KR102149745B1 - 가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스감지장치를 구비한 무인 비행체에 관한 것으로, 특히 화생방(CBR : Chemical, Biological and Radiological) 지역에 근접하여 누설되거나 또는 살포된 독성 생화학 가스를 탐지하여 원격지로 그 탐지정보를 전송할 수 있도록 한 가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 비행을 위한 로터를 갖는 본체; 상기 본체에 구비되어 호스를 권취하는 권취드럼; 상기 권취드럼에 권취된 호스; 상기 권취드럼을 회전시켜 상기 호스를 풀거나 감기도록 하는 모터; 상기 본체에 구비되고, 상기 호스의 일단에 연결되어 호스로부터 흡입된 생화학 가스를 감지하는 가스감지기; 상기 호스에 흡입력을 인가하는 흡입부; 상기 호스의 타단에 구비되고, 호스가 풀렸을 때 지면을 향하도록 설치되며, 지면과의 거리감지데이터를 근거리 통신을 통해 전송하는 거리감지센서; 상기 본체에 구비되고, 상기 거리감지센서로부터 감지된 거리감지데이터를 근거리 통신에 의해 인가받아 그 거리감지데이터에 의해 상기 모터를 정회전 또는 역회전시켜 상기 호스의 타단과 지면과의 간격을 설정된 거리만큼 유지시키는 컨트롤러;를 포함하여 구성된다.

Description

가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체{Unmanned aerial vehicle with gas detection device having close detection function of CBR area}

본 발명은 가스감지장치를 구비한 무인 비행체에 관한 것으로, 특히 화생방(CBR : Chemical, Biological and Radiological) 지역에 근접하여 누설되거나 또는 살포된 독성 생화학 가스를 탐지하여 원격지로 그 탐지정보를 전송할 수 있도록 한 가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체에 관한 것이다.

드론은 무인 비행체(UAV : Unmanned Aerial Vehicle)로서, 최근에는 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 하나의 예로서 화생방 지역에서의 생화학 가스를 탐지하는 군사용 목적으로 사용되고 있다.

이러한 화생방 지역은 독성을 갖는 생화학 가스가 살포되어 있으므로, 사람이 직접 장비를 착용하고 생화학 지역을 들어가서 생화학 가스의 살포 유무를 탐지하는 것이 매우 위험하다.

따라서, 최근에는 무인 비행체인 드론을 이용하여 사람이 근접하기 어려운 화생방 지역에서의 독성 생화학 가스를 탐지하게 되는데, 한 예로서 등록특허 제10-1881123호(가스누출 탐지드론)에서는 드론의 하측에 로봇암을 장착하고, 로봇암에 장착된 그립퍼가 가스측정기를 포착하는 구조를 가지도록 구성되어 있다.

그러므로, 가스 누출 위치에 드론이 비행하여 근접한 다음 로봇암을 펼쳐서 가스측정기에 의해 누출된 가스를 탐지하도록 한다.

그런데, 이러한 종래기술은 드론의 회전구동에 의해 발생하는 와류에 의해 대기가 흩어져서 가스탐지가 어려운 문제점을 로봇암의 전개에 의해 회피하는 기술이지만, 로봇암은 관절구를 가지게 되어 그 펼쳐지는 길이가 매우 짧아 와류의 영향으로부터 완전히 벗어나기 어렵다.

이로 인하여 정확한 가스 누출의 탐지가 어렵고, 또한, 수풀이 우거진 화생방 지역에 적용한 경우에는 지면으로부터 0.5m 이내에서 가스를 탐지하여야 하므로, 지면에 근접하여 비행하여야 하지만 수풀에 드론이 가려지거나 수풀에 의해 저공 비행이 불가능하므로 정확한 가스의 탐지가 어렵고, 또한 원격지의 조종자가 드론의 위치를 정확히 확인할 수 없어 조종이 매우 어려운 문제점이 있다.

아울러 수풀에 드론이 추락하는 경우에는 그 추락위치를 GPS 정보에 의해 확인하여 수거하여야 하지만, 이는 사람이 GPS 기기를 들고 추락위치를 찾아가 드론을 회수하여야 하므로 추락한 드론의 위치를 육안으로 신속히 확인할 수 없을 뿐만 아니라 드론의 회수를 위해서는 사람이 직접 위험한 화생방 지역에 들어가서 회수하여야 하는 문제점이 있다.

<선행기술문헌>

1. 등록특허 제10-1881123호

(가스누출 탐지드론)

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 무인 비행체에 릴 형태로 생화학 가스를 포집할 수 있는 호스를 권취시켜 가스 살포 위치의 상공에서 호스를 하측으로 풀어서 연장시킴으로써 지면에 근접한 위치에서 생화학 가스를 포집하여 감지할 수 있도록 하고, 거리감지센서에 의해 호스가 생화학 가스 포집의 가장 정적한 위치까지 자동으로 풀릴 수 있도록 함과 추락시에 풍선을 부상시켜 원격지에서도 추락위치를 신속히 확인할 수 있도록 하는 가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체는,

비행을 위한 로터를 갖는 본체;

상기 본체에 구비되어 호스를 권취하는 권취드럼;

상기 권취드럼에 권취된 호스;

상기 권취드럼을 회전시켜 상기 호스를 풀거나 감기도록 하는 모터;

상기 본체에 구비되고, 상기 호스의 일단에 연결되어 호스로부터 흡입된 생화학 가스를 감지하는 가스감지기;

상기 호스에 흡입력을 인가하는 흡입부;

상기 호스의 타단에 구비되고, 호스가 풀렸을 때 지면을 향하도록 설치되며, 지면과의 거리감지데이터를 근거리 통신을 통해 전송하는 거리감지센서;

상기 본체에 구비되고, 상기 거리감지센서로부터 감지된 거리감지데이터를 근거리 통신에 의해 인가받아 그 거리감지데이터에 의해 상기 모터를 정회전 또는 역회전시켜 상기 호스의 타단과 지면과의 간격을 설정된 거리만큼 유지시키는 컨트롤러;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체에는

가속도 센서;

압축된 헬륨가스를 수용하는 압축가스통;

상기 압축가스통으로부터 유출된 헬륨가스에 의해 부풀어오르는 풍선;

상기 본체와 풍선을 연결하는 와이어;

상기 와이어에 구비된 고리부;가 내장되며,

상기 컨트롤러는 상기 가속도 센서의 출력값에 따라 상기 압축가스통의 헬륨 가스를 풍선으로 투입하여 상기 풍선이 와이어에 의해 연결된 상태로 부상시키도록 구성된다.

이와 같은 본 발명은 생화학 가스로 오염된 지역의 상공에서 호스를 풀어서 지면과 근접한 위치에서 가스를 흡입하여 감지가 가능하므로, 무인 비행체가 수풀 등에 가려지는 경우가 발생하지 않게 됨으로써 조종자가 무인 비행체를 육안으로 확인하면서 정확한 조종이 가능한 장점이 있다.

또한, 무인 비행체가 추락하는 경우에 자동으로 풍선이 부상됨으로써 추락 위치를 육안으로 손쉽게 확인할 수 있으며, 아울러 또 다른 무인 비행체에 의해 추락 위치에서 손쉽게 회수가 가능한 장점이 있다.

아울러 무인 비행체가 오염된 지역의 25~30m 이상의 상공에서 호스를 풀게 됨으로써 화생방 가스의 포집시에 와류에 의한 대기확산의 영향을 주지 않게 되어 정확한 생화학 가스의 탐지가 가능하게 된다.

도1은 본 발명에 의한 가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체의 구조를 보인 도.
도2는 본체에 장착된 구조물의 블럭도.
도3은 권취드럼에 호스가 권취된 상태를 보인 도.
도4는 추락시 본체로부터 풍선이 부상된 상태를 보인 도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도1은 본 발명에 의한 가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체의 구조를 보인 도이고, 도2는 본체에 장착된 구조물의 블럭도이며, 도3은 권취드럼에 호스가 권취된 상태를 보인 도이다.

그리고, 도4는 추락시 본체로부터 풍선이 부상된 상태를 보인 도이다.

도1에서 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 무인 비행체(100)는 프레임을 포함하는 본체(110)가 구비되고, 상기 본체(110)의 측방향으로는 방사형태로 복수의 로터(120)가 구비되어 비행이 가능하게 된다.

상기 본체(110)의 하측에는 흡입된 생화학 가스를 감지하기 위한 가스 감지기(190)가 장착되어 있으며, 상기 가스 감지기(190)의 측부로는 가스 흡입을 위한 호스(160)가 권취된 권취드럼(150)이 장착되어 있다.

이러한 권취드럼(150)의 축(151)에는 권취드럼(150)을 정회전 및 역회전시켜 호스(160)를 감거나 풀리도록 하는 모터(112)가 축결되어 회전동력을 인가하게 된다.

또한, 상기 호스(160)의 일단에는 흡입력을 발생하는 펌프 형태의 흡입부(113)가 구비되어, 상기 흡입부(113)에 의해 상기 호스(160)를 통해 흡입된 생화학 가스가 가스 감지기(190)로 공급된다.

상기 본체(110)의 하측으로는 또한 오염지역을 촬영하기 위한 카메라(140)가 구비되어 있으며, 본체(110)의 하측 양측부로는 무인 비행체(100)가 지면에 안착하였을 때 카메라(140)가 지면에 맞닿아 손상되는 것을 방지하기 위한 지지다리(130)가 카메라(140)의 위치보다 더 하측으로 연장되어 설치되어 있다.

상기 호스(160)의 타단에는 거리감지센서(180)가 지면을 향하도록 구비되어 호스(160)가 지면방향으로 풀렸을 때 그 타단부와 지면과의 거리를 측정하게 되며, 이러한 거리감지센서(180)는 초음파 센서로 구성될 수 있으며, 또한 감지된 거리를 근거리 통신에 의해 본체(110)로 전송하기 위한 근거리 통신부를 가지게 된다.

다른 형태로서 상기 호스(160)의 지면을 향하는 타단부에 연장 와이어(181)가 고정되고, 그 연장 와이어(181)의 하단에 거리감지센서(180)가 구비되어 있을 수 있으며, 이러한 거리감지센서(180)에는 호스(160)가 지면을 향하여 곧바로 펼쳐질 수 있도록 중량체가 구비될 수 있을 것이다.

또한, 상기 호스(160)의 타단부에는 화생방 가스의 포집을 용이하게 하기 위하여 하측으로 갈수록 내경이 확장되는 확장부(170)가 구비될 수 있다.

상기 본체(110)의 내측에는 도2에서와 같이 컨트롤러(111), 가속도 센서(114), 통신부(115), 압축가스통(200), 풍선(210)이 구비되어 있는데, 상기 컨트롤러(111)는 통신부(115)를 통하여 조종자가 소지한 리모트 컨트롤러로부터 비행 제어명령을 인가받아 로터(120)를 제어하게 되고, 또한, 모터(112)를 제어하여 권취드럼(150)으로부터 호스(160)의 풀림 또는 감김여부를 결정하게 된다.

또한, 상기 컨트롤러(111)는 거리감지센서(180)로부터 감지된 거리감지데이터를 인가받아 호스(160)의 풀림 길이를 조절하게 되는데, 컨트롤러(111)에 미리 설정된 거리만큼 호스(160)의 타단부와 지면과의 거리를 자동으로 유지할 수 있도록 모터(112)를 제어하게 된다.

이러한 본 발명에 의한 화생방 가스를 탐지하는 동작을 설명한다.

번저, 무인 비행체(100)는 조종자의 조작에 의해 오염지역의 상공으로 비행하게 되는데, 이때 화생방 가스는 공기보다 무거워서 지면에 근접하여 확산되어 있다.

따라서, 지면으로부터 25~30m 정도의 상공에 체류하게 되고, 컨트롤러(111)는 모터(112)를 제어하여 권취드럼(150)을 역회전시켜 화생방 가스를 포집하기 위한 호스(160)가 풀리도록 제어한다.

호스(160)가 풀리면서 거리감지센서(180)는 지면과의 거리를 감지하고, 그 거리감지데이터를 근거리 통신을 통해 본체(110)에 구비된 통신부(115)로 전송하게 되면, 컨트롤러(111)는 그 거리감지데이터에 의해 모터(112)에 구동중지명령을 출력하게 된다.

지면으로부터 화생방 가스의 존재 유무를 정확히 감지할 수 있는 높이가 통상적으로 0.5m 정도이므로, 거리감지데이터에 의해 거리감지센서(180)와 지면과의 거리가 0.5m가 되면, 컨트롤러(111)는 모터(112)의 구동을 중지시키게 된다.

예를 들어 0.2m 길이의 연장 와이어(181)에 의해 거리감지센서(180)가 호스(160)의 타단부보다 0.2m 낮은 위치에 있는 경우에는 컨트롤러(111)는 거리감지데이터가 0.3m에 도달하게 되면, 모터(112)의 구동을 중지시키게 된다.

이후, 컨트롤러(111)는 흡입부(113)를 구동시켜 호스(160)를 통해 흡입된 생화학 가스를 가스감지기(190)로 공급함으로써 가스 살포유무를 감지하게 되고, 그 감지데이터를 컨트롤러(111)로 제공하며, 이에 따라 통신부(115)를 통해 원격지로 전송하게 되어 생화학 가스에 의한 오염여부를 탐지하여 확인할 수 있는 것이다.

즉, 오염지역의 25~50m 상공에 무인 비행체(100)가 체류함으로써 로터(120)에 의해 발생하는 와류가 오염지역에 영향을 끼치지 않도록 하여 안정적이 대기 상태에서 생화학 가스의 살포 여부를 정확히 탐지할 수 있는 것이다.

이후, 상기 컨트롤러(111)는 모터(112)를 정회전시켜 권취드럼(150)에 호스(160)가 감기도록 한 다음 무인 비행체(100)가 원래 위치로 복귀하도록 로터(120)를 제어하는데, 이는 조종자의 수동 조종 또는 GPS에 의한 자동 복귀가 이루어질 수 있으며, 이러한 복귀 과정은 일반적인 기술 사항이므로 자세한 설명은 하지 않는다.

한편, 오염지역을 이동하는 도중 또는 복귀하는 도중에 수풀 등에 추락하는 경우에 이를 육안으로 쉽고 빠르게 확인할 수 있도록 하기 위하여 풍선(210)을 부풀려 부상시키게 되는데, 이를 위해 컨트롤러(111)는 가속도 센서(114)의 값을 입력받아 풍선(210)을 부상시키게 된다.

즉, 급격한 가속도 값의 증가 후 가속도 값이 없으면, 이는 추락으로 간주하여 헬륨가스가 충전된 압축가스통(200)의 밸브(220)를 개방시켜 헬륨가스가 풍선(210)에 주입되도록 하며, 이로 인해 풍선(210)이 부풀어 올라 무인 비행체(100)의 상측으로 부상하게 된다.

이때, 풍선(160)과 무인 비행체(100) 사이에는 와이어(230)가 연결되어 있으므로, 풍선(160)의 부상에 의해 와이어(230)도 본체(110)로부터 풀려나가게 되고, 이로 인해 무인 비행체(100)의 위치를 표시하게 되는 것이다.

따라서, 풍선(210)에 의해 육안으로 확인된 위치에서 무인 비행체(100)의 회수가 가능하게 된다.

또한, 와이어(230)에는 고리부(240)가 구비될 수 있는데, 무인 비행체(100)가 화생방 가스 오염지역 또는 사람이 근접하기 어려운 장소에 추락하는 경우에 회수용 무인 비행체를 띄워서 회수용 무인 비행체의 후크가 고리부(240)를 걸어서 추락한 무인 비행체(100)를 회수할 수 있도록 한다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100 : 무인 비행체
110 : 본체
111 : 컨트롤러
112 : 모터
113 : 흡입부
114 : 가속도 센서
115 : 통신부
120 : 로터
130 : 지지다리
150 : 권취드럼
160 : 호스
170 : 확장부
180 : 거리감지센서
190 : 가스감지기
200 : 압축가스통
210 : 풍선
220 : 밸브
230 : 와이어
240 : 고리부

Claims (3)

1. 비행을 위한 로터를 갖는 본체;
   상기 본체에 구비되어 호스를 권취하는 권취드럼;
   상기 권취드럼에 권취된 호스;
   상기 권취드럼을 회전시켜 상기 호스를 풀거나 감기도록 하는 모터;
   상기 본체에 구비되고, 상기 호스의 일단에 연결되어 호스로부터 흡입된 생화학 가스를 감지하는 가스감지기;
   상기 호스에 흡입력을 인가하는 흡입부;
   상기 호스의 타단에 구비되고, 호스가 풀렸을 때 지면을 향하도록 설치되며, 지면과의 거리감지데이터를 근거리 통신을 통해 전송하는 거리감지센서;
   상기 본체에 구비되고, 상기 거리감지센서로부터 감지된 거리감지데이터를 근거리 통신에 의해 인가받아 그 거리감지데이터에 의해 상기 모터를 정회전 또는 역회전시켜 상기 호스의 타단과 지면과의 간격을 설정된 거리만큼 유지시키는 컨트롤러;를 포함하며,
   상기 본체에는
   가속도 센서;
   압축된 헬륨가스를 수용하는 압축가스통;
   상기 압축가스통으로부터 유출된 헬륨가스에 의해 부풀어오르는 풍선;
   상기 본체와 풍선을 연결하는 와이어;를 내장하며,
   상기 컨트롤러는 상기 가속도 센서의 출력값에 따라 상기 압축가스통의 헬륨 가스를 풍선으로 투입하여 상기 풍선이 와이어에 의해 연결된 상태로 부상시키는 것을 특징으로 하는 가스감지장치를 구비하고,
   상기 와이어에는 고리부가 구비된 것을 특징으로 하는 가스감지장치를 구비하여 화생방 지역의 근접 탐지 기능을 갖는 무인 비행체.
   
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