KR102365931B1 - 배터리 교체형 드론의 공중 배터리 교체 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

배터리 교체형 드론의 공중 배터리 교체 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론은, 상기 배터리 교체형 드론에 장착되어 있는 제1 배터리 드론의 배터리 잔여 레벨이 제1 레벨 이하임을 감지하고, 상기 배터리 교체형 드론의 배터리를 충전 및 보관하고 있는 스테이션으로 배터리를 요청하는 제1 제어 신호를 전송하고, 상기 배터리 교체형 드론의 현재 위치 정보를 기설정된 시간 간격으로 상기 스테이션에서 상기 제1 제어 신호에 따라 출발한 제2 배터리 드론으로 전송하고, 상기 제2 배터리 드론으로부터 상기 배터리 교체형 드론의 배터리 교체 대기 지점에 도착했다는 제2 제어 신호를 수신하고, 상기 배터리 교체형 드론의 전력원을 상기 제1 배터리 드론에서 상기 보조 내장 배터리로 전환하고, 상기 제1 배터리 드론에 대한 장착 잠금을 해제하고, 상기 배터리 교체형 드론으로부터의 이탈을 명령하는 제3 제어 신호를 상기 제1 배터리 드론으로 전송하고, 상기 제1 배터리 드론의 이탈이 확인된 경우, 상기 배터리 교체형 드론으로의 장착을 명령하는 제4 제어 신호를 상기 제2 배터리 드론으로 전송하고, 상기 제2 배터리 드론의 장착이 확인된 경우, 상기 배터리 교체형 드론의 전력원을 상기 보조 내장 배터리에서 상기 제2 배터리 드론으로 전환할 수 있다.

Description

배터리 교체형 드론의 공중 배터리 교체 방법 및 이를 위한 장치{An aerial battery replacement method of battery-replaceable drone and a device therefor}
본 명세서는 배터리 교체형 드론의 배터리 드론을 이용한 공중에서의 배터리 교체 방법 및 이를 위한 장치를 제안한다.
무인 비행기는 조종사가 탑승하지 않고 원격 조종 또는 자율 비행 제어로 비행하여 촬영, 정찰, 화물 수송, 방사능 감시 등 사람이 직접 수행하기 힘들거나 위험한 임무를 수행하는 비행기를 의미한다. GPS를 이용하여 항행 또는 착륙 유도가 제어되는 무인 비행기로는, 드론(drone)이 많이 알려져 있다.
이러한 드론은 현재 촬영에 많이 쓰이고 있으며, 이러한 촬영용 드론 특허로는 특허 제1956694호와 특허 제1951666호가 있다.
그러나, 이러한 드론의 전력원으로 배터리를 이용하는 경우 드론의 운행 시간이 제한되므로, 전원 충전을 간헐적 또는 정기적으로 수행하기 위한 다양한 충전 방식이 제안되어 왔다. 예를 들어, 특허 제1599423호는 충전 배터리를 구비한 드론의 배터리를 충전할 수 있는 충전 패드를 가진 복수 개의 충전소를 설치하고, 서버가 충전소의 동작을 제어하도록 한 드론용 무선 충전 플랫폼 시스템을 개시하고 있다. 또 다른 공개 특허 제2017-0049040호는 무인 비행하는 드론의 충전 모듈을 격납고에서 교체할 수 있도록 한 드론 자동 충전 및 격납 시스템을 개시하고 있다.
그러나 이러한 선행 기술에서는 드론을 충전하려면 지상의 충전소 또는 격납고에 착륙시켜야 하므로, 이들과 먼 거리에서 비행 중인 드론의 충전이 불편하고, 이동과 착륙에 시간이 소요되어 실제 유효 비행 시간은 단축되어 버리는 문제가 있다. 또, 충전소나 격납고를 지상의 여러 곳에 배치하기 위해 설치 비용이 소요되고, 유지 보수가 번거로운 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하고자, 본 명세서는 비행이 가능한 배터리 드론을 이용하여 공중에서 배터리 교체가 가능한 배터리 교체형 드론을 제안하고자 함이 목적이다.
또한, 본 명세서는 드론의 촬영에 미칠 수 있는 영향을 최소화하면서 배터리를 교체하는 방법을 제안하고자 함이 목적이다.
또한, 본 명세서는 배터리 드론이 배터리 교체형 드론까지 도달하기 위한 최적의 경로를 탐색하고, 이러한 최적의 경로로 비행함으로써 드론의 배터리 교체 시간을 단축하는 방법을 제안하고자 함이 목적이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론에 있어서, 상기 배터리 교체형 드론을 비행시키는, 구동부; 상기 배터리 교체형 드론에 대한 배터리 드론의 상대적 위치를 센싱하는, 센서부; 상기 배터리 교체형 드론에 전원을 공급하고 독립적인 구동부를 구비하여 비행하는, 배터리 드론; 상기 배터리 드론의 장착을 물리적으로 잠금 또는 해제하는, 잠금부; 상기 배터리 교체형 드론에 보조 전원을 공급하는, 보조 내장 배터리; 상기 배터리 교체형 드론의 위치 정보를 획득하는, 위치 획득부; 적어도 하나의 통신 프로토콜을 이용하여 제어 신호를 송수신하는, 통신부; 및 상기 구동부, 상기 센서부, 상기 배터리 드론, 상기 잠금부, 상기 보조 내장 배터리, 상기 위치 획득부 및 상기 통신부를 제어하는, 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 배터리 교체형 드론에 장착되어 있는 제1 배터리 드론의 배터리 잔여 레벨이 제1 레벨 이하임을 감지하고, 상기 배터리 교체형 드론의 배터리를 충전 및 보관하고 있는 스테이션으로 배터리를 요청하는 제1 제어 신호를 전송하고, 상기 배터리 교체형 드론의 현재 위치 정보를 기설정된 시간 간격으로 상기 스테이션에서 상기 제1 제어 신호에 따라 출발한 제2 배터리 드론으로 전송하고, 상기 제2 배터리 드론으로부터 상기 배터리 교체형 드론의 배터리 교체 대기 지점에 도착했다는 제2 제어 신호를 수신하고, 상기 배터리 교체형 드론의 전력원을 상기 제1 배터리 드론에서 상기 보조 내장 배터리로 전환하고, 상기 제1 배터리 드론에 대한 장착 잠금을 해제하고, 상기 배터리 교체형 드론으로부터의 이탈을 명령하는 제3 제어 신호를 상기 제1 배터리 드론으로 전송하고, 상기 제1 배터리 드론의 이탈이 확인된 경우, 상기 배터리 교체형 드론으로의 장착을 명령하는 제4 제어 신호를 상기 제2 배터리 드론으로 전송하고, 상기 제2 배터리 드론의 장착이 확인된 경우, 상기 배터리 교체형 드론의 전력원을 상기 보조 내장 배터리에서 상기 제2 배터리 드론으로 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 드론이 배터리 충전 또는 교체를 위해 별도의 충전소나 격납고에 착륙할 필요가 없어 유효 비행 시간이 충분히 확보된다는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리 잔여량이 일정 레벨에 도달하면, 드론이 스스로 배터리 드론과 통신을 수행하여 배터리 드론을 교체하므로, 사용자가 별도로 배터리 잔여량을 지속적으로 체크할 필요가 없어 사용자의 드론 사용 환경이 한층 개선된다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론의 사용 실시예를 도시한 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론의 사시도를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론과 결합되는 배터리 드론을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 드론의 평면도 및 저면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 드론의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론의 공중 배터리 교체 방법에 관한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 공중에서 배터리를 교체하는 배터리 교체형 드론을 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 드론의 최적 이동 경로를 설정하는 배터리 교체형 드론을 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중에서 배터리를 교체하는 배터리 교체형 드론을 예시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 여부에 따른 배터리 공중 교체 방법을 예시한 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 현재 촬영 중인 배터리 교체형 드론의 최적 이동 경로 설정 방법을 예시한 도면이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론의 사용 실시예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 명세서에서 제안하는 배터리 교체형 드론(100)은 외부 객체를 촬영하기 위한 카메라(110)를 구비하여 객체(101)를 촬영하고, 영상을 출력하는 디스플레이(120)를 구비하여 촬영 중인 영상에 대한 미리보기 기능을 제공할 수 있다. 배터리 교체형 드론(100)의 선행 기술로는, 특허 제1956694호와 특허 제1951666호가 존재한다. 특허 제1956694호와 특허 제1951666호 등과 같은 배터리 교체형 드론(100)은 객체(101)를 트래킹하면서 공중 촬영이 가능하므로, 최근 매우 유행하고 있는 1인 크리에이터(또는 영상 제작자)가 셀프 영상을 제작하는 데 매우 유용하게 사용될 수 있다.
다만, 이러한 배터리 교체형 드론(100)의 경우, 앞서 상술한 바와 같이 사용자가 주기적으로 배터리를 교체해 주거나, 충전 또는 배터리 교체를 위해 배터리 교체형 드론이 충전소/격납소에 주기적으로 착륙을 해야 하므로, 사용자의 불편함이 증대되며 유효 비행 시간이 줄어든다는 문제점이 존재하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 명세서에서는 비행이 가능한 배터리 드론을 이용하여 드론의 비행 중에 배터리 교체가 공중에서 자동으로 수행되는 공중 배터리 교체 방법에 대해 제안하고자 한다.
이에 앞서, 우선 배터리 교체형 드론(100)의 구조에 대해 도 2 및 3을 참조하여 간략히 설명하기로 한다.
도 2 및 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론의 사시도를 예시한 도면이다. 특히, 도 2(a)는 상측에서 하측으로 내려다 본 배터리 교체형 드론의 사시도, 도 2(b) 및 3은 하측에서 상측으로 올려다 본 배터리 교체형 드론의 사시도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 배터리 교체형 드론(100)은 카메라(110), 구동부, 배터리 드론(130), 보조 내장 배터리(150) 및/또는 디스플레이(120)를 포함할 수 있다. 특히, 배터리 교체형 드론(100)은 하우징으로서 프레임을 구비할 수 있는데, 상술한 구성 요소들은 프레임 내부 또는 외부에 구비될 수 있다. 나아가, 배터리 교체형 드론(100)의 구성 요소가 각 기능을 수행할 수 있도록 하기 위한 적어도 하나의 하드웨어적인 구성(예를 들어, 회로 구성 및/또는 기계 장치)은 프레임 내부에 수납될 수 있다.
카메라(110)는 프레임 정면에 형성되어 있는 카메라 수납홈에 카메라 렌즈가 외부로 노출되는 형태로 구비될 수 있으며, 디스플레이(120)는 프레임 저면에 형성되어 있는 디스플레이 수납부에 수납되거나 이탈되는 구조로 구비될 수 있다.
특히, 카메라(110)와 디스플레이(120)는 회전이 가능한 구조로 배터리 교체형 드론(100)에 구비될 수 있다. 예를 들어, 카메라(110)와 디스플레이(120)는 배터리 교체형 드론에 구비된 힌지 장치의 일 축을 기준으로 회전될 수 있다. 특히, 카메라(110)의 경우 촬영 객체의 이동에 따라 회전할 수 있다. 또한, 디스플레이(120)의 경우, 이미지/영상/화면을 디스플레이 중이지 않은 경우에는 도 2(b)에 도시한 바와 같이 디스플레이 화면이 외부로 노출되지 않도록 일 축을 기준으로 회전하여 배터리 교체형 드론(100)에 수납될 수 있으며, 이미지/영상을 디스플레이 중인 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이 디스플레이 면이 외부로 노출되도록 일 축을 기준으로 회전하여 배터리 교체형 드론(100)으로부터 이탈될 수 있다.
구동부는 적어도 하나의 모터(미도시)와 복수의 프로펠러들(140-1~140-4)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 모터는 프레임 내부에 내장될 수 있으며, 복수의 프로펠러들(140-1~140-4)은 배터리 교체형 드론(100)에 양력을 제공하기 위해 외부로 노출될 수 있다. 본 도면의 경우 4개의 프로펠러들(140-1~140-4)을 구비한 배터리 교체형 드론(100)을 기준으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 프로펠러들(140-1~140-4)은 배터리 교체형 드론(100)의 양측에 대칭된 형태로 구비될 수 있으며, 본 배터리 교체형 드론(100) 예시의 경우 배터리 교체형 드론(100)의 양측에 2개씩 나란히 구비될 수 있다.
배터리 드론(130)은 프레임 저면(특히, 디스플레이 수납부의 후측)에 형성되어 있는 배터리 수납부에 탈착(장착 및 이탈)되는 형태로 구비될 수 있다.
보조 내장 배터리(150)는 프레임 내부에 내장될 수 있으며, 특히, 프레임의 상면에 형성되어 있는 보조 내장 배터리 수납부에 내장되고 탈착 가능한 덮개에 의해 커버되는 형태로 구비될 수 있다.
이상으로 간략하게 배터리 교체형 드론(100)의 구조에 대해 살펴보았으나, 배터리 교체형 드론(100)의 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 명세서에서 제안하는 배터리 공중 교체 방법은 이외에도 다양한 구조를 갖는 배터리 교체형 드론에 적용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 배터리 교체형 드론(100)의 공중 배터리 교체를 수행하기 위한 기능적인 구성 요소들에 대해 보다 상세히 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론의 블록도이다.
본 도면을 참조하여 후술하는 적어도 하나의 구성 요소는 실시예에 따라 배터리 교체형 드론에서 제외되거나 새로운 구성 요소가 배터리 교체형 드론에 부가될 수 있다. 나아가, 각 구성 요소는 적어도 하나의 하드웨어/소프트웨어인 구성 요소들을 통해 구현될 수 있다.
도 4를 참조하면, 배터리 교체형 드론은 제어부(410), 카메라(420), 구동부(430), 센서부(440), 배터리 드론(450), 잠금부(460), 보조 내장 배터리(470), 위치 획득부(480), 통신부(490) 및/또는 디스플레이(500)를 포함할 수 있다.
제어부(410)는 다른 구성 요소들과 통신을 수행할 수 있으며, 이들을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(410)는 본 명세서에서 제안하는 다양한 실시예를 수행하기 위해 적어도 하나의 구성 요소를 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(410)는 배터리 교체형 드론과 동일시되어 설명될 수 있다. 제어부(410)는 적어도 하나의 프로세서를 통해 구현될 수 있다. 제어부(410)는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), AP(Application Processor), AP(Application Processor) 또는 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 임의의 형태의 프로세서를 적어도 하나 포함하여 구성될 수 있다. 제어부(410)는 본 발명의 실시예들에 따른 방법을 실행하기 위한 적어도 하나의 애플리케이션 또는 프로그램에 대한 연산을 수행할 수 있다.
카메라(420)는 객체를 촬영할 수 있다. 특히, 카메라(420)는 객체를 트래킹하면서 촬영할 수 있으며, 이를 위해 일정한 축을 기준으로 회전할 수 있음은 앞서 상술한 바와 같다.
구동부(430)는 복수의 프로펠러와 복수의 프로펠러에 회전력을 제공하기 위한 적어도 하나의 모터를 포함할 수 있으며, 제어부의 제어에 따라 이들을 구동시켜 배터리 교체형 드론을 비행시키기 위한 양력을 제공할 수 있다. 보다 상세하게는, 구동부(430)는 적어도 하나의 모터를 동작시켜 프로펠러를 회전시킬 수 있으며, 배터리 교체형 드론을 특정 고도로 이동시키거나, 특정 고도로 유지시킬 수 있다. 또한, 구동부(430)는 복수개의 프로펠러 간의 양력 조절을 통해, 배터리 교체형 드론의 수평 좌표를 이동시킬 수도 있다.
센서부(440)는 다양한 센싱 수단을 통칭하는 것으로, 사용자의 다양한 입력 및 배터리 교체형 드론의 외부/주변 환경을 센싱하여, 배터리 교체형 드론이 그에 따른 동작을 수행할 수 있도록 센싱 결과를 제어부에 전달할 수 있다. 예를 들어, 센서부(440)는 중력(gravity) 센서, 지자기 센서, 모션 센서, 자이로스코프 센서, 가속도 센서, 적외선 센서, 기울임(inclination) 센서, 밝기 센서, 고도 센서, 후각 센서, 온도 센서, 뎁스 센서, 압력 센서, 밴딩 센서, 오디오 센서, 비디오 센서, 카메라 센서, GPS(Global Positioning System) 센서, 광 센서, 터치 센서, 근접 센서 및 그립 센서 등의 다양한 센싱 수단 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상술한 센서들은 별도의 엘러먼트로 배터리 교체형 드론에 포함되거나, 적어도 하나 이상의 엘러먼트로 통합되어 포함될 수 있다.
특히, 센서부(440)는 배터리 교체형 드론에 대한 배터리 드론의 상대적 위치를 센싱하기 위한 다양한 센싱 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(440)는 배터리 교체형 드론에 대한 배터리 드론의 상대적 위치를 획득하기 위해 근접 센서, 광 센서, 및/또는 카메라 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 센서부(440)는 근접 센서를 이용하여 현재 배터리 교체형 드론의 어느 위치에 배터리 드론이 위치하는지, 그리고/또는 얼만큼 배터리 교체형 드론에 가까이 위치하는지 등을 센싱할 수 있다. 또한, 센서부(440)는 광 센서를 이용하여 배터리 드론이 배터리 교체형 드론의 배터리 교체 가능 지점에 정확히 위치하였는지 여부 등을 센싱할 수 있다. 또한, 센서부(440)는 카메라 센서를 이용하여 배터리 드론을 인식하여 배터리 드론의 배터리 교체형 드론에 대한 상대적 위치를 확인할 수 있다. 제어부는 센서부(440)를 통해 수신한 센싱 결과에 기초하여 배터리 드론이 배터리 교체 가능 지점에 위치할 수 있도록 배터리 드론의 세부 위치 조정을 수행할 수 있다. 센서부(440)는 배터리 교체 대기 지점(혹은 배터리 교체 가능 지점)에 배치될 수 있다. 여기서, 배터리 교체 대기 지점은 배터리 교체형 드론의 배터리 교체 준비가 완료될 때까지 배터리 드론(450)이 배터리 교체를 대기하는 지점을 의미하며, 배터리 교체 가능 지점은 배터리 드론(450)의 수직 상승만으로 배터리 교체형 드론과의 결합이 가능한 지점을 의미한다.
배터리 드론(410)은 배터리 교체형 드론에 전력을 공급하며, 자체 구동부를 구비하여 비행이 가능한 배터리이다. 배터리 드론(410)은 배터리 교체형 드론에 형성되어 있는 배터리 수납부에 수납되어 있다가, 배터리 교체 시 자체 구동부를 동작시켜 배터리 수납부로부터 이탈될 수 있다. 이 경우, 충전이 완료된 새로운 배터리 드론(410)이 이전 배터리 드론(410)이 이탈된 배터리 수납부에 수납됨으로써 배터리 교체가 완료될 수 있다. 배터리 교체형 드론으로부터 이탈된 배터리 드론(410)은 배터리 드론을 충전 및 보관하는 스테이션까지 비행할 수 있으며, 스테이션에서 충전됨과 동시에 다음 배터리 교체 주기까지 대기할 수 있다. 보다 구체적인 배터리 공중 교체 방법은 도 8을 참조하여 이하에서 후술한다.
잠금부(460)는 물리적/기계적인 잠금 장치를 구비하여 배터리 수납부에 수납된 배터리 드론(450)이 배터리 교체형 드론으로부터 이탈/분리되지 않도록 제어부(410)의 제어에 따라 물리적/기계적으로 잠금할 수 있다. 배터리 드론(450)의 교체 시, 잠금부(460)는 배터리 드론(450)이 배터리 교체형 드론으로부터 이탈될 수 있도록 제어부(410)의 제어에 따라 잠금을 해제할 수 있다.
보조 내장 배터리(470)는 배터리 교체형 드론에 내장되어 있는 보조 배터리로서, 배터리 드론(450)을 보조하여 배터리 교체형 드론에 전력을 공급한다. 특히, 보조 내장 배터리(470)는 배터리 교체형 드론에 공급되는 전력이 중간에 끊기지 않도록 배터리 드론(450) 교체 시 배터리 교체형 드론에 전력을 공급할 수 있다.
위치 획득부(480)는 적어도 하나의 센서를 포함하여 현재 배터리 교체형 드론의 위치를 획득할 수 있다. 예를 들어, 위치 획득부는 GPS 센서를 구비하여 현재 배터리 교체형 드론의 위치를 (실시간으로) 획득할 수 있으며, 현재 위치에 관한 정보를 제어부로 전송할 수 있다.
통신부(490)는 적어도 하나의 유/무선 통신 프로토콜을 사용하여 통신을 수행하여 다양한 데이터/정보/신호를 송신/수신할 수 있다. 특히, 통신부(490)는 스테이션 및/또는 배터리 드론(450)과 통신을 수행할 수 있다.
제어부(410)는 통신부(490)를 통해 현재 배터리 교체형 드론의 위치 정보, 배터리 드론(450)의 배터리 교체형 드론에 대한 상대적 위치 정보, 배터리 교체형 드론의 배터리 교체 준비 완료 신호, 배터리 드론(450)의 세부 위치 조정 정보 등을 배터리 드론(450)에 전송할 수 있다.
제어부(410)는 통신부(490)를 이용하여 배터리 드론(450)과 직접적으로 통신하거나 스테이션을 통하여 배터리 드론(450)과 간접적으로 통신할 수 있다. 다만 이하에서는, 설명의 편의를 위해 스테이션을 통한 신호의 송수신도 배터리 교체형 드론과 배터리 드론(450) 사이의 직접적인 신호의 송수신이라 표현될 수 있다(즉, 배터리 교체형 드론과 배터리 드론(450) 사이의 통신은 직접적 및 간접적 통신의 의미 모두 포함).
디스플레이부(500)는 다양한 이미지/영상을 디스플레이할 수 있으며, 특히 현재 카메라(420)를 통해 촬영 중인 영상을 실시간으로 디스플레이할 수 있다. 이를 통해, 배터리 교체형 드론은 디스플레이부(500)를 통해 사용자에게 현재 촬영 중인 영상에 대한 실시간 미리보기 기능뿐 아니라, 실시간 댓글/채팅 등을 제공할 수 있다.
이외에도, 본 블록도에는 도시하지 않았으나, 배터리 교체형 드론은 배터리 드론(450)과의 결합이 용이하도록 물리적/기계적으로 가이드하기 위한 가이드부를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 가이드부는 배터리 교체 대기 지점에서 대기 중인 배터리 드론(450)과 물리적/기계적으로 결합함으로써, 배터리 드론(450)이 보다 안정적으로 배터리 교체형 드론과 결합할 수 있도록 가이드할 수 있다. 예를 들어, 가이드부는 배터리 드론(450)과 결합할 수 있는 결합부(예를 들어, 걸쇠 등)를 포함할 수 있으며, 결합부를 현재 배터리 교체 가능 지점까지 길이를 연장시켜 배터리 드론(450)에 결착될 수 있다. 가이드부는 배터리 드론과 결착된 결합부의 길이를 다시 줄임으로써 배터리 드론(450)을 배터리 교체형 드론 방향으로 끌어당길 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리 교체형 드론과 배터리 드론(450)은 서로의 프로펠러가 회전할 때 발생할 수 있는 바람에 영향을 받지 않고 안정적으로 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론과 결합되는 배터리 드론을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 드론(130)은 배터리 교체 대기 지점에서 대기하다가 배터리 교체형 드론(100)의 배터리 교체 준비가 완료되면, 배터리 교체 가능 지점으로 이동하여 배터리 교체형 드론(100)과 결합할 수 있다.
도 2 및 3에서 예시한 바와 같이, 배터리 교체형 드론(100)의 저면에 배터리 수납부가 형성되어 있는 경우, 배터리 교체 대기 지점의 범위는 배터리 수납부(160)로부터 사선 방향으로 제1 거리만큼 떨어진 영역으로 설정될 수 있으며, 배터리 교체 가능 지점의 범위는 배터리 수납부(160)로부터 하측 방향으로 제2 거리만큼 떨어진 영역 내로 설정될 수 있다. 이때, 제1 거리는 제2 거리보다 충분히 길게 설정될 수 있다.
이렇듯 배터리 교체 대기 지점이 사선 방향이면서 배터리 교체 가능 지점보다 더 먼 거리로 설정되는 이유는, 교체 대기 중인 배터리 드론(130)이 배터리 교체형 드론(100)으로부터 이탈되는 배터리 드론과 충돌하는 것을 방지하기 위함이다. 따라서, 새로운 배터리 드론(130)은 배터리 교체 대기 지점에서 대기 하다가 기존의 배터리 드론이 이탈되었음을 확인하면 배터리 교체 가능 지점으로 이동한 후 수직 상승하여 배터리 교체형 드론(100)에 장착될 수 있다.
배터리 드론(130)이 배터리 교체 대기 지점에서 배터리 교체 가능 지점으로 이동하기 위해 배터리 드론(130)의 세부 위치 조정이 필요할 수 있으며, 이를 위해, 배터리 교체형 드론(100) 및 배터리 드론(130)은 다양한 센싱 수단(예를 들어, 근접 센서, 광 센서, 및/또는 카메라 센서 등)을 포함/이용할 수 있음은, 앞서 도 4에서 상술한 바와 같다.
상술한 내용에 따를 때, 기본적으로 본 발명은 배터리 드론(130)이 배터리 교체형 드론(100)의 하부로 진입하고 수직 상승하면서 도킹되는 방식을 제시한다. 이러한 방식은 배터리 드론(130)이 상부로 진입하여 수직 하강하면서 배터리 교체형 드론(100)에 도킹되는 방식보다 더욱 안정적이라는 효과가 있다. 그 이유는, 상부로 진입하여 하강하는 경우, 배터리 드론(130)의 프로펠러들에서 하측으로 뿜어져 나오는 바람이 배터리 교체형 드론(100)에 압력을 가하여 비행 제어에 악영향을 미치기 때문이다. 이에 반해, 하부로 진입하여 상승하는 경우에는, 배터리 드론(130)의 프로펠러들에서 뿜어져 나오는 바람은 배터리 교체형 드론(100)에 아무런 영향을 미치지 않는다. 나아가, 배터리 교체형 드론(100)의 프로펠러에서 뿜어져 나오는 바람 역시 배터리 드론(130)에 아무런 영향을 미치지 않는다. 그 이유는, 배터리 수납부(160)가 배터리 교체형 드론(100)의 양쪽 프로펠러들의 사이에 위치하고 배터리 드론(130)의 사이즈가 충분히 작아, 배터리 교체 시 배터리 교체형 드론(100)의 프로펠러들의 하측에 배터리 드론(130)이 위치하지 않기 때문이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 드론의 평면도 및 저면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 드론의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 배터리 드론(130)은 배터리 교체형 드론에 형성되어 있는 배터리 수납부에 수납될 수 있는 프레임 구조를 가질 수 있으며, 자체 구동부로서 적어도 하나의 모터와 복수의 프로펠러들(610-1~610-4)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 모터는 프레임 내부에, 복수의 프로펠러들(610-1~610-4)은 프레임 외부에 노출되어 구비될 수 있다. 본 도면에 예시되어 있는 배터리 드론(130)의 경우, 4개의 프로펠러(610-1~610-4)를 포함할 수 있으며, 2개씩 배터리 드론의 양 사이드에 나란히 배치된다.
도 7을 참조하면, 배터리 드론은 기능적인 구성 요소로서, 제어부(710), 센서부(720), 구동부(730), 통신부(740) 및/또는 위치 획득부(750)를 포함할 수 있다.
제어부(710)는 다른 구성 요소들과 통신을 수행할 수 있으며, 이들을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(710)는 본 명세서에서 제안하는 다양한 실시예를 수행하기 위해 적어도 하나의 구성 요소를 제어할 수 있다. 따라서, 제어부(710)는 배터리 드론(130)과 동일시되어 설명될 수 있다.
센서부(720)는 다양한 센싱 수단을 통칭하는 것으로, 사용자의 다양한 입력 및 배터리 교체형 드론의 외부/주변 환경을 센싱하여, 배터리 드론(130)이 그에 따른 동작을 수행할 수 있도록 센싱 결과를 제어부(710)에 전달할 수 있다. 특히, 센서부(710)는 배터리 드론(130)이 배터리 교체 가능 지점에 정확하게 위치하였는지 여부를 센싱하기 위한 광 센서를 포함할 수 있다. 여기서, 광 센서는 광을 발생시키는 발광부와 광을 수용하여 센싱하는 수광부를 모두 총괄하는 개념에 해당한다.
예를 들어, 배터리 드론(130)의 센서부(720)는 복수의 발광부들 혹은 수광부들을 포함할 수 있으며, 배터리 교체형 드론의 센서부는 이들과 일대일 대응되는 복수의 수광부들 혹은 발광부들을 포함할 수 있다. 배터리 교체형 드론의 수광부들/발광부들은 배터리 수납부 내부 및/또는 배터리 수납부의 경계선에 배치될 수 있으며, 배터리 드론(130)의 발광부들/수광부들은 배터리 교체형 드론의 수광부들/발광부들과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 배터리 드론(130)의 발광부들/수광부들은, 배터리 드론(130)과 배터리 교체형 드론의 결합 시 평면 상에서 배터리 교체형 드론의 수광부들/발광부들과 대응되는/일치하는 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 배터리 교체형 드론 또는 배터리 드론(130)은 모든 수광부들을 통해) 광이 센싱되는 경우, 배터리 드론(130)이 배터리 교체형 드론의 배터리 수납부와 평면상/일직선상에서 일치하는 위치, 즉 배터리 교체 가능 지점에 위치하였음을 인식할 수 있게 된다.
일 실시예로서, 도 6을 참조하면, 배터리 드론(130)은 2개의 발광부들(610-1, 610-2)을 포함할 수 있으며, 2개의 발광부(610-1, 610-2)는 서로 대각선 방향으로 마주보도록 프레임 상에 배치될 수 있다. 배터리 교체형 드론은 배터리 드론(130)과 결합 시 배터리 드론(130)의 발광부들(610-1, 610-2)과 평면 상에서 대응되는 위치(즉, 대각선 방향으로 마주보도록)에 2개의 수광부들을 포함할 수 있다. 배터리 교체형 드론은 모든 수광부들을 통해 광을 센싱한 경우, 배터리 드론(130)이 배터리 교체 가능 지점에 위치하였음을 인식할 수 있다.
이와 반대로, 배터리 드론(130)이 수광부들을 포함하고 배터리 교체형 드론이 발광부들을 포함할 수도 있는데, 이 경우 배터리 교체형 드론은 배터리 드론(130)으로부터 복수의 수광부들 모두를 통해 광이 센싱되었음을 알리는 제어 신호를 수신함으로써 배터리 드론(130)이 배터리 교체 가능 지점에 위치하였음을 인식할 수 있다.
이외에도, 배터리 드론(130)은 배터리 교체형 드론에 대한 상대적인 위치를 센싱하기 위한 다양한 센싱 수단을 포함할 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 구동부(730)는 복수의 프로펠러(610-1~610-4)와 복수의 프로펠러(610-1~610-4)에 회전력을 제공하기 위한 적어도 하나의 모터를 포함할 수 있으며, 제어부(710)의 제어에 따라 이들을 구동시켜 배터리 드론(130)을 비행시키기 위한 양력을 제공할 수 있다. 보다 상세하게는, 구동부(730)는 배터리 드론(130)을 스테이션으로부터 배터리 교체 대기 지점으로 이동시킬 수 있으며, 통신부(740)를 통해 배터리 교체형 드론으로부터 수신한 세부 위치 조정 정보에 따라 배터리 교체 대기 지점으로부터 배터리 교체 가능 지점으로 이동시킬 수 있다. 나아가, 구동부(730)는 배터리 드론(130)을 배터리 수납부로부터 이탈시키고, 스테이션으로 이동시킬 수 있다.
위치 획득부(750)는 적어도 하나의 센서를 포함하여 현재 배터리 드론(130)의 위치를 획득할 수 있다. 예를 들어, 위치 획득부(750)는 GPS 센서를 구비하여 현재 배터리 드론(130)의 위치를 (실시간으로) 획득할 수 있으며, 현재 위치에 관한 정보를 제어부(710)로 전송할 수 있다.
이외에도, 각 구성에 대한 설명은 도 4의 설명이 참조될 수 있으며, 중복되는 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 교체형 드론의 공중 배터리 교체 방법에 관한 순서도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 공중에서 배터리를 교체하는 배터리 교체형 드론을 예시한 도면이다.
실시예에 따라 도 8의 적어도 하나의 단계는 삭제되거나, 새로운 단계가 부가될 수 있다.
도 8 및 9를 참조하면, 우선, 배터리 교체형 드론(100)은, 배터리 교체형 드론(100)에 현재 장착되어 있는 제1 배터리 드론(130-1)의 배터리 잔여 레벨이 제1 레벨 이하임을 감지할 수 있다(S801).
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은, 충전된/새로운 배터리를 요청하는 제1 제어 신호를 스테이션으로 전송할 수 있다(S802). 여기서, 스테이션은 배터리 드론(130-2)을 충전 및 보관하는 기능을 수행하는 충전 장치로서, 배터리 교체형 드론(100) 및 배터리 드론(130-1, 130-2)과 통신을 수행할 수 있다.
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은, 배터리 교체형 드론(100)의 현재 위치 정보를 (실시간으로) 스테이션에서 제1 제어 신호에 따라 출발한 제2 배터리 드론(130-2)으로 전송할 수 있다(S803). 나아가, 배터리 교체형 드론(100)은 스테이션으로부터 배터리 교체형 드론(100)의 현재 위치까지의 최적 이동 경로를 설정하고, 설정한 최적 이동 경로를 제2 배터리 드론(130-2)으로 전송해줄 수 있다. 이 경우, 제2 배터리 드론(130-2)은 수신한 최적 이동 경로로 이동하여 배터리 교체형 드론(100)에 도달할 수 있다. 최적 이동 경로 설정 방법에 관한 보다 상세한 실시예는 도 10 내지 13을 참조하여 이하에서 후술한다
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은, 제2 배터리 드론(130-2)으로부터 배터리 교체형 드론(100)의 배터리 교체 대기 지점에 도착했다는 제2 제어 신호를 수신할 수 있다(S804). 배터리 교체 대기 지점은, 배터리 교체형 드론(100)의 저면에 형성되어 있는 배터리 수납부(160)로부터 하측 방향으로 기설정된 거리 이내의 영역으로 설정됨은 앞서 상술한 바와 같다. 이때 기설정된 거리는, 제1 배터리 드론(130-1)이 배터리 교체형 드론으로부터 이탈하는 중에, 배터리 교체 대기 지점에서 대기 중인 제2 배터리 드론(130-2)과 충돌이 발생하지 않을 수 있도록 충분히 긴 거리로 설정될 수 있다.
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은 배터리 교체 시 발생할 수 있는 전력 차단을 방지하기 위해, 전력원을 제1 배터리 드론(130-1)에서 보조 내장 배터리로 전환할 수 있다(S805).
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은 제1 배터리 드론(130-1)에 대한 장착 잠금을 해제하고, 배터리 교체형 드론(100)으로부터의 이탈을 명령하는 제3 제어 신호를 제1 배터리 드론(130-1)으로 전송할 수 있다(S806). 이 경우, 제1 배터리 드론(130-1)은 제3 제어 신호에 따라 하측 방향으로 이동(도 9의 ①)하여 배터리 교체형 드론으로부터 이탈된 뒤(S807), 충전을 위해 스테이션으로 이동(도 9의 ②)할 수 있다.
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은 제1 배터리 드론(130-1)의 분리/이탈이 확인된 경우, 배터리 교체형 드론(100)으로의 장착을 명령하는 제4 제어 신호를 제2 배터리 드론(130-2)으로 전송할 수 있다(S808). 제4 제어 신호를 전송하기 전 먼저, 배터리 교체형 드론(100)은 제2 배터리 드론(130-2)을 배터리 교체 대기 지점에서 배터리 교체 가능 지점으로 이동시키기 위한 동작을 선행하여 수행할 수 있다. 이를 위해, 배터리 교체형 드론(100)은, 우선 센서부를 이용하여 제2 배터리 드론(130-2)의 현재 위치를 탐지하고, 현재 위치로부터 배터리 교체 가능 지점까지의 세부 위치 조정 정보를 설정/탐색하고, 통신부를 이용하여 이를 제2 배터리 드론(130-2)으로 전송할 수 있다. 제2 배터리 드론(130-2)은 수신한 세부 위치 조정 정보에 기초하여 현재 위치를 배터리 교체 가능 지점으로 세부 조정할 수 있다(도 9의 ③). 제2 배터리 드론(130-2)이 배터리 교체 가능 지점으로 정확히 이동했는지 여부는, 광 센서 등이 구비된 센서부를 이용하여 배터리 교체형 드론(100)이 인식할 수 있음은 앞서 상술한 바와 같다. 제2 배터리 드론(130-2)이 배터리 교체 가능 지점에 위치하였음을 확인한 경우, 배터리 교체형 드론(100)은 수직 상승할 것을 명령하는 제5 제어 신호를 제2 배터리 드론(130-2)에 전송할 수 있다.
다음으로, 제2 배터리 드론(130-2)은 제5 제어 신호에 따라 수직 상승함으로써 배터리 교체형 드론(100)의 배터리 수납부(160)에 장착/수납될 수 있다(S809).
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은 제2 배터리 드론(130-2)의 장착/수납이 확인된 경우, 제2 배터리 드론(130-2)의 장착을 잠금하고, 전력원을 보조 내장 배터리에서 제2 배터리 드론(130-2)으로 전환함으로써 공중 배터리 교체를 완료할 수 있다(S810). 전력원으로 교체된 제2 배터리 드론(130-2)은, 배터리 교체형 드론(100)에 전력을 공급함과 동시에 보조 내장 배터리에도 전력을 동시 공급함으로써 보조 내장 배터리를 충전할 수 있다. 보조 내장 배터리는 배터리 교체형 드론(100)의 잔여 배터리 레벨이 매우 낮을 때(특히, 제1 배터리 드론(130-1)의 잔여 배터리 레벨이 낮아 제2 배터리 드론(130-2)과 교체될 때), 배터리 교체형 드론(100)에 전력을 긴급/보조 공급하는 역할을 수행하므로, 항상 일정 레벨 이상으로 충전되어 있어야 할 필요가 있다. 따라서, 전력원으로 교체된 제2 배터리 드론(130-2)은 배터리 교체형 드론(100)에 전력을 공급함과 동시에 보조 내장 배터리에도 전력을 동시 공급함으로써 보조 내장 배터리를 충전할 수 있으며, 보조 내장 배터리의 충전이 완료되면 모든 전력을 배터리 교체형 드론(100)에 공급하는 데 사용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 드론의 최적 이동 경로를 설정하는 배터리 교체형 드론을 예시한 도면이다.
도 9에서 상술한 바와 같이, 배터리 교체형 드론(100)은 배터리 드론의 스테이션(1000)으로부터 배터리 교체형 드론(100)의 현재 위치까지의 최적 이동 경로를 설정/탐색할 수 있으며, 설정/탐색한 최적 이동 경로를 제2 배터리 드론으로 전송할 수 있다.
배터리 교체형 드론(100)은 스테이션(1000)으로부터 배터리 교체형 드론(100)의 현재 위치(보다 정확하게는, 배터리 교체형 드론(100)을 기준으로 설정된 배터리 교체 대기 지점)까지의 최소 이동 거리, 장애물 및/또는 이동 경로별로 예측되는 제2 배터리 드론의 배터리 소모량 등을 고려하여 최적 이동 경로를 설정/탐색할 수 있다. 이때 고려되는 요소들/조건들간의 우선 순위는 실시예에 따라 다르게 설정될 수 있다.
일 실시예로서, 배터리 교체형 드론(100)은 제2 배터리 드론의 배터리 소모량을 최우선 순위로 고려하여, 배터리 소모가 가장 적을 것으로 예상되는 이동 경로를 최적 이동 경로로 설정/탐색할 수 있다. 드론(100)의 경우, 수직 상승 비행에 드는 배터리 소모가 수평 이동 비행보다 더 크다. 따라서, 드론(100)의 이동 경로 탐색 시, 수직 상승 거리를 최소화하면서 경로를 설정하는 것이 배터리 효율에 있어 유리하다. 이에 기초하여, 배터리 교체형 드론(100)은, 스테이션으로부터 배터리 교체형 드론(100)의 현재 고도까지의 수직 직선 이동 거리를 제1 최적 이동 경로로 설정하고, 제1 최적 이동 경로의 도달점으로부터 배터리 교체형 드론(100)까지의 수평 직선 이동 거리를 제2 최적 이동 경로로 설정하고, 제1 및 제2 최적 이동 경로(10010-1)를 최종 최적 이동 경로로 설정할 수 있다.
다만, 현재 배터리 교체형 드론(100)의 배터리의 레벨이 매우 낮아 긴급 전력 수급이 필요하다고 판단된 경우에는, 배터리 교체형 드론(100)은 배터리 소모량과 무관하게 스테이션(1000)으로부터 배터리 교체형 드론(100)까지의 최소 직선 이동 거리(10010-2)를 최종 최적 이동 경로로 설정할 수 있다.
제2 배터리 드론은 배터리 교체형 드론(100)으로부터 수신한 최적 이동 경로로 이동하여 배터리 교체형 드론(100)을 기준으로 설정된 배터리 교체 대기 지점에 도달할 수 있으며, 교체를 대기할 수 있다.
제1 배터리 드론 역시, 이와 동일/유사하게 최적 이동 경로가 배터리 교체형 드론(100)에 의해 설정될 수 있으며, 설정된 최적 이동 경로에 따라 배터리 교체형 드론에서 스테이션(1000)으로 이동할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공중에서 배터리를 교체하는 배터리 교체형 드론을 예시한 도면이다.
현재 촬영 중이거나 화면을 디스플레이 중인 배터리 교체형 드론(100)의 경우, 앞선 실시예와 같이 최적 이동 경로를 설정하게 되면, 스테이션(1000)의 위치에 따라 배터리 드론(130-1)이 촬영 및/또는 디스플레이에 대한 사용자의 시야를 방해하는 요소로 작용할 수 있다. 예를 들어, 도 11과 같이, 스테이션(1000)이 배터리 교체형 드론(100)의 카메라(110) 정면 방향에 위치하는 경우, 배터리 드론(130-1)의 이동 경로(1220)가 모두 배터리 교체형 드론(100)의 카메라(110) 앵글에 잡히게 되어 촬영을 방해하는 매우 큰 요소로 작용할 수 있다. 또한, 영상/이미지/화면 출력을 위해 디스플레이가 일 축을 기준으로 회전하여 외부로 노출되어 있는 경우, 배터리 드론(130-1)은 디스플레이와 충돌할 위험이 존재할 뿐 아니라, 디스플레이에 대한 사용자의 시야를 방해할 수도 있다.
이를 방지하기 위해, 현재 촬영 중이거나 화면을 디스플레이 중인 배터리 교체형 드론(100)은, 배터리 드론(130-1)의 최적 이동 경로 설정 시 기본적으로 배터리 교체형 드론(100)의 정면 방향의 경로는 제외할 수 있다. 특히, 촬영 중인 배터리 교체형 드론(100)은 카메라(110)의 촬영 각도(θ)를 고려하여 촬영 영역(1210)을 설정하고, 배터리 드론(130-1)의 이동 경로가 해당 촬영 영역(1210)과 겹치지 않도록 최적 이동 경로를 설정할 수 있다. 이에 관한 보다 구체적인 실시예는 도 12 및 13을 참조하여 이하에서 후술한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영 여부에 따른 배터리 공중 교체 방법을 예시한 순서도이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 현재 촬영 중인 배터리 교체형 드론의 최적 이동 경로 설정 방법을 예시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 우선 배터리 교체형 드론은 현재 촬영 중인지 여부를 확인할 수 있다.
만일, 현재 촬영 중이지 않은 경우, 도 10에 상술한 바와 같이 배터리 교체형 드론은 스테이션으로부터 배터리 교체형 드론까지의 최적 이동 경로를 설정하고(S1301), 설정한 최적 이동 경로를 제2 배터리 드론으로 전송할 수 있다(S1302).
반대로, 현재 촬영 중인 경우 배터리 교체형 드론(100)은, 도 13에 도시한 바와 같이, 카메라(110)의 촬영 각도 및 현재 배터리 교체형 드론(100)의 위치에 기초하여 촬영 영역(1210)을 설정할 수 있다(S1303).
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은 스테이션(1000)으로부터 촬영 영역(1210)의 경계선까지의 최소 이동 경로(1410-1)를 제1 이동 경로로 설정할 수 있다(S1304). 이 경우, 배터리 드론의 이동이 촬영을 방해하지 않는 것이 최우선 과제이므로, 이동 경로에 따른 배터리 소모량과는 무관하게 최소 직선 이동 거리(1410-1)만이 고려되어 제1 이동 경로가 설정될 수 있다. 경계선까지의 최소 직선 이동 거리/경로(1410-1)를 도출하기 위해, 배터리 교체형 드론(100)은 현재 스테이션(1000)의 위치, 현재 배터리 교체형 드론(100)의 위치 및 촬영 영역(1210) 등을 좌표화할 수 있으며, 각 좌표를 기정의되어 있는 최소 직선 이동 거리 도출 식에 대입할 수 있다.
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은 제1 이동 경로의 도달 지점(즉, 경계선 도달 지점)으로부터 배터리 교체형 드론(100)(보다 정확하게는, 배터리 교체형 드론(100)을 기준으로 설정된 배터리 교체 대기 지점)까지의 최적 이동 경로(1410-2)를 제2 이동 경로로 설정할 수 있다(S1305). 이 경우, 배터리 드론은 이미 촬영 영역을 벗어났으므로, 배터리 교체형 드론(100)은 S1302 단계에서의 최적 이동 경로(1410-2) 설정 방식(즉, 촬영 중이지 않은 경우의 최적 이동 경로 설정 방식)과 같은 방식으로 제2 이동 경로를 설정할 수 있다.
다음으로, 배터리 교체형 드론(100)은 제1 및 제2 이동 경로(1410-1, 1410-2)를 최종 최적 이동 경로로 설정하고, 최종 최적 이동 경로를 제2 배터리 드론으로 전송할 수 있다(S1306).
본 도면들에는 도시하지 않았으나, 촬영 중 제1 배터리 드론의 이탈 경로 역시 이와 동일/유사하게 설정될 수 있다.
그리고/또는, 이와 유사하게, 배터리 교체형 드론(100)이 디스플레이를 통해 영상/화면/이미지를 출력 중인 경우, 디스플레이에 대한 사용자의 시야를 방해하지 않는 범위에서 배터리 드론의 최적 이동 경로를 설정할 수 있다. 특히, 배터리 교체형 드론(100)은 디스플레이 화면의 정면 방향의 경로는 제1 및 제2 배터리 드론의 최적 이동 경로 설정 시 제외할 수 있다.
설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시예들을 병합하여 새로운 실시예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명은 상술한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상술한 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 요지를 벗어남이 없이 당해 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 명세서의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
410: 제어부
420: 카메라
430: 구동부
440: 센서부
450: 배터리 드론
460: 잠금부
470: 보조 내장 배터리
480: 위치 획득부
490: 통신부
500: 디스플레이

Claims (14)

  1. 배터리 교체형 드론에 있어서,
    상기 배터리 교체형 드론을 비행시키는, 구동부;
    상기 배터리 교체형 드론에 대한 배터리 드론의 상대적 위치를 센싱하는, 센서부;
    상기 배터리 교체형 드론에 전원을 공급하고 독립적인 구동부를 구비하여 비행하는, 배터리 드론;
    상기 배터리 드론의 장착을 물리적으로 잠금 또는 해제하는, 잠금부;
    상기 배터리 교체형 드론에 보조 전원을 공급하는, 보조 내장 배터리;
    상기 배터리 교체형 드론의 위치 정보를 획득하는, 위치 획득부;
    적어도 하나의 통신 프로토콜을 이용하여 제어 신호를 송수신하는, 통신부; 및
    상기 구동부, 상기 센서부, 상기 배터리 드론, 상기 잠금부, 상기 보조 내장 배터리, 상기 위치 획득부 및 상기 통신부를 제어하는, 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 교체형 드론에 장착되어 있는 제1 배터리 드론의 배터리 잔여 레벨이 제1 레벨 이하임을 감지하고,
    상기 배터리 교체형 드론의 배터리를 충전 및 보관하고 있는 스테이션으로 배터리를 요청하는 제1 제어 신호를 전송하고,
    상기 배터리 교체형 드론의 현재 위치 정보를 상기 스테이션에서 상기 제1 제어 신호에 따라 출발한 제2 배터리 드론으로 전송하고,
    상기 제2 배터리 드론으로부터 상기 배터리 교체형 드론의 배터리 교체 대기 지점에 도착했다는 제2 제어 신호를 수신하고,
    상기 배터리 교체형 드론의 전력원을 상기 제1 배터리 드론에서 상기 보조 내장 배터리로 전환하고,
    상기 제1 배터리 드론에 대한 장착 잠금을 해제하고, 상기 배터리 교체형 드론으로부터의 이탈을 명령하는 제3 제어 신호를 상기 제1 배터리 드론으로 전송하고,
    상기 제1 배터리 드론의 이탈이 확인된 경우, 상기 배터리 교체형 드론으로의 장착을 명령하는 제4 제어 신호를 상기 제2 배터리 드론으로 전송하고,
    상기 제2 배터리 드론의 장착이 확인된 경우, 상기 배터리 교체형 드론의 전력원을 상기 보조 내장 배터리에서 상기 제2 배터리 드론으로 전환하는, 배터리 교체형 드론.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 드론은 상기 배터리 교체형 드론의 저면에 형성되어 있는 배터리 수납부에 탈착되며,
    상기 배터리 교체 대기 지점은, 상기 배터리 수납부로부터 하측 방향으로 기설정된 거리 이내의 영역으로 설정되는, 배터리 교체형 드론.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제4 제어 신호를 전송하기 전,
    상기 센서부를 이용하여 상기 제2 배터리 드론의 현재 위치를 센싱하고, 상기 현재 위치로부터 배터리 교체 가능 지점까지의 세부 위치 조정 정보를 획득하고, 상기 세부 위치 조정 정보를 상기 통신부를 이용하여 상기 제2 배터리 드론으로 전송하는, 배터리 교체형 드론.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 센서부는 근접 센서, 광 센서, 및 카메라 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 배터리 교체형 드론.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서부가 상기 광 센서를 포함하는 경우, 상기 센서부는 복수의 발광부들 혹은 수광부들을 포함하며,
    상기 복수의 발광부들 혹은 수광부들은, 상기 배터리 수납부 내부 및 상기 배터리 수납부의 경계선 주위 중 적어도 하나에 배치되는, 배터리 교체형 드론.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서부가 상기 광 센서를 포함하는 경우, 상기 배터리 드론은 상기 복수의 발광부들 혹은 수광부들에 대응되는 복수의 수광부들 혹은 발광부들을 포함하며,
    상기 복수의 수광부들 혹은 발광부들은 상기 제2 배터리 드론이 상기 배터리 교체형 드론에 장착 시 상기 복수의 발광부들 혹은 수광부들에 대응되는 위치에 배치되는, 배터리 교체형 드론.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서부의 복수의 수광부들 모두를 통해 광이 센싱되었음을 인식하거나, 상기 제2 배터리 드론으부터 상기 제2 배터리 드론의 복수의 수광부들 모두를 통해 광이 센싱되었음을 알리는 제6 제어 신호를 수신한 경우,
    상기 제2 배터리 드론이 상기 배터리 교체 가능 지점에 위치하였음을 확인하는, 배터리 교체형 드론.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 배터리 드론이 상기 배터리 교체 가능 지점에 위치하였음을 확인한 경우, 수직 상승할 것을 명령하는 제5 제어 신호를 상기 제2 배터리 드론에 전송하는, 배터리 교체형 드론.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 교체형 드론에 상기 제2 배터리 드론의 장착이 확인된 경우, 상기 제2 배터리 드론의 장착을 잠금하는, 배터리 교체형 드론.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스테이션으로부터 상기 배터리 교체형 드론의 현재 위치까지의 최적 이동 경로를 설정하고, 상기 최적 이동 경로를 상기 제2 배터리 드론으로 전송하는, 배터리 교체형 드론.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스테이션으로부터 상기 배터리 교체형 드론의 현재 위치까지의 최소 이동 거리, 상기 제1 배터리 드론의 배터리 잔여 레벨 및 이동 경로별로 예측되는 배터리 소모량 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 최적 이동 경로를 설정하는, 배터리 교체형 드론.
  12. 제 11 항에 있어서,
    객체를 촬영하며, 상기 제어부에 의해 제어되는, 카메라; 를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 최적 이동 경로 설정 시,
    상기 카메라의 촬영 각도를 고려하여 촬영 영역을 설정하고, 상기 최적 이동 경로가 상기 촬영 영역과 겹치지 않도록 설정하는, 배터리 교체형 드론.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카메라의 촬영 각도 및 상기 배터리 교체형 드론의 위치에 기초하여 상기 촬영 영역을 설정하고,
    상기 스테이션으로부터 상기 촬영 영역의 경계선까지의 최소 이동 경로를 제1 이동 경로로 설정하고,
    상기 제1 이동 경로의 도달 지점으로부터 상기 배터리 교체 대기 지점까지의 최적 이동 경로를 제2 이동 경로로 설정하고,
    상기 제1 및 제2 이동 경로를 최종 최적 이동 경로로서 상기 제2 배터리 드론으로 전송하는, 배터리 교체형 드론.
  14. 배터리 교체형 드론의 공중 배터리 교체 방법에 있어서,
    상기 배터리 교체형 드론에 장착되어 있는 제1 배터리 드론의 배터리 잔여 레벨이 제1 레벨 이하임을 감지하는 단계;
    상기 배터리 교체형 드론의 배터리를 충전 및 보관하고 있는 스테이션으로 배터리를 요청하는 제1 제어 신호를 전송하는 단계;
    상기 배터리 교체형 드론의 현재 위치 정보를 기설정된 시간 간격으로 상기 스테이션에서 상기 제1 제어 신호에 따라 출발한 제2 배터리 드론으로 전송하는 단계;
    상기 제2 배터리 드론으로부터 상기 배터리 교체형 드론의 배터리 교체 대기 지점에 도착했다는 제2 제어 신호를 수신하는 단계;
    상기 배터리 교체형 드론의 전력원을 상기 제1 배터리 드론에서 상기 배터리 교체형 드론에 내장되어 있는 보조 내장 배터리로 전환하는 단계;
    상기 제1 배터리 드론에 대한 장착 잠금을 해제하고, 상기 배터리 교체형 드론으로부터의 이탈을 명령하는 제3 제어 신호를 상기 제1 배터리 드론으로 전송하는 단계;
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    상기 제2 배터리 드론의 장착이 확인된 경우, 상기 배터리 교체형 드론의 전력원을 상기 보조 내장 배터리에서 상기 제2 배터리 드론으로 전환하는 단계를 포함하는, 배터리 교체형 드론의 공중 배터리 교체 방법.
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