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KR102149504B1 - 드론 추락 피해 감소를 위한 드론 안전 제어 시스템 - Google Patents

드론 추락 피해 감소를 위한 드론 안전 제어 시스템 Download PDF

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KR102149504B1
KR102149504B1 KR1020190041932A KR20190041932A KR102149504B1 KR 102149504 B1 KR102149504 B1 KR 102149504B1 KR 1020190041932 A KR1020190041932 A KR 1020190041932A KR 20190041932 A KR20190041932 A KR 20190041932A KR 102149504 B1 KR102149504 B1 KR 102149504B1
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KR
South Korea
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drone
unit
drone body
airbag
parachute
Prior art date
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Active
Application number
KR1020190041932A
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English (en)
Inventor
박수열
박재용
이승인
현명해
Original Assignee
(주)한국플랜트관리
(주)스마트오션
(주)유피오
(주)퀸텀센싱
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Publication date
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Abstract

본 발명은 드론의 추락 피해를 감소하기 위한 드론 안전 제어 시스템에 관한 것으로서, 다수의 로터(110)가 구비되며, 밧데리로 구동되는 모터에 의하여 로터(110)가 회전하면서 비행하고, 지면에 착지하는 다수의 랜딩기어(120)가 구비된 드론몸체(100); 상기 드론몸체(100)에 내장되는 무선송수신부(200); 상기 무선송수신부(200)에서 수신한 신호에 따라 상기 드론몸체(100)에 구비된 각각의 로터(110) 회전을 제어하는 비행제어부(300); 상기 드론몸체(100)의 상부에 설치되며 비상사태 발생시 낙하산캐노피(410)를 사출하여 펼치는 낙하산전개부(400); 상기 드론몸체(100)에 설치되며 비상사태 발생시 에어백을 사출하여 팽창시키는 에어백전개부(500); 상기 드론몸체(100)의 비행자세를 감지하고, 상기 낙하산전개부(400)와 상기 에어백전개부(500)의 작동신호를 발생시키는 자세감지부(600); 및, 상기 무선송수신부(200)를 통하여 제어신호를 전송하는 지상제어부(700);를 포함하여 구성된다.

Description

드론 추락 피해 감소를 위한 드론 안전 제어 시스템{Drone Safety Control System to Reduce Drone Fall Damage}
본 발명은 드론을 이용한 각종 작업 수행 과정에서 작동 오류나 그 밖의 여러 가지 이유로 드론의 비행 기능에 일부 문제가 발생하더라도 추락을 방지할 수 있고, 불가피하게 드론이 추락할 경우에도 지상물과의 충격에 따른 드론 및 지상시설물의 손상을 최소화할 수 있는 드론 안전 제어 시스템에 관한 것이다.
플랜트 산업은 전력, 가스, 석유, 담수 등 제품을 생산할 수 있는 설비를 공급하거나 공장을 짓는 산업으로 원료나 에너지를 공급하여 물리적, 화학적 작용을 하게 하는 대규모 장치나 공장 시설 등이 포함될 수 있으며, 석유화학 플랜트와 같은 설비들은 통상적으로 대단위의 복잡한 시설물로 이루어져 있고, 이런 시설물은 외부 환경에 상시 노출되고 내외부적인 위험 요소가 상존하여 24시간 모니터링 관리가 필요한 경우가 대부분이다.
따라서, 모니터링 관리를 위하여 종래에는 각 구역 별로 여러 가지 감지센서와 카메라(130) 등을 고정 설치하여 위험 요소를 실시간으로 수집하는 방법이 광범위하게 사용되었으나 최근에는 고정형 센싱 장치와 병행하여 무인 이동체를 이용한 이동형 센싱 장치를 활용하는 경우가 늘어나고 있다.
이동형 센싱 장치에 활용되는 무인 이동체의 대표격인 드론은 지상에서 리모콘이나 컨트롤러로 조종할 수 있는 무인 항공기인데, 1960년대 미국과 소련(러시아)의 냉전 시대에 상대방 진영을 정찰하기 위한 군사용 비행체로 개발되었으며, 1990년대까지 중동 걸프전, 코소보 사태 등에서 군사용으로만 활용되던 드론은 최근 무선 통신 기술의 발달로 활용 영역을 넓혀가고 있다.
특히 석유화학플랜트와 같이 대단위 산업현장에서 이동형 센싱 장치로 활용할 경우 모니터링 효율을 극대화시킬 수 있은데, 이동형 센싱 장치로 사용되는 과정에서 비행 시스템의 이상이나 갑작스러운 돌풍과 같은 외부 환경 변화로 드론이 추락할 경우 산업현장의 시설물 피해 및 작업자의 안전이 위협받을 수 있어 적극적인 활용이 기피되고 있는 실정이다.
따라서, 산업현장에서의 드론을 사용할 경우 시스템 이상 등에 의한 추락 가능성을 최소화하거나 방지하고, 불가피하게 추락할 경우에는 지상의 시설물 및 작업자의 안전을 확보하기 위한 방안이 마련되어야 할 것이다.
[선행기술문헌]
등록특허 제10-1783585호
등록특허 제10-1723743호
공개특허 제10-2018-0017411호
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명은 드론의 갑작스러운 추락을 방지하고, 불가피하게 추락할 경우에는 드론의 손상을 방지함과 동시에, 드론의 추락에 따른 지상 시설물이나 작업자의 2차 피해를 최소화할 수 있는 새로운 개념의 드론 안전 제어 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 드론의 추락 피해를 감소하기 위한 드론 안전 제어 시스템에 관한 것으로서, 다수의 로터(110)가 구비되며, 밧데리로 구동되는 모터에 의하여 로터(110)가 회전하면서 비행하고, 지면에 착지하는 다수의 랜딩기어(120)가 구비된 드론몸체(100); 상기 드론몸체(100)에 내장되는 무선송수신부(200); 상기 무선송수신부(200)에서 수신한 신호에 따라 상기 드론몸체(100)에 구비된 각각의 로터(110) 회전을 제어하는 비행제어부(300); 상기 드론몸체(100)의 상부에 설치되며 비상사태 발생시 낙하산캐노피(410)를 사출하여 펼치는 낙하산전개부(400); 상기 드론몸체(100)에 설치되며 비상사태 발생시 에어백을 사출하여 팽창시키는 에어백전개부(500); 상기 드론몸체(100)의 비행자세를 감지하고, 상기 낙하산전개부(400)와 상기 에어백전개부(500)의 작동신호를 발생시키는 자세감지부(600); 및, 상기 무선송수신부(200)로 제어신호를 전송하는 지상제어부(700);를 포함하고, 상기 자세감지부(600)는 미리 설정된 경사값 이상으로 상기 드론몸체(100)가 기울면 해당 수치를 상기 무선송수신부(200)를 통하여 상기 지상제어부(700)로 전송하고, 지상제어부(700)를 통하여 비상사태에 대응한 제어신호를 상기 무선송수신부(200)로 전송하면, 상기 무선송수신부(200)가 상기 비행제어부(300) 및 상기 자세감지부(600)로 제어신호를 전달하고, 상기 비행제어부(300)는 상기 드론몸체(100)에 구비된 로터(110)의 회전을 정지시키는 동작신호를 발생시키고, 상기 자세감지부(600)는 상기 낙하산전개부(400)와 상기 에어백전개부(500)의 작동신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 드론의 일부 비행 시스템에 문제가 발생하더라도 비행을 유지할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 비행제어부(300)에는 제1제어기(310)와 제2제어기(320)가 구비되고 드론몸체(100)에 구비된 다수의 로터(110)를 절반씩 나누어 제어함으로써, 제1제어기(310) 또는 제2제어기(320) 가운데 어느 하나가 기능을 상실하더라도 나머지 하나를 통하여 다수의 로터(110) 가운데 절반의 회전 제어가 가능하여 추락을 방지할 수 있다.
둘째, 비행 도중 드론이 추락하더라도 드론몸체(100)의 상부와 하부 각각에 설치된 상부에어백(510)과 하부에어백(520)에서 에어백이 전개되어 다방향에서 충격을 효율적으로 흡수하여 드론의 파손은 물론 드론의 추락에 수반되는 2차 피해를 최소화할 수 있다.
셋째, 드론몸체(100)의 상부에 설치되는 상부에어백(510)은 낙하산전개부(400)를 중심으로 환형의 링(ring) 형태로 전개되면서 드론몸체(100)의 상부를 외부 충격으로부터 보호함과 동시에 상부에어백(510)의 중앙부를 통하여 상부 공간으로 사출되는 낙하산전개부(400)의 낙하산캐노피(410)와 간섭되지 않아 낙하속도 저감과 함께 추락에 따른 충격을 효율적으로 흡수할 수 있다.
도1은 본 발명의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.
도2는 본 발명에 사용되는 드론의 주요 구성을 개략적으로 도시한다.
도3은 낙하산전개부(400)의 구조를 도시한다.
도4는 낙하산전개부(400)의 낙하산캐노피(410)가 펼쳐지고, 상부에어백(510)이 전개된 상태를 도시한다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 드론의 추락 피해를 감소하기 위한 드론 안전 제어 시스템에 관한 것으로서, 도1에 도시된 것처럼 지상제어부(700)와 드론으로 구성되며, 드론은 도2에 도시된 것처럼 드론몸체(100), 무선송수신부(200), 비행제어부(300), 낙하산전개부(400), 에어백전개부(500), 및 자세감지부(600)를 포함하여 구성된다.
지상제어부(700)는 무선송수신부(200)로 제어신호를 전송하는 역할을 하는 무선콘트롤러의 일종이다.
드론몸체(100)는 비행체를 의미하는데, 다수의 로터(110)가 구비되며, 밧데리로 구동되는 모터에 의하여 로터(110)가 회전하면서 비행하게 된다.
드론몸체(100)의 하부에는 지면에 착지하는 다수의 랜딩기어(120)가 구비되며, 영상을 촬영하는 카메라(130) 등이 장착되어 이동형 센싱 장치 역할을 하게 된다.
무선송수신부(200)는 드론몸체(100)에 내장되며, 지상의 지상제어부(700)와 신호와 정보를 송수신하고, 비행제어부(300)에 지상제어부(700)의 신호를 전달하는 역할을 하는데, 현재 상용화된 다양한 무선통신모듈이 선택될 수 있다.
비행제어부(300)는 무선송수신부(200)에서 수신한 신호에 따라 드론몸체(100)에 구비된 각각의 로터(110) 회전을 제어하는 역할을 한다.
즉 지상제어부(700)의 신호를 무선송수신부(200)를 통하여 전달받아 로터(110)의 회전을 제어하는 역할을 한다.
이러한 비행제어부(300)는 도1에 도시된 것처럼 제1제어기(310)와 제2제어기(320)로 구분되어 드론몸체(100)에 구비된 다수의 로터(110)를 절반씩 나누어 제어하게 되며, 제1제어기(310) 또는 제2제어기(320) 가운데 어느 하나가 기능을 상실하더라도 나머지 하나를 통하여 다수의 로터(110) 가운데 절반의 회전 제어가 가능하여 드론의 추락을 방지할 수 있다.
즉, 로터(110)가 8개인 경우에는 도1에 도시된 것처럼 제1제어기(310)이 로터1,3,5,7을 제어하고, 제2제어기(320)가 로터2,4,6,8을 제어하게 되며, 로터(110)가 6개인 경우에는 각각 3개씩 제어하되, 이웃하는 로터가 서로 다른 제어기에 의하여 제어되도록 한다.
낙하산전개부(400)는 드론몸체(100)의 상부에 설치되며 비상사태 발생시 낙하산캐노피(410)를 사출하여 펼침으로써 드론의 낙하속도를 감소시키는 역할을 한다.
낙하산전개부(400)는 도3에 도시된 것처럼 낙하산캐노피(410), 캐노피수납관(420), 사출플러그(430), 압축공기연결관(440), 에어탱크(450) 및 전자식펀칭부(460)로 구성된다.
캐노피수납관(420)은 튜브 형상을 하며 그 내부에 상기 낙하산캐노피(410)가 수용된다.
사출플러그(430)는 캐노피수납관(420)의 내부의 낙하산캐노피(410) 하부에 위치하며, 캐노피수납관(420) 내부에 기밀성을 유지하면서 슬라이딩 가능하게 장착된다.
압축공기연결관(440)은 일측 단부가 캐노피수납관(420)의 하부로 연결되어 사출플러그(430)가 상승하도록 사출플러그(430) 하부공간으로 압축공기를 공급하는 통로 역할을 한다.
에어탱크(450)는 압축공기연결관(440)의 타측 단부에 연결되며, 압축공기를 보관하는 역할을 한다. 압축공기의 종류는 특별히 한정되지 않으며 통상적으로 이산화탄소를 압축하여 저장한다.
전자식펀칭부(460)는 압축공기연결관(440)과 에어탱크(450) 사이에 장착되며 자세감지부(600)의 작동신호(제어신호)에 따라 솔레노이드 방식으로 펀치(461)를 이동시켜 에어탱크(450) 입구를 막고 있는 캡을 펀칭하여 개방시키는 역할을 한다.
캡이 펀칭되어 개방되면, 에어탱크(450) 내부에 저장되어 있던 압축공기가 순간적으로 팽창하면서 분출되어 사출플러그(430)를 밀어 올리게 된다.
사출플러그(430)는 압축공기에 의하여 캐노피수납관(420) 내부를 따라 상승하면서 낙하산캐노피(410)를 캐노피수납관(420) 외부로 사출시켜 낙하산캐노피(410)가 펼쳐지도록 한다.
에어백전개부(500)는 드론몸체(100)에 설치되며 비상사태 발생시 자세감지부(600)의 제어신호에 따라 에어백을 사출하여 팽창시킴으로써 드론이 추락하더라도 충격을 에어백이 충격을 흡수할 수 있도록 한다.
에어백전개부(500)가 에어백을 사출시키는 작동 구조는 이미 상용화된 에어백 제품에 적용된 기술을 차용할 수 있다.
에어백전개부(500)는 상부에어백(510)과 하부에어백(520)으로 구성되는데, 상부에어백(510)은 드론몸체(100)의 상부에 부착되어 상부 방향으로 에어백이 전개되고, 하부에어백(520)은 드론몸체(100)의 하부에 부착되어 하부 방향으로 에어백이 전개된다.
상부에어백(510)은 도4에 도시된 것처럼 낙하산전개부(400)를 중심으로 환형의 링(ring) 형태로 전개되면서 드론몸체(100)의 상부를 외부 충격으로부터 보호함과 동시에 상부에어백(510)의 중앙부를 통하여 상부 공간으로 사출되는 낙하산전개부(400)의 낙하산캐노피(410)와 간섭되지 않는다.
하부에어백(520)은 드론몸체(100)의 하부 중앙에서 하부 방향으로 전개되어 드론몸체(100)의 랜딩기어(120) 하부로 돌출되면서 드론몸체(100)의 낙하시 하부에어백(520)이 지면에 먼저 접촉되면서 충격을 흡수하게 된다.
자세감지부(600)는 드론몸체(100)의 비행자세를 감지하고, 낙하산전개부(400)와 에어백전개부(500)의 작동신호를 발생시키는 역할을 하는데, 자세감지부(600)에는 비행자세를 감지하기 위한 경사계(자이로센서) 등이 포함될 수 있다.
아울러, 자세감지부(600)는 미리 설정된 경사값 이상으로 드론몸체(100)가 기울면 해당 수치를 무선송수신부(200)를 통하여 지상제어부(700)로 전송한다.
지상의 관리자는 지상제어부(700)를 통하여 드론몸체(100)의 기울기 수치(경사 각도)를 수신하여 비상사태에 대응한 제어신호를 무선송수신부(200)로 전송하면, 무선송수신부(200)가 비행제어부(300) 및 자세감지부(600)로 제어신호를 전달하게 된다.
비행제어부(300)는 비상사태에 대응한 제어신호를 수신하면 드론몸체(100)에 구비된 로터(110)의 회전을 정지시키는 동작신호를 발생시키고, 자세감지부(600)는 낙하산전개부(400)와 에어백전개부(500)의 작동신호를 발생시키게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였으나 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
100:드론몸체
110:로터
120:랜딩기어
130:카메라
200:무선송수신부
300:비행제어부
310:제1제어기
320:제2제어기
400:낙하산전개부
410:낙하산캐노피
420:캐노피수납관
430:사출플러그
440:압축공기연결관
450:에어탱크
460:전자식펀칭부 461:펀치
500:에어백전개부
510:상부에어백
520:하부에어백
600:자세감지부
700:지상제어부

Claims (5)

  1. 드론의 추락 피해를 감소하기 위한 드론 안전 제어 시스템에 관한 것으로서,
    다수의 로터(110)가 구비되며, 밧데리로 구동되는 모터에 의하여 로터(110)가 회전하면서 비행하고, 지면에 착지하는 다수의 랜딩기어(120)가 구비된 드론몸체(100);
    상기 드론몸체(100)에 내장되는 무선송수신부(200);
    상기 무선송수신부(200)에서 수신한 신호에 따라 상기 드론몸체(100)에 구비된 각각의 로터(110) 회전을 제어하는 비행제어부(300);
    상기 드론몸체(100)의 상부에 설치되며 비상사태 발생시 낙하산캐노피(410)를 사출하여 펼치는 낙하산전개부(400);
    상기 드론몸체(100)에 설치되며 비상사태 발생시 에어백을 사출하여 팽창시키는 에어백전개부(500);
    상기 드론몸체(100)의 비행자세를 감지하고, 상기 낙하산전개부(400)와 상기 에어백전개부(500)의 작동신호를 발생시키는 자세감지부(600); 및,
    상기 무선송수신부(200)를 통하여 제어신호를 전송하는 지상제어부(700);
    를 포함하고,
    상기 자세감지부(600)는 미리 설정된 경사값 이상으로 상기 드론몸체(100)가 기울면 해당 수치를 상기 무선송수신부(200)를 통하여 상기 지상제어부(700)로 전송하고,
    지상제어부(700)를 통하여 비상사태에 대응한 제어신호를 상기 무선송수신부(200)로 전송하면, 상기 무선송수신부(200)가 상기 비행제어부(300) 및 상기 자세감지부(600)로 제어신호를 전달하고, 상기 비행제어부(300)는 상기 드론몸체(100)에 구비된 로터(110)의 회전을 정지시키는 동작신호를 발생시키고, 상기 자세감지부(600)는 상기 낙하산전개부(400)와 상기 에어백전개부(500)의 작동신호를 발생시키고,
    상기 낙하산전개부(400)는,
    튜브 형상을 하며 그 내부에 상기 낙하산캐노피(410)가 수용되는 캐노피수납관(420);
    상기 캐노피수납관(420)의 내부의 상기 낙하산캐노피(410) 하부에 위치하며, 기밀성을 유지하면서 슬라이딩 가능하게 장착되는 사출플러그(430);
    일측 단부가 상기 캐노피수납관(420)의 하부로 연결되어 상기 사출플러그(430)가 상승하도록 상기 사출플러그(430) 하부공간으로 압축공기를 공급하는 통로 역할을 하는 압축공기연결관(440);
    상기 압축공기연결관(440)의 타측 단부에 연결되며, 압축공기를 보관하는 에어탱크(450); 및,
    상기 압축공기연결관(440)과 상기 에어탱크(450) 사이에 장착되며, 상기 자세감지부(600)의 작동신호에 따라 솔레노이드 방식으로 펀치(461)를 이동시켜 상기 에어탱크(450) 입구를 막고 있는 캡을 펀칭하여 개방시키는 전자식펀칭부(460);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 에어백전개부(500)는,
    상기 드론몸체(100)의 상부에 부착되어 상부 방향으로 전개되는 상부에어백(510); 및,
    상기 드론몸체(100)의 하부에 부착되어 하부 방향으로 전개되는 하부에어백(520);
    으로 구성되어 상기 드론몸체(100)의 상하부의 충격을 흡수하고,
    상기 상부에어백(510)은,
    상기 낙하산전개부(400)를 중심으로 환형의 링(ring) 형태로 전개되면서 상기 드론몸체(100)의 상부를 외부 충격으로부터 보호함과 동시에 상기 상부에어백(510)의 중앙부를 통하여 상부 공간으로 사출되는 상기 낙하산전개부(400)의 낙하산캐노피(410)와 간섭되지 않고,
    상기 하부에어백(520)은,
    상기 드론몸체(100)의 하부 중앙에서 하부 방향으로 전개되어 상기 드론몸체(100)의 랜딩기어(120) 하부로 돌출되면서 상기 드론몸체(100)의 낙하시 상기 하부에어백(520)이 지면에 먼저 접촉되면서 충격을 흡수하는 것을 특징으로 드론 추락 피해 감소를 위한 드론 안전 제어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 비행제어부(300)는,
    제1제어기(310)와 제2제어기(320)가 구비되어 상기 드론몸체(100)에 구비된 다수의 로터(110)를 절반씩 나누어 제어함으로써, 상기 제1제어기(310) 또는 상기 제2제어기(320) 가운데 어느 하나가 기능을 상실하더라도 나머지 하나를 통하여 다수의 로터(110) 가운데 절반의 회전 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 드론 추락 피해 감소를 위한 드론 안전 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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