[논문 리뷰] Don't Drone Yourself in Work: Discussing DronOS as a Framework for Human-Drone Interaction

Matthias Hoppe, Yannick Weiß외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 01.

UAV Applications and Optimization인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 HTC Vive 트래커와 무선 조종 드론과 같은 일반 소비자용 부품을 사용하여 직관적이고 상호작용 가능한 드론 비행 경로 프로그래밍을 가능하게 하는 커뮤니티 기반의 모델 독립 프레임워크인 DronOS를 소개한다. 이 프레임워크는 유니티 스크립팅, 바이브 스크립팅, 바이브 라이브 타임의 세 가지 프로그래밍 모드를 지원하여 모든 수준의 사용자가 실시간으로 비행 경로를 정의하고 수정할 수 있으며, 주요 기여 사항으로는 저비용 실내 트래킹, 모델 독립성, 다중 드론 조율 및 안전 구역 기능을 위한 확장성 등을 포함한다.

ABSTRACT

More and more off-the-shelf drones provide frameworks that enable the programming of flight paths. These frameworks provide vendor-dependent programming and communication interfaces that are intended for flight path definitions. However, they are often limited to outdoor and GPS-based use only. A key disadvantage of such a solution is that they are complicated to use and require readjustments when changing the drone model. This is time-consuming since it requires redefining the flight path for the new framework. This workshop paper proposes additional features for DronOS, a community-driven framework that enables model-independent automatisation and programming of drones. We enhanced DronOS to include additional functions to account for the specific design constraints in human-drone-interaction. This paper provides a starting point for discussing the requirements involved in designing a drone system with other researchers within the human-drone interaction community. We envision DronOS as a community-driven framework that can be applied to generic drone models, hence enabling the automatisation for any commercially available drone. Our goal is to build DronOS as a software tool that can be easily used by researchers and practitioners to prototype novel drone-based systems.

연구 동기 및 목표

• 드론 전용 프레임워크의 고유성과 모델 전환 시 수동 재프로그래밍이 필요로 하는 한계를 해결하기 위해.
• 인간-드론 상호작용(HDI) 연구에서 고비용 트래킹 시스템과 맞춤형 드론에 대한 의존도를 줄이기 위해.
• 일반 소비자용 하드웨어와 소프트웨어를 사용하여 연구자와 전문가가 상호작용 가능한 드론 시스템을 효율적으로 프로토타yped할 수 있도록 지원하기 위해.
• 다중 드론 조율, 안전 구역, 기타 트래킹 방법을 위한 확장성을 지원하는 커뮤니티 기반 프레임워크를 구축하기 위해.
• 다양한 상호작용 모odalities, 특히 실시간 제스처 기반 제어와 스크립팅을 지원하여 다양한 숙련도 수준의 사용자에게 포괄적인 사용자 경험을 제공하기 위해.

제안 방법

• DronOS는 드론의 저비용이고 정확한 실내 3차원 위치 트래킹을 위해 HTC Vive의 Lighthouse 트래킹 시스템을 사용한다.
• 비행 명령어는 컴퓨터에서 드론 컨트롤러로 무선 신호를 통해 전송되며, 컨트롤러가 드론을 제어한다.
• 프레임워크는 세 가지 프로그래밍 모드를 지원한다: 유니티 스크립팅(그래픽적 웨이포인트 편집), 바이브 스크립팅(제스처 기반 웨이포인트 생성), 바이브 라이브 타임(드론이 컨트롤러의 가리키는 방향을 따라 움직임).
• 안정적인 비행 제어를 위해 PID 컨트롤러 프리셋이 통합되어 있으며, 고급 사용자를 위한 수동 튜닝 기능도 제공된다.
• 시스템은 어떤 드론도 Betaflight 펌웨어와 호환되는 모델 독립 설계를 하여, 다양한 드론 모델에 대한 배포를 가능하게 한다.
• 향후 확장 기능으로는 다중 드론 오케스트레이션, 동적 금기 구역 설정, 외부 사용을 위한 GPS 및 WiFi 기반 트래킹 통합이 포함된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반화되고 모델 독립적인 프레임워크는 인간-드론 상호작용(HDI) 연구 분야에서 드론 프로그래밍의 접근성과 재사용성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 어떤 상호작용 모달리티가 다양한 사용자 숙련도 수준에서 효율적이고 직관적인 비행 경로 정의를 가능하게 하는가?
• RQ3 저비용 일반 소비자용 트래킹 시스템은 신뢰할 수 있고 확장 가능한 인간-드론 상호작용을 어떻게 지원할 수 있는가?
• RQ4 다중 드론 HDI 시나리오에서 안전성과 충돌 회피를 확보하기 위해 필요한 시스템 수준의 기능은 무엇인가?
• RQ5 커뮤니티 기반 개발은 드론 상호작용 프레임워크의 확장성과 보급을 어떻게 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• DronOS는 HTC Vive 트래커와 일반 드론과 같은 일반 소비자용 부품을 사용하여 드론 비행 경로의 상호작용적 실시간 프로그래밍을 성공적으로 구현하였다.
• 프레임워크는 유니티 스크립팅, 바이브 스크립팅, 바이브 라이브 타임의 세 가지 다른 프로그래밍 모드를 지원하며, 각각 다른 사용자 숙련도 수준과 사용 사례에 맞게 설계되었다.
• 초기 사용자 연구 결과에 따르면, 시스템의 직관적인 인터페이스와 낮은 학습 곡선으로 인해 높은 사용성과 사용자 만족도가 확인되었다.
• 프레임워크는 Betaflight 펌웨어를 사용하는 모든 드론과 호환되어 상용 드론 모델 간의 모델 독립 배포가 가능하다.
• DronOS는 정적 및 동적 금기 구역 설정을 지원하여 인간-드론 상호작용 중 안전성을 향상시켰다.
• 프로젝트는 GitHub에서 활발히 유지 보수 중이며, 다중 드론 조율 및 기타 트래킹 모달리티를 위한 커뮤니티 기반 확장 기능이 계획되어 있다.