KR102100606B1 - 드론 착륙 시스템 및 그의 동작 방법 - Google Patents

드론 착륙 시스템 및 그의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드론을 충전 스테이션에 정확하게 착륙시키는 드론 착륙 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 착륙 시스템은, 드론과, 공중을 향하여 적외선을 방사하는 적외선 발생부가 충전장치에 구비되고, 드론이 착륙하여 충전장치에 도킹 완료되면 드론을 충전하는 충전 스테이션을 포함하고, 드론은, 속도에 따라 다르게 회전하는 하나 이상의 프로펠러에 의해 드론을 충전장치로 착륙시키는 모터와, 라이다 신호를 발사 및 수신에 의해 고도를 측정하는 라이다 센서와, 적외선 발생부가 방사하는 적외선을 수신하는 적외선 수신부와, GPS 정보에 의해 충전 스테이션에 도착하여 라이다 센서가 측정한 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 모터로 제1 구동 제어신호를 출력하고, 기준 고도 미만부터 충전 스테이션까지 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 고도를 추정하면서 제1 속도와 다른 제2 속도로 하강하도록 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 프로세서를 포함한다.

Description

드론 착륙 시스템 및 그의 동작 방법{SYSTEM FOR LANDING A DRONE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 드론을 충전 스테이션에 정확하게 착륙시키는 드론 착륙 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무인 비행체(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)는 조종사의 탑승 없이 자율적인 비행을 하거나 원거리에서의 원격 조정을 통해 비행하는 비행체를 말하며, 드론(drone)이라 불리기도 한다.
이러한 드론은 일반 비행체와는 달리 조종사를 위한 공간과 안전장치를 별도로 구비하지 않기 때문에 소형화 및 경량화가 가능하며, 사람의 접근이 어려운 곳의 정보 수집과 정찰을 위해 널리 이용된다. 일례로, 드론은 접근이 어려운 재난 및 재해 지역의 공중 영상을 획득하거나 전력선 검사 등의 역할을 수행할 수 있다.
그리고 드론은 생화학 감지기를 장착한 화생방용 또는 적군의 통신을 마비시키는 전자전용 등 군사적인 용도로 다양하게 연구 및 개발되고 있으며, 최근에는 방송 및 공연, 농약 살포 또는 화재 진압 등의 민간 부분에서도 그 사용이 확산되는 추세에 있다.
그러나 드론은 배터리의 한계로 인하여 운용 시간(운용 범위)이 제한적이기 때문에 드론의 역할을 확대시키거나 보다 다양한 분야에서 사용되는 것을 막는 요인이 되었다.
따라서, 최근에는 드론의 짧은 운용 시간을 증대시키기 위하여 드론이 운용되는 이동 지역 내에 드론을 충전시키거나 드론의 배터리를 교체할 수 있는 충전 스테이션이 설치되고 있다.
하지만, 드론을 충전시키거나 드론의 배터리를 교체하기 위하여 충전 스테이션에 접근할 경우, 드론을 충전 스테이션에 정확하게　착륙시켜 도킹(docking)해야 하는데, 드론을 잘못　착륙시킬 경우 드론 및 그에 장착된 장치가 파손될 수 있을 뿐 아니라 주변 사람이나 주변 시설물에 피해를 주게 되는 문제가 발생할 수 있었다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
국내 등록특허공보 제10-1839599호
본 발명은 전술한 문제점 및/또는 한계를 해결하기 위해 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 드론을 충전 스테이션에 정확하게 착륙시키는데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 착륙 시스템은, 드론; 및 공중을 향하여 적외선을 방사하는 적외선 발생부가 충전장치에 구비되고, 상기 드론이 착륙하여 상기 충전장치에 도킹 완료되면 상기 드론을 충전하는 충전 스테이션;을 포함하고, 상기 드론은, 속도에 따라 다르게 회전하는 하나 이상의 프로펠러에 의해 상기 드론을 상기 충전장치로 착륙시키는 모터; 라이다 신호를 발사 및 수신에 의해 고도를 측정하는 라이다 센서; 상기 적외선 발생부가 방사하는 상기 적외선을 수신하는 적외선 수신부; 및 GPS 정보에 의해 상기 충전 스테이션에 도착하여 상기 라이다 센서가 측정한 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 상기 모터로 제1 구동 제어신호를 출력하고, 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 고도를 추정하면서 상기 제1 속도와 다른 제2 속도로 하강하도록 상기 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 프로세서;를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 상기 적외선 발생부와의 거리 오차를 산출하는 오차 산출부; 상기 제1 속도에서 상기 거리 오차를 반영한 속도를 감산한 제2 속도를 산출하는 속도 산출부; 상기 드론의 현재 고도와, 상기 드론의 현재 제2 속도와, 상기 드론의 하강시간을 이용하여 다음 고도를 추정하는 고도 추정부; 및 상기 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 상기 모터로 제1 구동 제어신호를 출력하고, 상기 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 고도 추정부가 추정한 고도에 대응하는 상기 제2 속도로 하강하도록 상기 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 모터 동작 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 적외선 발생부는, 상기 충전장치의 정 중앙에 구비되고, 상기 드론은, 상기 적외선 발생부와 상기 적외선 수신부 사이의 상기 거리 오차가 기설정된 값 이내인 상태로 착륙을 완료하면 상기 충전장치에 도킹을 완료한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 착륙 시스템의 동작 방법은, 드론과, 공중을 향하여 적외선을 방사하는 적외선 발생부가 충전장치에 구비되고, 상기 드론이 착륙하여 상기 충전장치에 도킹 완료되면 상기 드론을 충전하는 충전 스테이션을 포함하는 드론 착륙 시스템의 동작 방법으로서, 상기 드론이 GPS 정보에 의해 상기 충전 스테이션에 도착하여 라이다 센서가 측정한 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 모터로 제1 구동 제어신호를 출력하는 단계; 및 상기 드론이 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 고도를 추정하면서 상기 제1 속도와 다른 제2 속도로 하강하도록 상기 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제2 구동 제어신호를 출력하는 단계는, 상기 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 상기 적외선 발생부와의 거리 오차를 산출하는 단계; 상기 제1 속도에서 상기 거리 오차를 반영한 속도를 감산한 상기 제2 속도를 산출하는 단계; 상기 드론의 현재 고도와, 상기 드론의 현재 제2 속도와, 상기 드론의 하강시간을 이용하여 다음 고도를 추정하는 단계; 및 상기 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 고도 추정부가 추정한 고도에 대응하는 상기 제2 속도로 하강하도록 상기 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 적외선 발생부는, 상기 충전장치의 정 중앙에 구비되고, 상기 드론은, 상기 적외선 발생부와 상기 적외선 수신부 사이의 상기 거리 오차가 기설정된 값 이내인 상태로 착륙을 완료하면 상기 충전장치에 도킹을 완료한 것으로 판단할 수 있다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 더 제공될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
실시 예들에 따르면, 충전 스테이션 및 드론 사이에 적외선 송수신을 기반으로 하여 드론을 충전 스테이션에 정확하게 착륙시킬 수 있다.
또한 드론을 목표지점에 안전하게　착륙할 수 있게 하므로 드론의　착륙　과정에서의 오류나 실수에 의한 무인 비행체와 장착 장비의 파손을 방지할 수 있으며, 불의의 사고로 주변의 인적 피해나 물적 피해를 방지할 수 있다.
또한, 보다 안정적으로 드론을　착륙시켜 배터리를 충전시킬 수 있기 때문에 충전의 신뢰성이 높아질 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 착륙 시스템을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 드론 착륙 시스템 중 드론의 프로세서에 대한 상세 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 착륙 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 착륙 시스템을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면 드론 착륙 시스템(1)은, 드론(100) 및 충전 스테이션(200)을 포함하여, 드론(100)이 충전 스테이션(200)으로 정확하게 착륙하도록 할 수 있다.
본 실시 예에서 드론(100)은, 원격 신호 수신부(110), GPS 모듈(120), 모터(130), 라이다 센서(140), 적외선 수신부(150), 배터리(160) 및 프로세서(170)를 포함할 수 있다.
또한 충전 스테이션(200)은 충전 장치(210) 및 적외선 발생부(211)를 포함할 수 있다. 충전 장치(210)의 정 중앙에는 적외선 발생부(211)가 구비되어 있으며, 적외선 발생부(211)는 공중을 향하여 적외선을 방사할 수 있다. 드론(100)이 착륙하여 충전 장치(210)에 도킹 완료되면 드론(100)을 충전할 수 있다. 여기서 드론(100)이 충전 장치(210)에 도킹 완료되었다 함은, 적외선 발생부(211)와 드론(100)의 적외선 수신부(150) 사이의 거리 오차가 기설정된 값 이내인 상태로 착륙을 완료한 상태를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 드론(100)은 적외선을 이용하여 고정밀 착륙 알고리즘을 활용하여 충전 스테이션(200)의 충전 장치(210)에 정확하게 착륙할 수 있다. 이하 충전 스테이션(200)과연계하여 드론(100)의 착륙에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
원격 신호 수신부(110)는 드론(100) 조정을 위해 조작자가 입력하는 원격 제어기(미도시)로부터의 신호를 수신할 수 있다. 원격 신호 수신부(110)가 수신한 원격 제어기의 신호는 프로세서(170)로 전송되어 드론(100)의 동작을 제어할 수 있다.
GPS 모듈(120)은 인공위성을 이용하여 드론(100)의 현재 위치를 파악하고, 원격 신호 수신부(110)가 수신한 신호 중 충전 스테이션(200)의 위치에 대응되는 GPS 정보와 드론(100)의 현재 위치를 비교하여 충전 스테이션(200)의 위치에 대응되는 GPS 정보로 이동하는데 이용될 수 있다.
모터(130)는 드론(100)을 비행시키는 동력을 제공하는 것으로, 속도에 따라 다르게 회전하는 하나 이상의 프로펠러(미도시)를 포함할 수 있다. 모터(130)는 프로세서(170)에 의해 비행 이동하거나 착륙하거나 호버링 등을 수행할 수 있다. 프로세서(170)로부터 모터(130)로 입력되는 프로펠러의 회전량 및/또는 회전속도에 따라 드론(100)이 비행 이동하거나 착륙하거나 호버링 등을 수행하면서 자세, 위치, 속도, 방향 등이 변경될 수 있다.
라이다 센서(140)는 지면을 향하여 라이다 신호를 발사한 후 지면으로부터 반사된 라이다 신호를 수신하여 드론(100)의 고도를 측정할 수 있다.
적외선 수신부(150)는 충전 스테이션(200)의 적외선 발생부(211)에서 방사된 적외선을 수신할 수 있다. 본 실시 예에서 적외선 수신부(150)는 적외선 카메라를 포함할 수 있다.
배터리(160)는 드론(100)을 동작시키는 전원을 공급하며, 충전 스테이션(200)에 착륙하여 도킹이 완료되면 충전될 수 있다. 이러한 배터리(160)는 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전치, 니켈-수소 전지(NiMH: nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery) 등의 충전 가능한 이차 전지를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적 실시 예로 충전 스테이션(200)의 충전 장치(210)에는 충/방전부(미도시)가 구비되어 배터리(160)를 충전시키거나 방전시킬 수 있다. 충/방전부는 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 전류 경로 상에 충전 스위치(미도시) 및 방전 스위치(미도시) 형태로 배치될 수 있으며, 배터리(160) 충전 시에 충전 스위치는 턴 온 되고, 방전 스위치는 턴 오프될 수 있다.
프로세서(170)는 GPS 정보에 의해 충전 스테이션(200)에 도착하여 라이다 센서(140)가 측정한 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 모터(130)로 제1 구동 제어신호를 출력하고, 기준 고도 미만부터 충전 스테이션(200)까지 적외선 수신부(150)가 수신한 적외선을 이용하여 고도를 추정하면서 제1 속도와 다른 제2 속도로 하강하도록 모터(130)로 제2 구동 제어신호를 출력할 수 있다.
이러한 프로세서(170)는 일종의 중앙처리장치로서 내부 메모리(미도시)에 탑재된 제어 소프트웨어를 구동하여 다양한 기능을 제공할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor, 170)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 도 1의 드론 착륙 시스템 중 드론(100)의 프로세서(170)에 대한 상세 구성을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 프로세서(170)는 오차 산출부(171), 속도 산출부(172), 고도 추정부(173) 및 모터 동작 제어부(174)를 포함할 수 있다.
프로세서(170)는 GPS 정보에 의해 충전 스테이션(200)에 도착하여 라이다 센서(140)가 측정한 기준 고도(예를 들어, 2m)까지 기설정된 제1 속도(예를 들어, 50cm/s)로 하강하도록 모터(130)로 제1 구동 제어신호를 출력할 수 있다.
오차 산출부(171)는 GPS 정보에 의해 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 도착하여 드론(100)이 기준 고도(예를 들어, 2m)까지 하강한 경우 그 동작을 개시할 수 있다. 오차 산출부(171)는 기준 고도 미만부터 고도가 0m인 충전 스테이션(200)까지 적외선 수신부(150)가 수신한 적외선을 이용하여 적외선 발생부(211)와의 거리 오차(예를 들어, exy, 즉 적외선 수신부(150)와 적외선 발생부(211)의 거리 오차)를 산출할 수 있다.
본 실시 예에서, 적외선 수신부(150)는 적외선 카메라(미도시)를 포함할 수 있는데, 이 경우 오차 산출부(171)는 적외선 카메라가 촬영한 영상 내에 적외선 발생부(211)가 방사한 적외선이 상에 맺히며, 이를 기준점으로 하여, 기준점이 영상의 정 중앙을 벗어난 정도를 포함하는 거리 오차(x축 및 y축의 오차 예를 들어, exy)를 산출할 수 있다.
속도 산출부(172)는 기준 고도(예를 들어, 2m) 미만부터 고도가 0m인 충전 스테이션(200)까지, 기설정된 제1 속도에서 거리 오차를 반영한 속도를 감산한 제2 속도를 산출할 수 있다. 여기서 제2 속도를 계산하는 수학식은 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
제2 속도= {제1 속도 - (설정된 상수×|거리 오차(예를 들어, exy)|)}
여기서 설정된 상수는 예를 들어, 제1속도/2일 수 있고, 거리 오차는 오차 산출부(171)에서 산출한 예를 들어, exy일 수 있다. 수학식 1로부터 거리 오차가 작을수록 제2 속도가 빨라 짐을 알 수 있다.
고도 추정부(173)는 드론(100)의 현재 고도(zd-1)와, 드론(100)의 현재 제2 속도(V)와, 드론(100)의 하강시간(Δt, 샘플링 시간)을 이용하여 다음 고도(zd)를 추정할 수 있다. 여기서 다음 고도를 추정하는 수학식은 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
zd = zd-1 - VΔt
이와 같이 기준 고도 미만부터 고도가 0인 충전 스테이션(200)까지 적외선을 이용하여 다음 고도를 추정하면서 거리 오차를 반영한 제2 속도로 하강할 수 있다.
모터 동작 제어부(174)는 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 모터(130)로 제1 구동 제어신호를 출력할 수 있다.
모터 동작 제어부(174)는 기준 고도 미만부터 고도가 0인 충전 스테이션(200)까지 고도 추정부(173)가 추정한 고도에 대응하여 거리 오차가 반영된 제2 속도를 산출하고, 제2 속도로 충전 스테이션(200)까지 하강하도록 모터(130)로 제2 구동 제어신호를 출력할 수 있다. 본 실시 예에서 기준 고도 미만부터 고도가 0인 충전 스테이션(200)까지 고도 추정에 따른 드론(100)의 제2 속도는 거리 오차에 따라 달라 질 수 있다. 즉, 거리 오차가 적으면 드론(100)의 제2 속도는 빨라지고 거리 오차가 크면 드론(100)의 제2 속도는 느려질 수 있다.
선택적 실시 예로, 프로세서(170)는 배터리(160)의 상태 정보를 모니터링하여 배터리(160)를 보호할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(170)는 배터리(160)에 대한 과충전 보호 기능, 과방전 보호 기능, 과전류 보호 기능, 과전압 보호 기능, 과열 보호 기능, 셀 밸런싱(cell balancing) 기능 등을 수행할 수 있다. 또한 프로세서(170)는 배터리(160)의 전류, 전압, 온도, 잔여 전력량, 수명, 충전 상태(state of charge, SOC)등을 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(170)는 도시되지 않았으나 센서들을 이용하여 배터리(160)의 전압 및 온도를 측정할 수 있다. 배터리(160)에 과충전, 과방전, 과전류, 및 고온 등과 같은 이상 상황이 발생하였음을 감지하는 경우, 프로세서(170)는 충전 스위치 및/또는 방전 스위치를 개방하여 배터리(160)를 보호할 수 있다. 프로세서(170)는 충전 스위치 및/또는 방전 스위치를 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 드론 착륙 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하의 설명에서 도 1 및 도 2에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, S310단계에서, 드론(100)이 GPS 정보에 의해 충전 스테이션(200) 상공에 도착한다. 여기서 드론(100)이 GPS 정보에 의해 충전 스테이션(200) 상공에 도착하면 드론(100)은 해당 위치에서 호버링 상태를 유지할 수 있다. GPS 정보는 오차가 비교적 크기 때문에(예를 들어, 2m), 드론(100)이 충전 스테이션(200)의 충전 장치(210)로 정확하게 착륙하기가 어려운 문제점이 있다.
S320단계에서 드론(100)은 라이다 센서가 측정한 기준 고도(예를 들어 2m)까지 기설정된 제1 속도(예를 들어, 50cm/s)로 하강한다.
S330단계에서, 드론(100)이 기준 고도에 도착하면, 비로서 정밀 착륙 알고리즘이 시작되고, 적외선 수신부와 적외선 발생부의 거리 오차 산출한다.
S340단계에서, 드론(100)은 거리 오차를 반영하여 제2 속도 산출한다.
S350단계에서, 드론(100)은 현재 고도와, 현재 제2 속도 및 하강시간을 반영하여 다음 고도 추정한다.
S360단계에서, 다음 고도에서 거리 오차를 반영한 제2 속도 산출한다.
S370단계에서, 드론(100)이 고도가 0인 충전 스테이션(200)에 도착할 때까지 고도 추정 및 제2 속도를 산출하고 다음 고도까지 제2 속도로 하강한다. 즉, 드론(100)이 고도가 0인 충전 스테이션(200)에 도착할 때까지 S350단계 내지 S370단계를 반복 수행할 수 있다. 본 실시 예에서 기준 고도 미만부터 고도가 0인 충전 스테이션(200)까지 고도 추정에 따른 드론(100)의 제2 속도는 거리 오차에 따라 달라 질 수 있다. 즉, 거리 오차가 적으면 드론(100)의 제2 속도는 빨라지고 거리 오차가 크면 드론(100)의 제2 속도는 느려질 수 있다.
S380단계에서, 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙 완료하면 충전 스테이션(200)의 충전 장치(210)는 드론(100)의 충전을 시작한다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 드론
200: 충전 스테이션

Claims (6)

  1. 드론; 및
    공중을 향하여 적외선을 방사하는 적외선 발생부가 충전장치에 구비되고, 상기 드론이 착륙하여 상기 충전장치에 도킹 완료되면 상기 드론을 충전하는 충전 스테이션;을 포함하고,
    상기 드론은,
    속도에 따라 다르게 회전하는 하나 이상의 프로펠러에 의해 상기 드론을 상기 충전장치로 착륙시키는 모터;
    라이다 신호를 발사 및 수신에 의해 고도를 측정하는 라이다 센서;
    상기 적외선 발생부가 방사하는 상기 적외선을 수신하는 적외선 수신부; 및
    GPS 정보에 의해 상기 충전 스테이션에 도착하여 상기 라이다 센서가 측정한 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 상기 모터로 제1 구동 제어신호를 출력하고, 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 고도를 추정하면서 상기 제1 속도와 다른 제2 속도로 하강하도록 상기 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 상기 적외선 수신부와 상기 적외선 발생부의 거리 오차를 산출하는 오차 산출부;
    상기 제1 속도에서 상기 거리 오차를 반영한 속도를 감산한 제2 속도를 산출하는 속도 산출부;
    상기 드론의 현재 고도와, 상기 드론의 현재 제2 속도와, 상기 드론의 샘플링 시간을 이용하여 다음 고도를 추정하는 고도 추정부; 및
    상기 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 상기 모터로 제1 구동 제어신호를 출력하고, 상기 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 고도 추정부가 추정한 고도에 대응하는 상기 제2 속도로 하강하도록 상기 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 모터 동작 제어부;를 포함하는, 드론 착륙 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 적외선 발생부는, 상기 충전장치의 정 중앙에 구비되고,
    상기 드론은, 상기 적외선 발생부와 상기 적외선 수신부 사이의 상기 거리 오차가 기설정된 값 이내인 상태로 착륙을 완료하면 상기 충전장치에 도킹을 완료한 것으로 판단하는, 드론 착륙 시스템.
  4. 드론과, 공중을 향하여 적외선을 방사하는 적외선 발생부가 충전장치에 구비되고, 상기 드론이 착륙하여 상기 충전장치에 도킹 완료되면 상기 드론을 충전하는 충전 스테이션을 포함하는 드론 착륙 시스템의 동작 방법으로서,
    상기 드론이 GPS 정보에 의해 상기 충전 스테이션에 도착하여 라이다 센서가 측정한 기준 고도까지 기설정된 제1 속도로 하강하도록 모터로 제1 구동 제어신호를 출력하는 단계; 및
    상기 드론이 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 고도를 추정하면서 상기 제1 속도와 다른 제2 속도로 하강하도록 상기 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 구동 제어신호를 출력하는 단계는,
    상기 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 적외선 수신부가 수신한 적외선을 이용하여 상기 적외선 수신부와 상기 적외선 발생부의 거리 오차를 산출하는 단계;
    상기 제1 속도에서 상기 거리 오차를 반영한 속도를 감산한 상기 제2 속도를 산출하는 단계;
    상기 드론의 현재 고도와, 상기 드론의 현재 제2 속도와, 상기 드론의 샘플링 시간을 이용하여 다음 고도를 추정하는 단계; 및
    상기 기준 고도 미만부터 상기 충전 스테이션까지 상기 다음 고도를 추정하는 단계에서 추정한 고도에 대응하는 상기 제2 속도로 하강하도록 상기 모터로 제2 구동 제어신호를 출력하는 단계;를 포함하는, 드론 착륙 시스템의 동작 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 적외선 발생부는, 상기 충전장치의 정 중앙에 구비되고, 상기 드론은, 상기 적외선 발생부와 상기 적외선 수신부 사이의 상기 거리 오차가 기설정된 값 이내인 상태로 착륙을 완료하면 상기 충전장치에 도킹을 완료한 것으로 판단하는, 드론 착륙 시스템의 동작 방법.
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Cited By (1)

* 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.

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112455705B (zh) * 2020-12-04 2024-05-03 南京晓飞智能科技有限公司 一种无人机自主精确着陆系统及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102390543A (zh) * 2011-08-23 2012-03-28 北京航空航天大学 一种无人机的纵向着陆轨迹的设计方法
JP2017504851A (ja) 2014-09-05 2017-02-09 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ 無人航空機の速度を制御する方法、及びシステム
KR101788140B1 (ko) * 2016-08-12 2017-10-19 한국항공우주연구원 무인 비행체 착륙 시스템 및 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101733677B1 (ko) * 2015-06-11 2017-05-08 주식회사 두시텍 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법
KR101839599B1 (ko) 2017-05-31 2018-03-16 (주)지트 드론을 이용한 도로시설물 측량 조사 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102390543A (zh) * 2011-08-23 2012-03-28 北京航空航天大学 一种无人机的纵向着陆轨迹的设计方法
JP2017504851A (ja) 2014-09-05 2017-02-09 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ 無人航空機の速度を制御する方法、及びシステム
KR101788140B1 (ko) * 2016-08-12 2017-10-19 한국항공우주연구원 무인 비행체 착륙 시스템 및 방법

Cited By (1)

* 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.

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