KR20210065466A - Evasion flight control sys/tem of dron for flight obs/tacle based on air injection - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a flying obstacle evasion flight control system for a drone based on air injection which can detect an obstacle while flying to stably and rapidly perform evasion flight without colliding with the obstacle, determine an obstacle target to perform evasion flight suitable for the obstacle target, and return to the original path after the evasion flight. According to the present invention, the system for controlling evasion flight of a drone for an obstacle comprises: an obstacle detection unit detecting whether an obstacle exists in three-axis directions based on the center of a drone; an obstacle determination unit determining an obstacle target based on a detection signal detected by the obstacle detection unit; an air injection unit performing evasion flight of the drone in accordance with a determination result determined by the obstacle determination unit; and an evasion flight control unit controlling the air injection unit.

Description

에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템 {EVASION FLIGHT CONTROL SYS/TEM OF DRON FOR FLIGHT OBS/TACLE BASED ON AIR INJECTION}Air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for drones {EVASION FLIGHT CONTROL SYS/TEM OF DRON FOR FLIGHT OBS/TACLE BASED ON AIR INJECTION}

본 발명은 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비행 중 장애물을 검출하여 장애물과 충돌하지 않게 안정적이면서 급속으로 회피 기동할 수 있고, 나아가 장애물 대상을 판단하여 그에 맞는 회피 기동을 행할 수 있도록 하며, 회피 기동 후 다시 제 경로로 복귀할 수 있도록 하는 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for drones, and more particularly, it can detect an obstacle during flight and perform a stable and rapid avoidance maneuver so as not to collide with an obstacle, furthermore, by determining an obstacle target It relates to an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for drones that enables appropriate evasion maneuvers to be performed and returns to the original path after evasion maneuvers.

일반적으로 드론(Drone, 무인비행체)은 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체이다.In general, a drone (drone, unmanned aerial vehicle) is a flying vehicle in the shape of an airplane or a helicopter that does not fly by the induction of radio waves without a human being.

드론은 활용 목적에 따라 다양한 크기와 성능을 가진 비행체들이 다양하게 개발되고 있는데 대형 비행체의 군사용뿐만 아니라, 초소형 드론도 활발하게 개발 연구되고 있다.Drones with various sizes and performance are being developed in various ways depending on the purpose of use. In addition to the military use of large aircraft, micro drones are being actively developed and studied.

또한, 드론은 개인의 취미활동으로 개발되어 상품화된 것도 많이 있다. 정글이나 오지, 화산지역, 자연재해지역, 원자력 발전소 사고지역 등 인간이 접근할 수 없는 지역에 드론을 투입하여 운용한다. 최근에는 드론을 활용하여 수송목적에도 활용하는 등 드론의 활용 범위가 점차 넓어지고 있다. 드론이 개발되던 초기에는 표적드론, 정찰드론, 감시드론으로 분류하였지만 현재는 활용 목적에 따라 더욱 세분화된 분류가 가능하다.In addition, there are many commercialized drones developed as personal hobbies. The drone is put into operation in areas inaccessible to humans, such as jungles, remote areas, volcanic areas, natural disaster areas, and nuclear power plant accident areas. Recently, the scope of use of drones is gradually expanding, such as using drones for transportation purposes. In the early days when drones were developed, they were classified into target drones, reconnaissance drones, and surveillance drones, but now more subdivided classification is possible depending on the purpose of use.

드론은 보통 프로펠러가 4개 달린 쿼드콥터(Quadcopter)가 주를 이룬다.Drones are usually quadcopters with four propellers.

드론 크기는 앞-왼쪽 모터의 중심축에서 뒤-오른쪽 모터의 중심축까지 거리이다. 100 이하를 나노, 200 이하를 미니로 통칭하고 250, 450급이 가장 대중적인 사이즈다. 250급의 레이싱 드론이 취미용으로 가장 많이 이용되고, 650급 이상은 물품 이송 등에 사용된다.Drone size is the distance from the center axis of the front-left motor to the center axis of the rear-right motor. Below 100 is called nano, under 200 as mini, and 250 and 450 are the most popular sizes. The 250-class racing drone is the most used for hobbies, and the 650-class drone is used for transporting goods.

기존 취미용 RC 비행기 또는 RC 헬기는 기체의 이착륙 등 모든 조정이 수동(Acro) 방식이다.Existing hobby RC airplanes or RC helicopters are all manual (acro) controls, including taking off and landing.

멀티 로터의 드론은 안정적으로 다양한 미션(예, 항공촬영 등)을 수행할 수 있는 구조이나, 멀티로터를 장착한 드론은 기체 운항과 다양한 미션을 동시에 수행하기 위한 수동 조작은 불가능해졌다. 이를 해결하기 위해 프로그램에 의해 미션정보를 해독하고 기기를 통제하여 미션을 수행할 수 있는 체계(플랫폼, 펌웨어)가 개발되어 있다.A multi-rotor drone has a structure that can reliably perform various missions (eg, aerial photography, etc.), but a drone equipped with a multi-rotor has become impossible to operate manually to operate the aircraft and perform various missions at the same time. To solve this problem, a system (platform, firmware) has been developed that can decode the mission information by the program and control the device to perform the mission.

도 1은 일반적인 쿼드콥더 드론의 구성을 나타내는 도면으로, 쿼드콥더 드론은 도 1에 보인 바와 같이, 전/후/좌/우에 설치되는 날개(114)와, 날개(114)를 구동하는 서보 모터(124), RC조종기(110)의 조종 신호를 수신하는 RC수신기(121), 서보 모터(124)의 구동속도를 조절하는 ESC(126)과 비행 컨트롤러(123), 전원을 공급하는 배터리(127)로 구성된다.1 is a view showing the configuration of a general quadcopter drone. As shown in FIG. 1, the quadcopter drone has wings 114 installed on the front/rear/left/right sides and a servo motor driving the wings 114 ( 124), the RC receiver 121 for receiving the control signal of the RC remote controller 110, the ESC 126 and flight controller 123 for controlling the driving speed of the servo motor 124, the battery 127 for supplying power is composed of

비행 컨트롤러(123)는 관성측정장치(IMU), 바로미터 센서 등 기기들을 제어하여 안정적 비행이 가능하도록 위치 및 자세 제어를 수행하고, 임베디드 컴퓨터로 구현된다. 이 임베디드 컴퓨터가 종래의 RC 비행기에서 수동 조작하던 역할을 수행한다.The flight controller 123 controls devices such as an inertial measurement unit (IMU) and a barometer sensor to perform position and posture control to enable stable flight, and is implemented with an embedded computer. This embedded computer performs the role of manual operation in conventional RC airplanes.

기존의 드론은 수동 비행과 자동 비행으로 나누어지며 현재 많은 항공촬영, 위험물 감지, 농약살포 등 많은 응용분야에서 수동 비행이 사용되고 있다.Existing drones are divided into manual flight and automatic flight, and manual flight is currently used in many applications such as aerial photography, dangerous object detection, and pesticide spraying.

수동 비행은 대부분 리모콘(Remote Controller: RC) 조종기를 통해 4채널 이상의 무선신호를 보내고 드론에 장착된 RC수신기(121)에서 이 신호들(피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw), 쓰로틀(throttle))에 따라 드론을 전/후(피치), 좌/우(롤), 상승/하강(쓰로틀), 회전(요)를 직접 제어하는 방식이다.In most manual flight, more than 4 channels of radio signals are transmitted through the remote controller (RC) controller, and these signals (pitch, roll, yaw) are transmitted from the RC receiver 121 mounted on the drone. It is a method that directly controls the front/rear (pitch), left/right (roll), up/down (throttle), and rotation (yaw) of the drone according to the throttle).

그러나 현장에서는 전문 조종사의 부족과 조종 실수로 인한 안전사고 급증하고 있다. 이에 대한 대안으로, 일부 상용 드론 제품이 전방 비젼 방식의 스테레오 카메라를 이용한 장애물 회피기능이 탑재되어 있으나, 주로 전방을 촬영하기 때문에 전방물체 회피에 적합하며 또한 야간이나 조명이 어두운 경우에 성능이 저하된다.However, in the field, safety accidents due to the shortage of professional pilots and errors in operation are increasing rapidly. As an alternative to this, some commercial drone products are equipped with an obstacle avoidance function using a stereo camera of a forward vision method, but they are suitable for avoiding objects in front because they mainly shoot the front, and the performance is lowered at night or when the lighting is dark. .

또한, 비젼(vision) 시스템을 처리하기 위해서 고가의 컴퓨터가 탑재되어 드론은 가격상승의 원인이 된다.In addition, an expensive computer is mounted to process the vision system, which causes the price of drones to rise.

대한민국 등록특허공보 10-1758453(2017.07.14. 공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1758453 (2017.07.14. Announcement) 대한민국 등록특허공보 10-1895343(2018.09.05. 공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1895343 (2018.09.05. Announcement) 대한민국 등록특허공보 10-1857616(2018.05.15. 공고)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1857616 (2018.05.15. Announcement) 대한민국 공개특허공보 10-2019-0076227(2019.07.02. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0076227 (published on July 2, 2019) 대한민국 공개특허공보 10-2017-0059853(2017.05.31. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0059853 (published on May 31, 2017)

따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 비행 중 장애물을 검출하여 장애물과 충돌하지 않게 안정적이면서도 급속으로 회피 기동할 수 있는 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 관한 것이다.Accordingly, the present invention for solving the above conventional problems relates to an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for drones that can detect obstacles during flight and perform stably and rapidly avoiding maneuvers so as not to collide with obstacles. .

또한, 본 발명은 장애물 대상을 판단하여 그에 맞는 회피 기동을 행할 수 있도록 하며, 회피 기동 후 다시 제 경로로 복귀할 수 있도록 하는 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone that can determine an obstacle target and perform an avoidance maneuver suitable for it, and can return to the original path after an avoidance maneuver. have.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서, 드론 본체의 중심을 기준으로 3축 방향 각각에 대한 장애물의 유무를 검출하는 장애물 검출부; 상기 장애물 검출부에서 검출된 검출 신호에 근거하여 장애물 대상을 판단하는 장애물 판단부; 상기 장애물 판단부에서 판단되는 판단 결과에 따라 에어 분사로 드론의 회피 기동을 실행하는 에어 분사부; 및 상기 에어 분사부를 제어하는 회피기동 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템이 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the objects and other features of the present invention, as a system for controlling the avoidance maneuver of a drone with respect to an obstacle, an obstacle detecting unit for detecting presence or absence; an obstacle determination unit configured to determine an obstacle target based on the detection signal detected by the obstacle detection unit; an air injection unit that executes an evasive maneuver of the drone by air injection according to a determination result determined by the obstacle determination unit; and an avoidance maneuver control unit for controlling the air injection unit; is provided a flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone comprising a.

본 발명에 있어서, 상기 장애물 검출부는, 평면적으로 드론의 전후좌우 4방향 및 드론의 상하 2방향에 설치된 거리 센서 또는 TOF 센서 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the obstacle detection unit is characterized in that it is composed of at least one of a distance sensor or a TOF sensor installed in four directions of the front, rear, left, right, and up and down of the drone in a plan view.

본 발명에 있어서, 상기 에어 분사부는, 상기 드론 본체에서 에어분사 방향이 상부와 하부를 지향하도록 구비되는 에어분사장치, 및 상기 드론을 구성하는 프로펠러 각각에서 에어분사 방향이 전후좌우를 각각 지향하는 복수의 에어분사장치를 포함할 수 있다.In the present invention, the air injection unit, an air injection device provided so that the air injection direction is directed upward and downward in the drone body, and a plurality of air injection directions in each of the propellers constituting the drone are directed forward, backward, left and right, respectively It may include an air injection device of.

본 발명에 있어서, 상기 에어 분사부는, 상기 드론 본체에 구비되는 단일의 에어분사 장치; 상기 에어분사 장치에서 각각 연장되어 에어분사구가 드론 본체에서 상부와 하부를 지향하고, 상기 프로펠러 각각에서 에어분사구가 전후좌우를 각각 지향하도록 구성되는 분지 에어분사로; 및 상기 분지 에어분사로 각각에 구비되고 상기 회피기동 제어부에 의해 제어되어 분지 에어분사로를 개폐하는 개폐밸브를 포함할 수 있다.In the present invention, the air injection unit, a single air injection device provided in the drone body; a branch air jet path extending from the air jet device so that the air jet port faces the upper and lower parts of the drone body, and the air jet port in each of the propellers is configured to face forward, backward, left and right, respectively; and an opening/closing valve provided in each of the branch air injection passages and controlled by the avoidance start control unit to open and close the branch air injection passage.

본 발명에 있어서, 상기 장애물 검출부는 장애물에 대한 거리를 검출하는 거리 센서로 구성되고, 상기 장애물 판단부는 검출된 거리에 근거하여 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어지고, 상기 회피기동 제어부는 상기 장애물 검출부에서 상기 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지며, 상기 장애물 판단부에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when the obstacle detection unit is configured with a distance sensor for detecting a distance to the obstacle, and the obstacle determination unit determines that the change in the relative distance to the obstacle and the change in the relative speed are constant based on the detected distance, the corresponding It is determined that the obstacle is a fixed obstacle, and when it is determined that the change in the relative distance and the relative speed with respect to the obstacle are not constant, the obstacle is determined to be a moving obstacle, and the avoidance maneuver control unit determines that the obstacle is a moving obstacle in the obstacle detection unit. When it is determined that the obstacle is a fixed obstacle, the position of the obstacle detection sensor that sensed distance information is identified, and the obstacle detection sensor that sensed the distance is located while continuously receiving the detection signal of the obstacle detection sensor that sensed the distance. Controlled so that air is sprayed through the air injection unit in a direction away from, and the detection signal from all obstacle detection sensors is made to avoid and maneuver to a position where no obstacle is detected, and the obstacle determination unit determines that it is a moving obstacle In this case, the position of the obstacle detection sensor sensing the corresponding distance is identified, the detection signal of the obstacle detection sensor sensing the corresponding distance is continuously provided, and at the same time, the air in the direction in which the obstacle detection sensor in which the obstacle is detected is located. Air is controlled to be sprayed through the injection unit, and the obstacle detection sensor sensing the distance moves in any one direction or the opposite direction orthogonal to the direction in which it is located, and the detection signal from all the obstacle detection sensors is detected as having no obstacles. It is characterized in that it is made to avoid maneuvering up to.

본 발명에 있어서, 상기 장애물 검출부는 장애물에 대한 거리 및 형상을 검출하는 TOF 센서로 구성되고, 상기 장애물 판단부는 검출된 거리에 근거하여 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화 및 형상 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화 및 형상 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어지고, 상기 회피기동 제어부는 상기 장애물 검출부에서 상기 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지며, 상기 장애물 판단부에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어질 수 있다.In the present invention, the obstacle detection unit is composed of a TOF sensor that detects the distance and shape to the obstacle, and the obstacle determining unit is based on the detected distance to the obstacle relative distance change, relative speed change and shape change are constant. When it is determined that the obstacle is a fixed obstacle, when it is determined that the relative distance change, the relative speed change, and the shape change to the obstacle are not constant, the obstacle is determined to be a moving obstacle, and the avoidance maneuver control unit When the obstacle detection unit determines that the obstacle is a fixed obstacle, it detects the position of the obstacle detection sensor that senses distance information, and senses the distance while continuously receiving the detection signal of the obstacle detection sensor that senses the distance. Air is controlled to be injected through the air injection unit in a direction deviating from the direction in which one obstacle detection sensor is located, and the detection signals from all obstacle detection sensors are made to avoid maneuvering to a position where it is detected that there is no obstacle, When the determination unit determines that it is a moving obstacle, the position of the obstacle detection sensor sensing the corresponding distance is identified, the detection signal of the obstacle detection sensor sensing the corresponding distance is continuously provided, and the obstacle is detected at the same time Controls so that air is injected through the air injection unit in the direction in which the sensor is located, and moves in any one direction or the opposite direction orthogonal to the direction in which the obstacle detection sensor sensing the distance is located, and detection signals from all obstacle detection sensors can be made to avoid maneuvering to a position where it is detected that there is no obstacle.

본 발명에 있어서, 상기 드론 본체 및 프로펠러 연결프레임 중 적어도 하나에 구성되고, 상기 회피기동 제어부에 의해 제어되어 발광, 음향 발산, 악취분사 및 압축공기 분사 중 적어도 하나를 실행하는 발광모듈, 스피커 모듈, 및 악취분사모듈 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되며, 상기 회피기동 제어부는 드론에 설치된 자이로센서에 의해 검출된 회피기동 직전의 비행 경로를 기억해 놓고, 회피기동 이후 장애물 검출 센서로부터 장애물 검출 신호가 없을 때 상기 회피기동 직전의 비행 경로를 불러와 해당 비행 경로의 방향으로 진행하도록 이루어질 수 있다.In the present invention, a light emitting module configured in at least one of the drone body and the propeller connection frame and controlled by the avoidance operation control unit to execute at least one of light emission, sound emission, odor injection, and compressed air injection, a speaker module, and at least one of an odor injection module, wherein the avoidance maneuver control unit stores the flight path just before the avoidance maneuver detected by the gyro sensor installed in the drone, and there is no obstacle detection signal from the obstacle detection sensor after the avoidance maneuver. When the flight path just before the avoidance maneuver is called, it may be made to proceed in the direction of the corresponding flight path.

본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 의하면, 다음과 같은 효과를 제공한다.According to the air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for drones according to the present invention, the following effects are provided.

첫째, 본 발명은 드론으로부터 장애물에 대한 거리 정보 및 부가 정보에 근거하여 충돌 회피 기동을 위한 에어분사로 장애물과의 충돌을 방지하여 드론의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.First, the present invention has an effect of preventing damage to the drone by preventing a collision with an obstacle with an air jet for collision avoidance maneuver based on distance information and additional information about the obstacle from the drone.

둘째, 본 발명은 장애물의 대상이 고정 장애물인지 이동 장애물인지를 판단하여 장애물 대상에 따른 회피 기동을 효과적으로 실행할 수 있는 효과가 있다.Second, the present invention has the effect of effectively executing the avoidance maneuver according to the obstacle object by determining whether the object of the obstacle is a fixed obstacle or a moving obstacle.

셋째, 본 발명은 최적의 동선으로, 즉 최적의 방향과 거리로 회피 기동하고 회피 기동 이후 다시 제 경로로의 신속하고 정확한 복귀를 행할 수 있어 주어진 비행 임무를 원활하게 수행할 수 있는 효과가 있다.Third, the present invention has an effect of smoothly performing a given flight mission because it is possible to perform an evasive maneuver in an optimal movement line, that is, in an optimal direction and distance, and quickly and accurately return to the original route after evasion maneuver.

넷째, 본 발명은 복잡하고 고가의 비젼 시스템을 필요로 하지 않고 회피 기동할 수 있어 경제성 및 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.Fourth, the present invention has the effect of securing economic feasibility and product competitiveness because it can avoid maneuver without requiring a complicated and expensive vision system.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 일반적인 쿼드콥더 드론의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템을 갖는 드론의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 의한 회피 기동 방법을 나타내는 플로차트이다.1 is a diagram showing the configuration of a general quadcopter drone.
2 is a view showing an example of a drone having an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention.
3 is a block diagram schematically illustrating the configuration of an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention.
4 is a flowchart illustrating an avoidance maneuver method by an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다. Additional objects, features and advantages of the present invention may be more clearly understood from the following detailed description and accompanying drawings.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the present invention can make various changes and can have various embodiments, and the examples described below and shown in the drawings are not intended to limit the present invention to specific embodiments. No, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit", "...unit", "...module", etc. described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which includes hardware or software or hardware and It can be implemented by a combination of software.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 "상에"또는 "전에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우 뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함한다.In addition, throughout this specification, when a step is located "on" or "before" another step, this means not only a case in which a step is in a direct time-series relationship with another step, but also a step of mixing after each step and Likewise, the order of two stages includes the same rights as in the case of an indirect time series relationship in which the time series order can be changed.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.First, an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 .

도 2는 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템을 갖는 드론의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템의 구성을 블록화하여 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 의한 회피 기동 방법을 나타내는 플로차트이다.2 is a view showing an example of a drone having an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention, and FIG. 3 is an air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention. It is a block diagram schematically showing the configuration, and FIG. 4 is a flowchart showing an avoidance maneuvering method by an air injection-based flying obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention.

본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템은, 장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서, 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 장애물 검출부(100); 장애물 판단부(200); 에어 분사부(300); 및 회피기동 제어부(400);를 포함하여 구성된다.An air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention is a system for controlling an obstacle avoidance maneuver of a drone, and as shown in FIGS. 2 to 4 , largely an obstacle detection unit 100; obstacle determination unit 200; Air injection unit 300; and an avoidance start control unit 400 .

구체적으로, 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템은, 장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서, 드론 본체(10)의 중심을 기준으로 3축 방향 각각에 대한 장애물의 유무를 검출하는 장애물 검출부(100); 상기 장애물 검출부(100)에서 검출된 검출 신호에 근거하여 장애물 대상을 판단하는 장애물 판단부(200); 상기 장애물 판단부(200)에서 판단되는 판단 결과에 따라 에어 분사로 드론의 회피 기동을 실행하는 에어 분사부(300); 및 상기 에어 분사부(300)를 제어하는 회피기동 제어부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for a drone according to the present invention is a system for controlling the avoidance maneuver of the drone with respect to an obstacle, and is located in each of the three axis directions based on the center of the drone body 10 . an obstacle detection unit 100 for detecting the presence or absence of an obstacle; an obstacle determination unit 200 for determining an obstacle target based on the detection signal detected by the obstacle detection unit 100; an air injection unit 300 that executes an avoidance maneuver of the drone by air injection according to a determination result determined by the obstacle determination unit 200; and an avoidance start control unit 400 for controlling the air injection unit 300 .

상기 장애물 검출부(100)는, 일 실시 예로 평면적으로 드론의 전후좌우 4방향 및 드론의 상하 2방향에 설치된 장애물 검출 센서를 통해 장애물에 대한 거리 및/또는 속도를 검출하거나, 거리와 이미지를 검출하도록 이루어질 수 있다.In one embodiment, the obstacle detection unit 100 is configured to detect a distance and/or speed to an obstacle or detect a distance and an image through an obstacle detection sensor installed in four directions of the front, rear, left, right, and up and down of the drone in a plane view. can be done

상기 장애물 검출 센서는 일 실시 예로 거리 센서로서 초음파 센서 또는 레이더(Lidar) 센서로 이루어질 수 있다.The obstacle detection sensor may be a distance sensor and may include an ultrasonic sensor or a radar (Lidar) sensor.

상기 장애물 검출부(100)가 거리 센서로 구성되는 경우, 아래에서 설명될 장애물 판단부(200)는 장애물에 대한 거리(또는 상대 거리) 및/또는 속도(또는 상대 속도)를 기반으로 장애물 대상(고정 장애물과 이동 장애물)을 판단하게 되며, 상기 회피기동 제어부(300)는 상기한 상대 거리 및/또는 상대 속도에 기반하여 회피 기동을 행하게 된다.When the obstacle detecting unit 100 is configured as a distance sensor, the obstacle determining unit 200 to be described below is an obstacle target (fixed) based on the distance (or relative distance) and/or speed (or relative speed) to the obstacle. obstacles and moving obstacles), and the avoidance maneuver control unit 300 performs an avoidance maneuver based on the relative distance and/or relative speed.

또한, 상기 장애물 검출부(100)는, 다른 실시 예로 평면적으로 드론의 전후좌우 4방향 및 드론의 상방 2방향에 설치되어 장애물에 대한 거리와 속도 및 형상을 검출하도록 이루어질 수 있다.Also, in another embodiment, the obstacle detecting unit 100 may be installed in four directions in the front, rear, left, right, and right directions of the drone and in two directions in the upper direction of the drone to detect the distance, speed and shape of the obstacle.

이러한 다른 실시 예에서, 상기 장애물 검출 센서는 TOF(Time Of Flight) 센서로 이루어지는 것이 바람직하다.In this other embodiment, the obstacle detection sensor is preferably made of a TOF (Time Of Flight) sensor.

이와 같이 상기 다른 실시 예의 장애물 검출부(100)가 TOF 센서로 구성되는 경우, 아래에서 설명될 장애물 판단부(200)는 장애물에 대한 상대 거리 및/또는 상대 속도 및 장애물 형상을 기반으로 장애물 대상(고정 장애물과 이동 장애물)을 판단하게 되며, 상기 회피기동 제어부(300)는 상기한 상대 거리 및/또는 상대 속도 및 장애물 형상에 기반하여 회피 기동을 행하게 된다.As described above, when the obstacle detecting unit 100 of the other embodiment is configured as a TOF sensor, the obstacle determining unit 200 to be described below is an obstacle target (fixed) based on the relative distance and/or relative speed to the obstacle and the shape of the obstacle. obstacles and moving obstacles), and the avoidance maneuver control unit 300 performs an avoidance maneuver based on the above-described relative distance and/or relative speed and obstacle shape.

다음으로, 상기 장애물 판단부(200)는, 상기 장애물 검출부(100)에서 장애물 검출 센서로서 거리 센서가 적용되는 경우, 1차적으로 장애물에 대한 거리(또는 상대 거리)를 산출하고 부가적으로 속도(또는 상대 속도)를 산출하여 장애물 대상, 즉 고정 장애물 또는 이동 장애물의 여부를 판단하게 된다.Next, when a distance sensor is applied as an obstacle detecting sensor in the obstacle detecting unit 100, the obstacle determining unit 200 calculates a distance (or relative distance) to the obstacle and additionally calculates the speed ( or relative speed) to determine whether the object is an obstacle, that is, a fixed obstacle or a moving obstacle.

구체적으로, 일 실시 예로 상기 장애물 판단부(200)는, 상기 거리 센서에 의해 장애물에 대한 거리를 산출하여 거리 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 거리 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우(즉, 장애물에 대한 거리 변화가 크거나 작을 경우), 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어진다.Specifically, in one embodiment, when it is determined that the distance change is constant by calculating the distance to the obstacle by the distance sensor, the obstacle determining unit 200 determines that the obstacle is a fixed obstacle, and the distance to the obstacle is changed. When it is determined that is not constant (that is, when the change in distance to the obstacle is large or small), it is determined that the corresponding obstacle is a moving obstacle.

이러한 거리 정보에 대한 1차적인 판단에 더하여, 상기 장애물 판단부(200)는, 상기 거리 센서에 의해 장애물에 대한 산출된 거리 정보에 기반하여 산출된 거리와 드론의 이동 시간에 따른 거리-시간 관계식(V=S/T; 여기에서 V: 속도, S: 거리, T: 시간)을 통해 상대 속도를 산출하여 상대 속도 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 속도 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우(즉, 장애물에 대한 상대 속도 변화가 크거나 작을 경우), 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어진다.In addition to the primary determination of such distance information, the obstacle determination unit 200 may include a distance calculated based on distance information calculated for an obstacle by the distance sensor and a distance-time relational expression according to the moving time of the drone. (V=S/T; where V: speed, S: distance, T: time) is calculated and the relative speed change is determined to be constant, the obstacle is determined to be a fixed obstacle, and the When it is determined that the relative speed change is not constant (ie, when the relative speed change with respect to the obstacle is large or small), the obstacle is determined to be a moving obstacle.

이와 같이 일 실시 예의 장애물 판단부(200)는, 1차적으로 상대 거리에 대한 장애물이 고정 장애물인지 이동 장애물인지를 판단하게 되고, 이에 더하여 장애물에 대한 상대 속도 변화 여부를 추가적으로 판단하여 회피기동 제어를 실행하도록 이루어진다.As described above, the obstacle determining unit 200 according to an embodiment determines whether the obstacle relative to the relative distance is a fixed obstacle or a moving obstacle, and in addition determines whether the relative speed with respect to the obstacle is changed in addition to perform avoidance maneuver control. made to run

그리고 이러한 일 실시 예에서의 장애물 판단부(200)에 따른 상기 회피기동 제어부(400)는, 상기 장애물 판단부(200)에서 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 드론의 비행 속도를 줄이고 거리(거리 정보)를 센싱한 장애물 검출 센서(거리 센서)의 위치(방향)를 파악하여, 해당 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부(300)를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어진다.And when the obstacle determination unit 200 determines that the obstacle is a fixed obstacle, the avoidance maneuver control unit 400 according to the obstacle determination unit 200 in this embodiment reduces the flight speed of the drone and reduces the distance ( The position (direction) of the obstacle detection sensor (distance sensor) that sensed the distance information) is identified, and the detection signal of the obstacle detection sensor that sensed the distance information is continuously provided while the obstacle detection sensor that sensed the distance is located. Air is controlled to be injected through the air injection unit 300 in a direction deviating from the direction, and the detection signals from all obstacle detection sensors are configured to avoid maneuvering to a position where it is detected that there is no obstacle.

계속해서, 상기 회피기동 제어부(400)는, 상기 장애물 판단부(200)에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서(거리 센서)의 위치(방향)를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부(300)를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어진다.Subsequently, when it is determined that the obstacle determination unit 200 is a moving obstacle, the avoidance maneuver control unit 400 determines the position (direction) of the obstacle detection sensor (distance sensor) sensing the corresponding distance, While continuously receiving the detection signal of the obstacle detection sensor that senses the distance, control so that air is injected through the air injection unit 300 in the direction in which the obstacle detection sensor in which the obstacle is detected is located, and the distance is sensed One obstacle detection sensor is moved in any one direction or the opposite direction perpendicular to the direction in which it is located, and detection signals from all the obstacle detection sensors are configured to avoid maneuvering to a position where it is detected that there is no obstacle.

본 발명에서 상기 에어 분사부(300)는 일 실시 예로 드론 본체(10)에서 에어분사 방향이 상부와 하부를 지향하도록 구성되고, 상기 드론을 구성하는 프로펠러(11) 각각에서 에어분사 방향이 전후좌우를 각각 지향하는 복수의 에어분사장치로 구성된다.In the present invention, the air injection unit 300 is configured such that the air injection direction is directed upward and downward in the drone body 10 as an embodiment, and the air injection direction is forward, backward, left and right in each of the propellers 11 constituting the drone. It consists of a plurality of air injection devices each orienting.

또한, 상기 에어 분사부(300)는 다른 실시 예로 상기 드론 본체(10)에 구비되는 단일의 에어분사 장치와, 상기 에어분사 장치에서 각각 연장되어 에어분사구(노즐구)가 드론 본체에서 상부와 하부를 지향하고, 상기 프로펠러(11) 각각에서 에어분사구(노즐구)가 전후좌우를 각각 지향하도록 구성되는 분지 에어분사로, 및 상기 분지 에어분사로 각각에 구비되고 상기 회피기동 제어부(400)에 의해 제어되어 분지 에어분사로를 개폐하는 개폐밸브를 포함한다.In addition, in another embodiment, the air injection unit 300 includes a single air injection device provided in the drone main body 10 and an air injection hole (nozzle hole) extending from the air injection device, respectively, so that the upper and lower portions of the drone body A branch air jet path configured to direct the air jet openings (nozzle openings) forward, backward, left and right, respectively, in each of the propellers 11, and provided in each of the branch air injection paths and by the avoidance start control unit 400 Controlled and includes an on/off valve for opening and closing the branch air jet path.

한편, 본 발명의 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템은, 드론 본체 및 프로펠러 연결프레임 중 적어도 하나에 구성되고 상기 회피기동 제어부(400)에 의해 제어되어 발광, 음향 발산, 악취분사 및 압축공기 분사 중 적어도 하나를 실행하는 발광모듈, 스피커 모듈, 및 악취분사모듈 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for drones of the present invention is configured in at least one of the drone body and the propeller connection frame and is controlled by the avoidance maneuver control unit 400 to emit light, sound emission, odor injection and It may be configured to further include at least one of a light emitting module, a speaker module, and an odor injection module for executing at least one of compressed air injection.

상기 회피기동 제어부(400)는 장애물 대상이 전봇대나 건물 등과 같이 고정 장애물인지, 야구공이나 조류 등과 같이 이동 장애물 인지를 판단하여 회피 기동하게 되는데, 이때 그 대상 장애물에 대하여 최적의 회피 이동을 행하게 된다. 또한, 조류와 같이 드론을 공격 대상물이나 먹이로 알고 접근하는 경우에는 에어분사에 따른 조류 등 이동 대상물의 접근을 방지하면서, 발광, 음향 발산, 악취분사 및 압축공기 분사 중 적어도 하나를 실행할 수 있게 된다.The avoidance maneuver control unit 400 determines whether the obstacle target is a fixed obstacle such as a power pole or a building or a moving obstacle such as a baseball or a bird, and performs an avoidance maneuver. At this time, an optimal avoidance movement is performed for the target obstacle. . In addition, in the case of approaching the drone as an attack object or prey, such as birds, it is possible to execute at least one of light emission, sound emission, odor injection, and compressed air injection while preventing the approach of moving objects such as birds due to air injection. .

한편, 상기 장애물 판단부(200)는 상기 장애물 검출부(100)로서 TOF 센서가 적용되는 경우, 장애물에 대한 거리를 산출하고 장애물의 형상을 추출(이미지 추출)하여 거리 변화가 일정하고, 형상 변화가 일정하거나 추출된 형상을 미리 설정된 형상 정보(예를 들면, 조류 모양 등)와 비교하여 설정된 형상 정보에 해당하지 않는 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 거리 변화가 일정하지 않고, 형상 변화가 일정하지 않거나 추출된 형상을 미리 설정된 형상 정보와 비교하여 설정된 형상 정보에 해당하는 것으로 판단하는 경우(즉, 장애물에 대한 거리 변화가 크거나 작고, 조류 형상으로 판단되는 경우), 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어진다.On the other hand, when the TOF sensor is applied as the obstacle detecting unit 100, the obstacle determining unit 200 calculates the distance to the obstacle and extracts the shape of the obstacle (image extraction) so that the distance change is constant and the shape change is When it is determined that the constant or extracted shape does not correspond to the set shape information by comparing it with preset shape information (eg, bird shape, etc.), it is determined that the corresponding obstacle is a fixed obstacle, and the distance change to the obstacle is constant. If the shape change is not constant or the extracted shape is compared with the preset shape information and determined to correspond to the set shape information (that is, if the distance change to the obstacle is large or small, and it is determined as a bird shape) , it is made to determine that the obstacle is a moving obstacle.

이러한 거리 정보 및 형상 정보에 대한 1차적인 판단에 더하여, 상기 장애물 판단 단계(S200)는, 상기 TOF 센서에 의해 장애물에 대한 산출된 거리 정보에 기반하여 산출된 거리와 드론의 이동 시간에 따른 거리-시간 관계식(V=S/T; 여기에서 V: 속도, S: 거리, T: 시간)을 통해 상대 속도를 산출하여 상대 속도 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 속도 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우(즉, 장애물에 대한 상대 속도 변화가 크거나 작을 경우), 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어진다.In addition to the primary determination of such distance information and shape information, the obstacle determination step ( S200 ) includes a distance calculated based on distance information calculated for an obstacle by the TOF sensor and a distance according to the movement time of the drone. -If the relative speed is calculated through the time relational expression (V=S/T; where V: speed, S: distance, T: time) and the relative speed change is determined to be constant, the obstacle is determined to be a fixed obstacle, When it is determined that the change in the relative speed with respect to the obstacle is not constant (ie, when the change in the relative speed with respect to the obstacle is large or small), it is determined that the corresponding obstacle is a moving obstacle.

이와 같이 상기 장애물 검출부(100)가 TOF 센서로 구성되는 경우, 상기 거리 센서로 구성되는 경우와 달리, 1차적으로 거리 정보(상대 거리 변화)와 형상 정보(이미지 변화)에 근거하여 장애물이 고정 장애물인지 이동 장애물인지를 판단하게 되고, 이에 더하여 장애물에 대한 속도 정보(상대 속도)를 추가적으로 판단하여 회피기동 제어를 실행하도록 이루어지며, 조류 등과 같이 드론의 비행에 실질적인 위협이 되는 이동 장애물에 대하여 보다 정확하게 판단하여 회피기동 제어를 실행할 수 있도록 한다.As such, when the obstacle detection unit 100 is configured as a TOF sensor, unlike the case where the obstacle detection unit 100 is configured as the distance sensor, the obstacle is fixed primarily based on distance information (relative distance change) and shape information (image change). It is determined whether it is a cognitive moving obstacle, and in addition, speed information (relative speed) of the obstacle is additionally determined to execute evasive maneuver control, and it is made more accurately for moving obstacles that are a real threat to the flight of the drone, such as birds. It is determined so that evasive maneuver control can be executed.

한편, 상기 회피기동 제어부(400)는 드론에 설치된 자이로센서에 의해 검출된 회피기동 직전의 비행 경로(방향 또는 좌표)를 기억해 놓고, 회피기동 이후 장애물 검출 센서로부터 장애물 검출 신호가 없을 때 회피기동 직전의 비행 경로를 불러와 해당 비행 경로의 방향으로 진행하도록 이루어질 수 있다.On the other hand, the avoidance maneuver control unit 400 memorizes the flight path (direction or coordinates) immediately before the avoidance maneuver detected by the gyro sensor installed in the drone, and immediately before the avoidance maneuver when there is no obstacle detection signal from the obstacle detection sensor after the avoidance maneuver It can be made to call the flight path of the and proceed in the direction of the corresponding flight path.

본 발명에서 상기한 장애물 검출부과 장애물 판단부과 회피기동 제어부는 드론에 구비된 제어 회로 모듈(마이컴)에 의해 구현되게 된다.In the present invention, the obstacle detection unit, the obstacle determination unit, and the avoidance operation control unit are implemented by a control circuit module (microcomputer) provided in the drone.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 에어분사 기반의 드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템에 의하면, 드론으로부터 장애물에 대한 거리 정보와 속도 정보 및 이들의 조합 정보에 근거하여 고정 장애물 또는 이동 장애물을 판단하여 주어진 경로에서 회피 기동을 자동으로 정확하게 실행하여 드론의 파손을 방지할 수 있는 이점이 있다.According to the air injection-based flight obstacle avoidance maneuver control system for drones according to the present invention as described above, fixed obstacles or moving obstacles are determined based on distance information and speed information about obstacles from the drone and combination information thereof. It has the advantage of preventing damage to the drone by automatically and accurately executing evasive maneuvers on a given route.

또한, 본 발명에 의하면, 최적의 동선으로, 즉 최적의 방향과 거리로 회피 기동할 수 있어 회피 기동 이후 다시 제 경로로의 신속하고 정확한 복귀를 행할 수 있어 주어진 비행 임무를 원활하게 수행할 수 있으며, 복잡하고 고가의 비젼 시스템을 필요로 하지 않고 회피 기동할 수 있어 경제성 및 제품 경쟁력을 확보할 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to evade maneuver in an optimal movement line, that is, in an optimal direction and distance, so that it is possible to quickly and accurately return to the original route after evasion maneuver, so that a given flight mission can be smoothly performed. , it has the advantage of securing economic feasibility and product competitiveness because it can evade maneuver without requiring a complicated and expensive vision system.

상기한 바와 같은 실시 예들은 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments as described above have been described with reference to the limited drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Therefore, since the embodiments disclosed in the present specification are for explanation rather than limitation of the technical spirit of the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Modifications and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 드론 본체
11: 프로펠러
100: 장애물 검출부
200: 장애물 판단부
300: 에어 분사부
400: 회피기동 제어부10: drone body
11: propeller
100: obstacle detection unit
200: obstacle determination unit
300: air injection unit
400: evasion maneuver control unit

Claims (7)

장애물에 대한 드론의 회피기동을 제어하기 위한 시스템으로서,
드론 본체의 중심을 기준으로 3축 방향 각각에 대한 장애물의 유무를 검출하는 장애물 검출부;
상기 장애물 검출부에서 검출된 검출 신호에 근거하여 장애물 대상을 판단하는 장애물 판단부;
상기 장애물 판단부에서 판단되는 판단 결과에 따라 에어 분사로 드론의 회피 기동을 실행하는 에어 분사부; 및
상기 에어 분사부를 제어하는 회피기동 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
As a system for controlling the avoidance maneuver of a drone against an obstacle,
an obstacle detecting unit detecting the presence or absence of an obstacle in each of the three axis directions based on the center of the drone body;
an obstacle determination unit configured to determine an obstacle target based on the detection signal detected by the obstacle detection unit;
an air injection unit that executes an avoidance maneuver of the drone by air injection according to a determination result determined by the obstacle determination unit; and
and an avoidance start control unit for controlling the air injection unit.
Flying obstacle avoidance maneuver control system for drones.
 제1항에 있어서,
상기 장애물 검출부는,
평면적으로 드론의 전후좌우 4방향 및 드론의 상하 2방향에 설치된 거리 센서 또는 TOF 센서 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는
드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
According to claim 1,
The obstacle detection unit,
Characterized in that it is composed of at least one of a distance sensor or a TOF sensor installed in four directions of the front, rear, left, right, and up and down of the drone in a planar manner
Flying obstacle avoidance maneuver control system for drones.
 제1항에 있어서,
상기 에어 분사부는,
상기 드론 본체에서 에어분사 방향이 상부와 하부를 지향하도록 구비되는 에어분사장치, 및 상기 드론을 구성하는 프로펠러 각각에서 에어분사 방향이 전후좌우를 각각 지향하는 복수의 에어분사장치를 포함하는 것을 특징으로 하는
드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
According to claim 1,
The air injection unit,
An air injection device provided so that the air injection direction is directed upward and downward in the drone body, and a plurality of air injection devices in which the air injection direction in each of the propellers constituting the drone is directed forward, backward, left and right, respectively. doing
Flying obstacle avoidance maneuver control system for drones.
 제1항에 있어서,
상기 에어 분사부는,
상기 드론 본체에 구비되는 단일의 에어분사 장치;
상기 에어분사 장치에서 각각 연장되어 에어분사구가 드론 본체에서 상부와 하부를 지향하고, 상기 프로펠러 각각에서 에어분사구가 전후좌우를 각각 지향하도록 구성되는 분지 에어분사로; 및
상기 분지 에어분사로 각각에 구비되고 상기 회피기동 제어부에 의해 제어되어 분지 에어분사로를 개폐하는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는
드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
According to claim 1,
The air injection unit,
a single air injection device provided in the drone body;
a branch air jet path extending from the air jet device so that the air jet port faces the upper and lower parts of the drone body, and the air jet port in each of the propellers is configured to face forward, backward, left and right, respectively; and
and an opening/closing valve provided in each of the branch air injection passages and controlled by the avoidance start control unit to open and close the branch air injection passages.
Flying obstacle avoidance maneuver control system for drones.
 제1항에 있어서,
상기 장애물 검출부는 장애물에 대한 거리를 검출하는 거리 센서로 구성되고,
상기 장애물 판단부는 검출된 거리에 근거하여 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어지고,
상기 회피기동 제어부는 상기 장애물 검출부에서 상기 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지며, 상기 장애물 판단부에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
According to claim 1,
The obstacle detection unit is composed of a distance sensor that detects a distance to the obstacle,
When it is determined that the change in the relative distance and the change in the relative speed to the obstacle are constant based on the detected distance, the obstacle determination unit determines that the obstacle is a fixed obstacle, and the change in the relative distance to the obstacle and the change in the relative speed are not constant. If it is determined that the obstacle is a moving obstacle,
When the obstacle detection unit determines that the obstacle is a fixed obstacle, the avoidance maneuver control unit determines the position of the obstacle detection sensor sensing the distance information, and continuously receives the detection signal of the obstacle detection sensor sensing the distance. Air is controlled so that air is injected through the air injection unit in a direction deviating from the direction in which the obstacle detection sensor sensing the distance is located, and the detection signals from all obstacle detection sensors are made to avoid maneuvering to a position where it is detected that there is no obstacle. When the obstacle determination unit determines that it is a moving obstacle, the position of the obstacle detection sensor that senses the corresponding distance is identified, and the detection signal of the obstacle detection sensor that sensed the corresponding distance is continuously provided, and the obstacle is detected. Controls that air is injected through the air injection unit in the direction in which the detected obstacle detection sensor is located, and moves in any one direction or the opposite direction orthogonal to the direction in which the obstacle detection sensor sensing the distance is located, and all obstacle detection sensors characterized in that the detection signal is configured to avoid maneuvering to a position where it is detected that there is no obstacle.
Flight obstacle avoidance maneuver control system for drones.
 제1항에 있어서,
상기 장애물 검출부는 장애물에 대한 거리 및 형상을 검출하는 TOF 센서로 구성되고,
상기 장애물 판단부는 검출된 거리에 근거하여 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화 및 형상 변화가 일정한 것으로 판단되는 경우, 해당 장애물은 고정 장애물이라고 판단하며, 장애물에 대한 상대 거리 변화와 상대 속도 변화 및 형상 변화가 일정하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 장애물은 이동 장애물이라고 판단하도록 이루어지고,
상기 회피기동 제어부는 상기 장애물 검출부에서 상기 장애물이 고정 장애물인 것으로 판단되는 경우, 거리 정보를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받으면서 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로부터 벗어나는 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하게 되며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지며, 상기 장애물 판단부에서 이동 장애물인 것으로 판단되는 경우, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 위치를 파악하여, 해당 거리를 센싱한 장애물 검출 센서의 검출 신호를 지속적으로 제공받음과 동시에, 장애물이 검출된 장애물 검출 센서가 위치된 방향으로 상기 에어 분사부를 통해 에어가 분사되도록 제어하고, 그 거리를 센싱한 장애물 검출 센서가 위치된 방향과 직교되는 어느 일방향 또는 반대방향으로 이동하며, 모든 장애물 검출 센서로부터의 검출 신호가 장애물이 없는 것으로 검출되는 위치까지 회피 기동하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.
According to claim 1,
The obstacle detection unit is composed of a TOF sensor that detects the distance and shape of the obstacle,
When the obstacle determination unit determines that the relative distance change, the relative speed change, and the shape change to the obstacle are constant based on the detected distance, it is determined that the obstacle is a fixed obstacle, and the relative distance change and the relative speed change to the obstacle and When it is determined that the shape change is not constant, it is determined that the obstacle is a moving obstacle,
When the obstacle detection unit determines that the obstacle is a fixed obstacle, the avoidance maneuver control unit determines the position of the obstacle detection sensor sensing the distance information, and continuously receives the detection signal of the obstacle detection sensor sensing the distance. Air is controlled so that air is injected through the air injection unit in a direction deviating from the direction in which the obstacle detection sensor sensing the distance is located, and the detection signals from all obstacle detection sensors are made to avoid maneuvering to a position where it is detected that there is no obstacle. When the obstacle determination unit determines that it is a moving obstacle, the position of the obstacle detection sensor that senses the corresponding distance is identified, and the detection signal of the obstacle detection sensor that sensed the corresponding distance is continuously provided, and the obstacle is detected. Controls that air is injected through the air injection unit in the direction in which the detected obstacle detection sensor is located, and moves in any one direction or the opposite direction orthogonal to the direction in which the obstacle detection sensor sensing the distance is located, and all obstacle detection sensors characterized in that the detection signal is configured to avoid maneuvering to a position where it is detected that there is no obstacle.
Flying obstacle avoidance maneuver control system for drones.
 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 드론 본체 및 프로펠러 연결프레임 중 적어도 하나에 구성되고, 상기 회피기동 제어부에 의해 제어되어 발광, 음향 발산, 악취분사 및 압축공기 분사 중 적어도 하나를 실행하는 발광모듈, 스피커 모듈, 및 악취분사모듈 중 적어도 하나를 더 포함하여 구성되며,
상기 회피기동 제어부는 드론에 설치된 자이로센서에 의해 검출된 회피기동 직전의 비행 경로를 기억해 놓고, 회피기동 이후 장애물 검출 센서로부터 장애물 검출 신호가 없을 때 상기 회피기동 직전의 비행 경로를 불러와 해당 비행 경로의 방향으로 진행하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
드론용 비행 장애물 회피기동 제어시스템.7. The method of claim 5 or 6,
Among the light emitting module, the speaker module, and the odor injection module which are configured in at least one of the drone body and the propeller connection frame and are controlled by the avoidance operation control unit to execute at least one of light emission, sound emission, odor injection, and compressed air injection Consists of further comprising at least one,
The avoidance maneuver control unit memorizes the flight path just before the avoidance maneuver detected by the gyro sensor installed in the drone, and calls the flight route immediately before the avoidance maneuver when there is no obstacle detection signal from the obstacle detection sensor after the avoidance maneuver to call the corresponding flight path characterized in that it is made to proceed in the direction of
Flight obstacle avoidance maneuver control system for drones.
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