KR102301174B1 - 자동화된 채수 시스템 및 이를 구비한 드론 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동화된 채수 시스템 및 이를 구비한 드론에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 채수 시스템은 GPS 모듈 및 비행 제어 모듈을 구비하여 채수 지점까지 비행하는 드론; 상기 드론 몸체 하부에 결합되고, 일단에 채수구를 구비한 호스를 하강시켜 펌핑을 통해 채수통으로 수자원을 채수하는 동안 채수된 수자원의 수질을 측정하는 채수 시스템; 및 상기 드론 및 상기 채수 시스템을 유기적으로 제어하여 자동 채수 모드를 지원하는 제어부;를 포함하고, 상기 자동 채수 모드에서는 일련의 동작들이 자동으로 수행되고, 상기 일련의 동작들은 순차적으로 채수 지점 상공에서 상기 드론의 고도를 기준 높이까지 낮춰 호버링시키는 동작과, 호버링 상태에서 상기 채수구를 채수 심도까지 하강시키는 동작과, 상기 채수구가 채수 심도에 도달하면 펌핑을 시작하는 동작과, 채수 완료가 감지되면 상기 드론의 고도를 높이는 동작과, 및 상기 채수구의 채수 심도 이탈에 따라 펌핑을 종료시키는 동작을 포함한다. 본 발명에 따르면 채수지로의 이동이 용이하며 자동화된 채수 모드가 적용되어 원하는 심도에서 정확하고 신속하게 수자원을 채수할 수 있다.

Description

자동화된 채수 시스템 및 이를 구비한 드론{Automated water sampling system and a dron using the same}

본 발명은 자동화된 채수 시스템 및 이를 구비한 드론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 채수지로의 이동이 용이하며 정확하고 신속하게 수자원을 채수할 수 있는 채수 시스템 및 이를 구비한 드론에 관한 것이다.

환경 당국에서는 강, 호수, 하천, 바다 등의 수질오염 상태를 모니터링하기 위해서 일정 주기 별로 시료를 채취하여 수질검사를 수행하도록 강제하고 있다. 수질검사를 위한 시료의 채취를 위해서 그동안에는 일정 자격을 갖춘 관리자가 직접 수질검사를 목표로 하는 지점에 접근하여 채수장비로 일정량 이상의 물을 뜨고 있다. 즉, 수질검사를 실시하는 관리자가 물 속으로 직접 들어가 채수하거나 선박을 이용하여 채수하는 방식을 사용해오고 있어, 수질검사를 위한 채수작업에 따른 작업성이 저하되고 수질 오염을 유발하는 등의 개선해야 할 점이 많았다.

한편, 최근에는 여러 기관에서 드론을 사용하여 채수할 수 있도록 하는 장치들을 개발해오고 있으나, 아직까지는 드론에 종래의 채수기를 단순히 결합하는 기초적인 개념 수준에 머무르고 있는 것으로 알려져 있다.

채수지로의 이동이 용이하며 정확하고 신속하게 수자원을 채수할 수 있는 채수 시스템 및 이를 구비한 드론을 제안한다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 채수 시스템은 GPS 모듈 및 비행 제어 모듈을 구비하여 채수 지점까지 비행하는 드론; 상기 드론 몸체 하부에 결합되고, 일단에 채수구를 구비한 호스를 하강시켜 펌핑을 통해 채수통으로 수자원을 채수하는 동안 채수된 수자원의 수질을 측정하는 채수 시스템; 및 상기 드론 및 상기 채수 시스템을 유기적으로 제어하여 자동 채수 모드를 지원하는 제어부;를 포함하고, 상기 자동 채수 모드에서는 일련의 동작들이 자동으로 수행되고, 상기 일련의 동작들은 순차적으로 채수 지점 상공에서 상기 드론의 고도를 기준 높이까지 낮춰 호버링시키는 동작과, 호버링 상태에서 상기 채수구를 채수 심도까지 하강시키는 동작과, 상기 채수구가 채수 심도에 도달하면 펌핑을 시작하는 동작과, 채수 완료가 감지되면 상기 드론의 고도를 높이는 동작과, 및 상기 채수구의 채수 심도 이탈에 따라 펌핑을 종료시키는 동작을 포함한다.

상기 채수 시스템은 채수된 물을 저장하는 채수통; 상기 채수통의 에어를 빼내는 펌핑부; 일단에 배치된 채수구를 통해 물을 빨아들여 상기 채수통으로 전달하는 호스; 상기 호스를 감거나 풀어서 상기 채수구를 상승 또는 하강시키는 윈치부; 상기 펌핑부 및 상기 윈치부를 제어하는 제어부; 및 상기 호스에 결합되고, 상기 채수구와 상기 윈치부 사이에 위치하며, 상기 채수구가 미리 정해진 수심에 도달했는지를 감지하는 센싱부;를 포함한다.

상기 제어부는 상기 센싱부의 감지 결과에 기초하여 상기 펌핑부를 제어한다.

상기 센싱부는 부력에 의해 위치가 이동하는 부력계; 및 상기 부력계의 목표 위치 도달 여부를 상기 제어부에 제공하는 송신부;를 포함한다.

상기 센싱부는 수분을 감지하는 수분 감지 센서; 및 상기 수분 감지 센서의 감지 결과를 상기 제어부에 제공하는 송신부;를 포함한다.

상기 센싱부는 부력에 의해 위치가 이동하는 부력계; 수분을 감지하는 수분 감지 센서; 및 상기 부력계의 목표 위치 도달 여부와 상기 수분 감지 센서의 감지 결과를 상기 제어부에 제공하는 송신부;를 포함한다.

상기 채수구는 상기 센싱부의 감지 결과에 기초하여 상기 호스의 일단을 개폐한다.

상기 센싱부는 부력에 의해 위치가 이동하는 부력계; 및 상기 부력계와 상기 채수구를 연결하는 와이어;를 포함한다.

상기 부력계의 상승에 따라 상기 호스의 일단이 개방된다.

상기 채수구는 상기 호스 일단에 결합된 커넥터; 일단이 상기 와이어를 통해 상기 부력계와 연결되고, 타단의 돌출부가 상기 커넥터의 일단에 삽입되어 상기 호스로의 이물질 유입을 방지하기 위한 덮개; 및 일단이 상기 커넥터와 연결되고, 타단이 상기 덮개의 중심부와 힌지 핀으로 연결되어 상기 덮개가 힌지 핀을 축으로 하여 회전 가능하도록 하는 조인트암;을 포함한다.

본 발명에 따르면 강, 하천 등의 수자원에 대한 수질검사를 위해 드론을 이용하여 목표 지점까지 이동하여 채수함에 따라 사람이 접근하기 어려운 수자원 공간에 대하여 채수가 가능해진다.

또한, 채수를 원하는 심도에서 정확하고 신속하게 채수할 수 있다.

또한, 드론을 이용하여 공중에서 채수함에 따라 채수지의 오염을 방지할 수 있다.

또한, 오염된 수자원을 채수함에 따라 채수 시스템의 2차 오염으로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

또한, 채수지의 수자원에 대한 수질을 측정하고 이를 실시간으로 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 채수 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템을 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 채수 시스템의 펌핑 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 센싱부(272)의 일실시예를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 접촉 감지부(430)의 일실시예를 나타낸다.
도 6은 도 2에 도시된 채수구의 일실시예를 나타낸다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제안하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 채수 시스템을 나타낸다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 채수 시스템은 수직 이착륙이 가능한 드론을 이용하여, 댐, 하천, 저수지 등의 수자원 공간에서 원하는 위치로 이동하여 채수할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 채수 시스템(100)은 드론(110) 및 채수 시스템(120)을 포함한다. 채수 시스템(120)은 드론(110) 몸체 하부에 탈·부착 가능하도록 결합될 수 있다.

드론(110)과 채수 시스템(120)은 근거리 무선 통신 방식으로 연결되어 상호 연계 동작이 가능하도록 구성 될 수 있다. 이에 따라 드론(110)을 이용한 채수 시스템(100)은 드론(110)과 채수 시스템(120)을 통합 제어할 수 있는 중앙 제어부(112)를 포함할 수 있다. 중앙 제어부(112)는 드론(110)의 비행 제어 뿐 아니라 채수 시스템(120)의 제어를 담당할 수 있다.

중앙 제어부(112)는 비행 기능, 채수 기능, 수질 측정 기능 등의 일련의 동작들을 총괄 제어할 수 있다. 중앙 제어부(112)는 상기 기능 외에도 수집한 데이터를 처리하여 지상 통제 장치(미도시)로 전송할 수 있다. 또한 채수 시스템(120)의 전력은 드론(110)의 전력 공급부(118)에서 제공될 수 있다.

드론(110)은 지상 통제 장치(미도시)를 통해 원격으로 제어될 수 있다. 지상 통제 장치(미도시)는 원격 조종기 또는 앱이 설치된 모바일 기기가 될 수 있다.

드론은(110)은 시스템 전체를 총괄하여 제어하는 중앙 제어부(112), 비행을 위한 복수의 회전익 및 이를 구동하는 구동부를 포함하는 동력부(114), 비행 중 영상을 촬영하는 영상 획득부(116) 및 배터리를 이용하여 필요한 전력을 제공하는 전력 공급부(118)를 포함한다. 중앙 제어부(112)는 비행 제어부(미도시), 채수 제어부(미도시) 및 통신부(미도시)를 포함한다. 비행 제어부(미도시)는 드론(110)의 비행을 제어한다. 지상 통제 장치를 통한 수동 비행 모드, GPS 정보를 이용한 자동 비행 모드, 호버링 모드 등을 지원할 수 있다. 채수 제어부(미도시)는 채수 모드를 지원한다. 구체적으로 채수 모드에서의 드론(110)의 동작과 채수 시스템(120)의 동작을 제어한다. 통신부(미도시)는 셀룰러 방식 또는 와이 파이 방식을 통해 지상 통제 장치와의 통신하면서 제어 신호와 필요한 정보를 수신하고, 드론(110)이 취득한 데이터를 지상 통제 장치(미도시)에 전송할 수 있다. 또한 통신부(미도시)는 근거리 무선 통신망을 지원하여 채수 시스템(120)과도 통신하며 채수 동작에 필요한 명령을 송신하고, 수질 측정 데이터를 수신할 수 있다.

드론(110)은 충돌 회피를 위해 초음파 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.

드론(110)은 GPS 모듈(미도시)을 구비하여 드론의 위치를 파악할 수 있다. 중앙 제어부(112)는 GPS 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.

드론(110)은 자동 항법 시스템을 구비하여 입력한 채수지까지 자동으로 비행할 수 있다. 지상 통제 장치(미도시)를 통해 목적지 좌표와 함께 자동 항법 비행 경로를 설정할 수 있다. 비행 제어부(미도시)가 자동 항법 시스템을 구비할 수 있다.

드론(110)은 정해진 채수 지점에 도착하면 채수 모드로 진입한다. 이후 채수 모드에 따라 정해진 동작을 수행하게 된다. 일실시예로 채수 모드에서는 다음과 같은 동작을 수행하게 된다. 먼저 드론의 비행 고도를 기준 높이로 조정하는 단계가 수행된다. 기준 높이는 수면에서 1m 높이가 될 수 있다. 드론의 비행 고도가 기준 높이로 조정된 후 드론의 비행 모드가 호버링 모드로 변경하는 단계가 수행된다. 호버링 모드에 진입한 드론은 비행 고도를 일정하게 유지하게 된다. 이후 채수 시스템이 동작한다. 채수 시스템은 펌핑부, 채수통 및 호스를 구비한다. 채수를 위해 먼저 호스를 하강시키는 단계가 수행된다. 호스 일단에는 채수구가 구비되어 있다. 또한, 호스에는 채수구가 예정된 채수 심도에 도달했는지를 감지할 수 있는 센싱부가 부착되어 있다. 따라서, 호스 하강 중에 채수구가 예정된 심도에 도달했는지를 감지하는 단계가 수행된다. 예정된 심도에 도착한 것으로 확인되면 호스의 하강을 멈추고 펌핑부가 동작하는 단계가 수행된다. 펌핑부의 펌핑 동작에 따라 채수구를 통하여 채수된 물이 흡수된다. 호스로 흡수된 물은 채수통에 저장된다. 미리 정해진 시간 동안 채수하고 채수를 완료할 수 있다. 또는 미리 정해진 용량만큼 채수하고 채수를 완료할 수 있다. 한편, 채수 진행 중에 호스로 흡수된 물에 대하여 수질을 측정하고 그 데이터를 지상 통제 장치에 송부하는 단계가 수행될 수 있다. 채수가 완료되면 드론의 비행 모드를 변경하여 비행 고도를 상승하는 단계가 수행된다. 드론이 상승하면서 호스의 채수구가 수면 밖으로 나오고 펌핑부가 정지하는 단계가 수행된다. 호스를 상승시키는 단계가 수행될 수 있다. 그 결과 채수 시스템은 정지하게 된다. 이후, 드론은 채수 모드에서 벗어나 귀환 장소로 비행하게 된다. 드론이 복귀하면 작업자가 채수통을 획득할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템(200)은 채수통(210), 펌핑부(220), 컴바이너(230), 윈치부(250) 및 호스(260)를 포함한다.

채수통(210)은 채수된 물을 저장하기 위한 공간을 제공한다. 이를 위해 채수통(210)은 채수 유입구(212) 및 에어 배출구(214)를 구비한다. 채수 유입구(212)는 채수된 물이 채수통(210)으로 유입되는 통로이자 컴바이너(230)와 연결되는 수단이되고, 에어 배출구(214)는 채수통(210) 내부의 에어를 배출하는 통로이자 컴바이너(230)에 연결되는 수단이 된다. 채수통(210)은 외부에서 채수량을 확인할 수 있도록 투명하게 제작될 수 있다.

펌핑부(220)는 채수된 물이 채수통(210)으로 유입되도록 펌핑 동작을 수행한다. 펌핑부(220)는 펌핑 동작을 통해 채수통(210) 내부의 에어를 빼내 외부로 배출할 수 있다. 펌핑부(220)가 채수통(210) 내부의 기압을 낮춤으로써 내·외부 기압차로 인해 호스(260)가 물을 빨아들여 채수통(260)으로 유입되도록 한다. 이를 위해 펌핑부(220)는 주름관(222), 로드(224) 및 제1 구동부(226)를 포함할 수 있다.

주름관(222)은 팽창 및 수축을 통해 에어를 흡수 및 배출할 수 있다. 로드(224)는 원기둥 형상의 길이를 갖는 막대로 그 측면에는 나사산이 형성되어 있다. 제1 구동부(226)는 주름관(222)의 일단과 연결되어 상기 로드(224) 상에서 선형으로 움직일 수 있다. 구체적으로 제1 구동부(226)는 상기 로드(224)를 회전축으로 하여 상기 로드(224)의 나사산을 따라 회전한다. 회전 방향에 따라 위·아래로 움직이게 된다. 이를 통해 상기 주름관(222)을 팽창 및 수축시킬 수 있다. 제1 구동부(226)는 제1 모터(미도시) 및 제1 모터를 제어하는 제1 제어부(미도시)를 포함한다.

윈치부(250)는 호스(260)를 감거나 풀어서 채수구(262)를 상승 또는 하강시키며, 호스(260)로 유입된 물을 컴바이너(230)로 전달한다.

컴바이너(230)는 상기 채수통(210), 상기 펌핑부(220) 및 상기 윈치부(250)와 연결된다. 컴바이너(230)는 호스(260)를 통해 채수된 물이 유입되면, 이를 채수통(210)으로 전달한다. 이를 위해 컴바이너(230)는 채수된 물을 수용하기 위한 제1 공간을 구비한다. 이 제1 공간은 채수된 물이 잠시 점유하는 공간으로 버퍼로서 기능한다. 따라서, 펌핑부(220)의 팽창 및 수축에 따른 펌핑 동작으로 인해 물이 컴바이너(230)로 유입되는 속도와 채수통(210)으로 배출되는 속도가 다르더라도 채수가 원활하게 진행될 수 있도록 한다. 또한, 컴바이너(230)는 채수된 물이 이동하는 제1 공간 상부에 에어가 이동하는 제2 공간을 구비한다. 상기 제2 공간은 펌핑부(220)의 에어 흡입 시에 채수통(210)의 에어가 펌핑부(220)로 전달될 때 경유하는 공간이다. 이처럼 에어가 이동하는 공간과 물이 이동하는 공간이 구별되어 전체적인 채수 동작이 원활하게 진행될 수 있도록 한다. 또한 채수 중 컴바이너(230)가 제1 공간 위에 제2 공간을 갖도록 하여 채수된 물이 펌핑부(220)로 흘러들어가지 못하게 함으로써 오염된 물을 채수함에 따른 펌핑부(220)의 2차 오염을 방지할 수 있다.

컴바이너(230)는 제1 연결부(232), 제2 연결부(234), 제3 연결부(236) 및 제4 연결부(238)를 구비할 수 있다. 컴바이너(230)의 제1 연결부(232)는 채수통(210)의 에어 배출구(212)와 연결되고, 컴바이너(230)의 제2 연결부(234)는 펌핑부(220)와 연결된다. 이를 통해, 펌핑부(220)가 에어를 흡수하는 경우 채수통(210)의 에어가 제1 연결부(232)를 통해 컴바이너(230)에 유입된 후 제2 연결부(234)를 통해 펌핑부(220)로 전달된다. 컴바이너(230)의 제3 연결부(236)는 윈치부(250)의 접속부(258)와 연결되고, 컴바이너(230)의 제4 연결부(238)는 채수통(210)의 채수 유입구(212)와 연결된다. 이를 통해, 펌핑부(220)의 펌핑 동작에 따라 호스(260)를 통해 흡입된 물이 제3 연결부(236)를 통해 컴바이너(230)에 유입된 후 제4 연결부(238)를 통해 채수통(210)으로 전달된다. 제1 연결부(232)는 제3 연결부(236)보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 제2 연결부(234)는 제1 연결부(232)보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 제3 연결부(236)은 제4 연결부(238)보다 높은 위치에 형성될 수 있다.

윈치부(250)는 호스(260)를 감거나 풀어서 채수구(262)를 상승 또는 하강시킨다. 호스(260)의 일단에는 채수구(262)가 구비된다. 상기 채수구(262)를 수중에 입수하여 채수를 진행한다. 펌핑부(220)의 펌핑 동작에 의해 채수구(262)를 통해 흡수된 물은 호스(260), 윈치부(250) 및 컴바이너(230)를 경유하여 채수통(210)에 저장된다.

구체적으로 윈치부(250)는 휠(252), 제2 구동부(254) 및 수신부(256)를 포함한다. 휠(252)은 호스가 감기는 회전체로서, 회전 방향에 따라 호스(260)를 감거나 푼다. 제2 구동부(254)는 제2 모터(미도시) 및 상기 제2 모터를 제어하는 제2 제어부(미도시)를 구비하며, 상기 휠(252)의 회전을 위한 구동력을 제공한다. 상기 제2 모터는 서보 모터일 수 있다. 수신부(256)는 상기 제2 구동부(252)를 제어하기 위한 제어 신호를 수신한다. 수신부(256)는 2.4GHz 대역의 무선 주파수를 사용할 수 있다. 제2 구동부(254)는 수신부(256)를 통해 받은 제어 신호에 따라 휠(252)을 제어하게 된다. 수신부(256)는 유선 또는 무선으로 상기 제어 신호를 수신할 수 있다. 수신부(256)는 와이파이, 블루투스, 직비 등의 통신 방식이 적용될 수 있다.

윈치부(250)의 접속부(258)는 컴바이너(230)의 제3 연결부(236)와 연결되어, 호스(260)로 흡입된 물을 컴바이너(230)에 제공한다.

채수통(210)은 컴바이저(230)와의 결합 및 분리가 용이하도록 구성된다. 따라서 채수지에 따라 또는 채수 심도에 따라 용이하게 채수통(210)을 교환할 수 있다. 구체적으로 스크류식 체결 방법이 적용될 수 있다. 또한 호스(260)는 윈치부(250)와의 결합 및 분리가 용이하도록 구성된다. 구체적으로 스크류식 체결 방법이 적용될 수 있다. 따라서 채수지에 따라 또는 채수 심도에 따라 용이하게 호스(260)를 교환할 수 있다.

이를 통해 오염 지역 채수 후 호스와 채수통만 교환함으로써 저렴한 비용으로 채수 시스템을 운영할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템은 전체적인 시스템을 제어하는 중앙 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 중앙 제어부(220)는 펌핑부(220)의 제1 제어부(미도시) 및 윈치부(250)의 제2 제어부(미도시)를 제어할 수 있다. 또한, 중앙 제어부(220)는 통신 기능을 구비하여 채수 중 획득한 데이터를 기상 통제 센터(미도시)로 전송할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템(200)은 수질 측정 모듈(240)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 수질 측정 모듈(240)은 컴바이너(230) 내부에 위치하여 호스(260)를 통해 유입된 물의 수질을 측정하여 중앙 제어부(미도시) 또는 지상 통제 장치(미도시)로 전송한다. 수질 측정 모듈(240)은 수소이온농도(pH), 전기전도도(Electrical Conductivity), 용존산소량(Dissolved Oxygeon), 총용존고용물(Total Dissolved Solids) 및 온도 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 채수 시스템(200)은 드론(미도시)과 결합될 수 있다. 드론을 이용한 채수 시스템은 채수 시스템을 구비한 드론 또는 드론과 결합된 채수 시스템을 의미한다. 이하, 본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 채수 시스템(미도시)에 관하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 채수 시스템(미도시)은 GPS 모듈 및 비행 제어 모듈을 구비하는 드론(미도시)과, 상기 드론(미도시) 몸체 하부에 결합되고, 일단에 채수구(262)를 구비한 호스(260)를 하강시켜 펌핑을 통해 채수통(210)으로 수자원을 채수하고, 채수하는 동안에 채수된 수자원의 수질을 측정하는 채수 시스템(200); 및 상기 드론(미도시) 및 상기 채수 시스템(200)을 유기적으로 제어하여 자동 채수 모드를 지원하는 중앙 제어부(미도시);를 포함할 수 있다.

상기 자동 채수 모드에서는 다음 일련의 동작들이 자동으로 수행된다. 일련의 동작들은 구체적으로 채수 지점 상공에서 상기 드론(미도시)의 고도를 기준 높이까지 낮춰 호버링시키는 동작과, 호버링 상태에서 상기 채수구(262)를 채수 심도까지 하강시키는 동작과, 상기 채수구(262)가 채수 심도에 도달하면 펌핑을 시작하는 동작과, 채수 중 상기 호스(260)를 통해 유입된 수자원의 수질을 측정하여 지상 통제 장치(미도시)에 전송하는 동작과, 채수 완료가 감지되면 상기 드론(미도시)의 고도를 높이는 동작과, 및 상기 채수구(262)의 채수 심도 이탈에 따라 펌핑을 종료시키는 동작을 포함한다. 상기 일련의 동작들은 순차적으로 수행된다.

채수 심도에 도달하면 채수구(262)가 자동으로 개방될 수 있다. 따라서 펌핑을 통해 수자원이 상기 호스(260)로 유입될 수 있다.

상기 중앙 제어부(미도시)는 채수통(210)의 중량 증가에 따라 호버링 상태를 유지하는데 필요한 동력의 증가분을 고려하여 채수 완료 여부를 감지할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템은 센싱부(270)를 더 포함할 수 있다. 센싱부(270)는 호스(260)를 풀어서 채수구(262)를 하강시킬때, 채수구(262)가 원하는 심도에 도달하였는지를 감지할 수 있다.

센싱부(270)는 호스(260)에 결합된다. 센싱부(270)는 채수구(262)와 윈치부(250)사이에 위치하는데, 센싱부(270)의 위치는 채수하고자 하는 심도에 따라 결정될 수 있다.

센싱부(270)는 채수구(262)가 채수를 원하는 수심에 도달했는지를 감지한다. 이를 위해 센싱부(270)는 부력계(272)를 구비할 수 있다. 부력계(272)는 부력에 의해 위치를 이동하게 된다. 구체적으로 부력계(272)는 물에 잠김에 따라 부력이 작용하여 초기 위치에서 벗어나 최종 위치로 이동하게 된다. 따라서, 부력계(272)가 초기 위치에서 벗어나 최종 위치에 도달한 순간, 부력계(272)가 수면 바로 아래 수중에 있다는 것을 가리킨다. 결국 부력계(272)의 최종 위치와 채수구(262)간의 거리는 수면 아래 채수구(262)의 위치 즉, 채수구의 심도에 대응된다. 이에 따라 채수를 원하는 심도는 호스(260)에 결합하는 센싱부(270)의 위치를 조절하여 설정할 수 있게 된다.

센싱부(270)는 채수구(262)가 채수를 원하는 심도에 도달한 경우 이를 중앙제어부(미도시) 또는 펌핑부(220)에 알릴 수 있다. 중앙 제어부(미도시)가 이를 수신한 경우에는 펌핑부(220)에 펌핑 동작을 지시할 수 있다. 펌핑부(220)가 이를 수신한 경우, 펌핑부(220)는 센싱부(270)의 감지 결과에 응답하여 펌핑 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 채수 시스템은 채수구(262)가 원하는 심도에 도달하면 자동으로 펌핑 동작을 개시하여 채수를 진행할 수 있게 된다.

채수구(262)는 호스(260)의 일단에 위치하여 호스(260)의 입구를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 이를 위해 채수구(262)는 부력계(272)와 와이어(264)를 통해 연결될 수 있다. 이 경우, 부력계(262)가 위로 움직임에 따라 와이어(264)에 장력이 작용하여 채수구(262)를 개방할 수 있게 된다. 반대로 부력계(262)가 초기 위치로 돌아가면서 와이어(264)에 장력이 사라져서 채수구(262)를 폐쇄할 수 있게 된다.

이에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 채수 시스템은 채수구(262)가 원하는 심도에 도달하면 자동으로 개방되어 채수를 진행할 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템은 조절 필터(280)를 더 포함할 수 있다.

조절 필터(280)는 펌핑부(220)와 컴바이너(230)간 에어 경로 상에 위치하여 에어의 유·출입을 조절할 수 있다. 구체적으로 조절 필터(220)는 에어의 이동 방향에 따라 에어의 이동 경로를 개방 또는 차단할 수 있다. 구체적으로 펌핑부(220)의 주름관(222)이 팽창하여 채수통(210)의 에어를 흡수하는 경우, 조절 필터(280)는 에어 경로를 개방한다. 따라서 에어가 컴바이너(230)에서 배출되어 주름관(222)으로 유입될 수 있다. 반대로 주름관(222)이 수축하여 에어를 외부에 배출하는 경우 조절 필터(280)는 에어 경로를 차단한다. 따라서 주름관(222)에서 배출되는 에어가 컴바이너(230)에 유입되지 않고, 외부로 배출되도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템은 배출 필터(290)를 더 포함할 수 있다. 배출 필터(290)는 펌핑부(220)가 흡입한 에어를 외부로 배출하고, 외부 이물질의 유입을 방지할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템은 채수통(210)의 채수량을 확인할 수 있도록 채수량 감지부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 채수량 감지부(미도시)는 채수량 센서(미도시) 및 송신부(미도시)를 포함할 수 있다. 채수량 센서(미도시)는 수분 감지 센서일 수 있다. 수분 감지 센서를 채수통(210) 내 기준 높이에 배치하여 채수통(210)의 수위를 감지하도록 한다. 수분이 감지되면 이를 송신부(미도시)를 통해 중앙 제어부(미도시) 또는 펌핑부(220)에 전달하여 펌핑 동작을 중단하도록 할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 일실시예에 따른 드론에 결합 가능한 채수 시스템은 채수량이 채수통(210)의 적정 수위에 이르면 자동으로 펌핑 동작을 중단할 수 있다.

채수량 센서(미도시)는 영상 회득 장치일 수 있다. 송신부(미도시) 채수통(210) 내부를 촬영한 영상을 중앙 제어부(미도시) 또는 지상 통제 장치(미도시)에 전송할 수 있다. 이 경우 작업자가 영상을 통해 채수량을 실시간으로 확인하면서 적정 채수량에 도달하였는지를 확인할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 채수 시스템의 펌핑 동작을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 3(a)는 펌핑부(320)의 주름관(322)이 팽창하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3(b)는 펌핑부(320)의 주름관(322)이 수축하는 경우의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 3(a)를 참조하여 설명한다. 구동부(356)가 로드(354)의 나사산을 따라 회전하면서 상하 방향으로 왕복 운동을 하게 된다. 구동부(356)가 로드(354)를 따라 아래로 움직이면(①) 주름관(322)이 팽창하게 되고, 이 때 주름관(322)과 컴바이너(330) 사이에 위치하는 조절 필터(380)는 개방된다. 이를 통해 채수통(310)의 에어는 제1 연결부(332), 컴바이너(330)의 상부 공간(AA), 제2 연결부(334), 및 조절 필터(380)를 경유하여 주름관(322)으로 원활하게 유입된다(②). 그 결과 채수통(310) 내부의 기압이 낮아져 채수된 물이 컴바이너(330)의 하부 공간(BB)을 거쳐 채수통(310)으로 유입된다. 이 과정에서 채수된 물이 컴바이너(330)에 유입되는 속도와 채수통(310)으로 배출되는 속도간의 차이로 컴바이너(330)의 하부 공간(BB)에 물이 임시로 수용되게 되는데, 에어가 존재하는 상부 공간(AA)으로 인해 하부 공간(BB)이 컴바이너(330)의 제1 연결부(332)를 넘어서까지 확장되지는 않는다. 이를 통해 채수된 물이 펌핑부(320)로 유입되지 않아 오염된 물에 의해 펌핑부(320)가 2차 오염을 방지할 수 있다. 이는 오염된 채수지에서 채수 후에도 펌핑부(320)를 교체하지 않아도 되는 장점이 있다.

다음으로 도 3(b)를 참조하여 설명한다. 구동부(356)가 로드(354)를 따라 위로 움직이면(④) 주름관(322)이 수축하게 되고, 이 때 주름관(322)과 컴바이너(330) 사이에 위치하는 조절 필터(380)는 폐쇄된다. 이를 통해 주름관(352)으로 흡입된 에어는 컴바이너(330)로 유입되지 않고, 배출 필터(390)를 통해 외부로 배출된다(⑤). 이 과정에서는 채수된 물이 컴바이너(330)에 유입되는 속도보다 컴바이너(330)에서 채수통(310)으로 배출되는 속도가 빨라서 채수된 물이 임시 수용되는 컴바이너(330)의 하부 공간(BB)은 줄어들게 된다. 이렇게 주름관(322)의 팽창과 수축을 반복하면서 채수지의 물을 흡입하여 채수통(310)에 저장하게 된다.

도 4는 도 2에 도시된 센싱부(272)의 일실시예를 나타낸다. 구체적으로 도 4(a)는 센싱부(440)에 부력이 작용하기 전의 상태를 나타내고, 도 4(b)는 센싱부(440)에 부력이 작용하고 있는 상태를 나타낸다.

또한, 도 5는 도 4에 도시된 접촉 감지부(430)의 일실시예를 나타낸다. 구체적으로 도 5(a)는 센싱부(540) 하부 측에서 바라본 사시도이고, 도 5(b)는 센싱부(540) 상부 측에서 바라본 사시도이다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저 도 4(a)를 참조하면, 센싱부(440)는 호스(420)에 결합될 수 있다. 센싱부(440)는 부력을 감지하는 부력계(460)를 구비한다. 부력계(460)는 부력을 받으면 움직인다. 센싱부(440)는 부력계(460)가 움직이는 공간을 제공한다. 부력계(460)는 제1 플랜지부(442)와 제2 플랜지부(446)를 연결하는 이음부(444)을 따라 움직일 수 있다. 부력계(460)는 부력이 작용하지 않는 경우 제1 플랜지부(442) 상에 위치하고 있다. 원하는 수심에서 채수하기 위해 호스(420)가 하강하면서 센싱부(440)가 하강하게 된다. 센싱부(440)가 수중으로 입수하면서 부력계(460)가 부력을 받기 시작한다. 부력계(460)가 입수하면서 부력을 받음에 따라 제2 플랜지부(446)를 향해 이동하게 된다. 도 4(b)를 참조하면, 부력계(460)가 이동하여 제2 플랜지부(446)와 접하게된 것을 보여준다. 센싱부(440)는 부력계(460)가 제2 플렌지부(446)까지 이동했는지를 감지함으로써 채수구가 원하는 심도에 도달하였는지를 판단하게 된다. 센싱부(440)는 채수구가 원하는 수심에 도달한 경우 이를 펌핑부에 알려 펌핑 동작이 수행되도록 할 수 있다.

이를 위한 일실시예로 센싱부(440)는 제2 플랜지부(446)와 부력계(460)의 접촉을 감지하는 접촉 감지부(430) 및 송신부(434)를 구비할 수 있다. 접촉 감지부(430)는 부력계(460)가 이동하여 제2 플랜지부(446)에 접촉되는지를 감지한다. 송신부(434)는 접촉 감지부(430)의 감지 결과를 펌핑부에 제공하여 펌핑 동작을 개시하도록 할 수 있다.

다른 실시예로 센싱부(440)는 수분을 감지하는 수분감지 센서(432) 및 송신부(434)를 포함할 수 있다. 수분감지 센서(432))는 수분을 감지한다. 수분감지 센서(432)는 제2 플랜지부(446)에 구비될 수 있다. 센싱부(440)가 입수함에 따라 제2 플랜지부(446)가 물에 닿아 수분이 감지되면 송신부(436)가 이를 펌핑부에 알려 펌핑 동작을 개시하도록 할 수 있다.

또 다른 실시예로 센싱부(440)는 접촉 감지부(430), 수분감지 센서(432) 및 송신부(436)를 포함할 수 있다. 이 경우, 송신부(436)는 접촉 감지부(430) 및 수분감지 센서(432)의 감지 결과를 펌핑부에 제공하고, 펌핑부는 부력계(460)의 접촉과 수분 중 적어도 하나가 감지되거나 또는 둘 다 감지되는 경우에 한하여 펌핑 동작을 수행할 수 있다. 또는 송신부(436)가 접촉 감지부(430) 및 수분감지 센서(432)가 접촉 및 수분을 감지한 경우에 한하여 이를 펌핑부에 제공하여 펌핑 동작을 개시하도록 할 수 있다.

접촉 감지부(430)의 구체적인 구성에 대하여는 이하 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하여 설명한다. 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 센싱부(540)는 부력계(560)를 구비하며, 부력계(560)는 제1 플랜지부(542)와 제2 플랜지부(546)를 연결하는 이음부(544)를 따라 움직일 수 있다. 센싱부(540)는 접촉 감지부(530), 수분감지 센서(532) 및 송신부(534)을 구비한다. 접촉 감지부(530)는 제2 플랜지부(546)의 부력계(560)와 마주보는 면에 전기적으로 분리된 제1 도전 패턴(5302)과 제2 도전 패턴(5304)을 구비하고, 제1 도전 패턴(5302)과 제2 도전 패턴(5304)이 전기적으로 연결 되는지 여부를 감지할 수 있다. 한편, 부력계(560)의 제2 플랜지부(546)를 마주보는 면에는 접촉 감지부(530)의 제1 도전 패턴(5302)에 대응하는 제3 도전 패턴(5602)과 접촉 감지부(530)의 제2 도전 패턴(5304)에 대응하는 제4 도전 패턴(5604)이 형성되어 있고, 제3 도전 패턴(5602)과 제4 도전 패턴(5604)은 서로 연결 패턴(5606)으로 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 부력계(560)가 부력에 의해 제2 플랜지부(546)에 접촉하게 되면 전기적으로 분리되어 있던 제1 도전 패턴(5402)과 제2 도전 패턴(5404)이 제3 도전 패턴(5602), 제4 도전 패턴(5604) 및 연결 패턴(5606)을 통해 전기적으로 연결된다. 이를 통해 접촉 감지부(530)는 부력계(560)와 제2 플랜지부(546)와의 접촉을 감지할 수 있게 된다.

도 6은 도 2에 도시된 채수구의 일실시예를 나타낸다. 구체적으로, 도 6(a)는 채수구(670)가 폐쇄되어 있는 상태를 나타내고, 도 6(b)는 채수구(670)가 개방되어 있는 상태를 나타낸다.

먼저 도 6(a)를 참조하면, 채수구(670)는 호스(620)의 일단에 결합될 수 있다. 채수구(670)는 소켓(672), 조인트암(676) 및 덮개(678)를 포함한다.

소켓(672)은 호스(620)의 일단을 둘러싸며 견고한 재질로 구성되어 부드러운 재질의 호스(620)의 변형과 손상을 방지한다. 조인트암(676)은 일단이 소켓(672)에 연결되고, 타단이 덮개(678)의 중간 부분에 힌지 핀(677)으로 연결된다. 덮개(278)는 힌지 핀(677)을 회전 축으로 하여 회전가능하도록 조인트암(676)과 연결된다. 덮개(678)는 일단이 소켓(672)에 삽입되는 돌출부(679)를 가지며, 타단에 무게 중심이 형성되도록 무거운 질량체를 가진다. 따라서 평상시에는 타단의 무게로 인하여 일단의 돌출부(679)가 소켓에 삽입되어 있는 상태가 된다.

한편, 덮개(678)의 타단은 부력계와 와이어(680)로 연결될 수 있다. 이를 위해 채수구(670)는 중개부(674)를 더 포함할 수 있다. 덮개(678)의 타단이 부력계와 와이어(680)로 연결되는데, 중개부(674)가 와이어(680)를 중개한다. 중개부(674)는 호스(620)에 인접하여 연장되는 와이어(680)의 방향을 변경하여 덮개(678)의 타단으로 연장될 수 있게 한다.

도 6(b)를 참조하면, 부력이 작용하는 경우에 부력계와 연결된 와이어(680)의 장력으로 덮개(678)의 타단을 끌어올림에 따라 덮개(678)가 힌지 핀(677)을 축으로 회전하면서 소켓(672)에 삽입되어 있던 일단의 돌출부(679)가 인출되어 입구가 개방된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 채수 시스템은 부력계를 통해 원하는 심도에 도달한 것으로 감지되면 채수구(670)를 자동으로 개방할 수 있게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 채수 시스템은 소켓(672) 내부에 이물질 유입을 방지하는 채수 필터(690)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스트, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 드론을 이용한 채수 시스템 110: 드론
112: 중앙 제어부 114: 동력부
116: 영상 획득부 118: 전력 공급부
120, 200: 채수 시스템 210: 채수통
212: 채수 유입구 214: 에어 배출구
220: 펌핑부 222: 주름관
224: 로드 226: 제1 구동부
230: 컴바이너 232: 제1 연결부
234: 제2 연결부 236: 제3 연결부
238: 제4 연결부 240: 수질 측정 모듈
250: 윈치부 252: 휠
254: 제2 구동부 256: 수신부
258: 접속부 260: 호스
262: 채수구 264: 와이어
270: 센싱부 272: 부력계
280: 조절 필터 282: ㄱ자형 관
284: T자형 관 290: 배출 필터
420: 호스 430: 접촉 감지부
432: 수분감지 센서 434: 송신부
440: 센싱부 442: 제1 플랜지부
444: 이음부 446: 제2 플랜지부
460: 부력계 480: 와이어
520: 와이어 530: 접촉 감지부
532: 수분감지 센서 534: 송신부
5302: 제1 도전 패턴 5304: 제2 도전 패턴
540: 센싱부 542: 제1 플랜지부
544: 이음부 546: 제2 플랜지부
560: 부력계 5602: 제3 도전 패턴
5604: 제4 도전 패턴 5606: 연결 패턴
580: 와이어 620: 와이어
670: 채수구 672: 소켓
674: 중개부 676: 조인트암
677: 힌지 핀 678: 덮개
679: 돌출부 680: 와이어
690: 채수 필터

Claims (10)

1. GPS 모듈 및 비행 제어 모듈을 구비하고 채수 지점까지 비행하는 드론;
   상기 드론 몸체 하부에 결합되고, 일단에 채수구를 구비한 호스를 하강시켜 펌핑을 통해 채수통으로 수자원을 채수하는 동안 채수된 수자원의 수질을 측정하는 채수 시스템; 및
   상기 드론 및 상기 채수 시스템을 유기적으로 제어하여 자동 채수 모드를 지원하는 제어부;를 포함하고,
   상기 자동 채수 모드에서는 일련의 동작들이 자동으로 수행되고,
   상기 일련의 동작들은 순차적으로
   채수 지점 상공에서 상기 드론의 고도를 기준 높이까지 낮춰 호버링시키는 동작과, 호버링 상태에서 상기 채수구를 채수 심도까지 하강시키는 동작과, 상기 채수구가 채수 심도에 도달하면 펌핑을 시작하는 동작과, 채수 완료가 감지되면 상기 드론의 고도를 높이는 동작과, 상기 채수구의 채수 심도 이탈에 따라 펌핑을 종료시키는 동작을 포함하며,
   상기 채수 시스템은
   채수된 물을 저장하는 채수통;
   상기 채수통의 에어를 빼내는 펌핑부;
   일단에 배치된 채수구를 통해 물을 빨아들여 상기 채수통으로 전달하는 호스;
   상기 호스를 감거나 풀어서 상기 채수구를 상승 또는 하강시키는 윈치부; 및
   상기 호스에 결합되고, 상기 채수구와 상기 윈치부 사이에 위치하며, 상기 채수구가 미리 정해진 수심에 도달했는지를 감지하는 센싱부;를 포함하고,
   상기 채수구는
   상기 센싱부의 감지 결과에 기초하여 상기 호스의 일단을 개폐하며,
   상기 센싱부는
   부력에 의해 위치가 이동하는 부력계; 및
   상기 부력계와 상기 채수구를 연결하는 와이어;를 포함하고,
   상기 부력계의 상승에 따라 상기 호스의 일단이 개방되며,
   상기 채수구는
   상기 호스 일단에 결합된 커넥터;
   일단이 상기 와이어를 통해 상기 부력계와 연결되고, 타단의 돌출부가 상기 커넥터의 일단에 삽입되어 상기 호스로의 이물질 유입을 방지하기 위한 덮개; 및
   일단이 상기 커넥터와 연결되고, 타단이 상기 덮개의 중심부와 힌지 핀으로 연결되어 상기 덮개가 힌지 핀을 축으로 하여 회전 가능하도록 하는 조인트암;을 포함하는 드론을 이용한 채수 시스템.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 센싱부의 감지 결과에 기초하여 상기 펌핑부를 제어하는 드론을 이용한 채수 시스템.
4. 제3 항에 있어서, 상기 센싱부는
   부력에 의해 위치가 이동하는 부력계; 및
   상기 부력계의 목표 위치 도달 여부를 상기 제어부에 제공하는 송신부;를 포함하는 드론을 이용한 채수 시스템.
5. 제3 항에 있어서, 상기 센싱부는
   수분을 감지하는 수분 감지 센서; 및
   상기 수분 감지 센서의 감지 결과를 상기 제어부에 제공하는 송신부;를 포함하는 드론을 이용한 채수 시스템.
6. 제3 항에 있어서, 상기 센싱부는
   부력에 의해 위치가 이동하는 부력계;
   수분을 감지하는 수분 감지 센서; 및
   상기 부력계의 목표 위치 도달 여부와 상기 수분 감지 센서의 감지 결과를 상기 제어부에 제공하는 송신부;를 포함하는 드론을 이용한 채수 시스템.
7. 삭제
8. 삭제
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