해상 부유 쓰레기 수거를 위한 무인 스키머 로봇의 경로 추종 제어 시스템 설계 = Design of a path-tracking control system using unmanned skimmer robots for collecting marine trash

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, marine pollution caused by floating trash has been considered a serious environmental problem globally. To overcome this problem, a trash collection and treatment system using unmanned skimmer robots can be considered. In this study, a method of designing a path-tracking control system, which is essential for automatic trash collection by using skimmer robots, was developed. The proposed control system comprises an inner loop for the speed control of the skimmer robot and an outer loop for path-tracking control. The speed control system controls the linear and angular velocities of the skimmer robot by controlling two different propellers, and two anti-windup PI controllers were designed for this purpose. For the sophisticated path-tracking control of the skimmer robot, an improved pure pursuit algorithm was designed to adjust the look-ahead distance and linear velocity reference automatically. The proposed method was evaluated through several simulations considering the velocity and other control parameters, as well as the path-tracking performance.

국문 초록 (Abstract)

최근 해상 부유 쓰레기로 인한 해양 환경오염은 전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있으며, 이를 위한 하나의대안으로 무인 스키머 로봇을 활용한 쓰레기 수거 시스템을 고려할 수 있다. 본 논문은 스키머 로봇의 자동적 쓰레기수거 작업을 위한 중요한 기능 중 하나인 경로 추종 제어 시스템의 설계 방법을 제안한다. 제안된 제어 시스템은 스키머 로봇의 속도 제어를 위한 내부 루프와 경로 추종 제어를 위한 외부 루프로 구성된다. 속도 제어 시스템은 로봇에 탑재된 두 대의 추진기를 제어하면서 스키머 로봇의 선속도 및 각속도의 제어를 수행하는데, 이를 위해 안티와인드업(anti-windup) PI 제어기가 설계된다. 또한 스키머 로봇의 정교한 경로 추종 제어를 위해, 견시거리 및 선속도 참조값을자동적으로 조정하며 경로를 추종하는 개선된 퓨어퍼슈트(pure pursuit) 알고리즘이 설계된다. 제안된 기법은 속도제어, 제어파라미터, 경로추종의 관점에서 수행된 몇몇의 시뮬레이션을 통해 평가된다.

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