KR101873620B1 - 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템 및 그 운용시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 비행시간의 단축 및 자율적인 비행에 영향을 미치는 충전 문제를 해결하기 위한 것으로, 비행 중 배터리 충전이 필요한 드론이 자율적으로 충전스테이션에 접근하거나, 원격제어에 의해 충전스테이션에 접근하여 충전스테이션과 도킹 후 충전하고, 충전이 완료되면 충전스테이션으로부터 분리 후 다시 정상 비행하도록 하는 것이다. 본 발명은 또한, 격납고를 설치하여 비행체의 충전 및 보관이 안전하게 이루어지도록 한다.

Description

비행체의 자율유도를 통한 충전시스템{Charging system for flight flying to charging station}
본 발명은 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템에 관한 것이다.
본 발명은 특히, 비행체의 비행시간을 단축시킬 수밖에 없는 원인이 되는 비행체 전원의 충전 문제를 해결하기 위한 것으로, 비행 중 배터리 충전이 필요하다고 판단된 비행체가 자율적으로 충전스테이션으로 유도비행하거나, 원격제어에 의해 충전스테이션으로 유도비행하여 충전스테이션과 도킹 후 충전하고, 충전이 완료되면 충전스테이션으로부터 분리되어 다시 정상 비행하도록 한 기술에 관한 것이다.
현재 무인 비행체, 예를 들어 드론에서 가장 문제가 되는 부분은, 비행 중 추락으로 인한 인명 피해 및 물적 피해가 발생할 가능성인데, 이에 대한 가장 큰 원인으로 지적되는 것이 충전 문제이다.
이러한 문제는, 드론의 예약된 경로 비행도 수행할 수 없게 만드는 원인이 된다. 따라서 드론의 충전 문제를 해결할 기술이 필요하다.
현재 드론에 대한 충전은, 지상에 착륙한 후에야 가능하도록 시스템화되어 있으므로 충전을 관리하기 위한 관리자가 반드시 있어야 하는 등, 여러 가지 문제점을 드러내고 있다.
무인 비행체를 충전하는 구체적인 종래기술로는 한국특허공개 제10-2014-0078251호가 공개되어 있다.
이 공개기술은, 비행체의 충전지와 연결되는 한편 상기 비행체 일측에 배치되는 충전 전극과 착지면에 배치되어 있는 공급 전극을 접촉시켜 비행체의 착지 시 충전되도록 하는 것으로, 비행체가 착지한 경우, 이 비행체의 지지대 저면에 배치되는 것으로서 충전지와 연결되는 충전 전극과, 착지면에 노출되되 일측에 배치되는 전원 공급부에 연결되는 공급 전극을 상호 접촉시켜 비행체의 충전지를 충전하는 것이다.
비행체가 착지한 때 비행체에 설치된 충전 전극과 착지면에 노출된 공급 전극을 상호 접촉시켜 전원을 충전지측으로 전달하여 충전하는 것이다.
그러나 이와 같은 충전 방법에 따르면 충전이 용이하고, 다수 개의 비행체도 동시 충전이 가능하나, 충전을 위해 비행체가 착지하는 구조가 추가되어 기술 구현이 복잡하고, 자율적인 유도를 통한 충전기로의 이동 기술이 개시되어 있지 않을 뿐만 아니라, 원격에서 제어되는 충전기술은 적용되지 아니한 단점이 있었다.
[선행기술문헌]
한국특허공개 제10-2014-0078251호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 관련된 문제점을 감안하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은, 비행체와 충전스테이션 또는 비행체와 관제소와의 통신을 통해 비행체가 충전스테이션으로 유도비행하여 충전이 가능하도록 한, 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 비행체 구성요소에 사물 인터넷 기능을 부여하여 충전스테이션으로의 자율적인 유도비행 및 자동 충전이 가능하도록 한, 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 비행체의 충전 및 보관을 위한 격납고가 설치되어 이를 편리하게 이용할 수 있도록 한, 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템을 제공하는데 있다.
기타 본 발명의 다른 목적들은 이하에서 설명하는 내용을 통해 유추될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템 은, 관제소로부터 전송되는 충전스테이션의 위치좌표 및 고도좌표를 판독하여 충전스테이션으로 유도비행 후 충전하고, 충전이 완료되면 충전정보를 관제소에 전송하는 비행체; 비행체가 충전이 가능한 범위내에 접근하면, 이를 인지하여 비행체의 유도비행을 제어하고, 충전이 완료되면 충전정보를 관제소에 전송하는 충전스테이션; 비행체의 충전상태를 실시간 검지하고, 충전스테이션으로의 비행을 위해 충전스테이션의 위치좌표 및 고도좌료를 비행체에 전송하는 관제소로 이루어진 것을 특징으로 한다.
비행체는, 관제소의 제어에 의한 충전스테이션으로의 비행 및 충전, 충전스테이션과의 통신에 의한 충전스테이션으로의 비행 및 충전을 제어하는 제어부; 관제소 및/또는 충전스테이션으로부터 충전을 위한 비행 제어신호를 수신하는 수신부; 관제소 및/또는 충전스테이션으로 충전을 위한 비행신호를 전송하는 송신부; 비행체가 충전스테이션으로 자율적으로 유도비행하도록 무선신호를 받는 유도부; 비행체에 대한 충전이 수행되는 상태를 표시하는 표시부; 충전스테이션으로부터 비행체로 공급되는 전기를 충전하는 충전부; 및 비행체가 충전스테이션에서 유선으로 충전될 경우 비행체와 충전스테이션간 물리적 접촉으로 인한 기기적 파손을 방지하는 완충부로 구성된 것을 특징으로 한다.
유도부는, 적외선, 레이저, RF 중 어느 하나의 무선신호를 충전스테이션으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
충전부에 의한 무선 충전은 자기공명 또는 전자기유도 중 어느 하나의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
충전스테이션은, 관제소의 제어에 의한 비행체의 충전스테이션으로의 비행 및 충전, 비행체와의 통신에 의한 충전스테이션으로의 비행 및 충전을 제어하는 제어부; 관제소 및/또는 비행체로부터 충전을 위한 유도비행신호를 수신하는 수신부; 관제소 및/또는 비행체로 충전을 위한 유도비행신호를 전송하는 송신부; 비행체가 충전스테이션으로 유도비행하도록 무선신호를 전송하는 유도부; 비행체에 대한 충전이 수행되는 상태를 표시하는 표시부; 충전스테이션으로부터 비행체로 공급되는 전기를 충전하는 충전부; 및 비행체가 충전스테이션에서 유선으로 충전될 경우 비행체와 충전스테이션간 물리적 접촉으로 인한 기기적 파손을 방지하는 완충부로 구성된 것을 특징으로 한다.
유도부는, 2 개의 극판에 비행체의 충전스테이션으로의 유도비행이 이루어지도록 메인신호발신기와 보조신호발신기를 각각 구성하고, 상기 메인신호발신기는 비행체에 대하여 큰 범위의 유도신호를 발신하고, 보조신호발신기는 작은 범위의 유도신호를 발신함으로써 보조신호발신기의 발신신호에 의해 비행체와 충전스테이션간 도킹이 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.
비행체는 관제소에 운항계획을 예약하고, 그 예약된 바에 따라 관제소의 제어하에 비행하는 것을 특징으로 한다.
충전스테이션은 비행체의 진입 및 탈출이 가능한 격납고가 구성된 것을 특징으로 한다.
격납고는, 제어부; 비행체 및/또는 관제소의 통신을 위한 통신부; 비행체의 충전 및 보관을 위해 개방 및 폐쇄되는 도어부; 도어부를 통해 진입한 비행체를 고정하는 고정부; 태양광을 전기로 변환하여 축전하는 발전축전부; 비행체의 비행 가능여부 판단을 위한 풍향, 우천, 뇌우 및 온도 센싱, 충전 유무, 충전 상태, 충전량을 센셍하는 센싱부; 및 제어부에서 처리된 데이터들을 저장하는 메모리를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
격납고는 방수처리된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템에 따르면, 비행체와 충전스테이션 또는 비행체와 관제소와의 통신을 통해 비행체가 충전스테이션쪽으로 유도비행하여 충전이 가능하도록 함으로써, 비행체의 비행중 발생할 수 있는 전력 소모 등으로 인해 정상비행이 이루어지지 못하는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템에 따르면, 사물인터넷 기능을 부여하여 비행체의 비행 및 충전이 가능하도록 한 것으로 충전 및 그에 관련된 동작들이 모두 자동으로 수행될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템에 따르면, 비행체의 충전 및 보관을 위한 격납고가 설치되어 이를 편리하게 이용할 수 있으며, 태양광을 전기로 변환하여 축전하는 구성과 관제소와의 통신기능을 갖추도록 함으로써 비행체 충전에 관련하여 비행체를 효과적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 개념도.
도 2는 도 1에 구성된 드론의 제어 구성도.
도 3은 도 1에 구성된 충전기의 제어 구성도.
도 4는 도 1에 구성된 관제소의 제어 구성도.
도 5는 도 4에 구성된 관제부의 충전관제부의 제어 구성도.
도 6은 도 4에 구성된 관제부의 고객관제부의 제어 구성도.
도 7a는 본 발명의 드론의 유선충전부를 나타내는 도면.
도 7b는 본 발명의 드론의 무선충전부를 나타내는 도면.
도 8a, 8b는 본 발명의 충전기의 충전원리를 나타내는 도면.
도 8c는 본 발명의 충전기의 형상을 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 격납고의 구성도.
도 10은 본 발명의 드론이 충전기쪽으로 자율 유도비행하는 동작 흐름도.
도 11은 본 발명의 관제부의 제어에 의해 드론이 충전기쪽으로 유도비행하는 동작 흐름도.
도 12는 본 발명의 드론 운항이 관제부에 예약된 스캐쥴에 따라 행해지는 동작 흐름도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 드론의 자율유도를 통한 충전시스템은, 비행체(이하, 드론이라 한다)(100)와 충전스테이션(200)간 통신에 의하여 드론(100)이 충전스테이션(200)으로 유도되어 충전이 이루어지거나 또는 관제소(300)의 제어하에 드론(100)과 충전스테이션(200)간 통신에 의하여 드론(100)이 충전스테이션(200)으로 유도되어 충전이 이루어지는 것인바, 이들 동작이 선택적으로 이루어지게 된다.
드론(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(110), 수신부(120), 송신부(130), 유도부(140), 표시부(150), 충전부(160), 완충부(170)로 구성된다.
제어부(110)는, 드론(100)의 비행과 충전에 관련된 동작을 제어하는 구성이다. 제어부(110)는, 관제소(300)의 제어에 의한 비행 및 충전스테이션(200)으로의 비행, 충전스테이션(200)과의 통신에 의한 비행 및 충전스테이션(200)으로의 비행 등을 제어하게 된다.
수신부(120)는, 관제소(300) 및/또는 충전스테이션(200)으로부터 전송되는 신호를 수신하는 구성이다. 관제소(300)로부터 전송받는 신호는 드론(100)의 비행을 제어하는 제어신호와 충전스테이션(200)으로 유도비행하라는 유도비행 제어신호가 있을 수 있다. 또한 충전스테이션(200)으로부터 전송받는 신호는 충전스테이션(200)으로 유도비행하라는 유도비행 제어신호가 있을 수 있다.
송신부(130)는, 관제소(300) 및/또는 충전스테이션(200)으로 신호를 전송하는 구성이다. 관제소(300)로 전송되는 신호는 현재 비행위치신호와 충전을 위해 충전스테이션(200)으로 유도비행중이라는 유도비행신호, 충전시간 및 충전량 신호가 있을 수 있다. 충전스테이션(200)으로 전송되는 신호는 현재 비행위치신호와, 충전을 위해 충전스테이션(200)으로 유도비행중이라는 유도비행신호가 있을 수 있다.
유도부(140)는, 드론(100)이 충전스테이션(200)으로 자율적으로 유도되도록 동작하는 구성이다. 자율 유도는 예를 들어, 적외선, 레이저, RF 등의 무선신호에 의해 가능하게 된다. 충전스테이션(200)에도 상기 자율 유도 구성에 대응하는 구성이 마련되어야 할 것이다.
표시부(150)는, 충전이 수행되는 상태, 예를 들어 충전중, 충전완료 등을 표시하는 구성이다. 표시부(150)는 예를 들어, LED로 구성될 수 있다.
충전부(160)는, 충전스테이션(200)으로부터 드론(100)으로 공급되는 전기를 충전하는 구성이다.
충전부(160)는, 도 7a에 도시된 바와 같이 다리의 바닥 접촉면에 충전부(160)를 구성하여 유무선 충전이 가능토록 구성될 수 있다. 유선 충전을 위해서는 충전스테이션(200)의 충전부와 접촉하기 위한 접촉단자가 구성될 것이다. 또한, 무선 충전을 위해서는 전자기유도 또는 자기공명 방식 충전이 가능하도록 구성될 것이다. 이를 위해 도 7b에 도시된 바와 같이 무선 충전부가 구성될 수 있다. 한편, 충전스테이션(200)에 착륙시 드론(100)의 하중에 의해 자동으로 접지가 가능하게 된다.
완충부(170)는, 드론(100)이 충전스테이션(200)에서 유선으로 충전될 경우 드론(100)과 충전스테이션(200)의 물리적 접촉으로 인한 기기적 파손 등을 방지하는 구성이다. 이러한 완충부(170)는 드론과 충전기의 접촉시 충격을 완화하도록 스프링, 스펀지 등으로 구성될 수 있다.
충전스테이션(200)은 건물 옥상 및 안테나 등에 설치되는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(210), 수신부(220), 송신부(230), 유도부(240), 표시부(250), 충전부(260), 완충부(270)로 구성된다.
제어부(210)는, 관제소(300)로부터 전송받는 제어신호를 처리하고, 드론(100)에 대한 충전을 제어하는 구성이다. 따라서 제어부(210)는, 드론(100)과의 통신에 의해 드론(100)이 충전스테이션(200)으로 유도비행하도록 제어하게 된다. 제어부(210)는 또한, 관제소(300)의 제어없이 드론(100)이 자체적으로 충전스테이션(200)으로 접근하는 경우 이를 인지하여 충전스테이션(200)으로 유도비행하라는 유도비행 제어신호를 드론(100)에 전송하도록 제어할 수도 있다.
수신부(220)는, 관제소(300) 및/또는 드론(100)으로부터 전송되는 신호를 수신하는 구성이다. 관제소(300)로부터 전송받는 신호는, 드론(100)에 대한 충전제어신호와 드론(100)의 충전시간 및 충전량 정보요청신호가 있을 수 있다. 드론(100)으로부터 전송받는 신호는, 현재 비행위치신호 및 충전스테이션(200)에 도달시간신호가 있을 수 있다.
송신부(230)는, 드론(100) 및/또는 관제소(300)로 신호를 전송하는 구성이다. 드론(100)으로 전송되는 신호는, 충전을 위해 충전스테이션(200)으로 유도비행하라는 유도비행 제어신호가 있을 수 있다. 관제소(300)로 전송되는 신호는 현재 충전스테이션(200)의 위치신호와 충전을 위해 드론(100)이 충전스테이션(200)으로 유도비행중이라는 유도비행신호와, 드론(100)에 대한 충전시간 및 충전량 신호가 있을 수 있다.
유도부(240)는, 드론(100)의 자율 유도가 이루어지도록 동작하는 구성이다. 자율 유도는 드론(100)에 구성된 유도부와 마찬가지로 적외선, 레이저, RF 등의 무선 기능에 의해 가능하게 된다.
표시부(250)는, 충전이 수행되는 상태, 예를 들어 충전중, 충전완료 등을 표시하는 구성이다. 표시부(250)는 예를 들어, LED로 구성될 수 있다.
충전부(260)는, 드론(100)에 대해 전기를 충전하는 구성이다.
충전부(260)는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 드론(100)에 구성된 다리의 바닥 접촉단자를 통한 유선 충전이 가능하도록 구성된다.
다수의 접촉단자를 돌출 형성하여 드론(100)의 충전스테이션(200)에 대한 도킹에 근소한 오차가 발생하더라도 이들 단자 접촉이 가능하여 유선 충전이 가능하도록 한다. 또한, 무선 충전일 경우 전자기유도, 자기공명 방식의 충전이 가능하도록 한다. 이를 위해 극판 중심부 및 각각의 극판 위 중심부 주변에 IR신호 발신 기능이 주어지게 되며, 극판을 두 부분으로 나누고, 이들 분리된 구성에 각각 보조 IR 발신부를 구성하여 드론(100)의 접근을 위한 유도비행신호 방사가 가능하도록 한다.
따라서 드론(100)은 충전스테이션(200)의 위치파악을 위한 GPS 신호(X, Y좌표 및 고도좌표인 Z좌표 포함)에 따라 충전스테이션(200)에 접근한 후, 일단 큰 각도로 방사되는 메인 IR신호를 포착하여 충전스테이션(200)에 대한 도킹을 시도하며, 도킹 중 보조 IR신호를 포착하여 정밀하게 위치를 변경하면서 충전스테이션(200)의 충전부(260)에 형성된 충전 극판 위에 착륙하게 된다.
다만, 이때 넓게 방사되는 메인 IR신호의 각도 범위 안에 보조 IR신호가 포함되어 있어야 정밀한 도킹이 이루어질 수 있을 것이다.
상기 충전 극판은 대략의 범위를 포함시킬 수 있도록 구성하며, 착륙 후 단자 접촉이 용이하도록 다수 단자를 구성하고, 극판은 외부에 노출되므로 우천 혹은 눈 오는 곳에서 빗물이 빠져 나갈 수 있는 구조로서, 예를 들어 눈을 녹일 수 있는 열선 등이 포함되도록 구성하는 것이 바람직하다.
무선 충전을 위해서는 도 8c에 도시된 바와 같이 원뿔 형태의 무선 충전기를 구성할 수 있다.
완충부(270)는, 상기 드론(100)에 대한 충전이 유선으로 수행되는 경우 드론(100)과 충전스테이션(200)의 물리적 접촉으로 인한 기기적 파손 등을 방지하도록 하는 구성이다. 이러한 완충부(270)는 충격 완화를 위해 스프링, 스펀지 등으로 구성될 수 있다.
한편, 드론(100)은 충전스테이션(200)에 인접하여 설치될 수 있는 드론 격납고를 통해 비, 눈, 먼지 등으로부터 보호하고, 관제소와의 통신을 통한 상태점검 및 태양광을 통한 자체 전력 생산과 저장을 통해 외부 전원없이 충전이 가능하도록 구성할 수도 있다.
상기 격납고는 도 9에 도시된 바와 같이, 제어부(410)와, 드론 및/또는 관제소의 통신을 위한 통신부(420)와, 드론(100)이 충전스테이션으로 자율 유도비행하면 개방되어 드론의 진입을 허용한 후 폐쇄된 상태에서 충전이 가능하도록 하고, 충전이 완료되면 다시 개방되어 드론(100)이 빠져나가는 도어부(430)와, 예를 들어 해양 부표 위에 설치되어 태풍이나 풍랑 등에 의해 크게 움직일 염려가 있을 경우 드론을 와이어, 자석, 록킹 등의 방법으로 고정하는 고정부(440)와, 태양광을 이용한 자가발전 및 이를 통해 발전된 전력을 저장하는 것으로, 외부 전력 공급 없이 격납고의 지붕 등을 태양광 패널로 하여 전력을 생산하고 격납고 내외부에 구성될 수 있는 축전장치에 축전한 후 드론 충전에 활용하는 발전축전부(450)와, 드론(100)의 비행 가능여부 판단을 위한 각종 센싱 기능, 충전 유무, 충전 상태, 충전량 및 드론 비행 가능여부 판단을 위한 풍향, 우천, 뇌우 및 온도 등을 측정하는 센싱부(460)와, 제어부(410)에서 처리된 데이터들을 저장하는 메모리(470)로 구성된다.
격납고는, 예를 들어 우천시 충전 및 드론 격납에 지장이 없도록 하는 방수기능도 가지고 있다.
관제소(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 관제부(310), 회원정보부(320), 수집정보처리부(330)로 구성된다.
회원정보부(320)는, 등록된 드론 정보, 그 소유자인 회원정보, 본 발명 충전시스템을 이용한 서비스료 관련, 즉 인증, 관금, 결제, 수금 정보에 대한 DB를 포함한다.
관제부(310)는, 각 충전스테이션(200)의 위치, 드론(100)이 현재 어느 충전스테이션으로부터 충전 중인지 판단, 사용 가능한 충전스테이션 판단, 드론 인증, 과금, 수금, 결제 정보, 드론의 위치, 충전시간, 충전량, 충전 이상유무, 드론의 충전스테이션에 대한 도킹 및 분리 판단, 드론의 비행 스케줄링을 포함한 드론 운행계획 등을 총괄적으로 제어하는 구성으로, 충전관제부(311)와 고객관제부(315)로 구성된다.
충전관제부(311)는, 충전을 위한 드론(100)과 충전스테이션(200)의 제어, 충전스테이션(200)에 대한 드론(100)의 도킹 제어, 드론(100)이 현재 충전중인지 여부, 충전중인 충전스테이션 위치, 충전정보, 과전류, 누전 등의 고장유무 등을 모니터링 하는 사용상태모니터링과, 이들 모든 부분에 대한 원격제어를 수행한다.
고객관제부(315)는 운행점검과 탑재기능점검으로 구성되며, 운행점검은 고객(드론 소유자)의 드론(100)의 운행 및 방향, 목적지 등을 점검하는 것으로, 실시간 직접 점검과, 미리 예약하여 택배 및 정찰 등 예약 지역의 정기적 관찰 등을 미리 설정하여 운행하는 스케쥴점검을 수행한다.
탑재기능점검은, 드론(100)의 실제 운행중인 상태와는 관계없이 드론(100)에 탑재된 여러 가지 기능들을 점검하는 것으로, 예를 들어 카메라, 마이크 및 기타 기기와 인터페이스를 통해 기기 관제 및 모니터링하는 것이다.
수집정보처리부(330)는, 드론(100)에 탑재된 각종 센서 및 정보 수집기기 등을 통해 전송받은 데이터를 저장, 분류, 수집, 검색, 전송하는 구성으로, 크게 수집DB 시스템과 이를 외부에 전송하는 외부인터페이스부로 구성된다.
외부인터페이스부는 위의 모든 기능들 및 이를 통해 수집된 데이터가 승인된 외부 유저들에게 다양한 형태로, 예를 들어 PC 웹 및 스마트폰 앱 등으로 구현되도록 하는 것으로, 예를 들어 Map 서버는 이동체라는 드론(100)의 특성상 모든 모니터링 및 관제 등에 필요한 위치정보의 기본인 Map 및 위성사진을 통해 제공하는 기능을 수행한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 드론의 자율유도를 통한 충전시스템은, 드론(100)과 충전스테이션(200)간 통신은 레이저, 적외선통신, 단거리통신(블루투스, RFID, NFC, Zigbee 등)과, 장거리 통신(2G, 3G, 4G. 5G 등)이 모두 적용 가능하다.
드론(100)과 관제소(300)간 통신은 장거리 무선통신이 적용 가능하고, 충전스테이션(200)과 관제소(300)간 통신은 장거리 통신이 가능한 유무선 통신(Wi-Fi, @G, 유선통신 등)의 적용이 가능하다.
본 발명은, 드론(100)의 비행 목적에 따라 관제소(300)에 비행 예약을 할 경우 자율적인 비행이 가능하도록 설정 가능하다. 예를 들어, 택배업무의 경우 A지점에서 물건을 수령하여 B지점에 배송한 후, C지점까지의 비행중 중간에 배터리 충전이 필요하게 되면, 가장 근접한 충전스테이션을 관제소(300)의 제어하에 검색하여 충전하게 된다. 이후, 다시 D지점으로 비행하여 택배물건을 수령한 후 배송을 위해 E지점으로 비행하는 식이다.
도 10은 본 발명의 드론이 충전스테이션으로 자율 유도비행하는 동작 흐름도이다.
드론(100)은 비행중인 현재위치를 파악하고, 가장 가까운 충전스테이션(200)을 검색하게 된다. 이러한 검색은 관제소(300)의 제어하에 이루어질 수 있으며, 관제소(300)로부터 전송되는 상기 가장 가까운 충전스테이션(200)의 위치좌표(GPS)와 고도좌표를 수신부(120)를 통해 수신하면, 이를 제어부(110)에서 처리함으로써 상기 충전스테이션(200)의 좌표상 고도까지 비행하게 된다.
드론(100)은 상기 관제소(300)로부터 전송되는 충전스테이션(200)의 위치좌표 및 고도좌표로의 비행 중, 충전스테이션(200)으로부터 전송되는 유도비행신호가 수신되는지를 유도부(140)를 통해 검지하게 된다.
유도부(140)에 의해 검지되는 충전스테이션(200)으로부터의 유도비행신호는 제어부(110)에 입력되고, 이를 처리한 제어부(110)의 제어에 의해 드론(100)과 충전스테이션(200)간 통신이 이루어지게 된다.
드론(100)과 충전스테이션(200)간에 통신이 가능한 상태가 되면, 충전스테이션(200)에 의해 드론(100)의 비행이 제어되며, 충전스테이션(200)은 유도부(240)를 통해 드론(100)의 유도비행신호를 계속 드론(100)에 전송함으로써 드론(100)의 유도부(140)에 충전스테이션(200)으로부터의 유도비행신호가 연속으로 검지되고, 이러한 유도비행신호는 제어부(110)에서 연속으로 처리되면서 제어부(110)의 제어에 의해 드론(100)이 충전스테이션(200)쪽으로 유도비행하게 된다.
충전스테이션(200)쪽으로 유도비행한 드론(100)은 충전스테이션(200)와 도킹하게 된다.
드론(100)의 충전스테이션(200)에 대한 도킹이 이루어지면, 드론(100)의 충전부(160)와 충전스테이션(200)의 충전부(260)를 통해 드론(100)에 대한 충전이 수행된다. 이는 유무선이 선택적으로 가능하게 되며, 이에 대해서는 상술한 바와 같다.
충전중에는 드론(100)의 표시부(150)와 충전스테이션(200)의 표시부(250)를 통해 각각 충전상태를 표시하게 된다.
또한, 충전중인 상태는 충전부(160)로부터 입력되는 신호를 드론(100)의 제어부(110)가, 충전부(260)로부터 입력되는 신호를 충전스테이션(200)의 제어부(210)가 각각 처리하며, 드론(100) 및/또는 충전스테이션(200)으로부터 관제소(300)에 충전신호가 전송된다. 즉 상기 충전신호는 드론(100)의 송신부(130) 및/또는 충전스테이션(200)의 송신부(230)를 통해 관제소(300)에 전송된다.
충전이 완료되면, 이러한 상황이 드론(100)의 제어부(110)의 제어에 의해 표시부(150)에 표시되고, 충전스테이션(200)의 제어부(210)의 제어에 의해 표시부(250)에 각각 표시되며, 충전완료신호가 드론(100)의 송신부(130) 및/또는 충전스테이션(200)의 송신부(230)를 통해 관제소(300)에 전송된다.
이후, 충전스테이션(200)의 유도부(240)로부터 드론(100)에 대한 유도비행신호가 방사되지 않도록 제어부(210)에서 제어하게 되며, 이에 따라 충전스테이션(200)에 의한 드론(100)의 비행 통제권이 해제된다. 또는 소정 위치좌표와 고도좌표까지 드론(100)이 비행함으로써 자동적으로 충전스테이션(200)의 비행 통제권이 해제되도록 한다.
이후, 드론(100)은 목적한 바에 따라 비행을 계속하게 된다.
도 11은 본 발명의 관제소(300)의 제어에 의해 드론(100)이 충전스테이션(200)으로 유도비행하는 동작 흐름도이다.
관제소(300)에서는 충전스테이션(200)의 인근에서 비행중인 드론(100)의 충전량 정보를 실시간 확인하게 된다. 확인은 충전량 정보가 드론(100)의 송신부(130)를 통해 관제소(300)로 실시간 전송됨으로써 가능하게 된다.
이와 같은 드론(100)의 충전량 정보를 관제소(300)에서 처리한 결과, 드론(100)의 충전이 필요하다고 판단되는 경우 관제소(300)는 이용 가능한, 즉 가장 인접한 충전스테이션(200)의 위치좌표 및 고도좌표를 드론(100)에 전송한다.
따라서 드론(100)은 상기 관제소(300)로부터 전송되는 가장 인접한 충전스테이션(200)의 위치좌표 및 고도좌표를 수신부(120)를 통해 수신하고, 이를 제어부(110)에서 처리하여 상기 좌표상 고도까지 비행하게 된다.
드론(100)은 상기 관제소(300)로부터 전송되는 충전스테이션(200)의 위치좌표 및 고도좌표로의 비행 중, 충전스테이션(200)으로부터 전송되는 유도비행신호가 수신되는지를 유도부(140)를 통해 검지하게 된다.
유도부(140)에 의해 검지되는 충전스테이션(200)으로부터의 유도비행신호는 제어부(110)에 입력되고, 이를 처리한 제어부(110)의 제어에 의해 드론(100)과 충전스테이션(200)간 통신이 이루어지게 된다.
드론(100)과 충전스테이션(200)간에 통신이 가능한 상태가 되면, 충전스테이션(200)에 의해 드론(100)의 비행이 제어되며, 충전스테이션(200)은 유도부(240)를 통해 드론(100)의 유도비행신호를 계속 드론(100)에 전송함으로써 드론(100)의 유도부(140)에 충전스테이션(200)으로부터의 유도비행신호가 연속으로 검지되고, 이러한 유도비행신호는 제어부(110)에서 연속으로 처리되면서 제어부(110)의 제어에 의해 드론(100)이 충전스테이션(200)으로 유도비행하게 된다.
충전스테이션(200)으로 유도비행한 드론(100)은 충전스테이션(200)에 도킹된다.
드론(100)의 충전스테이션(200)에 대한 도킹이 이루어지면, 드론(100)의 충전부(160)와 충전스테이션(200)의 충전부(260)를 통해 드론(100)에 대한 충전이 수행된다.
충전중에는 드론(100)의 표시부(150)와 충전스테이션(200)의 표시부(250)를 통해 각각 충전상태를 표시하게 된다.
또한, 충전중인 상태는 충전부(160)로부터 입력되는 신호를 드론(100)의 제어부(110)가, 충전부(260)로부터 입력되는 신호를 충전스테이션(200)의 제어부(210)가 각각 처리하며, 드론(100) 및/또는 충전스테이션(200)으로부터 관제소(300)에 충전신호가 전송된다. 즉, 상기 충전신호는 드론(100)의 송신부(130) 및/또는 충전스테이션(200)의 송신부(230)를 통해 관제소(300)에 전송된다.
충전이 완료되면, 이러한 상황이 드론(100)의 제어부(110)의 제어에 의해 표시부(150)에 표시되고, 충전스테이션(200)의 제어부(210)의 제어에 의해 표시부(250)에 각각 표시되며, 충전완료신호가 드론(100)의 송신부(130) 및/또는 충전스테이션(200)의 송신부(230)를 통해 관제소(300)에 전송된다.
이후, 충전스테이션(200)의 유도부(240)로부터의 유도비행신호가 발생하지 않도록 제어부(210)에서 제어하게 되며, 이에 따라 충전스테이션(200)에 의한 드론(100)의 비행 통제권이 해제된다. 또는 소정 위치좌표와 고도좌표까지 드론(100)이 비행함으로써 자동적으로 충전스테이션(200)의 비행 통제권이 해제되도록 한다.
이후, 드론(100)은 목적한 바에 따라 비행을 계속하게 된다.
도 12는 본 발명의 드론 운행이 관제부에 예약된 스케줄에 따라 행해지는 동작 흐름도이다.
드론(100)의 운항 계획(비행경로, 비행시간 등)이 관제소(300)에 예약된다.
또한, 드론(100)은 비행 도중 충전을 할 충전스테이션(200)을 예약한다.
이러한 충전스테이션(200)의 예약은, 예를 들어 비행경로 및 비행시간 등을 토대로 비행중 배터리 소모 정도를 미리 판단해보고, 반드시 배터리 충전이 필요한 시점이 아니더라도 안전을 위해 미리 배터리를 충전할 상황이 발생할 수 있음을 감안하여 충전스테이션(200)을 예약하는 것이며, 이러한 예약정보는 관제소(300)에 저장 관리된다.
물론, 상기 도 10 및 도 11에서와 같이 관제소(300)가 비행중인 드론(100)으로부터 충전량 정보를 실시간으로 전송받고, 이를 처리하여 충전이 필요한지를 판단하며, 현재의 비행위치상 가장 인접한 충전스테이션(200)의 위치정보를 드론(100)에 전송함으로써, 드론(100)이 충전스테이션(200)쪽으로 자율 비행유도되어 충전이 수행되도록 하는 동작은 도 11에서도 유효하게 이루어진다.
상기 드론(100)의 운항 계획 및/또는 충전 계획이 관제소(300)에 저장 관리되는 상태에서 드론(100)이 예약된 운향 계획에 따라 비행을 하게 된다.
이러한 상태에서, 충전스테이션(200)으로부터 전송되는 유도비행신호가 있는지를 유도부(140)에서 연속으로 검지하게 되며, 유도부(140)에 의해 검지되는 충전기(200)로부터의 유도비행신호는 제어부(110)에 입력되고, 이를 처리한 제어부(110)의 제어에 의해 드론(100)과 충전기(200)간 통신이 이루어지게 된다.
드론(100)과 충전스테이션(200)간에 통신이 가능한 상태가 되면, 충전스테이션(200)에 의해 드론(100)의 비행이 제어되며, 충전스테이션(200)은 유도부(240)를 통해 드론(100)의 유도비행신호를 계속 드론(100)에 전송함으로써 드론(100)의 유도부(140)에 충전스테이션(200)으로부터의 유도비행신호가 연속으로 검지되고, 이러한 유도비행신호는 제어부(110)에서 연속으로 처리되면서 제어부(110)의 제어에 의해 드론(100)이 충전스테이션(200)쪽으로 유도비행하게 된다.
충전스테이션(200)으로 유도비행한 드론(100)은 충전스테이션(200)에 도킹된다.
드론(100)의 충전스테이션(200)에 대한 도킹이 이루어지면, 드론(100)의 충전부(160)와 충전스테이션(200)의 충전부(260)를 통해 드론(100)에 대한 충전이 수행된다.
충전중에는 드론(100)의 표시부(150)와 충전스테이션(200)의 표시부(250)를 통해 각각 충전상태를 표시하게 된다.
또한, 충전중인 상태는 충전부(160)로부터 입력되는 신호를 드론(100)의 제어부(110)가, 충전부(260)로부터 입력되는 신호를 충전스테이션(200)의 제어부(210)가 각각 처리하며, 드론(100) 및/또는 충전스테이션(200)으로부터 관제소(300)에 충전신호가 전송된다. 즉 상기 충전신호는 드론(100)의 송신부(130) 및/또는 충전기(200)의 송신부(230)를 통해 관제소(300)에 전송된다.
충전이 완료되면, 이러한 상황이 드론(100)의 제어부(110)의 제어에 의해 표시부(150)에 표시되고, 충전스테이션(200)의 제어부(210)의 제어에 의해 표시부(250)에 표시되며, 충전완료신호가 드론(100)의 송신부(130) 및/또는 충전스테이션(200)의 송신부(230)를 통해 관제소(300)에 전송된다.
이후, 충전스테이션(200)의 유도부(240)로부터의 유도비행신호가 발생하지 않도록 제어부(210)에서 제어하게 되며, 이에 따라 충전스테이션(200)에 의한 드론(100)의 비행 통제권이 해제된다. 또는 소정 위치좌표와 고도좌표까지 드론(100)이 비행함으로써 자동적으로 충전스테이션(200)의 비행 통제권이 해제되도록 한다.
이후, 드론(100)은 운항 예약 사항에 따라 비행을 계속하게 된다.
100 : 드론 110, 210 : 제어부
120, 220 : 수신부 130, 230 : 송신부
140, 240 : 유도부 150, 250 : 표시부
160, 260 : 충전부 170, 270 : 완충부
200 : 충전스테이션 300 : 관제소
310 : 관제부 311 : 충전관제부
315 : 고객관제부 320 : 회원정보부
330 : 수집정보처리부

Claims (12)

  1. 비행체와 충전스테이션간 통신에 의하여 비행체가 충전스테이션으로 유도되어 충전이 이루어지거나 또는 관제소의 제어하에 비행체와 충전스테이션간 통신에 의하여 비행체가 충전스테이션으로 유도되어 충전이 이루어지도록 한 것으로서,
    관제소로부터 전송되는 충전스테이션의 위치좌표 및 고도좌표를 판독하여 충전스테이션으로 유도비행 후 충전하고, 충전이 완료되면 충전정보를 관제소에 전송하도록,
    상기 관제소의 제어에 의한 충전스테이션으로의 비행 및 충전 또는 충전스테이션과의 통신에 의한 충전스테이션으로의 비행 및 충전을 제어하는 제어부;
    상기 관제소 또는 충전스테이션으로부터 충전을 위한 비행 제어신호를 수신하는 수신부;
    상기 관제소 또는 충전스테이션으로 충전을 위한 비행신호를 전송하는 송신부;
    상기 비행체가 충전스테이션으로 자율적으로 유도비행하도록 무선신호를 받는 유도부;
    상기 유도부는 충전스테이션의 위치파악을 위한 GPS 신호(X, Y좌표 및 고도좌표인 Z좌표 포함)에 따라 충전스테이션에 접근한 후, 일단 큰 각도로 방사되는 메인 IR신호를 포착하여 충전스테이션에 대한 도킹을 시도하도록 하고, 도킹 중 보조 IR신호를 포착하여 위치를 변경하면서 충전스테이션의 충전부에 형성된 충전 극판 위에 착륙하여 유선 충전이 가능하도록 하는 것,
    상기 비행체에 대한 충전이 수행되는 상태를 표시하는 표시부;
    상기 충전스테이션으로부터 비행체로 공급되는 전기를 충전하는 충전부; 및
    상기 충전부는 다리의 바닥 접촉면에 의해 유무선 충전이 가능하도록 구성된 것,
    상기 비행체가 충전스테이션에서 유선으로 충전될 경우 비행체와 충전스테이션간 물리적 접촉으로 인한 기기적 파손을 방지하는 완충부로 구성된 비행체;
    상기 비행체가 충전이 가능한 범위내에 접근하면, 이를 인지하여 비행체의 유도비행을 제어하고, 충전이 완료되면 충전정보를 관제소에 전송하도록,
    상기 관제소의 제어에 의한 비행체의 충전스테이션으로의 비행 및 충전 또는 비행체와의 통신에 의한 충전스테이션으로의 비행 및 충전을 제어하는 제어부;
    상기 관제소 또는 비행체로부터 충전을 위한 유도비행신호를 수신하는 수신부;
    상기 관제소 또는 비행체로 충전을 위한 유도비행신호를 전송하는 송신부;
    상기 비행체가 충전스테이션으로 유도비행하도록 무선신호를 전송하는 유도부;
    상기 유도부는 2 개의 극판에 비행체의 충전스테이션으로의 유도비행이 이루어지도록 메인신호발신기와 보조신호발신기를 각각 구성하고, 상기 메인신호발신기는 비행체에 대하여 큰 범위의 유도신호를 발신하고, 보조신호발신기는 작은 범위의 유도신호를 발신함으로써 보조신호발신기의 발신신호에 의해 비행체와 충전스테이션간 도킹이 이루어지도록 한 것,
    상기 비행체에 대한 충전이 수행되는 상태를 표시하는 표시부;
    상기 충전스테이션으로부터 비행체로 공급되는 전기를 충전하는 충전부; 및
    상기 충전부는 다수의 접촉단자를 돌출 형성하여 비행체의 충전스테이션에 대한 도킹에 오차가 발생하더라도 이들 단자 접촉이 가능하여 유선 충전이 가능하도록 한 것,
    상기 비행체가 충전스테이션에서 유선으로 충전될 경우 비행체와 충전스테이션간 물리적 접촉으로 인한 기기적 파손을 방지하는 완충부로 구성된 충전스테이션;
    상기 충전스테이션은 비행체의 진입 및 탈출이 가능하도록,
    제어부;
    비행체 또는 관제소의 통신을 위한 통신부;
    비행체의 충전 및 보관을 위해 개방 및 폐쇄되는 도어부;
    도어부를 통해 진입한 비행체를 고정하는 고정부;
    태양광을 전기로 변환하여 축전하는 발전축전부;
    비행체의 비행 가능여부 판단을 위한 풍향, 우천, 뇌우 및 온도 센싱, 충전 유무, 충전 상태, 충전량을 체크하고 관리하는 센싱부; 및
    상기 제어부에서 처리된 데이터들을 저장하는 메모리를 포함하여 구성된 격납고가 구성된 것,
    상기 비행체의 충전상태를 실시간 검지하고, 충전스테이션으로의 유도비행을 위해 충전스테이션의 위치좌표 및 고도좌표를 비행체에 전송하는 관제소로 이루어지고,
    충전이 완료되면, 충전완료신호가 비행체 또는 충전스테이션으로부터 관제소에 전송되며, 충전스테이션의 유도부로부터의 유도비행신호가 발생하지 않음으로써 충전 스테이션에 의한 비행체의 비행 통제권이 해제되도록 하거나 또는 소정 위치좌표와 고도좌표까지 비행체가 비행함으로써 자동적으로 충전스테이션의 비행 통제권이 해제되도록 하는 것을 특징으로 하는 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 비행체의 유도부는 적외선, 레이저, RF 중 어느 하나의 무선신호를 충전스테이션으로 전송하는 것을 특징으로 하는 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비행체의 충전부에 의한 무선 충전은 자기공명 또는 전자기유도 중 어느 하나의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 충전 스테이션의 유도부는 적외선, 레이저, RF 중 어느 하나의 무선신호를 비행체로 전송하는 것을 특징으로 하는 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 충전 스테이션의 충전부에 의한 무선 충전은 자기공명 또는 전자기유도 중 어느 하나의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 비행체는 관제소에 운항계획을 예약하고, 그 예약된 바에 따라 관제소의 제어하에 비행하는 것을 특징으로 하는 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서, 상기 격납고는 방수처리된 것을 특징으로 하는 비행체의 자율유도를 통한 충전시스템.
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