KR20190027109A - 장시간 체공이 가능한 드론 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장시간 체공이 가능한 드론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최소한 10시간 이상 장시간 동안 비행할 수 있도록 하여 산림 화재 감시, 해양 불법조업 감시, 군 또는 경찰의 감시용, 한전 고전압 감시 등 장시간 동안 지속적으로 감시할 수 있는 활동에 적합하도록 개선된 장시간 체공이 가능한 드론에 관한 것이다.

Description

장시간 체공이 가능한 드론{DRONE HAVING LONG FLYING TIME}
본 발명은 장시간 체공이 가능한 드론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최소한 10시간 이상 장시간 동안 비행할 수 있도록 하여 산림 화재 감시, 해양 불법조업 감시, 군 또는 경찰의 감시용, 한전 고전압 감시, 농업용, 방송용 등 장시간 동안 지속적으로 감시할 수 있는 활동에 적합하도록 개선된 장시간 체공이 가능한 드론에 관한 것이다.
드론은 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인비행기(UAV:Unmanned aerial vehicle)의 총칭으로, 2010년대를 전후하여 군사적 용도 외 다양한 민간 분야에 활용되고 있다.
헬리콥터나 드론처럼 프로펠러의 회전에 의해 양력을 발생시키는 비행 물체의 경우 프로펠러 회전의 반작용에 의해 본체가 프로펠러가 회전하는 반대 방향으로 회전하게 된다.
싱글로터 헬리콥터의 경우 이 문제를 해결하기 위해 테일 로터(tail rotor)가 필요하지만, 드론은 앞뒤 프로펠러의 회전을 반대로 하여 프로펠러 회전에 의해 발생하는 반작용을 상쇄시키는 원리를 기본으로 한다.
즉, 드론은 각각의 프로펠러 회전을 제어하여 상승비행모드(ascend), 하강비행모드(descend), 전진비행모드(forward), 후진비행모드(backward), 우횡비행모드(roll right), 좌횡비행모드(roll left), 좌회전비행모드(yaw left), 우회전비행모드(yaw right)가 가능하다.
이와 같은 드론의 특징 때문에 최근에는 다양한 분야에서 효율적으로 활용되고 있다.
그런데, 드론을 비행시키기 위해 다수의 프로펠러가 회전 구동되어야 하므로 배터리 소모량이 커 장시간 체공하는 것에 한계를 갖는다.
통상, 알려진 바로는 일반적인 배터리 장착시 드론의 체공시간(duration of flight)은 10 여분 내외이다.
때문에, 드론을 장시간 사용하기 위해서는 배터리를 계속 교체해 주어야 하는데, 그럴 때마다 뜨고 내리는 것을 반복해야 하므로 특히, 감시업무 수행시에는 많은 불편이 따른다.
예컨대, 드론의 많은 활용분야 중 사람이 감시하기 어려운 산림화재 감시나 해양 불법조업 감시, 한전의 고전압선 감시 등과 같은 분야에서는 최소한 10시간 이상의 체공시간을 가져야 하는데, 현재 개시되고 있는 드론으로는 사실상 감시 활동이 불가능하다.
왜냐하면, 현재 드론의 체공시간은 10 여분 남짓이기 때문에 최소한 10시간 이상 비행하면서 감시활동을 해야 하는 상기 분야에서는 사실상 감시기능 자체를 수행할 수 없기 때문이다.
대한민국 등록특허 제10-1564254호(2015.10.23.) '드론 무선충전 시스템' 대한민국 공개특허 제10-2017-0068153호(2017.06.19.) '원터치 방식의 배터리 팩이 구비된 드론' 대한민국 공개특허 제10-2017-0045972호(2017.04.28.) '드론을 이용한 연안지형 조사장치' 대한민국 공개특허 제10-2017-0040520호(2017.04.13.) '공기보다 가벼운 기체를 채운 기구를 장착하여 부력을 추가로 확보하는 형태의 드론'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 최소한 10시간 이상 장시간 동안 비행할 수 있도록 하여 산림 화재 감시, 해양 불법조업 감시, 군 또는 경찰의 감시용, 한전 고전압 감시, 농업용, 방송용 등 장시간 동안 지속적으로 감시할 수 있는 활동에 적합하도록 개선된 장시간 체공이 가능한 드론을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 육각 형상의 드론본체(100); 상기 드론본체(100)의 하면에 일체로 구비된 하부바디(BD); 상기 하부바디(BD)의 하면에 설치된 카메라(120) 및 스피커(SPK); 상기 드론본체(100)를 지면에서 일정높이 위치되게 지지하는 랜딩기어(110); 상기 드론본체(100)의 둘레면에 간격을 두고 설치된 다수의 고정암(130); 상기 고정암(130)의 단부에 회전가능하게 설치된 회동봉(140); 상기 회동봉(140) 상에 고정되고 로터를 구비한 로터모터(150);를 포함하는 드론에 있어서,
상기 하부바디(BD)의 내부에는 제1,2배터리(BT1,BT2)가 탑재되고; 상기 제1,2배터리(BT1,BT2) 사이에는 컨트롤러(200)가 실장되며; 상기 드론본체(100)의 상면에는 일정깊이 설치홈(102)이 요입 형성되고; 상기 설치홈(102)의 바닥면으로부터 일정높이의 내벽에는 안착돌기(104)가 돌출되며; 상기 안착돌기(104)에는 구획판(106)이 안착 고정되어 하부공간과 상부공간으로 구획하고; 구획된 하부공간에는 헬륨가스통(160)이 구비되며; 상기 헬륨가스통(160)에는 가스공급관(162)이 연결되고; 상기 가스공급관(162)에는 개폐밸브(164)가 설치되며; 상기 가스공급관(162)의 단부는 가스펌프(170)의 입구단에 접속되고; 상기 가스펌프(170)의 출구단에는 벌룬공급관(172)이 연결되며; 구획된 상부공간에는 벌룬(180)이 구비되고; 상기 벌룬(180)의 주입구(182)는 상기 구획판(106) 상에 고정되며; 상기 벌룬공급관(172)의 단부는 상기 구획판(106)을 관통하여 상기 벌룬(180)의 주입구(182)에 접속되고; 상기 드론본체(100)의 설치홈(102)을 제외한 하측에는 공간인 중공부(108)가 형성되며; 상기 중공부(108)에는 와이어모터(190)가 설치되고; 상기 와이어모터(190)에는 와이어드럼(192)이 고정되며; 상기 와이어드럼(192)에는 와이어(194)가 감길 수 있도록 구성되고; 상기 드론본체(100)의 상면에는 신축성있는 소재로 된 낙하산커버(196)가 덮여 씌워지며; 상기 설치홈(102)의 외측 둘레를 따라 상기 중공부(108) 상에는 다수의 아이들롤(ROL)이 설치되고; 상기 와이어(194)는 각 아이들롤(ROL)을 경유한 채 드론본체(100)의 각 꼭지점 부분에서 드론본체(100)의 각 측면을 관통한 후 낙하산커버(196)를 결속하며; 상기 컨트롤러(200)는 주제어부인 MCU(Main Control Unit)(210)을 포함하고; 상기 MCU(210)에는 고도계(220)가 연결되어 상기 드론본체(100)가 정해진 고도내에서 호버링되도록 제어하며; 상기 MCU(210)에는 로터모터(150)를 비롯하여 와이어모터(190)의 회전을 제어하는 모터제어기(230)가 연결되고; 상기 MCU(210)에는 벌룬(180)에 헬륨가스를 채우거나 뺄 수 있도록 개폐밸브(164)와 가스펌프(170)를 제어하는 펌프제어기(260)가 연결되며; 상기 MCU(210)에는 드론본체(100)를 감시지점으로 이동시키기 위해 인공위성으로부터 좌표정보를 수신하는 GPS수신기(280)가 더 연결된 것을 특징으로 하는 장시간 체공이 가능한 드론을 제공한다.
이때, 상기 MCU(210)에는 자이로스코프를 활용하여 드론본체(100)가 수평상태를 유지할 수 있도록 각각의 로터모터(150)의 회전을 제어하는 자세제어기(250)가 더 연결되며; 상기 제1,2배터리(BT1,BT2)는 축전지인 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 MCU(210)에는 상기 제1,2배터리(BT1,BT2)의 전압을 체크하여 드론 구동에 필요한 전압 이하로 전압강하가 발생할 경우 MCU(210)의 제어신호에 따라 배터리의 전원공급을 스위칭하도록 배터리 전압을 검출하는 전압레벨검출기(290)가 더 연결된 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 최소한 10시간 이상 장시간 동안 비행할 수 있도록 하여 산림 화재 감시, 해양 불법조업 감시, 군 또는 경찰의 감시용, 한전 고전압 감시 등 장시간 동안 지속적으로 감시할 수 있는 활동에 적합한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론의 예시적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 드론의 드론본체 구조를 보인 예시적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드론에서 벌룬이 부풀어 오른 모습을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 드론에서 벌룬을 보호하는 낙하산커버의 구동예를 설명하기 위한 예시적인 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 드론에서 제어를 위한 컨트롤러의 예시적인 구성블럭도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 드론은 드론본체(100)를 포함한다.
상기 드론본체(100)는 다양한 형태를 가질 수 있지만, 본 발명에 따른 실시예에서는 도시된 예와 같이 육각형상으로 형성됨이 바람직하다.
그렇다고, 육각형상으로 한정되는 것은 아니다.
그리고, 상기 드론본체(100)의 하면에는 랜딩기어(110)가 구비되는데, 상기 랜딩기어(110)는 지지체(112)에 의해 드론본체(100)와 연결되어 드론본체(100)를 지면에서 일정 높이 간격을 유지한 채 위치되도록 지지하게 된다.
물론, 상기 랜딩기어(100)도 예시한 고정형으로부터 캐스터를 구비한 구름형 등 다양한 형태를 가질 수 있으나, 본 발명에서는 고정형을 바람직한 실시예로 예시한다.
뿐만 아니라, 상기 드론본체(100)의 하면에는 하부바디(BD)가 돌출되고, 상기 하부바디(BD)에는 카메라(120)가 장착되어 감시기능을 수행할 수 있도록 구성된다.
덧붙여, 상기 하부바디(BD)에는 경고 등 음성 출력을 위한 스피커(미도시)가 설치되어 감시 기능 수행을 원활하게 할 수 있다. 이를 테면, 불법조업 감시나 혹은 고압선 주변 감시, 군 또는 경찰의 감시용, 농업용, 방송용 등의 활동시 주변 사람들에게 고출력 스피커를 통해 경고방송을 송출함으로써 감시기능을 강화할 수 있다. 다만, 이러한 구성은 이미 시판되고 있는 드론에 모두 포함되어 있는 것이므로 구체적인 구조나 제어에 관한 설명은 생략한다.
아울러, 상기 드론본체(100)의 둘레면에는 간격을 두고 다수, 바람직하게는 6개의 고정암(130)이 설치된다.
또한, 상기 고정암(130)의 단부에는 회동봉(140)이 회전가능하게 축결합되고, 상기 회동봉(140)은 도시하지 않았지만 드론본체(100)에 내장된 회동모터에 의해 회전각도가 조절될 수 있도록 구성됨으로써 회동봉(140)의 각도 조절을 통해 상승비행(ascend), 하강비행(descend), 전진비행(forward), 후진비행(backward), 우횡비행(roll right), 좌횡비행(roll left), 좌회전비행(yaw left), 또는 우회전비행(yaw right)이 가능하게 되며, 이러한 것은 현재 시판되고 있는 드론에 구현되어 있는 일반적이 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.
그리고, 상기 회동봉(140)에는 로터모터(150)가 고정되고, 상기 로터모터(150)의 모터축에는 로터(미도시)가 장착되어 로터모터(150)의 구동에 따라 로터(통상 '프로펠러'라 함)가 회전하면서 드론본체(100)를 비행시키게 된다.
다만, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 로터(rotor)의 도시를 생략하였다.
또한, 상기 드론본체(100)에는 GPS수신기(280)와 무선통신모듈(WIN)이 더 설치되어 정확한 좌표로 이동시키거나 일정고도를 유지한 채 정지한 상태로 비행할 수 있는 호버링이 가능하도록 하거나 혹은 카메라(120)를 통한 촬영정보를 관리서버(미도시)로 송수신할 수 있도록 구성되는데, 이 또한 일반적인 사항이므로 구체적인 구조나 제어 관계에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 이와 같이 이미 시판중인 드론에 구현되어 있는 기술들을 포함하며, 이에 더하여 최소한 10시간 이상 장시간 동안 체공할 수 있도록 구성된 것이 가장 큰 특징이다.
이를 위해, 본 발명에서는 도 2의 예시와 같이, 카메라(120)가 장착된 하부바디(BD)의 내부에는 제1,2배터리(BT1,BT2)가 탑재된다.
이때, 상기 제1,2배터리(BT1,BT2)는 축전지일 수 있으며, 특히 듀얼로 설치되어 이중화됨으로써 배터리의 사용시간을 늘릴 수 있도록 구성된다.
물론, 축전지를 사용할 경우, 축전용 발전기패키지를 더 포함할 수 있는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.
또한, 상기 제1,2배터리(BT1,BT2) 사이에는 컨트롤러(200)가 탑재된다.
상기 컨트롤러(200)는 보드(인쇄회로기판) 형태이다.
그리고, 상기 드론본체(100)의 상면에는 일정깊이 설치홈(102)이 요입 형성된다.
또한, 상기 설치홈(102)의 바닥면으로부터 일정높이의 내벽에는 안착돌기(104)가 돌출되고, 상기 안착돌기(104)에는 구획판(106)이 안착 고정되어 하부공간과 상부공간으로 구획한다.
이때, 상기 구획판(106)에 의해 구획된 하부공간에는 헬륨가스통(160)이 구비되고, 상기 헬륨가스통(160)에는 가스공급관(162)이 연결되며, 상기 가스공급관(162)에는 솔레노이드밸브 형태를 갖는 개폐밸브(164)가 설치되고, 상기 가스공급관(162)의 단부는 가스펌프(170)의 입구단에 접속된다.
아울러, 상기 가스펌프(170)의 출구단에는 벌룬공급관(172)이 연결된다.
한편, 상기 구획판(106)에 의해 구획된 상부공간에는 벌룬(180)이 구비되는데, 상기 벌룬(180)은 주입구(182)가 상기 구획판(106) 상에 고정된다.
그리고, 상기 벌룬공급관(172)의 단부는 상기 구획판(106)을 관통하여 상기 벌룬(180)의 주입구(182)에 긴밀하게 접속 고정된다.
따라서, 후술될 컨트롤러(200)의 제어에 의해 상기 개폐밸브(164)가 열리고 가스펌프(170)가 가동되면 헬륨가스통(160) 내부의 헬륨가스가 벌룬(180)으로 주입되어 도 3과 같은 형태로 부풀어 오르게 되어 체공할 수 있는 부력을 생산하게 된다.
반면에, 가스펌프(170)가 역회전하게 되면 벌룬(180) 속에 장입되어 있던 헬륨가스가 다시 헬륨가스통(160) 속으로 회수되고, 그 과정에서 벌룬(180)은 쪼그라들어 원래 상태로 상부공간에 수납되며, 헬륨가스의 회수가 완료되면 개폐밸브(164)가 잠긴다.
이와 같이, 본 발명은 공기보다 가벼운 헬륨가스를 이용하여 벌룬(180)를 부상시키는 것에 의해 드론본체(100)에 부력을 제공하여 공기중에 장시간 동안 체공, 즉 호버링 가능한 상태를 유지하도록 할 수 있다.
다른 한편, 상기 드론본체(100)의 설치홈(102)을 제외한 하측에는 공간인 중공부(108)가 형성되고, 상기 중공부(108)에는 와이어모터(190)가 설치되고, 상기 와이어모터(190)에는 와이어드럼(192)이 고정되며, 상기 와이어드럼(192)에는 와이어(194)가 감길 수 있도록 구성된다.
그리고, 상기 드론본체(100)의 상면에는 신축성있는 소재로 된 낙하산커버(196)가 덮여 씌워지는 형태로 구비된다.
특히, 상기 낙하산커버(196)는 단부가 상기 드론본체(100)을 완전히 씌운 후 드론본체(100)의 측면에 위치하도록 배치되며, 와이어(194)에 의해 결속된다.
보다 구체적으로, 도 4의 예시와 같이, 벌룬(180)이 설치되는 설치홈(102)의 외측 둘레를 따라 상기 중공부(108) 상에는 다수의 아이들롤(ROL)이 설치되고, 와이어(194)는 각 아이들롤(ROL)을 경유한 채 육각형상 드론본체(100)의 각 꼭지점 부분에서 드론본체(100)의 각 측면을 관통한 후 낙하산커버(196)를 결속한다.
따라서, 허리춤에 고무줄이 끼워져 있어 고무줄의 일단을 당기면 허리춤이 조여지듯이 와이어모터(190)를 회전시켜 와이어(194)를 와이어드럼(192)에 감으면 와이어(194)가 당겨지므로 조여져 낙하산커버(196)가 드론본체(100)의 표면에 타이트하게 밀착되면서 벌룬(180)을 눌러 고정한다.
그러다가, 벌룬(180)이 부풀어 오를 때는 와이어모터(190)가 역회전하면서 와이어(194)를 풀어 주어 부풀어 오르는 벌룬(180)과 함께 도 3의 예시와 같은 형태로 들떠 오르게 된다.
여기에서, 상기 낙하산커버(195)를 구비해야 하는 이유는 튜브 형태인 벌룬(180)을 보호하기 위한 것으로 장시간 호버링시 갑작스런 기상의 변화에 따른 파손, 조류에 의한 파손, 비나 눈, 천둥번개 등에 의한 손상위험을 미연에 방지하기 위한 것이며, 특히 불측의 사유로 벌룬(180)이 터졌을 경우 드론본체(100)가 그대로 낙하하게 되면 드론본체(100)의 파손이 커 손실이 막대하므로 이럴 경우 자연스럽게 낙하산커버(195)가 낙하산 기능을 수행하여 공기 완충에 의한 드론본체(100)의 급격한 낙하를 막아 파손을 최소화시키기 위함이다.
또한, 벌룬(180)에 충전되는 헬륨가스 때문에 주된 부력이 생기지만, 벌룬(180)과 낙하산커버(196) 사이의 공간으로 공기가 들어가기 때문에 공기에 의한 부력도 가해져 드론본체(100)가 훨씬 더 용이하게 떠오를 수 있게 된다.
아울러, 상기 와이어모터(190) 또한 컨트롤러(200)에 의해 제어된다.
이를 위한 상기 컨트롤러(200)는 도 5의 예시와 같이, 주제어부인 MCU(Main Control Unit)(210)을 포함한다.
그리고, 상기 MCU(210)에는 고도계(220)가 연결되는데, 상기 고도계(220)는 드론본체(100)가 정해진 고도내에서 호버링되도록 하기 위한 것이다.
즉, 설정된 고도를 초과하여 상승하면 드론본체(100)를 다시 설정된 고도 범위로 하강시키고, 설정된 고도 보다 낮으면 드론본체(100)를 상승시켜 설정된 고도 범위 내에 있도록 하기 위한 것이다.
또한, 상기 MCU(210)에는 모터제어기(230)가 연결되는데, 상기 모터제어기(230)는 로터모터(150)를 비롯하여 와이어모터(190)의 회전을 제어하기 위한 것이다.
즉, 고도계(220)에 의해 검출된 고도값에 따라 드론본체(100)를 하강시켜야 할 경우에는 로터를 역회전시키고, 상승시켜야 할 때는 로터를 정회전시키도록 제어하게 된다.
뿐만 아니라, 상기 MCU(210)에는 카메라제어기(240)가 연결되어 감시 기능 작동시 필요한 영상을 확보하기 위해 카메라(120)의 구동을 제어한다.
이때, 상기 MCU(210)에는 내장메모리가 탑재되어 있어 촬상된 영상이 저장될 수 있어야 하며, 무선통신모듈(WIN)과 연결된 무선통신부(270)를 통해 저장된 영상을 관리서버(미도시)로 전송할 수도 있다.
또한, 상기 MCU(210)에는 자세제어기(250)도 연결되는데, 상기 자세제어기(250)는 자이로스코프를 활용하여 드론본체(100)가 수평상태를 유지할 수 있도록 각각의 로터모터(150)의 회전을 제어한다.
아울러, 상기 MCU(210)에는 펌프제어기(260)가 연결되어 벌룬(180)에 헬륨가스를 채우거나 뺄 수 있도록 구성된다.
이에 더하여, 상기 MCU(210)에는 드론본체(100)를 정확한 감시지점으로 이동시키기 위해 좌표정보를 수신하는 GPS수신기(280)와, 제1,2배터리(BT1,BT2)의 전압을 체크하여 드론 구동에 필요한 전압 이하로 전압강하가 발생할 경우 MCU(210)의 제어신호에 따라 전원공급을 스위칭(제1,2배터리를 교체 사용)할 수 있도록 배터리 전압을 검출하는 전압레벨검출기(290)가 더 구비되며, 도시하지 않은 스피커(SPK, 도 2 참조)는 촬영된 영상 판독에 의해 관리서버로부터 특정신호 수신시 MCU(210)가 직접 제어하도록 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 드론은 리모트 컨트롤을 통한 수동제어는 물론, 이륙 후 자동모드로 전환시켜 정해진 좌표로 비행 후 감시활동을 유지하도록 자동제어될 수도 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 다음과 같은 작동관계를 갖는다.
먼저, 드론을 비행시키기 위해 로터모터(150)를 회전시켜 로터에 의해 양력을 발생시킨다.
그러면, 드론본체(100)가 떠오르고, GPS수신기(280)를 활용하여 감시활동이 필요한 지점으로 이동한다.
감시활동 지점에 이르러 적정 고도에 도달하면, MCU(210)는 펌프제어기(260)를 통해 개폐밸브(160)를 열고, 가스펌프(170)를 동작시켜 벌룬(180)에 헬륨가스를 채운다.
이에 따라, 벌룬(180)이 부풀어 오르게 되는데, 이와 동시에 모터제어기(230)를 통해 와이어모터(190)를 구동시켜 와이어(194)를 풀어 준다.
이후, 벌룬(180)이 최대한 부풀어 올랐을 때 가스펌프(170)의 동작을 정지시키고, 동시에 개폐밸브(160)를 잠근다.
그러면, 드론본체(100)는 벌룬(180)의 부력에 의해 상승하게 된다.
이때, MCU(210)는 모터제어기(230)를 통해 로터모더(150)의 구동을 정지시킨다.
이 상태가 되면, 벌룬(180)과 벌룬(180) 주변의 낙하산커버(196) 내부 공간에 채워진 공기에 의해 드론본체(100)는 충분히 부력을 받아 떠 있게 되며, 시간이 지날수록 점점 상승하면서 고도가 높아지게 된다.
이 경우, 고도계(220)의 출력신호에 따라 MCU(210)가 다시 모터제어기(230)를 통해 로터모터(150)의 회전방향을 제어함으로써 드론본체(100)를 하강시켜 설정고도 내에 위치되게 유지시킨다.
반대로, 고도가 설정 고도보다 낮아질 경우에도 모터제어기(230)가 로터모터(150)의 회전방향을 제어하여 고도를 맞추게 된다.
또한, 기준 좌표로부터 설정된 반경 범위를 넘어설 경우에는 모터제어기(230)에 의한 로터모터(150)의 회전과, 회동봉(140)의 회전각을 MCU(210)가 제어하여 지정된 좌표 내에 있도록 제어하게 된다.
이때, 배터리는 제1,2배터리(BT1,BT2) 중 하나만 사용되며, 전압레벨검출기(290)는 사용중인 배터리의 전압레벨을 실시간으로 검출하여 MCU(210)로 출력한다.
다만, 상기 작동관계에서는 로터모터(150)를 먼저 회전시키는 것으로 기술하였으나, 경우에 따라서는 벌룬(180)을 먼저 헬륨가스에 의해 채워서 부력을 발생시키고 로터모터(150)를 회전시켜서 상승시킬 수도 있고, 나아가 부력만을 이용하여 상승시킬 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 드론본체(100)가 감지 지점으로 이동한 후 정해진 고도에 이르러 감시활동을 시작하게 되면, 그 이후에는 로터모터(150)의 구동이 정지된 상태에서 벌룬(180)에 의한 호버링 상태가 되므로 사실상 배터리의 전원을 거의 사용하지 않게 된다.
물론, 배터리의 전원을 사용할 경우는 고도를 재조정하거나 자세를 제어하거나 하는 등과 같이 간헐적으로 이루어지기 때문에 그만큼 배터리 소모량이 작고, 나아가 배터리가 이중화되어 있어 일정전압 이하로 떨어지면 스위칭하여 여분의 배터리로 정상 가동되기 때문에 10시간 이상 장시간 동안 비행이 가능하여 충분한 감기 기능을 수행할 수 있게 된다.
여기에서, 체공시간을 더욱 길게 하기 위해 배터리를 축전지로 바꾸고, 충전할 수 있는 엔진을 구비하면 더욱 좋다.
이 경우, 배터리 충전유닛은 발전기 패키지를 활용할 수 있다.
예컨대, 발전기 패키지는 일본회사(IHI 社)에서 2015년에 개발한 발전기 내장형 가스터빈일 수 있는데, 이는 8-12cm 크기를 갖고 분당 33만 회전으로 60와트를 발전할 수 있으며, 프로판가스를 원료로 사용한다.
때문에, 이러한 발전기 패키지를 하부바디(BD)에 탑재하여 발전된 전기를 축전지에 축전함으로써 10시간을 훨씬 초과한 감시활동을 구현할 수도 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 벌룬을 로터와 혼용하여 함께 활용함으로써 드론의 체공시간을 현저히 증가시켜 특히, 산림 화재 감시, 해양 불법조업 감시, 한전 고전압 감시 등 장시간 동안 지속적으로 감시할 수 있는 활동에 효율적으로 활용할 수 있는 특장점이 있다.
100: 드론본체
200: 컨트롤러

Claims (3)

  1. 육각 형상의 드론본체(100); 상기 드론본체(100)의 하면에 일체로 구비된 하부바디(BD); 상기 하부바디(BD)의 하면에 설치된 카메라(120) 및 스피커(SPK); 상기 드론본체(100)를 지면에서 일정높이 위치되게 지지하는 랜딩기어(110); 상기 드론본체(100)의 둘레면에 간격을 두고 설치된 다수의 고정암(130); 상기 고정암(130)의 단부에 회전가능하게 설치된 회동봉(140); 상기 회동봉(140) 상에 고정되고 로터를 구비한 로터모터(150);를 포함하는 드론에 있어서,
    상기 하부바디(BD)의 내부에는 제1,2배터리(BT1,BT2)가 탑재되고; 상기 제1,2배터리(BT1,BT2) 사이에는 컨트롤러(200)가 실장되며; 상기 드론본체(100)의 상면에는 일정깊이 설치홈(102)이 요입 형성되고; 상기 설치홈(102)의 바닥면으로부터 일정높이의 내벽에는 안착돌기(104)가 돌출되며; 상기 안착돌기(104)에는 구획판(106)이 안착 고정되어 하부공간과 상부공간으로 구획하고; 구획된 하부공간에는 헬륨가스통(160)이 구비되며; 상기 헬륨가스통(160)에는 가스공급관(162)이 연결되고; 상기 가스공급관(162)에는 개폐밸브(164)가 설치되며; 상기 가스공급관(162)의 단부는 가스펌프(170)의 입구단에 접속되고; 상기 가스펌프(170)의 출구단에는 벌룬공급관(172)이 연결되며; 구획된 상부공간에는 벌룬(180)이 구비되고; 상기 벌룬(180)의 주입구(182)는 상기 구획판(106) 상에 고정되며; 상기 벌룬공급관(172)의 단부는 상기 구획판(106)을 관통하여 상기 벌룬(180)의 주입구(182)에 접속되고; 상기 드론본체(100)의 설치홈(102)을 제외한 하측에는 공간인 중공부(108)가 형성되며; 상기 중공부(108)에는 와이어모터(190)가 설치되고; 상기 와이어모터(190)에는 와이어드럼(192)이 고정되며; 상기 와이어드럼(192)에는 와이어(194)가 감길 수 있도록 구성되고; 상기 드론본체(100)의 상면에는 신축성있는 소재로 된 낙하산커버(196)가 덮여 씌워지며; 상기 설치홈(102)의 외측 둘레를 따라 상기 중공부(108) 상에는 다수의 아이들롤(ROL)이 설치되고; 상기 와이어(194)는 각 아이들롤(ROL)을 경유한 채 드론본체(100)의 각 꼭지점 부분에서 드론본체(100)의 각 측면을 관통한 후 낙하산커버(196)를 결속하며; 상기 컨트롤러(200)는 주제어부인 MCU(Main Control Unit)(210)을 포함하고; 상기 MCU(210)에는 고도계(220)가 연결되어 상기 드론본체(100)가 정해진 고도내에서 호버링되도록 제어하며; 상기 MCU(210)에는 로터모터(150)를 비롯하여 와이어모터(190)의 회전을 제어하는 모터제어기(230)가 연결되고; 상기 MCU(210)에는 벌룬(180)에 헬륨가스를 채우거나 뺄 수 있도록 개폐밸브(164)와 가스펌프(170)를 제어하는 펌프제어기(260)가 연결되며; 상기 MCU(210)에는 드론본체(100)를 감시지점으로 이동시키기 위해 인공위성으로부터 좌표정보를 수신하는 GPS수신기(280)가 더 연결된 것을 특징으로 하는 장시간 체공이 가능한 드론.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 MCU(210)에는 자이로스코프를 활용하여 드론본체(100)가 수평상태를 유지할 수 있도록 각각의 로터모터(150)의 회전을 제어하는 자세제어기(250)가 더 연결되며; 상기 제1,2배터리(BT1,BT2)는 축전지인 것을 특징으로 하는 장시간 체공이 가능한 드론.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 MCU(210)에는 상기 제1,2배터리(BT1,BT2)의 전압을 체크하여 드론 구동에 필요한 전압 이하로 전압강하가 발생할 경우 MCU(210)의 제어신호에 따라 배터리의 전원공급을 스위칭하도록 배터리 전압을 검출하는 전압레벨검출기(290)가 더 연결된 것을 특징으로 하는 장시간 체공이 가능한 드론.
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