최근에 'Evolution of UAV landing structures in the bistable space of Kresling origami structures'라는 무인 항공기 착륙 시스템에 관한 연구 논문이 IEEE 로봇 및 자동화 속보인 IEEE Robotics and Automation Letters에 게재되었습니다.
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신뢰할 수 있는 착륙 시스템은 드론을 지원하여 복잡한 작업을 수행하고 고가의 항공기 장비를 보호할 수 있습니다.기존의 대부분의 드론 착륙 시스템은 특정 시나리오에서 사용 요구 사항만 충족할 수 있지만 다양한 시나리오에서 적응력이 좋지 않습니다.
연구팀은 종이접기 구조에서 영감을 받아 Kresling 종이접기 구조의 이중안정성을 기반으로 한 무인 항공기 착륙 시스템 알고리즘 모델을 설계했습니다.
모션 캡처 시스템의 도움으로 착륙 구조의 위상 데이터를 획득하여 새로운 구조의 성능을 검증했습니다.시스템은 제약 생성 프로세스를 통해 드론이 착륙할 때 필요한 구조를 자동으로 생성하여 다양한 복잡한 지형에 적응할 수 있습니다.
물리적 모델을 통한 실내 및 실외 실험 검증 결과, 이 새로운 구조는 무인 항공기의 착륙 과정에서 충격 흡수 능력을 크게 향상시키고 안전성을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.
세 가지 착륙 시스템 비교 실험
종이접기 구조
종이접기는 오래된 예술입니다. 많은 연구자들이 종이접기의 이중안정성 특성을 연구하고 로봇 시스템, 의료, 건축 등 여러 분야에 널리 응용하고 있습니다.
연구팀은 4개의 접힌 Kresling 튜브의 쌍안정성 공간을 기반으로 그래프 문법 규칙과 강성 요소의 이원 규칙을 적용하여 종이접기 구조의 공간 그래프 표현을 간소화했습니다. 그리고 그래프 휴리스틱 검색 알고리즘을 활용하여 새로운 공간 검색 프레임워크를 구축했습니다.
그림: 종이접기 구조에 대한 그래픽 정보
비교 실험
연구팀은 시뮬레이션된 설계 구조에 따라 물리적 모델을 만들고 NOKOV 광학 모션 캡처 시스템을 분석 도구로 사용하여 물리적 모델의 동역학 분석을 수행하고 실내 및 다양한 실외 환경에서 육상 시스템의 성능을 테스트했습니다.
비교 실험을 위해 세 가지 드론 착륙 시스템 모델을 선택했습니다. 첫 번째 모델은 전통적인 드론으로, 별도의 착륙 시스템이 설치되어 있지 않습니다. 두 번째 모델은 착륙 시스템이 추가되었지만 쌍안정 구조 설계를 사용하지 않았습니다. 세 번째 모델은 실험 팀이 설계한 착륙 시스템을 추가하고, 쌍안정 구조 설계를 사용합니다.
1. 실내 실험:
실내 실험에서는 3가지 착륙 구조에 대해 20번의 실내 성능 검증 테스트를 수행했습니다.다음 그림은 실내 실험에서 지면에 노출된 지 2.5초 이내에 세 가지 착륙 시스템의 속도 및 가속도 변화를 보여줍니다.
그림: 착륙구조별 속도와 가속도 비교
쌍안정 착륙 구조는 집중된 충격을 분산된 더 작은 충격으로 변환합니다.이 디자인은 종이접기 구조의 변형에 의존하여 하향 충격력을 스프링의 에너지로 변환하여 착륙 중 드론 보호를 향상시킵니다.
표: 착륙 구조별 매개변수 비교
2. 실외 실험:
쌍안정 착륙 구조의 포괄적인 성능을 추가로 검증하기 위해 연구팀은 야외 평지, 초원 및 경사가 15도인 고르지 않은 땅에서 각각 실험을 수행했습니다.쌍안정 착륙 구조는 모든 지형에서 다른 두 구조보다 성능이 우수하며 드론이 착륙할 때 당시 지형 조건에 따라 가장 적합한 구조 형태를 선택하여 보다 안정적인 착륙을 달성하고 충격 흡수 효과를 높일 수 있습니다.
참조:
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