KR101252080B1 - The apparatus and method of inspecting with flying robot of quad roter - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A transmission tower insulator crack inspection apparatus and a method using a quadrotor type flying robot are provided to reduce the inspection time of a transmission tower insulator, and to secure safety of the inspector by processing with a smart phone after acquiring real time video data not shaken by wind or external pressure through a flying robot. CONSTITUTION: A flying robot body(110) plays a role supporting a rotor formed by crossing from the east, the west, the south, and the north at a crossing point in the center, and is formed to be a cylindrical shape or a cubic box shape. A quadrotor unit(120) is formed by crossing in the east, the west, the south, and the north directions based on the flying robot body, performs hovering, thrusting, rolling, pitching, and yawing motions, and is levitated to a specific location and locates the flying robot body in the stop position. Also, the quadrotor unit consists of a support frame, a first rotor unit(122), a second rotor unit(123), a third rotor unit(124), and a fourth rotor unit(125). A sensor unit is located in one side of the quadrotor unit and the flying robot body, and measures a location, a speed and an approaching object of the flying robot in order to transmit to a flying robot control unit. A smart phone(200) downloads and activates an application for the flying robot control, sets the quadrotor type flying robot and an AP(Access Point), and sends a posture control command and a location control command to the quadrotor type flying robot. In response to the command, the smart phone receives real time video data of an insulator crack of the transmission tower, inspects the surface of the insulator, and performs a non-destructive inspection searching for a mechanical defect related to the crack on the insulator surface.

Description

쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치 및 방법{THE APPARATUS AND METHOD OF INSPECTING WITH FLYING ROBOT OF QUAD ROTER}Transmission Apparatus Crack Inspection Apparatus and Method Using Quadrotor Flight Robot {THE APPARATUS AND METHOD OF INSPECTING WITH FLYING ROBOT OF QUAD ROTER}

본 발명은 공중 부상되는 쿼드로터형 비행로봇을 이용하여 송전탑에 설치된 애자를 촬영하고, 촬영된 영상을 실시간 수집하여 애자의 표면 상태를 검사하는 비파괴 검사 방법 및 카메라가 설치되어 있는 자율 비행 로봇에 관한 것이다.
The present invention relates to a non-destructive testing method for inspecting the surface state of the insulator by photographing the insulator installed in the transmission tower using a quadrotor-type flying robot that is floating in the air, and collecting the captured image in real time, and to an autonomous flying robot equipped with a camera. will be.

일반적으로, 송전탑에 사용되는 애자는 반복적인 기계적, 열적 스트레스에 기인하여 크랙의 손상이나 물리적인 외력에 의하여 파손이 발생한다. In general, insulators used in transmission towers are damaged by crack damage or physical external force due to repeated mechanical and thermal stresses.

종래, 애자의 이상 유무를 검사하기 위하여 전위 측정법, 저항 측정법, 및 전계 측정법, 주파수 응답 함수를 이용한 애자 비파괴 검사 방법 등을 포함하는 많은 방법들이 개발되어 왔고, 국내에서는 이 중 전계 측정법을 채택한 전계식 불량 애자 검출기를 도입하여 사용하고 있다. Conventionally, many methods have been developed to check for insulator abnormalities, including potential measurement, resistance measurement, electric field measurement, and insulator nondestructive testing using frequency response function. An insulator detector is introduced and used.

이러한 방식은 반복적인 기계적, 열적 스트레스에 기인하여 발생한 애자의 크랙이나 물리적인 외력에 의한 파손을 검사할 수 없으며, 주파수 응답 함수를 이용한 애자 비파괴 검사 방법은 비파괴 검사를 하므로 애자의 크랙이나 파손등을 검사할 수 있으나 송전탑에 설치된 애자를 측정하기 위하여 애자가 설치된 송전탑 꼭대기까지 검사 장비를 가지고 올라가 측정을 한다. In this method, the crack of the insulator caused by repetitive mechanical and thermal stress or damage caused by physical external force cannot be inspected.The insulator nondestructive testing method using the frequency response function performs the non-destructive test, so In order to measure the insulator installed in the transmission tower, the inspection equipment is taken to the top of the transmission tower where the insulator is installed.

이러한 방법은 상당한 위험이 따라서 검사자가 감전되는 사고가 빈번할 뿐만 아니라, 검사를 시작하여 완료하는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있었다.Such a method has a significant risk, and therefore, the inspector frequently has an electric shock, and it takes a long time to start and complete the test.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 비행로봇을 통한 영상촬영방법이 제시된 바 있으나, 이는 바람의 영향을 많이 받아 검사대상물 위치에 정위치되지 않고 흔들려서 정확한 영상데이터 획득이 어려운 문제점이 있었다.In order to solve such a problem, a conventional method of photographing through a flying robot has been proposed, but it is difficult to obtain accurate image data due to shaking due to the influence of wind.

또한, 근거리에 위치한 제어단말기로의 실시간 영상데이터 전송이 어려워 송전탑 애자의 크랙에 관한 정확한 영상데이터 획득이 어려운 문제점이 있었다.
In addition, it is difficult to obtain real-time image data to a control terminal located at a short distance, so that accurate image data regarding cracks of a transmission tower insulator is difficult to obtain.

국내등록특허공보 제10-0873976호(2008년12월17일 공고)Domestic Patent Publication No. 10-0873976 (August 17, 2008)

상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 바람이나 외압에 흔들리지 않고 검사대상물에 정위치되면서 송전탑 애자의 크랙에 관한 실시간 영상데이터을 획득할 수 있고, 획득된 영상을 비행로봇제어용 스마트폰에서 바로 처리하여 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 비파괴 검사를 수행할 수 있어, 송전탑 애자 검사시간을 단축시킬 수 있고, 검사자의 안전을 확보할 수 있는 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
In order to solve the above problems, the present invention can obtain real-time image data regarding the crack of the transmission tower insulator while being positioned on the inspection object without being shaken by wind or external pressure, and processing the acquired image directly on the flying robot control smartphone. A non-destructive test that detects mechanical defects related to cracks on the insulator surface by inspecting the state of the surface can be performed, which shortens the inspection time of the transmission tower insulator and ensures the safety of the inspector. It is an object of the present invention to provide an insulator crack inspection apparatus and method.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치는Transmission tower insulator crack inspection apparatus through a quadrotor-type flying robot according to the present invention to achieve the above object

비행로봇제어용 스마트폰에 의해 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 동작되고, 쿼드로터를 통해 송전탑의 애자까지 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동해서 정위치된 후 영상촬영하고, WiFi 통신망을 통해 비행로봇제어용 스마트폰으로 실시간 영상데이터를 전송시키는 쿼드로터형 비행로봇(100)과,It is operated by receiving posture control signal and position control signal by flight robot control smart phone. After quadrotor moves to hovering, thrust, roll motion, pitch motion and yaw movement to the insulator of the transmission tower, the image is taken. And, quadrotor type flight robot 100 for transmitting real-time image data to the flight robot control smartphone via a WiFi communication network,

비행로봇제어용 어플을 다운로드받아 화면상에 활성화시킨 후, 쿼드로터형 비행로봇과 AP(Access Point)를 설정하고, 쿼드로터형 비행로봇으로 자세제어명령과 위치제어명령을 보내고, 이에 따른 응답신호로서 송전탑의 애자 크랙에 관한 실시간 영상데이터를 수신받아 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 비파괴 검사를 수행하는 비행로봇제어용 스마트폰(200)으로 구성됨으로서 달성된다.
After downloading the flight robot control application and activating it on the screen, the quadrotor type flight robot and AP (Access Point) are set, and the posture control command and the position control command are sent to the quadrotor type flight robot, and as a response signal accordingly. It is achieved by receiving a real-time image data about the insulator cracks of the transmission tower, and is configured by the flight robot control smartphone 200 to perform a non-destructive inspection to find the mechanical defects related to the cracks of the insulator surface.

또한, 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사방법은In addition, the transmission tower insulator crack inspection method using a quad rotor type flight robot according to the present invention

비행로봇제어용 스마트폰에서 비행로봇제어용 어플을 다운로드받아 화면상에 활성화시키는 단계(S100)와,Downloading the flight robot control application from the flight robot control smartphone to activate on the screen (S100),

비행로봇제어용 스마트폰에서 쿼드로터형 비행로봇과 AP(Access Point)를 설정하고, 쿼드로터형 비행로봇으로 자세제어명령과 위치제어명령을 전송시키는 단계(S200)와,Setting a quadrotor-type flight robot and an AP (access point) in a smartphone for flight robot control, and transmitting a posture control command and a position control command to the quadrotor-type flight robot (S200);

쿼드로터형 비행로봇(100)가 송전탑의 애자까지 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동해서 정위치된 후 영상촬영하는 단계(S300)와,Quadrotor-type flying robot 100 is hovering, thrust, roll movement, pitch movement, yaw (YAW) movement to the insulator of the transmission tower is positioned and then taken the image (S300),

WiFi 통신망을 통해 비행로봇제어용 스마트폰으로 실시간 영상데이터를 전송시키는 단계(S400)와,And transmitting the real-time video data to the flight robot control smartphone via the WiFi communication network (S400),

송전탑의 애자 크랙에 관한 실시간 영상데이터를 수신받아 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 비파괴 검사를 수행하는 단계(S500)로 이루어짐으로서 달성된다.
Receiving real-time image data about the insulator crack of the transmission tower is achieved by performing a non-destructive inspection to find the mechanical defects related to the crack of the insulator surface (S500) by inspecting the state of the insulator surface.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 송전탑 애자에 관한 영상촬영과 영상획득, 그리고, 비파괴검사를 한꺼번에 현장에서 실시할 수 있어, 검사시간과 비용을 단축시킬 수 있고, 무엇보다 쿼드로터형 비행로봇을 통해 검사대상물에 공중부양하면서 정위치시키면서 정확한 영상데이터를 촬영할 수 있어, 이를 산업용, 군사용으로 응용범위를 확장시킬 수 있는 좋은 효과가 있다.
As described above, in the present invention, imaging and acquisition of transmission tower insulators, and non-destructive inspections can be carried out at the same time, reducing inspection time and costs, and above all, quadrotor-type flying robots. Through this, it is possible to shoot accurate image data while locating the object to be lifted while being levitation, which has a good effect of extending the application range for industrial and military use.

도 1은 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 영상검사장치의 구성요소를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 영상검사장치의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 비행로봇제어용 스마트폰(200)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 비행로봇 제어부(140)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 PID제어기의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사방법을 도시한 순서도,
도 7은 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치를 통한 송전탑 애자까지 공중부양된 후, 송전탑 애자를 영상촬영해서 비행로봇제어용 스마트폰으로 전송시키는 과정을 도시한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 초음파발진기와 검파기를 통해 송전탑 애자의 내부크랙을 검출하는 과정을 도시한 일실시예도.
1 is a perspective view showing the components of a transmission tower insulator crack image inspection apparatus through a quadrotor-type flying robot according to the present invention,
Figure 2 is an exploded perspective view showing the components of the transmission tower insulator crack image inspection apparatus through a quad rotor type flight robot according to the present invention,
3 is a block diagram showing the components of the flight robot control smartphone 200 according to the present invention,
4 is a block diagram showing the components of the flight robot controller 140 according to the present invention;
5 is a block diagram showing the components of the PID controller according to the present invention;
6 is a flowchart illustrating a method for inspecting a transmission tower insulator crack through a quad rotor-type flying robot according to the present invention;
Figure 7 is an embodiment showing a process of transmitting the transmission tower insulators by taking a video of the transmission tower insulator through the transmission tower insulator crack inspection apparatus through a quadrotor-type flying robot according to the present invention to transmit to the flying robot control smartphone ,
8 is a diagram illustrating a process of detecting an internal crack of a transmission tower insulator by using an ultrasonic generator and a detector according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 쿼드로터형 비행로봇(100)과 비행로봇제어용 스마트폰(200)으로 구성된다.
1 is a perspective view showing the components of the transmission tower insulator crack inspection apparatus through a quadrotor-type flying robot according to the present invention, which comprises a quadrotor-type flying robot 100 and a flying robot control smartphone 200 do.

먼저, 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇(100)에 관해 설명한다.First, the quadrotor-type flying robot 100 according to the present invention will be described.

상기 쿼드로터형 비행로봇(100)은 비행로봇제어용 스마트폰에 의해 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 동작되고, 쿼드로터를 통해 송전탑의 애자까지 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동해서 정위치된 후 영상촬영하고, WiFi 통신망을 통해 비행로봇제어용 스마트폰으로 실시간 영상데이터를 전송시키는 역할을 하는 것으로, 이는 비행로봇몸체(110), 쿼드로터부(120), 센서부(130), 비행로봇 제어부(140), WiFi통신모듈(150), 전원부(160), 영상카메라부(170)로 구성된다.
The quadrotor-type flying robot 100 is operated by receiving a posture control signal and a position control signal by a smartphone for controlling the flight robot, and hovering, thrust, roll motion, pitch motion, yaw to the insulator of the transmission tower through the quadrotor. YAW) After the position is fixed by movement to take a picture, and to transmit the real-time image data to the flight robot control smartphone via WiFi communication network, which is a flight robot body 110, quadrotor unit 120, sensor unit 130, the flight robot controller 140, the WiFi communication module 150, the power supply unit 160, and the image camera unit 170.

첫째, 본 발명에 따른 비행로봇몸체(110)에 관해 설명한다.First, the flight robot body 110 according to the present invention will be described.

상기 비행로봇몸체(110)는 동서남북 방향으로 가로질러 형성된 로터를 가운데 교착점에서 지지하는 역할을 한다.The flying robot body 110 serves to support the rotor formed across the east, west, north, and north directions at the interlock point.

이는 원통형 또는 사각박스형상으로 형성되고, 가볍고 내구성이 좋은 알루미늄 합금강 재질로 이루어진다. It is formed in a cylindrical or rectangular box shape, and is made of a light and durable aluminum alloy steel material.

그리고, 비행로봇몸체를 중심으로 동서남북 방향으로 쿼드로터부가 형성되고, 내부에 비행로봇 제어부, WiFi통신모듈, 전원부가 포함되어 형성되며, 하단에 영상카메라부가 스테빌라이저에 의해 지지되면서 형성된다.
Then, the quadrotor part is formed in the east, west, north and north directions around the flight robot body, and the flight robot controller, the WiFi communication module, and the power supply unit are formed therein, and the image camera unit is formed while being supported by the stabilizer at the bottom.

둘째, 본 발명에 따른 쿼드로터부(120)에 관해 설명한다.Second, the quadrotor unit 120 according to the present invention will be described.

상기 쿼드로터부(120)는 비행로봇몸체를 중심으로 동서남북 방향으로 가로질러 형성되어, 비행로봇 제어부의 자세제어와 위치제어에 따라 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동을 하면서 특정 위치까지 공중부양되어 비행로봇몸체를 정위치시키는 역할을 한다.The quadrotor unit 120 is formed across the flight robot body in the east-west-south north direction, while hovering, thrust, roll movement, pitch movement, yaw (YAW) movement according to the attitude control and position control of the flight robot controller It is levitation to a specific position and serves to position the flying robot body.

이는 지지프레임(121), 제1 로터부(122), 제2 로터부(123), 제3 로터부(124), 제4로터부(125)로 구성된다.It is composed of a support frame 121, the first rotor portion 122, the second rotor portion 123, the third rotor portion 124, the fourth rotor portion 125.

상기 지지프레임(121)은 비행로봇 몸체를 중심으로 십자형상으로 이루어져 동서남북방향에 위치한 로터들을 지지하는 것으로, 이는 가볍고 내구성이 좋은 알루미늄합금강으로 이루어진다.
The support frame 121 is formed in a cross shape around the flying robot body to support the rotors located in the east, west, north and south directions, which is made of light and durable aluminum alloy steel.

상기 제1 로터부(122)는 비행로봇 몸체를 중심으로 동쪽 방향에 위치되어, 지지프레임에 지지되면서 비행로봇 제어부의 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 제2 로터부, 제3 로터부, 제4로터부와 함께 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동시키는 역할을 한다.The first rotor part 122 is positioned in the east direction with respect to the flight robot body, and is supported by the support frame to receive the attitude control signal and the position control signal of the flight robot controller to receive the second rotor part, the third rotor part, Together with the fourth rotor, hovering, thrust, roll movement, pitch movement, yaw movement are performed.

이는 제1 로터(122a), 제1 BLDC모터(122b)로 구성된다.It is composed of a first rotor 122a and a first BLDC motor 122b.

상기 제1 로터(122a)는 일자형상의 회전날개로서, 비행로봇 몸체를 중심으로 동쪽 방향에 위치하면서 제1 BLDC 모터에 의해 회전된다.The first rotor 122a is a linear rotor blade and is rotated by a first BLDC motor while being located in an east direction with respect to the flying robot body.

상기 제1 BLDC모터(122b)는 제1 로터에 회전력을 구동시키는 것으로, 이는 속도가 3600 rpm/V이고, 전원이 375W이며, 전압이 6~15V이고, 전류가 20A이며, 무게가 60g인 특성을 가진다.The first BLDC motor 122b drives a rotational force to the first rotor, which has a speed of 3600 rpm / V, a power of 375W, a voltage of 6 to 15V, a current of 20A, and a weight of 60g. Has

본 발명에 따른 제1 BLDC 모터를 제어하기 위한 BLDC 모터 제어부(140a)가 비행로봇 몸체부의 비행로봇 제어부 상단 일측에 구성된다.
The BLDC motor controller 140a for controlling the first BLDC motor according to the present invention is configured at the upper side of the flight robot controller of the flight robot body part.

상기 제2 로터부(123)는 제1 로터부와 대각선방향에 위치되어, 지지프레임에 지지되면서 비행로봇 제어부의 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 제1 로터부, 제3 로터부, 제4 로터부와 함께 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동시키는 역할을 한다.The second rotor part 123 is disposed in a diagonal direction with the first rotor part, and is supported by the support frame to receive the attitude control signal and the position control signal of the flight robot controller, and receive the first rotor part, the third rotor part, and the third rotor part. 4 It plays a role of hovering, thrust, roll movement, pitch movement and yaw movement together with the rotor part.

이는 제2 로터(123a), 제2 BLDC모터(123b)로 구성된다.It is composed of a second rotor 123a and a second BLDC motor 123b.

상기 제2 로터(123a)는 일자형상의 회전날개로서, 비행로봇 몸체를 중심으로 제1 로터부와 대각선 방향에 위치하면서 제2 BLDC 모터에 의해 회전된다.The second rotor 123a is a linear rotor blade, and is rotated by a second BLDC motor while being positioned diagonally with the first rotor part about the flying robot body.

상기 제2 BLDC모터(123b)는 제2 로터에 회전력을 구동시키는 것으로, 이는 속도가 3600 rpm/V이고, 전원이 375W이며, 전압이 6~15V이고, 전류가 20A이며, 무게가 60g인 특성을 가진다.The second BLDC motor 123b drives a rotational force to the second rotor, which has a speed of 3600 rpm / V, a power of 375W, a voltage of 6 to 15V, a current of 20A, and a weight of 60g. Has

상기 제2 BLDC 모터는 BLDC 모터 제어부(140a)에 의해 제어된다.
The second BLDC motor is controlled by the BLDC motor controller 140a.

상기 제3 로터부(124)는 비행로봇 몸체를 중심으로 남쪽 방향에 위치되어, 지지프레임에 지지되면서 비행로봇 제어부의 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 제1 로터부, 제2 로터부, 제4 로터부와 함께 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동시키는 역할을 한다.The third rotor part 124 is located in the south direction with respect to the flight robot body, and is supported by the support frame and receives the attitude control signal and the position control signal of the flight robot controller to receive the first rotor part, the second rotor part, Together with the fourth rotor portion, hovering, thrust, roll movement, pitch movement, yaw movement is performed.

이는 제3 로터(124a), 제3 BLDC모터(124b)로 구성된다.It is composed of a third rotor 124a and a third BLDC motor 124b.

상기 제3 로터(124a)는 일자형상의 회전날개로서, 비행로봇 몸체를 중심으로 남쪽 방향에 위치하면서 제3 BLDC 모터에 의해 회전된다.The third rotor 124a is a linear rotor blade and is rotated by a third BLDC motor while being located in a south direction with respect to the flying robot body.

상기 제3 BLDC모터(124b)는 제3 로터에 회전력을 구동시키는 것으로, 이는 속도가 3600 rpm/V이고, 전원이 375W이며, 전압이 6~15V이고, 전류가 20A이며, 무게가 60g인 특성을 가진다.The third BLDC motor 124b drives a rotational force to the third rotor, which has a speed of 3600 rpm / V, a power of 375W, a voltage of 6 to 15V, a current of 20A, and a weight of 60g. Has

상기 제3 BLDC 모터는 BLDC 모터 제어부(140a)에 의해 제어된다.
The third BLDC motor is controlled by the BLDC motor controller 140a.

상기 제4 로터부(125)는 제3 로터부와 대각선방향에 위치되어, 지지프레임에 지지되면서 비행로봇 제어부의 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 제1 로터부, 제2 로터부, 제3 로터부와 함께 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동시키는 것으로, 이는 제4 로터(125a), 제4 BLDC모터(125b)로 구성된다.The fourth rotor part 125 is positioned in a diagonal direction with the third rotor part, and is supported by the support frame to receive the attitude control signal and the position control signal of the flight robot controller, and thereby receive the first rotor part, the second rotor part, and the first rotor part. Hovering, thrust, roll movement, pitch movement, yaw (YAW) movement with the three rotor portion, which is composed of a fourth rotor (125a), the fourth BLDC motor (125b).

상기 제4 로터(125a)는 일자형상의 회전날개로서, 비행로봇 몸체를 중심으로 제3 로터부와 대각선 방향에 위치하면서 제4 BLDC 모터에 의해 회전된다.The fourth rotor 125a is a linear rotor blade, and is rotated by a fourth BLDC motor while being positioned diagonally with the third rotor part about the flying robot body.

상기 제4 BLDC모터(125b)는 제4 로터에 회전력을 구동시키는 것으로, 이는 속도가 3600 rpm/V이고, 전원이 375W이며, 전압이 6~15V이고, 전류가 20A이며, 무게가 60g인 특성을 가진다.The fourth BLDC motor 125b drives rotational force to the fourth rotor, which has a speed of 3600 rpm / V, a power of 375W, a voltage of 6 to 15V, a current of 20A, and a weight of 60g. Has

상기 제4 BLDC 모터는 BLDC 모터 제어부(140a)에 의해 제어된다. The fourth BLDC motor is controlled by the BLDC motor controller 140a.

셋째, 본 발명에 따른 센서부(130)에 관해 설명한다.Third, the sensor unit 130 according to the present invention will be described.

상기 센서부(130)는 쿼드로터부 및 비행로봇몸체 일측에 위치되어, 비행로봇의 위치, 속도, 근접한 물체감지를 측정해서 비행로봇 제어부로 전송시키는 역할을 한다.The sensor unit 130 is located on one side of the quad rotor unit and the flying robot body, and serves to measure the position, speed, and proximity object detection of the flying robot to be transmitted to the flying robot controller.

이는 자이로 센서(131), 가속도센서(132), 적외선센서(133), GPS 수신기(134), 고도계(135)로 구성된다.It is composed of a gyro sensor 131, an acceleration sensor 132, an infrared sensor 133, a GPS receiver 134, an altimeter 135.

상기 자이로 센서(131)는 한축을 기준으로 단위시간에 비행로봇몸체가 회전한 각도의 값을 수치로 알려주는 센서로서, 이는 비행로봇몸체 하단 일측에 구성되어, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동시 비행로봇몸체가 회전한 각도값을 측정한다.The gyro sensor 131 is a sensor that informs the value of the angle of the rotation of the flight robot body in unit time based on one axis, which is configured on the lower side of the flight robot body, roll motion, pitch motion, yaw (YAW) Measure the angle of rotation of the flying robot body during exercise.

상기 가속도센서(132)는 이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서로서, 이는 제1 로터부와, 제3 로터부 일측에 구성된다.The acceleration sensor 132 is a sensor for measuring the acceleration or impact strength of the moving object, which is configured on one side of the first rotor portion and the third rotor portion.

상기 적외선센서(133)는 바닥면에 적외선을 반사시키고, 되돌아오는 값을 수신받아 비행로봇몸체와 근접한 물체와의 거리를 제어하기 위해 사용된다. 이는 제1 로터부, 제2 로터부, 제3 로터부, 제4 로터부 중 어느 하나에 선택되어 구성된다.The infrared sensor 133 is used to reflect the infrared rays on the bottom surface and receive a return value to control the distance between the flying robot body and the object in close proximity. It is selected and configured in any one of a 1st rotor part, a 2nd rotor part, a 3rd rotor part, and a 4th rotor part.

상기 GPS 수신기(134)는 비행로봇몸체 상단 일측에 위치되어, GPS 위성으로부터 현재 쿼드로터형 비행로봇의 위치(X축, Y축)와 시간을 수신받아 비행로봇 제어부로 송신시키는 역할을 한다.The GPS receiver 134 is located at one side of the upper part of the flying robot body, and receives the position (X-axis, Y-axis) and time of the current quadrotor-type flying robot from the GPS satellites and transmits it to the flying robot controller.

상기 고도계(135)는 바닥기준면에서 비행로봇몸체가 상승한 고도를 측량하는 역할을 한다.
The altimeter 135 serves to measure the elevation of the flying robot body on the floor reference plane.

또한, 본 발명에 센서부(130)는 쿼드로터부 및 비행로봇몸체 일측에 송전탑 애자의 내부크랙을 찾아내기 위해 초음파발진기(136)와, 검파기(137)가 구성된다.In addition, in the present invention, the sensor unit 130 includes an ultrasonic oscillator 136 and a detector 137 to find the internal crack of the transmission tower insulator on one side of the quadrotor unit and the flying robot body.

여기서, 초음파발진기(136)는 초음파를 송전탑 애자에 발진시키는 역할을 한다.Here, the ultrasonic oscillator 136 serves to oscillate the ultrasonic wave to the transmission tower insulator.

검파기(137)는 송전탑 애자에 발진된 초음파를 수신받아, 입사파와 저면 반사파의 차이를 나타내는 내부크랙데이터를 저장한 후, 비행로봇 제어부로 전송시키는 역할을 한다.
The detector 137 receives the ultrasonic wave oscillated in the transmission tower insulator, stores internal crack data indicating the difference between the incident wave and the bottom reflection wave, and transmits the internal crack data to the flying robot controller.

넷째, 본 발명에 따른 비행로봇 제어부(140)에 관해 설명한다.Fourth, the flight robot control unit 140 according to the present invention will be described.

상기 비행로봇 제어부(140)는 센서부로부터 측정된 비행로봇의 위치, 속도, 높이를 입력받아 기준설정값(setpoint)과 비교하여 오차(error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 현재 비행로봇의 자세제어와 위치제어를 연산한 후, 쿼드로터부로 자세제어명령과 위치제어명령을 출력시키고, WiFi통신모듈을 통해 비행로봇제어용 스마트폰으로 영상카메라부에서 촬영된 실시간 영상데이터와 내부크랙데이터, 센서측량데이터를 전송시키도록 제어하는 역할을 한다.The flight robot controller 140 receives the position, the speed, and the height of the flight robot measured from the sensor unit, calculates an error by comparing with a reference setpoint, and uses the current value to calculate the current flight robot. After calculating the posture control and position control, the quadrotor outputs the posture control command and the position control command, and the real-time image data and the internal crack data captured by the video camera unit with the flight robot control smartphone through the WiFi communication module. It also controls the transmission of sensor survey data.

이는 PID제어기(141), PWM 제어부(142), 데이터 전송부(143)로 구성된다.
It is composed of a PID controller 141, a PWM control unit 142, a data transmission unit 143.

상기 PID제어기(141)는 센서부로부터 측정된 비행로봇의 위치, 속도, 높이를 입력받아 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동의 기준설정값(setpoint)과 비교하여 오차(error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 현재 비행로봇의 자세제어와 위치제어를 연산한 후, 에러를 줄이기 위해 PWM 제어부의 레퍼런스 전압신호를 생성시키는 역할을 한다. The PID controller 141 receives the position, speed, and height of the flying robot measured from the sensor unit, and compares the error with the reference set point of the hovering, thrust, roll movement, pitch movement, yaw movement, error), calculates the attitude control and position control of the current flight robot using this error value, and generates the reference voltage signal of the PWM controller to reduce the error.

이는 호버링모드(141a), 추력모드(141b), 롤운동모드(141c), 피치운동모드(141d), 요운동모드(141e)로 구성된다.It consists of a hovering mode 141a, a thrust mode 141b, a roll motion mode 141c, a pitch motion mode 141d, and a yaw motion mode 141e.

상기 호버링모드(141a)는 회전으로부터 야기되는 토크를 상쇄하기 위하여 제1 로터부, 제2 로터부는 시계방향으로 회전하고, 제3 로터부, 제4 로터부는 반시계방향으로 회전하여 공중에 떠 있는 상태에서 수직이륙과 수직착륙을 하는 기능을 한다.The hovering mode 141a rotates the first rotor part and the second rotor part clockwise to counteract the torque resulting from the rotation, and rotates the third rotor part and the fourth rotor part counterclockwise to float in the air. In this state, it performs vertical takeoff and vertical landing.

상기 추력모드(141b)는 제1 로터부, 제2 로터부, 제3 로터부, 제4 로터부의 속도를 동일하게 회전시켜, 수직방향으로 기체를 상승 및 하강을 일으키고, 가속도를 증가시켜 기체의 고도를 제어하는 기능을 갖는다.The thrust mode 141b rotates the speeds of the first rotor part, the second rotor part, the third rotor part, and the fourth rotor part in the same manner, causing the gas to rise and fall in the vertical direction, and increase the acceleration to Has the ability to control altitude.

상기 롤운동모드(141c)는 제1 로터부와 제2 로터부의 회전속도를 증가 또는 감소시켜 좌측롤운동 또는 우측롤운동시키는 기능을 갖는다.The roll motion mode 141c has a function of increasing or decreasing the rotational speed of the first rotor part and the second rotor part to move left roll or right roll.

즉, 제1 로터부의 속도를 증가시키고, 그 증가시킨 만큼의 속도를 제2 로터부를 통해 감소시키면, 4개의 로터부에서 나타나는 토크는 상쇄되고, 제1 로터부와 제2 로터부의 속도차에 의한 힘의 차이가 발생되는데, 이로인해 좌우 운동의 가속도가 발생하게 되고, 이때 쿼드로터형 비행로봇의 좌우측롤운동을 야기시킨다.That is, when the speed of the first rotor portion is increased and the speed by the increase is decreased through the second rotor portion, the torque appearing in the four rotor portions is canceled out, and the speed difference between the first rotor portion and the second rotor portion Force difference occurs, which causes acceleration of left and right motion, which causes left and right roll motion of quadrotor type flight robot.

상기 피치운동(Pitch Movement)모드(141d)는 제3 로터부와 제4로터부의 속도를 증가 또는 감소시켜 기체를 상단에서 하단 또는 하단에서 상단으로 피치운동시키는 기능을 갖는다.The pitch movement mode 141d has a function of increasing or decreasing the speed of the third rotor portion and the fourth rotor portion to pitch the gas from the top to the bottom or from the bottom to the top.

즉, 제4로터부의 속도를 증가시키고, 그 증가시킨 만큼의 속도를 제3로터부를 통해 감소시키게 되면, 4개의 로터부에서 나타나는 토크는 상쇄되고, 제3로터부, 제4로터부 속도차에 의한 힘의 차이가 발생하게 되는데 이로 인해 상하운동의 가속도가 발생하게 되고, 이는 쿼드로터형 비행로봇의 피치운동을 야기시킨다.That is, when the speed of the fourth rotor portion is increased and the speed by the increase is decreased through the third rotor portion, the torques appearing in the four rotor portions are canceled out, and the third rotor portion and the fourth rotor portion have different speed differences. Due to the difference in force caused by the acceleration of the vertical movement occurs, which causes the pitch motion of the quadrotor flying robot.

상기 요운동모드(141e)는 같은 방향으로 회전하는 제1로터부, 제2로터부, 제3로터부, 제4로터부의 속도를 증가 혹은 감소시켜 Z축을 기준으로 쿼드로터형 비행로봇을 요운동시키는 기능을 갖는다.The yaw motion mode (141e) yaw movement of the quad rotor type flight robot based on the Z axis by increasing or decreasing the speed of the first rotor portion, the second rotor portion, the third rotor portion, and the fourth rotor portion rotating in the same direction. It has a function to make.

즉, 제1로터부와 제2로터부의 속도를 증가시키고, 그 증가시킨 만큼의 속도를 제3로터부와 제4로터부를 통해 감소시키게 되면, 4개의 로터부에서 나타나는 토크차에 의해 평면상의 회전운동의 가속도가 발생하게 되고, 이는 쿼드로터형 비행로봇을 Z축을 기준으로 요운동시킨다.
That is, when the speed of the first rotor part and the second rotor part is increased, and the speed of the increase is decreased through the third rotor part and the fourth rotor part, the plane rotation is caused by the torque difference appearing in the four rotor parts. Acceleration of motion occurs, which causes the quadrotor type flight robot to yaw about the Z axis.

본 발명에 따른 PID제어기는 송전탑 주변 바람의 영향으로 밀려 나지 않도록 하기 위한 자세유지와 위치유지를 할 수 있도록 호버링모드, 추력모드, 롤운동모드, 피치운동모드, 요운동모드에 관한 퍼지 알고리즘엔진(141f)이 구성된다. The PID controller according to the present invention is a fuzzy algorithm engine for the hovering mode, the thrust mode, the roll motion mode, the pitch motion mode, the yaw motion mode to maintain the posture and position to avoid being pushed by the wind around the transmission tower. 141f).

상기 퍼지 알고리즘엔진(141f)을 설계하기 위해 다음과 같은 과정을 거친다.In order to design the fuzzy algorithm engine 141f, the following process is performed.

즉, 쿼드로터형 비행로봇이 비행을 하기 위한 구체적인 운동 방정식은 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.That is, the specific motion equation for the quadrotor flying robot to fly is expressed as in Equation 1 below.

Figure 112011090651388-pat00001
Figure 112011090651388-pat00001

여기서, u는 제어입력이고, e는 에러, Kp, KI, Kz는 각각 비례게인, 적분게인, 미분게인이다.Here, u is a control input, and e is an error, Kp, KI, and Kz are proportional gain, integral gain, and differential gain, respectively.

이를 라플라스 변환을 이용하여 표현하며 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.
This is expressed using a Laplace transform and is expressed as in Equation 2 below.

Figure 112011090651388-pat00002
Figure 112011090651388-pat00002

그리고, 매트랩(Matlab)/싸이멀린크(Simulink)를 이용하여 퍼지 알고리즘엔진을 구성함에 있어, 과도한 적분 이득은 시스템의 불안정을 초래할 수 있기 때문에, 일정 구간에 대한 제한을 두고, 또한 요운동모드의 경우에는 180°를 넘어가는 경우에 시스템의 계산상 오류를 막기 위하여 π 바운드 제한을 두어 ±π까지만 표현할 수 있도록 시스템을 구성한다.In addition, in constructing a fuzzy algorithm engine using Matlab / Simulink, since excessive integral gain may cause system instability, there is a limitation for a certain section, In case of over 180 °, the system is configured to express only up to ± π by limiting the π bound to prevent the calculation error of the system.

즉, 본 발명에 따른 퍼지 알고리즘엔진은 루트-로커스(Roof-Locus) 방법을 이용하여 시스템이 안정화시키고, 댐핑(Damping)이 0.707이 되며, ωn이 1rar/s이 되는 적절한 게인(Gain)을 연산시켜 각각 롤운동모드와 피치운동모드의 경우에는 Kp=0.8, Kd=0.4, Ki=0.01이 되도록 모드설정하고, 요운동모드의 경우에는 Kp=0.8, Kd=0.5, Ki=0.05가 되도록 모드설정한다.
In other words, the fuzzy algorithm engine according to the present invention stabilizes the system using the Roof-Locus method, and obtains an appropriate gain in which damping becomes 0.707 and ω n becomes 1rar / s. Calculate the mode so that K p = 0.8, K d = 0.4, K i = 0.01 in roll motion mode and pitch motion mode, respectively, and K p = 0.8, K d = 0.5, K in yaw motion mode. Set the mode so that i = 0.05.

상기 PWM 제어부(142)는 PID제어기로부터 비교기 레퍼런스 전압신호을 입력받아, 비교기 내부 연산을 통해 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동에 관한 기준 톱니파 신호와 비교한 후, 제1 로터부, 제2 로터부, 제3 로터부, 제4 로터부의 출력을 제어하는 BLDC 모터 제어부의 PWM 듀티비를 조절하는 역할을 한다.
The PWM control unit 142 receives the comparator reference voltage signal from the PID controller, compares the reference sawtooth signal regarding the hovering, thrust, roll motion, pitch motion, yaw (YAW) motion through a comparator internal operation, and then a first rotor. It serves to adjust the PWM duty ratio of the BLDC motor control unit for controlling the output of the second, third rotor, third rotor, fourth rotor.

상기 데이터 전송부(143)는 WiFi통신모듈을 통해 비행로봇제어용 스마트폰으로 영상카메라부에서 촬영된 실시간 영상데이터를 전송시키는 역할을 한다.The data transmission unit 143 serves to transmit the real-time image data taken by the image camera unit to the flight robot control smartphone through the WiFi communication module.

이는 비행로봇제어부의 제어하에 검파기(137)에서 측정한 내부크랙데이터와, 자이로 센서(131), 가속도센서(132), 적외선센서(133), GPS 수신기(134), 고도계(135)에서 측량한 센서측량데이터를 포함시켜 비행로봇제어용 스마트폰으로 전송시킨다.
This is measured by the internal crack data measured by the detector 137 under the control of the flight robot controller, the gyro sensor 131, the acceleration sensor 132, the infrared sensor 133, the GPS receiver 134, and the altimeter 135. It includes sensor survey data and transmits it to the smartphone for flight robot control.

다섯째, 본 발명에 따른 WiFi통신모듈(150)에 관해 설명한다.Fifth, the WiFi communication module 150 according to the present invention will be described.

상기 WiFi통신모듈(150)은 비행로봇 제어부 일측에 위치되어 비행로봇제어용 스마트폰과 WiFi통신망으로 연결시키는 역할을 한다.
The WiFi communication module 150 is located at one side of the flight robot control unit to serve as a connection between the flight robot control smartphone and the WiFi communication network.

이는 비행로봇제어용 스마트폰에 의해 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받고, 영상카메라부에서 촬영한 실시간 영상데이터를 비행로봇제어용 스마트폰으로 송신시키는 역할을 한다.
It receives the posture control signal and the position control signal by the flight robot control smartphone, and serves to transmit the real-time image data taken by the video camera unit to the flight robot control smartphone.

여섯째, 본 발명에 따른 전원부(160)에 관해 설명한다.Sixth, the power supply unit 160 according to the present invention will be described.

상기 전원부는 비행로봇몸체 일측에 위치되어 비행로봇 제어부와 센서부, 쿼드로터부에 전원을 공급시키는 역할을 한다.The power supply unit is located at one side of the flying robot body and serves to supply power to the flying robot controller, the sensor unit, and the quadrotor unit.

이는 리튬폴리머 전지들을 병렬로 연결시킨 배터릭 팩 구조로 이루어진다.
This consists of a battery pack structure in which lithium polymer batteries are connected in parallel.

일곱째, 본 발명에 따른 영상카메라부(170)에 관해 설명한다.Seventh, the image camera unit 170 according to the present invention will be described.

상기 영상카메라부(170)는 비행로봇몸체의 하단면에 위치되어 스테빌라이져로 지지되면서, 외압에 의해 흔들리지 않고 검사대상물의 영상을 촬영하는 역할을 한다.The image camera unit 170 is located on the lower surface of the flying robot body and is supported by the stabilizer, and serves to take an image of the inspection object without being shaken by external pressure.

이는 송전탑 애자의 표면크랙을 영상촬영 또는 사진촬영하도록 구성된다.It is configured to image or photograph the surface cracks of the transmission tower insulator.

즉, 사각 판넬형상의 스테빌라이져(171)가 형성되고, 스테빌라이져 중심에서 바닥방향외곽으로 구형상의 영상카메라(172)가 형성되며, 영상카메라 후단에 영상카메라를 360°로 회전시키는 회전모터(173)가 형성된다.That is, a square panel-shaped stabilizer 171 is formed, a spherical video camera 172 is formed from the center of the stabilizer to the bottom outward, and a rotating motor 173 for rotating the video camera 360 ° at the rear of the video camera is provided. Is formed.

그리고, 영상카메라부는 출력단자에 비행로봇 제어부의 입력단자가 연결되어, 촬영된 실시간 영상데이터를 바로 비행로봇 제어부로 전송시킨다.
In addition, the image camera unit is connected to the input terminal of the flight robot controller to the output terminal, and transmits the captured real-time image data directly to the flight robot controller.

다음으로, 본 발명에 따른 비행로봇제어용 스마트폰(200)에 관해 설명한다.Next, the flight robot control smartphone 200 according to the present invention will be described.

상기 비행로봇제어용 스마트폰(200)은 비행로봇제어용 어플을 다운로드받아 화면상에 활성화시킨 후, 쿼드로터형 비행로봇과 AP(Access Point)를 설정하고, 쿼드로터형 비행로봇으로 자세제어명령과 위치제어명령을 보내고, 이에 따른 응답신호로서 송전탑의 애자 크랙에 관한 실시간 영상데이터를 수신받아 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 비파괴 검사를 수행하는 역할을 한다.The flight robot control smartphone 200 is downloaded and activated on the screen after the flight robot control application, set the quadrotor-type flight robot and the AP (Access Point), the attitude control command and position with the quadrotor-type flight robot It sends a control command and receives the real-time image data of the insulator cracks of the transmission tower as a response signal, and inspects the state of the insulator surface.

이는 WiFi 통신모듈(210), 메모리부(220), 영상데이터 변환부(230), 비행로봇제어용 어플(240), 마이컴부(250), 비파괴검사부(260)로 구성된다.
This is composed of WiFi communication module 210, memory unit 220, image data conversion unit 230, flight robot control application 240, microcomputer unit 250, non-destructive inspection unit 260.

상기 WiFi 통신모듈(210)은 비행로봇제어용 스마트폰과 WiFi망을 통해 서로 연결되어, 양방향 데이터 통신이 되도록 통신연결시킨다.
The WiFi communication module 210 is connected to each other via a flight robot control smartphone and a WiFi network, so as to communicate by two-way data communication.

상기 메모리부(220)는 WiFi 통신모듈로부터 전송된 영상데이터를 1차 저장하는 역할을 한다.
The memory unit 220 serves to primarily store image data transmitted from the WiFi communication module.

상기 영상데이터 변환부(230)는 메모리부에 저장된 영상데이터를 추출해서 비트맵(Bitmap)으로 변환시키는 역할을 한다.The image data converter 230 extracts image data stored in a memory unit and converts the image data into a bitmap.

이는 영상데이터를 이진화 처리한 후, 비트맵(Bitmap)으로 변환시킨다.
This binarizes the image data and converts the image data into a bitmap.

상기 비행로봇 제어용 어플(240)은 스마트폰의 터치스크린 상에 위치이동시키고자 하는 쿼드로터형 비행로봇의 3D 이미지를 활성화시키고, 영상데이터 변환부를 통해 변환된 영상데이터와 메모리부에 저장된 현재위치데이터를 유저인터페이스로 활성화시키는 역할을 한다. The flight robot control application 240 activates the 3D image of the quadrotor-type flight robot to be moved on the touch screen of the smartphone, the image data converted through the image data conversion unit and the current position data stored in the memory unit To activate the user interface.

이는 리눅스(Linux) 커널 기반(JAVA)의 안드로이드 및 오브젝트-씨(Object-C)기반의 아이오에스 에스디케이(iOS SDK)로 구성된다.It consists of Linux kernel-based (JAVA) Android and Object-C-based iOS SDK.

또한, 본 발명에 따른 공중부양 비행로봇은 무빙좌표계이고, 송전탑 애자는 고정좌표계이므로, 상기 비행로봇 제어용 어플(240)은 실시간 영상데이터를 3D모델로 변환시켜 화면상에 송전탑 애자의 크랙 위치를 표출시키는 3D 영상변환프로그램엔진(241)이 구성된다.In addition, the levitation flying robot according to the present invention is a moving coordinate system, since the transmission tower insulator is a fixed coordinate system, the flight robot control application 240 converts the real-time image data into a 3D model to express the crack position of the transmission tower insulator on the screen. The 3D image conversion program engine 241 is configured.

상기 3D 영상변환프로그램엔진은 비행로봇제어부의 제어하에 전송된 자이로 센서(131), 가속도센서(132), 적외선센서(133), GPS 수신기(134), 고도계(135)에서 측량한 센서측량데이터(X축,Y축의 GPS 수신기를 통한 위치, Z축의 고도, 롤, 피치, 요운동시의 자이로센서를 통한 각도값)를 바탕으로 송전탑 애자의 위치정보를 획득한 후, 송전탑 애자의 상대위치를 계산한 후, 송전탑 애자에 관한 실시간 영상데이터를 3D모델로 변환시켜 화면상에 송전탑 애자의 크랙 위치를 표출시키도록 구성된다.
The 3D image conversion program engine is a sensor measurement data measured by the gyro sensor 131, the acceleration sensor 132, the infrared sensor 133, the GPS receiver 134, the altimeter 135 transmitted under the control of the flight robot controller ( Calculate the relative position of the transmission tower insulator after acquiring the position information of the transmission tower insulator based on the position through the GPS receiver on the X and Y axes, the altitude of the Z axis, the roll, the pitch, and the gyro sensor during the yaw movement. Thereafter, the real-time image data of the transmission tower insulator is converted into a 3D model to express the crack position of the transmission tower insulator on the screen.

상기 마이컴부(250)는 스마트폰의 터치스크린 상에서 터치된 호버링이벤트(event), 추력이벤트(event), 롤운동이벤트(event), 피치운동이벤트(event), 요운동이벤트(event)를 감지해서 쿼드로터형 비행로봇으로 자세제어명령신호와 위치제어명령신호를 보내도록 제어하는 역할을 한다.The microcomputer unit 250 detects a hovering event, a thrust event, a roll exercise event, a pitch exercise event, and a yaw exercise event touched on a touch screen of the smartphone. It is a quadrotor type flight robot that controls the attitude control command signal and the position control command signal.

이는 PIC16C711원칩마이컴으로 구성된다.
It consists of the PIC16C711 one-chip microcomputer.

상기 비파괴검사부(260)는 송전탑의 애자 크랙에 관한 실시간 영상데이터를 수신받아 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 역할을 한다.The non-destructive inspection unit 260 receives real-time image data regarding the insulator cracks of the transmission tower and checks the state of the insulator surface to find a mechanical defect regarding the insulator surface crack.

이는 송전탑 애자의 정상상태의 영상데이터에다가 실제촬영한 영상데이터를 비교하고, 내부크랙데이터를 바탕으로 애자표면의 표면크랙이나 내부크랙과 같은 기계적 결함을 찾아낸 후, 스마트폰 화면상에 그래프 또는 수치로 기계적 결함레벨을 출력시키도록 구성된다.
It compares the actual image data with the normal image data of the transmission tower insulator, finds mechanical defects such as surface cracks or internal cracks on the insulator surface based on the internal crack data, and then displays them as graphs or figures on the smartphone screen. And to output a mechanical fault level.

이하, 본 발명에 따른 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사방법에 관해 설명한다.
Hereinafter, a description will be given of a transmission tower insulator crack inspection method through a quadrotor-type flying robot according to the present invention.

먼저, 비행로봇제어용 스마트폰에서 비행로봇제어용 어플을 다운로드받아 화면상에 활성화시킨다(S100).
First, download the flight robot control application from the flight robot control smartphone to activate on the screen (S100).

이어서, 비행로봇제어용 스마트폰에서 쿼드로터형 비행로봇과 AP(Access Point)를 설정하고, 쿼드로터형 비행로봇으로 자세제어명령과 위치제어명령을 전송시킨다(S200).
Subsequently, a quadrotor type flight robot and an AP (Access Point) are set in the flight robot control smartphone, and the attitude control command and the position control command are transmitted to the quadrotor type flight robot (S200).

이어서, 쿼드로터형 비행로봇(100)가 송전탑의 애자까지 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동해서 정위치된 후 영상촬영한다(S300).
Subsequently, the quadrotor-type flying robot 100 moves to hovering, thrust, roll movement, pitch movement, yaw (YAW) movement to the insulator of the transmission tower, and then takes an image (S300).

이어서, WiFi 통신망을 통해 비행로봇제어용 스마트폰으로 실시간 영상데이터를 전송시킨다(S400).
Subsequently, real-time image data is transmitted to the smartphone for flight robot control through the WiFi communication network (S400).

끝으로, 송전탑의 애자 크랙에 관한 실시간 영상데이터를 수신받아 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 비파괴 검사를 수행한다(S500).Finally, by receiving real-time image data regarding the insulator crack of the transmission tower, a non-destructive test is performed to find a mechanical defect related to the crack of the insulator surface by inspecting the state of the insulator surface (S500).

이는 송전탑 애자의 정상상태의 영상데이터에다가 실제촬영한 영상데이터를 비교하고, 내부크랙데이터를 바탕으로 애자표면의 표면크랙이나 내부크랙과 같은 기계적 결함을 찾아낸 후, 스마트폰 화면상에 그래프 또는 수치로 기계적 결함레벨을 출력시킨다.
It compares the actual image data with the normal image data of the transmission tower insulator, finds mechanical defects such as surface cracks or internal cracks on the insulator surface based on the internal crack data, and then displays them as graphs or figures on the smartphone screen. Output the mechanical fault level.

100 : 쿼드로터형 비행로봇 110 : 비행로봇몸체
120 : 쿼드로터부 130 : 센서부
140 : 비행로봇제어부 150 : WiFi통신모듈
160 : 전원부 170 : 영상카메라부
200 : 비행로봇제어용 스마트폰 210 : WiFi 통신모듈
220 : 메모리부 230 : 영상데이터 변환부
240 : 비행로봇제어용 어플 250 : 마이컴부
260 : 비파괴검사부
100: quadrotor flying robot 110: flying robot body
120: quadrotor unit 130: sensor unit
140: flight robot controller 150: WiFi communication module
160: power supply unit 170: video camera unit
200: flight robot control smartphone 210: WiFi communication module
220: memory unit 230: image data conversion unit
240: flight robot control application 250: microcomputer unit
260 nondestructive inspection unit

Claims (7)

비행로봇제어용 스마트폰에 의해 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 동작되고, 쿼드로터를 통해 송전탑의 애자까지 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동해서 정위치된 후 영상촬영하고, WiFi 통신망을 통해 비행로봇제어용 스마트폰으로 실시간 영상데이터를 전송시키는 쿼드로터형 비행로봇(100)과,
비행로봇제어용 어플을 다운로드받아 화면상에 활성화시킨 후, 쿼드로터형 비행로봇과 AP(Access Point)를 설정하고, 쿼드로터형 비행로봇으로 자세제어명령과 위치제어명령을 보내고, 이에 따른 응답신호로서 송전탑의 애자 크랙에 관한 실시간 영상데이터를 수신받아 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 비파괴 검사를 수행하는 비행로봇제어용 스마트폰(200)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치.
It is operated by receiving posture control signal and position control signal by flight robot control smart phone. After quadrotor moves to hovering, thrust, roll motion, pitch motion and yaw movement to the insulator of the transmission tower, the image is taken. And, quadrotor type flight robot 100 for transmitting real-time image data to the flight robot control smartphone via a WiFi communication network,
After downloading the flight robot control application and activating it on the screen, the quadrotor type flight robot and AP (Access Point) are set, and the posture control command and the position control command are sent to the quadrotor type flight robot, and as a response signal accordingly. Quad, characterized in that consisting of a flying robot control smartphone 200 for receiving non-destructive inspection to find the mechanical defects related to the crack of the insulator surface by receiving the real-time image data about the insulator crack of the transmission tower Transmission tower insulator crack inspection device using rotor type flight robot.
제1항에 있어서, 상기 쿼드로터형 비행로봇(100)은
동서남북 방향으로 가로질러 형성된 로터를 가운데 교착점에서 지지하는 비행로봇몸체(110)와,
비행로봇몸체를 중심으로 동서남북 방향으로 가로질러 형성되어, 비행로봇 제어부의 자세제어와 위치제어에 따라 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동을 하면서 특정 위치까지 공중부양되어 비행로봇몸체를 정위치시키는 쿼드로터부(120)와,
쿼드로터부 일측에 위치되어, 비행로봇의 위치, 속도, 근접한 물체감지를 측정해서 비행로봇 제어부로 전송시키는 센서부(130)와,
센서부로부터 측정된 비행로봇의 위치, 속도, 높이를 입력받아 기준설정값(setpoint)과 비교하여 오차(error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 현재 비행로봇의 자세제어와 위치제어를 연산한 후, 쿼드로터부로 자세제어명령과 위치제어명령을 출력시키고, WiFi통신모듈을 통해 비행로봇제어용 스마트으로 영상카메라부에서 촬영된 실시간 영상데이터와 내부크랙데이터를 전송시키도록 제어하는 비행로봇 제어부(140)와,
비행로봇 제어부 일측에 위치되어 비행로봇제어용 스마트폰과 WiFi통신망으로 연결시키는 WiFi통신모듈(150)과,
비행로봇몸체 일측에 위치되어 비행로봇 제어부와 센서부, 쿼드로터부에 전원을 공급시키는 전원부(160)와,
비행로봇몸체의 하단면에 위치되어 스테빌라이져로 지지되면서, 외압에 의해 흔들리지 않고 검사대상물의 영상을 촬영하는 영상카메라부(170)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치.
According to claim 1, wherein the quadrotor-type flying robot 100
A flying robot body 110 supporting the rotor formed across the east-west-south direction at the center of the deadlock;
It is formed across the body of the flying robot in the north, south, east, west, and north directions, and is hovered, thrust, roll, pitch, yaw, and floats to a specific position according to the attitude and position control of the flight robot controller. Quad rotor portion 120 for positioning the body,
Located on one side of the quad rotor, the sensor unit 130 for measuring the position of the flight robot, the speed, close object detection and transmits to the flight robot control unit,
The position, speed, and height of the flying robot measured from the sensor unit are input, and the error is calculated by comparing with the setpoint. Using this error value, the attitude control and position control of the current flying robot can be calculated. Afterwards, the flight robot controller outputs the posture control command and the position control command to the quadrotor unit and transmits the real-time image data and the internal crack data captured by the image camera unit to the smart flight robot control through the WiFi communication module. 140,
Located on one side of the flight robot controller WiFi communication module 150 for connecting to the flight robot control smartphone and WiFi communication network,
A power supply unit 160 positioned at one side of the flying robot body to supply power to the flying robot controller, the sensor unit, and the quadrotor unit;
Positioned on the bottom surface of the flying robot body is supported by a stabilizer, the transmission tower insulator via a quadrotor type flying robot, characterized in that it comprises an image camera unit 170 for recording the image of the inspection object without shaking by external pressure Crack inspection device.
제2항에 있어서, 상기 쿼드로터부(120)는
비행로봇 몸체를 중심으로 십자형상으로 이루어져 동서남북방향에 위치한 로터들을 지지하는 지지프레임(121)과,
비행로봇 몸체를 중심으로 동쪽 방향에 위치되어, 지지프레임에 지지되면서 비행로봇 제어부의 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 제2 로터부, 제3 로터부, 제4로터부와 함께 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동시키는 제1 로터부(122)와,
제1 로터부와 대각선방향에 위치되어, 지지프레임에 지지되면서 비행로봇 제어부의 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 제1 로터부, 제3 로터부, 제4 로터부와 함께 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동하는 제2 로터부(123)와,
비행로봇 몸체를 중심으로 남쪽 방향에 위치되어, 지지프레임에 지지되면서 비행로봇 제어부의 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 제1 로터부, 제2 로터부, 제4 로터부와 함께 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동하는 제3 로터부(124)와,
제3 로터부와 대각선방향에 위치되어, 지지프레임에 지지되면서 비행로봇 제어부의 자세제어신호와 위치제어신호를 수신받아 제1 로터부, 제2 로터부, 제3 로터부와 함께 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동하는 제4 로터부(125)로 구성되는 것을 특징으로 하는 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치.
The method of claim 2, wherein the quadrotor unit 120
The support frame 121 is made of a cross-shaped shape around the flying robot body for supporting the rotors located in the north-west, north-west direction, and
Located in the east direction with respect to the flight robot body, supported by the support frame and receiving the attitude control signal and the position control signal of the flight robot controller, the hovering and thrust together with the second rotor part, the third rotor part and the fourth rotor part. And the first rotor part 122 for rolling, pitching, yawing,
Located in a diagonal direction with the first rotor part, while being supported by the support frame and receiving the attitude control signal and the position control signal of the flying robot controller, the hovering, thrust, and the first rotor part, the third rotor part, and the fourth rotor part are received. The second rotor portion 123 to roll, pitch, yaw (YAW) movement,
Located in the south direction with respect to the flight robot body, supported by the support frame and receiving the attitude control signal and the position control signal of the flight robot controller, the hovering and thrust together with the first rotor part, the second rotor part, and the fourth rotor part. And, the third rotor portion 124, roll movement, pitch movement, yaw (YAW) movement,
Located in a diagonal direction with the third rotor part, while being supported by the support frame and receiving the attitude control signal and the position control signal of the flight robot controller, the hovering, thrust, and the first rotor part, the second rotor part, and the third rotor part are received. Transmission tower insulator crack inspection apparatus using a quad rotor type flight robot, characterized in that the roll movement, pitch movement, yaw (YAW) movement of the fourth rotor portion (125).
제2항에 있어서, 상기 비행로봇 제어부(140)는
센서부로부터 측정된 비행로봇의 위치, 속도, 높이를 입력받아 기준설정값(setpoint)과 비교하여 오차(error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 현재 비행로봇의 자세제어와 위치제어를 연산한 후, 에러를 줄이기 위해 PWM 제어부의 레퍼런스 전압신호를 생성시키는 PID제어기(141)와,
PID제어기로부터 비교기 레퍼런스 전압신호을 입력받아, 비교기 내부 연산을 통해 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동에 관한 기준 톱니파 신호와 비교한 후, 제1 로터부, 제2 로터부, 제3 로터부, 제4 로터부의 출력을 제어하는 BLDC 모터 제어부의 PWM 듀티비를 조절하는 PWM 제어부(142)와,
WiFi통신모듈을 통해 비행로봇제어용 스마트으로 영상카메라부에서 촬영된 실시간 영상데이터를 전송시키는 데이터 전송부(143)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치.
The method of claim 2, wherein the flight robot control unit 140
The position, speed, and height of the flying robot measured from the sensor unit are input, and the error is calculated by comparing with the setpoint. Using this error value, the attitude control and position control of the current flying robot can be calculated. After that, to reduce the error PID controller 141 for generating a reference voltage signal of the PWM controller,
The comparator reference voltage signal is input from the PID controller, and compared with reference sawtooth signals related to hovering, thrust, roll motion, pitch motion, yaw motion through internal comparator calculation, and then the first rotor part, the second rotor part, PWM control unit 142 for adjusting the PWM duty ratio of the BLDC motor control unit for controlling the output of the third rotor unit, the fourth rotor unit,
Transmission tower insulator crack inspection device through a quadrotor type flight robot, characterized in that it comprises a data transmission unit for transmitting the real-time image data captured by the video camera unit to the smart flight robot control via the WiFi communication module.
제1항에 있어서, 상기 비행로봇제어용 스마트폰(200)은
비행로봇제어용 스마트폰과 WiFi망을 통해 서로 연결되어, 양방향 데이터 통신이 되도록 통신연결시키는 WiFi 통신모듈(210)과,
WiFi 통신모듈로부터 전송된 영상데이터를 1차 저장하는 메모리부(220)와,
메모리부에 저장된 영상데이터를 추출해서 비트맵(Bitmap)으로 변환시키는 영상데이터 변환부(230)와,
스마트폰의 터치스크린 상에 위치이동시키고자 하는 쿼드로터형 비행로봇의 3D 이미지를 활성화시키고, 영상데이터 변환부를 통해 변환된 영상데이터와 메모리부에 저장된 현재위치데이터를 유저인터페이스로 활성화시키는 비행로봇 제어용 어플(240)과,
스마트폰의 터치스크린 상에서 터치된 호버링이벤트(event), 추력이벤트(event), 롤운동이벤트(event), 피치운동이벤트(event), 요운동이벤트(event)를 감지해서 쿼드로터형 비행로봇으로 자세제어명령신호와 위치제어명령신호를 보내도록 제어하는 마이컴부(250)와,
송전탑의 애자 크랙에 관한 실시간 영상데이터를 수신받아 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 비파괴검사부(260)로 구성되는 것을 특징으로 하는 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치.
According to claim 1, wherein the flight robot control smartphone 200
Wi-Fi communication module 210 is connected to each other via a flight robot control smartphone and WiFi network, the communication connection so that two-way data communication,
A memory unit 220 for primarily storing image data transmitted from the WiFi communication module;
An image data converter 230 for extracting image data stored in a memory unit and converting the image data into a bitmap;
For flight robot control that activates 3D images of quadrotor type flight robots to be moved on the touch screen of a smartphone, and activates the image data converted through the image data converter and the current position data stored in the memory unit as a user interface. Application 240,
Posture with quadrotor type flight robot by detecting hovering event, thrust event, roll exercise event, pitch exercise event, and yaw exercise event that are touched on the smartphone's touch screen A microcomputer unit 250 which controls to send a control command signal and a position control command signal;
Transmission tower insulator through quadrotor type flight robot, comprising a non-destructive inspection unit 260 that receives real-time image data of the insulator crack of the transmission tower and inspects the state of the insulator surface to find a mechanical defect related to the crack of the insulator surface Crack inspection device.
제5항에 있어서, 상기 비행로봇 제어용 어플(240)은
비행로봇제어부의 제어하에 전송된 자이로 센서(131), 가속도센서(132), 적외선센서(133), GPS 수신기(134), 고도계(135)에서 측량한 센서측량데이터를 바탕으로 송전탑 애자의 위치정보를 획득한 후, 송전탑 애자의 상대위치를 계산한 후, 송전탑 애자에 관한 실시간 영상데이터를 3D모델로 변환시켜 화면상에 송전탑 애자의 크랙 위치를 표출시키는 3D 영상변환프로그램엔진이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사장치.
According to claim 5, The flight robot control app 240
Position information of the transmission tower insulator based on sensor survey data measured by the gyro sensor 131, the acceleration sensor 132, the infrared sensor 133, the GPS receiver 134, and the altimeter 135 transmitted under the control of the flight robot controller. After acquiring the, after calculating the relative position of the tower insulator, the 3D image conversion program engine for converting the real-time image data about the tower insulator into a 3D model to express the crack position of the tower insulator on the screen Transmission tower insulator crack inspection device characterized by a quadrotor flying robot.
비행로봇제어용 스마트폰에서 비행로봇제어용 어플을 다운로드받아 화면상에 활성화시키는 단계(S100)와,
비행로봇제어용 스마트폰에서 쿼드로터형 비행로봇과 AP(Access Point)를 설정하고, 쿼드로터형 비행로봇으로 자세제어명령과 위치제어명령을 전송시키는 단계(S200)와,
쿼드로터형 비행로봇(100)가 송전탑의 애자까지 호버링, 추력, 롤운동, 피치운동, 요(YAW)운동해서 정위치된 후 영상촬영하는 단계(S300)와,
WiFi 통신망을 통해 비행로봇제어용 스마트폰으로 실시간 영상데이터를 전송시키는 단계(S400)와,
송전탑의 애자 크랙에 관한 실시간 영상데이터를 수신받아 애자 표면의 상태를 검사하여 애자 표면의 크랙에 관한 기계적 결함을 찾아내는 비파괴 검사를 수행하는 단계(S500)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 쿼드로터형 비행로봇을 통한 송전탑 애자 크랙 검사방법.
Downloading the flight robot control application from the flight robot control smartphone to activate on the screen (S100),
Setting a quadrotor-type flight robot and an AP (access point) in a smartphone for flight robot control, and transmitting a posture control command and a position control command to the quadrotor-type flight robot (S200);
Quadrotor-type flying robot 100 is hovering, thrust, roll movement, pitch movement, yaw (YAW) movement to the insulator of the transmission tower is positioned and then taken the image (S300),
And transmitting the real-time video data to the flight robot control smartphone via the WiFi communication network (S400),
Receiving real-time image data on the insulator crack of the transmission tower to inspect the state of the insulator surface to perform a non-destructive inspection to find the mechanical defects related to the crack on the insulator surface (S500) Transmission tower insulator crack inspection method.
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