KR102372845B1

KR102372845B1 - 부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇

Info

Publication number: KR102372845B1
Application number: KR1020150115897A
Authority: KR
Inventors: 조영식; 박주이; 김동호; 김동수; 이정형
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2022-03-10
Also published as: KR20170021491A

Abstract

본 발명은 부양체(21)와 프로펠러(25)를 지닌 본체(20); 상기 부양체(21)의 부력을 조절하는 부력조절수단(30); 및 상기 본체(20) 상에 비행모듈(41), 촬영모듈(42), 통신모듈(43)을 탑재하고, 설정된 경로 상에서 비행과 촬영을 수행하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 화물창을 비롯한 다양한 장소에서 검사를 수행하는 과정에서 비계(scaffold)의 설치 및 해체비용이 발생하지 않으면서 인명사고의 우려 없이 단시간 내에 소정의 작업을 완료할 수 있는 효과가 있다.

Description

부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇{Aerial vehicle robot having floating body and propeller}

본 발명은 부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대형화물창(LNG)의 검사를 용이하게 실시할 수 있도록 하는 화물창 내부검사용 비행로봇에 관한 것이다.

쉐일가스 개발로 인한 가스운반선, FLNG의 요구가 증가하고 있다. LNGC, FLNG의 핵심은 가스를 보관하는 단열시스템(CCS)에 있으며, 그만큼 정기적인 검사 및 유지관리가 중요하다. 다만 종래에 CCS안에 비계를 설치하여 사람이 육안으로 확인하는 방식은 비용과 시간이 매우 많이 소요되어 실용적이지 못하다. 이에 카메라를 탑재한 비행로봇을 이용하려는 노력이 이어지고 있다.

이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 하기의 한국 등록특허공보 제0537780호는 렌즈의 방향변환이 가능한 디지털 카메라가 설치되며 공중부양이 가능한 촬영로봇; 및 촬영로봇의 공중부양을 원격제어하기 위한 공중부양 제어장치와, 카메라 렌즈의 방향 및 줌을 조절할 수 있는 렌즈조절장치와, 카메라의 뷰파인더와, 카메라의 셔터버튼이 설치되는 리모콘;을 구비한다. 이에, 위험한 곳의 사진을 원격적으로 찍는 등 산업용으로 활용을 기대한다.

선행기술문헌의 다른 예로서 한국 등록실용신안공보 제0452737호는 헬륨이 채워지는 기낭의 후미에 상하수직날개와 좌우수평날개를 지니고, 기낭의 선두 하방에는 무선카메라가 장착되며, 일측의 수직 날개의 표면에 형성되는 구멍에 방향을 전환시키는 프로펠러와, 상기 프로펠러를 구동하는 후방모터가 장착된다. 이에, 안정성과 선회능력을 갖춘 비행선으로 촬영하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기 선행문헌 1에 의하면 LNGC 등의 CCS 검사를 수행함에 비행시간을 길게 유지하기 곤란하고 추락시 화물창에 큰 충격을 작용하게 되며, 상기한 선행문헌 2는 선행문헌 1의 단점을 어느 정도 해소하지만 수직ㆍ수평날개 등의 구조에 의하여 근본적으로 화물창에 적용하기 부적합하다.

1. 한국 등록특허공보 제0537780호 "디지털 비행촬영장치" (공개일자 : 2005.07.12.) 2. 한국 등록실용신안공보 제0452737호 "무선 조종 무인비행선" (공개일자 : 2010.04.27.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, LNGC 등의 대형화물창에서 CCS 검사를 수행함에 장시간에 걸쳐 안정적인 비행을 유지하면서 추락시에 화물창에 작용하는 충격을 최소화하는 부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 부양체와 프로펠러를 지닌 본체; 상기 부양체의 부력을 조절하는 부력조절수단; 및 상기 본체 상에 비행모듈, 촬영모듈, 통신모듈을 탑재하고, 설정된 경로 상에서 비행과 촬영을 수행하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 풍선형 부양체의 내부에 헬륨 가스를 충진한 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 수직이동을 위한 수평형 프로펠러와 수평이동을 위한 수직형 프로펠러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 수평형 프로펠러와 수직형 프로펠러는 동일 원주상에 교호로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 부력조절수단은 본체의 부양체에 헬륨 가스를 주입하거나 회수하도록 탱크, 펌프, 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 비행모듈을 통하여 부양체의 부력과 프로펠러의 추진력 변동을 감시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 제어수단은 길이-자세 변동이 가능한 각각의 아암 상에 촬영모듈과 통신모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 화물창을 비롯한 다양한 장소에서 검사를 수행하는 과정에서 비계(scaffold)의 설치 및 해체비용이 발생하지 않으면서 인명사고의 우려 없이 단시간 내에 소정의 작업을 완료할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 사용 상태로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요부를 배열하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 본체를 분리하여 나타내는 구성도
도 4는 도 3의 본체에서 부양체를 제거한 상태로 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 NGC, FLNG 등의 화물창(10)에 설치되는 단열시스템(CCS)을 검사하기 위한 비행로봇에 관하여 도시하지만 반드시 이러한 용도에 국한되는 것이 아니고 다양한 분야에 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 비행로봇의 본체(20)는 부양체(21)와 프로펠러(25)를 지니는 구조이다. 비행을 위한 부력의 대부분을 부양체(21)에 의존하고 위치 및 자세변환에 모터 구동의 프로펠러(25)를 사용한다. 이에 비행로봇이 예상하지 못하게 정지하더라도 부양체(21)의 부력으로 서서히 착륙하므로 단열재 표면을 이루는 고가의 인바(Invar)에 손상을 주지 않는다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체(20)는 풍선형 부양체(21)의 내부에 헬륨 가스를 충진한 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다. 부양체(21)는 가장 단순하면서 크기가 작은 공 형태의 풍선으로 형성한다. 헬륨 가스는 단원자분자로서 공기보다 밀도가 매우 낮고 안정성이 높아 폭발의 위험이 적다. 본체(20)와 부양체(21)는 다수의 지지대(23)를 개재하여 연결하고, 본체(20)에는 부양체(21)로 헬륨 가스를 출입시키기 위한 포트(22)를 형성한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체(20)는 수직이동을 위한 수평형 프로펠러(25)와 수평이동을 위한 수직형 프로펠러(25)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 수평형 프로펠러(25)는 날개를 수평면 상으로 회전시켜 상승과 하강운동을 유발한다. 수직형 프로펠러(25)는 날개를 수직면 상으로 회전시켜 전진, 후진, 회전운동을 유발한다. 수평형과 수직형 프로펠러(25)는 구성적으로 동일성을 유지하고 설치 방향만 달리할 수 있다.

이때, 상기 수평형 프로펠러(25)와 수직형 프로펠러(25)는 동일 원주상에 교호로 배치되는 것이 바람직하다. 도 4에서 4개의 수평형 프로펠러(25)와 4개의 수직형 프로펠러(25)가 순차적으로 배열된 상태를 예시한다. 각각의 프로펠러(25)는 동일한 길이의 아암(27)을 개재하여 본체(20)에 연결되는 것으로 도시하지만 수직형 프로펠러(25)의 아암(27)을 상대적으로 짧게 구성할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 부력조절수단(30)이 상기 부양체(21)의 부력을 조절하는 구조를 지닌다. 헬륨 가스가 부양체(21)에 설정된 압력으로 충진되면 본체(20)는 설정된 부력을 발생한다. 부력조절수단(30)은 부양체(21)에 헬륨 가스를 주입하거나 회수하는 기능을 수행한다. 특히 복수의 비행로봇을 투입하는 경우 부력조절수단(30)의 활용도가 높아진다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 부력조절수단(30)은 본체(20)의 부양체(21)에 헬륨 가스를 주입하거나 회수하도록 탱크(34), 펌프(36), 밸브(38)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 탱크(34)는 헬륨 가스를 보관하는 공간으로 형성되고, 펌프(36)는 헬륨 가스를 양방향으로 이송하도록 설치되고, 밸브(38)는 헬륨 가스의 이동 경로를 단속하도록 설치된다. 이외에 부력조절수단(30)의 상면에 본체(20)의 포트(22)와 맞물림 가능한 포트(32)를 설치한다. 작업이 완료된 후에 부력조절수단(30)으로 부양체(21)의 헬륨 가스를 회수하여 부피를 축소할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 본체(20) 상에 비행모듈(41), 촬영모듈(42), 통신모듈(43)을 탑재하고, 설정된 경로 상에서 비행과 촬영을 수행하는 구조를 지닌다. 비행모듈(41)은 근접센서, 자이로센서를 구비하고 비행 위치와 자세를 조절한다. 촬영모듈(42)은 고화질(4K or UHD)의 영상장비를 탑재하여 정지영상과 동영상을 획득한다. 통신모듈(43)은 화물창(10)의 외부에 있는 사용자에게 정교하고 깨끗한 영상을 유무선으로 전송한다. 이와 같은 제반 기능은 제어기(47)의 마이컴 회로에 의하여 수행된다. 물론 비행모듈(41), 촬영모듈(42), 통신모듈(43)도 각각의 서브 마이컴 회로를 탑재할 수 있다.

한편, 화물창(10)의 입구에 중계기(45)를 설치하면 영상의 품질을 향상하는 동시에 보다 먼 거리의 원격으로 신호를 전송할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 비행모듈(41)을 통하여 부양체(21)의 부력과 프로펠러(25)의 추진력 변동을 감시하는 것을 특징으로 한다. 비행모듈(41)은 압력센서를 통하여 부양체(21)의 헬륨 가스의 압력을 검출하고, 이러한 정보는 제어기(47)에서 부력을 연산하는 신호로 활용된다. 비행모듈(41)은 전류센서 등을 통하여 프로펠러(25)의 전력소모를 검출하고, 이러한 정보는 제어기(47)에서 추진력을 연산하는 신호로 활용된다. 이에 제어기(47)는 부양체(21)의 부력이 감소하여 프로펠러(25)의 추진력이 높아지는 것으로 판단하면 비행로봇을 부력조절수단(30)으로 귀환시켜 부양체(21)에 헬륨 가스를 보충한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 제어수단(40)은 길이-자세 변동이 가능한 각각의 아암(27) 상에 촬영모듈(42)과 통신모듈(43)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 화물창(10)에 대한 검사의 경우 촬영모듈(42)은 천장과 벽면 외에 경사진 코너를 촬영해야 한다. 이를 위해 프로펠러(25)로 자세를 변동할 수 있기는 하지만 아암(27)을 개재하는 구성을 적용하면 보다 촬영이 용이하다. 이 경우 아암(27)은 길이의 신축, 상하운동, 회전운동을 수행할 수 있으면 좋다. 촬영모듈(42)의 반대 방향으로 통신모듈(43)을 배치하여 이착륙과 비행 과정의 균형을 맞춘다. 통신모듈(43)도 동일한 구조의 아암(27)을 개재하여 본체(20)에 연결한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 화물창 20: 본체
21: 부양체 22: 포트
23: 지지대 25: 프로펠러
27: 아암 30: 부양조절수단
32: 포트 34: 탱크
36: 펌프 38: 밸브
40: 제어수단 41: 비행모듈
42: 촬영모듈 43: 통신모듈
45: 중계기 47: 제어기

Claims

부양체(21)와 프로펠러(25)를 지닌 본체(20);
상기 부양체(21)의 부력을 조절하는 부력조절수단(30); 및
상기 본체(20) 상에 비행모듈(41), 촬영모듈(42), 통신모듈(43)을 탑재하고, 설정된 경로 상에서 비행과 촬영을 수행하는 제어수단(40);을 포함하되,
상기 본체(20)는 수직이동을 위한 수평형 프로펠러(25)와 수평이동을 위한 수직형 프로펠러(25)를 구비하고,
상기 수평형 프로펠러(25)와 수직형 프로펠러(25)는 동일 원주상에 교호로 배치되는 것을 특징으로 하는 부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 본체(20)는 풍선형 부양체(21)의 내부에 헬륨 가스를 충진한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 부력조절수단(30)은 본체(20)의 부양체(21)에 헬륨 가스를 주입하거나 회수하도록 탱크(34), 펌프(36), 밸브(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단(40)은 비행모듈(41)을 통하여 부양체(21)의 부력과 프로펠러(25)의 추진력 변동을 감시하는 것을 특징으로 하는 부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇.
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단(40)은 길이-자세 변동이 가능한 각각의 아암(27) 상에 촬영모듈(42)과 통신모듈(43)을 구비하는 것을 특징으로 하는 부력체와 프로펠러를 지닌 비행로봇.