KR20200062382A

KR20200062382A - 무인 비행체를 위한 분사 시스템

Info

Publication number: KR20200062382A
Application number: KR1020207015033A
Authority: KR
Inventors: 랜스 할리; 윌리엄 도노반; 아론 레시그
Original assignee: 에어로바이론먼트, 인크.
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2020-06-03
Also published as: US11338921B2; KR102164101B1; US11130573B2; JP2020059500A; CN114476073B; EP3371051A1; US20180319499A1; AU2016349902A1; AU2016349902B2; KR20180103838A; AU2020200833A1; EP3371051B1; JP2018535698A; EP3705400B1; EP3705400A1; ES2934128T3; US20210403163A1; WO2017079340A1; CN114476073A; CN108473203B

Abstract

UAV를 위한 분사 시스템이 제공된다. 상기 분사 시스템은 가변 유량로 농업용 제품을 제공하도록 동작 가능한 복수의 분사 노즐, 명령어에 응답하고 상기 분사 노즐에 의해 제공되는 상기 농업용 제품의 양을 조절하도록 동작 가능한 흐름 제어기를 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은 복수의 비행 파라미터를 모니터링하도록 동작 가능한 복수의 센서 및 상기 농업용 제품의 지정 커버리지에 대응하는 제1 흐름 제어 명령에 대한 상기 복수의 비행 파라미터의 영향을 모델링하고 조정된 흐름 제어 명령을 계산하여 상기 흐름 제어기로 출력하도록 구성되는 처리부를 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템은 상기 제1 제어 명령을 조정하여 하나 이상의 상기 복수의 분사 노즐의 유량을 변경하여 상기 지정 커버리지에 더 근접한 상기 농업용 제품의 실제 커버리지를 달성할 수 있다.

Description

무인 비행체를 위한 분사 시스템{DISBURSEMENT SYSTEM FOR AN UNMANNED AERIAL VEHICLE}

본 발명은 일반적으로 분사 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무인 비행체(unmanned aerial vehicle)를 위한 유체 또는 미립자 분사 시스템(fluid or particulate disbursement systems)에 관한 것이다.

무인 비행체("UAV")(예를 들어, 헬리콥터)에 의해 제공되는 것과 같이, 유체 또는 미립자 분사 시스템은, 흐름 제어 시스템(flow control system)을 사용하여 농업용 화학 물질 또는 제품(agricultural chemical or product)을 정해진 공간에 분사한다. 예를 들어, UAV로부터의 화학 물질 또는 제품(예를 들어, 비료, 잡초 제거제, 난연제(fertilizers, weed killers, fire retardant) 등)의 공중 적용은, 일반적으로, 분산되는 화학 물질(chemical being dispersed)의 양을 조정할 수 있는 펌프 및 밸브 어셈블리(pump and a valve assembly)에 의해 제공된다. 그러나, 농업용 제품(agricultural products)을 공중으로 분사하는 것은, 적어도 부분적으로 UAV의 풍속과 고도 및 속도의 변동 때문에, 일관되지 않는 커버리지(inconsistent coverage)를 가지는 경향이 있다. 예를 들어, 각 스프레이 배출(spray pass)에서의 가속(acceleration), 순항(cruising) 및 감속(deceleration) 단계 동안의 일정하지 않은(non-uniform)인 비행체의 움직임 때문에 스프레이 균등성(spray uniformity)의 차이(variation)가 나타날 수 있다. 또한, UAV의 롤링(rolling), 피칭(pitching), 요잉(yawing), 또는 전진, 수직 및 측면 가속과 같은 변화(perturbations)가, 이러한 동작들에 대한 이유를 알 수 없이, 분배(distribution)의 불균등성(non-uniformity)에 기여할 수 있다.

따라서, 개선된 분사 시스템을 제공하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로, 전술한 문제점을 다루고 및/또는 보다 일반적으로 기존 장치에 대한 개선 또는 대안을 더 제공하는 UAV를 위한 개선된 분사 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.

본 명세서에서 인용되는 임의의 참고 문헌 및 그의 임의의 설명 또는 논의를 포함하는, 본 명세서의 배경 기술 섹션에 포함되는 정보는, 단지 기술적 참고 목적으로 포함되며 청구 범위에서 정의되는 본 발명의 범위가 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다.

본 발명은 일반적으로 UAV를 위한 분사 시스템(disbursement system)을 제공한다. 일 실시 예에서, 상기 분사 시스템은, 제품 저장소(product reservoir), 펌프 시스템(pump system), 화학 물질 또는 제품(예를 들어, 농업용 제품(agricultural product))을 유량(flowrate)으로 제공(dispense)할 수 있는 복수의 분사 노즐(disbursement nozzles), 및 상기 유량을 조정하는 제어 시스템(control system)을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 복수의 비행 파라미터(flight parameters)를 모니터링하도록 동작 가능한 복수의 센서(sensors) 및 상기 농업용 제품의 제1 커버리지에 대한 상기 복수의 비행 파라미터의 영향을 모델링하도록 구성되는 처리부(processing unit)를 포함할 수 있다. 모델링되는 효과(modeled effect)에 기초하여, 제어 시스템은 농업용 제품의 제2 커버리지(second coverage)를 달성하기 위해 복수의 분사 노즐(disbursement nozzles)의 유량을 변경(alter)할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 무인 비행체(unmanned aerial vehicle)를 포함할 수 있다. 무인 비행체는 구동 시스템(drive system), 무인 비행체의 네비게이션 상태(navigation state)를 모니터링하는 복수의 센서를 가지는 제어 시스템(control system), 및 농업용 제품(agricultural product)을 영역 위의 스프레이 패턴(spray pattern)으로 분사(disburse)하도록 동작 가능한 적어도 하나의 분사 기구(disbursement mechanism)를 포함할 수 있다. 네비게이션 상태는 비행체의 종 방향, 측면 및 수직 속도(vehicle longitudinal, lateral, and vertical velocities), 가속도(accelerations), 위치(position) 및 고도(altitude), 차량 자세 각 및 각속도(vehicle attitude angles and angular rates), 풍속 및 방향(wind speed and direction) 등을 포함할 수 있다. 네비게이션 상태는 벡터 형태(vector form)로 기록될 수 있으며, 복수의 비행체 및 네비게이션 센서 데이터(aircraft and navigation sensor data)의 필터링 및 가중(filtering and weighting)을 통해 추정(estimated)될 수 있다. 예를 들어, 확장 칼만 필터(extended Kalman filter)는, 정확하고 견고한 네비게이션 상태 추정(들)(accurate and robust navigation state estimate(s))에 도달하기 위해 비행체 네비게이션 센서(aircraft navigation sensors)를 필터링할 수 있다. 분사 기구(들)은 가변 유량(variable flowrate)을 가질 수 있다. 제어 시스템은 복수의 센서로부터 수신되는 데이터에 기초하여 스프레이 패턴(spray pattern)의 실질적인 균등성(substantial uniformity)을 달성하기 위해 분사 기구(들)의 유량을 조정(modulate)할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 적어도 하나의 분사 기구(disbursement mechanism)를 가지는 비행체를 사용하여 정해진 공간에 물질(substance)을 공중에 분산(dispersing a substance aerially over a defined space)시키는 방법을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 비행체의 비행과 연관되는 적어도 하나의 네비게이션 파라미터(navigation parameter)를 수신(receiving)하는 단계, 상기 네비게이션 파라미터(들)를 사용하여 상기 분사 기구(들)의 스프레이 패턴(spray pattern)을 모델링하는 단계, 및 상기 분사 기구(들)의 유량(flowrate)을 제어하여 상기 분사 기구(들)의 상기 스프레이 패턴을 조정(modulate)하여 요구되는 균등성 또는 패턴(desired uniformity or pattern)을 달성(achieve)하는 단계를 포함할 수 있다.

추가의 실시예들 및 특징들은 이하의 설명에서 부분적으로 설명되며, 명세서를 검토하면 당업자에게 명백해지거나 개시되는 주제의 실시에 의해 습득될 수 있다. 본 개시의 특성 및 이 점에 대한 추가의 이해는 본 명세서의 일부를 형성하는 명세서 및 도면의 나머지 부분을 참조함으로써 실현될 수 있다. 당업자는 본 개시의 다양한 측면들 및 특징들 각각이 어떤 경우에는 개별적으로 또는 다른 경우에 본 개시의 다른 측면들 및 특징들과 함께 조합하여 유리하게 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

이 개요는 이하의 상세한 설명에서 더 설명되는 단순화되는 형태의 개념의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구되는 주제의 주요 특징이나 필수적인 특징을 식별하기 위한 것이 아니며, 청구되는 주제의 범위를 제한하는 데 사용되지도 않는다. 특허 청구 범위에서 정의되는 바와 같은 본 발명의 특징, 세부 사항, 효용, 및 이점에 대한 보다 광범위한 설명은 본 발명의 다양한 실시 예에 대한 다음의 설명에서 제공되고 첨부 도면에 도시된다.

본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성하는, 첨부 도면은, 본 발명의 실시 예를 도시하고, 상기 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명과 함께, 이들 실시 예의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분사 시스템을 통합하는 헬리콥터 UAV의 아이소메트릭 뷰(isometric view)이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분사 시스템의 유량을 증가시키는 프로세스의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비행체 속도의 함수로서 분사 시스템의 유량을 가변적으로 증가시키는 그래프 도시(graphical representation)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 피칭 역학(pitching dynamics)에 의한 고유한 균등성 에러(inherent uniformity errors)를 가지는 UAV의 도시이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다양한 레벨의 피치 증가(pitch augmentation)에 대한 적용 속도(application rate)의 그래프 도시이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 요 역학(yaw dynamics)에 기인한 고유한 균등성 에러를 가지는 UAV의 도시이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 양의 요 교란(positive yaw disturbance)을 가지는 UAV의 도시이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비-직선 스프레이 영역(non-rectilinear spray areas)으로 인한 고유한 균등성 에러를 가지는 UAV의 도시이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤 역학(roll dynamics)에 기인한 고유한 균등성 에러를 가지는 UAV의 도시이다.

본 발명은, 일반적으로, 공중 스프레이 적용(aerial spray applications)에서 불균등적인 제공을 나타내는 변수의 제어 및 고 충실도 모델링(higher fidelity modeling)의 사용를 통해, 농업용 제품의 보다 균등한 커버리지를 제공하는 UAV를 위한 분사 시스템을 제공한다. 분사 시스템은, 예를 들어, 정해진 공간 상에 농업용 제품을 분산시키는 것 등과 같은, 다양한 적용에 사용될 수 있다. 분사 시스템은, 농업용 제품의 분사를 제어하는 복수의 비행 파라미터(예를 들어, 위치 및 궤적)를 모니터링하기 위하여, 동작 가능한 복수의 센서를 가지는 제어 시스템을 통합한다. 분사 시스템은, 복수의 센서로부터 수신되는 기내 데이터(in-flight data)에 기초하여 농업용 제품의 분사를 조정함으로써, 정해진 공간에 걸쳐 농업용 제품의 실질적인 균등성을 달성하도록 기능한다. 본 발명의 분사 시스템을 사용함으로써, 종래의 분사 기구에 비해 균등한 커버리지의 현저한 개선이 달성될 수 있다. 농업용 제품을 참조하여 설명하지만, 분사 시스템은, 액체, 분말(powder) 또는 과립형(granular)에 상관 없이, 제초제(weed killer), 비료(fertilizer), 난연제(fire retardant)를 포함하지만 이에 제한되지 않고, 어떠한 다른 농업용 또는 비농업용 물질인지에 상관 없이, 실질적으로 어떤 유형의 제품이나 화학물질도 제공(dispense)할 수 있음을 알 수 있다.

도 1을 참조하면, 헬리콥터 UAV(100)는 일반적으로 다수의 메인 로터 블레이드(main rotor blades)(106)(예를 들어, 2 개의 메인 로터 블레이드(106))를 가지는 메인 로터 어셈블리(104)가 제1 회전축(first rotational axis)(R1)에 회전 가능하도록 부착되는(rotatably attached) 프레임 구조체(frame structure)(102)를 포함한다. 테일 붐(tail boom)(108)은 프레임 구조체(frame structure)(102)에 연결되어 메인 로터 어셈블리(104)의 제1 회전축(R1)으로부터 이격되는 복수의 테일 로터 블레이드(tail rotor blades)(112)(예를 들어, 2 개의 테일 로터 블레이드(112))를 가지는 테일 로터 어셈블리(100)를 배치할 수 있다. 예를 들어, 테일 붐(108)은 기단부(proximal end)(114) 및 말단부(distal end)(116)를 포함한다. 테일 붐(108)의 기단부(114)는 프레임 구조체(102)(예를 들어, 프레임 구조체(102)의 후방 부분(rear portion))에 연결되고, 테일 로터 어셈블리(110)는 제1 회전축(R1)에 대해 직각으로 배치될 수 있는, 제2 회전축(R2)에서 테일 붐(108)의 말단부(116)에 회전 가능하게 부착된다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 메인 로터 어셈블리(104)는 UAV(100)에 수평으로-장착되어(horizontally-mounted) 제1 회전축(R1)에 대한 메인 로터 어셈블리(104)의 회전에 따라 수직 리프트(vertical lift)를 제공한다. 수직 리프트를 제공하는 것 이외에, 메인 로터 어셈블리(104)는 또한 UAV(100)에 피칭 및 롤링 성능(pitching and rolling capability)을 제공할 수 있다.

테일 로터 어셈블리(110)는 테일 붐(108)의 말단부(116)에 수직으로-장착되어(vertically-mounted) 제2 회전축(R2)에 대한 테일 로터 어셈블리(110)의 회전에 따라 수평 추력(horizontal thrust)을 제공한다. 테일 로터 어셈블리(110)에 의해 제공되는 수평 추력은, 예를 들어, 메인 로터 어셈블리(104)의 회전에 의해 생성되는 토크를 상쇄시킴(counteracting the torque)으로써 UAV(100)의 회전 위치(즉, 요(yaw))를 제어한다. 테일 붐(108)은 UAV(100)의 착륙 또는 지상 동작 중 테일 로터 어셈블리(110)가 지지면(support surface)(예를 들어, 지면(ground))에 접촉하는 것을 방지하는 수직 스태빌라이저(vertical stabilizer)(118)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 수직 스태빌라이저(118)는 비-비행 조작 및/또는 저장(non-flight operation and/or storage) 중 지지면에 대해 UAV(100)를 지지할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 수직 스태빌라이저(118)는 UAV(100)가 비행 중 운동 방향으로 "웨스베인(weathervane)"하는 것을 돕거나 허용할 수 있다.

도 1의 예시적인 실시 예에서, UAV(100)는 UAV(100)가 비행할 수 있도록 하는 구동 시스템(120)을 포함한다. 일반적인 의미에서, 구동 시스템(120)은 파워트레인(powertrain), 메인 로터 어셈블리(104) 및 테일 로터 어셈블리(110)를 포함한다. 파워트레인은 각각 동력(power)을 발생시켜 이를 메인 로터 어셈블리(104) 및/또는 테일 로터 어셈블리(110)에 전달하는 기어링 어셈블리(gearing assembly) 및 모터(예를 들어, 전기 모터(electric motor))를 포함한다. 모터의 에너지(예를 들어, 회전)를 메인 로터 어셈블리(104) 및/또는 테일 로터 어셈블리(110)를 구동시키는데 필요한 회전으로 전환 및/또는 변환하는 기어링 어셈블리(gearing assembly)는, 맞물려 결합되는 기계식 기어 박스의 세트 및/또는 전자기 트랜스미션(a set of meshingly engaged mechanical gearboxes and/or an electromagnetic transmission)을 포함할 수 있다. 기계식 기어 박스의 세트 및/또는 전자기 트랜스미션을 통해, 기어링 어셈블리는, 모터에 의해 생성되는 동력을 메인 로터 어셈블리(104) 및 테일 로터 어셈블리(110) 모두로 향하게 한다. 그러나, 일부 실시 예에서, 테일 로터 어셈블리(110)는, 실질적으로 테일 붐(108) 내에 배치되는 2차 파워트레인에 의해 구동될 수 있다. 모터가 전기 모터(electric motor)인 실시 예에서, UAV(100)는 비행 동작 중 모터에 동력을 공급하는 전원(power source)(예를 들어, 배터리 팩(battery pack))을 포함한다. 전원은 DC 및/또는 AC 전압원과의 연결을 통해 재충전가능할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전원은 UAV(100)에 연결되는 하나 이상의 태양 전지 패널(solar panels)을 통해 재충전가능할 수 있다. 일부 실시 예에서, 구동 시스템(120)의 일부는, 공간을 보존하고 구동 시스템(120)의 개별 구성 요소를 보호하기 위하여, 프레임 구조체(102) 내에 수용될 수 있다.

도 1의 예시적인 실시 예에서, UAV(100)는 유동성 제품 또는 물질(flowable product or substance)(예를 들어, 농업용 제품(agricultural product))을, 선형 측정 단위(units per linear measurement)로 측정될 수 있는 가변 유량으로 분사(disburse)할 수 있는 분사 시스템(disbursement system)(130)을 구비한다. 예를 들어, 분사 시스템(130)은 프레임 구조체(102)에 부착되는 스프레이 도구(spray rig)(132)를 포함할 수 있다. 도시되는 바와 같이, 스프레이 도구(132)는 프레임 구조체(102)로부터 측면으로 연장(extend laterally)되어 스프레이 도구(132)는 비-비행 동작 또는 저장 동안 지지면과 접촉하지 않을 수 있다. 농업용 제품을 분산(disperse)시키기 위해, 다수의 분사 노즐(134)이 스프레이 도구(132)에 부착될 수 있다. 일부 실시 예에서, UAV(100)가 정해진 공간 또는 스프레이 영역(136)(예를 들어, 도 6 참조)에 걸쳐 공중으로 횡단할 때, 액체, 분말 또는 입상 물질일 수 있는, 농산용 제품은 분사 노즐(134)에 의해 분사될 수 있다. 각각의 분사 노즐(134)은 일정하거나 가변적인 스프레이 패턴 또는 유량으로 농업용 제품을 분사할 수 있다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 분사 시스템(130), 보다 구체적으로는 분사 노즐(134)은, 흐름 제어기(138)(예를 들어, 가변 속도 펌프 시스템(variable rate pump system))에 의해 조정되거나 제어되어 정해진 공간 또는 스프레이 영역(136)(도 2 참조)에 걸친 농업용 제품의 커버리지의 실질적 균등성을 달성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 흐름 제어기(138)는 명령어들에 응답할 수 있고, 분사 시스템(130)(예를 들어, 분사 노즐(134))에 의해 제공(dispense)되는 농업용 제품의 양(volume)을 조정하도록 동작 가능할 수 있다. 분사 노즐(134)을 참조하여 설명되었지만, 실질적으로 어떠한 유형의 분사기구도 고려될 수 있다.

도 2를 참조하면, UAV(100)는, 적어도 기내 동작(in-flight operation) 중 분사 시스템(130)을 제어하고, 비행 파라미터 및 주위 조건을 모니터링하는 제어 시스템(140)을 구비할 수 있다.

예시적인 일 실시 예의 제어 시스템(140)은 UAV(100)의 위치, 궤적 및 다른 비행 파라미터를 모니터링하는 복수의 센서(144) 및 처리부(142)을 포함한다. 예를 들어, 센서(144)는, 분사 시스템(130)에 대한 증강을 제공하기 위하여, 비행체 위치 및 속도와 함께 다른 측정 가능 정보 및 관성 네비게이션 파라미터를 모니터링할 수 있다. 이것은 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw) (즉, 자세 각(attitude angles) φ, θ, ψ); 각 직교 축(orthogonal axes)에서의 선형 가속도(linear accelerations)(즉, ax, ay, az); 각 직교 축에 대한 각 가속도(angular accelerations)(즉, ωx, ωy, ωz); 디스크 로딩/가중치(disc loading/weight)(즉, DL); 및 기타 비행체 상태 추정 변수(other aircraft state estimation variables)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 아래에 설명되는 바와 같이, 센서(144)는, 흐름 제어 명령(flow control instructions) 내에서 UAV(100)에 의해 생성되는 적어도 로터 워시(rotor wash)를 설명하기 위해, 메인 로터 어셈블리(104)의 비행체 고도, 바람 벡터, 및/또는 가속도를 모니터링할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 센서들(144) 각각에 의해 수신된 데이터는, UAV(100)에 대해 모델링되는 수학적 함수에 기초하여 분사 시스템(130)으로부터의 필요한 유량 출력을 계산하기 위해, 처리부(142)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 처리부(142)는, 농업용 제품의 지정 커버리지(prescription coverage)(148)에 대응하는 제1 흐름 제어 명령(first flow control instructions)(146)에 대한, 모니터링되는 비행 파라미터(flight parameter)의 효과를 모델링할 수 있고, 조정된 흐름 제어 명령(modulated flow control instructions)(150)을 계산하고 분사 시스템(130)(예를 들어, 흐름 제어기(138))으로 출력할 수 있다. 모델링된 효과에 기초하여, 제어 시스템(140)은 제1 흐름 제어 명령(146)을 변경 또는 조정하여, 집합적으로(collectively) 또는 개별적으로(individually) 분사 노즐(disbursement nozzle)(134) 중 하나 이상의 유속을 변경하여, 조정된 흐름 제어 명령(150) 없이 수행되는 경우보다 지정 커버리지(148)에 더 근접한, 농업용 제품의 실제 커버리지(actual coverage)를 달성할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예들에서, 실제 커버리지는 제1 흐름 제어 명령(146)으로부터 도출되는 예상 커버리지(prospective coverage)와 비교하여 보다 균등(uniform)하다. 이러한 방식으로, 제어 시스템(140)은 센서(144)로부터 수신되는 실시간 데이터에 기초하여 커버리지의 실질적인 균등성(uniformity)을 달성하기 위해 분사 시스템(130)의 유량을 조정할 수 있다. 상기 제어 시스템(140)은, 동적인 반전(dynamic inversion), 고전적인 피드백 제어(classical feedback control), 및/또는 지정 커버리지(148)에 기초하여 스프레이 에러(spray errors)에 근접하게 하거나 분사되는 영역의 특정 지형(topography)에 대해 정규화되는(normalized) 스프레이 맵(spray map)에 의한 더 진보된 현대적 제어 포물레이션(more advanced modern control formulations)을 이용하여, 구현될 수 있다. 일부 실시 예에서, 유량의 증가가, 농업용 제품이 분산(disperse)되는 영역의 선형 측정(linear measurement) 당 농업용 제품의 실질적으로 균등한 적용(uniform application)을 달성할 수 있다.

분사 시스템(130)의 유량을 조정하는 하나의 방법이 도 2에 개략적으로 도시된다. 도시되는 바와 같이, 분사될 스프레이 영역(136)의 특정 지형(topography)에 대해 정규화(normalized)된 지정 커버리지(prescription coverage)(148)는 제어 시스템(140)(예를 들어, 처리부(142))으로 전달된다. 지정 커버리지(148)는 UAV(100)의 수평 위치(즉, x-y 위치)의 함수로서 유량 기준선(flowrate baseline)을 제공한다. 도 2의 실시 예에서, 지정 커버리지(148)는 비행체 특유의 값(vehicle specific)도 아니며, 주변 조건(ambient conditions) 또는 비행체 역학(vehicle dynamics)에 대해 설명하지 않는다. 도시되는 바와 같이, 비행체 역학 모듈(vehicle dynamics module)(160)은, 제어 시스템(140)의 복수의 센서(144)에 의해 모니터링되는 위치(position), 속도(velocity), 가속도(acceleration), 각 가속도(angular acceleration), 자세 각(attitude angles), 및 고도(altitude)와 같은 비행체 네비게이션 파라미터(aircraft navigation parameters)를 추가 처리하는 처리부(142)로 전달하도록 구성된다. 일부 실시 예에서, 비행체 구성 모듈(vehicle configuration module)(162)은 처리부(142)에 비행체 특정 데이터(vehicle specific data)(예를 들어, 분사 노즐(134)의 수, 스프레이 도구(spray rig)(132)의 크기 및 배치, 및/또는 분사 시스템(130)의 분사 능력(disbursing capabilities))를 제공한다.

상기 정보를 사용하여, 처리부(142)는 스프레이 패턴에 대한 네비게이션 및 비행체 특정 파라미터의 효과를 모델링하기도 하고, 방정식 FR = FR0 + ΔFR을 사용하여 결과적인 유량을 계산하기도 한다. 여기서, FR0은 지정 커버리지(148)로부터의 기준선 유량(baseline flowrate)을 나타내고, ΔFR은 균등적인 스프레이 패턴을 달성하기 위한 비행체 역학 및 비행체 특성(vehicle dynamics and vehicle specifics)의 결과로서 필요한 유량의 변화를 나타내고, FR은 분사 시스템(130)에 의해 분산될 최종 유량(resultant flowrate)을 나타낸다. 일부 실시 예에서, 유량의 변화 ΔFR은 다음과 같은 단일 시리즈 방정식(single series equation)을 사용하여 계산될 수 있다

ΔFR = KAxAx + KAyAy + KAzAz + Kφφ + Kθθ + Kψψ + KDLDL + Kxx + Kyy + Kzz ...

이 모델은 모델링되는 효과와 각각의 파라미터 측정을 도입함으로써 신뢰도(fidelity)를 높일 수 있다. 위의 방정식에서, 각각의 상수(예를 들어, KAx, KAy 등)는 파라미터의 첨자(subscript)로 표시되는 파라미터의 영향으로 인한 유량의 변화량(amount of change in flow)을 나타낸다. 예를 들어, KAy는 처리될 스프레이 영역(136) 상에 미리 정해진(prescribed) 유량을 달성하기 위해 분사 시스템(130)(예를 들어, 흐름 제어기(138))에 의해 요구되는 비행체의 측면 가속(lateral acceleration)에 의한 유량의 변화를 나타낸다. 일부 실시 예에서, 이 상수들은 표시되는 첨자 파라미터(subscript parameter)에 대한 유량(flowrate)의 1차 도함수(first derivative)일 수 있다. 상수의 형태 및 값은, 이론적 및 물리적 공식(formulation)을 통해 결정될 수 있으며, 테스트 데이터 회귀(test data regression) 및 통계 방법을 통해 결정될 수도 있다. 경우에 따라서는, 그 값을 결정할 필요가 없고, 상태 추정(state estimate)에서 이용 가능한 파라미터로부터 피드백을 가진 심플한(smple) 제어기를 사용하여 효과를 제어할 수 있으면 된다. 여기서, "심플한(simple)"은 시행 착오(trial and error)를 통해 합리적으로 조정(hand-tuned)될 수 있는 제어기를 사용하여 효과적으로 제어될 수 있는 동적 시스템(dynamic system)으로 정의된다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 분사 시스템(130)에 의해 제공(dispense)될 유량 FR을 계산한 후에, 제어 시스템(140)(예를 들어, 처리부(142))은, 요구되는 유량 FR을 매치(match)하기 위하여, 분사 시스템(130)(예를 들어, 가별 흐름 제어 펌프일 수 있는 흐름 제어기(138))을 제어한다. 제어는, 어떤 범위의 유량(flowrates)에 대해 교정되는(calibrated) 다른 액체 또는 과립 분사 기구 또는 펌프 및 제어 시스템(140)(예를 들어, 처리부(142)) 간의 통신을 통해 제공된다. 직렬 디지털 통신(serial digital communication), 아날로그 통신, 펄스 폭 변조 통신(pulse width modulation communication) 등을 포함하는 일반적인 전자 통신 전략(Common electronics communication strategies)이 분사 기구와 처리부(142) 사이의 통신에 사용될 수 있다. 펌프(들)로부터의 피드백이 필요할 경우에는, RS 422 또는 RS 485 물리 계층에 의해 제공되는 것과 같은 전이중 통신(Full duplex communications)이 유용할 수 있다. 예를 들어, 각각의 분사 노즐(134)에 대하여 각각의 개별 펌프를 조절함으로써, 각각의 개별 노즐 제어를 수행할 수 있다.

이러한 실시 예의 경우, 와이어(wire)의 무게 및 복잡성을 감소시키기 위해, 단일 통신 케이블 상에서 센서 데이터를 수신하는 동시에, 모든 펌프 및/또는 분사 노즐(134)을 제어하는, 전 이중 및 단일 버스 통신(full duplex and single bus communications)이 바람직할 수 있다.

도 3을 참조하면, 분사될 영역에 대한 농업용 제품의 커버리지에 있어서 실질적인 균등성(substantial uniformity)을 달성하기 위하여 필요한 유량(FR)을 계산할 때, 앞에서 설명한 바와 같이, 제어 시스템(140)은 비행 파라미터를 고려(account for)할 수 있다. 예를 들어, 커버리지에 있어서의 균등성을 달성하기 위하여, 제어 시스템(140)은, 예를 들어 비행체 속도(aircraft velocity)에 기초하여, 분사 시스템(130)(예를 들어, 흐름 제어기(138))의 출력을 선택적으로 변화시킬 수 있다. 비행체 속도를 고려하지 않는 경우, UAV(100)의 속도의 변화에 의하여 커버리지에 있어서의 불균등성(non-uniformity)이 나타날 수 있다. 도 3에 도시되는 바와 같이, UAV(100)의 속도가 증가함에 따라, 제어 시스템(140)은, 시간 측정 당 커버되는 표면 영역의 증가를 고려(account for)하기 위해, 분사 시스템(130)의 유량 FR을 증가시킬 수 있다. 유사한 방식으로, UAV(100)의 속도가 감소함에 따라, 제어 시스템(140)은 시간 측정 당 커버되는 표면 영역이 작아짐에 따라 분사 시스템(130)의 유량 FR을 상응하여 감소시킬 수 있다.

일부 실시 예에서, 제어 시스템(140)은, 강한 바람 조건(prevailing wind conditions)과 같은 환경 파라미터(environmental parameters)를 고려(account for)할 수 있다. 예를 들어, 후풍(tailwind)은 더 빠른 속도의 UAV(100)에 대응하는 스프레이 패턴을 생성할 수 있다. 유사하게, 전풍(headwind)은 더 느린 속도의 UAV(100)에 대응하는 스프레이 패턴을 생성할 수 있다. 이러한 에러를 고려하기 위하여, 제어 시스템(140)은 UAV(100)의 속도 및 환경 파라미터 모두에 기초하여 UAV(100)의 네트 속도(net velocity)를 계산할 수 있다.

도 4를 참조하면, 일부 실시 예들에서, 제어 시스템(140)은 요구되는 유량(flowrate) FR을 계산할 때, 상술되는 바와 같이, 비행체 특정 데이터(vehicle specific data)를 고려할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 실시 예에서, 분사 노즐(134)은 UAV(100)의 무게 중심(the center of gravity)(CG)의 전방 및 아래에 배치된다. UAV(100)의 무게 중심(CG)에 대한 분사 노즐(134)의 위치에 대한 고려가 없다면, 비행 중 적어도 UAV(100)의 피칭 역학(pitching dynamics) 때문에, 커버리지에 있어서의 불균등성이 발생할 수 있다. 도시된 바와 같이, 무게 중심(CG)과 분사 노즐(134) 간의 측면 거리(lateral distance)(X)는 방정식 X = h·Tanθ를 사용하여 계산될 수 있다. 여기서, h 는 수직 붐 오프셋(vertical boom offset)이고, θ는 지면과 연관되는 UAV(100)의 피치 각이다. 피치 각 θ(즉, X')의 변화로 도출되는 X의 변화율(The rate of change)은 이 관계를 미분함(differentiating this relationship)으로써, 다음과 같이 구할 수 있다: X' = h·(1/Cosθ)2·q. 여기서, q는 피치 각 θ의 1차 도함수(first derivative) 또는 피치 각속도(pitch rate)와 동일하다(q is equal to the first derivative of pitch angle θ, or pitch rate).

피치 각속도(pitch rate)(q)는 UAV(100)의 제어되는 가속(acceleration), 상승(up-righting) 및/또는 제2 제동 단계(second phase of braking) 동안 음수일 수 있다. 피치 각속도(q)는 가속 종료 동안 또는 초기 제동 단계 동안(during the end of acceleration or during an initial braking phase) 양수일 수 있다. 일부 실시 예에서, 피치 각속도(q)는 UAV(100)와 연관된 속도 자이로(rate gyro)에 의해 직접 측정될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 피치 각(pitch angle) θ 및 피치 각속도 q는 모두 비행 제어 시스템(140)으로부터 직접 측정되는 출력일 수 있다. 이 예에서, X'는 피칭 역학(pitching dynamics)의 결과로서 커버리지에 있어서의 불균등성에 직접적으로 연관된다. 이 불균등성은, 식 ΔFR = K·h·(1/Cosθ)2·q 을 사용하여 결과 유량 FR 을 증가(augmenting)시킴으로써 제거하거나 감소시킬 수 있다. 여기서, K는, 이 에러와 관련하여 흐름 제어 펌프로부터 요구되는 동작량(amount of actuation)을 감소시키거나 증가시키는 데 사용될 수 있는, 비례 이득(proportional gain) 또는 피치 증가(pitch augmentation)이다.

도 5를 참조하면, 분사 시스템(130)에 의해 제공(dispense)되는 농업용 제품의 적용 속도(application rate)(즉, 선형 측정 당 실제로 적용되는 농업용 제품의 양(the amount of agricultural product actually applied per linear measurement))는, 피칭 역학의 결과로서 커버리지에 있어서의 불균등성을 고려하는데 사용되는 피치 증가(pitch augmentation)(K)에 따라, 변화할 수 있다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 피치 증가(K)의 상이한 레벨은, 적용 속도(application rate)를, 매우 가변적인 것으로부터 비교적 균등한 것으로까지 변화시킨다.

예를 들어, 어떠한 피치 증가(K)도 없는 농업용 제품의 적용 속도(application rate)는 매우 가변적이고 불균등적(non-uniform)인 반면, 높은 레벨의 피치 증가(K)는, 피치 역학(pitch dynamics)에 대응(account for)하는 분사 시스템(130)의 감도(sensitivity)를 증가시킨다. 도시된 바와 같이, 낮은 레벨의 피치 증가(K)는, AV(100)의 피치 각(θ)이 농업용 제품의 적용 중 변화하게 되기 때문에, 농업용 제품의 적용에 있어서 불균등성(non-uniformity)을 초래하게 된다. 다른 한편으로, 충분히 높은 피치 증가(K)는, 피치 각(θ)의 동일한 변화에 대하여, 농업용 제품의 비교적 일정한 적용 속도(application rate)를 달성할 수 있다.

도 6 및 6a를 참조하면, 제어 시스템(140)은, 비행(in-flight) 동작 중 UAV(100)의 요 역학(yaw dynamics)에 대해 고려(account for)할 수 있다. 예를 들어, UAV(100)의 요 각속도(yaw rate)(r)(즉, 방위각의 변화율(the rate of change of heading angle))는 분사 시스템(130)의 유량을 증가시키는데 사용될 수 있다. 도 6의 예에서, 스프레이 영역(spray area)(136)은 직사각형(rectangular)이다. 그러나, 기술된 원리는 동일하게, 균등하게 분사(spray)되어야 하는 나무와 같이, 다른 기하학적 형상 및 구형 체적(spherical volume)에도 적용될 수 있다.

도 6에 도시되는 바와 같이, UAV(100)가 스프레이 영역(spray area)(136)을 통과할 때, 예를 들어 UAV(100)에게 닥치는 바람 교란(wind disturbances)에 의해, UAV(100)에 양수 또는 음수의 요 각속도 또는 교란((yaw rate or disturbance)(r)이 적용될 수 있다. 예를 들어, 양수의 요 각속도(r)가 UAV(100)에 적용되어, 비행 방향 F에 대해, 스프레이 도구(132)의 좌측이 전방(forward)으로 스윙(swing)하고, 스프레이 도구(132)의 우측이 후방(aft)으로 스윙할 수 있다(도 6a 참조). 이러한 실시 예들에서, 본원에 설명된 증가(augmentation)가 없다면, 스프레이 영역(136)의 우측은 미리 지정된 것보다 많은 농업용 제품을 받게 되고, 스프레이 영역(136)의 좌측은 미리 지정된 것보다 적은 농업용 제품을 받게 되어, 결국, 스프레이 영역(136)의 불균등한 커버리지(non-uniform coverage)가 발생하게 된다. 후술하는 바와 같이, 개별 분사 노즐(individual disbursement nozzles)(134)은, 스프레이 영역(136)의 외부 영역에 분사하지 않고 균등한 커버리지(uniform coverage)를 달성하기 위하여, 서로 다른 레이트(rates)로 제어될 수 있다.

도 6a의 예시적인 실시 예에서, 양수의 요 교란(yaw disturbance) r 은, 스프레이 영역(136)의 좌측에 대해 점점 분사가 줄어들게(underspray) 하고, 이렇게 점점 분사가 줄어드는 영역은 스프레이 도구(spray rig)(132)의 중심으로부터 떨여져 있을수록 더 커지게 된다. 유사하게, 스프레이 영역(136)의 우측은 너무 많은 농업용 제품을 받게 되고, 스프레이 도구(132)의 중심 쪽보다 스프레이 도구(132)의 바깥 쪽일수록 더욱 그렇다. 이러한 실시 예에서, 제어 시스템(140)은, UAV(100)의 요 교란(r)을 고려하기 위하여, 각 분사 노즐(134)을 개별적으로 제어하는 조정된 흐름 제어 명령(modulated flow control instructions)(150)을 계산하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 도 6a에 도시된 양의 요 교란(positive yaw disturbance)의 예에서, 양의 요 교란(positive yaw disturbance)이 있는 경우 균등한 스프레이 패턴(uniform spray pattern)을 생성하기 위하여, 제어 시스템(140)은 분사 시스템(130)을 증가시켜, 흐름 제어기(138)가, 분사 노즐(134)이 스프레이 도구(132)의 좌측으로부터 스프레이 도구(132)의 우측으로 가면서 감소하는 속도로 흘리도록 할 수 있다. 좌측으로부터 우측으로의 분사 노즐(134)의 개별 유량의 변화율(rate of change)은, 양의 요 교란(positive yaw disturbance) r 의 정도에 따라 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 요 교란 r이 충분히 크다면, 스프레이 도구(132)를 가로지르는 개별 유량의 변화율을 비교적 가파르게 또는 크게 할 수 있다. 반면에, 요 교란 r이 비교적 작다면, 스프레이 도구(132)를 가로지르는 개별 유량의 변화율을 낮거나(flat) 또는 작게 할 수 있다.

도 6b를 참조하면, 제어 시스템(140)은 비-직선 스프레이 영역(non-rectilinear spray area)(136) 상에 농업용 제품을 효율적으로 위치시키거나 분배(distribute)하기 위해, 집합적으로 또는 개별적으로, 분사 노즐(134)을 증가(augment)시키도록 동작될 수 있고, 이에 의하여 스프레이 영역(136) 상에 농업용 제품의 매우 균등한 커버리지(significantly more uniform coverage)를 달성한다. 예를 들어, 각각의 분사 노즐(134)은, 예를 들어, 조정된 흐름 제어 명령(modulated flow control instructions)(150)에 의해서, 유량(FR)을 바꾸도록 개별적으로 제어되고, 원형 스프레이 영역(circular spray area)(136) 내 및/또는 상에 보다 정확한 농업용 제품의 배치(placement) 또는 분배(distribution)를 달성할 수 있다. UAV(100)가 도 6b의 원형 스프레이 영역(136)에 접근함에 따라, 제어 시스템(140)은 가장 안쪽의 분사 노즐(134)이 먼저 흘리(flow)도록 할 수 있다. UAV(100)가 스프레이 영역(136)을 계속해서 통과함에 따라, 제어 시스템(140)은 계단식으로(in a cascading fashion) 외부 분사 노즐(134)을 턴 온(turn on)하여, 불필요하게 분사 노즐(134)을 너무 일찍 턴 온하지 않고 전체 스프레이 영역(136)을 커버할 수 있다. 유사하게, UAV(100)가 스프레이 영역(136)을 통과하는 것을 종료하면, 제어 시스템(140)은 가장 바깥쪽의 분사 노즐(134)에서 가장 안쪽의 분사 노즐(134)까지 계단식으로 분사 노즐(134)을 턴 오프(turn off)할 수 있다. 도 6b의 실시 예에서, 시스템(140)은 전술한 바와 같은, 요 및 피치 역학(yaw and pitch dynamics), 및 아래에 설명되는 바와 같은, 롤 역학(roll dynamics)과 같은, 균등성 에러(uniformity errors)의 다른 원인을 추가적으로 고려(additionally account for)할 수 있다.

전술한 바와 같이, 여기에서 설명되는 원리들은, 균등하게 분사되어야 하는 마운드(mound) 또는 걸리(gulley)와 같은, 비평면 표면 이상(non-flat surface anomalies)에도 동일하게 적용될 수 있다. 이러한 실시 예들에서, 유량 FR을 조절하기 위하여, 비평면 표면 이상은 파라미터화(parametrized)되고 고려될 수 있다. 예를 들어, UAV(100)가 마운드(mound) 위로 지나가는 실시 예에서, 제어 시스템(140)은, 마운드의 증가된 표면 영역을 고려하여, 늘어난 표면 영역(additional surface area)에 대해 보상하기 위하여, 분사 시스템(130)이 더 많은 농업용 제품을 자동적으로 적용하도록 할 수 있다. 유사한 방식으로, 제어 시스템(140)은, 나무와 같은 다른 평평하지 않은 표면 이상(non-flat surface anomalies)뿐만 아니라 기복이 있는 지형(undulating terrain)을 고려하기 위하여, 분사 시스템(130)의 유량(flowrate) FR 을 조절할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제어 시스템(140)은 비행 중 동작(in-flight operation) 동안 UAV(100)의 롤 역학(roll dynamics)을 고려할 수 있다. 예를 들어, UAV(100)의 롤 각속도(roll rate) p (즉, 종축에 대한 UAV(100)의 변화율(the rate of change of the UAV 100 about its longitudinal axis))은 분사 시스템(130)의 흐름(flow)을 조절하는데 사용될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, UAV(100)가 스프레이 영역(136)을 통과함에 따라, 예를 들어 수직 스태빌라이저(vertical stabilizer)(118)에 측 방향 힘(lateral forces)을 주는 바람의 교란(wind disturbances) 또는 기복이 있는 지형(undulating terrain)에 의하여(이는 UAV(100)를 테일 붐(tail boom)(108)에 대하여 회전하도록 함), 양 또는 음의 롤 각속도(positive or negative roll rate) p가 UAV(100)에 적용될 수 있다. 양의 롤 각속도 p가 UAV(100)에 적용되면, 스프레이 영역(spray area)(136)에 평행한 수평면에 대해, 스프레이 도구(132)의 우측은 스윙 업(swings up)하고 스프레이 도구(132)의 좌측은 스윙 다운(swings down)할 수 있다. 롤 역학을 고려하지 않으면, 스프레이 영역(136)의 일 측면은 미리 지정된 것보다 더 많은 농업용 제품을 받을 수 있고, 이에 따라 스프레이 영역(136)의 불균등한 커버리지(non-uniform coverage)가 초래될 수 있다. 이러한 실시 예에서, 제어 시스템(140)은 분사 시스템(130)을 증가(augment)시켜, 분사 노즐(134)이 감소된 속도로 흐르도록 하여, 롤 교란(roll disturbance) p가 있는 상황에서도 균등한 스프레이 패턴(uniform spray pattern)을 생성할 수 있다.

본 발명은 넓은 응용을 가진다. 예를 들어, 전술한 넓은 개념을 사용하여, 제어 시스템(140)은 메인 로터 어셈블리(main rotor assembly)(104) 및/또는 테일 로터 어셈블리(tail rotor assembly)(110)의 로터 속도(rotor speed)에 기초하여 분사 시스템(130)을 증가(augment)시킬 수 있다. 이러한 실시 예에서, 농업용 제품이 어떻게 지면에 전달되는지에 대한 비행 역학 효과(flight dynamics effect)(즉, 농업용 제품의 결과적인 궤적)를 정량화하기 위하여, 메인 로터 어셈블리(104) 및/또는 테일 로터 어셈블리(110)에 의해 생성되는 기류(airflow)가 모델링되고 이용될 수 있다. 예를 들어, 양의 피치 각(positive pitch angle)(θ)은 메인 로터 어셈블리(104)에 의해 생성되는 기류로 인해 농업용 제품을 더 많이 전방으로 추진(propel)할 수 있다. 유사하게, 다른 모든 변수는 일정함(constant)하다면, 테일 로터 어셈블리(110)에 의해 야기되는 기류 교란은 농업용 제품을 UAV(100)로부터 측면으로 멀리 추진할 수 있다. 본 명세서에 개시되는 사상을 사용함으로써, 이러한 효과를 없애기 위하여, 제어 시스템(140)에 의한 분사 시스템(130)의 증가가 이용될 수 있다. 또한, 유량이 비증가(unaugment)되더라도, 여기에 개시되는 개념들은 "적용된(as applied)" 커버리지를 "미리 지정된(as prescribed)" 커버리지와 비교하여, 모델링 및 분석하는데 필요한 데이터를 수집하고 기록하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 어떤 축에서도 가속하지 않았음에도 1.2초의 기간 동안 9도의 뱅크 각(bank angle)이 롤(roll)되고, 스프레이(spray)가 제로(0)인 지점에서 유량에 결과적인 변화(effective change)가 음(negative)이라는 것을 알게 되었다면, 이는 스프레이 되지 않아야(unsprayed) 하는 영역에 너무 많은 제품이 뿌려질(land) 것이라는 것을 나타내게 된다. 그러면, 오퍼레이터(operator)에게 경고 통지(warn)를 하거나, 금지된 영역에는 뿌려질(land) 것으로 예상되는 제품은 분사하지 않도록 시스템은 분사 시스템(130)을 자동적으로 오프-상태(off-state)로 제어하도록 프로그램될 수 있다. 일부 실시 예에서는, 유량(flowrate), 비행체 네비게이션(aircraft navigation ) 및 센서 데이터(sensor data)의 결합이 또한 "적용된(as applied)" 분사(disbursement)의 증거 및 기록 유지에 이용될 수 있다.

일부 실시 예에서, 농업용 제품이 스프레이(spray)되는 지형(terrain)은 사진, 지면 샘플, 색, 온도, 또는 어떤 다른 표면 파라미터(surface parameter)로부터 모델링될 수 있다. 지형의 감지는 농업용 제품을 사용하기 전에 이루어지거나 제품 적용과 동시에 수행될 수 있다. 일부 실시 예에서, UAV(100)는, UAV(100)에 부착되는 액세서리 장비(164)(예를 들어, Nadir가 장착된 DSLR 고 해상도 카메라(Nadir mounted DSLR high resolution camera) 및/또는 전자-광학 및/또는 적외선 센서(infrared sensors)를 가지는 완전히 안정화된 카메라 짐벌(fully stabilized camera gimbal)(도 1 참조))를 이용하여 지형(terrain)을 모델링할 수 있다. 액세서리 장비(164)는, 지형의 모델링 능력을 제공하는 것 외에도, 항공 감시, 검사, 측량, 3D 맵핑, 사진, 및 영상 제작(aerial surveillance, inspection, surveying, 3D mapping, photography, and filmmaking)을 포함하는 다른 항공 용도(ahviation uses)를 제공할 수 있다. 그러나, 상기 주어진 예는 제한적이지 않으며, 실질적으로 임의의 유형의 액세서리가 UAV(100)에 부착될 수 있는 것으로 고려된다.

도 1을 참조하면, UAV(100)는 UAV(100)의 기능 및 성능을 향상시키기 위한 추가 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, UAV(100)는, UAV(100)의 미적 및 공기 역학적 특성(aesthetic and aerodynamic characteristics) 모두를 향상시키기 위하여, 프레임 구조(102)에 부착되는 캐노피(canopy)(166)를 포함한다. 예시적인 실시 예에서, 캐노피(166)는 UAV(100)의 내부 구성 요소를 감추거나 덮는다. 착륙시에 도움이 되기 위해, UAV(100)는 비비행 동작 또는 저장(nonflight operation or storage) 동안 UAV(100)를 지지하는 착륙 기어(landing gear)(168)를 포함할 수 있다. 평면 또는 관형 랜딩 스키드(planar or tubular landing skids)를 포함할 수 있는 랜딩 기어(landing gear)(168)는 프레임 구조체(102)(예를 들어, 프레임 구조체(102)의 반대편)에 부착된다. 비비행 동작 또는 저장 동안, 랜딩 스키드는 UAV(100)가 지지면에 접촉하는 유일한 부분일 수 있고, 대안으로 랜딩 스키드는 수직 스태빌라이저(vertical stabilizer)(118)와 삼각대 형으로(in a tripod-like manner) UAV(100)를 지지할 수 있다.

일부 실시 예에서, UAV(100)는 통신 장비를 구비할 수 있다. 예를 들어, UAV(100)는 휴대 원격 제어 유닛(hand-held remote control unit) 또는 지상국(ground station)에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시 예에서, UAV(100)는 사용자 개입 없이 UAV(100)의 정확한 네비게이션(navigation), 안내(guidance), 및 제어가 가능한 자동 비행 제어 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, UAV(100)는 Wi-Fi, 셀룰러 데이터(cellular data), 모바일 위성 통신(mobile satellite communications), 무선 주파수, 적외선 또는 초음파 원격 제어 장치 또는 임의의 다른 무선 데이터 통신 매체를 통해, 사용자, 지상국, 및/또는 다른 UAV(100)에 데이터를 전송하거나 수신할 수 있다.

전술한 설명은 넓은 응용을 가진다. 따라서, 임의의 실시 예에 대한 논의는 단지 설명을 위한 것일 뿐이며 청구 범위를 포함하는 본 발명의 범위가 이들 예들에 한정되는 것을 암시하려는 것은 아니다. 다시 말해서, 본 명세서의 예시적인 실시 예가 본 명세서에서 상세히 설명되었지만, 본 발명의 개념은 다르게 구현되고 적용될 수 있으며, 첨부되는 청구 범위는 종래 기술에 의해 제한되는 것을 제외하고는, 이러한 변형을 포함하도록 해석되도록 의도된다.

전술한 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었으며 본 명세서를 본 명세서에 개시되는 형태로 한정하고자 의도되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 특징들은 본 개시물을 간소화할 목적으로 하나 이상의 측면, 실시 예, 또는 구성으로 함께 그룹화될 수 있다. 그러나, 본 발명의 어떤 측면, 실시 예, 또는 구성의 다양한 특징은 다른 측면, 실시 예, 또는 구성으로 결합될 수 있다. 또한, 이하의 청구 범위는 이 상세한 설명에 본 명세서에 포함되며, 각 청구항은 본 개시의 개별적인 실시 예로서 독자적으로 기재된다.

모든 방향 참조(예를 들어, 말단, 상부, 하부, 상향, 좌, 우, 외측, 전방, 후방, 상부, 하부, 외부, 내부, 아래(distal, upper, lower, upward, left, right, lateral, front, back, top, bottom, outer, inner, below))는 본 명세서 및 도면에 대한 독자의 이해를 돕기 위해 식별 목적으로만 사용되나 제한 사항은 아니다. 연결 기준(예를 들어, 부착됨, 커플됨, 연결됨, 및 결합됨)은 광범위하게 해석되어야 하며 달리 명시되지 않는 한 요소들 간의 상대 이동 및 요소들의 집합간 중간 멤버들을 포함할 수 있다. 따라서, 연결 참조는 반드시 두 요소가 직접 연결되어 있고 서로 고정되는 관계에 있다고 뜻하지는 않는다. 식별 참조(예를 들어, 제1, 제2 등)는 중요성 또는 우선 순위를 함축하도록 의도되는 것은 아니며, 하나의 특징을 다른 특징과 구별하기 위해 사용된다. 도면은 단지 설명을 위한 것이며 여기에 첨부되는 도면에 반영되는 치수, 위치, 순서 및 상대 크기(dimensions, positions, order and relative sizes)는 변화할 수 있다.

Claims

무인 비행체를 위한 분사 시스템에 있어서,
가변 유량으로 유동성 제품을 제공(dispense)하도록 동작 가능한 복수의 분사 노즐;
명령어에 응답하고, 상기 분사 노즐 중 하나 이상의 유량을 집합적으로 또는 개별적으로 변경함으로써 상기 복수의 분사 노즐에 의해 제공되는 상기 유동성 제품의 양을 조절하도록 동작 가능한 흐름 제어기; 및
제어 시스템
을 포함하고,
상기 제어 시스템은,
상기 무인 비행체의 비행 파라미터를 모니터링하도록 동작 가능한 센서; 및
상기 유동성 제품의 지정 커버리지에 대응하는 제1 흐름 제어 명령에 대한 상기 비행 파라미터의 영향을 모델링하고, 상기 분사 노즐 중 하나 이상의 유량에서의 변화를 모델링하도록 구성된 처리부
를 포함하고,
상기 유량에서의 변화는,
상기 비행 파라미터의 값에 의하여 곱해지는 제1 상수로 모델링되는
분사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 상수는,
상기 비행 파라미터의 영향에 기인한 상기 유량에서의 변화
를 포함하는 분사 시스템.
제2항에 있어서,
상기 상수는,
상기 비행 파라미터에 대한 상기 유량의 1차 도함수
를 포함하는 분사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 센서는,
제2 비행 파라미터의 값을 모니터링하도록 동작가능하고,
상기 유량에서의 상기 변화는,
상기 비행 파라미터의 값에 의하여 곱해지는 상기 제1 상수, 및
상기 제2 비행 파라미터의 값에 의하여 곱해지는 제2 상수
의 합으로 모델링되는 분사 시스템.
제4항에 있어서,
상기 센서는,
제3 비행 파라미터의 값을 모니터링하도록 동작가능하고,
상기 유량에서의 상기 변화는,
상기 비행 파라미터의 값에 의하여 곱해지는 상기 제1 상수,
상기 제2 비행 파라미터의 값에 의하여 곱해지는 상기 제2 상수, 및
제3 비행 파라미터의 값에 의하여 곱해지는 제3 상수
의 합으로 모델링되는 분사 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제2 상수는,
상기 제2 비행 파라미터의 영향에 기인한 상기 유량에서의 변화의 크기
를 포함하고,
상기 제3 상수는,
상기 제3 비행 파라미터의 영향에 기인한 상기 유량에서의 변화의 크기
를 포함하는 분사 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제2 상수는,
상기 제2 비행 파라미터에 대한 상기 유량의 1차 도함수
를 포함하고,
상기 제3 상수는,
상기 제3 비행 파라미터에 대한 상기 유량의 1차 도함수
를 포함하는 분사 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제어 시스템은,
상기 무인 비행체의 복수의 비행 파라미터의 값을 모니터링하도록 동작 가능한 복수의 센서
를 포함하고,
상기 제1 비행 파라미터, 상기 제2 비행 파라미터 및 상기 제3 비행 파라미터는,
롤 각(roll angle)(φ), 피치 각(pitch angle)(θ), 요 각(yaw angle)(r), 선형 가속도(linear accelerations)(ax, ay, az), 디스크 로딩 및 비행체의 위치를 포함하는 그룹 중에서 선택되는
분사 시스템.
제8항에 있어서,
상기 유량에서의 상기 변화는,
상기 롤 각(φ)에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 롤 각(φ)의 값의 곱,
상기 피치 각(θ)에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 피치 각(θ)의 값의 곱,
상기 요 각(r)에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 요 각(r)의 값의 곱,
제1 선형 방향에서의 가속도에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 제1 선형 방향에서의 상기 가속도의 값의 곱,
제2 선형 방향에서의 가속도에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 제2 선형 방향에서의 상기 가속도의 값의 곱 - 상기 제2 선형 방향은 상기 제1 선형 방향과 직교임 -,
제3 선형 방향에서의 가속도에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 제3 선형 방향에서의 상기 가속도의 값의 곱 - 상기 제3 선형 방향은 상기 제1 선형 방향 및 상기 제2 선형 방향 모두와 직교임 -,
상기 디스크 로딩에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 디스크 로딩의 값의 곱,
상기 제1 선형 방향에서의 상기 비행체의 위치에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 제1 선형 방향에서의 상기 비행체의 위치의 값의 곱,
상기 제2 선형 방향에서의 상기 비행체의 위치에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 제2 선형 방향에서의 상기 비행체의 위치의 값의 곱, 및
상기 제3 선형 방향에서의 상기 비행체의 위치에 대한 유량의 1차 도함수와 상기 제3 선형 방향에서의 상기 비행체의 위치의 값의 곱
의 합으로 모델링되는 분사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 모델링된 유량에서의 변화에 기초하여,
상기 제어 시스템은,
조정된 흐름 제어 명령 없이 수행되는 경우보다 지정 커버리지에 더 근접한 상기 유동성 제품의 실제 커버리지(actual coverage)를 달성하도록,
상기 복수의 분사 노즐 중 하나 이상의 유량을 변경하기 위하여, 상기 제1 흐름 제어 명령을 조정하는
분사 시스템.
제10항에 있어서,
상기 실제 커버리지는,
상기 제1 흐름 제어 명령으로부터 도출되는 예상 커버리지(perspective coverage)와 비교하여 더 균등(uniform)한 분사 시스템
제11항에 있어서,
상기 조정된 흐름 제어 명령은,
상기 유동성 제품의 더 정확한 분배(distribution)를 달성하기 위하여, 상기 복수의 분사 노즐의 상기 유량을 변화시키는 분사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유동성 제품은 상기 복수의 분사 노즐에 의해 분사되는 분사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 유동성 제품은 액체, 분말 또는 입상 물질인 분사 시스템.
제8항에 있어서,
상기 복수의 센서는,
상기 무인 비행체의 테일 로터 어셈블리의 제어 설정 및 속도 또는 가속도 중 하나 이상을 모니터링하는 분사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 흐름 제어 명령은,
상기 무인 비행체의 로터 워시에 기초하여 모델링되는 분사 시스템.
제10항에 있어서,
상기 조정된 흐름 제어 명령은,
상기 복수의 분사 노즐의 상기 유량을 개별적으로 제어하는 분사 시스템.
무인 비행체에 있어서,
상기 무인 비행체를 비행하게 하는 구동 시스템; 및
분사부
를 포함하고,
상기 분사부는,
가변 유량으로 유동성 제품을 제공(dispense)하도록 동작 가능한 복수의 분사 노즐;
명령어에 응답하고, 상기 분사 노즐 중 하나 이상의 유량을 집합적으로 또는 개별적으로 변경함으로써 상기 복수의 분사 노즐에 의해 제공되는 상기 유동성 제품의 양을 조절하도록 동작 가능한 흐름 제어기; 및
제어 시스템
을 포함하고,
상기 제어 시스템은,
상기 무인 비행체의 비행 파라미터를 모니터링하도록 동작 가능한 센서; 및
상기 유동성 제품의 지정 커버리지에 대응하는 제1 흐름 제어 명령에 대한 상기 비행 파라미터의 영향을 모델링하고, 상기 분사 노즐 중 하나 이상의 유량에서의 변화를 모델링하도록 구성된 처리부
를 포함하고,
상기 유량에서의 변화는,
상기 비행 파라미터의 값에 의하여 곱해지는 제1 상수로 모델링되는
무인 비행체.
제18항에 있어서,
상기 상수는,
상기 비행 파라미터의 영향에 기인한 상기 유량에서의 변화
를 포함하는 무인 비행체.
무인 비행체를 위한 분사 시스템에 있어서,
가변 유량으로 유동성 제품을 제공(dispense)하도록 동작 가능한 복수의 분사 노즐;
명령어에 응답하고, 상기 분사 노즐 중 하나 이상의 유량을 집합적으로 또는 개별적으로 변경함으로써 상기 복수의 분사 노즐에 의해 제공되는 상기 유동성 제품의 양을 조절하도록 동작 가능한 흐름 제어기; 및
제어 시스템
을 포함하고,
상기 제어 시스템은,
상기 무인 비행체의 비행 파라미터를 모니터링하도록 동작 가능한 센서; 및
상기 유동성 제품의 지정 커버리지에 대응하는 제1 흐름 제어 명령에 대한 상기 비행 파라미터의 영향을 모델링하고, 상기 분사 노즐 중 하나 이상의 유량에서의 변화를 모델링하도록 구성된 처리부
를 포함하고,
상기 유량에서의 변화는,
비례 이득,
상기 복수의 분사 노즐 중 하나와 상기 무인 비행체의 중력의 중심 간의 수직 거리,
상기 피치 각의 값의 시퀀트(secant)의 제곱, 및
시간에 대한 상기 피치 각의 1차 도함수
의 곱으로 모델링되고,
상기 모델링된 유량에서의 변화에 기초하여,
상기 제어 시스템은,
조정된 흐름 제어 명령 없이 수행되는 경우보다 지정 커버리지에 더 근접한 상기 유동성 제품의 실제 커버리지(actual coverage)를 달성하도록,
상기 복수의 분사 노즐 중 하나 이상의 유량을 변경하기 위하여, 상기 제1 흐름 제어 명령을 조정하는
분사 시스템.