KR102309042B1 - 무인 비행 장치 및 이의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

무인 비행 장치가 개시된다. 일 실시예는 모터의 회전 속도 정보를 기록하고, 상기 무인 비행 장치에서 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 상기 회전 속도 정보 및 이전 비행 정보 중 적어도 하나를 기초로 상기 무인 비행 장치의 비행 경로를 결정하며, 상기 비행 경로를 기초로 비행한다.

Description

무인 비행 장치 및 이의 동작 방법{UNMANNED AERIAL APPARATUS AND OPERATING METHOD THEREOF}
아래 실시예들은 무인 비행 장치에 관한 것이다.
드론과 같은 무인 비행 장치는 GPS 수신기를 포함한다. 하지만, 기존 무인 비행 장치는 GPS 정보를 수신하지 못하는 등의 문제가 발생하면 비행하는 것이 어렵다.
관련 선행기술로, 한국 공개특허공보 제10-2017-0101776호(발명의 명칭: 무인 비행체 항로 구축 방법 및 시스템, 출원인: 주식회사 팅크웨어)가 있다. 해당 공개특허공보에 개시된 무인 비행체 항로 구축 시스템은 지표 스캐닝 데이터로부터 피사체를 식별하여 자율비행이 가능한 공간을 레이어(Layer)로 형상화하고, 형상화된 상기 레이어로부터 비행 경로에 대한 지표 영상 데이터를 수집하며, 수집된 상기 지표 영상 데이터를 통해 상기 피사체와의 거리에 따른 영상 해상도 변화를 분석하여 비행 항로 상의 고도 값을 추출한다.
일 측에 따른 무인 비행 장치의 동작 방법은 모터 별 회전 속도 정보를 기록하는 단계; 상기 무인 비행 장치에서 non-GPS(global positioning system) 이벤트가 발생하는 경우, 상기 모터 별 회전 속도 정보 및 이전 비행 정보 중 적어도 하나를 기초로 상기 무인 비행 장치의 비행 경로를 결정하는 단계; 및 상기 비행 경로를 기초로 비행하는 단계를 포함한다.
상기 비행 경로를 결정하는 단계는 상기 모터 별 회전 속도 정보를 기초로 상기 무인 비행 장치의 복귀를 위한 역비행 경로를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 역비행 경로를 결정하는 단계는 상기 모터 별 회전 속도 정보에서 바람에 의한 속도 성분을 제거하여 상기 모터 별 제2 회전 속도 정보를 도출하는 단계; 및 상기 모터 별 제2 회전 속도 정보를 이용하여 상기 역비행 경로를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비행하는 단계는 바람에 대한 정보를 센싱하는 단계; 상기 센싱된 정보를 기초로 상기 모터 별 회전 속도에 대한 보정값을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 보정값들을 기초로 상기 모터 별 회전 속도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 무인 비행 장치의 동작 방법은 상기 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 상기 무인 비행 장치의 고도 또는 수평을 유지하기 위한 모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비행 경로를 결정하는 단계는 상기 이전 비행 정보에 포함된 모터 회전 속도 정보를 이용하여 상기 비행 경로를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 무인 비행 장치의 동작 방법은 상기 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 바람에 대한 정보를 비행 데이터 서버에 전송하는 단계; 및 상기 비행 데이터 서버로부터 상기 바람에 의한 속도 성분을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 상기 무인 비행 장치의 동작 방법을 실행하기 위한 명령어들을 포함하는 소프트웨어를 저장한다.
일 측에 따른 무인 비행 장치는 모터 별 회전 속도 정보를 기록하고, 상기 무인 비행 장치에서 non-GPS(global positioning system) 이벤트가 발생하는 경우, 상기 모터 별 회전 속도 정보 및 이전 비행 정보 중 적어도 하나를 기초로 상기 무인 비행 장치의 비행 경로를 결정하는 데이터 처리부; 및 상기 데이터 처리부로부터 상기 비행 경로를 전달 받고, 상기 무인 비행 장치가 상기 비행 경로를 기초로 비행하도록 각 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 데이터 처리부는 상기 모터 별 회전 속도 정보를 기초로 상기 무인 비행 장치의 복귀를 위한 역비행 경로를 결정할 수 있다.
상기 데이터 처리부는 상기 모터 별 회전 속도 정보에서 바람에 의한 속도 성분을 제거하여 상기 모터 별 제2 회전 속도 정보를 도출하고, 상기 모터 별 제2 회전 속도 정보를 이용하여 상기 역비행 경로를 결정할 수 있다.
상기 제어부는 센서를 이용하여 바람에 대한 정보를 센싱하고, 상기 센싱된 정보를 기초로 상기 모터 별 회전 속도에 대한 보정값을 도출하며, 상기 도출된 보정값들을 기초로 상기 모터 별 회전 속도를 조절할 수 있다.
상기 제어부는 상기 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 상기 무인 비행 장치의 고도 또는 수평을 유지하기 위한 모드로 전환할 수 있다.
상기 제어부는 상기 이전 비행 정보에 포함된 모터 회전 속도 정보를 이용하여 상기 비행 경로를 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 통신부를 통해 바람에 대한 정보를 비행 데이터 서버에 전송하고, 상기 통신부를 통해 상기 비행 데이터 서버로부터 상기 바람에 의한 속도 성분을 수신할 수 있다.
실시예들은 무인 비행 장치의 비행 동안 GPS 수신이 끊기는 등의 무인 비행 장치에서 Non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 모터 회전 속도를 기반으로 역방향 비행 경로를 생성할 수 있어, 안전하게 출발 지점으로 복귀할 수 있다.
또한, 실시예들은 일시적인 Non-GPS 환경에서 기존 비행 데이터의 모터 회전 속도 데이터를 이용하여 비행 경로를 생성할 수 있어, 무인 비행 장치가 안전하게 비행하게 할 수 있다.
또한, 실시예들은 풍향/풍속 데이터를 활용하여 무인 비행 장치의 모터 회전 속도 기반 비행을 정밀하게 보정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무인 비행 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 학습 데이터 구축을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무인 비행 장치의 복귀를 위한 역방향 경로 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 무인 비행 장치의 비행 경로의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 무인 비행 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 무인 비행 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무인 비행 시스템을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무인 비행 시스템(100)은 무인 비행 장치(110) 및 비행 데이터 서버(120)를 포함한다. 도 1에 도시되지 않았으나, 무인 비행 시스템(100)은 지상 관제 시스템(ground control system, GCS)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 무인 비행 장치(110) 및/또는 지상 관제 시스템은 non-GPS(global positioning system) 상태에서 무인 비행 장치(110)의 복귀를 지원할 수 있다. 일례로, 무인 비행 장치(110)는 GPS 수신기의 손상이나 연결 불량 등으로 인한 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 출발 지점으로 안전하게 복귀할 수 있다. 이 때, 무인 비행 장치(110)는 non-GPS 이벤트를 감지한 지점까지의 모터 회전 정보를 이용하여 역비행(reverse flight) 경로를 생성할 수 있다. 또한, 무인 비행 장치(110)는 비행 데이터 서버(120)에 저장된 학습 데이터(즉, 학습된 비행 제어 데이터)를 활용하여 실시간으로 바람 영향에 대응할 수 있다. 학습 데이터의 구축에 대해선 도 2를 통해 후술하고, 역비행 경로 생성에 대해선 도 3을 통해 설명한다.
일 실시예에 따른 무인 비행 장치(110) 및/또는 지상 관제 시스템은 일시적인 Non-GPS 환경에서도 학습 데이터를 활용하여 무인 비행 장치(110)의 웨이포인트 비행을 지원할 수 있다. 일례로, 터널 또는 교량 등 GPS 수신이 일시적으로 불가능한 구간에서 무인 비행 장치(110)에 대한 비행이 지원될 수 있다. 무인 비행 장치(110) 및/또는 지상 관제 시스템은 과거의 비행 데이터를 기반으로 일시적인 Non-GPS 환경이 있는 구간에서의 비행에 필요한 모터 회전 정보 획득할 수 있고, 획득된 모터 회전 정보를 기초로 무인 비행 장치(110)의 비행 경로를 생성할 수 있다. 이 때, 무인 비행 장치(110) 및/또는 지상 관제 시스템은 비행 데이터 서버(120)에 저장된 학습 데이터를 활용하여 실시간으로 바람 영향에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따른 무인 비행 장치(110) 및/또는 지상 관제 시스템은 LiDAR(Light Detection And Ranging) 및 카메라 장비 없이도 Non-GPS 상태에서 안전한 비행을 지원할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 장비의 추가로 인해 무인 비행 장치(110)의 무게가 늘어나는 문제 및 비행 시간이 단축되는 문제가 최소화될 수 있다. 다시 말해, LiDAR 등의 장비를 포함하는 기존 무인 비행 장치는 무게로 인해 비행을 오래하지 못하나 일 실시예에 따른 무인 비행 장치(110)는 LiDAR 등의 장비를 포함하지 않을 수 있어 기존 무인 비행 장치보다 가벼워 상대적으로 오래 비행할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 학습 데이터 구축을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 무인 비행 장치(210)는 특정 위치 및/또는 고도에서 호버링(hovering)한다. 무인 비행 장치(210)는 학습 데이터 구축을 위한 것으로 무인 비행 장치(110)와 다를 수 있다. 이는 설명에 따른 예시적인 사항일 뿐, 무인 비행 장치(210)는 무인 비행 장치(110)와 동일할 수 있다.
무인 비행 장치(210)는 다양한 풍량 및 풍속 환경에 노출될 수 있다. 이 때, 무인 비행 장치(210)는 각 환경에서 자세 제어(또는 자세 유지)를 위해 각 모터를 더 회전시킬 수 있다. 일례로, 바람이 없는 상태에서 무인 비행 장치(210)가 자세 제어(또는 자세 유지)를 위해 속도 a로 각 모터를 회전시킨다고 하자. 풍속 x의 환경에서, 무인 비행 장치(210)는 자세 제어(또는 자세 유지)를 위해 속도 a+b로 각 모터를 회전시킬 수 있다. 풍속 x의 환경에서, 무인 비행 장치(210)의 각 모터는 자세 유지를 위해 회전 속도 b만큼 모터를 더 회전시킬 수 있으므로, 풍속 x의 환경에서는 각 모터의 회전 속도 변화량은 b일 수 있다. 즉, 각 모터의 회전 속도 변화량 b는 풍속 x에 의한 속도 성분에 해당할 수 있다. 풍속 x보다 더 큰 세기의 바람이 부는 풍속 y의 환경에서, 무인 비행 장치(210)는 자세 제어(또는 자세 유지)를 위해 속도 a+c로 각 모터를 회전시킬 수 있다. 풍속 y의 환경에서, 무인 비행 장치(210)의 각 모터의 회전 속도 변화량은 c일 수 있다. 즉, 회전 속도 변화량 c는 풍속 y에 의한 속도 성분에 해당할 수 있다.
컴퓨터는 각 환경에서 무인 비행 장치(210)가 자세 유지를 위해 모터를 얼마나 빠른 속도로 회전시키는지에 대한 데이터를 수집할 수 있다. 달리 표현하면, 컴퓨터는 각 환경에서 무인 비행 장치(120)의 모터의 회전 속도값을 수집할 수 있다. 앞서 설명한 일례에서, 무인 비행 장치(120)는 풍속 x의 환경에서 무인 비행 장치(120)의 각 모터의 회전 속도값 a+b를 수집할 수 있다. 바람이 없는 환경에서 무인 비행 장치(120)의 각 모터의 회전 속도값은 a이므로, 컴퓨터는 풍속 x의 환경에서 모터의 회전 속도 변화값 b를 수집할 수 있다. 무인 비행 장치(120)는 풍속 y의 환경에서 무인 비행 장치(120)의 각 모터의 회전 속도값 a+c를 수집할 수 있다. 바람이 없는 환경에서 무인 비행 장치(120)의 각 모터의 회전 속도값은 a이므로, 컴퓨터는 풍속 y의 환경에서 모터의 회전 속도 변화값 c를 수집할 수 있다.
컴퓨터는 풍속, 풍량, 및 무인 비행 장치(210)의 모터의 회전 속도값(또는 회전 속도 변화값)을 레이블링할 수 있고, 머신러닝 알고리즘을 이용하여 각 풍속 환경에서 무인 비행 장치(210)의 모터의 회전 속도 정보를 생성할 수 있다. 달리 표현하면, 컴퓨터는 풍속값 및/또는 풍량값을 기초로 각 모터의 회전 속도값(또는 회전 속도 변화값)을 출력하는 뉴럴 네트워크를 학습시킬 수 있다. 일례로, 컴퓨터는 풍속값 및/또는 풍량값을 뉴럴 네트워크에 입력할 수 있고 뉴럴 네트워크로부터 출력값을 반환 받을 수 있다. 이 때, 출력값은 뉴럴 네트워크가 풍속값 및/또는 풍량값을 기초로 모터의 회전 속도값(또는 회전 속도 변화값)을 계산한 것을 나타낼 수 있다. 컴퓨터는 뉴럴 네트워크의 출력값과 레이블링된 회전 속도값(또는 회전 속도 변화값) 사이의 차이값을 계산할 수 있고, 계산된 차이값을 기초로 뉴럴 네트워크를 지도 학습(supervised learning)할 수 있다.
무인 비행 장치(210)는 테스트 비행할 수 있고, 컴퓨터는 테스트 비행 결과를 통해 학습 데이터(또는 뉴럴 네트워크)가 잘 구축되었는지 검토할 수 있으며, 검토 결과를 통해 학습 데이터(또는 뉴럴 네트워크)를 비행 데이터 서버(120)에 업데이트할 수 있다. 일례로, 무인 비행 장치(210)는 테스트 비행 동안 풍속값을 수집하여 컴퓨터로 전송할 수 있고 컴퓨터는 풍속값 및 뉴럴 네트워크를 기초로 모터의 회전 속도값(또는 회전 속도 변화값)을 계산할 수 있다. 이 때, 컴퓨터는 무인 비행 장치(210)가 테스트 비행 동안 바람이 불었을 때의 모터의 회전 속도 변화값과 뉴럴 네트워크에 의해 계산된 회전 속도 변화값 사이에 어느 정도의 오류가 있는지 확인할 수 있고, 오류가 허용 범위 내에 있으면 뉴럴 네트워크가 제대로 학습되었다고 판단할 수 있다. 컴퓨터는 학습된 뉴럴 네트워크를 비행 데이터 서버(120)에 업데이트할 수 있다.
실시예에 따르면, 무인 비행 장치(210)(또는 무인 비행 장치(110))는 웨이포인트(waypoint) 비행을 할 수 있고, 웨이포인트 비행 동안 모터 별 회전 속도 정보 및 풍속 정보를 저장할 수 있다.
무인 비행 장치(210)(또는 무인 비행 장치(110))는 학습 데이터를 이용하여 모터 별 회전 속도 정보에서 바람에 의한 속도 성분을 제거할 수 있다. 다시 말해, 무인 비행 장치(210)는 바람에 의한 영향이 없을 때의 모터 회전 속도 정보를 획득할 수 있다. 일례로, 무인 비행 장치(210)(또는 무인 비행 장치(110))는 비행 데이터 서버(120)로 풍속값 c를 전송할 수 있고 비행 데이터 서버(120) 내의 뉴럴 네트워크는 해당 풍속값 c를 기초로 회전 속도 변화값 vm_c를 도출할 수 있으며 비행 데이터 서버(120)는 도출된 회전 속도 변화값 vm_c를 무인 비행 장치(210)로 전송할 수 있다. 무인 비행 장치(210)는 모터 별 회전 속도 정보에서 비행 데이터 서버(120)로부터 수신한 회전 속도 변화값 vm_c를 제거함으로써 바람 영향이 없는 모터 회전 속도 정보를 획득할 수 있다.
무인 비행 장치(210)(또는 무인 비행 장치(110))는 웨이포인트 비행 종료 후 바람에 의한 회전 속도 성분이 제거된 모터 별 회전 속도 정보를 비행 데이터 서버(120)에 저장할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 무인 비행 장치의 복귀를 위한 역방향 경로 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 무인 비행 장치(110)는 비행 중이다. 도 3에 도시된 예에서, 무인 비행 장치(110)는 위치(310)에서 위치(320)으로 비행하고 위치(320)에서 무인 비행 장치(110)의 비행 방향을 시계 방향으로 변경하여 비행한다. 무인 비행 장치(110)는 위치(330)에서 무인 비행 장치(110)의 비행 방향을 반시계 방향으로 변경하여 비행한다.
무인 비행 장치(110)는 비행 동안 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보를 메모리에 저장할 수 있다. 무인 비행 장치(110)는 실시간 데이터로 활용할 수 있도록 최대한 짧은 시간 간격(예를 들어, 1초에 1번)으로 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보를 메모리에 기록할 수 있다. 또한, 무인 비행 장치(110)는 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보와 함께 풍속 정보를 기록할 수 있다.
아래 표 1은 non-GPS 이벤트가 발생하기 전까지의 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보 및 바람에 대한 정보(즉, 풍속/풍향 정보)의 일례를 보여준다.
제1 모터(350)의 회전 속도 제2 모터(360)의 회전 속도 제3 모터(370)의 회전 속도 제4 모터(380)의 회전 속도 풍속/풍향 비행 시간
위치(310)~위치(320) v1_1 v1_2 v1_3 v1_4 w1/북동 t1
위치(320)~위치(330) v2_1 v2_2 v2_3 v2_4 w2/북서 t2
위치(330)~non-GPS 이벤트 발생 위치 v3_1 v3_2 v3_3 v3_4 w3/남동 t3
위 표 1에 따르면, 무인 비행 장치(110)는 위치(310)에서 위치(320)으로 비행하는 동안 모터들(350 내지 380) 각각을 v1_1, v1_2, v1_3, 및 v1_4 속도로 회전시켜 비행하였다. 이 때, 비행 동안 풍속 w1의 북동풍이 불었다. 무인 비행 장치(110)는 위치(320)에서 시계 방향으로 회전하고, 모터들(350 내지 380) 각각을 v2_1, v2_2, v2_3, 및 v2_4 속도로 회전시켜 비행하였다. 이 때, 비행 동안 풍속 w2의 북서풍이 불었다. 무인 비행 장치(110)는 위치(330)에서 반시계 방향으로 회전한 뒤 non-GPS 이벤트가 발생할 때 까지 모터들(350 내지 380) 각각을 v3_1, v3_2, v3_3, 및 v3_4 속도로 회전시켜 비행하였다. 이 때, 풍속 w3의 남동풍이 불었다.
무인 비행 장치(110)가 모터를 v3_1, v3_2, v3_3, 및 v3_4 속도로 회전시켜 비행하는 동안 non-GPS 이벤트가 무인 비행 장치(110) 내에서 발생할 수 있다. 일례로, GPS 수신에 문제가 없는 환경(예를 들어, open-sky)에서 GPS 수신기 문제 등으로 인해 GPS 정보 수신이 불가능할 수 있다. 이 경우, 무인 비행 장치(110)는 GPS 정보 수신이 끊겼다고 판단할 수 있고 비행을 중지할 수 있으며 ATTI 모드로 전환할 수 있다. 여기서, ATTI 모드는 무인 비행 장치(110)의 고도 또는 수평을 유지하기 위한 모드에 해당할 수 있다.
무인 비행 장치(110)는 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보를 기초로 역방향 비행 경로를 결정할 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 무인 비행 장치(110)는 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보에서 바람에 의한 속도 성분을 제거할 수 있다. 달리 표현하면, 무인 비행 장치(110)는 non-GPS 이벤트가 발생하기 전까지의 비행 동안 바람이 없었으면 모터들(350 내지 380) 각각이 얼마만큼 회전 했을지를 추정할 수 있다.
일례로, 무인 비행 장치(110)는 non-GPS 이벤트가 발생한 경우, 위 표 1의 "w1/북동, w2/북서, 및 w3/남동"을 비행 데이터 서버(120)로 전송할 수 있고 비행 데이터 서버(120) 내의 뉴럴 네트워크는 "w1/북동"으로부터 모터 별 바람에 의한 속도 성분 x1_1, x1_2, x1_3, 및 x1_4를 도출할 수 있고, "w2/북서"로부터 모터 별 바람에 의한 속도 성분 x2_1, x2_2, x2_3, 및 x2_4를 도출할 수 있으며, "w3/남동"로부터 모터 별 바람에 의한 속도 성분 x3_1, x3_2, x3_3, 및 x3_4를 도출할 수 있다. 이를 정리하면, 아래 표 2와 같다.
바람에 의한 속도 성분(for 제1 모터(350)) 바람에 의한 속도 성분(for 제2 모터(360)) 바람에 의한 속도 성분(for 제3 모터(370)) 바람에 의한 속도 성분(for 제4 모터(380))
위치(310)~위치(320) x1_1 x1_2 x1_3 x1_4
위치(320)~위치(330) x2_1 x2_2 x2_3 x2_4
위치(330)~non-GPS 이벤트 발생 위치 x3_1 x3_2 x3_3 x3_4
비행 데이터 서버(120)는 무인 비행 장치(110)로 바람에 의한 속도 성분들을 전송할 수 있다. 무인 비행 장치(110)는 위치(310)에서 위치(320)으로 비행하는 동안의 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보에서 w1의 북동풍에 의한 속도 성분 x1_1, x1_2, x1_3, 및 x1_4 각각을 제거할 수 있다. 무인 비행 장치(110)는 위치(320)에서 위치(330)으로 비행하는 동안의 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보에서 w2의 북서풍에 의한 속도 성분 x2_1, x2_2, x2_3, 및 x2_4 각각을 제거할 수 있다. 무인 비행 장치(110)는 위치(330)에서 non-GPS 이벤트가 발생할 때 까지의 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도 정보에서 w3의 남동풍에 의한 속도 성분 x3_1, x3_2, x3_3, 및 x3_4 각각을 제거할 수 있다.
아래 표 3은 바람에 의한 속도 성분이 제거된 모터 별 회전 속도 정보, 즉, 모터들(350 내지 380) 각각의 제2 회전 속도 정보의 일례를 보여준다.
제1 모터(350)의 제2 회전 속도 제2 모터(360)의 제2 회전 속도 제3 모터(370)의 제2 회전 속도 제4 모터(380)의 제2 회전 속도
v1_1―x1_1 v1_2―x1_2 v1_3―x1_3 v1_4―x1_4
v2_1―x2_1 v2_2―x2_2 v2_3―x2_3 v2_4―x2_4
v3_1―x3_1 v3_2―x3_2 v3_3―x3_3 v3_4―x3_4
무인 비행 장치는(110)는 모터들(350 내지 380) 각각의 제2 회전 속도 정보를 역으로 연산하여 복귀를 위한 역비행 경로를 결정할 수 있다. 일례로, 도 3에 도시된 예에서, 제1 모터(350) 및 제2 모터(360)는 무인 비행 장치(110)의 전진 비행에 주로 활용되고 제3 모터(370) 및 제4 모터(380)가 무인 비행 장치(110)의 후진 비행에 주로 활용될 수 있다. 무인 비행 장치(110)는 제1 모터(350) 및 제2 모터(360) 각각의 제2 회전 속도 정보를 non-GPS 이벤트가 발생한 후 복귀를 위한 제3 모터(370) 및 제4 모터(380)의 회전 속도 프로파일로 결정할 수 있고, 제3 모터(370) 및 제4 모터(380) 각각의 제2 회전 속도 정보를 non-GPS 이벤트가 발생한 후 복귀를 위한 제1 모터(350) 및 제2 모터(360)의 회전 속도 프로파일로 결정할 수 있다. 아래 표 4는 복귀를 위한 각 모터의 회전 속도 프로파일의 일례를 보여준다.
복귀를 위한 제1 모터(350)의 회전 속도 프로파일 복귀를 위한 제2 모터(360)의 회전 속도 프로파일 복귀를 위한 제3 모터(370)의 회전 속도 프로파일 복귀를 위한 제4 모터(380)의 회전 속도 프로파일 비행 시간
non-GPS 이벤트 발생 위치~위치(330) v3_3―x3_3 v3_4―x3_4 v3_1―x3_1 v3_2―x3_2 t3
위치(330)~위치(320) v2_3―x2_3 v2_4―x2_4 v2_1―x2_1 v2_2―x2_2 t2
위치(320)~위치(310) v1_3―x1_3 v1_4―x1_4 v1_1―x1_1 v1_2―x1_2 t1
위 표 4에서, non-GPS 이벤트가 발생한 위치에서 위치(330)까지 제1 모터(350)는 v3_3―x3_3의 속도로 회전하고 제2 모터(360)는 v3_4―x3_4의 속도로 회전하며, 제3 모터(370)는 v3_1―x3_1의 속도로 회전하고 제4 모터(380)는 v3_2―x3_2로 회전한다. 이에 따라, 무인 비행 장치(110)는 non-GPS 이벤트가 발생한 위치에서 위치(330)까지 후진 비행할 수 있다. 무인 비행 장치(110)는 위치(330)(또는 위치(330) 근방)에서 시계 방향으로 회전할 수 있고, 후진 비행할 수 있다. 다시 말해, 무인 비행 장치(110)는 위치(330)에서 시계 방향으로 회전한 뒤 제1 모터(350)를 v2_3―x2_3의 속도로 회전시키고 제2 모터(360)를 v2_4―x2_4의 속도로 회전시키며 제3 모터(370)를 v2_1―x2_1의 속도로 회전시키고 제4 모터(380)를 v2_2―x2_2로 회전시킴으로써 후진 비행할 수 있다. 무인 비행 장치(110)는 위치(320)(또는 위치(320) 근방)에서 반시계 방향으로 회전할 수 있고, 제1 모터(350)를 v1_3―x1_3의 속도로 회전시키고 제2 모터(360)를 v1_4―x1_4의 속도로 회전시키며 제3 모터(370)를 v1_1―x1_1의 속도로 회전시키고 제4 모터(380)를 v1_2―x1_2로 회전시킴으로써 출발 위치(310)로 후진 비행할 수 있다. 이에 따라, 무인 비행 장치(110)는 GPS 정보가 없어도 출발 위치(310)로 복귀할 수 있다.
실시예에 있어서, 무인 비행 장치(110)가 역비행 경로를 기초로 복귀를 위한 후진 비행하는 동안 바람이 불 수 있다. 이 경우, 무인 비행 장치(110)는 복귀를 위한 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도값을 보정할 수 있다. 일례로, 무인 비행 장치(110)는 위치(330)에서 위치(320)로 모터들(350 내지 380) 각각을 v2_3―x2, v2_4―x2, v2_1―x2, 및 v2_2―x2의 속도로 회전시켜 후진 비행하는 동안 풍속 w4의 남서풍이 불 수 있다. 이 경우, 무인 비행 장치(110)는 풍속 w4의 남서풍을 센싱한 뒤 센싱 결과를 비행 데이터 서버(120)로 전송할 수 있다. 비행 데이터 서버(120)는 상술한 뉴럴 네트워크를 이용하여 풍속 w4의 남서풍에 의한 속도 성분을 도출할 수 있고 도출된 속도 성분을 무인 비행 장치(110)로 전송할 수 있다. 무인 비행 장치(110)는 v2_3―x2, v2_4―x2, v2_1―x2, 및 v2_2―x2 각각에 도출된 속도 성분을 더하여 모터들(350 내지 380) 각각의 회전 속도값을 보정할 수 있다. 이에 따라, 무인 비행 장치(110)는 풍속 w4의 남서풍이 불어도 자세 제어를 수행할 수 있고 안전하게 비행할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 무인 비행 장치의 비행 경로의 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 무인 비행 장치(110) 및/또는 지상 관제 시스템은 일시적인 Non-GPS 환경에서도 무인 비행 장치(110)의 웨이포인트 비행을 지원할 수 있다.
지상 관제 시스템은 무인 비행 장치(110)의 비행 경로를 생성할 수 있다. 이 때, 지상 관제 시스템은 비행 경로에서 GPS 신호가 약할 것으로 예상되는 구간에 대해선 Non-GPS 비행 계획 생성으로 전환할 수 있다. 일례로, 지상 관제 시스템은 과거의 비행 데이터 중 해당 구간과 가장 유사한 비행 데이터를 불러올 수 있다. 이 때, 불러온 비행 데이터는 바람에 의한 영향이 제거된 데이터에 해당할 수 있다. 지상 관제 시스템은 불러온 비행 데이터 상의 모터 회전 속도 정보를 이용하여 해당 구간에서의 비행 경로를 생성할 수 있다.
도 4에 도시된 예에서, 2번과 3번 사이의 구간은 터널 구간으로 터널 구간에서 무인 비행 장치(110)의 GPS 수신이 일시적으로 불가하거나 어려울 수 있다. 이 경우, 지상 관제 시스템은 2번과 3번 사이의 구간에 대해서는 과거 비행 데이터 중 해당 구간과 유사한 경로(410)를 비행한 데이터의 모터 회전 속도 정보를 사용할 수 있다. 다시 말해, 무인 비행 장치(110)는 2번과 3번 사이의 구간을 비행할 때에는 해당 구간과 유사한 경로를 비행한 데이터의 모터 회전 속도 정보에 따라 모터를 회전하여 비행할 수 있다. 이 때, 비행 중 바람의 영향이 발생한 경우, 무인 비행 장치(110)는 바람에 의한 모터 회전 속도 성분을 획득할 수 있고, 획득된 모터 회전 속도 성분을 모터 회전 속도 정보에 반영하여 모터의 회전 속도를 조절할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 무인 비행 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 무인 비행 장치(110)는 모터 별 회전 속도 정보를 기록한다(510).
무인 비행 장치(110)는 무인 비행 장치(110) 자신에서 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 회전 속도 정보 및 이전 비행 정보 중 적어도 하나를 기초로 무인 비행 장치(110)의 비행 경로를 결정한다(520). 일례로, 무인 비행 장치(110)는 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 모터 별 회전 속도 정보를 기초로 무인 비행 장치(110)의 복귀를 위한 역비행 경로를 결정할 수 있다. 이 때, 무인 비행 장치(110)는 모터 별 회전 속도 정보에서 바람에 의한 속도 성분을 제거하여 모터 별 제2 회전 속도 정보를 도출할 수 있고, 모터 별 제2 회전 속도 정보를 이용하여 역비행 경로를 결정할 수 있다. 역비행 경로에 대해선 도 3을 통해 설명하였으므로, 자세한 설명을 생략한다. 다른 일례로, 무인 비행 장치(110)는 일시적인 non-GPS 이벤트가 발생할 수 있는 경로에 대해선, 이전 비행 정보에 포함된 모터 회전 속도 정보를 이용하여 비행 경로를 결정할 수 있다. 이에 대해선 도 4를 통해 설명하였으므로, 자세한 설명을 생략한다.
무인 비행 장치(110)는 비행 경로를 기초로 비행한다(530). 실시예에 따르면, 무인 비행 장치(110)는 역비행 경로 또는 일시적인 non-GPS 이벤트가 발생할 수 있는 경로에서 비행하는 동안 바람에 대한 정보를 센싱할 수 있고 센싱된 정보를 기초로 모터 별 회전 속도값에 대한 보정값을 획득할 수 있으며, 획득된 보정값들을 기초로 모터 별 회전 속도를 조절할 수 있다. 이에 따라, 무인 비행 장치(110)는 바람이 불어도 안전하게 비행할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 통해 기술된 사항들은 도 5를 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
도 6은 일 실시예에 따른 무인 비행 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 무인 비행 장치(110)는 제어부(610), 데이터 처리부(620), GPS 수신기(630), 통신부(640), 센서(650), 저장부(660), 및 복수의 모터들(670-1 내지 670-n)을 포함한다.
데이터 처리부(620)는 모터들(670-1 내지 670-n) 각각의 회전 속도 정보를 저장부(660)에 기록한다.
데이터 처리부(620)는 무인 비행 장치(110)에서 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 모터들(670-1 내지 670-n) 각각의 회전 속도 정보 및 이전 비행 정보 중 적어도 하나를 기초로 무인 비행 장치(110)의 비행 경로를 결정한다.
데이터 처리부(620)는 비행 경로를 제어부(610)에 업로드한다.
제어부(610)는 무인 비행 장치(110)가 비행 경로를 기초로 비행하도록 모터들(670-1 내지 670-n)을 제어한다.
GPS 수신기(630)는 GPS 정보를 획득하고 제어부(610)는 통신부(640)를 통해 GPS 정보를 지상 관제 시스템으로 전송할 수 있다. 지상 관제 시스템은 GPS 정보를 기초로 무인 비행 장치(110)의 위치를 파악할 수 있고 무인 비행 장치(110)의 위치를 디스플레이에 표시할 수 있다.
GPS 수신기(620)의 고장 등으로 인해 non-GPS 이벤트가 발생할 수 있다. non-GPS 이벤트는 지상 관제 시스템이 무인 비행 장치(110)의 GPS 정보를 무인 비행 장치(110)로부터 수신하지 못하는 것을 나타낼 수 있다. non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 무인 비행 장치(110)는 위에서 설명한 것과 같이 역비행 경로를 생성하여 출발 위치로 복귀할 수 있다. 또한, 무인 비행 장치(110)는 일시적인 non-GPS 상태에서 과거 비행 정보 내의 모터 회전 속도 정보에 따라 모터들(670-1 내지 670-n)을 회전시켜 비행할 수 있다.
통신부(640)는 이동 통신 모듈(예를 들어, 3G, LTE, 또는 5G)을 포함할 수 있다. 제어부(610)는 통신부(640)를 통해 비행 데이터 서버(120)와 지상 관제 시스템과 통신할 수 있다.
센서(650)는 비행 동안 바람에 대한 정보(예를 들어, 풍속 및/또는 풍량)를 측정 또는 센싱할 수 있다. 바람에 대한 정보는 저장부(660)에 기록될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 통해 기술된 사항들은 도 6을 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명을 생략한다.
기존 무인 비행 장치는 GPS 정보 수신이 불가능한 상황과 터널 등 GPS 신호가 충분히 확보되지 못하는 환경에 진입하면 GPS 정보를 알 수 없으므로 웨이포인트 비행이 어렵거나 갑자기 회전거나 알 수 없는 곳으로 flyaway할 수 있다. 한편, 기존 무인 비행 장치는 GPS 정보를 수신하지 못하면 ATTI 모드로 전환하여 고도를 유지할 수 있다. 하지만, 이 경우, 기존 무인 비행 장치는 고도만을 유지하기 때문에 바람이 불면 수평 방향으로 이동하여 건물 등과 충돌할 수 있고, 일정 고도를 유지하기 위해 배터리를 소모하므로, 배터리가 방전되었을 때 추락할 수 있다.
일 실시예에 따른 무인 비행 장치는 non-GPS 상태에서 안전하게 복귀할 수 있고 일시적인 non-GPS 상태에서 웨이포인트 비행을 할 수 있다.
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 상기 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.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 무인 비행 장치의 동작 방법에 있어서,
    모터 별 회전 속도 정보를 기록하는 단계;
    상기 무인 비행 장치에서 non-GPS(global positioning system) 이벤트가 발생하는 경우, 상기 모터 별 회전 속도 정보 및 이전 비행 정보 중 적어도 하나를 기초로 상기 무인 비행 장치의 역비행 경로를 결정하는 단계; 및
    상기 역비행 경로를 기초로 비행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 역비행 경로를 결정하는 단계는,
    바람에 대한 정보를 비행 데이터 서버로 전송하고, 상기 비행 데이터 서버로부터 상기 바람에 의한 모터 별 속도 성분을 수신하며, 상기 모터 별 회전 속도 정보에서 상기 모터 별 속도 성분을 제거하여 상기 모터 별 제2 회전 속도 정보를 도출하는 단계; 및
    상기 모터 별 제2 회전 속도 정보를 이용하여 상기 역비행 경로를 결정하는 단계
    를 포함하는,
    무인 비행 장치의 동작 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비행하는 단계는,
    바람에 대한 정보를 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 정보를 기초로 상기 모터 별 회전 속도에 대한 보정값을 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 보정값들을 기초로 상기 모터 별 회전 속도를 조절하는 단계
    를 포함하는,
    무인 비행 장치의 동작 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 상기 무인 비행 장치의 고도 또는 수평을 유지하기 위한 모드로 전환하는 단계
    를 더 포함하는,
    무인 비행 장치의 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 역비행 경로를 결정하는 단계는,
    상기 이전 비행 정보에 포함된 모터 회전 속도 정보를 이용하여 상기 역비행 경로를 결정하는 단계
    를 포함하는,
    무인 비행 장치의 동작 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 명령어들을 포함하는 소프트웨어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  9. 무인 비행 장치에 있어서,
    모터 별 회전 속도 정보를 기록하고, 상기 무인 비행 장치에서 non-GPS(global positioning system) 이벤트가 발생하는 경우, 상기 모터 별 회전 속도 정보 및 이전 비행 정보 중 적어도 하나를 기초로 상기 무인 비행 장치의 역비행 경로를 결정하는 데이터 처리부; 및
    상기 데이터 처리부로부터 상기 역비행 경로를 전달 받고, 상기 무인 비행 장치가 상기 역비행 경로를 기초로 비행하도록 각 모터를 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 데이터 처리부는,
    바람에 대한 정보를 비행 데이터 서버로 전송하고, 상기 비행 데이터 서버로부터 상기 바람에 의한 모터 별 속도 성분을 수신하며, 상기 모터 별 회전 속도 정보에서 상기 모터 별 속도 성분을 제거하여 상기 모터 별 제2 회전 속도 정보를 도출하고, 상기 모터 별 제2 회전 속도 정보를 이용하여 상기 역비행 경로를 결정하는,
    무인 비행 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    센서를 이용하여 바람에 대한 정보를 센싱하고, 상기 센싱된 정보를 기초로 상기 모터 별 회전 속도에 대한 보정값을 획득하며, 상기 획득된 보정값들을 기초로 상기 모터 별 회전 속도를 조절하는,
    무인 비행 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 non-GPS 이벤트가 발생하는 경우, 상기 무인 비행 장치의 고도 또는 수평을 유지하기 위한 모드로 전환하는,
    무인 비행 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 이전 비행 정보에 포함된 모터 회전 속도 정보를 이용하여 상기 역비행 경로를 결정하는,
    무인 비행 장치.
  15. 삭제
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