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두 대의 드론을 이용한 편대 비행 제어 시스템 구현
An Implementation of Formation Flight Control System Using Two Drones 원문보기

대한임베디드공학회논문지 = IEMEK Journal of embedded systems and applications, v.11 no.6, 2016년, pp.343 - 351  

김동진 (ETRI) ,  박영석 (Kyungnam University)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we implemented a formation flight control system using two drones. Ground control system communicates with drones by MAVLink protocol, does keep watch on drone's status and sends simultaneously formation flight instructions to drones in real time. Two drones have been able to fly by a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 단일 드론의 비행시간 대비 임무 능력 확대를 위해 두 대의 드론으로 편대 비행을 구현하였다. 각각의 드론은 단일 지상제어시스템과 동시에 실시간 통신을 하며, 현재 기체 상태를 모니터링 가능하고, 지상제어시스템의 임무 제어 기능을 통해 각각의 드론으로 동시에 임무 전달이 가능하며, 두 대의 드론은 동시에 임무를 수행할 수 있다.
  • 본 연구에서는 두 대의 기체를 동시에 운용할 수 있는 지상 제어 시스템을 개발하였다.
  • 본 연구에서는 두 대의 기체를 동시에 운용할 수 있는 편대 비행 시스템을 구현하였다. 실험 결과 지상 제어 시스템에서 편대 비행 명령을 주었을 때, 두 기체는 편대 비행 알고리즘에 의해 동시에 설정한 좌표로 이동하는 것을 확인하였다.

가설 설정

  • 그림 11은 선두기와 추종기의 고도를 나타낸 결과이다. 가로축이 시간이고, 세로축이 고도이다. 파란색 선이 선두기, 분홍색선이 추종기의 고도이다.
  • 두 기체의 최고 속도는 5m/s로 설정되어 있다. 바람이 불면 두 기체는 수평 유지를 위해 비행 속도를 줄인다. 또한 두 기체가 편대 비행 좌표에 도달하면 호버링 상태로 대기하며, 다음 명령이 하달되면 임무 수행 좌표로 이동하는 것을 고려하면 비행속도는 0m/s에서 5m/s 사이를 두 기체가 거의 일정하게 변경하며 비행하였음을 알 수 있다.
  • 그림 5는 MAVLink Protocol의 패킷구조로써 CAN 통신의 SAE AS-4 표준을 따르고 있다. 최소 패킷 길이는 Acknowledgement를 제외하고 8Bytes이다. 최대 패킷 길이는 263Bytes이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
주요 유통 업체들이 물류 서비스에 드론을 이용하는 것은 왜인가? 드론의 장점으로는 무엇보다도 뛰어난 이동성이다. 미국의 아마존, 중국의 알리바바, 독일의 DHL 등 주요 유통 업체들이 물류 서비스에 드론을 이용하는 것은 신속한 이동수단을 활용하여 배송의 효율을 높임으로써 차별적인 경쟁력을 갖출 수 있기 때문이다 [1]. 특히 드론은 인간의 접근이 어려웠던 분야에서 다양한 성과를 올리고 있으며, 유인기가 수행하기 어려운 분야의 업무를 신속하고 정확하게 해결할 수 있는 대안이며, 적용분야의 확대로 빠르게 성장하고 있는 산업이다.
편대비행 알고리즘은 무엇을 생성하는가? 편대비행 알고리즘은 선도기와 추종기의 위치 및 선도기 헤딩 방향을 이용하여 추종기가 추종해야 할 트랙을 생성한다. 그림 1은 선두기의 유도 라인을 도시한 결과이며, 생성되는 트랙은 매 샘플링시간마다 새롭게 생성된다.
드론이 현재 가지고 있는 한계점은 무엇인가? 특히 드론은 인간의 접근이 어려웠던 분야에서 다양한 성과를 올리고 있으며, 유인기가 수행하기 어려운 분야의 업무를 신속하고 정확하게 해결할 수 있는 대안이며, 적용분야의 확대로 빠르게 성장하고 있는 산업이다. 하지만 현재 배터리 기술의 한계로 비행시간이 짧아 공중에서 장시간 체공을 통한 정찰, 정보 수집과 같은 임무를 단일 기체로 수행하는 것은 한계가 있다 [2].
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참고문헌 (12)

  1. H.Jung, H.K. Lee, "Direction of logistics service using drone," Korea Information Society Development Institute Postal information review, pp. 1-27, 2015 (in Korean). 

  2. D.I. You, C.H. Shim, "Leader - follower based formation guidance law and autonomous formation flight test of multiple MAVs," Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, Vol. 39, No. 2, pp. 121-127, 2011 (in Korean). 

  3. Y.K. Song, C.H. Heo, S.J. Lee, J.H. Kim, "Autonomous formation flight tests of multiple UAVs," Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, Vol. 38, No.3, pp. 264-273, 2010 (in Korean). 

  4. D.W. Lee, J.H. Lee, S.K. Kim, J.Y. Suk, "Design of a track guidance algorithm for formation flight of UAVs," Journal of institute of control, robotics and systems, Vol. 50, No. 12, pp. 1217-1224, 2014 (in Korean). 

  5. http://qgroundcontrol.org/mavlink/start 

  6. L.V. Santana, A.S. Brandao, M. Sarcinelli-Filho, "Outdoor waypoint navigation with the AR.Drone quadrotor," Proceedings of International Conference on Unmanned Aircraft Systems, 2015. 

  7. J.H. Kim, S. Sukkarieh, S. Wishart, "Real-time navigation, guidance, and control of a UAV using low-cost sensors," Springer Tracts in Advanced Robotics, Vol. 24, pp. 299-309, 2016. 

  8. G.H. Elkaim, F.A.P. Lie "Principles of guidance, navigation and control of UAVs," Handbook of Unmanned Aerial Vehicles, pp. 347-380, 2015. 

  9. http://www.dji.com/kr/product/flame-wheel-arf/feature 

  10. H.Lim, J.M. Park, D.W. Lee, H.J. Kim "Build your own quadrotor: open-source projects on unmanned aerial vehicles," IEEE Robotics & Automation Magazine, Vol. 19, No. 3, pp. 33-45, 2012. 

  11. S.K. Phang, K. Li, K.H. Yu, B.M. Chen, T.H. Lee, "Systematic design and implementation of a micro unmanned quadrotor system," Unmanned Systems, Vol. 2, No. 2, 2014. 

  12. D.B. Wilson, A.H. Goktogan, "An unmanned aerial vehicle rendezvous and formation flight demonstration," Proceedings of International Conference on Unmanned Aircraft Systems, 2012. 

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