KR20190092752A - 드론의 안전 착륙 장치 - Google Patents

드론의 안전 착륙 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드론의 안전착륙장치에 관한 것으로, 본체부, 프로펠라부, 레그부로 구성되어 있는 무인 비행체인 드론에 있어서, 상기 본체부 하부에 구비되고, 착륙 직전 지표의 표고차를 측정하여 안착 지점을 스캔하는 거리측정부; 상기 복수개의 레그부에 각각 장착되고, 착륙지점 표고차에 의한 상기 드론의 충격을 흡수하는 기능을 하는 충격흡수부; 상기 드론 본체부 내부에 장착되고, 상기 거리측정부를 통해 측정한 지면의 표고차 신호를 받아 상기 충격흡수부의 제어가 불가능한 쓰레솔드밸류 이상일 경우 상기 드론을 일정반경 내의 다른 안착지점을 찾을 수 있도록 하고, 상기 충격흡수부의 제어가 가능한 표고차에서는 착륙할 수 있도록 컨트롤하는 제어부;를 포함하고 상기 충격흡수부는 완충 탄성부재인 쇼바나 실린더로 구성되어 지며, 상기 거리측정부는 소나 또는 라이다 중 어느 하나로 이루어져 있다. 또한, 상기 거리측정부는 상기 드론의 임무수행 완료 후 지면 착륙을 위한 자율주행시에만 작동하는 것을 특징으로 하는 드론의 안전착륙장치를 제공함으로써, 착륙지점의 표고차를 스캔하여 안전한 착륙지점을 선별할 수 있으며 충격흡수 장치가 장착되어 안전한 착륙이 가능한 드론의 안전착륙장치에 관한 것이다.

Description

드론의 안전 착륙 장치{safety landing gear of drones}
본 발명은 드론의 안전 착륙 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 드론에 거리측정장치와 충격흡수장치를 구비하여, 드론이 거리측정장치로 착륙지점의 표고차를 측정하여 안착지점을 선별하고 레그부에 장착된 충격흡수장치의 제어를 이용하여 드론의 안전착륙을 증대시킨 드론의 안전 착륙 장치에 관한 것이다.
일반적으로 드론은 무선전파로 조종할 수 있는 무인 항공기다. 카메라, 센서,통신시스템 등이 탑재돼 있으며 25g부터 1200kg까지 무게와 크기도 다양하다.
이러한 드론은 군사용도로 처음 생겨났지만 최근엔 소규모지역의 지도제작 고공 촬영과 배달 등으로 확대됐으며 농약을 살포하거나, 공기질을 측정하는 등 다방면에 활용되고 있다.
또한, 값싼 키덜트 제품이 탄생돼 개인도 부담없이 드론을 구매하는 시대를 맞이하긴 하였으나 군사용지도제작촬영용운반용 등 상업군사용으로 활용 되는 드론은 그 크기 만큼이나 고가의 가격을 이루고 있다.
고가의 드론 이용시 드론의 고장이나 파손으로 인한 경제적인 손실도 사용자에게는 큰 부담으로 작용하는 경우가 많아 드론의 파손과 고장을 최소화 할 수 있는 드론 안전 장치의 개발도 활발하게 이루어지고 있는 현실이다.
특허문헌1과 특허문헌2에 제시된 바와 같이 레그부에 충격흡수장치가 없었던 종래의 드론은, 착륙지점지면의 표고차를 고려하지 않아 착륙시 전도에 의해 파손되거나 반복피로에 의한 고장이 발생하는 경우가 많았고, 착륙지점의 물리적인 상태를 확인할 수 없어 착륙하기 전에 충돌을 미리 방지할 수도 없었다.
따라서 착륙지점의 표고차를 스캔하여 안전한 착륙지점을 선별할 수 있으며 충격흡수 장치가 장착되어 안전한 착륙이 가능한 드론 개발이 시급한 실정이다.
[특허문헌1] KR 10-2017-0017365 (2017년 02.15.공개) [특허문헌2] KR 10-2017-0062203 (2017년 06.07.공개)
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 임무수행을 마친 드론이 착륙시 지면의 표고차로 인한 충돌을 제어할 수 있는 충격흡수장치를 드론 레그부에 장착하여 표고차가 있는 지면의 충격을 흡수하여 안전하게 착륙할 수 있게 하였고, 드론 본체에 소나나 라이다와 같은 거리측정장치를 설치하여 착륙지점의 표고차를 미리 스캔한 후 충격흡수장치에서 제어가 불가능한 표고차일 경우 일정반경내 다른 지점으로 이동하여 안착하게 함으로써 착륙시 드론의 파손이나 고장을 최소화하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 본체부, 프로펠라부, 레그부로 구성되어 있는 무인 비행체인 드론에 있어서, 상기 드론 본체부 하부에 구비되고, 착륙 직전 지표의 표고차를 측정하여 안착 지점을 스캔하는 거리측정부; 상기 복수개의 레그부에 각각 장착되고, 착륙지점 표고차에 의한 상기 드론의 충격을 흡수하는 기능을 하는 충격흡수부; 상기 드론 본체부 내부에 장착되고, 상기 거리측정부를 통해 측정한 지면의 표고차 신호를 받아 충격흡수부의 제어가 불가능한 쓰레솔드밸류 이상일 경우 상기 드론을 일정반경 내의 다른 안착지점을 찾을 수 있도록 하고, 충격흡수부의 제어가 가능한 표고차에서는 착륙할 수 있도록 컨트롤하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 안전 착륙 장치를 제공한다.
상기 충격흡수부는 완충 탄성부재인 쇼바나 실린더로 구성되어 지고, 상기 거리측정부는 소나 또는 라이다 중 어느 하나로 이루어져 있다.
또한, 상기 거리측정부는 상기 드론의 임무수행 완료 후 지면 착륙을 위한 자율주행시에만 작동하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 드론 착륙시 지표의 표고차에 의한 충격을 흡수하여 충돌로 인한 고장을 방지하고 착륙하기전 착륙지점의 표교차를 미리 스캔하여 충격흡수장치로 제어가 불가능한 표고차를 나타내는 경우에는 일정반경내 다른 지점으로 이동하여 안착지점을 찾을 수 있도록 컨트롤하여 착륙으로 인한 드론의 고장을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 드론의 안전착륙장치를 장착한 드론의 실시예이다.
도 2는 본 발명 드론의 안전착륙장치를 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 드론의 안전착륙장치는 도1 내지 도2에 도시된 바와 같이 본체부(100), 프로펠라부(200), 레그부(300)로 구성되어 있는 무인 비행체인 드론에 있어서, 상기 드론 본체부(100) 하부에 구비되고, 착륙 직전 지표의 표고차를 측정하여 안착 지점을 스캔하는 거리측정부(110); 상기 복수개의 레그부(300)에 각각 장착되고, 착륙지점 표고차에 의한 상기 드론의 충격을 흡수하는 기능을 하는 충격흡수부(310); 상기 드론 본체부(100) 내부에 장착되고, 상기 거리측정부(110)를 통해 측정한 지면의 표고차 신호를 받아 상기 충격흡수부(310)의 제어가 불가능한 쓰레솔드밸류 이상일 경우 상기 드론을 일정반경 내의 다른 안착지점을 찾을 수 있도록 하고, 상기 충격흡수부(310)의 제어가 가능한 표고차에서는 착륙할 수 있도록 컨트롤하는 제어부(120);로 이루어 진다.
보통 무인 헬리콥터는 커다란 로터 1개를 회전시켜 비행하는 반면 드론은 작은 프로펠러를 여러 개 사용한다. 그래서 흔히 드론을 멀티콥터(multi-copter)라고 하고 프로펠러의 수에 따라 명칭도 달라진다. 프로펠러가 3개면 트라이콥터(tri-copter), 4개면 쿼드콥터(quadi-copter), 8개면 옥타콥터(octa-copter)라고 한다.
한편 드론은 엔진에 해당하는 모터에 각각의 프로펠러가 곧바로 연결돼 있어 모든 모터의 출력을 동일하게 높이면 수직 상승한다.
때로는 여러 개 모터 중 1~2개 모터가 회전을 멈춰도 남은 모터의 출력을 이용해 착륙이 가능할 때도 있다.
즉 드론은 헬리콥터에 비해 훨씬 간단한 구조와 작동 방식을 지니고 있어서 무인 헬리콥터에 비해 짧은 시간에 대중화되었다.
조종이 쉽고 정보기술(IT) 발달로 고성능 카메라, GPS 등의 장착이 가능해진 드론은 다양한 임무 수행이 가능하게 되었다.
상기 거리측정부(110)에서 측정한 지면의 표고차가 상기 충격흡수부(310)의 쓰레솔드벨류 이상이어서 상기 충격흡수부(310)의 제어가 불가능할 경우에 상기 제어부(120)는 상기 충격흡수부(310)의 제어가 가능하여 안전한 착륙이 가능한 표고차 지점을 찾을 수 있도록 자율주행 하도록 컨트롤한다.
구조와 기능이 다양하고 복잡해지고 있는 드론은 고가의 가격을 형성하는 경우가 많으며 이런 고가의 드론 사용시 충돌이나 추락에 의한 고장이나 파손으로 인한 경제적인 손실도 큰 경우가 많다.
기존의 드론은 초음파 센서(130)와 적외선 센서(140)가 구비되어 있어 주변 물체와의 충돌을 방지하기도 하고 더 정확성을 높이기 위해 카메라(150)를 장착하여 상기 카메라(150)가 촬영한 전방 이미지를 인식하여 드론이 특정 물체를 피해 날거나 앞서 비행하는 드론을 추적할 수 있는 기능을 구비하고 있기도 하다.
그러나 착륙시 지면의 표고차에 의한 충돌로 파손이나 전도에 의한 고장이 발생하는 경우가 많은데 이러한 표고차에 의한 착륙 충돌 사고를 예방하기 위한 기능을 겸비한 드론이 없어 착륙시 충돌을 예방할 수 있는 드론 개발이 요구되었다.
이에 본 발명은 드론의 레그부(300)에 완충부재인 충격흡수부(310)를 구비하였다.
또한 지면의 표고차가 커서 상기 충격흡수부(310)로 제어가 불가능한 지점에 착륙하는 것을 방지하기 위하여 상기 본체부(100) 하부에 상기 거리측정부(110)를 장착하여 착륙지점의 표고차를 스캔한 후 상기 충격흡수부(310)로 제어가 불가능한 지점일 경우 상기 드론을 일정반경내 다른 착륙지점을 찾아서 안착할 수 있도록 하였다.
상기 충격흡수부(310)는 완충 탄성부재인 쇼바나 실린더로 구성되어 있다.
스프링의 신축작용을 억제하여 본체를 안정시키는 장치인 쇼바는 스프링의 수축을 조절해 노면의 표고차로 인해 충격을 받은 스프링이 위아래로 반복해서 되튐운동을 하는 것을 막아 줌으로써 스프링이 원상태로 천천히 돌아갈 수 있도록 한다.
이는 상기 본체부(100)가 위 아래로 흔들거리거나 진동하는 것을 약화시키고 이는 표고차에 의한 드론의 충격을 흡수하게 된다.
상기 충격흡수부(310)로 쇼바 외에 실린더를 사용할 수 있는데 실린더는 피스톤의 왕복운동을 하는 속이 빈 원통모양의 장치이다.
상기 쇼바나 상기 실린더는 상기 드론의 상기 레그부(300)에 각각 장착되어 상기 드론의 층격을 흡수하여 상기 드론을 보호하는 기능을 수행한다.
상기 거리측정부(110)는 소나 또는 라이다 중 어느 하나로 이루어진다.
좁은 뜻으로는 수중청음기음향탐신기를 뜻하는 상기 소나는 바닷속 물체의 탐지나 표정에 사용되는 음향표정장치로써 초음파를 짧은 단속음으로 발사하고 이것이 물체에 부딪쳐 반사하여 되돌아오는 데 걸리는 시간을 재어 목표물까지의 거리를 측정하는 것이며, 상기 라이다 역시 레이저를 발사하여 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간과 강도, 주파수의 변화, 편광 상태의 변화 등으로부터 측정 대상물의 거리와 농도, 속도, 형상 등 물리적 성질을 측정하는 기법 및 그 장치를 말한다.
레이더가 극초단파를 이용하여 대상물까지의 왕복 시간을 관측함으로써 거리를 구하는 것처럼 라이다도 레이저를 이용하여 동일한 원리로 거리(h)를 측정하는 것이다.
상기 소나나 상기 라이다를 통해 측정된 지면까지의 거리(h)값을 연속으로 측정한 데이터를 이용하여 착륙지점 지면의 표고차를 상기 제어부(120)에서 도출할 수 있는 것이다.
상기 거리측정부(110)는 상기 드론의 임무수행 완료 후 지면 착륙을 위한 자율주행시에만 작동하도록 한다.
임무수행을 마치고 착륙을 시도하는 드론은 5~10m 자율주행후 지면으로 하강하게 된다. 상기 거리측정부(110)의 소나나 라이다는 착륙을 위한 지면의 표고차 측정을 위한 장치이므로 드론의 이륙이나 임무수행시에는 작동하지 않고 드론이 착륙을 위한 자율주행시 작동될 수 있도록 개발 된다.
상기 드론의 안전착륙장치는, 임무수행을 마친 상기 드론이 착륙을 위해 5~10m 자율 주행 하는 동안 소나 및 라이다로 구성된 상기 거리측정부(110)에서 착륙지면에 초음파나 레이져를 발사하여 지면에 산란되거나 반사되는 레이저가 돌아오는 시간을 이용하여 지면까지의 거리(h)를 도출하고, 이렇게 나온 데이터를 상기 제어부(120)로 보내어지면 상기 제어부(120)는 상기 데이터로 지면의 표고차를 예측하며, 착륙지점의 표고차가 상기 충격흡수부(310)인 쇼바나 실린더의 제어가 가능한 경우에는 드론을 안전하게 착륙 시키고, 만약 표고차가 커 상기 층격흡수부(310)의 제어가 불가능한 경우 상기 드론을 일정반경내 이동스캔 하면서 안전하게 착륙할 수 있는 지점을 찾아 착륙할 수 있도록 하여 착륙으로 인한 드론의 고장을 최소화하는 효과가 있다.
이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석 되어야 만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
h: 거리
100: 본체부
110: 거리측정부
120: 제어부
130: 초음파센서
140: 적외선센서
150: 카메라
200: 프로펠라부
300: 레그부
310: 충격흡수부

Claims (4)

  1. 본체부(100), 프로펠라부(200), 레그부(300)로 구성되어 있는 무인 비행체인 드론에 있어서,
    상기 본체부(100) 하부에 구비되고, 착륙 직전 지표의 표고차를 측정하여 안착 지점을 스캔하는 거리측정부(110);
    상기 복수개의 레그부(300)에 각각 장착되고, 착륙지점 표고차에 의한 상기 드론의 충격을 흡수하는 기능을 하는 충격흡수부(310);
    상기 드론 본체부(100) 내부에 장착되고, 상기 거리측정부(110)를 통해 측정한 지면의 표고차 신호를 받아 상기 충격흡수부(310)의 제어가 불가능한 쓰레솔드밸류 이상일 경우 상기 드론을 일정반경 내의 다른 안착지점을 찾을 수 있도록 하고, 상기 충격흡수부(310)의 제어가 가능한 표고차에서는 착륙할 수 있도록 컨트롤하는 제어부(120);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 안전 착륙 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충격흡수부(310)는 완충 탄성부재인 쇼바나 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 드론의 안전 착륙 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 거리측정부(110)는 소나 또는 라이다 중 어느 하나로 이루어진 드론의 안전 착륙 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 거리측정부(110)는 상기 드론의 임무수행 완료 후 지면 착륙을 위한 자율주행시에만 작동하는 것을 특징으로 하는 드론의 안전 착륙 장치.

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