KR102083935B1 - 무인 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 무인 비행체를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체는 비행체를 제어하는 제어부; 상기 제어부를 포함하는 바디(Body); 하나 이상의 모터; 상기 바디와 상기 하나 이상의 모터를 연결하는 하나 이상의 암(Arm); 상기 하나 이상의 모터 각각에 연결되어 회전되는 하나 이상의 회전익; 및 상기 하나 이상의 회전익에 의해 상기 하나 이상의 모터로부터 획득된 에너지를 배터리에 저장하는 에너지 저장부;를 포함할 수 있다.

Description

무인 비행체 {Unmanned Air Vehicle}

본 발명의 실시예들은 회생 에너지를 이용하여 에너지를 획득하는 무인 비행체에 관한 것이다.

오늘날 무인 비행체(UAV : Unmanned Aerial Vehicle)는 감시, 정찰 분야를 비롯하여 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그러나 배터리 성능의 한계로 제한된 시간 범위 및 공간 범위 내에서만 운용이 가능했고, 이로 인하여 운용의 공백기가 발생하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 복수개의 무인 비행체를 동시에 운용함으로써 운용의 공백기를 감축시키고자 하는 시도가 있으나, 무인 비행체 개개의 성능 향상이 수반되지 않는 이상 한계가 있다.

한국등록특허 제 10-1452473호

본 발명의 실시예들은 무인 비행체가 비행 시 비행 경로에 따라 일시적으로 구동되지 않는 모터로부터 회생 에너지를 획득함으로써 무인 비행체를 보다 효율적으로 운용할 수 있는 무인 비행체를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체는 비행체를 제어하는 제어부; 상기 제어부를 포함하는 바디(Body); 하나 이상의 모터; 상기 바디와 상기 하나 이상의 모터를 연결하는 하나 이상의 암(Arm); 상기 하나 이상의 모터 각각에 연결되어 회전되는 하나 이상의 회전익; 및 상기 하나 이상의 회전익에 의해 상기 하나 이상의 모터로부터 획득된 에너지를 배터리에 저장하는 에너지 저장부;를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 비행체의 비행 계획에 따른 이동 속도와 상기 비행체의 현재 속도를 비교하여 상기 비행체의 현재 속도에 더 부가되어야 하는 속도인 보정 속도를 산출하는 보정 속도 산출부; 상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따라 상기 비행체가 이동할 때, 상기 하나 이상의 모터 중 구동이 필요 없는 하나 이상의 회생모터를 검출하는 회생모터 검출부; 및 상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따라 상기 비행체가 이동할 때, 상기 하나 이상의 모터 중 구동이 필요한 하나 이상의 모터의 회전속도를 제어하는 모터 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 에너지 저장부는 상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따라 상기 비행체가 이동할 때 상기 회생모터로부터 에너지를 획득할 수 있다.

상기 회생모터 검출부는 상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따른 상기 비행체의 이동 방향이 고도하강인 경우 상기 하나 이상의 모터 전부를 상기 회생모터로 검출하고, 상기 에너지 저장부는 상기 회생모터로부터 에너지를 획득할 수 있다.

상기 회생모터 검출부는 상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따른 상기 비행체의 이동 방향이 제1 방향으로 회전인 경우 상기 하나 이상의 모터 중 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 회전하는 모터를 상기 회생모터로 검출하고, 상기 에너지 저장부는 상기 회생모터로부터 에너지를 획득할 수 있다.

상기 회전익은 상기 제어부의 제어에 따라 익면적(翼面積)이 가변하도록 구비될 수 있다.

상기 제어부는 상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따라 상기 비행체가 이동할 때, 상기 회생모터에 연결된 회전익의 면적을 증가시키는 익면적 변경부;를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예들에 따르면 무인 비행체가 비행 시 비행 경로에 따라 일시적으로 구동되지 않는 모터로부터 회생 에너지를 획득함으로써 보다 효율적으로 운용될 수 있는 무인 비행체를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 속도 산출부가 보정 속도를 산출하는 과정을 도시한다.
도 4a 내지 도 4b는 보정 속도에 따른 이동 방향이 고도 하강인 경우의 예시이다.
도 5a 내지 도 5b는 보정 속도에 따른 이동 방향이 제1 방향으로 회전인 경우의 예시이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 익면적 변경부가 복수의 회전익 중 어느 하나의 회전익의 면적을 변경하는 예시이다.
도 7은 제어부가 무인 비행체를 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하의 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.

본 발명의 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명의 실시예의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 잇는 것과 유사하게, 본 발명의 실시예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. 매커니즘, 요소, 수단, 구성과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체를 개략적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체(1)는 비행체를 제어하는 제어부(10), 제어부(10)를 포함하는 바디(20), 하나 이상의 모터(30), 바디(20)와 하나 이상의 모터(30)를 연결하는 하나 이상의 암(40), 하나 이상의 모터(30) 각각에 연결되어 회전되는 하나 이상의 회전익(50) 및 하나 이상의 회전익(50)에 의해 하나 이상의 모터(30)로부터 획득된 회생 에너지를 배터리에 저장하는 에너지 저장부(60)를 포함할 수 있다.

무인 비행체(UAV : Unmanned Aerial Vehicle)(1)는 사람이 탑승하지 않는 비행체를 의미한다. 즉 무인 비행체(1)는 조종사가 탑승하지 않는 비행체로, 사전에 입력된 프로그램에 따르거나, 관리장치의 원격제어에 따라 또는 비행체가 스스로 주위 환경을 인식하고 판단하여 비행을 하는 비행체를 의미한다.

무인 비행체(1)의 프로펠러나 로터는 수직방향으로 추력을 생성하여 비행체를 들어올리고, 수평방향으로 추력을 생성하여 전방으로 움직임을 제공할 수 있다.

무인 비행체(1)는 군사용 또는 정찰용으로 사용하여 적의 정찰하거나 지형을 탐색하여 정보를 수집할 수 있다. 또한 무인 비행체(1)는 이동형 로봇과 병행하여 침투가 어려운 지형에서 지상작전을 수행할 수 있다.

무인 비행체(1)는 산업용으로 사용되어 토지를 측량하거나, 농약을 살포 할 수 있다. 또한 무인 비행체(1)는 위치추적 기능을 기반으로 신속하게 응급상황에 투입되어 응급상황에서 조난자 및 낙상자를 구조할 수 있다.

무인 비행체(1)는 무인 비행체 관리장치(미도시)와 무선네트워크를 통하여 연결될 수 있으며, 이 때 무선네트워크는 CDMA, WIFI, WIBRO 또는 LTE 등의 다양한 종류의 다양한 주파수 대역의 네트워크일 수 있다.

도 1에서 무인 비행체(1)는 모터(30), 암(40) 및 회전익(50)을 각각 네 개씩 포함하는 쿼드콥터(Quad Copter)로 도시되었으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 무인 비행체(1)는 듀얼콥터(Dual Copter), 트리콥터(Tri Copter), 헥사콥터(Hex Copter) 및 옥토콥터(Octo Copter)와 같은 회전익 형태의 비행체 중 어느 하나일 수 있다. 또한 무인 비행체(1)는 통상의 비행기와 같이 날개가 회전하지 않는 고정익 형태의 비행체 일 수 있다.

본 발명에서 회생 에너지(Regenerative energy)는 모터모터(30)에 연결된 회전체가 회전함으로써 생성되어 모터(30)에 전달되는 모든 에너지를 의미할 수 있다. 따라서 회생 에너지는 무인 비행체(1) 주변 공기의 흐름에 따라 회전익(50)이 회전함으로써 생성되는 에너지를 포함할 수 있다. 또한 회생 에너지는 모터(30)(또는 모터(30)와 연결된 회전익(50))이 회전 관성에 의해 회전함으로써 발생되는 에너지를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 바디(20)는 제어부(10)를 비롯한 무인 비행체(1)의 구성요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 바디(20)는 무인 비행체(1)의 구동을 위한 배터리(미도시), 모터(30)로부터 획득 된 에너지를 배터리(미도시)에 저장하는 에너지 저장부(60) 및 무인 비행체 관리장치(미도시)와의 연결을 위한 통신부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한 바디(20)는 영상센서(미도시), GPS 센서(미도시) 및 자이로 센서(미도시)와 같이 주변 환경을 관찰하거나 물리량을 측정할 수 있는 센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

한편 바디(20)는 고경도의 경량 소재로 제작될 수 있다. 예를 들어 바디(20)는 카본(Carbon)소재, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)소재 및 PC(Polycarbonate)소재 중 어느 하나의 소재로 제작될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터(30)는 무인 비행체(1)의 추력(Thrust)을 발생시킬 수 있다. 모터(30)는 예컨대 브러쉬 모터(Brush Motor), 스텝모터(Step motor) 및 브러쉬리스 모터(Brushless Motor) 중 어느 하나의 모터일 수 있다. 또한 모터(30)는 회전익(50)과 직결(直結)되어 회전익(50)을 구동하거나 또는 회전익(50)과 하나 이상의 기어를 통해 연결되어 회전익(50)을 구동할 수 있다. 모터(30)의 종류 및 모터(30)와 회전익(50)의 연결 방식은 무인 비행체(1)의 용도 및 종류에 따라 달라질 수 있다.

한편 상술한 바와 반대로, 모터(30)는 외력에 의해 회전익(50)이 회전할 때 회생 에너지를 생성 할 수 있다. 즉 모터(30)는 배터리(미도시)로부터 전력을 공급 받아 에너지를 소모하거나 또는 외력에 의한 회전익(50)의 회전으로부터 에너지를 생성할 수 있다.

도 1을 참조하면, 무인 비행체(1)는 쿼드콥터(Quad Copter)로, 네 개의 모터(30)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 암(Arm)(40)은 바디(20)와 모터(30)를 연결할 수 있다.

암(40)은 바디(20)의 일 측면으로부터 돌출되어 모터(30)를 지지할 수 있다. 이때 암(40)은 바디(20)로부터 방사형(放射形)으로 배치될 수 있다. 예컨대, 암(40)들은 바디(20)의 무게중심을 기준점으로 0도, 90도, 180도 및 270도 방향으로 배치될 수 있다.

암(40)은 암의 내부 및/또는 외부에 제어부(10)와 모터(30)를 전기적으로 연결하는 연결부(미도시)를 포함할 수 있다. 연결부(미도시)는 모터(30)를 구동하기 위한 전력을 배터리(미도시)로부터 모터(30)로 전달할 수 있다. 또한 연결부(미도시)는 모터(30)로부터 발생한 회생 에너지를 에너지 저장부(60)로 전달 할 수 있다.

암(40)은 고경도의 경량 소재로 제작될 수 있다. 예를 들어 암(40)은 바디(20)와 같이 카본소재, ABS소재 및 PC(Polycarbonate)소재 중 어느 하나의 소재로 제작될 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 무인 비행체(1)는 쿼드콥터(Quad Copter)로, 네 개의 암(40)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회전익(Rotary Wing)(50)은 하나 이상의 모터(30) 각각에 연결되어 회전하며 추력을 발생시킬 수 있다.

회전익(50)의 재질, 길이 및 피치각도는 무인 비행체(1)의 용도 및 종류에 따라 달라질 수 있다.

도 1의 무인 비행체(1)는 쿼드콥터(Quad Copter)로, 네 개의 모터(30)에 연결된 네 개의 회전익(50)을 포함할 수 있다.

한편 회전익(50)은 외력에 의해 모터(30)가 회전하도록 함으로써 회생 에너지를 발생시킬 수 있다. 이 때 회전익(50)의 익면적(翼面積)은 제어부(10)의 제어에 따라 변경될 수 있다. 외력에 의해 모터(30)가 회전 할 때, 제어부(10)는 회전익(50)의 익면적을 증가시킴으로써 모터(30)로부터 발생되는 회생 에너지의 양을 증가시킬 수 있다. 외력에 의해 모터(30)가 구동되는 예시는 후술한다.

회전익(50)의 익면적은 다양한 수단에 의해 변경될 수 있다. 예컨대, 회전익(50)은 항공기 날개의 플랩(flap)과 같은 구조를 갖는 수단에 의해 익면적을 변경시킬 수 있다. 회전익의 면적이 최대가 되도록 제어부(10)에 의해 회전익(50)의 플랩이 전개된 경우, 회전익(50)으로부터 최대한의 회생 에너지를 얻을 수 있다.

또한 회전익(50)은 회전익(50)에 대한 보조익의 전개 또는 복귀로 익면적을 가변적으로 변경시킬 수 있다. 다만 상술한 수단은 예시적인 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장부(60)는 하나 이상의 회전익(50)에 의해 하나 이상의 모터(30)로부터 획득된 회생 에너지를 배터리(미도시)에 저장할 수 있다.

무인 비행체(1)는 비행 시 비행 경로에 따라 일시적으로 배터리에 의한 구동이 필요 없는 모터(30)가 존재할 수 있고, 이러한 모터(30)는 배터리로부터 에너지가 공급되지 않더라도 바람에 의한 풍력 등의 외력에 의해 구동될 수 있다. 에너지 저장부(60)는 외력에 의해 구동되는 모터(30)로부터 발생되는 회생 에너지를 획득하여 배터리에 저장함으로써 제한된 배터리 성능을 보완할 수 있다.

한편 에너지 저장부(60)는 직류-교류 변환부를 포함할 수 있다. 외력에 의해 모터(30)로부터 발생되는 에너지는 교류전원일 수 있으므로, 에너지 저장부(60)는 발생된 교류전원을 직류전원으로 변환하는 직류-교류 변환부를 포함할 수 있다. 또한 에너지 저장부(60)는 배터리의 충전 및/또는 방전을 제어할 수 있는 배터리 관리부를 포함할 수 있다. 에너지 저장부(60)는 변환된 직류 전원을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(10)를 개략적으로 도시한다. 전술한 바와 같이 제어부(10)는 무인 비행체(1)의 바디(20)의 내부에 에너지 저장부(60)와 함께 탑재될 수 있다. 한편 제어부(10)와 에너지 저장부(60)는 편의상/기능상의 분류일 뿐, 각각의 구성이 물리적으로 명확히 나뉘어진 것은 아니며, 각각의 구성들에서 수행되는 기능들이 상호 중복되어 수행될 수도 있고, 일부 구성이 생략되어 다른 구성에 포함될 수도 있다. 예컨대, 제어부(10)와 에너지 저장부(60)는 하나의 통합 제어부로 구성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(10)는 보정 속도 산출부(100), 회생모터 검출부(200), 익면적 변경부(300) 및 모터 제어부(400)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 보정 속도 산출부(100)는 무인 비행체(1)의 비행 계획에 따른 이동 속도와 무인 비행체(1)의 현재 속도를 비교하여 무인 비행체(1)의 현재 속도에 더 부가되어야 하는 속도인 보정 속도를 산출할 수 있다. 회생 모터 검출부(200)는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따라 무인 비행체(1)를 이동시키기 위한, 각 모터의 회전 속도를 산출한다. 회생 모터 검출부(200)는 산출된 각 모터의 회전 속도에 기초하여, 하나 이상의 모터 중 구동이 필요 없는 하나 이상의 회생모터를 검출할 수 있다. 예를 들어, 회생 모터 검출부(200)는 산출된 회전 속도가 0인 모터를 회생모터로 검출할 수 있다.

익면적 변경부(300)는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따라 무인 비행체(1)가 이동할 때, 회생모터에 연결된 회전익의 면적을 증가시킬 수 있다.

한편 모터 제어부(400)는 회생 모터 검출부(200)에 의해 산출된 각 모터의 회전 속도에 따라, 구동이 필요한 하나 이상의 모터의 회전 속도를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 보정 속도 산출부(100)는 무인 비행체(1)의 비행 계획에 따른 이동 속도와 무인 비행체(1)의 현재 속도를 비교하여 무인 비행체(1)의 현재 속도에 더 부가되어야 하는 속도인 보정 속도를 산출할 수 있다.

본 발명에서 '속도'는 '속력'과 '방향'을 모두 포함하는 개념으로 사용된다. 따라서 '비행 계획에 따른 이동 속도'는 비행 계획에 따른 이동 속력과 비행 계획에 따른 이동 방향을 모두 포함할 수 있다. 마찬가지로 '현재 속도'는 현재 무인 비행체(1)의 이동 속력과 이동 방향을 모두 포함할 수 있다.

무인 비행체(1)의 비행 계획은 기 설정된 계획일 수 있다. 예컨대, 사용자는 GPS 좌표 및 해당 지점에서의 고도 정보 등을 이용하여 무인 비행체(1)의 비행 경로를 미리 설정할 수 있다. 이 때 설정된 비행 경로는 무인 비행체(1)의 제어부(10) 또는 원격지에서 무인 비행체(1)를 제어하는 무인 비행체 관리장치(미도시)에 저장될 수 있다.

한편 무인 비행체(1)의 비행 계획은 사용자의 입력에 의해 실시간으로 결정되는 계획일 수 있다. 예컨대, 사용자는 무인 비행체(1)에 포함되는 영상 센서(미도시)가 획득한 영상을 이용하여 실시간으로 무인 비행체(1)의 비행 경로를 결정할 수 있다. 이러한 경우, 사용자는 조종간(Control Stick)등을 이용하여 무인 비행체(1)의 이동 속도 즉 이동 속력과 이동 방향을 결정할 수 있다.

보정 속도 산출부(100)는 기 설정된 계획 또는 사용자의 결정에 의한 이동 속력 및 이동 방향과 현재 무인 비행체(1)의 이동 속력 및 이동 방향 각각의 차이에 의해 보정 속도를 산출할 수 있다. 예컨대, 보정 속도 산출부(100)는 비행 계획에 의한 이동 속도 벡터(Vector)와 현재 무인 비행체(1)의 이동 속도 벡터(Vector)의 차에 의해 보정 속도를 산출할 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 속도 산출부(도 2의 100)가 보정 속도를 산출하는 과정을 도시한다.

보정 속도 산출부(100)는 무인 비행체(1)의 비행 계획(101)에 따른 이동 속도(102)와 무인 비행체(1)의 현재 이동 속도(103)를 비교하여 무인 비행체의 현재 이동 속도(103)에 더 부가되어야 하는 속도인 보정 속도(104)를 산출할 수 있다.

나아가 보정 속도 산출부(100)는 무인 비행체의 현재 이동 속도(103)에 산출된 보정 속도(104)가 부가된 속도(미도시)를 산출할 수 있다. 보정 속도(104)는 비행 계획(101)에 따른 이동 속도(102)와 무인 비행체의 현재 이동 속도(103)의 차에 의해 산출되므로, 보정 속도(104)가 부가된 속도(미도시)는 결과적으로 비행 계획(101)에 따른 이동 속도(102)와 동일한 크기와 동일한 방향일 수 있다.

한편 전술한 예시에서와 같이 보정 속도 산출부(100)는 비행 계획(101)에 따른 이동 속도(102)와 현재 이동 속도(103)의 백터 차 연산에 의하여 보정 속도(104)를 산출할 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 회생모터 검출부(200)는 현재 속도에 보정 속도 산출부(100)가 산출한 보정 속도가 부가된 속도에 따라 무인 비행체(1)가 이동할 때, 하나 이상의 모터(30) 중 구동이 필요 없는 하나 이상의 회생모터를 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이 무인 비행체(1)는 비행 시 비행 경로에 따라 일시적으로 배터리(미도시)에 의해 구동이 필요 없는 모터(30)가 존재할 수 있고, 이러한 모터(30)는 풍력 등의 외력 또는 회전하던 관성에 의해 회전하는 회전익(50)에 의해 구동될 수 있다. 회생모터 검출부(200)는 일시적으로 배터리에 의한 구동이 필요 없는 모터(30)를 회생모터로 검출하여 해당 모터로부터 에너지를 획득할 수 있다.

회생모터 검출부(200)는 무인 비행체(1)에 탑재된 자이로 센서(미도시), 가속도 센서(미도시)등과 같은 센서의 판단 결과에 따라 회생모터를 검출할 수 있다. 예컨대, 무인 비행체(1)가 왼쪽으로 기울어졌고(좌측으로 Roll이 발생), 무인 비행체(1)를 다시 수평으로 제어해야 하는 상황을 가정한다. 이러한 경우, 무인 비행체(1)에 탑재된 자이로 센서, 가속도 센서 등은 무인 비행체(1)가 기울어진 상황을 감지하고, 모터 제어부(400)는 기울어짐을 복원하기 위해서 무인 비행체(1)의 좌측에 위치하는 모터(30)의 회전속도를 증가시킬 수 있다. 이 때 회생모터 검출부(200)는 무인 비행체(1)의 우측에 위치하는 모터(30)를 회생모터로 검출할 수 있다. 상술한 바와 같이 회생모터 검출부(200)는 회전 속도가 증가되는 모터의 위치와 대칭되는 위치에 있는 모터를 회생모터로 검출할 수 있다. 이 때 대칭의 중심은 무인 비행체(1)의 무게중심일 수 있다.

한편 회생모터 검출부(200)는 기 저장된 프로파일(Profile)에 따라 회생모터를 검출할 수 있다. 프로파일은 무인 비행체(1)의 이동 속도 별로 회생모터를 기 저장한 데이터 일 수 있다. 예컨대, 프로파일은 상술한 예시에와 같이 무인 비행체(1)가 왼쪽으로 기울진 상태(좌측으로 Roll이 발생)에서 수평으로 복원해야 하는 경우, 우측에 위치하는 모터(30)를 회생모터로 검출하는 프로파일을 포함할 수 있다.

도 4a 내지 도 5b는 회생모터 검출부(200)가 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따라 회생모터를 검출하고, 에너지 저장부(60)가 검출된 회생모터로부터 에너지를 획득하는 과정을 도시한다.

도 4a 내지 도 4b는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 이동 방향이 고도 하강인 경우(- Z방향)의 예시이다.

회생모터 검출부(200)는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 무인 비행체(1)의 이동 방향이 도 4a에 도시된 바와 같이 고도 하강인 경우(이동 방향이 -Z 방향인 경우)(105a), 무인 비행체(1)의 모든 모터(30)를 회생모터로 검출할 수 있다. 에너지 저장부(60)는 무인 비행체(1)가 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 이동 방향(105a)에 따라 이동할 때 회생모터 검출부(200)에 의해 검출된 회생모터로부터 에너지를 획득할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 이동 방향이 고도 하강인 경우(- Z방향) 회생모터 검출부(200)는 무인 비행체(1)의 모든 모터(31 내지 34)를 회생모터로 검출하고, 에너지 저장부(60)는 검출된 회생모터 즉 모든 모터(31 내지 34)로부터 에너지를 획득할 수 있다.

상세히, 본래 각 모터(31 내지 34)가 구동 시 회전하는 방향을 각각 11a, 12a, 13a 및 14a라고 가정할 때, 각 모터(31 내지 34)에 연결된 회전익(51 내지 54)은 모터의 회전 방향(11a, 12a, 13a 및 14a)과 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 한편, 무인 비행체(1)가 보정 속도에 따른 방향인 고도 하강의 방향(-Z 방향)으로 이동하는 경우, 각각의 회전익(51 내지 54)은 주변 대기와의 상대 운동에 의해 구동 시의 회전 방향(11a, 12a, 13a 및 14a)과 반대 방향(11b, 12b, 13b 및 14b)으로 구동될 수 있다. 모터 제어부(400)는 각 모터(31 내지 34)의 배터리에 의한 구동 속도가 0이 되도록 제어할 수 있다. 이에 따라 각 회전익(51 내지 54)에 연결된 각 모터(31 내지 34)는 전기 에너지를 생성할 수 있다. 에너지 저장부(60)는 생성된 회생 에너지를 배터리(미도시)에 저장할 수 있다.

도 5a 내지 도 5b는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 이동 방향이 제1 방향으로 회전하는 방향(105b)인 경우의 예시이다.

회생모터 검출부(200)는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 무인 비행체(1)의 이동 방향이 도 5a에 도시된 바와 같이 제1 방향으로 회전(시계방향으로 회전)하는 방향(105b)인 경우, 무인 비행체(1)의 모터 중 제1 방향(105b)과 반대방향인 제2 방향(반시계 방향)으로 회전하는 모터를 회생모터로 검출할 수 있다. 에너지 저장부(60)는 무인 비행체(1)가 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 이동 방향에 따라 이동할 때 회생모터 검출부(200)에 의해 검출된 회생모터로부터 에너지를 획득할 수 있다.

도 5b를 참조하면, 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 이동 방향이 제1 방향(105b)으로 회전인 경우 회생모터 검출부(200)는 무인 비행체(1)의 모터(31 내지 34) 중 제1 방향(105b)과 반대방향인 제2 방향(12c, 13c)으로 회전하는 모터(32, 33)를 회생모터로 검출하고, 에너지 저장부(60)는 검출된 회생모터(32, 33)로부터 에너지를 획득할 수 있다.

상세히, 본래 각 모터(31 내지 34)가 구동 시 회전하는 방향을 각각 11c, 12c, 13c 및 14c라고 가정할 때, 각 모터(31 내지 34)에 연결된 회전익(51 내지 54)은 모터의 회전 방향(11c, 12c, 13c 및 14c)과 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 한편, 무인 비행체(1)가 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따른 방향인 제1 방향(105b)으로 회전 하기 위해서는 제1 방향(105b)과 반대 방향인 제2 방향(12c, 13c)으로의 관성 모멘트를 감소시켜야 하므로, 모터 제어부(400)는 제2 방향으로 회전하는 회전익(52, 53)을 회전시키는 모터(32, 33)의 전력 공급을 차단할 수 있다. 회생모터 검출부(200)는 전력 공급이 차단된 모터(32, 33)를 회생모터로 검출하고, 에너지 저장부(60)는 해당 모터(32, 33)로부터 회생 에너지를 획득할 수 있다. 이 때 회생모터로 검출된 모터(32, 33)에 연결된 회전익(52, 53)은 전술한 예시와 다르게 외력에 의한 구동 방향이 일 방향이 아닐 수 있다. 즉 회생모터(32, 33)는 제1 방향 또는 제2 방향의 회전(12d, 13d)에 의해 전기에너지를 생성할 수 있다. 예컨대, 제어부(10)에 의해 전력이 차단된 시점부터 구동이 완전히 정지하는 시점 까지는 회전익(52, 53)이 관성에 의해 원래 구동 방향과 동일한 방향(제2 방향)으로 구동되므로, 이 때에는 회생모터(32, 33)가 제2 방향으로의 회전에 의해 회생 에너지를 생성할 수 있다. 한편 무인 비행체(1) 주변의 바람에 의한 외력으로 인해 회생모터(32, 33)에 연결된 회전익(52, 53)이 제1 방향으로 회전하는 경우에도 회생 에너지를 생성할 수 있다. 에너지 저장부(60)는 생성된 회생 에너지를 배터리(미도시)에 저장할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 익면적 변경부(300)는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따라 무인 비행체(1)가 이동할 때, 회생모터에 연결된 회전익(50)의 면적을 증가시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 회전익(50)은 익면적(翼面積)이 변경될 수 있는 구조를 포함하므로, 회전익(50)의 익면적은 익면적 변경부(300)의 제어에 따라 증가 또는 감소 할 수 있다.

익면적 변경부(300)는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따라 무인 비행체(1)가 이동할 때에만 회생모터에 연결된 회전익(50)의 면적을 증가시킴으로써 모터(30)로부터 발생되는 에너지를 양을 증가시킬 수 있다.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 익면적 변경부(300)가 복수의 회전익(도 5b의 51 내지 54)중 회전익(도 5b의 52)의 면적을 변경하는 예시이다.

도 6a를 참조하면, 익면적 변경부(300)는 회전익(52)이 모터(도 5b의 32)에 의해 구동 될 때에는 감소된 면적(52a)만을 갖도록 제어한다. 그러나 익면적 변경부(300)는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도에 따라 무인 비행체(1)가 이동할 때에는, 회생모터에 연결된 회전익(52)이 감소된 면적(52a)과 더불어 증가된 면적(52b)을 갖도록 한다. 익면적 변경부(300)는 회전익(52)의 면적을 증가시킴으로써 모터(30)로부터 발생되는 회생 에너지를 양을 증가시킬 수 있다. 예컨대, 익면적 변경부(300)는 회전익(52)의 플랩을 전개함으로써 익면적을 증가시킬 수 있다. 또한 익면적 변경부(300)는 회전익(52)의 보조익을 전개함으로써 익면적을 증가시킬 수 있다

도 7에 도시된 무인 비행체 제어 방법은 전술된 도 2의 제어부(10)에 의해 수행될 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 6에서 설명한 내용과 중복하는 내용의 상세한 설명은 생략하겠다.

도 7을 참조하면, 제어부(10)는 무인 비행체(1)의 비행 계획에 따른 이동 속도와 무인 비행체(1)의 현재 속도를 비교하여 무인 비행체(1)의 속도에 더 부가되어야 하는 속도인 보정 속도를 산출할 수 있다.(S10) 이 때 무인 비행체(1)의 비행 계획은 기 설정된 계획 또는 사용자의 입력에 의해 실시간으로 결정되는 계획일 수 있다. 또한 보정 속도는 기 설정된 계획 또는 사용자의 결정에 의한 이동 속력 및 이동 방향과 현재 무인 비행체(1)의 이동 속력 및 이동 방향 각각의 차이에 산출될 수 있다.

제어부(10)는 현재 속도에 산출된 보정 속도가 부가된 속도에 따라 무인 비행체(1)가 이동할 때, 하나 이상의 모터(30) 중 구동이 필요 없는 하나 이상의 회생모터를 검출할 수 있다.(S20) 전술한 바와 같이 무인 비행체(1)는 비행 시 비행 경로에 따라 일시적으로 배터리에 의한 구동이 필요 없는 모터(30)가 존재할 수 있고, 이러한 모터(30)는 풍력 등의 외력에 의해 구동될 수 있다. 제어부(10)는 구동이 필요 없는 모터(30)를 회생모터로 검출하여 해당 모터로부터 회생 에너지를 획득할 수 있도록 할 수 있다.

이 때 제어부(10)는 현재 속도에 산출된 보정 속도가 부가된 속도에 따른 무인 비행체(1)의 이동 방향이 고도 하강인 경우 무인 비행체(1)의 모든 모터(30)를 회생모터로 검출할 수 있다. 또한 제어부(10)는 보정 속도에 따른 무인 비행체(1)의 이동 방향이 제1 방향으로 회전인 경우, 무인 비행체(1)의 모터(30) 중 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 회전하는 모터(30)를 회생모터로 검출할 수 있다. 한편 모터 제어부(40)는 회생 모터를 제외한 나머지 모터의 회전속도를 제어할 수 있다.

에너지 저장부(60)는 보정 속도에 따라 무인 비행체(1)가 이동할 때 회생모회생부터 에너지를 획득할 수 있다.(S30) 한편 익면적 변경부(300)는 현재 속도에 보정 속도가 부가된 속도 따라 무인 비행체(1)가 이동할 때, 회생모터에 연결된 회전익의 면적을 증가시킬 수 있다. 익면적 변경부(300)가 회생모터에 연결된 회전익의 면적을 증가시킴으로써, 회생모터로부터 획득되는 에너지의 양이 증가될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제어부(10)의 무인 비행체 제어 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

1: 무인 비행체
10: 제어부
100: 보정 속도 산출부
200: 회생모터 검출부
300: 익면적 변경부
20: 바디
30: 모터
31 내지 34: 모터
40: 암
50: 회전익
51 내지 54: 회전익
52a: 감소된 면적
52b: 증가된 면적
60: 에너지 저장부
101: 비행 계획
102: 비행 계획에 따른 이동 속도
103: 현재 이동 속도
104: 보정 속도
105a: 이동 방향
105b: 이동 방향
11a 내지 14a: 구동 방향
11b 내지 14b: 외력에 의한 회전 방향
11c 내지 14c: 구동 방향
12d, 13d: 외력에 의한 회전 방향

Claims (5)

1. 비행체를 제어하는 제어부;
   상기 제어부를 포함하는 바디(Body);
   하나 이상의 모터;
   상기 바디와 상기 하나 이상의 모터를 연결하는 하나 이상의 암(Arm);
   상기 하나 이상의 모터 각각에 연결되어 회전되는 하나 이상의 회전익; 및
   상기 하나 이상의 회전익에 의해 상기 하나 이상의 모터로부터 획득된 에너지를 배터리에 저장하는 에너지 저장부;를 포함하고,
   상기 하나 이상의 모터는 상기 제어부의 제어에 따라 추력을 발생시키거나, 외력에 의해 상기 회전익이 회전할 때 회생 에너지를 생성하여 상기 에너지 저장부에 공급하는 무인 비행체.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 비행체의 비행 계획에 따른 이동 속도와 상기 비행체의 현재 속도를 비교하여 상기 비행체의 현재 속도에 더 부가되어야 하는 속도인 보정 속도를 산출하는 보정 속도 산출부;
   상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따라 상기 비행체가 이동할 때, 상기 하나 이상의 모터 중 구동이 필요 없는 하나 이상의 회생모터를 검출하는 회생모터 검출부; 및
   상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따라 상기 비행체가 이동할 때, 상기 하나 이상의 모터 중 구동이 필요한 하나 이상의 모터의 회전속도를 제어하는 모터 제어부;를 포함하고,
   상기 에너지 저장부는
   상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따라 상기 비행체가 이동할 때 상기 회생모터로부터 에너지를 획득하는 무인 비행체.
3. 제2 항에 있어서
   상기 회생모터 검출부는
   상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따른 상기 비행체의 이동 방향이 고도하강인 경우,상기 하나 이상의 모터 전부를 상기 회생모터로 검출하고,
   상기 현재 속도에 상기 보정 속도가 부가된 속도에 따른 상기 비행체의 이동 방향이 제1 방향으로 회전인 경우 상기 하나 이상의 모터 중 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 회전하는 모터를 상기 회생모터로 검출하고,
   상기 에너지 저장부는
   상기 회생모터로부터 에너지를 획득하는 무인 비행체.
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