KR20160094214A - 무인 비행체 및 그 제어 방법 - Google Patents

무인 비행체 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20160094214A
KR20160094214A KR1020150015563A KR20150015563A KR20160094214A KR 20160094214 A KR20160094214 A KR 20160094214A KR 1020150015563 A KR1020150015563 A KR 1020150015563A KR 20150015563 A KR20150015563 A KR 20150015563A KR 20160094214 A KR20160094214 A KR 20160094214A
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gas
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aerial vehicle
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이선의
정국현
박지호
차경현
김경호
김진영
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 무인 비행체 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제어부, 외부 통신장치와 무선 통신을 수행하는 통신부, 상기 무인 비행체의 위치 좌표, 고도 및 자세를 감지하는 동체 센서부, 상기 무인 비행체 외부의 환경을 감지하는 외부 감지부, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 무인 비행체의 이동 및 자세 제어를 수행하는 동력부 및 가스가 주입된 벌룬(balloon)을 통해 상기 무인 비행체에 부력을 제공하는 벌룬부를 포함하고, 상기 벌룬부는 압축 가스가 저장된 가스 카트리지를 더 포함하되, 상기 가스 카트리지는, 상기 벌룬과 연결되며, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 벌룬과 연결된 가스 카트리지의 밸브를 개방하여 상기 벌룬에 가스를 충전시키고, 상기 제어부는, 상기 동체 센서부를 통해 상기 벌룬의 가스 충전에 따른 상기 무인 비행체의 고도 및 자세 변화를 감지하고, 상기 감지된 무인 비행체의 고도 및 자세에 기초하여 상기 동력부의 작동을 조정하고, 상기 통신부를 통해 외부 통신장치로 상기 위치 좌표 및 상기 주변 환경 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.

Description

무인 비행체 및 그 제어 방법{An unmanned airborne vehicle and a method for controlling thereof}
본 발명은 무인 비행체 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변 환경을 감시하고 상기 주변 환경에서 발생되는 이벤트 상황을 전송하는 한편, 운영시간이 길고 추락 위험성이 저감된 무인 비행체에 관한 것이다.
최근 수년 사이에 소형 무인 비행체(Unmanned Airborne Vehicle, UAV), 즉 드론(drone)이나 멀티콥터(multi-copter)의 활용 방안을 두고 다양한 연구가 진행되고 있는데, 군사용 정찰 드론부터 무인 촬영기, 무인 택배 배달 서비스 등의 통상적인 분야에 이르기까지 그 활용분야가 무궁 무진하다. 특히, 기술의 발전에 따라 소형 무인기 자체의 무게는 가벼워졌고, 각종 센서를 장착하게 되었는데, 이를 통해 소형 무인기의 역할은 보다 다양화되고 있다.
무인 비행체는 사람의 제어 또는 기 설정된 프로그램의 제어에 의해 공중을 자유롭게 날아다닐 수 있기 때문에 기동성이 매우 우수하다. 이러한 높은 기동성은 다양한 분야 서비스에서 큰 강점으로 작용할 수 있다. 하지만, 소형 무인 비행체는 그 크기 때문에 탑재할 수 있는 연료 또는 배터리의 용량에 한계가 있다. 즉, 에너지원이라고 할 수 있는 연료 또는 배터리 용량의 제한이라는 태생적인 한계 때문에, 실질적인 활용도가 아직까지는 낮은 편이다. 또한, 공중의 무인 비행체에 대한 제어를 상실한 상태에서 해당 무인 비행체가 추락하는 경우에 대한 대비가 전혀 이루어지고 있지 않은데, 이는 사람들의 안전과 직결되는 문제이다.
전술한 바와 같이, 제한적인 운용 시간 및 운용 거리 때문에 소형 무인 비행체는 현재 방송 촬영용 및 개인의 레포츠 용도로 주로 이용될 뿐이며, 기타 운용 방안들은 아직 초기 연구단계에 머물러있는 실정이다. 하지만, 최근의 소형 무인 비행체에 대한 사회적 관심이 집중되면서, 소형 무인 비행체를 공공 서비스 부분에서 이용하고자 하는 일반 대중 및 시장의 기대 및 요구가 커져가고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 주변 환경을 감시하고 상기 주변 환경에서 발생되는 이벤트 상황을 전송하는 한편, 운영시간이 길고 추락 위험성이 저감된 무인 비행체를 제공하고자 하는 목적을 가지고 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 주변 환경을 감시하고 상기 주변 환경에서 발생되는 이벤트 상황을 전송하기 위한 무인 비행체에 있어서, 상기 무인 비행체의 각 부를 제어하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 의해 외부 통신장치와 무선 통신을 수행하는 통신부;
상기 무인 비행체의 위치 좌표, 고도 및 자세를 감지하는 동체 센서부; 상기 무인 비행체 외부의 환경을 감지하는 외부 감지부; 상기 제어부의 제어에 의해 상기 무인 비행체의 이동 및 자세 제어를 수행하는 동력부; 및 가스가 주입된 벌룬(balloon)을 통해 상기 무인 비행체에 부력을 제공하는 벌룬부; 를 포함하고, 상기 벌룬부의 벌룬은 기본 상태에서 압축된 형태로 존재하며, 상기 벌룬부는 압축 가스가 저장된 가스 카트리지를 더 포함하되, 상기 가스 카트리지는, 상기 벌룬과 연결되며, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 벌룬과 연결된 가스 카트리지의 밸브를 개방하여 상기 벌룬에 가스를 충전시키고, 상기 제어부는, 상기 동체 센서부를 통해 상기 벌룬의 가스 충전에 따른 상기 무인 비행체의 고도 및 자세 변화를 감지하고, 상기 감지된 무인 비행체의 고도 및 자세에 기초하여 상기 동력부의 작동을 조정하고, 상기 벌룬부의 벌룬에 가스가 충전되는 경우, 상기 동체 센서부를 통해 상기 무인 비행체의 위치 좌표를 감지하고 상기 외부 감지부를 통해 상기 무인 비행체의 주변 환경을 감지하고, 상기 통신부를 통해 외부 통신장치로 상기 위치 좌표 및 상기 주변 환경 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 외부 감지부는 온도 센서, 영상 센서 및 음향 센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 획득된 온도 정보로부터 상기 주변 환경의 기온 및 화재 발생 여부를 판별하고, 상기 영상 센서에서 획득된 영상 정보로부터 폭발, 화재 및 연기 발생 여부를 판별하고, 상기 음향 센서에서 획득된 음향 정보로부터 폭음 발생 및 구호 요청 여부를 판별하되, 상기 주변 환경 정보는 상기 외부 감지부의 상기 각 센서에서 생성된 정보 및 상기 제어부에서 판별한 상기 각 정보를 포함한다
여기서, 상기 제어부는, 상기 주변 환경의 기온 및 화재 발생 여부, 폭발, 화재 및 연기 발생 여부, 폭음 발생 및 구호 요청 여부에 기초하여 상기 주변 환경의 위험도를 평가하고, 상기 통신부를 통해 상기 평가된 위험도를 상기 외부 통신장치로 전송한다.
여기서, 상기 벌룬부는 복수의 가스 카트리지를 포함하고, 상기 복수의 가스 카트리지는 적어도 하나의 그룹으로 구분되되, 동일 그룹에 속한 각 카트리지는, 상기 무인 비행체의 수평 방향 평면에 대해 해당 카트리지들의 무게 중심과 상기 무인 비행체의 무게 중심이 적어도 일부 겹치도록 배치되며, 상기 제어부는, 상기 벌룬에 가스를 충전시킬 때 상기 동일한 그룹에 속하는 가스 카트리지를 이용한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 가스 카트리지에 저장된 압축 가스의 양이 기 설정된 한계값 미만인 경우 해당 가스 카트리지를 상기 무인 비행체로부터 분리하되, 동일한 그룹에 속한 카트리지는 함께 분리된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 주변 환경을 감시하고 상기 주변 환경에서 발생되는 이벤트 상황을 전송하기 위한 무인 비행체의 제어 방법에 있어서, 상기 무인 비행체의 벌룬과 연결된 가스 카트리지의 밸브를 개방하여 상기 벌룬에 가스를 충전하는 단계; 상기 벌룬의 가스 충전에 따른 상기 무인 비행체의 고도 및 자세 변화를 감지하고, 상기 감지된 무인 비행체의 고도 및 자세에 기초하여 상기 동력부의 작동을 조정하는 단계; 상기 벌룬에 가스가 충전되는 경우, 상기 무인 비행체의 위치 좌표 및 주변 환경을 감지하는 단계; 및 외부 통신장치로 상기 위치 좌표 및 상기 주변 환경 정보를 송신하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 무인 비행체가 벌룬을 포함함으로써 장시간 운용될 수 있으며 추락의 가능성 및 추락시 위험성을 저감할 수 있다.
또한, 무인 비행체의 벌룬의 충전에 따라 무인 비행체의 고도 및 자세를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 센서를 통해 주변 환경을 감지하고, 주변 환경의 위험도를 평가할 수 있으며, 감지된 주변 환경 정보 및 위험도 정보를 외부 통신장치로 전송함으로써 전체 통신 네트워크가 해당 정보들을 공유할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 동력부 및 벌룬부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 한 그룹에 속하는 가스 카트리지가 무인 비행체에 설치되는 위치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명은 무인 비행체 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변 환경을 감시하고 상기 주변 환경에서 발생되는 이벤트 상황을 전송하는 한편, 운영시간이 길고 추락 위험성이 저감된 무인 비행체에 관한 것이다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)를 나타낸 도면이다. 도 1에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)는 제어부(110), 통신부(120), 동체 센서부(130), 외부 감지부(140), 동력부(150) 및 벌룬부(160)를 포함할 수 있다. 본 발명을 실시하는 방식에 따라서 전원부(170) 및 출력부(180)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 구성요소들은 실시예에 따라서 생략될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)는 주변 상황을 감시할 수 있고, 상기 주변 상황에서 발생되는 이벤트 상황을 전송할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 공중, 육상 및 해상 교통 수단에 장착되거나 비행기로부터 지상으로 투하될 수 있으며, 특히 사고 현장을 감시하고 감지된 사고 현장의 정보를 외부 통신 장치 및 기지국으로 전송하여 공공 안전 및 재난 관리에 이바지할 수 있다.
제어부(110)는 무인 비행체(100)의 각 부를 제어할 수 있다. 제어부(110)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(110)는 마이크로프로세서로 구비될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
통신부(120)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 외부 통신장치와 무선 통신을 수행할 수 있다. 상기 외부 통신장치는 사용자용 무선 단말뿐만 아니라 외부의 기지국도 포함할 수 있으며, 이를 통해 통신 네트워크에 접속될 수 있다. 바람직하게는 제어부(110)는 통신부(120)를 통해 네트워크에 접속함으로써 외부의 서버 및 관제 센터와 정보를 송수신할 수 있다. 한편, 무인 비행체(100)에서 취득되거나 생성된 정보들은 통신부(120)를 통해서 외부 통신장치로 전송될 수 있고, 외부의 무인 비행체(100) 제어 신호를 수신할 수도 있다.
동체 센서부(130)는 무인 비행체(100)의 위치 좌표, 고도 및 자세를 감지할 수 있다. 이를 위해, 동체 센서부(130)는 GPS 좌표 수신 장치 및 고도계를 포함할 수 있으며, 이를 통해 무인 비행체(100)의 위치 좌표 및 고도 정보를 취득할 수 있다. 또한, 동체 센서부(130)는 가속도 센서, 자이로 센서 등을 포함할 수 있으며, 이를 통해 무인 비행체(100)의 자세를 감지할 수 있다. 상기 자세는 무인 비행체(100)의 기울어진 방향 및 기울어진 각도 정보를 포함할 수 있다.
외부 감지부(140)는 무인 비행체(100) 외부의 환경을 감지할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 외부 감지부(140)는 온도 센서, 영상 센서 및 음향 센서를 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 제어부(110)는, 상기 온도 센서에서 획득된 온도 정보로부터 상기 주변 환경의 기온 및 화재 발생 여부를 판별하고, 상기 영상 센서에서 획득된 영상 정보로부터 폭발, 화재 및 연기 발생 여부를 판별하고, 상기 음향 센서에서 획득된 음향 정보로부터 폭음 발생 및 구호 요청 여부를 판별하되, 상기 주변 환경 정보는 상기 외부 감지부의 상기 각 센서에서 생성된 정보 및 상기 제어부에서 판별한 상기 각 정보를 포함할 수 있다. 즉, 무인 비행체(100)는 무인 비행체 주변 환경으로부터 수동적으로 센싱된 정보를 취득하는 한편, 상기 취득된 정보를 분석하여 무인 비행체(100)가 위치하고 있는 지역에서 긴급한 상황이 발생되었는지 여부를 판별하는데 도움이 되는 부가적인 정보를 생성할 수 있다.
이에 더하여, 상기 제어부(110)는, 상기 주변 환경의 기온 및 화재 발생 여부, 폭발, 화재 및 연기 발생 여부, 폭음 발생 및 구호 요청 여부에 기초하여 상기 주변 환경의 위험도를 평가할 수 있으며, 상기 통신부를 통해 상기 평가된 위험도를 상기 외부 통신장치로 전송할 수 있다. 예를 들어, 영상 센서가 센싱 중인 특정 지역으로부터 높은 빈도 수로 명도의 변화가 발생되고, 기 설정된 데시벨 이상의 큰 소리가 발생된 경우, 무인 비행체(100)는 해당 지역을 폭발 현상이 발생된 극히 위험한 지역인 것으로 판별하고 이에 해당하는 위험도 정보를 생성할 수 있다. 또는, 영상 센서를 통해 강한 명도를 센싱하고, 온도 센서를 통해 수 백 도 이상의 온도를 감지한 경우, 제어부(110)는 무인 비행체(100)가 위치하고 있는 지역에 화재가 발생한 것으로 판별할 수 있고, 상기 화재와 관련된 위험도 정보를 생성할 수 있다. 하지만 본 발명에서 위험도를 평가하는 방식은 이에 한정되지 않는다.
동력부(150)는 제어부(110)의 제어에 의해 무인 비행체(100)의 이동 및 자세 제어를 수행할 수 있다. 본 발명을 실시하는 방식에 따라서 상기 동력부(150)는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 동력부(150)는 적어도 하나의 프로펠러 및 엔진으로 구성될 수 있으며, 제트 기류를 방출하는 제트 엔진으로 구성될 수도 있다. 제어부(110)는 상기 동체 센서부(130)가 감지한 자세 정보를 참조하여 무인 비행체(100)의 기울어진 정도가 조정되도록 동력부(150)의 출력을 조정할 수도 있다.
벌룬부(160)는 가스가 주입된 벌룬(balloon)을 통해 무인 비행체(100)에 부력을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)는 상기 동력부(150)와 상기 벌룬부(160)를 함께 포함할 수 있으며, 상기 동력부(150)를 통해 무인 비행체(100)의 이동 및 자세 조정을 수행하고, 상기 벌룬부(160)를 통해 상기 동력부(150)의 부담을 경감시킬 수 있다. 통상적으로 비행체의 동력부는 비행체를 공중에 띄우기 위해 적지 않은 에너지원을 소모한다. 즉, 프로펠러를 구비한 비행체는 비행체를 공중의 특정 위치에 고정시키기 위해 계속해서 프로펠러를 기 설정된 회전 수 이상 회전시켜야 하며, 날개와 기체 분출 엔진을 구비한 비행체는 날개로부터 양력을 얻기 위해 계속해서 특정 속도 이상으로 비행해야 한다. 하지만 본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 벌룬부(160)의 부력만으로도 전체 비행체를 공중에 띄울 수 있기 때문에, 이에 대한 동력부(150)에 걸리는 부하가 없거나 극히 미미하다. 동력부(150)에서 소모되는 에너지가 상대적으로 적기 때문에 소형 무인 비행체의 고질적인 문제점이라고 할 수 있는 운용 시간을 획기적으로 증가시킬 수 있다.
벌룬부(160)는 형상이 자유롭게 변형될 수 있는 벌룬을 포함할 수 있다. 본 발명을 실시하는 방식에 따라서 벌룬부(160)는 적어도 하나의 벌룬을 포함할 수도 있다. 벌룬부(160)의 벌룬은 항상 팽창된 상태로 존재하는 것은 아니며, 압축된 상태로 무인 비행체(100)의 특정 부위에 수납될 수도 있다. 또는, 상기 벌룬은 기본 상태에서 압축된 형태로 존재할 수 있다. 또한, 벌룬부(160)는 압축 가스가 저장된 가스 카트리지를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 카트리지는, 상기 벌룬과 연결되며, 상기 제어부(110)의 제어 신호에 의해 상기 벌룬과 연결된 가스 카트리지의 밸브를 개방하여 상기 벌룬에 가스를 충전시킬 수 있다. 하지만 가스 카트리지의 구성은 이에 한정되지 않으며, 화학 반응을 통해 급속도로 가스를 생성하는 분말 가루의 조합을 저장하는 패키지 형태로 구성될 수도 있다.
상기 제어부(110)는 상기 동체 센서부(130)를 통해 상기 벌룬의 가스 충전에 따른 상기 무인 비행체의 고도 및 자세 변화를 감지할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 상기 감지된 무인 비행체의 고도 및 자세에 기초하여 상기 동력부의 작동을 조정할 수 있다. 또한, 상기 벌룬부(160)의 벌룬에 가스가 충전되는 경우, 상기 동체 센서부(130)를 통해 상기 무인 비행체(100)의 위치 좌표를 감지하고 상기 외부 감지부(140)를 통해 상기 무인 비행체의 주변 환경을 감지할 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 주변 환경에 대한 감지는 벌룬의 충전과는 무관하게 독립적으로 수행될 수도 있다. 제어부(110)는 상기 통신부(120)를 통해 외부 통신장치로 상기 위치 좌표 및 상기 주변 환경 정보를 송신할 수 있으며, 이를 통해 무인 비행체(100)의 위치 및 무임 비행체(100)가 센싱한 주변 환경 정보를 통신 네트워크를 통해 공유할 수 있다.
본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 각 부에 전력을 공급하는 전원부(170)를 더 포함할 수 있다. 전원부(170)는 전력 에너지를 저장할 수 있는 충전식 배터리로 구비될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제어부(110)는 상기 전원부(170)에 저장된 전력 에너지의 양이 기 설정된 한계치 미만인 경우, 상기 동력부(150)의 작동을 조정하여 기 설정된 회수 지점으로 상기 무인 비행체(100)를 이동시킬 수 있다. 회수 지점은 GPS의 위치 좌표 등으로 존재할 수 있는데, 상기 동체 센서부(130)가 무인 비행체의 위치 좌표를 취득할 수 있는 수단을 포함하고 있으므로, 무인 비행체(100)는 제어부(110)의 제어를 통해 상기 회수 지점으로 이동할 수 있다. 이를 통해 무인 비행체(100)가 안전하게 회수될 수 있다.
본 발명에 다른 무인 비행체(100)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 음향 및 빛을 출력하는 출력부(180) 더 포함할 수 있다. 출력부(180)는 음향을 출력하기 위한 스피커, 빛을 출력하기 위한 LED 램프 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제어부(110)는 상기 출력부(180)를 통해 무인 비행체가 위치하고 있는 지역의 상황을 알리는 음향 신호 및 빛의 점멸 신호를 출력할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 무인 비행체(100)는 사고 현장을 감지하고, 외부 감지부(140)를 통해 감지된 신호에 기초하여 사고 현장의 위험도를 평가할 수 있으며, 상기 위험도에 따른 경고 신호를 출력부(180)를 통해 출력할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 저장부(미도시)를 포함할 수 있다. 저장부는 제어부(110)의 제어에 의해 무인 비행체(100)에서 취득되거나 생성되는 정보를 저장할 수 있다. 저장부는 무인 비행체(100)의 블래박스와 유사한 역할을 수행할 수 있으며, 이를 위해 물, 먼지 및 충격에 강인한 보호캡슐에 의해 보호될 수도 있다. 예를 들어, 재난 관리와 관련된 정부 부서의 관제 센터는 사고 현장을 감시하던 무인 비행체(100)의 저장부를 회수함으로써 사고 현장을 분석하기 위한 유용한 정보를 취득할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)의 동력부(150) 및 벌룬부(160)를 나타낸 도면이다. 도 2에서 무인 비행체(100)에 포함되는 동력부(150) 및 벌룬부(160)만 도시되어있으며, 나머지 구성요소는 생략되었다.
도 2에 따르면, 무인 비행체(100)의 동력부(150)는 4 개의 프로펠러(150a, 150b, 150c, 150d)를 포함할 수 있다. 도 2에서 무인 비행체(100)의 중심에 위치한 음영 처리된 구성은 벌룬부(160)의 벌룬(162)을 의미하며, 벌룬부(160)는 1 개의 벌룬(162)을 포함할 수 있다. 하지만 상기 동력부(150) 및 상기 벌룬부(160)의 구성은 예시에 불과한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 2(a)에 따르면, 벌룬부(160)의 벌룬(162)은 기본 상태에서 압축된 형태로 존재할 수 있다. 무인 비행체(100)는 벌룬의 팽창 여부와 관계없이 동력부(150)의 작동 만으로도 비행을 수행할 수 있다. 도 2(b)에 따르면, 벌룬부(160)의 벌룬(162)이 가스 카트리지(미도시)에 의해 팽창되어있다. 전술한 바와 같이, 벌룬부(160)는 압축 가스가 저장된 가스 카트리지를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 카트리지는, 상기 벌룬과 연결되며, 상기 제어부(110)의 제어 신호에 의해 상기 벌룬과 연결된 가스 카트리지의 밸브를 개방하여 상기 벌룬에 가스를 충전시킬 수 있다. 이에 따라, 무인 비행채(100)는 동력부(150)의 작동 없이도 공중에서 부유할 수 있으며, 동력부(150)는 전체 무인 비행체(100)를 공중에 띄우기 위해 사용되는 에너지를 줄일 수 있으므로, 무인 비행체(100) 전체의 에너지 소모를 저감할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 한 그룹에 속하는 가스 카트리지(164a, 164b, 164c, 164d)가 무인 비행체(100)에 설치되는 위치를 나타낸 도면이다. 도 3에서 도시된 무인 비행체(100)는 평면 방향에서 내려다 본 무인 비행체의 간략한 형상이며, 상측의 화살표는 무인 비행체(100)의 정면 방향을 의미한다. 도 3에서 흑색 사각형은 각 가스 카트리지(164a, 164b, 164c, 164d)를 의미하고, 흑색 점은 무인 비행체(100)의 무게 중심이고 백색 원은 한 그룹에 속하는 가스 카트리지의 배치 관계로부터 계산된 무게 중심을 나타낸다. 도 3의 그래프의 x축 및 y축으로부터 무인 비행체 및 가스 카트리지의 2차원 무게 중심 좌표를 구할 수 있다. 도 3에서 가스 카트리지가 3개 또는 4 개인 것으로 도시되어있으나 이는 예시일 뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 벌룬부는 복수의 가스 카트리지를 포함할 수 있다. 즉, 제어부의 제어 신호에 의해 상기 가스 카트리지는 벌룬에 압축 가스를 공급할 수 있는데, 상기 제어 신호에 따라서 복수의 가스 카트리지를 통해 벌룬을 팽창시킬 수도 있다. 상기 복수의 가스 카트리지는 적어도 하나의 그룹으로 구분될 수 있다. 이 때, 동일 그룹에 속한 각 카트리지는, 상기 무인 비행체의 수평 방향 평면에 대해 해당 카트리지들의 무게 중심과 상기 무인 비행체의 무게 중심이 적어도 일부 겹치도록 배치될 수 있다. 또한, 제어부는, 상기 벌룬에 가스를 충전시킬 때 상기 동일한 그룹에 속하는 가스 카트리지를 이용할 수 있다.
이에 더하여, 상기 제어부는, 상기 가스 카트리지에 저장된 압축 가스의 양이 기 설정된 한계값 미만인 경우 해당 가스 카트리지를 상기 무인 비행체로부터 분리할 수 있다. 이 때, 동일한 그룹에 속한 카트리지는 함께 분리될 수 있다.
도 3(a)에 따르면, 무인 비행체(100)의 무게 중심의 좌표는 (xm, ym)이다. 도 3(b)에 따르면 무인 비행체(100)의 벌룬부는 4개의 가스 카트리지(164a, 164b, 164c, 164d)를 포함하고 있는데, 상기 4개의 가스 카트리지가 동일한 그룹에 속하는 것으로 가정할 수 있다. 이 때, 각 가스 카트리지의 배치 관계에 기초하여 계산된 가스 카트리지의 무게 중심 좌표는 (x1, y1)인데, 각 가스 카트리지의 배치를 조정하여 가스 카트리지의 무게 중심 좌표가 무인 비행체(100)의 무게 중심의 좌표 (xm, ym)와 동일하게 할 수 있다. 도 3(c)에 따르면 무인 비행체(100)의 벌룬부는 3개의 가스 카트리지(164a, 164b, 164c)를 포함하고 있으며, 상기 3개의 가스 카트리지가 동일한 그룹에 속하는 것으로 가정할 수 있다. 이 때, 각 가스 카트리지의 배치 관계에 기초하여 계산된 가스 카트리지의 무게 중심 좌표는 (x2, y2)인데, 도 3(b)의 경우와 마찬가지로, 각 가스 카트리지의 배치를 조정하여 가스 카트리지의 무게 중심 좌표가 무인 비행체(100)의 무게 중심의 좌표 (xm, ym)와 동일하게 할 수 있다.
이처럼, 전술한 바와 같이 가스 카트리지의 사용 및 가스 카트리지의 분리가 그룹 단위로 수행됨으로써 압축 가스의 사용량 변화 및 가스 카트리지의 분리에 따른 전체 무인 비행체의 무게 중심의 급격한 변화를 방지할 수 있기 때문에 공중에서 운행중인 무인 비행체의 안정성을 보장할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 4에 따르면, 주변 환경을 감시하고 상기 주변 환경에서 발생되는 이벤트 상황을 전송하기 위한 무인 비행체의 제어 방법에 있어서, 상기 무인 비행체의 벌룬과 연결된 가스 카트리지의 밸브를 개방하여 상기 벌룬에 가스를 충전(S110)할 수 있다. 이 때, 상기 무인 비행체는 적어도 하나의 벌룬 및 적어도 하나의 가스 카트리지를 포함할 수 있으며, 벌룬에 가스를 충전할 때 적어도 하나의 가스 카트리지를 이용하여 충전을 수행할 수도 있다. 그 후, 상기 벌룬의 가스 충전에 따른 상기 무인 비행체의 고도 및 자세 변화를 감지하고, 상기 감지된 무인 비행체의 고도 및 자세에 기초하여 상기 무인 비행체의 동력부의 작동을 조정(S120)할 수 있다. 본 발명에 따른 무인 비행체는 벌룬의 부력에 의해 동력부에 가해지는 부담이 상당히 저감되기 때문에 무인 비행체의 운용 시간을 대폭 상승시킬 수 있다. 상기 벌룬에 가스가 충전되는 경우, 상기 무인 비행체의 위치 좌표 및 주변 환경을 감지(S130)할 수 있다. 상기 위치 좌표 및 주변 환경의 감지는 벌룬에 가스가 충전되는지 여부와 상관없이 독립적으로 수행될 수도 있다. 그 후, 외부 통신장치로 상기 위치 좌표 및 상기 주변 환경 정보를 송신(S140)할 수 있다. 무인 비행체는 이를 통해 무인 비행체가 감지한 주변 환경 정보를 통신 네트워크를 통해 공유할 수 있다. 각 단계에 대한 상세한 설명은 각 단계와 관련된 구성요소를 나타내는 도 1 내지 도 3을 설명할 때 다루었으므로 생략하도록 한다.
본 발명은 전술한 구성 및 작동 방식에 따라 작동됨으로써, 운용 시간을 증대시킬 수 있으며 추락의 가능성 및 추락시 위험성을 저감할 수 있다.
또한, 무인 비행체의 벌룬의 충전에 따라 무인 비행체의 고도 및 자세를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 센서를 통해 주변 환경을 감지하고, 주변 환경의 위험도를 평가할 수 있으며, 감지된 주변 환경 정보 및 위험도 정보를 외부 통신장치로 전송함으로써 전체 통신 네트워크가 해당 정보들을 공유할 수 있다.
이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경을 할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 무인 비행체
110 : 제어부
120 : 통신부
130 : 동체 센서부
140 : 외부 감지부
150 : 동력부
160 : 벌룬부

Claims (7)

  1. 주변 환경을 감시하고 상기 주변 환경에서 발생되는 이벤트 상황을 전송하기 위한 무인 비행체에 있어서,
    상기 무인 비행체의 각 부를 제어하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 의해 외부 통신장치와 무선 통신을 수행하는 통신부;
    상기 무인 비행체의 위치 좌표, 고도 및 자세를 감지하는 동체 센서부;
    상기 무인 비행체 외부의 환경을 감지하는 외부 감지부;
    상기 제어부의 제어에 의해 상기 무인 비행체의 이동 및 자세 제어를 수행하는 동력부; 및
    가스가 주입된 벌룬(balloon)을 통해 상기 무인 비행체에 부력을 제공하는 벌룬부; 를 포함하고,
    상기 벌룬부의 벌룬은 기본 상태에서 압축된 형태로 존재하며, 상기 벌룬부는 압축 가스가 저장된 가스 카트리지를 더 포함하되,
    상기 가스 카트리지는, 상기 벌룬과 연결되며, 상기 제어부의 제어 신호에 의해 상기 벌룬과 연결된 가스 카트리지의 밸브를 개방하여 상기 벌룬에 가스를 충전시키고,
    상기 제어부는,
    상기 동체 센서부를 통해 상기 벌룬의 가스 충전에 따른 상기 무인 비행체의 고도 및 자세 변화를 감지하고, 상기 감지된 무인 비행체의 고도 및 자세에 기초하여 상기 동력부의 작동을 조정하고,
    상기 벌룬부의 벌룬에 가스가 충전되는 경우, 상기 동체 센서부를 통해 상기 무인 비행체의 위치 좌표를 감지하고 상기 외부 감지부를 통해 상기 무인 비행체의 주변 환경을 감지하고,
    상기 통신부를 통해 외부 통신장치로 상기 위치 좌표 및 상기 주변 환경 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 감지부는 온도 센서, 영상 센서 및 음향 센서를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 온도 센서에서 획득된 온도 정보로부터 상기 주변 환경의 기온 및 화재 발생 여부를 판별하고,
    상기 영상 센서에서 획득된 영상 정보로부터 폭발, 화재 및 연기 발생 여부를 판별하고,
    상기 음향 센서에서 획득된 음향 정보로부터 폭음 발생 및 구호 요청 여부를 판별하되,
    상기 주변 환경 정보는 상기 외부 감지부의 상기 각 센서에서 생성된 정보 및 상기 제어부에서 판별한 상기 각 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 주변 환경의 기온 및 화재 발생 여부, 폭발, 화재 및 연기 발생 여부, 폭음 발생 및 구호 요청 여부에 기초하여 상기 주변 환경의 위험도를 평가하고, 상기 통신부를 통해 상기 평가된 위험도를 상기 외부 통신장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벌룬부는 복수의 가스 카트리지를 포함하고, 상기 복수의 가스 카트리지는 적어도 하나의 그룹으로 구분되되, 동일 그룹에 속한 각 카트리지는, 상기 무인 비행체의 수평 방향 평면에 대해 해당 카트리지들의 무게 중심과 상기 무인 비행체의 무게 중심이 적어도 일부 겹치도록 배치되며,
    상기 제어부는,
    상기 벌룬에 가스를 충전시킬 때 상기 동일한 그룹에 속하는 가스 카트리지를 이용하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가스 카트리지에 저장된 압축 가스의 양이 기 설정된 한계값 미만인 경우 해당 가스 카트리지를 상기 무인 비행체로부터 분리하되, 동일한 그룹에 속한 카트리지는 함께 분리되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 의해 각 부에 전력을 공급하는 전원부; 를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전원부에 저장된 전력 에너지의 양이 기 설정된 한계치 미만인 경우,
    상기 동력부의 작동을 조정하여 기 설정된 회수 지점으로 상기 무인 비행체를 이동시키는 것을 특징으로 하는 사고 현장 감시를 위한 무인 비행체.
  7. 주변 환경을 감시하고 상기 주변 환경에서 발생되는 이벤트 상황을 전송하기 위한 무인 비행체의 제어 방법에 있어서,
    상기 무인 비행체의 벌룬과 연결된 가스 카트리지의 밸브를 개방하여 상기 벌룬에 가스를 충전하는 단계;
    상기 벌룬의 가스 충전에 따른 상기 무인 비행체의 고도 및 자세 변화를 감지하고, 상기 감지된 무인 비행체의 고도 및 자세에 기초하여 상기 무인 비행체의 동력부의 작동을 조정하는 단계;
    상기 벌룬에 가스가 충전되는 경우, 상기 무인 비행체의 위치 좌표 및 주변 환경을 감지하는 단계; 및
    외부 통신장치로 상기 위치 좌표 및 상기 주변 환경 정보를 송신하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 제어 방법.
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