KR20220134730A - Wired Drone for Disaster Command Vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a wired drone system for a disaster command vehicle, which can be operated for a long period of time at a disaster site such as forest fire monitoring to be loaded and operated in a comprehensive monitoring system command vehicle with wired power transmission capable of real-time video and broadcast transmission. According to the present invention, the wired drone system for a disaster command vehicle comprises: a ground control device (300) loaded in a command vehicle (200) commanding at a disaster site; and a drone (100) receiving power from a power supply unit (210) provided in the ground control device (300) through a wire to perform a mission while flying over the disaster site. The power supply unit (210) of the ground control device (300) loaded in the disaster command vehicle (200) converts commercial AC power or power generated through a PTO generator of the vehicle into DC power through a converter (220) to supply the DC power to the wired drone (100) through a power cable included in power network lines (240). The drone (100) is provided to transmit data acquired by performing a mission and location information of the drone (100) to the ground control device (300) through a network cable included in the power network lines (240) to quickly carry out the mission at the disaster site and perform the mission for a long period of time to respond to emergency disaster situations.

Description

재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템 {Wired Drone for Disaster Command Vehicle}Wired Drone for Disaster Command Vehicle

본 발명은 유선 드론 시스템에 관한 것으로, 특히 산불감시 등의 재난 현장에서 장시간 운용이 가능하여 실시간 영상 및 방송 전송이 가능한 유선 전력 전송 방식의 종합감시체계 지휘 차량에 탑재되어 운용되는 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a wired drone system, and in particular, a wired drone for a disaster command vehicle that can be operated for a long time at a disaster site such as forest fire monitoring, and is mounted on a command vehicle of a wired power transmission system that can transmit real-time images and broadcasts. It's about the system.

근래 들어 드론 기술의 발전으로 드론의 활용도가 넓어지고 있으며, 특히 인명구조, 화재 현장 등 각종 재난 현장에서 소방 드론의 역할과 그 중요성이 강조되고 있다. 이러한 소방 드론은 화재·구조·구급 등 재난 현장에서 기동력이 빠르고 입체적인 시야 확보가 가능해 소방 전술을 수행하는 데 있어 재난 현장의 정보를 수집하는데 아주 용이한 장점을 지니고 있다.In recent years, with the development of drone technology, the use of drones is expanding, and in particular, the role and importance of firefighting drones are being emphasized in various disaster sites such as lifesaving and fire sites. These firefighting drones have the advantage of being very easy to collect information on disaster sites in carrying out firefighting tactics because they have fast mobility and can secure a three-dimensional view at disaster sites such as fire, rescue, and first aid.

드론에 관한 기술은 현재까지 중국이 가장 발달 되어 있는 것으로 알려져 있는데, 다른 나라에 비해 저가이면서 고성능의 드론이 판매되고 있기 때문에 민간 분야에서 많이 사용하고 있다. 이에 반해 국내에서 제작되는 드론은 아직 중국에 비해 기술 수준은 낮으며 주요 부품의 수입 비율도 높은 실정이다. China is known to be the most developed drone technology so far, and it is widely used in the private sector because low-cost and high-performance drones are being sold compared to other countries. On the other hand, drones manufactured in Korea are still at a low level of technology compared to China, and the import ratio of major parts is also high.

한편, 드론의 운용 시간은 탑재 중량에 따라 달라지는데, 탑재물이 없으면 35~40분 정도 무선으로 운용 가능하고, 감시 장비나 스피커와 같은 장비를 장착하면 20분대로 대폭 감소하게 된다. 재난 현장에서 운용하는 소방 드론은 배터리로 운용하기 때문에 20분 정도의 비행시간을 가지며, 이에 따라 장시간 지속적인 임무 수행이 불가능하다. 따라서, 지속적인 임무 수행을 위해서는 더 많은 배터리의 사용이 요구되거나, 드론을 교대하여 임무를 수행해야만 한다.On the other hand, the operating time of a drone varies depending on the weight of the drone. If there is no payload, it can be operated wirelessly for about 35 to 40 minutes, and when equipment such as monitoring equipment or speakers is installed, it is greatly reduced to 20 minutes. Firefighting drones operated at disaster sites have a flight time of about 20 minutes because they are operated by batteries, and thus, it is impossible to continuously perform missions for a long time. Therefore, in order to continuously perform a mission, it is necessary to use more batteries or to perform a mission by rotating the drone.

이러한 무선 드론의 문제점에 따라 근래에는 재난 현장에서 유선으로 전원 공급이 가능한 유선 드론이 제안되기도 하였다. 하지만, 종래 유선 드론은 드론에 전원을 공급하기 위해 발전기를 따로 가지고 다니며 운용해야 하며, 고정된 지상 스테이션이나 유선 시스템을 설치하여 운용해야 하기 때문에 급한 상황에서 바로 전개하여 사용하기 어려운 단점이 있었다. 또한, 종래의 유선 드론은 지상 스테이션을 한번 설치하면 드론을 착륙시키기 전까지는 이동이 불가능하여 운용 범위가 한정되는 문제점이 있었다.According to these problems of wireless drones, in recent years, wired drones capable of supplying power by wire at disaster sites have also been proposed. However, the conventional wired drone has to carry and operate a generator separately to supply power to the drone, and it is difficult to deploy and use it in an urgent situation because a fixed ground station or a wired system must be installed and operated. In addition, the conventional wired drone has a problem in that once the ground station is installed, it cannot move until the drone is landed, and thus the operating range is limited.

대한민국 등록특허공보 제10-2073329호 (2020.01.23. 등록)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2073329 (Registered on Jan. 23, 2020) 대한민국 등록특허공보 제10-1933402호 (2018.12.21. 등록)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1933402 (Registered on Dec. 21, 2018)

본 발명은 상기 종래 유선 드론의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 재난 지휘 차량으로부터 유선으로 전원을 공급받아 장시간 운용이 가능하며, 재난 지휘 차량이 이동할 때 드론도 함께 이동하여 넓은 범위에 걸쳐 운용 가능한 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템을 제공하는 데 있다. The present invention has been proposed to solve the problems of the conventional wired drone, and an object of the present invention is to be able to operate for a long time by receiving power from the disaster command vehicle over a wire, and when the disaster command vehicle moves, the drone also moves with it to provide a wide The goal is to provide a wired drone system for disaster command vehicles that can operate over a range.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템은 재난 현장을 지휘하는 지휘 차량에 탑재된 지상 관제장치와, 상기 지상 관제장치에 구비된 전원공급부로부터 유선을 통하여 전원을 공급받아 재난 현장을 비행하면서 임무를 수행하는 드론을 포함하되, 상기 재난 지휘 차량에 탑재된 지상 관제장치의 전원공급부는 상용 AC 전원 또는 차량의 PTO 발전기를 통하여 생성되는 전원을 컨버터를 통하여 DC 전원으로 변환하여 전원 네트워크 선에 포함된 전력 케이블을 통하여 유선 드론에 공급하고, 상기 드론은 드론의 위치 정보 및 임무 수행에 따라 획득되는 데이터를 전원 네트워크 선에 포함된 네트워크 케이블을 통해 지상 관제장치에 전송하게 된다.A wired drone system for a disaster command vehicle according to the present invention for achieving the above object is a ground control device mounted on a command vehicle that directs a disaster site, and a power supply unit provided in the ground control device through a wire to receive power from the ground control device. Including a drone that performs a mission while flying over the field, the power supply of the ground control device mounted on the disaster command vehicle converts commercial AC power or power generated through the vehicle's PTO generator into DC power through a converter to power It is supplied to the wired drone through the power cable included in the network line, and the drone transmits the location information of the drone and data acquired according to the mission performance to the ground control device through the network cable included in the power network line.

여기서, 상기 전원공급부의 컨버터는 전력 케이블의 무게를 낮추기 위해, 상용 AC 전원 또는 차량의 PTO 발전기를 통하여 생성되는 AC 200v 전원을 DC 400v 고전압으로 변환하여 전력 케이블을 통해 드론에 공급하게 된다.Here, the converter of the power supply unit converts AC 200v power generated through commercial AC power or the vehicle's PTO generator into DC 400v high voltage in order to lower the weight of the power cable, and supplies it to the drone through a power cable.

또한, 상기 지상 관제장치에 연결되는 전원 네트워크 선은 모터에 의해 구동되는 케이블 릴에 권취되어 드론에 연결되되, 상기 케이블 릴은 전원 네트워크 선을 감거나 풀 때 꼬임이 발생하지 않도록 회전형 커넥터 슬립링(Slip ling)을 릴의 중심에 배치하고, 상기 케이블 릴에 전원 네트워크 선의 장력을 측정하는 센서가 설치되어, 드론의 구동 시 센서의 장력 측정값을 통하여 모터가 전원 네트워크 선의 장력을 유지한 상태에서 전원 네트워크 선을 감거나 풀도록 하는 것이 바람직하다.In addition, the power network line connected to the ground control device is wound on a cable reel driven by a motor and connected to the drone. (Slip ling) is placed in the center of the reel, and a sensor for measuring the tension of the power network line is installed on the cable reel, and the motor maintains the tension of the power network line through the sensor's tension measurement value when the drone is driven. It is desirable to wind or unwind the power network wires.

한편, 상기 드론에는 재난 지휘 차량에 탑재된 지상 관제장치의 전원공급부로부터 전력 케이블을 통해 공급되는 전원을 컨버터를 통해 드론 구동 전압으로 변환하여 드론의 구성부에 공급하는 전원부가 구비되되, 상기 전원부에는 컨버터와 병렬로 전원 스위치 모듈에 연결되는 배터리가 구비되어, 전력 케이블을 통해 공급되는 전원이 차단되는 경우 전원 스위치 모듈이 배터리 전원으로 스위칭 되어 배터리의 전원을 드론에 공급하도록 한다.On the other hand, the drone is provided with a power supply unit that converts power supplied through a power cable from the power supply unit of the ground control device mounted on the disaster command vehicle into a drone driving voltage through a converter and supplies it to the components of the drone, the power unit includes A battery connected to the power switch module in parallel with the converter is provided, and when power supplied through the power cable is cut off, the power switch module is switched to battery power to supply power from the battery to the drone.

또한, 상기 드론에는 정밀 위치 추적이 가능한 RTK-GPS(Real Time Kinematic GPS)가 구비되어, 제어부에서 RTK-GPS 측정값을 이용하여 드론의 호버링 동작을 제어하게 된다. In addition, the drone is equipped with a Real Time Kinematic GPS (RTK-GPS) capable of precise location tracking, and the controller controls the hovering operation of the drone using the RTK-GPS measurement value.

본 발명에 따르면, 재난 지휘 차량에 유선으로 드론을 연결하여 드론이 재난 지휘 차량에 설치된 5KW 급 이상의 PTO 발전기 또는 상용 AC 전원으로부터 전력을 공급받아 비행할 수 있어 빠른 임무 전개가 가능하고, 장시간 임무 수행이 가능하여 긴급한 재난 상황에 대응할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, by connecting the drone to the disaster command vehicle by wire, the drone can fly by receiving power from a PTO generator of 5KW or higher or commercial AC power installed in the disaster command vehicle, enabling rapid mission deployment and long-term mission performance This has the effect of responding to an emergency disaster situation.

또한, 재난 지휘 차량의 이동시 드론이 함께 이동하면서 임무를 수행할 수 있어 재난 현장에서 폭넓은 지역에 걸쳐 지속적인 감시가 가능한 효과가 있다.In addition, when the disaster command vehicle moves, the drone can perform missions while moving together, so it has the effect of enabling continuous monitoring over a wide area at the disaster site.

도 1은 본 발명에 따른 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템의 전체 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 드론의 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 지휘 차량에 탑재된 지상 관제장치(300)의 블록 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 유선 전력 공급 방식의 일례,
도 5는 본 발명에 따른 재난 지휘 차량의 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 케이블 릴의 일례를 나타낸 것이다. 1 is an overall conceptual diagram of a wired drone system for a disaster command vehicle according to the present invention;
2 is a block diagram of a drone according to the present invention;
3 is a block diagram of a ground control device 300 mounted on a command vehicle according to the present invention;
4 is an example of a wired power supply method according to the present invention;
5 is a conceptual diagram of a disaster command vehicle according to the present invention;
6 shows an example of a cable reel according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유선 드론 시스템의 전체 개념도이고, 도 2는 드론의 블록 구성도이며, 도 3은 지휘 차량에 탑재된 지상 관제장치(300)의 블록 구성도를 나타낸 것이다. 1 is an overall conceptual diagram of a wired drone system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a drone, and FIG. 3 is a block diagram of a ground control device 300 mounted on a command vehicle.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유선 드론 시스템은 재난 현장을 이동하면서 지휘하는 재난 지휘 차량(200)과, 상기 재난 지휘 차량(200)으로부터 유선으로 전력을 공급받아 비행하면서 재난 현장을 감시하는 드론(100)을 포함하여 이루어진다. As shown in FIGS. 1 to 3 , the wired drone system according to the present invention includes a disaster command vehicle 200 that commands while moving at a disaster site, and while flying while receiving electric power from the disaster command vehicle 200 by wire. It is made, including the drone 100 to monitor the disaster site.

상기 지휘 차량(200)에는 드론(100)에 유선을 통해 전원을 공급하고 드론(100)의 동작을 제어하며, 드론(100)을 통해 획득되는 데이터를 유선으로 전송받아 모니터링하고 분석하는 지상 관제장치(300)가 탑재된다. 지휘 차량(200)에 탑재된 지상 관제장치(300)는 지휘 차량(200)이 이동하는 경우 지휘 차량(200)의 이동을 추적하여 드론(100)에 이동 제어신호를 전송함으로써, 드론(100)이 이동하는 지휘 차량을 따라 함께 이동할 수 있도록 제어하게 된다. A ground control device that supplies power to the drone 100 through a wire to the command vehicle 200 , controls the operation of the drone 100 , and receives data acquired through the drone 100 over a wire to monitor and analyze it. (300) is mounted. When the command vehicle 200 moves, the ground control device 300 mounted on the command vehicle 200 tracks the movement of the command vehicle 200 and transmits a movement control signal to the drone 100, thereby the drone 100. It will be controlled so that it can move together with the moving command vehicle.

상기 드론(100)은 재난 지휘 차량(200)의 제어에 따라 재난 현장에서 임무를 수행하는 무인 비행 장치이다.The drone 100 is an unmanned flying device that performs a mission at a disaster site under the control of the disaster command vehicle 200 .

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 드론(100)은 일반적인 드론 형태와 마찬가지로 비행을 위해 몸체(101)를 중심으로 사방으로 암을 형성하는 프레임(102)이 형성되고, 이 프레임(102)의 일단 상부에는 구동부(170)에 의해 구동되어 회전하는 복수의 회전 날개(103)가 설치되며, 몸체(101)의 하부에는 이착륙을 위한 랜딩기어(104)가 설치되어 있다. 또한, 몸체(101) 일측에는 비행 중에 드론(100)의 위치, 고도, 속도 등의 정보를 획득하는 센서부(140)와, 비행 영역을 촬영하는 짐벌 카메라(150) 및 안내 방송을 위한 스피커(160)가 설치된다. 1 and 2, the drone 100 according to the present invention has a frame 102 that forms arms in all directions around a body 101 for flight like a general drone shape, and this A plurality of rotary blades 103 that are driven and rotated by the driving unit 170 are installed on one end of the upper portion of the frame 102 , and a landing gear 104 for takeoff and landing is installed on the lower portion of the body 101 . In addition, on one side of the body 101, a sensor unit 140 for acquiring information such as the position, altitude, speed, etc. of the drone 100 during flight, a gimbal camera 150 for photographing a flight area, and a speaker for announcements ( 160) is installed.

또한, 드론(100)의 몸체(101) 내측에는 드론(100)의 동작을 설정하기 위한 설정부(120)와, 재난 지휘 차량(200)에 설치된 지상 관제장치(300)와 유선으로 통신을 수행하는 통신부(130)와, 상기 각 구성부의 동작을 제어하며 센서부(140) 및 카메라(150)를 통하여 획득되는 데이터를 통신부(130)를 통해 재난 지휘 차량(200)에 탑재된 지상 관제장치(300)에 전송하는 제어부(110)와, 재난 지휘 차량(200)에 탑재된 지상 관제장치(300)로부터 유선으로 전원을 공급받아 드론(100)의 각 구성부에 공급하는 전원부(180)가 구비된다. In addition, inside the body 101 of the drone 100, a setting unit 120 for setting the operation of the drone 100, and the ground control device 300 installed in the disaster command vehicle 200 communicate by wire. and a ground control device mounted on the disaster command vehicle 200 through the communication unit 130, which controls the operation of each component, and transmits data obtained through the sensor unit 140 and the camera 150 through the communication unit 130 ( 300), and a power supply unit 180 that receives power from the ground control device 300 mounted on the disaster command vehicle 200 by wire and supplies it to each component of the drone 100. do.

본 발명의 실시 예에서 상기 드론(100)은 재난 지휘 차량(200)에 설치된 지상 관제장치(300)로부터 유선으로 전력을 공급받아, 지상에서 최대 50m 높이로 호버링이 가능하도록 제작된다. 또한, 드론(100)에는 유선 전력 공급을 위한 전력 케이블과 함께 지휘 차량(200)에 탑재된 지상 관제장치(300)로부터 드론 운용과 임무 수행을 위한 제어 신호를 전송받고, 드론(100)을 통해 획득되는 영상 등의 데이터를 지상 관제장치(300)에 전송하기 위한 이더넷 기반의 네트워크 케이블이 장착되는데, 이 네트워크 케이블은 전력 케이블과 함께 전원 네트워크 선(240)을 구성하게 된다. 즉, 전원 네트워크 선(240)은 통신부(130)와 유선으로 통신을 수행하는 네트워크 케이블과, 전원부(180)에 유선으로 전력을 공급하는 전력 케이블이 통합되어 구성되는 구조로 이루어진다. 한편, 상기 드론(100)에는 드론(100)의 원활한 이륙과 착륙을 위해 전원 네트워크 선(240)이 자동으로 풀림과 감김이 가능하도록 하는 케이블 릴 모듈이 부착된다.In an embodiment of the present invention, the drone 100 receives power from the ground control device 300 installed in the disaster command vehicle 200 by wire, and is manufactured to be able to hover at a height of up to 50 m above the ground. In addition, the drone 100 receives a control signal for drone operation and mission performance from the ground control device 300 mounted on the command vehicle 200 together with a power cable for supplying wired power, and through the drone 100 . An Ethernet-based network cable for transmitting data such as an acquired image to the ground control device 300 is mounted, and this network cable constitutes the power network line 240 together with the power cable. That is, the power network line 240 has a structure in which a network cable for performing communication with the communication unit 130 by wire and a power cable for supplying power to the power supply unit 180 by wire are integrated. On the other hand, a cable reel module is attached to the drone 100 so that the power network wire 240 can be automatically unwound and wound for smooth take-off and landing of the drone 100 .

한편, 드론(100)의 센서부(140)에는 정밀한 위치 추적이 가능한 RTK-GPS(Real Time Kinematic GPS)(141)가 구비되어. 드론(100)의 현재 위치를 측정하여 제어부(110)에 전송하게 된다. On the other hand, the sensor unit 140 of the drone 100 is equipped with a Real Time Kinematic GPS (RTK-GPS) 141 capable of precise location tracking. The current position of the drone 100 is measured and transmitted to the controller 110 .

상기 제어부(110)는 RTK-GPS(141)의 측정값을 분석하여 드론(100)의 현재 비행 위치를 파악하고 이를 통하여 드론(100)의 비행 및 호버링 동작을 정밀하게 제어하며, 지휘 차량(200)이 이동하는 경우 지상 관제장치(300)로부터 차량의 이동에 따른 드론 이동제어 신호를 전송받아 드론(100)이 지휘 차량을 따라 이동할 수 있도록 드론(100)의 비행을 제어하게 된다. 또한, 제어부(110)는 비행 중인 드론(100)의 정확한 위치를 파악하여 드론(100)의 착륙시 재난 지휘 차량(200)에 정확하게 착륙할 수 있도록 제어하게 된다. The control unit 110 analyzes the measurement value of the RTK-GPS 141 to determine the current flight position of the drone 100 and precisely controls the flight and hovering operation of the drone 100 through this, and the command vehicle 200 ), it receives a drone movement control signal according to the movement of the vehicle from the ground control device 300 and controls the flight of the drone 100 so that the drone 100 can move along the command vehicle. In addition, the controller 110 determines the exact location of the drone 100 in flight, and controls the landing of the drone 100 to accurately land on the disaster command vehicle 200 .

상기 지상 관제장치(300)는 지휘 차량(200)에 탑재되어 유선으로 드론(100)에 전원을 공급하고, 드론(100)과 유선으로 통신을 수행하여 드론(100)의 비행을 제어하게 된다. The ground control device 300 is mounted on the command vehicle 200 to supply power to the drone 100 by wire, and to communicate with the drone 100 by wire to control the flight of the drone 100 .

도 3에 도시된 바와 같이, 지상 관제장치(300)에는 지상 관제장치(300) 및 드론(100)의 동작을 설정하기 위한 설정부(320)와, 드론(330)과 유선으로 통신을 수행하는 통신부(330)와, 지상 관제장치(300)가 탑재된 지휘 차량(200)의 위치를 측정하는 RTK-GPS(341)가 구비된 센서부(340)와, 드론(100)을 통하여 획득되는 데이터를 저장하는 메모리(350)와, 상기 각 구성부의 동작을 제어하는 제어부(310)와, 지상 관제장치(300)의 각 구성부에 전원을 공급하는 전원부(360)가 구비된다. As shown in FIG. 3 , the ground control device 300 includes a setting unit 320 for setting the operations of the ground control device 300 and the drone 100 , and a drone 330 that communicates by wire. Data acquired through the communication unit 330, the sensor unit 340 equipped with the RTK-GPS 341 for measuring the position of the command vehicle 200 on which the ground control device 300 is mounted, and the drone 100 A memory 350 for storing , a control unit 310 for controlling the operation of each component, and a power supply unit 360 for supplying power to each component of the ground control device 300 are provided.

상기 제어부(310)는 전원공급부(210)를 통하여 드론(100)에 전원을 공급하는 한편, 지휘 차량(200)이 이동하는 경우 이를 RTK-GPS(341)를 통하여 실시간으로 파악하여 지휘 차량(200)의 이동에 따라 드론(100)이 함께 이동할 수 있도록 드론(100)에 이동 제어신호를 전송하게 된다. The control unit 310 supplies power to the drone 100 through the power supply unit 210, and when the command vehicle 200 moves, it detects it in real time through the RTK-GPS 341, and the command vehicle 200 ), a movement control signal is transmitted to the drone 100 so that the drone 100 can move together.

한편, 드론(100)에는 짐벌이 포함된 EO(Electro-Optics)/IR(Infrared) 카메라(150)와 네트워크 스피커(160). 그리고 50m 길이의 전원 네트워크 선(240)이 포함될 수 있는데, 이 장비의 무게는 대략 10kg 이상이 된다. 또한, 전력 변환을 위한 컨버터(181)의 무게를 고려하면 드론(100)의 무게는 대략 15kg 이하가 되는데, 이러한 드론(100)의 페이로드(payload)를 지원하기 위한 전력 전송이 필요하다. 즉, 드론(100)의 장시간 호버링을 지원하기 위해서는 3KW 이상의 전력을 드론(100)에 공급하여야 있는데, 3KW의 고출력 전원을 50m 이상의 전력 케이블을 통해 전송하기 위해서 전력 케이블의 무게를 낮추어야 할 필요가 있다. Meanwhile, the drone 100 includes an EO (Electro-Optics)/IR (Infrared) camera 150 and a network speaker 160 including a gimbal. And a power network line 240 of a length of 50 m may be included, and the weight of this equipment is approximately 10 kg or more. In addition, considering the weight of the converter 181 for power conversion, the weight of the drone 100 is approximately 15 kg or less, and power transmission is required to support the payload of the drone 100 . That is, in order to support long-time hovering of the drone 100, 3KW or more of power must be supplied to the drone 100. In order to transmit 3KW of high-output power through a 50m or longer power cable, it is necessary to lower the weight of the power cable. .

일반적으로, 3KW 이상의 소비 전력을 전송하기 위해 드론(100)에서 사용하는 24v 또는 48v를 유선으로 전송하기 위해서는 높은 전류가 필요하게 되며, 높은 전류를 감당하기 위해서는 굵은 전력 케이블이 필요하다. In general, a high current is required to transmit 24v or 48v used by the drone 100 by wire to transmit power consumption of 3KW or more, and a thick power cable is required to handle the high current.

Figure pat00001
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상기 수학식 1은 소비전력(W)을 구하는 수식으로, 소비전력(W)은 전압(V)과 전류(A)의 곱으로 결정된다. 따라서, 높은 전압에서는 낮은 전류의 사용이 가능하기 때문에, 고전압을 이용하면 얇은 전력 케이블로도 높은 소비전력(W)의 전송이 가능해지므로, 본 발명에서는 전력 케이블의 무게를 낮추기 위해 고전압을 이용하게 된다. Equation 1 is a formula for calculating the power consumption (W), and the power consumption (W) is determined by the product of the voltage (V) and the current (A). Therefore, since it is possible to use a low current at a high voltage, the high voltage enables transmission of high power consumption (W) even with a thin power cable, so that in the present invention, a high voltage is used to reduce the weight of the power cable. .

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유선 전력 공급 방식의 일례를 나타낸 것이다. 4 shows an example of a wired power supply method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에서 지휘 차량(200)에 설치된 지상 관제장치(300)는 전원공급부(210)를 통해 400v의 고전압 전력을 드론(100)에 전송하며, 드론(100)은 400v의 고전압을 DC-DC 컨버터(181)를 통해 드론 구동 전압으로 강하시켜 드론(100)의 각 구성부에 공급하게 된다. In an embodiment of the present invention, the ground control device 300 installed in the command vehicle 200 transmits 400v high voltage power to the drone 100 through the power supply unit 210, and the drone 100 transmits the 400v high voltage DC -Down to the drone driving voltage through the DC converter 181 and supplied to each component of the drone 100.

즉, 지상 관제장치(300)의 전원공급부(210)는 상용 AC 전원(211)을 컨버터(220)를 통해 DC 400v로 변환하여 전력 케이블을 통해 드론(100)에 공급하게 되는데, 만약 재난 임무 지역에서 상용 AC 전원(211)을 확보하지 못할 경우 지상 관제장치(300)의 전원공급부(210)는 지휘 차량(200)의 PTO 발전기(212)를 이용하여 AC 220v를 생산하고 이를 컨버터(220)에 입력하여 400v의 고전압을 생산하게 된다. That is, the power supply unit 210 of the ground control device 300 converts the commercial AC power 211 to DC 400v through the converter 220 and supplies it to the drone 100 through a power cable. When the commercial AC power 211 cannot be secured in the It is input and produces a high voltage of 400v.

한편, 유선으로 연결된 드론(100)은 재난 지휘 차량(200)에 설치된 지상 관제장치(300)의 전원공급부(210)로부터 400v의 DC 전원을 공급받지만, 정전이나 PTO 발전기의 고장과 같은 상황이 발생하여 공급 전원이 차단되는 경우가 발생할 수 있는데, 이러한 상황이 발생하면 호버링 중인 드론(100)이 추락하게 되는 문제점이 있다.On the other hand, the drone 100 connected by wire receives DC power of 400v from the power supply unit 210 of the ground control device 300 installed in the disaster command vehicle 200, but a situation such as a power outage or a failure of the PTO generator occurs. Therefore, there may be a case in which the supply power is cut off, and when such a situation occurs, there is a problem in that the hovering drone 100 falls.

본 발명에서는 이러한 드론(100)의 추락을 방지하기 위해, 드론(100)의 전원부(180)에 배터리(183) 및 전원 스위치 모듈(182)을 구비하여, 컨버터(181)로 공급되는 유선 전원이 차단되는 경우 전원 스위치 모듈(182)이 바로 배터리 전원으로 스위칭 되어 배터리(183)의 전원을 드론(100)에 공급하도록 하였다. In the present invention, in order to prevent the drone 100 from falling, a battery 183 and a power switch module 182 are provided in the power supply unit 180 of the drone 100 so that the wired power supplied to the converter 181 is When cut off, the power switch module 182 is directly switched to battery power to supply the power of the battery 183 to the drone 100 .

즉, 유선 드론(100)의 전원부(180)에 구비된 전원 스위치 모듈(182)은 배터리 전원과 컨버터 전원을 선택하여 드론(100)으로 공급하는 모듈로서, 두 전원을 병렬로 연결하기 위해 고용량 다이오드를 전원 스위치 모듈(182)에 실장 함으로써 각각의 전원 소스에서 공급함과 동시에 역전압을 방지할 수 있도록 하였다. 또한, 전원 스위치 모듈(182)에 대용량 캐패시터의 회로를 내장함으로써 유선 전원의 고장으로 발생하는 배터리(183)로의 전원 교체시 순간적인 전력 공백 현상을 없앨 수 있도록 하였다. 만약, 전원 공급이 차단되었던 컨버터(181)로 다시 유선 전원이 공급되는 전원 스위치 모듈(182)은 컨버터(181)로 스위칭되어 유선 전원을 공급받게 된다. That is, the power switch module 182 provided in the power supply unit 180 of the wired drone 100 is a module that selects battery power and converter power and supplies them to the drone 100, and a high-capacity diode to connect the two power sources in parallel. is mounted on the power switch module 182 to supply from each power source and to prevent reverse voltage at the same time. In addition, by embedding a circuit of a large-capacity capacitor in the power switch module 182 , it is possible to eliminate the instantaneous power gap phenomenon when the power is replaced with the battery 183 caused by the failure of the wired power supply. If the power supply switch module 182 to which the wired power is supplied back to the converter 181 in which the power supply was cut off is switched to the converter 181, the wired power is supplied.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 재난 지휘 차량의 개념도를 나타낸 것이다. 5 is a conceptual diagram illustrating a disaster command vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재난 지휘 차량(200)은 적재함이 구비된 SUV 타입의 차량으로써, 적재함에는 미끄럼 방지홈이 구비된 지붕 개폐 장치가 장착되어 드론(100)이 이착륙할 수 있도록 제공된다. 또한, 적재함의 내측에는 전원공급부(210)가 구비된 지상 관제장치(300)가 탑재되어 상용 AC 전원 또는 PTO 발전기를 통하여 생산되는 AC 220v 전원을 컨버터(220)를 통해 DC 400v의 고전압으로 변환하여 전력 케이블을 통하여 드론(100)에 제공하게 된다. As shown in FIG. 4 , the disaster command vehicle 200 according to the present invention is an SUV type vehicle equipped with a loading box, and the loading box is equipped with a roof opening and closing device equipped with an anti-slip groove, so that the drone 100 can take off and land. provided so that In addition, the ground control device 300 equipped with the power supply unit 210 is mounted inside the loading box to convert AC 220v power produced through commercial AC power or a PTO generator into a high voltage of DC 400v through the converter 220. It is provided to the drone 100 through a power cable.

또한, 재난 지휘 차량(200)에는 지상 관제장치(300)의 전원공급부(210)를 통하여 드론(100)에 전원을 공급하는 50m 이상의 14 AWG 전원 케이블과 네트워크 케이블을 통합한 전원 네트워크 선(240)을 보관하고, 드론(100)의 이착륙시 드론(100)에 부하를 주지 않으면서 안전하게 케이블을 회수할 수 있도록 하는 케이블 릴(230)이 장착된다. In addition, the disaster command vehicle 200 has a power network line 240 that integrates a 14 AWG power cable and a network cable of 50 m or more for supplying power to the drone 100 through the power supply unit 210 of the ground control device 300 . and a cable reel 230 that allows the cable to be safely retrieved without loading the drone 100 during take-off and landing of the drone 100 is mounted.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 케이블 릴의 일례를 나타낸 것이다. 6 shows an example of a cable reel according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 케이블 릴(230)은 400v의 고전압 케이블과 8개의 선으로 구성된 네트워크 케이블을 동시에 풀거나 감아야 하는데, 이 케이블 릴(230)이 드론(100)에 고정된 것이 아니라 재난 지휘 차량(200)에 부착되어 케이블이 풀리는 구조로 이루어져 있기 때문에, 외부 전력 케이블(외부 전선)과 네트워크 케이블을 연결한 채로 풀게 되면 일반적인 릴의 구조에서는 외부 전력 케이블에 꼬임이 발생할 수 있다. The cable reel 230 according to the present invention has to simultaneously unwind or wind a 400v high-voltage cable and a network cable consisting of 8 wires, but this cable reel 230 is not fixed to the drone 100, but a disaster command vehicle ( 200) and has a structure in which the cable is unwound, if the external power cable (external wire) and the network cable are disconnected while connected, kinking may occur in the external power cable in a general reel structure.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 회전하는 장비에 전원 또는 신호 라인을 공급할 때 케이블의 꼬임 없이 전달 가능한 회전형 커넥터 슬립링(Slip ling)(231)을 릴의 중심에 배치하였다. In the present invention, in order to solve this problem, a rotatable connector slip ring 231 that can be transmitted without twisting the cable when supplying power or a signal line to the rotating equipment is disposed in the center of the reel.

또한, 드론(100)이 전원 네트워크 선(240)을 매달고 이착륙을 수행할 때 전원 네트워크 선(240)이 시기 적절하게 풀리거나 감기지 않으면 드론(100)에 전원 네트워크 선(240)에 의한 부하가 발생하여 비행 제어에 오류가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 케이블 릴(230)에 모터(232)를 내장하여 케이블 릴(230)을 구동하고, 케이블 릴(230)에 로드셀 등의 장력 감지 센서(233)를 설치하여, 드론(100)의 이착륙이나 비행 시 센서(233)의 장력 측정값을 토대로 모터(232)를 구동시켜 전원 네트워크 선(240)의 장력을 일정 수준 유지한 상태에서 풀리거나 감기도록 하였다. 또한, 드론(100)이 호버링 중에 재난 지휘 차량(200)이 이동하는 경우, 제어부(310)는 모터(232)를 구동시켜 드론(100)이 공중에서 끌려 내려오지 않도록 전원 네트워크 선(240)의 장력을 조절하여 풀어주게 된다. In addition, if the power network wire 240 is not unwound or wound in a timely manner when the drone 100 suspends the power network wire 240 and performs take-off and landing, the load by the power network wire 240 is applied to the drone 100. This may cause an error in flight control. In the present invention, in order to solve this problem, a motor 232 is built in the cable reel 230 to drive the cable reel 230, and a tension sensor 233 such as a load cell is installed in the cable reel 230, During take-off, landing or flight of the drone 100, the motor 232 was driven based on the tension measurement value of the sensor 233 to unwind or wind the power network wire 240 while maintaining a certain level of tension. In addition, when the disaster command vehicle 200 moves while the drone 100 is hovering, the control unit 310 drives the motor 232 to prevent the drone 100 from being dragged down in the air. Adjust the tension to release it.

한편, 드론(100)에는 정밀하게 위치를 측정하는 RTK-GPS(141)가 설치되어 있고, 재난 지휘 차량(200)의 지상 관제장치(300)에도 드론(100)에 설치된 것과 같은 RTK-GPS(341)가 설치되어 있다. 지휘 차량(200)에 탑재된 지상 관제장치(300)의 중앙제어부(310)는 RTK-GPS(341)의 측정값을 통하여 실시간으로 지휘 차량(200)의 위치를 측정하게 되는데, 만약 지휘 차량(200)이 이동하게 되면 지상 관제장치(300)의 중앙제어부(310)는 지휘 차량(310)의 이동에 따른 드론(100)의 이동 제어 신호를 드론(100)에 전송하여, 드론(100)이 재난 지휘 차량(100)을 따라 함께 이동할 수 있도록 제어하게 된다. On the other hand, the drone 100 is equipped with an RTK-GPS 141 that precisely measures the position, and the same RTK-GPS ( 341) has been installed. The central control unit 310 of the ground control device 300 mounted on the command vehicle 200 measures the position of the command vehicle 200 in real time through the measurement value of the RTK-GPS 341, if the command vehicle ( 200) moves, the central control unit 310 of the ground control device 300 transmits a movement control signal of the drone 100 according to the movement of the command vehicle 310 to the drone 100, and the drone 100 It is controlled to move along with the disaster command vehicle 100 .

이와 같이, 본 발명에서는 재난 현장에서 임무를 수행하는 드론(100)이 지휘 차량(20)으로부터 유선으로 전원을 공급받아 장시간 운용이 가능하며, 지휘 차량(200)이 이동하는 경우 드론(100)도 지휘 차량(200)을 따라 함께 이동할 수 있어 재난 현장에서 신속하고도 폭넓게 임무를 수행할 수 있게 된다. As described above, in the present invention, the drone 100 performing a mission at the disaster site can be operated for a long time by receiving power from the command vehicle 20 by wire, and when the command vehicle 200 moves, the drone 100 is also It is possible to move together with the command vehicle 200 so that it is possible to quickly and widely perform a mission at a disaster site.

이러한 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations are made by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains within the scope of equivalents of the technical spirit of the present invention and the claims to be described below. Of course, this can be done.

100 : 유선 드론 101 : 몸체
102 : 프레임 103 : 회전 날개
104 : 랜딩기어 110 : 제어부
120 : 설정부 130 : 통신부
140 : 센서부 141 : RTK-GPS
150 : 짐벌 카메라 160 : 스피커
170 : 구동부 180 : 전원부
181 : 컨버터 182 : 전원 스위치 모듈
183 : 배터리 200 : 지휘 차량
210 : 전원공급부 211 : 상용 AS 전원
212 : PTO 발전기 220 : 컨버터
230 : 케이블 릴 221 : 회전형 커넥터 슬립링
222 : 모터 233 : 센서
240 : 전원 네트워크 선 300 : 지상 관제장치
310 : 중앙제어부 320 : 설정부
330 : 통신부 340 : 센서부
341 : RTK-GPS 350 : 메모리
360 : 전원부 100: wired drone 101: body
102: frame 103: rotary blade
104: landing gear 110: control unit
120: setting unit 130: communication unit
140: sensor unit 141: RTK-GPS
150: gimbal camera 160: speaker
170: driving unit 180: power unit
181: converter 182: power switch module
183: battery 200: command vehicle
210: power supply 211: commercial AS power
212: PTO generator 220: converter
230: cable reel 221: rotatable connector slip ring
222: motor 233: sensor
240: power network line 300: ground control device
310: central control unit 320: setting unit
330: communication unit 340: sensor unit
341: RTK-GPS 350: memory
360: power unit

Claims (5)

재난 현장을 지휘하는 지휘 차량(200)에 탑재된 지상 관제장치(300)와, 상기 지상 관제장치(300)에 구비된 전원공급부(210)로부터 유선을 통하여 전원을 공급받아 재난 현장을 비행하면서 임무를 수행하는 드론(100)을 포함하되,
상기 재난 지휘 차량(200)에 탑재된 지상 관제장치(300)의 전원공급부(210)는 상용 AC 전원 또는 차량의 PTO 발전기를 통하여 생성되는 전원을 컨버터(220)를 통하여 DC 전원으로 변환하여 전원 네트워크 선(240)에 포함된 전력 케이블을 통하여 유선 드론(100)에 공급하고,
상기 드론(100)은 드론(100)의 위치 정보 및 임무 수행에 따라 획득되는 데이터를 전원 네트워크 선(240)에 포함된 네트워크 케이블을 통해 지상 관제장치(300)에 전송하는 것을 특징으로 하는 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템.
The ground control device 300 mounted on the command vehicle 200 for commanding the disaster site, and the power supply unit 210 provided in the ground control device 300 receive power through a wired connection and perform a mission while flying at the disaster site. Including a drone 100 that performs
The power supply unit 210 of the ground control device 300 mounted on the disaster command vehicle 200 converts commercial AC power or power generated through the vehicle's PTO generator into DC power through the converter 220 to power network It is supplied to the wired drone 100 through the power cable included in the line 240,
Disaster command, characterized in that the drone 100 transmits the location information of the drone 100 and data acquired according to the mission performance to the ground control device 300 through a network cable included in the power network line 240 . Wired drone system for vehicles.
 제 1항에 있어서,
상기 전원공급부(210)의 컨버터(220)는 전력 케이블의 무게를 낮추기 위해, 상용 AC 전원(211) 또는 차량의 PTO 발전기(212)를 통하여 생성되는 AC 200v 전원을 DC 400v 고전압으로 변환하여 전력 케이블을 통해 드론(100)에 공급하는 것을 특징으로 하는 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템.
The method of claim 1,
The converter 220 of the power supply 210 converts the AC 200v power generated through the commercial AC power 211 or the PTO generator 212 of the vehicle into a DC 400v high voltage in order to lower the weight of the power cable. Wired drone system for a disaster command vehicle, characterized in that it is supplied to the drone 100 through
 제 1항에 있어서,
상기 지상 관제장치(300)에 연결되는 전원 네트워크 선(240)은 모터(232)에 의해 구동되는 케이블 릴(230)에 권취되어 드론(100)에 연결되되,
상기 케이블 릴(230)은 전원 네트워크 선(240)을 감거나 풀 때 꼬임이 발생하지 않도록 회전형 커넥터 슬립링(Slip ling)(231)을 릴의 중심에 배치하고,
상기 케이블 릴(230)에 전원 네트워크 선(240)의 장력을 측정하는 센서(233)가 설치되어, 드론(100)의 구동 시 센서(233)의 장력 측정값을 통하여 모터(232)가 전원 네트워크 선(240)의 장력을 유지한 상태에서 전원 네트워크 선(240)을 감거나 풀도록 하는 것을 특징으로 하는 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템.
The method of claim 1,
The power network line 240 connected to the ground control device 300 is wound around a cable reel 230 driven by a motor 232 and connected to the drone 100,
The cable reel 230 places a rotatable connector slip ring 231 in the center of the reel so that no twist occurs when winding or unwinding the power network wire 240,
A sensor 233 for measuring the tension of the power network line 240 is installed in the cable reel 230, and the motor 232 is connected to the power network through the tension measurement value of the sensor 233 when the drone 100 is driven. Wired drone system for a disaster command vehicle, characterized in that it winds or unwinds the power network wire 240 while maintaining the tension of the wire 240 .
 제 1항에 있어서,
상기 드론(100)에는 재난 지휘 차량(200)에 탑재된 지상 관제장치(300)의 전원공급부(210)로부터 전력 케이블을 통해 공급되는 전원을 컨버터(181)를 통해 드론 구동 전압으로 변환하여 드론(100)의 구성부에 공급하는 전원부(180)가 구비되되,
상기 전원부(180)에는 컨버터(181)와 병렬로 전원 스위치 모듈(182)에 연결되는 배터리(183)가 구비되어, 전력 케이블을 통해 공급되는 전원이 차단되는 경우 전원 스위치 모듈(182)이 배터리 전원으로 스위칭 되어 배터리(183)의 전원을 드론(100)에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템.
The method of claim 1,
The drone 100 converts the power supplied through the power cable from the power supply unit 210 of the ground control device 300 mounted on the disaster command vehicle 200 to the drone driving voltage through the converter 181 to convert the drone ( A power supply unit 180 for supplying to the component part of 100) is provided,
The power supply unit 180 is provided with a battery 183 connected to the power switch module 182 in parallel with the converter 181 , and when the power supplied through the power cable is cut off, the power switch module 182 is the battery power source. A wired drone system for a disaster command vehicle, characterized in that it is switched to supply the power of the battery 183 to the drone 100.
 제 1항에 있어서,
상기 드론(100)에는 정밀 위치 추적이 가능한 RTK-GPS(Real Time Kinematic GPS)(141)가 구비되어, 제어부(110)에서 RTK-GPS 측정값을 이용하여 드론(100)의 호버링 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 재난 지휘 차량용 유선 드론 시스템. The method of claim 1,
The drone 100 is equipped with a Real Time Kinematic GPS (RTK-GPS) 141 capable of precise location tracking, and the control unit 110 controls the hovering operation of the drone 100 using the RTK-GPS measurement value. Wired drone system for disaster command vehicles, characterized in that.
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