KR101973842B1 - 무인 드론 충전 스테이션 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션은, 드론의 착륙을 감지하기 위해서, 주기적으로 패널의 상층부를 스캔하는 초음파 센서, 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하기 위한 레이저 센서, 드론으로 무선으로 전력을 공급하기 위한 송신 코일, 레이저 센서 및 송신 코일이 장착된 슬라이더를 이동시키기 위한 스텝 모터 및 초음파 센서, 레이저 센서, 송신 코일 및 스텝 모터를 제어하기 위한 스테이션 제어부를 포함하고, 스테이션 제어부는, 드론의 착륙을 감지하기 위해서 초음파 센서를 이용하여 주기적으로 패널의 상층부를 스캔하고, 드론의 착륙을 감지하면, 레이저 센서를 이용하여 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하고, 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여 드론의 중점 좌표를 계산하고, 스텝 모터를 이용하여 송신 코일을 계산된 중점 좌표로 이동시키고, 이동된 송신 코일과 드론의 수신 코일의 위치가 평행 상태인지 확인되면, 송신 코일로 하여금 드론의 수신 코일로 무선 충전을 시작할 수 있다.

Description

무인 드론 충전 스테이션{AUTOMATIC WIRELESS DRONE CHARGING STATION}
본 발명은 무인 드론 충전 스테이션에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 센서를 이용하여 드론의 형상을 스캔하고, 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여 드론의 중점 좌표를 계산하여, 계산된 드론의 중점 좌표로 송신 코일을 이동시킴으로써, 사람의 도움 없이 자동으로 드론을 무선 충전할 수 있는 무인 드론 충전 스테이션에 관한 것이다.
최근, 드론에 대한 관심이 폭발적으로 증가함에도 불구하고, 낮은 배터리 활용 시간은 드론의 활용에 대한 장벽이 되어 왔다. 예컨대, 드론에 장착된 배터리만으로는 고작 20~30분 정도의 동작이 가능하여, 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 어려우며, 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, 무선 충전을 위한 송신 코일과 수신 코일의 평행을 확보하기 어려워 사람의 도움 없이는 무선 충전이 거의 불가능한 문제점이 존재하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 레이저 센서를 이용하여 드론의 형상을 스캔하고, 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여 드론의 중점 좌표를 계산하여, 계산된 드론의 중점 좌표로 송신 코일을 이동시킴으로써, 사람의 도움 없이 자동으로 드론을 무선 충전할 수 있는 무인 드론 충전 스테이션을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션은, 드론의 착륙을 감지하기 위해서, 주기적으로 패널의 상층부를 스캔하는 초음파 센서, 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하기 위한 레이저 센서, 드론으로 무선으로 전력을 공급하기 위한 송신 코일, 레이저 센서 및 송신 코일이 장착된 슬라이더를 이동시키기 위한 스텝 모터 및 초음파 센서, 레이저 센서, 송신 코일 및 스텝 모터를 제어하기 위한 스테이션 제어부를 포함하고, 스테이션 제어부는, 드론의 착륙을 감지하기 위해서 초음파 센서를 이용하여 주기적으로 패널의 상층부를 스캔하고, 드론의 착륙을 감지하면, 레이저 센서를 이용하여 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하고, 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여 드론의 중점 좌표를 계산하고, 스텝 모터를 이용하여 송신 코일을 계산된 중점 좌표로 이동시키고, 이동된 송신 코일과 드론의 수신 코일의 위치가 평행 상태인지 확인되면, 송신 코일로 하여금 드론의 수신 코일로 무선 충전을 시작할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션에 있어서, 레이저 센서를 이용한 패널에 착륙한 드론의 형상의 스캔은, 스테이션 제어부가 스텝 모터로 하여금 일정 속도를 유지하면서 X축, Y축 방향으로 슬라이더를 이동시키도록 제어하여, 슬라이더에 장착된 레이저 센서가 이동하면서 X축, Y축에서 드론의 형상을 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점을 X축 좌표, Y축 좌표로 측정하여 저장하도록 스캔할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션에 있어서, 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여 드론의 중점 좌표의 계산은, 스테이션 제어부가 저장된 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 중점의 좌표를 계산함으로써 드론의 중점 좌표로 추정하여 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션의 충전 방법은, 드론의 착륙을 감지하기 위해서, 주기적으로 패널의 상층부를 스캔하는 단계, 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하는 단계, 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여, 드론의 중점 좌표를 계산하는 단계, 계산된 중점 좌표를 이용하여, 송신 코일을 드론의 중점 좌표로 이동시키는 단계 및 이동된 송신 코일과 드론의 수신 코일의 위치가 평행 상태인지 확인하고, 드론으로 무선 충전을 시작하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션의 충전 방법에 있어서, 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하는 단계는, 스텝 모터로 하여금 일정 속도를 유지하면서 X축, Y축 방향으로 슬라이더를 이동시키도록 제어하여, 슬라이더에 장착된 레이저 센서가 이동하면서 X축, Y축에서 드론의 형상을 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점을 X축 좌표, Y축 좌표로 측정하여 저장하도록 스캔할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션의 충전 방법에 있어서, 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여, 드론의 중점 좌표를 계산하는 단계는, 저장된 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 중점의 좌표를 계산함으로써 드론의 중점 좌표로 추정하여 계산할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예로써, 전술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션에 따르면, 레이저 센서를 이용하여 착륙한 드론의 형상을 스캔하고, 스캔한 드론의 형상 데이터를 이용하여 드론의 중점 좌표를 추정하여 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션에 따르면, 계산된 드론의 중점 좌표로 송신 코일을 이동시키고, 이동된 송신 코일과 드론의 수신 코일의 평행 상태를 확인함으로써, 최적의 무선 충전 효율을 유지하면서 사람의 도움없이 자동으로 드론을 무선 충전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션 및 드론의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론이 패널에 착륙한 경우에 무인 드론 충전 스테이션의 동작 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션의 충전 방법을 나타낸 순서도이다.
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 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션(100) 및 드론(200)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션(100)의 사시도를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론(200)이 패널(5)에 착륙한 경우에 무인 드론 충전 스테이션(100)의 동작 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 무인 드론 충전 스테이션(100)은 초음파 센서(10), 레이저 센서(20), 스텝 모터(30), 송신 코일(40) 및 스테이션 제어부(50)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서(10)는 드론(200)의 착륙을 감지하기 위해서, 주기적으로 패널(5)의 상층부를 스캔할 수 있다. 즉, 무인 드론 충전 스테이션(100)은 드론(200)이 패널(5) 위에 착륙을 완료해야지만, 무선 충전을 시작할 수 있으므로, 초음파 센서(10)를 이용하여 주기적으로 패널(5)의 상층부를 스캔함으로써, 드론(200)의 착륙을 감지할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 초음파 센서(10)는 드론(200)의 착륙을 효과적으로 감지하기 위해서 무인 드론 충전 스테이션(100)의 모서리 부분에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서(20)는 패널(5)에 착륙한 드론(200)의 형상을 스캔할 수 있다. 즉, 효율적인 무선 충전을 진행하기 위해서는, 드론(200)의 수신 코일(110)과 무인 드론 충전 스테이션(100)의 송신 코일(40)의 위치를 평행하게 맞추어야 하는데, 드론(200)의 착륙 지점은 착륙할 때마다 달라지기 때문에, 착륙한 드론(200)의 형상을 스캔하여 드론의 중점 좌표에 위치하는 수신 코일(110)의 위치를 파악하여야 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 레이저 센서(20)는 슬라이더(70)에 부착되어, 스텝모터(30)의 동작에 대응하여 이동할 수 있다. 즉, 레이저 센서(20)는 드론(200)의 형상을 X축, Y축 좌표로 환산하기 위해서, X축 슬라이더 및 Y축 슬라이더에 부착될 수 있다. 예컨대, 레이저 센서(20)는 드론의 형상을 스캔함으로써, 드론(200)이 패널(5) 위에서 차지하고 있는 위치 또는 지역을 X축, Y축 좌표로 환산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 센서(20)는 스텝모터(30)의 동작에 대응하여 일정한 속도로 슬라이더(70)를 따라서 이동하며, 드론(200)을 스캔하게 되면 0의 값을 저장하게 하고, 스캔하지 않으면 1의 값을 저장하도록 하여, 드론의 형상을 스캔할 수 있다. 즉, 레이저 센서(20)를 이용하면, 드론의 형상을 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축, Y축 좌표를 획득함으로써, 드론의 형상을 스캔할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스텝 모터(30)는 레이저 센서(20) 및 송신 코일(40)이 장착된 슬라이더(70)를 이동시킬 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 레이저 센서(20) 및 송신 코일(40)은 슬라이더(70)에 장착되어 있으며, 스텝 모터의 동작에 대응한 슬라이더의 이동에 따라서 일정 속도로 레이저 센서(20) 및 송신 코일(40)이 이동하게 된다. 즉, 스텝 모터(30)는 레이저 센서(20)가 드론의 형상을 정확하게 스캔할 수 있도록, 슬라이더(70)를 일정 속도로 이동시킬 수 있다. 또한, 스텝 모터(30)는 송신 코일(40)이 드론(200)의 중점 좌표에 위치하는 수신 코일(110)의 위치와 평행하게 일치되도록, 송신 코일(40)을 드론(200)의 중점 좌표로 이동시키도록 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 송신 코일(40)은 무선 충전을 위해서 드론(200)으로 무선으로 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 송신 코일(40)은 무선으로 전력을 드론의 수신 코일(110)로 전송함으로써, 드론의 배터리(미도시)를 충전시킬 수 있다. 즉, 송신 코일(40)이 인버터 등을 이용하여, DC 전압을 AC 전압으로 변환하여 AC 전자기장을 발생시키면, 전자기 유도 현상에 따라서 수신 코일(110)에 유도 전류가 발생하게 되므로, 수신 코일(110)에 발생된 유도 전류를 이용하여 AC 전압이 생성되며, 생성된 AC 전압을 DC 전압으로 변환시켜 드론(200)의 배터리를 무선으로 충전시킬 수 있다. 여기에서, 무인 드론 충전 스테이션(100)의 무선 충전 방식은 자기 유도 또는 자기 공진을 이용한 충전 방식을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션 제어부(50)는 드론의 무선 충전을 위해서, 초음파 센서(10), 레이저 센서(20), 스텝 모터(30) 및 송신 코일(40)을 제어할 수 있다.
예를 들어, 스테이션 제어부(50)는 드론의 착륙을 감지하기 위해서, 초음파 센서(10)로 하여금 주기적으로 패널(5)의 상층부를 스캔하도록 제어하고, 드론의 착륙을 감지하면, 레이저 센서(20)로 하여금 드론의 형상을 스캔하게 할 수 있다. 즉, 스테이션 제어부(50)는 초음파 센서(10)를 이용하여 드론(200)의 착륙을 감지하고, 드론의 착륙을 감지하면, 드론의 형상을 스캔하도록 스텝 모터(30)를 이용하여 레이저 센서(20)를 일정 속도로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션 제어부(50)는 스텝 모터(30)로 하여금 일정속도를 유지하면서 X축, Y축 방향으로 슬라이더(70)를 이동시키도록 제어하여, 슬라이더(70)에 장착된 레이저 센서(20)가 이동하면서, 드론의 형상을 스캔하도록 제어할 수 있다. 전술한 바와 같이, 레이저 센서(20)는 스텝모터(30)의 동작에 대응하여 일정한 속도로 슬라이더(70)를 따라서 이동하며, 드론(200)을 스캔하게 되면 0의 값을 저장하게 하고, 스캔하지 않으면 1의 값을 저장하도록 제어될 수 있다. 즉, 스테이션 제어부(50)는 레이저 센서(20)가 드론의 형상을 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축, Y축 좌표를 측정하고 저장함으로써 드론의 형상을 스캔할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션 제어부(50)는 레이저 센서(20)가 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 중점의 좌표를 계산함으로써 드론의 중점 좌표로 추정하여 계산할 수 있다.
예를 들어, 드론의 형상을 대략적으로 정사각형(또는 직사각형) 모양으로 가정하고, 드론(200)이 패널(5)의 X축 또는 Y축에 정사각형의 한 변이 일치하도록 착륙한다면, 레이저 센서(20)가 드론을 처음으로 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 중점을 드론의 중점 좌표로 추정할 수 있다. 예를 들어, X축에서 드론을 처음 스캔한 지점을 Xi라 두고, X축에서 드론을 마지막으로 스캔한 지점을 Xf 로 두면, X축에서 드론의 중점 좌표(Xm)는 다음의 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017002938756-pat00001
또한, Y축에서 드론을 처음 스캔한 지점을 Yi라 두고, Y축에서 드론을 마지막으로 스캔한 지점을 Yf 로 두면, Y축에서 드론의 중점 좌표(Ym)는 다음의 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017002938756-pat00002
즉, 스테이션 제어부(50)는 레이저 센서(20)를 이용하여, 드론을 처음으로 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 저장하고, 저장된 처음으로 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 중점의 좌표인 (Xm, Ym)를 계산할 수 있고, 중점 좌표 (Xm, Ym)를 드론의 중점 좌표로 추정하여 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션 제어부(50)는 드론의 형상을 기 정해진 사각형의 모양으로 가정하고, 레이저 센서(20)가 처음으로 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 회전각을 계산함으로써, 드론의 중점 좌표를 추정하여 계산할 수 있다.
예를 들어, 무인 드론 충전 스테이션(100)은 패널(5)에 착륙 가능한 드론의 형태를 미리 등록시켜 놓거나, 드론(200)과의 무선 통신을 통해서 드론의 ID, 형태, 종류, 크기, 배터리 용량, 충전 정도 등을 미리 파악할 수 있다. 즉, 스테이션 제어부(50)는 드론(200)의 형태를 미리 저장시켜 놓거나 드론(200)과의 무선 통신을 통하여, 드론의 형태를 미리 파악함으로써, 드론의 형상을 미리 정사각형(또는 직사각형)의 크기로 설정할 수 있다. 여기에서, 레이저 센서(20)가 처음으로 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하면, 드론이 패널(5)의 X축, Y축에서 어느 정도 회전하여 착륙했는지 회전각의 계산이 가능하고, 계산된 회전각에 따라서 드론의 중점 좌표를 추정하여 계산할 수 있다. 예를 들어, 미리 설정한 드론의 형상인 직사각형의 크기와 처음으로 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 비교하면, 직사각형이 어느 정도 회전되어 있는지를 회전각을 계산할 수 있고, 계산된 회전각에 따른 직사각형의 중심을 계산함으로써 드론의 중점 좌표를 추정하여 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션 제어부(50)는 스텝 모터(30)로 하여금 송신 코일(40)의 위치를 계산된 드론의 중점 좌표로 이동시키도록 제어할 수 있다. 즉, 송신 코일(40)은 슬라이더(70)에 장착되어 있으므로, 스테이션 제어부(50)의 제어에 따라서 스텝 모터(30)가 동작하면 송신 코일도 이동하게 된다. 즉, 스테이션 제어부는 무선 충전을 시작하기 위해서, 스텝 모터(30)를 제어하여 송신 코일(40)을 계산된 드론의 중점 좌표로 이동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션 제어부(50)는 드론의 중점 좌표로 이동된 송신 코일(40)이 드론(200)의 수신 코일(110)과 평행 상태인지 확인할 수 있다. 송신 코일(40)과 수신 코일(110)의 위치가 평행 상태를 유지하지 않으면, 무선 충전이 수행되지 않거나 효율이 낮기 때문에, 무인 드론 충전 스테이션(100)의 송신 코일(40)과 드론(200)의 수신 코일(110)의 위치가 평행 상태인지 확인되어야 한다. 즉, 스테이션 제어부(50)는 무선 통신 모듈(미도시) 등을 통하여 드론(200)과 통신하여, 송신 코일(40)의 전송으로 인한 드론(200)의 수신 코일(110)에서 유도 전류의 발생 또는 배터리(미도시)의 충전 진행 등을 확인함으로써, 이동된 송신 코일(40)의 위치가 드론(200)의 수신 코일(110)의 위치와 평행 상태인지 확인할 수 있다. 만약, 이동된 송신 코일(40)의 위치가 드론(200)의 수신 코일(110)의 위치와 평행 상태로 확인되지 않는다면, 스테이션 제어부(50)는 패널에 착륙한 드론의 형상을 재스캔하고, 재스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여 드론의 중점 좌표를 재계산하고, 재계산된 드론의 중점 좌표로 송신 코일(40)을 재이동시킬 수 있다.
또한, 스테이션 제어부(50)는 이동된 송신 코일(40)의 위치가 드론(200)의 수신 코일(110)의 위치와 평행 상태로 확인되면, 송신 코일(40)로 하여금 드론(200)의 수신 코일(110)로 무선 충전을 시작할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이션 제어부(50)는 무선 충전이 종료되면, 스텝 모터(30)로 하여금 송신 코일(40)의 위치를 초기 지점으로 이동시킬 수 있다. 즉, 스테이션 제어부(50)는 무선 충전이 종료되면, 무인 드론 충전 스테이션(100)을 초기화하기 위해서, 스텝 모터(30)로 하여금 송신 코일(40)의 위치를 초기 지점으로 이동시킬 수 있다. 여기에서, 스테이션 제어부(50)는 무선 통신 모듈(미도시)을 통하여 드론과 통신하여 배터리(미도시)의 충전률을 확인하거나, 드론(200)이 무인 드론 충전 스테이션(100)을 이륙하여 비행을 시작하는 경우에 무선 충전이 종료된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션(100)은 LED 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 스테이션 제어부(50)는 패널(5)에 착륙한 드론을 감지한 경우 또는 무선 충전을 시작, 종료하는 경우에 LED 모듈(미도시)의 점멸, 색 변화, 점멸 주기 등을 제어함으로써, 무인 드론 충전 스테이션(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션(100)의 충전 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 단계 S10에서, 스테이션 제어부(50)는 드론의 착륙을 감지하기 위해서, 초음파 센서(10)를 이용하여 주기적으로 패널(5)의 상층부를 스캔할 수 있다.
단계 S20에서, 스테이션 제어부(50)가 드론(200)의 착륙을 확인하면, 레이저 센서(20)를 이용하여 패널(5)에 착륙한 드론(200)의 형상을 스캔할 수 있다. 예를 들어, 스테이션 제어부(50)는 스텝 모터(30)로 하여금 일정 속도를 유지하면서 X축, Y축 방향으로 슬라이더(70)를 이동시키도록 제어하여, 슬라이더(70)에 장착된 레이저 센서(20)가 이동하면서 X축, Y축에서 드론의 형상을 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점을 X축 좌표, Y축 좌표로 측정하여 저장함으로써, 패널(5)에 착륙한 드론(200)의 형상을 스캔할 수 있다.
단계 S30에서, 스테이션 제어부(50)는 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여, 드론(200)의 중점 좌표를 계산할 수 있다. 예를 들어, 스테이션 제어부(50)가 저장된 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 중점의 좌표를 계산함으로써 상기 드론의 중점 좌표로 추정하여 계산할 수 있다. 전술한 바와 같이, 스테이션 제어부(50)는 저장된 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, <수학식 1> 및 <수학식 2>를 적용하여 중점의 좌표를 계산할 수 있고, 계산된 중점의 좌표를 드론의 중점 좌표로 추정하여 계산할 수 있다.
또한, 스테이션 제어부(50)는 드론(200)의 형태를 미리 저장시켜 놓거나 드론(200)과의 무선 통신을 통하여, 드론의 형태를 미리 파악함으로써, 드론의 형상을 미리 직사각형(정사각형)의 크기로 설정하고, 레이저 센서(20)가 처음으로 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 회전각을 계산하고, 계산된 회전각에 따라서 드론의 중점 좌표를 추정하여 계산할 수도 있다.
단계 S40에서, 스테이션 제어부(50)는 계산된 중점 좌표를 이용하여, 송신 코일(40)을 드론의 중점 좌표로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 스테이션 제어부(50)는 스텝 모터(30)를 이용하여 송신 코일(40)을 계산된 중점 좌표로 이동시킴으로써, 드론의 중점 좌표로 이동시킬 수 있다.
단계 S50에서, 스테이션 제어부(50)는 이동된 송신 코일(40)과 드론(200)의 수신 코일(110)의 위치가 평행 상태인지 확인하고, 드론(200)으로 무선 충전을 시작할 수 있다. 예를 들어, 스테이션 제어부(50)는 무선 통신 모듈(미도시) 등을 통하여 드론(200)과 통신하여, 송신 코일(40)의 전송으로 인한 드론(200)의 수신 코일(110)에서 유도 전류의 발생 또는 배터리(미도시)의 충전 진행 등을 확인함으로써, 이동된 송신 코일(40)의 위치가 드론(200)의 수신 코일(110)의 위치와 평행 상태인지 확인하고, 드론(200)으로 무선 충전을 시작할 수 있다.
단계 S60에서, 스테이션 제어부(50)는 무선 충전 종료를 확인하고, 스텝 모터(30)로 하여금 송신 코일(40)의 위치를 초기 지점으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 스테이션 제어부(50)는 무선 통신 모듈(미도시)을 통하여 드론과 통신하여 배터리(미도시)의 충전률을 확인하거나, 드론(200)이 무인 드론 충전 스테이션(100)을 이륙하여 비행을 시작하는 경우에 무선 충전이 종료된 것으로 판단하고, 송신 코일(40)의 위치를 초기화하기 위해서, 스텝 모터(30)로 하여금 송신 코일(40)의 위치를 초기 지점으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무인 드론 충전 스테이션(100)의 충전 방법에 관련하여서는 전술한 무인 드론 충전 스테이션(100)에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 무인 드론 충전 스테이션(100)의 충전 방법과 관련하여, 전술한 무인 드론 충전 스테이션(100)에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
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 실시예들은 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.
5: 패널 10: 초음파 센서
20: 레이저 센서 30: 스텝 모터
40: 송신 코일 50: 스테이션 제어부
60: 프레임 70: 슬라이더
100: 무인 드론 충전 스테이션
110: 수신 코일 120: 드론 제어부
200: 드론

Claims (7)

  1. 무인 드론 충전 스테이션에 있어서,
    드론의 착륙을 감지하기 위해서, 주기적으로 패널의 상층부를 스캔하는 초음파 센서;
    상기 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하기 위한 레이저 센서;
    상기 드론으로 무선으로 전력을 공급하기 위한 송신 코일;
    상기 레이저 센서 및 송신 코일이 장착된 슬라이더를 이동시키기 위한 스텝 모터; 및
    상기 초음파 센서, 레이저 센서, 송신 코일 및 스텝 모터를 제어하기 위한 스테이션 제어부를 포함하고,
    상기 스테이션 제어부는, 상기 드론의 착륙을 감지하기 위해서 상기 초음파 센서를 이용하여 주기적으로 상기 패널의 상층부를 스캔하고, 상기 드론의 착륙을 감지하면, 상기 레이저 센서를 이용하여 상기 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하고, 상기 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여 상기 드론의 중점 좌표를 계산하고, 상기 스텝 모터를 이용하여 상기 송신 코일을 상기 계산된 중점 좌표로 이동시키고, 상기 이동된 송신 코일과 상기 드론의 수신 코일의 위치가 평행 상태인지 확인되면, 상기 송신 코일로 하여금 상기 드론의 수신 코일로 무선 충전을 시작하고,
    상기 레이저 센서를 이용한 상기 패널에 착륙한 드론의 형상의 스캔은 상기 스테이션 제어부가 상기 스텝 모터로 하여금 일정 속도를 유지하면서 X축, Y축 방향으로 슬라이더를 이동시키도록 제어하여, 상기 슬라이더에 장착된 상기 레이저 센서가 이동하면서 상기 X축, Y축에서 상기 드론의 형상을 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점을 X축 좌표, Y축 좌표로 측정하여 저장하도록 스캔하는 무인 드론 충전 스테이션.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여 상기 드론의 중점 좌표의 계산은, 상기 스테이션 제어부가 상기 저장된 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 상기 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 중점의 좌표를 계산함으로써 상기 드론의 중점 좌표로 추정하여 계산하는 무인 드론 충전 스테이션.
  4. 무인 드론 충전 스테이션의 충전 방법에 있어서
    드론의 착륙을 감지하기 위해서, 주기적으로 패널의 상층부를 스캔하는 단계;
    상기 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하는 단계;
    상기 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여, 상기 드론의 중점 좌표를 계산하는 단계;
    상기 계산된 중점 좌표를 이용하여, 송신 코일을 상기 드론의 중점 좌표로 이동시키는 단계; 및
    상기 이동된 송신 코일과 상기 드론의 수신 코일의 위치가 평행 상태인지 확인하고, 상기 드론으로 무선 충전을 시작하는 단계를 포함하고,
    상기 패널에 착륙한 드론의 형상을 스캔하는 단계는,
    스텝 모터로 하여금 일정 속도를 유지하면서 X축, Y축 방향으로 슬라이더를 이동시키도록 제어하여, 슬라이더에 장착된 레이저 센서가 이동하면서 상기 X축, Y축에서 상기 드론의 형상을 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점을 X축 좌표, Y축 좌표로 측정하여 저장하도록 스캔하는 무인 드론 충전 스테이션의 충전 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 스캔된 드론의 형상 데이터를 이용하여, 상기 드론의 중점 좌표를 계산하는 단계는, 상기 저장된 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 X축 좌표, Y축 좌표를 이용하여, 상기 처음 스캔한 지점 및 마지막으로 스캔한 지점의 중점의 좌표를 계산함으로써 상기 드론의 중점 좌표로 추정하여 계산하는 무인 드론 충전 스테이션의 충전 방법.
  7. 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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