전준하
(Department of Construction Machinery Engineering, Kunsan National University)
,
강기준
(Department of Construction Machinery Engineering, Kunsan National University)
,
권현진
(Department of Mechanical Engineering, Kunsan National University)
,
장세명
(School of Mechanical Convergence System Engineering, Kunsan National University)
,
정재복
(Maple Tech., Inc.)
,
백재구
(Neo Mobile Technology, Inc.)
본 연구에서는 쿼드콥터형 소형 무인 드론에 이산화탄소를 작동 기체로 하는 가스총을 설치하여 가축 방역에 응용할 수 있는 발사체 및 결합 유닛을 개발하였다. 시스템은 상용 드론과 가스총, 솔레노이드 밸브, 무선 통신 제어기 등으로 구성된다. 발사된 탄환의 속도를 측정하고, 지상 시험, 실제 비행체에의 탑재 시험 등을 거쳐 최종 검증하였다. 본 연구 개발을 통하여 농업, 소방 등의 다양한 방역 및 방재 분야에 발사체 기술을 적용할 수 있는 가능성을 확인하였다.
본 연구에서는 쿼드콥터형 소형 무인 드론에 이산화탄소를 작동 기체로 하는 가스총을 설치하여 가축 방역에 응용할 수 있는 발사체 및 결합 유닛을 개발하였다. 시스템은 상용 드론과 가스총, 솔레노이드 밸브, 무선 통신 제어기 등으로 구성된다. 발사된 탄환의 속도를 측정하고, 지상 시험, 실제 비행체에의 탑재 시험 등을 거쳐 최종 검증하였다. 본 연구 개발을 통하여 농업, 소방 등의 다양한 방역 및 방재 분야에 발사체 기술을 적용할 수 있는 가능성을 확인하였다.
In this investigation, a gas gun is proposed driven by carbon dioxide gas and installed on a quadcopter-type small unmanned drone for the purpose of cattle vaccination, and we developed a launcher and its connection unit. The system consists of a commercial drone, a gas gun, a solenoid valve, and th...
In this investigation, a gas gun is proposed driven by carbon dioxide gas and installed on a quadcopter-type small unmanned drone for the purpose of cattle vaccination, and we developed a launcher and its connection unit. The system consists of a commercial drone, a gas gun, a solenoid valve, and the remote communication controller, etc. The velocity of launched projectile is measured, and the full system is finally validated through ground test and flight examination loaded for the real aircraft. The feasibility is checked if this technology is applicable to various disease abatement and hazard mitigation in the fields of agriculture and fire-fighting with the present research and development.
In this investigation, a gas gun is proposed driven by carbon dioxide gas and installed on a quadcopter-type small unmanned drone for the purpose of cattle vaccination, and we developed a launcher and its connection unit. The system consists of a commercial drone, a gas gun, a solenoid valve, and the remote communication controller, etc. The velocity of launched projectile is measured, and the full system is finally validated through ground test and flight examination loaded for the real aircraft. The feasibility is checked if this technology is applicable to various disease abatement and hazard mitigation in the fields of agriculture and fire-fighting with the present research and development.
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문제 정의
본 연구에서는 쿼드콥터형 상용 소형 무인 드론에 이산화탄소를 작동 기체로 하는 가스총을 탑재하여 원하는 표적에 탄환을 명중시키도록 하는 발사체 유닛을 개발하였다.
가설 설정
1) 회로에 흐르는 전압은 12V, 순간 전류는 3A 이상에서 견딜 수 있도록(정격 : 1.2A) 작동할 것.
)는 다음과 같다. 총구가 짧기 때문에 탄환은 아직 아음속 영역에 있다고 가정한다.
제안 방법
따라서 발사체의 지지대는 가스총이 드론에 장착될 경우에 드론의 비행 모드 변경에 장애가 없도록 하며, 드론의 앞부분에 장착되는 짐벌 카메라와의 간섭도 고려 하여 설계되어야 한다. 또한 가스총이 발사될 경우의 충격에 고려하여 각 부품과의 유격을 최소화하여 설계하였다. 이에 따라 설계된 가이드의 모델은 Fig.
9(a)와 같이 발사체를 조립한 다음, 임무 및 기동에 간섭을 일으키는지 면밀하게 확인해 보았다. 또한 무선 송수신기의 작동 여부도 확인하였다.
본 논문에서 개발하고자 하는 공기총 결합유닛은 드론을 이용한 가축 방역의 무인화 및 모니터링 시스템의 연구 개발의 일환이며, 자전거 바퀴 충전용으로 주로 사용되는 16g CO2 카트리지를 이용한다. 솔레노이드 밸브[5,6]를 원격 조종하기 위한 무선통신 송수신기를 이용하였으며, 개발된 유닛을 드론에 장착하여 실험 및 성능평가를 실시하였다.
카트리지를 이용한다. 솔레노이드 밸브[5,6]를 원격 조종하기 위한 무선통신 송수신기를 이용하였으며, 개발된 유닛을 드론에 장착하여 실험 및 성능평가를 실시하였다.
솔레노이드 밸브를 발사대에 연결하기 전에 CO2 분사장치(injector)와 직접 연결하여 만족할 만한 발사체의 속도가 나오는지를 실험한다. 실험방법은 CASIO사의 EX-FH20카메라를 이용하여 1/14배속으로 촬영 후, 발사체가 발사 직전 시간과 발사된 발사체가 2m 거리를 이동하였을 때의 시간을 측정하여 속도를 계산하였다.
분사장치(injector)와 직접 연결하여 만족할 만한 발사체의 속도가 나오는지를 실험한다. 실험방법은 CASIO사의 EX-FH20카메라를 이용하여 1/14배속으로 촬영 후, 발사체가 발사 직전 시간과 발사된 발사체가 2m 거리를 이동하였을 때의 시간을 측정하여 속도를 계산하였다. Table 3은 시간 간격과 속도를 측정한 결과이며, 발사체의 평균 속도는 약 17~32m/s로 측정됐다.
실험은 운동장 내의 트랙을 선회하는 시험과 2m 상공에서 운동장 바닥에 놓여있는 200mm × 200mm 크기의 표적을 명중시키는 실험으로 나누어서 진행하였다.
짐벌 카메라로 인해 실시간으로 들어오는 영상 정보를 통해 조종사가 레이저 조준점을 확인해 가면서 표적 중심에 정확히 쏘아 맞추도록 하였다.
대상 데이터
Figure 1은 본 연구의 기본 시스템 개념도로서, 쿼드콥터(quadcopter) 방식의 소형 드론과 발사체, 그리고 무선통신 모듈로 구성된다. 무선 제어기에 부가적으로 설치된 송신기에서 동체에 탑재된 수신기로 신호를 보내면 발사되는 방식이다.
보다 약간 낮은 수준이기 때문에 봄베 안에서 포화액체에 가까운 상태를 유지하며, 유출되면서 순간적으로 기화한다. 따라서 솔레노이드 밸브는 정체압(stagnation pressure) 기준 최대 80 bar까지 사용이 가능한 신텍 코리아 사의 STA12C151T2 모델을 사용하였다(사양은 Table 2 참조).
Figure 6은 이러한 조건 하에서 개발된 NMTDR434 R0/C0의 실제 모습이다. 수신기 전원은 1.5V 버튼 셀을 사용하고, 송신기 전원은 핸드폰용으로 사용하는 리튬이온(Li-ion) 배터리(정격 : 3.85V) 3개씩을 직렬 연결하여 사용하였다.
드론에 발사체를 장착하기 때문에 충분한 중량에 대한 이륙 능력을 갖추고 있어 야 한다. 시장 조사 결과, 이 모든 구속 조건을 만족시키는 DJI Inspire2 T650 제품을 선정하였다(Fig. 2).
6 제품의 개략 회로도이며, (a)는 송신기, (b)는 수신기에 관한 것이다. 주파수는 협대역인 447 MHz를 사용한다.
최종 비행 시연 및 검증은 2017년 11월 24일, 전북과학대학교 내의 운동장에서 관계자들의 참석 하에 실시하였다(Fig. 11(b)).
성능/효과
2) 동작 시간은 개방 시간을 10ms 이내로 조정 가능하며, 닫힌 상태를 0.5s 이상 유지할 수 있을 것.
드론에 결합된 가스총의 발사 충격은, 탄환의 질량 2.4g(0.0024kg)에 발사 속도 31m/s를 곱하게 되면 운동량(충격량) 0.0744Ns가 발생하며, 드론과 가스총을 합한 질량이 4.541kg이므로 발사 시 반동에 의한 속도는 1.64×10-5m/s에 불과하여 비행에 큰 영향을 주지 않을 것으로 예상되었다.
74mm가 발생하는 것을 확인하였다. 사거리(2,000mm) 대비 비율은 각각 2.75~3.24% 범위 안에 들어오므로 양호한 결과라고 판단하였다.
이 드론은 최대 이륙 중량이 4kg으로 설계되어 있으나, 안전율을 고려하여 설계되기 때문에 화물(payload) 무게에 대한 약간의 여유가 있으며, 0.5kg 추를 이용하여 순차적으로 시험한 결과, 약 1.5kg을 추가로 수용할 수 있는 것으로 확인하였다.
10과 같이 실험을 진행하였다. 총 24번의 발사를 진행하였고, 표준 편차는 x축으로 55mm, y축으로 64.74mm가 발생하는 것을 확인하였다. 사거리(2,000mm) 대비 비율은 각각 2.
후속연구
본 연구에서는 쿼드콥터형 상용 소형 무인 드론에 이산화탄소를 작동 기체로 하는 가스총을 탑재하여 원하는 표적에 탄환을 명중시키도록 하는 발사체 유닛을 개발하였다. 여기에서의 결과를 바탕으로, 비교적 싼 비용과 노력으로 가축 방역 및 소방 등 방재 분야에 관련한 다양한 적용이 가능할 것으로 기대된다. 가스총의 위력은 주사기를 발사하는 용도로는 충분하여 원래 목적 했던 방목된 가축의 예방 접종뿐만 아니라 도심에 출몰하는 야생동물의 퇴치용, 대인 응용의 경우 경호용이나 요인 저격용 등 무기로도 사용 가능하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
드론의 연구 개발은 어떻게 구분되는가?
드론의 연구 개발은 새로운 개념의 비행체 연구 개발 그리고 임무를 수행하기 위한 탑재 장비 개발 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 중 탑재 장비 개발은 광학 카메라 혹은 적외선 카메라를 이용한 모니터링 시스템에 관한 연구나 다양한 목적을 수행할 수 있는 장비 개발이며[1] 농업 분야의 드론 연구 개발은 대부분 농약 살포나 작파 등을 위한 발사체 탑재 장비에 관하여 진행되고 있다[2].
드론의 연구 개발 중 탑재 장비 개발은 무엇인가?
드론의 연구 개발은 새로운 개념의 비행체 연구 개발 그리고 임무를 수행하기 위한 탑재 장비 개발 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 중 탑재 장비 개발은 광학 카메라 혹은 적외선 카메라를 이용한 모니터링 시스템에 관한 연구나 다양한 목적을 수행할 수 있는 장비 개발이며[1] 농업 분야의 드론 연구 개발은 대부분 농약 살포나 작파 등을 위한 발사체 탑재 장비에 관하여 진행되고 있다[2]. 농업 분야에서 드론 활용의 경우, 공중에서 작물과 동물에게 피해 없이 접근이 가능하고 자유롭게 임무를 수행할 수 있다는 장점이 있다.
농업 분야에서 드론 활용 시 장점은 무엇인가?
그 중 탑재 장비 개발은 광학 카메라 혹은 적외선 카메라를 이용한 모니터링 시스템에 관한 연구나 다양한 목적을 수행할 수 있는 장비 개발이며[1] 농업 분야의 드론 연구 개발은 대부분 농약 살포나 작파 등을 위한 발사체 탑재 장비에 관하여 진행되고 있다[2]. 농업 분야에서 드론 활용의 경우, 공중에서 작물과 동물에게 피해 없이 접근이 가능하고 자유롭게 임무를 수행할 수 있다는 장점이 있다. 또한 방재 임무를 위한 접근성이 좋은 드론을 활용한다면 화재 진화 등에 적용될 가능성도 높다.
참고문헌 (11)
Kim, S. H., Lee, G. H., and Yu, K. H., "Trends and Tasks of Agricultural Drone Technology", ICROS, Vol. 22, No. 3, 2016, pp. 34-42.
Im, W. S., Angsantto, S. R., and Yang, Y. H., "Manless Flight Device Including Launcher for Agriculture," Korean Patent, 10-1694636, 2017.
Im, W. S., Angsantto, S. R., and Yang, Y. H., "Manless Flight Device Including Launcher for Fire-Fighting," Korean Patent, 10-2017-0035725, 2017.
Kwon, I. H., and Kim, H. J., "Fire Fighting Drone," Korean Patent, 10-2017-0079150, 2017.
Kim, S. S., Chang, S. M., Jeong, H. S., Rhy, H., and Lee, S. H., "Flow Characteristics of the Servo Valve in the Flow Supply System of APU," Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society, Vol. 5, No. 4, 2008, pp. 10-16.
Norvelle, F. D., Electrohydraulic Control Systems, Prentice-Hall, 2000.
Glen, K., Lancaster, K., and Wickham, A., "Marauder Marine: Spearfishing Float Design," http://digitalcommons.calpoly.edu/cgi/viewcontent.cgi?article1080&contextmesp, 2011, Accessed on Jan. 16, 2018.
Suehiro, Y., Nakajima, M., Yamada, K., and Uematsu, M., "Critical Parameters of {xCO2 + (1-x)CHF3} for x (1.0000, 0.7496, 0.5013, and 0.2522)," The Journal of Chemical Thermodynamics, Vol. 28, No. 10, 1996, pp. 1153-1164.
Oosthuizen, P. H., and Carscallen, W. E., Compressible Fluid Flow, McGrow-Hill, 1997, pp. 62.
Kim, S. S., and Chang, S. M., "Compressibility Effect in the Axisymmetric Internal Flow Past a Microgap," Transactions of KSME(B), Vol. 34, No. 12, 2010, pp. 1061-1069.
Frank, M. W., Fluid Mechanics, McGraw-Hill, 2004, pp. 552.
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