자율 수중 차량 (AUV)은 운전자가 입력하지 않아도 수중을 여행하는 로봇입니다. AUV는 무인 수중 차량 (unmanned underwater vehicles)으로 알려진 더 큰 해저 시스템 그룹의 일부를 구성하며, 이는 자율 원격 작동 수중 차량 (ROV)을 포함합니다. 군사용 애플리케이션에서 AUV는 무인 해저 차량 (UUV)으로 더 자주 불립니다. 수중 글라이더는 AUV의 하위 클래스입니다.

역사
최초의 AUV는 1957 년 Stan Murphy, Bob Francois, Terry Ewart가 개발 한 것으로, University of Washington의 Applied Physics Laboratory에서 개발되었습니다. “특수 목적 수중 연구 차량”인 SPURV는 확산, 음향 전달 및 잠수함 후류를 연구하는 데 사용되었습니다.

다른 초기 AUV는 1970 년대 매사추세츠 공과 대학에서 개발되었습니다. 이 중 하나는 MIT의 Hart Nautical Gallery에 전시되어 있습니다. 동시에, AUVs는 소연방에서도 개발되었지만 (비록 나중에는 거의 알려지지 않았지만).

응용 프로그램
상대적으로 최근까지만, AUV는 이용 가능한 기술에 의해 지시 된 제한된 수의 작업에 사용되었습니다. 고급 처리 기능 및 고 수율 전원 공급 장치의 개발과 함께 AUV는 이제 역할과 임무가 끊임없이 진화하면서 점점 더 많은 작업에 사용되고 있습니다.

상업용
석유 및 가스 산업은 해저 인프라 구축을 시작하기 전에 AUV를 사용하여 해저에 대한 상세한지도를 작성합니다. 파이프 라인 및 해저 완공은 환경을 최소한으로 유지하면서 가장 비용 효과적인 방식으로 설치할 수 있습니다. AUV는 설문 조사 회사가 전통적인 수심 측량 조사가 덜 효과적이거나 비용이 많이 드는 지역에 대한 정확한 조사를 실시 할 수있게합니다. 또한 파이프 라인 검사를 포함하는 후행 파이프 조사가 가능합니다. 수중 인공 구조의 파이프 라인 검사 및 검사에 AUV를 사용하는 것이 점점 더 보편화되고 있습니다.

연구

사우스 플로리다 대학교 (University of South Florida) 연구원은 태양열로 구동되는 “tweeting”AUV (SAUV) 인 Tavros02를 배치합니다.
과학자들은 AUVs를 사용하여 호수, 바다 및 해저를 연구합니다. 다양한 센서를 다양한 요소 또는 화합물의 농도, 빛의 흡수 또는 반사 및 현미경 적 수명의 존재를 측정하기 위해 AUV에 부착 할 수 있습니다. 예를 들어 전도도 – 온도 – 깊이 센서 (CTD), 형광 측정기 및 pH 센서가 있습니다. 또한 AUV는 견인 차량으로 구성하여 맞춤형 센서 패키지를 특정 위치에 제공 할 수 있습니다.

취미
많은 로봇 공학자들이 취미로 AUV를 만듭니다. 이 수제 AUV가 목표를 달성하는 동안 서로 경쟁 할 수있게하는 몇 가지 대회가 있습니다. 상업용 형제들처럼이 AUV에는 카메라, 조명 또는 음파 탐지기가 장착 될 수 있습니다. 제한된 자원과 경험 부족의 결과로 취미가있는 AUV는 작동 깊이, 내구성 또는 정교함에 대한 상용 모델과 거의 경쟁 할 수 없습니다. 마지막으로, 이러한 취미 AUVs는 일반적으로 oceangoing, 수영장이나 호수 침대에서 대부분의 시간 운영되고 있습니다. 간단한 AUV는 마이크로 컨트롤러, PVC 압력 하우징, 자동 도어 잠금 액추에이터, 주사기 및 DPDT 릴레이로 구성 할 수 있습니다. 대회의 일부 참가자는 오픈 소스 디자인을 만듭니다.

불법 마약 거래
GPS 네비게이션을 통해 자율적으로 목적지까지 여행하는 잠수함은 불법 마약 밀매업자들에 의해 만들어졌습니다.

항공 사고 조사
AUV ABYSS와 같은 자율 수중 차량은 누락 된 비행기의 잔해를 찾기 위해 사용되었습니다. Air France Flight 447, Bluefin-21 AUV는 Malaysia Airlines Flight 370 검색에 사용되었습니다.

군용 애플리케이션
미 해군 UUV (Unmanned Undersea Vehicle) 마스터 플랜은 다음과 같은 UUV의 임무를 확인했습니다.

정보, 감시 및 정찰
광산 대책
대잠 전쟁
검사 / 식별
해양학
통신 / 네비게이션 네트워크 노드
페이로드 전달
정보 조작
시간이 중요한 치기

해군 마스터 플랜은 모든 UUV를 4 개의 클래스로 나눴습니다 :

사람이 휴대 할 수있는 차량 등급 : 25-100 lb 변위; 10-20 시간 지구력; 수동으로 소형 수위에서 출발 (즉, Mk 18 Mod 1 황새치 UUV)
경량 차량 등급 : 최대 500 lb 변위, 20-40 시간 내구성; 발사 / 리트리버 시스템을 사용하는 RHIB 또는 표면 선상의 크레인 (즉, Mk 18 Mod 2 Kingfish UUV)
중량급 차량 등급 : 최대 3000 파운드의 변위, 40-80 시간의 내구성, 잠수함에서 발사
대형 차량 등급 : 최대 10 톤 변위; 지상 배와 잠수함에서 발사

차량 디자인
지난 50여 년 동안 수백 가지의 다양한 AUV가 설계되었지만 소수의 회사 만이 중요한 수의 차량을 판매합니다. Kongsberg Maritime, Hydroid (현재 Kongsberg Maritime의 전액 출자 자회사), Bluefin Robotics, Teledyne Gavia (이전에 Hafmynd로 알려짐), International Submarine Engineering (ISE) Ltd, Atlas 등 국제 시장에서 AUV를 판매하는 회사는 10 개에 이릅니다. Elektronik 및 OceanScan.

차량의 크기는 사람의 휴대용 경량 AUV에서부터 길이가 10 미터가 넘는 대구경 차량까지 다양합니다. 대형 차량은 내구성 및 센서 탑재량면에서 이점이 있습니다. 소형 차량은 물류가 낮을수록 크게 이익을 얻습니다 (예 : 지원 선박 발자국, 발사 및 복구 시스템).

일부 제조업체는 Bluefin 및 Kongsberg를 포함한 국내 정부의 후원을 통해 이익을 얻었습니다. 시장은 과학 (대학 및 연구 기관 포함), 상업용 해양 (석유 및 가스 등) 및 군사 응용 (광산 대책, 전투 공간 준비)의 세 영역으로 효과적으로 나뉩니다. 이러한 역할의 대부분은 비슷한 디자인을 사용하고 크루즈 (어뢰 유형) 모드에서 작동합니다. 그들은 1에서 4 노트의 속도로 미리 계획된 경로를 따라 데이터를 수집합니다.

상업적으로 입수 할 수있는 AUV는 미국의 Woods Hole Oceanographic Institution이 처음 개발 한 Hydro R, 100 AUV와 같은 다양한 디자인을 포함하고 있으며, 현재 Hydros, Inc. (Kongsberg Maritime의 전액 출자 자회사)가 상업적으로 생산하고 있습니다. Kongsberg Maritime과 Norwegian Defense Research Establishment가 개발 한 대형 HUGIN 1000 및 3000 AUV; Bluefin Robotics 12 및 21 인치 직경 (300 및 530mm) 차량 및 국제 잠수함 엔지니어링 회사 대부분의 AUV는 크기, 사용 가능한 양, 유체 역학적 효율 및 수위 사이의 최상의 절충안으로 간주되는 전통적인 어뢰 형태를 따릅니다. 취급의 용이함. 모듈러 디자인을 사용하는 일부 차량이있어 운영자가 구성 요소를 쉽게 변경할 수 있습니다.

시장은 진화하고 있고 디자인은 순수한 발달이 아니라 상업적인 요구 사항을 따르고 있습니다. 다가오는 설계에는 점검 및 광 간섭 (주로 오프 쇼어 에너지 어플리케이션 용)을위한 호버링 가능 AUV, 임무 프로파일의 일부로 역할 간 전환하는 하이브리드 AUV / ROV 설계가 포함됩니다. 다시 말하면, 시장은 재정적 요구 사항과 돈과 비싼 선박 시간을 절약하기위한 목표에 의해 추진 될 것입니다.

오늘날 대부분의 AUV는 감독되지 않은 임무를 수행 할 수 있지만 대부분의 운영자는 투자에 대한 긴밀한 감시를 유지하기 위해 음향 원격 측정 시스템의 범위 내에 있습니다. 항상 가능한 것은 아닙니다. 예를 들어, 캐나다는 최근 유엔 해양법 협약 제 76 조에 따라 자신의 주장을 뒷받침하기 위해 북극 얼음 밑의 해저를 조사하기 위해 두 개의 AUV (ISE Explorers)를 인도 받았습니다. 또한 수중 글라이더와 같은 초 저전력 장거리 변형 물은 연안 및 대양 지대에서 수주 또는 수개월 동안 무인 상태로 운영 될 수 있으며, 정기적으로 인공위성으로 데이터를 중계하여 돌아 오는 것을 기다리고 있습니다.

2008 년 현재 자연에서 발견 된 디자인을 모방 한 새로운 종류의 AUV가 개발되고 있습니다. 현재 대부분의 실험 단계에 있지만, 이러한 생체 모방 (또는 바이오닉) 차량은 자연에서 성공적인 설계를 복사하여 추진 및 기동성에서보다 높은 수준의 효율성을 달성 할 수 있습니다. 그런 두 대의 차량은 Festo의 AquaJelly (AUV)와 EvoLogics BOSS Manta Ray입니다.

센서
AUV는 센서를 탑재하여 자율적으로 항법하고 바다의 특징을 매핑합니다. 일반적인 센서에는 컴퍼스, 깊이 센서, 사이드 스캔 및 기타 소나, 자력계, 서미스터 및 전도도 프로브가 포함됩니다. 일부 AUV에는 형광 측정기 (Chlorophyll 센서라고도 함), 탁도 센서 및 pH를 측정하는 센서와 용존 산소량이 포함 된 생물학적 센서가 장착되어 있습니다.

2006 년 9 월 캘리포니아의 Monterey Bay 시위에서 직경 530mm의 AUV가 6 노트 (11km / h)의 순항 속도를 유지하면서 120 피트 길이의 하이드로 폰 배열을 견인 할 수 있음을 보여주었습니다.

항해
전파가 너무 멀리 물을 뚫을 수 없으므로 AUV가 잠수하면 GPS 신호가 손실됩니다. 따라서 AUV가 수중을 항해하는 표준 방법은 추측 항법을 이용하는 것입니다. 그러나 탐색은 수중 음향 위치 인식 시스템을 사용하여 향상시킬 수 있습니다. 해저에 배치 된베이스 라인 트랜스 폰더에서 작동 할 때이를 LBL 내비게이션이라고합니다. 지지선과 같은 지형 참조가 사용 가능할 때, 해저 이동체가 표면 공예의 알려진 위치 (GPS)와 관련이있는 위치를 계산하기 위해 초저베이스 라인 (USBL) 또는 짧은베이스 라인 (SBL) 위치 결정이 사용됩니다 음향 범위 및 베어링 측정을 통해 AUV의 위치 추정을 향상시키고 추측 항법 (시간이 경과함에 따라 증가하는 오류)을 줄이기 위해 AUV는 자체 GPS 수정점을 표면에 나타낼 수 있습니다. 위치 수정과 정확한 기동 사이에 AUV 위치에있는 관성 항법 시스템은 AUV 위치, 가속도 및 속도를 계산하여 계산합니다. 추정은 관성 측정 단위의 데이터를 사용하여 수행 할 수 있으며 바다 / 호숫가에서의 이동 속도를 측정하는 DVL (Doppler Velocity Log)을 추가하여 향상시킬 수 있습니다. 일반적으로 압력 센서는 수직 위치 (차량 깊이)를 측정하지만 DVL 측정에서도 깊이와 고도를 얻을 수 있습니다. 이러한 관측을 필터링하여 최종 탐색 솔루션을 결정합니다.

추진
AUV에는 몇 가지 추진 기술이 있습니다. 그들 중 일부는 닦았거나 브러시가없는 전기 모터, 기어 박스, 립 씰 및 프로펠러를 사용합니다.이 프로펠러는 노즐로 둘러싸 일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다. AUV 건설에 내장 된 이러한 모든 부품은 추진에 관여합니다. 다른 차량은 모듈 방식을 유지하기 위해 스러 스터 장치를 사용합니다. 필요에 따라 스러 스터에는 프로펠러 충돌 방지 또는 소음 차단을위한 노즐이 장착되거나 최고 수준의 효율과 최저 수준의 소음을 유지하기 위해 직접 구동 스러 스터가 장착 될 수 있습니다. 고급 AUV 스러 스터는 임무 중 하나가 도장에 실패하더라도 로봇의 적절한 밀봉을 보장하기 위해 여분의 축 밀봉 시스템을 갖추고 있습니다.

수중 글라이더는 직접 추진하지 않습니다. 그들의 부력과 깔끔함을 바꾸어서, 그들은 반복적으로 가라 앉고 올라갑니다. 익형의 “날개”는이 상하 운동을 전진 운동으로 변환합니다. 부력의 변화는 일반적으로 물을 도입하거나 밀어 낼 수있는 펌프를 사용하여 수행됩니다. 차량의 피치는 차량의 질량 중심을 변경하여 제어 할 수 있습니다. Slocum 글라이더의 경우 나사에 장착 된 배터리를 움직여 내부적으로 이루어집니다. 저속 및 저전력 전자 장치 덕분에, 트림 상태를 순환시키는 데 필요한 에너지는 일반 AUV보다 훨씬 적으며 글라이더는 월간 및 대양 범위의 지속성을 가질 수 있습니다.

힘
오늘날 사용되는 대부분의 AUV는 충전 용 배터리 (리튬 이온, 리튬 폴리머, 니켈 금속 수 소화물 등)에 의해 구동되며, 일정 형태의 배터리 관리 시스템으로 구현됩니다. 일부 차량은 내구성이 아마도 임무 당 상당한 추가 비용으로 두 배나되는 일차 배터리를 사용합니다. 대형 차량 중 일부는 알루미늄 기반의 반 연료 전지로 구동되지만 상당한 유지 보수가 필요하고 값 비싼 리필을 필요로하며 안전하게 처리해야하는 폐기물을 생성합니다. 새로운 추세는 다른 배터리 및 전력 시스템을 수퍼 커패시터와 결합하는 것이다.