KR102155682B1 - 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템 - Google Patents

레저 활동 보조용 수중 드론 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템에 관한 것으로, 수면의 특정 위치에 위치하여 GPS 위치정보를 확인하여 제어 단말에 제공하는 모선과, 복수의 카메라를 이용하여 상기 모선과 레저 이용자의 거리를 확인하고, 이동 정보를 이용하여 상기 모선을 기준으로 방위각을 산출하여 모선과 이용자의 상대적인 위치 정보를 제공하는 수중 드론을 포함한다.

Description

레저 활동 보조용 수중 드론 시스템{Underwater drones system to support leisure activities}
본 발명은 수중 드론 시스템에 관한 것으로, 특히 수중 레저 활동을 보조할 수 있는 수중 드론 시스템에 관한 것이다.
최근 무인 항공기의 일종인 드론이 소형화 및 저가격화되면서 방송, 농업, 탁송 분야 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 항공용 드론 외에 수중에서 다양한 작업을 수행하기 위한 무인 잠수정으로서의 수중 드론의 개발도 진행되고 있다.
등록특허 10-1789259호(수중드론, 2017년 10월 17일 등록)에는 수중 오염물질을 정화하도록 정화장치를 포함하는 수중드론에 대하여 기재되어 있으며, 등록특허 10-1824890호(수중 탐사용 드론의 유속 감지 장치, 2018년 1월 29일 등록)에는 압력센서를 이용하여 조류의 유속을 정밀하게 측정할 수 있는 장치에 대하여 기재되어 있다.
이와 같은 종래 수중 드론들은 카메라 등 항공용 드론들이 가지고 있는 장비를 포함하고 있으며, 목적에 부합하도록 특별한 장비를 부가적으로 구비하고 있다.
그러나 수중에서는 드론 자체의 위치를 정확하게 알기 어렵고, 통상 드론의 제어를 위한 라디오 주파수 신호를 사용할 수 없기 때문에 실질적인 제어가 쉽지 않은 문제점이 있었다.
수중 드론과는 별개로 수중 레저활동을 즐길 때 안전을 고려하여 레저 활동 중인 사람들의 위치를 외부에서 쉽게 확인할 수 있어야 하며, 반대로 레저 활동 중인 사람들도 복귀 위치를 쉽게 알 수 있어야 한다.
그러나 수중이라는 특성 때문에 레저 활동 중인 사람들의 위치를 외부에서 확인하기 어려우며 레저 활동 중인 사람들도 시야 확보의 어려움, 사고 발생에 의한 당황 등으로 복귀 위치를 쉽게 알 수 없는 경우가 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 레저 활동 중인 사람들의 위치를 외부에서 쉽게 확인이 가능하며, 레저 활동 중인 사람들이 쉽게 복귀 위치를 확인할 수 있도록 레저 활동을 보조하는 수중 드론 시스템을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 수중과 외부의 안정적인 신호의 전달이 가능하여 수중 드론의 동작 및 위치 제어가 가능한 수중 드론 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템은, 수면의 특정 위치에 위치하여 GPS 위치정보를 확인하여 제어 단말에 제공하는 모선과, 복수의 카메라를 이용하여 상기 모선과 레저 이용자의 거리를 확인하고, 이동 정보를 이용하여 상기 모선을 기준으로 방위각을 산출하여 모선과 이용자의 상대적인 위치 정보를 제공하는 수중 드론을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 수중 드론은 상기 복수의 카메라 각각을 구동하는 카메라 구동부를 포함하며, 상기 카메라의 구동 각도차를 이용하여 모선과 이용자의 사이 위치를 특정하여 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 복수의 카메라는, 수중 드론의 상부에 위치하여 모선을 촬영하는 제1카메라와, 수중 드론의 하부에 위치하여 이용자 또는 수중 지형을 촬영할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 수중 드론은, 상기 수중 지형의 영상과 모선 영상을 이용하여 호버링 동작할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 수중 드론은, 조명 또는 음향을 이용하여 위치를 표시하는 방향안내부를 더 포함하고, 상기 방향안내부를 통해 상기 이용자에게 제어 단말의 약속된 신호를 전달할 수 있다.
본 발명은 GPS를 이용하여 정확한 위치를 확인할 수 있는 모선과, 모선으로부터 이탈하여 수중에서 이동하는 수중 드론을 포함하되, 모선과 수중 드론의 상대 위치를 이용하여 외부에서 수중 드론의 위치를 확인할 수 있으며, 수중 레저 활동을 하는 사람들은 수중 드론을 복귀 방향으로 인식할 수 있도록 함으로써, 외부에서 수중 레저 활동 중인 사람들의 위치를 쉽게 알 수 있으며, 반대로 수중 레저 활동 중인 사람들 또한 복귀 방향을 쉽게 알 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 블록 구성도이다.
도 3과 도 4는 본 발명 수중 드론 시스템의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에서 모선(10)과 수중 드론(20)의 블록 구성도이다.
도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템은 수면에 노출되어 외부와 통신하고 절대 위치를 확인할 수 있는 모선(10)과, 상기 모선(10)과는 분리되어 수중에서 이동하며, 모선(10)과의 상대 위치 정보를 확인할 수 있는 수중 드론(20)을 포함하여 구성된다.
상기 모선(10)은 위치 확인이 가능한 GPS모듈(12)과, 전원을 공급하는 전원공급부(13)와, 외부와의 무선 통신을 수행하는 통신부(14)와, 상기 수중 드론(20)과의 통신을 위한 수중 통신부(15)와, 현재 위치의 유지를 위한 호버링 구동부(16)와, 상기 수중 드론(20)을 충전하기 위한 무선충전제어부(17)와, 상기 각부를 제어하는 제어부(11)를 포함한다.
상기 수중 드론(20)은 전원을 공급하는 전원공급부(22)와, 상기 모선(10)과의 통신을 위한 수중통신부(23)와, 수면 방향을 촬영하는 제1카메라(24)와, 수중 방향을 촬영하는 제2카메라(25)와, 상기 제1카메라(24)와 제2카메라(25)를 구동하는 카메라 구동부(26)와, 수중 레저 활동자들에게 복귀 방향을 안내하는 방향안내부(27)와, 이동 및 호버링을 위한 추진부(28)와, 상기 모선(10)에 접한 상태로 상기 전원공급부(22)를 충전하는 무선충전부(29)와, 상기 각부를 제어하는 제어부(21)를 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 모선(10)은 부표와 같이 수면에 위치하며, 외부의 수중 드론 제어신호를 수신하고, 위치 정보 등의 정보를 외부로 전달하는 역할을 한다.
GPS모듈(12)을 통해 현재 모선(10)의 절대 위치를 정확하게 확인할 수 있다. 사용자가 모선(10)을 수면의 특정 위치에 두고 전원을 켜면 GPS모듈(12)은 GPS위성을 통해 정확한 위치 정보를 수신한다. 위치 정보는 통신부(14)를 통해 수면 또는 육상의 제어 단말(30)에 전송된다.
상기 제어 단말(30)은 수중 레저 활동을 주관하는 주관자의 단말일 수 있으며, 지역의 해경, 구조대 등에서 사용하는 단말일 수 있다. 또한, 하나의 제어 단말로 복수의 모선(10)과 개별 통신을 할 수 있어 복수의 수중 레저 활동팀의 위치를 확인할 수 있다.
상기 모선(10)의 제어부(11)는 상기 GPS모듈(12)에서 확인된 초기 위치와 현재 위치를 주기적으로 비교하며, 현재 위치와 초기 위치의 차이가 설정 값 이상일 때에는 호버링 구동부(16)를 구동하여 초기 위치로 이동함으로써 동일 위치 범위에 위치할 수 있다.
상기 수중 드론(20)의 제2카메라(25)를 통해 촬영된 영상은 수중 드론(20)의 수중통신부(23)와 모선(10)의 수중통신부(15) 사이의 통신을 통해 모선(10)으로 전송되고, 모선(10)의 제어부(11)는 수신된 영상을 통신부(14)를 통해 제어 단말(30)로 전송한다.
상기 수중통신부(23,15) 간의 통신은 유선 또는 무선으로 이루어지는 것으로 하되, 안정적인 영상의 전송을 위해서는 유선 통신을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제어 단말(30)은 모선(10)으로부터 전송된 제2카메라(25)의 촬영 영상을 표시하며, 제어 단말(30)을 이용하여 수중 드론(20)을 제어할 수 있다.
이처럼 제어 단말(30)을 이용하여 수중 드론(20)을 조종할 수 있으며, 수중 드론(20)의 이동은 자체 연산에 따라 자율적으로 수행될 수 있다. 수중 드론(20)의 자율 이동에 대해서는 이후 좀 더 상세히 설명한다.
제어 단말(30)의 제어 신호는 통신부(14)를 통해 모선(10)에 전달되고, 모선(10)의 제어부(11)는 수신된 제어 신호를 수중통신부(15)를 통해 수중 드론(20)의 수중통신부(23)와 통신하여 전송한다.
이때 수중 드론(20)의 제어부(21)는 추진부(28)를 구동하여 제어 신호에 부합하는 이동을 한다.
상기 수중 드론(20)는 제1카메라(24)와 제2카메라(25)를 포함하고 있으며, 제1카메라(24)는 수면 방향을 촬영할 수 있도록 수중 드론(20)의 위쪽에 설치되고, 제2카메라(25)는 수중 레저 활동을 하는 사람들 및 수중 지형을 촬영할 수 있도록 아래쪽에 설치될 수 있다.
제어 단말(30)의 운영자는 제1카메라(24)와 제2카메라(25)의 영상을 동시에 또는 전환 가능한 상태로 확인하면서, 수중 드론(20)을 조종할 수 있다.
수중 드론(20)의 운영은 상기 모선(10)과 레저 이용자들의 사이에 위치하도록 수심과 위치가 결정될 수 있다. 즉, 운영자는 수중 드론(20)을 조종하여 레저 이용자들과 모선(10)의 사이에 위치시킴으로써, 레저 이용자들이 수중 드론(20)을 보고 복귀 방향을 쉽게 알 수 있도록 한다.
수중 드론(20)에는 방향안내부(27)를 포함하고 있으며, 방향안내부(27)는 수중에서 식별이 용이한 조명이거나 음향을 발생시키는 것이거나, 조명과 음향을 동시에 발생시키는 것일 수 있다.
특히 방향안내부(27)를 이용하여 제어 단말(30)의 운영자는 수중의 레저 이용자들에게 약속된 신호를 보낼 수 있다. 예를 들어 조명의 점멸 간격을 약속하여 복귀, 이동, 수면으로 부상 등의 신호를 보낼 수 있다.
상기 수중 드론(20)은 운전이 개시된 이후의 제어 단말(30)의 제어 신호를 저장하는 것으로 할 수 있다. 제어 신호의 누적 연산을 통해 상기 모선(10)에 대한 상대 위치를 확인할 수 있다. 예를 들어 전후좌우를 동서남북의 방위로 인식하고, 특정 방위각으로 어느 정도의 거리만큼 모선(10)에서 떨어져 있는지 확인하여 상대 위치를 특정할 수 있다.
또한, 수중 드론(20)의 제어부(21)는 배터리인 전원공급부(22)의 잔량을 확인하고, 기준 잔량 이하이거나 상기 모선(10)과의 거리를 고려한 잔량을 기준으로 판단하여 배터리가 소진되기 전에 모선(10)으로 자동 이동하여 무선충전을 수행할 수 있다.
위의 예에서는 수중 드론(20)의 조종을 제어 단말(30)을 통해 수행하는 것으로 설명하였으나 카메라를 이용한 자율 운전도 가능하다.
도 3과 도 4는 본 발명 수중 드론 시스템의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3과 도 4를 참조하면 수중 드론(20)의 제1카메라(24)는 수중 드론(20)이 이동할 때 모선(10)을 촬영하고, 제2카메라(25)는 레저 이용자를 촬영한다. 이때 제1카메라(24)와 제2카메라(25)는 카메라구동부(26)에 의해 각도가 조절될 수 있다. 상기 수중 드론(20)이 A위치에 위치할 때 모선(10)과 이용자(40)를 각각 촬영하는 제1카메라(24)와 제2카메라(25)의 촬영영상에서 제어부(21)는 모선(10)과 이용자(40) 영역을 추출하고, 모선(10)과 이용자(40) 영역이 촬영영상의 중앙에 위치하도록 카메라 구동부(26)를 제어한다.
이때, 제어된 제1카메라(24)의 각도와 제2카메라(25)의 각도는 수직 방향 좌우 방향의 성분을 가지고 있으며, 제1카메라(24)와 제2카메라(25)의 각도 차이를 이용하여 현재 위치인 A위치에서 모선(10)과 이용자(40)의 사이 위치인 B위치를 특정할 수 있다.
설명의 편의상 수중 드론(20)의 제어부(21)에서 영상을 확인하는 것으로 설명하였으나, 상기 제1카메라(24)와 제2카메라(25)의 영상을 수신한 모선(10)의 제어부(11)에서 영역을 검출하고, 모선(10)과 이용자(40) 영역을 추종할 수 있도록 제어하는 것으로 할 수 있다.
수중 드론(20)은 복수의 카메라를 이용하여 항상 모선(10)과 이용자(40)의 사이인 B위치에 위치하도록 하여, 이용자(40)가 쉽게 복귀 방향을 알 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1카메라(24)를 통해 모선(10)과의 거리를 추정할 수 있다. 제1카메라(24)를 통해 촬영된 영상에서 모선(10) 영역의 크기를 특정하고, 미리 정해진 기준 값들과의 비교를 통해 모선(10) 크기별 거리값을 확인하여 모선(10)과의 거리를 추정할 수 있다.
이와 동일하게 이용자(40)를 촬영한 제2카메라(25)의 영상에서 이용자(40)와의 거리를 확인할 수 있다. 이때 이용자(40)의 키나 체형은 표준을 기준으로 하여, 대략적인 거리를 추정하도록 한다.
이처럼 두 카메라를 이용하여 모선(10)과 이용자(40) 사이의 거리를 확인할 수 있으며, 방위각은 수중 드론(20)의 이동정보를 저장하고 연산하여 확인할 수 있다. 이때의 방위각은 모선에 대한 상대적인 위치를 알 수 있는 것이며, 수중 드론(20)이 모선(10)을 기준으로 이동한 방향을 방위각 개념으로 나타낼 수 있다.
따라서 이용자(40)의 모선(10)으로부터 상대적인 위치를 확인할 수 있으며, 이 정보는 제어 단말(30)로 전송된다.
위의 예에서는 수중 드론(20)의 이동에 대하여 설명하였으나, 수중 드론(20)은 수심을 포함하는 개념의 특정 위치에서 고정된 상태로 유지하는 호버링 동작을 수행할 수 있다.
제어 단말(30)로부터 호버링 명령이 있으면, 수중 드론(20)은 제2카메라(25)를 이용하여 수중 지형을 촬영한 후, 주기적으로 수중 지형을 촬영하여 최초 촬영한 영상정보와 비교하여 차이가 있는 경우 이를 보정하기 위하여 추진부(28)를 제어하여 원래의 위치로 되돌아가는 동작을 수행하여 정확한 위치에 위치하도록 한다.
이는 수중 드론(20)은 GPS를 이용할 수 없기 때문에 호버링 동작에 지형을 이용하는 것이다.
정확도를 높이기 위해서 제1카메라(24)로 촬영한 모선(10)의 영상을 함께 사용할 수 있다.
이처럼 본 발명은 위치확인이 용이하지 않은 수중 환경에서, 수중 드론을 이용하여 안전사고 발생시 정확한 위치를 특정할 수 있어, 신속한 구조 활동을 할 수 있는 등 레저분야에 이용 가능하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10:모선 11, 21:제어부
12:GPS모듈 13, 22:전원공급부
14:통신부 15, 23:수중통신부
16:호버링 구동부 17:무선충전 제어부
24:제1카메라 25:제2카메라
26:카메라 구동부 27:방향안내부
28:추진부 29:무선충전부
30:제어 단말

Claims (5)

  1. 수면의 특정 위치에 위치하여 GPS 위치정보를 확인하여 제어 단말에 제공하는 모선; 및
    상기 모선을 촬영하는 제1카메라와, 수중의 이용자를 촬영하는 제2카메라와, 상기 제1카메라와 제2카메라의 각도를 조절하는 카메라 구동부를 구비하는 수중 드론을 포함하되,
    상기 수중 드론은,
    상기 제1카메라의 촬영 영상에서 상기 모선의 크기에 따라 모선까지의 거리를 추정하고,
    표준 체형을 기준으로 하여 상기 제2카메라의 촬영 영상에서 상기 이용자까지의 거리를 추정하고,
    상기 모선을 기준으로 이동한 방향을 기준으로 방위각을 정하여,
    상기 모선과 상기 이용자 사이의 상대적인 위치를 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수중 드론은 상기 제1카메라와 상기 제2카메라의 구동 각도의 차를 이용하여,
    상기 모선과 상기 이용자의 사이 위치를 특정하고,
    특정된 상기 모선과 상기 이용자의 사이 위치로 이동하여,
    상기 이용자가 상기 모선으로의 복귀 방향을 쉽게 인지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1카메라는 수중 드론의 상부에 위치하여 모선을 촬영하고,
    상기 제2카메라는 수중 드론의 하부에 위치하여 이용자 또는 수중 지형을 촬영하는 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수중 드론은,
    상기 제2카메라를 통해 촬영한 수중 지형의 최초 영상과 이후 영상에 차이가 있으면 이를 보정하는 위치로 이동하여 호버링 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수중 드론은,
    조명 또는 음향을 이용하여 위치를 표시하는 방향안내부를 더 포함하고,
    상기 방향안내부를 통해 상기 이용자에게 제어 단말의 약속된 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 레저 활동 보조용 수중 드론 시스템.
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