■ 본 기술은 무인수상정(USV: Unmanned Surface Vehicle)과 원격조종 수중로봇(ROV: Remotely Operated Vehicle)의 협력 임무를 사전에 설계·검증하기 위한 통합 가상 운용 환경에 관한 것임.
■ 수상 USV와 수중 ROV가 동일 해역에서 동시에 임무를 수행하는 상황을 물리 엔진과 실제 운용제어 펌웨어를 기반으로 재현하고, 지도 기반 운용 화면에서 기체별 자율주행 임무를 지시·감시할 수 있는 시뮬레이션 및 관제 환경을 제공함
■ (고신뢰 물리 시뮬레이션) 수상·수중 유체역학을 반영한 Stonefish 물리 엔진에서 기체의 위치·자세·속도 및 추진기 동작을 재현하며, 실측값을 기반으로 보정한 물리 파라미터를 적용함. 부산 광안대교·민락항 등 실해역의 수심과 주요 구조물을 반영한 시뮬레이션 시나리오를 제공함
■ (실제 운용 펌웨어 연동) 실제 기체 운용에 사용되는 ArduSub 및 ArduRover 펌웨어를 SITL(Software In The Loop) 방식으로 구동하여, 시뮬레이션과 실제 시스템 간의 제어 논리 및 임무 수행 절차를 검증할 수 있음.
■ (지도 기반 통합 운용 인터페이스) QGIS 기반 지도 화면에서 웨이포인트 지정·관리, 자율주행 임무 수행, 원점 설정·복귀, 수동 조종 및 운용 모드 변경이 가능함. 기체의 위치·방향·속도·자세·수심·운용 모드 등의 상태를 실시간으로 확인할 수 있음
■ (수상·수중 협력 운용) USV와 ROV에 대한 독립적인 운용 패널과 제어 채널을 제공하고, 두 기체를 단일 시나리오에서 동시에 운용함으로써 수상·수중 협력 임무의 운용 절차와 수행 가능성을 사전에 검증할 수 있음
1) 기술이전의 목적
■ 항만, 방파제, 해상교량, 해상풍력발전 시설 등 해양 인프라의 확충과 노후화에 따라 시설물 점검·유지보수 및 해양 모니터링 분야에서 USV와 ROV의 활용이 확대되고 있음
■ 본 기술이전은 USV와 ROV를 활용한 실제 임무를 현장에 적용하기 전에 운항 경로, 자율주행 임무, 기체별 제어 기능 및 수상·수중 협력 운용 절차를 가상환 경에서 검증할 수 있는 통합 운용 체계를 제공하는 것을 목적으로 함
■ 이를 통해 기술이전 대상 기업·기관이 보유한 USV·ROV 및 해양 점검 솔루션과 본 기술을 연계하여, 실제 하드웨어 투입 이전 단계에서 운용 오류와 기술적 위험요인을 확인하고 시스템 통합의 신뢰성을 확보하고자 함
2) 기술이전의 필요성
■ 기존의 해양로봇 운용은 USV 또는 ROV를 개별적으로 활용하는 방식이 대부분 으로, 수상과 수중 영역을 동시에 점검해야 하는 복합 임무에서는 점검 범위와 운용 효율에 한계가 있음. 따라서 서로 다른 운용 특성을 가진 USV와 ROV를 동일 임무 환경에서 함께 운용할 수 있는 이기종 로봇 통합 운용 기술이 필요 함
■ 그러나 수상·수중 로봇의 협력 운용 사례와 관련 검증 환경이 부족하여, 실제 현장에서 운항 경로와 제어 기능, 기체별 임무 수행 절차를 반복적으로 시험해 야 하는 문제가 있음. 특히 해상 시험 중 오류가 발생할 경우 장비 회수, 원인 분석 및 재조사에 상당한 비용과 시간이 소요되며, 기체 손상과 임무 실패의 위험도 존재함
■ 이에 따라 실해역 지형과 구조물, 기체의 유체역학적 특성 및 실제 운용제어 펌웨어를 반영한 가상 운용 환경에서 USV와 ROV의 동시 운용 및 협력 임무를 사전에 검증할 필요가 있음
■ 본 기술은 실제 현장시험 이전에 운항 경로, 웨이포인트 임무, 수동·자율 제어 기능 및 수상·수중 기체의 동시 운용 절차를 확인할 수 있어 현장시험 횟수를 줄이고, 운용 안정성과 임무 수행 신뢰성을 높일 수 있음
■ (실해역 기반 시뮬레이션 환경) 실제 해역의 수심 및 교량·방파제 등의 구조물을 반영하여 단순한 기체 동작 시험을 넘어 현장 조건을 고려한 임무 검증이 가능함
■ (시뮬레이션과 실제 운용 간 제어 일관성 확보) ArduSub·ArduRover 펌웨어를 SITL 방식으로 직접 구동하고, MAVROS·MAVLink 및 ROS 2 인터페이스를 통해 제어 명령과 기체 상태를 연동함. 이를 통해 시뮬레이션에서 검증한 제어 논리와 임무 수행 절차를 실제 기체 적용 단계까지 연계할 수 있음
■ (통합 관제 및 직관적인 임무 설정) QGIS 지도에서 직접 웨이포인트를 추가·삭제·선택하고, 원점 설정과 복귀 및 순차 자율주행 임무를 수행할 수 있음. 별도의 좌표 입력 과정 없이 지도 중심으로 임무를 구성할 수 있어 운용 편의성이 높음
■ (이기종 로봇 동시 운용) USV와 ROV에 대해 독립적인 운용 패널, 제어 노드 및 연동 채널을 제공함. 하나의 시뮬레이션 시나리오에서 두 기체의 상태와 임무 수행 과정을 동시에 확인할 수 있어 수상·수중 통합 운용 시나리오 검증에 적합함
■ (모듈형 소프트웨어 구조) 시뮬레이션 환경, 운용 인터페이스, SITL 연동 브리지, 제어 노드 및 제어 메시지 인터페이스를 기능별 모듈로 구성함. 이에 따라 기체나 운용환경 변경 시 필요한 구성요소를 중심으로 수정·확장할 수 있음.
■ (공개SW 활용과 핵심기술 보호 병행) GPL 기반 시뮬레이션·운용 인터페이스와 독점 제어·연동 모듈의 배포 형태를 구분하여, 공개SW 라이선스 준수와 핵심 제어기술 보호를 병행할 수 있음
■ (기능 검증 완료) 시뮬레이션, 지도 기반 관제, 수동 조종, 모드 전환, 웨이포인트 자율주행 및 제어 명령 연동 등 총 27개 기능 요구사항을 11개 시험항목으로 검증하였으며, 모든 시험항목에서 적정 판정을 확인함
● 무인수상정(USV)과 수중로봇(ROV)을 동일 가상해역에서 동시에 운용하고 협력 임무를 사전에 검증할 수 있는 통합 가상 운용환경 기술을 이전함
● Stonefish 기반 실해역 물리 시뮬레이션 환경 및 운용 시나리오
● ArduSub·ArduRover SITL 기반 기체 제어 및 연동 소프트웨어
● QGIS 기반 웨이포인트 설정, 자율주행, 수동 조종 및 상태 모니터링 기능
● 소프트웨어 설치·실행 패키지와 관련 기술문서 일체
● 수상/수중 로봇 통합 가상 운용 환경 바이너리
● 오픈소스 프로그램 및 가상환경 운용 환경 설치 매뉴얼
● 요구사항 정의서, 시험설계서
● 특허 1건, 프로그램 1건, 기술문서 2건
■ 항만·부두·방파제·해상교량 등 해양 인프라 시설물의 수상·수중 통합 점검 임무 사전검증
■ 해상풍력발전 시설, 댐 및 기타 수중 구조물의 모니터링·유지보수 임무 설계
■ USV·ROV 통합 운용 시스템 및 해양 점검 솔루션 개발
■ 자율주행 경로, 웨이포인트 임무 및 수동·자율 제어 기능 시험
■ 실해역 투입 전 운용자 교육·훈련 및 임무 수행 절차 숙달
■ 신규 기체·센서·제어 소프트웨어의 통합 및 연동 시험
■ 수요처별 해역과 구조물을 반영한 맞춤형 가상 운용 시나리오 구축
■ (현장시험 비용 및 기간 절감) 실제 기체와 인력을 투입하기 전에 임무를 반복 적으로 검증함으로써 해상시험 횟수와 장비 운용시간을 줄일 수 있음.
■ (운용 위험 사전 제거) 운항 경로, 웨이포인트 설정, 제어 명령 전달 및 기체별 임무 수행 과정에서 발생할 수 있는 오류를 현장 투입 전에 확인할 수 있음.
■ (임무 성공률 및 운용 신뢰성 향상) 실해역 환경과 실제 운용 펌웨어를 기반으 로 임무를 검증하여 시뮬레이션 결과와 실제 운용 간 차이를 줄이고, 통합 운 용의 안정성을 높일 수 있음.
■ (개발·통합 기간 단축) 실제 하드웨어 준비 여부와 관계없이 제어 소프트웨어와 운용 인터페이스를 선행 개발·검증할 수 있어 시스템 개발 및 통합 일정을 단 축할 수 있음.
■ (기술 활용성과 사업화 경쟁력 제고) 시뮬레이션, 임무 사전검증 및 운용자 교 육을 실제 USV·ROV 제품과 함께 제공함으로써 해양 점검 솔루션의 신뢰성과 차별성을 강화할 수 있음.