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자이로 센서와 PID 제어를 이용한 드론 비행 안정화에 관한 연구
A Study on Flight Stabilization of Drones by Gyro Sensor and PID Control 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.12 no.4, 2017년, pp.591 - 598  

윤단비 (남서울대학교 전자공학과) ,  이규열 (남서울대학교 전자공학과) ,  한상기 (남서울대학교 전자공학과) ,  김용훈 (남서울대학교 전자공학과) ,  이승대 (남서울대학교 전자공학과)

초록
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현재 무인항공기의 기술 변화와 시장 규모는 발 빠르게 확산되고 있다. 활용 범위의 확대로 드론을 쉽게 접할 수 있게 되면서 조종자의 조종 미숙으로 인한 피해가 발생한다. 이러한 문제 발생으로 인한 피해를 최소화하기 위해서 드론의 안정적인 비행 능력이 요구되며 이를 위하여 모터의 안정적인 속도 제어가 요구된다. 따라서 본 논문에서는 모터의 제어 방안으로 Arduino를 주 제어장치로 사용하였으며 기체의 자세 안정화를 위하여 가속도 센서와 자이로 센서를 사용하였다. 또한, 초음파 센서를 드론에 탑재하여 일정 높이에서 호버링이 가능하도록 하였다. 안드로이드 앱을 이용하여 드론을 제어하였으며 그 결과 0~2m 범위의 지정한 위치에서 안정적으로 호버링이 가능함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The changes of technology and the size of markets for unmaned aerial vehicle are getting bigger presently. Damage happens because of user's poor operation since accesses to the drones are easy. To minimize the damage, drone's stabilized flight skills are required, and controlling the motor to balanc...

주제어

#쿼드 콥터   #아두이노   #자이로 센서   #가속도 센서   #멀티위   #초음파 센서  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 무인항공기의 기술 변화 추세에 대응하여 쿼드콥터의 기반기술을 확립하기 위해 PID(: Proportional Integral Derivative) 제어기를 설계하여 4개의 brushed DC motor가 장착된 쿼드콥터를 제작하고자 한다. 제어 장치로는 Arduino를 사용하며 기체의 이동 방향의 값을 얻기 위하여 가속도, 자이로 센서를, 기체와 땅의 거리 값을 어플리케이션에 받기 위하여 초음파 센서를 사용하고자 한다.
  • 따라서 본 논문에서는 쿼드콥터의 안정화 비행을 위한 PID 시스템을 제어하고자 하였다. 쿼드콥터 동역학 방정식을 이용하여 쿼드콥터 모델링을 구성하였고, PID 설계를 하였다. 블루투스 통신을 하고 자이로센서와 가속도 센서를 이용하여 기체의 수평 주행 시각 모터 속도를 제어하였고, 초음파 센서로 지면과의 거리를 측정해 깊이를 알 수 없는 곳에 깊이를 측정하거나 대상과의 거리를 알 수 있도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
쿼드콥터는 어디에 활용되는가? 쿼드콥터(quad-copter)는 현재 항공 촬영, 아마존프라임 에어, 도미노 피자에서 무인 택배, 농촌의 방역, 방제 등 다양한 곳에 활용하지만 법적인 문제나 다른 요인으로 인해 기술적으로는 이미 완성되어 있어도 활용하지 못하는 곳이 많다. 따라서 법적인 문제만 해결된다면 쿼드콥터는 사용할 수 있는 범위가 광범위하게 발전되어 갈 것으로 전망되고 있다.
드론으로 인해 발생하는 인명 및 재산 피해의 원인은? 드론은 구조가 단순하고 접근성이 높다. 하지만 드론 활용 범위 확대와 더불어 조종자의 조종 미숙이나 잘못된 드론 설정으로 발생하는 오작동 등의 원인으로 인명 및 재산 피해가 발생하고 있다. 택배 및 자율비행 등의 드론 임무에서는 더 정확한 비행이 요구되어 드론의 비행 안정성은 더욱 중요해졌다[1].
4개의 brushed DC motor가 장착된 쿼드콥터 제작 시 적용되는 제어 장치는? 따라서 본 논문에서는 무인항공기의 기술 변화 추세에 대응하여 쿼드콥터의 기반기술을 확립하기 위해 PID(: Proportional Integral Derivative) 제어기를 설계하여 4개의 brushed DC motor가 장착된 쿼드콥터를 제작하고자 한다. 제어 장치로는 Arduino를 사용하며 기체의 이동 방향의 값을 얻기 위하여 가속도, 자이로 센서를, 기체와 땅의 거리 값을 어플리케이션에 받기 위하여 초음파 센서를 사용하고자 한다. 각 센서 값을 이용해 PID 제어를 하고 자세에 따라 PWM(: Pulse Width Modulation) 값을 받아 ESC(: Electronic Speed Controller)를 통해 모터의 속도를 제어하고자 한다.
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참고문헌 (11)

  1. S. Chae and S. Hong, "The Opportunity and Risk Analysis of Commercial Drones," IITP(Institute for Information and Communications Technology Promotion), Jeju, Korea, June, 2015, pp. 736-737. 

  2. Y. Kim, J. Shin, S. Lee, H. Lee, H. Lim, K. Kim, and S. Lee, "Quad-rotor Attitude Stabilization by using PID Controller," J. of Aerospace System Engineering, vol. 4, no. 4, 2010, pp. 18-27. 

  3. C. Basdogan, Discrete PID Controller, Robotics Courses. Istanbul: Koc University Press, 2004. 

  4. S. Bouabdallah, P. Murrieri, and R. Siegwart, "Towards Autonomous Indoor Micro VTOL," Autonomous Robots, vol. 18, no. 2, 2005, pp. 171-183. 

    상세보기 crossref

  5. A. Natraj, L. Sang, D. Eynard, C. Demonceaux, and P. Basseur, "Omnidirectional Vision for UAV: Applications to Attitude, Motion and Altitude Estimation for Day and Night Conditions," J. of Intelligent & Robotic Systems, vol. 69, no. 4, 2013, pp. 459-473. 

    상세보기 crossref

  6. N. Jung and S. Kim, "A Study on the Camera Gimbal System of Unmanned Flight Vehicle for VR360 Degree Omnidirectional Photographing," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 11 no. 8, 2016, pp. 767-772. 

  7. L. Uk, Y. Hun, J. Wook, P. Bae, and C. Ho, "Modeling and Controller Design of Quadrotor UAV," Proc. of the Korean Institute of Electrical Engineers Summer Annual Conf., Youngpyoung, Korea, July 2011, pp. 1922-1923. 

  8. B. Yun, J. Jeong, S. Ha, K. Kim, and J. Park, "Quad Copter attitude control with gyro sensor and acceleration sensor," J. of The Korean Society of Computer and Information, vol. 21, no. 1, 2013, pp. 111-112. 

  9. M. Seo, Making and Direct Coding of Arduino Drones. Seoul: Answer Book, 2016. 

  10. J. Jo, "Communication Network Topology and Performance Evaluation of the Drone Delivery System for Collision Avoidance," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 10, no. 8, 2015, pp. 915-920. 

    원문보기 상세보기 crossref

  11. G. Cha, I. Sim, S. Hong, J. Jung, and J. Kim, "A Study of Method and Algorithm for Stable Flight of Drone," J. of Satellite, Information and Communications, vol. 10, no. 3, 2015, pp. 32-37. 

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