KR102099187B1 - 실내 청소용 드론 시스템 및 운용 방법 - Google Patents

실내 청소용 드론 시스템 및 운용 방법 Download PDF

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KR102099187B1
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cleaning
indoor
cleaned
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천승호
안도현
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주식회사 휴메닉
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Abstract

실내 청소용 드론 시스템 및 운용 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템은, 카메라를 이용하여 실내 상층부를 모니터링하고 모니터링 정보를 생성하는 모니터링 드론; 상기 모니터링 정보에 기초하여 상기 실내 상층부에 대한 청소를 수행하는 메인 드론; 및 상기 모니터링 드론 및 상기 메인 드론이 안착되며, 상기 모니터링 드론 및 상기 메인 드론을 충전시키는 충전 스테이션을 포함할 수 있다.

Description

실내 청소용 드론 시스템 및 운용 방법{Indoor cleaning drone system and operating method}
본 발명은 실내 청소용 드론 시스템 및 운용 방법에 관한 것이다.
대형창고 혹은 큰 건물 등과 같이 내부 상황을 모니터링하고 필요한 경우에는 먼지 제거 등의 관리가 필요한 곳들이 있다. 기존에는 사다리 등을 이용하여 인력이 직접 먼지, 거미줄, 얼룩 등을 제거해야 했다.
또는 사람이 장시간 비워야 하는 집 같은 경우에는 관리 인력이 상주할 수 없어 관리가 불가능한 문제점이 있었다.
청소를 위해 드론을 이용하는 경우는 현재는 외부에서 창문을 닦는 형태가 주를 이루고 있다. 이처럼 실외 환경에서의 청소에는 드론이 많이 활용되고 있지만, 천장 높이가 높은 실내 환경에서 상층부를 관리하기 위한 드론은 없는 상황이다.
한국등록특허 제10-1818195호 (2018.01.08. 등록) - 드론 및 이를 포함하는 청소용 드론 비행체
본 발명은 모니터링 드론을 통해 카메라를 통한 영상 정보를 획득하여 관리하고자 하는 실내 범위의 상황(먼지, 거미줄, 얼룩 등의 존부)을 모니터링하고, 모니터링된 정보에 기초하여 메인 드론으로 청소를 수행하거나 알림 등의 피드백을 제공하는 실내 청소용 드론 시스템 및 운용 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 인력 개입 없이 미세먼지 및 온습도 센서 등을 통해 먼지의 정도와 화재의 위험성 등을 판단하고, 화재감지기의 사각지대에 대해서도 상시 순찰을 통한 모니터링이 가능한 실내 청소용 드론 시스템 및 운용 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 카메라를 이용하여 실내 상층부를 모니터링하고 모니터링 정보를 생성하는 모니터링 드론; 상기 모니터링 정보에 기초하여 상기 실내 상층부에 대한 청소를 수행하는 메인 드론; 및 상기 모니터링 드론 및 상기 메인 드론이 안착되며, 상기 모니터링 드론 및 상기 메인 드론을 충전시키는 충전 스테이션을 포함하는 실내 청소용 드론 시스템이 제공된다.
상기 모니터링 드론은 미세먼지 센서를 이용하여 먼지 모니터링을 수행하고, 상기 미세먼지 센서는 상면이 개구되고, 내부에 회전축을 중심으로 회전하는 프로펠러가 설치된 하우징에 설치되며, 상기 하우징의 하면에 형성된 관통홀의 일측에 설치된 발광부와 상기 발광부의 맞은편에 설치된 수광부를 포함하되, 상기 발광부에서 조사되어 상기 수광부로 들어오는 빛의 세기에 상응하여 미세먼지 농도를 측정할 수 있다.
상기 모니터링 드론은 청소 대상물에 관한 대상물 특징점과 상기 청소 대상물이 소정 기준치 이상 발견되는 장소에 관한 장소 특징점을 학습하고, 학습 데이터에 기초하여 상기 카메라에서 촬영한 영상을 분석하여 상기 청소 대상물의 존부 및 종류를 탐지할 수 있다.
상기 모니터링 드론은 상기 영상에서 상기 대상물 특징점에 대응되는 특징을 검출하되, 상기 영상에서 상기 장소 특징점에 대응되는 특징이 검출되면 상기 장소 특징점에 상응하는 위치로부터 미리 정해진 범위 안에서는 이동 속도를 상대적으로 낮춰 보다 자세히 상기 영상에 대한 분석을 수행하여 상기 대상물 특징점에 대응되는 특징을 검출할 수 있다.
상기 청소 대상물이 거미줄인 경우, 상기 대상물 특징점은 상기 거미줄의 중심부의 방사선 형태, 벽면에 부착되는 지탱점 형태를 포함하고, 상기 장소 특징점은 벽과 벽이 만나는 모서리 부분, 창문의 프레임 사이를 포함할 수 있다.
상기 모니터링 드론은 온도 센서를 이용하여 온도 상승 패턴을 파악함으로써 화재 발생 여부를 모니터링할 수 있다.
상기 모니터링 드론은 초음파 센서 및 IR 센서 중 적어도 하나를 이용하여 실내 상층부에 대한 모니터링 범위를 매핑한 모니터링 맵을 생성하고, 상기 모니터링 맵에 기초하여 청소 대상물에 대한 위치 좌표를 산출하여 상기 모니터링 정보에 포함시킬 수 있다.
상기 메인 드론은, 비행체의 상부에 설치되며, 진공 흡입 방식으로 청소를 수행하는 청소부와; 상기 청소부에 의해 흡입된 청소 대상물을 보관하는 보관부를 포함할 수 있다.
상기 청소부는 청소용액 분사 모듈과 매니퓰레이터를 더 포함하되, 청소 대상물이 얼룩인 경우 상기 청소용액 분사 모듈에서 청소용액을 분사하고, 상기 매니퓰레이터에서 분사 지점을 닦는 동작을 통해 표면 클리닝을 수행할 수 있다.
상기 메인 드론은 청소가 완료되거나 상기 보관부가 가득 찬 경우, 상기 충전 스테이션으로 귀환할 수 있다.
상기 충전 스테이션은, 베이스부와; 상기 베이스부에 설치된 레이저부를 포함하되, 상기 레이저부에서는 상방으로 가이드 레이저를 조사하여 상기 메인 드론이 상기 충전 스테이션 근방에서 상기 가이드 레이저에 의해 비행이 유도되어 정확한 착륙이 가능하게 할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 충전 스테이션에 안착된 메인 드론과 모니터링 드론을 포함하는 실내 청소용 드론 시스템의 운용 방법으로서, 상기 모니터링 드론이 이륙하여 실내 공간을 비행하는 단계; 상기 실내 공간에 대한 모니터링 범위를 매핑하는 단계; 상기 모니터링 드론이 상기 모니터링 범위를 비행하면서 청소 대상물을 탐지하는 단계; 상기 모니터링 범위에 관한 모니터링 맵, 상기 청소 대상물의 종류 및 위치 좌표를 포함하는 모니터링 정보를 생성하여 전송하는 단계; 상기 모니터링 정보를 수신한 메인 드론이 이륙하고, 상기 모니터링 정보에 기초하여 상기 모니터링 맵 내에서 상기 청소 대상물의 위치 좌표로 이동하여 호버링하면서 상기 청소 대상물의 종류에 상응하는 청소 작업을 수행하는 단계; 및 상기 메인 드론에 대한 귀환 조건이 충족되면 상기 메인 드론은 상기 충전 스테이션으로 귀환하는 단계를 포함하는 실내 청소용 드론 시스템의 운용 방법이 제공된다.
상기 청소 대상물 탐지 단계에서 상기 모니터링 드론은 카메라를 통해 촬영한 영상 분석을 통해 상기 청소 대상물을 탐지하되, 상기 영상에서 장소 특징점에 대응되는 특징이 검출되면 상기 장소 특징점에 상응하는 위치로부터 미리 정해진 범위 안에서는 이동 속도를 상대적으로 낮춰 보다 자세히 상기 영상에 대한 분석을 수행하여 대상물 특징점에 대응되는 특징을 검출하여 상기 청소 대상물의 종류 및 위치 좌표를 탐지할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모니터링 드론을 통해 카메라를 통한 영상 정보를 획득하여 관리하고자 하는 실내 범위의 상황(먼지, 거미줄, 얼룩 등의 존부)을 모니터링하고, 모니터링된 정보에 기초하여 메인 드론으로 청소를 수행하거나 알림 등의 피드백을 제공하는 효과가 있다.
또한, 인력 개입 없이 미세먼지 및 온습도 센서 등을 통해 먼지의 정도와 화재의 위험성 등을 판단하고, 화재감지기의 사각지대에 대해서도 상시 순찰을 통한 모니터링이 가능한 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템의 기본 모습,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템에서 모니터링 드론, 메인 드론, 충전 장치가 서로 분리된 모습을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템에서 모니터링 드론의 동작을 나타낸 도면,
도 4는 모니터링 드론에서 먼지를 모니터링하는 구조에 대한 도면,
도 5는 청소 대상물의 영상 인식 과정을 나타낸 도면,
도 6은 모니터링 드론의 관리 공간 파악 방법을 나타낸 도면,
도 7은 메인 드론의 비행을 나타낸 도면,
도 8은 메인 드론의 복귀 과정을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템의 운용 방법의 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 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 실내 청소용 드론 시스템의 기본 모습이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템에서 모니터링 드론, 메인 드론, 충전 장치가 서로 분리된 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템(100)은 대형창고나 큰 건물과 같이 천장 높이가 높거나 사람이 장기간 비우는 집 등과 같이 관리가 요구되는 실내 장소에 대해 모니터링 드론을 이용하여 영상 인식 기반으로 그 내부 상황을 모니터링하고, 필요한 경우 메인 드론을 이용하여 먼지, 거미줄, 얼룩 등을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템(100)은 모니터링 드론(110), 메인 드론(120), 충전 스테이션(130)을 포함한다.
충전 스테이션(130)은 관리가 요구되는 실내 장소의 일 지점(예컨대, 바닥면)에 설치되며, 모니터링 드론(110)과 메인 드론(120)이 각각의 기능을 수행하기 위한 비행을 위한 이륙 및 비행 완료 시 착륙을 위한 데크로서 기능한다.
그리고 충전 스테이션(130)은 모니터링 드론(110)과 메인 드론(120)이 안착된 상태에서 후속 비행을 위한 충전이 이루어지게 한다. 충전 방식으로는 충전 단자를 통한 직접 접촉 방식, 전자기를 통한 무선 충전이 이루어지는 비접촉 방식 등 다양한 충전 방식이 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이 충전 스테이션(130)에는 메인 드론(120)과 모니터링 드론(110)이 순차적으로 적층되는 방식으로 놓여질 수 있다.
모니터링 드론(110)은 카메라와 센서를 구비한 경량화 드론으로, 실내 장소를 비행하면서 실내 상층부의 정보를 모니터링하고 모니터링 결과를 반영한 모니터링 정보를 생성한다.
모니터링 드론(110)에는 미세먼지 센서가 마련되어 먼지 모니터링이 수행될 수 있다. 그리고 카메라를 이용하여 획득한 영상 분석을 통해 거미줄, 얼룩 등을 모니터링할 수 있다. 또한, 온도 센서 및/또는 습도 센서를 통해 화재 발생 여부를 모니터링할 수 있다. 그리고 초음파 센서 및/또는 IR 센서를 통해 관리 대상인 실내 장소의 내부 공간(모니터링 범위)에 대한 매핑을 수행할 수 있다.
메인 드론(120)은 모니터링 드론(110)으로부터 수신하거나 관리 서버(미도시)를 통해 수신한 모니터링 정보에 기초하여 청소가 요구되는 높이로 상승하여 모니터링 범위에 속하는 실내 상층부를 비행하면서 청소를 수행한다.
메인 드론(120)은 비행체의 상부에 설치되고, 청소를 수행하는 청소부(121)와, 청소된 먼지, 거미줄 등의 이물질을 보관하는 보관부(123)를 포함한다.
청소부(121)는 진공 흡입 장치로 이루어져, 천장면에 부착된 먼지 혹은 거미줄 잔해 등을 흡입하고, 보관부(123)에 이를 보관한다. 보관부(123)는 하나 이상의 보관팩으로 이루어질 수 있으며, 청소가 완료되거나 보관팩이 가득차게 되면 귀환 조건을 충족하게 되어 메인 드론(120)은 제자리로 복귀하게 된다.
이하에서는 관련 도면을 참조하여 실내 청소용 드론 시스템에 포함되는 각 구성요소들(모니터링 드론(110), 메인 드론(120), 충전 스테이션(130))의 구조 및 기능과, 이들의 운용 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템에서 모니터링 드론의 동작을 나타낸 도면이고, 도 4는 모니터링 드론에서 먼지를 모니터링하는 구조에 대한 도면이며, 도 5는 청소 대상물의 영상 인식 과정을 나타낸 도면이고, 도 6은 모니터링 드론의 관리 공간 파악 방법을 나타낸 도면이며, 도 7은 메인 드론의 비행을 나타낸 도면이고, 도 8은 메인 드론의 복귀 과정을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 청소용 드론 시스템의 운용 방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 실내 청소용 드론 시스템(100)에서 1차적으로 모니터링 드론(110)만이 단독으로 분리되어 관리 공간에 대한 모니터링을 위한 비행을 수행하게 된다.
모니터링 드론(110)에는 미세먼지 센서가 구비되어 관리 공간 내의 먼지(10)를 감지할 수 있다. 또한, 모니터링 드론(110)에는 카메라가 구비되어 거미줄(20)과 같은 청소 대상물을 영상 인식을 통해 감지할 수 있다. 경우에 따라서는 화재(30)와 같이 알람이 필요한 상황에 대해서도 영상 인식을 기반으로 감지할 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 미세먼지 센서의 구조가 도시되어 있다.
모니터링 드론(110)은 비행을 위한 양력을 제공하는 비행부(112)를 구비하고 있다. 도 4의 (a)는 비행부의 정면도이고, (b)는 평면도이며, (c)는 단면도이다.
비행부(112)는 상면이 개구된 하우징(1121) 내에 회전축을 중심으로 회전하는 프로펠러(1123)가 설치된 구조를 가진다. 프로펠러(1123)의 회전에 의해 하우징(1121)과 이에 연결된 드론 몸체가 상승 혹은 하강하게 된다.
프로펠러(1123)의 회전에 의해 상부 공기가 하부로 향하게 되고, 하우징(1121)의 하면에는 이 공기가 빠져나갈 수 있는 관통홀(1125)이 형성된다. 관통홀(1125)의 일측에는 발광부(1127)가 설치되고, 맞은편에는 수광부(1129)가 설치된다.
발광부(1127)와 수광부(1129)는 서로 마주보고 있게 되며, 발광부(1127)에서 나오는 빛이 수광부(1129)로 입사되는 구조를 가진다. 발광부(1127)와 수광부(1129) 사이를 통과하는 공기 내에 포함된 미세먼지의 양에 따라 발광부(1127)에서 조사된 빛이 산란되어 수광부(1129)로 들어가게 된다.
따라서, 수광부(1129)에서 수광하는 빛 세기를 검출함으로써 미세먼지의 농도 측정이 가능하게 된다. 예를 들어, 미세먼지가 없는 정상적인 상태에서의 빛 세기와 비교할 때 미세먼지의 농도가 높아짐에 따라 빛 세기가 약해질 것이다. 이러한 빛 세기와 미세먼지 농도의 상관관계는 사전에 시뮬레이션, 실험 등을 통한 상관값이 데이터화되어 저장되어 있을 수 있다.
본 실시예에서 모니터링 드론(110)에는 카메라가 장착되어 있어, 거미줄, 얼룩과 같은 청소 대상물을 감지할 때 카메라로 촬영한 영상 정보를 활용한다. 카메라는 하나 혹은 둘 이상이 포함될 수 있다. 카메라가 하나만 구비된 경우, 카메라는 모니터링 드론(110)의 자세와 무관하게 전후좌우상하를 촬영할 수 있는 360도 카메라일 수 있다.
이하에서는 청소 대상물이 거미줄인 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
도 5의 (a)에는 청소 대상물 감지를 위한 학습 과정이 도시되어 있다. 사전에 확보된 다양한 종류의 거미줄 영상(200)을 머신러닝(machine learning)함으로써 공통된 대상물 특징점을 추출하여 학습한다. 거미줄의 경우 중심부의 방사선 형태(P11), 벽면 등에 부착되어 거미줄을 지탱하는 지탱점 형태(P12, P13) 등이 공통된 대상물 특징점으로 추출될 수 있다.
도 5의 (b)에는 거미줄 자체가 아닌 거미줄이 자주 발견되는 장소에 대한 영상 정보를 통한 학습 과정이 도시되어 있다. 실내 환경인 관리 공간의 경우 거미줄은 천장벽(300)과 측벽(305)이 만나는 모서리 부분(P21) 혹은 창문(310)의 프레임 사이(P22) 등에 자주 발생된다. 모서리 부분(P21)의 영상적 특징이나 창문 프레임의 영상적 특징이 장소 특징점으로 추출될 수 있다.
거미줄의 입체적 공간을 필요로 하는 바, 하나의 벽 내에서 발견되는 경우는 드물다. 벽과 벽이 만나는 모서리 공간에서 2개의 벽 각각에 지탱점이 마련될 수 있다.
따라서, 청소 대상물 자체에 대한 영상과 청소 대상물이 자주 발견되는 장소에 대한 영상을 모두 학습하고, 두 가지 학습 데이터를 병합하는 알고리즘을 통해 청소 대상물을 보다 정확하게 검출할 수 있게 된다.
모니터링 드론(110)은 대상물 특징점 및 장소 특징점을 기초 학습 데이터로 사전 저장하고 있고, 관리 공간 내의 비행 과정에서 획득한 영상 내에 해당 특징점에 대응되는 영상 특징점이 검출되는 경우 청소 대상물이 존재하는 것으로 모니터링 정보를 생성할 수 있다.
이 때 모니터링 드론(110)은 1차적으로 대상물 특징점에 대응되는 영상 특징점이 있는지 판별함으로써 청소 대상물의 존부를 판단할 수 있다.
2차적으로 현재 획득한 영상 분석 결과 장소 특징점에 대응되는 위치로 판단되면, 모니터링 드론(110)이 상대적으로 천천히 이동하도록 제어될 수 있다. 상대적으로 천천히 이동하면서 해당 위치에서 보다 자세한 영상 정보를 획득할 수 있게 된다. 이는 해당 위치에서 거미줄과 같은 청소 대상물을 발견할 가능성이 높기 때문으로, 청소 대상물 탐지 누락을 방지하기 위함이다.
즉, 모니터링 드론(110)은 영상 분석을 통해 대상물 특징점에 대응되는 영상 특징점을 찾되, 장소 특징점에 대응되는 영상 특징점이 검출된 경우에는 해당 위치에서 보다 자세한 영상 정보를 획득하여 상세 모니터링을 수행할 수 있다.
모니터링 드론(110)은 커팅 모듈을 구비하고 있을 수 있다. 전술한 영상 분석을 통해 거미줄을 검출한 경우 거미줄을 지탱하는 지탱점을 추정하고, 지탱점에 상응하는 부분의 줄을 커팅함으로써 현재 발견된 거미줄을 1차적으로 제거해낼 수 있다. 이 경우 거미줄 잔해가 남아 있을 수 있는 바, 거미줄 제거 위치 역시 모니터링 정보에 포함시켜 메인 드론(120)에 의한 후속 청소가 이루어지게 할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 모니터링 드론(110)은 화재를 모니터링하기 위한 온도 센서 및/또는 습도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서 및/또는 습도 센서를 통해 센싱된 온도 및/또는 습도 정보와, 사전에 저장된 다양한 습도 하에서 화재 발생에 따른 온도 상승 패턴을 비교하여 화재의 위험 여부를 1차 판단할 수 있다. 만약 온도 상승 패턴이 안정되지 않고 급격한 지수함수 곡선을 나타내는 경우, 카메라를 통해 영상을 촬영하고 분석함으로써 화재 발생 여부에 대해 2차 판단을 수행할 수 있다. 그리고 영상 정보 및 판단 결과를 외부의 관리 서버로 전송하여 관리자가 확인 가능하게 할 수 있다.
또한, 모니터링 드론(110)은 모니터링 범위를 매핑하기 위한 초음파 센서 및/또는 IR 센서를 포함할 수 있다. 관리 대상인 관리 공간에 대한 비행이 완료되어 모니터링 범위가 결정되면, 초음파 센서 및/또는 IR 센서를 통해 실내 상층부의 위치 좌표를 산출한다(도 6 참조). 이 경우 모니터링 드론(110)은 모니터링 범위의 수평 중심 부분에서 호버링하면서 해당 지점을 원점으로 설정할 수 있다. 또는 후술할 메인 드론(120)의 비행 제어를 위해 충전 스테이션(130)이 배치된 위치를 원점으로 설정하고, 모니터링 범위에 대한 위치 좌표를 산출할 수도 있다.
초음파 센서 및/또는 IR 센서는 모니터링 범위 내에서 모니터링 드론(110)이 위치한 기준점 상방 및 전후좌우 측방으로의 거리를 측정함으로써 모니터링 범위인 실내 상층부에 대한 위치 좌표를 산출해 낼 수 있다.
실내 상층부에 대한 위치 좌표가 산출되면, 이를 전체 관리 공간에 대해 매핑하여 맵을 생성한다. 그리고 청소 대상물이 검출된 위치가 맵에서 어디인지를 파악하고, 이를 데이터화하여 메인 드론(120)에게 전송한다. 또는 외부의 관리 서버로 전송하고, 관리 서버에서 메인 드론(120)에게 전달할 수도 있다.
다음으로 메인 드론(120)을 이용한 청소 과정에 대해 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 메인 드론(120)은 모니터링 드론(110) 혹은 관리 서버로부터 모니터링 정보(모니터링 범위에 대한 맵(모니터링 맵), 청소 대상물의 종류 및 위치 좌표 등)를 수신하면, 청소를 위해 충전 스테이션(130)으로부터 이륙하여 실내 상층부로 상승 비행한다.
그리고 실내 상층부를 돌아다니다가 모니터링 정보에 기초하여 모니터링 맵 내에서 청소 대상물이 위치하는 좌표에서는 호버링을 수행하면서 청소 대상물 제거 혹은 표면 클리닝 등의 청소 작업을 수행한다.
메인 드론(120)은 상부에 청소부(121)가 마련되어 있어 천장면(300)에 대해서도 청소가 가능하게 구현되어 있다. 또한, 청소부(121)의 상면과 측면에 흡입홀을 형성시킴으로써, 천장면(300)과 측벽에 대해서도 진공 흡입 방식의 청소가 이루어지게 할 수 있다.
또한, 청소부(121)에는 청소용액 분사 모듈이 포함될 수 있다. 청소용액 분사 모듈은 얼룩이 있는 것으로 판단되는 지점에서 얼룩을 향해 얼룩 제거제와 같은 청소용액을 분사함으로써 표면 클리닝이 수행되게 할 수 있다. 로봇암과 같은 매니퓰레이터를 통해 청소용액이 분사된 지점에 대해 표면을 닦는 등의 작업을 추가 수행할 수도 있다.
이처럼 청소부(121)를 통해 천장면 혹은 측벽에 부착된 먼지나 거미줄의 잔해 등을 흡입하고, 별도 마련된 보관부(123)에 보관시킨다. 메인 드론(120)의 비행 밸런스를 위해 보관부(123)는 복수개가 대칭 구조로 설치될 수 있다.
보관부(123)가 가득 차거나 청소가 완료되면 메인 드론(120)은 충전 스테이션(130)으로 되돌아갈 수 있다.
도 8을 참조하면, 메인 드론의 복귀 과정이 도시되어 있다.
메인 드론(120)은 복귀가 필요한 경우 모니터링 맵을 통해 충전 스테이션(130)이 위치한 좌표를 확인하고, 제자리로 되돌아가게 된다. 모니터링 맵에서 수직 아래로 가상의 선을 연장시킴으로써, 바닥에 위치하는 충전 스테이션(130)의 위치를 정확하게 확인할 수 있다.
그리고 메인 드론(120)이 충전 스테이션(130) 근방으로 이동하면, 충전 스테이션(130)의 베이스부(131)에 설치된 레이저부(133)에서 조사되는 가이드 레이저를 통해 메인 드론(120)이 유도되어 충전 스테이션(130)에 대해 정확한 위치에 착륙할 수 있게 된다.
도 9를 참조하여 실내 청소용 드론 시스템의 운용 방법에 대해 설명하기로 한다.
기본적으로 충전 스테이션(130)에 메인 드론(120) 및 모니터링 드론(110)이 모두 안착된 경우를 가정한다.
관리가 요구되는 실내 공간에 대한 탐색을 위해 모니터링 드론(110)이 이륙하여 실내 공간을 비행한다(단계 S400).
이 과정에서 실내 공간, 특히 실내 상층부에 대한 모니터링 범위를 매핑한다(단계 S410). 모니터링 범위의 매핑은 초음파 센서 및/또는 IR 센서를 통해 기준점으로부터 실내 상층부의 천장 및 전후좌우 측벽까지의 거리를 측정함으로써 이루어질 수 있다.
그리고 모니터링 드론(110)은 모니터링 범위 내에서 비행을 수행하면서 청소 대상물을 탐지한다(단계 S420). 청소 대상물의 탐지는 영상 분석을 통해 이루어지며, 대상물 특징점 및 장소 특징점에 기초하여 이루어질 수 있다.
청소 대상물 탐지가 완료되면, 모니터링 범위에 대한 모니터링 맵과 청소 대상물의 종류 및 위치 좌표를 포함하는 모니터링 정보를 생성하여 메인 드론(120) 및/또는 관리 서버로 전송한다(단계 S430).
메인 드론(120)은 모니터링 드론(110) 혹은 관리 서버로부터 모니터링 정보를 수신하면, 이에 기초하여 충전 스테이션(130)에서 이륙하여 비행을 시작한다(단계 S440).
그리고 모니터링 정보에 기초하여 모니터링 맵 내에서 청소 대상물의 위치 좌표로 이동하여 호버링을 수행하면서 청소 대상물의 종류에 적합한 청소 작업을 수행한다.
청소 대상물이 먼지인 경우에는 먼지가 부착된 지점에서 먼지를 진공 흡입하거나 혹은 먼지 농도가 높은 지점에서 주변 공기를 진공 흡입할 수 있다. 청소 대상물이 거미줄인 경우에는 거미줄의 지탱점을 절단하고 거미줄 및 그 잔해를 진공 흡입할 수 있다. 청소 대상물이 얼룩인 경우에는 얼룩 제거제를 분사하고, 매니퓰레이터를 이용하여 추가적으로 표면을 문지르는 클리닝 작업을 수행할 수 있다.
청소가 완료되거나 메인 드론(120)의 보관부(123)가 가득 차게 되면 귀환 조건을 충족하게 된다. 귀환 조건이 충족되면, 메인 드론(120)은 모니터링 맵에 기초하여 충전 스테이션(130)으로 귀환한다(단계 S450). 이 경우 메인 드론(120)이 충전 스테이션(130) 근방으로 이동하였을 때 충전 스테이션(130)의 레이저부(133)에서 조사되는 가이드 레이저에 의해 비행에 유도 제어되어 정확한 위치에 안착하게 할 수 있다.
본 실시예에서 영상 분석, 청소 대상물 탐지, 모니터링 정보 생성, 모니터링 드론 및 메인 드론의 비행 제어 등을 포함하는 실내 청소용 드론 시스템의 운용 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 애플리케이션이나 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 방법은, 드론에 기본적으로 설치된 애플리케이션(이는 드론에 기본적으로 탑재된 플랫폼이나 운영체제 등에 포함된 프로그램을 포함할 수 있음)에 의해 실행될 수 있고, 사용자가 애플리케이션 스토어 서버, 애플리케이션 또는 해당 서비스와 관련된 웹 서버 등의 애플리케이션 제공 서버를 통해 마스터 단말기에 직접 설치한 애플리케이션(즉, 프로그램)에 의해 실행될 수도 있다. 이러한 의미에서, 전술한 방법은 드론에 기본적으로 설치되거나 사용자에 의해 직접 설치된 애플리케이션(즉, 프로그램)으로 구현되고 단말기 등의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 실내 청소용 드론 시스템 110: 모니터링 드론
112: 비행부 1121: 하우징
1123: 프로펠러 1125: 관통홀
1127: 발광부 1129: 수광부
120: 메인 드론 121: 청소부
123: 보관부 130: 충전 스테이션
131: 베이스부 133: 레이저부

Claims (13)

  1. 카메라를 이용하여 실내 상층부를 모니터링하고 모니터링 정보를 생성하는 모니터링 드론;
    상기 모니터링 정보에 기초하여 상기 실내 상층부에 대한 청소를 수행하는 메인 드론; 및
    상기 모니터링 드론 및 상기 메인 드론이 안착되며, 상기 모니터링 드론 및 상기 메인 드론을 충전시키는 충전 스테이션을 포함하되,
    상기 모니터링 드론은 청소 대상물에 관한 대상물 특징점과 상기 청소 대상물이 소정 기준치 이상 발견되는 장소에 관한 장소 특징점을 학습하고, 학습 데이터에 기초하여 상기 카메라에서 촬영한 영상을 분석하여 상기 청소 대상물의 존부 및 종류를 탐지하며,
    상기 모니터링 드론은 상기 영상에서 상기 대상물 특징점에 대응되는 특징을 검출하되,
    상기 영상에서 상기 장소 특징점에 대응되는 특징이 검출되면 상기 장소 특징점에 상응하는 위치로부터 미리 정해진 범위 안에서는 이동 속도를 상대적으로 낮춰 보다 자세히 상기 영상에 대한 분석을 수행하여 상기 대상물 특징점에 대응되는 특징을 검출하는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 드론은 미세먼지 센서를 이용하여 먼지 모니터링을 수행하고,
    상기 미세먼지 센서는 상면이 개구되고, 내부에 회전축을 중심으로 회전하는 프로펠러가 설치된 하우징에 설치되며, 상기 하우징의 하면에 형성된 관통홀의 일측에 설치된 발광부와 상기 발광부의 맞은편에 설치된 수광부를 포함하되,
    상기 발광부에서 조사되어 상기 수광부로 들어오는 빛의 세기에 상응하여 미세먼지 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 청소 대상물이 거미줄인 경우, 상기 대상물 특징점은 상기 거미줄의 중심부의 방사선 형태, 벽면에 부착되는 지탱점 형태를 포함하고, 상기 장소 특징점은 벽과 벽이 만나는 모서리 부분, 창문의 프레임 사이를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 드론은 온도 센서를 이용하여 온도 상승 패턴을 파악함으로써 화재 발생 여부를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 드론은 초음파 센서 및 IR 센서 중 적어도 하나를 이용하여 실내 상층부에 대한 모니터링 범위를 매핑한 모니터링 맵을 생성하고, 상기 모니터링 맵에 기초하여 청소 대상물에 대한 위치 좌표를 산출하여 상기 모니터링 정보에 포함시키는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 드론은,
    비행체의 상부에 설치되며, 진공 흡입 방식으로 청소를 수행하는 청소부와;
    상기 청소부에 의해 흡입된 청소 대상물을 보관하는 보관부를 포함하는 실내 청소용 드론 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 청소부는 청소용액 분사 모듈과 매니퓰레이터를 더 포함하되,
    청소 대상물이 얼룩인 경우 상기 청소용액 분사 모듈에서 청소용액을 분사하고, 상기 매니퓰레이터에서 분사 지점을 닦는 동작을 통해 표면 클리닝을 수행하는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 메인 드론은 청소가 완료되거나 상기 보관부가 가득 찬 경우,
    상기 충전 스테이션으로 귀환하는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 충전 스테이션은, 베이스부와; 상기 베이스부에 설치된 레이저부를 포함하되,
    상기 레이저부에서는 상방으로 가이드 레이저를 조사하여 상기 메인 드론이 상기 충전 스테이션 근방에서 상기 가이드 레이저에 의해 비행이 유도되어 정확한 착륙이 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템.
  12. 충전 스테이션에 안착된 메인 드론과 모니터링 드론을 포함하는 실내 청소용 드론 시스템의 운용 방법으로서,
    상기 모니터링 드론이 이륙하여 실내 공간을 비행하는 단계;
    상기 실내 공간에 대한 모니터링 범위를 매핑하는 단계;
    상기 모니터링 드론이 상기 모니터링 범위를 비행하면서 청소 대상물을 탐지하는 단계;
    상기 모니터링 범위에 관한 모니터링 맵, 상기 청소 대상물의 종류 및 위치 좌표를 포함하는 모니터링 정보를 생성하여 전송하는 단계;
    상기 모니터링 정보를 수신한 메인 드론이 이륙하고, 상기 모니터링 정보에 기초하여 상기 모니터링 맵 내에서 상기 청소 대상물의 위치 좌표로 이동하여 호버링하면서 상기 청소 대상물의 종류에 상응하는 청소 작업을 수행하는 단계; 및
    상기 메인 드론에 대한 귀환 조건이 충족되면 상기 메인 드론은 상기 충전 스테이션으로 귀환하는 단계를 포함하되,
    상기 청소 대상물 탐지 단계에서 상기 모니터링 드론은 카메라를 통해 촬영한 영상 분석을 통해 상기 청소 대상물을 탐지하고,
    상기 영상에서 장소 특징점에 대응되는 특징이 검출되면 상기 장소 특징점에 상응하는 위치로부터 미리 정해진 범위 안에서는 이동 속도를 상대적으로 낮춰 보다 자세히 상기 영상에 대한 분석을 수행하여 대상물 특징점에 대응되는 특징을 검출하여 상기 청소 대상물의 종류 및 위치 좌표를 탐지하는 것을 특징으로 하는 실내 청소용 드론 시스템의 운용 방법.
  13. 삭제
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