KR102322098B1 - 정밀 투하 드론 - Google Patents

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KR102322098B1
KR102322098B1 KR1020210063627A KR20210063627A KR102322098B1 KR 102322098 B1 KR102322098 B1 KR 102322098B1 KR 1020210063627 A KR1020210063627 A KR 1020210063627A KR 20210063627 A KR20210063627 A KR 20210063627A KR 102322098 B1 KR102322098 B1 KR 102322098B1
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이동환
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주식회사 보라스카이
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Abstract

본 발명은 투하체를 목표 지점에 투하하는 정밀 투하 드론에 있어서, 드론 본체와, 상기 드론 본체의 전방 양측과 후방 양측에 구비되는 복수의 프로펠러부와, 상기 드론 본체의 상면에 구비되며 기상 상태를 측정하는 기상센서부 및 상기 복수의 프로펠러부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 기상센서부에서 측정된 상기 기상 상태를 반영하여 상기 투하체를 상기 목표지점으로 투하하는 정밀 투하 드론 및 상기 투하체를 목표 지점에 투하하는 정밀 투하 드론의 제어 방법에 있어서, 상기 정밀 투하 드론의 기초 투하 위치 정보를 측정하는 기초 투하 위치 정보 측정 단계와, 기상 상태를 반영하여 상기 기초 투하 위치를 보정하여 투하 위치를 산출하는 투하 위치 산출 단계 및 상기 산출된 투하 위치까지 상기 정밀 투하 드론을 이동하여 상기 투하체를 투하하는 투하 단계를 포함하는 정밀 투하 드론의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

정밀 투하 드론{Drone capable of precise dropping}
본 발명은 정밀 투하 드론에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기상 상태를 반영하여 투하체를 목표지점까지 정밀 투하 할 수 있는 정밀 투하 드론에 관한 것이다.
무인비행체(드론)는 사람이 직접 탑승하지 않고 원격으로 조종하여 자동 비행할 수 있는 비행체를 말하며, 이러한 무인비행체에 투하체 연결부재를 구비하여 물건을 운반하거나 목표지점에 투하하는 것이 가능하다. 따라서, 군사 및 민간에서 사용자의 접근이 어려운 곳 또는 위험한 곳에 원격으로 물체를 운반 또는 투하하기 위한 투하용 무인비행체 등이 개발되고 있다.
그러나 종래의 기술은 물체를 목표지점까지 무인비행체로 운반한 후 물체를 자유낙하하여 투하의 정확도가 떨어지거나, 물체 자체에 추가적인 일회성 투하보조장치를 구비하여 물체의 부피가 커질 뿐만 아니라 추가적인 비용이 드는 문제점이 있었다. 또한, 물체를 운반하는 무인비행체가 이륙하기 전, 지상에서 목표지점 및 비행에 필요한 자료를 입력하기 때문에, 물체를 투하 시에 기상 상황에 따라서 목표지점에 정확하게 투하하는데 어려움이 있었다.
KR10-0618438 B1 (발명의 명칭: 일반폭탄용 비행보조체, 공고일: 2006.08.30)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 물체를 투하 시에 기상 상태를 반영하여 투하 목표지점까지 정밀하게 투하가 가능한 정밀 투하 드론을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 정밀 투하 드론은, 투하체를 목표 지점에 투하하는 정밀 투하 드론에 있어서, 드론 본체와, 상기 드론 본체의 전방 양측과 후방 양측에 구비되는 복수의 프로펠러부와, 상기 드론 본체의 상면에 구비되며 기상 상태를 측정하는 기상센서부 및 상기 복수의 프로펠러부를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 기상센서부에서 측정된 상기 기상 상태를 반영하여 상기 투하체를 상기 목표지점으로 투하한다.
또한, 상기 정밀 투하 드론은 상기 본체의 저면에 구비되며 상기 투하체를 고정하는 투하체 고정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기상센서부는 풍향 센서, 풍속 센서, 온도 센서, 습도 센서 및 기압 센서 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 정밀 투하 드론은 상기 본체의 저면에 구비되며 상기 목표 지점을 인식하는 광학 줌 카메라 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 줌 카메라 모듈은 수평을 유지시켜주는 3축 짐벌 및 상기 3축 짐벌에 연결되며 표적을 인식하는 광학 줌 카메라를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 줌 카메라 모듈은 상기 3축 짐벌에 장착되며 표적까지의 거리를 측정하는 레이저 거리 측정 센서를 더 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 투하체를 목표 지점에 투하하는 정밀 투하 드론의 제어 방법에 있어서, 상기 정밀 투하 드론의 제어 방법은 상기 정밀 투하 드론의 기초 투하 위치 정보를 측정하는 기초 투하 위치 정보 측정 단계와, 기상 상태를 반영하여 상기 기초 투하 위치를 보정하여 투하 위치를 산출하는 투하 위치 산출 단계 및 상기 산출된 투하 위치까지 상기 정밀 투하 드론을 이동하여 상기 투하체를 투하하는 투하 단계를 포함한다.
또한, 상기 투하 단계는 상기 투하 위치까지 상기 정밀 투하 드론을 이동하는 투하 위치로의 이동 단계 및 상기 투하 위치에서 상기 투하체를 투하하는 투하 위치에서의 투하 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 정밀 투하 드론에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 사용자가 접근하기 어려운 곳 또는 위험한 곳까지 무인비행체가 원격으로 물체를 이동시키거나 투하할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 투하체의 잠금 브로킷과 투하체 고정부의 잠금 브로킷 홀더를 결합하여 리니어 샤프트로 고정함으로써 물체의 고정수단이 간단하고 안정성이 높으며, 투하본체에 직하 유도 날개가 형성되어 투하 시 정확도가 높아지는 이점이 있다.
셋째, 투하 시 풍향, 풍속, 온도, 습도 및 기압 등의 기상 상태를 반영하여 투하체를 투하할 수 있어 물체를 정밀하게 투하하는 이점이 있다.
넷째, 3축 짐벌에 장착된 레이저 거리 측정 센서와 광학 줌 카메라를 이용하여 상공에서 안정적인 프레임으로 항공뷰를 확인할 수 있고, 보다 정확하게 목표지점을 조준 및 인식할 수 있는 이점도 있다.
다섯째, 목표지점의 위치 및 무인비행체의 고도와 투하 시 기상 상태의 정보를 수집하고 그에 대해 물체의 투하에 필요한 자료를 산출하여 무인비행체의 투하 정밀도가 높아지는 이점이 있다.
여섯째, 산출된 자료를 이용해 무인비행체가 자동으로 운전될 수 있고, 사용자가 직접 무인비행체를 조종할 수도 있는 이점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론에 투하체가 결합된 상태의 전체적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 본체를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 프로펠러부와 랜딩스키드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 투하체 고정부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 투하체를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론에 투하체를 고정 및 분리하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 기상센서부를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 광학 줌 카메라 모듈을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 제어방법의 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의성을 위하여 과장되게 도시될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 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 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 또는 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 상단, 하단, 상면, 저면 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성 요소들에 있어서 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부, 도면상의 오른쪽을 전방, 도면상의 왼쪽을 후방으로 명명하나 이는 편의상 구성 요소들의 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것일 뿐 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 전방은 후방으로 명명될 수 있고, 후방은 전방으로 명명될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의한 정밀 투하 드론을 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론에 투하체가 결합된 상태의 전체적인 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론(1)은 드론 본체(100), 복수의 프로펠러부(200), 복수의 랜딩스키드(300), 투하체(400), 기상센서부(500) 및 광학 줌 카메라 모듈(600)을 포함할 수 있고, 배터리(미도시) 및 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
드론 본체(100)의 전방 양측과 후방 양측에 동력을 포함하는 복수의 프로펠러부(200)가 구비될 수 있으며, 상기 복수의 프로펠러부(200) 각각에 착륙 시 지면에 접촉하는 랜딩스키드(300)가 구비될 수 있다. 상기 드론 본체(100)의 후방 저면에 투하체(400)가 고정될 수 있고, 상기 드론 본체(100)의 전방 저면에 광학 줌 카메라 모듈(600)이 구비될 수 있으며, 상기 드론 본체(100)의 상면에 기상센서부(500)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 드론 본체(100)의 내부에 배터리(미도시)와 제어부(미도시)가 배치될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 정밀 투하 드론(1)의 비행 또는 투하를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 투하 목표지점에 대한 정보를 수신하고, 상기 기상센서부(500)를 통해 투하에 필요한 풍속, 풍향, 기압, 온도 및 습도를 측정하며, 이를 반영하여 상기 투하체(400)를 상기 목표지점으로 투하할 수 있다.
도 2를 참조하여 상술한 정밀 투하 드론(1)의 본체(100)를 더 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론(1)의 본체(100)를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정밀 투하 드론(1)의 본체(100)는 통신 안테나(110), GPS(120), 복수의 프로펠러부 연결부(130), 기상센서부 연결부(150), 투하체 고정부(160) 및 광학 줌 카메라 모듈 연결부(170)을 포함할 수 있으며, 배터리 덮개(140)를 더 포함할 수 있다.
통신 안테나(110)는 상기 드론 본체(100)의 상면의 전방과 후방에 각각 구비될 수 있으며, 제어부(미도시)가 사용자로부터 명령을 수신하거나, 기초 투하 위치 정보를 수신할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.
GPS(120)는 상기 드론 본체(100)의 상면에 구비될 수 있으며, 상기 통신 안테나(110)가 수신하는 투하 목표지점의 수직 지점 위치를 측정할 수 있다.
복수의 프로펠러부 연결부(130)는 상기 드론 본체(100)의 전방 양측과 후방 양측에 홀의 형태로 형성되며, 도 3의 프로펠러부(200)의 암(210)이 끼워져 고정되도록 상기 암(210)의 끝단의 형상과 대응될 수 있다.
배터리 덮개(140)는 상기 드론 본체(100)의 후방에 형성될 수 있고, 경첩과 같은 원리로 상기 드론 본체(100)와 연결되어 열고 닫을 수 있어, 상기 드론 본체(100) 내부에 탈부착이 가능한 배터리(미도시)가 탑재될 수 있다. 상기 배터리는 탈부착이 가능하므로 상기 배터리를 충전하거나 교체하는 것이 용이하며 휴대시에는 상기 배터리를 탈착하여 무게를 줄일 수 있다.
기상센서부 연결부(150)는 상기 드론 본체(100)의 상면에 막대 형상으로 형성되며, 도 7의 기상센서부(500)를 상기 드론 본체(100)와 연결하는 동시에 지지하는 역할을 할 수 있다.
투하체 고정부(160)는 상기 드론 본체(100)의 후방 저면에 형성되며, 도 5의 투하체(400)를 상기 드론 본체(100)에 고정하거나 상기 투하체(400)를 상기 드론 본체(100)와 분리할 수 있다.
광학 줌 카메라 모듈 연결부(170)는 상기 드론 본체(100)의 전방 저면에 형성되고, 하부에 도 8의 광학 줌 카메라 모듈(600)이 연결되기 위한 평판 형태의 3축 짐벌 연결부(171)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하여 상기 프로펠러부 연결부(130)에 결합되는 프로펠러부(200)와 상기 프로펠러부(200)에 구비되는 랜딩스키드(300)를 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론(1)의 프로펠러부(200)와 랜딩스키드(300)를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 프로펠러부(200)는 암(210), 복수의 모터(220), 복수의 프로펠러(230), 복수의 프로펠러 고정부재(240) 및 랜딩스키드 연결부재(250)를 포함할 수 있으며, 상기 랜딩스키드 연결부재(250)에는 랜딩스키드(300)가 연결될 수 있다.
암(210)은 일단이 도 2를 참조하여 상술한 드론 본체(100)의 프로펠러부 연결부(130)에 결합되고, 타단이 수평 방향으로 길게 연장되어 형성될 수 있으며, 상기 암(210) 각각은 동일 평면 상에 놓이는 일자 구조로 형성될 수 있다.
복수의 모터(220)는 배터리(미도시)에서 전력을 공급받고 제어부(미도시)로부터 전달되는 제어 신호에 의해 회전력을 발생시키는 것으로, 상기 암(210)의 끝단에 상하로 결합되어 후술하는 복수의 프로펠러(230)로 전달할 수 있는 충분한 회전력이 발생되도록 구비될 수 있다.
복수의 프로펠러(230)는 상기 복수의 모터(220)의 회전축 양끝단에 회전 가능하게 결합되고, 상기 복수의 프로펠러(230)는 동축 반전 프로펠러(230)일 수 있다. 상기 동축 반전 프로펠러(230)는 복수의 모터(220)의 동축 상에 한 쌍의 날개를 가지는 프로펠러(230)가 위아래로 설치되어 서로 반대 방향으로 회전하는 것으로, 동축 상의 프로펠러(230)가 서로 반대 방향으로 회전함에 따라 비행시 회전 관성을 상쇄시키기 때문에 일반 프로펠러보다 동일한 크기 대비 요구 동력이 작고 성능을 높일 수 있다.
복수의 프로펠러 고정부재(240)는 상기 복수의 모터(220)의 회전축 양 끝단에 결합되어 상기 복수의 프로펠러(230)를 상기 모터에 회전 가능하게 결합 또는 고정할 수 있다.
랜딩스키드 연결부재(250)는 상기 암(210)이 상기 프로펠러부 연결부(130)와 연결되는 부위에 결합될 수 있고, 상기 암(210)과 상기 프로펠러부 연결부(130)가 고정결합되도록 할 수 있다. 상기 랜딩스키드 연결부재(250)는 상기 암(210)이 삽입되는 홀을 포함하고, 상기 홀의 하부에 후술하는 랜딩스키드(300)를 삽입하여 결합하는 홈을 더 포함할 수 있다.
랜딩스키드(300)는 상기 복수의 프로펠러부(200) 각각의 암(210)에 구비되어 드론의 이착륙 시 충격으로부터 기체를 보호할 수 있다. 상기 랜딩스키드(300)는 긴 원통 막대 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 드론이 착륙 시 지면에 먼저 접촉하며 드론 기체를 지지하도록 상기 본체(100)보다 아래로 길게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 랜딩스키드(300)의 일단은 상술한 바와 같이 상기 랜딩스키드 연결부재(250)에 연결되어 고정되며, 타단에는 지면에 접촉 시 충격을 흡수하기 위한 보호마개(310)가 구비될 수 있다.
다시, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 상술한 투하체 고정부(160)와 투하체(400)를 더 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론(1)의 투하체 고정부(160)를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론(1)의 투하체(400)를 나타낸 도면이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 투하체(400)는 투하본체(410), 잠금 브로킷(420) 및 직하 유도 날개(430)를 포함하고, 투하체 고정부(160)는 상기 투하체(400)의 잠금 브로킷(420)이 삽입되는 잠금 브로킷 홀더(161), 상기 투하체(400)의 직하 유도 날개(430)가 삽입되어 고정되는 직하 유도 날개 홀더(162), 상기 잠금 브로킷(420)과 상기 잠금 브로킷 홀더(161)를 서로 고정시키는 얇은 원통형 막대 형상을 가지는 리니어 샤프트(도 6의 163), 상기 리니어 샤프트(163)가 직선 운동을 할 수 있도록 안내하는 리니어 샤프트 가이드 홈(164)을 포함할 수 있다.
투하본체(410)는 사용자가 투하하고자 하는 물체를 포함하며, 폭탄 및 연막탄 뿐만 아니라 드론이 운반 또는 투하할 수 있는 물체는 모두 그 예가 될 수 있다. 상기 투하본체(410)는 원기둥의 두 밑면에 원뿔대가 결합된 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 투하본체(410)가 투하될 때 공기와의 저항이 최소화되도록 형성되는 것이 바람직하다.
잠금 브로킷(420)은 상기 투하본체(410)의 상측, 상기 투하본체(410)가 상기 투하체 고정부(160)에 고정되는 방향의 끝단 및 상기 투하체(400)가 지면에 가장 먼저 닿고자 하는 부위의 반대 방향의 끝단 중 어느 하나에 형성될 수 있으며, 상기 투하체 고정부(160)에 삽입되어 후술할 리니어 샤프트(도 6의 163)에 의해 고정되기 위해 제2 리니어 샤프트 고정 홀(421)이 형성될 수 있다.
직하 유도 날개(430)는 상기 투하본체(410)와 상기 잠금 브로킷(420)의 사이에 복수 개가 형성되며, 상기 투하본체(410)가 낙하 시 회전하는 것을 방지할 수 있다.
잠금 브로킷 홀더(161)는 상기 잠금 브로킷(420)이 삽입될 수 있는 공간이 구비되며, 후술할 리니어 샤프트(도 6의 163)가 삽입될 수 있도록 제1 리니어 샤프트 고정 홀(165)이 형성될 수 있다
직하 유도 날개 홀더(162)는 상기 복수의 직하 유도 날개(430)가 삽입되어 고정될 수 있도록 얇은 판 두 개가 상기 직하 유도 날개(430)의 두께 간격만큼 떨어진 형태로 구비되며, 상기 잠금 브로킷 홀더(161)의 둘레 위치에 상기 직하 유도 날개(430)의 개수만큼 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 직하 유도 날개 홀더(162)의 위치 구성은 상기 직하 유도 날개(430)의 구성에 대응될 수 있다.
리니어 샤프트(도 6의 163)는 얇은 원통형 막대의 형상으로 구비될 수 있으며, 상기 잠금 브로킷 홀더(161)의 제1 리니어 샤프트 고정 홀(165)과 상기 잠금 브로킷(420)의 상기 제2 리니어 샤프트 고정 홀(421)을 동시에 통과하여 상기 투하체(400)와 상기 투하체 고정부(160)를 서로 고정시킬 수 있다.
리니어 샤프트 가이드 홈(164)은 상기 리니어 샤프트(163)가 이동할 수 있는 홈(164)으로, 상기 리니어 샤프트(163)가 상기 제1 리니어 샤프트 고정 홀(165)과 상기 제2 리니어 샤프트 고정 홀(421)을 기준으로 직선 운동만 하도록 안내할 수 있다.
도 6을 참조하여 상기와 같은 구성을 포함하는 투하체 고정부(160)와 투하체(400)를 결합 및 분리하는 방법을 아래와 같이 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론에 투하체를 고정 및 분리하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 (a)는 투하체(400)의 잠금 브로킷(420)이 투하체 고정부(160)의 잠금 브로킷 홀더(161)에 삽입된 것을 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 리니어 샤프트(163)가 리니어 샤프트 가이드 홈(164)을 따라 잠금 브로킷(420)과 잠금 브로킷 홀더(161)를 관통하는 것을 나타내는 도면이며, 도 6의 (c)는 투하체(400)의 직하 유도 날개(430)가 투하체 고정부(160)의 직하 유도 날개 홀더(162)에 삽입되어 고정된 것을, 도 6의 (d)는 리니어 샤프트(163)가 해체되어 투하체(400)가 투하체 고정부(160)로부터 분리되는 것을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 투하체 고정부(160)의 잠금 브로킷 홀더(161)에 투하체(400)의 잠금 브로킷(420)이 삽입되어, 상기 잠금 브로킷 홀더(161)의 제1 리니어 샤프트 고정 홀(165)과 상기 잠금 브로킷(420)의 제2 리니어 샤프트 고정 홀(421)이 나란히 배치되도록 한 후, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 나란히 배치된 상기 제1 리니어 샤프트 고정 홀(165)과 제2 리니어 샤프트 고정 홀(421)을 모두 관통하도록 리니어 샤프트(163)를 리니어 샤프트 가이드 홈(164)을 따라 삽입하여 상기 투하체(400)를 상기 투하체 고정부(160)에 고정할 수 있다.
여기서 도 6의 (a)에서 상기 잠금 브로킷(420)을 상기 잠금 브로킷 홀더(161)에 삽입할 때, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 상기 투하체(400)의 직하 유도 날개(430)가 각각 상기 투하체 고정부(160)의 직하 유도 날개 홀더(162)에 결합되도록 한다.
도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 상공에서 상기 리니어 샤프트(163)가 도 6의 (b)에서 상술한 것과 반대로 상기 리니어 샤프트 가이드 홈(164)을 따라 상기 제1 리니어 샤프트 고정 홀(165)과 제2 리니어 샤프트 고정 홀(421)로부터 해체되면, 상기 투하체(400)와 상기 투하체 고정부(160)가 분리되어 상기 투하체(400)는 투하될 수 있다.
도 7을 참조하여 기상센서부(500)를 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론(1)의 기상센서부(500)를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 기상센서부(500)는 센서(510) 및 센서 고정부재(520)를 포함할 수 있으며, 상기 센서(510)는 실시간으로 기상 상태를 측정할 수 있다. 이 때, 상기 기상 상태는 풍향, 풍속, 온도, 습도 및 기압 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
센서(510)는 풍향 센서, 풍속 센서, 온도 센서, 습도 센서 및 기압 센서 중 어느 하나 이상을 포함하여 구비될 수 있으나, 모두 포함하는 것이 바람직하다.
센서 고정부재(520)는 상기 센서(510)와 도 2의 드론 본체(100)의 기상센서부 연결부(150)를 연결하는 역할을 함과 동시에 상기 센서(510)를 지지하는 역할을 할 수 있다.
도 8을 참조하여 광학 줌 카메라 모듈(600)을 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론(1)의 광학 줌 카메라 모듈(600)을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광학 줌 카메라 모듈(600)은 3축 짐벌(610), 카메라(620) 및 레이저 거리 측정 센서(630)를 포함할 수 있다.
3축 짐벌(610)은 도 2의 드론 본체(100)의 3축 짐벌 연결부(171)에 결합될 수 있고, 가로축, 세로축 및 수직축 3개의 축을 중심으로 회전하며 수평을 유지시켜주는 장치로 대중적으로 채택되고 있는 짐벌의 축 형태이며, 후술할 카메라(620) 및 레이저 거리 측정 센서(630)를 상기 3축 짐벌(610)에 결합하여 모든 방향으로의 흔들림을 보정할 수 있다.
카메라(620)는 상기 3축 짐벌(610)에 연결되고, 정밀 투하 드론(1)의 투하 목표지점을 인식하거나 조준하는 역할을 할 수 있다. 상기 카메라(620)가 촬영하는 영상을 제어부(미도시)가 도 2의 통신 안테나(110)를 통해 사용자에게 전송할 수 있으며, 이로써 상기 정밀 투하 드론(1)은 자동비행 뿐만 아니라, 사용자가 영상을 확인하며 조종할 수 있어 수동비행도 가능하다.
레이저 거리 측정 센서(630)는 상기 카메라(620)와 동일 위치에 설치되거나 상기 카메라(620)에 연결될 수 있으며, 레이저를 조사하고 상기 레이저가 반사되어 돌아오는 시간을 계산해 지면 또는 투하 목표지점과 정밀 투하 드론(1)과의 거리, 즉, 지면 또는 투하 목표지점으로부터 상기 정밀 투하 드론(1)의 높이를 측정할 수 있다.
상기 카메라(620) 및 상기 레이저 거리 측정 센서(630)는 상기 3축 짐벌(610)에 연결되어 설치됨으로써, 정밀 투하 드론(1)의 비행 시 진동에 관계없이 연직 상태를 유지할 수 있어 상기 카메라(620)를 통해 목표지점을 보다 안정적으로 관찰할 수 있음과 동시에 상기 레이저 거리 측정 센서(630)의 드론(1)의 목표지점으로부터의 높이 측정에 대한 정확도가 향상될 수 있다.
도 9 내지 도 10을 참조하여 정밀 투하 드론의 제어방법의 일 실시예를 아래와 같이 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 제어방법을 도시한 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 투하 드론의 제어방법의 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 10의 (a)는 정밀 투하 드론(1)이 기초 투하 위치 정보와 기상 상태를 측정하여 투하 위치를 산출하는 것을, 도 10의 (b)는 정밀 투하 드론(1)이 상기 산출된 투하 위치로 이동한 후 투하체(400)를 투하하는 것을, 도 10의 (c)는 도 10의 (b)에서 투하 위치로 이동하는 것을 보조설명 하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 정밀 투하 드론(1)의 제어방법은 상기 정밀 투하 드론의 기초 투하 위치 정보를 측정하는 기초 투하 위치 정보 측정 단계(S100), 기상 상태를 반영하여 상기 기초 투하 위치를 보정하여 투하 위치를 산출하는 투하 위치 산출 단계(S200) 및 상기 산출된 투하 위치까지 상기 정밀 투하 드론을 이동하여 상기 투하체를 투하하는 투하 단계(S300)를 포함할 수 있다.
기초 투하 위치 정보 측정 단계(S100)에서는 도 10의 (a)에 나타난 것과 같이, 투하 정밀 드론(1)이 도 2의 GPS(120)를 통해 투하 목표지점(700)의 수직 지점의 위치를 확인할 수 있고(S110), 도 7의 기압센서(510)를 통해 기압을 측정하고 이를 이용하여 상기 드론(1)의 해발고도를 산출함으로써 상기 드론(1)의 절대 고도를 측정할 수 있으며(S120), 도 8의 레이저 거리 측정 센서(630)를 통해 투하 목표지점(700)과의 상대 수직 고도를 측정할 수 있다(S130).
투하 위치 산출 단계(S200)에서는 도 7의 풍향 센서(510)와 풍속 센서(510)를 통해 풍향 및 풍속을 측정하고, 이에 대해 풍향 평균값 및 풍속 평균값을 산출한 후(S210), 상기 풍속 평균값과 상기 투하 정보 수집 단계(S100)에서 측정한 투하 목표지점(700)과의 상대 수직 고도를 이용하여 드론(1)과 투하 위치와의 거리를 산출하고(S220), 상기 풍향 평균값을 통해 풍향 각도를 계산하여 상기 드론(1)과 상기 투하 위치와의 수평 각도를 산출할 수 있다(S230).
투하 단계(S300)에서는 상기 투하 위치 산출 단계(S200)에서 산출한 투하 위치와의 수평 각도와 투하 위치와의 거리를 반영하여 도 10의 (b) 또는 도 10의 (c)와 같이 상기 투하 위치로 정밀 투하 드론(1)을 이동시킨 후(S310) 도 10의 (b)와 같이 상기 투하 위치에서 투하체(400)를 목표지점(700)으로 투하할 수 있다(S320). 다시, 도 10의 (b)에 도시된 것과 같이, 바람이 전방으로 불면 상기 드론(1)을 후방으로 이동시킬 수 있으며, 도 10의 (c)를 예시로, 도면상에서 위쪽을 북방향, 오른쪽을 동방향이라 할 때, 바람이 남동쪽으로 불면 정밀 투하 드론(1)이 이동해야 할 투하 위치는 북서쪽일 수 있다. 이 때, 상기 드론(1)의 위치를 이동시키거나(S310) 상기 투하체(400)를 투하하는 것은(S320) 상기 드론(1)의 제어부가 자동으로 제어할 수 있으나, 사용자가 수동으로 조작할 수도 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
1: 정밀 투하 드론
100: 드론 본체
110: 통신 안테나
120: GPS
130: 프로펠러부 연결부
140: 배터리 덮개
150: 기상센서부 연결부
160: 투하체 고정부
161: 잠금 브로킷 홀더
162: 직하 유도 날개 홀더
163: 리니어 샤프트
164: 리니어 샤프트 가이드 홈
165: 제 1리니어 샤프트 고정 홀
170: 광학 줌 카메라 모듈 연결부
171: 3축 짐벌 연결부
200: 프로펠러부
210: 암
220: 모터
230: 프로펠러
240: 프로펠러 고정부재
250: 랜딩스키드 연결부재
300: 랜딩스키드
310: 보호마개
400: 투하체
410: 투하본체
420: 잠금 브로킷
421: 제 2리니어 샤프트 고정 홀
430: 직하 유도 날개
500: 기상센서부
510: 센서
520: 센서 고정부재
600: 광학 줌 카메라 모듈
610: 3축 짐벌
620: 카메라
630: 레이저 거리 측정 센서
700: 목표지점
S100: 기초 투하 위치 정보 측정 단계
S110: 목표 지점 위치 확인 단계
S120: 절대 고도 측정 단계
S130: 상대 고도 측정 단계
S200: 투하 위치 산출 단계
S210: 기상 상태 평균값 산출 단계
S220: 투하 위치 거리 산출 단계
S230: 투하 위치 수평 각도 산출 단계
S300: 투하 단계
S310: 투하 위치로의 이동 단계
S320: 투하 위치에서의 투하 단계

Claims (8)

  1. 투하체를 목표 지점에 투하하는 정밀 투하 드론에 있어서,
    투하체 고정부가 구비된 드론 본체;
    상기 드론 본체의 전방 양측과 후방 양측에 구비되는 복수의 프로펠러부;
    상기 드론 본체의 상면에 구비되며 기상 상태를 측정하는 기상센서부;
    상기 드론 본체의 저면에 구비되며 상기 목표 지점을 인식하는 광학 줌 카메라 모듈; 및
    상기 복수의 프로펠러부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 광학 줌 카메라 모듈은,
    수평을 유지시켜주는 3축 짐벌; 및
    상기 3축 짐벌에 연결되며 상기 목표 지점을 인식하는 광학 줌 카메라;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 기상센서부에서 측정된 상기 기상 상태를 반영하여 상기 투하체를 상기 목표지점으로 투하하며,
    상기 투하체는,
    투하본체;
    상기 투하본체의 상측에 형성되는 잠금 브로킷; 및
    상기 투하본체와 상기 잠금 브로킷 사이에 형성되며, 복수개로 구성되되 상기 잠금 브로킷을 중심으로 방사상으로 배치되는 직하 유도 날개;를 포함하고,
    상기 투하체 고정부는,
    상기 투하체의 상기 잠금 브로킷이 삽입되는 잠금 브로킷 홀더;
    상기 투하체의 상기 직하 유도 날개가 삽입되어 고정되며, 복수개로 구성되되 상기 잠금 브로킷 홀더를 중심으로 방사상으로 배치되는 직하 유도 날개 홀더;
    상기 투하체를 상기 투하체 고정부에 고정하는 리니어 샤프트; 및
    상기 리니어 샤프트가 직선운동하는 리니어 샤프트 가이드 홈;을 포함하며,
    상기 직하 유도 날개의 수는 상기 직하 유도 날개 홀더의 수와 대응되고,
    상기 직하 유도 날개 홀더는 상기 직하 유도 날개의 두께 간격만큼 이격되어 배치되되, 지면으로부터 수직방향으로 배치되는 2개의 판을 포함하며,
    상기 직하 유도 날개는 판 형상으로 형성되되, 지면으로부터 수직방향으로 배치되고,
    하나의 상기 직하 유도 날개 홀더에 하나의 상기 직하 유도 날개가 고정되되, 상기 직하 유도 날개는 상기 2개의 판 사이에 삽입되어 상기 직하 유도 날개 홀더에 고정되는 것을 특징으로 하는 정밀 투하 드론.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 본체의 저면에 구비되며 상기 투하체를 고정하는 투하체 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 투하 드론.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기상센서부는,
    풍향 센서, 풍속 센서, 온도 센서, 습도 센서 및 기압 센서 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 투하 드론.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 줌 카메라는,
    상기 3축 짐벌에 장착되며 상기 목표 지점까지의 거리를 측정하는 레이저 거리 측정 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 투하 드론.
  7. 투하체를 목표 지점에 투하하는 정밀 투하 드론의 제어 방법에 있어서,
    상기 정밀 투하 드론의 기초 투하 위치 정보를 측정하는 기초 투하 위치 정보 측정 단계;
    기상 상태를 반영하여 상기 기초 투하 위치를 보정하여 투하 위치를 산출하는 투하 위치 산출 단계; 및
    상기 산출된 투하 위치까지 상기 정밀 투하 드론을 이동하여 상기 정밀 투하 드론에 구비되는 투하체 고정부에 고정된 상기 투하체를 투하하는 투하 단계;를 포함하되,
    상기 기초 투하 위치 정보 측정 단계는,
    수평을 유지시키는 3축 짐벌에 장착된 레이저 거리 측정 센서를 통하여 상기 목표 지점까지의 거리를 측정하고,
    상기 투하 단계에서 상기 투하체는,
    투하본체;
    상기 투하본체의 상측에 형성되는 잠금 브로킷; 및
    상기 투하본체와 상기 잠금 브로킷 사이에 형성되며, 복수개로 구성되되 상기 잠금 브로킷을 중심으로 방사상으로 배치되는 직하 유도 날개;를 포함하고,
    상기 투하체 고정부는,
    상기 투하체의 상기 잠금 브로킷이 삽입되는 잠금 브로킷 홀더;
    상기 투하체의 상기 직하 유도 날개가 삽입되어 고정되며, 복수개로 구성되되 상기 잠금 브로킷 홀더를 중심으로 방사상으로 배치되는 직하 유도 날개 홀더;
    상기 투하체를 상기 투하체 고정부에 고정하는 리니어 샤프트; 및
    상기 리니어 샤프트가 직선운동하는 리니어 샤프트 가이드 홈;을 포함하며,
    상기 직하 유도 날개의 수는 상기 직하 유도 날개 홀더의 수와 대응되고,
    상기 직하 유도 날개 홀더는 상기 직하 유도 날개의 두께 간격만큼 이격되어 배치되되, 지면으로부터 수직방향으로 배치되는 2개의 판을 포함하며,
    상기 직하 유도 날개는 판 형상으로 형성되되, 지면으로부터 수직방향으로 배치되고,
    하나의 상기 직하 유도 날개 홀더에 하나의 상기 직하 유도 날개가 고정되되, 상기 직하 유도 날개는 상기 2개의 판 사이에 삽입되어 상기 직하 유도 날개 홀더에 고정되는 것을 특징으로 하는 정밀 투하 드론의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 투하 단계는,
    상기 투하 위치까지 상기 정밀 투하 드론을 이동하는 투하 위치로의 이동 단계; 및
    상기 투하 위치에서 상기 투하체를 투하하는 투하 위치에서의 투하 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 투하 드론의 제어방법.
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