KR102147830B1 - Ai 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Ai 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명에 의하면, 카메라가 촬영한 영상을 AI 기반으로 분석하여, 무인 비행체의 비행 제어에 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.

Description

AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템 및 그 방법{INTERGRATED CONTROL SYSTEM AND METHOD OF UNMANNED AERIAL VEHICLE USING AL BASED IMAGE PROCESSING}
본 발명은 무인 비행체의 통합 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 AI 기반의 영상 처리를 통해 무인 비행체를 제어하는 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
무인비행체(드론 등)는 한 개의 모터 또는 엔진을 이용하여 4방향의 로터 회전부(프로펠러 등)를 동시에 회전시키는 것이 일반적이다.
무인비행체가 원활한 비행을 제어하기 위한 핵심모듈로는 자세측정장치(AHRS, Attitude and Heading Reference System)와 비행제어장치(FC, Flight Controller)이며, 자세측정장치는 가속도계 센서(accelerometer), 자이로스코프(gyroscope), 자력 센서(magnetometer) 등을 이용하여, 무인비행체의 기체의 자세를 유지할 수 있는 3차원(6축 또는 9축) 자세 제어정보 데이터를 산출하고, 비행제어장치는 산출한 데이터를 통해서 무인비행체의 모터 컨트롤러의 추력 정보를 제어하여 무인비행체가 비행을 유지할 수 있도록 한다.
자세측정장치, 비행제어장치 외에도 무인비행체는 GPS, Barometer, 초음파 센서, 텔레메트리, RC수신기, 무선통신모듈 등의 장치들을 포함하여, 정보들을 융합 이용하여 기본적인 비행 유지 외에 장애물을 피하고, 안전하게 이/착륙을 수행하고, 이륙 지점으로 원점 복귀하거나, 원격제어의 기능을 구현하게 된다.
이러한 종래의 무인비행체의 구성은 상술한 다양한 장치/모듈들이 복합적으로 이루어지기 때문에, 물리적 구성 의 복잡성은 피할 수 없는 문제점이며, 각각의 무인비행체가 이용하는 무선통신망이나, RC수신기를 통한 통신채널이 상이하게 구성될 수 있어, 다수의 무인비행체를 동시에 통합 관제/제어하는데 어려움이 있다.
또한, 무인비행체의 경우, 회전부를 회전시키기 위해 배터리가 지속적으로 전원을 공급해줘야 하는바, 갑작스런 강풍 등에 의하여, 무인비행체의 자세가 급격하게 변할 경우, 회전부에서 전원이 쏠리게 되어, 비행제어장치 등과 같이 무인비행체에 필수적인 구성에 전원이 공급되지 않아 비행제어장치 등의 구성이 리셋되거나 오작동되는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 문제는 무인비행체가 하늘에서 낙하하게 되는 등과 같이 큰 사고로 이어질 수 있는바, 사전에 방지하는 것이 필요하다.
그리고 이와 별개로 종래의 무인비행체는 비행 제어와 관련된 구성인 비행 제어 장치는 단순히 비행 제어와 관련된 필수적인 기능만을 수행할 수 있으며, 영상 처리와 같은 기능의 경우 별도 CC(Companion Computer)을 통해서 구현할 수 밖에 없었다.
이러한 구성은 별도의 전력 관리 모듈이 필요하다는 문제가 있으며, 이와 더불어 복잡한 배선에 대한 처리 등과 같은 문제도 함께 존재하였다.
하지만, 종래기술인 대한민국 등록특허공보 제10-1816803호(2018.01.03 등록)은 지상에서부터 무인비행체로 전원을 공급하는 것으로 상술한 문제를 해결할 수 없다.
대한민국 등록특허공보 제10-1816803호(2018.01.03 등록)
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첫 번째 목적은 무인비행체의 모터, ESC(electronic speed control) 및 회전부 등에 전원을 안정적으로 공급함과 동시에 갑작스런 기상변화 등에 의하여, 무인비행체의 회전부에 강한 전원이 공급될 때, 비행제어장치에서 문제가 발생하지 않도록 전원을 안정적으로 공급할 수 있으며, 모터와 ESC(electronic speed control) 간에 복잡하게 연결된 배선을 단순화하여 드론과 같은 무인비행체의 조립을 편리하게 만들어 제작의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 비행 제어를 위한 비행 제어 장치와 영상 처리를 수행하는 CC(Companion Computer)을 통합 구현함으로써, 무인 비행체의 내부 구성을 간소화시킬 수 있으며, 카메라로부터 얻어지는 영상을 이용하여 무인 비행체의 비행 제어를 도울 수 있는 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 두 번째 목적은 무인비행체의 모터, ESC(electronic speed control) 및 회전부 등에 전원을 안정적으로 공급함과 동시에 갑작스런 기상변화 등에 의하여, 무인비행체의 회전부에 강한 전원이 공급될 때, 비행제어장치에서 문제가 발생하지 않도록 전원을 안정적으로 공급할 수 있으며, 모터와 ESC(electronic speed control) 간에 복잡하게 연결된 배선을 단순화하여 드론과 같은 무인비행체의 조립을 편리하게 만들어 제작의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 비행 제어를 위한 비행 제어 장치와 영상 처리를 수행하는 CC(Companion Computer)을 통합 구현함으로써, 무인 비행체의 내부 구성을 간소화시킬 수 있으며, 카메라로부터 얻어지는 영상을 이용하여 무인 비행체의 비행 제어를 도울 수 있는 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 첫 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 주변 환경을 촬영하는 카메라부, 상기 카메라부로부터 촬영 영상을 수신하며, 비행 제어 신호를 생성하는 통합 제어부, 모터의 속도를 제어하는 전자 속도 제어부, 상기 통합 제어부 및 상기 전자 속도 제어부 중 적어도 하나에 전원을 공급하는 배터리부 및 상기 배터리부가 상기 전자 속도 제어부로 공급하는 전원의 전압을 감지하는 전압 감지부를 포함하는 무인 비행체의 통합 제어 시스템을 제공한다.
상기 무인 비행체의 통합 제어 시스템은 상기 통합 제어부로부터 상기 비행 제어 신호를 수신하며, 수신한 상기 비행 제어 신호를 상기 전자 속도 제어부로 송신하는 신호 송수신부를 더 포함하며, 상기 전자 속도 제어부는 상기 비행 제어 신호에 대응하여, 상기 모터의 속도를 제어할 수 있다.
상기 통합 제어부는 상기 카메라부로부터 수신한 촬영 영상을 분석하는 영상 처리 모듈 및 비행 제어 신호를 생성하는 비행 제어 모듈을 포함하되, 상기 비행 제어 모듈은 상기 영상 처리 모듈의 촬영 영상 분석 결과를 이용하여, 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 무인 비행체의 통합 제어 시스템은 상기 배터리부로부터 전압을 공급받는 전압 가변부 및 특정 전압을 설정하는 전압 선택부를 포함하며, 상기 전압 선택부는 설정된 상기 특정 전압을 상기 전압 가변부로부터 공급받을 수 있다.
상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 배터리부가 통합 제어부 및 전자 속도 제어부 중 적어도 하나에 전원을 공급하는 단계, 전압 감지부가 상기 배터리부가 상기 전자 속도 제어부로 공급하는 전원의 전압을 감지하는 단계, 카메라부가 주변 환경을 촬영하는 단계, 통합 제어부가 상기 카메라부로부터 촬영 영상을 수신하는 단계, 상기 통합 제어부가 비행 제어 신호를 생성하는 단계 및 상기 전자 속도 제어부가 모터의 속도를 제어하는 단계를 포함하는 무인 비행체의 통합 제어 방법을 제공한다.
상기 무인 비행체의 통합 제어 방법은 신호 송수신부가 상기 통합 제어부로부터 상기 비행 제어 신호를 수신하는 단계 및 상기 신호 송수신부가 수신한 상기 비행 제어 신호를 상기 전자 속도 제어부로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 통합 제어부가 비행 제어 신호를 생성하는 단계는 영상 처리 모듈이 상기 카메라부로부터 수신한 촬영 영상을 분석하는 단계 및 비행 제어 모듈이 비행 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 비행 제어 모듈이 비행 제어 신호를 생성하는 단계는 상기 비행 제어 모듈이 상기 영상 처리 모듈의 촬영 영상 분석 결과를 이용하여, 비행 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 무인 비행체의 통합 제어 방법은 전압 선택부가 특정 전압을 설정하는 단계, 전압 가변부가 상기 배터리부로부터 전압을 공급받는 단계 및 상기 전압 선택부가 설정된 상기 특정 전압을 상기 전압 가변부로부터 공급받는 단계를 포함할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템 및 그 방법에 의하면, 무인비행체의 모터, ESC(electronic speed control) 및 회전부 등에 전원을 안정적으로 공급함과 동시에 갑작스런 기상변화 등에 의하여, 무인비행체의 회전부에 강한 전원이 공급될 때, 비행제어장치에서 문제가 발생하지 않도록 전원을 안정적으로 공급할 수 있으며, 모터와 ESC(electronic speed control) 간에 복잡하게 연결된 배선을 단순화하여 드론과 같은 무인비행체의 조립을 편리하게 만들어 제작의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 비행 제어를 위한 비행 제어 장치와 영상 처리를 수행하는 CC(Companion Computer)을 통합 구현함으로써, 무인 비행체의 내부 구성을 간소화시킬 수 있으며, 카메라로부터 얻어지는 영상을 이용하여 무인 비행체의 비행 제어를 도울 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구성인 통합 제어부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구성인 배터리부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 방법의 개략적인 흐름을 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 사용자의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…기”, “…단”, “모듈”, “장치” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 실시 예들에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 실시 예들의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 실시 예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시 예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 발명의 실시 예에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서, "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.
또한, 본 발명의 실시 예에서, ‘모듈’ 혹은 ‘부’는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의‘모듈’ 혹은 복수의‘부’는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 ‘모듈’ 혹은 ‘부’를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 구성인 통합 제어부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 구성인 배터리부의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 무인 비행체의 통합 제어 시스템(100)은 카메라부(110), 통합 제어부(120), 전자 속도 제어부(130), 배터리부(140), 전압 감지부(150), 신호 송수신부(160), 전압 가변부(170), 전압 선택부(180) 및 캐패시터부(190)를 포함할 수 있고, 통합 제어부(120)는 영상 처리 모듈(121) 및 비행 제어 모듈(122)을 포함할 수 있으며, 배터리부(140)는 메인 배터리 모듈(141) 및 서브 배터리 모듈(142)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 카메라부(110)는 주변 환경을 촬영할 수 있다.
여기서 카메라부(110)는 공중 촬영 카메라(multispectral), EO/IR 카메라, EO 카메라, IR 카메라 등을 포함할 수 있으며, 카메라의 종류가 한정되지 않는다.
그리고 통합 제어부(120)는 카메라부(110)로부터 촬영 영상을 수신할 수 있으며, 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 영상 처리 모듈(121)은 카메라부(110)로부터 수신한 촬영 영상을 분석할 수 있다.
그리고 비행 제어 모듈(122)은 전자 속도 제어부(130)가 모터의 속도를 제어할 수 있도록 비행 제어 신호를 생성할 수 있으며, 영상 처리 모듈(121)의 촬영 영상 분석 결과를 이용하여, 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 영상 처리 모듈(121)은 카메라부(110)로부터 수신한 촬영 영상을 하이브리드 미디언 필터(Hybrid Median Filter)를 통해 촬영 영상의 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 영상 처리 모듈(121)은 노이즈가 제거된 촬영 영상에 대하여 PCA(Principal Component Analysis) 알고리듬을 적용하여 특징을 추출할 수 있다.
그리고 영상 처리 모듈(121)은 추출한 특징에 대하여 컨볼루션 신경망(Convolutional Neural Network; CNN)을 이용함으로써, 촬영 영상으로부터 특정 물체 또는 특정 환경 상황을 인식할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 영상 처리 모듈(121)은 촬영 영상으로부터 인식한 특정 물체 또는 특정 환경 상황을 고려하여 촬영 영상 분석 결과를 생성할 수 있다.
즉, 촬영 영상으로부터 주변에 장애물이 있다고 인식된 경우, 영상 처리 모듈(121)은 해당 촬영 영상 분석 결과를 생성할 수 있고, 생성한 촬영 영상 분석 결과를 비행 제어 모듈(122)로 송신할 수 있으며, 비행 제어 모듈(122)은 해당 촬영 영상 분석 결과를 이용하여 장애물을 회피하기 위한 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.
또한, 통신부(미도시)는 카메라부(110)로부터 촬영 영상을 수신할 수 있으며, 촬영 영상을 관리자 단말(미도시)로 송신할 수 있으며, 통신부(미도시)는 영상 처리 모듈(121)의 촬영 영상 분석 결과를 관리자 단말(미도시)로 송신할 수 있다.
즉, 관리자 단말(미도시)은 통신부(미도시)로부터 카메라부(110)가 촬영한 촬영 영상 자체를 수신할 수 있으며, 촬영 영상 자체뿐만 아니라 영상 처리 모듈(121)이 노이즈를 제거한 촬영 영상, 추출한 특징, 촬영 영상으로부터 인식한 특정 물체 또는 특정 환경, 특정 물체 또는 특정 환경 상황을 고려한 촬영 영상 분석 결과 등을 수신할 수 있다.
여기서, 비행 제어 모듈(122)은 FC(flight controller)를 포함할 수 있으며, 드론과 같은 무인 비행체의 비행을 제어하기 위하여, 드론과 같은 무인 비행체를 조종하는 무선 조종기의 수신기와 ESC(Electronic Speed Conrols) 사이에 연결될 수 있다.
즉, FC(flight controller)를 포함할 수 있는 비행 제어 모듈(122)은 무선 조종기에서 보내는 조종 명령과 자이로 센서 등의 입력에 따라 ESC(Electronic Speed Conrols)에 모터를 제어하도록 신호를 보내는 역할을 함으로써, 멀티콥터의 자세제어, 위치홀딩, 고도홀딩 등의 기능을 수행할 수 있다.
그리고 복수의 전자 속도 제어부(130)가 복수의 모터를 제어하는 경우, 비행 제어 모듈(122)은 특정 전자 속도 제어부(130)가 특정 모터의 속도를 제어할 수 있도록 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.
즉, 제1전자 속도 제어부(130)가 제1모터의 속도를 제어할 수 있고, 제2전자 속도 제어부(130)가 제2모터의 속도를 제어할 수 있을 경우, 비행 제어 모듈(122)은 제1전자 속도 제어부(130)가 제1모터의 속도를 70Km/h로 제어할 수 있도록 하며, 제2전자 속도 제어부(130)가 제2모터의 속도를 60Km/h로 제어할 수 있도록 하는 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 말하는 70Km/h 및 60Km/h의 속도는 단순한 예시이며, 각각의 모터의 속도를 동일하게 또는 상이하게 각각의 전자 속도 제어부(130)가 제어할 수 있도록 비행 제어 모듈(122)이 비행 제어 신호를 생성할 수 있다는 것을 설명하기 위함이며, 해당 속도에 한정되지 않는다.
또한, 전자 속도 제어부(130)는 모터의 속도를 제어할 수 있다.
여기서, 전자 속도 제어부(130)는 ESC(Electronic Speed Conrols)를 포함할 수 있다.
그리고 배터리부(140)는 통합 제어부(120) 및 전자 속도 제어부(130) 중 적어도 하나에 전원을 공급할 수 있다.
또한, 전압 감지부(150)는 배터리부(140)가 전자 속도 제어부(130)로 공급하는 전원의 전압을 감지할 수 있다.
그리고 신호 송수신부(160)는 통합 제어부(120)로부터 비행 제어 신호를 수신할 수 있으며, 수신한 비행 제어 신호를 전자 속도 제어부(130)로 송신할 수 있다.
보다 구체적으로, 전자 속도 제어부(130)가 복수인 경우, 신호 송수신부(160)는 통합 제어부(120)가 포함할 수 있는 비행 제어 모듈(122)로부터 수신한 비행 제어 신호를 분석할 수 있으며, 비행 제어 신호 분석 결과, 특정 모터의 속도를 제어하는 특정 전자 속도 제어부(130)로 해당 비행 제어 신호를 송신할 수 있다.
즉, 비행 제어 신호에 제1 내지 제4전자 속도 제어부(130)가 제어해야 할 각각의 모터의 속도에 대한 내용이 포함되어 있을 경우, 신호 송수신부(160)는 제1전자 속도 제어부(130)로는 제1전자 속도 제어부(130)가 담당하는 제1모터의 속도 제어에 대한 비행 제어 신호를 송신할 수 있고, 제2전자 속도 제어부(130)로는 제2전자 속도 제어부(130)가 담당하는 제2모터의 속도 제어에 대한 비행 제어 신호를 송신할 수 있으며, 제3전자 속도 제어부(130)로는 제3전자 속도 제어부(130)가 담당하는 제3모터의 속도 제어에 대한 비행 제어 신호를 송신할 수 있으며, 제4전자 속도 제어부(130)로는 제4전자 속도 제어부(130)가 담당하는 제4모터의 속도 제어에 대한 비행 제어 신호를 송신할 수 있다.
따라서, 비행 제어 모듈(122)이 하나의 출력 포트를 통해 신호 송수신부(160)로 하나의 비행 제어 신호를 송신할 경우에도 하나의 비행 제어 신호는 복수의 모터 속도 제어에 대한 정보가 포함될 수 있으며, 신호 송수신부(160)가 각각의 전자 속도 제어부(130)가 담당 모터의 속도 제어에 대한 정보가 포함된 비행 제어 신호를 각각의 전자 속도 제어부(130)로 송신할 수 있다.
즉, 이러한 과정을 통해서 기존의 드론과 같은 무인 비행체의 조립과 관련하여 배선이 복잡하고, 배선 또는 모터 등에 문제가 발생할 경우, 문제 발생 지역을 확인하기 어렵다는 문제를 극복할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, 전자 속도 제어부(130) 1개 당 1개의 모터를 제어해야 하는바, 종래에는 전자 속도 제어부(130) 1개와 모터 1개를 연결함에 있어서, 전원 관련 배선 2개와 제어신호 송수신 배선 3개(3상)가 필요하였는바, 조립 및 수리에 어려움이 있었다.
본 발명의 경우, 상술한 종래의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전자 속도 제어부(130)는 비행 제어 신호에 대응하여 모터의 속도를 제어할 수 있다.
즉, 전자 속도 제어부(130)는 신호 송수신부(160)로부터 수신한 비행 제어 신호를 반영하여, 해당 비행 제어 신호가 포함하고 있는 모터의 속도 제어에 대한 정보와 대응하도록 모터의 속도를 제어할 수 있다.
또한, 전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하는 경우, 메인 배터리 모듈(141)은 전자 속도 제어부(130)에 전원을 공급할 수 있으며, 서브 배터리 모듈(142)은 통합 제어부(120)에 전원을 공급할 수 있다.
보다 구체적으로, 전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하지 않는 경우, 메인 배터리 모듈(141)은 전자 속도 제어부(130) 및 통합 제어부(120)에 전원을 공급할 수 있다.
그러나 전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하는 경우, 메인 배터리 모듈(141)은 전자 속도 제어부(130)에 전원을 공급할 수 있으며, 서브 배터리 모듈(142)은 통합 제어부(120)에 전원을 공급할 수 있다.
여기서, 전압 감지부(150)는 전류 감지부(미도시)로 대체될 수 있으며, 마찬가지로 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 아닌, 전자 속도 제어부(130)에 흐르는 전류가 기 설정된 위험 전류 범위에 해당하는 경우, 메인 배터리 모듈(141)은 전자 속도 제어부(130)에 전원을 공급할 수 있으며, 서브 배터리 모듈(142)은 통합 제어부(120)에 전원을 공급할 수 있다.
예를 들어 설명하자면, 드론과 같은 무인 비행체가 비행하는 도중에 기상 악화 등과 같은 원인에 의해 강풍이 발생할 경우, 드론과 같은 무인 비행체는 자세를 유지하기 위하여, 프로펠러 등을 제어하는 모터에 큰 전원을 공급해야 할 것이며, 이는 모터의 속도를 제어하는 전자 속도 제어부(130)에 큰 전원이 공급되야하는 것을 의미할 것이다.
예를 든 것과 같이 전자 속도 제어부(130)에 전원이 대부분 공급될 경우, 순간적으로 전자 속도 제어부(130)가 아닌 통합 제어부(120)와 같은 다른 구성들에는 전원이 공급되지 않을 것이며, 이는 통합 제어부(120)가 리셋되거나 오작동하는 원인이 될 것이다.
드론과 같은 무인 비행체가 비행하는 과정에서 드론과 같은 무인 비행체를 제어하는 통합 제어부(120)가 리셋되거나 오작동할 경우, 드론과 같은 무인 비행체는 추락할 수 있으며, 이는 대형사고로 번질 가능성이 클 것이다.
따라서, 이러한 문제를 방지하기 위하여, 전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하는 경우, 즉 전자 속도 제어부(130)에 큰 전원이 공급될 경우, 전자 속도 제어부(130) 및 통합 제어부(120)에 전원을 공급하고 있는 메인 배터리 모듈(141)은 전자 속도 제어부(130)로만 전원을 공급하도록 하며, 통합 제어부(120)는 서브 배터리 모듈(142)로부터 전원을 공급받을 수 있도록 하여, 순간적으로 강풍이 불더라도, 전자 속도 제어부(130)는 메인 배터리 모듈(141)로부터 안정적으로 전원을 공급받을 수 있으며, 통합 제어부(120)는 서브 배터리 모듈(142)로부터 안정적으로 전원을 공급받을 수 있는 효과가 있다.
또한, 전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하는 경우, 즉 전자 속도 제어부(130)에 큰 전원이 공급될 경우, 드론과 같은 무인 비행체를 구성하는 구성 모듈 중에서 전자 속도 제어부(130)를 제외한 다른 구성 모듈은 서브 배터리 모듈(142)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
그리고 전자 속도 제어부(130)에 큰 전압이 순간적으로 인가될 경우로서, 기 설정된 위험 전압 범위의 전압이 인가될 경우, 전자 속도 제어부(130) 외에 다른 구성들에 문제가 발생할 수 있으므로, 전자 속도 제어부(130)는 통합 제어부(120)와는 별개의 보드에 설치될 수 있다.
또한, 전자 속도 제어부(130)에 큰 전류가 흐를 경우로서, 전자 속도 제어부(130)에 기 설정된 위험 전류 범위의 전류가 흐를 경우, 전자 속도 제어부(130) 외에 다른 구성들에 문제가 발생할 수 있으므로, 전자 속도 제어부(130)는 통합 제어부(120)와는 별개의 보드에 설치될 수 있다.
즉, 전자 속도 제어부(130)는 통합 제어부(120)와는 상이한 보드에 설치될 수 있다.
그리고 전압 가변부(170)는 배터리부(140)로부터 전압을 공급받을 수 있으며, 전압 선택부(180)는 특정 전압을 설정할 수 있고, 전압 선택부(180)는 설정된 특정 전압을 전압 가변부(170)로부터 공급받을 수 있다.
여기서 특정 전압은 단순히 3V와 같이 특정 전압 값을 의미할 수 있으며, 이와 다르게 3 내지 5V와 같이 특정 전압 범위를 의미할 수 있다.
보다 구체적으로, 전압 가변부(170)는 메인 배터리 모듈(141)로부터 전압을 공급받을 수 있으며, 전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하는 경우, 전압 가변부(170)는 서브 배터리 모듈(142)로부터 전압을 공급받을 수 있다.
또한, 전압 가변부(170)는 메인 배터리 모듈(141)로부터 전압을 공급받을 수 있으며, 전자 속도 제어부(130)에 흐르는 전류가 기 설정된 위험 전류 범위에 해당하는 경우, 전압 가변부(170)는 서브 배터리 모듈(142)로부터 전압을 공급받을 수 있다.
따라서, 전압 가변부(170)는 일반적인 경우에는 메인 배터리 모듈(141)로부터 전압을 공급받을 수 있고, 전압 선택부(180)는 특정 전압을 설정할 수 있으며, 전압 선택부(180)는 설정된 특정 전압을 전압 가변부(170)로부터 공급받을 수 있다.
그리고 이러한 전압 선택부(180)는 특정 전압에서 동작하는 센서 모듈, 카메라부(110), 통신부(미도시) 등과 같은 다양한 모듈에 연결됨으로써, 특정 전압에서 동작하는 다양한 모듈을 구동시킬 수 있다.
즉, 일반적인 경우에는 센서 모듈, 카메라부(110), 통신부(미도시) 등과 같은 다양한 모듈은 메인 배터리 모듈(141)로부터 전원을 공급받을 수 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 전압 가변부(170)는 전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하는 경우 또는 전자 속도 제어부(130)에 흐르는 전류가 기 설정된 위험 전류 범위에 해당하는 경우에 서브 배터리 모듈(142)로부터 전압을 공급받을 수 있으며, 전압 선택부(180)는 특정 전압을 설정할 수 있고, 전압 선택부(180)는 설정된 특정 전압을 전압 가변부(170)로부터 공급받을 수 있다.
그리고 이러한 전압 선택부(180)는 특정 전압에서 동작하는 센서 모듈, 카메라부(110), 통신부(미도시) 등과 같은 다양한 모듈에 연결됨으로써, 특정 전압에서 동작하는 다양한 모듈을 구동시킬 수 있다.
즉, 특수한 경우(전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하는 경우 또는 전자 속도 제어부(130)에 흐르는 전류가 기 설정된 위험 전류 범위에 해당하는 경우)에는 센서 모듈, 카메라부(110), 통신부(미도시) 등과 같은 다양한 모듈은 서브 배터리 모듈(142)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
따라서, 일반적인 경우이든 특수한 경우(전압 감지부(150)가 감지한 전자 속도 제어부(130)에 인가된 전압이 기 설정된 위험 전압 범위에 해당하는 경우 또는 전자 속도 제어부(130)에 흐르는 전류가 기 설정된 위험 전류 범위에 해당하는 경우)이든 센서 모듈, 카메라부(110), 통신부(미도시) 등과 같은 다양한 모듈은 안정적으로 전원을 공급받을 수 있다.
또한, 캐패시터부(190)는 하나 이상의 캐패시터를 포함할 수 있다.
드론과 같은 무인 비행체에서 급격하게 전류가 소모될 경우, 오작동이 발생할 수 있으므로, 캐패시터부(190)는 배터리부(140)와 병렬로 연결될 수 있으며, 캐패시터부(190)가 복수의 캐패시터를 포함하고 있는 경우, 각각의 캐패시터 간에도 병렬로 연결될 수 있다.
그리고 각각의 전자 속도 제어부(130)에도 각각 캐패시터부(190)가 연결될 수 있다. 이러한 캐패시터부(190)는 전자 속도 제어부(130)가 급격하게 많은 전류가 유입될 경우, 발생할 수 있는 오작동의 문제를 방지하기 위함이며, 또한, 각각의 전자 속도 제어부(130)에 연결된 캐패시터부(190)를 통해 전자 속도 제어부(130)에서 발생할 수 있는 급격한 전압 강하를 사전에 방지할 수 있다.
즉, 여기서, 캐패시터부(190)는 설명의 편의를 위해 하나로 기재되었지만, 하나 이상의 캐패시터부(190)로 구성될 수 있으며, 하나의 캐패시터부(190)는 하나 이상의 캐패시터로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 방법의 개략적인 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4를 참고하면, 배터리부(140)는 통합 제어부(120) 및 전자 속도 제어부(130) 중 적어도 하나에 전원을 공급할 수 있다.(S430)
그리고 전압 감지부(150)가 배터리부(140)가 전자 속도 제어부(130)로 공급하는 전원의 전압을 감지할 수 있다.(S431)
또한, 카메라부(110)가 주변 환경을 촬영할 수 있다.(S432)
그리고 통합 제어부(120)는 카메라부(110)로부터 촬영 영상을 수신할 수 있다.(S433)
또한, 통합 제어부(120)는 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.(S434)
보다 구체적으로, 영상 처리 모듈(121)은 카메라부(110)로부터 수신한 촬영 영상을 분석할 수 있다.
또한, 비행 제어 모듈(122)은 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 비행 제어 모듈(122)은 영상 처리 모듈(121)의 촬영 영상 분석 결과를 이용하여, 비행 제어 신호를 생성할 수 있다.
그리고 신호 송수신부(160)는 통합 제어부(120)로부터 비행 제어 신호를 수신할 수 있다.
또한, 신호 송수신부(160)는 수신한 비행 제어 신호를 전자 속도 제어부(130)로 송신할 수 있다.
그리고 전자 속도 제어부(130)가 모터의 속도를 제어할 수 있다.(S435)
또한, 전압 선택부(180)는 특정 전압을 설정할 수 있다.
그리고 전압 가변부(170)는 배터리부(140)로부터 전압을 공급받을 수 있다.
또한, 전압 선택부(180)는 설정된 특정 전압을 전압 가변부(170)로부터 공급받을 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 AI 기반의 영상 처리를 통한 무인 비행체의 통합 제어 시스템 및 그 방법의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 무인 비행체의 통합 제어 시스템 110: 카메라부
120: 통합 제어부 121: 영상 처리 모듈
122: 비행 제어 모듈 130: 전자 속도 제어부
140: 배터리부 141: 메인 배터리 모듈
142: 서브 배터리 모듈 150: 전압 감지부
160: 신호 송수신부 170: 전압 가변부
180: 전압 선택부 190: 캐패시터부

Claims (8)

  1. 주변 환경을 촬영하는 카메라부;
    상기 카메라부로부터 촬영 영상을 수신하며, 비행 제어 신호를 생성하는 통합 제어부;
    모터의 속도를 제어하는 전자 속도 제어부;
    상기 통합 제어부 및 상기 전자 속도 제어부 중 적어도 하나에 전원을 공급하는 배터리부;및
    상기 배터리부가 상기 전자 속도 제어부로 공급하는 전원의 전압을 감지하는 전압 감지부;
    를 포함하고,
    상기 통합 제어부는
    상기 카메라부로부터 수신한 촬영 영상을 분석하는 영상 처리 모듈;및
    비행 제어 신호를 생성하는 비행 제어 모듈;
    을 포함하며,
    상기 영상 처리 모듈은
    상기 카메라부로부터 수신한 촬영 영상의 노이즈를 제거하고, 미리 저장된 알고리듬을 적용하여 노이즈가 제거된 촬영 영상으로부터 장애물 특징을 추출하며, 추출된 특징에 기반하여 학습된 인공 신경망을 이용하여 촬영 영상으로부터 특정 물체 또는 특정 환경 상황을 반영하는 촬영 영상 분석 결과를 생성하며,
    상기 비행 제어 모듈은
    상기 촬영 영상 분석 결과를 이용하여, 비행 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 통합 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무인 비행체의 통합 제어 시스템은
    상기 통합 제어부로부터 상기 비행 제어 신호를 수신하며, 수신한 상기 비행 제어 신호를 상기 전자 속도 제어부로 송신하는 신호 송수신부;
    를 더 포함하며,
    상기 전자 속도 제어부는
    상기 비행 제어 신호에 대응하여, 상기 모터의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 통합 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무인 비행체의 통합 제어 시스템은
    상기 배터리부로부터 전압을 공급받는 전압 가변부;및
    특정 전압을 설정하는 전압 선택부;
    를 포함하며,
    상기 전압 선택부는
    설정된 상기 특정 전압을 상기 전압 가변부로부터 공급받는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 통합 제어 시스템.
  5. 배터리부가 통합 제어부 및 전자 속도 제어부 중 적어도 하나에 전원을 공급하는 단계;
    전압 감지부가 상기 배터리부가 상기 전자 속도 제어부로 공급하는 전원의 전압을 감지하는 단계;
    카메라부가 주변 환경을 촬영하는 단계;
    통합 제어부가 상기 카메라부로부터 촬영 영상을 수신하는 단계;
    상기 통합 제어부가 비행 제어 신호를 생성하는 단계;및
    상기 전자 속도 제어부가 모터의 속도를 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 통합 제어부가 비행 제어 신호를 생성하는 단계는
    영상 처리 모듈이 상기 카메라부로부터 수신한 촬영 영상을 분석하는 단계;및
    비행 제어 모듈이 비행 제어 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 영상 처리 모듈이 상기 카메라부로부터 수신한 촬영 영상을 분석하는 단계는
    상기 카메라부로부터 수신한 촬영 영상의 노이즈를 제거하고, 미리 저장된 알고리듬을 적용하여 노이즈가 제거된 촬영 영상으로부터 장애물 특징을 추출하며, 추출된 특징에 기반하여 학습된 인공 신경망을 이용하여 촬영 영상으로부터 특정 물체 또는 특정 환경 상황을 반영하는 촬영 영상 분석 결과를 생성하며,
    상기 비행 제어 모듈이 비행 제어 신호를 생성하는 단계는
    상기 비행 제어 모듈이 상기 촬영 영상 분석 결과를 이용하여, 비행 제어 신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는 무인 비행체의 통합 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무인 비행체의 통합 제어 방법은
    신호 송수신부가 상기 통합 제어부로부터 상기 비행 제어 신호를 수신하는 단계;및
    상기 신호 송수신부가 수신한 상기 비행 제어 신호를 상기 전자 속도 제어부로 송신하는 단계;
    를 포함하는 무인 비행체의 통합 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 무인 비행체의 통합 제어 방법은
    전압 선택부가 특정 전압을 설정하는 단계;
    전압 가변부가 상기 배터리부로부터 전압을 공급받는 단계;및
    상기 전압 선택부가 설정된 상기 특정 전압을 상기 전압 가변부로부터 공급받는 단계;
    를 포함하는 무인 비행체의 통합 제어 방법.
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