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드론 자율비행 기술 동향
Survey on Developing Autonomous Micro Aerial Vehicles 원문보기

전자통신동향분석 = Electronics and telecommunications trends, v.36 no.2, 2021년, pp.1 - 11  

김수성 (자율비행연구실) ,  정성구 (자율비행연구실) ,  차지훈 (자율비행연구실)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As sensors such as Inertial Measurement Unit, cameras, and Light Detection and Rangings have become cheaper and smaller, research has been actively conducted to implement functions automating micro aerial vehicles such as multirotor type drones. This would fully enable the autonomous flight of drone...

주제어

표/그림 (10)

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

문제 정의

  • 2018년도에 수행된 이 프로그램의 2단계에서는 드론이 GPS나 전파 표지(Radio Beacon)를 사용하지 않는 조건에서 빌딩, 나무 등이 있는 실외장애물 환경에서 사전에 정의된 지점을 방문하고 원위치로 복귀하는 실외 임무, 그리고 실내 탐색, 계단 비행, 창문 통과, 자동 탈출을 포함하는 실내 임무를 가장 빠르게 수행하는 드론을 개발하는 것을 목표로 하였다. 이 절에서는 이 프로그램에서 가장 우수한 성과를 보인 미국 University of Pennsylvania(UPenn) 연구그룹이 개발한 자동 비행 드론에 관해 기술한다(그림 1).
  • 본 고에서는 국내외 자율비행드론 연구 동향을 관련 분야 우수 연구기관의 연구 현황 파악을 통해 살펴보았다. UPenn, ETH, CMU 등 우수 연구 기관들은 모두 자체적으로 측위, 환경인지, 장애물 회피 궤적생성을 위한 소프트웨어 및 하드웨어를 구축하고, 이를 자율비행드론 개발에 활용하는 것을 알 수 있었다.
  • 본 고에서는 앞서 기술한 측위, 환경인지, 경로계획을 위한 알고리즘, 소프트웨어, 하드웨어 구성을 자체적으로 수행하여 자율임무 드론 연구에서 좋은 성과를 보인 미국 University of Penn- sylvania의 GRASP(General Robotics, Automation, Sensing, and Perception) 연구실, 스위스 ETH Zurich의 Autonomous Systems Lab, 그리고 미국 Carnegie Mellon 대학의 Field Robotics Center의 연구 동향을 살피고, 마지막으로 한국전자통신연구원 자율비행연구실에서 수행한 자율비행드론 연구 현황을 소개한다.
  • 특히, CMU에서는 측위 및 환경인지에서 LiDAR를 활발하게 사용한다는 점에서 카메라를 주로 사용한 UPenn, ETH의 자율비행드론 연구와 차이를 보인다. 이 절에서는 CMU 연구진들이 어떤 방식을 통해 LiDAR를 활용하여 자율비행드론의 측위, 환경인지, 그리고 궤적생성을 수행하였는지에 대해 다룬다.

가설 설정

  • 하지만 이 방식에서는 드론의 동역학이 2차 선형시스템이라 가정하였으며, 가속도 입력 값들이 가지의 끝에서 불연속이기 때문에 생성된 비행궤적의 고계도 값들이 불연속하여 드론에 바로 적용하면 좋은 비행 성능을 얻을 수 없다. 따라서 Kinodynamic 경로계획을 통해 얻은 궤적의 주요 가지 종점들을 경로점(Waypoint)으로 삼고, 이 경로 점들을 부드럽게 이을 수 있는 최종 궤적을 다항식을 이용해 생성하여 비행에 활용하는 방식을 취하였다.
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참고문헌 (16)

  1. K. Sun et al., "Robust stereo visual inertial odometry for fast autonomous flight," IEEE Robot. Autom. Lett. vol. 3, no. 2, 2018, pp. 965-972. 

  2. S. S. Shivakumar et al., "Real time dense depth estimation by fusing stereo with sparse depth measurements," in Proc. Int. Conf. Robot. Autom. (Montreal, Canada), May 2019. 

  3. S. S. Liu et al., "Search-based motion planning for quadrotors using linear quadratic minimum time control," in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robots Syst. (Vancouver, Canada), Sept. 2017. 

  4. M. Quigley et al., "The open vision computer: An integrated sensing and compute system for mobile robots," in Proc. Int. Conf. Robot. Autom. (Montreal, Canada), May 2019. 

  5. https://www.youtube.com/watch?vvDYy3L9nvLk&ab_channelDARPAtv 

  6. M. Bloesch et al., "Robust visual inertial odometry using a direct EKF-based approach," IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robot. Syst. (Hamburg, Germany), Oct. 2015. 

  7. https://github.com/ethz-asl/maplab/wiki/ROVIOLIIntroduction 

  8. T. Schneider et al., "Maplab: An open framework for research in visual-inertial mapping and localization," IEEE Robot. Autom. Lett. vol. 3, no. 3, 2018, 1418-1425. 

  9. H. Oleynikova, "Mapping and planning for safe collision avoidance on-board micro-aerial vehicles," Doctoral Thesis, ETH Zurich, 2019. 

  10. M. Zucker et al., "Chomp: Covariant hamiltonian optimization for motion planning," The Int. J. Robot. Res. vol. 32, no. 9-10, 2013, pp. 1164-1193. 

  11. H. Oleynikova et al., "Continuous-time trajectory optimization for online UAV replanning," in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robot. Syst. (Daejeon, Rep. of Korea), Oct. 2016. 

  12. J. Nikolic et al., "A synchronized visual-inertial sensor system with FPGA pre-processing for accurate real-time SLAM," in Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom. (Hong Kong, China), May 2014. 

  13. H. Oleynikova et al., "An open-source system for vision-based micro-aerial vehicle mapping, planning, and flight in cluttered environments," J. Field Robot. vol. 37, no. 4, 2020, pp. 642-666. 

  14. J. Zhang and S. Sanjiv, "Laser-visual-inertial odometry and mapping with high robustness and low drift," J. Field Robot. vol. 35, no. 8, 2018, pp. 1242-1264. 

  15. J. Zhang and S. Sanjiv, "LOAM: Lidar odometry and mapping in real-time," Robot.: Sci. Syst. vol. 2, no. 9, 2014. 

  16. J. Zhang et al., "Maximum likelihood path planning for fast aerial maneuvers and collision avoidance," in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robots. Syst. (Macau, China), Nov. 2019. 

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