KR20210144987A

KR20210144987A - 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템과 그 제어방법

Info

Publication number: KR20210144987A
Application number: KR1020200061111A
Authority: KR
Inventors: 남우철; 박우룡; 이동희; 김기만; 조유준
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2021-12-01
Also published as: KR102391067B1

Abstract

본 발명은 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본체부; 상기 본체부 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임; 상기 날개 프레임 끝단 각각에 구비되는 프로펠러; 및 상기 프로펠러를 회전시키는 구동부;를 포함하며, 상기 구동부에 의한 상기 프로펠러의 회전에 의해 추력을 발생시키는 무인비행체에 대한 자동착륙시스템으로서, 표시대를 갖는 착륙스테이션; 및 상기 무인비행체 일측에 구비되어 촬상데이터를 획득하며 상기 무인비행체가 상기 착륙스테이션에 접근시 상기 표시대를 인식하는 비전시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템에 관한 것이다.

Description

수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템과 그 제어방법 {Fast autonomous UAV　landing system with upright structures and its control strategy}

본 발명은 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템과 그 제어방법에 대한 것이다.

사람이 작업하기 힘든 환경에서 무인 비행체의 필요성 및 활용도가 높아지고 있으며, 무인 비행체는 접근이 어려운 재난/재해 지역의 공중 영상 획득 및 전력선 검사 또는 전장상황에서의 적의 은닉 정보를 제공하거나, 무인기를 통한 정찰임무, 감시 임무를 수행하는 등의 임무를 수행할 수 있다.

무인 원격제어 수직이착륙 비행체의 보편적인 형태로 단일 로터형 헬리콥터와, 동축반전형 헬리콥터, 쿼드로터 등이 있다. 이 중에서 쿼드로터는 4개의 로터와 연결된 모터를 제어하며 여러가지 센서 및 신호처리를 이용하여 비교적 안정적으로 비행이 가능하다.

쿼드로터는 본체부를 중심으로 연장된 프레임에 마련된 4개의 프로펠러가 각각 BLDC 모터와 연결되고, 상기 모터의 회전에 의해 프로펠러에서 발생하는 추력을 이용해 비행을 할 수 있으며, 각 모터의 회전 각속도 차이에 의해 쿼드로터의 비행시 방향을 변경할 수 있다.

일반적인 무인비행체로는 멀티콥터 또는 고정익형이 주로 사용되는데 두 구조 모두 수평방향으로 넓은 공간을 차지한다. 멀티콥터는 기체에 달린 로터(회전날개 또는 프로펠러) 2개 이상을 이용해 이착륙 및 추진하는 비행체를 말한다. 여기서 로터는 회전축에 대한 방향으로 추력을 얻기 때문에 회전축에 대해 수직한 방향으로 넓은 날개가 장착되어 수평방향으로 넓은 구조를 가지게 된다. 고정익형 또한 넓은 날개를 이용하여 양력을 발생시키므로 수평방향으로 넓은 구조를 가지게 된다.

무인기의 특성상 사람이 행하지 못하는 지형에 비행하는 것이 큰 장점으로 작용한다. 탐사, 정찰 및 구조 등에 사용되면서 무인비행체의 쓰임새가 확장되고 있다.

무인 비행체는 많은 기술 발전을 통해 군사, 산업용으로 상용화되었으며, 물류 이송, 정찰 및 촬영 등에 사용된다. 기존에는 사용자가 직접 조종해야 했지만 무인 비행체의 자율비행 및 AI 기술이 발전하면서 조종자 없는 임무 수행이 가능해졌다.

이러한 임무 수행을 위해 무인 비행체에 다양한 센서들이 장착되는데 대표적으로 GPS, 카메라, 적외선 센서 등이 있다. 이 중 GPS와 비콘 등은 대표적인 포지셔닝 센서로 널리 사용된다.

기존 자동 착륙 시스템은 보다 정확한 비행과 임무 수행을 위해 여러 가지 장치를 구성하며 비행하게 된다. 예를 들어 컴퓨팅 프로세서, 포지셔닝 센서, 장애물 회피 센서 등을 사용한다. 이는 무인 비행체의 페이로드를 높이므로 수행능력을 저하시키고 비행시간이 짧아지는 등의 문제점을 갖는다.

또한 전파 교란, 고층 빌딩이 둘러싸인 환경에서 기존의 포지셔닝 센서(GPS, 비콘)는 정확도가 떨어지거나 사용할 수 없다는 문제점을 갖는다.

대한민국 등록특허 10-1684293 대한민국 등록특허 10-1651600 대한민국 등록특허 10-1788140 대한민국 공개특허 10-2019-0110499

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 비전 카메라가 구비된 무인 비행체의 자동 착륙 방법에 대한 것으로, 기존과 달리 자동 착륙을 위한 복잡한 구성을 갖지 않고 무인비행체의 전방 카메라를 이용해, 보다 정확한 자동 착륙을 위한 스테이션의 구성과 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무인 비행체의 복잡한 장치와 센서를 구성하지 않고 스테이션에 표적과 방향을 인식할 수 있는 표식, 카메라를 구성하여 자동 착륙의 정확도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무인 비행체와 착륙 스테이션의 표적과 카메라 구성을 통해 자동 착륙을 가능케 하며, 이는 기존 GPS, 비콘 등의 위치 센서들의 정확도 한계와 자동 착륙 시스템이 요구하는 무인 비행체의 복잡한 장치 구성의 한계를 극복하게 하며 보다 정확한 자동 착륙을 가능하게 하는, 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 시스템, 및 자동 착륙 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무인 비행체의 비전 시스템과 착륙 스테이션의 장치들을 이용하여 간단한 무인 비행체 구성으로 보다 정확한 착륙을 가능하게 하여 별도의 착륙시스템을 위해 구성된 무인 비행체가 아니더라도 위 시스템을 적용 할 수 있고, 무인 비행체의 비행시간 및 페이로드 등에 대해 불이익을 갖지 않고 기존 GPS 비콘 등과 같은 포지셔닝 시스템을 사용할 수 없는 환경에서도 적용할 수 있으며, 또한 스테이션에 고정된 카메라는 무인 비행체의 흔들리는 비전 시스템보다 정확한 착륙을 유도할 수 있어, 정확한 랜딩을 요구하는 무선 충전, 높은 페이로드를 요구하는 물류 시스템 등에 활용의 이점을 가질 수 있는 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 시스템, 및 자동 착륙 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 본체부; 상기 본체부 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임; 상기 날개 프레임 끝단 각각에 구비되는 프로펠러; 및 상기 프로펠러를 회전시키는 구동부;를 포함하며, 상기 구동부에 의한 상기 프로펠러의 회전에 의해 추력을 발생시키는 무인비행체에 대한 자동착륙시스템으로서, 표시대를 갖는 착륙스테이션; 및 상기 무인비행체 일측에 구비되어 촬상데이터를 획득하며 상기 무인비행체가 상기 착륙스테이션에 접근시 상기 표시대를 인식하는 비전시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 시스템으로서 달성될 수 있다.

그리고 비전시스템의 촬상데이터를 기반으로 상기 무인비행체가 상기 표시대를 쫓아 상기 착륙스테이션에 착륙되도록 상기 구동부를 제어하는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 표시대에는 표적물체를 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 비전시스템에서 상기 표적물체를 인식하여, 상기 무인비행체가 상기 표적물체를 쫓아 상기 착륙스테이션 측에 접근하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 표시대 일측에는 표식을 더 포함하며, 상기 무인비행체가 상기 착륙스테이션에 접근 후, 상기 비전시스템은 상기 표식을 인식하고, 상기 제어모듈은 인식된 상기 표식을 기반으로, 상기 무인비행체의 방향이 정렬되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 제어모듈은 상기 비전시스템에서 인식한 표식의 형태, 색, 및 배치 중 적어도 어느 하나를 기반으로 상기 무인비행체의 방향이 정렬되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 착륙스테이션은, 상기 무인비행체가 착륙하게 되는 착륙대와, 상기 착륙대 중앙부에 구비되어, 방향이 정렬되어 착륙하는 상기 무인비행체를 인식하는 스테이션 카메라를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 제어모듈은 상기 스테이션 카메라의 촬상데이터를 기반으로, 상기 구동부를 제어하여 상기 무인비행체가 상기 착륙대의 설정된 위치에 착륙되도록 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 제어모듈은 상기 스테이션 카메라의 촬상데이터에서 상기 무인비행체가 중심에 위치되도록 제어하여, 상기 무인비행체가 상기 착륙대의 설정된 위치에 착륙되도록 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은 본체부; 상기 본체부 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임; 상기 날개 프레임 끝단 각각에 구비되는 프로펠러; 상기 프로펠러를 회전시키는 구동부; 및 촬상데이터를 획득하며 상기 무인비행체가 착륙스테이션에 접근시 착륙스테이션에 구비된 표시대를 인식하는 비전시스템를 포함하는 무인비행체를 착륙스테이션에 자동 착륙시키기 위한 제어방법으로서, 상기 비전시스템이 상기 착륙스테이션의 표시대를 인식하는 단계; 및 제어모듈이 상기 비전시스템의 촬상데이터를 기반으로 상기 무인비행체가 상기 표시대를 쫓아 상기 착륙스테이션에 접근하도록 상기 구동부를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 방법으로서 달성될 수 있다.

그리고 상기 인식하는 단계에서, 상기 표시대에는 표적물체를 포함하여 상기 비전시스템이 상기 표적물체를 인식하고, 상기 제어하는 단계에서, 상기 제어모듈은 상기 무인비행체가 상기 표적물체를 쫓아 상기 착륙스테이션 측에 접근하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 표시대 일측에는 표식을 포함하며, 상기 무인비행체가 상기 착륙스테이션에 접근 후, 상기 비전시스템은 상기 표식을 인식하고, 상기 제어모듈은 인식된 상기 표식을 기반으로, 상기 무인비행체의 방향이 정렬되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 제어모듈은 상기 비전시스템에서 인식한 표식의 형태, 색, 및 배치 중 적어도 어느 하나를 기반으로 상기 무인비행체의 방향이 정렬되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 착륙스테이션은, 상기 무인비행체가 착륙하게 되는 착륙대의 중앙부에 구비되어, 방향이 정렬되어 착륙하는 상기 무인비행체를 인식하는 스테이션 카메라를 포함하며, 상기 정렬되도록 제어하는 단계 후에, 상기 제어모듈은 상기 스테이션 카메라의 촬상데이터를 기반으로, 상기 구동부를 제어하여 상기 무인비행체가 상기 착륙대의 설정된 위치에 착륙되도록 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 시스템, 및 자동 착륙 방법에 따르면, 비전 카메라가 구비된 무인 비행체의 자동 착륙 방법에 대한 것으로, 기존과 달리 자동 착륙을 위한 복잡한 구성을 갖지 않고 무인비행체의 전방 카메라를 이용해, 보다 정확한 자동 착륙이 가능한 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 시스템, 및 자동 착륙 방법에 따르면, 무인 비행체의 복잡한 장치와 센서를 구성하지 않고 스테이션에 표적과 방향을 인식할 수 있는 표식, 카메라를 구성하여 자동 착륙의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 시스템, 및 자동 착륙 방법에 따르면, 무인 비행체와 착륙 스테이션의 표적과 카메라 구성을 통해 자동 착륙을 가능케 하며, 이는 기존 GPS, 비콘 등의 위치 센서들의 정확도 한계와 자동 착륙 시스템이 요구하는 무인 비행체의 복잡한 장치 구성의 한계를 극복하게 하며 보다 정확한 자동 착륙이 가능한 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 시스템, 및 자동 착륙 방법에 따르면, 무인 비행체의 비전 시스템과 착륙 스테이션의 장치들을 이용하여 간단한 무인 비행체 구성으로 보다 정확한 착륙을 가능하게 하여 별도의 착륙시스템을 위해 구성된 무인 비행체가 아니더라도 위 시스템을 적용 할 수 있고, 무인 비행체의 비행시간 및 페이로드 등에 대해 불이익을 갖지 않고 기존 GPS 비콘 등과 같은 포지셔닝 시스템을 사용할 수 없는 환경에서도 적용할 수 있으며, 또한 스테이션에 고정된 카메라는 무인 비행체의 흔들리는 비전 시스템보다 정확한 착륙을 유도할 수 있어, 정확한 랜딩을 요구하는 무선 충전, 높은 페이로드를 요구하는 물류 시스템 등에 활용의 이점을 가질 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비전시스템을 갖는 무인비행체의 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표적물체, 표식, 스테이션 카메라를 갖는 착륙 스테이션의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어모듈의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 색상을 갖는 이용한 표식을 갖는 표시대의 전방 부분 사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 색상을 갖는 이용한 표식을 갖는 표시대 후방 부분 사시도,
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 형태를 이용한 표식을 갖는 표시대의 부분 사시도,
도 7b는 도 7a에서 표식이 중앙에 위치한 비전 시스템에 의한 촬상데이터,
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 배치를 이용한 표식을 갖는 표시대의 부분 사시도,
도 8b는 도 8a에서 표식이 중앙에 위치한 비전 시스템에 의한 촬상데이터를 나타낸 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙시스템(100)의 구성, 기능 그리고 이를 이용한 자동 착륙 방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙방법의 흐름도를 도시한 것이다.

그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비전시스템을 갖는 무인비행체의 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표적물체(31), 표식(32), 스테이션 카메라를 갖는 착륙 스테이션(20)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어모듈의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체(10)는 통상의 무인비행체와 같이, 배터리 모듈을 포함하는 본체부(11)와, 이러한 본체부(11) 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임(12), 그리고 날개 프레임(12) 끝단 각각에 구비되는 프로펠러(13), 및 프로펠러(13)를 회전시키는 구동부(14)를 포함하며, 구동부(14)에 의한 프로펠러(13)의 회전에 의해 추력을 발생시키도록 구성됨을 알 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체(10)는 본체부(11) 전방면에 구비되어 전방측을 촬상하는 비전시스템(15)을 포함하여 구성된다.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 착륙 스테이션(20)은, 무인 비행체(10)가 설정된 위치에 착륙하게 되는 착륙대와, 이러한 착륙대에 세워지는 표시대(30)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다. 그리고 이러한 표시대(30) 외면 일측에는 표식(32)이 설치되며, 상부 끝단에는 표적물체(31)가 구비됨을 알 수 있다. 또한, 착륙 스테이션(20)의 착륙대 중앙부에는 상부측으로 이미지를 촬상하는 스테이션 카메라(22)가 설치되게 된다.

후에 상세히 설명되는 바와 같이, 제어모듈(16)은 무인비행체(10)의 비전시스템(15)과, 착륙 스테이션(20)의 스테이션 카메라(22)에서 촬상된 데이터를 기반으로, 구동부(14)를 제어하여 무인비행체(10)가 착륙 스테이션(20)의 착륙대에 정확한 위치에 자동착륙되도록 컨트롤 하게 된다.

착륙 스테이션(20)의 표시대(30) 상부 끝단에 설치되는 표적물체(31)는 무인 비행체(10)가 착륙 스테이션(20)에 접근 시 무인 비행체(10)의 비전시스템(15)에서 인식하여 쫓도록 구성한 것이다. 즉, 제어모듈(16)은 비전시스템(15)에서 표적물체(31)를 인식하여, 무인비행체(10)가 표적물체(31)를 쫓아 착륙스테이션(20) 측에 접근하도록 구동부(14)를 제어하게 된다.

그리고 표시대(30) 외면 일측에 구비되는 표식(32)은 무인 비행체(10)가 표적물체(31)를 쫓아 착륙 스테이션(20)에 접근한 후, 무인 비행체(10)의 비전시스템(15)에서 인식하여, 어떤 방향에서도 착륙 스테이션(20)과 방향을 나란히 할 수 있도록 구성한 것이다.

즉, 무인비행체(10)가 표적 물체(31)를 쫓아 착륙스테이션(20)에 접근 후, 비전시스템(15)은 표식(32)을 인식하게 되고, 제어모듈(16)은 인식된 표식(32)을 기반으로, 무인비행체(10)의 방향이 정렬되도록 제어하게 된다.

제어모듈(16)은 비전시스템(15)에서 인식한 표식(32)의 형태, 색, 및 배치 중 적어도 어느 하나를 기반으로 무인비행체(10)의 방향이 정렬되도록 제어하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 색상을 갖는 이용한 표식(32)을 갖는 표시대의 전방 부분 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 색상을 갖는 이용한 표식(32)을 갖는 표시대 후방 부분 사시도를 도시한 것이다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 파란색, 초록색 두가지 색으로 구성될 수 있고, 무인 비행체(10)의 비전 시스템(15)에서 좌측에 초록색, 우측에 파란색이 될 때 착륙스테이션(20)과 무인 비행체(10)의 방향이 정렬되었다고 판단하고, 제어모듈(16)은 이러한 정렬된 방향이 유지되도록 제어하게 된다.

도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 형태를 이용한 표식(32)을 갖는 표시대의 부분 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 7b는 도 7a에서 표식(32)이 중앙에 위치한 비전 시스템에 의한 촬상데이터를 도시한 것이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 표식(32)은 외측으로 뾰족한 형태를 가질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 이러한 뽀족한 모서리가 중앙에 위치될 때, 착륙스테이션(20)과 무인 비행체(10)의 방향이 정렬되었다고 판단하고, 제어모듈(16)은 이러한 정렬된 방향이 유지되도록 제어할 수 있다.

도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 배치를 이용한 표식(32)을 갖는 표시대의 부분 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 8b는 도 8a에서 표식(32)이 중앙에 위치한 비전 시스템에 의한 촬상데이터를 나타낸 것이다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 표식(32)은 4개의 세로방향 직사각형이 배열된 형태를 가질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 이러한 4개의 세로방향 직사각형이 중앙에 모두 위치될 때, 착륙스테이션(20)과 무인 비행체(10)의 방향이 정렬되었다고 판단하고, 제어모듈(16)은 이러한 정렬된 방향이 유지되도록 제어할 수 있다.

그리고 착륙 스테이션(20)의 착륙대 중앙부에 설치되는 스테이션 카메라(22)는 착륙 스테이션(20)과 방향을 나란히 한 무인 비행체(10)가 착륙하는 과정에서 착륙대의 중심에 위치하여 무인 비행체(10)를 인식하여 스테이션 카메라(22)의 촬상데이터 상의 중심에 무인비행체(10)가 위치하도록 컨트롤하여 착륙 위치의 오차를 줄이도록 구성한 것이다.

즉, 착륙스테이션(20)에는, 무인비행체(10)가 착륙하게 되는 착륙대와, 이러한 착륙대 중앙부에 구비되어, 방향이 정렬되어 착륙하는 무인비행체(10)를 인식하는 스테이션 카메라(22)를 포함하여 구성된다.

제어모듈(16)은 스테이션 카메라(22)의 촬상데이터를 기반으로, 구동부(14)를 제어하여 무인비행체(10)가 착륙대의 설정된 위치에 착륙되도록 조절하게 된다. 즉, 제어모듈(16)은 스테이션 카메라(22)의 촬상데이터에서 무인비행체(10)가 중심에 위치되도록 제어하여, 무인비행체(10)가 착륙대의 설정된 위치에 정확하게 착륙되도록 조절하게 된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 무인 비행체(10)의 비행중, 무인 비행체(10)에 구비된 비전 시스템(15)이 착륙 스테이션(20)의 표시대(30) 상부 끝단에 설치된 표적물체(31)를 인식하게 된다(S1).

그리고 비전 시스템(15)이 표적물체(31)를 인식하게 되면, 제어모듈(16)은 비전시스템(15)의 촬상데이터를 기반으로 무인비행체(10)가 표시물체(31)를 쫓아 착륙스테이션(20)에 접근하도록 구동부(14)를 제어하게 된다(S2).

그리고 표시물체(31)를 쫓아 무인비행체(10)가 착륙스테이션(20)에 접근하고 하강하게 되면 비전 시스템(15)은 표식(32)을 인식하게 된다(S3).

그리고 이러한 표식(32)을 기반으로 무인비행체(10)의 방향이 정렬되도록 제어하게 된다(S4). 즉, 무인비행체(10)가 착륙스테이션(20)에 접근 후, 비전시스템(15)은 표식(32)을 인식하고, 제어모듈(16)은 인식된 표식(32)을 기반으로, 무인비행체(10)의 방향이 정렬되도록 제어하게 된다. 앞서 언급한 바와 같이, 표식(32)의 형태, 색, 배치 등을 기분으로 무인비행체(10)를 착륙스테이션(20)에 방향정렬을 하게 된다.

예를 들어 색을 기준으로 정렬하는 경우, 앞서 언급한 도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 색으로된 표식(32)에서 한 가지 색만이 인식되었을 경우 각 색에 따라 미리 지정된 스테이션(20) 정면 방향으로 운동하여 정면에서 두 가지 색을 인식할 때까지 회전운동하고, 두 가지 색이 인식되었을 경우 무인 비행체(10)의 비전 시스템(15) 상에서 색의 배치에 따라 착륙 스테이션(20)과의 정면 또는 후면의 상대 위치를 인식한 뒤 후면일 경우 회전운동을 통해 착륙 스테이션(20) 정면에 정렬되도록 이동하게 된다.

이때 무인 비행체(10)는 스테이션 카메라(22)가 인식 가능한 범위에 위치되게 된다. 즉, 방향이 정렬되어 착륙하는 과정에서 스테이션 카메라(22)는 무인 비행체(10)를 인식하게 된다(S5).

그리고 제어모듈(16)은 스테이션 카메라(22)의 촬상데이터를 기반으로, 구동부(14)를 제어하여 무인비행체(10)가 착륙대의 설정된 위치에 정확하게 착륙되도록 컨트롤하게 된다(S6).

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10:무인비행체
11:본체부
12:날개프레임
13:날개프레임
14:구동부
15:비전시스템
16:제어모듈
20:착류스테이션
21:착륙대
22:스테이션 카메라
30:표시대
31:표적물체
32:표식
100:비전 시스템을 이용한 무인 비행체의 자동 착륙 시스템

Claims

본체부; 상기 본체부 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임; 상기 날개 프레임 끝단 각각에 구비되는 프로펠러; 및 상기 프로펠러를 회전시키는 구동부;를 포함하며, 상기 구동부에 의한 상기 프로펠러의 회전에 의해 추력을 발생시키는 무인비행체에 대한 자동착륙시스템으로서,
표시대를 갖는 착륙스테이션; 및
상기 무인비행체 일측에 구비되어 촬상데이터를 획득하며 상기 무인비행체가 상기 착륙스테이션에 접근시 상기 표시대를 인식하는 비전시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템.
제 1항에 있어서,
상기 비전시스템의 촬상데이터를 기반으로 상기 무인비행체가 상기 표시대를 쫓아 상기 착륙스테이션에 착륙되도록 상기 구동부를 제어하는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템.
제 2항에 있어서,
상기 표시대에는 표적물체를 포함하고,
상기 제어모듈은 상기 비전시스템에서 상기 표적물체를 인식하여, 상기 무인비행체가 상기 표적물체를 쫓아 상기 착륙스테이션 측에 접근하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템.
제 3항에 있어서,
상기 표시대 일측에는 표식을 더 포함하며,
상기 무인비행체가 상기 착륙스테이션에 접근 후, 상기 비전시스템은 상기 표식을 인식하고, 상기 제어모듈은 인식된 상기 표식을 기반으로, 상기 무인비행체의 방향이 정렬되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템.
제 4항에 있어서,
상기 제어모듈은 상기 비전시스템에서 인식한 표식의 형태, 색, 및 배치 중 적어도 어느 하나를 기반으로 상기 무인비행체의 방향이 정렬되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템.
제 5항에 있어서,
상기 착륙스테이션은, 상기 무인비행체가 착륙하게 되는 착륙대와, 상기 착륙대 중앙부에 구비되어, 방향이 정렬되어 착륙하는 상기 무인비행체를 인식하는 스테이션 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템.
제 6항에 있어서,
상기 제어모듈은 상기 스테이션 카메라의 촬상데이터를 기반으로, 상기 구동부를 제어하여 상기 무인비행체가 상기 착륙대의 설정된 위치에 착륙되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템.
제 7항에 있어서,
상기 제어모듈은 상기 스테이션 카메라의 촬상데이터에서 상기 무인비행체가 중심에 위치되도록 제어하여, 상기 무인비행체가 상기 착륙대의 설정된 위치에 착륙되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템.
본체부; 상기 본체부 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임; 상기 날개 프레임 끝단 각각에 구비되는 프로펠러; 상기 프로펠러를 회전시키는 구동부; 및 촬상데이터를 획득하며 상기 무인비행체가 착륙스테이션에 접근시 착륙스테이션에 구비된 표시대를 인식하는 비전시스템를 포함하는 무인비행체를 착륙스테이션에 자동 착륙시키기 위한 제어방법으로서,
상기 비전시스템이 상기 착륙스테이션의 표시대를 인식하는 단계; 및
제어모듈이 상기 비전시스템의 촬상데이터를 기반으로 상기 무인비행체가 상기 표시대를 쫓아 상기 착륙스테이션에 접근하도록 상기 구동부를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템의 제어방법.
제 9항에 있어서,
상기 인식하는 단계에서, 상기 표시대에는 표적물체를 포함하여 상기 비전시스템이 상기 표적물체를 인식하고,
상기 제어하는 단계에서, 상기 제어모듈은 상기 무인비행체가 상기 표적물체를 쫓아 상기 착륙스테이션 측에 접근하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템의 제어방법.
제 10항에 있어서,
상기 표시대 일측에는 표식을 포함하며, 상기 무인비행체가 상기 착륙스테이션에 접근 후, 상기 비전시스템은 상기 표식을 인식하고, 상기 제어모듈은 인식된 상기 표식을 기반으로, 상기 무인비행체의 방향이 정렬되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템의 제어방법.
제 11항에 있어서,
상기 제어모듈은 상기 비전시스템에서 인식한 표식의 형태, 색, 및 배치 중 적어도 어느 하나를 기반으로 상기 무인비행체의 방향이 정렬되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템의 제어방법.
제 12항에 있어서,
상기 착륙스테이션은, 상기 무인비행체가 착륙하게 되는 착륙대의 중앙부에 구비되어, 방향이 정렬되어 착륙하는 상기 무인비행체를 인식하는 스테이션 카메라를 포함하며,
상기 정렬되도록 제어하는 단계 후에, 상기 제어모듈은 상기 스테이션 카메라의 촬상데이터를 기반으로, 상기 구동부를 제어하여 상기 무인비행체가 상기 착륙대의 설정된 위치에 착륙되도록 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조물을 이용한 무인 항공기의 고속 자동 착륙시스템의 제어방법.