인형 제어용 드론 경로 최적화

Abstract

사람의 수족을 대신하는 단순동작을 반복하는 기계부터 시작해 사람의 움직임을 흉내 내는 지능적인 로봇까지, 기술은 사람의 편의를 도모하기 위해 발전해 왔다. 그 중에서도 사람의 동작을 관찰하고 컴퓨터로 분석하여 원리를 이해하여 다른 대상이나 환경에서 재현하는 것은 로봇공학과 컴퓨터 그래픽스의 중요한 연구주제 중 하나로 자리잡고 있다. 본 학위 논문에서는 그 동안 사람의 영역이라고 여겨졌던 예술의 부분 중에서 사람이 손으로만 연출했던 마리오네트 인형극을 기술적으로 이해해보고자 한다. 이에 공간적인 제약에서 자유로운 드론으로 하여금 인형의 움직임을 연출해낼 수 있다는 가능성을 제시해보고자 한다. 공중에 떠 있는 드론의 특성상 여러 물리력이 지속적으로 가해지기도 하고 스스로 자신의 상태를 정확하게 아는 것도 쉽지 않으며, 구사할 수 있는 물리적 상태에 제약 또한 존재하기 때문에 단순히 참조 궤적으로 명령 배열을 만든 경우 오차가 적지 않다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 추상화된 응용 프로그램 인터페이스(API)를 사용하는 고성능의 드론을 이용해 본다. 드론의 상태는 위치와 방향 각 3개의 자유도를 합쳐 6개의 자유도를 가지지만, 드론의 설계 구조 상 실제 조작은 위치가 3, 방향이 1로 4개의 자유도 밖에 가지지 못한다. 이와 같이 자유도가 부족해지는 underactuated problem을 반복적인 드론 비행 시뮬레이션과 드론 비행 궤적 갱신을 통해 참조 비행 궤적과 유사하게 드론의 비행 궤적이 나오도록 하는 드론 명령 배열을 얻어내고자 한다. 이 과정에서 초기 상태로부터 얻은 드론의 비해 성능이 개선되는 것을 보이며, 나아가 드론의 비행에 적합한 마리오네트 인형을 조사하고 설계하여 인형이 궤적 최적화를 통해 얻은 드론의 궤적에 따라 어떠한 움직임을 보이는지 시뮬레이션을 통해 확인한다.