KR101619836B1 - 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템 - Google Patents

드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템 Download PDF

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KR101619836B1
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drones
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임상문
임은성
최기현
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(주)아세아항측
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Abstract

본 발명은 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템에 관한 것으로, 드론에 장착된 짐벌에 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라를 탑재하고, 드론에 드론운항용 일반GPS수신기와 초분광영상촬영기에 의하여 촬영된 초분광영상에 대한 공간정보를 취득하기 위한 공간정보취득용 정밀GPS수신기를 구비하여 드론의 비행위치를 지상에서 쉽고 정확하게 확인할 수 있음과 아울러 초분광영상과 공간정보에 의하여 표적물에 대한 영상과 정보를 취득할 수 있도록 함과 아울러 드론본체와 짐벌 사이에 완충장치를 구비하여 드론의 비행과정에서 발생하는 진동이 짐벌과 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라에 전달되지 않도록 하여 흔들림 없는 영상을 얻을 수 있도록 하며, 드론과 짐벌을 구조적으로 경량화하여 초분광영상촬영기, 일반광학영상카메라 등의 탑재물의 중량을 크게 할 수 있도록 한 것이다

Description

드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템{Hyperspectral Remote monitoring system using drone}
본 발명은 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 드론에 장착된 짐벌에 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라를 탑재하고, 드론에 드론운항용 일반GPS수신기와 초분광영상촬영기에 의하여 촬영된 초분광영상에 대한 공간정보를 취득하기 위한 공간정보취득용 정밀GPS수신기를 구비하여 드론의 비행위치를 지상에서 쉽고 정확하게 확인할 수 있음과 아울러 초분광영상과 공간정보에 의하여 표적물에 대한 영상과 정보를 취득할 수 있도록 함과 아울러 드론본체와 짐벌 사이에 완충장치를 구비하여 드론의 비행과정에서 발생하는 진동이 짐벌과 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라에 전달되지 않도록 하여 흔들림 없는 영상을 얻을 수 있도록 하며, 드론과 짐벌을 구조적으로 경량화하여 초분광영상촬영기, 일반광학영상카메라 등의 탑재물의 중량을 크게 할 수 있도록 한 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템에 관한 것이다.
종래의 항공촬영기술은 조종사가 조종하는 항공기에 촬영사가 탑승하여 촬영하는 유인촬영기술과, 원격조절 헬리콥터 또는 드론 등의 무인항공기에 카메라를 탑재하여 촬영하는 무인촬영기술로 구분된다.
이러한 항공촬영기술은 지도를 제작하거나 방송용 또는 군사용으로 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 작업자 또는 관계자가 접근하기 어려운 지형에서 산림, 농작물, 해변, 도로 상황 등을 관찰하는 분야는 물론 사고지역의 인명구조 등 다양한 분야로 활용분야가 확장되고 있다.
특히, 무인촬영기술은 군사분야와 공공분야는 물론 개인적인 용도로서도 널리 사용되고 있다.
무인촬영기술의 일예로서 도 12에 도시한 바와 같이, 드론본체(11)와 복수개의 프로펠러 모터(12)에 의하여 구동되는 프로펠러(13)를 가지는 드론(10)과, 드론(10)의 하부에 결합되는 짐벌(200)과, 짐벌(200)에 장착되는 디지털 카메라(30)를 이용한 방법이 사용되고 있다.
짐벌(200)은 드론(10)의 하부에 결합되는 지지대(21)와, 지지대(21)에 롤링동작 가능하게 지지되는 롤링동작부(22)와, 롤링동작부(22)에 피칭동작 가능하게 지지되는 피칭동작부(23)와, 피칭동작부(23)에 결합되어 디지털 카메라(30)가 장착되는 카메라 장착부(24)로 구성된다.
롤링동작부(22)와 피칭동작부(23)는 각각 수평센서(미도시)에 의하여 감지된 수평도에 따라 구동되는 롤링모터(22a)와 피칭모터(23a)에 의하여 롤링 및 피칭동작하여 카메라 장착부(24)에 장착된 디지털 카메라(30)가 수평을 유지하도록 구성된다.
이러한 드론을 이용한 무인촬영기술에서는 드론(10)을 원격조정기에 의하여 원격조정하여 표적물 상공을 비행하도록 하면서 짐벌(200)에 의하여 수평을 유지하는 디지털 카메라(30)에 의하여 표적물을 촬영하고, 촬영된 영상을 지상의 서버(미도시)에 전송하여 표적물을 탐지할 수 있도록 한다.
그러나 일반적인 촬영기술은 촬영기에서 촬영된 영상정보를 분광센서에 의하여 가시광선이나 적외선 등의 파장영역에서 단일 또는 수 개 내지 십여 개의 파장정보로 분리하여 영상을 취득하고 있기 때문에 표적물을 정확하게 식별 및 분석하는 데에는 한계가 있다.
최근에는 초분광기를 구비한 초분광영상카메라를 사용하여 백 내지 수백 개의 파장정보로 분리하여 영상을 취득함으로써 표적물을 보다 정확하게 식별 및 분석할 수 있도록 하는 초분광영상기술이 사용되고 있다.
이러한 초분광영상기술은 처음에는 군사용으로 항공기나 위성에 탑재하여 표적물 식별용으로 활용되었으며, 민수용으로는 농작물의 경작상태, 광물의 분포, 지구환경조사 등 원격탐사 분야와 종자선별, 세포분석 분야에 이용되고 있다.
일반적인 분광영상기술에서는 일반적인 카메라와 분광센서를 사용하여 가시광선이나 적외선 등의 파장영역에서 단일 또는 수개의 수준으로 파장정보(색상밴드)로 분리하여 영상을 획득하는 것인데 대하여 초분광영상기술에서는 초분광카메라와 초분광영상센서를 사용하여 100 내지 수백 개의 파장정보로 분리하여 영상을 획득하는 것으로 일반적인 분광영상기술에 비하여 표적 식별력이 획기적으로 개선된 영상을 얻을 수 있다.
초분광영상기술은 초분광촬영기에 수광된 빛을 초분광소자에 의하여 파장별로 분할하고, 이를 검출기의 배열 중 행(row)방향으로 공간적으로 할당함과 아울러 열(column)방향으로는 분광적으로 분할하여 영상정보를 동시에 획득하게 된다.
따라서 항공기나 위성의 진행방향에 따라 분할된 파장의 영상데이터정보가 입방체(cube) 형태인 초분광영상큐브(Hyperspectral Image Cube)로 축적된다. 즉, x, y축 방향의 공간적 정보가 λ방향의 파장으로 수백 개로 분할되어 축적되는 것이다.
각 파장대별 특징을 살펴보면, VNIR(400~1000nm)대 파장은 대상물의 컬러와 관련된 분광정보 및 일부 근적외선 밴드를 포함하여, 주로 컬러정보가 필요한 산림, 해양, 수질, 수자원, 농업분야에서 사용하는 데에 적합하고, SWIR(1000~2500nm)대 파장은 단파장 적외선으로 대상물의 수분정보 및 지질특성, 재질식별에 유용한 것으로, 주로 산림(나뭇잎 수분함량 - 소나무 재선충병 관련), 지질, 농업토양, 해양(갯벌 모니터링, 해안토질) 분야에 사용하는 데에 적합하며, LWIR(8~12㎛)대 파장은 장파장 적외선으로 대상물의 온도정보, 재질식별, 가스탐지 등에 유용하며, 주로 도시 열섬 현상 탐지, 국방분야의 군사적인 표적물 탐지, 지상피복물의 재질식별 분야에서 사용하는 데에 적합하다.
또한 차량을 이용한 초분광영상을 촬영함에 있어서는 초분광카메라를 차량에 탑재하여 이동하면서 촬영하는 방법이 널리 사용되었으나, 근래에는 원격조정 헬리콥터 또는 드론 등과 같은 무인항공기(UAV)에 초분광카메라를 탑재하여 촬영하는 방법이 널리 사용되고 있다.
무인항공기 중 드론을 이용한 초분광영상촬영기술에서는 드론의 저면에 짐벌을 장착하고, 이 짐벌에 초분광카메라를 탑재하여 드론의 비행자세와 무관하게 초분광카메라가 정해진 자세를 유지하도록 하고 있다.
그러나 종래 드론을 이용한 초분광영상촬영기술에서는 비행하는 드론을 지상의 작업자가 육안으로 확인하면서 원격조정기에 의하여 조정하여 드론이 표적물을 따라 비행하도록 하고 있기 때문에 드론의 비행 위치를 정확하게 확인할 수 없어서 드론이 표적물 범위를 벗어나게 되어 불필요한 표적물을 촬영하게 되는 문제점이 있다.
또한 종래의 드론을 이용한 초분광영상촬영기술에서는 단순히 촬영된 표적물 영상을 지상의 서버에 송출하는 것으로서 촬영된 표적물 영상과 좌표를 일치시키는 별도의 작업이 추가로 진행되어야 하므로 전체적인 작업이 번거롭게 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
따라서 드론의 비행 위치를 정확하게 파악할 수 있도록 함과 아울러 촬영된 초분광영상과 함께 GPS 좌표와 자세정보를 함께 기록하여 촬영된 초분광영상과 좌표와 자세정보를 신속, 간편하게 일치시킬 수 있도록 하는 기술의 개발이 요구되고 있다.
이와 관련된 선행기술로서는 대한민국 등록특허 제10-1281873호(2013.06.27. 등록) "초분광 영상의 엔드멤버 추출방법"과 대한민국 등록특허 제10-1341815호(2013.12.10. 등록) "초분광영상 처리를 이용한 종자 선별 장치"가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1281873호(2013.06.27. 등록) "초분광 영상의 엔드멤버 추출방법" 대한민국 등록특허 제10-1341815호(2013.12.10. 등록) "초분광영상 처리를 이용한 종자 선별 장치"
따라서 본 발명의 목적은 드론에 장착된 짐벌에 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라를 탑재하고, 드론에 드론운항용 일반GPS수신기와 초분광영상촬영기에 의하여 촬영된 초분광영상에 대한 공간정보를 취득하기 위한 공간정보취득용 정밀GPS수신기를 구비하여 드론의 비행위치를 지상에서 쉽고 정확하게 확인할 수 있음과 아울러 초분광영상과 공간정보에 의하여 표적물에 대한 영상과 공간정보를 취득할 수 있도록 함과 아울러 드론본체와 짐벌 사이에 완충장치를 구비하여 드론의 비행과정에서 발생하는 진동이 짐벌과 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라에 전달되지 않도록 하여 흔들림 없는 영상을 얻을 수 있도록 하며, 드론과 짐벌을 구조적으로 경량화하여 초분광영상촬영기, 일반광학영상카메라 등의 탑재물의 중량을 크게 할 수 있도록 한 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템을 제공하려는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 상판체와 하판체를 가지는 드론본체와, 상기 드론본체의 하부에 결합되는 랜딩수단과, 상기 드론본체의 가장자리에 결합되어 방사상으로 연장되는 복수개의 프로펠러지지대와, 상기 프로펠러지지대의 단부에 결합되는 프로펠러모터와, 상기 프로펠러모터에 의하여 회전되는 복수개의 프로펠러를 구비한 드론과; 상기 드론의 하부에 장착되는 짐벌과; 상기 드론에 설치되는 드론운항용 일반 GPS수신기와; 상기 짐벌에 탑재되는 일반광학영상카메라와; 상기 짐벌에 탑재되는 초분광영상촬영기와; 상기 드론에 설치되는 정밀공간좌표 취득용 정밀GPS수신기와; 상기 드론과 일반광학영상카메라 및 초분광영상촬영기를 제어하는 초분광영상촬영기 제어수단을 포함하며, 상기 드론본체의 하판체의 하부에 이격 배치되는 상부완충판과, 상기 상부완충판의 하부에 이격 배치되는 하부완충판과, 상기 상부완충판와 하부완충판 사이에 삽입되어 상기 상부완충판와 하부완충판을 결합하는 완충부재와, 상기 상부완충판을 관통하여 상기 하판체의 하면과 상부완충판의 상면 사이에 삽입되는 스페이서 슬리브로 구성되는 완충장치를 더 포함하고, 상기 짐벌은 드론의 하부에 고정되는 짐벌베이스와, 상기 짐벌베이스에 장착되는 롤링모터와, 상기 짐벌베이스에 롤링동작 가능하게 지지되며 상기 롤링모터에 의하여 롤링동작하는 롤링부재와, 상기 롤링부재에 장착되는 피칭모터와, 상기 롤링부재에 피칭동작 가능하게 지지되며 상기 피칭모터에 의하여 피칭동작하며 상기 일반광학영상카메라와 초분광영상촬영기가 장착되는 피칭부재 및, 피칭부재에 부착되어 수평을 감지하는 수평센서를 포함하며, 상기 제어수단은 상기 드론과 초분광영상촬영기를 제어하기 위한 모드가 입력되는 입력부와, 상기 입력부에 의하여 모드를 입력하기 위한 입력창과, 상기 초분광영상촬영기에서 촬영된 초분광영상을 표시하는 표시부와, 상기 입력부의 입력에 따라 표시부 제어명령과 초분광영상촬영기의 촬영동작 제어명령을 출력하는 제어부와, 상기 제어부의 제어신호를 드론측으로 송신함과 아울러 상기 드론운항용 일반 GPS수신기에서 취득한 일반공간정보와 상기 일반광학영상카메라에서 취득한 일반광학영상 정보를 수신하는 통신부와, 상기 드론에 설치되어 상기 드론운항용 일반 GPS수신기에서 취득한 일반공간정보와 상기 일반광학영상카메라에서 취득한 일반광학영상 정보를 송신하고, 상기 제어부의 제어신호를 수신하는 드론측 통신부와, 상기 제어부의 명령에 따라 표시부 구동신호를 출력하는 표시부 구동부와, 상기 드론에 탑재되어 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 초분광영상촬영기를 구동하는 초분광영상촬영기 구동부와 상기 초분광영상촬영기에서 취득한 초분광영상데이터를 저장하는 드론측 저장부를 구성하는 드론측 소형 PC와, 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 일반광학영상카메라를 구동하는 일반광학영상카메라 구동부와, 상기 제어부의 제어명령에 따라 상기 프로펠러모터를 구동하는 프로펠러모터 구동부와, 제어에 필요한 소프트웨어가 설치되며 상기 드론측 저장부로부터 다운로드된 초분광영상데이터가 저장되는 저장부 및, 상기 정밀GPS수신기에서 수신된 정밀공간정보를 처리함과 아울러 드론의 비행자세를 기록하는 관성항법장치가 구비된 GPS/IMU장치를 포함하는 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템을 제공한다.
본 발명의 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템에 의하면 드론에 장착된 짐벌에 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라를 탑재하고, 드론에 드론운항용 일반GPS수신기와 초분광영상촬영기에 의하여 촬영된 초분광영상에 대한 공간정보를 취득하기 위한 공간정보취득용 정밀GPS수신기를 구비하여 드론의 비행위치를 지상에서 쉽고 정확하게 확인할 수 있음과 아울러 초분광영상과 공간정보에 의하여 표적물에 대한 영상과 정보를 취득할 수 있도록 함과 아울러 드론본체와 짐벌 사이에 완충장치를 구비하여 드론의 비행과정에서 발생하는 진동이 짐벌과 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라에 전달되지 않도록 하여 흔들림 없는 영상을 얻을 수 있도록 하며, 드론과 짐벌을 구조적으로 경량화하여 초분광영상촬영기, 일반광학영상카메라 등의 탑재물의 중량을 크게 할 수 있도록 한 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템을 제공하려는 것이다.
도 1 내지 도 11은 본 발명에 의한 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템의 바람직한 실시예를 보인 것으로,
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템을 상방 및 하방에서 본 사시도,
도 3은 드론의 사시도,
도 4는 드론의 분해 사시도,
도 5는 프로펠러 결합 구조를 보인 분해 사시도,
도 6은 짐벌의 사시도,
도 7은 짐벌의 분해 사시도,
도 8은 초분광영상촬영기, 드론측 소형 PC 및 GPS/IMU장치를 보인 사시도,
도 9는 제어수단의 기능블록도,
도 10은 표시부에 표시되는 화면의 일예를 보인 도면,
도 11은 초분광영상으로부터 선택된 파장정보에 따른 영상을 예시한 사진,
도 12는 종래 무인촬영기술의 일예를 보인 사시도이다.
이하, 본 발명에 의한 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템을 첨부도면에 예시한 바람직한 실시예에 따라서 상세히 설명한다.
이하의 설명에서 드론의 중앙부에 가까운 쪽을 내측, 안쪽으로 하고, 반대쪽을 외측, 바깥쪽으로 하여 설명하기로 한다.
각종 구성요소들을 결합하는 볼트와 너트, 볼트가 관통되는 볼트관통공과 볼트가 체결되는 볼트체결공은 도면에는 도시하되 도면부호 및 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템은 드론(100)과; 상기 드론(100)의 하부에 장착되는 짐벌(200)과; 상기 드론(100)에 설치되는 드론운항용 일반 GPS수신기(300)와; 상기 짐벌(200)에 탑재되는 일반광학영상카메라(400)와; 상기 짐벌(200)에 탑재되는 초분광영상촬영기(500)와; 상기 드론(100)에 설치되는 정밀공간좌표 취득용 정밀GPS수신기(600)와; 상기 드론(100)과 일반광학영상카메라(400) 및 초분광영상촬영기(500)를 제어하는 초분광영상촬영기 제어수단(700)을 포함한다(도 1 및 도 2 참조).
상기 드론(100)은 드론본체(110)와, 상기 드론본체(110)의 하부에 설치되는 랜딩수단(120)과, 드론본체(110)의 가장자리에 내측단이 결합되어 방사상으로 연장되는 복수개(도면에서는 6개)의 프로펠러지지대(130)와, 상기 복수개의 프로펠러지지대(130)의 외측단에 각각 장착되는 복수개(도면에서는 6개)의 프로펠러모터(140)와, 상기 프로펠러모터(140)의 모터축(141)에 결합되는 프로펠러(150)를 포함한다.
상기 드론본체(110)는 상판체(111)와 하판체(112)로 구성된다. 상기 상판체(111)와 하판체(112)의 외주부에는 복수개(도면에서는 6개)의 결합편(113, 114)이 방사상으로 연장 형성된다.
상기 상판체(111)와 하판체(112)는 중량을 최소화하기 위하여 알루미늄 합금으로 성형함과 아울러 복수개의 살빼기공(도면부호 생략)을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 랜딩수단(120)은 상단이 상기 드론본체(110)의 하판부(112)에 결합구(123)에 의하여 결합되며 하단이 상단보다 바깥쪽으로 벌어지도록 경사지게 설치되는 좌우 한 쌍의 스키드레그(121)와, 상기 좌우 한 쌍의 스키드레그(121)의 하단에 중간부에 결합되어 수평으로 설치되는 랜딩스키드(Landing Skid)(122)로 구성된다(도 1 및 도 2 참조).
상기 랜딩수단 결합구(123)는 상단이 상기 하판체(112)의 하면에 볼트/너트로 결합되는 내측결합편(124a)과, 상기 내측결합편(124a)에 일체로 형성되어 상기 스키드레그(121)의 상단 외주면을 감싸는 반원통부(124b)와, 상기 내측결합편(124a)에서 돌출되는 복수개(도면에서는 4개)의 보스부(124c)가 구비된 내측결합구(124)와, 상단이 상기 드론본체(110)의 하판부(112)에 결합되는 외측결합편(125a)과, 상기 외측결합편(125a)에 일체로 형성되어 상기 스키드레그(121)의 상단 외주면을 감싸는 반원통부(125b)와, 상기 외측결합편(125a)에서 돌출되는 복수개(도면에서는 4개)의 보스부(125c)가 구비된 외측결합구(125)로 구성된다(도 4 참조).
상기 내측결합구(124)와 외측결합구(125)는 상기 내측결합편(124a), 보스부(124c, 125c), 외측결합편(125a)을 순차 관통하며 머리부가 상기 내측결합편(124a)에 걸리고 외측결합편(125a)에서 돌출되는 결합볼트와, 상기 결합볼트의 외측 돌출단부에 체결되어 외측결합편(125a)에 밀착되는 결합너트에 의하여 조이는 것에 의하여 결합할 수 있다.
상기 반원통부(124b, 125b)는 도시예와 같이 상하 한 쌍씩으로 구성할 수도 있으며, 이들을 연장하여 일체화하여 하나로 구성할 수도 있다.
상기 프로펠러지지대(130)는 내측단이 드론본체(110)의 결합편(113)과 결합편(112) 사이에 프로펠러지지대 결합구(131)로 고정 결합된다.
상기 프로펠러지지대 결합구(131)는 상기 상판체(111)의 결합편(113)의 하면에 밀착되는 상부결합편(132a)과, 상기 상부결합편(132a)의 내, 외측 단부에 일체로 형성되어 상기 프로펠러지지대(130)의 내측 단부의 외주면 상반부를 감싸는 한 쌍의 상측 반원통부(132b)와, 상기 상부결합편(132a)의 네 모서리부 하면에 돌출 형성되는 보스부(132c)가 구비된 상부결합구(132)와, 상기 하판체(112)의 결합편(114)의 상면에 밀착되는 하부판체(133a)와, 상기 하부결합편(133a)의 내, 외측 단부에 일체로 형성되어 상기 프로펠러지지대(130의 내측단부의 외주면 하반부를 감싸는 한 쌍의 하측 반원통부(133b)와, 상기 하부결합판체(133a)의 네 모서리부 상면에 돌출 형성되는 보스부(133c)가 구비된 하부결합구(133)로 구성된다(도 4 참조).
상기 상부결합구(132)와 하부결합구(133)는 상기 결합편(113)과 보스부(132c, 133c) 및 결합편(114)을 순차 관통하며 머리부가 상기 결합편(113)의 상면에 걸리고 결합편(114)의 하면에서 돌출되는 결합볼트와, 상기 결합볼트의 하단 돌출단부에 체결되어 결합편(114)의 하면에 밀착되는 결합너트에 의하여 조이는 것에 의하여 결합할 수 있다.
상기 랜딩수단 결합구(123)와 프로펠러지지대 결합구(131)를 결합하기 위한 결합볼트와 결합너트는 공통으로 사용할 수 있다.
즉, 결합볼트를 상기 내측결합편(124a), 보스부(124c, 125c), 외측결합편(125a)과, 상기 결합편(113)과 보스부(132c, 133c) 및 결합편(114)에 관통시키고, 그 돌출단부에 결합너트를 체결하는 것에 의하여 드론본체(110)에 랜딩수단(120)을 결합함과 동시에 프로펠러지지대(130)를 결합할 수 있다.
상기 프로펠러지지대(130)는 중량을 최소화하기 위하여 파이프 형태로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 프로펠러모터(140)는 통상적인 비엘디씨 모터(BLDC Motor)를 사용하는 것이므로 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
상기 프로펠러모터(140)는 하단부에 모터베이스(141)를 구비하여 모터베이스(141)를 상기 프로펠러지지대(130)의 외측 단부에 프로펠러모터 장착대(142)에 의하여 결합하는 것에 의하여 장착할 수 있다.
상기 프로펠러모터 장착대(142)는 상기 프로펠러모터(140)의 모터베이스(141)가 안착되는 상부장착편(143a)과, 상기 상부장착편(143a)의 내, 외측 단부에 일체로 형성되어 상기 프로펠러지지대(130)의 외측 단부의 외주면 상반부를 감싸는 한 쌍의 상측 반원통부(143b)와, 상기 상부장착편(143a)의 네 모서리부 하면에 돌출 형성되는 보스부(143c)가 구비된 상부장착대(143)와, 상기 프로펠러지지대(130)의 중심을 기준으로 상기 상부장착편(143a)과 상하 대칭으로 배치되는 하부장착편(144a)과, 상기 하부장착편(144a)의 내, 외측 단부에 일체로 형성되어 상기 프로펠러지지대(130)의 외측 단부의 외주면 하반부를 감싸는 한 쌍의 하측 반원통부(144b)와, 상기 하부장착편(144a)의 네 모서리부 상면에 돌출 형성되는 보스부(144c)가 구비된 하부장착대(144)로 구성된다(도 5 참조).
상기 상부장착대(143)와 하부장착대(144)는 상기 모터베이스(141)와 상부장착편(143a)과 보스부(143c, 144c) 및 하부장착편(144a)을 순차 관통하며 머리부가 상기 모터베이스(141)의 상면에 걸리고 하부장착편(144a)의 하면에서 돌출되는 결합볼트와, 상기 결합볼트의 하단 돌출부에 체결되어 하부장착편(144a)의 하면에 밀착되는 결합너트에 의하여 조이는 것에 의하여 프로펠러지지대(130)에 결합할 수 있다.
상기 프로펠러(150)는 시계방향으로 회전하면서 추력을 발생시키는 복수개(도면에서는 3개)의 제1군 프로펠러(151)와, 반시계방향으로 회전하면서 추력을 발생시키는 복수개(도면에서는 3개)의 제2군 프로펠러(152)를 원주방향에 대하여 교호로 설치된다(도 1 및 도 3 참조).
상기 드론본체(110)를 구성하는 상판체(111)와 하판체(112), 스키드레그(121)와 랜딩스키드(122), 프로펠러지지대(130), 프로펠러(150)는 중량을 최소화하기 위하여 알루미늄 합금이나 폴리카보네이트(Polycarbonate) 재질 또는 그라파이트(Graphite) 재질로 구성할 수 있다.
상기 드론본체(110)의 하부에 짐벌(200)을 직접 장착할 수도 있으나, 드론(100)의 비행과정에서 발생하는 진동을 흡수하여 짐벌(200)과 이에 탑재되는 초분광영상촬영기(500)에 진동이 전달되는 것을 방지하기 위하여 상기 드론본체(110)의 하부에 완충장치(160)를 더 구비할 수 있다.
상기 완충장치(160)는 상기 하판체(112)의 하부에 이격 배치되는 상부완충판(161)과, 상기 상부완충판(161)의 하부에 이격 배치되는 하부완충판(162)과, 상기 상부완충판(161)과 하부완충판(162) 사이에 삽입되어 상기 상부완충판(161)과 하부완충판(162)을 결합하는 완충부재(163)와, 상기 상부완충판(161)을 관통하여 상기 하판체(112)의 하면과 상부완충판(161)의 상면 사이에 삽입되는 스페이서 슬리브(164)로 구성된다(도 4 참조).
상기 완충장치(160)는 상기 상판체(111)와 하판체(112)와 상부완충판(161)과 스페이서 슬리브(164)와 하부완충판(162)을 관통하여 하단부가 하부완충판(162)의 하면에서 돌출되는 복수개(도면에서는 8개)의 결합볼트와, 상기 결합볼트의 하단 돌출단부에 결합되는 결합너트에 의하여 드론본체(110)에 결합할 수 있다.
상기 완충부재(163)는 쿠션고무 재질의 항아리형 슬리브 형태로 형성되며, 도시예와 같이 리벳(165)에 의하여 상부완충판(161)과 하부완충판(162)의 사이에 고정 설치할 수 있다. 또한 리벳(165)을 대신하여 볼트/너트로 고정 설치할 수도 있다.
상기 짐벌(200)은 드론(100)의 하부에 고정되는 짐벌베이스(210)와, 상기 짐벌베이스(210)에 장착되는 롤링모터(220)와, 상기 짐벌베이스(210)에 롤링동작 가능하게 지지되며 상기 롤링모터(220)에 의하여 롤링동작하는 롤링부재(230)와, 상기 롤링부재(230)에 장착되는 피칭모터(240)와, 상기 롤링부재(230)에 피칭동작 가능하게 지지되며 상기 피칭모터(240)에 의하여 피칭동작하는 피칭부재(250) 및, 피칭부재(250)에 부착되어 수평을 감지하는 수평센서(260)를 포함한다(도 6 참조).
상기 짐벌베이스(210)는 수평바(211)와 수직바(212)와, 상기 수평바(211)를 드론(100)에 고정하는 상단고정구(213)와, 상기 수평바(211)와 수직바(212)를 연결하는 연결구(214)와, 상기 수직바(212)의 하단에 위치하는 롤링모터장착대(215) 및, 상기 롤링모터장착대(215)를 수직바(212)의 하단에 고정하는 하단고정구(216)를 포함하여 구성된다(도 7 참조).
상기 수평바(211)와 수직바(212)는 중량을 최소화하기 위하여 파이프 형태로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 상단고정구(213)는 상기 수평바(211)의 내측단 외주면 상반부를 감싸는 반원통부(213Aa)와, 상기 반원통부(213Aa)의 양단부에 일체로 형성되는 보스부(213Ab)가 구비된 상측상단고정구(213A)와, 상기 수평바(211)의 내측단 외주면 하반부를 감싸는 반원통부(213Ba)와, 상기 반원통부(213Ba)의 양단부에 일체로 형성되는 보스부(213Bb)가 구비된 하측상단고정구(213B)와, 상기 하측상단고정구(213B)의 보스부(213Bb)의 하단에 밀착되는 연결바(213C)와, 상기 상측상단고정구(213A)의 보스부(213Ab)의 상면에 하단이 밀착되고 상기 하부완충판(162)의 하면에 상단이 밀착되는 스페이서 슬리브(213D)로 구성된다(도 7 참조).
상기 상측상단고정구(213A)와 하측상단고정구(213B)는 상기 하부완충판(162)과 스페이서 슬리브(213D)와 상기 보스부(213Ab, 213Bb) 및 연결바(213C)를 순차 관통하여 연결바(213C)의 하면에서 돌출되는 고정볼트 및, 상기 고정볼트의 돌출단부에 체결되는 고정너트에 의하여 조이는 것에 의하여 상기 완충장치(160)에 결합할 수 있다.
상기 상측상단고정구(213A)와 하측상단고정구(213B)는 도시예와 같이 2개씩으로 분리하여 형성할 수도 있으나, 이들을 연장 및 일체화하여 하나씩으로 형성할 수도 있다.
상기 연결구(214)는 상기 수평바(211)의 외측단 외주면 좌반부를 감싸는 반원통부(214Aa)와, 상기 반원통부(214Aa)의 상하단에 일체로 형성된 수평연결부(214Ab)가 구비된 좌측수평연결구(214A)와, 상기 수평바(211)의 외측단 외주면 우반부를 감싸는 반원통부(214Ba)와, 상기 반원통부(214Ba)의 상하단에 일체로 형성된 수평연결부(214Bb)가 구비된 우측수평연결구(214B)와, 상기 수직바(212)의 상단 외주면 좌반부를 감싸는 반원통부(214Ca)와, 상기 반원통부(214Ca)의 전후단에 일체로 형성된 수직연결부(214Cb)가 구비된 좌측수직연결구(214C)와, 상기 수직바(212)의 상단 외주면 우반부를 감싸는 반원통부(214Da)와, 상기 반원통부(214Ca)의 전후단에 일체로 형성된 수직연결부(214Db)가 구비된 우측수직연결구(214D)와, 상기 좌측수평연결구(214A)와 좌측수직연결구(214C)를 연결하는 연결부(214E)로 구성된다(도 7 참조).
상기 연결구(214)를 구성하는 좌측수평연결구(214A), 우측수평연결구(214B), 좌측수직연결구(214C), 우측수직연결구(214D) 및 연결부(214E)는 상기 좌측수평연결구(214A)의 좌측수평연결부(214Ab)와 좌측수직연결구(214C)의 좌측수직연결부(214Cb)와 우측수평연결구(214B)의 우측수평연결부(214Bb) 및 우측수직연결구(214D)의 우측수직연결부(214Db)를 관통하는 복수개의 연결볼트와, 상기 연결볼트의 돌출단부에 체결되는 연결너트에 의하여 조이는 것에 의하여 상기 수평바(211)와 수직바(212)를 연결할 수 있다.
상기 롤링모터장착대(215)는 상기 롤링모터(220)의 전후 양측에 배치되는 전방측 장착편(215a)과 후방측 장착편(215b)과, 상기 장착편(215a, 215b) 사이에 삽입되는 스페이서 슬리브(215c)로 구성된다.
상기 장착편(215a, 215b)은 후방측 장착편(215b)과 스페이서 슬리브(215c) 및 전방측 장착편(215a)을 순차 관통하며 머리부가 후방측 장착편(215b)에 걸리고 선단부가 전방측 장착편(215a)에서 돌출되는 결합볼트와, 결합볼트의 돌출단부에 체결되는 결합너트를 조이는 것에 의하여 결합할 수 있다.
상기 하단고정구(216)는 상기 수직바(212)의 하단 전방에 배치되는 전방측 고정판(217a)과, 상기 전방측 고정판(217a)에 일체로 형성되어 상기 수직바(212)의 하단 전반부 외주면을 감싸는 반원통부(217b)와, 상기 전방측 고정판(217a)의 네 모서리에 일체로 형성되는 보스부(217c)가 구비된 전방측 하단고정구(217)와, 상기 수직바(212)의 하단 후방에 배치되는 후방측 고정판(218a)과, 상기 전방측 고정판(217a)에 일체로 형성되어 상기 수직바(212)의 하단 후반부 외주면을 감싸는 반원통부(218b)와, 상기 후방측 고정판(218a)의 네 모서리에 일체로 형성되는 보스부(218c)가 구비된 후방측 하단고정구(218)로 구성된다.
상기 전방측 장착편(215a)과 후방측 장착편(215b), 상기 전방측 하단고정구(217)와 후방측 하단고정구(218)는 후방측 장착편(215b), 후방측 고정판(218a), 보스부(218c, 217c), 전방측 고정판(217a) 및 전방측 장착편(215a)을 순차 관통하며 선단부가 전방측 장착편(215b)에서 돌출되는 고정볼트와, 고정볼트의 돌출단부에 체결되는 고정너트를 조이는 것에 의하여 수직바(212)의 하단에 고정할 수 있다.
이때 상기 후방측 장착편(215b)의 후면에는 롤링모터(220)의 제어를 위한 롤링모터 제어기(222)가 장착된다. 상기 롤링모터 제어기(222)는 네 모서리에 상기 고정볼트를 관통시키는 것에 의하여 후방측 장착편(215b)에 장착할 수 있다. 상기 롤링모터 제어기(222)는 수평센서(260)에 의하여 감지된 수평감지신호에 따라 롤링모터(220)를 제어하기 위한 것이다.
상기 롤링모터(220)는 롤링모터축(221)이 상기 전방측 장착편(215a)을 관통하여 전방측으로 돌출되어 상기 롤링부재(230)에 결합된다. 상기 롤링모터(220)는 비엘디씨 모터를 사용할 수 있다.
상기 롤링부재(230)는 상기 롤링모터(220)의 롤링모터축(221)에 중간부가 결합되는 롤링바(231)와, 상기 후방측 롤링바(231)를 상기 롤링모터축(221)에 결합하는 롤링바 결합구(232)와, 상기 롤링바(231)의 좌우 양단에 결합되어 전방으로 연장되는 좌측 롤링암(233)과 우측 롤링암(234)과, 상기 롤링바(231)의 좌측단부와 좌측 롤링암(233)을 결합하는 좌측 롤링암 결합구(235)와, 상기 롤링바(231)와 우측 롤링암(234)을 결합하는 우측 롤링암 결합구(236)와, 상기 좌측 롤링암(233)과 우측 롤링암(234)의 선단부에 각각 결합되는 좌측 피칭지지대(237) 및, 우측 피칭지지대(238)를 포함한다.
상기 롤링바 결합구(232)는 상기 롤링모터축(221)에 결합되는 상부 후방결합구(232A)와 하부 후방결합구(232B)와, 롤링바(231)를 지지하는 상부 좌측지지구(232C)와 하부 좌측지지구(232D)와, 상부 우측지지구(232E)와 하부 우측지지구(232F) 및, 상기 상부 후방결합구(232A), 하부 후방결합구(232B), 상부 좌측지지구(232C), 하부 좌측지지구(232D), 상부 우측지지구(232E), 하부 우측지지구(232F)를 상면과 하면에서 연결하는 상부연결편(232G) 및 하부연결편(232H)로 구성된다.
상기 상부 후방결합구(232A)는 롤링모터축(221)의 외주면 상반부를 감싸는 반원통부(232Aa)와, 상기 반원통부(232Aa)에 일체로 형성되는 보스부(232Ab)가 구비되고, 상기 하부 후방결합구(232B)는 롤링모터축(221)의 외주면 하반부를 감싸는 반원통부(232Ba)와, 상기 반원통부(232Ba)에 일체로 형성되는 보스부(232Bb)가 구비되며, 상기 상부 좌측지지구(232C)는 롤링바(231)의 중간 좌측부분 외주면 상반부를 감싸는 반원통부(232Ca)와, 상기 반원통부(232Ca)에 일체로 형성되는 보스부(232Cb)가 구비되고, 상기 하부 좌측지지구(232D)는 롤링바(231)의 중간 좌측부분 외주면 하반부를 감싸는 반원통부(232Da)와, 상기 반원통부(232Da)에 일체로 형성되는 보스부(232Db)가 구비되며, 상기 상부 우측지지구(232E)는 롤링바(231)의 중간 우측부분 외주면 상반부를 감싸는 반원통부(232Ea)와, 상기 반원통부(22Ea)에 일체로 형성되는 보스부(232Eb)가 구비되고, 상기 하부 우측지지구(232F)는 롤링바(231)의 중간부 우측부분 외주면 하반부를 감싸는 반원통부(232Fa)와, 상기 반원통부(232Fa)에 일체로 형성되는 보스부(232Fb)가 구비된다.
상기 상부연결편(232G)은 상기 보스부(232Ab, 232Cb, 232Eb)의 상단부를 따라 형성되는 격자형태로 구성되며, 상기 하부연결편(232H)은 상기 보스부(232Bb, 232Db, 232Fb)의 하단부를 따라 형성되는 격자형태로 구성된다.
상기 롤링바 결합구(232)는 상부연결편(232G), 보스부(232Ab, 232Bb, 232Cb, 232Db, 232Eb, 232Fb), 하부연결편(232H)을 순차 관통하며 머리부가 상부연결편(232G)의 상면에 걸리고 하단이 하부연결편(232H)의 하면에서 돌출되는 결합볼트와, 결합볼트의 돌출단부에 체결되는 결합너트를 조이는 것에 의하여 롤링모터축(221)에 롤링바(231)를 결합할 수 있다.
상기 좌측 롤링암 결합구(235)는 상기 롤링바(231)의 좌측단에 결합되는 상부 좌측결합구(235A)와 하부 좌측결합구(235B), 상기 롤링암(233)의 후단부에 결합되는 상부 좌전방결합구(235C)와 하부 좌전방결합구(235D), 상기 상부 좌측결합구(235A)와 하부 좌측결합구(235B), 상부 좌전방결합구(235C)와 하부 좌전방결합구(235D)를 상면과 하면에서 연결하는 상부연결편(235E) 및 하부연결편(235F)로 구성된다.
상기 상부 좌측결합구(235A)는 상기 롤링바(231)의 좌측단 외주면 상반부를 감싸는 반원통부(235Aa)와, 상기 반원통부(235Aa)에 일체로 형성되는 보스부(235Ab)가 구비되고, 상기 하부 좌측결합구(235B)는 상기 롤링바(231)의 좌측단 외주면 하반부를 감싸는 반원통부(235Ba)와, 상기 반원통부(235Ba)에 일체로 형성되는 보스부(235Bb)가 구비되며, 상기 상부 좌전방결합구(235C)는 상기 롤링암(233)의 후단부 외주면 상반부를 감싸는 반원통부(235Ca)와, 상기 반원통부(235Ca)에 일체로 형성되는 보스부(235Cb)가 구비되고, 상기 하부 좌전방결합구(235D)는 상기 롤링암(233)의 후단부 외주면 하반부를 감싸는 반원통부(235Da)와, 상기 반원통부(235Da)에 일체로 형성되는 보스부(235Db)가 구비된다.
상기 상부연결편(235E)은 상기 보스부(235Ab, 235Bb, 235Cb, 235Db)의 상단부를 따라 형성되는 격자형태로 구성되며, 상기 하부연결편(235F)은 상기 보스부(235Ab, 235Bb, 235Cb, 235Db)의 하단부를 따라 형성되는 격자형태로 구성된다.
상기 좌측 롤링암 결합구(235)는 상기 상부연결편(235E), 보스부(235Ab, 235Bb, 235Cb, 235Db), 하부연결편(235F)을 관통하여 머리부가 상부연결편(235E)의 상면에 걸리고 하단부가 하부연결편(235F)의 하면에서 돌출되는 결합볼트와, 결합볼트의 돌출단부에 체결되는 결합너트를 조이는 것에 의하여 롤링바(231)의 좌측단부와 좌측 롤링암(233)의 후단부를 결합할 수 있다.
상기 우측 롤링암 결합구(236)는 상기 롤링바(231)의 우측단에 결합되는 상부 우측결합구(236A)와 하부 우측결합구(236B), 상기 롤링암(234)의 후단부에 결합되는 상부 우전방결합구(236C)와 하부 우전방결합구(236D), 상기 상부 우측결합구(236A)와 하부 우측결합구(236B), 상부 우전방결합구(236C)와 하부 우전방결합구(236D)를 상면과 하면에서 연결하는 상부연결편(236E) 및 하부연결편(236F)로 구성된다.
상기 상부 우측결합구(236A)는 상기 롤링바(231)의 우측단 외주면 상반부를 감싸는 반원통부(236Aa)와, 상기 반원통부(236Aa)에 일체로 형성되는 보스부(236Ab)가 구비되고, 상기 하부 우측결합구(236B)는 상기 롤링바(231)의 우측단 외주면 하반부를 감싸는 반원통부(236Ba)와, 상기 반원통부(236Ba)에 일체로 형성되는 보스부(236Bb)가 구비되며, 상기 상부 우전방결합구(236C)는 상기 롤링암(234)의 후단부 외주면 상반부를 감싸는 반원통부(236Ca)와, 상기 반원통부(236Ca)에 일체로 형성되는 보스부(236Cb)가 구비되고, 상기 하부 우전방결합구(236D)는 상기 롤링암(233)의 후단부 외주면 하반부를 감싸는 반원통부(236Da)와, 상기 반원통부(236Da)에 일체로 형성되는 보스부(236Db)가 구비된다.
상기 상부연결편(236E)은 상기 보스부(236Ab, 236Bb, 236Cb, 236Db)의 상단부를 따라 형성되는 격자형태로 구성되며, 상기 하부연결편(236F)은 상기 보스부(236Ab, 236Bb, 236Cb, 236Db)의 하단부를 따라 형성되는 격자형태로 구성된다.
상기 우측 롤링암 결합구(236)는 상기 상부연결편(236E), 보스부(236Ab, 236Bb, 236Cb, 236Db), 하부연결편(236F)을 관통하여 머리부가 상부연결편(236E)의 상면에 걸리고 하단부가 하부연결편(236F)의 하면에서 돌출되는 결합볼트와, 결합볼트의 돌출단부에 체결되는 결합너트를 조이는 것에 의하여 롤링바(231)의 우측단부와 우측 롤링암(234)의 후단부를 결합할 수 있다.
상기 좌측 피칭지지대(237)는 상기 좌측 롤링암(233)의 선단부 외주면 좌반부를 감싸는 반원통부(237Aa)와 상기 반원통부(237Aa)의 상하단에 일체로 형성되는 연결부(237Ab)와 상기 연결부(237Ab)의 선단에 일체로 형성되는 좌측 좌전방 지지판(237Ac)이 구비된 좌측 좌전방 지지대(237A)와, 상기 좌측 롤링암(233)의 선단부 외주면 우반부를 감싸는 반원통부(237Ba)와 상기 반원통부(237Ba)의 상하단에 일체로 형성되는 연결부(238Bb)와 상기 연결부(237Bb)의 선단에 일체로 형성되는 좌측 우전방 지지판(237Bc)이 구비된 좌측 우전방 지지대(237B)로 구성된다.
상기 좌측 피칭지지대(237)는 좌측 좌전방 지지대(237A)의 연결부(237Ab)와 좌측 우전방 지지대(237B)의 연결부(237Bb)를 관통하며 머리부가 연결부(237Ab)의 좌측면에 걸리고 우측단부가 연결부(237Bb)의 우측면에서 돌출되는 결합볼트와 결합볼트의 돌출단부에 체결되는 결합너트를 조이는 것에 의하여 좌측 롤링암(233)의 선단부에 결합할 수 있다.
상기 우측 피칭지지대(238)는 상기 우측 롤링암(234)의 선단부 외주면 좌반부를 감싸는 반원통부(238Aa)와 상기 반원통부(238Aa)의 상하단에 일체로 형성되는 연결부(238Ab)와 상기 연결부(238Ab)의 선단에 일체로 형성되는 우측 좌전방 지지판(238Ac)이 구비된 우측 좌전방 지지대(238A)와, 상기 우측 롤링암(234)의 선단부 외주면 우반부를 감싸는 반원통부(238Ba)와 상기 반원통부(238Ba)의 상하단에 일체로 형성되는 연결부(283Bb)와 상기 연결부(238Bb)의 선단에 일체로 형성되는 우측 우전방 지지판(238Bc)이 구비된 우측 우전방 지지대(238B)로 구성된다.
상기 우측 피칭지지대(238)는 상기 우측 좌전방 지지대(238A)의 연결부(238Ab)와 우측 우전방 지지대(238B)의 연결부(238Bb)를 관통하며 머리부가 연결부(238Bb)의 우측면에 걸리고 좌측단부가 연결부(238Ab)의 좌측면에서 돌출되는 결합볼트와, 결합볼트의 돌출단부에 체결되는 결합너트를 조이는 것에 의하여 우측 롤링암(234)의 선단부에 결합할 수 있다.
상기 피칭모터(240)는 상기 우측 피칭지지대(238)의 우측 좌전방 지지판(238Ac)에 결합된다. 상기 피칭모터(240)는 상기 우측 우전방 지지판(238Bc)과 우측 좌전방 지지판(238Ac)을 관통하는 장착볼트를 피칭모터(240)에 형성된 나사공에 체결하는 것에 의하여 우측 피칭지지대(238)에 장착할 수 있다.
이때 상기 우측 피칭지지대(238)의 우측 우전방 지지판(238Bc)에는 상기 피칭모터(240)의 제어를 위한 피칭모터 제어기(242)가 장착된다. 상기 피칭모터 제어기(242)는 네 모서리에 상기 장착볼트를 관통시키는 것에 의하여 상기 우측 피칭지지대(238)에 장착할 수 있다. 상기 피칭모터 제어기(242)는 수평센서(260)에 의하여 감지된 수평감지신호에 따라 피칭모터(240)를 제어하기 위한 것이다.
상기 피칭모터(240)는 비엘디씨 모터를 사용할 수 있다.
상기 피칭부재(250)는 상기 좌측 피칭지지대(237)에 중간부가 회전 가능하게 지지되는 좌측 피칭바(251)와, 상기 피칭모터(240)의 피칭모터축(241)에 중간부가 결합되는 우측 피칭바(252)와, 상기 좌측 피칭바(251)와 우측 피칭바(252)의 후단부를 연결하는 후단 연결바(253)와, 상기 좌측 피칭바(251)와 우측 피칭바(252)의 선단부를 연결하는 선단 연결바(254)를 포함한다.
상기 좌측 피칭바(251)와 우측 피칭바(252)에는 전후 방향으로 길게 형성되는 장공(251a, 252a)을 형성하여 이 장공(251a, 252a)을 통과하는 결합볼트(B1, B2)를 후단 연결바(253)와 선단 연결바(254)의 좌우 양단면에 체결하는 것에 의하여 결합할 수 있으며, 후단 연결바(253)와 선단 연결바(254) 사이의 간격을 조절할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 좌측 피칭바(251)는 축받이(255)에 의하여 상기 좌측 피칭지지대(237)에 회전 가능하게 지지된다.
상기 축받이(255)는 상기 좌측 피칭지지대(237)의 좌측 좌전방 지지판(237Ac)과 좌측 우전방 지지판(237Bc)을 관통하는 고정볼트와 상기 좌측 피칭바(251)를 관통하는 고정볼트를 체결하는 것에 의하여 좌측 피칭지지대(237)와 좌측 피칭바(251) 사이에 결합될 수 있다.
상기 우측 피칭바(252)는 우측 피칭바(252)를 관통하며 머리부가 우측 피칭바(252)의 좌측면에 걸리는 결합볼트를 피칭모터축(241)에 체결하는 것에 의하여 피칭모터(240)에 결합할 수 있다.
상기 선단 연결바(254)에는 상하방향으로 길게 형성되는 장공(254a)을 형성하여 이 장공(254a)에 삽입되는 고정나사(B3)를 상기 초분광영상촬영기(500)에 체결하는 것에 의하여 초분광영상촬영기(500)를 높이 조절 가능하게 장착할 수 있다. 상기 고정나사(B3)는 손잡이가 달린 것을 사용함으로써 초분광영상촬영기(500)의 탈부착이 신속, 용이하게 될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 수평바(211)와 수직바(212), 롤링바(231), 좌측 롤링암(233) 및 우측 롤링암(234)은 중량을 최소화하기 위하여 파이프 형태로 형성함과 아울러 알루미늄 합금이나 폴리카보네이트(Polycarbonate) 재질 또는 그라파이트(Graphite) 재질로 구성할 수 있다.
상기 드론운항용 일반 GPS수신기(300)는 드론(100)의 비행위치를 확인하기 위한 공간정보를 취득하기 위한 것이다.
상기 드론운항용 일반 GPS수신기(300)는 드론(100)의 비행위치를 대략적으로 확인할 수 있는 정도이면 충분하므로 비교적 저가의 GPS수신기를 사용할 수 있다.
상기 일반광학영상카메라(400)는 드론(100)의 비행위치를 영상으로 확인할 수 있도록 하기 위한 것으로 통상적인 일반광학영상카메라를 사용할 수 있다.
상기 일반광학영상카메라(400)에 의하여 촬영된 일반영상은 무선으로 전송하여 별도의 모니터 화면에 표시되도록 구성하며, 후술하는 제어수단(700)의 표시부(720)에 표시되도록 구성할 수도 있다.
상기 초분광영상촬영기(500)는 상기 피칭부재(250)에 탑재되며 초분광기(510)와, 상기 초분광기(510)의 상부에 설치되는 초분광카메라부(520), 상기 초분광기(510)의 하단에 구비되는 렌즈부(530)를 포함하여 구성된다.
상기 정밀공간좌표 취득용 정밀GPS수신기(600)는 초분광영상촬영기(500)에 의하여 촬영된 초분광영상 데이터의 정밀공간좌표를 취득할 수 있도록 한다.
상기 제어수단(700)은 상기 드론(100)과 초분광영상촬영기(500)를 제어하기 위한 모드가 입력되는 입력부(710)와, 상기 입력부(710)에 의하여 모드를 입력하기 위한 입력창(W1)과, 상기 초분광영상촬영기(500)에서 촬영된 초분광영상을 표시하는 표시부(720)와, 상기 입력부(710)의 입력에 따라 표시부 제어명령과 초분광영상촬영기(500)의 촬영동작 제어명령을 출력하는 제어부(730)와, 상기 제어부(730)의 제어신호를 드론측으로 송신함과 아울러 상기 드론운항용 일반 GPS수신기(300)에서 취득한 일반공간정보와 상기 일반광학영상카메라(400)에서 취득한 일반광학영상 정보를 수신하는 통신부(740)와, 상기 드론(100)에 설치되어 상기 드론운항용 일반 GPS수신기(300)에서 취득한 일반공간정보와 상기 일반광학영상카메라(400)에서 취득한 일반광학영상 정보를 송신하고, 상기 제어부(730)의 제어신호를 수신하는 드론측 통신부(750)와, 상기 제어부(730)의 명령에 따라 표시부 구동신호를 출력하는 표시부 구동부(760)와, 상기 드론(100)에 탑재되어 상기 제어부(730)의 제어명령에 따라 상기 초분광영상촬영기(500)를 구동하는 초분광영상촬영기 구동부(771)와 상기 초분광영상촬영기(500)에서 취득한 초분광영상데이터를 저장하는 드론측 저장부(772)를 구성하는 드론측 소형 PC(770)와, 상기 제어부(730)의 제어명령에 따라 상기 일반광학영상카메라(400)를 구동하는 일반광학영상카메라 구동부(780)와, 상기 제어부(730)의 제어명령에 따라 상기 프로펠러모터(140)를 구동하는 프로펠러모터 구동부(790)와, 제어에 필요한 소프트웨어가 설치되며 상기 드론측 저장부(772)로부터 다운로드된 초분광영상데이터가 저장되는 저장부(800)를 포함한다.
상기 제어수단(700)은 입력부(710)로서의 키보드와 마우스, 표시부(720)로서의 모니터, 표시부 구동부(760)로서의 그래픽카드, 저장부(800)로서의 하드디스크드라이버(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 및, 제어부(730)로서의 CPU를 포함하는 퍼스널컴퓨터 또는 노트북컴퓨터와 이에 설치되는 소프트웨어로 구성할 수 있다.
상기 통신부(740)와 드론측 통신부(750) 간의 통신은 TRS(Trunked Radio System), WIFI 방식을 채용할 수 있으며, 이들을 모두 구비하여 활성화된 방식이 우선적으로 사용되도록 구성할 수 있다.
또한 상기 짐벌(200)은 자체적으로 수평센서에 의해 감지된 수평도에 따라 롤링모터(220)와 피칭모터(240)가 작동하여 수평상태를 보정하게 되지만, 수평상태를 보정하는 동안에는 아주 짧은 순간이라고 하더라도 수평상태를 유지하지 못하게 된다.
따라서 본 발명에서는 상기 정밀GPS수신기(600)에서 수신된 정밀공간정보를 처리함과 아울러 드론(100)의 비행자세를 기록하는 관성항법장치가 구비된 GPS/IMU장치(810)를 더 포함한다.
상기 GPS/IMU장치(810)는 드론(100)의 비행자세정보, 즉 롤(Roll), 피치(Pitch), 요우(Yaw)정보를 상기 드론측 소형 PC(770)의 드론측 저장부(772)에 저장하도록 구성된다.
상기 GPS/IMU장치(810)에 의한 드론(100)의 비행자세정보는 상기 드론측 저장부(772)에 저장된 초분광영상데이터와 함께 다운로드하여 저장부(800)에 저장되며, 초분광영상데이터를 처리하는 데에 사용하게 된다.
이하, 본 발명의 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템에 의한 초분광 원격모니터링 과정에 대하여 설명한다.
제어수단(700)을 구성하는 컴퓨터가 부팅되고 입력부(710)의 입력에 따라 저장부(800)에 설치된 초분광 원격모니터링 시스템 소프트웨어가 구동되면, 제어부(730)의 표시부 제어명령과 표시부 구동부(760)의 구동신호에 따라 표시부(720)에 카메라 컨트롤(Camera Control) 표시창(W1), 풀 프레임 디스플레이(Full Frame Display) 창(W2), 큐브 메이커(Cube Maker) 표시창(W3), 특성 페이지(Property Page) 표시창(W4), 스펙트럴 뷰(Spectral View) 표시창(W5) 및, 컬러 뷰(Color View) 표시창(W6)이 표시된다.
표시부(720)에 표시된 카메라 컨트롤 표시창(W1)과 입력부(710)에 의하여 모니터링 개시모드가 입력되면, 제어부(730)는 프로펠러모터 제어명령, 초분광영상촬영기 제어명령, 일반광학영상카메라 제어명령을 출력하게 되고, 이들 제어명령은 통신부(740)를 통하여 송신되어 드론측 통신부(750)에 송신되고, 드론측 통신부(750)의 수신신호에 따라 프로펠러모터 구동부(790), 초분광영상촬영기 구동부(770), 일반광학영상카메라 구동부(780)가 프로펠러모터 구동신호, 초분광영상촬영기 구동신호 및 일반광학영상카메라 구동신호를 출력하게 되어 프로펠러모터(140)가 가동되어 프로펠러(150)가 회전하여 짐벌(200), 드론운항용 일반GPS 수신기(300), 정밀GPS 수신기(600), 초분광영상촬영기(500), 일반광학영상카메라(400)가 탑재된 드론(100)이 비행을 시작하게 된다.
드론(100)의 비행조정은 드론의 부속물이 원격조정기(미도시)에 의하여 조정할 수 있다.
드론(100)이 비행하는 과정에서 초분광영상촬영기(500)와 일반광학영상카메라(400)는 짐벌(200)에 탑재되어 있으므로 항상 일정한 자세를 유지하게 되어 원하는 영상을 취득할 수 있게 된다.
즉, 짐벌(200)은 드론본체(110)에 결합된 짐벌베이스(210)와, 짐벌베이스(210)에 장착된 롤링모터(220)와, 롤링모터(220)에 의하여 조정되는 롤링부재(230)와, 롤링부재(230)에 장착된 피칭모터(240)와, 피칭모터(240)에 의하여 조정되는 피칭부재(250) 및 피칭부재(250)에 장착된 수평센서(260)로 구성되어 수평센서(260)의 감지신호에 따라 롤링모터(220)가 롤링부재(230)를 롤링동작시키고 피칭모터(240)가 피칭부재(250)를 피칭동작시킴으로써 피칭부재(250)가 항상 수평을 유지하게 되고, 피칭부재(250)에 장착된 초분광영상촬영기(500)와 일반광학영상카메라(400)가 항상 수평 및 일정한 자세를 유지하게 되어 정확한 촬영이 가능하고 결과적으로 표적물에 대한 정확한 모니터링이 가능하게 된다.
또한 상기 짐벌(200)은 드론본체(110)에 완충장치(160)를 통하여 결합되어 있으므로 드론(100)의 비행과정에서 발생하는 진동이 짐벌(200)과 이에 장착된 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라에 전달되는 것을 방지하여 흔들림 없는 영상을 취득할 수 있게 된다.
즉, 상기 완충장치(160)는 드론본체(110)의 하부에 결합되며 상부완충판(161)과 하부완충판(162) 사이에 설치된 완충부재(163)로 구성되어 있고, 상기 짐벌(200)은 짐벌베이스(210)가 상부완충판(161)에 결합되어 있으므로 드론(100)의 비행과정에서 발생하는 진동이 짐벌(200)과 이에 장착된 초분광영상촬영기와 일반광학영상카메라에 전달되는 것을 방지되는 것이다.
또한 제어부(730)와 입력부(710) 및 표시부(720)를 드론(100)의 비행조정이 가능하도록 구성함으로써 별도의 원격조정기를 사용하지 않고 제어수단(700)을 구성하는 장치에 의하여 조정할 수도 있다.
드론(100)의 비행이 시작되면 초분광영상촬영기 구동부(770)의 구동신호에 따라 초분광영상촬영기(500)가 초분광영상촬영을 시작하여 초분광영상을 취득하게 된다.
또한 일반광학영상카메라 구동부(780)의 구동신호에 따라 일반광학영상카메라(400)가 구동되어 드론(100)이 비행하는 지역에 대한 일반분광영상을 촬영하게 된다.
여기서 초분광영상촬영기(500)에서 촬영하는 초분광영상은 대용량인 관계로 무선 전송하여 표시부(720)에 영상으로서 표시할 수 없어, 드론(100)의 비행지역과 촬영지역을 명확하게 식별할 수 없는바, 본 발명에서는 일반광학영상카메라(400)를 구비하고 있으므로 이 일반광학영상카메라(400)에 의하여 취득한 일반분광영상을 표시부(720)에 표시함으로써 드론(100)의 비행지역과 촬영지역을 육안으로 명확하게 식별할 수 있어 드론(100)을 원하는 지역을 비행하도록 조정함으로써 원하는 지역에 대한 초분광영상을 얻을 수 있게 된다.
초분광영상촬영기(500)에 의하여 취득된 초분광영상 데이터는 대용량인 관계로 무선 전송할 수 없어 상기 소형 PC(770)에 내장된 드론측 저장부(772)에 저장하고 비행이 끝난 후 다운로드하여 저장부(800)에 저장하게 된다. (수정항목 10번 내용 참조)
또한 상기 GPS/IMU장치(810)에 의하여 처리된 정밀공간정보와 드론의 비행자세정보도 상기 드론측 소형 PC(770)에 내장된 드론측 저장부(772)에 저장되고, 비행이 끝난 후 다운로드하여 저장부(800)에 저장된다.
상기 GPS/IMU장치(810)에 의하여 처리되어 드론측 저장부(772)에 저장된 정밀공간정보와 드론의 비행자세정보를 저장부(800)에 저장된 초분광영상 데이터를 처리하는 과정에서 사용하여 초분광영상 데이터와 함께 공간정보를 매칭 처리하는 데에 활용함으로써 보다 정확한 모니터링이 가능하게 된다.
초분광영상 데이터와 정밀공간좌표 데이터의 매칭 기술은 통상적인 매칭기술을 활용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
드론(100)의 비행과정에서 일반광학영상카메라(400)에서 촬영된 일반분광영상은 드론측 통신부(750)에서 송신되고 통신부(750)에서 수신되며, 제어부(730)의 제어명령과 표시부 구동부(760)의 구동신호에 따라 표시부(720)에 표시하여 드론(100)의 대략적인 비행지역을 확인하면서 드론의 운항과 초분광영상촬영 작업을 수행할 수 있다.
한편, 드론(100)의 비행과정에서 드론운항용 일반GPS 수신기(300)에서 취득한 일반공간좌표 데이터도 드론측 통신부(740)에서 송신되고 통신부(740)에서 수신되어 정밀한 공간좌표는 아니지만 드론(100)이 비행하고 있는 지역에 대한 대략적인 공간좌표를 확인하여 드론(100)의 운항과 모니터링 작업에 참조할 수 있게 할 수 있다.
상술한 초분광영상카메라(500)에서 획득하는 초분광영상은 제어부(730)의 제어명령과 표시부 구동부(760)의 구동신호에 의하여 표시부(720)의 풀 프레임 디스플레이 창(W2)에 풀 프레임이 표시되고, 큐브 메이커 표시창(W3)에 큐브를 만들 수 있는 메뉴창이 표시되며, 특성 페이지 표시창(W4)에 특성 페이지가 표시되고, 스펙트럴 뷰 표시창(W5)에 스펙트럴 뷰가 표시되며, 컬러 뷰 표시창(W6)에 컬러 뷰가 표시된다.
이러한 풀 프레임 디스플레이 창(W2)에 표시되는 풀 프레임, 큐브 메이커 표시창(W3)에 표시되는 큐브를 만들 수 있는 메뉴창, 특성 페이지 표시창(W4)에 표시되는 특성 페이지, 스펙트럴 뷰 표시창(W5)에 표시되는 스펙트럴 뷰, 컬러 뷰 표시창(W6)에 표시되는 컬러 뷰로부터 촬영환경을 모니터링할 수 있게 된다.
또한 짐벌(200)은 짐벌베이스(210)를 구성하는 수평바(211)와 수직바(212), 롤링부재(230)를 구성하는 롤링바(231), 좌측 롤링암(233) 및 우측 롤링암(234)을 파이프 형태로 형성함과 아울러 알루미늄 합금이나 폴리카보네이트(Polycarbonate) 재질 또는 그라파이트(Graphite) 재질로 구성하고, 수평바(211)와 수직바(212)를 연결구(214)로 연결하고, 짐벌베이스(210)의 수직바(212)와 롤링바(231)를 롤링모터장착대(215)와 하단고정구(216)로 연결하며, 롤링부재(230)를 구성하는 롤링바(231)와 롤링암(233, 234)을 롤링바 결합구(232)와 좌측 롤링암 결합구(235)와, 우측 롤링암 결합구(236)와, 좌측 피칭지지대(237) 및, 우측 피칭지지대(238)로 구성하고 있으므로 짐벌(200)을 최대한으로 경량화할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 드론 110 : 드론본체
120 : 랜딩수단 130 : 프로펠러지지대
140 : 프로펠러모터 150 : 프로펠러
160 : 완충장치 200 : 짐벌
210 : 짐벌베이스 220 : 롤링모터
230 : 롤링부재 240 : 피칭모터
250 : 피칭부재 260 : 수평센서
300 : 드론운항용 일반GPS수신기
400 : 일반광학영상카메라 500 : 초분광영상촬영기
600 : 정밀공간좌표 취득용 정밀GPS수신기
700 : 제어수단 710 : 입력부
720 : 표시부 730 : 제어부
740 : 통신부 750 : 드론측 통신부
760 : 표시부 구동부 770 : 드론측 소형 PC
780 : 일반광학영상카메라 구동부
790 : 프로펠러모터 구동부 800 : 저장부
810 : GPS/IMU장치

Claims (1)

  1. 상판체(111)와 하판체(112)를 가지는 드론본체(110)와, 상기 드론본체(110)의 하부에 결합되는 랜딩수단(120)과, 상기 드론본체(110)의 가장자리에 결합되어 방사상으로 연장되는 복수개의 프로펠러지지대(130)와, 상기 프로펠러지지대(130)의 단부에 결합되는 프로펠러모터(140)와, 상기 프로펠러모터(140)에 의하여 회전되는 복수개의 프로펠러(150)를 구비한 드론(100)과;
    상기 드론(100)의 하부에 장착되는 짐벌(200)과;
    상기 드론(100)에 설치되는 드론운항용 일반 GPS수신기(300)와;
    상기 짐벌(200)에 탑재되는 일반광학영상카메라(400)와;
    상기 짐벌(200)에 탑재되는 초분광영상촬영기(500)와;
    상기 드론(100)에 설치되는 정밀공간좌표 취득용 정밀GPS수신기(600)와; 상기 드론(100)과 일반광학영상카메라(400) 및 초분광영상촬영기(500)를 제어하는 초분광영상촬영기 제어수단(700)을 포함하며,
    상기 드론본체(110)의 하판체(112)의 하부에 이격 배치되는 상부완충판(161)과, 상기 상부완충판(161)의 하부에 이격 배치되는 하부완충판(162)과, 상기 상부완충판(161)과 하부완충판(162) 사이에 삽입되어 상기 상부완충판(161)과 하부완충판(162)을 결합하는 완충부재(163)와, 상기 상부완충판(161)을 관통하여 상기 하판체(112)의 하면과 상부완충판(161)의 상면 사이에 삽입되는 스페이서 슬리브(164)로 구성되는 완충장치(160)를 더 포함하고,
    상기 짐벌(200)은 드론(100)의 하부에 고정되는 짐벌베이스(210)와, 상기 짐벌베이스(210)에 장착되는 롤링모터(220)와, 상기 짐벌베이스(210)에 롤링동작 가능하게 지지되며 상기 롤링모터(220)에 의하여 롤링동작하는 롤링부재(230)와, 상기 롤링부재(230)에 장착되는 피칭모터(240)와, 상기 롤링부재(230)에 피칭동작 가능하게 지지되며 상기 피칭모터(240)에 의하여 피칭동작하며 상기 일반광학영상카메라(400)와 초분광영상촬영기(500)가 장착되는 피칭부재(250) 및, 피칭부재(250)에 부착되어 수평을 감지하는 수평센서(260)를 포함하며,
    상기 제어수단(700)은 상기 드론(100)과 초분광영상촬영기(500)를 제어하기 위한 모드가 입력되는 입력부(710)와, 상기 입력부(710)에 의하여 모드를 입력하기 위한 입력창(W1)과, 상기 초분광영상촬영기(500)에서 촬영된 초분광영상을 표시하는 표시부(720)와, 상기 입력부(710)의 입력에 따라 표시부 제어명령과 초분광영상촬영기(500)의 촬영동작 제어명령을 출력하는 제어부(730)와, 상기 제어부(730)의 제어신호를 드론측으로 송신함과 아울러 상기 드론운항용 일반 GPS수신기(300)에서 취득한 일반공간정보와 상기 일반광학영상카메라(400)에서 취득한 일반광학영상 정보를 수신하는 통신부(740)와, 상기 드론(100)에 설치되어 상기 드론운항용 일반 GPS수신기(300)에서 취득한 일반공간정보와 상기 일반광학영상카메라(400)에서 취득한 일반광학영상 정보를 송신하고, 상기 제어부(730)의 제어신호를 수신하는 드론측 통신부(750)와, 상기 제어부(730)의 명령에 따라 표시부 구동신호를 출력하는 표시부 구동부(760)와, 상기 드론(100)에 탑재되어 상기 제어부(730)의 제어명령에 따라 상기 초분광영상촬영기(500)를 구동하는 초분광영상촬영기 구동부(771)와 상기 초분광영상촬영기(500)에서 취득한 초분광영상데이터를 저장하는 드론측 저장부(772)를 구성하는 드론측 소형 PC(770)와, 상기 제어부(730)의 제어명령에 따라 상기 일반광학영상카메라(400)를 구동하는 일반광학영상카메라 구동부(780)와, 상기 제어부(730)의 제어명령에 따라 상기 프로펠러모터(140)를 구동하는 프로펠러모터 구동부(790)와, 제어에 필요한 소프트웨어가 설치되며 상기 드론측 저장부(772)로부터 다운로드된 초분광영상데이터가 저장되는 저장부(800) 및, 상기 정밀GPS수신기(600)에서 수신된 정밀공간정보를 처리함과 아울러 드론(100)의 비행자세를 기록하는 관성항법장치가 구비된 GPS/IMU장치(810)를 포함하는 드론을 이용한 초분광 원격모니터링 시스템.
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