KR102409997B1 - 페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐 형상에 따른 분사거리, 분사량, 분사압, 도장폭 등을 포함하는 축적된 도장 관련 데이터들을 이용하여 도장 작업을 필요로하는 구조물의 종류 및 현장의 작업 환경 등에 따라 최적의 도장 모드를 선택할 수 있도록 함으로써 균일한 두께로 도장 작업을 수행할 수 있도록 하는 페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법에 관한 것이다.

Description

페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법{Painting drone system and painting method using the painting drone system}

본 발명은 페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐 형상에 따른 분사거리, 분사량, 분사압, 도장폭 등을 포함하는 축적된 도장 관련 데이터들을 이용하여 도장 작업을 필요로 하는 구조물의 종류 및 현장의 작업 환경 등에 따라 최적의 도장 모드를 선택할 수 있도록 함으로써 균일한 두께로 도장 작업을 수행할 수 있도록 하는 페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 대형 구조물 및 대형 설비 등과 같은 고층 구조물들은 미관 개선 및 수명 연장 등의 목적으로 외벽을 페인트로 도색하게 된다.

이러한 고층 구조물의 외벽을 도색할 때에는, 일반적으로 구조물 옥상층에 밧줄을 매달고, 밧줄에 작업의자를 연결한 상태에서 작업자가 페인트 통을 소지한 채 작업의자에 앉은 상태로 구조물의 최상층에서 최하층으로 밧줄을 타고 이동하면서 구조물 외벽을 페인트로 도색하는 방식을 주로 사용한다.

따라서, 도색 작업을 수행하는 도중에 밧줄의 절단에 따른 작업자의 추락 위험이 크고, 도색 작업을 수행하기 위해 작업자가 소지한 페인트 통 등 각종 작업용 도구의 낙하로 인한 지상에서의 안전사고 발생 위험이 큰 단점이 있다.

또한, 작업자가 페인트 통을 소지한 채, 롤러나 붓에 페인트를 묻힌 후 구조물 표면에 발라서 도색하기 때문에 도색 작업의 능률 저하와 더불어, 오랜 작업 시간이 소요되는 단점도 있다.

따라서, 고층 구조물의 외벽 도색 작업은 높은 위험도와 작업의 난해함 등으로 인해 오랜 경험을 가진 숙련공에 의해서만 도색 작업이 가능하므로 그에 따른 고가의 인건비가 불가피하여 경제적 부담이 큰 단점도 있다.

한편, 대형 구조물의 고공시설물이나 천장 등과 같이 밧줄을 이용하여 작업자가 이동하면서 도색하기가 곤란한 구조물의 경우에는 주로 고소 작업차를 이용하여 도색 작업을 수행하게 된다.

그러나 고소 작업차의 경우 상승 가능한 높이의 한계가 있기 때문에 수 십층 이상의 구조물에 형성되는 수평면에 대한 도색이 곤란한 단점이 있다.

또한, 고소 작업차의 구조적 특성상 위치 선정을 위한 원활한 움직임을 위해서는 지상에 평탄하고 넓은 공간이 확보되어야 하는 사용상의 제약으로 인해 고소 작업차를 이용하지 못하는 경우도 빈번하다.

아울러, 원자력 발전소 격납용기, 화력발전소 연돌 등과 같은 위험 시설물 등의 경우에는 유지 보수를 위한 도색 작업이 필요함에도 불구하고, 작업자의 접근 곤란으로 인해 유지 보수가 원활하게 이루어지지 못함으로써, 구조물이나 시설물의 수명이 단축되는 단점도 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 최근에는 고층 구조물의 도장 작업에 사용되는 일명 페인팅 드론들이 개발되고 있는데, 이와 같이, 드론을 이용하여 도장 작업을 수행할 경우 드론 조종사의 숙련도에 따라 도장 두께 등 도장의 품질에 차이가 발생될 수 있다.

그에 따라, 페인팅 드론을 이용한 도장 작업시 균일한 도장 품질, 특히 균일한 도장 두께를 달성하기 위해서는 페인팅 드론의 제어방법이나 페인팅 드론을 이용한 도장방법이 매뉴얼화되거나 규정될 필요가 있는데, 아직까지 이러한 페인팅 드론의 제어방법이나 페인팅 드론을 이용한 도장방법은 개발되고 있지 않은 실정이다.

1. 대한민국 등록특허공보 제10-2066346호(2020. 01. 08. 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 노즐 형상에 따른 분사거리, 분사량, 분사압, 도장폭 등을 포함하는 축적된 도장 관련 데이터들을 이용하여 도장 작업을 필요로 하는 현장의 작업 환경에 따라 최적의 도장 모드를 선택할 수 있도록 함으로써 균일한 두께로 도장 작업을 수행할 수 있도록 하는 페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

드론본체 및 상기 드론본체를 무선으로 제어하는 지상통제시스템을 구비하는 페인팅 드론 시스템에 있어서, 상기 드론본체는 몸체부에 고정 설치되는 고정암, 상기 고정암의 전단부에 착탈 가능하도록 결합되는 매니퓰레이터 및 상기 매니퓰레이터의 전단부에 착탈 가능하도록 결합되는 노즐을 포함하고, 상기 지상통제시스템은 상기 드론본체와 통신을 위한 통신부, 상기 드론본체를 제어하기 위한 제어부, 상기 드론본체에 장착된 영상취득장치가 송신한 영상정보를 화면에 표시하는 영상표시부 및 도장 관련 데이터가 저장된 데이터베이스를 포함하며, 상기 지상통제시스템은 단속분사모드와, 분사량 우선모드 및 비행속도 우선모드를 포함하는 연속분사모드를 구비하여 구조물의 표면에 도색될 두장의 두께와, 도장하고자 하는 구조물 정보 및 주변 작업 환경을 고려하여 분사모드 및 우선모드를 선택할 수 있도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 선택된 분사모드 및 우선모드에 따라 드론본체를 제어하여 구조물 표면을 도장하되, 상기 선택된 분사모드가 단속분사모드인 경우 상기 제어부는 상기 데이터베이스에 저장된 도장 관련 데이터로부터 상기 도장 두께에 대응되는 매니퓰레이터의 이동속도와 노즐의 분사거리, 분사량 및 분사압을 선택 및 결정하여 드론본체를 제어하고, 상기 선택된 분사모드가 연속분사모드인 경우 상기 제어부는 상기 데이터베이스에 저장된 도장 관련 데이터로부터 상기 도장 두께에 대응되는 노즐의 분사량, 분사거리, 분사압 및 드론본체의 비행속도를 선택 및 결정하여 드론본체를 제어하며, 상기 제어부는 구조물의 표면에 균일한 두께의 도장을 형성하기 위해 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되는 영역인 중첩부가 형성되도록 제어하고, 상기 중첩부는 이전 도장을 완료한 후 현재 도장을 시작할 때 상기 드론본체의 좌우방향 또는 상하방향 위치를 제어하여 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되도록 설정하는 페인팅 드론 시스템을 제공한다.

일실시예에 따르면, 드론본체 및 상기 드론본체를 무선으로 제어하는 지상통제시스템을 구비하는 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법에 있어서, 노즐 형상에 따른 도장 관련 데이터를 취득하는 단계; 지상통제시스템의 데이터베이스에 상기 도장 관련 데이터를 저장하는 단계; 구조물의 표면에 도색될 도장두께를 선정하는 단계; 상기 지상통제시스템에서 단속분사모드 또는 연속분사모드 중 하나의 분사모드를 선택하는 제1선택단계; 상기 지상통제시스템은 구조물의 표면에 균일한 두께의 도장을 형성하기 위해 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되는 영역인 중첩부를 형성하는 단계; 상기 제1선택단계에서 선택된 분사모드에 따라 상기 지상통제시스템의 제어에 의해 드론본체를 이용하여 구조물의 표면을 도장하는 도장작업단계;를 포함하고, 상기 제1선택단계에서 선택된 분사모드가 단속분사모드인 경우, 상기 지상통제시스템에서 드론본체에 구비되는 매니퓰레이터의 이동속도 및 노즐의 분사거리를 결정하고, 상기 제1선택단계에서 선택된 분사모드가 연속분사모드인 경우, 상기 지상통제시스템에서 분사량 우선모드 또는 비행속도 우선모드 중 하나의 우선모드를 선택하는 제2선택단계를 더 포함하며, 상기 중첩부를 형성하는 단계는 이전 도장을 완료한 후 현재 도장을 시작할 때 상기 드론본체의 좌우방향 또는 상하방향 위치를 제어하여 이전 도장 영역과 현재 도장 영역의 단부 일부가 서로 중첩되도록 형성하는 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법을 제공한다.

일실시예에 따르면, 상기 제2선택단계에서 선택된 우선모드가 분사량 우선모드인 경우, 상기 도장작업단계 이전에, 상기 지상통제시스템에서 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들을 기초로 하여 설정된 도장 두께에 따른 노즐의 분사량과 분사거리 및 분사압을 설정하는 분사량 설정단계와, 설정된 분사량을 고려하여 드론본체의 비행속도를 결정하는 비행속도 설정단계를 더 포함한다.

일실시예에 따르면, 상기 제2선택단계에서 선택된 우선모드가 비행속도 우선모드인 경우, 상기 도장작업단계 이전에 상기 지상통제시스템에서 드론본체의 비행속도를 결정하는 비행속도 설정단계와, 설정된 비행속도와 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들을 기초로 하여 설정된 도장 두께에 따른 노즐의 분사량과 분사거리 및 분사압을 설정하는 분사량 설정단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 노즐 형상에 따른 분사거리, 분사량, 분사압, 도장폭 등을 포함하는 축적된 도장 관련 데이터들을 이용하여 도장 작업을 필요로 하는 구조물 종류 및 현장의 작업 환경 등에 따라 최적의 도장 모드를 선택할 수 있도록 함으로써 균일한 두께로 도장 작업을 수행할 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면, 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되는 영역인 중첩부를 형성하여 구조물의 표면 전체에 균일한 도장두께를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 드론에 의한 도장 작업방법의 매뉴얼화가 가능하여 구조물 종류에 따른 균일한 도장작업이 가능하고, 불필요한 과정을 생략할 수 있어 도장작업의 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 데이터베이스의 지속적인 업데이트를 통해 드론을 이용한 도장 작업과정을 지속적으로 개선시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 바람과 같은 외부환경 변화와 드론본체의 미세한 움직임으로 인한 도장 오류를 카메라와 연동된 영상인식에 의해 중첩부의 폭을 보정함으로써 도장 작업의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

도 1은 본 발명의 일시예에 따른 페인팅 드론의 작업 모습을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전체 시스템 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
도 4는 지상통제시스템의 데이터베이스에 저장되는 데이터들을 예시적으로 나타낸 도면.
도 5의 (a),(b)는 드론본체에 구비되는 노즐의 형상에 따른 도장두께 분포를 예시적으로 나타낸 도면.
도 6, 7은 도 3에 나타낸 본 발명의 일실시예 중 단속분사모드에서의 도장작업단계를 예시적으로 나타낸 도면.
도 8은 도 3에 나타낸 본 발명의 일실시예 중 연속분사모드에서의 도장작업단계를 예시적으로 나타낸 도면.

본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

이하, 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명에 따른 페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일시예에 따른 페인팅 드론의 작업 모습을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전체 시스템 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 4는 지상통제시스템의 데이터베이스에 저장되는 데이터들을 예시적으로 나타낸 도면이며, 도 5의 (a),(b)는 드론본체에 구비되는 노즐의 형상에 따른 도장두께 분포를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 6, 7은 도 3에 나타낸 본 발명의 일실시예 중 단속분사모드에서의 도장작업단계를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 도 3에 나타낸 본 발명의 일실시예 중 연속분사모드에서의 도장작업단계를 예시적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 노즐 형상에 따른 분사거리, 분사량, 분사압, 도장폭 등을 포함하는 축적된 도장 관련 데이터들을 이용하여 도장 작업을 필요로 하는 구조물의 종류 및 현장의 작업 환경 등에 따라 최적의 도장 모드를 선택할 수 있도록 함으로써 균일한 두께로 도장 작업을 수행할 수 있도록 하는 페인팅 드론 시스템 및 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 페인팅 드론 시스템은 도 2에 나타낸 바와 같이, 드론본체(10)와, 상기 드론본체(10)를 무선으로 제어하는 지상통제시스템(500)을 포함할 수 있다. 먼저, 본 발명에 따른 드론본체(10)는 대형 건물 등과 같은 고층 구조물이나, 발전소, 댐 등의 대형 시설 구조물(이하, '구조물'로 통칭하기로 한다)과 같이 사람이 직접 도장 작업을 수행하기 어려운 구조물의 도장 작업을 수행하기 위한 비행체이다.

즉, 일반적으로 드론본체는 몸체부와, 상기 몸체부에 연결 설치되는 다수 개의 암대와, 상기 암대의 단부에 구비되는 모터 및 상기 모터의 상부에 연결 설치되는 프로펠러를 포함하는데, 본 발명에 따른 드론본체(10)는 구조물의 도장 작업에 사용되는 페인팅부(100)를 더 포함할 수 있다.

보다 상세히 설명하면, 상기 페인팅부(100)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 고정암(110), 매니퓰레이터(120) 및 노즐(130)을 포함할 수 있다.

상기 고정암(110)은 몸체부에 전방을 향하도록 고정 설치되는 구성으로 후술할 매니퓰레이터(120)와 노즐(130)이 몸체부로부터 전방으로 일정거리 이상 이격된 부분에 설치될 수 있도록 지지하는 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 고정암(110)은 도장 작업시 노즐(130)을 통해 분사되는 페인트의 이송을 위한 호스(140)를 고정 및 지지하는 역할도 할 수 있다.

다음, 상기 매니퓰레이터(manipulator)(120)는 사람의 팔과 유사한 기능을 하는 일종의 로봇암으로, 상기 고정암(110)의 전단부에 착탈 가능하도록 설치될 수 있다.

즉, 상기 매니퓰레이터(120)는 고정암(110)과 노즐(130)의 사이에 연결 설치되는 구성으로, 다수의 모터와 프레임을 포함하는 공지된 다양한 로봇암의 구성이 적용될 수 있다.

이에 따라, 상기 고정암(110)과 매니퓰레이터(120) 사이의 연결부는 사람의 팔과 마찬가지로, 좌우 방향 및 상하 방향으로의 이동이 가능할 수 있으며, 시계방향 또는 반시계방향으로의 회전 또한 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 매니퓰레이터(120)를 다관절 구조로 형성시킬 경우, 각 관절부에서의 각도 조절이나 회동이 가능해지므로, 구조물 표면이 평면이 아닌 경우에도 균일한 두께의 도장 작업이 가능할 수 있으며, 드론본체(10)의 진입이 어려운 곳에 대한 도장 작업을 수행할 수도 있다.

다음, 상기 노즐(130)은 호스(140)를 통해 공급되는 페인트를 전방의 구조물을 향해 분사하기 위한 구성으로 매니퓰레이터(120)의 전방 단부에 착탈 가능하도록 설치될 수 있다.

이때, 상기 노즐(130)의 형상에 의해 페인트의 분사 형태, 즉 분사면적이 달라질 수 있으므로, 도장하고자 하는 구조물의 형상이나 주변 환경 등을 고려하여 적합한 형상을 갖는 노즐(130)을 매니퓰레이터(120)의 전방 단부에 결합시킬 수 있다.

또한, 상기 노즐(130)의 후방 단부에는 페인트 공급을 위한 호스(140)의 전방 단부가 연결 설치될 수 있는데, 호스(140)의 후방 단부는 몸체부에 설치되는 페인트 용기(미도시), 즉 페인트가 내부에 충진되어 있는 페인트 용기에 연결 설치될 수 있다.

그리고, 도색하고자 하는 구조물의 높이가 그다지 높지 않은 경우에는 지상에 페인트 용기를 준비하고, 상기 호스의 후방 단부가 지상의 페인트 용기에 연결되도록 함으로써 몸체부에 페인트 용기를 구비하지 않은 상태에서도 도색작업을 수행할 수 있다.

후술하겠지만, 상기 페인트 용기의 위치 즉, 몸체부에 구비된 페인트를 사용하는지, 아니면 지상의 페인트 용기에 충진된 페인트를 사용할 수 있는지 여부는 드론본체(10)의 페인트 분사모드를 단속분사모드로 할 것인지, 아니면 연속분사모드로 할 것인지를 결정하기 위한 판단기준으로 사용될 수 있다.

또한, 상기 몸체부에는 영상취득장치(미도시)가 구비될 수 있는데, 상기 영상취득장치는 도색되는 구조물의 영상정보를 취득할 수 있다.

상기 드론본체(10)는 지상통제시스템(GCS; Ground Control System, 이하 'GCS'라 한다, 500)의 지시에 따라 제어될 수 있다.

상기 지상통제시스템(500)은 드론본체(10)와 통신을 위한 통신부(501), 드론본체(10)를 제어하기 위한 제어부(502), 영상취득장치가 송신한 영상정보를 화면에 표시하는 영상표시부(503) 및 후술하는 도장 관련 데이터(700)가 저장된 데이터베이스(504)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 영상취득장치가 취득한 영상정보는 후술할 중첩부(600)의 결정에 사용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법(이하, '도장 방법'이라 한다)은 전술한 바와 같은 드론본체(10)를 이용하여 구조물 표면을 도색하는 방법에 관한 것으로, 그 구성은 도 3에 나타낸 바와 같이, 크게 데이터 획득단계(S10), 도장두께 선정단계(S20), 제1선택단계(S30) 및 도장작업단계(S50)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 데이터 획득단계(S10)는 노즐(130) 형상에 따른 도장 관련 데이터(700)를 획득하여 지상통제시스템(500)에 구비되는 데이터베이스(504)에 저장하는 단계로, 상기 데이터베이스(504)에 저장된 도장 관련 데이터(700)는 후술할 제1 및 제2선택단계(S30,S40) 등에서 활용될 수 있다.

이때, 상기 도장 관련 데이터(700)로는 도 4에 나타낸 바와 같이, 노즐(130) 형상에 따른 분사거리(노즐로부터 구조물까지의 거리), 분사량, 분사압, 도장 폭, 도장 길이, 도장 두께 등이 포함될 수 있다.

여기서, 상기 도장 관련 데이터(700)는 노즐(130) 형상별로 실험을 통하여 분사거리, 분사량, 분사압, 도장폭, 도장 길이, 도장 두께 등의 데이터를 취득한 후 지상통제시스템(500)의 데이터베이스(504)에 저장할 수 있다.

또한, 도시하지는 않았으나, 노즐(130)을 이동시키면서 상기 데이터를 취득하는 경우, 실질적으로 드론본체(10)의 비행속도 또는 매니퓰레이터(120)의 이동속도에 따른 도장 관련 데이터(700)가 취득될 수 있고, 상기 도장 관련 데이터(700)는 도장하고자 하는 구조물의 종류 및 주변 환경 등에 따라 최적의 도장 모드를 선택할 수 있도록 하는 판단기준으로 사용될 수 있다.

다음, 상기 도장두께 선정단계(S20)는 구조물의 표면에 도색될 도장의 두께를 결정하는 과정으로 구조물의 종류, 주변 환경 또는 도장 목적 등을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 도장두께는 발주자의 요청에 의하여 설계목적에 맞는 두께가 선정될 수 있다.

도장두께는 전술한 도장 관련 데이터(700) 중 분사량에 비례하고, 도장면적이나 분사거리에 반비례할 수 있고, 드론본체(10)의 비행속도에도 반비례할 수 있다. 따라서, 선정된 도장의 두께는 도장작업단계(S50)를 수행하기 위한 드론본체(10)의 제어항목과, 항목별 제어량을 결정하기 위한 판단기준이 될 수 있다.

다음, 상기 제1선택단계(S30)는 상기 지상통제시스템(500)에 구비되는 단속분사모드 또는 연속분사모드 중 어느 하나의 분사모드를 선택하는 과정을 의미할 수 있다.

여기서, 상기 단속분사모드는 드론본체(10)를 구조물로부터 떨어진 일정 위치에 정지시킨 상태에서 매니퓰레이터(120)를 좌우 또는 상하 방향으로 일정속도로 이동시키면서 페인트를 한 번 분사한 후, 드론본체(10)의 위치를 이동시켜 다시 좌우 또는 상하 방향으로 페인트를 분사하는 과정을 반복하는 분사모드를 의미할 수 있다.

또한, 상기 연속분사모드는 상기 매니퓰레이터(120)를 고정시킨 상태에서 드론본체(10)를 일정방향 및 일정속도로 이동시키면서 페인트를 분사하는 과정을 반복하는 분사모드를 의미할 수 있다.

여기서, 상기 분사모드는 도장하고자 하는 구조물의 면적, 높이, 형상 또는 구조물 주변의 작업환경 등을 고려하여 결정될 수 있다.

예를 들면, 단속분사모드는 도장이 필요한 구조물의 크기가 작거나, 구조물의 형상이 복잡한 경우에 적합하며, 연속분사모드는 대형 구조물의 도장 시 적합할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 드론본체(10)의 전방에 매니퓰레이트(120)가 부설된 경우를 설명하고 있으나, 경우에 따라서는 매니퓰레이트(120)가 없이 고정암(110) 선단에 노즐(130)만이 연결된 경우가 있을 수 있는데, 이 경우에는 단속분사모드는 불가능하고 연속분사모드만이 가능하다.

다음, 상기 도장작업단계(S50)는 드론본체(10)를 이용하여 구조물의 표면에 페인트를 분사하여 도장하는 과정으로, 상기 지상통제시스템(500)의 제어부(502)와 통신부(501)는 제1선택단계(S30)에서 선택된 분사모드에 따라 드론본체(10)를 제어하면서 구조물 표면을 도장할 수 있다.

이때, 상기 제1선택단계(S30)에서 선택된 분사모드가 단속분사모드일 경우, 상기 도장작업단계(S50) 이전에 이동속도 및 분사거리 결정단계(S32)와 분사량 결정단계(S34)를 더 포함할 수 있는데, 상기 이동속도 및 분사거리 결정단계(S32)와 분사량 결정단계(S34)는 도장두께 선정단계(S20)에서 선정된 도장두께에 맞추어 도장작업을 수행할 수 있도록 하기 위한 과정이다.

먼저, 상기 이동속도 및 분사거리 결정단계(S32)에서는 상기 지상통제시스템(500)의 제어부(503)를 통해 데이터베이스(504)에 저장된 도장 관련 데이터(700)로부터 선정된 도장두께에 대응되는 이동속도와 분사거리를 선택할 수 있는데, 상기 이동속도로는 매니퓰레이터(120)의 이동속도가 사용될 수 있다.

즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상하 방향으로 단속분사하면서 구조물 표면을 도색하는 경우에는 매니퓰레이터(120)의 좌우 방향 이동속도를 결정할 수 있고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 좌우 방향으로 단속분사하면서 구조물 표면을 도색하는 경우에는 매니퓰레이터(120)의 상하 방향으로의 이동속도를 결정할 수 있다.

다음, 상기 분사거리는 페인트가 분사되는 노즐(130)의 전방 단부와 도색될 구조물 표면 사이의 거리, 즉 드론본체(10)의 위치를 의미하는 것으로서, 마찬가지로 상기 지상통제시스템(500)의 데이터베이스(504)에 저장된 도장 관련 데이터(700)로부터 선정된 도장두께에 대응되는 분사거리를 선택하여 결정할 수 있다.

다음, 상기 분사량 결정단계(S34)에서는 상기 분사거리 및 이동속도를 기준으로 상기 지상통제시스템(500)의 제어부(503)를 통해 데이터베이스(504)에 저장된 도장 관련 데이터(700)로부터 선정된 도장두께에 대응되는 분사량과 분사압을 선택하여 결정할 수 있다.

상술한 위의 순서는 항상 고정적인 것은 아니고, 단속분사모드에 사용되는 드론본체(10)의 매니퓰레이터의 이동속도가 제한적인 경우에는 이동속도를 고정변수로 두고 나머지 분사거리나 분사량 및 분사압을 선택하여 결정하거나, 구조물의 형상이나 주위 환경에 따라 분사거리가 제한적인 경우에는 분사거리를 고정변수로 두고 나머지 변수를 선택하여 결정할 수도 있다.

이에 따라, 상기 도장작업단계(S50)에서는 전술한 매니퓰레이터(120)의 이동속도, 분사거리, 분사량 및 분사압에 따라 상기 지상통제시스템(500)의 제어부(502)가 드론본체(10)를 제어하여 구조물 표면의 도장작업을 수행할 수 있다.

특히, 본 발명의 일실시예에 따르면 보다 균일한 두께의 도장을 형성하기 위해 이웃하는 도장영역, 즉 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되는 영역인 중첩부(600)를 형성할 수 있다.

즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 노즐(130)의 종단면 형상이 원형이거나 타원형인 경우 모두 노즐의 중심에 인접한 영역에서는 도장 두께가 두껍고 노즐 중심에서 멀어질수록 도장두께는 얇아지게 된다.

그러므로, 단속 또는 연속분사모드로 도장 작업을 진행할 때에는 좌우방향 또는 상하방향으로 이웃하는 부분에 일정한 폭을 갖는 중첩부(600)를 형성시킴으로써 구조물 전체에 도장 두께를 균일하게 형성할 수 있다.

여기서, 중첩부(600)의 폭은 도장 관련 데이터(700)의 하나로서 실험적으로 결정될 수 있는데, 각각의 도장 관련 데이터(700)에서 노즐(130)의 위치를 이동시키면서 중첩부(600)를 형성한 후, 도장두께의 균일도를 도장 두께 측정 탐침자를 이용하여 측정함으로써 최적의 중첩부(600)의 폭을 얻을 수 있다.

상기 중첩부(600)는 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 서로 중첩되는 영역이므로, 이전 도장을 완료한 후 현재 도장을 시작할 때 상기 제어부(502)를 통해 드론본체(10)의 좌우방향 또는 상하방향 위치를 제어하여 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되도록 설정할 수 있다.

나아가, 상기 중첩부(600)의 폭은 드론본체(10)의 영상취득장치가 취득한 영상을 분석하여 실시간으로 설정할 수도 있다. 즉, 지상통제시스템(500)의 제어부(502)는 드론본체(10)의 영상취득장치에서 송신한 영상정보를 분석하여 상기 중첩부(600)의 폭을 결정할 수 있다.

이때, 상기 지상통제시스템(500)의 영상표시부(503)에는 중첩부(600)의 폭에 해당하는 중첩라인(601)이 표시되도록 함으로써 작업자는 중첩부(600)가 원활하게 형성되는지 육안으로 확인할 수 있고, 수동으로 드론본체(10)의 위치를 제어하여 중첩부(600)의 폭을 조절할 수 도 있다.

또한, 도장 작업 중 바람 등의 외부환경이 변화되거나, 드론본체(10)의 미세한 움직임으로 인해 도장 오류가 발생될 경우, 드론본체(10)의 영상취득장치가 취득한 영상 인식을 통해 중첩부(600)의 폭을 보정함으로써 도장 작업의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있도록 구성될 수도 있다.

한편, 상기 제1선택단계(S30)에서 선택된 분사모드가 연속분사모드인 경우 상기 지상통제시스템(500)에서는 도장작업단계(S50) 이전에 바로 제2선택단계(S40)를 실행할 수 있는데, 상기 제2선택단계(S40)는 지상통제시스템(500)에 구비되는 분사량 우선모드 또는 비행속도 우선모드 중 하나의 우선모드를 다시 선택하는 과정이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 분사량 우선모드는 연속분사모드에 의한 도장작업 시 분사량을 우선시하여 제어부(503)에 의해 드론본체(10)를 제어하는 방법이고, 상기 비행속도 우선모드는 연속분사모드에 의한 도장 작업 시 드론본체(10)의 비행속도를 우선시하여 제어부(503)에 의해 드론본체(10)를 제어하는 방법이다.

예를 들면, 도장에 사용될 페인트의 양이 충분치 않고 작업시간이 여유가 있는 경우에는 분사량 우선모드를 선택할 수 있고, 도장에 사용될 페인트의 양은 충분하지만 작업시간에 여유가 없는 경우에는 비행속도 우선모드를 선택할 수 있다.

즉, 상기 지상통제시스템(500)에서는 제1선택단계(S30)에서 연속분사모드가 선택된 경우, 작업해야할 구조물의 높이, 크기 등의 조건, 주변 작업환경, 페인트의 양 및 작업가능시간 등을 고려하여 분사량 우선모드 또는 비행속도 우선모드 중 하나의 우선모드를 다시 선택할 수 있는데, 상기 두 개의 우선모드에서 도장작업단계(S50) 이전에 진행되는 작업은 모두 분사량 설정단계(S42,S48)와 비행속도 설정단계(S44,S46)로 동일하지만 그 순서에 차이가 있다.

먼저, 상기 분사량 우선모드에서는 도장두께 선정단계(S20)에서 선정된 도장두께를 맞추기 위해 도장작업단계(S50) 이전에 분사량 설정단계(S42)와 비행속도 설정단계(S44)가 수행될 수 있는데, 상기 분사량 설정단계(S42)는 드론본체(10)를 이용한 도장 작업시의 분사량과 분사거리 및 분사압을 결정하기 위한 과정으로, 상기 지상통제시스템(500)에서는 제어부(503)를 통해 데이터베이스(504)에 저장된 도장 관련 데이터(700)로부터 도장두께 선정단계(S20)에서 선정된 도장두께에 대응되는 분사량과 분사거리 및 분사압을 선택하여 결정할 수 있다.

다음, 상기 비행속도 설정단계(S44)에서는 설정된 분사량을 고려하여 드론본체(10)의 이동속도, 즉 비행속도를 결정하기 위한 과정으로, 상기 제어부(503)에서는 전술한 도장두께와 분사량, 도장면적 및 비행속도의 관계를 이용하여 다음의 (1)식에 의해 비행속도를 결정할 수 있다.

... (1)

여기서, 도장면적은 도장작업을 수행할 구조물 표면의 전체 면적으로, 알고 있는 값에 해당되므로, 선정된 도장두께와 분사량을 이용하면 비행속도가 연산될 수 있으며, 상기 (1)식에서 K는 비례상수이다.

다음, 상기 비행속도 우선모드에서는 도장작업단계(S50) 이전에 비행속도 설정단계(S46)와 분사량 설정단계(S48)의 순서로 과정이 진행되는데, 마찬가지로 상기 지상통제시스템(500)에서는 제어부(503)를 통해 데이터베이스(504)에 저장된 데이터들로부터 도장두께 선정단계(S20)에서 선정된 도장두께에 대응되는 비행속도를 선택하여 결정한 후, 결정된 비행속도에 따라 상기 (1)식을 활용하여 분사량을 연산함으로써 분사량을 결정할 수 있고, 이를 다시 데이터베이스(504)에 저장된 도장 관련 데이터(700)와 비교함으로써 분사거리 및 분사압 또한 결정할 수 있게 된다.

따라서, 상기 연속분사모드에서는 상기와 같은 과정에 의해 선정된 도장두께에 맞는 분사량, 분사거리, 분사압 및 비행속도를 결정하여 지상통제시스템(500)의 제어부(503)에 의한 제어에 의해 드론본체(10)를 이용하여 도장작업을 수행할 수 있다.

나아가, 분사량 우선모드와 비행속도 우선모드 모두 비행속도 설정단계(S44,S46)에서 매니퓰레이터(120)의 이동속도를 추가적으로 고려하여 비행속도를 설정할 수 있으며, 매니퓰레이터(120)의 이동속도와 드론본체(10)의 비행속도의 사이에는 상대속도의 개념을 적용시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 도장방법은 업데이트 단계(S60)를 더 포함할 수 있는데, 상기 업데이트 단계(S60)는 도장작업단계(S50)가 완료된 이후, 작업결과, 즉 도장면적을 포함하는 구조물 정보, 도장 소요 시간, 도장두께, 사용된 페인트 양 및 도장작업 시 사용된 분사모드와 드론본체(10) 제어정보, 즉 분사거리, 분사량, 분사압, 이동속도, 비행속도 등의 정보들을 지상통제시스템(500)의 데이터베이스(504)에 추가 저장하는 과정이다.

즉, 상기 데이터베이스(504)에 도장 관련 데이터(700)가 축적될수록 도장작업시 보다 정확한 드론본체(10)의 제어가 가능하고, 그에 따라 보다 균일하면서도 효율적인 도장작업이 가능해질 수 있으므로, 드론본체(10)를 이용한 도장작업이 완료될 때마다 취득한 도장 관련 정보들을 데이터베이스(504)에 추가 저장하는 것이 바람직하다.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 노즐(130) 형상에 따른 분사거리, 분사량, 분사압, 도장폭 등을 포함하는 축적된 도장 관련 데이터(700)를 이용하여 도장 작업을 필요로하는 구조물 종류 및 현장의 작업 환경 등에 따라 최적의 도장 모드를 선택할 수 있도록 함으로써 균일한 두께로 도장 작업을 수행할 수 있다.

또한, 페인팅 드론 시스템에 의한 도장 작업방법의 매뉴얼화가 가능하여 구조물 종류에 따른 균일한 도장작업이 가능하고, 불필요한 과정을 생략할 수 있어 도장작업의 효율성을 향상시킬 수 있으며, 데이터베이스(504)의 지속적인 업데이트를 통해 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 작업과정을 지속적으로 개선시킬 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

10 : 드론본체 100 : 페인팅부
110 : 고정암 120 : 매니퓰레이터
130 : 노즐 140 : 호스
500 : 지상통제시스템 501 : 통신부
502 : 제어부 503 : 영상표시부
504 : 데이터베이스 600 : 중첩부
601 : 중첩라인 700 : 도장관련 데이터
S10 : 데이터 획득단계 S20 : 도장두께 선정단계
S30 : 제1선택단계 S32 : 이동속도 및 분사거리 결정단계
S34 : 분사량 결정단계 S40 : 제2선택단계
S42, S48 : 분사량 설정단계 S44, S46 : 비행속도 설정단계
S50 : 도장작업단계 S60 : 업데이트 단계

Claims (4)

1. 드론본체 및 상기 드론본체를 무선으로 제어하는 지상통제시스템을 구비하는 페인팅 드론 시스템에 있어서,
   상기 드론본체는 몸체부에 고정 설치되는 고정암, 상기 고정암의 전단부에 착탈 가능하도록 결합되는 매니퓰레이터 및 상기 매니퓰레이터의 전단부에 착탈 가능하도록 결합되는 노즐을 포함하고,
   상기 지상통제시스템은 상기 드론본체와 통신을 위한 통신부, 상기 드론본체를 제어하기 위한 제어부, 상기 드론본체에 장착된 영상취득장치가 송신한 영상정보를 화면에 표시하는 영상표시부 및 도장 관련 데이터가 저장된 데이터베이스를 포함하며,
   상기 지상통제시스템은 단속분사모드와, 분사량 우선모드 및 비행속도 우선모드를 포함하는 연속분사모드를 구비하여 구조물의 표면에 도색될 두장의 두께와, 도장하고자 하는 구조물 정보 및 주변 작업 환경을 고려하여 분사모드 및 우선모드를 선택할 수 있도록 구성되고,
   상기 제어부는 상기 선택된 분사모드 및 우선모드에 따라 드론본체를 제어하여 구조물 표면을 도장하되,
   상기 선택된 분사모드가 단속분사모드인 경우 상기 제어부는 상기 데이터베이스에 저장된 도장 관련 데이터로부터 상기 도장 두께에 대응되는 매니퓰레이터의 이동속도와 노즐의 분사거리, 분사량 및 분사압을 선택 및 결정하여 드론본체를 제어하고,
   상기 선택된 분사모드가 연속분사모드인 경우 상기 제어부는 상기 데이터베이스에 저장된 도장 관련 데이터로부터 상기 도장 두께에 대응되는 노즐의 분사량, 분사거리, 분사압 및 드론본체의 비행속도를 선택 및 결정하여 드론본체를 제어하며,
   상기 제어부는 구조물의 표면에 균일한 두께의 도장을 형성하기 위해 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되는 영역인 중첩부가 형성되도록 제어하고, 상기 중첩부는 이전 도장을 완료한 후 현재 도장을 시작할 때 상기 드론본체의 좌우방향 또는 상하방향 위치를 제어하여 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되도록 설정하는 페인팅 드론 시스템.
   
2. 드론본체 및 상기 드론본체를 무선으로 제어하는 지상통제시스템을 구비하는 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법에 있어서,
   노즐 형상에 따른 도장 관련 데이터를 취득하는 단계;
   지상통제시스템의 데이터베이스에 상기 도장 관련 데이터를 저장하는 단계;
   구조물의 표면에 도색될 도장두께를 선정하는 단계;
   상기 지상통제시스템에서 단속분사모드 또는 연속분사모드 중 하나의 분사모드를 선택하는 제1선택단계;
   상기 지상통제시스템은 구조물의 표면에 균일한 두께의 도장을 형성하기 위해 이전 도장 영역과 현재 도장 영역이 중첩되는 영역인 중첩부를 형성하는 단계;
   상기 제1선택단계에서 선택된 분사모드에 따라 상기 지상통제시스템의 제어에 의해 드론본체를 이용하여 구조물의 표면을 도장하는 도장작업단계;를 포함하고,
   상기 제1선택단계에서 선택된 분사모드가 단속분사모드인 경우, 상기 지상통제시스템에서 드론본체에 구비되는 매니퓰레이터의 이동속도 및 노즐의 분사거리를 결정하고,
   상기 제1선택단계에서 선택된 분사모드가 연속분사모드인 경우, 상기 지상통제시스템에서 분사량 우선모드 또는 비행속도 우선모드 중 하나의 우선모드를 선택하는 제2선택단계를 더 포함하며,
   상기 중첩부를 형성하는 단계는 이전 도장을 완료한 후 현재 도장을 시작할 때 상기 드론본체의 좌우방향 또는 상하방향 위치를 제어하여 이전 도장 영역과 현재 도장 영역의 단부 일부가 서로 중첩되도록 형성하는 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제2선택단계에서 선택된 우선모드가 분사량 우선모드인 경우,
   상기 도장작업단계 이전에,
   상기 지상통제시스템에서 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들을 기초로 하여 설정된 도장 두께에 따른 노즐의 분사량과 분사거리 및 분사압을 설정하는 분사량 설정단계와,
   설정된 분사량을 고려하여 드론본체의 비행속도를 결정하는 비행속도 설정단계를 더 포함하는 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 제2선택단계에서 선택된 우선모드가 비행속도 우선모드인 경우,
   상기 도장작업단계 이전에
   상기 지상통제시스템에서 드론본체의 비행속도를 결정하는 비행속도 설정단계와,
   설정된 비행속도와 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들을 기초로 하여 설정된 도장 두께에 따른 노즐의 분사량과 분사거리 및 분사압을 설정하는 분사량 설정단계를 더 포함하는 페인팅 드론 시스템을 이용한 도장 방법.
   

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