KR20230160449A - Ai를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 주위를 비행하며 세정을 진행하고 차량의 상태를 점검하는 드론시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론이 차량 주위를 비행하면서 카메라를 통해 차량 이미지를 촬영하고 AI컴퓨터를 통해 오염부위와 차량의 상태를 식별하며, 세정용기에 수용된 세정용액을 차량의 오염부위에 정밀하게 분사할 수 있는 AL를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템에 관한 것이다.

Description

AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템 {Vehicle Cleaning and Condition Inspection Drone System using AI}
본 발명은 차량의 주위를 비행하며 세정을 진행하고 차량의 상태를 점검하는 드론시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론이 차량 주위를 비행하면서 카메라를 통해 차량 이미지를 촬영하고 AI컴퓨터를 통해 오염부위와 차량의 상태를 식별하며, 세정용기에 수용된 세정용액을 차량의 오염부위에 정밀하게 분사할 수 있는 AL를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템에 관한 것이다.
일반적으로 드론은 조종사 없이 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인항공기(UAV: Unmanned AerialVehicle)이다. 무인항공기는 일정한 임무를 수행하기 위하여 조종사가 탑승하지 않고 지상에서 원격으로 조종하거나 사전에 입력된 임무 프로그램으로 비행체가 주위환경을 인식하고 판단하여 스스로 비행하는 비행체를 말한다.
드론은 군대에서 감시, 정찰, 공격 등의 목적으로 전쟁을 대비하는 사용 용도로 시작하여, 최근 산업용 및 민간용으로 그 적용 범위가 빠르게 확대되면서 민간 수요가 군사용 수요를 넘어설 것으로 예상되고 있다.
카메라와 센서 등 탁월한 감지 능력과 신속한 이동성을 갖춘 드론은 기술력이 발전함에 따라 상업적 가능성을 인정받고 있다. 현재, 드론은 방송 촬영, 레크레이션, 농업, 통신 중계, 오염 및 자연재난 지역에 대한 재난재해 정보 수집, 택배 물류 분야 등 점차 민간 및 공공분야로 그 이용 범위가 넓어지고 있으며, 이러한 분야들에 적용이 가능하도록 다양한 형태로 개발되고 있다. 또한 저가이면서 앱을 이용해 스마트폰으로 제어가 가능할 만큼 조종이 용이한 드론이 출시되고 있기 때문에 민간용 드론 시장은 앞으로 더욱 활성화될 전망이다.
민간용 드론 시장의 예로서, 넓은 농경지에 농약을 살포하기 위한 농업용 드론이 개발되고 있다. 이러한 농업용 드론의 경우에는 액체형 및 분말형 등 다양한 형태의 농약 또는 비료를 살포할 수 있도록 각각의 특성에 적합한 드론으로 개발되고 있다.
농업용 드론을 이용할 경우, 최대 10kg 정도 탑재하여 시간당 약 12000 평의 면적에 농약을 살포할 수 있기 때문에 수십명의 노동력을 대체할 수 있으며, 비용을 크게 절감하고 안전하게 농약을 살포할 수 있다는 장점 때문에 크게 수요가 늘고 있으며 추후 시장 확대와 기술 발전이 예상되고 있다.
또한 민간용 드론 시장의 다른 예로서, 지상의 장애물에 큰 영향을 받지 않고 신속하고 정확하게 이동이 가능하여 소방목적으로 드론이 활용되고 있다.
소방목적으로 활용되는 드론은 초기에 화재진압에 투여되도록 함으로써 골든타임을 확보할 수 있고 재산 및 인명피해를 최소화한다.
소방목적의 드론은 소화탄을 탑재하여 소화탄을 화재현장에 투입하도록 하여 화재를 진압하는 것으로, 소방차 출동시에 소방차에 탑재되다가, 소방차의 진입이 어려운 곳에서 드론을 조작하여 초기 화재진압에 큰 영향을 끼친다.
또는, 화재진압 뿐만 아니라 응급환자가 발생하였을 경우에 구조자가 접근하기 어려운 환경에서 드론을 선제적으로 투입하여 응급현장에 응급장비나 응급용품을 신속하게 전달하여 환자의 응급처치에 필요한 구호물품을 전달할 수 있고 환자의 생명 연장에 이바지한다.
이외에도 드론의 비행성과 경제성을 활용하여 물류배송 서비스에도 활용되고 있다. 드론에 물류를 탑재한 후, 좌표를 드론에 입력하여 배송하고자 하는 물류를 이륙, 비행, 배송, 귀환의 전과정을 자동으로 수행함으로써 물류배송에 소요되는 비용을 절감하고 시간을 단축시킬 수 있다.
그러나, 이러한 드론의 무궁무진한 활용성에도 불구하고 차량을 세정하기 위한 드론의 개발이 전무한 실정이다. 일반적인 세단형 승용차의 경우 차량의 천장이 성인의 신장보다 낮게 형성되어 있기에 약간의 세차도구만 이용하면 차량의 전면적을 꼼꼼히 세정할 수 있다.
그러나, 세단형 이외의 SUV, RV 및 화물트럭의 경우 사람의 손으로는 닿지 않는 부위가 발생하게 되고 그 구위에는 오염부위의 세정이 미비한 단점이 있다.
또한, 사람의 신장보다 높은 전고의 차량의 경우에 시야에 잘 띄지 않아 부식, 파손 및 부품의 체결상태를 확인하는 것이 소홀해져서, 미연에 발견하지 못하고 시간이 지남에 따라 피해정도가 가중되어 재산상의 손해를 끼치게 되고 부품 및 구성이 분리, 이탈되어 도로 상에 낙하하므로 2차 안전사고를 유발한다.
따라서, 드론의 높은 접근성을 이용하여 사람의 손이 닿지 않는 부위의 오염물질을 드론으로 세정하며, 더 나아가 차량의 이상 및 특이사항을 손쉽게 점검하여 차량의 손상을 조기에 발견하고 조치를 취할 수 있는 필요하다.
KR 10-1907310 (B1) 2018.10.04. KR 10-2333575 (B1) 2021.11.26.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 상공을 비행하는 드론의 높은 접근성을 이용하여서 사람의 손이 닿지 않는 부위에 묻어있는 오염물질을 세정할 수 있으며, 차량의 상태를 점검하면서 차량의 이상 및 특이사항을 발견하여 조치를 취함으로써 차량의 손상 및 2차 피해를 방지할 수 있는 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 드론의 프로펠러의 주위에 형성되는 날개가이드에 의하여 추력풍이 직하방으로 가이드되어, 상기 프로펠러의 하부에서 분사되는 세정용액이 추력풍에 간섭받는 것을 최소화하며, 상기 프로펠러의 하부에 배치된 배터리에서 발생하는 열을 추력풍으로 냉각시킬 수 있으므로 간단한 구조에도 다기능으로 활용되는 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 세정용기의 하부면에 착륙패드가 구비되어 세정용기를 세정용액을 수용하는 용기로 활용함과 동시에 착륙을 위한 착륙다리로 기능하게 하여 간단한 구조로 경량화를 이룰 수 있으며, 세정용기의 상부면에 하중계가 구비되어 세정용액이 분사되면서 가변되는 세정용기의 하중을 제어부에서 실시간으로 인식하여 프로펠러에서 생성하는 추력을 조절하여 비행안정성을 향상시킬 수 있는 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 회전하는 분사기어에 따라서 분사노즐의 경사각이 변화하여 차량의 굴곡에 맞추어서 세정용액이 분사될 수 있으므로 정교한 분사가 가능한 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 카메라에서 촬영한 차량 이미지를 토대로 AI컴퓨터가 오염부위의 위치 및 세정용액의 분사량을 결정하여 최소한의 양으로 세척이 필요한 부위만 세정용액의 분사가 이루어지므로, 세정에 소요되는 경제적 비용을 절감할 수 있고 세정용액의 과도한 사용을 막아 환경에 친화적인 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고도센서 및 중계기와 통신하는 송수신기를 통해 드론의 위치를 정확하게 획득할 수 있으며, 오염부위에 조사된 레이저포인터와 세정용액의 실제 분사위치를 카메라가 촬영하고 그 오차를 AI컴퓨터에서 인식하여 제어부에서 드론의 위치와 분사노즐의 경사를 보정하여 정밀하고 정확한 세정용액의 분사가 가능한 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 오염부위의 정보 및 차량의 특이사항 정보를 사용자의 단말기에 전송하여서 사용자가 후속 진행할 세차부위를 인식할 수 있도록 도우며, 차량의 이상을 조기에 경고하여 차량의 손상이 가중되는 것과 2차 안전사고를 방지할 수 있는 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량의 주위를 비행하는 드론(10)을 통한 차량 세정 및 상태점검을 하는 드론시스템에 있어서, 상부에 다수의 프로펠러(110)와, 상기 프로펠러(110)의 주위를 감싸며 추력풍을 직하방으로 유도하는 날개가이드(111)가 형성되고, 상기 프로펠러(110)의 하부에 배치되어 추력풍에 의해 냉각되는 배터리(112)가 구비되는 비행프레임(100); 상기 비행프레임(100)의 하부에 배치되며, 회전 가능하게 배치되는 분사기어(220)에서 연장되어 상기 분사기어(220)의 회전에 따라 경사가 조절되는 분사관(230)이 구비되고, 상기 분사관(230)의 단부에 세정용액을 분사하는 분사노즐(231)이 형성되며, 차량의 외관을 촬영하는 카메라(232)가 구비되는 분사프레임(200); 상기 분사프레임(200)에 배치되며, 내부에 세정용액이 수용되고, 호스(330)를 통해 상기 분사관(230)과 연통되는 세정용기(300); 상기 드론(10)의 비행동작 및 자세를 제어하며, 상기 분사노즐(231)의 분사동작 및 경사를 조절하는 제어부(140); 및 상기 카메라(232)에서 촬영한 차량의 이미지를 판독하여 차량의 오염부위 및 상태를 식별하여 세정용액의 분사량을 결정하는 AI컴퓨터(20)와 통신하는 통신부(150);를 포함한다.
또한 본 발명의 상기 세정용기(300)의 하부면에는 드론(10)의 착륙시에 바닥면과 접촉되는 착륙패드(310)가 구비되며, 상기 세정용기(300)의 상부면에는 상기 세정용기(300)의 하중을 측정하여 상기 제어부(140)로 전송하는 하중계(320)가 구비되며, 상기 제어부(140)는 상기 하중계(320)를 통해 획득한 상기 세정용기(300) 하중의 변화값에 따라 상기 프로펠러(110)의 회전을 조절한다.
또한 본 발명의 상기 드론(10)에는 상기 드론(10)의 비행고도를 측정하는 고도센서(130); 및 상기 드론(10)의 외부에 배치된 2개 이상의 중계기(121)와 통신하는 송수신기(120);를 더 포함하며, 상기 고도센서(130) 및 송수신기(120)를 통해 상기 드론(10)의 위치좌표를 획득한다.
또한 본 발명의 상기 분사관(230)의 단부에는 차량의 오염부위를 지목하는 레이저포인터(233)가 구비되며, 상기 카메라(232)에서 상기 레이저포인터(233)의 지목위치와 상기 분사노즐(231)에서 분사된 세정용액의 위치를 촬영하며, 상기 레이저포인터(233)의 지목위치 및 세정용액의 분사위치를 인식하여 상기 제어부(140) 또는 AI컴퓨터(20)에서 상기 드론(10)의 위치 및 상기 분사노즐(231)의 경사 각도를 보정한다.
또한 본 발명의 상기 AI컴퓨터(20)는 상기 카메라(232)를 통해 촬영한 차량 이미지와 저장된 이미지를 대조하여 차량의 오염부위 정보 및 차량의 변형정보를 생성하며, 생성된 차량의 오염부위 정보 및 변형정보가 사용자의 단말기(30)로 전송된다.
또한 본 발명의 상기 AI컴퓨터(20)에 저장된 차량 이미지는 차량 번호가 저장된 차량은 이전 세정작업 후의 차량 이미지이고, 차량 번호가 없는 차량은 차량 제조사로부터 획득한 차량 이미지이다.
본 발명에 따른 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론 시스템은 상공을 비행하는 드론의 높은 접근성을 이용하여서 사람의 손이 닿지 않는 부위에 묻어있는 오염물질을 세정할 수 있으며, 차량의 상태를 점검하면서 차량의 이상 및 특이사항을 발견하여 조치를 취함으로써 차량의 손상 및 2차 피해를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 드론의 프로펠러의 주위에 형성되는 날개가이드에 의하여 추력풍이 직하방으로 가이드되어, 상기 프로펠러의 하부에서 분사되는 세정용액이 추력풍에 간섭받는 것을 최소화하며, 상기 프로펠러의 하부에 배치된 배터리에서 발생하는 열을 추력풍으로 냉각시킬 수 있으므로 간단한 구조에도 다기능으로 활용되는 장점이 있다.
또한 본 발명은 세정용기의 하부면에 착륙패드가 구비되어 세정용기를 세정용액을 수용하는 용기로 활용함과 동시에 착륙을 위한 착륙다리로 기능하게 하여 간단한 구조로 경량화를 이룰 수 있으며, 세정용기의 상부면에 하중계가 구비되어 세정용액이 분사되면서 가변되는 세정용기의 하중을 제어부에서 실시간으로 인식하여 프로펠러에서 생성하는 추력을 조절하여 비행안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 회전하는 분사기어에 따라서 분사노즐의 경사각이 변화하여 차량의 굴곡에 맞추어서 세정용액이 분사될 수 있으므로 정교한 분사가 가능한 장점이 있다.
또한 본 발명은 카메라에서 촬영한 차량 이미지를 토대로 AI컴퓨터가 오염부위의 위치 및 세정용액의 분사량을 결정하여 최소한의 양으로 세척이 필요한 부위만 세정용액의 분사가 이루어지므로, 세정에 소요되는 경제적 비용을 절감할 수 있고 세정용액의 과도한 사용을 막아 환경에 친화적인 장점이 있다.
또한 본 발명은 고도센서 및 중계기와 통신하는 송수신기를 통해 드론의 위치를 정확하게 획득할 수 있으며, 오염부위에 조사된 레이저포인터와 세정용액의 실제 분사위치를 카메라가 촬영하고 그 오차를 AI컴퓨터에서 인식하여 제어부에서 드론의 위치와 분사노즐의 경사를 보정하여 정밀하고 정확한 세정용액의 분사가 가능한 장점이 있다.
또한 본 발명은 오염부위의 정보 및 차량의 특이사항 정보를 사용자의 단말기에 전송하여서 사용자가 후속 진행할 세차부위를 인식할 수 있도록 도우며, 차량의 이상을 조기에 경고하여 차량의 손상이 가중되는 것과 2차 안전사고를 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 드론을 나타낸 전체사시도.
도 2는 본 발명의 드론을 저면에서 바라본 분리사시도.
도 3은 본 발명의 드론에서 분사프레임을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 드론에서 프로펠러에서 생성된 추력풍이 날개가이드에 의해 유동이 가이드되는 상태를 도시한 정면도.
도 5는 본 발명의 드론을 이용하여 차량의 세정작업 및 상태점검을 수행하는 동작의 제어도.
도 6은 본 발명의 드론이 중계기와 통신하며 획득한 위치좌표를 토대로 차량의 세정작업 및 상태점검을 수행하는 상태의 정면도.
도 7은 세정용액의 실제 분사위치와 레이저포인터에 의해 지목된 오염부위의 오차를 카메라가 촬영하는 상태의 사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론(10) 시스템은 상공을 비행하는 드론(10)의 높은 접근성을 이용하여서 드론(10)이 차량의 주위를 비행하며 세정을 진행하고 차량의 상태를 점검하는 드론시스템에 관한 것으로,
상부에 다수의 프로펠러(110)가 구비되며, 상기 프로펠러(110)의 주위를 감싸며 추력풍을 직하방으로 유도하는 날개가이드(111)가 형성되고, 상기 프로펠러(110)의 하부에 배치되어 추력풍에 의해 냉각되는 배터리(112)가 구비되는 비행프레임(100);
상기 비행프레임(100)의 하부에 배치되며, 회전 가능하게 배치되는 분사기어(220)에서 연장되어 상기 분사기어(220)의 회전에 따라 경사가 조절되는 분사관(230)이 구비되고, 상기 분사관(230)의 단부에 세정용액을 분사하는 분사노즐(231)이 형성되며, 차량의 외관을 촬영하는 카메라(232)가 구비되는 분사프레임(200);
상기 분사프레임(200)에 결합되며, 내부에 차량을 세정하는 세정용액이 수용되고, 호스(330)를 통해 상기 분사관(230)과 연통되는 세정용기(300);
상기 드론(10)의 비행동작 및 자세를 제어하며, 상기 분사노즐(231)의 분사동작 및 경사를 조절하는 제어부(140); 및
상기 카메라(232)에서 촬영한 차량의 이미지를 판독하여 차량의 오염부위 및 상태를 식별하여 세정용액의 분사량을 결정하는 AI컴퓨터(20)와 통신하는 통신부(150);를 포함한다.
본 발명은 상공을 비행하는 비행을 이용하여 차량 세차를 위한 세정작업을 수행하며, 또한 드론(10)에 구비된 카메라(232)를 통하여 차량의 외관 상태를 판별하여 특이사항을 알려주는 드론시스템에 관한 것이다.
상기 드론(10)을 이용하여 차량의 세정과 상태점검 작업을 자동으로 수행하므로 사용자에게 편리성을 제공할 수 있다. 또한, 상기 드론(10)이 상공을 비행하므로 성인의 눈높이보다 더 높은 차량의 부위를 쉽게 확인할 수 있으며, 성인의 손이 닿지 않는 부위까지 접근하여 세정작업을 수행할 수 있다.
더불어, 상기 드론(10)에 구비된 카메라(232)를 통해서 차량의 상태점검을 수행할 수 있다. 따라서 눈길이 잘 닿지 않는 부분까지 드론(10)이 캐치하고 이를 사용자가 알 수 있게 함으로써 차량의 부식, 파손 및 나사의 체결상태를 조기에 발견하고 2차 안전사고를 예방할 수 있다.
상기 드론(10)은 회전을 통하여 추력을 생성하는 프로펠러(110)가 다수 구비되고, 상기 드론(10)의 비행자세를 제어하기 위한 제어부(140)가 구비되며, 세정용액을 수용하는 세정용기(300)가 탑재되고, 상기 세정용기(300)로부터 세정용액을 흡입하여 차량의 외관으로 분사하는 분사노즐(231)이 형성되고, 차량의 외관을 촬영하여 판독하기 위한 카메라(232)가 구비된다.
드론(10)이 차량 주위를 비행하면서 차량의 외관을 카메라(232)로 촬영하고, 촬영된 이미지는 통신부(150)를 통해서 AI컴퓨터(20)로 전송되고, AI컴퓨터(20)에서 촬영된 이미지를 분석, 판독하여 오염물질이 묻은 차량의 부위 및 외관의 상태를 판별한다.
이러한 데이터를 통해서 상기 드론(10)이 오염물질에 세정용액을 분사할 수 있도록 상기 제어부(140)에서 드론(10)의 비행 및 분사노즐(231)의 분사동작을 제어한다. 또한, AI컴퓨터(20)를 통해 판별한 차량의 이상 및 변형정보를 포함하는 특이사항을 사용자에게 전송하여, 사용자로 하여금 후속조치를 취하도록 유도함으로써 차량의 부식 및 손상이 증대되는 것을 막고 느슨한 나사체결로 인해 부품이 분리되어 2차 안전사고가 벌어지는 것을 차단할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 드론(10)은 비행을 위한 동력을 생성하고 비행자세를 변경 및 안정화시키도록 구성된 비행프레임(100)이 구비된다.
상기 비행프레임(100)은 상기 드론(10)의 중심부에 배치되고, 상기 비행프레임(100)의 가장자리를 따라 다수의 프로펠러(110)가 구비된다. 본 발명의 일실시예에서는 4개가 구비되나, 드론(10)의 비행에 있어서 충분한 추력을 생성하고 비행자세를 안정시킬 수 있으면 몇개이든 상관없다.
복수개의 상기 프로펠러(110)는 상기 비행프레임(100)의 중심부로부터 모두 동일한 거리만큼 이격되도록 위치한다. 상기 프로펠러(110)는 전력을 공급받는 모터에 의해 회전하며, 상기 모터에 전력을 공급하는 배터리(112)가 각 프로펠러(110)의 하부에 각각 배치된다. 본 발명의 일실시예에 의한 프로펠러(110)는 4개로 구비로 구비되기에 상기 배터리(112)도 각각의 프로펠러(110)의 하부에 총 4개로 구비된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비행프레임(100)에는 상기 프로펠러(110)의 주위를 감싸는 날개가이드(111)가 구비된다. 상기 날개가이드(111)는 원형으로 형성되되 중공인 내부로 프로펠러(110)가 수용되며, 상기 프로펠러(110)의 하방으로 길이가 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 프로펠러(110)가 회전하면서 추력풍을 하방으로 보내게 되는데, 상기 날개가이드(111)가 추력풍을 방사방향으로 발산하는 것을 막고 직하방으로 유동하도록 가이드한다.
상기 날개가이드(111)는 날개를 보호하여 외부의 충격으로부터 프로펠러(110)의 블레이드를 보호한다. 또한, 본 발명의 드론(10)은 세정작업 및 차량의 상태점검을 수행하기 위해 차량 주위를 비행하므로, 차량에 접근하다가 회전하는 프로펠러(110)에 의해 차량의 외관에 손상이 가해지는 것을 막기 위해 상기 날개가이드(111)가 구비되며, 상기 프로펠러(110)보다 상기 날개가이드(111)가 접촉되도록 한다. 이때, 상기 날개가이드(111)는 충격을 흡수할 수 있는 소재로 이루어지면 차량과 접촉되더라도 차량의 외관에 흠집이나 스크래치가 발생하지 않는다.
상기 프로펠러(110)의 작동시간이 길어질수록 상기 프로펠러(110)의 하부에 위치한 배터리(112)가 발열된다. 상기 날개가이드(111)가 상기 프로펠러(110)의 추력풍을 모아주면서, 상기 배터리(112)의 주위로 유동하도록 함으로써 상기 배터리(112)의 발열을 추력풍으로 냉각시킨다. 상기 날개가이드(111)가 추력풍을 모아줌으로써 배터리(112)의 냉각기능으로도 활용할 수 있게 되는 것이다.
더불어, 상기 프로펠러(110)의 하부에 후술할 분사노즐(231)이 위치하고 상기 분사노즐(231)은 상기 프로펠러(110)의 사이에 배치된다. 분사노즐(231)에서 세정용액을 분사할 시에, 상기 추력풍에 의해 간섭받아 분사되는 세정용액이 안착되는 차량의 외관 위치가 흐트러질 수 있어, 정확한 분사동작의 제어가 곤란하게 된다.
본 발명의 상기 날개가이드(111)는 상기 프로펠러(110)의 추력풍을 발산시키지 않고 직하방으로 유도하므로, 이웃한 상기 프로펠러(110)의 사이에 위치한 분사노즐(231)로 추력풍이 도달하는 것을 방지하여 분사노즐(231)에서 분사되는 세정용액이 추력풍에 의한 간섭이 최소화되므로, 세정용액의 분사위치가 더욱 정교하여 정밀한 분사가 이루어질 수 있다.
따라서 상기 날개가이드(111)는 프로펠러(110)의 블레이드를 보호함과 동시에 추력풍의 방향을 유도하여 배터리(112)의 냉각 및 분사노즐(231)의 간섭 최소화의 효과를 달성할 수 있으므로, 간단한 구조에도 다기능으로 활용할 수 있는 것이다.
도 5를 참고하여, 상기 비행프레임(100)에는 각 프로펠러(110)의 추력을 조절하여 드론(10)의 비행방향을 전환하거나, 어떠한 고도로 비행할 수 있게 드론(10)의 비행자세를 제어하는 제어부(140)가 구비된다. 상기 제어부(140)는 외부로부터 신호를 수신하여 이를 연산처리 후 상기 프로펠러(110)의 추력을 제어하여 상기 드론(10)의 비행을 컨트롤한다. 이때, 상기 제어부(140)로 비행에 필요한 신호를 전송하는 구성은 후술할 고도센서(130), 통신부(150), 하중계(320) 등이 될 수 있다. 이러한 구성의 기능은 후술하기로 한다.
또한, 상기 제어부(140)는 드론(10)의 비행자세를 제어함과 동시에 후술할 분사노즐(231) 동작 및 경사를 제어한다. 세정용액이 차량의 오염부위에 정확히 분사되기 위해서는 분사노즐(231)이 오염부위에 향하도록 배치되어야 하며, 이를 위해서 상기 제어부(140)에서 드론(10)이 오염부위에 근접하도록 비행위치를 제어하고, 또한 분사노즐(231)이 오염부위를 향할 수 있도록 분사노즐(231)의 분사각도를 제어한다.
분사노즐(231)의 각도를 제어하기 위해서 분사노즐(231)이 결합된 후술할 분사기어(220)를 회전시키며, 분사기어(220)를 회전시키기 위해서 분사기어(220)와 치합된 각조절기어(210)를 회전시킨다. 상기 제어부(140)는 상기 각조절기어(210)의 회전을 제어하여 분사노즐(231)의 분사각을 조절하는 것이나, 상기 분사기어(220)에 직접 모터를 연결하여 분사기어(220)를 직접 회전제어할 수도 있다.
상기 제어부(140)가 드론(10)의 비행자세 및 비행위치를 제어하기 위해서는 드론(10)의 현재위치를 정확히 파악해야 하며, 현 위치를 파악하기 위해서 본 발명의 드론(10)에는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 고도센서(130)와 송수신기(120)가 구비된다.
상기 고도센서(130)는 지면과의 거리를 측정하여 드론(10)이 어느 고도로 비행하고 있는지에 대한 측정값을 상기 제어부(140)로 전송하며, 상기 제어부(140)에서는 상기 고도센서(130)에서 전송받은 고도 측정값을 통하여 드론(10)의 비행경로, 자세 및 위치를 제어한다.
또한, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 고도센서(130)와 더불어 상기 비행프레임(100)의 중심부에 구비되어 드론(10)의 위치좌표를 획득하는 송수신기(120)는 중계기(121)와 통신하는 구성이다. 도 6에 도시된 상기 중계기(121)는 드론(10)의 외부에 2개 이상으로 구비되며, 도 1에 도시된 상기 송수신기(120)와 지속적인 신호를 주고 받아 삼각법에 의하여 드론(10)의 위치좌표를 연산한다. 상기 중계기(121)는 영상촬영기에 의해 촬영된 데이터로 신호를 주고받는 구조로 될 수 있으며, 또는 전파신호를 통한 신호를 주고받는 구조로 될 수 있다.
상기 송수신기(120)와 중계기(121)와의 통신으로 획득한 드론(10)의 위치좌표는 상기 제어부(140)로 전송되며, 상기 제어부(140)는 전송받은 위치좌표와, 그리고 고도센서(130)를 통해 획득한 비행고도를 고려하여 현 드론(10)의 비행위치 및 고도를 파악하며, 이에 맞추어 차량의 오염부위에 근접하도록 드론(10)의 위치 및 비행경로를 설정하며 분사노즐(231)의 경사를 적절히 제어한다.
도 5를 참고하여 상기 비행프레임(100)에는 AI컴퓨터(20)와 통신하는 통신부(150)가 구비된다. AI컴퓨터(20)는 드론(10)의 카메라(232)를 통해서 촬영한 차량의 이미지를 식별하고 판독하여 오염물질의 유무와 오염부위, 그리고 차량의 이상 및 변형정보를 포함하는 특이사항 정보를 산출하며, 이러한 정보를 상기 통신부(150)로 전송하고, 전송받은 통신부(150)는 다시 제어부(140)로 전송하여 제어부(140)가 세정작업을 수행하도록 한다. 상기 AI컴퓨터(20)에 대하여는 후술하기로 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 드론(10)에는 분사프레임(200)이 구비된다. 상기 분사프레임(200)은 세정용액을 분사하는 데 있어서 필요한 구성이 결합되는 프레임구조로 이루어져 있다. 상기 분사프레임(200)은 상기 비행프레임(100)의 하부에서 하방으로 연장되며, 2개의 평평한 플레이트 형상으로 형성되되 상호 이격되어 사이에 비어있는 공간이 형성된다.
상기 분사프레임(200)에는 상기 제어부(140)에 의해 회전이 제어되는 각조절기어(210)가 배치되며, 상기 각조절기어(210)와 치합되는 분사기어(220)가 배치된다. 상기 분사기어(220)에는 분사관(230)이 연장되어 형성되며, 상기 분사관(230)의 단부에 세정용액이 분사되는 분사노즐(231)이 구비된다.
상기 각조절기어(210)의 회전에 의해 상기 분사기어(220)가 회전되며, 상기 분사기어(220)에 연장된 분사관(230)도 함께 경사가 변화한다. 본 발명의 일실시예에서는 상기 각조절기어(210)를 회전제어하여 분사관(230)의 경사를 조절하지만 상기 각조절기어(210)의 구성없이 상기 분사기어(220)를 직접 회전제어하여 분사관(230)의 회전을 제어할 수 있다.
차량의 굴곡에 대응하여 경사가 변화되는 분사관(230)을 살펴보면, 차량의 상부면에 세정용액을 분사하는 경우에는 상기 드론(10)이 차량의 상부를 비행하고 분사노즐(231)은 하방으로 향하게 한다. 그리고 차량의 측면에 세정용액을 분사하는 경우에는 상기 드론(10)이 차량의 측면에서 비행하고 분사노즐(231)은 측방으로 향하게 한다.
상기 분사관(230)의 단부에는 상기 분사노즐(231) 이외에도 상기 분사노즐(231)이 향하는 방향과 동일하게 향하여 있는 카메라(232) 및 레이저포인터(233)가 구비된다. 상기 카메라(232)는 드론(10)이 차량 주위를 비행하면서 외관을 촬영하는 구성이며, 상기 레이저포인터(233)는 레이저를 차량 외관의 오염물질을 지목하도록 조사하는 구성이다. 상기 카메라(232)와 레이저포인터(233)의 기능과 동작상태에 관하여는 후술하기로 한다.
도 1 내지 도 2에 중점으로 도시된 바와 같이, 상기 분사프레임(200)에는 세정용액이 수용되는 세정용기(300)가 결합된다. 상기 세정용기(300)는 단일 또는 복수개로 구비될 수 있으며, 복수개로 구비된 경우에는 각각의 세정용기(300)에 서로 다른 종류의 세정용액을 수용할 수 있다.
상기 세정용기(300)의 저면은 상기 분사프레임(200)의 하부면보다 더 하방으로 돌출되게 형성되고, 세정용기(300)의 하부면에 착륙패드(310)가 구비된다. 상기 착륙패드(310)는 지면과 접촉되며 상기 드론(10)을 직립시키도록 보조하는 구성이다.
본 발명에서 상기 세정용기(300)는 그 자체로 드론(10)이 착륙하기 위한 착륙다리로 기능하고, 상기 착륙패드(310)를 더 구비하여서 착륙시에 발생하는 지면과의 충격을 완화한다. 이로써 별도의 착륙을 위한 다리 구조물이 구비되지 않아도 되며, 상기 드론(10)의 구조가 간단해지고 경량화를 달성할 수 있다. 드론(10) 자체의 이륙하중이 감소할수록 체공시간이 길어지기에 세정용기(300)를 착륙다리로 겸용하도록 한 구조로 인해 드론(10)의 비행성능이 향상된다.
상기 세정용기(300)의 상부면에는 하중계(320)가 더 구비될 수 있다. 상기 하중계(320)가 추가로 구비되는 경우에는 상기 세정용기(300)는 상기 분사프레임(200)에 직접적으로 결합되지 않으며, 상기 하중계(320)를 매개로 하여 상기 분사프레임(200)에 배치된다. 상기 하중계(320)에서 상기 세정용기(300)의 하중을 정확히 측정하기 위해서는 상기 세정용기(300)가 상기 하중계(320)에만 결합되어야 하고 상기 분사프레임(200)에 볼트나 기타 체결수단으로 연결되어서는 안된다.
상기 하중계(320)는 상기 세정용기(300)의 하중을 지탱하되 상기 분사프레임(200)과 고정 결합되어 있고, 상기 세정용기(300)의 하중을 실시간으로 측정하여 상기 제어부(140)로 전송한다.
분사노즐(231)에서 세정용액이 분사됨에 따라, 상기 세정용기(300)에 수용된 세정용액의 용량이 점차 줄어들며, 드론(10)의 이륙하중이 변화한다. 상기 하중계(320)에서 상기 세정용기(300)의 하중을 실시간으로 측정하여 그 변화값을 상기 제어부(140)로 전송하게 되며, 상기 제어부(140)에서는 이러한 세정용기(300)의 하중 변화값을 고려하여 비행 안정성을 향상시키기 위해 프로펠러(110)의 추력을 적절히 제어한다. 따라서 상기 제어부(140)에 내장된 위치 및 자세인식센서(미도시)를 통해 비행자세를 보정하는 것보다 선제적으로 드론(10)의 비행자세를 보정할 수 있다.
상기 세정용기(300) 내에 수용된 세정용기(300)를 흡입하기 위한 분사펌프(240)는 상기 분사프레임(200)에 구비되나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 드론(10) 내에 위치할 수 있으면 어디든 상관없다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 세정용기(300) 내부와 연통된 호스(330)는 상기 분사펌프(240)로 공급되며, 상기 분사펌프(240)는 다시 분사관(230)으로 세정용액을 공급한다. 상기 분사펌프(240)의 작동 및 중지 동작에 따라서 세정용액의 분사 및 중지를 제어할 수 있다.
또한, 복수개의 세정용기(300) 내부에 다른 종류의 세정용액이 수용되는 경우, 상기 흡입펌프에서 분사하려는 세정용액에 맞추어 솔레노이드 밸브(미도시)에 의하여 어느 하나의 호스(330)만 선택적으로 개방하여 해당되는 세정용액을 분사할 수 있다.
분사펌프(240)에서 세정용기(300) 내의 세정용액을 흡입한 후 상기 분사관(230)으로 이동되고, 분사관(230)의 경사를 따라 이동하면서 상기 분사노즐(231)을 통해 외부로 분사된다.
상기와 같이 구성되는 드론(10)을 이용하여 차량의 세정작업과, 차량의 상태점검을 수행한다. 먼저, 드론(10)이 차량의 주위를 비행하도록 제어부(140)에서 비행을 제어한다. 이때, 사용자가 직접 조종하는 컨트롤러의 제어신호를 무선으로 상기 드론(10)에 전송하여, 사용자가 직접 드론(10)을 조종할 수 있으며, 또는 상기 제어부(140)에 일정 경로를 따라 비행하도록 설정함으로써 설정된 비행경로를 따라 드론(10)이 비행하도록 할 수 있다.
드론(10)이 차량 주위를 비행하면서, 카메라(232)를 통해 차량의 외관 이미지를 촬영한다. 촬영된 이미지는 동영상 또는 사진 데이터가 될 수 있다.
도 5는 드론(10) 내부의 제어부(140) 및 통신부(150)가 드론(10) 외부의 AI컴퓨터(20)와 통신하는 동작을 나타낸 제어도이다.
촬영된 차량 이미지를 통신부(150)를 통하여 AI컴퓨터(20)로 전송되며, 상기 AI컴퓨터(20)에서는 전송받은 차량 이미지를 판독하는 연산처리를 수행한다. 상기 AI컴퓨터(20)에서는 차량 이미지를 통해 자체적으로 차량의 3D 이미지데이터를 추출하거나, 번호판의 정보를 통해 데이터베이스에서 해당되는 차종의 3D 이미지데이터를 불러오거나, 또는 해당 차량이 과거 이력이 남아 있는 경우에 과거에 활용되었던 3D 이미지데이터를 불러온다.
상기 AI컴퓨터(20)에서 획득하는 차량의 이미지 데이터는 차량 번호가 저장된 차량의 경우에 이전에 세정작업을 수행했던 차량의 이미지이며, 차량 번호가 저장되지 않아 이력에 없는 차량의 경우에는 차량 제조사로부터 차량 이미지를 획득할 수 있다.
이후, AI컴퓨터(20)는 획득한 3D 이미지데이터 및 카메라(232)를 통해 촬영된 차량의 이미지를 대조하는 작업을 수행하며, 세정 대상의 차량의 외관에서 오염물질을 식별하고, 오염물질이 묻어있는 오염부위를 산출한다.
또한, 해당 차량이 과거에 이미 촬영되었던 이력이 남아 있는 경우에, 과거 이력에 남아있는 차량 이미지 및 카메라(232)를 통해 촬영한 현재의 차량 이미지를 대조하여, 이상유무 및 변형정보를 포함하는 특이사항을 판별하며, 이러한 특이사항 정보를 산출하고 사용자의 단말기(30)에 취해야 하는 조치사항과 함께 특이사항 알림을 전송할 수 있다. 이때, 과거의 이력에 남아있는 차량 이미지 뿐만 아니라, 데이터베이스에 저장된 원본의 차량 이미지와 대조작업을 수행하여 부식, 흡집, 볼트체결상태 등의 차량의 이상유무 및 변형정보를 판별하고 생성할 수 있다.
상기 AI컴퓨터(20)에서는 오염물질을 식별하여 세정작업을 수행하기 위해 필요한 세정용액의 종류 및 용량을 산출하며, 이러한 오염물질이 묻어있는 차량의 오염부위와 함께 상기 통신부(150)를 통해 상기 드론(10)에 전송한다.
상기 드론(10)의 제어부(140)는 상기 AI컴퓨터(20)에서 전송받은 정보를 바탕으로 세정작업을 수행한다. 상기 드론(10)은 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이 고도센서(130) 및 복수개의 중계기(121)와 통신하는 송수신기(120)를 통해 현재의 비행 위치를 파악하고 있기 때문에, AI컴퓨터(20)에서 전송받은 오염부위로 이동하기 위해 상기 제어부(140)가 비행경로를 설정하고 프로펠러(110)의 회전을 제어한다.
상기 오염부위로 이동한 드론(10)은 상기 제어부(140)의 제어에 의하여 분사노즐(231)이 오염부위를 향하도록 경사가 조절되며, 흡입펌프를 작동시켜 적합한 종류의 세정용액을 AI컴퓨터(20)에서 산출된 용량만큼 분사한다. 세정용액의 종류 및 용량이 AI컴퓨터(20)에서 설정되므로, 오염물질을 제거하기 위해 필요한 용량만큼만 분사되어, 소요되는 세정용액을 절감할 수 있고 친환경적이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 분사노즐(231)에서 오염부위를 향해 세정용액을 분사할 시에, 상기 레이저포인터(233)에서는 오염부위(B)를 지목하여 레이저를 조사한다. 그리고, 상기 카메라(232)에서 상기 분사노즐(231)을 통해 분사된 세정용액의 분사위치(A) 및 상기 레이저포인터(233)에서 지목된 부위(B)를 촬영한다.
상기 레이저포인터(233)의 지목 위치(B) 및 실제 분사위치(A)를 상기 제어부(140) 또는 AI컴퓨터(20)에서 인식하게 되며, 두 위치가 서로 달라 오차가 발생하는 경우에 상기 드론(10)의 위치 및 분사노즐(231)의 경사 각도를 보정하게 된다. 이때, 상기 드론(10)은 고도센서(130) 및 송수신기(120)를 통해 현재의 비행위치를 파악하고 있어, 상기 제어부(140) 또는 AI컴퓨터(20)에서 산출한 오차범위만큼 이동 비행한다.
따라서 레이저포인터(233)를 통하여 세정용액의 분사동작이 지속적으로 보정되므로, 정밀하고 정확하게 세정용액을 분사할 수 있고 낭비되는 세정용액을 줄일 수 있다.
AI컴퓨터(20)에서 산출한 오염물질의 부위(B) 및 세정용액의 분사위치(A)를 사용자의 단말기(30)에 전송하며, 세정용액의 분사가 끝난 뒤에 사용자로 하여금 후속 세척작업을 유도한다. 사용자는 단말기(30)에 전송된 분사위치를 바탕으로 솔로 문지르거나, 물로 헹구는 등 후속 세척작업을 수행한다.
본 발명에 따른 AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템은 드론(10)의 높은 접근성을 이용하여 사용자의 눈길과 손길이 닿지 않는 곳까지 세정용액의 분사 및 상태점검이 가능하여, 성인의 신장보다 더 큰 전고의 대형차량도 세정작업 및 상태점검을 수월하게 진행할 수 있다.
또한, AI컴퓨터(20)를 이용하여 오염물질을 제거하기 위한 세정용액의 종류 및 용량의 산출이 가능하여 필요한 만큼만 세정용액을 분사하므로 소요되는 세정용액을 줄일 수 있어 경제적이며 친환경적이다.
더불어, AI컴퓨터(20)에서 부식, 흠집, 볼트체결상태 등의 차량의 이상유무 및 변형정보를 포함한 특이사항 정보를 산출하여 차량 상태에 따른 이력을 관리하여 차량의 컨디션을 꾸준히 유지하며, 사용자의 단말기(30)에 부식과 파손, 볼트의 체결상태와 같은 특이사항 정보를 전송하여 조기에 경고할 수 있으므로, 자칫 놓칠 수 있는 차량 손상이 증대되는 것을 방지하고 2차 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

10:드론
100:비행프레임 110:프로펠러 111:날개가이드 112:배터리
120:송수신기 121:중계기 130:고도센서 140:제어부 150:통신부
200:분사프레임 210:각조절기어 220:분사기어
230:분사관 231:분사노즐 232:카메라 233:레이저포인터 240:분사펌프
300:세정용기 310:착륙패드 320:하중계 330:호스
20:AI컴퓨터
30:단말기
A:세정용액의 실제 분사위치 B:레이저포인터가 지목하는 오염부위

Claims (6)

  1. 차량의 주위를 비행하는 드론(10)을 통한 차량 세정 및 상태점검을 하는 드론시스템에 있어서,
    상부에 다수의 프로펠러(110)와, 상기 프로펠러(110)의 주위를 감싸며 추력풍을 직하방으로 유도하는 날개가이드(111)가 형성되고, 상기 프로펠러(110)의 하부에 배치되어 추력풍에 의해 냉각되는 배터리(112)가 구비되는 비행프레임(100);
    상기 비행프레임(100)의 하부에 배치되며, 회전 가능하게 배치되는 분사기어(220)에서 연장되어 상기 분사기어(220)의 회전에 따라 경사가 조절되는 분사관(230)이 구비되고, 상기 분사관(230)의 단부에 세정용액을 분사하는 분사노즐(231)이 형성되며, 차량의 외관을 촬영하는 카메라(232)가 구비되는 분사프레임(200);
    상기 분사프레임(200)에 배치되며, 내부에 세정용액이 수용되고, 호스(330)를 통해 상기 분사관(230)과 연통되는 세정용기(300);
    상기 드론(10)의 비행동작 및 자세를 제어하며, 상기 분사노즐(231)의 분사동작 및 경사를 조절하는 제어부(140); 및
    상기 카메라(232)에서 촬영한 차량의 이미지를 판독하여 차량의 오염부위 및 상태를 식별하여 세정용액의 분사량을 결정하는 AI컴퓨터(20)와 통신하는 통신부(150);를 포함하는
    AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정용기(300)의 하부면에는 드론(10)의 착륙시에 바닥면과 접촉되는 착륙패드(310)가 구비되며,
    상기 세정용기(300)의 상부면에는 상기 세정용기(300)의 하중을 측정하여 상기 제어부(140)로 전송하는 하중계(320)가 구비되며,
    상기 제어부(140)는 상기 하중계(320)를 통해 획득한 상기 세정용기(300) 하중의 변화값에 따라 상기 프로펠러(110)의 회전을 조절하는
    AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 드론(10)에는
    상기 드론(10)의 비행고도를 측정하는 고도센서(130); 및
    상기 드론(10)의 외부에 배치된 2개 이상의 중계기(121)와 통신하는 송수신기(120);를 더 포함하며,
    상기 고도센서(130) 및 송수신기(120)를 통해 상기 드론(10)의 위치좌표를 획득하는
    AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분사관(230)의 단부에는 차량의 오염부위를 지목하는 레이저포인터(233)가 구비되며,
    상기 카메라(232)에서 상기 레이저포인터(233)의 지목위치와 상기 분사노즐(231)에서 분사된 세정용액의 위치를 촬영하며,
    상기 레이저포인터(233)의 지목위치 및 세정용액의 분사위치를 인식하여 상기 제어부(140) 또는 AI컴퓨터(20)에서 상기 드론(10)의 위치 및 상기 분사노즐(231)의 경사 각도를 보정하는
    AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 AI컴퓨터(20)는 상기 카메라(232)를 통해 촬영한 차량 이미지와 저장된 이미지를 대조하여 차량의 오염부위 정보 및 차량의 변형정보를 생성하며,
    생성된 차량의 오염부위 정보 및 변형정보가 사용자의 단말기(30)로 전송되는
    AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 AI컴퓨터(20)에 저장된 차량 이미지는
    차량 번호가 저장된 차량은 이전 세정작업 후의 차량 이미지이고,
    차량 번호가 없는 차량은 차량 제조사로부터 획득한 차량 이미지인
    AI를 이용한 차량 세정 및 상태점검 드론시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102669525B1 (ko) * 2023-12-28 2024-05-28 박정훈 비행기 동체 제방빙용 드론

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KR102333575B1 (ko) 2020-10-20 2021-12-01 박장훈 건물 외벽 청소 및 보수용 드론

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