수중 로봇의 동역학 시뮬레이션

Abstract

로봇 기술이 발전함에 따라 다양한 수중 탐사 로봇이 연구되어 지고 있다. 수중 로봇의 예시로 고전적인 추진 방식인 프로펠러를 사용하는 Autonomous Underwater Vehicle (AUV)와 Remotely Operated Vehicle (ROV) 등이 있다. 이러한 수중 로 봇의 평면 운동은 전진과 회전 방향의 움직임에 따른 x, y position 과 orientation 의 3 자유도 동역학 (1),(2) 으로 단순화될 수 있다. 이 때 수중 로봇은 움직임에 따라 전진과 회전 방향의 항력을 받으며 수중 로봇 주위를 둘러싸고 있는 유체인 added mass(3)와 함께 움직일 것이다. 또한 수중 로봇의 전진과 회전 방향의 입력 신호에 따른 추진력은 종단 속력에 대한 항력과 동일 할 것이다. 따라서 수중 로봇의 전진과 회전 방향 가속도는 입력 신 호에 따른 추력과 현재 속도에 대한 항력으로 계 산될 수 있다. 본 논문은 추후 유영 제어기 설계 에 있어 시뮬레이션 상으로 게인 값을 튜닝할 수 있도록 CFD 를 통해 수중 로봇의 전진과 회전 방 향의 항력 계수를 예측하고 이를 기반으로 added mass 이론이 반영된 평면 3 자유도 동역학을 설계 하는 연구를 제안한다. 본 논문의 동역학에 사용된 수중 로봇의 3D 모 델링은 Fig. 1 과 같으며 길이 0.434m, 너비 0.036m, 높이 0.105m, 무게 0.41kg 이다.