쌍동선 기반 세일드론의 시스템개발 및 방향제어에 관한 연구 = Study on System Development and Heading Control of Catamaran-type Sail Drone
저자
발행사항
부산 : 동명대학교 대학원, 2021
학위논문사항
학위논문(박사)-- 동명대학교 대학원 : 기계시스템공학과 2021
발행연도
2021
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
부산
형태사항
166 p. ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 김현식
소장기관
국제적으로 탐사, 탐구, 정찰, 감시 등과 관련하여, 민간 및 국방 분
야에서 해양영역인식(maritime domain awareness)에 대한 관심이 증가
하고 있다. 이러한 요구를 효과적으로 만족시키기 위하여, 해양로봇
(marine robot)에 대한 관심 역시 증가하고 있다.
해양로봇의 한 형태인 원격조종형 해양로봇(remote marine robot)은
모선과 연결된 전력 및 제어 케이블로 인하여 케이블의 저항이 존재한
다. 또한, 연결된 케이블로 인하여 임무 반경이 제한적이라는 문제가 있
다.
자율형 해양로봇(autonomous marine robot)은 케이블에 따르는 저항
이 없어 보다 효율적으로 임무를 수행할 수 있다. 하지만, 자율형 해양로
봇은 크기의 한계에 따르는 전력부족의 문제로 인하여, 제한된 임무 수
행 시간이라는 문제가 존재한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 해양 에너지 하베스팅(maritime
energy harvesting)이 가능한 해양로봇이 개발되어져야한다. 해양 에너
지 하베스팅은 주로 태양열을 이용한다. 세일링 요트와 같이 풍력을 이
용하여 추진하게 되면 보다 효율적인 전력 관리가 가능하다.
그래서 본 논문에서는 주추진 방식으로 세일(sail)을 사용하여 풍력
추진하고, 부추진 방식으로 태양열을 이용해서 전원을 충전하며 추진기
로 추진하는 복합 추진 방식의 세일링 기반 해양 로봇의 개발을 고려하
였는데, 안정성을 높이기 위하여 쌍동선 형태의 시스템 개발이 고려되어
졌다.
세일링 형태의 로봇은 풍력을 이용하기 때문에 횡류력(lateral force)
이 발생하여 옆으로 밀려나가는 문제점이 존재한다. 이 문제를 해결하기
위하여 쌍동선 형태의 세일드론(Catmaran-type Sail Drone : CSD)을 고
려하였고 탈부착형 용골을 제작하였다. 용골 제작의 효율성을 높이기 위
하여 용골계산툴 개발과 세일링 로봇의 3D 모델을 이용하여 설계과정에
서 자세안정성을 확보할 수 있는 성능예측툴을 SPH(Smoothed-Particle
Hydrodynamics)기법을 이용하여 개발하였다.
CSD의 직진성 검증을 위하여 전문가 지식 기반의 세일링 주법을 쉽
게 반영할 수 있는 퍼지 논리 제어기(Fuzzy Logic Controller : FLC) 알
고리즘을 제안하고 있다.
개발된 용골계산툴은 설계 및 제작의 효율성을 제공하고 있으며, 성
능예측툴을 통하여 설계 자료를 이용하여 간단하게 자세안정성을 확보할
수 있었다. 또한, 제안된 FLC를 사용하여 CSD의 직진성을 검증하고 있
다. 검증된 결과는 제안된 FLC의 효용성을 보여주고 있다.
Recently, the global needs for the maritime domain awareness
such as a monitoring, an exploration and a reconnaissance are
gradually increasing in civil and military application area. In order to
satisfy these needs effectively, various marine robots are developed
and applied globally.
Among marine robots, the autonomous marine robot is not
affected by the cable dynamics while it requires a high intelligence
level because it is operated by itself without human operator on the
mother ship with the tether cable. However, the autonomous marine
robot basically has the problem of the energy limitation due to its
volume limitation.
To solve this problem, a CSD(Catamaran-type Sail Drone) which
is capable of harvesting of marine energies such as wind and solar
had been proposed. This CSD effectively solve the energy problem
and has better performance in terms of stability.
However, it is designed and manufactured without considering the
stability, hull-form and maintenance. To resolve this problem, a CSD
which has a removal keel, V-shape and modularized componets had
been proposed and its mechanism has been developed.
To verify the performance of the CSD, the performance
estimation using SPH(Smoothed-Particle Hydrodynamics) and the
heading control using fuzzy logic controller are performed.
Experimental results show the possibility of real-size applications and
the need for additional studies.
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