# 충돌 방지

충돌방지 기능은 기체가 장애물을 만나면 자동으로 속도를 늦추거나 정지합니다

위치 모드에서 멀티콥터에 대해 활성화할 수 있으며, 오프보드 보조 컴퓨터, MAVLink를 통한 오프보드 거리계, 비행 컨트롤러에 부착된 거리계 또는 위의 조합에서 센서 데이터를 사용할 수 있습니다.

충돌 방지는 센서 범위가 충분히 크지 않으면, 기체의 최대 속도를 제한할 수 있습니다! 또한 센서 데이터를 사용할 수 없는 방향으로의 움직임을 방지합니다 (즉, 후방 센서 데이터가없는 경우 뒤로 비행할 수 없음).

TIP

고속 비행이 주 목적인 경우에는 필요하지 않으면 충돌 방지 기능을 비활성화하는 것이 좋습니다.

TIP

모든 비행 방향으로 센서와 센서 데이터가 있는 지 확인하십시오 (충돌 방지가 활성화된 경우).

# 개요

충돌 방지는 최소 허용 접근 거리 (CP_DIST) 매개 변수를 설정하여 PX4에서 활성화됩니다.

이 기능에는 외부 시스템의 장애물 정보 (MAVLink OBSTACLE_DISTANCE (opens new window) 메시지를 사용하여 전송) 또는 비행 컨트롤러에 연결된 거리 센서가 필요합니다.

Note

기체 주변에 대한 정보를 얻고 충돌을 방지하기 위하여 여러가지 센서를 사용할 수 있습니다. 여러 소스가 동일한 방향에 대한 데이터를 제공하는 경우에는 시스템은 물체까지의 최소 거리를 판별 데이터로 사용합니다.

기체는 장애물에 가까워 질 때 속도를 줄이기 위하여 최대 속도를 제한하고 허용된 최소 간격에 도달하면 정지합니다. 장애물에서 멀어지거나 평행하게 이동하려면 사용자는 기체를 장애물에 더 가깝게 만들지 않는 설정 값으로 이동하도록 명령하여야 합니다. 알고리즘은 "더 나은"설정점이 요청된 설정 값의 양쪽에있는 고정된 마진내에 존재한다고 판단되면 설정값 방향을 약간 조정합니다.

사용자는 QGroundControl을 통해 알림을 받고 충돌 방지는 속도 설정 값을 능동적으로 제어합니다.

PX4 소프트웨어 설정은 다음 섹션에서 다룹니다. 충돌 방지를 위해 비행 컨트롤러에 장착된 거리 센서를 사용하는 경우 PX4 거리 센서에 설명된대로 부착하고 설정하여야 합니다. 보조 컴퓨터를 사용하여 장애물 정보를 제공하는 경우에는 보조 컴퓨터 설정을 참조하십시오.

# PX4 소프트웨어 설정

QGroundControl에서 다음 매개 변수를 설정하여 충돌 방지를 설정합니다.

매개변수 설명
CP_DIST 최소 허용 거리 (기체가 장애물에 접근할 수있는 가장 가까운 거리)를 설정합니다. 충돌 방지를 비활성화하려면 음수로 설정하십시오. Warning 이 값은 기체 또는 프로펠러 외부가 아닌 센서까지의 거리입니다. 충분한 거리를 남겨 두십시오!
CP_DELAY 센서 및 속도 설정점 추적 지연을 설정합니다. 아래의 지연 조정을 참조하십시오.
CP_GUIDE_ANG 해당 방향에서 장애물이 적을 경우 기체가 이탈할 수있는 각도 (명령된 방향의 양쪽으로)를 설정합니다. 아래의 가이던스 튜닝을 참조하십시오.
CP_GO_NO_DATA 기체가 센서 범위 외부의 방향으로 이동할 수 있도록 하려면 1로 설정합니다 (기본값은 0/False).
MPC_POS_MODE Set to 0 or 3 to enable Collision Prevention in Position Mode (default is 4).

# 알고리즘 설명

모든 센서의 데이터는 기체 주변의 36 개 섹터의 내부 표현으로 통합되며, 각 섹터에는 센서 데이터와 마지막 관찰 시점에 대한 정보 또는 해당 섹터에 대한 데이터를 사용할 수 없다는 표시가 포함됩니다. 기체가 특정 방향으로 이동하도록 명령을 받으면, 해당 방향의 반구에있는 모든 섹터를 확인하여 이동으로 인하여 기체가 장애물에 더 가까워 지는지 확인합니다. 그러한 경우에는, 차량 속도가 제한됩니다.

이 속도 제한은 MPC_XY_P에 의해 튜닝된 내부 속도 루프와 MPC_JERK_MAXMPC_ACC_HOR을 통하여 저크 최적 속도컨트롤러를 모두 고려합니다. 속도는 CP_DIST에 지정된 거리를 유지하기 위하여 기체가 제 시간에 정지하도록 제한됩니다. 각 섹터의 센서 범위도 고려되어 동일한 메커니즘을 통하여 속도를 제한합니다.

Note

특정 방향에 센서 데이터가 없는 경우에는 해당 방향의 속도는 0으로 제한됩니다 (기체가 보이지 않는 물체에 충돌하는 것을 방지). 센서 커버리지 없이 자유롭게 방향으로 이동하려면 CP_GO_NO_DATA를 1로 설정하여 활성화할 수 있습니다.

차량 추적 속도 설정 점과 외부 소스로부터 센서 데이터를 수신시의 지연은 CP_DELAY 매개 변수를 통하여 보수적으로 추정됩니다. 특정 기체마다 튜닝하여야 합니다.

명령된 섹터에 인접한 섹터가 상당한 여백 만큼 '더 나은' 경우, 요청된 입력 방향은 CP_GUIDE_ANG에 지정된 각도까지 수정할 수 있습니다. 이는 장애물에 걸리지 않고 장애물 주변으로 차량을 '안내'하기 위하여 사용자 입력을 미세 조정하는 데 도움이 됩니다.

# 범위 데이터 손실

자동항법장치가 0.5 초 이상 센서로부터 범위 데이터를 수신하지 못하면 수신된 범위 데이터 없음, 이동 허용 없음 경고 메시지를 출력합니다. 이렇게하면 xy의 속도 설정값이 0이 됩니다. 5초 동안 데이터를 수신하지 않으면 기체는 유지 모드로 전환됩니다. 기체가 다시 움직일 수 있도록 하려면 매개 변수 CP_DIST를 음수로 설정하거나 위치 모드 이외의 모드(예 : 고도 모드 또는 안정화 모드)로 전환하여 충돌 방지를 비활성화하여야 합니다.

여러 센서가 연결되어 있고, 그 중 하나와의 연결이 끊어진 경우에도 보고 센서의 시야 (FOV) 내부를 비행할 수 있습니다. 결함이 있는 센서의 데이터가 만료되고, 이 센서가 포함하는 영역이 커버되지 않은 것으로 처리되므로 그 곳으로 이동할 수 없습니다.

WARNING

CP_GO_NO_DATA = 1을 활성화시에는 주의하여야 합니다. 간혹, 기체가 센서 범위 외부로 벗어날 수 있습니다. 여러 센서 중 하나라도 연결이 끊어지면 결함이있는 센서의 영역이 무시되어, 제약없이 이동할 수 있습니다.

# CP_DELAY 지연 튜닝

고려해야 할 두 가지 주요 지연 원인은 센서 지연과 기체 속도 설정점 추적 지연입니다. 두 지연 소스 모두 CP_DELAY 매개변수를 사용하여 튜닝됩니다.

비행 컨트롤러에 직접 연결된 거리 센서의 센서 지연은 0으로 가정할 수 있습니다. 외부 비전 기반 시스템의 경우 센서 지연이 최대 0.2 초 일 수 있습니다.

기체 속도 설정 점 추적 지연위치 모드에서 최고 속도로 비행후 정지 명령을 내리면 측정할 수 있습니다. 실제 속도와 속도 설정점 사이의 지연은 로그에서 측정할 수 있습니다. 추적 지연은 일반적으로 기체 크기와 튜닝에 따라 0.1 초에서 0.5 초 사이입니다.

TIP

장애물에 접근시 기체 속도가 진동하면 (즉, 감속, 가속, 감속), 지연이 너무 높게 설정됩니다.

# CP_GUIDE_ANG 가이던스 튜닝

차량, 환경 유형 및 조종사의 기술에 따라 각기 다른 가이던스가 필요할 수 있습니다. CP_GUIDE_ANG 매개 변수를 0으로 설정하면 안내가 비활성화되어 기체가 명령된 방향으로만 정확하게 이동합니다. 이 매개 변수를 높이면 기체가 장애물을 피할 수 있는 최적의 방향을 선택할 수 있으므로 좁은 틈새를 더 쉽게 통과하고 물체를 돌아 다니는 동안 최소 거리를 정확하게 유지할 수 있습니다.

이 매개 변수가 너무 작으면 장애물에 가까워 졌을 때 기체가 '고착'된 느낌을 받을 수 있습니다. 장애물에서 멀어지는 이동만 허용되기 때문입니다. 매개 변수가 너무 크면 운전자가 지시하지 않은 방향으로 기체가 장애물에서 멀어지는 것처럼 느껴질 수 있습니다. 테스트에서 30도는 적절한 값이지만, 기체마다 값이 달라질 수 있습니다.

Note

가이던스 기능은 센서 데이터가 없는 방향으로 기체를 이동시키지 않습니다. 단 하나의 거리 센서만 전방을 향하고 있는 상태에서 기체가 '고착'된 느낌이 드는 경우, 이는 정보 부족으로 인하여 가이던스가 방향을 안전하게 조정할 수 없기 때문일 수 있습니다.

# PX4 거리 센서

작성 시점에 PX4를 사용하면 최소한의 추가 설정으로 충돌 방지용으로 Lanbao PSK-CM8JL65-CC5 IR 거리 센서를 사용할 수 있습니다.

다른 센서를 활성화 할 수 있지만, 이를 위해서는 센서 방향과 시야를 설정하기 위하여 드라이버 코드를 수정하여야 합니다.

  • 특정 포트에 거리 센서를 연결 설정하고 (센서 별 문서 참조) CP_DIST를 사용하여 충돌 방지를 활성화합니다.
  • 방향을 설정하려면 드라이버를 수정하십시오. 이 작업은 SENS_CM8JL65_R_0 매개 변수를 모방하여 수행하여야 합니다 (센서 module.yaml 파일의 방향을 sf0x start -d와 같은 것으로 하드 코딩 할 수도 있습니다). $ {SERIAL_DEV} -R 25 -여기서 25는 ROTATION_DOWNWARD_FACING과 같습니다).
  • 거리 센서 UORB 주제 (distance_sensor_s.h_fov)에서 시야를 설정하도록 드라이버를 수정합니다.

TIP

기능 PR (opens new window)에서 필요한 수정 사항을 확인할 수 있습니다. 변경 사항에 기여하여 주십시오!

# 보조 컴퓨터 설정

보조 컴퓨터 또는 외부 센서를 사용하는 경우 장애물이 감지된 시기와 위치를 반영하는 OBSTACLE_DISTANCE (opens new window) 메시지 스트림을 제공하여야 합니다.

메시지를 전송하여야 하는 최소 속도는 기체 속도에 따라 다릅니다. 속도가 높을수록 기체가 감지된 장애물에 응답시간이 더 오래 걸립니다.

Note

시스템의 초기 테스트에서는 OBSTACLE_DISTANCE 메시지가 10Hz (비전 시스템에서 지원하는 최대 속도)에서 방출되는 4m/s로 움직이는 기체를 사용하였습니다. 시스템은 상당히 빠른 속도와 낮은 주파수 거리 업데이트에서 잘 작동 할 수 있습니다.

The tested companion software is the local_planner from the PX4/PX4-Avoidance (opens new window) repo. For more information on hardware and software setup see: PX4/PX4-Avoidance > Run on Hardware (opens new window).

The hardware and software should be set up as described in the PX4/PX4-Avoidance (opens new window) repo. OBSTACLE_DISTANCE 메시지를 내보내려면 rqt_reconfigure 도구를 사용하고 매개 변수 send_obstacles_fcu를 true로 설정하여야 합니다.

# 가제보 설정

충돌 방지는 Gazebo를 사용하여 테스트할 수 있습니다. See PX4/PX4-Avoidance (opens new window) for setup instructions.