KR-20260061831-A - Heavy weight drone system with precision landing capability for mobile vessels and controlling method for the same

KR20260061831AKR 20260061831 AKR20260061831 AKR 20260061831AKR-20260061831-A

Abstract

본 발명은 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 이동선박의 지정장소에 고파장의 적외선광을 송출하는 마커부재와 3D 형태의 이미지를 표시하는 Apriltag 부재를 설치하고 드론이 비행하여 해당 이동선박에 접근하면서 상기 적외선광신호와 Apriltag 이미지신호를 탐색분석하여 위치신호를 획득한다음 이를 이용하여 이동선박의 착륙지점에 정확히 착륙하여 배송함으로써, 드론이 고중량의 화물을 탑재한 상태에서 마커부재의 적외선광신호와 Apriltag 이미지신호를 통한 위치정보를 정밀하게 획득하여 이동하는 선박의 착륙지점에 1m이내로 안정적으로 착륙할 수 있으므로 그에 따라 이동선박에 대한 드론착륙 안정성을 극대화시킴은 물론 무인 드론이 고중량의 화물을 탑재하고 이동하는 선박의 착륙지점에 안전하게 착륙하여 배송할 수 있기 때문에 선박배송의 제약을 상당히 저감시킬 수 있으므로 그에 따라 해상물류의 유연성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있다.

Inventors

권준범

Assignees

주식회사 지에이

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20241028

Claims (10)

이동선박의 일정장소에 위치한 착륙지점에 적외선 송출부재와 착륙지점 이미지표시신호를 표시하는 이동선박의 착륙지점 표시장치부와; 상기 이동선박의 착륙지점 표시장치부로부터 송출되는 적외선광신호와 착륙지점 이미지표시신호를 분석처리한 다음 그 분석결과를 추종하여 이동선박의 해당 착륙지점에 안정적으로 착륙하여 배송하는 드론장치를 포함하는 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템으로서; 상기 착륙지점 표시장치부는 이동선박의 착륙지점에 일정배열로 설치되어 적외선광을 방출하는 반구형 적외선 마커부재를 더 포함하고; 상기 착륙지점 표시장치부는 적외선 마커부재와 인접한 이동선박의 착륙지점에 착륙지점 이미지신호를 구현하기위해 3D 형태로 표시하는 Apriltag 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템.
제1항에 있어서, 상기 적외선 마커부재는 940nm의 파장 적외선광을 방출하고 반구형으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템.
제1항에 있어서, 상기 드론장치는 착륙지점 표시장치부와 연동하면서 지정된 착륙지점으로 비행하고 이륙장소의 물류센터에서 고중량의 화물을 탑재하는 드론본체와; 상기 드론본체의 일측에 설치되고, 착륙지점의 GPS좌표를 입력시켜주면 내장된 미션프로그램에 따라 해당 GPS좌표를 기반으로 해당 이동선박 까지 자동비행시키는 네비게이션모듈과; 상기 드론본체의 일측에 설치되고, 상기 네비게이션모듈의 GPS좌표 추종에 의해 근접한 이동선박의 착륙지점에 설치된 상기 착륙지점 표시장치부의 적외선 마커부재로부터 송출되는 적외선 광신호를 수신하여 착륙지점을 정밀 탐색하는 적외선센서와; 상기 드론본체의 일측에 설치되고 상기 착륙지점 표시장치부의 착륙지점에 표시된 3D Apriltag 이미지표시신호를 Apriltag 탐지 위치획득 절차기능에 따라 탐지 및 분석하여 착륙지점의 위치정보를 정밀하게 산출하는 Apriltag 인식모듈과; 상기 드론장치를 네비게이션모듈을 통해 이동선박의 착륙지점까지 자율비행시키고 이동선박의 착륙지점의 적외선 마커부재로부터 송출되는 적외선광신호를 적외선센서가 수신처리하는 한편, 착륙지점의 3D Apriltag 이미지표시신호를 Apriltag 인식모듈에 처리하여 획득한 위치정보를 통합 분석한 다음 그 결과에 따라 이동선박의 착륙지점 1m이내로 드론본체를 제어하여 착륙시키는 제어모듈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템.
제3항에 있어서, 상기 Apriltag 인식모듈은 착륙지점 표시장치부의 착륙지점에 표시된 3D Apriltag 이미지표시신호를 촬상하여 탐지하는 EO/IR 카메라와; 상기 EO/IR 카메라에 의해 탐지된 착륙지점에 표시된 3D Apriltag 이미지표시신호를 Apriltag 탐지 위치획득 절차기능에 따라 탐지 및 분석하여 착륙지점의 위치정보를 산출하는 처리보드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템.
제3항에 있어서, 상기 드론장치는 드론본체의 일측에 설치되어 착륙지점 표시장치부의 착륙지점에 표시된 이미지표시신호를 정확하게 탐지하는 RGB-D 카메라와; 상기 RGB-D 카메라에 의해 탐지된 이미지표시신호를 맵핑하고, Flatness/Depth 등의 데이터를 기반으로 착륙지점의 위치정보를 산출하는 이미지처리모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템.
제1항에 있어서, 상기 드론장치는 드론본체의 일측에 설치되어 제어모듈부의 기능제어신호에 따라 실시간 영상과 드론위치정보를 무선통신망을 통해 지정된 물류센터의 서버로 전송하여 자동저장시키는 무선통신모듈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템.
제6항에 있어서, 상기 무선통신모듈은 LTE를 활용하여 드론장치의 실시간 영상과 위치정보를 설정된 웹사이트를 통해 지정된 서버에 자동저장시키는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템.
지상에 있는 이륙장소의 물류센터에서 고중량의 화물을 드론본체의 하부에 위치한 고중량 적재장치부에 탑재시킨후 물류장치의 서버에서 배송 목적지인 이동선박의 GPS좌표를 전송할경우 이를 드론장치의 제어모듈부가 수신처리하는 한편, 이동선박의 착륙지점에서 착륙지점 표시장치부가 착륙지점을 알리는 적외선광신호와 착륙지점 이미지표시신호를 표시하는 제1단계와; 상기 제1단계후에 상기 제어모듈부가 드론본체의 기능을 제어하여 배송 목적지인 이동선박의 GPS좌표를 추종하여 착륙지점으로 비행시키는 제2단계와; 상기 제2단계중에 상기 제어모듈부가 배송 목적지인 이동선박의 착륙지점의 근처에 도달될 경우 이동선박의 착륙지점 표시장치부로부터 송출된 착륙지점을 알리는 적외선광신호를 수신처리하여 드론장치를 이동선박의 착륙지점으로 접근시키는 제3단계와; 상기 제3단계중에 상기 제어모듈부가 이동선박의 착륙지점 표시장치부로부터 송출된 착륙지점을 알리는 적외선광신호를 수신처리하여 착륙지점을 인식하면서 동시에 착륙지점 표시장치부의 착륙지점에 표시된 이미지표시신호를 탐지분석하여 위치정보를 획득한 다음 그 획득된 위치정보를 근거로 이동선박의 착륙지점에 드론장치를 정밀하게 착륙시켜 배송하는 제4단계를 포함하는 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템의 제어방법으로서; 상기 제2단계에는 상기 제어모듈부가 드론본체의 일측에 설치된 무선통신모듈을 이용하여 드론장치가 비행하는 실시간 영상과 위치정보를 무선통신망을 통해 지정된 물류센터의 서버로 전송하여 자동저장시키는 드론정보 자동저장단계를 더 포함하고; 상기 제4단계에는 이동선박의 착륙지점 표시장치부에 의해 착륙지점에 표시되는 이미지표시신호가 3D Apriltag 이미지표시신호일 경우 드론장치의 제어모듈부가 Apriltag 인식모듈을 이용하여 Apriltag 탐지 위치획득 절차단계를 통해 상기 착륙지점의 위치정보를 획득하는 Apriltag 위치획득단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템의 제어방법.
제8항에 있어서, 상기 Apriltag 위치획득단계의 Apriltag 탐지 위치획득 절차단계는 제어모듈부의 기능제어신호에 따라 Apriltag 인식모듈이, 이동선박의 착륙지점 표시장치부의 착륙지점에 표시된 3D Apriltag 이미지표시신호를 드론장치의 EO/IR 카메라가 촬상하여 탐지시키는 제101단계와; 상기 제101단계 후에 EO/IR 카메라에 의해 탐지된 3D Apriltag 이미지표시신호의 이미지 gradient를 통해 Harris corner를 추출하는 제102단계와; 상기 제102단계 후에 추출된 Harris corner 정보를 고해상도 화상카메라의 intrinsic/extrinsic parameter를 이용하여 raw image 로 보정하는 제103단계와; 상기 제103단계 후에 보정된 이미지신호에서 Apriltag 부재의 취지와 방향정보를 추출분석하여 위치정보를 획득하는 제104 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템의 제어방법.
제8항에 있어서, 상기 드론정보 자동저장단계에는 상기 무선통신모듈이 제어모듈부의 기능제어신호에 따라 LTE를 활용하여 드론장치의 실시간 영상과 위치정보를 설정된 웹사이트를 통해 지정된 서버로 자동저장시키는 웹사이트 저장단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템의 제어방법.

Description

이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템 및 그 제어방법{Heavy weight drone system with precision landing capability for mobile vessels and controlling method for the same} 본 발명은 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 이동선박의 지정장소에 고파장의 적외선광을 송출하는 마커부재와 3D 형태의 이미지를 표시하는 Apriltag 부재를 설치하고 드론이 비행하여 해당 이동선박에 접근하면서 상기 적외선광신호와 Apriltag 이미지신호를 탐색분석하여 위치신호를 획득한다음 이를 이용하여 이동선박의 착륙지점에 1m이내로 안정적으로 착륙하여 고중량의 화물을 배송하는 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 일반적으로 드론(무인이동체)은 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인항공기로써, 사람이 접근하기 힘든 환경이나 대형 비행체를 운용하기 어려운 환경에서 이러한 무인 비행체인 드론의 활용성이 대두되고 있다. 최근 일본의 후쿠오카 대지진 당시 접근성이 좋은 드론을 이용하여 현장을 파악할 수 있게 하였고, 평창 동계올림픽 개회식에서 드론기술을 이용한 퍼포먼스를 선보여 대중에게 각인된 이후 다양한 분야에서 드론의 활용성에 대한 논의가 대두되었다. 이러한 드론의 용도로 각광받는 분야 중 하나가 물품의 배송분야인데, 이러한 드론을 이용한 상품 배송은 물류센터에서 일정 거리 이내의 배송지에 드론을 이용한 배송 시스템을 구축하면 공간상의 제약을 극복하고 빠른 배송이 이루어 질 수 있기 때문이다. 미국의 아마존은 드론을 활용한 프라임 에어 서비스(Prime Air Service)의 시연에 성공하고 특허출원 하는 등 드론 배송을 현실화 하기 위한 기업들의 노력이 구체화 되고 있다. 최근에는 상기와 같은 드론을 이용한 배송서비스가 해상에 정박중인 선박으로까지 이어져 항만 주변에 정박중인 선박에 긴급 부품이나 음식물을 배송하는 서비스가 증가추세에 있다. 그러면 상기와 같은 종래 선박의 배송서비스를 실행하는 드론장치를 도 1을 참고로 살펴보면, 드론몸체의 상부 다수곳에 비행을 위한 다수의 프로펠러부재(70)가 설치되고 몸체의 하부에 일정중량의 화물을 적재할 수있는 적재부(71)가 설치된 드론본체(72)와; 상기 드론본체(72)의 일측에 설치되어 상기 프로펠러부재(70)의 위치를 제어하여 드론의 진행방향을 제어하는 조향부재(73)와; 상기 프로펠러부재(70)에 동력을 제공하는 드론엔진(모터;74)과; 상기 드론본체(72)의 일측에 설치되어 드론엔진(74)을 포함하여 드론에 동작전원을 공급하는 배터리부재(75)와; 상기 드론본체(72)의 일측에 설치되고 내부에 GPS처리모듈(76)이 구비되어 물류센터(77)로부터 전송되는 GPS이용 위치좌표신호에 따라 적재부(71)의 화물을 선박(78)으로 배송되도록 드론의 기능을 제어하는 제어모듈(79)을 포함하여 구성된다. 한편 상기와 같은 종래 선박의 배송서비스를 실행하는 드론장치의 배송동작은 먼저, 지상에 위치한 물류센터(77)에서 드론본체(72)의 적재부(71)에 배송할 소량의 화물 예컨대, 긴급 배수리부품이나 상품 등을 탑재시키고 설정된 입력방식으로 배송할 선박(78)의 GPS위치좌표를 전송해주게 된다. 그러면, 상기 드론본체(72)에 구비된 제어모듈(79)은 수신된 선박(78)의 GPS위치좌표를 내부의 GPS처리모듈(76)을 통해 확인한 후 목적지를 탐색하게 된다. 그리고 상기 제어모듈(79)은 배터리부재(75)를 통해 드론엔진(74)으로 동작전원을 공급시켜 드론엔진(74)이 구동되므로 그에 따라 프로펠러부재(70)가 회전을 하게 되어 드론본체(72)를 상승시켜 비행을 시작하게 된다. 이때 상기 제어모듈(79)은 GPS처리모듈(76)을 통해 목적지로 설정된 선박(78)의 GPS위치좌표를 탐색추종하면서 그에 맞게 조향부재(73)를 통해 프로펠러부재(70)의 위치를 제어한다. 따라서 상기 프로펠러부재(70)는 조향부재(73)의 제어에 따라 드론의 진행방향을 변경하면서 목적지로 지정된 선박(78)으로 비행한다. 그리고 상기 과정중에 드론본체(72)가 해당 목적지 선박(78)에 이르면 착륙을 시도한 다음 적재부(71)에 탑재된 화물을 배송한다. 그러나 상기와 같은 상기와 같은 종래 선박의 배송서비스를 실행하는 드론장치는 GPS 위치좌표를 추종하는 방식이기때문에 그 좌표의 반경범위가 너무 커서 이동하는 선박에서는 드론을 안정적으로 착륙시키기가 매우 어려워 이동선박의 배송서비스 역시 매우 곤란하였으며, 특히 이동하는 선박의 착륙지점에 대해 드론이 그 위치를 명확히 식별할 수가 없어 드론이 착륙하다가 선박의 착륙지점에 부딪쳐 파손되는 일이 빈번하다는 문제점이 유발되었다. [선행기술문헌] [특허문헌] 국내 등록특허공보 제10-2551153호 도 1은 종래 선박의 배송서비스를 실행하는 드론장치의 일례를 설명하는 설명도. 도 2는 본 발명 일실시예에 따른 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템을 설명하는 설명도. 도 3은 도 2의 고중량 드론시스템의 내부 장비를 좀 더 구체적으로 설명하는 설명도. 도 4는 본발명 일실시예에 따른 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다. 도 5는 본발명 일실시예에 따른 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템이 구현되는 개념설명도. 본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다. 즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다. 또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다. 더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다. 마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다. 또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다. 또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다. 본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다. 또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명 일실시예에 따른 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템을 설명하는 설명도이고, 도 3은 도 2의 고중량 드론시스템의 내부 장비를 좀 더 구체적으로 설명하는 설명도이다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 일실시예에 따른 이동선박의 정밀착륙기능이 구비된 고중량 드론시스템은 이동하는 선박(1)의 일정장소에 위치한 착륙지점(2)에 적외선 송출부재와 착륙지점 이미지표시신호를 표시하는 이동선박의 착륙지점 표시장치부(3)와; 상기 이동선박의 착륙지점 표시장치부(3)로부터 송출되는 적외선광신호와 착륙지점 이미지표