WO2019103209A1 - Ocean monitoring drone - Google Patents
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Definitions
- the drone is an unmanned aerial vehicle that does not require a pilot
- a vertical driving motor is inclined and tilted
- a new type of marine monitoring drone that can improve anti-adaptability
- FIG. 2 is an external view of a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention
- FIG. 13 is a graph showing the relationship between the marine environment in the dron for marine monitoring according to the embodiment of the present invention
- FIG. 14 is a graph showing the relationship between a battery current in a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention
- the drones (1) for marine monitoring according to the present invention are, as shown in Fig. 1,
- the tilting operation is performed in the set angle range as shown in FIG. For this purpose
- the driving motor 20 is fixed to the motor fixing body 22,
- the battery 40 is fixed to the body frame 10 and includes a plurality of drive motors 20,
- the float 50 has a front upper stream
- the drilling drill 1 for the metering will have both the water sampler 61 and the CTD measuring instrument 62.
- the unit 62 is a unit for measuring the seawater state information including the water temperature information and the salinity information
- the illustrated sailor 61 includes a seawater storage tube 611, a pair of plugs 612,
- Both ends of the spring 613 are engaged with a pair of plugs 612,
- Type float 51 constituting the float 50 as shown in Fig.
- the hand tool 61 or the CTD measuring device 62 may be moved up and down.
- the lift actuator 65 is mounted on the table 642 of the body frame 10 and the lift 64
- a plurality of moving sheaves 652 are vertically spaced on one side, while a plurality
- the pulleys 653 are alternately arranged in a zigzag pattern.
- the winch 66 is connected to the water sampler 61,
- (62) may move up and down.
- a pair of winches (66) are fixed to the body frame (10) in the longitudinal direction
- each winch 66 is connected to the water sampler 61 and the CTD measuring instrument 62
- the meter 62 may be moved up and down. For this purpose,
- the dron 1 for marine monitoring according to the present invention has a lower screw
- the water collector 61 and the CTD measuring instrument 62 are fixed to the second moving plate 673 of the moving body 67b
- the dron 1 for marine monitoring according to the present invention comprises a lead screw
- a ball screw 6712 may be used instead of the ball screw 671,
- the communication antenna 90 is fixed to the body frame 10 and includes a wi-fi communication antenna
- Tena 91 Tena 91, a LoRaWAN (Long Range Wide-Area Network) communication antenna 92, a GPS receiver
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Abstract
Description
본 발명은 해양 모니터링용 드론에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는The present invention relates to a drones for marine monitoring, and more particularly,
기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 Oil spill / red tide appearance / cold water field appearance / low salinity appearance / ship accident etc.
사고/재난 발생에 대한 모니터링과 선박/해상 구조물의 결함 진단이 무인비Monitoring of accidents / disasters and diagnosis of defects in ships / offshore structures
행하는 소형 드론을 통해서도 간편하고 원활하게 수행될 수 있도록 하고, 이So that it can be carried out simply and smoothly through a small dron,
를 위하여 모터 틸팅 기반의 수평추력 발생구조를 제공함으로써 해상 착륙 A horizontal thrust generating structure based on a motor tilting is provided for a landing
후 해수면에서의 수평이동이 가능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역Horizontal movement at sea level is possible.
의 확장과 해상환경 운항적응력 향상이 도모되도록 하며, 채수기와 CTD 측정And to improve the adaptability of navigation to the marine environment.
기의 상하이동 제어를 위한 다양한 구조의 액추에이터 구성을 제안함으로써 By proposing actuator structures with various structures for up-and-down motion control of a machine
드론의 운항(비행, 이착륙, 자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 While the drones' flight (takeoff, takeoff and landing, posture control) remained stable,
채취/해수 상태정보 측정이 원활하고 용이하게 수행될 수 있도록 하는 해양 Marine to make collection / seawater status information measurement smooth and easy
모니터링용 드론에 관한 것이다.Monitoring drone.
드론(drone)은 조종사가 필요치 않은 무인비행체인 것으로 이와 관The drone is an unmanned aerial vehicle that does not require a pilot,
련하여 국제 분쟁 지역에서 적진을 정찰하고 파괴하는 군사용 목적으로 개발 Developed for military purposes to reconnaissance and destroy enemy forces in international disputed areas
및 사용되었으나, 최근 들어서는 운반 및 보관의 편리성과 조작의 용이성 때Recently, however, the convenience and convenience of transportation and storage
문에 그 사용범위가 점차 확대되고 있다.The scope of its use is gradually expanding.
즉, 드론은 비교적 가볍고 조작이 용이하기 때문에 방송 촬영용으로That is, since the drone is relatively light and easy to operate,
많이 사용되고 있을 뿐만 아니라, 광범위한 지역에서 야생동물을 관찰하고 In addition to being widely used, wildlife is observed in a wide area
밀렵을 감시하는 용도로 사용되고 있다. 또한 재해 및 재난 지역에 날아가 It is used to monitor poaching. We also fly in disaster and disaster areas
그곳 상황을 정찰하는 임무에까지 그 사용범위를 넓히고 있으며, 기름 유출/We are widening its scope of use to the task of scouting the situation there,
적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발Appearance of red tide / emergence of cold water / low salt appearance / various marine accidents such as ship accident / disaster foot
생을 모니터링하거나 선박이나 해상 구조물의 결함 진단을 수행할 수 있도록 So as to monitor the life or to diagnose faults in ships or offshore structures.
함으로써 그 활용도를 넓힐 필요도 있다.It is also necessary to broaden its utilization.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 채수SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems,
기/CTD 측정기/열화상 카메라가 구비되도록 하는 한편, 와이파이 통신안테나A CT / CTD measuring device / thermal imaging camera, and a Wi-Fi communication antenna
/LoRaWAN(Long Range Wide-Area Network) 통신안테나/GPS 통신안테나 등이 / LoRaWAN (Long Range Wide-Area Network) communication antenna / GPS communication antenna
구비되도록 함으로써 기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사Oil spill / red tide appearance / cold water table appearance / low salinity appearance /
고 등의 각종 해상 사고/재난 발생에 대한 모니터링과 선박/해상 구조물의 Monitoring of various types of maritime accidents / disasters such as high altitudes and monitoring of marine / offshore structures
결함 진단이 무인비행하는 소형 드론을 통해서도 간편하고 원활하게 수행될 Defect diagnosis can be carried out simply and smoothly through the small drones flying unmanned
수 있는 새로운 형태의 해양모니터링용 드론을 제공하는 것을 목적으로 For the purpose of providing a new type of marine monitoring drone
한다.do.
특히 본 발명은 수직배치된 구동모터가 경사지게 틸팅되면서 수평추In particular, according to the present invention, a vertical driving motor is inclined and tilted,
력이 발생하는 구조가 제공되도록 함으로써 해상 착륙 후 해수면에서의 수평And the horizontal structure at sea level after sea landing
이동이 가능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역의 확장과 해상환경 운It is possible to move and expand the area of activity for various marine environment check and marine environmental fortune
항적응력 향상이 도모될 수 있는 새로운 형태의 해양 모니터링용 드론을 제A new type of marine monitoring drone that can improve anti-adaptability
공하는 것을 목적으로한다.The purpose is to serve.
그리고 본 발명은 채수기와 CTD 측정기의 상하이동 제어를 위한 다The present invention is for controlling the up and down movement of the water sampler and the CTD measuring device.
양한 구조의 액추에이터 구성을 제안함으로써 드론의 운항(비행, 이착륙,By proposing an actuator structure with a simple structure, the drones' flight (flying, takeoff and landing,
자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 채취/해수 상태정보 측정이 원활And posture control) is stable, the measurement of seawater / seawater status information is smooth
하고 용이하게 수행될 수 있는 새로운 형태의 해양 모니터링용 드론을 제공Provides a new type of marine monitoring drone that can be easily
하는 것을 목적으로 한다..
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은According to an aspect of the present invention for achieving the above-mentioned object,
해상에서의 무인 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 수행하Unmanned aerial flight at sea and horizontal movement after landing or landing
게 되는 몸체프레임(10)과; 몸체프레임(10) 가장자리 둘레 부위를 따라 설정(10); And is set along the periphery of the
간격으로 이격배치되고, 설정각도 범위에서 틸팅동작하게 되는 복수의 구동A plurality of driving motors which are spaced apart from each other at an interval,
모터(20)와; 각 구동A
모터(20)에 연결되어 회전하게 되는 복수의 로터 회전체(30)와; A plurality of rotor rotating bodies (30) connected to the motor (20) and rotated;
몸체프레임(10)에 고정되어 복수의 구동모터(20)와 연결되고, 각 Is fixed to the body frame (10) and connected to a plurality of drive motors (20)
구동모터(20)로 전원을 공급하게 되는 배터리(40)와; 몸체프레임(10) 하측에 A
설치되어 몸체프레임(10)이 수중으로 잠기지 않고 수면 상에 위치되도록 하So that the
는 부유체(50)와; 몸체프레임(10)에 설치되어 해상환경 상태정보를 검출하게 A
되는 해상환경 검출모듈(60) 및; 구동모터(20)의 회전동작 제어 및 틸팅동작 A marine
제어를 통해 몸체프레임(10)의 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평Control of the
이동을 제어하게 되는 컨트롤러(70)를 포함하는 것을 특징으로하는 해양 모And a controller (70) for controlling the movement of the marine mammal
니터링용 드론을 제공한다.Provides a droning for cutting.
이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 몸체프레임(10)The dron for marine monitoring according to the present invention includes a
의 가장자리 둘레 부위의 설정 지점에 각각 고정되는 틸팅용 액추에이터(21)A tilting
와; 틸팅용 액추에이터(21)와 일체로 결합되어 설정각도만큼 회전하게 되고, Wow; Is integrally coupled to the tilting
구동모터(20)가 고정되는 모터 고정체(22)을 구비하고, 구동모터(20)는 상향 (22) to which the drive motor (20) is fixed, and the drive motor (20)
수직배치된 모터축이 틸팅동작에 의해 외측 방향으로 경사지게 배치되면서 The vertically arranged motor shaft is arranged inclined outwardly by the tilting operation
수평추력을 발생시키게 되는 것일 수 있다.It may be that the horizontal thrust is generated.
이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론에서 컨트롤러(70)In the dron for marine monitoring according to the present invention,
는 180°이격각도로 서로 마주보는 한쌍의 구동모터(20)에 의해 발생되는 수Are formed by a pair of drive motors (20) facing each other at 180 [deg.] Apart angles
평추력으로 몸체프레임(10)의 해상 착륙 후 수평이동이 제어되도록 하고, 나The horizontal movement after the landing of the
머지 구동모터(20)에 의해 몸체프레임(10)의 자세제어가 수행되도록 할 수 It is possible to control the posture of the
있다.have.
이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론에서 부유체(50)는In the dron for marine monitoring according to the present invention,
전방 상부를 유선형으로 구현한 부유형 플로트(51) 한쌍이 좌우측으로 이격 A pair of float floats (51), which have a streamlined upper front part, are separated from the left and right sides
배치된 구조로 이루어져, 해상 착륙 후 수평이동 시 유체저항에 의해 몸체프It is made up of a deployed structure that, when horizontally moved after landing,
레임(10)이 전방으로 넘어지는 현상이 방지되도록 할 수 있다.It is possible to prevent the lame 10 from falling forward.
이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론에서 해상환경 검출In the dron for marine monitoring according to the present invention,
모듈(60)는, 설정된 목표지점의 해수를 채The
mm하는 채수기(61)와; 수온 정보, (61); Water temperature information,
염분정보를 포함하는 해수 상태정보를 측정하게 되는 CTD 측정기(62) 중에서 In the
선택된 어느 하나일 수 있다.It can be any one selected.
이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론에서 채수기(61)는,In the dron for marine monitoring according to the present invention,
입수 시 유입되는 해수를 채취 보관하는 해수보관용 관체(611)와; 해수보관A sea
용 관체(611)의 양단부에 배치되어 개폐동작하게 되는 한쌍의 마개(612)와; A pair of
해수보관용 관체(611) 내부에 길이방향으로 배치되고, 양단부가 한쌍의 Is disposed in the longitudinal direction inside the sea water storage tube body (611), and both ends of the sea water storage tube body
마개(612)와 결합되어 각 마개(612)에 탄성력을 부여하는 스프링(613)과; 해A
수보관용 관체(611) 외부에 고정되어 한쌍의 마개(612)와 연결되고, Is fixed to the outside of the
마개(612)에 대한 당김 동작으로 해수보관용 관체(611)의 양단부를 개방시키The both ends of the
거나, 마개(612)에 대한 당김 해제동작으로 해수보관용 관체(611)의 양단부Or both ends of the
를 밀폐시키는 마개 개폐유도체(614)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 And a cap opening / closing derivative (614) for sealing the cap
있다.have.
이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 접힘동작과 펼침The drones for marine monitoring according to the present invention can be used for folding and spreading
동작으로 상하길이가 조절되는 링크프레임(641)과 링크프레임(641) 하단에 A
수평하게 고정되는 테이블(642)을 구비한 시저스 리프트(scissors lift) 구A scissors lift assembly (not shown) having a table 642 fixed horizontally
조로 이루어져 몸체프레임(10) 하부에 배치되는 리프트(64)와; A lift (64) made of a trough and disposed under the body frame (10);
몸체프레임(10)과 리프트(64)의 테이블(642)에 상하단이 고정되는 The upper and lower ends are fixed to the table 642 of the
연결라인(651), 연결라인(651)이 지그재그 패턴으로 통과하도록 배열된 움직A
도르래(652)와 고정도르래(653), 움직도르래(652)를 수평이동시키는 도르래 The
액추에이터(654)를 포함하는 구성으로 이루어지고, 움직도르래(652)의 정/역And an
방향 수평이동에 따라 리프트(64)의 접힘동작과 펼침동작이 유도되도록 하는 So that the folding operation and the unfolding operation of the
리프트 구동체(65)를 구비하여, 리프트 구동체(65)에 의한 펼침동작으로And a
하강하는 리프트(64)의 테이블(642) 하부에 고정된 채수기(61)와 CTD A
측정기(62)를 통해 설정된 목표지점의 해수 채취 및 해수 상태정보의 측정이 The measurement of the seawater sampling and seawater state information at the target point set through the measuring
수행되도록 하는 한편, 해수 채취 및 해수 상태정보 측정 완료시 리프트 구While the sea level is collected and the sea level information is measured,
동체(65)에 의한 접힘동작으로 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 해수면으로부The folding operation by the moving
터 상승하도록 할 수 있다.So that it can rise.
이와 달리 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 몸체프레임(10)Alternatively, the dron for marine monitoring according to the present invention comprises a
에 길이방향으로 이격 고정되는 한쌍의 윈치(66)를 구비하여, 각 윈치(66)의 And a pair of
연결와이어(661)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)의 길이방향 양단부가 고정The longitudinally opposite ends of the
되어 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 승강하게 될 수도 있다. So that the
또한 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론은 몸체프레임(10)에 좌Further, the dron for marine monitoring according to the present invention has a
우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이A pair of
동너트(6711)에 고정되어 상하이동하는 제1이동판(672)으로 구성되는 상단 And a first moving
스크류 이동체Screw moving body
(67a)와; 상단 스크류 이동체(67a)에 좌우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 리(67a); The upper
드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고정되어 상하이동하The
는 제2이동판(673)으로 구성되는 하단 스크류 이동체(67b)를 구비하여, 하단 The lower
스크류 이동체Screw moving body
(67b)의 제2이동판(673)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 고정되어 The
채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 승강하게 될 수도 있다.The
본 발명에 의한 해양 모니터링용 드론에 의하면, 기름 유출/적조 출According to the marine monitoring drone of the present invention, oil spill /
현/냉수대 출현/저염분 출현/선박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발생에 대Occurrence of current / cold water base / Low salinity / Various accidents such as ship accident / disaster
한 모니터링과 선박/해상 구조물의 결함 진단이 무인비행하는 소형 드론을 One monitoring and defect diagnosis of the ship / marine structure is a small drone
통해서도 간편하고 원활하게 수행되는 효과가 예상된다. 특히 본 발명에 의It is anticipated that it will be performed easily and smoothly. Particularly,
한 해양 모니터링용For marine monitoring
드론에 의하면, 모터 틸팅 기반의 수평추력 발생구조를 통해 해상 착륙 후 According to the drone, the horizontal thrust generation structure based on the motor tilting allows the landing after the landing
해수면에서의 수평이동이 가능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역의 It is possible to move horizontally at sea level,
확장과 해상환경 운항적응력 향상이 도모되는 효과가 있다. 또한 본 발명에 Expansion and adaptation of maritime environment navigation are effective. Also,
의한 해양 모니터링용 드론에 의하면, 채수기와 CTD 측정기의 상하이동 제어According to the drones for marine monitoring, the up and down movement control of the water sampler and the CTD measuring instrument
를 위한 다양한 구조의 액추에이터 구성이 제안되어 드론의 운항(비행, 이착The actuator configuration of various structures for the drones (flight,
륙, 자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 채취/해수 상태정보 측정이 Landing, and posture control) is stable, but sea water sampling /
원활하고 용이하게 수행되는 효과가 예상된다.It is anticipated that the effect can be smoothly and easily performed.
도 1은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론의 기본 구성 블록도; 1 is a basic block diagram of a dron for marine monitoring according to the present invention;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 외형 예시도;2 is an external view of a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 구동모터와 로터FIG. 3 is a block diagram of a driving motor and a rotor of a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention.
회전체가 틸팅되는 것을 보여주기 위한 도면;A view showing that the rotating body is tilted;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동모터와 로터 회전체의 틸팅을 위한 구4 is a perspective view illustrating a driving motor according to an embodiment of the present invention,
성 블록도;Castle block diagram;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구동모터와 로터 회전체가 틸팅된 상태 예5 is a diagram illustrating a state in which the driving motor and the rotor rotator are tilted according to the embodiment of the present invention
시도;try;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 수평추력에 의한FIG. 6 is a graph showing the horizontal thrust of a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention.
수평이동 구조를 보여주기 위한 도면;A view for showing a horizontal movement structure;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 구동모터 배치 및FIG. 7 is a schematic diagram of a driving motor arrangement of a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention; and FIG.
제어 예시도;Fig.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론의 부유체 구성 예시8 is an illustration of a float configuration of a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention.
도;Degree;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에 사용되는 채수기FIG. 9 is a schematic view of a sailboat used in a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention.
구성 예시도;Fig.
도 10의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의10 (a) and 10 (b) are graphs showing the relationship between
해양환경 검출모듈이 부유체에 고정배치되는 구성을 보여주기 위한 도면;A diagram showing a configuration in which a marine environment detection module is fixedly disposed in a float;
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 해양환경 검FIG. 11 is a graph showing the relationship between the marine environment in a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention
출모듈이 시저스 리프트 구조에 의해 수직이동하는 구성을 보여주기 위한 도A diagram for showing a configuration in which the exit module is vertically moved by the scissor lift structure
면;if;
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 해양환경 검FIG. 12 is a graph showing the relationship between the marine environment in a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention
출모듈이 윈치에 의해 수직이동하는 구성을 보여주기 위한 도면;A view for showing a configuration in which an outlet module is vertically moved by a winch;
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 해양환경 검FIG. 13 is a graph showing the relationship between the marine environment in the dron for marine monitoring according to the embodiment of the present invention
출모듈이 리드 스크류에 의해 수직이동하는 구성을 보여주기 위한 도면;A view showing a configuration in which the outlet module is vertically moved by the lead screw;
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론에서의 배터리 현재FIG. 14 is a graph showing the relationship between a battery current in a dron for marine monitoring according to an embodiment of the present invention
잔량 모니터링 및 알림신호 생성/전송 구성을 보여주기 위한 도면이다.FIG. 8 is a diagram for showing the remaining amount monitoring and notification signal generation / transmission configuration.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 14에 의거하여Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying
상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 드론, 구동모터, Will be described in detail. On the other hand, in the drawings and the detailed description, general drones, drive motors,
로터회전체, 배터리, 부유체, 틸팅용 액추에이터, 드론 자세제어, 드론 호버Rotor rotator, battery, float, tilting actuator, drones posture control, drone hover
링, 채수기, CTD 측정기, 시저스 리프트(scissors lift), 윈치, 리드 Ring, water sampler, CTD meter, scissors lift, winch, lead
스크류, FLIR(forward looking infrared) 열화상 카메라, 통신안테나, wi-fi Screw, FLIR (forward looking infrared) camera, communication antenna, wi-fi
통신안테나, LoRaWAN(Long Range Wide-Area Network) 통신안테나, GPS 통신Communication antenna, LoRaWAN (Long Range Wide-Area Network) communication antenna, GPS communication
안테나 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용Antenna and the like can be easily understood by those skilled in the art.
에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상Are omitted or simplified. In particular,
세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요Which is not directly related to the technical features of the present invention in the detailed description.
소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 A detailed description of the specific technical configuration and operation of the cattle,
생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략Only the technical configuration related to the present invention is omitted,
하게 도시하거나 설명하였다..
본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 도 1에서와 같이 몸체프The drones (1) for marine monitoring according to the present invention are, as shown in Fig. 1,
레임(10), 복수의 구동모터(20), 복수의 로터 회전체(30), 배터리(40), 부유A
체(50), 해상환경 검출모듈(60), 컨트롤러(70)를 포함하는 구성으로 이루어(50), a marine environment detection module (60), and a controller (70).
진다.Loses.
몸체프레임(10)은 해상에서의 무인 공중비행과 이착륙이나 해상 착The
륙 후의 수평이동을 수행하게 되는 것으로, 이와 같은 몸체프레임(10)에 복The horizontal movement of the
수의 구동모터(20), 복수의 로터 회전체(30), 배터리(40), 부유체(50), 해상A number of
환경 검출모듈(60), 컨트롤러(70)가 장착 고정된다. 몸체프레임(10)은 다양The
한 형태와 구조로 이루어질 수 있으며, 도 2에서와 같이 복수의 As shown in FIG. 2, a plurality of
구동모터(20)가 고정되는 복수의 모터장착대(11)를 방사형으로 형성시킬 수 A plurality of motor mounts 11 to which the
있다.have.
복수의 구동모터(20)는 몸체프레임(10) 가장자리 둘레 부위를 따라The plurality of driving
설정간격으로 이격 배치되는 것으로, 특히 본 발명의 실시예에 따른 구동모The driving motors according to the embodiment of the present invention,
터(20)는 도 3에서와 같이 설정각도 범위에서 틸팅동작하게 된다. 이를 위하The tilting operation is performed in the set angle range as shown in FIG. For this purpose
여 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 도 4에서와 같이 틸팅용 액추The drones (1) for marine monitoring according to the present invention are, as shown in Fig. 4,
에이터(21), 모터 고정체(22)를 구비할 수 있다.An
틸팅용 액추에이터(21)는 몸체프레임(10)의 가장자리 둘레 부위의The tilting
설정 지점에 각각 고정되는 것으로, 이와 같은 틸팅용 액추에이터(21)로는 Respectively, and the tilting
틸팅 모터가 사용될 수 있다. 모터 고정체(22)는 틸팅용 액추에이터(21)와 A tilting motor may be used. The
일체로 결합되어 설정각도만큼 회전하게 되는 것으로, 모터 고정체(22)는 도 So that the
5에서와 같이 틸팅용 액추에이터(21)의 연결핀(211)과 결합되어 회전동작할 5, it is combined with the connecting
수 있다. 이와 같은 모터고정체(22)에 구동모터(20)가 고정되어 틸팅용 액추. The driving
에이터(21) 구동에 따라 틸팅동작하게 된다. 여기서 구동모터(20)는 상향 수The tilting operation is performed according to the driving of the
직배치된 모터축이 틸팅동작에 의해 외측 방향으로 경사지게 배치되면서 도 While the motor shafts arranged in a straight line are inclined outwardly by the tilting operation
6에서와 같이 수평추력을 발생시키게 된다.As shown in Fig. 6, the horizontal thrust is generated.
복수의 로터 회전체(30)는 각 구동모터(20)에 연결되어 회전하게 된The plurality of
다.All.
배터리(40)는 몸체프레임(10)에 고정되어 복수의 구동모터(20)와 연The
결되는 것으로, 각 구동모터(20)로 전원을 공급하게 된다. So that power is supplied to each of the driving
부유체(50)는 몸체프레임(10) 하측에 설치되어 몸체프레임(10)이 수The float (50) is installed on the lower side of the body frame (10) so that the body frame
중으로 잠기지 않고 수면 상에 위치되도록 하는 것으로, 본 발명의 실시예에 In the embodiment of the present invention,
따른 도 2와 도 8에서와 같이 부유체(50)는 전방 상부를 유선형으로 구현한 As shown in FIGS. 2 and 8, the
부유형 플로트(51) 한쌍이 좌우측으로 이격 배치된 구조로 이루어진다. 이를 And a pair of negative type floats 51 are spaced apart from each other. This
통해 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)의 해상 착륙 후 수평이동 시 When the
유체저항에 의해 몸체 프레임(10)이 전방으로 넘어지는 현상이 방지될 수 있It is possible to prevent the
다.All.
컨트롤러(70)는 구동모터(20)의 회전동작 제어 및 틸팅동작 제어를The
통해 몸체프레임(10)의 공중비행과 이착륙이나 해상 착륙 후의 수평이동을 And the horizontal movement of the
제어하게 된다. 여기서 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(70)는 도 7에서와 Respectively. Here, the
같이 180°이격각도로 서로 마주보는 한쌍의 구동모터(20)에 의해 발생되는 Which are generated by a pair of
수평추력으로 몸체프레임(10)의 해상 착륙 후 수평이동이 제어되도록 하고, The lateral movement after the sea landing of the
나머지 구동모터(20)에 의해 몸체프레임(10)의 자세제어가 수행되도록 한다. And the posture control of the
한편 몸체프레임(10)의 해상착륙 후 수평이동 제어에 사용된 한쌍의 구동모On the other hand, a pair of drive motors used for horizontal movement control after landing of the
터(20)는 몸체프레임(10)의 자세가 안정된 후 호버링 시에만 사용될 수 (20) can be used only when hovering after the posture of the body frame (10) is stabilized
있다.have.
해상환경 검출모듈(60)은 몸체프레임(10)에 설치되어 해상환경 상태The marine
정보를 검출하게 되는 것으로, 이와 같은 해상환경 검출모듈(60)에는 Information is detected. In such a marine
채수기(61)나 CTD 측정기(62)가 포함될 수 있는데, 본 발명에 따른 해양 모The
니터링용 드론(1)은 채수기(61)와 CTD 측정기(62)를 모두 구비하게 된다.The
채수기(61)는 설정된 목표지점의 해수를 채취하는 것이고, CTD 측정The
*기(62)는 수온 정보, 염분 정보를 포함하는 해수 상태정보를 측정하게 되는* The
것이다.will be.
여기서 채수기(61)는 다양한 구성으로 이루어질 수 있는데, 도 9에Here, the
예시된 채수기(61)는 해수보관용 관체(611), 한쌍의 마개(612), The illustrated
스프링(613), 마개 개폐유도체(614)를 포함하는 구성으로 이루어진다.A
해수보관용 관체(611)는 채수기(61) 입수 시 유입되는 해수를 채취The sea water
보관하게 되는 관체이고, 한쌍의 마개(612)는 해수보관용 관체(611)의 양단The pair of
부에 배치되어 개폐동작하게 되는 것이다.And is opened and closed.
스프링(613)은 해수보관용 관체(611) 내부에 길이방향으로 배치되는The
것으로, 스프링(613)의 양단부가 한쌍의 마개(612)와 결합되어 각 마개(612)Both ends of the
에 탄성력을 부여하게 된다.Thereby imparting an elastic force.
마개 개폐유도체(614)는 해수보관용 관체(611) 외부에 고정되어 한The closure opening /
쌍의 마개(612)와 연결되는 것으로, 마개(612)에 대한 당김 동작으로 해수보And is connected to the pair of
관용관체(611)의 양단부를 개방시키거나, 마개(612)에 대한 당김 해제동작으It is possible to open both ends of the
로 해수보관용 관체(611)의 양단부를 밀폐시키게 된다. 이를 위한 마개 개폐So that both ends of the sea
유도체(614)의 구성은 다양하게 구현될 수 있으나, 도 9에서와 같이 The configuration of the derivative 614 may be variously implemented, but as shown in FIG. 9
회전축(6141)과 일체로 결합되는 와이어 고정대(6142)가 경사지게 배치되고, A wire fixing table 6142 which is integrally coupled to the
각 마개(612)와 연결된 와이어(6143)가 와이어 고정대(6142)에 고정되는 구A
성으로 이루어질 수도 있다. 이 경우 회전축(6141)의 회전에 따라 마개(612)It can also be made up of sex. In this case, according to the rotation of the
가 당겨지면서 마개(612)의 개방동작이 수행되거나, 마개(612)에 대한 당김The opening operation of the
력이 감소되면서 스프링(613)의 탄성복원력에 의해 마개(612)의 밀폐동작이 As the force is reduced, the closing action of the
수행된다..
해상환경 검출모듈(60)을 이루는 채수기(61)나 CTD 측정기(62)는 해The
수와 접촉하거나 입수되면서 해수의 채취나 해수 상태정보의 측정을 수행하Measurements of seawater sampling or seawater status information in contact with or
게 되는데, 이를 위하여 도 10의 (a)에서와 같이 부유체(50)를 이루는 좌우For this purpose, as shown in FIG. 10 (a), left and right sides of the
측 부유형 플로트(51)의 하단 부위에 좌우방향으로 이격된 채수기(61)와 CTD A water sampler (61) spaced laterally from the lower end portion of the side type float (51) and a CTD
측정기(62)가 독립적으로 분리 배치될 수 있다. 이와 달리 도 10의 (a)에서The measuring
와 같이 부유체(50)를 이루는 좌우측 부유형 플로트(51)에 길이방향 양단부
가 고정되는 가로대(63) 하측에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)를 수직으로 배A
치고정시킬 수도 있다.You can also fix it.
한편 도 11에서와 같이 리프트(64)와 리프트 구동체(65)에 의해 채On the other hand, as shown in Fig. 11, by the
수기(61)나 CTD 측정기(62)가 상하이동하도록 할 수도 있다.The
리프트(64)는 접힘동작과 펼침동작으로 상하길이가 조절되는 링크프The lift (64) is a link that is vertically adjustable by the folding action and the unfolding action.
레임(641)과 링크프레임(641) 하단에 수평하게 고정되는 테이블(642)을 구비And a table 642 fixed horizontally at the lower end of the
한 시저스 리프트(scissors lift) 구조로 이루어지는 것으로,몸체프레임(10)The
하부에 배치된다. Respectively.
리프트 구동체(65)는 몸체프레임(10)과 리프트(64)의 테이블(642)에The
상하단이 고정되는 연결라인(651), 연결라인(651)이 지그재그 패턴으로 통과A
하도록 배열된 움직도르래(652)와 고정도르래(653), 움직도르래(652)를 수평The
이동시키는 도르래 액추에이터(654)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 여기And a
서 복수의 움직도르래(652)가 일측에 상하 이격되게 배치되는 한편, 복수의 A plurality of moving
고정도르래(653)가 타측에 상하 이격되게 배치되며, 움직도르래(652)와 고정The fixed
도르래(653)는 지그재그 패턴으로 교번되게 배치된다.The
리프트 구동체(65)는 도르래 액추에이터(654)에 의한 움직도르래The
(652)의 정/역방향 수평이동에 따라 리프트(64)의 접힘동작과 펼침동작을 유It is possible to perform the folding operation and the unfolding operation of the
도하게된다. 여기서 움직도르래(652)의 정방향 수평이동은 고정도르래(653) . Here, the forward horizontal movement of the moving
방향으로 이동하여 고정도르래(653)와의 이격거리를 좁히는 이동이고, 움직Movement to move away from the fixed
도르래(652)의 역방향 수평이동은 고정도르래(653)와의 이격거리를 늘리는 The backward horizontal movement of the
이동이다. 움직도르래(652)의 정방향 수평이동시 움직도르래(652)와 고정도It is movement. When the moving
르래(653) 간 이격거리가 좁혀지면서 연결라인(651)이 길게 늘어지게 As the distance between the
되는데, 이에 따라 연결라인(651)이 고정된 하부 테이블(642)이 하강하게 되Accordingly, the lower table 642 to which the
면서 리프트(64)의 펼침동작이 유도된다. 이와 같은 리프트 구동체(65)에 의The unfolding operation of the
한 펼침동작으로 하강하는 리프트(64)의 테이블(642) 하부에 고정된And is fixed to the lower portion of the table 642 of the
채수기(61)와 CTD 측정기(62)를 통해 설정된 목표지점의 해수 채취 및The seawater sampling at the target point set by the
해수 상태정보의 측정이 수행되고, 해수 채취 및 해수 상태정보 측정 완료시 The measurement of the sea water condition information is performed, and when the sea water collection and the measurement of the sea water condition information are completed
리프트 구동체(65)에 의한 접힘동작으로 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 해The folding operation by the
수면으로부터 상승하게 된다.It will rise from the surface of the water.
그리고 도 12에서와 같이 윈치(66)에 의해 채수기(61)나 CTD 측정기As shown in FIG. 12, the
(62)가 상하이동하도록 할 수도 있다.(62) may move up and down.
한쌍의 윈치(66)는 몸체프레임(10)에 길이방향으로 이격 고정되는A pair of winches (66) are fixed to the body frame (10) in the longitudinal direction
것으로, 각 윈치(66)의 연결와이어(661)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)의 And the connecting
길이방향 양단부가 고정되어 승강하게 된다. 물론 윈치(66)의 개수가 한쌍으Both ends in the longitudinal direction are fixed and are raised and lowered. Of course, the number of winches (66)
로만 한정되는 것으 아니며, 하나 이상의 다양한 개수의 윈치(66)가 구비될 But not limited to, one or more various numbers of
수 있다..
또한 도 13에서와 같이 리드 스크류(671)에 의해 채수기(61)나 CTD13, by the
측정기(62)가 상하이동하도록 할 수도 있다. 이를 위한 본 발명에 따른 해양 The
모니터링용 드론(1)은 상단 스크류 이동체(67a)와 하단 스크류 이동체(67b)The
를 구비할 수 있다..
상단 스크류 이동체(67a)는 몸체프레임(10)에 좌우방향으로 이격 고The upper
정되는 한쌍의 리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고A pair of
정되어 상하이동하는 제1이동판(672)으로 구성될 수 있다. 하단 스크류 이동And a first moving
체(67b)는 상단 스크류 이동체(67a)에 좌우방향으로 이격 고정되는 한쌍의 The
리드 스크류(671), 리드 스크류(671)의 이동너트(6711)에 고정되어 상하이동The
하는 제2이동판(673)으로 구성될 수 있다. 여기서 리드 스크류(671)는 And a second moving
모터(6713)에 의한 스크류(6712) 회전시 스크류(6712)에 삽입되어 있는 이동When the
너트(6711)가 상하이동하는 구조를 갖는다.And the
이와 같은 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 하단 스크류The
이동체(67b)의 제2이동판(673)에 채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 고정되면서 The
채수기(61)와 CTD 측정기(62)가 승강할 수 있도록 한다.So that the
여기서 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)은 리드 스크류Here, the
(671)을 대신하여 볼 스크류(6712)를 사용할 수도 있으며, 전술(前述)된 2단 A
구조가 아닌 1단 구조나 3단 이상의 다단 구조의 스크류 이동체를 구비할 수It is possible to provide a screw moving body having a single-stage structure or a multi-stage structure having three or more stages
도 있다.There is also.
한편 본 발명에 따른 해양 모니터링용 드론(1)에는 도 2와 도 14에The
서와 같이 FLIR(forward looking infrared) 열화상 카메라(80)와 A forward looking infrared (FLIR)
통신안테나(90)이 구비될 수 있다.A
FLIR 열화상 카메라(80)는 몸체프레임(10)에 고정되는 것으로, 전방The FLIR
영상 촬영 및 영상분석을 통해 선박/해상구조물의 균열 감지, 적조생물 분포Crack detection of ships and marine structures through image shooting and image analysis, distribution of red tide biodiversity
관찰등을 수행하게 된다.Observation and so on.
통신안테나(90)은 몸체프레임(10)에 고정되는 것으로, wi-fi 통신안The
테나(91), LoRaWAN(Long Range Wide-Area Network) 통신안테나(92), GPS 통
신안테나(93) 군 중에서 선택되는 하나 이상의 안테나로 이루어질 수 있다.And one or more antennas selected from the group of the
한편 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(70)는 도 14에서와 같이 배Meanwhile, the
터리(40)의 현재 잔량정보를 검출하고, 배터리(40)의 현재 잔량이 기준치 미The present remaining amount information of the
만인 경우 알림신호를 생성할 수 있는데, 알림신호 생성시 통신안테나(90)에 , It is possible to generate a notification signal. When the notification signal is generated, the
구비되는 GPS 통신안테나(93)를 통해 실시간 확인되는 현재 위치정보를 알림And informs the current position information confirmed in real time via the provided
신호와 함께 외부로 전송하게 된다. 이를 통해 드론(1)의 배터리 소모에 대Signal to the outside. Thus, the battery consumption of the
응하는 적절한 조치가 드론 관제센터에서 수행될 수 있도록 한다.Ensure that appropriate action is taken at the Drones Control Center.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론The drones for marine monitoring according to the embodiment of the present invention,
(1)은 채수기(61), CTD 측정기(62), 열화상 카메라(80)가 구비되도록 하는 (1) includes a water sampler (61), a CTD measuring device (62), and a thermal imaging camera (80)
한편, wi-fi 통신안테나(91), LoRaWAN 통신안테나(92), GPS 통신안테나(93) On the other hand, the wi-
등이 구비되도록 함으로써 기름 유출/적조 출현/냉수대 출현/저염분 출현/선Etc., so that oil spill / red tide appearance / cold water table appearance / low salinity appearance / line
박 사고 등의 각종 해상 사고/재난 발생에 대한 모니터링과 선박/해상 구조Monitoring of maritime accidents / disasters such as night accidents and ship / maritime structures
물의 결함 진단이 무인비행하는 소형 드론을 통해서도 간편하고 원활하게 수Defect diagnosis of water can be easily and smoothly through a small dragon flying unmanned
행될 수 있도록 한다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 . Particularly, for the monitoring of marine according to the embodiment of the present invention
드론(1)은 수직배치된 구동모터(20)가 경사지게 틸팅되면서 수평추력이 발생In the
하는 구조가 제공되도록 하므로, 해상 착륙 후 해수면에서의 수평이동이 가The horizontal movement at sea level after sea landing is
능해져 각종 해상환경 점검을 위한 활동영역의 확장과 해상환경 운항적응력 The expansion of the activity area for various marine environment check and adaptation
향상이 도모될 수 있게 된다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터The improvement can be promoted. In addition, according to the embodiment of the present invention,
링용 드론(1)은 채수기(61)와 CTD 측정기(62)의 상하이동 제어를 위한 다The ring drones 1 are for the vertical movement control of the
양한 구조의 액추에이터 구성을 제안함으로써 드론의 운항(비행, 이착륙,By proposing an actuator structure with a simple structure, the drones' flight (flying, takeoff and landing,
자세제어)이 안정적으로 유지되면서도 해수 채취/해수 상태정보 측정이 원활And posture control) is stable, the measurement of seawater / seawater status information is smooth
하고 용이하게 수행될 수 있게 된다.And can be easily performed.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 해양 모니터링용 드론As described above, the drones for marine monitoring according to the embodiment of the present invention
을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 Have been illustrated in accordance with the above description and drawings,
불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit of the invention
및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있And variations are possible in light of the above teachings.
을 것이다..
해양환경 모니터링에 대한 연구는 대부분은 해양 수표면의 환경 변화 수집에 대한 연구가 대부분이며 이들 연구를 위한 모니터링 시스템의 제작비용은 높고 설치장소는 제한적이어서 수집되는 해양환경자료가 극히 제한적임. 스마트 해양 드론을 활용하면 설치장소의 제약을 크게 뛰어넘어 다양한 장소의 해양환경 자료를 수시로 획득 가능Most of the studies on marine environmental monitoring are mostly about the collection of environmental changes on the surface of marine water. The production cost of monitoring system for these studies is high and the installation site is limited, so marine environmental data collected is very limited. By utilizing Smart Ocean Drone, it is possible to acquire marine environmental data of various places from time to time beyond the limitation of installation site.
산업에 특히 피해를 입하는 것은 적조로서 국내 연근해 양식장에 피해가 거의 매년 발생하지만, 국내에서는 주로 적조원인 생물의 생리적 특성 및 환경변화에 대한 생물의 반응을 연구. 국내의 해양 환경 및 수산업 환경에 맞는 적조 감시 및 예측 등의 다양한 자동화 방법에 대한 연구는 아직 미흡. 스마트 해양 드론을 유해 적조 모니터링에 활용하면 수산업 피해 예방에 크게 기여 가능Especially in the industry, damage is caused almost every year in the farms in Korea as a red tide. In Korea, however, research on the biological responses of the physiological characteristics and environmental changes of the red tide creatures is mainly performed. There is still a lack of research on various automation methods such as monitoring and prediction of red tide according to domestic marine environment and fisheries environment. Using smart ocean dron for hazardous red tide monitoring can contribute greatly to prevention of fisheries damage
1 : 해양 모니터링용 드론1: Drones for marine monitoring
10 : 몸체프레임10: Body frame
11 : 모터장착대11: Motor mount
20 : 구동모터20: Driving motor
21 : 틸팅용 액추에이터21: Actuator for tilting
211 : 연결핀211: connecting pin
22 : 모터고정체22: Motor stator
30 : 로터 회전체30: Rotor rotor
40 : 배터리40: Battery
50 : 부유체50: float
51 : 부유형 플로트51: Float type float
60 : 해상환경 검출모듈60: Marine environment detection module
61 : 채수기61: Sewage
611 : 해수보관용 관체611: Tubes for storing seawater
612 : 마개612: Plug
613 : 스프링613: spring
614 : 마개 개폐유도체614: Opening / Closing Derivatives
6141 : 회전축6141:
6142 : 와이어 고정대6142: Wire fixture
6143 : 와이어6143: Wire
62 : CTD 측정기62: CTD meter
63 : 가로대63: Crossbar
64 : 리프트64: Lift
641 : 링크프레임641: Link frame
642 : 테이블642: Table
65 : 리프트 구동체65: Lift drive body
651 : 연결라인651: Connection line
652 : 움직도르래652: Movable pulley
653 : 고정도르래653: Fixed pulley
654 : 도르래 액추에이터654: Pulley actuator
66 : 윈치66: Winch
661 : 연결와이어661: Connecting wire
67a : 상단 스크류 이동체67a: Upper screw moving body
67b : 하단 스크류 이동체67b: Lower screw moving body
671 : 리드 스크류671: Lead Screw
6711 : 이동너트6711: Moving nut
6712 : 스크류6712: Screw
6713 : 모터6713: Motor
672 : 제1이동판672: first moving plate
673 : 제2이동판673: second moving plate
70 : 컨트롤러70: controller
80 : FLIR 열화상 카메라80: FLIR thermal imaging camera
90 : 통신안테나90: Communication antenna
91 : wi-fi 통신안테나91: wi-fi communication antenna
92 : LoRaWAN 통신안테나92: LoRaWAN communication antenna
93 : GPS 통신안테나93: GPS communication antenna
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