쿼드콥터 자율이착륙을 위한 고공 비행개시와 경사형 비행 알고리즘 :

이청화

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이청화 (금오공과대학교, 금오공과대학교 대학원)

지도교수: 주백석

발행연도: 2019

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이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

쿼드콥터 자율이착륙을 위한 고공 비행개시와 경사형 비행 알고리즘

이청화 기계시스템공학과 2019.01 학위논문

2018

고공 비행개시가 가능한 접이식 쿼더콥터 자율비행 실험

이청화 , 주백석 한국기계가공학회지 2018.04 학술저널

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본 연구는 고정되지 않은 비평탄면에서 쿼드콥터가 자율적으로 이륙 및 착륙하기 위해 필요한 기구적 메커니즘과 비행 알고리즘에 관하여 다룬다. 특히 이동하는 비행체에서 쿼드콥터의 비행을 개시하기 위해서 쿼드콥터를 소형의 용기에 보관하고 이로부터 직접 분리되어 비행을 개시하기 위한 접이식 쿼드콥터의 구조 및 작동 메커니즘을 제안하였다. 그리고 이동하는 비평탄면에 안정적으로 쿼드콥터를 착륙시키기 위해 필요한 경사비행 알고리즘을 개발하였다. 개발된 접이식 쿼드콥터를 이용하여 비행개시 및 경사비행 알고리즘을 검증하기 위한 실험을 수행하였다. 국내외 다양한 환경에서의 검증 실험 중 미국에서 수행한 고공 비행개시 및 경사비행 실험은 3km의 상공으로 쏘아 올린 로켓으로부터 분리된 쿼드콥터가 자동으로 접힌 날개 프레임을 펼치고 고공에서 자세를 제어한 후 지정된 목표지점까지 경사형 비행경로를 그리며 자율비행을 성공적으로 수행한 결과를 획득하였다. 개발된 연구의 내용은 향후 비행기나 로켓 그리고 해상 환경과 같이 이동하는 물체에서의 이착륙이 요구되는 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목 차
[그림 차례] i
[표 차례] vi
[수식 차례] vi
[기호 설명] viii
제 1 장 서 론 1
제 2 장 쿼드콥터의 접이식 메커니즘 설계 6
2.1 접이식 메커니즘의 필요성 7
2.2 접이식 구조 및 메커니즘 8
2.3 접이식 쿼드콥터의 구조부 부품 및 조립과정 11
2.3.1 접이식 쿼드콥터의 상단부 조립 11
2.3.2 접이식 쿼드콥터의 하단부 조립 12
2.3.3 접이식 쿼드콥터의 상단부와 하단부 조립 12
2.4 접이식 쿼드콥터의 구조부 상세도면 13
2.4.1 접이식 쿼드콥터의 3D 도면 13
2.4.2 접이식 쿼드콥터의 2D 도면 14
2.5 접이식 쿼드콥터의 구조부 부품 제작과정 18
2.5.1 3D프린터를 이용한 쿼드콥터의 본체 제작 18
2.5.2 밀링머신을 이용한 날개프레임 가공 18
제 3 장 쿼드콥터의 하드웨어 구성 20
3.1 쿼드콥터의 제어부, 아두이노 나노(Arduino Nano) 21
3.2 GPS의 구성 및 초기설정 22
3.2.1 쿼드콥터 GPS 구성품과 설정 방법 22
3.2.2 GPS의 데이터 전송속도와 펌웨어 설정 23
3.2.3 I2C 모듈 데이터 전송속도와 펌웨어 설정 25
3.2.4 쿼드콥터의 GPS 초기설정 26
3.3 IMU 센서, GY-86의 구성품과 설정 방법 28
3.4 BLDC 모터와 ESC 구동품과 설정 방법 30
3.4.1 쿼드콥터의 구동부 구성품 31
3.4.2 쿼드콥터 구동부 연결방법 31
3.4.3 ESC 캘리브레이션 및 설정 방법 33
3.4.4 바나나 커넥터를 이용한 연결방법 36
3.5 블루투스 모듈의 구성품 및 설정 방법 37
3.5.1 블루투스 모듈 초기설정 37
3.5.2 EZ-GUI 어플을 이용한 GUI 사용법 39
3.6 송신기와 수신기의 구성품과 설정 방법 45
3.6.1 송신기와 수신기의 명칭과 사용법 45
3.6.2 송신기와 수신기의 바인딩 방법 48
3.6.3 제어기와 수신기의 결선법 48
3.6.4 시동(Arming) 및 AUX 설정 방법 49
제 4 장 쿼드콥터의 자율비행 알고리즘 52
4.1 쿼드콥터의 소프트웨어 구성과 제어 알고리즘 52
4.1.1 PID 제어 알고리즘과 QUAD-X 타입의 기구학해석 53
4.1.2 GPS 센서를 이용한 쿼드콥터의 위치 정보 획득 54
4.1.3 IMU 센서를 이용한 쿼드콥터의 자세 정보 획득 68
4.1.4 BLDC 모터와 ESC를 이용한 쿼드콥터의 출력 82
4.1.5 RF 통신을 이용한 쿼드콥터의 원거리 제어 89
4.2 쿼드콥터의 경사형 자율비행 알고리즘 94
4.2.1 경사형 자율비행 알고리즘과 착륙 제어 94
4.2.2 RTH 모드의 고정 GPS 목표지점 설정 99
4.2.3 토글스위치를 이용한 쿼드콥터 시스템 활성화 99
4.2.4 아두이노 나노 EEPROM을 이용한 비행경로 저장 101
4.2.5 EEPROM에 저장된 비행경로 데이터 추출 102
제 5 장 접이식 쿼드콥터의 자율비행 실험 104
5.1 경사형 자율비행 알고리즘 실험 104
5.1.1 다양한 높이와 거리에서 수행한 경사형 자율비행 실험 104
5.1.2 쿼드콥터의 경사형 자율비행 예비실험 107
5.2 고공비행개시 및 경사형 자율비행 알고리즘 실험 111
5.2.1 대형드론을 이용한 쿼드콥터의 고공비행개시 예비실험 111
5.2.2 로켓을 이용한 쿼드콥터의 고공비행개시 검증실험 114
제 6 장 결 론 122
[참고 문헌] 123
[부 록] 126

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