KR20180076582A - 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템은 무선 통신부를 구비한 다수의 무인비행체; 및 상기 다수의 무인비행체 중 어느 하나 이상의 무인비행체를 마스터 무인비행체로 설정하고, 상기 마스터 무인비행체와 무선 통신하는 제어기를 포함하고, 상기 다수의 무인비행체 각각은 인접한 무인비행체와 주변 환경 데이터, 지형 데이터 및 임무 데이터를 주고 받는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템 {SYSTEM THAT CONTROL OPERATION COMMAND AND OPERATION STATUS OF MULTIPLE UNMANNED AERIAL VEHICLES}

본 발명은 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템에 관한 것으로 무선통신으로 다중으로 무인비행체에 운행 명령을 내리거나 무인비행체의 운행 상태를 제어하는 시스템에 관한 것이다.

미국 DARPA에서는 미래 전쟁의 비전을 드론 및 미사일의 군집지능화로 놓고 군집 드론에 대한 연구 개발에 많은 투자를 하고 있다. 특히, 감시 정찰용 드론으로서는 곤충 크기의 값싼 드론들의 군집 개념을 구현하려고 하고 있다. 소형 드론에서의 기술적 난제는 배터리의 낮은 효율로 인한 짧은 비행시간 문제와 강풍과 악천후에서의 비행제어 문제로 대별되는데, 드론 기술의 발전과 시장의 확대 등으로 가까운 미래에 실용화 가능한 수준에 이르게 될 것으로 보인다. 쿼드로터 형식의 회전익 드론은 아마존사에서 택배용으로도 활용할 계획으로 기술개발과 실용화 연구가 활발하게 이루어지고 있어, 군집 드론 기술은 향후 가장 각광받는 기술로 성장할 것으로 보인다.

규모가 큰 시설물 등의 감시 경계 로봇은 한 대로서 커버가 안 되기 때문에 로봇이 도입된다면 군집로봇의 형태를 이루게 될 것이고, 놀이공원의 안내에 로봇이 활용되기 시작한다면 군집 로봇으로 미아 찾기나 특정인에게의 맞춤형 서비스 등을 안내로봇들이 정보 공유와 협조를 통해 제공해 줄 수 있게 될 것이다. 미래에 이러한 공공 목적의 이동 서비스 로봇은 한 대가 사용되지 않고 여러 대가 협조하여 서비스를 제공해 줄 것으로 예상된다.

후쿠시마 원전 사고 시에 내부 상태를 관찰하기 위해 투입되었던 아이로봇사의 팩봇 같은 로봇에서 현장의 상황을 원격 모니터링하기 위해서는 무선통신이 이루어져야 하는데 통신 인프라가 무너져 유선의 액세스 포인트를 끌고 들어가는 바람에 입구에서 얼마 떨어지지 않은 지역만 실시간 모니터링이 가능했다고 한다. 이렇듯 통신 인프라가 소실된 재난 환경에서 비정형 환경의 이동이 가능한 저가의 통신링크 연결용 군집 로봇이 매우 유용하게 사용될 것으로 보인다. 이러한 군집 라우팅 로봇 기술은 ETRI를 포함한 세계 유수 연구기관에서 연구가 되어 왔고, 비정형 환경의 이동성능이 보장되는 저가의 로봇이 제작될 필요성이 있다.

'특허문헌 1'에 복수 개의 드론 제어 시스템이 개시되어 있는데, 이러한 '특허문헌 1'의 복수 개의 드론 제어 시스템은 복수 개의 드론을 제어할 수 있기는 하지만 하나의 제어기로 복수 개의 드론을 제어하는 중앙 집중형 제어 방식으로 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

KR 10-2016-0125249 A (2016. 10. 31.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 다수의 드론을 분산제어 방식으로 운행 명령을 내리거나 운행 상태를 제어할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템은 무선 통신부를 구비한 다수의 무인비행체; 및 상기 다수의 무인비행체 중 어느 하나 이상의 무인비행체를 마스터 무인비행체로 설정하고, 상기 마스터 무인비행체와 무선 통신하는 제어기를 포함하고, 상기 다수의 무인비행체 각각은 인접한 무인비행체와 주변 환경 데이터, 지형 데이터 및 임무 데이터를 주고 받는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템은 상기 다수의 무인비행체에 복수의 센서가 탑재되고, 상기 복수의 센서를 사용하여 주변 환경 데이터 및 지형 데이터를 수집할 수 있다.

또한 상기 복수의 센서는 카메라, 초음파 센서 및 적위선 센서를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 싱기 상기 제어기는 상기 다수의 무인비행체가 센서를 통해 감지하는 주변의 풍속을 바탕으로 상기 다수의 무인비행체 사이의 거리값 및 비행 높이를 설정할 수 있다.

또한 상기 제어기는 미리 저장된 지형 정보 및 다수의 무인비행체가 이루는 편대의 예상 비행 경로를 바탕으로, 상기 다수의 무인비행체가 이루는 편대와 지형의 충돌 여부를 예측하고, 상기 예측 결과에 따라 상기 충돌을 방지하는 형태로 상기 다수의 무인비행체가 이루는 편대의 형태를 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템는 분산제어 방식으로 운행 명령을 내리거나 운행 상태를 제어함으로써, 각 드론이 서로 필요한 정보를 공유할 수 있고, 이로써 보다 지능적이고 효율적으로 다수의 드론을 제어할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어를 수행하기 위한 개략적인 분산형 제어 시스템의 구성도

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없다. 예를 들어 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 또한 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템은 무선 통신부를 구비한 다수의 무인비행체; 및 상기 다수의 무인비행체 중 어느 하나 이상의 무인비행체를 마스터 무인비행체로 설정하고, 상기 마스터 무인비행체와 무선 통신하는 제어기를 포함하고, 상기 다수의 무인비행체 각각은 인접한 무인비행체와 주변 환경 데이터, 지형 데이터 및 임무 데이터를 주고 받는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템은 상기 다수의 무인비행체에 복수의 센서가 탑재되고, 상기 복수의 센서를 사용하여 주변 환경 데이터 및 지형 데이터를 수집할 수 있다.

또한 상기 복수의 센서는 카메라, 초음파 센서 및 적위선 센서를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 싱기 상기 제어기는 상기 다수의 무인비행체가 센서를 통해 감지하는 주변의 풍속을 바탕으로 상기 다수의 무인비행체 사이의 거리값 및 비행 높이를 설정할 수 있다.

또한 상기 제어기는 미리 저장된 지형 정보 및 다수의 무인비행체가 이루는 편대의 예상 비행 경로를 바탕으로, 상기 다수의 무인비행체가 이루는 편대와 지형의 충돌 여부를 예측하고, 상기 예측 결과에 따라 상기 충돌을 방지하는 형태로 상기 다수의 무인비행체가 이루는 편대의 형태를 변경할 수 있다.

이에 대해 좀 더 구체적으로 살펴본다. 드론이란 UAV(Unmanned Aerial Vehicle), 무인 비행선, 무인 비행체 등 사람이 탑승하지 않고 원격으로 조종하거나 사전 정보에 따라 비행하는 모든 비행체를 포함하며, 드론 편대란 하나의 큰 임무를 수행하기 위하여 공동으로 임무를 처리하는 드론들의 묶음이다. 즉, 드론 한 개체가 이룰 수 없는 일을 여러 대가 나누어서 달성할 수 있도록 하기 위해 여러 대의 드론들이 편대를 구성할 수 있다.

예를 들어, 물류의 간편한 이동 및 배달에 드론을 이용하는 경우, 여러 대의 드론으로 편대를 구성한다면, 편대를 구성한 드론들 각각에게 로드가 분산되어 하나의 드론이 들 수 있는 무게 보다 더 큰 무게를 들 수 있다. 또한, 넓거나 커서 균형을 잡기 힘든 물체를 좀 더 안정적으로 들 수도 있을 것이다. 게다가, 혹시 하나의 드론이 고장나거나 추락하는 경우에도 좀 더 유연성 있게 대처할 수 있게 된다.

한편, 군대나 건축 등에서 주로 사용되는 정보 수집용 드론을 편대로 구성한다면, 비행 시간에 제약이 존재하는 개별적 드론의 한계를 극복할 수 있을 것이다. 즉, 동시간의 정보 수집량에 제약이 있을 수밖에 없는 드론의 한계를 뛰어넘을 수 있을 것이다. 일례로, 빛에 영향을 많이 받는 정보(예컨대, 영상 정보 등)의 경우, 서로 다른 시간에 수집한 정보가 매우 다른 양상을 띠게 되어 긴 시간에 걸쳐 정보를 수집할 경우 올바른 수집이 이루어지지 않는 경우가 생기는데, 여러 대의 드론으로 편대를 구성한다면 동시간에 많은 정보를 수집할 수 있어 이러한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 고장이나 추락의 경우에 유연성 있는 대처가 가능하게 된다.

먼저, 드론은 주변 환경에 따라 편대의 형태를 수정할 필요가 있다. 예를 들어, 바람이 강하게 부는 상황에서는 짧은 시간 안에 드론이 많은 거리를 이탈할 가능성이 높아진다. 따라서 거리의 제어가 빠른 속도로 완벽하게 이루어지지 않는 경우 드론 간의 거리가 과도하게 가까워져 충돌을 일으키거나 서로의 비행을 방해할 가능성이 높아진다. 그러므로 드론의 편대는 환경에 적응하여 그 형태를 조절할 필요가 있다. 즉, 언급 한 이유와 같이 바람이 강하게 불 경우에 드론은 서로 더 멀리 떨어져야 한다. 반대로, 바람이 적고 조용한 경우에 드론은 비교적 높게 나는 것이 나은데, 이것은 지상에 존재하는 사람들에게 더 적은 소음을 일으키기 위함이다. 위험성 뿐 아니라 어두울 때 카메라가 장착된 드론이 낮아지는 감도를 보완하기 위해 더 낮은 고도를 갖는 등의 방법 또한 이용될 수 있다.

일반적으로 지형이란 자연 지형, 숲, 빌딩, 혹은 건물 내부를 전부 포함하지만, 이에 국한되지 않는다. 이러한 지형에 따른 편대 제어는 비행 중인 편대가 현재 지형에 맞춰서 들어갈 수 없는 상황이 발생했을 경우에 일어난다. 즉, 지형과의 충돌이 예상되는 편대의 경우 그 형태를 지형에 맞추어 변형시켜야 한다. 이것은 실제 드론이 이동할 수 있는 영역 자체를 제한하게 되므로, 임무에 따른 형태 제어에 우선한다. 예를 들어 좁은 공간을 지나갈 때 편대는 긴 일자 형태의 편대를 형성해야 하고, 넓은 공간을 만나게 되면 다시 원래의 편대를 수복하는 등의 상황을 생각할 수 있다.

한편, 지형에 따른 제어의 경우 새로운 지형을 만났을 때 이루어지게 되므로, 새로운 지형에 상황에 맞는 배치가 필요할 수도 있다. 예를 들어, 동일 기종의 드론으로 이루어진 편대에서는 이런 상황이 존재하지 않지만, 서로 다른 기종의 드론으로 이루어진 편대에서는 장착된 하드웨어 또는 소프트웨어에 맞는 배치를 할 필요가 있다. 예를 들어, 건물 외부에서 내부로 이동하는 경우 GPS가 그 실용성을 잃는 대신 적외선 센서의 효용이 증가한다. 따라서 건물에 진입하는 최초 드론은 GPS가 탑재 된 드론이 아닌 IR 등 실내용 센서를 가진 드론이 될 필요가 있다. 이 경우 판단 기준은 장애물과의 충돌 가능성이 첫 번째가 되며, 센서에 따른 배치가 그 다음이 된다.

임무에 따른 드론 형태 제어는 임무의 성격에 따라 더 효용성 있는 형태의 편대를 선택하는 제어방식이다. 본 제어는 강제성을 덜 지니고 효율성을 위한 것이므로 지형에 따른 제어보다 낮은 우선순위를 갖게 된다. 반면, 지형에 따른 제어는 자주 일어나지 않지만, 임우에 따른 제어는 가장 빈번하게 일어난다. 예를 들어 네트워크를 제공하는 드론의 경우 드론 간의 거리가 멀수록 넓은 범위에 서비스를 제공할 수 있게 된다. 그러나 너무 멀어지게 될 경우 네트워크의 연결성이나 속도 등에 문제가 생길 수 있다. 따라서 네트워크의 성능과 서비스 제공 범위를 동시에 고려하여 거리를 조절하도록 한다. 이와 같은 경향성은 일반적인 경우에도 적용이 될 수 있는데, 넓게 분포할수록 넓은 범위에 임무를 수행할 수 있게 되지만 그 품질과 안정성이 떨어질 수 있게 된다. 드론 간 상대 거리는 이와 같이 수행하는 임무에 대한 품질의 중요성과 맡아야 하는 넓이를 고려하여 결정하게 된다.

또 다른 예로, 환경 정보를 수집하는 드론이 서로 좁은 거리를 가지고 비행을 한다면 상호 정보 비교를 통하여 더 정확하고 자세한 정보를 수집할 수 있으나, 범위가 좁아진다. 반면에, 드론이 서로 멀리 떨어져서 정보를 수집하면 비교적 덜 정확하고 피상적인 정보만을 수집할 수밖에 없으나, 훨씬 넓은 영역의 정보를 수집할 수 있게 된다. 또한 임무를 수행하는 데 있어 전체적인 형태나 위치의 이동이 필요할 수 있다. 편대의 전체 방향과 이동성은 기본적으로 상대거리를 통하여 이루어지게 된다. 상대 거리를 유지하는 것을 제어하여 위치를 조절하고, 편대 전체의 회전 등의 세부적인 부분은 드론이 각자 수행한다.

Claims (5)

1. 무선 통신부를 구비한 다수의 무인비행체; 및
   상기 다수의 무인비행체 중 어느 하나 이상의 무인비행체를 마스터 무인비행체로 설정하고, 상기 마스터 무인비행체와 무선 통신하는 제어기를 포함하고,
   상기 다수의 무인비행체 각각은 인접한 무인비행체와 주변 환경 데이터, 지형 데이터 및 임무 데이터를 주고 받는 것을 특징으로 하는 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 무인비행체에 복수의 센서가 탑재되고,
   상기 복수의 센서를 사용하여 주변 환경 데이터 및 지형 데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 센서는 카메라, 초음파 센서 및 적위선 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 다수의 무인비행체가 센서를 통해 감지하는 주변의 풍속을 바탕으로 상기 다수의 무인비행체 사이의 거리값 및 비행 높이를 설정하는 것을 특징으로 하는 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 제어기는
   미리 저장된 지형 정보 및 다수의 무인비행체가 이루는 편대의 예상 비행 경로를 바탕으로,
   상기 다수의 무인비행체가 이루는 편대와 지형의 충돌 여부를 예측하고, 상기 예측 결과에 따라 상기 충돌을 방지하는 형태로 상기 다수의 무인비행체가 이루는 편대의 형태를 변경하는 것을 특징으로 하는 다중 무인비행체 운행 명령 및 운행 상태를 제어하는 시스템.

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