KR101909893B1

KR101909893B1 - 무인기 도킹스테이션

Info

Publication number: KR101909893B1
Application number: KR1020170022202A
Authority: KR
Inventors: 송용규
Original assignee: 한국항공대학교산학협력단
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2018-10-19
Also published as: KR20180096045A

Abstract

본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션은 베이스부; 일단이 베이스부에서 기립형성된 지지부; 지지부 타단의 지지를 받아 베이스부에서 소정 거리만큼 이격 형성되어 무인기의 도킹을 가이드하는 도킹부; 복수의 관절구조로 이루어져 일단이 베이스부에 기립형성되며 말단부에 집게가 형성되어 있는 로봇팔; 로봇팔을 제어하기 위한 로봇팔 제어부; 무인기에 사용되는 복수의 배터리가 구비된 배터리 충전판; 및 배터리 충전판을 제어하기 위한 배터리 충전판 제어부;를 포함하여, 도킹을 시도하는 무인기를 가이드 함으로써, 해당 무인기를 도킹스테이션 중앙부에 정확히 도킹시킬 수 있는 효과가 있으며, 무인기를 도킹위치에 정확히 도킹시킴으로써 이후 진행되는 배터리의 교체, 충전 또는 정보획득 등과 같은 작업이 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

무인기 도킹스테이션{UAV DOCKING STATION}

본 발명은 무인기 도킹스테이션에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 도킹면이 비스듬하게 형성된 형상을 가진 도킹부에 의해 비행중인 무인기가 정확하게 착륙할 수 있도록 가이드하고, 이후 도킹부에 형성된 도킹홀을 통해 출입가능한 로봇팔에 의해 배터리 충전이나 교체가 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 무인기 도킹스테이션에 관한 것이다.

종래 무인기들은 GPS, 비콘, 또는 영상유도 방법을 이용해 상공에서 도킹스테이션으로 도킹되었다. 이러한 방법들은 수평 위치 오차를 상당히 줄이고 주어진 방향을 대략 유지할 수는 있었지만, 무인기를 도킹스테이션에 정확하게 도킹시킬 수 없는 문제점이 있다.

또한, 상술한 바와 같은 무인기의 부정확한 도킹은 작업자가 무인기의 배터리 교체 등과 같은 작업을 직접 손으로 수행해야하는 번거로운 문제점을 발생시킨다.

대한민국 등록특허공보 제10-164199호(2016.07.11)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해, 복수의 도킹면이 비스듬하게 형성된 형상을 가진 도킹부에 의해 비행중인 무인기가 정확하게 착륙할 수 있도록 가이드하는 무인기 도킹스테이션의 제공을 목적으로 하고, 또한 도킹부에 형성된 도킹홀을 통해 출입가능한 로봇팔에 의해 배터리 충전이나 교체가 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 무인기 도킹스테이션의 제공을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션은 베이스부; 일단이 상기 베이스부에서 기립형성된 지지부; 상기 지지부 타단의 지지를 받아 상지 베이스부에서 소정 거리만큼 이격 형성되어 무인기의 도킹을 가이드하는 도킹부; 복수의 관절구조로 이루어져 일단이 상기 베이스부(110)에 기립형성되며 말단부에 집게가 형성되어 있는 로봇팔; 상기 로봇팔을 제어하기 위한 로봇팔 제어부; 상기 무인기에 사용되는 복수의 배터리가 구비된 배터리 충전판; 및 상기 배터리 충전판을 제어하기 위한 배터리 충전판 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션의 상기 도킹부는 상기 무인기의 몸체가 도킹되는 중앙의 천공된 도킹홀; 상기 도킹홀에서 하방 가장자리 방향으로 비스듬히 형성된 도킹면; 및 상기 도킹면 가장자리 변 중앙에서 상기 도킹홀로 이르는 거리가 내측으로 절곡되어 형성된 도킹홈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션의 상기 도킹부는 중앙에 천공된 도킹홀; 상기 도킹홀을 중심으로 십(＋)자 구조로 형성된 도킹홈; 상기 지지부가 상부로 연장형성된 꼭지점(P), 도킹홀, 및 상기 도킹홈의 말단이 연결되어 비스듬하게 형성된 복수의 도킹면;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션은 도킹스테이션의 기하학적 형상에 의해 도킹을 시도하는 무인기를 가이드 함으로써, 해당 무인기를 도킹스테이션 중앙부에 정확히 도킹시킬 수 있는 효과가 있으며, 무인기를 도킹위치에 정확히 도킹시킴으로써 이후 진행되는 배터리의 교체, 충전 또는 정보획득 등과 같은 작업이 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션은 상술한 바와 같은 효과들로 이해 작업효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션의 상공에 무인기가 위치한 상태를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션에 무인기가 도킹된 상태를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션에 무인기가 부정확하게 도킹된 상태를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션에 무인기가 정확하게 도킹된 상태를 도시한 평면도, 및
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션에 무인기가 정확하게 도킹된 상태를 도시한 사시도 이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션의 상공에 무인기가 위치한 상태를 도시한 사시도 이다.

본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션의 설명에 앞서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 무인기(200)는 몸체(210)와 상기 몸체(210)에서 방사형으로 뻗어 형성된 복수의 착륙다리(220), 및 복수의 프로펠러(230) 등을 포함한다.

이어, 본 발명에 따른 무인기 도킹스θ테이션에 대하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스부(110), 지지부(120), 도킹부(130), 로봇팔(140), 로봇팔 제어부(150), 배터리 충전판(160), 및 배터리 충전판 제어부(170)를 포함한다.

상기 베이스부(110)는 사각형상으로 이루어져, 본 발명에 따른 도킹스테이션(100)의 기능을 수행하는 각종 구성들을 포함한다.

본 발명에서 상기 베이스부(110)는 사각형상인 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 오각형, 육각형 등 무인기에 형성된 착륙다리의 개수에 대응되도록 다양한 형상으로 실시될 수 있다.

한편, 상기 지지부(120)는 복수개로 구성되어, 일단이 상기 베이스부(100)의 각 꼭지점 부분에서 기립형성되며, 타단이 상기 도킹부(130)에 결합되어 해당 도킹부(130)를 지지한다.

상기 도킹부(130)는 상기 지지부(120)의 지지를 받아 소정 간견만큼 이격되어 상기 베이스부(100)와 대응되는 위치에 형성된다.

구체적으로, 상기 도킹부(130)는 도킹홀(131), 도킹면(132), 및 도킹홈(133)을 포함하며, 상기 도킹홀(131)이 볼록하게 상부로 융기된 형상을 가진다.

보다 구체적으로, 상기 도킹홀(131)은 상기 도킹부(130)의 중앙에 천공되어 형성된 홀로, 상기 무인기(200)가 착륙함에 따라 해당 무인기(200)의 몸체(210)가 수용되는 공간이다.

상기 도킹홀(131)은 상기 무인기(200)의 몸체(210)를 수용하기도 하지만, 상기 로봇팔(140)에 의한 배터리 교체작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 용도로 형성된 구성이다.

상기 도킹면(132)은 상부의 상기 도킹홀(131)에서 하방의 가장자리 부분(변)으로 비스듬히 형성되며, 상기 지지부(120)의 개수와 대응되는 개수만큼 형성된다.

여기서, 상기 가장자리 변은 복수의 상기 지지부(120) 중, 근거리에 이웃하는 상기 지지부(120)의 타단 사이를 잇는 변에 해당된다.

한편, 상기 도킹홈(133)은 상기 도킹홀(131)에서 상기 가장자리 변 중간 지점을 잇는 수직선이 안쪽으로 눌림 절곡됨에 따라 형성된다.

이때, 상기 도킹면(132)은 상술한 바와 같이 상기 도킹홈(133)이 형성됨에 따라, 상기 도킹홈(133)을 기준으로 양측으로 구획되어 소정의 각도(θ)를 가지는 A면과 B면이 형성되게 되는데, 상기 A면과 B면은 착륙하는 무인기의 착륙다리(220)를 가이드하여, 해당 착륙다리(200)가 상기 도킹홈(133)에 정확히 놓이도록 유도한다.

상술한 도킹면(132)의 구조는 상기 지지부(120)의 개수와 대응되는 개수만큼 형성될 수 있는 모든 도킹면(132)에 해당된다.

한편, 상기 무인기(200)에 장착된 촬영카메라의 촬영각도 확보를 위해, 상기 무인기의 착륙다리(220)는 구부리는 변형이 가해질 수 있는데, 이와 같이 착륙다리(220)가 변형된 무인기(200)는 제1 실시예의 무인기 도킹스테이션에 도킹이 불가능하다.

따라서, 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션은 도 2에 도시된 바와 같이 실시할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션에 무인기가 도킹된 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 무인기 도킹스테이션은 제1 실시예와 도킹부(130)가 상이한 구조를 갖는다.

즉, 제 1실시예와 마찬가지로, 제 2실시예에서도 상기 도킹부(130)는 도킹홀(131), 도킹면(132), 및 도킹홈(133)을 포함하지만, 중앙의 상기 도킹홀(131)이 오목하게 하방으로 침강된 형상을 가진다.

보다 구체적으로, 상기 도킹홀(131)은 상기 도킹부(130)의 중앙이 천공되어 형성된 홀로, 상기 로봇팔(140)의 출입을 가능하게 함으로써 도킹된 상태에 있는 상기 무인기(200)의 몸체(210)에서 배터리 교체 등 각종 필요한 작업을 가능하게 한다.

상기 도킹홈(133)은 상기 도킹홀(131)을 중심으로 해당 도킹홀(131)과 동일한 평면상에서 십(＋)자 구조로 형성된다.

상기 도킹면(132)은 상기 지지부(120)가 소정 높이만큼 상부로 연장되어, 상기 도킹홀(131)보다 높은 위치에 형성된 꼭지점(P)에서 상기 십(＋)자 구조의 도킹홈(133)으로 이어져 형성되되, 상기 꼭지점(P)과 상기 도킹홀(133)을 잇는 4개의 대각선 라인을 중심으로 외측으로 절곡됨에 따라 구획되어 비스듬히 형성되는 a면과 b면이다.

즉, 상기 a면 또는 b면은 상기 도킹홀(131)보다 높은 위치에 형성된 꼭지점(P), 상기 도킹홀(131), 및 상기 도킹홈(133)의 말단 중, 근거리에 위치한 말단이 연결되어 비스듬하게 형성되는 삼각형들이다.

상기 a면과 b면은 그 사이로 착륙하는 무인기의 착륙다리(220)를 가이드하여, 해당 착륙다리(200)가 상기 도킹홈(133)에 정확히 놓이도록 유도한다.

상기 로봇팔(140)은 복수의 관절구조로 이루어지고, 일단이 상기 베이스부(110)상에 회전가능하게 기립형성되며, 말단부에 물체를 잡을 수 이는 집게가 형성되어 있다.

상기 로봇팔 제어부(150)는 상기 무인기(200)의 도킹이 이루어지면, 상기 로봇팔(140)에 전원의 공급을 제어하면서 동시에, 해당 로봇팔(140)의 관절움직임, 회전움직임 및/또는 집게움직임을 제어한다.

이때, 상기 로봇팔 제어부(150)는 내부에 통신모듈(도시되지 않음)을 포함하여, 상기 무인기(200)의 몸체(210)에 구비된 통신부(도시되지 않음)와의 통신을 통해 상기 무인기(200)의 도킹 여부를 확인함으로써, 상기 로봇팔(140)의 제어를 시작하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 로봇팔 제어부(150)는 상기 무인기(200)의 도킹 여부를 통신을 통해서만 확인하는 것에 한정되지 않고, 복수의 상기 도킹홈(133)에 각각 접촉센서(도시되지 않음)가 구비되어 상기 착륙다리(220)가 상기 접촉센서에 접촉하면, 이를 인지하여 상기 무인기(200)의 도킹 여부를 확인할 수도 있다.

이때, 상기 로봇팔 제어부(150)는 상기 착륙다리(220)와 이와 대응되게 상기 도킹홈(133)에 구비된 상기 접촉센서가 모두 접촉한 경우, 상기 무인기(200)가 본 발명에 따른 도킹스테이션에 정상적으로 도킹한 것으로 확인하는 것이 바람직하다.

상기 배터리 충전판(160)은 원판형 구조로 이루어져, 가장자리 부분에 복수의 배터리 홀더(162)가 형성되어 있으며, 상기 배터리 홀더(162)에 수용되는 배터리(161)를 충전시킨다.

이때, 상기 배터리 충전판(160)은 회전가능하고, 상기 배터리(161)의 충전 여부, 또는 충전 정도를 표시하는 표시부(도시되지 않음)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 배터리 충전판 제어부(170)는 상기 배터리 충전판(160)과 연결되어, 상기 배터리 홀더(162)에 방전된 상태로 수용된 상기 배터리(161)가 충전될 수 있는 전원을 공급하고, 상기 배터리 충전판(160)을 회전제어한다.

특히, 상기 배터리 충전판 제어부(170)는 충전된 상태의 배터리(161)를 수용하고 있는 배터리 홀더(162)가 상기 로봇팔(140)의 근거리에 위치하도록 상기 배터리 충전판(160)을 회전제어한다.

상술한 바와 같은 상기 배터리 충전판 제어부(170)의 회전제어는 상기 로봇팔(140)의 움직임을 최소화함으로써, 도킹된 무인기(200)의 방전된 배터리와 상기 배터리 충전판(160)에 충전된 배터리와의 교체가 신속하게 이루어질 수 있도록 한다.

이하에서, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션에서의 배터리 교체작업에 대하여 간단히 설명한다.

먼저, 상기 무인기(200)가 도 3에 도시된 바와 같이 상기 도킹부(130)에 부정확하게 착륙하면, 상기 착륙다리(220)는 상기 도킹면(132)이 소정각도(θ)만큼 절곡되어 형성된 A면과 B면의 미끄러짐 가이드를 받아, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 도킹홈(133)에 정확하게 도킹된다.

이후, 상기 로봇팔 제어부(150)는 상술한 바와 같은 통신방식 또는 센서방식을 통해 상기 무인기(200)의 도킹완료를 인지하여 상기 로봇팔(140)을 제어한다.

먼저, 상기 로봇팔(140)은 회전움직임 및/또는 관절움직임 제어를 받아 무인기의 몸체(210)가 있는 상기 도킹홀(131)로 집게를 위치시킨 후, 집게움직임 제어를 받는다.

상기 로봇팔(140)은 상기 집게움직임 제어를 받아 집게를 이용하여 상기 무인기(200)에 장착되어 있는 배터리 잡고, 다시 관절움직임 제어를 받아 잡고 있는 상태의 배터리를 잡아빼는 방식으로 해당 배터리를 탈착시키거나, 회전움직임 제어를 받아 잡고 있는 배터리를 회전시켜 빼는 방식으로 해당 배터리를 탈착시킨다.

상기 로봇팔(140)은 회전, 관절, 및/또는 집게움직임 제어를 받아 탈착시킨 배터리를 상기 배터리 충전판(160)의 빈 배터리 홀더(162)에 위치시킨다.

마지막으로, 상기 로봇팔(140)은 회전, 관절, 및/또는 집게움직임 제어를 받아 상기 배터리 충전판(160)에서 충전이 완료된 상태의 배터리를 상기 무인기(200)에 탈착과정의 반대과정으로 장착함으로써, 상기 배터리의 교체를 완료하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션은 상술한 바와 같이 배터리 교체를 통해 상기 무인기(200)의 부족한 전원을 공급할 수도 있지만, 상기 배터리(161)에 형성된 전극에 상기 로봇팔(140)이 해당 전극과 대응되는 전극을 가진 전원공급 케이블을 접촉시켜 충전을 통해 상기 무인기(200)에 필요한 전원을 공급할 수도 있다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 무인기 도킹스테이션에서는 상기 배터리의 교체뿐만 아니라, 상기 무인기(200)에 장착된 카메라를 통해 획득된 영상데이터 및 비행데이터 등이 저장된 메모리의 교체도 가능하다.

특히, 상기 영상데이터 및 비행데이터는 메모리 교체를 통해 무인기 도킹스테이션에서 획득될 수도 있지만, 상기 로봇팔 제어부(150)의 통신모듈과 상기 무인기(200)의 통신부 사이에 무선 통신을 통해 획득될 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

110 : 베이스부
120 : 지지부
130 : 도킹부
131 : 도킹홀
132 : 도킹면
133 : 도킹홈
140 : 로봇팔
150 : 로봇팔 제어부
160 : 배터리 충전판
161 : 배터리
162 : 배터리 홀더
170 : 배터리 충전판 제어부
200 : 무인기
210 : 몸체
220 : 착륙다리
230 : 프로펠러

Claims

삭제
베이스부(110);
일단이 상기 베이스부(110)에서 기립형성된 지지부(120); 및
상기 지지부(120) 타단의 지지를 받아 상지 베이스부(110)에서 소정 거리만큼 이격 형성되어 몸체에 배터리가 장착되고 삼발이형 이착륙 다리를 갖는 무인기(200)의 도킹을 가이드하는 도킹부(130);를 포함하되,
상기 도킹부(130)는
상기 무인기(200)의 몸체가 도킹되는 중앙의 천공된 도킹홀(131);
상기 도킹홀(131)에서 하방 가장자리 방향으로 비스듬히 형성된 도킹면(132); 및
상기 도킹면(132) 가장자리 변 중앙에서 상기 도킹홀(131)로 이르는 거리가 내측으로 절곡되어 형성된 도킹홈(133);을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 도킹스테이션.
베이스부(110);
일단이 상기 베이스부(110)에서 기립형성된 지지부(120); 및
상기 지지부(120) 타단의 지지를 받아 상지 베이스부(110)에서 소정 거리만큼 이격 형성되어 몸체에 배터리가 장착되고 삼발이형 이착륙 다리를 갖는 무인기(200)의 도킹을 가이드하는 도킹부(130);를 포함하되,
상기 도킹부(130)는
중앙에 천공된 도킹홀(131);
상기 도킹홀(131)을 중심으로 십(＋)자 구조로 형성된 도킹홈(133);
상기 지지부(120)가 상부로 연장형성된 꼭지점(P), 도킹홀(131), 및 상기 도킹홈(133)의 말단이 연결되어 비스듬하게 형성된 복수의 도킹면(132);을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 도킹스테이션.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
복수의 관절구조로 이루어져 일단이 상기 베이스부(110)에 기립형성되며 말단부에 집게가 형성되어 있는 로봇팔(140);
상기 로봇팔(140)을 제어하기 위한 로봇팔 제어부(150);
상기 무인기(200)에 사용되는 복수의 배터리(161)가 구비된 배터리 충전판(160); 및
상기 배터리 충전판(160)을 제어하기 위한 배터리 충전판 제어부(170);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 도킹스테이션.
제 4항에 있어서,
상기 로봇팔 제어부(150)는
내장된 통신모듈이 상기 무인기(200)의 몸체(210)에 구비된 통신부와의 통신을 통해 상기 무인기(200)의 도킹을 확인하거나, 상기 도킹홈(133)에 구비된 접촉센서와 상기 무인기(200)의 착륙다리(220)와의 접촉으로 상기 무인기(200)의 도킹을 확인하여 상기 로봇팔(140)의 제어를 시작하는 것을 특징으로 하는 무인기 도킹스테이션.
제 5항에 있어서,
상기 로봇팔(140)은
상기 로봇팔 제어부(150)에 의해 관절움직임, 회전움직임, 및/또는 집게움직임을 제어받는 것을 특징으로 하는 무인기 도킹 스테이션.
제 6항에 있어서,
상기 로봇팔(140)은
상기 관절움직임, 회전움직임, 및/또는 집게움직임에 대한 조합제어를 받아 상기 도킹홀(131)을 통해 상기 무인기(200)로부터 배터리(161)를 탈착하여, 해당 배터리(161)를 상기 배터리 충전판(160)의 배터리 홀더(162)에 장착시키고, 상기 배터리 충전판(160)에 충전된 배터리(161)를 상기 무인기(200)에 장착하여 배터리를 교체하는 것을 특징으로 하는 무인기 도킹 스테이션.
제 4항에 있어서,
상기 배터리 충전판 제어부(170)는
상기 무인기(200)에서 탈착된 후, 장착된 배터리(161)를 충전시키기 위한 전원을 상기 배터리 충전판(160)에 공급하고, 상기 배터리 충전판(160)를 회전제어하는 것을 특징으로 하는 무인기 도킹 스테이션.