KR101665315B1 - 무인항공기에서 투하하는 물체의 착지 위치 예측 방법 및 장치 - Google Patents

무인항공기에서 투하하는 물체의 착지 위치 예측 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인 항공기를 이용하여 물체를 목표 지점에 투하시키기 위한 무인 항공기 조절 장치에 관한 발명이다. 본 발명은 무인항공기로부터 수신한 영상 정보를 이용하여 상기 무인 항공기에서 투하된 더미의 이미지를 추출하는 이미지 추출부 및 상기 이미지 추출부로부터 제공된 더미의 이미지로부터 상기 무인 항공기에서 낙하시킬 물체의 위치를 예측하고, 상기 물체가 목표 지점에 도달하기 위한 상기 무인 항공기의 이동 위치를 계산하는 낙하 위치 예측부를 포함할 수 있다.

Description

무인항공기에서 투하하는 물체의 착지 위치 예측 방법 및 장치{Estimation method and equipment of landing position of object dropped from UAV}
본 발명은 무인항공기에서 투하시킨 물체의 착지 위치를 예측하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 무인항공기를 이용하여 더미를 투하시키고, 더미가 착지된 위치 정보가 담긴 영상 정보를 수집하여 무인항공기에서 투하시킬 물체의 착지 위치를 예측하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 우리나라에서 해양 사고 발생으로 인해 긴급 해양구조시스템 개발에 대한 관심이 급부상하게 되었다. 해양 사고 발생시 초기 대처가 재난피해를 줄이는데 있어서 매우 중요하다. 그런데 해양 사고 발생시 구조를 위한 인력을 항상 충분히 배치해두는 것은 어렵기 때문에 최근 들어 국가에서 무인 이동체에 대한 연구를 본격적으로 지원할 수 있도록 추진하고 있다.
무인 항공기를 이용하여 구조를 요청하는 사람들에게 구조 용품을 전달하는 방법에 있어서 현재는 목표 위치에 대한 위도와 경도 정보를 통해 목표 지점에 구조 용품을 투하시키도록 하고 있다. 그러나 상기와 같은 방법에 의해서는 재난 발생 지역의 바람과 지형의 영향으로 인해 투하시킨 구조 용품이 구조 요청자에게 정확히 전달되기 어렵다.
따라서 무인 항공기에서 투하 지점 주변의 환경 변수와 지리적 변수를 반영하여 투하하는 물체의 착지 위치 예측 방법 및 장치가 요구된다.
한국공개특허 제2008-0027214호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 더미를 투하시키고, 투하된 더미의 착지 위치에 관한 항공 영상을 수집하고, 상기 주변 항공 영상을 이용하여 물체의 투하 위치를 결정하는 무인 항공기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 무인 항공기에 고도의 센서를 탑재시키지 않고도 투하 지역 주변의 환경 변수를 반영한 물체의 투하 위치를 결정하는 무인 항공기를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기 조절 장치는, 무인항공기로부터 수신한 영상 정보를 이용하여 상기 무인 항공기에서 투하된 더미의 이미지를 추출하는 이미지 추출부와 상기 이미지 추출부로부터 제공된 더미의 이미지로부터 상기 무인 항공기에서 낙하시킬 물체의 위치를 예측하고, 상기 물체가 목표 지점에 도달하기 위한 상기 무인 항공기의 이동 위치를 계산하는 낙하 위치 예측부를 포함할 수 있다.
상기 낙하 위치 예측부는 상기 영상을 촬영한 무인 항공기의 촬영 고도과 동일한 고도 상의 투하 위치를 결정하기 위하여, 상기 투하된 더미들의 중심점을 계산하여 상기 중심점과 상기 목표 지점 사이의 거리를 계산하여 상기 무인 항공기의 이동 위치를 계산하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 무인 항공기 조절 장치는 투하된 더미가 목표 지점으로부터 일정 반경 내에 도달할 경우, 상기 무인 항공기로 물체에 대한 투하 명령을 하고, 투하된 더미가 목표 지점으로부터 일정 반경 내에 도달하지 못한 경우, 상기 낙하 위치 측부에서 계산한 상기 무인 항공기 이동 위치에서 다시 더미를 투하시키는 것을 반복하도록 제어하는 비행 제어부 구성을 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기는, 적어도 하나 이상의 더미를 투하하는 더미 투하부와 상기 투하된 더미와 목표물을 함께 담은 영상을 촬영하는 카메라부와 상기 투하된 더미가 목표물에 도달할 수 있도록 위치를 이동시키는 UAV 제어부를 포함할 수 있다. 이 때, 더미가 목표물에 도달할 때, 물체를 투하시킬 수 있다.
상기 더미 투하부는 복수개의 더미를 투하할 경우, 일정한 속도로 상기 더미들을 투하시키도록 하는 더미가 목표물에 도달할 때, 물체를 투하시킬 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용하여 물체를 목표 지점에 투하시키기 위한 방법은, 목표 지점 부근에서 적어도 하나 이상의 더미를 투하시키는 단계와 상기 투하된 더미와 목표 지점이 나타나도록 정지 영상을 촬영하는 단계와 상기 촬영된 정지 영상을 기초로 하여 계산된 무인 항공기의 이동 위치 정보에 따라 무인 항공기가 이동하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 무인 항공기가 이동한 후, 상기 더미를 투하하는 단계부터 반복하여 실행할 수 있다.
상기 무인 항공기를 이용하여 물체를 목표 지점에 투하시키기 위한 방법은, 상기 투하한 더미가 목표 지점에 투하된 경우, 상기 투하 위치에서 물체를 투하시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 제어하여 물체를 목표 지점에 투하하기 위한 투하 지점을 산정하는 방법은, 적어도 하나 이상의 더미와 목표 지점이 담긴 영상을 수신하는 단계와 상기 영상으로부터 상기 더미 이미지를 추출하는 단계와 상기 더미 이미지로부터 투하할 지점을 산정하는 단계와 상기 투하할 지점에 대한 정보를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 투하 지점을 산정하는 단계는, 상기 더미 이미지의 중심을 원점으로 하여 원을 그리는 단계와 상기 원이 복수개인 경우, 복수개의 원이 겹쳐져 만나는 점을 연결하는 선분을 생성하는 단계와 상기 선분의 중심을 연결하여 도형을 생성하는 단계와 상기 생성된 도형 내부에 상기 선분의 중심까지의 거리가 동일한 중심점을 찾는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 무인 항공기를 제어하여 물체를 목표 지점에 투하하기 위한 투하 지점을 산정하는 방법은 상기 중심점이 목표 지점으로부터 일정 반경 이내에 위치하는지 판단하는 단계와 상기 중심점이 목표 지점으로부터 일정 반경 이내에 위치하는 것이 아니라면, 투하 지점과 상기 중심점 사이의 각도를 이용하여 목표 지점에 상기 더미가 투하되기 위한 투하할 지점을 계산하는 단계와 상기 계산한 투하할 지점을 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 무인 항공기를 이용하여 구조 용품을 투하시킴으로서 구조 활동에 필요한 인력을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서 제안하는 무인 항공기는 먼저 더미를 투하시키고, 투하된 더미의 착지 위치 지점으로부터 무인 항공기의 투하 위치를 계산하여 투하시킴으로써 보다 정확한 구조 용품의 전달이 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 구조 용품 대신에 더미와 같이 값싼 물체를 투하시켜 착지한 위치를 관찰함으로써 더미보다 비싼 구조 용품이 구조 요청자에게 정확히 전달되지 않고 낭비되는 것을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1과 2는 무인 항공기를 이용한 재난 사고 구조시 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 무인 항공기에 탑재되는 더미의 작동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 무인 항공기에서 투하한 물체의 착지 지점을 예측하기 위해 더미를 투하하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 무인 항공기에서 투하한 물체의 착지 지점을 예측하기 위해 더미를 투하한 후의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 투하된 더미들의 착지 위치가 서로 다른 경우, 착지 위치의 중심점을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7과 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 더미의 착지 위치와 목표 지점이 상이한 경우 무인 항공기의 물체 투하 위치를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 무인 항공기와 상기 무인 항공기를 제어하는 컨트롤러의 블록구성도를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 따른 무인항공기와 상기 무인 항공기를 제어하는 컨트롤러의 신호흐름도를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1과 2는 무인 항공기를 이용한 재난 사고 구조시 발생하는 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 1과 2를 참조하여, 무인 항공기를 이용한 재난 사고 구조시 발생할 수 있는 문제를 자세하게 설명한다.
무인 항공기(100)는 전기 배터리 분야의 기술 발전에 힘입어 소형 전기 모터를 이용한 쿼드콥터(quadcopter) 및 헥사콥터(hexacopter)를 비롯한 많은 형태의 무인항공기를 포함할 수 있다. 무인항공기는 소형으로 제작이 가능하며, 전기 모터를 이용하기 때문에 출력 조정이 용이하여 조작이 쉽기 때문에 그 이용 분야가 넓어지고 있다.
이러한 무인 항공기(100)를 이용하여 재난 사고 발생시 초기 대응을 빠르게 하여 사고 피해의 확대를 막을 수 있다. 무인 항공기(100)는 원격으로 조절이 가능할 수 있다. 따라서 무인 항공기(100)를 통해 구조 용품을 구조 요청자(110)에게 전달할 수 있다면, 많은 구조 인력이 확보되지 않은 상황에서도 재난 사고에 발빠른 대응이 가능할 수 있다.
무인 항공기(100)는 재난 사고 구조를 위해 구조 용품(2)을 실어 나를 수 있다. 이때 무인 항공기(100)는 구조 용품(2)을 무인 항공기(100)에 연결하여, 구조 요청 지역에 투하할 수 있도록 하는 연결부(1)를 더 포함할 수 있다.
구조 용품(2)은 에어백이나 생필품, 각종 재난을 당한 사람이 필요한 물건을 포함할 수 있다. 구조 용품(2)은 구조 요청자(110)에게 전달 되는 과정에서 낙하산과 같이 모양이 변형되는 물건일 수 있다. 모양이 변형되는 물건인 경우, 무인 항공기(100)의 낙하 높이를 조절하는 구성을 무인 항공기(100)의 제어부가 더 포함할 수 있다.
연결부(1)는 무인 항공기(100)와 구조 용품(2)을 자유롭게 탈부착 가능하도록 하는 구조를 포함한다.
도 2와 같이 구조 용품(2)이 구조 요청자(110)의 위도와 경도에 해당하는 해상 위의 공간에서 투하되었다고 하더라도, 해당 지역의 풍향의 세기와 방향, 파도에 의해 구조 요청자(110)에게 정확히 전달되지 못하게 된다. 만약 구조 용품(2)의 투하 지점과 구조 요청자(110)의 사이 거리(3)를 측정하여 사이 거리(3)만큼 이동시킨 지점에서 투하 된다면 구조 용품(2)이 구조 요청자(100)에게 도달할 가능성이 높아지게 된다.
또 다른 방식으로 도 2와 같은 문제를 해결하기 위해 무인 항공기(100)가 풍향의 세기와 방향, 지형의 경사도, 사고 지역의 파도 세기를 측정하는 방법을 사용할 수 있다.
그러나 무인 항공기(100)는 소형 전기 모터를 이용하기 때문에 중량에 매우 민감하게 되고, 중량에 따라 속도 저하도 심하다. 따라서 도 2와 같이 사이 거리(3)를 줄이기 위해 무인 항공기(100)에 탑재되는 각종 센서는 제한 될 수 있다.
따라서 본원 발명은 무인 항공기(100)에 카메라(410)와 더미(320) 이용하여 물체의 투하시 착지 지점을 예측하고, 착지 지점이 구조 요청자(110)에게 도달할 수 있도록 무인 항공기(100)의 투하 위치를 결정하는 구성을 포함한다. 이하 본원 발명의 구성을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 무인 항공기(100)에 탑재되는 더미(320)의 작동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기(100)는 더미집(300), 더미(320), 더미 로더(310)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기(100)는 쿼드콥터(quadcopter) 또는 헥사콥터(hexacopter)를 포함할 수 있다. 헥사콥터는 수직으로 이륙이 가능하며, 공중에서 특정 지점에 머물 수 있기 때문에 항공 촬영에 유리할 수 있다.
더미집(300)은 더미(320)를 포함하고, 한쪽 끝은 더미(320)가 더미 로더(310)에 의해 밀려서 배출 될 수 있도록 하는 배출구를 포함하고 있다. 더미집(300)의 한쪽 끝에는 더미 로더(310)가 더미집(300)의 더미(320)를 밀어 낼 수 있도록 움직일 수 있게 하는 구성을 포함하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기(100)는 더미(320)가 무유도의 방식으로 배출될 수 있다. 여기서 무유도 방식이란 환경 변화에 따라 낙하시 초기 속도에 영향을 주는 요소가 없이 일정한 힘으로 떨어지는 것을 의미한다. 따라서 더미(320)는 초기 배출 속도가 있다면, 동일한 속도로 배출 되도록 할 수 있다.
더미(320)는 무인 항공기(100)를 이용하여 전달할 구조 용품(2)과 달리 착지 위치 예측을 위해 여러 개의 더미(320)를 한번에 투하시킨다. 이 때, 일정한 속도로 더미(320)를 투하시키게 되면, 일정한 시간 간격에 따라 변화하는 풍향의 세기와 방향을 반영하여 착지 위치 예측이 가능하다.
따라서 더미 로더(310)는 일정한 시간 간격에 따라 더미(320)에 가하는 힘을 일정하게 유지할 수 있다. 그러나 반대로 본원 발명의 다른 실시예에 따르면 더미 로더(310)는 고정되어 있고, 더미집(300)이 더미(320)의 투하 방향과 반대로 움직여 더미(320)가 더미집(300)의 배출구를 통해 투하될 수도 있다.
본원 발명의 일 실시예에 따른 더미(320)는 더미 로더(310)에 의해 가해진 힘에 의해 더미 로더(310)가 가하는 힘의 방향으로 배출 되며, 더미 로더(310)로부터 멀리 위치한 더미(320)부터 배출 된다.
더미(320)는 구조 용품(2)과 유사한 질량, 밀도, 부피, 형상을 가진 것을 사용할 수 있다. 따라서 더미(320)의 모양이 반드시 원형에 한정되는 것은 아니다. 더미(320)의 표면에는 형광 물질을 발라서 더미의 투하 위치를 촬영한 이미지로부터 더미를 추출하는데 있어서 효율성을 높일 수 있다. 더미(320)는 더미집(300)으로부터 더미(320)보다 좁은 배출구를 통해 배출 되어도 본래의 형상을 유지할 수 있도록 일정한 탄성을 가진 물질로 만들 수 있다.
더미집(300)이 무인 항공기(100)에 탑재될 때에는 도 3과 같이 가로로 배치되어 포물선 모양을 그리며 투하될 수 있을 뿐 아니라 수평면에 대해 수직으로 배치되어 수직 낙하 하도록 설계할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 지점을 예측하기 위해 더미(320)를 투하하는 동작을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 위치를 예측하는 장치(440)는 카메라부(410)와 더미 투하부(400)를 포함할 수 있다.
카메라부(410)는 CCD나 CMOS 등의 이미지 센서를 주요 부품으로 하여 제작할 수 있다. 카메라부(410)는 상기 이미지 센서를 통해 사물의 이미지를 집광시켜 무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 위치를 예측하는 장치(440) 내 메모리상에 데이터로 저장할 수 있다. 무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 위치를 예측하는 장치(440)는 상기 저장된 데이터를 무인 항공기(100)를 제어하는 컨트롤러에 송신할 수 있다.
카메라부(410)는 도 4와 같이 무인 항공기(100) 하부에 부착되어 수면 위에 투하된 더미(320)를 촬영하도록 탑재시킬 수 있다. 보다 자세하게는 카메라부(410)는 상하 좌우로 회전이 가능하도록 설계하여 더미(320)가 포착된 정지 영상을 촬영하도록 하는 것이 바람직하다.
더미 투하부(400)는 도 4와 같이 무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 위치를 예측하는 장치(440)의 측면에 배치 될 수도 있고 카메라부(410)와 동일한 방향으로 하부에 배치될 수도 있다. 다만 더미 투하부(400)는 무인 항공기(100)에서 투하시킬 구조 용품(2)의 투하부와 동일한 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 무인 항공기에서 투하한 물체의 착지 지점을 예측하기 위해 더미를 투하한 후의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면 도 4에 의한 무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 위치를 예측하는 장치(440)에 의해 투하된 더미(320)가 구조 요청자(110) 부근에 착지되어 있다.
무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 위치를 예측하는 장치(440)는 착지된 더미(320)의 정지 영상을 촬영한다. 상기 정지 영상은 더미(320)가 모두 투하된 후에 촬영될 수도 있고, 더미(320) 1개가 투하 될 때마다 촬영할 수도 있다.
도 5와 같이 더미(320)가 다수 투하되어 착지되어 있는 상태를 촬영한 정지 영상의 경우 무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 위치를 예측하는 방법으로 통계적인 군집화 이론을 사용할 수 있다. 투하된 더미(320)의 위치를 사전 확률 분포로 깁스 샘플러(Gibbs Sampler) 알고리즘을 적용시켜 추출된 깁스 표본으로부터 사후 확률을 추정하여 향후 투하시킬 물체의 착지 위치를 예측할 수 있다.
반면에 더미(320)가 투하 될 때마다 정지 영상을 촬영하게 되는 경우, 동일한 위치에서 동일한 초기 속도로 투하된 더미(320)의 이동 방향으로부터 풍향의 세기 및 방향을 함께 고려한 투하시킬 물체의 착지 위치를 예측 할 수 있게 된다.
도 5와 같이 비나 바람에 의해 구조 요청자(100)에게 구조 용품(2) 전달이 어려운 경우 예측된 물체의 착지 위치와 구조 요청자(110) 사이 거리(3)는 최소화 시키도록 한다. 따라서 오차 허용 범위를 낮추기 위해 본원 발명에 따른 무인 항공기(100)에서 투하한 물체의 착지 위치를 예측하는 장치(440)는 무인 항공기(100)의 위치를 이동한 후 반복하여 더미 투하를 시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 투하된 더미들의 착지 위치가 서로 다른 경우, 착지 위치의 중심점을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
카메라부(410)가 촬영한 영상으로부터 도 6과 같이 더미(320) 이미지 만을 추출할 수 있다. 도 6의 더미(320) 이미지를 추출한 형상은 실제 더미(320)의 형상과 달리 원형으로 나타낼 수 있으며, 실제 더미(320)의 크기보다 더 크게 나타낼 수 있다. 이는 구조 용품(2)과 같은 물체가 투하되어 착지한 위치가 목표 지점과 동일하지 않더라도, 착지 위치에서 일정한 반경 내에 구조 요청자(110)가 위치할 때, 구조 활동이 가능하기 때문이다.
더미(320) 이미지를 추출하여 생성한 원이 포개져 만들어진 도형의 양 끝점을 잇는 선분의 중심(600)을 잇는다. 선분의 중심(600)을 이어 만들어진 도형(610) 내부에 각 꼭지점(600)으로부터 거리가 동일한 중앙점(620)을 쉽게 찾을 수 있다.
상기 중앙점(620)이 구조 요청자(110)와의 거리가 상기 더미(320)의 착지 위치로부터 원을 그릴 때 사용했던 일정 반경보다 작다면, 더미(320)를 투하시킨 위치에서 구조 용품(2)을 투하시켜도 구조 요청자(110)에게 전달이 가능하게 된다. 따라서 무인 항공기(100)는 상기 위치에서 목적 물체인 구조 용품(2)을 투하시킬 수 있다.
반면에 상기 중앙점(620)이 구조 요청자(110)와의 거리가 상기 더미(320)의 착지 위치로부터 원을 그릴 때 사용했던 일정 반경보다 크다면, 무인 항공기(100)의 위치를 재조정하여 더미(320) 투하를 반복할 수 있다.
재난 구조 지역이 도 5와 같이 환경적인 변수가 많은 상황이라면, 상기 일정 반경은 작게 설정할 수 있다. 이는 구조 요청자(110)에게 보다 정확히 구조 용품(2)이 착지될 필요가 있기 때문이다.
도 7과 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 더미(320)의 착지 위치와 목표 지점이 상이한 경우 무인 항공기(100)의 물체 투하 위치를 계산하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
무인 항공기(100)에서 투하된 더미(320)들의 착지 위치의 중앙점(620)을 지나는 선분 중 무인항공기(100)에서 표면으로 수직하게 내린 수직점(700)을 통과하는 선분을 찾을 수 있다. 상기 찾은 선분을 밑변으로 하고, 무인 항공기(100)와 수직점(700)을 잇는 선분을 이등분선으로 하는 이등변삼각형(710)을 그릴 수 있다. 상기 이등변삼각형(720)의 무인 항공기(100)쪽 꼭지점에서 중앙점(620)을 잇는 선분(720)을 도시할 수 있다. 이때 수직점(700)을 잇는 선분과 중앙점을 잇는 선분(720) 사이의 각도인 a값을 측정할 수 있다.
외부 환경적인 변수가 작용하지 않는다면 무인 항공기(100)에서 투하된 더미는 수직점(700)에 도달하여야 한다. 그러나 풍향의 세기 및 방향, 지형적인 요인 등에 의해 무인 항공기(100)에서 자유 낙하한 더미(320)들은 수직점(700)에 도달하지 못하고 수직점(700)에서 a값 만큼 기울어진 중앙점(620)에 떨어지는 것으로 예측된다.
이 때, 구조 요청자(110)가 수직점(700)에 위치하고 있다면, 상기와 같은 위치에서 무인 항공기(100)가 구조 용품(2)을 투하하게 되면, 구조 요청자(110)에게 도달하지 못할 것으로 예측되게 된다. 따라서 도 8과 같이 무인 항공기(100)의 위치를 이동시킬 필요가 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 무인 항공기(100)는 구조 요청자가 700a에 위치하고 있다면, 투하 물체가 700a 지점에 착지 될 수 있는 무인 항공기(100)의 투하 지점을 탐색해야 한다.
탐색하는 방법은 상기 측정한 a값의 기울기를 가진 720a 선분과 평행하면서 목표 지점인 700a를 지나는 선분인 720b를 도시할 수 있다. 720b의 위치를 이전 더미를 투하시킨 무인 항공기(100)의 경도와 위도로부터 구할 수 있다. 무인 항공기(100)는 동일한 높이의 위치를 유지하면서, 상기 구한 경도와 위도로 무인 항공기(100)의 위치를 이동시킬 수 있다.
도 8에서와 같이 이동된 무인 항공기(100)의 위치에서 투하시킨다면 투하 물체가 목표 지점인 700a 지점에 착지할 확률이 도 7의 무인 항공기(100)의 위치에서 물체를 투하시키는 것보다 다소 높게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기(100)와 상기 무인 항공기를 제어하는 컨트롤러(900)의 블록구성도를 나타낸 도면이다.
컨트롤러(900)는 제1 통신부(910), 이미지 추출부(920), 낙하위치 예측부(930), 비행 제어부(940)를 포함할 수 있다.
무인 항공기(100)는 제2 통신부(950), UAV 제어부(960), 더미 투하부(970), 카메라부(980)를 포함할 수 있다.
제1 통신부(910)와 제2 통신부(950)는 상호 통신이 가능한 프로토콜로 구성되어야 한다. 제1 통신부(910)와 제2 통신부(950)는 WiFi, 블루투스(Bluetooth), 3G, LTE(Long Term Evolution) 또는 LET-A 중에서 어느 하나의 통신 방식을 이용할 수 있다.
이미지 추출부(920)는 무인 항공기(100)로부터 제공받은 정지 영상으로부터 특징점 만을 추출할 수 있다. 이때 영상 내의 특징 정보인 컬러(Color), 질감(Texture), 형태(Shape)등을 이용하여 추출할 수 있고, 이를 이용하여 검색을 수행할 수 있다. 이러한 소프트웨어로 VisualSeek, QBIC 등을 사용할 수 있다.
낙하 위치 예측부(930)는 본 발명의 도 7 내지 8에서 도시한 알고리즘을 사용하여 낙하 위치를 예측할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예와 같이 더미(320)가 투하될 때마다 정지 영상을 촬영하게 된다면, 낙하 위치 예측부(930)는 투하된 더미의 낙하 위치를 사전 확률 분포로 하여 깁스 샘플러(Gibbs Sampler) 알고리즘 등을 적용시켜 추출된 깁스 표본으로부터 사후 확률을 추정하여 향후 투하시킬 물체의 착지 위치를 예측할 수 있다.
비행 제어부(940)는 낙하 위치 예측부(930)로부터 계산된 낙하 위치가 목표 지점에 낙하하기 위한 투하 지점을 제공받을 수 있다. 비행 제어부(940)는 상기 제공받은 투하 지점으로 무인 항공기(100)를 이동시킬 수 있다.
또한 비행 제어부(940)는 낙하 위치 예측부(930)로부터 더미 투하가 목표 지점에 도달하는 것으로 판단된 경우, 무인 항공기(100)로 구조 용품(2)과 같은 물체를 투하하도록 명령할 수 있다.
UAV 제어부(960)는 비행 제어부(940)로부터 제어된 무인 항공기(100)의 이동 위치로 무인 항공기(100)를 이동시킬 수 있다. UAV 제어부(960)는 각 프로펠러 및 방향 조절 장치를 제어하여 무인 항공기(100)의 수평 균형을 유지하고, 이동 방향을 제어할 수 있다.
더미 투하부(970)는 더미 로더(310)와 더미집(300)을 통해 더미(320)들을 투하시킬 수 있다.
카메라부(980)는 투하된 더미들이 착지하게 되면, 착지 위치를 나타내는 정지 영상을 생성하고, 저장한 뒤, 컨트롤러(900)의 이미지 추출부(920)로 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기(100)와 컨트롤러(900)의 신호흐름도를 도시한 것이다.
컨트롤러(900)의 비행 제어부(940)는 재난 발생 지역의 위치를 입력하여 무인 항공기(100)를 재난 발생 지역으로 이동하도록 할 수 있다(S1000). 상기 위치는 위도와 경도 등으로 입력할 수 있으며, 이때 무인 항공기(100)는 GPS를 포함할 수 있다. 만약 위도와 경도가 아니라 목표 지점을 출발 지점을 0점으로 한 x축, y축의 좌표계로 나타낸다면, 이동 거리 측정 장치를 포함할 수 있다.
무인 항공기(100)가 목표 지점 근처에 도착하였다고 판단하였다면(S1010), 상기 위치에서 더미(320)를 투하시킨다(S1020). 더미(320)가 지표면이나 수면에 착지하게 되면, 상기 투하된 더미(320)들의 착지 위치와 구조 요청자(110)와 같은 목표물이 함께 나타난 정지 영상을 촬영한다(S1030). 상기 정지 영상은 컨트롤러(900)로 송신한다(S1040).
컨트롤러(900)는 상기 전송받은 이미지로부터 더미(320)만을 추출할 수 있다(S1050). 더미(320)의 중심을 원점하고 일정한 반지름을 갖는 원반경을 도 6과 같이 도시할 수 있다(S1060). 상기 원반경은 물체가 착지하였을 때 구조 요청자(110)에게 상기 물체가 도달 가능한 한계 구역을 의미한다.
상기 원으로부터 겹쳐지는 두 점을 이어 선분을 만들고 그 선분의 중심을 꼭지점(600)으로 하는 도형(610)을 생성할 수 있다(S1070). 도형(610)으로부터 도형(610)의 각 꼭지점(600)에 이르는 거리가 동일한 한 중심점(620)을 계산할 수 있다(S1080).
상기 중심점(620)을 중심으로 한 상기 원반경 내에 목표 지점(700a)이 있는지 판단한다(S1090). 만약 목표 지점에 투하 된 것으로 판단된다면(S1090, S1120), 컨트롤러(900)의 비행 제어부(940)는 해양 사고 시에 무인 항공기(100)에 대하여 에어백과 같은 구조 용품(2)을 투하하라고 명령할 수 있다(S1120).
반면에 더미(320)가 목표 지점에 도달하지 못한 것으로 판단된 경우(S1090, S1100), 낙하 위치 예측부(930)는 무인 항공기(100)의 투하 지점을 계산하여 무인 항공기(100)의 이동 위치를 정한다. 상기 이동 위치는 무인 항공기(100)로 송신되고(S1110), UAV 제어부(960)는 상기 이동 위치로 무인 항공기(100)를 이동 시킨다(S1130). 이동된 위치에서 무인 항공기(100)는 더미 투하를 위한 과정을 반복 하기 위하여 S1020 단계를 다시 실행하게 된다.
만약, 에어백 투하 명령(S1120)에 의해 물체를 투하시키게 되었다면, 무인 항공기(100)는 더 이상 더미(320) 투하 알고리즘을 반복하지 않고 상기 알고리즘을 종료한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
무인항공기 100
더미 320
무인 항공기에서 투하하는 물체의 착지 위치 예측 장치 440
컨트롤러 900

Claims (11)

  1. 무인 항공기로부터 수신한 영상 정보를 이용하여 상기 무인 항공기에서 투하된 더미의 이미지를 추출하는 이미지 추출부; 및
    상기 이미지 추출부로부터 제공된 더미의 이미지의 중심을 원점으로 하여 원을 그리고, 상기 원이 복수개인 경우, 복수개의 원이 겹쳐져 만나는 점을 연결하는 선분을 생성하고, 상기 선분의 중심을 연결하여 도형을 생성하고, 상기 생성된 도형 내부에 상기 선분의 중심까지의 거리가 동일한 중심점을 찾고, 상기 중심점을 기초로, 상기 무인 항공기에서 물체를 투하하기 위한 투하 지점을 산정하고, 상기 물체가 목표 지점에 도달하기 위한 상기 무인 항공기의 이동 위치를 계산하는 낙하 위치 예측부;
    를 포함하는,
    무인 항공기 조절 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무인 항공기 조절 장치는,
    상기 중심점이 목표 지점으로부터 일정 반경 내에 도달할 경우, 상기 무인 항공기로 물체에 대한 투하 명령을 하고,
    상기 중심점이 목표 지점으로부터 일정 반경 내에 도달하지 못한 경우, 상기 낙하 위치 예측부에서 계산한 상기 무인 항공기 이동 위치에서 다시 더미를 투하시키는 것을 반복하도록 제어하는 비행 제어부 구성을 더 포함하는,
    무인 항공기 조절 장치.
  4. 적어도 하나 이상의 더미를 투하하는 더미 투하부;
    상기 투하된 더미와 목표물을 함께 담은 영상을 촬영하는 카메라부; 및
    상기 영상으로부터 상기 투하된 더미의 이미지를 추출하고, 상기 추출된 더미의 이미지의 중심을 원점으로 하여 원을 그리고, 상기 원이 복수개인 경우, 복수개의 원이 겹쳐져 만나는 점을 연결하는 선분을 생성하고, 상기 선분의 중심을 연결하여 도형을 생성하고, 상기 생성된 도형 내부에 상기 선분의 중심까지의 거리가 동일한 중심점을 찾고, 상기 중심점 및 상기 촬영된 목표물을 기초로, 물체를 투하할 지점을 산정하고, 상기 산정된 투하할 지점에 대한 정보를 기초로, 무인 항공기를 이동시키는 UAV 제어부를 포함하되, 상기 중심점이 목표물로부터 일정 반경 내에 도달할 경우, 상기 물체를 투하시키는,
    물체를 투하시키는 무인 항공기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 더미 투하부는 복수개의 더미를 투하할 경우, 일정한 속도로 상기 더미들을 투하시키도록 하는 물체를 투하시키는 무인 항공기.
  6. 무인 항공기를 이용하여 물체를 목표 지점에 투하시키기 위한 방법에 있어서,
    목표 지점 부근에서 적어도 하나 이상의 더미를 투하시키는 단계;
    상기 투하된 더미와 목표 지점이 나타나도록 정지 영상을 촬영하는 단계;
    상기 정지 영상으로부터 상기 더미의 이미지를 추출하는 단계;
    상기 추출된 더미의 이미지의 중심을 원점으로 하여 원을 그리는 단계;
    상기 원이 복수개인 경우, 복수개의 원이 겹쳐져 만나는 점을 연결하는 선분을 생성하는 단계;
    상기 선분의 중심을 연결하여 도형을 생성하는 단계;
    상기 생성된 도형 내부에 상기 선분의 중심까지의 거리가 동일한 중심점을 찾는 단계;
    상기 중심점 및 상기 목표 지점을 기초로, 상기 물체를 투하할 지점을 산정하는 단계;
    상기 산정된 투하할 지점에 대한 정보를 기초로, 상기 무인 항공기가 이동하는 단계; 및
    상기 물체를 투하할 지점으로 이동한 상기 무인 항공기가 상기 물체를 투하시키는 단계를 포함하는,
    무인 항공기를 이용하여 물체를 목표 지점에 투하시키기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무인 항공기가 이동하는 단계는,
    상기 무인 항공기가 이동한 후,상기 더미를 투하하는 단계부터 상기 무인 항공기가 이동하는 단계까지 반복하여 실행하는 단계를 포함하는,
    무인 항공기를 이용하여 물체를 목표 지점에 투하시키기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 무인 항공기를 이용하여 물체를 목표 지점에 투하시키기 위한 방법은,
    상기 투하한 더미가 목표 지점에 투하된 경우,
    상기 투하 위치에서 물체를 투하시키는 단계를 더 포함하는,
    무인 항공기를 이용하여 물체를 목표 지점에 투하시키기 위한 방법.
  9. 물체의 착지 위치 예측 장치가,
    적어도 하나 이상의 더미와 목표 지점이 담긴 영상을 수신하는 단계;
    상기 영상으로부터 상기 더미 이미지를 추출하는 단계;
    상기 추출된 더미 이미지의 중심을 원점으로 하여 원을 그리는 단계;
    상기 원이 복수개인 경우, 복수개의 원이 겹쳐져 만나는 점을 연결하는 선분을 생성하는 단계;
    상기 선분의 중심을 연결하여 도형을 생성하는 단계;
    상기 생성된 도형 내부에 상기 선분의 중심까지의 거리가 동일한 중심점을 찾는 단계;
    상기 중심점 및 상기 목표 지점을 기초로, 상기 물체를 투하할 지점을 산정하는 단계; 및
    상기 투하할 지점에 대한 정보를 무인 항공기를 제어하는 콘트롤러에 송신하는 단계를 포함하는,
    무인 항공기를 제어하여 물체를 목표 지점에 투하하기 위한 투하 지점을 산정하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 물체를 투하할 지점을 산정하는 단계는,
    상기 중심점이 목표 지점으로부터 일정 반경 이내에 위치하는지 판단하는 단계;
    상기 중심점이 목표 지점으로부터 일정 반경 이내에 위치하는 것이 아니라면, 상기 투하할 지점과 상기 중심점 사이의 각도를 이용하여 목표 지점에 상기 더미가 투하되기 위한 투하할 지점을 재산정하는 단계; 및
    상기 재산정된 투하할 지점을 상기 무인 항공기를 제어하는 콘트롤러에 송신하는 단계를 포함하는,
    무인 항공기를 제어하여 물체를 목표 지점에 투하하기 위한 투하 지점을 산정하는 방법.
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