KR20170062149A - 무인비행체의 충돌방지장치 - Google Patents

무인비행체의 충돌방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인비행체의 충돌방지 기술에 있어서, 특히 원격 제어에 의해 비행하는 무인비행체의 충돌 및 추락을 방지하면서도 충돌 및 추락 시에 파손을 최소화할 수 있도록 해주는 무인비행체의 충돌방지장치에 관한 것으로, 원격 제어신호에 따라 비행하는 무인비행체의 충돌방지장치로서, 본체와, 상기 본체에 결합되며 상기 무인비행체에 근접하는 장애물과의 거리를 측정하기 위한 다수 개의 레이더센서를 구비하는 센서모듈와, 상기 무인비행체의 비행 방향에 따라 상기 다수 개의 레이더센서 중 적어도 하나를 액티브모드 또는 인액티브모드로 제어하고 상기 센서모듈에 의해 측정된 상기 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내인 경우에 상기 무인비행체의 비행을 제어하기 위한 제어명령을 생성하는 제어모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징인 장치이다.

Description

무인비행체의 충돌방지장치{collision avoidance apparatus of nunmanned vehicle}
본 발명은 무인비행체의 충돌방지 기술에 관한 것으로, 특히 원격 제어에 의해 비행하는 무인비행체의 충돌 및 추락을 방지하면서도 충돌 및 추락 시에 파손을 최소화할 수 있도록 해주는 무인비행체의 충돌방지장치에 관한 것이다.
무인비행체는 군사용, 화재 및 재난구조용, 촬영용 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 최근에는 개인 취미용으로 널리 보급되면서 그 수요도 지속적으로 증가하고 있다. 그러나, 그에 따른 추락 및 충돌 사고도 많이 발생하고 있어서 안전 문제가 대두되고 있는 실정이다.
드론과 같은 무인비행체는 원격조종기를 통한 무선제어에 따라 속도와 방향을 변경하여 비행한다. 그러나 다양한 환경과 지형에서 비행하기 때문에, 사용자의 조정 미숙이나 운항 중 제어 이상으로 인해 주변 건물이나 장애물과 충돌하는 사고가 빈번하게 발생하고 있다.
그에 따라 안전비행을 위한 정확한 탐지 기술을 적용하여 충돌 위험물과 안전거리를 유지함으로써, 충돌을 미연에 방지하는 장치 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 원격 제어에 의해 비행하는 무인비행체의 충돌 및 추락을 방지하면서도 전력 소모를 최소화할 수 있고 또한 충돌 및 추락 시에 파손을 최소화할 수 있도록 해주는 무인비행체의 충돌방지장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인비행체의 충돌방지장치의 특징은, 원격 제어신호에 따라 비행하는 무인비행체의 충돌방지장치로서, 본체와, 상기 본체에 결합되며 상기 무인비행체에 근접하는 장애물과의 거리를 측정하기 위한 다수 개의 레이더센서를 구비하는 센서모듈과, 상기 무인비행체의 비행 방향에 따라 상기 다수 개의 레이더센서 중 적어도 하나를 액티브모드 또는 인액티브모드로 제어하고 상기 센서모듈에 의해 측정된 상기 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내인 경우에 상기 무인비행체의 비행을 제어하기 위한 제어명령을 생성하는 제어모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 본체는 상기 무인비행체에 착탈 가능하게 결합되되, 상기 무인비행체에 결합된 시에는 상기 무인비행체에 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 제어모듈에서 생성되는 제어명령을 상기 무인비행체의 비행을 제어하는 제어기에 전송할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 본체는 상기 무인비행체의 착륙 시에 완충을 위한 다수 개의 브릿지를 구비할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 제어모듈은 상기 원격 제어신호에 의한 제어를 중지시키기 위한 인터럽트신호를 상기 제어기에 전송하고, 상기 무인비행체의 비행을 제어하기 위한 상기 제어명령을 상기 제어기에 전송할 수 있다.
바람직하게, 상기 센서모듈은 상기 무인비행체의 비행 방향에 기준하여 전방향과 후방향과 측방향과 상방향과 하방향에 대응되게 상기 레이더센서를 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은 상기 다수 개의 레이더센서 중 상기 무인비행체의 비행 방향에 기준하여 반대방향에 구비되는 일부 레이더센서를 인액티브모드로 동작시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은 상기 센서모듈에 의해 측정된 상기 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내인 경우에, 상기 무인비행체의 속도를 감속 제어하는 제어명령을 생성할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은 상기 센서모듈에 의해 측정된 상기 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내인 경우에, 상기 무인비행체를 일정 각도만큼 급회전시키기 위한 제어명령을 생성할 수 있다.
바람직하게, 상기 센서모듈에 구비되는 상기 다수 개의 레이더센서 중 일부는, 상기 무인비행체의 회전 궤도에 대응하여 회전 가능하게 구비될 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 다수 개의 레이더센서 중에서 상기 회전 가능하게 구비되는 일부 레이더센서는 상기 무인비행체의 회전에 대해 관성을 가지면서 상대적으로 변위되게 상기 본체에 결합될 수 있다.
바람직하게, 상기 본체는 상기 무인비행체에 구비되는 배터리의 충전량이 일정 수준 이하일 때, 상기 무인비행체에 보조전력을 공급하는 보조배터리를 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무인비행체의 비행 방향에 기준하여 여러 방향으로 레이더센서를 구비하여 무인비행체의 충돌 및 추락을 방지할 수 있다.
또한, 충돌 및 추락 방지를 위해 동작하는 다수 개의 레이더센서 중 무인비행체의 비행 방향에 기준하여 반대방향에 구비되는 일부 레이더센서를 인액티브모드(Inactive mode)로 동작시키므로, 전력 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 충돌 및 추락이 예상되는 상황에서 원격 제어를 인터럽트시키면서 무인비행체의 속도를 감속시키고 또한 무인비행체를 급회전시켜 충격을 최소화시킨다. 그에 따라, 충돌 및 추락 시에도 무인비행체의 파손을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인비행체의 충돌방지장치의 전체 구성을 나타낸 블록다이어그램;
도 2는 본 발명에 따른 무인비행체의 충돌방지장치의 상세 구성과 레이더센서의 동작을 설명하기 위한 다이어그램;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충돌방지장치에서 회전 가능하게 구비되는 레이더센서의 결합구조를 설명하기 위한 다이어그램이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무인비행체의 충돌방지장치의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무인비행체의 충돌방지장치의 전체 구성을 나타낸 블록다이어그램이고, 도 2는 본 발명에 따른 무인비행체의 충돌방지장치의 상세 구성과 레이더센서의 동작을 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명은 원격 제어신호에 따라 비행하는 무인비행체(1)의 충돌 및 추락을 방지하기 위한 장치로서, 본체(10)와 센서모듈(20)과 제어모듈(30)로 구성된다.
본체(10)는 무인비행체(1)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
본체(10)는 무인비행체(1)에 결합된 시에, 무인비행체(1)에 유선 또는 무선으로 연결된다. 여기서, 유선 또는 무선 연결을 통해 측정데이터, 제어명령 및 전력을 송수신할 수 있다.
일 예로, 본체(10)는 무인비행체(1)에 착탈 가능하게 하부에 결합되며, 그에 따라 본체(10)는 무인비행체(1)의 착륙 시에 완충을 위한 다수 개의 브릿지(11)를 구비할 수 있다.
센서모듈(20)은 본체(10)에 결합되며, 무인비행체(1)에 근접하는 장애물과의 거리를 측정하기 위한 다수 개의 레이더센서(21~26)를 구비한다.
센서모듈(20)에 구비되는 다수 개의 레이더센서(21~26)는 전파 형태에 따라 연속파 레이더센서와 펄스파 레이더센서 중 하나를 사용할 수 있다.
연속파 레이더센서는 도플러 레이더센서와 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave: 주파수 변조 연속파) 레이더센서 중 하나일 수 있으며, 펄스파 레이더센서는 펄스도플러 레이더센서와 펄스압축 레이더센서 중 하나일 수 있다.
본 발명에서 레이더센서는 레이더신호를 주기적으로 송신하면서 장애물로부터의 반사파 신호를 동시에 수신한다. 레이더센서는 장애물까지의 거리는 물론 이동하는 장애물의 속도도 탐지 가능하다. 이러한 레이더센서를 사용함으로써 장애물에 반사되어 수신되는 신호의 주파수를 검출하고 분석하여 장애물의 유무, 거리 및 속도를 측정할 수 있다.
다수 개의 레이더센서(21~26)는 전력이 공급됨에 따라 온(on) 상태가 된다. 그러나, 제어모듈(30)의 제어에 따라 장애물과의 거리를 측정하는 액티브모드(active mode)와 거리 측정을 실시하지 않은 인액티브 모드(inactive mode) 중 하나로 동작한다.
도 2에서는 다수 개의 레이더센서(21~26) 중에서 무인비행체(1)의 비행 방향과 반대방향에 위치하는 일부 레이더센서(24 또는 26)가 인액티브 모드로 동작하는 예를 도시한다.
보다 상세하게, 도 2는 본 발명에 따른 충돌방지장치에 구비되는 레이더센서의 동작 예를 설명하면, 센서모듈(20)은 무인비행체(1)의 비행 방향에 기준하여 전방향과 후방향과 측방향과 상방향과 하방향에 대응되게 레이더센서를 구비한다. 이때, 무인비행체(1)가 수평하게 전방으로 비행(비행방향1)하는 경우에, 센서모듈(20)을 구성하는 다수 개의 레이더센서(21~26) 중에서 후방향에 구비되는 레이더센서(24)가 인액티브 모드로 동작한다. 무인비행체(1)가 수직하게 상방으로 비행(비행방향2)하는 경우에, 센서모듈(20)을 구성하는 다수 개의 레이더센서(21~26) 중에서 하방향에 구비되는 레이더센서(26)가 인액티브 모드로 동작한다.
레이더센서(21~26)가 액티브 모드로 동작하면 장애물과의 거리를 측정한 데이터를 제어모듈(30)에 제공하는 상태이고, 인액티브 모드로 동작하면 어떠한 측정 데이터도 제어모듈(30)에 제공하지 않는 상태이다. 이와 같이, 본 발명의 장치는 센서모듈(20)을 구성하는 다수 개의 레이더센서(21~26) 중에서 무인비행체(1)의 비행 방향에 따라 거리 측정이 필요치 않는 일부 레이더센서(24 또는 26)의 동작을 제어하여 전체 전력 소모를 줄일 수 있다.
한편, 레이더센서(21~26) 중에서 무인비행체(1)의 비행 방향에 기준하여 전방향과 측방향과 후방향에 각각 구비되는 레이더센서(21~24)는 무인비행체(1)의 회전 궤도에 대응하여 회전 가능하게 구비된다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 충돌방지장치에서 회전 가능하게 구비되는 레이더센서의 결합구조를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 센서모듈(20)을 구성하는 다수 개의 레이더센서(21~26) 중에서 회전 가능하게 구비되는 일부 레이더센서(21~24)는 무인비행체(1)의 회전에 대해 관성을 가지면서 상대적으로 변위되게 본체(10)에 결합된다. 그에 따라, 무인비행체(1)가 비행 중에 회전하는 경우에, 본체(10)도 무인비행체(1)의 회전과 같이 회전한다. 그러나, 본체(10)에 대해 회전 가능하게 결합되는 일부 레이더센서(21~24)는 관성에 의해 현재 위치를 유지한다. 다시 말하면, 무인비행체(1)가 회전할 시에, 회전 가능하게 구비되는 일부 레이더센서(21~24)가 본체(10)와 상대적으로 변위되게 회전한다.
상기와 같이, 회전 가능하게 구비되는 일부 레이더센서(21~24)가 무인비행체(1)의 회전 시에도 관성을 가지면서 현재 위치를 유지함에 따라, 무인비행체(1)가 일방향으로 전진 비행하는 중에 수평하게 회전하더라도 일부 레이더센서(21~24)가 현재 위치를 유지함으로써, 장애물과의 충돌 가능성을 줄일 수 있다.
이에 대해 상세하면, 무인비행체(1)의 비행 방향에 기준하여 전방향과 측방향과 후방향에 각각 구비되는 레이더센서(21~24)가 회전 불가능하게 고정된 경우를 가정한다면, 무인비행체(1)가 일방향으로 전진 비행하는 중에 수평하게 회전하면 전방향과 측방향과 후방향에 각각 구비되는 레이더센서(21~24)도 무인비행체(1)의 회전에 구속되어 회전하게 된다. 만약 일측방향에 구비되는 레이더센서(22)가 회전 이전에 장애물과의 거리를 A미터로 측정했다면, 무인비행체(1)의 회전에 구속되어 회전한 이후에는 실질적으로 동일한 거리에 장애물이 위치함에도 불구하고 그 장애물과의 거리를 A미터보다 훨씬 먼 거리로 측정하거나 장애물이 없는 것으로 측정할 수 있다. 반면에, 본 발명의 장치와 같이 무인비행체(1)의 비행 방향에 기준하여 전방향과 측방향과 후방향에 각각 구비되는 레이더센서(21~24)가 회전 가능하게 구비되는 경우에는, 무인비행체(1)가 일방향으로 전진 비행하는 중에 수평하게 회전한다 하더라도 장애물과의 거리를 정확하게 측정할 수 있다.
제어모듈(30)은 무인비행체(1)의 비행 방향에 따라 센서모듈(20)을 구성하는 다수 개의 레이더센서(21~26)를 액티브모드 또는 인액티브모드로 제어한다. 특히, 제어모듈(30)은 다수 개의 레이더센서(21~26) 중에서 무인비행체(10)의 비행 방향에 기준하여 반대방향에 구비되는 일부 레이더센서(24 또는 26)를 인액티브모드로 동작시킨다. 예로써, 제어모듈(30)은 무인비행체(1)가 수평하게 전방으로 비행하는 경우에, 센서모듈(20)을 구성하는 다수 개의 레이더센서(21~26) 중에서 후방향에 구비되는 레이더센서(24)가 인액티브 모드로 동작하도록 제어한다. 또한, 무인비행체(1)가 수직하게 상방으로 비행하는 경우에, 센서모듈(20)을 구성하는 다수 개의 레이더센서(21~26) 중에서 하방향에 구비되는 레이더센서(26)가 인액티브 모드로 동작하도록 제어한다.
제어모듈(30)은 센서모듈(20)에 의해 측정된 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내인 경우에, 무인비행체(1)의 비행을 제어하기 위한 제어명령을 생성한다.
여기서, 제어모듈(30)이 생성하는 제어명령은 무인비행체(1)의 속도를 감속 제어하는 제어명령일 수 있다. 또한, 제어모듈(30)이 생성하는 제어명령은 무인비행체(1)를 일정 각도만큼 급회전시키기 위한 제어명령일 수 있다. 또한, 제어모듈(30)이 생성하는 제어명령은 무인비행체(1)의 속도를 감속시키면서 무인비행체(1)를 일정 각도만큼 급회전시키기 위한 제어명령일 수 있다.
제어모듈(30)은 생성되는 제어명령을 무인비행체(1)의 비행을 제어하는 제어기(2)에 전송할 수 있다.
제어모듈(30)은 센서모듈(20)에 의해 측정된 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내이면, 무인비행체(1)가 충돌 위험인 상태로 판단한다.
제어모듈(30)은 무인비행체(1)가 충돌 위험 상태이면, 원격 제어신호에 의해 무인비행체(1)의 비행을 제어하는 제어기(2)의 동작을 중지시키기 위한 인터럽트신호를 그 제어기(2)에 전송하고 또한 무인비행체(1)의 비행을 제어하기 위한 제어명령을 그 제어기(2)에 전송한다. 제어기(2)는 제어모듈(30)로부터 인터럽트신호가 수신되면, 원격 제어신호를 무시하고 제어모듈(30)로부터 수신되는 제어명령에 따라 무인비행체(1)의 비행을 제어한다.
따라서, 무인비행체(1)가 충돌 위험 상태일 때 속도를 높이기 위한 원격 제어신호가 수신되더라도, 제어기(2)는 그에 동작하지 않고 제어모듈(30)로부터 수신되는 제어명령에 따라 무인비행체(1)의 속도를 줄이거나 급회전시키거나 속도를 줄이면서 급회전시킨다.
상기한 본 발명의 설명에서는 제어모듈(30)과 제어기(2)가 독립적인 구성으로 설명하나, 그 제어모듈(30)과 제어기(2)를 하나로 일체되게 구현할 수 있다.
즉, 상기에서는 충돌방지를 위한 제어모듈(30)을 본체(10)에 마련하여 무인비행체(1)에 이미 구비되는 제어기(2)와 연동하게 구현한 예들을 설명한 것이다.
반면에, 본체(10)가 무인비행체(1)에 결합하여 전기적으로 연결됨에 따라 제어기(2)가 전술된 제어모듈(30)의 동작으로 수행하도록 구현할 수 있는데, 그에 ㄸ따라, 무인비행체(1)에 구비되는 제어기(2)가 전기적으로 연결된 센서모듈(20)로부터 측정데이터를 수신하여 충돌 위험 상태를 판단하고, 충돌 위험 상태인 경우에는 원격 제어신호가 수신되더라도 무인비행체(1)의 속도를 강제적으로 줄이거나 강제적으로 급회전시키게 제어할 수 있다.
추가 예로, 본 발명에 따른 충돌방지장치의 본체(10)는 무인비행체(1)에 구비되는 배터리의 충전량이 일정 수준 이하일 때, 그 무인비행체(1)에 보조전력을 공급하는 보조배터리(12)를 구비할 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 본체
20: 센서모듈
30: 제어모듈

Claims (11)

  1. 원격 제어신호에 따라 비행하는 무인비행체의 충돌방지장치에 있어서,
    본체;
    상기 본체에 결합되며, 상기 무인비행체에 근접하는 장애물과의 거리를 측정하기 위한 다수 개의 레이더센서를 구비하는 센서모듈; 및
    상기 무인비행체의 비행 방향에 따라 상기 다수 개의 레이더센서 중 적어도 하나를 액티브모드 또는 인액티브모드로 제어하고, 상기 센서모듈에 의해 측정된 상기 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내인 경우에 상기 무인비행체의 비행을 제어하기 위한 제어명령을 생성하는 제어모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 무인비행체에 착탈 가능하게 결합되되, 상기 무인비행체에 결합된 시에는 상기 무인비행체에 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 제어모듈에서 생성되는 제어명령을 상기 무인비행체의 비행을 제어하는 제어기에 전송하는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 무인비행체의 착륙 시에 완충을 위한 다수 개의 브릿지를 구비하는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 원격 제어신호에 의한 제어를 중지시키기 위한 인터럽트신호를 상기 제어기에 전송하고, 상기 무인비행체의 비행을 제어하기 위한 상기 제어명령을 상기 제어기에 전송하는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  5. 제 1 에 있어서,
    상기 센서모듈은,
    상기 무인비행체의 비행 방향에 기준하여 전방향과 후방향과 측방향과 상방향과 하방향에 대응되게 상기 레이더센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 다수 개의 레이더센서 중 상기 무인비행체의 비행 방향에 기준하여 반대방향에 구비되는 일부 레이더센서를 인액티브모드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 센서모듈에 의해 측정된 상기 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내인 경우에, 상기 무인비행체의 속도를 감속 제어하는 제어명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 센서모듈에 의해 측정된 상기 장애물과의 거리가 미리 설정된 범위 이내인 경우에, 상기 무인비행체를 일정 각도만큼 급회전시키기 위한 제어명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서모듈에 구비되는 상기 다수 개의 레이더센서 중 일부는,
    상기 무인비행체의 회전 궤도에 대응하여 회전 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수 개의 레이더센서 중에서 상기 회전 가능하게 구비되는 일부 레이더센서는,
    상기 무인비행체의 회전에 대해 관성을 가지면서 상대적으로 변위되게 상기 본체에 결합되는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 무인비행체에 구비되는 배터리의 충전량이 일정 수준 이하일 때, 상기 무인비행체에 보조전력을 공급하는 보조배터리를 구비하는 것을 특징으로 하는 무인비행체의 충돌방지장치.
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