초록 ▼

본 연구에서 개발하고자 하는 김발의 사양은 안정정확도가 100μrad 이하, 기구물의 중량이 5kg이하, 표적탐지 거리 1km이상, 구동각도 (Azimuth) $0^{\circ}{\sim}360^{\circ}$, (Elevation) $0^{\circ}{\sim}120^{\circ}$, 환경규격 (진동 3G (RMS, random signal, 충격 15G 11msec, HALF SINE, 동작온도 $-32^{\circ}C{\sim}＋40^{\circ}C$ 이다.
이

본 연구에서 개발하고자 하는 김발의 사양은 안정정확도가 100μrad 이하, 기구물의 중량이 5kg이하, 표적탐지 거리 1km이상, 구동각도 (Azimuth) $0^{\circ}{\sim}360^{\circ}$, (Elevation) $0^{\circ}{\sim}120^{\circ}$, 환경규격 (진동 3G (RMS, random signal, 충격 15G 11msec, HALF SINE, 동작온도 $-32^{\circ}C{\sim}＋40^{\circ}C$ 이다.
이번 응용연구단계의 연구내용 및 범위는 김발 구조물을 경량, 소형화 하기 위해서 최적설계를 하고 김발의 수학적 동력학 모델링 및 제어 알고리즘을 개발하는 것이다. 또한, 동작 시뮬레이션 및 성능을 예측하고 RFP를 충족하는 영상장치와 기계부품을 선정, 구매하여 시험하는 것이다.
그리하여, 김발 구조물의 설계 및 구성요소의 개발이 완료가 되면, 제어기의 하드웨어 및 소프트웨어를 개발하고 영상장치의 신호 전송부 및 모터 구동회로를 설계하여 제작하는 것이다. 그리고, 조종기 연결부 및 EMI／EMC 케이스를 제작하고 Sensor의 신호 처리를 체크한다. 또한, 김발 상태 모니터 기능과 실시간 고장 진단 기능도 체크한다. 그래서 이 모든 김발 시스템을 구성하여 시험평가 및 해석하는 것이다.

Abstract ▼

Development of Low Cost Stabilized Gimbal System for Small UAV
The final object of this study is to develop the light and cheap gimbal system for small UAV(unmanned air vehicle). And the object of 1st stage ($2002{\sim}2003$) is to design the optimization of gimbal structure and make f

Development of Low Cost Stabilized Gimbal System for Small UAV
The final object of this study is to develop the light and cheap gimbal system for small UAV(unmanned air vehicle). And the object of 1st stage ($2002{\sim}2003$) is to design the optimization of gimbal structure and make first prototype for test. A gimbal system is needed for an aerial reconnaissance, surveillance and a shooting range control system with the high-class technology of line-of -sight stabilization and auto-tracking. In addition, The UAVs are becoming more small so that those size are miniaturizing.
At present almost of the gimbal systems imported from abroad, and those are expensive equipment. therefore if those would be localized, we could save budget and get the enormous substitute effects of import in the long run.Besides we can get the various techniques which are optics, electronic circuit, precision machine, measurement／control and reliability. Such the technological know-hows of the gimbal system will affect on the other core technical industry. And we expect to prepare for the anticipated needs through the development of professional company.
The final specification of developed gimbal is as follows.
- The line-of-sight stabilization: up to $100{\mu}rad$
- Weight of gimbal: 5 kg
- The rang of detection: 1 km
- Operated angle: (Azimuth) $0^{\circ}{\sim}360^{\circ}$ (Elevation) $0^{\circ}{\sim}120^{\circ}$
- The environmental standard: vibration 3G, impact 15G, temperature($-32^{\circ}C＋40^{\circ}C$)
Development areas are separated 3 parts in this study. That results are as follows.
1. Machinery design／manufacture
- Design and manufacture a 1st prototype product
- Select and test motor, sensor
- Make a mixture algorism
2. Controller development
- Manufacture of controller circuit, hardware and software
- Make power distributor
3. Test and performance evaluation method
- Make the test methods of stabilization error, friction coefficient, MOI, thermal environment, vibration
This result is 2 year output about total 4 years. From this builded fundamental production we plan to apply for the rest period study to make more detail and complete thing as the state-of-the art gimbal system for small UAV.

목차 Contents

• 소형 무인항공기용 영상장치 Gimbal 시스템 개발...1
• 제출문...2
• 요약문...3
• SUMMARY...5
• CONTENTS...7
• 목차...8
• 제 1 장 서론...10
• 제 1 절 연구의 목표 및 내용...10
• 제 2 절 연구의 필요성...12
• 제 3 절 연구개발 방향...13
• 제 4 절 연구개발 기대성과 및 파급효과...14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...16
• 제 1 절 국내 기술 개발 현황...16
• 제 2 절 국외 기술 개발 현황...17
• 제 3 절 기술도입 가능성...17
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과...18
• 제 1 절 소개...18
• 제 2 절 김발 기구설계 및 제작(세종무인항공기술)...20
• 1. 상용모델 자료조사 및 분석...20
• 2. 김발 기구설계 및 제작...21
• 제 3 절 센서/구동기 시스템 구성(세종무인항공기술)...24
• 1. 연구수행 내용...24
• 2. 센서검증 시험...25
• 3. 구동기 선정...43
• 4. 1축 김발 제어 시스템 설계...46
• 제 4 절 김발 제어기 개발(쎄트렉아이)...50
• 1. 김발 제어기 요구사항...50
• 2. 김발제어기 시스템설계...50
• 3. 김발제어 알고리즘 개발...52
• 4. 영상센서...55
• 5. 김발제어기 하드웨어...58
• 6. 모터 드라이버...73
• 7. 제어용 소프트웨어...77
• 8. 김발 제어기 시뮬레이션 소프트웨어...82
• 제 5 절 시험 및 성능 평가(한국항공우주연구원)...92
• 1. 김발 시스템의 안정 정확도 측정방법...92
• 2. 2축 김발 시스템의 마찰 시상수 및 관성모멘트 측정...100
• 3. Gyro 모델 변수 측정...103
• 4. 열 환경시험...107
• 5. 진동시험...114
• 6. 충격시험...119
• 7. 인증관련 규정...120
• 제 6 절 시험평가용 김발 운동모델 및 알고리즘 기초연구(인하대)...127
• 1. 운동판 운동 방정식...127
• 2. 모터와 기어...138
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...156
• 제 1 절 계획대비 달성도...156
• 제 2 절 대외 기여도...157
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...158
• 제 1 절 추가연구의 필요성...158
• 제 2 절 타 연구에의 응용...158
• 제 3 절 기업화 추진방안...159
• 제 6 장 참고문헌...160
• 첨부 1. 운동판 제어 프로그램 소스코드...161
• 첨부 2. 데이터 획득 프로그램 소스코드...170