KR102417964B1 - 드론의 험지 착륙을 위한 4족 랜딩 시스템 및 그의 동작 방법 - Google Patents

드론의 험지 착륙을 위한 4족 랜딩 시스템 및 그의 동작 방법 Download PDF

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KR102417964B1
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강호선
최지욱
천동훈
황성현
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

다양한 실시예들은 드론의 험지 착륙을 위한 4족 랜딩 시스템 및 그의 동작 방법에 관한 것으로, 비행 중인 드론의 착륙을 감지하고, 드론의 지면에의 착륙을 돕도록 구동할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 시스템은 복수의 랜딩 레그들, 랜딩 레그들의 일 단부들이 체결되는 바디부, 랜딩 레그들의 타 단부들에 각각 배치되는 접촉 센서들, 및 접촉 센서들을 통해 랜딩 레그들의 각각의 지면에의 접촉을 감지하고, 랜딩 레그들을 각각 제어하여, 드론의 지면에의 착륙을 돕도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

드론의 험지 착륙을 위한 4족 랜딩 시스템 및 그의 동작 방법{FOUR LEGS LANDING SYSTEM OF DRONE FOR LANDING ON ROUGH GROUND AND OPERATING METHOD THEREOF}
다양한 실시예들은 드론의 험지 착륙을 위한 4족 랜딩 시스템 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 드론은 사람이 타지 않고 무선 조종에 의해 비행하는 무인 비행체이다. 드론은 평평한 지면에서는 안정적으로 착륙한다. 그러나, 지면이 기울어져 있거나, 지면 상에 장애물이 존재하면, 드론은 종종 착륙하면서 뒤집힌다. 이러한 현상은 플립-오버(flip-over) 현상이라고 지칭된다. 특히, 플립-오버 현상은, 쿼드콥터(quad-copter)가 기체의 수평 유지가 이루어지지 않은 상태에서 착륙을 시도할 때 빈번히 발생하며, 기체가 기울어져 있는 상태에서 4 개의 로터의 동일한 힘이 작용하기 때문에 기울어진 방향으로 뒤집히는 현상을 말한다.
한편, 랜딩 시스템은 드론의 착륙을 돕는 장치로써, 착륙 시 지면 상태에 따라서 안정적으로 드론이 착륙하도록 도와주는 장치이다. 이러한 랜딩 시스템은 드론에 대해 플립-오버 현상을 방지하도록 설계되어야 한다. 특히, 랜딩 시스템은 쿼드콥터가 착륙을 시도할 때 기체를 최대한 수평으로 유지하도록 설계되어야 하며, 조종사는 해당 환경을 확인하고 쿼드콥터의 착륙을 실행하여야 한다.
일반적인 쿼드콥터의 랜딩 시스템은 1축 서보 모터(servo motor)를 사용한 스키 플레이트 형태로 2개의 막대기를 이용한 고정된 형태로 설계되었다. 이러한 랜딩 시스템은 지표면이 평평하지 못한 험지나 파도에 의한 흔들림이 심한 선박 등과 같은 환경으로의 착륙 시, 쿼드콥터의 수평 유지가 어려워 기체가 뒤집혀 손상되는 상황이 발생할 수 있어, 위험성이 매우 높은 단점이 존재한다.
다양한 실시예들은, 드론의 험지 착륙을 위한 랜딩 시스템 및 그의 동작 방법을 제공한다.
다양한 실시예들은, 쿼드콥터의 험지 착륙을 위한 4족 랜딩 시스템 및 그의 동작 방법을 제공한다.
다양한 실시예들에 따른 드론을 위한 랜딩 시스템은, 복수의 랜딩 레그들, 상기 랜딩 레그들의 일 단부들이 체결되는 바디부, 상기 랜딩 레그들의 타 단부들에 각각 배치되는 접촉 센서들, 및 상기 접촉 센서들을 통해 상기 랜딩 레그들의 각각의 지면에의 접촉을 감지하고, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하여, 상기 드론의 상기 지면에의 착륙을 돕도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 드론을 위한 랜딩 시스템의 동작 방법은, 비행 중인 드론의 착륙을 감지하는 단계, 및 상기 드론의 지면에의 착륙을 돕도록 구동하는 단계를 포함하고, 상기 랜딩 시스템은, 복수의 랜딩 레그들, 상기 랜딩 레그들의 일 단부들이 체결되는 바디부, 상기 랜딩 레그들의 타 단부들에 각각 배치되는 접촉 센서들, 및 상기 접촉 센서들을 통해 상기 랜딩 레그들의 각각의 상기 지면에의 접촉을 감지하고, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하여, 상기 드론의 상기 지면에의 착륙을 돕도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 시스템이 드론의 안정적인 착륙을 가능하게 한다. 즉, 랜딩 시스템은 지면의 형태 또는 지면 상의 장애물 존재 여부와 관계없이, 드론의 수평을 유지하면서, 드론의 착륙을 가능하게 한다. 이 때, 랜딩 레그들이 상호 독립적으로 제어 가능하고, 각 랜딩 레그가 2-링크(link) 매니퓰레이터(manipulator) 구조의2 자유도를 갖도록 구현됨에 따라, 랜딩 레그들에 대해 개별적으로 높낮이가 제어될 수 있기 때문에, 랜딩 시스템이 드론의 수평을 유지할 수 있다. 그리고, 랜딩 시스템이 접촉 센서들을 통해 랜딩 레그들의 지면에의 접촉을 감지함으로써, 지면의 상황을 빠르게 확인할 수 있다. 또한, 랜딩 시스템이 드론의 기울기를 모니터링하면서 랜딩 레그들을 제어함으로써, 보다 안정적으로 드론의 수평을 유지할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 바디부와 랜딩 레그들의 체결 구조를 도시하는 도면들이다.
도 3은 도 1의 제어 모듈의 내부 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1의 각 랜딩 레그에 대한 기구학을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 랜딩 시스템에서 드론의 기울기가 보정되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템의 동작 방법을 도시하는 도면이다.
도 7 및 도 8은 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9 및 도 10은 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템의 성능을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템(100)을 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 바디부(110)와 랜딩 레그(120)들의 체결 구조를 도시하는 도면들이다. 도 3은 도 1의 제어 모듈(150)의 내부 구성을 도시하는 도면이다. 도 4는 도 1의 각 랜딩 레그(120)에 대한 기구학을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 1의 랜딩 시스템(100)에서 드론(10)의 기울기가 보정되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템(100)은 드론(10)에 장착되어, 드론(10)의 착륙을 돕도록 구성될 수 있다. 랜딩 시스템(100)은 드론(10)의 하부에 부착될 수 있다. 랜딩 시스템(100)은 바디부(110), 복수의 랜딩 레그(120)들, 접촉 센서(130)들, 배터리 모듈(140), 또는 제어 모듈(150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 랜딩 시스템(100)은 4 개의 랜딩 레그(120)들을 포함하여, 4족 랜딩 시스템(100)으로 구현될 수 있다.
바디부(110)는 드론(10)에 체결될 수 있다. 그리고, 바디부(110)는 랜딩 시스템(100)의 구성 요소들을 지지할 수 있다.
랜딩 레그(120)들은 드론(10)으로부터 연장될 수 있다. 그리고, 랜딩 레그(120)들은 드론(10)이 지면에 착륙되었을 때, 드론(10)을 대신하여 지면에 접촉하고, 지면(10)으로부터 드론(10)을 지지할 수 있다. 랜딩 레그(120)들은 상호로부터 독립적으로 구동될 수 있다. 각 랜딩 레그(120)의 일 단부는 바디부(110)에 체결되며, 각 랜딩 레그(120)의 타 단부는 개방될 수 있다. 각 랜딩 레그(120)는 2-링크(link) 매니퓰레이터(manipulator) 구조로 구현될 수 있다.
랜딩 레그(120)들은 제 1 레그부(121), 제 2 레그부(123), 제 1 관절 모듈(125) 및 제 2 관절 모듈(127)을 각각 포함할 수 있다. 제 1 레그부(121)는 바디부(110)에 체결되고, 바디부(110)로부터 연장될 수 있다. 바꿔 말하면, 제 1 레그부(121)의 일 단부는 바디부(110)에 체결되며, 제 1 레그부(121)의 타 단부는 개방될 수 있다. 이 때, 제 1 레그부(121)의 일 단부는 바디부(110)에 힌지 결합되고, 이를 통해 제 1 레그부(121)는 바디부(110)에 대해 회전 가능하다. 제 2 레그부(123)는 제 1 레그부(121)에 체결되고, 제 1 레그부(121)로부터 연장될 수 있다. 바꿔 말하면, 제 2 레그부(123)의 일 단부는 제 1 레그부(121)의 개방된 단부에 체결되며, 제 2 레그부(123)의 타 단부는 개방될 수 있다. 이 때, 제 2 레그부(123)의 일 단부는 제 1 레그부(121)에 힌지 결합되고, 이를 통해 제 2 레그부(123)는 제 1 레그부(121)에 대해 회전 가능하다. 제 1 관절 모터(125)는 바디부(110)와 제 1 레그부(121) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제 1 관절 모터(125)는 바디부(110)에 대해 제 1 레그부(121)의 각도를 조절하도록 구성될 수 있다. 제 2 관절 모터(127)는 제 1 레그부(121)와 제 2 레그부(123) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제 2 관절 모터(127)는 제 1 레그부(121)에 대해 제 2 레그부(123)의 각도를 조절하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 관절 모터(125)와 제 2 관절 모터(127)의 각각은 서보 모터일 수 있다.
접촉 센서(130)들은 랜딩 레그(120)들의 개방된 단부들에 각각 배치될 수 있다. 즉, 각 접촉 센서(130)는 각 랜딩 레그(120)의 타 단부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 각 접촉 센서(130)는 각 랜딩 레그(120)의 제 2 레그부(123)의 타 단부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 각 접촉 센서(130)는 포스 센서(force sensor)일 수 있다. 포스 센서는 지면에 접촉할 때 인가되는 힘을 검출하고, 검출된 힘을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 한편, 지면에 접촉하지 않을 때, 포스 센서에 인가되는 힘은 0이므로, 검출되지 않을 수 있다.
배터리 모듈(140)은 바디부(110)에 장착될 수 있다. 배터리 모듈(140)은 랜딩 시스템(100)의 구성 요소들 중 적어도 하나에서 사용하기 위한 전력을 저장할 수 있다. 예를 들면, 배터리 모듈(140)은 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
제어 모듈(150)은 바디부(110)에 장착될 수 있다. 제어 모듈(150)은, 도 3에 도시된 바와 같이 전력 관리 모듈(151), 통신 모듈(153), 기울기 센서(155), 메모리(157) 또는 프로세서(159) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(151)은 배터리 모듈(140)의 전력을 관리하도록 구성될 수 있다. 이 때, 전력 관리 모듈(151)은 배터리 모듈(140)로부터 랜딩 시스템(100)의 적어도 하나의 구성 요소에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 예로, 전력 관리 모듈(151)은 랜딩 시스템(100)의 적어도 하나의 구성 요소에 대응하여 전압을 변환하기 위한 컨버터(convertor)를 포함할 수 있다.
통신 모듈(153)은 랜딩 시스템(100)와 외부 장치 간 통신 채널을 수립하고, 통신 채널을 통해, 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 외부 장치는 드론(10) 또는 드론(10)의 조종자의 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 통신 모듈(153)은 유선 통신 모듈 또는 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유선 통신 모듈은 외부 장치와 유선으로 연결되어, 유선으로 통신할 수 있다. 무선 통신 모듈은 근거리 통신 모듈 또는 원거리 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 외부 장치와 근거리 통신 방식으로 통신할 수 있다. 예를 들면, 근거리 통신 방식은, 블루투스(Bluetooth), 와이파이 다이렉트(WiFi direct), 또는 적외선 통신(IrDA; infrared data association) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 원거리 통신 모듈은 외부 기기와 원거리 통신 방식으로 통신할 수 있다. 여기서, 원거리 통신 모듈은 네트워크를 통해 외부 기기와 통신할 수 있다. 예를 들면, 네트워크는 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 LAN(local area network)이나 WAN(wide area network)과 같은 컴퓨터 네트워크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기울기 센서(155)는 드론(10)의 기울기를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 기울기 센서(155)는 관성 측정 유닛(inertial measurement unit; IMU)일 수 있다. 관성 측정 유닛은 자이로스코프(gyroscope), 가속도계 및 지자계 센서를 포함하며, 가속도계가 드론(10)의 롤(roll), 요(yaw), 피치(pitch) 등을 감지할 수 있다.
메모리(157)는 랜딩 시스템(100)의 적어도 하나의 구성 요소에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(157)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 데이터는 적어도 하나의 프로그램 및 이와 관련된 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 프로그램은 메모리(230)에 적어도 하나의 명령을 포함하는 소프트웨어로서 저장될 수 있다.
프로세서(159)는 메모리(157)의 프로그램을 실행하여, 랜딩 시스템(100)의 적어도 하나의 구성 요소를 제어할 수 있다. 이를 통해, 프로세서(159)는 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 이 때, 프로세서(159)는 메모리(157)에 저장된 명령을 실행할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(159)는 비행 중인 드론(10)이 착륙을 감지하고, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하여, 드론(10)의 지면에의 착륙을 돕도록 구동할 수 있다. 프로세서(159)는 드론(10)이 착륙하는 중에, 접촉 센서(130)들을 통해, 랜딩 레그(120)들 중 적어도 하나의 지면에의 접촉을 감지할 수 있다. 그리고, 프로세서(159)는 드론(10)의 착륙이 완료될 때까지, 드론(10)의 수평이 유지되도록, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(159)는 기울기 센서(155)를 통해 드론(10)의 기울기를 모니터링하면서, 드론(10)의 기울기가 미리 정해진 수평 범위 내에서 유지되도록, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 프로세서(159)는 드론(10)에서 촬영되는 영상을 기반으로, 지면의 상태를 확인할 수 있다. 그리고, 프로세서(159)는 지면의 상태를 추가로 고려하여, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(159)는 랜딩 레그(120)들의 각각에 대해, 제 1 관절 모터(125) 또는 제 2 관절 모터(127) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이를 통해, 프로세서(159)는 바디부(110)에 대한 제 1 레그부(121)의 각도 또는 제 1 레그부(121)에 대한 제 2 레그부(123)의 각도 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(159)는 제 1 관절 모터(125)를 통해 바디부(110)에 대해 제 1 레그부(121)를 회전시킴으로써, 바디부(110)에 대한 제 1 레그부(121)의 각도를 조절할 수 있다. 한편, 프로세서(159)는 제 2 관절 모터(127)를 통해 제 1 레그부(121)에 대해 제 2 레그부(123)를 회전시킴으로써, 제 1 레그부(121)에 대한 제 2 레그부(123)의 각도를 조절할 수 있다.
랜딩 시스템(100)의 각 랜딩 레그(120)는 2-링크 매니퓰레이터 구조로 구현되며, 이를 제어하기 위해 조인트 각도(θ1, θ2)들과 끝단 좌표(x, y)를 알아야 한다. 여기서, 조인트 각도(θ1, θ2)들은 제 1 관절 모터(125)에 따른 제 1 바디부(110)에 대한 제 1 레그부(121)의 각도를 나타내는 제 1 조인트 각도(θ1) 및 제 2 관절 모터(127)에 따른 제 1 레그부(121)에 대한 제 2 레그부(123)의 각도를 나타내는 제 2 조인트 각도(θ2)를 포함하고, 끝단 좌표(x, y)는 각 랜딩 레그(120), 즉 제 2 레그부(123)의 개방되는 단부의 좌표를 나타낼 수 있다. 이 때, 각 랜딩 레그(120)의 기구학이 도 4에 도시된 바와 같이 표현될 수 있다. 정기구학(forward kinematics)에 기초하여, 하기 [수학식 1]과 같이 끝단 좌표(x, y)가 도출될 수 있다. 그리고, 하기 [수학식 1]에 대해 역기구학(inverse kinematics)을 적용하면, 하기 [수학식 2]와 같이 조인트 각도(θ1, θ2)들이 도출될 수 있다.
Figure 112021007983015-pat00001
Figure 112021007983015-pat00002
험지에 드론(10)이 착륙할 때 랜딩 레그(120)의 개방된 단부가 지면에 접촉하는 순간, 랜딩 레그(120)를 제어하지 않는다면 지면의 형태에 따라 드론(10)은 기울어질 수 있다. 이 기울어짐의 정도를 인식하고 보정하여 드론(10) 기체의 수평을 유지하기 위해서, 프로세서(159)는 기울기 센서(155)를 통해 드론(10)의 기울기를 측정할 수 있다. 측정된 기울기만큼 랜딩 시스템(100)을 실시간으로 제어하여 드론(10)의 수평을 유지함으로써, 드론(10)의 안정적인 착륙을 보조할 수 있다. 이를 위해, 드론(10)이 착륙하는 동안 변화하는 드론(10)의 기울기를 바탕으로 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있는 수식이 제안될 수 있다.
이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 드론(10)이 착륙하는 과정에서 랜딩 레그(120)의 끝단이 지면에 닿으면서
Figure 112021007983015-pat00003
만큼 기울어진 상황을 가정할 수 있다. 여기서,
Figure 112021007983015-pat00004
는 제어되기 전 랜딩 시스템(100)의 기울어진 각도를 나타내며, 원점에서 A까지는 길이 d의 랜딩 시스템 (100)의 몸체이다. 그 이후의 선은 A점부터
Figure 112021007983015-pat00005
,
Figure 112021007983015-pat00006
각도를 가지는 2-링크 매니퓰레이터 구조의 랜딩 레그(120)를 나타낸다.
Figure 112021007983015-pat00007
,
Figure 112021007983015-pat00008
는 수평을 만들기 위한 랜딩 레그(120)의 조인트들의 보정 각도들이며,
Figure 112021007983015-pat00009
,
Figure 112021007983015-pat00010
는 랜딩 레그(120)의 이동된 끝단 좌표를 나타낸다.
드론(10)이 수평이 되기 위해서는 랜딩 시스템(100)의 몸체의 A점이 B점까지 이동해야 한다. 랜딩 시스템(100)의 몸체를 B점까지 이동시키기 위해 지면에 닿아 있는 끝단의 위치를 거리 m만큼 들어 올림으로써, 전체적으로는 봤을 때는 A점이 B점으로 내려간 효과를 얻을 수 있다. 즉,
Figure 112021007983015-pat00011
Figure 112021007983015-pat00012
위치로 제어함으로써, 드론(10)은 기울어진 상황에서 수평인 상태로 제어될 수 있다. 랜딩 레그(120)의 끝단을 이동된 끝단 좌표(
Figure 112021007983015-pat00013
,
Figure 112021007983015-pat00014
)에 위치시키기 위한 조인트 보정 각도(
Figure 112021007983015-pat00015
,
Figure 112021007983015-pat00016
)들은 상기 [수학식 2]를 이용하여, 하기 [수학식 3]과 같이 도출될 수 있다. 따라서, 랜딩 레그의 조인트 각도들을 계산된
Figure 112021007983015-pat00017
,
Figure 112021007983015-pat00018
로 설정하면 몸체의 A점은 B로 이동함으로써 수평이 맞춰질 수 있다.
Figure 112021007983015-pat00019
도 6은 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템(100)의 동작 방법을 도시하는 도면이다. 도 7 및 도 8은 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템(100)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6을 참조하면, 랜딩 시스템(100)은 210 단계에서 드론(10) 비행 중 비행 자세를 유지할 수 있다. 이 때, 프로세서(159)는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 비행 자세로 랜딩 레그(120)들을 제어할 수 있다. 그리고, 드론(10)의 비행 중에, 프로세서(159)는 비행 자세로 랜딩 레그(120)들을 유지할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템(100)은 복수의 랜딩 레그(120)들로 지면 위에 서 있을 수 있도록 구조 설계되어 있지만, 이를 그대로 유지하면서 비행하게 되면 바람의 영향을 더욱 크게 받을 수 있다. 따라서, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 랜딩 레그(120)들이 드론(10), 예컨대 쿼드콥터의 날개와 평행하도록, 비행 자세를 유지함으로써, 비행 안정성을 높일 수 있다.
드론(10)이 착륙을 개시하면, 랜딩 시스템(100)이 220 단계에서 이를 감지하고, 230 단계에서 초기 착륙 자세로 전환할 수 있다. 이 때, 프로세서(159)는, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 초기 착륙 자세로 랜딩 레그(120)들을 전환할 수 있다. 그리고, 드론(10)의 착륙 중에, 프로세서(159)는 초기 착륙 자세로 랜딩 레그(120)들을 유지할 수 있다. 이 때, 프로세서(159)는 랜딩 레그(120)들 중 적어도 하나가 지면에 접촉할 때까지, 초기 착륙 자세로 랜딩 레그(120)들을 유지할 수 있다.
랜딩 시스템(100)은 240 단계에서 드론(10)의 착륙 중에, 랜딩 레그(120)들 중 적어도 하나가 지면에 접촉하는 것을 감지할 수 있다. 프로세서(159)는 접촉 센서(130)들 중 적어도 하나를 통해, 랜딩 레그(120)들 중 적어도 하나가 지면에 접촉하는 것을 감지할 수 있다. 이에 응답하여, 랜딩 시스템(100)은 250 단계에서 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다. 이 때, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하면서, 랜딩 시스템(100)은 260 단계에서 드론(10)의 기울기가 미리 정해진 수평 범위 내에 존재하는 지의 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(159)는 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하면서, 기울기 센서(155)를 통해 드론(10)의 기울기를 모니터링하고, 드론(10)의 기울기가 정해진 수평 범위 내 존재하는 지의 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(159)는, 기울기 센서(155)를 통해 감지되는 드론(10)의 롤과 피치가 0.1 도 이하인 지의 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 드론(10)의 롤과 피치는 드론(10)의 기울기를 나타내는 지표들로서, 도 8에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.
260 단계에서 드론(10)의 기울기가 정해진 수평 범위 내에 존재하지 않는 것으로 판단되면, 랜딩 시스템(100)은 250 단계로 복귀하여, 250 단계 및 260 단계를 반복적으로 수행할 수 있다. 즉, 프로세서(159)는 드론(10)의 기울기가 정해진 수평 범위에 존재하게 될 때까지 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(159)는, 기울기 센서(155)를 통해 감지되는 롤과 피치가 0.1 도 이하가 될 때까지 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다.
260 단계에서 드론(10)의 기울기가 정해진 수평 범위 내에 존재하는 것으로 판단되더라도, 랜딩 시스템(100)은 270 단계에서 드론(10)의 착륙 완료가 감지되지 않으면, 260 단계로 복귀하여, 250 단계, 260 단계 또는 270 단계 중 적어도 하나를 반복적으로 수행할 수 있다. 즉, 프로세서(159)는 드론(10)의 착륙이 완료될 때까지, 드론(10)의 기울기가 정해진 수평 범위 내에 존재하도록, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다.
이에 따라, 랜딩 시스템(100)은 드론(10)의 안정적인 착륙을 가능하게 한다. 즉, 랜딩 시스템(100)은, 험지에서도 드론(10)의 안정적인 착륙을 가능하게 한다.
도 9 및 도 10은 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템(100)의 성능을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 랜딩 시스템(100)의 착륙 시 성능 평가를 위하여 약 10도의 경사면에 대한 착륙 실험 환경을 구축하였다. 구축된 실험 환경에서 4족 랜딩 시스템(100)이 쿼드콥터에 부착되었다. 먼저, 도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 쿼드콥더의 착륙이 진행되면서, 랜딩 레그(120)들은 지면에 닿지 않고, 초기 착륙 자세를 유지하였다. 이 후, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 랜딩 레그(120)들 중 두 개가 지면에 접촉하면, 이 때부터 랜딩 레그(120)들에 대한 제어가 진행되었다. 결과적으로, 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이, 랜딩 레그(120)들이 높낮이가 다르게 각각 제어되어, 약 10도의 경사면 상에서 쿼드콥터가 수평을 유지하면서 착륙하였다. 즉, 쿼드콥터는 플립-오버 없이 안정적으로 착륙하였다. 이러한 과정이 도 10과 같이 표현되었다. 즉, 약 3.4초에서 포스 센서 값이 감지되기 시작하며, 이 때부터 약 4초까지 랜딩 레그(120)들의 제어가 이루어졌다. 이를 통해, 4초가 지난 시점부터 쿼드콥터의 롤과 피치가 0에 수렴함으로써, 쿼드콥터에 대해 완벽하게 수평 자세 제어가 이루어졌다. 따라서, 다양한 실시예들에 따른 4족 랜딩 시스템(100)은 쿼드콥터이 착륙 시 가지는 문제를 해결하여 다양한 환경에서 쿼드콥터를 운용할 수 있도록 한다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 시스템(100)이 드론(10)의 안정적인 착륙을 가능하게 한다. 즉, 랜딩 시스템(100)은 지면의 형태 또는 지면 상의 장애물 존재 여부와 관계없이, 드론(10)의 수평을 유지하면서, 드론(10)의 착륙을 가능하게 한다. 이 때, 랜딩 레그(120)들이 상호 독립적으로 제어 가능하고, 각 랜딩 레그(120)가 2-링크 매니퓰레이터 구조의2 자유도를 갖도록 구현됨에 따라, 랜딩 레그(120)들에 대해 개별적으로 높낮이가 제어될 수 있기 때문에, 랜딩 시스템(100)이 드론(10)의 수평을 유지할 수 있다. 그리고, 랜딩 시스템(100)이 접촉 센서(130)들을 통해 랜딩 레그(120)들의 지면에의 접촉을 감지함으로써, 지면의 상황을 빠르게 확인할 수 있다. 또한, 랜딩 시스템(100)이 드론(10)의 기울기를 모니터링하면서 랜딩 레그(120)들을 제어함으로써, 보다 안정적으로 드론(10)의 수평을 유지할 수 있다.
다양한 실시예들은 드론(10)을 위한 랜딩 시스템(100)을 제공하며, 랜딩 시스템(100)은 복수의 랜딩 레그(120)들, 랜딩 레그(120)들의 일 단부들이 체결되는 바디부(110), 랜딩 레그(120)들의 타 단부들에 각각 배치되는 접촉 센서(130)들, 및 접촉 센서(130)들을 통해 랜딩 레그(120)들의 각각의 지면에의 접촉을 감지하고, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하여, 드론(10)의 지면에의 착륙을 돕도록 구성되는 프로세서(159)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들은, 바디부(110)에 체결되고, 바디부(110)로부터 연장되는 제 1 레그부(121), 및 제 1 레그부(121)에 체결되고, 제 1 레그부(121)로부터 접촉 센서(130)들 중 하나로 연장되는 제 2 레그부(123)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(159)는, 바디부(110)에 대한 제 1 레그부(121)의 각도 또는 제 1 레그부(121)에 대한 제 2 레그부(123)의 각도 중 적어도 하나를 조절하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들은, 바디부(110)와 제 1 레그부(121) 사이에서, 프로세서(159)의 제어 하에, 바디부(110)에 대해 제 1 레그부(121)의 각도를 조절하도록 구동되는 제 1 관절 모터(125), 및 제 1 레그부(121)와 제 2 레그부(123) 사이에서, 프로세서(159)의 제어 하에, 제 1 레그부(121)에 대해 제 2 레그부(123)의 각도를 조절하도록 구동되는 제 2 관절 모터(127)를 각각 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들은, 네 개일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(159)는, 드론(10)이 착륙하는 중에 접촉 센서(130)들 중 적어도 하나를 통해 지면에의 접촉을 감지하고, 드론(10)의 수평이 유지되도록, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 시스템(100)은, 바디부(110)에 장착되는 기울기 센서(155)를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(159)는, 기울기 센서(155)를 통해 드론(10)의 기울기를 모니터링하고, 드론(10)의 기울기가 미리 정해진 수평 범위 내에서 유지되도록, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 레그부(121)는, 일 단부를 통해 바디부(110)에 힌지 결합되어, 바디부(110)에 대해 회전 가능하고, 제 2 레그부(123)는, 일 단부를 통해 제 1 레그부(121)의 타 단부에 힌지 결합되고, 제 1 레그부(121)의 타 단부에 대해 회전 가능하다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 시스템(100)은, 드론(10) 또는 조종사의 장치 중 적어도 하나와 통신하도록 구성되는 통신 모듈(153), 랜딩 시스템(100)에서 사용하기 위한 전력을 저장하고 있는 배터리 모듈(140), 또는 배터리 모듈(140)의 전력을 관리하도록 구성되는 전력 관리 모듈(151) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(159)는, 드론(10)에서 촬영되는 영상을 기반으로, 지면의 상태를 확인하고, 지면의 상태를 기반으로, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다.
다양한 실시예들은 드론(10)을 위한 랜딩 시스템(100)의 동작 방법을 제공하며, 랜딩 시스템(100)의 동작 방법은, 비행 중인 드론(10)의 착륙을 감지하는 단계, 및 드론(10)의 지면에의 착륙을 돕도록 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 시스템(100)은, 복수의 랜딩 레그(120)들, 랜딩 레그(120)들의 일 단부들이 체결되는 바디부(110), 랜딩 레그(120)들의 타 단부들에 각각 배치되는 접촉 센서(130)들, 및 접촉 센서(130)들을 통해 랜딩 레그(120)들의 각각의 지면에의 접촉을 감지하고, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하여, 드론(10)의 지면에의 착륙을 돕도록 구성되는 프로세서(159)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 드론(10)의 지면에의 착륙을 돕도록 구동하는 단계는, 드론(10)이 착륙하는 중에 접촉 센서(130)들을 통해 랜딩 레그(120)들 중 적어도 하나의 지면에의 접촉을 감지하는 단계, 및 드론(10)의 착륙이 완료될 때까지, 드론(10)의 수평이 유지되도록, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들은, 바디부(110)에 체결되고, 바디부(110)로부터 연장되는 제 1 레그부(121), 및 제 1 레그부(121)에 체결되고, 제 1 레그부(121)로부터 접촉 센서(130)들 중 하나로 연장되는 제 2 레그부(123)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하는 단계는, 프로세서(159)에 의해, 바디부(110)에 대한 제 1 레그부(121)의 각도 또는 제 1 레그부(121)에 대한 제 2 레그부(123)의 각도 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들은, 바디부(110)와 제 1 레그부(121) 사이에서, 프로세서(159)의 제어 하에, 바디부(110)에 대해 제 1 레그부(121)의 각도를 조절하도록 구동되는 제 1 관절 모터(125), 및 제 1 레그부(121)와 제 2 레그부(123) 사이에서, 프로세서(159)의 제어 하에, 제 1 레그부(121)에 대해 제 2 레그부(123)의 각도를 조절하도록 구동되는 제 2 관절 모터(127)를 각각 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들은, 네 개일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 시스템(100)은, 바디부(110)에 장착되는 기울기 센서(155)를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하는 단계는, 기울기 센서(155)를 통해 드론(10)의 기울기를 모니터링하면서, 드론(10)의 기울기가 미리 정해진 수평 범위 내에서 유지되도록, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 레그부(121)는, 일 단부를 통해 바디부(110)에 힌지 결합되어, 바디부(110)에 대해 회전 가능하고, 제 2 레그부(123)는, 일 단부를 통해 제 1 레그부(121)의 타 단부에 힌지 결합되고, 제 1 레그부(121)의 타 단부에 대해 회전 가능하다.
다양한 실시예들에 따르면, 드론(10)의 지면에의 착륙을 돕도록 구동하는 단계는, 드론(10)에서 촬영되는 영상을 기반으로, 지면의 상태를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어하는 단계는, 지면의 상태를 기반으로, 랜딩 레그(120)들을 각각 제어할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성 요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성 요소가 다른(예: 제 2) 구성 요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성 요소(예: 제 3 구성 요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 단계들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 단계들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 단계들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 단계들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 단계들이 추가될 수 있다.

Claims (17)

  1. 드론을 위한 랜딩 시스템에 있어서,
    복수의 랜딩 레그들;
    상기 랜딩 레그들의 일 단부들이 체결되는 바디부;
    상기 랜딩 레그들의 타 단부들에 각각 배치되는 접촉 센서들; 및
    상기 접촉 센서들을 통해 상기 랜딩 레그들의 각각의 지면에의 접촉을 감지하고, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하여, 상기 드론의 상기 지면에의 착륙을 돕도록 구성되는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 랜딩 레그들은,
    상기 바디부의 측부에 체결되고, 상기 바디부의 측부로부터 연장되는 제 1 레그부; 및
    상기 제 1 레그부에 체결되고, 상기 제 1 레그부로부터 상기 접촉 센서들 중 하나로 연장되는 제 2 레그부
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 바디부에 대한 상기 제 1 레그부의 각도 또는 상기 제 1 레그부에 대한 상기 제 2 레그부의 각도 중 적어도 하나를 조절하도록 구성되고,
    상기 제 1 레그부는,
    일 단부를 통해 상기 바디부의 측부에 힌지 결합되어, 상기 바디부의 측부에 대해 회전 가능한,
    랜딩 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜딩 레그들은,
    상기 바디부의 측부와 상기 제 1 레그부 사이에서, 상기 프로세서의 제어 하에, 상기 바디부의 측부에 대해 상기 제 1 레그부의 각도를 조절하도록 구동되는 제 1 관절 모터; 및
    상기 제 1 레그부와 상기 제 2 레그부 사이에서, 상기 프로세서의 제어 하에, 상기 제 1 레그부에 대해 상기 제 2 레그부의 각도를 조절하도록 구동되는 제 2 관절 모터
    를 각각 더 포함하는,
    랜딩 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜딩 레그들은,
    네 개인,
    랜딩 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 드론이 착륙하는 중에 상기 접촉 센서들 중 적어도 하나를 통해 상기 지면에의 접촉을 감지하고,
    상기 드론의 수평이 유지되도록, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는,
    랜딩 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바디부에 장착되는 기울기 센서
    를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 기울기 센서를 통해 상기 드론의 기울기를 모니터링하고,
    상기 드론의 기울기가 미리 정해진 수평 범위 내에서 유지되도록, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는,
    랜딩 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 레그부는,
    일 단부를 통해 상기 제 1 레그부의 타 단부에 힌지 결합되고, 상기 제 1 레그부의 타 단부에 대해 회전 가능한,
    랜딩 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 드론 또는 조종사의 장치 중 적어도 하나와 통신하도록 구성되는 통신 모듈;
    상기 랜딩 시스템에서 사용하기 위한 전력을 저장하고 있는 배터리 모듈; 또는
    상기 배터리 모듈의 상기 전력을 관리하도록 구성되는 전력 관리 모듈
    중 적어도 하나를 더 포함하는,
    랜딩 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 드론에서 촬영되는 영상을 기반으로, 상기 지면의 상태를 확인하고,
    상기 지면의 상태를 기반으로, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는,
    랜딩 시스템.
  10. 드론을 위한 랜딩 시스템의 동작 방법에 있어서,
    비행 중인 드론의 착륙을 감지하는 단계; 및
    상기 드론의 지면에의 착륙을 돕도록 구동하는 단계
    를 포함하고,
    상기 랜딩 시스템은,
    복수의 랜딩 레그들;
    상기 랜딩 레그들의 일 단부들이 체결되는 바디부;
    상기 랜딩 레그들의 타 단부들에 각각 배치되는 접촉 센서들; 및
    상기 접촉 센서들을 통해 상기 랜딩 레그들의 각각의 상기 지면에의 접촉을 감지하고, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하여, 상기 드론의 상기 지면에의 착륙을 돕도록 구성되는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 랜딩 레그들은,
    상기 바디부의 측부에 체결되고, 상기 바디부의 측부로부터 연장되는 제 1 레그부; 및
    상기 제 1 레그부에 체결되고, 상기 제 1 레그부로부터 상기 접촉 센서들 중 하나로 연장되는 제 2 레그부
    를 포함하고,
    상기 제 1 레그부는,
    일 단부를 통해 상기 바디부의 측부에 힌지 결합되어, 상기 바디부의 측부에 대해 회전 가능한,
    랜딩 시스템의 동작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 드론의 상기 지면에의 착륙을 돕도록 구동하는 단계는,
    상기 드론이 착륙하는 중에 상기 접촉 센서들을 통해 상기 랜딩 레그들 중 적어도 하나의 지면에의 접촉을 감지하는 단계; 및
    상기 드론의 착륙이 완료될 때까지, 상기 드론의 수평이 유지되도록, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는 단계
    를 포함하는,
    랜딩 시스템의 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는 단계는,
    상기 프로세서에 의해, 상기 바디부의 측부에 대한 상기 제 1 레그부의 각도 또는 상기 제 1 레그부에 대한 상기 제 2 레그부의 각도 중 적어도 하나를 조절하는 단계
    를 포함하는,
    랜딩 시스템의 동작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 랜딩 레그들은,
    상기 바디부의 측부와 상기 제 1 레그부 사이에서, 상기 프로세서의 제어 하에, 상기 바디부의 측부에 대해 상기 제 1 레그부의 각도를 조절하도록 구동되는 제 1 관절 모터; 및
    상기 제 1 레그부와 상기 제 2 레그부 사이에서, 상기 프로세서의 제어 하에, 상기 제 1 레그부에 대해 상기 제 2 레그부의 각도를 조절하도록 구동되는 제 2 관절 모터
    를 각각 더 포함하는,
    랜딩 시스템의 동작 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 랜딩 레그들은,
    네 개인,
    랜딩 시스템의 동작 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 랜딩 시스템은,
    상기 바디부에 장착되는 기울기 센서
    를 더 포함하고,
    상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는 단계는,
    상기 기울기 센서를 통해 상기 드론의 기울기를 모니터링하면서, 상기 드론의 기울기가 미리 정해진 수평 범위 내에서 유지되도록, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는,
    랜딩 시스템의 동작 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 레그부는,
    일 단부를 통해 상기 제 1 레그부의 타 단부에 힌지 결합되고, 상기 제 1 레그부의 타 단부에 대해 회전 가능한,
    랜딩 시스템의 동작 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 드론의 상기 지면에의 착륙을 돕도록 구동하는 단계는,
    상기 드론에서 촬영되는 영상을 기반으로, 상기 지면의 상태를 확인하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는 단계는,
    상기 지면의 상태를 기반으로, 상기 랜딩 레그들을 각각 제어하는,
    랜딩 시스템의 동작 방법.
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