KR101687120B1 - 드론 배터리 자동 교환 충전 장치 - Google Patents

드론 배터리 자동 교환 충전 장치 Download PDF

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KR101687120B1 KR1020150174882A KR20150174882A KR101687120B1 KR 101687120 B1 KR101687120 B1 KR 101687120B1 KR 1020150174882 A KR1020150174882 A KR 1020150174882A KR 20150174882 A KR20150174882 A KR 20150174882A KR 101687120 B1 KR101687120 B1 KR 101687120B1
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장종태
한상혁
문성태
김도윤
김민지
최연주
김종철
공현철
황인희
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한국항공우주연구원
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Abstract

드론 배터리 자동 교환 충전 장치가 제공된다. 상기 드론 배터리 자동 교환 충전 장치는, 배터리가 장착된 드론의 이착륙 장소를 제공하는 착륙장; 착륙장에 착륙한 드론으로부터 분리된 배터리를 수용하여 주기적으로 배터리의 충전 상태를 확인하고 전송하여 개별적으로 배터리의 충전이 필요한 경우 충전하는 다수의 배터리 충전 마운트; 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 다수의 배터리 충전 마운트 중에 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 드론으로 이송하여 장착하는 이송부; 및 다수의 배터리 충전 마운트 각각에 대한 배터리 수납 여부, 충전 필요 여부, 및 완충 여부를 판단하고, 상기 비어있는 배터리 충전 마운트의 위치, 완충 배터리가 장착된 배터리 충전 마운트 위치, 상기 배터리 충전 마운트 각각의 위치에 대한 사용 기록 정보를 통해 이송할 위치들을 선정하고, 상기 드론이 상기 착륙장에 착륙 완료하였는지를 판단하고, 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 상기 비어있는 상기 배터리 충전 마운트에 이송하여 장착하고 상기 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 드론으로 이송하여 장착하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

드론 배터리 자동 교환 충전 장치{Apparatus for automatically exchanging and charging drone battery}
본 발명은 드론 배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 에너지 이용 드론의 임무 시간 연장을 위한 배터리 자동 교환 충전 장치에 관한 것이다.
멀티콥터와 같은 소형 무인기는 일반적으로 전기 에너지를 이용하는데 이의 에너지 밀도가 낮아 임무를 수행할 수 있는 시간이 1 시간을 넘기는 시스템이 거의 없다. 로봇 청소기와 같이 충전 위치에서 충전하는 방법이 있긴 하나 가장 널리 사용되고 있는 Li-Po 배터리는 충전에 약 1 시간 이상 소요되는 문제가 있어 충전 시 비행 임무 수행이 불가능하다. 전기 에너지를 이용하는 드론의 에너지 저장 장치 한계를 극복하기 위해서는 배터리 교환 및 충전을 자동으로 수행해 주는 시스템이 요구된다.
특허 등록 번호 제 10-1564254 호에는 사용자가 직접 드론의 배터리에 충전기를 연결하지 아니하더라도 드론의 배터리를 충전시킬 수 있어 멀리까지 드론을 비행시킬 수 있고, 사전에 사용이 허락된 사용자 만이 무선 충전 기능을 사용할 수 있어 상품화가 가능해지며, 보다 안정적으로 드론의 배터리를 무선 방식으로 충전시킬 수 있는 드론 무선 충전 시스템이 개시되어 있다. 하지만, 특허 등록 번호 제 10-1564254 호은 드론에 장착된 배터리 분리 없이 비행체 자체를 무선 충전 장치로 충전하는 시스템이라 비행 후 충전하여 다시 비행하기 까지는 1 시간에 가까운 오랜 시간이 소요되어 단위 비행체의 임무 공백 시간이 길다. 상기한 종래 기술은 다수의 배터리를 운용하며 드론의 배터리를 교환하므로 교환하여 다시 비행하기 까지는 대략 1 분 미만의 비교적 매우 짧은 시간이 소요되므로 단위 비행체의 임무 공백 시간이 비교적 매우 짧아 보다 지속적인 임무 수행이 가능하다.
특허 등록번호 10-1564254(공고일: 2015년 10월 30일)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 착륙장에 착륙한 드론으로부터 분리된 배터리를 수용하여 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 확인하고 전송하여 개별적으로 상기 배터리의 충전이 필요한 경우 충전하고, 상기 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하는 드론 배터리 자동 교환 충전 장치를 제공하는데 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 양태에 따른 드론 배터리 자동 교환 충전 장치는, 배터리가 장착된 드론의 이착륙 장소를 제공하는 착륙장; 상기 착륙장에 착륙한 상기 드론으로부터 분리된 상기 배터리를 수용하여 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 확인하고 전송하여 개별적으로 상기 배터리의 충전이 필요한 경우 충전하는 다수의 배터리 충전 마운트; 상기 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 상기 다수의 배터리 충전 마운트 중에 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하는 이송부; 및 상기 다수의 배터리 충전 마운트 각각에 대한 배터리 수납 여부, 충전 필요 여부, 및 완충 여부를 판단하고, 상기 비어있는 배터리 충전 마운트의 위치, 완충 배터리가 장착된 배터리 충전 마운트 위치, 상기 배터리 충전 마운트 각각의 위치에 대한 사용 기록 정보를 통해 이송할 위치들을 선정하고, 상기 드론이 상기 착륙장에 착륙 완료하였는지를 판단하고, 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 상기 비어있는 상기 배터리 충전 마운트에 이송하여 장착하고 상기 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 드론의 착륙 위치를 고정하고자 할 경우 드론 하부의 형상을 구배가 있도록 설계하고 드론 착륙 위치에 이 구배가 미끄러져 안착되는 형상을 갖고, 상기 드론의 착륙 위치를 정해진 범위 내에 자유롭게 하고자 할 경우에는 평면으로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 이송부는 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 움겨 쥐어 들어 내고 이동하여 지정한 위치에 내려 놓는 배터리 집게; 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 X 축 방향으로의 이송을 안내하는 X 축 이송 부재; 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Y 축 방향으로의 이송을 안내하는 Y 축 이송 부재; 및 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Z축 방향으로의 이송을 안내하는 Z 축 이송 부재를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 다수의 배터리 충전 마운트는 각각 상기 배터리의 전압을 측정하고 상기 측정한 배터리의 전압이 만(滿, full) 충전 기준 전압 이상인 경우 상기 배터리가 만(滿, full) 충전 상태인 것으로 판단하는 것이 가장 바람직하다. 상기 충전 완료한 배터리가 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리되어 상기 드론으로 이송하여 장착된 경우, 상기 제어부는 상기 이송부로 제어 신호를 제공하여 상기 이송부가 안전한 곳으로 이송하도록 한 후, 상기 드론으로 이륙 제어 신호를 제공하여 상기 드론이 상기 착륙장으로 부터 이륙하도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 양태에 따른 드론 배터리 자동 교환 충전 장치는, 배터리가 장착된 드론의 이착륙 장소를 제공하는 착륙장; 상기 착륙장에 착륙한 상기 드론으로부터 분리된 상기 배터리를 수용하여 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 확인하고 전송하여 개별적으로 상기 배터리의 충전이 필요한 경우 충전하는 다수의 배터리 충전 마운트; 상기 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 상기 다수의 배터리 충전 마운트 중에 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하는 이송부; 및 상기 다수의 배터리 충전 마운트 각각에 대한 배터리 수납 여부, 충전 필요 여부, 및 완충 여부를 판단하고, 상기 비어있는 배터리 충전 마운트의 위치, 완충 배터리가 장착된 배터리 충전 마운트 위치, 상기 배터리 충전 마운트 각각의 위치에 대한 사용 기록 정보를 통해 이송할 위치들을 선정하고, 상기 드론이 상기 착륙장에 착륙 완료하였는지를 판단하고, 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 상기 비어있는 상기 배터리 충전 마운트에 이송하여 장착하고 상기 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 이송부는 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 움겨 쥐어 들어 내고 이동하여 지정한 위치에 내려 놓는 배터리 집게; 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 X 축 방향으로의 이송을 안내하는 X 축 이송 부재; 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Y 축 방향으로의 이송을 안내하는 Y 축 이송 부재; 및 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Z축 방향으로의 이송을 안내하는 Z 축 이송 부재를 포함하고, 상기 충전 완료한 배터리가 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리되어 상기 드론으로 이송하여 장착된 경우, 상기 제어부는 상기 이송부로 제어 신호를 제공하여 상기 이송부가 안전한 곳으로 이송하도록 한 후, 상기 드론으로 이륙 제어 신호를 제공하여 상기 드론이 상기 착륙장으로 부터 이륙하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 양태에 따른 드론 배터리 자동 교환 충전 장치는, 배터리가 장착된 드론의 이착륙 장소를 제공하는 착륙장; 상기 착륙장에 착륙한 상기 드론으로부터 분리된 상기 배터리를 수용하여 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 확인하고 전송하여 개별적으로 상기 배터리의 충전이 필요한 경우 충전하는 다수의 배터리 충전 마운트; 상기 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 상기 다수의 배터리 충전 마운트 중에 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하는 이송부; 및 상기 다수의 배터리 충전 마운트 각각에 대한 배터리 수납 여부, 충전 필요 여부, 및 완충 여부를 판단하고, 상기 비어있는 배터리 충전 마운트의 위치, 완충 배터리가 장착된 배터리 충전 마운트 위치, 상기 배터리 충전 마운트 각각의 위치에 대한 사용 기록 정보를 통해 이송할 위치들을 선정하고, 상기 드론이 상기 착륙장에 착륙 완료하였는지를 판단하고, 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 상기 비어있는 상기 배터리 충전 마운트에 이송하여 장착하고 상기 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 드론의 착륙 위치를 고정하고자 할 경우 드론 하부의 형상을 구배가 있도록 설계하고 드론 착륙 위치에 이 구배가 미끄러져 안착되는 형상을 갖고, 상기 드론의 착륙 위치를 정해진 범위 내에 자유롭게 하고자 할 경우에는 평면으로 구성하고, 상기 다수의 배터리 충전 마운트는 각각 상기 배터리의 전압을 측정하고 상기 측정한 배터리의 전압이 만(滿, full) 충전 기준 전압 이상인 경우 상기 배터리가 만(滿, full) 충전 상태인 것으로 판단하고, 상기 이송부는 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 움겨 쥐어 들어 내고 이동하여 지정한 위치에 내려 놓는 배터리 집게; 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 X 축 방향으로의 이송을 안내하는 X 축 이송 부재; 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Y 축 방향으로의 이송을 안내하는 Y 축 이송 부재; 및 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Z축 방향으로의 이송을 안내하는 Z 축 이송 부재를 포함하고, 상기 충전 완료한 배터리가 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리되어 상기 드론으로 이송하여 장착된 경우, 상기 제어부는 상기 이송부로 제어 신호를 제공하여 상기 이송부가 안전한 곳으로 이송하도록 한 후, 상기 드론으로 이륙 제어 신호를 제공하여 상기 드론이 상기 착륙장으로 부터 이륙하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 드론 배터리 자동 교환 충전 장치에 따르면, 다수의 배터리 충전 마운트에 의해 기 착륙장에 착륙한 상기 드론으로부터 분리된 상기 배터리를 수용하여 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 확인하고 전송하여 개별적으로 상기 배터리의 충전이 필요한 경우 충전하고 이송부에 의해 상기 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 상기 다수의 배터리 충전 마운트 중에 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착한다. 제어부는 상기 다수의 배터리 충전 마운트 각각에 대한 배터리 수납 여부, 충전 필요 여부, 및 완충 여부를 판단하고, 상기 비어있는 배터리 충전 마운트의 위치, 완충 배터리가 장착된 배터리 충전 마운트 위치, 상기 배터리 충전 마운트 각각의 위치에 대한 사용 기록 정보를 통해 이송할 위치들을 선정하고, 상기 드론이 상기 착륙장에 착륙 완료하였는지를 판단하고, 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 상기 비어있는 상기 배터리 충전 마운트에 이송하여 장착하고 상기 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하도록 상기 이송부를 제어 한다.
상기 제어부는 드론, 배터리, 이송부의 각종 센서들의 작동을 모니터링하여 충돌이 일어나지 않으면서 적절한 동작을 수행할 수 있도록 관리한다. 필요에 따라 시스템에 드론 제어 기능을 추가하고 접근 거리와 같은 기준으로 시스템이 드론 통제권을 넘겨받아 착륙장에 설치한 센서들로 드론의 위치와 자세를 측정하고 이를 기반으로 상기 드론을 제어하여 배터리 자동 교환 과정을 보다 정밀하게 수행할 수 있도록 구성한다. 상기 드론이 시스템에 들어와서 착륙하면 배터리를 분리하고 사전에 수집한 정보를 통해 비어있는 배터리 충전 마운트에 이를 이송하여 장착하고, 충전 완료한 배터리를 마운트에서 분리하여 드론으로 이송하여 장착하고 이송장치를 안전한 곳으로 이동하면 드론이 이륙하여 시스템을 빠져나가는 형태로 시스템을 관리한다. 시스템에 드론 제어 기능이 추가되었을 경우에는 접근 거리와 같은 기준으로 시스템이 드론 통제권을 넘겨받아 배터리 교환을 위해 접근하는 드론들에 순서를 배정하고 적절한 위치에 드론 대기 및 배터리 교환을 진행한다. 다수의 배터리 관리 시스템은 위치 별 배터리 상태를 모니터링 하여 배터리 교환을 위한 이송 시 효율을 높일 수 있도록 단거리에 위치한 배터리를 선정하는 계산을 수행한다. 후자의 경우 드론의 착륙 위치 및 자세 식별을 위한 영상 처리를 적용한다.
상기 드론의 이착륙 위치의 정확성을 높이기 위해 필요에 따라 드론 하부의 형상을 구배가 있도록 설계하고 드론 착륙 위치에 이 구배가 미끄러져 안착될 수 있는 형상을 적용하는데, 이 안착 형상은 탑재 장비나 착륙 장치와 간섭이 없도록 구성한다. 상기 드론이나 배터리의 고정에는 손가락 같은 형상으로 움켜쥐는 방법, 공기를 이용한 흡착 방법 등을 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 드론 배터리 자동 교환 충전 장치는 위치 별 배터리 상태를 모니터링 하여 배터리 교환을 위한 이송 시 효율을 높일 수 있도록 단거리에 위치한 배터리를 선정하는 계산을 수행한다.
상기 드론 배터리 자동 교환 충전 장치를 비행체에 장착할 경우 공중 배터리 자동 교환/충전 비행체로 응용할 수 있다. 이 경우 필요에 따라 드론 배터리 자동 교환 충전 장치를 드론 제어 기능을 추가하고 접근 거리와 같은 기준으로 시스템이 드론 통제권을 넘겨받아 배터리 자동 교환 과정을 보다 정밀하게 수행할 수 있도록 구성한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드론 배터리 자동 교환 충전 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 드론 배터리 자동 교환 충전 장치의 일예를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 드론 배터리 자동 교환 충전 장치 다수를 항공기에 적용한 예시도이다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 드론 배터리 자동 교환 충전 장치에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드론 배터리 자동 교환 충전 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다. 도 2는 도 1에 도시된 드론 배터리 자동 교환 충전 장치의 일예를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드론 배터리 자동 교환 충전 장치는 착륙장(100), 다수의 배터리 충전 마운트(200), 이송부(300), 및 제어부(400)를 포함한다.
착륙장(100)는 배터리(미도시)가 장착된 드론의 이착륙 장소를 제공한다. 상기 드론(10)의 착륙 위치를 고정하고자 할 경우 드론 하부의 형상을 구배가 있도록 설계하고 드론 착륙 위치에 이 구배가 미끄러져 안착되는 형상을 갖고, 상기 드론(10)의 착륙 위치를 정해진 범위 내에 자유롭게 하고자 할 경우에는 평면으로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 착륙장(100)은 드론의 위치가 고정되어 정해진 위치에 착륙해야 하는 형태와 정해진 범위 내에 자유롭게 착륙하는 형태를 적용할 수 있다. 착륙장(100)에는 필요에 따라 RGB, RGBD, 레이저, 초음파 센서 등을 필요 위치에 설치하여 드론(10)의 착륙 위치 및 자세 식별이 가능하도록 할 수 있다. 필요에 따라 GPS와 같은 외부 위치 측정 장치와 착륙장(100)에 설치한 위치 측정 센서가 함께 드론(10)의 위치 정보를 획득할 수 있게 구성하여 위치 정보 인계 시 정보의 공백이 없도록 구성한다. 상기 드론(10)의 착륙 위치를 고정하고자 할 경우 필요에 따라 드론 하부의 형상을 구배가 있도록 설계하고 드론 착륙 위치에 이 구배가 미끄러져 안착될 수 있는 형상을 적용하는데, 이 안착 형상은 탑재 장비나 착륙 장치와 간섭이 없도록 구성한다. 착륙 위치를 정해진 범위 내에 자유롭게 하고자 할 경우에는 이런 형상이 없는 평면으로 구성한다. 드론 착륙 후에는 드론과 배터리의 고정을 위해 중력이나 고정 기구를 이용하여 드론을 고정한다. 고정 기구를 이용할 경우 손가락 같은 형상으로 움켜쥐는 방법, 공기를 이용한 흡착 방법 등을 적용할 수 있다.
다수의 배터리 충전 마운트(200)는 상기 착륙장(100)에 착륙한 상기 드론으로부터 분리된 상기 배터리를 수용하여 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 확인하고 상기 배터리의 충전 상태 정보를 전송하여 개별적으로 상기 배터리의 충전이 필요한 경우 충전한다.
이송부(300)는 상기 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론(10)에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 상기 다수의 배터리 충전 마운트(200) 중에 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트(200)로부터 분리하여 상기 드론(10)으로 이송하여 장착한다. 상기 이송부(300)는 배터리 집게(310), X 축 이송 부재(320), Y 축 이송 부재(330), 및 Z 축 이송 부재(340)를 포함한다. 겐트리 또는 로봇 팔 형태의 이송부(3)는 드론(10)에 장착된 배터리를 움켜쥐어 들어내고 이송하여 지정한 위치에 내려놓는 기능을 수행한다. 겐트리 형태일 경우 이송을 위해 위해 배터리를 들었다 놓는 1 축(z 축) 이송과 배터리의 위치(x, y 축) 이송을 위한 1축 이상의 작동기를 적용한다. 이 작동기들에는 위치 정보를 획득할 수 있는 센서들을 적용한다. 배터리로 접근하는 작동기의 경우 배터리와의 상대 거리를 측정할 수 있는 레이저, 초음파 등의 센서를 적용할 수 있다. 로봇 팔 형태의 경우에는 3 축으로 자유롭게 작동하는 것이 가능하므로 충전 및 보관을 위한 배터리 고정 위치를 입체적으로 구성하는 것이 가능하다. 이송 시 배터리의 고정을 위해 고정 기구를 적용하는데, 손가락 같은 형상으로 움켜쥐는 방법, 공기를 이용한 흡착 방법 등을 적용할 수 있다.
배터리 집게(310)는 상기 드론(10)에 장착된 상기 배터리를 움겨 쥐어 들어 내고 이동하여 지정한 위치에 내려 놓는다. X 축 이송 부재(320)는 상기 착륙장(100)에서 상기 배터리 집게(310)로부터의 상기 배터리의 X 축 방향으로의 이송을 안내한다. Y 축 이송 부재(330)는 상기 착륙장(100)에서 상기 배터리 집게(310)로부터의 상기 배터리의 Y 축 방향으로의 이송을 안내한다. Z 축 이송 부재(340)는 상기 착륙장(100)에서 상기 배터리 집게(310)로부터의 상기 배터리의 Z축 방향으로의 이송을 안내한다.
제어부(400)는 상기 다수의 배터리 충전 마운트 각각에 대한 배터리 수납 여부, 충전 필요 여부, 및 완충 여부를 판단한다. 제어부(400)는 최단 거리 이송 및 특정 위치의 상기 배터리 충전 마운트 편중 사용 방지를 위해 상기 비어있는 배터리 충전 마운트의 위치, 완충 배터리가 장착된 배터리 충전 마운트 위치, 상기 배터리 충전 마운트 각각의 위치에 대한 사용 기록 정보를 통해 이송할 위치들을 선정한다. 제어부(400)는 상기 드론이 상기 착륙장에 착륙 완료하였는지를 판단한다.착륙 완료 신호를 수신하면 제어부(400)는 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 상기 비어있는 배터리 충전 마운트에 이송하여 장착하고 상기 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트(200)로부터 분리하여 상기 드론(10)으로 이송하여 장착하도록 상기 이송부(300)를 제어한다.
상기 다수의 배터리 충전 마운트(200)는 각각 상기 배터리의 전압을 측정하고 상기 측정한 배터리의 전압이 만(滿, full) 충전 기준 전압 이상인 경우 상기 배터리가 만(滿, full) 충전 상태인 것으로 판단한다. 상기 배터리 충전 마운트(200)는 상기의 드론(10)과 같이 중력이나 고정 기구를 이용하여 배터리를 고정한다. 배터리 고정 시 배터리의 각 셀과의 전기적 접촉이 이루어지도록 유/무선 커넥터를 구성하고, 이를 통해 배터리의 전압을 측정하여 필요에 따라 충전을 수행한다. 여기에는 배터리 전압 측정 센서, 전류 센서 등이 부속될 수 있다. 충전 시에는 시간, 전류 등을 측정 기록하고 이를 통해 내부 저항 측정, 충전 소요 시간 예측 등을 수행한다.
상기 충전 완료한 배터리가 상기 배터리 충전 마운트(200)로부터 분리되어 상기 드론으로 이송하여 장착된 경우, 상기 제어부(400)는 상기 이송부(300)로 제어 신호를 제공하여 상기 이송부가 안전한 곳으로 이송하도록 한 후, 상기 드론으로 이륙 제어 신호를 제공하여 상기 드론이 상기 착륙장으로 부터 이륙하도록 제어한다. 도 3은 도 1에 도시된 드론 배터리 자동 교환 충전 장치 다수를 항공기에 적용한 예시도이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 착륙장 200 : 배터리 충전 마운트
300 : 이송부 310: 배터리 집게
320: X 축 이송 부재 330: Y 축 이송 부재
340: Z 축 이송 부재 400 : 제어부

Claims (9)

  1. 배터리가 장착된 드론의 이착륙 장소를 제공하는 착륙장;
    상기 착륙장에 착륙한 상기 드론으로부터 분리된 상기 배터리를 수용하여 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 확인하고 전송하여 개별적으로 상기 배터리의 충전이 필요한 경우 충전하는 다수의 배터리 충전 마운트;
    상기 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 상기 다수의 배터리 충전 마운트 중에 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하는 이송부; 및
    상기 다수의 배터리 충전 마운트 각각에 대한 배터리 수납 여부, 충전 필요 여부, 및 완충 여부를 판단하고, 상기 비어있는 배터리 충전 마운트의 위치, 완충 배터리가 장착된 배터리 충전 마운트 위치, 상기 배터리 충전 마운트 각각의 위치에 대한 사용 기록 정보를 통해 이송할 위치들을 선정하고, 상기 드론이 상기 착륙장에 착륙 완료하였는지를 판단하고, 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 상기 비어있는 상기 배터리 충전 마운트에 이송하여 장착하고 상기 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 이송부는 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 움겨 쥐어 들어 내고 이동하여 지정한 위치에 내려 놓는 배터리 집게; 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 X 축 방향으로의 이송을 안내하는 X 축 이송 부재; 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Y 축 방향으로의 이송을 안내하는 Y 축 이송 부재; 및 상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Z축 방향으로의 이송을 안내하는 Z 축 이송 부재를 포함하는 드론 배터리 자동 교환 충전 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 드론의 착륙 위치를 고정하고자 할 경우 드론 하부의 형상을 구배가 있도록 설계하고 드론 착륙 위치에 이 구배가 미끄러져 안착되는 형상을 갖고, 상기 드론의 착륙 위치를 정해진 범위 내에 자유롭게 하고자 할 경우에는 평면으로 구성하는 드론 배터리 자동 교환 충전 장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 다수의 배터리 충전 마운트는 각각 상기 배터리의 전압을 측정하고 상기 측정한 배터리의 전압이 만(滿, full) 충전 기준 전압 이상인 경우 상기 배터리가 만(滿, full) 충전 상태인 것으로 판단하는 드론 배터리 자동 교환 충전 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 충전 완료한 배터리가 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리되어 상기 드론으로 이송하여 장착된 경우, 상기 제어부는 상기 이송부로 제어 신호를 제공하여 상기 이송부가 안전한 곳으로 이송하도록 한 후, 상기 드론으로 이륙 제어 신호를 제공하여 상기 드론이 상기 착륙장으로 부터 이륙하도록 제어하는 드론 배터리 자동 교환 충전 장치.
  6. 삭제
  7. 제5 항에 있어서, 상기 드론의 착륙 위치를 고정하고자 할 경우 드론 하부의 형상을 구배가 있도록 설계하고 드론 착륙 위치에 이 구배가 미끄러져 안착되는 형상을 갖고, 상기 드론의 착륙 위치를 정해진 범위 내에 자유롭게 하고자 할 경우에는 평면으로 구성하는 드론 배터리 자동 교환 충전 장치.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 다수의 배터리 충전 마운트는 각각 상기 배터리의 전압을 측정하고 상기 측정한 배터리의 전압이 만(滿, full) 충전 기준 전압 이상인 경우 상기 배터리가 만(滿, full) 충전 상태인 것으로 판단하는 드론 배터리 자동 교환 충전 장치.
  9. 배터리가 장착된 드론의 이착륙 장소를 제공하는 착륙장;
    상기 착륙장에 착륙한 상기 드론으로부터 분리된 상기 배터리를 수용하여 주기적으로 상기 배터리의 충전 상태를 확인하고 전송하여 개별적으로 상기 배터리의 충전이 필요한 경우 충전하는 다수의 배터리 충전 마운트;
    상기 드론의 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 미리 선정한 위치를 따라 상기 다수의 배터리 충전 마운트 중에 비어 있는 배터리 충전 마운트로 이송하여 장착하고 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하는 이송부; 및
    상기 다수의 배터리 충전 마운트 각각에 대한 배터리 수납 여부, 충전 필요 여부, 및 완충 여부를 판단하고, 상기 비어있는 배터리 충전 마운트의 위치, 완충 배터리가 장착된 배터리 충전 마운트 위치, 상기 배터리 충전 마운트 각각의 위치에 대한 사용 기록 정보를 통해 이송할 위치들을 선정하고, 상기 드론이 상기 착륙장에 착륙 완료하였는지를 판단하고, 착륙 완료 신호를 수신하면 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 분리하여 상기 비어있는 상기 배터리 충전 마운트에 이송하여 장착하고 상기 충전 완료한 배터리를 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리하여 상기 드론으로 이송하여 장착하도록 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 드론의 착륙 위치를 고정하고자 할 경우 드론 하부의 형상을 구배가 있도록 설계하고 드론 착륙 위치에 이 구배가 미끄러져 안착되는 형상을 갖고, 상기 드론의 착륙 위치를 정해진 범위 내에 자유롭게 하고자 할 경우에는 평면으로 구성하고, 상기 다수의 배터리 충전 마운트는 각각 상기 배터리의 전압을 측정하고 상기 측정한 배터리의 전압이 만(滿, full) 충전 기준 전압 이상인 경우 상기 배터리가 만(滿, full) 충전 상태인 것으로 판단하고,
    상기 이송부는 상기 드론에 장착된 상기 배터리를 움겨 쥐어 들어 내고 이동하여 지정한 위치에 내려 놓는 배터리 집게;
    상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 X 축 방향으로의 이송을 안내하는 X 축 이송 부재;
    상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Y 축 방향으로의 이송을 안내하는 Y 축 이송 부재; 및
    상기 착륙장에서 상기 배터리 집게로부터의 상기 배터리의 Z축 방향으로의 이송을 안내하는 Z 축 이송 부재를 포함하고,
    상기 충전 완료한 배터리가 상기 배터리 충전 마운트로부터 분리되어 상기 드론으로 이송하여 장착된 경우, 상기 제어부는 상기 이송부로 제어 신호를 제공하여 상기 이송부가 안전한 곳으로 이송하도록 한 후, 상기 드론으로 이륙 제어 신호를 제공하여 상기 드론이 상기 착륙장으로 부터 이륙하도록 제어하는 드론 배터리 자동 교환 충전 장치.
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