KR101758453B1 - 무인 비행체 및 무인 비행체의 비행 방법 - Google Patents

Abstract

무인 비행체 및 무인 비행체의 비행 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 무인 비행체는 무인 비행체의 위치와 고도를 감지하는 위치감지부; 상기 무인 비행체에 장착되어 주위의 장애물을 감지하는 다수의 장애물 감지 센서를 포함하는 장애물 감지부; 및 상기 무인 비행체의 자율 비행시, 상기 다수의 장애물 감지 센서 중 비행 방향 이외에 배치되어 있는 장애물 감지 센서가 오프되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

무인 비행체 및 무인 비행체의 비행 방법{UNMANNED AERIAL VEHICLE AND FLYING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 무인 비행체 및 무인 비행체의 비행 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무인 비행체(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)란, 사람이 탑승하지 않는 항공기를 말한다. 즉, 조종사가 없이 사전에 입력된 프로그램에 따라 또는 비행체 스스로 주위 환경(장애물, 항로 등)을 인식하고 판단하여 자율비행(Autonomous Flying)하는 비행체를 말한다. 최근에는 기상관측, 지형탐사, 정찰, 감시 등의 다양한 목적을 위해 사용되고 있으며, 사람이 탑승하지 않은 상태에서 탑재된 온보드 컴퓨터에 의해 그 자세 및 위치가 자동으로 제어될 수 있고 원격통제소의 명령에 의해 원하는 위치로 이동할 수 있는 플랫폼으로서 다양한 형태와 크기의 제품이 개발되고 있다.

자율 비행무인 비행체는 비행 정보가 입력되면 미리 정해진 시간마다 무인 비행체의 현재 위치에 대한 정보를 획득하고 비행 정보에 포함된 비행 궤적과 무인 비행체의 현재 위치를 비교하여 무인 비행체의 비행 속도와 비행 방향을 제어하면서 무인 비행체의 비행을 자동 제어한다.

이러한 방법으로 자율 비행 무인 비행체는 목적지가 입력되면 운전자의 조작이 없이도 목적지까지 비행할 수 있다. 따라서 자율 비행을 위해서는 주위에 장애물이 있으면 이를 스스로 감지하고 회피하여야 하기 때문에 무인 비행체에는 여러개의 장애물 감지 센서가 부착되어 있다. 일반적으로 사방의 장애물을 감지하기 위해서 무인 비행체의 전방, 후방, 좌우측 방향, 및 상하 방향에 장애물 감지 센서가 부착되어 사용된다.

한편 무인 비행체의 경우 배터리 전원에 의해 동작하게 되는데, 상기 장애물 감지 센서 또한 배터리에 의해 동작하므로 센서의 사용이 많아지고 동작시간이 길어지면 배터리 소모량도 많아지는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 소모량을 줄일 수 있는 무인 비행체 및 비행 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 무인 비행체는 무인 비행체의 위치와 고도를 감지하는 위치감지부; 상기 무인 비행체에 장착되어 주위의 장애물을 감지하는 다수의 장애물 감지 센서를 포함하는 장애물 감지부; 및 상기 무인 비행체의 자율 비행시, 상기 다수의 장애물 감지 센서 중 비행 방향 이외에 배치되어 있는 장애물 감지 센서가 오프되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 무인 비행체가 미리 설정한 고도 이상일 경우에는 상기 무인 비행체의 하방 장애물을 감지하는 센서가 오프되도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 상기 무인 비행체가 장애물을 감지하는 경우에는 오프되었던 센서가 온되도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 비행 방향이 상승 방향일 때에는 상기 무인 비행체의 하방 장애물을 감지하는 센서만 오프되도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 비행 방향이 하강 방향일 때에는 상기 장애물 감지 센서가 모두 온되도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 비행장소가 실내인 경우에는 상기 장애물 감지 센서의 출력이 낮아지도록 제어할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행 방법은 무인 비행체의 목적지를 확인하고 자율 비행을 시작하는 단계; 상기 자율 비행 시작과 동시에 모든 방향에 배치된 장애물 감지 센서를 온 시키는 단계; 및 상기 무인 비행체의 비행 방향에 배치된 장애물 감지 센서 이외의 센서를 오프 시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 비행 방향에 장애물이 탐지된 경우, 상기 오프되었던 장애물 감지 센서를 온 시키는 단계; 및 상기 장애물 회피 후에는 비행 방향 이외의 장애물 감지 센서를 다시 오프 시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 비행 방향이 상승 방향일 때에는 무인 비행체의 하부 장애물을 감지하는 센서만 오프시킬 수 있다.

상기 무인 비행체가 미리 설정한 고도 이상일 경우에는 상기 무인 비행체의 하부 장애물을 감지하는 센서를 오프시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은 무인 비행체의 불필요한 센서가 작동되지 않도록 하여 배터리의 소모를 줄일 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 발명은 실내 비행시 센서의 출력의 줄임으로써 배터리 소모량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 인체가 손상되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 비행 제어 개념을 도시한 것이다.
도 2는 상기 무인 비행체의 내부 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장애물 감지 센서가 장착된 것을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 비행 방법을 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 비행 제어 개념을 도시한다.

도 1에 따르면 무인 비행체의 비행 제어는 지상에서 무인 비행체를 조종하는 제어 신호를 출력하는 원격제어기(10)와 상기 원격제어기(10)의 제어 신호에 따라 조정되는 무인 비행체(20) 및 상기 무인 비행체(20)가 접근하고자 하는 목적지(30)를 포함하여 이루어지며, 비행 제어를 위한 무인 비행체(20)의 구성은 아래에서 상세히 설명하도록 한다.

상기 무인 비행체(20)는 전원부(21), 무선통신부(22), 위치감지부(23), 장애물 감지부(24), 구동부(25), 및 제어부(26)를 포함한다.

상기 전원부(21)는 무인 비행체(20)의 동작에 필요한 전원을 공급하는 부분으로 배터리가 사용될 수 있다. 도 1에서는 장애물 감지부(24)와 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 장애물 감지부(24)뿐만 아니라 동작을 위해 전원이 필요한 모든 부분에 전원을 공급한다.

상기 무선통신부(22)는 무인 비행체의 제어를 위한 원격제어기(10)의 제어신호를 수신하고 무선 비행체에서 발생하는 여러 정보를 원격제어기(10)나 지상 통제부로 전송한다.

상기 위치감지부(23)는 무인 비행체의 현재 위치를 산출하기 위한 것으로, IMU(inertial measurement unit, 관성 측정 유닛), GPS 센서, 자이로 센서, 고도 센서 등 위치 및 비행 방향을 파악하는데 필요한 여러 센서들을 포함하고 비행체의 자세, 위치 정보 등을 실시간으로 측정하여 제어부(26)로 전송한다.

상기 장애물 감지부(24)는 무인 비행체 주변의 장애물을 감지하고 장애물과의 거리를 측정하기 위한 것으로, 레이저 센서나 초음파 센서 등과 같은 장애물 감지 센서가 사용될 수 있다. 레이저 센서나 초음파 센서는 전원부(21)로부터 전원을 공급받아 동작하며, 레이저 또는 초음파를 발사하여 주위의 장애물의 존재 여부와 장애물까지의 거리를 감지한다. 이러한 센서는 무인 비행체의 사방에 존재하는 장애물을 감지해야 하기 때문에 무인 비행체의 외곽 부분에 여러 개가 사용된다. 예를 들어, 무인 비행체의 전방, 후방, 상부, 하부, 좌우측 방향 등에 장착될 수 있다. 도 3은 무인 비행체(20)에 장애물 감지 센서가 부착된 예시를 나타낸 것이다. 무인 비행체는 앞과 뒤의 구분이 없이 사방으로 진행할 수 있으므로 전방, 후방은 개념은 상대적인 것이므로 비행 방향에 따라 달라질 수 있다. 도 3에서는 화살표 방향으로 진행한다고 할 때, 전방센서(S1), 후방센서(S2), 상부센서(S3), 하부센서(S4), 우측센서(S5)가 장착된 것을 예시로 나타내었다. 우측센서(S5)의 반대편에도 좌측센서가 장착되어 있으나 도면에서는 도시되지 않았다.

상기 구동부(25)는 서보 모터를 이용하여 상기 제어부(26)에 제어신호에 따라 무인 비행체의 이동을 제어한다.

상기 제어부(26)는 무선통신부(22), 위치감지부(23), 장애물 감지부(24)로부터 데이터를 수신하여 전체적인 무인 비행체의 비행 상태를 제어한다. 즉, 원격제어기를 통해 목적지 정보가 입력되면 무선 통신부에서 이를 수신하면, 현재 위치를 파악하여 미리 설정된 프로그램에 따라 목적지에 도달할 수 있도록 비행 동작을 제어한다. 상기 제어부(26)는 원격제어기(10)로부터 수신되는 신호에 따라 자율 비행모드, 수동 비행모드, 및 자율/수동 비행병행 모드로 비행하도록 제어한다.

특히, 제어부(26)는 상기 장애물 감지부(24)의 온/오프를 제어한다. 무인 비행체의 비행 방향에 장착된 센서만을 동작시키고 나머지는 오프되도록 제어하여 전원부(21)의 전원 소모량을 절감시킬 수 있다.

비행 목적지가 입력되고 처음 비행을 시작할 때에는 모든 센서들이 켜지게 되고 이륙 후 정해진 비행 경로를 따라 자율 비행을 하게 된다. 이륙 후에도 모든 센서들을 계속 켜진 상태로 두게 되면, 주위에 장애물이 전혀 없는데도 센서는 계속해서 동작하게 되므로 불필요하게 에너지를 소모하게 된다. 따라서 제어부는 비행 방향에 장착된 센서를 제외한 나머지 센서들을 오프하여 불필요한 배터리 소모량을 줄일 수 있도록 한다.

상기 비행 방향은 목적지가 입력되면 프로그램에 따라 경로가 정해지고 그에 따라 비행 방향이 정해지므로 이를 자동으로 인식할 수도 있으며, 상기 위치감지부(23)에서 수신된 데이터를 통해 현재의 비행 방향을 실시간으로 확인할 수도 있다.

아래 [표 1]은 장애물 감지 센서의 온/오프 제어의 예시를 나타낸 것이다.

상기 [표 1]에서와 같이, 상기 제어부(26) 무인 비행체가 전진할 때에는 비행체의 전방에 배치된 센서만을 온시키고 나머지 센서는 오프시킨다. 마찬가지로, 상기 제어부(26)는 후진할 때에는 후방 센서만, 좌측으로 비행할 때에는 좌측센서만, 우측으로 진행할 때에는 우측센서만, 상승할 때에는 상부센서만, 하강할 때에는 하부센서만 온되도록 하고 나머지 센서들은 오프되도록 한다.

상기와 같은 방법으로 비행중 어느 한 방향에서 장애물이 감지되는 경우에는 모든 센서가 온 되도록 하여 장애물과의 충돌을 최대한 방지할 수 있도록 한다. 그리고 정지하는 경우에는 하부센서만 온 되도록 제어한다.

아래 [표 2]는 장애물 감지 센서의 온/오프 제어의 다른 예시를 나타낸 것이다. 제어부(26)는 기본적으로 비행 방향에 배치된 장애물 감지 센서를 제외한 나머지 센서들은 오프되도록 제어하지만 충돌 위험이 높은 경우에는 비행 방향 이외의 센서도 필요에 따라 온 되도록 제어할 수 있다.

상기 [표 2]에서와 같이, 상승시에는 하부센서만을 오프하고 나머지 센서들은 온 되도록 할 수도 있고, 하강시에는 모든 센서가 온 되도록 할 수도 있다.

그리고 표에는 나타나지 않았지만, 무인 비행체의 고도가 일정 고도 이상일 경우에는 하부센서를 오프할 수도 있다. 일정 고도는 지형이나 풍속 등 비행 전반적인 환경을 고려하여 미리 설정할 수 있다.

만약 무인 비행체의 장애물 감지 센서가 레이저 센서와 같이 에너지 밀도가 높은 장치가 사용되고 실내에서 비행하는 경우에는 눈과 같은 인체의 일부가 손상될 수도 있으므로, 상기 제어부(26)는 장애물 감지 센서의 출력을 낮추도록 제어하는 것이 바람직하다. 이때 센서의 출력을 낮게 유지하기 위해 센싱 샘플링 주기나 펄스 수를 낮출 수 있다. 특히 실내에서는 실외에서 보다 이동 속도가 제한되기 때문에, 센서 출력을 낮추는 것이 유리하다. 실내인지 여부는 조명을 감지하여, 조명의 밝기가 미리 설정된 범위 내에 있으면 실내로 판단할 수도 있으며, 사용자가 실내 비행임을 입력할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 자율 비행 방법을 도시한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 목적지가 입력되면 무인 비행체의 현재 위치와 목적지를 확인하고(S10), 자율 비행 프로그램에 따라 경로를 설정하고 자율 비행을 시작한다(S20). 비행 시작시에는 모든 방향의 장애물을 탐지할 수 있도록 무인 비행체에 장착된 모든 장애물 센서를 온시킨다. 비행 시작시에는 비행중보다 충돌 위험도 높고 무인 비행체의 움직임도 불안정하기 때문에 모든 방향의 장애물을 탐지하는 것이 바람직하다.

일단 비행이 시작되면 비행 방향을 제외한 나머지 방향에 배치된 센서는 오프시킨다(S30). 비행 방향 이외에는 장애물이 나타나더라도 충돌 가능성이 거의 없기 때문에 불필요한 센서를 오프시켜 배터리 소모량을 절감시킬 수 있다. 켜져 있는 비행 방향에 배치된 센서는 비행 방향의 장애물이 있는지 여부를 탐지하면서(S40) 자율 비행을 수행하게 된다. 이때 센서의 온/오프 앞서 설명한 [표 1]과 [표 2]와 같은 방법으로 온/오프를 제어할 수 있다.

탐지 결과 일정 거리 이내에 장애물이 탐지되면, 무인 비행체에 장착된 모든 장애물 감지 센서를 다시 온 시켜 모든 방향의 장애물을 탐지한다(S50).

장애물 탐지를 통해 장애물을 회피하고(S60), 장애물을 회피한 다음에는 다시 비행 방향 이외의 센서는 오프시키고(S30), 비행 방향의 장애물을 탐지하면서 자율 비행을 수행한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 원격제어기 20: 무인비행체
21 : 전원부 22 :무선통신부
23 :위치감지부 24 : 장애물 감지부
25 : 구동부 26 : 제어부
30 : 목적지

Claims (10)

1. 무인 비행체의 위치와 고도를 감지하는 위치감지부;
   상기 무인 비행체의 외곽부분에 다수의 방향을 향하여 배치되며, 각각 대응하는 방향의 장애물을 감지하는 다수의 장애물 감지 센서를 포함하는 장애물 감지부; 및
   상기 무인 비행체가 이륙 후 정해진 비행경로를 따라 자율 비행을 시작하면, 상기 다수의 장애물 감지 센서 중 상기 무인 비행체의 비행 방향에 배치된 장애물 감지센서 이외의 장애물 감지 센서가 오프되도록 제어하는 제어부를 포함하는 무인 비행체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 무인 비행체가 미리 설정한 고도 이상일 경우에는 상기 무인 비행체의 하방 장애물을 감지하는 센서가 오프되도록 제어하는 무인 비행체.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 무인 비행체가 장애물을 감지하는 경우에는 오프되었던 센서가 온되도록 제어하는 무인 비행체.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 비행 방향이 상승 방향일 때에는 상기 무인 비행체의 하방 장애물을 감지하는 센서만 오프되도록 제어하는 무인 비행체.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 비행 방향이 하강 방향일 때에는 상기 장애물 감지 센서가 모두 온되도록 제어하는 무인 비행체.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 비행장소가 실내인 경우에는 상기 장애물 감지 센서의 출력이 낮아지도록 제어하는 무인 비행체.
   
7. 외곽부분에 다수의 방향을 향하여 각각 대응하는 방향의 장애물을 감지하도록 다수의 장애물 감지 센서가 배치된 무인 비행체의 비행 방법에 있어서,
   상기 무인 비행체의 목적지를 확인하고 자율 비행을 시작하는 단계;
   상기 자율 비행 시작과 동시에 모든 방향에 배치된 장애물 감지 센서를 온 시키는 단계; 및
   상기 다수의 장애물 감지 센서 중 상기 무인 비행체의 비행 방향에 배치된 장애물 감지 센서 이외의 장애물 감지 센서를 오프 시키는 단계를 포함하는 무인 비행체의 비행 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   비행 방향에 장애물이 탐지된 경우, 상기 오프되었던 장애물 감지 센서를 온 시키는 단계; 및
   상기 장애물 회피 후에는 비행 방향 이외의 장애물 감지 센서를 다시 오프 시키는 단계를 더 포함하는 무인 비행체의 비행 방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 비행 방향이 상승 방향일 때에는 무인 비행체의 하부 장애물을 감지하는 센서만 오프시키는 무인 비행체의 비행 방법.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 무인 비행체가 미리 설정한 고도 이상일 경우에는 상기 무인 비행체의 하부 장애물을 감지하는 센서를 오프시키는 단계를 더 포함하는 무인 비행체의 비행 방법.
    
    

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