KR101928451B1 - 실내 검사용 무인비행선 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 둘레에 각 방향별 이동 및 자세유지를 위한 추진력을 제공하는 추진부가 구비된 기낭과, 상기 기낭으로부터 실내 벽면이나 구조물과의 이격된 거리 정보를 수집하는 복수의 라이다센서와, 위치 측위모듈로부터 제공받은 유효한 값의 거리 측정 정보를 추진부를 동작시키면서 비행 및 비행속도를 제어하는 비행 제어모듈과, 실내의 벽면 및 구조물을 촬영하도록 제공되는 촬영부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실내 검사용 무인비행선을 제공하며, 이를 통해 폐쇄된 실내 공간 내에서 미리 지정된 경로에 따른 비행이 아닌 주변 상황에 따라 스스로 경로를 변경하여 비행하면서 각종 검사나 감시를 수행할 수 있도록 한 것이다.

Description

실내 검사용 무인비행선{aircraft for indoor area monitoring system}
본 발명은 무인비행선에 관련된 것으로써, 더욱 상세하게는 외부 환경으로부터 폐쇄된 실내 공간 내에서 미리 지정된 경로에 따른 비행이 아닌 주변 상황에 따라 스스로 경로를 변경하여 비행하면서 각종 검사나 감시를 수행할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 실내 검사용 무인비행선에 관한 것이다.
일반적으로 LNG선박의 LNG 탱크 내부에는 LNG가 저장되며, 이와 같은 LNG 탱크는 상기 LNG의 외부 누설을 방지함과 더불어 외부 이물질의 유입을 방지하기 위해 외부 환경으로부터 단열되면서도 폐쇄된 공간을 제공하도록 형성되고 있다.
즉, 통상의 LNG 탱크는 외부 환경으로부터 차단되는 외벽을 제작한 후 이 외벽의 내부에 단열재를 추가로 시공함으로써 제조되었던 것이다.
이와 같은 LNG 탱크는 LNG의 누설에 따른 위험을 방지할 수 있도록 지속적인 유지 보수뿐 아니라 지속적인 검사가 필요하며, 종래에는 통상 작업자가 직접 LNG 탱크 내에 진입한 후 육안 혹은, 가스 감지센서로 확인하는 방식을 통해 검사하고 있다.
그러나, 상기한 LNG 탱크의 경우 외부 환경으로부터 차단된 구조물이기 때문에 해당 LNG 탱크 내부 공간에 유독 가스가 존재할 경우 작업자에게 치명적인 안전 사고를 유발하게 되었던 문제점이 있었다.
이에 따라, 최근에는 다양한 검사 장비나 센서 등을 LNG 탱크 내에 제공하여 상기 무인비행체를 이용하여 LNG 탱크 내부의 벽면에 대한 균열이나 가스 누설 등을 감지할 수 있도록 하고 있으며, 이러한 검사장치에 관련하여는 등록특허 제10-0951772호, 공개특허 제10-2015-0074527호, 등록특허 제10-1017480호, 등록특허 제10-1649126호 등에 개시된 바와 같다.
하지만, 전술된 종래 기술에 따른 각종 검사 장비의 경우 외부 환경으로부터 폐쇄된 LNG 탱크 내부에서 미리 프로그래밍된 경로를 따라서만 동작되면서 각 부위에 대한 검사를 수행하도록 이루어지기 때문에 경로의 설정 오류가 존재할 경우 오히려 해당 검사 장비가 LNG 탱크의 내벽면에 부딪혀 상기 LNG 탱크의 내벽면에 대한 손상을 야기시키거나 혹은, 해당 검사 장비에 대한 손상을 야기시켰던 문제점이 있었다.
즉, 실외 환경의 경우는 GPS 신호를 이용한 유도 항법 제어 및 협동제어기술이 다양하게 적용되고 있기 때문에 상기 GPS 신호를 이용한다면 더욱 자유로운 동작 제어가 이루어질 수 있지만, 전술된 바와 같은 LNG 탱크 내부나 혹은, 여타의 외부 환경으로부터 폐쇄된 실내에서는 GPS 신호 장애로 인해 상기 GPS 신호를 이용한 다양한 제어가 사실상 수행될 수 없었던 것이다.
등록특허 제10-0951772호 공개특허 제10-2015-0074527호 등록특허 제10-1017480호 등록특허 제10-1649126호
본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 외부 환경으로부터 폐쇄된 실내 공간 내에서 주변 상황에 따라 스스로 경로를 변경하여 비행하면서 각종 검사나 감시를 수행할 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 실내 검사용 무인비행선을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실내 검사용 무인비행선에 따르면 공기로부터 떠오를 수 있도록 내부에 기체가 충전된 기낭; 상기 기낭의 각 방향별 이동 및 자세유지를 위한 추진력을 제공하는 추진부; 상기 기낭의 전후 및 좌우 방향과 회전 방향에 대한 실내 벽면이나 구조물과의 이격된 거리 정보를 수집하는 복수의 라이다센서; 상기 각 라이다센서들로부터 취득된 거리 측정 정보를 토대로 각 라이다센서의 위치별 상태를 체크한 후 유효성을 평가하여 제공하는 위치 측위모듈; 상기 위치 측위모듈로부터 유효한 값의 거리 측정 정보를 제공받은 후 이 제공받은 거리 측정 정보와 미리 저장되어 있던 실내 측위 정보를 토대로 위치 및 속도 정보로 변환한 후 상기 추진부를 동작시키면서 비행 및 비행속도를 제어하는 비행 제어모듈; 상기 기낭에 설치되면서 실내의 벽면 및 구조물을 촬영하도록 제공되는 촬영부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 추진부는 상기 기낭의 중앙측 둘레 방향을 따라 복수로 제공됨과 더불어 구동력을 제공받아 회전되는 회전익을 포함하여 이루어지고, 상기 각 추진부는 상기 회전익의 회전에 따른 추진 방향이 변경될 수 있도록 전자 제어에 의한 방향 조절이 가능하게 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 기낭의 저면에는 상기 비행 제어모듈이 내장되는 컨트롤박스가 구비되고, 상기 각 라이다센서는 상기 컨트롤박스의 양측면 및 전후면에 각각 구비되면서 기낭의 전후 및 좌우 방향에 대한 거리 정보를 수집하도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 비행 제어모듈은 가속도 센서 및 고도 센서를 포함하는 관성측정부와, 상기 관성측정부에 의해 측정된 기낭의 움직임 정보를 토대로 추진부를 동작하면서 비행 자세 및 비행 속도를 제어하도록 프로그래밍된 제어프로그램과, 각 라이다센서에 의해 취득된 거리 측정 정보가 미리 설정된 거리 이내일 경우 미리 설정된 위치로 강제 복귀하도록 프로그래밍된 복귀프로그램을 포함하여 이루어진 비행제어 컴퓨터와, 추진부의 속도 제어를 위한 비행속도제어부(ECS:Electronic Speed Controller)와, 실외에 위치한 제어 단말기와의 무선 통신을 위한 무선 통신부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 기낭의 저면에는 이착륙시 지면에 안착되는 랜딩부가 더 구비되고, 상기 랜딩부는 서보모터의 구동에 의해 동작되면서 상기 촬영부의 촬영 영역으로부터 벗어나도록 이루어짐을 특징으로 한다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 실내 검사용 무인비행선은 안전사고의 위험으로 작업자가 진입하기 어려운 실내 공간에 대한 검사가 가능하며, 특히 라이다센서와 위치 측위모듈과 비행제어 컴퓨터 및 비행속도 제어부의 연계를 통해 실내에서 자동 비행함과 동시에 실내 벽면에 대한 각 부위별 촬영이 이루어질 수 있도록 함으로써 수동 제어시 시야 확보의 불가로 인해 야기될 수 있는 실내의 벽면이나 구조물에 대한 손상 및 무인비행선의 손상에 대한 우려가 미연에 방지될 수 있게 된 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실내 검사용 무인비행선은 구형의 풍선 구조로 구성함과 더불어 그 중앙측의 둘레를 따라 복수의 추진부를 제공하고, 저면에는 각 방향별 거리 측정을 위한 라이다센서를 각각 구비함과 더불어 비행 제어모듈에 의한 자세 및 비행제어에 의해 통상의 드론에 비해서는 비행 속도가 느리다 하더라도 더욱 정밀한 위치 제어가 가능할 뿐 아니라 더욱 우수한 자세 제어에 의한 촬영 품질의 향상을 이룰 수 있어서 더욱 정확한 검사가 가능하게 된 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실내 검사용 무인비행선은 촬영부에 짐벌을 추가로 제공함으로써 더욱 정확한 촬영 영상을 확보할 수 있게 된 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 실내 검사용 무인비행선은 랜딩부의 추가 제공에 따른 착륙시 촬영부를 보호할 수 있음과 더불어 이러한 랜딩부는 비행시 촬영부의 촬영 영역을 벗어나도록 동작됨에 따라 촬영 영상의 판독 오류가 방지된 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 정면도
도 3은 도 2의 “A”부 확대도
도 4는 도 2의 “B”부 확대도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 측면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 평면도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선의 자동 비행을 위한 구조를 설명하기 위해 나타낸 블럭도
이하, 본 발명의 실내 검사용 무인비행선에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.
첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 사시도이고, 도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선의 외관 구조를 각 방향별로 나타낸 상태도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선의 자동 비행을 위한 구조를 설명하기 위해 나타낸 블럭도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선은 크게 기낭(100)과, 추진부(200)와, 복수의 라이다센서(300)와, 위치 측위모듈(400)과, 비행 제어모듈(500) 및 촬영부(600)를 포함하여 구성되며, 특히 상기 비행 제어모듈(500)은 각 라이다센서(300)들로부터 취득된 거리 측정 정보를 제공받아 이를 미리 저장된 실내 측위 정보를 토대로 상기 추진부(200)를 동작시키면서 비행을 제어하도록 이루어짐을 제시한다.
이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 기낭(100)은 무인비행선의 외형을 이루는 부위이다.
이와 같은 기낭(100)은 내부에 기체가 충전되는 구형의 풍선으로 형성되며, 이때 상기 내부에 충전되는 기체는 해당 기낭(100)을 공기로부터 떠오를 수 있도록 하는 헬륨가스가 될 수 있다.
물론, 상기 기낭(100)의 형상은 타원형이나 유선형 등과 같이 여타의 다양한 형상으로 형성될 수 있지만, 이의 경우 후술될 각 라이다센서(300)에 의한 거리 측정 및 각 추진부(200)의 제어상 어려움이 존재할 수 있기 때문에 본 발명의 실시예에서와 같은 구형의 풍선으로 형성함이 가장 바람직하다.
다음으로, 상기 추진부(200)는 상기 기낭(100)의 각 방향별 이동을 위한 추진력을 제공하는 부위이다.
이와 같은 추진부(200)는 상기 기낭(100)의 중앙측 둘레를 따라 복수로 제공됨과 더불어 구동력을 제공받아 회전되는 회전익(210) 및 상기 회전익(210)을 구동시키는 추진용모터(220)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 회전익(210)은 복수의 블레이드를 갖는 프로펠러이고, 상기 추진용모터(220)는 상기 회전익(210)의 회전 속도에 대한 제어가 가능하도록 BLDC 모터로 구성됨을 제시한다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 각 추진부(200)가 상기 회전익(210)의 회전에 따른 추진력의 제공 방향이 변경 가능하도록 전자 제어에 의한 방향 조절이 가능하게 이루어짐을 특징으로 제시한다. 즉, 상기 각 추진부(200)의 회전익(210)은 지지림(230)에 의해 지지를 받아 회전되도록 설치되고, 상기 지지림(230)은 틸팅용모터(240)에 의해 틸팅 가능하게 구성됨으로써 각 추진부(200)에 대한 추진력의 제공 방향이 변경 가능하게 된다. 이는 첨부된 도 4에 도시된 바와 같다.
물론, 상기 틸팅용모터(240) 역시 BLDC모터로 구성하여 그 회전 각도의 제어가 정확히 이루어질 수 있도록 한다.
다음으로, 상기 라이다센서(lidar sensor)(300)는 무인비행선과 실내 벽면 혹은, 구조물과의 이격 거리 정보를 수집하기 위해 제공되는 센서이다.
이와 같은 라이다센서(300)는 레이저를 목표물에 비춤으로써 사물까지의 거리, 방향, 속도를 감지하도록 이루어진 센서로써, 레이저 발생기(310) 및 레이저 수신기(320)와 신호의 수집, 처리 및 데이터 송수신을 위한 컨트롤러(도시는 생략됨)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기한 라이다센서(300)는 복수로 제공되면서 상기 기낭(100)의 전후 및 좌우 방향과 회전 방향에 대한 실내 벽면이나 구조물과의 이격된 거리 정보를 수집하도록 구성된다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 기낭(100)의 저면에 컨트롤박스(700)를 구비하고, 상기 각 라이다센서(300)는 상기 컨트롤박스(700)의 전면과 후면 및 양측면에 각각 구비되면서 무인비행선의 수평 방향에 대한 거리 정보를 수집하도록 이루어진다.
이때, 상기 컨트롤박스(700)는 상기 기낭(100)의 저면에 밀착 고정되고, 상기 기낭(100)의 저면 중 상기 컨트롤박스(700)가 밀착되는 부위에는 각종 신호선 및 전원선이 통과되는 통과홀(도시는 생략됨)이 형성된다. 상기 통과홀은 상기 컨트롤박스(700)와의 밀착에 의해 외부 노출이 방지되면서 기밀을 유지하도록 이루어진다.
한편, 상기 기낭(100)의 외표면에는 로프(예컨대, 견인 로프)의 연결을 위한 복수의 기낭 패치(110)가 더 구비되고, 상기 컨트롤박스(700)는 상기 각 기낭 패치(110)에 연결되는 로프(도시는 생략됨)를 이용하여 보강됨으로써 상기 기낭(100)과의 결합이 더욱 안정적으로 이루어질 수 있도록 구성된다.
물론, 상기 라이다센서(300)를 컨트롤박스(700)의 둘레면 중 어느 한 면에만 제공함과 더불어 상기 컨트롤박스(700)는 상기 기낭(100)의 저면에 회전 가능하도록 구성함으로써 무인비행선의 수평 방향에 대한 거리 정보를 수집할 수도 있지만, 이는 구형으로 이루어지는 무인비행선의 특성상 정밀하지 못한 자세에 의한 방향성의 오류가 발생될 우려가 있을 뿐 아니라 다양한 상황의 대처가 어렵다는 단점이 있다.
이에 따라, 상기 라이다센서(300)는 복수로 제공하되, 그 각각은 특정한 방향만을 향하도록 구성함으로써 방향성의 오류 발생을 최소화할 수 있도록 함이 가장 바람직하다.
뿐만 아니라, 도시되지는 않았으나 상기한 라이다센서(300)는 상기 기낭(100)의 상면에도 추가로 제공하여 해당 무인비행선의 수직 방향에 대한 거리 정보도 추가로 수집할 수 있도록 할 수도 있다.
다음으로, 상기 위치 측위모듈(400)은 각 라이다센서(300)에 의해 측정된 거리 측정값을 토대로 무인비행선의 위치와 속도 및 방위각 계산하도록 프로그래밍된 프로그램이다.
이와 같은 위치 측위모듈(400)은 각 라이다센서(300)로부터 입력된 로우 센싱 데이터를 최소자승법으로써 센서 보정을 수행한 후 라이다센서(300)의 출력값에 대한 유효성을 검증하고, 무효한 라이다센서 입력값이 출력되는 경우 직전 저장된 최신 센서 데이터를 곡선 맞춤(Curve fitting) 기법으로 유효 데이터를 확보하고, 1차 로우 패스 필터(1st Low pass filter)로써 해당 데이터에 포함된 노이즈를 제거한 다음 신뢰성 체크를 재차 수행하여 무인비행선의 기준 좌표값으로 지정하며, 이렇게 지정된 기준 좌표값을 실내공간 좌표계의 데이터 값과 결합 및 변환하여 해당 무인비행선에 대한 위치와 속도 및 방위각 계산이 이루어질 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
다음으로, 상기 비행 제어모듈(500)는 상기 위치 측위모듈(400)로부터 계산된 무인비행선의 위치, 속도 및 방위각과 실내 측위정보를 토대로 한 추진부(200)를 제어하는 부위로써, 비행제어 컴퓨터(510)와, 비행속도제어부(520) 및 무선 통신부(530)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 비행제어 컴퓨터(FCC:Flight Control Computer)(510)는 무인비행선의 비행제어를 위해 제공되는 컨트롤러로써 상기 기낭(100)의 저면에 위치된 컨트롤박스(700) 내에 구비되며, 관성측정부(511)와, 제어프로그램(512) 및 복귀프로그램(513)을 포함하여 이루어진다.
특히, 상기 비행제어 컴퓨터(510)를 이루는 관성측정부(IMU;Inertial Measurement Unit)(511)는 가속도 센서 및 고도 센서를 포함하여 이루어지면서 해당 무인비행선이 동작되면서 변화되는 관성의 변화를 계속하여 기록하도록 구성되고, 상기 제어프로그램(512)은 상기 관성측정부(511)에 의해 측정된 기낭(100)의 움직임 정보를 토대로 추진부(200)를 동작하면서 비행 자세 및 비행 속도를 제어하도록 프로그래밍되어 이루어진다.
즉, 무인비행선의 경우 지면과 같은 수평한 표면을 따라 움직이는 구조물이 아니라 공간을 부유하면서 움직이는 구조물이기 때문에 그의 방향 이동에 따라 원치않게 기울어지거나 회전되는 경우가 발생될 수 있다는 것을 고려한다면 상기한 관성측정부(511)를 통한 관성의 변화에 대한 확인 및 제어프로그램(512)의 동작 제어에 의해 기울어짐과 회전됨을 정확히 파악하여 이에 따른 자세 제어 및 움직임 속도에 대한 제어가 이루어질 수 있도록 한 것이다.
또한, 상기 복귀프로그램(513)은 안전을 위해 추가로 제공되는 프로그램으로써 각 라이다센서(300)에 의해 취득된 거리 측정 정보가 미리 설정된 거리 이내일 경우 미리 설정된 위치로 강제 복귀하도록 프로그래밍되어 이루어진다.
즉, 무인비행선의 비행 도중 제어프로그램(512)의 오류나 기타 예상치 못한 상황 등과 같은 이상 상황이 발생될 경우 상기 제어프로그램(512)에 의한 제어를 무시하고 원위치로 강제 복귀되도록 함으로써 무인비행선의 추락이나 실내 벽면에의 부딪힘과 같은 안전 사고의 발생 우려를 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.
예컨대, 각 라이다센서(300)에 의해 측정된 무인비행선의 위치 측위를 토대로 한 제어가 이루어짐에도 불구하고 특정 라이다센서(300)를 통해 측정되는 위치가 해당 방향측의 실내 벽면과 계속해서 인접되고 있음으로 확인될 경우에는 해당 라이다센서(300)의 오류이거나 제어프로그램(512)의 오류 혹은, 관성측정부(511)의 오류 중 어느 한 오류이기 때문에 더 이상 추가적인 검사를 수행하지 않고 곧장 복귀될 수 있도록 한 것이다.
그리고, 상기 비행 제어모듈(500)을 이루는 비행속도제어부(ECS:Electronic Speed Controller)(520)는 상기 추진부(200)를 이루는 추진용모터(220)의 구동 속도를 제어하도록 이루어진 부위이며, 상기 비행 제어모듈(500)을 이루는 무선 통신부(530)는 컨트롤박스(700) 내의 비행제어 컴퓨터(510)와 실외에 위치한 제어 단말기(도시는 생략됨) 간이 서로 데이터 통신을 수행할 수 있도록 제공되는 통신모듈이다. 이때 상기 무선 통신부(530)의 무선 신호를 송수신하기 위한 안테나(531)는 상기 컨트롤박스(700) 외부로 노출되게 설치된다.
다음으로, 상기 촬영부(600)는 실내의 벽면 및 구조물을 촬영하도록 제공되는 기기이다.
이와 같은 촬영부(600)는 통상적인 영상 촬영을 위한 카메라(610)를 포함하여 이루어지며, 특히 본 발명의 실시예에서는 상기 촬영부(600)가 상기 카메라(610)의 자세 제어를 통해 정확한 촬영 영상의 취득이 가능하도록 하기 위한 짐벌(Gimbal)(620)이 더 구비되어 이루어짐을 제시한다.
이와 함께, 상기 촬영부(600)는 상기 기낭(100)의 저면에 고정되는 컨트롤박스(700)의 저부에 위치되면서 상기 컨트롤박스(700)에 연결된 설치프레임(710)에 설치되며, 특히 수평방향을 향하여 360°회전 가능하게 설치된다. 이때 상기 촬영부(600)의 수평 회전은 상기 제어프로그램(512)에 의해 동작 제어를 받는 선회모터(630)의 구동을 통해 이루어지도록 구성된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 상기 기낭(10)의 저면에 이착륙시 지면에 안착되는 랜딩부(800)가 더 구비됨을 추가로 제시한다.
이와 같은 랜딩부(800)는 바(bar) 구조로 형성됨과 더불어 복수로 제공되면서 상기 컨트롤박스(700)의 저부에 지면을 향하도록 각각 설치된다.
특히, 상기한 각 랜딩부(800)는 저부로 갈수록 외측으로 벌어지도록 경사지게 설치됨과 더불어 서보모터(810)의 구동에 의해 상하로 젖혀지면서 상기 촬영부(600)의 촬영 영역으로부터 벗어나도록 이루어진다. 즉, 무인비행선의 비행 중에는 상기 각 랜딩부(800)가 상부로 들어올려진 상태를 이루도록 함으로써 촬영부(600)에 의한 촬영시의 간섭 발생이 방지될 수 있도록 한 것이다.
이때, 상기 랜딩부(800)는 상기 설치프레임(710)에 상하 젖힘 회전 가능하게 설치되며, 상기 설치프레임(710)과 상기 컨트롤박스(700) 간의 결합부위 사이에는 무인비행선 착륙시 해당 랜딩부(800)를 통해 제공되는 하중을 완충하는 완충부(900)가 더 구비되어 이루어진다.
또한, 상기 설치프레임(710)의 상면에는 배터리(720)가 구비되며, 이러한 배터리(720)에 의해 각종 전원 공급이 이루어지게 된다.
하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 실내 검사용 무인비행선에 의한 실내의 검사 과정을 더욱 상세히 설명하도록 하며, 이때 실내는 LNG 탱크임을 그 예로 한다.
우선, 사용자는 비행제어 컴퓨터(510)에 실내 측위 데이터를 등록한 후 무인비행선을 실내로 투입한다.
이와 같은 무인비행선의 실내 투입이 이루어지면 상기 무인비행선의 비행제어 컴퓨터(510)는 각 라이다센서(300)로부터 측정된 각 방향별 거리 데이터를 토대로 위치 측위모듈(400) 및 비행속도제어부(520)와 연동되면서 해당 무인비행선의 각 추진부(200)를 제어한다.
즉, 각 라이다센서(300)로부터 센싱된 로우(Law) 센싱 데이터는 위치 측위모듈(400)을 통해 무인비행선의 기준 좌표값으로 설정되고, 이렇게 설정된 기준 좌표값은 실내공간의 좌표계에 대한 데이터 값과 결합 및 변환하여 해당 무인비행선의 위치와 속도 및 방위각이 계산되며, 계속해서 상기 계산된 무인비행선의 위치와 속도 및 방위각을 토대로 비행제어 컴퓨터(510) 및 비행속도제어부(520)에 의한 각 추진부(200)의 제어가 이루어지면서 자세 제어 및 비행 제어가 이루어진다.
여기서, 각 라이다센서(300)로부터 센싱된 로우 센싱 데이터는 오차가 발생할 수 있기 때문에 상기 위치 측위모듈(400)에서는 상기 로우 센싱 데이터를 최소자승법으로써 센서 보정을 수행한 후 센서의 출력값에 대한 유효성을 검증하며, 무효한 센서 입력값이 출력되는 경우 직전 저장된 3개의 최신 센서 데이터를 곡선 맞춤(Curve Fitting) 기법을 이용하여 데이터를 확보하고, 이후 1st low pass filter를 이용하여 상기 데이터에 포함된 노이즈를 1차적으로 제거한 다음 이를 통해 얻은 좌표계값으로 해당 무인비행선에 대한 위치, 속도 및 방위각을 계산하여 유효성을 체크한 후 상기 비행제어 컴퓨터(510)로 제공한다. 이때, 상기 곡선 맞춤과 1st low pass filter에서 사용되는 센서 값은 직전 3개의 센서 값이 사용되며, 이 과정에서 연속하여 4개의 센서 값이 무효함으로 판단될 경우에는 그 유효성의 체크를 통해 무효로 처리된다.
이와 함께, 상기 각 추진부(200)의 제어는 각 추진부(200)의 틸팅 각도 조절을 통한 각 추진부별 추진력 제공 방향의 제어와, 각 추진부(200)별 추진용모터(220)의 구동력 조절을 통한 회전익(210)의 회전 속도 제어가 될 수 있다.
또한, 상기 과정에서 비행제어 컴퓨터(510)의 제어프로그램(512)은 해당 비행제어 컴퓨터(510)를 이루는 관성측정부(511)를 통해 무인비행선이 동작되면서 변화되는 관성의 변화에 따른 기낭(100)의 움직임 정보를 토대로 추진부(200)의 동작 제어에 관여하면서 비행 자세 및 비행 속도를 제어하게 된다.
그리고, 전술된 각 추진부(200)의 제어에 따라 해당 무인비행선은 자동 비행됨과 동시에 촬영부(600)를 이용한 실내의 벽면이나 구조물을 촬영하며, 이렇게 촬영된 영상은 무선 통신부(530)를 통해 실외에 위치된 제어 단말기로 전송한다.
특히, 상기한 촬영부(600)를 이루는 카메라(610)에 의한 영상 촬영이 진행되는 도중에는 상기 촬영부(600)를 이루는 짐벌(gimbal)(620)이 구동되면서 기낭(100)의 기울어짐에 상관없이 상기 카메라(610)가 항상 수평 상태를 유지할 수 있도록 함에 따라 정확한 영상의 촬영이 가능하며, 이렇게 촬영된 영상에 대한 정확한 인지가 가능하게 된다.
또한, 실외에 위치된 사용자는 제어 단말기를 통해 전송받은 영상을 확인하면서 실내의 벽면이나 구조물에 대한 검사 및 감시를 수행할 수 있고, 상기 무인비행선은 실외에 위치된 사용자에 의한 비행 제어가 아닌 미리 설정된 비행 패턴만 참조하여 자동으로 비행을 수행하게 된다.
한편, 전술된 자동 비행 및 촬영 과정이 진행되는 도중 예기치 않은 상황 발생으로 인해 해당 무인비행선의 위치가 미리 설정된 실내의 벽면 간 이격 거리 이내로 진입하였음이 확인될 경우나 사용자에 의한 복귀 조작이 이루어질 경우에는 복귀프로그램(513)이 상기 제어프로그램(512)의 제어에 우선하여 실행되면서 미리 설정된 위치로 강제 복귀하도록 각 추진부(200)를 제어하게 된다.
결국, 본 발명에 따른 실내 검사용 무인비행선은 안전사고의 위험으로 작업자가 진입하기 어려운 실내 공간에 대한 검사가 가능하며, 특히 라이다센서(300)와 위치 측위모듈(400)과 비행제어 컴퓨터(510) 및 비행속도제어부(520)의 연계를 통해 실내에서 자동 비행함과 동시에 실내 벽면에 대한 각 부위별 촬영이 이루어질 수 있도록 함으로써 수동 제어시 시야 확보의 불가로 인해 야기될 수 있는 실내의 벽면이나 구조물에 대한 손상 및 무인비행선의 손상에 대한 우려가 미연에 방지될 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실내 검사용 무인비행선은 구형의 풍선 구조로 구성함과 더불어 그 중앙측의 둘레를 따라 복수의 추진부(200)를 제공하고, 저면에는 각 방향별 거리 측정을 위한 라이다센서(300)를 각각 구비함과 더불어 비행 제어모듈(500)에 의한 자세 및 비행제어에 의해 통상의 드론에 비해서는 비행 속도가 느리다 하더라도 더욱 정밀한 위치 제어가 가능할 뿐 아니라 더욱 우수한 자세 제어에 의한 촬영 품질의 향상을 이룰 수 있어서 더욱 정확한 검사가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 실내 검사용 무인비행선은 촬영부(600)에 짐벌(620)을 추가로 제공하여 기낭(100)의 기울어짐이나 비행제어 컴퓨터(510)의 제어프로그램(512)에 의한 자세 제어 동작에는 상관없이 카메라(610)는 항상 수평 상태로 유지될 수 있도록 함으로써 더욱 정확하면서도 정밀한 촬영 영상을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실내 검사용 무인비행선은 랜딩부(800)의 추가 제공에 따른 착륙시 촬영부(600)를 보호할 수 있음과 더불어 이러한 랜딩부(800)는 비행시 촬영부(600)의 촬영 영역을 벗어나도록 동작됨에 따라 촬영 영상의 판독 오류가 방지된다.
100. 기낭 110. 기낭 패치
200. 추진부 210. 회전익
220. 추진용모터 230. 지지림
240. 틸팅용모터 300. 라이다센서
310. 레이저 발생기 320. 레이저 수신기
400. 위치 측위모듈 500. 비행 제어모듈
510. 비행제어 컴퓨터 511. 관성측정부
512. 제어프로그램 513. 복귀프로그램
520. 비행속도제어부 530. 무선 통신부
531. 안테나 600. 촬영부
610. 카메라 620. 짐벌
630. 선회모터 700. 컨트롤박스
710. 설치프레임 720. 배터리
800. 랜딩부 810. 서보모터
900. 완충부

Claims (5)

  1. 공기로부터 떠오를 수 있도록 내부에 기체가 충전된 기낭;
    상기 기낭의 각 방향별 이동 및 자세유지를 위한 추진력을 제공하는 추진부;
    상기 기낭의 전후 및 좌우 방향과 회전 방향에 대한 실내 벽면이나 구조물과의 이격된 거리 정보를 수집하는 복수의 라이다센서;
    상기 각 라이다센서들로부터 취득된 거리 측정 정보를 토대로 각 라이다센서의 위치별 상태를 체크한 후 유효성을 평가하여 제공하는 위치 측위모듈;
    상기 위치 측위모듈로부터 유효한 값의 거리 측정 정보를 제공받은 후 이 제공받은 거리 측정 정보와 미리 저장되어 있던 실내 측위 정보를 토대로 위치 및 속도 정보로 변환한 후 상기 추진부를 동작시키면서 비행 및 비행속도를 제어하는 비행 제어모듈;
    상기 기낭에 설치되면서 실내의 벽면 및 구조물을 촬영하도록 제공되는 촬영부;를 포함하며,
    상기 추진부는 상기 기낭의 중앙측 둘레 방향을 따라 복수로 제공됨과 더불어 구동력을 제공받아 회전되는 회전익 및 회전익을 회전시키는 추진용모터를 포함하여 이루어지고,
    상기 각 추진부의 회전익은 지지림에 의해 지지를 받아 회전되도록 설치됨과 더불어 상기 지지림은 상기 기낭 내부에 설치되는 틸팅용모터에 의해 틸팅 가능하게 설치되며,
    상기 기낭의 저면 중앙에는 상기 추진용모터 및 틸팅용모터로의 신호 혹은, 전원의 공급을 위한 각종 신호선 및 전원선이 통과되는 통과홀이 형성됨과 더불어 이 통과홀에는 상기 비행 제어모듈이 내장되는 컨트롤박스가 밀착 고정되고,
    상기 각 라이다센서는 상기 컨트롤박스의 전면과 후면 및 양측면에 각각 구비되면서 기낭의 전후 및 좌우 방향에 대한 거리 정보를 수집하도록 구성되고,
    상기 촬영부는 영상 촬영을 위한 카메라 및 상기 카메라가 기낭의 기울어짐에 상관없이 수평 방향을 향하도록 하기 위한 짐벌(Gimbal)을 포함하여 이루어지면서 선회모터의 구동에 의해 상기 컨트롤박스의 저면에 수평 회전 가능하게 설치됨을 특징으로 하는 실내 검사용 무인비행선.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 비행 제어모듈은
    가속도 센서 및 고도 센서를 포함하는 관성측정부와, 상기 관성측정부에 의해 측정된 기낭의 움직임 정보를 토대로 추진부를 동작하면서 비행 자세 및 비행 속도를 제어하도록 프로그래밍된 제어프로그램과, 각 라이다센서에 의해 취득된 거리 측정 정보가 미리 설정된 거리 이내일 경우 미리 설정된 위치로 강제 복귀하도록 프로그래밍된 복귀프로그램을 포함하여 이루어진 비행제어 컴퓨터와,
    추진부의 속도 제어를 위한 비행속도제어부(ECS:Electronic Speed Controller)와,
    실외에 위치한 제어 단말기와의 무선 통신을 위한 무선 통신부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 실내 검사용 무인비행선.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기낭의 저면에는 이착륙시 지면에 안착되는 랜딩부가 더 구비되고,
    상기 랜딩부는 서보모터의 구동에 의해 동작되면서 상기 촬영부의 촬영 영역으로부터 벗어나도록 이루어짐을 특징으로 하는 실내 검사용 무인비행선.
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