KR101929129B1 - 농업용 무인 비행 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

농업용 무인 비행 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 농업용 무인 비행 장치는, 무선 통신기에서 송신되는 비콘 신호를 수신하는 통신모듈과, 이동 제어 데이터에 기반하여 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행하는 이동 모듈과, 농업 재료를 살포하도록 농업 재료를 공급하는 재료 공급 모듈 및 통신 모듈을 통해 수신되는 비콘 신호들에 기반하여 비콘 수를 확인하며, 비콘 수에 기반하여 재료 살포 영역을 설정하고, 설정된 재료 살포 영역의 비행 정보를 생성하여 이동 모듈에 이동 제어 데이터로 제공하며, 자율 비행 중인 상태에서 농약이 살포되도록 농약 공급 모듈을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

농업용 무인 비행 장치 및 그 제어 방법{APPARAUTS AND METHOD FOR CONTROLLING AN AGRICULTURAL UNMANNED AERIAL VEHICLES}
본 발명은 비콘 장치들의 신호에 기반하여 농약, 씨앗 또는 비료 등의 농업 재료를 분사할 수 있는 농업용 무인 비행 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
곡물, 야채 및 과일들을 재배하는 농민은 농지에 씨앗 및 비료를 뿌리고, 병해충 방제를 위해 농약을 살포할 수 있다. 예를 들면, 병해충 방제를 위해, 농민은 농약을 담은 장치를 직접 휴대하거나, 기계들을 이용하여 재배 식물에 직접 분사하는 방법을 사용하고 있다. 이와 같이 수동으로 병해충을 방제하는 경우, 농민이 분사되는 농약을 흡입하게 될 수 있으며, 또한 방제 속도도 느려질 수 있다. 또한 농약을 살포하기 위하여 유인 비행 장치를 이용할 수 있다. 유인 비행 장치를 사용하는 경우, 농약 살포 작업을 위하여 조종사 및 부조종사와 현지 살포 지역을 아는 작업 관리자 등을 필요로 한다. 또한 유인 비행 장치를 사용하는 경우, 방제 지역이 넓은 곳에서 유익할 수 있으며, 방제 지역이 넓지 않은 지역에서는 사용할 수 없다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 무인 비행 장치를 이용하여 농업 재료들을 살포할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 농업 재료를 살포하기 위한 지역에 적어도 하나의 비콘 장치를 위치시키고, 무인 비행 장치가 수신되는 비콘 신호에 기반하여 재료 살포 영역을 설정한 후, 설정된 원료 살포 영역을 무인 비행하면서 농업 재료를 살포할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 농업용 무인 비행 장치는, 무선 통신기에서 송신되는 비콘 신호를 수신하는 통신모듈과, 이동 제어 데이터에 기반하여 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행하는 이동 모듈과, 농업 재료를 살포하도록 농업 재료를 공급하는 재료 공급 모듈 및 통신 모듈을 통해 수신되는 비콘 신호들에 기반하여 비콘 수를 확인하며, 비콘 수에 기반하여 재료 살포 영역을 설정하고, 설정된 재료 살포 영역의 비행 정보를 생성하여 이동 모듈에 이동 제어 데이터로 제공하며, 자율 비행 중인 상태에서 농약이 살포되도록 농약 공급 모듈을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 무인 비행 장치의 농업재료 살포 방법은, 무선 통신기에서 송신되는 비콘 신호를 수신하는 단계와, 비콘 신호들에 기반하여 비콘 수를 확인하는 단계와, 비콘 수에 기반하여 농업 재료를 살포하기 영역을 설정하는 단계와, 비콘 신호들에 기반하여 설정된 농업재료의 살포 영역 내에서 무인 비행하는 단계 및 무인 비행 중인 상태에 농업 재료를 살포하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무인 비행 장치는 무인 농업 재료 살포 작업을 할 수 있으며, 비행 고도가 낮고 농업 재료 살포량이 적어서 농업 재료의 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한 무인 농업 재료 살포 작업을 할 수 있어 작업자의 노동 부담을 경감할 수 있다. 예를 들면, 농업용 무인 비행 장치를 농약을 살포하는 경우, 이용한 병해충 방제는 농촌 노동력의 부족을 해소할 수 있으며, 일반 방제기에 비해 시간당 방제면적이 넓으며 유인 항공기와 광역방제기에 비해 정밀한 방제능력을 보유하고 소규모 지역 방제작업에 우위를 가질 수 있다. 또한 주거지역에 인접하고 친환경농업 지역과 일반 재배지역이 혼재하고 다양한 작물이 재배되는 지역에서의 선택적 방제에 유리할 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른 농업재료 살포 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 다양한 실시 예들에 따른 제어장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 다양한 실시 예들에 따른 무인 비행 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 다양한 실시 예들에서 비콘 장치가 3개 이상인 경우에 재료 살포지역을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시 예들에서 비콘 장치가 1인 경우에 재료 살포지역을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따라 농업용 무인 비행 장치의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 다양한 실시 예들에 따라 드론이 재료 살포 영역을 결정하여 농업 재료를 살포하는 동작을 도시하는 흐름도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
이하의 설명에서 “농업 재료” 또는 “재료”라는 용어는 무인 비행 장치를 통해 공중에서 살포할 수 있는 재료를 의미하는 용어일 수 있다. 예를 들면, 농업 재료는 씨앗, 비료, 농약 등이 될 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른 농업재료 살포 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 농업재료 살포 시스템은 적어도 하나의 무선 통신기(110), 무인 비행 장치(100) 및 제어장치(120)을 포함할 수 있다. 무선 통신기(110)는 하나 또는 둘 이상의 복수로 설치될 수 있다. 도 1에서 무선 통신기는 3개의 무선 통신기(110a, 110b, 110c)들이 3각형 형태로 배치된 예의 구성을 도시하고 있다. 이하의 설명에서 3개의 무선 통신기들을 가지는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 무선 통신기(110a, 110b, 110c)는 농업재료 살포 영역의 적정 위치에 설치될 수 있으며, 무신 신호를 송신할 수 있다. 무선 통신기(110a, 110b, 110c)는 무선 억세스 포인트(wireless access point) 또는 비콘 장치(Beacon device)가 될 수 있다.
제어장치(120)는 무인 비행 장치(100)의 무인 비행을 제어할 수 있다. 제어장치(120)는 무선 통신을 기능을 구비하는 원격 제어기(remote controller device) 또는 무선 전자장치가 될 수 있다. 무인 비행 장치(100)는 제어장치(120)의 명령에 의해 비행 시작 또는 종료 동작을 수행할 수 있으며, 제어장치(120)의 수동 제어에 의해 무인 비행 동작을 수행할 수 있다.
무인 비행 장치(100)는 제어장치(120)에 의해 비행을 시작 및/또는 종료할 수 있다. 제어장치(120)와 통신 링크를 형성하고, 제어장치(120)에서 비행 시작 명령이 전송되면, 무인 비행 장치(100)는 이륙하여 무인 비행을 시작할 수 있다. 비행이 시작되면, 무인 비행 장치(100)는 비행하여 무선 통신기(110a - 110c)에서 발신되는 고유의 식별 정보를 포함하는 무선신호들을 수신할 수 있으며, 수신되는 무선신호들을 분석하여 무선 통신기들의 수 및 무선 통신기들의 위치를 확인할 수 있다. 무인 비행 장치(100)는 무선 통신기들의 수 및 위치에 기반하여 농업재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 농업재료 살포 영역을 설정한 후, 무인 비행 장치(100)는 설정된 농업재료 살포 영역을 무인 비행하면서 농업재료를 살포할 수 있다. 농업재료를 살포한 후, 무인 비행 장치(100)은 비행하여 홈으로 복귀할 수 있다. 홈은 무인 비행 장치(100)이 이륙한 위치가 될 수 있다. 무인 비행 장치(100)는 드론이 될 수 있다.
무선 통신기(110a - 110c)는 무선 억세스 포인트(wireless access point, WAP) 또는 비콘 장치가 될 수 있다. 무선 억세스 포인트는 다른 무선 장치들 또는 무선장치와 유선 장치들을 연결할 수 있게 하는 장치가 될 수 있다. 무선 억세스 포인트는 와이파이 또는 블루투스 통신 방식으로 장치들의 통신 링크를 형성할 수 있다. 비콘(beacon) 장치는 근거리에 있는 전자장치 또는 전자장치를 포함하는 장치를 자동으로 인식하여 필요한 데이터를 전송할 수 있는 무선 통신 장치가 될 수 있다. 예를 들면, 블루투스 비콘(Bluetooth Beacon)은 수십 m 범위 내의 전자장치를 인식하여 무선 통신할 수 있다. 비콘 장치는 특정 ID를 전송할 수 있으며, 무인 비행 장치는 수신되는 식별정보를 분석하여 비콘 장치를 인식할 수 있다.
블루투스 장치는 페어링 동작을 통해 다른 전자장치와 통신 링크를 형성할 수 있으며, BLE(Bluetooth low energy)는 어드버타이징(advertising) 및 커넥션 (connection) 동작을 통해 다른 전자장치와 통신 링크를 형성할 수 있다. 비콘 장치는 블루투스 통신 방식 또는 BLE 통신 방식을 사용할 수 있다.
이하의 설명에서 무인 비행 장치는 드론을 예로들어 설명될 것이며, 무선 통신기는 비콘 장치로 예를들어 설명될 것이다. 또한 농업 재료가 농약인 경우, 재료 살포 영역은 농약 살포 영역이 될 수 있다.
비콘 장치(110a - 110c)가 인식되면, 드론(100)은 비콘 장치(110a - 110c)의 위치를 인식할 수 있으며, 비콘 장치(110a - 110c)에서 송신되는 무선신호의 수신세기(RSSI, received signal strength indicator)를 측정하여 각 비콘 장치(110a - 110c)와 드론(100)의 거리를 인식할 수 있다. 드론(100)은 각 비콘 장치(110a - 110c)의 위치를 인식하여 재료 살포 영역을 설정하고, 설정된 재료 살포 영역을 무인 비행하면서 재료를 살포할 수 있다. 도1 에 도시된 바와 같이 비콘 장치의 수가 3개이면, 드론(100)은 삼각 측량법 및/또는 삼변 측량법에 의해 재료 살포 영역을 설정할 수 있다.
삼각 측량법(Triangluation)은 어떤 한 점의 좌표와 거리를 삼각형의 성질을 이용하여 알아내는 방법이다. 예를 들면, 3개의 비콘 장치(110a - 110c)들이 인식되면, 드론(100)은 하나의 비콘 장치와 다른 두 삼각형에서 밑변과 다른 두 변이 이루는 각을 각각 측정하고, 그 변의 길이를 측정한 뒤, 사인 법칙 등을 이용하여 일련의 계산을 수행함으로써, 그 점에 대해 좌표와 거리를 알아내여 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 삼각 측량법은 간단한 기하학적인 방법으로 실시간 위치 추적 시스템(real time location system, RTLS)에서는 2차원 평면상에서 이동하는 개체의 실시간 위치를 추정하는게 가장 보편적으로 사용될 수 있다.
삼변 측량법 (Trilateration)은 삼각측 량과 마찬가지로 삼각형 기하학을 사용하여 물체의 상대 위치를 구하는 방법이 될 수 있다. 하나의 변의 길이와, 양 끝의 두 각을 이용하는 삼각 측량과는 달리 삼변 측량은 목표의 위치를 알기 위해서 두 개 이상의 기준점과, 물체와 각 기준점과의 거리를 이용한다. 삼변 측량만으로 2차원 면에서의 상대위치를 정확하고 유일하게 결정하기 위해서는 최소한 3개의 기준점이 필요하다.
한 실시 예에 따르면, 블루투스가 기본 지원되는 전자장치의 높은 사용률을 고려하여 저렴한 BLE 기반의 비콘 장치를 재료 살포 영역에 설치하고, 드론(100)이 비콘 장치를 이용하여 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 재료 살포 영역에서 상대적인 위치 추정을 위해 기점 역할의 위치에 비콘 장치(AP, Access Point)를 설치하고, 비콘 장치부터 수신된 신호를 통해 드론의 위치를 추정할 수 있다. 근거리 통신 모듈(예를 들면, Wi-Fi 모듈, Bluetooth 모듈)을 이용하여 사용자의 상대적인 위치 추정이 가능하기 때문에 절대좌표계에서 절대 위치를 추정하는 방식보다 유연한 인프라 구축이 가능하고, 사전 공간 정보가 필요 없는 장점을 가질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예들은 비콘으로 정의되는 영역 내를 일정한 거리를 가지고 운행하는 드론의 비행 방법 및 재료 살포 방법에 관한 것으로, GPS 없이도 특정 영역을 매우 좋은 위치 정밀도를 가지면서 비행할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 예를 들면, 다양한 실시 예들에 따른 농업 재료 살포 시스템은 논이나 밭, 삼림 등에 가장 자리에 비콘을 위치시키고 드론을 운행하면 특정 영역의 논이나 밭, 삼림 등에만 운행이 가능하므로 농약이나 비료 살포, 씨앗 뿌리기 등의 작업을 GPS 없이도 특정 영역의 반복 비행을 통해 수행할 수 있다.
도 1에서 제어장치(120)는 원격 제어기 또는 전자장치가 될 수 있다. 전자장치는 전자 장치는 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 또는 웨어러블 디바이스(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하의 설명에서 제어장치(120)는 무선 전자장치인 경우를 예로들어 설명하기로 한다.
도 2는 다양한 실시 예들에 따른 제어장치의 구성을 도시하는 도면이다. 제어장치는 전자장치가 될 수 있다.
도 2를 참조하면, 전자장치는 제어부(200), 메모리(210), 통신부(220), 입력부(230), 표시부(240)을 포함할 수 있다.
제어부(200)는 운영체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 제어부(200)에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있다 메모리(210)는 무인 비행 장치(예를 들면, 드론) 비행을 제어하기 위한 어플리케이션을 실행하기 위한 프로그램들을 저장할 수 있다. 또한 메모리(210)는 어플리케이션을 실행 중에 발생되는 정보들을 저장할 수 있다.
통신부(220)는 셀룰러 통신 모듈 및/또는 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 WiFi(wireless fidelity), 블루투스, 블루투스 저전력(BLE), 지그비(Zigbee), NFC(near field communication) 또는 라디오 프리퀀시(RF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 공중 통신 모듈은 LTE(long term evolution), LTE-A(LTE Advance), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), 또는 GSM(Global System for Mobile Communications) 등 중 적어도 하나를 사용하는 셀룰러 통신을 포함할 수 있다. 제어장치가 원격 제어기인 경우, 공중 통신 모듈은 포함되지 않을 수 있다.
입력부(230)는 키보드 또는 키패드를 포함할 수 있으며, 사용자에 의해 명령어 및/또는 키 데이터 등을 발생할 수 있다. 입력부(230)은 무인 비행 장치의 비행 시작 및 종료 명령을 발생할 수 있다. 또한 입력부(230)은 농업재료를 살포할 때 무인 비행을 제어하는 명령을 발생할 수 있다. 표시부(240)는 LCD(liquid crystal display), LED 표시부(light emitting diode display), 램프 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 표시부(230)는 무인 비행 장치에서 전송되는 이미지를 포함하는 도로 상황 정보를 표시할 수 있다. 표시부(240)는 무인 비행 장치에서 촬영되는 영상을 표시할 수 있으며, 농업재료를 살포하는 상태에서 무인 비행 장치에서 전송되는 비행 정보 및/또는 상태 정보를 표시할 수 있다. 입력부(230) 및 표시부(240)는 일체형의 터치 스크린으로 구성될 수 있다. 제어장치가 원격제어기인 경우, 표시부(240)는 포함되지 않을 수 있다.
도 3은 다양한 실시 예들에 따른 무인 비행 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 무인 비행 장치는 프로세서(300), 이동 모듈(320), 저장 모듈(330), 신호 표시 모듈(340), 외부 알림 모듈(350), 통신 모듈(360), 카메라 모듈(370)을 포함할 수 있다. 프로세서(300)는 신호 처리 모듈(310) 및 이동 제어 모듈(315)을 포함할 수 있다. 무인 비행 장치는 드론이 될 수 있다. 이하의 설명에서 무인 비행 장치는 드론으로 예를들어 설명하기로 한다.
프로세서(300)는 제어장치(예를 들면 도 1의 제어장치(120))의 제어하에 무인 비행을 시작 및 종료할 수 있으며, 제어 장치의 명령에 의해 드론의 무인 비행을 제어할 수 있다. 또한 프로세서(300)은 자율 비행 모드에서 비콘 장치(예를 들면 도 1의 무선 통신기(110a - 110c))의 비콘 신호에 기반하여 재료 살포 영역을 설정하고, 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행하면서 농업재료를 살포하는 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(300)는 신호 처리 모듈(310) 및 이동 제어 모듈(315)를 포함할 수 있다.
신호 처리 모듈(310)은 드론의 적어도 하나의 다른 구성 요소들의 제어 및/또는 어플리케이션 실행에 따른 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다. 신호 처리 모듈(310)은 이동 제어 모듈(315)과 드론의 비행을 제어하기 위한 정보들을 통신할 수 있다. 신호 처리 모듈(310)은 비콘 장치들에서 발신되는 비콘신호들을 수신 및 분석할 수 있으며, 비콘 수에 기반하여 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 또한 신호 처리 모듈(310)은 적어도 하나의 비콘 장치와 통신하면서 재료 살포 영역을 자율 비행하기 위한 비행 정보를 생성하여 이동 제어 모듈(315)에 제공할 수 있다. 또한 신호 처리 모듈(310)은 재료 살포 영역을 비행하면서 농업재료를 살포하기 위하여 재료 공급 모듈(350) 및 재료 분사 모듈(360)을 제어할 수 있다.
또한 신호 처리 모듈(310)은 촬영 어플리케이션을 실행하여 농업재료 살포 상태를 촬영하도록 제어할 수 있으며, 촬영된 이미지와 농업재료 살포 상태에 관련된 정보를 제어장치에 전송하도록 제어할 수 있다.
이동 제어 모듈(315)은 드론의 위치 및 자세 정보들을 이용하여 드론의 이동을 제어할 수 있다. 이동 제어 모듈(315)은 신호 처리 모듈(310)에서 제공되는 비행 정보에 기반하여 이동 모듈(320)을 제어하여 드론의 비행 및 자세를 제어할 수 있다. 이동 제어 모듈(315)은 비행 상태에서 적어도 하나의 비콘 장치와 통신하면서 재료 살포 영역을 자율 비행하기 위한 비행 정보를 생성하여 이동 모듈(320)을 제어할 수 있다. 이런 경우, 신호 처리 모듈(310)은 비행 정보의 생성 동작을 생략할 수 있다. 이동 제어 모듈(315)은 획득되는 위치 및 자세정보에 따라 이동 모듈(320)을 제어하여 드론의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw), 트로틀(throttle) 등을 제어할 수 있다. 이동 제어 모듈(315)은 교통 정보에 기반하여 드론을 호버링 제어할 수 있다.
이동 모듈(320)은 이동 제어 모듈(315)의 제어에 기반하여 드론을 이동시킬 수 있다. 무인 비행 장치가 드론인 경우, 이동 모듈(320)은 복수의 프로펠러들과 각각 대응되는 모터들을 포함할 수 있다.
센서 모듈(350)은 물리량을 계측하거나 드론의 작동 상태를 감지하여, 계측 또는 감지된 정보를 전기 신호로 변환할 수 있다. 센서 모듈(350)은 가속도 센서(acceleration sensor), 자이로 센서(gyro sensor), 기압 센서(barometer), 지자기 센서(terrestrial magnetism sensor, compass sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 영상을 이용하여 이동을 감지하는 옵티컬 플로(optical flow) 등의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 센서 모듈(350)에서 드론의 자세를 계산하는 센서는 자이로 센서와 가속도 센서가 될 수 있으며, 방위각을 계산하고 드리프트를 방지하기 위하여 지자기 센서의 출력을 결합할 수도 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 센서 모듈(350)은 드론이 자율 비행시 지표면에서 일정한 고도를 유지할 수 있도록 고도를 측정할 수 있는 고도 측정 센서를 포함할 수 있다. 고도 측정 센서는 기압계 센서 및/또는 GPS를 사용할 수 있다. 또한 센서 모듈(350)은 자율 비행시 드론의 비행 방향을 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 방향 감지 센서는 지자기 센서, 가속도 센서 및/또는 자이로 센서를 사용할 수 있다.
저장 모듈(330)은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 저장 모듈(330)은 드론의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령(command) 또는 데이터(data)를 저장할 수 있다. 저장 모듈(330)은 소프트웨어(software) 및/또는 프로그램(program)을 저장할 수 있다. 프로그램은 커널(kernel), 미들웨어(middleware), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(application programming interface(API)) 및/또는 어플리케이션 프로그램(또는 "어플리케이션") 등을 포함할 수 있다. 커널, 미들웨어, 또는 API의 적어도 일부는 운영 시스템(operating system(OS))으로 지칭될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 저장 모듈(330)은 비콘 장치들에서 발신하는 신호들에 기반하여 재료 살포 영역을 설정하기 위한 프로그램, 재료 살포 영역을 자율비행하기 위해 드론의 비행 정보(비행 좌표 및 고도 등)들을 생성하기 위한 프로그램 등을 저장할 수 있다.
재료 공급 모듈(350) 및 재료 분사 모듈(360)은 드론의 본체에 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 재료 공급 모듈(350)는 카트리지 형태로 구성될 수 잇으며, 드론의 하부에 연결되어 재료 공급 모듈(350)을 지지하는 지지부 및 상부에 힌지 결합되는 덮개를 포함하여 구성될 수 있다. 재료 공급 모듈(350)은 내부에 농업재료가 수용될 수 있으며, 농업재료가 배출되는 개구부가 하부를 향하도록 연결될 수 있으며, 중앙부에 배수 조절밸브가 설치될 수 있다. 재료 분사 모듈(360)은 드론의 하부에서 날개 형상으로 구성될 수 있으며, 다수의 분사 노즐들을 포함할 수 있다. 재료 분사 모듈은 재료 공급 모듈(350)에 연결될 수 있으며, 재료 공급 모듈(350)에서 공급되는 농업재료를 노즐들을 통해 분사할 수 있다.
통신 모듈(370)은 셀룰러 통신 모듈 및 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다. 셀룰러 통신 모듈은 LTE(long-term evolution), LTE-A(LTE advance), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(wireless broadband), 또는 GSM(global system for mobile communications) 등 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 WiFi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth low energy) 또는 NFC(near field communication) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 통신 모듈(370)은 GPS 모듈 또는 GNSS(global navigation satellite system)을 포함할 수 있으며, 또는 생략될 수도 있다. GPS 모듈을 포함하는 경우, GPS 모듈은 드론의 이동 중 드론의 위도, 경도, 고도, 속도, heading 정보 등의 위치 정보(longitude, latitude, altitude, GPS speed, GPS heading)를 출력할 수 있다. 위치 정보는 GPS 모듈을 통해 정확한 시간과 거리를 측정하여 위치를 계산할 수 있다. GPS 모듈은 위도, 경도, 고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도 정보와 함께 시간을 획득할 수 있다. 한 실시 예에 따르면, GPS 모듈은 생략될 수 있다. 농업재료 살포용 드론은 비콘 장치들에서 발신되는 비콘신호들을 기반으로 재료 살포 영역을 설정하고, 설정된 재료 살포 영역을 무인 비행하면서 농업재료를 살포할 수 있다. 따라서 GPS 모듈에서 제공받을 수 있는 신호들을 비콘 장치들을 통해 수신할 수 있으므로, 농업재료 살포용 드론의 경우 GPS 모듈을 포함하지 않을 수도 있다.
상기 카메라 모듈(380)은 렌즈, 이미지 센서, 이미지 처리부(image signal processor), 카메라 제어부등을 포함할 수 있다. 이미지 처리부는 프로세서(300)에 포함될 수도 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 프로세서(300)는 제어장치의 명령에 의해 드론의 비행 시작 및 종료 동작을 제어할 수 있으며, 드론 비행 시작 시 비콘 장치들에서 발신되는 비콘신호들을 수신하여 비콘장치의 수를 확인하고, 확인된 비콘 장치들의 위치를 기반으로 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 또한 프로세서(300)는 재료 살포 영역을 설정한 후, 비콘 장치들과의 거리를 기반으로 드론의 자율 비행을 제어하면서 재료 살포 영역 내에 농업재료를 살포하는 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(300)는 신호 처리 모듈(310) 및 이동 제어 모듈(315)를 포함할 수 있다.
한 실시 예에 따르면, 신호 처리 모듈(310)은 비콘 장치의 수를 확인하여 재료 살포 영역을 설정하고, 설정된 재료 살포 영역에서 드론의 자율 비행을 비행을 위한 비행 정보를 생성하며, 재료 공급 모듈(350)을 제어하여 농업재료 살포 동작을 제어할 수 있다. 그리고 이동 제어 모듈(315)는 신호 처리 모듈(310)의 비행 정보에 기반하여 이동 모듈(320)을 통해 드론의 자율 비행 동작을 제어할 수 있다.
이동 제어 모듈(315)는 신호 처리 모듈(310)에서 제공되는 비행정보에 기반하여 드론의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw), 트로틀(throttle) 등을 제어할 수 있다. 예를 들면, 이동 제어 모듈(315)는 신호 처리 모듈(310)에서 제공되는 비행정보(자율 비행 커맨드; 거리 이동, 고도 이동 수평 및 방위각 커맨드 등)에 기반하여 재료 살포 영역 내에서 드론을 자율 비행시킬 수 있는 이동 제어 커맨드를 생성할 수 있다. 이동 모듈(320)이 쿼드 콥터인 경우, 이동 모듈(320)은 4개의 MPU, 모터 구동부, 모터 및 프로펠러들을 포함할 수 있다. MPU들은 이동 제어 모듈(710)에 출력되는 위치 정보에 기반하여 각각 대응되는 프로펠러를 회전시키기 위한 제어 데이터를 출력할 수 있다. 모터 구동부들은 제어 데이터를 구동 신호로 변환하여 출력할 수 있으며, 모터들은 구동 신호에 기반하여 대응되는 프로펠러의 회전을 제어할 수 있다.
통신 모듈(370)을 통해 제어장치로부터 이륙 명령이 인식되면, 프로세서(300)는 이동 모듈(320)을 통해 드론을 이륙하도록 제어할 수 있다. 드론이 이륙되면, 프로세서(300)은 통신 모듈(370)을 통해 비콘 장치들과 통신 링크를 형성할 수 있으며, 비콘 장치들에서 발신되는 비콘신호를 수신하여 통신 가능한 비콘 장치의 수를 확인할 수 있다 프로세서(300)는 확인된 비콘 장치들의 수에 기반하여 각각 대응되는 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 예를 들면, 확인된 비콘 장치들의 수가 3개 이상이면, 프로세서(300)는 3개의 비콘 장치들의 위치에 기반하여 삼각형 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 예를 들면, 확인된 비콘 장치들의 수가 2개이면, 프로세서(300)는 2개의 비콘 장치들의 위치에 기반하여 원통형 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 예를 들면, 확인된 비콘 장치의 수가 1개이면 비콘장치의 위치에 기반하여 원형 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다.
재료 살포 영역이 설정되면, 프로세서(300)는 통신 모듈(370)을 통해 비콘 장치들과 통신하면서 설정된 재료 살포 영역을 무인 비행하기 위한 비행 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면, 3각형 형태의 재료 살포 영역이면, 프로세서(300)는 3개의 비콘 장치들에서 발생되는 비콘 신호들을 수신하며, 수신된 비콘신호들을 삼각 측량법에 기반하여 분석하여 드론의 비행 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면 원통 형태의 재료 살포 영역이면, 프로세서(300)는 2개의 비콘 장치들에서 발생되는 비콘 신호들과 센서 모듈(340)의 고도 측정 센서 출력을 수신하고, 2개의 비콘 신호들에 기반하여 비행 방향을 설정하고 고도 측정 센서에 기반하여 드론의 고도를 설정하는 비행 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면 원 형태의 재료 살포 영역이면, 프로세서(300)는 한 개의 비콘 신호와 센서 모듈(340)의 지자기 센서의 출력에 기반하여 비행 방향을 설정하고 고도 측정 센서에 기반하여 드론의 고도를 설정하는 비행 정보를 생성할 수 있다. 프로세서(300)은 생성된 비행 정보를 드론의 이동 제어 데이터로 변환하여 이동 모듈(320)에 제공할 수 있으며, 이동 모듈(320)은 수신되는 이동 제어 데이터에 의해 대응되는 프로펠러들을 구동하여 드론을 재료 살포 영역 내에서 자율 비행시킬 수 있다. 드론이 재료 살포 영역 내에서 자율 비행할 때, 프로세서(300)은 재료 공급 모듈(350)을 제어하여 재료 분사 모듈(350)을 통해 농업재료를 살포할 수 있다. 농업 재료는 비료, 씨앗 또는 농약이 될 수 있다.
재료 살포 영역을 무인 비행하면서 농업 재료를 살포하는 중에, 프로세서(300)은 재료 공급 모듈(350)의 상태를 검사하며, 농업 재료의 소모가 확인되면 이동 모듈(320) 및 재료 공급 모듈(350)을 제어하여 농업재료의 살포를 중단하고 드론을 홈으로 복귀시킬 수 있다. 또한 프로세서(300)은 배터리의 상태를 검사하며 배터리의 잔량이 설정 값 이하로 떨어지면 농업 재료의 살포를 중단하고 훔으로 복귀할 수 있다. 또한 제어장치로부터 이동 정지 명령이 수신되면, 프로세서(300)은 이동 모듈(320)을 제어하여 홈으로 드론을 홈으로 복귀시킬 수 있다. 여기서 홈은 드론이 최초 이륙된 지점 또는 디폴트로 설정된 위치가 될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 다양한 실시 예들에서 비콘 장치가 3개 이상인 경우에 재료 살포지역을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5a 및 도 5b는 다양한 실시 예들에서 비콘 장치가 1인 경우에 재료 살포지역을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 3개 이상의 비콘 장치들을 구비하는 경우, 삼각형으로 재료 살포 영역을 설정하는 방법의 예를 도시하는 도면이다. 도 4는 4개의 비콘 장치들을 이용하여 드론의 비행을 제어하는 예를 도시하는 도면이다. 비콘 장치들이 3개 이상인 경우, 프로세서(예를 들면, 도 3의 프로세서(300))는 비콘 장치들의 수에 따라 재료 살포 영역을 다각형 형태로 구성할 수 있으며, 다각형 구성인 경우 도 4a에 도시된 바와 같이 비콘 장치의 수에 따라 다수의 삼각형 형태로 재료 살포 영역을 재구성할 수 있다. 예를 들면, 비콘 장치가 A,B,C의 3개로 구성된 경우, 프로세서는 410과 같이 재료 살포 영역 R1을 설정할 수 있다. 비콘 장치가 A,B,C,D의 4개로 구성된 경우, 프로세서는 420과 같이 재료 살포 영역을 R1 및 R2로 설정할 수 있다. 비콘 장치가 A,B,C,D,E의 5개로 구성된 경우, 프로세서는 430과 같이 재료 살포 영역을 R1, R2 및 R3로 설정할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 비콘 장치에 기반하여 재료 살포 영역을 설정 및 무인 비행하는 경우, GPS를 이용하지 않고 비콘 장치들의 신호에 기반하여 드론을 무인 비행시킬 수 있다. 3개 이상의 비콘 장치들을 구성하는 경우, 드론은 재료 살포 영역을 다각형을 구성하고, 구성되는 다각형으로부터 일정 고도를 띄워 비콘 장치를 통해 형성된 다각형 재료 살포 영역을 비행하면서 재료를 살포할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 3개의 비콘(101a - 110c)를 포함하는 경우, 재료 살포 영역은 비콘장치(110a - 110c)의 위치에 기반하여 삼각형을 형성할 수 있다. 일반적으로 비콘의 좌표를 (x,y,z)의 3차원 좌표라고 하면, 세 점 p1=(x1,y1,z1), p2(x2,y2,z2), p3=(x3,y3,z3)을 지나는 평면은 하기 <수학식 1>과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112017088313757-pat00001
<수학식 1>과 같이 정의되는 평면에 세 점은 삼각형을 형성하게 되며, 평평한 지표의 경우에 고도를 z축이라고 정의하면 비콘 장치는 고도가 0에 위치한 경우 평면의 방정식은 ax+by=c의 형태로 나타난다. 고도를 z축으로 정의했기 때문에 일정한 고도 d를 가지고 세 점에 의해 삼각형이 정해지면 삼각형 위를 일정한 고도를 가지고 드론이 비행할 수 있게 된다. 고도가 일정하지 않은 평평하지 않는 지표의 경우는 3개의 비콘 장치들로부터 평면을 같은 방식으로 만들 수 있으며 이 경우 z축도 변수에 포함되기 때문에 ax+by+cz+d=0의 형태로 평면 방정식이 유도되며 평면 방정식 위에 삼각형이 정의되고 이 삼각형으로부터 일정한 거리를 유지하며 이 거리가 일종의 가변되는 고도가 된다.
3개보다 많은 비콘의 경우는 도 4a와 같이 다각형의 형태로 구성될 수 있으며, 다각형의 경우는 다수의 삼각형으로 재구성 할 수 있다. 각각의 삼각형이 정의되는 경우는 ax+by+cz=d의 형태의 평면이 4각형은 2개 5각형은 3개 6각형은 4개로 구성될 수 있다. 따라서 다수로 정의되는 평면 위에 삼각형을 그리고 삼각형으로부터 일정한 거리를 움직이는 방식으로 비콘 장치 내의 영역을 일정한 거리를 가지고 비행할 수 있게 된다. 도 4a는 꼭지점을 가지고 삼각형을 나누는 일 실시 예를 표시한 것이며, 다양한 방법을 통해 비콘 장치들로 형성되는 영역을 비행할 수 있는 방법을 설정할 수 있다.
도 5a는 1개의 비콘 장치를 구비하는 경우, 구의 중심과 반지름의 관계를 도시하는 도면이며, 도 5b는 1개의 비콘 장치를 이용하여 재료 살포 영역을 설정하고 드론을 비행시키는 예를 설명하기 위한 도면이다.
재료 살포 영역 설정 및 설정된 재료 살포 영역 내에서 드론의 비행은 2개 이하의 비콘 장치들을 구성하여 구현할 수 있다. 2개 이상의 비콘 장치들을 구성하는 경우, 드론은 삼각 측량에 의해 비행할 수 없으므로 고도 또는 고도 및 방향을 감지할 수 있는 센서들의 출력을 이용할 수 있다. 예를 들면, 2개의 비콘 장치들로 구성하는 경우,
2개의 비콘 장치들을 사용하는 경우, 프로세서는 2개의 비콘 장치에서 원통형의 거리를 산출될 수 있으며, 이를 기반하여 원통 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 그리고 원통 형태의 재료 살포 영역을 비행할 때, 두개의 비콘 장치들에서 발신하는 비콘 신호를 이용하여 드론의 비행 방향을 설정할 수 있으며, 센서 모듈(340)의 고도 측정 센서의 출력에 기반하여 드론의 비행 고도를 결정할 수 있다. 따라서 프로세서(300)은 두개의 비콘장치들의 비콘 신호 및 고도 측정 센서의 출력에 기반하여 드론의 비행 정보를 생성하고, 이에 기반하여 이동 모듈(320)을 제어할 수 있다.
1개의 비콘 장치를 사용하는 경우, 비콘 장치의 위치는 도 5a에 도시된 바와 같이 구의 중심(510)이 될 수 있다. 프로세서는 1개의 비콘 장치에서 출력되는 신호를 기반하여 원 형태의 반지름(520)의 거리를 산출할 수 있으며, 이를 기반으로 원 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 1개의 비콘 장치를 이용하는 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이 비콘 장치(110a)와 드론 간의 거리만이 측정 가능하므로, 비콘 장치에서 일정 거리를 운전하는 드론은 일반적으로는 구의 형태를 따라 운전이 가능하다. 따라서 1개의 비콘을 사용하는 경우, 재료 살포 영역의 지표면에서 일정한 고도를 유지하기 위하여, 센서 모듈(340)의 고도 측정 센서와 지자기 센서의 출력을 사용할 수 있다. 프로세서는 비콘 장치와의 거리 정보, 고도 측정 센서에서 측정되는 드론의 고도 및 지자기 센서에서 검출되는 방향 정보에 기반하여 설정된 원 형태의 재료 살포 지역을 무인 비행할 수 있다. \
드론이 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행할 때, 3개 이상의 비콘 장치들을 가지는 경우에는 비콘장치들의 거리 측정만으로 자율 비행이 가능하지만, 1개의 비콘 장치를 가지는 경우에는 드론의 고도 및 방향 센싱이 필요할 수 있으며, 2개의 비콘 장치들을 가지는 경우에는 드론의 고도 센싱을 필요로 할 수 있다
도 6은 다양한 실시 예들에 따라 농업용 무인 비행 장치의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 드론이 가동되면, 드론(예를 들면 도 3의 프로세서(300))은 611 단계에서 제어장치(예를 들면 도 1의 제어장치(120))와 통신 채널을 형성할 수 있으며, 613 단계에서 제어장치의 비행 명령에 의해 드론은 이륙 및 비행을 할 수 있다. 드론은 615 단계에서 비행하는 상태에서 비콘 장치(예를 들면 도 1의 무선 통신기(110a - 110c)들과 통신 링크를 형성하여 비콘 장치의 수를 확인할 수 있다. 드론은 617 단계에서 확인된 비콘 장치들의 수에 기반하여 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 예를 들면, 드론은 비콘 장치가 3개 이상이면 3각형 형태의 재료 살포 영역을 설정하고, 2개이면 원통 형태의 재료 살포 영역를 설정하고, 1 개이면 원 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 재료 살포 영역을 설정한 후, 드론은 619 단계에서 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행하면서 재료를 살포할 수 있다. 예를 들면, 드론은 삼각형 형태의 재료 살포 영역이면 비콘 장치와 드론의 거리에 기반하는 3각 측량 방법으로 일정 고도를 유지하면서 재료를 살포할 수 있다. 원통 형태의 재료 살포 영역(비콘 장치가 2개인 경우)이면, 드론은 센서 모듈의 고도 측정 센서를 이용하여 드론의 비행 고도를 측정하고 2개의 비콘 장치로부터 방향을 측정하여 재료 살포 영역을 자율 비행하면서 재료를 살포할 수 있다. 원 형태의 재료 살포 영역이면(1개의 비콘 장치인 경우), 드론은 센서 모듈의 고도 측정 센서 및 지자기 센서의 출력을 분석하여 드론의 고도와 방향을 설정하여 재료 살포 영역을 자율 비행하면서 재료를 살포할 수 있다.
농업 재료의 살포가 종료되면, 사용자는 제어장치를 통해 드론의 비행 정지 명령을 발생할 수 있으며, 드론은 621 단계에서 이를 인식하고 재료 살포 동작을 종료하고 홈 위치로 복귀 비행할 수 있다. 여기서 농업 재료는 씨앗, 비료 또는 농약 등이 될 수 있다.
도 7은 다양한 실시 예들에 따라 드론이 재료 살포 영역을 결정하여 농업 재료를 살포하는 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 드론이 가동되면, 드론(예를 들면 도 3의 프로세서(300))은 711 단계에서 제어장치(예를 들면 도 1의 제어장치(120))와 통신 채널을 형성할 수 있으며, 713 단계에서 제어장치의 비행 명령에 의해 드론은 이륙 및 비행을 할 수 있다. 드론은 615 단계에서 비행하면서 비콘 장치(예를 들면 도 1의 무선 통신기(110a - 110c)들과 통신 링크를 형성할 수 있으며, 통신 모듈(예를 들면 통신 모듈(370)을 통해 비콘신호를 수신하여 비콘 장치의 수를 탐지할 수 있다. 비콘 장치의 수가 3개 이상이면, 드론은 717 단계에서 이를 인식하고, 719 단계에서 탐지된 비콘 장치들의 위치들을 기준으로 삼각형 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 비콘 장치의 수가 4개 이상이면 다각형 형태를 가질 수 있으며, 드론은 도 4a와 같이 다각형의 영역을 복수의 삼각형 형태의 재료 살포 영역으로 재구성할 수 있다. 비콘 장치의 수가 2개이면, 드론은 721 단계에서 이를 인식하고, 723 단계에서 두개의 드론 위치에 기반하여 원통 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 있다. 원통 형태의 살포 영역을 설정하는 경우, 자율 비행시 드론은 고도 측정 센서를 통해 드론의 고도를 설정할 수 있다. 비콘 장치가 1개이면, 드론은 721 단계에서 이를 인식하고, 725 단계에서 원 형태의 재료 살포 영역을 설정할 수 잇다. 이때 드론은 고도 측정 센서의 출력을 통해 드론의 고도를 설정하고 지자기 센서의 출력을 통해 드론의 방향을 설정할 수 있다.
재료 살포 영역을 설정한 후, 드론은 727 단계에서 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행하면서 농업 재료를 살포할 수 있다. 이때 자율 비행은 설정된 재료 살포 영역에 따라 다른 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 삼각형 형태의 재료 살포 영역이면, 드론은 비행 상태에서 3개의 비콘 장치들에서 발신되는 비콘 신호들을 3각 측량 방법으로 분석하여 드론의 비행 방향 및 고도를 설정하고, 설정된 드론의 비행 방향 및 고도를 포함하는 비행 정보를 생성하여 이동 모듈(320)에 이동 제어 데이터로 제공할 수 있다. 원통형 형태의 재료 살포 영역이면, 드론은 비행 상태에서 2개의 비콘 장치들에서 발신되는 비콘 신호들 및 고도 측정 센서의 출력을 분석하여 드론의 비행 방향 및 고도를 설정하고, 설정된 드론의 비행 방향 및 고도를 포함하는 비행 정보를 생성하여 이동 모듈(320)에 이동 제어 데이터로 제공할 수 있다. 원형 형태의 재료 살포 영역이면, 드론은 비행 상태에서 1개의 비콘 장치들에서 발신되는 비콘 신호, 지자기 센서의 출력을 분석하여 드론의 비행 방향을 설정하고 고도 측정 센서의 출력을 분석하여 드론의 비행 고도를 설정하며, 설정된 드론의 비행 방향 및 고도를 포함하는 비행 정보를 생성하여 이동 모듈(320)에 이동 제어 데이터로 제공할 수 있다. 또한 드론은 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행하면서 농업 재료를 살포할 수 있다. 농업 재료는 씨앗, 비료 또는 농약이 될 수 있다.
자율 비행 중인 상태에서 드론은 729 단계에서 이동의 필요 여부를 검사하며, 이동이 필요하면 이를 인식하고 731 단계로 진행하여 설정된 위치로 비행할 수 있다. 예를 들면, 드론은 자율 비행 중인 상태에서 농업 재료 및 배터리의 잔량을 검사하고, 농업 재료나 배터리의 잔량이 설정 값 이하이면 설정된 위치로 이동하여 농업 재료를 재료 공급 모듈에 보충하거나 배터리 충전 동작을 수행할 수 있다. 이때 설정된 위치는 드론이 이륙한 초기 위치가 될 수 있다. 드론은 설정된 위치로 이동하기 전에 현재의 위치(평면 좌표 정보 및 고도 정보)를 저장하고, 농업재료를 보충하거나 배터리 충전을 수행한 후 재이륙할 때 저장된 해당 위치로 자율 비행하여 연속되는 재료 살포 동작을 수행할 수 있다.
또한 제어 장치로부터 종료 명령이 수신되면, 드론은 733 단계에서 이를 인식하고, 735 단계에서 초기 위치(이륙 위치)로 복귀할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 농업용 무인 비행 장치는 비행시 비콘 장치들과 가까운 영역으로 이동하여 통신 가능한 비콘 수를 감지하고, 감지된 비콘 수에 기반하여 농업재료를 살포할 수 있는 영역을 설정할 수 있다. 이때 농업 재료의 살포 영역은 비콘의 수에 따라 삼각형(다각형인 경우 복수의 삼각형들), 원통형, 원형의 형태로 설정될 수 있다. 무인 비행 장치는 삼각형 구조의 재료 살포 영역이면 3개의 비콘 장치들의 비콘 신호들과 무인 비행 장치의 위치 정보를 분석하여 비행 방향 고도를 3각 측량 방법으로 분석하여 자율 비행할 수 있다. 무인 비행 장치는 원통형 형태의 재료 살포 영역이면 2개의 비콘 장치들의 비콘 신호들과 무인 비행 장치의 위치 정보를 분석하여 비행 방향을 설정하고 고도 측정 센서의 출력에 기반하여 비행 고도를 설정할 수 있다. 무인 비행 장치는 원형 형태의 재료 살포 영역이면, 1개의 비콘 장치에서 출력되는 비콘 신호, 무인 비행 장치의 위치 및 지자기 센서의 출력을 분석하여 비행 방향을 설정하고, 고도 측정 센서의 출력에 기반하여 비행 고도를 설정할 수 있다.
또한 무인 비행 장치는 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행할 때 농업 재료(예를 들면, 비료, 농약, 씨앗 등)을 살포할 수 있다. 그리고 자율 비행 중에 배터리 및 농업 재료의 잔량을 검사할 수 잇으며, 배터리가 부족하거나 살포되는 농업 재료가 부족하면, 설정된 위치로 비행하여 배터리의 교체(또는 충전) 또는 농업 재료를 보충할 수 있으며, 이후 원래 위치로 복귀해서 농업 재료 살포 작업을 종료할 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (5)

  1. 농업용 무인 비행 장치에 있어서,
    무선 통신기에서 송신되는 비콘 신호를 수신하는 통신 모듈;
    이동 제어 데이터에 기반하여 설정된 재료 살포 영역을 자율 비행하는 이동 모듈;
    농업 재료를 살포하도록 농업 재료를 공급하는 재료 공급 모듈; 및
    상기 통신 모듈을 통해 수신되는 상기 비콘 신호들에 기반하여 비콘 수를 확인하며, 상기 비콘 수에 기반하여 재료 살포 영역을 설정하고, 설정된 상기 재료 살포 영역의 비행 정보를 생성하여 상기 이동 모듈에 이동 제어 데이터로 제공하며, 상기 자율 비행 중인 상태에서 농업 재료가 살포되도록 상기 재료 공급 모듈을 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 비콘 수가 3개 이상이면, 3개의 상기 무선 통신기들의 위치를 기반으로 구성되는 삼각형 영역을 상기 재료 살포 영역으로 설정하고, 상기 3개의 무선 통신기들에서 발신되는 비콘 신호들을 3각 측량 방법으로 분석하여 상기 재료 살포 영역 내 자율 비행 방향 및 고도를 포함하는 상기 비행 정보를 생성하는
    장치.


  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 비콘 수가 2개이면, 2개의 상기 무선 통신기들의 위치를 기반으로 구성되는 원통형 영역을 상기 재료 살포 영역으로 설정하고, 상기 2개의 무선 통신기들에서 발신되는 비콘 신호들 및 고도 측정 센서의 출력을 분석하여 상기 재료 살포 영역 내 자율 비행 방향 및 고도를 포함하는 상기 비행 정보를 생성하는
    장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 비콘 수가 1개이면, 1개의 상기 무선 통신기의 위치를 기반으로 원 형태의 영역을 상기 재료 살포 영역으로 설정하고, 상기 1개의 무선 통신기에서 발신되는 비콘 신호, 지자기 센서의 출력, 및 고도 측정 센서의 출력을 분석하여 상기 재료 살포 영역 내 자율 비행 방향 및 고도를 포함하는 상기 비행 정보를 생성하는
    장치.
  5. 무인 비행 장치의 농업 재료 살포 방법에 있어서,
    무선 통신기에서 송신되는 비콘 신호를 수신하는 단계;
    상기 비콘 신호들에 기반하여 비콘 수를 확인하는 단계;
    상기 비콘 수에 기반하여 농업 재료를 살포하기 위한 재료 살포 영역을 설정하는 단계;
    상기 재료 살포 영역 내에서 무인 비행하는 단계; 및
    상기 무인 비행 중인 상태에서 농업 재료를 살포하는 단계를 포함하고,
    상기 재료 살포 영역을 설정하는 단계는,
    상기 비콘 수가 2개이면, 2개의 상기 무선 통신기들의 위치를 기반으로 구성되는 원통형 영역을 상기 재료 살포 영역으로 설정하고, 상기 2개의 무선 통신기들에서 발신되는 비콘 신호들 및 고도 측정 센서의 출력을 분석하여 상기 재료 살포 영역 내 자율 비행 방향 및 고도를 포함하는 비행 정보를 생성하는 단계를 포함하는
    방법.

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020133241A1 (zh) * 2018-12-28 2020-07-02 深圳市大疆软件科技有限公司 农业植保无人机的控制方法、农业植保无人机和计算机可读存储介质
CN112327904A (zh) * 2020-10-14 2021-02-05 北京鑫康尔兴科技发展有限公司 基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法
WO2021066416A1 (en) * 2019-10-02 2021-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Unmanned aerial vehicle for inventory management and method of operating the same
KR20210146478A (ko) 2020-05-26 2021-12-06 남문식 비콘을 이용한 설정구역 내 선택적 방제가 가능한 농업용 자율비행 드론방제 시스템
WO2022196999A1 (ko) * 2021-03-16 2022-09-22 한국광기술원 과실 수량 측정 시스템 및 그 방법
US11656624B2 (en) * 2020-03-25 2023-05-23 Iunu, Inc. Horticulture aided by autonomous systems
US11730089B2 (en) 2020-03-25 2023-08-22 Iunu, Inc. Horticulture aided by autonomous systems

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160165795A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-16 Irobot Corporation Robot lawnmower mapping
US20170057634A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-02 Mcafee, Inc. Location verification and secure no-fly logic for unmanned aerial vehicles

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160165795A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-16 Irobot Corporation Robot lawnmower mapping
US20170057634A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-02 Mcafee, Inc. Location verification and secure no-fly logic for unmanned aerial vehicles

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020133241A1 (zh) * 2018-12-28 2020-07-02 深圳市大疆软件科技有限公司 农业植保无人机的控制方法、农业植保无人机和计算机可读存储介质
WO2021066416A1 (en) * 2019-10-02 2021-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Unmanned aerial vehicle for inventory management and method of operating the same
US20210103296A1 (en) * 2019-10-02 2021-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Unmanned aerial vehicle for inventory management and method of operating the same
US11656624B2 (en) * 2020-03-25 2023-05-23 Iunu, Inc. Horticulture aided by autonomous systems
US11730089B2 (en) 2020-03-25 2023-08-22 Iunu, Inc. Horticulture aided by autonomous systems
KR20210146478A (ko) 2020-05-26 2021-12-06 남문식 비콘을 이용한 설정구역 내 선택적 방제가 가능한 농업용 자율비행 드론방제 시스템
CN112327904A (zh) * 2020-10-14 2021-02-05 北京鑫康尔兴科技发展有限公司 基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法
CN112327904B (zh) * 2020-10-14 2024-04-26 北京鑫康尔兴科技发展有限公司 基于无人机的空域范围内有害气体分布及溯源检测方法
WO2022196999A1 (ko) * 2021-03-16 2022-09-22 한국광기술원 과실 수량 측정 시스템 및 그 방법

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