• 제목/요약/키워드: Quad-Rotor

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ModelCenter를 이용한 QTP-UAV 프롭로터 블레이드 형상 최적설계 (Design Optimization of QTP-UAV Prop-Rotor Blade Using ModelCenter)

  • 강희정
    • 항공우주시스템공학회지
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    • 제11권4호
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    • pp.36-43
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    • 2017
  • 쿼드틸트 무인기에 적용되는 프롭로터 블레이드 형상 최적설계를 수행하였다. 형상 최적설계 프로세스 통합은 ModelCenter(R) 프로그램을 이용하였으며, 최적설계 과정에서 성능해석은 CAMRAD-II를 사용하였다. 목적함수는 제자리비행 및 전진비행 모드에서 성능효율 최대화로 설정하였으며, 제한조건은 소요 동력 및 피치로드 하중 값이 기본 형상 값보다 작게 되도록 설정하였다. 설계변수로는 블레이드 루트 코드길이, 테이퍼비, 비틀림 각의 기울기 및 각도, 하반각, 끝단 형상 생성을 위한 파라볼릭 계수, 하반각과 끝단형상이 적용되는 블레이드 스팬위치, 블레이드 단면을 구성하는 익형의 위치로 구성하였다. 최적 설계 결과 기준 형상 대비 제자리비행 효율은 1.6%, 전진 비행 효율은 13.6% 향상된 프롭로터 블레이드 형상을 도출할 수 있었으며, 피치로드 하중은 약 30% 감소하였다.

Experimental Framework for Controller Design of a Rotorcraft Unmanned Aerial Vehicle Using Multi-Camera System

  • Oh, Hyon-Dong;Won, Dae-Yeon;Huh, Sung-Sik;Shim, David Hyun-Chul;Tahk, Min-Jea
    • International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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    • 제11권2호
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    • pp.69-79
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    • 2010
  • This paper describes the experimental framework for the control system design and validation of a rotorcraft unmanned aerial vehicle (UAV). Our approach follows the general procedure of nonlinear modeling, linear controller design, nonlinear simulation and flight test but uses an indoor-installed multi-camera system, which can provide full 6-degree of freedom (DOF) navigation information with high accuracy, to overcome the limitation of an outdoor flight experiment. In addition, a 3-DOF flying mill is used for the performance validation of the attitude control, which considers the characteristics of the multi-rotor type rotorcraft UAV. Our framework is applied to the design and mathematical modeling of the control system for a quad-rotor UAV, which was selected as the test-bed vehicle, and the controller design using the classical proportional-integral-derivative control method is explained. The experimental results showed that the proposed approach can be viewed as a successful tool in developing the controller of new rotorcraft UAVs with reduced cost and time.

다종 센서를 융합한 쿼드로터의 자동 호버링 기술 연구 (Development of Automatic Hovering Technology of Quad-rotor fused with various Sensors)

  • 장건우;양우석;천명현;김상훈
    • 한국정보처리학회:학술대회논문집
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    • 한국정보처리학회 2017년도 추계학술발표대회
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    • pp.159-162
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    • 2017
  • 본 논문에서는 쿼드로터의 자동 호버링을 구현하기위해 다종 센서를 융합하여 자세 및 고도제어, 위치홀딩 시스템 기술을 직접 제작한 기체에 적용해 방법을 제시한다. 개발된 기술은 민간, 산업, 국방 등 다양한 분야의 드론에 적용시켜, 높은 안정성과 신뢰성을 확보한 비행 능력을 제공하는데 초점을 맞추고 있다.

시간지연 제어기를 이용한 쿼드로터 시스템의 고도제어에 대한 연구 (Altitude Control of a Quad-rotor System by Using a Time-delayed Control Method)

  • 임정근;정슬
    • 제어로봇시스템학회논문지
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    • 제20권7호
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    • pp.724-729
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    • 2014
  • This paper presents the altitude control of a quadrotor system under the disturbance. The altitude is measured by an ultra sonic sensor attached at the bottom of the quadrotor system and the measured altitude data are used in the time-delayed controller. To test the robustness of the controller, a weight attached to the center of the system is dropped intentionally several times to cause disturbances to the system. Performances of the altitude control by the PID control and time-delayed control method are compared experimentally. Experimental studies are conducted to verify the outperformance of the time-delayed controller for controlling the altitude of the quadrotor system under disturbances.

쿼드 틸트 프롭로터 무인기용 프롭-블레이드 단면 설계 (Prop-blade Cross Section Design for QTP-UAV)

  • 김태주;조진연
    • 한국항공우주학회지
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    • 제46권10호
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    • pp.845-855
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    • 2018
  • 최대 이륙중량 55 kg에 최대 순항속도가 180 km/h이고 수직이착륙이 가능한 쿼드 틸트 프롭로터 무인기에 적용할 프롭-블레이드 단면 설계를 수행하였다. 먼저 프롭-블레이드 단면 설계수행을 위한 설계 프로세스를 수립하고 단면 설계에 필요한 요구도를 식별하였으며 식별된 요구도 만족을 위한 단면 설계를 수행하였다. 단면 설계 결과를 분석하기 위하여 유한요소 단면해석 프로그램을 활용하여 인장/굽힘/뒤틀림 강성 및 단위길이 당 중량, 탄성 축 등을 포함한 주요설계 인자들을 도출하였으며, 이 과정에서 프롭-블레이드의 설계 중량을 예측하였다. 그리고 도출된 설계 인자들을 로터시스템 통합 해석 프로그램에 적용하여 프롭-블레이드 운영 환경에서의 동적 안정성을 분석하였으며, 로터시스템 통합 해석 프로그램을 통해 분석된 프롭-블레이드 하중을 활용하여 2차원 단면 구조 해석을 수행하여 프롭-블레이드 구조 안전성을 확인하였다. 이러한 단면 설계/해석 과정에서 설계 요구도를 만족시키지 못하거나 다른 구성품에 부정적 영향을 준 설계 결과에 대해서는 설계 변경을 수행하였으며, 이를 통해 요구도를 만족시켰다.

UAV-UGV의 협업제어를 위한 향상된 Target Tracking에 관한 연구 (Study on the Improved Target Tracking for the Collaborative Control of the UAV-UGV)

  • 최재영;김성관
    • 제어로봇시스템학회논문지
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    • 제19권5호
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    • pp.450-456
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    • 2013
  • This paper suggests the target tracking method improved for the collaboration of the quad rotor type UAV (Unmanned Aerial Vehicle) and omnidirectional Unmanned Ground Vehicle. If UAV shakes or UGV moves rapidly, the existing method generates a phenomenon that the tracking object loses the tracking target. To solve the problems, we propose an algorithm that can track continually when they lose the target. The proposed algorithm stores the vector of the landmark. And if the target was lost, the control signal was inputted so that the landmark could move continuously to the direction running out. Prior to the experiment, Proportional and integral control were used in 4 motors in order to calibrate the Heading value of the omnidirectional mobile robot. The landmark of UGV was recognized as the camera adhered to UAV and the target was traced through the proportional-integral-derivative control. Finally, the performance of the target tracking controller and proposed algorithm was evaluated through the experiment.

저가형 LIDAR를 장착한 소형 무인항공기의 3차원 실내 항법 및 자동비행 (3-D Indoor Navigation and Autonomous Flight of a Micro Aerial Vehicle using a Low-cost LIDAR)

  • 허성식;조성욱;심현철
    • 로봇학회논문지
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    • 제9권3호
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    • pp.154-159
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    • 2014
  • The Global Positioning System (GPS) is widely used to aid the navigation of aerial vehicles. However, the GPS cannot be used indoors, so alternative navigation methods are needed to be developed for micro aerial vehicles (MAVs) flying in GPS-denied environments. In this paper, a real-time three-dimensional (3-D) indoor navigation system and closed-loop control of a quad-rotor aerial vehicle equipped with an inertial measurement unit (IMU) and a low-cost light detection and ranging (LIDAR) is presented. In order to estimate the pose of the vehicle equipped with the two-dimensional LIDAR, an octree-based grid map and Monte-Carlo Localization (MCL) are adopted. The navigation results using the MCL are then evaluated by making a comparison with a motion capture system. Finally, the results are used for closed-loop control in order to validate its positioning accuracy during procedures for stable hovering and waypoint-following.

회전하는 블레이드 주위의 유동가시화 및 전산유동해석 (Visualization and Computational Analysis for Flow around Rotating Blades)

  • 기현;최종욱;김성초
    • 한국가시화정보학회지
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    • 제8권1호
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    • pp.39-45
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    • 2010
  • The optimal design is needed for the blade geometry of the quad-rotor blades which is mainly used for Unmanned Aerial Vehicle. To do this, it is important to analyze the wakes under the blades. In the present study, the flow around the rotating blades was analyzed using PIV(Particle Image Velocimetry) and CFD(Computational Fluid Dynamics). The maximum axial velocity was measured at about 60% position toward the radial direction of the blade. The positions of vorticities in the test section obtained by PIV and CFD were turned out to be almost alike. The values in the difference of pressure coefficients at the upper and the lower blades were increased depending on the radial direction. Then, the values were decreased at the blade tip. The data of the flow analysis in the present study are expected to be served as the design of blades and ducts for the thrust improvement in the future.

PID 제어를 통한 쿼드콥터 다중목적 근사최적설계 (Approximate Multi-Objective Optimization of a Quadcopter through Proportional-Integral-Derivative Control)

  • 윤재현;이종수
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제39권7호
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    • pp.673-679
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    • 2015
  • 본 연구는 비지배 분류 유전알고리즘(NSGA-II)을 이용하여 흐트러진 쿼드콥터의 자세를 빠르게 회복 할 수 있는 최적화된 PID(Proportional-Integral-Derivative) 이득 값을 얻고자 하였다. PID 제어에 앞서 로터가 4 개로 이루어진 쿼드콥터의 간격을 전산유체해석을 통해 정의하였으며, 정의된 쿼드콥터 모델을 통하여 PID 제어 알고리즘을 생성하였다. 반응표면 모델을 생성하기 위해 실험계획법의 하나인 D-최적계획법 이용하여 실험점을 배치 시킨 후 반응표면모델을 생성하였다. Roll 과 Altitude 의 두 값을 동시에 만족할 수 있는 PID 의 이득 값을 NSGA-II 를 통해 쿼드콥터의 최단 시간의 자세제어를 할 수 있는 최적의 이득 값을 얻을 수 있었다.

UAV기반 동적영상센서의 위치불확실성을 통한 보행자 추정 (Tracking of Walking Human Based on Position Uncertainty of Dynamic Vision Sensor of Quadcopter UAV)

  • 이정현;진태석
    • 제어로봇시스템학회논문지
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    • 제22권1호
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    • pp.24-30
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    • 2016
  • The accuracy of small and low-cost CCD cameras is insufficient to provide data for precisely tracking unmanned aerial vehicles (UAVs). This study shows how a quad rotor UAV can hover on a human targeted tracking object by using data from a CCD camera rather than imprecise GPS data. To realize this, quadcopter UAVs need to recognize their position and posture in known environments as well as unknown environments. Moreover, it is necessary for their localization to occur naturally. It is desirable for UAVs to estimate their position by solving uncertainty for quadcopter UAV hovering, as this is one of the most important problems. In this paper, we describe a method for determining the altitude of a quadcopter UAV using image information of a moving object like a walking human. This method combines the observed position from GPS sensors and the estimated position from images captured by a fixed camera to localize a UAV. Using the a priori known path of a quadcopter UAV in the world coordinates and a perspective camera model, we derive the geometric constraint equations that represent the relation between image frame coordinates for a moving object and the estimated quadcopter UAV's altitude. Since the equations are based on the geometric constraint equation, measurement error may exist all the time. The proposed method utilizes the error between the observed and estimated image coordinates to localize the quadcopter UAV. The Kalman filter scheme is applied for this method. Its performance is verified by a computer simulation and experiments.