KR20180125715A - 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치 및 그 방법 - Google Patents

무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치는, 활선상태 전력선로에 무인 비행체가 근접하는지를 확인 가능한 근접신호를 제공하기 위한 활선감지센서; 상기 무인 비행체의 일정시간 동안 이동명령(throttle command)을 상시 저장하기 위한 저장부; 및 상기 근접신호에 따라, 상기 무인 비행체의 이동을 차단하고, 상기 이동명령을 이용하여 무인 비행체의 이전 궤도를 역산해 상기 무인 비행체와 상기 전력선로 사이의 이격거리를 적정 상태로 유지시키는 충돌 방지 동작을 수행하기 위한 제어부;를 포함한다.

Description

무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COLLISION PREVENTION OF ON-LINE POWER LINE OF UNMANNED VEHICLE}
본 발명은 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 비행중인 무인 비행체와 활선 상태의 전력선로 사이에 적정 이격거리를 확보함으로써, 무인 비행체와 활선 상태의 전력선로 간의 충돌을 방지하여 무인 비행체의 감전을 방지하기 위한, 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
무인 비행체(일명 드론)는 복수 개의 프로펠러를 구비하고 원격 제어 장치(Remote Controller : RC)에 의해 조종되는 비행체로서, 일반 비행체와는 달리 조종사를 위한 공간과 안전 장치 등을 별도로 구비하지 않기 때문에 소형화, 경량화가 가능하며, 사람의 접근이 어려운 장소나 작업 환경 등을 모니터링하거나 촬영하는 등 다양한 용도로 개발 및 활용되고 있다.
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 한다.
이러한 방식은 승탑에 의한 안전사고 위험성과 촬영할 수 있는 범위가 제한적일 수 밖에 없다. 이와 같은 이유로, 최근에는 인력 승탑에 따른 안전사고 방지와 점검시간을 단축하기 위해 무인 비행체를 이용한 정기점검을 시행하고 있다.
그런데 활선상태의 고압설비는 규정된 거리 이내로 근접 접근하는 경우에, 감전으로 인한 선로 및 기기의 손상을 유발시킬 수 있다.
무인 비행체는 조종자의 수동조작에 의해 비행경로가 결정되고, 전력선과 이격거리가 전적으로 조장자의 판단과 조종 숙련도에 따라 좌우된다.
따라서, 무인 비행체는 조종자의 숙련도에 따라, 전력선로의 충돌 및 이격거리 이내 접근에 의한 사고발생 위험도가 매우 높은 실정이다. 즉, 기존 무인 비행체는 통상의 자세 제어 기능으로 활선상태의 전력선 접근을 방지할 수 있는 기능이 없으며, 오직 조종자의 수동조작에 의해서만 적정 이격거리를 확보할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0037998호 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0016684호
본 발명의 목적은 비행중인 무인 비행체와 활선 상태의 전력선로 사이에 적정 이격거리를 확보함으로써, 무인 비행체와 활선 상태의 전력선로 간의 충돌을 방지하여 무인 비행체의 감전을 방지하기 위한, 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치는, 활선상태 전력선로에 무인 비행체가 근접하는지를 확인 가능한 근접신호를 제공하기 위한 활선감지센서; 상기 무인 비행체의 일정시간 동안 이동명령(throttle command)을 상시 저장하기 위한 저장부; 및 상기 근접신호에 따라, 상기 무인 비행체의 이동을 차단하고, 상기 이동명령을 이용하여 무인 비행체의 이전 궤도를 역산해 상기 무인 비행체와 상기 전력선로 사이의 이격거리를 적정 상태로 유지시키는 충돌 방지 동작을 수행하기 위한 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치는, 충돌 방지 모드 또는 수동 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 설정하기 위한 모드 설정부;를 더 포함하며, 상기 모드 설정부가 상기 충돌 방지 모드를 동작 모드로 설정하면, 상기 저장부는 상기 이동명령을 상시 저장하고, 상기 제어부는 상기 충돌 방지 동작을 수행할 수 있다.
상기 활선감지센서는, 활선상태 전력선로에서 발생되는 전기장 신호의 세기를 감지하기 위한 신호감지기; 상기 감지된 전기장 신호를 증폭시킨 후 소정의 주파수대역의 신호만 필터링하는 증폭 및 필터링부; 상기 증폭 및 필터링된 신호를 미리 정해진 기준전압과 비교하기 위한 비교부; 및 상기 비교부의 비교 결과에 따라 근접신호를 제공하기 위한 근접신호 제공부;를 포함할 수 있다.
상기 증폭 및 필터링부는, 60㎐ 주파수 대역의 신호만 필터링할 수 있다.
상기 비교부는, 상기 증폭 및 필터링된 신호가 기준 전압 이상이면 전원전압을 출력하고, 상기 증폭 및 필터링된 신호가 기준 전압 미만이면 접지전압을 출력할 수 있다.
상기 근접신호 제공부는, 상기 전원전압이 출력되면 온(on) 접점의 근접신호를 제공하고, 상기 접지전압이 출력되면 오프(off) 접점의 근접신호를 제공할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 충돌 방지 동작을 조종자의 수동조작에 앞서 우선적으로 수행할 수 있다.
상기 무인 비행체는, 회전익이고, 본체의 상부 및 하부에 상기 활선감지센서를 부착할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법은, 무인 비행체의 일정시간 동안 이동명령을 상시 저장하는 단계; 활선상태의 전력선로에 상기 무인 비행체가 근접하는지를 확인 가능한 근접신호를 확인하는 단계; 상기 근접신호에 따라, 상기 무인 비행체의 이동을 차단하고, 상기 이동명령을 이용하여 상기 무인 비행체의 이전 궤도를 역산해 상기 무인 비행체와 상기 전력선로 사이의 이격거리를 적정 상태로 유지시키는 충돌 방지 동작을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법은, 상기 저장 단계 이전에, 충돌 방지 모드 또는 수동 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 근접신호를 확인하는 단계는, 활선상태 전력선로에서 발생되는 전기장 신호의 세기를 감지하는 단계; 상기 감지된 전기장 신호를 증폭시킨 후 소정의 주파수대역의 신호만 필터링하는 단계; 상기 증폭 및 필터링된 신호를 미리 정해진 기준전압과 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 따라 근접신호를 확인하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 비교 단계는, 상기 증폭 및 필터링된 신호가 기준 전압 이상이면 전원전압을 출력하고, 상기 증폭 및 필터링된 신호가 기준 전압 미만이면 접지전압을 출력할 수 있다.
상기 비교 결과에 따라 근접신호를 확인하는 단계는, 상기 전원전압이 출력되면 온(on) 접점의 근접신호가 확인되고, 상기 접지전압이 출력되면 오프(off) 접점의 근접신호가 확인될 수 있다.
본 발명은 비행중인 무인 비행체와 활선 상태의 전력선로 사이에 적정 이격거리를 확보함으로써, 무인 비행체와 활선 상태의 전력선로 간의 충돌을 방지하여 무인 비행체의 감전을 방지할 수 있다.
본 발명은 조종자의 숙련도와 상관없이 무인 비행체와 전력선로 사이에 적정 이격거리를 확보하여 무인 비행체에 의한 전력선로의 손상과 무인 비행체의 자체 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치를 나타낸 도면,
도 3은 상기 도 2의 활선 감지 센서를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법에 대한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 상기 도 2의 활선 감지 센서를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체는 고정익 또는 회전익 중 어느 하나일 수 있지만, 여기서는 수직 이착륙, 호버링을 통한 영상 촬영에 적합한 회전익인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
이러한 무인 비행체는 본체(10)에 장착되어 회전에 의해 추력을 발생시키는 프로펠러(20)로 구성될 수 있다. 무인 비행체는 전력선로의 영상 촬영 및 감시를 위한 촬영 장치(30)를 구비할 수 있다. 아울러, 무인 비행체는 비행중 전력선로의 근접상태를 확인하기 위해, 본체(10)의 상부 및 하부에 활선감지센서(110)를 부착한다. 이 경우, 활선감지센서(110)는 본체(10)의 상부에 1개 지점, 하부 좌우측에 각각 1개 지점에 부착될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치(이하 "충돌 방지 장치"라 함, 100)는, 비행중인 무인 비행체와 활선 상태의 전력선로 사이에 적정 이격거리를 확보하기 위해, 활선감지센서(110)를 통해 무인 비행체가 전력선로에 근접하는지를 감지하고, 무인 비행체가 전력선로에 근접하면 무인 비행체의 3차원 이동 궤도를 추적하여 이전 궤도로 자동으로 궤환시킨다.
이러한 충돌 방지 장치(100)는 무인 비행체가 소정의 거리 이내로 전력선로에 근접할 때 무인 비행체와 전력선로 사이의 이격거리를 적정 상태로 유지시키기 위한 충돌 방지 동작을 자동으로 수행한다. 즉, 충돌 방지 장치(100)는 충돌 방지 동작을 조종자의 수동조작에 앞서 우선적으로 수행한다.
그런데, 충돌 방지 장치(100)는 무인 비행체가 소정의 거리 이내로 전력선로에 근접할 때 충돌 방지 동작을 실행하는 모드(즉, 충돌 방지 모드)로 미리 설정되어야 한다.
그리고 무인 비행체는 충돌 방지 모드가 미리 설정되지 않은 경우(즉, 수동 모드), 충돌 방지 장치(100)에 의한 충돌 방지 동작이 실행되지 않기 때문에 소정의 거리 이내로 전력선로에 근접할 때도 조종자의 수동조작에 따라 동작한다.
충돌 방지 장치(100)는 활선감지센서(110), 모드 설정부(120), 저장부(130), 제어부(140)를 포함한다.
먼저, 활선감지센서(110)는 활선상태 전력선로의 전계를 감지하여 무인 비행체가 전력선로에 근접하는지를 감지하고, 무인 비행체의 근접상태를 확인 가능한 근접신호를 제어부(140)에 제공한다.
도 3을 참조하면, 활선감지센서(110)는 신호감지부(111), 신호변환부(112), 비교부(113), 근접신호 제공부(114)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 신호감지기(111)는 활선상태 전력선로에서 발생되는 전기장 신호의 세기를 감지한다.
증폭 및 필터링부(112)는 감지된 전기장 신호를 증폭시킨 후 60㎐의 주파수 대역의 신호만 필터링한다.
비교부(113)는 증폭 및 필터링된 신호를 미리 정해진 기준전압과 비교하여 기준 전압 이상이면 전원전압을 출력하고, 기준 전압 미만이면 접지전압(GND 전압)을 출력한다.
근접신호 제공부(114)는 비교부(113)에 의한 비교 결과에 따라, 비교부(113)로부터 전원전압이 전달되면 온(on) 접점의 근접신호를 제공하고, 비교부(113)로부터 접지전압이 전달되면 오프(off) 접점의 근접신호 제공한다.
이때, 근접신호 제공부(114)는 일정 시간 주기에 따라 근접신호를 제어부(140)에 제공할 수 있다. 이 경우, 근접신호 제공부(114)는 비교부(113)에 의한 비교 결과에 따라 온 접점 근접신호 또는 오프 접점 근접신호를 제어부(140)로 제공한다. 또한, 근접신호 제공부(114)는 무인 비행체가 소정의 거리 이내로 전력선로에 근접할 때만 근접신호를 제어부(140)로 제공할 수 있다. 이 경우, 근접신호 제공부(114)는 오프 접점 근접신호만 제어부(140)로 제공한다.
모드 설정부(120)는 충돌 방지 모드 또는 수동 모드 중 어느 하나의 동작 모드에 대한 설정을 위한 구성을 조종자에게 제공한다. 즉, 모드 설정부(120)는 모드 설정을 위한 스위치 또는 디스플레이를 구비하여 조종자가 동작 모드를 설정할 수 있게 한다.
저장부(130)는 충돌 방지 모드로 설정될 경우에, 무인 비행체의 일정시간 동안 이동명령(throttle command)이 상시 저장된다. 예를 들어, 저장부(130)는 2초간의 무인 비행체의 이동명령이 상시 저장된다.
제어부(140)는 모드 설정부(120)에 의한 조종자의 동작 모드 설정에 따라 다음과 같이 동작한다.
먼저, 제어부(140)는 수동모드로 동작하는 경우에, 조종자의 수동조작에 따라 무인 비행체의 동작을 제어한다.
다음, 제어부(140)는 충돌 방지 모드로 동작하는 경우에, 무인 비행체의 이동명령을 저장부(130)에 상시 저장한다. 이처럼, 제어부(140)는 3차원 공간에서 무인 비행체의 이동궤도를 일정 시간 동안 추적 및 관리한다.
이후, 제어부(140)는 활선감지센서(110)로부터 온 접점 근접신호가 수신되면, 무인 비행체의 이동을 차단하여 호버링시킨다. 이와 동시에, 제어부(140)는 관성에 의해 이동된 무인 비행체의 위치를 원래대로 복귀시키기 위해, 저장부(130)에 일정 시간 저장된 이동명령을 이용하여 이전 궤도를 역산하고 무인 비행체의 위치를 자동으로 복귀시킨다. 이와 같이, 제어부(140)는 조종자의 수동조작에 대해 우선적으로 충돌 방지 동작을 수행한다.
제어부(140)는 활선감지센서(110)로부터 오프 접점 근접신호가 수신되면, 조종자의 수동조작에 따라 무인 비행체의 이동을 제어한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법에 대한 도면이다.
충돌 방지 장치(100)는 수동 모드에서 충돌 방지 모드로 동작모드가 전환된다(S201). 이러한 동작 모드의 전환은 조종자에 의해 설정된다.
충돌 방지 장치(100)는 일정 시간의 무인 비행체 이동명령을 상시 저장한다(S202).
충돌 방지 장치(100)는 무인 비행체가 전력선로에 근접하는지를 확인한다(S203). 이때, 충돌 방지 장치(100)는 활선감지센서(110)에 의해 발생된 근접신호를 확인하여 무인 비행체가 전력선로에 소정의 거리 이내에 근접하는지를 판단할 수 있다.
이후, 충돌 방지 장치(100)는 무인 비행체가 전력선로에 소정의 거리 이내로 근접하면(S203), 무인 비행체의 이동을 차단하여 호버링시킨다(S204).
이후, 충돌 방지 장치(100)는 기 저장된 무인 비행체 이동명령을 이용하여 이전 궤도를 역산하여 무인 비행체의 위치를 복귀시킨다(S205). 이후, 충돌 방지 장치(100)는 충돌 방지 모드의 경우에, 전술한 S201단계 내지 S205 단계를 다시 수행한다. 그리고, 무인 비행체는 조종자의 수동조작에 따라 이동한다(S206).
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 활선감지센서 111 : 신호감지부
112 : 증폭 및 필터링부 113 : 비교부
114 : 근접신호 제공부 120 : 모드 설정부
130 : 저장부 140 : 제어부

Claims (13)

  1. 활선상태 전력선로에 무인 비행체가 근접하는지를 확인 가능한 근접신호를 제공하기 위한 활선감지센서;
    상기 무인 비행체의 일정시간 동안 이동명령(throttle command)을 상시 저장하기 위한 저장부; 및
    상기 근접신호에 따라, 상기 무인 비행체의 이동을 차단하고, 상기 이동명령을 이용하여 무인 비행체의 이전 궤도를 역산해 상기 무인 비행체와 상기 전력선로 사이의 이격거리를 적정 상태로 유지시키는 충돌 방지 동작을 수행하기 위한 제어부;
    를 포함하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    충돌 방지 모드 또는 수동 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 설정하기 위한 모드 설정부;를 더 포함하며,
    상기 모드 설정부가 상기 충돌 방지 모드를 동작 모드로 설정하면, 상기 저장부는 상기 이동명령을 상시 저장하고, 상기 제어부는 상기 충돌 방지 동작을 수행하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활선감지센서는,
    활선상태 전력선로에서 발생되는 전기장 신호의 세기를 감지하기 위한 신호감지기;
    상기 감지된 전기장 신호를 증폭시킨 후 소정의 주파수대역의 신호만 필터링하는 증폭 및 필터링부;
    상기 증폭 및 필터링된 신호를 미리 정해진 기준전압과 비교하기 위한 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 따라 근접신호를 제공하기 위한 근접신호 제공부;
    를 포함하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 증폭 및 필터링부는,
    60㎐ 주파수 대역의 신호만 필터링하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 비교부는,
    상기 증폭 및 필터링된 신호가 기준 전압 이상이면 전원전압을 출력하고, 상기 증폭 및 필터링된 신호가 기준 전압 미만이면 접지전압을 출력하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 근접신호 제공부는,
    상기 전원전압이 출력되면 온(on) 접점의 근접신호를 제공하고, 상기 접지전압이 출력되면 오프(off) 접점의 근접신호를 제공하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충돌 방지 동작을 조종자의 수동조작에 앞서 우선적으로 수행하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무인 비행체는,
    회전익이고, 본체의 상부 및 하부에 상기 활선감지센서를 부착하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 장치.
  9. 무인 비행체의 일정시간 동안 이동명령을 상시 저장하는 단계;
    활선상태의 전력선로에 상기 무인 비행체가 근접하는지를 확인 가능한 근접신호를 확인하는 단계;
    상기 근접신호에 따라, 상기 무인 비행체의 이동을 차단하고, 상기 이동명령을 이용하여 상기 무인 비행체의 이전 궤도를 역산해 상기 무인 비행체와 상기 전력선로 사이의 이격거리를 적정 상태로 유지시키는 충돌 방지 동작을 수행하는 단계;를 포함하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 저장 단계 이전에, 충돌 방지 모드 또는 수동 모드 중 어느 하나의 동작 모드로 설정하는 단계;
    를 더 포함하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 근접신호를 확인하는 단계는,
    활선상태 전력선로에서 발생되는 전기장 신호의 세기를 감지하는 단계;
    상기 감지된 전기장 신호를 증폭시킨 후 소정의 주파수대역의 신호만 필터링하는 단계;
    상기 증폭 및 필터링된 신호를 미리 정해진 기준전압과 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라 근접신호를 확인하는 단계;
    를 포함하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 비교 단계는,
    상기 증폭 및 필터링된 신호가 기준 전압 이상이면 전원전압을 출력하고, 상기 증폭 및 필터링된 신호가 기준 전압 미만이면 접지전압을 출력하는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 비교 결과에 따라 근접신호를 확인하는 단계는,
    상기 전원전압이 출력되면 온(on) 접점의 근접신호가 확인되고, 상기 접지전압이 출력되면 오프(off) 접점의 근접신호가 확인되는 무인 비행체의 활선 전력선로 충돌 방지 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200108129A (ko) * 2019-03-06 2020-09-17 지상현 드론을 이용한 활선 검침 및 드론 충전 시스템 그리고 이를 이용한 방법

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