KR101930762B1

KR101930762B1 - 산업용 무인항공기의 비행 성능 시험장치와 이를 이용한 시험방법

Info

Publication number: KR101930762B1
Application number: KR1020170152891A
Authority: KR
Inventors: 이진희; 장영규; 장진; 이종직; 최병오; 박종원; 백동천
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-12-19

Abstract

본 발명은 보다 신뢰성 있게 무인항공기 비행 성능을 시험할 수 있는 비행 성능 시험장치 및 시험방법에 관한 것으로, 본 발명의 비행 성능 시험장치는 서로 교차되는 2개 이상의 축에서 무인항공기의 움직임을 촬영하는 비전부와 무인항공기의 움직임을 서로 연동시켜 수치화하는 변환부를 이용하여 무인항공기의 호버링 성능을 시험하고, 와이어 센서를 이용하여 무인항공기의 최대 상승속도 및 제한고도 유지 가능 여부를 판단할 수 있으며, 본 발명의 비행 성능 시험장치를 이용하면 객관적인 시험결과를 기반으로 무인항공기 비행 성능에 대한 객관적인 평가 결과를 제공할 수 있다.

Description

산업용 무인항공기의 비행 성능 시험장치와 이를 이용한 시험방법{Flight Performance Test Equipment For Industrial Unmanned Aerial Vehicle and Test Method Thereof}

본 발명은 무인항공기 비행 성능 시험장치 및 시험방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 보다 신뢰성 있게 무인항공기 비행 성능을 시험할 수 있는 비행 성능 시험장치 및 시험방법에 관한 것이다.

드론과 같은 무인항공기가 다양한 산업 분야에 활용되면서 모터, 프로펠러, 전자변속기(ESC), 비행제어유닛(FCU), 무선수신기, 무선조정기, 배터리, 프레임 등 무인항공기의 부품에 대한 기술 개발과 거래가 증가되고 있다.

한편, 무인항공기를 구성하는 각각의 구성 부품에 대해서는 활발한 기술 개발과 거래가 이루어지고 있지만, 완제품 상태의 드론의 경우 품질에 대한 소비자의 검증이 완료된 몇 개의 브랜드에서 생산되는 드론을 제외하고는 아직 기술력과 품질에 대한 검증을 받지 못해 쉽게 시장에 진입하지 못하고 있는 실정이다.

성능 확인과 검증을 위해서는 무인항공기의 비행 성능 시험이 필요하지만, 종래에는 안정성, 시험 중 분실 등의 문제로 주로 실내에서 시험이 이루어져 성능 확인에 한계가 있고, 시험자의 조작에 대응하여 움직이는 무인항공기의 움직임을 육안으로 확인하는 방식으로 시험이 이루어져 객관적인 평가에 한계가 있을 수 밖에 없으며, 따라서 구매자는 제품 사양서 또는 사용 후기 등을 통해서만 무인항공기의 성능을 확인할 수 없었다.

따라서, 구매자가 넓은 실외에서 무인항공기의 성능을 직접 확인할 수 있고, 이를 바탕으로 신뢰성 있는 제품 사양서가 만들어질 수 있는 무인항공기 비행 성능 시험장치와 시험방법 필요하다.

선행문헌 1) 특허공개공보 제1995-0012052호(1995.05.16. 공개) 선행문헌 2) 특허공개공보 제2017-0064019호(2017.06.09. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 무인항공기의 비행 성능에 대한 객관적인 지표를 제공할 수 있는 무인항공기 비행 성능 시험장치 및 시험방법을 제공하는 것이다.

또한, 시험자의 육안으로 성능을 관찰하는 방법이 아닌 촬영에 의해 객관적으로 비행 성능 시험결과를 제공할 수 있는 비행 성능 시험장치 및 시험방법을 제공하는 것이다.

또한, 무인항공기의 상승속도 및 고도를 안전하고 분실 우려 없이 측정할 수 있는 비행 성능 시험장치 및 시험방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 무인항공기 비행 성능 시험장치는, 무인항공기가 위치되는 베이스 플레이트; 서로 교차되는 2개 이상의 축에서 상기 무인항공기의 움직임을 촬영하는 비전부; 및 2개 이상의 축에서 촬영된 무인항공기의 움직임을 서로 연동시켜 3차원 공간 상에서 나타나는 무인항공기의 움직임을 수치화 하는 변환부;를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 비전부는 상기 무인항공기의 측면에서 상기 무인항공기의 Z축방향 움직임을 촬영하는 제1 비전부와, 상기 무인항공기의 저면에서 상기 무인항공기의 XY평면 상의 움직임을 촬영하는 제2 비전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 무인항공기의 Z축방향 이동을 측정하는 와이어센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와이어센서는 무인항공기에 연결되는 와이어와, 상기 와이어가 당겨지는 힘에 대응하여 회전하며 감겨있는 와이어가 풀리는 릴부와, 상기 릴부에 감겨있는 와이어가 풀려난 속도, 시간, 길이를 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 릴부는 회전을 제어 가능한 전동식인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무인항공기 비행 성능 시험방법은, 무인항공기의 움직임을 측정하기 위한 비전부를 무인항공기의 측면과 저면에 설치하는 호버링 테스트 준비단계; 무인항공기를 호버링 시킨 상태에서 나타나는 무인항공기의 움직임을 촬영하는 호버링 테스트 단계; 촬영된 무인항공기의 움직임을 기반으로 무인항공기의 호버링 성능을 검출하는 호버링 성능 검출단계; 무인항공기를 베이스 플레이트에 위치시키고, 와이어센서에 감겨있는 와이어를 무인항공기에 연결하는 상승속도 및 제한고도 측정 준비단계; 및 무인항공기를 수직 상승시킨 후 무인항공기가 상승한 고도와 상승 속도를 검출하는 상승속도 및 제한고도 검출단계;를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 무인항공기 비행 성능 시험장치와 비행 성능 시험방법은, 2개의 축에서 무인항공기를 촬영하여도 무인항공기의 3차원적인 움직임을 측정 가능하므로, 2개의 비전부를 이용하여 무인 항공기의 호버링 성능을 시험 가능한 장점이 있다.

또한, 와이어 센서를 이용하여 무인 항공기의 상승속도 및 고도를 시험하므로, 무인 항공기의 상승속도 및 고도 시험 시 발생하는 무인항공기의 분실 및 안전사고를 방지할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 와이어센서가 전동식으로 이루어져 일정 거리에서 이탈된 무인 항공기를 자동복귀 가능할 뿐만 아니라, 와이어센서에 사용되는 와이어의 텐션을 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치 사시도
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치 측면도
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치 사시도
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치 사시도
도 5는 본 발명의 무인항공기 비행 성능 시험방법을 나타낸 순서도

이하, 상기와 같은 본 발명인 무인항공기 비행 성능 시험장치와 이를 이용한 시험방법에 관하여 도면과 실시예를 중심으로 설명하도록 한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치의 사시도로서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 무인항공기 비행 성능 시험장치는 무인항공기(1)가 위치되는 베이스 플레이트(100)와, 호버링 상태에서 발생하는 무인항공기(1)의 움직임을 서로 교차되는 2개 이상의 축에서 촬영하는 비전부(200) 및 2개 이상의 축에서 촬영된 무인항공기(1)의 움직임을 서로 연동시켜 3차원 공간 상에서 나타내는 무인항공기(1)의 움직임을 수치화 하는 변환부(300)를 포함하여 이루어진다.

호버링(hovering) 상태는 무인항공기가 지정된 임의의 위치에서 지면과 평행한 상태로 정지비행 하는 것을 나타내는 것으로, 지정된 임의의 3차원 공간 상에서 무인항공기가 움직이는 정도에 따라, 무인항공기의 호버링 능력 능력을 평가하게 된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치는 일정한 위치에 무인항공기(1)가 호버링 상태를 유지하도록 한 후에 비전부(200)에서 일정한 위치를 중심으로 한 임의의 공간 상에서 움직이는 무인항공기(1)의 움직임을 촬영하고, 촬영된 영상을 기반으로 변환부(300)에서 무인항공기(1)의 움직임을 수치화하며, 수치화된 무인항공기(1)의 데이터를 호버링 능력을 평가하는 프로그램이 내장된 장치에 전송함으로써, 무인항공기(1)의 호버링 능력을 산출하게 되는 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치의 측면도로서, 도 2를 참조하면, 상기 비전부(200)는 무인항공기(1)의 측면에서 무인항공기(1)의 Z축방향 움직임을 촬영하는 제1 비전부(210)와, 무인항공기(1)의 저면에서 무인항공기(1)의 XY평면 상의 움직임을 촬영하는 제2 비전부(220)를 포함하여 이루어질 수 있다.

좀 더 상세히 설명하면, 무인항공기(1)의 XY 평면상 변위를 파악하기 용이한 저면과 무인항공기(1)의 Z축방향 변위를 파악하기 용이한 측면에서 각각 무인항공기(1)의 영상을 촬영함으로써, 무인항공기(1)의 움직임을 더욱 정밀하게 촬영할 수 있는 것이다.

이때, 무인항공기(1)의 저면이라 함은 무인항공기(1)가 호버링 상태에서 위치되어야 하는 지점의 Z축 방향 아래를 나타내고, 무인항공기(1)의 측면이라 함은 무인항공기(1)가 호버링 상태에서 위치되어야 하는 지점의 X축, 또는 Y축 방향 위치를 의미한다.

무인항공기(1)는 다양한 높이에서 호버링 상태를 유지할 수 있지만, 제1 비전부(210)가 더욱 명확히 무인항공기(1)의 Z축 방향 변위를 측정하기 위해서는 무인항공기(1)의 호버링 높이(H)와 제1 비전부(210)의 X축방향 광학축(2)의 높이(h)가 서로 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.

[제2 실시예]

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치의 사시도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치는, 무인항공기(1)의 Z축방향 이동을 측정하는 와이어센서(400)를 더 포함하여 구성된다.

좀 더 상세히 설명하면, 무인항공기의 비행 성능 시험에는 호버링 시험 외에도, 상승속도를 알기 위한 최대 상승속도 시험과, 제한고도 이탈 여부를 알기 위한 제한고도 시험, 출발 지점으로 복귀하기 위한 자동복귀 시험 등이 포함되고, 본 발명의 제2 실시예에서는 와이어센서(400)를 통해 최대 상승속도 시험과, 제한고도 시험, 자동복귀 시험 등을 수행할 수 있게 된다.

이때, 최대 상승속도 시험은 무인항공기(1)가 임의의 높이까지 상승하는 속도를 시험하는 것으로, 베이스 플레이트(100)에 위치된 무인항공기(1)가 임의의 고도까지 도달하는데 걸린 시간과, 무인항공기(1)에 부착된 와이어(410)가 늘어난 길이를 기반으로 무인항공기(1)의 최대 상승속도를 시험하고, 제한고도 시험은 정부에서 규정하고 있는 무인항공기(1)의 고도 제한높이인 150m에서 무인항공기(1)가 더 상승하지 않는지 여부를 확인하는 것으로, 무인항공기(1) 상승 시 와이어(410)가 늘어난 길이를 기반으로 무인항공기(1)의 제한고도를 시험 가능하며, 자동복귀 시험은 무인항공기(1)가 비행이 시작된 지점으로 복귀 가능한지 여부를 판단하는 시험으로 일정 위치까지 비행한 무인항공기(1)가 복귀 신호를 받아 베이스플레이트(100)로 복귀하는지 여부를 통하여 시험을 진행할 수 있다.

한편, 상기 와이어센서(400)는 위의 다양한 시험을 가능하게 할 뿐만 아니라, 긴급 상황에서 무인항공기(1)에 부착된 와이어(410)를 제어하여 무인항공기 비행 성능 시험 시 발생하는 분실하고 및 안전사고를 예방할 수 있어, 실내 뿐만 아니라 실외에서도 비행 성능 시험을 가능하게 하며, 별도의 풍동장치 없이 자연기류를 이용하여 실제 상황에서의 비행 성능 시험이 가능하며, 위성신호 또한 시험에 활용 가능하므로 보다 신뢰성 있는 비행 성능 시험을 가능하게 한다.

앞서 설명하였듯이, 종래에는 외부 노이즈 또는 무인항공기를 구성하는 구성요소의 고장으로 인한 분실사고 또는 안전사고를 예방하기 위해 실내에서만 성능시험이 이루어지고, 실제 기류상황을 구현하기 위한 풍동장치가 필요하거나 위성신호를 이용할 수 없으므로 시험 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있었지만, 본 발명의 제2 실시예에 따르면 무인항공기(1)에 와이어(410)를 연결하고 와이어(410)가 늘어나는 길이와 와이어가 늘어나는데 걸리는 시간을 측정하여 무인항공기의 비행 성능을 시험하고, 위의 무인항공기(1)가 제어되지 않는 긴급상황 발생 시 무인항공기(1)에 부착된 와이어(410)를 이용하여 무인항공기(1)를 제어함으로써, 분실 및 안전사고를 예방함여 실외에서도 무인항공기(1)의 비행 성능 시험을 가능한 것이다.

[제3 실시예]

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 무인항공기 비행 성능 시험장치의 사시도로서, 도 4를 참조하면, 제3 실시예의 와이어센서(400)는 무인항공기(1)에 연결되는 와이어(410)와, 상기 와이어(410)가 당겨지는 힘에 대응하여 회전하며 감겨있는 와이어(410)가 풀리는 릴부(420)와, 상기 릴부(420)에 감겨있는 와이어(420)가 풀려난 속도, 시간, 길이를 측정하는 측정부(430)를 포함하여 구성된다.

좀 더 상세히 설명하면, 일반적인 계측용 와이어센서는 와이어가 일정한 텐션을 유지하게 하기 위하여 지속적으로 와이어를 당기는 구조이므로, 와이어센서가 와이어를 당기는 힘이 무인항공기의 비행을 방해하는 장애요소로 작용되어, 무인항공기의 정확한 비행 성능 시험이 어렵다. 반면, 본 발명은 와이어센서(400)가 무인항공기(1)가 와이어(410)를 당기는 힘에 대응하여 자연스럽게 풀리는 릴부(420)에 감겨있는 구조로 와이어센서(400)를 형성하고, 와이어센서(400)가 풀리는 속도, 시간, 길이를 측정부(430)에서 측정하게 함으로서, 와이어센서(400)가 무인항공기(1)의 비행을 방해하는 문제를 해소한 것이다.

이때, 상기 와이어센서(400)는 베이스 플레이트(100)의 하판(110)에 고정되고, 베이스 플레이트(100)의 상판(120) 중심에 위치된 홀(130)을 통해 무인항공기(1)와 연결되는 것을 권장함은 물론이며, 필요에 따라 베이스 플레이트(100)의 하판(110)에 엔코더가 더 구비되고, 와이어(410)가 엔코더를 통해 무인항공기(1)와 연결되어, 와이어(410)의 장력을 엔코더가 측정하도록 할 수 있으며, 릴부(420)가 전동식으로 이루어져 특정 상황에서 시험자가 릴부(420)의 회전을 제어하여 일정 경로에서 이탈한 무인항공기(1)를 복귀시킬 수도 있다.

도 5는 본 발명인 무인항공기 비행 성능 시험장치를 이용한 무인항공기 비행 성능 시험방법을 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 본 발며의 무인항공기 비행 성능 시험방법은, 무인항공기의 호버링 성능을 테스트 하는 제1 시험모드와, 무인항공기의 상승고도 및 제한고도를 측정하는 제2 시험모드를 포함하며, 시험모드 선택단계(S100)에서 시행하고자 하는 시험모드가 결정되어 무인항공기의 성능 측정에 필요한 시험을 선택 실행 가능하며, 필요에 따라 동일 시험을 반복적으로 수행하여 보다 신뢰성 있는 시험 데이터를 얻는 것 또한 가능하다.

좀 더 상세히 설명하면, 무인항공기의 호버링 성능을 테스트 하는 상기 제1 시험모드는 상기 시험모드 선택단계(S100)에서 제1 시험모드 선택 시 무인항공기(1)의 움직임을 측정하기 위한 비전부(200)를 무인항공기(1)의 측면과 저면에 설치하는 호버링 테스트 준비단계(S200)와, 무인항공기(1)를 호버링 시킨 상태에서 나타나는 무인항공기(1)의 움직임을 촬영하는 호버링 테스트 단계(S300)와, 촬영된 무인항공기(1)의 움직임을 기반으로 무인항공기(1)의 호버링 성능을 검출하는 호버링 성능 검출단계(S400)와, 호버링 테스트 종료 여부를 선택하는 제1 테스트 종료 결정단계(S500)를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 테스트 종료 결정단계(S500)에서 호버링 테스트를 종료하지 않을 경우 다시 상기 시험모드 선택단계(S100)에서 제1 시험모드를 반복 수행하거나, 제2 시험모드를 선택하여 무인항공기의 상승고도 및 제한고도를 측정 가능한 것이다.

한편, 제2 시험모드는 무인항공기(1)를 베이스 플레이트(100)에 위치시키고, 와이어센서(400)에 감겨있는 와이어(410)를 무인항공기(1)에 연결하는 상승속도 및 제한고도 측정 준비단계(S600)와, 무인항공기(1)를 수직 상승시킨 후 무인항공기(1)가 상승한 고도와 상승 속도를 검출하는 상승속도 및 제한고도 검출단계(S700)를 포함하여 이루어지며, 제2 테스트 종료 결정단계(S800)에서 무인항공기의 상승고도 및 제한고도 를 측정하는 제2 시험모드 종료 여부를 결정하며, 필요에 따라 다시 상기 시험모드 선택단계(S100)를 통하여 제1 시험모드 또는 제2시험모드를 수행할 수 있다.

부연하여 설명하면, 제1 시험모드에서 무인항공기(1)를 중심으로 하는 서로 다른 두 개의 축에 비전부(200)를 위치시켜 호버링 상태에서 나타나는 무인항공기(1)의 3차원 움직임을 측정하고, 측정된 움직임을 기반으로 무인항공기(1)의 성능을 평가함으로서 무인항공기의 호버링 성능을 시험하며, 제2 시험모드에서 무인항공기(1)에 와이어(410)를 부착 후 무인항공기(1)가 수직 상승할 경우 늘어나는 와이어(410)의 길이와, 와이어(410)가 늘어나는데 걸리는 시간을 기반으로 무인항공기(1)의 상승속도 및 고도를 검출하여 무인항공기의 최대 상승속도 및 제한고도를 시험하되, 필요에 따라 각각의 시험모드가 연속적으로 이루어지거나 반복적으로 수행되도록 함으로써, 보다 시험이 원활하게 수행되고 비행 성능 시험의 신뢰성 또한 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1 : 무인항공기
100 : 베이스 플레이트
200 : 비전부
210 : 제1 비전부 220 : 제2 비전부
300 : 변환부
400 : 와이어센서
410 : 와이어 420 : 릴부
430 : 측정부

Claims

무인항공기가 위치되는 베이스 플레이트;
서로 교차되는 2개 이상의 축에서 상기 무인항공기의 움직임을 촬영하는 비전부;
2개 이상의 축에서 촬영된 무인항공기의 움직임을 서로 연동시켜 3차원 공간 상에서 나타나는 무인항공기의 움직임을 수치화 하는 변환부; 및
상기 무인항공기의 Z축방향 이동을 측정하는 와이어센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 무인항공기 비행 성능 시험장치.
제 1항에 있어서,
상기 비전부는 상기 무인항공기의 측면에서 상기 무인항공기의 Z축방향 움직임을 촬영하는 제1 비전부와, 상기 무인항공기의 저면에서 상기 무인항공기의 XY평면 상의 움직임을 촬영하는 제2 비전부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무인항공기 비행 성능 시험장치.
제 1항에 있어서,
상기 와이어센서는 무인항공기에 연결되는 와이어와, 상기 와이어가 당기는 힘에 대응하여 회전하며 감겨있는 와이어가 풀리는 릴부와, 상기 릴부에 감겨있는 와이어가 풀린 길이, 속도, 와이어가 풀리는데 소모된 시간 중 어느 하나 이상을 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무인항공기 비행 성능 시험장치.
제 3항에 있어서,
상기 릴부는 회전을 제어 가능한 전동식인 것을 특징으로 하는, 무인항공기 비행 성능 시험장치.
무인항공기의 움직임을 측정하기 위한 비전부를 무인항공기의 측면과 저면에 설치하는 호버링 테스트 준비단계;
무인항공기를 호버링 시킨 상태에서 나타나는 무인항공기의 움직임을 촬영하는 호버링 테스트 단계;
촬영된 무인항공기의 움직임을 기반으로 무인항공기의 호버링 성능을 검출하는 호버링 성능 검출단계;
무인항공기를 베이스 플레이트에 위치시키고, 와이어센서에 감겨있는 와이어를 무인항공기에 연결하는 상승속도 및 제한고도 측정 준비단계; 및
무인항공기를 수직 상승시킨 후 무인항공기가 상승한 고도와 상승 속도를 검출하는 상승속도 및 제한고도 검출단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무인항공기 비행 성능 시험방법.