SAIL

Safe Autonomy & Intelligence Laboratory

국립공주대학교 기계자동차공학부

News

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Research Overview

슬라이드 전체 보기
01

Safe Control

  • Control barrier functions
  • Reachability analysis
  • Safety-critical planning
02

Predictive Control

  • Model predictive control
  • Tube-based robust MPC
  • MPPI / sampling-based planning
  • Data-driven modeling
03

Mobile Autonomy

  • Autonomous ships & USVs
  • Mobile robots
  • Field experiments

Lab Overview

SAIL(안전 자율·지능연구실)은 무인선·모바일 로봇 등 자율이동체가 복잡한 환경에서 안전을 보장하며 운행하기 위한 제어·계획 알고리즘을 연구합니다. 이론적으로 안전성이 보장되는 제어기를 설계하고, 실제 로봇 시스템에 구현·검증합니다.

핵심 도구는 모델예측제어(MPC), 제어 장벽 함수(CBF), 도달가능성 해석(Reachability Analysis), 그리고 학습·데이터 기반 모델링입니다. 실내·실외 환경에서의 자율주행, 충돌회피, 로봇 제어까지 실험을 통해 검증합니다.

주요 연구

  • 안전 궤적 계획 및 제어 알고리즘 설계
  • MPC / CBF / Reachability 기반 충돌회피
  • 학습 기반 동역학 모델링 및 제어
  • 필드 실험 및 국제 학술 발표

모집 대상

  • 제어·로봇·자율주행에 관심이 있는 학부생·대학원생
  • 수학/동역학 기초를 실제 시스템에 적용하고 싶은 학생
  • 프로그래밍(Python, C++, MATLAB)으로 실험해보고 싶은 학생

연구 지원

  • 개인 연구 기자재(PC, 모바일로봇 등) 제공
  • AI 구독료 지원
  • 등록금 & 생활비 지원
  • 국가, 기업 연구과제 참여
  • 국내외 학회 참여 지원
  • 국내외 저널 논문 인센티브 지급

News

2026. 10.

학부연구생 신규 합류

양시현 학생이 학부연구생으로 SAIL에 합류했습니다.

2026. 10.

학부연구생 신규 합류

이선우 학생이 학부연구생으로 SAIL에 합류했습니다.

2026. 09.

석사과정 신규 합류

곽정미 학생이 기계공학과 석사과정으로 SAIL에 합류했습니다.

2026. 09.

한국해양공학회 KSOE 2026

"선회권 기반 제어장벽함수를 이용한 선박 충돌회피를 위한 다중모드 궤적 최적화"가 한국해양공학회 KSOE 학술대회에 발표됩니다. 슬라이드

2026. 09.

ICCAS 2026 논문 채택 ICCAS

"Model Predictive Control with Heterogeneous Actuation Dead-Time Compensation for Trajectory Tracking of Autonomous Surface Vessels"와 "Multimodal Trajectory Planning Using Turning Circle-Based Control Barrier Functions" 두 편의 논문이 International Conference on Control, Automation and Systems ICCAS 2026에 채택되었습니다.

2026. 09.

OCEANS 2026 Monterey 논문 채택 OCEANS

IEEE/MTS OCEANS OCEANS 2026에 "Robust Trajectory Tracking for Unmanned Surface Vehicles Via Disturbance Observer-Based MPC" 논문이 채택되었습니다.

2026. 09.

학부연구생 신규 합류

우민지 학생이 학부연구생으로 SAIL에 합류했습니다.

2026. 05.

논문 게재 IJCAS

International Journal of Control, Automation and Systems IJCAS에 "Safety-Enhanced Control Strategy for Surface Ships Berthing Using Backward and Forward Reachability Analysis" 논문이 게재 승인되었습니다.

2026. 05.

논문 게재 TCST

IEEE Transactions on Control Systems Technology TCST에 "Turning Circle-based Control Barrier Function for Efficient Collision Avoidance of Nonholonomic Vehicles" 논문이 게재 승인되었습니다. 슬라이드

2026. 04.

IFAC World Congress IFAC WC 2026 논문 채택

IFAC World Congress IFAC WC 2026에 "Control Barrier Function-Based Bearing-Only Formation Tracking of Mobile Agents with Obstacle Avoidance" 논문이 채택되었습니다.

2026. 03.

한국연구재단 과제 선정

한국연구재단 신진연구 과제 "멀티모달 안전 궤적 계획 및 제어를 위한 도달 가능성 분석 기반 MPPI 알고리즘 개발"(2026–2029)에 선정되었습니다.

2026. 03.

논문 게재 MECH

Mechatronics MECH에 "Efficient COLREGs-Compliant Collision Avoidance using Turning Circle-based Control Barrier Function" 논문이 게재 승인되었으며, IFAC World Congress IFAC WC 2026에서 발표됩니다. 슬라이드

2026. 03.

학부연구생 신규 합류

임재민 학생이 학부연구생으로 SAIL에 합류했습니다.

2026. 01.

학부연구생 신규 합류

유재민 학생이 학부연구생으로 SAIL에 합류했습니다.

2025. 10.

국내 학술지 논문 게재 JICROS

제어·로봇·시스템학회 논문지 JICROS에 "A Ship Collision Avoidance Algorithm Using Control Barrier Functions Based on Velocity Obstacles with Consideration of COLREGs" 논문이 게재 승인되었습니다.

2025. 09.

SAIL 설립

이찬규 교수가 국립공주대학교에 SAIL(Safe Autonomy & Intelligence Lab)을 설립했습니다.

Research

연구소개 슬라이드 보기

Multi-modal Obstacle Avoidance Trajectory Planning & Control

비홀로노믹 이동체의 회전반경을 제약으로 두고, 단일 궤적 대신 추종·회피·접안 등 여러 거동 후보를 생성합니다. 회전원 기반 제어장벽함수로 각 모드의 안전성을 판별한 뒤, 안전한 모드를 선택하는 멀티모달 계획을 연구합니다.

Three of the 100 mixed-traffic runs, replayed — Expert · SideNet-MPC · Slot-MLP
Multimodal Trajectory Planning for Surface Vehicles using Turning Circle-based CBF
Multimodal Trajectory Planning — Unicycle

Representative publications

Learning-based Planning & Control

데이터 기반으로 선박 동역학을 학습하고, 비선형 MPC의 제어 정책을 모방학습(imitation learning)으로 근사합니다. 인지된 가항 영역을 추종하는 perception-guided MPC와 LLM 기반 선박 질의응답(MARQA)으로 계획·제어를 연결합니다.

Three of the 100 mixed-traffic runs, replayed — Expert · SideNet-MPC · Slot-MLP
Navigable Area Detection and Perception-guided MPC for Autonomous Navigation in Narrow Waterways
MARQA field experiment

Collaborators

Byung-Kwan Lee이병관
NVIDIA · Research Scientist
Kanghoon Yoon윤강훈
Huawei Research · Senior AI Engineer

Representative publications

Robust Model Predictive Control

외란과 모델 오차를 불확실성 튜브로 모델링하고, cascade tube-MPC와 L1 적응제어로 안전 영역을 보장합니다. 선박 접안·USV 회수·쿼드롭터 궤적 제어에 적용하며, Koopman 연산자로 비선형 동역학을 데이터로부터 모델링합니다.

Safe USV Recovery — simulation
Safe USV Recovery — pool experiment
Safety-Guaranteed Ship Berthing using Cascade Tube-based MPC
Tube-based MPC for Quadrotor
Parameter-varying Koopman operator
Parameter-Varying Koopman Operator for Nonlinear System Modeling and Control

Representative publications

Control Barrier Function (CBF)

좌·우 회전원으로 선회 성능과 회피 방향을 함께 제약조건으로 구성하여 실시간 QP로 계산합니다. 좁은 슬립 접안을 위한 exact-geometry MPC-CBF와 COLREGs를 준수하는 다선 충돌회피로 확장합니다.

Exact-Geometry MPC-CBF for Autonomous Boat Docking in Narrow Slips — Scenario 1
Exact-Geometry MPC-CBF for Autonomous Boat Docking in Narrow Slips — Scenario 5
Turning Circle-based CBF for Efficient Collision Avoidance of Nonholonomic Vehicles
CBF-based COLREGs-Compliant Collision Avoidance — Multi Vessels
CBF-based COLREGs-Compliant Collision Avoidance

Representative publications

Projects

한국연구재단 신진연구

멀티모달 안전 궤적 계획 및 제어를 위한 도달 가능성 분석 기반 MPPI 알고리즘 개발 (2026–2029)

참여자 보기
Changyu Lee
Changyu Lee이찬규
PI
Jaemin Im임재민
Undergraduate
Jaemin Yu
Jaemin Yu유재민
Undergraduate
Minji Woo
Minji Woo우민지
Undergraduate
Seonwoo Lee이선우
Undergraduate
Sihyeon Yang양시현
Undergraduate

국립공주대학교 신임교수정착연구비

모델예측제어를 통한 강건한 무인이동체 제어 알고리즘 개발 (2026–2027)

참여자 보기
Changyu Lee
Changyu Lee이찬규
PI

삼성중공업 산학연구

(2026)

참여자 보기
Changyu Lee
Changyu Lee이찬규
PI
Jaemin Yu
Jaemin Yu유재민
Undergraduate실무책임

응용융합기술원 (CAROL)

국립공주대학교 · 충남대학교 (2026–2030)

참여자 보기
Changyu Lee
Changyu Lee이찬규
PI
Jeongmi Kwak곽정미
M.S. Student
Jaemin Im임재민
Undergraduate
Jaemin Yu
Jaemin Yu유재민
Undergraduate
Minji Woo
Minji Woo우민지
Undergraduate
Seonwoo Lee이선우
Undergraduate
Sihyeon Yang양시현
Undergraduate

글로컬랩

국립공주대학교 · KAIST · 한밭대학교 (2026–2035)

참여자 보기
Changyu Lee
Changyu Lee이찬규
PI
Jeongmi Kwak곽정미
M.S. Student
사사 문구
  • 이 논문은 2026년 국립공주대학교 글로컬대학30사업의 지원을 받아 수행되었음.
    This work was supported by the Glocal University 30 Project of Kongju National University in 2026.
  • 이 논문은 2026년 국립공주대학교 학술연구지원사업의 연구지원에 의하여 연구되었음.
    This work was supported by the research grant of Kongju National University in 2026.
  • 이 성과는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임 (RS-2026-25490010).
    This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea government (MSIT) (No. RS-2026-25490010).
  • 본 연구성과는 2026년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (No. RS-2026-25576586).
    This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (No. RS-2026-25576586).
  • 본 과제는 2026년도 특성화지방대학(글로컬대학)사업의 지원을 받아 수행되었습니다.
    This research was supported by the Glocal University 30 Project funded by the Ministry of Education(KOR).

Robots

LIMO

실내·보행자 환경용 모바일 로봇. 동적 장애물 회피 실험 플랫폼.

LIMO
LIMO driving

NERO

7자유도 매니퓰레이터. 로봇 조작·학습 실험 플랫폼.

NERO 7-DOF manipulator

Equipment

HALO s13

XEROmotion 광학식 모션캡쳐 카메라. 로봇 위치·자세 정밀 측정 및 실험 검증 플랫폼.

XEROmotion HALO s13 motion capture camera
← Members

Changyu Lee 이찬규

Changyu Lee

Changyu Lee

Assistant Professor

이찬규

Department of Mechanical & Automotive Engineering
Kongju National University

Google Scholar ORCID GitHub CV

Career

2025. 09. – Present

Assistant Professor

Kongju National University (KNU)

Department of Mechanical & Automotive Engineering

2025. 04. – 2025. 08.

Postdoctoral Researcher

KAIST

Mechanical Engineering Research Institute · MORIN Lab (Prof. Jinwhan Kim)

2025. 02.

Ph.D., Mechanical Engineering

KAIST

Thesis: Safety-Enhanced Model Predictive Control for Autonomous Surface Vehicle

2020. 02.

M.S., Mechanical Engineering

KAIST

Thesis: Stochastic Model Predictive Control for Motion Control of an Unmanned Underwater Vehicle

2018

B.S., Mathematics & Mechanical Engineering

Hanyang University · Double major · Summa Cum Laude

Awards

2024

Outstanding Paper Award, Korea Robotics Society Annual Conference KRoC

2022

Outstanding Student Presentation, 9th SJTU-KAIST-UTokyo Joint Academic Symposium

2020

Outstanding Student Paper Presentation, Korean Society of Ocean Engineers KSOE

Academic Services (Reviewer)

Journal

  • IEEE/ASME Transactions on Mechatronics TMECH
  • IEEE Transactions on Control Systems Technology TCST
  • IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems T-ITS
  • IEEE Transactions on Industrial Electronics TIE
  • IEEE Control Systems Letters L-CSS
  • IEEE Robotics and Automation Letters RA-L
  • Robotics and Autonomous Systems RAS
  • Journal of Field Robotics JFR
  • International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering IJNAOE
  • Journal of Aerospace Information Systems JAIS
  • Intelligent Service Robotics ISR
  • Nonlinear Dynamics NODY
  • The Journal of Korea Robotics Society JKROS

Conference

  • IEEE Conference on Decision and Control CDC
  • IFAC World Congress IFAC WC (2023, 2026)
  • IFAC Conference on Control Applications in Marine Systems, Robotics and Vehicles CAMS
  • International Conference on Control, Automation and Systems ICCAS
  • Modeling, Estimation and Control Conference MECC 2025
  • IEEE International Conference on Ubiquitous Robots UR 2026

Members

Professor

Changyu Lee
Changyu Lee이찬규
Assistant Professor
Joined 2025.09

Graduate Students

Jeongmi Kwak곽정미
M.S. Student
Joined 2026.09
Jaemin Yu
Jaemin Yu유재민
M.S. Student입학예정
M.S. 2027.03 · Joined 2026.01
Sihyeon Yang양시현
M.S. Student입학예정
M.S. 2027.03 · Joined 2026.10

Undergraduate Students

Jaemin Im임재민
Undergraduate
Joined 2026.03
Minji Woo
Minji Woo우민지
Undergraduate
Joined 2026.09
Seonwoo Lee이선우
Undergraduate
Joined 2026.10
← Members

Jaemin Im 임재민

Jaemin Im

Undergraduate Student

임재민

Division of Mechanical and Automotive Engineering
Kongju National University

lim78781@smail.kongju.ac.kr

Education

2026. 03. – Present

Undergraduate Researcher, SAIL

Kongju National University

In progress

B.S., Mechanical and Automotive Engineering

Kongju National University

Research Interests

  • Control barrier functions

Publications

아직 등록된 논문이 없습니다.

← Members

Jaemin Yu 유재민

Jaemin Yu

Jaemin Yu

Undergraduate Student석사 입학예정

유재민

Division of Mechanical and Automotive Engineering
Kongju National University

yjm011112@smail.kongju.ac.kr

Education

2027. 03.

M.S., Mechanical Engineering입학예정

Kongju National University

2026. 01. – Present

Undergraduate Researcher, SAIL

Kongju National University

In progress

B.S., Mechanical and Automotive Engineering

Kongju National University

Research Interests

  • CBF + Ship Collision Avoidance

Publications

  • 효율적인 경로 추종 및 장애물 회피를 위한 적응형 제어 장벽 함수

    유재민, 이찬규*

    제어로봇시스템학회 학술대회 ICROS, 2026.

← Members

Minji Woo 우민지

Minji Woo

Minji Woo

Undergraduate Student

우민지

Department of Future Automotive Engineering
Kongju National University

mjwoo@smail.kongju.ac.kr

Education

2026. 09. – Present

Undergraduate Researcher, SAIL

Kongju National University

In progress

B.S., Future Automotive Engineering

Kongju National University

Research Interests

  • Multimodal MPPI

Publications

아직 등록된 논문이 없습니다.

← Members

Seonwoo Lee 이선우

Seonwoo Lee

Undergraduate Student

이선우

Department of Mechanical Engineering
Kongju National University

seonwoo7786@smail.kongju.ac.kr

Education

2026. 10. – Present

Undergraduate Researcher, SAIL

Kongju National University

In progress

B.S., Mechanical Engineering

Kongju National University

Research Interests

  • TBD

Publications

아직 등록된 논문이 없습니다.

← Members

Sihyeon Yang 양시현

Sihyeon Yang

Undergraduate Student석사 입학예정

양시현

Department of Mechanical Engineering
Kongju National University

Education

2027. 03.

M.S., Mechanical Engineering입학예정

Kongju National University

2026. 10. – Present

Undergraduate Researcher, SAIL

Kongju National University

In progress

B.S., Mechanical Engineering

Kongju National University

Research Interests

  • TBD

Publications

아직 등록된 논문이 없습니다.

← Members

Jeongmi Kwak 곽정미

Jeongmi Kwak

M.S. Student

곽정미

Department of Mechanical Engineering
Kongju National University

jeongmi.k@smail.kongju.ac.kr

Education

2026. 09. – Present

M.S., Mechanical Engineering

Kongju National University

B.S., Smart Farm Engineering

Research Interests

  • Perception + MPPI

Publications

아직 등록된 논문이 없습니다.

Publications

주저자 공동1저자 공저자 * : 교신저자

Last updated: 2026. 11. 03.

Under Revision

  • 주저자 Three-Dimensional Turning-Circle Control Barrier Function for Obstacle Avoidance of Unmanned Underwater Vehicles

    Changyu Lee*

    Under Revision.

  • 주저자 Multimodal Trajectory Planning for Surface Vehicles using Turning Circle-based Control Barrier Function

    Changyu Lee*

    Under Revision. Project page

  • 공저자 Model Predictive Control with Actuation Dead-Time Compensation for Trajectory Tracking of Autonomous Surface Vessels

    Kiyong Park, Changyu Lee, Jinwhan Kim*

    Under Revision. SSRN

  • 공저자 Robust Collision Avoidance for Autonomous Ships with Enhanced COLREGs Compliance Using Hamilton-Jacobi Reachability

    Jinwook Park, Changyu Lee, Jinwhan Kim*

    Under Revision.

  • 주저자 Reducing Conservatism in Robust Quadrotor Trajectory Planning via Cascade Tube-based Model Predictive Control

    Changyu Lee*

    Under Revision.

  • 공저자 MARQA: LLM-Based Question Answering for Negotiation-Capable Autonomous Ship Navigation in Mixed Maritime Traffic

    Yeongha Shin, Changyu Lee, Jinwhan Kim*

    Under Revision. Project page

Under Review

  • 주저자 Safe Waypoint Tracking and Obstacle Avoidance for Surface Vehicles using Tube-based MPC

    Changyu Lee*

    Under Review.

  • 공저자 Safe Cradle Recovery of an Underactuated USV: Control System Design and Model-Scale Experimental Validation

    Kiyong Park, Jinwhan Kim*, Changyu Lee, Dong-Hoon Kim, Woong-Ki Lee, Ji-Wan Kim, Jun-Hyuk Choi

    Under Review. Project page

  • 주저자 Imitation Learning of Avoidance Modes for Computationally Efficient Multimodal Model Predictive Control

    Changyu Lee*, Byungkwan Lee, Kanghoon Yoon

    Under Review. (Collaboration with NVIDIA) Project page

  • 공저자 Safety-Critical NMPC Formation Navigation of Fully Actuated Aerial Vehicles on SE(3) with Energy-Augmented Zeroing Control Barrier Functions

    Hieu Quang Do, Changyu Lee, Quoc Van Tran*

    Under Review. (Collaboration with HUST)

In Preparation

  • 공저자 Operator-Preference Collision Avoidance for Maritime Autonomous Surface Ships using Preference-Guided MPC-CBF

    Yeongha Shin, Changyu Lee, Jinwhan Kim*

    In Preparation.

  • 공저자 Mission-Aware Multi-Ship Collision Avoidance in Traffic Separation Schemes via Time-Varying Interaction Graphs Generated by a Large Language Model

    Yeongha Shin, Changyu Lee, Jinwhan Kim*

    In Preparation.

  • 공동1저자 Dynamic Tube-based MPC with L1 Adaptation for Improved Uncertainty Compensation

    Changyu Lee**, Kiyong Park**, Jinwhan Kim*

    In Preparation.

2026

2024

2023

2022

Lecture

2026 Fall

2026 Fall

미래첨단기술의이해 I

Undergraduate

조별활동 실습
2026 Fall

메카트로닉스

Undergraduate

실습 시뮬레이터
2026 Fall

기계진동학

Undergraduate

실습 시뮬레이터

2026 Spring

2026 Spring

기전공학기초

Undergraduate

2026 Spring

딥러닝 기계학습

Undergraduate

2025 Fall

2025 Fall

로봇공학특론

Graduate

2025 Fall

메카트로닉스

Undergraduate

2025 Fall

생산공정설계

Undergraduate

Notes

Notes

MPC

Model Predictive Control

설명 보기
Notes

Autonomous Vehicle

학부연구생 온보딩

설명 보기
← Lecture

미래첨단기술의이해 I

학부 강의 실습용 시뮬레이터입니다. 아래 버튼으로 하나를 골라 조작할 수 있습니다.

조별활동

LOS 유도

eψ heading PID · Δ · Racc

← Lecture

조별활동

미래첨단기술의이해 I 조별 활동. 조 페이지와 조원 개인 페이지로 이동합니다.

실습
← Lecture

메카트로닉스

센서·필터·모델링 실습용 데모입니다. 강의를 고른 뒤 시뮬레이터를 조작할 수 있습니다.

← Lecture

기계진동학

강의별 인터랙티브 데모입니다. 강의를 고른 뒤 시뮬레이터를 조작할 수 있습니다.

← Lecture

MPC

모델예측제어 · 학기·연도와 무관한 설명 노트. 강의를 고른 뒤 본문을 읽습니다.

← Lecture

Autonomous Vehicle

학부연구생 온보딩 튜토리얼 · 강의를 고른 뒤 본문을 읽고, 코드는 GitHub에서 실행합니다.

Gallery

2026 IFAC World Congress IFAC

IFAC World Congress 2026, Busan
IFAC 2026 presentation: Efficient COLREGs-Compliant Collision Avoidance
IFAC World Congress 2026 session

2026 제어로봇시스템학회 ICROS

ICROS 2026
ICROS 2026
ICROS 2026

2025 대한기계학회 추계학술대회 KSME

KSME 2025
KSME 2025
KSME 2025

2025 수중수상로봇기술연구회 추계학술대회 USURT

USURT 2025

Contact

연구실 소개 슬라이드 보기

Prof. Changyu Lee

leeck@kongju.ac.kr

041-521-9248

Office Engineering Building #1, 609
Student lab Engineering Building #4, 112 (4공학관 112호)
1223-24, Cheonan-daero, Seobuk-gu, Cheonan-si, Chungcheongnam-do, Republic of Korea

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