KR102239444B1 - 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

드론의 비행경로를 비행 중에 실시간으로 지도상에 재설정함으로써 비행경로를 수정, 변경, 연장할 수 있고, 재설정된 비행경로와 실제 비행한 경로의 오차를 최소화할 수 있는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로, 미리 설정된 운항 정보에 따라 제1 비행경로로 운항하는 자율비행체 및 상기 제1 비행경로로 운항 중인 상기 자율비행체의 운항 위치 정보에 따라 무선 통신으로 상기 자율비행체의 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장시키는 스마트 기기를 마련하여, 비행경로를 임의로 재설정하여 실시간으로 이동 경로를 정밀하게 변경, 제어할 수 있다.

Description

자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법{Real-time Routing Control System for the Map-based Drone Flight and Control method thereof}
본 발명은 자율비행체인 드론(Drone)의 비행경로를 지도 기반에 따라 실시간으로 제어하는 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로, 특히 자율비행체의 기본 플랫폼 중의 하나인 드론의 비행경로를 비행 중에 실시간으로 지도상에 재설정함으로써 비행경로를 수정, 변경, 연장할 수 있고, 재설정된 비행경로와 실제 비행한 경로의 오차를 최소화할 수 있는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
드론 또는 무인항공기(UAV: unmanned aerial vehicle)는 사람이 승선하지 않고, 원격지에서 무선으로 조작하여 비행하는 자율비행체로서, 군사용뿐만 아니라 민간 시장에서 상업적 용도로 널리 활용될 전망이다. 즉, 멀티콥터 드론은 최초로 군사용으로 개발되었으나, 최근에는 운반 및 보관의 편리성으로 방송 등에서 촬영으로 많이 사용되며 최근 드론(무인 비행체)가 상용화되고 있다.
이와 같은 드론은 기체가 가벼워 휴대가 간편하고, 신속하며, 경제성이 뛰어나 항공촬영, 저고도 정찰수색 등의 용도로서, 카메라로 사람이 접근하기 어려운 위치에서 촬영 또는 재난 재해 모니터링, 물류의 운반 등의 다양한 분야에서 활용되고 있다.
즉, 드론인 무인항공기는 유인항공기의 많은 기능 부분을 대체하고자 빠르게 그 시장이 확대되고 있는 상황이다. 무인항공기는 군, 경찰, 소방, 산림, 방송 등 다양한 분야에서 사용이 가능하며 지속적으로 그 사용 범위가 확대되고 있는 추세이다.
한편, 무인항공기를 상공에 띄우게 되면 바람과 같은 불규칙한 외란에 의해 무인항공기가 흔들려 자세를 안정화시키기 어려운 경우가 있고 이로 인해 최적의 영상 데이터를 획득하기 어려울 수 있다. 또 무인항공기는 운영자가 탑승하고 있지 않은 만큼 운영자가 제어를 입력한 시각과 비행체가 제어에 따라 동작하는 시각에 지연이 발생하므로 장애물과 충돌할 수 있다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 도 1에 도시된 바와 같이, 드론 제어 장치(11)가 기본 항로 데이터베이스를 기반으로 기본 항로를 결정하는 단계, 상기 드론 제어 장치(11)가 드론 관제 장치(12)로 액세스하고 관제 드론(13)으로부터 항로 상황 정보를 수신한 드론 관제 장치(12)로부터 업데이트 항로 정보를 수신하는 단계, 상기 드론 제어 장치(11)가 상기 업데이트 항로 정보를 기반으로 상기 기본 항로의 조정 여부를 결정하는 단계 및 상기 기본 항로의 조정이 결정되는 경우, 상기 드론 제어 장치(11)가 상기 업데이트 항로 정보를 기반으로 기본 항로를 조정한 조정 항로를 기반으로 상기 드론(10)의 운항을 제어하는 단계를 포함하는 드론의 비행경로를 업데이트하는 방법에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 영상 데이터의 획득을 위한 쿼드로터를 포함한 무인비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)의 불규칙 외란에 따른 가속도, 각속도, 지자기 값과 고도계를 통해 획득한 고도 값을 센서를 통해 입력받는 단계, 상기 무인비행체의 자세와 고도를 추정하기 위해 입력 값에 기초하여 무인비행체의 각도 및 고도에 따른 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 계산하는 단계 및 상기 무인비행체가 영상 데이터를 획득할 수 있는 자세 및 일정한 고도가 유지될 수 있도록 연산된 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 통해 무인비행체에 탑재되는 모터를 구동시키는 단계를 포함하는 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법에 대해 개시되어 있다.
한편, 하기 특허문헌 3에는 비행체의 정보와 환경 정보를 기초로 충돌을 방지하기 위한 제어 제한 영역을 설정하는 영역 설정부 및 제어 제한 영역에 진입한 비행체가 충돌 가능성이 있는 방향으로 이동하는 경우, 비행체의 이동 속도 및 비행체의 제어 민감도를 변경하는 이동 속도 변경부를 포함하고, 상기 이동 속도 변경부는 제어 제한 영역에 진입한 비행체가 충돌 가능성이 있는 방향으로 이동하는 경우, 비행체가 운영자의 입력보다 적은 거리를 이동하도록 비행체의 제어 신호를 보정하는 충돌 방지 장치에 대해 개시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0074895호(2016.06.29 공개) 대한민국 공개특허공보 제2016-0068260호(2016.06.15 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1304068호(2013.08.29 등록)
상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 드론 제어 장치가 업데이트 항로 정보를 기반으로 기본 항로를 조정한 조정 항로를 기반으로 드론의 운항을 제어하는 구조를 마련하였지만, 관제 드론으로부터 항로 상황 정보를 수신하고 드론 관제 장치로부터 업데이트 항로 정보를 드론 제어 장치가 수신하는 구조로서, 항로 변경을 위한 과정이 번잡하다는 문제가 있었다. 또 상기 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 설정된 비행경로와 실제 비행한 경로의 오차가 발생한 경우, 원하는 항로로 수정 또는 변경할 수 없으며, 이에 따라 정확성을 확보할 수 없다는 문제도 있었다.
또 상기 특허문헌 2에서는 센서부에서 받은 데이터를 이용하여 자세 및 위치를 확인하여 자세 안정화 및 고도 제어를 실행하지만, 예를 들어 비행금지 지역 등에 따라 비행경로 자체를 변경할 수 없다는 문제가 있었다.
한편, 상기 특허문헌 3에는 설정된 비행경로에서 속도 정보, 가속도 정보, 이동 방향 등에 따라 비행체가 벽이나 다른 비행체와의 충돌을 방지할 수 있을 뿐, 상기 특허문헌 2와 같이, 비행경로 자체를 변경할 수 없다는 문제가 있었다.
즉, 상기 특허문헌 2 및 3에 개시된 기술에서는 무인비행체를 수동으로 조정하거나 비행 전에 메모리에 경로를 입력하기 때문에 비행 중에 경로 수정이나 연장 또는 변경이 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 운항 중인 자율비행체에 대한 비행경로의 수정, 변경 또는 연장변경 및 수정이 가능하도록 스마트 기기와 전자지도를 활용하여 비행경로를 재설정할 수 있는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 운항 중인 경로를 중도에 수정 또는 변경할 경우 재설정한 비행경로와 실제 비행경로와의 오차를 최소화할 수 있는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비료 및 농약 등 농업 제재의 살포, 경작지 관찰, 관리에 관한 농업경제 분야, 공중 촬영, 지역 감시 및 순찰, 대민 안전, 생활 보안에 관한 사회 민생 분야, 물품 배송, 이동, 전송 및 교환, 자연 관찰, 조망 등에 관한 물류레저 분야에서 운영자에 의해 자율비행체의 비행경로를 용이하게 수정, 변경 또는 연장할 수 있는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템은 미리 설정된 운항 정보에 따라 제1 비행경로로 운항하는 자율비행체 및 상기 제1 비행경로로 운항 중인 상기 자율비행체의 운항 위치 정보에 따라 무선 통신으로 상기 자율비행체의 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장시키는 스마트 기기를 포함하고, 상기 스마트 기기는 상기 자율비행체의 제1 비행경로에 따른 운항 위치를 표시하는 표시 모듈, 상기 표시 모듈에 표시된 자율비행체의 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장하여 제2 비행경로 정보를 생성하는 비행경로 생성 모듈을 포함하고, 상기 자율비행체는 상기 비행경로 생성 모듈에서 생성된 제2 비행경로에 따라 운항하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서, 상기 자율비행체는 전자 지도 정보를 저장한 메모리부, 상기 스마트 기기로 제1 비행경로에 따른 운항 위치 정보를 전송하는 제1 송신부, 상기 비행경로 생성 모듈에서 생성된 제2 비행경로의 정보를 수신하는 제1 수신부, 상기 전자 지도 정보와 상기 제2 비행경로의 정보를 대비하여 비행 좌표 오차를 산출하는 경로 오차 생성부, 상기 경로 오차 생성부에서 생성된 비행 좌표 오차 정보에 따라 상기 제1 비행경로를 상기 제2 비행경로로 수정, 변경 또는 연장하여 운항하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서, 상기 스마트 기기는 상기 비행경로 생성 모듈에서 생성된 제2 비행경로의 운항 정보를 상기 제1 수신부로 전송하는 제2 송신부, 상기 제1 송신부에서 전송된 운항 위치 정보를 수신하는 제2 수신부를 더 포함하고, 상기 표시 모듈에는 상기 메모리부에 저장된 전자 지도 정보와 동일한 지도 정보가 표시되고, 상기 비행경로 생성 모듈은 운영자가 상기 표시 모듈에 제2 비행경로 위치를 터치하는 것에 따라 제2 비행경로를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서, 상기 제1 송신부는 상기 경로 오차 생성부에서 생성된 비행 좌표 오차 정보를 상기 제2 수신부로 스트리밍 전송하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서,
상기 비행경로 생성 모듈은 상기 표시 모듈에 표시된 전자 지도상의 좌표를 비행경로 좌표 데이터로 변환하여 제2 비행경로를 생성하고, 상기 제2 수신부는 상기 경로 오차 생성부에서 생성된 비행 좌표 오차 정보를 연속적인 스트림으로 수신하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서, 상기 비행경로 생성 모듈은 상기 비행 좌표 오차 정보에 따라 회귀분석 방법으로 상기 비행경로 좌표 정보를 보완하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법은 (a) 미리 설정된 운항 정보에 따라 제1 비행경로로 운항하는 자율비행체로부터 운항 정보를 스마트 기기에서 수신하는 단계, (b) 스마트 기기에서 상기 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장시키는 제2 비행경로 정보를 생성하여 상기 자율비행체로 전송하는 단계, (c) 상기 자율비행체가 상기 단계 (b)에서 전송된 제2 비행경로에 따라 비행 좌표 오차를 생성하고, 상기 제1 비행경로를 상기 제2 비행경로로 수정, 변경 또는 연장하여 운항하는 단계, (d) 상기 자율비행체에서 상기 비행 좌표 오차를 상기 스마트 기기로 스트리밍 전송하는 단계, (e) 상기 단계 (d)에서 전송된 상기 비행 좌표 오차에 대해 회귀분석 방법으로 상기 제2 비행경로를 보완하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법에서, 상기 단계 (a)에서 운항 정보는 전자 지도 정보를 표시하는 표시 모듈 상에 표시되고, 상기 단계 (b)에서 상기 제2 비행경로 생성은 상기 표시 모듈에 표시된 전자 지도상의 좌표를 비행경로 좌표 데이터로 변환하여 생성하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법에서, 상기 제2 비행경로는 운영자가 상기 표시 모듈의 전자 지도 정보에 제2 비행경로 위치를 터치하는 것에 따라 생성되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서, 상기 단계 (e)에서 상기 제2 비행경로의 보완은 상기 단계 (a) 내지 단계 (d)를 반복하여 실행되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법에 의하면, 자율비행체의 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장하여 제2 비행경로 정보를 생성하는 비행경로 생성 모듈 및 비행경로의 오차를 생성하는 경로 오차 생성부를 마련하는 것에 의해, 자율비행체의 운항을 자율적인 제어나 사전 입력 제어에 100% 의존하지 않고, 필요한 경우에 비행경로를 임의로 재설정하여 실시간으로 이동 경로를 정밀하게 변경, 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법에 의하면, 기존의 사전 입력 방식과 수동 조종 방식을 결합하여 자율비행체의 비행 스케줄을 운항중에 실시간으로 변경할 수 있을 경우, 비행 중에 발생되는 여러 상황이나 비행 계획의 변경, 긴급 상황에서의 대처 등에 대하여 제어 가능한 상황을 유도하는 것이 가능하므로, 운용 범위나 응용 분야가 매우 크게 확대되어 자율비행체의 효용성을 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래의 기술에 따른 드론 운항 시스템을 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서 비행경로의 변경을 설명하기 위한 개념도,
도 3은 도 2에 도시된 스마트 기기의 구성을 나타내는 블록도,
도 4는 도 2에 도시된 자율비행체의 구성을 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서 자율비행체와 스마트 기기 간에 제어 과정을 설명하기 위한 프로토콜의 시퀀스 다이어그램,
도 6은 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법에서 제2 비행경로로 운항하는 과정을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원에서 사용하는 용어 "자율비행체"는 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인항공기(UAV : unmanned aerial vehicle/uninhabited aerial vehicle)인 드론으로서, 프로펠러의 개수에 따라 분류된 바이콥터(2개), 쿼드콥터(4개), 헥사콥터(6개), 옥토콥터(8개) 등으로 이루어질 수 있으며, 또 본 발명에 사용되는 용어 "운항"은 자율비행체가 미리 설정된 조건에 따라 정해진 노선으로 이동하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 사용되는 용어 "스마트 기기"는 데이터 통신을 할 수 있는 통신 기능을 구비한 것으로서, 스마트폰(Smart Phone), 휴대 단말기(Portable Terminal), 이동 단말기(Mobile Terminal), 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant: PDA), PMP(Portable Multimedia Player) 단말기, 텔레매틱스(Telematics) 단말기, 내비게이션(Navigation) 단말기, 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 슬레이트 PC(Slate PC), 태블릿 PC(Tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(Wearable Device, 예를 들어, 워치형 단말기(Smartwatch), 글래스형 단말기(Smart Glass), HMD(Head Mounted Display) 등 포함), 와이브로(Wibro) 단말기, IPTV(Internet Protocol Television) 단말기, 스마트 TV, 디지털방송용 단말기, AVN(Audio Video Navigation) 단말기, A/V(Audio/Video) 시스템, 플렉시블 단말기(Flexible Terminal) 등과 같은 다양한 단말기에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 용어 "무선 통신"은 무선랜(Wireless LAN:WLAN), DLNA(Digital Living Network Alliance), 와이브로(Wireless Broadband: Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS), 5G 등을 적용할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 무선 통신 기술의 발전에 따라 다양하게 응용 실시할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템의 기본 개념에 대해 도 2에 따라 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서 비행경로의 변경을 설명하기 위한 개념도 이다.
본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 운항 정보에 따라 제1 비행경로로 운항하는 자율비행체(100) 및 상기 제1 비행경로로 운항 중인 상기 자율비행체(100)의 운항 위치 정보에 따라 무선 통신으로 상기 자율비행체(100)의 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장시키는 스마트 기기(200)를 포함한다.
본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 자율비행체(100)의 기본 플랫폼 중의 하나인 드론(Drone)의 제1 비행경로를 운항 중에 실시간으로 스마트 기기(200)의 지도상에 재설정함으로써 제1 비행경로를 수정, 변경, 연장하여 제2 비행경로를 생성할 수 있고, 재설정된 제2 비행경로와 실제 비행한 경로의 오차를 최소화할 수 있도록, 지도 기반의 비행경로 좌표 매트릭스(Matrix)를 생성하는 비행경로 매핑 알고리즘을 마련하고, 실시간 비행경로 변경 제어의 정확성 향상을 위한 비행경로 오차 최소화 알고리즘을 마련한다.
즉, 본 발명에서는 기존의 자율비행체(100)들이 가지고 있는 자동 비행경로 제어 기술을 확장하여 실시간 비행경로 재설정을 위해, 예를 들어 스마트 기기(200)에 표시되는 구글 맵과 같은 전자지도상에서 온라인으로 제1 비행경로를 제2 비행경로로 재설정하며, 재설정된 제2 비행경로를 자율비행체(100)에 전송하고, 지도상의 비행체 경로 이동 좌표를 비행경로 좌표 매트릭스로 매핑하며, 전자지도 해상도 변경에 따른 좌표에 대응하여 매핑하고, 기존 경로 데이터와의 연결 및 경로 좌표 재설정을 실행한다.
또 비행경로의 오차를 최소화하기 위해, 비행경로 재설정 이후의 실제 비행경로와 재설정 경로의 차이를 측정하고, 회귀분석에 의한 경로 오차를 산출하며, 경로 오차에 대한 비행경로 좌표 매트릭스를 수정하여 비행경로 오차를 최소화한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 비행 전에 미리 제1 비행경로가 입력되었음에도 불구하고, 운항 도중에 운영자가 스마트 기기(200)에 의해 제2 비행경로를 실시간으로 재설정하여 수정, 변경, 연장할 수 있다.
또 경로 재설정 이후 쌍방향 트래킹(Tracking)에 의하여 실제 비행경로가 재설정된 비행경로와 최단시간, 최소거리 이내에서 일치하도록 비행경로 좌표 매트릭스(Matrix)를 회귀 분석 방법으로 수정하여 제2 비행경로에서 오차가 최소화되도록 제어한다.
즉, 운항 중인 자율비행체(100)의 지도상의 위치를 표시하는 비행경로 좌표 매트릭스를 실시간으로 변경하여 비행경로를 수정할 수 있도록 하여 주는 좌표 변환 알고리즘을 마련하고, 비행경로 좌표 매트릭스와 현재 비행 좌표와의 비교를 통하여 비행경로 오차를 산출하고, 좌표 오차를 최소화하도록 자율비행체의 비행을 제어하기 위한 비행경로 좌표 매트릭스 수정 알고리즘을 마련한다.
이하, 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템의 구성에 대해 도 3 및 도 4에 따라 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 스마트 기기(200)의 구성을 나타내는 블록도 이고, 도 4는 도 2에 도시된 자율비행체(100)의 구성을 나타내는 블록도 이다.
본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템의 스마트 기기(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 자율비행체(100)의 제1 비행경로에 따른 운항 위치를 표시하는 표시 모듈(210), 상기 표시 모듈에 표시된 자율비행체의 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장하여 제2 비행경로 정보를 생성하는 비행경로 생성 모듈(240)을 포함한다.
상기 표시 모듈(210)은 네이버의 지도 정보, 카카오의 지도 정도, 구글의 전자 지도 정보와 같은 전자 지도 정보를 화면상에 표시할 수 있는 스마트폰, 개인 정보 단말기, 스마트 패드 등의 스마트 기기의 표시 수단이 적용될 수 있으며, 운영자의 터치를 인식할 수 있다.
상기 비행경로 생성 모듈(240)은 상기 표시 모듈(210)에 표시될 전자 지도 정보를 저장하는 저장부와 전자 지도상의 좌표를 비행경로 좌표 매트릭스(Matrix) 데이터로 변환할 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
또 상기 자율비행체(100)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전자 지도 정보를 저장한 메모리부(110), 상기 스마트 기기(200)로 제1 비행경로에 따른 운항 위치 정보를 전송하는 제1 송신부(120), 상기 비행경로 생성 모듈(240)에서 생성된 제2 비행경로의 정보를 수신하는 제1 수신부(130), 상기 전자 지도 정보와 상기 제2 비행경로의 정보를 대비하여 비행 좌표 오차를 산출하는 경로 오차 생성부(140), 상기 경로 오차 생성부(140)에서 생성된 비행 좌표 오차 정보에 따라 상기 제1 비행경로를 상기 제2 비행경로로 수정, 변경 또는 연장하여 운항하는 제어부(150), 통상의 자율비행체(100)인 드론의 운항을 위한 프로펠러, 모터, 배터리 등을 구비한 운행부(150)를 포함한다.
상기 메모리부(110)는 예를 들어, 플래시 메모리 타입(Flash Memory Type), 하드 디스크 타입(Hard Disk Type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro Type), 카드 타입의 메모리(예를 들면, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory: RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory: ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있고, 네이버의 지도 정보, 카카오의 지도 정도, 구글의 전자 지도 정보 등을 저장할 수 있다.
상기 제1 송신부(120)와 제1 수신부(130)는 통상의 무선 통신에서 데이터를 송수신할 수 있는 기기이며, 특정 송수신 기기에 한정되는 것은 아니다.
상기 경로 오차 생성 부(140)는 메모리 부(110)에 저장된 전자 지도 정보와 비행경로 생성 모듈(240)에서 생성되어 전송된 제2 비행경로 정보를 대비하여 운항 중인 경로에서 자율비행체(100)의 비행 좌표 오차를 생성하고, 이 오차 정보는 제1 송신부(120)를 통해 스마트 기기(200)로 전송된다.
상기 제어부(150)는 RAM, ROM, CPU, G PU, 버스를 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, G PU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다. CPU는 메모리부(110)를 액세스하여, 메모리부(110)에 저장된 O/S를 이용하여 부팅을 수행할 수 있으며, 메모리부(110)에 저장된 전자 지도 정보, 각종 프로그램, 데이터 등을 이용하여 운행부(160)를 제어하여 자율비행체(100)의 운항을 실행하게 한다. 즉, 제어부(150)는 스마트 기기(200)에서 전송된 제2 비행경로 정보에 따라 운행부(160)를 제어하여 자율비행체(100)가 제2 비행경로로 운항하게 할 수 있다.
한편, 상기 스마트 기기(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 비행경로 생성 모듈(240)에서 생성된 제2 비행경로의 운항 정보를 상기 제1 수신부(130)로 전송하는 제2 송신부(220), 상기 제1 송신부(120)에서 전송된 운항 위치 정보를 수신하는 제2 수신부(230)를 더 포함하고, 상기 표시 모듈(210)에는 상기 메모리부(110)에 저장된 전자 지도 정보와 동일한 지도 정보가 표시되고, 상기 비행경로 생성 모듈(240)은 운영자가 상기 표시 모듈(210)에 제2 비행경로 위치를 터치하는 것에 따라 제2 비행경로를 생성한다. 상기 제2 송신부(220)와 제2 수신부(230)도 통상의 무선 통신에서 데이터를 송수신할 수 있는 기기이며, 특정 송수신 기기에 한정되는 것은 아니다.
상기 비행경로 생성 모듈(240)은 상기 표시 모듈(210)에 표시된 전자 지도상의 좌표를 비행경로 좌표 데이터로 변환하여 제2 비행경로를 생성하고, 비행 좌표 오차 정보에 따라 회귀분석 방법으로 상기 비행경로 좌표 매트릭스 정보를 보완한다.
또 상기 제1 송신부(120)는 상기 경로 오차 생성부(140)에서 생성된 비행 좌표 오차 정보를 상기 제2 수신부(230)로 스트리밍 전송하며, 상기 제2 수신부(230)는 상기 경로 오차 생성부에서 생성된 비행 좌표 오차 정보를 연속적인 스트림으로 수신한다.
한편, 상기 설명에서는 경로 오차 생성부(140), 비행경로 생성 모듈(240) 등을 구성 요소로서 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 알고리즘에 의해 실행되는 프로그램으로 구성될 수 있다.
다음에 상술한 자율비행체의 실시간 비행경로의 제어 방법에 대해 도 5 및 도 6에 따라 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템에서 자율비행체와 스마트 기기 간에 제어 과정을 설명하기 위한 프로토콜의 시퀀스 다이어그램이고, 도 6은 본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법에서 제2 비행경로로 운항하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 메모리부(110)에 설정되어 저장된 운항 정보에 따라 제1 비행경로로 운항하는 자율비행체(100)로 부터 운항 정보를 스마트 기기(200)에서 수신한다.
즉 상기 자율비행체(100)는 운항하는 과정(a1)에서 제1 비행경로의 운항 정보를 제1 송신부(120)를 통해 스마트 기기(200)로 스트리밍 전송한다(a2). 이 제1 비행경로의 정보는 제2 수신부(230)를 통해 수신되고 도 2에 도시된 바와 같이, 표시 모듈(210)에 표시된다.
운영자가 자율비행체(100)의 운항 중에 발생되는 여러 상황이나 비행 계획의 변경, 긴급 상황에서의 대처 등이 필요한 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 표시 모듈(210)을 터치하여 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장시킨다. 즉 운영자가 표시 모듈(210)을 터치하는 것에 의해 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 비행경로가 표시된다.
이에 따라, 비행경로 생성 모듈(240)은 상기 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장시키는 제2 비행경로 정보를 생성한다(b1).
상기 제2 비행경로 생성은 상기 표시 모듈(210)에 표시된 전자 지도상의 좌표를 비행경로 좌표 데이터로 변환(b2)하여 생성하고, 매트릭스 데이터는 제2 송신부(220)에 의해 자율비행체(100)으로 전송된다(b3).
상기 자율비행체(100)는 제1 수신부(130)를 통해 스마트 기기(200)에서 전송된 매트릭스 데이터를 수신하고, 경로 오차 생성부(140)는 수신된 매트릭스 데이터와 운행부(160)에 의해 운항 중인 운항 정보, 즉 제1 비행경로의 좌표 정보와 제2 비행경로의 좌표 정보를 비교하여 비행 좌표 오차를 산출한다(a4).
상기 a4 단계에서 생성된 비행 좌표 오차에 대응하도록, 제어부(150)가 운행부(160)를 제어하여 자율비행체(100)의 비행 제어 내장 함수의 실행, 비행 방향 및 고도 제어를 수행하여 도 6에 도시된 바와 같이, 메모리부(110)에 저장된 제1 비행경로를 비행경로 생성 모듈(240)에서 생성된 제2 비행경로로 수정, 변경 또는 연장하여 운항(a5)하고, 이 비행 좌표 오차 정보도 제1 송신부(120)를 통해 스마트 기기(200)로 스트리밍 전송된다(a6)
상기 제2 비행경로 정보도 도 6에 도시된 바와 같이, 표시 모듈(210)에 표시되며, 상기 단계 a6에서 전송된 상기 비행 좌표 오차에 대해 회귀분석 방법으로 상기 제2 비행경로를 보완하도록, 비행경로 생성 모듈(240)은 매트릭스 데이터를 수정하고(b4), 상기 단계 b3로 진행하는 것에 의해 상술한 단계를 반복하여 자율비행체(100)가 운영자가 원하는 제2 비행경로로 운항하게 한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템 및 제어 방법을 사용하는 것에 의해 비행경로를 임의로 재설정하여 실시간으로 이동 경로를 정밀하게 변경, 제어할 수 있다.
100 : 자율비행체
200 : 스마트 기기

Claims (10)

  1. 미리 설정된 운항 정보에 따라 제1 비행경로로 운항하는 자율비행체 및
    상기 제1 비행경로로 운항 중인 상기 자율비행체의 운항 위치 정보에 따라 무선 통신으로 상기 자율비행체의 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장시키는 스마트 기기를 포함하고,
    상기 스마트 기기는 상기 자율비행체의 제1 비행경로에 따른 운항 위치를 전자 지도 정보로 표시하는 표시 모듈, 상기 표시 모듈에 표시된 자율비행체의 제1 비행경로를 실시간으로 수정, 변경 또는 연장하여 제2 비행경로 정보를 생성하고 상기 자율비행체로 전송하는 비행경로 생성 모듈을 포함하고,
    상기 자율비행체는 전자 지도 정보를 저장한 메모리부, 상기 전자 지도 정보와 상기 제2 비행경로의 정보를 대비하여 운항 중인 경로에서 비행 좌표 오차를 산출하는 경로 오차 생성부, 상기 경로 오차 생성부에서 생성된 비행 좌표 오차 정보에 따라 상기 제1 비행경로를 상기 제2 비행경로로 수정, 변경 또는 연장하여 운항하는 제어부를 포함하고,
    상기 비행경로 생성 모듈은 경로 재설정 이후 쌍방향 트래킹(Tracking)에 의하여 실제 비행경로가 재설정된 비행경로와 최단시간, 최소거리 이내에서 일치하도록, 비행경로 재설정 이후의 실제 비행경로와 재설정 경로의 차이를 측정하고, 비행경로 좌표 매트릭스(Matrix)를 회귀 분석 방법으로 경로 오차가 최소화되도록 수정하여 상기 자율비행체로 전송하고,
    상기 자율비행체는 상기 비행경로 생성 모듈에서 생성된 제2 비행경로에 따라 운항하는 것을 특징으로 하는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 자율비행체는
    상기 스마트 기기로 제1 비행경로에 따른 운항 위치 정보를 전송하는 제1 송신부,
    상기 비행경로 생성 모듈에서 생성된 제2 비행경로의 정보를 수신하는 제1 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 스마트 기기는
    상기 비행경로 생성 모듈에서 생성된 제2 비행경로의 운항 정보를 상기 제1 수신부로 전송하는 제2 송신부,
    상기 제1 송신부에서 전송된 운항 위치 정보를 수신하는 제2 수신부를 더 포함하고,
    상기 표시 모듈에는 상기 메모리부에 저장된 전자 지도 정보와 동일한 지도 정보가 표시되고,
    상기 비행경로 생성 모듈은 운영자가 상기 표시 모듈에 제2 비행경로 위치를 터치하는 것에 따라 제2 비행경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 송신부는 상기 경로 오차 생성부에서 생성된 비행 좌표 오차 정보를 상기 제2 수신부로 스트리밍 전송하는 것을 특징으로 하는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 수신부는 상기 경로 오차 생성부에서 생성된 비행 좌표 오차 정보를 연속적인 스트림으로 수신하는 것을 특징으로 하는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 시스템.
  6. 삭제
  7. (a) 메모리부에 설정된 운항 정보에 따라 제1 비행경로로 운항하는 자율비행체로부터 운항 정보를 실시간으로 스마트 기기에서 수신하는 단계,
    (b) 스마트 기기의 비행경로 생성 모듈에서 상기 제1 비행경로를 수정, 변경 또는 연장시키는 제2 비행경로 정보를 생성하여 상기 자율비행체로 전송하는 단계,
    (c) 상기 자율비행체가 상기 단계 (b)에서 전송된 제2 비행경로에 따라 제1 비행경로의 좌표 정보와 제2 비행경로의 좌표 정보를 비교하여 비행 좌표 오차를 산출하고, 상기 제1 비행경로를 상기 제2 비행경로로 수정, 변경 또는 연장하여 운항하는 단계,
    (d) 상기 단계 (c)에서 산출된 상기 비행 좌표 오차를 상기 스마트 기기로 스트리밍 전송하는 단계,
    (e) 상기 단계 (d)에서 전송된 상기 비행 좌표 오차에 대해 회귀분석 방법으로 상기 제2 비행경로를 보완하도록, 비행경로 생성 모듈이 매트릭스 데이터를 수정하고 상기 단계 (a) 내지 단계 (d)를 반복하여 실행하는 단계를 포함하고,
    상기 비행경로 생성 모듈은 경로 재설정 이후 쌍방향 트래킹(Tracking)에 의하여 실제 비행경로가 재설정된 비행경로와 최단시간, 최소거리 이내에서 일치하도록, 비행경로 재설정 이후의 실제 비행경로와 재설정 경로의 차이를 측정하고, 비행경로 좌표 매트릭스(Matrix)를 회귀 분석 방법으로 경로 오차가 최소화되도록 수정하여 상기 자율비행체로 전송하는 것을 특징으로 하는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 단계 (a)에서 운항 정보는 전자 지도 정보를 표시하는 표시 모듈 상에 표시되고,
    상기 단계 (b)에서 상기 제2 비행경로 생성은 상기 표시 모듈에 표시된 전자 지도상의 좌표를 비행경로 좌표 데이터로 변환하여 생성하는 것을 특징으로 하는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 비행경로는 운영자가 상기 표시 모듈의 전자 지도 정보에 제2 비행경로 위치를 터치하는 것에 따라 생성되는 것을 특징으로 하는 자율비행체의 실시간 비행경로 제어 방법.
  10. 삭제
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