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실내 환경에서의 능동카메라 기반 쿼더콥터의 호버링 제어
Onboard Active Vision Based Hovering Control for Quadcopter in Indoor Environments 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.20 no.1, 2017년, pp.19 - 26  

진태석 (동서대학교 메카트로닉스공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we describe the design and performance of UAV system toward compact and fully autonomous quadrotors, where they can complete logistics application, rescue work, inspection tour and remote sensing without external assistance systems like ground station computers, high-performance wirel...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 메인 로터의 직경이 수 10 [cm] 소형 쿼드콥터를 이용한 자율 비행 제어 연구를 실 하고 있다. 특히 소형 헬기는 외부 풍향의 영향으로 야외 비행이 어렵기 때문에 실내에서 비행 실험을 실시하고 있으며 쿼드콥터의 페이로드를 고려하여 내부에 설치된 영상센터 모듈을 이용한 비주얼 서보에 따른 자율 비행 제어를 달성하고 있다.
  • 본 연구에서는 쿼더콥터의 비행제어를 위한 소 형 온보드 프로세서와 직경 30cm 크기의 쿼더콥터 기체의 설계 및 제작에서 구현한 하드웨어 및 소프트웨어의 개요와 지상의 제어장치를 중심으로 한 원격통신과 환경의 특징점 마크를 인식에 따른 호버링에 대한 실험결과와 성능평가를 제시하였 다. 이러한 성능 측정 실험을 통해 환경 모니터링이나 보안지역감시 및 경비 등 실용적인 응용에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
  • 육상 로봇과 달리 이동 바퀴의 오도메토리 정보를 바탕으로 자기위치추정을 할 수 없는 문제점을 갖고 있기 때문에 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로 본 연구에서는 영상기반의 영상획득을 기본으로한 위치추정 기법에 관련 기초 연구를 수행하고자 한다. 영상센서를 UAV에 탑재하여 객체의 영상을 획득하고 그 획득한 영상을 기반으로 한 쿼드로터의 위치제어를 구현 한 실험결과를 제시하고자 한다.
  • 그 중에서도 소형 쿼드로터의 대부분은 시각센서를 이용한 피드백을 이용하고 있다. 육상 로봇과 달리 이동 바퀴의 오도메토리 정보를 바탕으로 자기위치추정을 할 수 없는 문제점을 갖고 있기 때문에 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로 본 연구에서는 영상기반의 영상획득을 기본으로한 위치추정 기법에 관련 기초 연구를 수행하고자 한다. 영상센서를 UAV에 탑재하여 객체의 영상을 획득하고 그 획득한 영상을 기반으로 한 쿼드로터의 위치제어를 구현 한 실험결과를 제시하고자 한다.
  • 채도는 색의 채도와 부피를 나타내는 파라미터이다. 채도를 이용한 배경 차분 배경에 특징점과 비슷한 색상을 가진 영역을 특징정보로 오인하는 것을 보완하기 위해 실시한다. 취득 이미지와 배경 이미지의 특징점 탐색 영역에서 각 화소의 채도의 차이를 구한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
UAV는 왜 사람의 출입이 위험지역에서 사용되기 적합한가? 최근 UAV (Unmanned Aerial Vehicle)의 소형화 및 센서의 고성능화가 진행되면서 물류서비스, 재난 구호, 감시 임무, 엔터테인먼트 등과 같은 다양한 응용분야로 연구와 제품화가 진행되고 있다. 그리고 소형 쿼드콥터의 수직 이동 특성과 공중 정지 특성을 가지고 있기 때문에 실내 비행이 가능하고 자율 비행이 가능하다는 점에서 사람의 출입이 어려운 위험 지역에 비행이나 감시가 가능 하게 되었다. 또한, 기체의 소형화로 비용을 절감하며 추락시의 위험을 줄일 수 있는 특징으로 인하여 소형 쿼드로터 헬기와 관련된 하드웨어 및 소프트웨어 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
모선 캡처 시스템을 이용하여 UAV를 제어하려고 할 때 발생할 수 있는 문제점은 무엇인가? 이 방법을 이용한 군집비행에 의한 성능평가 및 결과 등의 해외 연구가 이미 진행되고 있는 실정이다. 그러한 방법은 모션캡처 시스템의 가시범위 외(10㎡ 정도)에서는 UAV을 제어할 수 없다는 문제점도 제기되었다.
UAV가 수송 탐사, 감시, 구조 활동 등의 임무를 수행하기 위하여 해결해야 하는 문제점은 무엇인가? 이러한 활동을 수행하기 위해서는 쿼드콥터의 환경 모니터링과 자세 제어를 위한 센서의 탑재를 중요한 과제로 도출되고 있다. 그 중에서도 소형 쿼드로터의 대부분은 시각센서를 이용한 피드백을 이용하고 있다.
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참고문헌 (12)

  1. E.H. Sun, T.H. Luat, D.Y. KIm, and Y.T. KIm, "A Study on the Image-based Automatic Flight Control of Mini Drone," Korea Institute of Intelligent Systems, vol. 25, no. 6, pp. 536-541, (2015). 

  2. D. Mellinger and V. Kumar, "Minimum snap trajectory generation and control for quadrotors," in IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 2520-2525, (2011). 

  3. Mark W. Mueller and Raaello D'Andrea "Critical subsystem failure mitigation in an indoor UAV testbed," in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, October, (2012). 

  4. M. Hehn and R. D'Andrea, "A Flying inverted pendulum," in Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, (2011). 

  5. P. Bouard, A. Aswani, and C. Tomlin, "Learningbased model predictive control on a quadrotor: Onboard implementation and experimental results," IEEE International Conference in Robotics and Automation (ICRA), pp. 279 -284, (2012). 

  6. J.O. Park, J.H. Sul, S.C.Kim, and Y.D. Lim, "Flight Attitude Control of using a Fuzzy Controller," Korea Institute of Intelligent Systems, vol. 13, no. 1, pp. 91-96, (2003). 

  7. D.R. Kim, D.M. Kim, and J.Y. Suk, "Vision Processing for Precision Autonomous Landing Approach of an Unmanned Helicopter," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, vol.15, no.1, pp. 54-60, (2009). 

  8. H.J. Han, T.S. Jin, "Dynamic Modeling based Flight Control of Hexa-Rotor Helicopter System," Korea Institute of Intelligent Systems, vol. 25, no. 4, pp. 398-404, (2015). 

  9. M.G. Yoo, and S.K. Hong, "Target Tracking Control of a Quadrotor UAV using Vision Sensor," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol.40, no.2, pp. 118-128, (2012) 

  10. D.Y. Yun, and S.H. Kim, "A Design of Fire Monitoring System Based On Unmaned Helicopter and Sensor Network," Korea Institute of Intelligent Systems, vol. 17, no. 2, pp. 173-178, (2007). 

  11. S.Y. Kang, and T.S. Jin, "Performance Enhancement of the Attitude Estimation using Small Quadrotor by Vision-based Marker Tracking," Korea Institute of Intelligent Systems, vol. 25, no. 10, pp. 445-450, (2015). 

  12. "AR-Drone" http://ardrone.parrot.com/parrot-ardrone/select-siteh 

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