KR102037359B1 - 모바일 플랫폼 기반 ahrs 비행제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 모터와, 상기 모터를 구동하는 모터 컨트롤러와, 상기 모터의 구동에 의해 회전동력을 전달받아 회전하는 프로펠러와, 각 구성에 동작 전원을 공급하는 전원수단이 탑재된 드론 프레임(10)을 포함하는 무인비행체의 AHRS 비행제어 장치에 있어서, 상기 드론 프레임(10)에 탑재되어, 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보를 산출하고, 산출한 현재 자세 정보를 기반으로 자세 제어 정보를 산출하는 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 및 상기 드론 프레임(10)에 탑재되어, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 USB-OTG 인터페이싱하여 데이터 송수신을 수행하는 인터페이스부(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치에 관한 것이다.

Description

모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치 {AHRS flight control device based on mobile platform}

본 발명은 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모바일 단말에 포함되어 있는 다양한 센서로부터 산출되는 데이터를 보완 융합하여 무인비행체(드론 등)에 탑재됨으로써 비행제어 장치로 활용되어 종래의 무인비행체의 물리적 구성의 복잡성을 줄이고 모바일 단말에서 이용할 수 있는 통신망을 통해서 무인비행체의 운영과 활용을 획기적으로 개선시킬 수 있는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치에 관한 것이다.

무인비행체(드론 등)는 한 개의 모터 또는 엔진을 이용하여 4방향의 로터 회전부(프로펠러 등)를 동시에 회전시키는 것이 일반적이다.

무인비행체가 원활한 비행을 제어하기 위한 핵심모듈로는 자세측정장치(AHRS, Attitude and Heading Reference System)와 비행제어장치(FC, Flight Controller)이며, 자세측정장치는 가속도계 센서(accelerometer), 자이로스코프(gyroscope), 자력 센서(magnetometer) 등을 이용하여, 무인비행체의 기체의 자세를 유지할 수 있는 3차원(6축 또는 9축) 자세 제어정보 데이터를 산출하고, 비행제어장치는 산출한 데이터를 통해서 무인비행체의 모터 컨트롤러의 추력 정보를 제어하여 무인비행체가 비행을 유지할 수 있도록 한다.

자세측정장치, 비행제어장치 외에도 무인비행체는 GPS, Barometer, 초음파 센서, 텔레메트리, RC수신기, 무선통신모듈 등의 장치들을 포함하여, 정보들을 융합 이용하여 기본적인 비행 유지 외에 장애물을 피하고, 안전하게 이/착륙을 수행하고, 이륙 지점으로 원점 복귀하거나, 원격제어의 기능을 구현하게 된다.

이러한 종래의 무인비행체의 구성은 상술한 다양한 장치/모듈들이 복합적으로 이루어지기 때문에, 물리적 구성의 복잡성은 피할 수 없는 문제점이며, 각각의 무인비행체가 이용하는 무선통신망이나, RC수신기를 통한 통신채널이 상이하게 구성될 수 있어, 다수의 무인비행체를 동시에 통합 관제/제어하는데 어려움이 있다.

이와 관련해서, 국내등록특허공보 제10-1436555호(“무인비행로봇의 인터넷 기반 원격제어 시스템”)에서는 무인비행로봇이 추종하는 가상점과 장애물 사이에 잠재함수를 사용하여 충돌을 회피하고, 인터넷 통신 환경에서 수반되는 패킷손실과 지연문제를 해결하여 안정적인 햅틱장치의 운용을 가능하게 함으로써, 무인비행로봇을 원격지에서도 제어할 수 있는 시스템을 개시하고 있다.

국내등록특허공보 제10-1436555호(등록일 2014.08.26.)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 모바일 단말에 포함되어 있는 다양한 센서로부터 산출되는 데이터를 보완 융합하여 무인비행체(드론 등)에 탑재됨으로써 비행제어 장치로 활용되어 종래의 무인비행체의 물리적 구성의 복잡성을 줄이고 모바일 단말에서 이용할 수 있는 통신망을 통해서 무인비행체의 운영과 활용을 획기적으로 개선하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는, 모터와, 상기 모터를 구동하는 모터 컨트롤러와, 상기 모터의 구동에 의해 회전동력을 전달받아 회전하는 프로펠러와, 각 구성에 동작 전원을 공급하는 전원수단이 탑재된 드론 프레임(10)을 포함하는 무인비행체의 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치에 있어서, 상기 드론 프레임(10)에 탑재되어, 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보를 산출하고, 산출한 현재 자세 정보를 기반으로 자세 제어 정보를 산출하는 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 및 상기 드론 프레임(10)에 탑재되어, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 USB-OTG 인터페이싱하여 데이터 송수신을 수행하는 인터페이스부(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 기구비된 센서들로부터 센싱된 정보들을 이용하여, 실시간으로 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 외부로부터 조종신호를 입력받아, 기설정되어 있는 알고리즘에 산출한 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 인터페이스부(200)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로부터 전달받은 상기 자세 제어 정보에 의해, PWM 제어 신호를 생성하여 상기 모터 컨트롤러의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호 및 현재 비행 자세정보를 저장하는 비행 정보 저장부(110), 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 통신 장애 유무를 판단하는 신호 판단부(120) 및 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 통신 장애가 있을 경우, 상기 비행 정보 저장부(110)에 저장된 비행경로 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하는 비상 비행부(130)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 기설정된 무선 통신망을 이용하여 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 네트워크 연결되어, 원거리에서 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 조종신호를 입력하는 원거리 관제수단(300)을 더 포함하여 구성되며, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 원거리 관제수단(300)과 상기 무선 통신망을 이용하여 데이터 송수신하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 모바일 단말로 구성되며, 기설정된 무선 통신망을 이용하여 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 네트워크 연결되어, 근거리에서 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 조종신호를 입력하는 근거리 관제수단(400)를 더 포함하여 구성되며, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 근거리 관제수단(400)과 상기 무선 통신망을 이용하여 데이터 송수신하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 인터페이스부(200)는 특정 센서 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 특정 센서 모듈로부터 센싱된 정보를 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 모바일 단말에 기본적으로 포함되어 있는 다양한 센서로부터 산출되는 데이터를 보완 융합하여 무인비행체(드론 등)에 탑재됨으로써, 비행제어 장치로 활용할 수 있는 장점이 있다.

이에 따라, 종래의 무인비행체의 물리적 구성의 복잡성을 줄이고 모바일 단말에서 이용할 수 있는 통신망을 통해서 무인비행체의 운영과 활용을 획기적으로 개선할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치의 모바일 단말 기반 비행제어부(100)의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치에서 모바일 단말 기반 비행제어부(100)를 통해서 산출되는 현재 자세 정보, 자세 제어 정보를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치의 비상시 비행이 일어나는 비상 비행 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치의 비상시 비행이 일어나는 비상 비행 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치의 원거리 관제수단(300) 또는 근거리 관제수단(400)에서의 무인비행체의 관제 예시 화면이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

일반적으로 무인비행체인 드론 등을 구성하기 위한 구성물들은 드론 프레임(기체), 모터와 모터 컨트롤러, 프로펠러, 배터리, 비행제어장치, GPS 수신기, Barometer, 초음파 센서, 텔레메트리 수단, RC 송/수신기, 통신모듈(CDMA, LTE 등), 카메라 모듈 등으로 구성되며, 무인비행체가 비행을 하기 위한 핵심모듈로는 자세측정장치(AHRS, Attitude and Heading Reference System)와 비행제어장치(FCC, Flight Control Computer)를 들 수 있다.

자세측정장치는 구비되어 있는 센서(가속도계, 자이로스코프, 자속계 등)들을 이용하여 드론 프레임의 자세를 유지할 수 있는 3차원 자세 제어 정보 데이터를 산출하고, 비행제어장치에서는 산출한 자세 제어 정보 데이터를 기반으로 무인비행체의 모터 컨트롤러에 추력 정보를 전달하여 무인비행체가 비행 상태를 유지할 수 있도록 한다.

그 외에 GPS, Barometer, 초음파 센서, 텔레메트리 수단, RC 송/수신기, 통신모듈 등의 장치들로부터 다양한 정보들을 전달받아, 기본적인 비행 상태 유지 외에 장애물을 피하거나, 안전하게 이/착륙을 하거나, 원격 제어 등의 기능을 구현하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 안드로이드 스마트폰과 같은 모바일 플랫폼을 이용하여 무인비행체인 드론 등을 구성하기 위한 핵심 모듈인 자세측정장치와 비행제어장치를 동시에 구현하여 드론을 구성하고 제어하는 장치에 관한 것이다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 무인비행체의 핵심 모듈인 자세측정장치와 비행제어장치를 모바일 단말 기반으로 동시 구현함으로써, 종래 무인비행체의 구성보다 물리적 구성의 복잡성을 감소시킬 수 있으며, 모바일 단말이 갖고 있는 다양한 이점을 통해서 무인비행체의 운영과 활용을 광범위하게 넓힐 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치를 나타낸 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치의 동작을 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치를 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는, 모터와, 상기 모터를 구동하는 모터 컨트롤러와, 상기 모터의 구동에 의해 회전동력을 전달받아 회전하는 프로펠러와, 각 구성에 동작 전원을 공급하는 전원수단이 탑재된 드론 프레임(10)을 포함하는 무인비행체의 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는, 상기 드론 프레임(10)에 탑재되는 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 및 인터페이스부(200)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 및 인터페이스부(200)를 통해서 무인비행체를 구성함으로써, 종래의 무인비행체에 비해 그 구성품의 개수를 획기적으로 줄일 수 있어 구성의 복잡성을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 드론 프레임(10)에 탑재되며, 상용되는 안드로이드 스마트폰에 AHRS 비행제어 장치에 적용시키기 위한 별도의 어플리케이션을 구동시켜 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)의 동작을 수행시킬 수 있다.

즉, 무인비행체를 구성하기 위한 별도의 특별한 스마트폰을 구비해야하는 것이 아니라, 사용자가 소지하고 있는 스마트폰에 특정 어플리케이션을 구동시켜, 상기 드론 프레임(10)에 탑재시킬 경우, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)의 동작을 수행시킬 수 있다.

상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 드론 프레임(10), 즉, 무인비행체의 기체의 현재 자세 정보를 산출할 수 있으며, 산출한 현재 자세 정보를 기반으로 자세 제어 정보를 산출할 수 있다.

상세하게는, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)의 특정 어플리케이션을 구동시켜 동작을 수행할 경우, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)에 이미 내장되어 있는 다양한 센서들(Accelerometer, Gyroscope, Magnetometer)을 이용하여, 센싱 정보를 전달받아 특정 어플리케이션에 의한 칼만필터, 상보필터 등을 이용하여 실시간으로 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보(Roll, Pitch, Yaw)를 산출할 수 있다.

종래에는 이러한 드론 프레임의 현재 자세 정보를 산출하기 위하여, 드론 프레임에 각각의 센서들을 탑재하고 있어야 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)를 통해서, 별도의 추가 구성 없이 내장되어 있는 다양한 센서들을 이용하여, 센싱 정보를 전달받아 실시간으로 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보를 산출할 수 있다.

또한, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 외부 관제수단(원거리 관제수단(300) 또는 근거리 관제수단(400))을 통해서 조종신호가 입력될 경우, 특정 어플리케이션에 의한 미리 설정되어 있는 알고리즘을 이용하여, 산출한 상기 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출할 수 있다.

즉, 외부로부터 상기 드론 프레임(10)의 원격 조종신호(Roll, Pitch, Yaw, Throttle 등)가 수신될 경우, 산출한 현재 자세 정보를 기반으로 이중 PID 또는 Loop 컨트롤 알고리즘을 적용시켜, 요구되는 원격 조종신호에 대응하는 각도의 자세 제어 정보를 실시간으로 산출할 수 있다.

이 때, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 이미 내장되어 있는 통신 모듈을 통해서 외부로부터 상기 드론 프레임(10)의 원격 조종신호를 수신받을 수 있다. 상세하게는, 블루투스, Wifi, LTE, 4G, 5G 등 다양한 통신모듈을 외부 관제수단의 형태에 따라서 선택적으로 이용할 수 있다.

이를 통해서, 통신간 데이터 안정성 및 해킹으로부터 안전한 장점이 있다.

즉, 다시 말하자면, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 이미 내장되어 있는 센서들을 이용하여 상기 현재 자세 정보, 상기 자세 제어 정보를 산출할 수 있으며, 이미 내장되어 있는 통신 모듈을 이용하여 외부 관제수단으로부터 원격 조종신호를 입력받을 수 있다. 또한, 상기 인터페이스부(200)와 USB-OTG 통신을 수행하여 상기 자세 제어 정보를 송신하거나, 다양한 센싱 정보를 수신받을 수도 있다. 이에 대해서 자세히 후술하도록 한다.

상기 인터페이스부(200)는 상기 드론 프레임(10)에 탑재되며, Micom 보드 형태로 구성되는 가장 바람직하다. 상기 인터페이스부(200)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 USB-OTG 인터페이싱하여 데이터 송수신을 수행할 수 있다.

상세하게는, 상기 인터페이스부(200)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로부터 USB-OTG 통신을 통해서 산출한 상기 자세 제어 정보를 전달받아, 전달받은 상기 자세 제어 정보를 기반으로 PWM 제어 신호를 생성하여 상기 모터 컨트롤러의 동작 상태를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 상기 인터페이스부(200)를 Micom 보드 형태로 구성함으로써, I/O를 이용하여 센서 허브 형태로 이용할 수 있어, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)에 이미 내장되어 있는 센서 외에 사용자의 요구에 따라 추가적으로 필요로 하는 센서들을 용이하게 구성하여 확장시킬 수 있다.

즉, 상기 인터페이스부(200)에 기체 제어정보와 기타 외부정보들을 센싱할 수 있는 센서들을 확장 I/O로 장착할 수 있어 다양한 센싱 정보를 획득할 수 있으며, 상기 인터페이스부(200)는 획득한 다양한 센싱 정보를 USB-OTG 통신을 통해서 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 전달하고 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 전달받은 다양한 센싱 정보들을 외부 관제수단으로 전달하여 용이하게 이용될 수 있다.

일 예를 들자면, 무인비행체가 이용되는 분야에 따라서, Co2 센서, 온/습도 센서, 연기감지센서, 방사능감지센서, 미세먼지감지센서, 유해가스감지센서 등을 확장 장착하여, 실제 사람이 정보 획득을 직접 수행하기 어려운 환경에 대한 다양한 센싱 정보를 획득할 수 있다.

또한, 무인비행체를 좀 더 안정적으로 비행시키기 위하여, 초음파센서, 적외선센서, 이미지센서 등을 확장 장착하여, 센싱 정보들을 기반으로 충돌방지 등 안정적으로 무인비행체를 구현하고 운영하기 위해 활용할 수도 있다.

특히, 이러한 상기 인터페이스부(200)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로부터 USB-OTG 통신을 통해서 상기 자세 제어 정보를 전달받아, 이를 기반으로 상기 모터 컨트롤러에 PWM 제어 신호를 생성하여 출력하고, 센서가 확장 장착될 경우, 센싱된 정보를 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 전달하게 된다. 무인비행체의 개발과 운영의 활용성을 고려할 경우, 비교적 단순한 동작을 수행하는 상기 인터페이스부(200)의 Micom 보드는 비교적 저렴한 오픈소스 플랫폼을 활용하여 구성되는 것이 바람직하다. 그렇지만, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 무인비행체가 이용되는 분야에 따라 다양하게 구성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치의 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 비행 정보 저장부(110), 신호 판단부(120) 및 비상 비행부(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 비행 정보 저장부(110)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호와 현재 비행 자세정보를 저장하는 구성으로, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호를 입력받아 기설정되어 있는 알고리즘을 이용하여 상기 드론 프레임(10)의 위치 및 고도를 계산하여 저장하는 것을 특징으로 한다. 상기 비행 정보 저장부(110)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받은 상, 하, 좌, 우와 같은 자세 정보 신호 및 GPS를 통하여 상기 드론 프레임(10)의 위치 및 고도를 파악할 수 있다.

상기 신호 판단부(120)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 주파수를 측정하여 통신 장애 유무를 판단한다.

상기 비상 비행부(130)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 통신장애가 있을 경우, 상기 비행 정보 저장부(110)에 저장된 비행경로 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하도록 한다.

상기 비행 정보 저장부(110)와 상기 신호 판단부(120) 및 상기 비상 비행부(130)를 통하여, 본 발명의 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 통신장애로 인하여 정확한 조종신호의 수신 오류가 발생한 경우, 상기 드론 프레임(10)의 비상 비행이 가능하도록 한다.

상세하게는, 상기 신호 판단부(120)에서 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 통신 장애가 판단된 경우, 상기 비행 정보 저장부(110)의 데이터가 상기 비상 비행부(130)에 전달되고, 상기 비상 비행부(130)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호 없이 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하여 상기 인터페이스부(200)에 데이터를 송신한다.

상기 드론 프레임(10)의 비상 비행은 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 통신장애로 인하여 정확한 조종신호의 수신 오류가 발생한 경우 외에도 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보의 산출신호를 상기 인터페이스부(200)로 송신할 때, 송신에 오류가 발생한 경우에도 가능할 수 있다.

도 6을 참조하여 상기 드론 프레임(10)의 비상 비행에 대해 더 자세히 살펴보면, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 무선제어 명령인 외부로부터 조종신호를 입력받으면, 상기 비행 정보 저장부(110)가 외부로부터 입력받은 신호를 상, 하, 좌, 우를 포함하는 제어명령과 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)에 내재된 GPS를 통해 기체정보를 저장하고, 제어명령 및 기체정보를 통해 상기 드론 프레임(10)의 위치 및 고도를 파악하게 된다.

이 때, 상기 신호 판단부(120)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 무선제어 명령인 외부로부터 입력받은 조종신호의 주파수를 측정하여 통신 신호의 이상이 있는지 판단한다. 상기 신호 판단부(120)는 도 6과 같이 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 무선제어 명령인 외부로부터 입력받은 조종신호가 50Hz 이상일 경우, 기설정되어 있는 알고리즘에 산출한 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하여 상기 인터페이스부(200)에 전달한다. 또한, 상기 신호 판단부(120)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 무선제어 명령인 외부로부터 입력받은 조종신호가 50Hz 미만일 경우, 즉시 상기 드론 프레임(10)이 고도 및 위치를 변경하지 않고, 제자리 비행을 하도록 호버링 신호를 생성하여 산출한 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하여 상기 인터페이스부(200)에 전달한다. 호버링 신호는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)에 기설정된 호버링 제어 알고리즘에 의해 생성될 수 있다.

이 때, 상기 드론 프레임(10)이 제자리 비행을 하는 동안 상기 신호 판단부(120)는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 무선제어 명령인 외부로부터 입력받은 조종신호의 주파수를 측정하여 통신 신호의 이상이 있는지를 지속적으로 판단하고, 통신이 복구되는 경우, 외부로부터 입력받아 기설정되어 있는 알고리즘에 산출한 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하여 상기 인터페이스부(200)에 전달한다.

또한, 통신 장애가 기설정된 호버링 제어 알고리즘에 지정된 시간 이상 지속될 경우, 상기 비상 비행부(130)는 상기 비행 정보 저장부(110)에 저장된 제어명령 및 기체정보를 통해 상기 드론 프레임(10)의 위치 및 고도 데이터로 상기 드론 프레임(10)의 복귀 명령을 생성하여 기설정되어 있는 알고리즘에 산출한 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하여 상기 인터페이스부(200)에 전달하여 상기 드론 프레임(10)을 복귀 시킬 수 있다. 이 때, 상기 비상 비행부(130)는 통신 장애가 발생한 경우 상기 드론 프레임(10)의 복귀 명령 외에도 착지 명령을 생성하여 기설정되어 있는 알고리즘에 산출한 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하여 상기 인터페이스부(200)에 전달하여 상기 드론 프레임(10)을 착지 시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 원거리 관제수단(300)과 근거리 관제수단(400)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 원거리 관제수단(300)과 근거리 관제수단(400)은 미리 설정되어 있는 어플리케이션을 통해서, 도 5와 같은 화면을 통해서 무인비행체의 관제를 수행할 수 있다.

상기 원거리 관제수단(300)과 근거리 관제수단(400)은 미리 설정된 무선 통신망을 이용하여 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 네트워크 연결되어 전달받은 데이터 송수신 결과에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 무인비행체의 배터리 잔량, 현재 자세 정보, 이동 경로 등의 정보를 실시간으로 확인할 수 있다.

상세하게는, 상기 원거리 관제수단(300)은 미리 설정된 무선 통신망을 이용하여 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 네트워크 연결될 수 있으며, 상기 원거리 관제수단(300)에 설정된 무선 통신망으로는 LTE, 4G, 5G 등으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 원거리 관제수단(300)은 무인비행체를 관제하기 위한 어플리케이션을 설치할 수 있는 단말기를 의미하며, 원거리에서 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 원격 조종신호를 입력할 수 있으며, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 원거리 관제수단(300)으로부터 상기 원격 조종신호를 입력받아, 상기 자세 제어 정보를 산출할 수 있다.

또한, 상기 원거리 관제수단(300)은 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로부터 무인비행체의 비행정보(기체 제어정보), 각종 센싱 정보들을 전달받아 용이하게 관제를 수행할 수 있다.

이 때, 원거리의 기준은 근거리 무선통신의 이용이 불가능한 거리를 의미한다.

상기 근거리 관제수단(400)은 상기 원거리 관제수단(300)과 마찬가지로 미리 설정된 무선 통신망을 이용하여 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 네트워크 연결될 수 있으나, 상기 근거리 관제수단(400)에 설정된 무선 통신망으로는 근거리 무선통신망인 Bluetooth, Wifi 등으로 설정하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 근거리 관제수단(400)은 관제 관리자가 직접 무인비행체를 직접 보면서 관제를 수행하는 것이 바람직하기 때문에, 모바일 단말로 구성되는 것이 가장 바람직하다.

상기 근거리 관제수단(400)은 근거리에서 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 원격 조종신호를 입력할 수 있으며, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 근거리 관제수단(400)으로부터 상기 원격 조종신호를 입력받아, 상기 자세 제어 정보를 산출할 수 있다.

또한, 상기 근거리 관제수단(400)은 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로부터 무인비행체의 비행정보(기체 제어정보), 각종 센싱 정보들을 전달받아 용이하게 관제를 수행할 수 있다.

이 때, 상기 원거리 관제수단(300)은 중앙 통합 관제 역할을 수행할 수 있어, 상기 근거리 관제수단(400)과 상기 원거리 관제수단(300)이 네트워크 연결될 수 있다. 즉, 상기 근거리 관제수단(400)에서 근거리 무선 통신망을 이용하여 현장에서 상기 무인비행체를 관제하는 동시에, 일반 이동통신 통신망을 이용하여 상기 원거리 관제수단(300)과 네트워크 연결되어 상기 원거리 관제수단(300)이 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)를 통해서 수신받는 정보와는 별도로 무인비행체의 정보를 전송할 수도 있다.

이를 통해서 원거리 중앙 관제의 정확도를 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)에 이미 내장되어 있는 GPS를 이용하여 상기 무인비행체(100)의 위치를 추적하거나, 이미 내장되어 있는 카메라 모듈을 이용하여 상기 무인비행체(100) 주변 영상 정보를 획득할 수도 있다.

이와 같이, 기본의 무인비행체의 경우, 하나하나 요구되는 모든 구성을 상기 드론 프레임(10)에 직접 탑재시켜야 하나, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)를 통해서, 이미 내장되어 있는 다양한 모듈들을 이용하여 무인비행체를 단순히 구성할 수 있으며, 무인비행체의 개발과 운영의 활용성을 효과적으로 높일 수 있다.

즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 및 인터페이스부(200)를 통해서 무인비행체를 구성함으로써, 종래의 무인비행체에 비해 그 구성품의 개수를 획기적으로 줄일 수 있어 구성의 복잡성을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 상기 드론 프레임에 탑재되어, 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보를 산출할 때, 상기 드론 프레임(10)의 움직임에 의한 진동으로 인하여 부정확한 정보를 산출하는 것을 방지하도록 상기 드론 프레임(10)과 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 사이에 완충 구조물 구성을 추가화여, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 보다 정확한 정보를 산출할 수 있도록 구조적 구성이 추가될 수 있다. 일 예로, 상기 드론 프레임(10)과 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 사이에 고무와 같이 탄성력이 있는 재질의 완충재가 설치되어, 상기 드론 프레임(10)에서 발생하는 진동이 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 전달되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 상기 드론 프레임(10)의 전원수단과 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)의 전원수단이 전원을 공유할 수 있도록 연결될 수 있다. 이 때, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 인터페이스부(200)와 USB-OTG 통신 연결되는 포트와 상기 드론 프레임(10)의 전원수단과 전원을 공유할 수 있도록 연결되는 포트 두 가지의 포트가 연결될 수 있도록 멀티 USB 커넥터와 연결될 수 있다. 이를 통해, 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는 상기 드론 프레임(10) 또는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 중 어느 하나의 전원만으로도 상기 드론 프레임(10)의 비행이 가능하여, 상기 드론 프레임(10) 또는 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100) 중 어느 하나의 전원 부족으로 상기 드론 프레임(10)의 제어가 불가능해지는 상황을 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 모바일 단말 기반 비행제어부
110 : 비행 정보 저장부
120 : 신호 판단부
130 : 비상 비행부
200 : 인터페이스부
300 : 원거리 관제수단
400 : 근거리 관제수단

Claims (8)

1. 모터와, 상기 모터를 구동하는 모터 컨트롤러와, 상기 모터의 구동에 의해 회전동력을 전달받아 회전하는 프로펠러와, 각 구성에 동작 전원을 공급하는 전원수단이 탑재된 드론 프레임(10)을 포함하는 무인비행체의 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치에 있어서,
   상기 드론 프레임(10)에 탑재되어, 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보를 산출하고, 산출한 현재 자세 정보를 기반으로 자세 제어 정보를 산출하는 모바일 단말 기반 비행제어부(100); 및
   상기 드론 프레임(10)에 탑재되어, 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 USB-OTG 인터페이싱하여 데이터 송수신을 수행하는 인터페이스부(200);를 포함하고,
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 외부로부터 조종신호를 입력받아, 기설정되어 있는 알고리즘에 산출한 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 전보를 산출할 수 있고,
   외부로부터 입력받는 조종신호의 통신 장애가 판단될 경우, 외부로부터 입력받은 조종신호 없이 상기 드론 프레임(10)의 위치 및 고도 데이터로 상기 드론 프레임(10)의 복귀 명령을 생성하여 기설정되어 있는 알고리즘에 산출한 현재 자세 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하고 상기 인터페이스부(200)에 전달하여 상기 드론 프레임(10)을 복귀 또는 착지 시키는 것을 특징으로 하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는
   기구비된 센서들로부터 센싱된 정보들을 이용하여, 실시간으로 상기 드론 프레임(10)의 현재 자세 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 인터페이스부(200)는
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로부터 전달받은 상기 자세 제어 정보에 의해, PWM 제어 신호를 생성하여 상기 모터 컨트롤러의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호 및 현재 비행 자세정보를 저장하는 비행 정보 저장부(110);
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 통신 장애 유무를 판단하는 신호 판단부(120); 및
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)가 외부로부터 입력받는 조종신호의 통신 장애가 있을 경우, 상기 비행 정보 저장부(110)에 저장된 비행경로 정보를 적용시켜 상기 드론 프레임(10)의 자세 제어 정보를 산출하는 비상 비행부(130);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는
   기설정된 무선 통신망을 이용하여 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 네트워크 연결되어, 원거리에서 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 조종신호를 입력하는 원거리 관제수단(300);
   을 더 포함하여 구성되며,
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 원거리 관제수단(300)과 상기 무선 통신망을 이용하여 데이터 송수신하는 것을 특징으로 하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치는
   모바일 단말로 구성되며, 기설정된 무선 통신망을 이용하여 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)와 네트워크 연결되어, 근거리에서 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 조종신호를 입력하는 근거리 관제수단(400);
   를 더 포함하여 구성되며,
   상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)는 상기 근거리 관제수단(400)과 상기 무선 통신망을 이용하여 데이터 송수신하는 것을 특징으로 하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 인터페이스부(200)는
   특정 센서 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며,
   상기 특정 센서 모듈로부터 센싱된 정보를 상기 모바일 단말 기반 비행제어부(100)로 전달하는 것을 특징으로 하는 모바일 플랫폼 기반 AHRS 비행제어 장치.
   

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