KR20210070185A - 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치 및 이를 포함하는 무인 이동체 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 다종의 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조를 포함하며 외부의 제어 명령을 입력 받아 짐벌의 회전을 제어하고, 비행 정보 및 비행 명령을 전달하는 통신의 허브 역할을 수행하는 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치가 개시된다.

Description

단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치 및 이를 포함하는 무인 이동체 제어 시스템{Apparatus for Unmanned Aerial Vehicle Control of Gimbal Structure Mountable with Cellphone and Controlling Unmanned Aerial Vehicle System Comprising the same}

본 발명은 무인 이동체 제어 장치 및 이를 포함하는 무인 이동체 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치 및 이를 포함하는 무인 이동체 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 무인 이동체란 사람이 타지 않고 무선전파 유도에 의해 비행하거나, 사전에 입력된 프로그램에 따라 또는 비행체 스스로 주위 환경(장애물, 항로)을 인식하고 판단하여 자율 비행하는 비행체를 의미할 수 있다.

이러한 무인 이동체는, 광학 센서, 적외선 센서, 레이더 센서 등을 탑재하여 감시, 정찰, 정밀공격 무기 유도, 통신/정보 중계 등 군사적 목적에서 활용될 수 있으며, 재난 사고 및 방재, 지형 및 환경 변화 감시, 연구 개발, 촬영, 물류, 통신 등의 민간 분야로 확대되고 있다. 또한, 상업적 목적의 무인 이동체뿐만 아니라, 복수의 로터(rotor) 또는 프로펠러(propeller)를 포함하는 헬리콥터 모양의 레저용 무인 이동체가 상용화되는 등 무인 이동체의 활용분야가 다양해지고 있다.

기존의 무인 이동체는 영상을 획득하기 위해 하단에 카메라를 부착하여 운용해왔으며, 무인 이동체가 비행함에 따라 축이 불안정해지며, 이로 인해 무인 이동체를 통해 획득한 영상 또한 변형되어 불완전한 영상을 얻게 되는 문제가 있다. 또한, 무인 이동체와 무선으로 통신을 수행할 수 있는 범위를 벗어나는 경우, 통신을 수행할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치로 다종의 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조를 포함하며 외부의 제어 명령을 입력 받아 짐벌의 회전을 제어하고, 비행 정보 및 비행 명령을 전달하는 통신의 허브 역할을 수행하는데 그 목적이 있다.

또한, 별도의 조종 장치 및 영상장치를 사용하지 않고 스마트폰을 영상획득 및 드론 제어에 사용하여 드론의 조종 거리의 제약을 없애고 스마트폰이 가진 다양한 촬영기능을 드론에 활용할 수 있게 하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치는, 짐벌 구조의 무인 이동체를 제어하는 장치에 있어서, 상기 무인 이동체와 연결되며, 제어 명령에 따라 다축 짐벌을 구동하는 짐벌 구동부; 상기 짐벌 구동부의 하단에 단말이 탑재되는 탑재부; 상기 짐벌 구동부와 상기 탑재부를 연결하는 링크부; 및 상기 짐벌 구동부로 상기 다축 짐벌의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 명령을 전송하고, 상기 무인 이동체로 비행 명령을 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 링크부는, 상기 단말과 단자를 통해 연결되어 유선 또는 무선으로 상기 자세 제어 명령 및 상기 비행 명령을 주고 받으며, 상기 단말로부터 획득된 영상을 상기 제어부에 전달하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 짐벌 구동부는, 상기 짐벌 구동부는 방향축에 대해 회전하는 각도를 측정하는 각도 측정부를 포함하고, 상기 짐벌 구동부는 상기 각도 측정부에서 측정한 회전하는 각도와 기 설정된 각도를 비교하여 상기 기 설정된 각도를 유지하도록 상기 자세 제어 명령에 따라 구동하여 상기 방향축에 대해 회전하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 짐벌 구동부는, 상기 무인 이동체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며, 3축 센서를 포함하고, 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 제1 구동부, 상기 제2 축을 기준으로 회전하는 제2 구동부 및 상기 제3 축을 기준으로 회전하는 제3 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 구동부는 상기 무인 이동체와 연결되어 고정되는 부분을 상기 제1 축을 기준으로 회전시키고, 상기 제2 구동부는 상기 링크부와 상기 탑재부가 연결되는 부분을 상기 제2 축을 기준으로 회전시키며, 상기 제3 구동부는 상기 탑재부를 상기 제3 축을 기준으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 외부의 원격 조정 장치와 통신 가능하도록 마련되는 통신부; 상기 무인 이동체가 이동하고자 하는 목적지에 대한 이동 경로에 따라 상기 무인 이동체를 제어하는 상기 비행 명령을 생성하는 비행 제어부; 및 상기 짐벌 구동부를 구동하기 위한 상기 자세 제어명령을 생성하는 짐벌 제어부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 짐벌 제어부는, 상기 비행 명령에 의해 무인 이동체가 이동함에 따라 이동 위치 별로 목표 각도를 설정하고, 상기 무인 이동체의 비행 시 외부 환경에 의해 변화하는 변형 각도를 상기 짐벌 구동부에서 전달 받으며, 상기 목표 각도 및 상기 변형 각도를 이용하여 상기 무인 이동체의 변형에 따라 상기 짐벌 제어부를 상기 목표 각도로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하여 상기 제어 각도에 따른 상기 자세 제어명령을 생성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 목표 각도는, 상기 단말을 통해 촬영하는 목표물을 기준으로 설정되어 상기 무인 이동체가 이동하는 이동 위치를 기준으로 설정되며, 미리 저장된 장애물 지도에 표시된 장애물을 피하면서 상기 단말이 기 설정된 각도를 향하도록 설정되고, 상기 목표물은 상기 무인 이동체의 비행 전에 미리 설정되거나, 상기 단말에 의해 촬영된 영상을 통해 상기 외부의 원격 조정 장치에서 설정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 무인 이동체의 비행 속도 및 비행 방향에 의해 상기 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치가 장애물에 의해 충돌할 것으로 예측하고, 상기 짐벌 구동부에 회피 신호를 전송하는 사고 발생 예측부를 더 포함하고, 상기 사고 발생 예측부는 상기 비행 속도가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우, 제1 사고 발생을 예측하는 제1 사고 발생 예측부; 및 상기 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치와 상기 장애물과의 거리가 기 설정된 임계치 미만인 경우, 제2 사고 발생을 예측하는 제2 사고 발생 예측부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 사고 발생 예측부는, 상기 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치와 상기 장애물과의 거리를 거리 측정 센서로 측정하고, 상기 측정된 장애물과의 거리가 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 제2 사고 발생을 예측하여 상기 장애물의 회피하기 위해 상기 장애물과의 거리를 3차원으로 예측한 회피 구동 신호를 상기 짐벌 구동부에 전달하고, 상기 짐벌 구동부는 상기 회피 구동 신호에 의해 상기 3차원으로 예측한 장애물과의 거리를 전달 받으면, 상기 무인 이동체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 각각 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 이동체 3축 센서를 포함하는 상기 무인 이동체가 기울어지는 3축 각도와 3축 각도에 따른 벡터 값 및 상기 짐벌 구동부의 짐벌 3축 센서를 통해 목표 각도로 제어하기 위한 3축으로 구현되는 제어 각도와 상기 제어 각도에 따른 벡터 값을 비교하여 상기 무인 이동체의 복수의 프로펠러의 출력 및 상기 짐벌 구동부를 제어하고, 상기 제어부는 상기 복수의 프로펠러 중 상기 무인 이동체가 기울어지는 부분에 위치하는 프로펠러를 더 높은 출력으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 이동체 제어 시스템은, 무인 이동체와 연결되며, 제어 명령에 따라 다축 짐벌을 구동하는 짐벌 구동부; 상기 짐벌 구동부의 하단에 단말이 탑재되는 탑재부; 상기 짐벌 구동부와 상기 탑재부를 연결하는 링크부; 및 상기 짐벌 구동부로 상기 다축 짐벌의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 명령을 전송하고, 상기 무인 이동체로 비행 명령을 전송하는 제어부를 포함하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치; 및 상기 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치에 탑재된 상기 단말에 의해 획득한 영상 데이터를 전달 받고, 상기 무인 이동체 및 상기 짐벌 구동부의 움직임을 통제하는 원격 조정 장치를 포함한다.

바람직하게는, 상기 짐벌 구동부는, 상기 무인 이동체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며, 상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 제1 구동부, 상기 제2 축을 기준으로 회전하는 제2 구동부 및 상기 제3 축을 기준으로 회전하는 제3 구동부를 포함하고, 상기 제1 구동부는 상기 무인 이동체와 연결되어 고정되는 부분을 상기 제1 축을 기준으로 회전시키고, 상기 제2 구동부는 상기 링크부와 상기 탑재부가 연결되는 부분을 상기 제2 축을 기준으로 회전하며, 상기 제3 구동부는 상기 탑재부를 상기 제3 축을 기준으로 회전시키는 것을 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 외부의 원격 조정 장치와 통신 가능하도록 마련되는 통신부; 상기 무인 이동체가 이동하고자 하는 목적지에 대한 이동 경로에 따라 상기 무인 이동체를 제어하는 상기 비행 명령을 생성하는 비행 제어부; 및 상기 짐벌 구동부를 구동하기 위한 상기 자세 제어명령을 생성하는 짐벌 제어부를 포함하고, 상기 짐벌 제어부는 상기 비행 명령에 의해 무인 이동체가 이동함에 따라 이동 위치 별로 목표 각도를 설정하고, 상기 무인 이동체의 비행 시 외부 환경에 의해 변화하는 변형 각도를 상기 짐벌 구동부에서 전달 받으며, 상기 목표 각도 및 상기 변형 각도를 이용하여 상기 무인 이동체의 변형에 따른 상기 짐벌 제어부가 상기 목표 각도로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하여 상기 제어 각도에 따른 상기 자세 제어명령을 생성한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 다종의 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조를 포함하며 외부의 제어 명령을 입력 받아 짐벌의 회전을 제어하고, 비행 정보 및 비행 명령을 전달하는 통신의 허브 역할을 수행할 수 있다.

또한, 별도의 조종 장치 및 영상장치를 사용하지 않고 스마트폰을 영상획득 및 드론 제어에 사용하여 드론의 조종 거리의 제약을 없애고 스마트폰이 가진 다양한 촬영기능을 드론에 활용할 수 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치를 간략히 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치가 적용된 무인 이동체 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치의 구성을 자세히 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치가 적용된 무인 이동체 시스템의 이동을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 이동체 제어 시스템을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

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.

이하의 설명에서 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.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치 및 이를 포함하는 무인 이동체 제어 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 스마트폰을 이용한 드론 제어 및 영상 획득 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치를 간략히 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 짐벌 구동부(100), 링크부(110), 탑재부(120) 및 제어부(130)를 포함한다. 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

짐벌 구동부(100)는 무인 이동체(20)와 연결되며, 제어 명령에 따라 다축 짐벌을 구동할 수 있다.

무인 이동체(20)는 사람이 탑승하여 조종하지 않으며, 원격 조종으로 움직이는 비행체를 의미한다.

짐벌 구동부(100)는 방향축에 대해 회전하는 각도를 측정하는 각도 측정부를 포함할 수 있다. 짐벌 구동부(100)는 각도 측정부에서 측정한 회전하는 각도와 기 설정된 각도를 비교하여 기 설정된 각도를 유지하도록 자세 제어 명령에 따라 구동하여 방향축에 대해 회전할 수 있다.

짐벌 구동부(100)는 무인 이동체(20)와 연결되는 제1 축과 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며, 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 제1 구동부, 제2 축을 기준으로 회전하는 제2 구동부 및 제3 축을 기준으로 회전하는 제3 구동부를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 구동부(102)는 무인 이동체(20)와 연결되어 고정되는 부분을 제1 축을 기준으로 회전시키고, 제2 구동부(104)는 링크부(110)와 탑재부가 연결되는 부분을 제2 축을 기준으로 회전시키며, 제3 구동부(106)는 탑재부(120)를 제3 축을 기준으로 회전시킬 수 있다.

링크부(110)는 짐벌 구동부(100)와 탑재부(120)를 연결할 수 있다.

링크부(110)는 단말(30)과 단자(140)를 통해 연결되어 유선 또는 무선으로 자세 제어 명령 및 비행 명령을 주고 받으며, 단말(30)로부터 획득된 영상을 제어부(130)에 전달할 수 있다. 구체적으로, 단말(30)은 단자(140)를 통해 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 제어 및 데이터 전송이 가능하도록 통신을 주고 받을 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 무선으로 통신을 수행할 수도 있다.

탑재부(120)는 짐벌 구동부(100)의 하단에 단말이 탑재될 수 있다.

제어부(130)는 짐벌 구동부(100)로 다축 짐벌의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 명령을 전송하고, 무인 이동체로 비행 명령을 전송할 수 있다. 제어부(130)는 도 2를 참조하여 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치의 제어부를 나타내는 블록도이다.

제어부(130)는 통신부(132), 비행 제어부(134) 및 짐벌 제어부(136)를 포함한다. 제어부(130)는 도 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

통신부(132)는 외부의 원격 조정 장치(40)와 통신 가능하도록 마련될 수 있다.

비행 제어부(134)는 무인 이동체(20)가 이동하고자 하는 목적지에 대한 이동 경로에 따라 무인 이동체(20)를 제어하는 비행 명령을 생성할 수 있다.

짐벌 제어부(136)는 짐벌 구동부(100)를 구동하기 위한 상기 자세 제어명령을 생성할 수 있다.

짐벌 제어부(136)는 비행 명령에 의해 무인 이동체(20)가 이동함에 따라 이동 위치 별로 목표 각도를 설정하고, 무인 이동체(20)의 비행 시 외부 환경에 의해 변화하는 변형 각도를 짐벌 구동부(100)에서 전달 받을 수 있다.

짐벌 제어부(136)는 목표 각도 및 상기 변형 각도를 이용하여 무인 이동체(20)의 변형에 따라 짐벌 제어부(100)를 목표 각도로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하여 제어 각도에 따른 자세 제어명령을 생성할 수 있다.

목표 각도는 단말(30)을 통해 촬영하는 목표물을 기준으로 설정되어 무인 이동체(20)가 이동하는 이동 위치를 기준으로 설정되며, 미리 저장된 장애물 지도에 표시된 장애물을 피하면서 단말(30)이 기 설정된 각도를 향하도록 설정될 수 있다.

목표물은 무인 이동체(20)의 비행 전에 미리 설정되거나, 단말(30)에 의해 촬영된 영상을 통해 외부의 원격 조정 장치(40)에서 설정할 수 있다.

제어부(130)는 무인 이동체(20)의 비행 속도 및 비행 방향에 의해 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)가 장애물에 의해 충돌할 것으로 예측하고, 짐벌 구동부(100)에 회피 신호를 전송하는 사고 발생 예측부를 더 포함할 수 있다.

사고 발생 예측부는 비행 속도가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우, 제1 사고 발생을 예측하는 제1 사고 발생 예측부 및 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 장애물과의 거리가 기 설정된 임계치 미만인 경우, 제2 사고 발생을 예측하는 제2 사고 발생 예측부를 포함할 수 있다.

제2 사고 발생 예측부는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 장애물과의 거리를 거리 측정 센서로 측정하고, 측정된 장애물과의 거리가 기 설정된 임계치 미만인 경우, 제2 사고 발생을 예측하여 장애물의 회피하기 위해 장애물과의 거리를 3차원으로 예측한 회피 구동 신호를 짐벌 구동부(100)에 전달할 수 있다. 이때, 짐벌 구동부(100)는 회피 구동 신호에 의해 3차원으로 예측한 장애물과의 거리를 전달 받으면, 무인 이동체(20)와 연결되는 제1 축과 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 각각 제어할 수 있다. 상술한 과정은 통해 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 무인 이동체(20)의 이동 없이 장애물을 피할 수 있으며, 무인 이동체(20)의 연료를 절약할 수 있다.

제어부(130)는 3축 센서를 포함하는 무인 이동체(20)가 기울어지는 3축 각도와 3축 각도에 따른 벡터 값 및 짐벌 구동부(100)의 짐벌 3축 센서를 통해 목표 각도로 제어하기 위한 3축으로 구현되는 제어 각도와 제어 각도에 따른 벡터 값을 비교하여 무인 이동체(20)의 복수의 프로펠러의 출력 및 짐벌 구동부(100)를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 복수의 프로펠러 중 무인 이동체(20)가 기울어지는 부분에 위치하는 프로펠러를 더 높은 출력으로 제어할 수 있다.

단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 무인 이동체(20) 및 무인 이동체 제어 장치(10)의 무게와 쌓인 방해물 양에 따른 무게를 비교하여 변화하는 변형 무게를 측정하는 무게 측정부를 더 포함할 수 있다. 제어부(130)는 변형 무게가 기 설정된 무게 이상인 경우, 무인 이동체(20)로 방해물 제거 신호를 송신하여 무인 이동체가 좌 또는 우로 이동함에 따른 방해물 제거 작업을 수행시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치가 적용된 무인 이동체를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치가 적용된 무인 이동체 시스템(1)은 단말(30)이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 무인 이동체(20)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 단말(30)이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 무인 이동체(20)의 하단에 연결되는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 무인 이동체(20)에 연결되며, 수평을 형성하도록 방향축에 대해 회전할 수 있다.

단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 짐벌 구동부(100), 링크부(110), 탑재부(120) 및 제어부(130)를 포함하며, 하기 도 5에서 상세히 설명한다.

짐벌 구동부(100)는 무인 이동체의 흔들림에도 탑재부(120)에 탑재된 단말의 자세를 유지하도록 할 수 있다. 이에 따라, 무인 이동체에 장착된 영상 촬영 장치 무인 이동체와 일체로 흔들리는 것과는 달리, 환경의 변화에도 흔들림 없이 영상을 획득하는 것이 가능하다.

종래의 제품이나 개발중인 4G/5G 통신 모듈은 드론 FC 제어와 영상처리, 짐벌 처리를 하여야 하므로 모듈에 부하가 생기며, 특히 영상처리 보드와 모듈간의 데이터 지연 현상을 유발하여 영상을 통한 실시간 조종에 어려움이 발생한다. 또한, 대용량의 데이터 처리로 인한 지연(Delay)은 드론 원격조종을 어렵게 하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 별도의 조정 장치 및 영상장치를 사용하지 않고 스마트폰을 영상획득 및 드론 제어에 사용하게 함으로 드론의 조정거리의 제약을 없애고 스마트폰이 가진 다양한 촬영기능을 드론에 활용할 수 있게 된다.

링크부(110)는 무인 이동체(20)와 연결되며, 짐벌 구동부(100)와 탑재부(120)를 서로 연결할 수 있다.

또한, 링크부(100)는 단말(30)로부터 획득된 영상을 원격 조정 장치(40)에 전송 가능하다.

짐벌 구동부(100)는 각도 측정부를 포함할 수 있다. 각도 측정부는 짐벌 구동부(100)에 포함되어 무인 이동체(20)의 하단에 위치할 수 있으며, 무인 이동체(20)에 조립되거나, 링크부(110)의 일단에 설치되어 온도, 태양광, 풍향을 포함하는 무인 이동체(20)의 비행 환경을 추가로 감지할 수 있다.

또한, 각도 측정부는 무인 이동체(20)의 측면에 위치하는 다수개의 센서들을 포함하여, 풍향으로 변형된 무인 이동체의 선수동요, 종동요 및 횡동요를 측정한다. 구체적으로, ADCP 등의 센서를 이용하여 풍향과 풍속을 추정하며, 바람의 영향으로 변형된 무인 이동체의 선수동요(Yaw), 종동요(Roll), 횡동요(Pitch)를 센서(IND 등)로 측정한다.

제어부(130)는 짐벌 구동부(100)로 짐벌 구동부(100)의 자세를 제어하기 위한 제어 명령을 전송하고, 무인 이동체(20)로 비행 명령을 전송한다.

제어부(130)는 무인 이동체(20)가 이동하고자 하는 목적지에 대해 이동 경로를 산출하여 이동 경로에 대한 비행 명령을 전송한다.

제어부(130)는 각도 측정부에서 감지한 감지 신호를 처리한다. 구체적으로, 제어루프를 이용하여 짐벌 구동부(100)를 제어하고, 무인 이동체의 이동 경로를 생성하여 무인 이동체를 목적지로 이동시키고자 하는 비행 명령을 전송한다.

짐벌 구동부(100)는 제어부(130)로부터 받은 제어 명령에 의해 3축 짐벌을 작동하여 무인 이동체의 자세 변경에 따른 선수동요, 종동요 및 횡동요를 보상하여 자세를 제어한다. 즉, 3축 짐벌을 작동하여 무인 이동체의 변형된 각을 보상한다.

구동을 위한 제어 명령 신호는 네트워크 상의 LBS서버와 통신하여 받을 수 있다.

제어부(130)는 통신부(132), 비행 제어부(134) 및 짐벌 제어부(136)를 포함한다.

통신부(132)는 외부의 원격 조정 장치와 통신 가능하도록 마련된다.

통신부(132)는 무선통신모듈을 포함할 수 있으며, GPS 수신기 및 송수신안테나를 포함할 수 있다. 통신부(132)는 외부의 컨트롤러에 의해 제어 가능하며, 컨트롤러는 스마트 단말기 등이 사용될 수 있다.

통신부(132)는 탑재부(120)에 탑재된 단말로부터 촬영된 영상을 외부로 전송한다. 또한, 무선신호를 보내는 방식으로 적외선(IR), 블루투스(BLUETOOTH), 지그비(ZIG-BEE), 와이파이(WI-FI) 및 무선 주파수(RF) 통신방식을 이용할 수 있다.

컨트롤러는 스마트 폰(Smart Phone), 단말기 외 기타 터치스크린을 사용하는 전자기기가 사용될 수 있다.

무인 이동체(20)는 샤프트프레임(21), 이동체 지지부(24), 프레임 중심부(25)를 포함한다.

샤프트프레임(21)은 무인 이동체 제어 장치(10)의 상단에 배치되며, 무인 이동체 제어 장치(10)와 연결되는 프레임 중심부(25)를 중심으로 연장되는 방향으로 다수개가 위치한다. 구체적으로, 프레임 중심부(25)로부터 동, 서, 남, 북에 해당하는 방향으로 위치한다.

각각의 샤프트프레임(21)은 일단에 연결되는 로터(22)와 로터(22)와 연결되어, 로터(22)의 회전 시 추력을 발생시키는 회전익(23)을 포함한다.

이동체 지지부(24)는 프레임 중심부(25)에 연결되어 무인 이동체가 지표면에 착륙할 시 넘어지지 않도록 지지한다. 또한, 무인 이동체 추락 시, 무인 이동체(20)의 손상을 방지하고, 보호할 수 있다. 구체적으로, 이동체 지지부(24)는 무인 이동체(20)의 프레임 중심부(25)에 대칭되도록 연결되며, 같은 형상을 형성할 수 있다.

이동체 지지부(24)는 하단에 미끌림을 방지하는 미끌림방지부재를 더 포함할 수 있으며, 미끌림방지부재는 고무 또는 실리콘 재질이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 배터리가 내재될 수 있는 전원공급부를 포함할 수 있으며, 배터리는 교체 및 충전이 가능하다. 만일 배터리 부족 시 또는 복귀 명령 수신 시 무인 이동체(20)는 자동 귀환하고 다시 비행하면 중단된 지점으로 복귀할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

단말(30)은 단말에 설치되는 어플리케이션을 통해 짐벌 구동부(100)를 제어할 수 있으며, 무인 이동체(20)에 탑재되어 있는 단말의 카메라를 제어하여 영상 촬영 설정을 제어하고, 영상 촬영 각도를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말(30)은 4G, 5G 등을 통해 통신을 수행하고, 다축 짐벌을 제어하고, 단말(30)의 카메라를 제어하고, 무인 이동체(20)를 제어하고, 무인 이동체 데이터 정보를 송수신할 수 있다. 여기서, 무인 이동체 데이터 정보는 무인 이동체가 이동하는 목표 위치, 속도, 이동 방향, 카메라를 통해 촬영한 영상 등을 포함할 수 있으며, 무인 이동체에 의해 생성되는 모든 데이터를 나타낸다.

또한, 무인 이동체(20)를 조종하여 무인 이동체(20)의 이동 경로를 제어하거나 자세를 제어할 수 있다.

또한, 무인 이동체(20)에 설치된 별도의 센서와 영상 촬영 장치를 통해 데이터 정보를 송수신 하는 것도 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 다종의 단말(30) 착탈이 가능한 구조로 형성될 수 있으며, 단자(140)를 통해 단말(30)과 제어부(130)간의 통신을 수행하여 제어 명령을 받아 다축 짐벌의 회전을 제어하고, FC와 비행 정보 및 비행 명령 등을 전달하는 통신의 허브 역할을 수행할 수 있다.

탑재부(120)는 다종의 휴대폰 착탈이 가능하도록 마련된다. 또한, 링크부(110)는 별도의 연결부(140)를 이용하여 무인 이동체(20)와 연결되어 무인 이동체(20)로부터 데이터를 전달 받고, 제어 명령 신호를 송수신 하는 것이 가능하다.

연결부(140)는 USB 포트로 구현되는 것이 바람직하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제어부(130)는 휴대폰의 제어 명령을 받아 짐벌 회전을 제어하며 조종 컨트롤러(Flight Controller, FC)와 비행 정보 및 비행 명령을 전달하는 통신의 허브 역할을 수행한다.

도 4를 참조하면, 제어부(130)는 통신부(132), 비행 제어부(134) 및 짐벌 제어부(136)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신부(132)는 RC(1320) 및 DATA LINK(1322)로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

원격 조종(Remote Control, RC)(1320)은 전파나 적외선을 이용하여 일정 범위 내에서 원격으로 조종할 수 있다. RC(1320)는 전파를 송신하는 송신기와 신호를 받는 수신기로 형성될 수 있다.

데이터 링크(DATA LINK)(1322)는 통신을 위한 장치로서, 원격제어 및 임무 통제를 전달받을 수 있다. DATA LINK(1322)는 데이터를 송수신하는 장치들을 연결하는 접속매체로서, 통신로를 말하며 링크에 의하여 접속되는 시스템을 일반적으로 노드(node)라고 한다.

비행 제어부(134) 및 짐벌 제어부(136)는 비행 컨트롤러(Flight Controller, F.C.)로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. F.C.는 통신부(132)와 ESC(1362) 사이에 연결되어 있으며, 원격 조정 장치에서 보내는 조종 명령과 자이로 센서 등의 입력에 따라 ESC(1362)에 모터부(1364)를 제어하는 신호를 보내는 역할을 한다. 즉, 기체를 안정적으로 비행하게 하도록 모터부(1364)를 제어한다.

제어부(130)는 ESC(1362), 모터부(1364) 및 전원부(1366)를 더 포함할 수 있다.

전자 변속기(Electronic Speed Controls, ESC)(1362)는 전원부(1366)의 전원을 입력 받아 3상 주파수를 발생시켜 모터를 제어하는 보드로서, 모터의 회전을 위해서 지속적으로 다른 위상의 고주파 신호를 만들어 모터에 인가할 수 있다. 또한, ESC(1362)는 전원부(1366)의 전원을 모터부(1364)에 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자 변속기(1362)는 하나의 모터부(1364)에 각각 연결되어 무인 이동체(20)의 속도 및 방향을 조절할 수 있으며, 짐벌 구동부(100)의 구동을 제어할 수 있다.

모터부(1364)는 브러시리스(Brushless) 모터로 구현될 수 있다. 구체적으로, 브러시리스(Brushless) 모터는 자기센서를 모터에 내장하여 회전자가 만드는 회전자계를 검출하고 이 전기신호를 고정자의 코일에 전하여 모터의 회전을 제어할 수 있다. 브러시리스(Brushless) 모터는 3상전류를 사용해야 하기 때문에 ESC(Electronic Speed Controls, 전자 속도 제어)가 필요하다. 따라서, ESC(1362)는 모터의 회전을 위해서 지속적으로 다른 위상의 고주파 신호를 만들어 모터에 인가할 수 있다.

전원부(1366)는 ESC(1362) 및 모터부(1364)에 전원을 인가할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치에 의한 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 방법은 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령어들을 포함하는 비일시적(Non-Transitory) 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 기록되어 무인 이동체 경로 제어 방법을 컴퓨터에서 수행하기 위한 컴퓨터에서 판독 가능한 프로그램이 기록된 저장 매체를 제공한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치의 구성을 자세히 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 고가의 무인 이동체용 LTE 통신 모듈 대신 단말(30)을 장착하여 LTE를 통한 장거리 비행 제어가 가능하다.

단말(30)은 전자 장치로서, 컴퓨팅 디바이스로 구현될 수 있으며, 스마트폰(Smart Phone), 휴대용 개인정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 랩톱(Laptop) 등이 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

짐벌 구동부(100)는 무인 이동체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동할 수 있다. 여기서, 짐벌 구동부(100)는 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 제1 구동부(102), 제2 축을 기준으로 회전하는 제2 구동부(104) 및 제3 축을 기준으로 회전하는 제3 구동부(106)를 포함할 수 있다.

짐벌 구동부(100)는 짐벌 제어부(136)에 의해 제어될 수 있다. 짐벌 제어부(136)는 비행 명령에 의해 무인 이동체가 이동함에 따라 이동 위치 별로 목표 각도를 설정하고, 무인 이동체의 비행 시 외부 환경에 의해 변화하는 변형 각도를 짐벌 구동부(100)에서 전달 받을 수 있다.

목표 각도는 단말(30)이 촬영하는 촬영 방향을 이용하여 설정될 수 있으며, 단말(30)이 촬영하는 목표물을 기준으로 설정될 수 있다. 여기서, 목표 각도는 무인 이동체(20)의 중심에서 직각 아래를 기준으로 설정될 수 있으며, 무인 이동체(20)의 중심에서 직각 아래를 0도로 보고, 좌측으로 이동 시 0도를 기준으로 - 각도, 우측으로 이동 시 + 각도로 볼 수 있다. 구체적으로, 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 목표 각도가 30도로 설정되는 경우, 무인 이동체(20)가 외부 환경에 의해 흔들리는 경우에서 30도가 유지되도록 짐벌 구동부(100)가 구동될 수 있다. 또한, 목표 각도는 무인 이동체(20)가 위치를 이동함에 따라 지속적으로 재설정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 무게를 측정하는 무게 측정부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 무게 측정부는 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10) 및 무인 이동체(20)의 무게를 측정할 수 있으며, 이를 통해 무인 이동체(20)의 비행 및 짐벌 구동부(100)의 구동을 방해하는 요소를 확인할 수 있다. 구체적으로, 무게 측정부는 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10) 또는 무인 이동체(20)에 쌓인 방해물의 무게를 측정하고, 측정된 무게를 제어부(130)로 전송할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 방해물이 기 설정된 무게 이상 쌓이는 경우, 방해물 제거 작업을 수행하도록 할 수 있다. 이때, 방해물 제거 작업은 무인 이동체(20)를 좌 또는 우로 움직여 방해물을 제거할 수 있으며, 상술한 과정을 통해 방해물이 제거되지 않을 경우, 방해물 제거를 위한 무인 이동체(20) 복귀 여부를 결정할 수 있다.

변형 각도는 무인 이동체(20)의 비행 시 외부 환경의 영향에 의해 변화하는 각도를 의미한다. 외부 환경의 영향은 무인 이동체(20)가 이동하는 방향, 풍향, 속도 등을 포함할 수 있으며, 무인 이동체(20)의 하부에 연결되는 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)에 탑재된 단말(30)에 의한 촬영에 영향을 줄 수 있는 요소를 포함할 수 있다.

단말(30)이 촬영하는 목표물은 원격 조정 장치(40)에 의해 설정될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제어부(130)에서 설정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 짐벌 구동부(100)는 3축을 따라 탑재부(120)에 탑재된 단말(30)을 목표 각도로 정밀하게 제어할 수 있다.

짐벌 구동부(100)는 선수동요, 종동요 및 횡동요를 측정할 수 있다. 여기서, 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 각각 선수 동요(Yaw)축, 종동요(Pitch)축, 횡동요(Roll)축이다.

제1 구동부(102)는 무인 이동체(20)와 연결되어 고정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 구동부(102)는 제1 축(A1)을 기준으로 X 방향으로 회전할 수 있다. 여기서, 제1 구동부(102)는 제1 축인 선수 동요(Yaw)축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

제2 구동부(104)는 상기 제1 구동부(1022)와 연결되는 링크부(110)의 끝단에서 위치할 수 있으며, 구체적으로, 링크부(110)와 탑재부(120)의 사이에 연결되어 고정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제2 구동부(104)는 제2 축(A2)을 기준으로 Y 방향으로 회전할 수 있다. 여기서, 제2 구동부(104)는 제2 축인 종동요(Pitch)축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

제3 구동부(106)는 탑재부(120)에 고정될 수 있으며, 구체적으로, 단말(30)이 탑재되는 후단에 연결되어 고정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제3 구동부(106)는 제3 축(A3)을 기준으로 Z 방향으로 회전할 수 있다. 여기서, 제3 구동부(106)는 제2 축인 횡동요(Roll)축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.

따라서, 짐벌 구동부(100)는 제어부(130)로부터 정밀하게 추정되어 피드백된 최종 위치 정보(위도, 경도, 고도 등) 및 자세 정보 (전진방향(Roll축 방향), 전진 방향의 우측방향(Pitch 축 방향), 중력 방향(Yaw 축 방향) 등의 회전각 정보를 기초로 구동할 수 있다.

자세를 의미하는 각도는 롤, 피치, 요(Roll, Pitch, Yaw)로 나타낼 수 있다. 요는 제1 축 방향 회전을 의미하고, 롤은 좌우로 회전하는 것을 의미한다. 피치는 앞으로 쏠릴 때 기울어지는 방향을 의미한다. 즉, 중력방향을 기준으로 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 값이 롤과 피치이며, 롤과 피치를 측정하기 위해 사용하는 센서가 가속도 센서와 자이로 센서일 수 있다.

Yaw의 회전축은 중력방향과 같다. 따라서, 가속도센서 보다는 자이로 센서의 제1 축 값을 측정하여 이 값을 이용해 Yaw값을 계산하고 드리프트되는 오차를 보상하는 마그네토미터, 즉 지자기센서를 추가적으로 사용 하는 것이 바람직하다. 3축 지자기 센서를 적용해서 Yaw 방향을 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 구동부(102)는 무인 이동체(20)와 연결되는 하단에서 x축 방향으로 회전시키고, 제2 구동부(104)는 링크부(110)와 탑재부(120)가 연결되는 부분의 링크부(110)를 Y축 방향으로 회전시키고, 제3 구동부(106)는 단말(30)이 탑재되는 탑재부(120)을 Z축 방향으로 회전시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 무인 이동체(20)의 하단에 구비되어 운용되며, 무인 이동체(20)에 의한 비행 시 장애물에 충돌할 것으로 예측되는 경우, 짐벌 구동부(100)를 구동시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 무인 이동체(20)의 비행 속도, 비행 방향 등에 따라 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)가 장애물에 충돌하거나, 외부 영향에 의해 손상을 입을 것으로 예측하고, 짐벌 구동부(100)로 회피 신호를 송신하는 사고 발생 예측부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 사고 발생 예측부는 무인 이동체(20)의 속도가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우, 제1 사고 발생을 예측하는 제1 사고 발생 예측부 및 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 장애물과의 거리가 기 설정된 임계치 미만인 경우, 제2 사고 발생을 예측하는 제2 사고 발생 예측부를 포함한다.

제1 사고 발생 예측부는 무인 이동체(20)의 속도에 따라 제1 사고 발생을 예측하여 무인 이동체(20)의 속도를 제어하거나, 복귀 명령을 송부할 수 있다. 예를 들어, 제1 사고 발생 예측부는 무인 이동체(20) 자체의 속도에 의해 제1 사고 발생을 예측하는 경우, 무인 이동체(20)의 속도를 제어하고, 외부 환경에 의해 무인 이동체(20)의 이동 속도가 빨라진 경우, 복귀 명령을 송부하여 무인 이동체(20) 및 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)의 손상을 방지할 수 있다.

제2 사고 발생 예측부는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 장애물과의 거리에 따라 제2 사고 발생을 예측하여 짐벌 구동부(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 사고 발생 예측부는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 장애물과의 거리에 의해 제2 사고 발생을 예측하는 경우, 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 장애물과의 거리를 X축, Y축, Z축 각각 확인하고, 장애물을 회피하기 위한 X축과의 거리, Y축과의 거리, Z축과의 거리를 계산하여 짐벌 구동부(100)를 제어하여 장애물을 회피할 수 있다. 이에 따라, 무인 이동체(20)가 이동하지 않고도 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)만 이동함에 따라 장애물을 회피할 수 있어 무인 이동체(20)의 연료를 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치가 적용된 무인 이동체 시스템의 이동을 나타낸 도면이다.

무인 이동체(20)가 좌회전, 우회전, 유턴 등 방향을 바꿔 이동하는 경우, 무인 이동체(20)의 축이 이동 방향으로 기울어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 무인 이동체(20)와 단말이 탑재 가능한 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10) 각각에 3축 센서를 포함하고, 3축 센서 결과 값을 서로 비교하여 무인 이동체(20)의 각각의 프로펠러와 짐벌 구동부(100)를 제어하여 무인 이동체(20)가 부드럽게 이동하면서 수평을 유지시키면서 짐벌을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 3축 센서는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10) 및 무인 이동체(20) 각각에 구비될 수 있다. 제어부(130)는 3축 센서를 통해 무인 이동체 제어 장치(10) 및 무인 이동체(20) 각각의 3축을 서로 비교하여 무인 이동체(20)의 프로펠러와 짐벌 구동부(100) 각각을 제어할 수 있다. 구체적으로, 원격 조정 장치(40)에서 무인 이동체(20)로 비행 명령을 송신함에 따라 무인 이동체(20)가 이동하며, 이동하는 방향에 따라 무인 이동체(20)의 3축 벡터 값과 짐벌 구동부(100)의 3축 벡터 값을 비교하여 복수의 프로펠러 각각의 출력을 조절하거나, 무인 이동체(20)를 복귀시킬 수 있다. 여기서, 3축 벡터 값은 무인 이동체 제어 장치(10) 및 무인 이동체(20)의 중심 하방 아래를 중심축을 나타내는 제1 축을 기준으로 할 수 있다.

예를 들어, 3축 센서는 무인 이동체(20)가 왼쪽으로 이동하며 회전하는 경우, 무인 이동체(20)가 왼쪽으로 기울어짐에 따른 무인 이동체(20)의 3축 각도를 산출하고 3축 벡터 값을 산출할 수 있으며, 무인 이동체 제어 장치(10) 또한 3축 각도 및 3축 벡터 값을 산출할 수 있다. 여기서, 무인 이동체 제어 장치(10)는 기울어진 3축의 각도를 보상하여 기 설정된 각도를 유지하도록 할 수 있다. 제어부(130)는 무인 이동체(20)의 3축 각도 및 3축 벡터 값을 이용하여 복수의 프로펠러 각각의 출력을 조절하며, 예를 들어, 왼쪽으로 기울어짐에 따라 무인 이동체(20)의 수평을 유지하기 위해 기울어진 쪽에 위치하는 프로펠러에 더 높은 출력을 내도록 제어할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 프로펠러의 출력에 따라 무인 이동체(20)가 수평을 유지하도록 기울어지는 각도를 시간에 따라 산출하고, 시간에 따라 무인 이동체(20)가 기울어지는 각도에 따라 짐벌 구동부(100)가 구동되는 각도를 계산하여 무인 이동체(20)의 프로펠러의 출력을 제어하는 동시에 짐벌 구동부(100)의 각도를 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 이동체 제어 시스템을 나타낸 도면이다.

무인 이동체 제어 시스템(1000)은 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10) 및 원격 조정 장치(40)을 포함한다. 구체적으로, 무인 이동체 제어 시스템(1000)은 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)와 원격 조정 장치(40)가 통신망(50)으로 연결되어 있다. 통신망(50)은 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10) 및 원격 조정 장치(40) 간의 통신을 가능케 할 목적으로 연결해 놓은 통신설비의 집합을 의미한다. 통신망(50)은 노드(Node), 회선, 간선, 및 위성 등을 포함하고 이들은 서로 연결 및 접속되어 있다.

짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10) 및 원격 조정 장치(40)는 유무선통신이 가능하다. 예컨대, 무선통신에는 근거리 무선통신, 원거리 무선통신, 이동통신, 및 무선랜 통신 등 다양한 통신 프로토콜이 사용될 수 있다. 무선통신 프로토콜을 예로 들면, 근거리 무선통신(Near Field Communication, NFC), 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-Fi), 와이맥스(WiMAX), GSM(Global System For Mobile Communication), 3G(Third Generation) 이동통신, LTE(Long Term Evolution), 4G, 5G 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7을 참조하면, 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)에 부착된 단말(30)은 스마트폰으로 구현될 수 있다.

스마트폰은 GCS의 명령을 받아 App을 통해 촬영 및 영상 데이터를 취득한다.

원격조정 GCS(Ground Control System)는 5G/4G통신으로 스마트폰을 제어하며 짐벌의 움직임을 통제한다.

스마트폰과 짐벌의 연결은 USB단자를 통한다.

스마트폰을 통해 획득한 영상데이터는 통신망(50)을 활용하여 즉시 전송하며, 5G 통신망을 활용할 수 있다.

단말(30)은 기지국을 통해 원격 조정 장치(40)와 통신을 주고 받을 수 있으며, 이를 통해 통신 거리에 제한이 없도록 할 수 있다.

원격 조정 장치(40)는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)에 탑재된 단말(30)에 의해 획득한 영상 데이터를 전달 받고, 무인 이동체(20) 및 짐벌 구동부(100)의 움직임을 통제할 수 있다.

원격 조정 장치(40)는 무인 이동체(20)의 이동 경로를 생성하여 단말(30)에 송신할 수 있으며, 단말(30)에서 촬영된 영상을 전달받아 짐벌 구동부(100)의 자세를 제어하는 제어 신호를 단말(30)에 전송할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 단말(30)을 장착하여 통신을 통한 장거리 비행의 제어가 가능하게 할 수 있다. 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치(10)는 단말(30)을 통해 4G 이동통신 기술인 LTE를 통한 통신뿐 아니라 3G, 5G 등과 같은 다양한 이동 통신 기술에 의해 무인 이동체(20)와 원격 조정 장치(40)간의 통신을 가능하게 할 수 있다.

이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(Floptical disk)와 같은 자기-광매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치
100: 짐벌 구동부
110: 링크부
120: 탑재부
130: 제어부
132: 통신부
134: 비행 제어부
136: 짐벌 제어부
20: 무인 이동체
30: 단말
40: 원격 조정 장치

Claims (13)

1. 짐벌 구조의 무인 이동체를 제어하는 장치에 있어서,
   상기 무인 이동체와 연결되며, 제어 명령에 따라 다축 짐벌을 구동하는 짐벌 구동부;
   상기 짐벌 구동부의 하단에 단말이 탑재되는 탑재부;
   상기 짐벌 구동부와 상기 탑재부를 연결하는 링크부; 및
   상기 짐벌 구동부로 상기 다축 짐벌의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 명령을 전송하고, 상기 무인 이동체로 비행 명령을 전송하는 제어부를 포함하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 링크부는,
   상기 단말과 단자를 통해 연결되어 유선 또는 무선으로 상기 자세 제어 명령 및 상기 비행 명령을 주고 받으며, 상기 단말로부터 획득된 영상을 상기 제어부에 전달하고,
   상기 짐벌 구동부는 상기 짐벌 구동부는 방향축에 대해 회전하는 각도를 측정하는 각도 측정부를 포함하고,
   상기 짐벌 구동부는 상기 각도 측정부에서 측정한 회전하는 각도와 기 설정된 각도를 비교하여 상기 기 설정된 각도를 유지하도록 상기 자세 제어 명령에 따라 구동하여 상기 방향축에 대해 회전하는 것을 특징으로 하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 짐벌 구동부는,
   상기 무인 이동체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며, 3축 센서를 포함하고,
   상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 제1 구동부, 상기 제2 축을 기준으로 회전하는 제2 구동부 및 상기 제3 축을 기준으로 회전하는 제3 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 구동부는 상기 무인 이동체와 연결되어 고정되는 부분을 상기 제1 축을 기준으로 회전시키고,
   상기 제2 구동부는 상기 링크부와 상기 탑재부가 연결되는 부분을 상기 제2 축을 기준으로 회전시키며,
   상기 제3 구동부는 상기 탑재부를 상기 제3 축을 기준으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   외부의 원격 조정 장치와 통신 가능하도록 마련되는 통신부;
   상기 무인 이동체가 이동하고자 하는 목적지에 대한 이동 경로에 따라 상기 무인 이동체를 제어하는 상기 비행 명령을 생성하는 비행 제어부; 및
   상기 짐벌 구동부를 구동하기 위한 상기 자세 제어명령을 생성하는 짐벌 제어부를 포함하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 짐벌 제어부는,
   상기 비행 명령에 의해 무인 이동체가 이동함에 따라 이동 위치 별로 목표 각도를 설정하고, 상기 무인 이동체의 비행 시 외부 환경에 의해 변화하는 변형 각도를 상기 짐벌 구동부에서 전달 받으며,
   상기 목표 각도 및 상기 변형 각도를 이용하여 상기 무인 이동체의 변형에 따라 상기 짐벌 제어부를 상기 목표 각도로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하여 상기 제어 각도에 따른 상기 자세 제어명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 목표 각도는,
   상기 단말을 통해 촬영하는 목표물을 기준으로 설정되어 상기 무인 이동체가 이동하는 이동 위치를 기준으로 설정되며, 미리 저장된 장애물 지도에 표시된 장애물을 피하면서 상기 단말이 기 설정된 각도를 향하도록 설정되고,
   상기 목표물은 상기 무인 이동체의 비행 전에 미리 설정되거나, 상기 단말에 의해 촬영된 영상을 통해 상기 외부의 원격 조정 장치에서 설정되는 것을 특징으로 하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 무인 이동체의 비행 속도 및 비행 방향에 의해 상기 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치가 장애물에 의해 충돌할 것으로 예측하고, 상기 짐벌 구동부에 회피 신호를 전송하는 사고 발생 예측부를 더 포함하고,
   상기 사고 발생 예측부는 상기 비행 속도가 기 설정된 임계치를 초과하는 경우, 제1 사고 발생을 예측하는 제1 사고 발생 예측부; 및 상기 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치와 상기 장애물과의 거리가 기 설정된 임계치 미만인 경우, 제2 사고 발생을 예측하는 제2 사고 발생 예측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 사고 발생 예측부는,
   상기 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치와 상기 장애물과의 거리를 거리 측정 센서로 측정하고, 상기 측정된 장애물과의 거리가 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 제2 사고 발생을 예측하여 상기 장애물의 회피하기 위해 상기 장애물과의 거리를 3차원으로 예측한 회피 구동 신호를 상기 짐벌 구동부에 전달하고,
   상기 짐벌 구동부는 상기 회피 구동 신호에 의해 상기 3차원으로 예측한 장애물과의 거리를 전달 받으면, 상기 무인 이동체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
10. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    3축 센서를 포함하는 상기 무인 이동체가 기울어지는 3축 각도와 3축 각도에 따른 벡터 값 및 상기 짐벌 구동부의 짐벌 3축 센서를 통해 목표 각도로 제어하기 위한 3축으로 구현되는 제어 각도와 상기 제어 각도에 따른 벡터 값을 비교하여 상기 무인 이동체의 복수의 프로펠러의 출력 및 상기 짐벌 구동부를 제어하고,
    상기 제어부는 상기 복수의 프로펠러 중 상기 무인 이동체가 기울어지는 부분에 위치하는 프로펠러를 더 높은 출력으로 제어하는 것을 특징으로 하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치.
11. 무인 이동체와 연결되며, 제어 명령에 따라 다축 짐벌을 구동하는 짐벌 구동부; 상기 짐벌 구동부의 하단에 단말이 탑재되는 탑재부; 상기 짐벌 구동부와 상기 탑재부를 연결하는 링크부; 및 상기 짐벌 구동부로 상기 다축 짐벌의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 명령을 전송하고, 상기 무인 이동체로 비행 명령을 전송하는 제어부를 포함하는 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치; 및
    상기 짐벌 구조의 무인 이동체 제어 장치에 탑재된 상기 단말에 의해 획득한 영상 데이터를 전달 받고, 상기 무인 이동체 및 상기 짐벌 구동부의 움직임을 통제하는 원격 조정 장치를 포함하는 무인 이동체 제어 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 짐벌 구동부는,
    상기 무인 이동체와 연결되는 제1 축과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 및 제3 축을 중심으로 구동하며,
    상기 제1 축을 중심으로 회전 가능하게 결합되는 제1 구동부, 상기 제2 축을 기준으로 회전하는 제2 구동부 및 상기 제3 축을 기준으로 회전하는 제3 구동부를 포함하고,
    상기 제1 구동부는 상기 무인 이동체와 연결되어 고정되는 부분을 상기 제1 축을 기준으로 회전시키고, 상기 제2 구동부는 상기 링크부와 상기 탑재부가 연결되는 부분을 상기 제2 축을 기준으로 회전하며, 상기 제3 구동부는 상기 탑재부를 상기 제3 축을 기준으로 회전시키는 것을 것을 특징으로 하는 무인 이동체 제어 시스템.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    외부의 원격 조정 장치와 통신 가능하도록 마련되는 통신부;
    상기 무인 이동체가 이동하고자 하는 목적지에 대한 이동 경로에 따라 상기 무인 이동체를 제어하는 상기 비행 명령을 생성하는 비행 제어부; 및
    상기 짐벌 구동부를 구동하기 위한 상기 자세 제어명령을 생성하는 짐벌 제어부를 포함하고,
    상기 짐벌 제어부는 상기 비행 명령에 의해 무인 이동체가 이동함에 따라 이동 위치 별로 목표 각도를 설정하고, 상기 무인 이동체의 비행 시 외부 환경에 의해 변화하는 변형 각도를 상기 짐벌 구동부에서 전달 받으며, 상기 목표 각도 및 상기 변형 각도를 이용하여 상기 무인 이동체의 변형에 따른 상기 짐벌 제어부가 상기 목표 각도로 제어하기 위한 제어 각도를 산출하여 상기 제어 각도에 따른 상기 자세 제어명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 무인 이동체 제어 시스템.

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