KR101887314B1 - 무인 항공기의 원격 제어 장치 및 방법과, 무인 항공기에 부착되는 움직임 제어 장치 - Google Patents

무인 항공기의 원격 제어 장치 및 방법과, 무인 항공기에 부착되는 움직임 제어 장치 Download PDF

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강용원
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Abstract

무인 항공기의 원격 제어 장치 및 방법과, 무인 항공기에 부착되는 움직임 제어 장치가 개시된다. 개시된 무인 항공기의 원격 제어 장치는 사용자에 장착되어 무인 항공기의 움직임을 원격으로 제어하는 장치로서, 적어도 하나의 센서를 통해 상기 장치의 움직임을 센싱하여 센싱 데이터를 생성하는 센서부; 상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 장치의 경사 방향을 결정하고, 상기 결정된 경사 방향을 이용하여 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성하는 제어부; 및 상기 제어 명령을 상기 무인 항공기로 전송하는 통신부;를 포함하되, 상기 결정된 경사 방향은 미리 설정된 복수의 경사 방향 중 하나의 경사 방향이다.

Description

무인 항공기의 원격 제어 장치 및 방법과, 무인 항공기에 부착되는 움직임 제어 장치{REMOTE CONTROL DEVICE AND METHOD OF UAV, MOTION CONTROL DEVICE ATTACHED TO THE UAV}
본 발명의 실시예들은 무인 항공기의 움직임을 직관적으로 제어하며, 추가 장비 없이 기하학적 비행 궤적으로 무인 항공기가 움직이도록 제어하는 무인 항공기의 원격 제어 장치 및 방법과, 무인 항공기에 부착되는 움직임 제어 장치에 관한 것이다.
드론 등과 같은 무인 항공기(UAV: Unmanned　Aerial Vehicle)는 조종사가 비행체에 직접 탑승하지 않고 지상에서 원격 제어하여 움직임을 제어한다. 일반적으로, 사용자는 전용 컨트롤러인 RC(Radio Controller)를 사용하여 무인 항공기의 움직임을 제어한다. 그러나, RC는 조작이 어려우므로 초보자가 쉽게 작동하기 힘든 단점이 있다.
이를 해결하기 위해, 카메라에 기반한 제스처 방식의 무인 항공기 제어 기술이 개발되었다. 그러나, 상기의 기술은 손을 촬영하는 빛의 양(intensity)에 따라 제스처의 인식률이 현저하게 낮고, 제스처를 인식하기 위해 많은 계산량을 필요로 하며, 제스처의 크기에 따른 비행 궤적을 일반화하기 어려운 단점이 있다. 또한, 기하학적 제스처를 이용하여 UAV를 제어하고자 하는 경우, 깊이 인식 카메라를 이용하거나 추가 센서를 부착해야 하는 불편함이 존재한다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 무인 항공기의 움직임을 직관적으로 제어하며, 추가 장비 없이 기하학적 비행 궤적으로 무인 항공기가 움직이도록 제어하는 무인 항공기의 원격 제어 장치 및 방법과, 무인 항공기에 부착되는 움직임 제어 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 사용자에 장착되어 무인 항공기의 움직임을 원격으로 제어하는 장치에 있어서, 적어도 하나의 센서를 통해 상기 장치의 움직임을 센싱하여 센싱 데이터를 생성하는 센서부; 상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 장치의 경사 방향을 결정하고, 상기 결정된 경사 방향을 이용하여 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성하는 제어부; 및 상기 제어 명령을 상기 무인 항공기로 전송하는 통신부;를 포함하되, 상기 결정된 경사 방향은 미리 설정된 복수의 경사 방향 중 하나의 경사 방향인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치가 제공된다.
상기 복수의 경사 방향은, 상기 장치의 상부면이 위쪽을 향한 상태에서 구분되는 x(2 이상의 정수)개의 경사 방향 A 및 상기 장치의 하부면이 위쪽을 향한 상태에서 구분되는 y(2 이상의 정수)개의 경사 방향 B을 포함할 수 있다.
상기 x개의 경사 방향 A는, 상기 장치의 상부면을 서로 겹치지 않는 x개의 영역 A으로 구분하는 경우, 상기 x개의 영역 A 각각의 윗쪽 또는 아래쪽으로 상기 장치가 기울어진 방향과 대응되고, 상기 y개의 경사 방향 B는, 상기 장치의 하부면을 서로 겹치지 않는 y개의 영역 B으로 구분하는 경우, 상기 y개의 영역 B의 윗쪽 또는 아랫쪽으로 상기 장치가 기울어진 방향과 대응될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 센싱 데이터를 이용하여 상기 장치의 그룹핑 경사 방향을 산출하고, 상기 결정된 그룹핑 경사 방향을 더 이용하여 상기 제어 명령을 생성하되, 상기 결정된 그룹핑 경사 방향은 상기 미리 설정된 복수의 그룹핑 경사 방향 중 하나의 그룹핑 경사 방향이며, 상기 복수의 그룹핑 경사 방향은 전 방향에 대한 제1 그룹핑 경사 방향, 후 방향에 대한 제2 그룹핑 경사 방향, 좌 방향에 대한 제3 그룹핑 경사 방향 및 우 방향에 대한 제4 그룹핑 경사 방향을 포함할 수 있다.
상기 x개의 경사 방향 A는, 전 방향에 대한 복수의 경사 방향 A1, 후 방향에 대한 복수의 경사 방향 A2, 좌 방향에 대한 복수의 경사 방향 A3, 우 방향에 대한 복수의 경사 방향 A4를 포함하고, 상기 제1 그룹핑 경사 방향은 상기 복수의 경사 방향 A1가 그룹핑된 것이고, 상기 제2 그룹핑 경사 방향은 상기 복수의 경사 방향 A2가 그룹핑된 것이고, 상기 제3 그룹핑 경사 방향은 상기 복수의 경사 방향 A3가 그룹핑된 것이고, 상기 제4 그룹핑 경사 방향은 상기 복수의 경사 방향 A4가 그룹핑될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 센싱 데이터를 입력으로 하는 제1 뉴럴 네트워크를 이용하여 상기 장치의 경사 방향을 결정하고, 상기 결정된 경사 방향과 상기 결정된 그룹핑 경사 방향을 입력으로 하는 제2 뉴럴 네트워크를 이용하여 상기 제어 명령을 생성할 수 있다.
상기 제어 명령은, 상기 무인 항공기의 이동 방향을 제어하기 위한 제1 모드(mode) 제어 명령 및 상기 무인 항공기가 기 설정된 기하학적 비행 궤적으로 움직이도록 제어하기 위한 제2 모드 제어 명령을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 경사 방향 중 적어도 하나의 경사 방향을 이용하여 모드 전환을 수행하며, 상기 모드 전환에 따라 상기 제1 모드 제어 명령 및 상기 제2 모드 제어 명령 중 어느 하나의 모드 제어 명령을 생성할 수 있다.
상기 제1 모드 제어 명령은, 상승 이동 명령, 하강 이동 명령, 우측 이동 명령, 좌측 이동 명령, 전진 이동 명령, 후진 이동 명령, 우측 전진 이동 명령, 좌측 전진 이동 명령, 우측 후진 이동 명령 및 좌측 후진 이동 명령을 포함하고, 상기 제2 모드 제어 명령은 원형 이동 명령, 나선형 이동 명령, 삼각형 이동 명령 및 사각형 이동 명령을 포함할 수 있다.
상기 센싱 데이터는 상기 장치의 움직임에 의한 롤(roll) 데이터, 피치(pitch) 데이터 및 z축의 중력 데이터일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사용자에 장착되며 프로세서를 구비한 장치에서 수행되는 무인 항공기의 원격 제어 방법에 있어서, 적어도 하나의 센서를 통해 상기 장치의 움직임을 센싱하여 생성된 센싱 데이터를 입력받는 단계 (a); 상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 장치의 경사 방향을 결정하는 단계 (b); 상기 결정된 경사 방향을 이용하여 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성하는 단계 (c); 및 상기 제어 명령을 상기 무인 항공기로 전송하는 단계 (d);를 포함하되, 상기 결정된 경사 방향은 미리 설정된 복수의 경사 방향 중 하나의 경사 방향인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 무인 항공기에 부착되는 움직임 제어 장치에 있어서, 사용자에 장착되는 원격 제어 장치로부터 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 수신하는 통신부; 및 상기 제어 명령에 기초하여 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어 명령은 상기 원격 제어 장치의 경사 방향에 기초하여 생성되며, 상기 원격 제어 장치의 경사 방향은 상기 원격 제어 장치에 구비된 적어도 하나의 센서에서 획득된 센싱 데이터를 이용하여 결정되며, 상기 결정된 경사 방향은 미리 설정된 복수의 경사 방향 중 하나의 경사 방향인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 움직임 제어 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 무인 항공기의 움직임을 직관적으로 제어할 수 있으며, 추가 장비 없이 기하학적 비행 궤적으로 무인 항공기를 움직이도록 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 제어 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 제어 장치의 프로토 타입의 장착 형태 및 크기를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 제어 장치를 이용한 무인 항공기의 제어의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 제어 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명이 일 실시예에 따른 복수의 손 자세 영역의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 제어 장치의 동작의 개념을 설명한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기하학적 비행 궤적 명령을 생성하기 위해 사용되는 손 자세 영역의 출현의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 원격 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공 시스템은 무인 항공기(100), 움직임 제어 장치(200), 및 원격 제어 장치(300)를 포함한다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세하게 설명하기로 한다.
무인 항공기(100)는 조종사가 비행체에 직접 탑승하지 않고 지상에서 원격 제어하여 움직임을 제어할 수 있는 비행체를 의미한다. 이 때, 도 1에서는 4개의 회전 날개를 구비한 드론인 쿼드로터(quadrotor)를 무인 항공기(100)의 일례로 도시하고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 무인 항공기(100)에 본 발명이 적용될 수 있다.
움직임 제어 장치(200)는 무인 항공기(100)의 일면, 일례로 아랫면에 부착되며, 무인 항공기(100)의 움직임을 제어하기 위한 장치이다. 이 때, 움직임 제어 장치(200)는 원격 제어 장치(300)에서 전송되는 제어 명령에 기초하여 무인 항공기(100)의 움직임을 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 제어 장치(200)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 제어 장치(200)는 통신부(210), 고도 센서부(220) 및 제어부(230)를 포함한다.
통신부(210)는 원격 제어 장치(300)에서 전송되는 제어 명령을 수신한다. 이 때, 통신부(210)는 WIFI 등과 같은 근거리 통신 모듈 또는 RF 모듈 등과 같은 원거리 통신 모듈을 통해 통신을 수행할 수 있다. 한편, 수신된 제어 명령에 대해서는 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
고도 센서부(220)는 이륙 내지 호버링(hovering)을 위해 필요한 무인 항공기(100)의 고도를 측정한다. 일례로, 고도 센서부(220)는 LeddarOne일 수 있다.
일반적으로 무인 항공기(100)의 호버링은 모터의 스로틀 값을 제어하여 수행할 수 있으나, 고도 센서를 사용하지 않는 경우 작은 스로틀 값의 변화만으로도 급격한 고도 변화가 초래된다. 종래의 경우, 초음파 센서를 사용하였으나, 지상이 평평하지 않는 경우 확산 반사가 발생할 수 있으므로 정확한 고도를 측정하기 어렵다. 따라서, 본 발명은 고도 센서부(220)인 LeddarOne를 사용하여 이륙 내지 호버링을 안정적으로 제어할 수 있다.
제어부(230)는 통신부(210)에서 수신된 제어 명령 및 고도 센서부(220)에서 측정된 고도값에 기초하여 무인 항공기(100)의 움직임을 제어할 제어값을 산출한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(230)는 Raspberry Pi 및 Pixhack를 포함할 수 있다. Raspberry Pi는 초소형 컴퓨터로서, 통신부(210)에서 수신된 제어 명령을 입력받아 제어값을 출력한다. 그리고, Pixhack는 비행 컨트롤러로서, 가속도계, 자기계 및 자이로스코프를 포함한다(9축 센서).
한편, 제어 명령 및 LeddarOne의 센싱값은 쿼터니언 값이고, 제어값은 오일러 각도값일 수 있으며, Pixhack는 오일러 각도값을 이용하여 무인 항공기(100)의 움직임을 제어할 수 있다. 아래의 수학식 1 및 2는 쿼터니언 값과 오일러 각도값의 관계를 나타낸다.
Figure 112017124907353-pat00001
Figure 112017124907353-pat00002
여기서,
Figure 112017124907353-pat00003
는 각각 롤(roll) 데이터, 피치(pitch) 데이터, 요(yaw) 데이터를 의미하고,
Figure 112017124907353-pat00004
는 쿼터니온의 4개의 원소를 각각 의미한다.
다시 도 1을 참조하면, 원격 제어 장치(300)는 무인 항공기(100)의 움직임을 원격으로 제어하기 위한 장치이다. 이 때, 원격 제어 장치(300)는 상기에서 언급한 무인 항공기(100)의 움직임을 제어할 제어 명령을 생성하여 움직임 제어 장치(200)로 전송한다.
이 때, 원격 제어 장치(300)는 사용자에 장착되며, 일례로 사용자의 손, 바람직하게는 사용자의 손바닥에 장착될 수 있다. 도 3에서는 사용자의 손바닥에 장착된 원격 제어 장치(300)의 프로토 타입의 장착 형태 및 크기를 도시하고 있다.
이하, 설명의 편의를 위해, 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이 원격 제어 장치(300)가 사용자의 손바닥에 장착되는 것으로 가정하여 설명한다. 이 때, 원격 제어 장치(300)의 상부면이 사용자의 손바닥에 접촉되고, 원격 제어 장치(300)의 하부면이 땅쪽 방향에 위치하는 것으로 설명한다.
그리고, 원격 제어 장치(300)는 적어도 하나의 센서를 통해 사용자의 손의 자세(pose)를 측정하여 무인 항공기(100)의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성하며, 보다 정확하게는 사용자의 손에 장착되는 원격 제어 장치(300)의 자세를 이용하여 제어 명령을 생성할 수 있다.
일례로, 원격 제어 장치(300)가 사용자의 손바닥에 부착된 상태에서, 손을 아래쪽으로 기울이는 경우, 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이 원격 제어 장치(300)가 아래쪽 기울여지며, 무인 항공기(100)는 전진 이동할 수 있다.
다른 일례로, 원격 제어 장치(300)가 사용자의 손바닥에 부착된 상태에서, 손가락을 위쪽으로 기울이는 경우, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 원격 제어 장치(300)가 위쪽으로 기울여지며, 무인 항공기(100)는 후진 이동할 수 있다.
또 다른 일례로, 원격 제어 장치(300)가 사용자의 손바닥에 부착된 상태에서, 손을 왼쪽으로 비트는 경우, 도 4의 (C)에 도시된 바와 같이 원격 제어 장치(300)가 왼쪽으로 비틀어지며, 무인 항공기(100)는 왼쪽으로 이동할 수 있다.
또 다른 일례로, 원격 제어 장치(300)가 사용자의 손바닥에 부착된 상태에서, 손을 오른쪽으로 비트는 경우, 도 4의 (D)에 도시된 바와 같이 원격 제어 장치(300)가 오른쪽으로 비틀어지며, 무인 항공기(100)는 오른쪽으로 이동할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 제어 장치(300)를 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 제어 장치(300)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 원격 제어 장치(300)는 센서부(310), 제어부(320) 및 통신부(330)를 포함한다. 한편, 원격 제어 장치(300)는 프로세서 및 통신 모듈을 모두 포함하고 있는 스마트폰일 통해서 구현할 수도 있다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세하게 설명한다
센서부(310)는 사용자의 손의 움직임(자세), 즉 사용자의 손에 장착된 원격 제어 장치(300)의 움직임을 센싱하여 센싱 데이터를 생성한다. 이를 위해, 센서부(310)는 적어도 하나의 센서를 포함한다. 일례로, 센서부(310)는 자이로스코프 및 가속도계를 포함하는 6축 센서인 MPU-6050일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱 데이터는 원격 제어 장치(300)의 움직임에 대한 롤 데이터, 피치 데이터 및 z축의 중력 데이터일 수 있다.
제어부(320)는 센싱 데이터에 기초하여 무인 항공기(100)의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성한다. 일례로, 제어부(320)는 Raspberry Pi를 포함할 수 있다. 그리고, 통신부(330)는 생성된 제어 명령을 움직임 제어 장치(200)로 전송한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(320)는 센싱 데이터를 이용하여 원격 제어 장치(300)의 경사 방향(기울어진 방향 내지 비틀어진 방향)을 결정하고, 결정된 경사 방향을 이용하여 무인 항공기(100)의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성할 수 있다. 즉, 원격 제어 장치(300)의 자세를 정의하기 위해 복수의 경사 방향이 사용될 수 있으며, 경사 방향은 원격 제어 장치(300)가 어느 부분으로 기울거나 비틀어졌는지 여부를 의미한다. 이는 앞서 도 3에서 설명한 것과 같다.
이 때, 상기한 결정된 경사 방향은 미리 설정된 복수의 경사 방향 중 하나의 경사 방향일 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 센싱 데이터의 학습을 통해 복수의 경사 방향 각각과 센싱 데이터를 매칭할 수 있으며, 원격 제어 장치(300)의 사용 시, 하나의 센싱 데이터가 생성되면 제어부(210)는 생성된 센싱 데이터가 학습 시 설정된 복수의 경사 방향 중 어느 경사 방향과 대응되는지를 판단할 수 있다.
그리고, 복수의 경사 방향은, 원격 제어 장치(300)의 상부면이 위쪽을 향한 상태(다시 말해, 사용자의 손등이 위쪽에 있는 상태)에서 구분되는 x(2 이상의 정수)개의 경사 방향 A 및 원격 제어 장치(300)의 하부면이 위쪽을 향한 상태(다시 말해, 사용자의 손바닥이 위쪽에 있는 상태)에서 구분되는 y(2 이상의 정수)개의 경사 방향 B을 포함할 수 있다.
여기서, x개의 경사 방향 A는, 원격 제어 장치(300)의 상부면을 서로 겹치지 않는 x개의 영역 A으로 구분하는 경우, x개의 영역 A 각각의 윗쪽 또는 아래쪽으로 원격 제어 장치(300)가 기울어진 방향과 대응된다. 또한, y개의 경사 방향 B는, 원격 제어 장치(300)의 하부면을 서로 겹치지 않는 y개의 영역 B으로 구분하는 경우, y개의 영역 B의 윗쪽 또는 아랫쪽으로 원격 제어 장치(300)가 기울어진 방향과 대응된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제어부(320)는 센싱 데이터를 이용하여 원격 제어 장치(300)의 그룹핑 경사 방향을 산출하고, 원격 제어 장치(300)의 경사 방향과 더불어 상기한 결정된 그룹핑 경사 방향을 더 이용하여 제어 명령을 생성할 수 있다. 여기서, 그룹핑 경사 방향은 복수의 경사 방향 중 2 이상의 경사 방향을 그룹핑한 것으로서, 경사 방향과 마찬가지로 원격 제어 장치(300)의 기울어진 방향을 결정하는데 사용된다. 즉, 그룹핑 경사 방향은 정확한 경사 방향이 아닌 대략적인 경사 방향을 판단하는데 이용하는데 사용된다. 이는, 잡음을 줄이고 정확한 제어 명령의 생성을 위해 사용되며, 이를 통해 무인 항공기(100)가 흔들림없이 제어된다.
이 때, 상기한 결정된 그룹핑 경사 방향 역시 미리 설정된 복수의 그룹핑 경사 방향 중 하나의 그룹핑 경사 방향일 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 센싱 데이터의 학습을 통해 복수의 그룹핑 경사 방향 각각과 센싱 데이터를 매칭할 수 있으며, 원격 제어 장치(300)의 사용 시, 하나의 센싱 데이터가 생성되면 제어부(210)는 생성된 센싱 데이터가 학습 시 설정된 복수의 그룹핑 경사 방향 중 어느 그룹핑 경사 방향과 대응되는지를 판단할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 경사 방향 및 그룹핑 경사 방향을 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사 방향 및 그룹핑 경사 방향을 정의하기 위한 복수의 손 자세를 정의하기 위한 영역(Hand Pose Zone)의 일례를 도시한 도면이다.
이 때, 사용자의 손은 원격 제어 장치(300)와, 사용자의 손등(도 6의 (A))은 원격 제어 장치(300)의 상부면과, 사용자의 손바닥(도 6의 (B))은 원격 제어 장치(300)의 하부면과 각각 대응된다. 이하, 설명의 편의를 위해, 원격 제어 장치(300)의 상부면을 손등으로, 원격 제어 장치(300)의 하부면을 손바닥으로 가정하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 6의 (A)을 참조하면, 사용자의 손등은 3×3 행렬 형태로 구분되며, 이를 통해 서로 겹치지 않는 9개의 영역이 생성된다. 이 때, 9개의 영역 모두가 9개의 경사 방향 A의 정의를 위해 사용된다. 즉, 9개의 경사 방향 A는 상기한 9개의 영역(즉, 9개의 영역 A) 각각의 아래쪽으로 손등이 기울어진 방향과 대응된다. 일례로, 9개의 경사 방향 A 중 1번 영역과 대응되는 경사 방향 A는 사용자의 손등이 1번의 방향으로 기울어진 상태와 대응된다. 한편, 9개의 경사 방향 A는, 9개의 영역 각각의 위쪽으로 기울어진 방향으로도 정의될 수 있다.
다음으로, 도 6의 (B)을 참조하면, 사용자의 손바닥은 3×3 행렬 형태로 구분되며, 이를 통해 서로 겹치지 않는 9개의 영역이 생성된다. 이 때, 9개의 영역 중 5개의 영역이 5개의 경사 방향 B의 정의를 위해 사용된다. 즉, 5개의 경사 방향 B는 상기한 9개의 영역 중 5개의 영역(즉, 5개의 영역 B) 각각의 아래쪽으로 손바닥이 기울어진 방향과 대응된다. 한편, 5개의 경사 방향 B는, 5개의 영역 각각의 위쪽으로 기울어진 방향으로도 정의될 수 있다.
한편, 도 6의 (C)에서는 4개의 그룹핑 경사 방향을 도시하고 있다. 도 6의 (C)를 참조하면, 4개의 그룹핑 경사 방향은 도 6의 (A)에서 설명한 사용자의 손등에 대한 9개의 영역 A에 기초하여 정의될 수 있으며, 4개의 그룹핑 경사 방향은 전 방향에 대한 제1 그룹핑 경사 방향(15번), 후 방향에 대한 제2 그룹핑 경사 방향(16번), 좌 방향에 대한 제3 그룹핑 경사 방향(17번) 및 우 방향에 대한 제4 그룹핑 경사 방향(18번)을 포함한다.
이 때, 제1 그룹핑 경사 방향은, 9개의 영역 중에서 앞 방향에 있는 3개의 영역 A인 1번 영역, 2번 영역, 3번 영역과 대응되는 3개의 경사 방향 A이 그룹핑된 것이고, 제2 그룹핑 경사 방향은, 9개의 영역 중에서 뒤 방향에 있는 3개의 영역 A인 7번 영역, 8번 영역, 9번 영역과 대응되는 3개의 경사 방향 A이 그룹핑된 것이고, 제3 그룹핑 경사 방향은, 9개의 영역 중에서 왼쪽 방향에 있는 3개의 영역 A인 1번 영역, 4번 영역, 7번 영역과 대응되는 3개의 경사 방향 A이 그룹핑된 것이고, 제4 그룹핑 경사 방향은, 9개의 영역 중에서 오른쪽 방향에 있는 3개의 영역 A인 3번 영역, 6번 영역, 9번 영역과 대응되는 3개의 경사 방향 A이 그룹핑된 것이다.
도 6의 (C)의 내용을 일반화하면, 원격 제어 장치(300)의 상부면에 따른 x개의 경사 방향 A는, 전 방향에 대한 복수의 경사 방향 A1, 후 방향에 대한 복수의 경사 방향 A2, 좌 방향에 대한 복수의 경사 방향 A3, 우 방향에 대한 복수의 경사 방향 A4를 포함하고, 제1 그룹핑 경사 방향은 복수의 경사 방향 A1가 그룹핑된 것이고, 제2 그룹핑 경사 방향은 복수의 경사 방향 A2가 그룹핑된 것이고, 제3 그룹핑 경사 방향은 복수의 경사 방향 A3가 그룹핑된 것이고, 제4 그룹핑 경사 방향은 복수의 경사 방향 A4가 그룹핑된 것이다.
상기에서 설명한 내용과 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 제어 장치(300)의 동작을 보다 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 제어 장치(300)의 동작의 개념을 설명한 도면이다. 이 때, 도 6에서 설명된 가정이 도 7에도 적용될 수 있다.
센서부(310)는 사용자의 손의 움직임의 센싱을 통해 사용자의 손에 대한 롤 데이터, 피치 데이터 및 z축의 중력 데이터를 생성하고, 이를 제어부(320)로 전송한다. 이 때, 센서부(310)는 지속적으로 롤 데이터, 피치 데이터 및 z축의 중력 데이터를 센싱한다.
제어부(320)는 지속적으로 센싱된 롤 데이터, 피치 데이터 및 z축의 중력 데이터를 입력받아 제어 명령을 생성하며, 이를 위해 제1 뉴럴 네트워크(Neural Network 1) 및 제2 뉴럴 네트워크(Neural Network 2)를 포함한다.
보다 상세하게, 도 6의 내용을 참조하면, 제1 뉴럴 네트워크는 3개의 입력 데이터, 32개의 은닉 데이터 및 14개의 출력 데이터로 구성된 뉴럴 네트워크로서, 지속적으로 센싱된 롤 데이터, 피치 데이터 및 z축의 중력 데이터를 입력받고, 14개의 영역 각각의 확률값을 출력하며, 이를 통해 14개의 경사 방향 중 하나의 경사 방향을 결정한다.
일례로서, 제1 뉴럴 네트워크는 지속적으로 입력된 센싱 데이터에 기초하여 14개의 영역의 확률값을 출력하며, 14개의 영역 중 1번 영역의 확률값이 최대인 경우, 14개의 경사 방향 중 1번 영역과 대응되는 경사 방향으로 원격 제어 장치(300)가 기울었다고 결정한다.
그리고, 제2 뉴럴 네트워크는 18개의 입력 데이터, 64개의 제1 은닉 데이터, 32개의 제2 은닉 데이터 및 14개의 출력 데이터로 구성된 뉴럴 네트워크이다.
이 때, 18개의 입력 데이터 중에서 14개의 입력 데이터는 상기한 결정된 경사 방향과 대응된다. 예를 들어, 결정된 경사 방향이 1번 영역과 대응되는 경사 방향인 경우, 14개의 입력 데이터 중 1번 입력 데이터로는 "1"의 값이, 2번 내지 14번 입력 데이터로는 "0"의 값이 입력될 수 있다.
그리고, 18개의 입력 데이터 중에서 나머지 4개의 입력 데이터는 4개의 그룹핑 경사 방향이 입력된다. 이 경우, 지속적으로 입력된 센싱 데이터에 기초하여 4개의 그룹핑 경사 방향 중 어느 하나의 그룹핑 경사 방향이 결정되어 제2 뉴럴 네트워크로 입력된다. 예를 들어, 상기한 결정된 그룹핑 경사 방향이 제1 그룹핑 경사 방향인 경우, 15번 입력 데이터로는 "1"의 값이, 16번 내지 18번 입력 데이터로는 "0"의 값이 입력될 수 있다.
그리고, 제어부(320)의 그룹핑 경사 방향의 결정을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
일례로서, 지속적으로 입력된 센싱 데이터 중에서 1번 영역에 많은 수의 센싱 데이터가 분포되었고, 2번 영역 및 3번 영역에 어느 정도의 센싱 데이터가 분포되며, 나머지 영역에서는 센싱 데이터가 거의 분포되지 않는 경우, 4개의 그룹핑 경사 방향 중 전 방향과 대응되는 제1 그룹핑 경사 방향으로 원격 제어 장치(300)가 기울었다고 결정한다.
다른 일례로서, 지속적으로 입력된 센싱 데이터 중에서 1번 영역, 4번 영역 및 7번 영역에 골고루 센싱 데이터가 분포하였고, 나머지 영역으로 센싱 데이터가 분포하지 않는 경우, 4개의 그룹핑 경사 방향 중 좌 방향과 대응되는 제3 그룹핑 경사 방향으로 원격 제어 장치(300)가 기울었다고 결정한다.
그리고, 제2 뉴럴 네트워크는 14개의 출력 데이터를 통해 제어 명령을 생성한다. 제어 명령은 무인 항공기(100)의 이동 방향을 제어하기 위한 제1 모드(mode) 제어 명령 및 무인 항공기(100)가 기 설정된 기하학적 비행 궤적으로 움직이도록 제어하기 위한 제2 모드 제어 명령을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 모드 제어 명령은, 상승 이동 명령(Up), 하강 이동 명령(Down), 우측 이동 명령(Right), 좌측 이동 명령(Left), 전진 이동 명령(Forward), 후진 이동 명령(Backward), 우측 전진 이동 명령(Forward-Right), 좌측 전진 이동 명령(Forward-Left), 우측 후진 이동 명령(Backward-Right) 및 좌측 후진 이동 명령(Backward-Left)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 모드 제어 명령은 원형 이동 명령(Circle), 나선형 이동 명령(Spiral), 삼각형 이동 명령(triangle) 및 사각형 이동 명령(Square)을 포함할 수 있다.
한편, 상기의 제어 명령은 일례에 불과하며 다양한 제어 명령이 정의될 수 있다. 그리고, 도 8에서는 기하학적 비행 궤적 명령을 생성하기 위해 사용되는 손 자세 영역의 출현의 일례를 도시하고 있다.
한편, 제어부(320)는, 14개의 경사 방향 중 적어도 하나의 경사 방향을 이용하여 모드 전환을 수행하며, 모드 전환에 따라 제1 모드 제어 명령 및 제2 모드 제어 명령 중 어느 하나의 모드 제어 명령을 생성할 수 있다. 일례로서, 13번 영역과 대응되는 경사 방향으로 원격 제어 장치(300)가 기울어진 경우 제1 모드로 전환되고, 14번 영역과 대응되는 경사 방향으로 원격 제어 장치(300)가 기울어진 경우 제2 모드로 전환될 수 있다.
또한, 무인 항공기(100)가 기하학적 궤도로 비행하는 경우, 본 발명의 원격 제어 장치(300)는 비행 궤적의 크기(일례로, 작은 원, 중간 원, 큰 원)를 조절할 수 있으며, 이를 위해 스케일 펙터를 이용할 수 있다. 즉, 제어부(320)는 센서부(310)의 자이로스코프에서 센싱된 센싱 데이터와 손 제스처를 만드는 시간을 이용하여 스케일 펙터를 산출할 수 있다. 스케일 펙터는 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017124907353-pat00005
여기서, S는 스케일 펙터, G는 누적 값, T는 손 제스처를 그리는 시간, a는 0.1로 고정된 상수를 각각 의미한다.
요컨대, 본 발명은 사용자의 손에 장착되는 원격 제어 장치(300)를 통해 무인 항공기(100)의 움직임을 제어함으로써, 무인 항공기(100)의 움직임을 직관적으로 제어할 수 있으며, 추가 장비 없이 기하학적 비행 궤적으로 무인 항공기(100)를 움직이도록 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 원격 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다. 이 때, 상기 방법은 사용자에 장착되며 프로세서가 구비된 장치에서 수행될 수 있다. 이하, 각 단계 별로 수행되는 과정을 설명하기로 한다.
단계(910)에서는, 적어도 하나의 센서를 통해 상기 장치의 움직임을 센싱하여 생성된 센싱 데이터를 입력받는다.
단계(920)에서는, 센싱 데이터에 기초하여 상기 장치의 경사 방향을 결정한다.
단계(930)에서는, 상기 결정된 경사 방향을 이용하여 무인 항공기의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성한다.
단계(940)에서는, 생성된 제어 명령을 무인 항공기로 전송한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(820)에서는 센싱 데이터를 이용하여 그룹핑 경사 방향을 더 산출하고, 단계(830)에서는 상기 결정된 그룹핑 경사 방향을 더 이용하여 제어 명령을 생성할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 무인 항공기의 원격 제어 방법의 실시예들에 대하여 설명하였으며, 이에는 앞서 도 1 내지 도 8에서 설명한 원격 제어 장치(300)에 관한 구성이 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 사용자에 장착되어 무인 항공기의 움직임을 원격으로 제어하는 장치에 있어서,
    적어도 하나의 센서를 통해 상기 장치의 움직임을 센싱하여 센싱 데이터를 생성하는 센서부;
    상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 장치의 경사 방향 및 상기 장치의 그룹핑 경사 방향을 결정하고, 상기 결정된 경사 방향 및 상기 결정된 그룹핑 경사 방향을 이용하여 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성하는 제어부; 및
    상기 제어 명령을 상기 무인 항공기로 전송하는 통신부;를 포함하되,
    상기 결정된 경사 방향은 미리 설정된 복수의 경사 방향 중 하나의 경사 방향인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 경사 방향은, 상기 장치의 상부면이 위쪽을 향한 상태에서 구분되는 x(2 이상의 정수)개의 경사 방향 A 및 상기 장치의 하부면이 위쪽을 향한 상태에서 구분되는 y(2 이상의 정수)개의 경사 방향 B을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 x개의 경사 방향 A는, 상기 장치의 상부면을 서로 겹치지 않는 x개의 영역 A으로 구분하는 경우, 상기 x개의 영역 A 각각의 윗쪽 또는 아래쪽으로 상기 장치가 기울어진 방향과 대응되고,
    상기 y개의 경사 방향 B는, 상기 장치의 하부면을 서로 겹치지 않는 y개의 영역 B으로 구분하는 경우, 상기 y개의 영역 B의 윗쪽 또는 아랫쪽으로 상기 장치가 기울어진 방향과 대응되는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 결정된 그룹핑 경사 방향은 상기 미리 설정된 복수의 그룹핑 경사 방향 중 하나의 그룹핑 경사 방향이며,
    상기 복수의 그룹핑 경사 방향은 전 방향에 대한 제1 그룹핑 경사 방향, 후 방향에 대한 제2 그룹핑 경사 방향, 좌 방향에 대한 제3 그룹핑 경사 방향 및 우 방향에 대한 제4 그룹핑 경사 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 x개의 경사 방향 A는, 전 방향에 대한 복수의 경사 방향 A1, 후 방향에 대한 복수의 경사 방향 A2, 좌 방향에 대한 복수의 경사 방향 A3, 우 방향에 대한 복수의 경사 방향 A4를 포함하고,
    상기 제1 그룹핑 경사 방향은 상기 복수의 경사 방향 A1가 그룹핑된 것이고, 상기 제2 그룹핑 경사 방향은 상기 복수의 경사 방향 A2가 그룹핑된 것이고, 상기 제3 그룹핑 경사 방향은 상기 복수의 경사 방향 A3가 그룹핑된 것이고, 상기 제4 그룹핑 경사 방향은 상기 복수의 경사 방향 A4가 그룹핑된 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센싱 데이터를 입력으로 하는 제1 뉴럴 네트워크를 이용하여 상기 장치의 경사 방향을 결정하고,
    상기 결정된 경사 방향과 상기 결정된 그룹핑 경사 방향을 입력으로 하는 제2 뉴럴 네트워크를 이용하여 상기 제어 명령을 생성하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 명령은, 상기 무인 항공기의 이동 방향을 제어하기 위한 제1 모드(mode) 제어 명령 및 상기 무인 항공기가 기 설정된 기하학적 비행 궤적으로 움직이도록 제어하기 위한 제2 모드 제어 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 경사 방향 중 적어도 하나의 경사 방향을 이용하여 모드 전환을 수행하며, 상기 모드 전환에 따라 상기 제1 모드 제어 명령 및 상기 제2 모드 제어 명령 중 어느 하나의 모드 제어 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 모드 제어 명령은, 상승 이동 명령, 하강 이동 명령, 우측 이동 명령, 좌측 이동 명령, 전진 이동 명령, 후진 이동 명령, 우측 전진 이동 명령, 좌측 전진 이동 명령, 우측 후진 이동 명령 및 좌측 후진 이동 명령을 포함하고,
    상기 제2 모드 제어 명령은 원형 이동 명령, 나선형 이동 명령, 삼각형 이동 명령 및 사각형 이동 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 데이터는 상기 장치의 움직임에 의한 롤(roll) 데이터, 피치(pitch) 데이터 및 z축의 중력 데이터인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 장치.
  11. 사용자에 장착되며 프로세서를 구비한 장치에서 수행되는 무인 항공기의 원격 제어 방법에 있어서,
    적어도 하나의 센서를 통해 상기 장치의 움직임을 센싱하여 생성된 센싱 데이터를 입력받는 단계 (a);
    상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 장치의 경사 방향 및 상기 장치의 그룹핑 경사 방향을 결정하는 단계 (b);
    상기 결정된 경사 방향 및 상기 결정된 그룹핑 경사 방향을 이용하여 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 생성하는 단계 (c); 및
    상기 제어 명령을 상기 무인 항공기로 전송하는 단계 (d);를 포함하되,
    상기 결정된 경사 방향은 미리 설정된 복수의 경사 방향 중 하나의 경사 방향인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 원격 제어 방법.
  12. 삭제
  13. 무인 항공기에 부착되는 움직임 제어 장치에 있어서,
    사용자에 장착되는 원격 제어 장치로부터 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하기 위한 제어 명령을 수신하는 통신부; 및
    상기 제어 명령에 기초하여 상기 무인 항공기의 움직임을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 제어 명령은 상기 원격 제어 장치의 경사 방향 및 그룹핑 경사 방향에 기초하여 생성되며, 상기 원격 제어 장치의 경사 방향 및 그룹핑 경사 방향은 상기 원격 제어 장치에 구비된 적어도 하나의 센서에서 획득된 센싱 데이터를 이용하여 결정되며, 상기 결정된 경사 방향은 미리 설정된 복수의 경사 방향 중 하나의 경사 방향인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 움직임 제어 장치.
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