작업용 거대 비행 스켈레톤 시스템을 위한 분산 IMU 사용 접촉력 추정 기법 개발

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 기계공학부, 2021.8. 이동준.In this paper, we propose the novel external wrench estimator for large-size aerial skeleton system with distributed rotor action (LASDRA) which exploits multiple distributed IMUs. The proposed wrench estimator reduces the delay of a conventional momentum-base observer, which using only velocity information, by fuse the acceleration information from distributed IMUs with Kalman Filter. Also, angular acceleration estimation utilizes multiple IMU signals are proposed to improve external torque estimation accuracy. The delay reduction of the proposed wrench estimator was verified in simulation and also experiment verification at 3-link LASDRA is proceed.본 논문에서는 분산배치된 다중 IMU를 활용한 공중작업용 분산로터기반 거대 스켈레톤 시스템(large-size aerial skeleton system with distributed rotor actuation (LASDRA))의 외력 추정 기법을 제시하였다. 속도 정보만을 사용하는 기존의 모멘텀기반 외력 관측기를 다중/분산 IMU에서 측정된 가속도 정보를 융합하여 외력추정의 정확도와 성능을 향상 시켰으며, 각가속도 또한 다중 IMU 신호를 활용 추정하여 외력 토크 추정 정확도 또한 향상 시켰다. 제시된 외력 추정기는 시뮬레이션 상에서 모멘텀기반 외력 관측기와 함께 적용되어 가속도 정보를 사용하여 외력 추정의 딜레이가 줄어드는것을 확인하였으며, 3개 링크로 구성된 LASDRA의 외력을 추정하는 실험을 진행하여 실제 환경에서도 사용 가능함을 확인하였다.1 Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Related Works 4 1.3 Contribution 6 2 Preliminary 7 2.1 LASDRA System 7 2.1.1 System Description 7 2.1.2 Estimation of LASDRA 9 2.2 Wrench estimator 10 2.2.1 Dynamics 10 2.2.2 Inverse dynamics 11 2.2.3 Momentum based observer 11 3 Wrench estimator algorithm 13 3.1 Wrench estimation of each link 14 3.1.1 Sensor measurements 14 3.1.2 Wrench estimator pipeline 15 3.1.3 Pixhawk built-in EKF 16 3.1.4 Angular acceleration estimation 16 3.1.5 Wrench estimator 18 3.2 Wrench propagation 20 4 Simulation Results 22 4.1 Simulation setup 22 4.2 Angular acceleration estimation 24 4.3 External wrench estimation 26 5 Experimental Results 28 5.1 Experiment setup 28 5.1.1 LASDRA setup 30 5.1.2 FT sensors setup 32 5.1.3 Experiments scenario 35 5.2 Wrench estimation results 37 6 Conclusion and Future Work 43 6.1 Conclusion 43 6.2 Future work 45 Acknowledgements 50석