다롄해양대학교, 이창시험연구소, 네바다대학교 리노 캠퍼스의 공동 연구팀은 올해 ICRA 컨퍼런스에서 “완전 벡터형 추진력을 갖춘 자율 수중 로봇의 모델 예측 제어”라는 제목의 논문을 발표했습니다.
이 논문에서는 8개의 분산형 추진기를 갖춘 완전 벡터형 추진 시스템을 갖춘 자율 수중 로봇을 설계하고 제작합니다. 또한 자율 수중 제어에 필요한 하드웨어 플랫폼과 소프트웨어 아키텍처에 대해서도 설명합니다. 저자들은 모델 예측 제어(MPC)를 기반으로 로봇의 제어 시스템을 개발했습니다. 시뮬레이션과 실제 실험 결과를 통해 이 로봇이 정밀한 이동 능력을 갖추고 있음을 입증하여 해양 작전에서의 잠재적 활용 가능성을 강조합니다.
배경:
해양 산업에서 잠수 작업은 다이버의 건강에 위험을 초래할 수 있습니다. 1990년대에 원격 조작 차량(ROV)이 등장하면서 수중 작업에서 사람의 노동력을 대체하여 비용을 절감하고 안전을 개선했습니다. 그러나 ROV를 작동하려면 일반적으로 숙련된 작업자, 모선의 지원, 테더 케이블이 필요하기 때문에 작동 범위와 적용 가능성에 제한이 있습니다. 따라서 제어 기능을 갖춘 자율 수중 로봇을 개발하는 것은 실용적으로 매우 중요합니다.
연구 하이라이트:
1. 이 백서의 저자는 완전 벡터형 추진 자율 수중 로봇을 제안하여 추진기 효율을 개선하고 수중에서 로봇의 유연성과 민첩성을 향상시켰습니다. 온보드 엣지 컴퓨팅 장치, 센서, 액추에이터를 통합하여 로봇이 자율적으로 작동할 수 있도록 했습니다.
논문에 소개된 로봇의 주요 구성 요소.
2. 로봇의 소프트웨어 아키텍처는 ROS를 기반으로 구축되어 인식, 계획, 제어 모듈 간의 효율적인 정보 전달을 보장합니다.
논문에서 제시한 수중 로봇의 소프트웨어 및 하드웨어 프레임워크.
3. 저자들은 이론적 모델링과 파라미터 식별을 수행한 후 물리적 제약 조건에 기반한 모델 예측 제어 방법을 사용하여 완전 벡터화된 로봇의 상태를 실시간으로 예측하고 최적화하여 자율 제어를 달성했습니다.
저자가 알기로는 현재 이러한 완전 벡터화된 자율 수중 로봇은 존재하지 않습니다.
검증 실험
1. 수치 시뮬레이션 실험:
실험 결과를 통해 제안한 MPC 컨트롤러의 효과를 입증하고 완전 벡터화된 수중 로봇 설계에 적용할 수 있는 가능성을 확인했습니다.
2. 실제 실험:
실제 실험은 5m × 3m × 1.5m 크기의 실내 직사각형 수조에서 진행되었습니다. 수조 주변에 NOKOV 모션 캡처 시스템의 수중 카메라 6대를 설치하여 100Hz의 샘플링 속도로 밀리미터 이하의 정확도로 위치 및 속도 데이터를 기록했습니다. 자세 데이터도 AHRS를 기반으로 수집했습니다.
탱크 내 로봇의 테스트 환경: (a) NOKOV 모션 캡처 시스템이 장착된 직사각형 물탱크, (b) 로봇의 프로토타입, (c) 수영장에 있는 로봇. {Xw, Yw, Z}와 {Xt, Yt, Z}는 각각 AHRS 좌표계와 탱크 좌표계를 나타냅니다.
궁극적으로 로봇의 점대점 이동 실험을 통해 로봇의 시스템 설계의 타당성과 MPC 컨트롤러의 효율성을 입증했습니다.
NOKOV 메트릭 모션 캡처 시스템의 수중 카메라는 로봇에 밀리미터 이하의 위치 및 속도 데이터를 제공하여 로봇의 시스템 설계의 타당성과 MPC 컨트롤러의 효율성을 검증하는 데 도움이 되었습니다.
저자 소개:
高天铸 Gao Tianzhu
가오 티안주는 다롄해양대학교 정보과학기술대학과 랴오닝성 수중 로봇 공학 연구센터의 박사 과정 학생입니다. 연구 관심 분야: 수중 로봇, 모델 예측 제어.
骆煜东 Luo Yudong
루오위동(교신저자)은 다롄해양대학교 정보과학기술대학과 랴오닝성 수중로봇공학연구센터의 부교수입니다. 연구 관심 분야: 지능형 무인 시스템, 로봇 자율성, 수중 로봇.
吕超 Lü Chao
뤼 차오는 다롄해양대학교 정보과학기술대학과 랴오닝성 수중 로봇 공학 연구센터의 석사 과정 학생입니다. 연구 관심 분야: 수중 로봇, 행동 의사 결정, 동작 계획.
罗伟荣 Luo Weirong
루오 웨이롱은 다롄해양대학교 해양공학부 메카트로닉스 연구소의 석사 과정 학생입니다. 연구 관심 분야: 대형 스팬 케이블 구동 병렬 로봇 모션 제어.
付先平 Fu Xianping
푸셴핑은 랴오닝성 수중 로봇 공학 연구 센터의 책임자이자 다롄해양대학교 정보과학기술학부 박사 과정 지도교수입니다. 연구 관심 분야: 수중 로봇, 컴퓨터 비전.
赵娜 Zhao Na
자오나는 다롄해양대학교 정보과학기술대학의 강사이자 석사 지도교수입니다. 연구 관심 분야: 지능형 무인 시스템, 멀티모달 로봇, 로봇 동역학 및 제어.
骆曦 Luo Xi
는 이창 테스트 기술 연구소의 수석 디자이너 겸 수석 엔지니어입니다. 연구 관심 분야: 수중 무인 차량 추진, 다중 소스 융합 상황 인식.
Yantao Shen 옌타오 셴은 리노 네바다 대학교 교수입니다. 연구 분야: 생체 모방 로봇, 센서 및 기기.
문의하기
-
우리는 항상 귀하의 질문에 답변하고 더 많은 정보를 제공하게 되어 기쁩니다.
문제에 대해 알려주시면 최상의 솔루션을 안내해 드리겠습니다.
-
-
- 캡처 볼륨 * m m m
-
선택 해주세요 *
- 제안 수 (옵션)
-
카메라 유형(선택 사항)
-
카메라 수(선택 사항)
- 제출하다