KR102559850B1 - 비행체 부착형 경사면 검사 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비행체 부착형 경사면 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 장치는 드론 커넥터, 상기 드론 커넥터와 결합된 종방향 모터, 상기 종방향 모터로부터 연장된 링커, 상기 링커와 결합된 횡방향 모터 및 상기 횡방향 모터와 결합된 이미지 센서 거치대를 포함하고, 상기 드론 커넥터는 상기 종방향 모터와 상기 횡방향 모터를 제어하여 상기 이미지 센서 거치대의 수평을 유지하는 짐벌 제어기를 포함하는 짐벌, 상기 드론 커넥터와 결합된 드론, 상기 이미지 센서 거치대에 탈착 가능하게 거치되는 이미지 센서, 및 상기 횡방향 모터로부터 상기 이미지 센서의 상부로 연장되어 고정되는 제1 라이다 센서 및 상기 이미지 센서 거치대의 하부 양측에 결합되는 제2 및 제3 라이다 센서들을 포함하는 라이다 센서 그룹을 포함한다.
Description
본 발명은 경사면 검사 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비행체에 부착되어 비행 가능하고 검사지역에 존재하는 경사면의 각도에 따라 짐벌의 각도를 자동 조정하여 넓은 면적에 대해 연속적인 검사가 가능한 비행체 부착형 경사면 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래 들어, 무인 비행체인 드론이 널리 보급되면서, 사람이 접근하기 어렵거나 위험한 구조물에 대한 검사에 드론을 이용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 드론은 태양광 발전소 내 태양광 패널의 불량 검출 및 고층 건물의 벽면과 교량의 구조물에 발생한 결함 또는 상태를 조사하는데 활용되고 있다.
한편, 드론을 활용한 검사지역 내에는 지형과 경사, 계절에 따른 태양광 패널 설치 각도 조정, 곡면을 가지는 외벽 및 구조물과 같은 요소에 의해 다양한 각도를 가지는 경사면이 존재한다. 이러한 경사면을 검사하기 위한 광학, 적외선, 열화상 등에 대한 이미지 센서는 드론의 자세변화 보상과 센서의 부착각도 조정을 위해 짐벌에 설치되고 있다.
기존의 드론을 활용한 검사시스템에 사용되는 짐벌은 관성센서를 사용하여 지표면과 수평을 유지하며 경사면과 이미지 센서의 상대 각도를 조정하기 위해서, 조정자 외 보조 운용자가 드론으로부터 전송되는 각 경사면의 영상을 육안으로 확인한 뒤 수동으로 짐벌각도를 조정하고 있어 경사면의 각도가 다양하게 분포되어 있는 지역에서 연속적인 검사와 넓은 면적에 대한 검사에 제한사항이 존재한다.
본 발명의 일 실시예는 경사면의 각도에 따라 드론 짐벌의 각도를 자동 조정하여 넓은 면적에 대해 연속적인 검사가 가능한 비행체 부착형 경사면 검사 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 짐벌에 부착된 거리 센서를 사용하여 측정된 거리로 경사면과 짐벌 사이의 상대각도를 계산하여 사전에 설정된 경사면과 짐벌 사이 상대각도를 자동으로 유지시켜 짐벌을 수동으로 조정하는 과정에서 발생하는 상대각도 오차, 검사 소요시간, 보조 운용 인원을 줄일 수 있는 비행체 부착형 경사면 검사 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 비행체 부착형 경사면 검사 장치는 드론 커넥터, 상기 드론 커넥터와 결합된 종방향 모터, 상기 종방향 모터로부터 연장된 링커, 상기 링커와 결합된 횡방향 모터 및 상기 횡방향 모터와 결합된 이미지 센서 거치대를 포함하고, 상기 드론 커넥터는 상기 종방향 모터와 상기 횡방향 모터를 제어하여 상기 이미지 센서 거치대의 수평을 유지하는 짐벌 제어기를 포함하는 짐벌, 상기 드론 커넥터와 결합된 드론, 상기 이미지 센서 거치대에 탈착 가능하게 거치되는 이미지 센서, 및 상기 횡방향 모터로부터 상기 이미지 센서의 상부로 연장되어 고정되는 제1 라이다 센서 및 상기 이미지 센서 거치대의 하부 양측에 결합되는 제2 및 제3 라이다 센서들을 포함하는 라이다 센서 그룹을 포함한다.
실시예들 중에서, 비행체 부착형 경사면 검사 장치는 상기 이미지 센서를 통한 경사면 이미지의 분석 및 상기 라이다 센서 그룹을 통한 경사면 경사의 분석을 수행하여 경사면을 분석하는 검사기를 더 포함할 수 있다.
상기 검사기는 사용자의 원격 제어를 통해 상기 이미지 센서의 구동을 시작하고 상기 이미지 센서의 경사면 이미지를 통해 상기 경사면의 흠결을 검출할 수 있다.
상기 검사기는 상기 경사면의 흠결이 검출되면 상기 경사면 이미지에 있는 흠결의 위치를 중심으로 폐쇄형 하이라이터를 오버레이하여 경사면 이미지 데이터베이스에 저장할 수 있다.
상기 검사기는 사용자의 원격 제어를 통해 상기 라이다 센서 그룹의 구동을 시작하고 상기 제1 내지 제3 라이다 센서들의 거리 값들을 수신할 수 있다.
상기 검사기는 [수학식 1]에 따라 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 종방향 상대 각도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
: 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 종방향 상대 각도
: 상기 제1 라이다 센서의 높이와, 상기 제2 또는 제3 라이다의 높이 차이에 해당하는 종방향의 라이다 설치 간격
: 상기 제1 라이다 센서에서 측정한 거리 값
: 상기 제2 및 제3 라이다 센서들에서 측정한 거리 값들의 평균 값
상기 검사기는 [수학식 2]에 따라 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 횡방향 상대 각도를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
: 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 횡방향 상대 각도
: 상기 제2 및 제3 라이다 센서들 간의 설치 간격
: 상기 제2 라이다 센서에서 측정한 거리 값
: 상기 제3 라이다 센서에서 측정한 거리 값
상기 검사기는 상기 종방향 상대 각도와 상기 횡방향 상대 각도를 기초로 상기 경사면의 3차원 경사방향을 산출하고 상기 경사면 이미지와 함께 경사면 이미지 데이터베이스에 저장할 수 있다.
상기 검사기는 상기 저장 전에 상기 경사면 이미지에 상기 3차원 경사방향을 나타내는 경사방향 인디케이터를 오버레이할 수 있다.
실시예들 중에서, 비행체 부착형 경사면 검사 방법은 사용자의 원격 제어를 통해 라이다 센서 그룹의 구동을 시작하고 상기 라이다 센서 그룹의 제1 내지 제3 라이다 센서들의 거리 값들을 수신하는 단계, 종방향의 라이다 설치 간격 및 상기 거리 값들에 기초하여 경사면과 이미지 센서 간의 종방향 상대 각도를 산출하는 단계, 횡방향의 라이다 설치 간격 및 상기 거리 값들에 기초하여 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 횡방향 상대 각도를 산출하는 단계, 및 종방향 상대각도 설정값과 상기 산출된 종방향 상대 각도 간의 차이값을 기초로 짐벌의 종방향 모터의 회전 각도 및 방향을 제어하고 횡방향 상대각도 설정값과 상기 산출된 횡방향 상대 각도 간의 차이값을 기초로 상기 짐벌의 횡방향 모터의 회전 각도 및 방향을 제어하여 상기 짐벌 각도를 자동 조정하는 단계를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비행체 부착형 경사면 검사 장치 및 방법은 경사면의 각도에 따라 드론 짐벌의 각도를 자동 조정하여 넓은 면적에 대해 연속적인 검사가 가능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비행체 부착형 경사면 검사 장치 및 방법은 짐벌에 부착된 거리 센서를 사용하여 측정된 거리로 경사면과 짐벌 사이의 상대각도를 계산하여 사전에 설정된 경사면과 짐벌 사이 상대각도를 자동으로 유지시켜 짐벌을 수동으로 조정하는 과정에서 발생하는 상대각도 오차, 검사 소요시간, 보조 운용 인원을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체 부착형 경사면 검사 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 비행체 부착형 경사면 검사 장치의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1에 있는 비행체 부착형 경사면 검사 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 1에 있는 경사면 검사 장치가 비행체에 부착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 있는 경사면 검사 장치를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4에 있는 경사면 검사 장치를 나타내는 정면도이다.
도 7은 경사면과 이미지 센서 사이 종방향 상대 각도 산출을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 경사면과 이미지 센서 사이 횡방향 상대 각도 산출을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 비행체 부착형 경사면 검사 장치에서 수행되는 경사면 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 있는 비행체 부착형 경사면 검사 장치의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1에 있는 비행체 부착형 경사면 검사 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 1에 있는 경사면 검사 장치가 비행체에 부착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 있는 경사면 검사 장치를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4에 있는 경사면 검사 장치를 나타내는 정면도이다.
도 7은 경사면과 이미지 센서 사이 종방향 상대 각도 산출을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 경사면과 이미지 센서 사이 횡방향 상대 각도 산출을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 비행체 부착형 경사면 검사 장치에서 수행되는 경사면 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체 부착형 경사면 검사 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 비행체 부착형 경사면 검사 시스템(100)은 사용자 단말(110), 경사면 검사 장치(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
사용자 단말(110)은 경사면 검사 장치(130)를 원격 제어하고 경사면 이미지를 확인할 수 있는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있고, 스마트폰, 노트북 또는 컴퓨터로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 태블릿 PC 등 다양한 디바이스로도 구현될 수 있다. 사용자 단말(110)은 경사면 검사 장치(130)와 네트워크를 통해 연결될 수 있다.
경사면 검사 장치(130)는 비행체에 부착되어 비행 가능하고 검사지역 내 존재하는 경사면을 검사할 수 있는 기구적 구성을 포함하는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있다. 경사면 검사 장치(130)는 사용자 단말(110)과 블루투스, WiFi, 통신망 등을 통해 무선으로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 사용자 단말(110)과 데이터를 주고받을 수 있다.
일 실시예에서, 경사면 검사 장치(130)는 짐벌에 부착된 센서를 이용하여 경사면과의 상대 각도를 산출할 수 있고 산출한 경사면과의 상대 각도를 기초로 짐벌 각도를 자동으로 조정할 수 있다. 경사면 검사 장치(130)는 짐벌에 부착된 적어도 3개 이상의 거리 센서를 통해 측정된 거리값을 기초로 삼각함수를 사용하여 경사면과 짐벌 사이의 상대 각도를 산출할 수 있다. 경사면 검사 장치(130)는 산출된 상대 각도를 기초로 짐벌의 종방향 및 횡방향 모터를 제어하여 짐벌과 경사면이 일정 각도를 유지할 수 있도록 한다.
경사면 검사 장치(130)는 데이터베이스(150)와 연동하여 경사면 검사 과정에서 필요한 정보를 저장할 수 있다. 한편, 경사면 검사 장치(130)는 도 1과 달리, 데이터베이스(150)를 내부에 포함하여 구현될 수 있고 또는 원격의 서버에 위치할 수 있다.
데이터베이스(150)는 비행체를 운행하고 경사면을 분석하고 경사면의 흠결을 검출하는 과정에서 필요한 다양한 정보들을 저장하는 저장장치에 해당할 수 있다. 데이터베이스(150)는 사용자에 의해 설정된 경사면과 짐벌의 종방향 및 횡방향 각각의 상대각도 설정값을 저장할 수 있고, 흠결이 검출된 경사면 이미지를 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 경사면 검사 장치(130)가 비행하면서 경사면을 검사하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)는 프로세서(210), 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)를 포함하여 구현될 수 있다.
프로세서(210)는 비행체를 운행하고 경사면을 분석 및 흠결을 검출하는 과정에서 각각의 동작을 수행하는 프로시저를 실행할 수 있고, 그 과정 전반에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(230)를 관리할 수 있으며, 메모리(230)에 있는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄할 수 있다. 프로세서(210)는 비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 경사면 검사 장치(130)의 CPU(Central Processing Unit)로 구현될 수 있다.
메모리(230)는 SSD(Solid State Drive) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다. 여기에서, 메모리(230)는 도 1의 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
사용자 입출력부(250)는 사용자 입력을 수신하기 위한 환경 및 사용자에게 특정 정보를 출력하기 위한 환경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입출력부(250)는 터치 패드, 터치 스크린, 화상 키보드 또는 포인팅 장치와 같은 어댑터를 포함하는 입력장치 및 모니터 또는 터치스크린과 같은 어댑터를 포함하는 출력장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입출력부(250)는 원격 접속을 통해 접속되는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있다.
네트워크 입출력부(270)은 네트워크를 통해 외부 장치 또는 시스템과 연결하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)는 짐벌(310), 이미지 센서(330), 라이다 센서 그룹(350) 및 검사기(370)를 포함할 수 있다.
짐벌(310)은 비행체에 결합되고 이미지 센서(330)가 탈착 가능하게 거치될 수 있다. 짐벌(310)은 경사면의 각도에 따른 상대 각도가 사전 설정한 상대각도로 자동 유지되도록 각도 조정을 하기 위해, 종방향 모터(311), 횡방향 모터(313) 및 짐벌 제어기(315)를 포함할 수 있다. 짐벌 제어기(315)는 종방향 모터(311)와 횡방향 모터(313)를 제어하여 짐벌(310)에 거치된 이미지 센서(330)의 수평을 유지할 수 있도록 한다.
이미지 센서(330)는 짐벌(310)에 탈착 가능하게 거치될 수 있다. 일 실시예에서, 이미지 센서(330)는 카메라로 구현될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이미지 센서(330)는 사용자의 원격 제어를 통해 구동될 수 있고, 경사면을 촬영하여 경사면 이미지를 획득할 수 있다.
라이다 센서 그룹(350)은 적어도 3개의 라이다 센서들을 포함할 수 있다. 라이다(Lidar)는 특정 물체의 거리를 측정하는 센서이다. 라이다 센서는 목표 물체로 발사하여 반사되는 빛을 검출하여 빛이 되돌아오기까지 걸린 시간을 측정하여 목표물까지의 거리를 계산할 수 있다. 라이다 센서 그룹(350)은 제1 내지 제3 라이다 센서를 통해 경사면과의 거리를 측정할 수 있다. 여기에서, 측정된 거리 값들은 경사면과 짐벌(310)의 종방향 및 횡방향 상대각도를 산출하는 데 사용될 수 있다.
짐벌(310), 이미지 센서(330) 및 라이다 센서 그룹(350) 간의 구체적인 결합 구조는 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4는 도 1에 있는 경사면 검사 장치가 비행체에 부착된 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 있는 경사면 검사 장치를 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 4에 있는 경사면 검사 장치를 나타내는 정면도이다.
도 4를 참조하면, 경사면 검사 장치(130)는 무인 비행체인 드론(400)에 결합될 수 있다. 드론(400)은 경사면 검사 장치(130)가 검사 대상이 되는 구조물의 경사면까지 근접하도록 비행할 수 있다. 즉, 경사면 검사 장치(130)는 드론(400)과의 결합을 통해 비행이 가능하다. 일 실시예에서, 드론(400)은 기본 골격으로 통상적인 유선형의 형상을 가지는 기체의 좌우측에 복수의 날개들이 대칭 배치되는 형태로 형성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 경사면 검사 장치(130)는 드론(400)의 전방 일측에 결합될 수 있다. 경사면 검사 장치(130)는 짐벌(310), 이미지 센서(330) 및 라이다 센서 그룹(350)을 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 짐벌(310)은 드론 커넥터(510), 드론 커넥터(510)와 결합된 종방향 모터(311), 종방향 모터(311)로부터 연장된 링커(530), 링커(530)와 결합된 횡방향 모터(313) 및 횡방향 모터(313)와 결합된 이미지 센서 거치대(550)를 포함할 수 있다. 여기에서, 드론(400)은 드론 커넥터(510)와 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 드론 커넥터(510)는 상부에 드론(400)이 결합되고 하부에 종방향 모터(311)가 결합될 수 있다. 드론 커넥터(510)에는 짐벌 제어기(315)가 포함되어 짐벌 제어기(315)를 통해 종방향 모터(311)와 횡방향 모터(313)를 제어할 수 있다.
링커(530)는 종방향 모터(311)로부터 대략 'ㄱ'자 형태로 하향 절곡되어 연장되고 연장된 단부에 횡방향 모터(313)가 결합될 수 있다.
이미지 센서 거치대(550)는 횡방향 모터(313)와 결합되고 상부에 이미지 센서(330)가 탈착 가능하게 거치될 수 있다.
라이다 센서 그룹(350)은 횡방향 모터(311)로부터 이미지 센서(330)의 상부로 연장되어 고정되는 제1 라이다 센서(351) 및 이미지 센서 거치대(550)의 하부 양측에 결합되는 제2 및 제 3라이다 센서들(353,355)을 포함할 수 있다. 여기에서, 라이다 센서 그룹(350)은 제1 내지 제3 라이다 센서들(351,353,355)을 통해 종방향 및 횡방향 경사면 각도 검출을 위한 거리값을 측정할 수 있다.
다시 도 3으로 돌아가서, 검사기(370)는 드론 커넥터(510)에 포함될 수 있다. 검사기(370)는 이미지 센서(330)를 통한 경사면 이미지의 분석 및 라이다 센서 그룹(350)을 통한 경사면 경사의 분석을 수행하여 경사면을 분석할 수 있다. 검사기(370)는 사용자의 원격 제어를 통해 이미지 센서(330)의 구동을 시작할 수 있고 이미지 센서(330)의 경사면 이미지를 통해 경사면의 흠결을 검출할 수 있다. 일 실시예에서, 검사기(370)는 이미지 센서(330)를 통해 획득한 경사면의 이미지를 영상 분석하여 경사면의 어디에 어떤 흠결이 존재하는 지를 검사할 수 있다. 검사기(370)는 경사면의 흠결이 검출되면 경사면 이미지에 있는 흠결의 위치를 중심으로 폐쇄형 하이라이터를 오버레이하여 경사면 이미지 데이터베이스(150)에 저장할 수 있다. 폐쇄형 하이라이터는 동그라미에 해당할 수 있고 검사기(370)는 흠결의 위치를 경사면 이미지에 동그라미 표시하여 데이터베이스에 저장하여 경사면에 관한 사후 점검을 수행할 수 있도록 한다. 여기에서, 경사면 이미지 데이터베이스(150)는 검사기(370)의 메모리 또는 원격의 서버에 위치할 수 있다.
검사기(370)는 사용자의 원격 제어를 통해 라이다 센서 그룹(350)의 구동을 시작할 수 있다. 검사기(370)는 구동을 시작한 라이다 센서 그룹(350)의 제1 내지 제3 라이다 센서들(351,353,355)로부터 측정된 거리 값들을 수신할 수 있고 경사면 경사의 분석을 수행할 수 있다. 검사기(370)는 라이다 센서 그룹(350)에서 수집한 데이터를 공학단위로 변환하고 필터링을 통해 잡음 신호를 제거하는 센서 신호 처리를 통해 거리 값들을 수신할 수 있다. 검사기(370)는 수신한 거리 값들을 기초로 경사면과 이미지 센서(330) 간의 종방향 상대각도 및 횡방향 상대각도를 각각 산출할 수 있다. 검사기(370)는 산출된 종방향 상대 각도 및 횡방향 상대 각도를 기초로 경사면의 3차원 경사방향을 산출하고 경사면 이미지와 함께 경사면 이미지 데이터베이스(150)에 저장할 수 있다. 검사기(370)는 저장 전에 경사면 이미지에 3차원 경사방향을 나타내는 경사방향 인디케이터를 오버레이하여 경사면 이미지 데이터베이스(150)에 저장할 수 있다.
짐벌 제어기(315)는 산출된 종방향 상대 각도와 사용자에 의해 사전 설정된 종방향 상대 각도 간의 차이의 절대값으로 종방향 모터(311)의 회전 각도 명령을 생성하고 차이의 부호로 종방향 모터(311)의 회전방향 명령을 생성하여 종방향 모터(311)를 제어할 수 있다. 짐벌 제어기(315)는 산출된 횡방향 상대 각도와 사용자에 의해 사전 설정된 횡방향 상대 각도 간의 차이의 절대값으로 횡방향 모터(313)의 회전 각도 명령을 생성하고 차이의 부호로 횡방향 모터(313)의 회전방향 명령을 생성하여 횡방향 모터(313)를 제어할 수 있다. 짐벌 제어기(315)는 짐벌(310)의 종방향 모터(311)와 횡방향 모터(313)를 제어하여 사전 설정된 경사면과 짐벌(310) 사이 상대각도를 자동으로 유지할 수 있어 경사면의 각도가 다양하게 변하더라도 연속적으로 검사가 가능하게 된다. 이에 따라, 동일한 시간동안 검사 가능한 영역의 넓이가 증가할 수 있다.
도 7은 경사면과 이미지 센서 사이 종방향 상대 각도 산출을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 경사면과 이미지 센서 사이 횡방향 상대 각도 산출을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서, 검사기(370)는 하기 [수학식 1]에 따라 경사면(700)과 이미지 센서(330) 간의 종방향 상대 각도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
여기에서, α는 경사면(700)과 이미지 센서(330) 간의 종방향 상대 각도이고, k는 제1 라이다 센서(351)의 높이와 제2 또는 제3 라이다 센서(353,355)의 높이 차이에 해당하는 종방향의 라이다 설치 간격이다. d1은 제1 라이다 센서(351)에서 측정한 거리 값이고, d2는 제2 및 제3 라이다 센서(353,355)에서 측정한 거리 값들의 평균 값이다.
도 8에서, 검사기(370)는 하기 [수학식 2]에 따라 경사면(700)과 이미지 센서(330) 간의 횡방향 상대 각도를 산출할 수 있다.
[수학식 2]
여기에서, β는 경사면(700)과 이미지 센서(330) 간의 횡방향 상대 각도이고, l은 제2 및 제3 라이다 센서들(353,355) 간의 설치 간격이다. d3은 제2 라이다 센서(353)에서 측정한 거리 값이고, d4는 제3 라이다 센서(355)에서 측정한 거리 값이다.
경사면(700)과 이미지 센서(330) 사이 종방향 및 횡방향 상대 각도(α,β)는 역삼각함수인 아크탄젠트(arctan)에 대입하여 산출할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 비행체 부착형 경사면 검사 장치에서 수행되는 경사면 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)는 사용자의 원격 제어를 통해 라이다 센서 그룹(350)의 구동을 시작하고 상기 라이다 센서 그룹(350)의 제1 내지 제3 라이다 센서들(351,353,355)의 거리 값들을 수신할 수 있다(단계 S910). 비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)는 종방향의 라이다 설치 간격 및 거리 값들에 기초하여 경사면(700)과 이미지 센서(330) 간의 종방향 상대 각도를 산출할 수 있다(단계 S930). 여기에서, 종방향 상대 각도는 상기 [수학식 1]에 의해 산출될 수 있다.
비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)는 횡방향의 라이다 설치 간격 및 거리 값들에 기초하여 경사면(700)과 이미지 센서(330) 간의 횡방향 상대 각도를 산출할 수 있다(단계 S950). 여기에서, 횡방향 상대 각도는 상기 [수학식 2]에 의해 산출될 수 있다.
비행체 부착형 경사면 검사 장치(130)는 종방향 상대각도 설정값과 산출된 종방향 상대 각도 간의 차이값을 기초로 짐벌(310)의 종방향 모터(311)의 회전 각도 및 방향을 제어하고 횡방향 상대각도 설정값과 상기 산출된 횡방향 상대 각도 간의 차이값을 기초로 짐벌(310)의 횡방향 모터(313)의 회전 각도 및 방향을 제어하여 짐벌(310) 각도를 자동 조정할 수 있다(단계 S970).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 비행체 부착형 경사면 검사 시스템
110: 사용자 단말 130: 경사면 검사 장치
150: 데이터베이스
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 짐벌
311: 종방향 모터 313: 횡방향 모터
315: 짐벌 제어기
330: 이미지 센서 350: 라이다 센서 그룹
351: 제1 라이다 센서 353: 제2 라이다 센서
353: 제3 라이다 센서
370: 검사기
400: 드론
510: 드론 커넥터 530: 링커
550: 이미지 센서 거치대
700: 경사면
110: 사용자 단말 130: 경사면 검사 장치
150: 데이터베이스
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 짐벌
311: 종방향 모터 313: 횡방향 모터
315: 짐벌 제어기
330: 이미지 센서 350: 라이다 센서 그룹
351: 제1 라이다 센서 353: 제2 라이다 센서
353: 제3 라이다 센서
370: 검사기
400: 드론
510: 드론 커넥터 530: 링커
550: 이미지 센서 거치대
700: 경사면
Claims (10)
- 드론 커넥터, 상기 드론 커넥터와 결합된 종방향 모터, 상기 종방향 모터로부터 연장된 링커, 상기 링커와 결합된 횡방향 모터 및 상기 횡방향 모터와 결합된 이미지 센서 거치대를 포함하고, 상기 드론 커넥터는 상기 종방향 모터와 상기 횡방향 모터를 제어하여 상기 이미지 센서 거치대의 수평을 유지하는 짐벌 제어기를 포함하는 짐벌;
상기 드론 커넥터와 결합된 드론;
상기 이미지 센서 거치대에 탈착 가능하게 거치되는 이미지 센서;
상기 횡방향 모터로부터 상기 이미지 센서의 상부로 연장되어 고정되는 제1 라이다 센서 및 상기 이미지 센서 거치대의 하부 양측에 결합되는 제2 및 제3 라이다 센서들을 포함하는 라이다 센서 그룹; 및
상기 이미지 센서를 통한 경사면 이미지의 분석 및 상기 라이다 센서 그룹을 통한 경사면 경사의 분석을 수행하여 경사면을 분석하는 검사기를 포함하는 비행체 부착형 경사면 검사 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 검사기는
사용자의 원격 제어를 통해 상기 이미지 센서의 구동을 시작하고 상기 이미지 센서의 경사면 이미지를 통해 상기 경사면의 흠결을 검출하는 것을 특징으로 하는 비행체 부착형 경사면 검사 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 검사기는
상기 경사면의 흠결이 검출되면 상기 경사면 이미지에 있는 흠결의 위치를 중심으로 폐쇄형 하이라이터를 오버레이하여 경사면 이미지 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 비행체 부착형 경사면 검사 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 검사기는
사용자의 원격 제어를 통해 상기 라이다 센서 그룹의 구동을 시작하고 상기 제1 내지 제3 라이다 센서들의 거리 값들을 수신하는 것을 특징으로 하는 비행체 부착형 경사면 검사 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 검사기는
[수학식 1]에 따라 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 종방향 상대 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 비행체 부착형 경사면 검사 장치.
[수학식 1]
: 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 종방향 상대 각도
: 상기 제1 라이다 센서의 높이와, 상기 제2 또는 제3 라이다의 높이 차이에 해당하는 종방향의 라이다 설치 간격
: 상기 제1 라이다 센서에서 측정한 거리 값
: 상기 제2 및 제3 라이다 센서들에서 측정한 거리 값들의 평균 값
- 제6항에 있어서, 상기 검사기는
[수학식 2]에 따라 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 횡방향 상대 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 비행체 부착형 경사면 검사 장치.
[수학식 2]
: 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 횡방향 상대 각도
: 상기 제2 및 제3 라이다 센서들 간의 설치 간격
: 상기 제2 라이다 센서에서 측정한 거리 값
: 상기 제3 라이다 센서에서 측정한 거리 값
- 제7항에 있어서, 상기 검사기는
상기 종방향 상대 각도와 상기 횡방향 상대 각도를 기초로 상기 경사면의 3차원 경사방향을 산출하고 상기 경사면 이미지와 함께 경사면 이미지 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 비행체 부착형 경사면 검사 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 검사기는
상기 저장 전에 상기 경사면 이미지에 상기 3차원 경사방향을 나타내는 경사방향 인디케이터를 오버레이하는 것을 특징으로 하는 비행체 부착형 경사면 검사 장치.
- 사용자의 원격 제어를 통해 라이다 센서 그룹의 구동을 시작하고 상기 라이다 센서 그룹의 제1 내지 제3 라이다 센서들의 거리 값들을 수신하는 단계;
종방향의 라이다 설치 간격 및 상기 거리 값들에 기초하여 경사면과 이미지 센서 간의 종방향 상대 각도를 산출하는 단계;
횡방향의 라이다 설치 간격 및 상기 거리 값들에 기초하여 상기 경사면과 상기 이미지 센서 간의 횡방향 상대 각도를 산출하는 단계; 및
종방향 상대각도 설정값과 상기 산출된 종방향 상대 각도 간의 차이값을 기초로 짐벌의 종방향 모터의 회전 각도 및 방향을 제어하고 횡방향 상대각도 설정값과 상기 산출된 횡방향 상대 각도 간의 차이값을 기초로 상기 짐벌의 횡방향 모터의 회전 각도 및 방향을 제어하여 상기 짐벌 각도를 자동 조정하는 단계를 포함하는 비행체 부착형 경사면 검사 방법.
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210138552A KR102559850B1 (ko) | 2021-10-18 | 2021-10-18 | 비행체 부착형 경사면 검사 장치 및 방법 |
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|---|---|
| KR20230055167A KR20230055167A (ko) | 2023-04-25 |
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| KR102335235B1 (ko) * | 2017-03-21 | 2021-12-03 | 엘지이노텍 주식회사 | 짐벌장치 및 이를 포함하는 드론 |
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