KR102345960B1

KR102345960B1 - 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템 및 경로 지정 기반의 드론 배달 방법

Info

Publication number: KR102345960B1
Application number: KR1020200009662A
Authority: KR
Inventors: 배승주; 길준경; 김은비; 박수조
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2022-01-05
Also published as: KR20210096711A

Abstract

본 발명은 제어서버가 드론의 비행 경로를 도로 상에 형성하고 드론이 다른 드론의 흐름에 비례하여 비행하도록 제어하므로 안정성이 극대화되고 복수개 드론이 원활하게 비행될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따른 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템은 경로 정보를 수신하는 통신부, 경로 정보에서 도로를 감지하는 감지부, 및 경로 정보에 따른 드론의 비행을 제어하는 제어부,를 포함하는 드론; 및 상기 드론에 경로 정보를 송신하는 제어서버;를 포함한다.

Description

경로 지정 기반의 배달 드론 시스템 및 경로 지정 기반의 드론 배달 방법{DELIVERY DRON BASED ON SPECIFING A PATH AND DELIVERY METHOD OF DRON BASED ON SPECIFING A PATH}

본 발명은 배달 드론 시스템 및 드론 배달 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템 및 경로 기정 기반의 드론 배달 방법에 대한 것이다.

드론은 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인비행기(UAV: Unmanned aerial vehicle)의 총칭으로, 2010년대를 전후하여 군사적 용도 외 다양한 민간 분야에 활용되고 있다.

헬리콥터나 드론처럼 프로펠러의 회전에 의해 양력을 발생시키는 비행 물체의 경우, 프로펠러 회전의 반작용에 의해 본체가 프로펠러가 회전하는 반대 방향으로 회전하게 된다. 싱글로터 헬리콥터의 경우 이 문제를 해결하기 위해 테일 로터(tail rotor)가 필요하지만, 드론은 앞뒤 프로펠러의 회전을 반대로 하여 프로펠러 회전에 의해 발생하는 반작용을 상쇄시키는 원리를 기본으로 한다. 즉, 드론은 각각의 로터 프로페러 회전을 제어하여 상승비행모드(ascend), 하강비행모드(descend), 전진비행모드 (forward), 후진비행모드(backward), 우횡비행모드(roll right), 좌횡비행모드 (roll left), 좌회전비행모드(yaw left), 우회전비행모드(yaw right)가 가능하다.

드론은 상대적으로 작은 복수 개의 프로펠러를 이용하여 양력을 얻고, 각각의 프로펠러로부터 발생하는 양력을 조절하여 전진 및 후진과 방향 전환을 한다. 드론은 기존 비행장치에 비해 무인화 및 자동조종, 정지비행이 용이한 장점으로 다양한 분야에 활용되고 있다.

군사 및 측량, 촬영, 방재, 보안 분야에서 공공 목적 달성을 위해 확대되고 있으며, 민간 분야에서는 아마존(DHL, 대한통운 등) 회사를 중심으로 운송 및 배달 업무에 활용될 예정이다. 배달 업무에 활용하기 위하여 드론의 안전성 확보 기술, 자동 비행 기술, 자동 이착륙 기술, 물품 자동 승하차 기술, 안정적 비행시간 확대 기술 개발이 필요하다.

최근 드론 비행 제어에 인공지능(AI) 기술도 도입되어, 드론이 자동으로 충돌을 회피하는 자율비행 단계에 접근하고 있다. 드론 관련 법적 규제도 많이 완화되었지만 유인항공기 대비 드론은 비행 고도 제한, 비행 금지 구역 설정, 일몰후 비행 시간 제한 등으로 민간 산업 부문에서 본격적인 도입이 제한되고있다.

해외 선진 택배 및 물류 회사에서도 드론 배발 시범 운행 단계를 넘어서 본격적 상용화가 지연되는 것도 안전성, 비용, 이착륙 인프라, 충전시설, 유사 배달 서비스 등의 문제와 함께 전면 서비스를 도입할 수 없는 드론 비행 규제로 인한 것이다. 그러므로 드론 비행을 제한하는 법적 규제안에서 활용할 수 있는 민간 부문 서비스에 대한 연구 개발이 필요한 실정이다.

[선행기술문헌]

한국등록특허 제10-2052831호(2019. 12. 05.)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 지정된 경로에서 이동을 수행하는 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템 및 경로 지정 기반의 드론 배달 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템은 경로 정보를 수신하는 통신부, 경로 정보에서 도로를 감지하는 감지부, 및 경로 정보에 따른 드론의 비행을 제어하는 제어부,를 포함하는 드론; 및 상기 드론에 경로 정보를 송신하는 제어서버;를 포함한다.

이때, 상기 제어서버는 드론의 비행 경로를 생성하는 경로생성모듈, 상기 비행 경로에서 비행하는 드론의 배치관계를 설정하는 경로배치모듈, 및 드론의 디스플레이를 제어하는 출력제어모듈 중 적어도 하나를 포함한다.

또한, 상기 감지부는 경로에서 비행하는 다른 드론을 감지하고 상기 제어부는 드론이 다른 드론의 후미에서 비행되도록 제어하고, 상기 디스플레이는 다른 드론의 후미비행을 알리는 표지가 로딩될 수 있다.

또한, 상기 드론은 배달 대상물을 수납하는 수납부를 더 포함하고 상기 수납부의 하단에는 충전부가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 경로 지정 기반으로 드론 배달 방법은 제어서버가 드론에 경로 정보를 송신하는 단계, 제어서버가 드론의 비행 높이를 설정하여 드론에 송신하는 단계, 드론이 경로에서 비행하는 다른 드론을 감지하는 단계, 및 드론이 경로에서 비행하는 다른 드론과 속도를 맞추는 단계를 포함한다.

본 발명은 제어서버가 드론의 비행 경로를 도로 상에 형성하고 드론이 다른 드론의 흐름에 비례하여 비행하도록 제어하므로 안정성이 극대화되고 복수개 드론이 원활하게 비행될 수 있다.

또한, 본 발명은 제어서버가 드론의 비행 높이를 물건의 무게에 반비례하여 설정하게 되므로 추락 위험도를 낮추고, 다른 드론과의 충돌 가능성도 저감시킨다.

또한, 본 발명은 드론을 이용하여 외부디스플레이 또는 건물 외벽의 디스플레이와 연동하여 광고나 정보를 출력하게 되므로 새로운 광고 기법을 창출하면서 군집 출력에 따른 사용자의 심리적 안심도도 증대시킨다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에서의 감지부를 더욱 상세히 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1에서의 제어서버를 더욱 상세히 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 지정 기반의 드론 배달 방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 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.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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 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.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에서의 감지부를 더욱 상세히 도시한 구성도이며, 도 3은 도 1에서의 제어서버를 더욱 상세히 도시한 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템은 크게 드론(100)과 제어서버(200)로 구성된다. 또한 도시한 바와 같이 본 시스템은 주문 및 결제를 수행하는 사용자단말(300)을 더 포함할 수 있다.

드론(100)은 디스플레이(110), 감지부(120), 제어부(130), 통신부(140) 및 수납부(150)로 이루어진다. 디스플레이(110)는 비행상태 또는 운행목적 등을 출력한다. 예들 들어, 배달 비행 시와 배달 완료 시의 외부 출력을 변경하여 드론의 목적을 외부에서 알도록 한다. 또한, 디스플레이부(110)는 제어서버(200)가 제공하는 광고를 출력할 수도 있다. 감지부(120)는 제어서버(200)가 송신한 경로 정보를 바탕으로 도로를 감지한다. 더욱 상세하게 본 발명의 일 실시예에 따른 드론(100)은 공중의 공간 중에서 도로와 수직 대응하는 공간에서 비행하도록 하여 비상 시의 추락 등에 대비하도록 한다. 이를 위해 감지부는 경로 정보에서 다시 도로를 감지하여 제어부(130)에 의해 드론이 비행되도록 한다.

감지부(120)는 레이더(121) 및 라이다(121)를 포함하고, 카메라(123)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 레이더(121)는 자율비행 차량에 안테나를 장착하여 레이더 탐지 동작을 수행하면서 무인으로 이동 가능한 장치를 의미한다. 레이더(121)는 구비된 안테나를 이용하여 레이더 탐지 동작만을 수행하는 것에 한정되는 것은 아니며, 라이다(122) 및 카메라(123)와 같이 주변 환경을 센싱할 수 있는 복수의 센서 또는 복합 센서와 같은 형태로 구현될 수 있다. 레이더(121)는 주변 환경을 센싱하여 주변 센싱정보를 생성하고, 주변 센싱정보를 기반으로 비행 방향에 존재하는 오브젝트인 도로, 타차량, 사람 및 무생물을 판단한다.

라이다(122)은 레이저 펄스를 발사하고, 그 빛이 주위의 대상 물체에서 반사되어 돌아오는 것을 받아 물체까지의 거리 등을 측정함으로써 주변의 모습을 정밀하게 그려내는 장치이다. 라이다(122)는 레이저 펄스를 지표면에 발사해서 돌아오는 시간을 측정함으로써 반사 지점의 공간 위치를 분석하여 지형을 측량하면, 구조물에 따라 반사되어 돌아오는 시간이 다르므로 이로부터 광학영상으로는 얻기 어려운 3차원 모델을 얻을 수 있다. 라이다(122)는 레이저, 스캐너, 수신기, 위치 확인 시스템으로 이루어지는데, 레이저의 파장은 600-1000nm을 사용한다. 스캐너는 주위를 재빠르게 훑어서 정보를 얻도록 하는 부분이다. 수신기는 돌아오는 빛을 감지하는 부분으로, 수신기가 가지는 빛에 대한 민감도는 라이다의 성능을 좌우하는 주요한 요인이다. 근본적으로 수신기는 광자를 감지하여 이를 증폭하는 역할을 한다. 위치 확인 시스템은 3차원 영상을 구현하기 위해서 수신기가 놓여 있는 위치 좌표와 방향을 확인하는 역할을 수행한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 감지부(120)는 주변에서 비행하는 다른 드론의 속도를 감지하여 다른 드론과 속도를 맞추도록 하는 것이 바람직하다. 도로에서 차량이 함께 이동하는 것처럼 서로 다른 드론이 도로에서 비행시에는 안전 및 통제를 위해 전체 드론의 흐름과 맞추는 것이 필요하기 때문이다. 또한, 감지부(120)는 비행 경로에서 비행하는 다른 드론을 감지한 경우에 제어부(130)는 드론이 다른 도론의 후미에서 비행되도록 제어하는 것도 바람직하다. 이 경우 디스플레이(110)는 다른 드론의 후미비행을 알리는 표지가 로딩될 수 있다. 따라서, 드론들의 비행을 보는 사람들로 하여금 일체감 및 안도감을 부여할 수 있다.

또한, 감지부(120)는 군집 비행을 위해 차량의 위치 정보를 활용해야 되므로 GPS(124)를 필수적으로 포함한다. 또한, 제어부(130)는 경로 정보에 따른 드론의 비행을 제어하게 되며, 통신부(140)는 제어서버(200)로부터 경로 정보를 수신하게 되는데, 경로 정보에 대한 더욱 자세한 내용은 후술한다.

수납부(150)는 드론의 하단에 물건의 적재를 위해 구비되는데, 수납부의 하단은 충전부(미도시)가 구비되어 드론이 대기하거나 배달을 완료한 후 별도의 충전도킹장치(미도시)를 통해 드론이 상시 충전되도록 하는 것이 바람직하다.

제어서버(200)는 제어서버는 드론(100)의 비행 경로를 생성하는 경로생성모듈(210), 상기 비행 경로에서 비행하는 드론의 배치관계를 설정하는 경로배치모듈(220), 및 드론의 디스플레이를 제어하는 출력제어모듈(230) 중 적어도 하나를 포함하도록 구성된다. 또한, 제어서버는 도시한 바와 같이 드론과의 통신을 담당하는 통신제어모듈(240)을 더 포함할 수 있다.

경로생성모듈(210)은 사용자단말(300)로부터의 주문이 접수되는 경우에 배달 위치를 산입하여 비행경로를 신규로 생성한다. 이때, 경로생성모듈(210)은 앞에서 설명한 바와 같이 도로 정보를 기초하여 그 도로 상에 경로를 생성하고 이를 드론(100)에 전송한다. 드론(100)은 공중에서 비행하기 때문에 안정의 측면에서는 그 높이관계도 매우 중요하다. 따라서, 경로배치모듈(220)은 수납부(150)의 센서 등을 활용하여 배달 물건의 중량을 파악하고 중량에 반비례하는 높이에 따라 드론이 비행되도록 한다. 따라서, 가벼운 물건을 배달하는 경우는 무거운 물건을 배달하는 경우보다 비행 높이를 높일 수 있게 된다.

출력제어모듈(230)은 전술한 디스플레이(100)를 제어한다. 복수의 드론이 동일한 사업자에 의해 운행되는 경우에 복수개의 드론을 이용하여 광고 디스플레이 기능을 수행할 수 있다. 이때, 각 드론은 광고 이미지의 부분을 담당하고 전체 드론에 의해 전체 이미지가 로딩되도록 하여 새로운 광고 비지니스를 만들도록 한다.

한편, 통신제어모듈(240)은 드론과의 통신을 담당할 뿐만 아니라 별도의 건물에 설치된 통신단말(미도시)과 근거리 통신을 수행하고, 드론이 건물이 접근되는 경우에 건물의 외벽에 설치된 디스플레이에 광고가 로딩되도록 구동할 수 있다. 또한, 드론이 건물에 도착하기 전에 건물의 외벽에 광고 또는 드론의 도착을 로딩하고, 드론이 건물을 지나치는 경우 드론이 지나갔다는 정보 또는 광고를 로딩하여 드론 인터랙티브 광고 시스템을 구현할 수도 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 지정 기반의 드론 배달 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 지정 기반의 드론 배달 방법의 순서도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 지정 기반의 드론 배달 방법은 제어서버가 드론에 경로 정보를 송신하는 단계(s10), 제어서버가 드론의 비행 높이를 설정하여 드론에 송신하는 단계(s20), 드론이 경로에서 비행하는 다른 드론을 감지하는 단계(s30), 및 드론이 경로에서 비행하는 다른 드론과 속도를 맞추는 군집 주행 단계(s40)를 포함하여 이루어진다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 이후에는 군집을 해제하여 배달 지로 개별 이동하게 된다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1000: 배달 드론 시스템
100: 드론
110: 디스플레이
120: 감지부
121: 레이더
122: 라이다
123: 카메라
124: GPS
130: 제어부
140: 통신부
150: 수납부
200: 제어서버
210: 경로형성모듈
220: 경로배치모듈
230: 출력제어모듈
240: 통신제어모듈
300: 사용자단말

Claims

경로 지정 기반의 배달 드론 시스템에 있어서,
경로 정보를 수신하는 통신부, 경로 정보에서 도로를 감지하는 감지부, 및 경로 정보에 따른 드론의 비행을 제어하는 제어부,를 포함하는 드론;
상기 드론에 경로 정보를 송신하는 제어서버;
를 포함하고,
상기 드론은 배달 물건의 중량에 따라 비행 높이가 설정되는 것을 특징으로 하는 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어서버는 드론의 비행 경로를 생성하는 경로생성모듈, 상기 비행 경로에서 비행하는 드론의 배치관계를 설정하는 경로배치모듈, 및 드론의 디스플레이를 제어하는 출력제어모듈 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템.
제2항에 있어서,
상기 감지부는 경로에서 비행하는 다른 드론을 감지하고 상기 제어부는 드론이 다른 드론의 후미에서 비행되도록 제어하고, 상기 디스플레이는 다른 드론의 후미비행을 알리는 표지가 로딩되는 것을 특징으로 하는 경로 지정 기반의 배달 드론 시스템.
제3항에 있어서,
상기 드론은 배달 대상물을 수납하는 수납부를 더 포함하고 상기 수납부의 하단에는 충전부가 형성된 것을 특징으로 하는 경로 기정 기반의 배달 드론 시스템.
경로 지정 기반의 드론 배달 방법에 있어서,
제어서버가 드론에 경로 정보를 송신하는 단계;
제어서버가 드론의 비행 높이를 설정하여 드론에 송신하는 단계;
드론이 경로에서 비행하는 다른 드론을 감지하는 단계; 및
드론이 경로에서 비행하는 다른 드론과 속도를 맞추는 단계;
를 포함하고,
상기 드론은 배달 물건의 중량에 따라 비행 높이가 설정되는 것을 특징으로 하는 경로 지정 기반으로 드론 배달 방법.