KR102117338B1 - 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램 - Google Patents

원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램 에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인이동체를 조종하는데 있어서, 무인이동체의 기준(무인 이동체가 바라보는 방향 기준)에 따른 제어가 아닌 사용자 관점(조종기가 바라보는 방향 기준)에서 원통좌표계를 적용하여 무인이동체를 조종하는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램을 제공한다.

Description

원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램 {METHOD FOR CONTROLING UNMANNED MOVING OBJECT BASED ON CYLINDRICAL COORDINATE SYSTEM AND RECORDING MEDIUM STORING PROGRAM FOR EXECUTING THE SAME, AND COMPUTER PROGRAOM STORED IN RECORDING MEDIUM FOR EXECUTING THE SAME}
본 발명은 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램 에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인이동체를 조종하는데 있어서, 무인이동체의 기준(무인 이동체가 바라보는 방향 기준)에 따른 제어가 아닌 사용자 관점(조종기가 바라보는 방향 기준)에서 원통좌표계를 적용하여 무인이동체를 조종하는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램에 관한 것이다.
일반적으로 무인이동체(자동차, 배, 비행기, 드론 등)의 조종은 무인이동체의 전방을 기준으로 조종하게 된다. 예를 들어, 자동차의 경우 앞 범퍼 쪽을 전방으로 하여 조종을 하게 되고, 배의 경우 이물 쪽을 전방으로 하여 조종을 하게 되며, 비행기의 경우 기수를 전방으로 하여 조종하게 된다.
그러나, 무인이동체의 움직임에 따라 무인이동체가 향하는 전방이 시시각각 변화하게 되어, 조종자가 바라보는 전방과 일치하지 않는 경우가 많이 발생되므로 조종에 숙달되지 않으면 무인이동체를 조종하는 것이 어려운 문제점이 있다.
이는, 무인이동체가 무인이동체의 전방을 기준으로 움직이기 때문이다.
카메라가 장착된 드론의 경우, 카메라가 바라보는 방향을 전방으로 하는 경우가 많으며, 이러한 경우 촬영하고자 하는 곳을 카메라가 항상 바라보며 드론이 이동하도록 조종하는 것은 더욱 어려운 문제점이 있다.
더구나, 조종자를 상시 촬영하고 싶을 경우 사용자가 이동하게 되면 카메라가 상시 조종자를 바라보도록 하여 조종하는 것은 더더욱 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허 [10-2013-0086192]에서는 스마트안경을 이용한 무인항공기 제어와 조종시스템이 개시되어 있다.
한국공개특허 [10-2013-0086192](공개일자: 2013.07.31)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 무인이동체를 조종하는데 있어서, 무인이동체의 기준(무인 이동체가 바라보는 방향 기준)에 따른 제어가 아닌 사용자 관점(조종기가 바라보는 방향 기준)에서 원통좌표계를 적용하여 무인이동체를 조종하는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법은, 연산처리수단에 의하여 실행되는 프로그램 형태로 이루어지는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법에 있어서, 상기 연산처리수단이 조종기(10)에 입력된 조작명령 및 상기 조종기(10)가 향하는 방향정보를 포함한 제어명령을 입력받는 제어명령입력 단계(S10); 상기 연산처리수단이 상기 조종기(10)를 원점으로 하고, 요잉각(Φ), 피칭각(θ) 및 수평거리(r) 또는 요잉각(Φ), 높이(h) 및 수평거리(r)로 표현되는 원통좌표계상 무인이동체(20)의 위치를 측위하는 이동체측위 단계(S20); 상기 연산처리수단이 상기 제어명령입력 단계(S10)에서 입력받은 제어명령 및 상기 이동체측위 단계(S20)에서 측위된 원통좌표계 상에서의 상기 무인이동체(20)의 위치를 근거로 상기 무인이동체(20)의 조종명령을 생성하는 조종명령생성 단계(S30); 및 상기 조종명령생성 단계(S30)에서 생성된 조종명령을 상기 무인이동체(20)에 전송하는 조종명령전송 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무인이동체 조종 방법의 무인이동체(20)는 무인비행체인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제어명령입력 단계(S10)의 제어명령은 상기 조종기(10)의 모션, 클릭 또는 터치 패턴에 따라 미리 결정된 모션 또는 터치 패턴에 해당되는 제어명령을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어명령은 일정 수평거리를 유지하며, 상기 조종기(10)의 요잉 운동에 따라, 피칭각(θ) 및 수평거리(r)는 고정시키고, 요잉각(Φ)은 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시키는 원형이동명령, 일정 수평거리를 유지하며, 상기 조종기(10)의 피칭 운동에 따라, 요잉각(Φ) 및 수평거리(r)는 고정시키고, 피칭각(θ) 또는 높이(h)를 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시키는 높이이동명령 및 일정 높이를 유지하며, 상기 조종기(10)의 전후이동 조작명령에 따라, 요잉각(Φ)은 고정시키고, 피칭각(θ) 및 수평거리(r)는 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시키거나, 상기 조종기(10)의 피칭 운동에 따라, 요잉각(Φ) 및 높이(h)는 고정시키고, 수평거리(r)를 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시키는 전후이동명령을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 이동체측위 단계(S20)는 상기 조종기(10)와 상기 무인이동체(20)의 거리를 측정하는 거리측정 단계(S21); 및 상기 거리측정 단계(S21)에서 측정된 거리 및 상기 무인이동체(20)에 내장된 센서로 측정된 무인이동체(20)의 높이정보를 근거로 상기 조종기(10)를 원점으로 하는 원통좌표계 상에서 무인이동체(20)의 좌표를 산정하는 무인이동체좌표산정 단계(S22); 를 포함하고, 상기 조종명령생성 단계(30)는 상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)에서 산정된 조종기(10)를 원점으로 하는 원통좌표계 상 무인이동체(20)의 좌표를 근거로 상기 무인이동체(20)를 조종하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 거리측정 단계(S21)는 이미지 인식을 이용한 거리측정, 전파 세기를 이용한 거리측정, 전파의 이동시간을 이용한 거리측정, 전파의 위상차를 이용한 거리측정, 간섭계를 이용한 거리측정 및 편광원의 세기를 이용한 거리측정 중 어느 하나 또는 복수를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 이동체측위 단계(S20)는 상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)이후에, 조종기(10)의 RTK(real time kinematic) GPS좌표를 수신하는 좌표수신 단계(S23); 및 상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)에 사용된 원통좌표계의 원점좌표를 상기 좌표수신 단계(S23)에서 수신받은 RTK(real time kinematic) GPS좌표로 적용시키는 좌표적용 단계(S24);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조종기(10)에 표시되는 화면은 원통좌표계를 적용한 정보로 표시되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체가 제공되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법을 구현하기 위해, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램이 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램에 의하면, 조종기를 원점으로 하고, 요잉각(Φ), 피칭각(θ) 및 수평거리(r)로 표현되는 원통좌표계를 이용하여, 조종기(조종기의 정면)가 향하는 방향정보 및 조작명령을 근거로 무인이동체를 이동시킴으로써, 조종자의 시점에서의 보다 직관적인 조종이 가능하게 함으로써, 무인이동체 조종의 편의성을 향상시키는 효과가 있다.
또, 모션, 클릭, 터치 패턴 등의 다양한 입력이 가능함으로써, 조종자에게 보다 직관적이고 편리한 조작이 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 원형이동명령, 높이이동명령 및 전후이동명령을 포함하는 제어명령을 사용함으로써, 수행해야 하는 연산도 줄어들고 더욱 정밀한 제어가 가능(GPS에 비해 오차가 상당히 줄어듬)한 효과가 있다.
또, RTK(real time kinematic) GPS좌표를 이용함으로써, 보다 정확한 좌표를 확인할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 촬영하고자 하는 목표를 항상 카메라가 향하도록 자동제어함으로써, 조작의 편리성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인이동체 조종 방법의 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형이동명령에 따라 무인이동체가 이동되는 예를 보여주는 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 높이이동명령에 따라 무인이동체가 이동되는 예를 보여주는 개념도.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전후이동명령에 따라 무인이동체가 이동되는 예를 보여주는 개념도.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인이동체 조종 스마트기기의 블록도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 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, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인이동체 조종 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형이동명령에 따라 무인이동체가 이동되는 예를 보여주는 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 높이이동명령에 따라 무인이동체가 이동되는 예를 보여주는 개념도이고, 도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전후이동명령에 따라 무인이동체가 이동되는 예를 보여주는 개념도이며, 도 6 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인이동체 조종 스마트기기의 블록도이다.
설명에 앞서, 본 명세서( 및 특허청구범위)에서 사용되는 용어에 대해 간단히 설명하도록 한다.
'무인이동체'란 사람이 탑승하지 않고 원격(유선 또는 무선)으로 조종이 가능한 이동 수단을 말한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법은 연산처리수단에 의하여 실행되는 프로그램 형태로 이루어지는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법에 있어서, 제어명령입력 단계(S10), 이동체측위 단계(S20), 조종명령생성 단계(S30) 및 조종명령전송 단계(S40)를 포함한다.
제어명령입력 단계(S10)는 상기 연산처리수단이 조종기(10)에 입력된 조작명령 및 상기 조종기(10)가 향하는 방향정보를 포함한 제어명령을 입력받는다.
상기 조작명령은 스위치 조작, 버튼 클릭 또는 터치패널 터치 등 사용자가 조종기(10)를 조작하면서 발생되는 명령을 말하는 것이다.
이동체측위 단계(S20)는 상기 연산처리수단이 상기 조종기(10)를 원점으로 하고, 요잉각(Φ), 피칭각(θ) 및 수평거리(r) 또는 요잉각(Φ), 높이(h) 및 수평거리(r)로 표현되는 원통좌표계상 무인이동체(20)의 위치를 측위한다.
상기 이동체측위 단계(S20)에서 방향(요잉각(Φ) 및 피칭각(θ))은 자기장을 활용한 나침반 센서를 활용하는 방법, 내장된 복수(최소 2 개)의 gps를 활용하는 방법, 이미지 센서를 활용하여 물체 인식으로 방향을 유지하는 방법 등을 사용할 수 있다.
조종명령생성 단계(S30)는 상기 연산처리수단이 상기 제어명령입력 단계(S10)에서 입력받은 제어명령 및 상기 이동체측위 단계(S20)에서 측위된 원통좌표계 상에서의 상기 무인이동체(20)의 위치를 근거로 상기 무인이동체(20)의 조종명령을 (원통좌표계를 기준으로 )생성한다.
이때, 상기 조종명령생성 단계(S30)의 조종명령은 상기 조종기(10)의 방향과 기울기 및 상기 조종기(10)와 무인이동체(20)의 거리를 근거로 한 원통좌표계의 좌표값을 기준으로 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 조종기의 전방이 향하는 위치를 변경하는 모션으로 발생되는 원형이동명령 및 높이이동명령과 조종기와 무인이동체 간의 수평거리를 조절하는 전후이동명령 만으로 무인이동체를 이동시킬 수 있는 명령체계를 사용할 수 있다. 다시 말해, 어느 방향으로 조종기(10)와 얼마만큼 떨어진 수평위치에 무인이동체(20)를 이동시킬 수 있는 명령을 생성할 수 있다.
이는, 일반적인 좌표계 상에서 좌표에 해당하는 명령을 내리는 것 보다 제어의 편리성 면에서 탁월하다. 즉, 일반적인 GPS 등을 이용하여 해당 좌표 및 이동되어야 할 좌표를 확인하고 이를 정밀하게 제어하기 위해서는 오차가 적어야 하는데 통상적인 GPS는 오차가 발생할 수밖에 없기 때문에 정확하게 의도한 위치로 이동시키는 것에 한계가 있으나, 어느 방향으로 조종기(10)와 얼마만큼 떨어진 수평위치에 무인이동체(20)를 이동시키기 위해 원형이동명령, 높이이동명령 및 전후이동명령을 사용하게 되면 수행해야 하는 연산도 줄어들고 더욱 정밀한 제어가 가능(GPS에 비해 오차가 상당히 줄어듬)하기 때문이다.
조종명령전송 단계(S40)는 상기 조종명령생성 단계(S30)에서 생성된 조종명령을 상기 무인이동체(20)에 전송한다.
다시 말해, 무인이동체(20)의 이동 방향 및 조종기와의 수평거리가 나오면 무인이동체(20)의 이동을 위한 각각의 모터 출력값(모터의 회전수) 및 모터가 향해야 할 방향 등이 정해진 조종명령을 상기 무인이동체(20)에 전송하여, 무인이동체(20)의 정밀제어가 가능해 진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법에서 상기 제어명령 중 상기 무인이동체(20)에 장착된 카메라가 상시 상기 조종기(10)를 향하도록 제어하는 조종자촬영명령이 포함될 수 있으며, 상기 조종자촬영명령이 입력되면, 무인이동체(20)가 어디로 이동하더라도 카메라가 향하는 방향이 상시 조종기(10)를 향하도록 자동 제어할 수 있다.
이는, 무인이동체(20)의 위치를 조종함과 더불어 카메라가 향하는 방향까지 조종하는 것은 무인이동체(20)의 조작을 어렵게 하는 것이기 때문에, 촬영하고자 하는 목표를 항상 카메라가 향하도록 자동제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법의 무인이동체(20)는 무인비행체인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 무인비행체는 무인비행기, 무인헬기, 드론 등 공중을 비행할 수 있는 기기를 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법의 제어명령입력 단계(S10)에 사용되는 제어명령은 상기 조종기(10)의 모션, 클릭 또는 터치 패턴에 따라 미리 결정된 모션 또는 터치 패턴에 해당되는 제어명령을 포함할 수 있다.
여기서, 조종기(10)의 모션은 조종기 내의 가속도센서, 지자기센서 및 자이로센서로 확인이 가능하며, 특정 모션을 취할 때 해당 모션에 따른 명령을 수행하도록 할 수 있다. 예를 들어, 조종기(10)를 원형의 궤적을 그리도록 움직였을 때, 조정기(10) 주위를 무인이동체(20)가 돌도록 움직이는 명령을 생성할 수 있다.
또한, 클릭은 한 번 (1초 이내에)눌렀다 떼는 것을 말한다. 예를 들어, 한번 클릭 할 경우, 위치는 고정하고(호버링) 조종기(10)를 무인이동체(20)가 바라보도록 제어하는 명령을 생성할 수 있으며, 두 번 클릭 할 경우, 조종기(10)쪽으로 무인이동체(20)가 돌아오도록 제어하는 명령을 생성할 수 있다.
또, 터치 패턴은 드래그를 말하는 것으로 누른 상태에서 일정 궤적을 그린 후 떼는 것을 말한다. 예를 들어, 원하는 동선으로 무인이동체(20)를 움직이도록 제어하는 명령을 생성할 수 있다.
상기에서 터치스크린에 명령을 하는 예를 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 입력 수단으로 터치스크린을 더 활용할 수 있음을 예로 든 것으로, 특정 버튼을 이용한 제어명령을 생성하는 것도 가능함은 물론이다. 예를 들어, 시동버튼을 이용할 경우, 시동버튼을 한 번 누르면 시동이 걸리는 제어명령을 생성할 수 있고, 시동버튼을 다시 한 번 누르면 시동이 꺼지는 제어명령을 생성할 수 있다. 또, 날개버튼을 이용할 경우, 날개버튼을 한 번 누르면 날개가 방출되고, 날개버튼을 다시 한 번 누르면 날개가 삽입되는 명령을 생성할 수 있다.
이때, 상기 제어명령은 원형이동명령, 높이이동명령 및 전후이동명령을 포함할 수 있다.
원형이동명령은 일정 수평거리를 유지하며, 상기 조종기(10)의 요잉 운동에 따라, 피칭각(θ) 및 수평거리(r)는 고정시키고, 요잉각(Φ)은 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시킨다.
상기 원형이동명령은 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 조종기(10)를 상기 무인이동체(20)를 이동시키고자 하는 방향으로 요잉 운동 시키면, 상기 조종기(10)가 향하는 방향(조종기의 정면이 향하는 방향)으로 상기 무인이동체(20)가 상기 조종기(10)를 중심으로 요잉 운동 된다.
높이이동명령은 일정 수평거리를 유지하며, 상기 조종기(10)의 피칭 운동에 따라, 요잉각(Φ) 및 수평거리(r)는 고정시키고, 피칭각(θ) 또는 높이(h)를 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시킨다.
상기 높이이동명령은 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 조종기(10)를 상기 무인이동체(20)를 이동시키고자 하는 방향으로 피칭 운동 시키면, 상기 조종기(10)가 향하는 방향(조종기의 정면이 향하는 방향)으로 상기 무인이동체(20)가 상기 조종기(10)를 중심으로 상하 연직 운동 된다.
전후이동명령은 일정 높이를 유지하며, 상기 조종기(10)의 전후이동 조작명령에 따라, 요잉각(Φ)은 고정시키고, 피칭각(θ) 및 수평거리(r)는 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시키거나, 상기 조종기(10)의 피칭 운동에 따라, 요잉각(Φ) 및 높이(h)는 고정시키고, 수평거리(r)를 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시킨다.
상기 전후이동명령은 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 조종기(10)에 전후이동명령(도 4에서는 전진명령)을 입력하면, 상기 무인이동체(20)가 수평 전후 이동(도 4에서는 전진)을 한다.
상기 전후이동명령의 다른 실시예를 도 5를 참조하여 설명하면, 상기 조종기(10)에 전후이동명령(도 5에서는 피칭운동)을 입력하면, 상기 무인이동체(20)가 수평 전후 이동(도 5에서는 전진)을 한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법은 전방으로 이동, 후방으로 이동, 좌방으로 이동, 우방으로 이동, 상방으로 이동, 하방으로 이동, 시계방향으로 회전, 반시계방향으로 회전 등의 복잡한 명령체계를 사용하지 않고, 상기 조종기의 전방이 향하는 위치를 변경하는 모션으로 발생되는 원형이동명령 및 높이이동명령과 조종기와 무인이동체 간의 수평거리를 조절하는 전후이동명령 만으로 무인이동체를 이동시킬 수 있는 명령체계를 사용할 수 있다.
이때, 상기 원형이동명령 높이이동명령 및 전후이동명령을 동시에 입력하는 것도 가능함은 물론이다.
또, 상기 제어명령은 상기 조종기(10)에 탑재된 카메라의 촬영을 지시하는 촬영명령을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 무인이동체(20)에 카메라가 탑재 되었을 경우, 카메라의 조작에 필요한 명령이 제어명령에 포함될 수 있다. 예를 들어, 카메라 조작버튼을 한 번 클릭하면 사진촬영, 더블 클릭하면 연속 사진촬영, 누른 상태로 1초 이상 유지하면 동영상 촬영 등을 명령할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법의 이동체측위 단계(S20)는 거리측정 단계(S21) 및 무인이동체좌표산정 단계(S22)를 포함하며, 상기 조종명령생성 단계(30)는 상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)에서 산정된 조종기(10)를 원점으로 하는 원통좌표계 상 무인이동체(20)의 좌표를 근거로 상기 무인이동체(20)를 조종하는 것을 특징으로 할 수 있다.
거리측정 단계(S21)는 상기 조종기(10)와 상기 무인이동체(20)의 거리를 측정한다.
이때, 상기 거리측정 단계(S21)는 조종기(10)의 미리 결정된 포인트와 무인이동체(20)상의 미리 결정된 포인트간 거리를 측정할 수 있다.
무인이동체(20)상의 미리 결정된 포인트는 무인이동체(20) 상에 특정 포인트를 지정한 것을 말한다. 예를 들어, 배의 경우, 무게중심을 포인트로 지정할 수 있다. 이렇게 지정된 포인트에 거리를 측정하기 위한 센서 등을 장착하여, 조종기(10)와 무인이동체(20)상의 미리 결정된 포인트간 거리를 측정할 수 있다.
또한, 상기 거리측정 단계(S21)는 무인이동체(20)의 미리 결정된 포인트를 3 이상으로 하고, 조종기(10)와 포인트간 거리를 적어도 3 포인트 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 쿼드콥터의 경우, 4 개의 모터 각각을 포인트로 지정할 수 있으며, 이 중 최소 3 포인트 이상에 대한 조종기(10)와의 거리를 측정하는 것이 바람직하다. 이는 3각 측량 등을 이용하기 위함이다.
여기서, 3 포인트 만으로는 2 개의 값이 나오기 때문에 추가로 1 포인트(총 4 포인트)에 대한 거리를 측정할 수 있고, 또는 조종기와 비행체간의 높이차를 측정할 수도 있는 등 다양한 방법을 사용할 수 있다.
무인이동체좌표산정 단계(S22)는 상기 거리측정 단계(S21)에서 측정된 거리 및 상기 무인이동체(20)에 내장된 센서로 측정된 무인이동체(20)의 높이정보를 근거로 상기 조종기(10)를 원점으로 하는 원통좌표계 상에서 무인이동체(20)의 좌표를 산정한다.
여기서 높이정보는 무인이동체(20)에 내장된 RTK(real time kinematic) GPS 센서, 기압고도계, IMU(Inertial Measurement Unit), 초음파센서 등으로 측정이 가능하다.
RTK GPS 기술은 오차가 1cm~3cm 까지 개선된 GPS 기술이고, 소형화, 저가형 제품으로 발전하고 있다.
또한, 상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)는 조종기(10)를 중심에 둔 기준좌표 상에서 무인이동체(20)의 좌표를 산정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 사용하는 기준좌표계는 지평좌표계, 직교좌표계, 원통좌표계, 구면좌표계 등을 사용할 수 있으며, 이하 직교좌표계를 이용하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
기준좌표계에서 쿼드콥터 각 모터의 좌표값 계산의 예는 다음과 같다.
각각의 모터는 직사각형 형태로 배열되고, 1, 2, 3, 4 라고 하며, 드론 중심의 좌표를 (x*, y*, z*)라 하면,
Figure 112018045064495-pat00001
Figure 112018045064495-pat00002
(여기서, a는 y축과 평행선상에 놓인 모터 간의 거리, b는 x축과 평행선상에 놓인 모터간의 거리)
Figure 112018045064495-pat00003
는 쿼드콥터 상의 지자기센서와 자이로센서로 측정이 가능하다.
마찬가지 방법으로 (모터)2, (모터)3에 대하여
Figure 112018045064495-pat00004
조종기와 드론 사이의 좌표변환을 위해서 두 가지 방법이 사용될 수 있다.
한 가지는 기존에 상기에서 설명한 3개 이상의 포인트에서 거리를 측정해서, 측정된 거리를 토대로 좌표 변환을 하는 것이고,
다른 하나는 조종기(10)에도 RTK GPS가 포함(내장)되고, 무인이동체(20)에도 RTK GPS가 포함(내장)되어, RTK GPS를 활용하여 조종기(10) 고유의 절대좌표와 무인이동체(20) 고유의 절대좌표를 측정해서 이를 활용하여, 조종기 중심의 상대좌표로 변환하는 것이다.
조종기와 드론 사이의 좌표변환은 위 두 가지 방법을 별도로 사용하거나, 가중치를 적용하여 혼합해서 사용하는 방법이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인이동체 조종 방법에 대한 연산처리는 조종기(10) 또는 무인이동체(20)에 설치될 수 있다. 즉, 무인이동체(10)는 기존의 명령체계에 따라 이동하되 조종기(10)에서 해당 연산을 수행하여 무인이동체(10)가 해당 연산에 따라 제어되도록 하는 것도 가능하고, 조종기(10)를 기존의 조종기를 사용하되 무인이동체(10)가 해당 연산을 수행하여 무인이동체를 제어하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법의 거리측정 단계(S21)는 이미지 인식을 이용한 거리측정, 전파 세기를 이용한 거리측정, 전파의 이동시간을 이용한 거리측정, 전파의 위상차를 이용한 거리측정, 간섭계를 이용한 거리측정 및 편광원의 세기를 이용한 거리측정 중 어느 하나 또는 복수를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이미지 인식을 이용한 거리측정은 기준이 되는 이미지의 형상 및 크기를 근거로 거리를 계산하는 방식이다.
전파의 이동시간을 이용한 거리측정은 전파가 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 방식이다.
전파의 위상차를 이용한 거리측정은 방출한 전파가와 반사되어 돌아온 전파 간의 위상차를 근거로 거리를 계산하는 방식이다.
간섭계를 이용한 거리측정은 간섭현상을 이용하여 거리를 계산하는 방식으로 수 나노미터까지 측정할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법의 이동체측위 단계(S20)는 상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)이후에 좌표수신 단계(S23) 및 좌표적용 단계(S24)를 포함할 수 있다.
좌표수신 단계(S23) 조종기(10)의 RTK(real time kinematic) GPS좌표를 수신한다.
좌표적용 단계(S24)는 상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)에 사용된 원통좌표계의 원점좌표를 상기 좌표수신 단계(S23)에서 수신받은 RTK(real time kinematic) GPS좌표로 적용시킨다.
조종기 중점 고정좌표계를 0'-x'y'z'라 표현하고,
조종기 GPS 좌표를 (x0, y0, z0),
드론 GPS 좌표를 (x1, y1, z1)라 할 때,
이를 0'-x'y'z' 변환하면,
조종기 GPS 좌표를 (0, 0, 0)0',
드론 GPS 좌표를 (x1-x0, y1-y0, z1-z0)0' = Do'
조종기가 목표로 정한 목표좌표를 T라 하고,
0'-x'y'z' 좌표계 변환 시 Do'는 드론의 현위치, To'는 드론의 목표지점이라 할 때,
Figure 112018045064495-pat00005
도 6에서 이동체측위 단계(S20)는 Do'를 찾아내는 단계이고, 조종명령생성 단계(S30)는 To'를 이용하여
Figure 112018045064495-pat00006
,
Figure 112018045064495-pat00007
차이로 이동 경로를 연산하는 단계이다.
이때,
Figure 112018045064495-pat00008
=(xT, yT, zT)라 하면,
원통좌표계에서 반지름 r, 요잉각Φ, 높이z로 표현 시
Figure 112018045064495-pat00009
로 변환 가능하고,
Figure 112018045064495-pat00010
=(rT, ΦT, zT)로 표현 할 수 있고,
Figure 112018045064495-pat00011
역시 동일하게 표현할 수 있다.
이때, 조종명령에 따라 rT, ΦT, zT 중 하나 또는 둘을 변수로 설정해서 사용자 중심의 조종 경험을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법의 조종기(10)에 표시되는 화면은 원통좌표계를 적용한 정보로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이는, 방향과 거리를 중심으로 하여, 조종자의 시점에서의 보다 직관적인 조종이 가능하게 하게 도와준다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법에 대하여 설명하였지만, 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 및 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램 역시 구현 가능함은 물론이다.
즉, 상술한 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10: 조종기
20: 무인이동체
S10: 제어명령입력 단계
S20: 이동체측위 단계
S21: 거리측정 단계
S22: 무인이동체좌표산정 단계
S23: 좌표수신 단계
S24: 좌표적용 단계
S30: 조종명령생성 단계
S40: 조종명령전송 단계

Claims (10)

  1. 연산처리수단에 의하여 실행되는 프로그램 형태로 이루어지는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법에 있어서,
    상기 연산처리수단이 조종기(10)에 입력된 조작명령 및 상기 조종기(10)가 향하는 방향정보를 포함한 제어명령을 입력받는 제어명령입력 단계(S10);
    상기 연산처리수단이 상기 조종기(10)를 원점으로 하고, 요잉각(Φ), 피칭각(θ) 및 수평거리(r) 또는 요잉각(Φ), 높이(h) 및 수평거리(r)로 표현되는 원통좌표계상 무인이동체(20)의 위치를 측위하는 이동체측위 단계(S20);
    상기 연산처리수단이 상기 제어명령입력 단계(S10)에서 입력받은 제어명령 및 상기 이동체측위 단계(S20)에서 측위된 원통좌표계 상에서의 상기 무인이동체(20)의 위치를 근거로 상기 무인이동체(20)의 조종명령을 생성하는 조종명령생성 단계(S30); 및
    상기 조종명령생성 단계(S30)에서 생성된 조종명령을 상기 무인이동체(20)에 전송하는 조종명령전송 단계(S40);
    를 포함하며,
    상기 제어명령은
    일정 수평거리를 유지하며, 상기 조종기(10)의 요잉 운동에 따라, 피칭각(θ) 및 수평거리(r)는 고정시키고, 요잉각(Φ)은 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시키는 원형이동명령,
    일정 수평거리를 유지하며, 상기 조종기(10)의 피칭 운동에 따라, 요잉각(Φ) 및 수평거리(r)는 고정시키고, 피칭각(θ) 또는 높이(h)를 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시키는 높이이동명령 및
    일정 높이를 유지하며, 상기 조종기(10)의 전후이동 조작명령에 따라, 요잉각(Φ)은 고정시키고, 피칭각(θ) 및 수평거리(r)는 변화시키며, 상기 조종기(10)가 향하는 방향으로 상기 무인이동체(20)를 이동시키는 전후이동명령
    을 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 이동체측위 단계(S20)는
    상기 조종기(10)와 상기 무인이동체(20)의 거리를 측정하는 거리측정 단계(S21); 및
    상기 거리측정 단계(S21)에서 측정된 거리 및 상기 무인이동체(20)에 내장된 센서로 측정된 무인이동체(20)의 높이정보를 근거로 상기 조종기(10)를 원점으로 하는 원통좌표계 상에서 무인이동체(20)의 좌표를 산정하는 무인이동체좌표산정 단계(S22);
    를 포함하며,
    상기 조종명령생성 단계(30)는
    상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)에서 산정된 조종기(10)를 원점으로 하는 원통좌표계 상 무인이동체(20)의 좌표를 근거로 상기 무인이동체(20)를 조종하는 것을 특징으로 하고,
    상기 이동체측위 단계(S20)는 상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)이후에
    조종기(10)의 RTK(real time kinematic) GPS좌표를 수신하는 좌표수신 단계(S23); 및
    상기 무인이동체좌표산정 단계(S22)에 사용된 원통좌표계의 원점좌표를 상기 좌표수신 단계(S23)에서 수신받은 RTK(real time kinematic) GPS좌표로 적용시키는 좌표적용 단계(S24);
    를 포함하며,
    상기 좌표적용 단계(S24)는
    조종기 중점 고정좌표계를 0'-x'y'z'라 표현하고,
    조종기 GPS 좌표를 (x0, y0, z0),
    드론 GPS 좌표를 (x1, y1, z1)라 할 때,
    이를 0'-x'y'z' 변환하면,
    조종기 GPS 좌표를 (0, 0, 0)0',
    드론 GPS 좌표를 (x1-x0, y1-y0, z1-z0)0' = Do'
    조종기가 목표로 정한 목표좌표를 T라 하고,
    0'-x'y'z' 좌표계 변환 시 Do'는 드론의 현위치, To'는 드론의 목표지점이라 할 때,
    To' =
    Figure 112019107445702-pat00019

    Figure 112019107445702-pat00020

    이때,
    Figure 112019107445702-pat00021
    =(xT, yT, zT)라 하면,
    원통좌표계에서 반지름 r, 요잉각Φ, 높이z로 표현 시
    Figure 112019107445702-pat00022

    로 변환 하고,
    Figure 112019107445702-pat00023
    =(rT, ΦT, zT)로 표현 하며,
    Figure 112019107445702-pat00024
    역시 동일하게 표현함으로써,
    조종명령에 따라 rT, ΦT, zT 중 하나 또는 둘을 변수로 설정해서 사용자 중심의 조종 경험을 제공하는 것을 특징으로 하는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무인이동체 조종 방법의 무인이동체(20)는
    무인비행체인 것을 특징으로 하는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어명령입력 단계(S10)의 제어명령은
    상기 조종기(10)의 모션, 클릭 또는 터치 패턴에 따라 미리 결정된 모션 또는 터치 패턴에 해당되는 제어명령을 포함하는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 거리측정 단계(S21)는
    이미지 인식을 이용한 거리측정, 전파 세기를 이용한 거리측정, 전파의 이동시간을 이용한 거리측정, 전파의 위상차를 이용한 거리측정, 간섭계를 이용한 거리측정 및 편광원의 세기를 이용한 거리측정 중 어느 하나 또는 복수를 사용하는 것을 특징으로 하는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조종기(10)에 표시되는 화면은
    원통좌표계를 적용한 정보로 표시되는 것을 특징으로 하는 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법.
  9. 제 1항 내지 제 3항, 제 6항 및 제 8항 중 선택되는 어느 한 항에 기재된 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법을 구현하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  10. 제 1항 내지 제 3항, 제 6항 및 제 8항 중 선택되는 어느 한 항에 기재된 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램.
KR1020180052598A 2018-05-08 2018-05-08 원통좌표계 기반 무인이동체 조종 방법, 이를 구현하기 위한 프로그램이 저장된 기록매체 및 이를 구현하기 위해 매체에 저장된 컴퓨터프로그램 KR102117338B1 (ko)

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