Capstone_m13_Proposal

Report
Autonomous flight control of DRONE
using vision recognition
영상인식기반을 통한 DRONE의 자율 비행 제어
팀장 : 2009730119 정원호
2008730036
2009730109
2009730136
2011732014
길원일
최민현
이수민
김정훈
목 차
1.
2.
3.
4.
5.
설계
예상
개념
사용
계획
목표
결과
설계도
부품 및 이론
및 예산
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 수행하도록 제어한다.(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.
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.
1. 설계 목표
2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산
착륙지 촬영
착륙 지점
(H:헬리포트)
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.
양방향
무선통신
카메라
무선통신
송수신부
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 방향 및 거리 판단.)
> 영상처리에서 얻은 정보를 바탕으로 비행체에 전달할 명령 결정
[예시]
남서쪽 200M 비행
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.
[예시]
남서쪽 200M 비행
1. 설계 목표
2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산
비행체 명령 수행
1. 설계 목표
2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산
개념설계도
쿼드콥터
컴퓨터
카메라
USB
명령
RF
Module
사진 및
센서정보
명령 센서
정보
가속도 센서
자이로 센서
센서
정보
AVR
PWM
출력
비행
제어
RF
Module
사진
이미지
처리
명령
데
이
터
센서
정보
경로
설정
※ 컴퓨터와 통신은 무선통신(RF)으로 한다.
1. 설계 목표
2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산
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 0.21g 이내
- 재질 : 폴리프로필렌(플라스틱)
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 리튬 폴리머 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)
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
1. 설계 목표
2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 사용 부품 및 이론 5. 계획 및 예산
분
해
• 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
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
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 오
차만큼 각각 위의 제어방법으로 연산한 뒤
합성한 값을 말한다.
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
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
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
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
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 위치나 화소 배열을 변화시키는 방법
- 스케일(Scale), 회전(Rotation), 이동(Translation)
>기하학 처리를 이용해 목표지점(H)의 위치정보(방향,거리) 획득
1. 설계 목표
2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산
정원호
세부항목
담당자
[ 쿼드콥터 ]
2월
3월
길원일
최민현
4월
김정훈
5월
이수민
6월
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
∎ 목표설정 및 자료조사
전원
∎ 개발환경 구축
전원
∎ 개념설계
전원
∎ 상세설계
⦁ 영상 처리
김정훈
⦁ 비행 경로 시스템 구축
이수민
⦁ 비행체 제어
정원호
∎ 관련 이론 공부
⦁ 이착륙
길원일
⦁ 정지 비행
정원호
⦁ 영상 처리
김정훈
⦁ 프로그래밍
최민현
⦁ 자율 비행
이수민
∎ 제작
⦁ 부품 구매
전원
⦁ 부품 테스트 ( 센서 및 모터 )
길원일
⦁ 부품 조립
정원호
★
⦁ 정지 비행 및 이착륙
정원호
★
⦁ 자율 비행 ( 단위 동작 및 복합 동작 )
이수민
★
★
⦁ 영상 처리
김정훈
★
★
∎ 시연 및 평가 (대회준비)
전원
★ =테스트기간
★
[4월4주차: 부품테스트] [5월2주차: 1차 비행시험] [5월4주차: 2차 비행시험]
1. 설계 목표
2. 예상 결과 3. 개념 설계도 4. 관련 자료 및 이론 5. 계획 및 예산
부품 내용 예상 금액
배터리
50,000 \
모터
80,000 \
메인보드
150,000 \
카메라
80,000 \
프로펠러
30,000 \
총 액 390,000 \
• 한 세트를 기준으로 한 가격이므로, 추가비용 발생가능
• 총 지원가능 금액 : 1,800,000\
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&prod
uct_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=0CDQQ
FjAB&url=http%3A%2F%2Fcfile234.uf.daum.net%2Fattach%2F032D193F51949A0E2CB792&ei=r
b0zU7nqB8XnlAXP4CoBg&usg=AFQjCNEU_rr2JI8F98eeEArcSUglexnANg&bvm=bv.63808443,d.dGI&cad=rjt

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