기반 시각적인 전력선 순회 점검 로봇의 자율적인 전선 떨어짐

사례 연구

고객 중국과학원 자동화 연구소

측정 범위

적용 모션 캡처, 모바일 로봇, 검증 알고리즘

분석 대상 하이브리드 로봇

사용 장비

최근, 중국 과학원 자동화 연구소의 연구 팀이 SCI 논문인 "IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT"에 "Vision-Based Autonomous Landing of a Hybrid Robot on a Powerline"라는 제목의 논문을 발표했습니다.

ハイブリッドロボットの送電線への自律着陸

본 논문에서는 하이브리드 로봇에 의한 자율 낙하선 착륙을 위한 완전한 체계를 제시하며, 다중 규모의 전선을 검출하는 방법과 착륙 지점의 깊이 추정 방법을 설명하고, 목표 전선을 추적하기 위한 시공간 사전을 구축하는 방법을 제안합니다. 또한, 안정적인 자율 낙하를 위한 착륙 전략과 제어 방법을 제안합니다. 마지막으로 하이브리드 로봇을 사용하여 전선 검출 및 깊이 추정 알고리즘의 유효성을 검증합니다.

I. 연구 배경

최근에는 다양한 유형의 검사 로봇이 자동화된 전력선 검사에 사용되고 있습니다. 하이브리드 로봇은 크롤링 로봇과 플라잉 로봇의 장점을 결합한 것으로, 전력선 검사에 유망한 응용 분야를 가지고 있습니다. 그러나 하이브리드 로봇을 대상 송전선에 착륙시키는 것은 어려운 일이며, 이를 안정적으로 감지하고 추적해야 합니다. 따라서 다양한 규모의 송전선로 검사 방법의 개발이 시급한 과제로 대두되고 있습니다.

II. 실험 과정

저자들은 본 논문에서 설계한 로봇 플랫폼을 활용하여 다음과 같은 평가를 수행합니다. 먼저 NOKOV 모션 캡처 시스템에서 깊이 정확도를 평가하고, 제안된 추적 알고리즘과 착륙 전략의 신뢰성과 유효성을 검증한 다음, 마지막으로 두 가지 비교 실험을 통해 본 논문에서 방법론의 우수성을 입증합니다.

1. 깊이 추정 정확도 테스트

그림 1 본 논문에서 사용한 방법과 키네마틱 캡처 시스템으로 측정한 전력선과 카메라 사이의 상대적 높이

표 1 다양한 수심에서 본 논문 방법의 오차 범위

2. 후속 테스트

실험 결과, 선의 개수가 불규칙적으로 변화하는 상황에서도 목표 선이 잘 추적되는 것을 확인할 수 있었습니다. 본 논문에서 제안한 추적 방법은 추적 실험 중 자동 모드에서 횡속을 최대 속도 이하로 제한할 경우 실제 착륙 임무의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

3. 낙하 라인 테스트

연구팀은 제안한 송전선 추출 알고리즘과 착륙 전략을 로봇을 통해 검증했습니다. 송전선의 스케일이 변해도 목표 선은 잘 검출되고 추적되는 반면, 경사진 선은 이진 영상에서 거의 걸러지는 것을 확인할 수 있었습니다. 실험을 통해 본 논문에서 제안한 자율 전선 착륙 방식이 효과적임을 알 수 있습니다.

4. 비교 실험

1) 검출 성능 비교:

그림 2는 정량적인 결과를 보여줍니다. 본 논문에서 제안한 방법이 정확도 측면에서 다른 방법보다 우수함을 알 수 있습니다.

그림 2 여러 검사 방법의 정확도 및 처리 속도 비교

2) 검사 성능 비교:

표 2에서 볼 수 있듯이 본 논문에서 설계한 하이브리드 로봇은 송전선로부터 1m 상공에서 착륙할 때와 송전선 측면으로부터 0.2m 상공에서 착륙할 때 평균 착륙 시간이 더 짧습니다. 또한, 본 논문에서 설계한 로봇은 동일한 특성을 가진 송전선로를 구분하고 목표 송전선로를 추적할 수 있어 현장 송전망에서 보다 안정적이고 실용적으로 사용할 수 있습니다.

표 2 여러 로봇 플랫폼의 검사 성능 비교

III. 실험 결론

본 논문에서는 하이브리드 로봇이 전력선에 착륙할 수 있는 완전한 자율 착륙 방식을 제시했습니다. 기존의 전력선 감지 알고리즘과 달리 본 논문에서 사용한 방법은 다중 스케일의 전력선을 감지하고 로봇을 기준으로 착륙 지점의 위치를 계산할 수 있습니다. 깊이 추정의 정확도는 착륙 작업의 요구 사항을 충족하는 모션 캡처 시스템에 의해 평가됩니다. 또한 저자는 목표 전력선을 추적하기 위해 두 개의 사전을 구축 할 것을 제안합니다. 추적 방법과 착륙 전략의 효과는 일련의 실외 실험에서 입증됩니다. 이 논문에서는 로봇이 동일한 특성을 가진 전력선을 구별하고 목표 전력선에 성공적으로 착륙할 수 있음을 보여줍니다. 향후 저자는 바람이 부는 환경에서 착륙 시간을 단축하고 시스템의 견고성을 향상시키는 방법을 모색할 계획입니다.

참조:

Z. Li et al., "Vision-Based Autonomous Landing of a Hybrid Robot on a Powerline," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 72, pp. 1-11, 2023, Art no. 3501711