KR102328290B1 - 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템 - Google Patents

드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템 Download PDF

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Abstract

본 명은 밀폐공간을 구성하는 철제 구조물을 활용하는 금속체 통신을 적용함으로써, 철제 구조물로 만들어져 밀폐공간 내부와 밀폐공간 외부의 무선통신이 제한되는 밀폐공간을 무선조정되는 드론을 밀폐공간의 외부에서도 무선으로 조정할 수 있도록 하는 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템을 제안한다. 상기 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템은, 드론, 드론 컨트롤러, 제1 중계기 및 제2 중계기를 구비한다.

Description

드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템 {An inspection system for sealed areas using drone}
본 발명은 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템에 관한 것으로, 특히, 밀폐공간을 구성하는 철제 구조물을 활용하는 금속체 통신을 적용함으로써, 철제 구조물로 만들어져 밀폐공간 내부와 밀폐공간 외부의 무선통신이 제한되는 밀폐공간을 무선조정되는 드론을 밀폐공간의 외부에서도 무선으로 조정할 수 있도록 하는 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템에 관한 것이다.
선체의 갑판 아래쪽과 선체의 바닥 사이에는 철제 패널로 사면을 둘러싸도록 하여 만든 밀폐된 구역인 선창(hold)이 설치되는데, 이곳에는 화물을 적재하기 때문에 화물창이라고도 한다. 적재되는 화물은 곡물에서부터 원유 등 다양하기 때문에, 화물이 운반도중에 상하거나 변질 되지 않도록 하기 위해서 철재 패널로 구성하는 것이 일반적이다.
화물창은 깊이와 폭이 상당하기 때문에 사람이 화물창 내에서 육안으로 화물창의 내면을 검사한다는 것은 어렵고 시간이 많이 소요되는 작업이다. 최근에는 고성능 카메라를 내장한 드론(drone)을 이용하여 화물창의 내부를 검사하는 방식이 제안되어 사용되고 있다. 그런데 널리 알려진 패러데이 상자 효과 때문에 드론을 조정하는 사람이 직접 화물창 내부에 들어가서 드론을 조정해야 한다는 단점이 있다. 또한, 검사가 제대로 이루어지는가를 참관하는 사람도 화물창의 내부에 직접 들어가야 한다는 문제가 있었다.
패러데이 상자 효과는 도체로 만들어진 밀폐된 금속상자는 외부로부터 유입되는 정전기장 (electrostatic field)을 차단한다는 효과를 말하는 것으로, 이 법칙에 따르면 패러데이 상자의 외부와 패러데이 상자의 내부에 있는 드론은 서로 무선으로 통신을 수행할 수 없게 된다.
대한민국 공개특허 10-2017-0014857호(2017년2월8일)는 금속패널을 이용하여 통신 및 전력을 전송하는 방식에 대해서 제안하고 있다. 상기 공개특허에 따르면 금속 벽의 표면을 따라 흐르도록 표면 전자기파를 생성하여 사용하는 것으로 기재되어 있는데, 표면 전자기파는 드론 및 드론을 조정하는 조정장치와 수행하는 신호의 형태와는 전혀 다르기 때문에 이를 공개특허를 바로 적용하는 것은 불가능하다.
본 명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 밀폐공간을 구성하는 철제 구조물을 활용하는 금속체 통신을 적용함으로써, 철제 구조물로 만들어져 밀폐공간 내부와 밀폐공간 외부의 무선통신이 제한되는 밀폐공간을 무선조정되는 드론을 밀폐공간의 외부에서도 무선으로 조정할 수 있도록 하는 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템은, 드론, 드론 컨트롤러, 제1 중계기 및 제2 중계기를 구비한다. 상기 드론은 변조동작제어신호에 응답하여 철제 구조물로 만들어진 밀폐구역 내에서 비행하며, 내장한 카메라로 촬영한 영상신호 및 자신의 상태와 관련된 정보를 포함하는 상태정보신호를 생성한다. 상기 드론 컨트롤러는 사용자의 명령에 대응하는 동작제어신호를 변조하여 상기 변조동작제어신호를 생성하고, 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호를 변환하여 내장된 모니터에 재생하며 상기 밀폐구역의 외부에 위치한다. 상기 제1 중계기는 상기 밀폐구역을 구성하는 철제 구조물과 연결된 철제 연결구조물에 설치되며, 상기 변조동작제어신호에 대응하는 표면 전자기파를 생성하여 상기 철제 연결구조물에 전달하고, 상기 철제 연결구조물을 통해 전달받은 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호에 대응하는 표면 전자기파신호를 원래의 영상신호 및 원래의 상태정보신호로 변환하여 상기 드론 컨트롤러로 전달한다. 상기 제2 중계기는 상기 밀폐구역을 구성하는 철제 구조물에 설치되며, 상기 철제 구조물을 통해 전달된 상기 변조동작제어신호에 대응하는 표면 전자기파를 원래의 변조동작제어신호로 변환하여 상기 드론에 전달하고, 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호를 이에 대응하는 표면 전자기파신호로 변환하여 상기 철제 구조물에 전달하며, 상기 표면 전자기파는 상기 철제 구조물 및 상기 철제 구조물과 연결된 상기 철제 연결구조물의 표면을 따라 진행한다.
본 발명에 따른 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템은, 밀폐공간을 구성하는 철제 구조물을 활용하는 금속체 통신을 적용함으로써, 철제 구조물로 만들어져 밀폐공간 내부와 밀폐공간 외부의 무선통신이 제한되는 밀폐공간을 무선조정되는 드론을 밀폐공간의 외부에서도 무선으로 조정할 수 있으므로, 드론의 조종사나 참관자가 밀폐공간에 들어갈 필요가 없이 안전한 공간에서 작업을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템의 신호 전달경로를 설명한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템의 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템(100)은 드론(120), 드론 컨트롤러(130), 제1 중계기(140) 및 제2 중계기(150)를 포함한다.
설명의 편의를 위해, 도 1에서 철제 구조물을 두 개로 구분하였는데, 하나는 드론(120)이 비행하게 될 밀폐공간(미도시)를 구성하는 철제 구조물(110-2)이고, 다른 하나는 철제 구조물(110-2)과 연결되어 있지만, 밀폐공간의 외부로 멀리 떨어진 곳의 철제 구조물로 철제 연결구조물(110-1)이다. 표면 전자기파가 전달될 수 있는 것이면, 이들의 재질은 동일한 재질이든 유사한 재질이든 상관없다. 따라서 철제 구조물(110-2)에 제2 중계기(150)가 설치되고 철제 연결구조물(110-1)에 제1 중계기(140)가 설치되는 것이 당연하다.
드론(120)은 변조동작제어신호에 응답하여 철제 구조물(110-2)로 만들어진 밀폐구역 내에서 비행하며, 프로세서(121), 구동부(122), 카메라(123) 및 무선통신모듈(124)을 포함한다. 프로세서(121)는 제2 중계기(150)로부터 수신한 변조동작제어신호에 응답하여 드론동작신호를 생성하며, 상태정보신호를 생성한다. 구동부(122)는 프로세서(121)에서 생성한 드론동작신호에 응답하여 드론의 비행을 제어한다. 카메라(123)는 드론(120)이 비행하면서 밀폐구역을 촬영하여 영상신호를 생성한다. 무선통신모듈(124)은 제2 중계기(150)로부터 무선으로 수신한 변조동작제어신호를 프로세서(121)에 전달하고, 프로세서(121)에서 생성한 상태정보신호 및 카메라에서 생성한 영상신호를 제2 중계기(150)에 무선으로 전달한다. 여기서 상태정보신호는 드론의 상태에 관한 정보로 비행가능시간, 드론의 이동속도, 드론의 고도 및 드론과 밀폐공간과의 간격 중 적어도 하나를 포함한다.
드론 컨트롤러(130)는 밀폐구역의 외부에 위치하여 밀폐구역 내에 위치하는 드론(120)의 동작을 제어함과 아울러 드론(120)으로부터 전송되어온 영상신호 및 상태정보신호를 모니터링하며, 스틱(131), 변조기(132), 디코더(133), 모니터(134) 및 무선통신모듈(135)을 포함한다. 스틱(131)은 사용자의 지시에 대응하는 동작제어신호를 생성한다. 변조기(132)는 스틱(131)에서 생성한 동작제어신호를 WIFI 또는 드론 전용주파수 신호로 변조하여 변조동작제어신호를 생성한다. 디코더(133)는 영상신호 및 상태정보신호를 변환한다. 모니터(134)는 디코더(133)를 거친 영상신호 및 상태정보신호 중 적어도 하나를 재생한다. 무선통신모듈(135)은 변조기(132)에서 출력되는 변조동작제어신호를 무선으로 제1 중계기(140)에 전송하고, 제1 중계기(140)로부터 무선으로 수신한 영상신호 및 상태정보신호를 디코더(133)로 전달한다.
제1 중계기(140)는 드론 컨트롤러(130)과 밀폐구역을 구성하는 철제 구조물(110-2)과 연결된 철제 연결구조물(110-1)을 중계하며, 금속체 통신모듈(141), 신호처리부(142) 및 무선통신모듈(147)을 포함한다. 금속체 통신모듈(141)은 변조동작제어신호에 대응하는 표면 전자기파를 생성하여 철제 연결구조물(110-1)에 전달하고, 철제 연결구조물(110-1)을 통해 전달된 영상신호 및 상태정보신호에 대응하는 표면 전자기파를 원래의 영상신호 및 원래의 상태정보신호로 각각 변환한다.
신호처리부(142)는 필터(143)로 변조동작제어신호에 포함된 잡음을 제거한 후 증폭기(144)로 증폭하여 금속체 통신모듈(141)에 전달하고, 필터(145)를 이용하여 금속체 통신모듈(141)로부터 수신한 영상신호 및 상태정보신호에 포함된 잡음을 제거한 후 증폭기(146)로 증폭한다.
무선통신모듈(143)은 드론 컨트롤러(130)로부터 무선으로 수신한 변조동작제어신호를 신호처리부(142)에 전달하고, 신호처리부(142)를 거친 영상신호 및 상태정보신호를 드론 컨트롤러(130)에 무선으로 전송한다.
제2 중계기(150)는 밀폐구역을 구성하는 철제 구조물(110-2)과 연결된 철제 연결구조물(110-1)과 드론(120)을 중계하며, 금속체 통신모듈(151), 신호처리부(152) 및 무선통신모듈(157)을 포함한다.
금속체 통신모듈(151)은 철제 구조물(110-2)로부터 전송되어온 표면 전자기파 상태의 변조동작제어신호를 원래의 변조동작제어신호로 변환하고, 영상신호 및 상태정보신호에 대응하는 표면 전자기파신호를 생성하여 철제 구조물(110-2)에 전달한다.
신호처리부(152)는 필터(153)를 이용하여 금속체 통신모듈(151)로부터 수신한 변조동작제어신호에 포함된 잡음을 제거한 후 증폭기(154)로 증폭하고, 필터(155)를 이용하여 영상신호 및 상태정보신호에 포함된 잡음을 제거한 후 증폭기(156)로 증폭한다.
무선통신모듈(157)은 드론(120)으로부터 영상신호 및 상태정보신호를 무선으로 수신하여 신호처리부(152)에 전달하고, 신호처리부(152)를 거친 변조동작제어신호를 드론(120)에 무선으로 전송한다.
상기의 설명에서, 표면 전자기파는 철제 구조물(110-2) 및 철제 구조물(110-2)과 연결된 철제 연결구조물(110-1)의 표면을 따라 진행한다.
도 2는 본 발명에 따른 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템의 신호 전달경로를 설명한다.
도 2a는 드론 컨트롤러(130)가 생성한 변조동작제어신호가 드론(120)에 전달하는 경로를 설명하며, 도 2b는 드론(120)에서 생성한 영상신호 및 상태정보신호를 드론 컨트롤러(130)에 전달하는 경로를 각각 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 스틱(131)에서 생성된 동작제어신호가 변조기(132)를 거치면서 변조동작제어신호가 생성된다. 상술한 바와 같이, 동작제어신호를 변조하는 이유는 스틱(131)에서 생성되는 동작제어신호가 그대로 드론(120)에 전달되었을 때 드론(120)의 동작을 제어할 수 없는 신호의 형태가 될 것이기 때문이다. 따라서 변조기(132)는 스틱(131)에서 생성된 신호를 드론 전용 주파수 범위의 신호로 변형함으로써 변조동작제어신호는 드론(120)의 동작을 직접 제어할 수 있다.
무선통신모듈(135)은 변조기(132)에서 생성된 변조동작제어신호를 제1 중계기(140)를 구성하는 무선통신모듈(147)로 전송한다. 무선통신모듈(147)의 통신방식은 드론 컨트롤러(130)와 제1 중계기(140)가 설치되는 장소의 물리적 전기적 특성에 따라 선택하면 되며, 근거리 무선통신 모듈은 이 분야의 통상의 기술자라면 누구든지 이해하고 설치할 수 있으므로 여기서는 자세하게 설명하지 않는다. 또한, 이하에 설명하는 모든 무선통신모듈도 상기의 설명을 동일하게 적용한다.
무선통신모듈(147)을 경유한 변조동작제어신호는 신호처리기(140)를 구성하는 필터(143) 및 증폭기(144)를 차례로 거치면서 변조동작제어신호에 포함된 잡음은 제거하고 신호의 크기를 증폭한 후 금속체 통신모듈(141)로 전달된다. 실시 예에 따라서는 신호처리기(140)를 사용하지 않을 수도 있다.
제1 중계기(140)를 구성하는 금속체 통신모듈(141)은 신호처리기(142)로부터 전달받은 변조동작제어신호를 표면 전자기파로 변형한 후 철제 연결구조물(110-1) 및 철제 구조물(110-2)로 전송한다. 표면 전자기파는 철제 구조물의 표면을 따라 진행한다.
제2 중계기(150)를 구성하는 금속체 통신모듈(151)은 철제 구조물(110-2)로부터 표면 전자기파 형식의 변조동작제어신호를 수신한 후 이를 원래의 변조동작제어신호로 변환한다.
제2 중계기(150)를 구성하는 신호처리기(152)는 금속체 통신모듈(151)로부터 수신한 변조동작제어신호를 필터(153)와 증폭기(154)를 이용하여 잡음을 제거한 후 증폭한다.
제2 중계기(150)를 구성하는 무선통신모듈(157)은 신호처리기(152)를 통과한 변조동작제어신호를 수신하여 드론(120)을 구성하는 프로세서(121)로 전달하고, 프로세서(121)는 드론동작신호를 생성하며, 구동부(122)는 드론동작신호에 응답하여 드론(120)의 비행을 제어한다.
도 2b에 도시된 신호의 흐름은 도 2a에 도시된 신호의 흐름과는 반대 방향으로 진행되는데, 진행 경로의 각각의 구성요소들의 기능을 동일하므로, 이를 간략하게 기재하면, 프로세서(121) 및 카메라(123)에서 각각 생성된 상태정보신호 및 영상신호는, 2개의 무선통신모듈(124, 157), 필터(155), 증폭기(156) 및 금속체 통신모듈(151)을 거쳐 철제 구조물(110-2)에 전송된다. 철제 구조물(110-2)에 전송된 표면 전자기파 형태의 영상신호 및 상태정보신호는 철제 연결구조물(110-1)로 전달되어 제1 중계기(140)를 거쳐 드론 컨트롤러(130)에 전달된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
110: 철제 구조물
120: 드론
121: 프로세서 122: 구동부
123: 카메라 124: 무선통신모듈
130: 드론 컨트롤러
131: 스틱 132: 변조기
133: 디코더 134: 모니터
135: 무선통신모듈
140: 제1 중계기
141: 금속체 통신모듈
142: 신호처리부
143, 145: 필터 144, 146: 증폭기
147: 무선통신모듈
150: 제2 중계기
151: 금속체 통신모듈
152: 신호처리부
153, 155: 필터 154, 156: 증폭기
157: 무선통신모듈

Claims (5)

  1. 변조동작제어신호에 응답하여 철제 구조물로 만들어진 밀폐구역 내에서 비행하며, 내장한 카메라로 촬영한 영상신호 및 자신의 상태와 관련된 정보를 포함하는 상태정보신호를 생성하는 드론;
    사용자의 명령에 대응하는 동작제어신호를 변조하여 상기 변조동작제어신호를 생성하고, 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호를 변환하여 내장된 모니터에 재생하며 상기 밀폐구역의 외부에 위치하는 드론 컨트롤러;
    상기 밀폐구역을 구성하는 철제 구조물과 연결된 철제 연결구조물에 설치되며, 상기 변조동작제어신호에 대응하는 표면 전자기파를 생성하여 상기 철제 연결구조물에 전달하고, 상기 철제 연결구조물을 통해 전달받은 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호에 대응하는 표면 전자기파신호를 원래의 영상신호 및 원래의 상태정보신호로 변환하여 상기 드론 컨트롤러로 전달하는 제1 중계기; 및
    상기 밀폐구역을 구성하는 철제 구조물에 설치되며, 상기 철제 구조물을 통해 전달된 상기 변조동작제어신호에 대응하는 표면 전자기파를 원래의 변조동작제어신호로 변환하여 상기 드론에 전달하고, 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호를 이에 대응하는 표면 전자기파신호로 변환하여 상기 철제 구조물에 전달하는 제2 중계기; 를 포함하며,
    상기 표면 전자기파는 상기 철제 구조물 및 상기 철제 구조물과 연결된 상기 철제 연결구조물의 표면을 따라 진행하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템.
  2. 제1항에서, 상기 드론은,
    상기 제2 중계기로부터 수신한 상기 변조동작제어신호에 응답하여 드론동작신호를 생성하며, 상기 상태정보신호를 생성하는 프로세서;
    상기 드론동작신호에 응답하여 상기 드론의 비행을 제어하는 구동부;
    상기 영상신호를 생성하는 카메라; 및
    상기 제2 중계기로부터 무선으로 수신한 상기 변조동작제어신호를 상기 프로세서에 전달하고, 상기 프로세서에서 생성한 상기 상태정보신호 및 상기 카메라에서 생성한 상기 영상신호를 상기 제2 중계기에 무선으로 전달하는 무선통신모듈; 을
    포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템.
  3. 제1항에서, 상기 드론 컨트롤러는,
    사용자의 지시에 대응하는 상기 동작제어신호를 생성하는 스틱;
    상기 스틱에서 생성한 동작제어신호를 WIFI 또는 드론 전용주파수 신호로 변조하여 상기 변조동작제어신호를 생성하는 변조기;
    상기 영상신호 및 상기 상태정보신호를 변환하는 디코더;
    상기 디코더를 거친 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호 중 적어도 하나를 재생하는 모니터; 및
    상기 변조기에서 출력되는 상기 변조동작제어신호를 무선으로 상기 제1 중계기에 전송하고, 상기 제1 중계기로부터 무선으로 수신한 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호를 상기 디코더로 전달하는 무선통신모듈;
    것을 특징으로 하는 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템.
  4. 제1항에서, 상기 제1중계기는,
    상기 변조동작제어신호에 대응하는 표면 전자기파를 생성하여 상기 철제 연결구조물에 전달하고, 상기 철제 연결구조물을 통해 전달된 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호에 대응하는 표면 전자기파를 원래의 영상신호 및 원래의 상태정보신호로 변환하는 금속체 통신모듈;
    상기 변조동작제어신호에 포함된 잡음을 제거한 후 증폭하여 상기 금속체 통신모듈에 전달하고, 상기 금속체 통신모듈로부터 수신한 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호에 포함된 잡음을 제거한 후 증폭하는 신호처리부; 및
    상기 드론 컨트롤러로부터 무선으로 수신한 상기 변조동작제어신호를 상기 신호처리부에 전달하고, 상기 신호처리부를 거친 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호를 무선으로 상기 드론 컨트롤러에 전송하는 무선통신모듈; 을
    포함하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템.
  5. 제1항에서, 상기 제2중계기는,
    상기 철제 구조물로부터 전송되어온 표면 전자기파 상태의 상기 변조동작제어신호를 원래의 변조동작제어신호로 변환하고, 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호에 대응하는 표면 전자기파신호를 생성하여 상기 철제 구조물에 전달하는 금속체 통신모듈;
    상기 금속체 통신모듈로부터 수신한 상기 변조동작제어신호에 포함된 잡음을 제거한 후 증폭하고, 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호에 포함된 잡음을 제거한 후 증폭하는 신호처리부; 및
    상기 드론으로부터 상기 영상신호 및 상기 상태정보신호를 수신하여 상기 신호처리부에 전달하고, 상기 신호처리부를 거친 상기 변조동작제어신호를 상기 드론에 무선으로 전송하는 무선통신모듈; 을
    것을 특징으로 하는 드론을 이용한 밀폐구역 검사시스템.
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