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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 宋龍奎
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수56
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2019년 다보스 포럼의 의제는 4차 산업혁명에 관한 것이었다. 세계 각국은 4차 산업혁명을 주도하고자 국가발전 전략을 세우고 있으며, 국내에선 올해 세계 최초로 5G 통신 기술을 상용화하였다. 통신 기술의 발전으로 드론은 비 가시권에서 자율비행이 가능해지며 실시간으로 고화질의 영상 중계 서비스를 제공할 수 있게 되었다. 즉, 드론이 실종자 탐색, 재난 구호, 물류 배송, 농업 방제 등 다양한 분야에서 활용 될 수 있다. 하지만 드론의 추락은 큰 사고로 이어 질 수 있다. 특히 도심을 운용하는 드론의 경우 안전에 더 각별히 신경써야한다. 이러한 이유로 자율 비행을 위해 매우 중요한 주제인 장애물 탐지 및 회피 알고리즘에 대해 연구를 하게 되었다. 특히, 실제 비행을 통해 장애물이 적절히 탐지되고 회피경로에 따라 안정적으로 드론이 비행하는지에 대해 집중적으로 연구를 하게 되었다. 이를 위해 우선 MATLAB을 통해 알고리즘을 구현하였고, X-Plane 비행 시뮬레이션을 통해 알고리즘을 검증 하였다. 시뮬레이션 검증 후 실외 비행 테스트를 하여 장애물 탐지 및 회피 경로 생성을 통한 충돌 회피 비행에 성공하였다. 본 논문에선 Lidar를 통해 얻은 데이터로 장애물을 인식 및 모델링하며, 안전반경이란 개념을 정의하여 사용자가 원하는 반경만큼 장애물과 떨어져 비행을 할 수 있도록 회피 경로를 생성하였다. 마지막으로 저가형 Lidar의 탐지 음영지역을 보완하는 방법을 소개하였다. 본 연구 내용이 드론 상용화에 도움 되기를 기대한다.
목차
요 약 ⅰ목 차 ⅱ그 림 목 록 ⅳ표 목 록 ⅶ기 호 목 록 ⅸ제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 21.2.1 RRT 기법 21.2.2 포텐셜 필드 기법 31.2.3 기하학적 기법 51.2.4 해외 연구 사례 61.3 연구 목적 7제 2 장 드론의 동역학 모델링 82.1 드론 운동방정식 82.2 구동부 모델링 92.3 상태 방정식 112.4 제어기 설계 122.5 Matlab 시뮬링크 블록다이어그램 132.6 시뮬레이션 결과 14제 3 장 장애물 탐지 및 회피 알고리즘 183.1 탐지 및 회피 알고리즘 개요 183.2 탐지 알고리즘 183.2.1 탐지 알고리즘 프로세스 183.2.2 Lidar 획득 데이터 및 탐지 범위 설정 193.2.3 인접한 점간의 거리 계산 203.2.4 장애물 클러스터링 213.2.5 장애물 최적화 모델링 223.2.6 물체 탐지 테스트 273.3 회피 알고리즘 313.3.1 회피 알고리즘 프로세스 313.3.2 GPS, Magnetic, Lidar 결합 313.3.3 안전반경 생성 323.3.4 회피 경로 생성 333.3.5 진보 된 회피 경로 생성 423.3.6 근접 비행 경로 생성 493.3.7 X-plane 시뮬레이션 테스트 51제 4 장 시스템 구성 534.1 비행 시스템 구성 534.1.1 비행체 제원 534.1.2 비행 시스템 구성 544.2 Lidar 시스템 구성 554.2.1 드론에 적합한 Lidar 성능 요건 554.2.2 Lidar 제원 554.2.3 Lidar 시스템 구성 56제 5 장 비행 실험 585.1 탐지 알고리즘 비행 실험 585.2 회피 알고리즘 비행 실험 595.3 장애물 탐지 및 회피 비행 실험 605.3.1 사다리 회피 비행 실험 605.3.2 트럭 회피 비행 실험 625.4 장애물 근접 비행 실험 625.4.1 트럭 근접 비행 실험 645.4.2 격납고 근접 비행 실험 665.4.3 철조망 근접 비행 실험 68제 6 장 결 론 71Appendix A 72참 고 문 헌 90감 사 의 글 93
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