KR102156801B1 - Drone with autonomous collision avoidance function and the method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 드론에 장착된 라이다 센서를 이용하여 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 소정의 앵글 범위 내 장애물을 감지하는 장애물 감지 단계; 상기 드론에 장착된 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 앵글 범위로 분할하여 각 앵글 범위마다 노드를 부여하는 노드 설정 단계; 기설정된 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 적은 방향의 노드 순으로 높은 가중치를 설정하는 가중치 설정 단계; 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 소정의 앵글 범위 내 장애물을 감지하는 충돌 감지 단계; 및 드론 비행 중 상기 드론에 장착된 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 높은 가중치를 갖는 노드 방향으로 드론의 비행 방향을 제어하는 자율 충돌회피 비행 단계;를 통한 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function and a control method thereof, and an obstacle within a predetermined angle range is detected based on the direction of a destination or flight path received using a lidar sensor mounted on the drone. Detecting an obstacle to sense; A node setting step of dividing an angle range detected by a lidar sensor mounted on the drone into a plurality of angle ranges and assigning a node to each angle range; A weight setting step of setting a high weight in the order of a node having a small difference between a direction and an angle of a predetermined destination or flight path; A collision detection step of detecting an obstacle within a predetermined angle range based on the input destination or the direction of the flight path; And an autonomous collision avoidance flight step of controlling the flight direction of the drone toward the node having the highest weight among the nodes for which obstacles are not detected by the lidar sensor mounted on the drone during drone flight; through the lidar-based autonomous collision avoidance function It relates to a drone including a and a control method thereof.
Description
본 발명은 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 드론에 장착된 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 노드(영역)으로 분할하고, 설정된 목적지 또는 이동경로로의 정방향을 포함하는 노드에서 목적지 또는 이동경로로의 정방향으로부터 앵글 차이가 커지는 노드 순으로 높은 가중치를 부여하여, 드론 비행중 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 큰 가중치를 갖는 노드 방향으로 비행 방향을 제어하는 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function and a control method thereof, and more particularly, to divide the angle range detected by the lidar sensor mounted on the drone into a plurality of nodes (areas), From the node including the forward direction of the set destination or the movement path, the highest weight is assigned in the order of the node whose angle difference increases from the forward direction of the destination or movement path. The present invention relates to a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function that controls a flight direction in a direction of a node having a weight, and a control method thereof.
최근 드론의 개발이 가속화되고 있으며 관련 시장도 함께 성장하고 있어 2021년에는 48억달러의 시장 규모를 형성할 것으로 예상되고 있다. 이와 같이 드론 관련 시장은 향후 가장 주목받는 블루칩 시장이며, 이에 따라 다양한 공역에서 드론을 이용하고자 하는 요구가 갈수록 증가하고 있는 추세이다.Recently, the development of drones is accelerating and the related market is also growing, and it is expected to form a market size of 4.8 billion dollars in 2021. As such, the drone-related market is the blue chip market that attracts the most attention in the future, and accordingly, the demand to use drones in various airspaces is increasing.
드론은 초기에 군사용으로 개발되었으나, 최근에는 물류, 기상, 농업, 정보통신, 미디어, 취미활동 등 다양 한 영역에서 활용되고 있으며, 활용영역이 늘어남에 따라 드론의 보급도 늘어나고 있다. 그러나 한국 소비자원 보고에 따르면 드론에 의한 안전사고도 또한 증가 하고 있으며 안전사고 비율 중 50% 이상이 드론 충돌에 의한 사고이다. 또한 드론이 비행 중에 추락할 경우 막대한 재산피해와 치명적인 인명사고를 발생시킬 수 있는 문제를 안고 있다. Drones were initially developed for military use, but in recent years they are used in various fields such as logistics, weather, agriculture, information and communication, media, and hobby activities, and the spread of drones is increasing as the fields of use increase. However, according to a report by the Korea Consumer Agency, safety accidents caused by drones are also increasing, and more than 50% of the safety accident rates are due to drone collisions. In addition, if a drone falls in flight, it has a problem that can cause enormous property damage and fatal personal accidents.
상기와 같이 다양한 산업분야에서 드론의 사용이 늘어남에 따라 드론 간의 충돌, 드론과 지상 구조물 간의 충돌(예: 전신주, 빌딩, 통신 안테나와의 충돌 등), 및 드론과 공중 장애물들 간의 충돌(예: 조류와의 충돌 등)이 주요 문제로서, 드론 관련 시장의 아킬레스 건으로 언급되어 왔다.As described above, as the use of drones in various industries increases, collisions between drones, collisions between drones and ground structures (e.g., collisions with telephone poles, buildings, communication antennas, etc.), and collisions between drones and aerial obstacles (e.g.: Collision with birds) is a major problem, and has been mentioned as an Achilles heel in the drone-related market.
시장 분석기관인 레이디언 인사이츠는 2015년 보고서에서 충돌은 상용 드론이 급성장하는데 큰 걸림돌이 될 수 있는 민감한 이슈이며, 하늘에서 드론을 위한 안전한 운행 인프라가 구축돼야 한다고 밝힌 바 있듯이, 드론 기술의 발전과 함께 드론의 충돌회피 방안에 대한 요구가 갈수록 증가하고 있는 추세이다.As market analyst Radeon Insights said in a 2015 report that collision is a sensitive issue that can be a major obstacle to the rapid growth of commercial drones, a safe operation infrastructure for drones in the sky must be established. The demand for drone collision avoidance measures is increasing.
현재까지는 ArduPilot, Pixhawk 등 해외 오픈 소스 기반 개발자 커뮤니티에서 충돌회피 기능이 개발 되고 있지만 국내는 충돌회피 기능이 포함된 드론 제품은 초기단계라 할 수 있었다.Until now, collision avoidance functions are being developed in overseas open source-based developer communities such as ArduPilot and Pixhawk, but in Korea, drone products with collision avoidance functions were in the early stages.
상기와 같은 실정에 따라, 본 발명은 드론에 장착된 라이다 센서를 이용한 새로운 충돌 방지 기능을 갖는 드론에 대한 기술을 제시하고자 한다.In accordance with the above circumstances, the present invention intends to propose a technology for a drone having a new collision avoidance function using a lidar sensor mounted on a drone.
다음으로 종래의 라이다 센서를 이용한 드론 충돌 방지 기술분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간략하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비하여 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해 설명하도록 한다.Next, the prior art existing in the field of drone collision prevention technology using a conventional lidar sensor will be briefly described, and then the technical matters that the present invention intends to achieve differentiated from the prior art will be described.
먼저, 공개특허공보 제10-2017-0112309호(2017.10.12. 공개일)는 비행 중 다른 물체와의 충돌을 방지하는 기능을 구비한 무인비행체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 무인비행체 본체; 상기 무인비행체 본체를 비행하게 하는 적어도 하나의 무인비행체 구동부; 상기 무인비행체로부터 제1거리를 향하여 제1유형의 무선파를 송출하고, 상기 송출된 제1유형의 무선파를 이용하여 상기 무인비행체로부터의 상기 제1거리 이내에 임의의 물체가 존재하는지 여부에 대한 제1센싱신호를 출력하는 적어도 하나의 제1충돌감지센서부; 상기 무인비행체로부터 제2거리를 향하여 제2유형의 무선파를 송출하고, 상기 송출된 제2유형의 무선파를 이용하여 상기 무인비행체로부터 상기 제2거리 이내에 임의의 물체가 존재하는지 여부에 대한 제2센싱신호를 출력하는 적어도 하나의 제2충돌감지센서부; 및 상기 제1충돌감지센서부의 상기 제1센싱신호와, 상기 제2충돌감지센서의 상기 제2센싱신호로부터, 상기 무인비행체의 충돌위험을 판단하고, 상기 판단결과에 따라 상기 무인비행체의 비행항로를 변경하는 제어부를 포함하는 무인비행체에 관한 기술이 기재되어 있다.First, Korean Patent Publication No. 10-2017-0112309 (published on October 12, 2017) relates to an unmanned aerial vehicle having a function of preventing collision with other objects during flight, and more specifically, an unmanned aerial vehicle body; At least one unmanned aerial vehicle driving unit to make the unmanned aerial vehicle body fly; A first type of radio wave is transmitted from the unmanned aerial vehicle toward a first distance, and whether an arbitrary object exists within the first distance from the unmanned aerial vehicle using the transmitted radio wave of the first type At least one first collision detection sensor unit for outputting a sensing signal; A second type of radio wave is transmitted from the unmanned aerial vehicle toward a second distance, and a second sensing of whether an object exists within the second distance from the unmanned aerial vehicle using the transmitted second type of radio wave At least one second collision detection sensor unit outputting a signal; And from the first sensing signal of the first collision detection sensor unit and the second sensing signal of the second collision detection sensor, determining a collision risk of the unmanned aerial vehicle, and the flight path of the unmanned aerial vehicle according to the determination result. A technology related to an unmanned aerial vehicle including a control unit to change the is described.
또한, 공개특허공보 제10-2018-0060783호(2018.06.07. 공개일)는 드론을 이용한 무선전력전송 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 해상환경에 위치하여 전력 공급에 한계가 있는 장치의 전력이 충분한지 여부를 확인하는 전력 확인부, 상기 장치의 전력이 충분하지 않은 경우, GPS를 통한 상기 장치의 위치 정보를 기지국으로 전송하고, 상기 장치의 위치까지 최단거리로 도달하기 위한 드론을 운용하도록 하는 통신부, 라이다 및 영상을 이용하여 최단거리로 도달하기 위한 드론으로부터 상기 장치의 위치까지의 거리를 확인하는 거리 확인부, 상기 드론에 부착되어 자기유도방식, 자기공진방식, 마이크로파방식을 포함하는 무선전력전송 방식으로 전력 수신부에 전력을 전송하는 전력 전송부, 상기 장치에 부착되어 상기 전력 전송부로부터 전력을 수신 받는 전력 수신부, 해상환경에서 고정된 위치에 있지 않은 상기 장치에 대해 최대 효율로 무선전력전송을 수행하기 위해 상기 전력 전송부와 상기 전력 수신부를 고정하는 접촉부를 포함하여 구성되며, 목적지까지의 최단경로 상에 존재하는 장애물을 라이다 센서를 통해 확인하고, 최단거리로 장애물을 회피하여 목적지에 도착하게 하는 하는 드론을 이용한 무선전력전송 시스템에 관한 기술이 기재되어 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-2018-0060783 (published on Jul. 7, 2018) relates to a method and system for wireless power transmission using a drone, and more specifically, because it is located in a marine environment, there is a limit to power supply. A power check unit that checks whether or not the device has sufficient power, and if the device has insufficient power, transmits the location information of the device through GPS to the base station, and a drone for reaching the location of the device in the shortest distance A communication unit to operate the device, a distance check unit to check the distance from the drone to the location of the device to reach the shortest distance using a lidar and an image, and a magnetic induction method, a magnetic resonance method, a microwave method attached to the drone A power transmission unit for transmitting power to a power receiving unit in a wireless power transmission method including, a power receiving unit attached to the device to receive power from the power transmitting unit, and the maximum for the device not in a fixed position in the marine environment. In order to perform wireless power transmission efficiently, it includes a contact unit that fixes the power transmission unit and the power receiving unit, and checks an obstacle existing on the shortest path to the destination through a lidar sensor, and an obstacle at the shortest distance. A technology related to a wireless power transmission system using a drone is described that avoids the error and arrives at the destination.
또한, 미국공개특허공보 제2018-0096611호(2018.04.05. 공개일)는 드론의 충돌 감지 및 회피에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 라이다 센서를 이용하여 센싱한 데이터를 기반으로 드론의 충돌이 감지되면 충돌 회피 동작을 수행하도록 하는 기술로서, 라이다 데이터를 이용하여 가상의 물리적 공간 데이터를 생성하고 드론의 이동 예측 곡선에 충돌 결과가 있을 경우 회피 동작을 수행하는 기술이 기재되어 있다.In addition, U.S. Patent Publication No. 2018-0096611 (published on May 4, 2018) relates to collision detection and avoidance of drones, and more specifically, collision of drones based on data sensed using a lidar sensor. As a technology for performing a collision avoidance operation when this is detected, a technology for generating virtual physical spatial data using lidar data and performing an avoidance operation when there is a collision result in a movement prediction curve of a drone is described.
상기 선행기술문헌들은 모두 드론에 장착된 라이다 센서를 이용하여 드론의 이동 방향에 존재하는 장애물을 감지하고, 회피 동작을 수행하는 기술이라는 점에서 본 발명과 일부 유사점이 있으나, 본 발명과 같이 라이다 센서에서 측정되는 앵글 범위를 분할하여 설정된 노드 별로 목적지로의 최단거리 방향에 따른 가중치를 부여하여, 장애물 발생시 가중치가 높은 노드 방향으로 드론의 이동방향을 제어함으로써, 장애물에 대한 충돌 회피 동작에 의한 변경된 경로 자체가 목적지까지의 최단경로가 되도록 하는 기술은 아직까지 제시된 바가 없었다.All of the prior art documents have some similarities to the present invention in that they are technologies for detecting obstacles in the moving direction of the drone using a lidar sensor mounted on a drone, and performing an avoidance operation, but are similar to the present invention. By dividing the angle range measured by the sensor and assigning weights according to the direction of the shortest distance to the destination for each set node, and controlling the movement direction of the drone toward the node with high weight when an obstacle occurs, collision avoidance action against obstacles No technology has yet been proposed to make the changed route itself the shortest route to the destination.
본 발명은 상기된 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 드론에 장착된 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 노드(영역)으로 분할하고, 설정된 목적지 또는 이동경로로의 정방향을 포함하는 노드에서 목적지 또는 이동경로로의 정방향으로부터 앵글 차이가 커지는 노드 순으로 높은 가중치를 부여하여, 드론 비행중 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 큰 가중치를 갖는 노드 방향으로 비행 방향을 제어하는 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론 및 그 제어 방법에 관한 기술을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the above problems, and divides the angle range detected by a lidar sensor mounted on a drone into a plurality of nodes (areas), and at a node including a set destination or a forward direction of a movement path. LiDAR controls the flight direction toward the node with the largest weight among the nodes for which obstacles are not detected by the LiDAR sensor during drone flight by assigning high weight to the node whose angle difference increases from the forward direction of the destination or path. Its purpose is to provide a technology for a drone including an autonomous collision avoidance function and a control method thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론은, 드론 몸체부; 외부의 단말, 드론 또는 지상 통제소(GCS)와 통신을 수행하며, 외부로부터 목적지, 비행경로 중 적어도 하나 이상을 포함하는 비행 정보를 입력받는 통신부; 상기 드론 몸체부에 연결되어 상기 드론 몸체부가 비행할 수 있도록 하는 적어도 하나 이상의 회전형 프로펠러 및 상기 프로펠러의 회전 속도, 방향 및 기울기 중 적어도 하나 이상을 제어하는 프로펠러 제어장치를 포함하는 드론 날개부; 상기 드론 몸체부 또는 드론 날개부에 장착되며, 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 이용하여, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 소정의 앵글 범위 내 장애물을 감지하는 충돌 감지부; 및 상기 통신부를 통해 외부로부터 입력받은 비행 정보를 기반으로 상기 드론 날개부를 제어하는 비행 제어부;를 포함하며, 상기 비행 제어부는, 상기 충돌 감지부의 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 앵글 범위로 분할하여 각 앵글 범위마다 노드를 부여하고, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 적은 방향의 노드 순으로 높은 가중치를 설정하며, 비행 중 상기 충돌 감지부의 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 높은 가중치를 갖는 노드 방향으로 비행하도록 상기 드론 날개부를 제어하는 것을 특징으로 한다.A drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function according to an embodiment of the present invention includes: a drone body; A communication unit that performs communication with an external terminal, a drone, or a ground control center (GCS), and receives flight information including at least one of a destination and a flight route from the outside; A drone wing portion including at least one rotating propeller connected to the drone body portion to allow the drone body portion to fly, and a propeller control device controlling at least one of a rotation speed, direction, and inclination of the propeller; A collision detection unit mounted on the drone body portion or the drone wing portion and detecting an obstacle within a predetermined angle range based on the direction of the received destination or flight path using at least one lidar sensor; And a flight control unit for controlling the drone wing unit based on flight information input from the outside through the communication unit, wherein the flight control unit includes an angle range detected by a lidar sensor of the collision detection unit into a plurality of angle ranges. By dividing, a node is assigned to each angle range, and a high weight is set in the order of a node with a small difference in angle from the direction of an input destination or flight path, and no obstacle is detected by the lidar sensor of the collision detection unit during flight It characterized in that the wing of the drone is controlled to fly toward a node having the highest weight among nodes.
또한, 일 실시예로서, 상기 충돌 감지부는, 상기 라이다 센서를 이용하여, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수평방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, the collision detection unit detects an obstacle within a range of at least -90 degrees to 90 degrees in a horizontal direction when the direction of an input destination or flight path is set to 0 degrees using the lidar sensor. It is characterized.
또한, 일 실시예로서, 상기 충돌 감지부는, 상기 라이다 센서를 이용하여, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수직방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, the collision detection unit detects an obstacle within a range of at least -90 degrees to 90 degrees in a vertical direction when the direction of an input destination or flight path is set to 0 degrees using the lidar sensor. It is characterized.
또한, 일 실시예로서, 상기 비행 제어부는, 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 좌측 또는 우측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, for nodes having the same angle difference with the direction of the destination or flight path, the flight controller is more than a node in either direction of the left or right direction based on the direction of the destination or flight path. It is characterized by setting a high weight.
또한, 일 실시예로서, 상기 비행 제어부는, 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는, 상측 또는 하측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, the flight control unit, for nodes having the same direction and angle difference between a destination or a flight path, sets a higher weight to a node in either direction of an upward or downward direction. do.
또한, 일 실시예로서, 상기 통신부는, 블루투스, 지그비, 비콘, RFID, NFC, WiFi를 포함하는 근거리 통신을 수행하는 근거리 통신 모듈; 또는 3G, 4G, 5G, 와이브로를 포함하는 원거리 통신을 수행하는 원거리 통신 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, the communication unit includes a short-range communication module for performing short-range communication including Bluetooth, Zigbee, beacon, RFID, NFC, and WiFi; Or a telecommunication module for performing telecommunication including 3G, 4G, 5G, and WiBro.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법은, 드론에 장착된 라이다 센서를 이용하여 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 소정의 앵글 범위 내 장애물을 감지하는 장애물 감지 단계; 상기 드론에 장착된 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 앵글 범위로 분할하여 각 앵글 범위마다 노드를 부여하는 노드 설정 단계; 기설정된 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 적은 방향의 노드 순으로 높은 가중치를 설정하는 가중치 설정 단계; 및 드론 비행 중 상기 드론에 장착된 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 높은 가중치를 갖는 노드 방향으로 드론의 비행 방향을 제어하는 자율 충돌회피 비행 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, a method for controlling an autonomous collision avoidance based on a lidar of a drone includes an obstacle within a predetermined angle range based on the direction of a destination or flight path received using a lidar sensor mounted on the drone. Detecting an obstacle to sense; A node setting step of dividing an angle range detected by a lidar sensor mounted on the drone into a plurality of angle ranges and assigning a node to each angle range; A weight setting step of setting a high weight in the order of a node having a small difference between a direction and an angle of a predetermined destination or flight path; And an autonomous collision avoidance flight step of controlling the flight direction of the drone toward a node having the highest weight among nodes in which an obstacle is not detected by a lidar sensor mounted on the drone during drone flight.
또한, 일 실시예로서, 상기 장애물 감지 단계는, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수평방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, in the step of detecting the obstacle, when the direction of the input destination or flight path is set to 0 degrees, an obstacle within a range of at least -90 degrees to 90 degrees in a horizontal direction is detected.
또한, 일 실시예로서, 상기 장애물 감지 단계는, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수직방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, in the step of detecting the obstacle, when the direction of the received destination or flight path is set to 0 degrees, an obstacle within a range of at least -90 degrees to 90 degrees in a vertical direction is detected.
또한, 일 실시예로서, 상기 가중치 설정 단계는, 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 좌측 또는 우측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, in the step of setting the weight, for nodes having the same angle difference with the direction of the destination or flight path, the node in either direction of the node in the left or right direction based on the direction of the destination or flight path. It is characterized by setting a higher weight.
또한, 일 실시예로서, 상기 가중치 설정 단계는, 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 상측 또는 하측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 한다.In addition, as an embodiment, in the step of setting the weight, for nodes having the same angle difference with the direction of the destination or flight path, the node in either direction of the upper or lower direction based on the direction of the destination or flight path. It is characterized by setting a higher weight.
본 발명은 드론에 장착된 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 노드(영역)으로 분할하고, 설정된 목적지 또는 이동경로로의 정방향을 포함하는 노드에서 목적지 또는 이동경로로의 정방향으로부터 앵글 차이가 커지는 노드 순으로 높은 가중치 부여하여, 드론 비행중 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 큰 가중치를 갖는 노드 방향으로 비행 방향을 제어함으로써, 드론 비행 중 장애물 감지시 목적지까지의 최단경로로 회피 동작을 수행하거나, 기입력된 비행경로로부터 최소한의 경로 변경만을 수행함에 따라, 장애물에 대한 충돌을 방지할 뿐만 아니라 설정된 드론의 임무에 있어 장애물 회피 동작에 의한 임무방해를 최소화 시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention divides the angle range detected by a lidar sensor mounted on a drone into a plurality of nodes (areas), and the angle difference from the forward direction of the destination or the movement path at the node including the forward direction of the set destination or movement path By assigning high weight in the order of increasing nodes, and controlling the flight direction toward the node with the largest weight among the nodes where obstacles are not detected by the lidar sensor during drone flight, the shortest path to the destination is avoided when an obstacle is detected during drone flight. By performing an operation or changing only the minimum path from the previously entered flight path, there is an effect of not only preventing a collision against an obstacle, but also minimizing mission interference due to an obstacle avoidance operation in the mission of the set drone. .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론에 있어서, 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 분할하여 설정되는 노드와 각 노드 별 가중치에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론에 있어서, 목적지 입력시의 충돌 회피 경로에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론에 있어서, 비행경로 입력시의 충돌 회피 경로에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a diagram for describing a configuration of a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a node set by dividing an angle range detected by a lidar sensor and a weight for each node in a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function according to an embodiment of the present invention to be.
3 is a conceptual diagram illustrating a collision avoidance path when a destination is input in a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram for explaining a collision avoidance path when inputting a flight path in a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart for explaining a method of controlling an autonomous collision avoidance based on a lidar of a drone according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다.In each of the drawings of the present invention, the sizes or dimensions of the structures are shown to be enlarged or reduced compared to the actual size for clarity of the present invention, and the known configurations are omitted so as to reveal the characteristic configuration, so the drawings are not limited thereto. .
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the principles of the preferred embodiments of the present invention in detail, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.In addition, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by an expert skilled in the art to which the present invention belongs.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a certain part “includes” a certain constituent element, it means that other constituent elements may be further included rather than excluding other constituent elements unless otherwise stated.
본 발명은 드론에 장착된 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 노드(영역)으로 분할하고, 설정된 목적지 또는 이동경로로의 정방향을 포함하는 노드에서 목적지 또는 이동경로로의 정방향으로부터 앵글 차이가 커지는 노드 순으로 높은 가중치 부여하여, 드론 비행중 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 큰 가중치를 갖는 노드 방향으로 비행 방향을 제어하는 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention divides the angle range detected by a lidar sensor mounted on a drone into a plurality of nodes (areas), and the angle difference from the forward direction of the destination or the movement path at the node including the forward direction of the set destination or movement path Drone and its control including a lidar-based autonomous collision avoidance function that controls the flight direction toward the node with the largest weight among nodes where obstacles are not detected by the lidar sensor during drone flight by assigning high weights in the order of increasing nodes. It's about how.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for describing a configuration of a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론은, 드론 몸체부, 통신부, 드론 날개부, 충돌 감지부 및 비행 제어부를 포함하여 구성된다.As shown in Figure 1, the drone including the lidar-based autonomous collision avoidance function according to the present invention is configured to include a drone body, a communication unit, a drone wing, a collision detection unit, and a flight control unit.
상기 드론 몸체부는 상기 통신부, 드론 날개부, 충돌 감지부 및 비행 제어부가 장착되는 드론의 몸통부분에 해당하는 것이다.The drone body portion corresponds to a body portion of a drone in which the communication unit, the drone wing unit, a collision detection unit, and a flight control unit are mounted.
상기 통신부는 외부의 단말, 드론 또는 지상 통제소(Ground Control Station: GCS)와 통신을 수행하며, 외부로부터 목적지, 비행경로 중 적어도 하나 이상을 포함하는 비행 정보를 입력받을 수 있도록 통신 모듈을 포함하여 구성된다.The communication unit is configured to include a communication module to perform communication with an external terminal, a drone, or a ground control station (GCS), and to receive flight information including at least one of a destination and a flight route from the outside. do.
이를 위하여 상기 통신부는 블루투스, 지그비, 비콘, RFID, NFC, WiFi를 포함하는 근거리 통신을 수행하는 근거리 통신 모듈 또는 3G, 4G, 5G, 와이브로를 포함하는 원거리 통신을 수행하는 원거리 통신 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.To this end, the communication unit includes a short-range communication module performing short-range communication including Bluetooth, Zigbee, beacon, RFID, NFC, and WiFi, or a long-distance communication module performing long-distance communication including 3G, 4G, 5G, and WiBro. Can be.
상기 드론 날개부는 상기 드론 몸체부에 연결되어 상기 드론 몸체부가 비행할 수 있도록 하는 것으로서, 적어도 하나 이상의 회전형 프로펠러 및 상기 프로펠러의 회전 속도, 방향 및 기울기 중 적어도 하나 이상을 제어하는 프로펠러 제어장치를 포함하여 구성된다.The drone wing portion is connected to the drone body portion to allow the drone body portion to fly, and includes at least one rotating propeller and a propeller control device for controlling at least one of rotational speed, direction, and inclination of the propeller. It is composed by
상기 충돌 감지부는 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 포함하여 구성되며, 상기 드론 몸체부 또는 드론 날개부에 장착되어, 상기 라이다 센서를 이용하여 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 소정의 앵글 범위 내 장애물을 감지하는 것이다.The collision detection unit is configured to include at least one lidar sensor, is mounted on the drone body or drone wing, and a predetermined angle range based on the direction of the destination or flight path received using the lidar sensor It is to detect my obstacles.
이때, 상기 충돌 감지부는 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 이용하여, 현재 드론의 비행 방향을 0도로 하였을 때 수평방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하며, 이에 추가로 수직방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하도록 구성될 수 있다.At this time, the collision detection unit detects obstacles within a range of at least -90 degrees to 90 degrees in a horizontal direction when the current flight direction of the drone is set to 0 degrees using at least one lidar sensor, and additionally, at least in a vertical direction. It can be configured to detect obstacles within a range of -90 degrees to 90 degrees.
또한, 상기 비행 제어부는 상기 통신부를 통해 외부로부터 입력받은 비행 정보를 기반으로 상기 드론 날개부를 제어하여 드론의 비행을 자율적으로 제어하되, 드론 비행 중 상기 충돌 감지부에서 장애물 감지시 기입력된 목적지까지의 최단경로로 회피 동작을 수행하거나, 비행경로로부터 최소한의 경로 변경만을 수행하도록 상기 드론 날개부를 제어하는 것이다. In addition, the flight control unit autonomously controls the flight of the drone by controlling the drone wing unit based on flight information input from the outside through the communication unit, and the collision detection unit during the drone flight to the previously input destination when an obstacle is detected. It is to control the wing of the drone to perform an evasion operation on the shortest path of or to perform only a minimum path change from the flight path.
이와 같은 비행 제어부의 자율 충돌회피 제어에 대하여 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.The autonomous collision avoidance control of the flight controller will be described in more detail with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론에 있어서, 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 분할하여 설정되는 노드와 각 노드별 가중치에 대해 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a node set by dividing an angle range detected by a LiDAR sensor and a weight for each node in a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function according to an embodiment of the present invention to be.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론은 라이다 센서에서 감지되는 장애물을 자율적으로 회피할 뿐만 아니라 더 나아가 기입력된 비행 명령에 따라 목적지까지의 최단경로로 장애물을 회피하거나 또는 비행경로로부터 최소한의 경로 변경만을 수행하면서 장애물을 회피할 수 있다.As shown in FIG. 2, the drone including the lidar-based autonomous collision avoidance function according to the present invention not only autonomously avoids obstacles detected by the lidar sensor, but also reaches the destination according to the previously input flight command. It is possible to avoid obstacles with the shortest path of or while performing only minimal path changes from the flight path.
이와 같이, 본 발명에 따른 드론은 목적지까지의 최단경로로 장애물을 회피하거나, 비행경로로부터 최소한의 경로 변경만으로 장애물을 회피하기 위하여, 드론의 비행 가능한 방향을 다수로 분할하여 각각의 방향에 대하여 우선순위를 매기고, 장애물이 감지되지 않은 방향 중 우선순위가 가장 높은 방향으로 비행하도록 제어한다. As described above, the drone according to the present invention has priority for each direction by dividing the possible directions of the drone into a number in order to avoid obstacles with the shortest path to the destination or to avoid obstacles with only minimal path change from the flight path. It ranks and controls to fly in the direction with the highest priority among the directions in which obstacles are not detected.
이를 더욱 상세하게 설명하면, 상기 비행 제어부는 상기 충돌 감지부의 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 앵글 범위로 분할하여 각 앵글 범위마다 노드(예: 노드 1, 노드 2, 노드 3, 노드 4, 노드 5 등)를 부여한다. To explain this in more detail, the flight control unit divides the angle range detected by the lidar sensor of the collision detection unit into a plurality of angle ranges, and nodes (e.g., node 1, node 2, node 3, node 4) for each angle range. , Node 5, etc.).
이와 같이 각 앵글 범위마다 부여된 노드에 가중치(상기 우선순위와 동의)를 설정하되, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 적은 방향의 노드 순으로 높은 가중치를 설정한다.As described above, a weight (agree with the priority) is set to a node assigned to each angle range, but a higher weight is set in the order of a node having a small difference between the direction of the received destination or flight path and the angle.
즉, 목적지 또는 비행경로가 입력되어 있는 경우, 드론의 현재 위치에서 목적지 또는 비행경로의 방향이 포함되어 있는 노드(노드 1)에 가장 높은 가중치를 설정하고, 상기 노드 1을 중심으로 하여 각각 좌측방향과 우측방향으로 각도 차이가 적은 노드 순으로 높은 가중치를 설정한다. That is, when a destination or flight path is input, the highest weight is set for the node (node 1) that contains the direction of the destination or flight path from the current position of the drone, and each of the nodes is directed leftward. Higher weights are set in the order of nodes with small angular differences in and to the right.
이때, 상기 노드 1을 중심으로 각도 차이가 동일한 노드가 상기 노드 1의 좌측과 우측 방향에 존재할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 좌측 또는 우측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치가 설정되도록 함으로써, 모든 노드에 가중치가 차등되어 설정되도록 한다.In this case, nodes having the same angle difference around the node 1 may exist in the left and right directions of the node 1. In this case, a higher weight is set to a node in either direction among the nodes in the left or right direction, so that the weights are set differently for all nodes.
또한 상기 충돌 감지부가 수직방향의 장애물을 감지하도록 라이다 센서가 구비된 경우에는 상기 노드 1을 중심으로 하여 각각 상측방향과 하측방향으로 각도 차이가 적은 노드 순으로 높은 가중치를 설정한다.In addition, when a lidar sensor is provided so that the collision detection unit detects an obstacle in a vertical direction, a higher weight is set in the order of nodes having a small angular difference in the upward direction and the downward direction, respectively, with the node 1 as the center.
이와 같은 경우에도 마찬가지로, 상기 노드 1을 중심으로 각도 차이가 동일한 노드가 상기 노드 1의 상측과 하측 방향에 존재할 수 있다. 이와 같은 경우에는, 상측 또는 하측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치가 설정되도록 한다. Likewise in this case, nodes having the same angle difference around the node 1 may exist in the upper and lower directions of the node 1. In this case, a higher weight is set for a node in either direction of the node in the upper or lower direction.
참고로, 상기 '입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 적은 방향의 노드 순으로 높은 가중치를 설정'한다고 하는 것은, 숫자 형태의 점수를 설정하는 것에 한정하는 것이 아니라, 노드별로 설정되는 가중치에 우선순위를 매길 수 있는 모든 숫자, 문자, 기호 또는 이들의 조합을 포함한 형태의 가중치를 설정한다는 것이다.For reference, the ``set high weights in the order of nodes in a direction with a small difference in angle from the direction of an input destination or flight path'' is not limited to setting a number-type score, but a weight set for each node. It sets the weight of the form, including all numbers, letters, symbols, or combinations of numbers that can be prioritized.
예를 들어, 상기 가중치는 숫자(10, 9, 8, 7 순과 같은 우선순위를 갖는 숫자) 형태로 설정되거나, 알파벳(a, b, c, d 순과 같은 우선순위를 갖는 문자) 또는 한글(가, 나, 다, 라 순과 같은 우선순의를 갖는 문자) 형태로 설정되거나, 또는 다수의 기호에 자체적으로 우선순위를 매긴 형태로 설정될 수 있는 것이다.For example, the weight is set in the form of a number (a number having a priority such as 10, 9, 8, 7), alphabet (a character having a priority such as a, b, c, d) or Korean It can be set in the form of (characters having the same priority order as A, B, C, and LA), or it can be set in a form in which a number of symbols have their own priorities.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론을 이용한, 드론의 충돌 회피 경로에 대해 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론에 있어서, 비행경로 입력시의 충돌 회피 경로에 대해 설명하기 위한 개념도이다.3 is a conceptual diagram for explaining a collision avoidance path of a drone using a drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function according to an embodiment of the present invention. This is a conceptual diagram for explaining a collision avoidance path when inputting a flight path in a drone including an autonomous collision avoidance function based on IDA.
도 3 에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 드론은 목적지가 입력된 경우에는, 항상 목적지 방향과 각도 차이가 적은 노드 방향 순으로 높은 가중치가 설정되며, 장애물이 감지되면 장애물이 감지되지 않은 노드 중 목적지 방향과 가장 각도 차이가 적은 노드 방향으로 비행 방향을 제어한다.As shown in FIG. 3, in the drone according to the present invention, when a destination is input, a high weight is always set in the order of a destination direction and a node direction with a small angle difference, and when an obstacle is detected, a node where the obstacle is not detected. The flight direction is controlled in the direction of the node with the smallest angle difference from the destination direction.
이와 같이, 장애물을 회피한 이후에는 다시 가장 높은 가중치의 노드 방향으로 비행 방향을 제어함으로써, 목적지까지 최단 거리로 회피동작을 수행하며 비행할 수 있게 된다.In this way, after avoiding the obstacle, the flight direction is again controlled in the direction of the node having the highest weight, so that it is possible to fly while performing the avoidance operation at the shortest distance to the destination.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 드론은 비행경로가 입력된 경우에는, 항상 비행경로 방향과 각도 차이가 적은 노드 방향 순으로 높은 가중치가 설정되며, 장애물이 감지되면 장애물이 감지되지 않은 노드 중 비행경로 방향과 가장 각도 차이가 적은 노드 방향으로 비행 방향을 제어한다.As shown in Figure 4, the drone according to the present invention, when a flight path is input, always sets high weights in the order of the flight path direction and the node direction with a small angle difference, and when an obstacle is detected, the obstacle is not detected. The flight direction is controlled in the direction of the node with the smallest angle difference from the flight path direction among nodes that are not.
이와 같이, 장애물을 회피한 이후에는 다시 가장 높은 가중치의 노드 방향으로 비행 방향을 제어함으로써, 최초 입력된 비행경로와의 오차를 최소화하면서 비행할 수 있다.In this way, after the obstacle is avoided, the flight direction is again controlled in the direction of the node having the highest weight, thereby minimizing an error with the first input flight path.
상기와 같이, 본 발명에 따른 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론은, 비행중 지속적으로 장애물이 감지되지 않는 노드 중 가장 높은 가중치가 설정되어 있는 노드 방향으로 비행 방향을 제어함으로써, 드론 비행 중 장애물 감지시 목적지까지의 최단경로로 회피 동작을 수행하거나, 기입력된 비행경로로부터 최소한의 경로 변경만을 수행하기 때문에, 장애물에 대한 충돌을 방지할 뿐만 아니라 설정된 드론의 임무에 있어 장애물 회피 동작에 의한 임무방해를 최소화 시킬 수 있다.As described above, the drone including the lidar-based autonomous collision avoidance function according to the present invention controls the flight direction in the direction of the node in which the highest weight is set among nodes in which obstacles are not continuously detected during flight. When an obstacle is detected, the avoidance operation is performed with the shortest path to the destination or only the minimum path change is performed from the previously input flight path, thus preventing collisions against obstacles and preventing obstacle avoidance operations in the mission of the set drone. It can minimize the obstruction of mission.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.5 is a flowchart for explaining a method of controlling an autonomous collision avoidance based on a lidar of a drone according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법은, 장애물 감지 단계(S101), 노드 설정 단계(S102), 가중치 설정 단계(S103) 및 자율 충돌회피 비행 단계(S104)를 포함한다.As shown in Figure 5, the lidar-based autonomous collision avoidance control method of a drone according to the present invention, obstacle detection step (S101), node setting step (S102), weight setting step (S103), and autonomous collision avoidance flight It includes step S104.
먼저, 상기 장애물 감지 단계에서는 드론에 장착된 라이다 센서를 이용하여 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 소정의 앵글 범위 내 장애물을 감지한다. First, in the obstacle detection step, an obstacle within a predetermined angle range is detected based on the direction of a destination or flight path received using a lidar sensor mounted on a drone.
이 때, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수평방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하고, 추가로 수직방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지할 수 있다.At this time, when the direction of the input destination or flight path is set to 0 degrees, obstacles within the range of at least -90 degrees to 90 degrees in the horizontal direction are detected, and obstacles within the range of at least -90 degrees to 90 degrees in the vertical direction are detected. can do.
상기 노드 설정 단계에서는 상기 드론에 장착된 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 앵글 범위로 분할하여 각 앵글 범위마다 노드를 부여한다.In the node setting step, the angle range detected by the lidar sensor mounted on the drone is divided into a plurality of angle ranges, and nodes are assigned to each angle range.
상기 가중치 설정 단계에서는 기설정된 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 적은 방향의 노드 순으로 높은 가중치를 설정한다.In the weight setting step, higher weights are set in the order of nodes having a small difference in angle from the direction of a predetermined destination or flight path.
또한, 상기 가중치 설정 단계에서는 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 좌측 또는 우측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정한다. 이와 같은 원리로 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 상측 또는 하측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정한다.In addition, in the weight setting step, for nodes having the same direction and angle difference in the destination or flight path, a higher weight is set for a node in either direction of the node in the left or right direction based on the direction of the destination or flight path. . With this principle, for nodes having the same direction and angle difference between the destination or flight path, a higher weight is set for the node in either direction of the node in the upward or downward direction based on the direction of the destination or flight path.
또한, 상기 자율 충돌회피 비행 단계에서는 드론 비행 중 상기 드론에 장착된 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 높은 가중치를 갖는 노드 방향으로 드론의 비행 방향을 제어한다.In addition, in the autonomous collision avoidance flight step, the flight direction of the drone is controlled toward a node having the highest weight among nodes in which an obstacle is not detected by a lidar sensor mounted on the drone during drone flight.
이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but these are only exemplary, and various modifications and other equivalent embodiments are possible from those of ordinary skill in the art. You will understand. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be determined by the following claims.
100 : 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론
110 : 드론 몸체부
120 : 통신부
130 : 드론 날개부
140 : 충돌 감지부
150 : 비행 제어부100: Drone with LiDAR-based autonomous collision avoidance
110: drone body
120: communication department
130: drone wing
140: collision detection unit
150: flight control
Claims (11)
외부의 단말, 드론 또는 지상 통제소(GCS)와 통신을 수행하며, 외부로부터 목적지, 비행경로 중 적어도 하나 이상을 포함하는 비행 정보를 입력받는 통신부;
상기 드론 몸체부에 연결되어 상기 드론 몸체부가 비행할 수 있도록 하는 적어도 하나 이상의 회전형 프로펠러 및 상기 프로펠러의 회전 속도, 방향 및 기울기 중 적어도 하나 이상을 제어하는 프로펠러 제어장치를 포함하는 드론 날개부;
상기 드론 몸체부 또는 드론 날개부에 장착되며, 적어도 하나 이상의 라이다 센서를 이용하여, 드론의 현 위치에서 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 소정의 앵글 범위 내 장애물을 감지하는 충돌 감지부; 및
상기 통신부를 통해 외부로부터 입력받은 비행 정보를 기반으로 상기 드론 날개부를 제어하는 비행 제어부;를 포함하는 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론에 있어서,
상기 비행 제어부는,
상기 충돌 감지부의 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 앵글 범위로 분할하여 각 앵글 범위마다 노드를 부여하고, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 적은 방향의 노드 순으로 높은 가중치를 설정하며,
비행 중 상기 충돌 감지부의 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 높은 가중치를 갖는 노드 방향으로 비행하도록 상기 드론 날개부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론.Drone body;
A communication unit that performs communication with an external terminal, a drone, or a ground control center (GCS), and receives flight information including at least one of a destination and a flight route from the outside;
A drone wing portion including at least one rotating propeller connected to the drone body portion to allow the drone body portion to fly, and a propeller control device controlling at least one of a rotation speed, direction, and inclination of the propeller;
A collision detection unit that is mounted on the drone body or on the wings of the drone and detects obstacles within a predetermined angle range based on the direction of the destination or flight path input from the current position of the drone using at least one lidar sensor ; And
In a drone comprising a lidar-based autonomous collision avoidance function comprising; a flight control unit for controlling the drone wing unit based on flight information input from the outside through the communication unit,
The flight control unit,
The angle range detected by the lidar sensor of the collision detection unit is divided into a plurality of angle ranges, and a node is assigned to each angle range, and the highest weight is given in the order of the node in the direction with less angle difference from the direction of the destination or flight path. Setting,
A drone including a lidar-based autonomous collision avoidance function, characterized in that the drone wing part is controlled to fly toward a node having the highest weight among nodes in which an obstacle is not detected by the lidar sensor of the collision detection part during flight.
상기 충돌 감지부는,
상기 라이다 센서를 이용하여, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수평방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하는 것을 특징으로 하는, 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론.The method of claim 1,
The collision detection unit,
Using the lidar sensor, when the direction of the input destination or flight path is set to 0 degrees, a lidar-based autonomous collision avoidance function, characterized in that it detects obstacles within a range of at least -90 to 90 degrees in the horizontal direction. Including drones.
상기 충돌 감지부는,
상기 라이다 센서를 이용하여, 입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수직방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하는 것을 특징으로 하는, 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론.The method of claim 1,
The collision detection unit,
Using the lidar sensor, a lidar-based autonomous collision avoidance function, characterized in that it detects an obstacle within a range of at least -90 to 90 degrees in a vertical direction when the direction of an input destination or flight path is 0 degrees. Including drones.
상기 비행 제어부는,
목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 좌측 또는 우측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는, 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론.The method of claim 1,
The flight control unit,
For nodes having the same direction and angle difference in the destination or flight path, a higher weight is set for a node in either direction of the node in the left or right direction based on the direction of the destination or flight path. Drones with autonomous collision avoidance function.
상기 비행 제어부는,
목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는, 상측 또는 하측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는, 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론.The method of claim 1,
The flight control unit,
For nodes having the same difference in the direction and angle of the destination or flight path, a higher weight is set to a node in either direction of the node in the upward or downward direction, including a LiDAR-based autonomous collision avoidance function. drone.
상기 통신부는,
블루투스, 지그비, 비콘, RFID, NFC, WiFi를 포함하는 근거리 통신을 수행하는 근거리 통신 모듈; 또는 3G, 4G, 5G, 와이브로를 포함하는 원거리 통신을 수행하는 원거리 통신 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라이다 기반 자율 충돌회피 기능을 포함하는 드론.The method of claim 1,
The communication unit,
A short-range communication module for performing short-range communication including Bluetooth, Zigbee, beacon, RFID, NFC, and WiFi; Or a long-distance communication module for performing long-distance communication including 3G, 4G, 5G, WiBro; characterized in that it comprises, a drone comprising a LiDAR-based autonomous collision avoidance function.
상기 드론에 장착된 라이다 센서에서 감지되는 앵글 범위를 다수개의 앵글 범위로 분할하여 각 앵글 범위마다 노드를 부여하는 노드 설정 단계;
기설정된 목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 적은 방향의 노드 순으로 높은 가중치를 설정하는 가중치 설정 단계; 및
드론 비행 중 상기 드론에 장착된 라이다 센서에서 장애물이 감지되지 않은 노드 중 가장 높은 가중치를 갖는 노드 방향으로 드론의 비행 방향을 제어하는 자율 충돌회피 비행 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법.Obstacle detection step of detecting an obstacle within a predetermined angle range based on the direction of a destination or flight path input from a current position of the drone using a lidar sensor mounted on the drone;
A node setting step of dividing an angle range detected by a lidar sensor mounted on the drone into a plurality of angle ranges and assigning a node to each angle range;
A weight setting step of setting a high weight in the order of a node having a small difference between a direction and an angle of a predetermined destination or flight path; And
An autonomous collision avoidance flight step of controlling the flight direction of the drone toward a node having the highest weight among nodes in which an obstacle is not detected by a lidar sensor mounted on the drone during drone flight. Lidar-based autonomous collision avoidance control method.
상기 장애물 감지 단계는,
입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수평방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하는 것을 특징으로 하는, 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법.The method of claim 7,
The obstacle detection step,
A lidar-based autonomous collision avoidance control method for drones, characterized in that an obstacle within a range of at least -90 to 90 degrees in the horizontal direction is detected when the direction of the input destination or flight path is set to 0 degrees.
상기 장애물 감지 단계는,
입력받은 목적지 또는 비행경로의 방향을 0도로 하였을 때 수직방향으로 적어도 -90도에서 90도의 범위내 장애물을 감지하는 것을 특징으로 하는, 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법.The method of claim 7,
The obstacle detection step,
A lidar-based autonomous collision avoidance control method for drones, characterized in that an obstacle within a range of at least -90 to 90 degrees in a vertical direction is detected when the direction of the input destination or flight path is set to 0 degrees.
상기 가중치 설정 단계는,
목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 좌측 또는 우측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는, 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법. The method of claim 7,
The weight setting step,
For nodes having the same direction and angle difference in the destination or flight path, a higher weight is set for the node in either direction of the node in the left or right direction based on the direction of the destination or flight path. Lidar-based autonomous collision avoidance control method.
상기 가중치 설정 단계는,
목적지 또는 비행경로의 방향과 각도 차이가 동일한 노드들에 대해서는 목적지 또는 비행경로의 방향을 기준으로 상측 또는 하측 방향의 노드 중 어느 한 방향의 노드에 보다 높은 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는, 드론의 라이다 기반 자율 충돌회피 제어 방법.The method of claim 7,
The weight setting step,
For nodes having the same direction and angle difference of the destination or flight path, a higher weight is set for the node in either direction of the upper or lower direction based on the direction of the destination or flight path. Lidar-based autonomous collision avoidance control method.
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