KR20190076227A - 자동 장애물 회피와 전자동 비행 농업용 드론 제어 방식 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농업용 드론의 방제를 제어하는 방식에 관한 것으로서, 방제대상구역을 항공촬영하여 정밀 3D 지도정보로 변환하고, 변환된 3D 지도정보로부터 장애물에 대한 정보 및 비행구역에 대한 상세 정보를 추출하여 사용함으로써, 농업방제용 드론이 장해물 회피 및 방제구역 전자동 비행이 가능하도록 제어하는 방법에 관한 것이다.

Description

자동 장애물 회피와 전자동 비행 농업용 드론 제어 방식 {Automatic Obstacle Avoidance and Full automatic flight control method of Agricultrual Drone}

본 발명은 농업용 드론의 방제를 제어하는 방식에 관한 것으로서, 방제대상구역을 항공촬영하여 정밀 3D 지도정보로 변환하고, 변환된 3D 지도정보로부터 장애물에 대한 정보 및 비행구역에 대한 상세 정보를 추출하여 사용함으로써, 농업방제용 드론이 장해물 회피 및 방제구역 전자동 비행이 가능하도록 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 현대에는 산업기술의 발달로 비닐하우스, 온실과 같은 농작물시설을 설치하여 겨울에도 과일, 야채, 화훼 등과 같은 농작물을 소비자에게 제공할 수 있게 되었다. 이러한 농작물 시설과 논농사, 밭농사 등 농작물을 재배하기 위해서는 계속하여 농작물에 수분을 공급하고, 병충해를 막으며, 농작물에 영양을 공급하기 위해 약액(물, 농약, 영양제)을 살포하게 된다.

근자에는 작업자가 무선조정에 의해 이격된 위치에서 살포할 수 있도록 된 비행형태(농업용 드론)의 구조를 적용하여 사용효율이 증대된 농업용 방제장치가 사용되기 시작하여 보급을 늘려가고 있는 추세이다.

한국특허출원번호 제10-2014-0192028호(명칭: 항공방제용 드론/2014.12.29)에서는 공보에 공지된 바와 같이, 항공방제를 위한 농지 상공을 비행하는 기체; 상기 기체로부터 좌우 혹은 상하좌우로 뻗어나간 위치에 설치된 약액 분사장치, 비행체 비행을 위한 추진력을 발생시키는 추력장치 및 상기 기체 내, 외부에 설치되어, 제어신호 송

수신에 따라 수동 및 자동 경로비행이 가능하도록 하는 원격조종장치와 위치정보시스템과 무선으로 교신하는 통신장치로 구성되어 있다.

그리고, 한국특허출원번호 제10-2016-0020811호(명칭: 농약 살포용 드론 및 카트리지 타입 농약 공급통/2016.02.22)에서는 공보에 공지된 바와 같이, 본체부와, 상기 본체부의 측면에 연결 설치되는 날개부와, 상기 본체부의 하부에 연결 설치되는 지지부 및 상기 날개부에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하여 구성되는 농약 살포용 드론에 있어서, 상기 본체부에 카트리지 방식에 의해 착탈 가능하도록 결합되는 농약 공급부와, 상기 농약 공급부에 연결 설치되어 농약을 살포하는 농약 분사부를 포함하여 구성된 드론이 기재되어 있다.

위와 같은 항공방제용 드론을 제어하는 방식으로는, 조종자가 대상지역을 육안으로 확인해 가면서 수동으로 조종하여 방제를 실시하거나, 방제대상지역 중앙부의 사각형 구간을 지정하고 지정된 사각형구간 내에서 왕복패턴비행으로 자동방제를 실시하고 나머지 테두리 구역은 수동으로 조종을 하여 방제를 완료하는 방식으로 대부분 진행이 된다.

그러나, 상기와 같은 비행제어 방식은, 대상지역이 정확한 사각형 구조가 아닐경우 전체 자동 방제가 불가하고, 사각형 형태라고 하더라도 주변 테두리 지역은 농작물의 분포가 일정한 형태를 띄고 있지 않으므로 구역 전체를 자동비행으로 방제를 실시하는 것이 거의 불가능 한 현실이다. 또한 방제 대상 구역 내에, 나무, 전신주, 전선 줄, 기타 장애물 등이 존재할 경우, 일일이 육안으로 확인해 가며 수동으로 비행을 제어해야 하는 번거로움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로,

방제 대상 구역에 대하여 항공촬영을 하고, 이를 상세 3D 지도 정보로 전환하여 자동비행제어의 정보로 사용한다. 3D 지도 정보로 변환 시, 대상 구역에 대한 정확한 도형 구조, 구역 내 장애물의 존재 여부(나무, 전신 주 , 전선 줄 등등), 테두리를 포함한 농작물의 상세한 분포 형태 등의 정보를 추출하여, 이를 비행제어 단말기 화면상의 지도 정보에 매핑하여 자동비행 패턴을 설정함으로써, 방제의 시작부터 끝까지를 완전 자동화 시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성으로는:

항공촬영을 위한 카메라를 탑재하고 장시간 비행이 가능한 비행체,

비행제어장치를 탑재한 농업용 드론 본체,

본체에 탑재되어 GPS 좌표 신호를 수신하기 위한 GPS 안테나 및 수신기,

드론과 지상제어단말기 간의 비행제어신호 등을 송수신하는 무선

송수신부,

항공촬영된 사진 정보로부터 3D 지도 정보와 장애물 정보를 자동으로 추출해 내는 농업방제용 비행정보 추출 SW,

위 SW로부터 추출된 정보를 제어단말기 상의 지도에 맵핑하여 농작지 형태, 장애물의 위치, 농작물의 분포 형태에 대한 정보를 화면상에 표시하고, 이 도형정보 상에 조종자가 자동 비행패턴을 설정할 수 있도록하며, 설정된 자동비행패턴에 따라 드론의 전체 비행을 자동으로 제어하도록 하는 지상제어 단말기 로 구성된다.

이를 구현하기 위한 방법으로는, 위 지상제어단말기 내에서 동작하는 비행제어소프트웨어 기능블록 중 비행제어신호를 처리하는 블록과 추출된 장애물 정보 및 비행패턴 정보를 별도의 SW 기능블록으로 구현하여 실현한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 전체 방제구역 전자동비행제어 방식을 적용할 경우, 전체 방제 비행시간의 단축, 비행시간 최적화에 따른 약액의 절감효과, SW로 저장된 정보를 사용한 반복방제 시의 편리성 증대, 대상 구역에 대한 정확하고 효율적인 방제, 비행 중 수동 조작 실수로 인한 추락 사고율의 감소, 방제 도중 문제 발생으로 중단 후 재개할 경우 자동 재개 및 완료를 통한 편리함과 효율성의 증대 등과 같은 효과가 있다. 또한, 각 방제 구역에 대한 매우 상세한 정보를 DB화 하여 관리함으로써, 매년 반복되는 방제작업에 대한 BIG DATA를 축적함으로써, 획기적인 방제 효율의 향상을 꾀할 수 있다.

항공촬영을 위한 카메라를 장착한 항공기는 많이 존재한다. 기존의 장시간 비행 항공촬영기체와 농업기술진흥청 등에서 제공하는 농경지에 대한 지적도 등을 바탕으로 하여, 각각의 구역을 항공촬영하고 이를 지도 정보와 맵핑하는 작업을 실시한다. 항공촬영된 지도 정보를 처리 및 변환함에 있어, 기존의 방식과 다른 점은 해당 구역 내에 존재하는 전신 주, 전선 줄, 나무, 덤불, 웅덩이 등 장애물에 대한 이미지 정보 처리를 하여 장애물 정보를 상세히 추출해 내고, 테두리를 포함한 실제 농작물의 분포 형태, 농경지에 대한 도형 구조 등을 GPS 좌표 정보화 하고 DB화 하여 별도로 저장한다.

위로 부터 추출된 정보를 지상제어 단말기 상의 화면상에 지도와 함께 표시하여 조종자가 이를 근거로 대상구역에 대한 자동비행 패턴을 화면상에서 설정할 수 있도록 기능을 제공한다. 혹은 이 과정 또한 SW에 의하여 전자동으로 1차 패턴 설정이 되도록 하고 이를 조종자가 최종 승인함으로써 편리하게 자동비행패턴을 설정할 수도 있다.

농업용 드론 비행제어를 위한 SW기능 블록에 있어서는 비행제어부, 센서신호 감지부, GPS 모듈, 위치 추정블록 등의 주요 블록이 존재한다.

위 지상제어단말기 상에서 자동으로 설정된 비행패턴 정보는 사실상 연속된 GPS 좌표 데이터 값이므로, 이 좌표정보 스트림을 비행제어부로 연속적으로 송출하여 장애물 회피 전자동 방제 비행이 수행 될 수 있도록 한다.

Claims (1)

1. 농경지 전체 구역을 항공촬영하여 3D MAP 정보로 전환하고, 해당 농경지의 정확한 둘레정보, 농경지 내부의 장애물 정보 등을 정밀하게 추출하여 전자동 비행 방제가 되도록 하는 농업방제용 드론의 제어 방식
   1) 위 사항에 있어서,
   3D MAP 정보로부터 실제 방제가 필요한 면적만을 결정해 내는 방식, 특히 테두리 부분 등 방제가 필요없는 부분을 제외시키는 방식.
   2) 농경지 내부에 존재하는 덤불, 전신주, 전선줄, 나무, 돌출 부, 수면 등과 같은 장애물 위치 정보를 정확히 추출해 내고, 이를 자동으로 반영하여 전자동비행으로 자동방제를 할 수 있도록 드론을 제어하는 방식
   3) 전자동 비행이력을 자동으로 기록하고, 비행 도중 고장,사고 혹은 조종사의 제어 등으로 비행이 중단되었을 경우, 기록된 비행이력을 다른 기체로 전송이 가능하고, 중단된 지점으로부터 나머지 전자동 비행이 완료될 수 있도록 비행기록을 제어하는 방식.

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