김동헌 연구실
경남대학교 전기공학과
김동헌 교수
USV 자율항법
COLREG 준수
Potential Field
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김동헌 연구실
경남대학교 전기공학과 김동헌 교수
김동헌 연구실은 전기공학과 기반의 지능형 로보틱스 제어 및 항법 연구를 수행합니다. 퍼텐셜 필드 기반 로컬 경로계획과 가변 RPF 설계를 통해 모바일 로봇의 충돌 회피와 국소최소 문제 완화를 다룹니다. 또한 COLREG를 고려한 USV 자율항법에서 2D 라이다 기반 퍼지제어를 적용하고 선수 방향 보정으로 항로 편차를 관리합니다. CNN 기반 객체 탐지와 단안 카메라 거리·방위 산출을 결합하여 상황 인식을 보조하며, IMU 데이터로 학습한 신경망 출력과 PID 제어를 연계해 3-DOF 안정화 제어를 구현합니다.
USV 자율항법COLREG 준수Potential Field동적 장애물 회피Fuzzy Control
대표 연구 분야
연구 영역 전체보기
퍼텐셜 필드 기반 모바일 로봇 경로계획 및 동적 장애물 회피
Potential-Field-Based Mobile Robot Path Planning and Dynamic Obstacle Avoidance
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퍼텐셜 필드 기반 모바일 로봇 경로계획 및 동적 장애물 회피
Potential-Field-Based Mobile Robot Path Planning and Dynamic Obstacle Avoidance
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COLREG를 고려한 USV 자율항법 퍼지제어 기반 장애물 회피
Fuzzy-Controlled Autonomous Navigation for USVs Considering COLREG
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CNN 기반 USV 전방 탐지와 신경망- PID 결합 안정화 제어
CNN-Based USV Forward Detection and Neural Network–PID Integrated Stabilization Control
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
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1
Article
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2024Neural Network Modeling and PID Control for 3- DOF Horizontal Stabilization Platform
Jun‐Hyeong Kim, Dong Hun Kim
본 논문은 신경망과 PID 제어기를 결합하여 3-자유도(3-dof) 안정화 장치를 구현하는 방법을 제안한다. 먼저 Inverted Delta Robot 구조를 기반으로 하드웨어를 설계하였다. 이 플랫폼은 3개의 서보 모터와 IMU 센서를 갖추고 있으며, 실시간 안정화 플랫폼으로 제안된다. 둘째, 제한된 각도 범위를 갖는 서보 모터를 사용하여 Roll 및 Pitch 각도에 대한 실시간 데이터를 수집하였다. 셋째, 수집된 데이터를 전처리하고, 활성화 함수로 ReLU 함수를 사용하는 신경망 모델을 훈련하였다. 넷째, 훈련된 모델을 이용해 안정화 오차 값을 PID 제어기에 출력하여 장치의 균형을 유지하였다. 본 연구는 안정화 장치에서 신경망과 PID 제어기를 결합할 가능성을 보여준다. 향후 연구에는 다양한 산업 환경에서의 실험, 센서 통합, 그리고 신경망 최적화가 필요하다.
https://doi.org/10.1109/scisisis61014.2024.10759918
PID controller
Control theory (sociology)
Computer science
Artificial neural network
Control engineering
Control (management)
Artificial intelligence
Engineering
Temperature control
2
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2021Autonomous Navigation of Unmanned Surface Vehicle Based on Fuzzy Control Considering COLREG
Dong-gi Son, Dong Hun Kim
Journal of Korean institute of intelligent systems
본 논문에서는 국제해상충돌예방규칙(COLREG)을 고려한 퍼지제어(Fuzzy Control) 기반의 USV(Unmanned Surface Vehicle)의 자율운항(Autonomous Navigation System) 방법을 제시하며 ROS 시뮬레이션 시스템인 Gazebo를 이용하여 검증을 진행한다. USV의 자율운항을 위하여 퍼지기반의 연구들이 최근 활발히 진행되어 왔다. 하지만, 선박의 충돌과 관련된 예방 규칙인 COLREG를 고려한 연구는 활발히 진행되고 있지 않다. 따라서 본 논문에서는 ROS Gazebo에서 2D 라이다센서를 가지고 있는 USV를 제작하여 제안한 알고리즘에 대한 검증을 진행한다. USV의 목적지까지 이동은 비례 제어를 이용하였으며, 고정 장애물이나 이동 장애물을 만나게 되면 퍼지 제어를 이용하여 COLREG에 어긋나지 않게 장애물을 회피하여 목적지 까지 이동하게 된다. 또한, 퍼지 제어를 이용한 장애물 회피에서 USV가 경로방향과 크게 달라지면 USV의 선수 방향을 조정하는 알고리즘을 제안하고 검증하였다.
https://doi.org/10.5391/jkiis.2021.31.1.011
Unmanned surface vehicle
Computer science
Fuzzy logic
Aerospace engineering
Engineering
Artificial intelligence
Marine engineering
3
Article
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2021Former Unmanned Surface Vehicle Detection Based on Improved Convolutional Neural Network
AO Bang-qian, Dong Hun Kim
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
본 논문은 전(前) 무인수상정(USV)에 대한 CNN(컨볼루션 신경망) 기반 물체 탐지기의 실시간 구현을 위한 접근법을 제안한다. 먼저 SSD(Single Shot MultiBox Detector)의 원래 네트워크인 VGG-16을 기본 특징 추출 네트워크로서 ResNet-18로 교체한다. 이후 분류 네트워크는 합성곱 커널 수의 절반을 줄이도록 재설계하며, 주로 1×1 및 3×3 커널 크기를 사용한다. 동시에 추적 시스템에 설치된 단안(monocular) 카메라를 이용하여 전(前) USV의 거리와 방위각(azimuth)을 계산한다. 실험 결과, 제안된 방법은 다른 기존 접근법에 비해 더 높은 정확도와 더 낮은 계산 복잡성을 갖는 장점이 있음을 보여준다. 따라서 제안된 접근법은 실시간 추적 시스템에 효율적으로 적용될 수 있다.
https://doi.org/10.5370/kiee.2021.70.10.1488
Convolutional neural network
Artificial intelligence
Computer science
Kernel (algebra)
Detector
Computer vision
Tracking (education)
Feature extraction
Object detection
Feature (linguistics)
최신 정부 과제
11
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1
주관|
2017년 2월-2021년 2월
|70,000,000원거친환경에서 운용가능한 HILS 기반의 운동 보상기를 갖춘 무인 반잠수정의 자율운항 연구
거친 환경에서 전복되지 않는 플랫폼 설계를 위하여 HILS를 도입하고, 플랫폼의 롤링 감소를 위해 운동 보상기를 갖춘 선형형태의 반잠수정형태를 설계함. 제안된 반잠수정과의 무선 통신 송수신을 위한 송수신 데이터 길이, 샘플링 타임 설정 및 중앙서버에서 감시, 제어를 위한 MMI(Man Machine Interface)를 설계하여 자율운항을 구현함.
1차년도에는 해상상태 5.0이상에서 운용 가능한 반잠수정 플랫폼을 설계하고, 반잠수정의 원격, 자율운항 제어를 위한 통신부, GPS, 초음파센서, 구동부의 H/W 합성(integration)을 설계 함. 그리고 나서, H/W를 갖춘 해상상태5.0이상에서 운용 가능한 반잠수정의 프로토타입을 제작함. 2차년도에는 반잠수정의 자세 안정화를 위하여 운동 보상 장치를 설계하고 구현함. 또한, 반잠수정과의 무선통신을 위한 통신 데이터 설계 및 MMI 설계, 카메라 영상을 포함한 무선데이터 통신을 통한 중앙서버와 반잠수정과의 무선통신을 구현함. 3차년도에는 반잠수정의 전방 카메라 영상화면을 통해 반잠수정 운용을 위한 원격제어와 장애물 회피와 반잠수정의 자율운항 알고리즘 설계 및 센서보정 알고리즘을 설계함. 또한, HILS 기반 반장수정 플랫폼과 운동 보상 컨트롤러의 통합을 구현함. 4차년도에는 해상에서 조류를 고려한 최적의 자율운항 알고리즘 설계 및 칼만필터를 통한 GPS 오차 보정을 하여 해상상태 5.0이상의 거친 환경에서 반잠수정의 자율운항을 구현함. 또한, HILS 기반 반장수정의 통합 플랫폼 및 알고리즘을 최적화 하며, 해상상태 5.0이상의 거친 환경에서 통합 반잠수정의 수조 및 필드 테스트를 함.
무인 반잠수정
무인 수상정
힐스
운동 보상기
자율운항
거친환경
플랫폼
해상 상태
해상 감시
2
주관|
2017년 2월-2021년 2월
|80,000,000원거친환경에서 운용가능한 HILS 기반의 운동 보상기를 갖춘 무인 반잠수정의 자율운항 연구
거친 환경에서 전복되지 않는 플랫폼 설계를 위하여 HILS를 도입하고, 플랫폼의 롤링 감소를 위해 운동 보상기를 갖춘 선형형태의 반잠수정형태를 설계함. 제안된 반잠수정과의 무선 통신 송수신을 위한 송수신 데이터 길이, 샘플링 타임 설정 및 중앙서버에서 감시, 제어를 위한 MMI(Man Machine Interface)를 설계하여 자율운항을 구현함.
1차년도에는 해상상태 5.0이상에서 운용 가능한 반잠수정 플랫폼을 설계하고, 반잠수정의 원격, 자율운항 제어를 위한 통신부, GPS, 초음파센서, 구동부의 H/W 합성(integration)을 설계 함. 그리고 나서, H/W를 갖춘 해상상태5.0이상에서 운용 가능한 반잠수정의 프로토타입을 제작함. 2차년도에는 반잠수정의 자세 안정화를 위하여 운동 보상 장치를 설계하고 구현함. 또한, 반잠수정과의 무선통신을 위한 통신 데이터 설계 및 MMI 설계, 카메라 영상을 포함한 무선데이터 통신을 통한 중앙서버와 반잠수정과의 무선통신을 구현함. 3차년도에는 반잠수정의 전방 카메라 영상화면을 통해 반잠수정 운용을 위한 원격제어와 장애물 회피와 반잠수정의 자율운항 알고리즘 설계 및 센서보정 알고리즘을 설계함. 또한, HILS 기반 반장수정 플랫폼과 운동 보상 컨트롤러의 통합을 구현함. 4차년도에는 해상에서 조류를 고려한 최적의 자율운항 알고리즘 설계 및 칼만필터를 통한 GPS 오차 보정을 하여 해상상태 5.0이상의 거친 환경에서 반잠수정의 자율운항을 구현함. 또한, HILS 기반 반장수정의 통합 플랫폼 및 알고리즘을 최적화 하며, 해상상태 5.0이상의 거친 환경에서 통합 반잠수정의 수조 및 필드 테스트를 함.
무인 반잠수정
무인 수상정
힐스
운동 보상기
자율운항
거친환경
플랫폼
해상 상태
해상 감시
3
주관|
2017년 2월-2021년 2월
|70,000,000원거친환경에서 운용가능한 HILS 기반의 운동 보상기를 갖춘 무인 반잠수정의 자율운항 연구
거친 환경에서 전복되지 않는 플랫폼 설계를 위하여 HILS를 도입하고, 플랫폼의 롤링 감소를 위해 운동 보상기를 갖춘 선형형태의 반잠수정형태를 설계함. 제안된 반잠수정과의 무선 통신 송수신을 위한 송수신 데이터 길이, 샘플링 타임 설정 및 중앙서버에서 감시, 제어를 위한 MMI(Man Machine Interface)를 설계하여 자율운항을 구현함.
1차년도에는 해상상태 5.0이상에서 운용 가능한 반잠수정 플랫폼을 설계하고, 반잠수정의 원격, 자율운항 제어를 위한 통신부, GPS, 초음파센서, 구동부의 H/W 합성(integration)을 설계 함. 그리고 나서, H/W를 갖춘 해상상태5.0이상에서 운용 가능한 반잠수정의 프로토타입을 제작함. 2차년도에는 반잠수정의 자세 안정화를 위하여 운동 보상 장치를 설계하고 구현함. 또한, 반잠수정과의 무선통신을 위한 통신 데이터 설계 및 MMI 설계, 카메라 영상을 포함한 무선데이터 통신을 통한 중앙서버와 반잠수정과의 무선통신을 구현함. 3차년도에는 반잠수정의 전방 카메라 영상화면을 통해 반잠수정 운용을 위한 원격제어와 장애물 회피와 반잠수정의 자율운항 알고리즘 설계 및 센서보정 알고리즘을 설계함. 또한, HILS 기반 반장수정 플랫폼과 운동 보상 컨트롤러의 통합을 구현함. 4차년도에는 해상에서 조류를 고려한 최적의 자율운항 알고리즘 설계 및 칼만필터를 통한 GPS 오차 보정을 하여 해상상태 5.0이상의 거친 환경에서 반잠수정의 자율운항을 구현함. 또한, HILS 기반 반장수정의 통합 플랫폼 및 알고리즘을 최적화 하며, 해상상태 5.0이상의 거친 환경에서 통합 반잠수정의 수조 및 필드 테스트를 함.
무인 반잠수정
무인 수상정
힐스
운동 보상기
자율운항
거친환경
플랫폼
해상 상태
해상 감시
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해양운항체의 자율운항시스템 및 그 방법
상태
등록출원연도
2018출원번호
1020180008900거친 환경에서 운용 가능한 접이식 그물형 드론수거 장치
상태
등록출원연도
2017출원번호
1020170089919선박용 비행체의 거친 환경 운용을 위한 전자석기반 이착륙 장치
상태
등록출원연도
2017출원번호
1020170089920