무인기 이착륙 충격 감소를 위한 비주얼 서보잉기반 모션플랫폼 임피던스 제어 = Visual Servoing-based Motion Platform Impedance Control for UAV Takeoff and Landing Shock Reduction

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 무인기의 이/착륙 시 발생하는 충격을 감소하기 위한 6축 모션 플랫폼 제어 시스템을 제안한다. 이/착륙 시 돌풍 등으로 인해 기체의 전도 및 충돌이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 비주얼 서보잉 기반 임피던스 제어기를 통한 충격 감소 시스템을 개발하였다. 제안된 시스템은 6개의 선형 액추에이터로 구성된 플랫폼과 플랫폼 중앙에 설치된 카메라로 이루어져 있으며, 제어기는 역기구학 기반의 피드백 PID 제어, 비전 기반 임피던스 제어기, 그리고 비주얼 서보잉 기술을 활용하여 설계되었다. 제안된 방법은 MATLAB/Simulink 시뮬레이션 실험을 통해 추종 정확도 RMS 97%의 비주얼 서보잉을 수행하였으며, 플랫폼이 11.5 cm 하강하여 안전한 착륙공간을 제공하여 무인기의 착륙 충격을 효과적으로 감소시킴을 확인하였다. 향후 무인기 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper proposes a six-axis motion platform control system designed to reduce shock during unmanned aerial vehicle (UAV) takeoff and landing. During these phases, factors such as gusts of wind can cause UAV tipping or collision, and to address this, a shock reduction system by visual servoing-based impedance controller is developed. The proposed system consists of a platform with six linear actuators and a centrally positioned camera, and the controller is designed using inverse kinematics-based feedback PID control, vision-based impedance control, and visual servoing techniques. The proposed method was verified through MATLAB/Simulink simulation experiments to perform visual serving with a tracking accuracy of 97% RMS, and the platform descended 11.5 cm to provide a safe landing space, effectively reducing the landing shock of the UAV. This is expected to contribute to improving the safety of UAVs in the future.

참고문헌 (Reference)

1 F. Chaumetteand, "Visual Servo Control. I. Basic Approaches" 13 (13): 82-90, 2006

2 N. Hogan, "Stable Execution of Contact Tasks Using Impedance Control" 1047-1054, 1987

3 A. Muhammad, "Probable Casual Factors in UAV Accidents Based on Human Factor Analysis and Classification System" 2010

4 W. Y. Choi, "Optimizing Look-Ahead Distance for Vehicle Lateral Control: A Controller-Adaptive Approach" 99 : 1-12, 2024

5 W. Y. Choi, "On-road Object Collision Point Estimation by Radar Sensor Data Fusion" 23 (23): 14753-14763, 2021

6 T. Toshio, "Non-Contact Impedance Control for Redundant Manipulators Using Visual Information" 2571-2576, 1997

7 N. Hogan, "Impedance Control: An Approach to Manipulation, Parts I, 11, 111" 107 (107): 1-24, 1985

8 S. Tachi, "Impedance Control of a Direct-Drive Manipulator without Using Force Sensors" 5 (5): 183-205, 1991

9 H. B. Guo, "Dynamic Analysis and Simulation of a Six D.O.F Stewart Platform Manipulator" 220 (220): 61-72, 2006

10 Z. W. Luo, "Control Design of Robot for Compliant Manipulation on Dynamic Environments" 9 (9): 286-296, 1993

11 Q. Hailong, "Autonomous Exploration and Mapping System Using Heterogeneous UAVs and UGVs in GPS-Denied Environments" 68 : 1339-1350, 2019

12 D. Stewart, "A platform with six degrees of freedom" 180 : 371-386, 1965