KR102242208B1 - 드론 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드론 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 드론의 이륙을 제어하거나, 드론의 자율 착륙을 유도하도록 하는 것을 특징으로 하는 드론 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 드론 제어 시스템은, 고정익 타입의 드론(100) 및 드론(100)과 통신 연결되어 드론(100)을 제어하는 컨트롤러(200)를 포함하고, 스마트기기를 포함하는 컨트롤러(200)에서 구동되는 애플리케이션을 이용하여 드론(100)의 비행 고도 및 비행 자세를 제어하도록 하되, 드론(100)과 컨트롤러(200)의 애플리케이션이 동기화된 상태에서, 드론(100)에 구비되는 센서모듈(123)을 이용하여 드론(100)이 운용자에 의해 던져지는 때의 가속도 및 던져진 후 비행 속도를 감지하도록 하며, 제어모듈(121)은 감지값이 소정 범위를 초과하는 경우에만 소정 시간 딜레이 후 드론(100)의 제어모듈(121)을 통해 프로펠러의 구동을 위한 모터를 작동하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

드론 제어 시스템 및 그 방법{Drone control system and its method}

본 발명은 드론 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 드론의 이륙을 제어하거나, 드론의 자율 착륙을 유도하도록 하는 것을 특징으로 하는 드론 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

무선통신 방식을 통해 원격 제어되는 비행 장치인 드론(Drone)은 사람이 타지 않고 지상의 콘트롤러로부터 송출되는 제어신호를 받아 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체를 의미하며, 주로 표적용, 정찰용, 감시용 등 군사 목적으로 사용되었으나, 최근에는 민간분야에서도 다양한 용도로 사용되고 있다.

한편, 드론은 작동 방식에 따라 회전익 드론(Rotary Wing), 고정익 드론(Fixed Wing), 그리고 틸트 로터(Tilt Rotor)로 구분되는데, 회전익 드론은 회전축에 장착된 프로펠러가 돌면서 발생되는 양력에 의해 비행하는 것으로서, 수직 이륙 및 자유로운 선회가 가능하며, 일정한 고도를 유지한 채 움직이지 않는 상태가 가능하여 영상촬영에 용이하여 개인이나 민간분야에서 주로 사용되고 있다. 또한, 고정익 드론은 본체에 날개가 고정된 채 엔진이나 프로펠러의 힘으로 추진력을 얻고 날개에 의헤 양력을 얻어 비행하는 것이며, 틸트 로터는 고정익과 회전익의 단점들을 보완하고 장점을 더욱 살린 것으로, 프로펠러를 하늘로 향하게 하면 수직으로 이착륙할 수 있어 활주로가 필요없고 비행 중에는 프로펠러를 수평방향으로 바꿔 속도를 높일수 있어 고속 전진 비행이 가능한 비행체이다. 고정익 드론과 틸트 로터는 주로 상업용보다는 군사 목적으로 쓰이는 것들로서, 장시간 비행, 빠른 속도, 그리고 높은 고도로 비행할 수 있는 장점 등이 있다.

한편, 사용자가 드론을 특정한 위치로 이동하도록 조종하는 것은 초보자로서는 상당히 어려운 기술이이며, 소형 드론의 보급이 확산되고 있는 가운데 사용자의 조종 미숙으로 인한 여러 불편 사항과 사고가 일어날 가능성이 높아지고 있다.

특히, 문제가 되는 경우는 무인항공기가 이착륙할 때이다. 공중에서와 달리 지상에서는 위험요인이 더욱 많으며, 지상 상황이 지속적으로 급변하는 경우, 그에 신속히 대처하지 못할 경우 무인항공기가 이착륙 도중 추락하는 사고도 발생할 수 있다. 또한, 무인항공기의 운영에 있어서 정확한 착륙 지점을 포착하지 못하여 무인항공기가 적절한 임무를 수행하지 못하거나 또는 분실, 파손되는 경우 또한 발생할 수 있다.

따라서, 운용자의 조작이 용이하고 또한 간단한 조작만으로 드론을 원하는 위치로 쉽게 조종할 수 있는 드론 제어 방법 및 시스템에 대한 연구 및 개발이 필요한 실정이다.

종래기술인 특허 문헌1은 스마트단말기(스마트폰)의 불루투스 기능을 이용하여 드론의 고유번호를 스마트단말기에 등록시키고 드론이 블루투스의 허용된 통신범위를 벗어나는 것으로 확인되면 안전 영역으로 귀환하도록 제어하는 명령신호가 자동으로 수행되도록 하므로 드론을 통제불능 상태로부터 보호하는 스마트단말기를 이용한 드론 제어 방법에 대해 개시하고 있다.

또한, 특허 문헌2는 차량의 루프에 장착된 이착륙장치에 드론 착륙시, 드론과의 거리에 따라 자기력(magnetic force)의 세기를 조절하여 드론을 이착륙장치로 안전하게 유도함으로써, 차량이 주행중에도 드론을 무사히 착륙시킬 수 있는 차량의 드론 착륙 제어 장치 및 그 방법에 대해 개시하고 있다.

특허 문헌1. 대한민국 등록특허공보 제10-1637217호 특허 문헌2. 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0052849호

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 드론의 안전한 이륙을 유도하는 이륙 제어 방식이 필요하며, 특히 드론이 운용자의 손을 떠나기 전까지는 드론의 프로펠러가 작동되지 않도록 함으로써 운용자를 보호하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 일관되고 안전한 자율 착륙을 유도하는 착륙 접근 방식이 필요하며, 따라서 본 발명은 착륙 지점과 착륙 지점으로의 접근 방향만 지정함으로써 드론 운용자가 직관적으로 드론의 자율 착륙을 구성할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 드론 제어 시스템은, 고정익 타입의 드론 및 상기 드론과 통신 연결되어 상기 드론을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 스마트기기를 포함하는 상기 컨트롤러에서 구동되는 애플리케이션을 이용하여 상기 드론의 비행 고도 및 비행 자세를 제어하도록 하되, 상기 드론과 상기 컨트롤러의 애플리케이션이 동기화된 상태에서, 상기 드론에 구비되는 센서모듈을 이용하여 상기 드론이 운용자에 의해 던져지는 때 예를 들어 운용자의 손을 떠날 때의 가속도 및 던져진 후 비행 속도를 감지하도록 하며, 제어모듈은 감지값이 소정 범위를 초과하는 경우에만 상기 드론의 제어모듈을 통해 프로펠러의 구동을 위한 모터를 작동하도록 하며, 이때 소정 시간 딜레이 후 모터를 작동하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 애플리케이션은 상기 드론의 이륙 후 상기 드론의 고도 측정 오차를 추정하기 위하여 고도 측정값의 변화를 추적하되, 상기 컨트롤러에 구비되는 기압계에 의해 측정되는 대기압값을 전달받아 오차 보정값을 연속적으로 생성하고 적어도 상기 드론의 착륙 전에 업데이트하여 상기 드론의 통신모듈에 전송하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 드론의 임무 수행이 끝나고 나면 상기 드론에 구비되는 제어모듈은 파일 경로 위치를 컴파일링 하고, 위치 메타데이터를 추가하여 상기 애플리케이션으로 이미지 전송할 준비를 하며, 착륙 후, 상기 애플리케이션은 상기 드론의 WiFi AP에서 호스팅하는 웹 서버를 통해 상기 드론에 상기 이미지의 목록을 요청하고 상기 이미지를 전송받도록 하며, 전송된 상기 이미지들에 포함된 상기 위치 메타데이터를 이용해서 위성 사진 지도 위에 상기 이미지들의 반투명 오버레이를 타일링(tiling) 하도록 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 드론 제어 방법은, 상기 드론 제어 시스템을 이용하되, 상기 애플리케이션을 통해 상기 드론의 착륙 지점과 상기 착륙 지점으로의 접근 방향만을 지정하여 상기 드론의 자율 착륙을 유도하도록 하며, 최종임무 지점에 도달하면 상기 드론의 착륙 절차를 시작하되, 운용자는 상기 애플리케이션에서 소정의 착륙 지점과 상기 착륙 지점으로의 접근 방향을 지정하는 단계; 상기 드론은 상기 착륙 지점의 상측 지점까지 비행하되, 소정 고도에 도달할 때까지 선회하는 단계; 하강 중 기본 선회 지점까지 비행하는 단계; 하강 및 감속을 하면서 최종 선회 지점까지 비행하는 단계; 접근 지점으로 비행하여 상기 접근 방향으로 정렬하고 최종 접근 속도로 비행하는 단계; 및 프로펠러(112)의 역추진을 통해 착륙 지점으로 서서히 접근하여 착륙하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접근 지점은 상기 착륙 지점으로부터 상기 접근 방향을 따라 사전 정의된 d 거리에 위치하며, 상기 최종 선회 지점은 상기 착륙 지점으로부터 상기 접근 지점을 지나는 연장선을 따라 상기 접근 지점에서 r 거리 만큼 떨어진 곳의 상측으로 r 거리에 위치하거나, 상기 연장선에 대해 45°각도로 상기 접근 지점으로부터 sqrt(r²) 거리에 위치하며, 상기 r은 상기 최종 선회 지점에서의 선회 반경값이며, 상기 기본 선회 지점은 상기 연장선에 수직이면서 상기 접근 지점의 상측으로 3×r 거리에 위치하거나, 상기 연장선에 대해 Atan(3r/d)의 각도로 상기 착륙 지점으로부터 sqrt(d²+(3r)²) 거리에 위치하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명의 드론 제어 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 드론이 이륙시 운용자의 손을 떠나기 전까지는 드론의 프로펠러가 작동되지 않도록 함으로써 운용자를 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 착륙 지점과 착륙 지점으로의 접근 방향만 지정함으로써 드론 운용자가 직관적으로 드론의 자율 착륙을 유도할 수 있게 되어, 일관되고 안전한 자율 착륙을 유도하는 착륙 접근 방식을 구현할 수 있게 된다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시 예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 상부 및 하부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 제어 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 드론 제어 시스템에 따른 드론 제어 방법의 일 실시예이다.
도 4는 본 발명의 드론 제어 시스템에 따른 드론 제어 방법의 다른 실시예이다.
도 5는 도 4의 드론 제어 방법에 관한 순서도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서, "포함한다" 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.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 드론 제어 시스템 및 그 방법의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 하며, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 제어 시스템의 블록도이며, 도 3과 도 4는 본 발명의 드론 제어 시스템에 따른 드론 제어 방법을 탑-다운 방식으로 나타낸 그림들이고, 도 5는 도 4의 드론 제어 방법에 관한 순서도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 시스템은 드론(100)과, 드론(100)을 제어하는 컨트롤러(200)를 포함하여 구성된다. 또한, 도시되지 않았지만 드론(100) 및 컨트롤러(200)와의 연동을 위한 서버가 포함된다.

즉, 본 발명은 고정익 타입의 드론(100) 및 드론(100)과 통신 연결되어 드론(100)을 제어하는 컨트롤러(200)를 포함하고, 스마트기기를 포함하는 컨트롤러(200)에서 구동되는 애플리케이션을 이용하여 드론(100)의 비행 고도 및 비행 자세를 제어하도록 하는 것에 특징이 있다.

먼저 드론(100)에 대해 설명한다. 본 발명의 드론(100)은 크게는 비행부(110), 몸체부(120), 카메라부(130) 및 전원부(140)를 포함하여 구성되는데, 도 1, 2에 도시된 구성요소들은 드론을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 드론(100)은 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

발명의 일 실시예로서 본 발명의 고정익 드론(100)은 운용자의 손 등을 통해 공중으로 던져지면서 비행을 시작하게 되는 구성을 가진다.

비행부(110)는 드론(100)의 비행을 위한 주 양력을 발생키는 고정익(111)과. 모터와 결합하여 회전할 수 있는 적어도 하나의 프로펠러(112)를 포함할 수 있다. 비행부(110)는 프로펠러(112)를 회전시켜 양력을 발생시킬 수 있고, 프로펠러(112)의 회전수를 제어하여 양력의 크기를 조절할 수 있다. 양력의 크기가 조절됨으로써 드론(100)의 고도 및 이동 속도 등이 조절될 수 있다.

몸체부(120)는 드론(100)을 구성하는 전자 부품들이 실장될 수 있다. 예를 들어, 몸체부(120)에는 제어모듈(121), 통신모듈(122), 센서모듈(123), 구동모듈(124), GPS모듈(125) 등이 구비되며, 또한 몸체부(120)의 일측에는 전원부(140)및 비행부(110)가 각각 탈부착 가능하게 결합된다.

제어모듈(121)은 사용자 컨트롤러(200)의 조종 신호에 따르거나 내부의 미리 정해진 동작에 따라 드론(100)의 목표 위치 및 방향을 계산하고 이에 대응하는 제어 명령을 생성하여 구동모듈(124)에 전송한다.

통신모듈(122)은 사용자가 드론(100)을 조종하기 위한 조종 신호를 컨트롤러(200)의 통신부(220)를 통해 수신하여 제어모듈(121)에 전달하며, 카메라부(130)에서 촬영된 영상을 컨트롤러(200)로 전송한다. 통신모듈(122)과 컨트롤러(200) 사이의 통신 방식은 와이파이, 블루투스, 와이브로 등 무선통신이면 어떠한 방식이든 상관없다.

무선 인터넷 기술로는, 예를 들어 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등이 있다.

또한, 블루투스(Bluetooth™ ), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(WirelessFidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수도 있다.

센서모듈(123)은 가속도/속도 센서 또는 자이로 센서를 포함하며 드론(100)의 가속도 및 회전각을 측정하여 제어모듈(121)로 전달한다.

또한, 센서모듈(123)에는 기압을 측정하는 센서가 포함된다.

센서모듈(123)은 드론의 이착륙 현장의 환경 정보를 수집하는 소정의 센서를 더 포함하는데, 바람직하게는 이착륙 현장의 기상 정보 및 이착륙 현장의 자세 정보를 수집하는 센서를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 이착륙 현장의 기상 정보를 수집하기 위해 소정의 풍향계, 및/또는 풍속계를 포함하며, 이착륙 현장의 자세 정보인 이착륙 현장의 흔들림, 기울임 운동에 관한 정보를 수집하기 위한 소정의 자이로 센서로 구성될 수 있다.

한편, 센서모듈(123)에 포함되는 센서의 종류는 위에서 설명한 바에 한정하지 아니하며 추가적으로 이착륙 현장의 환경 정보를 수집하는 다양한 센서가 마련될 수 있다.

구동모듈(124)은 프로펠러(112)를 구동하는 복수의 모터(미도시)를 포함하며, 드론(100)이 비행할 수 있도록 제어모듈(121)로부터 제어 명령을 받아 모터를 구동하여 프로펠러(112)를 정회전/역회전시킨다.

드론의 위치를 획득하기 위한 모듈로서, GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있는데, 예를 들어, GPS모듈(125)을 활용하여, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 드론(100)의 위치를 획득할 수 있다.

GPS모듈(125)은 이착륙 현장의 위치 정보를 수집하는 장치로서, 이착륙 지점의 좌표 정보 및 이동 정보를 수집할 수 있도록 하며, 이착륙 지점이 이동 중일 경우 이동 속도 및 방향에 관한 정보 또한 획득할 수 있다.

카메라부(130)는 지상 또는 공중의 대상물을 촬영하는 카메라를 포함하며, 카메라의 팬, 틸트 또는 줌을 조정할 수 있는 구조로 이루어져 있으며, 몸체부(120)의 하측에 장착 구비된다.

카메라부(130)는 컨트롤러(200)로부터 카메라 촬영이나 팬, 틸트 또는 줌 조정과 관련된 신호를 받아 영상을 촬영하고 팬, 틸트 또는 줌을 조정할 수 있다. 이와 달리 카메라부(130)는 제어모듈(121)을 통하여 카메라 촬영이나 팬, 틸트 또는 줌을 조정할 수도 있으며, 그러면 제어모듈(121)이 드론(100)의 위치 및 방향과 카메라의 팬, 틸트 또는 줌을 종합적으로 관리할 수 있고, 이에 따라 사용자의 드론(100) 조작 편의성을 도모하면서 사용자가 원하는 영상을 손쉽게 획득할 수 있다.

전원부(140)는 드론(100)의 각 모듈 및 장치에 전력을 제공하는 장치로서, 드론(100) 내에 내장되는 커버 일체형의 내장 배터리로 구성되지만, 외부 전원으로부터 전력을 제공받도록 구비되는 전력 공급 장치를 포함할 수 있다.

다음으로, 컨트롤러(200)에 대해 설명한다, 컨트롤러(200)는 운용자에 의해 조작되어 드론(100)을 제어하도록 하며, 처리부(210), 통신부(220), 입력부(230), 표시부(240)를 포함하여 구성된다.

본 명세서에서 설명되는 드론을 제어하는 컨트롤러(200)에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 드론 조종용 단말기, 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)) 등이 포함될 수 있다.

처리부(210)는 명령어를 실행하고 데이터를 생성하거나 사용하는 동작을 한다. 예를 들면, 처리부(210)는 컨트롤러(200)의 컴포넌트들 간의 입력 및 출력 데이터를 처리할 수 있으며, 입력부(230)로부터 수신된 터치정보 등 입력 정보를 해석하여 이에 따른 이미지를 표시부(240)에 표시할 수 있다.

통신부(220)는 드론(100)과 통신을 수행하며 드론(100)으로부터 드론(100)이 촬영한 영상 데이터를 수신하고, 컨트롤러(200)의 조종 신호를 드론(100)으로 전송한다.

컨트롤러(200)는 상기한 바와 같이 드론(100)과의 거리에 대응하여 근거리 무선통신 또는 LTE 망 등으로 상호 연결될 수 있다.

입력부(230)는 사용자의 입력에 따라 컨트롤러(200) 내로 데이터를 전송한다. 입력부(230)는, 예를 들면, 문자를 입력하는 데 사용되거나, 컨트롤러(200)에서 제공하는 어플리케이션(Application)의 시작을 지시하는 데 사용되거나, 표시부(240) 상의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 관련된 선택을 하는 데 사용될 수 있다.

입력부(230)는 사용자의 터치에 따라 터치 정보를 생성하고 이 정보를 처리부(210)로 전송하는 터치 패드 또는 터치스크린을 포함할 수 있으며, 이 때 입력부(230)는 표시부(240)와 일체로 구현될 수 있다. 한편 입력부(230)는 터치 패드나 터치 스크린 이외에도 음량을 조절하는 스위치 또는 버튼을 포함할 수 있다.

표시부(240)는 각종 정보를 화면에 출력하며, 예를 들면, 액정 디스플레이(liquid crystal display)나 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode) 등으로 이루어질 수 있다. 표시부(240)는 그래픽 사용자 인터페이스를 표시할 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스는 사용자가 컨트롤러(200)에서 실행 중인 애플리케이션을 쉽게 사용할 수 있도록 도와주는 인터페이스를 제공한다.

컨트롤러(200)로 사용되는 스마트 기기는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 드론(100)의 운향을 제어하는 어플리케이션 프로그램을 설치하게 되는데, 어플리케이션은 응용 프로그램의 일종으로 어플 또는 앱으로도 호칭되며, 스마트 기기와 같이 롬, 램, 데이터 처리속도 등과 같이 이용 가능한 자원(resource)이 비교적 적은 장치에서 사용되는 응용 프로그램으로 알려져 있다.

어플리케이션의 설치가 완료된 컨트롤러(200)는 드론(100)에 할당되어 부여된 고유식별번호를 직접 입력받거나 해당 제어신호에 의하여 드론(100)을 자동으로 인식할 수 있게 된다.

컨트롤러(200)는 드론(100)의 고유식별번호를 자동 또는 수동으로 입력받은 후, 자체 구비된 통신부(220)를 제어하여 드론(100)에 구비된 통신모듈(122)과 통신하므로 통신가능한 범위 또는 직선거리를 연산 할수 있으며, 이러한 기술은 일반적으로 잘 알려져 있으므로 상세하고 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 컨트롤러(200)에는 별도의 센서부(250)가 거치대(미도시)를 통해 장착되는데, 상세하게는 센서부(250)에 기압계(미도시)가 구비된다.

컨트롤러(200)는 드론(100)의 이륙 후 드론(100)에 구비되는 센서에 의한 고도 측정값의 고도 측정 오차를 추정하기 위하여 고도 측정값의 변화를 추적하도록 하는데, 컨트롤러(200)는 컨트롤러(200)에 장착 구비되는 기압계에 의해 측정되는 대기압값을 전달받아 오차 수정값을 연속적으로 생성하고 적어도 드론(100)의 착륙 전에 업데이트하여 드론(100)의 통신모듈(122)에 전송하도록 함으로써, 드론(100)의 착륙 전에 드론(100)의 현재 고도 측정값을 보정하도록 한다.

또한, 드론(100)의 구동 제어와 관련하여,

컨트롤러(200)와 드론(100)의 페어링 및 조종 기능 등을 포함하고 있는 어플리케이션의 설치가 완료된 컨트롤러(200)는 드론(100)에 할당되어 부여된 고유식별번호를 직접 입력받거나 해당 제어신호에 의하여 어플리케이션의 실행과 함께 드론(100)을 자동으로 인식함으로써 페어링이 이루어지게 된다.

이 때, 컨트롤러(200)와 드론(100)의 페어링에 있어, 컨트롤러(200)와 드론(100)의 거리가 설정거리 이내에 있을 경우에는 블루투스 등의 근거리 무선통신을 통해 페어링을 수행하는 것이 바람직하며, 컨트롤러(200)와 드론(100)이 설정 거리를 초과하는 경우에는 LTE망 등을 통해 고유번호 등의 인증과정을 거친 후 지정된 컨트롤러(200)와 드론(100) 간의 페어링이 이루어지는 것이 바람직하다.

컨트롤러(200)와 드론(100)간 페어링이 이루어지면, 드론(100)의 비행을 위한 초기세팅 과정을 진행하고, 초기세팅 과정이 완료되면 비행 준비 상태를 유지하도록 한다.

다음으로, 컨트롤러(200)의 입력부(230) 및 표시부(240)에 표시된 조작환경에 근거하여 운용자의 조작이 이루어지면, 컨트롤러(200)에서는 조종신호를 생성하여 직접 드론(100)으로 전송하거나, 서버로 전송하고 서버는 전송한 조종신호에 대응하는 제어신호를 생성하여 LTE망 등을 통해 드론(100)으로 전송하게 된다.

이에 드론(100)에서는 제어신호에 대응한 제어가 이루어지게 되고, 제어신호는 비행조종신호, 카메라 구동신호, 비행종료신호, 영상정보선택신호 등을 포함한다.

한편, 비행 중에 카메라 구동신호가 전송되면 드론(100)에 설치된 카메라부(130)의 구동이 이루어지게 되는데, 카메라로부터 촬영된 영상은 서버 및/또는 컨트롤러(200)로 전송될 수 있다. 한편, 카메라를 통해 촬영된 영상은 서버에 저장된 후, 서버에서 스마트기기 등의 컨트롤러(200)로 전송될 수도 있으며, 서버는 영상 정보를 스트리밍하고 조작 정보를 전송해 주기 위한 응용 프로그램을 포함할 수 있다.

또한, 드론(100)의 이륙 제어와 관련하여,

상기와 같이, 드론(100)과 컨트롤러(200)의 어플리케이션이 동기화된 상태에서. 드론(100)에 구비되는 센서모듈(123)을 이용하여 드론(100)이 운용자에 의해 던져지는 때, 즉 초기 비행속도를 얻기 위해 드론을 가속하여 던지는 경우를 상정할 때의 가속도 및 던져진 후 비행 속도를 감지하도록 한다.

제어모듈(121)은 센서모듈(123)의 감지값이 소정 범위 이하인 경우에는 운용자가 드론(100)의 비행을 원하지 않는 상태인 것으로 판단하여 후속의 동작을 기다리도록 한다.

제어모듈(121)은 상기 감지값이 소정 범위를 초과하는 경우에만 소정 시간 딜레이를 가진 후 프로펠러(112)의 구동을 위한 모터를 작동하도록 함으로써, 드론(100)이 운용자의 손을 떠나기 전까지는 프로펠러(112)가 돌지 않도록 하여 운용자의 손을 보호할 수 있도록 한다.

도 3 내지 도 5에는 드론(100)의 착륙 제어 방법에 대하여 도시되어 있는데, 기본적으로 애플리케이션을 통해 드론(100)의 착륙 지점(landing waypoint, L)과 상기 착륙 지점(L)으로의 접근 방향만을 지정하여 드론(100)의 자율 착륙을 유도하도록 한다.

즉, 드론(100)이 최종임무 지점(final mission waypoint, W)에 도달하면 드론(100)의 착륙 절차를 시작하도록 하되(S11), 먼저 운용자는 애플리케이션에서 소정의 착륙 지점(L)과 상기 착륙 지점(L)으로의 접근 방향을 지정하도록 한다(S12). 운용자는 착륙 지점(L)을 선택한 후에는 접근 지점(approach waypoint, A)을 정하는 대신, 상기 착륙 지점(L)으로의 접근 방향을 선택하기 위해 방향 설정 다이얼을 조작하도록 한다.

다음으로, 드론(100)은 상기 착륙 지점(L)의 상측의 지점까지 비행하되 소정 고도에 도달할 때까지 선회하게 되며(S13), 하강하면서 기본 선회 지점(basic turn waypoint, B)까지 비행하는 단계(S14)를 거치게 되고, 하강 및 감속을 하면서 최종 선회 지점(final turn waypoint, F)까지 비행하게 된다(S15).

다음으로는 예를 들어 선회 반경을 30m로 선회하여 접근 지점(A)으로 비행하여(S16), 상기 (S12)단계에서 설정한 접근 방향으로 정렬하고(S17), 최종 접근 속도로 비행하도록 하되 프로펠러(112)의 역추진을 통해 속도를 줄여가며 착륙 지점으로 서서히 접근하여 최종적으로 착륙 지점(L)에 착륙하는 단계(S18)를 통해 드론(100)의 자율 착륙을 유도하도록 한다.

이때, 상기 접근 지점(A)은 상기 착륙 지점(L)으로부터 상기 접근 방향을 따라 사전 정의된 d 거리(예를 들어 120m)에 위치한다. 또한 상기 최종 선회 지점(F)은 상기 착륙 지점(L)으로부터 상기 접근 지점(A)을 지나는 연장선을 따라 상기 접근 지점(A)에서 r 거리 만큼 떨어진 곳의 상측으로 r 거리에 위치하거나, 상기 연장선에 대해 45°각도로 상기 접근 지점으로부터 sqrt(r²) 거리에 위치한다, 상기 r은 상기 최종 선회 지점(F)에서의 선회 반경값에 해당된다.

또한, 상기 기본 선회 지점(B)은 상기 연장선에 수직이면서 상기 접근 지점(A)의 상측으로 3×r 거리에 위치하거나, 상기 연장선에 대해 Atan(3r/d)의 각도로 상기 착륙 지점(L)으로부터 sqrt(d²+(3r)²) 거리에 위치한다.

다른 예로, 최종임무 지점(W)의 고도가 40m이고 착륙 지점(L)의 고도가 0m 임을 기준으로 할때, 기본 선회 지점(B)의 고도는 30m이고 속도는 12 m/s이며, 최종 선회 지점(F)의 고도는 25m이고 속도는 11m/s이며, 접근 지점(A)의 고도는 22m가 될 수 있다.

또한, 도 4에서처럼, 도 3에 도시된 착륙시 우측 패턴 접근방법(a)과 (a)에 대한 미러 이미지의 좌측 패턴 접근방법(b) 중에서 선택할 수 있도록 하는 토글 구조가 가능하며, 컨트롤러(200) 등에는 이를 위헤 토글 스위치가 구비된다.

한편, 드론(100)의 최종임무 수행이 끝나고 나면 드론(100)에 구비되는 제어모듈(121)(On-Board Companion 컴퓨터)은 파일 경로 위치를 컴파일링 하고, 필요하면 위치 메타데이터(metadata)를 추가하여 어플리케이션으로 이미지를 전송할 준비를 하게 된다.

착륙 후, 어플리케이션은 드론(100)의 WiFi AP(Access Point)에서 호스팅하는 웹 서버(미도시)를 통해 드론(100)에 상기 이미지의 목록을 요청하고 상기 이미지를 전송받도록 한다.

전송된 상기 이미지들에 포함된 상기 위치 메타데이터를 이용해서 Google map 이나 Mapbox 같은 위성 사진 지도 상에 상기 이미지들의 반투명 오버레이를 타일링(tiling, 이미지를 반복해서 배열) 하도록 한다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100 : 드론
110 : 비행부
120 : 몸체부
121 : 제어모듈
122 : 통신모듈
123 : 센서모듈
124 : 구동모듈
125 : GPS모듈
130 : 카메라부
140 : 전원부
200 : 컨트롤러
210 : 처리부
220 : 통신부
230 : 입력부
240 : 표시부
250 : 센서부

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 드론 제어 방법에 있어서,
   고정익 타입의 드론(100) 및 상기 드론(100)과 통신 연결되어 상기 드론(100)을 제어하는 컨트롤러(200)를 포함하고,
   상기 컨트롤러(200)에서 구동되는 애플리케이션을 이용하여 상기 드론(100)의 비행 고도 및 비행 자세를 제어하도록 하되,
   상기 애플리케이션을 통해 상기 드론(100)의 착륙 지점과 상기 착륙 지점으로의 접근 방향만을 지정하여 상기 드론(100)의 자율 착륙을 유도하도록 하며,
   상기 드론(100)은 최종임무 지점에 도달하면 착륙 절차를 시작하되,
   상기 착륙 지점의 상측 지점까지 비행하되, 소정 고도에 도달할 때까지 선회하는 단계;
   하강 중 기본 선회 지점까지 비행하는 단계;
   하강 및 감속을 하면서 최종 선회 지점까지 비행하는 단계;
   접근 지점으로 비행하여 상기 접근 방향으로 정렬하고 최종 접근 속도로 비행하는 단계; 및
   프로펠러(112)의 역추진을 통해 상기 착륙 지점으로 서서히 접근하여 착륙하는 단계;를 포함하되,
   상기 접근 지점은 상기 착륙 지점으로부터 상기 접근 방향을 따라 사전 정의된 d 거리에 위치하며,
   상기 최종 선회 지점은 상기 착륙 지점으로부터 상기 접근 지점을 지나는 연장선을 따라 상기 접근 지점에서 r 거리 만큼 떨어진 곳의 상측으로 r 거리에 위치하거나, 상기 연장선에 대해 45°각도로 상기 접근 지점으로부터 sqrt(r²) 거리에 위치하며,
   상기 r은 상기 최종 선회 지점에서의 선회 반경값이며,
   상기 기본 선회 지점은 상기 연장선에 수직이면서 상기 접근 지점의 상측으로 3×r 거리에 위치하거나, 상기 연장선에 대해 Atan(3r/d)의 각도로 상기 착륙 지점으로부터 sqrt(d²+(3r)²) 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 드론 제어 방법.
5. 삭제

Images