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Tech Story/QuadCopter

드론 이야기

드론이야기


Part1. 드론(Drone)?


원래는 조정하는데로 움직이는 비행체를 의미함. 하지만 인공지능과 자율비행 능력을 갖춘 비행로봇(Aerial Robot)으로 불리는게 바람직하다


1.드론을 구성하는 기술


각종 센싱을 이용하는 정보를 활용하는 기술과 영상,GPS등 기본적인 Flight를 위한 항법기술, 자이로센서와 PID 기술을 통한 자세제어기술등 다양한 기술이 제공된다




2.드론의 응용분야


현재는 레저뿐만 아니라 다양한 산업분야에서 활용되고 있고, 일반 실생활에도 활발하게 사용되고 있어서 자세하게 설명할 필요도 없다.




3. 드론을 움직이는 기술들


1) 센서 신호처리
· 관성항법(Inertial Navigation)을 위한 소프트웨어 기술

· 가속도, 지자계, 각속도, 기압계, 온도등 다양한 센서융합을 포함한 자세 계산




[ AHR(Attitude Heading Reference System) ]
 - 비행체의 자세를 출력하는 센서는 없다
   - 가속도 및 각속도 센서값을 그대로 사용하였을 경우 항공기를 안정화하기 힘드므로 기체의 자세를 알아내는 것이 필요
   - 오랫동안 동작하여도 오류가 누적되지 않도록 해야한다

2) 컴퓨터 비전
· 영상정보, 관성정보 융합 > 주변 환경 인식 > 3차원 모델링
· GPS가 없이 자신의 위치를 계산 > 주변 환경 인지 > 회피
[ Simultaneous Localization and Mapping ]
   - 현재의 모든 무인항공기는 GPS가 존재해야 자세를 유지할 수 있음.
     이에 따라 실외의 특정공간(트인공간)에서만 운용이 가능
   - 앞으로는 실외에서 GPS 신호가 불안정하거나, 혹은 GPS가 전혀없는 실내에서도 동작하는 기술 개발 필요함


3) 비행체 안정화
· 관성항법 데이터 > 비행체의 자세 안정성 확보 > 인식된 환경데이터를 이용한 장애물 회피 기술




· 계산된 위치 및 자세로 부터 비행체를 제자리에 모루르게하는 기술
· 쿼드로터와 같은 항공기는 컴퓨터가 계산하는 자세 안정화 값이 아니면 동작이 불가능함
· 현재까지 다양한 리비전을 거치면서 상당히 안정된 플랫폼을 보유








Part2. 드론 구성


무인항공기 종류 비교



쿼드로터(Quadrotor)
· 수직이착륙 가능
· 추력을 제어하여 자세 제어
· 실내운영가능
· 에너지 효율 낮음

· 원거리 이동불가





공적익(Fixed-wing) 
· 이착륙 공간 필요
· 조종면을 제어하여 자세 제어
· 실외운영가능
· 에너지효율 높음
· 원거리 비행가능




항공전자


관성센서


통신시스템



드론 조종 흐름


Part3. 드론 제어


제어, 유도, 항법


제어(Control) : 주어진 명령을 따르도록 실제 구동계(Actuator, 모터 ㄷㅇ) 조작
유도(guidance) : 주어진 임무를 수행할 수 있도록 명령 생성

항법(Navigation) : 주어진 임무에 필요한 위치정보 생성


제어(Control)


명령을 따르기 위해 어떤일을 해야 하는가?
· 모터의 속도를 높이거나, 낮추거나
· 바퀴의 방향을 바꾸거나

· 명령은 누가 내리는지? 유도기


유도(Guidance)


임무를 수행하기 위해 지금 어떤 명령을 내려야 하는가?
· 진행방향을 북 19.23º로 변경하라
· 수직 기울기를 2.8도, 수평기울기를 -9.3도, 진행방향을 북 167도로 변경하라

· 지금 위치는?


항법(Navigation)


지금 어디에 있는가?
· 주어진 임무를 수행하기 위해 알아야 하는 정보

· 현재 위치는 북위 36.63540, 동경 118.0923


무인 항공기는 어떻게 비행하는가?


무인항공기는 공중에 떠 있다.
· 자연적으로 불안전하다
· 수직 기울기(Pitch), 수평 기울기(Roll), 방향(heading)이 자유롭다

· 바퀴대신 프로펠러를 사용하므로 제동, 조향 등의 자동차와 다르다


무인항공기 제어


항공기의 형상, 모터의 위치등에 따라 다른 제어기를 설계해야 한다.



Part4. 무인항공기 비행방법


PID Control




· P(Proportional) :오차에 비례
· I(Integral) : 오차의 적분에 비례
· D(Differential) : 오차의 미분에 비례






무인항공기 제어(PID) - P제어

무인항공기 제어(PID) - PI제어

무인항공기 제어(PID) - PID제어

※ 참조 사이트 : www.uvify.com


※ 비행제어유닛 (참조 사이트 blog.naver.com/dhkdn9192)