KR102574752B1 - 무인비행장치와 짐벌 장치의 동시 제어를 위한 조종 시스템 및 방법 - Google Patents

무인비행장치와 짐벌 장치의 동시 제어를 위한 조종 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

무인비행장치와 짐벌 장치의 동시 제어를 위한 조종 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 무인이동 시스템은 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 하나의 제어 메시지에 수록하여 무인이동체로 전송하는 지상 제어 시스템 및 지상 제어 시스템으로부터 수신한 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하여 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 무인이동체를 포함한다. 이에 의해, 하나의 RC 조종기를 통해 무인비행장치 제어와 임무 장비에 대한 제어를 모두 수행할 수 있어, 현장에서 무인비행 시스템 운영의 효율성을 높일 수 있게 된다.

Description

무인비행장치와 짐벌 장치의 동시 제어를 위한 조종 시스템 및 방법{Control system and method for simultaneous control of unmanned aerial vehicle and gimbal device}
본 발명은 무선 제어 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인비행장치와 그에 탑재되어 있는 임무 장치의 동작을 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
기본적으로 무인비행장치의 경우 RC 조종기와의 RF 통신 방식으로 제어한다. 한편 무인비행장치의 비행컨트롤러인 FC(Flight Contoller)를 제어하기 위해서는 16채널이 필요하고, 비행컨트롤러 외 카메라와 짐벌장치를 제어하기 위해서는 16채널이 더 필요하다.
하지만 현재 많이 사용되고 있는 RC 조종기는 16채널만을 지원하고 있기 때문에, 하나의 RC 조종기에서 비행컨트롤러와 카메라/짐벌장치를 모두 제어하는 것은 통상적인 방법으로는 불가능하다.
이를 해결하기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이 RC 조종기의 16채널 내에 임의로 카메라/짐벌장치에 대한 제어 채널을 할당하여 사용하거나, 도 2에 도시된 바와 같이 카메라/짐벌 제어를 위한 별도 RC 조종기를 두어 총 2대의 RC 조종기로 운용을 하기도 한다.
하지만 전자의 방식의 경우는 무인비행장치에 설계된 모든 기능을 활용할 수 없다는 단점이 있고, 후자의 방식의 경우는 하나의 무인비행장치를 운용하기 위해 2개의 RC 조종기와 2명의 조종사가 필요하다는 비효율성의 문제가 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 현장에서 무인비행 시스템 운영의 효율성을 높이기 위한 방안으로, 하나의 RC 조종기를 통해 무인비행장치 제어와 임무 장비에 대한 제어를 모두 수행하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무인이동 시스템은, 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 하나의 제어 메시지에 수록하여 무인이동체로 전송하는 지상 제어 시스템; 및 지상 제어 시스템으로부터 수신한 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하여, 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 무인이동체;를 포함한다.
지상 제어 시스템은, 무인이동체에 대한 제어 명령을 입력하기 위한 제1 조종 수단들과 임무 장비에 대한 제어 명령을 입력하기 위한 제2 조종 수단들을 하나의 조종기 세트에 포함하고 있을 수 있다.
제1 조종 수단들과 제2 조종 수단들은, 한 사람에 의해 조작 가능할 수 있다.
무인이동체는, 무인이동체에 대한 제어와 임무 장비에 대한 제어를 동시에 수행할 수 있다.
무인이동체는, 제어 메시지가 미수신 되면, 무인이동체의 비행모드를 Loiter 모드 또는 귀환(RTL : Return To Launch) 모드로 전환할 수 있다.
무인이동체는, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어난 경우, 비행모드를 귀환 모드로 전환할 수 있다.
무인이동체는, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어나지 않은 경우, 비행모드를 Loiter 모드로 전환할 수 있다.
무인이동체는, 통신 두절 상태가 정해진 시간을 초과하면, 비행모드를 귀환 모드로 전환할 수 있다.
임무 장비는, 카메라와 카메라의 자세를 조정하는 짐벌일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무인이동체 제어방법은, 지상 제어 시스템이, 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 하나의 제어 메시지에 수록하여 무인이동체로 전송하는 단계; 및 무인이동체가, 지상 제어 시스템으로부터 수신한 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하여, 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무인이동체는, 지상 제어 시스템으로부터 제어 메시지를 수신하는 통신 모듈; 및 통신 모듈에 의해 수신된 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하여, 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 제어기;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무인이동체 제어방법은, 지상 제어 시스템으로부터 제어 메시지를 수신하는 단계; 및 수신된 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하는 단계; 분리된 제어 명령들을 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 RC 조종기를 통해 무인비행장치 제어와 임무 장비에 대한 제어를 모두 수행할 수 있어, 현장에서 무인비행 시스템 운영의 효율성을 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명의 실시예들에 따르면, RF 통신 두절 상황으로 인한 제어 불가능한 상황에서 무인비행장치의 자동 대응 및 복귀가 가능해진다.
도 1과 도 2는, 기존의 RC 조종 방법들을 예시한 도면들,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 4는 조종기의 외관 구성을 예시한 도면,
도 5는 제어 메시지의 포맷을 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 하나의 무선 조종기를 통해 무인비행장치와 무인비행장치에 탑재되어 있는 카메라/짐벌장치 모두를 동시에 제어할 수 있는 시스템 및 방법을 제시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인비행 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 무인비행 시스템은 도시된 바와 같이 GCS(Ground Control Station) 시스템(100) 및 드론(200)이 무선으로 통신가능하도록 연결되어 구축된다.
드론(200)은 비행을 통해 주어진 임무를 수행하는 무인비행장치이고, GCS 시스템(100)은 지상에서 드론(200)의 비행과 임무 수행을 제어하는 지상 제어/관제 센터의 시스템에 해당한다.
GCS 시스템(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 조종기(Control Stick)(110)와 RF 모듈(RF Module)(120)을 포함하여 구성된다.
조종기(110)는 드론(200)의 이동과 임무 수행을 제어하기 위한 명령을 입력받기 위한 수단이다. 이를 위해 조종기(110)는 드론(200)의 FC(Flight Controller)(230)에 대한 제어 명령을 입력하기 위한 조종 수단들과 카메라/짐볼(240)에 대한 제어 명령을 입력하기 위한 조종 수단들을 포함한다.
도 4는 조종기(110)의 외관 구성을 예시한 도면이다. 도 4에서 좌측에 위치한 조종 수단들은 드론(200)의 이동을 제어하기 위해 FC(230)에 대한 제어 명령을 입력하기 위한 것들이고, 우측에 위치한 조종 수단들은 드론(200)의 임무 수행을 제어하기 위해 카메라/짐볼(240)에 대한 제어 명령을 입력하기 위한 것들이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서 조종기(110)는 FC(230)를 위한 조종 수단들과 카메라/짐볼(240)을 위한 조종 수단들을 하나의 조종기 세트에 통합하여 포함하고 있다.
FC(230)를 위한 조종 수단들과 카메라/짐볼(240)을 위한 조종 수단들이 하나의 조종기 세트에 통합되어 있으므로, FC(230)에 의한 드론(200)의 이동과 카메라/짐볼(240)에 의한 임무 수행은 한 사람의 조작에 의해 제어될 수 있다.
이에 따라 조종기(110)에서는 2개의 명령인, FC(230)에 대한 제어 명령과 카메라/짐볼(240)에 대한 제어 명령이 생성되어 RF 모듈(120)로 전달되는데, 각각 16채널 구성되어 전체 32채널의 SBUS 규격으로 전달된다.
RF 모듈(120)은 조종기(110)에 의해 생성된 2개의 명령을 하나의 제어 메시지에 수록하여 드론(200)으로 전송한다. 도 5에는 RF 모듈(120)에 의해 생성/전송되는 제어 메시지의 포맷을 도시하였다.
제어 메시지에는 도시된 바와 같이, SOF(Start of Frame), SBUS Data - Drone, SBUS Data - Camera/Gimbal, CRC(Cyclic Redundancy Check)가 수록된다. SOF는 메시지의 시작을 나타내는 데이터이고, CRC는 메시지의 끝을 나타내며 전송된 메시지의 오류 체크를 위한 데이터이다.
SBUS Data - Drone은 FC(230)에 대한 제어 명령이 수록되는 데이터이고, SBUS Data - Camera/Gimbal은 카메라/짐볼(240)에 대한 제어 명령이 수록되는 데이터이다.
다시 도 3을 참조하여 드론(200)의 구성에 대해 상세히 설명한다. 도시된 바와 같이 드론(200)은 RF 모듈(210), RC-허브(Remote Control-Hub: 220), FC(Flight Contoller: 230) 및 카메라/짐볼(240)을 포함하여 구성된다.
RF 모듈(210)은 GCS 시스템(100)의 RF 모듈(120)에 의해 전송되는 제어 메시지를 수신하여 RC-허브(220)로 전달한다.
RC-허브(220)는 RF 모듈(210)이 수신한 제어 메시지에서 FC(230)에 대한 제어 명령과 카메라/짐볼(240)에 대한 제어 명령을 분리하여, 전자는 FC(230)로 후자는 카메라/짐볼(240)로 각각 전달한다.
RC-허브(220)가 RF 모듈(210)로부터 전달받는 제어 메시지는 32채널의 제어 명령을 포함하고 있는데, 16채널의 데이터는 RC-허브(220)에서 FC(230)로 전달되는 제어 명령이고 16채널의 데이터는 RC-허브(220)에서 카메라/짐볼(240)로 전달되는 제어 명령이다.
FC(230)는 RC-허브(220)를 통해 전달받은 제어 명령에 따라 드론(200)의 이동, 구체적으로 자세, 속도, 고도, 조향 등을 제어한다.
카메라/짐볼(240)은 RC-허브(220)를 통해 전달받은 제어 명령에 따라 카메라의 촬영 동작을 제어하고, 짐볼을 제어하여 카메라의 자세를 조정한다.
FC(230)에 의한 제어 동작과 카메라/짐볼(240)에 의한 제어 동작은 서로 독립적으로 수행되므로, 양자가 동시에 수행될 수 있다.
한편 RF 모듈(210)을 통해 GCS 시스템(100)으로부터 제어 메시지가 수신되지 않는 통신 두절 상황이 발생할 수 있다. 이 경우 RC-허브(220)는 FC(230)에 비행모드 전환 명령을 전송할 수 있다. 구체적으로 RC-허브(220)는 비행모드를 Loiter 모드 또는 귀환(RTL : Return To Launch) 모드로 전환하도록 FC(230)에 명령할 수 있다.
비행모드 제어는 드론(200)의 위치에 기반할 수 있다. 구체적으로 통신 두절 상태가 되면 RC-허브(220)가 드론(200)의 현재 위치를 파악하여, 드론(200)의 현재 위치가 GCS 시스템(100)의 RF 통신 커버리지를 벗어난 경우, RC-허브(220)는 비행모드를 귀환 모드로 전환하도록 FC(230)에 명령할 수 있다.
만약 드론(200)의 현재 위치가 GCS 시스템(100)의 RF 통신 커버리지를 벗어나지 않은 경우, RC-허브(220)는 비행모드를 Loiter 모드로 전환하도록 FC(230)에 명령할 수 있다. 이후 통신 두절 상태가 정해진 시간, 이를 테면 5분을 초과하게 되면, RC-허브(220)는 비행모드를 귀환 모드로 전환하도록 FC(230)에 명령할 수 있다.
한편 통신 두절 상태는 아니지만 통신 채널 상태가 좋지 않은 경우, RC-허브(220)는 GCS 시스템(100)에 제어 메시지 구성의 변경을 요청할 수 있다. 구체적으로 통신 채널 상태가 좋지 않은 경우, RC-허브(220)는 10N+1 번째 제어 메시지(N=0,1,2,3,...)에는 SBUS Data - Drone과 SBUS Data - Camera/Gimbal를 모두 수록하되 그 외 순번의 제어 메시지에는 SBUS Data - Drone만이 수록되도록 요청하는 것이다.
나아가 통신 채널 상태가 아주 좋지 않은 경우, RC-허브(220)는 모든 제어 메시지에 SBUS Data - Drone만이 수록되도록 요청하는 것도 가능하다.
지금까지 무인비행장치와 짐벌 장치의 동시 제어를 위한 조종 시스템 및 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
본 발명의 실시예에서는 무인비행장치 관련 서비스 현장에서 가장 많이 사용되고 있는 카메라와 짐벌의 기능을 비행 제어와 함께 하나의 RC 조종기를 통해 조종 및 제어가 가능하도록 하는 시스템과 방법을 제시하여, 현장에서의 무인비행장치 시스템 운영의 효율성을 향상시켰다.
한편 위 실시예에서 카메라/짐벌은 드론에 설치되어 주어진 임무를 수행하기 위한 임무 장비의 일 예로 언급한 것이다. 따라서 카메라/짐벌이 아닌 다른 종류의 임무 장비로 대체되는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
또한 드론은 무인이동체의 일종으로 언급한 것으로, 드론 이외의 다른 무인이동체에 대해서도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : GCS(Ground Control Station) 시스템
110 : 조종기(Control Stick)
120 : RF 모듈(RF Module)
200 : 드론
210 : RF 모듈
220 : RC-허브(Remote Control-Hub)
230 : FC(Flight Contoller)
240 : 카메라/짐볼

Claims (12)

  1. 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 하나의 제어 메시지에 수록하여 무인이동체로 전송하는 지상 제어 시스템; 및
    지상 제어 시스템으로부터 수신한 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하여, 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 무인이동체;를 포함하고,
    무인이동체는,
    제어 메시지가 미수신 되는 경우, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어나지 않았으면 비행모드를 Loiter 모드로 전환하고, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어났으면 비행모드를 귀환 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 무인이동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    지상 제어 시스템은,
    무인이동체에 대한 제어 명령을 입력하기 위한 제1 조종 수단들과 임무 장비에 대한 제어 명령을 입력하기 위한 제2 조종 수단들을 하나의 조종기 세트에 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무인이동 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제1 조종 수단들과 제2 조종 수단들은,
    한 사람에 의해 조작 가능한 것을 특징으로 하는 무인이동 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    무인이동체는,
    무인이동체에 대한 제어와 임무 장비에 대한 제어를 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 무인이동 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    무인이동체는,
    제어 메시지가 미수신 되면, 무인이동체의 비행모드를 Loiter 모드 또는 귀환(RTL : Return To Launch) 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 무인이동 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    무인이동체는,
    통신 두절 상태가 정해진 시간을 초과하면, 비행모드를 귀환 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 무인이동 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    임무 장비는,
    카메라와 카메라의 자세를 조정하는 짐벌인 것을 특징으로 하는 무인이동 시스템.
  10. 지상 제어 시스템이, 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 하나의 제어 메시지에 수록하여 무인이동체로 전송하는 단계; 및
    무인이동체가, 지상 제어 시스템으로부터 수신한 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하여, 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 단계;를 포함하고,
    무인이동체는,
    제어 메시지가 미수신 되는 경우, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어나지 않았으면 비행모드를 Loiter 모드로 전환하고, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어났으면 비행모드를 귀환 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 무인이동체 제어 방법.
  11. 지상 제어 시스템으로부터 제어 메시지를 수신하는 통신 모듈; 및
    통신 모듈에 의해 수신된 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하여, 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 제어기;를 포함하고,
    제어기는,
    제어 메시지가 미수신 되는 경우, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어나지 않았으면 비행모드를 Loiter 모드로 전환하고, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어났으면 비행모드를 귀환 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 무인이동체.
  12. 지상 제어 시스템으로부터 제어 메시지를 수신하는 단계; 및
    수신된 제어 메시지에서 무인이동체에 대한 제어 명령과 임무 장비에 대한 제어 명령을 분리하는 단계;
    분리된 제어 명령들을 이동 제어기와 임무 장비에 각각 전달하는 단계;
    제어 메시지가 미수신 되는 경우, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어나지 않았으면 비행모드를 Loiter 모드로 전환하는 단계;
    제어 메시지가 미수신 되는 경우, 현재 위치가 지상 제어 시스템의 통신 커버리지를 벗어났으면 비행모드를 귀환 모드로 전환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인이동체 제어방법.
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