드론 실구동 시뮬레이터(DAOS) 시스템 개발
상기 이미지는 프로젝트에 대한 이해를 돕기 위해 AI로 구현한 이미지임
1. 개발 목적 및 개요
- 시스템 운용 개념
본 시스템은 실제 드론을 장치 내부에 결합하여 구동하되, 드론이 실제로 비행하면서도 장치 내의 제어 축을 통해 동일한 위치에 고정되어 있도록 설계된 드론 실구동 시뮬레이터(DAOS, Drone Actual Operation Simulator)이다.
좁은 실내 공간에서도 제약 없이 비행 테스트를 수행할 수 있으며, 조작 실수나 미검증 상태로 인한 충돌·추락 사고를 방지하여 장비 파손과 인명 피해를 예방한다. - 기존 기술 비교 분석
기존 고정축 방식이나 일부 3축 짐벌, 상하 이동형 구조는 자유도가 낮거나 드론의 힘으로 프레임을 끌고 다니는 등 비행 성능 시험 장비로 활용하기에 한계가 있었다.
반면, 본 개발 기술(DAOS)은 자세(Yaw, Pitch, Roll)와 위치(X, Y, Z) 모두에 완벽한 3차원 자유도를 구현하여 기존 특허 대비 진보된 시스템이다.
2. 핵심 구현 요소
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3차원 공간 자세 구현 (3축 짐벌)
Yaw, Pitch, Roll Axis 3개의 고정축이 연결된 3축 짐벌 구조를 적용하여 드론의 자세에 완벽한 회전 자유도를 부여하고, 가속도·자이로 센서를 통해 비행 자세 정보를 획득합니다. -
3차원 공간 위치 제어 (X, Y, Z축)
슬라이드 레일(X-Y축)과 스틸 와이어(Z축)를 활용하여 3차원 이동축을 구현하며, 드론이 움직이는 반대 방향으로 모터를 구동하여 움직임을 보상함으로써 위치를 유지합니다. -
제어 및 시뮬레이션 연동
제어용 PC와 시뮬레이션 PC를 통해 시험 시나리오를 생성하고, 드론의 비행 제어 신호와 센서 정보를 실시간으로 모니터링 및 제어합니다.
3. 시스템 구성 및 연동 구조
DAOS 시스템은 제어 서버, 테스트 드론, DAOS 시뮬레이터 본체, 그리고 조종기(RC Transmitter)가 유기적으로 연동되어 실제 비행 환경을 모사하도록 구성된다.
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제어 및 시뮬레이션 부 (DAOS Control Server)
훈련 시나리오 생성, 훈련 상태 및 센서 정보 모니터링, 드론 비행 제어 신호와 DAOS 제어 신호 통합 모니터링을 수행한다. -
조종 및 신호 분배 부 (RC Transmitter & Receiver)
RC Transmitter 1대와 2개의 수신기(RC Receiver for drone, RC Receiver for DAOS)로 구성된다. -
통신 및 피드백 부
Telemetry Radio Module을 통해 Test Drone(DJI F550 ARF KIT 등)과 센서 데이터 및 제어 신호를 송수신한다.
EtherCAT 및 LAN(TCP/IP) 규격을 통해 DAOS 장비와 제어용 PC 간의 센서 데이터 및 모터 제어 신호를 주고받는다.
4. RC 제어 신호 수신 및 구동 테스트
DAOS 시스템 구축 전, 실제 조종기(RC Transmitter) 신호가 드론과 시뮬레이터 시스템에 정상적으로 동시 분배 및 수신되는지 검증하기 위한 기초 테스트를 진행했다.
- 주요 테스트 장비 구성
Test Computer : QGroundControl 프로그램 구동 및 지상국 연동
Test Drone : DJI F550 ARF KIT 기체 구성
RC Transmitter : Futaba T14SQ 조종기
Flight Control Set : Pixhawk 오토파일럿 세트 및 모터 구동 부품 - 테스트 결과 및 특징
신호 수신 방식 : 1개의 RC Transmitter에서 송신된 제어 신호를 2개의 RC Receiver(드론용 및 DAOS용)에서 각각 수신하도록 구성했다.
구동 확인 : 테스트를 통해 Test Drone 및 Flight Control Set의 모터가 조종기 입력에 맞춰 정상적으로 동시 구동되는 것을 최종 확인했다.
