ROBOT LAND 컨벤션센터 VR안내시스템 로봇연구센터 브로셔
ROBOT LAND 컨벤션센터 VR시설투어 로봇연구센터 브로셔

로봇기술개발현황로봇산업과 로봇문화를 선도하는 경남 로봇산업 진흥기관

2020년 과제소개 영상

2020유소년용 무선 조종이 가능하며 조종내용이 기록되는 팽이형 스마트 로봇 개발

유소년용 무선 조종이 가능하며 조종내용이 기록되는 팽이형 스마트 로봇 개발

과제내용
  • 수행기업
    (주)미니로봇
  • 대표자
    정상봉
  • 개발목표
    정성적목표
    ○ 전통 팽이의 채찍질 모션에 의한 팽이 동작 방법을 적용한 모션 인식기술.
    ○ 충전 전원회로 보호기능 및 완충 시 자동전원 차단에 의한 화재위험 방지.
    ○ 한번 충전 시 연속사용 20분 확보.
    ○ 여러 대의 팽이를 같은 장소에서 동작 가능 하도록 8채널 분리적용.
    ○ 팽이 배틀이 가능하도록 채널 구분 및 다양한 조종 방식 채택.
    ○ 가정용 TV 리모턴 제어가 가능하게 통신 제어 프로토콜 적용.
    ○ 사용자가 조작한 조정 명령을 기억 재생하는 기능 적용.
    ○ 2가지 이상의 제품 구별이 되도록 2종 이상의 디자인인 채택
    ○ 매그너스(Magnus effect) 효과를 상쇄하는 직진 알고리즘 적용.
    ○ 모션 인식 리모컨에 의한 무선조정이 되는 팽이형 로봇 시스템
    ○ 전후좌우 이동 기능 및 스핀 회전기능을 가지는 팽이
    ○ 팽이 격투가 가능한 소프트웨어
    ○ 개발제품의 재미와 흥미 요소를 고려한 개발.(다양한 게임요소 포함)
    정량적목표
    ○ 팽이 속도 : 30cm/sec
    ○ 사용 채널수 : 8채널
    ○ 팽이 가지 수 : 4종
    ○ 조종 기록 시간 : 3분
    ○ 완충 후 연속 사용 시간 : 20분
    ○ 리듐이온 전지 : 3.5V, 120mA
    ○ 무게 : 60g. 크기 : 70 x 70 x 40mm
    ○ 게임요소 : 3가지 이상의 게임 요소
  • 개발내용

    ○ IR 리모컨으로 전,후,좌,우 회전, 정지, 펑션 기능 등이 사용 가능한 팽이 형태를 가지는 유소년용 조종형 로봇 토이기술 개발

    ○ 전통 팽이의 채찍질 모션에 의한 팽이 동작 방법을 적용한 모션 인식기술.

    ○ 충전 전원회로 보호기능 및 완충 시 자동전원 차단에 의한 화재위험 방지.

    ○ 한번 충전 시 연속사용 20분 확보.

    ○ 여러대의 팽이를 같은 장소에서 동작 가능 하도록 8채널 분리적용.

    ○ 팽이 배틀이 가능하도록 채널 구분 및 다양한 조종 방식 채택.

    ○ 가정용 TV 리모턴 제어가 가능하게 통신 제어 프로토콜 적용.

    ○ 사용자가 조작한 조정 명령을 기억 재생하는 기능 적용.

    ○ 2가지 이상의 제품 구별이 되도록 2종 이상의 디자인인 채택

    ○ 매그너스(Magnus effect) 효과를 상쇄하는 알고리즘 적용.

    ○ 리듐이온 전지사용.  3.5V, 200mA

    ○ 무게 60g.  크기 : 70 x 70 x 40mm


     
  • 예상파급효과

    ○ 산업적 측면

     - 비대면 놀이 필요, 스마트 완구 시장의 활성.

     - 로봇 산업 환경의 높은 성장성에 따른 사업 성공 가능성 고조 

     - 유소년을 위한 오락형 로봇제품의 요구 증대에 따른 사업화 

     - 사업 수행 결과로서 경남 마산로봇랜드의 유소년 체험관의 콘텐츠의 추가 확보.

     - 로봇팽이 개발로, 오락로봇 및 교육, 공연, AI 기타 로봇의 콘텐츠 환경을 앞당길 수 있다. (로봇 콘텐츠 기술의 향상)

     - 다양한 로봇을 체험을 통해서 검증하고, 체험 교육을 통한 로봇의 구동 방식의 실제적 이해화 실용화.

     - 사람과 로봇의 관계를 직접 조정을 통해 가깝게 해주며, 여러 센서 신호처리 방식과 유・무선통신 기술을 검증하고, 인공지능의 발전에 기여.

     - 로봇 콘텐츠 및 로봇 제어알고리즘의 기술이전 실시 

     - 특허출원

     - 로봇 융복합 및 게임시장 진출로 인한 해당 기술 관련 업체의 기술 성장에 기여.


    ○ 지역경제 측면

     - 로보랜드 내 유소년 체험공간에 활용.

     - 지역 유치원 등의 아동 로봇 체험 컨텐츠로 활용 

     - 지역 소재 제조업체를 통한 생산 유통 기반 구축 .

     - 지역 생산자를 통한 개발 제품의 생산

     - 로봇 게임 산업의 시장 창출 및 로봇 융합 신규 스마트 토이 상품화.

     - 수출(50억원/년) 및 수입대체(30억원/년) 효과가 있고, 향상된 기능을 가지는 로봇 체험 콘텐츠 개발에 도움.

     - 테마파크 체험 콘텐츠의 개발을 시작으로 연관된 서비스 로봇 개발이 활성화되면 고부가가치의 관련 로봇 시장이 크게 활성화될 것이다.

      - 로봇 교육화 방향이 활성화되면 연구, 교육 목적으로의 사용이 가시화될 수 있고 게임 로봇이 교육 로봇으로의 역할도 할 수 있다.

      - 로봇의 체험활용을 통해 유소년들에게 로봇에 대한 관심을 제공 할 수 있다.

      - 스포츠형 게임 로봇 콘텐츠의 확산.

      - 지역 일자리의 창출

  • 특이사항


2020로봇 적용 분야 확대를 위한 적응형 스마트 소프트 로보틱스 그리퍼 개발

로봇 적용 분야 확대를 위한 적응형 스마트 소프트 로보틱스 그리퍼 개발

과제내용
  • 수행기업
    예스로봇
  • 대표자
    박근우
  • 개발목표
    정성적목표
    - 소프트한 대상물로 로봇 적용 분야 확대
    - 소프트 로보틱스 핑거 재질 선정
    - 소프트 로보틱스 그리퍼 개발
    정량적목표
    - 간이 금형 2set
    - 실 금형 1set
    - 소프트 스마트 그리퍼 제품 5sets
  • 개발내용

    -

  • 예상파급효과

    ◇ 소프트 로봇 그리퍼는 그 자체만으로도 새로운 산업분야라고 볼 수 있다. 

    ◇ 로봇 산업과 연계되어 소프트 로보틱스 핑거를 이용한 로봇 그리퍼가 개발됨으로써 새로운 로봇 자동화 시장을 열릴 것이다. 

    ◇ 로봇 산업과 연계되어 소프트 로보틱스 핑거를 이용한 로봇 그리퍼가 개발됨으로써 새로운 로봇 자동화 시장을 열릴 것이다. 

    ◇ 식료품 자동화 시스템에서는 작업대상물이 소프트하기 때문에 일반적인 그리퍼로는 작업하기 어려워 소프트 그리퍼의 적용이 늘어나고 있음.

    ◇ 최근 로보터블과 같은 업체에서 요식업 로봇자동화 시스템 등의 사업이 진행되고 있으며 이러한 자동화의 경우에 소프트 그리퍼 시스템 적용이 필수적이라고 판단됨. 대상물이 소프트하기 때문에 일반적인 그리퍼로는 작업하기 어려움.


    ○ 지역경제 측면

     ◇ 소형 유아용 장난감 로봇 그리퍼를 개발하여 경남마산로봇랜드를 방문하는 아이들에게 엔터테인먼트용으로 판매할 수도 있다. 

     ◇ 경남 창원지역의 기계가공업체를 활용함으로써 정밀 금형, 유공압 등의 설계 및 개발이 용이할 것으로 본다.

     ◇ 또한 기계공단지역의 스마트산단화를 위해서 개발될 로봇 핸드가 적용될 수도 있다.

  • 특이사항


2020오픈소스 하드웨어 기반 AI로봇 융합 체험용 스마트팩토리 개발

오픈소스 하드웨어 기반 AI로봇 융합 체험용 스마트팩토리 개발

과제내용
  • 수행기업
    (사)한국융합기술진흥원
  • 대표자
    배기열
  • 개발목표
    정성적목표
    - 제품 환경제어 신뢰도(온도) 시험성적서
    - 제품 환경제어 신뢰도(습도) 시험성적서
    - 제품 환경제어 신뢰도(조도) 시험성적서
    - 제품 환경제어 신뢰도(소음) 시험성적서
    정량적목표
    - 체험용 스마트팩토리 1대
    - 로봇 및 센서 연동 플랫폼 1식
    - 지적재산권(프로그램 등록) 1개
    - 로봇스쿨 방문자 체험 300명
  • 개발내용

    □ 개념도 및 개발내용

    오픈소스 하드웨어 기반 AI로봇 체험용 스마트팩토리 개발을 성공적으로 수행하기 위해서 스마트팩토리와 플랫폼의 아키텍처를 구성하고, 6개의 프로젝트 모듈로 세분화하여 개발내용을 정의하고, 2020년도 1년 차에는 제품을 중심으로 플랫폼의 연동체계를 구축하고, 향후에는 빅데이터를 기반으로 플랫폼의 지능화를 지향하여 단계별 개발을 수행함

    ○ 기술개발 내용과 방법

  • 예상파급효과

    □ 예상 파급효과 

    본 과제를 통해 개발되는 제품은 로봇랜드와 로봇스쿨에서 체험을 통한 마케팅으로 전략을 수립하였으며, 차세대 SW 교육과 인재상에 필요한 역량 개발을 위한 최초의 제품으로 시장 전략을 수립하였음


    ■ 산업적 측면

    ○ (급속도로 성장하고 있는 시장) 빅데이터 기반의 Google trend 분석에 따르면, 사물지능, 도시농업 등이 급속도로 발전하고 있으며. 이를 융합한 체험 제품의 수요 또한 발전할 것으로 판단하고 있음.

     


    ○ (로봇에 AIoT 융합기술로 지능로봇 산업 확대, 산업통상자원부. 2019.03.) 최근, 지능로봇산업이 4차 산업혁명의 총아로 부상. 他산업에 로봇 융합기술을 확산해 新시장 창출. 즉 4차 산업혁명 신기술(AI, 5G 등)이 로봇에 접목되면서 로봇의 스마트화가 비약적으로 진전되고 활용 분야도 급속도로 확대


    ○ (음성인식 AI의 급성장과 융합상품의 부가가치 증대) 4차산업 혁명 기술을 가장 체감할 수 있는 분야가 인공지능(AI)이며, AI 대중화에는 음성인식 기술이 결정적 역할을 하고 있음. 컴퓨팅 분야 차세대 혁신 기술은 음성 인터페이스 기술로 기업 시장과 다양한 환경에 활용되어 부가가치가 증대되고 있음


    ○ (오픈소스 하드웨어 기반 체험제품 개발) 현재 스마트팩토리는 표준모델 개발을 하고, IoT를 적용하여 스마트 시스템 연구 및 개발하는 단계에서 빅데이터, 인공지능으로 발전하는 단계로, AI로봇 기반 스마트팩토리를 개발하였을 경우 충분한 소비시장이 확보될 것으로 판단되며, 이를 통한 역량개발 및 산업발전과 고용창출 기대됨


    ○ (AI와 로봇이 융합된 스마트팩토리 개발) 연구동향을 분석한 결과, 스마트팜, 스마트팩토리 등이 로봇과 융합되어 개발되는 추세이며, 적극적인 개발을 통해 공급한다면 충분한 시장 선점의 효과가 있음으로 판단됨 


    ○ (차세대 초·중등 SW교육 및 4차 산업 역량에 필요한 AI로봇 체험제품) 차세대 SW교육 표준모델의 인재상을 정보와 컴퓨팅 소양을 갖추고 더불어 살아가는 창의·융합적인 사람으로 정의. 정보와 컴퓨팅 소양은 컴퓨팅 사고력 기반의 SW 역량과 지식을 토대로 개인과 사회의 문제를 창의·융합적으로 해결하기 위해 참여하고 실천하는 태도와 능력


    ■ 지역경제 측면

    ○ (로봇랜드의 로봇스쿨 운영경험에 따른 로봇체험 제품 필요) 제안기관은 로봇스쿨을 운영하면서 교육, 재미, 체험 그리고 메이커 활동을 수행. 이를 통해 다양한 경험과 참여자들의 의견과 수요를 파악하였으며 로봇문화의 확산과 로봇랜드 테마파크의 발전을 위해 이용자의 눈높이에 맞는 로봇체험 제품 필요


    ○ (로봇체험을 통한 로봇랜드의 발전과 지역경제 활성화) 지역의 로봇 관련 기업체 또는 학교와 협력하여 수시로 새로운 교육 콘텐츠를 함께 개발하여 지역 교육사업을 활성화 시킬 수 있도록 하고, 또한 국내 로봇 교육 콘텐츠를 경상남도가 선도하여 타지역의 많은 사람들이 로봇랜드에 방문할 수 있도록 하여 지역 경제를 활성화 


    ○ (로봇랜드 콘텐츠 개발을 통한 지역특화 산업의 발전) 경남 창원 지역 산업인 AI로봇 관련 기업 재직자의 최신 기술역량을 로봇랜드 콘텐츠 개발로 연계하는 등 기업의 신규인력 유입과 높은 정착률 기대 


    ○ (로봇관련 콘텐츠와 교육사업의 확대) 로봇랜드와 연계한 로봇 콘텐츠 및 체험 관련 일자리 창출 확대 및 제품과 콘텐츠 서비스의 고부가가치화 하며, 다양하고 빠르게 업데이트되는 로봇랜드의 교육 콘텐츠를 통해 국내 로봇 문화의 선두 주자 역할을 하여 로봇과 관련된 콘텐츠 사업의 구심점 역할


    ○ (미래 로봇 산업의 반전을 견인) 로봇에 대한 인식의 변화가 초,중,고 학생들로부터 시작되어 미래의 핵심 기술인 로봇 산업의 초석이 되는 역할을 하며, 경상남도가 로봇랜드를 중심으로 로봇에 대한 높은 관심을 목표로 하고 있음으로 다양하게 개발된 콘텐츠와 각종 로봇대회는 초,중,고 학생들로부터 로봇을 쉽게 접할 수 있게 하여 로봇 산업의 미래를 개척

  • 특이사항


2020탑승용 유인로봇헤드 스마트 시스템 블록다이어그램 개발

탑승용 유인로봇헤드 스마트 시스템 블록다이어그램 개발

과제내용
  • 수행기업
    (주)에스에프이음
  • 대표자
    박오연
  • 개발목표
    정성적목표
    - 기존 글래스 제품과 스마트 미러링 기술이 결합된 콘텐츠 맞춤형 스마트 글래스 제작
    - 영상출력신호 변환(LVDS -> HDMI)을 통한 고해상의 영상몰입도를 추구하고 별도의 리모트 컨트롤러 개발을 통한 양방향 제어 시스템 구축
    - 자사의 유인로봇슈트와 연계되어 슈트의 전면부와 후면부에 DVR 카메라 시스템을 적용, 이를 통해 기존 탑승자의 제한된 시야를 확보하고 한층 더 고도화된 실감콘텐츠에 기여
    정량적목표
    - 구글 글래스형 타입 2대, VR타입 3대 제작
    미러링 기술 적용 S/W 1식 개발
    : 안드로이드용 OS 개발 및 IOS버전 연동
    - DVR 카메라 시스템 적용 (2대)
    - 기타 구성 목록
    스마트폰 컨트롤 박스(5), 연동배터리팩 (5), 리모트 컨트롤러 (2) 등
  • 개발내용

    ○ 스마트 시스템 - 스마트 고글(기능구조)

     

    ○ 스마트 시스템 - 스마트 고글(사양)

     스마트 글라스

     마이크

    LCOS 해상도

    1280×720

    HD

    MIC TYPE

    Electret Condesser 

    GLASS 형태

    단안

     

    Output TYPE

    Analog

    광학형태

    OE VISION

     

    Direction

    Omnidirectional 

    LCOS SIGNAL

    DIGITAL RGB

    TTL 16BIT

    Frequency Rang 

    50Hz~10KHz 

    최대밝기

    2,000Nit 

     

    Volt range

    1V~10V 

    대조비율

     400:01:00

     

    Lnpedance 

    2.2K

    입력신호

    USB C DP

     

     

     


    카메라

    스피커

    해상도

     200만 화소

    임피던스

    4옴

    지원시스템

    Window, IOS, Android

    최대출력

    2w

    저장방식

    TFT 저장지원

    권장출력

    1w

    시야각

    150도

    음압

    45db spl(2.83v / 1w, 1m)

    적외파장

    960NM

    무게

    10g

    비디오 코딩

    H.264



    이미지 파일형식

    JPG


     

     광원주파수

    50Hz / 60Hz 

     

     


    ○ 스마트 시스템 - 웹서버 및 어플리케이션

    1. 홈화면

     - 홈화면의 경우 배경과 입장 버튼 활성화

     - 입장하기 버튼 클릭 시 로그인 화면으로 전환


    2. 로그인 화면

     - ID/PW 확인 후 User는 User 리스트 화면 전환 

     - User 관리/리스트 화면 상단 탭바 화면 제공 

     - 관리자 초기화면 User와 동일한 리스트 화면 제공


    3. User 리스트 화면 / 세부화면

     - 게임을 진행하는 User 리스트 화면  

     - 일반 User 일 경우 본인 아이디의 세부 화면 활성화 

     -  관리자일 경우 모든 User 세부화면 버튼 활성화

     - 현재 User의 하드웨어 정보 출력 (배터리, 체력, 총알갯수)



  • 예상파급효과

    ○ 콘텐츠산업적 측면 파급효과

    - 전국 주요 관광시설 또는 관광 인프라를 활용, 지역적 특색에 맞는 실감형 로봇콘텐츠 특화 

    - 로봇과 외계인, UFO, 우주선, SF, 판타지 등을 갖춘 융복합 SF공상과학콘텐츠로 범위 확대 

    - 자사 콘텐츠 시연을 통해 기존 해외 거래처 및 국내 로봇 관련 기업에 홍보 매출증대 기여

      

    ○ 지역경제 측면

    - 세계 각국의 로봇 문화를 즐길 수 있도록 다각화, 새로운 융복합 실감형 문화콘텐츠 장착 

    - 4차산업의 융복합 콘텐츠로 활용 지역 내 신규일자리 및 고용창출에 적극 기여 

    - 경제적, 사회적 자사 로봇문화 개발 및 콘텐츠 기여에 따른 활발한 참여로 4차산업 전반에 확대 생산

    - 신규 고용창출 

     구 분

    정규직

    정규직

    로봇테마파크 

     채용예정인원

    5명

    10명

    20명 이상

     채용기간

    2020년 내

    2021년 예상

    2022년 예상 

     
  • 특이사항


2020협동로봇을 활용한 실제 매장 도입가능한 로봇 소프트 아이스크림 덤핑 솔루션

협동로봇을 활용한 실제 매장 도입가능한 로봇 소프트 아이스크림 덤핑 솔루션

과제내용
  • 수행기업
    (주)로보터블
  • 대표자
    최인현
  • 개발목표
    정성적목표
    -
    정량적목표
    -
  • 개발내용

    ○ 협동로봇을 활용한 소프트아이스크림 솔루션

      : 아이스크림 콘/컵을 그립하고, 아이스크림 기계를 구동하여 아이스크림을 덤핑하여 고객에게 전달하는 전공정을 로봇으로 수행하는 솔루션


     - 아이스크림기계 레버 구동부에 장착되어 로봇 컨트롤박스에서 함께 제어되는 엑츄에이터 제작 및 장착

     - 콘/컵을 툴체인지 없이 그립 할 수 있고, 내부에 식품용 실리콘을 부착한 그립퍼 핑거

     - 콘/컵 그립 여부를 센싱하고, 그립 실패시 그립 공정으로 다시 돌아가는 로직 구현

     - 스텝모터 활용하여 크기별 아이스크림 토핑을 배분하는 장치 (로봇 컨트롤러로 제어)


    □ 개념도 또는 참고이미지

     


  • 예상파급효과

     ○ 산업적 측면

       1. 외식산업 :

       - 인건비 절감

      1명의 인력을 대체하지는 못하더라도, 주로 아이스크림 파트의 업무를 온전히 맡아줌으로써 업무 효율 증대-인건비 절감 가능함

       - 마케팅적 요소 (볼거리 제공)

      로봇이 움직이며 업무를 수행하는 모습을 고객들에게 보여줌으로써, 공정 자체가 하나의 콘텐츠가 되어 볼거리를 제공함

       - 운영효울 제고 (운영시간 등)

      운영시간, 운영장소 등 의 제약을 해소 해 나가면서 운영효율을 증대시킬 수 있음.


      2. 외식로봇 산업 :

       - 다양한 로봇솔루션들의 등장으로 시장 활성화 

      현재 국내 외식로봇 시장은 여러 업체들이 다양한 시도를 해 나가며 여러 솔루션들을 선보이고 있는 상황. 금번 과제를 통해 개발한 아이스크림 솔루션도 다양한 메뉴의 로봇솔루션 중 하나로, 새로운 시도를 통해 시장활성화를 도모함.


     ○ 지역경제 측면

      - 지역기반 외식 로봇 전문 SI 업체로서 성장하여, 향후 경남이 외식로봇을 선도 해 나갈 수 있도록 함


  • 특이사항


2020혈액 및 응급물품 등 긴급운송을 위한 2시간 가량의 비행이 가능한 중형 무인 수직이착륙 비행 로봇 개발 사업

혈액 및 응급물품 등 긴급운송을 위한 2시간 가량의 비행이 가능한 중형 무인 수직이착륙 비행 로봇 개발 사업

과제내용
  • 수행기업
    코리아드론(주)
  • 대표자
    진종규
  • 개발목표
    정성적목표
    - 미션플래너를 활용한 원격임무 수행 시스템 정밀도 향상
    - RC&Data Relay를 통한 장거리 무선조종기술 검증
    정량적목표
    - 페이로드 기존 5kg
    - 최대 비행시간 110분
    - 최대 비행거리 105.6km
  • 개발내용

     

     

     

     

    ○ 페이로드 기존 800g에서 5000g으로 향상

    - 프롭 길이 55.88cm에서 76.2cm로 업그레이드 - 모터 사양 T-Motor V505에서 V605로 업그레이드(모터 개당 Payload 3kg)


    ○ 최대 비행시간 기존 60분에서 110분으로 향상

    - 배터리 총 6개 장착(2x6S 8000mAh Lipo + 3x6S 16000mAh Lipo) 

    - 20 inch Propeller for Tail Motor 

    - High Efficiency Tail Motor


    ○ 최대 비행거리 기존 54km에서 105.6km로 향상

    - 배터리 총 6개 장착(2 x 6S 8000mAh Lipo + 4 x 6S 16000mAh Lipo) - 20 inch Propeller for Tail Motor 

    - High Efficiency Tail Motor


    ○ 미션플래너를 활용한 원격임무 수행 시스템 정밀도 향상

    - Pixhawk 2.1 Standard Set with Here 2 GNSS

    - Px4 Air Speedometer


    ○ RC & Data Relay를 통한 장거리 무선조종 기술 검증 

    - DA16S+ Radio Controller - Power Monitor Module 




  • 예상파급효과

    ○ 산업적 측면

    □ 드론 제작산업 분야와 활용산업 분야의 동반성장을 통한 신성장 동력산업 육성과 신사업 유치

    ㅇ 제조기업, 수요기관 및 지자체 등 다양한 주체가 기술.서비스 플랫폼 등을 공동 개발함으로써, 지역 특성, 인프라 등을 고려한 실증사업 운영을 통해 실증 - 수요 창출 - 기업 유치 등 선순환을 촉진

    ㅇ 차세대 드론 산업은 제조·서비스 융합 모델로 주목받고 있으며, 중공업 위주의 창원산업에서 IT기술 및 다양한 서비스 등과 융합하여 서너지 효과를 기대할 수 있음

    ㅇ 기능성, 효과성 측면에서 무인비행 물류배송에 적합한 기체를 개발

    ㅇ 앞으로 적용될 물류배송용 무인기체 형태의 패러다임을 변경

    ㅇ 무인배송의 효율성을 높임으로써 이의 활용 가능성을 높일 수 있음


    □ 미래 신성장 동력 발굴을 위한 초석 마련

    ㅇ 무인비행장치 운항 및 안전관리 핵심기술 확보와 인프라 구축, 무인비행장치 운항 및 안전관리 시범운용/검증, 공역의 안전하고 효율적인 운영을 위한 저고도 무인기 교통관리시스템(UTM, Unmanned Air Traffic Management) 기반 마련


    □ 드론산업 발전에 따른 다양한 지표 증가

    ㅇ 드론 기체신고, 사용사업체, 조종자격 취득자 등의 주요지표가 2016년에서 2018년까지 3년간 46~244%로 증가하는 등 가파른 성장세 중

    ㅇ 고용노동부의 발표에 따르면, 드론산업의 발전에 따른 영향으로 2017년 한해 총 944,397백만원, 부가가치 322,575백만원의 파급효과를 가져왔음. 이에 따른 고용 효과로는 총 2,980명이 고용되었으며, 이 중 연구개발업이 1,360명으로 가장 많았고, 그 다음으로 일반목적용기계제조업 343명, 도소매업 214명, 기타운송장비제조업 148명, 사업전문서비스업 103명임

    ㅇ 특히 2016년 시행된 규제완화로 인해 드론 활용분야에서 25% 수준의 고용 증가 폭을 보여주고 있으며, 기타 드론업무와 관련해서는 2015년도 평균 고용량이 각 기업당 4.0명인데 반해 규제 완화 후 고용량은 5.5명으로 고용증가율이 40% 수준에 육박하고 있음


    ○ 지역경제 측면

    ㅇ 응급 약품이나 구호 물품 등을 110분 동안 105km 거리의 지역까지 배송할 수 있는 무인기가 개발되고 국토교통부의 UTM 구축사업 계획에 따라 2023년부터 법적으로 드론하이웨이가 지정 및 2027년까지 확대 운영될 경우 유관기관 및 지자체, 병원의 1차 수요를 바탕으로 기체 제작 공장 가동

    ㅇ 드론(무인항공기 포괄적 의미) 국가자격증의 세부화 작업이 드론혁신센터를 중심으로 법안 제출 진행. 이로 인해 드론원격조종, 군집비행, GIS임무수행, 안전점검분야에 국가자격증 생성되면 해당 기체 운용 및 유지보수 교육 인력 배치에 따른 지역 일자리 창출

    ㅇ 조달청 입찰 및 민간 수요를 바탕으로 한 기체 제작 확대로 인해 지역 거점 생산시설 가동, 그로 인한 지역 일자리 창출 및 부가가치 창출


    ○ 사회적 파급효과

    □ 드론사고 및 위험성에 대한 선제적 대응

    ㅇ 안전이 우선시되는 무인기 교통관리시스템 단계적 구축을 통해 드론환경 조성

    ㅇ 드론의 위험성에 대한 국민의 우려를 불식시키고 국민의 체감 및 수용도를 확대함에 따른 도심으로 드론 활용 확대

    ㅇ 드론 임무 수행에 의도치 않은 불특정 다수 영상 촬영과 위치 정보 등의 정보수집 규제 합리적 개선


    □ 신규산업 발생과 경제적 효과 발생

    ㅇ 교통·제도·인프라 관련 규제 해소와 배송·운송 등 드론 활용 영역으로 신규산업 발생

    ㅇ 수색구조, 산림조사, 인공강우, 통신용, 해양생태 모니터링 등 공공서비스 분야 확충 

    ㅇ 저고도·고고도 등에서 드론택시, 택배드론 등 다양한 서비스가 가능하도록 하고 자동비행 경로 설정, 충돌회피, 교통량 조절 등으로 시민의 편의와 자유로운 비행 환경 조성

    ㅇ 향후 2028년까지 약 21조원의 경제파급효과와 17만명의 일자리 창출효과 전망

    - 기능성, 효과성 측면에서 무인비행 물류배송에 적합한 기체를 개발

    - 앞으로 적용될 물류배송용 무인기체 형태의 패러다임을 변경

    - 무인배송의 효율성을 높임으로써 이의 활용 가능성을 높일 수 있음


  • 특이사항


2020휠체어 사용자(노약자, 환자, 장애인)의 야외활동을 위한 외출용 기능성 휠체어 개발

휠체어 사용자(노약자, 환자, 장애인)의 야외활동을 위한 외출용 기능성 휠체어 개발

과제내용
  • 수행기업
    위시본
  • 대표자
    이진욱
  • 개발목표
    정성적목표
    정량적목표
  • 개발내용

    □ 개발 목표

     ○ 연구개발 최종 목표

      - 휠체어 사용자가 차량에 승/하차 시 1인의 보호자에 의해 안전하고 편리하게 승/하차할 수 있는 사용자 친화형 외출용 휠체어 개발

      - 개발하고자 하는 외출용 휠체어는 기존의 휠체어와 달리 사용자의 안전한 차량 승/하차가 가능한 기능성 휠체어로 야외활동 시 가장 큰 문제가 되는 문제를 해결함으로써 사용자와 보호자의 편의성을 확보한 외출용 휠체어임

      - 휠체어 사용자의 야외활동 시 가장 큰 제약사항인 차량 탑승 문제를 해결할 수 있는 휠체어 개발 및 사업화를 통해 다가오는 고령화 시대에 거동이 불편한 휠체어 사용자 및 보호자의 삶의 질 향상에 기여


    ○ 연구개발 목표 운용 시나리오

      - 요양병원에서 공용 물품으로 관리하며 입원환자의 외출 시에만 대여하는 형태로 운용함으로써, 기존의 장애인/환자 이동지원 서비스의 공급 부족 문제를 해소하며 요양원 환자의 자유로운 야외활동을 위한 대안 제시

      - 휠체어 사용자 외출 시 보호자 1명이 편리하고 안전하게 사용자를 차량에 승/하차 시킬 수 있으며, 구동부는 접이식으로 개발하여 휠체어 1대로 야외활동이 가능하게 함

      - 차량 높이에 따라 시트 높이를 조절할 수 있으며, 전동 액츄에이터를 탑재하여 보호자가 휠체어 사용자를 직접 들어 올릴 필요 없이 컨트롤러로 간편하고 안전하게 높이 조절이 가능함

     
     - 상기 운용 시나리오와 같이 휠체어에 탑승한 상태에서 차량 승/하차가 가능한 외출용 휠체어로, 2단 시저 리프트의 동작 메커니즘을 모사하여 사용자가 착석하고있는 시트 전체를 차량에 거치하는 형태로 승차가 가능함

    □ 개발 필요성
     ○ 인구 고령화에 따른 요양병원 환자 증가
      - 우리나라 전체 인구 가운데 고령 인구 비중이 급격하게 증가하고 있으며, 65세 이상인 고령 인구 비중은 2030년의 약 1,270만 명에 달해 전체 인구 가운데 24.3%로 예상됨.
      - 고령화 사회에서의 기대수명증가에 따른 자산의 축적, 활용 등과 관련한 고령 친화 산업의 중요성에 관한 관심이 증가하고 있으며, 국외의 경우 관련 연구가 활발히 이루어지고 있음.
      - 한국의 고령 인구 비중은 2020년 15.79%에서 2050년 39.8%까지 전 세계에서 가장 빠른 속도로 증가할 전망이며, 이는 유엔의 201개국에 대한 세계인구전망과 통계청의 장래인구특별추계를 비교·분석한 결과임.
     
     - 인구 고령화에 따라 자연스럽게 요양병원 및 요양환자의 수도 증가하고 있음
     - 전국의 요양병원 수는 2019년 기준으로 총 1577곳으로 집계되었으며, 65세 이상 고령 인구수는 7,650,408명으로 집계됨.

     ○ 휠체어 사용자의 외출 제한
      - 인구 고령화로 인해 최근 요양병원이 폭발적으로 증가하고 있으며, 휠체어를 사용하는 요양병원 환자 또한 증가하고 있음
      - 일반적인 요양병원의 경우 최소 50% 이상의 요양병원 입원환자가 운동능력이 떨어져 휠체어를 사용하고 있음
      - 이러한 휠체어 사용자는 거동이 불편하므로, 휠체어에 탑승한 채로 외출해야 하나 차량 승/하차 시 발생할 수 있는 안전사고 등으로 인해 외출이 자유롭지 못함
      - 협소한 차량 탑승 공간에 환자를 태우기 위해서는 보호자 혹은 전문보호사가 직접 들어서 태워야 하지만, 작은 충격에도 골절 등의 심각한 부상을 초래할 수 있기 때문에 외출 자체가 제한적임
      - 정부는 이러한 휠체어 사용자들을 위해 휠체어 사용자의 이동을 지원하는 서비스를 지자체별로 운영하고 있지만, 공급 부족 문제로 이용이 제한적임
      - 현재 운영 중인 ‘장애인/환자 이동지원 서비스’는 서비스 공급량이 심각히 부족한 상황으로, 공평성을 위해 예약제를 운영하지 않는 만큼 1회 이용 시 대기시간이 평균 1~2시간 이상임
      - 이중 부산에서 운영 중인 ‘두리발’ 서비스는 평일 평균 130대가 교대 운행되고 있으며, 주말 및 공휴일에는 평균 85대 정도가 운행되고 있음
     
      - 이런 ‘장애인/환자 이동 지원 서비스’의 공급 부족 문제는 비단 부산뿐 아니라 경남/경기/서울 등 요양병원의 밀집도가 높은 지역에서 공통적으로 발생하는 현상임
     
      - 경남의 경우 교통 약자 이동 지원 서비스인 휠체어 택시를 운영하고 있으나 인구에 비해 차량 대수가 현저히 부족하고, 이용시간이 제한되는 등 실질적인 이용을 위한 제약사항이 있음
     
    □ 개발 내용
     ○ 성능 요구사항 도출
      - 개발하고자 하는 제품은 기존의 휠체어 사용자들이 차량 승/하차 시 겪는 불편함과 위험성을 해소하기 위한 외출용 휠체어로, 기존이 휠체어가 갖는 편의성을 유지하며 차량 승/하차를 위한 기능 요소가 구현되어야 함

      - 기존 휠체어의 편의성 유지와 차량 승/하차 기능 구현을 위한 다양한 요구조건들을 도출하고 그 중 상호 충돌이 일어나는 요소들을 조율하는 등 ‘차량 승하차가 가능한 ‘외출용 휠체어’로서의 성능 요구사항의 정립이 필요함
      - 5단계의 성능 요구사항 도출 과정을 통해 최종 성능 요구치를 설정하고 각 기구부의 상세 설계 진행
      - 도출된 요구조건을 반영하여 각 기구부 상세 설계 및 개발
      - 접이식 구조 적용 및 제품 경량화를 위해 기구부 프레임 블록(Block)단위 설계
      - 각각의 기능 개발에 있어 요구 강도를 저해하지 않는 범위 내에서 공용 부품 사용량을 늘려 생산단가를 감소
      - 경차(스파크, 모닝 등)부터 SUV까지의 일반 승용차에 범용적으로 사용할 수 있도록 기능부의 크기와 동작 범위 최적화
     ○ 외출용 휠체어 상세 설계 및 개발_1차 시제품
     ① 하단 지지부
      - 사용자 무게를 포함한 전체 휠체어 하중 지지부
      - 차량 승/하차를 위해 휠체어 상단부 회전을 위한 흰지 구조 탑재
      - 상단부의 회전과 더불어 상/하단부를 이격시킴으로써 노면의 충격을 흡수하여 승차감을 향상시킬 수 있도록 설계
      - 전방부는 승/하차 시 차량 아래로 들어가는 부분으로 한국 차고 기준인 12cm 이하로 설계하여 차종과 무관하게 차량 아래로 삽입 가능
      - 야외 운용을 주 목적으로 하는 외출용 휠체어기 때문에 휠체어 프레임과 지면과의 거리를 높일 수 있는 구동 바퀴의 결속 구조에 대한 추가적인 연구 및 적용이 필요
     ② 상단부
      - 사용자 착석 시트를 상/하로 조절할 수 있는 높이 조절부
      - 지게차의 캐리지 구조를 적용하여, 사용자가 착석한 시트 하단으로 지지대를 삽입, 그대로 시트 전체를 들어 올릴 수 있는 구조
      - 상/하 조절은 전동실린더로 구현하여 보호자 1명이 버튼조작으로 운용 가능
      - 지게차가 화물을 들어올릴 때 사용하는 팔렛트 구조를 적용하여 설계
      - 상/하로 움직이는 상단부는 전체 프레임을 일체형으로 설계 및 제작하여 착석 시트의 흔들림과 기울임을 방지할 수 있는 구조로 설계
      - 경차부터 SUV까지의 차량에 사용이 가능하도록 상/하 스트로크 지정
      - 현재 40 ~ 80cm 까지 높이조절이 가능하도록 설계되었으나, 성능 요구조건 도출을 통해 최종적인 필요 스트로크와 조절 가능한 최소, 최대 높이에 대한 기준을 설정할 계획임
       ③ 착석 시트
      - 착석 시트와 시트 트레이 사이 흰지 구조를 통해 시트 전체를 좌/우 회전 가능
      - 휠체어에 착석한 상태에서 시트를 옆으로 돌려 차량 승차 및 하차
      - 일반적으로 차량에 승차했을 때의 자세 그대로, 옆으로 진입하여 승차하고, 하차 시에도 차량에 탑승한 자세 그대로 하차한 후 시트를 다시 회전시켜 시트가 정면을 향할 수 있는 구조
      - 보호자 1명에 의해 차량 승/하차가 가능
      - 시트 회전을 위한 흰지 구조는 필요시에만 회전하고 휠체어 이동 시에는 하단 파렛트와 결속시켜 고정할 수 있는 걸쇠 구조 적용
      - 또한, 시트에 착석한 사용자는 거동이 불편한 노약자가 대부분으로, 시트 자체에 낙상사고를 방지할 수 있는 안전 및 자세고정용 벨트 장착
      - 개발하고자 하는 제품은 차량 승차 시 시트와 파렛트로 구성되는 착석부 일체를 차량 내에 거치하는 형태로, 거치 시 차량의 안전벨트 장치와 호환이 가능하도록 차량용 안전벨트 규격으로 벨트를 제작 및 탑재할 계획임
     ④ 외골격 강도 개선 기법 연구
      - 개발하고자 하는 휠체어는 편리한 차량 승/하차를 위해 외골격이 ㄷ자 형상을 띄는 구조로, 착석시트에 성인 1명(60kg 이상)이 탑승하는 것을 고려하면 하중 지지에 불리한 구조임
      - 특히 사용자의 하중이 직접적으로 작용하는 지지대의 경우, 하중으로 인해 외골격의 휘게 되면 사용자의 낙상사고 등을 유발할 수 있기 때문에 외골격의 강도가 무엇보다 중요함
      - 또한 외출용 휠체어이니 만큼 휠체어의 자체의 휴대성을 확보해야 하기 때문에 재질의 강성만을 사용하기 보다는 하중을 분산시킬 수 있는 외골격 구조 연구를 통해 강성을 극대화 하고자 함
      - 선박 등 외프레임의 강도가 중요한 플랫폼에서 사용되는 열십자 지지구조를 외골격에 적용하여 최대 100kg 하중까지 휨 현상이 1cm 이하에 머무를 수 있도록 외골격의 강도개선 구조 적용
     ⑤ 접이식 구조 연구 및 적용
      - 사용자 승차 이후 휠체어 구동부를 차량의 수납공간에 적재할 수 있도록 결속부의 접이식 구조 적용
      - 사용자 안정성을 저해하지 않는 범위 내에서 외골격의 전체 하중을 경량화하고, 또한 각 외골격 결속부에 접이 가능한 구조를 적용하여 최소한의 휴대성을 확보하고자 함
      - 차량 승/하차가 가능하도록 기능부의 구현을 우선적으로 진행한 후, 기능 동작을 위해 필수적인 구조 조건을 도출한 뒤 이를 회피하여 접이식구조 적용
      - 경차의 화물적재함에 적재가 가능한 크기를 목표로 하되, 필요 시 분리 적재가 가능하도록 접이식 방식과 조립방식을 병행하여 연구 및 적용할 계획임
     ⑥ 높이 제어 시스템 개발
       - 시트를 거치하는 상단부 캐리지 구조 높이조절을 위한 높이 제어 시스템 개발
       - 추력 100kgf 성능의 전동 액츄에이터 및 제어 모듈 개발 및 탑재를 통해 일반적인 휠체어 사용 기준인 체중 100kg의 사용자까지 사용 가능하도록 개발
       - 양 끝단의 전동실린더의 구동 속도가 상이할 경우 상단부 캐리지 구조에 비틀림 현상으로 인한 변혁 혹은 파손을 방지하기 위한 전력 제어 보드(Power Distribution Board) 개발
       - 전도 액츄에이터의 정밀 제어를 위한 높이 제어 모듈 개발
       - 높이 조정 시 탑승자의 낙상 예방을 위해 정지 충격을 최소화하도록 즉시 정지 방식이 아닌, 1초 이내의 순차 정지 기능 개발
       - 동력부 및 제어모듈의 방수능력을 가벼운 우천까지 견딜 수 있도록 IPX4등급 수준의 방수능력 확보
     

  • 예상파급효과


  • 특이사항


2020AI서비스 플랫폼을 위한 AI로봇(H/W) 및 소프트웨어(S/W) 개발

AI서비스 플랫폼을 위한 AI로봇(H/W) 및 소프트웨어(S/W) 개발

과제내용
  • 수행기업
    (주)소프트로
  • 대표자
    정창식
  • 개발목표
    정성적목표
    - AI Robot
    (1) 카메라 및 센서 데이터를 이용한
    외부 정보 수집 기능 구현
    (2) 영상 및 센서 데이터 가공/처리 모듈 개발
    (3) 네트워크 송/수신 모듈 개발
    (4) 모터 및 엑츄에이터 출력 기능 구현
    - Server
    (1) AI Robot에서 수집한 데이터(영상, 센서)
    보관 DB 구축
    (2) Web UI를 위한 ‘UI 블록 처리 엔진’ 개발
    - Web UI
    (1) 블록 기반 프로그램, 교육 콘텐츠 UI 구축
    정량적목표
    - 영상 및 센서 데이터 처리 모듈 : 1식
    - 네트워크 송수진 모듈 : 1식
    - Server(UI 블록처리 엔진) : 1식
    - Web UI : 1식
  • 개발내용

    ○Robot

    플랫폼을 활용한 교육 콘텐츠 (로봇 분야)

    [ 대표 콘텐츠 ] 

    스마트 축산

      - Web UI를 통해 센서 데이터 정보 수집 및 시각화 기능 구현

      - App 및 Web UI를 통한 모터(스텝, 서보) 제어

     순 번

    내 용 

    1

     기능 설계 및 프레임 제작

    2

     센서 : IP카메라를 통한 모이 및 알 상태 체크/분석

     출력 : 서보모터, 스텝모터(모이 주기, 알 수거)

     제어 : 자동제어, Web 제어

    3

     오픈소스하드웨어(Arduino, NodeMCU) 활용 


    ○Server- Web UI

     

     진행순서

     내    용

    1

     Server DB 구축 : Node.JS / MongoDB

     Web UI : EJS

    2

     Login & Join(E-mail 형식의 ID, Password는 Bcrypt 모듈 사용)

     Main 화면 구축(메뉴, 기능버튼, 수집된 데이터 출력)

    3

     Graph : 수집된 데이터 값을 활용하여 그래프화(시각화) / Google Chart 이용

     Community : 사용자간의 공유 및 네트워킹 활동 페이지

     Blockly 라이브러리 활용

     AI 모델(teachable machine 활용) 


    ○ Server

     (1) Channel Keys

     (2) Users

     (3) Datafield

     (4)Communities


    ○ Web UI

     (1) Login & Join

     (2) Main

     (3) Graph

     (4) Key 확인

     (5) Channel

     (6) Community

     (7) Blockly

     (8) AI Camera(Rtsp / Teachable Machine)


     


  • 예상파급효과

    ○ 산업적 측면

     (1) 지역 및 국가 산업 경쟁력 강화

     (2) AI 교육 산업 선도


    ○ 지역경제 측면

     (1) 로봇랜드의 발전 및 지역특화 산업의 발전

     (2) 로봇랜드 활성화

  • 특이사항


2020해상 장애물 인식 및 선박 자율운항을 위한 선박 무인화 시스템 개발

해상 장애물 인식 및 선박 자율운항을 위한 선박 무인화 시스템 개발

과제내용
  • 수행기업
    수상에스티(주)
  • 대표자
  • 개발목표
    정성적목표
    - 별도의 인프라 설치나 기존 조타기의 개/변조 없이 탈부착만으로 간편하게 무인 자율 운항을 지원하는 운전자 보조 시스템으로 GPS 좌표로의 자율운항 기능 제공
    - 딥러닝 기반 실시간 영상인식 기술을 적용하여 해상의 주변 선박, 부유물 등 해상 장애물 식별 및 알림 기능 지원
    - 타선의 운항정보 취득이 가능할 경우 사용자가 지정한 안전거리를 확보할 수 있는 운항 기능 지원
    정량적목표
    - 학습되지 않은 각 50개의 선박에 대한 인식 성공률 96% 이상 도출
    - 선박의 웨이포인트 도착 판정 시 목표 좌표와 실 좌표 간 거리 3미터 이내 도달
    - 자율운항 플랫폼 선체 항해 속도 3노트 이상 운행
    - 해상 장거리 통신 거리 5km 이상 달성
    - 선박 조타 핸들 및 레버 제어 정밀도 최소 5° 단위 조절
    - HW 시제품 특허출원 1건
    - SW 성능평가보고서 작성 1건
  • 개발내용

    ○탈/부착 식 무인 조타 장치

    - 기존 선박 조타기에 탈부착 할 수 있는 형태의 무인 조타 장치

    - 유사시 사용자가 무인 조타장치를 제거하고 직접 운용이 가능하도록 걸쇠 방식의 결합부로 구성, 핸들 제어를 통해 선박의 추진 방향을 제어하고, 레버 제어를 통해 선박의 추진 속력을 제어

    - 최소 1° 단위의 정밀제어가 가능하도록 스태핑 모터를 사용하여 구동부 제어

    - 기구 부 구조 간 간섭을 최소화하고, 결합 구조의 장방형 설계를 통해 다양한 형태의 조타기에 장착 할 수 있도록 설계 및 개발

    - 무인선박의 주제어 소프트웨어에서 동작하는 자율운항 알고리즘을 통해 진행 방향에 대한 판단을 내리고 모터 드라이브를 통해 구동모터를 제어

    - 개선된 무인 조타 제어장치는 핸들 모터의 위치를 프레임 하단으로 삽입하여 별도의 탈부착 과정 없이 무인화와 유인화를 오갈 수 있도록 설계

    - 핸들 및 기어 레버를 움직이는 모터는 정밀 제어가 가능한 스태핑 모터를 사용하여, 유사시 전원을 차단시킴으로써 모터의 정지 토크를 해제하고 즉시 손으로 핸들 및 기어를 조작 가능

    - 승선한 항해사에 의해 즉시 선체를 제어해야하는 위급한 상황에서 기존의 탈부착 식 모듈 형태는 5~10초가량 모듈의 탈착시간이 소요되고 위급상황을 감안하면 상당히 긴 시간이었음을 실험을 통해 확인

    - 제작된 개선품은 무인 조타 제어장치 전체에 인가되는 전원을 단일 점으로 모아 전원 부를 즉시 차단할 수 있도록 개발

    - 이후 무인조타제어장치 단일 모듈의 상용화를 위해서도 반드시 필요한 안전장치로 기존의 방식보다 훨씬 단축된 시간(1초 이내)안에 항해사의 선체 조작이 가능

    - 무인 조타 제어장치의 프레임은 바다환경에서의 사용을 감안하여 부식에 강한 스테인리스 스틸로 개발 

    - 선박의 핸들 및 기어는 대부분 유압식의 기구부로 상당한 토크(최소 40kgN/m)를 요구함에 따라 장착된 스태핑 모터 또한 이에 상응하는 토크(핸들 : 50 kgN/m, 기어 : 120 kgN/m)로 개발

    - 모터의 토크가 상당함에 따라 모터를 지지하는 프레임에 작용하는 반작용힘을 고려하여 5T 이상의 스테인리스 스틸 재질을 채택하였고, 또한 작용하는 힘을 분산시킬 수 있는 박스형 프레임의 구조로 설계 및 개발


    ○자율운항 알고리즘 및 운용 SW

    - 당사에서 자체 개발한 GPS 경로 기반 자율운항 알고리즘 탑재

    - 테스트용 선박 제어 Controller 제작 및 테스트 진행완료, 본 기술개발을 통해 시제품 단계까지 성능을 개선하고자 함

    - 돌발변수에 대한 통제가 불가능한 해상환경을 고려하여 자율운항의 효율성보다는 동작 안정성을 중시한 알고리즘

    - 경로 효율성(최단경로 대비 실 주행 거리)을 다소 낮추는 대신, 다양한 환경 변수의 영향을 최소화 할 수 있는 알고리즘 개발

    - GPS 센서와 항법센서(IMU)가 탑재된 시스템으로, 별도의 통신장비나 계측장비 없이 자율운항 기능 제공

    - 목표 GPS좌표 기준 오차범위 3m 이내 성능 개선

    - 기존 항해정보시스템인 AIS 시스템 및 카메라 모듈을 통해 타선의 운항정보(방향, 속도)를 취득할 수 있는 환경에서는 대상 장애물(선박)에 대한 자율 회피 기능 지원

    - 장애물(선박)이 사용자가 설정한 안전거리 이내로 접근하는 것을 예방하도록 경로를 회피주행을 위한 경로를 도출하는 회피주행 알고리즘 탑재

    - 선박에 가용한 하드웨어 시스템의 종류와 사용자의 수요에 따라 차별적 기능을 제공 

    - 사용자 편의성을 고려한 GUI 기반 운용 SW 제공

    - 목표 지점 설정, 자율운항 기능 ON/OFF, 운항 경로 기록 등 주요 기능을 직관적으로 운용할 수 있도록 SW 개발 및 상용화

    - 운용 SW 내 전자해도 연동 기능을 통해 해상 정보 제공 기능 탑재


    ○딥러닝 기반 영상 내 해상 장애물 인식 기능

    1) 학습 네트워크 모델 설계 및 인식 모델 학습

    - 해상 장애물 인식 시스템 설계

    - 선박 인식 모델 생성을 위한 네트워크 모델 선정

    - 인식정확도(mAP) 및 처리속도(FPS)를 고려한 최적 모델 선정

    - 해상환경 기반 실시간 대상물 검출을 위한 인식모델 학습 진행

    - 인식모델 학습의 효율적인 연산을 위한 Meta Architecture 선정

    - Single Shot Multibox Detector :  feed-forward convolutional network에서 feature map 추출, 한 장의 변형 없는 사진으로 훈련 및 검출을 통해 빠른 검출속도 보장

    - Faster-RCNN : 입력 image의 후보 영역의 Region Proposal을 통해 추출 후 특징 및 픽셀을 re-sampling 후 classification하여 높은 검출성능 보장하나 느린 처리 속도를 가짐

    - Region-based Full convolutional networks : Region-based pooling 이후 Fully Connected layer를 제거하여 학습에 진행되는 loss를 줄여 Faster-RCNN의 느린 처리 속도를 개선

    - Tensorflow Object Detection API를 활용한 객체 인식 모델 구축

    - 라이브러리 형태의 API로 이미지 속 객체를 인식

    - 각기 다른 정확도(인식률)와 처리속도를 지닌 5개 학습 네트워크 모델 구현

        · ssd_mobilenet_v1_coco

        · ssd_inception_v2_coco 

        · rfcn_resnet101_coco 

        · faster_rcnn_resnet101_coco 

        · faster_rcnn_inception_resnet_v2_atrous_coco 

    - OpenCV를 활용한 실시간 영상 객체 인식 기술 개발

    - 실시간 영상 처리를 위한 비전 오픈소스 라이브러리 활용

    - TOD(tensorflow object detection) API로 구축된 선박 학습 모델에 적용

    - 실시간 영상에서 선박 객체를 인식할 수 있는 기술 개발

    - 기술 적용 환경(해상 무인선 전방 영상)을 고려한 데이터베이스 구축

    - 인식할 선박이미지들에 대해 객체 Labeling 및 Bounding-box 작업 진행

    - 데이터 포맷을 위해 TFRecord 포맷으로 이미지 변환

    - 선박 데이터 셋 학습

    - TOD API로 구현된 5개 학습 네트워크 모델로 데이터 셋 학습


    2) 해상 선박 데이터 셋 수집

    - 선박 및 해상 장애물 인식모델 생성을 위한 학습 데이터 셋 수집

    - 딥 러닝 라이브러리 Tensorflow에 적용 가능한 수집 데이터수집

    - 대상 객체(해상 장애물) Bounding-Box 작업진행


    ○ 해상 선박 및 장애물 인식모델 생성

    - 선박 및 해상 장애물 데이터 셋의 Labeling 완료 후 가공한 학습데이터 xml 파일을 프로그램에 적용 가능한 데이터인 TFRecord File로 포맷 과정 진행

    - xml -> csv -> TFRecord 순으로 파일을 변환하여 최종적으로 *.record 파일 형태로 추출함

    - Geforce GTX 1080TI GPU를 활용하여 선박 및 해상 장애물 *.TFRecord 형식의 가공된 데이터 셋 약 50,000 step 학습 진행

    - 데이터 셋 학습과정 중 약 50,000 step 학습 진행 중 지속적인 loss 값 확인을 통해 0에 가까운 시점에서 training 종료 후 인식 모델 생성

    - Training 완료 된 인식모델, model.ckpt-{CEHCKPOINT_NUMBER}.* 파일을 inference_graph로 변환하여 학습된 모델 평가

    - # models/object_detection  python export_inference_graph.py 

    - 생성 된 inference_graph를 통해 인식하고자 하는 영상 테스트진행


    ○ 영상인식 정확도 성능 테스트

    - 딥 러닝 기반의 영상 인식 기술을 적용하여 해상 장애물(선박, 부유물 등)에 대한 실시간 식별 및 운전자 알림 기능 제공

    - 안전사고 예방을 위한 예방 시스템으로 카메라 모듈의 추가 장착을 통해 가시거리(카메라 인식 거리) 내 선박의 출현여부를 알림으로써 회피 주행 등의 운전자 조치를 유도

    - 선박 및 해상 장애물에 대해 인식 정확도 95% 수준의 성능 발휘

    - 인식 대상 종은 지속적인 기계학습을 통해 증대 계획


    ○ 선박 인식 실 해상 테스트

    - SSD에서의 빠른 검출 속도를 가지지만 낮은 검출 성능을 가지며 Faster-RCNN은 높은 검출 성능을 가지지만 느린 검출 속도를 가짐, 이러한 Trade-off 문제를 해결하기 위해 RFCN 기반의 선박 검출 모델을 적용하고자 함 (적절한 검출 속도 및 검출 성능, 실시간 해상환경에 적용 가능한 인식모델로 판단)


    ○ 실해상 테스트 결과 기반 인식 성능 고도화 진행

    - 선박 인식모델의 인식 성능 개선을 위한 성능 검증 진행


    < IoU 계산 예시 >

    - 인식 모델의 검출 정확도 계산을 위한 성능검증지표 수립

    - 검출 정확도 : 광학 카메라를 통해 관측된 영상 데이터에 존재하는 해상 선박 및 해상 장애물 객체를 검출하는 정확도

    - IoU (Intersection Over Union) : Object Detection의 경우 모델이 예측한 결과와 Ground Truth(GT), 두 Box 간의 교집합과 합집합을 통해 IoU를 측정함

    - 현재 선박 및 해상 장애물 인식모델의 경우 검출 정확도 0.5 IoU 를 기준으로 함

    - 즉, 예측한 결과와 GT 박스 간에 겹친 영역의 비율이 50% 이상이 되었을 때 두 박스를 매칭하고 해당 예측 결과 박스 검출을 하는 방식

    - Precision : 주로 예측된 결과가 얼마나 정확한지를 나타내는데 사용이 되며 계산식은 그림에 나와 있는 것과 같이 True Positive(실제 Positive를 Positive로 잘 예측한 경우, 이하 TP)를 TP와 False Positive(실제 Negative를 Positive로 잘못 예측한 경우, 이하 FP)의 합으로 나눠줘서 계산을 함

    - Recall : Precision과는 다르게 입력으로 Positive를 주었을 때 얼마나 잘 Positive로 예측하는지를 나타내는데 사용이 되며, 계산식은 그림과 같이 TP를 TP와 False Negative(실제 Positive를 Negative로 잘못 예측한 경우, 이하 FN)의 합으로 나눠줘서 계산 함


    ○ 레이저 측위 장치를 이용한 해상 부유물 인식 기술 개발

    - 레이저 펄스를 주사하여, 반사된 레이저 펄스의 도달시간을 측정함으로써 반사 지점의 공간 위치 좌표를 계산해내어 대상물의 위치를 추출하는 측량기법 사용

    - 레이저를 이용할 경우 대상물의 특성에 따라 반사되는 시간이 모두 다르기 때문에 선박 및 해상의 장애물의 정확한 위치 생성 측정

    - 기존 라이다 제품군의 특수 기능을 특화하여, 4행 1열 어레이 스캐닝 레이저 측위 장치를 무인 선박에 적용하여, 영상인식 장치의 이중화 시스템을 구축함으로써, 해상에 이동 중인 장애물에 대한 식별 안정 기술 개발  

    - 개발품에 장착된 주관기관의 독자적인 4행 1열 어레이 레이저 모듈의 해상 환경에 적용한 개념도로 4행 1열 어레이 레이저 모듈을 사용하여, 최대 50 m 에 위치한 대상물 식별                   

    - 육상 최대거리 100 m에서 4행 1열 어레이 레이저 모듈의 기술 개발을 진행하고, 이를 통해 해상 목표물에 대한 위치 측위 기술연구 적용


    ○ 경로 자율운항 기술 개발

    - 자율 운항 무인선 개발을 위한 웨이 포인트 기반 자율운항 기술 연구를 진행

    - 연구/개발된 알고리즘의 검증을 위해서는 상대적으로 선체의 움직임을 가시적으로 확인하기 위해 소형 전동 선외기를 탑재하여 테스트용 소형 무인선을 제작

    - 안전사고 발생에 대한 위험 부담이 적고 해상 환경에서 실험이 용이한 RIB 보트 형태의 선체를 채택

    - 제작된 자율운항 알고리즘 연구용 소형 무인선은 1마력 전동선외기 2대를 탑재한 소형 무인선으로, 해상 장거리 통신 모듈을 탑재하여 해상환경에서 최대 5km 까지 통신이 가능한 소형 무인선으로 구성

    - 최대속도 3knot 및 선회반경 3m 이하의 운행 성능을 가짐.

    - 웨이 포인트 기반 자율운항 알고리즘은 A* 알고리즘을 기반으로 구현되었으며, 해상환경에서의 동작에 적합하도록 환경감지, 경로계획, 출력조절의 기계판단 시에 해상환경을 고려한 세부요소를 추가 적용하였음. 이러한 세부요소를 축적하여 전체 알고리즘의 정확도를 향상시키는 방법으로 연구/개발하였음.

    - 개발한 웨이 포인트 자율운항 알고리즘은 소형 자율 조타 플랫폼에서 개선과 학습을 반복하여 정확도를 점차 향상시키는 방향으로 개발하되 선체의 형태, 선박의 추진기 형태, 추진기 출력 등에 따라 수치를 변경하여 적용할 수 있도록 지속적인 연구를 진행 중에 있음.

    - 연구결과 현재 웨이 포인트 자율운항은 목표지점 기준 3m 범위 내에 도달 할 수 있는 수준임.

    - 개발 내용을 바탕으로 특허 출원 진행


    ○선박 무인화 시스템 목표수준

     

    ○ 선박 무인화 시스템 평가방법 및 환경

    1) 영상 인식 기술 : 학습되지 않은 각 50개의 선박에 대한 인식 성공률 도출 

    2) 경로 자율운항 기술 : 선박의 웨이 포인트 도착 판정 시 목표 좌표와 실 좌표 간 거리

    3) 선박플랫폼 운항제어 속도 : 선박의 운항 시 선체의 항해 속도 측정

    4) 해상 장거리 통신 거리 : 관제시스템과 통신부 간 해상환경 5km 거리에서 통신 여부 확인

    5) 핸들 및 레버 제어 : 정밀도 최소 5° 단위 조절 가능

    6) 선박 콘트롤러 SYS 제작 : 선박 주제어 시스템(HW/SW) 시제품, 원격관제 소프트웨어 시제품, 무인 조타 제어 시스템(HW/SW) 시제품 SW 성능 평가 보고

    ∙ 목표수준의 평가환경

    1) 영상 인식 기술 : 식별 시스템 실내 환경에서 평가

    2) 경로 자율운항 기술 : 플랫폼 실 운항을 통한 공인 인증 시험 평가

    3) 선박플랫폼 운항제어 속도 : 실 운항 테스트를 통한 공인 인증 시험 평가

    4) 해상 장거리 통신 거리 : 실 해상 환경에서 통신부 모듈과 육상 관제 시스템이 5km거리인 지점에서 평가

    5) 핸들 및 레버 제어 : 시스템 설치 확인을 통한 공인 인증 시험 평가

    6) 선박 콘트롤러 SYS 제작 : 도면 및 개요도 확인 과정을 통한 공인 인증 시험 평가


    ○성과지표 정의 및 목표치 근거

     

    - 웨이 포인트 오차범위는 무인선박의 GPS 데이터를 이용하여 waypoint 도달 확인 및 Cross Track Error & RMS값 산출

    - 해상 환경 통신 거리는 육상관제시스템인 GCS에서 10km 이상 위치에 있는 무인선에 원격조종 신호를 정송하여 임무 완수 여부를 파악하는 것으로 평가 진행. 조타 신호는 조타 휠 및 레버 제어 신호로 구성. 제어의 실시간성 및 정확성을 중심으로 시험 수행

    - 운항속도 및 폐기물 수거는 실제 운용할 부산 인근 연안지역에 대한 가상의 임무 시나리오 수행을 통해 성능평가와 실효성 입증

    - 인식 성공률은 식별 정확도와 검출 정확도의 값을 나타내어 판단. 식별 결과들 중에 실제 객체가 평균적으로 얼마나 포함 되어 있는지를 확인

    - recall을 0.1에서 1까지 0.1단위로 올리면서 precision을 측정하고 10개의 평균을 AP로 정의. 여기서 precision은 True positive/(True positive + False positive) 으로 정의하고 recall은 True positive/(True positive + False negative) 으로 정의

    - 그라운드 트루쓰 (Ground truth) 박스와 추적된 박스의 겹치는 비율 (IoU,l Intersection of Union)을 기준으로 검출 정확도를 정의하였을 때, x축의 IoU를 변경하면서 검출 성공률을 y축에 plotting 하면 log형의 그래프가 그려지는데, 그 그래프의 하단 면적 비율로 정의. 1이 최고값이며 값이 클수록 검출 정확도가 높은 것으로 판단되어 식별 정확도와 검출 정확도의 값을 종합적으로 검토하여 최종 인식 성공률 도출

    - 현재 중국 북경대학, 영국 레딩대학, 미국 메릴랜드 대학, 미국 엔비디아, 이탈리아 토리노등 세계 유수 영상 기반 식별 연구기관들은 64.4%에서 90% 수준의 식별 성능 정확도를 구현 중. 따라서 글로벌 시장 선점 경쟁력을 확보하기 위해 본 연구개발의 영상 인식 성공률 목표치는 96%로 설정. 선종은 군함등 기밀 접근이 어려운 점을 감안하여 국내 해상 환경에 식별 우선도가 높은 선종을 중심으로 식별 대상 선박 학습데이터 확보

    - 식별 환경은 실 해상 환경에서 선박에 다중 이미지 센서를 탑재하고 일반 선박 및 해양 구조물을 촬영하여 해상 선박/구조물 인식/식별 시스템으로 전송. 이후에 WMO에서 규정한 실 해상 환경에 준하는 Sea state에서 구축된 DB를 사용하여 식별 정확도 평가

    - 수상에스티는 선박 무인화 시스템 개발을 위해 현재 딥 러닝 기반 영상 내 해상 장애물 인식 SW, 자율운항 알고리즘 및 운항 SW 기술을 보유하고 있음

    - 해상 장애물 인식 및 자율운항 알고리즘 SW를 활용하여 부산 해운대 인근에서 자율운항선박 테스트를 진행함

    - 기 보유한 선박제어기술, 경로 자율주행 알고리즘SW, 해상 장거리 통신기술, 레이저 측위 시스템을 적용한  무인선박 플랫폼에 1.현재 개발된 테스트용 선박 콘트롤러 SYS의 시제품 화, 2.자율운항 알고리즘 및 운항 SW와 연동 가능한 개/변조 없이 탈부착이 가능한 조타기 HW 제작, 3.영상인식 기반 해상 장애물 인식 SW와 자율운항 알고리즘 SYS를 통합하는 선박무인화 시스템 개발임


    ○선박 웨이크 분석 적용 모델 데이터 획득을 위한 모델링

    - 무인선 선형개발에서 전산유체역학을 활용하는 것 보다 모형시험에 의존하는 것이 많은 시간과 비용 소비
    - 전산유체역학을 이용한 선형개발이 모형시험으로 얻는 선형 개발 법 보다 저렴하며 시간을 절약함. 대형선의 경우 큰 오차로 인한 CFD방식의 부정확도로 사용도가 떨어지나 소형선박의 경우 전산유체역학은 비교적 짧은 시간에 저렴한 비용으로 선형평가가 가능하며, 설계에 직접 반영 할 수 있는 상세한 정보 도출
    - 무인선 너클란(Knuckle line) 및 차인(chine)을 고려한 항주 자세 추정 기술

       

    ○무인선박 플랫폼 선체주위 유동 시뮬레이션 및 제어시스템 요구조건 적용 설계

    - 쌍동선 헐을 가진 선박에 대한 유체역학 성능 해석기법 연구

    - 선체표면 및 3D 유동장 격자생성

    - 자유수면 파계해석을 위한 CFD 유동해석 수행

    - 자유수면에 생성되는 파력 계산을 통한 조파저항 산정

    - 점성압력저항 추정을 실시하여 조파저항 및 점성압력저항 합력 최소 선형 도출

     

    (1) 내항성(안전성, 속도 설계)

    - 무인선의 성능 설계를 위해 안전성, 속도, 내항성에 대한 적합도 설정

    - 해상상태에 따른 무인선의 운항성능을 평가하며, 1차적으로 실내 수조 동에서 파고와 파형에 의한 선체의 내항성을 측정

    - 이 때 내항성의 평가는 모선시험 평가의 기준에 따라 진행

    (2) 원격 제어 기능 

    - 원격조종모드는 키보드(방향키) 또는 조이스틱으로 조작하며, 조작에 해당하는 타각 명령을 전송하고, 무인선은 명령받은 타각에 해당하는 신호를 만들어 선외기의 출력 제어

    - 무인선과 10 km 떨어진 거리의 육상에서 조종자를 통해 무인선을 조종함. 통신거리에 따른 무인선의 조종여부를 판단

    (3) 자율 제어 모드

    - 자율모드는 GPS를 통해서 무인선의 위치, SOG(Speed of Ground, 속력), COG(Course of Groun, 진행방향) 값을 획득하며, 통신을 통해서 육상에서 지정한 변침점(Waypoint)으로 주행

    - 육상에서 무인선의 다수의 항해 경로점을 전송하고, 데이터를 수신한 무인선은 지정된 경로점을 운항

    (4) 자율 무인선박 주행 성능 

    - 무인선의 운항성능 분석 및 동력학 식별을 위하여 속력시험 및 선회/지그재그시험으로 구성된 조종시험과 무인선으로서의 기본 임무인 경유점 추종제어시험을 수행하여 고속성능을 확인하며 0.5 m 파고높이의 양호한 해상상태에서 성능시험을 통해 검증 가능

    - 속력시험: 바람, 조류 등의 영향을 분석하기 위해 왕복시험을 수행하고, 주행 방향에 따른 속력을 평가 가능

    - 조종시험: 좌우현 선회시험 및 지그재그시험을 진행


    ○ 운항 테스트 및 기능 테스트 진행

    (1) 1차 운항 테스트 진행

    - 제작한 시제품을 통해 기본적인 제어 및 구조 결함 파악을 위한 운항 테스트 진행

    - 장소 : 삼락계류장(삼락수상레포츠타운)

     

    - 장소 : 장소 대여 및 슬립웨이 1곳 대여하여 테스트 진행

     

    - 보트 준비 및 운항 테스트 용 선외기 설치, 운항 기능 구현을 위한 커맨드 박스 설치 진행

    - 운항 테스트 및 오류 위험성을 고려하여 1인 탑승 및 안전줄 연결, 구명 튜브 준비 진행

    - 기본적인 운항 테스트 및 적합성 고려 진행

    - 선박 내외 통신을 통한 조작으로 외부에서 운항 제어 진행

    - 기타 추가적인 확인 및 추후 기능 구현을 위한 내부 제어 테스트도 진행

    - 수정 및 개선 사항 확인 진행 후 1차 테스트 마무리


    (2) 2차 운항 테스트 진행

    - 1차 테스트를 바탕으로 문제점 해결 및 추가적인 기능 구현을 통한 2차 테스트 시나리오 준비 및 장소 대여

    - 장소 : 화명계류장(화명수상레포츠타운)

     

    - 1차 테스트를 통한 수정 및 보완 사항을 수정하여 테스트를 위한 사전 준비 작업 진행

    - 선 내에 통신 가능한 모듈(노트북으로 대체)을 배치하고 선외기와 연결하여 제어 준비 진행

    - 선박 외부에서 통신을 통해 선박 내부의 모듈을 제어하여 운행할 수 있는 무인 운항 테스트 준비 진행

    - 2차 테스트 시나리오는 두 가지로 준비 진행

    ① 인원 탑승을 통한 선내 제어 및 선외 제어

    ② 무인원 선박을 통한 선내 무인 선외 제어

     

    - 2차 테스트 첫 번째 시나리오를 통한 안전 인원 탑승을 통한 테스트 진행

    - 좌우현 선회 테스트 및 직, 후진, 속도제어 등 전반적인 운항 테스트 진행

    - 안전 인원이 직접 선내에서 제어하여 움직여서 기능적으로 선박 제어 시스템이 원활하게 작동하는 것을 확인

    - 2차 테스트 첫 번째 시나리오의 두 번째 과정인 유인 외부 제어 테스트 진행

    - 위에 설치된 노트북을 통해 외부에서 무선으로 직접 선박 제어 진행

    - 테스트 결과 약간의 딜레이는 발생하지만 문제없이 선박이 제어됨을 확인

     

    - 2차 테스트 두 번째 시나리오에 따른 무인 조타 제어 테스트 준비 진행

    - 선박 제어 실패에 따른 위험성 및 각종 사항을 고려하여 계류장 인근에서 진행

    - 선박 표류 위험성을 고려하여 안전줄 연결 진행

    - 2차 테스트 두 번째 시나리오에 따른 무인 조타 제어에 성공

    - 기타 통신 불안정 문제 및 추가적인 수단 구비 진행

    - 개선 사항 및 추가 진행도 확인 후 2차 테스트 마무리


    (2) 3차 운항 테스트 진행

    - 2차 테스트를 바탕으로 문제점 해결 및 추가적인 기능 구현을 통한 3차 테스트 시나리오 준비 및 장소 대여

    - 장소 : 화명계류장(화명수상레포츠타운)

    - 장소 대여 진행 및 물품 운반

    - 장비 셋팅 및 시나리오 확인 진행

     

    - 운항 테스트를 위한 커맨드 박스 및 통신 기기 설치

    - 배터리 및 선박 프레임 설치 진행

    - 프로그램 확인 및 전선부 연결 확인 진행

     

    - 플랫폼 구성에 따른 보트 설치 진행

    - 내구성 테스트와 안전 검사를 통해 안전성 재 확보

    - 장치 고정 및 영상인식을 위한 인식 카메라 기기 전면부에 설치 진행

    - 선외기(모터) 설치 및 육상에서 작동 테스트 진행

    - 웨이포인트 무인 운항에 사용될 GPS 및 방위체크모듈 설치 진행

    - 해당 모듈의 경우 전자기파 영향을 받으므로 프레임 상단부에 커맨드 박스와 이격시켜서 설치 진행

    - 안전 끈 설치 및 동작 확인 진행

    - 유선으로 간단한 운항 테스트 진행(전후좌우)

    - 셋팅 재확인 및 안전 끈 확인 진행

    - 기기 배치 확인 및 누수 테스트 진행

    - 속도 측정 및 직진, 선회, 유지 등 각종 구현 기능 확인 진행

     

    - 첫 번째 테스트 시나리오를 통한 원 웨이포인트 무인 조타 테스트 진행

    - 무인 조타를 통한 웨이포인트 도달 자율 운항이 가능하도록 셋팅

    - 테스트 결과 안정적인 운항 성공

     

    - 두 번째 테스트 시나리오에 따른 삼각점 웨이포인트 구축 및 출발 진행

    - 화면상의 좌하단 포인트 -> 좌상단 포인트 -> 우상단 포인트를 찍는 방식으로 진행

    - 무인 운항 시스템 운영에 따른 출발 및 첫 번째 웨이포인트를 향해 운항 확인

     

    - 첫 번째 웨이포인트를 지나 두 번째 웨이포인트로 선회 및 이동 진행

    - 당일에 강한 바람이 강 상류 쪽으로 불어 하류쪽으로 내려가는데는 약간 지연이 발생하고 상단으로 갈 때는 웨이포인트를 약간 지나치는 문제가 발생

     

    - 두 번째 웨이포인트를 지나 자동으로 세 번째 웨이 포인트로 선회 및 이동 진행

    - 선회 및 무인 이동, 웨이포인트 확인에 따른 이동 시나리오 등 전반적인 부분에서 문제없이 진행 

     

    - 세 번째 웨이포인트를 지나 계류장으로 복귀 시키며 테스트 마무리

    - 운항 테스트 프로그램에 기록된 로그를 통해 기록 확인 가능
    - 현재 선박이 위치하고 있는 좌표 값을 2~3초 단위로 읽어와 로그의 형태로 기록
    - 해당 로그를 통해 선박의 좌표계가 제대로 동작하며 웨이포인트 도달에 있어서 오차가 적음을 확인 할 수 있음
    - 기록된 데이터 값은 항목에 따라 다음과 같이 분류 됨
    C0 = 연월일_시분초 시간
    C1 = 선박의 현재 GPS 좌표
    C2 = 목표지점 GPS 좌표
    C3 = 선박의 현재 위치에서 목표지점까지의 거리 (meter)
    C4 = 선박의 현재 위치에서 목표지점까지 이은 선분과 자북이 이루는 각도
    C5 = 선박 진행 방향과 자북이 이루는 각도(지자기 센서값)
    C6 = 편향각 C4 - C5(음수값일 경우 +360)
    C7 = 선박 운항 속도(knot)
    - 육상 관제 프로그램에서 자율운항 시작 명령에서부터 종료 명령까지 기록된 파일인 gpx 확장자 파일로 저장
    - XML 구조로 된 지리 정보 관련 준 표준 포맷으로 전용 뷰어를 통해 이동 경로 및 데이터를 육안으로 확인
    - 3차 테스트를 통해 웨이포인트 무인 조타 시스템 및 기술 관련 확인 완료

    ○ 정량적 목표에 따른 공인 인증 시험 진행
    - 수립된 정량적 목표에 따른 각 개발 기능 별 공인 인증 시험 진행
    - 회사 내 마련된 테스트 장소에서 공인 인증 시험 진행
    - 시험 항목 중 ‘영상 인식 대상물’ 항목에 대한 내용 인증 시험 실시
    - 항목 내용에 따라 영상 인식 대상물의 종 수, 선박, 사람, 스티로폼, 알루미늄 캔, 페트병에 대한 영상 내 대상물 인식, 인식 여부는 정확도 90% 이상일 경우 인식 성공으로 판단
    - 영상을 틀어놓고 시스템 인식 여부 판단
    - 90% 이상의 인식 정확도를 보임
    - 회사 내 마련된 테스트 장소에서 공인 인증 시험 진행
    - 시험 항목 중 ‘선박 인식 성능’ 항목에 대한 내용 인증 시험 실시
    - 항목 내용에 따라 기 학습되지 않은 개체에 대한 5초 이상 길이의 영상정보를 영상인식 알고리즘 프로세싱 디바이스에 입력 값으로 주고, 해당 영상 내의 대상물 인식 여부 시험, 학습되지 않은 10개 대상물에 대해 시험을 진행
    - 영상을 틀어놓고 시스템 인식 여부 판단
    - 9개 이상 대상물을 식별하면 성공으로 판정, 인식 대상물 5종에 대해 모두 인식
    - 학습되지 않은 10개의 영상 중 9개 이상 인식 성공
    - 화명 수상레포츠타운에서 공인 인증 시험 진행
    - 시험 항목 중 ‘무인 플랫폼 항속 능력’ 항목에 대한 내용 인증 시험 실시
    - 항목 내용에 따라 수상 담수 환경에서 직선거리 2Km 운항. GPS 좌표 기준으로 출발점과 도착점을 규정하고 두 지점 주파 시간을 측정하여 구간 주판 시 속도 측정
    - 특정 2지점을 선정하여 직선 거리 측정, 10km/h이상의 속도로 주파
    - 화명 수상레포츠타운에서 공인 인증 시험 진행
    - 시험 항목 중 ‘GPS 기반 자율운항 정확도’ 항목에 대한 내용 인증 시험 실시
    - 항목 내용에 따라 수상 담수 환경에서 출발점으로부터 300m이상 이격된 목표점을 GPS좌표로 플랫폼에 송신하고 자율운항 알고리즘 상 도착점 도착을 알리는 시점의 GPS좌표와 원 목표 GPS 좌표간 거리를 계산하여 5m 이내이면 성공으로 판정
    - 2곳의 웨이포인트를 선정하여 시험 진행
    - 선박이 설정된 웨이포인트에 대해 원형 범위 5m 이내로 진입 성공
    - 선박 무인화 핸들 및 레버 제어 인증 시험 진행
    - 구성된 핸들과 레버의 성능과 정밀도를 검증하여 단위 조절에 대한 평가 진행
    - 해당 선박 콘트롤러 SYS 구성에 대한 설계도면 및 육안확인을 통한 실 기능여부 일치 확인
    - 해상 장거리 통신 거리에 대한 공인 인증 시험 진행
    - 계획서 상으로 수립된 해상 5km 거리를 위해 명지 오션 시티 쪽 산책로와 눌차도 쪽 방파제 부근을 직선으로 연결하여 5km 환경 구성
    - 이후 안테나 및 이더넷 통신을 통한 해상 5km 통신 거리 구현 및 인증 진행

    ○ 무인 조타 시스템의 선박 적용
    - 완성된 시스템 장착을 통한 선박 운용 테스트
    - 무인 운항 및 웨이 포인트 운항 진행
    - 무인 조타 장치 및 레버 작동 확인
    - 안전 검사 테스트 진행
    - 정해진 웨이 포인트에 맞춘 경로 운항 테스트 진행
    - 운항 기록을 위한 내외 촬영 진행
    - 조타 및 레버, 핸들 테스트 영상
    - 조타에 맞춘 운항 테스트 확인
     

  • 예상파급효과


  • 특이사항


2020스마트토이와 연동되는 로봇블록 인터렉션 개발 연구

스마트토이와 연동되는 로봇블록 인터렉션 개발 연구

과제내용
  • 수행기업
    트라바움교육(주)
  • 대표자
    배동열
  • 개발목표
    정성적목표
    - 브랜드 코딩 프로그램 개발
    - 브랜드 코딩 콘텐츠 개발
    - 교육 콘텐츠 및 교수 개발
    - 캐릭터 디자인
    - 로고 및 관련 디자인 개발
    - 근거리통신 등 인터렉션 기술 3년간 개발 계획 시행 (1년차 : 무선조정기, 센서 외)
    - 특허관련 타당성 분석 및 준비
    - 입주업체와의 기술 및 정보 교류
    - 전국 판매 지사 계약
    - 인터넷 및 온라인 판매 준비
    - 유아기관 로봇 체험 교육 콘텐츠 개발
    - 홍보 광고 기획
    정량적목표
    1. 코딩로봇 구조 생산
    < 1 Set 구성 >
    - 동력부 블록구조 1EA
    - 센서부 블록구조 1EA
    - 무선리모콘 1E
    - 케이블 연결 블록 大 1EA
    - 케이블 연결 블록 中 2EA
    - 레고형 확장 블록 2EA
    - 로봇 관절 블록 2EA

    2. 코딩로봇 교육 프로그램 개발
    - 교재 개발 3권 (총12권중 3권/ 9권은 자비부담으로 2021년 3월까지 개발 예정)
    - 교재 디자인 (캐릭터/ 상품 로고/마스코트/삽화 등 ) 제작
    - 코딩 관련 카드 및 스티커 개발
    - 코딩 맵 및 놀이판 제작
    - 코딩로봇 교육 지침서

    3. 상품 박스 디자인 및 개발
  • 개발내용

    유아 전용 코딩 로봇 블록 개발

    1. 인터렉션 코딩 센서 및 장치 개발 

      - 라이트레이서 장치, 거리감지 센서, 소리감지 센서, 빛(조도) 센서 개발

      - 인터렉션 코딩 프로그램을 탑재한 PCB 설계 및 제조


    2. 편리한 동력장치 개발

      - 마그네틱 바퀴 개발

      - 견고하고 편리한 케이블 블록

      - 인터렉션 동작 반응 LED 탑재

      - 편리한 ON/OFF 장치


    3. 안전한 금형설계 및 금형 제조

      - 아이들에 무해한 PP,  ABS 소재 사용

      - 레고 및 스내포등 기존 유명 블록과의 호환 확장 가능한 금형 설계

      - 충전식 배터리( 500암페어) 사용 , 2시간 이상 연속 사용 가능

      - 핸드폰 충전방식 적용(C-Type)

      - 배터리 충전 램프 탑재


    4. 스마트 블록을 활용한 교육 프로그램 개발

      - 코딩을 배울 수 있는 월간 교육 프로그램 (총 12권 교재 디자인)

      - 디지털 학습을 주도할 수 있는 교사 지침서 개발

      - 교육에 활용할 수 있는 교구 및 엑세서리 디자인


    전체개발이미지

     


  • 예상파급효과

    ○ 산업적 측면


    1. 유아들도 코딩 교육의 혜택을 쉽게 받을 수 있다.

    2. 경쟁사 대비 저렴한 가격으로 공급할 수 있어 매출 증대와 로봇 기술 대중화가 가능하다.

    3. 타 블록과 호환되므로 방치되거나 사용하지 않는 블록들을 재활용 할 수 있다. 

    4. 전국적으로 연구 및 전문 강사 등 고용 창출이 예상 된다.

    5. 로봇 랜드 연계 지원 및 협조(로봇스쿨)로 다양한 체험적 요소를 만들 수 있다.

    6. 자체 기술 개발과 도입으로 국내외 유·아동 교육시장을 선도 할 수 있다.


    ○ 지역경제 측면


    1. 로봇 R&D 센터 입주 업체들과 협업으로 추가 매출을 기대할 수 있다.

    2. 로봇 랜드 연계 지원 및 협조로 다양한 체험적 요소를 만들 수 있다.

    3. 지역 유아 기관을 대상으로 로봇관련 체험 학습과 행사를 할 수 있게 되어 로봇 문화 저변확대에 기여할 수 있다.


    ○ 교육적 측면


    1. 사용자가 이해하고 사용할 수 있는 디지털 콘텐츠로 창의적인 교육 프로그램을 발전시킬 수 있다.

    2. 블록놀이의 아날로그적 창의력과 컴퓨터적 사고의 조합을 통해 유아 디지털교육 발전에 기여 할 수 있다. 

    3. 블록의 유익성을 통해 협동가치를 인지, 수용하고 자신의 가치를 사람들과 나눌 수 있는 장을 만들어 준다.

    4. 미래사회의 다양한 요구와 환경을 위한 지속가능한 교육 콘텐츠 사업으로서 자리매김할 수 있다.

  • 특이사항


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