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적응적 Two-Track 기술을 이용한 드론의 균형 제어
Balance Control of Drone using Adaptive Two-Track Control 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.12 no.6, 2019년, pp.666 - 671  

김장원 (Department of Electronic Engineering, Gachon University)

초록
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소형 드론에서 사용되는 FC(Flight Controller)는 사용하는 MCU가 대형 드론과는 달라서 복잡한 연산을 수행하지 않아도 되는 단순한 구조로 개발되었다. 또한 소형 드론의 균형제어는 복잡한 필터를 이용하는 Kalman Filter나 연산수가 상대적으로 많은 Complementary Filter를 이용한 방법보다는 좀 더 단순하고 간단해야 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 이에 적합한 방법으로 동작하는 Two-Track 제어를 이용하여 효과적으로 소형 드론에서도 균형제어가 이루어질 수 있도록 하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 긴 시간의 변화량에 대한 데이터 처리를 통해 정확한 보정을 해주는 장점이 있는 Acceleration 센서와 짧은 시간의 변화량에 대한 데이터 처리를 통해 드론 균형을 유지해주는 Gyroscope 센서가 드론의 불균형에 대해 적응적으로 동작하여 단순한 구조와 적은 연산량으로도 효율적인 균형을 유지해주는 시스템이다. Two-Track 제어를 이용하여 100회 이상 반복하여 드론 비행을 실험한 결과 대부분 안정적인 동작을 수행하였으며, 갑자기 발생하는 급격한 바람의 영향에는 아직도 정상상태로 진입하는데 어려움이 있는 것을 제외하면 98% 이상 정상상태 동작을 유지하였음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The flight controller(FC) used in small-sized drone was developed as simple structure does not perform complex operations because it uses different MCU with large-sized drone. Also, the balance control of small-sized drone should be simpler than Kalman filter using complex filter and the method usin...

주제어

#FC(Flight Controller)   #MPU6050   #Kalman Filter   #Complementary Filter   #Two-Track Control  

표/그림 (7)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 지금까지 FC들은 위에서 열거한 센서들에 의존하여 이 문제를 해결[4-6]하고자 하지만 센서에서 보정 신호를 제공한다 하도라도 이를 적절하게 활용하지 못하여 드론의 정상적인 동작을 수행하지 못하는 경우가 있다. 따라서 본 연구에서는 드론에 대한 급격하거나 긴 시간동안 외부 영향이 있을 때, 드론이 이에 따른 빠른 반응으로 드론의 목적에 부합하는 자세 및 동작 제어가 가능한 방법을 제안하고자 하며 소형드론을 효율적으로 조종할 수 있도록 하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
드론에서 Acceleration 센서가 가지는 장점은 무엇인가? 따라서 본 연구에서는 이에 적합한 방법으로 동작하는 Two-Track 제어를 이용하여 효과적으로 소형 드론에서도 균형제어가 이루어질 수 있도록 하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 긴 시간의 변화량에 대한 데이터 처리를 통해 정확한 보정을 해주는 장점이 있는 Acceleration 센서와 짧은 시간의 변화량에 대한 데이터 처리를 통해 드론 균형을 유지해주는 Gyroscope 센서가 드론의 불균형에 대해 적응적으로 동작하여 단순한 구조와 적은 연산량으로도 효율적인 균형을 유지해주는 시스템이다. Two-Track 제어를 이용하여 100회 이상 반복하여 드론 비행을 실험한 결과 대부분 안정적인 동작을 수행하였으며, 갑자기 발생하는 급격한 바람의 영향에는 아직도 정상상태로 진입하는데 어려움이 있는 것을 제외하면 98% 이상 정상상태 동작을 유지하였음을 확인하였다.
Two-Track 제어 기술을 이용한 드론의 균형 제어는 어떠한 시스템인가? 따라서 본 연구에서는 이에 적합한 방법으로 동작하는 Two-Track 제어를 이용하여 효과적으로 소형 드론에서도 균형제어가 이루어질 수 있도록 하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 긴 시간의 변화량에 대한 데이터 처리를 통해 정확한 보정을 해주는 장점이 있는 Acceleration 센서와 짧은 시간의 변화량에 대한 데이터 처리를 통해 드론 균형을 유지해주는 Gyroscope 센서가 드론의 불균형에 대해 적응적으로 동작하여 단순한 구조와 적은 연산량으로도 효율적인 균형을 유지해주는 시스템이다. Two-Track 제어를 이용하여 100회 이상 반복하여 드론 비행을 실험한 결과 대부분 안정적인 동작을 수행하였으며, 갑자기 발생하는 급격한 바람의 영향에는 아직도 정상상태로 진입하는데 어려움이 있는 것을 제외하면 98% 이상 정상상태 동작을 유지하였음을 확인하였다.
MPU6050 센서의 특징은 무엇인가? 본 연구에 사용된 가속도 자이로 센서는 MPU6050이며 그림 1에 나타내었고, 이 센서로 드론의 기울어진 정도와 몸체 회전 속도를 알 수 있다. 이 센서는 가속도 3축, 자이로 3축, 온도에 대한 총 7가지 데이터를 제공한다. 자이로 센서는 조종기를 통한 RPY(Roll, Pitch, Yaw) 값이 드론 몸체를 급격하게 회전 시키고자 할 때, 자세 제어가 되지 않아 뒤집어지거나 충돌하는 것을 방지하기에 우수 하므로, 조종기를 통한 RPY 값 입력에 의한 드론의 균형제어와 미세한 자세 변화에 대한 균형제어를 하고, 가속도 센서는 크고 긴 시간동안의 외부 충격이나 바람의 영향에 의한 드론 몸체를 크게 회전시킬 때, 자이로 센서보다 효율적인 반응을 하므로 외부 영향에 의한 드론의 균형제어를 수행한다.
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참고문헌 (8)

  1. M. H. Seung, S. H. Han, J. C. Kim, H. C. Gong, "Development of the Multi Propeller based Attitude Control Method for VTOL type Compound Aircraft", Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, vol. 46, no. 6, pp. 455-462, 2017. 

  2. Hee-Wan Kim, "A Study on Application Methods of Drone Technology", Journal of Korea Institute of Information, Electronics and Communication Technology, vol. 10, no. 6, pp. 601-608, 2017. 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. K. H. Kim, S. H. Park, K. R. Oh, P. S. Lee, B. M. Seung, G. M. Oh, W. H. Lee, Y. H. Kim, "Development of VTOL and Flight controller using Pixhawk Flight Controller", Conference of Institute of Control, Robotics and Systems, pp. 67-69, 2019. 

  4. Bo-Hwan Jung, "Implementation of Educational Drone using Arduino Uno and GY-86"Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 56, no. 1, pp. 115-120, 2019. 

    상세보기

  5. S. S. Jeong, K. M. Kwon, "The MANET based Distributed Control Communications for Remote Controlled drones", Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 53, nO. 5, pp. 814-819, 2016. 

  6. Jong Tai Jang, Hyeon Cheol Gong, Joon Lyou, "Multicopter 3D Flight Attitude Control Using Rotation Matrix and Rotation Vector", Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, vol. 23, no. 11, pp. 997-1003, 2017. 

    상세보기 crossref

  7. Ihnseok Rhee, Sangook Cho, Sanghyuk Park, Keeyoung Choi, "Autopilot Design for a Target Drone using Rate Gyros and GPS", The Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, vol. 13, no. 4, pp. 465-473, 2012. 

  8. Myeong-Chul Park, Hwa-ra Hur, "Implementation of Educational UAV with Automatic Navigation Flight", Journal of the Korea Society of Computer and Information, vol. 24, no. 8, pp. 29-35, 2019. 

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