이대원 연구실
의과대학
이대원
이대원 연구실은 기계항공공학부 항공우주공학 전공 소속으로, 무인항공기(UAV) 및 쿼드로터 시스템의 첨단 유도, 제어, 시험 기술을 중점적으로 연구하고 있습니다. 본 연구실은 영상기반 서보잉(IBVS)과 같은 최신 영상처리 기반 제어기술을 활용하여, 무인항공기의 자율 비행과 정밀 제어를 실현하는 데 앞장서고 있습니다.
특히, 적응형 슬라이딩 모드 제어와 피드백 선형화 등 다양한 비선형 제어기법을 개발하고, 실제 환경에서 발생할 수 있는 센서 노이즈, 파라미터 불확실성, 외란 등에 강인한 제어 시스템을 구현하는 데 주력하고 있습니다. 이러한 연구는 하드웨어 인 더 루프 시뮬레이션과 실험을 통해 그 성능과 안정성이 검증되고 있습니다.
연구실은 무인항공기의 영상기반 자세 추정, 장애물 회피, 이동 플랫폼 착륙 등 다양한 응용 분야에서 실질적인 성과를 내고 있으며, 오픈소스 쿼드로터 프로젝트 분석 및 비교 연구도 수행하여 국내외 무인항공기 기술 발전에 기여하고 있습니다. 또한, 국내외 주요 학회 및 저널에 다수의 논문을 발표하며, 로봇 항공기 경진대회 등에서 수상 경력을 보유하고 있습니다.
이대원 연구실의 연구는 미래 자율 무인항공기 시스템의 실용화와 산업적 활용 가능성을 크게 높이고 있으며, 향후 인공지능, 로봇공학, 스마트 모빌리티 등 다양한 융합 분야로의 확장도 기대되고 있습니다.
본 연구실은 앞으로도 무인항공기 및 로봇 시스템의 자율성, 신뢰성, 안전성을 극대화할 수 있는 혁신적인 제어 및 유도 기술 개발에 지속적으로 매진할 것입니다.
무인항공기(Quadrotor UAV)의 영상기반 유도 및 제어
이대원 연구실은 무인항공기, 특히 쿼드로터 UAV의 영상기반 유도 및 제어 기술을 중점적으로 연구합니다. 영상기반 서보잉(Image-Based Visual Servoing, IBVS)은 카메라로부터 획득한 영상 정보를 활용하여 무인항공기의 위치와 자세를 정밀하게 제어하는 첨단 기술입니다. 이러한 기술은 복잡한 환경에서의 자율 비행, 목표물 추적, 장애물 회피 등 다양한 응용 분야에 필수적입니다.
연구실에서는 IBVS와 적응형 슬라이딩 모드 제어(Adaptive Sliding Mode Control)를 결합하여, 쿼드로터와 같은 언더액추에이티드 시스템의 동적 특성을 효과적으로 제어하는 방법을 개발하였습니다. 이 방법은 센서 노이즈, 파라미터 불확실성, 모터 진동 등 실제 환경에서 발생할 수 있는 다양한 문제에 대해 높은 강인성과 안정성을 보장합니다. 또한, 가상 피처(Virtual Feature) 개념을 도입하여 롤과 피치 채널을 분리 제어함으로써, 깊이 정보 추정의 정확성을 높이고 제어 알고리즘의 단순화 및 성능 향상을 달성하였습니다.
이러한 연구 결과는 수치 시뮬레이션, 하드웨어 인 더 루프(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션, 실제 실험을 통해 검증되었으며, 영상 피처의 손실을 최소화하고 목표 위치로의 정확한 유도를 실현하였습니다. 본 연구실의 기술은 향후 자율 무인항공기의 실용화 및 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성을 크게 높이고 있습니다.
적응형 제어 및 비선형 제어기법의 개발
이대원 연구실은 무인항공기와 같은 복잡한 동적 시스템의 안정적 운용을 위해 다양한 적응형 및 비선형 제어기법을 연구하고 있습니다. 피드백 선형화(Feedback Linearization)와 적응형 슬라이딩 모드 제어(Adaptive Sliding Mode Control) 등 두 가지 주요 비선형 제어 방식을 비교·분석하여, 실제 환경에서의 센서 노이즈와 모델 불확실성에 강인한 제어기를 개발하는 데 주력하고 있습니다.
특히, 적응형 슬라이딩 모드 제어는 입력 증강(Input Augmentation) 기법을 통해 언더액추에이티드 시스템의 제약 조건을 극복하고, 센서 노이즈 및 환경 변화에 효과적으로 대응할 수 있도록 설계되었습니다. 이러한 제어기는 대규모 입력 신호 없이도 시스템의 안정성을 유지하며, 지상 효과(Ground Effect)와 같은 예측 불가능한 외란을 실시간으로 추정 및 보상할 수 있습니다.
이 연구는 다양한 국제 저널 및 학회에서 발표되었으며, 실제 쿼드로터 헬리콥터와 같은 무인항공기 시스템에 적용되어 그 우수성이 입증되었습니다. 앞으로도 본 연구실은 더욱 정교하고 신뢰성 높은 제어기법을 개발하여, 무인항공기 및 로봇 시스템의 자율성과 안전성을 한층 더 향상시키는 데 기여할 것입니다.
1
Adaptive Image-based Visual Servoing for an Under-actuated Quadrotor System
이대원, 임현, 성기정, 김현진, 김유단
JOURNAL OF GUIDANCE CONTROL AND DYNAMICS, 2012
2
Open-Source Projects for Quadrotor Unmanned Aerial Vehicles
이대원
IEEE Robotics and Automation Magazine, 2012
3
Under-actuated 시스템에서의 이미지 서보잉을 위한 깊이 추정 기법
이대원, 김진호, 김현진
제어.로봇.시스템학회 논문지, 2012
