KR20230100887A - Integrated mission flight control system for AI-based autonomous flight drones - Google Patents

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KR20230100887A KR1020210190543A KR20210190543A KR20230100887A KR 20230100887 A KR20230100887 A KR 20230100887A KR 1020210190543 A KR1020210190543 A KR 1020210190543A KR 20210190543 A KR20210190543 A KR 20210190543A KR 20230100887 A KR20230100887 A KR 20230100887A
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Abstract

본 발명은 인공지능기반 자율비행용 통합 임무비행제어 시스템에 관한 것으로, 특히 기존 펌웨어 레벨의 시스템보드에서 제공하지 못하던 기능을 운영 소프트웨어가 탑재 가능한 시스템으로 구성하여 자율비행에 필요한 다양한 기능화와 폭넓은 요구사항을 탑재 가능하도록 사용할 수 있으며, 소형 임베디드 보드에 각종 센서를 연동하고 정보를 계산하여 비행 제어장치에 전달해주도록 한 것이다.
본 발명은 촬영 및 감시 등의 다양한 용도의 무인 비행체에 적용 가능한 자율비행 드론용 통합 FCC이 탑재된 시스템 보드와 연동된 각종 센서 모듈의 정보를 수집하여 비행제어를 구현하여 안정된 비행을 확보하고 GCS와 연동하여 임무수행이 가능한 것으로, 드론 응용 개발 업체들이 본 기술 활용시 효율적 관리가 가능하여 개발시간과 비용을 절감할 수 있다.
The present invention relates to an integrated mission flight control system for artificial intelligence-based autonomous flight, and in particular, functions that could not be provided by existing firmware-level system boards are configured as a system capable of loading operating software, thereby providing various functions necessary for autonomous flight and meeting a wide range of requirements. It can be used so that it can be mounted, and various sensors are linked to a small embedded board, and information is calculated and transmitted to the flight control device.
The present invention secures stable flight by implementing flight control by collecting information from various sensor modules linked to a system board equipped with an integrated FCC for autonomous drones applicable to unmanned aerial vehicles for various purposes such as filming and monitoring, and implementing flight control. It is possible to perform missions in conjunction, and drone application development companies can efficiently manage when using this technology, thereby reducing development time and cost.

Description

인공지능기반 자율비행 드론용 통합 임무비행 제어시스템 {Integrated mission flight control system for AI-based autonomous flight drones}Integrated mission flight control system for AI-based autonomous flight drones}

본 발명은 인공지능(인공지능)기반 자율비행용 통합 임무비행제어 시스템에 관한 것으로, 특히 기존 펌웨어 레벨의 시스템보드에서 제공하지 못하던 기능을 운영 소프트웨어가 탑재 가능한 시스템으로 구성하여 자율비행에 필요한 다양한 기능화와 폭넓은 요구사항을 탑재 및 용이하게 사용할 수 있으며, 소형 임베디드 보드에 각종 센서를 연동하고 정보를 계산하여 비행 제어장치에 전달해 줄 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an artificial intelligence (AI)-based integrated mission flight control system for autonomous flight. and a wide range of requirements can be mounted and used easily, and various sensors can be linked to a small embedded board, and information can be calculated and transmitted to the flight controller.

일반적으로 드론은 높은 고도에서 지상, 공중의 정보를 사용자의 위험 부담이 없이 타인에게 노출될 위험 없이 용이하게 수집할 수 있다는 점에서 군사, 산업 등 다양한 면에서 각광받고 있다.In general, drones are in the limelight in various fields such as military and industrial fields in that they can easily collect information on the ground and in the air at high altitudes without risk to users and without risk of being exposed to others.

최근, 플랫폼 위주의 의미를 갖는 무인항공기 대신 통합된 체계임을 강조하기 위해 무인항공기체계로 표현되는데, 이는 목적과 용도에 따라 상이할 수 있으나, 항공기 기체에 통신장비와 감지기 등의 임무장비를 탑재시킬 수 있는 비행체와, 통신에 의하여 비행체를 조종 통제할 수 있도록 설계된 통제장비, 감지기와 같이 임무를 위해 무인항공기에 탑재되는 임무장비, 무인항공기의 운용에 필요한 분석, 정비 등에 활용되는 지원 장비로 구성되어 하나의 시스템에 운용되는 장비이다.Recently, it is expressed as an unmanned aerial vehicle system to emphasize that it is an integrated system instead of an unmanned aerial vehicle having a platform-oriented meaning. It consists of control equipment designed to maneuver and control the aircraft by communication, mission equipment mounted on the unmanned aerial vehicle for missions such as sensors, and support equipment used for analysis and maintenance necessary for the operation of the unmanned aerial vehicle. It is a device operated in one system.

드론은 자율비행이 가능하다는 점에서 외부조종사가 직접 조종하는 무선조종비행기와는 차이가 있으며, 일단 비행을 개시한 후에는 목표물과 같이 파괴되는 미사일과 달리 기본적으로 회수가 가능하여 반복적으로 임무에 투입될 수 있다는 차이가 있다.Drones are different from radio-controlled airplanes, which are directly controlled by external pilots, in that they can fly autonomously. There is a difference in what can be.

오늘날의 드론은 자신의 위치, 속도, 자세를 측정하고 주어진 임무에 맞는 최적의 경로를 스스로 생성하고, 이를 따라서 비행하며 자체적으로 고장을 진단하고 대응하는 매우 높은 수준의 자유성을 가지고 있다. Today's drones have a very high level of freedom to measure their position, speed, and attitude, create the optimal route for a given mission, and fly along it, diagnosing and responding to failures on their own.

최근에는 위성항법장치와 센서. 카메라 등을 장착한 민간용 드론이 개발돼 물자수송. 교통관제. 보안 등의 분야로 이용 범위가 확대되고 있다.Recently, satellite navigation systems and sensors. Civilian drones equipped with cameras have been developed to transport goods. traffic control. The range of use is expanding to areas such as security.

따라서, 드론에 대한 세계적인 관심이 집중되고 있으나, 아직은 사용자에게 드론에 대한 해박한 지식이 요구되며, 조종기로 하는 섬세한 조종에 대한 교육시간이 매우 많이 필요하다. Therefore, although worldwide attention is focused on drones, users are still required to have extensive knowledge about drones, and a lot of training time is required for delicate control with a controller.

종래에는 비상 상황에 대한 판단을 사용자가 함으로써, 비상상황에 대해서 적절한 대응을 하지 못해 사고가 발생할 위험성이 높다.Conventionally, when a user makes a decision on an emergency situation, there is a high risk of an accident due to failure to properly respond to an emergency situation.

즉, 종래에는 상용 비행 제어장치에만 의존하므로 비행 안전성이 불안정하여 안전사고가 빈번하게 일어남에 따라 기존방식을 탈피하고 자율비행을 위한 새로운 모델의 제시가 필요한 실정이다.That is, conventionally, since flight safety is unstable because it relies only on commercial flight control devices, it is necessary to break away from the existing method and present a new model for autonomous flight as safety accidents occur frequently.

특허출원번호 제10-2015-0044386호Patent Application No. 10-2015-0044386 특허출원번호 제10-2016-0004953호Patent Application No. 10-2016-0004953 특허출원번호 제10-2017-0025045호Patent Application No. 10-2017-0025045

본 발명은 상기와 같은 종래의 결점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 기존 펌웨어 레벨의 시스템보드에서 제공하지 못하던 기능을 운영 소프트웨어가 탑재 가능한 시스템으로 구성하여 자율비행에 필요한 다양한 기능화와 폭넓은 요구사항을 탑재 및 사용할 수 있는 인공지능기반 자율비행 드론용 통합 임무비행 제어시스템을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above conventional drawbacks, and an object of the present invention is to configure a system capable of loading operating software with functions that could not be provided by existing firmware-level system boards, thereby providing various functionalization and breadth required for autonomous flight. It is to provide an integrated mission flight control system for artificial intelligence-based autonomous drones that can be loaded and used with a wide range of requirements.

또한, 본 발명은 소형 임베디드(기계를 구동시키려고 내장된 제어용 컴퓨터) 보드에 각종 센서를 연동하고 정보를 계산하여 비행 제어장치에 전달해 줄 수 있는 인공지능기반 자율비행 드론용 통합 임무비행 제어시스템을 제공하는데 있다.In addition, the present invention provides an integrated mission flight control system for artificial intelligence-based autonomous drones that can link various sensors to a small embedded (control computer built to drive a machine) board, calculate information, and deliver it to a flight control device. are doing

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 각 부를 제어하기 위한 CPU와, 특정 구성요소에 필요한 15A에서 33V DC 출력을 제공하는 DC-DC 스텝다운 레귤레이터와, USB타입 포토다이오드와, 보드에 대한 USB 연결을 통해 가상 RS232 직렬 연결을 사용하고, 시스템에 대한 직접 액세스를 제공하는 제1,제2 USB-UART변환기와, 컴퓨터 모듈에 RPCM4 기기와 인터페이스하기 위한 콘넥터와, 하드웨어로 제어되는 UART 라인이 있는 두 개의 모듈과 인터페이스하는 HART-HART 브리지와, 서보 모터 및 기타 PWM 기기를 제어하는 PWM 헤더와, 2레인 MIPI 카메라 시스템을 외부 고해상도 카메라 모듈에 노출시키는 15핀 리본 콘넥터인 라즈베리 Pi 제1,제2수직 카메라 콘넥터 모듈과, 커스텀 6핀 헤더로 고객의 재량에 따라 사용할 수 있는 최대 6개의 핀을 제공하는 GPS와, 온보드 USB 고객기기를 위한 3개의 인터페이스를 제공하며, 마이크로칩 USB 20 고속허브컨트롤러를 사용하는 USB기기 포트인 3포트 USB 고객허브모듈과, 최대 4핀을 제공하는 커스텀 4핀 헤더 및 5핀을 제공하는 커스텀 5핀 헤더와, 저전력을 사용하여 텐소 플로우 라이트모델을 가속화하는 소형 ASIC인 가속 모듈과, 컨트롤러 영역사이에 네트워크 프로토콜 컨트롤러 및 물리적 2선식 네트워크 버스인터페이스를 제공하는 트랜시버와, CPU의 신호에 대한 사용자 입력을 제공하는 터치스위치와, 착탈식 비휘발성 메모리를 제공하며, CPU의 SD 카드에 연결되는 카드슬롯모듈과, 단일 USB 20 포트를 공유하는 USB 2포트 스위치와, CPU를 USB기기로 USB 2포트 스위치에 연결하는 제1,제2USB브리지를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a CPU for controlling each part, a DC-DC step-down regulator that provides 33V DC output at 15A required for specific components, a USB type photodiode, and a USB for the board. There are first and second USB-UART converters that use a virtual RS232 serial connection through the connection and provide direct access to the system, a connector for interfacing with the RPCM4 device on the computer module, and a hardware-controlled UART line. A HART-HART bridge that interfaces with the two modules, a PWM header that controls servo motors and other PWM devices, and a 15-pin ribbon connector that exposes the 2-lane MIPI camera system to an external high-resolution camera module, Raspberry Pi 1st and 2nd Vertical camera connector module, GPS with up to 6 pins that can be used at the customer's discretion with a custom 6-pin header, 3 interfaces for on-board USB customer devices, Microchip USB 20 high-speed hub controller A 3-port USB customer hub module, which is a USB device port used, a custom 4-pin header that provides up to 4 pins and a custom 5-pin header that provides 5 pins, and a small ASIC that accelerates the Tenso Flow Lite model using low power A transceiver that provides a network protocol controller and a physical two-wire network bus interface between the acceleration module and the controller area, a touch switch that provides user input for CPU signals, and a removable non-volatile memory, SD card of the CPU It is characterized by comprising a card slot module connected to, a USB 2 port switch sharing a single USB 20 port, and first and second USB bridges connecting the CPU to the USB 2 port switch as a USB device.

이상과 같은 본 발명은 드론 응용 개발 업체들이 본 기술을 활용할 경우 자체적으로 개발하고 재사용하여 효율적 관리를 할 수 있으며 이를 통해 개발시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.In the present invention as described above, when drone application development companies utilize this technology, they can independently develop and reuse the technology for efficient management, thereby reducing development time and cost.

또한, 본 발명은 기존 펌웨어 레벨의 시스템보드에서 제공하지 못하던 기능을 운영 소프트웨어가 탑재 가능한 시스템으로 구성하여 자율비행에 필요한 다양한 기능화와 폭넓은 요구사항을 탑재할 수 있으며, 소형 임베디드 보드에 각종 센서를 연동하고 정보를 계산하여 비행을 제어할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention configures a system capable of loading operating software with functions that could not be provided by existing firmware-level system boards, so that various functionalization and wide-ranging requirements necessary for autonomous flight can be loaded, and various sensors can be installed on a small embedded board. It has the effect of being able to control flight by interlocking and calculating information.

도 1은 본 발명의 인공지능기반 자율비행 드론용 통합 임무비행 제어시스템의 블록도
도 2는 본 발명의 통합 비행제어 시스템의 개념도
도 3은 본 발명의 시스템 입출력 구성을 나타낸 블록도
도 4는 본 발명의 코럴 TPU 기반 자율 비행 개념 구성도이다.
1 is a block diagram of an integrated mission flight control system for artificial intelligence-based autonomous drones of the present invention
2 is a conceptual diagram of the integrated flight control system of the present invention
Figure 3 is a block diagram showing the system input and output configuration of the present invention
4 is a conceptual configuration diagram of Coral TPU-based autonomous flight of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 인공지능기반 자율비행 드론용 통합 임무비행 제어시스템의 블록도로, 이에 도시된 바와 같이, 각 부를 제어하기 위한 32비트코어인 CPU(1)와, 특정 구성요소에 필요한 15A에서 33V DC 출력을 제공하는 DC-DC 스텝다운 레귤레이터(2)와, USB타입-C 포트를 사용하면 디자인을 USB 20으로 연결하고 최대 3A, 50V를 제공할 수 있는 USB타입 포토다이오드(3)와, 보드에 대한 USB 연결을 통해 가상 RS232 직렬 연결을 사용하고, 시스템에 대한 직접적인 액세스를 제공하는 제1 USB-UART(시리얼 통신) 변환기(5)와, 보드에 대한 USB 연결을 통해 가상 RS232 직렬 연결을 사용하고, 시스템에 대한 직접적인 액세스를 제공하는 제2 USB-UART 변환기(6)와, 라즈베리 Pi 컴퓨터 모듈에 RPCM4 기기와 인터페이스하기 위한 2개의 콘넥터가 포함되어 있는 콘넥터(7)와, 하드웨어로 제어되는 UART 라인이 있는 두 개의 모듈과 인터페이스하고, 라즈베리 Pi CM4 콘넥터(7)의 UART4 4W를 CPU(1)의 UART7 4W에 연결하는 HART-HART 브리지(8)와, 서보 모터 및 기타 PWM 기기를 제어하기 위한 8개의 PWM 헤더(9)와, 2레인 MIPI 카메라 시스템을 외부 고해상도 카메라 모듈에 노출시키는 15핀 리본 콘넥터인 라즈베리 Pi 수직 카메라 콘넥터 모듈(10)과, 커스텀 6핀 헤더로 최대 6개의 핀을 제공하는 GPS(12)와, 연결되어 있지 않은 아날로그 파우어(13)와, 온보드 USB 클라이언트 기기를 위한 3개의 인터페이스를 단일에 제공하며, 마이크로칩 USB 2513 USB 20 고속 허브 컨트롤러를 사용하는 USB 기기 포트인 3포트 USB 클라이언트 허브 모듈(14)과, 고객의 재량에 따라 최대 4핀을 제공하는 커스텀 4핀 헤더(15)와, 고객의 재량에 따라 최대 5핀을 제공하는 커스텀 5핀 헤더(16)와, 엣지 TPU 및 자체 전원 제어 엣지 TPU는 약간의 전력을 사용하여 텐소 플로우 라이트(Tensor Flow Lite)모델을 가속화하는 소형 ASIC인 가속 모듈(17)과, 컨트롤러 영역 사이에 네트워크(CAN) 프로토콜 컨트롤러 및 물리적 2선식 CAN 버스인터페이스를 제공하는 고속 CAN 트랜시버(18)와, CPU(1)의 신호에 대한 사용자 입력을 제공하는 49제곱 mm 풀다운 터치 스위치(19)와, 착탈식 비휘발성 메모리를 제공하며, CPU(1)의 SD카드에 연결되는 카드 슬롯 모듈(20)과, 단일 USB 20 포트를 공유하는 USB 2포트 스위치(21)와, CPU(1)를 USB기기로 USB 2포트 스위치(21)에 연결하는 제1USB브리지(22)와, CPU(1)를 USB기기로 연결하는 제2 USB브리지(23)로 구성된다.1 is a block diagram of an integrated mission flight control system for artificial intelligence-based autonomous drones of the present invention. A DC-DC step-down regulator (2) that provides 33V DC output, and a USB-type photodiode (3) that can connect the design to USB 20 and provide up to 3A, 50V if the USB type-C port is used, Using a virtual RS232 serial connection through the USB connection to the board, and a first USB to UART (Serial Communications) converter (5) providing direct access to the system, and a virtual RS232 serial connection through the USB connection to the board. A second USB-UART converter (6) that provides direct access to the system and a connector (7) that includes two connectors to interface with the RPCM4 device on the Raspberry Pi computer module, controlled by hardware Interface with two modules with UART lines, HART-HART bridge (8) connecting UART4 4W on Raspberry Pi CM4 connector (7) to UART7 4W on CPU (1), to control servo motors and other PWM devices 8 PWM headers (9) for the 2-lane MIPI camera system, a 15-pin ribbon connector that exposes the 2-lane MIPI camera system to an external high-resolution camera module, the Raspberry Pi vertical camera connector module (10), and a custom 6-pin header that provides up to 6 pins. It provides three interfaces in a single unit for GPS (12), unconnected analog power (13), and on-board USB client devices, and 3 USB device ports using the Microchip USB 2513 USB 20 high-speed hub controller. A port USB client hub module 14, a custom 4-pin header 15 providing up to 4 pins at the discretion of the customer, and a custom 5-pin header 16 providing up to 5 pins at the discretion of the customer; Edge TPU and self-powered control Edge TPU is a small ASIC that accelerates Tensor Flow Lite models using little power, Acceleration Module (17), Network (CAN) protocol controller and physical 2 between the controller area. A high-speed CAN transceiver 18 providing a wire-type CAN bus interface, a 49 square mm pull-down touch switch 19 providing user input for signals of the CPU 1, and a removable non-volatile memory, the CPU 1 The card slot module 20 connected to the SD card of the ), the USB 2 port switch 21 sharing a single USB 20 port, and the CPU 1 connected to the USB 2 port switch 21 as a USB device. It consists of 1 USB bridge 22 and a 2nd USB bridge 23 connecting the CPU 1 to a USB device.

도 2는 본 발명의 통합 비행제어 시스템의 개념도로, 통합 FCC(24)를 중심으로 관제, 모바일과 통신을 수행하고, 각 기기동작을 센서에서 감지하며, 영상장비와 적재함을 탑재 가능하도록 구성된 것이다.2 is a conceptual diagram of the integrated flight control system of the present invention, which is configured to perform control and communication with mobile centered on the integrated FCC 24, detect each device operation with a sensor, and mount video equipment and a loading box. .

도 3은 본 발명의 시스템 입출력도로, 비행제어보드(30)와 임무제어보드(31)가 상호 UART를 통한 비행 데이터입력으로 동작하는 관계를 나타낸 것으로, 비행제어보드(30)의 비행제어단에서 주력장치제어출력을 통해 주력장치(32)와 연결되도록 구성되고, 임무제어보드(31)는 영상장비(33)와 업무장비(34) 및 동력진단장비(35)로부터 센서정보를 입력받고 또한 업무장비 제어출력을 수행하도록 구성된 것이다.3 is a system input/output diagram of the present invention, showing the relationship between the flight control board 30 and the mission control board 31 operating by inputting flight data through mutual UART, at the flight control terminal of the flight control board 30 It is configured to be connected to the main device 32 through the main device control output, and the mission control board 31 receives sensor information from the video equipment 33, business equipment 34 and power diagnosis equipment 35, and also It is configured to perform equipment control output.

도 4는 본 발명의 코럴 TPU 기반 자율 비행 개념 구성도로, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명은 인공지능기반 코럴 TPU로, 비행제어 보드에 구글의 TPU를 적용하여 구글이 제공하는 인공지능기능이 요구되는 서비스로 트레이닝과 예측의 용도로 활용할 수 있다.4 is a conceptual configuration diagram of autonomous flight based on Coral TPU of the present invention. As shown therein, the present invention is an artificial intelligence-based Coral TPU, and requires the artificial intelligence function provided by Google by applying Google's TPU to the flight control board. It is a service that can be used for training and prediction purposes.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.The operation of the present invention configured as described above will be described.

먼저, CPU(1)는 더블 정밀도 FPU 및 L1 캐시가 있는 32비트 Arm 코텍스-M7 코어로, 16K바이트 데이터 및 16K바이트 명령 캐시이며, 최대 480MHz의 주파수, MPU 및 DSP를 명령하고, 2MB의 플래시 메모리와 1MB의 램을 포함한다. Firstly, CPU(1) is 32-bit Arm Cortex-M7 core with double precision FPU and L1 cache, 16K bytes data and 16K bytes instruction cache, command frequency up to 480MHz, MPU and DSP, 2MB of flash memory and 1 MB of RAM.

또한, 3.3V/1.5A 레귤레이터(2)는 DC-DC스텝다운 레귤레이터로, 특정 구성요소에 필요한 1.5A에서 3.3V DC 출력을 제공하며, 3.1~16V DC 사이의 입력 전압을 수용하고 출력을 제어한다.Additionally, the 3.3V/1.5A regulator (2) is a DC-DC step-down regulator that provides a 3.3V DC output at 1.5A required by certain components, accepts an input voltage between 3.1 and 16V DC and controls the output. do.

그리고 3-포트 USB 고객허브(4)는 제1수직 카메라 콘넥터(10), 제2수직 카메라 콘넥터(11), 카드슬롯모듈(20), USB 2-포트스위치를 제어하도록 레귤레이터(2)를 통해 3.3V를 CPU(1)에 제공한다. And the 3-port USB customer hub (4) controls the first vertical camera connector (10), the second vertical camera connector (11), the card slot module (20), and the USB 2-port switch through the regulator (2). 3.3V is provided to the CPU(1).

또한, 전원먹서모듈(14)은 두 전원 간에 원활하게 전환되며, 스위칭 파우어 멀티플렉서는 전원이 연결된 소스에서 가장 높은 전압이다.In addition, the power muxer module 14 smoothly switches between the two power sources, and the switching power multiplexer has the highest voltage at the source to which the power source is connected.

포토다이오드(3)는 USB 타입-C 포트를 사용하며 디자인을 USB 2.0으로 연결하고 최대 3A, 5.0V를 제공하는 것으로, 이 포트는 3포트 USB 클라이언트 허브(4)의 USB에 연결된다.The photodiode (3) uses a USB Type-C port and connects the design to USB 2.0 and provides up to 3A, 5.0V, which is connected to the USB of the 3-port USB client hub (4).

3-포트 USB 고객허브(4)는, 온보드 USB 클라이언트 기기를 위한 3개의 인터페이스를 단일에 제공하며, USB 2-포트 스위치(21)는 단일 USB 2.0 포트를 공유할 수 있다. The 3-port USB customer hub 4 provides three interfaces in one for on-board USB client devices, and the USB 2-port switch 21 can share a single USB 2.0 port.

제1USB-UART 변환기(5) 및 제2USB-UART변환기(6)는, FTDI라고도 하며 이러한 USB-UART 변환기(5)(6)를 사용하면 보드에 대한 USB 연결을 통해 여러 기능을 수행할 수 있다.The first USB-UART converter (5) and the second USB-UART converter (6) are also called FTDI, and if these USB-UART converters (5) and (6) are used, various functions can be performed through USB connection to the board. .

한편, HART-HART브릿지(8)는 하드웨어로 제어되는 UART 라인이 있는 두 개의 모듈과 인터페이스로, 라즈베리 Pi CM4 콘넥터(7)의 UART4 4W를 CPU(1)에 연결한다.On the other hand, the HART-HART bridge (8) interfaces with two modules with UART lines controlled by hardware, and connects the UART4 4W of the Raspberry Pi CM4 connector (7) to the CPU (1).

또한, 트랜시버(18)는, 컨트롤러 영역 사이에 네트워크(CAN) 프로토콜 컨트롤러 및 물리적 2선식 네트워크 버스 인터페이스를 제공하는 고속 네트워크 트랜시버이다. Transceiver 18 is also a high-speed network transceiver that provides a network (CAN) protocol controller and physical two-wire network bus interface between the controller domains.

이 트랜시버(18)는, 최대 5M 비트/s의 데이터 속도로 네트워크 FD 빠른 단계에서 안정적인 통신이 가능하게 한다.This transceiver 18 enables reliable communication in the network FD fast phase with data rates of up to 5 Mbit/s.

이때, 상기 트랜시버(18)의 작동 전압은 4.5V에서 5.5V 사이로, 모듈은 사용자의 선택을 기반으로 컨트롤러와 트랜시버 간에 3.3V 또는 5.0V의 IO 논리 수준을 지원한다. At this time, the operating voltage of the transceiver 18 is between 4.5V and 5.5V, and the module supports an IO logic level of 3.3V or 5.0V between the controller and the transceiver based on the user's selection.

상기 콘넥터(7)는 라즈베리 Pi 컴퓨터 모듈에는 RPCM4 기기와 인터페이스하기 위한 2개의 콘넥터가 포함되어 있는 것으로, RPCM4 COM 콘넥터는 RPCM4와만 호환된다.The connector 7 includes two connectors for interfacing with the RPCM4 device in the Raspberry Pi computer module, and the RPCM4 COM connector is compatible only with the RPCM4.

상기 PWM헤더(9)는, 서보 모터 및 기타 PWM 기기를 제어하기 위한 8개의 PWM 헤더를 제공한다. The PWM header 9 provides 8 PWM headers for controlling servo motors and other PWM devices.

한편, 본 발명은 콘넥터(신호)를 처리할 수 있는 것으로, 라즈베리 Pi 제1 수직 카메라 콘넥터(10), 라즈베리 Pi 제2 수직 카메라 콘넥터(11)는 2레인 MIPI 카메라 시스템을 외부 고해상도 카메라 모듈에 노출시키는 15핀 리본 콘넥터로, CSI 포트는 라즈베리 Pi CM4 콘넥터(7)의 CAM0에 연결된다.On the other hand, the present invention can process connectors (signals), and the Raspberry Pi first vertical camera connector 10 and the Raspberry Pi second vertical camera connector 11 expose a two-lane MIPI camera system to an external high-resolution camera module. With a 15-pin ribbon connector, the CSI port is connected to CAM0 of the Raspberry Pi CM4 connector (7).

또한, I2C 통신은 콘넥터(7)에 연결되며, 인에이블 입력은 콘넥터(7)에서 GPIO4에 의해 제공된다.In addition, I2C communication is connected to connector (7), and the enable input is provided by GPIO4 on connector (7).

한편, 상기 제2수직 카메라 콘넥터(11)는, 2레인 MIPI 카메라 시스템을 외부 고해상도 카메라 모듈에 노출시키는 15핀 리본 콘넥터로, CSI 포트는 라즈베리 Pi CM4 콘넥터(7)의 CAM1에 연결된다.Meanwhile, the second vertical camera connector 11 is a 15-pin ribbon connector that exposes the 2-lane MIPI camera system to an external high-resolution camera module, and the CSI port is connected to CAM1 of the Raspberry Pi CM4 connector 7.

I2C 통신은 콘넥터(7)의 I2C0에 연결되고, 인에이블 입력은 콘넥터(7)에서 GPIO5에 의해 제공된다.I2C communication is connected to I2C0 on connector (7), and the enable input is provided by GPIO5 on connector (7).

본 발명의 제1USB 브리지(22)는, CPU(1)를 USB 기기로 USB 2포트 스위치(21)에 연결함과 함께 제2USB 브릿지(23) 또한 CPU(1)를 USB 기기에 연결한다.The first USB bridge 22 of the present invention connects the CPU 1 to the USB 2-port switch 21 as a USB device, and the second USB bridge 23 also connects the CPU 1 to the USB device.

한편, 아날로그 파우어(13)는 이 모듈은 연결되어 있지 않다.On the other hand, the analog power 13 is not connected to this module.

그리고 제1헤더(15)는 고객의 재량에 따라 사용할 수 있도록 최대 4개의 핀을 제공하며, 제2헤더(16)는 커스텀 5핀 JST GH 헤더로, 고객의 재량에 따라 사용할 수 있도록 최대 5개의 핀을 제공한다.The first header (15) provides up to 4 pins to be used at the customer's discretion, and the second header (16) is a custom 5-pin JST GH header, which provides up to 5 pins to be used at the customer's discretion. provide pins.

본 발명의 가속모듈(17)은, 엣지TPU 및 자체 전원 제어 엣지TPU는 약간의 전력을 사용하여 텐서 플로우 라이트(Tensor Flow Lite)모델을 가속화하는 소형 ASIC로, 초당 4조 작업(4 TOPS)을 수행하고, 2와트의 전력을 사용하여 와트당 2TOPS로, 예를 들어, 효율적인 전원 방식으로 초당 거의 400프레임으로 모바일넷 v2와 같은 모바일 비전 모델을 수행한다.The acceleration module 17 of the present invention, edge TPU and self-powered control edge TPU is a small ASIC that accelerates the Tensor Flow Lite model using little power, and performs 4 trillion operations per second (4 TOPS). and performs mobile vision models such as MobileNet v2 at 2 TOPS per watt using 2 watts of power, eg, near 400 frames per second in a power efficient manner.

이 기기내의 머신러닝 처리는 지연 시간을 줄이고 데이터 개인정보 보호를 강화하며 지속적인 인터넷 연결이 필요하지 않는 것으로, 모듈은 호스트 인터페이스, 즉 PCIe Gen2 x 1 또는 USB2.0 중 하나를 제공한다. Machine learning processing within the device reduces latency, enhances data privacy and does not require a constant internet connection, and the module provides a host interface, either PCIe Gen2 x 1 or USB2.0.

한편, 터치스위치(19)는, 4.9제곱mm 풀다운 터치 스위치로, CPU(1)의 신호에 대한 사용자 입력을 제공한다.Meanwhile, the touch switch 19 is a 4.9 square mm pull-down touch switch, and provides a user input for a signal of the CPU 1.

그리고 마이크로 카드 슬롯 모듈(20)은, 착탈식 비휘발성 메모리를 제공하며, SD카드 리더는 CPU(1)의 SD카드이다.And, the micro card slot module 20 provides a removable non-volatile memory, and the SD card reader is an SD card of the CPU 1.

도 4는 본 발명의 코럴 TPU 기반 자율 비행 개념 구성도로, 자율비행을 위한 통합 임무비행 제어 보드는 인공지능 칩이 적용된 비행제어 보드와 오프 보드로 구성되는데 상기 비행제어보드는 자동비행과 인공지능보드로 구분된다.Figure 4 is a Coral TPU-based autonomous flight concept configuration diagram of the present invention, the integrated mission flight control board for autonomous flight is composed of a flight control board and an off-board to which an artificial intelligence chip is applied. The flight control board is an automatic flight and an artificial intelligence board. are separated by

상기 자동비행은, 임무 미션이 등록되어 비행체가 이륙하면 목적지로 이동하고 장애물 회피와 경로 추적을 통하면서 임무를 수행한 후 이륙지점으로 복귀한 상태에서 비행체가 착륙한다.In the automatic flight, when a mission is registered and the aircraft takes off, it moves to the destination, performs the mission through obstacle avoidance and route tracking, and then lands while returning to the take-off point.

또한, 인공지능보드는, 학습모델을 수행하여 비행체 이륙상태에서 카메라 영상을 획득하고 장애물을 식별하여 장애물 회피를 수행하며 객체를 인식하여 경로를 추적한다.In addition, the artificial intelligence board performs a learning model to obtain a camera image in the aircraft take-off state, identifies an obstacle, performs obstacle avoidance, and recognizes an object to track a path.

본 발명은 자율비행 드론을 위한 통합 임무비행 제어 시스템으로, 기존의 상용 비행 제어장치에만 의존된 비행시스템은 비행 안전성이 불안정하여 안전사고가 빈번하게 일어남에 따라 기존방식을 탈피하고 자율비행을 수행하도록 한다.The present invention is an integrated mission flight control system for autonomous drones. The flight system, which relied only on conventional commercial flight controllers, has unstable flight safety and frequently causes safety accidents. do.

즉, 다양한 용도(촬영, 실시간 재난관리, 정찰감시, 군사 작전 등) 및 형태의 무인 비행체에 적용 가능한 자율비행 드론용 통합 FCC(Flight Controller Computer:비행제어컴퓨터)(23)이 탑재된 시스템 보드와 연동된 각종 센서 모듈의 정보를 수집하여 비행제어를 구현하여 안정된 비행을 확보하고 GCS(Ground Control Station)와 연동하여 임무수행이 가능하다. That is, a system board equipped with an integrated FCC (Flight Controller Computer) (23) for autonomous drones applicable to various purposes (photography, real-time disaster management, reconnaissance and surveillance, military operations, etc.) and forms of unmanned aerial vehicles It collects information from various sensor modules interlocked to implement flight control to ensure stable flight and to perform missions in conjunction with GCS (Ground Control Station).

따라서, 드론 응용 개발 업체들이 본 기술을 활용할 경우 자체적으로 개발하고 재사용하여 효율적 관리를 할 수 있으며 이를 통해 개발시간과 비용을 절감할 수 있다. Therefore, when drone application developers utilize this technology, they can develop and reuse it for efficient management, thereby reducing development time and cost.

1:CPU 2:레귤레이터
3:포토다이오드 5:제1변환기
6:제2변환기 7:콘넥터
8:브릿지 9:PWM헤더
10:제1수직카메라콘넥터 11:제2수직카메라콘넥터
12:GPS 13:아날로그 파우어
14:전원먹서모듈 15:제1헤더
16:제2헤더 17:가속모듈
18:트랜시버 19:터치스위치
20:카드슬롯모듈 21:USB2포트스위치
22:제1USB브릿지 23:제2USB브릿지
24:통합FCC 30:비행제어보드
31:임무제어보드 32:주력장치
33:영상장비 34:업무장비
35:동력진단장치
1:CPU 2:Regulator
3: photodiode 5: first converter
6: Second converter 7: Connector
8: Bridge 9: PWM Header
10: first vertical camera connector 11: second vertical camera connector
12:GPS 13:Analog power
14: power muxer module 15: first header
16: second header 17: acceleration module
18: transceiver 19: touch switch
20: card slot module 21: USB 2 port switch
22: first USB bridge 23: second USB bridge
24: integrated FCC 30: flight control board
31: mission control board 32: main device
33: video equipment 34: business equipment
35: power diagnosis device

Claims (2)

각 부를 제어하기 위한 32비트코어 CPU(1)와, 15A에서 33V DC 출력을 제공하는 DC-DC 스텝다운 레귤레이터(2)와, USB 타입-C 포트를 사용하여 디자인을 USB로 연결하고 최대 3A, 50V를 제공하는 포토다이오드(3)와, 보드에 대한 USB연결을 통해 가상 RS232 직렬 연결을 사용하고, 시스템에 대한 직접적인 액세스를 제공하는 제1 USB-UART 변환기(5)와, 보드에 대한 USB 연결을 통해 가상 RS232 직렬 연결을 사용하고, 시스템에 대한 직접적인 액세스를 제공하는 제2 USB-UART 변환기(6)와, 모듈 4에 RPCM4 기기와 인터페이스하기 위한 2개의 콘넥터가 포함되어 있는 콘넥터(7)와, 하드웨어로 제어되는 UART라인이 있는 두개의 모듈과 인터페이스하고, 콘넥터(7)의 UART4 4W를 CPU(1)에 연결하는 HART-HART 브릿지(8)와, 서보 모터 및 기타 PWM기기를 제어하기 위한 8개의 PWM 헤더(9)와, 2레인 MIPI 카메라 시스템을 외부 고해상도 카메라 모듈에 노출시키는 15핀 리본 콘넥터인 제1수직 카메라 콘넥터 모듈(10) 및 제2수직 카메라 콘넥터(11)와, 커스텀 6핀 헤더로 최대 6핀을 제공하는 GPS(12)와, 온보드 USB 고객 기기를 위한 3개의 인터페이스를 제공하며, 마이크로칩 USB 고속허브컨트롤러를 사용하는 USB기기 포트인 전원먹서모듈(14)과, 최대 4핀을 제공하는 커스텀 4핀 헤더(15)와, 최대 5핀을 제공하는 커스텀 5핀 헤더(16)와, 엣지TPU 및 자체 전원 제어 엣지 TPU로 저전력을 사용하는 소형 ASIC인 가속모듈(17)과, 컨트롤러 영역 사이에 네트워크 프로토콜 컨트롤러 및 물리적 2선식 네트워크 버스인터페이스를 제공하는 고속 트랜시버(18)와, CPU(1)의 신호에 대한 사용자 입력을 제공하는 터치스위치(19)와, 착탈식 비휘발성 메모리를 제공하며, CPU(1)의 SD카드에 연결되는 카드슬롯모듈(20)과, 단일 USB20포트를 공유할 수 있는 USB 2포트 스위치(21)와, CPU(1)를 USB기기로 USB 2포트 스위치(21)에 연결하는 제1,제2USB브리지(22)(23)를 포함하여 구성되며,
촬영과 실시간 재난관리 및 정찰감시 및 무인 비행체에 적용 가능한 자율비행 드론용 통합 FCC(24)가 탑재된 시스템보드와 연동된 각종 센서모듈의 정보를 수집하여 비행제어를 구현하면서 GCS와 연동하여 임무수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인공지능기반 자율비행 드론용 통합 임무비행 제어시스템.
A 32-bit core CPU(1) to control each part, a DC-DC step-down regulator(2) providing 33V DC output at 15A, and a USB Type-C port to connect the design with USB, up to 3A, A photodiode (3) providing 50V, and a first USB to UART converter (5) using a virtual RS232 serial connection through the USB connection to the board and providing direct access to the system, and a USB connection to the board a second USB-to-UART converter (6), which uses a virtual RS232 serial connection via a virtual RS232 serial connection and provides direct access to the system; , HART-HART bridge (8) which interfaces with two modules with hardware controlled UART lines and connects UART4 4W on connector (7) to CPU (1), and for controlling servo motors and other PWM devices. 8 PWM headers (9), a first vertical camera connector module (10) and a second vertical camera connector (11), which are 15-pin ribbon connectors that expose a 2-lane MIPI camera system to an external high-resolution camera module, and a custom 6-pin A GPS (12) that provides up to 6 pins as a header, a power muxer module (14) that provides three interfaces for on-board USB customer devices and is a USB device port that uses a Microchip USB high-speed hub controller, and a maximum of 4 A custom 4-pin header (15) that provides pins, a custom 5-pin header (16) that provides up to 5 pins, and an acceleration module (17), which is a small ASIC that uses low power with edge TPU and self-powered edge TPU, , a high-speed transceiver 18 that provides a network protocol controller and a physical two-wire network bus interface between controller areas, a touch switch 19 that provides user input for signals from the CPU 1, and a removable non-volatile memory. It provides a card slot module (20) connected to the SD card of the CPU (1), a USB 2 port switch (21) that can share a single USB 20 port, and a USB 2 port switch with the CPU (1) as a USB device. It is configured to include first and second USB bridges 22 and 23 connected to (21),
Performing missions in conjunction with GCS while implementing flight control by collecting information from various sensor modules linked to system boards equipped with an integrated FCC (24) for autonomous drones that can be applied to filming, real-time disaster management, reconnaissance and surveillance, and unmanned aerial vehicles An integrated mission flight control system for artificial intelligence-based autonomous drones, characterized in that configured to.
제1항에 있어서, 상기 통합 FCC보드(24)가,
비행제어보드(30)와 임무제어보드(31)를 포함하여 구성되며, 상기 비행제어보드(30)는 주력장치(32)의 출력을 통해 비행제어를 수행하고, 상기 임무제어보드(31)는 영상장비(33),임무장비(34),동력진단장비(35)로부터 센서정보를 입력받고 장비를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인공지능기반 자율비행 드론용 통합 임무비행 제어시스템.
The method of claim 1, wherein the integrated FCC board (24),
It is composed of a flight control board 30 and a mission control board 31, and the flight control board 30 performs flight control through the output of the main device 32, and the mission control board 31 An integrated mission flight control system for artificial intelligence-based autonomous drones, characterized in that it is configured to receive sensor information from the imaging equipment 33, mission equipment 34, and power diagnosis equipment 35 and control the equipment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150044386A (en) 2013-10-16 2015-04-24 로베르트 보쉬 게엠베하 Method for controlling an internal combustion engine and an electric machine of a hybrid electrical vehicle
KR20160004953A (en) 2014-07-03 2016-01-13 인피니언 테크놀로지스 아게 Battery cell characteristic identification
KR20170025045A (en) 2015-08-27 2017-03-08 씨제이제일제당 (주) A microorganism of corynebacterium genus having L-lysine productivity and method for producing L-lysine using the same

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