KR101918287B1 - 가스기구를 구비한 유선 드론 - Google Patents

가스기구를 구비한 유선 드론 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부력을 발생시키는 가스기구가 장착되어 드론의 프로펠러의 회전에 의한 전기에너지 소모를 낮출 수 있으며, 전력선이 장착된 와이어가 연결된 윈치에 의해 상기 와이어와 드론이 유선 연결되어 상기 전력선을 통해 외부의 전원으로부터 전력을 공급받으므로 체공시간에 제약이 없이 장기간 임무를 수행할 수 있는 가스기구를 구비한 유선 드론에 관한 것으로, 공기보다 가벼운 가스가 주입된 가스기구(110)와; 상기 가스기구(110)와 착탈가능하게 결합되는 결합부(111)에 의해 결합되는 드론(120)과; 상기 드론(120)과 착탈가능하게 결합되는 제1 회전축(123)에 의해 연결되고 제1 모터(135)에 의해 상하로 움직이는 카메라(133)가 장착된 카메라부(130)와; 상기 카메라부(130)와 착탈가능하게 결합되는 제2 회전축(143)에 의해 연결되고 지지대(141)에 의해 지지되어 상기 카메라부(130)를 좌우로 움직이는 제2 모터(140)와; 상기 지지대(141)에 연결되는 전력선이 장착된 와이어(151)를 감거나 푸는 윈치제어기(152)를 구비한 윈치(150)와; 상기 윈치(150)와 유무선통신하는 모니터링부(160); 및 상기 드론(120), 제1 모터(135), 제2 모터(140), 윈치제어기(152)를 제어하는 제어부(170)를 포함한다.

Description

가스기구를 구비한 유선 드론{WIRED DRON WITH GAS BALLOON}
본 발명은 가스기구를 구비한 유선 드론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부력을 발생시키는 가스기구가 장착되어 드론의 프로펠러의 회전에 의한 전기에너지 소모를 낮출 수 있으며, 전력선이 장착된 와이어가 연결된 윈치에 의해 상기 와이어와 드론이 유선 연결되어 상기 전력선을 통해 외부의 전원으로부터 전력을 공급받으므로 체공시간에 제약이 없이 장기간 임무를 수행할 수 있는 가스기구를 구비한 유선 드론에 관한 것이다.
무선통신 방식을 통해 원격 제어되는 드론은, 처음에는 군사용으로 개발되어 단순한 사격연습에 사용되었으나, 전자 통신기술의 지속적 발전에 따라 군사용 뿐 아니라 그 이외의 다양한 분야로 확대 보급되고 있다.
가령, 사람이 쉽게 접근할 수 없는 각종 재해나 사고지역 또는 정글이나 오지 또는 화산지역 등으로 투입되어, 현장의 상황파악이나 인명구조 또는 방송용 영상을 얻기 위하여 사용되기도 하고, 배송회사에서 물품수송의 상업적 목적으로 운용한다거나, 감시카메라를 대신하는 보안 및 관제서비스에 적용되기도 한다. 또한, 최근에는 드론의 일반화에 따라 개인들도 취미생활을 목적으로 드론을 구입하기도 한다.
이러한 드론의 일반적인 구성은, 양력을 출력하는 다수의 팬과, 상기 팬에 전력을 공급하는 배터리와 제어부로 이루어진다. 상기 팬은, 배터리로부터 공급된 전력에 의해 회전력을 발생하는 모터와, 상기 모터의 구동축에 고정되는 프로펠러로 구성된다.
그런데 드론이 갖는 공통적인 문제 중 하나는, 모터의 전력소모가 심해 비행시간이 짧다는 것이다. 가령, 배터리를 완전 충전시켰다 하더라도 대략 10분 정도면 전력이 바닥나 그만큼 비행거리에 제약이 많은 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 대용량 배터리를 장착해보기도 하지만 이는 드론의 무게를 증가시켜 비행시간을 연장하는 효과를 구현하지는 못한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이 한국 공개특허 제10-2016-0129786호이다.
상기 선행특허는 윈치(24)를 구비하는 파킹플랫폼(20)과; 상기 윈치(24)에 양력을 받도록 연결되고, 카메라(35)를 구비하는 드론(30); 및 상기 드론(30)의 위치이동과 촬영모션을 제어하도록 설치되는 제어수단(40);을 포함하여 이루어진 유선 드론을 이용한 부재 인식 시스템으로서, 다른 작업에 영향을 주지 않도록 윈치로 드론의 상하운동을 유도하면서 정반 위의 부재를 촬영하여 마킹을 인식하므로 그 설치 및 유지보수에 소요되는 비용과 시간을 절감하는 효과가 있다.
그러나, 선행특허는 드론의 프로펠러의 회전에 의한 전기에너지 소모를 낮추는데 한계가 있다는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 제 10-2016-0129786호 "유선 드론을 이용한 부재 인식 시스템"(공개일자 : 2017.02.22)
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 드론 위쪽에 가스기구를 장착하고, 전력선이 장착된 와이어가 연결된 윈치에 의해 상기 와이어와 드론이 유선 연결되는 가스기구를 구비한 유선 드론을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론은 공기보다 가벼운 가스가 주입된 가스기구와; 상기 가스기구와 착탈가능하게 결합되는 결합부에 의해 결합되는 드론과; 상기 드론과 착탈가능하게 결합되는 제1 회전축에 의해 연결되고 제1 모터에 의해 상하로 움직이는 카메라가 장착된 카메라부와; 상기 카메라부와 착탈가능하게 결합되는 제2 회전축에 의해 연결되고 지지대에 의해 지지되어 상기 카메라부를 좌우로 움직이는 제2 모터와; 상기 지지대에 연결되는 전력선이 장착된 와이어를 감거나 푸는 윈치제어기를 구비한 윈치와; 상기 윈치와 유무선통신하는 모니터링부; 및 상기 드론, 제1 모터, 제2 모터, 윈치제어기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론은 드론 위쪽에 가스기구가 장착되고, 전력선이 장착된 와이어가 연결된 윈치에 의해 상기 와이어와 드론이 유선 연결되어 상기 전력선을 통해 외부의 전원으로부터 전력을 공급받게 함으로써, 드론의 프로펠러의 회전에 의한 전기에너지 소모를 낮추면서도 체공시간에 제약이 없다는 이점이 있다.
또한, 모터의 회전에 의해 카메라부의 위치가 상하좌우로 변경됨으로써, 카메라로 원하는 방향과 각도로 카메라에 의한 촬상이 수월해 진다는 이점이 있다.
또한, 착탈가능한 연결부에 의해 가스기구와 드론이 분리되고 드론과 카메라부가 분리되기에 보관 및 정비가 용이하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론 사시도.
도 2는 도 1의 요부 확대도.
도 3은 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론 블럭도.
도 4는 도 3의 카메라 하우징의 블럭도.
이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론 사시도이며, 도 2는 도 1의 요부 확대도이며, 도 3은 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론 블럭도이며, 도 4는 도 3의 카메라 하우징의 블럭도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론은 공기보다 가벼운 가스가 주입된 가스기구(110)와, 상기 가스기구(110)와 착탈가능하게 결합되는 결합부(111)에 의해 결합되는 드론(120)과, 상기 드론(120)과 착탈가능하게 결합되는 제1 회전축(123)에 의해 연결되고 제1 모터(135)에 의해 상하로 움직이는 카메라(133)가 장착된 카메라부(130)와, 상기 카메라부(130)와 착탈가능하게 결합되는 제2 회전축(143)에 의해 연결되고 지지대(141)에 의해 지지되어 상기 카메라부(130)를 좌우로 움직이는 제2 모터(140)와, 상기 지지대(141)에 연결되는 전력선이 장착된 와이어(151)를 감거나 푸는 윈치제어기(152)를 구비한 윈치(150)와, 상기 윈치(150)와 무선통신하는 모니터링부(160)와, 상기 모니터링부(160)에 의해 모니터링된 상황에 따라, 상기 드론(120), 제1 모터(135), 제2 모터(140), 윈치제어기(152)를 제어하는 제어부(170)를 포함한다.
여기서, 상기 가스기구(110)는 공기보다 가벼운 기체를 채워 팽창시킨
상태에서 항시 사용하지만, 상기 가스기구(110)에 공기보다 가벼운 기체를 채우기 전에는 접은 상태로 보관 및 운반할 수 있으며, 필요시 공기보다 가벼운 기체를 채우도록 구성한다. 상기 공기보다 가벼운 기체로는 헬륨, 수소 가스 등이 있으며, 이들 중 어느 하나가 선택되어진다.
또한, 상기 드론(120)은 드론본체(121)와 상기 드론본체(121)에 결합되며, 4개 이상의 날개부(122)로 이루어지며, 상기 드론본체(121)는 통상의 드론이 구비해야 할 일반적인 요소들을 포함하며, 특히 일측에 접속포트(도시되지 않음)를 구비하며 내부에 상기 드론(120)의 3차원 이동을 가능하게 하고 제어부(170)에 의해 제어되는 비행제어 유닛(도시되지 않음)을 구비한다. 상기 접속포트에 상기 전력선이 장착된 와이어(151)가 고정식으로 결합되나, 실시예에 따라 상기 와이어(151)의 단부를 접속포트에 결합시키거나 분리되게 제작할 수도 있다. 상기 드론(120)은 와이어(151)를 통해 전력을 공급받아 드론본체(121)에 장착된 날개부(122)의 프로펠러가 회전됨으로써 부양(浮揚)되며, 지상의 작업자가 올려 보낸 비행신호를 받아 운행신호를 출력하는 상기 비행제어 유닛에 의해 복수의 날개부(122)의 각각의 프로펠러의 회전수를 가감하는 방식을 이용하여 3차원 이동을 한다.
또한, 상기 카메라부(130)는 카메라(133)와, 상기 카메라(133)의 각도를 상하로 조절하기 위한 제1 모터(135)와, 상기 제1 모터(135)가 장착되고 상기 카메라(133)를 감싸기 위한 카메라 하우징(131)과, 상기 카메라 하우징(131)의 내부 습도 및 온도를 감지하기 위한 습도 및 온도 센서(137), 및 상기 습도 및 온도 센서(137)에 의한 감지 신호에 따라 작동되는 히터(139)를 구비한다. 상기 카메라(133)를 통해 지상의 작업자는 드론(120)으로부터 멀리 떨어진 곳의 주변을 정찰하거나 촬영하거나 녹화할 수 있다. 상기 드론(120)의 3차원 이동이나 드론(120)이 촬영한 내용을 지상의 콘트롤러에서 실시간으로 볼 수 있는 기술은 공지의 기술이기에 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론은 드론 자체의 부력 뿐만아니라 가스기구의 부력를 이용하기에 드론의 체공시간을 증대시킬 수 있다.
이제, 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론의 작동을 보다 상세히 설명하고자 한다.
공기보다 가벼운 가스가 주입된 가스기구(110)가 착탈가능한 결합부(111)에 의해 드론(120)과 결합되고, 카메라(133)가 장착된 카메라부(130)가 착탈가능한 제1 회전축(123)에 의해 상기 드론(120)과 결합되며, 윈치제어기(152)를 구비한 윈치(150)가 지지대(141)에 의해 지지된 제2 모터(140)의 착탈가능한 제2 회전축(143)에 의해 상기 카메라부(130)와 결합됨으로써, 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론의 작동 준비가 완료된다.
그러면, 지상 작업자에 의해 윈치 제어기(152)가 작동되어 윈치(150)에 감겨있는 전력선을 구비한 와이어(151)가 풀리면서 가스기구(110)에 의해 가스기구를 구비한 유선 드론이 사전 설정된 높이까지 공중으로 부양된다. 이때, 드론(120)의 날개부(122)의 프로펠러가 회전되어 부양력을 높일 수 있다.
이후, 지상 작업자가 모니터부(160)를 관찰하면서 제어부(170)를 통해 공중으로 부양된 드론(120)의 위치이동과 촬영모션을 제어한다. 이때, 상기 제어부(170)에 의해 카메라부(130)의 카메라 하우징(131)에 장착된 제1 모터(135)에 의해 상기 제1 모터(135)에 연결된 각도조절축(134)이 제어되어 카메라(133)의 상하 각도가 조절됨으로써 상기 카메라(133)가 촬영하고자 하는 곳을 정확히 포커싱할 수 있다. 또한, 상기 공중으로 부양된 드론(120)은 상기 제어부(170)에 의한 드론(120)의 날개부(122)의 프로펠러의 회전에 의해 위치 이동을 실시하면서, 상기 제어부(170)에 의해 지지대(141)에 지지된 제2 모터(140)가 제어되어 상기 카메라부(130)와 착탈가능하게 결합된 제2 회전축(143)을 회전시킴으로써, 상기 카메라부(130)의 카메라 하우징(131)이 좌우로 회전되어 상기 카메라 하우징(131)에 장착된 카메라(133)가 좌우로 이동됨으로써 상기 카메라(133)가 촬영하고자 하는 곳을 정확히 포커싱할 수 있다. 따라서, 상기 카메라(133)는 제1 모터(135)에 의해 상하 각도가 조절되고 제2 모터(140)에 의해 좌우로 회전됨으로써, 원하는 곳의 영상을 정확히 촬상한다. 또한, 상기 드론(120)의 3차원 이동에 의한 카메라(133)의 좌우 방향 조절이 어려운 경우에도, 상기 제2 모터(140)에 의해 상기 카메라부(130)의 카메라 하우징(131)이 좌우로 회전되기에 카메라(133)의 좌우 방향 조절이 수월할 수 있다.
이후, 원하는 만큼의 촬영이 이루어지면, 제어부(170)에 의해 윈치 제어기(152)가 작동되면서 윈치(150)에 의해 와이어(151)가 권취되어 상기 드론(120)이 회수되며, 다음 촬영을 대비하여 카메라(130)의 이상 여부를 확인하거나 보관하기 위해 상기 가스기구(110)를 착탈가능한 결합부(111)로부터 분리하고, 착탈가능한 제1 회전축(123) 및 제2 회전축(143)으로부터 상기 드론(120)과 카메라부(130)를 분리시킨 후, 상기 카메라부(130)에 장착된 카메라(130)를 분리시킨다.
한편, 본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론은 전술한 방식으로 카메라(133)에 의한 촬영이 진행되다가, 상기 카메라(130)의 렌즈에 습기가 서릴 정도도 상공의 대기의 온도가 내려가거나, 대기 중의 습도에 의해 상기 카메라(130)의 렌즈가 뿌옇게 되면, 습도 및 온도 센서(137)가 대기의 습도 및 온도를 감지하여 감지 신호를 발생시키고 상기 발생된 감지 신호에 따라 히터(139)가 작동되어 온도를 높임으로써, 상기 카메라(130)의 렌즈의 습기를 제거할 수 있어 항시 선명한 영상을 제공한다.
본 발명에 따른 가스기구를 구비한 유선 드론은 상기 드론 위쪽에 가스기구가 장착되고, 전력선이 장착된 와이어가 연결된 윈치에 의해 상기 와이어와 드론이 유선 연결되어 상기 전력선을 통해 외부의 전원으로부터 전력을 공급받게 함으로써, 드론의 프로펠러의 회전에 의한 전기에너지 소모를 낮추면서도 체공시간에 제약이 없다. 또한, 모터의 회전에 의해 카메라부의 위치가 상하좌우로 변경됨으로써, 카메라로 원하는 방향과 각도로 카메라에 의한 촬상이 수월해 진다. 또한, 착탈가능한 연결부에 의해 가스기구와 드론이 분리되고 드론과 카메라부가 분리되기에 보관 및 정비가 용이하다.
비록 본 발명의 실시 예에선 윈치 제어기와 모니터부 간에 무선으로 연결된 것으로 제시되었으나, 이에 제한되지 않고 유선으로 연결될 수도 있거나, 윈치 제어기와 모니터부 간이 유ㆍ무선으로 연결되지 않고 상기 윈치 제어기가 수동으로 작동될 수 있음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 가스기구 111: 결합부
120: 드론 121: 드론본체
122: 날개부 123: 제1 회전축
130: 카메라부 131: 카메라 하우징
133: 카메라 134: 각도조절축
135: 제1 모터 137: 습도 및 온도 센서
139: 히터 140: 제2 모터
141: 지지대 143: 제2 회전축
150: 윈치 151: 와이어
152: 윈치 제어기 160: 모니터링부
170: 제어부

Claims (5)

  1. 공기보다 가벼운 가스가 주입된 가스기구(110)와;
    상기 가스기구(110)와 착탈가능하게 결합되는 결합부(111)에 의해 결합되는 드론(120)과;
    상기 드론(120)과 착탈가능하게 결합되는 제1 회전축(123)에 의해 연결되고 제1 모터(135)에 의해 상하로 움직이는 카메라(133)가 장착된 카메라부(130)와;
    상기 카메라부(130)와 착탈가능하게 결합되는 제2 회전축(143)에 의해 연결되고 지지대(141)에 의해 지지되어 상기 카메라부(130)를 좌우로 움직이는 제2 모터(140)와;
    상기 지지대(141)에 연결되는 전력선이 장착된 와이어(151)를 감거나 푸는 윈치제어기(152)를 구비한 윈치(150)와;
    상기 윈치(150)와 유무선통신하는 모니터링부(160); 및
    상기 드론(120), 제1 모터(135), 제2 모터(140), 윈치제어기(152)를 제어하는 제어부(170)를 포함하되,
    상기 카메라부(130)는 영상을 촬상하기 위한 카메라(133)와;
    상기 카메라(133)의 각도를 상하로 조절하기 위한 각도조절축(134)과;
    상기 각도조절축(134)을 구동하기 위한 제1 모터(135)와;
    상기 제1 모터(135)가 장착되고 상기 카메라(133)를 감싸기 위한 카메라 하우징(131)과;
    상기 카메라 하우징(131)의 내부 습도 및 온도를 감지하기 위한 습도 및 온도 센서(137); 및
    상기 습도 및 온도 센서(137)에 의한 감지 신호에 따라 작동되는 히터(139)를 구비한 것을 특징으로 하는 가스기구를 구비한 유선 드론.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스기구(110)는 접은 상태로 보관 및 운반되고 헬륨 또는 수소 가스 중에서 어느 하나가 주입되며;
    상기 드론(120)은 드론본체(121)와 상기 드론본체(121)에 결합되며, 4개 이상의 날개부(122)로 이루지는 것을 특징으로 하는 가스기구를 구비한 유선 드론.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 드론(120)은 와이어(151)를 통해 전력을 공급받아 드론본체(121)에 장착된 날개부(122)의 프로펠러가 회전됨으로써 부양(浮揚)되며, 비행제어 유닛에 의해 복수의 날개부(122)의 각각의 프로펠러의 회전수를 가감하는 방식을 이용하여 3차원 이동을 하는 것을 특징으로 하는 가스기구를 구비한 유선 드론.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 착탈가능한 결합부(111)에 의해 가스기구(110)와 드론(120)이 결합 및 분리되며;
    상기 착탈가능한 제1 회전축(123) 및 제2 회전축(143)에 의해 상기 드론(120)과 카메라부(130)가 결합 및 분리되는 것을 특징으로 하는 가스기구를 구비한 유선 드론.
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