단청장인드론
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 자율주행과 페인팅을 할 수 있는 드론을 만드는 프로젝트
영문 : Making Autonomous Painting Drone
과제 팀명
단청장인드론
지도교수
김성환 교수님
개발기간
2018년 3월 ~ 2018년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 컴퓨터과학부 2010920004 김명건(팀장)
서울시립대학교 컴퓨터과학부 2010920053 이현우
서울시립대학교 컴퓨터과학부 2011920026 서양훈
서울시립대학교 컴퓨터과학부 2013920028 박 솔
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ 자율주행 페인팅드론을 이용하여 안전하고 효율적인 단청작업 수행을 목표로 하며, 폭넓게는 드론
을 이용하여 기존 도색 작업의 인명사고 위협을 해소한다.
개발 과제의 배경
◇ 사람과 드론의 협업을 통해 인명사고를 방지하고, 도색작업의 효율을 높이고자 한다.
- 페인트작업의 추락사고 피해를 줄일 수 있다. - 페인트 유독물질 중독 위험을 줄일 수 있다. - 사람이 접근하기 어려운 위치에 드론을 투입하여 도색 작업을 보다 용이하게 수행할 수 있다. - 사람의 도색 작업 일부를 드론이 보조함으로써 공정 효율을 개선할 수 있다.
개발 과제의 목표 및 내용
◇ 다음과 같은 기능별 목표를 설정하고 이를 달성하는 것을 목표로 한다.
- 드론 자율주행 : 수동 조작 없이 드론이 스스로 자율 비행을 한다. - 목표위치 인식 : 카메라 장비를 이용하여 도색 작업을 수행할 목표 위치를 인식한다. - 호버링 : 목표위치에서 안정적인 정지비행을 수행한다. - 도색 실시 : 목표위치에 사용자가 입력한 데이터를 토대로 도색을 실시한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
◇ 자율주행
- 미국 기반의 스타트업 '스카이디오(Skydio)'가 출시한 'Skydio R1'로 선보인 기술
→ 내비게이션용 카메라가 실시간 촬영한 데이터로 드론 자신의 위치를 측정
→ 주변 지도를 작성하는 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)과 AI 플랫폼 NVIDIA Jetson 적용
→ 이 기술들 덕분에 드론은 딥러닝 기술로 끊임없이 정확한 비행을 스스로 예측
◇ 목표 인식
- SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) 알고리즘
→ 이미지의 크기와 회전에 불변하는 특징을 추출하는 알고리즘. 서로 다른 두 이미지에서 SIFT
특징을 각각 추출한 다음에 서로 가장 비슷한 특징끼리 매칭해주면 두 이미지에서 대응되는
부분을 찾을 수 있다는 것이 기본 원리다.
◇ 호버링
- PID 제어
→ P(비례), I(적분), D(미분)의 3항 동작을 조합시켜서 사용하는 제어 방식
초음파센서와 기압센서를 바탕으로 고도제어를 하고 자이로/가속도센서를 바탕으로 자세제어를 구현한다.
- 비전센서
→ 최신 드론은 비전센서 포함(비디오카메라). 비디오를 찍고 이미지 분석하여 장애물 유무 판단.
- 특허조사 및 특허 전략 분석
◇ Systems and methods for unmanned aerial painting applications
- https://patents.google.com/patent/US20160082460
◇ Mobile computing device-based guidance navigation and control for unmanned aerial vehicles and robotic systems
- https://patents.google.com/patent/US9611038B2/en
- 기술 로드맵
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
◇ Florida소재 Apellix사의 Worker Bee
- 집이나 선박에 도색 가능(추후) - 화학약품 분사 기능(해충 구제 / 제빙용도) - 3층까지의 낮은 건물들만 도색 가능. - 유선 조종(컨트롤러 및 페인트도료 전달 호스)
◇ Florida소재 Apellix사의 Kitty Cat
- 레이져 포인터 추적 비행 - 수동 조종이 아닌 자동으로 포인터를 인식 및 추적
- 마케팅 전략 제시
◇ 인명사고를 방지할 수 있다는 점을 강조하여 홍보한다. ◇ 단청장인이나 도색작업하는 사람들에게 시간을 효율적으로 쓸 수 있다는 점을 홍보하여 수익을 낼 수 있 다. ◇ 로봇과 기존 인력간의 협업 사례 소개
- “누구의 일자리도 빼앗지 않는 도장 로봇“ http://www.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=13105
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 자율주행기술을 다양한 분야에 적용하려는 시도가 여기저기서 발생하고 있다. 드론을 활용하여 페인팅
역할을 하는 드론은 아직 찾아보기 힘들지만 미래에는 자율주행과 영상인식을 통해서 다양한 분야에서 드론뿐만 아니라 로봇이 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
◇ 로봇과 사람의 협업을 통한 작업의 효율성 증대 ◇ 인력사고 방지 ◇ 로봇과 전통기술의 접합으로 문화재 보존 및 홍보효과, ◇ 첨단기술과 전통의 상생 비전 제시
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
김명건 드론 장비 조사 / 선정 회의 일정 알림
이현우 드론 장비 수입 및 조립 시험 비행(Calibration 등) 수행
서양훈 자율주행, 페인팅 세부 알고리즘 설계 및 구현 단청의 기본 문양 데이터화 및 입력
박 솔 단위 및 통합 테스트 계획 수립 페인팅 결과 수치화 및 분석, 피드백
설계
설계방향
- SITL : Software In The Loop 방식 이용
- Gazebo Simulation을 이용해서 단청장인드론의 자율주행기능 개발. - http://www.modulabs.co.kr/index.php 참고하여 설계 + HITL : Hardware In The Loop 방식 이용 + DJI F450 드론 제품 조립(자세한 제품 사항은 견적서참고) + Pixhawk2와 edison을 탑재하여 자율주행되는 SprayPainting / VideoStreaming 기능 개발
개발환경
# Simulation(-) + ubuntu 16.04 LTS + ROS kinetic + Gazebo 7,9
# Drone(+) - Windows10 - Intel Edison (ROS Kinetic) - Flytos v1.41, v1.56 - Yocto Linux 3.10.98 Pocky version - Px4, AutoPilot - QGroundControl
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
