縦を迅速で且つ正確に行うことができるように設計された水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態は、ユーザーの操作情報を電圧信号に変換する装置であって、ｘ、ｙ軸方向の操作による３６０度方向別の電圧信号を出力してＰＣモジュールに伝送するジョイスティックモジュールと、前記ジョイスティックモジュールから受けた信号を処理し、これを遠隔操縦命令で水上用統合ＧＳＣを介してボートに伝送し、ボートの状態情報を受信してモニタリングする役割を果たすＰＣモジュールと、前記ＰＣモジュールとボートミッションコンピューターとの間のデータ送信のハブの役割を果たし、遠隔制御信号およびボートの状態情報を双方向に中継する水上用統合ＧＳＣ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と、前記水上用統合ＧＳＣから伝達された遠隔制御信号を解釈してｘ、ｙ軸情報に変換した後、これを統合コントローラーに伝達するボートミッションコンピューターと、前記ボートミッションコンピューターから受けた操作情報に基づいて右側ＢＬＤＣモーターコントローラー及び左側ＢＬＤＣモーターコントローラーに電圧信号を出力してモーターの速度と方向を調整する統合コントローラーと、前記統合コントローラーから電圧信号を受けてそれぞれ右側モーターおよび左側モーターを制御し、これによって、ボートの動きと方向を調整する右側ＢＬＤＣモーターコントローラー及び左側ＢＬＤＣモーターコントローラーと、を含む。

ユーザーがジョイスティックで操作したｘ、ｙ軸方向の信号を電圧信号に変換する装置であって、ｘ軸とｙ軸に対する多様な角度で操作された信号をそれぞれ０．５Ｖ～４．５Ｖの範囲の電圧信号として出力し、前記ジョイスティックの中心位置において、ｘ、ｙ軸の変化に応じて線形的に増減する電圧信号を生成し、モーター出力制御モジュールに伝達するジョイスティック信号変換モジュールと、前記ジョイスティック信号変換モジュールから受けた電圧信号に基づいて左側モーターおよび右側モーターの出力を調節し、入力されたジョイスティック電圧信号に対応して－５～＋５の間の値を出力し、これはＢＬＤＣモーターの回転方向と速度を決定し、左側モーターおよび右側モーターの出力値は、ジョイスティックの位置に応じて独立に変化するモーター出力制御モジュールと、をさらに含む。

前記ジョイスティックの作動において、Ｘ軸信号は、ジョイスティックが左に移動すれば０に近くなり、右に移動すれば１に近くなり、Ｙ軸信号は、ジョイスティックが上に移動すれば０に近くなり、下に移動すれば１に近くなり、前記ジョイスティックが８つの方向に移動することができるので、左上、左、左下、上、右上、右、右下、下の各方向に対する信号値は、当該方向に移動するジョイスティックの位置を示す。

前記ジョイスティックからｘ軸及びｙ軸信号（ｘ＿ｓｉｇｎａｌ、ｙ＿ｓｉｇｎａｌ）を受信して、これを解釈することでユーザーの操作による方向（左上、左下、左、右上、右下、右、上、下）を決めるジョイスティック信号処理モジュールと、前記ジョイスティック信号処理モジュールから伝達された方向の決定によって、ボートの移動を制御するボート移動制御モジュールと、をさらに含む。

本発明は、ジョイスティックモジュールがユーザーの操作によって、ｘ、ｙ方向に電圧信号を出力する装置であって、３６０度方向別に操作可能であり、これを通じて生成された電圧信号をＰＣモジュールに伝送する段階と、ＰＣモジュールがジョイスティックモジュールで受信した電圧信号を水上用統合ＧＳＣを介して遠隔ボートへ伝送する役割を果たす。同時に、ボートの状態情報を水上用統合ＧＳＣを介してリアルタイムで受信してモニタリングする段階と、水上用統合ＧＳＣが遠隔制御信号およびボートの状態情報をＰＣモジュールとボートミッションコンピューターとの間で中継する段階と、を含む。

ボートミッションコンピューターが水上用統合ＧＳＣから受信したジョイスティックの方向信号をｘ、ｙ座標情報に変換して統合コントローラーへ伝達する。また、ボートの状態情報を水上用統合ＧＳＣに伝送してＰＣモジュールへ常時更新を提供する段階、をさらに含む。

統合コントローラーがボートミッションコンピューターから入力されたジョイスティックの電圧値に基づいてアップロードされた動作プログラムによってモーターコントローラーに電圧信号を出力する。これによって、右側ＢＬＤＣモーターコントローラーおよび左側ＢＬＤＣモーターコントローラーを独立に制御する段階、をさらに含む。

右側ＢＬＤＣモーターコントローラーおよび左側ＢＬＤＣモーターコントローラーがそれぞれ統合コントローラーから伝達された電圧信号に基づいて右側モーターおよび左側モーターを駆動させる段階、をさらに含む。

本発明は、ジョイスティックモジュールがユーザーの操作によってｘ、ｙ方向に電圧信号を出力する装置であって、３６０度方向別に操作可能であり、これによって生成された電圧信号をＰＣモジュールに伝送する段階と、ＰＣモジュールがジョイスティックモジュールで受信した電圧信号を水上用統合ＧＳＣを介して遠隔ボートに伝送する役割を果たす。同時に、ボートの状態情報を水上用統合ＧＳＣを介してリアルタイムで受信してモニタリングする段階と、水上用統合ＧＳＣが遠隔制御信号およびボートの状態情報をＰＣモジュールとボートミッションコンピューターとの間で中継する段階と、ホールセンサーを前記ボートの左側及び右側ＢＬＤＣモーターに内蔵してモーターの回転方向及び速度情報を把握する段階と、を含む。

ユーザーによって操作されたジョイスティックモジュールのｘ、ｙ軸方向の電圧信号をＰＣを介して受信し、この信号を遠隔ボートのボートミッションコンピューターへ伝送し、ユーザーの操作信号を３６０度方向別に解釈して、遠隔ボートの統合コントローラーに操作指示を提供する段階と、前記ボートの内部に装着された左側及び右側ＢＬＤＣモーターに内蔵されたホールセンサーから状態を感知し、モーターの回転方向及び速度情報を取得し、前記回転方向及び速度情報は、リアルタイムでボートミッションコンピューターに伝送され、ボートミッションコンピューターは、これを水上用統合ＧＳＣに送出して遠隔モニタリングを可能にする段階と、前記内臓のホールセンサーによってそれ自体の運動状態を感知し、これらのホールセンサーはモーターの状態を感知してモーターの回転方向および速度を決定する段階と、をさらに含む。

本発明の一実施形態によれば、ユーザーがジョイスティックを操作して３６０度方向別の電圧信号を生成し、これによって、ボートを遠隔操縦することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、ジョイスティックのｘ、ｙ軸操作を線形的に増減する電圧信号に精密に変換してモーター出力をさらに精巧に制御することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、ジョイスティックの８つの方向の操作を正確に認識することで、より直観的で且つ精密な遠隔操縦を行うことができるようにする。

また、本発明の一実施形態によれば、ユーザーの操作による方向を正確に決定してボートの移動を効果的に制御することができる。

また、本発明の一実施形態によれば、ユーザーの操作情報を効率的に処理してボートをリアルタイムで遠隔制御することができる方法を提供する。

また、本発明の一実施形態によれば、ボートミッションコンピューターがジョイスティックの方向信号を効果的に処理してボート制御の正確度を高める。

また、本発明の一実施形態によれば、統合コントローラーがモーターコントローラーに精密な電圧信号を提供することでボートの動きを一層精密に制御する。

また、本発明の一実施形態によれば、モーターコントローラーが効果的にモーターを駆動させてボートの動きを円滑に調整する。

また、本発明の一実施形態によれば、ホールセンサーによるモーターの状態の感知は、ボート運動の精密な制御を可能にする。

また、本発明の一実施形態によれば、ホールセンサーによるモーターの運動状態の感知は、遠隔制御システムの反応速度と正確性を向上させる。

ユーザー操作情報を電圧信号に変換してＰＣモジュールに伝送するジョイスティックモジュールと、信号処理及び遠隔命令を伝送するＰＣモジュールと、データ送信のハブ役割の水上用統合ＧＳＣと、遠隔制御信号の解釈及び変換を行うボートミッションコンピューター、統合コントローラーによるモーターの制御、ＢＬＤＣモーターコントローラーによる右側及び左側モーターの制御機能を含む水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを概略的に示す図である。 ジョイスティック信号を電圧信号に変換するモジュールおよびモーター出力制御モジュールによってジョイスティックの操作によるモーターの出力を調節するシステムを示す図である。 ジョイスティック作動によるＸ軸及びＹ軸の信号変化および８つの方向に対する信号値を特徴とするシステムを示す図である。 ジョイスティック信号処理モジュールによるユーザー操作方向の決定及びボート移動制御モジュールを含むシステムを示す図である。 ジョイスティックモジュール、ＰＣモジュール、水上用統合ＧＳＣによる信号伝送及びモニタリング段階を含む方法を示す図である。 ボートミッションコンピューターがジョイスティックの方向信号をＸ、Ｙ座標情報に変換して統合コントローラーへ伝達し、ボートの状態情報を更新する過程を示す図である。 統合コントローラーがジョイスティック電圧値に基づいてモーターコントローラーへ電圧信号を出力して独立的な制御を行う段階を示す図である。 ユーザー操作情報を電圧信号に変換してＰＣモジュールへ伝送するジョイスティックモジュールと、信号処理及び遠隔命令を伝送するＰＣモジュールと、データ送信のハブ役割の水上用統合ＧＳＣと、遠隔制御信号の解釈及び変換を行うボートミッションコンピューターと、統合コントローラーによるモーターの制御、ＢＬＤＣモーターコントローラーによる右側及び左側モーターの制御機能を含む水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを概略的に示す図である。 ジョイスティック信号を電圧信号に変換するモジュールおよびモーター出力制御モジュールによってジョイスティック操作に応じたモーターの出力を調節するシステムを示す図である。

以下、添付の図面及び実施形態により本発明を詳しく説明する。

本発明で使われる技術的用語は、特定の実施例を説明するために使われたものに過ぎず、本発明を限定しようとする意図ではないことを留意しなければならない。また、本発明で使われる技術的用語は、本発明で特に他の意味で定義されない限り、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般に理解される意味で解釈されなければならなく、過度に包括的な意味で解釈されるか、過度に縮小された意味で解釈されてはならない。また、本発明で使われる技術的な用語が本発明の思想を正確に表現することができない誤った技術的用語であるときには、当業者が正しく理解することができる技術的用語で代替されて理解されなければならないはずである。また、本発明で使われる一般的な用語は、辞典上に定義されているところに従って、もしくは前後の文脈に応じて解釈されなければならないし、過度に縮小された意味で解釈されてはならない。

なお、本発明で使われる単数の表現は、文脈上明白に異なる意味で用いられている場合を除き、複数の表現を含む。本発明において、「構成される」または「含む」などの用語は、発明に記載の複数の構成要素、または複数の段階を必ずいずれも含むものと解釈されてはならなく、その中の一部の構成要素または一部の段階は含まなくてもよく、または更なる構成要素または段階をさらに含むことができるものと解釈されなければならない。

以下、添付図面を参照して本発明による好適な実施例を詳しく説明する。なお、各図面において、同一又は類似の構成要素には同じ符号を付してあり、重複する説明は省略する。

また、本発明を説明するにおいて、関連の公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を濁らす恐れがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付の図面は本発明の思想を容易に理解させるためのものに過ぎず、添付の図面によって本発明の思想が限定されるものと解釈されてはならないことを留意してほしい。

図１～図３に示されているように、本発明はジョイスティックモジュール１１０と、ＰＣモジュール１２０と、水上用統合ＧＳＣ１３０と、ボートミッションコンピューター１４０と、統合コントローラー１５０と、右側ＢＬＤＣモーターコントローラー１６０と、左側ＢＬＤＣモーターコントローラー１７０と、右側モーター１８０と、左側モーター１９０と、などで構成される。

ジョイスティックモジュール１１０は、ユーザーの操作情報を電圧信号に変換する装置であって、ｘ、ｙ軸方向の操作による３６０度方向別の電圧信号（または８つの方向の信号）を出力してＰＣモジュール１２０に伝送する。

ＰＣモジュール１２０は、ジョイスティックモジュール１１０から受けた信号を処理し、これを遠隔操縦命令で水上用統合ＧＳＣ１３０を通じてボートに伝送し、ボートの状態情報を受信してモニタリングする役割を果たす。

水上用統合ＧＳＣ１３０は、ＰＣモジュール１２０とボートミッションコンピューター１４０との間のデータ送信のハブの役割を果たし、遠隔制御信号およびボートの状態情報を双方向に中継する。

ボートミッションコンピューター１４０は、水上用統合ＧＳＣ１３０から伝達された遠隔制御信号を解釈してｘ、ｙ軸情報に変換した後、これを統合コントローラー１５０に伝達する。

統合コントローラー１５０は、ボートミッションコンピューター１４０から受けた操作情報に基づいて右側ＢＬＤＣモーターコントローラー１６０及び左側ＢＬＤＣモーターコントローラー１７０に電圧信号を出力してモーターの速度と方向を調整する。

右側ＢＬＤＣモーターコントローラー１６０および左側ＢＬＤＣモーターコントローラー１７０は、統合コントローラー１５０から電圧信号を受けてそれぞれ右側モーター１８０および左側モーター１９０を制御し、これによってボートの動きと方向を調整する。

本発明は、遠隔制御の可能性、リアルタイム状態のモニタリング、精密なモーター制御を可能にする統合された通信と制御メカニズムを特徴とする。このような統合システムは、ユーザーが遠隔位置でもボートを効率的に操縦し得るように設計されている。

したがって、本発明は、遠隔でジョイスティックによる精密な操作が可能であり、ボートのリアルタイム状態モニタリングを通じて安定した遠隔操縦の環境を提供する。すべての構成要素は、高い相互連結性と調整を通じて効率的に統合されており、ボートの繊細な動きができるようにして全体システムの機能性と効率性を極大化する。

より具体的に、本発明は、ジョイスティックモジュール１１０と、ＰＣモジュール１２０と、水上用統合ＧＳＣ１３０と、ボートミッションコンピューター１４０と、統合コントローラー１５０と、右側ＢＬＤＣモーターコントローラー１６０と、左側ＢＬＤＣモーターコントローラー１７０と、右側モーター１８０と、左側モーター１９０と、などを含む。

ここで、水上用統合ＧＳＣ１３０は、主に陸上と水上との間の通信中継役割、ＰＣモジュール１２０から受けた遠隔制御信号をボートへ伝送し、ボートの状態情報を収集してＰＣモジュール１２０に伝送し、長距離無線通信を担って遠隔制御の範囲を拡張する機能を含む。

統合コントローラー１５０は、ボート内部の中央制御装置として機能して、ボートミッションコンピューター１４０から受けた命令を解釈し、ＢＬＤＣモーターコントローラー１６０、１７０に直接制御信号を伝達し、ボートの各種センサーデータを処理して統合して、ボートの全般的な動作と安全を管理する機能を含む。

このように水上用統合ＧＳＣ１３０は、外部通信およびデータ中継に焦点を合わせて、統合コントローラー１５０は、ボート内部の実質的な制御とオペレーションを担うようになるがこれに限定されず、相互補完するか、故障に備えるために互いに重複した機能を遂行することもできる。

ジョイスティックモジュール１１０は、ユーザーの操作によってｘ、ｙ方向に電圧信号を出力する装置であって、３６０度方向別に操作可能であり、これによって生成された電圧信号はＰＣモジュール１２０に伝送される。

ＰＣモジュール１２０は、ジョイスティックモジュール１１０で受信した電圧信号を、水上用統合ＧＳＣ１３０を介して遠隔ボートに伝送する役割を果たす。同時に、ボートの状態情報を、水上用統合ＧＳＣ１３０を介してリアルタイムで受信してモニタリングする。

ボートミッションコンピューター１４０は、ボート内部に位置し、水上用統合ＧＳＣ１３０から受信したジョイスティックの方向信号をｘ、ｙ座標情報に変換して統合コントローラー１５０へ伝達する。また、ボートの状態情報を水上用統合ＧＳＣ１３０に伝送してＰＣモジュール１２０へ常時更新を提供する。

統合コントローラー１５０は、ボートミッションコンピューター１４０から入力されたジョイスティックの電圧値に基づいてアップロードされた動作プログラムによってモーターコントローラーへ電圧信号を出力する。これによって、右側ＢＬＤＣモーターコントローラー１６０および左側ＢＬＤＣモーターコントローラー１７０を独立に制御することができる。

例えば、右側ＢＬＤＣモーターコントローラー１６０および左側ＢＬＤＣモーターコントローラー１７０は、それぞれ統合コントローラー１５０から伝達された電圧信号に基づいて右側モーター１８０および左側モーター１９０を駆動させる役割を果たす。これらのモーターは、ボートの推進と操向を担い、コントローラーによって精密に操作されることができる。

全体システムの特徴は、遠隔での精密な操作が可能であり、ジョイスティックからの信号をリアルタイムでボートに伝送し、ボートの状態情報を常時モニタリングすることができるという能力にある。各モジュール、コンピューター、コントローラー、およびモーターコントローラーは、高い水準の統合性と独立した作動能力を通じて全体システムの効率性と機能性を極大化する。

図４及び図５に示されているように、一実施形態に係る本発明は、ジョイスティック信号変換モジュール２１０と、モーター出力制御モジュール２２０と、などをさらに含む。

ジョイスティック信号変換モジュール２１０は、ユーザーがジョイスティックで操作したｘ、ｙ軸方向の信号を電圧信号に変換する装置であって、ｘ軸とｙ軸に対する多様な角度で操作された信号をそれぞれ０．５Ｖ～４．５Ｖ範囲の電圧信号として出力する。
ジョイスティック信号変換モジュール２１０は、前記ジョイスティックの中立位置を基準とし、ｘ軸とｙ軸のそれぞれの方向にジョイスティックが動く時、その移動距離に比例して電圧信号が線形的に変化するように生成する。

より具体的に、ジョイスティックがｘ軸の正の方向に移動するときは、電圧が２．５Ｖから４．５Ｖに線形増加し、負の方向に移動する時は、２．５Ｖから０．５Ｖに線形減少する。ｙ軸も同様な原理で適用される。こうして生成された電圧信号は、モーター出力制御モジュール２２０へ伝達される。

モーター出力制御モジュール２２０は、ジョイスティック信号変換モジュール２１０から受けた電圧信号に基づいて左側モーターＬおよび右側モーターＲの出力を調節する。

モーター出力制御モジュール２２０は、入力されたジョイスティック電圧信号に対応して－４．５～＋４．５Ｖ値を出力し、これはＢＬＤＣモーターの回転方向と速度を決定する。左側と右側モーターの出力値は、ジョイスティックの位置に応じて独立に変化し、これはボートの精密な操向及び速度制御を可能にする。

全体システムは、ジョイスティックの位置に応じて、モーターの速度と方向を精密に調整することができる能力を特徴とする。

ジョイスティック信号変換モジュール２１０とモーター出力制御モジュール２２０とは、密接に統合されてジョイスティックの入力による即時でかつ正確なモーターの応答を提供する。これにより、ユーザーはボートを直観的で且つ効果的に操縦することができ、これはボート操縦システムの使い勝手と安全性を大きく向上させる。

図４に示されている本発明によるジョイスティック信号の表において、Ｘ軸とＹ軸に対する信号を示す。

Ｘ軸信号は、ジョイスティックが左に移動すれば０に近くなり、右側に移動すれば１に近くなる。Ｙ軸信号は、ジョイスティックが上に移動すれば０に近くなり、下に移動すれば１に近くなる。

図４の表は、ジョイスティックが８つの方向に移動できることを示している。左上、左、左下、上、右上、右、右下、下である。各方向に対する信号値は、当該方向に移動するジョイスティックの位置を示す。

例えば、ジョイスティックが左上方向にまったく移動すると、Ｘ軸信号は０．５となり、Ｙ軸信号は０．５となる。ジョイスティックが左上方向に中間程度移動すると、Ｘ軸信号は約０．７５となり、Ｙ軸信号は約０．２５となる。

このようなコードは、ゲームエンジンにおいてジョイスティックの入力を処理するのに用いられる。エンジンは、図４の表を用いてジョイスティックが現在どんな方向に移動しているのかを決めることができる。しかるのち、この情報を用いてボートまたはゲームオブジェクトを制御することができる。

図４および図７に示されているように、一実施形態に係る本発明は、ジョイスティック信号処理モジュール３１０と、ボート移動制御モジュール３２０と、などをさらに含む。

ジョイスティック信号処理モジュール３１０は、ジョイスティックからｘ軸及びｙ軸信号（ｘ＿ｓｉｇｎａｌ、ｙ＿ｓｉｇｎａｌ）を受信し、これを解釈することでユーザーの操作による方向（左上、左下、左、右上、右下、右、上、下）を決める。ｘ軸信号が０．５未満であり、ｙ軸信号が０．５未満である場合は「左上」、ｘ軸信号が０．５未満であり、ｙ軸信号が０．５超である場合は「左下」、ｘ軸信号だけが０．５未満である場合は「左」、ｘ軸信号が０．５超であり、ｙ軸信号が０．５未満である場合は「右上」、ｘ軸信号が０．５超であり、ｙ軸信号が０．５超である場合は「右下」、ｘ軸信号だけが０．５超である合は「右」、ｙ軸信号だけが０．５未満である場合は「上」、それ以外の場合は「下」に、方向を決める。

ボート移動制御モジュール３２０はジョイスティック信号処理モジュール３１０から伝達された方向の決定に応じてボートの移動を制御する。「左上」方向に移動しなさいという決定を受けると、ボートを左上に移動させ、「左下」方向に移動しなさいという決定を受けると、ボートを左下に移動させる。同様な方式で「左」はボートを左に、「右上」はボートを右上に、「右下」はボートを右下に、「右」はボートを右に、「上」はボートを上に、「下」はボートを下に移動させる。

本発明は、ジョイスティックの多次元的な操作を、単純な方向の決定に変換することによりボートの移動を直観的でかつ効率的に操縦することができるシステムを提供する。これを通じて、ユーザーはより繊細でかつ正確な操作によって仮想環境内でボートを自然に操縦することができる。

＜実施例１＞
図８および図９に示されているように、本発明は、ホールセンサーと連動されたアジマススラスター（Ａｚｉｍｕｔｈ ｔｈｒｕｓｔｅｒ）を利用した高性能船舶推進及び制御システムに関し、特に、ホールセンサーを通じた精密なモーターの制御によりアジマスススラスターの全方向推進能力を極大化する方法に関する。

本発明の核心は、アジマススラスターとホールセンサーとの有機的結合にある。ホールセンサーは、アジマススラスターモーターの回転子の位置を精密に感知して、３６０度の全方向に亘ってモーターの回転角度と速度をリアルタイムで正確に測定する。これによって、アジマススラスターの全方向推進能力が爆発的に増加する。

より具体的に、本発明は、アジマススラスター、アジマススラスターの任意の位置に取り付けられるホールセンサー、モータードライバー、インバーター部、および制御ロジッグで構成される。

例えば、ホールセンサーは、アジマススラスターモーターの回転子に離間して取り付けられており、モーターの回転によって発生する磁場変化を感知する。この情報は、モータードライバーおよび制御ロジッグに伝達されて、モーターの正確な角度と速度を計算するのに用いられる。

かかる精密な角度及び速度情報に基づき、制御システムは、アジマススラスターの方向と推力を微細に調節することができる。

これは船舶が如何なる方向にも即時で且つ正確に動くことができるようにする。例えば、０．１度単位の精密な方向転換や、極低速から高速までの連続的な速度変化が可能になる。

また、本発明のシステムは、過負荷の感知及び除去機能を含む。ホールセンサーを通じて感知されたモーターの回転数が、設定された閾値よりも低くなる場合、システムはこれを過負荷状態と判断する。

過負荷状態が感知されれば、インバーター部を通じてモーター駆動を直ちに中止させ、設定された時間の間モータードライバーを介して逆回転制御信号を出力する。これによって、アジマススラスターにかかった過負荷を効果的に除去し、システムを保護することができる。

本発明の一実施形態によれば、ホールセンサーとアジマススラスターとの結合は、ボート運動の超精密制御を行うことができるようにする。ホールセンサーが提供する高解像度の位置及び速度情報に基づき、システムはアジマススラスターの動作をマイクロ単位で調節することができる。これは特に精密な位置保持や複雑な起動が必要な状況で大きい利点を提供する。

なお、本発明のまた他の実施形態では、このシステムが遠隔操縦の反応速度と正確性を画期的に向上させる。ホールセンサーを通じて得たリアルタイムのモーター状態情報は、遠隔操縦命令と実際のアジマススラスターの動作との間の遅延を最小化する。これにより、遠隔操縦時操作の即時性と正確性が大きく改善され、まるで直接操縦するものと等しい水準の制御が可能になる。

＜実施例２＞
ＢＬＤＣモーター制御装置及びこれを用いたＢＬＤＣモーターの初期位置検出方法に関する。

本発明によるＢＬＤＣモーター制御装置を用いたＢＬＤＣモーターの初期位置検出方法は、ＢＬＤＣモーターが停止した状態でＢＬＤＣモーターに３相パルスの電流をそれぞれ印加する段階と、ローターの位置による３相のコイルインダクタンスを利用して３相電流値をそれぞれ測定する段階と、測定された３相の電流値を利用してサイン・コサイン値を計算する段階と、計算された値を既に保存済みのマッピングテーブルと比較してＢＬＤＣモーターの現在角度を検出する段階と、を含む。

このような本発明によれば、電動式オイルポンプのＢＬＤＣモーター停止時にローター角度を高速で検出してモーター起動時に反映することで、起動時間を短縮できるという効果がある。

例えば、ジョイスティックモジュールを用いてユーザーの操作情報を電圧信号に変換する技術とＢＬＤＣモーターの初期位置検出の技術とを統合すれば、ジョイスティックモジュールを通じて入力された操作情報を電圧信号に変換した後、この信号をＢＬＤＣモーターの初期位置の検出に活用してボートの操縦とモーターの精密な制御が可能なシステムを提供することができる。

本発明は、ジョイスティックの入力に基づく正確なモーター制御を可能にすることで、ボートの動きと方向を一層敏感でかつ精密に調整することができ、ＢＬＤＣモーターの初期位置の検出機能は、モーターの起動時間を短縮させて全般的な反応速度を向上させることができる。

＜実施例３＞
本発明の方法によるＰＣモジュール１２０がジョイスティックモジュール１１０で受信した電圧信号を水上用統合ＧＳＣ１３０を介して遠隔ボートへ伝送する役割を果たすとともに、ボートの状態情報を水上用統合ＧＳＣ１３０を介してリアルタイムで受信してモニタリングする段階において、

本発明のＰＣモジュール１２０は、ジョイスティックモジュール１１０で受信した電圧信号を水上用統合ＧＳＣ１３０を介して遠隔ボートへ伝送する役割を果たすとともに、ボートの状態情報を水上用統合ＧＳＣ１３０を介してリアルタイムで受信してモニタリングする機能を遂行する。

このようなＰＣモジュール１２０の具体的な作動原理と機能は次の通りである。

まず、ＰＣモジュール１２０は、ジョイスティックモジュール１１０からｘ軸とｙ軸のアナログ電圧信号を受信する。この信号はジョイスティックの物理的位置に応じて、０．５Ｖ～４．５Ｖの値を有し、１６ビット解像度のＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を通じて６５，５３６個のデジタル値に精密に変換される。変換されたデジタル信号は、１００Ｈｚ周波数で作動するカールマンフィルターを通じてノイズが除去されて安定化される。

そして、安定化された信号は、８つの方向（左上、左、左下、上、右上、右、右下、下）及び中立位置を含む９つの領域にマッピングされる。各方向は４５度の角度に区分され、中央から５％以内の変位は中立と見なされる。かかるマッピングの結果に基づき、ボートの移動方向が決められ、ジョイスティックの変位の程度によって５段階の速度が決められる。

また、決められた方向と速度情報は、８ビット命令語でエンコードされる。上位３ビットは方向を示し、下位３ビットは速度を示しており、残りの２ビットは、今後の拡張性のために予約される。このようにエンコードされた命令語は、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）２５６ビットの暗号化アルゴリズムによって暗号化されてセキュリティを強化する。

＜実施例４＞
本発明は、水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御及び自律運航統合システムに関し、多重センサー技術、人工知能アルゴリズム、拡張現実技術を結合してボート制御システムの安全性と効率性を画期的に向上させる。

１．群制御システム
統合コントローラー１５０は、スウォームインテリジェンスアルゴリズムを水上環境に最適化して適用した群制御システムを含む。このシステムは、動的ルーティング重み付けシステム、環境要素の統合、リアルタイムタスク再配分の機能を提供する。

動的ルーティング重み付けシステムは、アントコロニー最適化（ＡＣＯ）アルゴリズムを基盤とし、フェロモントレールをＧＰＳ座標とタイムスタンプで代替する。各ルーティングセグメントの重み付けは、０～１の間の値に標準化され、５秒ごとに更新される。これによって、リアルタイムで変わる海洋環境に対応し得る動的ルーティングの計画が可能となる。

環境要素の統合機能は、海流速度（最大１０ノット）、風速（最大１００ノット）、波高（最大１０ｍ）を重み付けの計算に含む。各要素は相対的重要度によって、例えば、０．３、０．３、０．４の重み付けとして反映される。これによって、多様な海洋環境要素を考慮した重み付けによる最適のルーティング計画が可能になる。

リアルタイムタスク再配分機能は、遺伝的アルゴリズムを用いて各ボートの役割と位置をダイナミックに最適化する。全体群のタスク遂行効率を１分ごとに評価し、必要時再配分を行う。これによって、変化する状況に柔軟に対応することができる適応型群制御が可能になる。

２．非常対応システム
統合コントローラー１５０は、多様な非常状況に自動で対処するモードを含む。このシステムは、自動帰還モードと、非常救助要請モードと、気象待避モードとで構成される。

自動帰還モードは、統合コントローラー１５０がＧＰＳと慣性航法システム（ＩＮＳ）とを結合して通信途絶時にも正確な位置を把握して、Ａ＊アルゴリズム（Ａ＊ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて最短の安全経路を計算する。これによって、通信途絶のような非常状況下でも安全な帰還が可能になる。

＜実施例５＞
一実施形態に係る方法であって、水上用統合ＧＳＣ１３０が遠隔制御信号およびボートの状態情報をＰＣモジュール１２０とボートミッションコンピューター１４０との間で中継する段階において、
本発明による水上用統合ＧＳＣ１３０の中継過程は、次のような詳細段階で構成される：

１．信号受信段階
水上用統合ＧＳＣ１３０は、ＰＣモジュール１２０から遠隔制御信号を受信するとともにボートミッションコンピューター１４０からボートの状態情報を受信する。水上用統合ＧＳＣ１３０は、多重アンテナシステムを活用して信号受信の安定性を高める。

２．信号検証段階
水上用統合ＧＳＣ１３０は、受信された信号の無欠性を検証するために、多様なエラーの検出及び訂正技法を用いる。水上用統合ＧＳＣ１３０は、基本的に３２ビットＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）を用いてデータが損傷したか否かを確認する。

３．信号復号化段階
水上用統合ＧＳＣ１３０は、暗号化された信号を復号化する過程において、多様な暗号化アルゴリズムを支援する。水上用統合ＧＳＣ１３０は、ＡＥＳ－２５６、ＣｈａＣｈａ２０、Ｔｗｏｆｉｓｈなどの対称キー暗号化アルゴリズムを状況によって選択的に用いることができるようにする。

４．データパケット分析段階
水上用統合ＧＳＣ１３０は、復号化されたデータパケットのヘッダーを分析して宛先（ＰＣモジュールまたはボートミッションコンピューター）と優先順位を確認する。水上用統合ＧＳＣ１３０は、パケットヘッダーに含まれた１６ビットの宛先識別子と８ビットの優先順位情報とを使用する。

５．信号変換段階
水上用統合ＧＳＣ１３０は、受信された信号を宛先システムに適した形式に変換する。水上用統合ＧＳＣ１３０は、この過程で柔軟なプロトコル変換エンジンを用いて多様な形式のデータを処理し得るようにする。

１０ ホールセンサー
１１０ ジョイスティックモジュール
１２０ ＰＣモジュール
１３０ 水上用統合ＧＳＣ
１４０ ボートミッションコンピューター
１５０ 統合コントローラー
１６０ 右側ＢＬＤＣモーターコントローラー
１７０ 左側ＢＬＤＣモーターコントローラー
１８０ 右側モーター
１９０ 左側モーター
２１０ ジョイスティック信号変換モジュール
２２０ モーター出力制御モジュール
３１０ ジョイスティック信号処理モジュール
３２０ ボート移動制御モジュール

Claims (10)

1. ユーザーの操作情報を電圧信号に変換する装置であって、ｘ、ｙ軸方向の操作による３６０度方向別の電圧信号を出力してＰＣモジュールに伝送するジョイスティックモジュールと、
   前記ジョイスティックモジュールから受けた信号を処理し、これを遠隔操縦命令で水上用統合ＧＳＣを通じてボートに伝送し、ボートの状態情報を受信してモニタリングする役割を果たすＰＣモジュールと、
   前記ＰＣモジュールは、前記ジョイスティックモジュールからのアナログ電圧信号をＡ／Ｄ変換し、フィルタリングにより当該信号を安定化した後、複数の方向領域および速度段階へマッピングして命令語にエンコードし、暗号化して前記水上用統合ＧＳＣへ送信する構成であり、
   前記ＰＣモジュールとボートミッションコンピューターとの間のデータ送信のハブの役割を果たし、遠隔制御信号およびボートの状態情報を双方向に中継する水上用統合ＧＳＣ（Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と、
   前記水上用統合ＧＳＣから伝達された遠隔制御信号を解釈してｘ、ｙ軸情報に変換した後、これを統合コントローラーに伝達するボートミッションコンピューターと、
   前記ボートミッションコンピューターから受けた操作情報に基づいて右側ＢＬＤＣモーターコントローラー及び左側ＢＬＤＣモーターコントローラーに電圧信号を出力してモーターの速度と方向を調整する統合コントローラーと、
   前記統合コントローラーから電圧信号を受けてそれぞれ右側モーターおよび左側モーターを制御し、これによりボートの動きと方向を調整する右側ＢＬＤＣモーターコントローラー及び左側ＢＬＤＣモーターコントローラーと、を含むことを特徴とする、水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システム。
2. 前記ジョイスティックで操作したｘ、ｙ軸方向の信号を電圧信号に変換する装置であって、ｘ軸とｙ軸に対する多様な角度で操作された信号をそれぞれ所定の電圧範囲の電圧信号として出力し、前記ジョイスティックの中心位置において、ｘ、ｙ軸の変化に応じて線形的に増減する電圧信号を生成して、モーター出力制御モジュールへ伝達するジョイスティック信号変換モジュールと、
   前記ジョイスティック信号変換モジュールから受けた電圧信号に基づいて左側モーターおよび右側モーターの出力を調節し、入力されたジョイスティック電圧信号に対応して所定値を出力し、これはＢＬＤＣモーターの回転方向と速度を決定し、左側モーターおよび右側モーターの出力値は、ジョイスティックの位置に応じて独立に変化するモーター出力制御モジュールと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システム。
3. 前記ジョイスティックの作動において、Ｘ軸信号は、ジョイスティックが左に移動すれば０に近くなり、右に移動すれば１に近くなり、Ｙ軸信号は、ジョイスティックが上に移動すれば０に近くなり、下に移動すれば１に近くなり、前記ジョイスティックが８つの方向に移動することができるので、左上、左、左下、上、右上、右、右下、下の各方向に対する信号値は、当該方向に移動するジョイスティックの位置を示すことを特徴とする、請求項１に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システム。
4. 前記ジョイスティックからｘ軸及びｙ軸信号（ｘ＿ｓｉｇｎａｌ、ｙ＿ｓｉｇｎａｌ）を受信して、これを解釈することにより、ユーザーの操作による方向（左上、左下、左、右上、右下、右、上、下）を決めるジョイスティック信号処理モジュールと、
   前記ジョイスティック信号処理モジュールから伝達された方向の決定によって、ボートの移動を制御するボート移動制御モジュールと、をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システム。
5. 請求項１に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを用いた方法において、
   ジョイスティックモジュールがユーザーの操作によってｘ、ｙ方向に電圧信号を出力する装置であって、３６０度方向別に操作可能であり、これを通じて生成された電圧信号をＰＣモジュールに伝送する段階と、
   ＰＣモジュールがジョイスティックモジュールで受信した電圧信号を水上用統合ＧＳＣを介して遠隔ボートへ伝送する役割を果たすとともに、ボートの状態情報を水上用統合ＧＳＣを介してリアルタイムで受信してモニタリングする段階と、
   水上用統合ＧＳＣが遠隔制御信号およびボートの状態情報をＰＣモジュールとボートミッションコンピューターとの間で中継する段階と、を含むことを特徴とする、水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを用いた方法。
6. 前記ボートミッションコンピューターが水上用統合ＧＳＣから受信したジョイスティックの方向信号をｘ、ｙ座標情報に変換して統合コントローラーへ伝達し、ボートの状態情報を水上用統合ＧＳＣに伝送してＰＣモジュールへ常時更新を提供する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを用いた方法。
7. 統合コントローラーがボートミッションコンピューターから入力されたジョイスティックの電圧値に基づいてアップロードされた動作プログラムによってモーターコントローラーに電圧信号を出力し、これにより、右側ＢＬＤＣモーターコントローラーおよび左側ＢＬＤＣモーターコントローラーを独立に制御する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを用いた方法。
8. 右側ＢＬＤＣモーターコントローラーおよび左側ＢＬＤＣモーターコントローラーがそれぞれ統合コントローラーから伝達された電圧信号に基づいて右側モーターおよび左側モーターを駆動させる段階をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを用いた方法。
9. 請求項１に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを用いた方法において、
   ジョイスティックモジュールがユーザーの操作によってｘ、ｙ方向に電圧信号を出力する装置であって、３６０度方向別に操作可能であり、これにより生成された電圧信号をＰＣモジュールに伝送する段階と、
   ＰＣモジュールがジョイスティックモジュールで受信した電圧信号を、水上用統合ＧＳＣを介して遠隔ボートへ伝送するとともに、ボートの状態情報を、水上用統合ＧＳＣを介してリアルタイムで受信してモニタリングする段階と、
   水上用統合ＧＳＣが遠隔制御信号およびボートの状態情報をＰＣモジュールとボートミッションコンピューターとの間で中継する段階と、
   ホールセンサーを前記ボートの左側及び右側ＢＬＤＣモーターに内蔵してモーターの回転方向及び速度情報を把握する段階と、を含むことを特徴とする、水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを用いた方法。
10. ユーザーによって操作されたジョイスティックモジュールのｘ、ｙ軸方向の電圧信号をＰＣを介して受信し、この信号を遠隔ボートのボートミッションコンピューターへ伝送し、ユーザーの操作信号を３６０度方向別に解釈して、遠隔ボートの統合コントローラーに操作指示を提供する段階と、
    前記ボートの内部に装着された左側及び右側ＢＬＤＣモーターに内蔵されたホールセンサーから状態を感知し、モーターの回転方向及び速度情報を取得し、前記回転方向及び速度情報は、リアルタイムでボートミッションコンピューターに伝送され、前記ボートミッションコンピューターは、これを水上用統合ＧＳＣに送出して遠隔モニタリングを可能にする段階と、
    前記内臓のホールセンサーによってそれ自体の運動状態を感知し、これらのホールセンサーはモーターの状態を感知してモーターの回転方向および速度を決定する段階とをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の水上ボートのＢＬＤＣモーター遠隔制御システムを用いた方法。