KR102151455B1

KR102151455B1 - 듀얼 프로세서에 의해 다양한 기능의 부가가 가능한 코딩 드론

Info

Publication number: KR102151455B1
Application number: KR1020180170694A
Authority: KR
Inventors: 유동현; 김지홍; 고요한; 김자유; 김희선
Original assignee: 주식회사 디엔유; 전주비전대학교산학협력단
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-09-04
Also published as: KR20200081601A

Abstract

본 발명은 다양한 기능의 부가가 가능한 코딩 드론에 관한 것이다. 상기 코딩이 가능한 드론은, 본체부; 상기 본체부에 장착되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 연결되는 복수의 회전날개부; 를 포함하고, 상기 인쇄회로기판은, 상기 회전날개부가 연결되는 복수의 회전날개 커넥터; 비행제어를 위한 비행용 CPU; 외부기기를 이용한 코딩을 위한 코딩용 CPU; 외부기기를 연결하기 위한 입출력 단자; 무선 조종을 위한 RF 수신기; 가속도센서; 자이로센서; 를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 비행제어는 물론 드론 자체에 외부장치를 장착하거나 드론의 기능과 성능을 벗어난 소프트웨어 기능을 코딩에 의해 용이하게 추가할 수 있는 코딩 드론을 제공할 수 있다.

Description

듀얼 프로세서에 의해 다양한 기능의 부가가 가능한 코딩 드론 {Codable drones for adding various functions by dual processors}

본 발명은 다양한 기능의 부가가 가능한 코딩 드론에 관한 것이다.

코딩이 가능한 드론은 드론산업 중에서도 시장 잠재력과 성장이 매우 긍정적인 분야이고, 새롭게 적용된 SW교육정책으로 인해 교육시장에서의 수요가 크다.

드론을 활용한 교육은 드론의 구조와 비행원리는 물론, 교육시장의 핵심 니즈(needs)인 다양한 소프트웨어 학습 콘텐츠를 기반으로 교육을 제공한다. 그러나, 기존의 코딩이 가능한 드론은 이러한 시장의 니즈를 충분히 만족시키지 못하는 형편이다.

드론의 소프트웨어는 비행 알고리즘의 복잡한 프로그램으로 인해 비전문가가 접근하기 쉽지 않으며, 프로그램에 약간의 변형만으로 전체가 정상작동이 불가능한 경우가 많다.

이러한 피해를 막기 위해 드론 제조업체들은 드론의 내부 소프트웨어를 변경하지 못하도록 막거나, 처음부터 전문연구 개발용 플랫폼으로 출시하는 경우가 대부분이다.

또한, 기존의 드론 교육에 사용되는 코딩 드론은 단순 조립교육이나 조종기의 프로그램을 코딩에 의해 수정하는 간접적인 접근법을 사용하기 때문에, 드론 자체에 외부장치를 장착하거나 드론의 기능과 성능을 벗어난 소프트웨어 기능을 추가할 수 없다.

즉, 기존의 교육용 드론 제품군은 확장성을 꾀하기 어려우며 비전문가를 위한 쉬운 접근성과 안정성을 갖추지 못하고 있다. 이러한 기존의 드론 제품군은 교육시장의 다양한 콘텐츠에 대한 요구를 만족시키기 어렵다.

따라서, 쉽게 코딩이 가능하면서 안정적인 실내 경로주행을 이용하여 응용 콘텐츠 제작이 가능한 교육용 드론의 개발이 요구되는 실정이다.

또한, 드론을 이용하는 영역이 전문가에서 비전문가 영역으로 확대됨으로서 기능의 확장성을 높이기 위하여 드론 내부에 다양한 하드웨어와 기능을 넣고 맞춤형 프로그램을 할 수 있는 오픈 하드웨어 플랫폼(Open Hardware Platform) 기반의 드론이 필요하다.

대한민국 등록특허 제10-1764850호

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 드론 자체에 외부장치를 장착하거나 드론의 기능과 성능을 벗어난 소프트웨어 기능을 추가할 수 있는 코딩 드론을 제공하고자 함에 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 코딩이 가능한 드론은, 본체부; 상기 본체부에 장착되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 연결되는 복수의 회전날개부; 를 포함하고, 상기 인쇄회로기판은, 상기 회전날개부가 연결되는 복수의 회전날개 커넥터; 비행제어를 위한 비행용 CPU; 외부기기를 이용한 코딩을 위한 코딩용 CPU; 외부기기를 연결하기 위한 입출력 단자; 무선 조종을 위한 RF 수신기; 가속도센서; 자이로센서; 를 포함한다.

또한, 상기 코딩용 CPU는 상기 비행용 CPU와 연결되어, 상기 코딩용 CPU를 통한 명령이 상기 비행용 CPU를 통해 실행될 수 있다.

또한, 상기 비행용 CPU에 입력수단을 연결하여 프로그램을 작성하기 위한 비행용 CPU 포트; 상기 코딩용 CPU에 입력수단을 연결하여 프로그램을 작성하기 위한 코딩용 CPU 포트; 를 더 포함한다.

또한, 상기 비행용 CPU는 드론의 비행제어를 전담하여 수행하고, 상기 코딩용 CPU는 사용자가 작업한 프로그램을 동작시키는 역할을 수행한다.

본 발명에 따르면, 비행제어는 물론 드론 자체에 외부장치를 장착하거나 드론의 기능과 성능을 벗어난 소프트웨어 기능을 코딩에 의해 용이하게 추가할 수 있는 코딩 드론을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코딩 드론의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에서 인쇄회로기판의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 코딩 드론에서 인쇄회로기판의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

본 발명의 코딩 드론은 듀얼 프로세서에 의해 비행 제어는 물론 드론 자체에 외부장치를 장착하거나 드론의 기능과 성능을 벗어난 소프트웨어 기능을 추가할 수 있도록 한다.

상기 코딩 드론은 본체부(110), 인쇄회로기판(120), 회전날개부(130), 조종기(140)를 포함한다.

본체부(110)는 인쇄회로기판(120)이 장착될 수 있는 공간과 지지구조를 제공한다. 또한, 본체부(110)는 회전날개부(130)가 장착되어 지지될 수 있게 하는 회전날개 지지부(111)를 포함할 수 있다.

인쇄회로기판(120)은 본체부(110)에 장착되어 회전날개부(130)를 구동하기 위한 신호와 기타 제어명령을 전달하고, 외부 입력장치에 의해 코딩이 가능하게 한다. 인쇄회로기판(120)의 후면에는 배터리 연결단자(128')가 위치될 수 있다.

회전날개부(130)는 복수 개로 구성되어 인쇄회로기판(120)에 연결된다. 회전날개부(130)는 회전날개(131)와, 이러한 회전날개(131)를 구동하는 모터(132)와, 이러한 모터(132)에 전원을 공급하기 위한 접속단자(133)를 포함한다.

조종기(140)는 제어신호를 무선통신으로 드론에 전달하여 비행제어를 하기 위한 것이다.

인쇄회로기판(120)은 회전날개 커넥터(121), 비행용 CPU(122)(Central Processing Unit; 중앙처리장치), 비행용 CPU 포트(123), 코딩용 CPU(124), 코딩용 CPU 포트(125), 입출력 단자(126), USB 포트(126'), RF 수신기(127), 배터리 스위치(128), 가속도센서 및 자이로센서(129)를 포함한다.

회전날개 커넥터(121)는 회전날개부(130)의 접속단자(133)가 접속되도록 한다. 회전날개부(130)의 접속단자(133)가 회전날개 커넥터(121)에 연결되면, 회전날개부(130)로 전원이 공급되고 제어 명령이 전달될 수 있다. 회전날개 커넥터(121)는 예를 들어, 4개로 구성될 수 있다.

비행용 CPU(122)는 비행제어를 위한 프로그램의 명령어를 해석하여 실행한다.

비행용 CPU 포트(123)는 외부 입력수단을 연결하여 비행용 CPU(122)를 실행하기 위한 프로그램을 작성할 수 있게 한다.

코딩용 CPU(124)는 카메라, 스피커, LED 등과 같은 외부기기를 이용한 코딩을 위한 것으로, 코딩 드론에 연결되는 외부기기를 구동하기 위한 프로그램의 명령어를 해석하여 실행한다.

코딩용 CPU 포트(125)는 외부 입력수단을 연결하여 외부기기를 구동하기 위한 코딩용 CPU(124)를 실행하기 위한 프로그램을 작성할 수 있게 한다.

입출력 단자(126)에는 카메라, 스피커, LED 등과 같은 외부기기가 연결된다. 입출력 단자(126)는 대칭되게 2개가 구비될 수 있다.

USB 포트(126')는 코딩한 프로그램을 업로드하기 위한 이동식 기억장치를 연결하기 위한 것이다.

RF 수신기(127)는 조종기(140)로부터 비행제어를 위한 명령을 수신한다.

배터리 스위치(128)는 배터리와 연결을 위한 것으로 배터리로부터 전원을 공급받을 수 있게 한다.

가속도센서 및 자이로센서(129)는 드론의 속도와 각도를 제어하기 위한 것이다. 가속도센서는 물체의 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 측정하는 것으로 물체의 운동상태를 상세하게 감지할 수 있으므로 활용 분야가 아주 넓고, 갖가지 용도로 사용되고 있다. 자이로 센서는 각속도를 측정한다.

종래의 코딩이 가능한 드론은 비행 알고리즘의 복잡한 프로그램으로 인해 비전문가가 접근하기 쉽지 않으며, 프로그램에 약간의 변형만으로 전체가 정상작동이 되지 않는 경우가 많다.

또한, 기존의 드론 교육에 사용되는 코딩 드론은 단순 조립교육이나 조종기의 프로그램을 코딩에 의해 수정하는 간접적인 접근법을 사용하기 때문에, 드론 자체에 외부장치를 장착하거나 드론의 기능과 성능을 벗어난 소프트웨어 기능을 추가할 수 없어서 확장성을 꾀하기 어렵다.

본 발명의 코딩 드론은 비행용 CPU(122)와 코딩용 CPU(124)를 분리한 듀얼 프로세서로 되어 있고, 코딩용 CPU(124)는 비행용 CPU(122)와 연결되어, 코딩용 CPU(124)를 통한 명령이 비행용 CPU(122)를 통해 실행될 수 있게 한다.

최근에 드론을 활용한 다양한 분야가 생겨나면서 고성능 드론 중심의 시장에서 프로그래밍이 가능한 코딩 드론으로 산업의 흐름이 변화하고 있다. 프로그래밍(programming)이 가능한 코딩(coding) 드론은 주로 교육기관의 수요가 크며, 이를 위해 필수적인 요소로 쉬운 접근성, 확장성 및 다양한 학습 콘텐츠 생산성이 있다.

이러한 코딩 드론은 프로그래밍(또는 코딩)의 가능성뿐 아니라 비전문가도 쉽게 접근할 수 있는 프로그램 개발환경을 갖추고 있어야 한다.

본 발명에서 이러한 개발환경은 기존 비행제어(FC)에 오픈하드웨어 플랫폼을 적용하여 프로그램이나 데이터를 분리하여 처리효율을 높이는 듀얼 프로세서(dual-processor) 방식으로 구현하고 있다.

하나의 프로세서, 즉 비행용 CPU(122)는 비행제어 기능을 담당하고, 다른 하나의 프로세서, 즉 코딩용 CPU(124)는 외부기기를 이용한 프로그램의 명령어를 실행하는 기능을 담당한다.

다시 말해서, 비행용 CPU(122)는 드론의 비행제어를 전담하여 수행하여 사용자가 특별한 프로그래밍 작업을 수행하지 않더라도 즉시 비행이 가능한 형태를 가능하게 하고, 코딩용 CPU(124)는 비행용 CPU(122)와는 별도로 CPU로 사용자가 작업한 프로그램을 동작시키는 역할을 수행한다. 이와 같이, 두 개의 CPU를 사용하는 것은 사용자가 작업한 프로그램으로 인해 연산작업량이 많아지거나 에러가 많은 불량한 프로그램의 코딩으로 드론의 비행제어에 영향을 미치는 상황을 최소화하기 위한 것이다.

이와 같은 오픈하드웨어 플랫폼 기반의 인쇄회로기판(120) 설계는 교육용 드론의 비행성능을 악화시키지 않으면서 코딩이 가능한 유연한 확장성과 접근성을 확보할 수 있게 한다.

동시 작업과 업무분할이 가능한 듀얼 프로세서를 통해 드론의 비행성능을 저하시키지 않으면서 비전공자도 쉽게 접근할 수 있는 코딩 가능한 환경을 제공한다.

본 발명의 코딩 드론은 역방향 프로펠러 구조를 통해 외부장치를 적재하는데 용이하고 확장 I/O를 통해 별도의 센서나 통신모듈을 문제없이 연결할 수 있다.

이러한 코딩 드론은 높은 확장성으로 기존의 드론교육 뿐만 아니라 새로운 드론교육 콘텐츠 생산을 가능하게 하여 드론 코딩을 배우기 위한 교육생들의 무한한 창의력을 실현할 수 있게 한다.

일반적으로 조종기의 통신 프로토콜은 제조사마다 차이가 있지만, 본 발명에서 조종기(140)는 범용 프로토콜인 S버스를 사용함으로써 다른 장치 또는 외부기기와 호환이 가능하게 한다.

외부기기를 연결하는 예로, 드론 위에 무드등을 올려 은은한 빛을 비추거나, 스피커를 연결하여 원하는 음향을 재생하는 드론을 만들 수 있다.

또한, 드론 위에 문자와 캐릭터를 표현할 수 있고, 스마트폰 앱을 통해 드론을 조종할 수 있다.

또한, 드론에 카메라를 연결하여 지면의 검은색 선을 따라 비행하는 드론을 만들 수 있고, 드론에 미니 프로젝터를 연결하여 공중에 원하는 영상 또는 메세지를 띄울 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로 도 3을 참조하면, 인쇄회로기판(120)은 제1 인쇄회로기판(120')과 제2 인쇄회로기판(120")으로 구성되어 서로 연결될 수도 있다.

제1 인쇄회로기판(120')은 회전날개 커넥터(121), 비행용 CPU(122), 비행용 CPU 포트(123), 배터리 스위치(128), 가속도센서 및 자이로센서(129)를 포함할 수 있다.

제2 인쇄회로기판(120")은 코딩용 CPU(124), 코딩용 CPU 포트(125), 입출력 단자(126), RF 수신기(127)를 포함할 수 있다.

제1 인쇄회로기판(120')과 제2 인쇄회로기판(120")에 나누어진 구성요소들은 서로 연결되어 제어명령을 전달받을 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

110 : 본체부
111 : 회전날개 지지부
120 : 인쇄회로기판
121 : 회전날개 커넥터
122 : 비행용 CPU
123 : 비행용 CPU 포트
124 : 코딩용 CPU
125 : 코딩용 CPU 포트
126 : 입출력 단자
127 : RF 수신기
128 : 배터리 스위치
128' : 배터리 연결단자
129 : 가속도센서 및 자이로센서
130 : 회전날개부
131 : 회전날개
132 : 모터
133 : 접속단자
140 : 조종기

Claims

코딩이 가능한 드론에 있어서,
본체부;
상기 본체부에 장착되는 인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판에 연결되는 복수의 회전날개부;
를 포함하고,
상기 인쇄회로기판은,
상기 회전날개부가 연결되는 복수의 회전날개 커넥터;
비행제어를 위한 비행용 CPU;
외부기기를 이용한 코딩을 위한 코딩용 CPU;
상기 비행용 CPU에 입력수단을 연결하여 프로그램을 작성하기 위한 비행용 CPU 포트;
상기 코딩용 CPU에 입력수단을 연결하여 프로그램을 작성하기 위한 코딩용 CPU 포트;
외부기기를 연결하기 위한 입출력 단자;
무선 조종을 위한 RF 수신기;
가속도센서;
자이로센서;
를 포함하는 코딩이 가능한 드론.
제1항에 있어서,
상기 코딩용 CPU는 상기 비행용 CPU와 연결되어, 상기 코딩용 CPU를 통한 명령이 상기 비행용 CPU를 통해 실행될 수 있는 코딩이 가능한 드론.
삭제
제1항에 있어서,
상기 비행용 CPU는 드론의 비행제어를 전담하여 수행하고,
상기 코딩용 CPU는 사용자가 작업한 프로그램을 동작시키는 역할을 수행하는 코딩이 가능한 드론.