자율운항선박 입출항 지원을 위한 혼잡도 예측 기법 개발

손준배,김세원,이서호,김혜진,김동함,윤상웅 한국항해항만학회 2023 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.1

자율운항선박은 선원의 항해 조작 없이 선박 스스로 운항하는 선박을 의미한다. 자율운항선박의 운항 시 충돌 및 사고 위험도가 큰지역은 운항 중 선박을 많이 조우하게 되는 항 내 및 연안 지역이다. 실제로 충돌사고의 85% 이상이 항 내 및 연안 지역에서 발생한다. 따라서자율운항선의 운항 안전성 확보를 위해 항 내 및 연안 지역에서의 운항 안전성을 검토하는 것은 미래 자율운항선 항 내 운용 체계에서 중요한역할을 하게 된다. 대양에서는 선박 자체의 운항성능이 중요하지만, 항구 입출항 시에는 타선 및 터미널등과의 상호작용이 자율운항선의 입출항 안전성과 직결된다. 따라서 본 연구에서는 자율운항선이 항구 근처에 접근하여 입출항을 위해 대기하고 있는 경우에 입출항 결정을 내릴 수있는 결정 알고리즘을 위한 해상혼잡도를 예측하는 알고리즘을 개발하는 과정을 소개한다. 혼잡 예측 알고리즘 개발을 위해 선박의 AIS통항데이터를 분석하여 주요 항로를 구분하고 주요 항로의 이용 빈도 및 운항 시점의 선박 집중도 및 충돌위험 상황을 파라미터로 하여 현재 시점부터 2주후 미래까지의 항로 혼잡도를 예측하고, 정확도를 제시한다.

Multiple Shape Object Handling을 위한 양팔 로봇의 성능지수 평가

손준배,진호,이장명 한국로봇학회 2012 로봇학회 논문지 Vol.7 No.1

This paper proposes a performance index for the multiple shape object handling of dual arm manipulator to determine whether a robot is good or not. When the dual-arm manipulator grasps a fixed object and is posed, the dual-arm manipulator should procure a space to freely control the manipulator. As a performance evaluation parameter, each joint torque from current sensor signal is utilized. From the current information, torque and energy for each joint are estimated. In this paper an performance index for an unstructured object is defined by an energy-cost function, and stability analysis for each motion is derived by the maximum force to the object. The maximum force to the object is computed by the inertia of object and acceleration information of end-effector. The acceleration data are derived by the double derivation of each encoder signal. Manipulability measure which implies how efficiently the dual -arm manipulator can move with the grasped object, can be represented by the intersection of the two manipulability ellipsoids for the left and right arms. Effectiveness of the proposed algorithm has been verified through the practical simulations and real experiments.

퍼지제어를 이용한 지능 모바일 로봇의 궤적 계획에 관한 연구

손준배(Jun-Bae Son),최성희(Sung-Hee Chio),이장명(Jang-Myung Lee) 한국지능시스템학회 2010 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.20 No.1

오랜 시간 진화를 거듭하여 지능화 되어진 이동로봇이 현재 위치에서 지정된 목표 지점까지 자율적으로 찾아가기 위해서 로봇 스스로 주변 환경을 인식 및 판단하고 자기의 위치와 목표지점까지의 이동경로를 파악할 수 있어야 한다. 로봇이 이동하는 경로에 나타날 수 있는 장애물들에 대해 로봇은 장애물을 회피해야하며 회피 후 지속적으로 목표지점으로 이동하여야 한다. 본 논문에서는 이런 지능형 이동로봇이 인식하는 장애물 회피 학습에 따른 패턴 매칭을 이용한 효과적인 회피 동작 생성과 GPS센서를 이용하여 로봇의 현재 위치와 목표지점까지의 경로를 파악하여 이동 로봇이 신속, 정확하게 자율적으로 주행을 할 수 있는 알고리즘을 개발하는데 그 목적을 둔다.

MOSFET를 이용한 고효율 SCALDO 레귤레이터 구현

권오순,손준배,김태림,송종규,Kwon, O-Soon,Son, Joon-Bae,Kim, Tea-Rim,Song, Jong-Gyu 한국전기전자학회 2015 전기전자학회논문지 Vol.19 No.3

A SCALDO(Supercapacitor Assisted LDO) regulator is a new regulator having advantages of a SMPS(Switch Mode Power Supply) which has a good efficiency and a LDO(Low Drop-out) regulator which has stable output characteristics and good EMI(Electro Magnetic Interference) characteristics. However, a conventional SCALDO regulator needs a lot of power consumption to control its switches and it drops an efficiency of the circuit. In this paper, to reduce switching power consumption and improve an efficiency of the circuit, a new SCALDO regulator adopting MOSFETs as its switching parts is proposed and it is found out that the proposed SCALDO regulator has the maximum 9.5% higher efficiency than the conventional SCALDO regulator. We also try to simplify production process of the circuit by changing switching control method of the circuit from MCU(Micro-controller unit) based firmware control to hardware control using a comparator and a T-F/F(Flip Flop). SCALDO(Supercapacitor Assisted LDO) 레귤레이터는 기존에 널리 사용되고 있는 SMPS(Switch Mode Power Supply)의 장점인 높은 효율과 LDO(Low Drop-out) 레귤레이터의 장점인 안정적인 출력 및 우수한 EMI(Electro Magnetic Interference)특성을 함께 가지는 레귤레이터로 현재 새롭게 연구되고 있는 전원회로이다. 하지만, 현재까지 연구된 SCALDO 레귤레이터의 경우 회로 내부의 스위치제어에 많은 전력이 소비되어 회로 전체의 효율이 감소되는 단점이 있다. 본 논문에서는 기존 SCALDO 레귤레이터의 단점을 극복하고 저전력으로 구동이 가능한 MOSFET를 SCALDO 레귤레이터에 적용함으로써 스위치제어 소비전력을 최소화하여 회로 전체의 효율을 향상시킨 새로운 SCALDO 레귤레이터를 구현 하였으며, 기존 SCALDO 대비 효율이 최대 9.5% 상승됨을 확인하였다. 또한 기존의 MCU(Micro-controller unit)를 이용한 펌웨어제어를 비교기 및 T-F/F(Flip Flop)을 이용한 하드웨어 제어로 대체함으로써 회로의 제작과정을 단순화 하였다.

10자유도 양팔 로봇의 기구학적 해석

진호,손준배,왕강,이장명 제어로봇시스템학회 2011 제어로봇시스템학회 각 지부별 자료집 Vol.2011 No.7

In this paper, we proposes a method for kinematics analyses of a 10 D.O.F. dual arm manipulator. We can solve the transformation for each joint from the modeling. For the forward kinematics system, we just multiply every transformation and then we know the transformation from shoulder to the wrist. If we give the angle for each joint, we can obtain the position and the orientation of the wrist. For the inverse kinematics system, if we know the position of the elbow, we can calculate the 2 D.O.F of shoulder just use the trigonometric function. And then if give the position of wrist, we can calculate the 2 D.O.F of up elbow rotation and the down elbow use the inverse trans formation. The D.O.F of down elbow rotation only effects on the orientation of wrist and not the position of the wrist. So, if we give the orientation of wrist, we can calculate the D.O.F of down elbow rotation, too.

자율운항선박 입출항 스케쥴링을 위한 AIS 기반 해상 교통 혼잡도 예측기법 개발

김세원,이서호,손준배,엄정온,이주향,김혜진,김동함,윤상웅 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.춘계

입출항 지원 서비스를 위한 AIS 빅데이터 기반 해상교통혼잡도 예측

이서호,김세원,손준배,엄정온,이주향,김동함,윤상웅,김혜진 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.2

최근 자율운항기술개발이 활발하게 이루어짐에 따라 자율운항선 실증이 증가하고 있으며, 또한 자율운항선의 효율적 운용 특히운항의 안전성을 위해 입출항 시기의 적절성 또한 중요해지고 있다. 이에 해상교통혼잡도를 예측하고자 하였고, AIS 빅데이터를 통해 선박별항적을 분석 및 분류하고자 하였다. 장기적 관점에서 PORT-MIS 선박입출항현황 데이터(호출번호, 입항일시, 출항일시, 전출항지, 차항지, 계선지)를 과거 AIS 빅데이터와 연결시켜 과거 항적 중 가장 가까운 항적을 찾고자 하였다. 그리고 당시 소요 시간을 반영하여 12개의 시간대별로 어느 시점에 어느 위치 구간에 선박들이 놓이게 될지 예측하였고, 특히 입출항 시기의 적절성에 핵심이 되는 13개로 모델링된 영역에몇 개의 선박들이 항로를 지나는지에 따라 혼잡도(원활, 혼잡, 정체)를 구분하였다. 또한, 본 연구에서는 단기적 관점에서 실제 AIS가 수신된후에도 유사한 항적을 검사해가며 혼잡도를 예측하고자 하였고, 이러한 장단기적 혼잡도 예측을 통해 미래 자율운항선입출항 지원 서비스의안전과 그 적절성을 제공하고자 하였다.

물체의 효율적인 이송을 위한 양팔 로봇의 최적 자세

박치성,하현욱,손준배,이장명 한국로봇학회 2011 로봇학회 논문지 Vol.6 No.2

This paper proposes an optimal posture for the task-oriented movement of dual arm manipulator. A stability criterion function which consists of three kinds of feature-representative parameters has been utilized to define the optimal posture. The first parameter is the force which is applied to the object. The torque of each joint and position of arm are attained from the current sensor and encoder, respectively. From these two data, the applied force to an object is estimated using sum of vectors of the joint torques estimated from the measured current. In order to investigate the robustness of each posture, the variation of the end-effector from the encoder information has been utilized as the second parameter. And for the last parameter for the optimality, the total energy consumption has been used. The total consuming energy of each posture can be computed from the current information and the battery voltage. The proposed robot structure consists of a mobile inverted pendulum and dual manipulators. In order to define the optimal posture for the each object, external disturbances are applied to the mobile inverted pendulum robot and the first and second parameters are investigated to find the optimal posture among the pre-selected most representative postures. Finally, the proposed optimal posture has been verified by the proposed stability criterion function which consists of total force to the object, the fluctuation of the end-effector position, and total energy consumption. The effectiveness of the proposed algorithms has been verified and demonstrated through the practical simulations and real experiments.

자율운항선박 항계내 정박지 연계 입출항 전역경로 생성 고려사항 연구

윤상웅,김동함,김혜진,손준배,이서호,김세원 한국항해항만학회 2023 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.1

자율운항선박은 인공지능, 센서 및 통신 기술을 활용하여 스스로 운항하는 선박으로, IMO 자율화등급 3단계 이상의 자율운항선박을개발하여 선원의 개입을 최소화하기 위해 많은 연구가 진행 중이다. 항만에서는 스마트항만을 위한 연구와 함께 자율운항선박과 스마트항만간 연계를 통한 운항 효율성 향상이 주목받고 있다. 운항 효율성 향상을 위해 과거 항적 데이터 및 항만 Port-mis 데이터를 활용한 입출항 지원 연구가 진행되면서 자율운항선박이 통항량이 적은 시간에 항만에 도착할 수 있도록 스케쥴링 계획 및 이에 따른 전역경로 생성 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 입출항 스케쥴링을 통해 자율운항선박 전역경로가 생성되어 운항 중 급작스런 통향량 증가나 다른 외부요인으로인해 정박지에서의 대기가 필요한 경우 정박지 대기를 고려한 자율운항선박의 전역경로를 생성에 대한 고려사항을 연구하였다.

사전충전모드를 통한 SCALDO 레귤레이터의 초기 동작특성 개선

권오순(O-Soon Kwon),손준배(Joon-Bae Son),송종규(Jong-Gyu Song) 한국전기전자학회 2016 전기전자학회논문지 Vol.20 No.3

SCALDO(Supercapacitor Assisted LDO) 레귤레이터는 기존 LDO(Low Drop-out) 레귤레이터(이하 LDO)의 낮은 효율을 개선하기 위해 연구되고 있는 회로로서, 회로의 입력단과 LDO사이에 슈퍼커패시터를 부착하여 입력과 출력전압의 차이에 의해 발생하는 불필요한 전력손실을 재사용함으로써 LDO의 효율을 향상시킬 수 있다. 하지만 SCALDO 레귤레이터는 현재 연구 중에 있는 회로로 몇 가지 개선되어야 할 사항들이 남아있다. 그 중 한 가지는 회로의 최초동작 시 LDO에 인가되는 과전압문제이다. 회로의 최초동작 시 슈퍼커패시터가 완전히 방전되어 있어 충전모드 시 입력과 슈퍼커패시터, LDO가 직렬로 연결되는 SCALDO 레귤레이터 특성 상 입력전압이 LDO에 짧은 시간동안 그대로 인가되는데, 입력전압이 출력전압보다 최소 2배 이상 크기 때문에 이는 LDO에 상당히 큰 부담이 될 수 있다. 본 논문에서는 이러한 과전압 문제를 해소하기 위해 회로 동작 전 슈퍼커패시터를 충전시킬 수 있는 사전충전부가 포함된 새로운 SCALDO 레귤레이터를 제안하였으며, 실험을 통해 동작 초기 LDO에 인가되는 과전압이 상당부분 감소됨을 확인하였다. A SCALDO(Supercapacitor Assisted LDO) regulator is a newly studied regulator to improve the efficiency of a LDO regulator. Commonly a LDO regulator has very low efficiency and a SCALDO regulator can improve it considerably because this regulator can reuse meaninglessly wasted energy at the LDO regulator by a supercapacitor witch is attached between input and a LDO regulator. However this regulator has several challenges because it is a being studied regulator. One of them is an overvoltage issue. At initial operating of this regulator, a supercapacior is totally discharged and input is connected with a supercapacitor and a LDO regulator in series. Thus, input voltage is enabled to a LDO regulator and this input voltage is a significant value to a LDO regulator because commonly input voltage is bigger than twice output voltage. In this paper, to solve this overvoltage issue, we proposed a new SCALDO regulator that has a pre-charger for charging a supercapacitor before starting operation. And we found that a proposed SCALDO regulator can properly reduce overvoltage of a LDO regulator through experiments.