KR20230005007A - 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 드론 각각이 연결선에 장착되어, 상기 연결선으로부터 전기를 공급받고, 연결선으로 드론에서 센싱된 데이터를 전달하고, 연결선으로 부터 드론 제어신호를 전달받게 되는 유선 군집 드론 시스템에 있어서, 각각이 상기 연결선에 상기 연결선의 길이방향을 따라 서로 특정간격 이격되도록 장착되어 설치되는 복수의 탈착유닛; 및 각각의 상기 탈착유닛에 장착되어 추력을 발생시키는 유선드론;을 포함하고, 상기 유선드론은, 상기 탈착유닛 일측에 구비되는 각도조절부, 상기 각도조절부 양단 각각에 설치되는 드론본체와, 상기 드론본체 각각의 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임과, 상기 날개 프레임 끝단 각각에 구비되는 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 구동부와, 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 유선드론의 호버링시, 상기 드론의 수평이 유지되면서, 상기 연결선이 상기 각도조절부를 기준으로 상하 틸팅되어 각도가 조절되는 것을 특징으로 하는 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템에 관한 것이다.

Description

목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법{Clustered Drones system capable of aiming target area}

본 발명은 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법에 관한 것이다.

사람이 작업하기 힘든 환경에서 무인 비행체의 필요성 및 활용도가 높아지고 있으며, 무인 비행체는 접근이 어려운 재난/재해 지역의 공중 영상 획득 및 전력선 검사 또는 전장상황에서의 적의 은닉 정보를 제공하거나, 무인기를 통한 정찰임무, 감시 임무를 수행하는 등의 임무를 수행할 수 있다.

무인 원격제어 수직이착륙 비행체의 보편적인 형태로 단일 로터형 헬리콥터와, 동축반전형 헬리콥터, 쿼드로터 등이 있다. 이 중에서 쿼드로터는 4개의 로터와 연결된 모터를 제어하며 여러가지 센서 및 신호처리를 이용하여 비교적 안정적으로 비행이 가능하다.

쿼드로터는 본체부를 중심으로 연장된 프레임에 마련된 4개의 프로펠러가 각각 BLDC 모터와 연결되고, 상기 모터의 회전에 의해 프로펠러에서 발생하는 추력을 이용해 비행을 할 수 있으며, 각 모터의 회전 각속도 차이에 의해 쿼드로터의 비행시 방향을 변경할 수 있다.

일반적인 무인비행체로는 멀티콥터 또는 고정익형이 주로 사용되는데 두 구조 모두 수평방향으로 넓은 공간을 차지한다. 멀티콥터는 기체에 달린 로터(회전날개 또는 프로펠러) 2개 이상을 이용해 이착륙 및 추진하는 비행체를 말한다. 여기서 로터는 회전축에 대한 방향으로 추력을 얻기 때문에 회전축에 대해 수직한 방향으로 넓은 날개가 장착되어 수평방향으로 넓은 구조를 가지게 된다. 고정익형 또한 넓은 날개를 이용하여 양력을 발생시키므로 수평방향으로 넓은 구조를 가지게 된다.

무인기의 특성상 사람이 행하지 못하는 지형에 비행하는 것이 큰 장점으로 작용한다. 탐사, 정찰 및 구조 등에 사용되면서 무인비행체의 쓰임새가 확장되고 있다.

무인 비행체는 많은 기술 발전을 통해 군사, 산업용으로 상용화되었으며, 물류 이송, 정찰 및 촬영 등에 사용된다. 기존에는 사용자가 직접 조종해야 했지만 무인 비행체의 자율비행 및 AI 기술이 발전하면서 조종자 없는 임무 수행이 가능해졌다.

이러한 임무 수행을 위해 무인 비행체에 다양한 센서들이 장착되는데 대표적으로 GPS, 카메라, 적외선 센서 등이 있다. 이 중 GPS와 비콘 등은 대표적인 포지셔닝 센서로 널리 사용된다.

또한 유선 군집 드론은 무제한 전기 공급이 가능하며, 유선 제어로 전환이 가능하며(수중에서도 제어가능), 유선 통신으로 데이터 전송이 효율적인 장점이 있다.

기존 유선 드론의 문제는, 전기선, 호스의 무게에 의한 이륙중량 감소, 전기선, 호스에서 받은 바람의 영향에 취약하며, 주변 장애물이 있을 경우 수직방향으로만 움직일 수 있어 따라서 수평방향으로 장거리 작업이 곤란한 단점이 존재한다. 또한 종래 유선 군집 드론의 경우 전기선, 호스 등의 무게와 바람의 저항에 견딜수 있더라도 종래 형태의 드론은 드론의 프로펠러에 선이 부딪히거나 감길 수 있어 작업내용이 단순한 단점을 갖는다.

미국 공개 특허 US2019/0256207 대한민국 등록특허 10-2209056 대한민국 등록특허 10-2192635

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 전기선과 호스에 드론의 프로펠러가 부딪히지 않는 구조가 되어 다양한 형태의 군집비행을 통해 작업을 수행할 수 있으며, 각종 액체와 분말을 전달할 수 있는 호스를 사용할 수 있고, 무제한의 장거리 수평 이동작업이 가능하며, 군집 비행 AI제어를 통해 장애물을 회피하여 전기선과 호스를 공중에서 들어올릴 수 있는, 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 소방 드론 작업시, 화재가 난 건물 안으로 진입이 가능(복도, 계단 등의 공간 이용)하며, 좁은 골목 안, 주차 밀집 지역 안으로 진입이 가능하고(전봇대, 가로수, 가로등, 다른 집 등의 장애물 회피 가능), 수직으로 고층빌딩 화재 진압에 투입 가능하며, 기존의 소방 드론은 수평으로 물을 분사할 수 밖에 없으나(작업 드론이 호버링시 수평을 유지해야 하므로), 본 발명의 실시예에 따르면, 작업드론이 호버링 상태에서 작업 드론 후방의 운반드론(제2 드론)이 상하좌우로 움직이면서 목표지점을 분사하는 것이 가능한, 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수중 드론 작업시, 물의 흐름에 버틸 수 있으며, 수중 바위 등의 장애물을 회피할 수 있고, 특히 침몰된 선박 안으로 진입하여 수색 관찰 등의 임무를 수행할 수 있으며, 수중 용접 등의 정밀 작업도 가능하고, 제2 드론, 제3 드론의 조합으로 작업 수행이 가능한, 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 복수의 드론 각각이 연결선에 장착되어, 상기 연결선으로부터 전기를 공급받고, 연결선으로 드론에서 센싱된 데이터를 전달하고, 연결선으로 부터 드론 제어신호를 전달받게 되는 유선 군집 드론 시스템에 있어서, 각각이 상기 연결선에 상기 연결선의 길이방향을 따라 서로 특정간격 이격되도록 장착되어 설치되는 복수의 탈착유닛; 및 각각의 상기 탈착유닛에 장착되어 추력을 발생시키는 유선드론;을 포함하고, 상기 유선드론은, 상기 탈착유닛 일측에 구비되는 각도조절부, 상기 각도조절부 양단 각각에 설치되는 드론본체와, 상기 드론본체 각각의 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임과, 상기 날개 프레임 끝단 각각에 구비되는 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 구동부와, 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 유선드론의 호버링시, 상기 드론의 수평이 유지되면서, 상기 연결선이 상기 각도조절부를 기준으로 상하 틸팅되어 각도가 조절되는 것을 특징으로 하는 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템으로서 달성될 수 있다.

그리고 상기 연결선은, 작동유체를 운반하는 호스와, 상기 호스의 길이방향을 따라 설치되며 상기 유선드론에 전기공급, 센싱데이터 전달, 드론 제어신호를 전달하는 전기통신선을 포함하고, 상기 드론본체에는 보조배터리, 및 카메라를 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 연결선의 최전방에 설치되는 유선드론은 작업드론이고, 상기 작업드론 후방 측에 장착되는 적어도 하나 이상은 운반드론이며, 작업시 상기 작업드론은 호버링되어 수평을 유지하며, 상기 운반드론이 수직방향으로 상하 이동되어 상기 작업드론의 연결선의 상하 회전각도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 각도조절부와 상기 탈착유닛 사이에 구비되어, 상기 유선드론을 기준으로 탈착유닛에 장착된 연결선이 좌우 회전이 가능하도록 하는 회전부;를 더 포함하고, 작업시 상기 작업드론은 호버링되어 수평을 유지하며, 상기 운반드론이 좌우방향으로 이동되어 상기 작업드론의 연결선의 좌우 회전각도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 복수의 드론 각각이 연결선에 장착되어, 상기 연결선으로부터 전기를 공급받고, 연결선으로 드론에서 센싱된 데이터를 전달하고, 연결선으로부터 드론 제어신호를 전달받게 되는 유선 군집 드론 시스템의 군집비행제어방법에 있어서, 상기 연결선의 최전방에 설치되는 유선드론을 작업드론으로 하여 상기 작업드론을 조종하고, 상기 작업드론 후방 측에 장착되는 적어도 하나 이상은 운반드론은 상기 작업드론과 동일한 궤적과 고도를 따라 군집비향을 하여 작업목적지로 이동하는 단계; 상기 작업드론이 작업목적지에 도달하여 호버링하면, 상기 운반드론도 정지하여 호버링을 시행하는 단계; 상기 작업드론이 작업을 시행하는 단계; 및 상기 운반드론이 이동되면서, 상기 작업드론에 장착된 연결선의 각도가 조절되며 상기 작업드론이 목표물을 조준하여 작업을 진행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템의 군집 비행제어방법으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법에 따르면, 전기선과 호스에 드론의 프로펠러가 부딪히지 않는 구조가 되어 다양한 형태의 군집비행을 통해 작업을 수행할 수 있으며, 각종 액체와 분말을 전달할 수 있는 호스를 사용할 수 있고, 무제한의 장거리 수평 이동작업이 가능하며, 군집 비행 AI제어를 통해 장애물을 회피하여 전기선과 호스를 공중에서 들어올릴 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법에 따르면, 소방 드론 작업시, 화재가 난 건물 안으로 진입이 가능(복도, 계단 등의 공간 이용)하며, 좁은 골목 안, 주차 밀집 지역 안으로 진입이 가능하고(전봇대, 가로수, 가로등, 다른 집 등의 장애물 회피 가능), 수직으로 고층빌딩 화재 진압에 투입 가능하며, 기존의 소방 드론은 수평으로 물을 분사할 수 밖에 없으나(작업 드론이 호버링시 수평을 유지해야 하므로), 본 발명의 실시예에 따르면, 작업드론이 호버링 상태에서 작업 드론 후방의 운반드론(제2 드론)이 상하좌우로 움직이면서 목표지점을 분사하는 것이 가능한 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템 및 그 군집비행 제어방법에 따르면, 수중 드론 작업시, 물의 흐름에 버틸 수 있으며, 수중 바위 등의 장애물을 회피할 수 있고, 특히 침몰된 선박 안으로 진입하여 수색 관찰 등의 임무를 수행할 수 있으며, 수중 용접 등의 정밀 작업도 가능하고, 제2 드론, 제3 드론의 조합으로 작업 수행이 가능한 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 드론의 사시도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라, 연결선이 전방 상측으로 회전된 유선드론의 측면도,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따라, 연결선이 전방 하측으로 회전된 유선드론의 측면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전부를 더 포함하는 유선 드론의 부분 사시도,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라, 연결선이 우측으로 회전된 유선드론의 측면도,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따라, 연결선이 좌측으로 회전된 유선드론의 측면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템의 군집비행 제어방법의 흐름도,
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 물을 하측으로 분사시키기 위한 상태의 유선 군집 드론 시스템의 작업을 나타낸 모식도,
도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 물을 상측으로 분사시키기 위한 상태의 유선 군집 드론 시스템의 작업을 나타낸 모식도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 수직방향 소방 작업중인 유선 군집 드론 시스템의 모식도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템의 구성, 기능 및 그 제어방법에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템은, 복수의 드론 각각이 연결선(10)에 장착되어, 이러한 연결선(10)으로부터 전기를 공급받고, 연결선(10)으로 드론에서 센싱된 데이터를 전달하고, 연결선(10)으로부터 드론 제어신호를 전달받도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 드론의 사시도를 도시한 것이다

도 1에 도시된 바와 같이, 탈착유닛(20)과, 유선드론(100), 각도조절부(30) 등으로 구성될 수 있음을 알 수 있다.

탈착유닛(20)은 각각이 연결선(10)에 연결선(10)의 길이방향을 따라 서로 특정간격 이격되도록 장착되어 설치되게 된다. 이러한 탈착유닛(20)은 연결선(10)을 고정시키는 클립 또는 기타 탈착장치로 구성될 수 있으며, 전방장착단(21)과, 후방장착단(22)과, 전방장착단(21)과 후방장착단(22)을 연결하는 연결단(23)을 포함하여 구성될 수 있다.

유선 드론은 각각의 탈착유닛(20) 상측에 장착되어 추력을 발생시키게 된다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 유선드론(100)은, 탈착유닛(20) 중심 일측에 구비되는 각도조절부(30)에 의해, 한 쌍의 드론본체(110)가 각도조절부(30) 양단에 장착되도록 구성될 수 있다. 이러한 드론본체(110) 중단 내측에는 각도조절부의 측면 끝단부가 장착되도록 구성되는 각조조절장착단(111)이 마련된다.

각도조절부(30)는 2개로 나누어진 드론 본체(110)를 연결하여 고정시키는 기능을 수행하며, 유선드론(100)에 고정되어 이동되고 있는 연결선(10)을 상하로 회전시켜주기 위한 기능을 수행한다.

또한 이러한 양측의 드론본체(110) 각각의 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임(112)과, 날개 프레임(112) 끝단 각각에 구비되는 프로펠러(113)와, 프로펠러(113)를 회전시키는 구동부와, 이러한 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

또한 이러한 드론본체(110)에는 카메라, 라이다 센서, 보조배터리 등이 더 구비될 수 있다.

또한 각도조절부(30) 내에는 전원 연결소켓(31)이 구비되어 조정기와 유선통신이 가능하게 된다.

따라서 유선드론(100)의 호버링(수평을 유지하며 정지 상태 비행)시, 유선 드론의 수평이 유지되면서, 연결선(10)이 각도조절부(30)를 기준으로 상하 틸팅되어 각도가 조절될수 있게 된다.

연결선(10)은, 작동유체를 운반하는 연결호스(11)와, 이러한 호스(11)의 길이방향을 따라 설치되며 유선드론(100)에 전기공급, 센싱데이터 전달, 드론 제어신호를 전달하는 전기통신선(12)을 포함하여 구성될 수 있다. 작동유체는 작업형태에 따라 액체와 가스, 분말 등일 수 있으며, 화재진압 물질, 물, 농약, 비료 등일 수 있다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따라, 연결선(10)이 전방 상측으로 회전된 유선드론(100)의 측면도를 도시한 것이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라, 연결선(10)이 전방 하측으로 회전된 유선드론의 측면도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템에서, 연결선(10)의 최전방에 설치되는 유선드론(100)은 작업드론(1)(제1드론)이고, 이러한 작업드론(1) 후방 측에 장착되는 적어도 하나 이상은 운반드론(2)(제2드론, 제3드론,,,.)에 해당한다.

작업시 작업드론(1)은 호버링되어 수평을 유지하며, 후방의 운반드론(2)이 수직방향으로 상하 이동되어 작업드론(1)의 연결선(10)의 상하 회전각도를 조절하게 된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 작업드론(1)의 호버링 상태에서 후방의 운반드론(2)이 수직하강하게 되면 작업드론(1)의 연결선(10)은 상측으로 회전되어 상부측을 조준할 수 있게 되며, 도 2b에 도시된 바와 같이, 작업드론(1)의 호버링 상태에서 후방의 운반드론(2)이 수직 상승하게 되면 작업드론(1)의 연결선(10)은 하측으로 회전되어 하부측을 조준할 수 있게 된다.

이때, 앞서 언급한 바와 같이, 연결선(10)을 기준으로 유선드론(100)은 양측으로 분리되어 있어, 연결선(10)의 상하 회전 각도 조절시, 프로펠러(113)에 부딪히지 않는 구조가 되게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회전부(40)를 더 포함하는 유선 드론의 부분 사시도를 도시한 것이다. 도 4a는 본 발명의 실시예에 따라, 연결선(10)이 우측으로 회전된 유선드론의 측면도를 도시한 것이다. 또한 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라, 연결선(10)이 좌측으로 회전된 유선드론의 측면도를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 각도조절부(30)와 탈착유닛(20) 사이에 회전부(40)를 더 포함하여, 드론 본체(110)를 기준으로 탈착유닛(20)에 장착된 연결선(10)이 좌우 회전이 가능하도록 구성될 수 있음을 알 수 있다.

따라서 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 작업시 작업드론(1)은 호버링되어 수평을 유지하는 상태에서, 운반드론(2)이 좌우방향으로 이동되어 작업드론(1)의 연결선(10)의 좌우 회전각도를 조절할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템의 군집비행 제어방법의 흐름도를 도시한 것이다.

먼저, 연결선(10)에 복수의 탈착유닛(20)와, 탈착유닛(20) 각각에 유선드론(100)을 설치하게 된다(S1).

그리고 출발지로부터, 작업 목적지로 군집 유선 드론들을 이동시키게 된다. 조종사는 최전방의 작업드론(1)(제1드론)만을 조정하게 되고(S2), 작업드론(1)의 비행궤적을 따라 운반드론(2)들이 동일한 궤적과 고도로 따라 가는 군집비행을 진행하여 작업 목적지로 이동하게 된다(S3).

그리고 작업드론(1)이 작업목적지에 도달하여 호버링을 하면(S4), 운반드론(2)들도 현재 위치에서 정지하여 호버링을 시행하게 된다(S5).

그리고 작업드론(1)이 작업을 시행하게 된다(S6).

그리고 작업시, 작업드론(1)의 호버링을 유지하면서 운반드론(2)을 상하 좌우로 이동하여, 작업드론(1)에 장착된 연결선(10)의 각도를 조절하여, 작업드론(1)이 목표물을 조준하여 작업이 진행되도록 한다(S7).

그리고 도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 물을 하측으로 분사시키기 위한 상태의 유선 군집 드론 시스템의 작업을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 물을 분사하는 소방 작업시, 작업드론(1)의 호버링 상태를 유지하면서, 물을 아래로 분사시키기 위해 제2드론인 운반드론(2)을 상승시켜 작업드론(1)의 연결선(10)을 하측으로 기울일 수 있음을 알 수 있다. 이때, 작업드론(1)은 기울어짐 없이 호버링을 유지하게 된다.

도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 물을 상측으로 분사시키기 위한 상태의 유선 군집 드론 시스템의 작업을 나타낸 모식도를 도시한 것이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 물을 분사하는 소방 작업시, 작업드론(1)의 호버링 상태를 유지하면서, 물을 상부측으로 분사시키기 위해 제2드론인 운반드론(2)을 하강시켜 작업드론(1)의 연결선(10)을 상측으로 기울일 수 있음을 알 수 있다. 이때, 작업드론(1)은 기울어짐 없이 호버링을 유지하게 된다.

즉, 분사, 살수, 촬영, 센싱, 세척 등의 작업 시행할 경우, 작업드론(1)은 호버링하게 하고 제2번 이하의 운반드론(2)들이 움직여서 목표물을 조준하여 작업을 성공하도록 한다.

작업시작 시 호버링하고 있는 위치와 고도를 유지하거나 돌아가려는 자동 제어를 통해, 분사, 살수 등의 작업시 작용반작용의 힘으로 밀리는 것을 방지하게 된다. 또한 바람 등의 영향에 의한 연결선(10)(호스와 전기통신선)의 움직임에 대응하여 제자리를 유지하려는 운반드론(2)들의 자동 제어를 진행하게 된다.

그리고 작업이 완료되는 경우(S8), 작업 장소의 변경이 필요하면, 유선군집드론들을 새로운 작업장소로 이동시켜(S9) 작업을 진행하게 된다(S10).

구체적으로 출발지로부터 작업드론(1)까지 연결된 연결선(10)(전기통신선, 호스 등)의 길이를 반지름으로 하는 회전운동으로 작업장소의 변경하게 된다. 이때, 작업드론(1)과 운반드론(2)들이 상하좌우로 거동할 때 각각의 유선드론(100)에 장착된 카메라 또는 LiDAR 센서로 거동방향의 장애물을 센싱하고 회피하여 거동되게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 수직방향 소방 작업중인 유선 군집 드론 시스템의 모식도를 도시한 것이다. 작업중 모든 유선드론들이 호버링을 유지하게 된다. 현재 국내 소방서에서 보유한 고가 사다리차는 최대 전개 높이가 70m 고가 사다리치가 약 13억원대에 해당하여 본 발명의 실시예에 따른 유선 드론시스템을 적용할 시 가격과 유지보수 비용이 저렴한 장점을 갖는다.

그리고 작업이 완전히 종료되면 군집 드론을 출발지로 복귀시키게 된다(S11). 작업드론(1)에 복귀 명령시 전체 드론이 기 비행한 궤적과 고도를 따라 자동 복귀하도록 할 수 있다.

또한 운반드론(2)들의 카메라와 LiDAR로 맵핑된 3D 지도를 참조하여 출발지로 복귀할 수 있으며, 가장 간단한 복귀 방법은 출발지 상공에 수직방향으로 1열이 되도록 복귀한뒤 하강하는 방법도 가능하다. 마지막 드론이 유선으로부터 탈거될 동안 호버링하다가 탈거후 하강하여 차례차례로 탈거 되는 방식이 적용될 수도 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:작업드론
2:운반드론
10:연결선
11:연결호스
12:전기통신선
20:탈착유닛
21:전방장착단
22:후방장착단
23:연결단
30:각도조절부
31:연결소켓
40:회전부
100:유선드론
110:본체
111:각도조절장착단
112:날개프레임
113:프로펠러

Claims (5)

1. 복수의 드론 각각이 연결선에 장착되어, 상기 연결선으로부터 전기를 공급받고, 연결선으로 드론에서 센싱된 데이터를 전달하고, 연결선으로 부터 드론 제어신호를 전달받게 되는 유선 군집 드론 시스템에 있어서,
   각각이 상기 연결선에 상기 연결선의 길이방향을 따라 서로 특정간격 이격되도록 장착되어 설치되는 복수의 탈착유닛; 및
   각각의 상기 탈착유닛에 장착되어 추력을 발생시키는 유선드론;을 포함하고,
   상기 유선드론은,
   상기 탈착유닛 일측에 구비되는 각도조절부, 상기 각도조절부 양단 각각에 설치되는 드론본체와, 상기 드론본체 각각의 측면과 결합 및 연장형성되는 복수개의 날개 프레임과, 상기 날개 프레임 끝단 각각에 구비되는 프로펠러와, 상기 프로펠러를 회전시키는 구동부와, 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 유선드론의 호버링시, 상기 드론의 수평이 유지되면서, 상기 연결선이 상기 각도조절부를 기준으로 상하 틸팅되어 각도가 조절되는 것을 특징으로 하는 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연결선은,
   작동유체를 운반하는 호스와, 상기 호스의 길이방향을 따라 설치되며 상기 유선드론에 전기공급, 센싱데이터 전달, 드론 제어신호를 전달하는 전기통신선을 포함하고,
   상기 드론본체에는 보조배터리, 및 카메라를 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 연결선의 최전방에 설치되는 유선드론은 작업드론이고, 상기 작업드론 후방 측에 장착되는 적어도 하나 이상은 운반드론이며,
   작업시 상기 작업드론은 호버링되어 수평을 유지하며, 상기 운반드론이 수직방향으로 상하 이동되어 상기 작업드론의 연결선의 상하 회전각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 각도조절부와 상기 탈착유닛 사이에 구비되어, 상기 유선드론을 기준으로 탈착유닛에 장착된 연결선이 좌우 회전이 가능하도록 하는 회전부;를 더 포함하고,
   작업시 상기 작업드론은 호버링되어 수평을 유지하며, 상기 운반드론이 좌우방향으로 이동되어 상기 작업드론의 연결선의 좌우 회전각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템.
   
5. 복수의 드론 각각이 연결선에 장착되어, 상기 연결선으로부터 전기를 공급받고, 연결선으로 드론에서 센싱된 데이터를 전달하고, 연결선으로부터 드론 제어신호를 전달받게 되는 유선 군집 드론 시스템의 군집비행제어방법에 있어서,
   상기 연결선의 최전방에 설치되는 유선드론을 작업드론으로 하여 상기 작업드론을 조종하고, 상기 작업드론 후방 측에 장착되는 적어도 하나 이상은 운반드론은 상기 작업드론과 동일한 궤적과 고도를 따라 군집비향을 하여 작업목적지로 이동하는 단계;
   상기 작업드론이 작업목적지에 도달하여 호버링하면, 상기 운반드론도 정지하여 호버링을 시행하는 단계;
   상기 작업드론이 작업을 시행하는 단계; 및
   상기 운반드론이 이동되면서, 상기 작업드론에 장착된 연결선의 각도가 조절되며 상기 작업드론이 목표물을 조준하여 작업을 진행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표물 조준이 가능한 유선 군집 드론 시스템의 군집 비행제어방법.

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