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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 高詳豪
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수9
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2018
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본 논문에서는 멀티콥터형 무인항공기를 대상으로 탐지된 장애물 정보를 이용한 포텐셜 필드 기반 충돌회피 알고리즘 개발을 목적으로 하여 최종적으로 무인 시스템의 안정성 강화와 자율 비행 성능 향상을 목표로 한다. 이를 위해 가우시안 혼합 모델을 이용한 포텐셜 필드 기반 무인기 충돌회피 유도 법칙을 설계 방안을 제시하였으며 이를 시뮬레이션과 실제 비행 시험을 통해 검증하였다.
충돌회피 연구는 비례 항법, RRT 기법 등 여러 알고리즘이 개발되고 있으며, 특히 모바일 로봇 분야를 중심으로 벡터 필드 기반 알고리즘의 연구 수행이 다양하게 이루어지고 있다. 하지만 운동 모델을 간단하게 가정하여 시뮬레이션으로 검증한 사례가 대부분을 차지한다. 이에 본 논문에서는 기존의 힘 원리의 벡터 필드가 아닌 가우시안 확률 분포를 이용한 포텐셜 필드를 생성하고 실제 기체에 적용할 수 있도록 EM 알고리즘을 통해 실시간 장애물 정보 업데이트 방안을 고려하였다.
첫 번째로 장애물 포텐셜 필드 생성을 위해 가우시안 혼합 모델을 이용하여 복잡한 형상의 장애물을 표현할 수 있도록 구성하였으며, Batch 기반 EM 알고리즘과 Recursive EM 알고리즘을 통한 장애물 필드를 업데이트 성능을 다양한 케이스에서 비교 분석하였다. 이 후 목표 지점과 필드 전영역에 목표 지점으로 향하는 포텐셜을 부여하여 최종 포텐셜 필드를 생성하였다.
두 번째로 생성된 포텐셜 필드를 바탕으로 유도 항법 설계 및 무인기(멀티콥터) 운동 모델을 포함한 충돌회피 시뮬레이션을 수행하였다. 고정 장애물과 이동장애물 모두를 고려하였으며, 회피 경로와 목표 지점으로 향하는 경로 생성을 동시에 하는 충돌회피 유도항법을 설계하였다. 또한 다수 경로점 기법을 이용하여 지역 최소 문제 해결과 기체 속도 벡터를 고려하여 장애물 영역에서 기체 감속 효과 방안을 제시하였다.
마지막으로 실내 비행 시험환경을 구성하여 실제 기체 시험을 통해 연구 개발된 알고리즘의 안정성 및 신뢰성을 확보하였다. 실내 비행 시험에서는 기체에 탑재한 라이다를 통해 장애물 정보를 획득하였고 고정 장애물과 이동 장애물에 대한 충돌회피 비행을 수행하였다.
충돌회피 연구는 비례 항법, RRT 기법 등 여러 알고리즘이 개발되고 있으며, 특히 모바일 로봇 분야를 중심으로 벡터 필드 기반 알고리즘의 연구 수행이 다양하게 이루어지고 있다. 하지만 운동 모델을 간단하게 가정하여 시뮬레이션으로 검증한 사례가 대부분을 차지한다. 이에 본 논문에서는 기존의 힘 원리의 벡터 필드가 아닌 가우시안 확률 분포를 이용한 포텐셜 필드를 생성하고 실제 기체에 적용할 수 있도록 EM 알고리즘을 통해 실시간 장애물 정보 업데이트 방안을 고려하였다.
첫 번째로 장애물 포텐셜 필드 생성을 위해 가우시안 혼합 모델을 이용하여 복잡한 형상의 장애물을 표현할 수 있도록 구성하였으며, Batch 기반 EM 알고리즘과 Recursive EM 알고리즘을 통한 장애물 필드를 업데이트 성능을 다양한 케이스에서 비교 분석하였다. 이 후 목표 지점과 필드 전영역에 목표 지점으로 향하는 포텐셜을 부여하여 최종 포텐셜 필드를 생성하였다.
두 번째로 생성된 포텐셜 필드를 바탕으로 유도 항법 설계 및 무인기(멀티콥터) 운동 모델을 포함한 충돌회피 시뮬레이션을 수행하였다. 고정 장애물과 이동장애물 모두를 고려하였으며, 회피 경로와 목표 지점으로 향하는 경로 생성을 동시에 하는 충돌회피 유도항법을 설계하였다. 또한 다수 경로점 기법을 이용하여 지역 최소 문제 해결과 기체 속도 벡터를 고려하여 장애물 영역에서 기체 감속 효과 방안을 제시하였다.
마지막으로 실내 비행 시험환경을 구성하여 실제 기체 시험을 통해 연구 개발된 알고리즘의 안정성 및 신뢰성을 확보하였다. 실내 비행 시험에서는 기체에 탑재한 라이다를 통해 장애물 정보를 획득하였고 고정 장애물과 이동 장애물에 대한 충돌회피 비행을 수행하였다.
목차
목 차요 약 ⅰ목 차 iii그림목록 v표 목 록 viii제 1 장 서론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 31.2.1 비례항법 31.2.2 RRT 기법 41.2.3 포텐셜 필드 기법 51.3 연구 동기 8제 2 장 포텐셜 필드 생성 92.1 장애물 포텐셜 필드 함수 92.1.1 가우시안 혼합 모델 92.1.2 Batch기반 EM 알고리즘 102.1.3 Recursive EM 알고리즘 222.1.4 EM 알고리즘 성능 분석 272.2 최종 포텐셜 필드 생성 36제 3 장 무인기 충돌회피 시스템 모델링 393.1 유도제어 법칙 393.2 포텐셜 필드 기반 유도항법 413.3 충돌회피 시뮬레이션 453.3.1 고정 장애물 회피 시뮬레이션 453.3.2 이동 장애물 회피 시뮬레이션 47제 4 장 실내 비행 시험 524.1 실내 비행 환경 524.2 장애물 회피 비행 534.2.1 고정 장애물 회피 비행시험 544.2.2 이동 장애물 회피 비행시험 55제 5 장 결론 63Appendix A 64Appendix B 67참고문헌 69
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