3) NAPP
3.2 잠수정 및 수중로봇 기술
연구과제 제안요구서
과 제 명 다관절 수중로봇 핵심기술 개발
연구의 필요성
○ 다관절 수중로봇은 수중 보행과 유영 그리고 수중작업을 수행할 수 있 는 로봇으로 AUV와 ROV의 한계를 보완할 수 있는 또 다른 형태의 로 봇임
○
항만공사지원 , 해양과학탐사 , 해저구난 , 해양오염방제 , 해양구조물 유 지보수 , 등을 위해서는 해저면 또는 해양구조물에 밀착하여 정밀작업 이 가능하며 강한 유체 흐름환경에서도 작업이 가능한 구조의 수중로 봇이 필요
○ 수중 보행과 유영 및 작업이 가능한 로봇의 핵심기술은 다관절 로봇의 링크에 대한 유체력의 모델링과 해석기술이므로 이에 대한 연구가 우선 적임
연구의 목적
○ 수중에서 움직이는 다관절 로봇의 모델링, 해석 및 이동기술 개발연구 내용 및 범위
○ 수중에서 움직이는 다관절 로봇의 모델링 기술개발 - 다관절 로봇에 작용하는 유체력 모델링
- 유체력을 포함하는 다관절 로봇의 동역학 모델링
○ 수중 다관절 로봇의 동역학 해석 기법개발 - 동적 조작성, 이동성 해석기법 개발
- 동역학을 고려한 다관절 링크 형상 설계 기술 개발
○ 수중 다관절 로봇의 이동 기술 개발 - 수중에서의 최적 걸음새 기술 개발 - 다관절 로봇의 수중 유영 기술 개발
추진방법
○ 모델링기법개발(1차년도) → 동역학해석기법개발(2차년도) → 이동기술 연구(3차년도)
○ 관련 핵심기술 분야의 국내외 전문가와의 정보 교류를 통한 효율적인 연구 수행
○ 수조를 활용한 실험 연구 수행
○ 개발 기술의 검증을 위한 테스트 베드 제작
연구비/년
○ 1년차 (5억/년) ○ 2년차 ○ 3년차성과물 연구
○ 수중 다관절 로봇의 동역학 모델링 및 해석 툴
○ 수중 다관절 로봇의 걸음새 및 유영 알고리즘 및 검증용 테스트베드
제안자
전봉환연구과제 제안요구서
과 제 명 수중구조물의 협소공간 관측용 스네이크형 자율무인잠수정의 핵심기술 개발
연구의 필요성
○ 자켓(Jacket)형 플랫폼 등 수중 해양구조물은 복잡한 트러스 구조이므 로 ROV와 같이 케이블이 연결된 무인잠수정은 구조물 내부 조사에 어 려움이 큼
○ 케이블이 연결되지 않은 자율무인잠수정을 이용한 해저탐사 및 구조물 조사 기능이 필요하며, 복잡한 구조물 내에서 6자유도 운동이 가능해야 함 (프로펠러 추진 방식 배제)
○ 침몰선의 내부 관측 또는 인명 사고가 있을 경우 사체를 인양할 수 있 는 기능을 갖는 수중 내시경 로봇이 필요함. 이러한 수중 내시경 로봇 은 케이블이 연결된 경우 선내의 복잡한 구조물에 케이블이 엉킬 가능 성이 높아 케이블이 연결되지 않은 수중 로봇이 필요함.
연구의 목적
○ 복잡한 해양구조물의 내부 조사 또는 침몰선의 협소공간 관측용 뱀형 자율무인잠수정 개발
연구 내용 및 범위
○ 복잡한 해양구조물의 내부를 자유롭게 이동할 수 있는 관절 구동형 (Snake Type) AUV 개발
- 관절 구동 뱀형 수중로봇의 동력학 해석
- 뱀형 수중로봇의 6자유도 운동 제어 알고리듬 개발 - 유니버셜 조인트형 수중 관절구동장치 개발
○ 복잡한 비구조형 환경(Unstructured environment)에서 운항하는 AUV 의 수중 항법 기술 개발
- 초음파-관성 신호 융합을 이용한 비구조형 공간 측위기술 개발 - 복잡구간에 랜드마크를 부착하는 능동형 국부 위치계측 기술 개발 - 비구조 공간 인식 및 협소공간 항법 핵심 기술 개발
○ 수중 초음파통신을 이용한 제어입력 및 상태 통신 - 영상정보 자체 저장후 off-line 모니터링
추진방법
○ 스네이크 AUV 모델링(1차년도) → 동역학해석 및 제어 로직 개발 (2차 년도) → 시제품 제작 및 시연 (3차년도)
○ 스네이크형 AUV 테스트 베드 제작 및 성능시험
○ 수중구조물 외벽에 초음파 랜드마크 부착 방식의 국부 위치 모니터링 및 협소공간 항법 알고리들 개발
연구비/년
○ 1년차 (10억/년) ○ 2년차 (10억/년) ○ 3년차 (10억/년)성과물 연구
○ 스네이크형 AUV의 동특성 및 운동제어 로직 개발
○ 스네이크형 자율무인잠수정 내시경 로봇 개발 및 실용화
○ 특허(3건), SCI 논문(2편)
제안자
이판묵연구과제 제안요구서
과 제 명 수중 랜드마크를 이용한 무인잠수정의 정밀 항법 및 매핑 핵 심기술 개발
연구의 필요성
○ 무인잠수정에 통상적으로 사용되는 관성센서는 옵셋 오차로 인하여 단 독으로 사용하기 어려움
○ 초음파 위치추적 시스템은 위치신호 업데이트 시간간격이 길어 무인잠 수정이 복잡한 수중 구조물 내부를 조사하기에 적합한 위치정보를 신속 히 제공하지 못함
○ 복잡한 해양구보물 또는 심해에 기준이 되는 랜드마크 트랜스폰더를 설 치하여 이를 기준으로 얻어지는 거리 정보를 이용하고 관성센서의 정보 를 이용하여 고 정밀도의 위치신호를 얻고 아울러 주변 환경을 매핑하 는 것이 필요함
연구의 목적
○ 수중 임의 위치에 랜드마크를 설치하고 이를 이용한 해양구조물 내부 또는 심해역에서의 정밀 항법 및 매핑 핵심기술 개발
연구 내용 및 범위
○ 수중 랜드마크를 이용한 해양구조물 내부 또는 심해역에서의 정밀 항법 및 동시 매핑 (SLAM, Simultaneous Localization And Mapping) 핵심 기술 개발
-랜드마크를 이용한 수중 복합 항법 시스템 개발 -SLAM 기법을 이용한 수중 미지구조물의 정밀 매핑
○ 랜드마크 위치보정 기법 개발
-위치보정을 위한 무인잠수정의 최적 운동모드 연구 -거리 변화에 따른 비선형 특성 보정 기법 개발
추진방법
○ 관성항법과 초음파항법의 융합 신호처리 기법 분석 (1차년도) → 융합 신호 필터 개발 (2차년도) → 항법시스템설계 및 검증(3차년도)
○ 랜트마크 포설 및 위치보정 기법 개발
○ 공기중 시뮬레이션, 수조시험 및 실해역 시험을 통한 시스템의 안정화 설계
연구비/년
○ 1년차 (5억/년) ○ 2년차 (5억/년) ○ 3년차 (5억/년)성과물 연구
○ 랜드마크 기준점을 이용하는 수중 복합항법 및 매핑 시스템 핵심기술
○ 특허(2건), SCI 논문(2편)
제안자
이판묵연구과제 제안요구서
과 제 명 수중 가상현실 구현을 위한 핵심기술 개발
연구의 필요성
○ 지상에서 수중 환경을 관찰하기 위해서는 광통신/동축 케이블과 같은 충분한 대역폭을 가진 통신 장비가 필수적이다.
○ 수중 유선 통신 장비가 가용하지 않은 환경이나 비용의 제한으로 인하 여 통신 대역폭이 제한될 경우, 부드러운 수중의 환경의 변화를 표현 하는 방법으로 가상현실로 응용할 수 있다.
○ 실제 영상과 가상현실의 영상을 융합하고 실제 취득한 데이터의 시간 사이의 변화를 확률적 추정에 의하여 부드럽게 연결함으로서 저 비용 으로 수중 환경을 관찰 할 수 있다.
연구의 목적
○ 낮은 대역폭의 수중통신 여건에서 수중 환경을 표현할 수 있는 가상 현실 핵심 기술 개발
연구 내용 및 범위
○ 수중 물체 및 환경 변화 추정 기술
- 데이터 측정 주기 사이의 환경 변화를 추정 - 수중 환경에서 환경 변화 모델링
○ 가상 환경 융합 기술
- 추정한 데이터와 실제 영상을 응용하여 가상 영상 생성
○ 영상 합성 기술
- 실제 영상과 가상 환경의 영상을 합성하여 표현 - 스테레오 비젼을 이용한 3D 표현
추진방법
○ 수중 환경 변화 추정 기술(1차년도) → 수중 가상 영상 생성 기술(2차 년도) → 영상 합성 기술(3차년도)
○ 관련 핵심기술 분야의 국내외 전문가와의 정보 교류를 통한 효율적인 연구 수행
○ 수조를 활용한 실험 연구 수행 (실제 영상과 가상현실 영상과 비교)
○ 개발 기술의 검증을 위한 테스트 베드 제작
연구비/년
○ 1년차 (5억/년) ○ 2년차 (5억/년) ○ 3년차 (5억/년)성과물 연구
○ 수중 가상현실 표현 시스템 (수중 카메라, 신호 처리장치, 가상현실 표 현 장치 등)
연구과제 제안요구서
과 제 명 심해용 벡터 추진 시스템 핵심기술 개발
연구의 필요성
○ 수중 로봇의 항해와 자세제어를 위한 추진 시스템은 나선형 추진기를 주로 사용하고 있으며, 방향의 제어를 위해 날개형의 제어판을 사용하 고 있음.
○ 추진 시스템의 형태와 관계없이 날개형의 제어판은 저속에서 제어가 거 의 불가능하여 정밀 관측 등을 위한 자세 제어에는 새로운 개념의 추진 시스템을 개발할 필요가 있음.
○ 연구소에서 보유하고 있는 추진기의 축적된 기술과 정밀 제어 기술을 및 심해 추진 시스템의 운용 경험을 통해 자세 제어를 위한 새로운 개 념의 추진 시스템의 개발이 요구되고 있음.
연구의 목적
○ 심해용의 저속 자세 제어용 수중로봇 추진 시스템 핵심 기술 개발연구 내용 및 범위
○ 심해용 벡터 추진 시스템 모델 개발
- 심해에서 압력의 영향을 받지 않는 추진 동력 시스템 설계기술 개발 - 저속에서 추진력을 원하는 방향으로 낼 수 있는 시스템 설계기술 개발
○ 정밀 자세 제어를 위한 추진기 제어 모델 개발
- 추진기의 회전수에 따른 추진력의 변화 모델을 위한 수조 시험 - 계측된 자료를 분석하여 추진기 과도 응답의 특성 연구
- 제어 관점에서 추진기의 과도응답 특성 모델 기술 개발
○ 심해용 추진 시스템의 개발을 위한 실증 시험 - 벡터 추진 시스템을 위한 내압 방수 검증 시험 - 벡터 추진 시스템의 설계 기술 검증
추진방법
○ 벡터 추진 시스템 설계 기술 개발(1차년도) → 추진 시스템의 과동 응 답 특성 연구(2차년도) → 심해용 벡터 추진 시스템의 설계 실증 시험 (3차년도)
○ 국내외 기술 동향 분석 및 보고
○ 심해용 벡터 추진 시스템 개발을 위한 지속적인 실험 연구 수행
○ 개발 기술의 검증을 위한 내압, 수조 시험 수행
연구비/년
○ 1년차 (5억/년) ○ 2년차 (5억/년) ○ 3년차 (5억/년)성과물 연구
○ 심해 벡터 추진 시스템 설계기술, 과동응답 특성 모델
○ 심해 성능 및 과동응답 특성 검증용 시험 모델