KR101882728B1 - 드론의 고장복구 시스템 및 이를 이용한 제어방법 - Google Patents

드론의 고장복구 시스템 및 이를 이용한 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101882728B1
KR101882728B1 KR1020160104948A KR20160104948A KR101882728B1 KR 101882728 B1 KR101882728 B1 KR 101882728B1 KR 1020160104948 A KR1020160104948 A KR 1020160104948A KR 20160104948 A KR20160104948 A KR 20160104948A KR 101882728 B1 KR101882728 B1 KR 101882728B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fcc
drone
module
control
motor
Prior art date
Application number
KR1020160104948A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180020512A (ko
Inventor
이성호
Original Assignee
드림스페이스월드주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 드림스페이스월드주식회사 filed Critical 드림스페이스월드주식회사
Priority to KR1020160104948A priority Critical patent/KR101882728B1/ko
Publication of KR20180020512A publication Critical patent/KR20180020512A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101882728B1 publication Critical patent/KR101882728B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D43/00—Arrangements or adaptations of instruments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0011—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement
    • B64C2201/146—
    • B64C2201/18—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D2045/0085—Devices for aircraft health monitoring, e.g. monitoring flutter or vibration
    • B64D2700/62184—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 드론의 비행제어컴퓨터 및 서보모터등 주요부가 고장을 일으켰을 때 대응하기 위한 드론의 고장복구 시스템에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 예비적인 비행제어컴퓨터 또는 예비대응프로그램을 구비하여 드론이 고장을 감지하였을 때 예비 비행제어컴퓨터로 자동 절환되거나 예비대응프로그램으로 대응하도록 함으로써 사용자의 제어상태가 지속되어 비상착륙 할 수 있도록 한 드론의 고장복구 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 사용자의 RF 조종신호와 GPS, 관성측정장치(IMU)로부터의 정보를 수신하는 제어신호입력모듈(120); 및 설정된 프로그램에 따라 드론(1)을 자동 조종하는 메인FCC(110)를 포함하되 사용자가 RF 조종신호를 송신하는 경우 상기 제어신호입력모듈(120)로부터 그 정보를 입력받아 드론(1)을 비행 제어하는 드론의 제어시스템(100)에 적용되는 드론의 고장복구 시스템으로, 상기 고장복구 시스템은 부수적인 예비FCC(210)를 구비하고, 메인FCC(110)에 문제가 발생하면 상기 예비FCC(210)로 드론(1)의 비행 제어권을 절환하는 FCC고장대응모듈(200)을 포함하는 것이 특징인 드론의 고장복구 시스템을 제공한다.

Description

드론의 고장복구 시스템 및 이를 이용한 제어방법{Failure Recovery System of Drone and its Control Method}
본 발명은 드론의 비행제어컴퓨터 및 서보모터등 주요부가 고장을 일으켰을 때 대응하기 위한 드론의 고장복구 시스템에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 예비적인 비행제어컴퓨터 또는 예비대응프로그램을 구비하여 드론이 고장을 감지하였을 때 예비 비행제어컴퓨터로 자동 절환되거나 예비대응프로그램으로 대응하도록 함으로써 사용자의 제어상태가 지속되어 비상착륙 할 수 있도록 한 드론의 고장복구 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
무인항공기는 조종사가 탑승하여 조종하는 일반 항공기와는 달리 지상국, 항공, 선박 등의 이동국에서 사용자가 보내는 무선신호에 의해 제어되는 항공기를 지칭한다.
무인항공기는 조종사에게 위험하거나, 인간의 능력으로는 한계가 있거나, 오염으로 인해 접근이 어렵거나, 오랜 시간 지속적으로 지루하게 해야 하는 임무를 편리하고 빠르고 안전하게 수행할 수 있다는 장점으로 매우 빠르게 발전하고 있다.
이에 더해, 무인항공기의 일종인 헬리콥터 형태의 드론(drone)이 대중화되면서 무인항공기에 대한 관심과 연구개발이 활발해 지고 있다.
종래의 일반적인 드론(1)은 도 1에 도시한 바와 같이 전형적인 형태를 띠고 있다. 복수 개의 소형 로터(2)가 개별적인 또는 일체형의 모터(3)나 엔진(미도시)에 의해 구동력을 받아 회전하면서 하방으로 바람을 일으키고 그 반작용에 의해 드론(1)이 수직력 또는 추력을 받아 비행한다.
드론(1)의 하부에는 카메라(4)와 같은 작업장비가 부착되어 다양한 형태의 임무를 수행한다.
드론(1)의 제어는 비행제어컴퓨터(FCC, 미도시, 이하 "FCC"라 지칭한다)에 의한다. FCC는 드론(1)에 탑재된 가속도센서(미도시), 지자기센서(미도시), GPS(미도시) 등의 각종 센서들로부터 비행관련 정보들을 수집하고, 이를 기초로 미리 프로그램된 내용에 따라 드론(1)을 자동 조종하며, 사용자가 RF신호를 통해 조종신호를 보내면 그에 대응해 서보모터(3)등을 제어함으로써 사용자의 요구에 응하게 된다.
드론(1)은 전자장비의 일종인 만큼 고장을 일으킬 수 있는 가능성이 상존한다. 무인항공기의 고장은 기체가 민가로 떨어져 인명 피해를 유발하거나, 고가의 드론(1)을 폐기해야 하거나, 임무수행의 실패로 이어질 수 있는바, 이에 대한 대책이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-0050023호에는 자동비행조종컴퓨터(FCC)로 주수신기(7)의 조종신호를 받아 제어하다가, 전파방해와 같은 비상시에는 비상수신기(8)를 통하여 지상의 조종자로부터 전송되는 비상비행제어신호를 제어 대상인 서보모터(11)로 전달할 수 있도록 비행제어신호원을 전환할 수 있게 하는 무인/모형 항공기에서의 비행제어신호원 전환 장치가 개시되어 있다.
상기 무인/모형 항공기에서의 비행제어신호원 전환 장치는 도 2에 도시한 바와 같이 비상비행제어신호전환 제어부를 구비한다.
그러나, 상기 무인/모형 항공기에서의 비행제어신호원 전환 장치는 전파방해가 있는 경우 주수신기(7)에서 비상수신기(8)로 조종신호 수신을 전환을 할 뿐, 자동비행조종컴퓨터 즉, FCC가 이상 작동을 할 때에 대한 대책은 마련하고 있지 않다.
무인항공기의 주처리장치에 해당하는 FCC에 고장이 발생하는 경우 비행 불능상태에 빠져 비상착륙도 어렵게 될 수 있고, 무인항공기 비행자세의 급격한 변화에 따라 사용자가 손을 쓸 새도 없이 추락할 수 있는 등 수신기의 이상보다 오히려 위험성이 더 커 대책 마련이 시급하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-0050023호 대한민국 등록특허공보 제10-0697886호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비행제어컴퓨터(FCC)가 오동작하는 경우 예비적인 비행제어컴퓨터(FCC)로 자동 절환되도록 함으로써 사용자의 제어상태가 지속돼 최소한 비상착륙 할 수 있도록 하는 드론의 고장복구 시스템과 이를 채용한 드론 및 이의 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 드론의 서보모터 중 일부가 고장을 일으켜 추력이 감소되는 경우 주변의 다른 서모모터가 추력을 보상하도록 자동으로 회전수를 변경함으로써 추락을 방지하고 비상착륙할 수 있도록 한 드론의 고장복구 시스템과 이를 채용한 드론 및 이의 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 사용자의 RF 조종신호와 GPS, 관성측정장치(IMU)로부터의 정보를 수신하는 제어신호입력모듈(120); 및 설정된 프로그램에 따라 드론(1)을 자동 조종하는 메인FCC(110)를 포함하되 사용자가 RF 조종신호를 송신하는 경우 상기 제어신호입력모듈(120)로부터 그 정보를 입력받아 드론(1)을 비행 제어하는 드론의 제어시스템(100)에 적용되는 드론의 고장복구 시스템으로, 상기 고장복구 시스템은 부수적인 예비FCC(210)를 구비하고, 메인FCC(110)에 문제가 발생하면 상기 예비FCC(210)로 드론(1)의 비행 제어권을 절환하는 FCC고장대응모듈(200)을 포함하는 것이 특징인 드론의 고장복구 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 예비FCC(210)는 메인FCC(110)와 동일한 제어기로 구성되며 동일한 입력신호를 받아 동작하는 것으로, 전원공급시 메인FCC(110)와 동일하게 동작을 시작하여 메인FCC(110)의 고장에 따라 비행 제어권이 절환되어 올 때 중단 없이 비행제어를 수행하는 것이 바람직한다.
또는, 상기 FCC고장대응모듈(200)은 메인FCC(110)에서 예비FCC(210)로 비행 제어 권한을 절환하는 FCC전환모듈(220)을 포함하고, 상기 FCC전환모듈(220)은 메인FCC(110)의 비정상 유무를 판별하는 판별기준을 별도로 구비하여 자세 및 유도제어 정보로부터 메인FCC(110)가 비정상이라고 판단되는 경우 비행제어 절환을 요구하는 신호(221)를 발생하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 FCC고장대응모듈(200)이 예비FCC(210)로 비행 제어권한을 절환한 경우 안전하게 드론(1)을 착륙시키도록 하는 비상비행제어모드로 변경하여 제어하는 것이 유리하다.
이에 더해, 상기 FCC고장대응모듈(200)은 상기 FCC전환모듈(220)의 비행 제어권 절환신호(221)에 따라 메인FCC(110)로부터의 구동부 명령신호(111)를 예비FCC(210)의 구동부 명령신호(211)로 절환하여 서보모터(400)로 보내는 구동부선택모듈(230)을 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 FCC고장대응모듈(200)은 서보모터(400) 들의 회전을 감지하는 모터동작감지부(240)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 다른 일면으로, 사용자의 RF 조종신호와 GPS, 관성측정장치(IMU)로부터의 정보를 수신하는 제어신호입력모듈(120); 및 설정된 프로그램에 따라 드론(1)을 자동 조종하는 메인FCC(110)를 포함하되 사용자가 RF 조종신호를 송신하는 경우 상기 제어신호입력모듈(120)로부터 그 정보를 입력받아 드론(1)을 비행 제어하는 드론의 제어방법에 있어서, 메인FCC(110)로 드론(1)을 제어하는 제1단계(S300); 모터동작감지부(240)로부터 입력되는 서보모터(400)의 동작신호와 드론(1)의 자세 및 유도정보를 기초로 기체동작 상황을 감지하는 제2단계(S400); 상기 상황 감지를 기초로 미리 설정된 판단기준에 따라 메인FCC(110)의 고장여부를 판단하는 제3단계(S500); 및 메인FCC(110)에 이상이 없다고 판단된 경우라면 사용자로부터 비행제어신호를 계속 입력받아 메인FCC(110)가 계속 비행제어를 수행하도록 하고, 메인FCC(110)가 고장이라고 판단된 경우 비행 제어권을 메인FCC(110)에서 메인FCC(110)와 동일하게 동작중인 예비FCC(210)로 절환하는 제4단계(S600);를 포함하는 것이 특징인 드론의 제어방법을 제공한다.
여기서, 상기 제4단계 이후에 사용자에게 메인FCC(210)의 고장 사실을 통보하고 비상착륙을 할 수 있도록 유도하는 제5단계(S700, S800)가 더 포함되는 것이 바람직하다.
상기 제5단계에서, 메인FCC(110)나 예비FCC(210) 각각 또는 모두가 필요에 따라 두 개 FCC(110, 210)의 기체 상태에 관한 신호를 지상국으로 송신하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명은 또 다른 일면으로서, 복수의 서보모터(400); 사용자의 RF 조종신호와 GPS, 관성측정장치(IMU)로부터의 정보를 수신하는 제어신호입력모듈(120); 및 설정된 프로그램에 따라 드론(1)을 자동 조종하는 메인FCC(110)를 포함하되 사용자가 무선 RF 조종신호를 송신하는 경우 상기 제어신호입력모듈(120)로부터 그 신호를 입력받아 드론(1)을 비행 제어하는 드론의 제어시스템(100)에 적용되는 드론의 고장복구 시스템으로, 상기 고장복구 시스템은 상기 서보모터(400) 중 일부가 고장으로 판명되는 경우 나머지 정상적인 서보모터(400)의 회전수를 가변하여 자세를 제어하는 모터고장대응모듈(300)을 포함하는 것이 특징인 드론의 고장복구 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 모터고장대응모듈(300)은 각 서보모터(400)별로 해당 서보모터(400)가 고장으로 판명되었을 때 회전수를 가변할 타 서보모터(400)를 대응시킨 모터대응DB(310)를 더 구비한 것이 더욱 바람직하다.
본 발명은 특이하게도, 상기 고장복구 시스템을 채용한 드론을 제공한다.
본 발명에서 드론의 고장복구 시스템과 이를 채용한 드론을 제공함으로써, 드론의 주요 부품인 FCC가 고장을 일으키더라도 최소한 비상착륙이 가능하게 되는 바, 드론의 급격한 추락에 따른 인명피해와 물적 피해를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서 드론의 고장복구 시스템과 이를 채용한 드론을 제공함으로써 드론의 서보모터 중 일부가 고장을 일으키더라도 다른 서모모터가 그에 보상해 회전수를 변경하므로 최소한 비상착륙이 가능하게 되는 바, 이 또한 드론의 급격한 추락에 따른 인명피해와 물적 피해를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 드론 형태를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 종래의 무인/모형 항공기에서의 비행제어신호원 전환 장치를 설명하기 위한 구성도.
도 3은 본 발명의 드론의 고장복구 시스템 중 FCC고장대응모듈을 설명하기 위한 블록도.
도 4는 본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 본 발명의 드론의 고장복구 시스템 중 모터고장대응모듈을 설명하기 위한 블록도.
도 6은 본 발명의 모터고장대응모듈의 작동을 설명하기 위한 쿼드구조 드론 개략도.
도 7은 본 발명의 모터고장대응모듈의 작동을 설명하기 위한 헥사구조 드론 개략도.
도 8은 본 발명의 모터고장대응모듈의 작동을 설명하기 위한 옥토구조 드론 개략도.
본 발명의 구체적 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 드론의 고장복구 시스템 중 FCC고장대응모듈을 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
또한, 도 5는 본 발명의 드론의 고장복구 시스템 중 모터고장대응모듈을 설명하기 위한 블록도이고, 도 6은 본 발명의 모터고장대응모듈의 작동을 설명하기 위한 쿼드구조 드론 개략도이며, 도 7은 본 발명의 모터고장대응모듈의 작동을 설명하기 위한 헥사구조 드론 개략도이다. 이에 더해, 도 8은 본 발명의 모터고장대응모듈의 작동을 설명하기 위한 옥토구조 드론 개략도이다.
종래 기술과 다르지 않은 부분으로서 발명의 기술적 사상을 이해하는데 필요하지 않은 사항은 설명에서 제외하나, 본 발명의 기술적 사상과 그 보호범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
(제1실시예)
먼저 도 3을 이용하여 본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 제1실시예를 자세히 설명한다.
본 발명의 드론의 고장복구 시스템은 사용자의 RF 조종신호와 GPS, 관성측정장치(IMU)로부터의 정보를 수신하는 제어신호입력모듈(120); 및 설정된 프로그램에 따라 드론(1)을 자동 조종하는 메인FCC(110)를 포함하되 사용자가 무선 RF 조종신호를 송신하는 경우 상기 제어신호입력모듈(120)로부터 그 정보를 입력받아 드론(1)을 비행 제어하는 드론의 제어시스템(100)에 적용되는 것으로, 상기 드론의 고장복구 시스템은 부수적인 예비FCC(210)를 구비하고, 메인FCC(110)에 문제가 발생하면 상기 예비FCC(210)로 드론(1)의 비행 제어권을 절환하는 FCC고장대응모듈(200)을 포함한다.
메인FCC(110)는 드론(1)제어와 관련된 가장 핵심 장비로서, 드론(1) 위치 및 자세 정보들을 이용하여 미리 설정된 프로그램에 따라 드론(1) 자세 및 유도 제어 명령을 생성하여 드론(1)을 제어하게 된다.
메인FCC(110)가 발하는 제어신호(111)에 따라 서보모터(400)가 제어되고, 서보모터(400)에 의해 회전하는 로터는 추력을 발생시켜 드론(1)을 비행하게 한다.
상기 서보모터(400)는 PWM 제너레이터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 PWM 제너레이터는 메인FCC(110)에서 발생하는 디지털신호를 서보모터(400)에서 사용할 수 있는 PWM 파형 형식으로 변환시켜주는 장비이다.
또한, 드론(1)에 탑재된 관성측정장치(IMU)와 GPS와 같은 센서 장비에서 수신한 자세 정보 및 위치 정보들을 통신모뎀(미도시)을 사용하여 지상으로 실시간으로 송신하며, 동시에 내부 저장매체(미도시)에 필요 데이터들을 저장한다.
또한, 지상으로부터 수동 조종 RF신호를 수신하여 저장하며, 동시에 사용자가 전송하는 임무 번호를 수신하여 메인FCC(110)에 설정된 임무에 반영하여 다양한 설정에 따른 드론(1)의 반응을 사용자가 실시간으로 확인할 수 있도록 한다.
상기 제어신호입력모듈(120)은 도 3에 도시한 바와 같이 사용자의 RF 조종신호와 GPS신호 및 관성측정장치(IMU)로부터의 자세 정보 등을 수신하여 메인FCC(110)에 전달한다.
GPS는 비행 중 무인항공기의 위도, 경도, 고도, 속도, Heading 정보를 출력하는 장비이다.
관성측정장치(IMU)는 자이로센서와 가속도센서를 포함한다.
본 발명에서 드론(1)의 제어시스템(100)은 실시간 비행상태 확인과 조종성 확보를 위해 통신모뎀(미도시)을 사용할 수 있다.
상기 통신모뎀은 통상적으로 사용하는 40~70 MHz의 모형항공기용 R/C 송수신기일 수 있으나, 1~2km 정도의 좁은 조종 범위와 잦은 혼선이 일어날 수 있으므로 모형항공기용 조종기에서 출력되는 PPM(Pulse Position Modulation)신호를DCS(Digital Control Signal)로 변환하여 통신 Modem으로 전송하는 방식을 사용할 수 있다.
본 발명의 FCC고장대응모듈(200)의 예비FCC(210)는 메인FCC(110)와 동일한 구성으로 메인FCC(110)의 고장 발생 시 중단 없이 즉시 정상적인 비행제어를 수행하는 비행제어컴퓨터이다.
상기 예비FCC(210)는 필요에 따라 메인FCC(110)와 동일한 제어기를 구성하여 동일한 입력신호를 받아 동작할 수 있다.
또한, 상기 예비FCC(210)는 메인FCC(110)로부터 데이터를 가져오거나 또는 데이터를 제공하는 통신체널(222)을 더 구비할 수 있다.
상기 예비FCC(210)는 전원공급시 메인FCC(110)와 동일하게 동작을 시작하여 메인FCC(110)의 고장에 따라 비행 제어권이 절환되어 올 때 중단 없이 비행제어를 수행할 수 있다.
본 발명에서 FCC고장대응모듈(200)은 메인FCC(110)에서 예비FCC(210)로 비행 제어 권한을 절환하는 FCC전환모듈(220)을 포함한다.
상기 FCC전환모듈(220)은 별도로 구비될 수도 있으나, 메인FCC(110)의 일부로 마련될 수도 있다.
FCC전환모듈(220)은 메인FCC(110)의 비정상 유무를 판별하는 판별기준을 구비하고 있다가, 자세 및 유도제어 정보로부터 메인FCC(110)가 비정상이라고 판단되는 경우 비행제어 절환을 요구하는 신호(221)를 발생한다.
상기 FCC전환모듈(220)의 판별기준은 기본적으로 메인FCC(110)의 이상 유무를 판별하고자 하는 것으로 다양하게 마련될 수 있으나, 바람직하게 가속도 변화, 각속도 변화, 지자기 센서값 변화 등을 기초로 할 수 있다.
예를 들어, 사용자가 조종 명령을 발하지 않았음에도 각 축방향으로 3g 이상의 급격한 가속도 변화를 감지하거나 각 축을 중심으로 초당 20도 이상의 급격한 회전속도 변화를 감지하는 경우 메인FCC(110)가 비정상이라고 판단할 수 있다.
또는, 상기 판단기준은 동작에 따른 자세의 기준값을 가지고 비교하여 결정하거나, 가속도, 각속도, 지자기 헤딩, 입력명령값 등을 종합하여 비교값으로 사용할 수 있다.
본 발명에서 FCC고장대응모듈(200)이 예비FCC(210)로 비행 제어권한을 절환한 경우 안전하게 드론(1)을 착륙시키도록 하는 비상비행제어모드로 변경하여 제어할 수도 있다.
본 발명에서 예비FCC(210)가 메인FCC(110)와 동일하게 동작하기 위해 도 3에 도시한 바와 같이 제어신호입력모듈(120)에서 수집되는 RF신호, GPS신호, IMU센서신호 등이 예비FCC(210)에도 동일하게 입력된다.
예비FCC(210)는 비행 제어권이 절환된 경우 별도의 제어신호(211)를 발생시켜 서보모터(400)를 제어한다.
본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 FCC고장대응모듈(200)은 상기 FCC전환모듈(220)의 비행 제어권 절환신호(221)에 따라 메인FCC(110)로부터의 구동부 명령신호(111)를 서보모터(400)로 보내던 것을 예비FCC(210)의 구동부 명령신호(211)로 절환하여 서보모터(400)로 보내는 구동부선택모듈(230)을 포함한다.
상기 구동부선택모듈(230)은 복수의 스위치(도 3 참조)를 구비하여 메인FCC(110)의 명령신호(111)와 예비FCC(210)의 명령신호(211)를 선택적으로 통과시켜 서보모터(400)로 보낸다.
상기 구동부선택모듈(230)의 스위치는 릴레이스위치이거나 여러 입력 전기신호 중 하나를 선택할 수 있는 MUX(멀티플렉서)일 수 있다.
또한, 상기 예비FCC(210), 메인FCC(110), 구동부 센싱 모듈(250) 및 제어신호입력모듈(120)간의 통신은 모두 양방향 통신으로, 서로 각각 데이터를 제공하거나 수신하는것이 가능하다.
본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 FCC고장대응모듈(200)은 서보모터(400) 들의 회전수를 감지하는 모터동작감지부(240)을 더 포함한다.
상기 모터동작감지부(240)는 각각의 서보모터(400)에 구비되는 RPM센서일 수 있다.
본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 FCC고장대응모듈(200)은 모터동작감지부(240)의 동작신호를 받아 각 서보모터(400)의 동작신호를 처리하여 메인FCC(110) 및 예비FCC(210)에 송신하는 구동부센싱모듈(250)을 포함한다. 구동부센싱모듈(250)로부터 송신되는 처리신호는 메인FCC(110)와 예비FCC(210)로 동일하게 전송되는바, 메인FCC(110)와 예비FCC(210)는 동일한 정보를 기초로 동작 가능하다.
구동부센싱모듈(250)은 추가적으로 제어신호입력모듈(120)에 입력되는 기울기센서(131)신호, 가속도센서(132)신호 등이 추가로 입력되어 각 서보모터(400)의 동작신호 처리에 활용될 수 있다.
본 발명에서 FCC고장대응모듈(200)은 사용자가 일상적인 조종을 하거나 조종명령을 발하지 않았는데도 급격한 가속도 변화나 각속도 변화 등이 발생하는 경우 메인FCC(110)가 비정상적으로 작동하고 있다고 판단하고 예비FCC(210)로 비행 제어권을 넘겨 제어하겠다는 것으로, 서보모터(400)의 동작신호와 더불어 가속도값, 각속도값 등을 구동부센싱모듈(250)을 통해 일괄적으로 FCC전환모듈(220)로 전송하게 된다.
다음으로 도 4를 이용하여 본 발명의 드론의 고장복구 시스템 제1실시예의 제어방법을 자세히 설명한다.
먼저, 드론(1)에 전원이 공급되면 메인FCC(110)가 작동하여 미리 설정된 프로그램에 따라 제어명령을 수행한다. 이때, 제어신호입력모듈(120)을 통해 사용자의 RF 비행제어신호가 입력된다(S100). 본 발명의 FCC고장대응모듈(200)에는 예비FCC(210)가 추가로 구비되어 전원공급에 따라 메인FCC(110)와 동일한 제어방식으로 구동한다.
상기 메인FCC(110)는 드론(1)의 비행제어컴퓨터로서 사용자의 제어 지시가 있는 경우 자율비행으로 자동으로 호밍하는 기능도 포함한다. 상기 예비FCC(210)는 메인FCC(110)와 동일하게 동작할 수 있는바, 상기 호밍기능도 동일하게 수행 가능하다.
한편, 드론(1)에 구비되는 GPS, 관성측정장치(IMU) 등의 센서로부터 자세 및 유도정보가 제어신호입력모듈(120)을 통해 메인FCC(110) 및 예비FCC(210)로 입력된다(S200).
상기 RF 비행제어신호 및 센서신호를 기초로 메인FCC(110)가 서보모터(400) 제어를 위한 신호(111)를 발생시키며, 구동부선택모듈(230)은 메인FCC(110)로부터의 신호(111)가 서보모터(400)로 전달되도록 선택한다(S300).
한편, 본 발명의 FCC고장대응모듈(200)의 구동부센싱모듈(250)은 모터동작감지부(240)로부터 입력되는 서보모터(400)의 동작신호와 기울기센서(131), 가속도센서(132)로부터 입력되는 자세 및 유도정보를 기초로 기체동작 상황을 감지한다(S400). 상기 기체동작 상황은 FCC전환모듈(220)로 입력된다.
본 발명의 FCC전환모듈(220)은 미리 설정된 판단기준에 따라 메인FCC(110)의 고장여부를 판단한다(S500).
메인FCC(110)에 이상이 없다고 판단된 경우라면 사용자로부터 비행제어신호를 입력받아 메인FCC(110)가 계속 비행제어를 수행하게 된다(S100).
만약, 메인FCC(110)가 고장이라고 판단된 경우 FCC전환모듈(220)은 비행 제어 권한을 메인FCC(110)에서 예비FCC(210)로 절환하도록 하는 전환신호(221)를 발생한다(S600). 이에 따라, 구동부선택모듈(230)은 메인FCC(110)의 비행제어신호(111)가 서보모터(400)로 전달되도록 선택되었던 상태를 예비FCC(210)의 비행제어신호(211)가 서보모터(400)로 전환되도록 선택을 변경한다.
예비FCC(210)로 비행 제어권이 변경됨으로써 고장을 일으킨 메인FCC(110)는 더 이상 드론(1)의 제어에 관여하지 않게 되며 드론(1)이 추락하거나 제어 불능상태에 빠지는 등의 사태는 더 이상 발생하지 않게 된다.
한편, 본 발명의 드론의 고장복구 시스템은 상기와 같이 예비FCC(210)로 비행제어가 변경된 경우 통신모듈(미도시)를 통해 사용자에게 메인FCC(210)의 고장 사실을 통보하여 비상착륙을 유도하도록 지원한다(S700).
예비FCC(210)는 필요에 따라 비상사태의 경우 사용자의 지시없이 자동으로 비상착륙 프로토콜을 시행하여 비상착륙할 수 있다(S800).
(제2실시예)
다음으로 도 5를 이용하여 본 발명의 드론의 고장복구시스템의 제2실시예를 자세히 설명한다.
본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 제2실시예는 복수의 서보모터(400); 사용자의 RF 조종신호와 GPS, 관성측정장치(IMU)로부터의 정보를 수신하는 제어신호입력모듈(120); 및 설정된 프로그램에 따라 드론(1)을 자동 조종하는 메인FCC(110)를 포함하되 사용자가 무선 RF 조종신호를 송신하는 경우 상기 제어신호입력모듈(120)로부터 그 신호를 입력받아 드론(1)을 비행 제어하는 드론의 제어시스템(100)에 적용되는 것으로, 상기 드론의 고장복구 시스템은 상기 서보모터(400) 중 일부가 고장으로 판명되는 경우 나머지 정상적인 서보모터(400)의 회전수를 가변하여 자세를 제어함으로써 비상착륙이 가능하게 하는 모터고장대응모듈(300)을 포함한다.
도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 제2실시예는 서보모터(400)의 회전을 감지하는 모터동작감지부(340)을 더 포함한다.
상기 모터동작감지부(340)는 각각의 서보모터(400)에 구비되는 RPM센서일 수 있다.
본 발명의 제2실시예의 모터고장대응모듈(300)은 모터동작감지부(340)의 동작신호를 받아 각 서보모터(400)의 동작신호를 처리하여 메인FCC(110)에 송신하는 구동부센싱모듈(350)을 포함한다.
구동부센싱모듈(350)은 추가적으로 제어신호입력모듈(120)에 입력되는 기울기센서(131)신호, 가속도센서(132)신호 등이 추가로 입력되어 각 서보모터(400)의 동작신호 처리에 활용될 수 있다.
본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 제2실시예에서 메인FCC(110)는 각 서보모터(400)별로 해당 서보모터(400)가 고장으로 판명되었을 때 회전수를 가변할 타 서보모터(400)를 대응시킨 모터대응DB(310)를 별도로 구비할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하여 본 발명의 모터고장대응모듈(300)의 동작과 모터대응DB(310)의 형태를 구체적으로 설명한다.
도 6은 4개의 로터와 서보모터(400)를 갖는 쿼드구조 드론(1)을 간략하게 도시하고 있다.
4개의 서보모터(400)를 채용하는 이유는 그 중 1개의 고장발생 시 추력제어와 토크제어를 동시에 수행할 수 있도록 하기 위함이다.
도 6에 도시한 드론(1)에서 1번 서보모터(400)가 고장나면 토크 불균형으로 기체가 우회전하고 1번 서보모터(400)의 추력감소로 좌측으로 회전력이 발생한다.
본 발명의 제2실시예에서 구동부센싱모듈(350)은 모터동작감지부(340)에서 센싱한 회전수를 기초로 1번 서보모터(400)가 고장난 것으로 확인하고 메인FCC(110)의 모터고장대응모듈(300)로 정보를 전달한다.
모터고장대응모듈(300)은 토크 불균형과 추력 감소를 보상하기 위해 2번 서보모터(400)의 회전수를 감소시키고 3번 및 4번 서보모터(400)의 회전수를 50%로 서서히 줄이면서 토크를 균형있게 하고 낙하를 방지한다.
이 때, 3번 및 4번의 회전력이 크기 때문에 기체는 불균형하게 되는바, 우회전하면서 착륙시키는 것이 바람직하다.
필요에 따라 상기 2번 모터의 회전속도를 조절할 때 3번 및 4번 모터의 회전수에 따라 연동하여 회전수를 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 드론(1)의 무게와 작업체(예를 들어 카메라)의 무게 등을 고려하여 제어 파라미터를 결정한다.
도 6에 도시한 드론(1)의 경우 모터대응DB(310)는 다음과 같이 구성될 수 있다.
고장 모터 추력보상용 모터 토크보상용 모터
1 2 3, 4
2 1 3, 4
3 4 1, 2
4 3 1, 2
도 7을 이용하여 본 발명의 드론의 고장복구 시스템의 제2실시예를 좀 더 자세히 설명한다.
도 7에 도시한 드론(1)은 6개의 로터와 서보모터(400)를 채용한 헥사구조 드론(1)을 표시한다.
도 7과 같이 회전방향이 정해지는 경우 모터대응DB(310)는 다음과 같이 구성된다.
고장 모터 추력보상용 모터 토크보상용 모터
1 5 -
2 3, 6 1, 5
3 2, 5 4, 6
4 6 -
5 1 -
6 4 -
예를 들어, 1번 서보모터(400)가 고장인 경우 5번 서보모터(400)의 회전수를 2배 증가시키면 추력보상이 가능하며 토크도 균형을 맞출 수 있다. 좀 더 나아가, 2번 서보모터(400)가 고장인 경우 3번 및 6번 서보모터(400)의 회전을 1.5배 증가시키면서 1번 및 5번 모터의 회전속도를 1.5배 증가시키면 추력과 토크 제어가 가능하다.
상기 동작의 설명은 기본 원리를 개시하고자 하는 것으로 정확하게 이에 따라 제어해야 하는 것은 아니며, 상기 기본 원리로부터 그 기술적 요지가 달라지지 않는 한도에서 변형되어 적용될 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같은 옥토구조의 드론(1)은 다음과 같이 모터대응DB(310)를 구성할 수 있다.
고장 모터 추력보상용 모터 토크보상용 모터
1 2 -
2 1 -
3 4 -
4 3 -
5 6 -
6 5 -
7 8 -
8 7 -
예를 들어, 1번 서보모터(400)가 고장인 경우 2번 서보모터(400)의 회전수를 2배 증가시켜 추력과 토크 제어가 가능하다.
상기 동작 설명은 예비 모터 역활을 수행하는 구조로써, 기체의 동작 상태에 따라 적용이 되지 않을 수 있다. 즉, 고도가 높은 상태에서 모터의 회전수가 최고속도가 되면 포화된 상태이므로 위의 제어방법이 적용될 수 없고, 모터의 회전수가 최고속도의 50%이하에서 동작할 때만 가능하다. 쿼드구조, 헥사구조 및 옥토구조도 마찬가지로 적용된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용 범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
110 : 메인FCC 120 : 제어신호입력모듈
200 : FCC고장대응모듈 210 : 예비FCC
220 : FCC전환모듈 230 : 구동부선택모듈
240 : 모터동작감지부 250 : 구동부센싱모듈
300 : 모터고장대응모듈 310 : 모터대응DB
340 : 모터동작감지부 350 : 구동부센싱모듈
400 : 서보모터

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 복수의 서보모터(400); 사용자의 RF 조종신호와 GPS, 관성측정장치(IMU)로부터의 정보를 수신하는 제어신호입력모듈(120); 및 설정된 프로그램에 따라 드론(1)을 자동 조종하는 메인FCC(110)를 포함하되 사용자가 무선 RF 조종신호를 송신하는 경우 상기 제어신호입력모듈(120)로부터 그 신호를 입력받아 드론(1)을 비행 제어하는 드론의 제어시스템(100)에 적용되는 드론의 고장복구 시스템으로, 상기 고장복구 시스템은 상기 서보모터(400) 중 일부가 고장으로 판명되는 경우 나머지 정상적인 서보모터(400)의 회전수를 가변하여 자세를 제어하는 모터고장대응모듈(300)을 포함하는 것이 특징인 드론의 고장복구 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 모터고장대응모듈(300)은 각 서보모터(400)별로 해당 서보모터(400)가 고장으로 판명되었을 때 회전수를 가변할 타 서보모터(400)를 대응시킨 모터대응DB(310)를 더 구비한 것이 특징인 드론의 고장복구 시스템.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 기재된 고장복구 시스템을 채용한 드론.
KR1020160104948A 2016-08-18 2016-08-18 드론의 고장복구 시스템 및 이를 이용한 제어방법 KR101882728B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104948A KR101882728B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 드론의 고장복구 시스템 및 이를 이용한 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104948A KR101882728B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 드론의 고장복구 시스템 및 이를 이용한 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180020512A KR20180020512A (ko) 2018-02-28
KR101882728B1 true KR101882728B1 (ko) 2018-07-27

Family

ID=61401448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160104948A KR101882728B1 (ko) 2016-08-18 2016-08-18 드론의 고장복구 시스템 및 이를 이용한 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101882728B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102298107B1 (ko) * 2020-06-03 2021-09-03 이민철 드론 프로펠러 파손 감지와 착륙 유도 제어 방법, 드론 프로펠러 파손 감지와 착륙 유도를 위한 드론 운행 제어 장치 및 그 장치를 포함하는 드론.
KR102665097B1 (ko) * 2023-11-22 2024-05-10 한국항공우주연구원 군집 시스템에서 개별 이동체의 이상 탐지 방법 및 장치

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102100657B1 (ko) * 2019-02-28 2020-04-16 주식회사 숨비 고장복구 기능이 구비된 비행제어 시스템
KR102195968B1 (ko) * 2019-06-27 2020-12-28 순천대학교 산학협력단 비행체의 고장 모니터링 방법 및 시스템
KR102255841B1 (ko) * 2020-09-24 2021-05-25 주식회사 스마티 이중화된 비행제어장치 및 이를 탑재한 무인비행장치와, 무인 비행장치의 비행제어방법
CN114677832B (zh) * 2021-12-22 2023-12-26 深圳市富斯科技有限公司 一种可移动终端以及控制系统
CN115469531A (zh) * 2022-10-25 2022-12-13 亿航智能设备（广州）有限公司 一种多飞控备份切换方法、设备及计算机可读存储介质
KR102615678B1 (ko) * 2023-04-27 2023-12-20 켄코아에비에이션 주식회사 유무인 비행체용 충전 및 진단 검사 통합 방법, 장치 및 시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050050023A (ko) 2003-11-24 2005-05-27 황명신 무인/모형 항공기에서의 비행제어신호원 전환 장치
KR100697886B1 (ko) 2005-12-22 2007-03-23 한국항공우주연구원 무인 헬리콥터의 조종면 작동기 실시간 모니터링 시스템
KR100972516B1 (ko) * 2008-01-25 2010-07-28 한국항공우주연구원 무인 항공기에서 이중화 구조의 작동기 구동제어 장치 및그 방법
KR20140123835A (ko) * 2013-04-15 2014-10-23 재단법인대구경북과학기술원 무인 항공기 제어 장치 및 그 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102298107B1 (ko) * 2020-06-03 2021-09-03 이민철 드론 프로펠러 파손 감지와 착륙 유도 제어 방법, 드론 프로펠러 파손 감지와 착륙 유도를 위한 드론 운행 제어 장치 및 그 장치를 포함하는 드론.
KR102665097B1 (ko) * 2023-11-22 2024-05-10 한국항공우주연구원 군집 시스템에서 개별 이동체의 이상 탐지 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180020512A (ko) 2018-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101882728B1 (ko) 드론의 고장복구 시스템 및 이를 이용한 제어방법
US11814185B2 (en) Aerial vehicle
US10562611B2 (en) Controlled flight of a multicopter experiencing a failure affecting an effector
US20170084181A1 (en) Safety motor controller for a vehicle
US20130261853A1 (en) Vehicle management system using finite state machines
CN110127041B (zh) 用于旋翼飞行器自旋进入辅助的系统和方法
WO2017086234A1 (ja) 無人航空機
WO2010128489A2 (en) Aerial robotic system
US10040542B1 (en) System and method for stabilizing longitudinal acceleration of a rotorcraft
CN104603706A (zh) 自动驾驶仪的控制装置和方法
EP3620373A1 (en) Stuck in detent monitors for collective and cyclic sticks
JP2020196440A (ja) 無人飛行体
US11599111B2 (en) Reverse tactile cue for rotorcraft rotor overspeed protection
JP4304009B2 (ja) 無人航空機操縦システム
EP3489134B1 (en) System and method for pilot-in-control sensing in a rotorcraft
KR20190000771A (ko) 모바일 플랫폼 기반 ahrs 비행제어 장치
US10843791B2 (en) System and method for controlling rotorcraft
US11685523B2 (en) System and method for monitoring aircraft pilot control position and providing a retrim prompt
US11136136B2 (en) System and method for flight mode annunciation
JPH0880898A (ja) 無人航空機の自動制御システム
EP3613671B1 (en) Rotorcraft control mode transition smoothing
JP2019051755A (ja) 飛行装置の操縦システム
EP4347394A2 (en) Systems and methods for aircraft propulsion
JP2023113085A (ja) ドローン及びドローンの制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
R401 Registration of restoration