KR20230030149A - 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템 - Google Patents

군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템 Download PDF

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KR20230030149A
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김재철
이철
조상욱
차민준
박지호
문미선
이승우
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주식회사 대한항공
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Abstract

본 발명은 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템에 관한 것으로, 임무를 수행하며, 검사 대상을 촬영하는 다수의 비행체와, 상기 비행체를 통제하고, 상기 비행정보 및 비행상태에 따라 상기 임무를 재할당하는 지상통제부 및 상기 비행체에서 촬영된 영상을 분석하고, 결함을 탐지하는 결함분석부를 포함한다.

Description

군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템{REMOTE INSPECTION SYSTEM USING DRONE SWARMS}
본 발명은 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 드론을 운용하여 동시에 시설물 인스펙션 영상 획득 및 공유가 가능하며, 원격지의 검사자들에게 결함판단 정보를 제공하는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템에 관한 것이다.
최근 수년 사이에 소형 무인 비행체, 즉 드론이나 멀티콥터의 활용 방안을 두고 다양한 연구가 진행되고 있는데, 군사용 정찰 드론부터 무인 촬영기, 무인 택배 배달 서비스 등의 통상적인 분야에 이르기까지 그 활용분야가 무궁무진하다.
특히 기술의 발전에 따라 무인 비행체 자체의 무게는 가벼워졌고, 작동 시간이 늘어났으며, 각종 센서를 장착하게 되었는데, 이를 통해 무인 비행체의 역할은 보다 다양화되고 있다.
그러나 단일 드론을 사용할 경우 배터리 한계로 인하여 운용시간이 제한되거나, 드론에 이상 상황 발생 시 임무 수행이 불가능하다는 문제점이 있다.
대한민국등록특허공보 제10-2168885호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은 복수의 드론을 활용한 드론의 군집 비행을 통하여 검사 소요 시간을 최소화하고, 하나의 드론에서 이상 발생 시 타 드론을 이용하여 임무 수행을 지속하며, 원격 접속을 통해 복수의 검사자들이 동시에 검사를 진행할 수 있는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템은 임무를 수행하며, 검사 대상을 촬영하는 다수의 비행체와, 상기 비행체를 통제하고, 상기 비행정보 및 비행상태에 따라 상기 임무를 재할당하는 지상통제부 및 상기 비행체에서 촬영된 영상을 분석하고, 결함을 탐지하는 결함분석부를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템은 복수의 드론을 활용한 드론의 군집 비행을 통하여 단일 드론을 이용한 검사방법에 비하여 검사 소요 시간을 단축할 수 있고, 임무 수행 중 하나의 드론에서 이상 발생 시 타 드론이 대체하여 임무 수행을 지속할 수 있으며, 획득한 검사 영상은 원격으로 복수의 검사자들이 접속하여 동시에 검사를 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비행체를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지상통제부를 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 임무 협업 연산 모듈의 동작을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 임무 협업 연산 모듈의 동작 중 임무 재연산 및 할당하는 과정을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 결함분석부를 나타낸 블록도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise).' 또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
부가적으로, 각 도면에 걸쳐 표시된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템을 나타낸 개념도 이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비행체를 나타낸 블록도 이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지상통제부를 나타낸 블록도 이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 임무 협업 연산 모듈의 동작을 나타낸 순서도 이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 임무 협업 연산 모듈의 동작 중 임무 재연산 및 할당하는 과정을 나타낸 순서도 이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 결함분석부를 나타낸 블록도 이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템은 비행체(100), 지상통제부(200) 및 결함분석부(300)를 포함한다.
상기 비행체(100)는 임무를 수행하며, 검사 대상을 촬영하는 것으로 다수의 비행체(100)가 동시에 운용되어 검사 대상을 검사할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 비행체(100)는 비행체통신모듈(110), 비행제어모듈(120), 영상장비제어모듈(130), 임무수행모듈(140), 장애물충돌방지 및 회피모듈(150), 비행체충돌방지 및 회피모듈(160)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비행체통신모듈(110)은 무선 통신 방식을 이용하여 지상통제부(200) 및 결함분석부(300)와 통신하는 것이다.
구체적으로, 상기 비행체통신모듈(110)은 지상통제부(200)로 비행체(100)의 위치, 속도, 배터리 잔여량 등이 포함된 비행정보와, 수행하고 있는 임무에 대한 임무 수행 플래그 및 비행, 충돌 방지, 고장 등의 비행체 상태를 전송할 수 있다. 또한, 상기 결함분석부(300)로 비행체(100)의 영상장비에서 촬영된 영상파일 및 수행하고 있는 임무에 대한 임무 수행 플래그를 전송할 수 있다. 아울러, 상기 지상통제부(200)로부터 비행경로, 검사 대상에 대한 검사 영역, 촬영 위치 등이 포함된 임무파일과, 영상장비의 배율, 짐벌 각도 등의 영상장비를 제어하기 위한 영상장비 제어 명령 및 비행체(100)의 이착륙, 비행, 귀환 등의 비행체(100)를 제어하기 위한 비행체 통제 명령을 수신할 수 있다.
한편, 상기 비행제어모듈(120)은 지상통제부(200)의 통제에 따라 비행을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 비행제어모듈(120)은 비행체통신모듈(110)에 수신된 비행체 통제 명령에 따라 비행체(100)의 자세나, 속도 등의 비행을 위한 것들을 제어할 수 있다.
또한, 상기 영상장비제어모듈(130)은 지상통제부(200)의 통제에 따라 영상장비를 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 영상장비제어모듈(130)은 비행체통신모듈(110)에 수신된 영상장비 제어 명령에 따라 비행체(100)에 장착된 영상장비의 배율, 짐벌 각도 등의 영상장비를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 임무수행모듈(140)은 지상통제부(200)의 통제에 따라 임무를 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 임무수행모듈(140)은 비행체통신모듈(110)에 수신된 임무파일에 따라 비행체(100)의 비행경로와, 각각의 비행체(100)마다 할당된 검사 대상에 대한 검사 영역과, 촬영 위치 등을 제어하여 비행체(100)가 전달받은 임무를 수행하도록 할 수 있다.
또한, 상기 장애물충돌방지 및 회피모듈(150)은 비행 중 장애물 대상에 대한 충돌 위험도를 측정하고, 비행제어모듈(120)을 통해 회피 기동을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 장애물충돌방지 및 회피모듈(150)은 비행 중 발생할 수 있는 장애물 대상을 감지하여 충돌 위험도를 측정하고, 충돌 위험도가 높으면 회피를 결정하여 장애물 대상을 회피할 수 있도록 비행제어모듈(120)로 신호를 전송할 수 있다.
아울러, 상기 비행체충돌방지 및 회피모듈(160)은 비행 중 비행체 대상에 대한 충돌 위험도를 측정하고, 비행제어모듈(120)을 통해 회피 기동을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 비행체충돌방지 및 회피모듈(160)은 비행 중 발생할 수 있는 근접 비행체를 감지하여 충돌 위험도를 측정하고, 충돌 위험도가 높으면 회피를 결정하여 근접 비행체를 회피할 수 있도록 비행제어모듈(120)로 신호를 전송할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 지상통제부(200)는 비행체(100)를 통제하고, 비행정보 및 비행상태에 따라 임무를 재할당할 수 있는 것으로, 지상체통신모듈(210), 임무파일 생성 및 모니터링모듈(220), 비행체 통제 및 모니터링모듈(230), 임무협업 연산모듈(240) 및 영상장비 제어명령 생성모듈(250)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 지상체통신모듈(210)은 무선 통신 방식을 이용하여 비행체(100)와 통신하는 것이다.
구체적으로, 상기 지상체통신모듈(210)은 비행체(100)로 해당 비행체(100)가 수행해야 할 임무가 포함된 임무파일과, 비행체(100)에 장착된 영상장비를 제어하기 위한 영상장비 제어명령 및 비행체(100)의 비행을 제어하기 위한 비행체 통제 명령을 전송할 수 있다. 또한, 상기 비행체(100)로부터 비행정보와, 임무 수행 플래그 및 비행체 상태를 수신할 수 있다.
한편, 상기 임무파일 생성 및 모니터링모듈(220)은 검사 대상에 대한 3D 모델을 기반으로 검사 계획이 포함된 임무파일을 생성하고, 임무파일에 대한 수행 현황을 모니터링할 수 있다.
구체적으로, 상기 임무파일 생성 및 모니터링모듈(220)은 검사 대상에 대한 3D 모델을 기반으로 검사 계획이 포함된 임무파일을 생성하고, 지상체통신모듈(210)로 수신되는 임무 수행 플래그를 토대로 임무 수행 현황을 모니터링할 수 있다.
또한, 상기 비행체 통제 및 모니터링모듈(230)은 비행체(100)를 통제하고, 비행체 상태를 모니터링할 수 있다.
구체적으로, 상기 비행체 통제 및 모니터링모듈(230)은 이착륙과, 비행 및 귀환 등의 비행체(100)의 비행과 관련된 비행체 통제 명령을 생성하여 비행체(100)를 제어하고, 비행 중인 비행체(100)의 비행체 상태를 모니터링할 수 있다.
아울러, 상기 임무협업 연산모듈(240)은 비행정보와, 비행체 상태 및 임무 수행 플래그를 토대로 각각의 비행체의 임무 협업을 연산하여 임무 수행을 위한 우선순위의 비행체를 선정하고, 각각의 비행체로 임무를 재할당할 수 있다.
구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 임무협업 연산모듈(240)은 비행체 상태를 수신하여 고장 여부를 확인하고, 비행정보에 포함된 배터리 잔여량을 수신할 수 있다. 또한, 임무파일 생성 및 모니터링모듈(220)로부터 임무 수행 플래그를 통해 파악된 임무 진척률을 수신받고, 이를 토대로 잔여 임무에 대한 필요 배터리 양을 연산한다. 이때, 상기 임무협업 연산모듈(240)은 배터리 잔량이 임무 수행에 필요한 배터리 양보다 많고, 비행체 상태가 정상이면 현재 할당된 임무를 그대로 수행하도록 할 수 있다. 그리고 현재 배터리 잔여량이 임무 수행에 필요한 배터리 양보다 적거나 비행체 상태가 비정상이라고 판단되면 비정상으로 판단되는 해당 비행체(100)를 제외한 나머지 비행체(100)를 대상으로 임무 재연산 및 재할당을 할 수 있다.
상기 임무협업 연산모듈(240)에서 임무 재연산 및 재할당은 비정상이라고 판단된 비행체(100)를 제외한 나머지 비행체(100)에 대하여 배터리 잔여량을 수신하여 각 비행체(100) 기준 추가 임무지역까지 이동하여 추가 임무를 수행하기까지 필요한 전력을 연산하고, 연산된 결과에 따라 협업 가능한 비행체의 우선순위를 선정하여 임무를 재할당 할 수 있다.
이때, 상기 임무협업 연산모듈(240)은 잔여 임무가 단일 비행체로 임무 수행이 가능한지를 연산하여 단일 비행체로 임무 수행이 가능하다고 판단되면 단일 비행체로 임무를 수행하도록 임무를 재할당하여 해당 비행체로 임무파일을 업데이트하여 송신하고, 단일 비행체로 임무 수행이 불가능하다고 판단되면 복수의 비행체에 임무를 재할당하고 임무파일을 업데이트하여 송신할 수 있다. 다만, 상기 임무협업 연산모듈(240)은 임무 연산의 복잡도 및 비행체끼리의 충돌 가능성을 낮추기 위해 단일 비행체로 임무 수행이 가능할 경우, 단일 비행체만으로 임무 수행을 하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 영상장비 제어명령 생성모듈(250)은 비행체(100)에 장착된 영상장비에 대한 제어명령을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 영상장비 제어명령 생성모듈(250)은 영상장비의 배율 및 짐벌 각도를 제어하는 제어명령을 생성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 결함분석부(300)는 비행체(100)에서 촬영된 영상을 분석하고, 결함을 탐지하는 것으로, 결함분석통신모듈(310), 임무 수행 모니터링모듈(320) 및 영상분석모듈(330)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 결함분석통신모듈(310)은 비행체(100)에서 촬영된 영상파일 및 비행체(100)의 임무 수행 플래그를 수신할 수 있다. 이때, 상기 비행체(100)는 촬영된 영상파일 및 임무 수행 플래그를 클라우드 서버(10)로 전송하고, 결함분석통신모듈(310)은 클라우드 서버(10)를 통하여 비행체(100)에서 촬영된 영상파일 및 비행체(100)의 임무 수행 플래그를 수신할 수 있다. 이에 따라, 상기 비행체(100)에서 촬영된 영상파일은 원격 접속이 가능한 클라우드 서버(10)로 전송되어 다수의 결함분석통신모듈(310)에서 공유하여 확인할 수 있다.
또한, 상기 임무 수행 모니터링모듈(320)은 임무 수행 플래그를 통해 임무 진척률을 모니터링할 수 있다.
아울러, 상기 영상분석모듈(330)은 영상파일을 분석하여 결함을 탐지할 수 있다. 예컨대, 상기 영상분석모듈(330)은 검사 대상에 대한 정상 영상과 수신되는 영상파일을 비교하여 결함을 탐지할 수 있다. 이때, 상기 영상분석모듈(330)은 검사자가 더욱 정확한 검사 결과에 대한 판단을 수행할 수 있도록 획득된 영상 상에서의 결함의 정보를 표시하여 제공할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 명세서를 통해 개시된 모든 실시 예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 비행체
110 : 비행체통신모듈
120 : 비행제어모듈
130 : 영상장비제어모듈
140 : 임무수행모듈
150 : 장애물충돌방지 및 회피모듈
160 : 비행체충돌방지 및 회피모듈
200 : 지상통제부
210 : 지상체통신모듈
220 : 임무파일 생성 및 모니터링모듈
230 : 비행체 통제 및 모니터링모듈
240 : 임무협업 연산모듈
250 : 영상장비 제어명령 생성모듈
300 : 결함분석부
310 : 결함분석통신모듈
320 : 임무 수행 모니터링모듈
330 : 영상분석모듈

Claims (7)

  1. 임무를 수행하며, 검사 대상을 촬영하는 다수의 비행체;
    상기 비행체를 통제하고, 상기 비행정보 및 비행상태에 따라 상기 임무를 재할당하는 지상통제부; 및
    상기 비행체에서 촬영된 영상을 분석하고, 결함을 탐지하는 결함분석부;
    를 포함하는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비행체는
    상기 지상통제부로 비행정보, 임무 수행 플래그 및 비행체 상태를 전송하고, 클라우드 서버로 촬영된 영상파일 및 임무 수행 플래그를 전송하며, 상기 지상통제부로부터 임무파일, 영상장비 제어 명령 및 비행체 통제 명령을 수신하는 비행체통신모듈;
    상기 지상통제부의 통제에 따라 비행을 제어하는 비행제어모듈;
    상기 지상통제부의 통제에 따라 영상장비를 제어하는 영상장비제어모듈; 및
    상기 지상통제부의 통제에 따라 임무를 수행하는 임무수행모듈;
    을 포함하는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비행체는
    비행 중 장애물 대상에 대한 충돌 위험도를 측정하고, 상기 비행제어모듈을 통해 회피 기동을 하는 장애물충돌방지 및 회피모듈; 및
    비행 중 비행체 대상에 대한 충돌 위험도를 측정하고, 상기 비행제어모듈을 통해 회피 기동을 하는 비행체충돌방지 및 회피모듈;
    를 더 포함하는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지상통제부는
    상기 비행체로 임무파일, 영상장비 제어명령 및 비행체 통제 명령을 전송하고, 상기 비행체로부터 비행정보, 임무 수행 플래그 및 비행체 상태를 수신하는 지상체통신모듈;
    검사 대상에 대한 3D 모델을 기반으로 검사 계획이 포함된 임무파일을 생성하고, 상기 임무파일에 대한 수행 현황을 모니터링하는 임무파일 생성 및 모니터링모듈;
    상기 비행체를 통제하고, 상기 비행체 상태를 모니터링하는 비행체 통제 및 모니터링모듈;
    상기 비행정보와, 상기 비행체 상태 및 상기 임무 수행 플래그를 토대로 각각의 상기 비행체의 임무 협업을 연산하여 임무 수행을 위한 우선순위의 비행체를 선정하고, 각각의 상기 비행체로 임무를 재할당하는 임무협업 연산모듈; 및
    상기 비행체에 장착된 영상장비에 대한 제어명령을 생성하는 영상장비 제어명령 생성모듈;
    을 포함하는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 임무협업 연산모듈은
    상기 비행정보에 포함된 배터리 잔여량과, 상기 비행체 상태에 포함된 고장 여부 및 상기 임무 수행 플래그를 통해 파악되는 임무 진척률을 토대로 잔여 임무에 대한 필요 배터리 양을 연산하여 현재 배터리 잔여량이 임무 수행에 필요한 배터리 양보다 적거나 비행체 상태가 비정상이라고 판단되면, 해당 비행체를 제외한 나머지 비행체를 대상으로 추가 임무를 수행하기 위한 필요 배터리 양을 연산하여 협업 가능한 비행체의 우선순위를 선정하고, 각각의 비행체로 임무를 재할당하는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 임무협업 연산모듈은
    잔여 임무가 단일 비행체로 임무 수행이 가능한지를 연산하여 단일 비행체로 임무 수행이 가능하다고 판단되면 단일 비행체로 임무를 수행하도록 임무를 재할당하는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 결함분석부는
    상기 비행체에서 촬영된 영상파일 및 상기 비행체의 임무 수행 플래그를 클라우드 서버에서 수신하는 결함분석통신모듈;
    상기 임무 수행 플래그를 통해 임무 진척률을 모니터링하는 임무 수행 모니터링모듈; 및
    상기 영상파일을 분석하여 결함을 탐지하는 영상분석모듈;
    을 포함하는 군집 드론을 이용한 원격 인스펙션 시스템.



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