KR20190059081A

KR20190059081A - 해양 모니터링용 드론

Info

Publication number: KR20190059081A
Application number: KR1020170156665A
Authority: KR
Inventors: 이성종; 박선기
Original assignee: 수상에스티(주)
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-05-30
Also published as: WO2019103209A1; KR102049599B1

Abstract

본 발명은 해양 모니터링용 드론을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발생에 대한 모니터링과 선박/해상 구조물의 결함 진단이 무인비행하는 소형 드론을 통해서도 간편하고 원활하게 수행될 수 있도록 하고, 이를 위하여 모터 틸팅 기반의 수평추력 발생구조를 제공함으로써 해상 착륙 후 해수면에서의 수평이동이 가능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역의 확장과 해상환경 운항적응력 향상이 도모되도록 하며, 채수기와 CTD 측정기의 상하이동 제어를 위한 다양한 구조의 액추에이터 구성을 제안함으로써 드론의 운항(비행, 이착륙, 자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 채취/해수 상태정보 측정이 원활하고 용이하게 수행될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 해상에서의 무인 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 수행하게 되는 몸체프레임(10)과; 몸체프레임(10) 가장자리 둘레 부위를 따라 설정간격으로 이격 배치되고, 설정각도 범위에서 틸팅동작하게 되는 복수의 구동모터(20)와; 각 구동모터(20)에 연결되어 회전하게 되는 복수의 로터 회전체(30)와; 몸체프레임(10)에 고정되어 복수의 구동모터(20)와 연결되고, 각 구동모터(20)로 전원을 공급하게 되는 배터리(40)와; 몸체프레임(10) 하측에 설치되어 몸체프레임(10)이 수중으로 잠기지 않고 수면 상에 위치되도록 하는 부유체(50)와; 몸체프레임(10)에 설치되어 해상환경 상태정보를 검출하게 되는 해상환경 검출모듈(60) 및; 구동모터(20)의 회전동작 제어 및 틸팅동작 제어를 통해 몸체프레임(10)의 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 제어하게 되는 컨트롤러(70)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

해양 모니터링용 드론{Dron for the ocean spot monitoring}

본 발명은 해양 모니터링용 드론에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발생에 대한 모니터링과 선박/해상 구조물의 결함 진단이 무인비행하는 소형 드론을 통해서도 간편하고 원활하게 수행될 수 있도록 하고, 이를 위하여 모터 틸팅 기반의 수평추력 발생구조를 제공함으로써 해상 착륙 후 해수면에서의 수평이동이 가능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역의 확장과 해상환경 운항적응력 향상이 도모되도록 하며, 채수기와 CTD 측정기의 상하이동 제어를 위한 다양한 구조의 액추에이터 구성을 제안함으로써 드론의 운항(비행, 이착륙, 자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 채취/해수 상태정보 측정이 원활하고 용이하게 수행될 수 있도록 하는 해양 모니터링용 드론에 관한 것이다.

드론(drone)은 조종사가 필요치 않은 무인비행체인 것으로 이와 관련하여 국제 분쟁 지역에서 적진을 정찰하고 파괴하는 군사용 목적으로 개발 및 사용되었으나, 최근 들어서는 운반 및 보관의 편리성과 조작의 용이성 때문에 그 사용범위가 점차 확대되고 있다.

즉, 드론은 비교적 가볍고 조작이 용이하기 때문에 방송 촬영용으로 많이 사용되고 있을 뿐만 아니라, 광범위한 지역에서 야생동물을 관찰하고 밀렵을 감시하는 용도로 사용되고 있다. 또한 재해 및 재난 지역에 날아가 그곳 상황을 정찰하는 임무에까지 그 사용범위를 넓히고 있으며, 기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발생을 모니터링하거나 선박이나 해상 구조물의 결함 진단을 수행할 수 있도록 함으로써 그 활용도를 넓힐 필요도 있다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0789474호 "재난 비상통신용 무인 원격조정 위성통신시스템" 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2015-0133536호 " 드론을 이용한 보안 서비스 제공 방법 및 시스템" 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1535401호 "드론방식 구명장비 투하장치"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 채수기/CTD 측정기/열화상 카메라가 구비되도록 하는 한편, wi-fi 통신안테나/LoRaWAN(Long Range Wide-Area Network) 통신안테나/GPS 통신안테나 등이 구비되도록 함으로써 기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발생에 대한 모니터링과 선박/해상 구조물의 결함 진단이 무인비행하는 소형 드론을 통해서도 간편하고 원활하게 수행될 수 있는 새로운 형태의 해양 모니터링용 드론을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 본 발명은 수직배치된 구동모터가 경사지게 틸팅되면서 수평추력이 발생하는 구조가 제공되도록 함으로써 해상 착륙 후 해수면에서의 수평이동이 가능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역의 확장과 해상환경 운항적응력 향상이 도모될 수 있는 새로운 형태의 해양 모니터링용 드론을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 채수기와 CTD 측정기의 상하이동 제어를 위한 다양한 구조의 액추에이터 구성을 제안함으로써 드론의 운항(비행, 이착륙, 자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 채취/해수 상태정보 측정이 원활하고 용이하게 수행될 수 있는 새로운 형태의 해양 모니터링용 드론을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 해상에서의 무인 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 수행하게 되는 몸체프레임(10)과; 몸체프레임(10) 가장자리 둘레 부위를 따라 설정간격으로 이격 배치되고, 설정각도 범위에서 틸팅동작하게 되는 복수의 구동모터(20)와; 각 구동모터(20)에 연결되어 회전하게 되는 복수의 로터 회전체(30)와; 몸체프레임(10)에 고정되어 복수의 구동모터(20)와 연결되고, 각 구동모터(20)로 전원을 공급하게 되는 배터리(40)와; 몸체프레임(10) 하측에 설치되어 몸체프레임(10)이 수중으로 잠기지 않고 수면 상에 위치되도록 하는 부유체(50)와; 몸체프레임(10)에 설치되어 해상환경 상태정보를 검출하게 되는 해상환경 검출모듈(60) 및; 구동모터(20)의 회전동작 제어 및 틸팅동작 제어를 통해 몸체프레임(10)의 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 제어하게 되는 컨트롤러(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 몸체프레임(10)의 가장자리 둘레 부위의 설정 지점에 각각 고정되는 틸팅용 액추에이터(21)와; 틸팅용 액추에이터(21)와 일체로 결합되어 설정각도만큼 회전하게 되고, 구동모터(20)가 고정되는 모터 고정체(22)을 구비하고, 구동모터(20)는 상향 수직배치된 모터축이 틸팅동작에 의해 외측 방향으로 경사지게 배치되면서 수평추력을 발생시키게 되는 것일 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론에서 컨트롤러(70)는 180°이격각도로 서로 마주보는 한쌍의 구동모터(20)에 의해 발생되는 수평추력으로 몸체프레임(10)의 해상 착륙 후 수평이동이 제어되도록 하고, 나머지 구동모터(20)에 의해 몸체프레임(10)의 자세제어가 수행되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론에서 부유체(50)는 전방 상부를 유선형으로 구현한 부유형 플로트(51) 한쌍이 좌우측으로 이격 배치된 구조로 이루어져, 해상 착륙 후 수평이동 시 유체저항에 의해 몸체프레임(10)이 전방으로 넘어지는 현상이 방지되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론에서 해상환경 검출모듈(60)는, 설정된 목표지점의 해수를 채취하는 채수기(61)와; 수온 정보, 염분 정보를 포함하는 해수 상태정보를 측정하게 되는 CTD 측정기(62) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론에서 채수기(61)는, 입수 시 유입되는 해수를 채취 보관하는 해수보관용 관체(611)와; 해수보관용 관체(611)의 양단부에 배치되어 개폐동작하게 되는 한쌍의 마개(612)와; 해수보관용 관체(611) 내부에 길이방향으로 배치되고, 양단부가 한쌍의 마개(612)와 결합되어 각 마개(612)에 탄성력을 부여하는 스프링(613)과; 해수보관용 관체(611) 외부에 고정되어 한쌍의 마개(612)와 연결되고, 마개(612)에 대한 당김 동작으로 해수보관용 관체(611)의 양단부를 개방시키거나, 마개(612)에 대한 당김 해제동작으로 해수보관용 관체(611)의 양단부를 밀폐시키는 마개 개폐유도체(614)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 접힘동작과 펼침동작으로 상하길이가 조절되는 링크프레임(641)과 링크프레임(641) 하단에 수평하게 고정되는 테이블(642)을 구비한 시저스 리프트(scissors lift) 구조로 이루어져 몸체프레임(10) 하부에 배치되는 리프트(64)와; 몸체프레임(10)과 리프트(64)의 테이블(642)에 상하단이 고정되는 연결라인(651), 연결라인(651)이 지그재그 패턴으로 통과하도록 배열된 움직도르래(652)와 고정도르래(653), 움직도르래(652)를 수평이동시키는 도르래 액추에이터(654)를 포함하는 구성으로 이루어지고, 움직도르래(652)의 정/역방향 수평이동에 따라 리프트(64)의 접힘동작과 펼침동작이 유도되도록 하는 리프트 구동체(65)를 구비하여, 리프트 구동체(65)에 의한 펼침동작으로 하강하는 리프트(64)의 테이블(642) 하부에 고정된 채수기(61)와 CTD 측정기(62)를 통해 설정된 목표지점의 해수 채취 및 해수 상태정보의 측정이 수행되도록 하는 한편, 해수 채취 및 해수 상태정보 측정 완료시 리프트 구동체(65)에 의한 접힘동작으로 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 해수면으로부터 상승하도록 할 수 있다.

이와 달리 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 몸체프레임(10)에 길이방향으로 이격 고정되는 한쌍의 윈치(66)를 구비하여, 각 윈치(66)의 연결와이어(661)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)의 길이방향 양단부가 고정되어 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 승강하게 될 수도 있다.

또한 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 몸체프레임(10)에 좌우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고정되어 상하이동하는 제1이동판(672)으로 구성되는 상단 스크류 이동체(67a)와; 상단 스크류 이동체(67a)에 좌우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고정되어 상하이동하는 제2이동판(673)으로 구성되는 하단 스크류 이동체(67b)를 구비하여, 하단 스크류 이동체(67b)의 제2이동판(673)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 고정되어 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 승강하게 될 수도 있다.

본 발명에 의한 해양 모니터링용 드론에 의하면, 기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발생에 대한 모니터링과 선박/해상 구조물의 결함 진단이 무인비행하는 소형 드론을 통해서도 간편하고 원활하게 수행되는 효과가 예상된다. 특히 본 발명에 의한 해양 모니터링용 드론에 의하면, 모터 틸팅 기반의 수평추력 발생구조를 통해 해상 착륙 후 해수면에서의 수평이동이 가능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역의 확장과 해상환경 운항적응력 향상이 도모되는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의한 해양 모니터링용 드론에 의하면, 채수기와 CTD 측정기의 상하이동 제어를 위한 다양한 구조의 액추에이터 구성이 제안되어 드론의 운항(비행, 이착륙, 자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 채취/해수 상태정보 측정이 원활하고 용이하게 수행되는 효과가 예상된다.

도 1은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론의 기본 구성 블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 외형 예시도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 구동모터와 로터 회전체가 틸팅되는 것을 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동모터와 로터 회전체의 틸팅을 위한 구성 블록도;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구동모터와 로터 회전체가 틸팅된 상태 예시도;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 수평추력에 의한 수평이동 구조를 보여주기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 구동모터 배치 및 제어 예시도;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 부유체 구성 예시도;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에 사용되는 채수기 구성 예시도;
도 10의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 해양환경 검출모듈이 부유체에 고정배치되는 구성을 보여주기 위한 도면;
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 해양환경 검출모듈이 시저스 리프트 구조에 의해 수직이동하는 구성을 보여주기 위한 도면;
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 해양환경 검출모듈이 윈치에 의해 수직이동하는 구성을 보여주기 위한 도면;
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 해양환경 검출모듈이 리드 스크류에 의해 수직이동하는 구성을 보여주기 위한 도면;
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 배터리 현재 잔량 모니터링 및 알림신호 생성/전송 구성을 보여주기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 14에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 드론, 구동모터, 로터 회전체, 배터리, 부유체, 틸팅용 액추에이터, 드론 자세제어, 드론 호버링, 채수기, CTD 측정기, 시저스 리프트(scissors lift), 윈치, 리드 스크류, FLIR(forward looking infrared) 열화상 카메라, 통신안테나, wi-fi 통신안테나, LoRaWAN(Long Range Wide-Area Network) 통신안테나, GPS 통신안테나 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 도 1에서와 같이 몸체프레임(10), 복수의 구동모터(20), 복수의 로터 회전체(30), 배터리(40), 부유체(50), 해상환경 검출모듈(60), 컨트롤러(70)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

몸체프레임(10)은 해상에서의 무인 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 수행하게 되는 것으로, 이와 같은 몸체프레임(10)에 복수의 구동모터(20), 복수의 로터 회전체(30), 배터리(40), 부유체(50), 해상환경 검출모듈(60), 컨트롤러(70)가 장착 고정된다. 몸체프레임(10)은 다양한 형태와 구조로 이루어질 수 있으며, 도 2에서와 같이 복수의 구동모터(20)가 고정되는 복수의 모터장착대(11)를 방사형으로 형성시킬 수 있다.

복수의 구동모터(20)는 몸체프레임(10) 가장자리 둘레 부위를 따라 설정간격으로 이격 배치되는 것으로, 특히 본 발명의 실시예에 따른 구동모터(20)는 도 3에서와 같이 설정각도 범위에서 틸팅동작하게 된다. 이를 위하여 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 도 4에서와 같이 틸팅용 액추에이터(21), 모터 고정체(22)를 구비할 수 있다.

틸팅용 액추에이터(21)는 몸체프레임(10)의 가장자리 둘레 부위의 설정 지점에 각각 고정되는 것으로, 이와 같은 틸팅용 액추에이터(21)로는 틸팅 모터가 사용될 수 있다. 모터 고정체(22)는 틸팅용 액추에이터(21)와 일체로 결합되어 설정각도만큼 회전하게 되는 것으로, 모터 고정체(22)는 도 5에서와 같이 틸팅용 액추에이터(21)의 연결핀(211)과 결합되어 회전동작할 수 있다. 이와 같은 모터 고정체(22)에 구동모터(20)가 고정되어 틸팅용 액추에이터(21) 구동에 따라 틸팅동작하게 된다. 여기서 구동모터(20)는 상향 수직배치된 모터축이 틸팅동작에 의해 외측 방향으로 경사지게 배치되면서 도 6에서와 같이 수평추력을 발생시키게 된다.

복수의 로터 회전체(30)는 각 구동모터(20)에 연결되어 회전하게 된다.

배터리(40)는 몸체프레임(10)에 고정되어 복수의 구동모터(20)와 연결되는 것으로, 각 구동모터(20)로 전원을 공급하게 된다.

부유체(50)는 몸체프레임(10) 하측에 설치되어 몸체프레임(10)이 수중으로 잠기지 않고 수면 상에 위치되도록 하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 도 2와 도 8에서와 같이 부유체(50)는 전방 상부를 유선형으로 구현한 부유형 플로트(51) 한쌍이 좌우측으로 이격 배치된 구조로 이루어진다. 이를 통해 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)의 해상 착륙 후 수평이동 시 유체저항에 의해 몸체프레임(10)이 전방으로 넘어지는 현상이 방지될 수 있다.

컨트롤러(70)는 구동모터(20)의 회전동작 제어 및 틸팅동작 제어를 통해 몸체프레임(10)의 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 제어하게 된다. 여기서 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(70)는 도 7에서와 같이 180°이격각도로 서로 마주보는 한쌍의 구동모터(20)에 의해 발생되는 수평추력으로 몸체프레임(10)의 해상 착륙 후 수평이동이 제어되도록 하고, 나머지 구동모터(20)에 의해 몸체프레임(10)의 자세제어가 수행되도록 한다. 한편 몸체프레임(10)의 해상 착륙 후 수평이동 제어에 사용된 한쌍의 구동모터(20)는 몸체프레임(10)의 자세가 안정된 후 호버링 시에만 사용될 수 있다.

해상환경 검출모듈(60)은 몸체프레임(10)에 설치되어 해상환경 상태정보를 검출하게 되는 것으로, 이와 같은 해상환경 검출모듈(60)에는 채수기(61)나 CTD 측정기(62)가 포함될 수 있는데, 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 채수기(61)와 CTD 측정기(62)를 모두 구비하게 된다.

채수기(61)는 설정된 목표지점의 해수를 채취하는 것이고, CTD 측정기(62)는 수온 정보, 염분 정보를 포함하는 해수 상태정보를 측정하게 되는 것이다.

여기서 채수기(61)는 다양한 구성으로 이루어질 수 있는데, 도 9에 예시된 채수기(61)는 해수보관용 관체(611), 한쌍의 마개(612), 스프링(613), 마개 개폐유도체(614)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

해수보관용 관체(611)는 채수기(61) 입수 시 유입되는 해수를 채취 보관하게 되는 관체이고, 한쌍의 마개(612)는 해수보관용 관체(611)의 양단부에 배치되어 개폐동작하게 되는 것이다.

스프링(613)은 해수보관용 관체(611) 내부에 길이방향으로 배치되는 것으로, 스프링(613)의 양단부가 한쌍의 마개(612)와 결합되어 각 마개(612)에 탄성력을 부여하게 된다.

마개 개폐유도체(614)는 해수보관용 관체(611) 외부에 고정되어 한쌍의 마개(612)와 연결되는 것으로, 마개(612)에 대한 당김 동작으로 해수보관용 관체(611)의 양단부를 개방시키거나, 마개(612)에 대한 당김 해제동작으로 해수보관용 관체(611)의 양단부를 밀폐시키게 된다. 이를 위한 마개 개폐유도체(614)의 구성은 다양하게 구현될 수 있으나, 도 9에서와 같이 회전축(6141)과 일체로 결합되는 와이어 고정대(6142)가 경사지게 배치되고, 각 마개(612)와 연결된 와이어(6143)가 와이어 고정대(6142)에 고정되는 구성으로 이루어질 수도 있다. 이 경우 회전축(6141)의 회전에 따라 마개(612)가 당겨지면서 마개(612)의 개방동작이 수행되거나, 마개(612)에 대한 당김력이 감소되면서 스프링(613)의 탄성복원력에 의해 마개(612)의 밀폐동작이 수행된다.

해상환경 검출모듈(60)을 이루는 채수기(61)나 CTD 측정기(62)는 해수와 접촉하거나 입수되면서 해수의 채취나 해수 상태정보의 측정을 수행하게 되는데, 이를 위하여 도 10의 (a)에서와 같이 부유체(50)를 이루는 좌우측 부유형 플로트(51)의 하단 부위에 좌우방향으로 이격된 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 독립적으로 분리 배치될 수 있다. 이와 달리 도 10의 (a)에서와 같이 부유체(50)를 이루는 좌우측 부유형 플로트(51)에 길이방향 양단부가 고정되는 가로대(63) 하측에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)를 수직으로 배치고정시킬 수도 있다.

한편 도 11에서와 같이 리프트(64)와 리프트 구동체(65)에 의해 채수기(61)나 CTD 측정기(62)가 상하이동하도록 할 수도 있다.

리프트(64)는 접힘동작과 펼침동작으로 상하길이가 조절되는 링크프레임(641)과 링크프레임(641) 하단에 수평하게 고정되는 테이블(642)을 구비한 시저스 리프트(scissors lift) 구조로 이루어지는 것으로, 몸체프레임(10) 하부에 배치된다.

리프트 구동체(65)는 몸체프레임(10)과 리프트(64)의 테이블(642)에 상하단이 고정되는 연결라인(651), 연결라인(651)이 지그재그 패턴으로 통과하도록 배열된 움직도르래(652)와 고정도르래(653), 움직도르래(652)를 수평이동시키는 도르래 액추에이터(654)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 여기서 복수의 움직도르래(652)가 일측에 상하 이격되게 배치되는 한편, 복수의 고정도르래(653)가 타측에 상하 이격되게 배치되며, 움직도르래(652)와 고정도르래(653)는 지그재그 패턴으로 교번되게 배치된다.

리프트 구동체(65)는 도르래 액추에이터(654)에 의한 움직도르래(652)의 정/역방향 수평이동에 따라 리프트(64)의 접힘동작과 펼침동작을 유도하게 된다. 여기서 움직도르래(652)의 정방향 수평이동은 고정도르래(653) 방향으로 이동하여 고정도르래(653)와의 이격거리를 좁히는 이동이고, 움직도르래(652)의 역방향 수평이동은 고정도르래(653)와의 이격거리를 늘리는 이동이다. 움직도르래(652)의 정방향 수평이동시 움직도르래(652)와 고정도르래(653) 간 이격거리가 좁혀지면서 연결라인(651)이 길게 늘어지게 되는데, 이에 따라 연결라인(651)이 고정된 하부 테이블(642)이 하강하게 되면서 리프트(64)의 펼침동작이 유도된다. 이와 같은 리프트 구동체(65)에 의한 펼침동작으로 하강하는 리프트(64)의 테이블(642) 하부에 고정된 채수기(61)와 CTD 측정기(62)를 통해 설정된 목표지점의 해수 채취 및 해수 상태정보의 측정이 수행되고, 해수 채취 및 해수 상태정보 측정 완료시 리프트 구동체(65)에 의한 접힘동작으로 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 해수면으로부터 상승하게 된다.

그리고 도 12에서와 같이 윈치(66)에 의해 채수기(61)나 CTD 측정기(62)가 상하이동하도록 할 수도 있다.

한쌍의 윈치(66)는 몸체프레임(10)에 길이방향으로 이격 고정되는 것으로, 각 윈치(66)의 연결와이어(661)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)의 길이방향 양단부가 고정되어 승강하게 된다. 물론 윈치(66)의 개수가 한쌍으로만 한정되는 것으 아니며, 하나 이상의 다양한 개수의 윈치(66)가 구비될 수 있다.

또한 도 13에서와 같이 리드 스크류(671)에 의해 채수기(61)나 CTD 측정기(62)가 상하이동하도록 할 수도 있다. 이를 위한 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 상단 스크류 이동체(67a)와 하단 스크류 이동체(67b)를 구비할 수 있다.

상단 스크류 이동체(67a)는 몸체프레임(10)에 좌우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고정되어 상하이동하는 제1이동판(672)으로 구성될 수 있다. 하단 스크류 이동체(67b)는 상단 스크류 이동체(67a)에 좌우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고정되어 상하이동하는 제2이동판(673)으로 구성될 수 있다. 여기서 리드 스크류(671)는 모터(6713)에 의한 스크류(6712) 회전시 스크류(6712)에 삽입되어 있는 이동너트(6711)가 상하이동하는 구조를 갖는다.

이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 하단 스크류 이동체(67b)의 제2이동판(673)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 고정되면서 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 승강할 수 있도록 한다.

여기서 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 리드 스크류(671)을 대신하여 볼 스크류(6712)를 사용할 수도 있으며, 전술(前述)된 2단 구조가 아닌 1단 구조나 3단 이상의 다단 구조의 스크류 이동체를 구비할 수도 있다.

한편 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)에는 도 2와 도 14에서와 같이 FLIR(forward looking infrared) 열화상 카메라(80)와 통신안테나(90)이 구비될 수 있다.

FLIR 열화상 카메라(80)는 몸체프레임(10)에 고정되는 것으로, 전방 영상 촬영 및 영상분석을 통해 선박/해상구조물의 균열 감지, 적조생물 분포관찰 등을 수행하게 된다.

통신안테나(90)은 몸체프레임(10)에 고정되는 것으로, wi-fi 통신안테나(91), LoRaWAN(Long Range Wide-Area Network) 통신안테나(92), GPS 통신안테나(93) 군 중에서 선택되는 하나 이상의 안테나로 이루어질 수 있다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(70)는 도 14에서와 같이 배터리(40)의 현재 잔량정보를 검출하고, 배터리(40)의 현재 잔량이 기준치 미만인 경우 알림신호를 생성할 수 있는데, 알림신호 생성시 통신안테나(90)에 구비되는 GPS 통신안테나(93)를 통해 실시간 확인되는 현재 위치정보를 알림신호와 함께 외부로 전송하게 된다. 이를 통해 드론(1)의 배터리 소모에 대응하는 적절한 조치가 드론 관제센터에서 수행될 수 있도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 채수기(61), CTD 측정기(62), 열화상 카메라(80)가 구비되도록 하는 한편, wi-fi 통신안테나(91), LoRaWAN 통신안테나(92), GPS 통신안테나(93) 등이 구비되도록 함으로써 기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발생에 대한 모니터링과 선박/해상 구조물의 결함 진단이 무인비행하는 소형 드론을 통해서도 간편하고 원활하게 수행될 수 있도록 한다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 수직배치된 구동모터(20)가 경사지게 틸팅되면서 수평추력이 발생하는 구조가 제공되도록 하므로, 해상 착륙 후 해수면에서의 수평이동이 가능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역의 확장과 해상환경 운항적응력 향상이 도모될 수 있게 된다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 채수기(61)와 CTD 측정기(62)의 상하이동 제어를 위한 다양한 구조의 액추에이터 구성을 제안함으로써 드론의 운항(비행, 이착륙, 자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 채취/해수 상태정보 측정이 원활하고 용이하게 수행될 수 있게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 해양 모니터링용 드론
10 : 몸체프레임
11 : 모터장착대
20 : 구동모터
21 : 틸팅용 액추에이터
211 : 연결핀
22 : 모터고정체
30 : 로터 회전체
40 : 배터리
50 : 부유체
51 : 부유형 플로트
60 : 해상환경 검출모듈
61 : 채수기
611 : 해수보관용 관체
612 : 마개
613 : 스프링
614 : 마개 개폐유도체
6141 : 회전축
6142 : 와이어 고정대
6143 : 와이어
62 : CTD 측정기
63 : 가로대
64 : 리프트
641 : 링크프레임
642 : 테이블
65 : 리프트 구동체
651 : 연결라인
652 : 움직도르래
653 : 고정도르래
654 : 도르래 액추에이터
66 : 윈치
661 : 연결와이어
67a : 상단 스크류 이동체
67b : 하단 스크류 이동체
671 : 리드 스크류
6711 : 이동너트
6712 : 스크류
6713 : 모터
672 : 제1이동판
673 : 제2이동판
70 : 컨트롤러
80 : FLIR 열화상 카메라
90 : 통신안테나
91 : wi-fi 통신안테나
92 : LoRaWAN 통신안테나
93 : GPS 통신안테나

Claims

해상에서의 무인 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 수행하게 되는 몸체프레임(10)과;
몸체프레임(10) 가장자리 둘레 부위를 따라 설정간격으로 이격 배치되고, 설정각도 범위에서 틸팅동작하게 되는 복수의 구동모터(20)와;
각 구동모터(20)에 연결되어 회전하게 되는 복수의 로터 회전체(30)와;
몸체프레임(10)에 고정되어 복수의 구동모터(20)와 연결되고, 각 구동모터(20)로 전원을 공급하게 되는 배터리(40)와;
몸체프레임(10) 하측에 설치되어 몸체프레임(10)이 수중으로 잠기지 않고 수면 상에 위치되도록 하는 부유체(50)와;
몸체프레임(10)에 설치되어 해상환경 상태정보를 검출하게 되는 해상환경 검출모듈(60) 및;
구동모터(20)의 회전동작 제어 및 틸팅동작 제어를 통해 몸체프레임(10)의 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 제어하게 되는 컨트롤러(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.
제 1항에 있어서,
몸체프레임(10)의 가장자리 둘레 부위의 설정 지점에 각각 고정되는 틸팅용 액추에이터(21)와; 틸팅용 액추에이터(21)와 일체로 결합되어 설정각도만큼 회전하게 되고, 구동모터(20)가 고정되는 모터 고정체(22)가 구비되고,
구동모터(20)는 상향 수직배치된 모터축이 틸팅동작에 의해 외측 방향으로 경사지게 배치되면서 수평추력을 발생시키게 되는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.
제 1항에 있어서,
컨트롤러(70)는 180°이격각도로 서로 마주보는 한쌍의 구동모터(20)에 의해 발생되는 수평추력으로 몸체프레임(10)의 해상 착륙 후 수평이동이 제어되도록 하고, 나머지 구동모터(20)에 의해 몸체프레임(10)의 자세제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.
제 1항에 있어서,
부유체(50)는 전방 상부를 유선형으로 구현한 부유형 플로트(51) 한쌍이 좌우측으로 이격 배치된 구조로 이루어져,
해상 착륙 후 수평이동 시 유체저항에 의해 몸체프레임(10)이 전방으로 넘어지는 현상이 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.
제 1항에 있어서,
해상환경 검출모듈(60)는,
설정된 목표지점의 해수를 채취하는 채수기(61)와; 수온 정보, 염분 정보를 포함하는 해수 상태정보를 측정하게 되는 CTD 측정기(62) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.
제 5항에 있어서,
채수기(61)는,
입수 시 유입되는 해수를 채취 보관하는 해수보관용 관체(611)와;
해수보관용 관체(611)의 양단부에 배치되어 개폐동작하게 되는 한쌍의 마개(612)와;
해수보관용 관체(611) 내부에 길이방향으로 배치되고, 양단부가 한쌍의 마개(612)와 결합되어 각 마개(612)에 탄성력을 부여하는 스프링(613)과;
해수보관용 관체(611) 외부에 고정되어 한쌍의 마개(612)와 연결되고, 마개(612)에 대한 당김 동작으로 해수보관용 관체(611)의 양단부를 개방시키거나, 마개(612)에 대한 당김 해제동작으로 해수보관용 관체(611)의 양단부를 밀폐시키는 마개 개폐유도체(614)를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.
제 5항에 있어서,
접힘동작과 펼침동작으로 상하길이가 조절되는 링크프레임(641)과 링크프레임(641) 하단에 수평하게 고정되는 테이블(642)을 구비한 시저스 리프트(scissors lift) 구조로 이루어져 몸체프레임(10) 하부에 배치되는 리프트(64)와;
몸체프레임(10)과 리프트(64)의 테이블(642)에 상하단이 고정되는 연결라인(651), 연결라인(651)이 지그재그 패턴으로 통과하도록 배열된 움직도르래(652)와 고정도르래(653), 움직도르래(652)를 수평이동시키는 도르래 액추에이터(654)를 포함하는 구성으로 이루어지고, 움직도르래(652)의 정/역방향 수평이동에 따라 리프트(64)의 접힘동작과 펼침동작이 유도되도록 하는 리프트 구동체(65)를 구비하여,
리프트 구동체(65)에 의한 펼침동작으로 하강하는 리프트(64)의 테이블(642) 하부에 고정된 채수기(61)와 CTD 측정기(62)를 통해 설정된 목표지점의 해수 채취 및 해수 상태정보의 측정이 수행되도록 하는 한편, 해수 채취 및 해수 상태정보 측정 완료시 리프트 구동체(65)에 의한 접힘동작으로 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 해수면으로부터 상승하도록 하는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.
제 5항에 있어서,
몸체프레임(10)에 길이방향으로 이격 고정되는 한쌍의 윈치(66)를 구비하여,
각 윈치(66)의 연결와이어(661)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)의 길이방향 양단부가 고정되어 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 승강하게 되는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.
제 5항에 있어서,
몸체프레임(10)에 좌우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고정되어 상하이동하는 제1이동판(672)으로 구성되는 상단 스크류 이동체(67a)와;
상단 스크류 이동체(67a)에 좌우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고정되어 상하이동하는 제2이동판(673)으로 구성되는 하단 스크류 이동체(67b)를 구비하여,
하단 스크류 이동체(67b)의 제2이동판(673)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 고정되어 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 승강하게 되는 것을 특징으로 하는 해양 모니터링용 드론.