KR20120094062A - 관절식 센서 지지 구조물 - Google Patents

관절식 센서 지지 구조물 Download PDF

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마코토 우에노
마크 엘. 슈말젤
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Abstract

실시예들은 (a) 마스트(210)의 원위단에 배치되고 이미징 소자를 수용하도록 구성되고, 상기 마스트의 근위단이 방위각-앙각 조인트 어셈블리(140)에 회동 가능하게 결합된 마스트헤드(320)를 포함하는 카메라 지지 구조물; 및 (b) 개구(120)와 해치(110)를 포함하고, 상기 해치(110)는 상기 개구(120)를 닫도록 탄성적으로 바이어스 되며, 상기 카메라 지지 구조물(220)은 하중을 받은 스프링을 억제하는 핀의 해제(1150) 및 상기 방위각-앙각 조인트 어셈블리(140)를 통한 상기 마스트의 회전 작동 중 적어도 하나에 의해 해치 탄성 바이어스를 극복하도록 구성되는 카메라 지지 구조물 하우징(100)을 포함하는 어셈블리를 포함한다.

Description

관절식 센서 지지 구조물{ARTICULATED SENSOR SUPPORT STRUCTURE}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2009년 11월 25일자로 출원된 미국 가출원 제61/264,601호에 대한 우선권 및 이익을 주장하며, 그 전체 내용을 사실상 본원에 참조로 통합한다.
연방정부 지원 연구 ( FEDERALLY SPONSORED RESEARCH )
본 발명은 미국방위고등연구계획국(DARPA)이 부여한 HR0011-07-C-0075 하에서 미국 정부의 지원으로 고안되었다. 미국 정부는 본 발명에 대해 일정한 권리를 갖는다.
실시예는 관절식 센서 지지 구조물에 관한 것으로, 특히, 센서용의 모듈화된 관절식 센서 지지 구조물에 관한 것이다.
이미징 센서(imaging sensor)와 같은 센서는 스텐션(stanchion)과 같은 지지 부재 상에 장착될 수 있다. 이미징 센서는 두 개의 회전축을 가지는 전동 플랫폼에 장착될 수 있다.
본 발명은 관절식 센서 지지 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예들은 마스트(mast)의 원위단(distal end)에 배치된 센서 마스트헤드(masthead)를 포함하는 센서 지지 구조를 포함하는 무인 항공기를 포함하며, 상기 마스트의 근위단(proximal end)은 방위각-앙각(azimuth-elevation) 조인트 어셈블리에 회동 가능하게 결합된다. 일부 실시예에서, 상기 무인 항공기는 제1 회전 자유도를 갖는 제1 각 작동기(angular actuator) 및 제2 회전 자유도를 갖는 제2 각 작동기를 포함하는 방위각-앙각 조인트 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 무인 항공기의 일실시예에서, 상기 센서 마스트헤드는 이미징 소자를 수용하도록 구성될 수 있다. 상기 무인 항공기의 다른 실시예에서, 상기 센서 지지 구조물은 카메라 지지 구조물일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 무인 항공기는 센서 지지 구조물 하우징을 더 포함할 수 있으며, 상기 센서 지지 구조 하우징은 카메라 지지 구조물일 수 있으며, 상기 센서 지지 구조물 하우징은 주변부를 가지는 개구(aperture)를 가질 수 있으며, 상기 무인 항공기는 상기 센서 지지 구조물 하우징의 일 부분에 회전가능하게 부착된 해치를 더 포함할 수 있으며, 상기 해치는 상기 개구의 주변부 근처에서 상기 개구에 회전가능하게 결합되도록 탄성적으로 바이어스(biased) 된다. 이 실시예에서, 상기 센서 지지 구조물은 하중을 받은 스프링을 억제하는 핀을, 예를 들어 선형 작동기를 통해 해제에 의하여 상기 해치의 탄성 바이어스(resilient bias)를 극복하도록 구성되고/구성되거나 (a) 상기 제1 각 작동기와 (b) 제2 각 작동기 중 적어도 하나를 통하여 상기 마스트의 회전 작동에 의하여 상기 해치의 탄성 바이어스를 극복하도록 구성될 수 있다.
실시예들은 (a) 마스트의 원위단에 배치되고 이미징 소자를 수용하도록 구성된 마스트헤드를 포함하고, 상기 마스트의 근위단은 방위각-앙각 조인트 어셈블리에 회동 가능하게 결합되며, 상기 방위각-앙각 조인트 어셈블리는 제1 회전 자유도를 갖는 제1 각 작동기 및 제2 회전 자유도를 갖는 제2 각 작동기를 포함하는 카메라 지지 구조물; 및 (b) 개구와 상기 개구를 중심으로 닫히도록 탄성적으로 바이어스될 수 있는 해치를 포함하고, (a) 하중을 받은 스프링을 억제하는 핀의 해제 및 (b) 상기 제1 각 작동기(i)와 제2 각 작동기(ii) 중 적어도 하나를 통한 상기 마스트의 회전 작동 중 적어도 하나에 의하여 상기 해치의 탄성 바이어스를 극복하도록 구성될 수 있는 카메라 지지 구조물 하우징을 포함하는 어셈블리를 포함한다..
일부 실시예들은 이미지 센서 지지 구조물을 배치하고 상기 이미지 센서 지지 구조물을 이미지 센서 지지 하우징으로부터 원위치시키는 방법을 포함하고, 상기 방법은 (a) 상기 이미지 센서 지지 구조물의 마스트의 하중을 받는 스프링 억제 핀을 제거하는 단계; (b) 억제가 풀린 상기 스프링 로딩 마스트에 의해, 회전가능하게 탄성 바이어스될 수 있는, 상기 이미지 센서 지지 하우징의 해치를 회전가능하게 회전시켜 개방하는 단계; 및 (c) 상기 제1 각 작동기와 상기 제2 각 작동기 중 적어도 하나를 통해 상기 마스트를 회전 작동시키는 단계를 포함한다. 이미지 센서 지지 구조물을 배치하고 상기 이미지 센서 지지 구조물을 이미지 센서 지지 하우징으로부터 원위치시키는 방법 실시예들은 상기 이미지 센서 지지 구조물의 마스트를 앙각 방향으로(elevationally) 원위치시키는 단계, 및 상기 이미지 센서 지지 구조물의 마스트의 상기 하중을 받은 스프링 억제 핀을 원위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예들은 첨부한 도면들의 그림들에 한정되지 않으면서 예시적으로 도시된다.
도 1은 개방된 해치를 가진 반투명 상면을 갖는 예시적 하우징의 평면도 및 배치된 지지 구조물의 상면도이다.
도 2는 반투명 상면의 해치가 닫힌 도 1의 예시적 하우징의 평면도이다.
도 3은 들어간 위치에 있는 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다.
도 4는 초기 연장 단계에 있는 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다.
도 5는 해치가 개방된 초기 연장 단계에 있는 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다.
도 6은 회전가능 위치에 있는 연장된 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 회전각으로부터 90도 회전된 회전가능 위치에 있는 연장된 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 회전각으로부터 180도 회전된 회전가능 위치에 있는 연장된 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다.
도 9는 비행체의 앞부분에 결합될 수 있는 예시적 하우징을 도시한다.
도 10은 비행체의 앞부분과 결합하는 예시적 하우징을 도시한다.
도 11은 관절식 센서 지지 어셈블리의 예시적 실시예를 이용할 수 있는 시스템의 블록도를 탑-레벨(top-level)로 도시한다.
예시적 실시예들을 나타내는 도면들을 참조한다. 도 1은 개방된 해치를 가진 반투명 상면을 갖는 예시적 하우징의 평면도 및 배치된 지지 구조물의 상면도이다. 하우징(100)은 해치(110) 및 부분적으로 고정된 커버(111)를 포함하는 투명한 상면(102)를 갖고서 묘사되고, 하우징(100)은 인클로저(115)를 더 포함한다. 인클로저의 바닥 부분은 투명한 개구(130)를 포함하는 것으로 도시된다. 센서 지지 어셈블리(140)는 인클로저(120)의 바닥 부분의 상면상에 배치되어 도시되고, 센서 지지 어셈블리(105)는 카메라 렌즈를 포함하여 도시된다. 상기 상면(102)은 불투명하거나 반투명할 수 있다. 센서 지지 구조물(105)은 제1 회동 조인트(125) 및 제2 회동 조인트(126, 127) 위에 장착되어 도시된다. 지지 구조물이 하우징 체적(volume) 내부로 들어갈 때, 해치(110)는 스프링 하중을 받는 힌지를 중심으로 개구에 대하여 닫히는 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다.
도 2는 반투명 상면(102)의 해치(110)가 닫힌 도 1의 예시적 하우징의 평면도이다. 센서 지지 어셈블리(140)의 소정 부분은 인클로저(115) 및 상면(102)에 의해 정의되는 체적 내부로 들어가서 도시된다. 마스트(mast)(210) 또는 아암은 제2 조인트(126, 127)로부터 센서 장착 부재(220)까지 연장되어 도시된다.
도 3은 들어간 위치에 있는 센서 지지체의 측면 횡단 입면도다. 렌즈(310) 및 렌즈 부착 어셈블리(320)는 센서 장착 부재(220)에 배치되어 도시되고, 렌즈(310)는 투명 개구(130)를 향하여 도시된다.
도 4는 초기 연장 단계에 있는 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다. 아암 또는 마스트(210)는 미리 장력을 받고 있는 해제(release) 스프링으로 인하여 제2 조인트의 축을 중심으로 회전하거나 작동 요소에 의해 구동될 수 있다. 마스트(210)가 인클로저의 바닥으로부터 멀어지게 회전함에 따라, 센서 부착 어셈블리(320)는 해치(110)와 접촉하고 해치(110)를 들어 올린다.
도 5는 센서 부착 어셈블리(320)가 해치(110)의 가장자리를 지남에 따라 해치가 개방되는 초기 연장 단계에 있는 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다.
도 6은 연장된 위치에 있고, 제1 회동 조인트(125)를 중심으로 회전가능한 연장된 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다. 도 7은 도 6에 도시된 회전각으로부터 90도 회전된 회전가능 위치에 있는 연장된 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다. 도 8은 도 6에 묘사된 회전각으로부터 180도 회전된 회전가능 위치에 있는 연장된 센서 지지체의 측면 횡단 입면도이다.
도 9는 비행체(900)의 앞부분에 결합될 수 있는 예시적 카메라 구조물 하우징(100)을 도시한다. 입력/출력 인터페이스(910)는 비행체(900)의 수용 캐비티(920) 내에, 예를 들어, 수용 캐비티(920)의 일부를 정의하는 벽(921)을 따라 배치될 수 있다. 도 10은 비행체(900)의 앞부분과 결합하는 예시적 카메라 구조물 하우징(100)을 도시한다. 따라서, 비행체 실시예에서, 렌즈는 하방 관찰 이미징 장치를 지지할 수 있다. 이미징 장치의 출력은 비행 제어 및/또는 착륙 안내를 보조하기 위해 사용될 수 있다. 착륙이 완료되면, 센서 지지 어셈블리는 해치를 통하여 수직 위치로 연장되도록 명령을 받거나 해제될 수 있고, 이후 수평선 좌우로 회동하며 방위각으로 스캐닝을 하는 정찰 또는 감시 모드로 작동할 수 있다. 도 11은 관절식 센서 지지 어셈블리(1105)의 예시적 실시예를 이용할 수 있는 시스템(1100)의 블록도를 탑-레벨(top-level)로 도시한다. 들어간 위치에서, 이미지 센서(1110)는 프로세서(1130)에 의한 비행 제어 프로세싱(1131)을 위한 정보를 제공하고/하거나, 이미지 정보는 송신기(1140)와 안테나(1141) 같은 다운링크를 통해 수신국에 전송될 수 있다. 착륙되면, 이미지 센서는 정찰/감시용으로 사용될 수 있으며, 이러한 사용은 스프링 로딩된 아암의 해제(1150) 또는 센서 지지 어셈블리를 회전 승강시키는 토오크를 인가하는 승강 작동기(1151)의 작동에 의해 용이해진다. 해제 기구(1150)는 솔레노이드 작동 핀을 포함할 수 있다. 정찰/감시 프로세싱(1132)은 방위각 모터(1152)가 센서 지지 어셈블리를 회동시켜 지평선을 따라 스캔하도록 출력 인터페이스를 통해 방위각 모터(1152)에 명령을 내릴 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 지지 어셈블리는 승강 작동기(1151)에 의해 승강될 수 있는 수용 위치로 돌아갈 수 있다.
상기 실시예들의 특정 특징들 및 양태들의 다양한 조합 및/또는 하위 조합들이 만들어질 수 있고 이들 조합들은 여전히 본 발명의 범위 내에 해당한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 개시된 실시예들의 다양한 특징들 및 양태들은 개시된 발명의 다양한 모드들을 형성하기 위하여 서로 조합되거나 치환될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에서 예시적으로 개시된 본 발명의 범위는 위에서 설명된, 개시된 특정 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims (13)

  1. 마스트의 원위단(distal end)에 배치된 센서 마스트헤드(masthead)를 포함하는 센서 지지 구조물을 포함하며,
    상기 마스트의 근위단(proximal end)은 방위각-앙각(azimuth-elevation) 조인트 어셈블리에 회동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방위각-앙각 조인트 어셈블리는 제1 회전 자유도를 갖는 제1 각 작동기 및 제2 회전 자유도를 갖는 제2 각 작동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 마스트헤드는 이미징 소자를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서 지지 구조물은 카메라 지지 구조물인 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  5. 제1항에 있어서,
    주변부를 가지는 개구를 포함하는 센서 지지 구조물 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 센서 지지 구조물 하우징의 일 부분에 회전가능하게 부착된 해치를 더 포함하며, 상기 해치는 상기 개구의 상기 주변부 근처에서 상기 개구에 회전가능하게 결합되도록 탄성적으로 바이어스 되는 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센서 지지 구조물은 하중을 받는 스프링을 억제하는 핀을 해제할 때 발생되는 상기 해치의 탄성 바이어스를 극복하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센서 지지 구조물은 하중을 받은 스프링을 억제하는 핀의 해제 및 상기 제1 각 작동기와 제2 각 작동기 중 적어도 하나를 통한 상기 마스트의 회전 작동에 의하여 상기 해치의 탄성 바이어스를 극복하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 센서 지지 구조물 하우징은 카메라 지지 구조물인 것을 특징으로 하는 무인항공기.
  10. 마스트의 원위단에 배치되고 이미징 소자를 수용하도록 구성된 마스트헤드를 포함하고, 상기 마스트의 근위단은 방위각-앙각 조인트 어셈블리에 회동 가능하게 결합되며, 상기 방위각-앙각 조인트 어셈블리는 제1 회전 자유도를 갖는 제1 각 작동기 및 제2 회전 자유도를 갖는 제2 각 작동기를 포함하는 카메라 지지 구조물; 및
    개구와 상기 개구에 회전가능하게 결합되도록 탄성적으로 바이어스되는 해치를 포함하고, 하중을 받은 스프링을 억제하는 핀의 해제 및 상기 제1 각 작동기와 제2 각 작동기 중 적어도 하나를 통한 상기 마스트의 회전 작동 중 적어도 하나에 의하여 상기 해치의 탄성 바이어스를 극복하도록 구성되는 카메라 지지 구조물 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  11. 이미지 센서 지지 구조물을 배치하고 상기 이미지 센서 지지 구조물을 이미지 센서 지지 하우징으로부터 원위치시키는 방법에 있어서,
    상기 이미지 센서 지지 구조물의 마스트의 하중을 받는 스프링 억제 핀을 제거하는 단계;
    억제가 풀린 상기 스프링 로딩 마스트에 의해 상기 이미지 센서 지지 하우징의 해치를 회전가능하게 회전시켜 개방하는 단계; 및
    제1 각 작동기와 제2 각 작동기 중 적어도 하나를 통해 상기 마스트를 회전 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 지지 구조물을 배치하고 상기 이미지 센서 지지 구조물을 이미지 센서 지지 하우징으로부터 원위치시키는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 해치는 회전가능하게 탄성적으로 바이어스 되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 지지 구조물을 배치하고 상기 이미지 센서 지지 구조물을 이미지 센서 지지 하우징으로부터 원위치시키는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 이미지 센서 지지 구조물의 상기 마스트를 앙각 방향으로(elevationally) 원위치시키는 단계; 및
    상기 이미지 센서 지지 구조물의 상기 마스트의 상기 하중 받는 스프링 억제 핀을 원위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 지지 구조물을 배치하고 상기 이미지 센서 지지 구조물을 이미지 센서 지지 하우징으로부터 원위치시키는 방법.
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