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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이대우
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수23
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2023
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최근 무인 항공기뿐만 아니라 도심 항공 교통 등 조종사 없이 비행체 스스로 경로를 탐색하고 비행하는 자율비행체에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 자율비행체는 스스로 효율적인 경로를 계획하고 그 경로를 추종하여 비행하는 동시에 갑작스럽게 접근하는 동적 장애물에 대한 충돌회피를 수행할 수 있어야 하며, 이를 위해 간단한 계산으로 빠르게 경로를 도출할 수 있는 알고리즘이 필요하다.
선행 연구에서는 이를 위해 샘플링 기반의 RRT 알고리즘을 기반으로 트리의 수렴성 증가 및 계산 시간 단축, 최적성을 보완하고 실시간성을 추가한 Anytime DRRT 알고리즘을 제시하여 시뮬레이션을 수행하고 실시간 충돌회피 경로계획이 가능함을 보였다. 또한 해당 알고리즘의 검증을 위해 비행 실험을 수행하였고, 충돌회피가 가능한 경우 도 있었으나 바람, 관성 등의 외란으로 인해 무인기가 충돌회피 경로점을 추종하지 못하는 경우가 발생하였다.
본 논문에서는 위의 문제점을 보완하기 위해 충돌회피 알고리즘의 충돌범위를 개선하고자 하였고, 동적 장애물의 속도 크기와 방향을 더 적극적으로 반영하기 위해 장애물의 속도 벡터에 따른 타원형 충돌범위를 제안한다. 기존의 원형 충돌범위, 그리고 타원형 충돌범위의 장반경과 초점 거리를 더한 값을 충돌반경으로 가지는 확장된 원형 충돌범위와 함께 장애물의 속도 벡터에 따른 타원형 충돌범위를 비교하여 MATLAB 소프트웨어 환경에서 회전익 무인기에 대한 시뮬레이션을 진행하고, 이를 기반으로 비행 실험을 진행하였다. 그리고 PX4, gazebo, ROS 통신을 활용한 환경에서 고정익 무인기에 대한 시뮬레이션을 진행하였고, 그 결과 장애물의 속도 벡터에 따른 타원형 충돌범위를 적용하였을 때 기존보다 장애물과 더 먼 상대 거리에서 회피를 시작하며, 더 큰 상대 거리를 유지하며 회피를 수행하고, 더 짧은 거리를 비행하는 것을 확인하였다.
선행 연구에서는 이를 위해 샘플링 기반의 RRT 알고리즘을 기반으로 트리의 수렴성 증가 및 계산 시간 단축, 최적성을 보완하고 실시간성을 추가한 Anytime DRRT 알고리즘을 제시하여 시뮬레이션을 수행하고 실시간 충돌회피 경로계획이 가능함을 보였다. 또한 해당 알고리즘의 검증을 위해 비행 실험을 수행하였고, 충돌회피가 가능한 경우 도 있었으나 바람, 관성 등의 외란으로 인해 무인기가 충돌회피 경로점을 추종하지 못하는 경우가 발생하였다.
본 논문에서는 위의 문제점을 보완하기 위해 충돌회피 알고리즘의 충돌범위를 개선하고자 하였고, 동적 장애물의 속도 크기와 방향을 더 적극적으로 반영하기 위해 장애물의 속도 벡터에 따른 타원형 충돌범위를 제안한다. 기존의 원형 충돌범위, 그리고 타원형 충돌범위의 장반경과 초점 거리를 더한 값을 충돌반경으로 가지는 확장된 원형 충돌범위와 함께 장애물의 속도 벡터에 따른 타원형 충돌범위를 비교하여 MATLAB 소프트웨어 환경에서 회전익 무인기에 대한 시뮬레이션을 진행하고, 이를 기반으로 비행 실험을 진행하였다. 그리고 PX4, gazebo, ROS 통신을 활용한 환경에서 고정익 무인기에 대한 시뮬레이션을 진행하였고, 그 결과 장애물의 속도 벡터에 따른 타원형 충돌범위를 적용하였을 때 기존보다 장애물과 더 먼 상대 거리에서 회피를 시작하며, 더 큰 상대 거리를 유지하며 회피를 수행하고, 더 짧은 거리를 비행하는 것을 확인하였다.
목차
I. 서론 11. 연구 배경 12. 연구 목적 33. 논문 구성 4II. 이론적 배경 51. RRT 알고리즘 5가. RRT 알고리즘 개요 5나. RRT 알고리즘 구성 52. Biased RRT 알고리즘 7가. Biased RRT 알고리즘 개요 7나. Biased RRT 알고리즘 구성 73. Anytime DRRT 알고리즘 9가. Anytime DRRT 알고리즘 개요 9나. Anytime DRRT 알고리즘 구성 9III. 동적 장애물의 실시간 충돌회피를 위한 경로계획 알고리즘 121. 기존 충돌회피 알고리즘에 대한 실험 및 고찰 122. 충돌범위 13가. 원형 충돌범위 13나. 동적 장애물의 속도 벡터에 따른 타원형 충돌범위 13다. 확장된 원형 충돌범위 14IV. 성능 검증 161. 회전익 무인기 16가. Software-in-the-loop 시뮬레이션 16나. 비행 실험 292. 고정익 무인기 41가. Software-in-the-loop 시뮬레이션 41V. 결론 56
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