• 제목/요약/키워드: 원격조종 수중로봇

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모델 불확실성을 갖는 6자유도 원격조종 수중로봇의 외란 관측기 기반 제어 (Disturbance Observer-Based Control for 6-DOF Remotely Operated Underwater Vehicle with Model Uncertainties)

  • 김준식;이동철;최영진
    • 로봇학회논문지
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    • 제18권1호
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    • pp.82-87
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    • 2023
  • This paper proposes a disturbance observer-based control for 6-DOF remotely operated underwater vehicles with model uncertainties. The sum of external disturbance and the forces generated from model parameters except for the inertial matrix of the hydrodynamic model is defined as a lumped disturbance in this paper. Then, the lumped disturbance caused by model uncertainties and the external forces is estimated using the disturbance observer. Fortunately, the disturbance observer is constructed as a linear form because all the elements of the inertial matrix of the hydrodynamic model are constants. To verify the proposed control scheme, we show that the actual lumped disturbance is similar to the estimated lumped disturbance obtained by the disturbance observer. Finally, the position tracking performance in the disturbance environment is confirmed through the comparative study with a traditional inverse dynamics PD controller.

비선형 강인 내부루프 보상기를 이용한 6자유도 원격조종 수중로봇의 선형 모델예측 제어 (Linear Model Predictive Control of 6-DOF Remotely Operated Underwater Vehicle Using Nonlinear Robust Internal-loop Compensator)

  • 김준식;최유나;이동철;최영진
    • 로봇학회논문지
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    • 제19권1호
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    • pp.8-15
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    • 2024
  • This paper proposes a linear model predictive control of 6-DOF remotely operated underwater vehicles using nonlinear robust internal-loop compensator (NRIC). First, we design a integrator embedded linear model prediction controller for a linear nominal model, and then let the real model follow the values calculated through forward dynamics. This work is carried out through an NRIC and in this process, modeling errors and external disturbance are compensated. This concept is similar to disturbance observer-based control, but it has the difference that H optimality is guaranteed. Finally, tracking results at trajectory containing the velocity discontinuity point and the position tracking performance in the disturbance environment is confirmed through the comparative study with a traditional inverse dynamics PD controller.

항만공사용 사석 고르기 수중로봇의 제어 및 지형인식에 관한 연구 (Study on the Control and Topographical Recognition of an Underwater Rubble Leveling Robot for Port Construction)

  • 김태성;김치효;이진형;이민기
    • 한국항해항만학회지
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    • 제42권3호
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    • pp.237-244
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    • 2018
  • 수중에서 로봇으로 사석 고르기 작업을 실시할 경우 로봇 주위의 지형 정보를 실시간으로 제공해야 원격조종이 가능하다. 현 위치로부터 주변지형의 높낮이를 보여줘야 운전자가 작업 계획을 수립하고, 전복과 같은 사고도 예방할 수 있다. 지금까지 지형인식은 멀티 빔 소나에 의해 이뤄졌는데 이는 작업 전후의 품질을 평가하는 용도만 사용되었지 원격조종에서 필요한 실시간 정보로는 사용될 수 없었다. 본 연구는 수중 사석 고르기 작업을 위한 실시간 지형인식 방법을 개발한다. 버킷이 지면을 누를 때 전달되는 힘을 측정해 접촉여부를 판단하고, 실린더의 길이를 읽어 접촉위치를 계산한다. 버킷의 위치제어를 위해 가변 뱅뱅제어 알고리즘을 적용하고 숙련된 굴삭기 운전자의 작업패턴을 프로그램화해 지형인식, 긁기, 밀기, 전진 등의 작업을 자동으로 수행하도록 한다. 개발된 방법은 로봇 몸체로부터 버킷의 거리에 따라 3차원 격자 지형을 상대적으로 보여줌으로써 작업자가 쉽게 지형을 인식하고 지형에 따라 작업계획을 세우도록 한다.

불가사리 채집 로봇 플랫폼의 개념설계 및 분석 (Starfish Capture Robotic Platform: Conceptual Design and Analysis)

  • 진상록;이석우;김종원;서태원
    • 한국정밀공학회지
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    • 제29권9호
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    • pp.978-985
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    • 2012
  • Starfish are a critical problem for fishermen since they eat every farming product including shellfish. The number of starfish is increasing dramatically because they have no natural enemy underwater. We consider the concept of capturing starfish using a semi-autonomous robot. A new underwater robot design to capture starfish is proposed using cooperation between humans and the robot. A requirements list for the robot is developed and two conceptual designs are proposed. Each robot is designed as a modular platform. The kinematic and dynamic performance of each robot is analyzed and compared. This study is a starting point for developing a starfish capture robot and designing underwater robots for other applications. In the near future, a prototype will be assembled and tested in a marine environment.

외란관측기를 바탕으로 $H_{\infty}$제어 방법을 이용한 수중 로봇 팔의 원격조종 제어기 설계 (Teleoperation Controller Design for an Underwater Manipulator Using an $H_{\infty}$ Control Scheme Based on Disturbance Observer)

  • 유지환;권동수;이판묵;홍석원
    • 제어로봇시스템학회논문지
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    • 제6권7호
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    • pp.578-585
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    • 2000
  • This paper presents a robust and systematic bilateral controller design method for a teleoperation of an underwater manipulator. Disturbance observer is used as a local controller of the master and underwater slave manipulator to set up the teleoperation system as a nominal model by compensating coupled nonlinear terms model uncertainties and external disturbances in the water. Using the linearized master/slave model a $H_{\infty}$ optimal control scheme is applied to systematically construct a force reflecting bilateral controller.

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수중 구조물 진단용 원격 조종 로봇의 자세 제어를 위한 비전 기반 센서 융합 (Vision-based Sensor Fusion of a Remotely Operated Vehicle for Underwater Structure Diagnostication)

  • 이재민;김곤우
    • 제어로봇시스템학회논문지
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    • 제21권4호
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    • pp.349-355
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    • 2015
  • Underwater robots generally show better performances for tasks than humans under certain underwater constraints such as. high pressure, limited light, etc. To properly diagnose in an underwater environment using remotely operated underwater vehicles, it is important to keep autonomously its own position and orientation in order to avoid additional control efforts. In this paper, we propose an efficient method to assist in the operation for the various disturbances of a remotely operated vehicle for the diagnosis of underwater structures. The conventional AHRS-based bearing estimation system did not work well due to incorrect measurements caused by the hard-iron effect when the robot is approaching a ferromagnetic structure. To overcome this drawback, we propose a sensor fusion algorithm with the camera and AHRS for estimating the pose of the ROV. However, the image information in the underwater environment is often unreliable and blurred by turbidity or suspended solids. Thus, we suggest an efficient method for fusing the vision sensor and the AHRS with a criterion which is the amount of blur in the image. To evaluate the amount of blur, we adopt two methods: one is the quantification of high frequency components using the power spectrum density analysis of 2D discrete Fourier transformed image, and the other is identifying the blur parameter based on cepstrum analysis. We evaluate the performance of the robustness of the visual odometry and blur estimation methods according to the change of light and distance. We verify that the blur estimation method based on cepstrum analysis shows a better performance through the experiments.

트랙기반 중작업용 ROV에 적용 가능한 어라운드 뷰 소나 및 굴착깊이 측정 소나 성능 검증에 관한 연구 (A study on the performance verification of an around-view sonar and an excavation depth measurement sonar application to ROV for track-based heavy works)

  • 손기준;박동진;김민재;오영석;박승수
    • 한국음향학회지
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    • 제38권2호
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    • pp.161-167
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    • 2019
  • 본 논문은 트랙기반 중작업용 ROV(Remotely Operated underwater Vehicle)에 적용 가능한 어라운드 뷰 소나 및 굴착깊이 측정 소나의 성능 검증에 대한 내용을 다루고 있다. 현재 국산화 개발 중인 중작업용 ROV에 활용 가능한 어라운드 뷰 소나 및 굴착깊이 측정 소나를 장착하여 수조 및 실해역에서 성능 검증 실험을 수행하였다. 어라운드 뷰 소나의 경우 이미지 소나를 ROV 전후좌우 4방향에 장착하고, 굴착깊이 측정 소나는 멀티 빔 음향측심기(Multi Beam Echo Sounder, MBES) 기술로써 ROV 전방에 장착된다. 본 논문에서 개발한 소나를 장착하고 ROV를 실해역에 진수시켜 소나를 운용한 결과 소나 시스템들은 작업 중 발생하는 침전된 부유물이 발생하거나 탁도가 높은 해역에 영향을 거의 받지 않으며 어라운드 뷰 소나의 경우 ROV 전방 30 m 거리에 있는 암반지형, 자갈, 모래톱 등을 확인할 수 있었다. 그리고 굴착깊이 측정 소나의 경우 ROV가 굴착 작업을 수행 후 굴착 깊이를 측정 가능함을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 어라운드 뷰 소나와 굴착깊이 측정 소나를 활용함으로써 작업효율성을 높일 수 있음을 입증하였다.