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- 저자 : 설재휘 ( Jaehwi Seol ) (검색결과 5 건)
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설재휘 ( Jaehwi Seol ),손형일 ( Hyoung Il Son ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1
최근 환경 오염이 증가하고 있지만 자연 시스템 및 생태계를 효과적으로 관리하는 시스템은 여전히 부족하다. 자연 시스템 중 지류는 일반적으로 인공위성 데이터를 활용하거나, 직접 측량으로 지류 데이터를 획득하여 관리한다. 기존 관리 시스템은 비용적인 측면에서 접근성이 떨어지게 되어, 최근에는 무인항공기(UAV, unmanned aerial vehicle)을 활용한 연구가 다수 진행되고 있다. 진행된 연구들은 대부분 단일 UAV를 사용하였지만 지류와 같이 광범위한 환경에서는 작업에 소요되는 시간이 증가하게 되어 한계가 명확해진다. 따라서, 본 연구에서는 단일 로봇의 한계를 극복하고 다양한 형태의 지류를 효과적으로 관리하기 위한 다중 UAV 시스템을 제안한다. 제안된 다중 UAV 시스템은 광범위한 지류, 갈라지는 지류 등 다양한 지류를 관리하기 위하여 리더-팔로워 제어와 관리제어이론을 기반으로 제어기가 설계되었다. 설계된 관리제어기는 지류의 특성에 맞춰 제어하고자 하는 대상인 플랜트를 모델링하였으며, 이때 플랜트는 리더-팔로워 접근 방법에 따라 임무를 수행하는 리더 UAV, 리더 UAV를 추종하는 팔로워 UAV, UAV에게 역할을 할당하는 할당 UAV로 하위 플랜트로 구성되었다. 플랜트의 제어사양은 리더와 팔로워 UAV 상태에 따라 설계되었으며, 각 제어사양은 UAV의 상태가 바뀌더라도 역할을 수행할 수 있도록 설계되었다. 플랜트와 제어사양에 따라 설계된 관리 제어기는 물리기반 시뮬레이터에서 갈라지는 지류를 묘사한 환경을 꾸며 시뮬레이션을 진행하였다. 그 결과 갈라지는 지류 시나리오에서 지류의 형태에 따라 UAV가 할당되어 주행하게 됨으로써 모든 지류에 대한 매핑을 수행할 수 있게 한다.
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다중 UAV의 원격탐사 영역분할을 위한 Bargaining 기반 협상 전략
설재휘 ( Jaehwi Seol ),손형일 ( Hyoung Il Son ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
최근 ICT(정보통신기술)을 활용해 투입 자원을 최소화 하면서 생산량을 최대화하는 새로운 농업 기술로 정밀 농업이 있다. 정밀농업은 위성 또는 항공기의 정보기술로부터 농작물의 상태와 토양의 건강을 파악해 투입자원을 최소화할 수 있다. 정밀 농업에서 중요한 작업 중의 하나인 원격탐사에서 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)는 계획된 경로에 대해 낮은 고도에서부터 비교적 높은 고도로 비행이 가능하고, 그에 따른 다양한 탐사 이미지 해상도를 얻을 수 있다. 이러한 특성으로 UAV의 관심과 활용이 높아지면서 단일 UAV뿐만 아니라 다수의 무인항공기를 이용한 작업들에 대해 관심 또한 높아졌다. 특히, UAV를 이용한 원격탐사에서는 상대적으로 넓지 않은 지역의 경우는 많은 기체가 필요하지 않지만 탐사하고자 하는 지역이 넓어지면 넓어질수록 다수의 UAV를 활용하는 것이 탐사 시간 등의 측면에서 효율적이다. 본 논문에서는 멀티 UAV를 이용하여 원격탐사를 수행할 때 각 UAV의 작업공간(즉, 탐사 영역)을 어떻게 분배할지 결정하기 위해 Rubinstein’s alternate offers protocol를 기반으로 한 협상 전략을 제안한다. Rubinstein’s bargaining model은 크기가 1인 파이를 2명이서 나눌 때 어떻게 나누는 것이 효과적인가를 보여준다. 2개체의 단차원적인 경우는 각 차례로 자신이 원하는 양을 제안한다. 응답자는 제안자의 값을 받아들일지 말지 의사결정을 한다. 거절할 경우 협상비용으로 할인율을 적용해 다음 값을 제안한다. 3개체의 경우는 제안 순서의 중요성이 커지게 된다. 제안자는 다른 사람에게 몫을 제안하고, 응답자는 이에 따른 결정을 진행한다. 다음 차례의 제안자는 거절한 사람 중 가장 낮은 할당량을 제안받은 개체가 제안을 시작한다. 합의가 진행됨에 따라 서로가 원하는 몫에 가까워지면 모두가 수락해 합의가 종료된다. 이를 원격탐사 영역 분할에 적용할 경우 각 UAV가 탐사할 영역을 각각 n각형으로 정의한 후k개의 합의점을 설정한다. 협상을 통해 합의점을 찾아 원격탐사 영역을 분할한다. 제안한 탐사 영역분할 알고리즘은 3D 로봇 시뮬레이터를 이용하여 구현 및 평가를 진행하고 있다.
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정밀 항공 방제를 위한 시공간 분사 특성 분석 시스템 개발
설재휘 ( Jaehwi Seol ),김창조 ( Changjo Kim ),주은지 ( Eunji Ju ),손형일 ( Hyoung Il Son ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
농업에서 방제는 농작물의 질과 수확량을 높이는 중요한 작업이다. 최근에는 지상 방제의 방제 영역, 방제 시간 등 한계를 극복하기 위한 무인항공기(UAV: unmanned aerial vehicle) 기반 항공방제가 활용되고 있다. 항공 방제는 기상 조건, 무인항공기에서 발생하는 하향풍의 영향으로 원하는 지역에 방제 작업을 정밀하게 수행하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 항공 방제에 따른 분사 형태를 측정하고, 분석하는 연구가 수행되고 있다. 하지만 대부분의 연구는 실내에서 풍동 실험을 기반으로 특정 조건에서만 실험이 진행되거나, 감수지, 포집기 등을 설치하여 대략적인 특성만을 파악할 수 있다는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 항공 정밀 방제를 위한 분무 특성의 시공간 분석 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 분무를 실시간으로 측정하고, 분류하여, 분석하는 시스템으로 다음과 같이 구성된다. 1) 분류(segmentation): 주변 환경과 물방울을 구분할 수 있도록 PointNet++ 모델을 기반으로 학습하여 물방울만을 분류한다. 2) 군집화(clustering): 분류된 물방울은 k-means 알고리즘을 기반으로 노즐 위치에 따라 k개의 클러스터 노드를 생성하여 군집화(clustering)를 진행한다. 3) 그룹화(grouping): 생성된 클러스터 노드를 기반으로 보로노이 다이어그램(voronoi diagram)을 통하여 각 노즐에 매칭되는 분사 영역을 분할하여 그룹화를 진행한다. 4) 잡음 제거(noise filtering): 칼만 필터(kalman filter)를 사용하여 주변 잡음(noise)를 제거하여 실시간으로 각 노즐의 분사 형태를 획득한다. 1)~3)은 분무의 공간 데이터에서 처리되고, 4)는 분무의 시계열 데이터에서 처리된다. 제안된 분석 시스템을 검증하기 위해 무인항공기의 비행 조건 중 고도, 속도, 주행경로에 따라 분사 형태를 획득하였으며, 최대분사거리, 분사부피, 분사 중앙 직경(VMD: volume median diameter)로 성능 지표를 정의하여 분석되었다. 실험결과, 고도와 속도가 증가할수록 비의도적 분사가 증가하였다. 제안된 분사 특성 시스템을 기반으로 무인항공기의 노즐 제어가 결합된다면, 의도하는 지역에 정밀한 항공 방제를 수행할 수 있을 것으로 기대한다.
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비행 조건에 따른 PointNet++ 기반 항공 방제 분석
주은지 ( Eunji Ju ),설재휘 ( Jaehwi Seol ),김창조 ( Changjo Kim ),손형일 ( Hyoung Il Son ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1
농업에서 방제는 농작물의 질과 수확량을 높이는 중요한 작업이다. 전통적인 방제 방식은 지상에서 사람이 직접 약제를 살포하는 것이다. UAV(Unmanned Aerial Vehicle)를 이용한 항공 방제는 전통적인 방식으로는 접근하기 어려운 넓은 농경지를 효과적으로 방제할 수 있다는 장점이 있다. 항공 방제는 바람이나 비행 조건 등 여러 요인의 영향을 받는다. 이로 인해 농약의 살포 입자가 방제 작업 범위를 벗어나는 현상인 비산이 발생한다. 비산은 주변 토양과 작물의 오염 문제를 야기하며 이는 사람에게까지 영향을 미친다. 따라서 효과적인 비산 감소를 위해 정확한 비산 측정과 효율적인 UAV 비행 조건을 찾는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 UAV의 비행 조건에 따른 PointNet++ 기반 항공 방제 분석 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 첫째, 고정식 LiDAR 방식을 통해 UAV에서 10m 떨어진 지상에 LiDAR의 위치를 고정하여 포인트 클라우드 데이터를 획득한다. 둘째, 가장 효율적인 비행 조건을 찾기 위해 고도, 속도, 경로를 비행 조건 변수로 설정하여 필드 테스트를 진행한다. 셋째, 획득한 LiDAR 포인트 클라우드는 UAV와 물방울을 구분할 수 있도록 전처리 과정을 거친 후, 분사 형태를 분류하기 위해 PointNet++ 모델을 통해 학습된다. 넷째, 학습된 데이터를 통해 UAV와 물방울을 정확하게 분류하고, 물방울 데이터를 이용해 비행 조건에 따른 항공 방제 분석을 진행한다. 분석 지표로 분사 거리와 분사량을 사용하였으며 고도가 높고 속도가 빠를수록 비산이 증가하는 것을 확인하였다. 본 연구는 비행 조건에 따른 PointNet++ 기반 항공 방제 분석 방법을 통해 정확한 비산 측정과 효과적인 비산 감소에 기여해 항공 방제 기술을 향상시킬 것으로 기대한다.
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효율적인 수확을 위한 새로운 형태의 통합 엔드이펙터: 절단, 흡착, 이송 모듈
박용현 ( Yonghyun Park ),설재휘 ( Jaehwi Seol ),박정현 ( Jeonghyeon Pak ),조유성 ( Yuseong Jo ),손형일 ( Hyoung Il Son ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1
수확 로봇 연구는 작물 인식을 위한 로봇의 능력을 평가하고 수확을 위한 작물에 접근하는 연구 뿐만 아니라 절단 작업을 수행하는 엔드이펙터의 성능을 개선하기 위한 다양한 연구도 시도되었다. 그러나 작업시 로봇의 제어, 작물 인식 등 오차로 인하여 절단해야 할 줄기에 엔드이펙터가 정확히 위치하기 어려우며 이는 작물 손상을 유발한다. 그러므로 본 문제를 고려하여 엔드이펙터를 설계해야 한다. 본 연구에서는 효율적인 수확을 위해 절단, 흡착, 이송 모듈을 포함한 새로운 형태의 통합 엔드이펙터를 제안하였다. 제안된 엔드이펙터는 실제 농업 종사자가 작물을 수확하는 방법과 유사하게 잡기, 절단, 이송과정을 수행한다. 또한, 견인 서포터에 의해 줄기가 원형톱 까지 견인되는 구조로 설계하여 위치에 오차가 발생하여도 줄기가 절단 영역 범위 내로 입력되면 줄기 절단이 가능해 안정적이고 즉각적인 수확 작업을 진행할 수 있다. 이를 통해 수확 시간이 단축되고 수확 자동화의 목표인 생산성이 향상된다. 실제 작물을 수확할 수 있도록 절단, 흡착, 이송에 필요한 기능을 명시하고 모듈로 분리하였고, 각 모듈에 대해 예비 실험을 통해 구현을 검증하였다. 검증된 각 모듈을 엔드이펙터에 통합하여 필드 테스트를 진행하였다. 세 가지 환경에서 총 160개의 군집 토마토가 수확하였다. 그리고 줄기가 기울어지는 상황을 연출하기 위해 엔드이펙터 진입 각도를 변경하여 실험을 진행하였다. 총 수확 성공률은 80.63%, 수확 시간은 13.5초이며, 본 실험 결과는 엔드이펙터의 진입 각도를 변경하면서 실험을 진행한 결과이므로 환경이나 제어로 인한 오차를 대응 가능함을 확인하였다. 제안된 통합 엔드이펙터는 실제 환경에서 수확 로봇을 위한 엔드이펙터로써 적용 가능할 것으로 판단된다.
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