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KR101972266B1 - Control method of dual mode unmanned aerial vehicle - Google Patents

Control method of dual mode unmanned aerial vehicle Download PDF

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Publication number
KR101972266B1
KR101972266B1 KR1020180064756A KR20180064756A KR101972266B1 KR 101972266 B1 KR101972266 B1 KR 101972266B1 KR 1020180064756 A KR1020180064756 A KR 1020180064756A KR 20180064756 A KR20180064756 A KR 20180064756A KR 101972266 B1 KR101972266 B1 KR 101972266B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dual mode
mode uav
uav
dual
target position
Prior art date
Application number
KR1020180064756A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
금동석
우상범
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020180064756A priority Critical patent/KR101972266B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101972266B1 publication Critical patent/KR101972266B1/en

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02Control of position or course in two dimensions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 지면 상에서 주행 가능한 주행 모드 또는 상공에서 비행 가능한 비행 모드로 이동 가능한 듀얼 모드 무인기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향 속력을 감소시키지 않은 채로, 상기 듀얼 모드 무인기를 이착륙시키는 단계를 포함할 수 있다.A dual mode UAV control method according to an exemplary embodiment of the present invention is a method for controlling a dual mode UAV that can be moved from a traveling mode in which the vehicle can travel on the ground or a flight mode in which the vehicle can fly in a flight mode from above, And unloading the dual-mode UAV.

Description

듀얼 모드 무인기의 제어 방법{CONTROL METHOD OF DUAL MODE UNMANNED AERIAL VEHICLE}{CONTROL METHOD OF DUAL MODE UNMANNED AERIAL VEHICLE}

아래의 설명은 듀얼 모드 무인기의 제어 방법에 관한 것이다.The following description relates to a control method of a dual mode UAV.

무인 이동 로봇은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 건물의 부분적 붕괴 상황, 처음 들어가보는 자연물의 탐사, 혹은 분쟁 지역의 시가지 상황 관찰 등 인간이 직접 진입하기 위험한 곳에 무인 이동 로봇을 먼저 보내는 것이 선호된다. 이러한 상황에서는 로봇의 주행이 효율적인 평지 지형과, 로봇의 비행이 효율적인 입체 지형이 각각 국지적으로 나타난다. 따라서, 주행이 가능한 차량 형태와, 호버링이 가능한 비행 형태의 전환이 가능한 로봇이 탐사 임무에 적합하다.Unmanned mobile robots are used in various fields. For example, it is preferable to send an unmanned mobile robot to a dangerous place such as a partial collapse of a building, an exploration of a natural object for the first time, or a city situation in a conflict area. In such a situation, the flat landform where the robot travels efficiently and the three-dimensional terrain where the robot is flying efficiently appear locally. Therefore, a robot that can switch between a vehicle type that can travel and a flight type that can hover is suitable for exploration mission.

차량 형태와 비행 형태의 전환이 가능한 로봇 중 대표적인 예로 듀얼 모드 무인기가 있다. 듀얼 모드 무인기는 지면 상에서 주행 가능한 주행 모드 또는 상공에서 비행 가능한 비행 모드로 이동 가능하다.A typical example of a robot capable of switching between vehicle mode and flight mode is a dual mode UAV. The dual-mode UAV can be moved to a traveling mode that can run on the ground or to a flight mode that can fly from above.

도 1은 종래 듀얼 모드 무인기가 주행 모드 및 비행 모드로 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 개략도이다.1 is a schematic view schematically showing a conventional dual mode UAV moving into a traveling mode and a flight mode.

도 1을 참조하면, 듀얼 모드 무인기는 정지된(v=0) 상태에서 가속되어 주행 모드로 이동한다. 기존 듀얼 모드 무인기는 이륙을 위해 정지될 필요가 있었다. 기존 듀얼 모드 무인기는 이륙하고자 할 경우, 점차 수평 방향의 속력이 감속되어 목표 지점에서 정지하고, 그 후에 수직 방향으로 이륙한다. 상공에 위치한 듀얼 모드 무인기는 수평 방향의 추력을 다시 생성하여 진행 방향으로 이동한다. 예를 들어, 상공에 위치한 듀얼 모드 무인기는 전방으로 기울어져 수평 방향의 추력을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 1, the dual mode UAV is accelerated in the stopped (v = 0) state to move to the running mode. The existing dual-mode UAV needed to be stopped for takeoff. When a conventional dual mode UAV is intended to take off, the speed in the horizontal direction is gradually decelerated to stop at the target point, and then take off in the vertical direction. The dual-mode UAV, which is located in the sky above, regenerates the horizontal thrust and moves in the direction of travel. For example, a dual-mode UAV that is located in the sky can be tilted forward to generate a horizontal thrust.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The background art described above is possessed or acquired by the inventor in the derivation process of the present invention, and can not be said to be a known art disclosed in general public before application of the present invention.

일 실시 예의 목적은, 빠르고 유연한 모드 전환을 위한 듀얼 모드 무인기의 제어 방법을 제공하는 것이다.It is an object of one embodiment to provide a control method of a dual mode UAV for fast and flexible mode switching.

일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 지면 상에서 주행 가능한 주행 모드 또는 상공에서 비행 가능한 비행 모드로 이동 가능한 듀얼 모드 무인기를 제어 가능하고, 상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 운동량을 가진 채로, 상기 듀얼 모드 무인기를 이륙시키도록 수직 방향의 추력을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.A dual-mode UAV control method according to an embodiment of the present invention is a method for controlling a dual-mode UAV that can be moved in a traveling mode in which the vehicle can travel on the ground or in a flight mode in which the vehicle can fly in the air, And generating a vertical thrust force to take off the dual mode UAV.

상기 듀얼 모드 무인기 제어 방법은 상기 듀얼 모드 무인기의 현재 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The dual mode UAV control method may further include measuring a horizontal distance between a current position and a target position of the dual mode UAV.

상기 현재 위치 및 목표 위치에서, 상기 듀얼 모드 무인기가 지면과 평행하게 이동할 수 있다.At the current position and the target position, the dual mode UAV can move parallel to the ground.

상기 현재 위치 및 목표 위치 사이에서, 상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 속력은 일정하게 유지될 수 있다.Between the current position and the target position, the horizontal speed of the dual mode UAV can be kept constant.

상기 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 상기 듀얼 모드 무인기에 허용 가능한 연직 방향의 추력과 수평 방향의 속도에 기초하여, 목표 위치의 고도에 설정 시간 내에 도달할 수 있도록 상기 듀얼 모드 무인기를 이륙시킬 수 있다.The dual mode UAV control method can take off the dual mode UAV so that the altitude of the target position can be reached within a set time based on the vertical direction thrust force and the horizontal direction speed acceptable to the dual mode UAV.

상기 듀얼 모드 무인기를 이륙시키기 위한 수직 방향의 추력은, 아래의 수학식에 따라 결정될 수 있다.The thrust in the vertical direction for taking off the dual mode UAV can be determined according to the following equation.

<수학식>&Lt; Equation &

Figure 112018055240021-pat00001
Figure 112018055240021-pat00001

(여기서, F는 수직 방향의 추력,

Figure 112018055240021-pat00002
는 처음 위치 및 목표 위치 간의 연직 변위,
Figure 112018055240021-pat00003
는 처음 위치에서 수평 방향의 속력, S는 처음 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리, m은 듀얼 모드 무인기의 질량)(Where F is the thrust in the vertical direction,
Figure 112018055240021-pat00002
The vertical displacement between the initial position and the target position,
Figure 112018055240021-pat00003
S is the horizontal distance between the initial position and the target position, and m is the mass of the dual mode UAV)

일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 운동량을 가진 채로, 상기 듀얼 모드 무인기를 착륙시키도록 수직 방향의 추력을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The dual mode UAV control method according to an embodiment may include generating a vertical direction thrust force to land the dual mode UAV with the horizontal direction momentum of the dual mode UAV.

상기 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 상기 듀얼 모드 무인기의 바퀴가 비행 방향과 나란하도록, 상기 듀얼 모드 무인기의 자세를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.The dual mode UAV control method may further include controlling the attitude of the dual mode UAV so that the wheels of the dual mode UAV are parallel to the flight direction.

상기 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 상기 듀얼 모드 무인기의 현재 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The dual mode UAV control method may further include measuring a horizontal distance between a current position and a target position of the dual mode UAV.

상기 현재 위치 및 목표 위치에서, 상기 듀얼 모드 무인기가 지면과 평행하게 이동할 수 있다.At the current position and the target position, the dual mode UAV can move parallel to the ground.

상기 현재 위치 및 목표 위치 사이에서, 상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 속력은 일정하게 유지될 수 있다.Between the current position and the target position, the horizontal speed of the dual mode UAV can be kept constant.

상기 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 상기 듀얼 모드 무인기에 허용 가능한 연직 방향의 추력과 수평 방향의 속도에 기초하여, 목표 위치의 고도에 설정 시간 내에 도달할 수 있도록 상기 듀얼 모드 무인기를 착륙시킬 수 있다.The dual mode UAV control method may land the dual mode UAV so that the altitude of the target position can be reached within a set time based on the vertical direction thrust force and the horizontal direction speed acceptable to the dual mode UAV.

상기 듀얼 모드 무인기를 착륙시키기 위한 수직 방향의 추력은, 아래의 수학식에 따라 결정될 수 있다.The thrust in the vertical direction for landing the dual mode UAV can be determined according to the following equation.

<수학식>&Lt; Equation &

Figure 112018055240021-pat00004
Figure 112018055240021-pat00004

(여기서, F는 수직 방향의 추력,

Figure 112018055240021-pat00005
는 처음 위치 및 목표 위치 간의 연직 변위,
Figure 112018055240021-pat00006
는 처음 위치에서 수평 방향의 속력, S는 처음 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리, m은 듀얼 모드 무인기의 질량)(Where F is the thrust in the vertical direction,
Figure 112018055240021-pat00005
The vertical displacement between the initial position and the target position,
Figure 112018055240021-pat00006
S is the horizontal distance between the initial position and the target position, and m is the mass of the dual mode UAV)

일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기의 제어 방법은, 비행 모드와 주행 모드의 자연스러운 전환을 구현한다.The dual-mode UAV control method according to an exemplary embodiment realizes natural switching between the flight mode and the driving mode.

일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기의 제어 방법은 임무 수행 속도를 향상시킬 수 있다. 무인기는 진행 속도를 줄이지 않으면서 동시에 비행 모드를 가동하라 수 있으므로, 목표 지점까지 도달하는 시간이 단축될 수 있다.The control method of the dual mode UAV according to the embodiment can improve the mission performance speed. Since the UAV can operate the flight mode at the same time without reducing the traveling speed, the time to reach the target point can be shortened.

일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기의 제어 방법은 전력 소모를 감소시켜, 배터리 가용 시간을 증가시킬 수 있다. 듀얼 모드 무인기는 주행 모드에서 비행 모드로 전환 시 주행을 멈출 필요가 없으며, 공중에서 재가속을 하지 않아도 된다.The control method of the dual mode UAV according to the embodiment can reduce the power consumption and increase the battery usable time. Dual-mode UAVs do not have to stop driving when switching from driving mode to flight mode, and do not have to re-engage in the air.

일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기의 제어 방법은 하드웨어 설계의 변경을 요구하지 않으므로, 기계 설계상 간편하다. 일 실시 예에 따른 제어 방법을 적용하기 위해서는 필요 출력을 계산하기 위한 소형 컴퓨터의 부착만이 요구되므로, 별다른 기계적 설계 변경을 요구하지 않는다. 예를 들어, 마이컴 등의 소형 연산 장치가 이미 탑재되어 있는 경우, 소프트웨어의 변경만이 요구될 뿐, 어떠한 기계적 장치가 요구되지 않으므로, 무인기의 무게를 증가시키지 않는다.The control method of the dual mode UAV according to the embodiment does not require a change of the hardware design, so that it is simple in mechanical design. In order to apply the control method according to an embodiment, only the attachment of a small computer for calculating the required output is required, so that no special mechanical design change is required. For example, when a microcomputer such as a microcomputer is already mounted, only the change of the software is required, and since no mechanical device is required, the weight of the UAV is not increased.

도 1은 듀얼 모드 무인기가 주행 모드 및 비행 모드로 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 개략도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법에 의해 제어되는 듀얼 모드 무인기가 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 개략도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법에 의해 제어되는 듀얼 모드 무인기가 이륙하는 모습을 개략적으도 도시하는 개략도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법에 의해 제어되는 듀얼 모드 무인기가 착륙하는 모습을 개략적으도 도시하는 개략도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기가 비행하는 동안, 자세가 제어되는 모습을 도시하는 평면도이다.
1 is a schematic view schematically showing a dual mode UAV moving into a traveling mode and a flight mode.
FIG. 2 is a schematic view schematically showing a dual-mode UAV controlled by a dual-mode UAV control method according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a state in which a dual-mode UAV controlled by a dual-mode UAV according to an exemplary embodiment takes off.
FIG. 4 is a schematic view schematically showing a dual-mode UAV controlled by a dual-mode UAV control method according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a plan view showing a state in which the posture is controlled while the dual mode UAV according to the embodiment is in flight.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the best of an understanding clear.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be " connected, " " coupled, " or " connected. &Quot;

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The components included in any one embodiment and the components including common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, the description of any one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description thereof will be omitted in the overlapping scope.

도 2는 일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법에 의해 제어되는 듀얼 모드 무인기가 이동하는 모습을 개략적으로 도시하는 개략도이다.FIG. 2 is a schematic view schematically showing a dual-mode UAV controlled by a dual-mode UAV control method according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 듀얼 모드 무인기의 수평 방향 속력을 감소시키지 않은 채로, 듀얼 모드 무인기를 이착륙시키도록 수직 방향의 추력을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2는 듀얼 모드 무인기가 수평 방향 속력을 감소시키지 않은 채로 이륙되는 모습을 도시하고, 후술하는 도 4는 듀얼 모드 무인기가 수평 방향 속력을 감소시키지 않은 채로 착륙하는 모습을 도시한다.Referring to FIG. 2, a dual mode UAV control method may include generating a vertical direction thrust force to take off and land the dual mode UAV, without reducing the horizontal speed of the dual mode UAV. For example, FIG. 2 illustrates a dual-mode UAV taking off without reducing the horizontal speed, and FIG. 4 described below shows a dual-mode UAV landing without reducing the horizontal speed.

듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 무인기를 주행 모드에서 비행 모드로 전환하고자 할 때, 수평 방향의 속력을 낮추지 않고 주행과 동시에 수직 방향의 추력을 생성하는 로터를 가동시켜 무인기를 이륙시킬 수 있다. 무인기는 수평 방향의 운동량을 그대로 유지한 채 이륙할 수 있다. 예를 들어, 이륙 직전의 무인기의 수평 방향 속력은 목표 지점에서의 수평 방향 속력과 대략 동일할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 무인기의 이륙 시 필요한 전력 소모를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 임무 수행 시간을 크게 단축시킬 수 있다.In the dual mode UAV control method, when the UAV is to be switched from the running mode to the flight mode, the UAV can be taken off by operating a rotor that generates vertical thrust simultaneously with driving without lowering the speed in the horizontal direction. The UAV can take off while maintaining the momentum in the horizontal direction. For example, the horizontal speed of the UAV prior to takeoff may be approximately the same as the horizontal speed at the target point. In this way, it is possible not only to reduce the power consumption required for taking off the UAV, but also to shorten the mission execution time.

도 3은 일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법에 의해 제어되는 듀얼 모드 무인기가 이륙하는 모습을 개략적으도 도시하는 개략도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기 제어 방법에 의해 제어되는 듀얼 모드 무인기가 착륙하는 모습을 개략적으도 도시하는 개략도이다.FIG. 3 is a schematic view illustrating a dual-mode UAV controlled by a dual-mode UAV control method according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling a dual- FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a dual-mode UAV landing. FIG.

듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 듀얼 모드 무인기의 현재 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 현재 위치는 도 3을 기준으로 듀얼 모드 무인기가 도시된 위치일 수 있다. 목표 위치는 듀얼 모드 무인기가 도달하고자 하는 위치일 수 있다. 예를 들어, 목표 위치는 듀얼 모드 무인기의 전방에 배치된 장애물의 위쪽의 임의의 지점일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 목표 위치는 장애물이 없는 지점의 위쪽의 임의의 지점일 수 있다. 또한, 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 예를 들어, 현재 위치 및 목표 위치에서 듀얼 모드 무인기가 지면과 평행하게 이동하도록, 수직 방향의 추력을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 현재 위치 및 목표 위치 사이에서 듀얼 모드 무인기의 속력은 일정하게 유지될 수 있다.The dual mode UAV control method may include the step of measuring the horizontal distance between the current position and the target position of the dual mode UAV. Here, the current position may be a position where the dual mode UAV is shown based on FIG. The target position may be a position to which the dual mode UAV wants to reach. For example, the target position may be any point above the obstacle disposed in front of the dual mode UAV, but is not limited thereto. For example, the target position may be any point above the point where there is no obstacle. In addition, the dual-mode UAV control method may further include generating a vertical thrust force, for example, so that the dual-mode UAV moves in parallel with the ground at the current position and the target position. For example, the speed of the dual mode UAV can be kept constant between the current position and the target position.

듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 다항 궤적 계획법을 통해, 목표 위치에서의 고도(이하, 목표 높이라고 함), 초기 속도 및 최종 속도 데이터를 만족하는 경로를 설정하고, 이를 수직 방향의 추력에 반영할 수 있다. 여기서, 목표 높이는 장애물의 높이(h0)와 안전 높이(hm)의 합일 수 있다. 다항 궤적 계획법은 3차, 4차 또는 5차 다항 궤적법 등이 사용될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, 듀얼 모드 무인기 제어 방법이 3차 다항 궤적 계획법을 통해 제어하는 것을 기준으로 설명하나, 이에 제한되지 않음을 밝혀 둔다.In the dual mode UAV control method, a path satisfying an altitude (hereinafter referred to as a target height), an initial velocity and a final velocity data at a target position is set through a polynomial trajectory planning method and reflected in a vertical direction thrust have. Here, the target height may be the sum of the height h0 of the obstacle and the safety height hm. The polynomial trajectory planning method can be a third, fourth, or fifth order polynomial trajectory method. Hereinafter, for convenience of explanation, it is explained that the dual-mode UAV control method is controlled through the third-order polynomial trajectory planning method, but it is not limited thereto.

듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 듀얼 모드 무인기에 허용 가능한 연직 방향의 추력과 수평 방향의 속도에 기초하여 목표 위치의 고도에 설정 시간 이내에 도달할 수 있도록 듀얼 모드 무인기를 이륙시킬 수 있다. 예를 들어, 허용 가능한 연직 방향의 추력이란, 추력을 생성하는 날개를 구동하는 모터의 최대 출력에서 생성되는 추력을 의미할 수 있다. 예를 들어, 설정 시간이란, 듀얼 모드 무인기의 현재 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리를 현재 수평 방향의 속도로 나눈 값일 수 있다.The dual mode UAV control method can take off the dual mode UAV so that the altitude of the target position can be reached within the set time based on the permissible vertical direction thrust and the horizontal direction speed for the dual mode UAV. For example, an allowable vertical direction thrust force may mean a thrust generated at a maximum output of a motor that drives a wing generating thrust. For example, the set time may be a value obtained by dividing the horizontal distance between the current position and the target position of the dual mode UAV by the current horizontal speed.

예를 들어, 듀얼 모드 무인기의 수평 방향 속력을 감소시키지 않은 채로, 상기 듀얼 모드 무인기를 이륙시키도록 생성된 수직 방향의 추력은 아래의 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. For example, without reducing the horizontal speed of the dual mode UAV, the vertical direction thrust generated to take off the dual mode UAV can be determined according to the following equation (1).

<수학식 1>&Quot; (1) &quot;

Figure 112018055240021-pat00007
Figure 112018055240021-pat00007

(여기서, F는 수직 방향의 추력,

Figure 112018055240021-pat00008
는 처음 위치 및 목표 위치 간의 연직 변위,
Figure 112018055240021-pat00009
는 처음 위치에서 수평 방향의 속력, S는 처음 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리, m은 듀얼 모드 무인기의 질량)(Where F is the thrust in the vertical direction,
Figure 112018055240021-pat00008
The vertical displacement between the initial position and the target position,
Figure 112018055240021-pat00009
S is the horizontal distance between the initial position and the target position, and m is the mass of the dual mode UAV)

듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 현재 위치 및 목표 위치 사이에서 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 속력을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 현재 위치 및 목표 위치에서, 듀얼 모드 무인기는 지면과 평행하게 이동할 수 있다.The dual mode UAV control method can maintain the horizontal speed of the dual mode UAV constant between the current position and the target position. Further, at the current position and the target position, the dual mode UAV can move parallel to the ground.

이륙 시를 기준으로, 현재 위치에서의 높이는 0이고, 현재 위치 및 목표 위치 각각에서 듀얼 모드 무인기의 수직 방향의 속력은 0일 수 있다. 이와 같은 정보를 3차 다항 궤적법에 대입할 경우, 상기 수학식이 도출될 수 있다.Based on the take-off time, the height at the current position is 0, and the velocity in the vertical direction of the dual mode UAV at each of the current position and the target position may be zero. When such information is substituted into the third polynomial locus method, the above equation can be derived.

한편, 듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 듀얼 모드 무인기에 허용 가능한 연직 방향의 추력과 수평 방향의 속도에 기초하여, 목표 위치의 고도에 설정 시간 내에 도달할 수 있도록 듀얼 모드 무인기를 착륙시킬 수 있다. On the other hand, the dual-mode UAV control method can land the dual-mode UAV so that the altitude of the target position can be reached within the set time based on the vertical direction thrust and the horizontal direction speed acceptable to the dual-mode UAV.

예를 들어, 듀얼 모드 무인기의 수평 방향 속력을 감소시키지 않은 채로, 상기 듀얼 모드 무인기를 착륙시키도록 생성된 수직 방향의 추력은 아래의 수학식에 따라 결정될 수 있다.For example, without decreasing the horizontal speed of the dual mode UAV, the vertical direction thrust generated to land the dual mode UAV can be determined according to the following equation.

<수학식 2>&Quot; (2) &quot;

Figure 112018055240021-pat00010
Figure 112018055240021-pat00010

도 5는 일 실시 예에 따른 듀얼 모드 무인기가 비행하는 동안, 자세가 제어되는 모습을 도시하는 평면도이다.5 is a plan view showing a state in which the posture is controlled while the dual mode UAV according to the embodiment is in flight.

도 5를 참조하면, 듀얼 모드 무인기(1)는 바디(10), 복수 개의 날개(11) 및 바퀴(12)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the dual mode UAV 1 may include a body 10, a plurality of blades 11, and a wheel 12.

바디(10)는 복수 개의 날개(11), 바퀴(12) 및 제어부(미도시)를 지지할 수 있다. 바디(10)는 예를 들어 평평한 플레이트 형상일 수 있다.The body 10 may support a plurality of vanes 11, wheels 12, and a control unit (not shown). The body 10 may be, for example, in the form of a flat plate.

복수 개의 날개(11)는 듀얼 모드 무인기(1)가 비행 모드로 이동하기 위해 필요한 추력을 생성할 수 있다.The plurality of vanes 11 can generate the thrust required for the dual mode UAV 1 to travel in the flight mode.

바퀴(12)는 듀얼 모드 무인기(1)가 주행 모드로 이동하기 위해 필요한 추력을 생성할 수 있다.The wheels 12 can generate the thrust necessary for the dual mode UAV 1 to move to the running mode.

듀얼 모드 무인기 제어 방법은, 듀얼 모드 무인기(1)의 바퀴가 비행 방향과 나란하도록, 듀얼 모드 무인기(1)의 자세를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 듀얼 모드 무인기(1)가 비행하는 동안, 듀얼 모드 무인기(1)의 비행 방향은 바퀴(12)의 방향과 어긋나 있을 수 있다(도 5의 왼쪽 참조). 듀얼 모드 제어부(미도시)는 듀얼 모드 무인기(1)가 착륙을 시작하기 전에, 듀얼 모드 무인기(1)의 바퀴가 비행 방향과 나란하도록, 듀얼 모드 무인기(1)의 자세를 제어할 수 있다.The dual mode UAV control method may further include a step of controlling an attitude of the dual mode UAV 1 such that the wheels of the dual mode UAV 1 are parallel to the flight direction. For example, while the dual mode UAV 1 is flying, the direction of flight of the dual mode UAV 1 may be offset from the direction of the wheel 12 (see left side of FIG. 5). The dual mode control unit (not shown) can control the attitude of the dual mode UAV 1 so that the wheels of the dual mode UAV 1 are aligned with the flight direction before the dual mode UAV 1 starts landing.

제어부(미도시)는 듀얼 모드 무인기(1)의 자세를 감지할 수 있다. 듀얼 모드 무인기(1)의 자세 감지는 통상의 기술자에게 잘 알려진 공지 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 듀얼 모드 무인기(1)에는 IMU 센서 등이 구비될 수 있고, 제어부는 IMU 센서로부터 신호를 감지하여 듀얼 모드 무인기(1)의 자세를 감지할 수 있다.A control unit (not shown) can sense the posture of the dual mode UAV. The attitude detection of the dual mode UAV 1 can be performed using known techniques well known to those of ordinary skill in the art. For example, the dual mode UAV 1 may be equipped with an IMU sensor or the like, and the control unit may sense a signal from the IMU sensor to sense the posture of the dual mode UAV.

제어부(미도시)는 듀얼 모드 무인기(1)의 자세를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 복수 개의 날개(11) 각각의 회전 속도를 달리 제어하여, 듀얼 모드 무인기(1)의 자세를 변경시킬 수 있다. 제어부는 듀얼 모드 무인기(1)의 바퀴(12)가 비행 방향과 나란하도록 자세 제어한 뒤, 듀얼 모드 무인기(1)의 착륙을 시작할 수 있다.A control unit (not shown) can control the posture of the dual mode UAV. For example, the control unit may control the rotation speed of each of the plurality of vanes 11 to change the attitude of the dual mode UAV. The control unit can start the landing of the dual mode UAV after the attitude of the wheels 12 of the dual mode UAV 1 is aligned with the flight direction.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. For example, it is contemplated that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described structures, devices, and the like may be combined or combined in other ways than the described methods, Appropriate results can be achieved even if they are replaced or replaced.

Claims (13)

지면 상에서 주행 가능한 주행 모드 또는 상공에서 비행 가능한 비행 모드로 이동 가능한 듀얼 모드 무인기를 제어하는 방법에 있어서,
상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 운동량을 가진 채로, 상기 듀얼 모드 무인기를 이륙시키도록 수직 방향의 추력을 생성하는 단계;
상기 듀얼 모드 무인기의 현재 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리를 측정하는 단계;
상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 속력 및 상기 수평 거리에 기초하여 상기 듀얼 모드 무인기를 이륙시키기 위한 추력을 결정하는 단계;
상기 듀얼 모드 무인기의 자세를 감지하는 단계; 및
상기 듀얼 모드 무인기의 바퀴가 비행 방향과 나란하도록 상기 듀얼 모드 무인기의 자세를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 현재 위치 및 목표 위치에서, 상기 듀얼 모드 무인기가 지면과 평행하게 이동하고,
상기 현재 위치 및 목표 위치 사이에서, 상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 속력은 일정하게 유지되고,
상기 듀얼 모드 무인기를 이륙시키기 위한 수직 방향의 추력은, 아래의 수학식 1에 따라 결정되는 듀얼 모드 무인기 제어 방법.
<수학식 1>
Figure 112019003808171-pat00022

(여기서, F는 수직 방향의 추력,
Figure 112019003808171-pat00023
는 처음 위치 및 목표 위치 간의 연직 변위,
Figure 112019003808171-pat00024
는 처음 위치에서 수평 방향의 속력, S는 처음 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리, m은 듀얼 모드 무인기의 질량)
A method of controlling a dual mode UAV that can be moved from a traveling mode capable of traveling on the ground to a flight mode capable of flying from above,
Generating a vertical thrust force to take off the dual mode UAV while maintaining the horizontal momentum of the dual mode UAV;
Measuring a horizontal distance between a current position and a target position of the dual mode UAV;
Determining a thrust for taking off the dual mode UAV based on the horizontal speed of the dual mode UAV and the horizontal distance;
Sensing a posture of the dual mode UAV; And
And controlling the attitude of the dual mode UAV so that the wheels of the dual mode UAV are parallel to the flight direction,
At the current position and the target position, the dual mode UAV moves in parallel with the ground,
Between the current position and the target position, the horizontal speed of the dual mode UAV is kept constant,
Wherein the thrust in the vertical direction for taking off the dual mode UAV is determined according to Equation (1) below.
&Quot; (1) &quot;
Figure 112019003808171-pat00022

(Where F is the thrust in the vertical direction,
Figure 112019003808171-pat00023
The vertical displacement between the initial position and the target position,
Figure 112019003808171-pat00024
S is the horizontal distance between the initial position and the target position, and m is the mass of the dual mode UAV)
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 지면 상에서 주행 가능한 주행 모드 또는 상공에서 비행 가능한 비행 모드로 이동 가능한 듀얼 모드 무인기를 제어하는 방법에 있어서,
상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 운동량을 가진 채로, 상기 듀얼 모드 무인기를 착륙시키도록 수직 방향의 추력을 생성하는 단계;
상기 듀얼 모드 무인기의 현재 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리를 측정하는 단계;
상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 속력 및 상기 수평 거리에 기초하여 상기 듀얼 모드 무인기를 착륙시키기 위한 수직 방향의 추력을 결정하는 단계;
상기 듀얼 모드 무인기의 자세를 감지하는 단계; 및
상기 듀얼 모드 무인기의 바퀴가 비행 방향과 나란하도록 상기 듀얼 모드 무인기의 자세를 제어하는 단계를 포함하고,
상기 현재 위치 및 목표 위치에서, 상기 듀얼 모드 무인기가 지면과 평행하게 이동하고,
상기 현재 위치 및 목표 위치 사이에서, 상기 듀얼 모드 무인기의 수평 방향의 속력은 일정하게 유지되고,
상기 듀얼 모드 무인기를 착륙시키기 위한 수직 방향의 추력은, 아래의 수학식 2에 따라 결정되는 듀얼 모드 무인기 제어 방법.
<수학식 2>
Figure 112019003808171-pat00025

(여기서, F는 수직 방향의 추력,
Figure 112019003808171-pat00026
는 처음 위치 및 목표 위치 간의 연직 변위,
Figure 112019003808171-pat00027
는 처음 위치에서 수평 방향의 속력, S는 처음 위치 및 목표 위치 간의 수평 거리, m은 듀얼 모드 무인기의 질량)
A method of controlling a dual mode UAV that can be moved from a traveling mode capable of traveling on the ground to a flight mode capable of flying from above,
Generating a vertical thrust force to land the dual mode UAV with the horizontal momentum of the dual mode UAV;
Measuring a horizontal distance between a current position and a target position of the dual mode UAV;
Determining a vertical thrust for landing the dual mode UAV based on the horizontal speed of the dual mode UAV and the horizontal distance;
Sensing a posture of the dual mode UAV; And
And controlling the attitude of the dual mode UAV so that the wheels of the dual mode UAV are parallel to the flight direction,
At the current position and the target position, the dual mode UAV moves in parallel with the ground,
Between the current position and the target position, the horizontal speed of the dual mode UAV is kept constant,
Wherein the thrust in the vertical direction for landing the dual mode UAV is determined according to Equation (2) below.
&Quot; (2) &quot;
Figure 112019003808171-pat00025

(Where F is the thrust in the vertical direction,
Figure 112019003808171-pat00026
The vertical displacement between the initial position and the target position,
Figure 112019003808171-pat00027
S is the horizontal distance between the initial position and the target position, and m is the mass of the dual mode UAV)
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