KR20160068260A - 실내환경에서의 쿼드로터형 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일면에 따른 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법은 영상 데이터의 획득을 위한 쿼드로터를 포함한 무인비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)의 불규칙 외란에 따른 가속도, 각속도, 지자기 값과 고도계를 통해 획득한 고도 값을 센서를 통해 입력받는 단계와, 무인비행체의 자세와 고도를 추정하기 위해 입력 값에 기초하여 무인비행체의 각도 및 고도에 따른 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 계산하는 단계와, 무인비행체가 영상 데이터를 획득할 수 있는 자세 및 일정한 고도가 유지될 수 있도록, 연산된 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 통해 무인비행체에 탑재되는 모터를 구동시키는 단계를 포함한다.

Description

실내환경에서의 쿼드로터형 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어{Attitude stabilization and altitude control of a quad-rotor type unmanned aerial vehicle in an indoor environment}

본 발명은 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 무인비행체의 자세 및 위치를 확인하여 자세 안정화 및 고도 제어를 수행하도록 하는 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법에 관한 것이다.

기술이 발전함에 따라 무인비행체(Unmanned Aerial Vehicle)의 활용범위가 점차 넓어지고 있다. 다시 말해, 원하는 지역에서 무인비행체를 이용하여 영상 데이터를 획득하기 위해 무인비행체를 상공에 띄우는 경우가 많아지고 있다. 이러한 무인비행체를 이용한 데이터 획득은 군 관련 조직 뿐만 아니라 재해재난 방지 조직 등 특수 업무 조직에서 사용되고 있는 방법 중 하나이다. 하지만 무인비행체를 상공에 띄우게 되면 바람과 같은 불규칙한 외란에 의해 무인비행체가 흔들려 자세를 안정화시키기 어려운 경우가 있고 이로 인해 최적의 영상 데이터를 획득하기 어려울 수 있다. 그렇기 때문에 종래 기술에서는 자세 안정화 방법을 이용하여 무인비행체의 효율적인 사용을 가능하게 하였지만 자세 안정화를 통해 영상 데이터를 획득하게 되더라도 지상에 있는 특정 물체 관측 시 고도의 변화에 따른 영상 데이터 상에서의 물체 크기 변화 및 각도 차이를 고려하지 않기 때문에 데이터 획득 이후 또 다시 변환 과정을 거쳐야 하는 불편함이 존재한다.

KR 2001-0104929 A KR 0823346 B1

본 발명의 목적은, 무인비행체의 자세 및 위치를 확인하여 자세 안정화 및 고도 제어를 수행하도록 하는 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일면에 따른 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법은 영상 데이터의 획득을 위한 쿼드로터를 포함한 무인비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)의 불규칙 외란에 따른 가속도, 각속도, 지자기 값과 고도계를 통해 획득한 고도 값을 센서를 통해 입력받는 단계와, 무인비행체의 자세와 고도를 추정하기 위해 입력 값에 기초하여 무인비행체의 각도 및 고도에 따른 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 계산하는 단계와, 무인비행체가 영상 데이터를 획득할 수 있는 자세 및 일정한 고도가 유지될 수 있도록, 연산된 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 통해 무인비행체에 탑재되는 모터를 구동시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 무인비행체의 자세 안정화와 동시에 고도 제어를 통해 최적의 영상 데이터를 획득할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법이 적용되는 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법이 적용되는 무인비행기의 예시도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 요점은 무인비행체의 자세 안정화와 동시에 고도 제어를 통해 최적의 영상 데이터를 획득하는 것이다. 본 발명은 영상 데이터의 획득을 위한 쿼드로터를 포함한 무인비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)의 불규칙 외란에 따른 가속도, 각속도, 지자기 값과 고도계를 통해 획득한 고도 값을 센서를 통해 실시간으로 마이크로프로세서로 입력받는 입력 단계; 무인비행체의 자세와 고도를 추정하기 위해 입력 값에 기초하여 무인비행체의 각도 및 고도에 따른 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 계산하는 연산 단계; 무인비행체가 영상 데이터를 획득할 수 있는 자세 및 일정한 고도가 유지될 수 있도록, 연산된 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 통해 무인비행체에 탑재되는 모터(Motor)를 구동시켜 무인비행체의 자세 및 고도를 보정하는 구동 단계를 포함하며, PWM 파형은 무인비행체를 구동시키는 구동부를 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법에 의해 달성된다.

한편, 도 1은 본 발명에 따른 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법이 적용되는 시스템 구성도이다.

도 1에서, 모바일 플랫폼의 왼쪽 부분과 아래 부분이 센서부를 나타내고, 오른쪽 부분이 구동부 및 데이터 처리부이다. 센서부는 상기 무인비행기의 자세와 위치를 추정하는 IMU, 절대 위치를 위성으로부터 송신하는 GPS, 그리고 고도를 측정하는 초음파 센서로 구성되어 있다. 구동부는 데이터 처리부에서 보낸 명령을 해석으로 모터드라이브로 모터제어명령을 내리는 모터컨트롤러, 무인비행기를 구동하기 위한 모터드라이브 및 모터로 구성되어 있다. 그리고 데이터 처리부는 센서부에서 받은 데이터를 이용하여 자세 및 위치를 확인하여 자세 안정화 및 고도 제어를 위해 구동부로 제어 명령을 내리는 역할을 하게 된다.

종래 발명의 자세 안정화를 통해 획득한 영상 데이터를 확보하더라도 고도에 따른 영상 데이터의 변환 과정을 필요로 한다. 따라서 일정 고도를 유지하면서 영상 데이터를 획득할 수 있다면 이러한 변환 과정을 필요로 하지 않기 때문에 영상 데이터 획득 시에 발생하는 시간 지연 현상을 감소시킬 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법이 적용되는 무인비행기의 예시도이다. 도 2를 참조하면, 무인비행기는 자세 안정화 및 위치 인식, 그리고 고도 제어를 하고 그 정보를 실시간으로 전송하는 로봇으로 이루어진다. 상기 무인비행기는 IMU(Inertial Measurement Unit)를 이용하여 자세 정보를 획득하고 GPS와 함께 확장칼만필터를 통하여 정밀하게 위치를 추정하게 된다. 또한 초음파 센서를 이용하여 현재 고도를 측정하게 된다. 본 발명에 따르면 전술한 자세 정보, 위치 정보, 현재 고도 정보를 이용하여 무인비행기의 자세 안정화 및 고도 제어를 하게 된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 영상 데이터의 획득을 위한 쿼드로터를 포함한 무인비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw)의 불규칙 외란에 따른 가속도, 각속도, 지자기 값과 고도계를 통해 획득한 고도 값을 센서를 통해 입력받는 단계;
   상기 무인비행체의 자세와 고도를 추정하기 위해 입력 값에 기초하여 무인비행체의 각도 및 고도에 따른 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 계산하는 단계; 및
   상기 무인비행체가 영상 데이터를 획득할 수 있는 자세 및 일정한 고도가 유지될 수 있도록 연산된 무인비행체 자세 추정 값과 고도 값을 통해 무인비행체에 탑재되는 모터를 구동시키는 단계;
   를 포함하는 무인비행체의 자세 안정화 및 고도 제어 방법.

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