KR102258389B1 - 전방위 촬영 드론 - Google Patents

전방위 촬영 드론 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 카메라가 드론 몸체를 중심으로 방사상으로 설치되는 파이프 프레임 및 프로펠러 가드에 의해 안정성을 갖는 구조를 형성되며, 프로펠러 가드가 바람 또는 프로펠러의 회전에 의한 진동 및 외부의 충격을 흡수해줌으로써 카메라로부터 전후좌우 방향의 선명한 영상을 획득할 수 있는 드론에 관한 것이다.

Description

전방위 촬영 드론{Drone for photographing image}
본 발명은 전방위 촬영 드론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 카메라가 드론 몸체를 중심으로 방사상으로 설치되는 프로펠러 및 프로펠러 가드에 의해 안정성을 갖는 구조를 형성하며, 복수개의 카메라 또는 센서를 통해 전방위의 영상을 확보할 수 있는 전방위 촬영 드론에 관한 것이다.
초기의 드론은 적진을 정찰하는 군사용 목적의 무인 비행체로 개발 및 사용되었으나, 이러한 드론은 최근 지속적인 기술 발전에 따라 그 사용범위가 넓어져 기상 관측, 환경 및 산불 감시, 국경, 해안, 도로 감시, 재난 지원, 통신 중계 및 원격 탐사 등에 사용되고 있다.
그러나 드론은 주행의 방향을 가지는 자동차와는 달리 직진, 후진, 상, 하, 좌, 우 모든 방향으로 주행이 가능한 드론의 특성상 카메라를 통하여 모든 방향을 촬영하긴 어려운 상황이다.
또한 드론은 드론의 본체 또는 상하에 배치된 카메라가 프레임, 추진부, 가드, 안테나, GPS수신기 등 자체 구조물에 의하여 시야확보에 어려움을 겪는 문제가 발생되기 때문에 시야 확보를 용이하게 할 수 있는 드론에 대한 연구가 진행되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 국내공개특허 제10-2019-0054755호(발명의 명칭 : 드론용 카메라 시스템)(이하 ’종래기술‘이라 함)가 개발되었다.
도 1은 종래기술의 사시도이다.
종래기술(100)은 드론몸체(101)와, 드론몸체(101)의 측면으로부터 외측으로 상호 등각으로 연장되어 설치되는 복수개의 암(102)들과, 암(102)들에 설치되는 회전익(103)들과, 암(102)들의 단부에 설치되는 측면 카메라(104)들과, 드론몸체(101)의 상부면에 설치되는 상부 카메라(105)로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 종래기술(100)은 측면 카메라(104)들이 암(102)들의 단부에 설치되기 때문에 드론몸체(101), 암(102)들, 회전익(103)들 등의 자체 구조물에 의해 영상이 획득되지 않는 데드존(dead zone)이 발생하지 않는다.
또한 종래기술(100)은 암(102)들과 회전익(103)들, 측면카메라(104)들이 드론몸체(101)로부터 상호 등각으로 설치되어 있기 때문에 무게중심이 일정하여 안정적인 비행이 가능하며, 측면카메라(104)들을 통해 전후좌우 전 방향의 영상을 촬영할 수 있다.
그러나 이러한 종래기술(100)은 암(102)들의 일단부가 드론몸체(101)와 결합되어 있지만, 암(102)들의 타단부는 별도의 지지수단에 의해 고정되지 않기 때문에 바람 또는 회전익(103)들의 회전에 의해 발생하는 진동 등에 의해 암(102)들이 진동하게 되고, 이로 인해 암(102)들의 단부에 설치된 측면카메라(104)들이 흔들리게 되어 선명한 영상을 얻기 어려운 문제점을 갖는다.
또한 종래기술(100)은 측면카메라(104)가 최 외측에 노출되어 있기 때문에 조종자의 부주의 등으로 인하여 드론이 장애물에 부딪히게 될 경우, 카메라가 파손되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 드론의 몸체로부터 방사상으로 설치되는 프레임의 단부가 외주면이 드론몸체와 결합된 원형틀 형상의 가드와 결합됨으로써 바람 또는 프로펠러에 의해 발생하는 프레임의 진동을 가드를 통해 흡수할 수 있는 전방위 촬영 드론을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 프레임의 단부와 접촉되는 가드에는 관통공이 형성되며, 관통공의 내측에 카메라 또는 센서가 설치되어 카메라 또는 센서의 광축이 관통공을 통과하도록 함으로써 각 방향에 설치된 카메라 또는 센서들에 의하여 전방위에 대하여 영상을 확보할 수 있으면서도 가드의 내측에 카메라 또는 센서가 설치됨으로써 외부 충격으로부터 카메라 또는 센서를 보호할 수 있는 전방위 촬영 드론을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 카메라 또는 센서를 통해 확보된 전방위의 영상을 센서 연동을 통해 회피주행, 주변상황인지 등의 기술을 기반으로 자율주행기술을 적용 가능한 전방위 촬영 드론을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 드론몸체; 상기 드론몸체의 측면으로부터 방사형으로 설치되는 복수개의 파이프 프레임들; 원형 틀 형상으로 형성되며, 일측의 외주면이 상기 드론몸체의 측면과 결합되어 상기 파이프 프레임들이 중심축을 통과하도록 설치되며, 상기 파이프 프레임의 단부의 연장선상에 삽입공이 형성되는 프로펠러 가드들; 상기 파이프 프레임들의 단부에 각각 설치되되, 상기 프로펠러 가드의 삽입공으로 삽입되는 카메라들; 상기 파이프 프레임들의 상부에 설치되는 프로펠러들; 상기 카메라를 파이프 프레임의 단부에 결합시키는 카메라 홀더를 포함하고, 상기 카메라는 일면에 렌즈를 포함하는 촬영부가 설치되는 카메라 몸체; 상기 카메라 몸체의 양측면에 돌출 형성되는 삽입부들을 포함하고, 상기 카메라 홀더는 중공 원통 형상으로 형성되며, 내부 중공으로 상기 파이프 프레임이 삽입되어 결합되는 연결브라켓; 일측이 상기 연결브라켓의 대향되는 외주면들에 각각 결합되되, 상기 드론몸체로부터 상기 파이프 프레임의 단부를 향하는 방향으로 연장되며, 단면들이 상기 프로펠러 가드의 내주면에 결합되는 고정브라켓들을 포함하고, 상기 고정브라켓들의 단면들에는 내측으로 형성되되, 서로 대향되는 내측면까지 연장되는 삽입홈들이 각각 형성되고, 상기 카메라의 상기 삽입부들은 상기 고정브라켓들의 삽입홈들의 형상 및 크기와 대응되게 형성됨으로써 상기 삽입부들은 조립 시 상기 고정브라켓들의 삽입홈들로 각각 슬라이딩 되고, 상기 카메라의 촬영부는 조립 시, 상기 프로펠러 가드의 삽입공으로 삽입되어 외부로 노출되고, 상기 카메라몸체는 상기 고정브라켓들의 내측면들 사이의 간격과 동일한 크기로 형성됨으로써 상기 고정브라켓들 사이의 공간으로 삽입될 때, 상기 고정브라켓들의 내측면들에 의해 가압되고, 상기 고정브라켓들의 단부들은 상기 프로펠러 가드의 측면과 볼트 체결되는 것다.
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상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 카메라 또는 센서들이 설치되는 프레임들이 가드들에 의해 바람 또는 프로펠러에 의해 발생하는 진동 및 외부의 충격을 흡수해 줌으로써 카메라 또는 센서가 흔들리거나 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 드론의 카메라들에 의해 촬영된 전방위의 영상을 센서와 연동함으로써 회피주행, 주변상황인지 등의 기술을 기반으로 자율주행기술 및 다양한 기술을 적용할 수 있게 된다.
도 1은 종래기술의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 전방위 촬영 드론을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 카메라의 카메라 영상 시야 범위 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 장애물 인식센서의 인식 범위를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 전방위 촬영 드론을 나타내는 사시도이다.
전방위 촬영 드론(1)은 드론몸체(11)와, 드론몸체(11)의 외측면에 방사형으로 설치되는 4개의 파이프 프레임(12)들과, 파이프 프레임(12)들의 상부에 각각 설치되는 프로펠러(13)들과, 파이프 프레임(12)들의 단부에 각각 설치되는 영상획득부(14)들과, 각 파이프 프레임(12)에 결합되어 해당 프로펠러(13)의 외측에 설치되는 프로펠러 가드(15)들과, 드론몸체(11)의 상부에 설치되는 장애물 인식센서(16)로 이루어진다.
드론몸체(11)는 함체로 형성되어 상면에 장애물 인식센서(16)가 설치되며, 외측면에 파이프 프레임(12)들이 방사형으로 수직 결합된다.
또한 드론몸체(11)는 송수신부(미도시), 제어부(미도시), 배터리(미도시) 등이 내장된다.
파이프 프레임(12)들은 길이를 갖는 파이프 형상으로 형성되며, 일단부가 드론몸체(11)의 측면과 수직 결합되며, 드론몸체(11)를 중심으로 방사상으로 설치되되 상호 등각으로 설치된다.
또한 파이프 프레임(12)들의 타단부에는 영상획득부(14)들이 각각 설치된다.
이때 도 2에서는 설명의 편의를 위해 4개의 파이프 프레임(12)들이 설치되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 파이프 프레임(12)의 개수는 이에 한정되지 않고, 다양한 수량으로 구성될 수 있다.
또한 파이프 프레임(12)들은 파이프의 내부에 형성된 공간에 프로펠러(13) 및 영상획득부(14)와 관련된 배선들이 파이프 프레임(12)들의 내부공간을 통해 드론몸체(11)와 연결됨으로써 배선들이 밖으로 노출되어 손상되는 것을 방지하며, 프로펠러(13) 및 영상획득부(14)와 드론몸체(11) 사이의 배선들이 직선으로 배치됨으로써 배선들의 길이를 줄일 수 있다.
프로펠러(13)는 드론몸체(11)와 영상획득부(14)의 사이의 파이프 프레임(12)의 상부에 설치되며, 모터(미도시)에 의해 회전되어 공기를 유동시킴으로써 전방위 촬영 드론(1)이 비행할 수 있도록 추력 또는 양력을 발생시킨다.
이때 프로펠러(13)들은 프로펠러 가드(15)들의 중앙에 위치하도록 설치된다.
영상획득부(14)는 파이프 프레임(12)의 단부에 설치되며, 카메라 홀더(141)와, 카메라 홀더(141)에 설치되는 카메라(142)로 이루어진다.
이때 도 2에서는 설명의 편의를 위해 파이프 프레임(12)의 단부에 카메라(142)가 설치되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 파이프 프레임(12)의 단부에는 레이저센서, 레이더센서 등과 같이 주변 객체를 검출할 수 있는 공지된 다양한 센서들이 설치될 수 있다.
카메라 홀더(141)는 파이프 프레임(12)의 단부에 결합되는 중공 원통형상의 연결브라켓(1411)과, 연결브라켓(1411)의 외주면에 결합되어 파이프 프레임(12)의 타단부를 향하는 방향으로 연장되어 카메라(142)를 견고히 고정시키는 한 쌍의 고정브라켓(1412)들로 이루어진다.
또한 카메라 홀더(141)의 고정브라켓(1412)들의 단부에는 볼트체결에 의해 프로펠러 가드(15)와 결합되는 결합판(1413)들이 각각 형성되며, 고정브라켓(1412)들의 내측면에는 카메라(142)가 삽입되는 삽입홈(1414)이 형성된다.
이때 삽입홈(1414)은 결합판(1413)의 단면에 형성되되 고정브라켓(1412)의 내측면까지 연장되게 형성됨으로써 조립 시, 후술되는 카메라 몸체(1421)의 삽입부(1422)들이 슬라이딩 방식으로 삽입되게 된다.
카메라(142)는 직육면체 형상의 카메라 몸체(1421)와, 카메라 몸체(1421)의 양측면에 돌출 형성되며 카메라 홀더(141)의 고정브라켓(1412)들의 삽입홈(1414)들로 각각 삽입되는 삽입부(1422)들과, 카메라 몸체(1421)의 전면에 돌출 형성되는 촬영부(1423)로 이루어진다. 이때 촬영부(1423)는 렌즈 등으로 이루어진다.
또한 삽입부(1422)들은 고정브라켓(1412)들의 삽입홈(1414)들의 형상 및 크기와 대응되는 형상 및 크기로 형성됨으로써 조립 시, 고정브라켓(1412)들의 삽입홈(1414)들로 삽입되게 된다.
또한 카메라 몸체(1421)는 고정브라켓(1412)들의 내측면들 사이의 간격과 동일한 크기로 형성됨으로써 조립 시, 고정브라켓(1412)들 사이의 공간으로 삽입될 때, 양측면이 고정브라켓(1412)들의 내측면들에 의해 가압됨으로써 외부 충격 및 진동이 발생하더라도 카메라(142)를 견고하게 지지하여 카메라(142)의 흔들림을 방지할 수 있고, 이에 따라 선명하고 정확한 영상을 획득할 수 있게 된다.
이와 같이 구성되는 영상획득부(14)는 카메라(142)에 형성된 삽입부(1422)들이 카메라 홀더(141)의 고정브라켓(1412)들의 내측면에 형성된 삽입홈(1414)에 삽입됨으로써 카메라(142)가 카메라 홀더(141)에 설치되며, 카메라 홀더(141)에 형성된 결합판(1413)들과 프로펠러 가드(15)가 볼트 체결됨으로써 카메라 홀더(141)와 프로펠러 가드(15)가 결합된다.
이때 카메라(142)는 고정브라켓(1412)과 억지끼움결합됨으로써 양측면과 후면이 고정브라켓(1412)에 의해 견고하게 지지된다.
또한 카메라(142)는 후술되는 프로펠러 가드(15)의 삽입공(151)의 내부에 카메라(142)의 촬영부(1423)가 삽입된다.
이때 카메라(142)는 프로펠러 가드(15)와 카메라 홀더(141)의 결합판(1413)이 결합되었을 때 전면이 프로펠러 가드(15)에 의해 가압됨으로써 파이프 프레임(12)의 길이방향으로의 이동이 방지된다.
이와 같이 설치되는 카메라(142)는 카메라 홀더(141)와 프로펠러 가드(15)에 의해 이동이 불가능하도록 설치됨으로써 바람 또는 프로펠러(13)들의 회전에 의해 발생하는 진동 등에 의해 흔들리지 않게 되어 선명한 영상을 얻을 수 있다.
또한 카메라(142)는 프로펠러 가드(15)의 내부에 위치하기 때문에 외부 충격으로부터 보호받을 수 있다.
프로펠러 가드(15)는 원형 틀 형상으로 형성되며, 일측의 외주면이 드론몸체(11)의 측면과 결합된다.
또한 프로펠러 가드(15)는 파이프 프레임(12)이 프로펠러 가드(15)의 중심축을 통과하도록 설치되고, 이때 파이프 프레임(12)의 단부에 설치된 영상획득부(14)의 카메라 홀더(141)는 프로펠러 가드(15)의 내주면과 결합된다.
또한 프로펠러 가드(15)는 카메라(142)의 촬영부(1423)에 대응되는 위치에 카메라(142)의 촬영부(1423)가 삽입되는 삽입공(151)이 형성된다.
이와 같이 구성되는 프로펠러 가드(15)는 카메라 홀더(141)의 결합판(1413)과 결합됨으로써 파이프 프레임(12)과 파이프 프레임(12)의 단부에 설치되는 카메라 홀더(141)가 프로펠러 가드(15)에 의해 지지되어 바람이나 프로펠러(13)의 회전에 의해 발생하는 진동 등에 의해 흔들리지 않게 되며, 이로 인해 카메라 홀더(141)에 설치된 카메라(142) 또한 진동에 흔들리지 않게 되어 카메라(142)를 통해 선명한 영상을 얻을 수 있게 된다.
또한 카메라(142)는 프로펠러 가드(15)의 내부에 설치되기 때문에 장애물과의 충돌이 발생하여도 프로펠러 가드(15)에 의해 충격이 흡수되어 카메라(142)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 도 2의 드론의 카메라 영상 시야 범위 예시를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 전방위 촬영 드론(1)의 카메라(142)들은 카메라 촬영 범위(A)가 중첩되도록 함으로써 드론몸체(11)를 기준으로 전후좌우 전 방향에 대응하는 영상을 획득할 수 있도록 한다.
이때 카메라(142)들은 프로펠러 가드(15)의 삽입공(151)에 촬영부(1423)가 삽입되어 외측을 촬영하기 때문에 전방위 촬영 드론(1)의 자체 구조물의 간섭 없이 카메라(142) 자체 시야의 전 영역의 영상을 확보할 수 있다.
도 4는 도 2의 장애물 인식센서의 인식 범위를 나타내는 도면이다.
장애물 인식센서(16)는 레이저를 목표물에 방출하고 빛이 돌아오기까지 걸리는 시간 및 강도를 측정해 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성을 감지하는 광 검출 및 탐지(Light Detection and Ranging, Lidar) 센서를 사용하여 정밀도와 해상도가 높고, 사물을 입체적으로 파악하는 것이 가능하다.
이때 도 4에서는 설명의 편의를 위해 장애물 인식센서(16)는 Lidar 센서를 사용하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 장애물 인식센서는 이에 한정되지 않고, Radar 센서, 초음파 센서 등으로 구성될 수 있다.
이러한 장애물 인식센서(16)는 드론몸체(11)의 상부에 설치되며, 도 4에 도시된 센싱범위(B)를 가진다. 이때 장애물 인식센서(16)의 센싱범위(B)는 도 3에 도시된 카메라(142)의 카메라 촬영범위(A)와 겹치게 되며, 이를 통해 전방위 촬영 드론(1)은 카메라(142)를 통해 촬영된 영상과 장애물 인식센서(16)를 연동시켜 회피주행, 주변상황인지 등의 기술을 기반으로 자율주행기술 및 다양한 기술들을 적용할 수 있다.
1 : 드론
11 : 드론몸체 12 : 파이프 프레임
13 : 프로펠러 14 : 영상획득부
15 : 프로펠러 가드 16 : 장애물 인식센서

Claims (4)

  1. 드론몸체;
    상기 드론몸체의 측면으로부터 방사형으로 설치되는 복수개의 파이프 프레임들;
    원형 틀 형상으로 형성되며, 일측의 외주면이 상기 드론몸체의 측면과 결합되어 상기 파이프 프레임들이 중심축을 통과하도록 설치되며, 상기 파이프 프레임의 단부의 연장선상에 삽입공이 형성되는 프로펠러 가드들;
    상기 파이프 프레임들의 단부에 각각 설치되되, 상기 프로펠러 가드의 삽입공으로 삽입되는 카메라들;
    상기 파이프 프레임들의 상부에 설치되는 프로펠러들;
    상기 카메라를 파이프 프레임의 단부에 결합시키는 카메라 홀더를 포함하고,
    상기 카메라는
    일면에 렌즈를 포함하는 촬영부가 설치되는 카메라 몸체;
    상기 카메라 몸체의 양측면에 돌출 형성되는 삽입부들을 포함하고,
    상기 카메라 홀더는
    중공 원통 형상으로 형성되며, 내부 중공으로 상기 파이프 프레임이 삽입되어 결합되는 연결브라켓;
    일측이 상기 연결브라켓의 대향되는 외주면들에 각각 결합되되, 상기 드론몸체로부터 상기 파이프 프레임의 단부를 향하는 방향으로 연장되며, 단면들이 상기 프로펠러 가드의 내주면에 결합되는 고정브라켓들을 포함하고,
    상기 고정브라켓들의 단면들에는 내측으로 형성되되, 서로 대향되는 내측면까지 연장되는 삽입홈들이 각각 형성되고,
    상기 카메라의 상기 삽입부들은 상기 고정브라켓들의 삽입홈들의 형상 및 크기와 대응되게 형성됨으로써 상기 삽입부들은 조립 시 상기 고정브라켓들의 삽입홈들로 각각 슬라이딩 되고,
    상기 카메라의 촬영부는 조립 시, 상기 프로펠러 가드의 삽입공으로 삽입되어 외부로 노출되고,
    상기 카메라몸체는 상기 고정브라켓들의 내측면들 사이의 간격과 동일한 크기로 형성됨으로써 상기 고정브라켓들 사이의 공간으로 삽입될 때, 상기 고정브라켓들의 내측면들에 의해 가압되고,
    상기 고정브라켓들의 단부들은 상기 프로펠러 가드의 측면과 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 전방위 촬영 드론.
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