KR20040108510A

KR20040108510A - 기울임/방위각 센서를 이용한 무인운행체의무선원격조종시스템

Info

Publication number: KR20040108510A
Application number: KR1020030039263A
Authority: KR
Inventors: 오용협
Original assignee: 주식회사 이시티; 오용협
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2004-12-24

Abstract

본 발명은 MEMS가속도센서 또는 전도성유체관(이하 기울임센서라 칭함)와 MEMS지자기센서(이하 방위각센서라 칭함)를 이용한 모형비행기, 모형헬리콥터, 장난감 자동차와 모형보트 등의 무선무인운행체 (이하 운행체라 칭함) 자세제어용 무선 원격조종시스템(이하 원격조종기라 칭함)에 관한 것으로, 특히 기울임센서로는 MEMS가속도센서 또는 전도성유체관을 사용하고, 방위각센서로는 MEMS지자기센서를 사용하여 방위각에 대한 이동방향을 제어하므로 운행체의 자세를 안정화시킨다. 기존 무선제어기와 다르게 제어막대(control stick)로 운행자세를 조종하지 않고 원격조종기 본체를 움직이면 이에 대응되는 기울임값과 방위각이 얻어지고 이를 연산하여 결과값을 무선으로 송출하면 운행체는 원격조종기 상태와 똑같은 자세를 취하게 된다. 사람의 손에 올려놓고 이동시키는 것과 같은 원리이므로 제어가 쉬워지게 된다.

본 발명의 전체적인 구성은 원격조종기의 기울임을 인식하는 기울임센서부(301)와; 원격조종기의 방위를 인식하는 방위각센서부(3022)와; 추가적인 입력KEY를 받아 엔진속도가감, 사진촬영, 발사기능등 모형기내에 장착된 그밖의 기능등을 수행하게 하는 KEY입력부(303)와; 주변주파수대역을 검출하는 주파수검출부(312)위의 (301),(302),(303),(312)로부터 얻은 입력값을 수신하는 입력처리부(305)와 운행체의 동작에 필요한 디지털신호을 만들어 내는 콘트롤러부(310)내의 신호처리부(304)와; 결과값을 RF변조부로 전달하는 출력처리부(306)와; RF변조하여무선송출하기 위한 RF변조부(307)와; 각종 동작상황을 표시해 주는 표시부(308)와:직류입력 전원을 받아 디지털회로부와 아날로그 전원용 전압을 생성하는 DC-DC컨버터단 (309)로 구성된다.

Description

기울임/방위각 센서를 이용한 무인운행체의 무선원격조종시스템{radio frequency remote control system of unmaned vehicle by using tilt/azimuth-angle sensor}

본 발명은 운행체의 자세를 원격제어 하는데 있어서 원격조종기 본체의 기울임과 방향만으로 운행체자세 제어가 가능한 방법에 관한 것이다.

지금까지 사용중인 원격조종기는 1개 이상의 제어막대(control stick)(101),(105)을 움직여 이에 대응하는 가변저항기값(201)을 변경하므로서 수신단 서보제어용 펄스폭(204)을 가변시킨다. 두 손을 사용하여 동시에 횡축과 종축으로 미세하게 조종하는 것은 숙달되지 않고는 할 수 없으며, 특히 비행체를 조종할 경우 추락의 주된 원인이 되고 있다. 또한 수시로 가변저항기 값을 변경하기 때문에 저항기가 마모되어 사용할 수 없거나, 정밀도가 떨어지게 되어 오프셋 조정(102),(103),(104),(106)을 자주 해 주어야 하는 번거로움이 발생한다. 수신하는 측에서는 펄스폭에 민감한 서보모터와 연결되어 있기 때문에 모든 조건이 맞지 않으면 뜻하는 방향으로 운행체를 이동시키거나 자세제어하는 것이 어렵다. (101)의 상하이동으로 서보제어 채널-1, 좌우이동으로 채널-2 그리고 (105)의 상하이동으로 채널-3, 좌우이동으로 채널-4로 할당하고 있다. 이때 채널의 일련번호는 서로 교환할 수 있다. (108)은 발진기 부분으로 주파수혼용을 방지하기 위해 자주 바꿔주어야 하는 단점을 갖고 있다. 본 발명에서는 상기와 같은 단점을 보완하고, 원격조종기 본체의 기울임과 방향을 이용하여 운행체의 자세제어를 쉽게 할 수 있는 원격조종시스템을 개발하게 되었다.

본 발명은 원격조종기 본체의 공간자세(기울임과 방향)를 이용한 제어신호를 생성하여 수신측 운행체의 자세를 쉽게 제어할 수 있게 하였다. 따라서 무선원격 조종기는 신뢰성과 수명을 고려한 공간자세인식 기술이 필요하다. 이러한 기술적 과제는 가속도센서 또는 전도성유체관을 이용한 기울임값 축출, 지자기센서에 의한 방향값을 축출하여 디지털적으로 해석하고 운행체 특성에 맞는 신호를 만들 수 있어야 한다.

도 1은 기존의 무선원격조종기,

도 2는 조종기내의 가변저항기 가변에 따른 펄스모양,

도 3은 본발명의 무선원격조종 시스템구성도,

도 4는 가속도센서에 의한 기울임 값 출력도면,

도 5는 전도성유체관을 이용한 기울임값 출력도면,

도 6은 원격조종기와 운행체간 공간자세가 등가되는 동기화도면

조종막대(control stick)을 사용하지 않고 자세를 제어하기 위한 본 발명은 입력단(301),(302)으로 부터 공간축에서 원격조종기 동체의 상하좌우 기울임과 지시하는 방향값을 얻고, 콘트롤러부(310)에서 수신측에 있는 운행체 서보시스템의 동작에 맞는 신호를 생성하기 위한 입출력 맵핑(자동차의 경우: 바퀴각도, 비행기의 경우: 양쪽날개와 꼬리날개 각도)을 하여 출력처리부(306)를 통해 RF변조부로 출력시킨다. 입력단중에 기울임센서부(301)는 가속도센서(401),(402),(403)를 이용하여 2축의 중력가속도차에 의한 기울임값인 디지털펄스폭(404),(405),(406)이 나온다. 수평인 경우(가속도차가 0일때) HIGH와 LOW의 DUTY값이 약50% (401) 에 가깝고, 좌우 또는 상하로 움직일 때 약35%∼65% 범위에서 변동하게 된다. (406)에서 T1과 T2를 이용하여 식 A(g) ≒ (T1/T2-0.5) / 12.5 % 을 기준으로 하면 된다. 장난감자동차일 경우 기울임센서 1개를 사용하여 속도가감용으로 사용하고, 비행체일 경우 기울임센서를 2개 사용하여 이중 1개는 몸통의 좌우축방향 기울임으로 하고 다른 1개는 전후측 방향의 기울임각도를 인식하여 상승하강에 쓰인다. 가속도 센서 대용으로 전도성이 높은 유체를 이용한 전도성유체관을 사용하게 되는데, 응집력이 강하고 단위저항값이 낮은 액체(수은 또는 혼합물)을 사용하면 된다. (도 5)은 전도성 유체관인데 (501)부분은 절연되어 있어야 한다. 수평일 때 기울임이 거의 없는 모양인데, A와 B지점을 전도성이 강한 선으로 연결하면 가변저항기 (R3)로 사용할 수 있게 되는데 정밀한 제어로 사용하는데 적합하다. 오른쪽 방향으로 기울이면 L1 길이가 좁아지고 L2 길이가 길어지게 된다. R1 = (전도관내코팅제의 단위저항) x L1, R2 = (유체의 단위 저항) x L2, A와B간 저항값 R3 = R1 + R2 가 된다. 위에서 (전도관내코팅제의 단위저항값) << (유체의 단위저항값)이 되어야 한다.

방위각센서(302)는 지자기센서(geomagnetic compass sensor)를 사용하게 되는데 소형경량, 빠른 응답속도 비교적 적은 변위오차를 갖고 있기 때문에 방위측정용으로 적합하다. 아날로그출력을 A/D변환하여 디지털신호로 받으며 신호처리부(304)에서 디지털신호처리 과정을 거쳐 방향값을 알 수 있고, 수평이동방향 변경하는데 활용된다.

KEY입력부(303)는 위치제어와 자세제어로 사용하는 상기 센서외에 제어하는데 필요한 버튼과 제어막대로 연결하여 POWER ON/OFF, 주파수 수동설정, 추진속도가감, OFFSET값 조정기능을 수행하는 사용자 인터페이스이다.

콘트롤러부(310)는 입력처리부(305)를 통해 상기(301),(302),(303)으로 부터 신호를 얻고 신호처리부(304)로 넘긴다. 신호처리부의 MCU또는 DSP는 ROM에 있는 프로그램에 의해 입출력 관련 신호처리를 수행하게 된다. 또한 PLL을 이용하여 외부 발진기의 주파수를 N체배하여 콘트롤러부와 RF변조부(307)에 필요한 주파수(f1)를 만들어 낼 수 있기 때문에 발진기(311) 교환없이 주파수 교체가 가능하다. 또한 주변에서 현재 사용중인 주파수를 운행체로 부터 전달 받거나, 원격조종기내에 검출하는 기능(312)을 내장하고 갖고 있게 하여 사용가능한 주파수로 설정 가능하다. 출력처리부(306)는 표시부(308)로 사용되는 LED 또는 LCD에 정보를 출력하거나 RF변조부 (306)에 디지털신호와 변조주파수을 송출하여 변조용 주파수로 사용할 수 있게 한다. 콘트롤러부내의 각부분은 ROM을 제외하고 단일칩으로 제작하여 표준화가 가능한 구조를 갖고 있다. DC-DC(309)은 직류전압(9∼15V)을 이용하여 센서부와콘트롤러부 에 필요한 전압(2.5∼5V)를 만들어 내기 위한 부분이다.

상술한 설명과 같이 본발명에 의하면 사람의 손을 이용하여 원격조종기의 공간자세를 바꾼 그자체로 운행체의 자세를 쉽게 제어 할 수 있기 때문에 초보자라도 제어가 용이하다. 간단하게 운행체의 자세를 원하는 위치로 세울 수 있고 추가적인 스틱이나 버튼으로 속도가감, 브레이크 기능등을 조작할 수 있게 된다.

Claims

무인운행체를 원격제어하는 원격무선조종기에 있어서,

기울임센서(MEMS가속도센서/전도성유체관)와 방위각센서(MEMS지자기센서)를 사용하여 조종기본체의 전후,좌우 기울임값과 방향값을 얻고, 신호처리부에서 운행체의 서보구동에 맞는 신호(204)를 생성한 후 주파수변조하여 송출하는 원격조종시스템.
제1항에 있어서, 기울임센서/방위가센서와 병행으로 제어막대를 사용할 수 있는 원격조종시스템.
탈착식발전기(311)를 사용하지 않고 PLL(Phase Loop Lock)를 사용한 송신주파수를 설정할 수 있는 원격조종시스템.
제3항에 있어서, 운행전에 수동조작으로 운행체의 수신주파수와 조종기의 발신주파수를 미리 설정할 수 있게 운행체의 수신단과 원격조종기내의 PLL 계수값을 변경하는 원격조종시스템.
제3항에 있어서, 조종기내에 현재 주변에서 사용하는 주파수 검출기능(312)을 갖고 있어서, 운행전에 검출하여 미사용 주파수로 설정하며, 운행중에는 운행체또는 조종기내의 검출기에서 주파수혼선을 검출 할 경우, 미리 설정된 프로그램에 의해 운행체내부의 수신단 PLL계수값을 자동으로 변경하고, 그값을 조종기로 피드백하는 원격조종시스템.
운행체에 내장된 콘트롤러와 사전에 프로그램화 되어 있는 프로토콜로 디지털정보를 송출하여 프로그램에 의한 이동및 귀환시 자동항해, 제어반경 이탈시 비상항해, 절전용 속도가감을 할 수 있는 원격 조종시스템.
조종기내부의 센서와 같은 센서를 내장한 운행체를 조종하는 경우, 원격조종기의 운행모드중 동기화모드로 설정하면 조종기본체 자세와 운행체의 운행자세가 똑같아지게 하는 원격조종시스템.