WO2018056501A1 - 전력선로 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

전력선로 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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WO2018056501A1
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power line
flight
robot
wheel
mode
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이재경
박준영
김석태
최인규
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한국전력공사
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    • B64U50/10—Propulsion
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Definitions

  • the present invention relates to a variable flight robot system for power line maintenance and a control method thereof, and more particularly to a variable flight robot system for power line maintenance and a control method for inspecting a power line in close proximity to a live power line. It is about.
  • Power line is a general term for power transmission line, distribution line and electric equipment belonging to it. It is most important to operate power line without trouble to supply high quality power.
  • robots are installed to supervise or inspect the line while driving the power line by directly installing the power line, such as LineScout or Expliner of FIG.
  • An object of the present invention is easy to install and dismantle in the live power line, easy to avoid obstacles, it is possible to autonomously instantaneous for a long time by reducing the energy consumed to drive, super close to the power line is possible to check the power line
  • the present invention provides a variable flight robot system for maintenance and a control method thereof.
  • the present invention is composed of a flight robot capable of flying in the air, and a plurality of wheels attached to the power line to allow the flying robot to run the power line, when the obstacle is detected
  • Detachable driving means detachable from a power line to allow the flight robot to fly and attached to the power line when the obstacle passes, and the inspection robot checks the power line.
  • the flying robot is an unmanned aerial vehicle having a plurality of wings that can be folded so that the plurality of wings are unfolded during flight and folded when driving the power line.
  • the unmanned aerial vehicle includes a power unit for flight control of the unmanned aerial vehicle, a sensing unit for detecting a three-dimensional attitude, azimuth, altitude, and obstacle of the unmanned aerial vehicle, and an operation of the unmanned aerial vehicle based on a signal detected by the sensing unit. It includes a control unit for controlling the operation of the power unit and the detachable driving means so that the mode is made different.
  • the power unit includes a first motor for controlling rotation of a blade provided in the wings and a second motor for controlling a variable operation of folding and unfolding the wings.
  • the detection unit includes a first distance sensor for detecting a power line approach of the unmanned aerial vehicle, an inertial sensor for detecting a three-dimensional attitude and azimuth angle of the unmanned aerial vehicle, a barometer for detecting an altitude of the unmanned aerial vehicle, and a second sensor for detecting an obstacle. Includes 2 distance sensors.
  • the operation mode includes a flight mode in which autonomous flight is performed, a contact mode in which power line proximity flight, power line contact, and power line attachment function are performed when the power line is approached, a driving mode in which power line driving is performed, and the power line check is performed. Include the check mode.
  • the detachable driving means may include a first wheel that is in contact with a power line to detect the power line contact and performs the power line contact and brake functions, and is detached or attached to the power line while the first wheel is in contact with the power line. And a second wheel that travels along the power line.
  • the detachable traveling means further includes a traveling motor for rotating the second wheel.
  • the checking means is a power line monitoring camera provided in the flying robot for photographing the power line.
  • the present invention can be attached and detached to the power line after the flight robot is close to the power line through the flight can be easily installed and dismantled on the power line in the ultra-high voltage live state, when the obstacle meets the obstacle after flying away from the power line to avoid obstacles Obstacle avoidance is smooth because it can then be attached to the powerline again.
  • the present invention reduces the energy consumed for driving by performing the inspection while driving the power line directly to enable a long time autonomous instantaneous time, and at the same time has the effect of allowing close inspection in close proximity to the power line.
  • 1 is a photograph of a conventional power line monitoring robot (a) LineScout and (b) Expliner.
  • Figure 2 is a conceptual diagram showing a variable flight robot system for power line maintenance according to the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view showing an embodiment of a flight robot applied to a variable flight robot system for power line maintenance according to the present invention.
  • FIG 4 is a perspective view showing a state in which the flight robot of Figure 3 is attached to the power line.
  • FIG. 5 is a configuration diagram for explaining an operation example of a variable flight robot system for power line maintenance according to the present invention.
  • Figure 6 is a view showing the operation mode of the variable flight robot system for power line maintenance according to the present invention.
  • FIG. 7 to 11 are views showing a process in which the flight robot of Figure 3 is attached to the power line.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a variable operation of the flight robot of Figure 3 attached to the power line and folded the wings.
  • FIG. 13 is a perspective view showing another embodiment of a variable operation of folding the wings of the flight robot of FIG.
  • FIG. 14 is a view illustrating a principle in which the flying robot of FIG. 12 detects an obstacle while driving along a power line;
  • FIG. 15 is a view showing a camera angle calculation screen (a) and control program (b) of the variable flight robot system for power line maintenance according to the present invention.
  • 16 is a view showing an example of the angle calculation detail algorithm of the variable flight robot system for power line maintenance according to the present invention.
  • detachable traveling means 21 first wheel
  • variable flight robot system for power line maintenance of the present invention provides a flight function and a power line detachment function when installed on the power line and when obstacles are avoided while driving the power line, and maintains power line maintenance work. When performing, it provides power line driving function and power line checking function.
  • Obstacles include aviation fault indicators and self-support brackets installed on power lines.
  • the variable flight robot system includes a flight robot 10 capable of flying by air, and a plurality of wheels and attached to a power line L to allow the flight robot 10 to travel along the power line L.
  • a flight robot 10 capable of flying by air, and a plurality of wheels and attached to a power line L to allow the flight robot 10 to travel along the power line L.
  • FIG. When the obstacle (K) is detected and detached from the power line (L), the flying robot 10 is flying, and when passing through the obstacle (K) is attached to the power line (L) to allow the flying robot (10) to run the power line (L)
  • the detachable traveling means 20 and the inspection means 70 which inspect and maintain a power line are included.
  • the flying robot 10 is an unmanned aerial vehicle (drone) having a plurality of wings 13 to enable air flight.
  • a plurality of wings 13 are provided with two on each side of the flying robot body 11, the blade 15 provided in each wing 13 is rotated to enable the aerial flight of the flying robot (10).
  • the plurality of wings 13 may be variably operated so that they can be unfolded during flight and folded when the power line L runs.
  • the plurality of wings 13 may be folded and connected to the flying robot body 11 by a plurality of hinge structures or robot joint structures, respectively.
  • the detachable traveling means 20 is a first wheel 21 which performs power line contact and brake functions, and is detached or attached to the power line L in a state where the first wheel 21 is in contact with the power line. And a second wheel 23 traveling along the road.
  • the first wheel 21 is a wheel for driving brake and power line contact detection.
  • the first wheel 21 is in contact with the power line (L) detects the power line contact and performs a brake function while driving.
  • the braking function during driving may be performed by bringing the first wheel 21 into close contact with the power line L to generate a friction force between the first wheel 21 and the power line L.
  • the first wheel 21 is positioned to protrude to the upper portion of the flying robot body 11 is formed with a groove that can be in contact with the power line.
  • the first wheel 21 is pressed downward by the contact of the power line L, and may be returned to its original position when the force applied by the power line is removed.
  • Pressing the first wheel 21 downward and returning to the original position may be performed using a rotating unit, a hydraulic unit, or the like.
  • one end of the first wheel 21 may be installed in the rotatable structure of the flying robot body 11, and one end of the first wheel 21 may protrude upward of the flying robot body 11 and be in close contact with the power line L. have.
  • the second wheel 23 is a wheel for attaching and detaching power lines.
  • the second wheel 23 is composed of two arranged at both sides of the first wheel 21 to be shifted from each other and can be folded in the direction of the first wheel 21.
  • the second wheel 23 is installed in the rotatable robot body 11 in a rotatable structure so that when the power line L is in contact with the first wheel 21 and folded in the direction of the first wheel 21, the first wheel ( It is positioned above the 21 to allow the power line L to be positioned between the first wheel 21 and the second wheel 23.
  • the flight robot 10 includes a power unit 30 for flight control.
  • the power unit 30 controls the first motor 31 for controlling rotation of the blade 15 provided in the wings 13 and a variable operation of folding and unfolding the wings 13.
  • the second motor 33 is included.
  • first motors 31 may be provided to control the rotation of the blades 15 provided in each wing 13.
  • a BLDC motor may be applied.
  • second motors 33 may be provided for the variable operation of each wing 13.
  • a DC motor may be applied.
  • the power unit 30 further includes a third motor 35 for rotating the second wheel 23 in the direction of the first wheel 21.
  • Three third motors 35 may be provided.
  • a DC motor may be applied.
  • the power unit 30 may further include a motor for rotating one end of the first wheel 21 with respect to the flying robot body (11).
  • It includes a sensing unit 40 for detecting the three-dimensional attitude, azimuth, altitude and obstacles of the flying robot 10.
  • the sensing unit 40 includes a first distance sensor 41 for detecting a power line approach of the flying robot 10, an inertial sensor 43 for detecting a three-dimensional attitude and azimuth of the flying robot 10, and a flying robot ( The barometer 45 for altitude detection of 10) and the second distance sensor 47 for obstacle detection are included.
  • the first distance sensor 41 may be an ultrasonic distance sensor measuring a distance by measuring a time when the ultrasonic wave is sent and received.
  • the inertial sensor 43 is for detecting the position of the flying robot 10.
  • the inertial sensor 43 may be a 9-axis sensor having a three-axis gyro sensor, a three-axis angular velocity sensor, and a three-axis magnetic sensor.
  • the inertial sensor 43 may estimate the three-dimensional attitude and azimuth angle of the flying robot 10 itself. .
  • Barometer 45 is for determining the altitude of the flight robot (10).
  • the second distance sensor 47 may be an ultrasonic distance sensor, and six pieces may be provided at the front and the rear of the flying robot body 11. Using the barometer 45 and the second distance sensor 47, the flight robot 10 may detect and avoid the altitude and the obstacle (K).
  • the sensing unit 40 further includes an encoder 49 for measuring the speed of the flying robot 10.
  • the encoder 49 may measure the speed of the flying robot 10 by detecting the rotation of the first motor 31. By measuring the speed of the flying robot 10, the flying speed of the flying robot 10 can be controlled.
  • the sensing unit 40 further includes a motor position sensor 51 for detecting a position of the second motor 33 that folds and unfolds the wings 13 and the third motor 35 that folds and unfolds the second wheel 23. can do.
  • Six motor position detecting sensors 51 are provided to correspond to the number of the second motor 33 and the third motor 35. It is determined whether the wing 13 and the second wheel 23 are folded or unfolded by the signal detected by the motor position sensor 51.
  • control unit 60 for controlling the operation of the power unit 30 and the removable driving means 20 so that the operation mode of the flight robot 10 is made differently based on the signal detected by the detection unit 40.
  • the controller 60 selectively controls the operations of the first to third motors 35 so that the operation mode is made different.
  • the control unit 60 may be a user control program, and may wirelessly receive information of the sensing unit 40 and control the operation of the power unit 30.
  • the operation mode includes a flight mode in which autonomous flight is performed, a contact mode in which power line proximity flight, power line contact, and power line attachment function are switched when the power line is in close proximity, and a driving mode in which power line driving is performed. And a check mode in which the power line check is performed.
  • Flight mode performs autonomous flight and patrols the vicinity of power line.
  • the flight mode is performed by rotating the blade 15 by the operation of the first motor 31 in a state in which all four wings 13 are unfolded.
  • the contact mode is switched in proximity to the power line.
  • Power line proximity may be estimated through camera angle calculation. Camera angle calculation is to estimate the power line proximity of the flight robot based on the image information captured by the power line surveillance camera to be described later.
  • Proximity distance calculation is to adjust the direction of the power line (L) and the flight robot 10 in parallel up and down by using the first two first distance sensor 41 of the flight robot 10 while raising the flight robot (10).
  • the first wheel 21 and the second wheel 23 are driven to perform power line contact and power line attachment.
  • variable operation of folding the wing 13 for power line driving is performed.
  • the variable operation of the wing 13 is to fold the plurality of wings 13 so that the blades 15 generate thrust in the same direction. Thrust is generated by the rotation of the blades 15 and the flying robot 10 may travel the power line.
  • Power line travel is performed in the travel mode.
  • the driving of the power line is performed by the first motor 31 operating, the blade 15 rotating, and the first wheel 21 and the second wheel 23 being driven by the thrust generated by the rotation of the blade 15. Is performed while moving along.
  • the inspection means 70 checks the power line L when the power line is running.
  • the inspection means 70 may be a power line monitoring camera installed in the flight robot 10. Power line monitoring camera is installed in front of the flight robot body 11 and the angle can be adjusted to shoot the power line (L).
  • Image information photographed by the power line monitoring camera is transmitted to the control unit 60 in real time and may be applied to the camera angle calculation.
  • the power line surveillance camera may be a high resolution camera or a thermal imaging camera.
  • the flying robot 10 When the flying robot 10 detects the obstacle K by the second distance sensor 47 while driving the power line L, the flying robot 10 stops driving the power line, detaches the power line, starts autonomous flight, passes the obstacle, It is operated by power line attachment and power line driving sequence.
  • variable flight robot control method is capable of flying by a plurality of wings 13 having a rotating blade 15, the first wheel 21 and the second wheel 23 is attached to the power line (L).
  • the power line is checked to control the operation mode of the flight robot 10 capable of driving the power line.
  • the operation mode is provided in a flight mode in which autonomous flight is performed, a contact mode in which power line proximity flight, power line contact, and power line attachment function are performed when the flight robot is in close proximity to the power line and the power line travel is performed. And a check mode in which the power line check is performed by the power line monitoring camera.
  • the flight mode includes an autonomous flight phase and an instantaneous phase near the power line.
  • the autonomous flight step is performed by operating the first motor 31 and rotating the blade 15 while the wings 13 are unfolded.
  • the contact mode includes a camera angle calculation step, a proximity distance calculation step, a power line attachment step, and a wing variable step.
  • the camera angle calculation step estimates the power line proximity of the flying robot based on the image information captured by the power line monitoring camera.
  • the distance between the power line and the flying robot is calculated based on the signal detected by the first distance sensor, and the flying robot is moved close to the power line to align the direction of the power line and the flying robot in parallel.
  • Attaching the power line raises the flying robot 10 until the contact between the first wheel 21 and the power line L is detected, and if the contact between the first wheel 21 and the power line L is detected, the flight is carried out. After stopping the robot 10 from rising, the second wheel 23 is folded so that the power line L is positioned between the first wheel 21 and the second wheel 23.
  • the driving mode includes a power line driving step, a wing variable step, a flight control start step, a proximity distance calculation step, and an autonomous flight start step.
  • the wing variable step, the flight control start step, the proximity distance calculation step, and the autonomous flight start step are performed when an obstacle K is detected while driving the power line L of the flight robot 10.
  • the wing variable step may be performed after the power line travel stops.
  • the wing variable step operates the second motor 33 to unfold the folded wings 13.
  • the flying robot 10 may rise when the blades 15 rotate.
  • the flight control start step raises the flight robot 10 such that the second wheel 23 is detached from the power line L.
  • the raising of the flying robot 10 may be performed by operating the first motor 31 to rotate the blade 15.
  • the proximity calculation step calculates the distance between the flight robot and the power line due to the flight robot rising.
  • the distance between the flight robot 10 and the power line L is calculated based on the signal detected by the first distance sensor 41.
  • the autonomous flight start step is performed when the distance between the flight robot 10 and the power line L is reduced to a set value or less by proximity calculation.
  • the second wheel 23 can be seen as detached from the power line (L) can start autonomous flight.
  • the flight robot 10 performs a close flight to the power line L.
  • FIG. 7 the flight robot 10 performs a close flight to the power line L.
  • the flying robot 10 When the flying robot 10 is close to the power line L, the power line L and the flying robot using the power line monitoring camera and two first distance sensors 41 installed on the upper part of the flying robot body 11 before and after.
  • the direction of (10) is made to be parallel to up and down.
  • the flying robot 10 When the first wheel 21 of the flying robot 10 is pressed by the power line L to detect contact with the power line L, the flying robot 10 is stopped in the air, as shown in FIG. 9.
  • the second wheels 23 on both sides of the wheel 21 are folded in the direction of the first wheel 21.
  • one end of the first wheel 21 is rotated to contact the first wheel 21 with the power line L.
  • the first wheel 21 and the second wheel 23 is attached to the power line (L) and the flying robot 10 is in a state capable of traveling the power line (L).
  • the flight robot is attached to the power line by the above-described process, and the process of detaching the flight robot from the power line may be performed in the reverse order of the above-described power line attachment process.
  • the front and rear wings 13a and 13b of the flight robot 10 may be driven, as shown in FIG. 12. Fold the wings 13 so that they face each other.
  • the front and rear wings 13a and 13b of the flying robot 10 are folded upwardly to face each other, but may be folded downwardly.
  • the flight robot 10 may use the thrust of the blade 15 to drive the power line.
  • Figure 13 shows another embodiment of folding the wings of a flying robot.
  • the front and rear wings 13a and 13b may be folded to face the same direction.
  • the blade 15 is rotated to blow wind in a direction opposite to the driving direction.
  • the above-described power line traveling of the flying robot 10 may use thrust of the blade 15 provided in the wings 13, but may be performed by driving a driving motor alone.
  • the driving wheel 53 rotates the second wheel 23 to rotate the second wheel 23 in the direction in which the flying robot 10 intends to travel.
  • Power line driving of the flight robot 10 can be performed.
  • FIG 14 is a view showing a principle that the flying robot 10 detects the obstacle (K) while driving along the power line (L).
  • the flying robot 10 when the flying robot 10 detects an obstacle K on the power line L by the second distance sensor 47 while driving the power line, the flying robot 10 stops driving ⁇ detaching the power line. Obstacle avoidance is possible by operating autonomous flight ⁇ passing obstacle ⁇ attaching power line ⁇ power line driving.
  • the above-described flying robot 10 normally performs autonomous flight in the flight mode, and then switches to the contact mode near the power line, and performs the processes of FIGS. 7 to 11, and is attached to the power line L.
  • FIG. 1
  • Switching from the flight mode to the contact mode may be performed by a user signal or a signal of the controller.
  • a condition that can be switched from the flight mode to the contact mode is possible when the power line crosses the power line surveillance camera.
  • the red line on the camera angle calculation screen means a line recognized as a power line after MultiVote and Kalman Estimation in the angle calculation detailed algorithm of FIG. 16.
  • Image information captured by the power line surveillance camera is transmitted to the controller (eg, a user control program) in real time by wireless.
  • the controller eg, a user control program
  • the control unit finds a line using Hough Line Detection for all lines estimated as lines in the image information, removes noise components from the found image, and performs line estimation again. Then, the line recognized as the image disappears due to noise, and after performing MultiVote on the line estimated to be the power line among the remaining lines, it is estimated the line of the most likely current place from the previous estimated line, and when a match occurs, The angle is calculated and notified to the user.
  • the previous angle is indicated. This operation can be performed every 30ms.
  • the flight robot 10 After that, it performs a variable wing operation to switch to driving mode.
  • the flight robot 10 drives the power line L using the driving motor 53 or the blade 15. After the power line check and other tasks are completed, switch to flight mode.
  • the wing 13 is variable to allow the blade 15 to rotate when the wing 13 is horizontal with the flying robot body 11.
  • the flight robot 10 may fly in a state spanning slightly over the power line by performing flight control. After that, when the distance between the flight robot 10 and the power line L is decreased by the proximity calculation, the second wheel 23 is recognized as being detached from the power line L and the flight is started, and the second wheel 23 is folded. The flight robot 10 is disconnected from the power line L and autonomous flight is started.

Abstract

본 발명은 전력선로 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 공중비행이 가능한 비행로봇(10)과 복수의 휠로 구성되고 전력선(L)에 부착되어 상기 비행로봇(10)이 전력선(L)을 주행하게 하며 장애물(K) 감지시 상기 전력선(L)에서 탈착되어 상기 비행로봇(10)이 비행하게 하고 상기 장애물 통과시 상기 전력선(L)에 다시 부착되어 상기 비행로봇(10)이 상기 전력선(L)을 주행하게 하는 탈부착 주행 수단(20)과 상기 전력선(L)을 점검하는 점검 수단(70)을 포함한다. 본 발명은 전력선에 설치 및 철거가 용이하고, 장애물의 회피가 용이하며, 구동에 소모되는 에너지를 줄여 장시간 자율적인 순시가 가능하며, 전력선에 초근접하여 정밀한 점검이 가능한 이점이 있다.

Description

전력선로 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템 및 그 제어방법
본 발명은 전력선로 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활선 상태인 전력선에 근접하여 전력선로를 점검하는 전력선로 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
전력선로는 전력 전송에 사용되는 송전선로, 배전선로 및 이에 속하는 전기설비를 총칭하는 말로, 양질의 전력을 공급하기 위해서는 전력선로를 고장 없이 운영하는 것이 무엇보다도 중요하다.
따라서 선로 사고를 예방하기 위해서 전력선로를 주기적으로 점검할 필요성이 있으며, 일반적으로 도보 순시와 유인 헬기 순시로 점검 작업을 수행하고 있다.
하지만, 도보 순시는 인력에 의한 육안 점검으로 고전압, 고소의 전력선에 대한 접근한계로 시야 확보가 어렵고, 유인 헬기는 50Km/h의 고속 비행으로 인해 점검결과의 정확성이 낮고 계절 및 지역에 따라 운영하기 어려운 경우도 많다.
기존 점검방법의 한계점을 해결하기 위하여, 도 1의 LineScout나 Expliner와 같이 전력선로에 직접 설치하여 전력선을 주행하면서 선로를 초근접 감시하거나 정검하는 로봇들이 개발되었다.
하지만, 이와 같은 선로 주행형 로봇은 선로 상에 위치한 항공장애표시구나 애자련 금구류와 같은 장애물을 넘을 수 있어야만 하기 때문에 이를 위한 복잡한 기계적 구조나 장치들을 장착하게 되어 로봇 무게와 부피가 커지는 단점이 있다(예. LineScout의 무게 = 100kg). 이로 인해 전력선에 고전압이 인가되어 있는 활선 상태에서 사람이 로봇을 선로에 직접 설치하는 과정이 매우 복잡하고 어려우며 시간과 노력이 많이 소요되고 작업 안전성 측면에서도 위험부담이 있다.
최근 드론 기술의 발달과 함께 드론을 전력선로의 감시에 사용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 드론의 경우 비행을 통해 전력설비에 가까이 접근하는 것이 가능하나, 수만 rpm으로 초고속 회전하는 블레이드를 이용하여 자신의 무게를 공중으로 들어올리는 비행을 하기 때문에 배터리 전력 소모가 커서 사용시간이 수분~수십 분에 불과하고 이로 인해 복잡한 구조물로 구성된 전력선로를 비행으로 따라가면서 자율적으로 순시하도록 개발하기는 쉽지 않은 실정이다.
본 발명의 목적은 활선 상태인 전력선에 설치 및 철거가 용이하고, 장애물의 회피가 용이하며, 구동에 소모되는 에너지를 줄여 장시간 자율적인 순시가 가능하며, 전력선에 초근접하여 정밀한 점검이 가능한 전력선로 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 공중비행이 가능한 비행로봇과, 복수의 휠로 구성되고 전력선에 부착되어 상기 비행로봇이 전력선을 주행하게 하며, 장애물 감지시 상기 전력선에서 탈착되어 상기 비행로봇이 비행하게 하고 상기 장애물 통과시 상기 전력선에서 부착되어 상기 비행로봇이 상기 전력선을 주행하게 하는 탈부착 주행 수단과, 상기 전력선을 점검하는 점검 수단을 포함한다.
상기 비행로봇은 접을 수 있도록 가변 가능한 복수의 윙을 가진 무인 비행체이며, 상기 복수의 윙은 비행시에는 펼쳐지고 상기 전력선 주행시에는 접혀진다.
상기 무인 비행체는 상기 무인 비행체의 비행 제어를 위한 동력부와, 상기 무인 비행체의 3차원 자세, 방위각, 고도 및 장애물 감지를 위한 감지부와, 상기 감지부가 감지한 신호를 근거로 상기 무인 비행체의 운용모드가 다르게 이루어지도록 상기 동력부 및 상기 탈부착 주행 수단의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 동력부는 상기 윙들에 구비되는 블레이드의 회전을 제어하는 제1 모터와 상기 윙들을 접고 펼치는 가변 동작을 제어하는 제2 모터를 포함한다.
상기 감지부는 상기 무인 비행체의 전력선 접근을 감지하는 제1 거리센서와, 상기 무인 비행체의 3차원 자세 및 방위각 감지를 위한 관성센서와, 상기 무인 비행체의 고도 감지를 위한 기압계와, 장애물 감지를 위한 제2 거리센서를 포함한다.
상기 운용모드는 자율비행이 수행되는 비행모드와, 전력선 근접시 전환되며 전력선 근접비행, 전력선 접촉, 전력선 부착 기능이 수행되는 접촉모드와, 전력선 주행이 수행되는 주행모드와, 상기 전력선 점검이 수행되는 점검모드를 포함한다.
상기 탈부착 주행 수단은, 전력선과 접촉되어 상기 전력선 접촉을 감지하며 상기 전력선 접촉 및 브레이크 기능을 수행하는 제1 휠과, 상기 제1 휠이 상기 전력선에 접촉한 상태에서 상기 전력선에 탈착 또는 부착되고 상기 전력선을 따라 주행하는 제2 휠을 포함한다.
상기 탈부착 주행 수단은, 상기 제2 휠을 회전시키는 주행용 모터를 더 포함한다.
상기 점검 수단은 상기 비행로봇에 구비되어 상기 전력선을 촬영하는 전력선 감시용 카메라이다.
본 발명은 비행로봇이 비행을 통해 전력선에 근접한 후 전력선에 부착 및 탈착이 가능하므로 초고압 활선 상태인 전력선에 용이하게 설치 및 철거할 수 있고, 장애물을 만났을 경우 전력선으로부터 이탈한 후 비행하여 장애물을 회피한 다음 다시 전력선에 부착될 수 있으므로 장애물 회피가 원활한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전력선을 직접 주행하면서 점검을 수행함으로써 비행 순시에 비해 구동에 소모되는 에너지를 줄여 장시간 자율적인 순시가 가능함과 동시에 전력선에 초근접하여 정밀한 점검이 가능하게 하는 효과가 있다.
따라서, 전력선로 사고를 미연에 방지할 수 있고 고전압, 고소 전력선로에 대한 점검을 원격으로 실시함으로써 작업 안정성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전력선로 감시용 로봇으로 (a) LineScout와 (b) Expliner를 보인 사진.
도 2는 본 발명에 의한 전력선 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템을 보인 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 전력선 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템에 적용되는 비행로봇의 실시예를 보인 사시도.
도 4는 도 3의 비행로봇이 전력선에 부착된 상태를 보인 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 전력선 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템의 작동예를 설명하기 위한 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 전력선 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템의 운용모드를 보인 도면.
도 7 내지 도 11은 도 3의 비행로봇이 전력선에 부착되는 과정을 보인 도면.
도 12는 도 3의 비행로봇이 전력선에 부착되고 윙들을 접은 가변 동작을 보인 사시도.
도 13은 도 3의 비행로봇의 윙들을 접는 가변 동작의 다른 실시예를 보인 사시도.
도 14는 도 12의 비행로봇이 전력선을 따라 주행 중 장애물을 감지하는 원리를 보인 도면.
도 15는 본 발명에 의한 전력선 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템의 카메라 각도 연산 화면(a) 및 제어프로그램(b)을 보인 도면.
도 16은 본 발명에 의한 전력선 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템의 각도 연산 세부 알고리즘의 예를 보인 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
L: 전력선 K: 장애물
10: 비행로봇 11: 비행로봇 몸체
13: 윙 15: 블레이드
20: 탈부착 주행 수단 21: 제1 휠
23: 제2 휠 30: 동력부
31: 제1 모터 33: 제2 모터
35: 제3 모터 40: 감지부
41: 제1 거리센서 43: 관성센서
45: 기압계 47: 제2 거리센서
49: 엔코더 51: 모터위치감지센서
53: 주행용 모터 60: 제어부
70: 점검 수단
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 전력선로 유지보수용 가변형 비행로봇 시스템(이하, "가변형 비행로봇 시스템"이라 칭함)은 전력선에 설치시와 전력선 주행 중 장애물 회피시에는 비행 기능과 전력선 탈부착 기능을 제공하고 전력선 유지보수 작업 수행시에는 전력선 주행 기능과 전력선로 점검 기능을 제공한다.
장애물은 전력선 상에 설치된 항공장애표시구나 애자련 금구류 등이 해당한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가변형 비행로봇 시스템은 공중비행이 가능한 비행로봇(10)과, 복수의 휠로 구성되고 전력선(L)에 부착되어 비행로봇(10)이 전력선(L)을 따라 주행하게 하며 장애물(K) 감지시 전력선(L)에서 탈착되어 비행로봇(10)이 비행하게 하고 장애물(K) 통과시 전력선(L)에 부착되어 비행로봇(10)이 전력선(L)을 주행하게 하는 탈부착 주행 수단(20)과, 전력선을 점검 및 정비하는 점검 수단(70)을 포함한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 비행로봇(10)은 공중비행이 가능하도록 복수의 윙(13)을 구비하는 무인 비행체(드론)이다. 복수의 윙(13)은 비행로봇 몸체(11)의 양측으로 2개씩 4개가 구비되며 각 윙(13) 내에 구비된 블레이드(15)가 회전하여 비행로봇(10)의 공중비행이 가능하다.
복수의 윙(13)은 비행시에는 펼쳐지고 전력선(L) 주행시에는 접혀질 수 있도록 가변 동작 가능하다. 복수의 윙(13)은 각각 비행로봇 몸체(11)에 복수의 힌지 구조 또는 로봇 관절 구조 등으로 연결되어 접혀질 수 있다.
탈부착 주행 수단(20)은 전력선 접촉 및 브레이크 기능을 수행하는 제1 휠(21)과, 제1 휠(21)이 전력선에 접촉한 상태에서 전력선(L)에 탈착 또는 부착되고 전력선(L)을 따라 주행하는 제2 휠(23)을 포함한다.
제1 휠(21)은 주행 브레이크 및 전력선 접촉감지용 휠이다. 제1 휠(21)은 전력선(L)과 접촉되어 전력선 접촉을 감지하며 주행 중 브레이크 기능을 수행한다.
주행 중 브레이크 기능은 제1 휠(21)을 전력선(L) 방향으로 밀착시켜 제1 휠(21)과 전력선(L) 사이에 마찰력을 발생시켜 수행할 수 있다.
제1 휠(21)은 비행로봇 몸체(11)의 상부로 돌출되게 위치되고 전력선이 접촉할 수 있는 홈이 형성된다. 제1 휠(21)은 전력선(L) 접촉에 의해 하부로 눌러지며 전력선이 누르는 힘이 제거되면 원위치로 복귀될 수 있다.
제1 휠(21)이 하부로 눌러지고 원위치로 복귀되는 것을 회전유닛, 유압유닛 등을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 제1 휠(21)은 일단부가 비행로봇 몸체(11)에 회전 가능한 구조로 설치되고, 일단부가 회전시 비행로봇 몸체(11)의 상부로 돌출되고 전력선(L)에 밀착될 수 있다.
제2 휠(23)은 전력선 탈부착 및 주행용 휠이다.
제2 휠(23)은 제1 휠(21)의 양측으로 서로 어긋난 위치에 배치되는 2개로 구성되며 제1 휠(21) 방향으로 접을 수 있도록 된다. 제2 휠(23)은 비행로봇 몸체(11)에 회동 가능한 구조로 설치되어 전력선(L)이 제1 휠(21)에 접촉된 상태에서 제1 휠(21) 방향으로 접으면 제1 휠(21)의 상부로 위치되어 전력선(L)이 제1 휠(21)과 제2 휠(23) 사이로 위치될 수 있도록 한다.
비행로봇(10)은 비행 제어를 위한 동력부(30)를 포함한다.
도 5에 도시된 바에 의하면, 동력부(30)는 윙들(13)에 구비되는 블레이드(15)의 회전을 제어하는 제1 모터(31)와, 윙들(13)을 접고 펼치는 가변 동작을 제어하는 제2 모터(33)를 포함한다.
제1 모터(31)는 각 윙(13)에 구비된 블레이드(15)의 회전을 제어하기 위해 4개가 구비될 수 있으며 그 예로 BLDC 모터가 적용될 수 있다. 제2 모터(33)는 각 윙들(13)의 가변 동작을 위해 4개가 구비될 수 있으며 그 예로 DC 모터가 적용될 수 있다.
동력부(30)는 제2 휠(23)을 제1 휠(21) 방향으로 회동시켜 접기 위한 제3 모터(35)를 더 포함한다. 제3 모터(35)는 2개가 구비될 수 있으며 그 예로 DC 모터가 적용될 수 있다. 또한, 동력부(30)는 제1 휠(21)의 일단부를 비행로봇 몸체(11)에 대해 회전시키기 위한 모터를 더 포함할 수 있다.
비행로봇(10)의 3차원 자세, 방위각, 고도 및 장애물 감지를 위한 감지부(40)를 포함한다.
감지부(40)는 비행로봇(10)의 전력선 접근을 감지하는 제1 거리센서(41)와, 비행로봇(10)의 3차원 자세 및 방위각 감지를 위한 관성센서(43)와, 비행로봇(10)의 고도 감지를 위한 기압계(45)와, 장애물 감지를 위한 제2 거리센서(47)를 포함한다.
제1 거리센서(41)는 신뢰도 향상을 위해 비행로봇 몸체(11)의 상부에 2개가 구비되어 비행로봇(10)의 전력선 근접을 감지한다. 제1 거리센서(41)는 초음파를 보내고 받은 시간을 측정하여 거리를 측정하는 초음파 거리센서일 수 있다.
관성센서(43)는 비행로봇(10)의 위치 감지를 위한 것이다. 관성센서(43)는 3축 자이로 센서, 3축 각속도 센서, 3축 마그네틱 센서를 내장한 9축 센서일 수 있으며, 이를 이용하여 비행로봇(10) 스스로의 3차원 자세 및 방위각을 추정할 수 있다.
기압계(45)는 비행로봇(10)의 고도 판단을 위한 것이다.
제2 거리센서(47)는 초음파 거리센서일 수 있으며 비행로봇 몸체(11)의 전방 및 후방에 6개가 구비될 수 있다. 기압계(45)와 제2 거리센서(47)를 이용하여 비행로봇(10)이 고도 및 장애물(K)을 감지하고 회피할 수 있다.
감지부(40)는 비행로봇(10)의 속력 측정을 위한 엔코더(49)를 더 포함한다. 엔코더(49)는 제1 모터(31)의 회전을 감지하여 비행로봇(10)의 속력을 측정할 수 있다. 비행로봇(10)의 속력을 측정하여 비행로봇(10)의 비행 속도를 제어할 수 있다.
감지부(40)는 윙들(13)을 접고 펼치는 제2 모터(33)와 제2 휠(23)을 접고 펼치는 제3 모터(35)의 위치 감지를 위한 모터위치감지센서(51)를 더 포함할 수 있다. 모터위치감지센서(51)는 제2 모터(33)와 제3 모터(35)의 개수에 대응되게 6개가 구비된다. 모터위치감지센서(51)가 감지한 신호로 윙(13) 및 제2 휠(23)이 접혀 있는 상태인지 펼쳐져 있는 상태인지 판단한다.
감지부(40)가 감지한 신호를 근거로 비행로봇(10)의 운용모드가 다르게 이루어지도록 동력부(30) 및 탈부착 주행 수단(20)의 작동을 제어하는 제어부(60)를 포함한다.
제어부(60)는 제1 내지 제3 모터(35)의 작동을 선택적으로 제어하여 운용모드가 다르게 이루어지도록 한다. 제어부(60)는 사용자 제어프로그램일 수 있으며, 무선으로 감지부(40)의 정보를 수신하고 동력부(30)의 작동을 제어할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 운용모드는 자율비행이 수행되는 비행모드와, 전력선 근접시 전환되며 전력선 근접비행, 전력선 접촉, 전력선 부착 기능이 수행되는 접촉모드와, 전력선 주행이 수행되는 주행모드와, 전력선 점검이 수행되는 점검모드를 포함한다.
비행모드는 자율비행을 수행하여 전력선로 인근을 순시한다. 비행모드는 4개의 윙(13)이 모두 펼쳐진 상태에서 제1 모터(31)의 작동에 의해 블레이드(15)가 회전하여 수행된다.
접촉모드는 전력선 근접시 전환된다. 전력선 근접은 카메라 각도 연산을 통해 추정될 수 있다. 카메라 각도 연산은 후술할 전력선 감시용 카메라가 촬영한 영상정보를 근거로 비행로봇의 전력선 근접을 추정하는 것이다.
비행로봇(10)의 전력선 근접으로 추정되는 상태에서 비행로봇(10)의 상부에 구비된 2개의 제1 거리센서(41)에 동시에 물체가 감지되면 상기 물체가 전력선(L)인 것으로 인식하고, 근접거리 연산을 수행한다.
근접거리 연산은 비행로봇(10)을 상승시키면서 비행로봇(10)의 상부 2개의 제1 거리센서(41)를 이용하여 전력선(L)과 비행로봇(10)의 방향을 상하 평행하게 맞추는 것이다. 근접거리 연산에 의해 전력선(L)과 비행로봇(10)의 방향이 평행하게 일치되면 제1 휠(21) 및 제2 휠(23)을 구동하여 전력선 접촉, 전력선 부착 기능을 수행한다.
비행로봇(10)의 전력선(L) 부착이 수행되면 전력선 주행을 위해 윙(13)을 접는 가변 동작을 수행한다. 윙(13)의 가변 동작은 복수의 윙(13)을 접어 블레이드들(15)이 동일한 방향으로 추력을 발생하도록 하기 위한 것이다. 블레이드들(15)의 회전에 의해 추력이 발생하고 비행로봇(10)이 전력선을 주행할 수 있다.
주행모드에서 전력선 주행이 수행된다. 전력선 주행은 제1 모터(31)가 작동하여 블레이드(15)가 회전하고 이 블레이드(15)의 회전으로 발생하는 추력에 의해 제1 휠(21)과 제2 휠(23)이 전력선(L)을 따라 이동하면서 수행된다.
전력선 주행시 점검 수단(70)이 전력선(L)을 점검하게 된다. 점검 수단(70)은 비행로봇(10)에 설치된 전력선 감시용 카메라일 수 있다. 전력선 감시용 카메라는 비행로봇 몸체(11)의 전방으로 설치되며 각도 조절 가능하여 전력선(L)을 촬영할 수 있다.
전력선 감시용 카메라가 촬영한 영상정보는 실시간으로 제어부(60)에 전송되며 카메라 각도 연산에 적용될 수 있다. 전력선 감시용 카메라는 고해상도 카메라 또는 열화상 카메라일 수 있다.
비행로봇(10)이 전력선(L) 주행 중 제2 거리센서(47)에 의해 장애물(K)이 감지되는 경우, 비행로봇(10)은 전력선 주행 정지, 전력선 탈착, 자율비행 시작, 장애물 통과, 전력선 부착, 전력선 주행 순서로 운용된다.
구체적으로 가변형 비행로봇 제어방법은, 회전하는 블레이드(15)를 가진 복수의 윙(13)에 의해 공중비행이 가능하고 제1 휠(21)과 제2 휠(23)이 전력선(L)에 부착되어 전력선 주행이 가능한 비행로봇(10)의 운용모드를 제어하여 전력선로를 점검한다.
운용모드는 자율비행이 수행되는 비행모드와, 비행로봇의 전력선 근접 비행시 전환되며 전력선 근접비행, 전력선 접촉, 전력선 부착 기능이 수행되는 접촉모드와, 전력선 주행이 수행되는 주행모드와 비행로봇에 구비된 전력선 감시용 카메라에 의해 전력선 점검이 수행되는 점검모드를 포함한다.
비행모드는 자율비행 단계, 전력선로 인근 순시 단계를 포함한다.
자율비행 단계는 윙들(13)이 펼쳐진 상태에서 제1 모터(31)가 작동하고 블레이드(15)가 회전하여 수행된다.
접촉모드는 카메라 각도 연산 단계, 근접거리 연산 단계, 전력선 부착 단계, 윙 가변 단계를 포함한다.
카메라 각도 연산 단계는 전력선 감시용 카메라가 촬영한 영상정보를 근거로 비행로봇의 전력선 근접을 추정한다.
근접거리 연산 단계는 제1 거리센서에서 감지된 신호를 근거로 전력선과 비행로봇의 거리를 연산하면서 비행로봇을 전력선에 근접 비행 실시하여 전력선과 비행로봇의 방향을 평행하게 맞추는 것이다.
전력선 부착 단계는 제1 휠(21)과 전력선(L)과의 접촉이 감지될 때까지 비행로봇(10)을 상승시키고, 제1 휠(21)과 전력선(L)과의 접촉이 감지되면 비행로봇(10)의 상승을 정지시킨 후, 전력선(L)이 제1 휠(21)과 제2 휠(23) 사이에 위치되게 제2 휠(23)을 접는다.
주행모드는 전력선로 주행 단계, 윙 가변 단계, 비행제어 시작 단계, 근접거리 연산 단계, 자율비행 시작 단계를 포함한다.
전력선로 주행 단계는 제1 모터(31)가 작동하여 블레이드(15)가 회전하면 블레이드(15)의 회전에 의해 발생되는 추력에 의해 제2 휠(23)이 전력선(L)을 따라 주행한다.
윙 가변 단계, 비행제어 시작 단계, 근접거리 연산 단계, 자율비행 시작 단계는 비행로봇(10)의 전력선(L) 주행 중 장애물(K)이 감지되는 경우 수행된다.
비행로봇(10)의 전력선(L) 주행 중 장애물(K)이 감지되면 전력선 주행 정지, 전력선 탈착, 자율비행 시작, 장애물 통과, 전력선 부착, 전력선 주행 순서로 운용한다.
윙 가변 단계는 전력선 주행 정지 후 수행될 수 있다.
윙 가변 단계는 제2 모터(33)를 작동시켜 접혀진 윙들(13)을 펼친다. 윙들(13)을 펼치면 블레이드(15)의 회전시 비행로봇(10)이 상승할 수 있다.
비행제어 시작 단계는 제2 휠(23)이 전력선(L)에 탈착되게 비행로봇(10)을 상승시킨다. 비행로봇(10)의 상승은 제1 모터(31)를 작동시켜 블레이드(15)를 회전시킴으로써 수행될 수 있다.
근접거리 연산 단계는 비행로봇 상승으로 인한 비행로봇과 전력선 사이의 거리를 연산한다. 비행로봇(10)과 전력선(L) 사이의 거리는 제1 거리센서(41)가 감지한 신호를 근거로 연산된다.
자율비행 시작 단계는 근접거리 연산에 의해 비행로봇(10)과 전력선(L) 사이의 거리가 설정값 이하로 감소하면 수행한다. 비행로봇(10)과 전력선(L) 사이의 거리가 설정값 이하로 감소하면 제2 휠(23)이 전력선(L)에서 탈착된 것으로 보고 자율비행을 시작할 수 있다.
이하 본 발명의 작용을 실시예를 통해 설명하기로 한다.
도 7 내지 도 11을 참조하여 비행로봇이 전력선에 부착하는 과정을 순차적으로 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비행로봇(10)은 전력선(L)에 근접비행을 실시한다.
비행로봇(10)이 전력선(L)에 근접하면 전력선 감시용 카메라와 비행로봇 몸체(11)의 상부에 전, 후로 설치된 2개의 제1 거리센서(41)를 이용하여 전력선(L)과 비행로봇(10)의 방향이 상하 평행하게 되도록 한다.
비행로봇(10)과 전력선(L)이 상하 평행하게 일치된 상태에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 비행로봇(10)의 제1 휠(21)이 전력선(L)에 눌려져 전력선(L)과의 접촉이 감지될 때까지 비행로봇(10)을 서서히 상승시킨다.
비행로봇(10)의 제1 휠(21)이 전력선(L)에 눌려져서 전력선(L)과의 접촉이 감지되면 비행로봇(10)을 공중 정지시키면서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 휠(21) 양측의 제2 휠(23)을 제1 휠(21) 방향으로 접어준다.
제2 휠들(23)이 제1 휠(21) 방향으로 완전히 접혀지면 윙들(13)의 블레이드 회전속도를 점차 줄여서 비행로봇(10)을 최종적으로 정지시킨다.
윙들(13)의 블레이드(15) 회전이 완전히 정지되면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 휠(23)이 전력선(L)에 부착된다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 휠(21)의 일단부를 회전시켜 제1 휠(21)을 전력선(L)에 접촉시킨다. 그러면, 제1 휠(21)과 제2 휠(23)이 전력선(L)에 부착되고 비행로봇(10)이 전력선(L)을 주행할 수 있는 상태가 된다.
상술한 과정에 의해 비행로봇이 전력선에 부착되며, 비행로봇을 전력선에서 탈착하는 과정은 상술한 전력선 부착 과정을 역순으로 실행하면 된다.
다음으로, 비행로봇이 전력선을 주행하는 과정을 설명한다.
도 11에 도시된 바와 같이 비행로봇(10)이 전력선(L)에 부착하면 비행로봇(10)을 주행시키기 위해, 도 12에 도시된 바와 같이, 비행로봇(10)의 전후 윙들(13a,13b)이 서로 마주보도록 윙들(13)을 접는다.
도 12에서는 비행로봇(10)의 전후 윙들(13a,13b)이 서로 마주보도록 상부 방향으로 접었으나 하부 방향으로 접는 것도 가능하다.
비행로봇(10)은 전력선을 주행하기 위해 블레이드(15)의 추력을 이용할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 전후 윙들(13a,13b)이 서로 마주보도록 접은 경우에는 전후 윙들(13a,13b)의 블레이드들(15)이 동일한 방향으로 추력을 발생시키도록 서로 반대 방향으로 회전하도록 하고, 비행로봇(10)이 주행하고자 하는 방향의 반대 방향으로 바람을 내보내도록 윙들(13)의 블레이드(15)를 회전시킨다.
도 13에는 비행로봇의 윙들을 접는 다른 실시예가 도시되어 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 전후 윙들(13a,13b)이 같은 방향을 향하도록 접어줄 수 있다. 다른 실시예의 경우, 비행로봇(10)이 전력선(L)을 주행하고자 할 때 주행 방향과 반대 방향으로 바람을 내보내도록 블레이드(15)를 회전시킨다.
상술한 비행로봇(10)의 전력선 주행은 윙들(13)에 구비된 블레이드(15)의 추력을 이용할 수 있으나, 주행용 모터를 단독 구동하여 수행할 수도 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 휠(23)을 회전시키는 주행용 모터(53)를 구비하여 제2 휠(23)을 비행로봇(10)이 주행하고자 하는 방향으로 회전시킴으로써 비행로봇(10)의 전력선 주행을 수행할 수 있다.
비행로봇(10)의 전력선 주행 중 제1 휠(21)의 일단부를 회전시켜 제1 휠(21)을 전력선(L)에 밀착시키면 제1 휠(21)과 전력선(L) 사이에 마찰력이 발생하면서 브레이크 기능을 할 수 있다.
도 14는 비행로봇(10)이 전력선(L)을 따라 주행 중 장애물(K)을 감지하는 원리를 보인 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 비행로봇(10)이 전력선 주행 중 전력선(L) 상에 장애물(K)이 제2 거리센서(47)로 감지되면 비행로봇(10)은 주행 정지 → 전력선 탈착 → 자율비행 시작 → 장애물 통과 → 전력선 부착 → 전력선 주행 순서로 운용하여 장애물 회피가 가능하다.
상술한 비행로봇(10)은 평상시에는 비행모드로 자율비행을 수행하다가 전력선로 인근에서 접촉모드로 전환되어, 도 7 내지 도 11의 과정을 수행하게 되고, 전력선(L)에 부착된다.
비행모드에서 접촉모드로 전환은 사용자의 신호 또는 제어부의 신호에 의하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 비행모드에서 접촉모드로 전환이 될 수 있는 조건은 전력선 감시용 카메라에 전력선이 횡으로 가로지르는 경우 가능하다.
도 15는 비행로봇의 카메라 각도 연산 화면(a) 및 제어프로그램(b)을 보여주고 있다. 카메라 각도 연산 화면에서 적색으로 나타나는 선은 도 16의 각도 연산 세부 알고리즘에서 MultiVote 및 Kalman Estimation 이후 전력선으로 인식되는 라인(line)을 의미한다.
전력선 감시용 카메라에서 촬영된 영상정보는 무선에 의해 실시간으로 제어부(예: 사용자 제어프로그램)에 전송된다.
제어부는 영상정보에서 선으로 추정되는 모든 라인에 대하여 Hough Line Detection을 이용하여 라인을 찾아내고, 찾아낸 영상에서 노이즈 성분을 제거하고 다시 라인 추정을 하게 된다. 그러면, 노이즈에 의하여 영상으로 인식된 라인이 사라지게 되고, 남은 라인 중 전력선으로 추정되는 라인에 MultiVote를 수행한 후 이전의 추정된 라인에서 현재 가장 있을 법한 곳의 라인을 다시 추정하여 Match가 일어날 경우 상대적 각도를 연산하여 사용자에게 알려준다.
라인이 전력선일 것으로 추정되는 단계에서 MultiVote와 Kalman Estimation 결과값이 일치하지 않을 경우 이전 각도를 알려준다. 이러한 연산은 30ms마다 수행할 수 있다.
영상에서 각도가 잘 계산되는 상황에서, 도 7에 도시된 제1 거리센서(41)에 물체가 인식되면 비행로봇(10)은 물체가 실제 전력선(L)인 것으로 인식한다.
이때 신뢰도 향상을 위해 비행로봇 몸체(11)의 상부에 전후로 설치된 2개의 제1 거리센서(41)에 동시에 물체가 감지되어야 전력선(L)인 것으로 인식하고, 제1 휠(21)과 제2 휠(23)을 구동하여 비행로봇(10)을 전력선(L)에 부착시킨다.
이후 윙 가변 동작을 수행하여 주행모드로 전환한다. 주행모드에서는 주행용 모터(53) 또는 블레이드(15)를 이용하여 비행로봇(10)이 전력선(L)을 주행하도록 한다. 이후 전력선 점검 및 기타 작업이 완료되면 비행모드로 전환한다.
이때, 윙(13)을 가변하여 윙(13)이 비행로봇 몸체(11)와 수평인 상태가 되면 블레이드(15)가 회전할 수 있도록 한다. 그리고 비행 제어를 수행하여 비행로봇(10)이 전력선에 약간 걸친 상태로 비행을 할 수 있도록 한다. 이후 근접거리 연산에 의해 비행로봇(10)과 전력선(L) 사이의 거리가 감소하면 제2 휠(23)이 전력선(L)으로부터 탈착되어 비행을 시작한 것으로 인식하고 제2 휠(23)을 접어 비행로봇(10)을 전력선(L)에서 분리하고 자율비행을 시작한다.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 공중비행이 가능한 비행로봇;
    복수의 휠로 구성되고 전력선에 부착되어 상기 비행로봇이 전력선을 주행하게 하며, 장애물 감지시 상기 전력선에서 탈착되어 상기 비행로봇이 비행하게 하고 상기 장애물 통과시 상기 전력선에서 부착되어 상기 비행로봇이 상기 전력선을 주행하게 하는 탈부착 주행 수단; 및
    상기 전력선을 점검하는 점검 수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비행로봇은 접을 수 있도록 가변 가능한 복수의 윙을 가진 무인 비행체이며, 상기 복수의 윙은 비행시에는 펼쳐지고 상기 전력선 주행시에는 접혀지는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 무인 비행체는
    상기 무인 비행체의 비행 제어를 위한 동력부와,
    상기 무인 비행체의 3차원 자세, 방위각, 고도 및 장애물 감지를 위한 감지부와,
    상기 감지부가 감지한 신호를 근거로 상기 무인 비행체의 운용모드가 다르게 이루어지도록 상기 동력부 및 상기 탈부착 주행 수단의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 동력부는
    상기 윙들에 구비되는 블레이드의 회전을 제어하는 제1 모터와,
    상기 윙들을 접고 펼치는 가변 동작을 제어하는 제2 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 감지부는
    상기 무인 비행체의 전력선 접근을 감지하는 제1 거리센서와,
    상기 무인 비행체의 3차원 자세 및 방위각 감지를 위한 관성센서와,
    상기 무인 비행체의 고도 감지를 위한 기압계와,
    장애물 감지를 위한 제2 거리센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 운용모드는
    자율비행이 수행되는 비행모드와,
    전력선 근접시 전환되며 전력선 근접비행, 전력선 접촉, 전력선 부착 기능이 수행되는 접촉모드와,
    전력선 주행이 수행되는 주행모드와,
    상기 전력선 점검이 수행되는 점검모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈부착 주행 수단은,
    전력선과 접촉되어 상기 전력선 접촉을 감지하며 상기 전력선 접촉 및 브레이크 기능을 수행하는 제1 휠과,
    상기 제1 휠이 상기 전력선에 접촉한 상태에서 상기 전력선에 탈착 또는 부착되고 상기 전력선을 따라 주행하는 제2 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 탈부착 주행 수단은,
    상기 제2 휠을 회전시키는 주행용 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 점검 수단은 상기 비행로봇에 구비되어 상기 전력선을 촬영하는 전력선 감시용 카메라인 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 시스템.
  10. 회전하는 블레이드를 가진 복수의 윙에 의해 공중비행이 가능하며 제1 휠과 제2 휠이 전력선에 부착되어 전력선 주행이 가능한 비행로봇의 운용모드를 제어하여 전력선로를 점검하며,
    상기 운용모드는
    자율비행이 수행되는 비행모드;
    상기 비행로봇의 전력선 근접 비행시 전환되며 전력선 근접비행, 전력선 접촉, 전력선 부착 기능이 수행되는 접촉모드;
    전력선 주행이 수행되는 주행모드; 및
    상기 비행로봇에 구비된 전력선 감시용 카메라에 의해 전력선 점검이 수행되는 점검모드;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 접촉모드는
    상기 전력선 감시용 카메라가 촬영한 영상정보를 근거로 상기 비행로봇의 전력선 근접을 추정하는 카메라 각도 연산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 접촉모드는
    상기 비행로봇의 상부에 구비된 2개의 제1 거리센서에 동시에 물체가 감지되면 상기 물체가 전력선인 것으로 인식하고 상기 제1 휠 및 제2 휠을 구동하여 전력선 접촉, 전력선 부착 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 접촉모드는
    상기 전력선과 상기 비행로봇의 방향을 평행하게 하고 상기 제1 휠과 전력선과의 접촉이 감지될 때까지 상기 비행로봇을 상승시키는 단계;
    상기 제1 휠과 전력선과의 접촉이 감지되면 상기 비행로봇의 상승을 정지시키는 단계; 및
    상기 전력선이 제1 휠과 제2 휠 사이에 위치되게 제2 휠을 접는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전력선과 상기 비행로봇의 방향을 평행하게 하기 위한 근접거리 연산 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 휠을 접는 단계 후,
    상기 복수의 윙을 접어 블레이드들이 동일한 방향으로 추력을 발생하도록 하는 윙 가변 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 주행모드는
    전력선 주행 중 상기 전력선 상에 장애물이 감지되는 경우 상기 비행로봇의 전력선 주행 정지, 전력선 탈착, 자율비행 시작, 장애물 통과, 전력선 부착, 전력선 주행 순서로 운용하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 주행모드는
    상기 비행로봇의 전력선 주행 정지 후 상기 접혀진 윙들을 펼치는 윙 가변 단계;
    상기 제2 휠이 전력선에 탈착되게 비행로봇을 상승시키는 비행제어 단계;
    상기 비행로봇 상승으로 인한 상기 비행로봇과 전력선 사이의 거리를 연산하는 근접거리 연산 단계; 및
    상기 근접거리 연산에 의해 비행로봇과 전력선 사이의 거리가 설정값 이하로 감소하면 자율비행을 시작하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 점검모드는 상기 주행모드와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 가변형 비행로봇 제어방법.
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