Dynamic Workspace Control Method for Underwater Manipulator of Floating ROV

심형원,전봉환,이판묵,김방현 한국정밀공학회 2013 International Journal of Precision Engineering and Vol. No.

This paper presents a dynamic workspace control method of underwater manipulator mounted on a floating ROV (Remotely Operated vehicle) in undersea. This method is developed for precise linear motion control of a manipulator’s end-effector considering the motion of a floating ROV caused by sea wave. In the proposed method, the motion of ROV is modeled as nonlinear first-order differential equation. For online manipulator control achievement, the position tracking technique based on extended Kalman filter (EKF) and the input velocity compensation technique for differential inverse kinematics solution are applied. In addition, for precise workspace control, the third-order differential inverse kinematics is utilized. In this paper, the proposed method is verified by both experimental data based test of ROV position tracking and simulations of the proposed control method. In these tests, the specification of the KIOST deep-sea ROV Hemire is utilized.

임의의 패턴을 갖는 FSS의 자동 설계

심형원,이지홍,서일성,김근홍,Shim, Hyung-Won,Lee, Ji-Hong,Seo, Il-Song,Kim, Geun-Hong 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.45 No.2

본 논문에서는 원하는 주파수 특성을 갖는 FSS(Frequency Selective Surface)를 설계자가 원하는 주기 패턴으로 자동 설계해주는 효율적인 시스템을 제안한다. 제안된 설계 시스템은 임의의 패턴의 FSS를 해석할 수 있는 툴과 측정 및 시뮬레이션을 통해 구축된 유한한 숫자의 FSS들의 데이터베이스(DB) 및 최적 설계 파라미터를 구하기 위한 수치 해석적 도구인 유전알고리즘(GA)을 이용하여 최적화된 설계 파라미터를 구해준다. 설계 시스템에 사용된 FSS 해석 툴은 모멘트 방법을 이용하여 임의 형상의 구멍을 갖는 단층 금속판의 FSS를 해석할 수 있는 툴에 시뮬레이션 시간을 줄이기 위한 유전체가 포함된 FSS의 근사적 해석 방법을 도입한 시스템이다. 또한, DB시스템은 설계자가 원하는 패턴의 형상과 주파수 특성이 설계 시스템에 입력되면, 설계자가 요구한 특성과 가장 유사한 패턴을 찾아 GA의 초기 개체로 설정해주어, GA로 하여금 FSS 해석 툴을 이용하여 최적화된 FSS 설계 파라미터들을 구하기 위한 연산 시간을 단축시켜준다. 본 논문에서는 다양한 패턴에 대한 시뮬레이션과 실험을 통하여 제안된 FSS 설계 시스템의 타당성을 검증하였다. This paper proposes the efficient system for automatic design of FSS(Frequency Selective Surface) with periodic pattern and frequency characteristics specified by operator. The proposed system derives optimal design parameters through tool for analysis of FSS with arbitrary pattern, DB(Data Base) implemented from limited simulation and measurement data of FSS, and GA(Genetic Algorithm) for optimizing design parameters. FSS analysis tool consists of two analysis tools. One is the simulator for analysis of monolayer FSS that using moment method, another is the tool with approximated analysis method of FSS with dielectric layer. Given pattern configuration and characteristics specified by operators, the DB system searches the best matching FSS, and provides initial genes to GA from the searched parameters, which drastically reduces running time of GA for finding the FSS design parameters. In this paper, the proposed design system is verified through simulation and measurement about FSS with various patterns.

임의의 패턴을 갖는 FSS의 자동 설계

심형원,이지홍,김근홍,서일성 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol. No.

This paper proposes the efficient system for automatic design of FSS(Frequency Selective Surface) with periodic pattern and frequency characteristics specified by operator. The proposed system derives optimal design parameters through tool for analysis of FSS with arbitrary pattern, DB(Data Base) implemented from limited simulation and measurement data of FSS, and GA(Genetic Algorithm) for optimizing design parameters. FSS analysis tool consists of two analysis tools. One is the simulator for analysis of monolayer FSS that using moment method, another is the tool with approximated analysis method of FSS with dielectric layer. Given pattern configuration and characteristics specified by operators, the DB system searches the best matching FSS, and provides initial genes to GA from the searched parameters, which drastically reduces running time of GA for finding the FSS design parameters. In this paper, the proposed design system is verified through simulation and measurement about FSS with various patterns. 본 논문에서는 원하는 주파수 특성을 갖는 FSS(Frequency Selective Surface)를 설계자가 원하는 주기 패턴으로 자동 설계해 주는 효율적인 시스템을 제안한다. 제안된 설계 시스템은 임의의 패턴의 FSS를 해석할 수 있는 툴과 측정 및 시뮬레이션을 통해 구축된 유한한 숫자의 FSS들의 데이터베이스(DB) 및 최적 설계 파라미터를 구하기 위한 수치 해석적 도구인 유전알고리즘(GA)을 이용하여 최적화된 설계 파라미터를 구해준다. 설계 시스템에 사용된 FSS 해석 툴은 모멘트 방법을 이용하여 임의 형상의 구멍을 갖는 단층 금속판의 FSS를 해석할 수 있는 툴에 시뮬레이션 시간을 줄이기 위한 유전체가 포함된 FSS의 근사적 해석 방법을 도입한 시스템이다. 또한, DB 시스템은 설계자가 원하는 패턴의 형상과 주파수 특성이 설계 시스템에 입력되면, 설계자가 요구한 특성과 가장 유사한 패턴을 찾아 GA의 초기 개체로 설정해주어, GA로 하여금 FSS 해석 툴을 이용하여 최적화된 FSS 설계 파라미터들을 구하기 위한 연산 시간을 단축시켜준다. 본 논문에서는 다양한 패턴에 대한 시뮬레이션과 실험을 통하여 제안된 FSS 설계 시스템의 타당성을 검증하였다.

다관절 해저로봇 크랩스터의 정밀 수중 탐사 작업을 위한 기능 시험

심형원(Hyungwon Shim),전봉환(Bong-Huan Jun),유승열(Seong-yeol Yoo) 대한기계학회 2015 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2015 No.11

This paper describes the recent experiments on enhanced functions for underwater walking, exploration, and work of multi-legged seabed walking robot, Crabster(CR200), which was developed for precise seabed exploration and underwater works under coastal area with strong tidal current. The experiments were conducted in ocean engineering tank of KRISO and off the Taean Ma Island in west sea of Korea. In the experiments, we tested the waypoint tracking control for autonomous walking, the hula-hoop motion control for acquisition of high quality seabed image from scanning sonar, and the workspace control for precise underwater work using manipulator. In this paper, we present the results of the experiments to verify the performance of enhanced functions for precise exploration and work using CR200 in underwater environment.

다양한 패턴을 고려한 단층 FSS의 최적화 설계

심형원(Hyungwon Shim),이지홍(Jihong Lee),김근홍(Geun-Hong Kim),서일성(Il-Sung Seo) 대한전자공학회 2007 대한전자공학회 학술대회 Vol.2007 No.11

This paper proposes for design system for monolayer FSS(Frequency Selective Surface) with various pattern. The proposed system derives optimal design parameters through theory of electromagnetic scattering on FSS, DB(Data Base) implemented from simulation data obtained from commercial tool for FSS analysis, and GA(Genetic Algorithm) for optimizing design parameters. Given characteristics specified by operators, the DB system searches the best matching FSS, and provides initial genes to GA from the searched parameters.

계단형 장애물 극복을 위한 다리형 로봇 경로 계획

심형원(Hyungwon Shim),이지홍(Jihong Lee),김중배(Jungbae Kim),김성훈(Sunghun Kim) 대한전자공학회 2006 대한전자공학회 학술대회 Vol.2006 No.11

견마형 로봇의 계단형 장애물 극복 알고리즘 개발

심형원(Hyungwon Shim),이지홍(Jihong Lee),김중배(Jungbae Kim) 한국로봇학회(논문지) 2007 로봇학회 논문지 Vol.2 No.1

수중 보행 로봇의 이동성 및 민첩성 해석

심형원(Hyung-Won Shim),전봉환(Bong-Huan Jun),이판묵(Pan-Mook Lee) 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.6

This paper presents a mathematical framework for analysis of a mobility and agility of underwater walking robot in consideration of tidal current and frictional ground contact. The proposed method is the base study for influence analysis of tidal current on multi-legged robot, in which the hydrodynamic forces acting on its body and legs are considered. For this work, a dynamic equations for subsea legged robot and a torque constraint equation are derived. Also the mathematical framework is established to calculate the linear acceleration(mobility) and angular acceleration(agility) bounds of the robot's body center from the dynamic and constraint equations. To verify the proposed method, the simplified model of 4-legged robot is utilized and the simulations considering tidal current are performed. The acceleration bounds obtained from simulations are depicted as polytopes showing the validity of this study.

다족 보행 로봇 시스템의 이동성 및 민첩성

심형원(Hyungwon Shim),이지홍(Jihong Lee) 제어로봇시스템학회 2008 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.14 No.11

This paper presents a method for the acceleration analysis of multi-legged walking robots in consideration of the frictional ground contact. This method is based on both unified dynamic equation for finding the acceleration of a robot’s body and constraint equation for satisfying no-slip condition. After the dynamic equation representing relationship between actuator torques and body acceleration, is derived from the force and acceleration relationship between foot and body’s gravity center, the constraint equation is formulated to reconfigure the maximum torque boundaries satisfying no-slip condition from given original actuator torque boundaries. From application of the reconfigured torques to the dynamic equation, interested acceleration boundaries are obtained. The approach based on above two equations, is adapted to the changes of degree-of-freedoms of legs as well as friction of ground. And, the method provides the maximum translational and rotational acceleration boundaries of body’s center that are achievable in every direction without occurring slipping at the contact points or saturating all actuators. Given the torque limits in infinite norm-sense, the resultant accelerations are derived as a polytope. From the proposed method, we obtained achievable acceleration boundaries of 4-legged and 6-legged walking robot system successfully.

임의의 패턴을 갖는 FSS의 자동 설계

심형원(Hyungwon Shim),이지홍(Jihong Lee),서일성(Ilsong Se),김근홍(Geunhong Kim) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.45 No.-

본 논문에서는 원하는 주파수 특성을 갖는 FSS(Frequency Selective Surface)를 설계자가 원하는 주기 패턴으로 자동 설계해주는 효율적인 시스템을 제안한다. 제안된 설계 시스템은 임의의 패턴의 FSS를 해석할 수 있는 툴과 측정 및 시뮬레이션을 통해 구축된 유한한 숫자의 FSS들의 데이터베이스(DB) 및 최적 설계 파라미터를 구하기 위한 수치 해석적 도구인 유전알고리즘(GA)을 이용하여 최적화된 설계 파라미터를 구해준다. 설계 시스템에 사용된 FSS 해석 툴은 모멘트 방법을 이용하여 임의 형상의 구멍을 갖는 단층 금속판의 FSS를 해석할 수 있는 툴에 시뮬레이션 시간을 줄이기 위한 유전체가 포함된 FSS의 근사적 해석 방법을 도입한 시스템이다. 또한, DB 시스템은 설계자가 원하는 패턴의 형상과 주파수 특성이 설계 시스템에 입력되면, 설계자가 요구한 특성과 가장 유사한 패턴을 찾아 GA의 초기 개체로 설정해주어, GA로 하여금 FSS 해석 툴을 이용하여 최적화된 FSS 설계 파라미터들을 구하기 위한 연산 시간을 단축시켜준다. 본 논문에서는 다양한 패턴에 대한 시뮬레이션과 실험을 통하여 제안된 FSS 설계 시스템의 타당성을 검증하였다. This paper proposes the efficient system for automatic design of FSS(Frequency Selective Surface) with periodic pattern and frequency characteristics specified by operator. The proposed system derives optimal design parameters through tool for analysis of FSS with arbitrary pattern, DB(Data Base) implemented from limited simulation and measurement data of FSS, and GA(Genetic Algorithm) for optimizing design parameters. FSS analysis tool consists of two analysis tools. One is the simulator for analysis of monolayer FSS that using moment method, another is the tool with approximated analysis method of FSS with dielectric layer. Given pattern configuration and characteristics specified by operators, the DB system searches the best matching FSS, and provides initial genes to GA from the searched parameters, which drastically reduces running time of GA for finding the FSS design parameters. In this paper, the proposed design system is verified through simulation and measurement about FSS with various patterns.