UAV 군집 기술은 수색 및 구조, 환경 모니터링, 농업, 건설, 물류 등과 같은 광범위한 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다. 여러 드론이 협력함으로써 효율성을 높이고, 적용 범위를 확장하며, 단일 드론이 완료하기 어려운 작업을 수행할 수 있습니다. 실내 환경과 보다 복잡한 작업 및 애플리케이션에서 드론 군집 알고리즘의 검증을 달성하기 위해 당사는 드론 군집 키트인 Crazyswarm을 출시했습니다.
Crazyswarm은 UAV 기반 군집 알고리즘 검증 플랫폼으로 다중 UAV 시스템의 조화로운 비행 및 군집 동작을 탐색하고 구현하는 것을 목표로 하며 개발자에게 제어 및 제어에 대한 이해를 돕기 위한 실험, 학습 및 개발을 위한 검증 플랫폼을 제공합니다. 다중 무인기 시스템의 조정 원리, UAV 군집 알고리즘, 경로 계획 전략, 조정 동작 등을 테스트 및 검증하여 UAV 군집 기술의 연구 및 적용을 촉진하고 R&D 효율성을 향상시킵니다.
하드웨어 구성
1. 드론(Crazyflie): Crazyswarm의 핵심 하드웨어 플랫폼에는 비행 제어 및 센서와 같은 필수 구성 요소가 포함되어 있습니다. 무게는 27g에 불과하고 휠베이스는 92mm에 불과한 경량 드론 디자인을 채택했다.
2. 등대 기지국: 센티미터 수준의 등대 위치 확인 시스템을 기반으로 기지국에서 방출되는 광학 신호를 통해 고정밀 드론 위치 확인이 이루어집니다.
3. 외부 센서: 초음파 및 광학 흐름과 같은 다양한 유형의 센서를 사용하여 환경에 대한 인식 및 위치 파악 기능을 향상시킵니다.
4. Amov 시뮬레이션 호스트: ROS, 제어 알고리즘, 시뮬레이션 환경 등을 실행하는 데 사용됩니다.
5. 무선 통신 모듈: Bluetooth, CrazyradioPA 등과 같은 드론 간의 데이터 전송 및 공동 비행을 실현합니다.
소프트웨어 구성
일련의 ROS 패키지와 Python 스크립트로 구성되어 드론 제어, 시뮬레이션, 데이터 분석 등의 기능을 구현합니다. 개발자가 형성 기능을 개발할 수 있도록 PythonAPI/ROS/Matlab 인터페이스를 제공합니다.
핵심 장점
1. 센티미터 수준 포지셔닝: Lighthouse 기술을 통합하여 기지국에서 방출되는 광학 신호를 통해 고정밀 UAV 포지셔닝을 달성하여 UAV가 보다 정확한 비행 제어 및 조율된 동작을 달성할 수 있도록 합니다.
2. 다중 군집 제어: 수십 대의 드론을 동시에 제어하여 군집 비행 및 협력 동작을 달성할 수 있습니다. 개발자는 대형 비행, 추적, 집단 장애물 회피 등과 같은 다양한 드론 간의 협력 작업을 구현하는 코드를 작성할 수도 있습니다.
3. 고도의 사용자 정의 가능: 제어 시스템은 ROS를 기반으로 하며 개발자가 특별한 제어 요구 사항을 충족하거나 특정 연구를 수행하기 위해 사용자 정의 수정을 할 수 있도록 지원합니다.
4. 실시간 모션 계획 및 제어: 실시간 모션 계획 및 제어를 지원하고 실시간 환경 변화에 따라 드론의 비행 경로를 조정할 수 있습니다.
5. 다중 제어 방법: Python API, MATLAB, ROS 개발 등을 지원하고 편대 비행, 궤도 제어, 다중 항공기 협업 및 기타 기능을 실현할 수 있는 다중 클러스터 데모를 제공합니다.
특징
1. 비행 제어: 고급 비행 제어 인터페이스를 제공합니다. 개발자는 드론의 비행 자세, 위치 및 속도를 제어하여 다양하고 복잡한 비행 작업을 수행하는 코드를 작성할 수 있습니다.
2. 센서 통합: 가속도계, 자이로스코프, 압력 센서 등 다양한 센서를 통합하여 드론의 상태 정보와 환경 데이터를 얻습니다.
3. 가상 시뮬레이션: 개발자가 컴퓨터에서 드론의 비행 및 협업 동작을 시뮬레이션하여 알고리즘을 개발하고 테스트할 수 있는 가상 시뮬레이션 환경을 제공합니다.
4. 확장성: 모듈식 설계를 지원하므로 개발자는 다양한 확장 보드(데크)를 추가하여 포지셔닝 시스템, 센서 등과 같은 기능을 추가할 수 있습니다.
기술 원리
1. 무선 통신 기술: 무선 통신 기술(예: 2.4GHz ISM 대역 및 Bluetooth 저에너지)을 사용하여 드론 간의 통신을 구현하여 공동 비행, 정보 교환 및 클러스터 제어를 수행할 수 있습니다.
2. 포지셔닝 및 내비게이션 기술: 포지셔닝 시스템(예: Lighthouse)을 사용하여 고정밀 UAV 포지셔닝 및 내비게이션을 달성함으로써 정밀한 클러스터 제어 및 대형 비행을 달성합니다.
3. 센서 기술: 가속도계, 자이로스코프, 압력 센서 등 다양한 센서를 탑재해 드론의 상태와 환경 정보를 실시간으로 감지하는 데 사용된다.
4. 제어 알고리즘: Mellinger 컨트롤러, PID 등과 같은 고급 제어 알고리즘을 사용하여 드론의 안정적인 비행, 편대 비행 및 기타 기능을 달성합니다.
5. 클러스터 협업 알고리즘: 경로 계획, 장애물 회피 전략 등 클러스터 협업 알고리즘을 사용하여 드론 클러스터가 협력적으로 비행하고 대형을 유지할 수 있도록 합니다. 명세서
미래 전망
우리는 하드웨어의 높은 확장성과 소프트웨어의 풍부한 인터페이스를 통해 Crazyswarm이 미래에 딥 러닝과 인공 지능 기술의 적용을 탐색하여 더욱 발전된 이미지 처리, 대상 인식, 행동 예측 및 기타 기능을 달성할 수 있다고 믿습니다. 이러한 개발 방향은 Crazyswarm에 더 넓은 응용 가능성과 기술 혁신을 가져올 것입니다.
지원 학습 리소스:
1. Crazyswarm github 주소: https://github.com/USC-ACTLab/crazyswarm
2. Crazyswarm 기술 매뉴얼: https://docs.amovlab.com/crazyswarmwiki