단일 프로펠러 및 베인 기반 모듈형 UAV 제어

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확장요약문

최근 UAV 는 운송, 정찰, 재난 대응 및 군사 분야 등 다양한 임무에 활용되고 있으며, 임무와 환경에 따라 요구되는 비행체의 형상과 성능 또한 다양해지고 있다. 이에 따라 고정된 형상의 단일 비행체를 넘어, 여러 비행 모듈을 결합하여 목적에 맞는 비행체를 구성할 수 있는 모듈형 UAV 에 대한 연구가 필요하다. 기존의 멀티로터 기반 비행체는 다수의 추진기를 이용하여 자세를 제어하는 구조를 갖는데, 이러한 구조는 기계적 복잡도 상승, 단일 모터 고장 시 비행이 불가능한 한계점이 있다. 본 연구에서는 하나의 프로펠러와 4 개의 베인으로 구성된 비행 모듈을 기본 단위로 하는 새로운 형태의 모듈형 UAV 플랫폼을 제안한다. 각 모듈은 단일 프로펠러를 통해 주 추력을 발생시키며, 프로펠러 주변에 배치된 4 개의 베인 각도를 조절하여 추력의 방향과 기체에 작용하는 모멘트를 변화시킨다. 이러한 구조는 추진기의 수를 줄이고 모듈 간 결합을 용이하게 할 수 있는 반면, 베인의 움직임과 기체의 3 차원 자세 변화 사이에 복잡한 비선형 관계가 형성되어 기존 멀티로터와 다른 제어 기법이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 특성을 고려하여 강화학습을 이용한 비행 제어 방법을 적용한다. NVIDIA Issac Sim 및 Isaac Lab 을 기반으로 물리 시뮬레이션 환경을 구축하고, PPO 알고리즘을 이용하여 베인 입력에 따른 기체의 자세 제어 정책을 학습한다. 또한 단일 모듈의 독립 비행뿐만 아니라 복수의 모듈이 결합된 구성에서도 동일한 제어 접근법을 적용하여, 모듈 결합에 따른 비행체 구성 변화에 대한 제어 가능성을 검토한다. 이를 통해 단일 비행체의 성능에 국한되지 않고, 모듈의 추가 및 결합에 따라 형상과 규모를 변화시킬 수 있는 확장형 UAV 플랫폼의 가능성을 확인하고자 한다.