KR102069240B1

KR102069240B1 - 함상 드론 착륙장치 및 이를 이용한 함상 드론 착륙 제어방법

Info

Publication number: KR102069240B1
Application number: KR1020180126588A
Authority: KR
Inventors: 박민순
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2020-01-22

Abstract

본 발명은, 함상에 고정되는 고정플레이트(10); 상기 고정플레이트 상측에 위치하고 수평을 유지하여 드론이 착륙하는 착륙플레이트(20); 및 상기 고정플레이트와 착륙플레이트 사이에 위치하여 상기 착륙플레이트의 수평을 유지시키는 3축모듈(M);을 포함하고, 상기 3축모듈은 X,Y,Z축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 회전부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 함상 드론 착륙장치를 제공한다.
본 발명은 움직이는 함상에서도 항상 수평을 유지하는 착륙장치를 제공함으로써 움직이는 함상에서도 안전하게 드론을 착륙시킬 수 있으며, 또한 드론 착륙을 위해 영상장비를 사용하며 드론 접근 시 영상장비가 잡고 있는 포인트가 벗어나는 것을 방지하는 수단을 제공하여 안전하게 드론의 함상 착륙을 유도하는 효과가 발생한다.

Description

함상 드론 착륙장치 및 이를 이용한 함상 드론 착륙 제어방법{DRONE LANDING APPARATUS FOR SHIP AND CONTROL METHOD FOR DRONE LANDING USING THE SAME}

본 발명은 3축 회전 모듈을 이용하여 함상에서 드론을 착륙시키기 위한 드론 착륙 장치 및 이를 이용한 드론 착륙 방법에 관한 것이다.

일반적으로, "무인 비행체(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)"라고도 칭하는 드론은, 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 것으로, 육상과 해상에서 감시뿐만 아니라 물류 운반, 고공 촬영 또는 사고 수습 등의 용도로 사용되고 있다. 특히, 이러한 드론은, 지상유도시스템 또는 자동착륙유도시스템 등의 고가의 착륙 시스템을 사용하지 않고 정해진 착륙 지점에 그대로 착륙을 시도하는 실정이다.

하지만, 드론이 움직이는 착륙 지점에 착륙을 시도할 경우, 착륙 지점의 이동 조건에서 움직이는 착륙 지점에 드론을 안전하게 착륙시키기는 어렵고, 착륙한다 하더라도 착륙 지점의 움직임에 의해 드론이 착륙 지점에서 이탈되어 버리는 문제가 있다.

예를 들어, 드론이 선박에 착륙을 시도할 경우, 육상에 비해 파도에 의한 선박의 롤(roll), 피치(pitch), 히브(heave) 운동과 바람 등의 영향을 받는 바, 드론을 선박에 안전하게 착함시키기는 어렵다.

본 발명은 선박과 같이 움직이는 착륙 지점에 드론을 안전하게 착륙시킬 수 있는 드론 착륙장치 및 이를 이용한 드론 착륙 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 함상에 고정되는 고정플레이트(10); 상기 고정플레이트 상측에 위치하고 수평을 유지하여 드론이 착륙하는 착륙플레이트(20); 및 상기 고정플레이트와 착륙플레이트 사이에 위치하여 상기 착륙플레이트의 수평을 유지시키는 3축모듈(M);을 포함하고, 상기 3축모듈은 X,Y,Z축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 회전부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 함상 드론 착륙장치를 제공한다.

상기 3축모듈은, 상기 고정플레이트에 부착되되 고정플레이트에 수직한 제1축을 기준으로 회전가능하게 결합되는 제1회전부(30); 상기 제1회전부에 연결되고, 상기 제1축에 수직한 제2축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 제2회전부(40); 및

상기 제2회전부에 연결되고, 상기 제1축 및 제2축에 모두 수직한 제3축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 제3회전부(50);로 이루어진다.

상기 착륙플레이트(20)에는 착륙을 시도하는 드론을 촬영할 수 있는 카메라(25)가 구비되고, 상기 카메라는 드론에 구비되는 착륙 유도용 마커(80)를 촬영하여 드론 착륙을 유도한다.

상기 착륙 유도용 마커는 동심원을 이루는 복수 개의 원이며, 복수 개의 원 각각은 서로 상이한 색으로 이루어진다.

또한, 본 발명은 드론이 착륙하는 착륙플레이트;와 상기 착륙플레이트에 결합되되 서로 직교하는 X,Y,Z축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 제1 내지 제3회전부;를 구비하는 장치를 이용한 함상 드론 착륙 제어방법으로서,

상기 착륙플레이트 상면의 수평 여부를 감지하는 감지단계; 및 상기 감지단계에서 상기 착륙플레이트 상면이 수평이 아닌 경우, 상기 제1 내지 제3회전부 중 어느 하나 이상을 회전시켜 상기 착륙플레이트 상면의 수평을 회복시키는 수평유지단계;를 포함하는 함상 드론 착륙 제어방법을 제공한다.

상기 착륙플레이트에 구비된 카메라로 접근하는 드론을 촬영하여 영상기반의 유도 제어를 하는 유도제어단계;를 더 포함한다.

상기 유도제어단계에서는, 상기 카메라로 상기 드론에 부착된 착륙 유도용 마커를 촬영하며, 상기 착륙 유도용 마커는, 상기 드론이 접근함에 따라 상기 착륙 유도용 마커가 상기 카메라의 시야각(field of view)을 벗어나는 것을 방지하기 위해 서로 다른 색상으로 이루어진 동심인 것이 좋다.

본 발명은 움직이는 함상에서도 항상 수평을 유지하는 착륙장치를 제공함으로써 움직이는 함상에서도 안전하게 드론을 착륙시킬 수 있으며, 또한 드론 착륙을 위해 영상장비를 사용하며 드론 접근 시 영상장비가 잡고 있는 포인트가 벗어나는 것을 방지하는 수단을 제공하여 안전하게 드론의 함상 착륙을 유도하는 효과가 발생한다.

도 1은 드론이 선박에 위치된 드론 착륙 장치에 착륙하고 있는 상태를 개략적으로 보인 도면이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 함상에 설치되는 드론 착륙장치의 모습이며,
도 3은 드론의 하단부에 구비되는 영상유도를 위한 착륙 유도용 마커의 모습이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 드론(D)이 선박에 위치된 드론 착륙 패드(100)에 착륙되고 있는 상태를 개략적으로 보여주며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 함상에 설치되는 드론 착륙장치의 모습이며, 도 3은 드론의 하단부에 구비되는 영상유도를 위한 착륙 유도용 마커의 모습이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 함상 착륙장치 및 착륙 제어방법을 설명한다. 이하에서 설명의 편의상 사용하는 X,Y,Z축은 함상에서 수평하게 고정되는 고정플레이트(10)의 평면상의 직교하는 두 축을 X축, Y축이라 하고 이들에 모두에 수직인 축을 Z축이라고 한다.

본 발명에 따른 드론의 함상 착륙장치(100)는, 함상에 고정되는 고정플레이트(10)와 상기 고정플레이트 상측에 위치하고 수평을 유지하도록 조절가능하며 드론이 착륙하는 착륙플레이트(20)를 포함하며, 상기 고정플레이트와 착륙플레이트 사이에 위치하여 상기 착륙플레이트의 수평을 유지시키기 위해 3축 회전하는 3축모듈(M)을 포함한다.

상기 3축모듈은 X,Y,Z축을 기준으로 각각 회전가능하게 구비되는 회전부재를 구비하여 상기 착륙플레이트(20)가 지면(수면)을 기준으로 항상 수평을 유지할 수 있도록 하여 드론의 착륙을 용이하게 한다.

상기 3축모듈(M)은, 상기 고정플레이트에 부착되되 고정플레이트에 수직한 제1축을 기준으로 회전가능하게 결합되는 제1회전부(30)와, 상기 제1회전부에 연결되고, 상기 제1축에 수직한 제2축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 제2회전부(40)와, 상기 제2회전부에 연결되고, 상기 제1축 및 제2축에 모두 수직한 제3축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 제3회전부(50)로 이루어진다. 상기 착륙플레이트의 수평 상태를 감지한 후, 상기 착륙플레이트가 수평을 이루지 않는 경우 상기 3축모듈을 제어하여 상기 착륙플레이트가 수평을 회복하도록 하는 제어부(미도시)를 더 포함한다.

상기 제어부는 제1 내지 제3회전부(30,40,50)에 구비된 전기모터를 이용하여 회전하는 구성이며 모터를 제어하여 필요한 회전방향과 회전량을 제어할 수 있다. 적절한 회전제어를 위해 필요한 모터 및 모터에 전력 공급을 위한 수단이 구비된다. 모터를 통한 회전량 회전방향 조절은 일반적으로 사용하는 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

또한, 본 발명의 상기 착륙플레이트(20)에는 착륙을 시도하는 드론(D)을 촬영할 수 있는 카메라(25)가 구비되고, 상기 카메라는 드론에 구비되는 착륙 유도용 마커(80)를 촬영하고, 착륙플레이트의 제어부와 상기 드론은 상호 통신을 하면서 드론이 적절히 착륙할 수 있도록 착륙을 유도하는 영상기반의 유도 제어를 통해 착륙을 유도할 수 있다.

상기 제어부가 접근하는 드론을 감지하기 위해 상기 착륙 유도용 마커는 동심원을 이루는 복수 개의 원이며, 복수 개의 원 각각은 서로 상이한 색으로 이루어진다(도 3에서는 동심원이 서로 구별되도록만 표시되어 있으나, 실제 활용에서는 서로 다른 색으로 구별하도록 할 수 있다). 이것은 영상기반 유도착륙시 상기 마커(80)가 카메라의 시야각(field of view)을 벗어나는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 드론이 접근함에 따라 카메라가 잡고 있는 포인트를 색상으로 분류하여 상기 마커가 카메라의 시야각에서 벗어나지 않도록 하여 소프트웨어 기반으로 상기 드론을 착륙플레이트에 지속적으로 포인트를 잡으면서 착륙을 유도하기 위한 것이다. 상기 착륙유도용 마커는 드론의 하단에 구비되는 것이 좋다.

본 발명은 상기 착륙장치를 이용하여 함상에 드론을 착륙 제어방법을 제공한다. 즉, 본 발명의 제어방법은, 상기 착륙플레이트 상면의 수평 여부를 감지하는 감지단계; 및 상기 감지단계에서 상기 착륙플레이트 상면이 수평이 아닌 경우, 상기 제1 내지 제3회전부 중 어느 하나 이상을 회전시켜 상기 착륙플레이트 상면의 수평을 회복시키는 수평유지단계;를 포함하여 드론 착륙을 제어한다.

상기 착륙플레이트에 구비된 카메라로 접근하는 드론을 촬영하여 영상기반의 유도 제어를 하는 유도제어단계;를 더 포함하고, 상기 유도제어단계에서는, 상기 카메라로 상기 드론에 부착된 착륙 유도용 마커를 촬영하며, 상기 착륙 유도용 마커는, 상기 드론이 접근함에 따라 상기 착륙 유도용 마커가 상기 카메라의 시야각(field of view)을 벗어나는 것을 방지하기 위해 서로 다른 색상으로 이루어진 동심으로 이루어지는 것은 위에서 설명한 바와 같다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

함상에 고정되는 고정플레이트(10); 상기 고정플레이트 상측에 위치하고 수평을 유지하여 드론이 착륙하는 착륙플레이트(20); 및 상기 고정플레이트와 착륙플레이트 사이에 위치하여 상기 착륙플레이트의 수평을 유지시키는 3축모듈(M);을 포함하고, 상기 3축모듈은 X,Y,Z축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 회전부재를 구비하고,
3축모듈은, 상기 고정플레이트에 부착되되 고정플레이트에 수직한 제1축을 기준으로 회전가능하게 결합되는 제1회전부(30); 상기 제1회전부에 연결되고, 상기 제1축에 수직한 제2축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 제2회전부(40); 및 상기 제2회전부에 연결되고, 상기 제1축 및 제2축에 모두 수직한 제3축을 기준으로 회전가능하게 구비되는 제3회전부(50);로 이루어지고,
상기 착륙플레이트(20)에는 착륙을 시도하는 드론을 촬영할 수 있는 카메라(25)가 구비되고, 상기 카메라는 드론에 구비되는 착륙 유도용 마커(80)를 촬영하여 드론 착륙을 유도하고,
상기 착륙 유도용 마커는 동심원을 이루는 복수 개의 원이며, 복수 개의 원 각각은 서로 상이한 색으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 함상 드론 착륙장치.
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제1항에 기재된 함상 드론 착륙장치를 이용하여, 드론 착륙을 제어하는 방법으로서,
상기 착륙플레이트 상면의 수평 여부를 감지하는 감지단계; 및
상기 감지단계에서 상기 착륙플레이트 상면이 수평이 아닌 경우, 상기 제1 내지 제3회전부 중 어느 하나 이상을 회전시켜 상기 착륙플레이트 상면의 수평을 회복시키는 수평유지단계;를 포함하는 함상 드론 착륙 제어방법.
제6항에 있어서,
상기 착륙플레이트에 구비된 카메라로 접근하는 드론을 촬영하여 영상기반의 유도 제어를 하는 유도제어단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 함상 드론 착륙 제어방법.
제7항에 있어서,
상기 유도제어단계에서는,
상기 카메라로 상기 드론에 부착된 착륙 유도용 마커를 촬영하는 것을 특징으로 하는 함상 드론 착륙 제어방법.
제8항에 있어서,
상기 착륙 유도용 마커는, 상기 드론이 접근함에 따라 상기 착륙 유도용 마커가 상기 카메라의 시야각(field of view)을 벗어나는 것을 방지하기 위해 서로 다른 색상으로 이루어진 동심원인 것을 특징으로 하는 함상 드론 착륙 제어방법.
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