KR102259954B1 - Drone and robot car docking system for camera - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 항공 드론과 지상 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카메라가 설치된 지상 로봇이 지면에 착륙한 항공 드론의 지지다리에 형성된 붉은색의 인식부를 인지하고 도킹위치로 이동할 수 있도록 구성한 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an aerial drone and a ground robot, and more particularly, a camera configured to recognize a red recognition part formed on a support leg of an aerial drone that has landed on the ground and move to a docking position by a ground robot equipped with a camera. It is about a docking system for aerial drones and ground robots.
일반적으로 항공 드론과 같은 무인비행체는 기체에 사람이 타지 않고 지상에서 원격 조정하는 것으로 구동모터의 회전력을 받아 프로펠러가 회전되면서 추력을 발생시켜 기체가 상승하게 되는 구조이다. 이러한 무인비행체는 일반적으로 몸체의 전후방 양측에 복수 개의 프로펠러를 갖추고 있으며 사용자가 프로펠러의 동작을 제어하여 기체가 공중에서 비행되도록 한다.In general, unmanned aerial vehicles such as aerial drones are remotely controlled from the ground without a human being on the aircraft, and the propeller rotates by receiving the rotational force of the driving motor to generate thrust, thereby raising the aircraft. These unmanned aerial vehicles are generally equipped with a plurality of propellers on both front and rear sides of the body, and the user controls the operation of the propellers to allow the aircraft to fly in the air.
이와 같이 복수 개의 프로펠러를 이용하는 항공 드론의 비행원리는 프로펠러가 대각선 방향으로 마주보는 2쌍씩 상호 다른 방향으로 회전되도록 하여 동체가 상승하게 되며, 이 상태에서 각 프로펠러의 회전 속도만을 별도로 제어하여 비행 방향을 자유자재로 변경하게 된다.In this way, the flying principle of an aerial drone using a plurality of propellers is that the propellers rotate in different directions by two pairs facing each other in the diagonal direction so that the fuselage rises. In this state, only the rotation speed of each propeller is controlled separately to determine the flight direction. change at will.
즉, 복수 개의 프로펠러가 고속으로 회전되면 제자리에서 상승하게 되고, 저속으로 회전하면 하강하게 되며, 진행하고자 하는 방향의 후방 프로펠러의 회전속도를 증가시키면 기체가 전방으로 기울어지면서 기울어진 방향으로 이동하게 된다.That is, when the plurality of propellers rotate at high speed, they rise in place, and when they rotate at low speed, they descend. If the rotation speed of the rear propeller in the desired direction is increased, the aircraft is tilted forward and moved in the inclined direction. .
이와 같이 복수 개의 프로펠러를 이용한 비행방식은 매우 간단하여 사용자가 쉽게 숙지하여 조작할 수 있지만, 복수 개의 프로펠러 중 어느 하나의 프로펠러 회전속도가 사용자가 설정한 속도보다 줄어들거나 아예 정지하게 되면 동체가 균형을 잡지 못하고 한쪽으로 쏠려 공중에서 지면으로 바로 추락하게 된다.As described above, the flight method using a plurality of propellers is very simple and the user can easily understand and operate it. However, if the rotation speed of any one of the plurality of propellers is lower than the speed set by the user or stops at all, the fuselage is out of balance. Unable to catch it, it is thrown to one side and falls straight from the air to the ground.
그런데 항공 드론이 수화물을 이동시키기 위하여 수화물 상부에 도킹할 때에, 안전하게 수화물에 접근하기가 어려운 문제가 있고, 수화물에 접근해서 안착한 경우에도, 목적지까지 수화물을 안정적으로 고정하여 이동시키기가 어려운 문제점이 있다.However, when an aerial drone docks on top of luggage to move luggage, there is a problem in that it is difficult to safely access luggage, and even when approaching and landing in luggage, it is difficult to stably fix and move luggage to the destination. .
이러한 문제점을 해결하기 위하여 등록특허공보 제10-2089441호에서는 수화물에 안전하게 접근하여 안착할 수 있으며, 목적지까지 수화물을 안정적으로 이동시킬 수 있도록 견고하게 고정 및 결합시킬 수 있고, 배송 가능한 화물의 규격에 대한 제한을 최소화할 수 있으며, 다양한 규격의 화물을 안정적으로 고정하고 해제할 수 있으며, 안전하게 목적지까지 이동할 수 있도록 한 항공 드론의 도킹구조를 제공하고 있다.In order to solve this problem, in Patent Registration No. 10-2089441, luggage can be safely approached and settled, it can be firmly fixed and combined so that the luggage can be stably moved to the destination, and it is possible to meet the standard of deliverable cargo. It provides a docking structure for an aerial drone that can minimize restrictions on air traffic, can stably fix and release cargo of various specifications, and safely move to a destination.
그러나 상술한 항공 드론의 도킹구조는 회동부재를 회전시키기 위한 선회장치 및 구동모터를 포함하는 복잡한 구성으로 인해 제작비용이 상승하고, 항공 드론이 수하물의 상측에 착륙해서 도킹을 시도해야 하기 때문에 정확한 위치제어가 필요하고 도킹에 실패할 확률이 높다는 문제점이 있다.However, the above-described docking structure of the aerial drone increases the manufacturing cost due to the complicated configuration including the turning device and the driving motor for rotating the rotating member, and the aerial drone must land on the upper side of the baggage and try to dock it. There is a problem that control is required and the probability of docking failure is high.
한편, 본원출원인과 재단법인 한국로봇산업진흥원에서는 [과제고유번호 UM18202RD2] [부처명 방위사업청 / 산업통상자원부]에 의한 국가 연구개발사업을 진행하여 특허등록 제10-2151032호(지상 로봇과 항공 드론간의 도킹장치 및 그 운영방법)(이하, '선행기술'이라 함)이 완료되었다. On the other hand, the applicant and the Korea Robot Industry Promotion Agency (KOICA) conducted a national R&D project under [Project Unique No. UM18202RD2] [Ministry of Defense Acquisition Program Administration / Ministry of Trade, Industry and Energy] and registered patent No. 10-2151032 (between ground robots and aerial drones). Docking device and its operating method) (hereinafter referred to as 'prior art') has been completed.
위 선행기술의 청구항 제1항에서는 「 지상 로봇의 상부에 장착되는 로봇 파지블록; 항공 드론의 하부에 장착되는 항공 드론 연결대; 상기 로봇 파지블록을 파지하거나 해지하도록 동작하는 그리퍼와, 상기 항공 드론 연결대에 지지되어 상기 그리퍼를 동작시키는 그리퍼용 액추에이터를 구비하는 록커; 상기 록커에 장착되어 도킹 위치에 대한 지상 로봇의 도착 여부를 감지하는 근접 센서; 상기 항공 드론 연결대에 장착되어 지상까지 거리를 측정하는 거리 센서; 및 상기 근접 센서와 거리 센서로부터 제공된 정보를 기반으로 상기 록커를 제어하는 제어기;를 포함하며, 상기 로봇 파지블록은, 가장자리를 따라 배열되어 상기 지상 로봇의 상면에 볼팅되는 체결편들과, 상면에 수평 방향을 따라 일정 단면 형상으로 돌출되되 상측 부위가 확장된 형태로 이루어진 끼움돌기를 구비하는 하측 파지블록부; 및 양쪽 옆면으로부터 각각 함몰 형성된 한 쌍의 걸림홈들과, 하면에 상기 끼움돌기의 단면 형상과 동일한 단면 형상으로 이루어져 상기 끼움돌기를 수평 방향으로 슬라이드 끼움 결합하는 끼움홈을 구비하여 상기 하측 파지블록부에 볼팅되는 상측 파지블록부;를 포함하며, 상기 그리퍼는, 상기 걸림홈들을 향해 각각 구부러진 후크를 구비하여 상호 근접되거나 이격되게 상기 그리퍼용 액추에이터에 의해 수평 방향으로 선형 이동함에 따라 상기 후크들을 상기 걸림홈들에 대해 걸거나 분리시키며 슬라이더를 각 각 장착하는 한 쌍의 그리퍼 부재들과, 상기 슬라이더들을 각각 끼워서 상기 슬라이더들의 선형 이동을 안내함에 따라 상기 그리퍼 부재들의 선형 이동을 안내하는 레일 홈이 형성된 그리퍼 가이드를 포함하며; 상기 그리퍼 가이드는, 하측에 각각 가이드 홀을 통해 상기 후크들을 각각 끼워서 상기 후크들의 선형 이동을 안내하는 한 쌍의 가이드편들과, 상기 로봇 파지블록의 양쪽에 대응되게 배치되어 상기 로봇 파지블록의 흔들림을 허용 각도로 제한하도록 상기 가이드 편들의 각 안쪽 면에 형성된 스토퍼들을 구비하며; 상기 그리퍼용 액추에이터는 직선 구동력을 발생시키는 리니어 모터, 및 상기 리니어 모터의 직선 구동력을 상기 그리퍼 부재들의 파지 또는 해지 동작으로 변환해서 상기 그리퍼 부재들에 전달하는 동력 전달기를 포함하며; 상기 리니어 모터는 몸체가 상기 항공 드론 연결대에 고정된 상태로 가동자가 수직으로 배치되며; 상기 동력전달기는, 상기 리니어 모터의 가동자에 고정되어 가동자의 직선 구동력에 의해 승강하는 승강 블록; 및 1쌍씩 상기 그리퍼 부재들에 각 한쪽 단이 힌지 결합되고, 각 다른 쪽 단이 상기 승강 블록에 힌지 결합되어, 상기 승강 블록이 상승함에 따라 상기 그리퍼 부재들을 근접시키고, 상기 승강 블록이 하강함에 따라 상기 그리퍼 부재들을 이격시키는 2쌍의 링크부재들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 지상 로봇과 항공 드론 간의 도킹장치」를 제안한 것이다. In claim 1 of the prior art, "Robot holding block mounted on the upper part of the ground robot; Air drone connecting rod mounted on the lower part of the aerial drone; a locker having a gripper operating to grip or release the robot gripping block, and an actuator for a gripper supported by the aerial drone connecting rod to operate the gripper; a proximity sensor mounted on the locker to detect whether the ground robot arrives at the docking position; a distance sensor mounted on the aerial drone connecting rod to measure a distance to the ground; and a controller for controlling the locker based on information provided from the proximity sensor and the distance sensor, wherein the robot holding block includes fastening pieces arranged along an edge and bolted to the upper surface of the ground robot, and on the upper surface a lower gripping block unit having a fitting protrusion protruding in a predetermined cross-sectional shape along the horizontal direction and having an upper portion expanded; and a pair of locking grooves respectively recessed from both side surfaces, and a fitting groove having the same cross-sectional shape as the cross-sectional shape of the fitting protrusion on the lower surface and slide-fitting the fitting protrusion in the horizontal direction, the lower gripping block part and an upper gripping block part bolted to the gripper, wherein the gripper has hooks bent toward the locking grooves, respectively, so that the hooks are caught by the actuator for the gripper to be linearly moved in the horizontal direction so as to be close to or spaced apart from each other. A pair of gripper members hooking or separating from the grooves and mounting the sliders, respectively, and a gripper having rail grooves for guiding the linear movement of the gripper members by inserting the sliders to guide the linear movement of the sliders guide; The gripper guide includes a pair of guide pieces for guiding the linear movement of the hooks by inserting the hooks through guide holes on the lower side, respectively, and disposed to correspond to both sides of the robot gripping block to shake the robot gripping block having stoppers formed on each inner surface of the guide pieces to limit the angle to the allowable angle; the actuator for the gripper includes a linear motor that generates a linear driving force, and a power transmitter that converts the linear driving force of the linear motor into a gripping or releasing operation of the gripper members and transmits it to the gripper members; In the linear motor, the movable body is vertically disposed while the body is fixed to the aerial drone connecting rod; The power transmitter may include: an elevating block fixed to the mover of the linear motor and elevating by a linear driving force of the mover; and one end is hinged to the gripper members in pairs, and the other end is hinged to the elevating block to bring the gripper members closer to each other as the elevating block rises, and as the elevating block descends A docking device between a ground robot and an aerial drone, characterized in that it includes; two pairs of link members spaced apart the gripper members.
특히, 위 선행기술의 청구항 제2항에서는 「상기 제어기는, 항공 드론이 지상 로봇 근처에 착륙한 상태에서 상기 근접 센서로부터 감지된 정보를 기반으로 지상 로봇이 도킹 위치에 도착한 것으로 판단되면 상기 그리퍼를 파지 동작시키도록 상기 그리퍼용 액추에이터를 제어해서 지상 로봇을 상기 항공 드론 연결대에 탑재하며, 상기 거리 센서로부터 측정된 정보를 기반으로 항공 드론이 임무수행 장소의 상방에 설정 높이에 도달한 것으로 판단되면 상기 그리퍼를 해지 동작시키도록 상기 그리퍼용 액추에이터를 제어해서 지상 로봇을 상기 항공 드론 연결대로부터 낙하시키는 것을 특징으로 하는 지상 로봇과 항공 드론 간의 도킹장치」에 대해 서술하고 있다. In particular, in claim 2 of the prior art, when it is determined that the ground robot has arrived at the docking position based on the information sensed from the proximity sensor while the aerial drone has landed near the ground robot, the controller controls the gripper. A ground robot is mounted on the aerial drone connecting rod by controlling the actuator for the gripper to perform a gripping operation, and when it is determined that the aerial drone has reached the set height above the mission performance location based on the information measured from the distance sensor, the A docking device between a ground robot and an aerial drone, characterized in that the ground robot is dropped from the aerial drone connecting rod by controlling the actuator for the gripper to release the gripper.
그러나, 위 선행기술은 개발 초기단계의 아이디어로서, 실 제품을 제작하여 테스트한 결과, 록커에 장착되는 근접센서 또는 항공 드론 연결대에 장착되는 거리센서에 의해서는 항공 드론과 지상 로봇이 정확한 도킹 위치를 결정하는 과정에서 많은 오류가 발생하였다. However, the above prior art is an idea at the initial stage of development, and as a result of manufacturing and testing an actual product, the correct docking position of the aerial drone and the ground robot can be determined by the proximity sensor mounted on the locker or the distance sensor mounted on the aerial drone connecting rod. Many errors occurred during the decision-making process.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 항공 드론의 지지다리에 형성된 붉은색의 인식부를 카메라가 설치된 지상 로봇이 감지하여 도킹위치로 정확히 이동할 수 있도록 개선한 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and an aerial drone and a ground robot using a camera improved so that the ground robot equipped with a camera detects the red recognition part formed on the support leg of the aerial drone and moves it to the docking position accurately. An object of the present invention is to provide a docking system of
본 발명에 의한 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템은 항공 드론의 설치판 하측에는 한 쌍의 지지다리가 결합되고, 상기 지지다리의 사이에는 복수의 연결부에 의해 작동판이 상기 설치판에 결합되며, 상기 작동판에는 작동부재 및 도킹부재가 결합되고, 상기 도킹부재에는 지상 로봇의 상측에 형성된 도킹블록이 착탈할 수 있도록 결합되며, 상기 지지다리의 외측에는 특정 색상의 인식부가 형성되고, 상기 지상 로봇의 전면에는 상기 인식부를 인지하여 도킹부재의 하측으로 이동할 수 있도록 전방 카메라가 설치되되, 상기 지상 로봇의 내측에 설치된 통합보드에는 안전한 반자율 주행이 가능하도록 전방 카메라 및 후방 카메라와 1쌍의 측방 카메라가 구비되며, 정확한 위치파악을 위한 GPS와, 지상 로봇의 주행속도를 제어하기 위한 1쌍의 ESC(Electronic Speed Controls)와, 상기 GPS 및 ESC를 제어하는 지상 로봇 통합제어기와, 카메라에서 수신된 영상에 의해 주행상황을 파악하는 감시정찰모듈과, 카메라에서 전달되는 촬영되는 영상을 외부로 송출하는 영상송신 통신모듈과, 외부의 제어장치에서 전달되는 제어신호를 지상 로봇 통합제어기로 전달하는 통신모듈이 설치되는 것을 그 기술적 특징으로 한다.In the docking system of an aerial drone and a ground robot using a camera according to the present invention, a pair of support legs are coupled to the lower side of the installation plate of the aerial drone, and the operation plate is coupled to the installation plate by a plurality of connecting parts between the support legs. An operating member and a docking member are coupled to the operating plate, and a docking block formed on the upper side of the ground robot is detachably coupled to the docking member, and a recognition part of a specific color is formed on the outside of the support leg, A front camera is installed on the front of the ground robot to recognize the recognition unit and move to the lower side of the docking member, and the integrated board installed inside the ground robot is equipped with a front camera and a rear camera to enable safe semi-autonomous driving. A side camera is provided, a GPS for accurate positioning, a pair of ESC (Electronic Speed Controls) for controlling the traveling speed of the ground robot, an integrated ground robot controller for controlling the GPS and the ESC, and receiving from the camera A surveillance and reconnaissance module that grasps the driving situation by the captured image, an image transmission communication module that transmits the captured image transmitted from the camera to the outside, and a communication that transmits a control signal transmitted from an external control device to the integrated ground robot controller Its technical feature is that the module is installed.
본 발명에 의한 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템에 의하면, 항공 드론의 지지다리에 지상 로봇이 인지할 수 있는 붉은색의 인식부를 형성하고, 지상 로봇의 전면에 인식부를 인식할 수 있는 카메라를 결합함으로써 항공 드론과 지상 로봇의 도킹이 더욱 정확하고 원활하게 이루어지는 효과가 있다.According to the docking system of the aerial drone and the ground robot using the camera according to the present invention, a red recognition part that can be recognized by the ground robot is formed on the support leg of the aerial drone, and the recognition part can be recognized on the front of the ground robot. By combining the camera, there is an effect that the docking of the aerial drone and the ground robot is more accurate and smooth.
또한, 지상 로봇의 내측에 카메라 및 센서를 포함하는 복수의 전자소자가 구비된 통합보드를 설치하여, 지상 로못의 경로를 조정하여 장애물을 피하는 일련의 DWA(Dynamic Window Algorithm)를 통해 반자율 주행을 진행하고, 카메라에서 촬영된 영상의 왜곡을 보정하여 보다 선명한 영상정보를 취득할 수 있는 효과가 있다. In addition, by installing an integrated board equipped with a plurality of electronic devices including cameras and sensors inside the ground robot, semi-autonomous driving is performed through a series of DWA (Dynamic Window Algorithm) that adjusts the path of the ground robot to avoid obstacles. There is an effect of correcting the distortion of the image captured by the camera to obtain clearer image information.
도 1은 본 발명의 항공 드론과 지상 로봇이 도킹한 상태를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 정면도,
도 3은 본 발명의 지상 로봇의 내측에 설치되는 통합보드의 대략적인 구성도,
도 4는 도 3의 통합보드에서 진행되는 반자율 주행시스템의 모식도,
도 5는 본 발명의 카메라에서 촬영된 영상정보를 보정하는 알고리즘에 대한 모식도,
도 6은 본 발명에 의한 지상 로봇의 주행 검증 현장사진,
도 7은 본 발명에 의한 항공 드론의 정면도,
도 8은 본 발명에 의한 작동부재 및 도킹부재의 사시도,
도 9는 본 발명에 의한 지상 로봇의 사시도.1 is a perspective view showing a state in which an aerial drone and a ground robot of the present invention are docked;
Figure 2 is a front view of Figure 1;
3 is a schematic configuration diagram of an integrated board installed inside the ground robot of the present invention;
4 is a schematic diagram of a semi-autonomous driving system in progress on the integrated board of FIG. 3;
5 is a schematic diagram of an algorithm for correcting image information captured by the camera of the present invention;
6 is a field photograph of the driving verification of the ground robot according to the present invention;
7 is a front view of an aerial drone according to the present invention;
8 is a perspective view of an operating member and a docking member according to the present invention;
9 is a perspective view of a ground robot according to the present invention.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템은 도 1 및 도 2에서 나타낸 바와 같이 지면에 착륙한 항공 드론(100)의 하측에 지상 로봇(200)이 이동하여 도킹할 수 있도록 구성된 것으로서, 항공 드론(100)의 상측에 형성된 설치판(10)에는 복수의 프로펠러(도면 미표시)가 설치되며, 상기 설치판(10)의 하측에는 도 3에서 나타낸 바와 같이 한 쌍의 지지다리(11)가 소정의 각도를 이루며 결합되어 있고, 상기 지지다리(11)의 하측에는 항공 드론(100)이 지면에 안정되게 착륙할 수 있도록 전후 방향으로 연장된 안착부(13)가 결합되어 있다.The docking system of the aerial drone and the ground robot using the camera according to the present invention is configured so that the
그 기본적인 구성은 국가 연구개발사업으로 공동 진행된 특허등록 제10-2151032호에 기재되어 있으므로, 간략하게 후술한다. Since its basic configuration is described in Patent Registration No. 10-2151032 jointly conducted as a national research and development project, it will be briefly described later.
특히, 본원발명은 위 '특허등록 제10-2151032호'에 적용된 항공드론과 지상 로봇의 도킹에 있어서, 거리센서에 의해 나타나는 문제점을 카메라를 통해 개선한 새로운 도킹 시스템을 제안한 것이다. In particular, the present invention proposes a new docking system in which the problem presented by the distance sensor is improved through the camera in the docking of the aerial drone and the ground robot applied to the above 'Patent Registration No. 10-2151032'.
즉, 본 발명의 지상 로봇(200)에는 항공 드론(100)과의 도킹 위치를 정확하게 확인할 수 있도록 전방 카메라(210)가 장착되고, 상기 지지다리(11)의 외측에는 지상 로봇(200)의 전방 카메라(210)가 인식할 수 있도록 특정 색상의 도료가 도포되거나, 특정 색상의 시트지가 접착된 인식부(12)가 형성됨에 그 기술적 특징이 있다. That is, the
본 발명은 일 실시례로, 붉은색의 도료 또는 붉은색의 시트를 사용하여 인식부(12)를 구성하였으며, 그 이외에 붉은색의 엘이디를 지지다리(11)에 설치할 수도 있다. According to an embodiment of the present invention, the
한편, 본 발명에 의한 지상 로봇(200)의 내측에는 임무수행을 위한 반자율주행이 가능하도록 통합보드가 설치되며, 상기 통합보드에는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 구성요소가 포함된다. Meanwhile, an integrated board is installed inside the
즉, 상기 통합보드에는 안전한 반자율 주행이 가능하도록 전방 카메라(210)와 후방 카메라(211) 및 1쌍의 측방 카메라라(220)가 구비되며, 정확한 위치파악을 위한 GPS(230)와, 지상 로봇의 주행속도를 제어하기 위한 1쌍의 ESC(Electronic Speed Controls)(250)와, 상기 GPS(230) 및 ESC(250)를 제어하는 지상 로봇 통합제어기(240)와, 카메라(210)(211)(220)에서 수신된 영상에 의해 주행상황을 파악하는 감시정찰모듈(260)과, 카메라(210)(211)(220)에서 전달되는 촬영되는 영상을 외부로 송출하는 영상송신 통신모듈(270)과, 외부의 제어장치에서 전달되는 제어신호를 지상 로봇 통합제어기(240)로 전달하는 통신모듈(280)이 설치된다. That is, the integrated board is provided with a
이때, 상기 ESC(Electronic Speed Controls)는 배터리 전원을 입력받아 3상 주파수를 발생시켜 모터를 제어하는 전자속도제어 변속기이다. In this case, the ESC (Electronic Speed Controls) is an electronic speed control transmission that receives battery power and generates a three-phase frequency to control the motor.
따라서, 본 발명의 지상 로봇(200)은 도 4에 도시된 바와 같이, 카메라(210)(211)(220)에서 영상을 촬영하면서, 전방 장애물과의 거리를 측정하는 레이더 센서(RADAR Sensor)와 현재 위치정보를 전달받는 GPS(Global Positioning System) 및 지상 로봇(100)의 속도 및 가속도와 방향을 측정하는 IMU(Inertial Measurement Unit)를 이용하여 전방 카메라(210)의 윈도우 레인지(window range) 내에 장애물(obstacle)이 있는 지를 판단하고, 경로를 조정하여 장애물을 피하는 일련의 DWA(Dynamic Window Algorithm)를 통해 반자율 주행을 진행하게 된다. Therefore, as shown in FIG. 4, the
상기 IMU((Inertial Measurement Unit)는 이동물체의 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정하는 관성 측정장치로서, 무선 랜 인프라, 의사위성(Pseudolites), 레이저, 음파, RFID(Radio Frequency Identification), 블루투스 등을 이용하여 특정 보정점(Waypoint)을 지정하여 IMU 측위의 누적오차를 보다 정확하게 보정할 수 있으므로 측위 시스템(Positioning System)에 적합한 전자소자이며, GPS와의 상호보완에 의해 정밀도를 향상시킬 수 있다. The IMU (Inertial Measurement Unit) is an inertial measurement device that measures the speed, direction, gravity, and acceleration of a moving object, such as wireless LAN infrastructure, pseudosatellites, lasers, sound waves, RFID (Radio Frequency Identification), Bluetooth, etc. It is an electronic device suitable for a positioning system because it can correct the accumulated error of the IMU positioning more accurately by designating a specific waypoint using the .
또한, 상기 지상 로봇 통합제어기(240)에서는 도 5에 도시된 바와 같이 촬영된 영상정보에 대하여 체스보드를 이용하여 카메라 내부 파라미터를 추출하게 되며, 전후좌우에 설치된 4개의 카메라(210)(211)(220) 영상 내 측정점을 연결하여 서라운드 뷰 알고리즘을 진행함으로 왜곡을 보정하는 카메라 왜곡보정 알고리즘이 적용된다. In addition, as shown in FIG. 5 , the ground robot integrated
이와 같은 통합보드가 적용된 본 발명의 지상 로봇은 도 6과 같이, 경사로 주행, 문턱주행, 반복경사 노면주행 등의 다양한 주행 시험을 거쳐 테스트가 완료되었다.As shown in FIG. 6 , the ground robot of the present invention to which such an integrated board is applied has been tested through various driving tests such as ramp driving, threshold driving, and repeated inclined road driving.
한편, 본 발명에 의한 지상 로봇(200)은 항공드론(100)과의 도킹을 위한 하드웨어적 기술구성이 추가된다. On the other hand, the
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 지지다리(11)의 사이에는 도킹을 위한 장치가 설치되는 작동판(20)이 복수의 연결부(21)에 의해 설치판(10)과 간격을 이루며 결합되어 있고, 상기 작동판(20)의 중앙부에는 작동부재(30)가 작동판(20)의 하측으로 돌출되도록 결합되어 있으며, 상기 작동부재(30)의 하측에는 대락 '∩'의 형상으로 구성된 도킹부재(40)가 결합되어 있다.As shown in Fig. 7, between the
또한, 상기 도킹부재(40)의 양측에는 도 8에 도시된 바와 같이 작동부재(30)와 연결되어 좌우로 이동할 수 있도록 구성된 이동부(31)가 결합되어 있으며, 상기 이동부(31)는 대략 '」'의 형상으로 이루어져 있고, 하단부가 도킹부재(40)의 측면을 관통하여 내측으로 돌출되어 있고, 도킹부재(40)의 양 내측면에는 이동부(31)의 하측에 한 쌍의 돌기부(41)가 간격을 이루며 형성되어 있다.In addition, as shown in FIG. 8 , a moving
본 발명의 지상 로봇(200)의 전체적인 형상은 도 9에서 도시된 바와 같이 상측 중앙부에 도킹블록(50)이 결합되어 있으며, 상기 도킹블록(50)의 상측에는 고정부(51)가 결합되어 있고, 상기 고정부(51)의 양측에는 고정홈(52)이 형성된 구조로서, 전면에는 인식부(12)를 감지하기 위한 전방 카메라(210)가 설치되어 있다.As shown in FIG. 9, the overall shape of the
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템은 항공 드론(100)이 먼저 지면에 착륙한 상태에서 지상 로봇(200)이 항공 드론(100)의 위치를 인식하여 이동함으로써 도킹이 이루어지게 되는데, 지상 로봇(200)의 전면에 결합된 전방 카메라(210)가 항공 드론(100)의 지지다리(11)에 도색 또는 접착되거나, 엘이디로 구성된 붉은색의 인식부(12)를 인식하여 이동하게 된다.The docking system of the aerial drone and the ground robot using the camera according to the present invention configured as described above is a state in which the
상기 작동판(20)의 하측으로 이동한 후 정지한 지상 로봇(200)은 항공 드론(100)의 도킹부재(40) 사이에 지상 로봇(200)의 도킹블록(50)이 정확히 삽입되도록 위치하게 되고, 지상 로봇(200)의 도착이 인식한 항공 드론(100)은 작동부재(30)가 구동하여 이격된 양측의 이동부(31)가 서로 근접해지도록 이동하게 된다.The
이에 따라 이동부(31)가 고정부(51)의 고정홈(52)에 삽입됨으로써 지상 로봇(200)이 항공 드론(100)에 고정되며, 한 쌍의 돌기부(41)는 고정부(51)의 하측을 지지함으로써 안정된 도킹이 이루어질 수 있게 한다.Accordingly, the
따라서 본 발명은 항공 드론(100)의 지지다리(11)에 지상 로봇(200)이 인지할 수 있는 붉은색의 인식부(12)를 형성하고, 지상 로봇(200)의 전면에 인식부(12)를 인식할 수 있는 전방 카메라(210)를 결합함으로써 항공 드론(100)과 지상 로봇(200)의 도킹이 더욱 정확하고 원활하게 이루어지는 효과가 있다.Therefore, in the present invention, a
10 : 설치판 11 : 지지다리
12 : 인식부 13 : 안착부
20 : 작동판 21 : 연결부
30 : 작동부재 31 : 이동부
40 : 도킹부재 41 : 돌기부
50 : 도킹블록 51 : 고정부
52 : 고정홈 100 : 항공 드론
200 : 지상 로봇 210 : 전방 카메라
211 : 후방 카메라 220 : 측방 카메라
230 : GPS 240 : 지상 로봇 통합제어기
250 : ESC 260 : 감시정찰모듈
270 : 영상송신 통신모듈 280 : 통신모듈10: mounting plate 11: support leg
12: recognition unit 13: seating unit
20: operation plate 21: connection part
30: operating member 31: moving part
40: docking member 41: protrusion
50: docking block 51: fixed part
52: fixed groove 100: aerial drone
200: ground robot 210: front camera
211: rear camera 220: side camera
230: GPS 240: ground robot integrated controller
250: ESC 260: surveillance and reconnaissance module
270: video transmission communication module 280: communication module
Claims (6)
상기 지상 로봇(200)의 내측에 설치된 통합보드에는 안전한 반자율 주행이 가능하도록 전방 카메라(210) 및 후방 카메라(211)와 1쌍의 측방 카메라(220)가 구비되며, 정확한 위치파악을 위한 GPS(230)와, 지상 로봇의 주행속도를 제어하기 위한 1쌍의 ESC(Electronic Speed Controls)(250)와, 상기 GPS(230) 및 ESC(250)를 제어하는 지상 로봇 통합제어기(240)와, 카메라(210)(211)(220)에서 수신된 영상에 의해 주행상황을 파악하는 감시정찰모듈(260)과, 카메라(210)(211)(220)에서 전달되는 촬영되는 영상을 외부로 송출하는 영상송신 통신모듈(270)과, 외부의 제어장치에서 전달되는 제어신호를 지상 로봇 통합제어기(240)로 전달하는 통신모듈(280)이 설치되는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템.
A pair of support legs 11 are coupled to the lower side of the installation plate 10 of the aerial drone 100 , and the operation plate 20 is installed between the support legs 11 by a plurality of connection parts 21 . It is coupled to (10), the operating member 30 and the docking member 40 are coupled to the operating plate 20, and the docking member 40 is a docking block 50 formed on the upper side of the ground robot 200. This is coupled to be detachable, and a recognition unit 12 expressing a specific color is formed on the outside of the support leg 11 , and the recognition unit 12 is recognized and docked on the front side of the ground robot 200 . The front camera 210 is installed so that it can move accurately to the lower side of the member 40,
A front camera 210 and a rear camera 211 and a pair of side cameras 220 are provided on the integrated board installed inside the ground robot 200 to enable safe semi-autonomous driving, and a GPS for accurate positioning (230), a pair of ESC (Electronic Speed Controls) 250 for controlling the traveling speed of the ground robot, and an integrated ground robot controller 240 for controlling the GPS (230) and the ESC (250); The surveillance and reconnaissance module 260 for understanding the driving situation by the images received from the cameras 210, 211, and 220, and the cameras 210, 211, and 220 for transmitting the captured images transmitted from the outside An image transmission communication module 270 and a communication module 280 for transmitting a control signal transmitted from an external control device to the integrated ground robot controller 240 are installed. docking system.
상기 통합보드에서는 전방 카메라(210)에서 영상을 촬영하면서, 전방 장애물과의 거리를 측정하는 레이더 센서(RADAR Sensor)와, 현재 위치정보를 전달받는 GPS(Global Positioning System) 및 지상 로봇(100)의 속도 및 가속도와 방향을 측정하는 IMU(Inertial Measurement Unit)를 이용하여, 전방 카메라(210)의 윈도우 레인지(window range) 내에 장애물(obstacle)이 있는 지를 판단하고, 경로를 조정하여 장애물을 피하는 일련의 DWA(Dynamic Window Algorithm)를 통해 반자율 주행을 진행하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템.
The method of claim 1,
In the integrated board, a radar sensor (RADAR Sensor) that measures the distance to a front obstacle while shooting an image from the front camera 210, a Global Positioning System (GPS) that receives current location information, and a ground robot 100 Using an Inertial Measurement Unit (IMU) that measures speed, acceleration and direction, it determines whether there is an obstacle within the window range of the front camera 210 and adjusts the path to avoid the obstacle. A docking system for aerial drones and ground robots using a camera, characterized in that semi-autonomous driving is performed through DWA (Dynamic Window Algorithm).
상기 지상 로봇 통합제어기(240)에서는 카메라(210)(211)(220)에서 촬영된 영상정보에 대하여 체스보드를 이용하여 카메라 내부 파라미터를 추출하게 되며, 전후좌우에 설치된 4개의 카메라 영상 내 측정점을 연결하여 서라운드 뷰 알고리즘을 진행함으로 왜곡을 보정하는 카메라 왜곡보정 알고리즘이 적용되어 명확한 영상으로 보정하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템.
The method of claim 1,
The ground robot integrated controller 240 extracts camera internal parameters using a chess board with respect to the image information captured by the cameras 210, 211, and 220, and measures points in the four camera images installed on the front, rear, left, and right sides. A docking system for aerial drones and ground robots using a camera, characterized in that a camera distortion correction algorithm that corrects distortion by connecting and performing a surround view algorithm is applied to correct a clear image.
상기 인식부(12)는 붉은색의 도료, 시트, 엘이디 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템.
The method of claim 1,
The recognition unit 12 is a docking system of an aerial drone and a ground robot using a camera, characterized in that it is composed of any one of a red paint, a sheet, and an LED.
상기 도킹부재(40)의 양측에는 작동부재(30)에 의해 좌우로 이동하는 이동부(31)가 결합되고, 상기 도킹블록(50)의 상측에는 이동부(31)가 삽입되어 고정되는 고정홈(52)이 형성된 고정부(51)가 결합되며,
도킹부재(40)의 내측면에는 상기 고정부(51)의 하측을 지지하는 한 쌍의 돌기부(41)가 형성된 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 항공 드론과 지상 로봇의 도킹 시스템.The method of claim 1,
On both sides of the docking member 40, the moving part 31 moving left and right by the operation member 30 is coupled, and the moving part 31 is inserted and fixed in the upper side of the docking block 50. The fixing part 51 on which the 52 is formed is combined,
A docking system for an aerial drone and a ground robot using a camera, characterized in that a pair of protrusions (41) for supporting the lower side of the fixing part (51) are formed on the inner surface of the docking member (40).
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200154895A KR102259954B1 (en) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | Drone and robot car docking system for camera |
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| KR102259954B1 true KR102259954B1 (en) | 2021-06-03 |
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| KR (1) | KR102259954B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102619537B1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-01-02 | (주)엔티렉스 | Docking system for aerial drone and ground robot |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20160086130A (en) * | 2015-01-09 | 2016-07-19 | 한화테크윈 주식회사 | moving apparatus |
| KR20180043912A (en) * | 2016-10-21 | 2018-05-02 | 주식회사 모두의연구소 | System for cooperative anti-drone and method for cooperation control of anti-drones |
| KR102151032B1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-09-02 | 재단법인 한국로봇산업진흥원 | Docking device between ground robot and air drone and method of operating the same |
-
2020
- 2020-11-18 KR KR1020200154895A patent/KR102259954B1/en active IP Right Grant
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