보고서 정보
주관연구기관 |
한국과학기술원 Korea Advanced Institute of Science and Technology |
연구책임자 |
명현
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700010711 |
과제고유번호 |
1711024142 |
사업명 |
신진연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-10-12
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키워드 |
해파리 퇴치.자율 수상 로봇.자율 운항.경로 계획.편대 제어.장애물 회피.영상 처리.jellyfish removal.autonomous surface vehicle.autonomous navigation.path planning.formation control.obstacle avoidance.image processing.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700010711 |
초록
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연구의 목적 및 내용
본 연구는 급증한 유해 해파리에 의해 전 세계적으로 발생하는 막대한 피해의 저감을 위한 해파리 퇴치 로봇 기술 개발을 목표로 수행되었다. 기 연구 과제에서 연구/개발된 해파리 퇴치 로봇 시스템을 활용하여, 유해 해파리의 출현을 정찰하고 퇴치할 수 있는 로봇 시스템의 성능 향상과 향상된 해파리 제거 장치 개발, 다개체 자율 내비게이션, 해파리 분포 인식, 통합 시스템 구축 등을 수행하고, 현장 실험을 통해 검증하였다.
연구결과
해파리 퇴치 로봇 시스템(JEROS)은 무인 수상선과 해파리 제
연구의 목적 및 내용
본 연구는 급증한 유해 해파리에 의해 전 세계적으로 발생하는 막대한 피해의 저감을 위한 해파리 퇴치 로봇 기술 개발을 목표로 수행되었다. 기 연구 과제에서 연구/개발된 해파리 퇴치 로봇 시스템을 활용하여, 유해 해파리의 출현을 정찰하고 퇴치할 수 있는 로봇 시스템의 성능 향상과 향상된 해파리 제거 장치 개발, 다개체 자율 내비게이션, 해파리 분포 인식, 통합 시스템 구축 등을 수행하고, 현장 실험을 통해 검증하였다.
연구결과
해파리 퇴치 로봇 시스템(JEROS)은 무인 수상선과 해파리 제거 장치로 구성되며, 해파리 정찰과 퇴치 성능 향상을 위해, 기 개발된 플랫폼의 속도 및 제어 안정성을 향상시켰다. 고출력 thruster를 장착하여 출력 및 방향 제어 성능을 향상 시켰으며, 기 시스템 대비 2배의 성능향상을 확인하였다. 해파리 제거 장치로, 기 개발 분쇄 장치에 임펠러를 결합하여 분쇄 성능을 향상시킨 해파리 제거 장치를 개발하였고, 독성 해파리의 촉수에 의한 인명 사고 방지가 가능한 소형 컨베이어 기반 해파리 인양 장치를 개발하였다. 실 해역 실험을 통해 두 제거 장치의 성능을 확인하였다.
해파리 퇴치 작업의 실 해역 적용을 위한, 커버리지 경로 생성, 장애물 인식 및 회피, 편대 제어 충돌 방지 알고리즘을 개발하였다. 커버리지 경로 생성은 Theta* 기반 알고리즘으로, 로봇 편대의 운동 성능을 반영한 경로를 생성하며, 수상 환경에서의 비교실험을 통해 성능을 확인하였다. 그리고 JEROS의 경로 추종 시, 경로 계획에서 반영되지 않은 동적 장애물 회피를 위한 기술을 개발하였다. 로봇에 이동 장애물 정보가 입력되면, 이를 회피하는 우회 경로를 생성하여 충돌을 방지한다. 그리고 편대 변경 또는 급회전 경로 추종 시에 발생 가능한 추종 로봇 간의 충돌 회피를 포함한 편대 제어 알고리즘을 개발하여, 해파리 퇴치 작업 수행시의 안정성을 향상시켰다.
해파리 퇴치를 위한 커버리지 경로 계획을 위해, 해파리 퇴치 작업 전에 무인 비행체를 이용하여 해상에서 해파리 분포와 위치를 검출할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 이 알고리즘은 기계학습 알고리즘 중 하나인 컨볼루션 신경망 (convolutional neural network) 기반으로, 실해상 실험에서 75% 이상의 검출율을 보였다. 해파리 분포 탐색을 위한 무인 비행체 시스템과 다개체 JEROS 시스템을 통합한 시스템을 구성하고, 마산만 해양 환경에서 현장 실험을 수행하여, 해파리 퇴치 작업 수행의 타당성을 검증하였다.
연구결과의 활용계획
본 연구에서 개발한 해파리 정찰/퇴치 로봇 시스템은 넓은 범위를 빠르게 정찰할 수 있도록 무인 비행체 시스템과 협력하여 해파리 퇴치 작업을 수행할 수 있는 통합시스템으로 개발하였다. 이러한 시스템을 활용하면 해파리 퇴치 작업의 효율 향상뿐만 아니라, 개발된 해파리 퇴치 로봇에 다양한 센서를 부착하여, 향상된 장애물 인식 및 회피 기능을 연구하거나, 조난자 정찰 및 구조, 해상 환경 감시 등에 활용할 수 있다.
그래서 본 연구 개발 결과를 해수욕장이나 해양 작업장과 같은 다양한 환경에 적용가능한 시스템을 개발에 활용할 예정이다.
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
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Purpose&contents
This research was performed to develop a jellyfish removal system based on robotic technologies for the purpose of reduction of the damage caused by over-popularized harmful jellyfish. We have developed a robot system for jellyfish reconnaissance and removal by improving the robo
Purpose&contents
This research was performed to develop a jellyfish removal system based on robotic technologies for the purpose of reduction of the damage caused by over-popularized harmful jellyfish. We have developed a robot system for jellyfish reconnaissance and removal by improving the robot system for jellyfish removal, JEROS (Jellyfish Elimination RObotic Swarm), developed in the previous research project. We also developed devices for jellyfish removal, an autonomous navigation for multi-agent robot system, recognition of jellyfish distribution, and integrated jellyfish removal and reconnaissance system composed of JEROS and an unmanned aerial vehicle.
Result
The maneuvering speed and the stability of control system of JEROS were enhanced to improve the performance of reconnaissance and removal of jellyfish. We employed high-power thrusters and improved control system. Thus, the speed of JEROS improved twice. Also, a jellyfish shredding system combined a propeller and an impeller for improving shredding performance and a jellyfish lifting system based on conveyor device for removing venomous jellyfish without shredding were developed. The performance of these systems was verified through the field tests.
The autonomous navigation algorithms including a coverage path planning, obstacle detection and avoidance, and a formation control with collision avoidance were studied. The coverage path planning generates a path considering the maximum angular rate of JEROS based on Theta* algorithm. Also, a technique to avoid a collision between JEROS and non-static obstacles was developed, which was utilized to prevent a collision between robots during coordinate path tracking. These methods enhanced the stability of robot system while performing jellyfish removal tasks.
Finally, an unmanned aerial vehicle (UAV) was employed to detect a distribution of jellyfish using a camera in the large area. The distribution is recognized by a convolutional neural network-based algorithm, which detected jellyfish with detection rate of over 75%. The integrated system was constructed by incorporating a UAV system and multi-agent JEROS system, and the feasibility and performance of the system were verified through field tests in Masan Bay.
Expected Contribution
In this research, the integrated system was developed to perform the jellyfish reconnaissance and removal tasks cooperatively. This system can be utilized as the research platform for the enhanced obstacle detection and avoidance, the reconnaissance of the victim due to rip current, and the exploration of the ocean environment. Thus, we are planned to utilize the integrated system for the research of the robot system that can be used in the beach environment and ocean workspace.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 8 5. 연구결과의 활용계획 ... 9 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 9 7. 참고문헌 ... 10 8. 연구성과 ... 11 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 24 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 24 11. 기타사항 ... 25끝페이지 ... 25
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