KR20180064155A - Apparatus for Preventing Drop Accident of Drone, and Method for Controlling the Same - Google Patents
Apparatus for Preventing Drop Accident of Drone, and Method for Controlling the Same Download PDFInfo
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Abstract
Description
본 발명은 추락사고 방지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론의 추락사고 방지 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fall accident prevention apparatus, and more particularly, to a fall prevention apparatus and a control method thereof.
'드론(Drone)'이란, 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체를 의미하며, 주로 표적용, 정찰용, 감시용 등 군사 목적으로 사용되었으나, 최근에는 민간분야에서도 다양한 용도로 사용되고 있다.'Drone' means an airplane or a helicopter-shaped airplane flying by induction of radio waves by people without burning, and was mainly used for military purposes such as ticket application, reconnaissance, surveillance, etc. Recently, Are also used for various purposes.
즉, 드론은 화산 분화구 촬영처럼 사람이 직접 가서 촬영하기 어려운 장소를 촬영하거나 인터넷 쇼핑몰의 무인(無人) 택배 서비스에 이용되고 있다. 무인 택배 서비스의 경우 인공위성을 이용해 위치를 확인하는 GPS(위성항법장치) 기술을 활용해 서류, 책, 피자 등을 개인에게 배달하는 것이다.That is, the drones are used for unmanned courier services of Internet shopping malls or shooting places where it is difficult for a person to go directly to photographed volcanic craters. In the case of unmanned delivery service, it is to deliver documents, books, pizza, etc. to individuals by utilizing GPS (Satellite Navigation Device) technology which confirms the location using satellite.
또한, 최근에는 드론에 카메라를 장착하여 드론을 원격 조정하면서 영상을 촬영하는 헬리 캠이 방송용으로 널리 사용되고 있는 등 드론의 활용분야가 점차 넓어지고 있는 실정이다.In recent years, the application field of the drones has been widely used, in which heli-cam for shooting images while mounting the camera on the dron and remote-controlling the dron is widely used for broadcasting.
그러나, 드론은, 여러 많은 장점들에도 불구하고, 바람 등 외부 환경의 변화와 운전 조작의 미숙으로 인해 추락의 우려가 높은 것 또한 현실이다. 드론 및 그에 속한 여러 부품들이 워낙 고가이므로, 드론의 파손으로 인한 경제적 피해는 심각할 수밖에 없다. 게다가, 드론이 추락하는 경우, 드론 자체의 파손으로 인한 엄청난 경제적 피해 뿐 아니라, 대인 및 대물에 대한 2차 피해의 위험성 또한 심각하다.
However, despite the many advantages of the drones, it is also true that there is a high possibility of falling due to changes in the external environment such as the wind and immaturity of the driving operation. Since the drones and their various parts are so expensive, the economic damage caused by the damage of the drone is inevitable. In addition, when a dron crashes, the risk of secondary damage to people and objects as well as the enormous economic damage caused by the breakage of the dron itself is also serious.
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 드론의 이상 발생시 드론의 추락사고를 방지할 수 있는 드론의 추락사고 방지 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a drones crash preventing device and a control method thereof, which can prevent a dron crash.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 제1 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 드론의 추락사고 방지 장치는, 무인으로 비행하는 드론에 탈부착되는 드론의 추락사고 방지 장치에 있어서, 탄성 수단에 의해 압축되어 용기 내에 수용되는 낙하산과, 액추에이터에 의해 개폐되는 낙하산 커버를 포함하는 낙하산 모듈; 및 상기 드론의 기울기 및 자유낙하를 감시하여 상기 드론의 추락을 감지하고, 상기 드론의 추락시 상기 낙하산이 펼쳐지도록 상기 액추에이터를 제어하여 상기 낙하산 커버를 개방하는 낙하산 제어 모듈을 포함한다.In order to achieve the above object, according to a first embodiment of the present invention, there is provided a device for preventing fall of a dron according to the present invention, comprising: A parachute module including a parachute which is compressed by the parachute and accommodated in the container, and a parachute cover which is opened and closed by an actuator; And a parachute control module for monitoring a slope and a free fall of the drone to detect a fall of the drone, and controlling the actuator to unfold the parachute when the drone falls, thereby opening the parachute cover.
상기 낙하산 제어 모듈은, 상기 드론이 회전하는 각속도를 측정하는 자이로 센서; 상기 드론의 가속도를 측정하는 가속도 센서; 및 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 이용하여 상기 드론의 기울기 및 자유낙하를 감시함으로써 상기 드론의 추락을 감지하고, 상기 드론의 추락시 상기 낙하산이 펼쳐지도록 상기 액추에이터를 제어하여 상기 낙하산 커버를 개방하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The parachute control module includes a gyro sensor for measuring an angular velocity at which the drone is rotated; An acceleration sensor for measuring an acceleration of the drones; And monitoring the slope and free fall of the drones using the gyro sensor and the acceleration sensor to detect a fall of the drones and controlling the actuator to unfold the parachute when the drones fall, And a control unit.
상기 제어부는 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 초기화한 후, 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 캘리브레이션(calibration)하여 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서의 옵셋값을 저장하고, 상기 자이로 센서를 이용하여 상기 드론의 각속도를 측정하며, 상기 자이로 센서에 의해 측정된 각속도의 X, Y값이 저장된 옵셋값을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.Wherein the controller initializes the gyro sensor and the acceleration sensor and then calibrates the gyro sensor and the acceleration sensor to store the offset values of the gyro sensor and the acceleration sensor, And determines that the drones fall if the X and Y values of the angular velocity measured by the gyro sensor deviate from a preset range based on the stored offset value.
상기 제어부는 각속도의 X, Y값 > 저장된 옵셋값 + 90 또는 각속도의 X, Y값 < 저장된 옵셋값 - 90인 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.The control unit determines that the drones fall if the X and Y values of the angular velocity are greater than the stored offset value + 90 or the X and Y values of the angular velocity are smaller than the stored offset value = 90.
상기 제어부는 보상 필터(Complementary Filter)를 통해 상기 자이로 센서에 의해 측정된 각속도에 상기 가속도 센서에 의해 측정된 가속도를 적용하여 상기 자이로 센서의 오차를 보정하는 것을 특징으로 한다.Wherein the controller corrects an error of the gyro sensor by applying an acceleration measured by the acceleration sensor to an angular velocity measured by the gyro sensor through a compensation filter (Complementary Filter).
상기 제어부는 상기 드론의 낙하가 초속 8 미터 이상으로 0.1 초 이상 지속되는 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.The control unit determines that the drones fall when the falling of the dron continues for at least 0.1 second per second at a speed of 8 meters or more.
상기 제어부는 상기 드론의 배터리 용량을 체크하여 상기 드론의 배터리의 셀당 용량이 3.6 V 미만인 경우 배터리의 저전압을 경고하고, 상기 드론의 동작을 제한하는 것을 특징으로 한다.The controller may check the battery capacity of the drones to warn the battery low voltage when the capacity of the battery of the drones is less than 3.6 V, and to limit the operation of the drones.
상기 낙하산 제어 모듈은, 상기 드론의 고도를 측정하는 기압 센서; 및 실행시간, 오류타입, 및 내용 중 적어도 하나를 포함하는 로그를 저장하는 메모리부; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 드론의 추락시 상기 메모리부에 상기 낙하산이 펼쳐진 시점에 상기 기압 센서에 의해 측정된 고도와 함께 에러 로그를 저장하는 것을 특징으로 한다.The parachute control module includes an air pressure sensor for measuring an altitude of the drones; And a log including at least one of execution time, error type, and contents; And the controller stores the error log together with the altitude measured by the atmospheric pressure sensor at the time when the parachute is deployed in the memory unit when the drone falls.
상기 제어부는 상기 기압 센서를 초기화한 후, 상기 기압 센서의 이상 유무를 확인하는 것을 특징으로 한다.And the control unit confirms the presence or absence of an abnormality in the atmospheric pressure sensor after initializing the atmospheric pressure sensor.
상기 메모리부는 카드 타입의 메모리이고, 상기 제어부는 상기 메모리부의 삽입 여부 및 용량을 체크하는 것을 특징으로 한다.Wherein the memory unit is a card type memory, and the control unit checks whether or not the memory unit is inserted and the capacity thereof.
상기 제어부는 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 초기화한 후, 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서의 이상 유무를 확인하는 것을 특징으로 한다.And the control unit confirms whether the gyro sensor and the acceleration sensor are abnormal after initializing the gyro sensor and the acceleration sensor.
본 명세서의 제2 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법은, 무인으로 비행하는 드론에 탈부착되는 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법에 있어서, 자이로 센서 및 가속도 센서를 이용하여 상기 드론의 기울기 및 자유낙하를 감시하여 상기 드론의 추락을 감지하는 단계; 및 상기 드론의 추락시, 탄성 수단에 의해 압축되어 용기 내에 수용된 낙하산과, 액추에이터에 의해 개폐되는 낙하산 커버를 포함하는 낙하산 모듈에 있어서, 상기 낙하산이 펼쳐지도록 상기 액추에이터를 제어하여 상기 낙하산 커버를 개방하는 단계를 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a control method for a fall prevention device for a drone, which is detachably attached to a dragon flying in an unmanned manner, Monitoring the slope and free fall of the drone to detect a fall of the drone; And a parachute module including a parachute which is compressed by elastic means and accommodated in the container and which is opened and closed by an actuator when the drones fall, and the parachute cover is opened by controlling the actuator so that the parachute is unfolded .
상기 드론의 추락을 감지하는 단계 이전에, 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 초기화하는 단계; 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 캘리브레이션(calibration)하여 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서의 옵셋값을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Initializing the gyro sensor and the acceleration sensor prior to sensing the fall of the drones; And storing the offset values of the gyro sensor and the acceleration sensor by calibrating the gyro sensor and the acceleration sensor.
상기 드론의 추락을 감지하는 단계는, 상기 자이로 센서를 이용하여 상기 드론의 각속도를 측정하는 단계; 및 상기 자이로 센서에 의해 측정된 각속도의 X, Y값이 저장된 옵셋값을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step of sensing the drop of the dron may include: measuring the angular velocity of the dron using the gyro sensor; And determining that the drone falls if the X and Y values of the angular velocity measured by the gyro sensor deviate from a preset range based on the stored offset value.
상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 단계에서, 각속도의 X, Y값 > 저장된 옵셋값 + 90 또는 각속도의 X, Y값 < 저장된 옵셋값 - 90인 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.The controller determines that the drones fall when the X, Y value of the angular velocity is greater than the stored offset value + 90 or the X, Y value of the angular velocity is less than 90 .
상기 드론의 추락을 감지하는 단계는, 상기 드론의 각속도를 측정하는 단계와 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 단계 사이에, 보상 필터(Complementary Filter)를 통해 상기 자이로 센서에 의해 측정된 각속도에 상기 가속도 센서에 의해 측정된 가속도를 적용하여 상기 자이로 센서의 오차를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the step of sensing the falling of the dron comprises the step of measuring the angular velocity measured by the gyro sensor through a compensation filter between a step of measuring the angular velocity of the dron and a step of determining that the dron is falling, And correcting an error of the gyro sensor by applying an acceleration measured by the sensor.
상기 드론의 추락을 감지하는 단계에서, 상기 드론의 낙하가 초속 8 미터 이상으로 0.1 초 이상 지속되는 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.The controller determines that the drone falls when the drop of the dron continues for at least 0.1 second per second at a speed of 8 meters or more per second.
상기 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법은, 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서의 이상 유무를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The control method for the fall-accident prevention device of the drone further includes checking whether the gyro sensor and the acceleration sensor are abnormal.
상기 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법은, 상기 드론의 추락을 감지하는 단계 이전에, 상기 드론의 배터리 용량을 체크하는 단계; 및 상기 드론의 배터리의 셀당 용량이 3.6 V 미만인 경우 배터리의 저전압을 경고하고, 상기 드론의 동작을 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of controlling the apparatus for preventing a fall accident of a drone includes the steps of: checking a battery capacity of the dron before detecting a fall of the dron; And warning the lower voltage of the battery when the battery capacity of the battery of the dron is less than 3.6 V, and restricting the operation of the drones.
상기 낙하산 제어 모듈은, 상기 드론의 고도를 측정하는 기압 센서를 더 포함하고, 상기 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법은, 상기 드론의 추락시 상기 낙하산이 펼쳐진 시점에 상기 기압 센서에 의해 측정된 고도와 함께 실행시간, 오류타입, 및 내용 중 적어도 하나를 포함하는 에러 로그를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The parachute control module may further include an air pressure sensor for measuring an altitude of the drones, and the control method of the apparatus for preventing a fall accident of a drone may include a step of, when the parachute is deployed, Storing an error log including at least one of an execution time, an error type, and contents together with an altitude.
상기 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법은, 상기 드론의 추락시 LED를 점멸하고, 에러 사운드를 재생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The control method of the apparatus for preventing a crash of a dragon further comprises a step of blinking an LED at the time of the drop of the drones and reproducing an error sound.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 드론의 추락을 감지하고, 드론의 추락시 낙하산이 펼쳐지도록 하는 드론의 추락사고 방지 장치 및 그 제어 방법을 제공함으로써, 드론의 추락에 따른 파손을 방지할 수 있고, 타인의 신체 및 재산 피해를 획기적으로 줄여줄 수 있다.
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the breakage due to the fall of the drone by providing a device for preventing a crash of a drone and detecting the fall of the drone, And can significantly reduce the damage to the body and property of others.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 추락사고 방지 장치가 장착된 드론의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 낙하산 제어 모듈의 동작 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 낙하산 제어 모듈 내부의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비행 전 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도, 및
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비행시 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a perspective view of a dron equipped with a fall prevention device according to an embodiment of the present invention,
2 is a view for explaining a method of operating a parachute control module according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a parachute control module according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control method of a fall-accident prevention device for a pre-flying drones according to an embodiment of the present invention, and FIG.
5 and 6 are flowcharts illustrating a control method of a fall prevention apparatus for a dragon during flight according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. It is also to be understood that the technical terms used herein are to be interpreted in a sense generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense. Further, when a technical term used herein is an erroneous technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood that technical terms that can be understood by a person skilled in the art are replaced. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprising" or "comprising" or the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.Further, the suffix "module" and "part" for components used in the present specification are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 추락사고 방지 장치가 장착된 드론의 사시도를 나타낸다.1 is a perspective view of a dron equipped with a fall prevention device according to an embodiment of the present invention.
우선, 드론(100)은 지상의 관리자에 의해 수동 조작되거나, 설정된 비행 프로그램에 의해 자동 조종되면서 무인 비행하게 되는 것이다. 이와 같은 드론(100)은 도 1에서와 같이 메인 프레임(110), 수평 및 수직이동 추진장치(120), 및 착륙용 레그(130)를 포함하는 구성으로 이루어진다.First, the
메인 프레임(110)은 카메라 모듈(도 2의 200) 등의 모듈이 장착되는 몸체 부위이다.The
수평 및 수직이동 추진장치(120)는 메인 프레임(110)에 수직으로 설치되는 하나 이상의 프로펠러(122)로 이루어지는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 수평 및 수직이동 추진장치(120)는 서로 이격 배치된 복수개의 프로펠러(122)로 이루어진다. 여기서 수평 및 수직이동 추진장치(120)는 프로펠러가 아닌 에어 분사형 추진기 구조로 이루어질 수도 있다.The horizontal and vertical
착륙용 레그(130)는 메인 프레임(110)의 저면에 서로 이격 배치된다. 또한, 착륙용 레그(130)의 하부에는 드론(100)이 착륙할 때 지면과의 충돌에 의한 충격을 최소화하는 완충 지지부재(132)가 장착될 수 있다.The
물론 드론(100)은 상기와 다른 비행체 구성의 다양한 구조로 이루어질 수 있다.Of course, the
한편, 본 발명에 따른 추락사고 방지 장치(300)는 고정 수단(330)을 이용하여 한 쌍의 착륙용 레그(130) 사이에 장착되는데, 이에 한정되는 것은 아니며 드론(100)의 비행에 영향을 주지 않는 선에서 메인 프레임(110)의 상부 또는 하부에 장착될 수도 있다.The
추락사고 방지 장치(300)는 크게 낙하산 모듈(310) 및 낙하산 제어 모듈(320)로 구성된다.The
낙하산 모듈(310)은 탄성 수단인 스프링(311)에 의해 압축되어 용기(312) 내에 수용되는 낙하산(313)을 포함하고, 액추에이터(314)에 의해 낙하산(313)이 펼쳐질 수 있도록 구성되어 있다.The
도 1 및 도 2를 참조하면, 낙하산 모듈(310)은 스프링(311) 및 낙하산(313) 과 더불어 지지대(311a)를 포함하고, 스프링(311)은 낙하산 커버(315)에 의해 압축상태로 되어 있다가 액추에이터(314)의 작동에 의해 잠금 수단(314a)이 해제되는 경우, 낙하산 커버(315)가 개방되어 스프링(311)이 탄성 복원되고 압축상태가 해제되면서 낙하산(313)이 펼쳐진다.1 and 2, the
예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 액추에이터(314)가 약 90°에 위치하는 경우, 잠금 수단(314a)은 잠금 상태로 되어 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 액추에이터(314)가 약 170°에 위치하는 경우, 잠금 수단(314a)은 해제 상태로 되고, 낙하산 커버(315)가 개방되어 낙하산(313)이 펼쳐지게 된다.For example, as shown in FIG. 2A, when the
낙하산 제어 모듈(320)은 드론(100)의 기울기 및 자유낙하를 감시하여 드론(100)의 추락을 감지하고, 드론(100)의 추락시 낙하산(313)이 펼쳐지도록 액추에이터(314)를 제어하여 낙하산 커버(315)를 개방한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 낙하산 제어 모듈(320)은 자이로 센서, 가속도 센서, 및 기압 센서 등의 각종 센서, 제어부, GPS 수신기, 통신 모듈, 및 메모리부 등을 포함할 수 있다. 낙하산 제어 모듈(320)의 자세한 구성에 대해서는 이하에서 설명하기로 한다.The
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 낙하산 제어 모듈 내부의 개략적인 구성을 나타낸 블럭 구성도이다.3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a parachute control module according to an embodiment of the present invention.
우선, 설명에 앞서, 드론(100)은 안정적으로 비행하기 위해서 각종 센서들을 이용해 자신의 비행상태를 측정한다. 드론의 비행상태는 회전운동상태(Rotational States)와 병진운동상태(Translational States)로 정의된다. 회전운동상태는 ‘요(Yaw)’, ‘피치 (Pitch)’, 및 ‘롤 (Roll)’을 의미하며, 병진운동상태는 경도, 위도, 고도, 및 속도를 의미한다.First, prior to the explanation, the
여기서, ‘롤’, ‘피치’, 및 ‘요’는 오일러 (Euler) 각도라 부르며, 비행기 기체좌표 x,y,z 세 축이 어떤 특정 좌표, 예를 들어, NED 좌표 N, E, D 세 축에 대하여 회전된 각도를 나타낸다. 비행기 전면이 기체좌표의 z축을 기준으로 좌우로 회전할 경우, 기체좌표의 x축은 NED 좌표의 N축에 대하여 각도 차이가 생기게 되며, 이 각도를 "요"(Ψ)라고 한다. 비행기의 전면이 오른쪽으로 향한 y축을 기준으로 상하로 회전을 할 경우, 기체좌표의 z축은 NED 좌표의 D축에 대하여 각도 차이가 생기게 되며, 이 각도를 "피치"(θ)라고 한다. 비행기의 동체가 전면을 향한 x축을 기준으로 좌우로 기울게 될 경우, 기체좌표의 y축은 NED 좌표의 E축에 대하여 각도가 생기게 되며, 이 각도를 "롤"(Φ)이라 한다.Here, 'roll', 'pitch', and 'yaw' are called Euler angles, and three axes x, y, z of the plane are co-ordinate with certain coordinates, for example, NED coordinates N, E, Represents the angle rotated about the axis. When the entire plane of the airplane is rotated left and right with respect to the z axis of the gas coordinate, the x axis of the gas coordinate will have an angular difference with respect to the N axis of the NED coordinate, and this angle is called "yaw" (Ψ). When the plane of the airplane is rotated up and down with respect to the y-axis toward the right, the z-axis of the gas coordinates will have an angle difference with respect to the D-axis of the NED coordinate, and this angle is called "pitch" (θ). When the fuselage of the airplane is tilted to the left or to the right with respect to the x-axis toward the front, the y-axis of the gas coordinate is angled with respect to the E-axis of the NED coordinate, and this angle is called "roll" (Φ).
드론(100)은 회전운동상태를 측정하기 위해 3축 자이로 센서(Gyroscopes), 3축 가속도 센서(Accelerometers), 및 3축 지자기 센서(Magnetometers)를 이용하고, 병진운동상태를 측정하기 위해 GPS 수신기와 기압 센서(Barometric Pressure Sensor)를 이용한다.The
이러한 드론(100)의 운동상태를 감시하기 위해, 본 발명에 따른 낙하산 제어 모듈(320)은 자이로 센서(31), 가속도 센서(32), 및 기압 센서(33)를 포함한다. 여기서, 자이로 센서(31)와 가속도 센서(32)는 드론(100)의 기체좌표(Body Frame Coordinate)가 지구관성좌표(Earth Centered Inertial Coordinate)에 대해 회전한 상태와 가속된 상태를 측정해주는데, MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 반도체 공정기술을 이용해 관성측정기(IMU: Inertial Measurement Unit)라 부르는 단일 칩(Single Chip)으로 제작될 수도 있다. 또한, IMU 칩 내부에는 자이로 센서(31)와 가속도 센서(32)가 측정한 지구관성좌표 기준의 측정치들을 지역좌표 (Local Coordinate), 예를 들어 GPS가 사용하는 NED(North-East-Down) 좌표로 변환해주는 마이크로컨트롤러가 포함될 수 있다. 이에 더해, 낙하산 제어 모듈(320)은 제어부(34), 메모리부(35), LED부(36), 및 알람부(37)를 더 포함할 수 있다.The
자이로 센서(31)는 드론(100)의 기체좌표 x, y, z 세 축이 지구관성좌표에 대하여 회전하는 각속도를 측정한 후 고정좌표로 변환된 값(Wx.gyro, Wy.gyro, Wz.gyro)을 계산하고, 이 값을 선형 미분방정식을 이용해 오일러 각도(Φgyro, θgyro, ψgyro)로 변환한다. 여기서, 자이로 센서(31)의 측정치는 저주파수 대역에서 바이어스(Bias) 오차를 포함하기 때문에(즉, 드론이 정지해 있을 때에도 자이로 센서의 측정치가 0이 되지 않음) x, y, z 세 축에 대한 자이로 센서(31)의 바이어스 오차가 제거되어야 한다. 이에 대한 방법은 후술하기로 한다.The
가속도 센서(32)는 드론(100)의 기체좌표 x, y, z 세 축의 지구관성좌표에 대한 가속도를 측정한 후 고정좌표로 변환된 값(fx,acc, fy,acc, fz,acc)을 계산하고, 이 값을 ‘롤(Φacc)’과 ‘피치(θacc)’로 변환하며, 이 값들은 자이로 센서(31)의 측정치를 이용해 계산한 ‘롤(Φgyro)’과 ‘피치(θgyro)’에 포함된 바이어스 오차를 제거하는 데 이용된다. 하지만, 가속도 센서(32)는 ‘요’를 측정할 수 없기 때문에 자이로 센서(31)를 이용해 측정한 ‘요(ψgyro)’에 포함된 바이어스 오차를 제거할 수 없다. 이를 위해, 본 발명에 따른 낙하산 제어 모듈(320)은 지자기 센서(미도시)를 더 포함할 수도 있다.The
지자기 센서(미도시)는 드론(100)의 기체좌표 x, y, z 세 축의 자북점에 대한 방향을 측정하고, 이 값을 이용해 기체좌표의 NED 좌표에 대한 ‘요’ 값을 계산한다. 제어부(34)는 지자기 센서(미도시)로 측정한 ‘요(ψmag)’를 이용해 자이로 센서(31)의 측정치 ‘요(ψgyro)’에 포함된 바이어스 오차를 제거한다.A geomagnetic sensor (not shown) measures the direction of the magnetic north coordinates of the three coordinate axes x, y and z of the
GPS 수신기(미도시)는 GPS 위성들로부터 수신한 신호를 이용해 NED 좌표 상에서 드론(100)의 병진운동상태, 즉, 위도(Pn.GPS), 경도(Pe.GPS), 고도(hMSL.GPS), 위도 상의 속도(Vn.GPS), 경도 상의 속도(Ve.GPS), 및 고도 상의 속도(Vd.GPS)를 계산한다. 여기서, 첨자 MSL은 해수면(MSL: Mean Sea Level)을 의미한다.The GPS receiver (not shown) uses the signal received from the GPS satellites to calculate the translational motion state of the
GPS 수신기(미도시)를 통해 수신한 위치 좌표에는 항상 5 ~ 10 m의 오차가 있다. 민수용 GPS 수신기는 L1 주파수밴드(1.5 ㎓)의 C/A(Coarse-Acquisition) 코드 혹은 L2 주파수밴드(1.2 ㎓)의 C/A 코드 둘 중의 하나만을 수신할 수 있다. 하지만 군사용 GPS 수신기는 L1 C/A와 L2 C/A를 동시에 수신할 수 있어 다이버시티(Diversity)로 인한 이득을 얻을 수 있으며, 추가로 암호화 신호(Encrypted Signal) P(Y)를 수신할 수 있어 GPS 신호가 지구의 이온층을 통과할 때 교란되는 것을 보정할 수 있다(Ionospheric Correction, 이온층 보정이라 함). 5 m ~ 10 m의 GPS 고도 오차는 주로 저공비행을 하는 드론의 지상시설물들과의 충돌 위험을 야기시킨다. 따라서, 별도의 기압 센서를 이용하여 고도(hALP.baro)를 측정하기도 한다. 여기서, 첨자 ALP는 기압(Air-Level Pressor)을 의미하며, 기압 센서(33)는 드론(100)의 이륙시 기압과 현재 비행고도에서의 기압을 비교해 이륙 지점으로부터의 현재 고도를 계산한다.The position coordinates received via the GPS receiver (not shown) always have an error of 5 to 10 m. A civilian GPS receiver can receive either C / A code of the L1 frequency band (1.5 GHz) or C / A code of the L2 frequency band (1.2 GHz). However, the military GPS receiver can receive L1 C / A and L2 C / A at the same time, thereby obtaining a gain due to diversity and further receiving an encrypted signal P (Y) It is possible to compensate disturbance when the GPS signal passes through the ionosphere of the earth (Ionospheric Correction). The GPS altitude error of 5 m to 10 m causes a risk of collision with the ground facilities of the drones that mainly fly low. Therefore, the altitude (hALP.baro) may be measured using a separate air pressure sensor. The subscript ALP means an air-level pressor. The atmospheric pressure sensor 33 compares the take-off pressure of the
제어부(34)는 펌웨어 업데이트가 쉽고 오픈소스를 사용하며, 최근 사물인터넷에서 각광받고 있는 아두이노(Arduino)를 적용할 수 있다. 제어부(34)는 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)를 이용하여 드론(100)의 기울기 및 자유낙하를 감시함으로써 드론(100)의 추락을 감지하고, 드론(100)의 추락시 낙하산(313)이 펼쳐지도록 액추에이터(314)를 제어하여 낙하산 커버(315)를 개방한다. 이하에서는, 제어부(34)가 낙하산 모듈(310)을 제어하는 구체적인 방법에 대해서 설명하기로 한다.The
우선, 제어부(34)는 낙하산 모듈(310)의 제어에 앞서 낙하산 제어 모듈(32)을 구성하는 각 구성요소들을 초기화한다.First, the
즉, 제어부(34)는 전원 인가시 LED부(36)를 통해 녹색 LED를 온하고, 드론(100)의 배터리 용량을 체크한다. 제어부(34)는 배터리의 셀당 용량이 3.6 V 미만인 경우, 배터리의 저전압을 경고한다. 즉, 제어부(34)는 LED부(36)를 통해 녹색 LED 및 빨간색 LED를 점멸하고, 알람부(37)를 통해 에러 사운드를 재생하며, 실행시간, 오류타입, 및 내용 등을 포함하는 에러 로그를 메모리부(35)에 저장한다. 이때, 제어부(34)는 배터리의 용량이 저전압인 경우 드론(100)의 동작을 제한할 수 있다.That is, the
제어부(34)는 자이로 센서(31), 가속도 센서(32), 및 기압 센서(33)를 초기화한 후, 각 센서의 이상 유무를 확인하고, 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)를 캘리브레이션(calibration)하며, 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)의 옵셋값을 저장한다. 여기서, 제어부(34)는 초기화 및 캘리브레이션 진행시 LED부(36)를 통해 노란색 LED를 점멸하고, 어느 센서에 이상이 있는 경우 LED부(36)를 통해 녹색 LED 및 노란색 LED를 점멸하고, 알람부(37)를 통해 에러 사운드를 재생하며, 실행시간, 오류타입, 및 내용 등을 포함하는 에러 로그를 메모리부(35)에 저장한다.The
또한, 제어부(34)는 메모리부(35)를 초기화한 후, 메모리부(35)의 용량을 체크하고, 여유 공간이 10메가 이하인 경우 LED부(36)를 통해 노란색 LED 및 빨간색 LED를 점멸하고, 알람부(37)를 통해 에러 사운드를 재생한다. 이때, 제어부(34)는 드론(100)이 동작하도록 하되, 에러 로그 및 비행 로그 등을 저장하는 블랙박스 기능을 금지(Disable)시킨다. 이와 더불어, 제어부(34)는 메모리부(35)가 카드 타입의 메모리인 경우, 메모리의 삽입 여부를 확인할 수도 있다.The
또한, 제어부(34)는 액추에이터(314)를 초기화한다. 즉, 제어부(34)는 액추에이터(314)가 90°에 위치하도록 하여 낙하산 커버(315)를 폐쇄한다. 이와 같이, 제어부(34)는 자이로 센서(31), 가속도 센서(32), 기압 센서(33), 메모리부(35), 및 액추에이터(314)의 초기화를 완료한 후, LED부(36)를 통해 노란색 LED를 오프하고, 완료 사운드를 재생함으로써, 사용자에게 초기화가 완료되었음을 알린다.In addition, the
한편, 제어부(34)는 일련의 초기화 과정이 완료된 후, 드론(100)이 비행을 시작하면, 드론(100)의 추락을 감지하고, 드론(100)의 추락시 낙하산(313)이 펼쳐지도록 액추에이터(314)를 제어하여 낙하산 커버(315)를 개방한다. 여기서, 제어부(34)가 드론(100)의 추락을 감지하는 방법은 아래와 같이 두 가지 방법으로 나누어질 수 있다.The
첫 번째로, 제어부(34)는 드론(100)의 기울기를 감시하여 드론(100)의 추락을 감시할 수 있다. 구체적으로는, 제어부(34)는 자이로 센서(31)를 이용하여 드론(100)의 각속도를 측정하고, 자이로 센서(31)에 의해 측정된 각속도의 X, Y값이 초기화 과정에서 저장된 옵셋값을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는 경우(예를 들면, 각속도의 X, Y 값이 저장된 옵셋값보다 +90보다 크거나 -90보다 작은 경우), 드론(100)이 추락하는 것으로 판단한다.First, the
이때, 제어부(34)는 보상 필터(Complementary Filter)를 통해 자이로 센서(31)에 의해 측정된 각속도에 가속도 센서(32)에 의해 측정된 가속도를 적용하여 자이로 센서(32)의 오차를 보정할 수 있다. 구체적으로는, 보상 필터는 고주파대역 특성이 좋은 자이로 센서(31)의 상태측정치(Φgyro, θgyro)를 고주파대역 필터로 추출하고, 저주파대역 특성이 좋은 가속도 센서(32)의 상태측정치(Φacc, θacc)를 저주파대역 필터로 추출한 후 이 둘을 합쳐서 자이로 센서(31)의 바이어스 오차가 최소화된 상태추정치(ΦE, θE)를 산출한다.At this time, the
또한, 본 발명에 따른 제어부(34)는 확장칼만 필터(Extended Kalman Filter)를 이용하여 자이로 센서(31)에 의해 측정된 각속도의 오차를 보정할 수도 있다. 구체적으로는, 확장칼만 필터는 자이로 센서(31)를 이용한 측정치(Φgyro, θgyro, ψgyro), 가속도 센서(32)를 이용한 측정치(Φacc, θacc), 지자기 센서(미도시)를 이용한 측정치(ψmag) 및 GPS 수신기(미도시)를 이용한 측정치(Vn.GPS, Ve.GPS, Vd.GPS)를 이용해 실시간으로 드론(100)의 회전운동역학(Rotational Dynamics)을 모델링하면서 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)의 바이어스 오차가 최소화된 상태추정치(ΦE, θE, ψE)를 산출한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 낙하산 제어 모듈(320)은 전술한 지자기 센서(미도시) 및 GPS 수신기(미도시)를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the
두 번째로, 제어부(34)는 드론(100)의 자유낙하를 감시하여 드론(100)의 추락을 감지할 수 있다. 구체적으로는, 제어부(34)는 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)를 활용하여 드론(100)의 낙하가 초속 8 미터 이상으로 0.1 초 이상 지속되는 경우 드론(100)이 추락하는 것으로 판단한다. 이는 일반적으로 드론(100)이 정상적으로 작동하는 범위가 초속 0 ~ 6 미터이기 때문이다.Secondly, the
메모리부(35)는 실행시간, 오류타입, 및 내용 등을 포함하는 로그를 저장한다. 메모리부(35)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램, 롬 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 이때, 메모리부(35)가 카드 타입의 메모리인 경우, 본 발명에 따른 낙하산 제어 모듈(320)은 메모리부(35)를 대신하여 메모리 슬롯을 포함할 수 있다.The
LED부(36)는 녹색 LED, 빨간색 LED, 및 노란색 LED 등을 포함할 수 있다. LED부(36)는 배터리 저전압 여부, 각 센서의 이상 여부, 초기화 및 캘리브레이션 진행 상태, 메모리부(35)의 용량 상태, 초기화 완료 여부, 및 드론(100)의 추락 여부 등을 표시할 수 있다.The
알람부(37)는 LED부(36)와 함께 배터리 저전압 여부, 각 센서의 이상 여부, 초기화 및 캘리브레이션 진행 상태, 메모리부(35)의 용량 상태, 초기화 완료 여부, 및 드론(100)의 추락 여부 등을 알리기 위한 신호를 출력한다. 알람부(37)는 오디오 신호나 비디오 신호 이외에 다른 형태로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 예를 들면, 소리나 진동 형태로 신호를 출력할 수 있다.The alarm unit 37 is provided with the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비행 전 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a control method of a fall-accident prevention device for a pre-flying drones according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 낙하산 제어 모듈(320)은 드론(100)의 배터리 용량을 체크하여, 드론(100)의 배터리 용량이 3.6 V 이상인지 여부를 판단한다(S410). 이때, 배터리 용량이라 함은 배터리의 셀당 용량을 의미한다.Referring to FIG. 4, the
낙하산 제어 모듈(320)은 드론(100)의 배터리 용량이 3.6 V 미만인 경우, 배터리 저전압을 경고한다(S412). 예를 들면, 낙하산 제어 모듈(320)은 LED부(36)를 통해 녹색 LED 및 빨간색 LED를 점멸하고, 알람부(37)를 통해 에러 사운드를 재생하며, 실행시간, 오류타입, 및 내용 등을 포함하는 에러 로그를 메모리부(35)에 저장할 수 있다. 이때, 낙하산 제어 모듈(320)은 드론(100)의 동작을 제한할 수 있다.The
낙하산 제어 모듈(320)은 드론(100)의 배터리 용량이 3.6 V 이상인 경우, 자이로 센서(31), 가속도 센서(32)를 초기화하고(S420), 기압 센서(33)를 초기화한 후(S430), 각 센서에 이상이 있는지 여부를 판단한다(S450).The
낙하산 제어 모듈(320)은 어느 센서에 이상이 있는 경우, 센서 이상을 경고한다(S452). 예를 들면, 낙하산 제어 모듈(320)은 LED부(36)를 통해 녹색 LED 및 노란색 LED를 점멸하고, 알람부(37)를 통해 에러 사운드를 재생하며, 실행시간, 오류타입, 및 내용 등을 포함하는 에러 로그를 메모리부(35)에 저장한다.The
낙하산 제어 모듈(320)은 센서에 이상이 없는 경우, 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)를 캘리브레이션하고(S460), 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)의 옵셋값을 메모리부(35)에 저장한다(S470).The
또한, 낙하산 제어 모듈(320)은 단계 S420 및 단계 S430과 동시에 메모리부(35)를 초기화하고(S440), 메모리부(35)의 용량을 체크하여, 메모리부(35)의 여유 공간이 10 메가 이하인지 여부를 판단한다(S442). 이때, 낙하산 제어 모듈(320)은 메모리부(35)가 카드 타입의 메모리인 경우, 메모리의 삽입 여부를 확인할 수도 있다.The
낙하산 제어 모듈(320)은 메모리부(35)의 여유 공간이 10 메가 이하인 경우, 메모리 부족을 경고한다(S444). 예를 들면, 낙하산 제어 모듈(320)은 LED부(36)를 통해 노란색 LED 및 빨간색 LED를 점멸하고, 알람부(37)를 통해 에러 사운드를 재생한다. 이때, 낙하산 제어 모듈(320)은 드론(100)이 동작하도록 하되, 에러 로그 및 비행 로그 등을 저장하는 블랙박스 기능을 금지(Disable)시킨다.The
낙하산 제어 모듈(320)은 단계 S470과 단계 S442 이후에, 액추에이터(314)를 초기화한다(S480). 예를 들면, 낙하산 제어 모듈(320)은 액추에이터(314)가 90°에 위치하도록 하여 낙하산 커버(315)를 폐쇄한다.The
추가로, 낙하산 제어 모듈(320)은 자이로 센서(31), 가속도 센서(32), 기압 센서(33), 메모리부(35), 및 액추에이터(314)의 초기화를 완료한 후, LED부(36)를 통해 노란색 LED를 오프하고, 완료 사운드를 재생함으로써, 사용자에게 초기화가 완료되었음을 알릴 수 있다.Further, after the
한편, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 단계 S420, 단계 S430, 및 단계 S440을 동시에 수행하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단계 S420, 단계 S430, 및 단계 S440은 순차적으로 진행될 수 있다. 예를 들면, 단계 S420, 단계 S450, 단계 S460, 단계 S470, 단계 S430, 단계 S450, 단계 S440, 단계 S442, 및 단계 S480 순으로 진행될 수 있다.Meanwhile, although it has been described in the embodiment of the present invention that step S420, step S430, and step S440 are simultaneously performed for the sake of convenience, the present invention is not limited thereto, and steps S420, S430, and S440 may be sequentially performed. For example, steps S420, S450, S460, S470, S430, S450, S440, S442, and S480 may be performed in this order.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비행시 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.5 and 6 are flowcharts illustrating a control method of a fall prevention apparatus for a dragon during flight according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 낙하산 제어 모듈(320)은 도 5에 도시된 바와 같이 드론(100)의 기울기를 감시하여 드론(100)의 추락을 감지하거나, 도 6에 도시된 바와 같이 드론(100)의 자유낙하를 감시하여 드론(100)의 추락을 감지할 수 있다.The
우선, 도 5를 참조하면, 낙하산 제어 모듈(320)은 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)의 센서값을 리딩한다(S510). 즉, 낙하산 제어 모듈(320)은 자이로 센서(31)를 이용하여 드론(100)의 각속도를 측정하고, 가속도 센서(32)를 이용하여 드론(100)의 가속도를 측정한다.Referring to FIG. 5, the
낙하산 제어 모듈(320)은 보상 필터를 통해 자이로 센서(31)에 의해 측정된 각속도에 가속도 센서(32)에 의해 측정된 가속도를 적용하여 자이로 센서(32)의 오차를 보정한다(S520). 구체적으로는, 보상 필터는 고주파대역 특성이 좋은 자이로 센서(31)의 상태측정치(Φgyro, θgyro)를 고주파대역 필터로 추출하고, 저주파대역 특성이 좋은 가속도 센서(32)의 상태측정치(Φacc, θacc)를 저주파대역 필터로 추출한 후 이 둘을 합쳐서 자이로 센서(31)의 바이어스 오차가 최소화된 상태추정치(ΦE, θE)를 산출한다.The
또한, 단계 S520에서 낙하산 제어 모듈(320)은 확장칼만 필터를 이용하여 자이로 센서(31)에 의해 측정된 각속도의 오차를 보정할 수도 있다. 구체적으로는, 확장칼만 필터는 자이로 센서(31)를 이용한 측정치(Φgyro, θgyro, ψgyro), 가속도 센서(32)를 이용한 측정치(Φacc, θacc), 지자기 센서(미도시)를 이용한 측정치(ψmag) 및 GPS 수신기(미도시)를 이용한 측정치(Vn.GPS, Ve.GPS, Vd.GPS)를 이용해 실시간으로 드론(100)의 회전운동역학(Rotational Dynamics)을 모델링하면서 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)의 바이어스 오차가 최소화된 상태추정치(ΦE, θE, ψE)를 산출한다.In addition, in step S520, the
이어서, 낙하산 제어 모듈(320)은 자이로 센서(31)에 의해 측정된 각속도의 X, Y값이 초기화 과정에서 저장된 옵셋값을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는지 여부를 판단하고(S530), 자이로 센서(31)에 의해 측정된 각속도의 X, Y값이 저장된 옵셋값을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나지 않는 경우 단계 S510으로 돌아간다.Next, the
낙하산 제어 모듈(320)은 자이로 센서(31)에 의해 측정된 각속도의 X, Y값이 저장된 옵셋값을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는 경우(예를 들면, 각속도의 X, Y 값이 저장된 옵셋값보다 +90보다 크거나 -90보다 작은 경우), 드론(100)이 추락하는 것으로 판단하고, 낙하산(313)이 펼쳐지도록 액추에이터(314)를 제어하여 낙하산 커버(315)를 개방한다(S540). 즉, 낙하산 제어 모듈(320)은 액추에이터(314)를 약 90°에서 약 170°로 회전시켜, 잠금 수단(314a)을 해제하고, 낙하산 커버(315)를 개방하여 낙하산(313)을 펼친다. 이때, 낙하산 제어 모듈(320)은 LED부(36)를 통해 빨간색 LED를 점멸하고, 알람부(37)를 통해 90도 기울어짐 에러 사운드를 재생하며, 실행시간, 오류타입, 및 내용 등을 포함하는 에러 로그를 메모리부(35)에 저장할 수 있다.When the X and Y values of the angular velocity measured by the
한편, 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 낙하산 제어 모듈(320)은 자이로 센서(31) 및 가속도 센서(32)를 활용하여 드론(100)의 자유낙하를 감시한다(S610).6, the
낙하산 제어 모듈(320)은 드론(100)의 낙하가 초속 8 미터 이상으로 0.1 초 이상 지속되는지 여부를 판단한다(S620). 일반적으로 드론(100)이 정상적으로 작동하는 범위는 초속 0 ~ 6 미터이며, 드론(100)이 정상적으로 작동하는 범위를 제외하고 자유낙하를 판단하는 초속 및 시간은 사용자에 의해 얼마든지 변경될 수 있음은 물론이다.The
낙하산 제어 모듈(320)은 드론(100)이 자유낙하 하는 경우 드론(100)이 추락하는 것으로 판단하고, 낙하산(313)이 펼쳐지도록 액추에이터(314)를 제어하여 낙하산 커버(315)를 개방한다(S630). 즉, 낙하산 제어 모듈(320)은 액추에이터(314)를 약 90°에서 약 170°로 회전시켜, 잠금 수단(314a)을 해제하고, 낙하산 커버(315)를 개방하여 낙하산(313)을 펼친다. 이때, 낙하산 제어 모듈(320)은 LED부(36)를 통해 노란색 LED를 점멸하고, 알람부(37)를 통해 자유낙하 에러 사운드를 재생하며, 실행시간, 오류타입, 및 내용 등을 포함하는 에러 로그를 메모리부(35)에 저장할 수 있다.The
전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.The above-described method can be implemented by various means. For example, embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.In the case of hardware implementation, the method according to embodiments of the present invention may be implemented in one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), Programmable Logic Devices (PLDs) , FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), processors, controllers, microcontrollers, and microprocessors.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.In the case of an implementation by firmware or software, the method according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, a procedure or a function for performing the functions or operations described above. The software code can be stored in a memory unit and driven by the processor. The memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various well-known means.
이처럼, 본 발명의 실시예에서는, 드론의 추락을 감지하고, 드론의 추락시 낙하산이 펼쳐지도록 하는 드론의 추락사고 방지 장치 및 그 제어 방법을 제공함으로써, 드론의 추락에 따른 파손을 방지할 수 있고, 타인의 신체 및 재산 피해를 획기적으로 줄여줄 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent breakage due to a fall of a drone by providing a device for preventing a crash of a dron that causes a drop to be deployed when a drop of the dron is detected, , And can significantly reduce the damage to the body and property of others.
이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.The embodiments disclosed herein have been described with reference to the accompanying drawings. Thus, the embodiments shown in the drawings are not to be construed as limiting, and those skilled in the art will understand that the present invention can be combined with each other, and when combined, some of the components may be omitted.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Here, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings, but should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea disclosed in the present specification.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments described in the present specification and the drawings are only exemplary embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas disclosed in the present specification, so that various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
100: 드론 110: 메인 프레임
120: 수평 및 수직이동 추진장치 122: 프로펠러
130: 착륙용 레그 132: 완충 지지부재
200: 카메라 300: 추락사고 방지 장치
310: 낙하산 모듈 311: 스프링
311a: 지지대 312: 용기
313: 낙하산 314: 액추에이터
314a: 잠금 수단 315: 낙하산 커버
320: 낙하산 제어 모듈 330: 고정 수단
31: 자이로 센서 32: 가속도 센서
33: 기압 센서 34: 제어부
35: 메모리부 36: LED부
37: 알람부100: Drone 110: Main frame
120: horizontal and vertical movement propulsion device 122: propeller
130
200: camera 300: crash prevention device
310: Parachute module 311: Spring
311a: support 312: container
313: Parachute 314: Actuator
314a: Locking means 315: Parachute cover
320: Parachute control module 330: Fixing means
31: Gyro sensor 32: Acceleration sensor
33: air pressure sensor 34:
35: memory unit 36: LED unit
37: Alarm section
Claims (14)
탄성 수단에 의해 압축되어 용기 내에 수용되는 낙하산과, 액추에이터에 의해 개폐되는 낙하산 커버를 포함하는 낙하산 모듈; 및
상기 드론의 기울기 및 자유낙하를 감시하여 상기 드론의 추락을 감지하고, 상기 드론의 추락시 상기 낙하산이 펼쳐지도록 상기 액추에이터를 제어하여 상기 낙하산 커버를 개방하는 낙하산 제어 모듈;
을 포함하는 드론의 추락사고 방지 장치.
A drones crash preventer detachably attached to a drones flying in an unmanned manner,
A parachute module including a parachute which is compressed by elastic means and is received in a container, and a parachute cover that is opened and closed by an actuator; And
A parachute control module for monitoring a slope and a free fall of the drone to detect a fall of the drone, and controlling the actuator so that the parachute is deployed when the drone falls, thereby opening the parachute cover;
Wherein the drones are provided on the upper surface of the housing.
상기 드론이 회전하는 각속도를 측정하는 자이로 센서;
상기 드론의 가속도를 측정하는 가속도 센서; 및
상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 이용하여 상기 드론의 기울기 및 자유낙하를 감시함으로써 상기 드론의 추락을 감지하고, 상기 드론의 추락시 상기 낙하산이 펼쳐지도록 상기 액추에이터를 제어하여 상기 낙하산 커버를 개방하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
The parachute control module according to claim 1,
A gyro sensor for measuring an angular velocity at which the drone is rotated;
An acceleration sensor for measuring an acceleration of the drones; And
A controller for monitoring the slope and free fall of the dron by using the gyro sensor and the acceleration sensor to detect a fall of the dron and controlling the actuator so that the parachute is deployed when the dron falls, ;
And a control unit for controlling the drones so as to stop the drones.
상기 제어부는 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 초기화한 후, 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 캘리브레이션(calibration)하여 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서의 옵셋값을 저장하고, 상기 자이로 센서를 이용하여 상기 드론의 각속도를 측정하며, 상기 자이로 센서에 의해 측정된 각속도의 X, Y값이 저장된 옵셋값을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the controller initializes the gyro sensor and the acceleration sensor and then calibrates the gyro sensor and the acceleration sensor to store the offset values of the gyro sensor and the acceleration sensor, And determines that the drones fall if the X and Y values of the angular velocity measured by the gyro sensor deviate from a preset range based on the stored offset value. .
상기 제어부는 각속도의 X, Y값 > 저장된 옵셋값 + 90 또는 각속도의 X, Y값 < 저장된 옵셋값 - 90인 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
The method of claim 3,
Wherein the control unit determines that the drone falls if the X, Y value of the angular velocity is greater than the stored offset value + 90 or the X, Y value of the angular velocity is less than 90.
상기 제어부는 보상 필터(Complementary Filter)를 통해 상기 자이로 센서에 의해 측정된 각속도에 상기 가속도 센서에 의해 측정된 가속도를 적용하여 상기 자이로 센서의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
The method of claim 3,
Wherein the controller corrects an error of the gyro sensor by applying an acceleration measured by the acceleration sensor to the angular velocity measured by the gyro sensor through a compensation filter (Complementary Filter).
상기 제어부는 상기 드론의 낙하가 초속 8 미터 이상으로 0.1 초 이상 지속되는 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the control unit determines that the drone falls when the drop of the drone continues for at least 0.1 second per second at a speed of 8 meters or more.
상기 제어부는 상기 드론의 배터리 용량을 체크하여 상기 드론의 배터리의 셀당 용량이 3.6 V 미만인 경우 배터리의 저전압을 경고하고, 상기 드론의 동작을 제한하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the controller checks the battery capacity of the drones to warn a battery low voltage when the capacity of the battery of the drones is less than 3.6 V and restrain the operation of the drones.
상기 드론의 고도를 측정하는 기압 센서; 및
실행시간, 오류타입, 및 내용 중 적어도 하나를 포함하는 로그를 저장하는 메모리부;
를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 드론의 추락시 상기 메모리부에 상기 낙하산이 펼쳐진 시점에 상기 기압 센서에 의해 측정된 고도와 함께 에러 로그를 저장하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
The parachute control module according to claim 2,
An air pressure sensor for measuring an altitude of the drones; And
A memory unit for storing a log including at least one of execution time, error type, and contents;
Further comprising:
Wherein the control unit stores the error log together with the altitude measured by the atmospheric pressure sensor at the time when the parachute is deployed in the memory unit when the drone falls.
상기 제어부는 상기 기압 센서를 초기화한 후, 상기 기압 센서의 이상 유무를 확인하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the control unit initializes the air pressure sensor, and then confirms whether or not the air pressure sensor is abnormal.
상기 메모리부는 카드 타입의 메모리이고,
상기 제어부는 상기 메모리부의 삽입 여부 및 용량을 체크하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the memory unit is a card type memory,
Wherein the control unit checks whether or not the memory unit is inserted and the capacity of the memory unit is checked.
상기 제어부는 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 초기화한 후, 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서의 이상 유무를 확인하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit initializes the gyro sensor and the acceleration sensor, and then confirms whether or not the gyro sensor and the acceleration sensor are abnormal.
상기 드론의 배터리 용량을 체크하는 단계;
상기 드론의 배터리의 셀당 용량이 3.6 V 미만인 경우 배터리의 저전압을 경고하고, 상기 드론의 동작을 제한하는 단계;
자이로 센서 및 가속도 센서를 초기화하는 단계;
상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서의 이상 유무를 확인하는 단계;
상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 캘리브레이션(calibration)하여 상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서의 옵셋값을 저장하는 단계;
상기 자이로 센서 및 상기 가속도 센서를 이용하여 상기 드론의 기울기 및 자유낙하를 감시하여 상기 드론의 추락을 감지하는 단계;
상기 드론의 추락시, 탄성 수단에 의해 압축되어 용기 내에 수용된 낙하산과, 액추에이터에 의해 개폐되는 낙하산 커버를 포함하는 낙하산 모듈에 있어서, 상기 낙하산이 펼쳐지도록 상기 액추에이터를 제어하여 상기 낙하산 커버를 개방하는 단계;
상기 드론의 추락시 상기 낙하산이 펼쳐진 시점에 상기 기압 센서에 의해 측정된 고도와 함께 실행시간, 오류타입, 및 내용 중 적어도 하나를 포함하는 에러 로그를 저장하는 단계; 및
상기 드론의 추락시 LED를 점멸하고, 에러 사운드를 재생하는 단계;
를 포함하고,
상기 드론의 추락을 감지하는 단계는,
상기 자이로 센서를 이용하여 상기 드론의 각속도를 측정하는 단계; 및
상기 자이로 센서에 의해 측정된 각속도의 X, Y값이 저장된 옵셋값을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 단계를 포함하고,
상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 단계에서,
각속도의 X, Y값 > 저장된 옵셋값 + 90 또는 각속도의 X, Y값 < 저장된 옵셋값 - 90인 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법.
A control method for a fall prevention device for a drone which is detached and attached to a drone flying in an unmanned manner,
Checking the battery capacity of the drones;
Warning the low voltage of the battery when the capacity of the battery of the drones is less than 3.6 V, and restricting the operation of the drones;
Initializing a gyro sensor and an acceleration sensor;
Checking whether the gyro sensor and the acceleration sensor are abnormal;
Storing the offset values of the gyro sensor and the acceleration sensor by calibrating the gyro sensor and the acceleration sensor;
Monitoring a slope and a free fall of the drones using the gyro sensor and the acceleration sensor to detect a fall of the drones;
A parachute module including a parachute which is compressed by an elastic means and accommodated in a container, and a parachute cover which is opened and closed by an actuator when the drone falls, comprising the steps of: opening the parachute cover by controlling the actuator so that the parachute is deployed ;
Storing an error log including at least one of an execution time, an error type, and contents together with an altitude measured by the atmospheric pressure sensor at the time when the parachute is deployed at the time of the drop of the drones; And
Blinking an LED at the time of the drop of the drones and reproducing an error sound;
Lt; / RTI >
The step of detecting the drop of the drones comprises:
Measuring the angular velocity of the drones using the gyro sensor; And
And determining that the drones fall if the X and Y values of the angular velocity measured by the gyro sensor deviate from a preset range based on the stored offset value,
In the step of determining that the drones are falling,
Wherein the control unit determines that the dragon falls if the X, Y value of the angular velocity is greater than the stored offset value + 90 or the X, Y value of the angular velocity is less than 90.
상기 드론의 각속도를 측정하는 단계와 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 단계 사이에,
보상 필터(Complementary Filter)를 통해 상기 자이로 센서에 의해 측정된 각속도에 상기 가속도 센서에 의해 측정된 가속도를 적용하여 상기 자이로 센서의 오차를 보정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법.
13. The method of claim 12, wherein sensing the falling of the drones comprises:
Between the step of measuring the angular velocity of the drones and the step of determining that the drones are falling,
Correcting an error of the gyro sensor by applying an acceleration measured by the acceleration sensor to an angular velocity measured by the gyro sensor through a compensation filter (Complementary Filter);
Further comprising a control unit for controlling the operation of the drones.
상기 드론의 낙하가 초속 8 미터 이상으로 0.1 초 이상 지속되는 경우 상기 드론이 추락하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 드론의 추락사고 방지 장치의 제어 방법.13. The method of claim 12, wherein in the step of detecting the falling of the drones,
Wherein the controller determines that the dragon falls if the drop of the dragon continues for at least 0.1 second per 8 meters or more per second.
Priority Applications (1)
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KR1020160164435A KR102003727B1 (en) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | Apparatus for Preventing Drop Accident of Drone, and Method for Controlling the Same |
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KR1020160164435A KR102003727B1 (en) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | Apparatus for Preventing Drop Accident of Drone, and Method for Controlling the Same |
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