KR20200082234A - 드론 실내 비행 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드론 실내 비행 시스템에 관한 것으로, 3.1~10.6GHz 대역의 주파수를 사용하여 실내 공간의 위치 정보를 송출하는 UWB 앵커; 다중 프로펠러 형태의 무인항공기인 드론; 상기 드론의 몸체 하부에 탑재하여 UWB 앵커에서 송출하는 드론의 3차원 실내 측위 데이터를 수신하여 2차원 공간 데이터로 계산하는 UWB 태그; 상기 드론의 몸체 하부에 탑재하여 지면으로 레이저 빛을 발진하여 드론의 1차원 고도를 측정하는 LiDAR; 및 상기 UWB 태그와 LiDAR에서 각각 보낸 2차원 공간 데이터와 1차원 고도 데이터를 기반으로 3차원 측위 데이터를 계산하여 드론의 호버링과 착륙을 정밀하게 제어하는 FCC;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

드론 실내 비행 시스템 및 방법{Indoor Flight System for Unmanned Aerial Vehicle and Method Thereof}
본 발명은 드론 실내 비행 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 UWB 2D측위 데이터와 1차원 LiDAR센서를 이용한 3차원 측위 보정을 활용하는 드론 실내 비행 시스템 및 방법에 관한 것이다.
UWB 실내 측위 방법은 4개 이상의 UWB 앵커(Anchor)에서 송신한 데이터를 UWB 태그(Tag)에서 수신 받아 3차원 위치를 계산하는 방법으로 고정된 위치의 물체를 cm급 오차로 측위 할 수 있다.
3차원 위치 데이터는 x, y, z축에 대한 위치 정보를 처리한 결과로 얻을 수 있는데 UWB 앵커 간의 거리에 따라 오차가 커지거나 줄어든다. 따라서, 보통 UWB 측위 데이터는 x, y 2차원 데이터를 사용하여 드론의 위치를 측위하며, 기압고도계를 이용하여 z축의 고도를 측정하고 있다.
그러나, 종래의 UWB 측위 시스템은 x, y 2차원 데이터의 경우 가로, 세로 공간의 범위를 사람이 쉽게 변경이 가능하지만 z축에 대한 높이를 변경하기엔 쉽지 않은 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 GPS를 사용할 수 없는 실내 공간에서 드론은 고도를 측정하기 위해 기압고도계를 사용하고 있으나, 실내 공간 높이는 2~4m의 공간으로 기압고도계로 측정하는 고도 데이터의 오차 범위 내인 경우가 있어 무인항공기의 정확한 고도를 측정할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 UWB 실내측위 방법을 이용한 2D 공간 좌표와 LiDAR를 이용한 고도 데이터를 기반으로 3D차원 측위 데이터를 정확하게 측정하여 비행할 수 있는 드론 실내 비행 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 드론 실내 비행 시스템은 3.1~10.6GHz 대역의 주파수를 사용하여 실내 공간의 위치 정보를 송출하는 UWB 앵커; 다중 프로펠러 형태의 무인항공기인 드론; 상기 드론의 몸체 하부에 탑재하여 UWB 앵커에서 송출하는 드론의 3차원 실내 측위 데이터를 수신하여 2차원 공간 데이터로 계산하는 UWB 태그; 상기 드론의 몸체 하부에 탑재하여 지면으로 레이저 빛을 발진하여 드론의 1차원 고도를 측정하는 LiDAR; 및 상기 UWB 태그와 LiDAR에서 각각 보낸 2차원 공간 데이터와 1차원 고도 데이터를 기반으로 3차원 측위 데이터를 계산하여 드론의 호버링과 착륙을 정밀하게 제어하는 FCC;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 UWB 앵커는 실내 모퉁이에 높이가 서로 다르게 4개를 설치할 수 있다. 또한, 본 발명의 드론 실내 비행 방법은 높이가 서로 다른 4개의 UWB 앵커를 통해 드론의 3차원 실내 측위 데이터를 측정하는 단계; 상기 UWB 태그에서 송출된 3차원 실내 측위 데이터를 공간 좌표인 2차원 데이터로 계산하여 FCC로 보내는 단계; LiDAR를 통해 지면으로 레이저 빛을 발진하여 드론의 1차원 고도를 측정하여 FCC로 보내는 단계; 및 상기 FCC에서 UWB 태그와 LiDAR에서 각각 보낸 2차원 공간 데이터와 1차원 고도 데이터를 기반으로 3차원 측위 데이터를 계산하여 드론의 호버링과 착륙을 정밀하게 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면 UWB 실내측위 방법을 이용한 2D 공간 좌표와 LiDAR를 이용한 고도 데이터를 기반으로 3차원 측위 데이터를 측정하여 실내에서 드론의 정확한 호버링과 착륙을 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 실내 비행 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 드론 실내 비행 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드론 실내 비행 방법을 나타낸 흐름도다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그러면 본 발명의 일실시예에 따른 드론 실내 비행 시스템 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 실내 비행 시스템을 나타낸 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 드론 실내 비행 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 드론 실내 비행 시스템은 3.1~10.6GHz 대역의 주파수를 사용하여 실내 공간의 위치 정보를 송출하는 UWB 앵커(Anchor)(100)와, 다중 프로펠러 형태의 무인항공기인 드론(200), 및 상기 드론(200)을 정밀하게 제어하는 FCC(Flight Control Computer)(300)을 포함하여 구성된다.
상기 UWB 앵커(100)는 실내 모퉁이마다 높이가 서로 다르게 4개를 설치하는 것이 바람직하며, 이에 한정하지 않는다.
상기 드론(200) 몸체 하부 일측에는 LiDAR(210)를 탑재하여 지면으로 레이저 빛을 발진하여 드론(200)의 1차원(z축) 거리(고도)를 측정하여 FCC(300)로 보낸다.
그리고, 상기 드론(200) 몸체 하부 타측에는 UWB 태그(220)를 탑재하여 UWB 앵커(100)에서 송출하는 드론(200)의 위치 데이터를 수신하여 실내 공간 측위(좌표)를 계산한다.
이때, 상기 UWB 태그(220)는 UWB 앵커(100)를 통해 드론의 3차원(x축, y축, z축) 실내측위 데이터를 수신하여 2차원(x축, y축) 데이터로 계산하여 FCC(300)로 보낸다.
상기 FCC(300)는 UWB 태그(220)와 LiDAR(210)에서 각각 보낸 가로, 세로 공간 좌표인 2차원 데이터와 1차원 고도 데이터를 기반으로 3차원 측위 데이터를 계산하여 드론(200)의 호버링과 착륙을 정밀하게 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 드론 실내 비행 방법을 나타낸 흐름도다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 드론 실내 비행 방법은 먼저, 실내 모퉁이마다 높이가 서로 다르게 설치한 4개의 UWB 앵커(100)를 통해 드론(200)의 3차원(x축, y축, z축) 실내 측위 데이터를 측정한다(S100).
이어서, 상기 UWB 태그(220)에서 송출된 3차원 실내 측위 데이터를 가로, 세로 공간 좌표인 2차원(x축, y축) 데이터로 계산하여 FCC(300)로 보낸다(S110).
다음으로, LiDAR(210)를 통해 지면으로 레이저 빛을 발진하여 드론(200)의 1차원(z축) 거리(고도)를 측정하여 FCC(300)로 보낸다(S120).
다음에, 상기 FCC(300)는 2차원 공간 데이터와 1차원 고도 데이터를 기반으로 3차원 측위 데이터를 계산하여 드론(200)의 호버링과 착륙을 정밀하게 제어한다(S130).
본 발명에 따르면 UWB 앵커(100)의 3차원 측위 데이터 중 고도 데이터를 레이저 빛을 이용한 LiDAR 센서를 이용하여 보정함으로써 3차원 측위 데이터 정확성을 향상시켜 드론(200)의 실내 비행에서 정확한 호버링 및 착륙 임무를 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: UWB 앵커 200: 드론
210: LiDAR 220: UWB 태그
300: FCC

Claims (3)

  1. 3.1~10.6GHz 대역의 주파수를 사용하여 실내 공간의 위치 정보를 송출하는 UWB 앵커;
    다중 프로펠러 형태의 무인항공기인 드론;
    상기 드론의 몸체 하부에 탑재하여 UWB 앵커에서 송출하는 드론의 3차원 실내 측위 데이터를 수신하여 2차원 공간 데이터로 계산하는 UWB 태그;
    상기 드론의 몸체 하부에 탑재하여 지면으로 레이저 빛을 발진하여 드론의 1차원 고도를 측정하는 LiDAR; 및
    상기 UWB 태그와 LiDAR에서 각각 보낸 2차원 공간 데이터와 1차원 고도 데이터를 기반으로 3차원 측위 데이터를 계산하여 드론의 호버링과 착륙을 정밀하게 제어하는 FCC;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 실내 비행 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 UWB 앵커는 실내 모퉁이에 높이가 서로 다르게 4개를 설치하는 것을 특징으로 하는 드론 실내 비행 시스템.
  3. 높이가 서로 다른 4개의 UWB 앵커를 통해 드론의 3차원 실내 측위 데이터를 측정하여 UWB 태그로 송출하는 단계;
    상기 UWB 태그에서 송출된 3차원 실내 측위 데이터를 공간 좌표인 2차원 데이터로 계산하여 FCC로 보내는 단계;
    LiDAR를 통해 지면으로 레이저 빛을 발진하여 드론의 1차원 고도를 측정하여 FCC로 보내는 단계; 및
    상기 FCC에서 UWB 태그와 LiDAR에서 각각 보낸 2차원 공간 데이터와 1차원 고도 데이터를 기반으로 3차원 측위 데이터를 계산하여 드론의 호버링과 착륙을 정밀하게 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 실내 비행 방법.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112540345A (zh) * 2020-11-18 2021-03-23 广东工业大学 一种基于高斯分布检测uwb质量的双模型定位方法及系统
CN112702699A (zh) * 2020-12-21 2021-04-23 南京大学 一种融合UWB和LiDAR的室内定位方法
CN112731500A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 西安电子科技大学 室外无人机协同室内无人机进行三维定位的方法
CN112882076A (zh) * 2021-01-21 2021-06-01 江苏云巅电子科技有限公司 面向智慧工地的人员精确定位系统及定位方法
CN113960529A (zh) * 2021-11-16 2022-01-21 山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿 矿井铲运机的定位装置及其定位方法
CN114138013A (zh) * 2021-11-19 2022-03-04 武汉珈鹰智能科技有限公司 一种无人机定高飞行方法、装置、设备及存储介质
CN114237278A (zh) * 2021-11-11 2022-03-25 浙江华东测绘与工程安全技术有限公司 水工隧洞内无人机飞行定位及避障方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112540345A (zh) * 2020-11-18 2021-03-23 广东工业大学 一种基于高斯分布检测uwb质量的双模型定位方法及系统
CN112540345B (zh) * 2020-11-18 2023-08-01 广东工业大学 一种基于高斯分布检测uwb质量的双模型定位方法及系统
CN112702699A (zh) * 2020-12-21 2021-04-23 南京大学 一种融合UWB和LiDAR的室内定位方法
CN112702699B (zh) * 2020-12-21 2021-12-03 南京大学 一种融合UWB和LiDAR的室内定位方法
CN112731500A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 西安电子科技大学 室外无人机协同室内无人机进行三维定位的方法
CN112731500B (zh) * 2020-12-30 2023-06-30 西安电子科技大学 室外无人机协同室内无人机进行三维定位的方法
CN112882076A (zh) * 2021-01-21 2021-06-01 江苏云巅电子科技有限公司 面向智慧工地的人员精确定位系统及定位方法
CN114237278A (zh) * 2021-11-11 2022-03-25 浙江华东测绘与工程安全技术有限公司 水工隧洞内无人机飞行定位及避障方法
CN114237278B (zh) * 2021-11-11 2024-02-27 浙江华东测绘与工程安全技术有限公司 水工隧洞内无人机飞行定位及避障方法
CN113960529A (zh) * 2021-11-16 2022-01-21 山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿 矿井铲运机的定位装置及其定位方法
CN114138013A (zh) * 2021-11-19 2022-03-04 武汉珈鹰智能科技有限公司 一种无人机定高飞行方法、装置、设备及存储介质

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