초록 ▼

□연구내용
○수심 에서 300m 운용 가능한 200kg이하 해양로봇 개발
- 구조해석을 통한 무게 경량화 및 수압에 강인한 프레임 설계
- 유동해석을 통한 유체저항을 최소한 유선형 외형 설계
- 수중 운동 특성을 고려한 무게중심 및 부력 중심을 고려한 설계
○해양로봇 수중 자세 및 위치 제어 기술 개발
- 관성센서 및 속도센서 융합을 통한 수중 위치 및 자세 추정 향상 알고리즘 개발
- 조작자 조작 없이 목표 위치 및 자세 제어 기술 개발
○인간-로봇 협업을 위한 햅틱 기반 조작기술

□연구내용
○수심 에서 300m 운용 가능한 200kg이하 해양로봇 개발
- 구조해석을 통한 무게 경량화 및 수압에 강인한 프레임 설계
- 유동해석을 통한 유체저항을 최소한 유선형 외형 설계
- 수중 운동 특성을 고려한 무게중심 및 부력 중심을 고려한 설계
○해양로봇 수중 자세 및 위치 제어 기술 개발
- 관성센서 및 속도센서 융합을 통한 수중 위치 및 자세 추정 향상 알고리즘 개발
- 조작자 조작 없이 목표 위치 및 자세 제어 기술 개발
○인간-로봇 협업을 위한 햅틱 기반 조작기술
- 수중 환경에서 인간 조작자의 조작 능력의 한계를 극복하기 위하여 최소한의 조작으로 수중 슬레이브 로봇을 조작할 수 있게 하는 shared control 제어 구조 구현
- 실시간으로 조작 자유도를 변경할 수 있는 smart retargeting 알고리즘 개발
- 환경의 반력 정보를 전달하는 virtual fixture 기반 반력 생성 기술 개발
○Vision-Sonar 통합 3차원 매핑 기술
- 3차원 공간 정보로의 변환을 위한 보정 알고리즘 개발
- Vision-Sonar 정보의 융합 기술 개발
- 로봇팔 제어 알고리즘 개발
- 원격 제어를 위한 시뮬레이션 소프트웨어 개발
○AI 기반 수중 구조물 자동인식 기술
- Vision-Sonar 이미지 획득을 위한 이동형 하이브리드 카메라 시스템 제작
- 수중 구조물의 점검/진단을 위한 Vision-Sonar 이미지 기반 딥러닝 학습데이터 셋 데이터베이스 구축
- Vision-Sonar이미지 동시입력 가능한 CNN* 아키텍처 설계 및 실시간 자동진단 시스템 개발 (*CNN: Convolution Neural Network)
○ Cavitation과 브러쉬를 이용한 하이브리드 Cavitation 20 kHz 이상 초음파 세척 기술 개발
- Cavitation 발생을 위한 20 kHz 이상 초음파 모듈 설계
- 수중 초음파 방사 시 세척 최적화를 위한 최적 방사면 설계
- 수중 모터를 이용한 브러쉬 클리닝 모듈 설계 및 구동 메커니즘 개발

□연구개발성과
○ 정성적 성과
○ 기술스펙 달성 성과
•성능목표(spec) : 플랫폼 무게 (@Air)
•세계(또는 요구)수준 : 80kg @Air
•'19년 목표 : 80kg이하(하우징단독)
•'19년 달성실적 : 40.42kg
•달성도(%) : 100%

•성능목표(spec) : 방수 하우징 내압 성능
•세계(또는 요구)수준 : 20bar
•'19년 목표 : 25bar 이상
•'19년 달성실적 : 30.34bar
•달성도(%) : 100%

•성능목표(spec) : 플랫폼 운동 제어기 성능
•세계(또는 요구)수준 : 5m/5deg
•'19년 목표 : 5m/5deg(알고리즘)
•'19년 달성실적 : 0.13m/2.43deg
•달성도(%) : 100%

•성능목표(spec) : 초음파 방사 진폭
•세계(또는 요구)수준 : 32um @20kHz
•'19년 목표 : 40um이상
•'19년 달성실적 : 50.48um
•달성도(%) : 100%

•성능목표(spec) : 초음파 파워
•세계(또는 요구)수준 : 200W
•'19년 목표 : 350W이하
•'19년 달성실적 : 40W
•달성도(%) : 100%

•성능목표(spec) : 물체인식률
•세계(또는 요구)수준 : 90%
•'19년 목표 : 80%이상(단독)
•'19년 달성실적 : Recell: 94.4 Precision: 97.8
•달성도(%) : Recell: 118 Precision: 122

•성능목표(spec) : 다중데이터 융합처리시간
•세계(또는 요구)수준 : 50ms
•'19년 목표 : 100ms이하
•'19년 달성실적 : 73.5ms
•달성도(%) : 100%

•시험방법 :
⋅ 내압용기만 교정받은 저울로 무게 측정
⋅센서 단독으로 예인전차에 부착하여 위치변경하면서 측정된 위치변화량과 예인전차 변화량 비교
⋅초음파방사 진폭은 초음파 진동자의 끝단 변위를 측정
⋅초음파 진동자 발진시 앰프의 출력단 Power 측정
⋅수중에서 촬영한 검증용 영상으로 인식률 계산
⋅알고리즘 처리과정을 펄스로 출력해 펄스폭을 측정

□ 성과활용계획
ㅇ 국민 안전편의 향상과 관련한 분야에 활용
- 수중 구조물의 안전진단을 위한 전수검사가 가능
: 부산시설공단, SQ 엔지니어링 등 기 실증 중
- 해양 사고 발생에 따른 선박 및 인명 구조에 활용
: 국민안전처, 경찰청 과학수사본부 등 협의 완료
ㅇ 수입대체 가능한 산업 수요에 대응
- 다중 입력 이미지를 이용한 실시간 물체인식 기술은 관련 분야로 파급효과가 매우 높을것으로 기대함
- 하이브리드 수중 세척 모듈은 노후화된 해양플랜트 및 해양 풍력발전기 하부 구조물 등의 검사, 수리 및 해체 시 활용될 가능성이 높음

(출처 : 요 약 서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기관주요사업 연구보고서 ... 3
• 기관주요사업 연구 요약서 ... 4
• 목차 ... 7
• 제 1 장 개 요 ... 8
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 8
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 9
• 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 12
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 14
• 제 2 절 당해연도 연구개발 결과 ... 18
• 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 40
• 제 3 장 연구성과 활용 시나리오 ... 54
• 제 1 절 연구성과 활용 시나리오 ... 54
• 제 4 장 차년도 사업추진계획 ... 55
• 제 1 절 차년도 사업추진 내용 ... 55
• 제 2 절 차년도 사업추진 일정 ... 59
• 제 3 절 차년도 세부 성능지표(Spec) ... 60
• 제 5 장 참고문헌 ... 62
• 끝페이지 ... 64