KR20140037998A - 구조물 점검용 비행 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자율적으로 비행하는 비행체의 위치 인식 및 사물 인식 기능을 이용하여 상공에서 전력 구조물 및 송전, 배전 설비 구조물, 애자류 등의 구조물을 원활하게 점검할 수 있도록 하는 구조물 점검용 비행 장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 위치 좌표 정보를 근거로 무인 이동 비행을 위한 항법 제어를 수행하는 항공 위치 제어부, 점검 대상 구조물로의 이동 비행에 따라, 구조물의 지정 목표물의 영상을 획득하고, 획득된 영상 정보를 영상 처리하여 이상 여부를 인식하는 영상 획득 및 처리부, 점검 대상 구조물로의 이동 비행을 위해, 수평 상태를 유지하면서 상기 구조물의 지정 경로를 따라 비행할 수 있도록 구동하는 비행체 운행부 및, 상기 점검 대상 구조물의 비행 경로에 대한 기초 정보를 갖추고, 상기 항공 위치 제어부로부터의 위치 좌표 정보와, 항법 제어 신호를 근거로 상기 기초 정보를 참조하여 상기 비행체 운행부가 구동되도록 제어하고, 상기 영상 획득 및 처리부에서 지정 목표물의 영상을 획득하도록 제어하는 비행 제어 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

구조물 점검용 비행 장치{Flight Apparatus for Checking Structure}
본 발명은 구조물 점검용 비행 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무인비행체의 자동 조정 방식에 의해 이동 비행하면서 구조물 상태를 점검할 수 있도록 하는 구조물 점검용 비행 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 지상에서 높은 위치에 설치된 전력선, 구조물 및 송전철탑의 애자, 금구류 등의 촬영을 위하여는 점검자가 고전압 상태의 전력선, 구조물 및 송전철탑에 승탑한 상태에서, 촬영장비를 이용하여 촬영을 하여야 하지만, 승탑에 의한 안전사고 위험성과 촬영할 수 있는 범위가 제한적이라는 문제점을 안고 있어서, 최근에는 비행체를 이용한 촬영으로 인력 승탑에 따른 안전사고 방지와 점검시간의 단축을 기할 수 있도록 하고 있다.
비행체를 이용한 방법에는 항공촬영용 헬기를 이용하는 방법과 무인 비행체를 이용하는 방법이 있다.
관련 기술로는 국내공개특허 제2000-0059630호(철탑 항공보안등의 단락경보 및 원격감시장치)(2000.10.05)가 있다.
한편, 항공촬영용 헬기의 경우에는 비행체의 중량이 수십 kg에 달하고 구조물 및 전력설비와 충돌시 전력설비 피해방지 등을 위하여 최소 20m이상 철탑과의 안전거리를 유지하도록 되어 있어 근접 정밀촬영이 어렵고, 20m이상 원거리에서 정밀촬영을 위해서는 수천만원 이상의 고성능 망원렌즈가 필요하게 되어, 비행체 운항을 위한 많은 비용이 소요되고 있어 전력선, 구조물 및 송전철탑 근접 점검용으로 활용하기에는 많은 문제점을 가지고 있다.
또한, 종래의 무인항공 촬영용 비행체들은 공중에서 정지비행을 하면서 작은 사물을 집중적으로 촬영하는 용도로 사용하는 것이 아니라, 고고도에서 광범위한 범위를 촬영하기 위한 용도로 제작되어 있기 때문에, 외부 영향에 의해 고도, 위치, 방위각 등의 변화가 생기는 비행체로는 30cm 이내의 작은 사물을 지속적으로 촬영할 수 없어 이를 해결하기 위한 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위해 이루어진 것으로서, 자율적으로 비행하는 비행체의 위치 인식 및 사물 인식 기능을 이용하여 상공에서 전력 구조물 및 송전, 배전 설비 구조물, 애자류 등의 구조물을 원활하게 점검할 수 있도록 하는 구조물 점검용 비행 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일측면에 따른 구조물 점검용 비행 장치는, 위치 좌표 정보를 근거로 무인 이동 비행을 위한 항법 제어를 수행하는 항공 위치 제어부, 점검 대상 구조물로의 이동 비행에 따라, 구조물의 지정 목표물의 영상을 획득하고, 획득된 영상 정보를 영상 처리하여 이상 여부를 인식하는 영상 획득 및 처리부, 점검 대상 구조물로의 이동 비행을 위해, 수평 상태를 유지하면서 상기 구조물의 지정 경로를 따라 비행할 수 있도록 구동하는 비행체 운행부 및, 상기 점검 대상 구조물의 비행 경로에 대한 기초 정보를 갖추고, 상기 항공 위치 제어부로부터의 위치 좌표 정보와, 항법 제어 신호를 근거로 상기 기초 정보를 참조하여 상기 비행체 운행부가 구동되도록 제어하고, 상기 영상 획득 및 처리부에서 지정 목표물의 영상을 획득하도록 제어하는 비행 제어 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 항공 위치 제어부는, 퍼지 모델을 이용하여 자동 비행 제어와, 고도 변화, 각속도 변화, 가속도 변화 감지를 통해 비행 오차를 감소시켜서 원하는 목표물로의 근접 비행이 가능하도록 PID 제어기를 갖추고 있는 항법 디바이스, GPS 위성으로부터 수신받은 GPS 신호로부터 현재 위치의 위치 좌표 신호를 산출하는 GPS 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 영상 획득 및 처리부는, 비행 이동 위치의 인식과, 구조물의 점검 목표물에 대한 영상 정보 수집을 위한 동영상 및 정지 화상을 각각 촬영하는 촬영 모듈, 상기 비행 제어 디바이스로부터의 서보 제어에 따라 기계적인 서보 구동을 수행하여 상기 촬영 모듈이 촬영하는 위치 및 각도를 변화시키는 서보 구동 메카니즘 및, 상기 촬영 모듈로부터 촬영된 동영상이나 정지 화상 데이터를 영상 처리하여, 영상 패턴 인식에 따른 위치 인식을 수행하고, 구조물의 목표 피사체에 대한 영상 인식을 수행하는 영상 처리 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 촬영 모듈은 야간에 구조물의 촬영을 위한 적외선 촬영 기능이 구비되어 있고, 야간시 비행 위치 인식을 위한 LED 램프를 전면 및 후면에 각각 장착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 비행체 운행부는, 피치(Pitch) 및 롤(Roll) 축 제어를 수행하여 비행 동체가 항상 수평을 유지하도록 하기 위한 수평 유지 보정을 수행하는 수평 유지 디바이스, 상기 비행 제어 디바이스로부터의 구동 제어와, 상기 수평 유지 디바이스로부터의 수평 유지를 위한 보정 신호에 따라 비행을 위한 구동을 수행하고, 비행체의 상,하,좌,우 비행에 따른 비행시 모터 구동의 변속을 수행하는 변속기와, 비행을 위한 모터 회전을 수행하는 모터, 상기 모터의 회전 구동과, 상기 변속기의 변속 기능에 따라 비행 항력을 제공하는 고속 회전을 수행하는 프로펠러를 갖춘 비행체 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비행 제어 디바이스는, X축, Y축, Z축 방향의 지자기 상태를 체크하여 X-축, Y-축, Z-축 자이로 신호를 각각 발생하는 X-자이로, Y-자이로, Z-자이로 센서, 구조물 설치 지역의 기압을 체크하여 기압 감지 신호를 출력하는 기압계, 구조물 설치 지역의 날씨에 따라 가해지는 압력을 체크하여 압력 감지 신호를 출력하는 압력계, 상기 기압계와, 상기 압력계로부터의 아날로그 형태의 기압 감지 신호와, 압력 감지 신호를 각각 디저털 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터, 상기 영상 획득 및 처리부로부터 영상 처리된 영상 데이터를 구조물의 촬영 목표물에 대한 비행 유도를 위한 데이터로서 활용을 위해 영상 디코딩 처리하는 영상 디코더 및, 구조물의 촬영 목표물에 대한 초기 정보를 외부로부터 입력받아 저장하고, 상기 X-자이로, Y-자이로, Z-자이로 센서와, 기압계, 압력계로부터의 각 감지 신호와, 상기 항공 위치 제어부로부터의 항법 제어 신호에 따라, 상기 목표물에 대한 초기 정보와, 상기 영상 획득 및 처리부로부터의 영상 패턴 인식 정보에 근거하여, 상기 비행체 운행부를 구동 제어하고, 상기 영상 획득 및 처리부의 촬영 동작을 제어하는 중앙 처리 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 영상 디코더의 디코딩 처리 관련 상태 정보와, 상기 항공 위치 제어부의 위치 좌표 신호를 OSD(On Screen Display) 신호로 처리하여, 비행 이력을 기록하는 블랙 박스의 기능을 수행하고, 지상에서 모니터를 통해 비행 이력을 화면 표시할 수 있도록 하는 OSD 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 원격지로부터의 전송되는 비행 제어 관련 데이터를 수신받아 상기 비행 제어 디바이스에 제공하고, 상기 비행 제어 디바이스로부터의 비행 제어 관련 데이터를 원격지에 무선 전송하며, 상기 영상 획득 및 처리부로부터 획득된 영상 데이터를 원격지에 무선 전송하는 무선 통신 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 비행 제어 디바이스의 중앙 처리 유니트는, 상기 무선 통신 디바이스에 의한 양방향 통신에 의해 원격지로부터 촬영 영상의 확대/축소, 촬영 각도 조정 명령이 수신되면, 상기 영상 획득 및 처리부를 구동 제어하여 촬영 영상에 대한 확대/축소 구동, 촬영 각도를 조정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 전력선, 구조물 및 송전설비 고장이나 점검을 위하여 기존의 인력 승탑을 통한 안전사고와 승탑시간을 줄일 수 있고, 기존의 항공촬영용 비행체나 중형급 무인비행체의 촬영접근거리 제한에 따른 정밀한 촬영이 불가능한 것을 해소하여 자동 이동비행 및 강한 자율정지비행을 갖는 비행체를 이용하여 일반적인 소형카메라 등을 이용하여 정밀한 촬영화질을 할 수 있다.
또한, 본 발명은 자동 비행 및 자율정지 비행이 가능하여 원격 비행체 운전 미숙련자도 비행체의 송전 선로 접근에 대한 부담없이 손쉽게 업무를 수행할 수 있으며, 송전설비 이외에 배전설비 등 전력설비 점검시 근접촬영용으로 활용할 수 있고, 고지대 등 사람의 접근이 쉽지 않은 곳의 피사체 촬영이나 접근업무에 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 비행 장치는 선로를 따라 자동으로 이동이 가능하고 기체의 사이즈가 작아 선로사이를 비행하는 것이 가능하여 스페이서 댐퍼 등의 금구류도 근접 정밀점검이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검용 비행 장치에 대한 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검용 비행 장치에서 제어 목표량 산출을 위해 각 입력변수의 멤버쉽 함수를 각각 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검용 비행 장치에서 비행 제어 디바이스의 구체 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검용 비행 장치의 동작을 예시적으로 설명하는 플로우차트이다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
우선, 본 발명에 따른 구조물 점검용 비행 장치는, 직경 1m 이내, 무게 3kg 내외의 소형, 경량화 구조의 무인비행체로써, 150g 내외 소형모터의 구동전력과 13인치 내외의 소형프로펠러의 회전력으로 수직 상승 및 정지비행이 가능하고, GPS 및 영상인식 기술을 활용하여 송전선로의 진행방향에 따라 순시 비행이 가능하며 송전철탑에 설치된 애자, 금구류 등의 균열 상태까지 정밀하게 촬영할 수 있는 무인 비행체에 해당된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검용 비행 장치에 대한 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 구조물 점검용 비행 장치는, 항법 디바이스(10)와, GPS 모듈(20), 촬영 모듈(30), 서보 구동 메카니즘(35), 비행 제어 디바이스(40), 수평 유지 디바이스(50), 비행체 구동부(60), 영상 처리 디바이스(70), 무선통신 디바이스(80), 배터리 모듈(90)을 포함한다.
상기 항법 디바이스(10)는 퍼지 모델을 이용하여 자동 비행 제어와, 고도 변화, 각속도 변화, 가속도 변화 감지를 통해 비행 오차를 감소시켜서 원하는 목표물로의 근접 비행이 가능하도록 한 것으로서, 퍼지 모델의 제어를 위해 PID 제어기(12)를 갖추고 있다.
상기 PID 제어기(12)는 비행체의 종방향 및 횡방향 제어에 엘리베이터(Elevator)와 에일러런(Aileron)의 서보 제어기가 조합되어 있는 것으로서, 유도 법칙에 따라 계산된 뱅크각(Bank Angle)과 피치각(Pitch Angle)의 목표치에 대해 추종 제어를 수행하는 퍼지 추론과 PID 제어가 통합된 것이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검용 비행 장치에서 제어 목표량 산출을 위해 각 입력변수의 멤버쉽 함수를 각각 나타낸 도면이다.
여기서, 상기 PID 제어기(12)는 항공기의 동체 방위각(Ψ)을 계산된 추종 방위각(Ψcorn)과 일치시켜 비행체 운항 궤적의 유도를 하게 되며, 이때의 Ψcorn - Ψ는 유도 오차인 시선각이 된다. 이 시선각의 크기 및 방향에 따라 제어 법칙에 의한 선회 및 평형유지를 하게 되며, 선회 방향은 시선각을 기준으로 비행체의 유도 방향이 결정된다.
한편, 입력 변수인 롤(φ), 피치(θ), 시선각(Ψ), 고도(h), 경로점 잔여 거리(d), 항공기 속도(Vs)와 4개의 출력 변수의 언어적 퍼지 집합에 따라, 제어 목표량 산출을 위한 각 입력 변수의 멤버쉽 함수가 도 2a 내지 도 2f에 도시된 바와 같이 결정된다.
도 2a에서는 입력 변수인 롤(φ)에 대한 롤 각도(Roll Angle)의 함수를 나타내고 있으며, 도 2b에서는 입력 변수인 피치(θ)에 대한 피치 각도(Pitch Angle)의 함수를 나타내고 있고, 도2c에서는 입력 변수인 시선각(Ψ)에 대한 시선 라인(Line of Sight)의 함수를 나타내고 있다.
또한, 도 2d에서는 입력 변수인 고도(h)에 대한 고도(Altitude)의 함수를 나타내고 있으며, 도 2e에서는 입력 변수인 경로점 잔여 거리(d)에 대한 경로점의 거리(Distance of Waypoint)의 함수를 나타내고 있고, 도 2f에서는 입력 변수인 항공기 속도(Vs)에 대한 항공 속도(Air Speed)dml 함수를 나타내고 있다.
도 1에서, 상기 GPS 모듈(20)은 GPS 위성으로부터의 GPS 신호를 수신받아서 해당 비행체의 현재 위치에 대한 위치 좌표 신호를 산출하여 상기 비행 제어 디바이스(40)에 제공한다.
여기서, 상기 항법 디바이스(10)와, GPS 모듈(20)은 비행체의 비행 위치에 따른 항공 제어를 위한 것으로서, 항공 위치 제어부로 통칭할 수 있다.
상기 촬영 모듈(30)은 해당 비행체의 이동 위치 인식과, 구조물의 점검 목표물에 대한 영상 정보 수집을 위해, 동영상 및 정지 화상을 각각 촬영하게 되는 것으로서, 적어도 1920 ×1280의 영상 크기와, 1,200만 화소의 해상도를 갖는 풀 HD급의 저중량 카메라를 적용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 촬영 모듈(30)에는 야간에도 구조물의 촬영이 가능한 적외선 촬영 기능이 구비되어 있고, 야간 촬영을 위한 보조 조명을 추가적으로 장착할 수 있으며, 야간시의 비행 위치 인식을 위한 LED 램프를 전면 및 후면에 각각 장착할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 서보 구동 메카니즘(35)은 상기 비행 제어 디바이스(40)로부터의 서보 제어에 따라 기계적인 서보 구동을 수행하여 상기 촬영 모듈(30)이 촬영하는 위치 및 각도를 변화시켜서 목표물에 대한 정확한 촬영이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 비행 제어 디바이스(40)는 상기 항법 디바이스(10)로부터의 항법 신호와, 상기 GPS 모듈(20)로부터의 GPS 신호에 의한 위치좌표 신호를 제공받아서, 상기 비행체 구동부(60)를 구동제어함에 의해 해당 비행체가 구조물의 원하는 피사체 촬영이 가능하도록 비행 이동 경로를 잡아주도록 하고, 상기 서보 구동 메카니즘(35)을 서보 제어하여 상기 촬영 모듈(30)이 원하는 목표 피사체를 정확하게 촬영할 수 있도록 제어 동작한다.
상기 수평 유지 디바이스(50)는 피치(Pitch) 및 롤(Roll) 축 제어를 수행함에 의해, 해당 비행체가 비행하면서 외부 기상 상황에 따라 변화되는 바람 등의 영향을 받지 않고, 비행 동체가 항상 수평을 유지하도록 하기 위한 수평 유지 보정 신호를 발생하여 상기 비행체 구동부(60)의 구동시 위치 보정이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 비행체 구동부(60)는 상기 비행 제어 디바이스(40)로부터의 구동 제어에 따라 해당 비행체를 비행시키기 위한 구동을 수행하고, 상기 수평 유지 디바이스(50)로부터의 수평 유지를 위한 보정 신호에 따라 비행 구동의 보정을 수행하여 수평 유지 비행을 수행하는 것으로서, 이는 비행체의 상,하,좌,우 비행에 따른 비행시 모터 구동에 대한 변속 기능을 수행하는 변속기(66)와, 상기 배터리 모듈(90)로부터 동작 전원을 인가받아 구동되어 해당 비행체의 비행을 위한 모터 회전을 수행하는 모터(62), 상기 모터(62)의 회전 구동과, 상기 변속기(66)의 변속 기능에 따라 해당 비행체에 항력을 제공하기 위한 고속 회전을 수행하는 프로펠러(64)를 포함한다.
여기서, 상기 모터(62)는 입력 전압으로서 9∼15V, 부하전류로서 20A를 입력받고, 350W의 전력 공급에 따라 무부하시 회전력이 770rpm을 갖는 저중량의 고성능 모터를 적용하는 것이 바람직하고, 상기 프로펠러(64)는 저중량이면서 고강도를 갖는 절연 코팅된 알루미늄 프레임을 적용하는 것이 바람직하다.
상기 프로펠러(64)는 해당 비행체의 상,하,좌,우 방향으로의 자유로운 비행을 위해 적어도 4개 이상 장착되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 모터(62)의 설치 개수도 상기 복수개의 프로펠러(64)가 풍분한 회전력을 발생할 수 있도록 적어도 2개 이상으로 설치하는 것도 얼마든지 가능하다.
여기서, 상기 수평 유지 디바이스(50)와, 비행체 구동부(60)는 비행체가 수평 상태를 지속적으로 유지하면서 원하는 비행 궤도로 비행 이동을 수행할 수 있도록 하는 것으로서, 비행체 운행부로 통칭할 수 있다.
상기 영상 처리 디바이스(70)는 상기 촬영 모듈(30)로부터 촬영된 동영상이나 정지 화상 데이터를 영상 처리하여, 영상 패턴 인식에 따른 위치 인식을 수행하고, 구조물의 목표 피사체에 대한 영상 인식을 수행하고, 영상 인식 데이터값을 상기 항법 디바이스(10)에 제공하여 항법 제어에 이용될 수 있도록 함과 더불어, 영상 처리된 동영상 데이터 또는 정지 화상 데이터를 상기 무선통신 디바이스(80)를 통해 원격지에 전송한다.
여기서, 상기 촬영 모듈(30)과, 서보 구동 메카니즘(35), 영상처리 디바이스(70)는 구조물의 원하는 목표물에 대한 촬영 영상을 획득하고, 획득된 영상을 인식 처리하기 위한 것으로서, 영상 획득 및 처리부로 통칭할 수 있다.
상기 무선통신 디바이스(80)는 원격지로부터의 전송되는 비행 제어 관련 데이터를 수신받아 상기 비행 제어 디바이스(40)에 제공하고, 상기 비행 제어 디바이스(40)로부터의 비행 제어에 대한 관련 데이터를 원격지에 무선 전송하며, 상기 영상 처리 디바이스(70)로부터의 동영상 데이터 또는 정지 화상 데이터를 원격지에 무선 전송한다.
상기 배터리 모듈(90)은 해당 비행체의 비행 및 구조물 촬영에 필요한 동작 전원을 공급한다.
다음에, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검용 비행 장치에서 비행 제어 디바이스의 구체 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 비행 제어 디바이스(40)는, X-자이로 센서(100)와, Y-자이로 센서(102), Z-자이로 센서(104), 기압계(106), 압력계(108), 아날로그-디지털 컨버터(110), 영상 디코더(112), OSD 처리부(114), 중앙 처리 유니트(116), 서보 제어 출력부(118), 구동 출력부(120), 메모리(122)를 포함한다.
상기 X-자이로 센서(100)는 X축 방향의 지자기 상태를 체크하여 X-축 자이로 신호를 발생하고, 상기 Y-자이로 센서(102)는 Y축 방향의 지자기 상태를 체크하여 Y-축 자이로 신호를 발생하며, 상기 Z-자이로 센서(104)는 Z축 방향의 지자기 상태를 체크하여 Z-축 자이로 신호를 발생한다.
상기 기압계(106)는 해당 비행체가 비행하는 구조물 설치 지역의 기압을 체크하여 기압 감지 신호를 출력하고, 상기 압력계(108)는 해당 비행체가 비행하는 구조물 설치 지역의 날씨에 따라 바람 등의 영향으로 가해지는 압력을 체크하여 압력 감지 신호를 출력한다.
상기 아날로그-디지털 컨버터(110)는 상기 기압계(106)로부터의 아날로그 형태의 기압 감지 신호와, 상기 압력계(108)로부터의 아날로그 형태의 압력 감지 신호를 각각 디저털 변환하여 출력한다.
상기 영상 디코더(112)는 상기 영상 처리 디바이스(70)로부터 영상 처리된 영상 데이터를 구조물의 촬영 목표물에 대한 비행 유도를 위한 데이터로서 활용하기 위해 영상 디코딩 처리하고, 상기 영상 디코딩 데이터를 상기 중앙 처리 유니트(116)에 제공한다.
상기 OSD 처리부(114)는 상기 영상 디코더(112)의 디코딩 처리 관련 상태 정보와, 상기 GPS 모듈(20)로부터의 위치 좌표 신호를 OSD(On Screen Display) 신호로 처리함으로써, 비행 이력을 기록하는 블랙 박스로서의 기능을 수행하거나, 지상에서 별도의 모니터와 연결하여 비행 이력을 화면 표시하기 위한 용도로서 이용될 수 있도록 한다.
상기 중앙 처리 유니트(116)는 촬영하고자 하는 구조물(예컨대 송전선로, 송전 철탑, 배전 설비 등)의 촬영하고자 하는 목표물에 대한 초기 정보를 외부로부터 입력받아 상기 메모리(122)에 저장하고, 상기 X-자이로 센서(100), Y-자이로 센서(102), Z-자이로 센서(104), 기압계(106), 압력계(108)로부터의 각각의 감지 신호와, 상기 항법 디바이스(10)로부터 제공되는 항법 제어 신호에 따라, 상기 비행체 구동부(60)를 구동 제어하여 구조물의 원하는 목표물로의 비행이 이루어질 수 있도록 하고, 상기 목표물에 대한 초기 정보와, 상기 영상 처리 디바이스(70)로부터의 위치 인식 및 영상 인식 처리 결과에 따른 영상 패턴 인식 정보에 근거하여 상기 서보 구동 메카니즘(35)을 구동 제어함으로써, 상기 촬영 모듈(30)이 원하는 목표물의 정확한 촬영을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 상기 중앙 처리 유니트(116)는 해당 비행체의 비행 제어 정보와, 목표물의 촬영에 대한 제어 정보를 상기 무선 통신 디바이스(80)를 통해 원격지로 전송할 수 있도록 제어한다.
한편, 상기 중앙 처리 유니트(116)는 상기 무선 통신 디바이스(80)를 통한 양방향 통신에 의해 지상에 위치한 소정의 조정 및 모니터링 장치로부터 촬영 영상의 확대/축소, 촬영 각도 조정 명령이 수신되면, 상기 서보 구동 메카니즘(35)를 구동 제어하여 상기 촬영 모듈(30)이 지상에서의 촬영 영상에 대한 확대/축소 구동이나, 촬영 각도를 조정할 수 있도록 할 수 있다.
상기 서보 제어 출력부(118)는 상기 중앙 처리 유니트(116)로부터의 서보 구동 제어 신호를 상기 서보 구동 메카니즘(35)에 구성된 구성 요소에 출력하여 상기 촬영 모듈(30)의 좌/우 서보 구동과, 상/하 서보 구동이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 구동 출력부(120)는 상기 중앙 처리 유니트(116)로부터의 비행 제어 신호를 상기 비행체 구동부(60)의 모터(62) 및 변속기(66)에 출력함으로써, 해당 비행체가 구조물의 원하는 위치를 향하여 비행을 수행할 수 있도록 한다.
상기 메모리(122)는 구조물의 목표물 촬영을 위한 비행 경로 정보, 촬영할 목표물의 위치 정보 등의 목표물에 대한 초기 정보를 외부로부터 입력받아 저장한다.
한편, 본 발명에서는 비행 장치의 원활한 비행을 위한 구조적인 안정화를 위해서, 해당 비행체의 중앙부에 상기 배터리 모듈(90)을 장착하고, 최상단에는 상기 GPS 모듈(30)을 포함한 GPS 안테나를 탑재할 수 있도록 하며, 상기 촬영 모듈(30)과 영상 처리 디바익스(70)를 동체의 하단에 배치함과 더불어, 비행체의 무게 중심 및 비행시 수평 유지를 고려하여 상기 항법 디바이스(10)와, 비행 제어 디바이스(40)를 동체의 상부에 탑재할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 신호의 수신율 향상과 각 구성 회로 간의 신호 간섭을 차단하기 위해 동판으로 이루어진 격판을 회로 구성부와 GPS 모듈(20)의 사이에 설치하도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에서는 상기 GPS 모듈(20)로부터 제공되는 GPS 위치 좌표와, 상기 영상 처리 디바이스(70)의 영상 패턴 인식에 따라, 이동 비행시의 이동 경로 오차를 줄여주도록 하고 있지만, 추가적으로 초음파 거리 센서 또는 전계 측정기를 더 장착하여 구조물의 전력선과의 안전 거리 유지 및 이동 경로 오차를 더 최소화시킬 수 있도록 하는 것도 얼마든지 가능하다.
이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 구조물 점검용 비행 장치의 동작에 대해 도 4의 플로우차트를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검용 비행 장치의 동작을 예시적으로 설명하는 플로우차트로서, 본 발명의 일실시예에서는 점검하고자 하는 구조물 중에서 송전 선로를 일예로 하여 설명하기로 한다.
먼저, 점검하고자 하는 송전 선로의 목표물에 대한 초기 정보를 비행 제어 디바이스(40)의 메모리(122)에 저장한 상태에서(S10), 상기 초기 정보에 따라 송전 선로 초기 위치인 철탑의 중앙점에 대한 GPS 위치 좌표와, 해당 비행체와의 거리 계산 및 적정 이격 거리를 유지하고, 송전 선로의 진행 방향과 비행체의 진행 방향 방위각을 90°로 유지하여 철탑의 최고점 고도와 비행체의 고도를 일치시켜 비행 점검을 완료하고 나서, 항법 디바이스(10)의 항법 제어와, 상기 비행제어 디바이스(40)의 비행 제어에 따라 비행체 구동부(60)가 구동되면서 점검 대상으로 설정된 송전 선로의 초기 연결 지점인 철탑으로 비행 이동하게 된다(S11).
그 상태에서, 본 발명의 비행 장치는 점검 대상 송전 선로의 초기 연결 지점인 철탑의 중단 아암 선로 인근에서 정지 비행을 유지한 상태에서(S12), 서보 구동 메카니즘(35)의 서보 구동에 따라 촬영 모듈(30)의 촬영 위치를 맞추고서, 상기 촬영 모듈(30)이 대상 목표물인 송전 선로의 A상, B상, C상의 구간에 대한 촬영을 개시하고, 영상 처리 디바이스(70)의 위치 인식부(72) 및 영상 인식부(74)를 통한 영상 패턴 인식에 근거하여 송전 선로의 이상 여부에 대한 점검을 수행한다(S13).
그 상태에서, 상기 영상 처리 디바이스(70)는 각 송전 선로 구간의 영상 패턴 인식 결과로 특정 선로에 이상(예컨대, 과열 발생, 형상 변형, 코로나 현상 등)이 검출되는 지를 판단하게 되는데(S14), 특정 선로에서 이상이 검출된다고 판단되면, 상기 영상 처리 디바이스(70)는 선로의 이상 검출 정보를 상기 비행 제어 디바이스(40)에 제공하고 나서 무선 통신 디바이스(80)를 통해 상기 촬영된 이상 발생 구간의 영상 정보를 원격지에 송출하고, 상기 비행 제어 디바이스(40)는 GPS 모듈(20)로부터 제공되는 GPS 위치 좌표 정보와, 거리 정보, 이상 발생 통지 제어 정보를 상기 무선 통신 디바이스(80)를 통해 원격지에 송출한다(S15).
그 다음에, 상기 비행 제어 디바이스(40)는 상기 비행제 구동부(60)의 비행 구동 및 상기 서보 구동 메카니즘(35)의 서보 구동에 따라 점검 대상의 송전 선로를 따라 중단으로부터 상단까지 순차적으로 선로 점검을 진행하게 되는데(S16), 상기 점검 대상 송전 선로의 종단에 배치된 철탑까지 이동 비행을 수행하여 점검 대상 구간의 점검이 완료되었는지를 판단한다(S17).
상기 판단 결과, 상기 비행 제어 디바이스(40)는 상기 메모리(122)에 저장된 목표물의 초기 정보에 근거하여 점검 대상 송전 선로의 구간에 대한 점검이 완료되었다고 판단하게 되면, 상기 목표물의 초기 정보가 해당 송전 선로의 구간만을 점검 대상으로 하는 정보로서 송전 선로의 최종적 점검이 완료되었는지를 판단한다(S18).
상기 판단 결과, 상기 비행 제어 디바이스(40)는 송전 선로의 최종적 점검이 완료되지 않았다고 판단하게 되면, 다음 송전 선로 구간의 철탑으로 이동 비행을 수행하여(S19), 상기 S12의 단계로부터 S18의 단계에 대한 동작을 반복적으로 진행한다.
한편, 상기 S18의 판단 결과에 따라, 송전 선로의 최종적인 점검이 완료되었다고 판단되면, 상기 GPS 모듈(20)을 통한 GPS 위치 좌표 정보를 통하여 최초의 출발 위치로 자동 복귀함으로써, 비행을 종료하게 된다(S20).
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에서는 송전 선로만을 점검 대상으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고 송전 철탑 구조물 자체에 대한 이상 점검과, 배전 설비 등에 대한 다양한 위험 구조물의 점검이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10:항법 디바이스 20:GPS 모듈
30:촬영 모듈 35:서보 구동 메카니즘
40:비행 제어 디바이스 50:수평 유지 디바이스
60:비행체 구동부 70:영상 처리 디바이스
80:무선통신 디바이스 90:배터리 모듈

Claims (9)

  1. 위치 좌표 정보를 근거로 무인 이동 비행을 위한 항법 제어를 수행하는 항공 위치 제어부;
    점검 대상 구조물로의 이동 비행에 따라, 구조물의 지정 목표물의 영상을 획득하고, 획득된 영상 정보를 영상 처리하여 이상 여부를 인식하는 영상 획득 및 처리부;
    점검 대상 구조물로의 이동 비행을 위해, 수평 상태를 유지하면서 상기 구조물의 지정 경로를 따라 비행할 수 있도록 구동하는 비행체 운행부; 및
    상기 점검 대상 구조물의 비행 경로에 대한 기초 정보를 갖추고, 상기 항공 위치 제어부로부터의 위치 좌표 정보와, 항법 제어 신호를 근거로 상기 기초 정보를 참조하여 상기 비행체 운행부가 구동되도록 제어하고, 상기 영상 획득 및 처리부에서 지정 목표물의 영상을 획득하도록 제어하는 비행 제어 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 항공 위치 제어부는, 퍼지 모델을 이용하여 자동 비행 제어와, 고도 변화, 각속도 변화, 가속도 변화 감지를 통해 비행 오차를 감소시켜서 원하는 목표물로의 근접 비행이 가능하도록 PID 제어기를 갖추고 있는 항법 디바이스,
    GPS 위성으로부터 수신받은 GPS 신호로부터 현재 위치의 위치 좌표 신호를 산출하는 GPS 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 획득 및 처리부는, 비행 이동 위치의 인식과, 구조물의 점검 목표물에 대한 영상 정보 수집을 위한 동영상 및 정지 화상을 각각 촬영하는 촬영 모듈,
    상기 비행 제어 디바이스로부터의 서보 제어에 따라 기계적인 서보 구동을 수행하여 상기 촬영 모듈이 촬영하는 위치 및 각도를 변화시키는 서보 구동 메카니즘 및,
    상기 촬영 모듈로부터 촬영된 동영상이나 정지 화상 데이터를 영상 처리하여, 영상 패턴 인식에 따른 위치 인식을 수행하고, 구조물의 목표 피사체에 대한 영상 인식을 수행하는 영상 처리 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 촬영 모듈은 야간에 구조물의 촬영을 위한 적외선 촬영 기능이 구비되어 있고, 야간시 비행 위치 인식을 위한 LED 램프를 전면 및 후면에 각각 장착하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비행체 운행부는, 피치(Pitch) 및 롤(Roll) 축 제어를 수행하여 비행 동체가 항상 수평을 유지하도록 하기 위한 수평 유지 보정을 수행하는 수평 유지 디바이스,
    상기 비행 제어 디바이스로부터의 구동 제어와, 상기 수평 유지 디바이스로부터의 수평 유지를 위한 보정 신호에 따라 비행을 위한 구동을 수행하고, 비행체의 상,하,좌,우 비행에 따른 비행시 모터 구동의 변속을 수행하는 변속기와, 비행을 위한 모터 회전을 수행하는 모터, 상기 모터의 회전 구동과, 상기 변속기의 변속 기능에 따라 비행 항력을 제공하는 고속 회전을 수행하는 프로펠러를 갖춘 비행체 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비행 제어 디바이스는, X축, Y축, Z축 방향의 지자기 상태를 체크하여 X-축, Y-축, Z-축 자이로 신호를 각각 발생하는 X-자이로, Y-자이로, Z-자이로 센서,
    구조물 설치 지역의 기압을 체크하여 기압 감지 신호를 출력하는 기압계,
    구조물 설치 지역의 날씨에 따라 가해지는 압력을 체크하여 압력 감지 신호를 출력하는 압력계,
    상기 기압계와, 상기 압력계로부터의 아날로그 형태의 기압 감지 신호와, 압력 감지 신호를 각각 디저털 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 컨버터,
    상기 영상 획득 및 처리부로부터 영상 처리된 영상 데이터를 구조물의 촬영 목표물에 대한 비행 유도를 위한 데이터로서 활용을 위해 영상 디코딩 처리하는 영상 디코더 및,
    구조물의 촬영 목표물에 대한 초기 정보를 외부로부터 입력받아 저장하고, 상기 X-자이로, Y-자이로, Z-자이로 센서와, 기압계, 압력계로부터의 각 감지 신호와, 상기 항공 위치 제어부로부터의 항법 제어 신호에 따라, 상기 목표물에 대한 초기 정보와, 상기 영상 획득 및 처리부로부터의 영상 패턴 인식 정보에 근거하여, 상기 비행체 운행부를 구동 제어하고, 상기 영상 획득 및 처리부의 촬영 동작을 제어하는 중앙 처리 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 영상 디코더의 디코딩 처리 관련 상태 정보와, 상기 항공 위치 제어부의 위치 좌표 신호를 OSD(On Screen Display) 신호로 처리하여, 비행 이력을 기록하는 블랙 박스의 기능을 수행하고, 지상에서 모니터를 통해 비행 이력을 화면 표시할 수 있도록 하는 OSD 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    원격지로부터의 전송되는 비행 제어 관련 데이터를 수신받아 상기 비행 제어 디바이스에 제공하고, 상기 비행 제어 디바이스로부터의 비행 제어 관련 데이터를 원격지에 무선 전송하며, 상기 영상 획득 및 처리부로부터 획득된 영상 데이터를 원격지에 무선 전송하는 무선 통신 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 비행 제어 디바이스의 중앙 처리 유니트는, 상기 무선 통신 디바이스에 의한 양방향 통신에 의해 원격지로부터 촬영 영상의 확대/축소, 촬영 각도 조정 명령이 수신되면, 상기 영상 획득 및 처리부를 구동 제어하여 촬영 영상에 대한 확대/축소 구동, 촬영 각도를 조정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검용 비행 장치.
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