자율 수중 로봇의 동역학 기반 시간최적·자세 제어 연구

Dynamics-based Time-Optimal and Attitude Control for Autonomous Underwater Robots

연구 내용

수중 글라이더와 AUV의 비선형 동역학을 바탕으로 시간최적 궤적과 자세/호버링 제어를 설계하고 실시간 모니터링 및 도킹 성공을 지원하는 연구

수중 로봇의 제어를 위해 비선형 동역학을 비감쇠/감쇠 항과 2차 수력학적 감쇠를 포함한 형태로 정식화하고, 추진 한계와 포화가 있는 구동 조건에서 시간최적 궤적을 도출합니다. 글라이더에서는 날개 위치·형상에 따른 운동 성능 차이를 시뮬레이션으로 해석하고, 질량 셔터와 피스톤의 위치를 PID 제어로 과도 상태를 안정화합니다. 또한 수중 무선 광통신을 적용해 자세 데이터와 영상의 양방향 전송을 구성하고, 경로 분석 기반 도킹 관리로 임무 수행 흐름을 제어합니다.

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연구 흐름

2022년에는 글라이더의 날개 위치 및 형상 변화가 활공 속도·활공 각·경로에 미치는 영향을 간단화 모델과 시뮬레이션으로 분석하고, 질량 셔터와 피스톤의 과도 모드를 PID 제어로 안정화하는 방향의 기초 연구를 수행했습니다. 2023년에는 부력 엔진과 추진의 운용 특성을 반영하여 heave와 heading에 대한 시간최적 궤적을 해석적으로 구성하고, 구동 포화와 외란이 포함된 추종 제어 성능을 검증했습니다. 이후 2025년에는 수중 무선 광통신을 통한 실시간 자세·영상 모니터링 구조를 제안하고, 경로 기반 도킹 관리로 자율 임무 성공을 지원하는 연구로 확장했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

AUV 자세 추종 제어
수중 무선 광통신 기반 원격 모니터링
시간최적 궤적 생성기
글라이더 과도 응답 제어
비선형 동역학 모델 기반 제어 설계
도킹 성공을 위한 경로 관리
영상 기반 원격 감시 파이프라인
추진 한계 반영 궤적 최적화
외란 조건에서 추종 성능 평가
실시간 제어-통신 연동 시스템