As interest in underwater structures and ocean exploration increases, many researchers are proposing methods for modeling and controlling various remotely operated vehicles (ROVs). Recently, hybrid systems composed of an autonomous underwater vehicle and an ROV capable of remote control and autonomous navigation are being developed. In this study we introduce a method that models Ariari-aROV, an ROV consisting of five thrusters, and performs navigation. The proposed ROV can be controlled manually and by autonomous navigation when given a target point. An extended Kalman filter is utilized for sensor measurement correction for more precise navigation. The proposed method is verified through a simulation.
본 논문에서는 몬테 카를로 방법을 사용한 수중로봇의 위치추정 방법을 제안한다. 수중로봇의 위치추정은 자율 주행을 위한 기본 기능의 하나이다. 제안된 알고리즘에 의하면 추측항법(데드 레크닝 방법)의 약점인 위치 오차 누적 문제를 해결할 수 있다. 제안된 방법은 확률적인 방법으로 로봇 동작의 불확실성과 센서 정보의 불확실성을 처리한다. 특히 칼만 필터 방법과 달리, 로봇의 비선형 운동 특성과 센서의 비가우시안 출력 분포 특성을 모델링할 수 있다. 본 논문에서는 수중로봇 위치 추정에 몬테카를로 위치추정(Monte Carlo Localization : MCL, 이하 MCL로 표기함) 알고리즘을 적용하기 위하여 오일러각을 이용하여 모션모델을 구하였다. 또한 수중로봇에 모션모델과 센서모델을 적용하여 시뮬레이션을 구현하고, 이를 통해 수중로봇에 MCL 알고리즘의 적용 가능성을 보였다.
This paper presents a control and operation system for a remotely operated vehicle (ROV). The ROV used in the study was equipped with a manipulator and is being developed for underwater exploration and autonomous underwater working. Precision position and attitude control ability is essential for underwater operation using a manipulator. For propulsion, the ROV is equipped with eight thrusters, the number of those are more than six degrees-of-freedom. Four of them are in charge of surge, sway, and yaw motion, and the other four are responsible for heave, roll, and pitch motion. Therefore, it is more efficient to integrate the management of the thrusters rather than control them individually. In this paper, a thrust allocation method for thruster management is presented, and the design of a feedback controller using sensor data is described. The software for the ROV operation consists of a robot operating system that can efficiently process data between multiple hardware platforms. Through experimental analysis, the validity of the control system performance was verified.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제8권3호
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pp.243-251
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2016
Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) generally work in complex marine environments. Any fault in AUVs may cause significant losses. Thus, system reliability and automatic fault diagnosis are important. To address the actuator failure of AUVs, a fault diagnosis method based on the Gaussian particle filter is proposed in this study. Six free-space motion equation mathematical models are established in accordance with the actuator configuration of AUVs. The value of the control (moment) loss parameter is adopted on the basis of these models to represent underwater vehicle malfunction, and an actuator failure model is established. An improved Gaussian particle filtering algorithm is proposed and is used to estimate the AUV failure model and motion state. Bayes algorithm is employed to perform robot fault detection. The sliding window method is adopted for fault magnitude estimation. The feasibility and validity of the proposed method are verified through simulation experiments and experimental data.
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.
Maritime and Ocean Engineering Research Institute (MOERI), a branch of KORDI, has designed and manufactured a model of an autonomous underwater vehicle (AUV) named ISiMI (Integrated Submergible for Intelligent Mission Implementation). ISiMI is an AUV platform to satisfy the various needs of experimental test required for development of challenging technologies newly investigated in the field of underwater robot; control and navigational algorithms and software architectures. The main design goal of ISiMI AUV is downsizing which will reduce substantially the operating cost compared to other vehicles previously developed in KORDI such as VORAM or DUSAUV. As a result of design and manufacturing process, ISiMI is implemented to be 1.2 m in length, 0.17 m in diameter and weigh 20 kg in air. A series of tank test is conducted to verify the basic functions of ISiMI in the Ocean Engineering Basin of MOERI, which includes manual control with R/F link, auto depth, auto heading control and a final approach control for underwater docking. This paper describes the implementation of ISiMI system and the experimental results to verify the function of ISiMI as a test-bed AUV platform.
Maritime and Ocean Engineering Research Institute (MOERI), a branch of KORDI, has designed and manufactured a model of an autonomous underwater vehicle (AUV) named ISiMI(Integrated Submergible for Intelligent Mission Implementation). ISiMI is an AUV platform to satisfy the various needs of experimental test required for development of challenging technologies newly investigated in the field of underwater robot; control and navigational algorithms and software architectures. The main design goal of ISiMI AUV is downsizing which will reduce substantially the operating cost compared to other vehicles previously developed in KORDI such as VORAM or DUSAUV. As a result of design and manufacturing process, ISiMI is implemented to be 1.2m in length, 0.17m in diameter and weigh 20 kg in air. A series of tank test is conducted to verify the basic functions of ISiMI in the Ocean Engineering Basin of MOERI, which includes manual control with R/F link, auto depth, auto heading control and a final approach control for underwater docking. This paper describes the implementation of ISiMI system and the experimental results to verify the function of ISiMi as a test-bed AUV platform.
A reduced order observer is developed for depth control of a hybrid underwater glider which combines the good aspects of a conventional autonomous underwater vehicle and a underwater glider. State variables include the center of gravity of the robot and the weight of the buoyancy bag, which can not be directly measured. By using the mathematical model and available information such as directional velocities, accelerations, and attitudes, we developed a Luenberger's reduced order observer to estimate the center of gravity and the buoyancy weight. By simulations using Matlab/Simulink, the efficiency of the proposed observer is shown, where a LQR controller using full state variables is adopted as a depth controller.
KRISO (Korea Research Institute of Ship & Ocean Engineering) started a project to develop the core algorithms for autonomous intervention using an underwater robot in 2017. This paper introduces the development of the robot platform for the core algorithms, which is an ROV (Remotely Operated Vehicle) type with one 7-function manipulator. Before the detailed design of the robot platform, the 7E-MINI arm of the ECA Group was selected as the manipulator. It is an electrical type, with a weight of 51 kg in air (30 kg in water) and a full reach of 1.4 m. To design a platform with a small size and light weight to fit in a water tank, the medium-size manipulator was placed on the center of platform, and the structural analysis of the body frame was conducted by ABAQUS. The robot had an IMU (Inertial Measurement Unit), a DVL (Doppler Velocity Log), and a depth sensor for measuring the underwater position and attitude. To control the robot motion, eight thrusters were installed, four for vertical and the rest for horizontal motion. The operation system was composed of an on-board control station and operation S/W. The former included devices such as a 300 VDC power supplier, Fiber-Optic (F/O) to Ethernet communication converter, and main control PC. The latter was developed using an ROS (Robot Operation System) based on Linux. The basic performance of the manufactured robot platform was verified through a water tank test, where the robot was manually operated using a joystick, and the robot motion and attitude variation that resulted from the manipulator movement were closely observed.
최근에는 극한 분야에서 수상로봇, 수중로봇, 공중로봇과 같은 해양로봇의 필요성이 제기되고 있음에도 불구하고, 그 기반은 매우 부족하다. 다행히도, 로봇교육에 대한 요구가 증가하고 있으므로, 해양로봇키트의 개발 및 보급을 통하여 연구개발 기반을 마련하고 미래 인재를 양성하는 것이 바람직하다. 그러나, 기존에는 공중 이동 및 장애물회피가 가능한 풍선기반의 해양로봇키트가 없다. 이 문제를 해결하기 위해서, 적외선 센서를 이용하여 장애물회피가 가능한 풍선기반 자율 공중로봇키트가 개발되었다. 시험평가 결과는 실제 적용 가능성과 추가 연구의 필요성을 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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