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면역 알고리즘을 이용한 쿼드로터 장애물회피 기술
An Obstacle Avoidance Technique of Quadrotor Using Immune Algorithm 원문보기

대한임베디드공학회논문지 = IEMEK Journal of embedded systems and applications, v.9 no.5, 2014년, pp.269 - 276  

손병락 (DGIST) ,  한창섭 (Sun Moon University) ,  이현 (Sun Moon University) ,  이동하 (DGIST)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In recent, autonomous navigation techniques to avoid obstacles have been studied by using unmanned aircraft vehicles(UAVs) since the increment of UAV's interest and utilization. Particularly, autonomous navigation based UAVs are utilized in several areas such as military, police, media, and so on. H...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 소실점기반 자율주행 기법의 단점을 극복하기 위해, 면역 알고리즘 기반의 장애물 회피 알고리즘을 구현하고자 한다. 면역알고리즘 기반의 장애물 회피 알고리즘이란, 장애물 색상에 따라, UAVs가 장애물을 만났을 때, UAVs는 먼저 장애물 색상을 인식한 뒤, 면역 알고리즘에서 사용되는 항체의 색상과 비교하게 된다.
  • 2) 다중색상 판별 알고리즘으로 구성되어있다. 본 논문에서는 단일색상 판별 알고리즘을 적용시켜 이전 연구[4] 문제점을 극복하고자 하며, 다중색상 판별 알고리즘을 적용시켜 단일색상 판별 알고리즘에서의 문제점을 극복하고자 한다.
  • 본 논문에서는 선행연구[12]보다 더 나은 성능을 만들기 위해, 장애물 색을 판별하여 항체와 비교 하여 같은 색의 장애물인 경우, 보다 빨리 장애물을 인식하고 다른 경로를 찾을 수 있도록 UAV회전 속도를 높이는 방식으로 건물 안의 통로에서 [12]보다 더 빠른 목표지점 도달 시간을 보여주고자 한다.
  • 본 연구팀에서도 그림 1과 같은, 소실점 기반의 자율주행 시스템을 연구했으며, 통로에서 안전하게 끝 방향을 탐색하여 진행하는 연구를 수행하였다. 예로, 실내 환경에서의 통로는 양면의 벽면부와 천장부, 바닥부를 가지고 있다.
  • 본 논문에서는 실험대상 이외의 장애물이 없고 소실점을 판별할 수 있는 통로에서 실험하였으며, 다중색상 판별 알고리즘을 실험하기에 앞서, 항체모델을 흰색, 검정, 노랑, 파랑, 주황의 5가지 색깔로 표현했다. 여러 색깔을 적용하기에 앞서 기본적으로 무채색(흰색, 검정)과 RGB(노랑, 파랑, 주황)의 기본 3색을 이용하여 색깔을 구분하고자 함이다. 이는 실제 건물 안에서의 탐색 진행시의 상황을 고려한 것으로, 대부분 기존 건물 안의 통로가 단색으로 이루어져 있지만, 여러 색으로 벽면이 이루어져 있는 부분도 탐색을 진행하기 위해 5가지 색의 항체 모델을 두었다.
  • 이는 실제 건물 안에서의 탐색 진행시의 상황을 고려한 것으로, 대부분 기존 건물 안의 통로가 단색으로 이루어져 있지만, 여러 색으로 벽면이 이루어져 있는 부분도 탐색을 진행하기 위해 5가지 색의 항체 모델을 두었다. 특히, 검정색 패널과 흰색 패널을 이용하였고 RGB 색상의 극명한 값을 주어 정확한 결과 값을 얻고자 하였다. 예로, 각 항체 모델의 색상을 픽셀 값으로 설정할 때, 기본 RGB 색상별로 5색상을 (65,65,65), (230,230,230), (229,216,92), (242,150,97), (103,153,225)로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
UAV의 대표적인 자율제어 기법으로 무엇이 있는가? 1) 원격조종은 UAVs를 직접 제어하여 기동시키는 것[3]이고 2) 자율제어는 주어진 환경에 적응하여 모니터링 하는 방법이다. 대표적인 자율제어 기법으로는 소실점 기반의 자율주행 기법이 있다[4]. 이 기법은 카메라센서를 이용하여 소실점을 구해서 무인항공기의 진행 방향을 판단하는 것이다.
UAV 원격조종과 자율제어는 각각 어떠한 방법인가? 그리고 장애물 회피방식으로는 크게 원격조종과 자율제어의 2가지 방법이 있다. 1) 원격조종은 UAVs를 직접 제어하여 기동시키는 것[3]이고 2) 자율제어는 주어진 환경에 적응하여 모니터링 하는 방법이다. 대표적인 자율제어 기법으로는 소실점 기반의 자율주행 기법이 있다[4].
UAV의 장애물 회피방식으론 무엇이 있는가? 특히, 무인항공기에서 사용되는 자율주행 기법은 주로 군사적 정찰용 으로 활용되어지고 있는데[2], 가장 주된 자율주행 기법의 이슈는 자율적으로 장애물을 회피하는데 어려움이 있다는 것이다. 그리고 장애물 회피방식으로는 크게 원격조종과 자율제어의 2가지 방법이 있다. 1) 원격조종은 UAVs를 직접 제어하여 기동시키는 것[3]이고 2) 자율제어는 주어진 환경에 적응하여 모니터링 하는 방법이다.
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참고문헌 (13)

  1. L. Brief, "Growth Opportunity in Global UAV Market," Proceedings of Lucintel Brief, 2011. 

  2. C. Goerzen, Z. Kong, B. Mettler, "A Survey of Motion Planning Algorithms from the Perspective of Autonomous UAV Guidance," Journal of Intelligent Robot Systems, Vol. 57, No. 1-4, pp. 65-100, 2010. 

  3. Y. Kang, B. Park, C. Yoo, Y. Kim, S. Koo, "Assessment of flight control performance based on the ground test results of Smart UAV," Aerospace Engineering and Technology, Vol. 9, No. 1, pp. 1-8, 2010. 

  4. B. Son, S. Kang, H. Lee, D. Lee, "A Real Time Quadrotor Autonomous Navigation and Remote Control Method," IEMEK J. Embed. Syst. Appl., Vol. 8, No. 4, pp, 205-212, 2013 (in Korean). 

  5. http://www.air-gate.co.kr/ 

  6. P. Bristeau, F. Callou, D. Vissiere, N. Petit, "The Navigation and Control technology inside the AR. Drone micro UAV," Proceedings of IFAC World Congress, pp. 1477-1484, 2011. 

  7. C. Bills, J. Chen, A. Szxena, "Autonomous MAV Flight in Indoor Environments using Single Image Perspective Cues," Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 5776-5783, 2011. 

  8. A. Huang, A. Bachrach, P. Henry, M. Krainin, D. Maturana, D. Fox, N. Roy, "Visual odometry and mapping for autonomous flight using an RGB-D Camera," Proceedings of the International Symposium on Robotics Research, 2011. 

  9. E. Morimoto, M. Suguri, M. Umeda, "Obstacle Avoidance System for Autonomous Transportation Vehicle based on Image Processing," Journal of Scientific Research and Development, Vol. 4, pp. 1-11, 2002. 

  10. K. Boudjit, C. Larbes, M. Alouache "Control of Flight Operation of a Quad rotor AR. Drone Using Depth Map from Microsoft Kinect Sensor," International Journal of Engineering and Innovative Technology, Vol. 3, No. 3, pp. 15-19, 2013. 

  11. J. Engel, J. sturm, D. Cremers, "Camera-based navigation of a low-cost quadrocopter," Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp. 2815-2821, 2012. 

  12. R. Challoo, P. Rao, "Navigation control and path mapping of a mobile robot using artificial immune systems," International Journal of Robotics and Automation, Vol. 1, No. 1, pp. 1-25, 2010. 

  13. U.S. Dept. of Health and Human Services National Institutes of Health, "Understanding the Immune System How It Works", NIH Publication No. 07-5423, pp. 1-54, 2007. 

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