KR20200020369A - A wall-climbing drone unit for maintaining and managing of high-storied building and the control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보조 구동 모듈(Arm)을 이용하여 구조물의 벽면을 등반 및 청소하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a wall movable drone unit and a control method for high-rise building maintenance, and more particularly to a technique for climbing and cleaning the wall surface of the structure using an auxiliary drive module (Arm).
최근 빌딩, 교량 등의 구조물들이 대형화 및 고도화되고, 기존 대형 구조물들의 노후화에 따라, 해당 구조물들에 대한 검사의 중요도가 높아지고 있다. 하지만, 기존의 검사들은 사람이 직접 검사지역까지 이동하고 위치하여 수행되므로, 인력에 대한 높은 의존도, 작업공간의 특수성에 따른 높은 위험성 및 검사비용, 전문 인력 수급 부족 등의 문제가 제기되고 있다. 이러한 문제들의 해결 방법 중 하나로 대형 구조물의 내/외벽을 이동 가능한 벽체 등반 로봇의 연구가 활발히 이루어지고 있다.In recent years, structures such as buildings and bridges have been enlarged and advanced, and the importance of inspection of the corresponding structures has increased due to the aging of existing large structures. However, since the existing inspections are carried out by the person moving directly to the inspection area, there are problems such as high dependency on manpower, high risk and inspection cost according to the specificity of the work space, and shortage of professional manpower supply. In order to solve these problems, researches on wall climbing robots capable of moving the inner and outer walls of large structures are being actively conducted.
벽면 등반 로봇(wall-climbing robot)은 접근이 용이하지 않은 고층 구조물 또는 대형 구조물의 유지관리, 외벽 청소, 구조물 건전도 진단 등에 활용할 수 있다. Wall-climbing robots can be used to maintain inaccessible high-rise structures or large structures, clean exterior walls, and diagnose structural health.
벽면 등반 로봇에 대한 연구는 구조물 청소, 유지관리, 구조물 진단과 같은 현실적 필요성에 의해 오래 전부터 연구가 진행되어 왔다. 다만, 벽면 등반 비행 로봇의 특성상 추락의 위험이 항상 내제되어 있고 이를 극복할 정도의 기술 성숙도를 만족하지 못하여 상용화가 이루어지지 못하였다.The research on wall climbing robots has been studied for a long time due to the practical necessity such as structure cleaning, maintenance and structure diagnosis. However, due to the nature of the wall climbing flying robot, the risk of falling is always inherent and commercialization has not been achieved because it does not satisfy the technical maturity enough to overcome it.
현재까지는 이를 대체하기 위한 레일, 크레인/와이어와 같은 인프라 기반의 벽면 비행 로봇 시스템이 개발되어 운용되고 있으나 인프라 기반의 시스템 특성상 적용 가능한 구조물의 형상 제한이 있으며, 일정 규모 이상의 구조물이 아닐 경우 효용성이 떨어진다는 단점이 있다. Until now, infrastructure-based wall flying robot systems, such as rails and cranes / wires, have been developed and operated to replace them. However, due to the characteristics of the infrastructure-based system, there are limitations on the shape of applicable structures. Has its drawbacks.
전술한 문제점을 해결하기 위해, 기존 기술은 구조물의 벽면에 부착 가능한 드론 유닛을 개발하였다. 다만, 기존의 드론 유닛 기술은 벽면에 수직한 방향으로 힘을 가하고 마찰력을 발생시켜 구조물의 벽면을 이동하는 것으로, 벽면의 상태 즉, 마찰계수에 따라 큰 추진력을 필요로 하며 에너지 효율이 낮다는 단점이 존재하였다. In order to solve the above problems, the existing technology has developed a drone unit attachable to the wall of the structure. However, the conventional drone unit technology moves the wall of the structure by applying force in a direction perpendicular to the wall and generating friction, which requires a large propulsion force depending on the state of the wall, that is, the coefficient of friction, and low energy efficiency. Was present.
본 발명의 실시예들의 목적은 서브 휠 또는 원형 브러시를 포함하는 보조 구동 모듈을 포함함으로써, 구조물의 벽면을 등반하는 드론 유닛의 안정성을 향상시키고, 원형 브러시의 회전을 활용한 청소 메커니즘을 구현하여 구조물의 외벽 및 유리를 청소하는 드론 유닛을 제공하고자 한다. An object of the embodiments of the present invention includes an auxiliary drive module including a sub-wheel or a circular brush, thereby improving the stability of the drone unit climbing the wall of the structure, and implementing a cleaning mechanism utilizing the rotation of the circular brush structure To provide a drone unit for cleaning the outer wall and glass of the.
또한, 본 발명의 실시예들의 목적은 로봇 관제 스테이션과 통신하는 드론 유닛으로써, 드론 유닛의 충전 및 브러시 청소를 제공하고자 한다. It is also an object of embodiments of the present invention to provide charging and brush cleaning of a drone unit as a drone unit in communication with a robot control station.
본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛에 있어서, 본체, 상기 본체와 연결되어 비행을 위한 추력을 발생시키는 복수의 로터(rotor)들이 구비된 바디부, 상기 바디부의 적어도 일측에 형성된 메인 휠(wheel) 및 상기 본체와 연결되어 기울기 조절에 따라 회전하는 서브 휠(wheel)을 이용하여 상기 드론 유닛을 구조물의 벽면에 밀착시켜 이동하는 휠 구동부 및 상기 드론 유닛의 비행을 제어하며, 상기 구조물의 벽면에 따라 상기 서브 휠의 기울기를 조절하는 비행 컨트롤부를 포함한다.In the wall-moving drone unit according to an embodiment of the present invention, the main body, a body portion having a plurality of rotors (rotor) connected to the main body to generate a thrust for the flight, the main wheel formed on at least one side of the body portion ( a wheel drive connected to the wall and the main body and rotated according to tilt control to control the flight of the drone unit and the wheel driving unit which moves in close contact with the wall of the structure and the wall surface of the structure In accordance with the flight control unit for adjusting the inclination of the sub-wheel.
상기 휠 구동부는 상기 바디부의 일측에 적어도 두 개로 형성되며, 상기 드론 유닛을 상기 구조물의 벽면에 밀착시켜 휠(wheel)의 회전으로 이동하는 메인 휠 구동모듈 및 상기 바디부에 연결되며, 상기 메인 휠 구동모듈을 서브하기 위해 기울기 조절에 따라 상기 드론 유닛을 상기 구조물의 벽면에 밀착시켜 휠(wheel)의 회전으로 이동하는 서브 휠 구동모듈을 포함할 수 있다.The wheel driving unit is formed in at least two on one side of the body portion, the drone unit is in close contact with the wall surface of the structure is connected to the main wheel drive module and the body portion to move in the rotation of the wheel (wheel), the main wheel In order to serve the drive module may include a sub-wheel drive module for moving the drone unit in close contact with the wall surface of the structure in accordance with the tilt adjustment to the rotation of the wheel (wheel).
상기 비행 컨트롤부는 벽면의 마찰계수에 기반하여, 마찰력을 발생시키는 상기 구조물의 벽면에 대한 수직 항력과 상기 드론 유닛의 상승하는 힘의 비율을 조절하기 위해 상기 서브 휠 구동모듈의 기울기를 조절할 수 있다.The flight control unit may adjust the inclination of the sub-wheel drive module to adjust the ratio of the vertical drag against the wall surface of the structure that generates the friction force and the rising force of the drone unit based on the friction coefficient of the wall surface.
상기 비행 컨트롤부는 적어도 두 개의 상기 메인 휠과 기울기가 조절된 상기 서브 휠을 이용하여 상기 드론 유닛의 등반을 제어할 수 있다.The flight control unit may control climbing of the drone unit using at least two main wheels and the sub-wheel whose tilt is adjusted.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛은 상기 바디부와 연결되며, 상기 구조물의 벽면에 접촉되어 브러시를 롤링하는 브러시 회전부를 더 포함할 수 있다.In addition, the wall-moving drone unit according to an embodiment of the present invention may further include a brush rotating part connected to the body part and in contact with the wall surface of the structure to roll the brush.
상기 브러시 회전부는 적어도 두 개의 상기 메인 휠과 상기 구조물의 벽면에 접촉되며, 상기 비행 컨트롤부는 상기 브러시 회전부의 브러시를 롤링하여 상기 구조물의 벽면을 청소할 수 있다.The brush rotating part may contact at least two main wheels and the wall surface of the structure, and the flight control part may clean the wall surface of the structure by rolling the brush of the brush rotating part.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛은 상기 바디부의 적어도 타측에 형성되며, 지상의 충전 및 관제 스테이션과 도킹하여 상기 본체의 전력을 충전하는 충전 접촉부 및 상기 드론 유닛을 기준으로 기 설정된 반경에서의 주변 환경에 대한 환경 정보를 감지하고, 상기 드론 유닛의 위치 정보 및 자세 정보를 감지하는 감지부를 더 포함할 수 있다.In addition, the wall-moving drone unit according to an embodiment of the present invention is formed on at least the other side of the body portion, docked with the ground charging and control station to charge the power of the main body and the charging contact portion and the preset based on the drone unit The apparatus may further include a sensing unit configured to sense environmental information about a surrounding environment in a radius, and detect location information and attitude information of the drone unit.
상기 충전 접촉부는 상기 바디부의 타측에 적어도 두 개로 형성되며, 분리된 VCC 단자 및 GND 단자를 이용하여 상기 충전 및 관제 스테이션과 도킹할 수 있다.At least two charge contact parts may be formed on the other side of the body part and may be docked with the charge and control station using separate VCC terminals and GND terminals.
상기 감지부는 상기 드론 유닛에 형성된 거리 측정 센서로부터 센싱되는 데이터 값과 기 저장된 맵 정보 간의 MCL(Monte Carlo Localization)을 이용하여 상기 드론 유닛의 위치 정보를 감지하고, 상기 감지된 위치 정보에 기반하여 상기 구조물의 벽면과의 거리 정보를 감지하며, 상기 드론 유닛에 형성된 소나 센서로부터 센싱되는 기준 거리 측정 값과 RGB-D 센서의 깊이(Depth) 값을 상호 보완하여 상기 구조물의 벽면을 감지할 수 있다.The detector detects location information of the drone unit using Monte Carlo Localization (MCL) between a data value sensed from a distance measuring sensor formed in the drone unit and pre-stored map information, and based on the detected location information. The distance information with respect to the wall surface of the structure is sensed, and the reference distance measurement value sensed from the sonar sensor formed in the drone unit and the depth value of the RGB-D sensor may be complementary to detect the wall surface of the structure.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛은 상기 감지부에서 감지되는 상기 환경 정보 내 마커(marker)를 검출하여 상기 드론 유닛의 착지를 위한 궤적(trajectory)을 산출하는 메인 프로세서를 더 포함하고, 상기 메인 프로세서는 상기 검출된 마커를 인식하여 상기 드론 유닛의 역학(Dynamics)을 각가속도(angular acceleration), 각속도(angular velocity), 및 자세 변환(pose)에 대해 미분방정식으로 나타내고, 측정된 상기 벽면과의 거리와 상기 드론 유닛의 무게 및 관성 모멘트를 반영하여 로터의 추진력(thrust force)을 산출하여 상기 궤적을 획득할 수 있다.In addition, the wall-mounted drone unit according to an embodiment of the present invention further includes a main processor that detects a marker in the environmental information detected by the detector and calculates a trajectory for landing of the drone unit. The main processor recognizes the detected marker to represent dynamics of the drone unit as a differential equation with respect to angular acceleration, angular velocity, and pose. The trajectory may be obtained by calculating a thrust force of the rotor by reflecting the distance to the wall, the weight of the drone unit, and the moment of inertia.
본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛의 제어방법은 드론 유닛이 구조물을 향해 비행하는 단계, 상기 구조물의 벽면 특성에 따라 상기 드론 유닛에 포함된 서브 휠(wheel)의 기울기를 조절하는 단계 및 상기 기울기 조절에 따라 회전하는 상기 서브 휠과 상기 드론 유닛의 바디부에 형성된 메인 휠을 이용하여 상기 드론 유닛을 상기 구조물의 벽면에 밀착시켜 이동하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of controlling a wall moving drone unit for high-rise building maintenance, in which a drone unit is flying toward a structure, and according to the wall characteristics of the structure, a sub wheel included in the drone unit. And adjusting the inclination and moving the drone unit in close contact with the wall surface of the structure using the sub-wheel which rotates according to the inclination and the main wheel formed in the body portion of the drone unit.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛의 제어방법은 드론 유닛이 구조물을 향해 비행하는 단계, 상기 드론 유닛의 바디부와 연결되는 상기 구조물의 벽면을 청소하기 위한 브러시를 포함하는 브러시 회전부 및 메인 휠을 이용하여 상기 드론 유닛을 상기 구조물의 벽면에 밀착시켜 이동하는 단계 및 상기 브러시 회전부에 포함된 상기 브러시를 롤링하는 단계를 포함한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a method of controlling a wall moving drone unit for high-rise building maintenance, including: a drone unit flying toward a structure, and a brush for cleaning a wall surface of the structure connected to a body part of the drone unit. And moving the drone unit in close contact with the wall surface of the structure by using a brush rotating part including a main wheel and rolling the brush included in the brush rotating part.
본 발명의 실시예에 따르면, 서브 휠 또는 원형 브러시를 포함하는 보조 구동 모듈을 포함한 드론 유닛을 제공함으로써, 구조물의 벽면 등반 시 안정성을 향상시키고, 원형 브러시의 회전을 활용한 청소 메커니즘을 구현하여 구조물의 외벽 및 유리를 청소하는 비행 및 벽면 등반 복합 기능을 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by providing a drone unit including an auxiliary drive module including a sub-wheel or a circular brush, to improve the stability when climbing the wall of the structure, implement a cleaning mechanism utilizing the rotation of the circular brush structure It can provide a combination of flying and wall climbing to clean the outer walls and glass of a car.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 벽면 이동, 벽면 청소, 충전 및 로봇 관제 스테이션의 통신을 모두 구현하는 드론 유닛의 자동화 및 무인화를 위한 시스템을 제공할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a system for automation and unmanned drone unit that implements all of the wall movement, wall cleaning, charging and communication of the robot control station.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛의 자동화 및 무인화를 위한 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛의 연직 상/하방 이동을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛의 이미지를 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛을 충전 및 청소하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 충전 및 관제 스테이션에 체결된 드론 유닛의 이미지를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛의 제어방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛의 제어방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.1 is a view for explaining the configuration of a system for automation and unmanned drone unit according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are diagrams for explaining a wall moving drone unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
3A to 3C are diagrams for explaining the vertical up / down movement of the wall moving drone unit according to the embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a wall movable drone unit according to another embodiment of the present invention.
5 and 6 illustrate an image of a wall moving drone unit according to an embodiment of the present invention.
7A and 7B illustrate an example of charging and cleaning a drone unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 shows an image of a drone unit fastened to a charging and control station according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating an operation method of controlling a wall moving drone unit for tall building maintenance according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of controlling a wall moving drone unit for tall building maintenance according to another exemplary embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Also, like reference numerals in the drawings denote like elements.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In addition, terms used in the present specification (terminology) are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the viewer, the operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛의 자동화 및 무인화를 위한 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다. 1 is a view for explaining the configuration of a system for automation and unmanned drone unit according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 구조물(10)의 벽면에 부착된 마커(marker)를 통해 정확한 구역에 위치할 수 있으며, 구조물(10)의 벽면에 밀착하여 연직 상/하방으로 이동하고, 이동과 동시에 청소를 수행할 수 있다. 이 때, 드론 유닛(100)은 카메라 또는 센서를 이용하여 구조물(10)의 벽면에 부착된 마커를 감지하고, 감지된 마커의 영상 정보 및 드론 유닛(100)의 위치 정보를 충전 및 관제 스테이션(200) 또는 드론 유닛에 관련된 외부 서버(미도시)로 전송할 수 있다. Referring to FIG. 1, the wall
이후, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 충전 및 관제 스테이션(200) 또는 외부 서버(미도시)로부터 마커의 분석 정보를 수신할 수 있으며, 수신된 분석 정보에 기반하여 구조물(10) 내에서 이동하거나, 구조물(10)의 청소를 수행할 수도 있다. Subsequently, the wall
실시예에 따라서, 마커는 구조물(10)에 관련된 정보를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 장대교량 주탑의 상당부, 고층 건물, 건축물, 건물 및 댐 중 적어도 어느 하나의 구조물(10)에 대한 종류, 건축 시기, 높이, 크기 및 청소 히스토리(history) 중 적어도 어느 하나 이상의 정보를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the marker may comprise information relating to the
본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 구조물(10)의 벽면에 밀착되어 이동하거나, 벽면을 청소하는 도중에 배터리 부족 또는 브러시 오염 감지의 경우, GPS(Global Positioning System)을 이용하여 현재 위치와 충전 및 관제 스테이션(200)의 위치를 인식하여 충전 및 관제 스테이션(200)으로 이동할 수 있다. 이 때, 실시예에 따라서, 드론 유닛(100)은 충전 및 관제 스테이션(200)의 위치 정보에 기초하여 이동할 수 있으며, 충전 및 관제 스테이션(200)의 부근에 위치하는 복수의 마커를 인식하여 이동할 수도 있다. The wall
이후, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 충전 및 관제 스테이션(200)에서 배터리를 충전하거나, 브러시 청소를 완료한 후, 중단되었던 구조물(10)의 작업 구역 근방으로 이동하여 청소를 마무리할 수 있다. Subsequently, the wall
이하에서는 도 2 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100) 및 드론 유닛의 제어방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 2 to 10 will be described in detail the control method of the wall-moving
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛을 설명하기 위해 도시한 것이다. 2A to 2C are diagrams for explaining a wall moving drone unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛의 사시도를 도시한 것이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛의 측면도를 도시한 것이며, 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이다. More specifically, FIG. 2A illustrates a perspective view of a wall movable drone unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B illustrates a side view of the wall movable drone unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. The detailed configuration of the wall movable drone unit according to the embodiment of the present invention is shown in a block diagram.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 본체(110), 바디부(120), 휠 구동부(140, 152) 및 비행 컨트롤부(101)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 충전 접촉부(170), 감지부(103) 및 메인 프로세서(102)를 더 포함할 수 있다. 2A to 2C, the wall
바디부(120)에는 본체(110)와 연결되어 비행을 위한 추력을 발생시키는 복수의 로터(rotors, 130)들이 구비된다. 도 2a를 참조하면, 본체(110)를 중심으로 바디부(120)가 형성되며, 바디부(120) 각각에는 드론 유닛(100)의 상승 방향으로 추진력(thrust force)을 발생시키는 복수의 로터들(130)이 형성될 수 있다. The
휠 구동부(140, 150)는 바디부(120)의 적어도 일측에 형성된 메인 휠(141) 및 본체(110)와 연결되어 기울기 조절에 따라 회전하는 서브 휠(152)을 구동하며, 드론 유닛(100)을 구조물(10)의 벽면에 밀착시켜 이동시킨다. The
보다 상세하게, 휠 구동부(140, 150)는 바디부(120)의 일측에 적어도 두 개로 형성되는 메인 휠(141)을 이용하여 드론 유닛(100)을 구조물(10)의 벽면에 밀착시키고, 메인 휠(141)을 회전하여 드론 유닛(100)을 이동시키는 메인 휠 구동모듈(140), 및 바디부(120)에 연결된 단일 개의 서브 휠(152)을 포함하며, 기울기가 조절되는 서브 휠(152)을 이용하여 구조물(10)의 표면에 밀착된 메인 휠(141)을 서브하여 드론 유닛(100)을 이동시키는 서브 휠 구동모듈(150)을 포함할 수 있다. In more detail, the
도 2a를 참조하면, 바디부(120)의 일측에 두 개의 메인 휠(141)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 두 개의 메인 휠(141)은 드론 유닛(100)이 구조물(10)의 벽면에 근접하는 경우, 벽면에 우선으로 접촉하는 것이며, 드론 유닛(100)이 구조물(10)의 벽면을 연직 상/하방으로 이동하는 데 중요한 주축이 될 수 있다. Referring to FIG. 2A, two
도 2b를 참조하면, 서브 휠 구동모듈(150)은 연결 부재(151)를 포함하며, 연결 부재(151)를 통해 드론 유닛(100)의 바디부(120)와 서브 휠(152)을 연결할 수 있다. 실시예에 따라서, 서브 휠 구동모듈(150)은 드론 유닛(100)의 비행 컨트롤부(101)에 의해 기울기가 조절될 수 있으며, 구조물(10)의 벽면 기울기 또는 벽면 특성(또는 마찰계수)에 따라 서로 다른 각도로 형성될 수 있다. 예를 들면, 드론 유닛(100)이 구조물(10)의 벽면에 근접하는 경우, 두 개의 메인 휠(141)이 우선으로 벽면에 접촉하며, 기울기가 조절된 서브 휠(152)이 차선으로 벽면에 접촉함으로써, 드론 유닛(100)이 벽면을 연직 상/하방으로 이동하는 데 안정성을 향상시킨다. Referring to FIG. 2B, the sub
도 2c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 비행 컨트롤부(101)를 포함할 수 있다. 이 때, 비행 컨트롤부(101)는 드론 유닛(100)의 비행을 제어하고, 구조물(10)의 벽면에 따라 서브 휠(152)의 기울기를 조절한다.Referring to FIG. 2C, the wall
비행 컨트롤부(101)는 드론 유닛(100)의 비행을 제어하는 것으로, 드론 유닛(100)이 지상으로부터 비행하여 목표 대상인 구조물(10)에 접근하고, 임무 수행 후에는 구조물(10)의 벽면으로부터 분리되어 지상으로 착륙되도록 제어할 수 있다. The
보다 상세하게, 비행 컨트롤부(101)는 구조물(10)의 벽면 특성 즉, 마찰계수에 따라 서브 휠 구동모듈(150)의 기울기 각도를 조절함으로써, 마찰력을 발생시키는 구조물(10)의 벽면에 대한 수직 항력과 드론 유닛(100)의 상승하는 힘인 상승력의 비율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 구조물(10) 벽면의 마찰계수가 높은 경우, 수직 항력이 상승력보다 크고, 마찰계수가 낮은 경우, 수직 항력이 상승력보다 작다. 이로 인해, 비행 컨트롤부(101)는 수직 항력 및 상승력에 따라 서브 휠 구동모듈(150)의 기울기 각도를 조절하여 드론 유닛(100)의 비행 안정성을 향상시킬 수 있다. More specifically, the
이후, 비행 컨트롤부(101)는 적어도 두 개의 메인 휠(141) 및 기울기가 조절된 서브 휠(152)과 로터(130)를 이용한 추진력(thrust force)을 이용하여 드론 유닛(100)의 이동을 제어할 수 있다. Thereafter, the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 감지부(103) 및 메인 프로세서(102)를 더 포함할 수 있다.In addition, the wall
감지부(103)는 드론 유닛(100)을 기준으로 기 설정된 반경에서의 주변 환경에 대한 환경 정보를 감지하고, 드론 유닛(100)의 위치 정보 및 자세 정보를 감지할 수 있다. 예를 들면, 감지부(103)는 드론 유닛(100)에 포함된 복수의 센서 또는 GPS로부터 수신되는 정보를 통해 환경 정보, 위치 정보 및 자세 정보를 감지할 수 있다. 여기서, 센서는 거리 측정 센서, 소나(sonar) 센서 또는 RGB-D 카메라 센서일 수 있다.The
일 예로, 감지부(103)는 드론 유닛(110)에 형성된 물리적 터치 센서를 이용하여 구조물(10)의 벽면을 접촉 인식할 수 있다. 다른 예로, 감지부(103)는 드론 유닛(100)의 거리 측정 센서의 실시간 데이터 값과 기 저장된 맵 정보간 MCL(Monte Carlo Localization)로 드론 유닛(100)의 위치 정보를 감지할 수 있고, GPS를 통해 드론 유닛(100)의 위치 정보를 감지할 수도 있다. 또한, 감지부(103)는 드론 유닛(100)의 위치 정보를 기준으로 구조물(10)의 벽면과의 거리를 산출함으로써, 구조물(10)의 벽면을 인식할 수 있다. 또 다른 예로, 감지부(103)는 드론 유닛(100)에 형성된 소나 센서로부터 센싱되는 기준 거리 측정 값과 RGB-D 센서의 깊이(Depth) 값을 상호 보완하여 구조물(10)의 벽면을 감지할 수 있다.For example, the
본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛(100)의 메인 프로세서(102)는 감지부에서 감지되는 환경 정보 내 마커(marker)를 검출하여 드론 유닛(100)의 착지를 위한 궤적(trajectory)을 산출할 수 있다. 여기서, 상기 마커는 지상의 평면 또는 구조물(10)의 벽면에 위치한 것일 수 있으며, 복수 개로 형성될 수 있다.The
실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 마커 검출 시, 마커 기반 착륙 알고리즘을 수행하여 X-Y 평면 거리 보정 후, 비행 높이를 감소시킬 수 있다. 이 때, 드론 유닛(100)은 보다 정확한 착륙을 위해 두 개 이상의 마커로부터 획득되는 정보를 이용할 수 있다. According to an embodiment, the wall-moving
예를 들면, 메인 프로세서(102)는 검출된 마커를 인식하여 드론 유닛(100)의 역학(Dynamics)을 각가속도(angular acceleration), 각속도(angular velocity), 및 자세 변환(pose)에 대해 미분방정식으로 나타내고, 측정된 벽면과의 거리와 드론 유닛(100)의 무게 및 관성 모멘트를 반영하여 로터(130)의 추진력(thrust force)을 산출하여 궤적을 획득할 수 있다. For example, the
이에, 본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛(100)의 비행 컨트롤부(101)는 산출된 궤적에 따라 드론 유닛(100)의 비행, 착지, 연직 상/하방 이동을 제어할 수 있다. Therefore, the
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛의 연직 상/하방 이동을 설명하기 위해 도시한 것이다.3A to 3C are diagrams for explaining the vertical up / down movement of the wall moving drone unit according to the embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛의 퍼칭 프로세스(perching process)의 예를 도시한 것이고, 도 3b는 벽면에서 다양한 포즈(pose)를 나타내는 드론 유닛의 예를 도시한 것이며, 도 3c는 반동 추진 엔진(thruster)의 방향에 따른 다이어그램을 도시한 것이다.More specifically, FIG. 3A illustrates an example of a perching process of a drone unit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B illustrates an example of a drone unit representing various poses on a wall. 3c shows a diagram according to the direction of the recoil thruster.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 메인 휠(141)뿐 아니라, 벽면을 부드럽게 연결하고 분리할 수 있는 서브 휠(152)을 더 포함한다. 이에, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 메인 휠(141) 및 서브 휠(152)을 이용하여 구조물의 벽면에 대한 반동 추진 엔진(thruster)의 방향을 제어할 수 있다. 3A and 3B, the wall
또한, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 서브 휠(152)을 이용하여 자세 변화 속도를 조절할 수 있다. 도 3b 및 도 3c를 참고하여 설명하면, 서브 휠(152)의 각도에 따라 드론 유닛(100)은 포즈(pose)와 방향을 반동 추진 엔진(thruster, ) 방향으로 변경할 수 있다. 도 3c에서, 추력 F는 드론 유닛의 질량, 중력, 접촉점에서의 마찰 계수인 m, g, 로 나누어진다. 예를 들면, 추력 F는 중력을 보상하는 힘 또는 마찰을 일으키는 힘으로 분리되므로, 마찰 계수의 변화에 의한 최소 추력 레벨의 변화가 감소하기 때문에 구조물(10)의 벽면에서 드론 유닛(100)이 보다 안정적일 수 있다. In addition, the wall
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛을 설명하기 위해 도시한 것이다. 4 is a view illustrating a wall movable drone unit according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 바디부(120)와 연결되며, 구조물(10)의 벽면에 접촉되어 브러시(brush, 161)를 롤링하는 브러시 회전부(160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the wall
브러시 회전부(160)는 적어도 두 개의 메인 휠(141)과 구조물(10)의 벽면에 접촉되며, 비행 컨트롤부(101)는 브러시 회전부(160)의 브러시(161)를 롤링하여 구조물(10)의 벽면을 청소할 수 있다. The brush
실시예에 따라서, 브러시 회전부(160)는 비행 컨트롤부(101)에 의해 기울기가 조절될 수 있으며, 구조물(10)의 벽면 기울기 또는 벽면 특성(또는 마찰계수)에 따라 서로 다른 각도로 형성될 수 있다. 예를 들어, 드론 유닛(100)이 구조물(10)의 벽면에 근접하는 경우, 두 개의 메인 휠(141)이 우선으로 벽면에 접촉하며, 기울기가 조절된 브러시 회전부(160)가 차선으로 벽면에 접촉함으로써, 드론 유닛(100)이 벽면을 연직 상/하방으로 이동하는 데 안정성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment, the
드론 유닛(100)의 두 개의 메인 휠(141)과 브러시 회전부(160)가 벽면에 접촉될 때, 비행 컨트롤부(101)에 의해 브러시(161)가 롤링(또는 회전)될 수 있다.When the two
즉, 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛(100)은 두 개의 메인 휠(141)과 브러시 회전부(160)를 이용하여 구조물(10)의 벽면을 연직 상/하방으로 이동할 수 있으며, 브러시(161)를 회전시켜 구조물(10)의 벽면을 청소할 수 있다. That is, the wall
실시예에 따라서, 브러시(161)는 다양한 형태일 수 있다. 예를 들면, 브러시(161)는 코너나 모서리를 청소하기 위한 평면 형태, 유연한 재질로 되어 물기를 제거하는 스퀴드 형태, 소형의 브러시의 그룹들이 동심으로 배치된 브러시 형태, 다수의 브러시 솔이 모여 형성된 단일의 브러시 형태 및 면 재질의 밀대 형태 중 적어도 어느 하나 일 수 있다. According to an embodiment, the
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 벽면 이동형 드론 유닛의 이미지를 도시한 것이다.5 and 6 illustrate an image of a wall moving drone unit according to an embodiment of the present invention.
보다 구체적으로, 도 5는 메인 휠 및 서브 휠을 이용하여 벽면을 이동하는 드론 유닛의 이미지를 도시한 것이고, 도 6은 메인 휠 및 브러시를 이용하여 벽면을 청소하는 드론 유닛의 이미지를 도시한 것이다.More specifically, FIG. 5 shows an image of a drone unit moving a wall using a main wheel and a sub wheel, and FIG. 6 shows an image of a drone unit cleaning a wall using a main wheel and a brush. .
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛(100)은 두 개의 메인 휠(141)과 서브 휠(152)을 이용하여 구조물(10)의 벽면에 연직 상/하방으로 이동할 수 있으며, 벽면에 형성된 장애물을 넘어 이동할 수 있다. Referring to FIG. 5, the
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛(100)은 두 개의 메인 휠(141)과 브러시(161)를 이용하여 구조물(10)의 벽면에 연직 상/하방으로 이동할 수 있으며, 브러시(161)를 롤링(또는 회전)하여 벽면을 청소할 수 있다. Referring to FIG. 6, the
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛을 충전 및 청소하는 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.7A and 7B illustrate an example of charging and cleaning a drone unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
드론 유닛(100)이 구조물(10)의 벽면을 이동하여 청소하는 도중에 배터리가 부족하거나, 브러시의 교체 또는 청소가 필요한 경우, 또는 임무를 완료한 경우에 충전 및 관제 스테이션(200)으로 이동할 수 있다.The
도 7a를 참조하면, 드론 유닛(100)은 충전 접촉부(160)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 충전 접촉부(170)는 드론 유닛(100)의 바디부(120)의 적어도 타측에 형성되며, 지상의 충전 및 관제 스테이션(200)과 도킹하여 본체(110)의 배터리(104)를 충전할 수 있다.Referring to FIG. 7A, the
충전 및 관제 스테이션(200)은 적외선 센서의 기체 감지부(210)를 이용하여 드론 유닛(100)의 접근 및 접촉을 감지할 수 있다. 또한, 충전 및 관제 스테이션(200)은 도킹 시, 드론 유닛(100)의 안정성을 위해 약 2,000mm의 확장된 길이로 형성될 수 있으며, 내부는 V-shape의 단면 형태일 수 있다.The charging and
도 7b를 참조하면, 충전 및 관제 스테이션(200)은 기체 감지부(210)를 통해 드론 유닛(100)의 착륙을 감지할 수 있으며, 드론 유닛(100)의 착륙이 감지되면 약 2,000mm의 확장된 길이를 약 1,100mm로 축소한다. Referring to FIG. 7B, the charging and
충전 및 관제 스테이션(200)의 축소 메커니즘으로 인해 드론 유닛(100)의 충전 접촉부(170) 및 브러시 회전부(160)는 스테이션의 충전 모듈 및 청소 모듈과 체결될 수 있다. 이에 따라서, 드론 유닛(100)의 배터리(104)는 충전되며, 브러시(161)는 청소 또는 교체될 수 있다. Due to the reduction mechanism of the charging and
실시예에 따라서, 충전 및 관제 스테이션(200)은 오디오 모듈, 스피커 모듈 또는 부저를 이용하거나, LED(Light Emitting Diode)를 이용하여 드론 유닛(100)을 감지하고, 배터리를 충전하며, 브러시를 교체 또는 청소하는 과정을 출력할 수 있다. According to an embodiment, the charging and
예를 들면, 충전 및 관제 스테이션(200)은 드론 유닛(100)의 접근을 감지하는 감지 상태 또는 드론 유닛(100)의 접근을 대기하는 대기 상태에서 흰색 LED를 점등할 수 있으며, 드론 유닛(100)의 착륙을 감지하여 스테이션의 길이를 축소하는 스테이션 축소 상태, 드론 유닛(100)의 배터리를 충전하려는 충전 시작 상태 또는 브러시를 청소하려는 청소 시작 상태에서 녹색 LED를 점등할 수 있다. 또한, 충전 및 관제 스테이션(200)은 드론 유닛(100)의 배터리를 충전하는 충전 상태 또는 브러시를 청소하는 청소 상태에서 적색 LED를 점등할 수 있으며, 드론 유닛(100)의 배터리 충전이 완료된 충전 완료 상태, 브러시의 청소가 완료된 청소 완료 상태 또는 스테이션의 길이를 확장하는 스테이션 확장 상태에서 청색 LED를 점등할 수 있다. For example, the charging and
여기서, 상기 상태에 따른 LED의 색상은 이에 한정되지 않음은 당연하다.Here, it is obvious that the color of the LED according to the above state is not limited thereto.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 충전 및 관제 스테이션에 체결된 드론 유닛의 이미지를 도시한 것이다.8 shows an image of a drone unit fastened to a charging and control station according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛(100)은 지상의 충전 및 관제 스테이션(200)과 도킹하기 위한 충전 접촉부(170)를 포함하며, 충전 접촉부(170)는 드론 유닛(100)의 바디부(120)의 타측에 적어도 두 개(171, 172)로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8, the
충전 접촉부(170)는 분리된 VCC 단자(171) 및 GND 단자(172)를 포함하며, VCC 단자(171) 및 GND 단자(172)는 공간적으로 분리되어 있으므로, 쇼트 및 합선의 위험성이 최소화될 수 있다. Since the charging
본 발명의 실시예에 따른 드론 유닛(100)이 충전 및 관제 스테이션(200)에 접근하는 경우, 충전 및 관제 스테이션(200)은 길이를 축소시켜 드론 유닛(100)과 결속된다. 이 때, 드론 유닛(100)은 분리된 VCC 단자(171) 및 GND 단자(172)를 이용하여 충전 및 관제 스테이션(200)과 도킹할 수 있으며, 충전 및 관제 스테이션(200)으로부터 공급되는 전력에 의해 배터리(104)를 충전시킬 수 있다. When the
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛의 제어방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다.9 is a flowchart illustrating an operation method of controlling a wall moving drone unit for tall building maintenance according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 단계 910에서, 드론 유닛이 구조물을 향해 비행한다.Referring to FIG. 9, in
단계 910은 드론 유닛의 바디부에 형성된 복수의 로터들을 통해 드론 유닛의 상승 방향으로 추진력(thrust force)을 발생시켜 드론 유닛을 비행시키는 단계일 수 있다. Step 910 may be a step of flying the drone unit by generating a thrust force in the upward direction of the drone unit through a plurality of rotors formed in the body portion of the drone unit.
단계 920에서, 구조물의 벽면 특성에 따라 드론 유닛에 포함된 서브 휠(wheel)의 기울기를 조절한다.In
단계 920은 구조물의 벽면 특성 즉, 마찰계수에 따라 드론 유닛의 서브 휠 구동모듈의 기울기 각도를 조절함으로써, 마찰력을 발생시키는 구조물의 벽면에 대한 수직 항력과 드론 유닛의 상승하는 힘인 상승력의 비율을 조절하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 구조물 벽면의 마찰계수가 높은 경우, 수직 항력이 상승력보다 크고, 마찰계수가 낮은 경우, 수직 항력이 상승력보다 작다. 이로 인해, 단계 920은 수직 항력 및 상승력에 따라 서브 휠 구동모듈의 기울기 각도를 조절하여 드론 유닛의 비행 안정성을 향상시킬 수 있다.Step 920 adjusts the ratio of the vertical drag to the wall surface of the structure generating the friction force and the lifting force which is the rising force of the drone unit by adjusting the inclination angle of the subwheel drive module of the drone unit according to the wall characteristics of the structure, that is, the friction coefficient It may be a step. For example, when the friction coefficient of the wall of the structure is high, the vertical drag is larger than the lift force, and when the friction coefficient is low, the vertical drag is smaller than the lift force. For this reason, step 920 may improve the flight stability of the drone unit by adjusting the inclination angle of the sub-wheel drive module according to the vertical drag and the lift force.
실시예에 따라서, 드론 유닛이 구조물의 벽면에 근접하는 경우, 두 개의 메인 휠이 우선으로 벽면에 접촉되고, 기울기가 조절된 서브 휠 구동모듈의 서브 휠이 차선으로 벽면에 접촉함으로써, 드론 유닛이 벽면을 연직 상/하방으로 이동하는 데 안정성을 향상시킬 수 있다. According to an embodiment, when the drone unit is close to the wall of the structure, the two main wheels first contact the wall, and the sub wheel of the tilted sub-wheel drive module contacts the wall in a lane so that the drone unit Stability can be improved by moving the wall vertically up and down.
단계 930에서, 기울기 조절에 따라 회전하는 서브 휠과 드론 유닛의 바디부에 형성된 메인 휠을 이용하여 드론 유닛을 구조물의 벽면에 밀착시켜 이동한다. In
단계 930은 적어도 두 개의 메인 휠 및 기울기가 조절된 서브 휠과 로터를 이용한 추진력(thrust force)을 이용하여 드론 유닛을 상/하방으로 이동시키는 단계일 수 있다. 이 때, 드론 유닛은 적어도 두 개의 메인 휠 및 기울기가 조절된 서브 휠을 이용하여 구조물의 벽면에 형성된 장애물을 넘어 이동할 수도 있다. In
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛의 제어방법에 대한 동작 흐름도를 도시한 것이다. FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of controlling a wall moving drone unit for tall building maintenance according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 단계 1010에서, 드론 유닛이 구조물을 향해 비행한다.Referring to FIG. 10, in
단계 1010은 드론 유닛의 바디부에 형성된 복수의 로터들을 통해 드론 유닛의 상승 방향으로 추진력(thrust force)을 발생시켜 드론 유닛을 비행시키는 단계일 수 있다.
단계 1020에서, 드론 유닛의 바디부와 연결되는 구조물의 벽면을 청소하기 위한 브러시를 포함하는 브러시 회전부 및 메인 휠을 이용하여 드론 유닛을 구조물의 벽면에 밀착시켜 이동한다.In
단계 1020은 적어도 두 개의 메인 휠 및 기울기가 조절된 브러시 회전부와 로터를 이용한 추진력(thrust force)을 이용하여 드론 유닛을 상/하방으로 이동시키는 단계일 수 있다. 이 때, 단계 1020은 브러시 회전부의 기울기를 조절할 수 있으며, 구조물의 벽면 기울기 또는 벽면 특성(또는 마찰계수)에 따라 서로 다른 각도로 형성할 수 있다.
실시예에 따라서, 드론 유닛이 구조물의 벽면에 근접하는 경우, 두 개의 메인 휠이 우선으로 벽면에 접촉하며, 기울기가 조절된 브러시 회전부가 차선으로 벽면에 접촉함으로써, 드론 유닛이 벽면을 연직 상/하방으로 이동하는 데 안정성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment, when the drone unit is in close proximity to the wall of the structure, the two main wheels first contact the wall, and the tilted brush rotator contacts the wall in a lane so that the drone unit is perpendicular to the wall. Stability can be improved by moving downward.
단계 1030에서, 브러시 회전부에 포함된 브러시를 롤링한다. In
단계 1030은 브러시를 롤링(또는 회전)하여 구조물의 벽면을 청소하는 단계일 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 브러시는 다양한 형태일 수 있다. 예를 들면, 브러시는 코너나 모서리를 청소하기 위한 평면 형태, 유연한 재질로 되어 물기를 제거하는 스퀴드 형태, 소형의 브러시의 그룹들이 동심으로 배치된 브러시 형태, 다수의 브러시 솔이 모여 형성된 단일의 브러시 형태 및 면 재질의 밀대 형태 중 적어도 어느 하나 일 수 있다. According to an embodiment, the brush may have various forms. For example, a brush is a flat form for cleaning corners or corners, a squid form of a flexible material to remove moisture, a brush arranged concentrically with small groups of brushes, and a single brush formed by gathering a plurality of brush brushes. And it may be at least one of the shape of the push rod of cotton material.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments may include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and may configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or, even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.
10: 구조물
100: 드론 유닛
110: 본체
120: 바디부
130: 로터
140: 메인 휠 구동모듈
141: 메인 휠
150: 서브 휠 구동모듈
151: 연결 부재
152: 서브 휠
160: 브러시 회전부
161: 브러시
170: 충전 접촉부
171: VCC 단자
172: GND 단자
200: 충전 및 관제 스테이션
210: 기체 감지부10: Structure
100: drone unit
110: main body
120: body part
130: rotor
140: main wheel drive module
141: main wheel
150: sub-wheel drive module
151: connecting member
152: sub wheel
160: brush rotating part
161: brush
170: charging contact
171: VCC terminal
172: GND terminal
200: filling and control station
210: gas detector
Claims (12)
본체;
상기 본체와 연결되어 비행을 위한 추력을 발생시키는 복수의 로터(rotor)들이 구비된 바디부;
상기 바디부의 적어도 일측에 형성된 메인 휠(wheel) 및 상기 본체와 연결되어 기울기 조절에 따라 회전하는 서브 휠(wheel)을 이용하여 상기 드론 유닛을 구조물의 벽면에 밀착시켜 이동하는 휠 구동부; 및
상기 드론 유닛의 비행을 제어하며, 상기 구조물의 벽면에 따라 상기 서브 휠의 기울기를 조절하는 비행 컨트롤부
를 포함하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.In the wall movable drone unit,
main body;
A body part having a plurality of rotors connected to the main body to generate thrust for flight;
A wheel drive unit which moves the drone unit in close contact with the wall surface of the structure by using a main wheel formed on at least one side of the body part and a sub wheel connected to the main body and rotating according to an inclination adjustment; And
Flight control unit for controlling the flight of the drone unit, and adjust the inclination of the sub-wheel according to the wall surface of the structure
Wall movable drone unit for high-rise building maintenance comprising a.
상기 휠 구동부는
상기 바디부의 일측에 적어도 두 개로 형성되며, 상기 드론 유닛을 상기 구조물의 벽면에 밀착시켜 휠(wheel)의 회전으로 이동하는 메인 휠 구동모듈; 및
상기 바디부에 연결되며, 상기 메인 휠 구동모듈을 서브하기 위해 기울기 조절에 따라 상기 드론 유닛을 상기 구조물의 벽면에 밀착시켜 휠(wheel)의 회전으로 이동하는 서브 휠 구동모듈
을 포함하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 1,
The wheel drive unit
At least two main wheel driving module is formed on one side of the body portion, the drone unit is in close contact with the wall surface of the structure to move in the rotation of the wheel (wheel); And
A sub-wheel driving module connected to the body part and moving the drone unit in close contact with the wall surface of the structure in accordance with an inclination adjustment to serve the main wheel driving module in order to move the wheel
Wall movable drone unit for high-rise building maintenance comprising a.
상기 비행 컨트롤부는
벽면의 마찰계수에 기반하여, 마찰력을 발생시키는 상기 구조물의 벽면에 대한 수직 항력과 상기 드론 유닛의 상승하는 힘의 비율을 조절하기 위해 상기 서브 휠 구동모듈의 기울기를 조절하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 2,
The flight control unit
Based on the friction coefficient of the wall, for maintaining the high-rise building to adjust the inclination of the sub-wheel drive module to adjust the ratio of the vertical drag against the wall of the structure generating the friction force and the rising force of the drone unit Wall mobile drone unit.
상기 비행 컨트롤부는
적어도 두 개의 상기 메인 휠과 기울기가 조절된 상기 서브 휠을 이용하여 상기 드론 유닛의 등반을 제어하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 3,
The flight control unit
Wall moving drone unit for high-rise building maintenance to control the climbing of the drone unit using at least two of the main wheel and the inclined sub-wheel.
상기 바디부와 연결되며, 상기 구조물의 벽면에 접촉되어 브러시를 롤링하는 브러시 회전부
를 더 포함하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 2,
A brush rotating part connected to the body part and contacting a wall of the structure to roll a brush
Wall movable drone unit for high-rise building maintenance further comprising.
상기 브러시 회전부는
적어도 두 개의 상기 메인 휠과 상기 구조물의 벽면에 접촉되며,
상기 비행 컨트롤부는
상기 브러시 회전부의 브러시를 롤링하여 상기 구조물의 벽면을 청소하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 5,
The brush rotating part
In contact with at least two of the main wheels and the wall of the structure,
The flight control unit
Wall moving drone unit for high-rise building maintenance for cleaning the wall surface of the structure by rolling the brush of the brush rotating unit.
상기 바디부의 적어도 타측에 형성되며, 지상의 충전 및 관제 스테이션과 도킹하여 상기 본체의 전력을 충전하는 충전 접촉부; 및
상기 드론 유닛을 기준으로 기 설정된 반경에서의 주변 환경에 대한 환경 정보를 감지하고, 상기 드론 유닛의 위치 정보 및 자세 정보를 감지하는 감지부
를 더 포함하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 1,
A charging contact part formed on at least the other side of the body part and docking with a ground charging and control station to charge electric power of the main body; And
A sensing unit for sensing the environmental information of the surrounding environment at a predetermined radius based on the drone unit, the position information and attitude information of the drone unit
Wall movable drone unit for high-rise building maintenance further comprising.
상기 충전 접촉부는
상기 바디부의 타측에 적어도 두 개로 형성되며, 분리된 VCC 단자 및 GND 단자를 이용하여 상기 충전 및 관제 스테이션과 도킹하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 7, wherein
The charging contact
At least two formed on the other side of the body portion, the wall movable drone unit for high-rise building maintenance to dock with the charging and control station using a separate VCC terminal and GND terminal.
상기 감지부는
상기 드론 유닛에 형성된 거리 측정 센서로부터 센싱되는 데이터 값과 기 저장된 맵 정보 간의 MCL(Monte Carlo Localization)을 이용하여 상기 드론 유닛의 위치 정보를 감지하고, 상기 감지된 위치 정보에 기반하여 상기 구조물의 벽면과의 거리 정보를 감지하며, 상기 드론 유닛에 형성된 소나 센서로부터 센싱되는 기준 거리 측정 값과 RGB-D 센서의 깊이(Depth) 값을 상호 보완하여 상기 구조물의 벽면을 감지하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 7, wherein
The sensing unit
The location information of the drone unit is sensed using Monte Carlo Localization (MCL) between data values sensed from the distance measuring sensor formed in the drone unit and pre-stored map information, and the wall surface of the structure is based on the detected location information. For maintaining the high-rise building that senses the wall surface of the structure by detecting distance information of the structure and complementing the reference distance measurement value sensed from the sonar sensor formed in the drone unit and the depth value of the RGB-D sensor. Wall mobile drone unit.
상기 감지부에서 감지되는 상기 환경 정보 내 마커(marker)를 검출하여 상기 드론 유닛의 착지를 위한 궤적(trajectory)을 산출하는 메인 프로세서
를 더 포함하고,
상기 메인 프로세서는
상기 검출된 마커를 인식하여 상기 드론 유닛의 역학(Dynamics)을 각가속도(angular acceleration), 각속도(angular velocity), 및 자세 변환(pose)에 대해 미분방정식으로 나타내고, 측정된 상기 벽면과의 거리와 상기 드론 유닛의 무게 및 관성 모멘트를 반영하여 로터의 추진력(thrust force)을 산출하여 상기 궤적을 획득하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛.The method of claim 9,
The main processor detects a marker in the environment information detected by the detection unit and calculates a trajectory for landing of the drone unit.
More,
The main processor is
Recognizing the detected marker, the dynamics of the drone unit is represented as a differential equation for angular acceleration, angular velocity, and pose, and the measured distance from the wall surface is Wall moving type drone unit for high-rise building maintenance to obtain the trajectory by calculating the thrust force of the rotor reflecting the weight and moment of inertia of the drone unit.
상기 구조물의 벽면 특성에 따라 상기 드론 유닛에 포함된 서브 휠(wheel)의 기울기를 조절하는 단계; 및
상기 기울기 조절에 따라 회전하는 상기 서브 휠과 상기 드론 유닛의 바디부에 형성된 메인 휠을 이용하여 상기 드론 유닛을 상기 구조물의 벽면에 밀착시켜 이동하는 단계
를 포함하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛의 제어방법.The drone unit flying towards the structure;
Adjusting an inclination of a sub wheel included in the drone unit according to a wall surface characteristic of the structure; And
Moving the drone unit in close contact with the wall surface of the structure by using the sub-wheel that rotates according to the tilt adjustment and a main wheel formed in the body of the drone unit;
Control method of the wall surface drone unit for high-rise building maintenance comprising a.
상기 드론 유닛의 바디부와 연결되는 상기 구조물의 벽면을 청소하기 위한 브러시를 포함하는 브러시 회전부 및 메인 휠을 이용하여 상기 드론 유닛을 상기 구조물의 벽면에 밀착시켜 이동하는 단계; 및
상기 브러시 회전부에 포함된 상기 브러시를 롤링하는 단계
를 포함하는 고층건물 유지 관리를 위한 벽면 이동형 드론 유닛의 제어방법.
The drone unit flying towards the structure;
Moving the drone unit in close contact with the wall of the structure by using a main wheel and a brush rotating part including a brush for cleaning the wall of the structure connected to the body of the drone unit; And
Rolling the brush included in the brush rotating part;
Control method of the wall surface drone unit for high-rise building maintenance comprising a.
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---|---|---|---|
KR1020180096007A KR102150159B1 (en) | 2018-08-17 | 2018-08-17 | A wall-climbing drone unit for maintaining and managing of high-storied building and the control method thereof |
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KR20200020369A true KR20200020369A (en) | 2020-02-26 |
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---|---|---|---|---|
US20210323619A1 (en) * | 2020-04-16 | 2021-10-21 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Wall-climbing drone using auxiliary arm and method for controlling therefor |
KR20210128321A (en) * | 2020-04-16 | 2021-10-26 | 한국과학기술원 | Wall-climbing drone using auxiliary arm and method for controlling therefore |
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2018
- 2018-08-17 KR KR1020180096007A patent/KR102150159B1/en active IP Right Grant
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KR102150159B1 (en) | 2020-09-01 |
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