KR102077470B1

KR102077470B1 - Hybrid Dron and It's control methods

Info

Publication number: KR102077470B1
Application number: KR1020190050355A
Authority: KR
Inventors: 유인영; 유동수; 추영열
Original assignee: 케이엔알스페이스(주); 동명대학교산학협력단
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-02-14
Also published as: KR20190057210A

Abstract

드론의 특성상 배터리의 소모가 많아 오랜 시간 비행을 하는데 어려움이 있다. 또한 배터리를 사용하는 경우 배터리의 충전시간이 오래 걸리기 때문에 연속적인 비행을 위해서는 여분의 배터리를 교환하는 것이 필요한 실정이다. 본 발명에서는 상기와 같은 드론의 배터리 이용에 따른 비행시간의 한계를 극복하고자 하는 것이다.
이를 위한 본 발명에서는 기존의 비행을 위하여 부착되었던 배터리 용량의 1/20 정도의 배터리를 장착하고, 전기를 발생시키는 발전기와 발전기를 구동하는 내연기관 엔진을 구비하여 이러한 문제를 해결하고자 한다. 상기와 같은 구성에 의하여 상기 드론은 배터리를 구비하고도 장시간 비행할 수 있으며, 또한, 장시간 한 장소에서 일정구역을 감시하는 경우 드론의 일부를 지면에 착륙하여 사용함으로써 동일한 에너지로 더 오랜 비행시간을 유지할 수 있는 것이 본 발명의 특징이다.Due to the nature of drones, battery consumption is high, making it difficult to fly for a long time. In addition, when the battery is used, it takes a long time to charge the battery, so it is necessary to replace the spare battery for continuous flight. In the present invention is to overcome the limitation of the flight time according to the use of the battery of the drone as described above.
In order to solve this problem, the present invention is equipped with a battery having a capacity of 1/20 of the battery capacity, which is attached for the conventional flight, and is provided with a generator for generating electricity and an internal combustion engine engine for driving the generator. According to the above configuration, the drone can fly for a long time even with a battery, and when a certain area is monitored for a long time, a part of the drone lands on the ground and uses a longer flight time with the same energy. It is a feature of the present invention that it can be maintained.

Description

Hybrid Dron and It's control methods

본 발명은 드론 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 특별히는 드론의 비행시간을 늘리기 위한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a drone and a control method thereof, and more particularly to a technique for increasing the flight time of the drone.

기존의 발명으로 드론은 본체부, 모터부, 발전부, 배터리부 및 제어부를 포함하고, 본체부는 복수의 프로펠러가 마련되고, 모터부는 전력을 제공받아 상기 프로펠러에 동력을 제공하며, 발전부는 상기 전력을 생성하고, 배터리부는 상기 발전부에 의해 상기 전력이 충전되고, 상기 모터부에 전력을 제공하는 복수의 배터리를 갖는 발명이 있다.According to the existing invention, the drone includes a main body, a motor, a power generation unit, a battery unit, and a control unit. The main body is provided with a plurality of propellers, and the motor unit receives power to provide power to the propeller, and the power generation unit includes the power. And a battery unit is charged with the power by the power generation unit, and there is an invention having a plurality of batteries for providing power to the motor unit.

또 다른 선행기술로는 본체부, 모터부, 발전부, 배터리부 및 제어부를 포함한다. 본체부는 복수의 프로펠러가 마련되고, 모터부는 전력을 제공받아 상기 프로펠러에 동력을 제공한다. 발전부는 상기 전력을 생성하고, 배터리부는 상기 발전부에 의해 상기 전력이 충전되고, 상기 모터부에 전력을 제공하는 복수의 배터리를 갖는다. 제어부는 상기 복수의 배터리 중 어느 하나 이상은 상기 모터부에 전력을 제공하고, 나머지는 상기 발전부로부터 충전되도록 제어하며, 무인 항공기의 하면에 장착되어 연료가 가지는 에너지를 사용하여 기계적 에너지를 생산하는 엔진과, 상기 엔진이 생산한 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하여 주 전원을 공급하는 발전기를 포함하고, 상기 엔진은 상기 무인 항공기에 상승 추진력을 제공 하는 하이브리드 무인 항공기 및 그 제어 방법을 제공에 관한 발명이 있다.Still another prior art includes a body portion, a motor portion, a power generation portion, a battery portion and a control portion. The main body portion is provided with a plurality of propellers, and the motor portion receives power to provide power to the propellers. The power generation unit generates the power, and the battery unit is charged with the power by the power generation unit, and has a plurality of batteries for providing power to the motor unit. The control unit controls one or more of the plurality of batteries to provide power to the motor unit, and the rest to be charged from the power generation unit, and is mounted on the lower surface of the unmanned aerial vehicle to produce mechanical energy using energy of the fuel. An engine, and a generator for converting the mechanical energy produced by the engine into electrical energy to supply a main power, the engine provides a hybrid unmanned aerial vehicle for providing upward propulsion to the unmanned aerial vehicle and a control method thereof There is this.

등록특허공보 10-1704500Patent Registration Publication 10-1704500 공개특허공보 10-2017-0097482Published Patent Publication 10-2017-0097482

기존의 드론은 배터리를 탑제하고, 비행하며 주변을 관측하고 데이터를 전송하는 용도로 사용되어 왔다. 그러나, 드론의 특성상 배터리의 소모가 많아 오랜 시간 비행을 하는데 어려움이 있어왔다. 또한 배터리를 사용하는 경우 배터리의 충전시간이 오래 걸리기 때문에 연속적인 비행을 위해서는 여분의 배터리를 준비해야한다. 본 발명에서는 상기와 같은 드론의 배터리 이용에 따른 비행시간의 한계를 극복하고자 하는 것이다.Conventional drones have been used to load batteries, fly, observe surroundings and transmit data. However, due to the nature of the drone, the battery consumption is high, it has been difficult to fly for a long time. In addition, if the battery is used, it takes a long time to charge the battery, so it is necessary to prepare a spare battery for continuous flight. In the present invention is to overcome the limitation of the flight time according to the use of the battery of the drone as described above.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 하이브리드 드론을 제공하고자 한다. 기존의 비행을 위하여 부착되었던 배터리 용량의 1/2 내지 1/20 정도의 배터리를 하나 이상 장착하고, 전기를 발생시키는 발전기와 발전기를 구동하는 내연기관 엔진을 구비한다. 상기 배터리의 충전 제어와 상기 내연기관 엔진의 제어를 위하여 제어기를 더 구비하며,In order to solve the above problems, the present invention is to provide a hybrid drone. It is equipped with one or more batteries of about 1/2 to 1/20 of the capacity of the battery attached to the existing flight, and the generator to generate electricity and the internal combustion engine engine for driving the generator. Further comprising a controller for controlling the charging of the battery and the control of the internal combustion engine,

상기 제어기는 상기 하나이상의 배터리의 충전량에 따라 상기 내연기관 엔진의 구동과 정지를 제어하여 상기 발전기의 발전량을 조절함으로써 상기 드론이 공중에 오래 비행할 수 있도록 제어한다. 또한, 상기 배터리를 2개 이상 사용하는 경우 배터리 수명과 드론에서 필요로 하는 전력의 양에 따라 2개 이상의 배터리를 순차적으로 또는 상기 제어기에 의하여 우선순위를 정하여 상기 드론에 전력을 공급한다. 하나의 배터리가 드론에 전력을 공급하면 다른 배터리는 상태에 따라 완충된 경우에는 상기 내연기관을 정지하고, 충전이 필요한 경우에는 상기 내연기관을 구동하여 상기 배터리를 충전한다. 충전 중에도 충전에 필요한 전력 이상의 전력이 상기 내연기관의 구동에 의하여 상기 발전기에서 생산되는 경우 상기 드론의 구동을 위하여 전력을 공급하는 배터리에서의 드론으로의 출력을 상기 발전기에서 생산되고 남는 전력만큼 감소시키고, 상기 발전에서 남는 전력을 배터리의 전력과 함께 드론에 공급할 수 있도록 제어한다. The controller controls the drone to fly in the air by controlling the amount of power generation of the generator by controlling the driving and stopping of the internal combustion engine according to the charge amount of the one or more batteries. In addition, when two or more batteries are used, two or more batteries are sequentially or prioritized by the controller according to battery life and the amount of power required by the drone to supply power to the drone. When one battery supplies power to the drone, the other battery stops the internal combustion engine when the battery is fully charged according to the state, and when the battery needs to be charged, the internal combustion engine is driven to charge the battery. When the power more than the power required for charging is produced in the generator by driving the internal combustion engine during the charging, the output of the drone from the battery supplying power for driving the drone is reduced by the remaining power produced by the generator and In addition, the power remaining in the power generation is controlled to be supplied to the drone with the power of the battery.

또한, 상기 내연기관과 상기 발전기에서 생산하는 전력이 상기 드론을 단독으로 구동할 수 있는 경우 배터리는 사용되지 않고, 상기 발전기에서 생산되는 전력으로 드론을 단독으로 구동할 수 있다.In addition, when the power generated by the internal combustion engine and the generator can drive the drone alone, a battery is not used, and the drone may be driven alone with the power produced by the generator.

또한, 상기 발전기에서 생산되는 전력으로 드론을 단독으로 구동하고, 전력도 남는 경우 상기 충전이 필요한 배터리를 충전하는데 남는 전력이 사용될 수 있다.In addition, by driving the drone alone with the power produced by the generator, the remaining power may be used to charge the battery that needs to be charged when the power is left.

또한, 상기 발전기에서 생산되는 전력으로 드론을 단독으로 구동하고, 전력도 남는 경우 상기 충전이 필요한 배터리를 충전하는데 남는 전력이 사용될 수 있고, 상기 배터리의 충전이 완료된 경우 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 상기 내연기관을 정지하고, 상기 충전된 배터리를 사용하여 상기 드론에 전력을 공급할 수 있다.In addition, by driving the drone alone with the power produced by the generator, the remaining power may be used to charge the battery that needs to be charged when the power is left, and when the charge of the battery is completed to use the energy efficiently The internal combustion engine may be stopped and the charged battery may be used to power the drone.

상기 내연기관과 발전기는 일체형으로 외부 프레임으로 구비되며 상기 제어기와 케이블로 연결되어 있고, 상기 케이블은 상기 외부 프레임에 케이블 롤러에 연결되어 케이블의 길이를 늘리는 경우 상기 일체형 외부 프레임이 상기 드론과 분리될 수 있는 것을 특징으로 한다.The internal combustion engine and the generator are integrally provided with an external frame and connected with a cable with the controller, and the cable is connected with a cable roller to the external frame to increase the length of the cable. Characterized in that it can.

상기 내연기관과 발전기 및 케이블 롤러를 구비한 외부 프레임은 필요한 경우 지상에 위치하여 비행중인 상기 하이브리드 드론의 드론 비행부에 전력을 공급할 수 있다.The outer frame having the internal combustion engine, the generator and the cable roller may be located on the ground if necessary to supply power to the drone flight of the hybrid drone in flight.

상기 외부 프레임은 자석으로 상기 드론 비행부에 결합되며 상기 드론 비행부에 구비되는 상기 외부 프레임 결합부위에는 전자석으로된 결합부 구비되어, 전력이 공급되면 자력에 의하여 서로 밀치는 힘으로 상기 드론 비행부와 상기 외부 프레임이 분리 가능한 것을 특징으로 한다.The outer frame is coupled to the drone flight unit by a magnet and the outer frame coupling portion provided in the drone flight unit is provided with a coupling portion made of an electromagnet, the power drone flying unit with a force pushing each other by magnetic force when the power is supplied And the outer frame are separable.

또한, 상기 제어기와 발전기가 연결되는 케이블은 상기 드론의 원거리 비행을 위하여 분리 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the cable is connected to the controller and the generator is characterized in that the detachable for the long-distance flight of the drone.

상기 제어기와 상기 케이블의 연결 역시 영구자석과 전자석으로 결합되며, 상기 제어기의 제어신호에 의하여 상기 전자석에 전력이 공급되면 상기 전자석과 영구자석이 서로 밀치는 힘이 작용하여 분리되며, 상기 드론 비행부와 상기 외부 프레임이 결합하면 자동으로 결합되는 것을 특징으로 한다.The connection between the controller and the cable is also coupled to a permanent magnet and an electromagnet, and when electric power is supplied to the electromagnet by a control signal of the controller, the force of the electromagnet and the permanent magnet is separated from each other, and the drone flight unit And the outer frame are automatically coupled.

상기 드론 비행부와 상기 외부프레임은 각각에 구비한 자이로센서로 서로의 위치를 확인하고 최종결합은 상기 외부 프레임과 상기 드론과의 자석결합으로 결합되며, 동시에 상기 케이블과 제어기와의 결합도 자석으로 이루어진다.The drone flight unit and the outer frame are located at each other by a gyro sensor provided in each end, the final coupling is coupled to the magnetic coupling between the outer frame and the drone, and at the same time the coupling between the cable and the controller to the magnet Is done.

또한, 상기 외부 프레임이 지상에서 전력을 공급하는 경우 외부 전력을 상기 외부 프레임에 연결하여 상기 외부프레임의 엔진의 구동 없이 상기 드론에 전력을 공급할 수 있도록 한다.In addition, when the outer frame supplies power from the ground, the outer power is connected to the outer frame to supply power to the drone without driving the engine of the outer frame.

또한, 상기 하이브르드 드론을 위한 전력 생산수단으로는 상기 발전기와 상기 내연기관 이외에, 수소연료에너지, 태양광 발전기 등과 같이 상기 외부프레임에 장착될 수 있는 것은 어떠한 형태의 전기 에너지 발생수단도 모두 사용될 수 있다.In addition, in addition to the generator and the internal combustion engine, the electric power generating means for the hybrid drone can be mounted to the external frame such as hydrogen fuel energy, solar generator, etc., any type of electric energy generating means can be used. have.

상기와 같은 하이브리드 드론의 제어방법은 다음과 같다.The control method of the hybrid drone as described above is as follows.

배터리를 적어도 2개 이상 구비한 하이브리드 드론 및 하이브리드 드론의 경로를 원격에서 제어하는 하이브리드 드론 제어기, 및 상기 하이브리드 드론에 구비되어 드론 비행부와 분리 및 결합이 가능한 외부 프레임, 상기 외부 프레임에는 상기 드론 비행부와 연결되는 케이블 및 상기 케이블의 길이를 조절할 수 있는 모터가 부착된 케이블 롤러 및 상기 케이블롤러 타단에 부착되어 전기를 발생하는 발전기 및 상기 발전기에 회전력을 발생시키는 내연기관 및,Hybrid drone controller having at least two batteries and a hybrid drone controller for remotely controlling the path of the hybrid drone, and an outer frame provided in the hybrid drone to be separated and combined with a drone flying unit, and flying the drone in the outer frame. A cable connected to the unit and a cable roller with a motor to adjust the length of the cable, a generator attached to the other end of the cable roller to generate electricity, and an internal combustion engine generating rotational force to the generator;

상기 케이블의 연결과 내연기관의 구동 및 상기 발전기의 전력을 관리하는 전력제어기가 구비된 하이브리드 드론의 제어방법에 있어서,In the control method of the hybrid drone provided with a power controller for managing the connection of the cable, the drive of the internal combustion engine and the power of the generator,

상기 하이브리드 드론 또는 상기 하이브리드 드론제어기로부터 하이브리드 드론을 켜는 신호를 인가하는 단계(S1); 및 상기 하이브리드 드론에 내장된 배터리의 용량을 확인하는 단계(S2); 및Applying a signal for turning on the hybrid drone from the hybrid drone or the hybrid drone controller (S1); Checking the capacity of the battery built in the hybrid drone (S2); And

상기 하이브리드 드론에 내장된 배터리 중 적어도 하나 이상의 배터리가 상기 하이브리드 드론의 이륙에 필요한 전력을 가진 경우 상기 배터리를 상기 케이블의 발전기가 연결된 단부와 연결하는 전원배터리연결단계(S4); 및 A power battery connection step (S4) of connecting the battery to an end to which the generator of the cable is connected when at least one of the batteries included in the hybrid drone has the power required for takeoff of the hybrid drone; And

상기 하이브리드 드론에 내장된 배터리 모두 하이브리드 드론의 이륙에 필요한 전력을 가지지 못한 경우 상기 내연기관을 구동하여 상기 발전기를 회전시켜 발전기로부터 전력을 생산하는 단계 및 상기 발전기의 전력을 상기 하이브리드 드론에 연결하여 하이브리드 드론에 발전기의 전력을 공급하는 발전기전력연결단계(S5); 및If all of the batteries included in the hybrid drone do not have the power required for takeoff of the hybrid drone, driving the internal combustion engine to rotate the generator to generate power from the generator, and connecting the power of the generator to the hybrid drone Generator power connection step (S5) for supplying power of the generator to the drone; And

상기 하이브리드 드론을 상기 하이브리드 드론 제어기로 제어하며 비행하는 단계 및 상기 전력제어기에서 전력이 상기 하이브리드 드론의 비행에 필요한 전력보다 많다고 판단되는 경우 전력의 일부를 상기 하이브리드 드론의 배터리 중 어느 하나에 연결하여 배터리를 충전하는 발전기전력비행단계(S6); 및Controlling the hybrid drone with the hybrid drone controller, and when the power controller determines that the power is greater than the power required for the hybrid drone to fly, a portion of the power is connected to any one of the batteries of the hybrid drone. Generator power flying step of charging (S6); And

상기 배터리 중 어느 하나가 완충된 경우 모든 배터리가 완충될 때 까지 배터리를 바꾸어가며 발전기로 충전하며 비행하는 발전기전력비행단계(S6)을 유지하는 발전기전력비행유지단계(S7); 및If any one of the battery is fully charged generator power flight maintaining step (S7) to maintain the generator power flight step (S6) to change the battery and charge the generator until all batteries are fully charged; And

상기 배터리가 모두 충전된 경우 상기 내연기관을 정지하고, 상기 충전된 배터리로부터 전력을 공급받아 상기 드론을 비행하는 배터리비행유지단계(S8); 및A battery flight maintenance step (S8) of stopping the internal combustion engine when the battery is fully charged and receiving power from the charged battery to fly the drone; And

상기 하이브리드 드론이 정찰을 중지하고, 일정위치에서 감시를 해야하는 경우 상기 외부프레임에 구비된 케이블롤러에 감겨진 케이블을 풀고, 동시에 상기 외부 프레임과 드론 비행부의 결합을 전자석을 동작시켜 분리하는 외부프레임분리단계(S9); 및When the hybrid drone stops reconnaissance and monitors at a predetermined position, the cable is wound around the cable roller provided in the outer frame, and at the same time, the outer frame is separated to operate the electromagnet to separate the outer frame from the drone flight. Step S9; And

상기 외부프레임이 지면에 위치할 때까지 케이블을 푸는 외부프레임착륙단계(S10); 및An outer frame landing step of releasing the cable until the outer frame is located on the ground (S10); And

상기 드론 비행부가 감시임무를 마치고, 정찰업무 또는 복귀를 해야하는 경우 상기 외부프레임의 케이블롤러를 구동하여 케이블을 감는 케이블 감기단계(S11); 및A cable winding step of winding the cable by driving the cable roller of the outer frame when the drone flight unit has completed the monitoring mission and needs to perform reconnaissance service or return; And

상기 케이블 감기 단계(S11)에서 케이블과 함께 상기 드론 비행부를 끌어내려올 수 있도록 상기 드론 비행부의 상승력을 줄여 케이블과 함께 하강하는 드론 비행부 하강및외부프레임과결합단계(S12); 및In the cable winding step (S11) to reduce the lifting force of the drone flight to pull down the drone flight with the cable, the drone flying unit descends and descends with the cable and descends with the cable (S12); And

상기 드론 비행부 하강및외부프레임과결합단계(S12) 후 드론이 이륙하여 정찰업무 및 복귀 업무를 할 수 있도록 비행하는 전원배터리연결단계(S4) 또는 발전기전력연결단계(S5) 후 비행하는 단계를 수행하는 비행다계로 복귀하는 정상비행복귀단계(S13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 드론의 제어방법을 제공한다.After the drone flying unit descends and combines with the outer frame (S12), the drone is taken off to fly after the power battery connection step (S4) or generator power connection step (S5) for reconnaissance and return service. It provides a control method of a hybrid drone, characterized in that it comprises a normal flight return step (S13) for returning to the flight multi-system.

상기와 같은 구성에 의하여 상기 드론은 소형의 배터리를 구비하고도 장시간 비행할 수 있는 문제를 해결할 수 있으며, 또한, 장시간 한 장소에서 일정구역을 감시하는 경우 드론의 일부를 지면에 착륙하여 사용함으로써 동일한 에너지로 더 오랜 비행시간을 유지할 수 있다. 한편으로는 착륙지점에서 무선 또는 유선으로 전력을 공급받는 시스템을 더 구비한다면, 드론의 비행시간을 무한대로 늘릴 수 있는 장점도 있다.By the above configuration, the drone can solve the problem of being able to fly for a long time even with a small battery. Also, when monitoring a certain area for a long time by using a part of the drone on the ground by using the same Energy can keep you flying longer. On the other hand, if there is a system that is powered by wireless or wired at the landing point, there is an advantage that the drone's flight time can be extended indefinitely.

도 1은 본 발명의 하이브리드 드론 시스템 사시도
도 2은 본 발명의 드론 비행부와 외부 프레임이 분리되여 운용되는 사시도
도 3은 본 발명의 외부 프레임의 설명사시도1 is a perspective view of a hybrid drone system of the present invention
Figure 2 is a perspective view of the drone flying portion and the outer frame of the present invention separated operation
3 is an explanatory perspective view of an outer frame of the present invention;

본 발명은 드론의 비행시간을 혁신적으로 향상시키기 위하여, 기존 드론의 배터리 일부를 빼고 그 공간에 발전기 시스템을 도입함으로써 하이브리드 전기이용시스템을 개발하고자 하는 것이다.The present invention is to develop a hybrid electric power system by removing a part of the battery of the existing drone and introducing a generator system in the space in order to innovatively improve the flight time of the drone.

내연기관을 이용하는 발전기 또는 연료전지 시스템은 배터리와 비교하여 무게당 에너지 생산량이 높다. 그러나, 드론과 같이 3개 이상의 회전력을 발생시키는 회전체의 제어는 전기적인 신호로 동작하는 모터를 이용하는 것이 제어력에서 매우 뛰어나다. 따라서, 본 발명에서는 기존의 모터를 사용하는 드론시스템에 전력을 생산하는 발전기 시스템을 적용하여 기존의 모터에 의한 제어 안정성을 그대로 유지하면서, 드론의 비행시간을 획기적으로 늘리고자 한다.Generators or fuel cell systems using internal combustion engines produce higher energy output per weight than batteries. However, in the control of a rotating body that generates three or more rotational forces, such as a drone, it is excellent in the control force to use a motor that operates with an electrical signal. Therefore, in the present invention, by applying a generator system for producing electric power to a drone system using an existing motor, while maintaining the control stability by the existing motor as it is, to drastically increase the flight time of the drone.

도 1은 본 발명의 하이브리드 드론이다. 기존의 드론 하부에 발전기와 내연기관 및 드론의 배터리와 연결되는 케이블 롤러 및 무선충전수신부 및 외부전원 입력부(비도시) 등이 구비되어있다.1 is a hybrid drone of the present invention. Below the existing drone, a cable roller connected to a generator, an internal combustion engine, and a battery of a drone, a wireless charging receiver, and an external power input unit (not shown) are provided.

도 2는 본 발명의 특징 중에 하나인 발전부를 지상에 분리하여 하이브리드 드론이 비행하는 사시도 이다. 드론을 사용하는 방법에는 여러 가지가 있어, 그중에 일정구역을 움직이지 않고 감시하는 경우 하이브리드 드론의 전기 발전부를 지상에 분리함으로써 가볍게 드론이 상공에서 감시활동을 할 수 있도록 하였다.2 is a perspective view of a hybrid drone flying by separating the power generation unit which is one of features of the present invention from the ground. There are many ways to use drones. Among them, when monitoring a certain area without moving, the electric power generation part of the hybrid drone is separated from the ground, allowing the drone to monitor lightly over the air.

이를 위하여 본 발명에서는 상기 드론의 비행부와 상기 외부 프레임을 외부프레임의 상부 프레임에 구비된 강력한 자석으로 결합하고, 상기 드론의 비행부 하부에 상기 자석과 대응되는 부위에 전력을 가할 경우 자석과 반대의 극성을 갖도록 하는 전자석을 구비하여 전자석에 전력을 인가함으로써 영구자석과 전자석의 척력으로 상기 드론 비행부와 상기 외부프레임이 분리되도록 하였다. 결합은 상기 외부프레임의 강력한 자석에의하여 결합되도록 하였다. 또한, 상기 드론 비행부와 상기 외부프레임의 분리 결합시에 서로의 상대 위치를 확인할 수 있도록 상기 드론 비행부와 상기 외부프레임에 각각 지자기센서와 GPS를 각각 구비하여, 제어기에서 두 지점의 위치와 방향의 감지하여 결합할 수 있도록 제어한다.To this end, in the present invention, the flying portion of the drone and the outer frame are coupled to each other by a strong magnet provided in the upper frame of the outer frame, and when the electric power is applied to a portion corresponding to the magnet at the lower portion of the flying portion of the drone, the magnet is opposite to the magnet. The electromagnet is provided to have a polarity such that the drone flight unit and the outer frame are separated by the repulsive force of the permanent magnet and the electromagnet by applying electric power to the electromagnet. The coupling was to be coupled by the powerful magnet of the outer frame. In addition, geomagnetic sensors and GPS are respectively provided in the drone flight unit and the external frame so that the drone flight unit and the external frame can be identified relative to each other when separated and coupled, and thus the position and direction of two points in the controller. Control to sense and combine.

이를 위하여 상기 제어기는 상기 드론의 비행부 및 상기 외부프레임에 각각 구비할 수 있다.To this end, the controller may be provided in each of the flight unit and the outer frame of the drone.

도 3은 상기 외부프레임에 외부전원 입력부를 더 구비한 것을 도시하고 있다.3 illustrates that the external frame further includes an external power input unit.

또한, 본 발명은 지상에 무선충전부 발신부와 무선충전 지역표시를 하는 구성을 더 구비하여 지상에 상기 외부프레임을 위치하는 경우 무선으로 전력이 상기 외부프레임을 통하여 케이블로 비행중인 드론 비행부에 전력이 도달할 수 있도록 하였다. 이러한 구성에 의하여 본 발명의 하이브리드 드론은 배터리를 구비한 드론의 장점과 유선 전력공급선을 가진 유선드론의 장점을 살린 드론을 제공하였다.In addition, the present invention is further provided with a configuration for displaying the wireless charging unit and the wireless charging unit on the ground, when the outer frame is located on the ground, the power to the drone flight to the power wirelessly flying by cable through the outer frame. This was to be reached. By such a configuration, the hybrid drone of the present invention provided a drone utilizing the advantages of a drone having a battery and a wired drone having a wired power supply line.

이하 앞서 기술한 드론의 구성과 제어방법을 좀더 자세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and control method of the drone described above in more detail.

기존의 비행을 위하여 부착되었던 배터리 용량의 1/2 내지 1/20 정도의 배터리를 1개 이상 장착하고, 전기를 발생시키는 발전기와 발전기를 구동하는 내연기관 엔진 또는 연료전지 또는 태양광 발전기를 구비한다. 상기 배터리의 충전 제어와 상기 내연기관 엔진의 제어를 위하여 전력제어기를 더 구비하며, 상기 전력제어기는 상기 1개 이상의 배터리의 충전량에 따라 상기 내연기관 엔진의 구동과 정지를 제어하여 상기 발전기의 발전량을 조절함으로써 상기 드론이 공중에 오래 비행할 수 있도록 제어한다.It is equipped with one or more batteries of 1/2 to 1/20 of the capacity of the battery attached to the existing flight, and includes an electric generator and an internal combustion engine engine or fuel cell or solar generator that drives the generator. . A power controller is further provided to control charging of the battery and control of the internal combustion engine engine, wherein the power controller controls the driving and stopping of the internal combustion engine engine according to the charging amount of the one or more batteries. By controlling it, the drone can fly long in the air.

또한, 상기 1개 이상의 배터리는 배터리 수명과 드론에서 비행에 필요로 하는 전력의 크기에 따라 순차적으로 또는 배터리 소모량에 따라, 상기 제어기에 의하여 우선순위를 정하여 상기 드론에 전력을 공급한다. 하나의 배터리가 드론에 전력을 공급하면, 발전기가 중지될 수 있고, 2 이상의 배터리를 사용하는 경우 하나의 배터리가 드론에 전력을 공급하면, 다른 배터리들은 상태에 따라 완충된 경우에는 상기 내연기관을 정지하고, 충전이 필요한 경우에는 상기 내연기관을 구동하여 상기 배터리를 충전한다. 충전 중에도 충전에 필요한 전력이상의 전력이 상기 내연기관의 구동에 의하여 상기 발전기에서 생산되는 경우, 상기 드론의 구동을 위하여 전력을 공급하는 배터리에서의 드론으로의 출력을 상기 발전기에서 생산되고 남는 전력만큼 감소시키고, 상기 발전에서 남는 전력을 배터리의 전력과 함께 드론에 공급할 수 있도록 제어한다.In addition, the one or more batteries supply power to the drone by prioritizing by the controller sequentially or according to battery consumption according to the battery life and the amount of power required for flight in the drone. If one battery powers the drone, the generator can be stopped, and if two or more batteries are used, if one battery powers the drone, the other batteries will shut down the internal combustion engine if When the battery is stopped and charged, the internal combustion engine is driven to charge the battery. Even when charging, when the power more than the power required for charging is produced by the generator by driving the internal combustion engine, the output from the battery supplying power for driving the drone is reduced by the remaining power produced by the generator In addition, the power remaining in the power generation is controlled to be supplied to the drone with the power of the battery.

또한, 상기 발전기에서 생산되는 전력으로 드론을 단독으로 구동하고, 전력도 남는 경우 상기 충전이 필요한 배터리를 충전하는데 남는 전력이 사용될 수 있고, 상기 배터리의 충전이 완료된 경우 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 상기 내연기관을 정지하고, 상기 출전된 배터리를 사용하여 상기 드론에 전력을 공급할 수 있다.In addition, by driving the drone alone with the power produced by the generator, the remaining power may be used to charge the battery that needs to be charged when the power is left, and when the charge of the battery is completed to use the energy efficiently The internal combustion engine may be stopped, and the sourced battery may be used to supply power to the drone.

상기 내연기관과 발전기는 일체형으로 외부 프레임으로 구비되며 상기 제어기와 케이블로 연결되어 있고, 상기 케이블은 상기 외부 프레임에 케이블 롤러에 연결되어 케이블의 길이를 늘리는 경우 상기 일체형 외부 프레임이 상기 드론 비행부와 분리될 수 있는 것을 특징으로 한다.The internal combustion engine and the generator are integrally provided with an outer frame and connected with a cable to the controller, and the cable is connected to a cable roller to the outer frame to increase the length of the cable. Characterized in that can be separated.

상기 내연기관과 발전기 및 케이블롤러를 구비한 외부 프레임은 필요한 경우 지상에 위치하여 비행중인 상기 드론 비행부에 전력을 공급할 수 있다.The outer frame having the internal combustion engine, the generator and the cable roller may be located on the ground if necessary to supply power to the drone flight in flight.

상기 외부 프레임에는 강력한 자석으로 상기 드론 비행부가 결합되며 상기 드론 비행부의 결합부위에는 전자석으로 된 결합부가 전력이 공급되면 자력에 의하여 상기 강력한 자석과 서로 밀치는 힘이 작용하도록 구성하여 상기 드론 비행부와 상기 외부프레임이 분리 가능한 것을 특징으로 한다.The drone flying part is coupled to the outer frame by a strong magnet, and the coupling part of the drone flying part is configured to act as a force pushing against each other by the magnetic force when the power is supplied to the coupling part made of an electromagnet. Characterized in that the outer frame is detachable.

상기 제어기와 상기 케이블의 연결은 자석으로 결합되며 상기 제어기의 제어신호에 의하여 전자석으로 구성된 결합부에 자석이 밀치는 힘으로 분리 가능한 것을 특징으로 한다.The connection between the controller and the cable is coupled by a magnet and is separated by a force pushing the magnet into a coupling part formed of an electromagnet by a control signal of the controller.

상기 드론 비행부와 상기 외부프레임은 각각에 위치한 지자기센서로 서로의 위치한 방향을 확인하고 최종결합은 상기 외부 프레임과 상기 드론과의 자석결합으로 결합되며, 동시에 상기 케이블과 제어기와의 결합도 자석으로 이루어진다.The drone flight unit and the outer frame are each geomagnetic sensor located in each of the check direction of each other and the final coupling is coupled to the magnetic coupling between the outer frame and the drone, and at the same time the coupling between the cable and the controller to the magnet Is done.

또한, 상기 외부 프레임이 지상에서 전력을 공급하는 경우 외부 전력을 상기 외부 프레임에 연결하여 상기 외부프레임의 엔진의 구동 없이 상기 드론 비행부에 전력을 공급할 수 있도록 한다.In addition, when the outer frame supplies power from the ground, the outer power is connected to the outer frame to supply power to the drone flight unit without driving the engine of the outer frame.

또한, 상기 하이브리드 드론을 위한 전력 생산수단으로는 상기 발전기와 상기 의 내연기관 이외에, 수소연료에너지, 태양광 발전기 등과 같이 으로 상기 외부프레임에 장착될 수 있는 것은 어떠한 형태의 에너지 발생수단도 모두 사용될 수 있다.In addition, as the electric power generating means for the hybrid drone, in addition to the generator and the internal combustion engine, any type of energy generating means that can be mounted on the outer frame such as hydrogen fuel energy, solar generator, etc. may be used. have.

또한, 본 발명의 또 다른 구성으로는 상기 발전기와 상기 내연기관이 없는 기존드론 또는 배터리 용량을 1/2 내지 1/20로 줄인 저배터리드론을 공중 또는 지상에서 충전할 수 있는 상기 외부프레임을 제공하는 것이다. 상기 외부프레임의 하부에 무선충전 수신부 측면에 무선충전 송신부를 하다 더 구비하고, 상기 충전을 필요로 하는 기존드론 및 저배터리드론에 무선충전 수신부를 드론의 상측에 구비하여 상기 하이브리드드론의 상기 외부프레임 하측에 상기 기존드론 및 저배터리드론를 위치시킴으로써 상기 하이브리드드론의 전력의 상기 기존드론 및 저배터리드론에 공급할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, another configuration of the present invention provides the external frame that can be charged in the air or on the ground, the existing drone without the generator and the internal combustion engine or a low battery drone reduced the battery capacity to 1/2 to 1/20. It is. The wireless charging transmitter is further provided on the side of the wireless charging receiver on the lower side of the outer frame, and the wireless charging receiver is provided on the upper side of the drone in the existing drone and the low battery drone requiring the charging. By placing the existing drone and the low battery drone on the lower side it is characterized in that it can be supplied to the existing drone and low battery drone of the power of the hybrid drone.

또한, 상기 외부프레임 상측에 무선충전 송신부를 더 구비하고 상기 기존드론 및 저배터리드론의 하측에 무선충전 수신부를 위치시킴으로써 상기 하이브리드드론의 상기 외부프레임이 지상에 분리된 경우 상기 기존드론 및 저배터리드론을 상기 외부프레임의 상부에 착륙함으로써 전력을 상기 기존드론 및 저배터리드론에 공급할 수 있는 것을 또 다른 특징으로 한다.In addition, when the external frame of the hybrid drone is separated on the ground by further comprising a wireless charging transmitter on the outer side of the wireless charging receiver on the lower side of the existing drone and low battery drone, the existing drone and low battery drone It is another feature that the power can be supplied to the existing drone and low battery drone by landing on the upper portion of the outer frame.

배터리를 적어도 2개 이상 구비한 하이브리드 드론 및 하이브리드 드론의 경로를 원격에서 제어하는 하이브리드 드론제어기, 및 상기 하이브리드 드론에 분리 및 결합이 가능한 외부 프레임, 상기 외부 프레임에는 상기 하이브리드 드론과 연결되는 케이블 및 상기 케이블의 길이를 조절할 수 있는 모터가 부착된 케이블 롤러 및 상기 케이블롤러 타단에 부착되어 전기를 발생하는 발전기 및 상기 발전기에 회전력을 발생시키는 내연기관 및,Hybrid drone controller having at least two batteries and a hybrid drone controller for remotely controlling the path of the hybrid drone, and an outer frame that can be separated and coupled to the hybrid drone, the outer frame is a cable connected to the hybrid drone and the A cable roller attached to a motor capable of adjusting a length of a cable and a generator attached to the other end of the cable roller to generate electricity, and an internal combustion engine generating rotational force to the generator;

상기 하이브리드 드론 또는 상기 하이브리드 드론제어기로부터 하이브리드 드론을 켜는 신호를 인가하는 단계(S1); 및 상기 드론에 내장된 배터리의 용량을 확인하는 단계(S2); 및Applying a signal for turning on the hybrid drone from the hybrid drone or the hybrid drone controller (S1); Checking the capacity of the battery built in the drone (S2); And

상기 하이브리드 드론에 내장된 배터리 모두 하이브리드 드론의 이륙에 필요한 전력을 가지지 못한 경우 상기 내연기관을 구동하여 상기 발전기를 회전시켜 발전기로부터 전력을 생산하는 단계 및 상기 발전기의 전력을 상기 하이브리드 드론에 연결하여 하이브리드 드론에 발전기의 전력을 공급하는 발전기전력연결단계(S5); 및If all of the batteries included in the hybrid drone do not have the power necessary for takeoff of the hybrid drone, driving the internal combustion engine to rotate the generator to generate power from the generator, and connecting the power of the generator to the hybrid drone Generator power connection step (S5) for supplying power of the generator to the drone; And

상기 하이브리드 드론을 상기 하이브리드 드론제어기로 제어하며 비행하는 단계 및 상기 전력제어기에서 전력이 상기 하이브리드 드론의 비행에 필요한 전력보다 많다고 판단되는 경우 전력의 일부를 상기 드론의 배터리 중 어느 하나에 연결하여 배터리를 충전하는 발전기전력비행단계(S6); 및Controlling the hybrid drone with the hybrid drone controller, and when the power controller determines that the power is greater than the power required for the hybrid drone to fly, a portion of the power is connected to any one of the drone's batteries. Generator power flying step of charging (S6); And

상기 배터리가 모두 충전된 경우 상기 내연기관을 정지하고, 상기 충전된 배터리로부터 전력을 공급받아 상기 하이브리드 드론을 비행하는 배터리비행유지단계(S8); 및A battery flight maintenance step (S8) of stopping the internal combustion engine when all the batteries are charged and receiving power from the charged battery to fly the hybrid drone; And

상기 케이블 감기 단계(S11)에서 케이블과 함께 상기 드론 비행부가 끌어내려올 수 있도록 상기 드론 비행부의 상승력을 줄여 케이블과 함께 하강하는 드론 비행부 하강및외부프레임과결합단계(S12); 및In the cable winding step (S11) to reduce the lifting force of the drone flight portion with the cable so that the drone flight portion can be pulled down along with the cable descending and descending drone flying unit and the outer frame (S12); And

상기 드론 비행부 하강및외부프레임과결합단계(S12) 후 하이브리드 드론이 이륙하여 정찰업무 및 복귀 업무를 할 수 있도록 비행하는 전원배터리연결단계(S4) 또는 발전기전력연결단계(S5) 후 비행하는 단계를 수행하는 비행단계로 복귀하는 정상비행복귀단계(S13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 드론의 제어방법을 제공한다. 본 발명에서 드론은 하이브리드 드론과 같은 의미이며, 특별히 드론 비행부로 기재하는 경우 상기 하이브리드 드론의 드론 비행부만을 의미한다.After the drone flying unit descends and combines with the outer frame (S12), the hybrid battery drones take off and fly after the power battery connection step (S4) or generator power connection step (S5) for reconnaissance and return service. It provides a control method of a hybrid drone, characterized in that it comprises a normal flight return step (S13) to return to the flight step to perform. In the present invention, the drone has the same meaning as a hybrid drone, and in particular, when described as a drone flying unit, it means only the drone flying unit of the hybrid drone.

100 : 외부프레임을 포함하는 하이브리드 드론
200 : 하이브리드 드론 비행부
300 : 외부프레임
310 : 케이블 롤러
320 : 발전기 및 내연기관 또는 연료전지시스템
400 : 무선충전부 발신부 및 무선충전 지역표시
410 : 무선충전 수신부
420 : 외부충전용 소켓100: hybrid drone including an outer frame
200: Hybrid Drone Flight
300: outer frame
310: cable roller
320: generator and internal combustion engine or fuel cell system
400: wireless charging unit transmitter and wireless charging area display
410: wireless charging receiver
420: socket for external charging

Claims

In the control method of the hybrid drone,
Hybrid drone controller equipped with at least one battery capacity of 1/20 of the battery capacity attached for the conventional flight, a hybrid drone controller for remotely controlling the path of the hybrid drone, and an external frame that can be separated and combined with the hybrid drone, The outer frame includes a cable connected to the hybrid drone, a cable roller attached to a motor capable of adjusting the length of the cable, a generator attached to the other end of the cable roller to generate electricity, and an internal combustion engine generating rotational force to the generator. ,
In the control method of the hybrid drone provided with a power controller for managing the connection of the cable, the drive of the internal combustion engine and the power of the generator,
Applying a signal for turning on the hybrid drone from the hybrid drone or the hybrid drone controller (S1); Checking the capacity of the battery built in the hybrid drone (S2); And
A power battery connection step (S4) of connecting the battery to an end to which the generator of the cable is connected when at least one of the batteries included in the hybrid drone has the power required for takeoff of the hybrid drone; And
If all of the batteries included in the hybrid drone do not have the power required for takeoff of the hybrid drone, driving the internal combustion engine to rotate the generator to generate power from the generator, and connecting the power of the generator to the hybrid drone Generator power connection step (S5) for supplying power of the generator to the drone; And
Controlling the hybrid drone with the hybrid drone controller and if the power controller determines that the power is greater than the power required for the hybrid drone to fly, a portion of the power is connected to any one of the batteries of the hybrid drone. Generator power flying step of charging (S6); And
A battery flight maintenance step (S8) of stopping the internal combustion engine when all the batteries are charged and receiving power from the charged battery to fly the hybrid drone; And
When the hybrid drone stops reconnaissance and monitors at a predetermined position, the cable is wound around the cable roller provided in the outer frame, and at the same time, the outer frame is separated to operate the electromagnet to separate the outer frame from the drone flight. Step S9; And
An outer frame landing step of releasing the cable until the outer frame is located on the ground (S10); And
A cable winding step of winding the cable by driving the cable roller of the outer frame when the drone flight unit has completed the monitoring mission and needs to perform reconnaissance service or return; And
A drone flying load lowering and outer frame coupling step (S12) which reduces the lifting force of the drone flying unit so that the drone flying unit can be pulled down together with the cable in the cable winding step (S11) and descends together with the cable; And
After the drone flying load and outer frame combined step (S12) to fly after the power battery connection step (S4) or generator power connection step (S5) to fly so that the hybrid drone can take off and reconnaissance service and return service. The control method of the hybrid drone, characterized in that it comprises a normal flight return step (S13) to return to the flight step to perform the step.