KR102221237B1 - 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템 - Google Patents

초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템 Download PDF

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손호웅
정재권
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Abstract

본 발명의 실시 형태는 직경 20cm 이하 및 무게 200g 이하의 드론으로서, 배관 내부를 비행하면서 촬영되는 배관 내부 영상을 외부의 드론 조작기로 무선 전송하는 초소형 드론; 사용자의 비행 조작에 따른 비행 제어 명령을 입력받아 상기 초소형 드론에 무선 전송하며, 초소형 드론으로부터 수신되는 배관 내부 영상을 HMD로 전송하는 드론 조작기; 사용자의 얼굴에 착용되는 디스플레이 기기로서, 상기 드론 조작기로부터 수신되는 배관 내부 영상을 표시하는 HMD;를 포함할 수 있다.

Description

초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템{System for monitoring degraded steel facility using subminiature drone}
본 발명은 시설물 점검 시스템으로서, 초소형 드론을 이용하여 시설물을 점검하는 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 비파괴검사법은 피검사물을 파괴하지 않고 내부의 성질, 결함 등을 알아내는 것으로서 육안검사, 방사선투과검사, 와전류탐상검사, 자분탐상검사, 초음파탐상검사, 누설검사 등이 있다.
배관 내부 구조물에 대한 초음파 검사를 위해, 공개특허 10-2012-0028127는 피검체인 배관의 외부 표면에 접촉식 수직탐촉자를 위치시키고 유체로 충수된 배관 내부를 향하여 초음파를 입사하는 단계; 상기 배관과 유체의 경계면에서 반사되는 초음파 신호와, 상기 배관 내부에 구조물이 존재할 경우 그 구조물의 표면에서 반사되는 신호를 상기 수직탐촉자에서 수신하는 단계; 상기 수직탐촉자에 수신된 반사신호를 초음파탐상기로 전송하고, 상기 초음파탐상기에 반사신호를 표시하는 단계; 및 상기 초음파탐상기에 표시된 반사신호를 분석하여 배관 내부에 구조물의 존재 여부와 그 위치를 확인하는 단계를 가진다.
그러나 배관 내부 구조물에 대한 초음파 검사는 비용이 많이 소비되고, 또한 내관 내부의 육안 검사가 이루어지지 않는 문제가 있다.
이에, 사람이 들어갈 수 없는 배관 내부를 육안으로 검사할 수 있는 수단의 필요성이 절실하다.
한국공개특허 10-2012-0028127
본 발명의 기술적 과제는 사람이 들어갈 수 없는 내관 내부를 육안으로 검사할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 직경 20cm 이하 및 무게 200g 이하의 드론으로서, 배관 내부를 비행하면서 촬영되는 배관 내부 영상을 외부의 드론 조작기로 무선 전송하는 초소형 드론; 사용자의 비행 조작에 따른 비행 제어 명령을 입력받아 상기 초소형 드론에 무선 전송하며, 초소형 드론으로부터 수신되는 배관 내부 영상을 HMD로 전송하는 드론 조작기; 사용자의 얼굴에 착용되는 디스플레이 기기로서, 상기 드론 조작기로부터 수신되는 배관 내부 영상을 표시하는 HMD;를 포함할 수 있다.
상기 초소형 드론은, 원격의 드론 조작기와 무선 통신하는 무선 통신 모듈; 비행에 사용되는 날개 회전체; 영상을 촬영하는 카메라; 상기 드론 조작기로부터 무선 수신되는 비행 제어 명령에 따라 비행하도록 상기 날개 비행체를 제어하며, 비행하면서 촬영되는 영상을 드론 조작기로 실시간 전송하는 드론 제어 모듈;을 포함할 수 있다.
상기 초소형 드론은, 초소형 드론의 본체에 바 형태로 연결된 하나 이상의 드론 지지바;를 포함할 수 있다.
상기 드론 지지바는, 초소형 드론 본체와 힌지 결합되어 힌지축을 중심으로 회동이 가능함을 특징으로 할 수 있다.
상기 드론 지지바의 끝단에 바퀴가 마련되어 있음을 특징으로 할 수 있다.
상기 드론 지지바의 끝단에 보드 플레이트판이 마련되어 있음을 특징으로 할 수 있다.
상기 보드 플레이트판은 전자석으로 구현되어, 보드 플레이트판에 전류를 흘러 보내 금속 배관 내부면에 자성 결합될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 본 발명은 배관 내부와 같이 일반 드론이 접근하기 어려운 좁은 구역을 초소형 드론을 통해 조사 실시하여, 취득한 영상 정보를 통해 균열 조사를 할 수 있다. 따라서 정밀 점검이 아닌 초기 점검에 투입에 효율적으로 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 초소형 드론에 추가 지지바를 장착하여 낙하 방지 및 조작에 편리성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템을 도시한 그림.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초소형 드론을 도시한 그림.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초소형 드론의 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 지지바를 도시한 그림,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 드론 지지바에 바퀴가 구비된 모습을 도시한 그림.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템을 도시한 그림이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초소형 드론을 도시한 그림이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초소형 드론의 구성 블록도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 지지바를 도시한 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 드론 지지바에 바퀴가 구비된 모습을 도시한 그림이다.
본 명세서에서 "초소형 드론"이라는 용어는, 직경 20cm 이하 및 무게 200g 이하의 초소형의 드론을 말하는 것으로서, 배관 내부에서 자유롭게 무인 비행할 수 있는 초소형 드론을 말한다.
본 발명의 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이 사용자의 비행 조작에 따른 비행 제어 명령을 초소형 드론(100)에 무선 전송하며 초소형 드론(100)으로부터 수신되는 배관 내부 영상을 HMD(300)로 전송하는 드론 조작기(200)와, 사용자의 얼굴에 착용되는 디스플레이 기기로서 드론 조작기(200)로부터 수신되는 배관 내부 영상을 표시하는 HMD(300)와, 직경 20cm 이하 및 무게 200g 이하의 드론으로서, 배관 내부를 비행하면서 촬영되는 배관 내부 영상을 외부의 드론 조작기(200)로 무선 전송하는 초소형 드론(100)을 포함한다. 이하 상술하기로 한다.
드론 조작기(200)는, 사용자의 비행 조작에 따른 비행 제어 명령을 입력받는다. 드론 조작기(200)는, 조작 손잡이, 촬영버튼, 비행 시작/종료 버튼, 터치스크린패드 등의 사용자 조작 입력 수단이 구비되어 사용자로부터 비행 조작 명령을 입력받는다. 예를 들어, 사용자가 조작 손잡이를 통해 앞으로 밀어서 전진 비행 조작을 할 수 있으며, 사용자가 조작 손잡이를 통해 뒤로 당겨서 후진 비행 조작을 할 수 있으며, 사용자가 조작 손잡이를 통해 우측으로 밀어서 우측 비행 조작을 할 수 있으며, 사용자가 조작 손잡이를 통해 좌측으로 밀어서 좌측 비행 조작을 할 수 있다. 또한 조정 수단이 터치스크린패드로 구현되는 경우, 사용자는 터치스크린패드 상에서 손가락의 드래깅 방향을 조정하여 비행 조작 명령을 할 수 있게 된다.
드론 조작기(200)는, 사용자의 비행 조작에 따른 비행 제어 명령을 입력받아 초소형 드론(100)에 무선 전송한다. 이러한 무선 전송은, 적외선 통신(Infrared Radiation), 블루투스(Bluetooth), RF(Radio Frequency) 및 무선 랜(Wireless LAN)과 같은 무선 통신 방식이 사용될 수도 있는 것이다. 따라서 초소형 드론(100)은 사용자의 비행 조작에 따른 비행 제어 명령에 따라서 배관 내부를 비행할 수 있게 된다.
또한 드론 조작기(200)는, 초소형 드론(100)으로부터 무선 수신되는 배관 내부 영상을 HMD(300)로 중계 전송한다. 이러한 HMD(300)로의 배관 내부 영상의 중계 전송은, 무선 통신 방식이 사용될 수 있지만, 경우에 따라서 유선 통신 방식이 사용될 수도 있다.
HMD(300)(Head mounted Display)는, 사용자가 얼굴에 착용하는 디스플레이 기기로서, 안경처럼 머리에 쓰고 영상을 즐길 수 있다. 따라서 휴대하면서 영상물을 화면으로 즐기거나 검사 진단에 사용하는 기기이다. 영상물은 입체 화면으로서 표시될 수 있다.
HMD(300)는, 드론 조작기(200)로부터 수신되는 배관 내부 영상을 표시하게 되고, 따라서 HMD(300)를 착용한 사용자는 배관 내부 영상을 통해 배관 내부의 깨짐, 갈라짐 등의 배관 이상 여부를 실시간으로 감시할 수 있게 된다.
초소형 드론(100)은, 도 2에 도시한 바와 같이 날개체를 가져 무인 비행하는 비행체로서, 직경 20cm 이하 및 무게 200g 이하의 초소형 크기를 가진다.
초소형 드론(100)은, 배관 내부를 비행하면서 촬영되는 배관 내부 영상을 외부의 드론 조작기(200)로 무선 전송한다. 이를 위하여 초소형 드론은, 도 3에 도시한 바와 같이 무선 통신 모듈(110), 날개 회전체(120), 카메라(130), 드론 제어 모듈(140)을 포함한다. 이밖에 도시되지는 않았지만 드론 비행을 위한 날개 회전체(120)의 회전 모터, 비행 방향 조절 수단 등의 비행을 위한 수단이 구비되지만, 본 발명에서는 설명을 생략하기로 한다.
무선 통신 모듈(110)은, 원격의 드론 조작기(200)와 무선 통신하는 모듈이다. 즉, 블루투스 통신과 같은 무선 통신을 통하여 드론 조작기(200)로부터 비행 제어 명령을 수신하고, 또한 촬영되는 배관 내부 영상을 드론 조작기(200)로 무선 전송한다.
날개 회전체(120)는, 비행에 사용되는 날개체로서, 도면에서는 4개의 날개 회전체(120)를 도시하였지만, 4개뿐만 아니라 다른 다양한 개수의 날개 회전체(120)로서 구현될 수 있다.
카메라(130)는, 초소형 드론(100)의 전면에 배치되어 영상을 촬영하는 모듈로서, 사진, 동영상 등의 다양한 형태의 촬영을 수행하는 모듈이다. 참고로 카메라(130)는 렌즈 어셈블리, 필터, 광전 변환 소자, 및 아날로그/디지털 변환 소자를 포함할 수 있다. 여기서 광전 변환 소자는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide- Semiconductor) 등의 촬상 소자로 이루어진다. 또한 아날로그/디지털 소자는, CDS-ADC(Correlation Double Sampler and Analog-to-Digital Converter) 소자로 이루어져, 광전 변환 소자로부터의 아날로그 신호를 처리하여, 그 고주파 노이즈를 제거하고 진폭을 조정한 후, 디지털 신호로 변환시킨다.
드론 제어 모듈(140)은, 드론 조작기(200)로부터 무선 수신되는 비행 제어 명령에 따라 비행하도록 날개 비행체를 제어한다. 예를 들어, 드론 조작기(200)에 구비된 비행 시작 버튼의 눌림에 의해 비행 시작 제어 명령이 수신되는 경우, 날개 비행체를 회전시켜 비행이 드론의 비행이 이루어지도록 한다. 또한 전진 비행 제어 명령이 수신되는 경우 드론의 전진 비행이 되도록 제어한다.
또한 드론 제어 모듈(140)은, 비행하면서 촬영되는 영상을 드론 조작기(200)로 실시간 전송한다. 예를 들어, 드론 조작기(200)에 구비된 촬영 버튼의 눌림이 있는 경우, 초소형 드론(100)에 구비된 카메라(130)를 구동시켜 촬영하며, 촬영되는 영상을 드론 조작기(200)로 실시간으로 무선 전송한다.
따라서 본 발명은 초소형 드론(100)(직경8~19cm, 무게 70~170g)을 HMD(300) 고글을 통해 보면서 조작함으로써, 배관 내부와 같이 일반 드론이 접근하기 어려운 좁은 구역을 조사 실시하여, 취득한 영상 정보를 통해 균열 조사를 할 수 있다. 따라서 정밀 점검이 아닌 초기 점검에 투입에 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
한편, 배관 내부를 본 발명의 초소형 드론(100)이 비행시에 촬영이 이루어지는데, 배관 내부면과 초소형 드론(100)의 카메라(130)간의 간격이 비행이 진행되면서 일정한 간격을 가지지 않게 된다. 배관 내부의 기류 등의 다양한 이유로 인하여 초소형 드론(100)의 비행은 비행 높이에 약간의 오차를 이루며 비행하게 되는데, 이런 상태에서 촬영이 이루어지면 초점이 잘 맞지 않게 되어 촬영되는 영상의 해상도가 떨어지는 문제가 있다. 따라서 해상도가 좋게 나오는 촬영을 위해서는 배관 내부면과의 드론의 비행 높이를 일정하게 할 필요가 있다.
이를 위하여 본 발명은 도 4에 도시한 바와 같이 초소형 드론(100)의 본체, 예컨대 카메라(130)의 배치 위치와 반대되는 방향에 배치되어 바 형태로 연결된 하나 이상의 드론 지지바를 구비하도록 한다. 따라서 초소형 드론(100)은 드론 지지바에 의하여 배관 내부면에 지지되면서 안정적으로 전진 비행하며 촬영할 수 있게 된다.
이러한 드론 지지바는, 드론 본체와 힌지 결합되어 힌지축을 중심으로 회동이 가능하도록 한다. 따라서 드론 지지바를 접은 상태로 배관 내부에서 비행하다가 필요한 경우 드론 지지바를 회동시켜 펼쳐서 배관 내부면에 드론 지지바가 닿도록 하여 안정적인 비행이 가능하도록 한다. 따라서 초소형 드론(100)에 추가 지지바(지지봉)을 장착하여 낙하 방지 및 조작에 편리성을 가질 수 있다.
나아가, 드론 지지바는, 도 5에 도시한 바와 같이 드론 지지바의 끝단에 바퀴가 마련되어 있도록 구현할 수 있다. 따라서 초소형 드론(100)이 배관 내부를 비행할 때 드론 지지바의 끝단의 바퀴가 배관 내부면을 따라 굴러가게 되어 안정적인 비행이 가능하게 된다.
한편, 배관이 배수관 등과 같이 배관 내부에 유로가 흐르는 배관일 경우, 초소형 드론(100)이 배관 내부의 수면위를 따라서 안정적으로 비행할 필요성이 있다. 이를 위하여 도시하지는 않았지만 드론 지지바의 끝단에 보드 플레이트판이 마련될 수 있다. 따라서 배관이 배수관 등과 같이 유로가 흐르는 배관일 경우, 배관내의 물의 표면을 보드 플레이트판이 지지해주게 되어 초소형 드론(100)이 안정적으로 비행할 수 있게 된다.
나아가, 이러한 보드 플레이트판은 전자석으로 구현될 수 있다. 더 정밀한 검사를 하는 등의 특수한 경우, 초소형 드론(100)이 배관 어느 특정 지점에 고정 결합되어 배관 내부를 줌 확대 촬영 등의 작업을 수행할 필요가 있다. 이러한 줌 확대 촬영 등의 특수 작업을 위해서는, 전자석으로 구현된 보드 플레이트판에 전류를 흘러 보내 보드 플레이트판이 금속 재질의 배관 내부면에 자성 결합될 수 있도록 한다. 줌 확대 촬영 등의 작업이 종료되면 보드 플레이트판에 자기력 발생을 중지시켜 금속 배관 내부면과 드론의 보드 플레이트판이 금속 배관 내부면에서 떨어지도록 한다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100:초소형 드론
200:드론 조작기
300:HMD

Claims (7)

  1. 직경 20cm 이하 및 무게 200g 이하의 드론으로서, 금속 재질의 배관 내부를 비행하면서 촬영되는 배관 내부 영상을 외부의 드론 조작기로 무선 전송하는 초소형 드론;
    사용자의 비행 조작에 따른 비행 제어 명령을 입력받아 상기 초소형 드론에 무선 전송하며, 초소형 드론으로부터 수신되는 배관 내부의 영상을 HMD로 전송하는 드론 조작기; 및
    사용자의 얼굴에 착용되는 디스플레이 기기로서, 상기 드론 조작기로부터 수신되는 배관 내부의 영상을 표시하는 HMD;를 포함하되,
    상기 초소형 드론은,
    원격의 드론 조작기와 무선 통신하는 무선 통신 모듈;
    비행에 사용되는 날개 회전체;
    상기 초소형 드론의 전면에 배치되어 배관 내부의 영상을 촬영하는 카메라;
    상기 드론 조작기로부터 무선 수신되는 비행 제어 명령에 따라 비행하도록 상기 날개 회전체를 제어하며, 비행하면서 촬영되는 영상을 드론 조작기로 실시간 전송하는 드론 제어 모듈; 및
    상기 카메라와 반대되는 방향에 배치되고, 상기 초소형 드론의 본체에 바 형태로 연결되어, 배관 내부면에 지지되는 하나 이상의 드론 지지바;를 포함하고,
    상기 드론 지지바의 끝단에 보드 플레이트판이 마련되며,
    상기 드론 조작기는 조작 손잡이, 촬영버튼, 비행 시작 또는 종료 버튼, 및 스크린패드를 갖는 사용자 조작 입력 수단을 포함하며, 상기 사용자 조작 입력 수단의 조작에 따른 비행 제어 명령을 상기 초소형 드론에 무선으로 전송하는 것을 특징으로 하는 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 드론 지지바는,
    상기 초소형 드론의 본체와 힌지 결합되어 힌지축을 중심으로 회동이 가능함으로써, 상기 초소형 드론이 상기 드론 지지바를 접은 상태로 배관 내부에서 비행하다가 필요한 경우에 상기 드론 지지바를 회동시켜 펼쳐서 배관 내부면에 상기 드론 지지바가 닿도록 하는 것을 특징으로 하는 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 드론 지지바의 끝단에 바퀴가 마련됨으로써, 상기 초소형 드론이 배관 내부를 비행할 때 상기 드론 지지바의 끝단의 바퀴가 배관 내부면을 따라 굴러가게 되어 안정적인 비행이 가능하게 함을 특징으로 하는 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 보드 플레이트판은 전자석으로 구현됨으로써, 배관 내부에 대한 줌 확대 촬영시 상기 보드 플레이트판에 전류를 흘러 보내 배관 내부면에 자성 결합될 수 있도록 하고, 배관 내부에 대한 줌 확대 촬영이 종료되면 상기 보드 플레이트판에 자기력 발생을 중지시켜 상기 보드 플레이트판이 배관 내부면으로부터 떨어지도록 하는 것을 특징으로 하는 초소형 드론을 통한 열화 강재시설물 점검 시스템.
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