KR20170046420A - 비행 이동체를 이용한 실내 지도 생성 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체가 제공된다. 상기 비행 이동체는 서로 직교하는 세 개의 축 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 감지하여 상기 세 개의 축 방향 각각의 거리 정보를 획득하는 초음파 센서부, 상기 비행 이동체의 시간에 따른 상기 세 개의 축 방향 각각의 이동 정보를 획득하는 관성 센서 및 상기 거리 정보 및 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다.
Description
비행 이동체를 이용한 실내 지도 생성 장치 및 방법에 연관되며, 보다 구체적으로, 초음파 센서를 갖는 비행 이동체를 이용한 실내 지도 생성 장치 및 방법에 연관된다.
오늘날 자동 청소 로봇과 같은 주행 로봇에서 거리 측정을 위해 초음파 센서가 널리 이용되고 있다. 초음파 센서는 수 천원 이상에서 수 만원 이내의 저가형 장치로서 보급형 로봇의 거리 측정을 구현할 수 있다는 특징이 있지만, 음파에 의한 거리 측정에 기초하고 있어 그 정확성이 떨어진다는 문제점이 존재한다.
다만, 노래방, 고시원 등과 같은 협소한 공간에서 화재 등의 재난이 발생한 경우에, 소방관 등과 같은 요원을 투입하기 전 로봇을 이용하여 실내 상황을 파악하는 기술에 대한 필요성은 나날이 커지고 있다.
일측에 따르면, 초음파 센서와 관성 센서를 이용하여 실내 공간의 지도를 생성하는 비행 이동체가 제공된다. 상기 비행 이동체는 기설정된 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 감지하여 상기 기설정된 방향으로의 거리 정보를 획득하는 초음파 센서, 상기 비행 이동체의 시간에 따른 이동 정보를 획득하는 관성 센서 및 상기 거리 정보 및 상기 시간에 따른 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 지도를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 초음파 센서가 상기 거리 정보의 획득을 실패한 경우, 상기 프로세서는 상기 실패에 대응하는 시점 이후의 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 지도를 생성할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 초음파 센서는 상기 반사파의 세기가 소정의 임계치 이하로 작아진 경우를 감지하고, 상기 프로세서는 상기 감지에 대응하는 시점 이후의 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 지도를 생성할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 관성 센서는 가속도 데이터, 각속도 데이터 및 지자기 데이터 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 상기 기설정된 방향에 상응하는 상기 이동 정보를 획득할 수 있다.
다른 일측에 따르면, 비행 이동체의 앞뒤 방향, 좌우 방향 및 상하 방향 각각에 대응하는 거리 정보를 획득하는 초음파 센서 및 관성 센서를 이용하여 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체가 제공된다. 상기 비행 이동체는 서로 직교하는 세 개의 축 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 감지하여 상기 세 개의 축 방향 각각의 거리 정보를 획득하는 초음파 센서부, 상기 비행 이동체의 시간에 따른 상기 세 개의 축 방향 각각의 이동 정보를 획득하는 관성 센서 및 상기 거리 정보 및 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 프로세서를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 초음파 센서부가 상기 세 개의 축 방향 중 제1 축 방향에 대응하는 상기 거리 정보의 획득을 실패한 경우, 상기 프로세서는 상기 실패에 대응하는 시점 이후의 상기 제1 축 방향에 대응하는 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 3차원 지도를 생성할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 초음파 센서부가 상기 세 개의 축 방향 중 제1 축 방향에 대응하는 상기 반사파의 세기가 소정의 임계치 이하로 작아진 경우를 감지한 경우, 상기 프로세서는 상기 감지에 대응하는 시점 이후의 상기 제1 축 방향에 대응하는 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 3차원 지도를 생성할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 비행 이동체는 상기 세 개의 축 방향 각각의 거리 정보를 실시간으로 외부 기기에 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있고, 상기 프로세서는 상기 프로세서는 상기 통신부를 통해 수신된 제어 신호에 따라 상기 비행 이동체의 이동을 제어할 수 있다.
또 다른 일측에 따르면, 관성 센서에 의한 비행 이동체의 이동 거리를 측정하고, 다른 오브젝트와의 충돌을 감지하여 상기 다른 오브젝트까지의 거리를 계산하여 기설정된 방향의 공간 길이를 계산하는 비행 이동체가 제공된다. 상기 비행 이동체는 상기 비행 이동체의 가속도 데이터, 각속도 데이터 및 지자기 데이터 중 어느 하나를 감지하는 관성 센서, 상기 지자기 데이터를 이용하여 상기 비행 이동체의 비행 자세를 제어하고, 상기 실내 공간의 기설정된 방향으로 이동하는 이동 제어부, 상기 기설정된 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 이용하여 상기 비행 이동체와 다른 물체와의 거리를 측정하는 초음파 센서부 및 상기 측정된 거리가 소정의 임계치 이하인 경우에, 상기 가속도 데이터 및 상기 각속도 데이터를 이용하여 계산된 상기 비행 이동체의 이동 거리와 상기 측정된 거리의 합으로 상기 기설정된 방향의 공간 길이를 계산하는 계산부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 초음파 센서부는 서로 직교하는 세 개의 축 방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 상기 초음파를 전파하여 상기 거리를 측정할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 상기 이동 제어부는 서로 직교하는 세 개의 축 방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 상기 비행 이동체가 이동하도록 상기 비행 이동체의 자세를 제어할 수 있다.
또 다른 일실시예에 따르면, 상기 측정된 거리가 소정의 임계치 이하인 경우에, 상기 이동 제어부는 상기 비행 이동체의 상기 기설정된 방향으로의 이동을 중단할 수 있다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 일실시예에 따른 초음파 센서 및 관성 센서를 이용하여 실내 공간의 거리를 측정하는 비행 이동체를 도시하는 예시도이다.
도 2a는 일실시예에 따른 실내 공간에서 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체를 도시하는 평면도이다.
도 2b는 일실시예에 따른 실내 공간에서 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체를 도시하는 우측면도이다.
도 3은 일실시예에 따른 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5a 는 일실시예에 따른 실내 공간을 이동하는 비행 이동체의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 5b는 일실시예에 따른 비행 이동체가 생성한 실내 공간의 3차원 지도를 도시한다.
도 2a는 일실시예에 따른 실내 공간에서 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체를 도시하는 평면도이다.
도 2b는 일실시예에 따른 실내 공간에서 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체를 도시하는 우측면도이다.
도 3은 일실시예에 따른 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5a 는 일실시예에 따른 실내 공간을 이동하는 비행 이동체의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 5b는 일실시예에 따른 비행 이동체가 생성한 실내 공간의 3차원 지도를 도시한다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결 되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 일실시예에 따른 초음파 센서 및 관성 센서를 이용하여 실내 공간의 거리를 측정하는 비행 이동체를 도시하는 예시도이다. 도 1a를 참조하면, 실내 공간을 비행하는 비행 이동체(110)와 실내 공간에 포함되는 오브젝트(120)가 도시된다. 비행 이동체(110)는 소형 무인 항공기, 헬리콥터, 글라이더 등과 같이 공중에서 비행하는 물체를 나타내고, 기체에 사람이 타지 않고 지상에서 원격 조종하는 드론(drone) 등과 같은 다양한 실시예로 구현될 수 있다.
도 1a에서, 비행 이동체(110)는 실내 공간의 거리 정보를 획득하기 위한 초음파 센서를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 비행 이동체(110)는 상기 초음파 센서를 이용하여 오브젝트(120)까지의 거리를 측정할 수 있다. 비행 이동체(110)는 상기 초음파 센서를 이용하여 기설정된 방향으로 초음파를 전파하고, 상기 초음파의 반사파를 감지하여 상기 기설정된 방향에 대응하는 거리 정보를 획득할 수 있다. 일실시예로서, 상기 기설정된 방향은 오브젝트(120)가 존재하는 평면의 법선 방향일 수 있다.
비행 이동체(110)가 측정하는 거리 정보 d1(m)은 아래의 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.
t1은 비행 이동체(110)가 초음파를 전파한 제1 시점에서부터 상기 초음파의 반사파가 감지된 제2 시점의 시간 간격(sec)를 나타내고, c1(m/s)은 공기 중에서 비행 이동체(110)가 전파하는 초음파의 이동 속도를 나타낸다.
위와 같이 초음파를 이용한 비행 이동체(110)의 실내 공간의 거리 측정에는 한계 거리가 존재한다. 전파된 초음파가 공기와 같은 매질을 통과하면 에너지 또는 진폭이 감쇠되어 비행 이동체(110)가 전파한 초음파는 오브젝트(120)에 도달하지 못하거나, 오브젝트(120)에서 반사된 반사파가 비행 이동체(110)에 도달하지 못할 수 있다. 그에 따라 비행 이동체(110)는 전파된 초음파의 반사파를 수신하는 것을 실패할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 비행 이동체(110)가 이용하는 초음파의 한계 거리 d2'가 도시된다. 만약 한계 거리 d2'보다 멀리 떨어진 d2에서 비행 이동체(110)가 오브젝트(120)까지의 거리 정보 d2를 측정하려고 한다면, 비행 이동체(110)는 필요한 데이터를 획득하지 못하고 실패하게 될 것이다.
도 1c를 참조하면, 도 1b에서 도시된 실시예와 같은 거리 d2에서 오브젝트(120)까지의 거리를 측정하는 비행 이동체(110)가 도시된다. 비행 이동체(110)는 상기 초음파의 한계 거리 d2'까지 초음파 센서를 이용하여 거리 정보를 획득할 수 있다.
다만, 한계 거리 d2'를 초과한 거리, 다시 말하여 d3 구간 내에서는 비행 이동체(110)에 포함되는 관성 센서를 이용하여 이동 거리를 계산할 수 있다. 관성 센서(Inertial Sensor)는 비행 이동체(110)의 운동의 관성력을 검출하고, 비행 이동체(110)의 가속도, 속도, 방향 및 거리 등과 같은 다양한 항법 정보를 감지하는 센서를 나타내고, 예시적으로 AHRS(Attitude Heading Reference System)이 이용될 수 있다. 비행 이동체(110)는 초음파 센서를 이용하여 측정된 한계 거리 d2'와 관성 센서를 이용하여 측정된 이동 거리 d3의 합을 이용하여, 오브젝트(120)까지의 공간 길이 d2를 계산해 낼 수 있다. 비행 이동체(110)가 계산된 공간 길이를 이용하여, 실내 공간에 상응하는 3차원 지도를 생성하는 과정을 아래의 추가적인 도면과 함께 보다 자세하게 설명될 것이다.
도 2a는 일실시예에 따른 실내 공간에서 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체를 도시하는 평면도이다. 도 2a를 참조하면, 실내 공간에서 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체(210)가 도시된다. 일실시예로서, 비행 이동체(210)는 적어도 하나의 초음파 센서를 포함할 수 있다. 도 2a에서 도시된 실시예에서는, 비행 이동체(210)는 여섯 개의 초음파 센서를 포함한다. 다만, 이는 본 발명의 사상을 설명하기 위한 예시적 기재 일뿐, 비행 이동체(210)는 여섯 개 보다 많은 개수 또는 여섯 개 보다 적은 개수의 초음파 센서를 포함하도록 구현될 수 있다.
더하여, 각각의 초음파 센서는 서로 직교하는 세 개의 축이 나타내는 방향에 대응될 수 있다. 보다 구체적으로, 비행 이동체(210)가 특정 방향으로 이동하는 경우를 가정하면, 제1 초음파 센서(221)는 앞 방향으로 초음파를 전파하고, 제2 초음파 센서(222)는 뒤 방향으로 초음파를 전파하고, 제3 초음파 센서(223)는 좌측 방향으로 초음파를 전파하고, 제4 초음파 센서(224)는 우측 방향으로 초음파를 전파하는 것을 설명될 수 있다. 또한, 제5 초음파 센서(225)는 비행 이동체(210)의 위쪽 방향으로 초음파를 전파할 수 있고, 평면도를 도시한 도 2a에서는 도시되지 않지만 제6 초음파 센서는 비행 이동체(210)의 아래쪽 방향으로 초음파를 전파할 수 있다.
일실시예로서, 비행 이동체(210)는 네 개의 센서(221, 222, 223, 224)를 이용하여 평면 상의 네 개의 방향으로의 공간 길이를 계산할 수 있다. 앞서 도 1b 및 도 1c에서 설명된 것과 같이 실내 공간의 구성에 따라, 적어도 어느 하나 방향으로는 초음파 센서 만으로 측정이 불가한 경우가 존재할 수 있다.
비행 이동체(210)는 네 개의 센서(221, 222, 223, 224) 중 어느 하나의 초음파 센서가 거리 정보의 획득을 실패한 경우, 상기 실패에 대응하는 시점 이후의 이동 정보를 관성 센서를 이용하여 계산할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 이동 정보는 이동 시간, 이동 속도 및 이동 거리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 더하여, 비행 이동체(210)는 기설정된 한계 거리 d2'와 측정된 이동 거리 d3를 이용하여, 초음파 센서가 거리 정보의 획득을 실패한 특정 방향에 대응하는 공간 길이를 계산해낼 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 공간 길이는 기설정된 한계 거리 d2'와 측정된 이동 거리 d3의 합으로 계산될 수 있다.
도 2a의 실시예에서는 어느 하나의 이동 방향을 기준으로 설명되지만, 앞뒤방향 또는 좌우방향을 포함하는 모든 방향으로 위와 같은 구성을 이용하여 실내 공간의 공간 길이를 계산해 낼 수 있다는 사실은 기술 분야의 통상의 기술자에게는 자명한 사실일 것이다.
도 2b는 일실시예에 따른 실내 공간에서 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체를 도시하는 측면도이다. 도 2b에서는 도 2a의 평면도에서 도시되지 못한 비행 이동체(210)의 아래쪽 방향으로 초음파를 전파하는 제6 초음파 센서(226)가 도시된다.
도 2a에 도시된 실시예와 같이 비행 이동체(210)는 초음파 센서와 관성 센서를 이용하여 평면 상의 공간 길이를 계산하고, 이를 이용하여 2차원 지도를 생성할 수 있다. 다만, 이를 확장하여 실내 공간의 높낮이에 대응하는 상하 방향의 공간 길이를 측정하면 같은 원리로서 실내 공간의 3차원 지도를 생성할 수 있다. 도 2b에 도시된 것과 같이, 비행 이동체(210)는 위쪽 방향으로 초음파를 전파하는 제5 초음파 센서(225)와 아래쪽 방향으로 초음파를 전파하는 제6 초음파 센서(226)를 포함할 수 있다.
예시적으로 위쪽 방향에 상응하는 공간 길이를 계산하는 구성을 설명하면, 비행 이동체(210)는 제5 초음파 센서(225)를 이용하여 한계 거리 d2' 이하의 실내 공간의 높이를 측정할 수 있다. 다만, 비행 이동체(210)가 초기 위치에서 한계 거리 d2' 이상의 높이로 이동한 경우에, 비행 이동체(210)는 관성 센서를 이용하여 높낮이에 상응하는 실내 공간의 공간 길이를 계산할 수 있다. 보다 구체적으로, 비행 이동체(210)는 초기 위치에서 한계 거리 d2' 이상이 되는 위치에서부터 이동 거리 d3를 측정하여 d2'와 d3의 합으로 실내 공간의 공간 길이를 계산해낼 수 있다. 더하여, 비행 이동체(210)는 세 개의 축 방향 각각의 공간 길이 정보를 통합하고, 실내 공간의 3차원 지도를 생성할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법(300)은 직교하는 세 개의 축 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 이용하여 거리 정보를 획득하는 단계(310), 상기 세 개의 축 방향 중 상기 거리 정보가 획득되지 않은 방향이 있는지 여부를 검출하는 단계(320), 상기 거리 정보가 획득되지 않은 제1 축 방향에 대응하는 비행 이동체의 이동 정보를 획득하는 단계(330) 및 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 단계(340)를 포함할 수 있다.
단계(310)는 직교하는 세 개의 축 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 이용하여 거리 정보를 획득하는 단계이다. 예시적으로, 상기 직교하는 세 개의 축 방향은 비행 이동체의 좌우 방향에 상응하는 X 축, 비행 이동체의 앞뒤 방향에 상응하는 Y 축 및 비행 이동체의 상하 방향에 상응하는 Z 축을 나타낼 수 있다. 단계(310)는 비행 이동체에 포함되는 적어도 하나의 초음파 센서에 의해 수행될 수 있다. 단계(310)에서 초음파 센서는 앞서 설명된 수학식 1을 이용하여 초음파의 전파 시점, 반사파의 감지 시점, 매질 내에서 초음파의 평균 이동 속도를 이용하여 실내 공간의 거리 정보를 획득할 수 있다.
단계(320)는 상기 세 개의 축 방향 중 상기 거리 정보가 획득되지 않은 방향이 있는지 여부를 검출하는 단계이다. 단계(320)에서 초음파 센서는 기설정된 시간 동안 제1 축 방향으로 전파된 초음파의 반사파가 감지되지 않는 경우에, 상기 제1 축 방향의 거리 정보가 획득되지 않은 것을 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 전파된 초음파는 매질의 종류 또는 이동 거리에 따라 감쇠가 발생되어 초음파 센서가 감지하기 위한 진폭의 크기보다 작은 반사파를 반사할 수 있다.
다른 일실시예로서, 단계(320)에서 초음파 센서는 상기 반사파의 세기가 소정의 임계치 이하로 작아진 경우를 감지할 수 있다. 상기 반사파의 세기가 감지하지 못할 정도로 작아지기 전에, 비행 이동체는 임계치를 미리 설정하여 상기 임계치 이하인 경우에는 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체를 이동 모드로 전환할 수 있다. 그에 따라, 비행 이동체는 관성 센서에 의해 획득된 이동 정보를 함께 이용하여 3차원 지도를 생성할 수 있다.
단계(330)는 단계(320)에서 상기 세 개의 축 방향 중 적어도 어느 하나의 축 방향으로 거리 정보가 획득되지 않은 방향이 있는 경우에 수행되는 단계이다. 단계(330)에서 비행 이동체는 상기 거리 정보가 획득되지 않은 제1 축 방향에 대응하는 비행 이동체의 이동 정보를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로, 단계(330)에서 비행 이동체는 가속도 데이터, 각속도 데이터 및 지자기 데이터를 획득하는 관성 센서를 이용하여 상기 제1 축 방향에 대응하는 이동 정보를 획득할 수 있다. 다만, 본 실시예에서 기재된 제1 축 방향은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적 기재일 뿐 특정 방향을 제한하거나 한정하는 것은 아니다. 또한, 비행 이동체는 단계(320)에서 복수의 축 방향에 대응하여 거리 정보가 획득되지 않았다고 판단할 수 있다.
단계(340)는 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 단계이다. 단계(340)에서 비행 이동체는 거리 정보 또는 이동 정보 등을 이용하여 각각의 축 방향에 대응하는 공간 길이를 계산하고, 상기 계산된 공간 길이를 이용하여 실내 공간의 3차원 지도를 생성할 수 있다.
또한, 단계(340)는 생성된 3차원 지도를 통신 인터페이스를 이용하여 실시간으로 외부 기기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스는 WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선 인터넷 인터페이스와 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등의 근거리 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 통신 인터페이스는 외부와 통신을 수행할 수 있는 모든 인터페이스(예를 들어, 유선 인터페이스)를 나타낼 수 있다.
또한, 외부 기기는 통신 인터페이스를 통해 비행 이동체 또는 비행 이동체의 제어 장치와 연결된 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 외부 디바이스는 비행 이동체와 페어링된 이동 단말 또는 웨어러블 디바이스일 수 있다.
본 실시예에서 도시된 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법(300)은 적어도 하나의 초음파 센서를 포함하는 초음파 센서부, 관성 센서 및 프로세서를 포함하는 비행 이동체 또는 비행 이동체의 제어 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 앞서 기재한 방법(300)에 관한 설명은 비행 이동체 또는 비행 이동체의 제어 장치의 경우에도 같은 원리로서 적용될 수 있을 것이다.
복도가 다소 좁게 구현된 고시원이나, 다소 복잡한 지하 구조를 갖는 노래방이나 단란 주점과 같은 건축물에 경우에는 화재나 각종 재난 사고가 발생한 경우에 인명 구조 요원의 안전을 보장할 수 없는 문제점이 존재한다. 본 실시예에 따른 비행 이동체를 이용하는 경우에는 3차원 공간에 대한 정보를 빠른 시간에 원격으로 생성할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 인명 구조 요원은 이렇게 생성된 3차원 지도를 이용하여 재난 사고에서의 구조 작전이나 탈출 작전 등의 계획을 수립할 수 있을 것이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법(400)은 도 3에서 설명되는 방법(300)과 다르게 초기 위치에서부터 비행 이동체의 이동 거리를 측정한다. 더하여, 실내 공간을 구성 하는 벽과 같은 오브젝트에 비행 이동체가 가까워 지는 여부가 검출되고, 이동 거리와 감지된 거리를 합하여 실내 공간의 공간 길이가 계산될 수 있다.
실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 방법(400)은 비행 이동체의 비행 자세를 제어하여 상기 비행 이동체가 기설정된 방향으로 이동하도록 제어하는 단계(410), 상기 기설정된 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 이용하여 상기 비행 이동체와 오브젝트와의 거리를 측정하는 단계(420), 상기 측정된 거리가 소정의 임계치 이하인 경우에, 상기 비행 이동체의 이동을 중단하고, 상기 기설정된 방향의 공간 길이를 계산하는 단계(430)를 포함할 수 있다.
단계(410)는 관성 센서를 이용하여 상기 비행 이동체의 가속도 데이터, 각속도 데이터 및 지자기 데이터 중 적어도 어느 하나를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 더하여, 단계(410)는 상기 지자기 데이터를 이용하여 상기 비행 이동체의 비행 자세를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 단계(410)에서 비행 이동체는 수평을 유지하며, 전후, 좌우 및 상하 방향 중 어느 하나의 방향으로 이동할 수 있도록 자세가 제어될 수 있다. 또한, 단계(410)에서 상기 비행 이동체는 실내 공간의 기설정된 방향으로 이동하도록 제어될 수 있다.
단계(420)는 상기 비행 이동체에 포함되는 초음파 센서를 이용하여 다른 물체와의 거리를 측정하는 단계이다. 단계(420)에는 앞서 도 3에서 설명된 단계(310)의 설명이 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, 단계(420)에서 상기 비행 이동체는 서로 직교하는 축 방향 중 적어도 하나의 방향으로 초음파를 전파하여 상기 오브젝트와의 거리를 측정할 수 있다. 예시적으로, 오브젝트는 실내 공간을 구성하는 내벽, 문, 창문, 천장 등과 같은 구조물 중 어느 하나일 수 있다.
단계(430)는 상기 측정된 거리가 소정의 임계치 이하인 경우에, 상기 비행 이동체의 이동을 중단하고, 상기 기설정된 방향의 공간 길이를 계산하는 단계이다. 단계(430)에서 기설정된 방향으로 이동 중인 상기 비행 이동체는 초음파 센서를 이용하여 자신이 이동 중인 방향에 존재하는 오브젝트와의 거리를 계산할 수 있다. 보다 구체적으로, 단계(430)에서 상기 비행 이동체는 수학식 1을 이용하여 상기 거리를 계산할 수 있다. 오브젝트와의 거리가 가까워질수록, 비행 이동체와 오브젝트와의 충돌 가능성은 증가하게 될 것이다. 그에 따라, 비행 이동체는 오브젝트와의 충돌을 방지하기 위해, 관성 센서를 이용한 공간 길이의 수집을 중단하고 이동을 중단할 수 있다. 단계(430)에서 비행 이동체는 이동 거리와 초음파 센서를 이용하여 측정된 거리의 합으로서 상기 기설정된 방향의 공간 길이를 계산할 수 있다. 더하여, 단계(430)에서 비행 이동체는 직교하는 세 개의 축 방향 각각의 공간 길이를 계산하고, 통합하여 실내 공간의 3차원 지도를 생성할 수 있다.
도 5a는 일실시예에 따른 실내 공간을 이동하는 비행 이동체의 동작을 설명하는 예시도이다. 도 5a를 참조하면, 비행 이동체가 3차원 지도를 생성하게 될 실내 공간(500)이 도시된다. 고시원 등과 같은 협소 공간은 공간 활용도를 높이기 위해 실내 공간의 복도가 좁게 구성되고, 더하여 설계도와는 다른 불법적인 증축 및 변형이 존재할 가능성이 존재한다. 그에 따라 재난 등이 발생하였을 때, 인명 구조 요원이 현장에 진입하여 안전한 구조 활동을 하는데 어려움이 존재할 수 있다.
비행 이동체는 초음파 센서를 이용하여 실내 공간이 갖는 공간 길이의 측정 값(521, 522, 523, 524, 525) 등을 측정할 수 있다. 다만, 공간 길이가 초음파 센서의 한계 거리보다 길어지는 경우에는 관성 센서를 이용하여 이동 거리를 측정하고, 측정된 이동 거리를 이용하여 실내 공간에 대한 거리 정보를 업데이트할 수 있다.
한편, 비행 이동체는 초음파 센서에 의해 측정되는 임의의 오브젝트까지의 거리가 소정의 임계치 이하로 감지되는 경우에, 이동을 중단할 수 있다. 다른 일실시예로서, 비행 이동체는 초음파 센서에 의해 측정되는 임의의 오브젝트까지의 거리가 소정의 임계치 이하로 감지되는 경우에, 이동 방향을 전환할 수 있다. 위와 같은 초음파 센서에 의한 측정 거리를 이용하여, 비행 이동체는 실내 공간을 구성하는 오브젝트와의 충돌 없이 이동 자취(510)에 따라 실내 공간을 비행할 수 있다.
도 5b는 일실시예에 따른 비행 이동체가 생성한 실내 공간의 3차원 지도를 도시한다. 예시적으로, 도 5b에서는 실내 공간의 3차원 지도(530)가 평면도 형태로 제공되지만, 도 2a 및 도 2b에서 설명된 것과 같이 비행 이동체는 실내 공간에 상응하는 길이, 높이 및 넓이 정보를 획득할 수 있고, 길이, 높이 및 넓이 정보에 대응하는 3차원 지도를 생성할 수 있다. 필요에 따라, 상기 3차원 지도는 평면도, 정면도, 우측면도, 좌측면도, 3차원 공간 지도 등과 같은 다양한 형태로서 사용자에게 제공될 수 있다.
도 5b에 도시된 3차원 지도(530)에서 사용자는 실내 공간(500)을 구성하는 다양한 길이 및 넓이에 대한 정보를 획득할 수 있을 것이다. 더하여, 도 5b에 도시되지 않았지만, 실내 공간에 상응하는 높이 정보 역시도 획득할 수 있을 것이다. 앞서 기재한 바와 같이, 실내 공간의 3차원 지도(530)는 비행 이동체에서 다양한 전자 기기(540)로 전송될 수 있다. 그에 따라, 사용자는 다른 공간에서 비행 이동체가 조사하는 실내 공간의 3차원 지도(530)를 분석하는 효과를 기대할 수 있다. 전자 기기(540)는 오늘날 널리 이용되는, 통신 인터페이스 및 디스플레이를 포함하는 노트북, 휴대폰, 스마트폰, 웨어러블 디바이스, 스마트 패드 등과 같은 다양한 형태의 전자 기기로 구현될 수 있을 것이다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
Claims (12)
- 실내 공간의 지도를 생성하는 비행 이동체에 있어서,
기설정된 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 감지하여 상기 기설정된 방향으로의 거리 정보를 획득하는 초음파 센서;
상기 비행 이동체의 시간에 따른 이동 정보를 획득하는 관성 센서; 및
상기 거리 정보 및 상기 시간에 따른 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 지도를 생성하는 프로세서
를 포함하는 비행 이동체. - 제1항에 있어서,
상기 초음파 센서가 상기 거리 정보의 획득을 실패한 경우, 상기 프로세서는 상기 실패에 대응하는 시점 이후의 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 지도를 생성하는 비행 이동체. - 제1항에 있어서,
상기 초음파 센서는 상기 반사파의 세기가 소정의 임계치 이하로 작아진 경우를 감지하고, 상기 프로세서는 상기 감지에 대응하는 시점 이후의 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 지도를 생성하는 비행 이동체. - 제1항에 있어서,
상기 관성 센서는 가속도 데이터, 각속도 데이터 및 지자기 데이터 중 적어도 어느 하나를 이용하여, 상기 기설정된 방향에 상응하는 상기 이동 정보를 획득하는 비행 이동체. - 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체에 있어서,
서로 직교하는 세 개의 축 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 감지하여 상기 세 개의 축 방향 각각의 거리 정보를 획득하는 초음파 센서부;
상기 비행 이동체의 시간에 따른 상기 세 개의 축 방향 각각의 이동 정보를 획득하는 관성 센서; 및
상기 거리 정보 및 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 프로세서
를 포함하는 비행 이동체. - 제5항에 있어서,
상기 초음파 센서부가 상기 세 개의 축 방향 중 제1 축 방향에 대응하는 상기 거리 정보의 획득을 실패한 경우, 상기 프로세서는 상기 실패에 대응하는 시점 이후의 상기 제1 축 방향에 대응하는 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체. - 제5항에 있어서,
상기 초음파 센서부가 상기 세 개의 축 방향 중 제1 축 방향에 대응하는 상기 반사파의 세기가 소정의 임계치 이하로 작아진 경우를 감지한 경우, 상기 프로세서는 상기 감지에 대응하는 시점 이후의 상기 제1 축 방향에 대응하는 상기 이동 정보를 이용하여 상기 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체. - 제5항에 있어서,
상기 세 개의 축 방향 각각의 거리 정보를 실시간으로 외부 기기에 전송하는 통신부
를 더 포함하고,
상기 프로세서는 상기 통신부를 통해 수신된 제어 신호에 따라 상기 비행 이동체의 이동을 제어하는 비행 이동체. - 실내 공간의 3차원 지도를 생성하는 비행 이동체에 있어서,
상기 비행 이동체의 가속도 데이터, 각속도 데이터 및 지자기 데이터 중 적어도 어느 하나를 감지하는 관성 센서;
상기 지자기 데이터를 이용하여 상기 비행 이동체의 비행 자세를 제어하고, 상기 비행 이동체가 상기 실내 공간의 기설정된 방향으로 이동하도록 제어하는 이동 제어부;
상기 기설정된 방향으로 전파된 초음파의 반사파를 이용하여 상기 비행 이동체와의 거리를 측정하는 초음파 센서부; 및
상기 측정된 거리가 소정의 임계치 이하인 경우에, 상기 가속도 데이터 및 상기 각속도 데이터를 이용하여 계산된 상기 비행 이동체의 이동 거리와 상기 측정된 거리의 합으로 상기 기설정된 방향의 공간 길이를 계산하는 계산부
를 포함하는 비행 이동체. - 제9항에 있어서,
상기 초음파 센서부는 서로 직교하는 세 개의 축 방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 상기 초음파를 전파하여 상기 거리를 측정하는 비행 이동체. - 제9항에 있어서,
상기 이동 제어부는 서로 직교하는 세 개의 축 방향 중 적어도 어느 하나의 방향으로 상기 비행 이동체가 이동하도록 상기 비행 이동체의 자세를 제어하는 비행 이동체. - 제9항에 있어서,
상기 측정된 거리가 소정의 임계치 이하인 경우에, 상기 이동 제어부는 상기 비행 이동체의 상기 기설정된 방향으로의 이동을 중단하는 비행 이동체.
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