KR20180036021A - 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템 - Google Patents

멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자탐사 장비를 멀티콥터에 장착해 공중 탐사를 가능하게 하며 자세 변화가 심한 긴 막대 형태의 전자탐사 장비를 매달고 비행하면서도 안정적인 탐사가 가능한 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템에 관한 것으로, 멀티콥터; 상기 멀티콥터의 하부에 결합되며, 멀티콥터의 비행에 따른 자세 변화를 감지해 수평 상태를 유지시키는 자세제어 짐벌; 상기 자세제어 짐벌의 하부에 상측 말단이 고정되는 케이블; 및 상기 케이블의 하측 말단에 고정되는 전자탐사 장비; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템{ELECTROMAGNETIC SURVEY SYSTEM BASED ON THE MULTICOPTER}
본 발명은 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자탐사 장비를 멀티콥터에 장착해 공중 탐사를 가능하게 하며 자세 변화가 심한 긴 막대 형태의 전자탐사 장비를 매달고 비행하면서도 안정적인 탐사가 가능한 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템에 관한 것이다.
종래, 지중탐사법에는 EM법(Electromagnetic Method)이나 MT법(Magneto telluric Method) 등이 알려져 있다. EM법이란 지반에 대향시킨 송신측의 루프 코일에 교류를 흐르게 하여 1차 자장을 발생시키고, 이에 따라 지중에 발생하는 맴돌이전류에 의해 형성되는 2차 자장을 수신측에서 관측하고, 이로써 지반의 비저항 등을 측정하는 지중탐사방법이다. 이에 대하여, MT법은 지중에서 발생되는 전자유도현상에 의해 변동하는 전장과 자장을 지면에 접촉시킨 전극과 안테나로 관측하여 지반의 비저항 등을 측정하는 지중탐사방법이다.
모두 전자유도를 이용한 지중탐사법이지만, EM법은 지면에 전극을 박아 넣지 않는다. 또, MT법과 마찬가지로 전극을 박아 넣어 비저항 분포를 추정하는 것에 전기비저항 탐사법이 있다. 따라서, 측정이 용이하기 때문에, EM법은 지중(地中)의 비저항 분포를 추정하는 경우에 많이 이용되고 있다.
이와 같이 EM법에 의하면, 사람이 루프 코일을 갖고 이동하면 낮은 비용으로 손쉽게 지중탐사를 행할 수 있다. 지형의 영향을 그다지 받지 않아 비저항 분포의 평면적인 확산과 심도방향의 변화를 용이하게 파악할 수 있기 때문에 3차원적인 탐사가 가능한 우수한 방법이다.
그러나, 사람이 손쉽게 지중탐사를 행할 수 있다는 장점이 있는 반면, 광범위한 지중탐사를 행하는 데에는 그다지 적합하지 않다. 이 때문에 헬리콥터로 루프 코일을 예항하는 다주파수형의 공중전자법(helicopterboren electromagnetic method)이 제안되어 있다. 이것은 공중에서 루프 코일에 교류전류를 흐르게 하고, 교류자장이 지중을 통과할 때에 발생되는 전자유도현상을 이용하여 지하의 비저항 분포를 구하는 것이다.
도 1에는 현재 가장 널리 사용되는 소형 루프 전자탐사법(Small Loop Eelectromagnetic Survey)의 탐사방식이 도시되어 있다. 이 방식은 송신 루프로부터 송신한 교류 자기장에 의한 지하의 반응을 수신 루프로 수신하여 간편하게 지하 구조를 조사하는 전자탐사법으로 양 끝에 송신 루프와 수신 루프를 길이 1 ~ 2 m의 장비 안에 고정시킨 일체형 장비를 사용하게 된다.
송신 루프와 수신 루프가 함께 내장된 일체형 소형 루프 전자탐사 장비는 송신 루프와 수신 루프의 크기가 장비 내에 삽입되어야 하므로 크기가 제한되어 가탐심도가 짧으나 혼자서 들고 이동할 수 있어 빠른 시간 안에 많은 탐사를 할 수 있는 장점이 있다.
그런데 이 같은 일체형 소형 루프 전자탐사 장비를 앞서 설명한 유인 비행체를 이용한 공중 탐사에 바로 적용하기 위해서는 많은 문제점들 나타나고 있다.
우선 일체형 소형 루프 전자탐사 장비는 탐사 중 자세가 변하면 탐사 데이터에 큰 영향을 미치게 되며 이 같은 잡음요소는 탐사 결과의 신뢰성을 크게 떨어뜨리는 결과를 초래하게 된다. 특히 일체형 소형 루프 전자탐사 장비는 중량이 무겁지 않고 도 1에 도시된 바와 같이 긴 막대 형태이기 때문에 비행체에 매달아 이동하는 과정에서 더욱 쉽게 자세변화가 발생된다는 문제점이 있다.
또한 비행체에서는 전자기 잡음이 불가피하게 발생하게 되는데, 이 같은 전자기 잡음 역시 탐사 데이터에 영향을 미치게 되어 사람이 들고 이동하며 탐사하는 기존 방식에 비해 신뢰도가 떨어지는 문제점을 가지고 있다.
또한 일체형 소형 루프 전자탐사는 지표면에 근접(지표에서 약 1.5m 이내)하여 탐사가 이루어져야 하며 동시에 지표면과 일정한 고도를 유지하면서 이동해야만 정확한 탐사 결과를 얻을 수 있다. 하지만 일반적인 비행체의 비행고도를 지표면에 근접시키는 것은 쉽지 않으며 더군다나 지표에서 약 1.5m의 고도를 꾸준히 유지시키는 것은 대단히 어렵다는 문제점도 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 전자탐사 장비를 멀티콥터에 장착해 공중 탐사를 가능하게 하며 자세 변화가 심한 긴 막대 형태의 전자탐사 장비를 매달고 비행하면서도 안정적인 탐사가 가능한 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로, 멀티콥터; 상기 멀티콥터의 하부에 결합되며, 멀티콥터의 비행에 따른 자세 변화를 감지해 수평 상태를 유지시키는 자세제어 짐벌; 상기 자세제어 짐벌의 하부에 상측 말단이 고정되는 케이블; 및 상기 케이블의 하측 말단에 고정되는 전자탐사 장비; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 자세제어 짐벌은 멀티콥터의 하부에 결합된 하부 설치대에 안착되며, 멀티콥터의 비행 중 발생하는 자세 변화를 내부 방위 센서로 감지해 멀티콥터의 수평 자세에 변화가 발생하더라도 하부에 매달린 전자탐사 장비가 수평 자세를 유지하도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 자세제어 짐벌은, 짐벌의 틸트 동작을 위한 적어도 하나 이상의 틸트 서보모터; 짐벌의 롤 동작을 위한 적어도 하나 이상의 롤 서보모터; 상기 틸트 서보모터와 틸트 축을 통해 연결되어 회전력을 제공받는 구동 프레임; 상기 구동 프레임의 양측 말단에 연결되며, 상기 롤 서보모터를 내부에 고정시키는 종동 프레임; 및 상기 롤 서보모터와 롤 축을 통해 연결되어 회전력을 제공받는 견인바; 를 포함하며, 멀티콥터의 비행 중 발생하는 자세변화를 방위 센서로 감지하고 감지된 기울기 변화치를 계산하여 수평 유지에 필요한 필요각도값을 산출하며 산출된 필요각도값을 상기 틸트 서보모터와 롤 서보모터로 출력하여 수평 자세를 유지시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 케이블은 자세제어 짐벌의 양측에 각각 결합된 상기 견인 바의 양측 말단에 각각 상측 말단이 고정되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 케이블은 비금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 케이블은 상기 자세제어 짐벌의 하부에 상측 말단이 고정되는 제 1 케이블과 상기 전자탐사 장비의 상부에 하측 말단이 고정되는 제 2 케이블을 포함하여 구성되며, 상기 제 1 케이블의 하측 말단과 상기 제 2 케이블의 상측 말단은 탈착 장치에 연결되어 외부 제어에 따라 상기 탈착 장치가 제 2 케이블을 분리시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탈착 장치는 4 방향으로 돌출 형성된 4 개의 연결부를 가지며 이 연결부의 상부에는 제 1 케이블의 하부 말단이 고정결합되고, 연결부의 내부에는 제 2 케이블의 상부 말단이 착탈 가능하게 결합되어, 외부 제어에 따라 상기 제 2 케이블과의 결합을 해제시켜 제 2 케이블을 포함한 전자탐사 장비를 멀티콥터 및 자세제어 짐벌과 분리되도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탈착 장치에서 연결부의 상부면에는 상기 제 1 케이블의 하부 말단이 고정결합되는 고정바가 구비되며, 연결부의 하부에는 내측으로 함몰된 연결홈이 형성되고 이 연결홈에는 전후로 이동할 수 있는 유동팁이 구비되며 유동팁에는 상기 제 2 케이블의 상부 말단에 마련된 고리가 걸려져, 유동팁의 움직임에 따라 제 2 케이블이 탈착되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탈착 장치는, 상기 자세제어 짐벌로부터 트리거 동작에 필요한 신호를 전달받아 회전력을 제공하는 트리거 서보모터; 상기 트리거 서보모터의 회전력을 전달받아 회전하는 디스크; 상기 디스크에 일측이 결합되며 디스크의 회전에 따라 전진 또는 후진하는 제 1 로드; 상기 제 1 로드의 움직임에 따라 회동하는 회동체; 및 상기 회동체의 회전에 따라 전진 또는 후진하는 제 2 로드; 를 포함하며, 상기 제 2 로드의 말단에 유동팁이 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 2 케이블에 장착되어 제 2 케이블을 서로 이격유지시키는 스페이서;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전자탐사 장비에는 거리 측정 센서가 구비되며, 이 거리 측정 센서의 측정결과를 멀티콥터의 비행 콘트롤러에 전송하여 거리 측정 결과에 따라 멀티콥터의 비행고도를 실시간 제어해 탐사 고도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전자탐사 장비를 멀티콥터에 장착해 공중 탐사를 가능하게 하며 자세 변화가 심한 긴 막대 형태의 전자탐사 장비를 매달고 비행하면서도 안정적인 탐사가 가능하게 하는 효과를 가지고 있다.
또한 긴 막대 형태의 일체형 소형 루프 전자탐사 장비를 멀티콥터에 매달아 공중 탐사를 하면서도 탐사 중 일체형 소형 루프 전자탐사 장비의 자세를 지표면과 평행한 상태로 유지할 수 있어 탐사 결과의 신뢰성을 크게 높일 수 있게 되는 효과가 있다.
또한 멀티콥터와 일체형 소형 루프 전자탐사 장비를 이격시켜 멀티콥터에서 발생하는 전자기 잡음을 제거해 역시 탐사 결과의 신뢰성이 높아지는 효과도 가져온다.
또한 기체의 착륙에 대비해 착륙 과정에서 멀티콥터와 전자탐사 장비가 분리되도록 하여 착륙시 기체 또는 전자탐사 장비에 발생될 수 있는 물리적 충격을 예방하는 효과도 있다.
또한 일체형 소형 루프 전자탐사 장비에 거리 측정기를 설치하고 이 거리 측정기의 측정결과에 따라 멀티콥터의 비행고도를 실시간 제어함으로써 탐사 고도가 일정하게 유지되어 정확한 탐사 결과를 얻을 수 있게 되는 효과도 있다.
도 1은 종래 방식의 소형 루프 전자탐사법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템을 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템에서 멀티콥터를 제외한 구성을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자세제어 짐벌을 설명하기 위한 측면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자세제어 짐벌의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탈착 장치를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 탈착 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템에서 멀티콥터를 제외한 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템은 외부 제어에 따라 공중 비행이 가능한 멀티콥터(10)와, 상기 멀티콥터(10)의 하부에 결합되며 멀티콥터(10)의 비행에 따른 자세 변화를 감지해 수평 상태를 유지시키는 자세제어 짐벌(20)과, 상기 자세제어 짐벌(20)의 하부에 상측 말단이 고정되는 제 1 케이블(30)과, 상기 제 1 케이블(30)의 하측 말단이 고정되는 탈착 장치(40)와, 상기 탈착 장치(40)의 하부에 상측 말단이 탈착 가능하게 연결되는 제 2 케이블(50)과, 상기 제 2 케이블(50)의 중간 부위에 결합되는 스페이서(60)와, 상기 제 2 케이블(50)의 하측 말단에 고정되는 전자탐사 장비(70)를 포함하여 구성된다.
이 같은 구성을 갖는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템은 멀티콥터(10)가 전자탐사 장비(70)를 하부에 매단 상태로 외부 조종기의 제어에 따라 원하는 방향으로 비행할 수 있으며, 비행 중 전자탐사 장비(70)는 EM법(Electromagnetic Method)에 의해 전자탐사를 수행하게 된다.
상기 멀티콥터(10)는 회전날개를 구비한 무인기이며, 외부의 조종기에서 송신되는 비행제어 신호를 내부 수신기로 수신하며 본체에 내장된 비행 콘트롤러에서 각 회전날개를 담당하는 모터 및 변속기에 구동신호를 인가하여 공중 비행이 이루어지게 된다.
이 같은 멀티콥터(10)는 외부의 조종기와 무선 방식으로 신호를 송수신하게 되며, 날개의 개수에 따라 듀얼콥터, 트리콥터, 쿼터콥터, 헥사콥터, 옥토콥터 등을 포함할 수 있고, 내부에 모터 회전을 위한 배터리를 포함할 수 있다.
이 같은 멀티콥터(10)의 하부에는 상기 자세제어 짐벌(20)을 결합할 수 있도록 프레임으로 짜여진 하부 설치대(11)가 결합된다.
상기 자세제어 짐벌(20)은 상기 하부 설치대(11)에 안착되어 결합되며, 멀티콥터(10)의 비행 중 발생하는 다양한 자세 변화를 내부 방위 센서(도시 않음)로 감지해 멀티콥터(10)의 수평 자세에 변화가 발생하더라도 하부에 매달린 전자탐사 장비(70)가 수평 자세를 유지하도록 한다. 여기에서 상기 방위 센서는 물체의 방위 변화를 측정하는 자이로 센서(Gyro Sensor)일 수 있다.
이 같은 자세제어 짐벌(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 짐벌의 틸트 동작을 위한 4 개의 틸트 서보모터(21)와 짐벌의 롤 동작을 위한 2 개의 롤 서보모터(24)를 가진다. 그리고 상기 틸트 서보모터(21)들은 틸트 축(22)을 통해 구동 프레임(23)의 중심 부위에 연결되어 회전력을 구동 프레임(23)에 전달함으로써 구동 프레임(23)이 회전하게 된다. 또한 이 같은 구동 프레임(23)의 양측 말단에는 각각 종동 프레임(26)이 연결되며 이 종동 프레임(26)에는 롤 서보모터(24)가 고정된다. 그리고 상기 롤 서보모터(24)들은 롤 축(25)을 통해 견인바(27)의 중심 부위에 연결되어 회전력을 견인바(27)에 전달함으로써 견인바(27)가 회전하게 된다.
따라서 상기 자세제어 짐벌(20)은 멀티콥터(10)의 비행 중 발생하는 자세변화를 자체적으로 감지하여 감지된 기울기 변화치를 계산하여 수평 유지에 필요한 필요각도값을 산출하고 이 값을 상기 틸트 서보모터(21)와 롤 서보모터(24)로 출력하여 수평 자세를 유지시키는 것이다.
도 5에는 본 발명의 실시예에 따른 자세제어 짐벌의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도가 도시되어 있다.
상기 자세제어 짐벌(20)은 제어기(28)가 다수의 틸트 서보모터(21)와 롤 서보모터(24) 그리고 트리거 서보모터(43)를 제어하며, 배터리(29)에서 필요한 전력을 공급하게 된다.
상기 제어기(28)는 내장된 방위 센서로 멀티콥터(10)의 비행 중 발생하는 자세변화를 감지하고 감지된 기울기 변화치를 계산하여 수평 유지에 필요한 필요각도값(틸트, 롤)을 산출하게 된다. 이때 리시버(28a)는 외부 제어를 수신하며, 상기 제어기(28)의 필요각도값(틸트, 롤) 산출 과정에서 보정치 또는 교정치를 적용시킬 수 있도록 제공된다. 즉 정해진 기울기 보다 더 기울이기를 원하는 신호를 리시버(28a)에 입력시키면 상기 제어기(28)는 그 값을 받아 계산된 필요각도값에 적용시켜 새로운 최종적인 필요각도값(틸트, 롤)을 만들어낼 수도 있다.
그리고 이렇게 산출된 필요각도값(틸트, 롤)은 PWM 신호로 변환되고 변환된 PWM 신호는 각 틸트 서보모터(21)와 롤 서보모터(24)로 전달된다. 또한 탈착 장치(40)의 트리거 서보모터(43)에 사용되는 제어신호는 상기 리시버(28a)에서 바로 트리거 서보모터(43)로 전달된다.
여기에서 상기 배터리(29)는 멀티콥터(10)의 하부 설치대(11)에 장착될 수 있다.
한편 짐벌 구동 과정에서 서보모터는 전력을 많이 소모하게 된다. 따라서 제어기(28)에서 바로 전원을 끌어 쓸 경우 오작동의 위험이 있으므로 서보모터의 전단에 따로 전력관리유닛(21a, PMU : Power Management Unit)을 구비시켜 전력을 관리하게 된다. 여기에서 탈착 장치(40)의 트리거 서보모터(43)는 소모전력이 아주 낮으므로 수신기에서 전력을 공급하도록 한다.
이 같은 자세제어 짐벌(20)에서 최종적으로 롤 서보모터(24)의 롤 축(25)에 연결된 견인바(27)는 멀티콥터(10)의 수평 자세에 변화가 발생하더라도 그 수평 자세를 유지하게 될 것이다.
본 발명에서는 이 견인바(27)의 양측 말단에 케이블을 내리 연결해 모두 4 개의 케이블이 자세제어 짐벌(20)의 하부에 위치되게 할 것이며, 견인바(27)의 수평 자세가 유지되기 때문에 이 케이블의 아래에 매달리는 전자탐사 장비(70)의 수평 자세 역시 유지될 것이다.
상기 제 1 케이블(30)은 자세제어 짐벌(20)의 양측에 각각 결합된 상기 견인바(27)의 양측 말단에 상측 말단이 고정되며 하측 말단은 상기 탈착 장치(40)에 고정된다. 따라서 이 제 1 케이블(30)은 모두 4 줄이며, 재료는 센서의 감지 동작에 영향을 미치지 않도록 비금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상기 제 1 케이블(30)은 내부는 유리 섬유 또는 아라미드 섬유로 이루어지고 외부는 나일론 재질로 이루어질 수 있다. 이 같은 제 1 케이블(30)의 재질은 이하에서 설명되는 제 2 케이블(50) 역시 동일하다.
본 발명에서는 제 1 케이블(30)과 제 2 케이블(50)을 통해 상부의 멀티콥터(10) 및 자세제어 짐벌(20)과 하부의 전자탐사 장비(70)를 이격시키게 되는데, 이는 멀티콥터(10)나 자세제어 짐벌(20)에서 발생되는 전자기 잡음으로부터 전자탐사 장비(70)가 영향을 받지 않기 위해서이다. 이를 위해 상기 제 1 케이블(30)과 제 2 케이블(50)의 총 길이는 2m 이상인 것이 바람직하다.
상기 탈착 장치(40)는 4 방향으로 돌출 형성된 4 개의 연결부(49)를 가지며 이 연결부(49)의 상부에는 제 1 케이블(30)의 하부 말단이 고정결합되고, 또한 이 연결부(49)의 내부에는 제 2 케이블(50)의 상부 말단이 착탈 가능하게 결합된다. 따라서 상기 탈착 장치(40)는 외부 제어에 따라 상기 제 2 케이블(50)과의 결합을 해제시켜서 제 2 케이블(50)을 포함해 전자탐사 장비(70)가 멀티콥터(10) 및 자세제어 짐벌(20)과 자동으로 분리되도록 하는 구성이다.
실제 멀티콥터(10)가 전자탐사를 위해 이륙할 때에는 멀티콥터(10)의 하부에 장착되어 있는 전자탐사 장비(70)를 공중으로 끌고 올라가게 되므로 전자탐사 장비(70)에 별다른 물리적 영향이 없지만, 멀티콥터(10)가 전자탐사를 마치고 착륙할 때에는 전자탐사 장비(70)가 먼저 지면에 내려앉고 그 위로 멀티콥터(10)가 내려앉는 구조이기 때문에 전자탐사 장비(70)에 원치않는 물리적 영향을 미치게 된다. 또한 지면이 경사지거나 굴곡이 있을 경우 멀티콥터(10) 보다 먼저 내려앉은 전자탐사 장비(70)가 구르거나 이동할 수 있어 착륙시 상당히 위험한 상황에 처할 수 있다. 이러한 상황을 방지하기 위해서는 공중에서 멀티콥터(10)와 전자탐사 장비(70)를 분리하는 수단이 필요하다. 이 분리 수단을 통해 착륙시 전자탐사 장비(70)를 먼저 안전한 장소에 내려 놓은 후 멀티콥터(10)는 따로 안전하게 착륙시킬 수 있을 것이다.
본 발명에서는 이 같은 자동 분리 수단으로서 탈착 장치(40)를 제 1 케이블(30)과 제 2 케이블(50)의 사이에 구비시킨다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탈착 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 탈착 장치의 내부 구성을 설명하기 위해 커버를 벗긴 상태의 평면도이다.
도 6을 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 상기 탈착 장치(40)에서 연결부(49)의 상부면에는 해당 상부면에 고정된 바 형태의 고정바(42)가 구비된다. 또한 이 연결부(49)에서 하부에는 내측으로 함몰된 연결홈(49a)가 형성되고 이 연결홈(49a)에는 전후로 이동할 수 있는 유동팁(48)이 구비된다. 이 유동팁(48)은 전진시 상기 연결홈(49a)에 위치되며 후진시 상기 연결홈(49a)에서 탈착 장치(40)의 중심측으로 이동된다.
여기에서 상기 고정바(42)에는 상기 제 1 케이블(30)의 하부 말단이 고정결합된다. 그리고 상기 유동팁(48)에는 상기 제 2 케이블(50)의 상부 말단에 마련된 고리(51)가 걸려진다. 따라서 유동팁(48)이 전진한 상태, 즉 유동팁(48)이 상기 연결홈(48a)에 위치한 상태에서는 제 2 케이블(50)의 고리(51)가 유동팁(48)에 걸려 제 2 케이블(50)이 탈착 장치(40)에 연결된 상태일 것이다. 이와 달리 유동팁(48)이 후진한 상태, 즉 상기 즉 유동팁(48)이 상기 연결홈(48a)에서 빠져나가 탈착 장치(40)의 중심측으로 이동된 상태에서는 제 2 케이블(50)의 고리(51)가 유동팁(48)에서 빠져나가 결국 제 2 케이블(50)과 탈착 장치(40)가 분리되게 되는 것이다.
도 7을 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이 유동팁(48)에 제 2 케이블(50)의 고리(51)를 걸기 위해 연결홈(48a)을 통해 고리(51)를 넣어 올리고, (b)에 도시된 바와 같이 유동팁(48)을 전진시켜 유동팁(48)에 고리(51)가 걸리도록 하는 것이다.
이 같은 유동팁(48)의 전진 및 후진을 위해 탈착 장치(40)에는 트리거 서보모터(43)와, 디스크(44), 제 1 로드(45), 회동체(46) 및 제 2 로드(47)가 구비된다.
상기 트리거 서보모터(43)는 도 5와 함께 설명한 바와 같이 자세제어 짐벌(20)로부터 필요전원을 공급받으며 트리거 동작에 필요한 신호를 전달받는다. 해당 트리거 서보모터(43)가 트리거 신호를 전달받으면 신호에 따라 정회전 또는 역회전하게 되며, 이러한 회전력은 그대로 디스크(44)에 전달되어 디스크(44)를 회전시키게 된다. 상기 디스크(44)의 회전에 따라 일측이 디스크(44)에 결합된 제 1 로드(45)는 전진 또는 후진하게 되며, 이 제 1 로드(45)의 움직임은 그대로 회동체(46)에 전달된다. 그리고 회동체(46)는 제 1 로드(45)의 움직임에 따라 회동하게 되며 이 회전력은 그대로 제 2 로드(47)로 전달되는데, 이 제 2 로드(47)의 말단에 유동팁(48)이 구비되어 있기 때문에 해당 유동팁(48)이 연결홈(49a)에서 전후로 이동할 수 있게 되는 것이다.
따라서 외부 제어에 의해 탈착 장치(40)의 트리거 서보모터(43)를 동작시켜 유동팁(48)을 움직임으로써 공중 비행 중 간단하게 전자탐사 장비(70)를 멀티콥터(10) 및 자세제어 짐벌(20)로부터 분리시킬 수 있게 된다.
상기 제 2 케이블(50)은 상기 탈착 장치(40)의 유동팁(48)에 탈착 가능하게 결합되는 고리(51)를 상부 말단에 구비하며, 하부 말단이 상기 전자탐사 장비(70)의 고정판(71)에 고정됨으로써 공중 비행 시 기체와 전자탐사 장비(70)를 이격시키게 된다.
상기 스페이서(60)는 상기 제 2 케이블(50)의 중간 부위에 장착되어 여러 가닥인 제 2 케이블(50)이 비행 중 서로 엉키거나 꼬이지 않도록 구비된다. 즉 스페이서(60)는 상기 제 2 케이블(50)에 장착되어 여러 가닥인 제 2 케이블(50)들을 서로 이격유지시키게 된다.
실제 상기 스페이서(60)의 용도는 기체의 회전시 관성력으로 인해 기체는 회전하였음에도 불구하고 전자탐사 장비(70)가 제때 회전하지 못함에 따라 제 2 케이블(50)이 꼬이는 현상을 방지하기 위하여 구비된다. 또한 비행 시 비행 방향과 장비의 방향이 어긋나게 되면 비행성 및 짐벌의 동작에도 영향을 주게 되므로 이 같은 스페이서(60)는 꼭 필요한 장치이다.
상기 스페이서(60)는 가벼운 재질의 얇은 판으로 구성되며, 무게를 줄이면서 동시에 견고한 구조력을 주기 위해 면상으로 형성된 다수의 천공 부위를 가지고 있다. 그리고 외곽의 4 방향으로 돌출 형성된 4 개의 연결부(61)를 가지며, 이 연결부(61)의 상하면에는 상기 제 2 케이블(50)이 결합된다.
도면에서는 이 같은 스페이서(60)가 제 2 케이블(50)에 2 개 장착되는 것으로 도시되어 있지만, 이 같은 스페이서(60)의 개수와 스페이서(60) 간의 거리는 장착되는 장비의 무게와 공기저항력, 편향력 및 기체와의 거리에 따라 다르게 셋팅될 수 있다.
상기 전자탐사 장비(70)는 지반에 대향시킨 송신 루프 코일과 수신 루프 코일을 내장하고 있으며, 송신측의 루프 코일에 교류를 흐르게 하여 1차 자장을 발생시키고 이에 따라 지중에 발생하는 맴돌이전류에 의해 형성되는 2차 자장을 수신측에서 관측하게 된다. 따라서 해당 전자탐사 장비는 양 끝에 송신 루프와 수신 루프를 함께 내장한 일체형 탐사 장비이며, 상부에는 상기 제 2 케이블(50)의 말단이 고정될 수 있는 고정판(71)이 구비되어 있다.
여기에서 상기 전자탐사 장비(70)에는 거리 측정 센서(72)가 구비된다.
실제 일체형 소형 루프 전자탐사는 지표면에 근접(지표에서 약 1.5m 이내)하여 탐사가 이루어져야 하며 동시에 지표면과 일정한 고도를 유지하면서 이동해야만 정확한 탐사 결과를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에서는 상기 전자탐사 장비(70)에 거리 측정 센서(72)를 구비시키고 이 거리 측정 센서(72)의 측정결과를 멀티콥터(10)의 비행 콘트롤러에 전송함으로써 거리 측정 결과에 따라 멀티콥터(10)의 비행고도를 실시간 제어해 탐사 고도를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
이 같은 거리 측정 센서(72)는 전자탐사 장비(70)에서 지면까지의 정확한 거리를 산출하기 위해 초음파를 짧은 단속음으로 발사한 후 지면에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하는 방식으로 거리를 산출할 수 있다.
또한 다른 방식으로 거리 측정 센서(72)는 레이저 빔을 조사한 후 반사되어 되돌아오는 레이저 빔의 시간차를 이용하는 방식으로 거리를 산출할 수 있다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 멀티콥터 11 : 하부 설치대
20 : 자세제어 짐벌 21 : 틸트 서보모터
22 : 틸트 축 23 : 구동 프레임
24 : 롤 서보모터 25 : 롤 축
26 : 종동 프레임 27 : 견인바
30 : 제 1 케이블 40 : 탈착 장치
41 : 커버 42 : 고정바
43 : 트리거 서보모터 44 : 디스크
45 : 제 1 로드 46 : 회동체
47 : 제 2 로드 48 : 유동팁
49 : 연결부 49a : 연결홈
50 : 제 2 케이블 51 : 고리
60 : 스페이서 61 : 연결부
70 : 전자탐사 장비 71 : 고정판
72 : 거리 센서

Claims (11)

  1. 멀티콥터;
    상기 멀티콥터의 하부에 결합되며, 멀티콥터의 비행에 따른 자세 변화를 감지해 수평 상태를 유지시키는 자세제어 짐벌;
    상기 자세제어 짐벌의 하부에 상측 말단이 고정되는 케이블; 및
    상기 케이블의 하측 말단에 고정되는 전자탐사 장비; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자세제어 짐벌은 멀티콥터의 하부에 결합된 하부 설치대에 안착되며, 멀티콥터의 비행 중 발생하는 자세 변화를 내부 방위 센서로 감지해 멀티콥터의 수평 자세에 변화가 발생하더라도 하부에 매달린 전자탐사 장비가 수평 자세를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자세제어 짐벌은,
    짐벌의 틸트 동작을 위한 적어도 하나 이상의 틸트 서보모터;
    짐벌의 롤 동작을 위한 적어도 하나 이상의 롤 서보모터;
    상기 틸트 서보모터와 틸트 축을 통해 연결되어 회전력을 제공받는 구동 프레임;
    상기 구동 프레임의 양측 말단에 연결되며, 상기 롤 서보모터를 내부에 고정시키는 종동 프레임; 및
    상기 롤 서보모터와 롤 축을 통해 연결되어 회전력을 제공받는 견인바; 를 포함하며,
    멀티콥터의 비행 중 발생하는 자세변화를 방위 센서로 감지하고 감지된 기울기 변화치를 계산하여 수평 유지에 필요한 필요각도값을 산출하며 산출된 필요각도값을 상기 틸트 서보모터와 롤 서보모터로 출력하여 수평 자세를 유지시키는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 케이블은 자세제어 짐벌의 양측에 각각 결합된 상기 견인 바의 양측 말단에 각각 상측 말단이 고정되는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 케이블은 비금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 케이블은 상기 자세제어 짐벌의 하부에 상측 말단이 고정되는 제 1 케이블과 상기 전자탐사 장비의 상부에 하측 말단이 고정되는 제 2 케이블을 포함하여 구성되며,
    상기 제 1 케이블의 하측 말단과 상기 제 2 케이블의 상측 말단은 탈착 장치에 연결되어 외부 제어에 따라 상기 탈착 장치가 제 2 케이블을 분리시키는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 탈착 장치는 4 방향으로 돌출 형성된 4 개의 연결부를 가지며 이 연결부의 상부에는 제 1 케이블의 하부 말단이 고정결합되고, 연결부의 내부에는 제 2 케이블의 상부 말단이 착탈 가능하게 결합되어, 외부 제어에 따라 상기 제 2 케이블과의 결합을 해제시켜 제 2 케이블을 포함한 전자탐사 장비를 멀티콥터 및 자세제어 짐벌과 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 탈착 장치에서 연결부의 상부면에는 상기 제 1 케이블의 하부 말단이 고정결합되는 고정바가 구비되며, 연결부의 하부에는 내측으로 함몰된 연결홈이 형성되고 이 연결홈에는 전후로 이동할 수 있는 유동팁이 구비되며 유동팁에는 상기 제 2 케이블의 상부 말단에 마련된 고리가 걸려져, 유동팁의 움직임에 따라 제 2 케이블이 탈착되는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 탈착 장치는,
    상기 자세제어 짐벌로부터 트리거 동작에 필요한 신호를 전달받아 회전력을 제공하는 트리거 서보모터;
    상기 트리거 서보모터의 회전력을 전달받아 회전하는 디스크;
    상기 디스크에 일측이 결합되며 디스크의 회전에 따라 전진 또는 후진하는 제 1 로드;
    상기 제 1 로드의 움직임에 따라 회동하는 회동체; 및
    상기 회동체의 회전에 따라 전진 또는 후진하는 제 2 로드; 를 포함하며,
    상기 제 2 로드의 말단에 유동팁이 구비되는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 케이블에 장착되어 제 2 케이블을 서로 이격유지시키는 스페이서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전자탐사 장비에는 거리 측정 센서가 구비되며, 이 거리 측정 센서의 측정결과를 멀티콥터의 비행 콘트롤러에 전송하여 거리 측정 결과에 따라 멀티콥터의 비행고도를 실시간 제어해 탐사 고도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 멀티콥터 기반의 전자탐사 시스템.
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