QGroundControl을 이용한 패롯 아나피 드론 제어를 위한 MAVLink 프로토콜 수정 및 추가

1. 요약

• 본 리포트는 QGroundControl(QGC)을 통해 프랑스 패롯사의 아나피 드론을 효율적으로 제어하기 위한 MAVLink 프로토콜 수정 및 QGC 코드 추가 방법을 설명합니다. 리포트는 QGC의 개요 및 주요 기능, 드론 제어의 중요성을 포함하여 MAVLink 프로토콜의 구조와 작동 원리, 그리고 ANAPI_COMMAND 명령 메시지의 설명과 예시를 다룹니다. 또한, 사용자 정의 명령 추가를 위한 MAVLink 라이브러리 수정과 QGC의 사용자 인터페이스(UI) 업데이트 과정을 구체적으로 설명하고, 마지막으로 컴파일 및 테스트 절차를 포함한 유지 보수와 업데이트 대응 방법을 제시합니다. 이러한 과정을 통해 드론의 안정적인 운영과 성능 극대화를 도모하고자 합니다.

2. QGroundControl의 개요 및 기능

• 2-1. QGroundControl 개요

• QGroundControl(QGC)은 드론을 제어하고 모니터링하기 위한 강력한 지상 제어 스테이션 애플리케이션으로, PX4 펌웨어가 포함된 다양한 드론과 호환됩니다. 사용자는 조이스틱 컨트롤러를 사용하여 수동 비행을 수행할 수 있으며, QGC를 통해 자동 미션을 계획하고 실행하며 모니터링할 수 있습니다. QGC의 데스크탑 버전은 PX4 펌웨어를 설치하거나 드론의 비행 컨트롤러 하드웨어를 구성하는 데에도 사용됩니다.

• 2-2. 주요 기능

• QGroundControl의 주요 기능 중에는 사용자가 지정한 비행 경로를 시각적으로 계획할 수 있는 능력, 정해진 구역에서 비행을 제한하는 지오펜스 설정, 비행 데이터를 실시간으로 모니터링하는 기능 등이 포함됩니다. 이러한 기능들은 사용자가 비행 시나리오를 보다 안전하고 효과적으로 수행할 수 있도록 돕습니다.

• 2-3. 드론 제어 중요성

• 드론의 효율적이고 안전한 운영은 비행 성능에 직결됩니다. QGroundControl을 통한 드론 제어는 비행 경로 및 미션 관리에 필수적이며, 이는 또한 다양한 비행 임무를 수행할 수 있는 능력을 강화합니다. 특히, 악천후 및 복잡한 환경에서 드론의 안전성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

3. MAVLink 프로토콜 이해

• 3-1. MAVLink 프로토콜 개요

• MAVLink 프로토콜은 드론과 지상국 간의 통신을 위한 경량 메시징 프로토콜입니다. 주로 무인 항공기(UAV)와 관련된 데이터 전송에 사용되며, 다양한 시스템과의 호환성을 제공합니다. MAVLink는 패킷 기반 구조로 되어 있으며, 여러 가지 메시지 유형을 지원하여 다양한 명령과 상태 정보를 교환할 수 있습니다.

• 3-2. MAVLink 메시지 구조

• MAVLink 메시지는 고유한 ID를 가진 메시지 헤더와 데이터를 포함합니다. 메시지 구조는 다음과 같이 구성됩니다: 1) Message ID: 각 메시지를 구별하기 위한 고유 번호, 2) Payload: 메시지에서 전송되는 실제 데이터, 3) CRC: 데이터 무결성을 검증하기 위한 순환 검증 코드. 이 구조는 데이터의 빠르고 정확한 전송을 가능하게 합니다.

• 3-3. 기존 MAVLink 메시지 수정

• 기존 MAVLink 메시지를 수정하기 위해서는 먼저 메시지 정의 파일을 이해해야 하며, 이후 필요한 정보를 추가하거나 변경하여 새 메시지를 생성할 수 있습니다. 메시지 수정을 통해 보다 맞춤화된 명령과 데이터를 전달하여 드론의 특정 기능을 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 아나피 드론 전용 명령 메시지(ANAPI_COMMAND)를 추가하는 경우, 새로운 메시지를 정의하고 이를 통합하기 위한 코드 변경이 필요합니다.

4. ANAPI_COMMAND 명령 메시지

• 4-1. ANAPI_COMMAND 설명

• ANAPI_COMMAND는 패롯 아나피 드론을 제어하기 위한 특정 명령 메시지로, 드론의 다양한 기능과 성능을 조율할 수 있는 방법을 제공합니다. 이 명령 메시지는 MAVLink 프로토콜의 일환으로, 드론의 원활한 운영과 통신을 위해 설계되었습니다.

• 4-2. 명령 메시지 예시

• ANAPI_COMMAND를 사용한 명령의 예시는 드론의 비행 경로 설정, 비행 모드 전환 및 카메라 기능 제어 등이 있습니다. 이러한 명령은 드론의 비행 성능을 극대화하는 데 도움을 줍니다.

• 4-3. ANAPI_COMMAND 구조 및 매개변수

• ANAPI_COMMAND의 구조는 MAVLink 명령 메시지 규격에 따라 설계되었으며, 주요 매개변수로는 명령 유형, 파라미터 값 및 체크섬 등이 있습니다. 이 구조는 드론과 지상 제어 스테이션 간의 통신을 원활히 하기 위한 것으로, 각 매개변수는 드론의 특정 기능을 조작하는 데 중요합니다.

5. QGroundControl 코드 수정 및 추가

• 5-1. MAVLink 라이브러리 수정

• MAVLink 라이브러리는 드론과 지상 통제소 간의 통신을 담당하는 핵심 요소입니다. 이를 수정함으로써, 아나피 드론 전용 명령 메시지인 ANAPI_COMMAND와 같은 사용자 정의 명령을 추가할 수 있습니다. 라이브러리 수정 과정은 기존 MAVLink 정의 파일을 기반으로 새로운 메시지를 정의하고, 이를 QGroundControl에서 사용할 수 있도록 추가하는 것을 포함합니다. 예를 들어, 특정 비행 모드 전환이나 임무 수행을 위한 명령을 정의하여 드론의 작동을 더욱 세밀하게 조정할 수 있습니다.

• 5-2. QGC 코드 수정

• QGroundControl의 코드 수정을 통해 아나피 드론과의 상호작용을 개선할 수 있습니다. 이 과정은 사용자 인터페이스(UI)의 변경을 포함하여, 이야기한 MAVLink 라이브러리에서 추가된 명령 메시지를 손쉽게 사용자에게 전달하는 기능을 향상시킵니다. 예를 들어, 사용자가 쉽게 드론의 상태를 모니터링하고 제어할 수 있도록 다양한 대시보드 위젯을 추가할 수 있습니다. 또한, 드론의 비행 퍼포먼스를 높이기 위해 비행 계획 수립 및 모니터링 과정을 최적화하는 것도 중요한 수정 사항입니다.

• 5-3. UI 업데이트

• 사용자 인터페이스(UI)의 업데이트는 QGroundControl의 전반적인 사용자 경험을 개선하는 데 필수적입니다. UI 업데이트를 통해 사용자가 원하는 정보를 보다 쉽게 접근할 수 있도록 하고, 아나피 드론 제어 시 필요한 모든 기능을 한눈에 확인할 수 있는 화면을 제공해야 합니다. 예를 들어, 비행 경로 시각화, 실시간 비행 데이터 표시 등을 구현하여 사용자에게 친숙한 환경을 조성할 수 있습니다. 이러한 UI 개선은 사용자가 드론 제어 및 임무 수행 시 보다 더 효율적이고 직관적인 조작이 가능하게 하여 운영의 안정성을 높이는 데 기여합니다.

6. QGroundControl 컴파일 및 테스트

• 6-1. 컴파일 방법

• QGroundControl을 컴파일하기 위해서는 우선 필요한 의존성 패키지를 설치해야 합니다. Docker를 사용하여 지속적 통합(CI) 설정을 통해 손쉽게 환경을 구성할 수 있습니다. 필요한 빌드 도구 및 라이브러리를 설치한 후, QGroundControl의 소스 코드를 다운로드하고, 해당 디렉토리에서 빌드 명령을 실행합니다. 이 단계에서 발생할 수 있는 오류는 QGroundControl 개발자 가이드에서 해결 방안을 찾을 수 있습니다.

• 6-2. 테스트 절차

• QGroundControl을 테스트하기 위해서는 드론 시뮬레이터 또는 실제 드론과의 연결을 통해 기본 기능을 점검합니다. 주요 테스트 절차는 드론의 연결 확인, 명령 전송 및 응답 확인, 비행 기능 테스트를 포함합니다. 이 과정에서 발생하는 문제는 PX4 사용자 가이드 및 MAVLink 개발자 가이드를 참고하여 해결할 수 있습니다.

• 6-3. 연결 테스트 및 확인

• 드론과의 연결 테스트를 위해서 Mavlink 포트에 드론이나 시뮬레이터를 연결합니다. 예를 들어, JMavSim을 통해 Mavlink 포트에 연결하고, 기본 드론 상태 정보를 출력하여 연결이 정상적으로 이루어졌는지 확인합니다. 이때 출력되는 정보에는 드론 타입, 시스템 상태, GPS 데이터 및 고도 정보가 포함됩니다.

7. 유지 보수 및 업데이트 대응

• 7-1. 코드 유지 보수

• QGroundControl (QGC)의 코드는 사용자 요구 사항과 기술 발전에 맞추어 지속적으로 유지 보수되어야 합니다. 기본 개념에 따르면, QGC는 드론의 자율 임무를 계획하고 실행하며 모니터링할 수 있는 기능을 가지고 있습니다. 따라서 QGC의 코드 유지 보수는 드론 운영의 안정성을 높이는 데 필수적입니다.

• 7-2. 펌웨어 업데이트 대응

• QGC는 PX4 펌웨어의 설치 및 구성에 사용되며, 이는 드론의 비행 성능에 중대한 영향을 미칩니다. 드론의 액추에이터와 관련된 설정 및 테스트는 펌웨어 업데이트 시 필수 사항입니다. 이러한 업데이트는 드론의 기능 개선 및 안정성을 높이는 데 도움이 됩니다.

• 7-3. 지속적인 모니터링

• 지속적인 모니터링은 드론의 상태를 파악하는 데 중요한 역할을 합니다. PX4는 센서를 이용하여 드론의 상태를 판단하고 안정화된 비행을 가능하게 합니다. 따라서, 드론 운영 중 지속적인 상태 확인과 모니터링은 드론의 안전성을 보장하는 데 필수적입니다. 또한, 지속적인 모니터링을 통해 발생할 수 있는 문제를 사전에 예방할 수 있습니다.

8. 결론

• 본 리포트는 QGroundControl(QGC)을 활용하여 패롯 아나피 드론을 효율적으로 제어하기 위한 구체적인 방법론을 제공합니다. QGC의 강력한 기능과 MAVLink 프로토콜 수정은 드론의 비행 성능을 극대화하고, 안정적인 운영을 가능하게 합니다. 특히, MAVLink를 통해 ANAPI_COMMAND 같은 사용자 정의 명령을 추가하여 드론의 세밀한 기능 제어가 가능합니다. 향후 드론 소프트웨어의 업데이트 및 기능 확장을 고려한 지속적인 유지 보수와 모니터링은 필수적입니다. 이러한 과정들은 사용자에게 드론 제어와 관리에 대한 깊은 이해를 제공하며, 더욱 안전하고 효율적인 비행을 도모할 수 있게 합니다. 드론 운영의 안정성을 높이기 위해 지속적인 모니터링과 펌웨어 업데이트 대응도 필요하며, 이는 드론의 기능 개선에도 기여할 것입니다. 이러한 노력을 통해 드론의 잠재력을 최대한으로 활용할 수 있을 것입니다.

9. 용어집

• 9-1. QGroundControl [소프트웨어]

• QGroundControl(QGC)은 드론 운영에 필수적인 지상 관제 소프트웨어로, 여러 기능을 통해 드론의 비행을 관리하고 제어할 수 있는 도구입니다.

• 9-2. MAVLink [프로토콜]

• MAVLink는 드론과 지상 통제 시스템 간의 통신에 사용되는 경량 프로토콜로, 비행 데이터, 상태 정보 및 명령을 주고 받는 역할을 합니다.

• 9-3. ANAPI_COMMAND [명령 메시지]

• ANAPI_COMMAND는 패롯 아나피 드론 전용 명령 메시지로, 드론의 다양한 기능과 동작을 제어하기 위해 사용됩니다.

10. 출처 문서

• ECL EKF 사용 | PX4 Guide (main)https://docs.px4.io/main/ko/advanced_config/tuning_the_ecl_ekf.html
• DroneKit 사용법 · Devguide_sim - nrottmannhttps://nrottmann.gitbooks.io/devguide_sim/content/kr/dronekit/example.html
• whitepaperanafiai.pdfUID_e1681895-59a6-42ef-afe0-718cdf872a04_2024-09-09T17:49:09.055Z_whitepaperanafiai.pdf
• 기본 개념 | PX4 Guide (main)https://docs.px4.io/main/ko/getting_started/px4_basic_concepts.html
• 액추에이터 설정 및 테스트 | PX4 Guide (main)https://docs.px4.io/main/ko/config/actuators.html