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L1 제어기 기반 횡방향 제어를 적용한 로버 군집 자율 주행 시스템 개발
http://doi.org/10.5626/JOK.2025.52.4.276
최근 다양한 분야에서 무인 이동체의 활용이 증가함에 따라 물류, 정찰, 감시 등 다양한 서비스가 제공되고 있다. 특히 다수의 무인 이동체를 활용한 군집 주행은 한 대 운영에 비해 작업 시간 단축, 범위 확장, 시스템 신뢰성 향상 등의 장점으로 관심이 증가하고 있다. 그러나 기존 연구들은 주로 횡방향 제어를 충분히 고려하지 않아 군집 주행의 정밀도가 떨어지며, 개발 난이도와 높은 비용으로 인해 대부분 시뮬레이션 환경에서 이루어지고 있다. 본 논문에서는 가볍고 구현이 쉬운 L1 제어기를 활용하여 횡방향 제어를 구현함으로써 정밀하고 안정적인 군집 제어를 가능하게 하였다. 또한, 저가의 오픈소스 기반 제어 컴퓨터인 PX4-ROS2를 활용하여 군집 주행 시스템을 개발하였고, 무인 이동체 간의 통신을 위해 데이터 분산 서비스 기반의 통신 방식을 적용하였다. 제안된 시스템은 실제 환경에서 검증되어 그 성능을 확인하였다.
PX4-ROS2 군집 무인 이동체 운영을 위한 XRCE-DDS 통신시스템 개선
http://doi.org/10.5626/JOK.2025.52.3.227
최근 군집 운영 기술의 발달로 다양한 분야에서 군집 이동체가 사용되고 있다. 군집 이동체를 구성하는 다양한 시스템 중 PX4-ROS2는 오픈소스 기반의 소프트웨어로 장치 간의 실시간 통신을 지원하는 경량 데이터 분산 서비스인 XRCE-DDS (eXtremely Resource Constrained Environments-Data Distribution Service)를 통해 무인 이동체 제어컴퓨터인 PX4와 임무 수행을 위한 ROS2를 연결하여 실시간 데이터 교환을 가능하게 한다. 하지만, XRCE-DDS의 분산 서비스를 이용한 무선 네트워크 기반의 군집 무인 이동체 운영은 최적화되어있지 않고 안정적인 운영을 위해 통신 최적화 작업이 필요하다. 본 논문에서는 PX4-ROS2에서 운용 중인 XRCE-DDS 통신 구조를 분석하고 군집 운영 시 노드 증가에 따른 통신량 증가 문제를 새로운 탐색 구조를 제안하여 통신의 안정성과 확장성을 높이는 방법을 제시하고 시뮬레이션을 통해 검증한다.
VTOL 무인기 시험을 위한 PX4-Matlab 기반 SITL 및 HITL 시스템 개발
http://doi.org/10.5626/JOK.2024.51.6.528
오픈소스 기반의 비행제어컴퓨터인 PX4는 다양한 형상의 무인기를 사용할 수 있도록 지원하고 있어서 많은 관심을 받고 있다. 특히, Gazebo와 PX4 연동 기능을 통해 시뮬레이션에서 비행제어 알고 리즘을 검증할 수 있어 많이 활용되고 있다. 그러나 특수한 형태의 무인기를 개발하는 경우, 운동 모델 개 발이 어렵고, 무인기의 요소 모델의 충실도가 높지 않아 시뮬레이션과 실제 항공기 운영 결과에 차이가 발생한다. 한편, 항공 분야에서는 무인기 모델의 충실도가 높은 Matlab/Simulink를 활용해 왔다. 하지만, PX4와의 연동이 어려워 시뮬레이션과 실제 운영에 활용되는 소스코드를 중복 개발해야 했다. 본 논문에서 는 PX4와 Gazebo를 활용하는 기존 방식과 달리 무인기 분야에서 많이 활용하는 Matlab/Simulink를 활용한 PX4-Matlab 시뮬레이터를 제안한다. 제안한 기술의 범용적인 활용 가능성을 확인하기 위해 새로운 형상으로 개발 중인 LC-62 VTOL 무인기에 적용하여 검증하였다.
효율적인 물체 감지를 위한 군집 정찰 드론 시스템
http://doi.org/10.5626/JOK.2022.49.9.715
최근 드론 기술의 발전으로 문화 공연, 물류 배송, 교통 관측 등 산업 전반에서 드론이 활용되고 있다. 특히, 실종자 혹은 침입자 탐지와 같은 정찰 분야에 드론이 활용되면서 효과적인 임무 수행이 가능해졌다. 효과적인 정찰을 위해서는 넓은 영역을 빠르게 감시하고, 실시간으로 목표물을 탐색할 수 있어야 한다. 하지만, 현재 시스템은 엣지 컴퓨팅 한계로 인해 드론 내부에서 딥러닝 기반 영상 처리를 수행하기 어려워 임무 수행 후 후처리를 통해 탐색하거나, 영상 처리 없이 사람이 직접 확인하는 방식으로 탐색을 수행하기 때문에 정확하지 않고 실시간 탐색이 불가능하다. 또한, 개별적으로 드론에서 획득한 영상을 기반으로 판단하기 때문에 통합적인 지휘가 어렵고, 정보 공유가 어렵다. 본 논문에서는 목표물 탐색을 위해 경량화된 딥러닝 기반 객체 탐지 알고리즘과 넓은 정찰 영역의 통합적 판단 및 지휘를 위해 다수 드론을 활용한 능동적인 군집 정찰 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 드론 4대를 활용하여 실시간 객체 탐지 및 군집 운용 시스템을 검증하였다.
효과적인 군집 드론 비행 형상 변환을 위한 공평한 헝가리안 알고리즘
http://doi.org/10.5626/JOK.2022.49.6.459
평창 올림픽 이후 군집 비행 시스템을 활용한 드론 쇼는 기술과 문화의 융합으로 많은 사람들에게 깊은 인상을 심어 주었다. 군집 비행을 위해서는 다수 드론과 안정적인 통신, 정확한 위치 인식, 그리고 충돌없는 최단 형상 변환 기술이 필요하다. 특히, 형상 변환 기술은 드론 쇼의 핵심 기술로써 제한된 비행 시간 안에 최대한 많은 형상을 표현하기 위해 형상 변경 시 할당 문제로 최적화를 수행한다. 할당 문제는 헝가리안 알고리즘을 통해 이동 거리 합을 최소화할 수 있다. 하지만, 헝가리안 알고리즘을 군집비행에 적용한 경우, 전체 이동 거리 합은 최소화할 수 있지만, 개별 드론의 이동량을 고려하지 않아 배터리 소진으로 전체 운용 시간이 단축되는 문제가 발생하였다. 본 논문에서는 형상 변환 시간을 가능한 최소화하면서 드론들의 배터리 소모량을 공평하게 소모하여 운용 시간을 최대화하기 위한 공평한 헝가리안 알고리즘을 제안한다. 그 결과, 드론들의 배터리 사용량을 공평하게 유지함으로써 특정 드론의 배터리 소진으로 인한 드론쇼 중단 문제를 개선하였고, 같은 조건에서 보다 많은 형상을 선보일 수 있었다. 이 알고리즘은 100대의 드론으로 군집 비행을 함으로써 검증하였다.
RTK-GPS 기반의 군집 비행 시스템 개선
http://doi.org/10.5626/JOK.2020.47.3.328
드론에 대한 관심이 증가하면서 다양한 분야에서 드론을 활용한 응용 시스템이 개발되고 있다. 특히, 평창 올림픽에서 드론쇼는 기술과 예술의 융합을 통해 세계 많은 사람들에게 감동을 선사했다. 하지만, 국내 기술의 부족으로 평창 올림픽의 드론쇼는 미국 인텔社의 기술을 활용하여 운용되어 많은 아쉬움을 남겼다. 이에 한국항공우주연구원에서는 국내 독자 기술로 군집 비행 기술을 개발하였고, 그 결과 3.1절 100주년에 100대의 드론으로 천안 독립기념관에서 군집 비행을 선보였다. 본 논문은 그 동안 개발해온 RTK-GPS 기반의 군집 비행 시스템을 소개하고, 최근 개선한 정밀 위치 추정, 효율적인 통신 시스템, 및 시나리오 개발 방법에 대해 설명한다.
RTK-GPS 기반 실외 군집 비행 시스템 개발
최근 드론에 대한 관심이 증가하면서, 드론을 활용한 다양한 기술들이 선보이고 있다. 특히, 다수의 드론을 통한 군집 비행의 기술은 협업을 통한 복잡한 임무 수행이 가능하여 빠른 시간안에 임무를 완수할 수 있어 다양한 분야에서 각광을 받고 있다. 하지만 실외의 경우 GPS의 정밀도가 낮아 정밀 비행이 어렵기 때문에 고정밀 위치 인식이 필요한 임무에는 적합하지 않다. 뿐만 아니라, 실외에서 다수의 비행체를 좁은 공간에서 동시 정밀 제어하다보니, 정밀 위치 예측이 어려운 경우 충돌이 발생하는 심각한 문제를 초래할 수 있다. 본 논문에서는 RTK-GPS(Real-Time Kinematic-GPS)를 포함한 다수 센서를 활용하여 위치 정밀도를 증가시키고, 센서 오류로 인한 문제를 최소화하기 위해 제안한 모드 스위칭 기법에 대해 설명한다. 그리고 이를 기반으로 개발한 실외 군집 비행 시스템에 대해서도 소개한다.
