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무인항공기의 실내 항법을 위한 3차원 공간지도작성 및 몬테카를로 위치추정기법
허성식,조성욱,심현철 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4
GPS 신호를 이용할 수 없는 실내환경에서 무인항공기가 자율적으로 비행하도록 운용하기 위해서는 내장된 센서를 사용하는 위치추정기술이 반드시 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 레이저스캐너가 장착된 무인항공기가 3 차원 실내공간지도 내에서 실시간으로 자기위치를 추정할 수 있는 기법을 제시한다. 먼저 효율적인 실내 지도작성 및 위치추정을 위해 Octree 기반의 3 차원 격자지도를 작성하고, 작성된 지도에서 몬테카를로 위치추정기법(Monte Carlo Localization)을 적용해 무인항공기의 3 차원 위치 및 자세를 실시간으로 추정하는 실험을 수행하였다. The indoor navigation technology in GPS-denied environment is necessary to extend the area of UAV operations. In this paper, we propose a real-time three-dimensional indoor navigation method of an UAV equipped with a laser scanner. At first, the octree-based 3-D grid mapping technique is used for efficient map building and indoor localization. To estimate the pose of the UAV, Monte Carlo Localization(MCL) is applied to the 3-D map in real-time and the experiment is conducted.
무인항공기의 실내비행을 위한 2.5차원 자기위치추정기반 항법연구 및 비행실험
조성욱,정연득,심현철 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11
무인항공기의 실외비행은 GPS 와 관성항법센서를 융합한 항법필터를 이용한다. 이는 관성항법센서의 오차누적현상을 GPS 를 이용하여 보정하므로 오차누적 없이 일정 수준의 오차범위를 유지해준다. 본 논문에서는 무인항공기의 실내비행을 위해 2 차원 LiDAR 로부터 수평 방향의 상대거리 정보를 획득하고 1 차원 LiDAR 로부터 수직방향의 상대거리 정보를 획 득하는 방식으로 2.5 차원 자기위치추정 (Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)기반 항법필터를 개발하였다. 또한 비행실험을 통해 알고리듬 동작확인 및 성능검증을 수행하였다. SLAM 방식은 Robot Operating System (ROS)에 공개된 2 차원 LiDAR 를 이용한 스캔매칭 기반의 Hector SLAM 을 활용하였고 이를 고도방향으로 확장하여 2.5 차원 지도작성 (mapping)이 가능하도록 코드를 추가하였다. 또한 기존에 보유한 GPS 기반 항법필터의 오차보정 시 필요한 GPS 위치정보를 2.5 차원 SLAM 에서 제공하는 수평, 수직방향 위치로 교체하여 보다 정밀한 실내비행이 가능하도록 하였다. 개발한 소프트웨어는 무인항공기에 탑재된 소형 임베디드 시스템을 통해 구현하였고 실내 정지비행, 경로점 비행실험을 통해 비행성능을 검증하였다. The indoor flight of UAVs uses a GPS-aided navigation filter that combines a GPS and an inertial measurement sensor. This technology can maintain the constant error boundary without the accumulation of the error because it corrects the inertial measurements by using GPS information. In this paper, we propose a 2.5D simultaneous localization and mapping(SLAM)-aided navigation filter by using 2D light detection and ranging (LiDAR, relative horizontal distance) and 1D LiDAR (relative vertical distance). Also, it is verified and validated by performing flight tests. SLAM algorithm is adopted the Hector SLAM: it is the open package of robot operating system (ROS) that is used the 2D LiDAR scan matching. Also, we added the feature that can mapping in the direction of the altitude. Furthermore, we developed the SLAM-aided navigation filter by replacing the GPS measurement to 2.5D SLAM consisting of the three-dimensional position and heading. All software is implemented by onboard embedded computer and verified by flight tests.
무인항공기의 실내비행을 위한 레이저-영상센서 기반의 3차원 항법 연구
허성식,심현철 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11
무인항공기가 GPS 신호를 이용할 수 없는 실내환경에서 자율비행하기 위해서는 내장된 센서에 의한 위치추정기술이 요구된다. 본 논문에서는 틸팅마운트에 장착되어 서보모터로 회전되는 LIDAR 와 카메라를 통합한 센서모듈과 이를 장착한 무인항공기가 3 차원 위치를 실시간으로 추정할 수 있는 기법을 제시한다. 먼저, 서보에 의해 틸팅하는 LIDAR 와 카메라 센서간의 초기장착위치를 보정한 후, 영상에서 추출한 특징점을 LIDAR 로 지향하여 측정한 거리정보를 사용해 EKF SLAM 을 구성하고, 이 기법으로 무인항공기의 3 차원 위치 및 자세를 실시간으로 추정하는 실험을 수행하였다. The indoor navigation technology in GPS-denied environment is necessary to extend the area of UAV operations. In this paper, we propose a real-time three-dimensional indoor navigation method of an UAV equipped with a laser scanner. At first, a new calibration method that estimates relative pose between a tilting-gimbaled laser scanner and a camera using a simple marker is proposed. An EKF SLAM algorithm that uses range data measured by the LIDAR and image features detected and tracked by the camera is tested to estimate three-dimensional pose of an UAV.
지구 자기장 기반 지문인식 및 추측 항법을 결합한 실시간 실내 위치정보 서비스
장호준(HoJun Jang),최린(Lynn Choi) 한국정보과학회 2017 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.23 No.4
본 논문은 지구 자기장 기반의 지문인식과 추측 항법을 사용하여 실시간으로 실내 위치정보서비스를 사용자에 제공할 수 있는 알고리즘 및 솔루션을 제안한다. 지자기장 값의 변화 추이와 사전에 입력된 지자기장 값의 유사도를 판별하여 초기 위치를 추정하였으며 초기 위치에서 지자기장 지문인식과 추측 항법 상호 보정을 통해 보다 연속적인 이동 위치 추정을 함으로서 일부 5m가 넘어가는 지구 자기장의 최대 오차와 추측 항법의 누적 오차를 개선하였다. 그 뿐만 아니라 본 기법은 기존 지문인식 방법과는 달리 무선랜 AP등 인프라 구축을 제거하여 보다 경제적인 서비스 제공을 가능하게 한다. In the paper we propose and implement a new indoor localization system where the techniques of magnetic field based fingerprinting and pedestrian dead reckoning are combined. First, we determine a target’s location by comparing acquired magnetic field values with a magnetic field map containing pre-collected field values at different locations and choosing the location having the closest value. As the target moves, we use pedestrian dead reckoning to estimate the expected moving path, reducing the maximum positioning error of the initial location. The system eliminates the problem of localization error accumulation in pedestrian dead reckoning with the help of the ingerprinting and does not require Wi-Fi AP infrastructure, enabling cost-effective localization solution.
지상ㆍ공중 복합임무를 위한 형태변환 무인 하이브리드 이동체의 개발
박성연,허성식,이다솔,심현철 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11
본 논문은 무인항공기와 무인지상차량의 개념을 융합한 무인 하이브리드 이동체(Unmanned Hybrid Vehicle, UHV) 플랫폼을 제안하고 개발과정에 관해 설명한다. 제안된 플랫폼은 각 플랫폼의 단점을 상호보완하며, 팔을 접는 형태변환을 통해 크기를 줄여 보다 높은 휴대성과 활용도를 가진다. CAD 프로그램 CATIA 를 통해 설계하여 3D Printer 로 제작하였으며, LiDAR 를 이용한 몬테카를로 위치추정기법을 사용하여 실내항법시스템을 구성하였다. 완성된 플랫폼을 이용해 비행실험을 수행하여 무인 하이브리드 이동체의 운용개념을 검증하고 가능성을 확인하였다. This paper introduces the unmanned hybrid vehicle (UHV) platform that contains both concepts of unmanned aerial vehicles (UAVs) and unmanned ground vehicles (UGVs) and explains the development process. The suggested platform mutually supplements each issue of both platforms, and has improved portability and utilization by the transformable structure. After the design process with CATIA which is a well-known CAD program, it was manufactured by using a 3D printer. The indoor-navigation system was constructed with LiDAR-based Monte Carlo Localization. The test flight was conducted to verify the employment concept of the UHV and its potentiality.
이정익 한국기계기술학회 2021 한국기계기술학회지 Vol.23 No.2
The role of QR Code robots in smart logistics is great. Cognitive robots, such as logistics robots, were mostly used to adjust routes and search for peripheral sensors, cameras, and recognition signs attached to walls. However, recently, the ease of making QR Codes and the convenience of producing and attaching a lot of information within QR Codes have been raised, and many of these reasons have made QR Codes recognizable as visions and others. In addition, there have been cases in developed countries and Korea that control several of these robots at the same time and operate logistics factories smartly. This representative case is the KIVA robot in Amazon. KIVA robots are only operated inside Amazon, but information about them is not exposed to the outside world, so a variety of similar robots are developed and operated in several places around the world. They are applied in various fields such as education, medical, silver, military, parking, construction, marine, and agriculture, creating a variety of application robots. In this work, we are developing a robot that can recognize its current position, move and control in the directed direction through two-dimensional QR Codes with the same horizontal and vertical sides, and the error is to create a QR Code robot with accuracy to reach within 3mm. This paper focuses a suggestion of control method in QR Code-aware indoor mobility robots.