KR20210007366A - 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법에 관한 것으로서, 복수의 프로펠러; 상기 복수의 프로펠러 중 적어도 하나의 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터 모듈; 몸체의 전방에 장착되고, 장애물을 감지하는 복수의 제1 라이다 센서; 상기 몸체의 하방에 장착되고, 장애물을 감지하는 제2 라이다 센서; 기압을 측정하는 기압 센서; 풍속 및 풍향을 측정하는 풍속 및 풍향 센서; 상기 복수의 제1 라이다 센서를 이용하여 이동방향의 장애물을 감지하고, 상기 제2 라이다 센서 및 상기 기압 센서를 이용하여 착륙시 바닥면의 장애물을 감지하며, 장애물이 존재한다고 판단한 경우, 상기 모터 모듈을 제어하여 장애물을 회피하도록 제어하고, 상기 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 풍속 및 풍향을 측정하여, 강풍 및 돌풍이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 모터 모듈을 제어하여 강풍 및 돌풍의 반대방향으로 비행하도록 제어하는 프로세서를 포함한다.
Description
본 발명은 무인 비행체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법에 관한 것이다.
무인 비행체는 복수 개의 프로펠러를 구비하고 원격 제어 장치(Remote Controller : RC)에 의해 조종되는 비행체로서, 일반 비행체와는 달리 조종사를 위한 공간과 안전 장치 등을 별도로 구비하지 않기 때문에 소형화, 경량화가 가능하며, 사람의 접근이 어려운 장소나 작업 환경 등을 모니터링하거나 촬영하는 등 다양한 용도로 개발 및 활용되고 있다.
이러한 무인 비행체는 원격 제어가 용이하도록 대부분 가시권 범위 내에서 운영된다. 그러므로 무인 비행체가 가시권을 벗어나게 되면, 각종 장애물로 인한 제어 상의 어려움으로 인해, 비행이 불가능하며, 심지어 다양한 장애물과의 충돌에 의해 예기치 않은 피해가 발생하는 경우가 많다.
또 무인 비행체는 비행 순간부터 매우 빠른 속도로 운영된다. 원격 제어 장치를 조정하는 조종자의 순간 잘못된 실수로 인하여, 무인 비행체는 예상 밖의 상황을 초래할 수 있는데, 그 중 가장 중요한 요인 중 하나인 장애물은 시야에서 쉽게 감지할 수 없는 전선, 사전에 파악되지 않은 사람을 포함하여 스틱 등과 같은 물건 등이 포함될 수 있으며, 특히 저고도 상에서 감지될 수 없는 다양한 장애물로 인하여 무인 비행체의 비행이 제한된다.
지금까지는 조종사의 운영 기술, 현지 상황 파악을 통한 이성적 판단, 경우에 따라서는 조종사의 감각 등을 이용하여 무인 비행체를 조종하는 경우가 일반적이다. 그러나 무인 비행체의 수량 증가와, 동호회 및 애호가의 관심이 증가하면서 무인 비행체의 비행이 날로 증가하고 있어 이와 같은 상황이 급반전될 수 있는데, 무인 비행체의 활용 분야가 증가함에 따라 다양한 용도와 특수 목적을 중심으로 그 활용이 바뀌어지고 있는 실정이기 때문이다.
특히, 무인 비행체의 비행은 안전을 담보로 이루어지지만, 아직까지는 안전에 대한 설비가 빈약한 상황이기 때문에 종종 예기치 않은 사고로 이어지는 경우가 발생한다. 비행 조종의 미숙함에 의한 제어권을 이탈하여 나무, 건물, 심지어 사람에게 치명적인 손상을 입히는 경우가 많다. 또 무인 비행체의 파괴는 재산상의 손실뿐만 아니라, 인명 상해까지 이어지는 등, 이와 같은 다양한 사고는 무인 비행체에 대한 많은 사회적인 문제를 낳고 있다. 또한, 전문가가 조종하더라도 순간 실수에 의해 상술한 바와 같은 문제가 발생할 수 있다.
따라서 어떤 예기치 않는 상황에 관계없이 조종사가 무인 비행체를 손쉽게 비행 가능하도록 하는 다양한 장애물을 감지하고, 이를 회피하는 기술이 절대적으로 필요하다.
상술한 바와 같이, 무인 비행체의 비행 중 다양한 장애물로 인하여, 무인 비행체의 파괴로 인한 비용 손실과, 경우에 따라서는 재산상의 피해는 물론 인명 사고에 이르는 상황이 발생할 수 있다. 뿐만 아니라 무인 비행체의 비행에 따른 소음이 커서 주변의 가축, 공공장소에서의 소음 공해 등이 발생할 수 있다. 따라서 이와 같은 상황을 피할 수 있고, 동시에 안전한 비행이 가능하도록 비행 중인 무인 비행체를 보호하는 장치가 필요한 실정이다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 무인 비행체 관련 기술들이 이미 다양하게 공지되어 있다. 예를 들어, 종래기술에 따른 무인 비행체 보호 장치에 대한 기술들 중 하나인 국내 공개특허공보 제10-2012-0136797호(공개일 2012년12월20일)의 '무인 비행체 보호 커버'가 공개되어 있다.
이 무인 비행체 보호 커버는 중앙의 몸체 보호부와, 상기 몸체 보호부를 중심으로 원반 형태로 구현되며, 무인 비행체의 프로펠러와 동일한 개수의 홀을 가지는 상단 프로펠러 보호부 및 상단 프로펠러 보호부의 최외각에 날개 형상으로 구현되는 상단 결합부로 구성된 상단 보호구와, 중앙의 지지부와, 지지부 사이의 프레임 통과부와, 프레임 통과부에 일대일 대응되며, 무인 비행체의 프로펠러와 동일한 개수의 홀을 가지는 하단 프로펠러 보호부 및 하단 프로펠러 보호부의 최외각에 날개 형상으로 구현되는 하단 결합부로 구성된 하단 보호구로 구성된다.
따라서 종래기술의 무인 비행체 보호 커버는 주변 장애물로부터 무인 비행체를 보호하거나, 회전하는 프로펠러로부터 주위 사람들을 보호할 수 있으며, 무인 비행체의 낙하 시, 지면으로부터의 충격을 완화시켜 무인 비행체를 보호하거나, 무인 비행체의 요잉(yawing)을 제어할 수 있다.
그러나 상술한 무인 비행체 보호 커버는 무인 비행체와 결합되는 구조로서, 단순히 무인 비행체를 탑재하여 무인 비행체의 외형을 덮어서 프로펠러 등을 보호하고, 장애물과의 충돌이나 낙하 시, 충격을 완화시켜서 무인 비행체의 파손을 최소화는 구조를 제공할 뿐, 비행 중 다양한 장애물과의 충돌을 사전에 방지할 수 없고, 이로 인해 무인 비행체의 파손을 원천적으로 차단할 수 없는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 현재 무인 비행체에 관심이 있는 사용자가 해마다 증가하고 있으며, 동시에 무인 비행체로 인한 다양한 사고가 자주 발생하고 있다. 이는 주로 비행 실수 또는 바람 등과 같은 외부 요인에 의한 무인 비행체의 궤도 이탈 등에 의해서 발생한다. 따라서 무인 비행체의 비행 중에 발생되는 충돌을 방지하고, 인사 사고와 재산상의 피해를 줄일 수 있는 기술이 필요하다.
본 명세서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 라이더 센서를 통해 40m 이상까지 장애물을 인식하고 충돌을 회피할 수 있는 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 기압 센서를 통해 정확하게 고도를 측정하고, 추락 및 충돌을 방지할 수 있는 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 풍속 및 풍향 센서를 통해 강풍 및 돌풍 감지시 회피하는 자율비행 기능을 구현한 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 강우 센서를 통해 우천시 자동 원점회귀 자율비행 기능을 구현한 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도 및 습도 센서를 통해 수소연료전지 등의 핵심부품 사용환경 리스크를 감지할 수 있는 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법을 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 명세서의 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 무인 비행체는, 복수의 프로펠러; 상기 복수의 프로펠러 중 적어도 하나의 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터 모듈; 몸체의 전방에 장착되고, 장애물을 감지하는 복수의 제1 라이다 센서; 상기 몸체의 하방에 장착되고, 장애물을 감지하는 하나의 제2 라이다 센서; 기압을 측정하는 기압 센서; 풍속 및 풍향을 측정하는 풍속 및 풍향 센서; 상기 복수의 제1 라이다 센서를 이용하여 이동방향의 장애물을 감지하고, 상기 제2 라이다 센서 및 상기 기압 센서를 이용하여 착륙시 바닥면의 장애물을 감지하며, 장애물이 존재한다고 판단한 경우, 상기 모터 모듈을 제어하여 장애물을 회피하도록 제어하고, 상기 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 풍속 및 풍향을 측정하여, 강풍 및 돌풍이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 모터 모듈을 제어하여 강풍 및 돌풍의 반대방향으로 비행하도록 제어하는 프로세서를 포함한다.
바람직하게는, 상기 프로세서는 풍속이 20m/s 이상인 경우, 강풍으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 강수 입자의 직경을 측정하는 강우 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 강수 입자의 직경이 0.2mm 이상인 경우, 상기 무인 비행체를 원점으로 회귀하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 수소연료전지로 구현되고, 전원을 공급하는 배터리; 및 온도 및 습도를 측정하는 온도 및 습도 센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 상기 온도 및 습도 센서를 이용하여 온도 및 습도를 측정하고, 측정된 온도 및 습도에 대한 상기 수소연료전지의 사용 잔여시간의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 본 명세서에 따른 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법은, 복수의 프로펠러, 상기 복수의 프로펠러 중 적어도 하나의 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터 모듈, 몸체의 전방에 장착되고, 장애물을 감지하는 복수의 제1 라이다 센서, 상기 몸체의 하방에 장착되고, 장애물을 감지하는 하나의 제2 라이다 센서, 기압을 측정하는 기압 센서, 풍속 및 풍향을 측정하는 풍속 및 풍향 센서, 및 프로세서를 포함하는 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법에 있어서, 상기 프로세서가, 상기 복수의 제1 라이다 센서를 이용하여 이동방향의 장애물을 감지하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 제2 라이다 센서 및 상기 기압 센서를 이용하여 착륙시 바닥면의 장애물을 감지하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 복수의 제1 라이더 센서, 상기 제2 라이다 센서, 및 상기 기압 센서의 측정 결과에 따라 장애물이 존재한다고 판단한 경우, 장애물을 회피하도록 상기 모터 모듈을 제어하는 단계; 상기 프로세서가, 상기 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 풍속 및 풍향을 측정하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 풍속 및 풍향 센서의 측정 결과에 따라 강풍 및 돌풍이 발생하였다고 판단한 경우, 강풍 및 돌풍의 반대방향으로 비행하도록 상기 모터 모듈을 제어하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 무인 비행체는, 강수 입자의 직경을 측정하는 강우 센서를 더 포함하고, 상기 방법은, 상기 프로세서가, 상기 강우 센서를 이용하여 강수 입자의 직경을 측정하는 단계; 및 상기 프로세서가, 강수 입자의 직경이 0.2mm 이상인 경우, 상기 무인 비행체를 원점으로 회귀하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 무인 비행체는, 수소연료전지로 구현되고, 전원을 공급하는 배터리; 및 온도 및 습도를 측정하는 온도 및 습도 센서를 더 포함하고, 상기 방법은, 상기 프로세서가, 상기 온도 및 습도 센서를 이용하여 온도 및 습도를 측정하는 단계; 및 상기 프로세서가, 측정된 온도 및 습도에 대한 상기 수소연료전지의 사용 잔여시간의 변화량을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 명세서에 의하면, 몸체의 전방에 장착되는 복수의 제1 라이다 센서 및 몸체의 하방에 장착되는 하나의 제2 라이다 센서를 포함하는 무인 비행체를 제공함으로써, 복수의 라이더 센서를 통해 40m 이상까지 장애물을 인식하고 충돌을 회피할 수 있다.
또한, 몸체의 하방에 장착되는 하나의 제2 라이다 센서 및 기압 센서를 포함하는 무인 비행체를 제공함으로써, 정확하게 고도를 측정하고, 추락 및 충돌을 방지할 수 있다.
또한, 풍속 및 풍향 센서를 포함하는 무인 비행체를 제공함으로써, 풍속 및 풍향 센서를 통해 강풍 및 돌풍 감지시 회피할 수 있다.
또한, 강우 센서를 포함하는 무인 비행체를 제공함으로써, 우천시 자동으로 원점 회귀할 수 있다.
또한, 온도 및 습도 센서와 수소연료전지로 구성되는 배터리를 포함하는 무인 비행체를 제공함으로써, 온도 및 습도 센서를 통해 수소연료전지 등의 핵심부품 사용환경 리스크를 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 외형을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 비행체의 외형을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체를 개략적으로 도시한 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치의 구성 예를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치의 프로그램 모듈(플랫폼 구조)을 도시하는 도면, 및
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 비행체의 외형을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체를 개략적으로 도시한 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치의 구성 예를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치의 프로그램 모듈(플랫폼 구조)을 도시하는 도면, 및
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(headmounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전자 장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토메이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 내비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 전자 장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 명세서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 외형을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 비행체의 외형을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무인 비행체(10)는 원격 제어 장치(미도시)로부터 수신된 조종 신호에 따라 비행을 시작하거나, 자세를 변경하거나, 또는 항법을 변경할 수 있다. 예를 들어, 무인 비행체(10)는 원격 제어 장치로부터 수신된 조종 신호를 토대로 복수의 프로펠러를 움직이는 신호를 생성하여 모터를 제어함에 따라 무인 비행체(10)의 속도 및 자세값 pitch(Y)/roll(X)/yaw(Z) 등을 변경할 수 있다. 상기 프로펠러는 모터의 회전력을 추진력으로 변경하므로, 각 프로펠러의 회전 속도를 제어함에 따라 무인 비행체(10)는 이륙하거나, 회전하거나, 방향 전환하거나, 또는 고정 위치에서 비행하는 등에 따라 다양한 방식으로 비행할 수 있다.
무인 비행체(10)는 프로펠러의 수(또는, 로터의 수)에 따라 쿼드콥터(프로펠러 4개), 헥사콥터(프로펠러 6개) 및 옥토콥터(프로펠러 8개) 등으로 칭해질 수 있다. 이러한, 무인 비행체(10)는 리프트/토크(lift/torque)의 두 가지 원리로 비행할 수 있다. 일 실시예로서, 무인 비행체(10)는 프로펠러의 일부(예: 절반)를 시계 방향(clockwise; CW)으로 회전시키고 나머지 일부(예: 나머지 절반)를 반시계 방향(counter clockwise; CCW)로 회전시킴에 따라 회전 비행할 수 있다. 다른 실시예로서, 무인 비행체(10)는 몸체가 기울여지는(tilting) 방향을 조절함에 따라 프로펠러(로터)에서 생성된 공기 흐름의 방향을 변경할 수 있고, 공기 흐름의 방향 변경으로 진행 방향을 제어할 수 있다. 예를 들어, 무인 비행체(10)는 진행하고자 하는 방향의 앞쪽에 구비된 프로펠러의 속도를 줄이고, 진행하고자 하는 방향의 뒤쪽에 구비된 프로펠러를 구동시키는 프로펠러의 속도를 높임에 따라 진행하고자 하는 방향으로 기울여질 수 있다. 무인 비행체(10)가 진행할 방향으로 숙여지면(tilting), 공기는 프로펠러의 위아래로 흐를 뿐 아니라 진행할 방향의 약간 뒤쪽으로 나아가는데, 이로 인해 무인 비행체(10)는 작용/반작용의 법칙에 따라 공기층이 뒤로 밀리는 만큼 진행할 방향으로 전진할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(10)에는 복수의 센서를 이용하여 장애물을 감지 및 회피하는 자율비행 기능이 구현될 수 있다. 예를 들면, 무인 비행체(10)는 전방에 3개의 라이다 센서(총 인식각도 90°)로 이동방향의 장애물을 감지하고, 아래쪽 1개의 라이다 센서로 착륙시 바닥면을 감지하는 라이더 센싱 방식으로 충돌을 방지할 수 있다. 즉, 무인 비행체(10)는 라이다 센서(예를 들면, 파장: 850nm 및 검출영역: 최대 40m)의 빔각을 고려하여 40m 전방의 장애물을 감지하여 고도를 상승시킬 수 있다. 또한, 기존의 무인 비행체의 착륙시 고도 센서(또는 기압 센서)의 한계성(지면으로부터 약 30cm 접근시 오차율 상승)을 보완하기 위해 무인 비행체(10)는 아래쪽 1개의 라이다 센서를 통해 지면에 접근할 때 착륙에 대한 불안정성을 보완하여 자동착륙을 지원할 수 있다.
무인 비행체(10)에는 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 강풍 및 돌풍을 감지하여 회피하는 자율비행 기능이 구현될 수 있다. 예를 들면, 무인 비행체(10)는 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 풍속 및 풍향을 측정하고, 강풍 및 돌풍이 발생하였다고 판단한 경우, 강풍 및 돌풍의 반대방향으로 회피할 수 있다.
무인 비행체(10)에는 강우 센서를 통해 우천시 자동 원점회귀(Go To Home) 자율비행 기능이 구현될 수 있다. 예를 들면, 무인 비행체(10)는 강우 센서를 이용하여 강수 입자의 직경을 측정하고, 측정된 강수 입자의 직경이 0.2mm 이상인 경우, 비행 출발지인 원점으로 회귀할 수 있다.
무인 비행체(10)에는 온도 및 습도 센서를 통해 수소연료전지 등을 포함하는 핵심부품의 사용환경 리스크를 감지할 수 있다. 예를 들면, 무인 비행체(10)는 온도 및 습도 센서를 이용하여 온도 및 습도를 측정하고, 측정된 온도 및 습도에 대한 수소연료전지의 사용 잔여시간의 변화량을 측정할 수도 있다.
도 1의 실시예에서는 무인 비행체(10)가 원반 형태로 구성되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 무인 비행체(10)는 도 2와 같이 헬리콥터 형태로 구성될 수도 있다. 이 같이, 무인 비행체(10)는 사용자가 용이하게 잡고 던질 수 있는 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 무인 비행체(10)는 센서 모듈(100), 카메라 모듈(200), 메모리(300), 통신 모듈(400), 출력 모듈(450), 모터 모듈(500), 및 프로세서(600)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 일부 구성요소가 생략되거나, 추가적인 구성요소를 더 포함할 수 있다. 또는, 다양한 실시예에서, 구성요소들 중 일부가 결합되어 하나의 개체로 구성되되, 결합 이전의 해당 구성요소들의 기능을 동일하게 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 무인 비행체(10)는 비행에 용이한 형상으로 구성되어, 하우징의 일 영역 예컨대, 상단, 좌우 등에 회전 가능하도록 결합된 복수의 프로펠러의 회전에 따라 비행할 수 있다. 상기 하우징은 무인 비행체(10)의 각 구성요소들을 내장하거나, 각 구성요소의 적어도 일부를 고정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 센서 모듈(100)은 복수의 라이다 센서(LiDAR sensor), 자이로 센서(gyro sensor), 기압 센서(barometer), 마그네틱 센서, 가속도 센서(acceleration sensor), 광학 센서, 풍속 및 풍향 센서, 강우 센서, 온도 및 습도 센서, 및 GPS 센서(예: 도 4의 150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센서 모듈(100)의 센서 중 적어도 하나는 센서 모듈(100)과 별개로 존재할 수 있다. 예를 들어, GPS 센서(예: 도 4의 150)는 센서 모듈(100)과 별개로 구비될 수도 있다(예: 도 4). 이하, 각 센서에 대해 설명한다.
상기 복수의 라이다 센서는 레이저를 발사하여 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간과 강도, 주파수의 변화 및 편광 상태의 변화 중 적어도 하나를 이용하여, 대상물의 위치를 감지할 수 있다. 상기 복수의 라이다 센서는 몸체의 전방에 장착되는 복수의 제1 라이다 센서(바람직하게는, 3개의 라이다 센서)와 몸체의 하방에 장착되는 1개의 제2 라이다 센서로 구성될 수 있다. 상기 자이로 센서는 무인 비행체(10)의 3축 각속도를 측정할 수 있다. 상기 기압 센서(barometer)는 대기의 압력 변화 및/또는 기압을 측정할 수 있다. 상기 마그네틱 센서는 지자기 센서(terrestrial magnetism sensor, compass sensor)로서 지자기 정보를 감지할 수 있다. 상기 가속도 센서는 무인 비행체(10)의 3축 가속도(가속도 정보)를 측정할 수 있다. 상기 광학 센서는 바닥 지형이나 무늬를 인지하여 현 위치를 산출할 수 있다. 상기 풍속 및 풍향 센서는 무인 비행체(10)의 임의의 위치에 설치되어 풍속 및 바람의 방향을 측정할 수 있다. 상기 강우 센서는 강수 입자의 크기(예를 들면, 직경)를 측정할 수 있다. 상기 온도 및 습도 센서는 온도 및 습도를 측정할 수 있다. 상기 GPS 센서(예: 도 4의 150)는 GPS 신호를 이용하여 무인 비행체(10)의 현 좌표(x, y, z)를 산출할 수 있다.
센서 모듈(100)은 자세방위기준장치(AHSR; attitude and heading reference system)를 포함할 수도 있다. 상기 자세방위기준장치는 관성센서(inertial sensor) 또는 IMU(inertial measurement unit)일 수 있다. 상기 자세방위기준장치는 자이로 센서, 가속도 센서 및 마그네틱 센서를 포함하고, 3개의 센서값을 융합하여 무인 비행체(10)의 자세값(φ, θ, ψ)을 출력할 수 있다. 상기 자세값(φ, θ, ψ)[deg]은 GPS 좌표에 따른 x, y, z에 기준한 각도일 수 있다. 자세방위기준장치는 자세값 이외에도 무인 비행체(10)의 각속도 실효치(rms)와 가속도 실효치를 출력할 수도 있다.
카메라 모듈(200)은 무인 비행체(10)의 하우징에 장착되어, 프로세서(600)의 지시에 따라 촬영 대상에 대한 정지영상, 파노라마 영상 및 동영상 중 적어도 하나를 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(200)은 적어도 하나의 카메라를 포함할 수 있다. 카메라 모듈(200)은 그 각도를 조절하는 각도 조절부(예: 도 4의 830)와 결합되어, 각도 조절부에 의해 그 각도가 조절될 수 있다.
메모리(300)는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM 등), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리 등) 또는 이들의 조합일 수 있다. 메모리(300)는, 예를 들면, 무인 비행체(10)의 적어도 하나의 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다.
통신 모듈(400)은 원격 제어 장치로부터 조정 신호를 수신하고, 조정 신호를 프로세서(600)에 의해 해석 가능한 형태로 변환하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(400)은 적외선(infrared) 통신, RF(Radio Frequency) 통신, 와이파이(Wi-Fi) 통신, 지그비(ZigBee) 통신, 블루투스(bluetooth) 통신, 레이저 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신 중 적어도 하나의 통신 방식으로 원격 제어 장치와 통신할 수 있다. 다양한 실시예에서, 통신 모듈(400)은 프로세서(600)로부터 수신한 무인 비행체(10)의 비행 상태에 관한 정보(이하, '비행 상태 정보'라고 함)를 적어도 하나의 통신 방식으로 원격 제어 장치로 송신할 수 있다.
출력 모듈(450)은 소리 출력수단 및 디스플레이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 소리 출력수단은 예를 들어, 스피커, 리시버, 이어폰 등일 수 있다. 디스플레이는, 예를 들면, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다.
모터 모듈(500)(또는, 모터 회로)은 복수의 프로펠러의 개수에 대응하는 모터 구동부를 포함할 수 있다. 각 모터 구동부는 프로세서(600)의 지시에 따른 속도와 방향으로 각 모터의 구동을 제어하여 각 모터와 연결된 각 프로펠러의 회전속도와 방향을 제어할 수 있다. 상기 모터 구동부는 예를 들어, 각 프로펠러를 회전시키는 모터 및 모터를 구동시키는 모터 구동 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
프로세서(600)는 예를 들어 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체((Application Specific Integrated Circuit, ASIC), (Field Programmable Gate Arrays, FPGA)), 어플리케이션 프로세서(AP) 및 마이크로프로세서(MPU; microprocessor unit)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 복수의 코어를 가질 수 있다. 상기 어플리케이션 프로세서(AP)는 카메라 모듈(200)을 제어하거나, 카메라 모듈(200)의 영상을 가공할 수 있다. 상기 마이크로프로세서는 모터 구동부의 개수만큼 구비되어, 프로세서(600)로부터의 구동신호에 대응하여 모터 구동부를 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 상기 프로세서(600)의 각 구성요소는 각각 별도의 하드웨어 모듈이거나 또는 적어도 하나의 프로세서에 의해 구현되는 소프트웨어 모듈일 수 있다. 예를 들어, 프로세서에 포함된 각각의 모듈들이 수행하는 기능은 하나의 프로세서에 의해 수행되거나 또는 각각 별도의 프로세서에 의해 수행될 수도 있다. 프로세서(600)는 무인 비행체(10)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
프로세서(600)는 모터 모듈(500)을 제어하여 무인 비행체(10)를 비행시키거나, 회전시키거나, 자세 유지 비행시키거나, 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세서(600)는 복수의 프로펠러 중 일부를 시계 방향으로 회전시키고 다른 일부를 반시계 방향으로 회전시키도록 모터 모듈(500)을 제어함에 따라 무인 비행체(10)를 회전 비행시킬 수 있다. 또한, 프로세서(600)는 무인 비행체(10)가 진행할 방향의 앞쪽에 구비된 프로펠러의 속도를 줄이고, 진행할 방향의 뒤쪽에 구비된 프로펠러의 속도를 높일 수 있도록 모터 모듈(500)을 제어함에 따라, 무인 비행체(10)를 진행할 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 프로세서(600)는 지면에 대해 수평을 이루는 자세값을 유지하며 모든 프로펠러가 동일한 속도로 회전되도록 모터 모듈(500)을 제어함에 따라 무인 비행체(10)를 제자리 비행시킬 수 있다.
본 발명에 따른 프로세서(600)는 복수의 제1 라이다 센서를 이용하여 이동방향의 장애물을 감지하고, 하나의 제2 라이다 센서 및 상기 기압 센서를 이용하여 착륙시 바닥면의 장애물을 감지하여, 장애물이 존재한다고 판단한 경우, 모터 모듈(500)을 제어하여 장애물을 회피하도록 하고, 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 풍속 및 풍향을 측정하여, 강풍 및 돌풍이 발생하였다고 판단한 경우, 모터 모듈(500)을 제어하여 강풍 및 돌풍의 반대방향으로 비행하도록 할 수 있다.
프로세서(600)는 강우 센서를 이용하여 강수 입자의 직경을 측정하고, 강수 입자의 직경이 기설정된 기준값(예를 들면, 0.2mm) 이상인 경우, 무인 비행체(10)를 원점으로 회귀하도록 제어할 수 있다.
또한, 프로세서(600)는 온도 및 습도 센서를 이용하여 온도 및 습도를 측정하고, 측정된 온도 및 습도에 대한 수소연료전지의 사용 잔여시간의 변화량을 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체를 도시한 도면이다. 도 4는 무인 비행체(10)의 기판 구성과 짐벌 기능을 설명하기 위한 도면이므로, 도 4에서는 도 3과 함께 전술한 구성요소와 중복되는 구성요소를 제외한 구성요소를 중심으로 설명한다. 이에, 도 4에서는 도 3과 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서 동일한 도번을 부여하였다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 무인 비행체(10)는 복수의 인쇄회로기판(이하, '기판'이라고 함) 예컨대, 제1 내지 제3 기판(810, 820, 830)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 기판(810, 820, 830)은 각각 다음과 같은 구성요소를 실장할 수 있다.
제1 기판(810)은 무인 비행체(10)의 대부분의 구성요소 예컨대, 센서 모듈(100), 메모리(300), 통신 모듈(400), 모터 모듈(500), 프로세서(600) 및 전원 블록(700)을 실장할 수 있다. 상기 전원 블록(700)은 예를 들어, 무인 비행체(10)에 전원을 공급하는 배터리(710)와 배터리(710)의 전원 레벨을 다른 구성요소의 구동 전원으로 변경하는 전원 변환부(720)를 포함할 수 있다. 프로세서(600)는 AP(application processor), MPU(microprocessor unit) 또는 MCU(micro controller unit) 등을 포함할 수 있다.
제2 기판(820)은 카메라 모듈(200)을 실장할 수 있다. 카메라 모듈(200)은 짐벌 제어 모듈(832)에 의해 기울기 제어될 수 있다. 제2 기판(820) 및 제3 기판(830)은 FPCB로 구성되어, 각각 제1 기판(810)과 적어도 하나의 커넥터(811)를 통해 연결될 수 있다.
제3 기판(830)은 센서(831), 짐벌 제어 모듈(832), 모터 구동 모듈(833)(또는, 모터 구동 회로) 및 모터(834)를 포함할 수 있다. 이하 각 구동요소에 대해 설명하기로 한다.
센서(831)는 자이로 센서 및 가속도 센서를 포함할 수 있다. 모터(834)는 카메라 모듈(200)을 롤 방향으로 움직이는 롤 모터 및 카메라 모듈(200)을 피치 방향으로 움직이는 피치 모터를 포함할 수 있다. 상기 롤 방향과 피치 방향은 무인 비행체(10)의 롤 방향 및 피치 방향과 동일할 수 있다. 모터 구동 모듈(833)은 짐벌 제어 모듈(832)의 제어 신호에 따라 적어도 하나 이상의 모터(834)(예를 들면, 롤 모터 및 피치 모터 등)를 제어할 수 있다. 짐벌 제어 모듈(832)은 센서(831)로부터 수신된 각속도와 가속도 정보 중 적어도 하나를 분석하고, 분석 결과에 기반하여 무인 비행체(10)의 움직임에 따른 보상 데이터를 생성할 수 있다. 보상 데이터는 카메라 모듈(200)의 피치 또는 롤의 적어도 일부를 제어하기 위한 데이터일 수 있다. 짐벌 제어 모듈(832)은 보상 데이터를 기반으로 모터 구동 모듈(833)의 제어 신호를 생성하고, 제어 신호에 따라 적어도 하나 이상의 모터(834)를 구동시킬 수 있다. 짐벌 제어 모듈(832)은 무인 비행체(10)의 회전에 의한 움직임을 상쇄시킬 수 있도록 카메라 모듈(200)의 롤 및 피치를 보상함에 따라 무인 비행체(10)의 움직임에 관계없이 카메라 모듈(200)이 일정한 기울기를 갖도록 제어할 수 있다. 이에, 무인 비행체(10)의 움직임 예컨대, 회전 발생시에도 카메라 모듈(200)은 정립 상태로 유지되어, 안정적으로 영상을 촬영할 수 있다.
전술한 실시예에서는 모터(834)가 롤 모터와 피치 모터를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 모터(834)는 요 모터를 더 포함할 수 있다. 짐벌 제어 모듈(832)은 프로세서(600)에 포함될 수도 있다. 또는, 전술한 실시예에 따른 제1 내지 제3 기판(810, 820, 830)은 하나의 기판으로 구성될 수도 있다. 또한, 제1 내지 제3 기판(810, 820, 830)에 각각 구비된 구성요소들은 다른 기판에 위치할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치의 구성 예를 도시하는 도면이다. 도 5에서는 무인 비행 전자장치(UAV, Unmanned aerial vehicle)/드론(Drone)을 전자 장치(900)라 기술한다.
전자 장치(900)(예: 무인 비행체(10))는 하나 이상의 프로세서(910)(예: AP), 통신 모듈(920), 인터페이스(955), 입력 장치(950), 센서 모듈(940), 메모리(930), 오디오 모듈(980), 인디케이터(997), 전력 관리 모듈(995), 배터리(996), 카메라 모듈(971), 및 이동제어 모듈(960)을 포함할 수 있으며, 짐벌 모듈(970)을 더 포함할 수 있다.
프로세서(910, 예: 도 3의 600)는, 예를 들면, 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서(910)에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(910)는 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 전자 장치(900)의 비행 커맨드를 생성할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(910)는 카메라 모듈(971) 또는 센서 모듈(940), 통신 모듈(920)로부터 수신한 데이터를 이용하여 이동 커맨드를 생성할 수 있다.
프로세서(910)는 획득한 피사체의 상대적인 거리를 계산하여 이동 커맨드를 생성할 수 있으며, 피사체의 수직 좌표로 무인 촬영 장치의 고도 이동 커맨드를 생성할 수 있고, 피사체의 수평 좌표로 전자 장치(900)의 수평 및 방위각 커맨드를 생성할 수 있다.
통신 모듈(920, 예: 도 3의 400)은, 예를 들면, 셀룰러 모듈, WiFi 모듈, 블루투스 모듈, GNSS 모듈, NFC 모듈 및 RF 모듈을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 통신 모듈(920)은 전자 장치(900)의 제어 신호 수신 및 전자 장치(900) 상태 정보, 영상 데이터 정보를 외부 전자 장치(예: 원격 제어 장치)로 전송할 수 있다. RF 모듈은 통신 신호(예: RF 신호)를 송수신할 수 있다. RF 모듈은, 예를 들면, 트랜시버, PAM(power amp module), 주파수 필터, LNA(low noise amplifier), 또는 안테나 등을 포함할 수 있다. GNSS 모듈은 전자 장치(900)의 이동 중 위도, 경도, 고도, 속도, heading 정보 등의 위치 정보(longitude, latitude, altitude, GPS speed, GPS heading)를 출력할 수 있다. 위치 정보는 GNSS모듈을 통해 정확한 시간과 거리를 측정하여 위치를 계산할 수 있다. GNSS 모듈은 위도, 경도, 고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도 정보와 함께 정확한 시간까지 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 전자 장치(900)는 통신 모듈(920)을 통해 전자 장치(900)의 실시간 이동 상태를 확인하기 위한 정보를 원격 제어 장치(미도시)로 전송할 수 있다.
인터페이스(955)는, 다른 전자장치와 데이터의 입출력을 위한 장치이다. 예를 들어 USB 또는 광인터페이스, RS-232, RJ45를 이용하여, 다른 외부 기기로부터 입력된 명령 또는 데이터를 전자 장치(900)의 다른 구성요소(들)에 전달하거나, 또는 전자 장치(900)의 다른 구성요소(들)로부터 수신된 명령 또는 데이터를 사용자 또는 다른 외부 기기로 출력할 수 있다.
입력 장치(950)는, 예를 들어 터치 패널, 키, 초음파 입력 장치(950)를 포함할 수 있다. 터치 패널은, 예를 들면, 정전식, 감압식, 적외선 방식, 또는 초음파 방식 중 적어도 하나의 방식을 사용할 수 있다. 또한, 터치 패널은 제어 회로를 더 포함할 수도 있다. 키는, 예를 들면, 물리적인 버튼, 광학식 키, 또는 키패드를 포함할 수 있다. 초음파 입력 장치는 마이크를 통해, 입력 도구에서 발생된 초음파를 감지하여, 상기 감지된 초음파에 대응하는 데이터를 확인할 수 있다. 입력 장치(950)를 통하여 전자 장치(900)의 제어 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 물리 전원 키가 눌러지면, 전자 장치(900)의 전원을 차단할 수 있다.
센서 모듈(940, 예: 도 3의 100)은 레이저를 발사하여 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간과 강도, 주파수의 변화 및 편광 상태의 변화 중 적어도 하나를 이용하여, 대상물의 위치를 감지할 수 있는 라이다 센서(LiDAR sensor), 비행하는 무인 촬영 장치의 각속도를 측정할 수 있는 자이로 센서(gyro sensor), 대기의 압력 변화 및/또는 기압을 측정할 수 있는 기압 센서(barometer), 지구 자기장을 측정할 수 있는 마그네틱 센서(지자기 센서, terrestrial magnetism sensor, compass sensor), 비행하는 전자 장치(900)의 가속도를 측정하는 가속도 센서(acceleration sensor), 바닥 지형이나 무늬를 인지하여 위치를 산출할 수 있는 광학 센서(OFS, 옵티컬 플로(optical flow)), 무인 비행체(10)의 임의의 위치에 설치되어 풍속 및 바람의 방향을 측정할 수 있는 풍속 및 풍향 센서, 강수 입자의 크기(예를 들면, 직경)를 측정할 수 있는 강우 센서, 사용자의 인증을 위한 생체 센서, 사용자의 인증을 위한 생체 센서, 온도 및 습도를 측정할 수 있는 온/습도 센서(temperature-humidity sensor), 조도를 측정할 수 있는 조도 센서, 자외선을 측정할 수 있는 UV(ultra violet) 센서들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 센서 모듈(940)은 전자 장치(900)의 자세를 계산할 수 있다. 전자 장치(900)의 자세 정보를 이동 모듈 제어에 공유할 수 있다.
메모리(930, 예: 도 3의 300)는 내장 메모리 및 외장 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(930)는 전자 장치(900)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령(command) 또는 데이터(data)를 저장할 수 있다. 메모리(930)는 소프트웨어(software) 및/또는 프로그램(program)을 저장할 수 있다. 프로그램은 커널(kernel), 미들웨어(middleware), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(application programming interface(API)) 및/또는 어플리케이션 프로그램 (또는 "어플리케이션") 등을 포함할 수 있다.
오디오 모듈(980, 예: 도 3의 450)은, 예를 들면, 소리와 전기 신호를 쌍방향으로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(980)은 스피커, 마이크를 포함할 수 있으며, 입력 또는 출력되는 소리 정보를 처리할 수 있다.
인디케이터(997, 예: 도 3의 450)는 전자 장치(900) 또는 그 일부(예: 프로세서(910))의 특정 상태, 예를 들면, 동작 상태, 또는 충전 상태 등을 표시할 수 있다. 또는 인디케이터(997)는 전자 장치(900)의 비행 상태를 표시할 수 있다.
전력 관리 모듈(995)은, 예를 들면, 전자 장치(900)의 전력을 관리할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(995)은 PMIC(power management integrated circuit), 충전 IC, 또는 배터리(996) 또는 연료 게이지를 포함할 수 있다. PMIC는, 유선 및/또는 무선 충전 방식을 가질 수 있다. 무선 충전 방식은, 예를 들면, 자기공명 방식, 자기유도 방식 또는 전자기파 방식 등을 포함하며, 무선 충전을 위한 부가적인 회로, 예를 들면, 코일 루프, 공진 회로, 또는 정류기 등을 더 포함할 수 있다. 배터리(996) 게이지는, 예를 들면, 배터리(996)의 잔량, 충전 중 전압, 전류, 또는 온도를 측정할 수 있다. 배터리(996)는, 예를 들면, 충전식 전지, 수소연료전지 및/또는 태양 전지를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(971, 예: 도 3의 200)은 전자 장치(900)에 구성되거나 전자장치가 짐벌을 포함할 경우 짐벌 모듈(970)에 포함될 수 있다. 카메라 모듈(971)은 렌즈, 이미지 센서, 이미지 처리부, 카메라 제어부를 포함할 수 있다. 카메라 제어부는 프로세서(910)에서 출력되는 구도정보 및/또는 카메라 제어정보에 기반하여 카메라 렌즈의 상하좌우 각도를 조절하여 피사체와의 구도 및/또는 카메라 앵글(촬영 각도)을 조절할 수 있다. 이미지 센서는 로우 드라이버, 픽셀 어레이 및 컬럼 드라이버 등을 포함할 수 있다. 이미지 처리부는 이미지 전처리부, 이미지 후처리부, 정지 영상 코덱, 및 동영상 코덱 등을 포함할 수 있다. 이미지 처리부는 프로세서(910)에 포함될 수도 있다. 카메라 제어부는 포커싱 및 트래킹 등을 제어할 수 있다.
카메라 모듈(971)은 전자 장치(900)의 움직임에 영향을 받을 수 있다. 이에, 카메라 모듈(971)은, 전자 장치(900)의 움직임에 따른 카메라 모듈(971)의 촬영 변화를 최소화하기 위하여, 짐벌 모듈(970)에 위치할 수 있다.
이동제어 모듈(960, 예: 도 3의 600, 500)은 전자 장치(900)의 위치 및 자세 정보들을 이용하여 전자장치의 자세 및 이동을 제어할 수 있다. 이동제어 모듈(960)은 획득되는 위치 및 자세정보에 따라 전자 장치(900)의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw), 트로틀(throttle) 등을 제어할 수 있다. 이동 제어 모듈은 호버링 비행 동작 및 프로세서(910)에 제공되는 자율 비행 커맨드(거리 이동, 고도 이동 수평 및 방위각 커맨드 등)에 기반하여 자율 비행 동작 제어, 수신된 사용자 입력 커맨드에 따른 비행 동작 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 이동 모듈이 쿼드콥터인 경우, 전자 장치(900)는 복수의 이동 제어 모듈(MPU, microprocessor unit), 모터 구동 모듈, 모터 모듈 및 프로펠러를 포함할 수 있다. 이동 제어 모듈(MPU)은 비행 동작 제어에 대응하여 프로펠러를 회전시키기 위한 제어 데이터를 출력할 수 있다. 모터 구동 모듈은 이동 제어 모듈의 출력에 대응되는 모터 제어 데이터를 구동 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 모터는 각각 대응되는 모터 구동 모듈의 구동 신호에 기반하여 대응되는 프로펠러 회전을 제어할 수 있다.
짐벌 모듈(970, 예: 도 4의 831, 832, 833)은 예를 들어, 짐벌 제어모듈(974), 센서(972), 모터 구동 모듈(973), 모터(975)를 포함할 수 있다. 짐벌 모듈(970)은 카메라 모듈(971)을 포함할 수 있다. 짐벌 모듈(970)은 전자 장치(900)의 움직임에 따른 보상 데이터를 생성할 수 있다. 보상 데이터는 카메라 모듈(971)의 피치, 롤 또는 요의 적어도 일부를 제어하기 위한 데이터일 수 있다. 예를 들어, 롤 모터, 피치 모터 및 요 모터(975)는 전자 장치(900)의 움직임에 따라 카메라 모듈(971)의 롤, 피치 및 요각을 보상할 수 있다. 카메라 모듈(971)은 짐벌 모듈에 장착되어, 전자 장치(900)(예를 들면, 멀티콥터)의 회전(예를 들면, 피치 및 롤)에 의한 움직임을 상쇄시켜 카메라 모듈(971)을 정립 상태로 안정화시킬 수 있다. 짐벌 모듈(970)은 전자 장치(900)의 움직임에 관계없이 카메라 모듈(971)로 하여금 일정한 기울기를 유지할 수 있도록 하여 안정적으로 이미지를 촬영할 수 있다. 짐벌 제어 모듈(974)은 자이로 센서 및 가속도 센서를 포함하는 센서 모듈(974)을 포함할 수 있다. 짐벌 제어 모듈(974)은 자이로 센서 및 가속도 센서를 포함하는 센서의 측정 값을 분석하여 모터 구동 모듈(973)의 제어 신호를 생성하고, 모터(975)를 구동할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치의 프로그램 모듈(플랫폼 구조)을 도시하는 도면이다.
전자 장치(예: 전자 장치(900))는 어플리케이션 플랫폼(application platform) 및 플라이트 플랫폼(flight platform)을 포함할 수 있다. 전자 장치(900)는 무선으로 외부 전자 장치(예: 원격 제어 장치)로부터 제어 신호를 받아 전자 장치(900)의 구동 및 서비스 제공을 하기 위한 어플리케이션 플랫폼과 항법 알고리즘에 따라 비행을 제어하기 위한 플라이트 플랫폼 등을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
어플리케이션 플랫폼은 전자 장치(900)의 구성 요소들의 통신 제어(connectivity), 영상 제어, 센서 제어, 충전 제어, 또는 사용자 어플리케이션에 따른 동작 변경 등을 수행할 수 있다. 어플리케이션 플랫폼은 프로세서(예: 프로세서(910))에서 실행될 수 있다. 플라이트 플랫폼은 전자 장치(900)의 비행, 자세 제어 및 항법 알고리즘을 실행할 수 있다. 플라이트 플랫폼은 프로세서(910) 또는 이동 제어 모듈(960)에서 실행될 수 있다.
어플리케이션 플랫폼은 통신, 영상, 센서, 충전 제어 등을 수행하면서 플라이트 플랫폼에 조종 신호를 전달할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 무인 비행체(10)의 프로세서(600)는 강우 센서를 이용하여 강수 입자의 직경을 측정한다(S710).
프로세서(600)는 강수 입자의 직경이 기설정된 기준값(예를 들면, 0.2mm) 이상인지 여부를 판단하고(S720), 강수 입자의 직경이 기설정된 기준값 이상인 경우, 무인 비행체(10)를 원점으로 회귀하도록 제어한다(S722).
이어서, 프로세서(600)는 복수의 제1 라이다 센서, 하나의 제2 라이다 센서, 및 기압 센서를 이용하여 장애물을 감지한다(S730). 예를 들면, 프로세서(600)는 복수의 제1 라이다 센서를 이용하여 이동방향의 장애물을 감지하고, 하나의 제2 라이다 센서 및 상기 기압 센서를 이용하여 착륙시 바닥면의 장애물을 감지한다.
프로세서(600)는 기설정된 거리(예를 들면, 약 40m) 이내에 장애물이 존재하는지 여부를 판단하고(S740), 기설정된 거리 이내에 장애물이 존재한다고 판단한 경우, 모터 모듈(500)을 제어하여 장애물을 회피한다(S750). 프로세서(600)는 기설정된 거리 이내에 장애물이 존재하지 않는다고 판단한 경우, 복수의 제1 라이다 센서, 하나의 제2 라이다 센서, 및 기압 센서를 이용하여 계속해서 장애물을 감지한다.
이어서, 프로세서(600)는 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 풍속 및 풍향을 측정한다(S760).
프로세서(600)는 풍속이 기설정된 속도값(예를 들면, 약 20m/s) 이상인지 여부를 판단하고(S770), 풍속이 기설정된 속도값 이상인 경우, 강풍 또는 돌풍이 발생한 것으로 판단하여 모터 모듈(500)을 제어하여 강풍 및 돌풍의 반대방향으로 비행한다(S780). 프로세서(600)는 강풍 또는 돌풍이 발생하지 않았다고 판단한 경우, 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 계속해서 풍속 및 풍향을 측정한다.
또한, 본 발명에 따른 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법은, 프로세서(600)가 온도 및 습도 센서를 이용하여 온도 및 습도를 측정하는 단계, 및 측정된 온도 및 습도에 대한 수소연료전지의 사용 잔여시간의 변화량을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 방법은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(Firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
이상에서 본 명세서에 개시된 실시예들을 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 이와 같이 각 도면에 도시된 실시예들은 한정적으로 해석되면 아니되며, 본 명세서의 내용을 숙지한 당업자에 의해 서로 조합될 수 있고, 조합될 경우 일부 구성 요소들은 생략될 수도 있는 것으로 해석될 수 있다.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 명세서에 개시된 실시예에 불과할 뿐이고, 본 명세서에 개시된 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 센서 모듈
200: 카메라 모듈
300: 메모리 400: 통신 모듈
450: 출력 모듈 500: 모터 모듈
600: 프로세서
300: 메모리 400: 통신 모듈
450: 출력 모듈 500: 모터 모듈
600: 프로세서
Claims (7)
- 복수의 프로펠러;
상기 복수의 프로펠러 중 적어도 하나의 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터 모듈;
몸체의 전방에 장착되고, 장애물을 감지하는 복수의 제1 라이다 센서;
상기 몸체의 하방에 장착되고, 장애물을 감지하는 하나의 제2 라이다 센서;
기압을 측정하는 기압 센서;
풍속 및 풍향을 측정하는 풍속 및 풍향 센서;
상기 복수의 제1 라이다 센서를 이용하여 이동방향의 장애물을 감지하고, 상기 제2 라이다 센서 및 상기 기압 센서를 이용하여 착륙시 바닥면의 장애물을 감지하며, 장애물이 존재한다고 판단한 경우, 상기 모터 모듈을 제어하여 장애물을 회피하도록 제어하고, 상기 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 풍속 및 풍향을 측정하여, 강풍 및 돌풍이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 모터 모듈을 제어하여 강풍 및 돌풍의 반대방향으로 비행하도록 제어하는 프로세서;
를 포함하는 무인 비행체.
- 제1항에 있어서,
상기 프로세서는 풍속이 20m/s 이상인 경우, 강풍으로 판단하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
- 제1항에 있어서,
강수 입자의 직경을 측정하는 강우 센서;
를 더 포함하고,
상기 프로세서는 강수 입자의 직경이 0.2mm 이상인 경우, 상기 무인 비행체를 원점으로 회귀하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
- 제1항에 있어서,
수소연료전지로 구현되고, 전원을 공급하는 배터리; 및
온도 및 습도를 측정하는 온도 및 습도 센서;
를 더 포함하고,
상기 프로세서는 상기 온도 및 습도 센서를 이용하여 온도 및 습도를 측정하고, 측정된 온도 및 습도에 대한 상기 수소연료전지의 사용 잔여시간의 변화량을 측정하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
- 복수의 프로펠러, 상기 복수의 프로펠러 중 적어도 하나의 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터 모듈, 몸체의 전방에 장착되고, 장애물을 감지하는 복수의 제1 라이다 센서, 상기 몸체의 하방에 장착되고, 장애물을 감지하는 하나의 제2 라이다 센서, 기압을 측정하는 기압 센서, 풍속 및 풍향을 측정하는 풍속 및 풍향 센서, 및 프로세서를 포함하는 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법에 있어서,
상기 프로세서가, 상기 복수의 제1 라이다 센서를 이용하여 이동방향의 장애물을 감지하는 단계;
상기 프로세서가, 상기 제2 라이다 센서 및 상기 기압 센서를 이용하여 착륙시 바닥면의 장애물을 감지하는 단계;
상기 프로세서가, 상기 복수의 제1 라이더 센서, 상기 제2 라이다 센서, 및 상기 기압 센서의 측정 결과에 따라 장애물이 존재한다고 판단한 경우, 상기 모터 모듈을 제어하여 장애물을 회피하도록 제어하는 단계;
상기 프로세서가, 상기 풍속 및 풍향 센서를 이용하여 풍속 및 풍향을 측정하는 단계; 및
상기 프로세서가, 상기 풍속 및 풍향 센서의 측정 결과에 따라 강풍 및 돌풍이 발생하였다고 판단한 경우, 상기 모터 모듈을 제어하여 강풍 및 돌풍의 반대방향으로 비행하도록 제어하는 단계;
를 포함하는 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 무인 비행체는,
강수 입자의 직경을 측정하는 강우 센서;
를 더 포함하고,
상기 방법은,
상기 프로세서가, 상기 강우 센서를 이용하여 강수 입자의 직경을 측정하는 단계; 및
상기 프로세서가, 강수 입자의 직경이 0.2mm 이상인 경우, 상기 무인 비행체를 원점으로 회귀하도록 제어하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 무인 비행체는,
수소연료전지로 구현되고, 전원을 공급하는 배터리; 및
온도 및 습도를 측정하는 온도 및 습도 센서;
를 더 포함하고,
상기 방법은,
상기 프로세서가, 상기 온도 및 습도 센서를 이용하여 온도 및 습도를 측정하는 단계; 및
상기 프로세서가, 측정된 온도 및 습도에 대한 상기 수소연료전지의 사용 잔여시간의 변화량을 측정하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법.
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| KR1020190083697A KR102325501B1 (ko) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 무인 비행체와 그의 기상변화 및 장애물 감지 및 회피 방법 |
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