KR20230033079A - 추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법 - Google Patents

추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터는 본체, 4개 이상의 꼭지점을 갖는 n각형(n은 짝수)의 꼭지점에 배치되는 복수 개의 구동부, 상기 본체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수 개의 암부, 상기 복수 개의 구동부의 회전수를 모니터링하며, 상기 복수 개의 구동부 중 비정상 구동부를 감지하는 감지부, 상기 비정상 구동부의 개수, 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 비정상 구동부의 대치점에 있는 대치점 구동부의 회전방향을 판단하는 판단부 및 상기 비정상 구동부를 정지시키고, 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시키는 컨트롤제어부를 포함한다.

Description

추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법{MULTICOPTER FOR FALL PREVENTION AND CONTROL METHOD FOR MULTICOPTER}
본 발명은 추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 구동부 중 일부가 비정상 작동하는 경우에 추락을 방지하는 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법에 관한 것이다.
멀티콥터는 일반적으로 기체에 로터(회전날개 또는 프로펠러)를 2개 이상 이용하여 이착륙, 추진 그리고 회전하는 항공기를 지칭하고, 사람이 직접 탑승하여 조종하지 않고 무선으로 조종하는 항공기를 의미하기도 하지만 사람이 직접 탑승하여 조종하는 유인 항공기를 포함한다.
멀티콥터는 표적드론, 정찰드론 등과 같이 군사적 목적뿐 아니라, 원격탐지장치, 위성제어장치, 무인택배, 건설, 소방 등의 다양한 목적으로 그 사용이 확대되고 있다.
멀티콥터는 로터의 숫자에 따라 트리콥터(3개), 쿼드콥터(4개), 헥사콥터(6개) 등으로 분류되고, 일반적으로 요(yaw) 방향 제어를 용이하게 하기 위해 짝수 개의 로터를 장착하여 비행한다. 그 중에서도 모터가 적정 개수 포함되어 경제적이면서도 자세제어가 직관적인 쿼드콥터가 주로 이용된다.
도 1a는 일반적인 쿼드콥터의 로터 회전방향을 나타낸 것으로, 각 로터(200')는 인접하는 로터(200')의 회전방향과 반대방향으로 회전한다. 도 1b는 쿼드콥터의 로터 중 하나가 비정상 작동하여 정지된 경우를 나타낸 것이다. 이렇게 쿼드콥터에서 로터 중 하나가 정지된 경우에는, 첫째로 각운동량 보존법칙에 따라 요 방향의 평형을 잃고 반시계방향으로 회전하게 되며, 둘째로 4개의 로터로 양력을 유지하던 쿼드콥터는 하나의 동력을 상실함에 따라 쿼드콥터를 부양하지 못하고 하강하게 된다.
즉, 쿼드콥터의 로터 중 일부가 비정상 작동을 하는 경우에는 요 방향 제어력이 상실되고 양력 균형을 잃으면서 기체가 전복되거나 추락하는 문제점이 있다.
또한, 멀티콥터는 카메라 등으로 외부를 촬영하거나 지형 정보를 취득하는 등 기록매체에 저장된 정보를 활용하기 위한 용도로 사용되는 경우가 많다. 따라서 멀티콥터가 추락하여 파손되는 것은 멀티콥터의 사용자에게 치명적이며 고가의 장비를 재사용할 수 없어 비용의 손실도 상당하게 된다.
즉 종래의 멀티콥터는 로터의 일부가 비정상 작동하는 경우에 멀티콥터를 제어하여 안전하게 비행 또는 착륙할 수 있는 방안이 요구되었다.
전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 추락을 방지할 수 있는 멀티콥터 및 멀티콥터의 제어방법을 제공하며, 보다 구체적으로 복수 개의 로터 중 일부가 비정상 작동하는 경우에 추락하지 않고 안전하게 비행 또는 착륙할 수 있는 멀티콥터 및 멀티콥터의 제어방법을 제공한다.
다만 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터는 본체, 4개 이상의 꼭지점을 갖는 n각형(n은 짝수)의 꼭지점에 배치되는 복수 개의 구동부, 상기 본체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수 개의 암부, 상기 복수 개의 구동부의 회전수를 모니터링하며, 상기 복수 개의 구동부 중 비정상 구동부를 감지하는 감지부, 상기 비정상 구동부의 개수, 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 비정상 구동부의 대치점에 있는 대치점 구동부의 회전방향을 판단하는 판단부 및 상기 비정상 구동부를 정지시키고, 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시키는 컨트롤제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 컨트롤제어부는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 90˚ 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 컨트롤제어부는 상기 비정상 구동부의 회전방향이 반시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향으로 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 컨트롤제어부는 상기 비정상 구동부의 회전방향이 시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 시계방향으로 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 컨트롤제어부는 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 회전축을 수직방향에 대해 전진 또는 후진 방향으로 설정각도만큼 기울일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 상승시키는 출력제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 출력제어부는 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을, 상기 복수 개의 구동부의 추력 수직성분의 합과 멀티콥터의 무게가 평형 상태에 있는 정상비행 상태의 양력을 유지하도록 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 출력제어부는 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 정상비행 상태의 출력의 n/(n-2) 이상으로 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 판단부에서 판단한 비정상 구동부의 개수가 1개인 비정상비행 상태에서는 상기 비정상 구동부의 구동을 정지시키고 상기 비정상 구동부를 제외한 나머지 상기 구동부만을 구동시키는 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 전환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터에 있어서, 상기 판단부에서 판단한 비정상 구동부의 개수가 2개 이상인 비정상비행 상태에서 전개되는 낙하산장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법은 멀티콥터는 4개 이상의 꼭지점을 갖는 n각형(n은 짝수)의 꼭지점에 배치되는 복수 개의 구동부로 정상비행하며, 상기 복수 개의 구동부의 회전수를 모니터링하는 단계, 상기 구동부의 회전수로부터 상기 복수 개의 구동부 중 비정상 구동부를 감지하는 단계, 상기 비정상 구동부의 개수, 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 비정상 구동부의 대치점에 있는 대치점 구동부의 회전방향을 판단하는 단계 및 상기 비정상 구동부가 1개로 판단되고 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 대치점 구동부의 회전방향이 동일한 경우는, 상기 비정상 구동부를 정지시키고 상기 대치점 구동부의 회전축을 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 상기 비정상 구동부가 1개로 판단되고 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 대치점 구동부의 회전방향이 동일한 경우는, 상기 비정상 구동부를 정지시키고 상기 대치점 구동부의 회전축을 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 90˚ 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 상기 비정상 구동부가 1개로 판단되고 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 대치점 구동부의 회전방향이 반대인 경우는, 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 상기 비정상 구동부의 회전방향이 반시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향으로 회전시키고, 상기 비정상 구동부의 회전방향이 시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 시계방향으로 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 회전축을 수직방향에 대해 전진 또는 후진 방향으로 설정각도만큼 기울이는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 상승시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을, 상기 복수 개의 구동부의 추력 수직성분의 합과 멀티콥터의 무게가 평형 상태에 있는 정상비행 상태의 양력을 유지하도록 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 정상비행 상태의 출력의 n/(n-2) 이상으로 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점에 있는 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 감소시켜 상기 멀티콥터를 착륙시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 비정상 구동부의 개수가 1개인 비정상비행 상태에서는 상기 비정상 구동부의 구동을 정지시키고 상기 비정상 구동부를 제외한 나머지 상기 구동부만을 구동시키는 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터 제어방법에 있어서, 비정상 구동부의 개수가 2개 이상인 비정상비행 상태에서는 낙하산장치를 전개하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법은 비정상 구동부가 발생하는 경우, 그 대치점에 있는 구동부를 회전시켜 요 방향 제어를 가능하게 함으로써 멀티콥터의 추락을 방지하고 안전하게 비행 및 착륙할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법은 비정상 구동부 및 대치점 구동부를 제외한 각 구동부의 회전축을 전진 또는 후진 방향으로 기울여서, 비정상 구동부가 발생하였음에도 불구하고 단순 착륙이 아닌 전진 또는 후진 방향으로의 이동이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법은 비정상 구동부 및 대치점 구동부를 제외한 각 구동부의 출력을 상승시켜 멀티콥터의 양력을 유지시킬 수 있고, 이로 인해 멀티콥터는 추락하지 않고 안전하게 비행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법은 비정상 구동부가 1개 발생한 경우에, 미리 세팅된 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 전환하여 제어에 어려움 없이 멀티콥터를 추락하지 않고 안전하게 비행하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터 및 멀티콥터 제어방법은 비정상 구동부가 2개 이상 발생한 경우에는, 낙하산장치를 전개하여 멀티콥터를 안전하게 착륙할 수 있도록 한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 멀티콥터의 구동부 회전방향 및 구동부 중 하나가 비정상 작동하는 경우를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 구동부의 개수가 4, 6 및 8인 경우를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 각 제어부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 구동부 중 하나가 비정상 작동하는 경우를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 구동부 중 다른 하나가 비정상 작동하는 경우를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 4를 Ⅵ 방향으로 바라본 것으로, 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 대치점 구동부의 회전축이 암부를 중심으로 회전하는 것을 나타내는 정면도이다.
도 7은 도 4를 Ⅶ 방향으로 바라본 것으로, 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 구동부 중 일부의 회전축이 전진 또는 후진 방향으로 기울어진 것을 나타내는 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 구동부 중 일부의 회전축이 전진 또는 후진 방향으로 기울어진 것을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 전개되는 낙하산장치를 나타내는 정면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 멀티콥터 제어방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
이하 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)에 대해 설명한다.
도 1은 일반적인 멀티콥터의 구동부 회전방향 및 구동부 중 하나가 비정상 작동하는 경우를 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)에서 구동부(200)의 개수가 4, 6 및 8인 경우를 나타내는 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)에서 각 제어부를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)에서 구동부(200) 중 하나가 비정상 작동하는 경우를 나타내는 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)에서 구동부(200) 중 다른 하나가 비정상 작동하는 경우를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 4를 Ⅵ 방향으로 바라본 것으로, 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)에서 대치점 구동부(200b)의 회전축이 암부(300)를 중심으로 회전하는 것을 나타내는 정면도이고, 도 7은 도 4를 Ⅶ 방향으로 바라본 것으로, 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)에서 구동부(200) 중 일부의 회전축이 전진 또는 후진 방향으로 기울어진 것을 나타내는 측면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터에서 구동부 중 일부의 회전축이 전진 또는 후진 방향으로 기울어진 것을 나타내는 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)에서 전개되는 낙하산장치(800)를 나타내는 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)는 본체(100), 구동부(200), 암부(300), 감지부(400), 판단부(500), 컨트롤제어부(600)를 포함할 수 있다.
본체(100)는 멀티콥터(10)의 몸체를 이루고 있는 것으로 고온 및 충격에 견딜 수 있도록 금속 또는 강화 플라스틱으로 형성될 수 있다. 본체(100)의 내부에는 비행제어컴퓨터(FCC, flight control computer), 전자속도제어기(ESC, electronic speed controller), 위성항법시스템(GPS, global positioning system) 등 멀티콥터(10)를 제어하기 위한 전자장비 등이 배치될 수 있다.
구동부(200)는 양력을 발생시켜 멀티콥터(10)를 부양하도록 회전하는 부재이다. 일 실시예로 구동부(200)는 프로펠러, 프로펠러에 중심에 연결된 회전축, 회전축을 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.
구동부(200)는 4개 이상의 꼭지점을 갖는 n각형(n은 짝수)의 꼭지점에 복수 개 배치될 수 있다. 이때 n각형은 정n각형일 수 있다. 즉, 도 2와 같이 구동부(200)는 4개, 6개, 8개 등이 배치될 수 있으며, 이때 구동부(200)는 각각 사각형, 육각형, 팔각형, 또는 정사각형, 정육각형, 정팔각형의 꼭지점에 배치될 수 있다. 복수 개의 구동부(200)는 암부(300)에 의해 본체(100)와 각각 연결될 수 있다.
일 실시예로, 구동부(200)는 실질적으로 수평인 암부(300)에 수직하여 회전축이 연결되어, 프로펠러는 멀티콥터(10)를 상측에서 바라볼 때, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
도 1a와 같은 방식으로, 멀티콥터(10)의 구동부(200)는 인접한 구동부(200)의 회전방향과 반대방향으로 회전할 수 있다. 이로 인해, 멀티콥터(10)의 요 방향, 피치(picth) 방향, 롤(roll) 방향 제어를 용이하게 할 수 있다. 이는 멀티콥터(10)에 있어 일반적인 방식이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 감지부(400)는 복수 개의 구동부(200)의 회전수를 모니터링하며, 복수 개의 구동부(200) 중 비정상 구동부(200a)를 감지할 수 있다.
구체적으로 감지부(400)는 센서를 통해 구동부(200)의 회전수를 모니터링할 수 있다. 또한, 예컨대 하나의 구동부(200)의 회전수가 0이고 나머지 구동부(200)의 회전수는 0보다 현저히 높은 경우 회전수가 0인 구동부(200)를 비정상 구동부(200a)로 분류하거나, 복수 개의 구동부(200) 중 제어명령에 따른 회전수를 출력하지 않는 일부 구동부(200)를 비정상 구동부(200a)로 분류하여 감지할 수 있다.
즉 비정상 구동부(200a)는 제어명령에 따르지 않고 현저히 더 작은 회전수 또는 현저히 더 높은 회전수를 출력하는 구동부(200)를 비정상으로 분류할 수 있다.
판단부(500)는 비정상 구동부(200a)의 개수, 비정상 구동부(200a)의 회전방향 및 비정상 구동부(200a)의 대치점에 있는 대치점 구동부(200b)의 회전방향을 판단할 수 있다.
판단부(500)에 의해 판단되는 비정상 구동부(200a)의 개수는 0에서 n일 수 있다.
또한 판단부(500)는 비정상으로 판단된 각 비정상 구동부(200a)의 회전방향을 판단할 수 있다. 예컨대, 멀티콥터(10)를 상측에서 바라본 평면에서 비정상 구동부(200a)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는지 회전방향을 판단할 수 있다.
또한 판단부(500)는 비정상 구동부(200a)의 대치점에 있는, 즉 복수 개의 구동부(200)의 중심을 기준으로 비정상 구동부(200a)와 마주보는 대치점 구동부(200b)의 회전방향을 판단할 수 있다. 예컨대, 멀티콥터(10)를 상측에서 바라본 평면에서 대치점 구동부(200b)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는지 회전방향을 판단할 수 있다.
일 실시예로, 구동부(200)의 회전방향의 판단은 센서에 의해 감지되는 회전방향으로부터 판단될 수 있다. 센서는 구동부(200)의 회전방향을 감지하고 이로부터 판단부(500)는 회전방향을 판단할 수 있다.
선택적으로, 구동부(200)의 회전방향의 판단은 비정상 구동부(200a)의 회전방향만을 센서에 의해 감지하고, 비정상 구동부(200a)의 대치점에 있는 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 센서에 의해 감지하지 않고 판단될 수 있다.
이때 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 n의 값에 따라 미리 정해진 회전방향으로부터 판단될 수 있다. 예컨대 도 2에서와 같이, n이 4인 쿼드콥터의 경우 비정상 구동부(200a)의 회전방향이 반시계방향이면 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 반시계방향으로 동일한 방향이며, n이 6인 헥사콥터의 경우 비정상 구동부(200a)의 회전방향이 반시계방향이면 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 시계방향으로 반대 방향이다. 마찬가지로, n이 8인 옥토콥터의 경우 비정상 구동부(200a)의 회전방향과 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 동일한 방향이다.
이와 같이 n의 값에 따라 비정상 구동부(200a)의 회전방향이 판단되면 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 미리 정해진 방향으로 판단될 수 있다.
선택적으로, 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 미리 정해진 모터의 회전방향으로부터 판단될 수 있다. 일반적으로 인접한 구동부(200)와 반대방향으로 회전하도록 배치되는 구동부(200)의 배치에 기초하여 미리 정해진 모터의 회전방향으로부터 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)의 회전방향이 판단될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 컨트롤제어부(600)는 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우, 비정상 구동부(200a)를 정지시키고 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시킬 수 있다.
일 실시예로 비정상 구동부(200a)의 정지는 전원을 off 하거나 비정상 구동부(200a)에 전달되는 제어명령을 차단하는 방식으로 정지시킬 수 있다.
일 실시예로 대치점 구동부(200b)의 회전축의 회전은 수축된 비틀림 스프링을 이완시켜 암부(300)를 중심으로 즉각적으로 회전되도록 하는 방식으로 구현될 수 있다. 또는 모터에 의해 암부(300)를 중심으로 즉각적으로 회전되도록 하는 방식일 수 있다.
대치점 구동부(200b)의 회전축의 암부(300)를 중심으로 한 회전방향은 비정상 구동부(200a)의 회전방향에 따라 결정될 수 있다.
멀티콥터(10)의 복수 개의 구동부(200) 중 어느 하나, 예컨대 반시계방향 회전을 하는 구동부(200)가 비정상 상태로 구동이 정지되거나 구동을 정지시킨 경우, 도 4a와 같이 각운동량 보존에 따라 멀티콥터(10)는 반시계 방향으로 요 방향 회전을 하게 된다. 이때 대치점 구동부(200b)는 멀티콥터(10)의 요 방향 회전에 대항하여 추력을 발생시키도록 도 6과 같이 암부(300)를 중심으로 회전할 수 있다.
이에 따라, 회전축이 회전된 대치점 구동부(200b)가 발생시키는 추력의 수평성분에 의해 멀티콥터(10)의 요 방향 회전을 상쇄시킬 수 있다. 또한, 회전축이 회전된 대치점 구동부(200b)의 출력을 제어함에 따라 멀티콥터(10)의 요 방향 회전 제어를 할 수 있다. 예컨대 대치점 구동부(200b)의 출력을, 대치점 구동부(200b)의 추력의 수평성분이 멀티콥터(10)의 각운동량 보존에 의한 요 방향 회전력 이상 또는 이하가 되도록 제어하여 멀티콥터(10)의 요 방향 회전을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)의 컨트롤제어부(600)는 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 90˚ 회전시킬 수 있다. 대치점 구동부(200b)의 회전축의 암부(300)를 중심으로 한 회전방향은 전술한 방식에 의해 결정될 수 있다.
대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 90˚ 회전시킴에 따라 대치점 구동부(200b)의 추력의 대부분은 멀티콥터(10)의 요 방향 제어를 위해 이용될 수 있다. 즉 이 경우, 수직방향의 추력을 발생시키는 전방의 두 개의 구동부(200c)와 수평방향의 추력을 발생시키는 후방의 하나의 구동부(200b)에 의해 비행하는 트라이콥터와 유사한 방식으로 제어될 수 있다.
도 4는 반시계방향으로 회전하던 정지된 비정상 구동부(200a)를 나타내며, 도 5는 시계방향으로 회전하던 정지된 비정상 구동부(200a)를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)의 컨트롤제어부(600)는 비정상 구동부(200a)의 회전방향이 반시계방향인 경우는 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 반시계방향으로 회전시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 반시계방향으로 회전하던 구동부(200)에 비정상 상태가 발생하여 비정상 구동부(200a)는 정지되고, 멀티콥터(10)는 각운동량 보존에 따라 반시계방향(R1)으로 요 방향 회전하려는 힘이 발생한다. 비정상 구동부(200a)의 대치점에 있는 대치점 구동부(200b)는 이때 즉각적으로 도 4b와 같이 암부(300)를 중심으로 반시계방향으로 회전하여 수평방향의 추력(F1)을 발생시킬 수 있다.
이에 따라, 회전축이 회전된 대치점 구동부(200b)가 발생시키는 추력의 수평성분(F1)에 의해 멀티콥터(10)의 반시계방향의 요 방향 회전을 상쇄시킬 수 있다.
또한, 회전축이 회전된 대치점 구동부(200b)의 출력을 제어함에 따라 멀티콥터(10)의 요 방향 회전 제어를 할 수 있다. 예컨대, 대치점 구동부(200b)의 출력을 더욱 높여 수평방향의 추력(F1)을 더 크게 함으로써 멀티콥터(10)는 시계방향으로 요 방향 회전을 하거나, 대치점 구동부(200b)의 출력을 낮춰 멀티콥터(10)을 반시계방향으로 요 방향 회전시킬 수 있다.
이로 인해, 본 발명에 따른 멀티콥터(10)는 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우에도 요 방향 제어를 원활하게 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)의 컨트롤제어부(600)는 비정상 구동부(200a)의 회전방향이 시계방향인 경우는 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 시계방향으로 회전시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 시계방향으로 회전하던 구동부(200)에 비정상 상태가 발생하여 비정상 구동부(200a)는 정지되고, 멀티콥터(10)는 각운동량 보존에 따라 시계방향(R2)으로 요 방향 회전하려는 힘이 발생한다. 비정상 구동부(200a)의 대치점에 있는 대치점 구동부(200b)는 이때 즉각적으로 도 5b와 같이 암부(300)를 중심으로 시계방향으로 회전하여 수평방향의 추력(F2)을 발생시킬 수 있다.
이에 따라, 회전축이 회전된 대치점 구동부(200b)가 발생시키는 추력의 수평성분(F2)에 의해 멀티콥터(10)의 시계방향의 요 방향 회전을 상쇄시킬 수 있다.
또한, 회전축이 회전된 대치점 구동부(200b)의 출력을 제어함에 따라 멀티콥터(10)의 요 방향 회전 제어를 할 수 있다. 예컨대, 대치점 구동부(200b)의 출력을 더욱 높여 수평방향의 추력(F2)을 더 크게 함으로써 멀티콥터(10)는 반시계방향으로 요 방향 회전을 하거나, 대치점 구동부(200b)의 출력을 낮춰 멀티콥터(10)를 시계방향으로 요 방향 회전시킬 수 있다.
이로 인해, 본 발명에 따른 멀티콥터(10)는 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우에도 요 방향 제어를 원활하게 수행할 수 있다.
또한 반시계방향 또는 시계방향으로 회전하는 구동부(200) 중 어느 것이 비정상 상태가 되더라도, 비정상 구동부(200a)의 회전방향에 대응하여 대치점 구동부(200b)의 회전축이 암부(300)를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전하여 멀티콥터(10)의 요 방향 제어와 동시에 추락을 방지할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)의 컨트롤제어부(600)는 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 회전축을 수직방향에 대해 전진 또는 후진 방향으로 설정각도(θ)만큼 기울일 수 있다.
일 실시예로, 도 6b와 같이 컨트롤제어부(600)는 구동부(200c)를 전진방향으로 설정각도(θ)만큼 기울일 수 있다. 이때 구동부(200c)가 발생시키는 추력(T)의 수직성분(L)은 멀티콥터(10)의 양력이며, 수평성분(M)은 멀티콥터(10)를 전진방향으로 이동시킬 수 있다.
또한 컨트롤제어부(600)는 구동부(200c)를 후진방향으로 설정각도(θ)만큼 기울일 수 있으며, 이에 따라 멀티콥터(10)를 후진방향으로 이동시킬 수 있다.
일 실시예로, 컨트롤제어부(600)는 전진방향 또는 후진방향 중 이동하고자 하는 방향에 따라 가변적으로 구동부(200c)의 회전축을 수직방향에 대해 전진 또는 후진 방향으로 설정각도(θ)만큼 기울일 수 있다.
일 실시예로, 설정각도(θ)는 구동부(200c)가 발생시키는 추력(T)의 수직성분(L)이 멀티콥터(10)의 무게를 충분히 지탱할 정도의 양력을 발생시키면서 기울어지도록 설정될 수 있다.
이에 따라, 멀티콥터(10)는 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 양력으로 멀티콥터(10)를 추락하지 않도록 지지하고 회전축이 회전된 대치점 구동부(200b)로 멀티콥터(10)의 요 방향 제어를 하면서도, 수직방향의 이동 뿐 아니라 전진 또는 후진 방향의 이동을 할 수 있다.
즉, 모든 방향의 완전한 제어를 통해 단순히 안전한 수직 착륙만 하는 것이 아니라 원하는 착륙 지점까지 이동하여 착륙하거나 비행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)의 출력제어부(700)는 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 출력을 상승시킬 수 있다.
구체적으로, 비정상 구동부(200a)는 정지되어 출력을 내지 못하고 대치점 구동부(200b)의 출력은 회전축이 회전하여 요 방향 제어를 위한 수평방향의 추력(F1, F2)으로 이용되므로, 구동부(200c)의 출력을 상승시켜 멀티콥터(10)의 무게를 지탱하기 위해 필요한 수직방향의 힘, 즉 양력을 보충할 수 있다.
선택적으로, 구동부(200c)의 출력은 멀티콥터(10)의 무게 이하의 추력을 내도록 상승될 수 있다. 이에 따라, 멀티콥터(10)의 급격한 추락을 방지하고 서서히 고도를 낮춰 착륙할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)의 출력제어부(700)는 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 출력을, 정상비행 상태의 양력을 유지하도록 상승시킬 수 있다.
정상비행 상태란, 복수 개의 구동부(200), 즉 n개의 정상적인 구동부(200)의 추력에 의해 멀티콥터(10)가 부양되고 있는 상태를 의미한다. 즉 n개의 정상적인 구동부(200)의 추력의 수직성분의 합과 멀티콥터(10)의 무게가 평형 상태에서 양력을 유지하고 있는 상태이다.
구체적으로, 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우, 비정상 구동부(200a)는 정지되어 출력을 내지 못하고 대치점 구동부(200b)의 출력은 회전축이 회전하여 요 방향 제어를 위한 수평방향의 추력(F1, F2)으로 이용되므로, 구동부(200c)의 출력을 상승시켜 멀티콥터(10)의 무게를 지탱하기 위해 필요한 수직방향의 힘, 즉 양력을 보충할 수 있다.
이에 따라 복수 개의 구동부(200) 각각은 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 출력만으로 멀티콥터(10)의 무게를 지탱할 수 있는 최대 출력을 갖도록 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)는 이로 인해, 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우에도 추락하지 않고, 고도를 유지하여 비행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)의 출력제어부(700)는 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 출력을 정상비행 상태의 출력의 n/(n-2) 이상으로 상승시킬 수 있다.
구체적으로, 정상비행 상태에서 n개의 구동부(200)에 의해 멀티콥터(10)의 무게를 지지하며 비행하도록 제어하는 출력제어부(700)는, 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c), 즉 (n-2)개의 구동부(200c)에 의해 동일한 출력을 유지하도록 할 수 있다.
(n-2)개의 구동부(200c)로 멀티콥터(10)를 지지하기 위해, 구동부(200c)는 각각 정상비행 상태 출력의 n/(n-2) 이상으로 출력을 상승시킬 수 있다. 예컨대, 쿼드콥터(10)의 경우 구동부(200c) 각각은 정상비행 상태의 출력의 2배 이상으로 출력을 상승시킬 수 있다.
즉, 복수 개의 구동부(200) 각각은 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 출력만으로 멀티콥터(10)의 무게를 지탱할 수 있는 최대 출력을 갖도록 선택될 수 있다. 즉 (n-2)개의 구동부(200c)의 출력만으로 멀티콥터(10)의 무게를 지탱할 수 있다.
따라서 각각의 구동부(200)는 최대출력은 (n-2)개의 구동부(200c)만으로 멀티콥터(10)의 무게를 지탱하도록 하는 출력이며, 정상비행 상태의 출력은 최대 출력의 (n-2)/n이 되도록 선택될 수 있다. 예컨대, 쿼드콥터(10)의 경우 구동부(200) 각각은 최대 출력의 1/2 의 출력으로 정상비행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)는 판단부(500)에서 판단한 비정상 구동부(200a)의 개수가 1개인 비정상비행 상태에서는 비정상 구동부(200a)의 구동을 정지시키고 비정상 구동부(200a)를 제외한 나머지 구동부(200b, 200c)만을 구동시키는 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 전환될 수 있다.
비정상 구동부(200a)의 개수가 1개 발생한 경우, 멀티콥터(10)는 미리 설정된 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 전환하여 제어할 수 있다. 예컨대, 쿼드콥터(10)는 비정상 구동부(200a)가 1개 발생한 경우, 수직방향의 추력을 발생시키는 전방의 두 개의 구동부(200c)와 수평방향의 추력을 발생시키는 후방의 하나의 구동부(대치점 구동부, 200b)에 의해 비행하는 트라이콥터의 제어모드로 전환할 수 있다.
이때, 트라이콥터의 제어모드는 요 방향, 피치 방향, 롤 방향의 제어가 쿼드콥터의 제어방식이 아닌 트라이콥터의 제어방식으로 이루어지는 것을 의미한다. 예컨대, 트라이콥터 제어모드에서 요 방향 제어는 후방의 구동부(200b)를 제어하는 것에 이루어지고, 롤 방향의 제어는 전방의 두 개의 구동부(200c)의 회전 속도를 제어함에 의해 이루어질 수 있다.
이로 인해, 비정상 구동부(200a)가 발생한 급박한 상황에서도 사용자는 (n-1)멀티콥터 제어모드로 전환된 멀티콥터(10)를 (n-1)멀티콥터 제어방법에 의해 용이하게 제어할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 추락방지 멀티콥터(10)는 판단부(500)에서 판단한 비정상 구동부(200a)의 개수가 2개 이상인 비정상비행 상태에서 전개되는 낙하산장치(800)를 더 포함할 수 있다. 낙하산장치(800)는 멀티콥터(10)의 본체(100) 상에 배치될 수 있다.
일 실시예로, 판단부(500)에서 판단한 비정상 구동부(200a)의 개수가 2개 이상인 경우 컨트롤제어부(600)는 낙하산장치(800)를 전개하도록 제어하고, 출력제어부(700)는 복수 개의 구동부(200) 모두의 구동을 정지할 수 있다.
본 발명에 따른 추락방지 멀티콥터(10)는 낙하산장치(800)를 더 포함함에 따라, 비정상 구동부(200a)가 1개인 경우에는 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 비행하고, 비정상 구동부(200a)가 2개 이상인 경우에는 낙하산장치(800)를 전개하여 안전하게 착륙할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 멀티콥터(10) 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 멀티콥터(10)의 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 멀티콥터(10)는 4개 이상의 꼭지점을 갖는 n각형(n은 짝수)의 꼭지점에 배치되는 복수 개의 구동부(200)로 정상비행하며, 상기 복수 개의 구동부(200)의 회전수를 모니터링하는 단계(S100), 상기 구동부(200)의 회전수로부터 상기 복수 개의 구동부(200) 중 비정상 구동부(200a)를 감지하는 단계(S200), 상기 비정상 구동부(200a)의 개수, 상기 비정상 구동부(200a)의 회전방향 및 상기 비정상 구동부(200a)의 대치점에 있는 대치점 구동부(200b)의 회전방향을 판단하는 단계(S300) 및 상기 비정상 구동부(200a)가 1개로 판단되고 상기 비정상 구동부(200a)의 회전방향 및 상기 대치점 구동부(200b)의 회전방향이 동일한 경우는, 상기 비정상 구동부(200a)를 정지시키고 상기 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시키는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
단계(S100)는 전술한 바와 같이 멀티콥터(10)는 n개의 구동부(200)로 정상비행하며, 감지부(400)에 의해 구동부(200)의 회전수를 모니터링하는 단계이다.
단계(S200)는 감지부(400)에 의해 구동부(200)의 회전수로부터 복수 개의 구동부(200) 중 비정상 구동부(200a)를 감지하는 단계로서, 예컨대 하나의 구동부(200)의 회전수가 0이고 나머지 구동부(200)의 회전수는 0보다 현저히 높은 경우 회전수가 0인 구동부(200)를 비정상 구동부(200a)로 분류하거나, 복수 개의 구동부(200) 중 제어명령에 따른 회전수를 출력하지 않는 일부 구동부(200)를 비정상 구동부(200a)로 분류하여 감지할 수 있다.
단계(S300)는 판단부(500)에 의해 비정상 구동부(200a)의 개수 및 회전방향, 대치점 구동부(200b)의 회전방향을 판단하는 단계로서, 비정상 구동부(200a)의 개수를 판단하고 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)의 회전방향이 멀티콥터(10)의 상측에서 바라본 평면에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는지 판단할 수 있다.
단계(S400)는 판단부(500)에 의해 비정상 구동부(200a)가 1개로 판단되고, 비정상 구동부(200a)의 회전방향과 대치점 구동부(200b)의 회전방향이 동일한 경우, 즉 동일하게 반시계방향으로 회전하거나 동일하게 시계방향으로 회전하는 경우에는 비정상 구동부(200a)를 정지시키고 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시킬 수 있다.
이는, 일반적인 멀티콥터(10)에 배치되는 구동부(200)의 회전방향이 인접한 구동부(200)의 회전방향과 반대방향인 것을 고려할 때, 쿼드콥터, 옥토콥터 등과 같이 n=4, 8, 12 등과 같은 경우에 해당할 수 있다.
즉, n=4, 8, 12 등인 멀티콥터(10)는 비정상 구동부(200a)와 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 항상 동일하며, 비정상 구동부(200a)는 정지되고 대치점 구동부(200b)의 회전축은 암부(300)를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전될 수 있다.
일 실시예로, 이때 대치점 구동부(200b)의 회전축의 회전각은 반시계방향 또는 시계방향으로 90˚ 회전되는 단계일 수 있다. 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 90˚ 회전시킴에 따라 대치점 구동부(200b)의 추력의 대부분은 멀티콥터(10)의 요 방향 제어를 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 판단부(500)에 의해 비정상 구동부(200a)가 1개로 판단되고 비정상 구동부(200a)의 회전방향 및 대치점 구동부(200b)의 회전방향이 반대인 경우, 즉 비정상 구동부(200a)는 시계방향으로 회전하고 대치점 구동부(200b)는 반시계방향으로 회전하거나 그 반대인 경우에는 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 모두 정지시키는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
이는, 일반적인 멀티콥터(10)에 배치되는 구동부(200)의 회전방향이 인접한 구동부(200)의 회전방향과 반대방향인 것을 고려할 때, 헥사콥터 등과 같이 n=6, 10, 14 등과 같은 경우에 해당할 수 있다.
즉, n=6, 10, 14 등인 멀티콥터(10)는 항상 구동부(200a)와 대치점 구동부(200b)의 회전방향은 항상 반대방향이며, 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)는 모두 정지될 수 있다.
이 경우, 멀티콥터(10)는 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 구동부(200c)에 의해 방향제어될 수 있다. 예컨대 n=6인 헥사콥터(10)의 경우, 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 4개의 구동부(200c)에 의해 요 방향의 회전력을 받지 않고 안전하게 하강하여 착륙할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터(10) 제어방법의 단계(S400)는 비정상 구동부(200a)의 회전방향이 반시계방향인 경우는 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 반시계방향으로 회전시키고(410), 비정상 구동부(200a)의 회전방향이 시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부(200b)의 회전축을 암부(300)를 중심으로 시계방향으로 회전시키는 단계(S420)를 포함할 수 있다.
이로 인해, 본 발명에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우에도 요 방향 제어를 원활하게 수행할 수 있으며, 반시계방향 또는 시계방향으로 회전하는 구동부(200a) 중 어느 것이 비정상 상태가 되더라도, 비정상 구동부(200a)의 회전방향에 대응하여 대치점 구동부(200b)의 회전축이 암부(300)를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전하여 멀티콥터(10)의 요 방향 제어와 동시에 추락을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 회전축을 수직방향에 대해 전진 또는 후진 방향으로 설정각도(θ)만큼 기울이는 단계를 포함할 수 있다.
이에 따라 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우에도 단순히 하강하여 착륙하는 것뿐 아니라 전진 또는 후진 방향으로 이동하여 비행 및 착륙할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 각 구동부(200c)의 출력을 상승시키는 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 비정상 구동부(200a)는 정지되어 출력을 내지 못하고 대치점 구동부(200b)의 출력은 회전축이 회전하여 요 방향 제어를 위한 수평방향의 추력(F1, F2)으로 이용되므로, 구동부(200c)의 출력을 상승시켜 멀티콥터(10)의 무게를 지탱하기 위해 필요한 수직방향의 힘, 즉 양력을 보충할 수 있다.
일 실시예로, 본 발명에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 상기 각 구동부(200c)의 출력을, 정상비행 상태의 양력을 유지하도록 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 본 발명에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 상기 각 구동부(200c)의 출력을 정상비행 상태의 출력의 n/(n-2) 이상으로 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우에도 멀티콥터(10)가 추락하지 않고 고도를 유지하여 비행하게 하거나, 그 이상으로 고도를 높여 비행하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 발명에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a) 및 대치점 구동부(200b)를 제외한 상기 각 구동부(200c)의 출력을 감소시켜 멀티콥터(10)를 착륙시키는 단계(S700)를 더 포함할 수 있다.
일실시예로, 이는 멀티콥터(10)의 전진 또는 후진 방향의 이동과 동시에 이루어질 수도 있으며, 수직방향으로만 하강하여 착륙하는 것일 수 있다. 본 발명에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a)가 발생한 경우, 이로써 착륙까지 안전하게 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a)의 개수가 1개인 비정상비행 상태에서는 비정상 구동부(200a)의 구동을 정지시키고 비정상 구동부(200a)를 제외한 나머지 구동부(200b, 200c)만을 구동시키는 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 전환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이로 인해, 비정상 구동부(200a)가 발생한 급박한 상황에서도 사용자는 (n-1)멀티콥터 제어모드로 전환된 멀티콥터(10)를 (n-1)멀티콥터 제어방법에 의해 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a)의 개수가 2개 이상인 비정상비행 상태에서는 낙하산장치(800)를 전개하는 단계(S800)를 더 포함할 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 멀티콥터(10) 제어방법은 비정상 구동부(200a)가 1개인 경우에는 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 비행하고, 비정상 구동부(200a)가 2개 이상인 경우에는 낙하산장치(800)를 전개하여 안전하게 착륙할 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
10: 멀티콥터 100: 본체
200: 구동부 300: 암부
400: 감지부 500: 판단부
600: 컨트롤제어부 700: 출력제어부
800: 낙하산장치

Claims (21)

  1. 본체;
    4개 이상의 꼭지점을 갖는 n각형(n은 짝수)의 꼭지점에 배치되는 복수 개의 구동부;
    상기 본체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수 개의 암부;
    상기 복수 개의 구동부의 회전수를 모니터링하며, 상기 복수 개의 구동부 중 비정상 구동부를 감지하는 감지부;
    상기 비정상 구동부의 개수, 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 비정상 구동부의 대치점에 있는 대치점 구동부의 회전방향을 판단하는 판단부; 및
    상기 비정상 구동부를 정지시키고, 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시키는 컨트롤제어부;를 포함하는, 추락방지 멀티콥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤제어부는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 90˚ 회전시키는, 추락방지 멀티콥터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤제어부는 상기 비정상 구동부의 회전방향이 반시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향으로 회전시키는, 추락방지 멀티콥터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤제어부는 상기 비정상 구동부의 회전방향이 시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 시계방향으로 회전시키는, 추락방지 멀티콥터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤제어부는 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 회전축을 수직방향에 대해 전진 또는 후진 방향으로 설정각도만큼 기울이는, 추락방지 멀티콥터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 상승시키는 출력제어부;를 더 포함하는, 추락방지 멀티콥터
  7. 제6항에 있어서,
    상기 출력제어부는 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을, 상기 복수 개의 구동부의 추력 수직성분의 합과 멀티콥터의 무게가 평형 상태에 있는 정상비행 상태의 양력을 유지하도록 상승시키는, 추락방지 멀티콥터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 출력제어부는 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 정상비행 상태의 출력의 n/(n-2) 이상으로 상승시키는, 추락방지 멀티콥터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 판단부에서 판단한 비정상 구동부의 개수가 1개인 비정상비행 상태에서는 상기 비정상 구동부의 구동을 정지시키고 상기 비정상 구동부를 제외한 나머지 상기 구동부만을 구동시키는 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 전환되는, 추락방지 멀티콥터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 판단부에서 판단한 비정상 구동부의 개수가 2개 이상인 비정상비행 상태에서 전개되는 낙하산장치를 더 포함하는, 추락방지 멀티콥터.
  11. 멀티콥터는 4개 이상의 꼭지점을 갖는 n각형(n은 짝수)의 꼭지점에 배치되는 복수 개의 구동부로 정상비행하며, 상기 복수 개의 구동부의 회전수를 모니터링하는 단계;
    상기 구동부의 회전수로부터 상기 복수 개의 구동부 중 비정상 구동부를 감지하는 단계;
    상기 비정상 구동부의 개수, 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 비정상 구동부의 대치점에 있는 대치점 구동부의 회전방향을 판단하는 단계; 및
    상기 비정상 구동부가 1개로 판단되고 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 대치점 구동부의 회전방향이 동일한 경우는, 상기 비정상 구동부를 정지시키고 상기 대치점 구동부의 회전축을 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 회전시키는 단계;를 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 비정상 구동부가 1개로 판단되고 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 대치점 구동부의 회전방향이 동일한 경우는, 상기 비정상 구동부를 정지시키고 상기 대치점 구동부의 회전축을 암부를 중심으로 반시계방향 또는 시계방향으로 90˚ 회전시키는 단계를 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 비정상 구동부가 1개로 판단되고 상기 비정상 구동부의 회전방향 및 상기 대치점 구동부의 회전방향이 반대인 경우는, 상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 정지시키는 단계;를 더 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 비정상 구동부의 회전방향이 반시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 반시계방향으로 회전시키고, 상기 비정상 구동부의 회전방향이 시계방향인 경우는 상기 대치점 구동부의 회전축을 상기 암부를 중심으로 시계방향으로 회전시키는 단계를 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 회전축을 수직방향에 대해 전진 또는 후진 방향으로 설정각도만큼 기울이는 단계를 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 상승시키는 단계를 더 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을, 상기 복수 개의 구동부의 추력 수직성분의 합과 멀티콥터의 무게가 평형 상태에 있는 정상비행 상태의 양력을 유지하도록 상승시키는 단계를 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 비정상 구동부 및 상기 대치점 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 정상비행 상태의 출력의 n/(n-2) 이상으로 상승시키는 단계를 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 비정상 구동부 및 상기 대치점에 있는 구동부를 제외한 상기 각 구동부의 출력을 감소시켜 상기 멀티콥터를 착륙시키는 단계;를 더 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  20. 제11항에 있어서,
    비정상 구동부의 개수가 1개인 비정상비행 상태에서는 상기 비정상 구동부의 구동을 정지시키고 상기 비정상 구동부를 제외한 나머지 상기 구동부만을 구동시키는 (n-1)멀티콥터의 제어모드로 전환하는 단계를 더 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
  21. 제11항에 있어서,
    비정상 구동부의 개수가 2개 이상인 비정상비행 상태에서는 낙하산장치를 전개하는 단계를 더 포함하는, 멀티콥터 제어방법.
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