KR20220086334A - Drone mounted grab sampler - Google Patents
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Abstract
본 발명은 드론 장착형 그랩 샘플러에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 해양의 갯벌이나, 하천 및 호소 바닥의 퇴적물 시료를 채취하기 위해 장치를 드론에 장착하여 인력을 직접적으로 투입하지 않고 시료채취가 어려운 환경에서 안전하게 채취활동이 이루어지도록 한 기술에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 드론에 장착되는 그랩 샘플러에 있어서, 내부에 설치공간을 형성하고 하부가 개방된 본체와, 상기 본체의 내부에 설치되어 한 쌍의 버킷부를 벌리거나 오므리는 형태로 움직여서 시료를 채취하는 그랩장치와, 상기 본체의 상부에 설치되고 본체 내부의 그랩장치와 연결되어 그랩장치를 작동시키는 구동부와, 상기 구동부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a drone-mounted grab sampler, and more specifically, in an environment where it is difficult to collect samples without directly inputting manpower by mounting a device to a drone to collect sediment samples from tidal flats, rivers and lakes in the sea. It relates to technology that enables safe extraction activities.
That is, in the present invention, in the grab sampler mounted on a drone, the sample is collected by forming an installation space therein and opening the lower part, and moving the pair of bucket parts installed inside the main body in the form of opening or closing a pair of buckets. It is characterized in that it comprises; a grab device installed on the upper portion of the main body and connected to the grab device inside the main body to operate the grab device, and a control unit for controlling the operation of the driving unit.
Description
본 발명은 드론 장착형 그랩 샘플러에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 해양의 갯벌이나, 하천 및 호소 바닥의 퇴적물 시료를 채취하기 위해 장치를 드론에 장착하여 인력을 직접적으로 투입하지 않고 시료채취가 어려운 환경에서 안전하게 채취활동이 이루어지도록 한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a drone-mounted grab sampler, and more specifically, in an environment where it is difficult to collect samples without directly inputting manpower by mounting a device to a drone to collect sediment samples from tidal flats, rivers and lakes in the ocean. It relates to technology that enables safe extraction activities.
우리나라의 갯벌 중에서 대표적인 갯벌은 낙동강 하구에 널리 퍼져있는 갯벌로서, 관광지 혹은 생태 환경 체험장으로 활용되고 있다. 이러한 낙동강 하구는 유로의 변경과 하구 둑 건설 등으로 인하여 장기간에 걸쳐 변화가 계속 되고 있는 지역으로, 육상의 담수 유입과 해양환경에 의한 영향으로 복잡한 환경을 가지고 있으며 계속해서 사주와 같은 모래 퇴적이 진행되고 있다. Among the tidal flats in Korea, the representative tidal flats are widely spread in the estuary of the Nakdong River, and are being used as tourist destinations or eco-environmental experiences. The estuary of the Nakdong River is an area that continues to change over a long period of time due to the change of the flow path and the construction of the estuary bank. is becoming
상기 갯벌의 특성과 퇴적 경향에 대한 연구가 집중적으로 이루어지고 있으며, 토사 이동 경로 예측이나 해저 지형의 변화, 계절별 표층퇴적물 조직변수의 변화 등 남측 해역에 대한 여러 가지 연구가 진행되어 왔다Studies on the characteristics and sedimentation trends of the tidal flats have been intensively conducted, and various studies have been conducted on the southern seas, such as the prediction of sediment movement paths, changes in the topography of the seabed, and changes in the organizational variables of surface sediments by season.
이러한 선행 연구에 필수적으로 사용되었던 퇴적물 시료의 채취는 간조로 인해 수위가 낮아졌을 때 작업자가 해안선을 따라 걸어다니며 손이나 삽 등을 이용하여 채취하였다. 이처럼 갯벌 시료 채취의 경우 대부분 작업자가 직접 들어가서 시료를 채취하며, 이는 갯벌 환경 특성상 간조·만조에 따른 작업 시간 제약과 위험성, 지반의 높은 함수율에 따른 활동 제약, 갯벌의 광활함 등 여러 가지의 제약과 어려움이 있다.Sediment samples, which were essential for these previous studies, were collected by a worker walking along the shoreline when the water level was lowered due to low tide using a hand or a shovel. As such, in the case of tidal flat sampling, most workers directly enter and collect the sample, which has various limitations and difficulties, such as time constraints and risks due to low and high tides, activity restrictions due to high moisture content of the ground, and the vastness of tidal flats due to the nature of the tidal flat environment. There is this.
도 1은 종래의 시료 채취를 위한 장치를 나타낸 것으로서, 먼저 도 1의 a와 같이 그랩(grab)은 위치에너지를 이용하는 자유낙하 방식으로 채취기를 해저에 찍어서 해저에 닿는 부분을 채취하는 방식으로 퇴적물 교란이 비교적 적고 정량의 시료 채취가 가능하여 표층퇴적물 채취에 가장 많이 사용된다. 그러나, 이러한 자유낙하를 하는 방식은 유수, 바람 등의 영향으로 위치가 부정확해지는 단점이 있으며, 채취기 자체 무게로 퇴적층에 침투하여야 하므로 어느 정도 이상의 중량을 필요로 한다. 1 shows a conventional device for collecting a sample. First, as in a of FIG. 1, a grab is a free-fall method using potential energy, and the sediment is disturbed by dipping the collector into the seabed and collecting the part that touches the seabed. It is used most often for surface sediment collection because it is relatively small and quantitative sampling is possible. However, this free-fall method has a disadvantage in that the location becomes inaccurate due to the influence of running water and wind, and requires a certain weight or more because it has to penetrate into the sedimentary layer with the weight of the collector itself.
또한 도 1의 b에 도시한 진동식 코어링(vibro coring)은 해저에 관을 밀착시킨 뒤, 관을 진동시켜 해저를 파고들며 일정 심도까지 시료를 채취하며 회수 시에도 진동을 이용하여 지층을 빠져나간다. In addition, the vibro coring shown in FIG. 1 b attaches the tube to the seabed, vibrates the tube to dig into the seabed, collects samples to a certain depth, and exits the strata using vibration during recovery. .
그리고 도 1의 c에 도시한 회전식 코어링(rotary coring) 방식은 관을 해저에 밀착시킨 뒤, 관을 회전시켜 퇴적층을 파고들며 일정심도까지 시료를 채취하고 회수 시에도 회전을 이용하여 지층을 빠져 나간다.In addition, the rotary coring method shown in FIG. 1 c attaches the tube to the seabed, rotates the tube to dig into the sedimentary layer, collects samples to a certain depth, and uses rotation to exit the stratum during recovery. I'm going.
도 1의 d에 도시한 피스톤 코어링(piston coring) 방식은 관을 해저에 밀착 시킨 후, 진공 상태인 관 내부와 해저면의 압력차를 이용하여 퇴적층을 끌어올려 시료를 채취하는 방식으로 되어 있다.The piston coring method shown in Fig. 1d is a method of collecting a sample by attaching a pipe to the seabed, and then pulling up the sediment layer using the pressure difference between the inside of the tube and the seabed in a vacuum state. .
앞서 설명한 b,c,d 형태와 같은 코어링 방식은 시료 교란이 잘 일어나며 별도의 추가 장비와 많은 전력이 필요하다. 또한 관을 이용해서 시료를 채취하기 때문에 회수 시, 시료가 관 아래쪽으로 몰려 유실되는 현상이 발생하기 때문에 관 입구에 별도의 catcher를 설치하여야 한다. The coring method, such as the b, c, and d types described above, is prone to sample disturbance and requires additional equipment and a lot of power. In addition, since the sample is collected using a pipe, a separate catcher must be installed at the pipe entrance because a phenomenon occurs where the sample is pushed down the pipe and lost during recovery.
이러한 장비들을 운용하기 위해서는 조사 선박이나 바지선을 이용하여야 하나, 얕은 수심에서는 조사 선박이나 바지선의 접근이 불가능하고 이들을 운용함에 있어 많은 인력과 비용이 발생하는 단점이 있다.In order to operate these equipment, a survey vessel or barge must be used, but there are disadvantages in that it is impossible to access the survey ship or barge in shallow water, and a lot of manpower and cost are incurred in operating them.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 다양한 분야에 활용되는 있는 드론에 장착할 수 있도록 하되, 시료 채취에 효율적인 형태의 채취구조를 갖도록 하면서 드론이 버틸 수 있는 최대중량(payload)을 고려하여 경량화한 구성으로 적용하여, 시료채취가 어려운 환경에서 안전하게 채취작업이 이루어지도록 한 드론 장착형 그랩 샘플러를 제공함에 목적을 두고 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, so that it can be mounted on a drone that is used in various fields, and has a collection structure of an efficient form for sample collection, and the maximum weight that the drone can withstand (payload) It aims to provide a drone-mounted grab sampler that is applied in a lightweight configuration in consideration of
본 발명은 드론에 장착되는 그랩 샘플러에 있어서, 내부에 설치공간을 형성하고 하부가 개방된 본체와, 상기 본체의 내부에 설치되어 한 쌍의 버킷부를 벌리거나 오므리는 형태로 움직여서 시료를 채취하는 그랩장치와, 상기 본체의 상부에 설치되고 본체 내부의 그랩장치와 연결되어 그랩장치를 작동시키는 구동부와, 상기 구동부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a grab sampler mounted on a drone, comprising: a main body having an installation space formed therein and an open lower part; and a device, a driving unit installed on the upper portion of the main body and connected to the grab device inside the main body to operate the grab device, and a control unit for controlling the operation of the driving unit.
또한 기 그랩장치는; 반원의 원통을 각각 절반의 형태로 좌우 배치되는 버킷부와, 상기 버킷부의 상부에 연결되어 좌측과 우측의 버킷부가 하나의 축으로 연결되는 회전축과, 상기 버킷부 양측에 각각 설치되어 구동부의 상승 및 하강에 따라 버킷부가 벌어지거나 오므려지도록 잡아주는 지지바;로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the group grab device; A bucket part disposed left and right in the shape of a half cylinder, a rotation shaft connected to the upper part of the bucket part and connected to the left and right bucket parts as a single axis, and installed on both sides of the bucket part to raise and lower the driving part It is characterized in that it is composed of; a support bar that holds the bucket part open or closed according to the descent.
또한 상기 구동부는 리니어 서보 모터로 적용되는 것을 특징으로 한다.In addition, the driving unit is characterized in that it is applied as a linear servo motor.
또한 상기 제어부와 연결되어 외부 조종기를 통해 작동신호를 제공받아 구동부를 원격으로 조종하기 위한 통신모듈이 본체 상부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that a communication module for remotely controlling the driving unit connected to the control unit by receiving an operation signal through an external manipulator is installed on the upper part of the main body.
또한 상기 본체 하단부에는 안전지지판이 더 설치되어, 본체가 시료채취 장소에 안정적으로 안착되도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, a safety support plate is further installed at the lower end of the main body, so that the main body is stably seated at the sample collection site.
본 발명의 드론 장착형 그랩 샘플러를 통해 시료채취가 어려운 환경에서 인력을 직접적으로 투입하지 않고, 안전하게 채취작업이 이루어지도록 한 효과가 있고, 시료의 형태가 유실되지 않고 연구에 사용될 수 있도록 한 형태로 채취할 수 있도록 한 구조로 하여, 시료의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The drone-mounted grab sampler of the present invention has the effect of allowing safe sampling without directly inputting manpower in an environment where sampling is difficult, and the sample is collected in a form that can be used for research without loss of form It is possible to improve the reliability of the sample by making it such a structure that it is possible to do so.
또한 본 발명은 드론에 장착되는 그랩 샘플러의 효율적인 새료 채취구조와 함께 드론이 버틸 수 있는 최대중량(payload)을 고려하여 경량화한 구성으로 제공하여, 효율적인 운용이 가능한 이점을 갖는다.In addition, the present invention has the advantage of enabling efficient operation by providing a lightweight configuration in consideration of the maximum payload that the drone can withstand together with the efficient material collection structure of the grab sampler mounted on the drone.
도 1은 종래의 시료 채취를 위한 장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 드론 장착형 그랩 샘플러를 나타낸 도면
도 3 내지 4는 본 발명의 드론 장착형 그랩 샘플러의 작동 예시를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 드론 장착형 그랩 샘플러에서 안전지지판의 설치구조를 나타낸 사시도1 is a view showing a conventional device for sampling
2 is a view showing a drone-mounted grab sampler of the present invention;
3 to 4 are views showing an example of operation of the drone-mounted grab sampler of the present invention;
5 is a perspective view showing the installation structure of the safety support plate in the drone-mounted grab sampler of the present invention;
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명은 도 2에 도시한 바와 같이 드론에 장착되는 그랩 샘플러에 관한 것으로서, 드론에 장착하여 시료채취가 어려운 환경에서 인력을 직접적으로 투입하지 않고 안전하게 채취작업이 이루어지도록 한다.The present invention relates to a grab sampler mounted on a drone as shown in FIG. 2, and it is mounted on the drone so that the sampling operation can be performed safely without directly inputting manpower in an environment where sampling is difficult.
그리고 본 발명에서 표층 퇴적물 채취는 교란되지 않은 부분의 표층에서 2cm 깊이까지 채취하는 것으로 한다. 따라서 표층 퇴적물 채취 심도 및 채취량은 해양환경공정시험 기준에 따라 시료 여유분을 생각하여 표층으로부터 깊이 2cm 이상에서 200g 이상의 시료 채취를 제1목적으로 하며,And in the present invention, the surface sediment collection shall be taken to a depth of 2 cm from the surface layer of the unperturbed portion. Therefore, for the depth and amount of surface sediment collection, the first purpose is to collect samples of 200 g or more at a depth of 2 cm or more from the surface layer in consideration of the sample surplus according to the marine environmental process test standards,
드론이 버틸수 있는 최대중량(payload)을 초과하지 않기 위해 총 무게 1.5kg 이하로 제작하여 무게 부담을 최소화하고, 시료 채취량을 생각하여 약 500g의 여유 무게를 확보하는 것에 제2목적으로 한다.The second purpose is to minimize the weight burden by producing a total weight of 1.5 kg or less so as not to exceed the maximum weight (payload) that the drone can withstand, and to secure an extra weight of about 500 g in consideration of the sample collection amount.
물론 상기의 목적은 현재 나와 있는 일반적인 드론에 적용되는 사항에 예를 들은 것으로서, 드론의 사이즈가 커지고 성능이 상승함에 따라 비례하여 변경될 수 있다.Of course, the above purpose is given as an example of matters applied to the currently available general drones, and may be changed proportionally as the size of the drone increases and the performance increases.
본 발명에 따른 드론 장착형 그랩 샘플러의 주요 구성은 도면에 도시한 바와 같이 내부에 설치공간을 형성하고 하부가 개방된 본체(100)와, 상기 본체(100)의 내부에 설치되어 한 쌍의 버킷부(210)를 벌리거나 오므리는 형태로 움직여서 시료를 채취하는 그랩장치(200)와, 상기 본체(100)의 상부에 설치되고 본체(100) 내부의 그랩장치(200)와 연결되어 그랩장치(200)를 작동시키는 구동부(300)와, 상기 구동부(300)의 작동을 제어하는 제어부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The main configuration of the drone-mounted grab sampler according to the present invention is as shown in the drawing, a
상기 본체(100)는 드론의 하부에 설치되는 것으로서, 주요구성에 해당하는 그랩장치(200), 구동부(300), 제어부(400)가 설치된다. 상기 본체(100)의 재질은 내충격성과 내후성이 우수한 폴리카보네이트로 적용되는 것이 바람직하며, 본체(100) 내부 구성의 기계적 결함을 외부에서 쉽게 파악할 수 있도록 투명한 재질로 적용되는 것이 좋다.The
그리고 상기 그랩장치(200)는 본체(100) 내부에 설치되는 것으로서, 한 쌍의 버킷부(210)가 벌어지거나 오므리는 형태로 움직이면서 시료를 채취하는 것이다. 상기 그랩장치(200)의 작동을 위해서는 구동부(300)를 통해 이루어지게 되는데, 구동부(300)는 본체(100)의 상부에 설치되어 그랩장치(200)와 연결되어 있다.And, the
상기 그랩장치(200)의 구체적인 구조는 도 3 내지 4에 도시한 바와 같이 반원의 원통을 각각 절반의 형태로 좌우 배치되는 버킷부(210)와, 상기 버킷부(210)의 상부에 연결되어 좌측과 우측의 버킷부(210)가 하나의 축으로 연결되는 회전축(220)과, 상기 버킷부(210) 양측에 각각 설치되어 구동부(300)의 상승 및 하강에 따라 버킷부(210)가 벌어지거나 오므려지도록 잡아주는 지지바(230);로 구성되는 것을 특징으로 한다.The specific structure of the
즉, 본 발명의 그랩장치(200)는 구동부(300)의 상승 및 하강작용에 의해 이루어지는 구조로 되어 있으며, 지지바(230)의 한쪽은 본체(100)의 안쪽에 고정되어 있고 반대편은 버킷부(210)의 외측에 고정되어 있다. 이때 지지바(230)의 양단부는 회전가능한 형태로 고정되어 있다. 이와 같이 버킷부(210)의 양측에는 지지바(230)가 잡아주고 있기 때문에, 수직으로 운동하는 구동부(300)에 의해 회전축(220)의 위치가 상하로 이동하게 되면 수직 이동정도에 따라 버킷부(210)가 회전축(220)을 중심으로 회전하면서 벌어지거나 오므려지게 되는 것이다. That is, the
상기 구동부(300)는 그랩장치(200)에 수직운동을 전달하는 구성으로서, 실린더와 같은 장치로 적용될 수 있지만, 본 발명에서는 리니어 서보 모터(Linear servo motor)로 적용되는 것이 바람직하다. 상기 리니어 서보 모터로 적용할 경우, 기어 비 63:1, 100mm 스트로크, 74g의 무게를 가지는 작고 경량인 모터로 150N의 추력을 낼 수 있으며, 별도의 드라이브가 필요 없고 6V의 전력을 이용하므로 적은 용량의 배터리로 가동할 수 있다는 장점을 가진다.The
본 발명의 제어부(400)는 아두이노(Arduino)를 이용하여 구동부(300)의 작동을 제어하는 제어구성이다. 그리고 본 발명은 제어부(400)뿐만 아니라 상기 제어부(400)와 연결되어 외부 조종기(미도시)를 통해 작동신호를 제공받아 구동부(300)를 원격으로 조종하기 위한 통신모듈(500)을 더 포함할 수 있다. 상기 통신모듈(500)은 제어부(400)와 가까운 위치의 본체(100) 상부에 설치되는 것이 바람직하며, 통신모듈(500)의 종류는 Zigbee통신의 한 종류에 해당하는 Xbee 통신으로 적용될 수 있다. 상기 Xbee통신의 장점은 간단한 코딩을 통해 사용자 목적에 맞게 쉽게 사용할 수 있으며, 별도의 초기 설정 없이 바로 사용 가능하다는 것에 있다.The
아울러, 본 발명은 도 5에 도시한 바와 같이 상기 본체(100) 하단부에는 안전지지판(600)이 더 설치되어, 본체(100)가 시료채취 장소에 안정적으로 안착 되도록 한 것이 좋다. 상기 안전지지판(600)의 앞뒤부분은 위쪽으로 구부린 형상으로 형성되어, 본체(100)가 넘어지거나 뒤집히지 않도록 한다. In addition, in the present invention, as shown in FIG. 5 , a
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above with reference to the above embodiments, it goes without saying that various modifications are possible within the scope of the technical spirit of the present invention.
100 : 본체 200 : 그랩장치
210 : 버킷부 220 : 회전축
230 : 지지바 300 : 구동부
400 : 제어부 500 : 통신모듈
600 : 안전지지판100: body 200: grab device
210: bucket part 220: rotation shaft
230: support bar 300: driving unit
400: control unit 500: communication module
600: safety support plate
Claims (5)
내부에 설치공간을 형성하고 하부가 개방된 본체(100)와,
상기 본체(100)의 내부에 설치되어 한 쌍의 버킷부(210)를 벌리거나 오므리는 형태로 움직여 시료를 채취하는 그랩장치(200)와,
상기 본체(100)의 상부에 설치되고 본체(100) 내부의 그랩장치(200)와 연결되어 그랩장치(200)를 작동시키는 구동부(300)와,
상기 구동부(300)의 작동을 제어하는 제어부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 장착형 그랩 샘플러
In the grab sampler mounted on the drone,
The main body 100 with an open bottom and forming an installation space therein;
A grab device 200 installed inside the main body 100 to collect a sample by moving a pair of bucket parts 210 in the form of opening or closing them;
a driving unit 300 installed on the upper portion of the main body 100 and connected to the grab device 200 inside the main body 100 to operate the grab device 200;
Drone-mounted grab sampler comprising a; a control unit 400 for controlling the operation of the driving unit 300
상기 그랩장치(200)는;
반원의 원통을 각각 절반의 형태로 좌우 배치되는 버킷부(210)와,
상기 버킷부(210)의 상부에 연결되어 좌측과 우측의 버킷부(210)가 하나의 축으로 연결되는 회전축(220)과,
상기 버킷부(210) 양측에 각각 설치되어 구동부(300)의 상승 및 하강에 따라 버킷부(210)가 벌어지거나 오므려지도록 잡아주는 지지바(230);로 구성되는 것을 특징으로 하는 드론 장착형 그랩 샘플러
The method of claim 1,
The grab device 200 is;
A bucket portion 210 disposed left and right in the shape of a half of a semicircle, respectively,
A rotary shaft 220 connected to the upper portion of the bucket portion 210 and the left and right bucket portions 210 are connected as one axis;
A drone-mounted grab comprising: a support bar 230 installed on both sides of the bucket part 210 to hold the bucket part 210 to be opened or closed according to the rising and falling of the driving part 300; sampler
상기 구동부(300)는 리니어 서보 모터로 적용되는 것을 특징으로 하는 드론 장착형 그랩 샘플러
According to claim 1 or 2,
The drive unit 300 is a drone-mounted grab sampler, characterized in that it is applied as a linear servo motor
상기 제어부(400)와 연결되어 외부 조종기를 통해 작동신호를 제공받아 구동부(300)를 원격으로 조종하기 위한 통신모듈(500)이 본체(100) 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 드론 장착형 그랩 샘플러
The method of claim 1,
Drone-mounted grab sampler, characterized in that the communication module 500 for remotely controlling the driving unit 300 by being connected to the control unit 400 and receiving an operation signal through an external manipulator is installed on the upper part of the main body 100
상기 본체(100) 하단부에는 안전지지판(600)이 더 설치되어, 본체(100)가 시료채취 장소에 안정적으로 안착되도록 한 것을 특징으로 하는 드론 장착형 그랩 샘플러
The method of claim 1,
A drone-mounted grab sampler, characterized in that a safety support plate 600 is further installed at the lower end of the main body 100 so that the main body 100 is stably seated at the sample collection site
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|---|---|---|---|
| KR1020200176686A KR102496038B1 (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Drone mounted grab sampler |
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|---|---|
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- 2020-12-16 KR KR1020200176686A patent/KR102496038B1/en active IP Right Grant
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