KR102168842B1 - 복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비상제어 장치 - Google Patents

복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비상제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신이 두절되거나 작동기 등의 고장이 발생한 복합형 무인항공기의 상황 대응을 위한 비상제어 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비상제어 장치는 무인항공기의 위치 정보를 수집하는 GPS 모듈, 외부의 조종장비와 양방향 통신하며 무선제어 신호를 수신하고, 위치 정보 등의 정보를 전송하는 통신부, 실시간으로 수집되는 위치 정보와 기 입력된 귀환점의 위치 정보를 기반으로 무인항공기의 현재 위치로부터 귀환점까지의 안전 경로를 생성하는 생성부, 무인항공기의 비행 형태에 따라 작동기 또는 조종면에 발생한 이상 상태와 통신두절 상태를 감지하는 이상 감지부, 무인항공기의 비행 형태를 감지한 상태로 발생한 상황 및 조건에 따라 고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 전환하도록 제어하는 전환 제어부 및, GPS 신호를 이용한 목적지로의 자동 항법 경로, 외부의 조종장비로부터 전송되는 무선제어 신호 또는 안전 경로 중 어느 하나를 기반으로 무인항공기가 이동 비행, 정지 비행 또는 수직 이착륙하도록 제어하는 비행 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비상제어 장치{Emergency control device to respond in the event of a loss of communication or failure situation of a hybrid unmanned aerial vehicle}
본 발명은 통신이 두절되거나 작동기 등의 고장이 발생한 복합형 무인항공기의 상황 대응을 위한 비상제어 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 비행 중인 복합형 무인항공기에 통신두절이 발생하거나 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 이상이 발생하게 되면 발생한 문제의 종류 및 문제가 발생한 시점에서의 비행 형태에 따라 각각 다른 방식으로 대응하여 무인항공기가 미리 지정된 귀환점을 향해 비행 후 착륙할 수 있도록 하거나 그 자리에서 하강하여 안전하게 착륙할 수 있도록 하는 비상제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고정익형 항공기와 회전익형 항공기의 두 종류로 구분될 수 있는 무인항공기는 탑승 공간이 배제됨에 따라 기존의 항공기에 비해 상당히 소형화 될 수 있는 장점을 가지며, 이에 따라 휴대가 간편해지고, 가격이 저렴해지는 등의 부가적인 효과가 발생하여 레저, 방송, 연구, 군사 등의 다양한 분야에서 다양한 목적으로 이용될 수 있다.
그러나 다른 종류의 장치들과 마찬가지로 무인항공기와 그 무인항공기의 비행을 위해 장착되는 각종 장치들 또한 기계적인 결함으로 인한 고장이 발생할 가능성이 있으며, 그중 무인항공기의 무선통신을 위해 장착되는 통신 기기에 발생하는 고장은 그 무인항공기의 비행 성능을 크게 저하시킬 수 있고, 더 나아가 추락을 유발할 수 있다.
이러한 문제에 관계되는 발명으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0034954호의 “무인 자율 비행체의 비상 착륙 장치 및 방법” 및 대한민국 등록특허공보 제10-2128060호의 “통신 안정성 정보를 이용하여 비행경로를 설정하는 비행체 및 그 방법” 등의 발명들이 제안되어 공개된 바 있다.
우선, 상기 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0034954호에는 위험한 상황이 발생한 무인 자율 비행체를 사전에 파악된 안전 착륙 지점을 향해 비행시키고 착륙시킬 수 있도록 구성되어 그 무인 자율 비행체를 보호함과 동시에 지상의 시설물 또는 인명 피해를 최소화할 수 있도록 하는 장치 및 방법에 관한 발명이 제안되었다.
또한, 상기 대한민국 등록특허공보 제10-2128060호에는 비행중인 공간의 통신 안정성이 불안정하게 되는 경우에 있어 이동통신사의 통신트랙픽 정보 등으로 구성되는 통신 안정성 정보를 이용하여 통신 상태가 안정적인 공간으로 안전 경로를 재설정할 수 있도록 구성되는 비행체 및 방법에 관한 발명이 제안되었다.
그러나 상기와 같은 종래 발명들은 모두 비행중 통신 등에 문제가 발생한 무인항공기를 안전 착륙 지점을 향해 비행시키거나 통신이 안정한 상태의 공간에서 비행하도록 안전 경로를 재설정하는 장치 등에 관한 것이므로, 작동기에 문제가 발생하거나 조종면의 구동 장치에 문제가 발생하여 일정거리 이상의 비행이 어려운 상태인 무인항공기에는 실효성이 없는 문제가 있다.
따라서, 이와 같은 문제를 모두 해결하여, 비행중 통신이 두절되거나 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 문제가 발생하여 일정거리 이상의 비행이 어려운 상태인 무인항공기를 안전하게 보호할 수 있도록 하는 기술에 관한 발명이 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-2025683호(2019. 09. 20.) 대한민국 등록특허공보 제10-2128060호(2020. 06. 23.)
본 발명에 의한 복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비상제어 장치는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 발명으로써,
비행중인 상태에서 통신이 두절되거나 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 문제가 발생하여 비행 성능이 저하된 상태인 복합형 무인항공기를 안전하게 보호할 수 있도록 하는 맞춤화된 기술에 관한 필요성이 제기되었기 때문에, 이에 대한 해결책을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 실현하고자,
고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 전환하여 비행 가능한 복합형 무인항공기에 있어서,
상기 무인항공기의 위치 정보를 수집하는 GPS 모듈; 외부의 조종장비와 양방향 통신하며 무선제어 신호를 수신하고, 위치 정보 등의 정보를 전송하는 통신부; 실시간으로 수집되는 위치 정보와 기 입력된 귀환점의 위치 정보를 기반으로 상기 무인항공기의 현재 위치로부터 귀환점까지의 안전 경로를 생성하는 생성부; 상기 무인항공기의 비행 형태에 따라 작동기 또는 조종면에 발생한 이상 상태와 통신두절 상태를 감지하는 이상 감지부; 상기 무인항공기의 비행 형태를 감지한 상태로 발생한 상황 및 조건에 따라 고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 전환하도록 제어하는 전환 제어부; 및, GPS 신호를 이용한 목적지로의 자동 항법 경로, 외부의 조종장비로부터 전송되는 무선제어 신호 또는 상기 안전 경로 중 어느 하나를 기반으로 상기 무인항공기가 이동 비행, 정지 비행 또는 수직 이착륙하도록 제어하는 비행 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비상제어 장치를 제시한다.
본 발명에 의한 복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비상제어 장치는,
무선제어 신호의 수신에 장애가 발생하거나 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 문제가 발생하는 경우에 안전 경로를 생성하는 생성부를 구비하고, 생성된 안전 경로에 의해 무인항공기의 비행을 제어하는 비행 제어부를 구비함으로써,
비행 성능이 저하된 상태인 복합형 무인항공기의 비행을 제어하여 안전하게 귀환점에 착륙시킬 수 있고, 상황에 따라서는 그 자리에서 하강하도록 제어하여 지면에 안전하게 착륙시킬 수 있는 효과가 발생한다.
도 1은 복합형 무인항공기의 예시 형상을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 기본 구성도.
도 3은 본 발명의 무인항공기가 회전익형인 상태에서 비행중 하나 이상의 작동기에 문제가 발생하는 상황에서의 대응 순서를 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 무인항공기가 고정익형인 상태에서 비행중 조종면에 문제가 발생하는 상황에서의 대응 순서를 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 무인항공기가 회전익형인 상태에서 비행중 통신두절이 발생하는 상황에서의 대응 순서를 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 무인항공기가 고정익형인 상태에서 비행중 통신두절이 발생하는 상황에서의 대응 순서를 나타낸 순서도.
도 7은 무인항공기의 장애물의 회피를 위한 목적으로 장애물 감지부 및 분석부가 부가된 상태의 구성도.
본 발명은 비행 중인 복합형 무인항공기(100)에 통신두절이 발생하거나 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 이상이 발생하게 되면 발생한 문제의 종류 및 문제가 발생한 시점에서의 비행 형태에 따라 각각 다른 방식으로 대응하여 그 무인항공기(100)가 미리 지정된 귀환점을 향해 비행 후 착륙할 수 있도록 하거나 그 자리에서 하강하여 안전하게 착륙할 수 있도록 하는 비상제어 장치에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 전환하여 비행 가능한 복합형 무인항공기(100)에 있어서,
상기 무인항공기(100)의 위치 정보를 수집하는 GPS 모듈(110); 외부의 조종장비(200)와 양방향 통신하며 무선제어 신호를 수신하고, 위치 정보 등의 정보를 전송하는 통신부(120); 실시간으로 수집되는 위치 정보와 기 입력된 귀환점의 위치 정보를 기반으로 상기 무인항공기(100)의 현재 위치로부터 귀환점까지의 안전 경로를 생성하는 생성부(130); 상기 무인항공기(100)의 비행 형태에 따라 작동기 또는 조종면에 발생한 이상 상태와 통신두절 상태를 감지하는 이상 감지부(140); 상기 무인항공기(100)의 비행 형태를 감지한 상태로 발생한 상황 및 조건에 따라 고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 전환하도록 제어하는 전환 제어부(150); 및, GPS 신호를 이용한 목적지로의 자동 항법 경로, 외부의 조종장비(200)로부터 전송되는 무선제어 신호 또는 상기 안전 경로 중 어느 하나를 기반으로 상기 무인항공기(100)가 이동 비행, 정지 비행 또는 수직 이착륙하도록 제어하는 비행 제어부(160); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하고자 한다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 고정익과 다수의 회전익이 구비된 상태로 이착륙에 회전익을 이용하고, 이동을 위한 비행에는 주로 고정익을 이용하되 필요에 따라 회전익을 이용할 수 있도록 구성되는 복합형 무인항공기(100)에 관한 것이다.
이와 같이, 복합형으로 구성되는 상기 무인항공기(100)에는 GPS 모듈(110), 통신 기기, 자력계, 가속도 센서, 자이로 센서 등의 비행에 필요한 각종 장치들이 반드시 구비되어야 하며, 자력계를 이용하여 비행 방향인 헤딩값을 감지하는 헤딩 센서가 구비될 수 있고, 그 외에도 비행 또는 임무의 수행에 필요한 비전 센서 등의 각종 장치들이 구비될 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 상기 GPS 모듈(110)은 위성으로부터 전송되는 GPS 신호를 수신하여 위치 정보를 수집하는 공지의 장치로써, GPS 신호를 이용하여 목적지를 향해 자동으로 비행중이거나 외부의 조종장비(200)로부터 전송되는 무선제어 신호를 이용하여 수동으로 비행중인 무인항공기(100)의 위치 정보를 실시간으로 수집한다.
이때, 상기 GPS 모듈(110)을 통해 수집되는 위치 정보는 수집된 즉시 별도의 저장 장치 등에 저장됨으로써 자동 제어방식에 의한 무인항공기(100)의 비행에 이용될 수 있고, 외부의 조종장비(200)로 전송되어 수동 제어방식에 의한 무인항공기(100)의 비행에 이용될 수 있으며, 무인항공기(100)의 비행경로를 기록하거나 추적하기 위한 용도로 이용될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 상기 통신부(120)는 무선통신을 위해 사용되는 공지의 통신 기기이며, 사용자에 의해 직접 제어되는 외부의 조종장비(200)와 양방향 통신하며 그 조종장비(200)로부터 전송되는 무선제어 신호를 수신하고, 상기 GPS 모듈(110)에서 수집된 위치 정보 등의 정보를 조종장비(200)로 전송한다.
이때, 상기 통신부(120)를 통해 조종장비(200)로 전송되는 정보는 위치 정보에 더하여 비전 센서를 통해 생성되는 영상 정보로 구성될 가능성이 상당하나, 무인항공기(100)의 사용 목적에 따라 온습도 센서를 통해 측정되는 온습도 정보, 미세먼지 센서를 통해 측정되는 미세먼저 농도 정보 등의 정보가 포함될 수 있다.
이와 같이, 상기 GPS 모듈(110)과 상기 통신부(120)는 항공기 분야에 있어 일반적으로 사용되는 장치들이며, 이러한 GPS 모듈(110)과 통신부(120)가 모두 정상적으로 작동하는 경우에는 무인항공기(100)가 목적지를 향해 자동 제어방식 또는 수동 제어방식으로 비행할 수 있고, 단순 비행에 더하여 촬영, 측정 등의 임무를 수행할 수 있다.
그러나 상기 통신부(120)에 손상이 발생하는 등의 이유로 통신두절이 발생하는 경우에는 무인항공기(100)가 목적지를 향해 비행하고 임무를 수행하는 등의 목적 달성에 있어 문제가 발생할 가능성이 상당하고, 더 나아가 추락의 원인이 될 가능성이 상당하므로, 본 발명은 조종장비(200)와의 통신두절이 발생하는 경우를 대비한 대응 방안을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
이에 더하여, 일반적인 고정익형 무인항공기(100)는 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)의 조정을 위한 조종면의 구동 장치에 문제가 발생할 수 있고, 일반적인 회전익형 무인항공기(100)는 다수의 회전익을 각각 회전시키기 위한 모터 등의 작동기 중 어느 하나에 문제가 발생할 수 있으며, 이러한 문제들은 비행중인 무인항공기(100)의 비행 성능을 크게 저하시킬 뿐만 아니라 추락의 원인이 될 가능성이 상당하다.
따라서, 본 발명은 복합형 무인항공기(100)가 고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 비행중인 상태에서 작동기 또는 조종면의 구동 장치 등에 이상이 발생하는 경우를 대비한 대응 방안을 제시하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 도 2에 도시된 상기 생성부(130)는 통신이 두절되거나 작동기 등의 고장이 발생하여 추락의 위험에 직면한 상기 무인항공기(100)의 자율 비행을 위한 계산을 수행하는 연산장치이다.
즉, 상기 생성부(130)는 GPS 모듈(110)을 통해 실시간으로 수집되는 위치 정보와 사용자 등에 의하여 기 입력된 귀환점의 위치 정보를 기반으로 무인항공기(100)의 현재 위치로부터 귀환점까지의 안전 경로를 생성하도록 구성되며, 생성된 안전 경로는 GPS 신호와 무선제어 신호가 정상적으로 수신되고, 작동기 등이 정상적으로 작동하는 경우에는 이용되지 않도록 구성된다.
그러나 상기 무인항공기(100)의 통신이 두절되어 무선제어 신호가 수신되지 않거나 작동기 등의 고장이 발생하는 경우에는 상기 생성부(130)에서 생성된 안전 경로가 상황에 따라 이용될 수 있으며, 이에 관한 상세한 실시예는 아래에서 설명하기로 한다.
이때, 상기 귀환점은 무인항공기(100)가 안전하게 착륙할 수 있는, 사용자 등에 의하여 미리 선정된 지점을 의미하며, 자율 비행하는 무인항공기(100)의 오차, 착륙 과정과 착륙 후의 안정성 등을 고려하여 주변이 평지로 구성되고, 사람이나 차량의 통행량이 없거나 매우 적은 장소가 선정됨이 바람직하나, 이와 같은 조건을 만족하는 장소가 없는 경우에는 주변에 비해 상대적으로 안전한 장소가 선정될 수 있다.
또한, 상기 귀환점은 다수의 장소가 선정됨이 바람직하며, 각 귀환점 간의 거리는 3 내지 7㎞의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하며, 최대 10㎞를 초과하지 않도록 한다.
또한, 상기 생성부(130)는 생성된 안전 경로에 따른 무인항공기(100)의 귀환점으로의 비행시간을 측정하고 측정된 비행시간을 이용하여 이동거리를 계산함으로써 무인항공기(100)가 감속하도록 할 수 있고, 정지 비행하도록 할 수 있으며, 하강 비행하도록 할 수 있다.
또한, 상기 생성부(130)는 GPS 모듈(110)을 통해 수집되는 위치 정보와 귀환점의 위치 정보를 이용하여 무인항공기(100)와 귀환점의 고도 차이를 계산할 수 있으며, 귀환점의 상공에 도달한 무인항공기(100)가 귀환점을 향해 하강 비행하는 경우에는 계산된 고도 차이와 측정된 하강시간을 이용하여 그 거리를 계산함으로써 무인항공기(100)가 지면에 안전하게 착륙하도록 할 수 있다.
또한, 상기 이상 감지부(140)는 무인항공기(100)의 비행 형태에 따라 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 발생한 이상 상태와 통신두절 상태를 감지하는 감시용 장치이다.
즉, 상기 이상 감지부(140)는 작동기 또는 조종면의 제어를 위한 입력이 발생하였으나 입력에 따른 결과가 발생하지 않는 경우(무인항공기의 비행 속도, 고도 등에 변화가 발생하지 않거나 작동기 또는 조종면의 구동 장치가 작동하지 않는 경우 등), 통신부(120)에 실시간으로 수신되던 무선제어 신호가 일정시간 이상 수신되지 않는 경우 등의 상황 발생을 즉시 감지하도록 구성되며, 감지된 문제의 종류에 따라 서로 다른 종류의 신호를 생성함으로써 각 상황에 따른 다른 대응이 발생하도록 할 수 있다.
이때, 상기 이상 감지부(140)가 고장을 감지하는 방식으로는 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 공급되는 전류를 분석하여 고장을 감지하는 공지의 방식 등이 이용될 수 있고, 무인항공기(100)의 비행 속도, 고도 등의 변화를 측정하여 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 발생한 고장을 간접적으로 감지하는 방식이 이용될 수 있으며, 전류를 분석하는 공지의 방식에 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 발생한 고장을 간접적으로 감지하는 방식이 부가되어 이용될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 상기 전환 제어부(150)는 복합형으로 구성되는 상기 무인항공기(100)의 비행 형태를 감지한 상태로 발생한 상황 및 조건에 따라 고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 전환하도록 제어하는 제어용 장치이다.
즉, 상기 전환 제어부(150)는 상기 무인항공기(100)의 비행 형태를 회전익형에서 고정익형으로 전환시키거나 고정익형에서 회전익형으로 전환시킬 수 있으며, 상황 및 조건에 따라서는 현재의 비행 형태가 그대로 유지되도록 한다.
또한, 도 2에 도시된 상기 비행 제어부(160)는 GPS 신호를 이용한 목적지로의 자동 항법 경로, 외부의 조종장비(200)로부터 전송되는 무선제어 신호 또는 상기 생성부(130)에서 생성된 안전 경로 중 어느 하나를 기반으로 무인항공기(100)가 이동 비행, 정지 비행 또는 수직 이착륙할 수 있도록 제어하는 제어용 장치이다.
이때, 자동 항법 경로 또는 무선제어 신호에 의한 무인항공기(100)의 제어는 외부의 조종장비(200)를 통한 사용자의 입력에 의하여 발생하나, 상기 생성부(130)에서 생성된 안전 경로에 의한 무인항공기(100)의 제어는 무선제어 신호의 수신에 장애가 발생하거나 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 문제가 발생하는 경우에 자동으로 발생하거나 사용자의 선택에 의하여 발생하도록 구성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명은 평상시 상기 비행 제어부(160)가 GPS 신호 또는 무선제어 신호를 이용하여 무인항공기(100)를 자동으로 제어하거나 수동으로 제어하도록 구성되는데, 무선제어 신호의 수신에 장애가 발생하는 경우에는 비행 제어부(160)에 의한 자율 비행이 자동으로 발생하도록 구성되고, 무선제어 신호의 수신은 가능하되 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 문제가 발생하는 경우에는 비행 제어부(160)에 의한 자율 비행이 자동으로 발생하도록 구성되거나 사용자의 선택에 의하여 발생하도록 구성될 수 있다.
이때, 작동기 또는 조종면의 구동 장치에 문제가 발생하는 경우에 있어, 사용자에 의한 무인항공기(100)의 수동 제어는 무인항공기(100)가 사용자의 시야 내에서 비행중인 경우로 한정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 비행 제어부(160)는 상기 생성부(130)에 의한 계산 결과를 기반으로 하여 귀환점을 향해 등속 비행하는 무인항공기(100)가 감속하도록 제어할 수 있고, 정지 비행하도록 제어할 수 있으며, 하강 비행하도록 제어할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 무인항공기(100)의 비행 형태가 회전익형인 상태로 하나 이상의 작동기에 이상이 발생하는 경우에는 상기 비행 제어부(160)에 의하여 다른 작동기들의 구동 속도가 각각 다르게 제어되어 롤(roll), 피치(pitch)의 각이 5 내지 25°의 범위로 유지되며 수직으로 하강하여 지면에 착륙하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 회전익형의 무인항공기(100)는 어느 하나의 회전익에 의해 발생하는 토크를 다른 하나의 회전익이 상쇄시키는 원리로 제자리에서 회전하지 않고 자세를 유지할 수 있게 되나, 하나 이상의 작동기에 이상이 발생하여 하나 이상의 회전익의 회전속도가 저하되거나 회전이 정지하게 되는 경우에는 무인항공기(100)가 일방향으로 회전하게 되는 문제가 발생한다.
이러한 경우에는, 비행중인 상기 무인항공기(100)의 비행 성능이 현저하게 저하되어 올바른 방향으로 비행하거나 그 임무를 달성할 수 없게 되므로, 상기 비행 제어부(100)는 하나 이상의 작동기에 발생한 이상이 감지되는 즉시 다른 작동기들의 구동 속도를 각각 다르게 제어하여 무인항공기(100)를 수직으로 하강시킨 후 지면에 안전하게 착륙할 수 있도록 제어하는 구성이다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 무인항공기(100)의 비행 형태가 고정익형인 상태로 조종면에 이상이 발생하는 경우에는 상기 전환 제어부(150)에 의하여 회전익형으로 전환되도록 구성되고, 회전익형으로 전환된 상태에서 상기 안전 경로를 따라 비행하도록 구성되되, 회전익형으로 전환된 시점에서 현재 위치로부터 귀환점까지의 거리가 기 설정된 거리를 초과하는 경우에는 수직으로 하강하여 지면에 착륙하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 무인항공기(100)의 조종면에 이상이 발생하는 경우에는 고정익형인 상태로의 비행 성능이 현저하게 저하될 수 있으나, 이는 회전익형인 상태로의 비행 성능에는 영향을 미치지 않기 때문이다.
다만, 상기 무인항공기(100)가 회전익형인 상태로는 고정익형인 상태일 때보다 비행 가능한 거리에 상당한 차이가 발생하게 되므로 본 발명은 조종면에 이상이 발생한 무인항공기(100)가 비행 또는 임무를 계속 수행하는 대신 귀환점으로 비행한 후 지면에 착륙하거나 즉시 하강하여 지면에 착륙하는 구성을 채택함으로써 무인항공기(100)의 안전을 우선시한다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 무인항공기(100)의 비행 형태가 회전익형인 상태로 통신두절이 발생하는 경우에는 상기 안전 경로를 따라 비행하도록 구성되되, 현재 위치로부터 귀환점까지의 거리가 기 설정된 거리를 초과하는 경우에는 상기 전환 제어부(150)에 의하여 고정익형으로 전환된 후 귀환점까지 비행하고, 귀환점에 도달할 때 다시 회전익형으로 전환된 후 하강하여 지면에 착륙하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 무인항공기(100)의 비행 형태가 고정익형인 상태로 자동 항법 경로를 기반으로 하여 자동 제어되는 과정에서 통신두절이 발생하는 경우에는 자동 제어되는 상태를 유지하되, 기 설정된 대기시간 내에 통신이 복구되지 않는 경우에는 상기 안전 경로를 따라 귀환점까지 비행하고, 귀환점에 도달할 때 회전익형으로 전환된 후 하강하여 지면에 착륙하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 무인항공기(100)의 비행 형태가 고정익형인 상태로 무선제어 신호에 의해 수동 제어되어 되는 과정에서 통신두절이 발생하는 경우에는 자동으로 선회 비행하도록 구성되되 기 설정된 대기시간 내에 통신이 복구되지 않는 경우에는 상기 안전 경로를 따라 귀환점까지 비행하고, 귀환점에 도달할 때 회전익형으로 전환된 후 하강하여 지면에 착륙하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무인항공기(100)에는 하방으로의 직선거리를 측정하기 위한 측정부가 구비될 수 있고, 무인항공기(100)가 착륙할 때 랜딩기어에 발생하는 압력을 감지하는 하나 이상의 압력 센서가 구비될 수 있으며, 상기 측정부에서 측정되는 직선거리와 상기 압력 센서에서 감지되는 압력은 무인항공기(100)의 안전한 착륙을 위한 정보로써 활용될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 무인항공기(100)에는 전방에 위치한 장애물과의 거리와 그 장애물의 이미지를 감지하는 장애물 감지부(170) 및, 감지된 장애물의 이미지를 분석하여 회피 경로를 생성하는 분석부(180)가 구비될 수 있으며, 상기 비행 제어부(160)는 생성된 회피 경로를 이용하여 무인항공기(100)가 장애물을 회피하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 장애물 감지부(170)는 전방에 위치한 장애물과의 거리를 감지하기 위한 목적으로 라이다 센서, TOF 센서 또는 적외선거리 센서 등의 센서 중 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있고, 그 장애물의 이미지를 감지하기 위한 목적으로 이미지 센서를 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 상기 분석부(180)는 감지된 장애물과의 거리와 그 장애물의 이미지를 분석하여 장애물의 회피를 위한 최적의 회피 경로를 생성할 수 있으며, 생성된 회피 경로에 따른 장애물의 회피는 상기 비행 제어부(160)에 의해 수행되는 구성이다.
이에 관한 본 발명의 일 실시예로써, 상기 분석부(180)는 전방에 위치한 장애물이 나무, 첨탑, 교량 등 위치에 변화가 없는 고정형 장애물로 분석되는 경우에는 그 장애물의 형상을 고려하여 회피 경로를 생성할 수 있고, 전방에 위치한 장애물이 다른 비행체 등 위치에 변화가 발생하는 이동형 장애물로 분석되는 경우에는 그 장애물의 이동 방향과 형상을 모두 고려하여 회피 경로를 생성할 수 있다.
이후, 상기 비행 제어부(160)는 생성된 회피 경로를 이용하여 무인항공기(100)가 장애물을 회피하도록 제어하게 되며, 상기 생성부(130)는 기존의 안전 경로에 그 회피 경로를 반영하여 무인항공기(100)로부터 선택된 귀환점으로의 안전 경로를 다시 생성함으로써, 무인항공기(100)가 장애물을 회피한 이후에도 귀환점을 향해 정상적으로 자율 비행하도록 할 수 있다.
위에서 소개된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 예로써 제공되는 것이며, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화 될 수도 있다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장 또는 축소되어 표현될 수 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
100 : 무인항공기
110 : GPS 모듈
120 : 통신부
130 : 생성부
140 : 이상 감지부
150 : 전환 제어부
160 : 비행 제어부
170 : 장애물 감지부
180 : 분석부
200 : 조종장비

Claims (5)

  1. 고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 전환하여 비행 가능한 복합형 무인항공기(100)에 있어서,
    상기 무인항공기(100)의 위치 정보를 수집하는 GPS 모듈(110);
    외부의 조종장비(200)와 양방향 통신하며 무선제어 신호를 수신하고, 위치 정보 등의 정보를 전송하는 통신부(120);
    실시간으로 수집되는 위치 정보와 기 입력된 귀환점의 위치 정보를 기반으로 상기 무인항공기(100)의 현재 위치로부터 귀환점까지의 안전 경로를 생성하는 생성부(130);
    상기 무인항공기(100)의 비행 형태에 따라 작동기 또는 조종면에 발생한 이상 상태와 통신두절 상태를 감지하는 이상 감지부(140);
    상기 무인항공기(100)의 비행 형태를 감지한 상태로 발생한 상황 및 조건에 따라 고정익형 또는 회전익형 중 어느 하나의 비행 형태로 전환하도록 제어하는 전환 제어부(150); 및,
    GPS 신호를 이용한 목적지로의 자동 항법 경로, 외부의 조종장비(200)로부터 전송되는 무선제어 신호 또는 상기 안전 경로 중 어느 하나를 기반으로 상기 무인항공기(100)가 이동 비행, 정지 비행 또는 수직 이착륙하도록 제어하는 비행 제어부(160); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하되,
    상기 무인항공기(100)는,
    비행 형태가 고정익형인 상태로 조종면에 이상이 발생하는 경우에는 상기 전환 제어부(150)에 의하여 회전익형으로 전환되도록 구성되고,
    회전익형으로 전환된 상태에서 상기 안전 경로를 따라 비행하도록 구성되되,
    회전익형으로 전환된 시점에서 현재 위치로부터 귀환점까지의 거리가 기 설정된 거리를 초과하는 경우에는 수직으로 하강하여 지면에 착륙하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비행 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무인항공기(100)는,
    비행 형태가 회전익형인 상태로 하나 이상의 작동기에 이상이 발생하는 경우에는,
    상기 비행 제어부(160)에 의하여 다른 작동기들의 구동 속도가 각각 다르게 제어되어 롤(roll), 피치(pitch)의 각이 5 내지 25°의 범위로 유지되며 수직으로 하강하여 지면에 착륙하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복합형 무인항공기의 통신두절 또는 고장 상황에서의 대응을 위한 비행 장치.
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