KR101802693B1 - 무선 드론 충전 스테이션 - Google Patents

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KR101802693B1 KR1020170001383A KR20170001383A KR101802693B1 KR 101802693 B1 KR101802693 B1 KR 101802693B1 KR 1020170001383 A KR1020170001383 A KR 1020170001383A KR 20170001383 A KR20170001383 A KR 20170001383A KR 101802693 B1 KR101802693 B1 KR 101802693B1
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Abstract

하나 이상의 홀, 접근한 드론이 하나 이상의 홀 중에서 착륙할 홀을 결정하는 제어부, 드론의 착륙 위치를 조절하는 센서부, 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 충전부를 포함하고, 자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식을 통해서 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 드론 충전 스테이션 및 드론 충전 방법이 개시된다.

Description

무선 드론 충전 스테이션{WIRELESS DRONE CHARGING STATION}
본 발명은 무선 드론 충전 스테이션에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공간을 효율적으로 활용하여 복수의 드론을 충전할 수 있게 동작하는 무선 드론 충전 스테이션에 관한 것이다.
최근, 드론에 대한 관심이 폭발적으로 증가함에도 불구하고, 낮은 배터리 활용 시간은 드론의 활용에 대한 장벽이 되어 왔다. 드론에 장착된 배터리만으로는 장시간의 동작이 불가능하여 드론을 이용한 서비스를 제공하려 할 때 장거리를 이동해야 하는 서비스는 거의 불가능하고, 배터리의 방전 후에는 사람이 직접 직접 배터리를 교환하거나 배터리를 충전해야 하는 등의 문제점이 존재하였다.
또한, 배터리에 대한 용량을 증가시키려고 해도, 배터리의 밀도에 대한 충전량을 획기적으로 향상시키지 않는 한 배터리의 크기에 따라서 드론의 질량도 함께 증가하는 문제가 발생하게 되므로 드론의 동작 시간을 비약적으로 향상시키기 어렵고, 드론으로 직접 에너지를 공급할 수 있는 레이저 충전 시스템이나 태양 전지를 이용한 시스템의 경우에도 드론의 장시간 동작을 보장하기 어려워 에너지 효율이 낮기 때문에 효과적인 해결책이 될 수 없다는 문제점이 존재하였다.
또한, 착륙 스테이션에서 무선으로 드론을 충전하려 해도 드론의 비행에 따른 착륙 지점을 정확하게 확정하기 어렵기 때문에, 사용자의 개입 없이는 무선 충전이 잘 이루어지지 않는 문제점이 존재하였다. 반면에, 착륙 스테이션에서 유선으로 드론을 충전하는 경우에는 드론의 충전 단자와 스테이션의 충전 단자를 정확히 일치시키기 어렵다는 문제도 있으며, 충전 스테이션이 야외에 배치되는 경우 빗물로 인한 전류 누설의 위험도 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 충전 스테이션을 구현함으로써 무선으로 하나 이상의 드론을 한꺼번에 충전하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 드론을 무선으로 충전하기 위한 다양한 방식을 제안함으로써 다양한 드론의 배터리 구조에 적합한 충전 방식을 구현하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비행을 완료한 드론에 자동적으로 충전이 이루어질 수 있는 스테이션을 구현하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 드론 충전 스테이션은, 드론이 충전을 위해 안착되는 하나 이상의 홀, 충전을 위해 접근한 드론이 하나 이상의 홀 중에서 착륙할 홀을 결정하는 제어부, 충전을 위해 접근한 드론을 감지하고 드론의 착륙 위치를 조절하는 센서부, 및 하나 이상의 홀 각각에 마련되어, 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 충전부를 포함하되, 하나 이상의 홀 각각은 드론이 삽입될 수 있도록 상부가 개방되고 하부로 갈수록 직경이 좁아져 측면이 연직방향을 기준으로 소정의 각도를 형성하고, 하부의 직경은 드론의 바닥면 보다 좁게 형성되며, 충전부는 자기 유도 방식을 통해서 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급한다.
하나 이상의 홀 각각은 드론의 이륙을 보조하는 발사 부재를 포함하며, 발사 부재는 탄성을 갖는 소재 또는 유압식으로 구현될 수 있다.
충전부는 코일을 포함하며, 드론이 안착되면 코일에 전류가 유입되어 안착된 드론의 배터리에 유도 전류를 발생시켜 드론의 배터리를 충전할 수 있다.
코일은 하나 이상의 홀 측면에 감겨, 안착된 드론의 중앙 부분에 마련된 배터리에 전력을 공급할 수 있다.
코일은 하나 이상의 홀 하부가 돌출된 돌출부에 감겨, 안착된 드론의 하부면에서 핀이 배출되면 핀을 통해 전력을 공급할 수 있다.
충전부는 안착된 드론에 무선으로 전력을 전송하기 위한 충전 패드를 포함할 수 있다.
센서부는 드론과의 거리를 감지하기 위한 초음파 센서, 영상처리 센서 및 레이저 거리측정 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 드론 시스템은, 명령에 따라 구동되어 비행하며 막대형 또는 원통형의 외형을 가지는 드론, 및 무선으로 드론을 충전하는 스테이션을 포함하되, 스테이션은, 드론이 충전을 위해 안착되는 하나 이상의 홀, 충전을 위해 접근한 드론이 하나 이상의 홀 중에서 착륙할 홀을 결정하는 제어부, 충전을 위해 접근한 드론을 감지하고 드론의 착륙 위치를 조절하는 센서부, 및 하나 이상의 홀 각각에 마련되어, 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 충전부를 포함하되, 하나 이상의 홀 각각은 드론이 삽입될 수 있도록 상부가 개방되고 하부로 갈수록 직경이 좁아져 측면이 연직방향을 기준으로 소정의 각도를 형성하고, 하부의 직경은 드론의 바닥면 보다 좁게 형성되며, 충전부는 자기 유도 방식을 통해서 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 또 다른 드론 충전 스테이션은, 드론이 충전을 위해 안착되는 하나 이상의 홀, 충전을 위해 접근한 드론이 하나 이상의 홀 중에서 착륙할 홀을 결정하는 제어부, 충전을 위해 접근한 드론을 감지하고 드론의 착륙 위치를 조절하는 센서부, 및 하나 이상의 홀 각각에 마련되어, 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 충전부를 포함하되, 하나 이상의 홀 각각은 드론이 삽입될 수 있도록 상부가 개방되고 하부로 갈수록 직경이 좁아져 측면이 연직방향을 기준으로 소정의 각도를 형성하고, 하부의 직경은 드론의 바닥면 보다 좁게 형성되며, 충전부는 자기 공명 방식을 통해서 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 드론 충전 방법은, 드론의 접근을 감지하는 단계, 스테이션에 마련된 하나 이상의 홀 중에서 접근한 드론에게 할당할 홀을 결정하는 단계, 결정된 홀에 드론에 안착될 수 있도록 드론과 통신하며 복수의 센서를 이용하여 드론의 착륙을 제어하는 단계, 결정된 홀에 드론이 안착되면 무선으로 드론을 충전하는 단계, 드론의 충전이 완료되면 드론이 비행할 목표 위치를 설정하는 단계, 및 드론이 이륙하면 드론이 목표 위치에서 임무를 수행하도록 드론에게 명령하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째로, 복수의 드론을 한꺼번에 충전할 수 있게 되어 시간당 드론 충전 효율이 향상된다.
둘째로, 드론 충전 방식을 다양하게 구성함으로써, 다양한 드론 형태와 구조에 최적화된 충전이 가능하게 된다.
셋째로, 드론이 충전 스테이션에 자율적으로 출입할 수 있어, 사용자의 드론을 활용한 목적 달성이 자동화될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 충전 스테이션의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 시스템의 동작 과정을 도시하는 도면이다.
도 4는 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 충전 스테이션의 세부 구조를 도시하는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 제안하는 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 방식을 설명하는 도면이다.
도 9는 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 충전 방법을 도시하는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1에 도시된 드론 시스템에서, 스테이션(100)은 충전부(102), 센서부(104), 전원부(106), 제어부(108)를 포함하도록 구성되며, 드론(200)은 배터리(202), 센서부(204), 제어부(206)를 포함하도록 구성된다. 한편, 이러한 구성은 단순한 예시에 불과하며 드론 시스템의 드론(200)과 스테이션(100)은 다른 범용적인 구성을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 드론 시스템은 무인 비행체로써 사용자의 조작이나 시스템 내부 알고리즘에 따라 비행하며 명령을 수행하는 드론(200)과 드론(200)을 충전하여 드론(200)에 전력을 공급하는 스테이션(100)으로 구성된다. 드론(200)에 대해 먼저 설명하고, 이어서 드론(200)을 충전하는 스테이션(100)에 대해 구체적으로 설명한다.
드론(200)은 구동을 위해 배터리(202)를 필수적으로 포함한다. 배터리(202)는 드론(200)의 비행과 구동에 요구되는 전원을 저장하고 공급함으로써 드론(200)이 목적에 맞는 기능을 수행하게끔 한다. 배터리(202)는 충전이 가능한 다양한 종류로 구현될 수 있으며, 예를 들어 리튬 배터리, 리튬폴리머 배터리, 리튬이온 배터리, 니켈수소 배터리 등 다양한 종류의 충전가능한 배터리가 드론(200)에 활용될 수 있다.
센서부(204)는 다양한 물리적 파라미터를 측정함으로써 드론(200)의 비행, 이륙, 착륙에 필요한 값들을 계산한다. 예를 들어, 드론(200)의 센서부(204)는 GPS 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 레이저 거리측정 센서 등을 포함할 수 있다. 구체적으로 설명하면, GPS 센서의 경우 드론(200)이 실외에서 비행하는 경우 좌표 값을 측정함으로써 드론(200)의 평면상 위치를 계산하며, 초음파 센서의 경우 드론(200)의 주변 사물과의 거리를 측정함으로써 드론(200)이 실외에서 비행할 때 장애물을 회피하거나 스테이션(100)에 착륙하는 과정에서 드론의 3차원 좌표를 계산하며, 가속도 센서의 경우 드론의 특정 방향으로의 가속도 변화를 측정함으로써 드론의 비행/이륙/착륙 과정의 평형을 제어하기 위한 값들을 계산하며, 레이저 거리측정 센서의 경우 드론의 주변 사물이나 스테이션(100)과의 거리를 측정함으로써 드론(200)의 비행 중 장애물 회피나 스테이션(100)의 이륙/착륙 과정에서 드론의 3차원 좌표를 계산한다.
드론(200)의 제어부(206)는 드론(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 드론(200)의 제어부(206)는 드론(200)이 외부 입력에 따라 특정 목적을 수행하게끔 드론(200)을 비행하도록 제어하거나, 드론(200)의 충전을 위해 스테이션(100)으로의 착륙을 제어하거나, 드론(200)의 충전이 완료되는 경우 스테이션(100)으로부터 이륙하는 과정을 전반적으로 제어한다. 또한, 드론(200)의 제어부(206)는 드론(200)이 비행하면서 카메라(미도시)를 통해 영상을 촬영하게끔 제어할 수도 있으며, 통신부(미도시)를 통해 스테이션(100)이나 외부 다른 디바이스와 신호 및 데이터를 송수신하게끔 제어할 수도 있다.
이어서, 드론(200)을 충전하는 스테이션(100)에 대해 설명한다. 스테이션(100)은 드론(200)에 무선으로 전력을 전달하여 드론(200)의 배터리(202)를 충전하는 충전부(102), 드론(200)의 이륙 및 착륙을 위한 파라미터들을 측정하는 센서부(104), 스테이션(100)의 동작을 위한 전원을 외부로부터 공급받는 전원부(106)를 포함한다.
충전부(102)는 드론(200)의 배터리(202)에 전력을 무선으로 전달하여 배터리(202)를 충전하며, 예를 들어 충전부(102)는 코일을 통해 유도 전류를 발생시켜 자기유도 방식으로 배터리(202)를 충전하거나, 스테이션(100) 주변에 자기장을 발생시켜 자기공명 방식으로 배터리(202)를 충전할 수도 있다. 충전부(102)가 드론(200)의 배터리(202)를 무선으로 충전하는 다양한 실시 예들에 대해서는 도 5 내지 도 8을 통해 구체적으로 설명한다.
센서부(104)는 다양한 물리적 파라미터를 측정함으로써 드론(200)의 이륙과 착륙에 필요한 값들을 계산한다. 예를 들어, 스테이션(100)의 센서부(104)는 초음파 센서, 영상처리 센서, 레이저 거리측정 센서 등을 포함할 수 있다. 스테이션(100)의 센서부(104)는 상술한 센서들을 이용하여 드론(200)과의 거리를 측정할 수 있으며, 측정된 결과를 통해 드론(200)의 이륙과 착륙을 세밀하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 비행을 마치고 착륙하는 드론(200)이 스테이션(100)에 접근하면, 스테이션(100)의 센서부(104)는 드론(200)의 위치와 드론(200)과의 거리를 감지함으로써 드론(200)이 정확한 충전 위치에 착륙할 수 있도록 한다. 이러한 과정에서 스테이션(100)에 포함된 통신부(미도시)가 드론(200)의 통신부와 신호 및 데이터를 송수신할 수도 있다.
스테이션(100)의 제어부(108)는 스테이션(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 스테이션(100)의 제어부(108)는 드론(200)의 접근이 감지되면 드론(200)이 복수의 홀 중에서 어떠한 홀에 착륙할지 결정하거나, 드론(200)이 착륙할 홀의 정확한 위치에 착륙하게끔 드론(200)을 유도하거나, 외부로부터 공급받은 전력을 드론(200)에 공급하여 드론(200)의 배터리를 충전하거나, 충전이 완료된 드론(200)이 다음 명령을 수행하기 위해 이륙하게끔 드론(200)의 비행을 제어할 수도 있다.
도 2는 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 충전 스테이션의 구조를 도시하는 도면이다. 제안하는 실시 예에 따른 드론 충전 스테이션(100, 또는 간단하게 '스테이션')은 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 홀(110)을 포함하도록 구성된다. 복수의 홀(110) 각각은 드론이 안착되는 공간으로, 드론 충전 스테이션(100)은 복수의 홀(110) 각각에 안착되는 복수의 드론에 동시에 전력을 공급하여 복수의 드론들을 동시에 충전할 수 있다. 복수의 홀(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 열과 행을 이루어 스테이션(100) 상에 배열될 수 있으며, 도시된 형태와는 다른 방식으로 배열될 수도 있다.
도 3은 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 시스템의 동작 과정을 도시하는 도면이다. 도 3에서는 스테이션(100)과 드론(200)으로 구성되는 드론 시스템의 전반적인 동작 과정에 대해 설명한다.
일 예에 의하면, 드론 시스템은 주변의 감시 및 보안을 위한 목적으로 동작할 수 있다. 이러한 경우, 드론(200)은 주기적으로 비행하면서 주변 환경을 순찰하거나 특정 위치를 촬영할 수 있다. 드론(200)은 도시의 우범지역을 촬영하거나 해안가를 순찰하기 위해 일정한 고도를 유지하며 비행할 수 있다. 드론(200)이 촬영한 영상을 수집함으로써 스테이션(100)은 특정 위치에 범죄 상황 발생이나 구조 요청이 필요한 상황을 감지할 수 있고, 해당 위치에 필요한 긴급 메시지를 담당 관청 또는 부서에 전송함으로써 적절한 조치가 취해지도록 유도할 수 있다.
한편, 드론(200)은 배터리로 동작하기 때문에 무한정 비행할 수는 없다. 따라서, 드론(200)은 전력이 많이 소모되어 충전할 필요가 있다고 판단한 경우 배터리의 충전을 위해 스테이션(100)으로 착륙한다(210). 또는, 드론(200)은 보유중인 전력이 비행에 충분한 경우라 하더라도 지정된 동작이 완료된 경우, 다음 명령을 수신하기 위해 스테이션(100)에 착륙할 수도 있다(210). 반대로, 충전이 완료된 드론(220)은 사용자나 시스템 입력에 따라 비행하기 위해 스테이션(100)으로부터 이륙할 수 있다(225).
한편, 드론(200)이 스테이션(100)에 착륙하는 과정에 대해 더 설명한다(210). 드론(200)은 스테이션(100)에 마련된 복수의 홀 중 어느 하나에 착륙하여 충전되는데, 드론(200)이 복수의 홀 중에서 자신에게 할당된 어느 하나의 홀에 정확하게 착륙하기 위해서는 세밀한 착륙 위치 제어가 요구된다.
착륙 위치 제어 과정에서, 드론(200)에 마련된 센서와 스테이션(100)에 마련된 센서가 상호간에 동작함으로써 정확한 위치 조절이 가능하게 된다. 예를 들어, 드론(200)이 스테이션(100)에 충분히 근접한 경우, 스테이션(100)에 마련된 하나 이상의 센서(초음파 센서, 영상처리 센서, 레이저 거리측정 센서 등)가 드론(200)을 감지하여 드론(200)의 위치를 세밀하게 조절할 수 있다. 반대로, 드론(200)에 마련된 센서(GPS 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 레이저 거리측정 센서 등)가 스테이션(100)의 홀들을 감지할 수도 있으며, 드론(200)이 주도적으로 자신에게 할당된 홀과의 신호 교환을 통해서 정확한 착륙 위치를 조절할 수도 있다.
도 4는 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 충전 스테이션의 세부 구조를 도시하는 도면이다. 도 4에는 스테이션에 마련된 복수의 홀 중 어느 하나의 구조를 구체적으로 도시한다.
도 4에 도시된 실시 예에서, 홀(110)은 상부(112) 가 개방된 형태로, 상부(112)와 하부(114)는 막대형 또는 원통형 드론(200)이 삽입되어 안착되는 측면(116)으로 연결된다. 도 4에는 홀(110)의 상부(112)와 하부(114)가 다른 직경을 가지도록 구성되어 측면(116)이 연직방향을 기준으로 소정 각도로 기울어진 형태로 구성되나, 홀(110)은 이러한 원뿔 형태의 외형에 한정되는 것은 아니다. 즉, 홀(110)의 상부(112)와 하부(114)가 같은 직경을 갖도록 구성되는 경우 측면(116)은 연직방향을 향하도록 구성되어 홀(110)이 원기둥 또는 원통 형태를 가지게 된다.
또한, 측면(116)은 도 4에 도시된 바와 같이 직선으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 측면(116)은 상부(112)와 하부(114)를 곡선으로 연결하여 전체 홀(110)의 외관이 나팔 형태를 이루게끔 구성될 수도 있다. 또는, 측면(116)은 두 개의 직선이 연결된 형태로 구성되어 전체 홀(110)의 외관이 Y 형태를 이루게끔 구성될 수도 있다.
한편, 홀(110)의 하부(114)의 직경이 상부(112)의 직경 보다 작게 구현되는 경우, 드론(200)이 홀(110)에 안착하기 위해 착륙하는 과정이 좀더 수월하게 수행될 수 있다. 즉, 홀(110)의 상부(112)가 넓게 구성됨으로써, 막대형 드론(200)의 하부면이 홀(110)에 삽입되는 면적이 증가하여 드론(200)의 착륙 과정이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 홀(110)의 상부(112)뿐 아니라 하부(114)도 개방된 형태로 구성될 수 있다. 스테이션이 실외에 설치되는 경우, 하부(114)가 개방되지 않는다면 빗물이나 이물질이 홀(110)에 유입된다면 그대로 쌓여 스테이션의 동작에 방해가 된다. 따라서, 홀(110)의 하부(114)를 개방된 형태로 구성함으로써 스테이션이 정상적으로 동작하게끔 할 수 있다. 한편, 홀(110)의 하부(114)가 개방되는 경우 드론(200)이 하부(114)를 통해 배출되지 않도록, 하부(114)의 직경은 드론(200)의 하부면 직경보다 작게 구현될 수 있다.
도시된 실시 예와는 달리, 홀(110)의 하부(114)에는 드론의 이륙시 발사를 용이하게 하기 위한 발사 부재(미도시)가 마련될 수 있다. 발사 부재는 스프링과 같이 탄성을 갖는 소재 또는 유압식으로 구현되어, 드론의 이륙을 보조하여 이시에 요구되는 전력 소모를 최소화할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 제안하는 다양한 실시 예에 따른 무선 충전 방식을 설명하는 도면이다. 앞서 설명했듯이, 스테이션은 자기유도 방식 또는 자기공명 방식을 통해 드론을 무선으로 충전할 수 있으며, 이하에서 도 5 내지 도 8의 실시 예들을 각각 설명한다.
먼저, 도 5에 도시된 실시 예에 의하면 스테이션의 홀(110)은 측면에 코일(118)이 감겨있는 형태로 구현될 수 있다. 이러한 실시 예에서, 드론(200)이 홀(110)에 안착되면 코일(118)에 전류가 흘러 전자기장을 생성하면, 막대형 드론(200)의 중앙 부분에 마련된 배터리(210)에 유도 전류가 발생하여 배터리(210)가 충전될 수 있다.
도 6에 도시된 실시 예에서, 스테이션의 홀(110)은 하부에 중앙 부분이 돌출되고, 돌출부에 코일(118)이 감겨있는 형태로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 드론(200)이 홀(110)에 안착되면 드론(200)의 하부면에서 충전을 위한 핀(215)이 홀(110)의 돌출부를 따라 배출되며, 코일(118)에 전류가 흘러 전자기장을 발생시키면 핀(215)에 유도 전류가 발생하여 핀(215)과 연결된 배터리(210)가 충전된다.
도 7에 도시된 실시 예에서, 드론(200)이 홀(110)에 안착되면, 홀(110)의 측면을 따라 배치된 무선 충전 패드(119)는 드론(200)의 배터리(210) 부근을 향해 전력을 무선으로 전송할 수 있다. 이러한 무선 전력 전송 기술을 통해서도 드론(200)의 배터리(210)가 충전될 수 있다.
도 8에 도시된 실시 예는 자기공명 방식으로 드론이 충전되는 예를 도시한다. 도 8에서, 스테이션(100) 주변으로 자기장(150)이 형성됨으로써 홀(110)에 안착되는 드론들이 일률적으로 충전되는 방식 또한 고려할 수 있다.
도 9는 제안하는 일 실시 예에 따른 드론 충전 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 9에 도시된 드론 충전 방법은 이상의 도 1 내지 도 8에서 설명한 실시 예들을 시계열적인 흐름에 따라 도시한다. 따라서, 도 9에 구체적으로 도시되거나 설명되지 않더라도 이상에서 설명한 내용들이 도 9의 방법에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
도 9에서, 스테이션은 드론의 접근을 감지한다(S910). 스테이션에 접근하는 드론은 충전을 필요로 하는 드론이므로, 스테이션은 드론의 착륙 위치를 결정한다(S920). 스테이션은 복수의 홀 중에서 어느 하나의 홀을 드론에게 할당하고, 해당 홀에 드론이 정확하게 착륙하도록 드론과 통신을 할 수 있다. 이러한 착륙 과정은 드론에 마련된 센서와 스테이션에 마련된 센서를 이용함으로써 수행될 수 있다.
드론이 스테이션의 홀에 안착되면, 스테이션은 드론의 충전을 시작한다(S930). 드론 충전은 자기유도 방식 또는 자기공명 방식을 이용하여 무선으로 이루어질 수 있다. 충전이 완료되면, 스테이션은 드론이 이륙하여 명령을 수행할 목표 위치를 설정하며(S940), 이러한 과정은 사용자 입력에 의해 수동적으로 수행될 수도 있으며 스테이션 시스템 내부적으로 알고리즘에 따라 수행될 수도 있다. 목표 위치를 입력받은 드론이 이륙하면 스테이션은 드론에게 해당 위치로 비행하여 임무를 수행할 것을 명령한다(S950). 명령에 따라 비행하여 목표 위치에 도착한 드론은 해당 위치를 촬영하거나 순찰하며, 임무를 완수하거나 배터리가 일정 이하로 떨어지는 경우 다시 스테이션으로 복귀하게 된다.
한편, 상술한 방법은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 스테이션 102: 충전부
104: 센서부 106: 전원부
108: 제어부 110: 홀
112: 상부 114: 하부
116: 측면 118: 코일
119: 무선 충전 패드 150: 자기장
200: 드론 202: 배터리
204: 센서부 205: 착륙
206: 제어부 210: 배터리
215: 핀 220: 충전 완료된 드론
225: 이륙

Claims (10)

  1. 무선으로 드론을 충전하는 드론 충전 스테이션에 있어서,
    드론이 충전을 위해 안착되는 하나 이상의 홀;
    충전을 위해 접근한 드론이 상기 하나 이상의 홀 중에서 착륙할 홀을 결정하는 제어부;
    상기 충전을 위해 접근한 드론을 감지하고 상기 드론의 착륙 위치를 조절하는 센서부; 및
    상기 하나 이상의 홀 각각에 마련되어, 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 충전부를 포함하되,
    상기 하나 이상의 홀 각각은 드론이 삽입될 수 있도록 상부가 개방되고 하부로 갈수록 직경이 좁아져 측면이 연직방향을 기준으로 소정의 각도를 형성하고, 상기 하부의 직경은 상기 드론의 바닥면 보다 좁게 형성되고, 상기 드론의 이륙을 보조하는 발사 부재를 포함하며, 상기 발사 부재는 탄성을 갖는 소재 또는 유압식으로 구현되고,
    상기 충전부는 자기 유도 방식을 통해서 상기 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 것인, 드론 충전 스테이션.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전부는 코일을 포함하며, 드론이 안착되면 상기 코일에 전류가 유입되어 상기 안착된 드론의 배터리에 유도 전류를 발생시켜 상기 드론의 배터리를 충전하는 것인, 드론 충전 스테이션.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코일은 상기 하나 이상의 홀 측면에 감겨, 상기 안착된 드론의 중앙 부분에 마련된 배터리에 전력을 공급하는 것인, 드론 충전 스테이션.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 코일은 상기 하나 이상의 홀 하부가 돌출된 돌출부에 감겨, 상기 안착된 드론의 하부면에서 핀이 배출되면 상기 핀을 통해 전력을 공급하는 것인, 드론 충전 스테이션.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충전부는 상기 안착된 드론에 무선으로 전력을 전송하기 위한 충전 패드를 포함하는 것인, 드론 충전 스테이션.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 드론과의 거리를 감지하기 위한 초음파 센서, 영상처리 센서 및 레이저 거리측정 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 드론 충전 스테이션.
  8. 드론 시스템에 있어서,
    명령에 따라 구동되어 비행하며 막대형 또는 원통형의 외형을 가지는 드론; 및
    무선으로 상기 드론을 충전하는 스테이션을 포함하되,
    상기 스테이션은,
    상기 드론이 충전을 위해 안착되는 하나 이상의 홀;
    충전을 위해 접근한 드론이 상기 하나 이상의 홀 중에서 착륙할 홀을 결정하는 제어부;
    상기 충전을 위해 접근한 드론을 감지하고 상기 드론의 착륙 위치를 조절하는 센서부; 및
    상기 하나 이상의 홀 각각에 마련되어, 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 충전부를 포함하되,
    상기 하나 이상의 홀 각각은 드론이 삽입될 수 있도록 상부가 개방되고 하부로 갈수록 직경이 좁아져 측면이 연직방향을 기준으로 소정의 각도를 형성하고, 상기 하부의 직경은 상기 드론의 바닥면 보다 좁게 형성되고, 상기 드론의 이륙을 보조하는 발사 부재를 포함하며, 상기 발사 부재는 탄성을 갖는 소재 또는 유압식으로 구현되고,
    상기 충전부는 자기 유도 방식을 통해서 상기 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 것인, 드론 시스템.
  9. 무선으로 드론을 충전하는 드론 충전 스테이션에 있어서,
    드론이 충전을 위해 안착되는 하나 이상의 홀;
    충전을 위해 접근한 드론이 상기 하나 이상의 홀 중에서 착륙할 홀을 결정하는 제어부;
    상기 충전을 위해 접근한 드론을 감지하고 상기 드론의 착륙 위치를 조절하는 센서부; 및
    상기 하나 이상의 홀 각각에 마련되어, 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 충전부를 포함하되,
    상기 하나 이상의 홀 각각은 드론이 삽입될 수 있도록 상부가 개방되고 하부로 갈수록 직경이 좁아져 측면이 연직방향을 기준으로 소정의 각도를 형성하고, 상기 하부의 직경은 상기 드론의 바닥면 보다 좁게 형성되고, 상기 드론의 이륙을 보조하는 발사 부재를 포함하며, 상기 발사 부재는 탄성을 갖는 소재 또는 유압식으로 구현되고,
    상기 충전부는 자기 공명 방식을 통해서 상기 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 것인, 드론 충전 스테이션.
  10. 스테이션이 무선으로 드론을 충전하는 방법에 있어서,
    드론의 접근을 감지하는 단계;
    상기 스테이션에 마련된 하나 이상의 홀 중에서 상기 접근한 드론에게 할당할 홀을 결정하는 단계;
    상기 결정된 홀에 상기 드론에 안착될 수 있도록 상기 드론과 통신하며 복수의 센서를 이용하여 상기 드론의 착륙을 제어하는 단계;
    상기 결정된 홀에 상기 드론이 안착되면 무선으로 상기 드론을 충전하는 단계;
    상기 드론의 충전이 완료되면 상기 드론이 비행할 목표 위치를 설정하는 단계; 및
    상기 드론이 이륙하면 상기 드론이 상기 목표 위치에서 임무를 수행하도록 상기 드론에게 명령하는 단계를 포함하고,
    상기 하나 이상의 홀 각각은 상기 드론의 이륙을 보조하는 발사 부재를 포함하며, 상기 발사 부재는 탄성을 갖는 소재 또는 유압식으로 구현되는, 드론 충전 방법.
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