KR20170019684A

KR20170019684A - 케이블 연결식의 무인 비행체 시스템

Info

Publication number: KR20170019684A
Application number: KR1020150113802A
Authority: KR
Inventors: 박주이; 조영식; 김동수
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2017-02-22

Abstract

본 발명은 무인 비행체 시스템에 있어서: 케이블(15)로 전원을 공급받아 비행하는 메인 비행체(10); 상기 메인 비행체(10)의 케이블(15)을 지지하여 하중을 경감하는 서브 비행체(20); 및 상기 메인 비행체(10)와 서브 비행체(20)를 제어하여 설정된 임무를 수행하는 제어수단(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 케이블을 통한 유선으로 전원을 공급받으므로 비행시간에 제한 받지 않으면서 서브 비행체로 메인 비행체의 케이블 무게 부담을 줄이는 방식으로 각종 임무를 장시간에 걸쳐 수행하는 효과가 있다.

Description

케이블 연결식의 무인 비행체 시스템{Unmaned aerial vehicle system based on cable connection}

본 발명은 무인 비행체 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 케이블로 전원을 공급받는 상태에서 각종 임무를 장시간에 걸쳐 수행하는 케이블 연결식의 무인 비행체 시스템에 관한 것이다.

드론과 같은 무인 비행체의 활용 범위가 군사 분야에서 민간 분야로 점차 확대되고 있다. 선박 분야의 경우 안전 운항 및 경제 운항을 실현하기 위한 여러 연구개발이 진행되고 있다. 다만, 보편적인 무인 비행체의 경우 배터리를 사용하기 때문에 평균 비행지속 시간이 20분 내외로 임무수행에 다소 미흡하다.

비행시간을 연장하기 위하여 배터리의 크기를 증가시키면, 그 만큼 비행체 전체 중량과 구동부의 크기가 커져야 하므로 소형화가 곤란하다. 전기모터대신 내연기관을 사용하면 비행시간을 늘릴 수 있으나, 이는 가격 상승, 유지보수 어려움, 매연과 소음 발생, 방폭 성능 구현 불가 등의 단점을 지닌다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 유선(케이블) 방식으로 무인 비행체에 전원을 공급하는 방안이 있으나, 이 경우 케이블의 무게가 소형의 비행체에 부담을 증가시킬 뿐더러 간섭과 꼬임에 의하여 임무수행에 지장을 초래한다.

이와 관련되는 선행기술문헌으로서 하기의 특허문헌 1은 비행체에 유선으로 연결되는 케이블을 회전드럼으로 감거나 풀 수 있도록 형성되어 비행체의 부하를 줄이고 케이블과 비행체의 파손을 예방하는 기술을 제안하며, 하기의 특허문헌 2는 비행기에 부양체를 연결하여 비행기를 일정고도까지 상승시키는 구성에 의하여 비행기에 강항 충격이 가해지지 않아 비행기의 제작비용을 절감하고 비행시간을 증가 시키는 기술을 제안한다.

그러나, 상기한 선행특허에 의하면 선박 등의 대형 구조물에서 넓은 영역에 걸쳐 임무를 수행하기에 적합하지 않을뿐더러 케이블의 하중과 간섭을 피하면서 장시간 비행하기에 한계성을 드러낸다.

1. 한국 등록특허공보 제1373852호 "유선 비행체의 전원공급 릴 장치" (공개일자 : 2014.03.18.) 2. 한국 등록특허공보 제1276168호 "활주로가 필요 없는 비행기 이륙과 상승장치" (공개일자 : 2012.06.04.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 전원용 케이블을 들어주는 별도의 비행체를 사용하여 유선식 무인 비행체의 활용성을 증가시킴에 따라 제한된 지역 내에서의 항공 촬영, 높은 구조물의 촬영, 거대한 화물창 내부 벽의 촬영, 장벽 너머의 촬영 등에 활용되는 케이블 연결식의 무인 비행체 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 무인 비행체 시스템에 있어서: 케이블로 전원을 공급받아 비행하는 메인 비행체; 상기 메인 비행체의 케이블을 지지하여 하중을 경감하는 서브 비행체; 및 상기 메인 비행체와 서브 비행체를 제어하여 설정된 임무를 수행하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 서브 비행체는 일측의 지지대로 케이블을 지지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 서브 비행체는 케이블을 지지하는 하중을 검출하는 하중센서, 비행을 위한 전원 상태를 검출하는 전압센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 서브 비행체는 전원 공급용 전선을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 메인 비행체에 인가되는 전원을 조절하는 제어기, 메인 비행체 및 서브 비행체와 신호를 송수신하는 통신모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 케이블을 통한 유선으로 전원을 공급받으므로 비행시간에 제한 받지 않고 비행할 수 있고, 케이블을 서브 비행체가 지지해 줌으로서 메인 비행체의 케이블 무게 부담을 줄이며, 이에 근거리 항공촬영, 검사, 주변 정찰 등 다양한 작업에 투입하여 임수를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 서브 비행체를 확대하여 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 무인으로 비행하며 각종 임무를 수행하기 위한 비행체 시스템에 관하여 제안한다. 임무수행은 제한된 지역 내에서의 항공 촬영, 높은 구조물의 촬영, 거대한 화물창 내부 벽의 촬영, 장벽 너머의 촬영 등을 포함한다.

본 발명에 따르면 메인 비행체(10)가 케이블(15)로 전원을 공급받아 비행하는 구조이다. 메인 비행체(10)는 호버링이 가능한 드론과 유사한 구조가 적합하지만 이에 한정되지 않는다. 케이블(15)은 메인 비행체(10)의 동력원인 모터를 구동하는 전원선을 의미하지만 각종 신호를 처리하기 위한 신호선을 배제하는 것은 아니다. 메인 비행체(10)는 임무수행과 안전비행을 위한 카메라 외에 다양한 작업도구를 탑재할 수 있다.

한편, 메인 비행체(10)가 선박 등에 사용되는 경우 케이블(15)은 바람의 영향으로 요동하는 것을 완화 내지 방지할 수 있다. 이 경우 전원용 케이블(15) 외에 별도의 고장력 로프를 부가적으로 병용할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 서브 비행체(20)가 상기 메인 비행체(10)의 케이블(15)을 지지하여 하중을 경감하는 구조이다. 서브 비행체(20)는 메인 비행체(10)보다 크기가 작으나 호버링이 가능한 드론의 구조가 적합하다. 다만 서브 비행체(20)에는 전원용 케이블(15)이 배제되므로 별도의 동력원(배터리)을 탑재하여 독립적으로 비행하도록 구성한다. 서브 비행체(20)가 늘어진 케이블(15)을 지지하면 메인 비행체(10)의 비행 안정성과 활동성을 높일 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 서브 비행체(20)는 일측의 지지대(22)로 케이블을 지지하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 지지대(22)는 케이블(15)을 느슨하게 파지하는 갈고리 형태로 예시한다. 지지대(22)는 케이블(15)의 파지와 해지가 용이한 갈고리 형태가 선호되지만, 동력을 사용하여 긴밀하게 파지하는 구성을 부가할 수도 있다.

본 발명의 변형예로서, 상기 서브 비행체(20)는 케이블을 지지하는 하중을 검출하는 하중센서(24), 비행을 위한 전원 상태를 검출하는 전압센서(26)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 하중센서(24)는 지지대(22) 상에 설치되어 케이블(15)을 지지한 상태의 하중 변동을 검출한다. 전압센서(26)는 서브 비행체(20)의 동력원을 구성하는 배터리의 전압 변동을 검출한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 서브 비행체(20)는 전원 공급용 전선을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 서브 비행체(20)를 메인 비행체(10)와 동일한 유선 방식으로 가동하면 비행시간을 늘일 수 있다. 다만, 서브 비행체(20)의 수가 증가되는 경우 적어도 부분적으로 무선 방식을 적용하는 것이 좋다.

본 발명의 또 다른 변형예로서, 서브 비행체(20)는 부양력을 높이는 헬륨풍선 형태의 부력모듈(28)을 구비할 수도 있다. 부력모듈(28)은 케이블(15)의 하중을 부분적으로 감당하여 서브 비행체(20)의 비행시간을 늘이는 역할을 한다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(30)이 상기 메인 비행체(10)와 서브 비행체(20)를 제어하여 설정된 임무를 수행하는 구조이다. 제어수단(30)은 기본적으로 메인 비행체(10)의 비행과 임무수행(촬영)을 처리하고 이와 동시에 하중센서(24)와 전압센서(26)의 신호를 입력하여 서브 비행체(20)의 비행과 임무수행(케이블 지지)을 처리한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(30)은 메인 비행체(10)에 인가되는 전원을 조절하는 제어기(32), 메인 비행체(10) 및 서브 비행체(20)와 신호를 송수신하는 통신모듈(34)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 제어기(32)는 마이크로 프로세서, 메모리, 입출력 인터페이스를 지닌 마이컴 회로로 구성된다. 통신모듈(34)은 메인 비행체(10) 및 서브 비행체(20)에 대한 무선통신을 처리하지만 메인 비행체(10)의 케이블(15)을 통한 유선통신도 처리할 수 있다.

한편, 상기 제어수단(30)은 서브 비행체(20)를 무선으로 가동하는 경우 전원을 보충하기 위한 충전모듈(36)을 더 구비할 수도 있다. 충전모듈(36)은 서브 비행체(20)의 이착륙을 허용하면서 착륙 상태로 배터리를 충전하기 위한 구성을 지닌다. 이외에 제어기(32)의 통제 하에 충전모듈(36)에서 각 서브 비행체(20)의 배터리 전압을 체크할 수 있다.

작동의 일예로서, 메인 비행체(10)가 목적지에 도달하여 임무를 수행하는 동안 서브 비행체(20)가 지지대(22)로 케이블(15)을 지지하며, 메인 비행체(10)가 다른 목적지로 이동하여 케이블(15)의 길이가 늘어나는 경우 또 다른 서브 비행체(20)가 투입되어 케이블(15)을 지지한다. 서브 비행체(20)의 하중센서(24)에서 생성되는 신호로 적절한 하중 범위로 지지하도록 비행위치를 교정한다. 특정 서브 비행체(20)의 배터리 전압이 낮아지면 다른 서브 비행체(20)를 투입하여 교체하는 동시에 해당 서브 비행체(20)를 충전모듈(36)로 귀환시킨다.

만일, 도 1처럼 2개의 메인 비행체(10)를 투입하는 경우 각각의 케이블(15)을 지지하는 서브 비행체(20)의 충돌, 케이블(15)의 간섭과 꼬임 등을 회피하도록 제어된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 메인 비행체 15: 케이블
20: 서브 비행체 22: 지지대
24: 하중센서 26: 전압센서
28: 부력모듈 30: 제어수단
32: 제어기 34: 통신모듈
36: 충전모듈

Claims

무인 비행체 시스템에 있어서:
케이블(15)로 전원을 공급받아 비행하는 메인 비행체(10);
상기 메인 비행체(10)의 케이블(15)을 지지하여 하중을 경감하는 서브 비행체(20); 및
상기 메인 비행체(10)와 서브 비행체(20)를 제어하여 설정된 임무를 수행하는 제어수단(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 케이블 연결식의 무인 비행체 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 서브 비행체(20)는 일측의 지지대(22)로 케이블을 지지하는 것을 특징으로 하는 케이블 연결식의 무인 비행체 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 서브 비행체(20)는 케이블을 지지하는 하중을 검출하는 하중센서(24), 비행을 위한 전원 상태를 검출하는 전압센서(26)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 연결식의 무인 비행체 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 서브 비행체(20)는 전원 공급용 전선을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 연결식의 무인 비행체 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단(30)은 메인 비행체(10)에 인가되는 전원을 조절하는 제어기(32), 메인 비행체(10) 및 서브 비행체(20)와 신호를 송수신하는 통신모듈(34)을 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블 연결식의 무인 비행체 시스템.