KR20120081500A - The aerial device having rotors and the control method - Google Patents
The aerial device having rotors and the control method Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120081500A KR20120081500A KR1020110002863A KR20110002863A KR20120081500A KR 20120081500 A KR20120081500 A KR 20120081500A KR 1020110002863 A KR1020110002863 A KR 1020110002863A KR 20110002863 A KR20110002863 A KR 20110002863A KR 20120081500 A KR20120081500 A KR 20120081500A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- camera
- angle
- horizontal
- sensor
- controlling
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 18
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 12
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
- B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
- B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
- B64D47/08—Arrangements of cameras
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/10—Rotorcrafts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
- B64U30/20—Rotors; Rotor supports
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U50/00—Propulsion; Power supply
- B64U50/10—Propulsion
- B64U50/13—Propulsion using external fans or propellers
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
- G03B15/006—Apparatus mounted on flying objects
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
- G03B17/56—Accessories
- G03B17/561—Support related camera accessories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
- B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
본 발명은 회전익을 이용한 비행장치에 관한 것이다. 상기 비행장치는 동일 반경으로 복수개의 회전익을 갖는 본체부, 비행 시에 상기 본체가 기울어짐에 따른 변화량을 측정하는 센서부, 및 상기 본체가 수평을 유지하도록 변화량에 따른 수평각을 산출하고, 상기 수평각에 상응하도록 각 회전익 날개의 회전속도를 제어하거나, 상기 수평각에 상응하도록 구비된 카메라의 각도를 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a flying device using a rotorcraft. The flying device includes a main body unit having a plurality of rotor blades with the same radius, a sensor unit measuring a change amount according to the tilting of the main body during flight, and a horizontal angle according to the change amount so as to keep the main body horizontal, A control unit for controlling the rotational speed of each rotor blade correspondingly, or for controlling the angle of the camera provided to correspond to the horizontal angle.
Description
본 발명은 복수개의 회전익을 가진 비행 장치에 관한 것으로 특성이 다른 센서를 필터에 적용하여 정확한 수평 제어를 위한 각도 산출 후 수평 제어 및 탈부착이 가능한 카메라 제어 및 사용 목적에 따라 부착되는 센서에 맞게 활용 가능한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시시각각으로 외부 요인으로 인해 변화하는 비행장치의 상태에 따른 각도를 신속하고 정확하게 제어 할 수 있도록 수평 제어 알고리즘 및 산출된 각도를 토대로 이동 평균 연산과 비례식을 이용하여 카메라에 부착된 카메라의 위치를 자동으로 제어 할 수 있다. The present invention relates to a flying device having a plurality of rotor blades by applying a sensor having a different characteristic to the filter can be utilized to fit the sensor attached according to the control and use of the camera and the horizontal control and detachable after calculating the angle for accurate horizontal control The method relates to a camera using a moving average calculation and a proportional expression based on a horizontal control algorithm and a calculated angle so as to control the angle according to the state of a flying device that is changed due to external factors at every instant. The position of the camera attached to the camera can be controlled automatically.
종래의 기술에 의한 전통적인 무인헬기는 추력을 위한 메인로터부, 메인로터부로 인한 기체의 회전력을 상쇄시키기 위한 테일로터부로 구성이 되어 있으며, 지상에서의 사용자에 의한 제어를 통해 목적을 수행한다.
The conventional unmanned helicopter according to the prior art is composed of a main rotor portion for thrust, a tail rotor portion for offsetting the rotational force of the aircraft due to the main rotor portion, and performs the purpose through control by the user on the ground. .
그러나 상기와 같은 종래의 무인헬기는 추력 및 방향전환에 관해서는 메인로터에만 의존하고 있기 때문에 기동성면에서 크게 기대할 수 없으며, 측면에서 바람에 대한 취약성이 존재한다. 또한 사용자에 의해서만 제어가 되기 때문에 비행장치의 활용범위가 적고, 바람이나 기타 외란에 의해서 기체가 불안정해 질 수 있는 단점이 있다.However, such a conventional unmanned helicopter can not be greatly expected in terms of maneuverability because it relies only on the main rotor in terms of thrust and direction change, there is a vulnerability to the wind in terms of. In addition, because the control is only controlled by the user, there is a disadvantage that the use range of the flying device is small and the aircraft may become unstable due to wind or other disturbance.
이와 같은 종래 무인헬기는 메인로터에만 의존하기 때문에 안전성 문제와 또한 기동성에서 크게 기대 할 수 없다. 또한 사용자의 시야에서만 제어가 가능하기 때문에 무인항공기로써의 역할의 범위가 제한적이다. 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 복수개의 회전익을 가짐으로써 기동성면과 바람 등 외부요인에 의한 취약성을 보완 및 안전성이 향상된 비행 장치를 제공하고 기존의 방식과는 다른 기술적 과제인 기동성과 안전성이 향상된 비행장치의 제어 방법 을 제시하는 것이다. Since such conventional unmanned helicopters rely solely on the main rotor, they cannot be greatly expected in terms of safety and also maneuverability. In addition, since it can be controlled only in the user's field of view, the role of the unmanned aerial vehicle is limited. The technical problem to be achieved by the present invention is to have a plurality of rotor blades to compensate for vulnerabilities caused by external factors such as maneuverability and wind and provide a safety device with improved safety, and the technical problem that is different from the conventional method, flight and improved safety It is to present a control method of the device.
본 발명의 일 측면에 따라, 회전익을 이용한 비행장치는,According to an aspect of the invention, the flying device using a rotorcraft,
동일 반경으로 복수개의 회전익을 갖는 본체부;A main body having a plurality of rotary blades having the same radius;
비행 시에 상기 본체가 기울어짐에 따른 변화량을 측정하는 센서부; 및Sensor unit for measuring the amount of change according to the body tilts during flight; And
상기 본체가 수평을 유지하도록 변화량에 따른 수평각을 산출하고, 상기 수평각에 상응하도록 각 회전익 날개의 회전속도를 제어하거나, 상기 수평각에 상응하도록 구비된 카메라의 각도를 제어하는 제어부를 포함한다.
And a control unit for calculating a horizontal angle according to the amount of change so that the main body is horizontal, controlling a rotation speed of each rotor blade to correspond to the horizontal angle, or controlling an angle of a camera provided to correspond to the horizontal angle.
바람직하게는, 상기 본체부의 복수개의 회전익은,Preferably, the plurality of rotor blades of the body portion,
시계방향으로 회전하는 시계방향 날개와, 시계 반대방향으로 회전하는 시계반대방향 날개를 구비하되, 상기 시계방향 날개와 상기 시계반대방향 날개는 각각 복수개로서 동일 개수이다.
And clockwise vanes rotating clockwise and counterclockwise vanes rotating counterclockwise, wherein the clockwise vanes and the counterclockwise vanes are each plural in number.
바람직하게는, Preferably,
상기 센서부는 다축 중력 가속도센서 및 다축 각속도 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 다축 중력 가속도센서에 의한 데이터와 상기 다축 각속도 센서에 의한 데이터로 상기 수평각을 산출한다.
The sensor unit includes a multi-axis gravity acceleration sensor and a multi-axis angular velocity sensor, and the control unit calculates the horizontal angle from data by the multi-axis gravity acceleration sensor and data by the multi-axis angular velocity sensor.
바람직하게는, 상기 비행장치는 상기 카메라모터를 제어하기 위한 카메라모터 제어부를 더 포함한다.
Preferably, the flight apparatus further comprises a camera motor control unit for controlling the camera motor.
바람직하게는, 상기 비행장치는 상기 수평각에 대해 반응하도록 구비된 카메라의 각도를 제어하는 카메라 안정화부를 포함한다.
Preferably, the flight device includes a camera stabilizer for controlling the angle of the camera provided to respond to the horizontal angle.
바람직하게는, 상기 카메라 안정화부는,Preferably, the camera stabilizer,
사용자가 원하는 곳의 장소를 사용자의 위치에서 볼 수 있는 카메라;A camera for viewing a place where the user wants at the user's location;
전/후, 좌/우, 위/아래로 부착할 수 있는 카메라 연결장치; 및 Camera connections for attaching front / back, left / right, up / down; And
카메라의 각도를 제어하는 3개의 카메라 모터를 포함한다.
Three camera motors control the angle of the camera.
바람직하게는, Preferably,
상기 센서부는 초음파 센서를 포함하고, 상기 초음파 센서는 비행장치의 전/후, 좌/우, 위/아래의 장애물을 측정해 기체의 손상을 방지한다.
The sensor unit includes an ultrasonic sensor, and the ultrasonic sensor measures obstacles before / after, left / right and up / down of the flying device to prevent damage to the gas.
본 발명의 다른 측면에 따라 복수개의 회전익을 가진 비행장치에서의 수평 제어방법은,According to another aspect of the invention the horizontal control method in a flying device having a plurality of rotor blades,
비행장치의 X축, Y축, Z축의 방향성을 측정하기 위해 중력가속도와 각속도를 센싱하는 단계;Sensing gravity acceleration and angular velocity to measure the directionality of the X, Y, and Z axes of the aircraft;
센싱된 중력가속도 및 가속도에 따라 비행장치가 기울어진 각도를 산출하는 단계; 및Calculating an inclination angle of the flying device according to the sensed acceleration and acceleration; And
산출된 기울어진 각도에 따라 비행장치가 수평을 유지하도록 각 회전익의 회전속도를 각각 제어하는 단계를 포함한다.
And controlling the rotational speeds of the respective rotor blades so that the flying device is leveled according to the calculated tilt angle.
바람직하게는, Preferably,
상기 각 회전익의 회전속도를 각각 제어하는 단계는, 상기 기울어진 각도에 상응하는 수평각을 이용하여 비례, 미분, 적분 제어기인 PID 제어기를 사용하여 각각의 회전익 구동 모터에 개별적인 제어신호를 발생시킴으로써 수행된다.
Controlling the rotational speeds of the respective rotor blades is performed by generating individual control signals to the respective rotor blade drive motors using a PID controller which is a proportional, derivative, and integral controller using a horizontal angle corresponding to the inclined angle. .
바람직하게는, 상기 방법은,Preferably, the method further comprises:
이동 평균 필터를 이용하여 카메라에 부착된 모터의 회전수를 조절하는 단계를 더 포함한다.Adjusting the number of rotation of the motor attached to the camera using a moving average filter.
본 발명은 상기와 같은 구성을 통하여 기존 헬기가 갖고 있는 문제점에 대한 해결 방안과 새로운 각도 산출 알고리즘을 제시하며 본 발명의 복수개의 회전익을 가진 비행 장치는 개별적인 모터 제어로 빠른 기동성 및 헬기 조종에 미숙한 이용자라 할지라도 제어부에 의한 자동제어로 인해 손쉽게 제어 할 수 있으며, 또한 상황에 맞게 GPS, 방위각 센서와 고도계 센서를 이용하여 비행체가 스스로 자동 비행이 가능 하고 부착 센서에 따라 산불감시, 군사 작전 그리고 고층 건물의 외관을 자세하게 측정 및 일정 고도에서 촬영된 사진을 토대로 건설되는 건물의 외관과 3D 형태로 건물의 형태를 파악 할 수 있고 이러한 특징들로 경제적이고 효율이 뛰어난 작업을 할 수 있다. The present invention proposes a solution to the problems of the existing helicopter and a new angle calculation algorithm through the configuration as described above, and the flying device having a plurality of rotor blades of the present invention is inexperienced in fast maneuverability and helicopter control by individual motor control. Even the user can easily control due to the automatic control by the control unit.Also, the aircraft can automatically fly by itself using GPS, azimuth sensor and altimeter sensor according to the situation. It can measure the appearance of the building in detail and can understand the shape of the building in 3D form based on the pictures taken at a certain altitude, and these features enable economic and efficient work.
도 1은 복수개의 회전익을 가진 비행체의 위에서 아래로 바라 본 도면.
도 2는 복수개의 회전익을 가진 비행체의 측면도.
도 3은 비행체의 중심부에 프로세서 및 각 센서가 놓인 도면.
도 4는 비행전의 시작 단계부터 모터제어까지의 전반적인 알고리즘 도면.
도 5는 비행 시 적용되는 PID제어의 흐름도.
도 6은 비행체에 부착되는 카메라 회전을 위한 모터 장치도면.
도 7은 비행체에 부착되어 카메라를 자동 제어하는 알고리즘 도면.
도 8은 초음파 센서를 이용하여 장애물을 피하는 알고리즘 도면.1 is a view from above of an aircraft having a plurality of rotor blades;
2 is a side view of a vehicle having a plurality of rotor blades.
3 shows a processor and each sensor placed in the center of the vehicle;
Figure 4 is an overall algorithm diagram from the start stage before the flight to the motor control.
5 is a flowchart of PID control applied in flight.
Figure 6 is a motor device for rotating the camera attached to the vehicle.
7 is an algorithm diagram attached to the vehicle to automatically control the camera.
8 is an algorithm diagram for avoiding obstacles using an ultrasonic sensor.
도 1은 복수개의 회전익을 가진 비행체의 위에서 아래로 바라본 도면이다. 도 1에서 도시된 바와 같이 복수개의 회전익을 갖는 비행장치는 본체부(400), 센서부(190), 제어부(180), 카메라안정화부(602)를 포함하는데, 각 요소들에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
1 is a view from the top down of an aircraft having a plurality of rotor blades. As shown in FIG. 1, a flying device having a plurality of rotor blades includes a
본체부(400)는 동일 반경으로 복수개의 회전익을 갖으며, 각각의 회전익 구동 모터를 구비하며, 회전익의 회전방향에 따라 비행장치가 수평을 기준으로 회전하는 것을 반대방향의 회전익을 통해 비행장치의 회전을 상쇄시키는 반토크형식을 사용하여 비행장치의 회전을 방지한다.
The
이때, 상쇄시킬 회전익의 수를 맞추기 위해 비행장치에 사용되는 회전익은 짝수개로 구성되어야 한다. 이를 위해 상기 회전익 날개는 시계방향으로 회전하는 시계방향 날개와, 상기 시계방향 날개에 대응하는 개수의 시계 반대방향으로 회전하는 시계반대방향 날개를 구비하고, 상기 시계방향 날개 및 상기 시계반대방향 날개는 각각 복수개이며 같은 개수를 갖는다.
At this time, the number of rotor blades used in the flight device to match the number of rotor blades to be offset should be composed of an even number. To this end, the rotor blade has a clockwise wing that rotates in a clockwise direction, and a counterclockwise wing that rotates counterclockwise in a number corresponding to the clockwise wing, wherein the clockwise wing and the counterclockwise wing are Each of them is plural and has the same number.
또한, 본체부(400)의 중심에 고정, 결합되는 센서부(190)와 제어부(180)는 상기 복수개의 회전익을 갖는 비행체의 수평을 유지하기 위해 사용되며, 센서부(190)는 비행장치를 중심으로 교차하는 2개의 축을 기준으로 잡아 비행체의 수평에 대한 움직임의 변화량을 측정하며, 제어부(180)의 카메라모터 제어부(150)는 센서부에서 산출된 2개의 변화량에 의해 각도를 산출하고, 모터를 제어하는 신호를 생성하게 된다.
In addition, the
이때, 상기 센서부(190)의 센서들은 다축 각속도센서(110)와 다축 중력 가속도센서(130)를 사용하며, 다축 각속도센서(110)는 물체의 이동변화량을 시간에 따른 각도의 변화량을 측정하며, 다축 중력 가속도센서(130)는 중력을 기준으로 물체의 가속도를 측정하는 센서들로서, 기준을 잡는 2개의 축은 다른 축에 사용이 가능하며, 추가적으로 센싱할 수 있으며, 복수개의 센싱값을 이용할 때 비행의 자세제어, 수평제어는 신속하게 또는 정확하게 제어될 수 있다.
In this case, the sensors of the
도 2는 복수개의 회전익을 가진 비행체의 측면도이다. 도2에서 도시된 바와 같이 복수개의 회전익을 갖는 비행장치는 또한 카메라안정화부(602)를 포함하는데, 이 요소에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
2 is a side view of a vehicle having a plurality of rotor blades. As shown in FIG. 2, the flying device having a plurality of rotor blades also includes a
카메라안정화부(602)는 사용자의 위치에서 사용자가 원하는 장소의 사진 혹은 영상을 볼 수 있는 복수개의 회전익에 부착된 카메라(607); 사용자가 컴퓨터 혹은 원격제어기의 원격제어를 통해 복수개의 회전익에 부착된 카메라를 제어하기 위한 3축으로 연결된 모터(603, 604, 605); 및 비행장치의 상단 혹은 하단에 부착이 가능하도록 구비된 카메라 연결장치(600)를 포함한다.
The
도 3은 비행체의 중심부에 프로세서 및 각 센서가 놓인 도면이다. 도3에서 도시된 바와 같이 복수개의 회전익을 갖는 비행장치에 포함된 초음파센서(120)는 송신부와 수신부로 이루어졌으며, 송신부는 초음파을 방출하고, 수신부는 방출된 초음파를 수집하여 송신부에서 전송한 초음파의 반사를 통해 물체의 위치와 거리를 측정하는 것으로 복수개의 회전익을 갖는 비행장치의 동일방경의 4방향으로 구비하여 비행체의 이동방향에 장애물의 존재를 파악하여 비행방향을 바꾸거나 정지하도록 설계되어 비행체를 보호하는 역할을 한다.
3 is a diagram in which a processor and each sensor are placed in the center of the vehicle. As shown in FIG. 3, the ultrasonic sensor 120 included in a flying device having a plurality of rotor blades includes a transmitter and a receiver. The transmitter emits ultrasonic waves, and the receiver collects the emitted ultrasonic waves and transmits the ultrasonic waves transmitted from the transmitter. It is designed to change or stop the flight by detecting the presence of obstacles in the moving direction of the vehicle by measuring the position and distance of the object through reflection and equipping it in four directions of the same direction of the flying device having a plurality of rotor blades. It protects you.
도 4는 비행전의 시작 단계부터 모터제어까지의 전반적인 알고리즘 도면이다. 도 4는 특성이 다른 복수의 축을 표현하는 중력 가속도 센서(130)와 각속도 센서(110)를 이용하여 두가지의 특성이 다른 센서의 단점을 보완하는데 상기의 두 센서를 사용하는 이유는 중력 가속도 센서(130)는 진동에 대해 취약하여 정확한 가속도의 데이터를 측정할 수 있지만 데이터가 선형적이지 못하며, 각속도 센서(110)는 데이터는 선형적으로 측정 가능하지만 카메라모터 제어부(150)의 특성상 유한한 시간에 관해서 적분을 하기 때문에 무시할 수 없는 적분 오차로 인하여 각각의 개별적인 센서로는 비행장치의 자세정보를 측정할 수 없다. 상기의 이유에 중력 가속도 센서(130)와 각속도 센서(110)의 단점을 보완하고 장점을 취득하여 센싱하는데 가장 적합한 이산 칼만 필터를 적용하여 측정치 모델로 중력 가속도 센서(130)의 데이터를 입력으로 하고, 각속도 센서(110)의 데이터를 시스템 모델로 적용하여 비행장치의 X축, Y축, Z축의 방향성을 측정하고 기체의 움직임에 대해 정확히 산출을 하며 외란의 진동 및 모터의 회전에 대한 진동으로부터 상기의 센서들의 불안정한 출력값을 필터링을 통해 보정하여 정확한 수평각 및 기울어진 각도를 산출(S181)을 하고 비행 제어에 관한 복수개의 회전익에 설치된 각각의 회전익 구동 모터를 PID 제어(S182)를 통한 개별 제어해 각 회전익 날개의 회전 속도를 각각 제어함으로써 비행장치의 수평 제어를 하며(S184) 상기의 산출된 데이터, 즉 수평각 데이터를 이용하여 이동 평균 필터를 사용(S183), 카메라 안정부에 설치된 각각의 모터에 개별 적인 제어(S185)를 해줌으로서 카메라의 각도를 제어함으로써 보다 안정적인 카메라의 화상정보를 얻을 수 있다. 또한 초음파 센서(160)에서 장애물을 인지 시 상기의 회전익에 설치된 모터에 장애물을 회피할 수 있는 보상신호를 줌으로서 보다 비행장치의 안정화를 높일 수 있다.
4 is an overall algorithm diagram from the start stage before the flight to the motor control. FIG. 4 uses the
도 5는 비행 시 적용되는 PID제어의 흐름도 도면이다. 도5는 각도 정보(S181)를 토대로 비례, 미분, 적분 제어기인 PID제어를 적용 하는 방법으로서 X, Y, Z 총 3개 방향성에 측정값을 입력으로 PID 제어를 하며 목표로 한 기준각도와 현재의 산출된 비행장치의 각도와의 연산을 통해 현재의 오차율을 계산 후 보정한 값을 더하는 단계(S186)를 거치며 적분 제어는 오차에 대한 범위를 제한(S187)하는 안티와인드업 PID제어를 적용 시켜 순간적으로 적분 제어기에서의 오차가 급격하게 증가 및 감소하는 문제를 막는데 사용을 한다. 또한, 오차에 대한 보정(S190)을 지속적으로 해가며 PID제어로부터 산출된 보정 값을 통해 개별적인 모터제어(S191)와 동시에 다음 각도와의 오차에 적용(S189)을 시키는 과정이다. 이로서, 자동으로 수평을 제어 하면서 추가적으로 지상의 사용자의 원격제어기를 통한 사용자의 제어신호를 PID 제어 신호와 수치를 연산함으로서 비행장치의 자동 수평 제어와 사용자에 의한 움직임을 또한 제어할 수 있다.
5 is a flowchart illustrating PID control applied in flight. 5 is a method of applying PID control, which is a proportional, derivative, and integral controller, based on angle information (S181). PID control is performed by inputting measured values to three directions of X, Y, and Z. After calculating the current error rate through the calculation with the calculated angle of the flying device, and adding the corrected value (S186), the integral control is instantaneous by applying anti-windup PID control that limits the range of the error (S187) It is used to prevent the problem of sudden increase and decrease of error in the integral controller. In addition, the process of applying the error (S189) to the next angle at the same time as the individual motor control (S191) through the correction value calculated from the PID control while continuously performing the correction (S190) for the error. Thus, by automatically calculating the PID control signal and the numerical value of the control signal of the user through the remote control of the user of the ground can also control the automatic horizontal control of the flight device and the movement by the user.
도 6은 비행체에 부착되는 카메라 회전을 위한 모터 장치도면이다. 산출된 각도에 따라 항상 일정한 지점을 바라보게 만든 카메라에 부착된 모터에 있어서, X축으로 카메라를 회전시키는 모터(605), Y축으로 카메라를 회전시키는 모터(604), Z축 방향으로 카메라를 회전시키는 모터(606)를 장착하여 개별적으로 제어하여 사용자가 원하는 위치의 영상을 촬영할 수 있으며, 사용자의 목적에 따라 고공비행으로 건물 및 외형 지물을 촬영할 때 비행체의 아래 부분에 장착(602)이 가능 하고, 저공비행으로 건물의 외관 및 그 외 저공 촬영을 할 때는 비행체의 윗부분에 장착(601)을 하여 비행체의 정면을 보는 용도로 사용이 가능하며 카메라가 부착되는 부분은 크기를 조절 할 수 있는 부분(606)을 만들어 크기가 다른 여러 카메라를 탈부착이 가능 하도록 하는 장치이다.
6 is a diagram of a motor device for rotating a camera attached to a vehicle. In the motor attached to the camera made to always look at a certain point according to the calculated angle, the
도 7은 비행체에 부착되어 카메라를 자동 제어하는 알고리즘이다. 카메라에 대한 위치 제어는 도 7과 같은 흐름으로 제어하며 두 센서와 이산 칼만 필터를 적용 하여 비행장치의 움직임에 관련없이 사용자가 원하는 위치를 바라보게 제어 하여 바람과 같은 외란에 의해 움직이는 비행체의 움직임과 관계없이 항상 일정한 위치를 바라 볼 수 있도록 만드는데 산출된 각도X, Y, Z(S181)를 일정 시간동안 값을 더한 후 더한 샘플에 맞춰 나누는 이동 평균 필터를 사용하여(S182) 움직임이 있는 각도에 대한 평균값을 산출 하고, 시스템 및 사용 용도에 적합한 비례식을 적용(S184)함으로서 카메라의 위치를 자동으로 변화 시킬 수 있으며 사용 용도에 따라 사용자가 직접적인 카메라를 제어하기 위한 신호(S183)를 비례식에 적용하여 사용자가 카메라의 이동을 위해 보내오는 위치 정보를 수치화 하여 부착된 모터를 회전(S185) 시킬 수 있다.
7 is an algorithm attached to the aircraft to automatically control the camera. The position control for the camera is controlled by the flow as shown in FIG. 7 and by applying two sensors and a discrete Kalman filter to control the user to look at the desired position irrespective of the movement of the flying device, Regardless of the angle of movement, use the moving average filter to add the values X, Y, and Z (S181) for a certain period of time and divide them according to the sample (S182). By calculating the average value and applying the proportional formula suitable for the system and the intended use (S184), the position of the camera can be automatically changed.The user applies the signal S183 for controlling the camera directly to the proportional formula according to the intended use. Digitizes the location information sent for camera movement and rotates the attached motor (S185). The.
도 8은 초음파 센서를 이용하여 장애물을 피하는 알고리즘이다. 도8은 비행체에 부착된 6개의 초음파 센서를 이용하여 예상치 못한 장애물을 관측하는 용도로 사용하며 비행체의 측정 부분에 있어서 전, 후, 좌, 우에 부착된 초음파 센서에 장애물이 관측이 되면 장애물이 관측된 위치의 모터의 출력 값을 증가시킴으로서 장애물을 피하는 알고리즘을 제시 한 것으로 앞서 설명한 PID 제어에 따른 각각의 모터 제어 값에 장애물에 관측에 따른 출력 값을 더해 주어 비행체는 순간적으로 장애물에 대한 충돌을 막을 수 있으며(S163) 윗면에 장애물이 관측이 되면 건물 및 어떤 물체 밑에서 비행을 한다는 것을 의미 하므로 모터의 출력을 각 모터의 PID 값과 특정 값의 차를 두어 충돌을 피할 수 있고(S165) 아래 부분의 초음파 센서의 장애물 신호가 들어오면 착륙을 한다는 신호 이므로, 사용자에게 착륙에 대한 정보를 전송해 주고(S166) 비행체의 착륙이므로 고도에 따라 순간적인 출력 감소를 제한함(S167)으로서 급강하로 인한 기체의 파손을 막는 방법을 포함하고 있다.
8 is an algorithm for avoiding obstacles using an ultrasonic sensor. 8 is used for observing unexpected obstacles using six ultrasonic sensors attached to a vehicle. Obstacles are observed when obstacles are observed in the ultrasonic sensors attached to the front, back, left, and right sides of the aircraft. The algorithm which avoids obstacles by increasing the output value of the motor at the correct position is presented, and each motor control value according to the PID control described above is added to the obstacles by the observation output value. (S163) If an obstacle is observed on the upper surface, it means that the flight is under a building and an object, so that the output of the motor can be avoided by putting a difference between the PID value of each motor and a specific value (S165). When the obstacle signal of the ultrasonic sensor comes in, it is a signal to land, so send information about the landing to the user. And (S166) and so landing of flying material limiting the instantaneous power reduction in accordance with the height includes a method to prevent damage to the substrate due to a sharp drop (S167).
본 발명에서, 4축 회전익을 가진 비행체의 안정적인 수평유지 방법 및 사용 방안은 기존의 헬기의 단점을 보완한 기체를 이용하여 안정적인 수평유지와 빠른 선회 비행 및 카메라 안정화부에 의한 정확한 화상정보를 획득할 수 있고 사용자가 원하는 곳에 장착이 가능하여 원하는 위치의 영상정보를 획득할 수 있다. 또한 자동 수평제어에 의해 기존의 일반 헬기보다 쉬운 조작성을 가지고 있으며, 초음파 센서로 인한 비행시 장애물을 측정해 안전성을 향상시키고 제어부에 각종 센서를 추가적으로 장착함으로서 범용성 및 확장성을 높일 수 있다.
In the present invention, a stable leveling method and a use method of the aircraft having a four-axis rotorcraft can obtain accurate image information by the stable leveling and fast turning flight and camera stabilizer by using a gas supplementing the disadvantages of the existing helicopter And it can be mounted where the user wants to obtain the image information of the desired position. In addition, it is easier to operate than conventional helicopters by automatic horizontal control, and it improves safety by measuring obstacles during flight caused by ultrasonic sensors, and improves versatility and expandability by additionally installing various sensors in the controller.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태 일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.The specific parts of the present invention have been described in detail above, and for those skilled in the art, these specific descriptions are merely preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto. Will be obvious. Therefore, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (10)
동일 반경으로 복수개의 회전익을 갖는 본체부;
비행 시에 상기 본체가 기울어짐에 따른 변화량을 측정하는 센서부; 및
상기 본체가 수평을 유지하도록 변화량에 따른 수평각을 산출하고, 상기 수평각에 상응하도록 각 회전익 날개의 회전속도를 제어하거나, 상기 수평각에 상응하도록 구비된 카메라의 각도를 제어하는 제어부를 포함하는 비행장치.In a flying device using a rotorcraft,
A main body having a plurality of rotary blades having the same radius;
Sensor unit for measuring the amount of change according to the body tilts during flight; And
Comprising a control unit for calculating a horizontal angle according to the amount of change so that the main body is horizontal, controlling the rotational speed of each rotor blade to correspond to the horizontal angle, or controls the angle of the camera provided to correspond to the horizontal angle.
시계방향으로 회전하는 시계방향 날개와, 시계 반대방향으로 회전하는 시계반대방향 날개를 구비하되, 상기 시계방향 날개와 상기 시계반대방향 날개는 각각 복수개로서 동일 개수인 비행장치.The method according to claim 1, wherein the plurality of rotor blades of the body portion,
And a clockwise wing that rotates clockwise and an anticlockwise wing that rotates counterclockwise, wherein the clockwise wing and the counterclockwise wing each have the same number.
상기 센서부는 다축 중력 가속도센서 및 다축 각속도 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 다축 중력 가속도센서에 의한 데이터와 상기 다축 각속도 센서에 의한 데이터로 상기 수평각을 산출하는 비행장치.The method according to claim 1,
The sensor unit includes a multi-axis gravity acceleration sensor and a multi-axis angular velocity sensor, the control unit calculates the horizontal angle from the data by the multi-axis gravity acceleration sensor and the data by the multi-axis angular velocity sensor.
상기 카메라모터를 제어하기 위한 카메라모터 제어부를 더 포함하는 비행장치.The method according to claim 1,
And a camera motor controller for controlling the camera motor.
상기 수평각에 대해 반응하도록 구비된 카메라의 각도를 제어하는 카메라 안정화부를 포함하는 비행장치.The method according to claim 1,
And a camera stabilizer for controlling an angle of a camera provided to respond to the horizontal angle.
사용자가 원하는 곳의 장소를 사용자의 위치에서 볼 수 있는 카메라;
전/후, 좌/우, 위/아래로 부착할 수 있는 카메라 연결장치; 및
카메라의 각도를 제어하는 3개의 카메라 모터를 포함하는 비행장치.The method of claim 5, wherein the camera stabilizer,
A camera for viewing a place where the user wants at the user's location;
Camera connections for attaching front / back, left / right, up / down; And
An aircraft comprising three camera motors controlling the angle of the camera.
상기 센서부는 초음파 센서를 포함하고, 상기 초음파 센서는 비행장치의 전/후, 좌/우, 위/아래의 장애물을 측정해 기체의 손상을 방지하는 비행장치.The method of claim 1,
The sensor unit includes an ultrasonic sensor, wherein the ultrasonic sensor to prevent the damage to the gas by measuring the obstacles before / after, left / right, up / down of the flight device.
비행장치의 X축, Y축, Z축의 방향성을 측정하기 위해 중력가속도와 각속도를 센싱하는 단계;
센싱된 중력가속도 및 가속도에 따라 비행장치가 기울어진 각도를 산출하는 단계; 및
산출된 기울어진 각도에 따라 비행장치가 수평을 유지하도록 각 회전익의 회전속도를 각각 제어하는 단계를 포함하는 비행장치에서의 수평 제어 방법. In the horizontal control method in a flying device having a plurality of rotor blades,
Sensing gravity acceleration and angular velocity to measure the directionality of the X, Y, and Z axes of the aircraft;
Calculating an inclination angle of the flying device according to the sensed acceleration and acceleration; And
And controlling the rotational speeds of the respective rotor blades so that the aircraft is horizontal in accordance with the calculated inclination angle.
상기 각 회전익의 회전속도를 각각 제어하는 단계는, 상기 기울어진 각도에 상응하는 수평각을 이용하여 비례, 미분, 적분 제어기인 PID 제어기를 사용하여 각각의 회전익 구동 모터에 개별적인 제어신호를 발생시킴으로써 수행되는 비행장치에서의 수평 제어 방법.The method of claim 8,
The step of controlling the rotation speed of each rotor blade, respectively, is performed by generating a separate control signal to each rotor blade motor using a PID controller which is a proportional, derivative, and integral controller using a horizontal angle corresponding to the inclined angle. Horizontal control method in flight system.
이동 평균 필터를 이용하여 카메라에 부착된 모터의 회전수를 조절하는 단계를 더 포함하는 비행장치에서의 수평 제어 방법.The method of claim 8,
And adjusting the number of rotations of the motor attached to the camera by using a moving average filter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110002863A KR20120081500A (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | The aerial device having rotors and the control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110002863A KR20120081500A (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | The aerial device having rotors and the control method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120081500A true KR20120081500A (en) | 2012-07-19 |
Family
ID=46713638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110002863A Withdrawn KR20120081500A (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | The aerial device having rotors and the control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120081500A (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104925268A (en) * | 2015-07-04 | 2015-09-23 | 苏州科锐恒机械科技有限公司 | Night aircraft |
| KR20160125589A (en) | 2015-04-21 | 2016-11-01 | 순천대학교 산학협력단 | Apparatus for attitude stabilization of small unmanned aerial vehicle |
| CN106275436A (en) * | 2016-09-28 | 2017-01-04 | 哈尔滨云控机器人科技有限公司 | There is installation device of sensor and the installation method thereof of function of autotomying |
| KR20170009178A (en) | 2015-07-16 | 2017-01-25 | 한화테크윈 주식회사 | Multicopter Installed A Plurality Of Cameras And Apparatus For Monitoring Image Received Therefrom |
| WO2017132796A1 (en) * | 2016-02-01 | 2017-08-10 | Autel Robotics Co., Ltd | A multirotor aircraft and a method for controlling the multirotor aircraft |
| KR20180038595A (en) * | 2016-10-06 | 2018-04-17 | 방상봉 | Mornitoring system using drone |
| US10191496B2 (en) | 2016-04-21 | 2019-01-29 | Foundation Of Soongsil University-Industry Cooperation | Unmanned aerial vehicle and a landing guidance method using the same |
| WO2019037256A1 (en) * | 2017-08-23 | 2019-02-28 | 深圳市大疆灵眸科技有限公司 | Pan-tilt system and unmanned aerial vehicle system |
| WO2020171315A1 (en) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | (주)아르고스다인 | Unmanned aerial vehicle landing system |
| CN113086177A (en) * | 2015-05-19 | 2021-07-09 | 株式会社爱隆未来 | Rotorcraft |
| CN114339154A (en) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 福州大学 | Floating type mobile camera device |
| KR20240103350A (en) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | 주식회사 현대케피코 | Delivery drone and control method of delivery drone |
-
2011
- 2011-01-11 KR KR1020110002863A patent/KR20120081500A/en not_active Withdrawn
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160125589A (en) | 2015-04-21 | 2016-11-01 | 순천대학교 산학협력단 | Apparatus for attitude stabilization of small unmanned aerial vehicle |
| CN113086177A (en) * | 2015-05-19 | 2021-07-09 | 株式会社爱隆未来 | Rotorcraft |
| CN104925268A (en) * | 2015-07-04 | 2015-09-23 | 苏州科锐恒机械科技有限公司 | Night aircraft |
| KR20170009178A (en) | 2015-07-16 | 2017-01-25 | 한화테크윈 주식회사 | Multicopter Installed A Plurality Of Cameras And Apparatus For Monitoring Image Received Therefrom |
| US10710717B2 (en) | 2016-02-01 | 2020-07-14 | Autel Robotics Co., Ltd. | Multirotor aircraft and a method for controlling the multirotor aircraft |
| WO2017132796A1 (en) * | 2016-02-01 | 2017-08-10 | Autel Robotics Co., Ltd | A multirotor aircraft and a method for controlling the multirotor aircraft |
| US10191496B2 (en) | 2016-04-21 | 2019-01-29 | Foundation Of Soongsil University-Industry Cooperation | Unmanned aerial vehicle and a landing guidance method using the same |
| CN106275436B (en) * | 2016-09-28 | 2018-10-02 | 哈尔滨云控机器人科技有限公司 | Installation device of sensor with function of autotomying and its installation method |
| CN106275436A (en) * | 2016-09-28 | 2017-01-04 | 哈尔滨云控机器人科技有限公司 | There is installation device of sensor and the installation method thereof of function of autotomying |
| KR20180038595A (en) * | 2016-10-06 | 2018-04-17 | 방상봉 | Mornitoring system using drone |
| WO2019037256A1 (en) * | 2017-08-23 | 2019-02-28 | 深圳市大疆灵眸科技有限公司 | Pan-tilt system and unmanned aerial vehicle system |
| WO2020171315A1 (en) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | (주)아르고스다인 | Unmanned aerial vehicle landing system |
| CN114339154A (en) * | 2021-12-29 | 2022-04-12 | 福州大学 | Floating type mobile camera device |
| CN114339154B (en) * | 2021-12-29 | 2025-01-14 | 福州大学 | A floating mobile camera device |
| KR20240103350A (en) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | 주식회사 현대케피코 | Delivery drone and control method of delivery drone |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20120081500A (en) | The aerial device having rotors and the control method | |
| CN104335128B (en) | Method for controlling multirotor rotorcraft with crosswind and accelerometer bias estimation and compensation | |
| US9938005B2 (en) | Thrust vectoring on a rotor-based remote vehicle | |
| JP5633799B2 (en) | Weather observation equipment | |
| CN103744430B (en) | A kind of small-sized depopulated helicopter flight control method | |
| CN107643762A (en) | The UAS and its air navigation aid of independent navigation | |
| CN110377058B (en) | Aircraft yaw angle correction method and device and aircraft | |
| JP5713231B2 (en) | Flying object | |
| JP6822267B2 (en) | Flyer and how to use the flyer | |
| JP2017178301A (en) | Altitude estimation device for drone | |
| JP2013139256A (en) | Method for piloting rotary wing drone to photographing by onboard camera while minimizing disturbing movement | |
| US10365663B2 (en) | Tether orientation sensor for controlling the position of a tethered aircraft | |
| KR102118157B1 (en) | Sensor mounting device of unmanned aerial vehicle for meteorological observation, unmanned aerial vehicle for meteorological observation and meteorological observation method thereof and sensor mounting device of unmanned aerial vehicle for meteorological observation | |
| WO2018214005A1 (en) | Method for controlling agricultural unmanned aerial vehicle, flight controller, and agricultural unmanned airplane | |
| JP6592680B1 (en) | Unmanned aerial vehicle | |
| KR102476705B1 (en) | Device of driving camera, driving method thereof and jimbal apparatus | |
| CN104035445A (en) | Remote control device, control system and control method | |
| KR20180106605A (en) | aircraft for indoor area monitoring system | |
| WO2018187936A1 (en) | Unmanned aerial vehicle and obstacle avoidance control method therefor | |
| JP6586602B1 (en) | Unmanned aerial vehicle | |
| CN110109474A (en) | Rotor wing unmanned aerial vehicle complicated landform autobalance landing chassis and control method | |
| CN107111321A (en) | Control method, control device, flight control system and multi-rotor unmanned aerial vehicle | |
| JP2019077207A (en) | Rotary wing aircraft | |
| KR20210137469A (en) | Systems and methods for determining wind direction and speed measurements from the altitude of a drone | |
| JP6579523B2 (en) | Flight function addition device and rotor unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20110111 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |