KR101953183B1 - 무인 운송 비행체 및 이의 동작 방법 - Google Patents

무인 운송 비행체 및 이의 동작 방법 Download PDF

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KR101953183B1
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김홍봉
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한화시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 목표 지점 부근에서 정밀 착륙이 가능한 무인 운송 비행체 및 이의 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 운송 비행체는, GPS(Global Positioning System) 위성 항법을 이용하여 목표 지점에 근접한 뒤, 레이저 신호를 수신하여 레이저 코드를 검출하는 레이저 신호 처리부; 및 상기 레이저 코드와 미리 저장된 레이저 코드가 일치하는 목표 지점으로 착륙하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

무인 운송 비행체 및 이의 동작 방법{Unmanned Aerial Vehicle for Transportation and Operating Method of thereof}
본 발명은 무인 운송 비행체 및 이의 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목표 지점 부근에서 정밀 착륙이 가능한 무인 운송 비행체 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
최근 드론 관련 기술개발과 응용범위 확장으로 화물 운송이나 배달 등 물류 이송용 드론에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 시판중인 대부분의 멀티콥터 기반 드론은 위성 항법을 기반으로 목표지점까지 비행하게 된다.
위성 항법을 기반으로 한 운송 드론은 위성 항법 자체의 오차로 인한 정밀 착륙이 불가능하고, 위성항법 신호가 날씨에 영향을 받기 때문에 상황에 따라 오차가 증가할 수 있다. 예를 들면, 대도시같이 건물이 복잡하고 인구 밀도가 높은 정밀 착륙이 필요한 곳에서는 사용하기 위험하고, 다리 밑과 같은 위성 항법 신호의 음영지역에서는 GPS의 정확도가 현저히 낮아지므로 드론의 정밀한 착륙에는 부적절하다는 단점이 있다.
따라서, 운송 드론의 경우 위성 항법의 정밀도 한계 때문에 정밀한 착륙을 위해 위성 항법 외의 다른 방법이 고려되고 있다. 예를 들어, 착륙 지점에 특별한 표식을 바닥에 배치한 후 이를 탐지하여 착륙하는 표식탐지영상 착륙방법, 드론이 보내온 영상을 기반으로 운용자가 직접 정확한 착륙지점을 지정하는 방법도 연구되고 있다.
그러나, 이와 같은 영상 기반 착륙을 위해서는 운송 드론 내에 카메라 같은 영상센서가 탑재되어야 하고, 야간 동작을 위해서는 고가의 열상카메라를 장착해야 한다. 또한, 영상 기반 착륙의 문제점으로는 안개 등 기상이 나쁜 경우 운용이 불가하다는 단점이 있다.
본 발명은 GPS 위성 항법에 기반한 드론의 단점을 보완할 수 있는 무인 운송 비행체 및 이의 동작 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 운송 비행체는, GPS(Global Positioning System) 위성 항법을 이용하여 목표 지점에 근접한 뒤, 레이저 신호를 수신하여 레이저 코드를 검출하는 레이저 신호 처리부; 및 상기 레이저 코드와 미리 저장된 레이저 코드가 일치하는 목표 지점으로 착륙하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 주기로 결정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부의 제어에 따라 이동 속도 및 방향을 제어하는 비행 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 운송 비행체는, GPS 위성 항법을 이용하여 현재 GPS 좌표를 검출하는 GPS 신호 처리부; 및 상기 현재 GPS 좌표가 미리 저장된 목표 GPS 좌표와 일치하면, 레이저 신호를 수신하여 레이저 코드를 검출하는 레이저 신호 처리부를 활성화하고, 상기 레이저 코드와 미리 저장된 레이저 코드가 일치하는 목표 지점으로 착륙하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 주기로 결정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부의 제어에 따라 이동 속도 및 방향을 제어하는 비행 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 신호 발생기는, 미리 저장된 레이저 코드에 따른 주기로 펄스 형태의 레이저 신호를 발생시키고, 무인 운송 비행체가 상기 레이저 신호를 탐지할 수 있도록 특정 신호 발산 각도로 상기 레이저 신호를 발산할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 주기로 결정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 비주기적 패턴으로 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 운송 비행체의 동작 방법은, GPS 위성 항법을 이용하여 목표 지점에 근접하는 단계; 상기 목표 지점에 근접한 뒤, 레이저 신호를 수신하여 레이저 코드를 검출하는 단계; 및 상기 레이저 코드와 미리 저장된 레이저 코드가 일치하는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 주기로 결정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드와 상기 미리 저장된 레이저 코드가 일치하면, 상기 레이저 코드에 대응하는 목표 지점으로 착륙하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 운송 비행체의 동작 방법은, GPS 위성 항법을 이용하여 현재 GPS 좌표를 검출하는 단계; 상기 현재 GPS 좌표가 미리 저장된 목표 GPS 좌표와 일치하면, 레이저 신호를 수신하여 레이저 코드를 검출하는 레이저 신호 처리부를 활성화하는 단계; 및 상기 레이저 코드와 미리 저장된 레이저 코드가 일치하는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 주기로 결정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드와 상기 미리 저장된 레이저 코드가 일치하면, 상기 레이저 코드에 대응하는 목표 지점으로 착륙하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 신호 발생기는, 미리 저장된 레이저 코드에 따른 주기로 펄스 형태의 레이저 신호를 발생시키는 단계; 및 무인 운송 비행체가 상기 레이저 신호를 탐지할 수 있도록 특정 신호 발산 각도로 상기 레이저 신호를 발산하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 주기로 결정될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 비주기적 패턴으로 결정될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 운송 비행체 및 이의 동작 방법에 의하면, 저가/저전력으로 구현 가능하고 주야간 운용이 가능하며, 날씨 변화에도 강인하게 목표 지점에 정확히 착륙할 수 있는 정밀 착륙 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 운송 비행체의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 신호 발생기를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 레이저 신호 발생기가 출력하는 레이저 신호의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 무인 운송 비행체를 간략히 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 무인 운송 비행체의 레이저 탐지에 기반한 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인 운송 비행체의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명과 관련된 적어도 하나의 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 운송 비행체의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무인 운송 비행체(100)는 화물을 목표지점까지 운송할 수 있는 멀티 콥터 기반의 무인 비행체(또는 드론)를 의미한다. 무인 운송 비행체(100)는 GPS(Global Positioning System) 위성 항법에 기반한 비행과 레이저 탐지(laser detection)에 기반한 비행을 조합하여 사용함으로써, 목표 지점까지의 정밀한 착륙이 가능한 저가/저전력으로 동작하고, 날씨 변화에 강인하며 주야로 활용 가능한 무인 운송 서비스를 제공할 수 있다.
무인 운송 비행체(100)는 출발지로부터 운송 대상 화물(이하에서는 '화물'이라 칭함)을 탑재하고, 목표 지점 부근까지 GPS 위성 항법에 기반하여 비행할 수 있다. 이를 위해 무인 운송 비행체(100)는 미리 목표 지점의 GPS 좌표를 저장할 수 있고, 현재 무인 운송 비행체(100)의 GPS 좌표를 획득하여 목표 지점의 GPS 좌표와 비교함에 의해 목표 지점 부근까지 비행할 수 있다.
무인 운송 비행체(100)가 목표 지점 부근에 도달한 경우, 레이저 반사 표적 추적 기술에 기반하여 목표 지점에 정확히 착륙할 수 있다. 이를 위해, 무인 운송 비행체(100)는 목표 지점의 레이저 신호 발생기(200, 300 또는 400)가 발산하는 레이저 신호의 레이저 코드를 미리 저장할 수 있고, 획득된 레이저 신호의 레이저 코드와 비교함에 의해 목표 지점에 정확히 착륙할 수 있다.
레이저 신호 발생기(200, 300, 400) 각각은 목표 지점의 부근에 위치한다고 가정하기로 하며, 레이저 신호 발생기(200, 300, 400) 각각은 특정 레이저 코드에 해당하는 레이저 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 레이저 신호 발생기(200, 300, 400) 각각이 출력하는 레이저 신호 각각에 해당하는 레이저 코드는 서로 다르고, 무인 운송 비행체(100)의 목표 지점은 레이저 신호 발생기(200)의 위치에 해당한다고 가정한다. 따라서, 무인 운송 비행체(100)는 레이저 신호 발생기(200)가 출력하는 레이저 신호의 레이저 코드를 미리 저장하고 있을 수 있다.
레이저 신호 발생기(200, 300, 400)가 레이저 신호를 출력하는 신호 발산 각도는 레이저 신호 발생기(200, 300, 400)의 광학적 구성에 따라 달라질 수 있고, 본 발명의 범위는 특정 신호 발산 각도에 국한되지 않는다. 또한, 목표 지점 근방에 위치한 레이저 신호 발생기의 개수(3개)는 예시적인 것에 지나지 않는다.
레이저 신호 발생기(200, 300, 400)가 출력하는 각각의 레이저 신호의 레이저 코드는 서로 상이하게 설정되며, 무인 운송 비행체(100)는 관제센터에 의해 미리 저장된 목표 레이저 코드와 현재 수신된 레이저 코드를 비교하여 목표 지점의 위치를 식별할 수 있다.
다수의 무인 운송 비행체를 운용하는 물류센터의 경우, 많은 착륙장에 여러 대의 무인 운송 비행체가 이착륙을 반복할 것이다. 이렇게 다수의 착륙점(또는 목표 지점)이 근접 거리에 모여있을 경우, 각 착륙점을 구분하기 위해 각 착륙점에 위치한 레이저 신호 발생기가 출력하는 상이한 레이저 코드를 갖는 레이저 신호를 이용할 수 있다. 즉, 각 착륙점은 사전에 정해진 코드에 따라 레이저 신호를 발생시키고, 물류센터로 귀환하는 무인 운송 비행체는 자신에게 할당된 코드를 발생시키는 착륙점으로 착륙할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 신호 발생기를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 레이저 신호 발생기가 출력하는 레이저 신호의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이저 신호 발생기(500)는 레이저 신호 발생기(200, 300, 400) 중 어느 하나를 나타내고, 레이저 신호 발생기(500)는 레이저(510) 및 광학계(520)를 이용해 특정 레이저 코드의 레이저 신호를 외부로 출력할 수 있다.
레이저 신호 발생기(500)는 레이저(510)에 전력을 공급하여 펄스 형태의 레이저 신호를 발생시킬 수 있다. 이때, 레이저(510)의 출력 방향에 위치한 광학계(520)의 구성에 따라 레이저 신호가 발산되는 각도가 달라질 수 있다. 광학계(520)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있으며, 복수의 렌즈들을 조합하여 광각을 조절하거나 방향성이 있도록 제작하여 레이저 신호의 신호 발산 각도나 방향을 조절할 수 있다. 즉, 광학계(520)로 인해 정해지는 신호 발산 각도를 특정 방향을 지향하도록 구성하면, 특정 방향에서 비행해 오는 무인 운송 비행체만이 목표 지점을 탐지할 수 있도록 할 수 있다. 레이저 펄스를 만들기 위해 레이저 소자 또는 LED 소자를 이용할 수 있다. LED 소장의 경우 저가/저전력이지만 펄스 도달 거리가 레이저 소자에 비해 짧다.
또한, 레이저 신호 발생기(500)는 레이저(510)에 전력을 공급하여 펄스를 발생시, 미리 정해진 레이저 코드를 기반으로 발생시킴으로써 레이저 코드가 일치하는 무인 운송 비행체만이 이 지점으로 착륙하도록 유도할 수 있다.
레이저(510)를 통해 출력되는 레이저 신호는 가시광 대역을 벗어나고 인간의 눈에 해가 없는 약 800 nm 대역의 레이저 신호가 이용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 레이저 신호 발생기(500)가 출력하는 레이저 신호의 실시예가 나타나 있다. 도 3에서는 각 레이저 신호를 구분하기 위한 레이저 코드가 레이저 펄스의 주기로 결정됨이 예시되어 있다. 레이저 코드는 SAL(Semi-Active Laser) 또는 LST(Laser Spot Tracker)라는 기술로 군용 장비에서 널리 사용되고 있는데, 본 명세서에서는 레이저 신호의 펄스 주기를 변화시키는 것을 예시하기로 한다. 군용 표준인 NATO STANAG 3733 (Laser Pulse Repetition Frequencies (PRF) Used for Target Designation and Weapon Guidance)에 따르면 펄스 주기 변화를 통해 수백개의 레이저 코드 사용이 가능하다. 따라서 본 발명에 실시예에 따라 수백개의 서로 다른 레이저 코드를 송출하는 드론 착륙장을 구성할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 레이저 신호의 펄스 주기가 아닌 비주기적으로 사전에 정의된 레이저 펄스의 비주기적 패턴(예를 들어, 100msec, 200msec, 300msec 간격으로 반복적으로 펄스를 발생하는 패턴)으로 레이저 코드가 정의될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, T1(예를 들어, 100msec) 마다 레이저 펄스를 발생시키는 코드를 '레이저코드 1'으로 한다면 T2(예를 들어, 110msec) 마다 레이저펄스를 발생시키는 코드를 '레이저코드 2'라고 할 수 있다. 여기서, 주기는 제품 개발 시 정의에 따라 달라질 수 있다.
예컨대, 레이저 신호 발생기(200)가 '레이저코드 1'에 해당하는 레이저 신호를 발생시키고, 레이저 신호 발생기(300)가 '레이저코드 2'에 해당하는 레이저 신호를 발생하는 경우, 각 레이저 신호의 T1과 T2는 다르기 때문에 무인 운송 비행체(100)에서 이를 구분할 수 있고, '레이저코드 1'을 저장한 무인 운송 비행체(100)는 '레이저코드 1'를 출력하는 레이저 신호 발생기(200)가 위치한 곳으로 비행할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 무인 운송 비행체를 간략히 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 무인 운송 비행체(100)는 GPS 신호 처리부(110), 레이저 신호 처리부(120), 제어부(130) 및 비행 제어기(140)를 포함할 수 있다.
GPS 신호 처리부(110)는 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 GPS 좌표를 계산할 수 있다. 구체적으로 GPS 신호 처리부(110)는 무인 운송 비행체(100)로부터 제1 GPS 위성까지의 거리, 무인 운송 비행체(100)로부터 제2 GPS 위성까지의 거리 및 무인 운송 비행체(100)로부터 제3 GPS 위성까지의 거리를 기초로 3개 구의 교점에서 무인 운송 비행체(100)의 GPS 좌표를 계산할 수 있다. GPS 신호 처리부(110)는 GPS 좌표를 포함하는 GPS 정보를 제어부(130)에 제공할 수 있다. 이러한 GPS 측위 방법은 처리속도, 정확도 측면에서 큰 장점을 가지나, 지형에 따라 위성 신호가 수신되지 않는 곳이나 위성 신호의 반사가 큰 경우에는 사용할 수 없는 단점이 있으며, 본 발명의 실시예에서는 이를 보완하기 위해 레이저 신호 처리부(120)를 이용한다.
레이저 신호 처리부(120)는 레이저 신호 발생기(200, 300, 400)로부터 수신된 레이저 신호를 분석하여 레이저 코드를 검출하여 레이저 코드를 포함하는 레이저 정보를 제어부(130)에 제공할 수 있다. 레이저 신호 처리부(120)의 상세한 동작 및 레이저 탐지와 관련된 제어부(130)의 동작은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
제어부(130)는 무인 운송 비행체(100)의 이륙, 비행 및 착륙에 관한 전반적인 동작을 제어하며, GPS 신호 처리부(110)와 레이저 신호 처리부(120)의 활성화 또는 비활성화를 제어하여 한정된 전력 리소스를 효율적으로 관리할 수 있다.
제어부(130)는 이륙 후 특정 조건이 만족되기 이전까지 GPS 정보를 제공받아 비행 제어기(140)를 제어함으로써 목표 지점 근방까지 무인 운송 비행체(100)가 비행하도록 제어할 수 있다. 이때, 레이저 신호 처리부(120)는 비활성화된 상태에 해당한다. 여기서, 특정 조건은 현재의 GPS 좌표가 목표 지점의 GPS 좌표인 목표 GPS 좌표와 동일해지는 조건을 의미하고, 이를 위해 제어부(130)는 미리 목표 GPS 좌표를 저장하고 있을 수 있다.
비행중 현재의 GPS 좌표가 목표 GPS 좌표와 일치하면, 제어부(130)는 GPS 신호 처리부(110)를 비활성화하고, 레이저 신호 처리부(120)를 활성화할 수 있다.
이후부터 제어부(130)는 레이저 신호 처리부(120)의 레이저 정보에 기반하여 비행 제어기(140)를 제어함으로써 목표 지점에 정확히 도달하도록 무인 운송 비행체(100)의 비행을 제어할 수 있다.
제어부(130)는 GPS 정보 또는 레이저 정보에 기초하여 제어 정보를 생성할 수 있다. 제어 정보는 이동 속도 및 이동 방향에 대한 정보를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 목표 GPS 좌표 또는 목표 레이저 코드는 무인 운송 비행체(100)의 비행 중에도 갱신될 수 있다. 이를 위해 무인 운송 비행체(100)는 제어부(130)와 연결되어 관제 센터와 통신 가능한 RF(Radio Frequency) 통신 모듈을 포함할 수 있다.
비행 제어기(140)는 제어부(130)의 제어 정보에 기초하여 멀티콥터의 각 동작 속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 멀티콥터는 4개의 회전 날개를 포함할 수 있으나 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 5는 도 4에 도시된 무인 운송 비행체의 레이저 탐지에 기반한 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 레이저 신호 처리부(120)는 광학계(122), 레이저 신호 검출기(124) 및 신호 처리기(126)를 포함할 수 있다.
광학계(122)는 레이저 신호 발생기(200, 300, 400)로부터 수신되는 레이저 신호를 집광하여 레이저 신호 검출기(124)로 전달할 수 있다. 광학계(122)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있고, 복수의 렌즈가 특정 시야각과 입사 방향을 갖도록 광학계를 구성할 수 있다.
레이저 신호 검출기(124)는 수신되는 레이저 신호의 레이저 펄스를 검출하여 레이저 펄스의 세기를 전기 신호로 변환하여 신호 처리기(126)에 제공할 수 있다.
신호 처리기(126)는 신호 처리기(126)는 연속적으로 수신되는 레이저 펄스의 세기를 비교해, 동일 레이저 신호의 레이저 펄스인지 식별할 수 있다. 여기서, 동일 레이저 신호의 레이저 펄스인지는 레이저 펄스의 세기가 서로 일치하거나 특정 임계 범위 이내인지 여부에 따라 결정될 수 있다.
그리고 신호 처리기(126)는 동일 레이저 신호의 레이저 펄스 간의 주기를 검출함으로써, 해당 레이저 신호의 레이저 코드를 검출할 수 있다. 신호 처리기(126)는 검출된 레이저 코드를 포함하는 레이저 정보를 제어부(130)로 전달할 수 있다.
여기서, 레이저 정보는 레이저 코드 및 레이저 방향 정보를 포함할 수 있다. 레이저 방향 정보는 해당 레이저 코드의 레이저 펄스의 세기가 시간에 따라 증가 또는 감소하는지 여부에 대한 정보일 수 있다. 즉, 레이저 방향 정보는 현재 무인 운송 비행체(100)가 목표 지점에 가까워지는지 또는 멀어지는지에 대한 정보를 의미하며, 목표 지점에 무인 운송 비행체(100)가 정확히 착륙하기 위한 기초가 될 수 있다.
제어부(130)는 미리 저장된 목표 레이저 코드(목표 지점에 위치한 레이저 신호 발생기의 레이저 코드)와 신호 처리기(126)의 레이저 코드를 비교하고, 비교 결과 서로 다를 경우 제어부(130)는 레이저 신호를 수신하기 위해 비행 방향을 변경하도록 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다. 즉, 레이저 신호 발생기의 신호 발산 각도와 광학계(122)의 신호 수신 각도가 겹쳐질 수 있도록 무인 운송 비행체(100)의 비행 방향이 변경(예를 들어, 시계방향으로 회전)될 수 있다.
만일 목표 레이저 코드와 현재의 레이저 코드가 동일한 경우, 제어부(130)는 레이저 코드에 해당하는 레이저 방향 정보에 기초하여 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 레이저 방향 정보가 현재 무인 운송 비행체(100)가 목표 지점에 가까워짐을 나타낼 경우, 제어부(130)는 현재의 비행 방향을 유지하도록 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다. 반대로, 레이저 방향 정보가 현재 무인 운송 비행체(100)가 목표 지점에 멀어짐을 나타낼 경우, 제어부(130)는 현재의 비행 방향과 반대 방향으로 비행하도록 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 목표 지점에 가까워지는 정도를 나타내는 레이저 방향 정보의 누적값과 무인 운송 비행체(100)의 비행 방향을 나타내는 제어 정보의 누적값을 기초로, 보다 정교하고 신속하게 무인 운송 비행체(100)가 목표 지점에 도달하도록 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무인 운송 비행체의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 무인 운송 비행체(100)는 화물을 탑재하여 출발지로부터 이륙하고, 제어부(130)는 특정 조건이 만족되기 이전까지 GPS 신호 처리부(100)로부터 GPS 정보를 제공받아 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다. 이로써, 무인 운송 비행체(100)는 목표 지점 근방까지 GPS 신호에 기초하여 비행할 수 있다(S10). 여기서, 특정 조건은 현재의 GPS 좌표가 목표 지점의 GPS 좌표인 목표 GPS 좌표와 동일(일정 오차 이내로 근접하는 개념도 포함)해지는 조건을 의미하고, 이를 위해 제어부(130)는 미리 목표 GPS 좌표를 저장하고 있을 수 있다.
제어부(130)는 현재의 GPS 좌표와 목표 GPS 좌표를 비교하여 서로 일치하는지 판단함으로써, 현재 위치가 목표 지점 근방에 도달하였는지 판단할 수 있다(S20).
현재의 GPS 좌표가 목표 GPS 좌표와 일치하지 않을 경우(S20의 NO), 무인 운송 비행체(100)는 계속하여 목표 지점 근방까지 GPS 신호에 기초하여 비행할 수 있다.
현재의 GPS 좌표가 목표 GPS 좌표와 일치할 경우(S20의 YES), 제어부(130)는 GPS 신호 처리부(110)를 비활성화하고, 레이저 신호 처리부(120)를 활성화할 수 있다(S30).
활성화된 레이저 신호 처리부(120)는 레이저 신호 발생기(200, 300, 400)로부터 수신되는 레이저 신호로부터 레이저 코드를 획득하고, 미리 저장된 목표 레이저 코드와 비교할 수 있다(S40).
보다 구체적으로, 레이저 신호 처리부(120)의 광학계(122)는 레이저 신호 발생기(200, 300, 400)로부터 수신되는 레이저 신호를 집광하여 레이저 신호 검출기(124)로 전달할 수 있다. 레이저 신호 검출기(124)는 수신되는 레이저 신호의 레이저 펄스를 검출하여 레이저 펄스의 세기를 전기 신호로 변환하여 신호 처리기(126)에 제공할 수 있다.
신호 처리기(126)는 신호 처리기(126)는 연속적으로 수신되는 레이저 펄스의 세기를 비교해, 동일 레이저 신호의 레이저 펄스인지 식별할 수 있다. 여기서, 동일 레이저 신호의 레이저 펄스인지는 레이저 펄스의 세기가 서로 일치하거나 특정 임계 범위 이내인지 여부에 따라 결정될 수 있다.
또한, 신호 처리기(126)는 동일 레이저 신호의 레이저 펄스 간의 주기를 검출함으로써, 해당 레이저 신호의 레이저 코드를 검출할 수 있다. 신호 처리기(126)는 검출된 레이저 코드를 포함하는 레이저 정보를 제어부(130)로 전달할 수 있다. 제어부(130)는 미리 저장된 목표 레이저 코드와 신호 처리기(126)의 레이저 코드를 비교할 수 있다.
만일 미리 저장된 목표 레이저 코드와 신호 처리기(126)의 레이저 코드가 서로 다를 경우(S50의 NO), 제어부(130)는 비행 방향을 변경하도록 비행 제어기(140)를 제어함으로써, 레이저 신호를 수신하는 방향을 조정할 수 있다(S60). 조정이 완료되면 다시 레이저 코드의 획득 및 비교하는 단계(S40)가 수행될 수 있다.
만일 미리 저장된 목표 레이저 코드와 신호 처리기(126)의 레이저 코드가 서로 동일한 경우(S50의 YES), 제어부(130)는 레이저 코드에 해당하는 레이저 방향 정보에 기초하여 비행 제어기(140)를 제어함으로써, 무인 운송 비행체(100)가 해당 레이저 신호 발생기를 향해 비행 및 착륙하도록 할 수 있다(S70).
예를 들어, 레이저 방향 정보가 현재 무인 운송 비행체(100)가 목표 지점에 가까워짐을 나타낼 경우, 제어부(130)는 현재의 비행 방향을 유지하도록 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다. 반대로, 레이저 방향 정보가 현재 무인 운송 비행체(100)가 목표 지점에 멀어짐을 나타낼 경우, 제어부(130)는 현재의 비행 방향과 반대 방향으로 비행하도록 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 목표 지점에 가까워지는 정도를 나타내는 레이저 방향 정보의 누적값과 무인 운송 비행체(100)의 비행 방향을 나타내는 제어 정보의 누적값을 기초로, 보다 정교하고 신속하게 무인 운송 비행체(100)가 목표 지점에 도달하도록 비행 제어기(140)를 제어할 수 있다.
아울러, 무인 운송 비행체(100)가 지면에 보다 안정적으로 착륙할 수 있도록 초음파 센서를 이용한 바닥까지의 거리 정보를 이용하는 방법 또는 천천히 내려오다가 바닥에 닿은 때 관성센서 값의 급격한 변화를 이용하는 방법이 추가적으로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 운송 비행체에 의하면, 저가/저전력으로 주야간 운용이 가능하며, 날씨 변화에도 강인하게 목표 지점에 정밀 착륙할 수 있다. 이는 위성 항법과 같은 기존의 방법이 제공하지 못하는 정밀 착륙 방법을 제공할 수 있으며, 다음과 같은 구체적인 효과를 제공할 수 있다.
첫째로, 주야간 공히 사용 가능하다.
둘째로, 안개와 같이 날씨가 나쁜 상황에서도 사용 가능하다.
셋째로, 도시와 같이 복잡한 건물 상황에서도 적용 가능하다.
넷째로, 레이저 신호 발생기의 신호 발산 각도를 지향하도록 구성하면 특정 방향으로 오는 무인 운송 비행체만이 목표지점을 탐지할 수 있도록 할 수 있다.
다섯째로, 다수의 착륙 지점이 근거리에 모여 있어도 레이저 코드를 활용하면 무인 운송 비행체를 특정 지점에 정확히 착륙시킬 수 있다.
여섯째로, 저가/저전력으로 구현 가능하다.
일곱째로, 위성 항법이 제공하지 못하는 정밀 착륙이 가능하다.
여덟째로, 영상 기반 착륙에 비해 간단하고 가벼운 센서로 구성 가능하다.
상기와 같이 설명된 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. GPS 위성으로부터 신호를 수신하여 드론의 현재 GPS 좌표를 계산하는 GPS 신호 처리부;
    레이저 신호를 수신하여 레이저 코드를 검출하는 레이저 신호 처리부; 및
    상기 레이저 코드와 미리 저장된 레이저 코드가 일치하는 목표 지점으로 착륙하도록 제어하는 제어부;
    상기 GPS 신호 처리부에서 계산된 GPS 좌표를 이용하여 상기 목표 지점의 GPS 좌표로 비행하도록 제어하는 비행 제어기를 포함하고,
    상기 레이저 신호 처리부는,
    레이저 신호 발생기로부터 복수의 레이저 신호를 집광하여 수신하는 광학계;
    상기 광학계에서 수신되는 복수의 레이저 신호의 레이저 펄스를 검출하고, 검출된 레이저 펄스의 세기를 복수의 전기 신호로 변환하는 레이저 신호 검출기;
    상기 레이저 신호 검출기에서 변환된 복수의 전기 신호 상호 간의 세기를 상호 대비하여 동일한 레이저 신호의 레이저 펄스를 식별하고, 식별된 레이저 신호의 주기를 검출하여 복수의 레이저 코드를 검출하며, 검출된 레이저 코드에 대응되는 레이저 정보를 출력하는 신호 처리기를 포함하도록 구성되며,
    상기 제어부는,
    상기 GPS 신호 처리부에서 계산된 GPS 좌표가 상기 목표 지점의 GPS 좌표와 동일해지는지 여부를 판단하고, 판단 결과 동일해지는 경우 상기 GPS 신호 처리부를 비활성화하고, 상기 레이저 신호 처리부를 활성화하도록 구성되며,
    상기 레이저 정보는,
    레이저 코드 및 레이저 방향 정보를 포함하도록 구성되며,
    상기 레이저 방향 정보는,
    상기 레이저 코드의 레이저 펄스의 세기가 시간에 따라 증가 또는 감소하는지 여부에 대한 정보로서 무인 운송 비행체가 목표 착륙 지점에 가까와지는지 또느 멀어지는지에 대한 정보로 구성되며,
    상기 제어부는,
    미리 저장된 상기 목표 지점의 목표 레이저 코드와 상기 신호 처리기에서 출력된 레이저 정보의 레이저 코드를 상호 대비하고, 대비 결과 서로 다른 경우 상기 목표 레이저 코드를 수신할 수 있도록 상기 비행 제어기를 제어하여 비행 방향을 시계 방향으로 회전하면서 변경하도록 구성되며, 대비 결과 서로 동일한 경우 상기 비행 제어기를 제어하여 현재 레이저 방향 정보에 기초하여 비행 방향을 유지하도록 구성되며,
    상기 제어부는,
    상기 레이저 방향 정보에 따른 레이저 펄스의 세기가 시간에 따라 증가하여 상기 목표 지점과 가까와짐을 나타내는 경우 상기 비행 제어기를 제어하여 현재의 비행 방향을 유지하여 비행하도록 제어하며, 상기 레이저 방향 정보에 따른 레이저 펄스의 세기가 시간에 따라 감소하여 상기 목표 지점으로부터 멀어짐을 나타내는 경우 상기 비행 제어기를 제어하여 현재의 비행 방향과 반대 방향으로 비행하도록 제어하는 것으로 구성되며,
    상기 제어부는,
    상기 목표 지점의 착륙시 초음파 센서를 이용하여 바닥까지의 거리 정보를 이용하고 착륙 속도를 제어하고 바닥에 닿은 때 발생하는 관성 센서의 센서값의 급격한 변화를 이용하여 착륙 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무인 운송 비행체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 코드는 레이저 펄스의 주기로 결정되는 무인 운송 비행체.
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