[논문 리뷰] Testing SPARUS II AUV, an open platform for industrial, scientific and academic applications

Marc Carreras, Carles Candela외 7명|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|2018. 11. 06.

Underwater Vehicles and Communication Systems인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 산업, 과학 및 학술 분야에서 사용하기 위해 설계된 경량이며 오픈소스인 자율 수중선박(SPARUS II AUV)을 제시한다. 미사일형 선체와 수직 이륙 및 착륙(VTOL) 기능을 갖춘 이 선박은 유연한 하드웨어 및 센서 배치를 가능하게 하는 ROS 기반 소프트웨어를 통합하였으며, 2018년까지 다양한 응용 분야에서 다섯 대의 단위가 성공적으로 적용됨을 입증하였다.

ABSTRACT

This paper describes the experience of preparing and testing the SPARUS II AUV in different applications. The AUV was designed as a lightweight vehicle combining the classical torpedo-shape features with the hovering capability. The robot has a payload area to allow the integration of different equipment depending on the application. The software architecture is based on ROS, an open framework that allows an easy integration of many devices and systems. Its flexibility, easy operation and openness makes the SPARUS II AUV a multipurpose platform that can adapt to industrial, scientific and academic applications. Five units were developed in 2014, and different teams used and adapted the platform for different applications. The paper describes some of the experiences in preparing and testing this open platform to different applications.

연구 동기 및 목표

• 산업, 과학 및 학술 분야에서 다양한 응용에 적합한 유연한 오픈소스 AUV 플랫폼을 개발하기 위해.
• 모듈러 페이로드 영역을 통해 센서 및 장비의 탄력적 통합을 가능하게 하기 위해.
• 로봇 운영 체제(Robot Operating System, ROS)를 활용하여 개방형, 확장 가능하고 상호운용성이 뛰어난 소프트웨어 아키텍처를 확보하기 위해.
• 다양한 응용 분야와 팀을 대상으로 실제 현장 테스트를 통해 플랫폼의 적응 가능성 검증하기 위해.
• 빠른 프로토타이핑과 배포를 지원하는 재사용 가능하고 확장 가능한 AUV 프레임워크 구축하기 위해.

제안 방법

• 수직 이륙 및 착륙(VTOL) 기능을 갖춘 경량의 미사일형 선체를 가진 SPARUS II AUV 설계하기.
• 다양한 센서와 임무 특화 하드웨어를 수용할 수 있도록 전용 페이로드 베이 장착하기.
• 로봇 구성 요소와 외부 시스템 간의 원활한 통합을 가능하게 하는 ROS 기반 소프트웨어 아키텍처 구현하기.
• 2014년부터 2018년까지 다양한 운영 환경에서 테스트를 위해 다섯 대의 SPARUS II AUV 단위를 현장에 배치하기.
• 실제 수중 환경에서의 성능, 안정성 및 적응 가능성 평가를 위한 현장 테스트 수행하기.
• 투명성, 재현 가능성 및 커뮤니티 기반 개발을 보장하기 위해 오픈소스 원칙 적용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 산업, 과학 및 학술 응용 분야를 수용할 수 있도록 오픈소스이자 모듈러인 AUV 플랫폼을 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 ROS 기반 소프트웨어 스택은 AUV 시스템의 상호운용성과 확장성에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 다양한 임무 유형에 걸쳐 표준화된 AUV를 배치할 때 발생하는 주요 성능 및 운영 과제는 무엇인가?
• RQ4 SPARUS II AUV는 다양한 페이로드 구성과 환경에서 안정성과 제어를 유지하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ5 경량이며 VTOL 기능을 갖춘 AUV는 실제 수중 임무에서 신뢰할 만한 운영을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• SPARUS II AUV는 다섯 대의 단위가 현장에 배치되며 다양한 응용 분야에서의 적응 가능성 성공적으로 입증하였다.
• ROS 기반 소프트웨어 아키텍처는 다양한 센서와 시스템의 효율적 통합을 가능하게 하여 빠른 배포를 지원하였다.
• 차량의 모듈러 페이로드 설계 덕분에 주요 재설계 없이도 임무 특화 장비의 통합이 가능하였다.
• 현장 테스트를 통해 다양한 수중 환경에서 안정적인 작동과 신뢰할 수 있는 성능이 확인되었다.
• 플랫폼의 오픈소스 성격 덕분에 학술, 산업 및 연구 팀 간 협업과 재사용이 촉진되었다.
• 미사일형 수중역학 설계와 VTOL 기능의 조합이 향상된 조작성과 운영의 유연성을 제공하였다.