KR20220140098A - Autonomous flight control method for UAVs using Swarm Intelligence - Google Patents
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Abstract
본 발명은 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다른 무인 비행체의 위치 및 속도 정보와 임무정보 및 제어상수 등을 입력받아 군집 비행 중인 무인 비행체들의 인력과 척력 즉, 무인 비행체들 사이의 거리를 좁히는 방향과 멀어지는 방향으로의 제어가 가능하도록 하여 개별 무인기들에 대한 중앙의 통제 또는 별도의 선도 무인기 없이도 자율적 비행이 가능하도록 함으로써 지진, 화재 등의 환경적으로 위험이 큰 재난 상황에서의 생존자 탐색 등의 임무를 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling autonomous flight of a plurality of unmanned aerial vehicles using swarm intelligence, and more particularly, the manpower and repulsion of unmanned aerial vehicles in swarm flight by receiving position and speed information of other unmanned aerial vehicles, mission information and control constants, etc. , by making it possible to control in the direction of narrowing the distance between UAVs and the direction away from them, thereby enabling autonomous flight without central control of individual UAVs or separate leading UAVs, thereby reducing environmental risks such as earthquakes and fires. It relates to a method for controlling autonomous flight of multiple UAVs using swarm intelligence that enables more efficient performance of tasks such as searching for survivors in a major disaster situation.
Description
본 발명은 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다른 무인 비행체의 위치 및 속도 정보와 임무정보 및 제어상수 등을 입력받아 군집 비행 중인 무인 비행체들의 인력과 척력 즉, 무인 비행체들 사이의 거리를 좁히는 방향과 멀어지는 방향으로의 제어가 가능하도록 하여 개별 무인기들에 대한 중앙의 통제 또는 별도의 선도 무인기 없이도 자율적 비행이 가능하도록 함으로써 지진, 화재 등의 환경적으로 위험이 큰 재난 상황에서의 생존자 탐색 등의 임무를 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling autonomous flight of a plurality of unmanned aerial vehicles using swarm intelligence, and more particularly, the manpower and repulsion of unmanned aerial vehicles in swarm flight by receiving position and speed information of other unmanned aerial vehicles, mission information and control constants, etc. , by making it possible to control in the direction of narrowing the distance between UAVs and the direction away from them, thereby enabling autonomous flight without central control of individual UAVs or separate leading UAVs, thereby reducing environmental risks such as earthquakes and fires. It relates to a method for controlling autonomous flight of multiple UAVs using swarm intelligence that enables more efficient performance of tasks such as searching for survivors in a major disaster situation.
최근 들어 산업발달과 그에 따른 환경적인 요인 등을 이유로 하여, 화재, 지진, 홍수 등의 재난 사고의 발생이 증가하고 있다.In recent years, the occurrence of disasters such as fires, earthquakes, and floods is increasing due to industrial development and environmental factors.
이러한 재난 사고의 발생시, 인명 구조를 위한 탐색 작업이 이루어지는데, 기존의 탐색 작업에서는 주로 군용 무인기가 이용되고 있다.In the event of such a disaster, a search operation for saving lives is performed. In the existing search operation, a military unmanned aerial vehicle is mainly used.
하지만, 군용 무인기의 경우 운용 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 광역 탐색 임무를 수행하여야 하는 경우 한 두대의 군용 무인기를 이용하는 것이 시간 및 정확성 등의 측면에서 비효율적이므로 최근에는 저가의 소형 무인기 다수를 운용하는 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.However, in the case of military UAVs, not only the operation cost is high, but also when it is necessary to perform a wide area search mission, using one or two military UAVs is inefficient in terms of time and accuracy in terms of time and accuracy. research is being actively conducted.
이러한, 다수의 소형 무인기를 운용하기 위한 대표적인 시스템은 곤충이나 동물의 집단에서 나타나는 지능적인 움직임에 모티브를 둔 군집지능(Swarm Intelligence)을 활용한 방법이 대표적인데, 재난 상황과 같은 광범위하고 불확실한 임무 환경에서 복수의 무인기를 동시에 운용할 경우, 한 두 대의 무인기로는 수행이 불가능한 다양한 임무 수행이 가능하고, 무인기 별 유효 임무 수행 영역이 감소되므로 임무 수행시간이 단축될 뿐만 아니라, 일부 무인기가 고장 등에 의해 비행이 불가능하더라도 나머지 무인기들에 의해 임무 수행이 가능하므로 임무의 성공률이 증가하고, 전자광학(EO)/적외선(IR) 장비, 영상레이더(SAR) 장비, 통신중계기 등 상이한 임무장비를 장착한 무인기들이 무리를 이루어 비행하므로 다양한 정보 획득이 가능하다는 장점이 있다.A typical system for operating a large number of small UAVs is a method using swarm intelligence, which is inspired by the intelligent movement that appears in groups of insects or animals. When multiple UAVs are operated at the same time, it is possible to perform various missions that cannot be performed with one or two UAVs, and since the effective mission area for each UAV is reduced, the mission execution time is shortened as well as some UAVs are damaged due to malfunctions, etc. Even if flight is impossible, the mission can be performed by the remaining UAVs, so the success rate of the mission increases, and UAVs equipped with different mission equipment such as electro-optical (EO)/infrared (IR) equipment, image radar (SAR) equipment, and communication repeaters Because they fly in groups, it has the advantage of being able to acquire various information.
이와 같은, 복수의 무인기를 이용하는 시스템의 일례로 대한민국 등록특허공보 제10-2010568호에는 다수의 무인비행체 시스템과 군집 지능을 사용한 현실 3D 공간 탐색 시스템 및 방법이 게재되어 있다.As an example of such a system using a plurality of unmanned aerial vehicles, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010568 discloses a real 3D space search system and method using a plurality of unmanned aerial vehicle systems and swarm intelligence.
상기 종래기술은 다수의 무인비행체(UAV) 인 드론들에 대하여 군집 기반 탐색최적화 알고리즘(Swarm-based Optimization Algorithm)의 원리에 따라 군집 드론의 각각의 드론의 최대 가속도와 최대 속도, 위치 정보를 실시간으로 군집 제어 서버에서 수집 공유하며, 제어 컴퓨터와 군집 탐색 알고리즘(Swarm Search)이 적용된 군집 제어 서버를 구비한 군집 제어 시스템의 제어에 따라 지능적으로 드론 군집을 탐색하여 드론 개체간 교차 방지, 이동체 수렴 방지를 제어하여 충돌을 방지하도록 각 드론의 다음 이동 위치를 결정하며, 빠르고 정확하게 탐색 결과를 얻을 수 있도록 구성된 것에 기술적 특징이 있으나, 다수의 드론을 군집 제어 서버에 의해 1: N 방식에 의해 제어하므로 제어해야 하는 드론의 개수가 증가할수록 운용 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.According to the principle of a swarm-based optimization algorithm for drones that are a plurality of unmanned aerial vehicles (UAV), the prior art provides the maximum acceleration, maximum speed, and location information of each drone of the swarm drone in real time. It is collected and shared by the swarm control server, and intelligently searches drone swarms under the control of a swarm control system equipped with a control computer and a swarm control server to which the swarm search algorithm is applied. It determines the next movement position of each drone to prevent collision by controlling it and has a technical feature in that it is configured to obtain search results quickly and accurately. As the number of drones used increases, there is a problem in that operational performance may deteriorate.
즉, 상기 종래기술은 각각의 드론의 최대 가속도와 최대 속도, 위치 정보를 실시간으로 군집 제어 서버로 수집 공유하고, 상기 군집 제어 서버가 드론 군집을 탐색하고, 원격 제어에 의해 1: N 방식으로 사전에 각 드론의 최대 속도와 최대 가속도를 반영하여 각각의 드론의 충돌을 감지하고 드론 개체간 교차를 방지하며, t-1 시점 후에 t 시점의 각각의 드론의 다음 이동 위치를 결정하고, 각각의 드론으로 다음 이동 위치, 속도, 가속도를 포함하는 제어 명령을 전송하는 방식에 의해 드론의 비행을 제어하는데, 상기와 같은 제어방법은 다수의 드론의 위치를 각각 연산하여 파악하고, 파악된 드론의 위치를 기준으로 하여 드론의 충돌 위험을 개별적으로 연산하여야 할 뿐만 아니라, 각 시점마다의 드론의 위치를 개별적으로 연산하여 모든 드론의 다음 위치를 개별적으로 제어해야 하므로, 드론의 숫자가 증가할수록 늘어나는 연산의 양이 급증하게 되고, 그에 따라 실시간으로 수행되어야 하는 드론의 제어가 어려울 뿐만 아니라 통신에 대한 의존도가 높아지므로 통신이 불가능하거나 잘 이루어지지 않는 지역에서의 임무에는 사용될 수 없고, 드론의 자율 비행 또한 불가능하다는 문제점이 있다.That is, in the prior art, the maximum acceleration, maximum speed, and location information of each drone are collected and shared with a swarm control server in real time, the swarm control server searches the drone swarm, and a 1:N method is performed in advance by remote control. By reflecting the maximum speed and maximum acceleration of each drone in the to control the flight of the drone by transmitting a control command including the next movement position, speed, and acceleration to The amount of computation that increases as the number of drones increases as the number of drones increases, because not only the risk of collision of drones must be calculated individually, but also the next positions of all drones must be individually controlled by calculating the positions of the drones at each point in time. As the number of drones increases rapidly, it is difficult to control drones that must be performed in real time, and the dependence on communication increases, so it cannot be used for missions in areas where communication is impossible or poorly performed, and autonomous flight of drones is also impossible. There is a problem.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 군집알고리즘을 통해 연산된 가속도를 경로점 정보로 전환하여 경로점 명령으로 산출함으로써 다수 무인기들의 자율 비행이 가능하도록 하고, 그에 따라 지진, 화재 등의 환경적으로 위험이 큰 재난 상황에서 복수의 무인기를 운용하여 효율적으로 생존자를 탐색할 수 있도록 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to convert the acceleration calculated through a swarm algorithm into path point information and calculate it as a path point command to enable autonomous flight of multiple UAVs. Accordingly, to provide an autonomous flight control method of multiple UAVs using swarm intelligence that enables efficient search for survivors by operating a plurality of UAVs in disaster situations with high environmental risks such as earthquakes and fires.
또한, 본 발명은 각각의 무인기가 주변 무인기들의 정보를 이용하여 자율적인 행동양식으로 대형을 형성하도록 함으로써 임무에 투입되는 무인기 수의 증가에 따른 연산량 증가가 최소화될 수 있고, 일부 무인기가 임무를 실패하여도 나머지 무인기들에 의한 임무 수행이 가능하므로 임무 수행에 대한 강건성을 향상시킬 수 있는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법을 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, the present invention allows each UAV to form a formation with an autonomous behavioral pattern using information from nearby UAVs, so that the increase in the amount of computation due to the increase in the number of UAVs input to the mission can be minimized, and some UAVs fail the mission Yet another object is to provide an autonomous flight control method of multiple UAVs using swarm intelligence that can improve the robustness of mission performance since missions can be performed by the remaining UAVs.
또한, 본 발명은 중앙의 통제를 최소화할 수 있고, 선도 무인기가 불필요하며, 대형 내에서 각 무인기의 위치가 정해질 필요가 없으므로 탐색 지형에 따른 효율적 탐색이 가능한 대형을 자유롭게 형성시킬 수 있도록 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention can minimize central control, does not require a lead UAV, and does not require the location of each UAV within the formation to be determined, so that a formation capable of efficiently searching according to the search terrain can be freely formed. Another object is to provide an autonomous flight control method of multiple UAVs using intelligence.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above objects,
군집지능을 이용한 복수 무인기의 비행 제어방법에 있어서, 상기 무인기의 위치 및 속도 데이터를 수신하여 군집 알고리즘에 입력하는 데이터 입력단계와, 상기 군집 알고리즘에 입력된 데이터를 이용하여 무인기들의 가속도를 산출하는 가속도 산출단계와, 상기 군집 알고리즘에 의해 산출된 무인기의 가속도를 경로점 유도 모듈(Waypoint Guidance)을 이용하여 경로점 정보로 전환시키는 경로점 유도단계 및 상기 경로점 유도 모듈에 의해 전환된 경로점을 이용하여 각 무인기의 경로점 명령을 산출하는 경로점 명령단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the flight control method of a plurality of UAVs using swarm intelligence, a data input step of receiving position and speed data of the UAV and inputting the data into a swarm algorithm; A calculation step, a waypoint derivation step of converting the acceleration of the UAV calculated by the swarming algorithm into waypoint information using a waypoint guide module, and a waypoint induction module converted by the waypoint guide module is used. and a path point command step of calculating a path point command for each UAV.
이때, 상기 경로점 명령단계에서의 전송된 경로점으로의 이동이 완료된 무인기의 위치 및 속도 데이터는 다시 군집 알고리즘으로 입력되어 새로운 경로점 생성에 사용되는 것을 특징으로 한다.At this time, the position and speed data of the UAV that has been moved to the path point transmitted in the path point command step are input again into the swarm algorithm and are used to generate a new path point.
또한, 상기 데이터 입력단계에서는 무인기의 임무 정보와, 상기 임무 정보에 따른 제어상수 및 댐핑계수가 군집 알고리즘에 추가적으로 입력되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the data input step, it is characterized in that the mission information of the UAV and the control constant and damping coefficient according to the mission information are additionally input to the swarm algorithm.
그리고, 상기 무인기들 사이의 근거리 통신에 의한 위치 및 속도 정보 교환을 통해 다수의 무인기들이 자체적으로 대형을 형성 및 유지하는 대형 형성 및 유지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And, it characterized in that it further comprises a formation and maintenance step of forming and maintaining the formation of a plurality of UAVs themselves through the exchange of location and speed information by short-range communication between the UAVs.
여기서, 상기 대형 형성 및 유지단계는, 무인기들 사이의 상대 거리 및 상대 속도 정보를 이용하여 서로 간의 충돌을 회피하는 충돌회피단계와, 상기 무인기와 임무경계 사이의 상대 거리 정보를 이용하여 무인기가 임무 경계를 벗어나는 것을 방지하는 임무경계 유지단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the formation and maintenance of the formation includes: a collision avoidance step of avoiding collisions with each other using relative distance and relative speed information between the UAVs; It is characterized in that it includes a mission boundary maintenance step to prevent out of the boundary.
이때, 상기 충돌회피단계에서는,At this time, in the collision avoidance step,
에 의해 무인기들이 자체적으로 대형을 형성하는 것을 특징으로 한다. (여기서, 는 i번째 무인기에 작용하는 다른 무인기와의 제어명령 합벡터, N은 운용되는 무인기의 개수, k는 제어상수, c는 댐핑계수, 는 i번째 무인기와 j번째 무인기 사이의 상대거리 및 는 무인기 사이의 대형 유지를 위한 기준거리를 의미하는 것임.) It is characterized in that the UAVs form a formation by themselves. (here, is the sum vector of control commands with other UAVs acting on the i-th UAV, N is the number of UAVs operated, k is a control constant, c is a damping factor, is the relative distance between the i-th UAV and the j-th UAV and is the reference distance for maintaining the formation between UAVs.)
그리고, 상기 제어상수(k) 및 댐핑계수(c)는 무인기들의 대형 형성 속도가 빠르고 밀집도가 높을 수록 크게 설정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the control constant (k) and the damping coefficient (c) are characterized in that the larger the formation speed of the UAVs and the higher the density is set.
또한, 상기 임무경계 유지단계에서는,In addition, in the mission boundary maintenance step,
에 의해 무인기들이 자체적으로 임무경계를 벗어나지 않는 것을 특징으로 한다. (여기서, 는 i번째 무인기와 임무경계 사이에 작용하는 제어명령 합벡터, N은 운용되는 무인기의 개수, k는 제어상수, 는 i번째 무인기와 임무경계 사이의 상대거리 및 는 무인기와 임무경계 사이의 충돌 회피를 위한 기준거리를 의미하는 것임.) It is characterized in that the UAVs do not deviate from the mission boundary by themselves. (here, is the control command sum vector acting between the i-th UAV and the mission boundary, N is the number of UAVs operated, k is the control constant, is the relative distance between the i-th UAV and the mission boundary and is the reference distance for collision avoidance between the UAV and the mission boundary.)
그리고, 상기 충돌회피단계와 임무경계 유지단계는 상기 가속도 산출단계에서의 가속도 산출에 활용될 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the collision avoidance step and the mission boundary maintenance step may be utilized for the acceleration calculation in the acceleration calculation step.
본 발명에 따르면, 개별 무인기에 탑재될 수 있는 군집알고리즘을 통해 연산된 가속도를 경로점 정보로 전환하여 경로점 명령으로 산출함으로써 다수 무인기들의 자율 비행이 가능하도록 하고, 그에 따라 지진, 화재 등의 환경적으로 위험이 큰 재난 상황에서 복수의 무인기를 운용하여 효율적으로 생존자를 탐색할 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, the acceleration calculated through a swarm algorithm that can be mounted on individual UAVs is converted into waypoint information and calculated as a waypoint command to enable autonomous flight of multiple UAVs, and accordingly, environments such as earthquakes and fires It has an excellent effect of efficiently searching for survivors by operating multiple UAVs in a disaster situation with high enemy risk.
또한, 본 발명에 따르면 각각의 무인기가 주변 무인기들의 정보를 이용하여 자율적인 행동양식으로 대형을 형성하도록 함으로써 임무에 투입되는 무인기 수의 증가에 따른 연산량 증가가 최소화될 수 있고, 일부 무인기가 임무를 실패하여도 나머지 무인기들에 의한 임무 수행이 가능하므로 임무 수행에 대한 강건성을 향상시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention, by allowing each UAV to form a formation with an autonomous behavioral pattern using information from nearby UAVs, the increase in the amount of computation due to the increase in the number of UAVs used for a mission can be minimized, and some UAVs can perform missions. Since it is possible to perform the mission by the remaining UAVs even if it fails, it has the additional effect of improving the robustness of the mission.
또한, 본 발명에 따르면 중앙의 통제를 최소화할 수 있고, 그에 따라 통신에 대한 의존도를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 관제사의 피로도를 줄일 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention, it is possible to minimize central control, and accordingly, it is possible to minimize the dependence on communication, and also has the effect of reducing the fatigue of the controller.
또한, 본 발명에 따르면 제어상수와 댐핑계수를 포함하는 설계변수의 변경을 통해 다수의 무인기가 투입되는 임무의 종류에 따라 무인기의 대형 변화 과정의 유동성을 최적화할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention, it is possible to optimize the fluidity of the large-scale change process of the UAV according to the type of the mission to which a plurality of UAVs are input through the change of design variables including the control constant and the damping factor.
도 1은 본 발명에 따른 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명에 사용되는 비행제어 통합 알고리즘을 개념적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 경로점 유도단계에서 경로점을 생성시키는 방법을 개념적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에서 사용될 수 있는 Pursuit Guidance를 개념적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법에 의해 무인기가 자체적으로 대형을 유지하는 모습을 개념적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 적용되는 제어상수와 댐핑계수에 따른 상대거리 변화 시뮬레이션의 초기조건을 나타낸 도면.
도 7의 (a),(b)는 도 6에 나타낸 시뮬레이션의 결과를 나타낸 그래프.1 is a flowchart sequentially illustrating a method for controlling autonomous flight of a plurality of UAVs using swarm intelligence according to the present invention.
Figure 2 is a diagram conceptually showing the flight control integration algorithm used in the present invention.
3 is a view conceptually illustrating a method of generating a path point in the path point derivation step of the present invention shown in FIG. 1. FIG.
4 is a diagram conceptually illustrating Pursuit Guidance that can be used in the present invention.
5 is a view conceptually showing how the UAV maintains its own formation by the autonomous flight control method of a plurality of UAVs using swarm intelligence according to the present invention.
6 is a view showing initial conditions of a simulation of a relative distance change according to a control constant and a damping coefficient applied to the present invention.
7A and 7B are graphs showing the simulation results shown in FIG. 6 .
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the autonomous flight control method of a plurality of unmanned aerial vehicles using swarm intelligence according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 설명하기에 앞서 이하에서 설명되는 제어방법에서 사용되는 무인기의 데이터들은 공지의 무선통신에 의해 컴퓨터의 메인서버로 전송되어 공지의 분석프로그램이나 연산프로그램에 의해 분석 및 연산되거나 무인기에 자체적으로 구비되는 분석 및 연산프로그램에 의해 분석 및 연산될 수 있고, 분석 및 연산프로그램에 의해 생성된 제어명령은 마찬가지로 공지의 무선통신에 의해 무인기로 전송되거나 무인기들 사이의 무선통신에 의해 전송될 수 있는 것으로, 본 발명에서 사용되는 하드웨어나 소프트웨어적인 시스템은 본 발명에서 권리로서 청구하고자 하는 바가 아니므로 이에 대한 상세한 설명들은 생략하기로 한다.Prior to explaining the present invention, data of the unmanned aerial vehicle used in the control method described below is transmitted to the main server of the computer by known wireless communication and analyzed and calculated by a known analysis program or operation program, or by itself in the unmanned aerial vehicle. It can be analyzed and calculated by the analysis and operation program provided, and the control command generated by the analysis and operation program is similarly transmitted to the UAV by well-known wireless communication or can be transmitted by wireless communication between UAVs. , the hardware or software system used in the present invention is not intended to be claimed as a right in the present invention, and detailed descriptions thereof will be omitted.
또한, 이하에서 설명되는 본 발명은 여러 산업분야에서 사용되고 있는 각종 소형 무인기의 비행 제어방법에 범용적으로 적용될 수 있는 것이지만, 설명의 편의를 위해 소형 무인기의 일종인 쿼드콥터를 이용한 탐색 임무를 수행하는 방법을 대상으로 하여 설명하기로 한다.In addition, the present invention described below can be universally applied to the flight control method of various small unmanned aerial vehicles used in various industrial fields. The method will be described with reference to it.
또한, 이하의 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 무인기를 질점 모델로 가정하고, 군집 대형 형성 및 유지를 위한 무인기의 운동을 고도 유지를 가정하여 2차원 평면상에서 이루어지는 것으로 한다.In addition, in the present invention below, for convenience of explanation, it is assumed that the UAV is a particle model, and the movement of the UAV for forming and maintaining a group formation is assumed to be performed on a two-dimensional plane, assuming that the altitude is maintained.
도 1은 본 발명에 따른 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 사용되는 비행제어 통합 알고리즘을 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 경로점 유도단계에서 경로점을 생성시키는 방법을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에서 사용될 수 있는 Pursuit Guidance를 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법에 의해 무인기가 자체적으로 대형을 유지하는 모습을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 적용되는 제어상수와 댐핑계수에 따른 상대거리 변화 시뮬레이션의 초기조건을 나타낸 도면이며, 도 7의 (a),(b)는 도 6에 나타낸 시뮬레이션의 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart sequentially illustrating an autonomous flight control method of a plurality of UAVs using swarm intelligence according to the present invention, FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating an integrated flight control algorithm used in the present invention, and FIG. It is a diagram conceptually showing a method of generating a pathpoint in the pathpoint derivation step of the present invention shown, Fig. 4 is a diagram conceptually showing the Pursuit Guidance that can be used in the present invention, and Fig. 5 is a view showing the cluster intelligence according to the present invention. It is a diagram conceptually showing how the UAV maintains its own formation by the autonomous flight control method of a plurality of UAVs used, and FIG. 6 shows the initial conditions of the simulation of relative distance change according to the control constant and damping coefficient applied to the present invention. It is a drawing, and (a), (b) of FIG. 7 is a graph which shows the result of the simulation shown in FIG.
본 발명은 다른 무인 비행체의 위치 및 속도 정보와 임무정보 및 제어상수 등을 입력받아 군집 비행 중인 무인 비행체들의 인력과 척력 즉, 무인 비행체들 사이의 거리를 좁히는 방향과 멀어지는 방향으로의 제어가 가능하도록 하여 개별 무인기들에 대한 중앙의 통제 또는 별도의 선도 무인기 없이도 자율적 비행이 가능하도록 함으로써 지진, 화재 등의 환경적으로 위험이 큰 재난 상황에서의 생존자 탐색 등의 임무를 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법(이하, '비행 제어방법'이라 한다)에 관한 것이다.The present invention receives the position and speed information of other unmanned aerial vehicles, mission information, and control constants, and the attractive force and repulsive force of the unmanned aerial vehicles in group flight, that is, the direction of narrowing the distance between the unmanned aerial vehicles and the away direction. By enabling autonomous flight without central control of individual UAVs or a separate leading UAV, missions such as searching for survivors in disaster situations with high environmental risks such as earthquakes and fires can be performed more efficiently. It relates to a method for autonomous flight control of multiple UAVs using swarm intelligence (hereinafter referred to as 'flight control method').
즉, 본 발명은 도 2에 나타낸 바와 같이, 다른 무인기의 위치 정보와 임무 정보 및 제어 상수 등을 입력으로 받아 무인기들이 군집을 이루며 임무를 수행할 수 있도록 하는 인력과 척력을 군집 알고리즘을 이용하여 연산하는 방법으로, 무인기의 제어에 사용되는 입력과 척력은 가속도 명령으로 출력되고, 출력된 가속도 명령은 경로점으로 전환되어 무인기들의 비행 제어에 사용될 수 있다.That is, as shown in FIG. 2, the present invention calculates the manpower and repulsion force that allows the UAVs to perform missions in groups by receiving location information, mission information, and control constants of other UAVs as inputs using a clustering algorithm. In this way, the input and repulsive force used to control the UAV are output as an acceleration command, and the output acceleration command is converted into a path point and can be used for flight control of the UAVs.
이하에서 상세히 설명될 본 발명은 무인기들을 제어하기 위한 관제센터의 메인서버(미도시) 등의 구성에 의해 수행될 수도 있으나, 무인기에 자체적으로 탑재되는 통신모듈 및 연산모듈 등에 의해 수행되어 무인기들이 자율적으로 뭉침과 흩어짐 등의 비행 제어를 수행할 수도 있다.The present invention, which will be described in detail below, may be implemented by the configuration of a main server (not shown) of a control center for controlling the UAVs, but is performed by a communication module and a calculation module mounted on the UAV itself so that the UAVs are autonomous. It is also possible to perform flight control such as aggregation and scattering.
보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 비행 제어방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 데이터 입력단계(S10), 가속도 산출단계(S20), 경로점 유도단계(S30) 및 경로점 명령단계(S40)를 포함할 수 있는데, 먼저 상기 데이터 입력단계(S10)는 임무에 투입되는 다수의 무인기들의 위치 데이터 및 속도 데이터를 수신하여 군집 알고리즘에 입력하는 단계로, 상기 무인기들의 위치 및 속도 데이터는 근거리 무선 통신에 의해 주변 무인기들로 전송되거나 무선 통신에 의해 관제센터의 메인서버로 전송되어 후술할 군집 알고리즘의 입력 데이터로 사용될 수 있다.More specifically, the flight control method according to the present invention includes a data input step (S10), an acceleration calculation step (S20), a waypoint induction step (S30) and a waypoint command step (S40) as shown in FIG. First, the data input step (S10) is a step of receiving location data and speed data of a plurality of UAVs to be put into a mission and inputting them into a swarm algorithm. It can be transmitted to nearby UAVs or transmitted to the main server of the control center by wireless communication to be used as input data for a swarm algorithm to be described later.
이때, 상기 데이터 입력단계(S10)에서 군집 알고리즘에 입력되는 정보로는 무인기의 임무 정보와, 상기 임무 정보에 따른 제어 상수(k) 및 댐핑 계수(c)가 더 포함될 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.In this case, the information input to the swarm algorithm in the data input step ( S10 ) may further include mission information of the UAV and a control constant (k) and damping coefficient (c) according to the mission information, which will be described later. do it with
다음, 상기 가속도 산출단계(S20)는 데이터 입력단계(S10)에서 입력된 정보들을 이용하여 군집 알고리즘에 의해 무인기들의 가속도()를 산출하는 단계로, 상기 군집 알고리즘은 각 무인기로부터 전송된 위치 데이터를 통해 다른 무인기들과의 상대거리를 연산하고, 연산된 상대거리와 무인기의 속도 데이터를 이용하여 무인기들의 가속도()를 출력으로 산출할 수 있다.Next, in the step of calculating the acceleration (S20), the acceleration ( ), the swarm algorithm calculates the relative distance with other UAVs through the location data transmitted from each UAV, and uses the calculated relative distance and the speed data of the UAVs to accelerate the UAVs ( ) can be calculated as an output.
이때, 상기 가속도 산출단계(S20)에서는 후술할 대형 형성 및 유지단계(S50)의 충돌회피단계(S52) 및 임무경계 유지단계(S54)에서의 연산 결과를 반영하여 무인기들의 가속도를 산출할 수도 있는데 이에 대한 보다 상세한 내용은 후술하기로 한다.At this time, in the acceleration calculation step (S20), the acceleration of the UAVs can be calculated by reflecting the calculation results in the collision avoidance step (S52) and the mission boundary maintenance step (S54) of the formation and maintenance step S50 to be described later. More details on this will be described later.
다음, 상기 경로점 유도단계(S30)는 가속도 산출단계(S20)에서 군집 알고리즘에 의해 산출된 무인기의 가속도()를 경로점 유도 모듈(Waypoint Guidance)을 이용하여 경로점(Waypoint)으로 전환시키는 역할을 하는 것으로, 상기 경로점은 무인기의 다음 목표지점, 즉 무인기가 이동해야 할 지점이 될 수 있다.Next, in the path point induction step (S30), the acceleration of the UAV calculated by the cluster algorithm in the acceleration calculation step (S20) ) to a waypoint using a waypoint guidance module (Waypoint Guidance), and the waypoint may be the next target point of the UAV, that is, a point to which the UAV should move.
보다 상세히 설명하면, 상기 군집 알고리즘에 의해 출력된 무인기의 가속도는 도 3에 나타낸 바와 같은 커맨드 모듈(Command Module)에 의해 경로점으로 전환될 수 있는데, 먼저 아래의 (1)식에 의해 군집 알고리즘에 의해 출력된 무인기의 가속도를 x,y 방향 성분으로 나누어 가속도의 방향을 연산한다.In more detail, the acceleration of the UAV output by the swarm algorithm can be converted to a path point by a command module as shown in FIG. The acceleration direction is calculated by dividing the acceleration of the UAV output by the x and y direction components.
... (1) ... (One)
여기서, ax 및 ay는 각각 가속도의 x,y 방향 성분을 의미하고, 는 가속도의 방향을 의미하는 것으로, 상기 (1)식에 의해 연산된 가속도의 방향을 무인기가 이동해야 할 방향으로 정한다.Here, a x and a y mean the x and y direction components of the acceleration, respectively, denotes the direction of acceleration, and the direction of acceleration calculated by Equation (1) above is determined as the direction in which the UAV should move.
아래의 (2)식에 나타낸 바와 같이, 상기 (1)식에 의해 연산된 방향에 게인 K를 곱해주어 현재 위치에서 가속도 방향으로 K만큼 떨어진 경로점을 생성할 수 있다.As shown in Equation (2) below, it is possible to generate a path point separated by K in the direction of acceleration from the current position by multiplying the direction calculated by Equation (1) by the gain K.
... (2) ... (2)
여기서, x,y는 각각 무인기의 현재 위치에 해당하는 x,y 좌표이고, xwp, ywp는 각각 연산된 경로점의 x,y 좌표이다.Here, x and y are x and y coordinates corresponding to the current location of the UAV, respectively, and x wp and y wp are x and y coordinates of the calculated path point, respectively.
이때, 가속도가 0일 때에는 경로점의 x,y 좌표가 (0,0)이 되므로, 무인기가 좌표계의 원점으로 계속 이동하려는 현상이 발생할 수 있으므로, 이러한 현상을 방지하기 위해 현재위치를 기준으로 하여 가속도 방향으로 K만큼 떨어진 경로점이 생성되도록 할 수 있다.At this time, when the acceleration is 0, the x,y coordinates of the path point become (0,0), so a phenomenon in which the UAV continues to move to the origin of the coordinate system may occur. A path point separated by K in the direction of acceleration may be generated.
다음, 상기 경로점 명령단계(S40)는 경로점 유도단계(S30)에서 생성된 경로점을 이용하여 각 무인기에 경로점 명령(Waypoint CMD)을 산출함으로써 무인기들이 경로점을 향해 이동하도록 하는 단계로, 이와 같은 경로점 명령은 무인기들 사이의 근거리 무선통신을 통해 전송될 수 있고, 관제센터의 메인서버를 통한 무선통신에 의해 각 무인기들에 전송될 수도 있다.Next, the waypoint command step (S40) is a step of allowing the UAVs to move toward the waypoint by calculating a waypoint command (Waypoint CMD) to each UAV using the waypoint generated in the waypoint derivation step (S30). , such a route point command may be transmitted through short-range wireless communication between the UAVs, or may be transmitted to each UAV through wireless communication through the main server of the control center.
보다 상세히 설명하면, 상기 경로점 명령단계(S40)에서는 추적 유도방식(Pursuit Guidance)에 의해 경로점 명령을 산출할 수 있는데, 상기 추적 유도방식은 구형 유도탄에서 주로 사용되는 유도 방식으로 유도탄의 속도 벡터가 항상 목표물, 즉 시선각의 방향을 갖도록 유도탄을 조종하는 방식이다.More specifically, in the path point command step S40, a path point command can be calculated by a Pursuit Guidance method, which is a guide method mainly used in spherical guided missiles, and is a velocity vector of a guided missile. It is a method of controlling the missile so that it always has the direction of the target, that is, the line of sight.
본 발명에서는 무인기가 경로점 명령을 따라가도록 하기 위한 목적으로 상기 추적 유도방식을 사용하였는데, 도 4에 나타낸 바와 같이, 무인기는 속도 V 방향으로 방위각(heading angle) 를 갖고, 목표 경로점 방향으로의 목표 방위각(desired heading angle) 를 갖는다.In the present invention, the tracking guidance method is used for the purpose of allowing the UAV to follow the path point command. , and the desired heading angle in the direction of the target path point. has
2차원 직교 좌표계에서 추적 유도방식 적용을 위한 운동방정식은 아래의 (3)식과 같다.The equation of motion for applying the tracking induction method in the two-dimensional Cartesian coordinate system is as Equation (3) below.
... (3) ... (3)
그리고, 가속도의 크기()는 아래의 (4)식에 나타낸 바와 같이, 속도 오차에 대하여 게인 KT를 곱해주는 방식으로 구할 수 있다.And, the magnitude of the acceleration ( ) can be obtained by multiplying the speed error by the gain K T as shown in Equation (4) below.
또한, VD를 무인기의 최대 속도라 할 경우 가속도의 방향()은 무인기의 속도 V로 나눈 방위각 오차에 대해 게인 KP를 곱해주는 방식으로 구할 수 있다.In addition, if V D is the maximum speed of the UAV, the direction of acceleration ( ) can be obtained by multiplying the azimuth error divided by the speed V of the drone by the gain K P .
... (4) ... (4)
이때, 상기 KT와 KP는 각각 1/시간 및 가속도의 단위를 가지며 추적 유도방식에 의해 경로점을 따라 이동하는 무인기의 반응성에 영향을 줄 수 있다.In this case, K T and K P have units of 1/time and acceleration, respectively, and may affect the reactivity of the UAV moving along the path point by the tracking induction method.
따라서, 상기 경로점 명령단계(S40)에서는 경로점 유도단계(S30)에서 전환된 경로점 정보를 이용하여 추적 유도방식에 의해 산출된 경로점 명령, 즉 경로점 방향으로의 가속도를 각 무인기로 전송함으로써 무인기들이 경로점을 향해 비행할 수 있도록 한다.Accordingly, in the path point command step (S40), the path point command calculated by the tracking induction method using the path point information switched in the path point induction step (S30), that is, the acceleration in the path point direction, is transmitted to each UAV. This allows the UAVs to fly towards the route point.
상기와 같은 경로점 명령에 의해 경로점으로의 이동이 완료된 무인기의 위치 및 속도 데이터는 다시 군집 알고리즘으로 입력되어 새로운 가속도 산출과 그에 따른 경로점 생성 및 경로점 명령 산출에 활용될 수 있다.The position and velocity data of the UAV whose movement to the path point has been completed by the path point command as described above is input again into the clustering algorithm, and can be used to calculate a new acceleration and accordingly generate a path point and calculate the path point command.
한편, 본 발명에 따른 비행 제어방법은 대형 형성 및 유지단계(S50)를 더 포함할 수 있는데, 상기 대형 형성 및 유지단계(S50)는 임무 중인 다수의 무인기들이 서로 간의 근거리 무선통신에 의해 위치 정보 및 속도 정보를 교환함으로써 자체적으로 군집 상태의 대형을 형성 및 유지하는 것으로, 충돌회피단계(S52)와 임무경계 유지단계(S54)를 포함할 수 있다.On the other hand, the flight control method according to the present invention may further include a formation and maintenance step (S50) of the formation, the formation and maintenance step (S50) of the large number of unmanned aerial vehicles in the mission position information by short-range wireless communication with each other. And by exchanging speed information to form and maintain a formation of a group state by itself, it may include a collision avoidance step (S52) and a mission boundary maintenance step (S54).
즉, 군집 지능을 이용하여 탐색 임무를 수행하는 경우, 다수의 무인기는 대형을 이루어 임무를 수행하게 되는데, 이러한 경우 임무 지역의 지형과 다른 무인기와의 충돌 방지 등을 위해서는 무인기의 대형 변화가 필수적으로 수반된다.In other words, when performing a search mission using swarm intelligence, a large number of UAVs form a formation to perform the mission. is accompanied
그러므로, 본 발명에서는 무인기들 사이의 근거리 무선통신에 의해 공유되는 국지 정보, 즉 무인기의 위치 및 속도 정보를 바탕으로 한 가상의 힘을 작용시켜 무인기들이 대형을 형성 또는 유지할 수 있도록 하는데, 이러한 경우 별도의 선도 무인기가 불필요하고, 대형 내에서 개별 무인기들의 위치가 정해져 있지 않으므로 탐색지형 및 임무의 종류 등에 따라 보다 효율적인 대형을 형성할 수 있다.Therefore, in the present invention, a virtual force based on local information shared by short-distance wireless communication between UAVs, that is, location and speed information of UAVs, is applied to allow UAVs to form or maintain a formation. A more efficient formation can be formed according to the search terrain and types of missions because the leading UAV is unnecessary and the positions of individual UAVs within the formation are not determined.
이러한 대형 형성 및 유지단계(S50)는 각 무인기들에 구비되는 통신모듈 및 연산모듈에 의해 수행되어 별도의 중앙제어 없이 무인기들이 자체적으로 대형 형성 및 유지를 위한 제어를 할 수 있도록 구성될 수 있는데, 이러한 무인기들에 작용하는 제어명령은 전술한 바와 같이 크기와 방향을 갖는 무인기의 가속도 명령에 의해 이루어질 수 있다.This large formation and maintenance step (S50) is performed by the communication module and operation module provided in each UAV, so that the UAVs can be configured to control for the formation and maintenance of the large size by themselves without separate central control. A control command acting on these UAVs may be made by an acceleration command of the UAV having the size and direction as described above.
상기 대형 형성 및 유지단계(S50)에서는 개별 무인기들의 연산 부담을 최소화하기 위하여 무인기들의 행동 양식을 단순화하는데, 근거리 무선통신에 의해 공유되는 무인기들의 위치 정보 및 속도 정보를 이용하여 무인기들 사이의 상대거리 및 무인기와 임무경계 사이의 상대거리를 연산하고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 연산된 상대거리와 후술할 기준거리(dref) 사이의 비교를 통해 자체적으로 제어명령()을 생성할 수 있다.In the formation and maintenance of the formation (S50), the behavior of the UAVs is simplified in order to minimize the computational burden of individual UAVs. and calculating the relative distance between the unmanned aerial vehicle and the mission boundary, and as shown in FIG. 5, a control command ( ) can be created.
보다 상세히 설명하면, 상기 충돌회피단계(S52)는 무인기들 사이의 상대 거리 및 상대 속도 정보를 이용하여 서로 간의 충돌을 회피하는 제어명령을 생성하는 단계로, 근거리 무선통신에 의해 공유되는 무인기들의 위치 정보 및 속도 정보를 이용하여 연산된 무인기들 사이의 상대거리가 기설정된 무인기들 사이의 기준거리(dref) 이상인 경우 무인기들 사이의 상대거리가 가까워지는 방향, 즉 무인기들끼리 서로 잡아당기는 방향으로 제어명령을 생성하고, 무인기들 사이의 상대거리가 상기 기준거리(dref) 미만인 경우 무인기들을 서로 밀어내는 방향으로 제어명령을 생성할 수 있다.More specifically, the collision avoidance step (S52) is a step of generating a control command to avoid collision with each other using the relative distance and relative speed information between the UAVs. When the relative distance between the UAVs calculated using the information and speed information is greater than or equal to the preset reference distance (d ref ) between the UAVs, the relative distance between UAVs approaches, that is, in the direction in which the UAVs pull each other. A control command may be generated, and when the relative distance between the UAVs is less than the reference distance d ref , the control command may be generated in a direction to push the UAVs to each other.
또한, 상기 임무경계 유지단계(S54)는 마찬가지로 근거리 무선통신에 의해 공유되는 무인기들의 위치 정보 및 속도 정보와, 기설정된 임무경계의 위치정보를 이용하여 연산된 무인기와 임무경계 사이의 상대거리 정보를 이용하여 무인기가 임무경계를 벗어나는 것을 방지하는 제어명령을 생성하는 단계로, 연산된 무인기와 임무경계 사이의 상대거리가 기설정된 무인기와 임무경계 사이의 기준거리(dref) 미만인 경우, 무인기가 임무경계로부터 멀어지는 방향, 임무경계가 무인기를 밀어내는 방향으로 제어명령을 생성할 수 있다.Also, in the mission boundary maintenance step (S54), the relative distance information between the UAV and the mission boundary calculated using the location information and speed information of the UAVs shared by short-range wireless communication and the location information of the preset mission boundary is similarly performed. This is a step of generating a control command to prevent the UAV from escaping the mission boundary using the Control commands can be generated in the direction away from the boundary or in the direction in which the mission boundary pushes the UAV.
보다 상세히 설명하면, 무인기를 질점 모델로 가정하고, 무인기의 운동을 고도가 유지되는 2차원 평면 상의 운동으로 가정할 경우, 무인기의 운동방정식은 아래의 (5)식과 같이 나타낼 수 있다.In more detail, assuming the UAV as a particle model and the motion of the UAV as motion on a two-dimensional plane where altitude is maintained, the equation of motion of the UAV can be expressed as Equation (5) below.
... (5) ... (5)
여기서, 는 각각 다수의 무인기 중 i번째 무인기의 위치벡터, 속도벡터 및 제어명령을 의미한다.here, Each of the plurality of UAVs means the position vector, the speed vector and the control command of the i-th UAV.
또한, 무인기 사이의 상대거리벡터와 상대속도벡터는 아래의 (6)식과 같이 표현할 수 있다.In addition, the relative distance vector and the relative velocity vector between the UAVs can be expressed as Equation (6) below.
... (6) ... (6)
여기서, 와 는 각각 i번째 무인기와 j번째 무인기 사이의 상대거리벡터와 상대속도벡터를 나타낸다.here, Wow denotes the relative distance vector and the relative velocity vector between the i-th UAV and the j-th UAV, respectively.
상기 (6)식에서 연산된 상대거리와 상대속도는 충돌회피단계(S52)에서 각 무인기에 적용되는 제어명령()의 생성에 사용되는데, 상기 제어명령()은 아래의 (7)식에 의해 정의될 수 있다.The relative distance and relative speed calculated in Equation (6) above are the control commands ( ) is used to generate the control command ( ) can be defined by Equation (7) below.
... (7) ... (7)
여기서, 는 i번째 무인기에 작용하는 다른 무인기와의 제어명령 합벡터이고, N은 운용되는 무인기의 개수, k는 제어상수, c는 댐핑계수, 는 i번째 무인기와 j번째 무인기 사이의 상대거리 및 는 무인기 사이의 대형 유지를 위한 기준거리, 즉 대형이 형성될 때 무인기 사이에 유지되어야 하는 거리를 의미하는 것이다.here, is the control command sum vector with other UAVs acting on the i-th UAV, N is the number of UAVs operated, k is a control constant, c is a damping coefficient, is the relative distance between the i-th UAV and the j-th UAV and is the reference distance for formation maintenance between UAVs, that is, the distance to be maintained between UAVs when formations are formed.
이때, 상기 기준거리()는 운용하고자 하는 무인기의 시야각(FOV; Field Of View)과, 무인기 사이에 충돌하지 않기 위한 여유거리(margin) 및 정보공유를 위해 공유하는 다른 무인기 위치정보의 불확실성 등을 고려하여 결정될 수 있다.At this time, the reference distance ( ) can be determined in consideration of the field of view (FOV) of the unmanned aerial vehicle to be operated, the margin to avoid collision between the unmanned aerial vehicles, and the uncertainty of other unmanned aerial vehicle location information shared for information sharing.
그리고, 상기 제어상수(k)와 댐핑계수(c)는 일종의 설계변수로서 무인기들이 수행하여야 하는 임무의 성격에 따라 설정할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.In addition, the control constant (k) and the damping coefficient (c) are a kind of design variable and can be set according to the nature of the task to be performed by the UAVs, which will be described later.
상기 충돌회피단계(S52)에서 생성되는 무인기의 제어명령 은 자기자신을 제외한 모든 무인기들과 작용하는 밀어내는 제어명령()과 잡아당기는 제어명령()의 합벡터로, 전술한 바와 같이 이웃하는 다른 무인기와의 상대거리가 기준거리() 보다 짧을 경우에는 충돌을 방지하기 위해 밀어내는 제어명령()이 작용하고, 이웃하는 다른 무인기와의 상대거리가 기준거리() 이상인 경우에는 대형을 유지하기 위해 잡아당기는 제어명령()이 작용할 수 있다.Control command of the unmanned aerial vehicle generated in the collision avoidance step (S52) is a push control command ( ) and pulling control commands ( ), as described above, the relative distance with other UAVs is the reference distance ( ) is shorter than the control command ( ) acts, and the relative distance with other neighboring UAVs is the reference distance ( ), the control command to pull to maintain the formation ( ) may work.
한편, 상기 무인기가 임무를 수행하는 영역의 경계선인 임무경계는 곡선으로 가정하여 아래의 (8)식과 같이 곡선의 방정식으로 표현할 수 있고, 곡선의 차수를 결정하여 임무경계 유지단계(S54)에서의 제어명령을 생성할 수 있다.On the other hand, the mission boundary, which is the boundary line of the area where the UAV performs the mission, is assumed to be a curve and can be expressed as a curve equation as in Equation (8) below, and the order of the curve is determined in the mission boundary maintenance step (S54) Control commands can be generated.
... (8) ... (8)
여기서, an, an-1,..., a0는 곡선으로 가정한 임무경계의 곡선의 방정식 계수이다.Here, a n , a n-1 ,..., a 0 are the equation coefficients of the curve of the mission boundary assumed as the curve.
상기 (8)식을 토대로 하여 질점으로 가정된 무인기의 위치좌표와, 곡선 위의 한 점의 최단거리 산출법을 통해 아래의 (9)식에 의해 i번째 무인기와 임무경계 사이의 최단거리와, 그 때의 최단위치를 산출할 수 있다.Based on Equation (8), the shortest distance between the i-th UAV and the mission boundary by Equation (9) below through It is possible to calculate the minimum value when
... (9) ... (9)
여기서, 는 i번째 무인기와 임무경계 사이의 최단 위치벡터이고, 는 최단위치에 해당하는 임무경계의 위치좌표이며, dib는 최단위치에서의 i번째 무인기와 임무경계 사이의 상대거리이고, xi, yi는 최단위치에서의 iㅂ번째 무인기의 위치좌표이다.here, is the shortest position vector between the i-th UAV and the mission boundary, is the position coordinates of the mission boundary corresponding to the lowest unit value, d ib is the relative distance between the i-th UAV and the mission boundary at the lowest unit value, and x i , y i are the position coordinates of the i-th UAV at the lowest unit value. .
상기 (9)식에 의해 도출된 임무경계와 무인기 사이의 상대거리(dib)는 임무경계 유지단계(S54)에서 임무경계와 무인기 사이의 충돌을 방지하기 위해 적용되는 제어명령()을 산출하는데 사용되는데, 상기 임무경계 유지단계(S54)에서의 제어명령()은 아래의 (10)식과 같이 정의될 수 있다.The relative distance (d ib ) between the mission boundary and the UAV derived by Equation (9) above is a control command ( ) is used to calculate the control command ( ) can be defined as Equation (10) below.
... (10) ... (10)
여기서, 는 각 무인기와 임무경계 사이에 작용하는 제어명령의 합벡터이고, N은 운용되는 무인기의 개수, k는 제어상수, dib는 임무경계와 무인기 사이의 상대거리 및 는 무인기와 임무경계의 충돌을 방지하기 위한 무인기와 임무경계 사이의 기준거리를 뜻하는 것으로, 무인기와 임무경계 사이에는 오직 충돌을 방지하기 위한 밀어내는 제어명령만 작용할 수 있다.here, is the sum vector of control commands acting between each UAV and the mission boundary, N is the number of operated UAVs, k is the control constant, d ib is the relative distance between the mission boundary and the UAV and is the reference distance between the UAV and the mission boundary to prevent collision between the UAV and the mission boundary.
즉, 상기 임무경계 유지단계(S54)에서의 제어명령()은 상기 (10)식에서 확인할 수 있는 바와 같이, 무인기와 임무경계 사이의 상대거리(dib)가 기설정된 기준거리() 보다 긴 경우에는 아무런 제어명령()도 작용하지 않고, 오직 무인기와 임무경계 사이의 상대거리(dib)가 기설정된 기준거리() 이하인 경우에만 임무경계와의 충돌 회피를 위한 임무경계로부터 밀어내는 제어명령()을 적용하게 된다.That is, the control command in the mission boundary maintenance step (S54) ( ) is the reference distance ( d ib ) between the UAV and the mission boundary is preset ), no control command ( ) does not work, only the relative distance (d ib ) between the UAV and the mission boundary is the preset reference distance ( ) or less, the control command to push from the mission boundary to avoid collision with the mission boundary ( ) will be applied.
한편, 상기 충돌회피단계(S52) 및 임무경계 유지단계(S54)에서 사용되는 설계변수, 즉 제어상수(k)와 댐핑계수(c)는 다수의 무인기가 투입되는 임무의 성격에 맞게 설정되어야 하는데, 이러한 설계변수의 설정을 위해 설계변수에 따른 무인기 사이의 상대거리 변화를 시뮬레이션을 통해 산출할 수 있다.On the other hand, the design variables used in the collision avoidance step (S52) and the mission boundary maintenance step (S54), that is, the control constant (k) and the damping coefficient (c) should be set according to the nature of the mission to which a plurality of UAVs are deployed. In order to set these design variables, the change in the relative distance between the UAVs according to the design variables can be calculated through simulation.
보다 상세히 설명하면, 도 6 및 아래의 (표 1)에 표시된 시뮬레이션 조건에서 제어상수(k)와 댐핑계수(c)에 따른 상대거리 변화를 측정하였는데, 이때 두 무인기의 진동특성에 따라 정확히 기준거리() 만큼의 거리에서 정지하지 않고, 기준거리()에 근사한 위치에서 진동하며 거리를 유지하였고, 기준거리()로부터 ±0.002m에서 진동하며 상대거리(dij)가 늘어났다 줄어들었다 하는 특성을 보여 기준거리()로부터 처음 ±0.002m인 지점을 수렴시점으로 가정하였다.In more detail, the relative distance change according to the control constant (k) and the damping coefficient (c) was measured under the simulation conditions shown in FIG. 6 and below (Table 1). ( ) without stopping at a distance as much as the reference distance ( ) vibrated at a position close to the distance and maintained the distance, and the reference distance ( ), it vibrates at ±0.002 m, and the relative distance (d ij ) increases and decreases, showing that the reference distance ( ), the first point ±0.002 m from the convergence point was assumed.
먼저, 상기 댐핑계수(c)를 0.5로 고정한 상태에서 제어상수(k)를 1, 3, 5, 10, 20으로 변화시켜가며 상대거리(dij)를 측정하였는데, 그 결과를 시간에 따른 두 무인기(i,j)의 기준거리() 도달정도로 나타낸 것을 도 7의 (a)에 도시하였다.First, the relative distance (d ij ) was measured while the control constant (k) was changed to 1, 3, 5, 10, 20 while the damping coefficient (c) was fixed at 0.5. The reference distance of the unmanned aerial vehicle (i, j) ( ) degree of reach It is shown in Fig. 7 (a).
또한, 수렴시간은 아래의 (표 2)와 같이 나타났는데, 제어상수(k)가 커질수록 두 무인기 사이의 상대거리(dij)가 기준거리()에 도달하는 속도가 빨랐지만, 다시 멀어지려는 제어명령() 또한 커서 진동폭이 크게 나타났다.In addition, the convergence time is shown as shown in (Table 2) below. As the control constant (k) increases, the relative distance (d ij ) between the two UAVs becomes the reference distance ( ) was reached quickly, but the control command ( ), and the amplitude of vibration was large.
다음, 상기 제어상수(k)를 5로 고정시킨 상태에서 댐핑계수(c)를 각각 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 및 0.9로 변화시켜가며 상대거리(dij)를 측정하였고, 그 결과를 마찬가지로 시간에 따른 두 무인기(i,j)의 기준거리() 도달정도로 나타낸 것을 도 7의 (b)에 도시하였다.Next, the relative distance (d ij ) was measured while the damping coefficient (c) was changed to 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, and 0.9, respectively, in a state where the control constant (k) was fixed at 5, and the result was similarly measured with time The reference distance of the two UAVs (i, j) according to ) degree of reach It is shown in FIG. 7(b).
이때, 수렴시간은 아래의 (표 3)과 같이 나타났는데, 제어상수(k)가 고정이므로 댐핑상수(c)의 증가에 따라 두 무인기 사이의 상대거리(dij)가 처음으로 기준거리()에 도달한 시간은 차이가 없었지만, 댐핑상수(c)가 증가할수록 진동폭이 점점 작아져 결국 상대거리(dij)가 기준거리()에 수렴하는 시간은 점점 빨라지는 것을 확인할 수 있다.At this time, the convergence time is shown as shown in Table 3 below. Since the control constant (k) is fixed, as the damping constant (c) increases, the relative distance (d ij ) between the two UAVs is the first reference distance ( There was no difference in the time to reach ), but as the damping constant (c) increased, the amplitude of vibration became smaller and, eventually, the relative distance (d ij ) became the reference distance ( ), it can be seen that the convergence time is getting faster.
상기와 같은 시뮬레이션 결과, 무인기가 빠르고 밀집도가 높게 대형을 형성해야 하는 경우에는 제어상수(k)와 댐핑계수(c)를 높게 설정하고, 반대로 무인기가 천천히 낮은 밀집도로 대형을 형성해야 하는 경우에는 상대적으로 제어상수(k)와 댐핑계수(c)를 낮게 설정해야 함을 알 수 있으며, 이러한 제어상수(k)와 댐핑계수(c)의 설정은 다수의 무인기들이 투입되어야 하는 임무의 성격에 따라 기설정되어 전술한 데이터 입력단계(S10)에서 무인기의 위치 및 속도 데이터와 함께 군집 알고리즘으로 입력될 수 있다.As a result of the above simulation, when the UAV needs to form a formation with high density and fast, the control constant (k) and damping coefficient (c) are set high. It can be seen that the control constant (k) and damping coefficient (c) should be set low. It may be set and input to the swarm algorithm together with the location and speed data of the UAV in the aforementioned data input step (S10).
전술한 바와 같은 충돌회피단계(S52)와 임무경계 유지단계(S54)에서의 제어명령은 상기 가속도 산출단계(S20)에서의 가속도 산출에 활용될 수 있는데, 상기 군집 알고리즘에서는 상기 충돌회피단계(S52)에서의 밀어내는 제어명령()과 잡아당기는 제어명령() 및 임무경계 유지단계(S54)에서의 밀어내는 제어명령()이 혼합된 합벡터 방향으로 최종 제어명령, 즉 가속도를 산출할 수 있고, 이와 같이 산출된 가속도가 경로점 유도단계(S30)에서 경로점으로 전환되어 경로점 명령단계(S40)에서 각 무인기로의 제어명령으로 생성될 수 있다.The control commands in the collision avoidance step (S52) and the mission boundary maintenance step (S54) as described above may be utilized for the acceleration calculation in the acceleration calculation step (S20). In the cluster algorithm, the collision avoidance step (S52) ) in the push-out control command ( ) and pulling control commands ( ) and the pushing control command in the mission boundary maintenance step (S54) ( ) can calculate the final control command, ie, acceleration, in the direction of the mixed sum vector, and the calculated acceleration is converted to a path point in the path point induction step (S30), and is then transferred to each UAV in the path point command step (S40). It can be created with a control command of
또한, 전술한 바와 같이, 개별 무인기의 연산모듈에 군집 알고리즘과 커맨드 모듈(Command Module) 및 추적 유도방식(Pursuit Guidance)이 포함되어 무인기들이 자체적으로 제어명령을 생성하여 자율적으로 비행하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 그에 따라 중앙의 통제를 최소화하고, 통신에 대한 의존도를 최소화할 수 있게 된다.In addition, as described above, the operation module of each UAV includes a swarm algorithm, a command module, and a Pursuit Guidance so that UAVs can generate control commands by themselves and fly autonomously. , thereby minimizing central control and minimizing dependence on communication.
한편, 본 발명에 따른 비행 제어방법에 의한 다수 무인기의 이동에 따른 대형변화를 확인하기 위해 2차원 사각형 모양의 임무경계에서 아래의 (표 4)와 같은 조건에 제어상수(k)와 댐핑계수(c)를 바꾸어가며 총 세 번의 시뮬레이션을 수행하였다.On the other hand, in order to confirm the large change due to the movement of multiple UAVs according to the flight control method according to the present invention, the control constant (k) and the damping coefficient ( c) was changed and a total of three simulations were performed.
전체적으로, 제어상수(k) 및 댐핑계수(c)의 크기와 상관없이 랜덤한 위치와 속도를 갖는 무인기들이 제어명령을 통해 뭉치는 현상과 충돌을 회피하는 현상이 반복적으로 나타나면서 최종적으로 하나의 대형을 형성하여 비행하는 것을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있었다.Overall, regardless of the size of the control constant (k) and damping coefficient (c), the phenomenon of aggregation and collision avoidance of unmanned aerial vehicles with random positions and speeds through control commands repeatedly appears, eventually resulting in one large It was possible to confirm through the simulation that it formed and flew.
그리고, 제어상수(k) 및 댐핑계수(c)의 크기를 모두 크게 설정한 시뮬레이션은 무인기 사이의 뭉치는 속도가 빠르고 임무경계와의 충돌시 대형이 흐트러지는 현상이 적은 반면, 제어상수(k) 및 댐핑계수(c)의 크기를 모두 작게 설정한 시뮬레이션에서는 초기에 무인기 사이의 뭉치는 속도가 느려 대형이 천천히 형성되고 임무경계 또는 다른 무인기와의 충돌 회피시 대형이 흐트러졌다가 다시 형성되는 현상을 보였다.In addition, in the simulation in which both the control constant (k) and the damping coefficient (c) are set to be large, the speed of aggregation between UAVs is fast and the formation is less disturbed when it collides with the mission boundary, while the control constant (k) And in the simulation in which the size of the damping coefficient (c) is set small, the formation is formed slowly due to the slow aggregation speed between the UAVs at the beginning, and the phenomenon that the formation is disturbed and re-formed during mission boundary or collision avoidance with other UAVs seemed
또한, 제어상수(k)의 크기는 크게 설정하고, 댐핑계수(c)의 크기는 작게 설정한 시뮬레이션에서는 무인기들이 초기에 빠르게 모이지만 대형을 한 번에 형성하지 못하고 다시 퍼졌다가 빠르게 뭉치는 현상을 확인할 수 있었다.In addition, in the simulation in which the size of the control constant (k) is set large and the size of the damping coefficient (c) is set small, the phenomenon that UAVs gather quickly at the beginning, but fail to form a formation at once, and spread again and then quickly agglomerate. could check
상기와 같은 시뮬레이션 결과를 통해, 다수의 무인기를 이용한 임무의 성격에 따라 설계변수 즉, 제어상수(k)와 댐핑계수(c)의 값을 조절하여 무인기의 대형 변화과정의 유동성을 결정할 수 있음을 알 수 있다.Through the simulation results as described above, it is possible to determine the fluidity of the large-scale change process of the UAV by adjusting the values of the design variables, i.e., the control constant (k) and the damping factor (c), according to the nature of the mission using a plurality of UAVs. Able to know.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 비행 제어방법에 의하면, 개별 무인기에 탑재될 수 있는 군집알고리즘을 통해 연산된 가속도를 경로점 정보로 전환하여 경로점 명령으로 산출함으로써 다수 무인기들의 자율 비행이 가능하도록 하고, 그에 따라 지진, 화재 등의 환경적으로 위험이 큰 재난 상황에서 복수의 무인기를 운용하여 효율적으로 생존자를 탐색할 수 있고, 각각의 무인기가 주변 무인기들의 정보를 이용하여 자율적인 행동양식으로 대형을 형성하도록 함으로써 임무에 투입되는 무인기 수의 증가에 따른 연산량 증가가 최소화될 수 있으며, 일부 무인기가 임무를 실패하여도 나머지 무인기들에 의한 임무 수행이 가능하므로 임무 수행에 대한 강건성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 중앙의 통제를 최소화할 수 있어 통신에 대한 의존도와 관제사의 피로도를 최소화할 수 있고, 제어상수와 댐핑계수를 포함하는 설계변수의 변경을 통해 다수의 무인기가 투입되는 임무의 종류에 따라 무인기의 대형 변화 과정의 유동성을 최적화할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.Therefore, according to the flight control method according to the present invention as described above, autonomous flight of multiple UAVs is possible by converting the acceleration calculated through a swarm algorithm that can be mounted on individual UAVs into waypoint information and calculating it as a waypoint command. Therefore, in disaster situations with high environmental risks such as earthquakes and fires, multiple UAVs can be operated to efficiently search for survivors, and each UAV can use information from nearby UAVs to autonomously act. By forming a formation, the increase in the computational amount due to the increase in the number of UAVs used for the mission can be minimized, and even if some UAVs fail their mission, the remaining UAVs can perform the mission, so the robustness of the mission can be improved. In addition, it is possible to minimize the central control, so it is possible to minimize the dependence on communication and the fatigue of the controller. Accordingly, it has various advantages such as optimizing the fluidity of the large-scale change process of the UAV.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 비행 제어방법을 중앙 관제센터의 메인 서버에서 수행하여 다수의 무인기들의 비행을 제어할 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.Although the above-described embodiments have been described with respect to the most preferred example of the present invention, it is not limited to the above embodiment, and the flight control method according to the present invention is performed in the main server of the central control center to control the flight of a plurality of UAVs. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.
본 발명은 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다른 무인 비행체의 위치 및 속도 정보와 임무정보 및 제어상수 등을 입력받아 군집 비행 중인 무인 비행체들의 인력과 척력 즉, 무인 비행체들 사이의 거리를 좁히는 방향과 멀어지는 방향으로의 제어가 가능하도록 하여 개별 무인기들에 대한 중앙의 통제 또는 별도의 선도 무인기 없이도 자율적 비행이 가능하도록 함으로써 지진, 화재 등의 환경적으로 위험이 큰 재난 상황에서의 생존자 탐색 등의 임무를 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling autonomous flight of a plurality of unmanned aerial vehicles using swarm intelligence, and more particularly, the manpower and repulsion of unmanned aerial vehicles in swarm flight by receiving position and speed information of other unmanned aerial vehicles, mission information and control constants, etc. , by making it possible to control in the direction of narrowing the distance between UAVs and the direction away from them, thereby enabling autonomous flight without central control of individual UAVs or separate leading UAVs, thereby reducing environmental risks such as earthquakes and fires. It relates to a method for controlling autonomous flight of multiple UAVs using swarm intelligence that enables more efficient performance of tasks such as searching for survivors in a major disaster situation.
S10 : 데이터 입력단계
S20 : 가속도 산출단계
S30 : 경로점 유도단계
S40 : 경로점 명령단계
S50 : 대형 형성 및 유지단계
S52 : 충돌회피단계
S54 : 임무경계 유지단계S10: data input step S20: acceleration calculation step
S30: path point induction step S40: path point command step
S50: Formation and maintenance phase S52: Collision avoidance phase
S54: Mission boundary maintenance phase
Claims (9)
상기 무인기의 위치 및 속도 데이터를 수신하여 군집 알고리즘에 입력하는 데이터 입력단계와,
상기 군집 알고리즘에 입력된 데이터를 이용하여 무인기들의 가속도를 산출하는 가속도 산출단계와,
상기 군집 알고리즘에 의해 산출된 무인기의 가속도를 경로점 유도 모듈(Waypoint Guidance)을 이용하여 경로점 정보로 전환시키는 경로점 유도단계 및
상기 경로점 유도 모듈에 의해 전환된 경로점을 이용하여 각 무인기의 경로점 명령을 산출하는 경로점 명령단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.
In the flight control method of multiple UAVs using swarm intelligence,
a data input step of receiving the location and speed data of the unmanned aerial vehicle and inputting it into a swarm algorithm;
an acceleration calculation step of calculating the acceleration of the UAVs using the data input to the swarm algorithm;
a waypoint induction step of converting the acceleration of the UAV calculated by the swarm algorithm into waypoint information using a waypoint guide module (Waypoint Guidance); and
and a path point command step of calculating a path point command of each UAV using the path point switched by the path point induction module.
상기 경로점 명령단계에서의 전송된 경로점으로의 이동이 완료된 무인기의 위치 및 속도 데이터는 다시 군집 알고리즘으로 입력되어 새로운 경로점 생성에 사용되는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.
The method of claim 1,
Autonomous flight control of multiple UAVs using swarm intelligence, characterized in that the position and speed data of the UAV that has been moved to the route point transmitted in the route point command step are input back into the cluster algorithm and used to generate a new route point Way.
상기 데이터 입력단계에서는 무인기의 임무 정보와, 상기 임무 정보에 따른 제어상수 및 댐핑계수가 군집 알고리즘에 추가적으로 입력되는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.
The method of claim 1,
In the data input step, the mission information of the UAV and the control constant and damping coefficient according to the mission information are additionally input to the cluster algorithm.
상기 무인기들 사이의 근거리 통신에 의한 위치 및 속도 정보 교환을 통해 다수의 무인기들이 자체적으로 대형을 형성 및 유지하는 대형 형성 및 유지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.
The method of claim 1,
Autonomous flight of multiple UAVs using cluster intelligence, characterized in that it further comprises a formation and maintenance step in which a plurality of UAVs form and maintain a formation on their own through the exchange of location and speed information by short-range communication between the UAVs. control method.
상기 대형 형성 및 유지단계는,
무인기들 사이의 상대 거리 및 상대 속도 정보를 이용하여 서로 간의 충돌을 회피하는 충돌회피단계와,
상기 무인기와 임무경계 사이의 상대 거리 정보를 이용하여 무인기가 임무 경계를 벗어나는 것을 방지하는 임무경계 유지단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.
5. The method of claim 4,
The large formation and maintenance step is
A collision avoidance step of avoiding collisions with each other by using the relative distance and relative speed information between the UAVs;
and a mission boundary maintenance step of preventing the unmanned aerial vehicle from departing from the mission boundary by using the relative distance information between the unmanned aerial vehicle and the mission boundary.
상기 충돌회피단계에서는,
에 의해 무인기들이 자체적으로 대형을 형성하는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.
(여기서, 는 i번째 무인기에 작용하는 다른 무인기와의 제어명령 합벡터, N은 운용되는 무인기의 개수, k는 제어상수, c는 댐핑계수, 는 i번째 무인기와 j번째 무인기 사이의 상대거리 및 는 무인기 사이의 대형 유지를 위한 기준거리를 의미하는 것임.)
6. The method of claim 5,
In the collision avoidance step,
Autonomous flight control method of multiple UAVs using swarm intelligence, characterized in that the UAVs form their own formation by
(here, is the sum vector of control commands with other UAVs acting on the i-th UAV, N is the number of UAVs operated, k is a control constant, c is a damping factor, is the relative distance between the i-th UAV and the j-th UAV and is the reference distance for maintaining the formation between UAVs.)
상기 제어상수(k) 및 댐핑계수(c)는 무인기들의 대형 형성 속도가 빠르고 밀집도가 높을 수록 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.
7. The method of claim 6,
The control constant (k) and the damping coefficient (c) are set larger as the formation speed of the UAVs increases and the density increases.
상기 임무경계 유지단계에서는,
에 의해 무인기들이 자체적으로 임무경계를 벗어나지 않는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.
(여기서, 는 i번째 무인기와 임무경계 사이에 작용하는 제어명령 합벡터, N은 운용되는 무인기의 개수, k는 제어상수, 는 i번째 무인기와 임무경계 사이의 상대거리 및 는 무인기와 임무경계 사이의 충돌 회피를 위한 기준거리를 의미하는 것임.)
6. The method of claim 5,
In the mission boundary maintenance step,
Autonomous flight control method of multiple UAVs using swarm intelligence, characterized in that the UAVs do not deviate from the mission boundary by themselves.
(here, is the control command sum vector acting between the i-th UAV and the mission boundary, N is the number of UAVs operated, k is the control constant, is the relative distance between the i-th UAV and the mission boundary and is the reference distance for collision avoidance between the UAV and the mission boundary.)
상기 충돌회피단계와 임무경계 유지단계는 상기 가속도 산출단계에서의 가속도 산출에 활용될 수 있는 것을 특징으로 하는 군집지능을 이용한 복수 무인기의 자율 비행 제어방법.6. The method of claim 5,
The method for controlling autonomous flight of a plurality of UAVs using swarm intelligence, characterized in that the collision avoidance step and the mission boundary maintenance step can be utilized for the acceleration calculation in the acceleration calculation step.
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| KR102565617B1 (en) | 2023-08-16 |
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