Autonomous flight control of DRONE using vision recognition 영상인식기반을 통한 DRONE 의 자율 비행 제어

1. Autonomous flight control of DRONE using vision recognition영상인식기반을 통한 DRONE의 자율 비행 제어 팀장 : 2009730119 정원호 2008730036 길원일 2009730109 최민현 2009730136 이수민 2011732014 김정훈

2. 목 차 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산

3. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 • PID제어 - 수직 이착륙이 가능하게 Drone을 설계한다. - 정지비행(hovering)이 가능하도록 설계한다. - 비행체가 단위 동작을 수행하도록제어한다.(전,후,좌,우 비행) - 단위동작을 조합하여 비행체가 복합동작을 수행하도록 제어한다. - 비행체가 사용자가 임의로 지정한 경로를 비행한다. - 영상인식을 기반으로 비행체가 자율적으로 목표지점까지 비행하도록 한다. • 컴퓨터와 비행체간 무선통신(WiFi) - 비행체에 부착된 카메라로 얻은 이미지를 컴퓨터로 송신한다. - 이미지를 분석하여 얻은 위치정보를 기반으로 설정된 명령을 컴퓨터에서 비행체로 송신한다. • 디지털 영상처리 - H(헬리포트)를 착륙지점으로 인식한다. - 착륙지점의 이미지를 분석하여 위치 정보를 파악한다.

4. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 서로 마주보는 날개의 회전 방향은 같고, 인접해 있는 날개의 회전방향은 다르다. >인접한 날개의 회전에 의해 발생되는 토크가 상쇄되어 동체가 회전하지 않는다.

5. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 착륙지 촬영 착륙 지점 (H:헬리포트)

6. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 무선통신 (RF 통신) 데이터 전송 >촬영된 이미지 정보를 무선통신을 통하여 컴퓨터 전송한다. >컴퓨터를 이용하여 많은 양의 데이터를 빠르게 처리할 수 있다. 무선통신 송수신부 양방향 무선통신 카메라 디지털이미지

7. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 영상처리 및 비행체 경로설정 > 수신된 이미지에서 정확한 목표지점을 인식한다. (비행체를 기준으로 목표지점까지의 방향및 거리 판단.) > 영상처리에서 얻은 정보를 바탕으로 비행체에 전달할 명령 결정 [예시] 남서쪽 200M 비행

8. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 컴퓨터에서 비행체로 명령하달 >프로그래밍한 명령을 RF무선통신으로 비행체의 RF송수신부로 전송한다. >RF송수신부에서 시리얼 통신을 통해 AVR로 명령을 전송한다. 명령 [예시] 남서쪽 200M 비행

9. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 비행체 명령 수행

10. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 개 념 설 계 도 USB 쿼드콥터 컴퓨터 RF Module 카메라 센서 정보 명령 RF Module 사진 및 센서정보 센서정보 명령 사진 명령 이미지 처리 경로 설정 가속도 센서 자이로 센서 AVR 비행 제어 데이터 PWM 출력 센서 정보 ※ 컴퓨터와 통신은 무선통신(RF)으로 한다.

11. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산

12. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 • 프로펠러(Nano Size) • - 직경 : 45 mm • - 높이 : 0.8 mm • - 방향 : 정방향 및 역방향 2종류 • 모터지지대(Nano Size) • - 무게 : 대략 0.21g이내 • - 재질 : 폴리프로필렌(플라스틱)

13. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 • 직류 코어리스 모터 (Nano Size) • - 직경 : 6 mm • - 높이 : 15 mm • - 축 직경 : 0.8 mm • - 축 높이 : 3.5 mm • - 무게 : 1.7 g • - 정격 전압 : 4.2 V • - 정격 전류 : 810 mA • 직류 리튬폴리머 재충전 배터리 • - 용량 : 170 mAh • - 공칭 전압 : 3.7 V (1 Cell) • - 방전 : 25C continuous / 50C bursts • - 충전 : 3C (충전시간 : 20분) • - 크기 : 6.7x17x23 mm • - 무게 : 5 g • - 운전 온도 : 0～50°C(충전) • -20～60°C(작동)

14. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 • USB 라디오 모듈 • - 2.4 기가 헤르츠 고출력 무선 통신 • - 0dBm의 출력 전력 ( 1mW의 ) • - 125 라디오 채널 • - 2Mbps , 1Mbps,250Kps 통신 속도 • 메인 보드 • - MCU: STM32F103CB 72 MHz • (128kb flash, 20kb RAM) • - 자이로 센서, 가속도 센서 : MPU-6050 • - 지자기 센서 : HMC5883L • - 고도 센서 : MS5611-01BA03 • - 확장헤더 : 2×10 pins 1.27mm, • I2C/UART, SPI/ADC

15. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 조립 분해 • 키 체인 카메라 • - USB2.0 표준 포트 • - 비디오 출력 : AVI 720 x480 28-30FPS • - 사진 출력 : JPG 1280 x 1024 • - micro SD / SDHC 메모리카드 지원 • - 충전 : USB 포트 사용 • - 지원 운영체제 : Win 7/MAC OS • - 버튼 : 전원, 기록, 초기화

16. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 P제어 PI제어 PID제어 PID제어의 중요성을 알 수 있는 그래프

17. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 PID 모터 제어 Proportional ( 비례제어 ) 오차 e에 비례하는 출력을 내는 비례 동작 Integral ( 적분제어 ) 오차 e의 적분에 비례하는 출력을 내는 동작 Differential ( 미분제어 ) 오차 e의 미분에 비례하는 출력을 내는 동작 현재의 기울기와 목표치(0도)를 비교하여 오차만큼 각각 위의 제어방법으로 연산한 뒤 합성한 값을 말한다.

18. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 영상처리 카메라 (정보습득) 목표 촬영 EmguCV를 이용한 C# 디지털 영상처리 컴퓨터 (정보의 디지털화) 표본화(Sampling) 정량화 (Quantize) 컴퓨터 영상 처리

19. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 디지털 영상개선 (Digital Image Enhancement) • 디지털 영상을 처리하여 응용 목적에 맞게 고치는 것 • 디지털 영상을 개선하는 기술(평활화, 첨예화, 잡음제거) >디지털 영상개선을 통해 목표지(H)의 선명한 이미지 획득

20. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 디지털 영상 분석 (Digital Image Analysis) • 디지털 영상이 지닌 속성을 수치화하거나 - 디지털 영상에서 특정 영역 등을 추출하는 작업 >디지털 영상 분석을 통해 목표지점(H)의 윤곽선을 획득

21. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 디지털 영상 인식(Digital Image Understanding) • 형상의 속성을 추출하여 식별할 수 있는 카테고리로 분류하는 기술 - 전처리, 영상 분할, 특징 추출, 인식의 처리 단계의 과정을 거침 >디지털 영상 인식을 통해 목표지점(H)을 추출

22. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산 기하학 처리 (Geometric Processing) • 디지털 영상의 화소 위치나화소 배열을 변화시키는 방법 - 스케일(Scale), 회전(Rotation), 이동(Translation) >기하학 처리를 이용해 목표지점(H)의 위치정보(방향,거리) 획득

23. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 ★ =테스트기간 [4월4주차: 부품테스트] [5월2주차: 1차 비행시험] [5월4주차: 2차 비행시험]

24. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 • 한 세트를 기준으로 한 가격이므로, 추가비용 발생가능 • 총 지원가능 금액 : 1,800,000\

25. 1. 설계 목표 2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산 Q&A Thank you! 자료 출처 부품: http://www.partsfriend.com/src/products/products_detail.php?product_category_id=2938&product_mst_id=ROB01315M 영상처리: http://www.hanbit.co.kr/web/sample/1533/sample.pdf PID제어: http://www.google.co.kr/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=2&ved=0CDQQFjAB&url=http%3A%2F%2Fcfile234.uf.daum.net%2Fattach%2F032D193F51949A0E2CB792&ei=rb0zU7nqB8XnlAXP-4CoBg&usg=AFQjCNEU_rr2JI8F98eeEArcSUglexnANg&bvm=bv.63808443,d.dGI&cad=rjt