초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
최근 멀티로터 드론에 대한 연구와 상용화가 활발히 진행되고 있으나 드론을 비행하는 카메라로만 사용하는데 치우쳐 있으며, 향후 다양한 응용과 시장 확대를 위해서는 외부환경과 물리적 상호작용이 가능한 드론기반 공중작업에 대한 연구가 필요함. 본 과제의 목표는 이러한 드론기반 공중작업 시스템을 개발하는 것으로, 특히 기존수행 기초연구사업과제의 결과를 활용, 세 가지 드론기반 공중조작의 근본적인 문제(가반하중, 구동부족, 로터구동의 단방향성)를 극복하는 다중 드론/로터와 로봇팔을 장착한 드론기반 공중작업 시스

□ 연구의 목적 및 내용
최근 멀티로터 드론에 대한 연구와 상용화가 활발히 진행되고 있으나 드론을 비행하는 카메라로만 사용하는데 치우쳐 있으며, 향후 다양한 응용과 시장 확대를 위해서는 외부환경과 물리적 상호작용이 가능한 드론기반 공중작업에 대한 연구가 필요함. 본 과제의 목표는 이러한 드론기반 공중작업 시스템을 개발하는 것으로, 특히 기존수행 기초연구사업과제의 결과를 활용, 세 가지 드론기반 공중조작의 근본적인 문제(가반하중, 구동부족, 로터구동의 단방향성)를 극복하는 다중 드론/로터와 로봇팔을 장착한 드론기반 공중작업 시스템을 최적 디자인하고, 핵심 제어/센싱/인식기술을 개발하는 것임.

□ 연구결과
▷ 1차년도: 6자유도 조작 wrench를 극대화하는 다중 드론/로터의 최적 분산 배치 디자인, 기초 비행제어개발 및 스피리컬조인트 회전한계 등을 고려한 제어기법 개발
－ 다중 드론/로터로 구성된 공중작업 플랫폼의 생성가능한 힘/토크를 최대화하는 최적설계기법 개발
－ 디자인 최적화 결과를 기반으로 네 대의 드론과 네 개의 추가 로터로 구성된 공중작업용 비행 플랫폼 제작
－ 다중드론/로터 플랫폼의 스피리컬조인트 회전한계와 추력한계를 고려한 상위제어-하위최적화 계층적 제어기법 개발.
－ 전방향 힘/토크 생성이 가능한 다중로터기반 비행플랫폼의 디자인 최적화 및 비행제어

▷ 2차년도: 비행플랫폼과 다수 로봇팔의 상이한 동특성을 고려한 공중작업 협조제어기법 개발, 온보드센싱기반 MOCAP-less 비행제어 및 공중작업제어기법 개발
－ 벨트 구동 메카니즘을 적용하여 구동 시 동역학적 간섭을 최소화하는 로봇팔 디자인
－ 다중 드론/로터/로봇팔을 장착한 공중작업 시스템의 최종 프로토타입 제작
－ 다중 드론/로터/로봇팔 장착 시스템의 플랫폼-로봇팔 상이한 동특성 반영 제어기법 개발
－ 전방향 힘/토크 생성이 가능한 비행플랫폼에서 구동 여자유도 활용 센서리스 BLDC모터 방향전환 시 느린 거동 극복 제어 분배기법 개발
－ 다중드론기반 공중작업 시스템에 적용 가능한 온보드센서기반 플랫폼 자율비행 제어기법 개발

□ 연구결과의 활용계획
본 과제에서 개발한 다중드론기반 공중작업 시스템은 세 가지 드론기반 공중작업의 근본적인 문제 (payload, under-actuation, rotor unidirectionaltiy)를 해결함으로써, 향후 송전탑이나 교각 등의 유지/보수, 고층빌딩의 외벽 보수나 청소, 재난 현장에서의 긴급구조,구호나 복구활동, 구조물의 공중조립 등의 목적으로 널리 활용이 가능할 것으로 예상됨.
이를 통하여 현재 빠른 속도로 성장하고 있으나 드론을 비행카메라로 사용하는데 한정되어 있는 드론시장에 새로운 공중작업 관련 시장을 창출하고, 관련 기술을 선점/선도하며,현재 미국과 중국, 유럽이 선도하는 드론시장에 우리나라의 경쟁력을 제고할 수 있을 것으로 예상함.

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose&contents
Main purpose of this project is to design a new aerial manipulation system and develop core control/sensing/perception methodologies for that, which, by utilizingmultiple drones/rotors and robotic arms, can overcome the three fundamental challenges (payload, under-actuation, ro

□ Purpose&contents
Main purpose of this project is to design a new aerial manipulation system and develop core control/sensing/perception methodologies for that, which, by utilizingmultiple drones/rotors and robotic arms, can overcome the three fundamental challenges (payload, under-actuation, rotor unidirectionality) of drone-based aerial manipulation, thereby, possibly significantly expanding applicability/marketability of drones, which have been mostly used only as flying cameras with no physical interaction with external environments.

□ Result
▷ 1^st year: optimal design of multiple drone/rotor platform that maximizes 6DOF manipulation wrench.
－ Development of design optimization framework for the multiple drone/rotor based aerial manipulation platform to maximize control wrench
－ Development of aerial manipulation platform prototype with four drones and four rotors based on design optimization result
－ Development of hierarchical control framework consisting of high-level Lyapunov design and low-level constrained optimizatino to address physical constraints ofthe proposed system.
－ Development of design optimization and control frameworks of the omni-directional aerial robot

▷ 2^nd year: develop cooperative control of flying platform and robot arm considering different dynamic properties of both, onboard sensing-based MOCAP-less flight/manipulation control.
－ Development of two 3-DOF belt-driven manipulators to minimize dynamic performance to the platform.
－ Integration of the robotic manipulators to the multi-drone/rotor platform
－ Development of control framework for the proposed system addressing dynamic-dissimilarity between the platform and the arms
－ Development of selective mapping framework to overcome the sluggish direction-changing response of sensor-less BLDC motors
－ Development of MOCAP-less/onboard sensor based estimation and flying control framework applicable to the proposed system.

□ Expected Contribution
The multiple drone-based aerial manipulation system that will be developed by this project, is expected to be applied for maintenance/repair of bridges, emergent rescuein disaster, relief/restoration since the system can resolve three fundamental challenges of drone-based manipulation (payload, under-actuation, uni-lateral actuation).
With this system, new market of aerial manipulation can be created which has been limited for flying camera, and also this can make our country competitive in dronemarket which is currently led by USA, China, and Europe.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 36
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 38
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 39
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 41
• 8. 참고문헌 ... 42
• 9. 연구성과 ... 44
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 52
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 52
• 12. 기타사항 ... 52
• 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 53
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 66
• 끝페이지 ... 69