KR102279362B1 - 멀티콥터를 이용한 바람의 측정 - Google Patents

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테오도르 토미크
필리프 루츠
사미 하다딘
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카보스 바가텔레 페어발퉁스 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 풍력 측정에 사용될 수 있는 멀티콥터에 관한 것이며, 또한 멀티콥터를 사용해 풍력을 측정하는 방법에 관한 것이다. 멀티콥터는, N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn), 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
Figure 112019046057556-pct00537
), 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00538
및
Figure 112019046057556-pct00539
), 멀티콥터의 3차원 배향(
Figure 112019046057556-pct00540
) 및 배향의 미분치(
Figure 112019046057556-pct00541
)를 포함하는 제 1 파라미터(P1)을 제공하기 위한 제 1 인터페이스(101), 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00542
)을 제공하기 위한 제 2 인터페이스(102), 제 1 파라미터(P1)에 기반하고, 멀티콥터의 동역학 모델(M1), 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00543
)의 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00544
)의 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00545
을 결정하는 제 1 유닛(103), 결정된 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00546
및 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00547
)에 기반하여, 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00548
)의 수직 성분
Figure 112019046057556-pct00549
을 결정하는 제 2 유닛(104), 결정된 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00550
, 수직 성분
Figure 112019046057556-pct00551
및 파라미터(P1)에 기반하여, 관성 시스템에서의 풍속(
Figure 112019046057556-pct00552
)을 결정하는 제 3 유닛(105), 및 풍속(
Figure 112019046057556-pct00553
)을 저장하는 저장 유닛(106) 및/또는 풍속(
Figure 112019046057556-pct00554
)을 수신기(108)로 무선 전송하는 전송 유닛(107)을 포함하여 구성된다.

Description

멀티콥터를 이용한 바람의 측정
본 발명은 바람을 측정하기 위해 이용되는 멀티콥터, 멀티콥터를 이용하여 바람을 측정하는 방법, 컴퓨터 시스템, 디지털 저장매체, 컴퓨터 프로그램 제품, 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
본 발명은, 예를 들면, 복수의 프로펠러에 의해 구동되는 자유-비행 드론 또는 자유-비행 로봇 같은 멀티콥터(multicopter)에 관한 것으로, 바람을 측정하기 위해 사용된다. 바람을 측정하기 위한 멀티콥터의 구성은 종래의 기술에 알려져 있다. 즉 본 발명의 발명자 토믹 티(Tomic T.)와 하다딘 에스(Haddadin S.)가 발표한 "Simultaneous Estimation of Aerodynamic and Contact Forces in Flying Robots: Application to Metric Wind Estimations and Collision Detection, ICRA 2015, Seattle, WA USA May 2015, pages: 5290-5296"에 멀티콥터가 개시되어 있는데, 이는 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00001
, force screw)의 추정에 기반하여 바람의 속도를 추정할 수 있다. 이 논문에서 개시된 내용 중, 특히 "3장 모델링" 및 "4장 외부 비틀림(Wrench) 추정에 공기역학 적용"이 본 발명의 상세 설명에 포함된다.
멀티콥터 제어기는 반구라 엠(Bangura M.) 등이 발표한 "Aerodynamic Power Control for Multirotor Aerial Vehicles, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 31.05.-07.06.2014 Hong Kong, China"에 개시되어 있으며, 제어기는 바람 교란(wind disturbance) 및 지면 효과와 연관된 강인한 거동을 가진다.
측정 방법은 US 8,219,267 B2에 알려져 있는데, 풍속이 UAV의 구동 중에 추정되어 사용되는 방법이다.
본 발명의 목적은 멀티콥터 및 멀티콥터를 운용하는 방법을 구현하는 것으로, 멀티콥터를 이용하여 향상된 바람 측정을 가능하도록 하는 것이다.
본 발명은 독립 청구항들의 특징들로부터 명확해질 것이다. 유용한 개선 및 실시예들은 종속 청구항들의 주제이다. 본 발명의 다른 특징, 가능한 응용, 및 이점들은 이하의 기재사항과 도면들에 표현된 본 발명의 예시적 실시예들의 설명으로 명확해질 것이다.
본 발명의 하나의 양태는 멀티콥터에 관한 것으로, 멀티콥터는, N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)(여기서,
Figure 112019046057556-pct00002
및
Figure 112019046057556-pct00003
), 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
Figure 112019046057556-pct00004
), 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00005
및
Figure 112019046057556-pct00006
), 멀티콥터의 3차원 배향(
Figure 112019046057556-pct00007
) 및 배향의 미분치(
Figure 112019046057556-pct00008
)를 포함하는 제 1 파라미터(P1)를 제공하기 위한 제 1 인터페이스, 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00009
)을 제공하기 위한 제 2 인터페이스, 제 1 파라미터(P1) 및/또는 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00010
) 및/또는 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 하나 이상의 회전력(
Figure 112019046057556-pct00011
)의 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00012
)를 결정하는 유닛(803), 결정된 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00013
) 및 파라미터(P1))에 기반하여, 관성 시스템에서의 풍속(
Figure 112019046057556-pct00014
)을 결정하는 유닛(805), 및 위치(
Figure 112019046057556-pct00015
)에 대해 결정된 풍속(
Figure 112019046057556-pct00016
)을 저장하는 저장 유닛, 및/또는 풍속(
Figure 112019046057556-pct00017
)을 수신기로 무선 전송하는 전송 유닛(107)을 포함하여 구성된다.
대기에 대한 멀티콥터의 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00018
)는 신경학습(neuronal learning) 및/또는 자동 로봇 학습(autonomous robot learning) 방법에 의해 유리하게 결정된다.
본 발명에 있어서, 멀티콥터 상의 프로펠러 평면의 배열은 기본적으로 무작위이다. 따라서 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00019
)의 결정은 추정된 회전력(force screw) 및 추정된 동력(power)의 조합을 포함한다.
만일 프로펠러 평면이 필연적으로 평행하게 배열되고 특히 하나의 평면에 배열되면 다음과 같은 특별한 경우의 결과를 가져온다.
본 발명의 다른 양태의 멀티콥터는, N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)(여기서,
Figure 112019046057556-pct00020
및
Figure 112019046057556-pct00021
), 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
Figure 112019046057556-pct00022
)(또는 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
Figure 112019046057556-pct00023
)가 결정/추정될 수 있는 정보를 제공), 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00024
및
Figure 112019046057556-pct00025
), 멀티콥터의 3차원 배향(
Figure 112019046057556-pct00026
) 및 배향의 미분치(
Figure 112019046057556-pct00027
)를 포함하는 제 1 파라미터(P1)을 제공하기 위한 제 1 인터페이스(변수
Figure 112019046057556-pct00028
및
Figure 112019046057556-pct00029
,
Figure 112019046057556-pct00030
,
Figure 112019046057556-pct00031
은 유리하게 GPS, LIDAR, 카메라, 하나 이상의 관성측정유닛(IMU) 등으로 측정되거나, 시각적 주행계, 칼만 필터와 같은 센서 데이터 융합 등에 의해 관측되거나 유도된다), 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 (유리하게 측정되거나 또는 관측된) 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00032
)을 제공하기 위한 제 2 인터페이스, 제 1 파라미터(P1)에 기반하고,`멀티콥터의 동역학을 서술하기 위해 제공된 모델(M1), 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00033
)을 모델(M1)에 근거하여 결정한 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00034
)의 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00035
을 결정하는 제 1 유닛 (이러한 목적을 위해 "기계 학습" 분야에서 사용되는 선형 회귀(regression), 신경 회로망, 다중 퍼셉트론(perceptrons), 서보트 벡터 머신(SVM) 등의 함수 근사기(function apporximator)가 유리하게 사용된다), 결정된 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00036
및 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00037
)에 기반하여, 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00038
)의 수직 성분
Figure 112019046057556-pct00039
을 결정하는 제 2 유닛, 결정된 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00040
, 수직 성분
Figure 112019046057556-pct00041
및 파라미터(P1)에 기반하여, 관성 시스템에서의 풍속(
Figure 112019046057556-pct00042
)을 결정하는 유닛, 위치(
Figure 112019046057556-pct00043
)에 대해 결정된 풍속(
Figure 112019046057556-pct00044
)을 저장하는 저장 유닛 및/또는 풍속(
Figure 112019046057556-pct00045
)을 수신기로 무선 전송하는 전송 유닛을 포함하여 구성된다.
본 발명에 있어서, "멀티콥터"라는 용어는 2개 이상의 구동 유닛, 특히 모터-구동 프로펠러를 구비하는 비행체를 의미한다. 멀티콥터는 또한 승강(lift) 및/또는 제어 표면(control surfaces)을 가질 수 있다. 멀티콥터 상의 N개 프로펠러(PROPn) 배열은 기본적으로 무작위이다. 각 프로펠러는 유리하게 자신의 좌표 시스템 내에서 서술된다. N개의 프로펠러(PROPn)는 유리하게 벡터화될 수 있다. 즉, 각 프로펠러는 자신의 시-변 좌표 시스템 내에서 서술될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 다른 배열에도 원칙적으로 일반화될 수 있으며, 프로펠러의 배열이 하나의 평면에 있을 필요는 없다. 추정기(estimator)의 요구되는 조합은 상술된 공통 경우로부터 명확하게 유도된다.
원칙적으로, 제안된 방법은 다시 말하면 외부 회전력(
Figure 112019046057556-pct00046
)으로부터 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00047
)로의 회귀, 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00048
)으로부터 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00049
)로의 회귀, 및/또는 외부 회전력(
Figure 112019046057556-pct00050
) 및 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00051
)으로부터 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00052
)로의 회귀를 수행할 수 있다.
관계식
Figure 112019046057556-pct00053
이 본 발명에서 유리하게 적용되며,
Figure 112019046057556-pct00054
Figure 112019046057556-pct00055
은 공기에 대한 멀터콥터의 상대 속도이고,
Figure 112019046057556-pct00056
Figure 112019046057556-pct00057
은 풍속이다.
따라서 제안된 멀티콥터는 상술한 설명에 개시된 접근방식만을 사용하여 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00058
)의 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00059
을 결정하는데, 멀티콥터의 동역학 모델 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00060
)에 의해 생성되는 추정치에 기반하여 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00061
)의 추정이 실행된다.
본 발명에서 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00062
)의 수직 성분
Figure 112019046057556-pct00063
은 각 모터-프로펠러 조합에 의한 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00064
)의 결정에 기반하고 또한 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00065
)의 미리 결정된 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00066
에 기반하여 결정된다. 따라서 제안된 멀티콥터는 비행 중 풍속을 보다 정확하고 강인하게 결정할 수 있다. 따라서 본 발명은 비행하는 바람 센서로 사용될 수 있으며, 이 센서는 결정된 바람 데이터를 보드 상에 저장하거나 및/또는 이를 지상국으로 전송한다.
다수의 관계식 및 수학적 원리들이 이후에 설명되며, 이들은 본 발명을 설명하고 구현하는데 사용된다.
I. 운동 방정식(강체 기계학)
본 발명의 멀티콥터에 적용할 수 있는 운동 방정식은 기본적으로 아래와 같이 수식화될 수 있다.
Figure 112019046057556-pct00067
Figure 112019046057556-pct00068
Figure 112019046057556-pct00069
여기서,
Figure 112019046057556-pct00070
멀티콥터의 질량
Figure 112019046057556-pct00071
고정된 북-동-하부 관성 시스템에서의 멀티콥터 위치
Figure 112019046057556-pct00072
멀티콥터 참조 시스템으로부터 관성 시스템까지의 회전 행렬
Figure 112019046057556-pct00073
멀티콥터의 관성 모멘트
Figure 112019046057556-pct00074
교대 행렬(skew symmetric matrix) 연산자
Figure 112019046057556-pct00075
중력 가속도
Figure 112019046057556-pct00076
멀티콥터의 각속도
Figure 112019046057556-pct00077
관성 시스템에서 Z 축의 단위 벡터
Figure 112019046057556-pct00078
멀티콥터 참조 시스템에서 멀티콥터의 무게중심 위치
Figure 112019046057556-pct00079
: 멀티콥터 참조 시스템에서 목표 힘
Figure 112019046057556-pct00080
멀티콥터 참조 시스템에서 멀티콥터에 작용하는 외력
Figure 112019046057556-pct00081
멀티콥터 참조 시스템에서 목표 토크
Figure 112019046057556-pct00082
멀티콥터 참조 시스템에서 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 유효 토크.
이 경우에, 프로펠러 전기 모터 유닛에 의해 생성되는 목표 회전력(force screw)(
Figure 112019046057556-pct00083
) 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00084
Figure 112019046057556-pct00085
)이 존재한다. 일반적으로,
Figure 112019046057556-pct00086
은 자유 유동 속도(
Figure 112019046057556-pct00087
) 및 프로펠러 속도(
Figure 112019046057556-pct00088
)에 종속적이다. 본 발명에서 "자유 유동 속도"(
Figure 112019046057556-pct00089
)라는 용어는 멀티콥터에 의해 영향을 받지않는 공기흐름의 속도로 이해된다.
II. 외부 회전력의 추정
멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00090
)의 추정은 아래의 관계식에 기반하여 유리하게 수행된다.
Figure 112019046057556-pct00091
여기서,
Figure 112019046057556-pct00092
및
Figure 112019046057556-pct00093
필터의 증폭 인자
Figure 112019046057556-pct00094
멀티콥터 참조 시스템에서 측정된 가속도
Figure 112019046057556-pct00095
및
Figure 112019046057556-pct00096
멀티콥터에 작용하는 각각의 추정된 외부 힘 및 외부 토크.
상기 결과와 관련되어 좀더 상세한 사항은, 예를 들면, 토믹 티(Tomic T.)의 논문, "Evaluation of acceleration-based disturbance observation for multicopter control,in European Control Conference (ECC), 2014, pages 2937-2944" 을 참조한다.
III. 프로펠러 공기역학
멀티콥터의 프로펠러에 작용하는 힘은 자유 유동 속도(
Figure 112019046057556-pct00097
)(상대 풍속)에 종속적이다. 프로펠러의 참조 시스템에서 n-번째 프로펠러의 자유 유동 속도(
Figure 112019046057556-pct00098
)는 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019046057556-pct00099
여기서,
Figure 112019046057556-pct00100
은 멀티콥터의 실제 대기속도(airspeed),
Figure 112019046057556-pct00101
은 풍속,
Figure 112019046057556-pct00102
은 관성 시스템에서부터 멀티콥터의 참조 시스템까지의 회전 행렬,
Figure 112019046057556-pct00103
은 멀티콥터의 참조 시스템에서부터 프로펠러의 참조 시스템까지의 회전 행렬,
Figure 112019046057556-pct00104
은 멀티콥터의 각속도, 그리고
Figure 112019046057556-pct00105
은 멀티콥터의 참조 시스템에서 각 프로펠러의 위치이다. 운동량 보존법칙에 근거하여, 아래와 같이 n-번째 프로펠러에 의해 생성되는 추진력(
Figure 112019046057556-pct00106
)을 얻을 수 있다.
Figure 112019046057556-pct00107
여기서,
Figure 112019046057556-pct00108
은 대기 밀도, A는 프로펠러의 의해 휩쓸어지는(swept) 면적, 그리고
Figure 112019046057556-pct00109
은 프로펠러에 의해 생성되는 총 후류 유동(wake flow)이다. 프로펠러의 의해 야기된 유동 속도(
Figure 112019046057556-pct00110
)는 유리하게 아래와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112019046057556-pct00111
수식의 해는 뉴튼-랩손(Newton-Raphson) 방식에 의해 기지의
Figure 112019046057556-pct00112
및
Figure 112019046057556-pct00113
를 사용하여 몇개의 단계로 결정된다. 자유 유동 속도의 수평 및 수직 성분의 경우, 다음과 같이 적용된다:
Figure 112019046057556-pct00114
및
Figure 112019046057556-pct00115
. 공중정지(hovering) 비행에서는 유도(induced) 속도가 다음과 같은 적용된다:
Figure 112019046057556-pct00116
, 여기서 공중정지 비행 추진력(
Figure 112019046057556-pct00117
)은
Figure 112019046057556-pct00118
와 같다. 추진력 상수(
Figure 112019046057556-pct00119
)는 정지(static) 추진력 측정으로부터 유리하게 결정된다. D는 각 프로펠러의 직경을 나타내고
Figure 112019046057556-pct00120
는 프로펠러의 각속도를 나타낸다. 이상적인 공기역학적 프로펠러 동력은 다음과 같다.
Figure 112019046057556-pct00121
공중정지 비행 동력과 관련되어 전진(forward) 비행의 공기역학적 동력은
Figure 112019046057556-pct00122
와 같으며,
Figure 112019046057556-pct00123
로 주어진다. 이상적인 거동으로부터의 편향 (deviations)은 0 및 1 사이의 인자(FM)를 도입해서 고려될 수 있다. 이 경우, 구동 유닛(전기 모터 및 프로펠러)의 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00124
)과 전기 모터에 의해 생성되는 모터 동력(
Figure 112019046057556-pct00125
) 간의 관계식은 다음과 같다:
Figure 112019046057556-pct00126
.
IV. 브러쉬리스 직류 전기 모터를 표현하는 모델
아래의 동적 모터 모델은 구동 유닛의 공기역학적 동력을 추정하는데 유리하게 사용된다.
Figure 112019046057556-pct00127
Figure 112019046057556-pct00128
여기서,
Figure 112019046057556-pct00129
는 모터 전류,
Figure 112019046057556-pct00130
는 전기 모터의 각속도,
Figure 112019046057556-pct00131
은 전기 모터의 토크이며, 토크 인자
Figure 112019046057556-pct00132
는 상수(
Figure 112019046057556-pct00133
)를 사용하여 다음과 같이 유리하게 모델링된다:
Figure 112019046057556-pct00134
. 여기서
Figure 112019046057556-pct00135
는 전기 모터의 관성 모멘트이고,
Figure 112019046057556-pct00136
은 모터에 작용하는 마찰의 공기역학적 모멘트이다.
Figure 112019046057556-pct00137
로 표현되는 전기 모터에 의한 총 기계동력 출력은 아래와 같이 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00138
)의 추정치를 결정하는데 유리하게 사용된다. 여기서,
Figure 112019046057556-pct00139
은 전기 모터의 기계동력이고,
Figure 112019046057556-pct00140
은 전기 모터 회전자를 가속하기 위해 필요한 동력이다.
Figure 112019046057556-pct00141
Figure 112019046057556-pct00142
Figure 112019046057556-pct00143
요약하면, 이것은 모터 전류(
Figure 112019046057556-pct00144
)가 측정되거나 또는 추정되는 것을 의미한다. 변수
Figure 112019046057556-pct00145
및
Figure 112019046057556-pct00146
도 또한
Figure 112019046057556-pct00147
에 종속되어 측정되거나 또는 추정될 수 있다.
V. 외부 회전력(
Figure 112019046057556-pct00148
)에 기반하는 풍속(
Figure 112019046057556-pct00149
)의 추정
상술된 논문에 설명된 바와 같이, 풍속은 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우에 회전력(
Figure 112019046057556-pct00150
)은 유일하게 공기역학적 마찰력(
Figure 112019046057556-pct00151
)과 연관될 수 있다고 가정된다:
Figure 112019046057556-pct00152
. 따라서 기본 공기역학적 모델(M1)은 단순하게 역치(inverted)되어야 한다:
Figure 112019046057556-pct00153
. 간단한 공기역학적 모델의 경우, 이것은 단순한 관계식 또는 순환식을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 기본으로 선형 모델(M1)이 사용되면, 아래의 예와 같이 표현되는데,
Figure 112019046057556-pct00154
여기서,
Figure 112019046057556-pct00155
는 선형 계수 행렬이다. 만일
Figure 112019046057556-pct00156
이 사용되면, 다음의 결과에 도달하고,
Figure 112019046057556-pct00157
여기서,
Figure 112019046057556-pct00158
는 계수 행렬이다. 이와 같은 간단한 모델은 더 나아가서 멀티콥터가 대칭형 형태를 가진다는 점을 의미한다.
대안적으로, 학습-기반 접근법이 사용될 수 있다. 상술된 관계식이 또한 방사 기저 함수(radial basis function, RBF) 신경 회로망에 의해 모델링 될 수 있다. 이것은 역치 관계식이 방사 기저(radial basis) 함수로 직접 코딩이 되는 장점을 갖는다. 관계식
Figure 112019046057556-pct00159
은 유리하게 K 기저 함수를 갖는 표준화된 RBF 회로망으로서 유리하게 모델링이 되며,
Figure 112019046057556-pct00160
여기서,
Figure 112019046057556-pct00161
는 각각의 속도 성분에 대해 RBF의 가중(weighting) 상수를 갖는 행렬이고,
Figure 112019046057556-pct00162
그리고
Figure 112019046057556-pct00163
는 평가 기저 함수이다. 신경 회로망은 유리하게 인자
Figure 112019046057556-pct00164
에 의해 표준화된다. 가우시안 기저 함수가 유리하게 사용되는데,
Figure 112019046057556-pct00165
여기서,
Figure 112019046057556-pct00166
는 형상(form) 파라미터,
Figure 112019046057556-pct00167
는 결정 벡터, 그리고
Figure 112019046057556-pct00168
는 i-번째 기저 함수의 중심이다.
VI. 각각 프로펠러 및 전기 모터로 구성된 구동 유닛의 결정된 공기역학적 동력에 기반한 바람의 측정
[수학식 7], [수학식 8] 및 [수학식 9]로부터, 프로펠러의 공기역학이 비선형 방정식 시스템의 형태로 표현될 수 있다.
Figure 112019046057556-pct00169
Figure 112019046057556-pct00170
, 여기서,
Figure 112019046057556-pct00171
Figure 112019046057556-pct00172
Figure 112019046057556-pct00173
여기서
Figure 112019046057556-pct00174
및
Figure 112019046057556-pct00175
은 알려진 것이고 벡터
Figure 112019046057556-pct00176
는 결정되는 것이라고 가정된다. 상기에서 언급된 [수학식 21]의 비선형 방정식 시스템은 풀 수 없는데(under-determined), 이는 3개의 미지 변수와 2개의 기지 변수만(이 경우, 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00177
및
Figure 112019046057556-pct00178
이
Figure 112019046057556-pct00179
에 결부되어 있다) 제공되기 때문이다. 따라서 [수학식 21]의 방정식 시스템에 대해 다수의 해가 존재한다. 이러한 최소화 문제를 풀기 위해서,
Figure 112019046057556-pct00180
의 다수(K 번) "측정"이 방정식 시스템에 통합되는 방식으로 [수학식 21]의 방정식 시스템을 확장하는 것이 제안된다.
전반적으로, 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00181
)을 결정하기 위해 K번 측정이 수행된다. 이 경우에, 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00182
)은, 예를 들어, 단일 전기 모터 및 그의 프로펠러에 대한 K번의 측정으로 얻을 수 있다. 유리하게는, 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00183
)의 K번 "측정"은 2개 이상의 다른 전기 모터 및 이들의 프로펠러에 대해 수행된다. 마지막으로, K번 다른 측정에 대해, 공통 참조(common reference) 시스템으로 [수학식 21]의 변환이 수행된다. 이것은 근본적으로 비선형 2차 최소화 문제([수학식 21])를 풀어서 프로펠러에 의해 유도되는 상대 풍향 및 풍속(
Figure 112019046057556-pct00184
)의 3 성분 모두를 추정할 수 있도록 한다.
본 발명에 있어서 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00185
)의 K번 "측정" 동안에, 풍속
Figure 112019046057556-pct00186
은 동일하다고 가정된다. 만일 K번 측정이 충분히 짧은 시간에 수행되면, 이러한 가정은 충분히 정당화된다. 매우 정확한 바람의 측정은 공기역학적 동력의 K번 결정을 요구하는데, 유리하게는 K ≤ 10 또는 3 내지 8의 범위의 K 를 선택하면 충분하다. 더 큰 K가 선택되면 될수록, 더 큰 연산 부하와 측정 수행 시간도 동반되어서, 시간이 더 길어짐에 따라 바람의 변동 가능성이 높아진다.
유리하게는, 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00187
)의 N번 측정 또는 결정이 전기 모터 프로펠러 유닛 상에서 동시에 수행된다. 예를 들어, K=8 이 선택되고 멀티콥터가 4개의 구동 유닛을 가진 경우에, 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00188
)의 단 2번 연속 "측정"이 구동 유닛 당 요구된다. 작은 시간 폭(window)을 가지는 다른 위치에서의 다양한 자세에 대한 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00189
)의 "측정"은 유리하게 조합될 수 있다. 만일 멀티콥터의 비행이 공격적이지 아니하면, 즉, 멀티콥터의 배향이 측정 시간 동안 심하게 변하지 않으면, 멀티콥터의 참조 시스템에서 자유 유동 속도(
Figure 112019046057556-pct00190
)는 충분히 정확하게 추정될 수 있다. 전체적으로, 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00191
)의 K번 "측정"은 풍향(
Figure 112019046057556-pct00192
)의 수직 성분
Figure 112019046057556-pct00193
을 결정하기 위해 수행된다.
K번 측정에 대해 결정되는 상태 벡터(x)는,
Figure 112019046057556-pct00194
이고, 확장된 방정식 시스템은 다음과 같이 풀어져야 한다.
Figure 112019046057556-pct00195
Figure 112019046057556-pct00196
여기서
Figure 112019046057556-pct00197
은 공기역학적 동력의 k-번째 "측정"을 위한 [수학식 21]의 평가치이다. [수학식 23]을 풀기 위해, 자코비(Jacobi) 행렬이 요구된다. k- 번째 측정에 대한 자코비 행렬은
Figure 112019046057556-pct00198
와 같으며,
Figure 112019046057556-pct00199
이다. 따라서 이제 확장된 자코비 행렬
Figure 112019046057556-pct00200
이 구성될 수 있다. 3번 측정(K=3)의 예시적인 경우에, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
Figure 112019046057556-pct00201
및
Figure 112019046057556-pct00202
K번 측정으로의 확장은 당업자에게는 용이하다. 멀티콥터의 다양한 자세로부터의 측정이 합쳐지면, 각 경우에 나타나는 풍속은 공통 참조 시스템으로 변환되어야 한다.
n-번째 프로펠러에 대한 자유 유동 속도는 유리하게 다음과 같이 정의된다.
Figure 112019046057556-pct00203
여기서 [수학식 21] 및 [수학식 24]를 연산하기 위해 변환된 속도가 사용된다. 옵셋 속도(
Figure 112019046057556-pct00204
)는 2개의 측정 사이의 속도 차이로서 자세 추정 시스템으로부터 획득될 수 있다. 멀티콥터의 각속도에 기반한 프로펠러의 옵셋 속도는 또한 유리하게 예를 들면,
Figure 112019046057556-pct00205
가 사용될 수 있다. 회전 행렬(
Figure 112019046057556-pct00206
)은 상대 속도를 공동 죄표 시스템으로부터 프로펠러 죄표 시스템으로 변환한다. 이러한 관계식은 자유 유속 속도의 세 성분 모두를 독립적으로 결정할 수 있게 한다. 또한, 멀티콥터의 동일 평면상(coplanar)에 프로펠러가 배열되지 않은 경우에도 또한 바람 성분(
Figure 112019046057556-pct00207
)을 결정할 수 있도록 한다.
방정식이 "매치(match)"되면, 다차원 최적화 문제를 해결해야 한다. 따라서 해(solution)는 F=0이 적용되는 모든 비선형 함수의 교차점에 있다. 하지만, 일반적인 경우 모든 비선형 함수에 대해 교차가 발생하는 것은 아니다. 이 경우, 비선형 2차 최소화 문제는 다음과 같은 목적 함수를 사용하여 해결되어야 한다.
Figure 112019046057556-pct00208
이것은 레벤버그-마르콰드(Levenberg-Marquard) 방법을 사용하여 유리하게 수행된다. 정확한 해가 존재할 경우,
Figure 112019046057556-pct00209
, 즉 F = 0의 교차점을 적용한다. 다른 모든 경우에서, 2차 최소화 문제의 해가 존재한다.
[수학식 26]의 해 공간은 국부 최적(local optima)을 포함한다. 기초 물리학에 기반하면, 동일한 측정된 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00210
)은 다른 풍속(
Figure 112019046057556-pct00211
)과 유도 속도(
Figure 112019046057556-pct00212
)에서 발생할 수 있다. 최적화되는 변수는 속도이다. 따라서 논리적인 해를 비논리적인 해와 구별하기 위해 물리적인 판단을 하는 것이 바람직하다. 멀티콥터는 추진력을 발생시키기 위해 동력을 사용해야 하는데, 이는 T > 0 및 Pa > 0 을 의미한다. 유도 속도(
Figure 112019046057556-pct00213
)는 공중정지 비행 속도(
Figure 112019046057556-pct00214
) 보다 작다. 유도 속도는
Figure 112019046057556-pct00215
Figure 112019046057556-pct00216
.의 범위로 유리하게 제한된다.
멀티콥터의 한 가지 유리한 실시예는 제 2 유닛을 포함하는 점이 특징인데, 이는 다음과 같은 2차 최소화 문제를 해결할 목적으로 구성되거나, f에 대한 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00217
)을 총 K번 측정하는 기본 개념에서 동일하고,
Figure 112019046057556-pct00218
및
Figure 112019046057556-pct00219
이다.
(1)
Figure 112019046057556-pct00220
여기서, 다음의 관계가 적용된다.
(2)
Figure 112019046057556-pct00221
,
(3)
Figure 112019046057556-pct00222
,
(4)
Figure 112019046057556-pct00223
(5)
Figure 112019046057556-pct00224
(6)
Figure 112019046057556-pct00225
(7)
Figure 112019046057556-pct00226
여기서,
Figure 112019046057556-pct00227
: n-번째 프로펠러가 휩쓰는 면적
Figure 112019046057556-pct00228
: 공기 밀도
Figure 112019046057556-pct00229
: k-번째 측정에 대한 공중정지 비행에서 n-번째 프로펠러의 유도 속도
Figure 112019046057556-pct00230
: k-번째 측정에 대한 n-번째 프로펠러에 의해 유도 속도.
상기 방정식 (1) 내지 (7)은 각 프로펠러 죄표 시스템에서 설명된다.
제 1 유닛이 결정한 상대 속도(
Figure 112019046057556-pct00231
)의 수평 성분(
Figure 112019046057556-pct00232
)이 다음과 같은 관계식 또는 이전가능한 관계식에 의해 비선형 2차 최소화 문제로 고려되는 제 2 유닛이 포함되어 구성된다는 점에서 특징적이다.
멀티콥터의 한 가지 유리한 실시예는 제 2 유닛이 포함되어 구성된다는 점이 특징적인데, 이는 제 1 유닛에서 결정된 상대 속도(
Figure 112019046057556-pct00233
)의 수평 성분(
Figure 112019046057556-pct00234
)이 다음과 같은 관계식 또는 이전가능한 관계식에 의해 비선형 2차 최소화 문제에서 고려되는 방식이다.
(9)
Figure 112019046057556-pct00235
(10)
Figure 112019046057556-pct00236
방정식 (9) 및 (10)은 각각의 프로펠러 좌표 시스템에서 설명된다. 따라서 본 발명의 청구항 1에 따라서 추정된 속도는 프로펠러 좌표 시스템에 투사될 수 있으므로 이러한 방정식이 적용된다.
멀티콥터의 한 가지 유리한 실시예는 모델(M1)이 다음과 같은 운동 방정식에 기초하거나 모델(M1)을 다음과 같은 운동 방정식으로 역추적할 수 있다는 점이 특징적이다.
Figure 112019046057556-pct00237
여기서,
Figure 112019046057556-pct00238
및
Figure 112019046057556-pct00239
이 적용되고,
Figure 112019046057556-pct00240
멀티콥터의 일반화된 질량
Figure 112019046057556-pct00241
일반화된 속도
Figure 112019046057556-pct00242
Figure 112019046057556-pct00243
멀티콥터의 각속도
Figure 112019046057556-pct00244
Figure 112019046057556-pct00245
의 시간 미분치
Figure 112019046057556-pct00246
Figure 112019046057556-pct00247
Figure 112019046057556-pct00248
멀티콥터의 무게
Figure 112019046057556-pct00249
자코비 행렬의 대각 블록
Figure 112019046057556-pct00250
전기 모터 MOTn 에 의해 생성되는 목표 회전력
Figure 112019046057556-pct00251
Figure 112019046057556-pct00252
멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력
Figure 112019046057556-pct00253
Figure 112019046057556-pct00254
: 공기 마찰에 의해 배타적으로 생성되는 외부 회전력
Figure 112019046057556-pct00255
Figure 112019046057556-pct00256
공기에 대한 멀터콥터의 상대 속도
Figure 112019046057556-pct00257
Figure 112019046057556-pct00258
풍속.
멀티콥터의 한 가지 유리한 실시예는 전기 모터(MOTn)를 제어하고 조절하기 위한 제어 시스템이 제공된다는 점이 특징적이다. 여기서 제어 시스템은 결정된 풍속(
Figure 112019046057556-pct00259
)의 프로펠러(PROPn) 회전 축 방향으로 투영이 최대화되도록 전기 모터(MOTn)를 조절하도록 구성된다.
근본적인 최적화 문제도 또한 수학적으로 수식화될 수 있다. 이를 위해, 자코비 매트릭스의 조건수(condition number)를 o* = argmin K(J)로 최소화하는 배향 O* 이 결정되어야 한다. 여기서 K는 조건수 이다.
특히 이러한 목적을 위해 궤적 계획을 유용하게 사용할 수 있으며, 및/또는 멀티콥터의 제어가 최적의 바람 추정에 적합할 수 있다. 해(solution)는 또한 구배(gradient) 방법, 포텐셜(potential) 기반 방법 또는 기타 동등한 수학적 해결책에 의해 생성될 수 있다.
바람 측정의 정확도가 향상되고 측정 강인성은 이런 측정에 의해 향상된다.
3 차원 가속도 센서와 자이로스코프 및 위치 결정 시스템은 멀티콥터에 유리하게 제공되며 제 1 파라미터(P1)를 결정하기 위한 제 1 인터페이스에 연결되어 있다. 위치 결정 시스템은 위성 항법(nevigation) 시스템 및/또는 광학 항법 시스템이다.
멀티콥터의 한 가지 유리한 실시예는 전기 모터(MOTn) 당 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00260
)을 결정하기 위해, 모터 전류 센서, 모터 회전속도 센서, 또는 모터 회전 속도 추정기가 제공되며, 또한 프로펠러 동적 범위를 서술하는 미리 선정된 모델(M2), 탐지된 모터 전류 및 모터 회전 속도에 기반하여 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00261
)을 결정하는 유닛도 제공되는 특징이 있다. 적어도 하나의 대응하는 모델(M2)은 이미 상술하였다.
본 발명의 다른 양태는 멀티콥터를 이용하여 풍속(
Figure 112019046057556-pct00262
)을 측정하는 방법에 관한 것이다. 멀티콥터는 N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)를 구비하고, 여기서,
Figure 112019046057556-pct00263
및
Figure 112019046057556-pct00264
이며, 다음의 단계들을 포함한다: 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
Figure 112019046057556-pct00265
), 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00266
및
Figure 112019046057556-pct00267
), 멀티콥터의 3차원 배향(
Figure 112019046057556-pct00268
) 및 배향의 미분치(
Figure 112019046057556-pct00269
)를 포함하는 제 1 파라미터(P1)를 제공하는 단계, 제 1 파라미터(P1) 및/또는 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00270
) 및/또는 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 하나 이상의 회전력(
Figure 112019046057556-pct00271
)의 추정치에 기반하여 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00272
)을 제공하는 단계, 결정된 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00273
)에 기반하여 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00274
)를 결정하고 그리고 파라미터(P1)에 기반하여 관성 시스템에서의 풍속(
Figure 112019046057556-pct00275
)을 결정하는 단계, 및 위치(
Figure 112019046057556-pct00276
)에서 결정된 풍속(
Figure 112019046057556-pct00277
)을 저장하고 및/또는 풍속(
Figure 112019046057556-pct00278
)을 수신기로 전송하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 양태는 멀티콥터를 사용하여 풍속(
Figure 112019046057556-pct00279
)을 측정하는 방법에 관한 것이다. 멀티콥터는 N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)를 구비하고,여기서,
Figure 112019046057556-pct00280
및
Figure 112019046057556-pct00281
이며, 다음의 단계들을 포함한다.
하나의 단계에서, 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
Figure 112019046057556-pct00282
) (또는 멀티콥터의 무게중심(B)의 위치(
Figure 112019046057556-pct00283
)가 결정/추정될 수 있는 정보를 제공), 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00284
및
Figure 112019046057556-pct00285
), 멀티콥터의 3차원 배향(
Figure 112019046057556-pct00286
) 및 배향의 미분치(
Figure 112019046057556-pct00287
) (변수
Figure 112019046057556-pct00288
,
Figure 112019046057556-pct00289
,
Figure 112019046057556-pct00290
,
Figure 112019046057556-pct00291
는 유리하게 (예를 들면, GPS, LIDAR, 카메라, 하나 이상의 관성 측정 유닛(IMU) 등으로) 측정되거나, (예를 들면, 시각적 측정기, 칼만 필터 같은 센서 데이터 융합에 의해) 관측되거나 추론된다)으로 구성되는, 제 1 시-종속(time-dependent) 파라미터(P1)가 제공된다. 다음의 단계에서, 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00292
)이 (유리하게 측정되거나 관측되어) 제공된다. 그 다음 단계에서는, 제 1 파라미터(P1) 및/또는 멀티콥터의 동역학을 기술하기 위해 제공된 모델(M1) 및/또는 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 하나 이상의 회전력(
Figure 112019046057556-pct00293
)을 모델(M1)에 근거한 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00294
)의 수평 성분(
Figure 112019046057556-pct00295
)이 결정된다(이러한 목적을 위해, 함수 근사기(functional approximators)가 유리하게 사용되며, 이는 "기계 학습" 분야에서 널리 알려진 것으로, 예를 들면, 선형 회귀, 신경 회로망, 다층 퍼셉트론(perceptrons), 딥(deep) 신경 회로망, 콘볼루션(convolution) 회로망, 순환(recurrent) 회로망, LSM 회로망, 서보트 벡터 머신(support vector machines, SVM) 등 이다). 그 다음 단계에서, 결정된 수평성분(
Figure 112019046057556-pct00296
) 및 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00297
)에 기반하여, 상대 속도(
Figure 112019046057556-pct00298
)의 수직 성분(
Figure 112019046057556-pct00299
)이 결정된다. 다음 단계에서, 결정된 상대 속도(
Figure 112019046057556-pct00300
) 및 파라미터(P1)에 기반하여, 관성 시스템에서의 풍속(
Figure 112019046057556-pct00301
)이 결정된다. 마지막으로,
Figure 112019046057556-pct00302
에서의 결정된 풍속을 저장하고 및/또는 풍속(
Figure 112019046057556-pct00303
)을 수신기로 전송한다.
따라서 수평성분(
Figure 112019046057556-pct00304
)은 [수힉식 16] 및 [수학식 17]을 이용하여 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력을 측정해서 결정된다. 결정된 수평성분(
Figure 112019046057556-pct00305
) 과 결정된 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00306
)을 기반으로, 수직 성분(
Figure 112019046057556-pct00307
)이 결정된다.
최종적으로 3차원 풍속이 결정되고, 저장되고, 전송되고, 후에 관계식(
Figure 112019046057556-pct00308
)으로 출력될 수 있다.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 다음과 같은 비선형 2차 최소화 문제 또는 이로 이전가능한 문제가 f에 대한 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00309
)을 총 K번 측정하여 해결되는 것을 특징으로 하며,
Figure 112019046057556-pct00310
및
Figure 112019046057556-pct00311
이다.
(1)
Figure 112019046057556-pct00312
여기서, 다음의 관계가 적용된다.
(2)
Figure 112019046057556-pct00313
,
(3)
Figure 112019046057556-pct00314
,
(4)
Figure 112019046057556-pct00315
(5)
Figure 112019046057556-pct00316
(6)
Figure 112019046057556-pct00317
(7)
Figure 112019046057556-pct00318
여기서,
Figure 112019046057556-pct00319
: n-번째 프로펠러가 휩쓰는 면적
Figure 112019046057556-pct00320
: 공기 밀도
Figure 112019046057556-pct00321
: k-번째 측정에 대한 공중정지 비행에서 n-번째 프로펠러의 유도 속도
Figure 112019046057556-pct00322
: k-번째 측정에 대한 n-번째 프로펠러에 의해 유도 속도.
상기 방정식 (1) 내지 (7)은 각 프로펠러 죄표 시스템에서 설명된다.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 결정된 수평 성분(
Figure 112019046057556-pct00323
)이 다음과 같은 관계식 또는 이전가능한 관계식에 의해 비선형 2차 최소화 문제에 고려되는 점이 특징적아다.
(9)
Figure 112019046057556-pct00324
(10)
Figure 112019046057556-pct00325
방정식 (9) 및 (10)은 각각의 프로펠러 좌표 시스템에서 설명된다. 따라서 본 발명의 청구항 1에 따라서 추정된 속도는 프로펠러 좌표 시스템에 투사될 수 있으므로 이러한 방정식이 적용된다.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 모델(M1)이 다음과 같은 운동 방정식에 기초하거나 모델(M1)이 다음과 같은 운동 방정식으로 역추적될 수 있는 점이 특징적이다.
Figure 112019046057556-pct00326
여기서,
Figure 112019046057556-pct00327
및
Figure 112019046057556-pct00328
이 적용되고,
Figure 112019046057556-pct00329
멀티콥터의 일반화된 질량
Figure 112019046057556-pct00330
일반화된 속도
Figure 112019046057556-pct00331
Figure 112019046057556-pct00332
멀티콥터의 각속도
Figure 112019046057556-pct00333
Figure 112019046057556-pct00334
의 시간 미분치
Figure 112019046057556-pct00335
Figure 112019046057556-pct00336
Figure 112019046057556-pct00337
멀티콥터의 무게
Figure 112019046057556-pct00338
자코비 행렬의 대각 블록
Figure 112019046057556-pct00339
전기 모터 MOTn 에 의해 생성되는 목표 회전력
Figure 112019046057556-pct00340
Figure 112019046057556-pct00341
멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력
Figure 112019046057556-pct00342
Figure 112019046057556-pct00343
: 공기 마찰에 의해 배타적으로 생성되는 외부 회전력
Figure 112019046057556-pct00344
Figure 112019046057556-pct00345
공기에 대한 멀터콥터의 상대 속도
Figure 112019046057556-pct00346
Figure 112019046057556-pct00347
풍속.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 전기 모터(MOTn)를 제어하고 조절하기 위한 제어 시스템이 제공된다는 점이 특징적이다. 여기서 전기 모터(MOTn)는 프로펠러 회전 축 방향에 대한 풍속(
Figure 112019046057556-pct00348
)의 투영이 최대화되도록 조절된다.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 전기 모터(MOTn) 당 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00349
)을 결정하기 위해, 모터 전류 및 모터 회전속도가 결정되고, 그리고 프로펠러의 동적 범위를 서술하는 미리 선정된 모델(M2), 탐지된 모터 전류, 및 모터 상대속도에 근거하여 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00350
)이 결정된다.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 수평 성분(
Figure 112019046057556-pct00351
)이
Figure 112019046057556-pct00352
와 같이 종속성(dependence)을 표현하는 공기역학적 회전력 모델에 의해 결정되는 점이 특징이다.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 비선형 2차 최소화 문제가 (에를 들면, 레벤버그-마르콰드(Levenberg-Marquard) 방법과 같은) 비선형 최적화 방법으로 플어진다는 점이 특징이다.
본 발명의 다른 양태는 데이터 처리장치를 구비하는 컴퓨터 시스템에 관한 것으로, 상술된 방법이 데이터 처리장치 상에서 실행되도록 데이터 처리장치가 설계된다.
본 발명의 다른 양태는 전기적으로 판독 가능한 제어 신호를 구비하는 디지털 저장 매체에 관한 것으로, 제어 신호가 상술된 방법이 실행되도록 프로그램 가능한 컴퓨터 시스템과 상호작용 할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 상술된 방법의 프로그램 코드를 데이터 처리 장치에서 실행하기 위해 기계 판독 가능한 캐리어에 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태는 프로그램이 데이터 처리 장치에서 실행될 때 상술된 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드를 구비하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 이러한 목적을 위해, 데이터 처리 장치는 종래 기술에서 알려진 임의의 컴퓨터 시스템으로 설계될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 2개 이상의 상술된 멀티콥터로 구성되는 시스템에 관한 것으로, 멀티콥터 각각은 데이터 네트워크에서 서로 양방향(bilateral) 데이터를 교환하도록 구성되며 멀티콥터는 각각의 결정된 풍속:
Figure 112019046057556-pct00353
을 각각의 다른 멀티콥터로 전송한다. 바람직하게는 무선 및/또는 광학 데이터 전송을 통해 데이터가 교환된다.
멀티콥터는 데이터 네트워크에서 무선 통신을 위한 에이전트(agents) 또는 소프트봇(softbots)로 유리하게 구현된다. 이 경우에 있어서 "에이전트"라는 용어는 "특정 환경에 위치해 있고 (사전 결정된) 목표를 달성하기 위해 이 환경에서 독립적인 행동을 수행할 수 있는 컴퓨터 시스템"을 의미한다.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 각 멀티콥터의 전기 모터(MOTn)를 제어하고 조절하기 위한 제어 시스템이 구현되어 다른 멀티콥터로부터 전송되는 결정된 풍속
Figure 112019046057556-pct00354
이 제어 및 운동 계획에 고려되는 점을 특징으로 한다.
제안된 방법의 한 가지 유리한 실시예는 멀티콥터는 무게중심(B)의 위치(
Figure 112019046057556-pct00355
) 및/또는 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00356
및
Figure 112019046057556-pct00357
) 및/또는 각 멀티콥터의 3차원 배향(
Figure 112019046057556-pct00358
) 및/또는 이의 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00359
) 및/또는 각 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00360
) 및/또는 다른 각 멀티콥터로의 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00361
)을 전송하는 점을 특징으로 한다.
제안된 시스템의 한 가지 유리한 실시예는 하나 이상의 멀티콥터 및/또는 데이터 센터가 청구항 2에 따라 최적화 문제를 해결하도록 구성되는 점이 특징이며, 데이터 센터는 데이터 네트워크에서 멀티콥터와의 데이터 교환을 위해 구성된다. 이러한 점은 특히 제안된 시스템을 분산 풍력 추정기로 사용할 수 있게 하는데, 추정기에는 대응하는 수식 시스템이 준비되고, 추정기가 멀티콥터(에이전트)의 전부 또는 일부를 고려하고, 그리고 최적화 문제는 예를 들어 청구항 2에서와 같이 해결된다.
본 발명은 멀티콥터를 이용하여 향상된 풍속의 측정이 가능하도록 하며, 풍속 측정의 정확도가 향상되고 측정의 강인성이 향상된다. 그리고 본 발명은 바람 센서로 사용될 수 있으며, 이 센서는 결정된 바람 관련 데이터를 보드 상에 저장하거나 및/또는 이를 지상국으로 전송할 수 있다.
추가적인 장점, 특징 및 상세 사항은 도면을 참조하는 최소한 하나 이상의 예시적 실시예를 상세히 기술하는 아래의 설명으로부터 명확해진다. 동일, 유사 및/또는 기능상 동일한 부분은 동일한 참조 부호가 제공된다.
도 1은 멀티콥터의 동역학을 설명하기 위해 사용되는 변수들을 표시하는 도해도이며,
도 2는 본 발명에 따른 멀티콥터의 구성을 나타내는 도식도이며, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 나타내는 도식도이다.
도 1은 멀티콥터의 동역학을 설명하기 위해 사용되는 변수 및 참조 시스템을 표시하는 도해도이다. 멀티콥터의 참조 시스템(B)은 관성 시스템(I)에서 배향(
Figure 112019046057556-pct00362
)을 갖는 위치(
Figure 112019046057556-pct00363
)에 놓여 있으며 풍속(
Figure 112019046057556-pct00364
)에 영향을 받는다. 공기역학적 동력이 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대 속도에 종속성을 갖기 때문에, 이러한 바람은 외부 회전력(
Figure 112019046057556-pct00365
)을 생성한다. 프로펠러가 각속도(
Figure 112019046057556-pct00366
)로 회전하고 추진력(
Figure 112019046057556-pct00367
) 및 마찰 토크(
Figure 112019046057556-pct00368
)로 인하여 목표 회전력(
Figure 112019046057556-pct00369
)이 생성된다. 다른 부가적인 상세사항은 상술한 설명과 연관되어서 자체 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티콥터의 구성을 나타내는 도식도이다. 본 발명에 있어, 멀티콥터는 (N=4)개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 (N=4)개의 전기 모터(MOTn)와, 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
Figure 112019046057556-pct00370
), 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00371
및
Figure 112019046057556-pct00372
), 멀티콥터의 3차원 배향(
Figure 112019046057556-pct00373
) 및 배향의 미분치(
Figure 112019046057556-pct00374
)를 포함하는 제 1 파라미터(P1)을 제공하기 위한 제 1 인터페이스(101)와, 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00375
)을 제공하기 위한 제 2 인터페이스(102)와, 제 1 파라미터(P1)에 기반하고, 멀티콥터의 동역학을 기술하기 위해 제공된 모델(M1), 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00376
)을 모델(M1)에 근거하여 결정한 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00377
)의 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00378
을 결정하는 제 1 유닛(103)을 포함하여 구성된다.
더나아가서 멀티콥터는 결정된 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00379
및 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00380
)에 기반하여 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00381
)의 수직 성분
Figure 112019046057556-pct00382
을 결정하는 제 2 유닛(104)과, 결정된 수평 성분
Figure 112019046057556-pct00383
, 수직 성분
Figure 112019046057556-pct00384
및 파라미터(P1)에 기반하여 관성 시스템에서의 풍속(
Figure 112019046057556-pct00385
)을 결정하는 제 3 유닛(105)과, 위치(
Figure 112019046057556-pct00386
)에 대해 결정된 풍속 (
Figure 112019046057556-pct00387
)을 저장하는 저장 유닛(106) 및 풍속(
Figure 112019046057556-pct00388
)을 수신기(미도시)로 무선 전송하는 전송 유닛(107)을 더 포함하여 구성된다.
도 3은 멀티콥터를 이용하여 풍속(
Figure 112019046057556-pct00389
)을 측정하는 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 나타내는 도식도이다. 멀티콥터는 N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)를 구비하고, 여기서
Figure 112019046057556-pct00390
및
Figure 112019046057556-pct00391
이다. 본 발명의 방법은 다음의 단계를 포함하여 구성된다. 단계(201)에서, 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
Figure 112019046057556-pct00392
), 시간 미분치(
Figure 112019046057556-pct00393
및
Figure 112019046057556-pct00394
), 멀티콥터의 3차원 배향(
Figure 112019046057556-pct00395
) 및 배향의 미분치(
Figure 112019046057556-pct00396
)를 포함하는 제 1 시-종속 파라미터(P1)가 제공된다. 이후 단계(202)에서, 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00397
)이 제공된다. 또 이후 단계(203)에서, 제 1 파라미터(P1), 멀티콥터의 동역학을 서술하기 위해 제공된 모델(M1), 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
Figure 112019046057556-pct00398
)을 모델(M1)에 근거하여 결정한 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00399
)의 수평 성분(
Figure 112019046057556-pct00400
)이 결정된다. 또 이후 단계(204)에서, 결정된 수평 성분(
Figure 112019046057556-pct00401
) 및 공기역학적 동력(
Figure 112019046057556-pct00402
)에 기반하여 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00403
)의 수직 성분(
Figure 112019046057556-pct00404
)이 결정되고, 결정된 상대속도(
Figure 112019046057556-pct00405
)에 기반하고 파라미터(P1)에 기반하여 관성 시스템에서의 풍속(
Figure 112019046057556-pct00406
)이 결정된다. 또 이후 단계(205)에서, 위치(
Figure 112019046057556-pct00407
)에 대해 결정된 풍속 (
Figure 112019046057556-pct00408
)이 저장된다. 또 이후 단계(206)에서, 풍속 (
Figure 112019046057556-pct00409
)이 수신기로 전송된다.
비록 발명이 선호되는 모범적 실시예에 의해 더 자세히 도시되고 설명되었지만, 발명은 공개되는 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이들로부터 일어날 수 있는 다른 변형이 숙련된 당업자에 의해 발명의 보호범위를 벗어나지 않고 도출될 수 있다. 따라서 가능한 변형이 다수 존재한다는 것은 명확하다. 또한, 예를 들어 언급된 실시예는 보호 범위, 가능한 응용 또는 발명의 구성을 제한하는 것으로 해석되어서는 안되는 실시예만을 실제로 나타낸다는 것도 분명하다. 오히려 상술한 설명과 도면은 당업자로 하여금 완전한 형태의 모범적인 실시예를 구현할 수 있도록 하며, 여기서 발명의 공개된 개념을 아는 당업자는, 예를 들어 청구항 그리고 상세 설명에서 보다 더 광범위한 설명과 같은 법적 균등물에 의해 정의되는 보호 범위를 벗어나지 않고, 모범적인 실시예에서 언급된 개별 구성요소의 기능 또는 배치에 관련되어, 다양한 변형을 수행할 수 있다.

Claims (20)

  1. 멀티콥터에 있어서,
    - N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)(여기서,
    Figure 112020048781273-pct00410
    및
    Figure 112020048781273-pct00411
    ),
    - 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
    Figure 112020048781273-pct00412
    ), 시간 미분치(
    Figure 112020048781273-pct00413
    및
    Figure 112020048781273-pct00414
    ), 멀티콥터의 3차원 배향(
    Figure 112020048781273-pct00415
    ) 및 배향의 미분치(
    Figure 112020048781273-pct00416
    )를 포함하는 제 1 파라미터(P1)를 제공하기 위한 제 1 인터페이스(101),
    - 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
    Figure 112020048781273-pct00417
    )을 제공하기 위한 제 2 인터페이스(102),
    - 제 1 파라미터(P1) 및 공기역학적 동력(
    Figure 112020048781273-pct00418
    ) 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 하나 이상의 회전력(
    Figure 112020048781273-pct00419
    )의 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00420
    )를 결정하는 유닛(803),
    - 결정된 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00421
    ) 및 파라미터(P1))에 기반하여, 관성 시스템에서의 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00422
    )을 결정하는 유닛(805), 및
    - 위치(
    Figure 112020048781273-pct00423
    )에 대해 결정된 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00424
    )을 저장하는 저장 유닛(106), 또는 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00425
    )을 수신기로 무선 전송하는 전송 유닛(107)을 포함하여 구성되는 멀티콥터.
  2. 멀티콥터에 있어서,
    - N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)(여기서,
    Figure 112020048781273-pct00426
    및
    Figure 112020048781273-pct00427
    ),
    - 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
    Figure 112020048781273-pct00428
    ), 시간 미분치(
    Figure 112020048781273-pct00429
    및
    Figure 112020048781273-pct00430
    ), 멀티콥터의 3차원 배향(
    Figure 112020048781273-pct00431
    ) 및 배향의 미분치(
    Figure 112020048781273-pct00432
    )를 포함하는 제 1 파라미터(P1)을 제공하기 위한 제 1 인터페이스(101),
    - 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
    Figure 112020048781273-pct00433
    )을 제공하기 위한 제 2 인터페이스(102),
    - 제 1 파라미터(P1)에 기반하고 및`멀티콥터의 동역학을 서술하기 위해 제공된 모델(M1), 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
    Figure 112020048781273-pct00434
    )을 모델(M1)에 근거하여 결정한 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00435
    )의 수평 성분
    Figure 112020048781273-pct00436
    을 결정하는 제 1 유닛(103),
    - 결정된 수평 성분
    Figure 112020048781273-pct00437
    및 공기역학적 동력(
    Figure 112020048781273-pct00438
    )에 기반하여, 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00439
    )의 수직 성분
    Figure 112020048781273-pct00440
    을 결정하는 제 2 유닛(104),
    - 결정된 수평 성분
    Figure 112020048781273-pct00441
    , 수직 성분
    Figure 112020048781273-pct00442
    및 파라미터(P1)에 기반하여,관성 시스템에서의 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00443
    )을 결정하는 제 3 유닛(105), 및
    - 위치(
    Figure 112020048781273-pct00444
    )에 대해 결정된 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00445
    )을 저장하는 저장 유닛(106) 또는 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00446
    )을 수신기(108)로 무선 전송하는 전송 유닛(107)을 포함하여 구성되는 멀티콥터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    유닛(803) 또는 제 2 유닛(104)은, f에 대한 공기역학적 동력(
    Figure 112019046057556-pct00447
    )의 총 K번 측정치(여기서
    Figure 112019046057556-pct00448
    및
    Figure 112019046057556-pct00449
    )에 대해 아래의 비선형 2차 최소화 문제:
    (1)
    Figure 112019046057556-pct00450

    를 해결하도록 구현 및 구성되고, 아래의 식:
    (2)
    Figure 112019046057556-pct00451
    ,
    (3)
    Figure 112019046057556-pct00452
    ,
    (4)
    Figure 112019046057556-pct00453

    (5)
    Figure 112019046057556-pct00454

    (6)
    Figure 112019046057556-pct00455

    (7)
    Figure 112019046057556-pct00456

    여기서,
    Figure 112019046057556-pct00457
    : n번째 프로펠러가 휩쓰는 면적
    Figure 112019046057556-pct00458
    : 공기 밀도
    Figure 112019046057556-pct00459
    : k-번째 측정에 대한 선회 비행에서 n-번째 프로펠러의 유도 속도
    Figure 112019046057556-pct00460
    : k-번째 측정에 대한 n-번째 프로펠러에 의해 유도 속도,
    가 적용되는 멀티콥터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    유닛(803) 또는 제 2 유닛(104)은, 상대 속도(
    Figure 112020132883652-pct00461
    )의 결정된 수평 성분(
    Figure 112020132883652-pct00462
    )이 비선형 2차 최소화 문제에 아래의 관계식
    (9)
    Figure 112020132883652-pct00463

    (10)
    Figure 112020132883652-pct00464

    으로 고려되도록 구성되는 멀티콥터.
  5. 제3항에 있어서,
    제 1 유닛(103)에 있어서, 모델(M1)은 아래의 운동 방정식:
    (11)
    Figure 112020132883652-pct00465

    여기서,
    Figure 112020132883652-pct00466
    및
    Figure 112020132883652-pct00467
    이 적용되고,
    Figure 112020132883652-pct00468
    멀티콥터의 일반화된 질량
    Figure 112020132883652-pct00469
    일반화된 속도
    Figure 112020132883652-pct00470

    Figure 112020132883652-pct00471
    멀티콥터의 각속도
    Figure 112020132883652-pct00472
    Figure 112020132883652-pct00473
    의 시간 미분치
    Figure 112020132883652-pct00474
    Figure 112020132883652-pct00475

    Figure 112020132883652-pct00476
    멀티콥터의 무게
    Figure 112020132883652-pct00477
    자코비 행렬의 대각 블록
    Figure 112020132883652-pct00478
    전기 모터 MOTn 에 의해 생성되는 목표 회전력
    Figure 112020132883652-pct00479

    Figure 112020132883652-pct00480
    멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력
    Figure 112020132883652-pct00481

    Figure 112020132883652-pct00482
    : 공기 마찰에 의해 배타적으로 생성되는 외부 회전력
    Figure 112020132883652-pct00483
    Figure 112020132883652-pct00484
    공기에 대한 멀터콥터의 상대 속도
    Figure 112020132883652-pct00485
    Figure 112020132883652-pct00486
    풍속,
    에 기반하거나, 모델(M1)이 운동 방정식으로 역추적될 수 있는 멀티콥터.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전기 모터(MOTn)를 제어하고 조정하기 위한 제어 시스템이 제공되고, 프로펠러(PROPn)의 회전축 방향으로 풍속(
    Figure 112020132883652-pct00487
    )의 투영이 최대화되도록 전기 모터(MOTn)가 조절되는 방식으로 제어 시스템이 구현 및 구성되는 멀티콥터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전기 모터(MOTn) 당의 공기역학적 동력(
    Figure 112020132883652-pct00488
    )을 결정하기 위하여, 모터 전류 센서, 모터 회전 속도 센서, 또는 모터 회전 속도 추정기가 제공되고, 또한 프로펠러 동적 범위를 서술하는 사전 결정된 모델(M2), 탐지된 모터 전류 및 모터 회전 속도에 기반하여, 공기역학적 동력(
    Figure 112020132883652-pct00489
    )을 결정하는 유닛도 제공되는 멀티콥터.
  8. 멀티콥터를 이용하여 풍속을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 멀티콥터는 N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)(여기서,
    Figure 112020048781273-pct00490
    및
    Figure 112020048781273-pct00491
    )를 구비하고,
    - 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
    Figure 112020048781273-pct00492
    ), 시간 미분치(
    Figure 112020048781273-pct00493
    및
    Figure 112020048781273-pct00494
    ), 멀티콥터의 3차원 배향(
    Figure 112020048781273-pct00495
    ) 및 배향의 미분치(
    Figure 112020048781273-pct00496
    )를 포함하는 제 1 파라미터(P1)를 제공하는 단계(201),
    - 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
    Figure 112020048781273-pct00497
    )을 제공하는 단계(202),
    - 제 1 파라미터(P1) 및 멀티콥터의 동역학 모델(M1) 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
    Figure 112020048781273-pct00498
    )의 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00499
    )를 결정하는 단계(203),
    - 결정된 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00500
    ) 및 파라미터(P1)에 기반하여,관성 시스템에서의 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00501
    )을 결정하는 단계(204), 및
    - 위치(
    Figure 112020048781273-pct00502
    )에서의 결정된 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00503
    )을 저장하는 하는 단계(205) 또는 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00504
    )을 전송 유닛(107)을 통해 수신기로 무선 전송하는 단계를 포함하여 구성되는 멀티콥터를 이용한 풍속 측정 방법.
  9. 멀티콥터를 이용하여 풍속을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 멀티콥터는 N개의 프로펠러(PROPn)를 구동하기 위한 N개의 전기 모터(MOTn)(여기서,
    Figure 112020048781273-pct00505
    및
    Figure 112020048781273-pct00506
    )를 구비하고,
    - 멀티콥터의 무게중심(B)의 3차원 위치(
    Figure 112020048781273-pct00507
    ), 시간 미분치(
    Figure 112020048781273-pct00508
    및
    Figure 112020048781273-pct00509
    ), 멀티콥터의 3차원 배향(
    Figure 112020048781273-pct00510
    ) 및 배향의 미분치(
    Figure 112020048781273-pct00511
    )를 포함하는 제 1 파라미터(P1)를 제공하는 단계(201),
    - 각각의 프로펠러(PROPn)에 의해 생성되는 공기역학적 동력(
    Figure 112020048781273-pct00512
    )을 제공하는 단계(202),
    - 제 1 파라미터(P1) 및 멀티콥터의 동역학을 서술하기 위해 제공된 모델(M1) 및 멀티콥터에 외부적으로 작용하는 회전력(
    Figure 112020048781273-pct00513
    )을 모델(M1)에 근거하여 결정한 추정치에 기반하여, 대기에 상대적인 멀티콥터의 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00514
    )의 수평 성분(
    Figure 112020048781273-pct00515
    )을 결정하는 단계(203),
    - 결정된 수평 성분(
    Figure 112020048781273-pct00516
    ) 및 공기역학적 동력(
    Figure 112020048781273-pct00517
    )에 기반하여 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00518
    )의 수직 성분(
    Figure 112020048781273-pct00519
    )을 결정하고, 결정된 상대속도(
    Figure 112020048781273-pct00520
    ) 및 파라미터(P1)에 기반하여 관성 시스템에서의 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00521
    )을 결정하는 단계(204), 및
    - 위치(
    Figure 112020048781273-pct00522
    )에서의 결정된 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00523
    )을 저장하는 하는 단계(205) 또는 풍속(
    Figure 112020048781273-pct00524
    )을 수신기로 전송하는 단계(206)를 포함하여 구성되는 멀티콥터를 이용한 풍속 측정 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    전기 모터(MOTn)를 제어하고 조정하기 위한 제어 시스템이 제공되고, 프로펠러의 회전축 방향으로 풍속(
    Figure 112019046057556-pct00525
    )의 투영이 최대화되도록 전기 모터(MOTn)가 조절되는 것을 특징으로 하는 멀티콥터를 이용한 풍속 측정 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    전기 모터(MOTn) 당의 공기역학적 동력(
    Figure 112020132883652-pct00526
    )을 결정하기 위하여, 모터 전류 및 모터 회전 속도가 결정되고, 프로펠러 동적 범위를 서술하는 사전 결정된 모델(M2), 탐지된 모터 전류 및 모터 회전 속도에 기반하여, 공기역학적 동력(
    Figure 112020132883652-pct00527
    )이 결정되는 멀티콥터를 이용한 풍속 측정 방법.
  12. 데이터 처리장치를 구비하는 컴퓨터 시스템으로, 제8항 또는 제9항에 따른 방법이 데이터 처리장치 상에서 실행되도록 데이터 처리장치가 설계된 컴퓨터 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항 또는 제2항에 따르는 2개 이상의 멀티콥터로 구성되는 시스템으로, 멀티콥터는 데이터 네트워크에서 각각 서로 데이터 교환을 하며 멀티콥터는 각각의 결정된 풍속:
    Figure 112020132883652-pct00528
    을 각각의 다른 멀티콥터로 전송하도록 구현된 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    멀티콥터는 데이터 네트워크에서 무선 통신을 위한 에이전트(agents) 또는 소프트봇(softbots)으로 구현되는 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    각 멀티콥터의 전기 모터(MOTn)를 제어하고 조절하기 위한 제어 시스템이 구현되어 다른 멀티콥터로부터 전송되는 결정된 풍속
    Figure 112020132883652-pct00529
    이 제어에 고려되도록 구성된 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    멀티콥터는 무게중심(B)의 위치(
    Figure 112020132883652-pct00530
    ) 및 시간 미분치(
    Figure 112020132883652-pct00531
    및
    Figure 112020132883652-pct00532
    ) 및 각 멀티쿱의 3차원 배향(
    Figure 112020132883652-pct00533
    ) 및 배향의 시간 미분치(
    Figure 112020132883652-pct00534
    ) 및 각 멀티콥터 에 외부적으로 작용하는 회전력(
    Figure 112020132883652-pct00535
    ) 및 공기역학적 동력(
    Figure 112020132883652-pct00536
    )을 다른 각 멀티콥터로 전송하는 시스템.
  20. 삭제
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