저장대학교 FAST-Lab 항공우주 학생들의 논문 ATrajectory-based Flight Assistive System for Novice Pilots in Drone Racing Scenario ICRA 2024의 순조로운 발표를 축하하며, 동시에 3개의 Finalist에 선정되었다:
the IEEE ICRA Best Paper Award on Unmanned Aerial Vehicles
the IEEE ICRA Best Conference Paper Award
the IEEE ICRA Best Student Paper Award
초보자를 위한 드론 레이싱 장면의 비행 보조 시스템
드론 레이싱은 드론을 조종하여 지정된 비행 경로를 최단 시간에 완료하는 것을 말합니다.드론은 지속적으로 비행해야 하는 매우 빠른 상태이고, 날으기는 드론을 능숙하게 조종하며 고기동적인 자세의 비행을 해야 합니다.
이것은 드론 비행사에게 매우 높은 요구 사항을 제시했습니다.플라이어는 전체 비행 경로를 잘 알고 비행 경로의 장애물을 피해야 합니다.
아주 경험이 많은 프로 라이벌이라 하더라도 충돌로 인한 비행 실패의 가능성이 있을 수 있습니다.이러한 기술 요구 사항으로 인해 초보 운전자는 속도 비행에 따라갈 수 없으며 참여하기 어렵습니다.
이 글은 드론 레이싱 비행 지원 시스템을 제안하는데, 그 목적은 초보 라이더나 드론을 전혀 만지지 않은 사람도 빠르게 착수하여 레이싱 비행을 경험하고 이 활동에 깊이 참여할 수 있도록 하는 것입니다.
이러한 드론 레이싱 비행 보조 시스템을 설계하는 것은 몇 가지 도전에 직면해 있습니다.
우선 초보 라이더는 경험이 부족하고 조종 감각이 떨어져 전문가의 안내가 필요합니다.둘째, 초보 운전자의 조작은 예측할 수 없어 안전에 큰 도전을 가져옵니다.셋째, 가장 중요한 점은 플라이어에게 강한 참여감을 주는 것입니다.
학계에서는 자율 드론 레이싱 비행을 위한 비교적 성숙한 솔루션이 있습니다.아무도 참여하지 않는 상황에서 드론은 자체 컴퓨팅 플랫폼만으로 전문 라이더에 필적할 뿐만 아니라 전문 라이더를 능가하는 빠른 비행 성적을 달성할 수 있습니다.
하지만 이런 방식에는 참여감이 부족합니다.
이 기사는 드론 레이싱의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 인간 플라이어가 충분한 참가 경험을 얻을 수 있도록 비행 지원 시스템을 설계하기를 희망합니다.
그러려면 사용자의 의도를 정확하게 포착하고 드론의 움직임에 실시간으로 피드백할 수 있어야 합니다.그런 면에서 보조 속도 비행은 자율 속도 비행보다 더 어렵습니다.
시스템 프레임워크
전체 시스템은 오프라인과 온라인의 두 부분으로 구성된 계층 구조를 채택합니다.
1.오프라인 전처리 모듈먼저 경기장과 서킷에 대해 점군 지도를 구축합니다.비교적 성숙한 글로벌 궤적 계획 방법을 사용하여 전문가 참조로 최적의 시간 궤적을 생성합니다.
그리고 참조 궤적을 따라 조밀한 안전 비행 회랑을 생성하여 머리와 꼬리가 연결된 일부 다면체를 사용하여 안전 영역을 특성화할 수 있는 충분히 큰 안전 영역을 제공합니다.
2.온라인 재규격화 모듈원격 매핑 요소는 조종사의 입력을 신속하게 캡슐화하기 위해 설계되었으며, 의도를 추가로 포착하기 위해 시간 매핑 기반 궤적 진행 상황을 맞춤화했습니다.
그런 다음 의도와 일치하고 매끄럽고 실행 가능하며 안전한 궤적을 정기적으로 생성하기 위한 궤적 플래너가 제안됩니다.
3. 요항각 재설계 가입궤적을 생성함에 있어서, 요각의 재계획을 진행합니다.드론이 가능한 한 빨리 다음 목표 지점을 향해 볼 수 있도록 조종사에게 최적의 시야각을 제공하고 조작의 어려움을 더욱 덜어주기 위한 목적입니다.이 점은 초보자에게 매우 중요합니다.
비행보조시스템 구성도
실험 검증
시뮬레이션 및 실제 실험을 수행하여 시스템의 성능을 검증했습니다.실제 실험에서는 드론 레이싱 장면에서 드론을 조종하기 위해 5명의 참가자를 초대했습니다.완료 시간을 기록하고 최종 순위를 결정합니다.
경기 중 노코브 메트릭 모션 캡처 시스템을 사용하여 드론 관련 위치 정보를 획득하여 경기 중 드론의 비행 궤적을 확인합니다.
모든 플라이어들은 3.0m/s 이상의 최대 속도로 실제 장면에서 성공적으로 경기를 마쳤습니다.모든 라이더의 비행 궤적과 드론 비행 스냅 사진은 아래 그림과 같습니다.이 연구에서 제시된 비행 보조 시스템을 사용하면 초보 운전자라도 경기를 원활하게 수행할 수 있습니다.
우승한 플라이어의 최고 비행 속도는 6.0m/s에 달했고 평균 비행 속도는 3.0m/s에 가까웠습니다.
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