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지능형 방제기를 위한 LiDAR 기반 효율적인 분사제어 알고리즘 개발
양창주,이명훈,김경철,홍영기,김현종,이시영,류희석,권경도,오민석,김국환 한국지식정보기술학회 2020 한국지식정보기술학회 논문지 Vol.15 No.5
The decline in agricultural labor force not only makes it difficult to operate the agricultural machinery itself, but also leads to a tendency to avoid more dangerous work when it is involved, leading to a decrease in agricultural productivity. In particular, in the case of agricultural fields such as orchards, which target field crops, there are many restrictions on the development of unmanned technologies to reinforce the labor force. In the case of orchards, the most common work is to use a control device to spray pesticides. The control method of the existing batch spraying method causes excessive use of pesticides and scattering problems to neighboring farms, and in particular, farmers in the field are damaged by exposure. For this study, using a LiDAR sensor that has strong straightness and can accurately recognize the location of an object, it recognizes the shape of a fruit tree based on 3D location data, and applies down sampling and threshold processing techniques. In addition, it has been prepared so that hardware can be easily configured by simply installing an injection device, a controller, and a sensor in the existing commercial control unit. By recognizing the shape of the fruit tree and spraying pesticides only where necessary, a control algorithm was developed to reduce the use of pesticides and efficiently control work, and the effects were compared and analyzed through the paper cut.
멤리스터 브리지 시냅스 기반 신경망 회로 설계 및 하드웨어적 학습 알고리즘 구현을 위한 시뮬레이션
양창주,김형석 제어로봇시스템학회 2014 제어로봇시스템학회 각 지부별 자료집 Vol.2014 No.12
In this study, the implementation of the memristor-based multilayer neural networks and the simplest hardware-based learning architecture called RWC(Random Weight Change) is aimed. Two major functions which should be embeded in synapses are programmability of memrory and analog multiplication. A recent physical realization of “memristor”", a non-volatile programmable resistor, has opened up new possibilities. Though circuit-based RWC algorithm requires more iterations than the software-based backpropagation algorithm, we show that the hardware-based learning of RWC is two orders faster than its software counterpart.
브레드 보드 상에서 구현이 가능한 멤리스터 에뮬레이터의 설계
양창주,마헤스워 샤파라,람 카지 부다토키,박세동,김형석 제어로봇시스템학회 2013 제어로봇시스템학회 각 지부별 자료집 Vol.2013 No.12
본 논문에서 제안한 멤리스터 에뮬레이터 회로는 아직 실용화 되지 않은 멤리스터를 대신하여 사용할 수 있는 회로로, CMOS 구조를 기반으로 설계하였다. 기존에 발표된 회로가 갖고 있었던 제한적인 저항 값 구현 범위를 폭이 더 넓게 구현이 가능하도록 개선하였고, 이를 HSPICE 시뮬레이션 결과로 검증하였다.
입력 에러 증폭 방법을 이용한 비터비 디코더의 회로 구현 미스 매칭 문제 개선
양창주(Changju Yang),마헤스워사(Maheshwar Sah),임해평(Haiping Lin),김형석(Hyongsuk Kim) 대한전기학회 2009 정보 및 제어 심포지엄 논문집 Vol.2009 No.5
통신이나 저장 매체에서 에러 정정을 위해 사용하는 비터비 디코더를 1에 해당하는 회로와 0에 해당하는 회로로 나누어 구성하고 각 출력 값의 크기를 비교함으로써 디코딩을 수행하는 구조를 연구하였다. 특히, 디코딩회로를 하드웨어 구현 시의 mismatching에 대비하기 위해, 경로에러를 증폭하여 두 회로 출력 값 사이의 마진을 크게 하는 방법을 제안하였다. 제안한 구조에 대한 시뮬레이션 결과 노이즈가 매우 심한 경우에도 높은 에러 정정 성능을 보였다.
선형회귀 알고리즘 기반 변량 시비 제어를 위한 입상 비료 특성 모델링 연구
양창주 ( Changju Yang ),홍영기 ( Youngki Hong ),김경철 ( Kyung-chul Kim ),권경도 ( Kyung-do Kwon ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1
본 연구는 벼 포장 환경에서 이앙기 작업과 동시에 수행되는 시비 작업 과정에서, 생산성 향상을 위해 재배 기간 중 추비 등의 작업으로 인한 노동력 부담 경감 효과를 위한 완효성 특성을 갖는 복합 성분이 함량된 입제 비료를 사용한다. 그러나 기존 일괄 비료 살포법으로 시비 작업시, 평균 약 1ha의 면적 내에 토질의 상태가 균일하지 못한 문제로 인하여 기대 소득을 위한 총 생산 목표량을 맞추기 위해 필요 이상의 비료가 투입되는 등의 토양 환경오염을 유발하는 문제가 발생되었다. 이와같은 문제를 해결하기 위해 균일한 토질의 상태 조성과 적정 비료량 투입이 필요하며, 사전 조사 및 분석된 토양 특성 정보를 기반으로 생성된 맵 데이터를 활용하여 위치별 적정량 비료 살포가 가능한 기술도입이 필요하다. 이를 위해, 벼의 생육에 가장 큰 영향을 미치는 요소인 질소, 인, 칼륨 성분과 같은 토양 내 무기질 비료 성분별 분석 결과를 기반으로 작성된 특성 맵을 이용하여 입상 비료의 물리적 특성에 따라 변량 시비 제어 알고리즘 개발을 위한 모델링을 제시한다. 이를 위해 선형회귀 알고리즘을 이용하여 입상비료의 물리적 특성에 따른 상관관계를 분석하고, 모델링을 수행하였다. 실험에 사용된 입제 비료는 국내에서 생산 판매중인 16종 제품을 대상으로 수행하였으며, 입제 비료의 물리적 특성을 기반으로 한 시비량 제어 모델 개발을 위해 정밀 무게측정이 가능한 전자저울을 이용하고, 임베디드 제어기가 장착된 변량시비제어기를 이용하여 단위 거리에 따른 비료 토출량을 조사하였으며, 본 논문에서 제안한 모델의 현장 적용 가능성을 확인하였다.
아날로그 PRML 디코딩 회로 구현 시의 미스 매칭 문제 완화를 위한 입력 심볼 에러 값 증폭
양창주(Changju Yang),마헤스워 사(Maheswar Sah),김형석(Hyongsuk Kim) 大韓電子工學會 2009 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.46 No.8
차동형 아날로그 PRML 디코더의 하드웨어 구현 시에 발생하는 mismatching 문제를 해결하기 위해서 입력 심볼 에러를 증폭함으로써 에러 정정 효과를 향상시키는 방법을 제안하였다. 차동형 아날로그 PRML 비터비 디코더는 축약된 길이만큼의 트렐리스 다이아그램 회로를 2 개 구성하고, 그 중 한 회로는 0에 해당하는 가지들을 절단하고, 다른 회로는 1에 해당하는 가지들을 절단하여 두 회로의 출력을 비교함으로써 디코딩한다. 이 때, 두 회로 출력 값의 차이가 작을 경우에는 하드웨어 구현시의 mismatching 때문에 디코딩 에러가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 입력 심볼 에러 값들을 증폭함으로서 큰 경로 에러값들은 saturation시키는 대신, 작은 경로 에러 값들 간에는 구별 성을 키움으로써 결과적으로 0 혹은 1 간의 구별 마진이 커지게 하는 방법을 제안하였다. 회로의 디코딩 성능 개선효과를 보이기 위해 시뮬레이션 결과를 제시하였다. An idea to improve the performance of error correction with the amplification of input symbol errors is proposed to ease the mismatching problem which occurs in the hardware implementation of the differential analog PRML decoder. The differential analog PRML decoder is the decoder with two blocks of trellis diagram one of which is without branches of “0” and the other one is without the branches of “1”. Decoding is performed by comparing the outputs of two blocks. The decoding error is likely to occur when the difference of two outputs is very small and the hardware implementation is not precise due to mismatching. The proposed idea is to increase the discrimination margin for the output “0” and “1” by amplifying the symbol error while the larger path metrics are saturated. To show the performance improvement of decoding with the proposed idea, simulation results are included.
LiDAR를 활용한 과수 형상에 따라 선택적 방제가 가능한 지능형 방제기
양창주(Changju Yang),김국환(Gookhwan Kim),이명훈(Meonghun Lee),김경철(Kyoung-Chul Kim),홍영기(Youngki Hong),김현종(Hyunjong Kim),이시영(Siyoung Lee),류희석(Hee-Suk Ryu),권경도(Kyung-Do Kwon),오민석(Min-seok Oh) 유공압건설기계학회 2020 드라이브·컨트롤 Vol.17 No.4
Driving on irregular and inclined roads using agricultural machinery such as spraying machines or trucks in orchards causes farmer casualties associated with the overturning of agricultural machinery. In addition, the harm to agricultural workers caused by the excessive inhalation of the scattered pesticide frequently occurs during pest control processes. To address these problems, we introduced precision agricultural technology that could selectively spray pesticides only where the fruit is present by recognizing the presence or shape of the fruit in the orchard. In this paper, a 16-channel LIDAR (VLP-16) made of Velodyne was used to identify the shape of fruit trees. Solenoid valves were attached to the end parts of 12 nozzles of the orchard spraying machine for on/off control. The smart spraying machine implemented in this way was mounted on a vehicle capable of autonomous travel and performed selective control depending upon the shape of the fruit trees while traveling in the orchards. This is expected to significantly reduce the amounts of pesticides used in orchards and production costs.
영상 데이터 수집을 위한 매니퓰레이터 플랫폼 이동 제어기법 연구
양창주 ( Changju Yang ),김국환 ( Gookhwan Kim ),김경철 ( Kyung-chul Kim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2
농작업의 기계화가 도입된 이래로 노동력을 절감하기 위한 노력이 지속되어 왔으며 그중 특히 농업은 그 수요가 매우 높은 산업 분야이다. 특히, 온실의 경우 노지 농업에 비해 상대적으로 기계화 도입이 용이한 조건을 갖추고 있으며, 사람의 팔 대신 작업이 가능하도록 하기 위한 자동화 분야에서 활용되었던 영상인식 기반의 빈-피킹과 같은 기술의 접목이 매우 빠르게 이루어지고 있다. 일반적인 제조현장과는 달리, 농업환경에서는 정형화되어 있지 않은 농작물을 대상으로 작업을 수행해야 하는 어려움이 있다. 이를 위해 영상 인식기반의 수확작업, 숙도판별, 개체수 모니터링 기술 및 농작업 경로설정과 같은 연구들이 많이 진행되고 있다. 본 논문에서는 상기의 연구를 목적으로 활용하는 매니퓰레이터 기반 플랫폼이 작물의 특성으로 고려하여 온실 내에서 이동하기 위한 제어 알고리즘에 관한 기법을 제안하였다. 실험을 위해 사용된 매니퓰레이터 플랫폼은 온실의 내부 온도를 유지하기위해 설치된 온수 파이프를 레일로 사용하도록 하드웨어를 제작하였으며, 사람이 작물의 위치를 인식하는 작업환경을 고려하여 유사하게 동작할 수 있도록 스테레오 카메라의 위치와 각도를 설정하였다. 작물의 잎과 대상 객체와의 구조적 특성으로 인한 수직 방향의 카메라 각도의 인식 한계성을 극복하기 위해 플랫폼이 이동하는 과정에서 사전에 3차원 좌표를 인식할 수 있도록 단위 구역을 설정하여 이동하도록 알고리즘을 고안하였다. 매니퓰레이터의 이동 제어를 위해 산업용PC를 제어기로 구현하고 RS485 통신 프로토콜을 기반으로 정밀제어를 수행하였다. 또한, 시뮬레이션 수행을 위해 구체 모형의 3D 좌표값 비교를 통해 제안한 기법의 적용 가능성을 확인하였다.