KR102084303B1 - 드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드론 충전 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전 시스템은 랜딩 스테이지에 접촉되는 드론의 착륙부에 제공되며, 플러스와 마이너스의 양방향 또는 양극성 전극(兩極性 電極) 특성을 갖는 복수의 충전 전극들, 랜딩 스테이지에 제공되어 충전 전극들로 충전 전원을 공급하며 플러스 전원전극 또는 마이너스 전원전극 중 어느 하나로 정의되는 복수의 전원 전극들로 구성되되, 드론이 랜딩 스테이지 상에 착륙시 충전 전극들 중 적어도 어느 하나는 플러스 전원전극에 접촉되어 플러스 충전전극으로 기능되고, 충전 전극들 중 적어도 다른 하나는 마이너스 전원전극에 접촉되어 마이너스 충전전극으로 기능될 수 있다.

Description

드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션{DRONE RECHARGING SYSTEM AND DRON STATION WITH THE SAME}
본 발명은 드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션에 관한 것으로, 보다 상세하게는 랜딩 스테이지 상에 드론 착륙시, 드론의 정렬 상태에 상관없이 정상적으로 드론의 자동 충전이 가능한 드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션에 관한 것이다.
일반적으로 드론(drone)과 같은 무인 비행체는 비행 중 자체 전력 공급을 위해, 반복 충전이 가능한 내장형 배터리를 구비하며, 최근에는 이러한 내장 배터리의 신속하고 효율적인 충전을 위해, 드론의 이착륙이 이루어지는 랜딩 스테이지(landing stage) 상에 드론이 착륙되었을 때 드론이 자동 충전되는 기술이 개발되고 있다. 그러나, 이와 같은 드론 충전 시스템은 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 정상적으로 정렬되거나 정위치되는 제한된 조건을 만족하는 경우에만 정상 충전이 진행되도록 설계되어 있다. 따라서, 주변 환경이나 드론 자체의 버그나 문제 발생 등으로 인하여, 드론이 랜딩 스테이지 상에서 목표하는 착륙 위치로부터 벗어나거나, 좌우로 틀어져 비정렬된(mis-alinged) 상태로 착륙된 경우에는 드론 충전이 이루어지지 못하였다.
한국등록특허 제10-1792555호 한국등록특허 제10-1687014호 한국공개특허 제10-2017-0083856호 한국공개특허 제10-2017-0040961호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 드론이 목표하는 착륙 위치에 비정렬 상태로 착륙되는 경우에도, 자동 충전이 이루어지는 드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 드론의 충전과 이착륙이 수행되는 드론 스테이션에 있어서, 드론이 랜딩 스테이지 상에서 측방향으로의 정렬 상태 여부와 관계 없이 자동적으로 충전이 이루어지는 드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 드론 충전 시스템은 드론의 이착륙이 이루어지는 랜딩 스테이지 상에서 상기 드론을 충전시키는 드론 충전 시스템이고, 상기 랜딩 스테이지에 접촉되는 상기 드론의 착륙부에 제공되며, 플러스와 마이너스의 양방향 또는 양극성 전극(兩極性 電極) 특성을 갖는 복수의 충전 전극들 및 상기 랜딩 스테이지에 제공되어 상기 충전 전극들로 충전 전원을 공급하며, 플러스 전원전극 또는 마이너스 전원전극 중 어느 하나로 정의되는 복수의 전원 전극들로 구성되되, 상기 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 착륙시, 상기 충전 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 플러스 전원전극에 접촉되어 플러스 충전전극으로 기능되고, 상기 충전 전극들 중 적어도 다른 하나는 상기 마이너스 전원전극에 접촉되어 마이너스 충전전극으로 기능될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 충전 전극들은 상기 착륙부에 서로 이격되어 배치되고, 상기 플러스 전원전극과 상기 마이너스 전원전극은 측방향으로 교대로 이격 배치되어 격자 배치 구조(grid layout structure)를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 착륙부는 상기 랜딩 스테이지의 랜딩면과 접촉되는 착륙면을 가지며, 상기 충전 전극들은 상기 착륙면으로부터 일부가 돌출되도록 제공되되, 상기 드론 충전 시스템은 상기 충전 전극들 각각의 돌출 방향으로 탄성을 제공하는 탄성부를 구비하여, 상기 드론의 랜딩시 상기 드론의 하중에 의해 상기 충전 전극들이 상기 전원 전극들에 대해 가압 및/또는 완충 접촉되도록 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 충전 전극들은 모두 동일 전극 면적을 갖고, 상기 전원 전극들은 모두 동일 전극 면적을 가지되, 상기 충전 전극들에 비해 넓은 전극 면적의 정사각형 평면을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전원 전극들 각각의 전극 크기는 상기 충전 전극들 각각의 전극 크기에 비해 크고, 상기 충전 전극들 간의 폭(W1)은 상기 전원 전극의 한 변의 길이(L)와 상기 전원 전극들의 간격(S)의 합의 절반 길이[(L+S)/2]에 비해 같거나 긴 조건을 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 착륙부는 상기 드론의 기체부를 기준으로 대체로 좌우 대칭되도록 제공된 좌측 착륙부 및 우측 착륙부를 구비하고, 상기 충전 전극들은 상기 좌측 착륙부를 따라 배치된 좌측 충전전극들 및 상기 우측 착륙부를 따라 배치된 우측 충전전극들을 포함하고, 상기 전측 충전전극들과 상기 우측 충전전극들 간의 제2 폭(W2)은 상기 전원 전극들 각각의 한 변의 길이(L)로부터 상기 전원 전극들 간의 간격(S)을 뺀 길이(L-S)의 절반 길이[(L-S)/2)] 보다 같거나 긴 조건을 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 충전 전극들 각각은 상기 드론의 충전시 접촉되는 전원 전극의 극성이 플러스과 마이너스 중에 어떤 극성의 전극이더라도, 전원 공급이 가능한 정류 회로에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드론의 충전은 상기 랜딩 스테이지에 대한 상기 드론의 정렬 상태 여부의 판단 없이, 상기 랜딩 스테이지에 상기 드론이 착륙되면 자동으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드론은 상기 랜딩 스테이지 상에서, 상기 착륙부의 길이방향으로의 축과 상기 전원 전극들의 길이방향으로의 축이 서로 평행하게 랜딩되는 정렬 상태(alignment state) 및 상기 착륙부의 길이 방향 축과 상기 전원 전극들의 길이 방향 축이 서로 불일치하는 비정렬 상태(misalignment state) 모두에도 상기 드론에 대한 상기 충전 시스템의 충전이 정상 진행될 수 있다.
본 발명에 따른 드론 스테이션은 착륙부를 갖는 드론, 상기 드론의 충전과 이착륙이 이루어지는 랜딩 스테이지, 그리고 상기 드론 랜딩시 상기 드론을 충전시키는 드론 충전 시스템을 포함하되, 상기 드론 충전 시스템은 상기 착륙부에 제공되며, 플러스와 마이너스의 양방향 또는 양극성 전극(兩極性 電極) 특성을 갖는 복수의 충전 전극들 및 상기 랜딩 스테이지에 제공되어 상기 충전 전극들로 충전 전원을 공급하며, 플러스 전원전극 또는 마이너스 전원전극 중 어느 하나로 정의되는 복수의 전원 전극들을 포함하고, 상기 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 착륙시, 상기 충전 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 플러스 전원전극에 접촉되고, 상기 충전 전극들 중 적어도 다른 하나는 상기 마이너스 전원전극에 접촉된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 착륙부는 상기 드론의 기체부 중심을 기준으로 좌우 대칭 구조를 갖는 착륙 다리들을 가지고, 상기 충전 전극들은 상기 착륙 다리들 각각의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 충전 전극들은 상기 랜딩 스테이지의 랜딩면에 접촉되는 상기 착륙부의 착륙면으로부터 일정 높이로 도출되도록 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 충전 전극들 각각은 상기 드론의 충전시 접촉되는 전원 전극의 극성이 플러스과 마이너스 중에 어떤 극성의 전극이더라도, 전원 공급이 가능한 정류 회로에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 충전 전극들은 상기 착륙부에 서로 이격되어 배치되고, 상기 플러스 전극과 상기 마이너스 전극은 측방향으로 교대로 이격 배치되어 격자 배치 구조(grid layout structure)를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 착륙부는 상기 랜딩 스테이지의 랜딩면과 접촉되는 착륙면을 가지며, 상기 충전 전극들은 상기 착륙면으로부터 일부가 돌출되도록 제공되되, 상기 드론 충전 시스템은 상기 충전 전극들 각각의 돌출 방향으로 탄성을 제공하는 탄성부를 구비하여, 상기 드론의 랜딩시 상기 충전 전극들이 상기 전원 전극들에 대해 가압 접촉되도록 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전원 전극들 각각의 전극 크기는 상기 충전 전극들 각각의 전극 크기에 비해 크고, 상기 충전 전극들 간의 폭(W1)은 상기 전원 전극의 한 변의 길이(L)와 상기 전원 전극들의 간격(S)의 합의 절반 길이[(L+S)/2]에 비해 같거나 긴 조건을 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 착륙부는 상기 드론의 기체부를 기준으로 대체로 좌우 대칭되도록 제공된 좌측 착륙부 및 우측 착륙부를 구비하고, 상기 충전 전극들은 상기 좌측 착륙부를 따라 배치된 좌측 충전전극들 및 상기 우측 착륙부를 따라 배치된 우측 충전전극들을 포함하고, 상기 전측 충전전극들과 상기 우측 충전전극들 간의 제2 폭(W2)은 상기 전원 전극들 각각의 한 변의 길이(L)로부터 상기 전원 전극들 간의 간격(S)을 뺀 길이(L-S)의 절반 길이[(L-S)/2)] 보다 같거나 긴 조건을 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드론의 충전은 상기 랜딩 스테이지에 대한 상기 드론의 정렬 상태에 대한 판단과 무관하게, 상기 랜딩 스테이지에 상기 드론이 착륙되면 자동으로 진행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 드론은 상기 랜딩 스테이지 상에서, 상기 착륙부의 길이방향으로의 축과 상기 전원 전극들의 길이방향으로의 축이 서로 평행하게 랜딩되는 정렬 상태(alignment state) 및 상기 착륙부의 길이 방향 축과 상기 전원 전극들의 길이 방향 축이 서로 불일치하는 비정렬 상태(misalignment state) 모두에도 상기 드론에 대한 상기 충전 시스템의 충전이 정상 진행될 수 있다.
본 발명에 따른 드론 충전 시스템은 드론의 내장 배터리와 연결된 충전 회로가 각각의 충전 전극들의 극성에 상관없이 전원 공급이 가능하도록 정류 회로로 설계되어 있어, 드론이 랜딩 스테이지 상에 이상적인 목표 위치를 벗어나거나 다소 비정렬 상태로 착륙되더라도, 랜딩 스테이지의 전원 전극부와 충전 전극부가 서로 정상 접점되어 전류의 공급이 이루지게 되므로, 자동으로 정상 충전이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션은 드론이 랜딩 스테이지 상에서 정렬 상태(alignment state) 또는 비정렬 상태(misalignment state)로 착륙되더라도, 드론의 자동 충전이 정상적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 도시된 드론 스테이션의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션의 드론 충전 시스템의 충전 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전의 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전의 다른 예를 보여주는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전 시스템의 드론의 다양한 위치에 따른 정상 충전이 가능함을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드론 충전 시스템의 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 단계는 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 구조는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 구조의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 각 구성들의 세부 크기, 형태, 두께, 곡률 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장되거나 도식화된 것으로서, 허용 오차 등에 의해 그 형태가 변형될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션에 대해 참조된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 도시된 드론 스테이션의 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션(dron station, 10)은 드론(20)의 수직 이착륙, 보관, 격납, 착륙 장소, 또는 이륙 대기 기능과 함께 드론 충전이 이루어지는 무인 비행체의 기착지일 수 있다. 일 예로서, 상기 드론 스테이션(10)은 상기 드론(20)의 이착륙과 충전이 이루어지는 랜딩 스테이지(100) 및 상기 드론(20)이 상기 랜딩 스테이지(100) 상에 착륙시 자동 충전이 이루어지는 드론 충전 시스템(200)을 포함할 수 있다.
상기 드론(20)은 수직이착륙(Vertical Take-Off and Landing:VTOL)이 가능한 무인 비행체일 수 있다. 상기 드론(20)은 기체부(22), 날개부(24), 그리고 착륙부(26)를 포함할 수 있다. 상기 기체부(22)는 상기 드론(20)의 비행 몸체 부분을 포함하며, 내부에는 상기 날개부(24)에 동력을 제공하기 위한 동력부(22a), 상기 동력부(22a)로의 전력 공급을 위한 내장 배터리(22b), 그리고 각종 센서 및 이들의 제어를 위한 제어부(미도시됨)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 기체부(22)에는 영상 촬영과 녹화를 위한 영상 카메라(23)가 구비될 수 있다. 상기 날개부(24)는 상기 드론(20)의 비행을 위한 것으로서, 상기 내장 배터리의 자체 전력을 공급받아 회전하는 적어도 하나 이상의 프로펠러들(24a)을 포함할 수 있다.
상기 착륙부(26)는 상기 드론 스테이션(10)에 대한 상기 드론(20)의 이착륙이 이루어지는 부분일 수 있다. 상기 착륙부(26)는 상기 기체부(22)의 상대적으로 하측에 구비된 착륙 다리(27)를 포함할 수 있다. 상기 착륙 다리(27)는 상기 기체부(22)의 중앙을 기준으로 대체로 좌우 대칭 구조로 제공될 수 있다. 상기 착륙 다리(27)는 상기 드론(20)의 착륙시 상기 드론 스테이션(100)에 직접 접촉되는 착륙면(28)을 가질 수 있다.
상기 랜딩 스테이지(100)는 상기 드론(20)의 이착륙과 충전이 이루어지는 스테이지(stage)로서, 상기 드론(20)의 이착륙이 이루어지는 격납고 또는 대기 플레이트(110)로 사용될 수 있다. 상기 대기 플레이트(110)는 대체로 편평한 랜딩면(112)을 가질 수 있다. 상기 드론(20)은 상기 착륙부(26)의 착륙면(28)이 상기 랜딩면(112) 상에 접촉하여 착륙하게 되며, 그 후 상기 내장 배터리(22b)에 대한 충전이 진행될 수 있다.
상기 드론 충전 시스템(200)은 상기 드론(20)이 상기 랜딩 스테이지(100) 상에 착륙되어 상기 랜딩면(112)에 위치되었을 때, 상기 드론(20)의 내장 배터리(22b)를 자동으로 충전시키는 시스템일 수 있다. 이를 위해, 상기 드론 충전 시스템(200)은 충전 전극부(210), 전원 전극부(220), 충전 회로부(230), 그리고 전원 회로부(240)를 포함할 수 있다.
상기 충전 전극부(210)는 상기 내장 배터리(22b)에 전기적으로 연결되어, 상기 내장 배터리(22b)로 충전 전력을 공급시킬 수 있다. 상기 충전 전극부(210)는 상기 착륙 다리(27)의 길이 방향을 따라 일정 간격이 이격되어 배치되는 복수의 충전 전극들(212, 214)을 포함할 수 있다. 상기 충전 전극들(212, 214) 각각은 상기 드론(20)의 이륙시 상기 착륙 다리(27)의 착륙면(28)으로부터 일정 높이로 돌출되도록 제공되되, 상기 착륙면(112)에 착륙시에는 착륙 압력으로 인해 상기 착륙 다리(27) 내부로 돌출된 부분이 삽입되도록 제공될 수 있다. 이러한 상기 충전 전극들(212, 214)의 착륙 완충과 가압 충전 동작을 위해, 상기 충전 전극들(212, 214) 각각에는 상기 충전 전극들(212, 214)의 돌출 방향으로 탄성을 가해주는 탄성체(216)를 더 포함할 수 있다. 상기 탄성체(216)로는 적어도 하나의 스프링(spring)을 포함할 수 있다. 상기 충전 전극들(212, 214)은 상기 충전 회로부(230)에 의해 제어되어, 상기 내장 배터리(22b)로 충전 전력을 공급할 수 있다.
상기 전원 전극부(220)는 상기 충전 전극부(210)로 충전 전력을 공급하기 위한 것일 수 있다. 상기 전원 전극부(220)는 복수의 전원 전극들을 가지며, 상기 전원 전극들은 서로 동일한 사이즈, 크기 및 모양을 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 전원 전극들 각각은 정사각의 평면을 갖도록 제공될 수 있다. 여기서, 상기 전원 전극들 각각은 극성이 단일 극성으로 정의된 복수의 플러스 전원전극들(222) 및 마이너스 전원전극들(224)을 포함할 수 있다. 상기 플러스 및 마이너스 전원전극들(222, 224)은 서로 이격되어 배치되며, 서로 지그재그로 배치되면서 격자 구조를 갖도록 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 플러스 및 마이너스 전원전극들(222, 224)은 상기 랜딩면(112) 상에서 측방향으로 교대로 이격 배치됨으로써, 격자 배치 구조(grid layout structure)를 이룰 수 있다. 상기 플러스 전원전극들(222)은 상기 전원 회로부(240)의 플러스 전원에 연결되고, 상기 마이너스 전극들(224)은 상기 전원 회로부(240)의 마이너스 전원에 연결될 수 있다.
한편, 상기 충전 전극들(212, 214) 각각은 플러스와 마이너스의 양방향 전극 특성을 갖는 양극성 전극(兩極性 電極) 특성을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 충전 전극들(212, 214) 각각은 플러스 극성 또는 마이너스 극성 중 어느 하나로 정의된 단일 극성 전극이 아닌, 상기 드론(20)의 착륙시 접촉되는 충전 전극들의 극성에 상응하도록 가변되는 전극일 수 있다. 이에 따라, 상기 충전 전극들(212, 214) 각각은 상기 드론(20)의 충전시 접촉되는 상기 플러스 전원전극(222) 또는 상기 마이너스 전원전극(224) 중 어떠한 전극이더라도, 상기 내장 배터리(22b)로 충전 전력의 공급에 기여하도록 제공될 수 있다. 이를 위해, 상기 충전 회로부(230)는 상기 충전 전극들(212, 214) 각각에 플러스 또는 마이너스 전력 흐름이 가능하도록 설계된 정류 회로를 포함할 수 있다. 상기와 같은 정류 회로로 인하여, 상기 충전 전극들(212, 214) 중 상기 플러스 전원전극들(222)과 접촉되는 전극들은 플러스 충전전극(212)으로 기능되고, 상기 마이너스 전원전극들(224)과 접촉되는 전극들은 마이너스 충전전극(214)으로 기능될 수 있다.
계속해서, 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전 시스템(200)의 충전 방식에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 앞서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션(10)에 대해 중복되는 내용들은 생략하거나 간소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션의 드론 충전 시스템의 충전 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전의 일 예를 보여주는 개념도이며, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전의 다른 예를 보여주는 개념도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전 시스템의 드론의 다양한 위치에 따른 정상 충전이 가능함을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 비행을 마친 드론(20)이 랜딩 스테이지(100) 상에 제1 위치로 착륙되면, 상기 착륙 다리(27)에 제공된 충전 전극부(210)가 상기 랜딩 스테이지의 랜딩면(112)에 제공된 전원 전극부(220)에 접촉될 수 있다. 이때, 상기 드론(20)의 하중에 의해 상기 충전 전극들이 전원 전극들에 대해 가압되어 접촉되며, 상기 탄성부(216)는 이러한 압력에 대해 완충과 가압 접촉을 도모하여 상기 충전 전극부(210)와 상기 전원 전극부(220) 간의 효과적인 밀착 접촉이 이루어지도록 할 수 있다. 여기서, 상기 충전 전극들 중 플러스 전원전극(222)에 접촉된 충전 전극은 플러스 충전전극(212)으로서 기능되고, 상기 마이너스 전원전극(224)에 접촉된 충전 전극은 마이너스 충전전극(214)으로서 기능될 수 있다. 그리고, 상기 충전 전극들 중 어떠한 전원 전극들에 접촉되지 않는 전극은 극성이 정의되지 않아 충전에 기여하지 않을 수 있다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, 드론(20)이 랜딩 스테이지(100) 상에 상기 제1 위치와는 다른 제2 위치에 착륙되더라도, 상기 충전 전극들 중 플러스 전원전극(222)에 접촉된 전극은 플러스 충전전극(212)으로서 기능되고, 상기 마이너스 전원전극(224)에 접촉된 전극은 마이너스 전극(214)으로서 기능될 수 있다. 이러한 드론(20)의 충전 개시는 상기 랜딩 스테이지(100)에 대한 상기 드론(20)의 정렬 상태에 대해 판단하는 단계 없이, 상기 랜딩 스테이지(100)에 상기 드론(20)이 착륙되면 자동으로 진행될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 드론(20)이 상기 랜딩 스테이지(100) 상에서, 상기 착륙 다리(27)의 길이방향으로의 축과 상기 전원 전극들(222, 224)의 길이방향으로의 축이 서로 평행하게 랜딩되는 정렬 상태(alignment state)인 ①,②,⑧번 랜딩 위치에 착륙된 경우뿐 아니라, 상기 착륙 다리(27)의 길이 방향 축과 상기 전원 전극들(222, 224)의 길이 방향 축이 서로 불일치하는 비정렬 상태(misalignment state)인 ③,④,⑤,⑥,⑦번 랜딩 위치에 착륙된 경우 모두에도 상기 드론(20)에 대한 자동 충전이 정상적으로 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전 시스템(200)은 상기 드론(20)의 착륙 위치나 정렬 상태에 무관하게, 상기 드론(20)이 상기 랜딩 스테이지(100) 상에 안착되면 자동으로 충전이 가능한 시스템을 가질 수 있다. 특히, 상기 드론 충전 시스템(200)은 주변 환경 영향이나 드론 자체의 문제 발생 등으로 인하여 상기 드론(20)이 상기 랜딩 스테이지(100) 상에서 목표 위치를 다소 벗어나거나 정렬 상태가 틀어져 착륙되더라도, 상기 드론(20) 내 제공된 내장 배터리(22b)와 연결된 충전 회로를 충전 전극들 각각을 극성에 상관없이 전원 공급이 가능한 정류 회로로 구성함으로써, 자동으로 정상 충전이 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 드론 스테이션(10)은 상기 드론(20)이 상기 랜딩 스테이지(100) 상에서, 상기 착륙 다리(27)의 길이방향으로의 축과 상기 전원 전극들(222, 224)의 길이방향으로의 축이 서로 평행하게 랜딩되는 정렬 상태(alignment state) 및 상기 착륙 다리(27)의 길이 방향 축과 상기 전원 전극들(222, 224)의 길이 방향 축이 서로 불일치하는 비정렬 상태(misalignment state) 모두에도 상기 드론(20)에 대한 자동 충전이 정상적으로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전 시스템에 있어서, 전극들의 적합한 레이아웃 구조에 대해 구체적으로 설명한다. 여기서, 앞서 도 1 내지 도 5를 참조하여 살펴본 드론 충전 시스템과 중복되는 내용들은 생략하거나 간소화될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드론 충전 시스템의 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 앞서 살펴본 드론 충전 시스템(200)의 자동 충전이 효율적으로 이루어지기 위해서는 충전 전극부(210)와 전원 전극부(220)의 격자 구조 레이아웃의 정밀 설계가 필요하며, 이를 위한 조건들은 다음과 같다.
먼저, 전원 전극부(220)의 전극들 각각의 노출 면적은 전원 전극부(210)의 전극들의 노출 면적에 비해 클 수 있다. 구체적으로, 플러스 및 마이너스 전원전극들(222, 224) 각각은 랜딩면(112)으로부터 노출되는 노출 면적이 충전 전극들(212, 214) 각각이 착륙면(28)으로부터 노출되는 노출 면적에 비해 크도록 설계될 수 있다. 즉, 상기 플러스 및 마이너스 전원전극들(222, 224)의 전극 면적은 상기 충전 전극들(212, 214)의 전극 면적에 비해 넓을 수 있다. 이에 더하여, 상기 충전 전극들(212, 214) 사이의 간격인 제1 폭(W1)은 상기 전원 전극들(222, 224) 각각의 한 변의 길이(L)와 상기 전원 전극들(222, 224) 간의 간격(S)을 합한 길이(L+S)의 절반 길이[(L-S)/2]에 비해 같거나 긴 조건을 만족할 수 있다. 더 바람직하게는 상기 제1 폭(W1)은 상기 길이(L+S)와 동일할 수 있다. 만약, 상기 제1 폭(W1)이 상기 길이(L+S) 보다 짧은 경우에는 모든 상기 충전 전극들(212, 214)이 상기 전원 전극들(222, 224) 중 어느 하나의 전극에 모두 접점되어 충전 회로가 구성되지 않을 수 있다.
한편, 상기 착륙 다리(27)는 드론(20)의 기체부(22)를 기준으로 대체로 대칭 구조로 제공된 좌측 착륙부 및 우측 착륙부로 제공되고, 상기 충전 전극들(212, 214)은 상기 좌측 착륙부를 따라 배치된 좌측 전극들 및 상기 우측 착륙부를 따라 배치된 우측 전극들을 포함하며, 상기 전측 전극들과 상기 우측 전극들 간의 제2 폭(W2)은 상기 전원 전극들(222, 224) 각각의 한 변의 길이(L)로부터 상기 전원 전극들(222, 224) 간의 간격(S)을 뺀 길이(L-S) 보다 같거나 긴 조건을 만족할 수 있다. 만약, 상기 제2 폭(W2)이 상기 길이(L-S) 보다 짧은 경우에는 모든 상기 충전 전극들(212, 214)이 상기 전원 전극들(222, 224) 중 어느 하나의 전극에 모두 접점되어 충전 회로로 구성되지 않을 수 있다.
상술한 조건을 갖는 전극 레이아웃을 갖는 충전 및 전원 전극부들(210, 220)의 경우, 상기 드론(20)이 정렬 상태 또는 비정렬 상태 중 어떠한 상태로 상기 랜딩 스테이지(110) 상에 착륙되더라도, 충전 전극들(212, 214) 중 적어도 어느 하나는 플러스 전원전극(222)과 접점되고, 적어도 다른 하나는 마이너스 전원전극(224)과 접점되도록 설계되어 있어, 정상적으로 자동 충전이 이루어질 수 있다. 특히, 앞서 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 드론(20)이 상기 랜딩 스테이지(100) 상에서, 상기 착륙 다리(27)의 길이방향으로의 축과 상기 전원 전극들(222, 224)의 길이방향으로의 축이 서로 평행하게 랜딩되는 정렬 상태(alignment state)인 ①,②,⑧번 랜딩 위치에 착륙된 경우뿐 아니라, 상기 착륙 다리(27)의 길이 방향 축과 상기 전원 전극들(222, 224)의 길이 방향 축이 서로 불일치하는 비정렬 상태(misalignment state)인 ③,④,⑤,⑥,⑦번 랜딩 위치에 착륙된 경우 모두에도 상기 드론(20)에 대한 자동 충전이 정상적으로 이루어질 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 드론 스테이션
20 : 드론
22 : 기체부
24 : 날개부
26 : 착륙부
27 : 착륙 다리
28 : 착륙면
100 : 랜딩 스테이지
110 : 대기 플레이트
200 : 드론 충전 시스템
210 : 충전 전극부
212, 214 : 충전 전극들
220 : 전원 전극부
222 : 플러스 전원전극
224 : 마이너스 전원전극
230 : 충전 회로부
240 : 전원 회로부

Claims (19)

  1. 드론의 이착륙이 이루어지는 랜딩 스테이지 상에서 상기 드론을 충전시키는 드론 충전 시스템이고,
    상기 랜딩 스테이지에 접촉되는 상기 드론의 착륙부에 제공되며, 플러스와 마이너스의 양방향 또는 양극성 전극(兩極性 電極) 특성을 갖는 복수의 충전 전극들; 및
    상기 랜딩 스테이지에 제공되어 상기 충전 전극들로 충전 전원을 공급하며, 플러스 전원전극 또는 마이너스 전원전극 중 어느 하나로 정의되는 복수의 전원 전극들로 구성되되,
    상기 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 착륙시, 상기 충전 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 플러스 전원전극에 접촉되어 플러스 충전전극으로 기능되고, 상기 충전 전극들 중 적어도 다른 하나는 상기 마이너스 전원전극에 접촉되어 마이너스 충전전극으로 기능되고,
    상기 드론의 충전은 상기 랜딩 스테이지에 대한 상기 드론의 정렬 상태 여부의 판단 없이, 상기 랜딩 스테이지에 상기 드론이 착륙되면 자동으로 이루어지는, 드론 충전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 전극들은 상기 착륙부에 서로 이격되어 배치되고,
    상기 플러스 전원전극과 상기 마이너스 전원전극은 측방향으로 교대로 이격 배치되어 격자 배치 구조(grid layout structure)를 갖는 드론 충전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 착륙부는 상기 랜딩 스테이지의 랜딩면과 접촉되는 착륙면을 가지며,
    상기 충전 전극들은 상기 착륙면으로부터 일부가 돌출되도록 제공되되,
    상기 드론 충전 시스템은 상기 충전 전극들 각각의 돌출 방향으로 탄성을 제공하는 탄성부를 구비하여, 상기 드론의 랜딩시 상기 드론의 하중에 의해 상기 충전 전극들이 상기 전원 전극들에 대해 가압 및/또는 완충 접촉되도록 제공된 드론 충전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 전극들은 모두 동일 전극 면적을 갖고,
    상기 전원 전극들은 모두 동일 전극 면적을 가지되, 상기 충전 전극들에 비해 넓은 전극 면적의 정사각형 평면을 갖는 드론 충전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 전극들 각각의 전극 크기는 상기 충전 전극들 각각의 전극 크기에 비해 크고,
    상기 충전 전극들 간의 폭(W1)은 상기 전원 전극의 한 변의 길이(L)와 상기 전원 전극들의 간격(S)의 합의 절반 길이[(L+S)/2]에 비해 같거나 긴 조건을 만족하는 드론 충전 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 착륙부는 상기 드론의 기체부를 기준으로 대체로 좌우 대칭되도록 제공된 좌측 착륙부 및 우측 착륙부를 구비하고,
    상기 충전 전극들은 상기 좌측 착륙부를 따라 배치된 좌측 충전전극들; 및
    상기 우측 착륙부를 따라 배치된 우측 충전전극들을 포함하고,
    상기 전측 충전전극들과 상기 우측 충전전극들 간의 제2 폭(W2)은 상기 전원 전극들 각각의 한 변의 길이(L)로부터 상기 전원 전극들 간의 간격(S)을 뺀 길이(L-S)의 절반 길이[(L-S)/2)] 보다 같거나 긴 조건을 만족하는 드론 충전 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전 전극들 각각은 상기 드론의 충전시 접촉되는 전원 전극의 극성이 플러스과 마이너스 중에 어떤 극성의 전극이더라도, 전원 공급이 가능한 정류 회로에 연결된 드론 충전 시스템.
  8. 삭제
  9. 드론의 이착륙이 이루어지는 랜딩 스테이지 상에서 상기 드론을 충전시키는 드론 충전 시스템이고,
    상기 랜딩 스테이지에 접촉되는 상기 드론의 착륙부에 제공되며, 플러스와 마이너스의 양방향 또는 양극성 전극(兩極性 電極) 특성을 갖는 복수의 충전 전극들; 및
    상기 랜딩 스테이지에 제공되어 상기 충전 전극들로 충전 전원을 공급하며, 플러스 전원전극 또는 마이너스 전원전극 중 어느 하나로 정의되는 복수의 전원 전극들로 구성되되,
    상기 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 착륙시, 상기 충전 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 플러스 전원전극에 접촉되어 플러스 충전전극으로 기능되고, 상기 충전 전극들 중 적어도 다른 하나는 상기 마이너스 전원전극에 접촉되어 마이너스 충전전극으로 기능되고,
    상기 드론은 상기 랜딩 스테이지 상에서, 상기 착륙부의 길이방향으로의 축과 상기 전원 전극들의 길이방향으로의 축이 서로 평행하게 랜딩되는 정렬 상태(alignment state) 및 상기 착륙부의 길이 방향 축과 상기 전원 전극들의 길이 방향 축이 서로 불일치하는 비정렬 상태(misalignment state) 모두에도 상기 드론에 대한 상기 충전 시스템의 충전이 정상 진행되는, 드론 충전 시스템.
  10. 착륙부를 갖는 드론;
    상기 드론의 충전과 이착륙이 이루어지는 랜딩 스테이지; 및
    상기 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 착륙시 상기 드론을 충전시키는 드론 충전 시스템을 포함하되,
    상기 드론 충전 시스템은,
    상기 착륙부에 제공되며, 플러스와 마이너스의 양방향 또는 양극성 전극(兩極性 電極) 특성을 갖는 복수의 충전 전극들; 및
    상기 랜딩 스테이지에 제공되어 상기 충전 전극들로 충전 전원을 공급하며, 플러스 전원전극 또는 마이너스 전원전극 중 어느 하나로 정의되는 복수의 전원 전극들을 포함하고,
    상기 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 착륙시, 상기 충전 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 플러스 전원전극에 접촉되고, 상기 충전 전극들 중 적어도 다른 하나는 상기 마이너스 전원전극에 접촉되고,
    상기 드론의 충전은 상기 랜딩 스테이지에 대한 상기 드론의 정렬 상태에 대한 판단과 무관하게, 상기 랜딩 스테이지에 상기 드론이 착륙되면 자동으로 진행되는, 드론 스테이션.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 착륙부는 상기 드론의 기체부 중심을 기준으로 좌우 대칭 구조를 갖는 착륙 다리들을 가지고,
    상기 충전 전극들은 상기 착륙 다리들 각각의 길이 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 드론 스테이션.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 충전 전극들은 상기 랜딩 스테이지의 랜딩면에 접촉되는 상기 착륙부의 착륙면으로부터 일정 높이로 도출되도록 구비되는 드론 스테이션.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 충전 전극들 각각은 상기 드론의 충전시 접촉되는 전원 전극의 극성이 플러스과 마이너스 중에 어떤 극성의 전극이더라도, 전원 공급이 가능한 정류 회로에 연결된 드론 스테이션.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 충전 전극들은 상기 착륙부에 서로 이격되어 배치되고,
    상기 플러스 전극과 상기 마이너스 전극은 측방향으로 교대로 이격 배치되어 격자 배치 구조(grid layout structure)를 갖는 드론 스테이션.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 착륙부는 상기 랜딩 스테이지의 랜딩면과 접촉되는 착륙면을 가지며,
    상기 충전 전극들은 상기 착륙면으로부터 일부가 돌출되도록 제공되되,
    상기 드론 충전 시스템은 상기 충전 전극들 각각의 돌출 방향으로 탄성을 제공하는 탄성부를 구비하여, 상기 드론의 랜딩시 상기 충전 전극들이 상기 전원 전극들에 대해 가압 접촉되도록 제공된 드론 스테이션.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 전원 전극들 각각의 전극 크기는 상기 충전 전극들 각각의 전극 크기에 비해 크고,
    상기 충전 전극들 간의 폭(W1)은 상기 전원 전극의 한 변의 길이(L)와 상기 전원 전극들의 간격(S)의 합의 절반 길이[(L+S)/2]에 비해 같거나 긴 조건을 만족하는 드론 스테이션.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 착륙부는 상기 드론의 기체부를 기준으로 대체로 좌우 대칭되도록 제공된 좌측 착륙부 및 우측 착륙부를 구비하고,
    상기 충전 전극들은 상기 좌측 착륙부를 따라 배치된 좌측 충전전극들; 및
    상기 우측 착륙부를 따라 배치된 우측 충전전극들을 포함하고,
    상기 전측 충전전극들과 상기 우측 충전전극들 간의 제2 폭(W2)은 상기 전원 전극들 각각의 한 변의 길이(L)로부터 상기 전원 전극들 간의 간격(S)을 뺀 길이(L-S)의 절반 길이[(L-S)/2)] 보다 같거나 긴 조건을 만족하는 드론 스테이션.
  18. 삭제
  19. 착륙부를 갖는 드론;
    상기 드론의 충전과 이착륙이 이루어지는 랜딩 스테이지; 및
    상기 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 착륙시 상기 드론을 충전시키는 드론 충전 시스템을 포함하되,
    상기 드론 충전 시스템은,
    상기 착륙부에 제공되며, 플러스와 마이너스의 양방향 또는 양극성 전극(兩極性 電極) 특성을 갖는 복수의 충전 전극들; 및
    상기 랜딩 스테이지에 제공되어 상기 충전 전극들로 충전 전원을 공급하며, 플러스 전원전극 또는 마이너스 전원전극 중 어느 하나로 정의되는 복수의 전원 전극들을 포함하고,
    상기 드론이 상기 랜딩 스테이지 상에 착륙시, 상기 충전 전극들 중 적어도 어느 하나는 상기 플러스 전원전극에 접촉되고, 상기 충전 전극들 중 적어도 다른 하나는 상기 마이너스 전원전극에 접촉되고,
    상기 드론은 상기 랜딩 스테이지 상에서, 상기 착륙부의 길이방향으로의 축과 상기 전원 전극들의 길이방향으로의 축이 서로 평행하게 랜딩되는 정렬 상태(alignment state) 및 상기 착륙부의 길이 방향 축과 상기 전원 전극들의 길이 방향 축이 서로 불일치하는 비정렬 상태(misalignment state) 모두에도 상기 드론에 대한 상기 충전 시스템의 충전이 정상 진행되는, 드론 스테이션.
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