KR20170139326A - 무인 비행체의 자율비행시스템 및 자율비행방법 - Google Patents

무인 비행체의 자율비행시스템 및 자율비행방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대상 구조물에 소정에 위치에 설치된 복수 개의 전자태그 또는 광원으로부터 비행정보를 제공받아 자율비행함으로써, GPS수신이 어려운 구조물 내부의 특정 지점으로 비행할 수 있는 정확도를 높이고, 구조물 상태를 파악하기 용이한 무인 비행체의 자율비행시스템 및 자율비행방법에 관한 것이다.

Description

무인 비행체의 자율비행시스템 및 자율비행방법 { Autonomous flight system and method of unmanned aerial vehicle }
본 발명은 무인 비행체의 자율비행시스템 및 자율비행방법에 관한 것이다.
요즘, 무인 비행체들은 유연한 이용성(employability)의 결과로서 많은 기술 분야에서 사용되고, 그것은, 예를 들어 화재 진압시 또는 재난 지역들에 접근하여 사용된다. 또한, 무인 비행체는 활용분야에 따라 다양한 장비(예컨대 카메라, 광학, 적외선, 레이더 센서 등)를 탑재하여 임무를 수행한다.
특히 최근에는 헬리콥터 모양의 비행체로 된 드론(drone)과 소형 무인 정찰기와 같은 소형 무인 비행체가 크게 주목받고 있다.
무인 비행체는 통상 GPS 위치 정보에 기초하여, 사용자에 의해 원격 제어장치에 의해 수동으로, 또는 완전히 자동으로 또는 반자동식으로, 제어될 수 있다.
일반적으로, 비행체, 예컨대 헬리콥터와 같은 비행체를 이동시킬 때 4 내지 6의 자유도를 수정하는 것이 가능하고, 즉 비행체는 전후, 좌우 및 상하로 이동될 수 있다. 더욱이, 비행체의 정렬은 수직축에 대한 회전에 의해 수정될 수 있다. 남은 2개의 자유도는 비행체의 실질적으로 수평 위치에 의해 고정된다.
예컨대 미리 규정된 축 또는 비행 경로에 따른 정밀한 이동 또는 미리 결정된 위치에서의 정밀한 위치결정은 수동 제어의 경우에 사용자에 있어 매우 곤란하다.
또한, 자동 GPS-기반 제어를 위한 응용 분야는, 충분한 수의 위성 신호들이 위치를 결정하기 위해 수신될 수 있는 위치들로 제한된다. 그러므로, 일반적으로, 예컨대 폐쇄된 건물 내부, 교량 하부 또는 터널들에서의 사용은 가능하지 않다는 문제점이 있다.
한편, 한국공개특허 제2016-0034013호에는 통제 서버가 특정 건축물의 BIM(Building Information Modeling)정보를 무선 통신망을 통해 무인 항공기 측에 제공하며, 무인 비행체는 제공된 BIM정보를 참조하여 해당 건축물로 이동하여 영상촬영을 할 뿐만 아니라, 상기 무인 비행체가 건축물의 부재물 또는 건설장비에 충돌하여 손상되는 것을 방지할 수 있도록 건축물 내의 무인 항공기의 비행 가능 경로 정보를 미리 파악하여 해당 BIM정보에 함께 제공하는 건설현장 관리 시스템이 기재되어 있다.
그러나, 한번의 BIM정보를 참조한 비행으로는 위치 정확도가 떨어지고, 폐쇄된 건물 내부, 교량 하부 또는 터널들 같은 구조물 내부의 특정 지점으로 정확히 이동하여 구조물 상태를 파악하기 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허 제2016-0034013호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, GPS수신이 어려운 구조물 내부의 특정 지점으로 비행할 수 있는 정확도를 높이고, 구조물 상태를 파악하기 용이한 무인 비행체의 자율비행시스템 및 자율비행방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 무인 비행체의 자율비행시스템은, 대상 구조물의 소정의 위치에 설치되는 복수 개의 전자태그; 어느 하나의 상기 전자태그를 스캔하여 또 다른 하나의 상기 전자태그까지의 비행정보를 제공받는 스캐너;가 구비된 무인 비행체; 를 포함하되, 상기 무인 비행체는 상기 비행정보를 참조하여 두 개의 상기 전자태그 사이를 비행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무인 비행체가 상기 비행정보에 따른 비행목표위치에 도착한 후 상기 스캐너의 스캔 범위 이내에서 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔 실패시, 상기 전자태그를 스캔할 수 있도록 상기 무인 비행체의 위치가 조정됨으로써 상기 스캐너의 스캔 범위가 이동되는 과정을 소정횟수 이하로 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무인 비행체는 촬영 수단을 포함하되, 상기 촬영 수단은, 상기 무인 비행체가 상기 전자태그를 스캔할 수 있는 위치에 도착한 후 동작하여, 상기 대상 구조물을 촬영하는 것을 특징으로 한다.
또한, 각각의 상기 전자태그에 인접하여 설치되는 위치지시광원을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전자태그는 바코드, RFID 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 무인 비행체의 자율비행방법은, 무인 비행체의 스캐너가 대상 구조물에 설치된 어느 하나의 전자태그로부터 또 다른 하나의 상기 전자태그까지의 비행정보를 제공받는 비행정보수신단계; 상기 비행정보를 분석하여 비행방법을 설정하는 비행방법설정단계; 상기 비행방법을 참조하여 비행하는 비행단계; 상기 비행방법에 따른 비행목표위치에서 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔시도단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔시도단계에서 스캔 실패시, 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔이 가능하도록 상기 무인 비행체의 위치를 조정함으로써 상기 스캐너의 스캔 범위를 이동시키는 과정을 소정횟수 이하로 반복 수행하는 스캔범위조정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔범위조정단계에서 상기 스캐너가 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔 실패시, 상기 무인 비행체를 시작위치로 귀항시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비행단계에서 위치지시광원을 감지시, 상기 위치지시광원의 위치를 참조하여 상기 비행방법을 보정하는 비행방법보정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비행정보로부터 최종도착위치인지 여부를 판단하는 단계; 를 더 포함하고, 최종도착위치로 판단될 경우, 상기 무인 비행체를 착륙 비행시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스캔시도단계에서 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔 성공시, 촬영수단이 동작하여 상기 대상 구조물을 촬영하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 무인 비행체의 자율비행시스템은, 대상 구조물의 소정의 위치에 설치되는 복수 개의 광원; 어느 하나의 상기 광원을 감지하여 또 다른 하나의 상기 광원까지의 비행정보를 제공받는 광원센서;가 구비된 무인 비행체; 를 포함하되, 상기 무인 비행체는 상기 비행정보를 참조하여 두 개의 상기 광원 사이를 비행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무인 비행체의 비행중 또 다른 하나의 상기 광원 감지시, 상기 광원의 위치를 참조하여 비행방법을 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무인 비행체는 촬영 수단을 포함하되, 상기 촬영 수단은, 상기 무인 비행체가 또 다른 하나의 상기 광원으로부터 상기 비행정보를 제공받을 수 있는 위치에 도착한 후 동작하여, 상기 대상 구조물을 촬영하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 무인 비행체의 자율비행방법은, 무인 비행체의 광원센서가 대상 구조물에 설치된 어느 하나의 광원으로부터 또 다른 하나의 상기 광원까지의 비행정보를 제공받는 비행정보수신단계; 상기 비행정보를 분석하여 비행방법을 설정하는 비행방법설정단계; 상기 비행방법을 참조하여 비행하는 비행단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무인 비행체의 비행중 또 다른 하나의 상기 광원 감지시, 상기 광원의 위치를 참조하여 상기 비행방법을 보정하는 비행방법보정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비행정보로부터 최종도착위치인지 여부를 판단하는 단계; 를 더 포함하고, 최종도착위치로 판단될 경우, 상기 무인 비행체를 착륙 비행시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비행방법에 따른 비행목표위치에 도착시, 촬영수단이 동작하여 상기 대상 구조물을 촬영하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
비행정보를 제공하는 복수 개의 전자태그 또는 광원이 대상 구조물에 설치되어, 실제 비행상태에 따라 반복적으로 비행방법의 보정이 가능하다. 그래서 GPS수신이 어려운 구조물 내부에서 무인 비행체의 자율비행 정확도를 높일 수 있다.
전자태그 또는 광원을 대상 구조물에서 특히 주기적인 관리가 필요한 취약 지점에 설치하여, 촬영 수단에서 촬영된 사진 및 영상을 통해 사용자가 대상 구조물의 취약 지점의 상태를 용이하게 파악할 수 있다.
무인 비행체의 반복적인 이동을 통한 스캔 범위 조정단계를 통해 무인 비행체가 전자태그를 용이하게 찾을 수 있고, 무인 비행체의 자율비행 정확도가 향상되어 비행목표지점에 정확히 도착할 수 있다.
전자태그에 인접하여 위치지시광원을 설치함으로써, 무인 비행체가 전자태그에 도달할 수 있는 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 자율비행시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 스캔범위조정단계를 나타낸 설명도.
도 3 및 도 4는 제1실시예에 따른 자율비행방법의 순서도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 자율비행시스템을 나타낸 구성도.
도 6은 제2실시예에 따른 자율비행방법의 순서도.
도 7은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 자율비행시스템을 나타낸 구성도.
도 8은 제3실시예에 따른 자율비행방법의 순서도.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 아래에 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 무인 비행체(100)의 자율비행시스템은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 대상 구조물의 소정의 위치에 설치되는 복수 개의 전자태그(120);와, 어느 하나의 전자태그(120)를 스캔하여 또 다른 하나의 전자태그(120)까지의 비행정보를 제공받는 스캐너;가 구비된 무인 비행체(100); 를 포함하되, 무인 비행체(100)는 비행정보를 참조하여 두 개의 전자태그(120) 사이를 비행하는 것을 특징으로 한다.
본 설명에서 대상 구조물은 건물 내부, 교량 하부 또는 터널 등일 수 있다. 도 1에는 지하철 터널 내부를 일례로 도시하였다.
제1실시예에 따른 무인 비행체(100)는, 전자태그(120)를 스캔하여 비행정보를 제공받는 상기 스캐너와, 대상 구조물을 촬영하는 촬영 수단과, 비행정보를 참조하여 무인 비행체(100)의 비행을 제어하고, 상기 촬영 수단 및 스캐너의 회전방향, 각도 및 작동여부를 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 제어 하에 무인 비행체(100)에 동력을 전달하여, 비행자세와 동작을 위한 방향, 속도, 고도 및 기울기를 조절하는 프로펠러 등의 비행장치부를 포함하여 이루어진다.
상기 스캐너는 바코드 또는 RFID 등을 스캔하여 정보를 인지할 수 있는 전용 스캐너일 수 있고, 또는 카메라 겸용의 스캐너일 수 있다.
상기 촬영 수단은 적외선 카메라, 열화상 카메라, 영상 카메라, 어안렌즈 카메라 중 적어도 하나의 카메라를 구비할 수 있다.
또한, 도면에는 전자태그(120)를 바코드로 도시하였으나, 전자태그(120)는 바코드, RFID 중 어느 하나일 수 있고, QR코드 또는 데이터 매트릭스가 사용될 수도 있다. 그리고 전자태그(120)는 도 1과 같이, 대상 구조물의 소정의 위치에 다수 개가 설치된다. 전자태그(120)는 대상 구조물의 벽체 등에 설치되는 것이 바람직하다.
전자태그(120)는, 무인 비행체(100)의 비행 시작위치에서부터 최종도착위치까지 소정거리 이격되어 다수 개가 설치된다. 특히, 전자태그(120)는 대상 구조물에서 주기적인 관리가 필요한 취약 지점 등 사용자가 촬영하기 원하는 주요 지점에 설치될 수 있다.
각각의 전자태그(120)는 해당 전자태그(120)가 설치된 곳의 위치 정보와, 다음 지점에 위치하는 전자태그(120)까지의 비행정보를 제공하고, 무인 비행체(100)에 구비된 상기 스캐너는 전자태그(120)에 수록된 정보를 인지한다. 전자태그(120)에 입력되어 있는 비행정보는 해당 전자태그(120)가 설치된 곳에서 다음 지점에 위치하는 전자태그(120)까지의 비행에 필요한 정보로서, Yaw, Pitch, Roll, 방위, 고도, 비행 거리, 비행 시간 등이다.
무인 비행체(100)의 방향벡터는 Yaw, Pitch, Roll에 의해 결정된다. Yaw, Pitch, Roll은 3차원 공간을 정의하는 직각 좌표계의 3축을 기준으로 회전하는 방향을 의미하며, 무인 비행체(100)의 진행방향 벡터를 의미한다. 무인 비행체(100)의 이동 경로의 어느 한 지점에서 다른 한 지점까지의 비행정보를 무인 비행체(100)에게 제공함으로써, GPS 신호가 없는 환경에서도 무인 비행체(100)의 자율비행이 가능하다.
이상과 같이, 무인 비행체(100)는 스캐너를 통해 어느 한 지점에 위치하는 하나의 전자태그(120)로부터, 다음 지점에 위치하는 또 다른 하나의 전자태그(120)까지의 비행정보를 다운받고, 비행정보를 분석하여 얻은 비행방법을 설정하여 비행하게 된다. 다시 말해, 무인 비행체(100)는 매번 어느 한 전자태그(120)로부터 그 다음 지점에 위치하는 전자태그(120)까지의 비행정보를 입력받아 비행하여, 최종도착위치까지 비행하게 된다.
무인 비행체(100)는 각각의 전자태그(120)가 설치된 위치를 경유하면서, 각각의 경유위치에서 상기 촬영 수단이 동작하여 대상 구조물을 촬영하게 된다. 무인 비행체(100)가 경유하도록 전자태그(120)가 설치된 지점들은 대상 구조물에서 사용자가 주기적으로 상태를 확인하기 원하는 취약지점들일 수 있다.
한편, 무인 비행체(100)가 비행정보에 따른 비행목표위치에 도착한 후 상기 스캐너의 스캔 범위(150) 이내에서 또 다른 하나의 전자태그(120)에 대한 스캔 실패시, 전자태그(120)를 스캔할 수 있도록 무인 비행체(100)의 위치가 조정됨으로써 상기 스캐너의 스캔 범위(150)가 이동되는 과정을 소정횟수 이하로 반복 수행할 수 있다.
다시 설명하면, 무인 비행체(100)는 전자태그(120)로부터 제공받은 비행정보에 따라 비행하여 비행목표위치에 도착한 후, 짐벌에 탑재된 상기 스캐너의 스캔 범위(150) 이내에서 전자태그(120)를 스캔하지 못할 수 있다. 그 이유는 무인 비행체(100)의 비행중, 발생할 수 있는 센서들의 오차 및 적분 오차로 인해 무인 비행체(100)가 다음 지점에 위치한 전자태그(120)를 스캔할 수 있는 위치에 정확히 도달하지 못했기 때문일 수 있다.
이상과 같이 전자태그(120)에 대한 스캔이 되지 않을 경우, 도 2와 같이, 상기 스캐너가 탑재되는 짐벌(gimbal)의 회전을 통해 확보할 수 있는 상기 스캐너의 스캔 범위(150)를 벗어난 지점으로, 무인 비행체(100)의 위치를 이동하여 다시 스캔을 시도한다. 전자태그(120)를 찾기 위해 무인 비행체(100)의 위치를 이동시키는 과정은 반복적으로 수행되고, 전자태그(120)를 찾아 스캔하게 된다.
또한, 무인 비행체(100)를 이동하여 스캐너의 스캔 범위(150)를 조정하는 횟수는, 사전에 한계횟수가 설정되어 있어, 무인 비행체(100)의 이동횟수가 한계횟수에 도달할 경우, 에러메시지와 함께 무인 비행체(100)가 최초 이륙했던 시작위치로 귀항된다. 반대로, 전자태그(120)에 대한 스캔이 성공할 경우, 스캔 성공 위치를 기준으로 비행정보를 수정, 업데이트하여 그 다음 비행목표위치에 위치한 전자태그(120)를 향해 비행할 때 반영된다.
이상과 같은 무인 비행체(100)의 반복적인 이동을 통한 스캔 범위(150) 조정단계를 통해 무인 비행체(100)가 전자태그(120)를 용이하게 찾을 수 있고, 무인 비행체(100)의 자율비행 정확도가 향상되어 비행목표지점에 정확히 도착할 수 있다.
또한, 상기 촬영 수단은 무인 비행체(100)가 각각의 전자태그(120)를 스캔할 수 있는 위치에 도착한 후 동작하여, 대상 구조물을 촬영하게 된다. 전자태그(120)는 대상 구조물에서 특히 주기적인 관리가 필요한 취약 지점에 설치됨으로써, 상기 촬영 수단에서 촬영된 사진 및 영상을 통해 사용자가 대상 구조물의 취약 지점의 상태를 용이하게 파악할 수 있다. 본 발명의 무인 비행체(100)는 대상 구조물에 설치된 다수 개의 전자태그(120)로 인해, 터널 내부, 교량 하부 또는 건물 내부 등과 같이, GPS수신이 어려운 구조물 내부의 특정 취약 지점으로 비행할 수 있는 정확도가 높아, 구조물의 상태를 파악하기 용이하다.
이하에는 도 3 및 도 4를 참고하여 제1실시예에 따른 무인 비행체(100)의 자율비행방법을 순서대로 설명하도록 한다.
제1실시예에 따른 무인 비행체(100)의 자율비행방법은, 무인 비행체(100)의 상기 스캐너가 대상 구조물에 설치된 어느 하나의 전자태그(120)로부터 또 다른 하나의 전자태그(120)까지의 비행정보를 제공받는 비행정보수신단계(S10);와, 비행정보를 분석하여 비행방법을 설정하는 비행방법설정단계(S20);와, 비행방법을 참조하여 비행하는 비행단계(S30);와, 비행방법에 따른 비행목표위치에서 또 다른 하나의 전자태그(120)에 대한 스캔시도단계(S42); 를 포함하여 이루어진다.
도 3과 같이, 자율비행방법이 시작되면, 제1단계로, 무인 비행체(100)가 시작위치에서 이륙하는 이륙단계(S1)를 수행한다.
제2단계는, 무인 비행체(100)의 상기 스캐너가 시작위치의 전자태그(120)를 스캔하는 단계(S2)이다.
제3단계는, 스캔한 전자태그(120)로부터 다음 비행목표위치까지 비행하는데 필요한 비행정보를 다운로드하는 비행정보수신단계(S10)이다.
제4단계는, 전자태그(120)로부터 수신된 비행정보를 분석하여 비행방법을 설정하는 비행방법설정단계(S20)이다.
제5단계는, 설정된 비행방법을 참조하여 비행목표위치를 향해 비행하는 비행단계(S30)이다.
제6단계는, 비행중 무인 비행체(100)에 탑재된 센서로 비행 방향 및 이동 경로를 확인하는 단계(S31)이다. 무인 비행체(100)에는 자이로 센서(Gyro sensor), 가속도 센서(Accelerometer), 지자기 센서(Magnetic sensor), 고도계(Altimeter)가 탑재된다. 자이로 센서의 값을 시간에 대해서 적분하여 무인 비행체(100)의 회전 방향을 계산하고, 가속도 센서의 값을 시간에 대해서 적분하여 무인 비행체(100)의 속도를 계산하고, 한번 더 적분하여 무인 비행체(100)의 위치를 계산한다. 무인 비행체(100)의 위치에 대한 정확성을 높이기 위해, 지자기 센서 값을 활용하여 자북(Magnetic north)으로부터의 방향과 Yaw 값을 비교하고, 고도계 값과 Pitch 값을 비교한다.
제7단계는, 무인 비행체(100)의 현재 위치가 비행목표위치인지 여부를 판단하는 단계(S32)이다. 무인 비행체(100)가 비행목표위치에 도착하지 않은 것으로 판단되면 제5단계(S30)에서 제7단계(S32)를 계속 반복하여 수행하게 된다.
제7단계(S32)에서 무인 비행체(100)가 비행목표위치에 도착한 것으로 판단되면, 벽체방향확인단계(S40)로 넘어가게 된다.
제8단계는 초음파 또는 레이저 센서로 전자태그(120)가 설치된 벽체 방향을 확인하는 벽체방향확인단계(S40)이다. 무인 비행체(100)가 어느 한 지점의 전자태그(120)로부터 제공받은 비행정보에 따라 비행하여 비행목표위치에 도착한 후, 벽체 등에 설치된 다음 지점의 전자태그(120)를 인지하여 스캔하기 위해서는, 무인 비행체(100)에 탑재된 상기 스캐너(혹은 카메라)가 전자태그(120)를 향해야 한다. 따라서, 무인 비행체(100)에 탑재된 초음파 센서 혹은 레이저 센서로 전자태그(120)가 설치된 벽체 등의 방향을 인지한다.
그 후, 제9단계는 상기 스캐너가 탑재된 짐벌(gimbal)을 벽체방향확인단계(S40)에서 확인된 벽체 방향으로 회전시키는 단계(S41)이다. 무인 비행체(100)의 짐벌(Gimbal)에 탑재된 스캐너(혹은 카메라)를 해당 벽체 등의 방향으로 회전시켜야 전자태그(120)에 대한 스캔을 수행할 수 있다. 또는 무인 비행체(100)에 다수개의 스캐너(혹은 카메라)를 설치하여 동시에 여러 방향을 확인하도록 할 수 있다.
도 4와 같이, 제10단계는 상기 스캐너에 의해 전자태그(120)에 대한 스캔을 시도하는 스캔시도단계(S42)이다.
스캔시도단계(S42)에서 상기 스캐너의 스캔 범위 이내에서 전자태그(120)에 대한 스캔 실패시, 스캔범위조정단계(S50,S51,S52)를 수행하게 된다.
스캔범위조정단계(S50,S51,S52)는 전자태그(120)에 대한 스캔이 가능하도록 무인 비행체(100)의 위치를 조정함으로써 상기 스캐너의 스캔 범위를 이동시키는 과정을 소정횟수 이하로 반복 수행하는 단계로서, 무인비행체이동단계(S50), 스캔재시도단계(S51) 및 한계횟수확인단계(S52)를 포함하여 이루어진다.
무인비행체이동단계(S50)는 짐벌(gimbal)의 회전을 통해 확보할 수 있는 상기 스캐너의 스캔 가능 범위(150) 밖으로 무인 비행체(100)를 이동시키는 단계이다(도 2 참고). 전자태그(120)를 찾기 위해 무인 비행체(100)의 위치를 이동시키는 과정은 정해진 한계횟수 이하로, 전자태그(120)를 찾을 때까지 반복적으로 수행된다.
무인비행체이동단계(S50) 후, 전자태그(120)에 대한 스캔이 재시도되는 스캔재시도단계(S51)가 수행된다.
스캔재시도단계(S51)에서 전자태그(120)에 대한 스캔 성공시, 그 다음 비행목표위치까지 필요한 비행정보를 다운로드하는 비행정보수신단계(S70)를 수행하게 된다.
스캔재시도단계(S51)에서 전자태그(120)에 대한 스캔 실패시, 무인 비행체(100)가 이동된 횟수가 설정된 한계횟수인지 여부를 판단하는 한계횟수확인단계(S52)를 거치게 된다.
무인 비행체(100)의 이동횟수가 아직 한계횟수에 이르지 않았을 경우에는, 무인비행체이동단계(S50)와 스캔재시도단계(51)를 다시 반복해서 수행하게 된다.
무인 비행체(100)의 이동횟수가 한계횟수(소정횟수)에 도달했을 경우, 에러메시지를 띄우고(S60), 무인 비행체(100)가 최초 이륙했던 시작위치로 귀항시키는 단계(S61)를 수행하게 된다. 즉, 스캔범위조절단계(S50,S51,S52)에서 상기 스캐너가 전자태그(120)에 대한 스캔 실패시, 무인 비행체(100)를 시작위치로 귀항시키게 된다.
무인 비행체(100)를 귀항시키는 단계(S61)는, 무인 비행체(100)의 시작위치인 최초 이륙 위치에서 현재 위치까지의 경로를, 역으로 비행하여 이루어진다.
또한, 스캔시도단계(S32)에서도 전자태그(120)에 대한 스캔 성공시, 전자태그(120)로부터 비행정보를 다운로드하는 비행정보수신단계(S70)를 수행하게 된다.
한편, 스캔시도단계(32) 또는 스캔재시도단계(S51)에서 전자태그(120)에 대한 스캔 성공시, 비행정보수신단계(S70)를 수행하기 전에, 상기 촬영수단이 동작하여 대상 구조물을 촬영하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 촬영 수단은 무인 비행체(100)가 각각의 전자태그(120)를 스캔할 수 있는 위치에 도착한 후 동작하여, 대상 구조물을 촬영하게 된다. 전자태그(120)는 대상 구조물에서 특히 주기적인 관리가 필요한 취약 지점에 설치됨으로써, 상기 촬영 수단에서 촬영된 사진 및 영상을 통해 사용자가 대상 구조물의 취약 지점의 상태를 용이하게 파악할 수 있다. 본 발명의 무인 비행체(100)는 대상 구조물에 설치된 다수 개의 전자태그(120)로 인해, 터널 내부, 교량 하부 또는 건물 내부 등과 같이, GPS수신이 어려운 구조물 내부의 특정 취약 지점으로 비행할 수 있는 정확도가 높아, 구조물의 상태를 파악하기 용이하다.
비행정보수신단계(S70) 이후, 스캔한 전자태그(120)로부터 받은 비행정보로부터 현 위치가 최종도착위치인지 여부를 판단하는 최종위치판단단계(S80)를 수행하게 된다.
무인 비행체(100)의 현 위치가 최종도착위치로 판단될 경우, 무인 비행체(100)를 착륙비행시키는 단계(S100)를 수행한다.
또한, 최종위치판단단계(S80)에서 현 위치가 최종도착위치가 아닌 것으로 판단될 경우, 전자태그(120) 스캔에 성공한 위치 정보를 확인하는 단계(S90)를 거쳐, 위치정보를 보정(S91)한 후 비행정보를 수정 및 업데이트하여 그 다음 전자태그(120)를 찾아가기 위한 비행방법설정단계(S20)에 반영된다.
이상과 같은 자율비행방법을 통해, 최종도착위치까지 자율비행하며, 상기 촬영수단으로 대상 구조물을 촬영할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 무인 비행체(100)의 자율비행시스템은, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1실시예의 구성요소에 더하여, 각각의 전자태그(120)에 인접하여 위치지시광원(130)이 더 설치될 수 있다. 이하에는 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
위치지시광원(130)은 무인 비행체(100)에게 전자태그(120)의 위치를 알려주는 등대와 같은 역할을 수행한다. 위치지시광원(130)으로는 가시광선, 적외선, 자외선 등의 빛이 사용될 수 있다.
비행중인 무인 비행체(100)가 위치지시광원(130)을 인지하기 위해서, 광원센서가 탑재되어야 한다. 광원센서만을 별도로 탑재할 수도 있으나, CMOS/CCD 센서를 갖고 있는 카메라를 탑재하는 것이 바람직할 수 있다. 위치지시광원(130)을 자외선으로 사용하는 경우, 자외선을 인지할 수 있는 CMOS/CCD 센서를 탑재해야 한다.
위치지시광원(130)의 방향을 찾기 위해서는 무인 비행체(100) 주변을 전방위로 스캔해야 하므로, CMOS/CCD 센서를 갖춘 카메라를 지속적으로 회전시켜 위치지시광원(130)을 찾거나, 또는 CMOS/CCD 센서를 갖춘 카메라를 다수 개 설치하여 위치지시광원(130)을 찾을 수 있다. CMOS/CCD 센서를 갖춘 카메라는, 전자태그(120)를 스캔하는 용도와 별개로 혹은 겸용으로 사용될 수 있다.
무인 비행체(100)는 전자태그(120)로부터 다음 비행목표위치까지의 Yaw, Pitch, Roll, 고도, 비행거리, 비행시간 등의 비행 정보를 얻고, 비행정보로부터 비행방법을 설정하여 비행하게 된다. 무인 비행체(100)의 비행 중, 깜박거리는 위치지시광원(130)을 감지하면 현재 위치에서의 비행 방향 벡터와 위치지시광원(130)까지의 벡터를 비교하여, 오차 값만큼 비행 방향 벡터, 즉 비행방법을 보정한다. 이상의 보정된 비행방법을 바탕으로 비행목표위치에 도착하면, 전자태그(120)를 스캔함으로 다음 비행목표위치까지의 비행정보를 제공받아 무인 비행체(100)의 비행이 계속해서 이루어진다.
이하에는 도 6을 참고하여 제2실시예에 따른 자율비행방법을 설명하도록 한다. 제1실시예와 동일한 단계에 대해서는 제1실시예의 설명을 참고하기로 하고, 자세한 설명은 생략한다.
도 6과 같이, 자율비행방법이 시작되어, 무인 비행체이륙단계(S101), 전자태그스캔단계(S102), 비행정보수신단계(S110), 비행방법설정단계(S120), 비행목표위치를 향해 비행하는 비행단계(S130), 무인 비행체(100) 탑재 센서로 비행방향 및 이동 경로 확인단계(S131)까지는 제1실시예와 동일하므로, 제1실시예를 참고하기로 하고, 자세한 설명은 생략한다.
무인 비행체(100)는 비행중, CMOS/CCD 센서와 같은 광원센서를 갖고 있는 카메라를 이용하여 무인 비행체(100)의 주변을 전방위로 스캔하며 전자태그(120)에 인접하여 깜박거리는 위치지시광원(130)을 찾게 된다. 그래서 무인 비행체(100)의 비행중, 위치지시광원(130)를 감지하기 위한 시도를 하는 위치지시광원감지단계(S132)를 포함한다.
위치지시광원감지단계(S132)에서 위치지시광원(130)을 감지하지 못하면, 비행단계(S130), 비행방향 및 이동경로 확인단계(S131) 및 위치지시광원감지단계(S132)를 위치지시광원(130)을 감지할 때까지 반복적으로 수행하게 된다.
위치지시광원감지단계(S132)에서 위치지시광원(130)을 감지하면, 그 다음 단계로 위치지시광원(130)을 향한 방향과 무인 비행체(100)의 현재 비행방향의 일치여부를 판단하는 단계(S140)를 수행하게 된다. 이 단계는 무인 비행체(100)의 현재 위치에서의 향후 비행방향 벡터값과, 위치지시광원(130)을 향한 벡터값을 비교하는 단계이다.
위치지시광원방향과 비행방향의 일치여부판단단계(S140)에서 일치하지 않는 것으로 판단되면, 위치지시광원(130)의 위치를 참조하여 비행방법을 보정하는 비행방법보정단계(S141)를 수행하게 된다. 비행방법보정단계(S141)는 무인 비행체(100)의 현재 위치에서의 향후 비행방향 벡터값과, 위치지시광원(130)을 향한 벡터값의 오차 값만큼 비행방향 벡터값을 보정하는 단계이다. 그래서 위치지시광원(130)을 향한 방향과, 무인 비행체(100)의 비행방향이 일치된다.
그 후, 무인 비행체(100)는 위치지시광원(130)을 향한 방향으로 비행되는 단계(S142)가 수행되어, 비행목표위치에 도착하게 되고(S143), 그 후 비행목표위치의 전자태그(120)를 스캔하는 단계(S150)를 수행하게 된다.
이후의 진행단계는 제1실시예와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 이상과 같이, 각각의 전자태그(120)에 인접하여 위치지시광원(130)이 설치됨으로써, 위치지시광원(130)이 무인 비행체(100)에게 비행목표위치를 지시하는 등대와 같은 역할을 할 수 있어서, 무인 비행체(100)가 비행목표위치에 도달할 수 있는 정확도를 높일 수 있다.
이하에는 도 7 및 도 8을 참고하여 본 발명의 제3실시예를 설명하도록 한다.
도 7과 같이, 제3실시예에 따른 무인 비행체(100)의 자율비행시스템은, 대상 구조물의 소정의 위치에 설치되는 복수 개의 광원(170)과, 어느 하나의 광원(170)을 감지하여 또 다른 하나의 광원(170)까지의 비행정보를 제공받는 광원센서가 구비된 무인 비행체(100)를 포함하되, 무인 비행체(100)는 비행정보를 참조하여 두 개의 광원(170) 사이를 비행하는 것을 특징으로 한다. 무인 비행체(100)는 상기 광원센서만을 별도로 구비할 수도 있으나, CMOS/CCD 센서와 같은 광원센서를 갖고 있는 카메라가 탑재될 수도 있다.
제3실시예에 따른 무인 비행체(100)의 자율비행시스템은 제1실시예의 전자태그(120) 대신 광원(170)을 구비한 시스템이다. 이하에는 제1실시예 및 제2실시예와의 차이가 있는 광원(170)에 대해서만 설명하도록 한다.
제3실시예에서는 광원(170)이, 제1실시예 및 제2실시예에 전자태그(120)가 설치된 위치에 설치된다. 제3실시예의 광원(170)은 점멸이 가능하고, 색이 변화하여 비행정보를 제공할 수 있는 것이 바람직하다.
제3실시예의 광원(170)은 두 가지 역할을 할 수 있다.
첫째 역할은, 제1실시예 및 제2실시예의 전자태그(120)와 같이, 무인 비행체(100)에 다음 비행목표위치까지의 비행정보를 제공하는 역할을 한다.
광원(170)이 비행정보를 제공하는 하나의 방법으로는, 광원(170)을 점등/멸등시키는 방법이다. 무인 비행체(100)는 광원(170)의 점등/멸등 시간을 사전에 규정된 매핑룰(Mapping rule)에 따라 해석하여 다음 비행목표위치까지의 비행을 위해 필요한 비행정보를 제공받는 것이다. 그 예로서, 모르스 부호에 따라 광원(170)을 점등/멸등하여 비행에 필요한 Yaw, Pitch, Roll, 방위, 고도 등을 표현할 수 있다.
또 다른 하나의 방법은, 광원(170)에서 발산하는 빛의 파장의 길이를 변화(색 변화)시키면, 무인 비행체(100)에 탑재된 CMOS/CCD센서가 이 빛의 변화를 RGB값으로 디지털화하는 것이다. 무인 비행체(100)는 디지털화된 RGB값을 사전에 규정된 매핑 룰(Mapping rule)에 따라 해석하여 다음 비행목표위치까지의 비행을 위해 필요한 비행정보를 제공받는다. 그 예로서, 붉은색(Red), 녹색(Green), 파란색(Blue)이 다 표현가능한 RGB LED를 광원(170)으로 사용하고, 각 색깔별 점등시간을 비행에 필요한 수치로 환산할 수 있다. 붉은색(Red)은 Yaw, 녹색(Green)은 Pitch, 파란색(Blue)은 Roll, 갈색(붉은색+녹색)은 자북으로부터의 방향, 자주색(붉은색+파란색)은 비행고도 등으로 환산할 수 있다.
광원(170)의 둘째 역할은, 제2실시예의 위치지시광원(130)과 같이, 비행중인 무인 비행체(100)에게 비행목표위치의 위치를 알리는 역할이다. 무인 비행체(100)는 비행중 광원(170)을 감지하고 광원(170)의 위치를 참조하여 비행방법을 보정할 수 있다. 다시 말해, 현재 무인 비행체(100)의 비행 방향 벡터값과, 감지된 광원(170)을 향한 벡터값을 비교하여, 오차만큼 비행 방향 벡터값을 보정할 수 있다.
광원(170)의 두 역할을 정리하면, 하나는 광원(170)의 빛의 변화를 통해 무인 비행체(100)에게 다음 비행목표위치까지의 비행정보를 제공하는 역할이고, 다른 하나는 광원(170)의 위치를 바탕으로 비행중인 무인 비행체(100)에게 비행목표위치를 알리는 역할이다.
이하에는 도 8을 참고하여 제3실시예에 따른 무인 비행체(100)의 자율비행방법에 대해 설명한다.
제3실시예에 따른 무인 비행체(100)의 자율비행방법은, 무인 비행체(100)의 광원센서가 대상 구조물에 설치된 어느 하나의 광원(170)으로부터 또 다른 하나의 광원(170)까지의 비행정보를 제공받는 비행정보수신단계;와, 비행정보를 분석하여 비행방법을 설정하는 비행방법설정단계; 비행방법을 참조하여 비행하는 비행단계;를 포함하여 이루어진다. 또한, 무인 비행체(100)의 비행중 또 다른 하나의 광원(170) 감지시, 감지된 광원(170)의 위치를 참조하여 비행방법을 보정하는 비행방법보정단계를 더 포함한다.
제3실시예의 무인 비행체(100)의 자율비행방법의 각 단계에 대한 자세한 설명은 전술한 내용을 참고하기로 하고, 이하에는 도 8을 참고하여 순서를 간략히 설명하도록 한다.
도 8과 같이, 자율비행방법이 시작되면, 무인 비행체(100)가 이륙되고(S201), 설치된 광원(170) 빛의 변화를 감지하는 단계(S202)가 수행되고, 그 후 광원(170)의 빛의 변화 해석을 통한 다음 비행목표위치까지 필요한 비행정보를 다운로드하는 단계(S210)가 수행된다. 광원(170)의 빛의 변화는 점등/멸등시간을 기준으로 한 것일 수 있고, 파장의 길이 변화(색 변화)를 기준으로 한 것일 수도 있다. 해당 단계에 대한 자세한 내용은 전술한 내용을 참고하기로 한다.
그 후, 비행방법설정단계(S220), 비행목표위치를 향해 비행하는 비행단계(S230), 탑재센서로 무인 비행체(100)의 비행방향 및 이동경로를 확인하는 단계(S232), 광원방향과 비행방향 일치여부 판단단계(S240)를 순서대로 수행한다.
또한, 광원(170)을 향한 방향과 무인 비행체(100)의 비행방향이 일치하지 않을 경우 비행방법보정단계(S241)를 수행한다.
그 후, 광원(170)을 향한 방향으로 비행하는 단계(S242)와, 비행목표위치 도착단계(S243)와, 광원 빛의 변화 감지단계(S250), 광원 빛의 변화 해석을 통한 비행정보 다운로드단계(S270)를 순서대로 거쳐 무인 비행체(100)의 현위치가 최종도착위치인지 여부를 판단하는 단계가 수행된다. 최종도착위치일 경우 무인 비행체(100)를 착륙비행시키고 자율비행방법은 종료된다.
또한, 최종도착위치가 아닐 경우, 광원 빛의 변화 감지에 성공한 위치 정보를 확인하는 단계(S290)와, 위치정보보정(S291)를 순서대로 거쳐 다음 비행목표위치를 향한 자율비행과정이 계속 수행된다.
본 발명은 비행정보를 제공하는 복수 개의 전자태그(120) 또는 광원(170)이 대상 구조물에 설치되어, 실제 비행상태에 따라 반복적으로 비행방법의 보정이 가능하다. 그래서 GPS수신이 어려운 건물 내부, 터널 내부, 교량 하부 등의 구조물 내부에서 무인 비행체(100)의 자율비행 정확도를 높일 수 있다. 교량과 같은 구조물의 경우, GPS 수신이 되는 지점은 GPS 수신을 통해 자율비행을 하고, 교량 하부와 같이 GPS 수신이 되지 않는 지점에서는 본 발명과 같이 전자태그(120) 또는 광원(170)을 통해 비행정보를 획득하여 자율비행하는 것으로 전환될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 무인 비행체 120: 전자태그
130: 위치지시광원 150: 스캔범위
170: 광원

Claims (18)

  1. 대상 구조물의 소정의 위치에 설치되는 복수 개의 전자태그;
    어느 하나의 상기 전자태그를 스캔하여 또 다른 하나의 상기 전자태그까지의 비행정보를 제공받는 스캐너;가 구비된 무인 비행체; 를 포함하되,
    상기 무인 비행체는 상기 비행정보를 참조하여 두 개의 상기 전자태그 사이를 비행하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무인 비행체가 상기 비행정보에 따른 비행목표위치에 도착한 후 상기 스캐너의 스캔 범위 이내에서 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔 실패시, 상기 전자태그를 스캔할 수 있도록 상기 무인 비행체의 위치가 조정됨으로써 상기 스캐너의 스캔 범위가 이동되는 과정을 소정횟수 이하로 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 무인 비행체는 촬영 수단을 포함하되,
    상기 촬영 수단은, 상기 무인 비행체가 상기 전자태그를 스캔할 수 있는 위치에 도착한 후 동작하여, 상기 대상 구조물을 촬영하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    각각의 상기 전자태그에 인접하여 설치되는 위치지시광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자태그는 바코드, RFID 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행시스템.
  6. 무인 비행체의 스캐너가 대상 구조물에 설치된 어느 하나의 전자태그로부터 또 다른 하나의 상기 전자태그까지의 비행정보를 제공받는 비행정보수신단계;
    상기 비행정보를 분석하여 비행방법을 설정하는 비행방법설정단계;
    상기 비행방법을 참조하여 비행하는 비행단계;
    상기 비행방법에 따른 비행목표위치에서 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔시도단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스캔시도단계에서 스캔 실패시, 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔이 가능하도록 상기 무인 비행체의 위치를 조정함으로써 상기 스캐너의 스캔 범위를 이동시키는 과정을 소정횟수 이하로 반복 수행하는 스캔범위조정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스캔범위조정단계에서 상기 스캐너가 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔 실패시, 상기 무인 비행체를 시작위치로 귀항시키는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 비행단계에서 위치지시광원을 감지시, 상기 위치지시광원의 위치를 참조하여 상기 비행방법을 보정하는 비행방법보정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 비행정보로부터 최종도착위치인지 여부를 판단하는 단계; 를 더 포함하고,
    최종도착위치로 판단될 경우, 상기 무인 비행체를 착륙 비행시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 스캔시도단계에서 또 다른 하나의 상기 전자태그에 대한 스캔 성공시, 촬영수단이 동작하여 상기 대상 구조물을 촬영하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  12. 대상 구조물의 소정의 위치에 설치되는 복수 개의 광원;
    어느 하나의 상기 광원을 감지하여 또 다른 하나의 상기 광원까지의 비행정보를 제공받는 광원센서;가 구비된 무인 비행체; 를 포함하되,
    상기 무인 비행체는 상기 비행정보를 참조하여 두 개의 상기 광원 사이를 비행하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 무인 비행체의 비행중 또 다른 하나의 상기 광원 감지시, 상기 광원의 위치를 참조하여 비행방법을 보정하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 무인 비행체는 촬영 수단을 포함하되,
    상기 촬영 수단은, 상기 무인 비행체가 또 다른 하나의 상기 광원으로부터 상기 비행정보를 제공받을 수 있는 위치에 도착한 후 동작하여, 상기 대상 구조물을 촬영하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행시스템.
  15. 무인 비행체의 광원센서가 대상 구조물에 설치된 어느 하나의 광원으로부터 또 다른 하나의 상기 광원까지의 비행정보를 제공받는 비행정보수신단계;
    상기 비행정보를 분석하여 비행방법을 설정하는 비행방법설정단계;
    상기 비행방법을 참조하여 비행하는 비행단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 무인 비행체의 비행중 또 다른 하나의 상기 광원 감지시, 상기 광원의 위치를 참조하여 상기 비행방법을 보정하는 비행방법보정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 비행정보로부터 최종도착위치인지 여부를 판단하는 단계; 를 더 포함하고,
    최종도착위치로 판단될 경우, 상기 무인 비행체를 착륙 비행시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 비행방법에 따른 비행목표위치에 도착시, 촬영수단이 동작하여 상기 대상 구조물을 촬영하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 자율비행방법.
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