KR102300324B1 - System and method for controlling formation flight based on anti-collision algorithm - Google Patents

System and method for controlling formation flight based on anti-collision algorithm Download PDF

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KR102300324B1
KR102300324B1 KR1020210056741A KR20210056741A KR102300324B1 KR 102300324 B1 KR102300324 B1 KR 102300324B1 KR 1020210056741 A KR1020210056741 A KR 1020210056741A KR 20210056741 A KR20210056741 A KR 20210056741A KR 102300324 B1 KR102300324 B1 KR 102300324B1
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drone
obstacle
flight
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홍성경
텅 응옌 안
정한솔
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세종대학교산학협력단
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    • B64C2201/143

Abstract

The present invention relates to a system for controlling a cluster flight of a drone and a method therefor, wherein the system for controlling the cluster flight of the drone according to one embodiment comprises: a distance measuring part that measures a distance between the drone and at least one obstacle adjacent to the drone; an obstacle position determination part that determines a position of the obstacle based on a measured distance and a preset collision detection area; and a flight control part that controls, in accordance with a result of determining the position of the obstacle, the flight of the drone based on at least one among a potential function for collision prevention and a cluster flight control algorithm. Therefore, the present invention is capable of allowing obstacles to be avoided.

Description

충돌 방지 알고리즘에 기반한 군집 비행 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING FORMATION FLIGHT BASED ON ANTI-COLLISION ALGORITHM}SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING FORMATION FLIGHT BASED ON ANTI-COLLISION ALGORITHM

본 발명은 군집 비행 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 군집 비행 중인 드론에 장애물 인접 시 군집 형상을 유지하면서 장애물을 회피하는 기술적 사상에 관한 것이다.The present invention relates to a swarm flight control system and method, and more particularly, to a technical idea of avoiding an obstacle while maintaining a swarm shape when an obstacle is adjacent to a drone in swarm flight.

무인비행체는 조종사가 탑승하지 않고 무선통신에 기반한 원격 조정 또는 자동 조종을 통해 비행이 제어되는 무인 항공기로서 통상적으로 드론이라 불리고 있으며, 최근 이러한 무인비행체의 기술이 급속하게 발전함에 따라 수요가 전 세계적으로 증가하고 있다. An unmanned aerial vehicle is an unmanned aerial vehicle whose flight is controlled through remote control or automatic control based on wireless communication without a pilot on board, and is commonly called a drone. is increasing

구체적으로, 드론은 군사용도로 시작되었지만, 최근에는 고공 촬영과 상품 배송은 물론, 농약 살포, 공기질 측정, 산불감시 및 진화, 통신, 재난환경 대처, 연구개발 등 다양한 목적으로 광범위하게 활용되고 있으며, 값싼 제품으로 양산되어 개인도 부담 없이 구매할 수 있는 시대를 맞이하게 되었다.Specifically, drones started for military use, but recently, they have been widely used for various purposes such as high-altitude photography and product delivery, pesticide spraying, air quality measurement, forest fire monitoring and firefighting, communication, disaster environment response, R&D, etc. It has been mass-produced as a product and has entered an era where individuals can purchase it without any burden.

이러한 상황에서 최근에는 단순히 단일 드론의 비행이 아닌 복수의 드론이 군집 형상(formation)을 형성하여 재난구호, 정찰, 공연 등을 포함하는 특수하고 복잡한 임무를 수행하는 군집비행에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.In this situation, recently, research on platoon flight in which a plurality of drones form a formation to perform special and complex missions including disaster relief, reconnaissance, and performances, rather than simply flying a single drone, is being actively conducted. is becoming

그러나, 기존의 군집비행 과정에서는 복수의 드론들이 군집 형성 과정에서 각 드론간의 위치를 인식하지 못해 충돌할 서로 충돌할 위험이 존재하며, 군집 비행 과정에서 장애물과 충돌할 위험도 존재한다. However, in the existing platoon flight process, there is a risk of colliding with each other because a plurality of drones do not recognize the position between the drones during the platoon formation process, and there is also a risk of colliding with an obstacle in the platoon flight process.

또한, 군집비행 과정에서는 군집을 형성하는 복수의 드론 중 하나의 드론에서만 장애물을 인식하여 회피 기동을 하게 되면, 전체적인 군집 형상이 깨지는 문제가 발생될 수 있다.In addition, in the process of platoon flight, if only one drone among a plurality of drones forming a cluster recognizes an obstacle and performs an evasive maneuver, a problem may occur in which the overall shape of the cluster is broken.

한국등록특허 제10-2086701호, "군집 비행 시나리오 생성 방법 및 이를 수행하는 장치"Korean Patent Registration No. 10-2086701, "Method for creating a swarm flight scenario and an apparatus for performing the same" 한국등록특허 제10-2096377호, "다수의 비행체들의 군집 비행을 위한 비행경로 결정 방법"Korean Patent Registration No. 10-2096377, "Method for determining flight path for group flight of multiple flying vehicles"

본 발명은 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수와 군집 비행 제어 알고리즘을 이용하여 군집 형상을 유지하면서 장애물을 회피할 수 있는 드론의 군집 비행 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a swarm flight control system and method for a drone capable of avoiding obstacles while maintaining a swarm shape using a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm.

또한, 본 발명은 기설정된 위험 영역과 주의 영역을 고려하여 보다 효율적으로 장애물을 회피할 수 있는 드론의 군집 비행 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a drone swarm flight control system and method capable of more efficiently avoiding obstacles in consideration of a preset danger area and a caution area.

본 발명의 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템은 드론과 드론에 인접한 적어도 하나의 장애물 사이의 거리를 측정하는 거리 측정부와, 측정된 거리와 기설정된 충돌 감지영역에 기초하여 장애물의 위치를 판단하는 장애물 위치 판단부 및 장애물의 위치 판단 결과에 따라, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 드론의 비행을 제어하는 비행 제어부를 포함할 수 있다. A drone swarm flight control system according to an embodiment of the present invention includes a distance measuring unit that measures a distance between a drone and at least one obstacle adjacent to the drone, and the position of the obstacle based on the measured distance and a preset collision detection area It may include an obstacle position determination unit for determining the position of the obstacle, and a flight control unit for controlling the flight of the drone based on at least one of a potential function for preventing collision and a swarm flight control algorithm according to the result of determining the position of the obstacle.

일측에 따르면, 거리 측정부는 라이다(LIDAR) 센서 및 레이저 센서 중 적어도 하나를 이용하여 장애물 사이의 거리를 측정할 수 있다. According to one side, the distance measuring unit may measure the distance between the obstacles using at least one of a LIDAR sensor and a laser sensor.

일측에 따르면, 충돌 감지영역은 드론을 기준점으로 기설정된 제1 반경에 대응되는 위험 영역(risky zone)과, 제1 반경 보다 긴 제2 반경에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)을 포함할 수 있다. According to one side, the collision detection area may include a risky zone corresponding to a first radius preset using the drone as a reference point, and a cautionary zone corresponding to a second radius longer than the first radius. .

일측에 따르면, 포텐셜 함수는 제1 반경 및 측정된 거리에 기초하는 드론의 반발력 함수와 제1 반경, 제2 반경 및 측정된 거리에 기초하는 시변 스텝 함수(step fuction)의 선형적인 결합을 통해 형성되는 함수일 수 있다. According to one side, the potential function is formed through a linear combination of a repelling force function of the drone based on the first radius and the measured distance and a time-varying step function based on the first radius, the second radius and the measured distance. It can be a function that becomes

일측에 따르면, 군집 비행 제어 알고리즘은 그래프 이론에 기초하여 산출되는 드론의 위치 정보 추적 오류와 속도 정보 추적 오류 및 드론을 포함하는 드론 군집의 위치정보로부터 산출되는 라플라시안 행렬에 기초한 연산을 통해 형성되는 알고리즘일 수 있다. According to one side, the swarm flight control algorithm is an algorithm formed through an operation based on the Laplacian matrix calculated from the location information tracking error and speed information tracking error of the drone calculated based on graph theory, and the location information of the drone cluster including the drone. can be

일측에 따르면, 비행 제어부는 포텐셜 함수를 미분하고, 장애물이 위험 영역에 위치한 것으로 판단되면 미분된 포텐셜 함수에 기초하여 드론의 비행을 제어하며, 장애물이 주의 영역에 위치한 것으로 판단되면 미분된 포텐셜 함수와 군집 비행 제어 알고리즘에 기초하여 드론의 비행을 제어할 수 있다. According to one side, the flight control unit differentiates the potential function, and when it is determined that the obstacle is located in the danger area, controls the flight of the drone based on the differentiated potential function, and when it is determined that the obstacle is located in the attention area, the differential potential function and It is possible to control the flight of the drone based on the swarm flight control algorithm.

본 발명의 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 방법은 거리 측정부에서 드론과 드론에 인접한 적어도 하나의 장애물 사이의 거리를 측정하는 단계와, 장애물 위치 판단부에서 측정된 거리와 기설정된 충돌 감지영역에 기초하여 장애물의 위치를 판단하는 단계 및 비행 제어부에서 장애물의 위치 판단 결과에 따라, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 드론의 비행을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. A method for controlling swarm flight of drones according to an embodiment of the present invention includes measuring a distance between a drone and at least one obstacle adjacent to the drone by a distance measuring unit, and detecting a predetermined collision with the distance measured by the obstacle position determining unit Determining the position of the obstacle based on the area and controlling the flight of the drone based on at least one of a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm according to the result of determining the position of the obstacle by the flight controller. can

일측에 따르면, 거리를 측정하는 단계는 라이다(LIDAR) 센서 및 레이저 센서 중 적어도 하나를 이용하여 장애물 사이의 거리를 측정할 수 있다. According to one side, the measuring of the distance may include measuring the distance between the obstacles using at least one of a LIDAR sensor and a laser sensor.

일측에 따르면, 충돌 감지영역은 드론을 기준점으로 기설정된 제1 반경에 대응되는 위험 영역(risky zone)과, 제1 반경 보다 긴 제2 반경에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)을 포함할 수 있다. According to one side, the collision detection area may include a risky zone corresponding to a first radius preset using the drone as a reference point, and a cautionary zone corresponding to a second radius longer than the first radius. .

일측에 따르면, 드론의 비행을 제어하는 단계는 포텐셜 함수를 미분하고, 장애물이 위험 영역에 위치한 것으로 판단되면 미분된 포텐셜 함수에 기초하여 드론의 비행을 제어하며, 장애물이 주의 영역에 위치한 것으로 판단되면 미분된 포텐셜 함수와 군집 비행 제어 알고리즘에 기초하여 드론의 비행을 제어할 수 있다.According to one side, the step of controlling the flight of the drone differentiates the potential function, and when it is determined that the obstacle is located in the danger area, controls the flight of the drone based on the differentiated potential function, and when it is determined that the obstacle is located in the area of interest The flight of the drone can be controlled based on the differentiated potential function and the swarm flight control algorithm.

일실시예에 따르면, 본 발명은 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수와 군집 비행 제어 알고리즘을 이용하여 군집 형상을 유지하면서 장애물을 회피할 수 있다.According to one embodiment, the present invention can avoid obstacles while maintaining the swarm shape by using a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm.

일실시예에 따르면, 본 발명은 기설정된 위험 영역과 주의 영역을 고려하여 보다 효율적으로 장애물을 회피할 수 있다.According to an embodiment, the present invention can avoid obstacles more efficiently in consideration of a preset danger area and a caution area.

도 1은 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에서 군집 비행을 제어하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에서 충돌 감지영역을 형성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에서 4방향 레이저 센서를 이용하여 드론과 장애물 사이의 거리를 측정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에서 장애물을 회피하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a swarm flight control system of a drone according to an embodiment.
FIG. 2 is a view for explaining an example of controlling a swarm flight of a drone in a swarm flight control system of a drone according to an embodiment.
3 is a view for explaining an example of forming a collision detection area in the swarm flight control system of a drone according to an embodiment.
4 is a diagram for explaining an example of measuring a distance between a drone and an obstacle using a four-way laser sensor in the swarm flight control system of the drone according to an embodiment.
5 is a diagram for explaining an example of avoiding an obstacle in a swarm flight control system of a drone according to an embodiment.
6 is a view for explaining a simulation result of a swarm flight control system of a drone according to an embodiment.
7 is a view for explaining a method for controlling group flight of drones according to an embodiment.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed herein are only exemplified for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiment according to the concept of the present invention These may be embodied in various forms and are not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one element from another element, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, a first element may be named as a second element, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle. Expressions describing the relationship between elements, for example, “between” and “between” or “directly adjacent to”, etc. should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is used only to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, and includes one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these examples. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 1은 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a swarm flight control system of a drone according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템(100)은 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수와 군집 비행 제어 알고리즘을 이용하여 군집 형상을 유지하면서 장애물을 회피할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the swarm flight control system 100 according to an embodiment may avoid obstacles while maintaining the swarm shape by using a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm.

또한, 군집 비행 제어 시스템(100)은 기설정된 위험 영역과 주의 영역을 고려하여 보다 효율적으로 장애물을 회피할 수 있다. In addition, the swarm flight control system 100 may avoid obstacles more efficiently in consideration of a preset danger area and a caution area.

이를 위해, 군집 비행 제어 시스템(100)은 거리 측정부(110), 장애물 위치 판단부(120) 및 비행 제어부(130)를 포함할 수 있다. To this end, the swarm flight control system 100 may include a distance measurement unit 110 , an obstacle position determination unit 120 , and a flight control unit 130 .

이하에서 설명하는 군집 비행 제어 시스템(100)은 군집을 형성하는 복수의 드론(즉, 드론 군집) 및 복수의 드론의 군집 비행을 제어하는 지상국 중 적어도 하나에 적용될 수 있다. The swarm flight control system 100 to be described below may be applied to at least one of a plurality of drones forming a cluster (ie, a drone cluster) and a ground station controlling the platoon flight of the plurality of drones.

예를 들면, 거리 측정부(110), 장애물 위치 판단부(120) 및 비행 제어부(130)는 복수의 드론 각각에 적용될 수 있다. 또한, 거리 측정부(110) 및 장애물 위치 판단부(120)는 복수의 드론 각각에 적용되고 비행 제어부(130)는 지상국에 적용될 수도 있다. For example, the distance measuring unit 110 , the obstacle position determining unit 120 , and the flight control unit 130 may be applied to each of a plurality of drones. In addition, the distance measuring unit 110 and the obstacle position determining unit 120 may be applied to each of a plurality of drones, and the flight control unit 130 may be applied to a ground station.

일실시예에 따른 거리 측정부(110)는 드론과 드론에 인접한 적어도 하나의 장애물 사이의 거리(

Figure 112021050922140-pat00001
)를 측정할 수 있다.The distance measuring unit 110 according to an embodiment is a distance between the drone and at least one obstacle adjacent to the drone (
Figure 112021050922140-pat00001
) can be measured.

이하에서 설명하는, 드론은 군집 비행을 수행하는 복수의 드론 중 적어도 하나의 드론을 의미하고, 장애물은 일반적인 사물 또는 건축 구조물 뿐만 아니라 비행 중인 다른 드론을 의미할 수 있다. 예를 들면, 복수의 드론 각각은 쿼드콥터일 수 있다. As will be described below, a drone may refer to at least one drone among a plurality of drones performing group flight, and an obstacle may refer to other drones in flight as well as general objects or building structures. For example, each of the plurality of drones may be a quadcopter.

일측에 따르면, 거리 측정부(110)는 라이다(LIDAR) 센서 및 레이저 센서를 이용하여 적어도 하나의 장애물 사이의 거리(

Figure 112021050922140-pat00002
)를 측정할 수 있다. 바람직하게는, 거리 측정부(110)는 4방향 레이저 센서를 이용하여 거리(
Figure 112021050922140-pat00003
)를 측정할 수 있다.According to one side, the distance measuring unit 110 is a distance between at least one obstacle using a lidar (LIDAR) sensor and a laser sensor (
Figure 112021050922140-pat00002
) can be measured. Preferably, the distance measuring unit 110 uses a 4-way laser sensor to measure the distance (
Figure 112021050922140-pat00003
) can be measured.

예를 들면, 거리 측정부(110)는 라이다 센서를 통해 드론을 중심으로 기설정된 감지 반경에 대응되는 감지 영역 내에서 장애물이 감지되면 드론과 장애물 사이의 거리(

Figure 112021050922140-pat00004
)를 측정할 수 있다. For example, the distance measuring unit 110 detects an obstacle within a detection area corresponding to a preset detection radius centered on the drone through the lidar sensor, the distance between the drone and the obstacle (
Figure 112021050922140-pat00004
) can be measured.

또한, 거리 측정부(110)는 드론의 이륙 지점으로부터 현 위치까지의 거리를 추정하기 위해 옵티컬 플로우 센서를 더 포함할 수도 있다. In addition, the distance measuring unit 110 may further include an optical flow sensor to estimate the distance from the take-off point of the drone to the current location.

일실시예에 따른 장애물 위치 판단부(120)는 거리 측정부(110)를 통해 측정된 거리와 기설정된 충돌 감지영역에 기초하여 장애물의 위치를 판단할 수 있다. The obstacle position determining unit 120 according to an embodiment may determine the position of the obstacle based on the distance measured by the distance measuring unit 110 and a preset collision detection area.

일측에 따르면, 충돌 감지영역은 드론을 기준점으로 기설정된 제1 반경(

Figure 112021050922140-pat00005
)에 대응되는 위험 영역(risky zone)과, 제1 반경(
Figure 112021050922140-pat00006
) 보다 긴 제2 반경(
Figure 112021050922140-pat00007
)(즉,
Figure 112021050922140-pat00008
>
Figure 112021050922140-pat00009
)에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)을 포함할 수 있다. 예를 들면 제2 반경(
Figure 112021050922140-pat00010
)은 감지 반경보다 짧게 설정될 수 있다.According to one side, the collision detection area has a predetermined first radius (
Figure 112021050922140-pat00005
) corresponding to the risky zone, and the first radius (
Figure 112021050922140-pat00006
) greater second radius (
Figure 112021050922140-pat00007
)(In other words,
Figure 112021050922140-pat00008
>
Figure 112021050922140-pat00009
) may include a cautionary zone corresponding to the . For example, the second radius (
Figure 112021050922140-pat00010
) can be set shorter than the detection radius.

일실시예에 따른 비행 제어부(130)는 장애물의 위치 판단 결과에 따라, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 드론의 비행을 제어할 수 있다. The flight controller 130 according to an embodiment may control the flight of the drone based on at least one of a potential function for preventing collision and a swarm flight control algorithm according to a result of determining the position of the obstacle.

일측에 따르면, 비행 제어부(130)는 장애물이 주의영역 외부에 위치한 것으로 판단되면 드론에 대해 군집 비행에 따른 제어만을 수행하고, 장애물이 주의영역에 위치한 것으로 판단되면 포텐셜 함수가 자동으로 활성화되어 군집비행과 포텐셜 함수로부터의 반발/유인력의 균형을 맞춰 드론을 제어하며, 장애물이 위험영역에 위치한 것으로 판단되면 반발/유인력을 통해 드론의 이동을 제어하여 장애물이 주의영역 외부로 위치하도록 할 수 있다. According to one side, when it is determined that the obstacle is located outside the attention area, the flight control unit 130 performs only control according to the swarm flight of the drone, and when it is determined that the obstacle is located in the attention area, the potential function is automatically activated to swarm flight. The drone is controlled by balancing the repulsion/attraction force from the and potential function, and if it is determined that the obstacle is located in the dangerous area, the drone can be moved through the repulsion/attraction force so that the obstacle is located outside the attention area.

구체적으로, 비행 제어부(130)는 포텐셜 함수(

Figure 112021050922140-pat00011
)를 미분하고, 장애물이 위험 영역에 위치한 것으로 판단되면 미분된 포텐셜 함수(
Figure 112021050922140-pat00012
)에 기초하여 드론의 비행을 제어할 수 있다.Specifically, the flight control unit 130 is a potential function (
Figure 112021050922140-pat00011
), and if it is determined that the obstacle is located in the danger area, the differentiated potential function (
Figure 112021050922140-pat00012
) based on the drone's flight control.

또한, 비행 제어부(130)는 장애물이 주의 영역에 위치한 것으로 판단되면, 미분된 포텐셜 함수(

Figure 112021050922140-pat00013
)와 군집 비행 제어 알고리즘에 기초하여 드론의 비행을 제어할 수 있다.In addition, when it is determined that the obstacle is located in the area of interest, the flight control unit 130 may perform a differential potential function (
Figure 112021050922140-pat00013
) and the swarm flight control algorithm, it is possible to control the flight of the drone.

일측에 따르면, 포텐셜 함수(

Figure 112021050922140-pat00014
)는 하기 수학식1과 같이 제1 반경(
Figure 112021050922140-pat00015
) 및 측정된 거리(
Figure 112021050922140-pat00016
)에 기초하는 드론의 반발력 함수(
Figure 112021050922140-pat00017
)와, 제1 반경(
Figure 112021050922140-pat00018
), 제2 반경(
Figure 112021050922140-pat00019
) 및 측정된 거리(
Figure 112021050922140-pat00020
)에 기초하는 시변 스텝 함수(step fuction)(
Figure 112021050922140-pat00021
)의 선형적인 결합을 통해 형성되는 함수일 수 있다. According to one side, the potential function (
Figure 112021050922140-pat00014
) is the first radius (
Figure 112021050922140-pat00015
) and the measured distance (
Figure 112021050922140-pat00016
) based on the drone's repulsion function (
Figure 112021050922140-pat00017
) and the first radius (
Figure 112021050922140-pat00018
), the second radius (
Figure 112021050922140-pat00019
) and the measured distance (
Figure 112021050922140-pat00020
) based on a time-varying step function (
Figure 112021050922140-pat00021
) may be a function formed through a linear combination of

[수학식1][Equation 1]

Figure 112021050922140-pat00022
Figure 112021050922140-pat00022

여기서,

Figure 112021050922140-pat00023
,
Figure 112021050922140-pat00024
, 제1 반경(
Figure 112021050922140-pat00025
) 및 제2 반경(
Figure 112021050922140-pat00026
)은
Figure 112021050922140-pat00027
조건을 만족하는 양의 상수일 수 있다. here,
Figure 112021050922140-pat00023
,
Figure 112021050922140-pat00024
, the first radius (
Figure 112021050922140-pat00025
) and the second radius (
Figure 112021050922140-pat00026
)silver
Figure 112021050922140-pat00027
It may be a positive constant that satisfies the condition.

또한, 시변 스텝 함수

Figure 112021050922140-pat00028
와 반발력 함수
Figure 112021050922140-pat00029
각각은 하기 수학식2 및 수학식3과 같이 정의될 수 있다. Also, the time-varying step function
Figure 112021050922140-pat00028
and the repulsion function
Figure 112021050922140-pat00029
Each may be defined as in Equation 2 and Equation 3 below.

[수학식2][Equation 2]

Figure 112021050922140-pat00030
Figure 112021050922140-pat00030

[수학식3][Equation 3]

Figure 112021050922140-pat00031
Figure 112021050922140-pat00031

여기서, n는 2 이상의 상수로 설정될 수 있다. Here, n may be set to a constant of 2 or more.

즉, 포텐셜 함수(

Figure 112021050922140-pat00032
)는 상술한 정의를 통해 도출된 반발력 함수(
Figure 112021050922140-pat00033
)와, 어트랙티브 파트(attractive part)를 나타내는 시변 스텝 함수(
Figure 112021050922140-pat00034
)의 선형적인 결합으로 구성되며, 어트랙티브 파트를 상수
Figure 112021050922140-pat00035
Figure 112021050922140-pat00036
로 독립적으로 조정할 수 있다.That is, the potential function (
Figure 112021050922140-pat00032
) is the repulsive force function (
Figure 112021050922140-pat00033
) and a time-varying step function representing the attractive part (
Figure 112021050922140-pat00034
), which consists of a linear combination of
Figure 112021050922140-pat00035
and
Figure 112021050922140-pat00036
can be adjusted independently.

일측에 따르면, 군집 비행 제어 알고리즘은 그래프 이론에 기초하여 산출되는 드론의 위치 정보 추적 오류(

Figure 112021050922140-pat00037
)와 속도 정보 추적 오류(
Figure 112021050922140-pat00038
) 및 드론 군집의 위치정보로부터 산출되는 라플라시안 행렬(
Figure 112021050922140-pat00039
)에 기초한 연산을 통해 형성되는 알고리즘일 수 있다.According to one side, the swarm flight control algorithm is based on the graph theory, and the tracking error (
Figure 112021050922140-pat00037
) and speed information tracking error (
Figure 112021050922140-pat00038
) and Laplacian matrix (
Figure 112021050922140-pat00039
) may be an algorithm formed through an operation based on

이하에서는, 일실시예에 따른 비행 제어부(130)에서 미분된 포텐셜 함수(

Figure 112021050922140-pat00040
)와 군집 비행 제어 알고리즘을 이용하여 주의 영역 및 위험 영역 각각에서 드론의 비행을 제어하는 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the potential function differentiated in the flight control unit 130 according to an embodiment (
Figure 112021050922140-pat00040
) and a swarm flight control algorithm will be described in more detail to control the flight of the drone in each of the attention and danger areas.

상술한 수학식1 내지 수학식3을 조합하면 미분된 포텐셜 함수를 하기 수학식4와 같이 정의할 수 있다. Combining Equations 1 to 3 described above, a differentiated potential function can be defined as Equation 4 below.

[수학식4][Equation 4]

Figure 112021050922140-pat00041
Figure 112021050922140-pat00041

한편, 군집 비행 제어 시스템(100)은 4방향 레이저 센서를 이용하여 거리(

Figure 112021050922140-pat00042
)를 측정할 수 있으며, 이 경우 4방향 레이저 센서를 통해 측정된 거리 정보는 드론의 전방 및 후방에 대응되는 거리 정보(
Figure 112021050922140-pat00043
,
Figure 112021050922140-pat00044
)와 드론의 좌측과 우측 방향에 대응되는 거리 정보(
Figure 112021050922140-pat00045
,
Figure 112021050922140-pat00046
)를 포함할 수 있다. On the other hand, the swarm flight control system 100 is a distance (
Figure 112021050922140-pat00042
) can be measured, and in this case, the distance information measured through the 4-way laser sensor is the distance information (
Figure 112021050922140-pat00043
,
Figure 112021050922140-pat00044
) and distance information (
Figure 112021050922140-pat00045
,
Figure 112021050922140-pat00046
) may be included.

즉, 군집 비행 제어 시스템(100)이 4방향 레이저 센서를 이용하는 경우, 수학식4를 통해 설명한 미분된 포텐셜 함수는 하기 수학식5와 같이 재정의될 수 있다. That is, when the swarm flight control system 100 uses a four-way laser sensor, the differentiated potential function described through Equation 4 may be redefined as Equation 5 below.

[수학식5][Equation 5]

Figure 112021050922140-pat00047
Figure 112021050922140-pat00047

일측에 따르면, 군집 비행 제어 시스템(100)을 통해 제어되는 군집 비행은 그래프 이론(algebraic graph theory)을 통해 수행될 수 있다. According to one side, the swarm flight controlled through the swarm flight control system 100 may be performed through algebraic graph theory.

다시 말해, 군집 비행 제어 시스템(100)은 그래프 이론에서

Figure 112021050922140-pat00048
를 기반으로 하여 드론 군집에 대한 군집 비행을 제어할 수 있으며, 여기서
Figure 112021050922140-pat00049
는 드론 군집을 구성하는 N개의 드론의 위치 정보,
Figure 112021050922140-pat00050
는 N개의 드론간의 연결선 정보로 이는 i번째 드론과 j번째 드론이 동시에 상태정보를 송수신할 수 있음을 의미한다. 또한,
Figure 112021050922140-pat00051
는 i번째 드론과 j번째 드론에 대한 가중 인접 행렬을 의미한다. In other words, the swarm flight control system 100 is in graph theory.
Figure 112021050922140-pat00048
It is possible to control swarm flight for a drone swarm based on
Figure 112021050922140-pat00049
is the location information of N drones constituting the drone cluster,
Figure 112021050922140-pat00050
is connection line information between N drones, which means that the i-th drone and the j-th drone can transmit and receive status information at the same time. In addition,
Figure 112021050922140-pat00051
is the weighted adjacency matrix for the i-th drone and the j-th drone.

예를 들면, 비행 제어부(130)는 4개의 드론을 이용하여 드론 군집을 형성하되, 드론 군집을 형성하는 4개의 드론이 사각형의 군집 형상을 구성하도록 제어할 수 있다.For example, the flight controller 130 may form a drone cluster using four drones, but may control the four drones forming the drone cluster to form a rectangular cluster shape.

일측에 따르면, 비행 제어부(130)는 그래프 이론을 이용하여 드론 군집이 형성하는 군집 형상 내에서 어느 하나의 위치에 대응되는 중심 위치(

Figure 112021050922140-pat00052
) 및 중심 위치(
Figure 112021050922140-pat00053
)와 드론 군집을 형성하는 복수의 드론(i개의 드론) 각각에 대응되는 복수의 군집 형성 벡터(
Figure 112021050922140-pat00054
)를 산출할 수 있으며, 여기서
Figure 112021050922140-pat00055
는 0 보다 큰 실수의 집합을 의미하고,
Figure 112021050922140-pat00056
는 3차원 실수의 집합을 의미할 수 있다.According to one side, the flight controller 130 uses a graph theory to control a central position (
Figure 112021050922140-pat00052
) and the center position (
Figure 112021050922140-pat00053
) and a plurality of clustering vectors (
Figure 112021050922140-pat00054
) can be calculated, where
Figure 112021050922140-pat00055
means the set of real numbers greater than 0,
Figure 112021050922140-pat00056
may mean a set of 3D real numbers.

일측에 따르면, 비행 제어부(130)는 산출된 중심 위치(

Figure 112021050922140-pat00057
)와 군집 형성 벡터(
Figure 112021050922140-pat00058
)를 이용하여 시간 t에서 드론 군집을 형성하는 i번째 드론의 위치 정보(
Figure 112021050922140-pat00059
)와 i번째 드론의 속도 정보(
Figure 112021050922140-pat00060
)를 산출할 수 있으며, 산출된 i번째 드론의 위치 정보(
Figure 112021050922140-pat00061
)와 i번째 드론의 속도 정보(
Figure 112021050922140-pat00062
)를 이용하여 하기 수학식6과 같이 i번째 드론의 위치 정보 추적 오류(
Figure 112021050922140-pat00063
)와 i번째 드론의 속도 정보 추적 오류(
Figure 112021050922140-pat00064
)를 산출할 수 있다(여기서,
Figure 112021050922140-pat00065
). According to one side, the flight control unit 130 is the calculated center position (
Figure 112021050922140-pat00057
) and the clustering vector (
Figure 112021050922140-pat00058
) using the location information of the i-th drone forming a drone cluster at time t (
Figure 112021050922140-pat00059
) and the speed information of the i-th drone (
Figure 112021050922140-pat00060
) can be calculated, and the calculated location information (
Figure 112021050922140-pat00061
) and the speed information of the i-th drone (
Figure 112021050922140-pat00062
), as in Equation 6 below, the location information tracking error of the i-th drone (
Figure 112021050922140-pat00063
) and the speed information tracking error of the i-th drone (
Figure 112021050922140-pat00064
) can be calculated (where
Figure 112021050922140-pat00065
).

[수학식6][Equation 6]

Figure 112021050922140-pat00066
Figure 112021050922140-pat00066

또한, 비행 제어부(130)는 산출된 속도 정보(

Figure 112021050922140-pat00067
)와 산출된 위치 정보 추적 오류(
Figure 112021050922140-pat00068
) 및 속도 정보 추적 오류(
Figure 112021050922140-pat00069
)를 이용하여 군집 비행 제어 알고리즘(
Figure 112021050922140-pat00070
)을 산출할 수 있다. 여기서
Figure 112021050922140-pat00071
Figure 112021050922140-pat00072
는 드론 군집을 형성하는 드론간 위치와 속도의 균형을 맞추기 위한 계수이고,
Figure 112021050922140-pat00073
는 하기 수학식7과 같이 정의될 수 있다. In addition, the flight control unit 130 calculates the speed information (
Figure 112021050922140-pat00067
) and the calculated location information tracking error (
Figure 112021050922140-pat00068
) and speed information tracking error (
Figure 112021050922140-pat00069
) using the swarm flight control algorithm (
Figure 112021050922140-pat00070
) can be calculated. here
Figure 112021050922140-pat00071
and
Figure 112021050922140-pat00072
is a coefficient for balancing the position and speed between drones forming a drone cluster,
Figure 112021050922140-pat00073
can be defined as in Equation 7 below.

[수학식7][Equation 7]

Figure 112021050922140-pat00074
Figure 112021050922140-pat00074

또한, 비행 제어부(130)는 하기 수학식8과 같이, 미분된 포텐셜 함수(

Figure 112021050922140-pat00075
)와 산출된 군집 비행 제어 알고리즘(
Figure 112021050922140-pat00076
)을 결합하여 드론의 비행을 제어하기 위한 제어 법칙(
Figure 112021050922140-pat00077
)을 산출할 수 있다. In addition, the flight control unit 130, as shown in Equation 8, the differential potential function (
Figure 112021050922140-pat00075
) and the calculated swarm flight control algorithm (
Figure 112021050922140-pat00076
) to control the flight of the drone (
Figure 112021050922140-pat00077
) can be calculated.

[수학식8][Equation 8]

Figure 112021050922140-pat00078
Figure 112021050922140-pat00078

즉, 비행 제어부(130)는 수학식8을 이용하여 드론의 비행을 제어하되, 장애물이 위험 영역 내에 위치한 것으로 판단되면 수학식8의 제어 법칙(

Figure 112021050922140-pat00079
)에서 미분된 포텐셜 함수(
Figure 112021050922140-pat00080
)만을 적용하여 드론의 비행을 제어하고, 장애물이 주의 영역 내에 위치한 것으로 판단되면 수학식8의 제어 법칙(
Figure 112021050922140-pat00081
) 전체를 적용하여 드론의 비행을 제어하며, 장애물이 감지되지 않거나 주의 영역 외부에 위치한 것으로 판단되면 수학식8의 제어 법칙(
Figure 112021050922140-pat00082
)에서
Figure 112021050922140-pat00083
만을 적용하여 드론의 비행을 제어할 수 있으며, 이를 통해 추적 오류를 '0'으로 수렴하게 할 수 있다. That is, the flight controller 130 controls the flight of the drone using Equation (8), but when it is determined that the obstacle is located in the danger area, the control rule of Equation (8) (
Figure 112021050922140-pat00079
) from the differential potential function (
Figure 112021050922140-pat00080
) is applied to control the flight of the drone, and if it is determined that the obstacle is located within the area of interest, the control rule (
Figure 112021050922140-pat00081
) to control the flight of the drone by applying the entire
Figure 112021050922140-pat00082
)at
Figure 112021050922140-pat00083
It is possible to control the flight of the drone by applying only

한편, 비행 제어부(130)는 수학식6를 이용하여, 하기 수학식9와 같이 목표위치에 대한 설정값과 충돌방지를 위한 설정값을 합하여 나타낸 추적 오류를 산출할 수 있다. On the other hand, the flight controller 130 may calculate the tracking error represented by the sum of the set value for the target position and the set value for collision avoidance as shown in Equation 9 using Equation 6 below.

[수학식9][Equation 9]

Figure 112021050922140-pat00084
Figure 112021050922140-pat00084

여기서,

Figure 112021050922140-pat00085
는 드론 군집 형성을 위한 기준 위치 벡터를 의미하고,
Figure 112021050922140-pat00086
는 드론 군집 형성을 위한 기준 속도 벡터를 의미할 수 있다. here,
Figure 112021050922140-pat00085
is a reference position vector for forming a drone cluster,
Figure 112021050922140-pat00086
may mean a reference velocity vector for forming a drone cluster.

예를 들면, 제1 내지 제4 드론이 군집을 형성할 때 제1 드론의 위치가 (1, 1)이면, r(t)가 (0, 0)일 때 fp,1(t)은 (1, 1)이고 r(t)가 (1, 1)일 때 fp,1(t)은 (0, 0)이 될 수 있다. 또한,

Figure 112021050922140-pat00087
값이 고정되면 r(t)의 위치 변화에 따라 대응되는 드론의 위치도 변화할 수 있다. For example, when the first to fourth drones form a cluster, if the position of the first drone is (1, 1), when r(t) is (0, 0), f p,1 (t) is ( 1, 1) and when r(t) is (1, 1), f p,1 (t) can be (0, 0). In addition,
Figure 112021050922140-pat00087
If the value is fixed, the position of the corresponding drone may also change according to the change in the position of r(t).

또한, 비행 제어부(130)는 드론 군집의 위치정보, 즉 드론 군집을 구성하는 복수의 드론 각각에서 서로 다른 드론의 위치를 아는지 여부에 대한 정보를 하기 수학식10과 같이 라플라시안 행렬(

Figure 112021050922140-pat00088
)로 표현할 수 있다. In addition, the flight control unit 130 provides the location information of the drone cluster, that is, information on whether or not the location of different drones in each of the plurality of drones constituting the drone cluster, is provided to the Laplacian matrix (
Figure 112021050922140-pat00088
) can be expressed as

[수학식10][Equation 10]

Figure 112021050922140-pat00089
Figure 112021050922140-pat00089

수학식10의 라플라시안 행렬(

Figure 112021050922140-pat00090
)은 드론의 군집 형상이 사각형 형상일 때를 예시하는 것으로, 여기서 대각행렬의 '2' 부분은 연결되어 있는 드론의 개수를 나타내고, 그 외의 부분은 어떤 드론과 연결되어 있는지를 나타낼 수 있다. Laplacian matrix in Equation 10 (
Figure 112021050922140-pat00090
) exemplifies when the drone cluster shape is a rectangular shape, where the '2' part of the diagonal matrix indicates the number of connected drones, and the other parts may indicate which drones are connected.

구체적으로, 수학식10에서 군집을 형성하는 모든 드론은 2개의 기체와 연결되어 있으며, (1, 2), (1, 4) 항목이 '-1'을 나타내기 때문에 1번 기체는 2번, 4번 기체와 연결되어 있음을 확인할 수 있다. Specifically, in Equation 10, all drones forming a cluster are connected to two aircraft, and since items (1, 2) and (1, 4) indicate '-1', aircraft 1 is number 2, You can see that it is connected to the 4th gas.

이를 통해, 비행 제어부(130)는 하기 수학식11와 같은 제어 법칙을 산출할 수 있으며, 수학식8의 제어법칙과 수학식11의 제어법칙 및 수학식9의 추적 오류를 이용하여 하기 수학식12와 같은 제어법칙(

Figure 112021050922140-pat00091
)을 산출할 수 있다. Through this, the flight controller 130 can calculate the control rule as shown in Equation 11 below, and using the control rule of Equation 8, the control rule of Equation 11, and the tracking error of Equation 9, Equation 12 below Control laws like (
Figure 112021050922140-pat00091
) can be calculated.

[수학식11][Equation 11]

Figure 112021050922140-pat00092
Figure 112021050922140-pat00092

여기서, 드론 군집을 구성하는 복수의 드론 중 N번째 드론,

Figure 112021050922140-pat00093
는 N번째 드론의 위치 정보,
Figure 112021050922140-pat00094
는 N번째 드론의 속도 정보,
Figure 112021050922140-pat00095
는 드론 군집에 대응되는 3차 단위 행렬(three-order identity matrix)을 나타낸다. Here, the Nth drone among the plurality of drones constituting the drone cluster,
Figure 112021050922140-pat00093
is the location information of the Nth drone,
Figure 112021050922140-pat00094
is the speed information of the Nth drone,
Figure 112021050922140-pat00095
denotes a three-order identity matrix corresponding to the drone cluster.

[수학식12][Equation 12]

Figure 112021050922140-pat00096
Figure 112021050922140-pat00096

여기서,

Figure 112021050922140-pat00097
는 라플라시안 행렬의 항을 나타낸다. here,
Figure 112021050922140-pat00097
denotes a term of the Laplacian matrix.

즉, 비행 제어부(130)는 수학식12를 이용하여 드론의 비행을 제어하되, 장애물이 위험 영역 내에 위치한 것으로 판단되면 수학식8의 제어 법칙(

Figure 112021050922140-pat00098
)에서 미분된 포텐셜 함수(
Figure 112021050922140-pat00099
)만을 적용하여 드론의 비행을 제어하고, 장애물이 주의 영역 내에 위치한 것으로 판단되면 수학식12의 제어 법칙(
Figure 112021050922140-pat00100
) 전체를 적용하여 드론의 비행을 제어하며, 장애물이 감지되지 않거나 주의 영역 외부에 위치한 것으로 판단되면 수학식12의 제어 법칙(
Figure 112021050922140-pat00101
)에서
Figure 112021050922140-pat00102
만을 적용하여 드론의 비행을 제어할 수 있다. That is, the flight control unit 130 controls the flight of the drone using Equation 12, but when it is determined that the obstacle is located in the danger area, the control rule of Equation 8 (
Figure 112021050922140-pat00098
) from the differential potential function (
Figure 112021050922140-pat00099
) is applied to control the flight of the drone, and if it is determined that the obstacle is located within the area of attention, the control law (
Figure 112021050922140-pat00100
) to control the flight of the drone by applying the entire
Figure 112021050922140-pat00101
)at
Figure 112021050922140-pat00102
You can control the flight of the drone by applying only

도 2는 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에서 군집 비행을 제어하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining an example of controlling a swarm flight of a drone in a swarm flight control system of a drone according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 참조부호 200은 그래프 이론에 기초하여 복수의 드론(Q1 내지 Q4)에 대한 군집 비행을 제어하는 예시를 도시 한다. Referring to FIG. 2 , reference numeral 200 shows an example of controlling group flight for a plurality of drones Q1 to Q4 based on graph theory.

참조부호 200에 따르면, 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템은 그래프 이론을 이용하여 드론 군집이 형성하는 군집 형상 내에서 어느 하나의 위치에 대응되는 중심 위치(

Figure 112021050922140-pat00103
)와 드론 군집을 형성하는 복수의 드론(Q1 내지 Q4) 각각에 대응되는 군집 형성 벡터(fp,1(t) 내지 fp,4(t))를 산출할 수 있다. According to reference numeral 200, the swarm flight control system according to an embodiment uses a graph theory to use a central position (
Figure 112021050922140-pat00103
) And a plurality of drones forming a drone Community (Q1 to Q4), each cluster corresponding to a formation vector (f p, 1 (t) to p f, can be calculated a 4 (t)).

또한, 군집 비행 제어 시스템은 산출된 중심 위치(

Figure 112021050922140-pat00104
)와 군집 형성 벡터(fp,1(t) 내지 fp,4(t))에 기초하여 복수의 드론(Q1 내지 Q4) 각각에 대응되는 위치 정보 추적 오류 및 속도 정보 추적 오류를 산출할 수 있으며, 산출된 위치 정보 추적 오류 및 속도 정보 추적 오류에 기초하여 복수의 드론(Q1 내지 Q4)의 군집 비행을 제어하는 군집 비행 제어 알고리즘을 도출할 수 있다. In addition, the swarm flight control system calculates the center position (
Figure 112021050922140-pat00104
) and the cluster formation vectors f p,1 (t) to f p,4 (t)), it is possible to calculate the location information tracking error and the speed information tracking error corresponding to each of the plurality of drones Q1 to Q4. Also, based on the calculated location information tracking error and speed information tracking error, it is possible to derive a swarm flight control algorithm for controlling the swarm flight of the plurality of drones Q1 to Q4.

도 3은 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에서 충돌 감지영역을 형성하는 예시를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining an example of forming a collision detection area in the swarm flight control system of a drone according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 참조부호 300은 군집 비행을 수행하는 드론을 기준으로 하여 형성되는 충돌 감지영역인 위험 영역(risky zone)과 주의 영역(cautionary zone)을 도시한다. Referring to FIG. 3 , reference numeral 300 denotes a risky zone and a cautionary zone, which are collision detection zones formed based on drones performing group flight.

참조부호 300에 따르면, 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템은 군집 비행을 수행하는 복수의 드론 각각을 기준점으로 기설정된 제1 반경(

Figure 112021050922140-pat00105
)에 대응되는 위험 영역과, 제1 반경(
Figure 112021050922140-pat00106
) 보다 긴 제2 반경(
Figure 112021050922140-pat00107
)(즉,
Figure 112021050922140-pat00108
<
Figure 112021050922140-pat00109
)에 대응되는 주의 영역을 설정할 수 있다. Referring to reference numeral 300, the swarm flight control system according to an embodiment includes a first radius (
Figure 112021050922140-pat00105
Hazard area corresponding to ) and the first radius (
Figure 112021050922140-pat00106
) greater second radius (
Figure 112021050922140-pat00107
)(In other words,
Figure 112021050922140-pat00108
<
Figure 112021050922140-pat00109
) can be set for the corresponding attention area.

또한, 군집 비행 제어 시스템은 군집 비행 중인 복수의 드론 중 적어도 하나에 드론에 장애물이 인접하면 장애물의 위치를 판단하고, 판단 결과에 기초하여 드론의 비행을 제어할 수 있다. In addition, when an obstacle is adjacent to at least one of a plurality of drones in swarm flight, the swarm flight control system may determine the location of the obstacle and control the flight of the drone based on the determination result.

구체적으로, 군집 비행 제어 시스템은 장애물이 주의영역 외부에 위치한 것으로 판단되면 드론에 대해 군집 비행에 따른 제어만을 수행하고, 장애물이 주의영역에 위치한 것으로 판단되면 포텐셜 함수가 자동으로 활성화되어 군집비행과 포텐셜 함수로부터의 반발/유인력의 균형을 맞춰 드론을 제어하며, 장애물이 위험영역에 위치한 것으로 판단되면 반발/유인력을 통해 드론의 이동을 제어하여 장애물이 주의영역 외부로 위치하도록 할 수 있다.Specifically, when it is determined that the obstacle is located outside the attention area, the swarm flight control system performs only control according to the swarm flight on the drone, and when it is determined that the obstacle is located in the attention area, the potential function is automatically activated to prevent The drone is controlled by balancing the repulsion/attraction force from the function, and if it is determined that the obstacle is located in the dangerous area, the drone can be moved through the repulsion/attraction force so that the obstacle is located outside the attention area.

도 4는 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에서 4방향 레이저 센서를 이용하여 드론과 장애물 사이의 거리를 측정하는 예시를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for explaining an example of measuring a distance between a drone and an obstacle using a four-way laser sensor in the swarm flight control system of the drone according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 참조부호 400은 4방향 레이저 센서를 이용하여 군집 비행 중인 드론(쿼트콥터)으로부터 장애물까지의 거리(

Figure 112021050922140-pat00110
)를 측정하는 예시를 도시한다. Referring to FIG. 4 , reference numeral 400 denotes a distance from a drone (quatcopter) in swarm flight using a 4-way laser sensor to an obstacle (
Figure 112021050922140-pat00110
) is shown as an example of measuring.

참조부호 400에 따르면, 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템은 4방향 레이저 센서를 이용하여 장애물까지의 거리 정보를 측정할 수 있으며, 이 경우 4방향 레이저 센서를 통해 측정된 거리 정보는 드론의 전방 및 후방에 대응되는 거리 정보(

Figure 112021050922140-pat00111
,
Figure 112021050922140-pat00112
)와 드론의 좌측과 우측 방향에 대응되는 거리 정보(
Figure 112021050922140-pat00113
,
Figure 112021050922140-pat00114
)를 포함할 수 있다.Referring to reference numeral 400 , the swarm flight control system according to an embodiment may measure distance information to an obstacle using a four-way laser sensor. In this case, the distance information measured through the four-way laser sensor is the front of the drone. and distance information corresponding to the rear (
Figure 112021050922140-pat00111
,
Figure 112021050922140-pat00112
) and distance information (
Figure 112021050922140-pat00113
,
Figure 112021050922140-pat00114
) may be included.

예를 들면, 군집 비행 제어 시스템은 4방향 레이저 센서와, 제1 반경(

Figure 112021050922140-pat00115
)에 대응되는 위험 영역(risky zone) 및 제2 반경(
Figure 112021050922140-pat00116
)에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)에 기초하여 드론의 전방(x축 방면)에 위치한 장애물까지의 거리(
Figure 112021050922140-pat00117
)를 측정할 수 있다. For example, the swarm flight control system may include a four-way laser sensor and a first radius (
Figure 112021050922140-pat00115
) corresponding to the risky zone and the second radius (
Figure 112021050922140-pat00116
) based on the cautionary zone corresponding to the distance (
Figure 112021050922140-pat00117
) can be measured.

도 5는 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에서 장애물을 회피하는 예시를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining an example of avoiding an obstacle in a swarm flight control system of a drone according to an embodiment.

도 5를 참조하면, 참조부호 500은 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템을 통해 군집 비행이 제어되고 있는 복수의 드론(Q1 내지 Q4)에 다른 드론, 즉 장애물(O)이 근접하였을 때 장애물(O)을 회피하는 예시를 도시한다. Referring to FIG. 5 , reference numeral 500 denotes another drone, that is, an obstacle O, when the other drone, that is, an obstacle O, approaches a plurality of drones Q1 to Q4 whose swarm flight is controlled through the swarm flight control system according to an embodiment. An example of avoiding O) is shown.

참조부호 500에 따르면, 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템은 복수의 드론(Q1 내지 Q4)에 대한 군집 비행을 제어하는 과정에서 장애물(O)이 제2 드론(Q2)에 인접하면, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 제2 드론(Q2) 뿐만 아니라 복수의 드론(Q1 내지 Q4)의 비행을 제어할 수 있으며, 이를 통해 군집 형상(일례로, 사각 형상)을 유지하면서 장애물(O)을 용이하게 회피할 수 있다.According to reference numeral 500, the swarm flight control system according to an embodiment prevents collision when an obstacle O is adjacent to the second drone Q2 in the process of controlling the swarm flight of the plurality of drones Q1 to Q4. The flight of the plurality of drones Q1 to Q4 as well as the second drone Q2 can be controlled based on at least one of a potential function and a swarm flight control algorithm for It is possible to easily avoid the obstacle (O) while maintaining the.

한편, 군집 비행 제어 시스템은 최초 군집 형성 시에도 복수의 드론(Q1 내지 Q4) 각각이 주변에 있는 다수의 장애물을 회피하면서 기설정된 군집 형상을 이루도록 제어할 수 있다. On the other hand, the swarm flight control system may control each of the plurality of drones Q1 to Q4 to form a preset swarm shape while avoiding a plurality of obstacles in the vicinity even when forming a first group.

도 6은 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템에 대한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining a simulation result of a swarm flight control system of a drone according to an embodiment.

도 6을 참조하면, 도 6의 (a) 내지 (i)는 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템을 통해 군집 비행이 제어되고 있는 복수의 드론(도 6의 'X' 표시)과 복수의 장애물(Ob.1 내지 Ob.4)을 이용하여 56s 내지 72s 동안 수행한 시뮬레이션 결과를 도시한다. Referring to FIG. 6 , FIGS. 6A to 6I show a plurality of drones (indicated by 'X' in FIG. 6 ) and a plurality of obstacles whose swarm flight is controlled through the swarm flight control system according to an embodiment. The simulation results performed for 56s to 72s using (Ob.1 to Ob.4) are shown.

도 6의 (a) 내지 (i)에 따르면, 56s 내지 62s의 시간 구간에서 복수의 드론에 제3 장애물(Ob.3)이 접근하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템은 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수와 군집 비행 제어 알고리즘을 이용하여 복수의 드론을 제어함으로써, 64s 내지 72s 시간 구간동안 복수의 드론이 군집 형상을 유지하면서 제3 장애물(Ob.3)과의 거리를 이격하여 제3 장애물(Ob.3)과의 충돌을 회피하는 것을 확인할 수 있다. According to (a) to (i) of Figure 6, it can be confirmed that the third obstacle (Ob.3) approaches the plurality of drones in a time interval of 56s to 62s, and accordingly, a swarm flight control system according to an embodiment By controlling a plurality of drones using a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm, a plurality of drones maintain a swarm shape for a time period of 64s to 72s, and separate the distance from the third obstacle (Ob.3) Thus, it can be confirmed that the collision with the third obstacle Ob.3 is avoided.

도 7은 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a method for controlling group flight of drones according to an embodiment.

다시 말해, 도 7은 도 1 내지 도 6을 통해 설명한 일실시예에 따른 드론의 군집 비행 제어 시스템의 동작방법을 설명하는 도면으로, 이후 도 7을 통해 설명하는 내용 중 도 1 내지 도 6을 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다. In other words, FIG. 7 is a view for explaining an operating method of a swarm flight control system of a drone according to an embodiment described with reference to FIGS. 1 to 6 , and among the contents described with reference to FIG. 7 later, through FIGS. 1 to 6 . A description that overlaps with the description will be omitted.

도 7을 참조하면, 710 단계에서 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법은 거리 측정부에서 드론과 드론에 인접한 적어도 하나의 장애물 사이의 거리를 측정할 수 있다. Referring to FIG. 7 , in the swarm flight control method according to an embodiment in step 710 , the distance measuring unit may measure a distance between a drone and at least one obstacle adjacent to the drone.

일측에 따르면, 710 단계에서 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법은 라이다(LIDAR) 센서 및 레이더 센서 중 적어도 하나를 이용하여 장애물 사이의 거리를 측정할 수 있다. According to one side, in step 710 , the method for controlling swarm flight according to an embodiment may measure a distance between obstacles using at least one of a LIDAR sensor and a radar sensor.

다음으로, 720 단계에서 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법은 장애물 위치 판단부에서 측정된 거리와 기설정된 충돌 감지영역에 기초하여 장애물의 위치를 판단할 수 있다. Next, in step 720 , the method for controlling the swarm flight according to an embodiment may determine the position of the obstacle based on the distance measured by the obstacle position determining unit and a preset collision detection area.

일측에 따르면, 충돌 감지영역은 드론을 기준점으로 기설정된 제1 반경에 대응되는 위험 영역(risky zone)과, 제1 반경 보다 긴 제2 반경에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)을 포함할 수 있다. According to one side, the collision detection area may include a risky zone corresponding to a first radius preset using the drone as a reference point, and a cautionary zone corresponding to a second radius longer than the first radius. .

다음으로, 730 단계에서 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법은 비행 제어부에서 장애물의 위치 판단 결과에 따라, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 드론의 비행을 제어할 수 있다. Next, in step 730, the swarm flight control method according to an embodiment controls the flight of the drone based on at least one of a potential function for collision prevention and a swarm flight control algorithm according to the result of determining the position of the obstacle in the flight controller. can

일측에 따르면, 730 단계에서 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법은 포텐셜 함수를 미분하고, 장애물이 위험 영역에 위치한 것으로 판단되면 미분된 포텐셜 함수에 기초하여 드론의 비행을 제어하며, 장애물이 주의 영역에 위치한 것으로 판단되면 미분된 포텐셜 함수와 군집 비행 제어 알고리즘에 기초하여 드론의 비행을 제어할 수 있다. According to one side, in step 730, the swarm flight control method according to the embodiment differentiates the potential function, and when it is determined that the obstacle is located in the danger area, controls the flight of the drone based on the differentiated potential function, and the obstacle is in the attention area If it is determined to be located at , it is possible to control the flight of the drone based on the differential potential function and the swarm flight control algorithm.

결국, 본 발명을 이용하면, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수와 군집 비행 제어 알고리즘을 이용하여 군집 형상을 유지하면서 장애물을 회피할 수 있다.After all, using the present invention, it is possible to avoid obstacles while maintaining the swarm shape by using a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm.

또한, 기설정된 위험 영역과 주의 영역을 고려하여 보다 효율적으로 장애물을 회피할 수 있다.In addition, it is possible to avoid obstacles more efficiently in consideration of a preset danger area and a caution area.

또한, 옵티컬 플로우 센서와 레이저 거리 센서와 같이 비교적 저렴한 센서를 이용하여 시스템을 구축할 수 있다. In addition, the system can be built using relatively inexpensive sensors such as optical flow sensors and laser distance sensors.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of the hardware component and the software component. For example, devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA). , a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that can include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited drawings, various modifications and variations are possible by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

100: 군집 비행 제어 시스템 110: 거리 측정부
120: 장애물 위치 판단부 130: 비행 제어부
100: swarm flight control system 110: distance measuring unit
120: obstacle position determination unit 130: flight control unit

Claims (10)

드론과 상기 드론에 인접한 적어도 하나의 장애물 사이의 거리를 측정하는 거리 측정부;
상기 측정된 거리와 기설정된 충돌 감지영역에 기초하여 상기 장애물의 위치를 판단하는 장애물 위치 판단부 및
상기 장애물의 위치 판단 결과에 따라, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 제어부
를 포함하고,
상기 충돌 감지영역은,
상기 드론을 기준점으로 기설정된 제1 반경에 대응되는 위험 영역(risky zone)과, 상기 제1 반경 보다 긴 제2 반경에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)을 포함하며,
상기 비행 제어부는,
상기 포텐셜 함수를 미분하고, 상기 장애물이 상기 위험 영역에 위치한 것으로 판단되면 상기 미분된 포텐셜 함수에 기초하여 상기 드론의 비행을 제어하며, 상기 장애물이 상기 주의 영역에 위치한 것으로 판단되면 상기 미분된 포텐셜 함수와 상기 군집 비행 제어 알고리즘에 기초하여 상기 드론의 비행을 제어하는
드론의 군집 비행 제어 시스템.
a distance measuring unit measuring a distance between the drone and at least one obstacle adjacent to the drone;
an obstacle position determination unit for determining the position of the obstacle based on the measured distance and a preset collision detection area; and
A flight controller for controlling the flight of the drone based on at least one of a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm according to a result of determining the position of the obstacle
including,
The collision detection area is
It includes a risky zone corresponding to a first radius preset using the drone as a reference point, and a cautionary zone corresponding to a second radius longer than the first radius,
The flight control unit,
Differentiate the potential function, control the flight of the drone based on the differentiated potential function when it is determined that the obstacle is located in the dangerous area, and when it is determined that the obstacle is located in the attention area, the differentiated potential function and controlling the flight of the drone based on the swarm flight control algorithm.
Drone swarm flight control system.
제1항에 있어서,
상기 거리 측정부는,
라이다(LIDAR) 센서 및 레이저 센서 중 적어도 하나를 이용하여 상기 장애물 사이의 거리를 측정하는
드론의 군집 비행 제어 시스템.
According to claim 1,
The distance measuring unit,
measuring the distance between the obstacles using at least one of a LIDAR sensor and a laser sensor
Drone swarm flight control system.
삭제delete 드론과 상기 드론에 인접한 적어도 하나의 장애물 사이의 거리를 측정하는 거리 측정부;
상기 측정된 거리와 기설정된 충돌 감지영역에 기초하여 상기 장애물의 위치를 판단하는 장애물 위치 판단부 및
상기 장애물의 위치 판단 결과에 따라, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 제어부
를 포함하고,
상기 충돌 감지영역은,
상기 드론을 기준점으로 기설정된 제1 반경에 대응되는 위험 영역(risky zone)과, 상기 제1 반경 보다 긴 제2 반경에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)을 포함하며,
상기 포텐셜 함수는,
상기 제1 반경 및 상기 측정된 거리에 기초하는 상기 드론의 반발력 함수와 상기 제1 반경, 상기 제2 반경 및 상기 측정된 거리에 기초하는 시변 스텝 함수(step fuction)의 선형적인 결합을 통해 형성되는 함수인
드론의 군집 비행 제어 시스템.
a distance measuring unit measuring a distance between the drone and at least one obstacle adjacent to the drone;
an obstacle position determination unit for determining the position of the obstacle based on the measured distance and a preset collision detection area; and
A flight controller for controlling the flight of the drone based on at least one of a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm according to a result of determining the position of the obstacle
including,
The collision detection area is
It includes a risky zone corresponding to a first radius preset using the drone as a reference point, and a cautionary zone corresponding to a second radius longer than the first radius,
The potential function is
Formed through a linear combination of a repulsion force function of the drone based on the first radius and the measured distance and a time-varying step function based on the first radius, the second radius and the measured distance function
Drone swarm flight control system.
드론과 상기 드론에 인접한 적어도 하나의 장애물 사이의 거리를 측정하는 거리 측정부;
상기 측정된 거리와 기설정된 충돌 감지영역에 기초하여 상기 장애물의 위치를 판단하는 장애물 위치 판단부 및
상기 장애물의 위치 판단 결과에 따라, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 상기 드론의 비행을 제어하는 비행 제어부
를 포함하고,
상기 충돌 감지영역은,
상기 드론을 기준점으로 기설정된 제1 반경에 대응되는 위험 영역(risky zone)과, 상기 제1 반경 보다 긴 제2 반경에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)을 포함하며,
상기 군집 비행 제어 알고리즘은,
그래프 이론에 기초하여 산출되는 상기 드론의 위치 정보 추적 오류와 속도 정보 추적 오류 및 상기 드론을 포함하는 드론 군집의 위치정보로부터 산출되는 라플라시안 행렬에 기초한 연산을 통해 형성되는 알고리즘인
드론의 군집 비행 제어 시스템.
a distance measuring unit measuring a distance between the drone and at least one obstacle adjacent to the drone;
an obstacle position determination unit for determining the position of the obstacle based on the measured distance and a preset collision detection area; and
A flight controller for controlling the flight of the drone based on at least one of a potential function for collision avoidance and a swarm flight control algorithm according to a result of determining the position of the obstacle
including,
The collision detection area is
It includes a risky zone corresponding to a first radius preset using the drone as a reference point, and a cautionary zone corresponding to a second radius longer than the first radius,
The swarm flight control algorithm is
An algorithm formed through an operation based on the Laplacian matrix calculated from the location information tracking error and speed information tracking error of the drone calculated based on graph theory and the location information of the drone cluster including the drone
Drone swarm flight control system.
삭제delete 거리 측정부에서, 드론과 상기 드론에 인접한 적어도 하나의 장애물 사이의 거리를 측정하는 단계;
장애물 위치 판단부에서, 상기 측정된 거리와 기설정된 충돌 감지영역에 기초하여 상기 장애물의 위치를 판단하는 단계 및
비행 제어부에서, 상기 장애물의 위치 판단 결과에 따라, 충돌 방지를 위한 포텐셜 함수 및 군집 비행 제어 알고리즘 중 적어도 하나에 기초하여 상기 드론의 비행을 제어하는 단계
를 포함하고,
상기 충돌 감지영역은,
상기 드론을 기준점으로 기설정된 제1 반경에 대응되는 위험 영역(risky zone)과, 상기 제1 반경 보다 긴 제2 반경에 대응되는 주의 영역(cautionary zone)을 포함하며,
상기 드론의 비행을 제어하는 단계는,
상기 포텐셜 함수를 미분하고, 상기 장애물이 상기 위험 영역에 위치한 것으로 판단되면 상기 미분된 포텐셜 함수에 기초하여 상기 드론의 비행을 제어하며, 상기 장애물이 상기 주의 영역에 위치한 것으로 판단되면 상기 미분된 포텐셜 함수와 상기 군집 비행 제어 알고리즘에 기초하여 상기 드론의 비행을 제어하는
드론의 군집 비행 제어 방법.
measuring, by a distance measuring unit, a distance between the drone and at least one obstacle adjacent to the drone;
determining, in the obstacle position determining unit, the position of the obstacle based on the measured distance and a preset collision detection area; and
controlling, in the flight controller, the flight of the drone based on at least one of a potential function for preventing collision and a cluster flight control algorithm according to a result of determining the position of the obstacle
including,
The collision detection area is
It includes a risky zone corresponding to a first radius preset using the drone as a reference point, and a cautionary zone corresponding to a second radius longer than the first radius,
The step of controlling the flight of the drone,
Differentiate the potential function, control the flight of the drone based on the differentiated potential function when it is determined that the obstacle is located in the dangerous area, and when it is determined that the obstacle is located in the attention area, the differentiated potential function and controlling the flight of the drone based on the swarm flight control algorithm.
How to control swarm flight of drones.
제7항에 있어서,
상기 거리를 측정하는 단계는,
라이다(LIDAR) 센서 및 레이저 센서 중 적어도 하나를 이용하여 상기 장애물 사이의 거리를 측정하는
드론의 군집 비행 제어 방법.
8. The method of claim 7,
Measuring the distance comprises:
measuring the distance between the obstacles using at least one of a LIDAR sensor and a laser sensor
How to control swarm flight of drones.
삭제delete 삭제delete
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