• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2011년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.38 No.1(A)
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• pp.403-406
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• 2011

한국해양연구원에서는 국토해양부의 지원을 받아 2010년 7월부터 새로운 개념의 해저로봇 개발에 착수하였다. 새로이 개발되는 해저로봇은 프로펠러 방식으로 추력을 얻는 기존의 해저로봇과는 달리 여러 개의 관절로 이루어진 6개의 다리를 이용하여 해저면에 근접해서 보행과 유영으로 이동하는 해저로봇으로 강조류와 악시계의 환경에서도 운용이 가능한 로봇이다. 이 해저보행로봇 시스템은 선상시스템과 완충기, 그리고 해저보행로봇으로 구성되며, 이들 사이는 광변환기를 통해서 광케이블로 연결된다. 선상시스템에는 해저로봇의 제어 및 모니터링을 위하여 10대의 컴퓨터가 설치되어 있고, 완충기와 해저로봇에 각각 1대의 입출력 컴퓨터가 내장되어 장착된 센서와 모터의 인터페이스를 담당한다. 본 논문에서는 해저보행로봇의 통신 시스템을 소개하고, 이 통신 시스템에서 사용되기 위하여 설계된 메시지의 통신 프로토콜을 설명한다. 해저보행로봇 시스템의 주 네트워크는 기가비트 이더넷이며, 안정된 통신 환경의 소규모 독립 네트워크이다. 완충기와 해저보행로봇에는 최대 100㎐로 동작하는 다양한 직렬 통신 방식을 갖는 다수의 센서와 모터가 장착되어 있는데, 입출력 컴퓨터가 이더넷 네트워크와의 인터페이스 역할을 수행하여 계층적 네트워크를 구성한다. 로봇 제어에서는 실시간성이 중요하기 때문에 이더넷에서 통신 메시지는 한 번의 전송으로 여러 컴퓨터에 전달할 수 있도록 멀티캐스팅을 사용하여 전송된다. 설계된 통신 프로토콜은 이러한 해저로봇 시스템의 특성에 적합한 간결한 구조로 설계되었으며, 최대 255개의 주소를 지정할 수 있고 255 종류의 메시지 형태를 설정할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권9호
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• pp.989-997
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• 2014

본 논문에서는 6 족 다관절 해저로봇 크랩스터를 위한 정적 보행 알고리즘 설계 방법에 대하여 기술하였다. 정적 보행 알고리즘 설계를 위해 보행계획 벡터와 다리쌍 벡터의 개념을 도입하여 6 족 로봇 보행기법 설계의 편의성과 확장성을 확보하고, 이를 이용하여 수중환경이나 탐사조건에 따라 운용할 수 있는 여섯 가지 정적 보행기법을 설계하였다. 그리고, 공통 제어변수를 사용하여 각 보행 간 자유로운 연동과 자세제어와의 복합보행을 수행할 수 있도록 하였다. 설계된 여섯 가지 정적 보행기법은 시뮬레이션을 통하여 확인하였고, 크랩스터에 적용하여 보행기법 간 연동성과 복합보행 기능 등을 검증하였다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2012년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.39 No.1(A)
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• pp.227-229
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• 2012

한국해양연구원에서 개발하고 있는 해저보행로봇 CR200은 6개의 다리를 이용하여 해저면에서 보행으로 이동하며 정밀 해저탐사 및 작업을 수행할 수 있는 로봇이다. 운용자는 선상제어실에서 유선으로 연결된 CR200을 원격으로 모니터링하거나 제어한다. 특히 안정적인 보행을 위해서는 100Hz의 주기로 CR200의 상태 정보가 선상제어실로 전송되고, 선상제어실에서는 전송된 정보를 기반으로 제어 명령을 산출하여 CR200으로 전송해야 한다. 이러한 주기적인 실시간 제어를 위해서는 일반적으로 실시간 운영체제를 사용하지만, 본 논문에서는 실시간 운영체제를 사용하지 않고 시스템 시간 기반의 백그라운드 프로세스로 동작하는 소프트웨어 타이머를 사용하여 실시간 제어를 하는 방법을 제안하고, 성능 평가 결과를 제시한다. 제안한 방법의 실시간 속성을 검증하기 위하여, 현재 설계에서 운영체제로 고려하고 있는 우분투 10.04와 윈도우즈 7을 CR200에 탑재되는 Advantech 사의 PCM-3362 보드에 설치하여 소프트웨어 타이머의 성능을 10ms부터 100ms까지 각각 실험하였다. 실험결과에 따르면, 두 운영체제에서 모두 누락이 없이 타이머 동작이 수행되었으며, 10ms 간격으로 타이머를 동작하였을 때에 우분투에서는 평균 오차가 $41{\mu}s$이었고 윈도우즈 7에서는 7.7ms였다. 윈도우즈 7에서의 오차는 100Hz 제어 주기에 사용하기에 적합하지 않지만, 우분투에서의 오차는 제어 주기 간격의 0.41%에 불과하기 때문에 해저보행로봇의 실시간 제어에 영향을 주지 않는 오차이다. 따라서 CR200의 임베디드 컴퓨터와 선상제어실의 원격제어 컴퓨터는 우분투 운영체제 상에서 소프트웨어 타이머를 이용하여 상호 연동되도록 구현할 예정이다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권8호
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• pp.743-749
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• 2015

본 논문에서는 해저보행로봇 크랩스터(CR200)의 전방 입사 조류에 대한 동적 전복안정성에 대하여 연구하였다. CR200 은 우리나라 근해 환경의 특징인 강조류 환경에서 운용될 수 있도록 설계되었고, 몸체도 유체역학적 요소를 고려하여 제작되었다. 해저보행로봇의 동적 전복안정성을 판단하기 위하여 육상보행로봇의 동적 전복안정성의 개념을 도입하여 수중환경에 맞도록 전복 판별식을 재정의하고 이를 이용해 전방 조류에 대한 동적 전복안정성을 시뮬레이션으로 해석하였다. 이를 위하여 조류속도가 변할 때 CR200 의 자세변화에 따른 유동해석 결과를 이용하였다. 또한 CR200 의 지지다리를 이동하여 전복축의 위치가 바뀌었을 경우에 대하여 해석을 수행하여 전복축의 이동에 따른 CR200 의 전복안정성 개선효과를 확인하였다.

• 한국정보과학회:학술대회논문집
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• 한국정보과학회 2012년도 한국컴퓨터종합학술대회논문집 Vol.39 No.1(A)
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• pp.233-235
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• 2012

해저보행로봇 CR200은 여러 개의 관절로 이루어진 6개의 다리를 이용하여 해저면에서 보행으로 이동하며 해저 정밀탐사 및 작업을 수행하는 로봇으로, 케이블로 연결된 선상제어실에서 원격 제어된다. CR200 시스템에서는 16개의 카메라가 장착될 예정이며, 취득된 카메라의 영상은 선상제어실의 비디오 컴퓨터로 전송되어 모니터링 및 녹화된다. 설계된 비디오 시스템에서 영상 전송은 전자기 간섭에 의한 화질 열화를 최소화하기 위하여 기가비트의 대역폭을 가진 이더넷과 광케이블을 통하여 디지털 형태로 전송되며, 아날로그 카메라의 영상은 비디오 인코더를 사용하여 디지털 영상으로 변환된 후에 전송된다. 본 논문에서는 CR200의 비디오 시스템의 설계를 소개하고, 실제로 제작하기 전에 설계된 비디오 시스템을 검증하기 위하여 테스트베드를 사용한 통합 테스트 결과를 제시한다. 아직 준비되지 않은 카메라에 대해서는 아이패드의 아날로그 영상 출력을 비디오 인코더의 입력으로 전달하여, 설계된 모든 카메라들이 동작하는 상황을 테스트베드로 실험하였다. 16개 카메라의 영상이 모니터링 및 녹화되는 상황을 테스트베드로 실험한 결과에 따르면, 압축률 10%의 H.264 동영상 압축 알고리즘을 사용할 경우에 30fps 영상의 모니터링 및 녹화에 각각 60Mbps의 전송량으로 비디오 시스템이 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있었다. 비디오 데이터의 전송은 센서 및 제어 데이터의 전송과 같은 네트워크를 사용하지만, 비디오 데이터의 기가비트 네트워크 사용률은 평균 12%이기 때문에 비디오 데이터 전송으로 인하여 데이터 통신은 거의 영향을 받지 않는다.

• 제어로봇시스템학회지
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• 제19권3호
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• pp.17-28
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• 2013

조수간만의 차가 크고 지형이 복잡한 우리나라서 해안은 세계적으로도 보기 드문 강조류 환경이다. 잠수부의 안전을 위협하는 이러한 환경은 수중로봇의 접근도 쉽게 허락하지 않는다. 해저로봇 크랩스터는 이러한 특수한 환경을 조사하기 위해 고안된 수중보행로봇이다. 기존의 프로펠러 방식으로 달성하기 어려웠던 문제점을 크랩스터 로봇은 게나 가재와 같은 수중 생명체를 모방하여 극복하고자 했다. 크랩스터는 게나 가재의 기능을 모방함으로써 강조류 악시계 환경에서 유용한 두 가지 특징을 얻는다. 첫째는 해저에 밀착하여 자세를 제어함으로써 조류력을 이용하여 자세를 안정화시키면서 이동할 수 있다. 둘째는 조류 속에서 동요하지 않는 안정된 자세를 바탕으로 깨끗한 초음파 영상을 얻을 수 있다. 이는 강조류 환경에서 동반되는 부유물에 의한 악시계 환경을 극복할 수 있는 중요한 수단을 제공한다. 본 고에서는 이러한 개념에 따라 설계 개발된 크랩스터 CR200의 구성과 사양을 소개하고, 여기에 사용된 핵심기술을 살펴본다. 또한, 최근 수행된 CR200의 시험 결과에 대해서도 요약 소개한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권4호
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• pp.419-425
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• 2014

본 논문은 200 미터급 다관절 복합이동 해저로봇(크랩스터, CR200)에 적용된 탄소섬유 복합소재 몸체 프레임의 구조해석에 대하여 다루고 있다. CR200 의 몸체 프레임은 탄소섬유 복합소재를 이용한 강화 플라스틱으로 제작되어 가볍고 강하며, 사람의 늑골구조를 모방하여 설계되었기 때문에 외부 하중을 효과적으로 분산시킬 수 있다. 해상에서 모선과 크레인을 사용하여 CR200 을 진수하거나 인양할 때, 해상상황에 따라 모선 운동에 의한 동적 하중이 몸체 프레임에 전달되기 때문에 프레임에 대한 진수 및 인양 조건에서의 구조적 해석이 필요하다. 구조해석의 신뢰성을 확보하기 위하여 본 논문에서는 몸체 프레임의 시편시험 결과를 이용하여 구조해석을 수행하고, 기존 금속재질의 프레임 모델과 구조적 특성을 비교하여 탄소섬유 복합소재 프레임의 구조적 특성을 정량적으로 비교하였다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제19권8호
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• pp.709-717
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• 2013

This paper presents the development of a specialized underwater leg with a manipulator function(convertible-to-arm leg) for the seabed walking robot named CRABSTER200(CR200). The objective functions of the convertible-to-arm leg are to walk on the seabed and to work in underwater for precise seabed exploration and underwater tasks under coastal area with strong tidal current. In order to develop the leg, important design elements including the degree of freedom, dimensions, mass, motion range, joint structure/torque/angular-speed, pressure-resistance, watertight capability and cable protection are considered. The key elements of the convertible-to-arm leg are realized through concept/specific/mechanical design and implementation process with a suitable joint actuator/gear/controller selection procedure. In order to verify the performance of the manufactured convertible-to-arm leg, a 25bar pressure-resistant and watertight test using a high-pressure chamber and a joints operating test with posture control of the CR200 are performed. This paper describes the whole design, realization and verification process for implementation of the underwater convertible-to-arm leg.