KR101967584B1 - 드론을 이용한 시료 채취기 및 이를 이용한 시료 채취 방법 - Google Patents

드론을 이용한 시료 채취기 및 이를 이용한 시료 채취 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 드론을 이용한 시료 채취기기는 복수의 프로펠러를 갖는 드론부, 상기 드론부에 결합 설치되며 회전 가능하게 설치된 드릴을 포함하는 채취부, 및 상기 드릴을 구동하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 드릴을 회전 시키는 모터와 시료의 근접을 측정하는 센서와 상기 센서에서 전달된 신호에 따라 상기 모터를 회전시키는 제어 회로부를 포함할 수 있다.

Description

드론을 이용한 시료 채취기 및 이를 이용한 시료 채취 방법{SAMPLING DEVICE USNING DRONE AND SAMPLING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 드론을 이용한 시료 채취기 시료 채취 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 원거리의 시료를 채취할 수 있는 시료 채취기 및 시료 채취 방법에 관한 것이다.
드론은 최초 군사용으로 개발되었으나, 운반 및 보관의 편리성, 조작상 용이로 촬영용으로 가장 많이 사용되고 있다. 또한, 최근에는 재난 재해 모니터링, 물류 운반에서도 사용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다
한편, 모래, 점토, 자갈 등의 퇴적물 단면 조사 및 오염도 조사를 위해 토양의 시료를 채취하는 토양 시료 채취기는 그 기술이 상당히 많이 발달해 있는 상황이다. 하지만, 직접 인력을 이용한 토양채취가 대부분이기 때문에 시간과 노동력을 많이 요하고 있으며, 험준한 지역이나 섬 지역은 시료채취자가 접근하는데 많은 어려움이 따르고 있다.
한편, 종래 기술로는 수중 퇴적물 시료 채취기, 토양 중 휘발성 유기오염물질 시료채취 장치 등이 있다. 그러나, 종래 기술에 따른 시료 채취 장치들은 균일하지 못한 지형에서의 채취나 높은 고도에서와 같은 험준한 지역과 같이 사람의 접근이 불가한 지역의 토양 시료채취가 용이하지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 접근이 어렵거나 원거리인 지역의 시료를 용이하게 채취할 수 있는 드론을 이용한 시료 채취기 및 시료 채취 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 드론을 이용한 시료 채취기기는 복수의 프로펠러를 갖는 드론부, 상기 드론부에 결합 설치되며 회전 가능하게 설치된 드릴을 포함하는 채취부, 및 상기 드릴을 구동하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 드릴을 회전 시키는 모터와 시료의 근접을 측정하는 센서와 상기 센서에서 전달된 신호에 따라 상기 모터를 회전시키는 제어 회로부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 채취부는 원통 형상으로 이루어지며 상기 드릴을 감싸는 하우징과 상기 하우징의 하부에 회동 가능하게 결합되어 상기 드릴의 하부를 감싸는 하부 커버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 커버는 측방향으로 서로 맞닿게 설치된 제1 커버와 제2 커버를 포함하고, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버의 하단에는 상기 제1 커버와 상기 제2 커버가 시료와 맞닿을 때 개방될 수 있도록 이송 휠이 설치될 수 있다.
또한, 상기 하부 커버는 상기 하우징과 결합되는 원통부와 상기 원통부의 하부에 형성되며 아래로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 원뿔부를 포함할 수 있다.
본 발명의 비행 가능한 시료 채취기를 이용한 시료 채취 방법은, 드론을 이용하여 이동하는 비행 단계, 근접 센서로 시료의 근접 여부를 감지하는 시료 감지 단계, 시료가 근접한 것으로 인지되면 하부 커버를 개방하고 드릴을 회전시키는 드릴 구동 단계, 드론이 상승하면서 하부 커버가 닫혀지는 상승 단계, 및 센서로 시료의 근접 여부를 감지하여 드릴의 회전을 정지시키는 드릴 정지 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부가 초음파 센서와 모터를 구비하여 시료와 근접한 상태가 되면 자동으로 드릴을 구동하여 용이하게 시료를 채취할 수 있다.
또한, 하부 커버를 구비하여 드릴의 상면에 위치하는 시료를 안전하게 이동시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 채취기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 채취부를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 채취부를 도시한 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 채취부를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시류 채취 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 채취기를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부를 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 시료 채취기(1000)는 드론을 이용하여 비행 가능하며, 토양, 광물, 액체 등의 시료를 채취할 수 있는 시료 채취기이다.
본 실시예에 따른 시료 채취기(1000)는 복수의 프로펠러(520)를 갖는 드론부(500), 드론부(500)에 결합 설치되며 회전 가능하게 설치된 드릴(250)을 포함하는 채취부, 및 드릴(250)을 구동하는 구동부(100)를 포함한다.
드론부(500)는 바디(510)와 바디(510)에 연결된 복수의 프로펠러(520)를 포함하며, 프로펠러(520)는 4개 또는 6개로 이루어질 수 있다. 프로펠러(520)는 지지대(530)를 매개로 바디(510)에 연결 설치되며 지지대(530)에 대하여 회전 가능하게 설치된다. 다만 본 실시예에 따른 드론부(500)는 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 본 발명이 드론의 구조에 제한되는 것은 아니다.
구동부(100)는 제어 회로부(110), 센서(120), 모터(130), 모터드라이브(140), 배터리(150), 부품 결합판(160), GPS 장치(180), 드론 결합부(170)를 포함할 수 있다. 구동부(100)는 드론부(500)의 하부에 부착되거나 드론부(500) 내에 삽입 설치될 수 있다.
제어 회로부(110)는 센서(120)와 모터(130), 모터드라이브(140)와 배터리(150)가 연결되며 센서(120)에서 전달된 정보를 바탕으로 지면 또는 수면과의 거리를 계산하여 모터를 구동시키는 알고리즘이 입력되어 있다.
제어 회로부(110)는 센서(120)에서 전달된 신호에 따라 모터(130)를 회전시키는 신호를 생성하며, 기 저장된 알고리즘에 따라 모터(130)의 회전 속도를 제어하는 신호를 생성할 수 있다.
모터(130)는 드릴(250) 또는 와이어 릴(330)과 결합하여 동력을 전달한다. 모터(130)는 일정 거리 내로 시료 채취기(1000)가 지면이나 수면을 향해 내려가면 제어 회로부(110)의 제어에 따라 지면이나 수면과의 거리가 원하는 범위 내에 들어왔을 때 작동을 시작한다.
센서(120)은 지면과의 거리를 회로부(110)에 제공하는데, 초음파센서 또는 적외선 센서 등의 근접 센서로 이루어지거나 거리를 측정할 수 있는 레이저 센서로 이루어질 수 있다.
모터드라이브(140)은 모터(130)의 출력을 조절하며, 제어 회로부의 신호에 다라 모터에 인가되는 전력을 조절하여 모터의 회전 속도를 제어한다. 배터리(150)는 제어 회로부, 모터, 센서 등에 전력을 공급한다. GPS 장치(180)는 시간에 따른 시료 채취기의 좌표를 제어 회로부(110)에 저장한다.
부품 결합판(160)은 사각판 형상으로 이루어져서 모든 부품을 지지하는 역할을 하고 채취부(200)가 하단에 결합될 수 있게 하는 홀 형태의 결합부를 가지고 있다. 드론 결합부(170)는 부품 결합판(160)에서 상부로 돌출되어 부품 결합판(160)이 드론부(500)의 하부에 고정할 수 있게 해준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 채취부를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 채취부를 도시한 분해사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 채취부는 고체 채취부(200)와 액체 채취부(300)를 포함할 수 있다. 구동부(100)의 부품 결합판(160)에는 시료의 종류에 따라 고체 채취부(200) 또는 액체 채취부(300)가 선택적으로 결합될 수 있다. 고체 채취부(200)가 부품 결합판(160)에서 이탈되면 액체 채취부(300)가 부품 결합판(160)에 결합될 수 있다.
고체 채취부(200)는 드릴(250)과 드릴(250)을 감싸는 하우징(210)과 하우징(210)의 하부에 회동 가능하게 결합되어 드릴(250)의 하부를 감싸는 하부 커버(240)를 포함한다. 고체 채취부(200)는 토양, 슬러리, 진흙과 같은 고체 시료의 채취에 사용될 수 있다.
드릴(250)은 지지 축(251)과 지지 축(251)에 결합된 나선형 날개(253)를 포함하며, 시료를 파고 들어서 시료를 채취한다. 드릴(250)이 시료를 파고 들면 나선형 날개(253)의 상면에 시료가 적층될 수 있다.
하우징(210)은 시료 적재부(212)와 드릴 보호부(214)를 포함할 수 있는데, 시료 적재부(212)와 드릴 보호부(214)는 적층 배치되며 서로 연결된 관 형상으로 이루어질 수 있다.
시료 적재부(212)는 원통 형상으로 이루어지며 드릴(250)이 잘 고정될 수 있게 가이드 라인 역할을 해주고 부품 결합판(160)과 결합해 고체 채취부(200)가 움직이거나 떨어지지 않게 해준다.
드릴 보호부(220)는 드릴을 감싸도록 원통 형상으로 이루어지며, 시료 적재부(210)과 결합해 고정되며 드릴(250)이 외부에 드러나지 않게 해주고 채취한 시료가 유실되지 않게 함과 동시에 적재도 수행한다.
연결부(230)는 시료 적재부(210)와 하부 커버(240)를 연결하며, 2개의 막대로 이루어진다. 하부 커버(240)는 연결부를 매개로 하우징에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
하부 커버(240)는 드릴(250)의 하단을 감싸면서 드릴(250)에 적재된 시료의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 하부 커버(240)는 측방향으로 서로 맞닿게 설치된 제1 커버(240a)와 제2 커버(240b)를 포함하고, 제1 커버(240a)와 제2 커버(240b)의 하단에는 제1 커버(240a)와 제2 커버(240b)가 시료와 맞닿을 때 개방될 수 있도록 이송 휠(243)이 설치된다. 제1 커버(240a)와 제2 커버(240b)의 내측에는 드릴(250)이 삽입되는 수납 홈(246)이 형성되어 있다.
또한, 제1 커버(240a)와 제2 커버(240b)가 결합된 상태에서 하부 커버(240)는 원통부(241)와 원통부(241)의 아래에 배치되며 하부로 갈수록 직경이 감소하는 원뿔부(242)를 포함한다. 이송 휠(243)은 원뿔부(242)의 하단에 결합 설치된다. 또한, 제1 커버(240a)와 제2 커버(240b)가 맞닿는 면에는 자석(248)이 설치되어 이동 중에 제1 커버(240a)와 제2 커버(240b)가 닫힌 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 채취부를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 액체 채취부(300)는 와이어(340)와 와이어(340)가 감겨진 와이어 릴(330)과 와이어(340)의 하부에 결합된 시료 채취컵(310)과 와이어 릴을 지지하는 지지판(350)을 포함하며, 와이어 릴(330)은 모터(130)와 결합 설치된다.
지지판(350)에는 와이어 릴(330)이 고정 설치되며, 와이어 릴(330)은 모터와 연결 설치되어 시료 채취컵(310)을 상승시키거나 하강시킨다. 시료 채취기(1000)가 일정거리 내로 내려 왔을 때 모터(130)와 결합된 와이어 릴(330)이 회전하면 와이어(340)가 풀리고 시료 채취컵(310)이 내려가 액체 시료를 채취한다. 시료 채취컵(310)의 하단에는 무게추(320)가 설치되며 무게추(320)는 시료 채취컵(310)이 내려가거나 올라갈 때 바람 등의 방해를 받지 않고 온전히 수직운동을 할 수 있게 무게를 더해준다.
이하에서는 드론부(500)를 포함하는 시료 채취기(1000)를 이용한 시료 채취 방법에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시류 채취 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 시료 채취 방법은 드론을 이용하여 이동하는 비행 단계(S101), 센서(120)로 시료의 근접 여부를 감지하는 시료 감지 단계(S102), 시료가 근접한 것으로 인지되면 하부 커버(240)를 개방하고 드릴(250)을 회전시키는 드릴 구동 단계(S103), 드론부(500)가 상승하면서 하부 커버(240)가 닫혀지는 상승 단계(S104), 및 센서(120)로 시료의 근접 여부를 감지하여 드릴(250)의 회전을 정지시키는 드릴 정지 단계(S105)를 포함한다.
비행 단계(S101)는 조정기를 이용하여 작업자가 시료 채취기(1000)를 원하는 위치로 이동시킨다. 작업자는 육안으로 시료 채취기(1000)의 위치를 확인하거나 GPS 장치(180)를 이용하여 시료 채취기(1000)의 위치를 확인할 수 있다.
시료 감지 단계(S102)는 센서(120)를 이용하여 시료와 시료 채취기(1000)의 거리를 측정하고 시료와의 근접 여부를 감지한다. 여기서 센서(120)는 초음파 센서 또는 적외선 센서 등으로 이루어질 수 있다.
드릴 구동 단계(S103)는 시료가 기 설정된 범위 내로 근접한 것으로 판단될 때 하부 커버(240)가 시료와 맞닿아 개방되고, 드릴(250)이 회전한다. 상승 단계(S104)는 일정 시간이 경과한 후, 드론부(500)를 상승시키면서 시료와 시료 채취기(1000) 사이의 거리를 증가시킨다. 드릴 정지 단계(S105)는 센서(120)로 시료와의 거리가 증가한 것으로 감지되면 드릴(250)의 회전을 정지시킨다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 시료 채취기(1000)가 드론을 구비하여 사람의 접근이 어려운 지역의 시료를 용이하게 채취할 수 있다. 또한, 하부 커버(240)가 설치되어 채취된 시료를 보다 안전하게 이동시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1000: 시료 채취기
100: 구동부
110: 제어 회로부
120: 센서
130: 모터
140: 모터드라이브
150: 배터리
160: 부품 결합판
180: GPS 장치
170: 드론 결합부
200: 고체 시료 채취기
250: 드릴
210: 하우징
240: 하부 커버
300: 액체 시료 채취기
310: 시료 채취컵
320: 무게추
330: 와이어 릴
340: 와이어
350: 지지판
500: 드론부

Claims (5)

  1. 복수의 프로펠러를 갖는 드론부;
    상기 드론부에 결합 설치되며 회전 가능하게 설치된 드릴을 포함하는 채취부; 및
    상기 드릴을 구동하는 구동부;
    를 포함하고,
    상기 구동부는 상기 드릴을 회전 시키는 모터와 시료의 근접을 측정하는 센서와 상기 센서에서 전달된 신호에 따라 상기 모터를 회전시키는 제어 회로부를 포함하며,
    상기 제어 회로부에는 상기 센서에서 전달된 정보를 바탕으로 지면과의 거리를 계산하여 상기 모터를 구동시키는 알고리즘이 저장되며,
    상기 채취부는 원통 형상으로 이루어지며 상기 드릴을 감싸는 하우징과 상기 하우징의 하부에 회동 가능하게 결합되어 상기 드릴의 하부를 감싸는 하부 커버를 더 포함하고,
    상기 하부 커버는 상기 하우징에 대하여 회전 가능하게 결합되며, 상기 하우징과 결합되는 원통부와 상기 원통부의 하부에 형성되며 아래로 갈수록 외경이 점진적으로 감소하는 원뿔부를 포함하며,
    상기 하부 커버는 측방향으로 서로 맞닿게 설치된 제1 커버와 제2 커버를 포함하고, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버의 하단에는 상기 제1 커버와 상기 제2 커버가 시료와 맞닿을 때 개방될 수 있도록 이송 휠이 설치되고,
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버의 내측에는 상기 드릴이 삽입되는 수납 홈이 형성되고, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버가 맞닿는 면에는 자석이 설치되어 닫힌 상태를 안정적으로 유지하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 시료 채취기.
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