KR20200083787A - System for landing indoor precision of drone and method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a system for indoor precise landing of a drone, which includes: a UWB anchor transmitting position information of an indoor space by using a frequency in the 3.1 to 10.6 GHz band; a drone which is an unmanned aerial vehicle in a shape of a multi-propeller; a UWB tag mounted on one side of a lower portion of a body of the drone and receiving the position information of the drone transmitted from the UWB anchor to calculate three-dimensional indoor space information; an IR camera mounted on the other side of the lower portion of the body of the drone and tracing light of infrared light sources induced from the ground to measure the landing position information of the drone; and an FCC controlling a motor through a driving control signal (ESC) of the drone to perform precise landing based on the three-dimensional indoor space information and the landing position information respectively transmitted from the UWB tag and the IR camera.

Description

드론의 실내 정밀 착륙 시스템 및 방법{SYSTEM FOR LANDING INDOOR PRECISION OF DRONE AND METHOD THEREOF} Drone indoor precision landing system and method{SYSTEM FOR LANDING INDOOR PRECISION OF DRONE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 드론의 실내 정밀 착륙 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 UWB 실내 측위와 IR 카메라 이용한 드론의 실내 정밀 착륙 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an indoor precision landing system and method of a drone, and more particularly, to an indoor precision landing system and method of a drone using a UWB indoor positioning and IR camera.

4차 산업의 테마로 드론기술이 선정됨에 따라 드론을 이용한 다양한 임무를 수행하고 있다. 초기 드론은 군사 분야의 한 분야로 국경지대 감시 및 정찰 등 사람의 위험부담을 줄이기 위해 사용되기 시작했다. 현재에는 산업현장과 민간분야에서도 드론을 이용한 성과와 활용도에 대한 기대감이 증가되고 있다.As the drone technology is selected as the theme of the 4th industry, it is performing various tasks using drones. Early drones are a field in the military sector and are being used to reduce the risk to humans, such as border surveillance and reconnaissance. At present, expectations for performance and utilization using drones are increasing in industrial and private sectors.

그 동안은 야외에서 드론을 이용하여 미디어 촬영, 교통감시와 같은 단순한 임무에 사용하였다. 최근 들어 드론을 이용한 실내 비행과 임무의 가능성이 커지면서 다양한 센서와 실내 측위 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.In the meantime, drones were used outdoors for simple tasks such as media shooting and traffic monitoring. Recently, as the possibility of indoor flight and mission using drones increases, research on various sensors and indoor positioning systems has been conducted.

드론의 경우 실내 비행을 시작하면서 착륙하는 시점까지 어떤 사고가 발생할지 모르는 위험성이 존재한다. In the case of drones, there is a danger of not knowing what kind of accident will occur from the start of indoor flight to the point of landing.

이를 해결하기 위해 종래에는 GPS를 사용할 수 없는 실내 공간에서 UWB 실내 측위 시스템을 이용하여 드론의 비행 위치를 측위하고 정밀한 호버링을 수행하는 3차원 공간 정보를 제공하며, 착륙 시 기압고도계를 이용하여 고도를 추정하여 드론의 자세를 제어하여 추력을 줄이는 방법을 사용하고 있다.In order to solve this, the UWB indoor positioning system is used to measure the flight position of the drone in the indoor space where GPS is not available, and provides three-dimensional spatial information to perform precise hovering, and uses the barometric altimeter when landing. It is estimated that the method of reducing thrust by controlling the drone's posture is used.

그러나, 종래의 기압고도계의 고도 데이터와 자세제어를 이용한 착륙 방법은 실제 착륙위치에서 벗어난 지점으로 착륙하는 경우가 발생하여 실내 비행과 착륙임무에 정밀성이 부족한 문제점이 있다. However, the landing method using the altitude data and attitude control of the conventional barometric altimeter has a problem in that precision occurs in indoor flight and landing missions because the landing occurs at a point out of the actual landing position.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 UWB 측위 시스템 기반의 좌표와 IR 카메라를 이용하여 정밀하게 착륙할 수 있는 드론의 실내 정밀 착륙 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide an indoor precision landing system and method of a drone capable of accurately landing using a UWB positioning system-based coordinate and an IR camera.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 드론의 실내 정밀 착륙 시스템은 3.1~10.6GHz 대역의 주파수를 사용하여 실내 공간의 위치 정보를 송출하는 UWB 앵커; 다중 프로펠러 형태의 무인항공기인 드론; 상기 드론 몸체 하부 일측에 탑재하여 UWB 앵커에서 송출하는 드론의 위치 정보를 수신하여 실내 3차원 공간 정보를 계산하는 UWB 태그; 상기 드론 몸체 하부 타측에 탑재하여 지면에서 유도하는 적외선 광원의 빛을 추적하여 드론의 착륙 위치 정보를 측정하는 IR 카메라; 및 상기 UWB 태그와 IR 카메라에서 각각 보낸 실내 3차원 공간 정보와 착륙 위치 정보를 기반으로 정밀 착륙을 수행하도록 드론의 구동 제어신호(ESC)를 통해 모터를 제어하는 FCC;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Drone indoor landing system of the present invention for achieving the above object is UWB anchor for transmitting the location information of the indoor space using a frequency of 3.1 ~ 10.6GHz band; Drone, a multi-propeller unmanned aerial vehicle; A UWB tag mounted on a lower side of the drone body to receive position information of a drone transmitted from a UWB anchor to calculate indoor 3D spatial information; An IR camera mounted on the other side of the lower part of the drone to track the light of an infrared light source guided by the ground and measuring landing position information of the drone; And an FCC that controls the motor through a driving control signal (ESC) of the drone to perform a precise landing based on indoor 3D spatial information and landing location information sent from the UWB tag and the IR camera, respectively. .

상기 UWB 앵커는 실내 모퉁이에 높이가 서로 다르게 4개를 설치할 수 있다.Four UWB anchors may be installed at different heights in the corners of the room.

상기 IR 카메라는 적외선 광원의 빛을 추적하여 고도가 낮아질수록 적외선 빛을 영상의 중앙으로 포커스를 맞춰 드론의 자세와 고도를 제어하여 정밀착륙을 수행할 수 있다.The IR camera tracks the light of the infrared light source, and as the altitude decreases, the infrared light can be focused to the center of the image to control the attitude and altitude of the drone to perform precise landing.

또한, 본 발명의 드론의 실내 정밀 착륙 방법은 높이가 서로 다른 4개의 UWB 앵커를 통해 드론의 실내 위치를 측정하여 UWB 태그로 송출하는 단계; 상기 UWB 태그에서 송출된 드론의 실내 위치 정보를 수신하여 실내 3차원 공간 정보를 계산하여 FCC로 보내는 단계; IR 카메라를 통해 지면에서 유도하는 적외선 광원의 빛을 추적하여 드론의 착륙 위치 정보를 FCC로 보내는 단계; 및 상기 FCC에서 UWB 태그와 IR 카메라에서 각각 보낸 드론의 실내 3차원 공간 정보와 착륙 위치 정보를 기반으로 정밀 착륙을 수행하도록 드론의 구동 제어신호(ESC)를 통해 모터를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the indoor precision landing method of the drone of the present invention comprises the steps of measuring the indoor position of the drone through four UWB anchors of different heights and transmitting the UWB tag; Receiving indoor location information of a drone transmitted from the UWB tag, calculating indoor 3D spatial information, and sending the information to the FCC; Tracking light of an infrared light source guided from the ground through an IR camera and sending the landing location information of the drone to the FCC; And controlling the motor through a drone driving control signal (ESC) to perform a precise landing based on indoor 3D spatial information and landing location information of the drone sent from the UWB tag and the IR camera by the FCC, respectively. It is characterized by.

이상과 같이, 본 발명에 따르면 드론의 정밀 착륙을 수행할 수 있어 실내 공간에서 안전한 착륙을 수행할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to perform a precise landing of a drone, so that a safe landing can be performed in an indoor space.

도 1은 본 발명에 따른 드론의 실내 정밀 착륙 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 드론의 실내 정밀 착륙 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드론의 실내 정밀 착륙 방법을 나타낸 흐름도다.1 is a schematic view showing an indoor precision landing system of a drone according to the present invention.
2 is a block diagram showing an indoor precision landing system of a drone according to the present invention.
Figure 3 is a flow chart showing a method of precision landing of a drone according to the present invention.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

그러면 본 발명의 일실시예에 따른 드론의 실내 정밀 착륙 시스템 및 방법에 대하여 설명한다.Next, an indoor precision landing system and method of a drone according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명에 따른 드론의 실내 정밀 착륙 시스템을 나타낸 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 드론의 실내 정밀 착륙 시스템을 나타낸 블록도이다.1 is a schematic diagram showing an indoor precision landing system of a drone according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an indoor precision landing system of a drone according to the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 드론의 실내 정밀 착륙 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)의 정밀 착륙을 제어하는 FCC(Flight Control Computer)(300)을 포함하여 구성된다.1 and 2, the indoor precision landing system of the drone according to the present invention uses a frequency of 3.1 to 10.6 GHz band, a UWB anchor 100 that transmits location information of an indoor space, and multiple propellers. It is configured to include a drone 200, which is a type of unmanned aerial vehicle, and a flight control computer (FCC) 300 that controls precise landing of the drone 200.

상기 UWB 앵커(100)는 실내 모퉁이마다 높이가 서로 다르게 4개를 설치하는 것이 바람직하며, 이에 한정하지 않는다.The UWB anchors 100 are preferably provided with four different heights for each corner of the room, but are not limited thereto.

상기 드론(200) 몸체 하부 일측에는 UWB 태그(220)를 탑재하여 UWB 앵커(100)에서 송출하는 드론(200)의 위치 정보를 수신하여 정밀한 호버링을 수행하도록 실내 3차원 공간 정보를 계산하여 FCC(300)로 보낸다. The UWB tag 220 is mounted on the lower side of the body of the drone 200 to receive the location information of the drone 200 transmitted from the UWB anchor 100 to calculate the indoor three-dimensional spatial information to perform precise hovering and FCC ( 300).

또한, 상기 드론(200) 몸체 하부 타측에는 IR 카메라(210)를 탑재하여 지면에서 유도하는 적외선 광원(110)의 빛을 추적하여 드론의 착륙 위치 정보를 FCC(300)로 보낸다. 즉, IR 카메라(210)는 지면에서 유도하는 적외선 광원(110)의 빛을 추적하여 고도가 낮아질수록 적외선 빛을 영상의 중앙으로 포커스를 맞추어 드론의 자세와 고도를 제어하여 정밀착륙을 수행할 수 있다.In addition, the other side of the body of the drone 200 is mounted on the other side of the IR camera 210 to track the light of the infrared light source 110 guided from the ground to send the drone landing location information to the FCC 300. That is, the IR camera 210 tracks the light of the infrared light source 110 derived from the ground, and as the altitude decreases, the infrared light is focused to the center of the image to control the attitude and altitude of the drone to perform precise landing. have.

상기 FCC(300)는 UWB 태그(220)와 IR 카메라(210)에서 각각 보낸 드론(200)의 실내 3차원 공간 정보와 착륙 위치 정보를 기반으로 드론(200)의 구동 제어신호(ESC)를 통해 모터를 제어하여 정밀 착륙을 수행할 수 있다. The FCC 300 is transmitted through the driving control signal (ESC) of the drone 200 based on the indoor 3D space information and the landing location information of the drone 200 sent from the UWB tag 220 and the IR camera 210, respectively. The motor can be controlled to perform precise landing.

도 3은 본 발명에 따른 드론의 실내 정밀 착륙 방법을 나타낸 흐름도다.Figure 3 is a flow chart showing a method of precision landing of a drone according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실내 비행 드론의 충돌방지 방법은 먼저, 실내 모퉁이마다 높이가 서로 다르게 설치한 4개의 UWB 앵커(100)를 통해 드론(200)의 실내 위치를 측정하여 UWB 태그(220)로 송출한다(S100).Referring to Figure 3, the collision prevention method of the indoor flight drone according to the present invention, first, the UWB tag by measuring the indoor position of the drone 200 through four UWB anchors 100 installed at different heights for each corner of the room Send to (220) (S100).

이어서, 상기 UWB 태그(220)에서 송출된 드론의 실내 위치 데이터를 수신하여 실내 3차원 공간 정보를 계산하여 FCC(300)로 보낸다(S110). Subsequently, the indoor location data of the drone transmitted from the UWB tag 220 is received, the indoor three-dimensional spatial information is calculated, and then transmitted to the FCC 300 (S110).

다음으로, IR 카메라(210)를 통해 지면에서 유도하는 적외선 광원(110)의 빛을 추적하여 드론의 착륙 위치 정보를 FCC(300)로 보낸다(S120).Next, through the IR camera 210, the light of the infrared light source 110 guided from the ground is tracked and the landing location information of the drone is sent to the FCC 300 (S120).

다음에, 상기 FCC(300)에서 UWB 태그(220)와 IR 카메라(210)에서 각각 보낸 드론(200)의 실내 3차원 공간 정보와 착륙 위치 정보를 기반으로 정밀 착륙을 수행하도록 드론(200)의 구동 제어신호(ESC)와 모터를 제어한다(S130).Next, the FCC (300) of the UWB tag 220 and the IR camera 210, respectively, the drone 200 is sent from the drone 200 based on the indoor three-dimensional space information and landing location information of the drone 200 to perform a precise landing The driving control signal ESC and the motor are controlled (S130).

본 발명은 실내 공간에서 임무비행을 수행하는 드론의 정밀 착륙을 수행하는 주요 기능 및 방법으로 사용자의 리모트 컨트롤 개입 없이 정밀한 착륙을 수행할 수 있게 하여 실내 공간에서 안전한 착륙을 수행할 수 있다.The present invention is a main function and method for performing a precise landing of a drone performing a mission flight in an indoor space, so that a precise landing can be performed without intervention of a user's remote control, and a safe landing can be performed in an indoor space.

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.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

100: UWB 앵커 110: 적외선 광원
200: 드론 210: IR 카메라
220: UWB 태그 300: FCC100: UWB anchor 110: infrared light source
200: drone 210: IR camera
220: UWB tag 300: FCC

Claims (4)

3.1~10.6GHz 대역의 주파수를 사용하여 실내 공간의 위치 정보를 송출하는 UWB 앵커;
다중 프로펠러 형태의 무인항공기인 드론;
상기 드론 몸체 하부 일측에 탑재하여 UWB 앵커에서 송출하는 드론의 위치 정보를 수신하여 실내 3차원 공간 정보를 계산하는 UWB 태그;
상기 드론 몸체 하부 타측에 탑재하여 지면에서 유도하는 적외선 광원의 빛을 추적하여 드론의 착륙 위치 정보를 측정하는 IR 카메라; 및
상기 UWB 태그와 IR 카메라에서 각각 보낸 실내 3차원 공간 정보와 착륙 위치 정보를 기반으로 정밀 착륙을 수행하도록 드론의 구동 제어신호(ESC)를 통해 모터를 제어하는 FCC;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 실내 정밀 착륙 시스템.A UWB anchor that transmits location information in an indoor space using frequencies in the 3.1 to 10.6 GHz band;
Drone, a multi-propeller unmanned aerial vehicle;
A UWB tag mounted on a lower side of the drone body to receive position information of a drone transmitted from a UWB anchor to calculate indoor 3D spatial information;
An IR camera mounted on the other side of the lower part of the drone to track the light of an infrared light source guided by the ground and measuring landing position information of the drone; And
And a FCC that controls a motor through a drone driving control signal (ESC) to perform a precise landing based on indoor 3D spatial information and landing location information sent from the UWB tag and the IR camera, respectively. Indoor precision landing system. 제1항에 있어서,
상기 UWB 앵커는 실내 모퉁이에 높이가 서로 다르게 4개를 설치하는 것을 특징으로 하는 드론의 실내 정밀 착륙 시스템.According to claim 1,
The UWB anchor is an indoor precision landing system of a drone, characterized in that four different heights are installed at the corners of the room. 제1항에 있어서,
상기 IR 카메라는 적외선 광원의 빛을 추적하여 고도가 낮아질수록 적외선 빛을 영상의 중앙으로 포커스를 맞춰 드론의 자세와 고도를 제어하여 정밀착륙을 수행하는 것을 특징으로 하는 드론의 실내 정밀 착륙 시스템. According to claim 1,
The IR camera tracks the light of the infrared light source, and as the altitude decreases, focusing the infrared light toward the center of the image controls the attitude and altitude of the drone to perform precise landing, and the drone's indoor precision landing system. 높이가 서로 다른 4개의 UWB 앵커를 통해 드론의 실내 위치를 측정하여 UWB 태그로 송출하는 단계;
상기 UWB 태그에서 송출된 드론의 실내 위치 정보를 수신하여 실내 3차원 공간 정보를 계산하여 FCC로 보내는 단계;
IR 카메라를 통해 지면에서 유도하는 적외선 광원의 빛을 추적하여 드론의 착륙 위치 정보를 FCC로 보내는 단계; 및
상기 FCC에서 UWB 태그와 IR 카메라에서 각각 보낸 드론의 실내 3차원 공간 정보와 착륙 위치 정보를 기반으로 정밀 착륙을 수행하도록 드론의 구동 제어신호(ESC)를 통해 모터를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 실내 정밀 착륙 방법.Measuring the indoor position of the drone through four UWB anchors of different heights and transmitting the UWB tag;
Receiving indoor location information of a drone sent from the UWB tag, calculating indoor 3D spatial information, and sending the information to the FCC;
Tracking light of an infrared light source guided by the ground through an IR camera and sending the landing location information of the drone to the FCC; And
Controlling the motor through the drone driving control signal (ESC) to perform precise landing based on the indoor 3D space information and landing location information of the drone sent from the UWB tag and the IR camera by the FCC, respectively; Features a drone's indoor precision landing method.
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