본 논문은 실내 환경에서의 엔터테인먼트 활용을 목적으로 쿼드로터형 비행체를 위한 비전 기반의 궤적 추종제어 시스템을 다룬다. 항공촬영 및 감시 등의 특수임무를 완수하기 위해 자율성이 강조되는 실외 비행체와 비교할 때, 엔터테인먼트를 목적으로 하는 실내 환경에서의 비행체를 위해서는 안정성 및 정밀성이 특히 고려된 호버링 및 궤적추종 기능 등이 요구된다. 이에, 본 논문은 동작생성, 자세추정, 궤적추종 모듈로 구성된 궤적추종 제어시스템을 제안한다. 동작생성 모듈은 매 시간에서의 3차원 자세로 기술되는 동작들에 대한 연속적인 시퀀스를 생성한다. 자세추정 모듈은 비행체에 장착된 원형 링 패턴의 인식을 통해 쿼드로터의 3차원 자세정보를 추정한다. 궤적추종 모듈은 동작생성 모듈과 자세추정 모듈로부터 제공되는 정보를 이용하여 쿼드로터 비행체의 3차원 위치를 실시간적으로 제어한다. 제안된 시스템의 성능은 단일 점 추종, 다점 추종, 곡선궤적 추종에 대한 실험을 통해 평가된다.
This paper deals with a vision-based trajectory tracking control system for a quadrotor-type UAV for entertainment purpose in indoor environment. In contrast to outdoor flights that emphasize the autonomy to complete special missions such as aerial photographs and reconnaissance, indoor flights for entertainment require trajectory following and hovering skills especially in precision and stability of performance. This paper proposes a trajectory tracking control system consisting of a motion generation module, a pose estimation module, and a trajectory tracking module. The motion generation module generates a sequence of motions that are specified by 3-D locations at each sampling time. In the pose estimation module, 3-D position and orientation information of a quadrotor is estimated by recognizing a circular ring pattern installed on the vehicle. The trajectory tracking module controls the 3-D position of a quadrotor in real time using the information from the motion generation module and pose estimation module. The proposed system is tested through several experiments in view of one-point, multi-points, and trajectory tracking control.
