[논문]다중 Myo 기반의 UAV 제어기 설계

김혁; 김동욱; 성연식

doi:10.3745/ktsde.2017.6.2.51

다중 Myo 기반의 UAV 제어기 설계
Design of Multiple Myo-Based UAV Controller 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on software and data engineering. 소프트웨어 및 데이터 공학, v.6 no.2, 2017년, pp.51 - 56

김혁 (계명대학교 컴퓨터공학부 게임모바일공학전공) , 김동욱 (계명대학교 컴퓨터공학부 게임모바일공학전공) , 성연식 (계명대학교 컴퓨터공학부)

초록
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최근에 증가한 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV) 활용에 따라 다양한 UAV 제어 방법이 도입되고 있다. 일반적으로는 UAV 조종기를 통해 직접 제어하는 방법이 많이 활용되고 있다. 하지만, 세밀한 UAV 제어를 위해서는 직관적인 사용자 인터페이스가 필요하다. 이 논문에서는 다수개의 Myo로 UAV를 제어하는 방법을 제안한다. 이를 위해서 기 개발된 지상관계시스템을 통해 Myo로 UAV를 제어하는 방법을 소개한다. 체감형 인터페이스로 UAV를 제어함으로써 직관적인 제어가 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Given that the utilization of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is recently increased, a variety of UAV control methods are being applied. In general, it has been used a lot to directly control a UAV via manipulator. However, tangible user interface is required to control UAVs accurately. This paper proposes a method for controlling an UAV based on multiple Myos. The UAV is connected to a ground control station and then controlled by Myos. Intuitive control is possible by controlling the UAV using tangible user interface.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 Myo를 이용한 UAV 제어 시스템 설계 기법을 제안한다. 제안한 시스템을 통해서 직관적인 UAV 제어가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
이 논문에서는 지상관제시스템에 체감형 입력 장치 Myo를 다수개 접목하여 UAV를 제어하는 방법을 제안한다. 제안한 방법을 통해서 두 대의 Myo를 지상관제시스템과 연결하여 다종의 UAV를 직관적으로 제어한다.

제안 방법

기존에 개발된 지상관제시스템[2]은 NUI/NUX 기반의 인터페이스가 적용된다면 더 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 버튼 형식의 UAV 제어보다 직관적인 UI를 적용하기 위해 조종기 연결을 통한 제어를 시도하였다. 하지만, 연결 및 제어에 어려움을 느끼고 있다.
7과 같이 UAV로 명령어를 송신할 때, 송신된 명령을 출력하여 사용자의 모션에 따라 생성한 명령 신호를 확인한다. 사용자가 사용 가능한 명령어는 UAV의 전진 방향 이동, 상승 및 하강 고도 조작, 좌우 회전, 이착륙, 그리고 호버링 등으로 구성한다.
왼팔과 오른팔의 역할을 보여줄 수 있었으며, 각 팔의 수신 기능을 제어함으로써 양 팔에 Myo를 착용하고 있어도, Myo로부터 수신한 값을 UAV 제어 신호로 변환할 것인지에 대한 조작을 통해서, 사용자의 편의를 제공하였다.
제안한 Myo 기반의 UAV 제어 시스템은 제어 시스템과 사용자 인터페이스 시스템으로 구분한다. 제어 시스템은 Myo 관리 시스템, 데이터 변환 시스템, 그리고 명령 신호 생성/전달 시스템으로 구성된다.
제안한 방법은 Myo로 UAV를 제어하기 위해서 Fig. 2와 같이 기존에 개발된 지상관제시스템에 추가되어 동작한다. 지상관제시스템은 외부 라이브러리와 내부 라이브러리를 참조한다.
이 논문에서는 지상관제시스템에 체감형 입력 장치 Myo를 다수개 접목하여 UAV를 제어하는 방법을 제안한다. 제안한 방법을 통해서 두 대의 Myo를 지상관제시스템과 연결하여 다종의 UAV를 직관적으로 제어한다.
제안한 시스템 중에서 사용자 인터페이스 시스템은 Myo 패널, 원시 데이터 패널, 모션 패널, 그리고 명령 패널로 구성된다.
제안한 제어 시스템은 Myo 관리 시스템, 데이터 변환 시스템, 명령 신호 생성/전달 시스템으로 구성한다. 제어 시스템은 Myo와의 연결 관리를 단일화하기 위해서 싱글톤 패턴 [9]을 적용한다.

대상 데이터

5와 같이 시각적으로 표현한다. 수신 받은 데이터는 Myo의 방향 사원수(x, y, z, w)와 8개의 근전도 센서 데이터이다.
실험에서는 Table 1과 같이 UAV 제어 시나리오를 Fig. 10 과 같이 개발한 지상관시스템에서 데이터를 수집했다. Table 1 을 통해서 14초에 왼쪽으로 움직이는 명령과 함께 전진하라는 명령이 발생되었다.
외부 라이브러리로는 서드 파티 모듈로 Myo Sharp[7]과 Myo SDK를 참조한다. Myo Sharp은 Myo를 시스템 개발 환경(C# 코드)에서 동작할 수 있도록 하기 위해서 참조한다.

이론/모형

제안한 제어 시스템은 Myo 관리 시스템, 데이터 변환 시스템, 명령 신호 생성/전달 시스템으로 구성한다. 제어 시스템은 Myo와의 연결 관리를 단일화하기 위해서 싱글톤 패턴 [9]을 적용한다. 제어 시스템은 양 팔에 각각 하나의 Myo를 착용했을 때에만 기능이 작동되도록 제한하여 오작동이 되지 않도록 한다.

성능/효과

세 번째, 복잡하고 세밀한 UAV 제어가 가능하다. 네 번째, 기존의 조작법을 채택함으로써 사용자는 친근하게 혹은 학습의 한 방식으로 UAV 제어가 가능하다.
첫 번째, 지상관제시스템에 Myo와 같은 체감형 장치를 연결하여 다종의 UAV 제어가 가능하다. 두 번째, 체감형 인터페이스로 직관적인 UAV 제어가 가능하다. 세 번째, 복잡하고 세밀한 UAV 제어가 가능하다.
두 번째, 체감형 인터페이스로 직관적인 UAV 제어가 가능하다. 세 번째, 복잡하고 세밀한 UAV 제어가 가능하다. 네 번째, 기존의 조작법을 채택함으로써 사용자는 친근하게 혹은 학습의 한 방식으로 UAV 제어가 가능하다.
13에서는 발생한 UAV 제어 신호를 나타낸다. 실험을 통해서 제안한 시스템의 데이터 측정부터 UAV 제어 까지의 처리 과정을 확인할 수 있었다.
이 논문에서는 Myo를 이용한 UAV 제어 시스템 설계 기법을 제안한다. 제안한 시스템을 통해서 직관적인 UAV 제어가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
제안한 시스템의 장점들은 다음과 같다. 첫 번째, 지상관제시스템에 Myo와 같은 체감형 장치를 연결하여 다종의 UAV 제어가 가능하다. 두 번째, 체감형 인터페이스로 직관적인 UAV 제어가 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Myo 기반의 UAV 제어 시스템은 제어 시스템과 사용자 인터페이스 시스템으로 구분하는데 제어 시스템은 무엇으로 구성되어 있는가?	제안한 Myo 기반의 UAV 제어 시스템은 제어 시스템과 사용자 인터페이스 시스템으로 구분한다. 제어 시스템은 Myo 관리 시스템, 데이터 변환 시스템, 그리고 명령 신호 생성/전달 시스템으로 구성된다. Myo 관리 시스템은 Myo의 연결, 연결해제, 그리고 데이터 수신 기능을 제공한다.
	Myo는 무엇인가?	조종사의 모션을 인식하여 UAV를 제어하기 위해 Myo를 지상관계시스템에 접목한 사례가 있다[4, 6]. Myo는 팔뚝에 착용해서 사용자의 근전도 및 가속도 등을 측정하는 체감형 입력 장치다. 사용자는 Myo를 착용하고, UAV와의 상호작용을 통해 직관적으로 UAV를 제어할 수 있다.
	Myo SDK은 무엇을 처리하기 위해 참조하는가?	이는 별도의 외부 라이브러리 Code Contracts[8]를 필요로 하기 때문에 추가로 참조한다. Myo SDK는 Myo의 연결, 연결 해제, 그리고 데이터 수신 등의 기능을 처리하기 위해 참조한다.

참고문헌 (9)

Paul Gerin Fahlstrom, Thomas James Gleason, Introduction to UAV Systems, Forth Edition, Willy, 2012.
Yunsick Sung, Jeonghoon Kwak, Deokgyu Yang, and Youngmin Park, "Ground Station Design for the Control of Multi Heterogeneous UAVs," Korea Multimedia Society Spring Conference, Vol.18, No.1, pp.829-830, Andong Culture and Art Center, Andong, Korea, May, 28-30, 2015.
Deokgyu Yang, Jeonghoon Kwak, and Yunsick Sung, "Ground Station Framework Design for Multiple UAVs with Embedded Devices," Advanced Science and Technology Letters (ASTL), Vol.107, pp.20-24, 2015.
Myo [Internet], https://www.myo.com/.
Pfeil, Kevin, "An Exploration Of Unmanned Aerial Vehicle Direct Manipulation Through 3D Spatial Interaction," University of Central Florida, Master Thesis, 2013.
Jonathan Cacace, Alberto Finzi, and Vincenzo Lippiello, "Multimodal Interaction with Co-located Drones for Search and Rescue," 2nd Workshop on Artificial Intelligence and Robotics, pp.54-67, 2015.
Myo Sharp [Internet], https://github.com/tayfuzun/MyoSharp.
Code Contracts [Internethttp://research.microsoft.com/en-us/projects/contracts/.
Gamma Erich, Richard Helm, Ralph Johnson, and John Vlissides, "Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software," Pearson Publisher, 2007.

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