KR102305307B1 - 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템 - Google Patents

에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비행 중 장애물을 검출하여 장애물과 충돌하지 않게 안정적이면서 급속으로 회피 기동할 수 있고, 나아가 장애물 대상을 판단하여 그에 맞는 회피 기동을 행할 수 있도록 하며, 회피 기동 후 다시 제 경로로 복귀할 수 있도록 하는 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서, 드론 본체의 중심을 기준으로 3축 방향 각각에 대한 장애물의 유무를 검출하는 장애물 검출부; 상기 장애물 검출부에서 검출된 검출 신호에 근거하여 장애물 대상을 판단하는 장애물 판단부; 상기 장애물 판단부에서 판단되는 판단 결과에 따라 에어 분사로 드론의 회피 기동을 실행하는 에어 분사부; 및 상기 에어 분사부를 제어하는 회피기동 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템이 제공된다.

Description

에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템 {EVASION FLIGHT CONTROL SYS/TEM OF DRON FOR FLIGHT OBS/TACLE BASED ON AIR INJECTION}
본 발명은 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비행 중 장애물을 검출하여 장애물과 충돌하지 않게 안정적이면서 급속으로 회피 기동할 수 있고, 나아가 장애물 대상을 판단하여 그에 맞는 회피 기동을 행할 수 있도록 하며, 회피 기동 후 다시 제 경로로 복귀할 수 있도록 하는 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로 드론(Drone, 무인비행체)은 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체이다.
드론은 활용 목적에 따라 다양한 크기와 성능을 가진 비행체들이 다양하게 개발되고 있는데 대형 비행체의 군사용뿐만 아니라, 초소형 드론도 활발하게 개발 연구되고 있다.
또한, 드론은 개인의 취미활동으로 개발되어 상품화된 것도 많이 있다. 정글이나 오지, 화산지역, 자연재해지역, 원자력 발전소 사고지역 등 인간이 접근할 수 없는 지역에 드론을 투입하여 운용한다. 최근에는 드론을 활용하여 수송목적에도 활용하는 등 드론의 활용 범위가 점차 넓어지고 있다. 드론이 개발되던 초기에는 표적드론, 정찰드론, 감시드론으로 분류하였지만 현재는 활용 목적에 따라 더욱 세분화된 분류가 가능하다.
드론은 보통 프로펠러가 4개 달린 쿼드콥터(Quadcopter)가 주를 이룬다.
드론 크기는 앞-왼쪽 모터의 중심축에서 뒤-오른쪽 모터의 중심축까지 거리이다. 100 이하를 나노, 200 이하를 미니로 통칭하고 250, 450급이 가장 대중적인 사이즈다. 250급의 레이싱 드론이 취미용으로 가장 많이 이용되고, 650급 이상은 물품 이송 등에 사용된다.
기존 취미용 RC 비행기 또는 RC 헬기는 기체의 이착륙 등 모든 조정이 수동(Acro) 방식이다.
멀티 로터의 드론은 안정적으로 다양한 미션(예, 항공촬영 등)을 수행할 수 있는 구조이나, 멀티로터를 장착한 드론은 기체 운항과 다양한 미션을 동시에 수행하기 위한 수동 조작은 불가능해졌다. 이를 해결하기 위해 프로그램에 의해 미션정보를 해독하고 기기를 통제하여 미션을 수행할 수 있는 체계(플랫폼, 펌웨어)가 개발되어 있다.
도 1은 일반적인 쿼드콥더 드론의 구성을 나타내는 도면으로, 쿼드콥더 드론은 도 1에 보인 바와 같이, 전/후/좌/우에 설치되는 날개(114)와, 날개(114)를 구동하는 서보 모터(124), RC조종기(110)의 조종 신호를 수신하는 RC수신기(121), 서보 모터(124)의 구동속도를 조절하는 ESC(126)과 비행 컨트롤러(123), 전원을 공급하는 배터리(127)로 구성된다.
비행 컨트롤러(123)는 관성측정장치(IMU), 바로미터 센서 등 기기들을 제어하여 안정적 비행이 가능하도록 위치 및 자세 제어를 수행하고, 임베디드 컴퓨터로 구현된다. 이 임베디드 컴퓨터가 종래의 RC 비행기에서 수동 조작하던 역할을 수행한다.
기존의 드론은 수동 비행과 자동 비행으로 나누어지며 현재 많은 항공촬영, 위험물 감지, 농약살포 등 많은 응용분야에서 수동 비행이 사용되고 있다.
수동 비행은 대부분 리모콘(Remote Controller: RC) 조종기를 통해 4채널 이상의 무선신호를 보내고 드론에 장착된 RC수신기(121)에서 이 신호들(피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw), 쓰로틀(throttle))에 따라 드론을 전/후(피치), 좌/우(롤), 상승/하강(쓰로틀), 회전(요)를 직접 제어하는 방식이다.
그러나 현장에서는 전문 조종사의 부족과 조종 실수로 인한 안전사고 급증하고 있다. 이에 대한 대안으로, 일부 상용 드론 제품이 전방 비젼 방식의 스테레오 카메라를 이용한 장애물 회피기능이 탑재되어 있으나, 주로 전방을 촬영하기 때문에 전방물체 회피에 적합하며 또한 야간이나 조명이 어두운 경우에 성능이 저하된다.
또한, 비젼(vision) 시스템을 처리하기 위해서 고가의 컴퓨터가 탑재되어 드론은 가격상승의 원인이 된다.
대한민국 등록특허공보 10-1758453(2017.07.14. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1895343(2018.09.05. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1857616(2018.05.15. 공고) 대한민국 공개특허공보 10-2019-0076227(2019.07.02. 공개) 대한민국 공개특허공보 10-2017-0059853(2017.05.31. 공개)
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 비행 중 장애물을 검출하여 장애물과 충돌하지 않게 안정적이면서도 급속으로 회피 기동할 수 있는 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 장애물 대상을 판단하여 그에 맞는 회피 기동을 행할 수 있도록 하며, 회피 기동 후 다시 제 경로로 복귀할 수 있도록 하는 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서, 드론 본체의 중심을 기준으로 3축 방향 각각에 대한 장애물의 유무를 검출하는 장애물 검출부; 상기 장애물 검출부에서 검출된 검출 신호에 근거하여 장애물 대상을 판단하는 장애물 판단부; 상기 장애물 판단부에서 판단되는 판단 결과에 따라 에어 분사로 드론의 회피 기동을 실행하는 에어 분사부; 및 상기 에어 분사부를 제어하는 회피기동 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템이 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 장애물 검출부는, 평면적으로 드론의 전후좌우 4방향 및 드론의 상하 2방향에 설치된 거리 센서 또는 TOF 센서 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 에어 분사부는, 상기 드론 본체에서 에어분사 방향이 상부와 하부를 지향하도록 구비되는 에어분사장치, 및 상기 드론을 구성하는 프로펠러 각각에서 에어분사 방향이 전후좌우를 각각 지향하는 복수의 에어분사장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 에어 분사부는, 상기 드론 본체에 구비되는 단일의 에어분사 장치; 상기 에어분사 장치에서 각각 연장되어 에어분사구가 드론 본체에서 상부와 하부를 지향하고, 상기 프로펠러 각각에서 에어분사구가 전후좌우를 각각 지향하도록 구성되는 분지 에어분사로; 및 상기 분지 에어분사로 각각에 구비되고 상기 회피기동 제어부에 의해 제어되어 분지 에어분사로를 개폐하는 개폐밸브를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 장애물 검출부는 장애물에 대한 거리를 검출하는 거리 센서로 구성되고, 상기 장애물 판단부는 검출된 거리에 근거하여 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어지고, 상기 회피기동 제어부는 상기 장애물 검출부에서 상기 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지며, 상기 장애물 판단부에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 장애물 검출부는 장애물에 대한 거리 및 형상을 검출하는 TOF 센서로 구성되고, 상기 장애물 판단부는 검출된 거리에 근거하여 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화 및 형상 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화 및 형상 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어지고, 상기 회피기동 제어부는 상기 장애물 검출부에서 상기 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지며, 상기 장애물 판단부에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 드론 본체 및 프로펠러 연결프레임 중 적어도 하나에 구성되고, 상기 회피기동 제어부에 의해 제어되어 발광, 음향 발산, 악취분사 및 압축공기 분사 중 적어도 하나를 실행하는 발광모듈, 스피커 모듈, 및 악취분사모듈 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되며, 상기 회피기동 제어부는 드론에 설치된 자이로센서에 의해 검출된 회피기동 직전의 비행 경로를 기억해 놓고, 회피기동 이후 장애물 검출 센서로부터 장애물 검출 신호가 없을 때 상기 회피기동 직전의 비행 경로를 불러와 해당 비행 경로의 방향으로 진행하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 의하면, 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 드론으로부터 장애물에 대한 거리 정보 및 부가 정보에 근거하여 충돌 회피 기동을 위한 에어분사로 장애물과의 충돌을 방지하여 드론의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 장애물의 대상이 고정 장애물인지 이동 장애물인지를 판단하여 장애물 대상에 따른 회피 기동을 효과적으로 실행할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 최적의 동선으로, 즉 최적의 방향과 거리로 회피 기동하고 회피 기동 이후 다시 제 경로로의 신속하고 정확한 복귀를 행할 수 있어 주어진 비행 임무를 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 복잡하고 고가의 비젼 시스템을 필요로 하지 않고 회피 기동할 수 있어 경제성 및 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 쿼드콥더 드론의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템을 갖는 드론의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 의한 회피 기동 방법을 나타내는 플로차트이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 "상에"또는 "전에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우 뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템을 갖는 드론의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 의한 회피 기동 방법을 나타내는 플로차트이다.
본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템은, 장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서, 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 장애물 검출부(100); 장애물 판단부(200); 에어 분사부(300); 및 회피기동 제어부(400);를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템은, 장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서, 드론 본체(10)의 중심을 기준으로 3축 방향 각각에 대한 장애물의 유무를 검출하는 장애물 검출부(100); 상기 장애물 검출부(100)에서 검출된 검출 신호에 근거하여 장애물 대상을 판단하는 장애물 판단부(200); 상기 장애물 판단부(200)에서 판단되는 판단 결과에 따라 에어 분사로 드론의 회피 기동을 실행하는 에어 분사부(300); 및 상기 에어 분사부(300)를 제어하는 회피기동 제어부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장애물 검출부(100)는, 일 실시 예로 평면적으로 드론의 전후좌우 4방향 및 드론의 상하 2방향에 설치된 장애물 검출 센서를 통해 장애물에 대한 거리 및/또는 속도를 검출하거나, 거리와 이미지를 검출하도록 이루어질 수 있다.
상기 장애물 검출 센서는 일 실시 예로 거리 센서로서 초음파 센서 또는 레이더(Lidar) 센서로 이루어질 수 있다.
상기 장애물 검출부(100)가 거리 센서로 구성되는 경우, 아래에서 설명될 장애물 판단부(200)는 장애물에 대한 거리(또는 상대 거리) 및/또는 속도(또는 상대 속도)를 기반으로 장애물 대상(고정 장애물과 이동 장애물)을 판단하게 되며, 상기 회피기동 제어부(300)는 상기한 상대 거리 및/또는 상대 속도에 기반하여 회피 기동을 행하게 된다.
또한, 상기 장애물 검출부(100)는, 다른 실시 예로 평면적으로 드론의 전후좌우 4방향 및 드론의 상방 2방향에 설치되어 장애물에 대한 거리와 속도 및 형상을 검출하도록 이루어질 수 있다.
이러한 다른 실시 예에서, 상기 장애물 검출 센서는 TOF(Time Of Flight) 센서로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 다른 실시 예의 장애물 검출부(100)가 TOF 센서로 구성되는 경우, 아래에서 설명될 장애물 판단부(200)는 장애물에 대한 상대 거리 및/또는 상대 속도 및 장애물 형상을 기반으로 장애물 대상(고정 장애물과 이동 장애물)을 판단하게 되며, 상기 회피기동 제어부(300)는 상기한 상대 거리 및/또는 상대 속도 및 장애물 형상에 기반하여 회피 기동을 행하게 된다.
다음으로, 상기 장애물 판단부(200)는, 상기 장애물 검출부(100)에서 장애물 검출 센서로서 거리 센서가 적용되는 경우, 1차적으로 장애물에 대한 거리(또는 상대 거리)를 산출하고 부가적으로 속도(또는 상대 속도)를 산출하여 장애물 대상, 즉 고정 장애물 또는 이동 장애물의 여부를 판단하게 된다.
구체적으로, 일 실시 예로 상기 장애물 판단부(200)는, 상기 거리 센서에 의해 장애물에 대한 거리를 산출하여 거리 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 거리 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우(즉, 장애물에 대한 거리 변화가 크거나 작을 경우), 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어진다.
이러한 거리 정보에 대한 1차적인 판단에 더하여, 상기 장애물 판단부(200)는, 상기 거리 센서에 의해 장애물에 대한 산출된 거리 정보에 기반하여 산출된 거리와 드론의 이동 시간에 따른 거리-시간 관계식(V=S/T; 여기에서 V: 속도, S: 거리, T: 시간)을 통해 상대 속도를 산출하여 상대 속도 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 속도 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우(즉, 장애물에 대한 상대 속도 변화가 크거나 작을 경우), 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어진다.
이와 같이 일 실시 예의 장애물 판단부(200)는, 1차적으로 상대 거리에 대한 장애물이 고정 장애물인지 이동 장애물인지를 판단하게 되고, 이에 더하여 장애물에 대한 상대 속도 변화 여부를 추가적으로 판단하여 회피기동 제어를 실행하도록 이루어진다.
그리고 이러한 일 실시 예에서의 장애물 판단부(200)에 따른 상기 회피기동 제어부(400)는, 상기 장애물 판단부(200)에서 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 드론의 비행 속도를 줄이고 거리(거리 정보)를 센싱한 장애물 검출 센서(거리 센서)의 위치(방향)를 파악하여, 해당 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부(300)를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어진다.
계속해서, 상기 회피기동 제어부(400)는, 상기 장애물 판단부(200)에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서(거리 센서)의 위치(방향)를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부(300)를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어진다.
본 발명에서 상기 에어 분사부(300)는 일 실시 예로 드론 본체(10)에서 에어분사 방향이 상부와 하부를 지향하도록 구성되고, 상기 드론을 구성하는 프로펠러(11) 각각에서 에어분사 방향이 전후좌우를 각각 지향하는 복수의 에어분사장치로 구성된다.
또한, 상기 에어 분사부(300)는 다른 실시 예로 상기 드론 본체(10)에 구비되는 단일의 에어분사 장치와, 상기 에어분사 장치에서 각각 연장되어 에어분사구(노즐구)가 드론 본체에서 상부와 하부를 지향하고, 상기 프로펠러(11) 각각에서 에어분사구(노즐구)가 전후좌우를 각각 지향하도록 구성되는 분지 에어분사로, 및 상기 분지 에어분사로 각각에 구비되고 상기 회피기동 제어부(400)에 의해 제어되어 분지 에어분사로를 개폐하는 개폐밸브를 포함한다.
한편, 본 발명의 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템은, 드론 본체 및 프로펠러 연결프레임 중 적어도 하나에 구성되고 상기 회피기동 제어부(400)에 의해 제어되어 발광, 음향 발산, 악취분사 및 압축공기 분사 중 적어도 하나를 실행하는 발광모듈, 스피커 모듈, 및 악취분사모듈 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 회피기동 제어부(400)는 장애물 대상이 전봇대나 건물 등과 같이 고정 장애물인지, 야구공이나 조류 등과 같이 이동 장애물 인지를 판단하여 회피 기동하게 되는데, 이때 그 대상 장애물에 대하여 최적의 회피 이동을 행하게 된다. 또한, 조류와 같이 드론을 공격 대상물이나 먹이로 알고 접근하는 경우에는 에어분사에 따른 조류 등 이동 대상물의 접근을 방지하면서, 발광, 음향 발산, 악취분사 및 압축공기 분사 중 적어도 하나를 실행할 수 있게 된다.
한편, 상기 장애물 판단부(200)는 상기 장애물 검출부(100)로서 TOF 센서가 적용되는 경우, 장애물에 대한 거리를 산출하고 장애물의 형상을 추출(이미지 추출)하여 거리 변화가 일정하고, 형상 변화가 일정하거나 추출된 형상을 미리 설정된 형상 정보(예를 들면, 조류 모양 등)와 비교하여 설정된 형상 정보에 해당하지 않는 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 거리 변화가 일정하지 않고, 형상 변화가 일정하지 않거나 추출된 형상을 미리 설정된 형상 정보와 비교하여 설정된 형상 정보에 해당하는 것으로 판단하는 경우(즉, 장애물에 대한 거리 변화가 크거나 작고, 조류 형상으로 판단되는 경우), 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어진다.
이러한 거리 정보 및 형상 정보에 대한 1차적인 판단에 더하여, 상기 장애물 판단 단계(S200)는, 상기 TOF 센서에 의해 장애물에 대한 산출된 거리 정보에 기반하여 산출된 거리와 드론의 이동 시간에 따른 거리-시간 관계식(V=S/T; 여기에서 V: 속도, S: 거리, T: 시간)을 통해 상대 속도를 산출하여 상대 속도 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 속도 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우(즉, 장애물에 대한 상대 속도 변화가 크거나 작을 경우), 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어진다.
이와 같이 상기 장애물 검출부(100)가 TOF 센서로 구성되는 경우, 상기 거리 센서로 구성되는 경우와 달리, 1차적으로 거리 정보(상대 거리 변화)와 형상 정보(이미지 변화)에 근거하여 장애물이 고정 장애물인지 이동 장애물인지를 판단하게 되고, 이에 더하여 장애물에 대한 속도 정보(상대 속도)를 추가적으로 판단하여 회피기동 제어를 실행하도록 이루어지며, 조류 등과 같이 드론의 비행에 실질적인 위협이 되는 이동 장애물에 대하여 보다 정확하게 판단하여 회피기동 제어를 실행할 수 있도록 한다.
한편, 상기 회피기동 제어부(400)는 드론에 설치된 자이로센서에 의해 검출된 회피기동 직전의 비행 경로(방향 또는 좌표)를 기억해 놓고, 회피기동 이후 장애물 검출 센서로부터 장애물 검출 신호가 없을 때 회피기동 직전의 비행 경로를 불러와 해당 비행 경로의 방향으로 진행하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에서 상기한 장애물 검출부과 장애물 판단부과 회피기동 제어부는 드론에 구비된 제어 회로 모듈(마이컴)에 의해 구현되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 의하면, 드론으로부터 장애물에 대한 거리 정보와 속도 정보 및 이들의 조합 정보에 근거하여 고정 장애물 또는 이동 장애물을 판단하여 주어진 경로에서 회피 기동을 자동으로 정확하게 실행하여 드론의 파손을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 최적의 동선으로, 즉 최적의 방향과 거리로 회피 기동할 수 있어 회피 기동 이후 다시 제 경로로의 신속하고 정확한 복귀를 행할 수 있어 주어진 비행 임무를 원활하게 수행할 수 있으며, 복잡하고 고가의 비젼 시스템을 필요로 하지 않고 회피 기동할 수 있어 경제성 및 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 이점이 있다.
상기한 바와 같은 실시 예들은 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 드론 본체
11: 프로펠러
100: 장애물 검출부
200: 장애물 판단부
300: 에어 분사부
400: 회피기동 제어부

Claims (7)

  1. 장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서,
    드론 본체의 중심을 기준으로 3축 방향 각각에 대한 장애물의 유무를 검출하는 장애물 검출부;
    상기 장애물 검출부에서 검출된 검출 신호에 근거하여 장애물 대상을 판단하는 장애물 판단부;
    상기 장애물 판단부에서 판단되는 판단 결과에 따라 에어 분사로 드론의 회피 기동을 실행하는 에어 분사부; 및
    상기 에어 분사부를 제어하는 회피기동 제어부;를 포함하고,
    상기 에어 분사부는, 상기 드론 본체에 구비되는 단일의 에어분사 장치와, 상기 에어분사 장치에서 각각 연장되어 에어분사구가 드론 본체에서 상부와 하부를 지향하고, 상기 드론을 구성하는 프로펠러 각각에서 에어분사구가 전후좌우를 각각 지향하도록 구성되는 분지 에어분사로, 및 상기 분지 에어분사로 각각에 구비되고 상기 회피기동 제어부에 의해 제어되어 분지 에어분사로를 개폐하는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는
    드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장애물 검출부는,
    평면적으로 드론의 전후좌우 4방향 및 드론의 상하 2방향에 설치된 거리 센서 또는 TOF 센서 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는
    드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장애물 검출부는 장애물에 대한 거리를 검출하는 거리 센서로 구성되고,
    상기 장애물 판단부는 검출된 거리에 근거하여 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어지고,
    상기 회피기동 제어부는 상기 장애물 검출부에서 상기 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지며, 상기 장애물 판단부에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
    드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장애물 검출부는 장애물에 대한 거리 및 형상을 검출하는 TOF 센서로 구성되고,
    상기 장애물 판단부는 검출된 거리에 근거하여 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화 및 형상 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화 및 형상 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어지고,
    상기 회피기동 제어부는 상기 장애물 검출부에서 상기 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지며, 상기 장애물 판단부에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
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  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 드론 본체 및 프로펠러 연결프레임 중 적어도 하나에 구성되고, 상기 회피기동 제어부에 의해 제어되어 발광, 음향 발산, 악취분사 및 압축공기 분사 중 적어도 하나를 실행하는 발광모듈, 스피커 모듈, 및 악취분사모듈 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되며,
    상기 회피기동 제어부는 드론에 설치된 자이로센서에 의해 검출된 회피기동 직전의 비행 경로를 기억해 놓고, 회피기동 이후 장애물 검출 센서로부터 장애물 검출 신호가 없을 때 상기 회피기동 직전의 비행 경로를 불러와 해당 비행 경로의 방향으로 진행하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
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