KR20160046582A - 다수의 물체를 무인항공기에서 투하하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인 항공기를 이용하여 다수의 물체를 투하하기 위해 균형을 유지하기 위한 장치에 관한 발명이다. 본 발명은 물체를 집어 옮길 수 있는 적어도 두개 이상의 그리퍼와 상기 그리퍼의 상부와 연결되어 상기 그리퍼의 이동경로를 따라 위치하는 레일과 무게 중심을 연산하여 균형을 유지하기 위한 상기 레일상의 그리퍼의 위치를 연산하는 재배치부와 상기 레일과 상기 그리퍼의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 재배치부는 상기 그리퍼에 의해 집어 올린 물체가 투하된 경우 상기 그리퍼의 위치를 재조정한다.

Description

다수의 물체를 무인항공기에서 투하하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for dropping multiple objects from UAV}

본 발명은 무인항공기에서 다수의 물체를 투하하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 무인항공기를 이용하여 다수의 물체를 투하시킬 때, 무인항공기의 균형을 유지하기 위해 무게중심을 조절하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 우리나라에서 해양 사고 발생으로 인해 긴급 해양구조시스템 개발에 대한 관심이 급부상하게 되었다. 해양 사고 발생시 초기 대처가 재난피해를 줄이는데 있어서 매우 중요하다. 그런데 해양 사고 발생시 구조를 위한 인력을 항상 충분히 배치해두는 것은 어렵기 때문에 최근 들어 국가에서 무인이동체에 대한 연구를 본격적으로 지원할 수 있도록 추진하고 있다.

무인 항공기는 대체로 소형 항공기가 많기 때문에 무게 중심이 조금만 달라져도 균형을 잃게 된다. 이렇게 균형을 잃게 된 무인 항공기는 본래 목적했던 장소로 비행하는데 큰 장애가 따른다. 따라서 기존에는 무인 항공기를 이용하여 구조 용품을 전달할 때, 한번에 하나의 물체만을 수송 가능한 구조로 설계되었었다.

그러나 무인 항공기를 이용하여 구조 활동을 원활하고 빠르게 하는 것이 중요하다. 따라서 무인 항공기에서 다수의 물체를 수송하는 것이 가능한 장치 및 방법의 개발이 요구된다.

한국특허출원 제10-2012-0154185호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 무인 항공기를 이용하여 다수의 물체를 수송 가능한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 무인 항공기를 이용하여 물체를 투하한 후, 나머지 물체들을 이동하여 무인 항공기의 균형을 유지시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치는, 물체를 집어 옮길 수 있는 그리퍼와 상기 적어도 두개 이상의 그리퍼 상부와 연결되어 상기 그리퍼의 이동경로를 따라 위치하는 레일과 무게 중심을 연산하여 균형을 유지하기 위한 상기 레일상의 그리퍼의 위치를 연산하는 재배치부와 상기 레일과 상기 그리퍼의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 재배치부는 상기 그리퍼에 의해 집어 올린 물체가 투하된 경우 상기 그리퍼의 위치를 재조정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치의 레일은 원형과 상기 원형 중심을 관통하는 두개의 직선을 포함하는 형상을 가질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치의 상기 그리퍼는 힘센서를 더 포함하고, 상기 재배치부는 상기 그리퍼의 힘센서에 의해 제공된 물체의 중량 정보로부터 무게 중심을 산정할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치의 상기 재배치부는, 무게 중심이 상기 레일의 중심으로부터 일정 허용 범위 이상으로 벗어난 경우, 무게 중심과 상기 레일의 중심과 가깝게 위치한 그리퍼를 선택하고, 무게 중심이 상기 레일의 중심으로 이동하도록 상기 선택된 그리퍼의 이동 위치를 연산 할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치의 상기 컨트롤러는 물체를 투하시키기 전, 물체를 투하시킬 그리퍼를 상기 레일의 원형 중심에 위치한 직선 레일을 따라 이동시킨 후, 상기 그리퍼가 상기 레일상의 중심에 위치하였을 때, 물체를 투하시킬 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치는 재배치부는 자이로 센서를 더 포함하고,

상기 재배치부는 상기 레일의 수평 기울기를 감지하여, 상기 레일이 한쪽으로 기울어졌다고 판단된 경우, 상기 재배치부가 상기 레일의 기울어짐이 없어질 때까지 상기 컨트롤러는 상기 레일의 기울어진 쪽과 반대 방향으로 상기 그리퍼를 이동시킬 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 태양에 따른 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 방법은 그리퍼에 의해 물체를 집어 올리는 단계와 상기 그리퍼에 매달린 물체를 투하시키는 단계와 균형을 유지하기 위해 상기 그리퍼의 위치를 레일을 따라 재배치 하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 방법에 있어서, 상기 그리퍼의 위치를 재배치 하는 단계는 상기 그리퍼에 매달린 물체의 중량을 측정하는 단계와 상기 물체의 중량으로부터 무게 중심을 계산하는 단계와 상기 무게 중심을 균형을 유지하기 위한 중심점으로 이동하도록 상기 그리퍼의 이동 위치를 계산하는 단계와 상기 그리퍼를 이동 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 무인 항공기를 이용하여 구조 용품을 투하시킴으로서 구조 활동에 필요한 인력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서 제안하는 무인 항공기는 다수의 물체를 수송 가능하도록 하나의 물체를 투하시켜도 나머지 물체의 위치를 이동시켜 무인항공기의 균형을 유지하는 것이 가능하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 물체를 투하하기 위한 장치가 부착된 무인항공기의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 다수의 물체를 투하하기 위한 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 다수의 물체를 투하하기 위한 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레일의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 물체를 투하하기 위한 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 물체를 투하하는 그리퍼의 형태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 물체를 투하하기 위한 장치의 블록구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배치부의 블록구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 물체를 투하하기 위한 방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 물체를 투하하기 위한 장치가 부착된 무인항공기의 정면도이다.

도 1을 참조하여 다수의 물체를 투하하기 위한 장치가 부착된 무인항공기의 구성을 자세하게 설명한다.

무인 항공기(10)는 전기 배터리 분야의 기술 발전에 힘입어 소형 전기 모터를 이용한 쿼드콥터(quadcopter) 및 헥사콥터(hexacopter)를 비롯한 많은 형태의 무인항공기를 포함할 수 있다. 무인항공기는 소형으로 제작이 가능하며, 전기 모터를 이용하기 때문에 출력 조정이 용이하여 조작이 쉽기 때문에 그 이용 분야가 넓어지고 있다.

이러한 무인 항공기(10)를 이용하여 재난 사고 발생시 초기 대응을 빠르게 하여 사고 피해의 확대를 막을 수 있다. 무인 항공기(10)는 원격으로 조절이 가능할 수 있다. 따라서 무인 항공기(10)를 통해 구조 용품을 구조 요청자에게 전달할 수 있다면, 많은 구조 인력이 확보되지 않은 상황에서도 재난 사고에 발빠른 대응이 가능할 수 있다.

무인 항공기(10)는 재난 사고 구조를 위해 구조 용품을 실어 나를 수 있다. 이때 무인 항공기(10)는 소형으로 제작되는 것이 일반적이다. 또한, 저전력으로 빠른 속도를 내기 위해 무인 항공기(10)의 중량은 구조에 사용되기 위해 매우 중요하다. 따라서 무인 항공기(10) 하단에 부착될 수 있는 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하기 위한 장치(20)는 다수의 물체 중 일부만을 투하했을 때 발생하는 불균형을 해소할 수 있어야 한다.

다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하기 위한 장치(20)는 무인 항공기(10) 하단에 부착되며, 레일(40)과 그리퍼(30), 그리고 에어백과 같은 구조 용품(50)을 포함할 수 있다. 그리퍼(30)는 레일(40)상에서 위치가 이동 될 수 있으며, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하기 위한 장치(20)의 컨트롤러에 의해서만 이동될 수 있도록 설계해야 한다. 왜냐하면 바람이나 외력, 진동에 의해서도 그리퍼(30)가 쉽게 움직일 수 있다면, 무인 항공기(10)의 균형을 유지시키기 어렵기 때문이다.

그리퍼(30)는 물체에 대한 탈부착이 가능하도록 집계 형태의 형상을 가질 수 있다. 따라서 컨트롤러 명령에 의해 물체를 부착하기 위해 집게를 조일 수 있으며, 목표 지점에 투하하기 위해 집게를 열 수 있다.

그리퍼(30)는 물체를 투하한 후, 그리퍼(30)의 위치를 재배치할 수 있도록 힘센서를 포함할 수 있다. 힘 센서는 그리퍼(30)의 집게 부분에 가해지는 힘을 측정하여 그리퍼(30)에 의해 수송되는 물체의 무게를 판별할 수 있다.

레일(40)은 그리퍼(30)의 하중 분배를 용이하게 하도록 원형과 가운데를 지나는 십자형으로 설계될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기를 이용하여 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 무인 항공기(10)에서 하나의 물체를 투하하게 되면, 물체를 투하한 쪽의 무게가 가벼워지게 되어 반대편으로 기울어지게 된다. 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)에 의해 무게 중심을 잃은 무인 항공기(10)는 도 2와 같이 제대로 날 수가 없다.

다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)는 다수의 물체 중 일부만을 투하시킨 후에 균형을 맞추기 위해 무게 중심을 무인 항공기(10)의 무게 중심을 관통하는 수직선 상에 오도록 물체의 위치를 재조정 할 수 있다.

그러나 도 2와 같이 무인 항공기(10)에서 물체(50)를 투하시킨 후, 그리퍼(30)의 위치를 재조정하게 되면, 재조정할 때까지 시간적인 간격동안 무인 항공기(10)의 불균형이 유지되어 무인 항공기(10)의 고도 유지에 문제가 생길 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하기 위한 장치(20)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

다수의 물체를 하나씩 낙하하는 경우에 있어서 도 2와 같은 무인 항공기(10)의 불균형을 해소할 필요가 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서는 물체를 투하하기 전 그리퍼(30)를 레일의 십자형 가운데의 위치시킨다. 물체를 투하시킬 그리퍼(30)를 십자형 가운데 위치시킨 후 나머지 그리퍼(30)들간의 균형을 유지하도록 위치를 재조정한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)는 투하할 물체의 순서에 따라 그리퍼(30)상에 순서대로 배치할 수 있다. 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)는 물체를 투하하는 시점이 아니라 물체를 부착한 시점에 그리퍼(30)상의 힘센서에 의해 각 물체의 무게를 측정한다.

다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)는 힘센서에 의해 측정된 물체의 무게를 바탕으로 각 물체를 순서대로 투하시킨 후의 그리퍼(30)의 이동위치를 투하하기 전에 미리 정해둘 수 있다. 이런 방식은 무인 항공기(10)를 안정적으로 운항할 수 있게 하여 빠른 구조 활동이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레일(40)의 정면도이다.

도 4를 참조하면, 레일(40)은 원형과 가운데를 지나는 두 개의 직선을 포함시키도록 설계할 수 있다. 레일(40)은 그리퍼(30)가 이동할 수 있는 이동 경로를 제시하기도 하지만, 그리퍼(30)와 무인 항공기(10)를 연결할 수 있는 연결부의 역할도 한다. 따라서 레일(40)은 그리퍼(30)가 이동하지 않을 때 그리퍼(30)의 위치를 고정할 수 있어야 한다.

레일(40)은 가운데를 지나는 두개의 직선 레일이 원형 레일과 만나는 지점에서 그리퍼(30)가 원형을 따라 이동할 수 있도록 하거나 직선 방향으로 이동하거나 둘 중 하나를 선택하도록 방향 제시 부재를 더 포함할 수 있다. 이는 마치 철길에서 철로가 갈라지는 모양과 흡사하게 구사될 수 있다. 또한 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)의 컨트롤러에 의해 경로를 제어하는 부재가 움직일 수 있다. 상기 부재에 의해 그리퍼(30)는 정해진 경로로만 이동할 수 있다.

레일(40)은 그리퍼(30)가 재배치하는 경우 이외에는 위치를 이동할 수 없도록 고정하는 부재를 더 포함할 수 있다. 이는 그리퍼(30)에 부착되어 레일(40)에서 이동할 수 있도록 하는 롤러를 탈착시키도록 하는 부재를 더 포함할 수 있다. 이 때, 레일(40)은 그리퍼(30)의 재배치가 끝난 후, 롤러를 탈착시키고, 그리퍼(30)의 재배치가 시작될 때, 롤러를 부착할 수 있다.

레일(40)은 원형의 가운데를 지나는 두 개의 직선이 만나는 지점에서 연결 봉을 부착하여 무인 항공기(10) 하단에 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)를 연결하도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 물체를 투하하기 위한 장치(20)의 사시도이다.

그리퍼(30)는 레일(40)에 부착되어, 레일(40)을 따라 이동한다. 그러나 그리퍼(30)는 레일(40)을 따라 자유롭게 이동하지 못하도록 고정될 필요가 있다. 따라서 그리퍼(30)는 레일(40) 위로 나와 있는 부분에는 롤러의 형상을 가질 수 있고, 레일(40) 아래쪽에는 고정 핀을 가지고 있을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 그리퍼(30)는 레일(40)을 따라 이동하는 동안에는 그리퍼의 하단 부분을 아래쪽으로 내려서 이동하게 된다. 그러나 이동이 끝난 후에는 그리퍼를 위로 이동시킨다. 그렇게 되면 그리퍼(30)는 고정 핀을 통해 레일(40) 하단에 있는 구멍을 통해 연결되면서 그리퍼(30)가 고정된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 그리퍼(30)는 레일 중 직선 레일이 교차하는 부분에 왔을 때, 물체를 투하하도록 할 수 있다. 이때, 나머지 그리퍼(30)의 이동 위치는 그리퍼(30)에 물체를 부착시킬 때, 각 그리퍼(30)에 분배된 하중을 측정하여 투하 후 이동 위치를 스케쥴링 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(30)의 사시도이다

그리퍼(30)는 롤러(110), 이동 부재(120), 힘센서(130), 스프링(140), 집게(150), 공기 주입구(160), 고정핀(170)을 포함할 수 있다.

롤러(110)는 레일(40) 홈을 따라 이동할 수 있도록 설계할 수 있다. 롤러(110)는 톱니 모양의 형상을 가져서 레일(40) 상의 홈과 맞물려 돌아갈 수 있다. 그러나 그리퍼(30)를 재배치 하지 않을 때에는 그리퍼(30)가 레일(40)상에서 움직이지 못하도록 고정핀(170)이 레일과 결합되면, 롤러(110)는 레일(40) 홈을 따라 이동할 수 없다.

이동 부재(120)는 그리퍼(30)를 상하로 움직여 레일(40)상에서 재배치 여부를 제어할 수 있다. 그리퍼(30)가 레일(40)상에서 재배치 될 때에는 이동 부재(120)는 그리퍼(30)를 아래쪽으로 이동시키기 위해 이동 부재(120)는 홈을 따라 위쪽으로 이동한다. 그러나 그리퍼(30)가 레일(40)상에서 고정되어 있어야 할 때에는, 이동 부재(120)는 홈을 따라 아래쪽으로 이동하여 그리퍼(30)와 레일(40)이 고정핀(170)의 결합에 의해 고정될 수 있도록 할 수 있다.

힘센서(130)는 그리퍼(30)에 부착된 물체(50)의 중량을 측정할 수 있다. 물체(50)의 중량은 물체(50)에 가해지는 중력과 상응하는 개념이므로 힘센서(130)는 자이로 센서와 같은 센서를 포함할 수 있다. 이때 힘센서(130)는 지표면 방향으로 향하여 그리퍼(30)에 가해지는 힘 만을 측정할 수 있다.

스프링(140)은 집게(150)가 바깥으로 열리게 되면 반대 방향으로 압력을 받게 된다. 스프링(140)은 집게(150)에 의해 받은 압력으로 인해 크기가 줄어들게 되며, 그 힘의 크기로부터 물체의 투하 여부를 판단할 수 있는 데이터를 제공할 수 있다. 그러나 스프링(140)은 탄성력을 가지고 있어 본래 모양을 유지하려는 경향이 있으므로, 물체를 투하하는 경우를 제외하고, 집게(150)가 벌어질 수 없도록 할 수 있다.

집게(150)는 물체를 집기 쉽도록 톱니 바퀴 모양의 형상을 띄고 있을 수 있다. 집게(150)의 아래쪽에는 물체가 쉽게 떨어지지 않도록 받침을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 에어백을 물체로 하여 투하할 경우 집게(150)의 톱니 부분은 에어백의 팽창에 의해 장력을 받아 집게(150)를 바깥 방향으로 벌어질 수 있도록 할 수 있다.

공기 주입구(160)는 물체(50)가 에어백과 같이 공기를 주입한 뒤에 낙하 해야하는 구조 물품인 경우, 물체(50)에 공기를 주입시키는 역할을 한다. 이 때, 공기 주입구(160)와 물체는 부착되어 있고, 공기 주입구(160)는 물체를 투하하기 전 에어백과 같은 물체에 공기를 주입시킬 수 있다.

고정핀(170)은 이동 부재(120)가 홈을 따라 아래로 이동하면 그리퍼(30)와 레일(40)이 밀착되게 되고, 이때 레일(40)에 있는 홈에 고정핀(170)이 결합될 수 있다. 고정핀(170)의 레일(40)의 홈과 결합하면, 그리퍼(30)는 좌우로 자유롭게 이동할 수 없다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 물체(50)를 투하하는 그리퍼(30)의 형태를 나타낸 도면이다.

물체(50)가 에어백과 같이 공기 주입이 필요한 물체라면, 투하 전에 공기를 주입시켜야 한다. 물체(50)는 공기 주입구(160)에 탈부착이 가능하다. 물체(50)에 공기가 주입되면, 팽창된다. 이때, 물체(50)는 팽창하면서 집게(150)를 바깥으로 밀어내게 된다. 집게(150)는 바깥으로 밀려나면서 스프링(140)을 누르게 된다. 스프링(140)이 압축되는 정도에 의해 물체(50)의 팽창 정도를 파악할 수 있다. 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)는 물체(50)가 어느 정도 팽창되었다고 판단 하였을 때, 물체(50)를 투하시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 물체를 투하하기 위한 장치(20)의 블록구성도이다.

다수의 물체를 투하하기 위한 장치(20)는 컨트롤러(800), 레일(810), 그리퍼(820), 재배치부(830)를 포함할 수 있다.

컨트롤러(800)는 레일(810)로 그리퍼(820)의 이동 경로를 결정할 수 있다. 특히, 원형과 두개의 직선이 만나는 지점에서 그리퍼(820)는 원형 궤도를 따라 이동할 수 있고, 직선 궤도를 따라 이동할 수 있다. 이때 레일(820)의 이동 경로를 결정하는 역할은 컨트롤러(800)가 할 수 있다. 컨트롤러(800)의 명령에 따라 레일(820)의 접촉 부재는 직선 궤도에 연결될 수도 있고, 원형 궤도로 연결될 수도 있다.

컨트롤러(800)는 그리퍼(820)에서 물체의 투하 여부를 제어한다. 또한 컨트롤러(800)는 그리퍼(820)가 이동해야 할 때, 이동 부재(120)를 위쪽으로 이동시켜 그리퍼(820)의 고정핀(170)이 레일(810)로부터 분리될 수 있도록 한다.

그리퍼(820)는 힘센서(130)에서 측정한 부착된 무게 정보를 재배치부(830)에 제공할 수 있다.

재배치부(830)는 물체를 투하시킨 그리퍼(820)로 인해 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20) 전체에 미치는 무게중심 변화를 바로 잡기 위해 그리퍼(820)를 재배치 할 수 있다. 재배치 알고리즘은 각 그리퍼(820)에 부착된 물체의 무게와 원형의 레일(810)로부터 떨어진 거리로부터 구할 수 있다. 무게중심이 원형의 레일(810)의 중심에 위치하게 되는 각 그리퍼(820)의 위치를 구할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 재배치부(830)는 원형의 레일(810)의 무게 중심에 위치할 수 있다. 이때 재배치부(830)는 자이로 센서를 포함할 수 있고, 자이로 센서는 수평 기울기를 감지할 수 있다. 재배치부(830)는 자이로 센서에 의해 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치(20)의 기울어진 방향을 인지할 수 있다. 그렇게 되면 재배치부(830)는 기울어진 쪽의 반대 방향으로 그리퍼(820)를 이동시키도록 컨트롤러(800)에 명령할 수 있다.

컨트롤러(800)는 재배치부(830)에 포함된 자이로 센서가 수평하다는 신호를 줄 때까지 재배치부(830)의 명령에 의한 방향으로 그리퍼(820)를 이동시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배치부(830)의 블록구성도이다.

재배치부(830)는 무게 중심 연산 모듈(900), 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910), 그리퍼 이동 모듈(920)을 포함할 수 있다.

무인 항공기의 무게 중심(center of gravity)은 항공기의 평형점 즉, 항공기의 앞쪽과 뒤쪽의 무거운 정도가 같아지는 점을 말하는 것으로서, 무게 중심을 기준으로 무게와 거리에 따른 모멘트(moment; 어떤 무게에 의한 토크(torque)값이 될 수 있다)가 일치한다.

기본적으로 무게 중심은 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.

수학식 1

무게중심=(W1×l1+W2×l2+W3×l3+…)/(W1+W2+W3+…)

상기 식에서 W1,W2,W3,… 은 각 그리퍼(30)가 집어 올린 물체(50)의 무게이고, l1,l2,l3, …은 각 그리퍼가 무게중심으로부터 떨어진 거리를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 무게 중심 연산 모듈(900)은 물체를 무인 항공기에 탑재하였을 때, 무게 중심을 연산한다. 이 때, 무게 무게 중심이 무인 항공기의 무게 중심을 관통하는 수직선 상에 위치하지 않는다면, 그리퍼의 위치를 이동하여야 한다. 따라서, 무게 중심 연산 모듈(900)은 물체를 무인 항공기에 탑재하였을 때 연산한 무게 중심 정보를 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)에 제공한다.

그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 무인 항공기에 물체를 탑재한 후의 무게 중심이 무인 항공기의 무게 중심으로부터 허용 범위 이상으로 한쪽으로 벗어나 있다고 판단된다면, 그리퍼 이동 위치를 계산할 수 있다.

그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 상기 수학식 1에 의해 계산된 무게 중심과 레일(810)에서의 원형의 중심과의 거리를 계산할 수 있다. 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 그리퍼(820) 중 무게 중심을 레일(810) 중심 사이에 위치하는 두개의 그리퍼(820)를 선택할 수 있다. 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 상기 두개의 그리퍼(820)를 무게 중심에서 레일(810)의 중심으로 가는 방향으로 이동시켜 무게중심을 레일(810) 중심으로 옮길 수 있는 이동 위치를 연산할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 재배치부(830)가 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)과 그리퍼 이동 모듈(920)만으로 구성될 수 있다. 이때, 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 자이로 센서를 포함할 수 있다.

그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 자이로 센서를 통해 레일(810)의 수평 방향 기울기를 감지할 수 있다. 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 수평 방향으로 기울어진 쪽과 반대쪽으로 그리퍼(820)들을 이동시킬 수 있다. 이때, 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 자이로 센서에 의해 레일(810)이 수평 방향으로 기울어지지 않았다고 판단될 때까지 그리퍼(820)들을 이동시킬 수 있다.

그리퍼 이동 모듈(920)은 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)로부터 이동 위치 정보를 제공받아 그리퍼를 이동시킨다. 그리퍼 이동 모듈(920)은 컨트롤러(800)가 그리퍼(820)를 이동시키도록 이동할 그리퍼(820)와 이동 위치 정보를 컨트롤러에 제공한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 물체를 투하하기 위한 방법의 순서도이다.

물체(50)를 무인 항공기(10)의 그리퍼(820)에 탑재 시킨다(S1000). 각 그리퍼(820)의 부착된 물체(50)의 중량을 그리퍼(820)의 힘센서(130)에 의해 측정한다(S1010). 무게 중심 연산 모듈(900)은 각 그리퍼(820)의 중량으로부터 무게 중심을 계산한다(S1020).

그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 균형을 위한 그리퍼의 이동 위치를 계산한다(S1030). 이때, 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)은 무게 중심과 레일(810)의 중심을 이용하여 그리퍼(820)의 이동 위치를 연산할 수 있다.

그리퍼 이동 모듈(920)은 그리퍼 위치 이동 연산 모듈(910)에 의해 연산된 그리퍼(820)들의 이동 위치로 그리퍼(820)를 이동시키도록 컨트롤러(800)에 정보를 제공할 수 있다. 컨트롤러(800)는 상기 이동 정보에 따라 그리퍼(820)들을 이동시킨다(S1040).

컨트롤러(800)는 외부로부터 물체의 투하 명령이 있었는지 판단한다(S1050). 만약 투하 명령이 있다면, 컨트롤러(800)는 여분의 투하할 물체가 있는지 판단한다(S1060). 만약 여분의 투하 물체가 없다면(S1060), 종료한다.

컨트롤러(800)는 여분의 투하할 물체가 있다고 판단되면(S1060), 물체가 부착된 그리퍼(820)로 투하 명령을 한다. 그리퍼(820)는 상기 투하 명령에 따라 물체를 투하시킨다(S1070). 컨트롤러(800)는 여분의 투하할 물체의 개수를 감소하여 저장하거나 물체를 투하한 그리퍼(820)를 투하 대상 그리퍼(820)들의 리스트에서 삭제한다(S1080).

물체를 투하시킨 그리퍼(820)로 인해 무인 항공기(10)의 무게 중심 변화가 생길 것이다. 따라서 상기와 같은 불균형을 해소하기 위해 컨트롤러(800)는 그리퍼(820)의 힘센서(130)에 의한 중량 정보를 재배치부(830)로 제공하도록 그리퍼(820)의 힘센서(130) 측정을 다시 실시하도록 한다.(S1010). 이하 상기와 같은 과정을 반복하여 실시하여 무게 중심을 이동시켜 무인 항공기(10)의 균형을 유지시킨 후, 물체(50) 투하를 반복하여 실시한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

무인항공기 10
다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치 20
그리퍼 30
레일 40

Claims (10)

1. 물체를 집어 옮길 수 있는 그리퍼;
   상기 적어도 두개 이상의 그리퍼 상부와 연결되어 상기 그리퍼의 이동경로를 따라 위치하는 레일;
   무게 중심을 연산하여 균형을 유지하기 위한 상기 레일상의 그리퍼의 위치를 연산하는 재배치부; 및
   상기 레일과 상기 그리퍼의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하되, 상기 재배치부는 상기 그리퍼에 의해 집어 올린 물체가 투하된 경우 상기 그리퍼의 위치를 재조정하는,
   다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레일은
   원형과 상기 원형 중심을 관통하는 두 개의 직선을 포함하는 형상을 가진 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 그리퍼는 힘센서를 더 포함하고,
   상기 재배치부는 상기 그리퍼의 힘센서에 의해 제공된 물체의 중량 정보로부터 무게 중심을 산정하는, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 재배치부는,
   무게 중심이 상기 레일의 중심으로부터 일정 허용 범위 이상으로 벗어난 경우, 무게 중심과 상기 레일의 중심과 가깝게 위치한 그리퍼를 선택하고, 무게 중심이 상기 레일의 중심으로 이동하도록 상기 선택된 그리퍼의 이동 위치를 연산하는, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 물체를 투하시키기 전,
   물체를 투하시킬 그리퍼를 상기 레일의 원형 중심에 위치한 직선 레일을 따라 이동시킨 후, 상기 그리퍼가 상기 레일상의 중심에 위치하였을 때, 물체를 투하시키는, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 재배치부는 자이로 센서를 더 포함하고,
   상기 재배치부는 상기 레일의 수평 기울기를 감지하여, 상기 레일이 한쪽으로 기울어졌다고 판단된 경우, 상기 재배치부가 상기 레일의 기울어짐이 없어질 때까지 상기 컨트롤러는 상기 레일의 기울어진 쪽과 반대 방향으로 상기 그리퍼를 이동시키는, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 장치.
7. 그리퍼에 의해 물체를 집어 올리는 단계;
   상기 그리퍼에 매달린 물체를 투하시키는 단계; 및
   균형을 유지하기 위해 상기 그리퍼의 위치를 레일을 따라 재배치 하는 단계를 포함하는 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 그리퍼의 위치를 재배치 하는 단계는,
   상기 그리퍼에 매달린 물체의 중량을 측정하는 단계,
   상기 물체의 중량으로부터 무게 중심을 계산하는 단계;
   상기 무게 중심을 균형을 유지하기 위한 중심점으로 이동하도록 상기 그리퍼의 이동 위치를 계산하는 단계; 및
   상기 그리퍼를 이동 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 물체를 투하시키는 단계는,
   상기 투하시킬 물체를 집어 올린 그리퍼를 레일의 중심으로 이동시키는 단계; 및
   상기 그리퍼가 레일의 중심에 위치 했을 때, 상기 그리퍼에서 물체를 투하시키는 단계를 포함하는, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 그리퍼의 위치를 재배치 하는 단계는,
    자이로 센서에 의해 수평 기울기를 감지하는 단계;
    수평 방향으로 기울어짐이 발생한 경우, 균형을 이룰때까지, 상기 그리퍼를 기울어진 방향과 반대 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는, 다수의 물체를 무인 항공기에서 투하하는 방법.

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