KR102538053B1 - 비행체의 이착륙용 스테이션 장치 - Google Patents

비행체의 이착륙용 스테이션 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비행체의 이착륙용 스테이션 장치에 관한 것으로 추진용 구동부에 의해 수직 이착륙이 가능한 비행체가 착륙되는 스테이션부, 상기 스테이션부에 위치되고, 상기 추진용 구동부의 작동 시 물리적 상태를 측정하는 물리 동작 감지부를 포함하여 비행체가 이착륙 시 추진용 구동부의 작동 상태를 점검하여 추진용 구동부를 점검하기 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

Description

비행체의 이착륙용 스테이션 장치{STATION APPARATUS FOR TAKE-OFF AND LANDING OF AIRCRAFT}
본 발명은 비행체의 이착륙용 스테이션 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 드론 또는 에어 택시와 같은 비행체가 이착륙하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치에 관한 발명이다.
일반적으로 드론은 조종사가 탑승하지 않고 무선통신 방식을 통해 원격 제어되는 무인 비행체의 일종이다.
드론은 비행체로 처음에는 군사용으로 개발되어 단순한 사격 연습에 사용되었으나, 전자 통신기술의 지속적 발전에 따라 군사용뿐만 아니라 촬영용 또는 운송용 등 다양한 분야로 확대 보급되고 있다.
또한, 드론 이외에도 근래에 들어 에어 택시와 같은 소형 비행체가 개발되고 있다.
에어 택시는 근거리 이동용 비행체로 도심에서 이동 및 운송용으로 사용되는 것으로 도심에서 효율적으로 운영되기 위해서 드론과 같이 복수의 프로펠러를 구비하여 수직 이착륙이 가능한 구조를 가진다.
드론과 에어 택시 등과 같이 도심에서 사용이 가능한 비행체의 경우 수직 이착륙을 위해 추진 기관으로 복수의 프로펠러를 포함하고, 복수의 프로펠러를 전기모터 즉, 전기 동력으로 회전시키는 전기 추진 시스템이 적용된다.
드론과 에어 택시 등 전기 추진 시스템이 적용되고, 도심에서 이용이 가능한 비행체의 경우 수직 이착륙과 전기 충전을 위한 이착륙용 스테이션이 필요하다.
비행체의 이착륙용 스테이션은 통상적으로 비행체가 착륙될 수 있는 면적을 가지는 스테이션 받침부를 포함하고, 스테이션 받침부에는 착륙된 비행체의 충전을 위한 충전부를 구비한다.
그러나, 종래의 이착륙용 스테이션은 단순히 비행체의 이착륙을 위한 공간만을 제공하거나, 착륙된 비행체의 충전을 위한 충전 시설에 대한 역할만을 하고 있고, 비행체의 구동부에 대한 점검을 수행하지 한다.
이에 비행체는 이착륙용 스테이션에 착륙된 상태에서 주기적으로 전기 추진 시스템 즉, 추진용 구동부의 작동을 점검해야 하는 번거로움이 있고, 추진용 구동부의 점검에 따른 인력과 장비에 대한 비용이 추가로 소요되는 문제점이 있다.
또한, 비행체는 추진용 구동부에 이상이 있는 상태로 비행하는 경우 사고가 발생되고, 이에 따른 인명 피해와 시설 등의 피해가 유발될 수 있는 위험이 있다.
한국특허공개 제2021-0149923호 " 자동 이·착륙 및 무선자동충전 기능을 포함한 드론 스테이션 장치"(2021.12.10.공개)
본 발명의 목적은 비행체의 이착륙 시 비행체의 추진용 구동부에 대한 물리적 동작 상태를 측정할 수 있는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 비행체의 이착륙 시 비행체의 추진용 구동부를 점검하여 비행체의 비행 중 사고 발생을 방지할 수 있는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 추진용 구동부에 의해 수직 이착륙이 가능한 비행체가 착륙되는 스테이션부, 상기 스테이션부에 위치되고, 상기 추진용 구동부의 작동 시 물리적 상태를 측정하는 물리 동작 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 물리 동작 감지부는 상기 스테이션부에서 비행체의 착륙 지점에 복수의 상기 추진용 구동부와 대응되게 위치되게 복수로 구비될 수 있다.
본 발명에서 상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부의 진동 물리량을 측정하거나, 상기 추진용 구동부에서 발생되는 자기장을 측정하거나, 상기 추진용 구동부에서 발생되는 음파의 파동을 측정할 수 있다.
본 발명에서 상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부의 진동 물리량을 감지하는 구동부용 진동 감지부일 수 있다.
본 발명에서 상기 구동부용 진동 감지부는 전파를 이용하여 상기 추진용 구동부에서 프로펠러와 전기모터의 진동 물리량을 측정하는 레이다 센서부일 수 있다.
본 발명에서 상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부에서 발생되는 자기장을 검출하는 자기장 검출부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 자기장 검출부는 상기 추진용 구동부에서 전기모터와 전기모터의 속도를 제어하는 전자 속도 제어기(Electronic Speed Controller:ESC)에서 발생되는 자기장을 각각 검출할 수 있다.
본 발명에서 상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부에서 발생되는 음파를 측정할 수 있는 음파 감지부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 음파 감지부는 음파를 받아 음성 전류로 전환할 수 있는 복수의 마이크로폰일 수 있다.
본 발명에서 상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부의 진동 물리량을 감지하는 구동부용 진동 감지부, 상기 추진용 구동부에서 발생되는 자기장을 검출하는 자기장 검출부, 상기 추진용 구동부에서 발생되는 음파를 측정할 수 있는 음파 감지부 중 2개를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부의 진동 물리량을 감지하는 구동부용 진동 감지부, 상기 추진용 구동부에서 발생되는 자기장을 검출하는 자기장 검출부 및 상기 추진용 구동부에서 발생되는 음파를 측정할 수 있는 음파 감지부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 상기 레이다 센서부가 설치되는 센서 하우징부를 더 포함하고, 상기 센서 하우징에는 상기 레이다 센서부에서 방출되는 전파가 통과될 수 있는 전파방출용 개방부가 위치되고, 상기 전파방출용 개방부는 전파가 투과할 수 있는 재질의 전파 투과용 커버부재로 막혀질 수 있다.
본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 상기 자기장 검출부가 설치되는 센서 하우징부를 더 포함하고, 상기 센서 하우징부와 상기 스테이션부의 스테이션 하우징부재는 각각 자기장이 투과될 수 있는 재질로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 상기 물리 동작 감지부에서 측정된 상기 추진용 구동부의 작동 시 물리적 상태로 상기 추진용 구동부의 노후 또는 고장 여부를 판단하는 스테이션 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부의 진동 물리량을 감지하는 구동부용 진동 감지부, 상기 추진용 구동부에서 발생되는 자기장을 검출하는 자기장 검출부 및 상기 추진용 구동부에서 발생되는 음파를 측정할 수 있는 음파 감지부를 포함하고, 상기 스테이션 제어부는 다수의 실험을 통해 획득된 상기 추진용 구동부의 전기모터, 프로펠러, 전자 속도 제어기(ESC)의 정상 작동 상태 일 때의 균형과 노후화에 대한 기준값 및 신호패턴들을 저장하고 있고, 기저장된 정상 수치에 대한 기준값과 범위값을 상기 구동부용 진동 감지부, 상기 자기장 검출부, 상기 음파 감지부에서 실시간으로 측정되거나 감지된 측정값 또는 신호패턴을 비교함으로써 범위안에 있는 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 노화 또는 고장으로 판단할 수 있다.
본 발명은 비행체가 이착륙 시 추진용 구동부의 작동 상태를 점검하여 추진용 구동부를 점검하기 위한 시간 및 비용을 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 추진용 구동부의 작동 상태를 이착륙 시 점검하여 추진용 구동부의 고장 여부를 판단하고, 비행체의 비행 시 발생되는 사고를 방지하고, 안전성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예를 도시한 개락도.
도 2는 본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치에서 물리 동작 감지부의 일 실시예를 도시한 개략도.
본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예를 도시한 개락도이고, 도 1을 참고하여 본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예를 하기에서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 추진용 구동부(20)에 의해 수직 이착륙이 가능한 비행체(10)의 추진용 구동부(20)에 대한 점검이 가능한 비행체의 이착륙용 스테이션 장치이다.
비행체(10)는 복수의 추진용 구동부(20)를 포함하여 수직 이착륙이 가능한 드론 또는 에어 택시인 것을 일 예로 하고, 추진용 구동부(20)를 포함하여 수직 이착륙이 가능한 다른 공지의 비행체일 수 있음을 밝혀둔다.
그리고, 추진용 구동부(20)는 프로펠러(21)와 프로펠러(21)를 회전시키는 전기모터(22)를 포함하는 전기 추진 시스템인 것을 일 예로 하고, 이외에도 비행체(10)의 수직 이착륙을 가능하게 하는 공지의 비행체 추진용 구동기를 포함할 수 있음을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 비행체(10) 즉, 추진용 구동부(20)에 의해 수직 이착륙이 가능한 비행체(10)가 착륙되는 스테이션부(100)를 포함한다.
스테이션부(100)는 비행체(10)가 이착륙될 수 있는 면적을 가지고, 비행체(10)가 안정적으로 이착륙할 수 있도록 평면의 착륙면을 가지는 것을 일 예로 한다.
스테이션부(100)는 평면의 착륙면을 가지는 사각 형상을 가지는 것을 일 예로 하고 이외에도 원형, 사각 형상 이외의 다각 형상을 가지는 다양한 형상을 가질 수 있고, 이착륙되는 비행체(10)의 형상에 맞게 설계될 수 있다.
스테이션부(100)에는 착륙면 상에 착륙되는 비행체(10)의 추진용 구동부(20)를 점검할 수 있는 물리 동작 감지부(200)가 위치된다.
물리 동작 감지부(200)는 추진용 구동부(20)의 작동 시 물리적 상태를 측정할 수 있는 센서인 것을 일 예로 한다.
물리 동작 감지부(200)는 추진용 구동부(20)의 진동 물리량을 측정하거나, 추진용 구동부(20)에서 발생되는 자기장을 측정하거나, 추진용 구동부(20)에서 발생되는 소음 즉, 음파의 파동을 측정하는 것을 일 예로 한다.
물리 동작 감지부(200)는 비행체(10)의 착륙 지점에 복수의 추진용 구동부(20)와 대응되게 위치되게 복수로 구비된다.
복수의 물리 동작 감지부(200)는 각각 비행체(10)의 착륙 지점에서 추진용 구동부(20)와 마주보게 스테이션부(100)에 위치된다.
복수의 물리 동작 감지부(200)는 스테이션부(100)에서 착륙되는 비행체(10)의 추진용 구동부(20)와 마주보게 각각 위치되어 각 추진용 구동부(20)에 대한 물리적 상태를 측정할 수 있다.
그리고, 물리 동작 감지부(200)는 스테이션부(100)에서 착륙되는 비행체(10)의 추진용 구동부(20)와 마주보게 각각 위치되어 비행체(10)가 스테이션부(100)에서 착륙되기 전과 스테이션부(100)에서 이륙된 후에 각각 추진용 구동부(20)에 대한 물리적 상태를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 물리 동작 감지부(200)에서 측정된 추진용 구동부(20)의 작동 시 물리적 상태로 추진용 구동부(20)의 오작동 또는 고장 여부를 판단하는 스테이션 제어부(300)를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 도시되지 않았지만 스테이션부(100)에 구비되어 스테이션부(100)에 착륙된 비행체(10)의 충전지를 충전하는 충전부를 더 포함할 수 있다.
비행체(10)는 내부에 추진용 구동부(20)의 작동을 제어하는 구동 제어부 및 구동 제어부와 추진용 구동부(20)에 전기 전원을 공급하는 충전지가 구비된다.
이에 스테이션부(100)에는 비행체(10)가 착륙한 상태에서 비행체(10)의 충전지를 충전할 수 있는 충전부가 구비된다.
충전부는 무선 충전이 가능한 무선 충전기일 수도 있고, 비행체(10)의 외측면에 구비된 제1충전용 단자(미도시)에 결합되는 제2충전용 단자(미도시)를 구비하여 비행체(10)가 기설정된 위치에 착륙시 제1충전용 단자와 제2충전단자가 서로 결합되면서 비행체(10) 내 충전지를 충전할 수도 있음을 밝혀둔다.
무선 충전기 및 제1충전용 단자와 제2충전용 단자는 공지의 충전 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
도 2는 본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치에서 물리 동작 감지부(200)의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 2를 참고하여 물리 동작 감지부(200)의 일 실시예를 하기에서 상세하게 설명한다.
물리 동작 감지부(200)는 추진용 구동부(20)의 진동 물리량을 감지하는 구동부용 진동 감지부(210)인 것을 일예로 한다.
구동부용 진동 감지부(210)는 전파를 이용하여 추진용 구동부(20)의 진동 물리량 즉, 프로펠러(21)와 전기모터(22)의 진동 물리량을 측정하는 레이다 센서부(211)인 것을 일 예로 한다.
레이다 센서부(211)는 전파를 추진용 구동부(20)의 프로펠러(21)로 방출하여 프로펠러(21)의 진동 물리량을 측정한다.
스테이션부(100)에 위치되는 센서 하우징부(200a)에는 내부에 설치되는 레이다 센서부(211)에서 전파가 방출되는 전파방출용 개방부(211a)가 위치되고, 전파방출용 개방부(211a)는 전파가 투과할 수 있는 재질의 전파 투과용 커버부재(211b)로 막혀 내부에 위치되는 레이다 센서부(211)의 전파 발생부를 습기 등의 외부 환경으로부터 보호한다.
전파방출용 개방부(211a)는 전기모터(22)와 프로펠러(21)에서 발생되는 진동을 정확하게 측정할 수 있도록 방출되는 전파의 중심 즉, 지향성 전파빔의 중심이 모터를 지향하도록 위치된다.
레이다 센서부(211)는 전파의 중심 즉, 지향성 전파빔의 중심이 모터를 지향하고, 전파의 폭 즉, 빔폭에 의해 프로펠러(21)에 의한 물리량을 동시에 측정할 수 있다.
즉, 레이다 센서부(211)는 비행체(10)의 비행 중 전기모터(22)의 진동 물리량, 프로펠러(21)의 진동 물리량을 각각 개별적으로 감지하여 측정하고 이를 스테이션 제어부(300)로 전달할 수 있다.
또한, 구동부용 진동 감지부(210)는 도시되지 않았지만 추진용 구동부(20)에 장착되어 진동을 감지하는 진동 센서부(미도시), 스테이션부(100)에 구비되며 진동 센서부(미도시)와 무선통신하여 진동 센서부로부터 감지된 진동값을 전달받은 진동 측정용 무선통신부를 포함할 수 있다.
그리고, 진동 센서부(미도시)는 전기모터(22)에 장착되는 제1진동 센서, 프로펠러(21)에 장착되는 제2진동 센서를 포함하여 전기모터(22)와 프로펠러(21)에서 각각 개별적으로 진동값을 측정하고, 이를 진동 측정용 무선통신부로 전달할 수 있다.
진동 측정용 무선통신부는 진동 센서부에서 측정된 진동값을 스테이션 제어부(300)로 전달한다.
스테이션 제어부(300)는 구동부용 진동 감지부(210)로부터 전달받은 진동값을 통해 추진용 구동부(20)의 오작동 및 고정을 판단한다.
또한, 물리 동작 감지부(200)는 추진용 구동부(20)에서 발생되는 자기장을 검출하는 자기장 검출부(220)를 포함한다.
자기장 검출부(220)는 추진용 구동부(20) 즉, 전기모터(22)와 전기모터(22)의 속도를 제어하는 전자 속도 제어기(Electronic Speed Controller:ESC)(23)에서 발생되는 자기장을 각각 검출한다.
전자 속도 제어기(Electronic Speed Controller:ESC)(23)는 드론 등의 비행체(10)에서 전기모터(22)의 변속을 위해 설치되는 것으로 더 상세한 설명은 생략한다.
전기모터(22)는 작동 시 영구 자기장과 유도 자기장이 주변에 발생되고, ESC 즉, 전자 속도 제어기(23)는 전기모터(22)의 속도 제어를 위한 모터 제어 신호를 발생한다.
자기장 검출부(220)는 전기모터(22)에서 발생되는 자기장 즉, 모터 작동 시 발생되는 영구 자기장과 유도 자기장을 검출하고, ESC 즉, 전자 속도 제어기(23)의 모터 제어 신호에서 자기장을 검출하여 스테이션 제어부(300)로 전달한다.
자기장 검출부(220)는 스테이션부(100)의 상면에 노출되게 위치되게 위치되어 모터 작동 시 발생되는 영구 자기장과 유도 자기장 및 전자 속도 제어기(23)의 모터 제어 신호를 검출한다.
본 발명에 따른 비행체의 이착륙용 스테이션 장치의 일 실시예는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 하기의 음파 감지부(230)가 장착되는 센서 하우징부(200a)를 더 포함하고, 센서 하우징부(200a)는 자기장이 투과될 수 있는 재질 즉, 플라스틱 또는 알루미늄 재질로 제조되는 것을 일 예로 하고, 이외에도 자기장이 투과될 수 있는 공지의 재질로 제조될 수 있음을 밝혀둔다.
센서 하우징부(200a)는 스테이션부(100)의 스테이션 하우징부(110)에 장착되되, 스테이션 하우징부(110) 상에 착륙되는 비행체(10)의 추진용 구동부(20)에 대응되는 위치로 각각 장착된다.
그리고, 자기장은 방향 성분을 가지므로, 자기장 검출부(220)가 임의의 축을 중심으로 x축, y축, z축 방향을 측정하기 위해서는 스테이션부(100)의 모든 방향에서 비금속 재질 즉, 자기장이 투과될 수 있어야 한다. 스테이션부(100)의 스테이션 하우징은 전체가 비금속 재질 즉, 자기장이 투과될 수 있는 재질로 제조되는 것을 특징으로 한다.
즉, 스테이션 하우징부(110)와 센서 하우징부(200a)가 모두 자기장이 투과되는 재질, 일 예로 비금속 재질로 제조되어 센서 하우징부(200a)의 상면에 장착된 자기장 검출부(220)는 임의의 축을 중심으로 x축, y축, z축 방향에 대한 자기장의 방향 성분을 검출할 수 있다.
자기장 감지 센서는 바로 위에 있는 서로 마주보는 추진용 구동부(20) 즉, 전기모터(22)와 전자 속도 제어기(23)에서 발생하는 자기장을 측정하므로 이러한 물리량이 도달한 수 있도록 x, y, z 축의 크기와 형상, 그리고 권선의 수를 설계하며, 이러한 센서의 설계는 공지의 자기장 센서에 대한 설계 원리로 설계될 수 있는 것이며 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
또한, 물리 동작 감지부(200)는 추진용 구동부(20)에서 발생되는 음파 즉, 소음을 측정할 수 있는 음파 감지부(230)를 포함한다.
음파 감지부(230)는 음파를 받아 음성 전류로 전환할 수 있는 마이크로폰(231)인 것을 일 예로 하고, 복수의 마이크로폰(231)을 포함하여 추진용 구동부(20)에서 발생되는 소리 즉, 음파를 전달받아 음파를 전기 신호 즉, 음성 전류로 스테이션 제어부(300)로 전달한다.
센서 하우징부(200a)에는 마이크로폰(231)이 장착되는 음파 측정용 구멍(232)이 형성되고, 음파 측정용 구멍(232)은 원형의 구멍이고, 복수로 원형이나 직선으로 배치되는 것을 일 예로한다.
음파 측정용 구멍(232)의 크기는 프로펠러(21)에서 발생되는 음파의 형태, 비행체(10)의 이착륙 시 음파를 감지할 때 기설정되는 비행체(10)와 마이크로폰(231) 사이의 거리 등을 고려하여 설계될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 물리 동작 감지부(200)는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230) 중 어느 하나를 포함하여 구동부용 진동 감지부(210)에서 감지된 추진용 구동부(20)의 진동 측정값, 자기장 검출부(220)에서 검출된 자기장 측정값, 음파 감지부(230)에서 감지된 음파 신호 중 적어도 1개의 물리량을 감지하고, 스테이션 제어부(300)는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230) 중 어느 하나에서 전달받은 진동 측정값, 자기장 측정값, 음파 신호 중 어느 한개의 물리량을 통해 비행체(10)의 추진용 구동부(20)에 대한 오작동 또는 고장 여부를 판단할 수 있다.
또한, 물리 동작 감지부(200)는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230) 중 2개를 선택적으로 포함하여 구동부용 진동 감지부(210)에서 감지된 추진용 구동부(20)의 진동 측정값, 자기장 검출부(220)에서 검출된 자기장 측정값, 음파 감지부(230)에서 감지된 음파 신호 중 적어도 2개의 물리량을 감지하고, 스테이션 제어부(300)는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230) 중 2개에서 전달받은 진동 측정값, 자기장 측정값, 음파 신호 중 2개의 물리량을 통해 비행체(10)의 추진용 구동부(20)에 대한 오작동 또는 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있다.
또한, 물리 동작 감지부(200)는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230)를 모두 포함하여 구동부용 진동 감지부(210)에서 감지된 추진용 구동부(20)의 진동 측정값, 자기장 검출부(220)에서 검출된 자기장 측정값, 음파 감지부(230)에서 감지된 음파 신호를 각각 모두 감지하고, 스테이션 제어부(300)는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230)에서 전달받은 진동 측정값, 자기장 측정값, 음파 신호를 모두 분석하여 비행체(10)의 추진용 구동부(20)에 대한 오작동 또는 고장 여부를 더 정확하게 판단할 수 있다.
한편, 스테이션 제어부(300)는 구동부용 진동 감지부(210)에서 감지된 추진용 구동부(20)의 진동 측정값, 자기장 검출부(220)에서 검출된 자기장 측정값, 음파 감지부(230)에서 감지된 음파 신호를 통해 비행체(10)의 추진용 구동부(20)에 대한 오작동 또는 고장 여부를 정확하게 판단할 수 있다.
더 상세하게 비행체(10)가 이륙한 직 후 또는 착륙하기 직전에 스테이션부(100)의 상면에서 기설정된 거리만큼 이격되어 떠 있는 상태에서 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230)는 각각 추진용 구동부(20)의 진동 측정값, 자기장 측정값, 음파 신호를 감지할 수 있다.
구동부용 진동 감지부(210) 즉, 레이다 센서부(211)는 전기모터(22)와 프로펠러(21)에 특정 파형 모형의 RF를 송신하고, 물체에 부딪쳐서 되돌아온 신호의 형태를 수신하고, 그리고, 되돌아온 신호의 형태를 스테이션 제어부(300)로 전달한다.
스테이션 제어부(300)는 수신된 신호처리에 FFT 분석을 통해서 회전과 관련한 주파수 성분을 도출하고, 파형의 패턴을 도출하여 이상상태를 확인할 수 있다.
일예로 스테이션 제어부(300)는 수신된 신호의 패턴이 비교적 매끈한 파형의 반복 패턴을 보이는 경우 전기모터(22)나 프로펠러(21)의 상태가 정상으로 판단하고, 전기모터(22)에 기설정된 진동값 이상이 발생되거나, 프로펠러(21)의 날이 깨져서 불균형적으로 회전하고 기설정된 진동값 이상이 발생되는 경우 수신 신호의 패턴에 노이즈가 중간중간 끼어있고, 크고 작은 불규칙한 패턴이 발생하며, 이렇게 수신 신호의 패턴에 노이즈가 중간중간 끼어있고, 크고 작은 불규칙한 패턴이 발생하는 경우 전기모터(22)나 프로펠러(21)의 작동에 이상이 발생되었음으로 판단한다.
스테이션 제어부(300)에는 레이다 센서부(211)를 통해 전달받는 신호 패턴에 대해 정상 신호패턴에 대한 형태가 다수로 기저장되어 있고, 스테이션 제어부(300)는 레이다 센서부(211)를 통해 전달받는 신호 패턴이 기저장된 신호 패턴이 아닌 경우 즉, 수신 신호의 패턴에 노이즈가 중간중간 끼어있고, 크고 작은 불규칙한 패턴이 발생된 경우 추진용 구동부(20)에 오작동 또는 고장이 발생된 것으로 판단한다.
또한, 스테이션 제어부(300)는 자기장 검출부(220)에서 검출되어 전달받은 자기장의 신호 패턴을 통해 추진용 구동부(20)에 오작동 또는 고장이 발생된 것을 판단할 수 있다.
전기모터(22)가 정상적으로 작동되는 경우 이상적으로 회전력을 발생시키기 때문에 즉, 회전력을 규칙적으로 발생되기 때문에 자기장 검출부(220)에서 검출되는 전기모터(22)의 자기장 신호 패턴이 대칭이며 규칙적으로 이어진다.
반면에 전기모터(22)의 권선이 끊어지거나 축이 기울어진 경우 자기장 검출부(220)에서 검출된 자기장 신호 패턴이 대칭적이지 않고, 불규칙하며 중간에 크고 작은 노이즈와 같은 패턴들이 발생된다.
이에 스테이션 제어부(300)는 자기장 검출부(220)에서 검출된 전기모터(22)의 자기장 신호 패턴이 대칭이며 규칙적으로 이어지는 경우 추진용 구동부(20)가 정상 작동하는 것으로 판단하고, 자기장 검출부(220)에서 검출된 자기장 신호 패턴이 대칭적이지 않고, 불규칙하며 중간에 크고 작은 노이즈와 같은 패턴들이 발생된 경우 전기모터(22)에 고장이 발생된 것으로 판단한다.
그리고, 자기장 검출부(220)에서 검출되는 전자 속도 제어기(ESC)(23)의 모터 제어 신호는 정상적인 경우 모터 제어를 위한 PWM(pulse width modulation) 파형의 폭과 크기가 기설정된 범위 내에 있고, 고장이 발생된 경우 모터 제어를 위한 PWM(pulse width modulation) 파형이 기설정된 범위를 벗어나게 된다.
스테이션 제어부(300)는 자기장 검출부(220)에서 검출되는 모터 제어 신호의 PWM(pulse width modulation)이 기설정된 범위 내에 있는 파형의 폭과 크기를 가지는 경우 전자 속도 제어기(ESC)(23)가 정상 작동하는 것으로 판단하고, 모터 제어 신호의 PWM(pulse width modulation)이 기설정된 범위 밖에 있는 파형의 폭과 크기를 가지는 경우 전자 속도 제어기(ESC)(23)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
또한, 스테이션 제어부(300)는 음파 감지부(230)에서 감지된 음파 신호로 부품의 노화 정도와 이상 여부를 판단할 수 있다.
음파 감지부(230)는 프로펠러(21)의 회전에 의한 공력 현상과 전기모터(22)의 베어링 마모에 의해 발생되는 소리 즉, 소음을 감지하고, 이를 스테이션 제어부(300)로 전달한다.
프로펠러(21)가 정상적으로 회전하는 경우 프로펠러(21)의 회전에 의한 공력으로 소음(tornal noise)이 균형적으로 발생하고, 반면에 프로펠러(21)가 불균형하거나 베어링의 노후화로 인해 프로펠러(21)에 진동 즉, 떨림이 발생되는 경우 공력현상에 노이즈가 발생하며, 이는 수신된 음파에 묻혀져 있다.
그리고, 전기 모터의 베어링이 마모된 경우 고주파음이 발생하고, 음파 감지부(230)는 이 고주파음을 감지하여 스테이션 제어부(300)로 음파와 함께 전달함으로써 스테이션 제어부(300)가 전달받은 음파의 파형 패턴과 고주파를 통해 전기모터(22) 또는 프로펠러(21)의 이상 여부 또는 노후화 정도를 판단하게 된다.
한편, 스테이션 제어부(300)는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230)에서 감지된 신호처리 과정을 통해 도출된 정보를 활용해 전기모터(22), 프로펠러(21), 전자 속도 제어기(ESC)(23)의 정상 작동 여부 또는 이상 작동 여부를 확인할 수 있다.
또한, 스테이션 제어부(300)는 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230)에서 감지된 신호처리 과정을 통해 도출된 정보를 활용해 판단되는 전기모터(22), 프로펠러(21), 전자 속도 제어기(ESC)(23)의 이상현상은 크게 균형과 노후화을 판단할 수 있다.
즉, 스테이션 제어부(300)는 다수의 실험을 통해 획득된 해당 전기모터(22), 프로펠러(21), 전자 속도 제어기(ESC)(23)의 정상 작동 상태 일 때의 균형과 노후화에 대한 기준값 및 신호패턴들을 저장하고 있고, 기저장된 정상 수치에 대한 기준값과 범위값을 구동부용 진동 감지부(210), 자기장 검출부(220), 음파 감지부(230)에서 실시간으로 측정되거나 감지된 측정값 또는 신호패턴을 비교함으로써 범위안에 있는 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 고장으로 판단한다.
본 발명은 비행체(10)가 이착륙 시 추진용 구동부(20)의 작동 상태를 점검하여 추진용 구동부(20)를 점검하기 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 추진용 구동부(20)의 작동 상태를 이착륙 시 점검하여 추진용 구동부(20)의 고장 여부를 판단하고, 비행체(10)의 비행 시 발생되는 사고를 방지하고, 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
10 : 비행체 20 : 추진용 구동부
21 : 프로펠러 22 : 전기모터
23 : 전자 속도 제어기 100 : 스테이션부
110 : 스테이션 하우징부 200 : 물리 동작 감지부
200a : 센서 하우징부 210 : 구동부용 진동 감지부
211 : 레이다 센서부 211a : 전파방출용 개방부
211b : 전파 투과용 커버부재 220 : 자기장 검출부
230 : 음파 감지부 231 : 마이크로폰
232 : 음파 측정용 구멍 300 : 스테이션 제어부

Claims (15)

  1. 추진용 구동부에 의해 수직 이착륙이 가능한 비행체가 착륙되는 스테이션부;
    상기 스테이션부에 위치되고, 상기 추진용 구동부의 작동 시 물리적 상태를 측정하는 물리 동작 감지부; 및
    상기 물리 동작 감지부에서 측정된 상기 추진용 구동부의 작동 시 물리적 상태로 상기 추진용 구동부의 노후 또는 고장 여부를 판단하는 스테이션 제어부를 포함하며,
    상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부에서 발생되는 자기장을 검출하는 자기장 검출부를 포함하며,
    상기 추진용 구동부는 프로펠러와 상기 프로펠러를 회전시키는 전기모터 및 상기 전기모터의 속도를 제어하는 전자 속도 제어기(Electronic Speed Controller:ESC)를 포함하고,
    상기 자기장 검출부는 상기 전기모터에서 발생되는 자기장과 상기 전기모터의 속도를 제어하는 전자 속도 제어기(Electronic Speed Controller:ESC)에서 발생되는 자기장을 각각 검출하며,
    상기 스테이션 제어부는 다수의 실험을 통해 획득된 상기 전기모터와 상기 전자 속도 제어기(ESC)의 정상 작동 상태 일 때의 균형과 노후화에 대한 기준값 및 기준 신호패턴에 대한 범위가 기저장되며, 상기 자기장 검출부에서 검출된 측정값 또는 신호패턴을 상기 기준값 및 상기 기준 신호패턴의 범위와 비교함으로써 범위안에 있는 경우 상기 추진용 구동부가 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 상기 추진용 구동부의 노화 또는 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 물리 동작 감지부는 상기 스테이션부에서 비행체의 착륙 지점에 복수의 상기 추진용 구동부와 대응되게 위치되게 복수로 구비되는 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부의 진동 물리량을 감지하는 구동부용 진동 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 구동부용 진동 감지부는 전파를 이용하여 상기 프로펠러와 상기 전기모터의 진동 물리량을 측정하는 레이다 센서부인 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 물리 동작 감지부는 상기 추진용 구동부에서 발생되는 음파를 측정할 수 있는 음파 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 음파 감지부는 음파를 받아 음성 전류로 전환할 수 있는 복수의 마이크로폰인 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 물리 동작 감지부는,
    상기 추진용 구동부의 진동 물리량을 감지하는 구동부용 진동 감지부; 및
    상기 추진용 구동부에서 발생되는 음파를 측정할 수 있는 음파 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 레이다 센서부가 설치되는 센서 하우징부를 더 포함하고,
    상기 센서 하우징에는 상기 레이다 센서부에서 방출되는 전파가 통과될 수 있는 전파방출용 개방부가 위치되고, 상기 전파방출용 개방부는 전파가 투과할 수 있는 재질의 전파 투과용 커버부재로 막혀진 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 자기장 검출부가 설치되는 센서 하우징부를 더 포함하고,
    상기 센서 하우징부와 상기 스테이션부의 스테이션 하우징부재는 각각 자기장이 투과될 수 있는 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
  14. 삭제
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 스테이션 제어부는 다수의 실험을 통해 획득된 상기 프로펠러가 정상 작동 상태일 때의 균형과 노후화에 대한 기준값 및 기준 신호패턴들의 범위를 기저장하고 있고, 상기 구동부용 진동 감지부와 상기 음파 감지부에서 실시간으로 검출된 측정값 또는 신호패턴을 상기 기준값 및 상기 기준 신호패턴의 범위와 비교함으로써 범위안에 있는 경우 상기 추진용 구동부가 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않은 경우 상기 추진용 구동부의 노화 또는 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 비행체의 이착륙용 스테이션 장치.
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