KR102314821B1 - 비행체 및 비행체를 위한 경로결정시스템 - Google Patents

비행체 및 비행체를 위한 경로결정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르는 비행체를 위한 경로결정시스템에는, 측정된 장애물의 후방에 있는 참조점에서 전방으로 직선의 가상선분을 일정비율로 연장하고, 상기 가상선분의 끝점을 확장 장애물의 위치정보로 제공하는 확장 제어부가 포함되고, 상기 일정비율은, 상기 가상선분의, 상기 참조점으로부터 상기 장애물의 적어도 하나의 지점까지의 거리에 대하여, 상기 참조점으로부터 상기 확장장애물까지의 적어도 하나의 지점까지의 거리에 대한 일정비율이고, 상기 일정비율은 1을 초과한다.
본 발명에 따르면, 비행체는 장애물 회피를 더 잘 할 수 있다.

Description

비행체 및 비행체를 위한 경로결정시스템{Flying object and path decision system for the same}
본 발명은 비행체 및 비행체를 위한 경로결정시스템에 관한 것이다.
비행체는 드론이라고도 불리는 기기로서, 사람이 탑재하지 않은 상태에서 비행을 수행할 수 있다. 비행체는 근래 들어 촬영수단, 감시수단, 및 영상수단으로서 산업에 다목적으로 적용되고 있다.
상기 비행체의 진로는 미리 프로그램되어 있거나, 객체를 따라서 비행하는 것으로 설정되어 있을 수 있다.
상기 비행체가 비행 중에서는, 예상하지 않은 다양한 장애물에 막힐 수 있고, 장애물은 지면에 근접하여 비행하면 할수록 더 많이 발생한다. 장애물이 감지되었을 때에는 회피하는 것과 함께, 동일한 목적을 계속 수행할 수 있는 최적의 경로를 새로이 결정하여야 한다.
상기 비행체를 위한 경로결정시스템으로서 널리 알려진 기술로서, 'Khatib, "Real-time Obstacle Avoidance for Manipulators and Mobile Robots," Int. J. Rob. Res.,vol. 5, no. 1, pp. 90-98, 1986'가 알려져 있다.
상기 종래기술은 AFP(Artificial Potential Field)기술로서, 장애물과 비행체와의 거리를 벌점화하여 회피하도록 한다.
상기 종래기술에 따르더라도, 비행체와 장애물의 충돌이 다수 발생하고, 먼 거리를 이동하여 비행하는 등의 요인으로 인하여 비행거리에서 손실이 많이 발생하는 문제는 여전하다.
Khatib, "Real-time Obstacle Avoidance for Manipulators and Mobile Robots," Int. J. Rob. Res.,vol. 5, no. 1, pp. 90-98, 1986
본 발명은 상기되는 배경하에서 제안되는 것으로서, 감지된 장애물을 정확하게 회피해서 비행할 수 있는 비행체 및 비행체를 위한 경로결정시스템을 제안한다.
본 발명은 감지된 장애물을 최단거리로 회피하여 효율적인 비행이 가능하도록 하는 비행체 및 비행체를 위한 경로결정시스템을 제안한다.
본 발명에 따른 비행체의 경로결정시스템에는, 측정된 장애물의 후방에 있는 참조점에서 전방으로 직선의 가상선분을 일정비율로 연장하고, 상기 가상선분의 끝점을 확장 장애물의 위치정보로 제공하는 확장 제어부가 포함되고, 상기 일정비율은, 상기 가상선분의, 상기 참조점으로부터 상기 장애물의 적어도 하나의 지점까지의 거리에 대하여, 상기 참조점으로부터 상기 확장장애물까지의 적어도 하나의 지점까지의 거리에 대한 일정비율이다. 이에 따르면, 장애물의 형상정보를 그대로 비행체의 비행정보로 활용하여 더 정확한 비행경로를 구해낼 수 있다.
상기 일정비율은 1을 초과한다. 이에 따르면, 비행체와 장애물의 충돌회피능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 확장 장애물은 상기 장애물의 형상과 유사한 형상이기 때문에, 더 정확한 정보를 반영하는 비행체의 비행경로를 구할 수 있다. 뿐만 아니라, 더 정확한 비행체의 경로탐색이 가능하다.
다른 경우로 상기 일정비율이 1보다 작게 설정하는 경우에는 장애물에 부딪힐 가능성이 커질 수 있다. 상기 일정비율이 2보다 작게 마련됨으로써, 확장 장애물이 비행체를 범위를 넘어서는 에러를 방지할 수 있다. 상기 일정비율은 다양한 사용상태에 따라서 조절될 수 있을 것이다.
상기 확장장애물을 더 정확하게 측정하기 위하여, 적어도 두 개의 지점 사이의 정보를 보간하는 보간부가 포함됨으로써, 장애물을 더 정확하게 모사하여 장애물을 회피할 수 있다.
상기 장애물은 서로 식별되고, 상기 확장 장애물은 상기 장애물 별로 별도로 제공됨으로써, 둘 이상의 장애물 사이의 간격부를 통과하여 비행체가 비행할 수도 있고, 더 정확한 비행경로결정이 가능하다.
상기 참조점은 단일하게 제공된다. 이에 따르면, 비행체의 관점을 중심으로 확장 장애물이 위치할 수 있다. 다시 말하면, 비행체가 있는 곳의 위치에 대응하여 상기 확장 장애물을 제공할 수 있다. 이에 따르면 결국, 회피비행에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
비행체, 상기 장애물의 양 끝단, 및 상기 참조점은 평행사변형을 이룰 수 있다. 이에 따르면, 비행체가 장애물을 바라보는 가운데에 확장 장애물이 놓여서, 더 신뢰성이 높은 비행경로정보를 제공할 수 있다.
비행체가, 현재 경로에서 가장 가까운 상기 확장 장애물의 코너를 통과하도록 경로를 결정하는 경로결정부가 더 포함될 수 있다. 이에 따르면, 비행체가 안정적으로 장애물을 회피할 수 있다.
상기 일정비율은 조정이 가능하도록 함으로써, 비행조건에 따라서 비행체가 다양한 모드로 비행할 수 있다.
상기 되는 각 발명의 경로결정시스템이 비행체에 적용될 수 있고, 그 비행기에는, 이산적으로 상기 장애물의 거리를 측정하는 측정부가 포함될 수 있다. 이에 따르면, 다른 방식에 비하여 더 정확한 거리정보를 탐색할 수 있다. 정확한 거리정보의 획득에 의해서, 비행체는 더 정확하게 비행할 수 있다.
상기 측정부는 라이다로 제공될 수 있다. 이에 따르면, 레이저를 이용하는 측정시스템으로서, 거리측정이 정확해진다.
본 발명에 따르면, 비행 경로 상에 발생하는 장애물을 더 효과적으로 회피할 수 있어서, 비행체의 손상을 방지하고 안정된 비행이 가능한 장점이 있다.
본 발명에 따르면 장애물이 있는 경우에, 정확하고 최단거리로 회피함으로써, 추적중인 물체를 놓치지 않고 추적할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 실시예에 따른 비행체의 시스템구성도.
도 2는 확장 장애물의 생성에 이용되는 참조점을 추출하는 과정을 설명하는 도면.
도 3은 확장 장애물의 위치와 형상을 결정하는 과정을 설명하는 도면.
도 4는 결과적으로, 얻어지는 장애물과 확장 장애물을 연속된 형태로 보이는 도면.
도 5는 상기 측정부가 측정한 정보에 대응하여 얻어진 상기 확장 장애물의 정보를 나타내는 도면.
도 6은 보간지점을 보이는 도면.
도 7은 연속된 형태로서의 실제 확장 장애물과 보간을 통해서 얻은 이산적인 확장 장애물을 비교하는 도면.
도 8은 객체 식별부의 동작을 설명하는 참조도.
도 9는 경로결정부의 작용을 설명하는 참조도.
도 10은 비행체의 경로에 지그재그로 다수의 장애물이 놓이는 경우를 보이는 도면.
도 11은 경로 상에 좁은 경로를 가지는 장애물이 있는 경우를 보이는 도면.
도 12는 오목한 면이 진행경로에 있는 장애물이 있는 경우를 보이는 도면.
도 13은 장애물에 의한 가려짐을 회피하는 비행체의 물체추적 수행결과를 나타내는 도면.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 비행체의 시스템구성도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 비행체에는, 신호를 송수신하여 장애물의 유무를 식별할 수 있는 측정부(101), 상기 측정부(101)로부터 측정된 정보를 파악하여 비행체의 비행경로를 결정하는 비행체의 경로결정시스템(100), 및 비행체가 상기 비행체의 경로결정시스템에 의해서 결정된 진로로 비행할 수 있도록 구동하는 구동부(200)가 포함될 수 있다.
상기 측정부(101)의 대표적인 예로는 정확한 거리 측정이 가능한 라이다(Lidar)를 사용할 수 있다. 상기 라이다는 레이저를 송신하고 수신함으로써, 대상물의 거리를 측정하고, 측정된 거리를 수집하고 종합적으로 판단하여 장애물의 대략적인 형상을 판단할 수 있다. 상기 라이다는 이차원 스캔 또는 삼차원 스캔을 통하여 장애물의 이차원 형상 및 삼차원 형상을 파악할 수 있다. 상기 라이다 외에 다양한 장애물 측정수단이 적용될 수도 있다.
한편, 이하의 설명에서는 측정부(101)가 이차원 정보를 획득하고 획득된 이차원에 근거하여 설명을 하지만, 삼차원의 경우에는 이차원 정보를 함께 고려함으로써, 쉽게 이해될 수 있다. 따라서, 별도의 삼차원 정보를 이용하는 경로결정시스템에 대해서는 설명을 행하지 않는다.
상기 구동부(200)는 복수의 프로펠러로 예시되는 다양한 수단으로 사용하여 제공될 수도 있다. 복수의 프로펠러의 구동을 제어하고, 방향조절자를 제어함으로써 상기 비행체의 비행방향을 제어할 수 있는 것은 쉽게 예상가능한 일이다.
상기 비행체의 경로결정시스템(100)은 약언하여 경로결정시스템이라고 할 수도 있다.
상기 경로결정시스템(100)은, 상기 측정부(101)에서 측정되는 정보에 근거하여, 장애물인 객체를 식별하는 객체식별부(110), 상기 객체식별부(110)에서 식별된 각 장애물을 장애물의 실물의 형상 및 구조와 마찬가지로 확장하는 장애물 확장부(120), 상기 장애물 확장부(120)에 의해서 확장되어 표시된 장애물을 참조하여 비행체의 경로를 결정하는 경로결정부(130)가 포함된다.
상기 장애물 확장부(120)에는, 장애물의 확장을 제어하는 확장제어부(121), 및 상기 측정부(101)가 점으로 측정된 정보에 의해서 장애물이 확장되었을 경우, 비어있는 확장 장애물의 형상정보를 산출하여 더 정확한 확장 장애물 정보를 제공하는 보간부(122)가 포함될 수 있다.
이하에서는, 상기 경로결정시스템(100)의 작용을 더 구체적으로 설명한다. 상기 경로결정시스템의 작용은 다른 그림을 참조하여 설명한다.
먼저, 상기 확장제어부(121)의 작용을 설명한다.
도 2는 확장 장애물의 생성에 이용되는 참조점을 추출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 비행체(1)는 상기 측정부(101)를 이용하여 장애물(2)의 실제모습을 측정한다. 상기 장애물(2)의 형상에 근거하여 장애물의 양 끝점(P1, Pn)을 잊는 제 1 가상선분을 제공하고, 상기 제 1 가상선분의 가운데 중점(S)을 제공한다.
상기 비행체(1)와 상기 중점(S)을 잊는 제 2 가상선분을 제공하고, 상기 제 2 가상선분의 벡터를 동일한 방향으로 동일한 거리만큼 연장하여 제 3 가상선분을 제공한다.
상기 제 3 가상선분의 끝점이 참조점(R)이 될 수 있다.
상기 장애물의 양 끝점, 참조점, 및 비행체(1)는 평행사변형의 관계를 이룰 수 있다.
도 3은 확장 장애물의 위치와 형상을 결정하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 참조점(R)에서 상기 장애물(2)까지의 제 4 가상선분을 제공하고, 상기 제 4 가상선분의 벡터를 동일한 방향으로, 제 4 가상선분의 길이에 대한 일정한 연장비율로 연장하여 제 5 가상선분을 제공한다. 상기 제 4 가상성분, 및 상기 제 5 가상선분은 상기 장애물(2)의 모든 지점에 대하여 수행될 수 있다.
상기 확장 장애물(3)의 각 점은 Q1부터 Qn으로 도시되어 있다.
예를 들어, 상기 제 4 가상선분의 길이가 1이고, 상기 연장비율이 0.5인 경우에 상기 제 5 가상선분의 길이는 1.5가 될 수 있다. 상기 연장비율은 비행상태에 따라서 미리 결정될 수 있다.
상기 확장 장애물(3)은, 상기 비행체가 비행하는 중에 장애물(2)을 회피하기 위하여 사용하는 가상적인 장애물이다. 비행체는 상기 확장 장애물을 장애물로 인식하여 장애물을 회피할 수 있다. 상기 장애물이 아닌 상기 확장 장애물을 회피하게 됨으로써, 바람, 오인식, 및 돌발변수 등에 이한 장애물과의 충돌까지 정확하게 회피할 수 있다.
다양한 비행의 조건에 따라서, 안정적인 비행이 중요한 경우에는 상기 연장비율을 크게 설정하여, 확장 장애물(3)을 더 크고 가깝게 제공할 수 있다. 다른 조건으로서, 신속하고 경제적인 비행이 더 중요한 경우에는 상기 연장비율을 작게 설정하여, 확장 장애물(3)을 더 작고 멀리 제공할 수 있다.
상기 보간부(122)의 작용을 설명한다.
라이다 등을 이용하여 상기 측정부(101)에서 측정된 장애물을 구성하는 일차원 점들을 이용하여, 상기 확장 제어부(121)는 측정된 장애물보다 더 넓은 각도 범위를 차지하게 되므로, 더 많은 수의 일차원 점들로 구성되는 확장 장애물을 발생시켜야 한다. 그럼에도 불구하고, 측정된 장애물을 구성하는 일차원 점들과 같은 수로 구성된 확장 장애물을 발생시킨다.
따라서, 더 넓은 범위를 차지하지만 일차원 점들의 수가 증가되지 않아 확장 장애물을 구성하는 두 인접한 일차원 점들 사이에 빈 공간이 생기게 된다. 이 빈공간은 실제로는 그렇지 않더라도, 비행체가 이동할 수 있는 경로로 판단될 수 있다. 그래서 상기 보간부(122)는 확장 장애물의 정보가 없는 지점의 거리정보를 보간작용을 통하여 산출 할 수 있다.
도 4는 결과적으로 얻어지는 장애물과 확장 장애물을 연속된 형태로 보이는 도면이고, 도 5는 상기 측정부가 측정한 정보에 대응하여 얻어진 상기 확장 장애물의 정보이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 장애물에 대하여, 측정이 가능한 위치는 세 개(P1, P2, 및 P3)이고, 이에 대하여 상기 확장 제어부(121)에 의해서 확장 장애물로 판단이 가능한 확장 장애물 지점은 세 개(Q1, Q2, 및 Q3)이다.
상기 확장 장애물을 연속되는 물체이므로, 상기 확장 장애물 지점의 사이 지점은 상기 보간부(122)에 의해서 보간되어 제공될 수 있다. 예를 들어 수학식 1에 의해서 제공될 수 있다.
Figure 112019021486724-pat00001
상기 수학식 1에서, α는 비행체(1)의 좌표에서 보간지점까지의 각도이고, x, y는 각 지점을 나타낸다. T는 행렬의 행과 열을 서로 바꾸는 전치를 나타내는 것으로, 세로로 표현되는 좌표를 가로로 표현하기 위해 사용되었다. 도 5에서
Figure 112021060006436-pat00016
는 확장 장애물 지점 Q2(xq2, yq2)와 Q3(xq3, yq3)로 이루어진 선분의 기울기를 나타낸다. 상기 수학식 1에 따르면, 인접되는 두 지점의 좌표정보를 활용하여 상기 보간지점의 좌표를 얻어낼 수 있다.
상기 수학식 1에 의해서 제공되는 보간지점들이 도 6에 개시되어 있다.
도 7은 연속된 형태로서의 실제 확장 장애물과 보간을 통해서 얻은 이산적인 확장 장애물이 비교되어 있다. 도 7을 참조하면, 상기 이산적인 확장 장애물을 이용하는 경우에도 실제와 유사한 확장 장애물 정보를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
상기 보간부(122)의 작용은, 상기 연장 비율이 작게 설정될 경우에는 그 작용이 수행되지 않을 수 있고, 작은 계산량이 수행 될 수도 있다.
상기 장애물 확장부(120)의 작용은 서로 이격되는 모든 장애물에 대하여 수행될 수 있다. 상기 장애물을 예시하는 객체는 서로 구분되어 확장되어 확장 장애물을 제공할 수 있다. 이를 위하여 상기 객체 식별부(110)는 각 장애물을 식별하는 작용을 수행한다.
도 8은 상기 객체 식별부의 동작을 설명하는 참조도이다.
도 8을 참조하면, 두 개의 장애물(21)(22)이 있고, 그 사이는 장애물이 아니라고 인식되어야 한다. 이를 위하여, 0은 장애물이 없어서 통과할 수 있는 승인을 의미하고, 1은 장애물이 있어서 통과할 수 없는 장애를 의미한다.
상기 측정부(101)의 일차원 스캔에 따라서, 반시계방향으로 스캔을 시작한다. 00의 플래그는 장애물이 없는 상태를 의미하고, 10의 플래그는 장애물이 시작되는 상태를 의미하고, 11의 플래그는 장애물이 있는 상태를 의미하고, 01의 플래그는 장애물이 끝나는 상태를 의미한다. 상기 10의 플래그는 이전 측정지점의 상태가 00의 플래그이었으나, 현재 장애물이 있는 것으로 측정되었을 때에 제공될 수 있는 플래그이다. 상기 01의 플래그는 이전 측정지점의 상태는 11의 플래그이었으나, 현재 장애물이 없는 것으로 측정되었을 때에 제공될 수 있는 플래그이다.
위의 플래그에 따르면, 10의 플래그로 시작하고, 11의 플래그가 채워지고, 01 플래그로 끝나는 한 그룹으로 구분되는 장애물을 식별할 수 있다.
상기 플래그의 한 그룹으로 표현되는 장애물을 구분하고, 구분되는 장애물에 대하여 별도로 상기 장애물 확장부(120)를 통하여 확장 장애물을 구성할 수 있다.
이상의 결과에 따르면, 상기 측정부(101)에서 측정가능한 모든 장애물에 대하여 확장 장애물(3)과 관련되는 정보를 얻어낼 수 있다. 이후에는 현재 비행체의 진로와 상기 확장 장애물의 정보를 활용하여 경로를 결정한다.
이하에서는 상기 경로결정부(130)의 작용을 설명한다.
도 9는 상기 경로결정부의 작용을 설명하는 참조도이다.
도 9를 참조하면, 비행체(1), 장애물(2), 및 확장 장애물(3)이 도시된다. 상기 비행체는 목표물(4)을 향하여 진행하고 있다. 이때 상기 비행체는, 현재 경로에서 가장 가까이 있는 상기 확장 장애물의 코너를 통과할 수 있다. 다시 말하면, 상기 경로결정부(130)는 상기 현재 경로에 상기 확장 장애물이 놓일 때, 상기 현재 경로에서 가장 가까운 상기 확장 장애물의 끝단을 통과하도록 할 수 있다.
Figure 112019021486724-pat00002
상기 수학식 2를 참조하면, 상기 가장 가까운 상기 확장 장애물의 끝단을 지나도록 하기 위하여, Vdtanθ를 y축방향으로 추가한 것을 확인할 수 있다. 여기서 θ는 현재 비행체(1)의 경로와 상기 가장 가까운 상기 확장 장애물의 끝단과의 사이 각으로 정의할 수 있다. Nav는 지도상에서의 좌표를 나타내는 항법(Navigation) 좌표계를 나타내는 것으로, 도 9에서 Xnav는 지도상의 북쪽 방향을 나타내고, Ynav는 지도상의 서쪽 방향을 나타낸다. Body는 비행체를 원점으로 하는 동체(Body) 좌표계를 나타내는 것으로, 도 9에서 Xbody는 비행체의 앞쪽 방향, Ybody는 비행체의 왼쪽 방향을 나타낸다. 도 9에서 Vd는 비행체가 앞쪽 방향으로 이동하는 속도이고,
Figure 112021060006436-pat00017
는 항법 좌표계와 동체 좌표계의 각도 차이를 나타낸다.
상기 경로결정부(130)는 상기 측정부(101)의 클럭에 따라서 계속해서 수정하는 것에 의해서 비행체의 경로를 결정할 수 있다.
상기 경로결정부(130)에 의해서 결정되는 경로를 지나갈 수 있도록, 상기 구동부(200)는 구동상태와 속도를 변경해서 진행할 수 있다.
상기 비행체를 위한 경로결정시스템에 의해서 동작되는 비행체를 비교한 예를 소개한다. 비교는 종래 APF기술을 적용하는 예와 실시예를 다양한 장애물에 대하여 비교한 예를 보인다.
도 10은 비행체의 경로에 지그재그로 상대적으로 멀리 위치한 다수의 장애물이 놓이는 경우를 보이는 도면이다.
도 10을 참조하면, 종래 APF기술이 적용되는 경우에는 장애물이 반복될수록 경로의 왜곡이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 이에 반하여 실시예의 경우에는, 현재의 경로를 확장 장애물이 막고 있지 않기 때문에 APF기술이 적용된 경우와 달리 경로가 변하기 않고 직선경로를 유지하며 비행하는 것을 확인할 수 있었다.
도 11은 경로 상에 좁은 경로를 가지는 장애물이 있는 경우를 보이는 도면이다.
도 11을 참조하면, 종래 APF기술이 적용되는 경우에는 좁은 경로를 무리해서 통과하지만, 실시예의 경우에는, 두 확장 장애물이 겹쳐지는 현상으로 인해 마치 하나의 큰 장애물이 있는 것으로 인식되기 때문에 좁은 경로를 무리해서 통과하는 대신, 장애물을 회피해서 통과하는 것을 볼 수 있다.
다만, 상기 확장 장애물을 구할 때 적용되는 상기 연장비율을 조절하는 것에 의해서 본 실시예의 경우에도 상기 장애물을 통과해서 지나가도록 할 수도 있다. 이 경우에는 풍속이 낮고, 실내와 같이 안정된 대기분위기에서 수행될 수 있을 것이다.
도 12는 오목한 면이 진행경로에 있는 장애물이 있는 경우를 보이는 도면이다.
도 12를 참조하면, 종래 APF기술이 적용되는 경우에는 경로의 수정이 이루어지지 못하고, 오목한 홈에서 경로를 잃어버리고 장애물이 부딪히는 결과를 초래할 수 있다. 이에 반하여, 실시예의 경우에는, 장애물을 인식함과 동시에 확장 장애물을 생성하여 전체적인 진행경로가 결정되므로, 비행체가 국소 최소점에 빠지지 않고, 장애물을 회피해서 통과하는 것을 볼 수 있다.
비행체가 이용되는 가장 바람직한 일 예로서, 이동물체를 자동으로 추적하는 경우가 있다. 이 실시예는 아동을 자동추적하거나, 범법자를 자동추적하거나, 도주차량을 추적하거나, 물품을 추적하는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다.
실시예의 비행체 경로결정시스템을 사람을 그 대상으로 하여 추적을 실시한 예를 설명한다.
도 13은 장애물에 의한 가려짐을 회피하는 비행체의 물체추적의 수행결과를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 임의의 장애물(12)에 의해 이동물체가 가려지는 것을 회피하면서 비행체가 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 도면번호 11은 비행체의 궤적을 나타낸다.
비행체의 궤적(11)은 장애물에 의해 이동물체가 가려지는 순간 신속하게 회피하고 이동물체를 바라보면서 정확하게 이동해 나가는 것을 보이고 있다.
본 발명에 따르면, 비행체가 더 안전하고 더 효율적으로 비행하여, 많은 산업에 적용될 수 있다. 나아가서, 이동체의 추적 등의 경우에 장애물과의 충돌이 없이 자율비행을 수행할 수 있기 때문에, 다양한 자율비행의 산업분야에 적용될 수 있다.
1: 비행체
2: 장애물
3: 확장 장애물
100: 비행체 경로결정시스템

Claims (11)

  1. 측정된 장애물의 후방에 있는 참조점에서 상기 장애물의 전방으로 상기 장애물의 적어도 하나의 지점을 잇는 직선의 가상선분을 일정비율로 연장하고, 상기 가상선분의 끝점을 확장 장애물의 위치정보로 제공하는 확장 제어부가 포함되고,
    상기 가상선분의 일정비율은, 상기 참조점으로부터 상기 장애물의 적어도 하나의 지점까지의 거리에 대하여, 상기 참조점으로부터 상기 확장장애물까지의 적어도 하나의 지점까지의 거리에 대한 일정비율이고,
    상기 일정비율은 1를 초과하며,
    상기 장애물의 양 끝단을 잇는 가상선분의 가운데에는, 중점(S)이 제공되고,
    상기 참조점은, 비행체와 상기 중점(S)을 잇는 직선의 가상선분으로부터 연장되는 가상선분의 끝점인 것을 특징으로 하는 비행체의 경로결정시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확장장애물을 더 정확하게 측정하기 위하여, 적어도 두 개의 지점 사이의 정보를 보간하는 보간부가 포함되는 비행체의 경로결정시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 장애물은 서로 식별되고, 상기 확장 장애물은 상기 장애물 별로 별도로 제공되는 비행체의 경로결정시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 참조점은 단일한 비행체의 경로결정시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 비행체, 상기 장애물의 양 끝단, 및 상기 참조점은 평행사변형을 이루는 비행체의 경로결정시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비행체가, 현재 경로에서 가장 가까운 상기 확장 장애물의 코너를 통과하도록 경로를 결정하는 경로결정부가 더 포함되는 비행체의 경로결정시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 일정비율은 조정이 가능한 비행체의 경로결정시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 일정비율은 2 미만인 경로결정시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 비행체의 경로결정시스템이 적용되는 비행체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    이산적으로 상기 장애물의 거리를 측정하는 측정부가 포함되는 비행체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정부는 라이다인 비행체.



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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006078552A (ja) * 2004-09-07 2006-03-23 Fujitsu Ten Ltd 画像拡大装置
KR101213632B1 (ko) * 2010-04-30 2012-12-18 동국대학교 산학협력단 다단계 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법 및 장치
KR101441187B1 (ko) * 2012-07-19 2014-09-18 고려대학교 산학협력단 자율 보행 로봇 경로 계획 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10154241A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ２次元図形描画環境における３次元図形透視図描画方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006078552A (ja) * 2004-09-07 2006-03-23 Fujitsu Ten Ltd 画像拡大装置
KR101213632B1 (ko) * 2010-04-30 2012-12-18 동국대학교 산학협력단 다단계 형태 공간을 이용한 이동 경로 계획 방법 및 장치
KR101441187B1 (ko) * 2012-07-19 2014-09-18 고려대학교 산학협력단 자율 보행 로봇 경로 계획 방법

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