KR20230126554A - 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템 및 방법 - Google Patents

자율주행 드론의 비상 착륙 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

자율주행 드론의 비상 착륙 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템 및 방법은 자율 주행을 수행하는 드론, 상기 드론에 설치되어 상기 드론의 비행 환경 정보를 측정하는 센서 모듈, 상기 드론에 설치되어 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하여 상기 드론이 자율주행을 수행하도록 하는 제어 모듈 및 상기 드론에 설치되어 상기 드론이 비행하도록 하는 구동 모듈을 포함하며, 상기 제어 모듈은 상기 비행 환경 정보의 신뢰 수준에 따라 상기 드론의 이상 여부를 판단하여 상기 드론에 이상이 있다고 판단되는 경우, 상기 드론이 비상 착륙을 수행하도록 비상 비행 제어 신호를 생성 한다.

Description

자율주행 드론의 비상 착륙 시스템 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EMERGENCY LANDING OF AUTONOMOUS FLIGHT DRONE}
본 발명의 실시예들은 자율주행 드론의 비상 착륙 기술과 관련된다.
통상 무인비행기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)는 조종사가 탑승하지 않고 원격조종에 의해서 또는 자율비행제어 장치에 의해서 비행을 하여 정찰, 폭격, 화물 수송, 산불 감시, 방사능 감시 등 사람이 직접 수행하기가 힘들거나 직접 수행하기에 위험한 임무를 수행하는 비행기를 의미한다.
드론(drone)은 무인 비행기의 하나로 자체 동력을 갖추고 있지만 조종사가 탑승하지 않는 헬리콥터 모양의 무인항공기를 말한다. 종래에는 드론이 주로 군사용 목적으로 이용되었지만, 최근 들어 상업적 활용가치가 부각되면서 여러 업체들이 드론 사업에 뛰어들고 있다.
드론의 활용 목적에 따라 다양한 크기와 성능을 가진 비행체들이 다양하게 개발되고 있는데, 정글이나 오지, 화산지역, 자연재해지역, 원자력 발전소 사고지역 등 인간이 접근할 수 없는 지역에 드론을 투입하여 운용하거나, 물류 배송, 방 송 레저 등 다양한 상업적 분야에도 이용되고 있다.
그러나, 이러한 드론은 비행 성능 결함 등의 오동작으로 인해 추락할 우려가 있으며, 추락시 여러 고가의 부품들이 파손되어 경제적 피해가 발생되거나 대인 및 대물에 대한 2차적인 안전 사고가 동반될 수 있는 피해의 위험성 또한 심각하게 대두되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0019672호 (2016.02.22.)
본 발명의 실시예들은 자율주행 드론에 이상이 발생되는 경우, 자율주행 드론을 안전하게 착륙시키기 위한 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 자율 주행을 수행하는 드론, 상기 드론에 설치되어 상기 드론의 비행 환경 정보를 측정하는 센서 모듈, 상기 드론에 설치되어 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하여 상기 드론이 자율주행을 수행하도록 하는 제어 모듈 및 상기 드론에 설치되어 상기 드론이 비행하도록 하는 구동 모듈을 포함하며, 상기 제어 모듈은 상기 비행 환경 정보의 신뢰 수준에 따라 상기 드론의 이상 여부를 판단하여 상기 드론에 이상이 있다고 판단되는 경우, 상기 드론이 비상 착륙을 수행하도록 비상 비행 제어 신호를 생성하는 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템이 제공된다.
상기 제어 모듈은 상기 센서 모듈로부터 측정된 비행 환경 정보 및 상기 드론에 대한 임무 정보를 입력받고, 상기 입력된 비행 환경 정보 및 임무 정보를 기반으로 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하는 자율주행 제어부, 상기 비행 경로 정보에 따라 상기 드론의 비행 구동이 이루어지도록 비행 제어 신호를 생성하는 제1 비행 제어부, 상기 센서 모듈로부터 입력된 비행 환경 정보를 기초로 상기 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준을 확인하여 상기 드론의 이상 여부를 판단하고, 상기 드론에 이상이 있다고 판단되는 경우, 비상 착륙 신호를 생성하는 이상 판단부 및 상기 생성된 비상 착륙 신호에 따라 상기 드론의 비상 착륙이 이루어지도록 상기 비상 비행 제어 신호를 생성하는 제2 비행 제어부를 포함할 수 있다.
상기 센서 모듈은 상기 드론의 전방을 향하여 설치되어 상기 드론의 전방을 촬영한 촬영 영상을 생성하는 카메라, 상기 드론의 좌측방, 우측방, 상방, 하방 및 후방 중 적어도 하나를 향해 설치되어 상기 드론 주변의 물체를 탐지하고 거리를 측정하여 초음파 신호를 생성하는 적어도 하나의 초음파 센서, 상기 드론의 위치를 측정하는 GPS 센서, 자기장을 측정하는 자력계 센서 및 상기 드론의 자세를 측정하는 자이로 센서 및 가속도 센서를 포함할 수 있다.
상기 자율주행 제어부는 상기 촬영 영상 및 상기 초음파 신호가 입력되는 경우, 이미 학습된 경로 추정 모델을 기반으로 머신러닝(Machine Learning)을 수행하여 상기 드론의 다음 경로를 추정하고, 상기 추정된 드론의 다음 경로를 기반으로 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성할 수 있다.
상기 이상 판단부는 상기 입력된 비행 환경 정보를 기초로 상기 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준이 기 설정된 기준보다 작은 경우, 상기 드론에 이상이 있다고 판단하여 비상 착륙 신호를 생성하며, 상기 제1 비행 제어부에서 생성된 상기 비행 제어 신호를 차단하고 상기 생성된 비상 착륙 신호를 제2 비행 제어부로 전송할 수 있다.
상기 제2 비행 제어부는 상기 이상 판단부로부터 상기 비상 착륙 신호가 입력되는 경우, 최종 시점에 수신된 GPS 정보 및 촬영 영상을 기반으로 상기 드론의 현재 위치를 확인하고, 상기 드론의 현재 위치에서 지면까지의 수직 이동 경로를 생성할 수 있다.
상기 제2 비행 제어부는 상기 최종 시점에 수신된 GPS 정보를 기반으로 상기 드론의 현재 위치가 착륙 가능한 지점인지 판단하여 상기 수직 이동 경로를 생성하되, 상기 드론의 하방을 향해 설치된 초음파 센서를 이용하여 인식된 드론 하방의 물체를 회피하도록 상기 수직 이동 경로를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 하나 이상의 프로세서들, 및 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 자율주행 드론의 비상 착륙 방법으로서, 자율주행을 수행하는 드론에 대하여 측정된 비행 환경 정보 및 상기 드론에 대한 임무 정보를 입력받는 단계, 상기 입력된 비행 환경 정보 및 임무 정보를 기반으로 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하는 단계, 상기 비행 경로 정보에 따라 상기 드론의 비행 구동이 이루어지도록 비행 제어 신호를 생성하는 단계, 상기 입력된 비행 환경 정보를 기초로 상기 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준을 확인하여 상기 드론의 이상 여부를 판단하는 단계, 상기 드론에 이상이 있다고 판단되는 경우, 비상 착륙 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 비상 착륙 신호에 따라 상기 드론의 비상 착륙이 이루어지도록 상기 비상 비행 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 자율주행 드론의 비상 착륙 방법이 제공된다.
상기 비행 환경 정보는 상기 드론의 전방을 촬영한 촬영 영상, 상기 드론 주변의 물체를 탐지하고 거리를 측정한 초음파 신호, 상기 드론의 위치를 측정한 GPS 정보, 상기 드론의 자세 관련 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 드론의 비행 경로를 생성하는 단계는 상기 촬영 영상 및 상기 초음파 신호가 입력되는 경우, 이미 학습된 경로 추정 모델을 기반으로 머신러닝(Machine Learning)을 수행하여 상기 드론의 다음 경로를 추정하는 단계 및 상기 추정된 드론의 다음 경로를 기반으로 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 드론의 이상 여부를 판단하는 단계는 상기 입력된 비행 환경 정보를 기초로 상기 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준이 기 설정된 기준보다 작은 경우, 상기 드론에 이상이 있다고 판단하여 비상 착륙 신호를 생성하는 단계 및 상기 비행 제어 신호를 차단하고 상기 생성된 비상 착륙 신호를 제2 비행 제어부로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비상 비행 제어 신호를 생성하는 단계는 상기 비상 착륙 신호가 입력되는 경우, 최종 시점에 수신된 GPS 정보 및 촬영 영상을 기반으로 상기 드론의 현재 위치를 확인하는 단계 및 상기 드론의 현재 위치에서 지면까지의 수직 이동 경로를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비상 비행 제어 신호를 생성하는 단계는 상기 최종 시점에 수신된 GPS 정보를 기반으로 상기 드론의 현재 위치가 착륙 가능한 지점인지 판단하여 상기 수직 이동 경로를 생성하되, 상기 드론의 하방을 향해 설치된 초음파 센서를 이용하여 인식된 드론 하방의 물체를 회피하도록 상기 수직 이동 경로를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 자율주행 드론에 이상이 발생되는 경우, 자율주행 드론을 안전하게 착륙시킴으로써, 드론이 낙하하여 발생할 수 있는 시설물 또는 인명 피해를 최소화하고, 안전하게 착륙된 드론을 용이하게 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템을 설명하기 위한 블록도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템의 상세 구성을 나타내는 블록도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 드론의 비상 착륙 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 4는 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
한편, 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 기술한 방법들을 컴퓨터상에서 수행하기 위한 프로그램, 및 상기 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나, 또는 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상적으로 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 프로그램의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템(100)을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템(100)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템(100)은 자율주행을 수행하는 드론(200), 드론(200)에 설치되어, 드론(200)의 비행 환경 정보를 측정하는 센서 모듈(300), 드론(200)의 비행 경로 정보를 생성하여 드론(200)이 자율주행을 수행하도록 하는 제어 모듈(400), 및 드론(200)이 비행하도록 하는 구동 모듈(500)을 포함할 수 있다.
드론(200)은 드론(200)을 제어하기 위한 제어 모듈(400)이 설치된 몸체부(미도시) 및 드론(200)을 비행시키기 위한 날개부(미도시)를 포함할 수 있으며, 몸체부와 날개부는 프레임을 통해 서로 연결되어 있을 수 있다. 드론(200)을 자율주행 시키기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 드론(200)은 몸체부에 센서 모듈(300)이 연결될 수 있으며, 제어 모듈(400)은 센서 모듈(300)을 구성하는 각각의 센서로부터의 입력에 기반하여 입력된 목적지까지의 자율비행을 수행할 수 있다.
한편, 드론(200)은 본 발명이 속한 기술 분야에서 일반적으로 널리 알려져 있는 무인 비행체를 이용할 수 있다. 예를 들어, 드론(200)은 사람의 탑승 없이 원격으로 조종 가능한 비행체로서, 두 개의 날개를 가져 일반적인 여객기를 축소해 놓은 형상의 비행체일 수 있으며, 최근 다양한 용도로 사용되고 있는 무인 비행체일 수 있다. 드론(200)의 상세 구성은 본 발명이 속한 기술 분야에서 널리 알려져 있는바 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
센서 모듈(300)은 드론(200)의 전방측에 배치되는 적어도 하나의 카메라(311) 및 드론(200)의 양측방, 후방, 상방 및 하방 중 적어도 하나에 배치되는 초음파 센서(312)를 포함하는 제1 센서 모듈(310), 및 드론(200)의 현재 위치를 측정하기 위한 GPS(global positioning system) 센서(321), 및 드론(200)의 회전운동상태 또는 드론(200)의 자세를 측정하기 위한 3축 자이로 센서(322) 및 3축 가속도 센서(323)를 포함하는 제2 센서 모듈(320)을 포함할 수 있다.
제1 센서 모듈(310)은 드론(200)의 일측에 배치될 수 있다.
카메라(311)는 드론(200)의 전방측에 배치되어 드론(200)의 전방을 촬영할 수 있다. 예를 들어, 카메라(311)는 드론(200)의 전방을 촬영한 촬영 영상을 생성할 수 있으며, 촬영 영상은 제어 모듈(400)로 입력될 수 있다.
초음파 센서(312)는 드론(200)의 좌측, 우측, 상측 및 후측 중 적어도 하나에 배치되어 드론(200)과 드론(200) 주변 물체와의 거리를 측정할 수 있다. 예를 들어, 초음파 센서(312)는 드론(200)의 좌측, 우측, 상측 및 후측을 포함한 4개의 방위에 각각 설치되어 카메라(310)의 촬영 범위를 벗어난 영역에서 드론(200) 주변의 물체를 탐지하고 거리를 측정하여 초음파 신호를 생성할 수 있으며, 초음파 신호는 제어 모듈(400)로 입력될 수 있다. 즉, 초음파 센서(312)는 카메라(311)의 사각 지역(촬영 범위를 벗어난 영역)을 감시함으로써, 드론(200)의 안전한 자율비행에 기여할 수 있다.
한편, 초음파 센서(312)는 드론(200)의 하측에 더 배치되어 드론(200)이 비상 착륙을 수행할 시 드론(200)과 드론(200)의 하측의 물체를 탐지하고 거리를 측정하여 초음파 신호를 생성할 수 있으며, 초음파 신호는 제어 모듈(400)로 입력될 수 있다.
제2 센서 모듈(320)은 제어 모듈(400)의 내부에 설치될 수 있다. 예를 들어, 제2 센서 모듈(320)은 제1 비행 제어부(420) 및 제2 비행 제어부(440)의 내부에 각각 설치될 수 있다.
GPS 센서(321a, 321b)는 드론(200)의 현재 위치를 측정할 수 있다. 예를 들어, GPS 센서(321a, 321b)는 드론(200)의 현재 위치를 측정한 GPS 정보를 생성할 수 있으며, GPS 정보는 제어 모듈(400)로 입력될 수 있다.
자이로 센서(322a, 322b)는 드론(200)의 회전력을 측정할 수 있으며, 가속도 센서(323a, 323b)는 드론(200)의 가속도를 측정할 수 있다. 자이로 센서(322a, 322b) 및 가속도 센서(323a, 323b)는 모두 3축 센서가 이용될 수 있다. 여기서, 3축이라 함은 센서가 3차원에서 움직일 때 x축, y축, z축 방향의 가속도를 측정하는 것이며, 이를 통해서 중력에 대한 드론(200)의 상대적인 위치와 움직임을 측정할 수 있으며, 드론(200)의 현재 자세(각)을 계산하고, 원하는 비행에 필요한 자세 보정을 수행할 수 있다. 자이로 센서(322a, 322b) 및 가속도 센서(323a, 323b)에 의해 측정된 값은 제어 모듈(400)로 입력될 수 있다.
한편, 센서 모듈(300)은 카메라(311)와 함께 드론(200)의 비행 중 전방의 장애물 또는 물체를 검출하는 라이다(Light Detection And Ranging, LiDAR) 센서(313), 자기장을 측정하는 자력계 센서(324a, 324b) 및 관성 측정 유닛(325a, 325b)(Inertial Measurement Unit, IMU)을 더 포함할 수 있다. 이를 통해 드론(200)은 GPS 센서(321a, 321b), 가속도 센서(323a, 323b) 및 자력계 센서(324a, 324b)를 결합하여 드론(200)의 움직임을 파악할 수 있다. 또한, 드론(200)은 GPS 센서(321a, 321b) 및 관성 측정 유닛(325a, 325b)을 결합하여 드론(200)의 이동 방향, 이동 경로, 이동 속도를 유지할 수 있다.
제어 모듈(400)은 자율주행 제어부(410), 제1 비행 제어부(420), 이상 판단부(430) 및 제2 비행 제어부(440)를 포함할 수 있다. 또한, 제어 모듈(400)은 센서 모듈(300)에서 측정된 비행 환경 정보 및 드론에 대한 임무 정보를 입력받고, 센서 모듈(300)로부터 입력된 비행 환경 정보 및 입력된 임무 정보를 기반으로 드론(200)의 비행 경로 정보를 생성하며, 생성된 비행 경로 정보에 따라 구동 모듈(500)의 변속기(Electric Speed Control; ESC) 및 모터(M1~M4)의 구동 값을 산출하여 변속기 및 모터를 동작시킬 수 있다.
자율주행 제어부(410)는 센서 모듈(300)로부터 입력된 비행 환경 정보 및 드론(200)에 대한 임무 정보를 기반으로 드론(200)의 비행 경로 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 비행 환경 정보는 촬영 영상, 초음파 신호, GPS 정보, 자세 관련 센서 정보(자이로 센서(322a), 가속도 센서(323a), 자력계(324a), IMU(325a), 기압센서(미도시))를 포함할 수 있다. 또한, 임무 정보는 드론이 자율주행 비행을 하면서 수행하는 기능(예를 들어, 영상 촬영, 온도 측정, 물체 포획 등)과 관련된 정보(수행 임무, 수행 시간, 수행 장소 등)일 수 있다. 또한, 비행 경로 정보는 출발지, 목적지, 이동 경로, 이동 속도, 이동 고도, 이동 방향 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자율주행 제어부(410)는 센서 모듈(300)로부터 입력된 비행 환경 정보를 입력받아 비행 환경 정보를 기반으로 현재 드론(200) 위치에서 다음 위치까지의 경로를 추정할 수 있다. 자율주행 제어부(410)는 촬영 영상 및 초음파 신호가 입력되는 경우, 이미 학습된 경로 추정 모델을 기반으로 머신러닝(Machine Learning)을 수행하여 다음 경로(현재 드론(200) 위치에서 다음 위치까지의 경로)를 추정할 수 있다. 여기서, 경로 추정 모델은 촬영 영상 및 초음파 신호를 입력받고, 촬영 영상으로부터 초음파 신호에 기반하여 드론(200)의 다음 경로를 추정하도록 학습될 수 있다. 또한, 자율주행 제어부(410)는 추정된 다음 경로 및 임무 정보를 기반으로 드론(200)의 비행 경로 정보를 생성할 수 있다. 즉, 자율주행 제어부(410)는 센서 모듈(300)로부터 비행 환경 정보를 입력 받아, 목적지로 이동하면서 비행 경로상에 장애물 또는 물체 발견시 드론(200)의 회피 비행을 위한 비행 경로 정보를 생성할 수 있다.
제1 비행 제어부(420)는 비행 경로 정보에 따라 드론(200)의 비행 구동이 이루어지도록 비행 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 비행 제어부(420)는 자율주행 제어부(410)에 의해 생성된 비행 경로 정보에 따라 드론(200)의 비행(예를 들어, 이륙/착륙, 고도 제어, 방향 제어, 속도 제어) 기능(예를 들어, 영상 촬영, 온도 측정, 물체 포획 등)을 수행하도록 GPS 정보(GPS 센서(321a)), 자세 관련 센서 정보(자이로 센서(322a), 가속도 센서(323a), 자력계(324a), IMU(325a), 기압센서(미도시))로부터 측정된 비행 환경 정보를 기반으로 구동 모듈(500)을 제어할 수 있다. 또한, 제1 비행 제어부(420)는 GPS 정보, 자세 관련 센서 정보로부터 측정된 비행 환경 정보를 이상 판단부(430)로 전송할 수 있다.
이상 판단부(430)는 제1 비행 제어부(420)로부터 수신된 GPS 정보, 자세 관련 센서 정보로부터 측정된 비행 환경 정보를 기초로 GPS 정보 및 자세 관련 센서 정보의 신뢰 수준을 확인하여 드론(200)의 이상 여부를 판단할 수 있다. 센서는 예를 들어, 제조 결함, 동작 수명의 종료, 탬퍼링, 캐스케이딩 시스템 고장, 물리적 손상 등에 의해 고장날 수 있다. 하나 이상의 센서(321a, 322a, 323a, 324a, 325a) 고장은 드론(200)의 자율주행을 불가능하게 할 수 있다. 즉, 이상 판단부(430)는 드론(200)의 자율주행을 수행하기 위한 센서 모듈(300)에 포함된 센서들(321a, 322a, 323a, 324a, 325a)의 고장 여부를 확인하여 드론(200)의 자율주행 가능 여부를 판단할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 이상 판단부(430)는 기 설정된 시간 내에 비행 환경 정보가 수신되지 않는 경우, 수신된 비행 환경 정보가 기 설정된 기준보다 작거나, 신뢰 수준을 벗어나는 경우, 해당 비행 환경 정보에 대한 센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 기 설정된 시간은 예를 들어, 각각의 센서에 대한 초기 센서 프로파일을 사용하여 설정될 수 있다. 즉, 각각의 센서의 타입, 제조업체 설정 등에 의해 설정될 수 있다. 또한, 신뢰 수준은 센서 측정치가 정확한 것으로 용인되는 값의 범위일 수 있다. 즉, 각각의 센서의 알려진 인지 손실의 정도를 센서 고장을 결정하기 위한 기준(즉, 신뢰수준)으로 설정할 수 있다.
또한, 이상 판단부(430)는 드론(200)에 이상이 있다고 확인되어 제1 비행 제어부(420)에 의해 드론(200)의 자율주행이 불가능하다고 판단된 경우, 제1 비행 제어부(420)로부터 구동 모듈(500)로 전달되는 비행 제어 신호를 차단할 수 있으며, 비상 착륙 신호를 생성할 수 있다. 또한, 이상 판단부(430)는 제2 비행 제어부(440)로 비상 착륙 신호를 전송할 수 있다.
또한, 이상 판단부(430)는 비상 착륙 신호가 생성되면, 비상 착륙 신호가 생성된 시점(최종 시점)에 수신된 GPS 정보 및 촬영 영상을 외부 서버(예를 들어, 관제 서버, 지상통제 장비(Ground Control Station/System, GCS))로 전송할 수 있다. 이에 드론(200)의 착륙 지점을 확인하여 드론(200)을 용이하게 회수할 수 있다.
제2 비행 제어부(440)는 비상 착륙 신호에 따라 드론(200)의 비상 착륙이 이루어지도록 비상 비행 제어 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제2 비행 제어부(440)는 이상 판단부(430)로부터 비상 착륙 신호가 수신되는 경우, 현재 위치에서 수직 이동 경로를 생성할 수 있다. 또한, 제2 비행 제어부(440)는 드론(200)의 하측에 배치된 초음파 센서(312)를 이용하여 회피 경로를 생성할 수 있다. 이 때, 현재 위치는 최종 시점에 수신된 GPS 정보 및 촬영 영상을 기반으로 확인할 수 있다. 즉, 제2 비행 제어부(440)는 제1 비행 제어부(420)에 의하여 드론(200)의 자율 비행에 이상이 생긴 경우(예를 들어, 어느 하나의 센서가 고장난 경우), 현재 위치에서 수직 이동 경로를 생성하여 드론(200)이 천천히 하강하도록 제어하면서 드론(200)의 하측에 배치된 초음파 센서(320)를 이용하여 인식된 드론(200)의 하방의 물체를 회피하면서 드론(200)이 비상 착륙하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 비행 제어부(440)는 수직 이동 경로에 따라 드론(200)의 비상 착륙을 수행하도록 GPS 정보(GPS 센서(321b)), 자세 관련 센서 정보(자이로 센서(322b), 가속도 센서(323b), 자력계(324b), IMU(325b), 기압센서(미도시))로부터 측정된 비행 환경 정보를 기반으로 구동 모듈(500)을 제어할 수 있다.
또한, 제2 비행 제어부(440)는 최종 시점에 수신된 GPS 정보를 기반으로 현재 위치가 착륙 가능한 지점인지 판단하여 수직 이동 경로를 생성할 수 있으며, GPS 정보로부터 확인된 고도를 기반으로 지면까지의 거리를 확인하여 수직 이동 경로를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 비행 제어부(440)는 최종 시점에 수신된 GPS 정보를 기반으로 현재 위치가 어디인지 확인하여 착륙 가능한 지점인지 판단하여 착륙 가능한 지점인 경우, 수직 이동 경로를 생성할 수 있다. 또한, 제2 비행 제어부(440)는 착륙 가능한 지점이 이난 것으로 판단되는 경우, 착륙 가능한 지점으로 이동한 후, 수직 이동 경로를 생성할 수 있다. 즉, 제2 비행 제어부(440)는 드론(200)의 이상이 판단된 지점에서 비상 착륙을 수행하되, 해당 지점이 착륙가능한 지점인지 판단하고, 고도를 기반으로 수직 이동 경로를 생성함으로써, 드론(200)이 안전하게 비상 착륙하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율주행 드론(200)의 비상 착륙 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
먼저, 제어 모듈(400)은 센서 모듈(300)로부터 입력된 비행 환경 정보 및 임무 정보를 기반으로 드론(200)의 비행 경로 정보를 생성한다(S310). 여기서, 비행 환경 정보는 촬영 영상, 초음파 신호, GPS 정보, 자세 관련 센서 정보(자이로 센서(340), 가속도 센서(350), 자력계(370), IMU(380), 기압센서(미도시))를 포함할 수 있다. 또한, 임무 정보는 드론이 자율주행 비행을 하면서 수행하는 기능(예를 들어, 영상 촬영, 온도 측정, 물체 포획 등)과 관련된 정보(수행 임무, 수행 시간, 수행 장소 등)일 수 있다. 또한, 비행 경로 정보는 출발지, 목적지, 이동 경로, 이동 속도, 이동 고도, 이동 방향 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(400)은 센서 모듈(300)로부터 입력된 비행 환경 정보를 입력받아 비행 환경 정보를 기반으로 현재 드론(200) 위치에서 다음 위치까지의 경로를 추정할 수 있다. 또한, 제어 모듈(400)은 추정된 다음 경로 및 임무 정보를 기반으로 드론(200)의 비행 경로 정보를 생성할 수 있다.
그 다음, 제어 모듈(400)은 비행 경로 정보에 따라 드론(200)의 비행 구동이 이루어지도록 비행 제어 신호를 생성한다(S320). 예를 들어, 제어 모듈(400)은 비행 경로 정보에 따라 드론(200)의 비행(예를 들어, 이륙/착륙, 고도 제어, 방향 제어, 속도 제어)을 수행하도록 GPS 정보(GPS 센서(321a)), 자세 관련 센서 정보(자이로 센서(322a), 가속도 센서(323a), 자력계(324a), IMU(325a), 기압센서(미도시))로부터 측정된 비행 환경 정보를 기반으로 구동 모듈(500)을 제어할 수 있다.
그 다음, 제어 모듈(400)은 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준을 확인하여 드론(200)의 이상 여부를 판단한다(S330). 예를 들어, 제어 모듈(400)은 기 설정된 시간 내에 비행 환경 정보가 수신되지 않는 경우, 수신된 비행 환경 정보가 기 설정된 기준보다 작거나, 신뢰 수준을 벗어나는 경우, 해당 비행 환경 정보에 대한 센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 기 설정된 시간은 예를 들어, 각각의 센서에 대한 초기 센서 프로파일을 사용하여 설정될 수 있다. 즉, 각각의 센서의 타입, 제조업체 설정 등에 의해 설정될 수 있다. 또한, 신뢰 수준은 센서 측정치가 정확한 것으로 용인되는 값의 범위일 수 있다. 즉, 각각의 센서의 알려진 인지 손실의 정도를 센서 고장을 결정하기 위한 기준(즉, 신뢰수준)으로 설정할 수 있다.
그 다음, 제어 모듈(400)은 드론(200)에 이상이 있다고 판단되는 경우, 비상 착륙 신호를 생성한다(S340). 예를 들어, 제어 모듈(400)은 드론(200)에 이상이 있다고 확인되어 드론(200)의 자율주행이 불가능하다고 판단된 경우, 비상 착륙 신호를 생성할 수 있다.
마지막으로, 제어 모듈(400)은 비상 착륙 신호에 따라 드론(200)의 비상 착륙이 이루어지도록 비상 비행 제어 신호를 생성한다(S350). 예를 들어, 제어 모듈(400)은 이상 판단부(430)로부터 비상 착륙 신호가 수신되는 경우, 현재 위치에서 수직 이동 경로를 생성할 수 있다. 또한, 제어 모듈(400)은 드론(200)의 하측에 배치된 초음파 센서(320)를 이용하여 회피 경로를 생성할 수 있다. 또한, 제어 모듈(400)은 최종 시점에 수신된 GPS 정보를 기반으로 현재 위치가 착륙가능한 지점인지 판단하여 수직 이동 경로를 생성할 수 있으며, GPS 정보로부터 확인된 고도를 기반으로 지면까지의 거리를 확인하여 수직 이동 경로를 생성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 드론(200)의 비상 착륙 방법은 드론(200)에 이상이 생긴 경우(예를 들어, 어느 하나의 센서가 고장난 경우), 현재 위치에서 수직 이동 경로를 생성하여 드론(200)이 천천히 하강하도록 제어하면서 드론(200)의 하측에 배치된 초음파 센서(320)를 이용하여 인식된 드론(200)의 하방의 물체를 회피하면서 드론(200)이 비상 착륙하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 자율주행 드론(200)의 비상 착륙 방법은 드론(200)의 이상이 판단된 지점에서 비상 착륙을 수행하되, 해당 지점이 착륙가능한 지점인지 판단하고, 고도를 기반으로 수직 이동 경로를 생성함으로써, 드론(200)이 안전하게 비상 착륙하도록 할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술된 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 제어 모듈(400)에 마련될 수 있다.
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(12)와 연결될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템
200 : 드론
300 : 센서 모듈
310 : 제1 센서 모듈
311 : 카메라
312 : 초음파 센서
313 : 라이다 센서
320 : 제2 센서 모듈
321a, b : GPS 센서
322a, b : 자이로 센서
323a, b : 가속도 센서
324a, b : 자력계 센서
325a, b : 관성 측정 유닛
400 : 제어 모듈
410 : 자율주행 제어부
420 : 제1 비행 제어부
430 : 이상 판단부
440 : 제2 비행 제어부
500 : 구동 모듈

Claims (13)

  1. 자율 주행을 수행하는 드론;
    상기 드론에 설치되어 상기 드론의 비행 환경 정보를 측정하는 센서 모듈;
    상기 드론에 설치되어 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하여 상기 드론이 자율주행을 수행하도록 하는 제어 모듈; 및
    상기 드론에 설치되어 상기 드론이 비행하도록 하는 구동 모듈을 포함하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 비행 환경 정보의 신뢰 수준에 따라 상기 드론의 이상 여부를 판단하여 상기 드론에 이상이 있다고 판단되는 경우, 상기 드론이 비상 착륙을 수행하도록 비상 비행 제어 신호를 생성하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 센서 모듈로부터 측정된 비행 환경 정보 및 상기 드론에 대한 임무 정보를 입력받고, 상기 입력된 비행 환경 정보 및 임무 정보를 기반으로 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하는 자율주행 제어부;
    상기 비행 경로 정보에 따라 상기 드론의 비행 구동이 이루어지도록 비행 제어 신호를 생성하는 제1 비행 제어부;
    상기 센서 모듈로부터 입력된 비행 환경 정보를 기초로 상기 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준을 확인하여 상기 드론의 이상 여부를 판단하고, 상기 드론에 이상이 있다고 판단되는 경우, 비상 착륙 신호를 생성하는 이상 판단부; 및
    상기 생성된 비상 착륙 신호에 따라 상기 드론의 비상 착륙이 이루어지도록 상기 비상 비행 제어 신호를 생성하는 제2 비행 제어부를 포함하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 드론의 전방을 향하여 설치되어 상기 드론의 전방을 촬영한 촬영 영상을 생성하는 카메라;
    상기 드론의 좌측방, 우측방, 상방, 하방 및 후방 중 적어도 하나를 향해 설치되어 상기 드론 주변의 물체를 탐지하고 거리를 측정하여 초음파 신호를 생성하는 적어도 하나의 초음파 센서;
    상기 드론의 위치를 측정하는 GPS 센서;
    자기장을 측정하는 자력계 센서; 및
    상기 드론의 자세를 측정하는 자이로 센서 및 가속도 센서를 포함하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 자율주행 제어부는,
    상기 촬영 영상 및 상기 초음파 신호가 입력되는 경우, 이미 학습된 경로 추정 모델을 기반으로 머신러닝(Machine Learning)을 수행하여 상기 드론의 다음 경로를 추정하고, 상기 추정된 드론의 다음 경로를 기반으로 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 이상 판단부는,
    상기 입력된 비행 환경 정보를 기초로 상기 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준이 기 설정된 기준보다 작은 경우, 상기 드론에 이상이 있다고 판단하여 비상 착륙 신호를 생성하며, 상기 제1 비행 제어부에서 생성된 상기 비행 제어 신호를 차단하고 상기 생성된 비상 착륙 신호를 제2 비행 제어부로 전송하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 비행 제어부는,
    상기 이상 판단부로부터 상기 비상 착륙 신호가 입력되는 경우, 최종 시점에 수신된 GPS 정보 및 촬영 영상을 기반으로 상기 드론의 현재 위치를 확인하고, 상기 드론의 현재 위치에서 지면까지의 수직 이동 경로를 생성하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 비행 제어부는,
    상기 최종 시점에 수신된 GPS 정보를 기반으로 상기 드론의 현재 위치가 착륙 가능한 지점인지 판단하여 상기 수직 이동 경로를 생성하되,
    상기 드론의 하방을 향해 설치된 초음파 센서를 이용하여 인식된 드론 하방의 물체를 회피하도록 상기 수직 이동 경로를 생성하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 시스템.
  8. 하나 이상의 프로세서들, 및
    상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 자율주행 드론의 비상 착륙 방법으로서,
    자율주행을 수행하는 드론에 대하여 측정된 비행 환경 정보 및 상기 드론에 대한 임무 정보를 입력받는 단계;
    상기 입력된 비행 환경 정보 및 임무 정보를 기반으로 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하는 단계;
    상기 비행 경로 정보에 따라 상기 드론의 비행 구동이 이루어지도록 비행 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 입력된 비행 환경 정보를 기초로 상기 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준을 확인하여 상기 드론의 이상 여부를 판단하는 단계;
    상기 드론에 이상이 있다고 판단되는 경우, 비상 착륙 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 비상 착륙 신호에 따라 상기 드론의 비상 착륙이 이루어지도록 상기 비상 비행 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 비행 환경 정보는, 상기 드론의 전방을 촬영한 촬영 영상, 상기 드론 주변의 물체를 탐지하고 거리를 측정한 초음파 신호, 상기 드론의 위치를 측정한 GPS 정보, 상기 드론의 자세 관련 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 드론의 비행 경로를 생성하는 단계는,
    상기 촬영 영상 및 상기 초음파 신호가 입력되는 경우, 이미 학습된 경로 추정 모델을 기반으로 머신러닝(Machine Learning)을 수행하여 상기 드론의 다음 경로를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 드론의 다음 경로를 기반으로 상기 드론의 비행 경로 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 드론의 이상 여부를 판단하는 단계는,
    상기 입력된 비행 환경 정보를 기초로 상기 입력된 비행 환경 정보의 신뢰 수준이 기 설정된 기준보다 작은 경우, 상기 드론에 이상이 있다고 판단하여 비상 착륙 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 비행 제어 신호를 차단하고 상기 생성된 비상 착륙 신호를 제2 비행 제어부로 전송하는 단계를 더 포함하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 비상 비행 제어 신호를 생성하는 단계는,
    상기 비상 착륙 신호가 입력되는 경우, 최종 시점에 수신된 GPS 정보 및 촬영 영상을 기반으로 상기 드론의 현재 위치를 확인하는 단계; 및
    상기 드론의 현재 위치에서 지면까지의 수직 이동 경로를 생성하는 단계를 더 포함하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 비상 비행 제어 신호를 생성하는 단계는,
    상기 최종 시점에 수신된 GPS 정보를 기반으로 상기 드론의 현재 위치가 착륙 가능한 지점인지 판단하여 상기 수직 이동 경로를 생성하되,
    상기 드론의 하방을 향해 설치된 초음파 센서를 이용하여 인식된 드론 하방의 물체를 회피하도록 상기 수직 이동 경로를 생성하는 단계를 더 포함하는, 자율주행 드론의 비상 착륙 방법.
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