KR102392046B1 - 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전형 드론 스테이션에 착륙한 드론의 배터리 사양을 자동 인식하여 다관절 로봇이 드론의 배터리를 회수 및 교체하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에 관한 것으로서, 드론(Drone)이 착륙할 공간 및 배터리 교체 공간을 마련하며 배터리 교환 설비를 갖춘 드론 스테이션을 포함하며, 상부 중앙에 드론이 이착륙하도록 원형의 이착륙대(100)가 설치된 하우징(50);과, 상기 하우징(50)의 상부 이착륙대(100) 일측에 복수 개의 관절부(401)를 가진 다관절구조로서 선단에 그립퍼(410)가 설치되면서 선단 일면에 비젼센서(420)가 구비된 로봇(400);과, 상기 하우징(50)의 일측면에 내부로 수평 이동되는 서랍식 수납부(60);와, 상기 수납부(60)의 상부 일측에 배치되어 다수 개의 배터리를 충전하는 충전스테이지(200); 및, 상기 수납부(60)의 상부 타측부에 배치되어 배터리를 회수 및 교환할 수 있도록 배터리 교환대(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션{Rotating Drone Station System for Automatic Battery Replacement}
본 발명은 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전형 드론 스테이션에 착륙한 드론의 배터리 사양을 자동 인식하여 다관절 로봇이 드론의 배터리를 회수 및 교체하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에 관한 것이다.
일반적으로 드론은 배터리의 전력을 이용하여 다수개의 프로펠러를 회전시킴으로써 하늘을 비행하는 무인 비행체의 일종으로, 사용자의 리모콘 조작이나 자동항법시스템에 의하여 비행이 가능 하도록 구성된다.
이와 같은 드론은, 처음에는 군사용 무인항공기로 개발되었으나 근래에는 기업, 미디어, 개인을 위한 용도로 사용되고 있다.
예를 들면, 신문, 방송 업계나 영화제작사는 드론을 촬영용 기기로 활용하고 있으며, 배달 업계에서는 몇 년 안에 드론을 실제 배달 서비스에 활용할 예정이며, 특히 구글, 페이스북, 아마존 같은 IT 기업들은 최근 드론 개발에 투자를 아끼지 않고 있으며, 그 중 아마존은 재고 관리와 유통시스템을 자동화하는 데 있어서 드론을 이용한 배송 시스템을 공개했다. 즉, 택배직원이 했던 일을 드론이 대신하는 유통서비스를 위하여 드론을 개발하는 연구원을 대거 고용한 바 있다.
하지만, 최근까지 개발된 드론은 배터리의 소모량이 큰 단점이 있기 때문에, 배송을 위한 목적으로 드론을 활용할 시에는, 배송 거리와 배송 물품에 의한 하중에 의해 배터리에 저장된 전력이 단시간에 방전되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배달 경로 상에 드론 교체 구역을 설치하여 배송 물품을 다른 드론을 옮겨 실어서 배송을 하는 방법이 제안되었으나, 배송 물품을 다른 드론으로 옮겨 싣는 과정에서 많은 시간과 인력이 투입되어야 하는 단점이 있고, 또한, 배송에 사용되는 드론의 개수가 많아야 하는 단점이 있다.
이에, 드론이 자동 이착륙하도록 구성된 드론 도킹 스테이션 개발도 이루어지고 있으며, 이러한 도킹 스테이션에 드론을 유도하는 LED 표시장치를 설치하거나 드론 카메라로 착륙 지점을 인식하는 비전기반으로 자동 착륙하는 기술 등이 연구 개발되고 있으며, 이에 도킹 스테이션에서 드론의 배터리를 충전하기 위하여, 배터리 충전 단자를 연결하여 충전하는 유선 충전방식과 함께 무선으로 충전하는 방식, 혹은 매니퓨레이터(manipulator)를 이용하여 배터리팩을 교체하는 방식이 개발되고 있으나 여전히 드론의 배터리 자동 교체기술에 대한 연구개발이 시급하다.
1. 한국공개특허 제10-2020-0118518호(능동 유도형 도킹스테이션) 2. 한국등록특허 제10-2003392호(드론 충전 스테이션 및 시스템)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 본 발명은 드론의 이동경로 상에 드론 스테이션이 마련되어 드론의 비행시간 및 비행거리를 늘릴 수 있도록 드론의 배터리 교체작업을 신속하고 간편하게 하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션을 제공함에 있다.
또한, 상기 드론 스테이션에 도착되는 다양한 드론의 배터리 사양을 자동 인식하여 드론의 배터리 사양에 적합한 배터리를 교체함과 아울러 교체된 배터리를 재충전하도록 하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션을 제공함에 있다.
또한, 상기 드론 스테이션의 이착륙대가 회전형을 가지어 드론이 착륙한 이착륙대를 배터리 교환이 가능한 위치로 이착륙대를 회전시켜 로봇이 안정적으로 드론을 이동 및 배터리 교환을 수행하도록 하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예는 상부 중앙에 드론이 이착륙하도록 원형의 이착륙대가 설치된 하우징과,
상기 하우징의 상부 이착륙대 일측에 복수 개의 관절부를 가진 다관절구조로서 선단에 그립퍼가 설치되면서 선단 일면에 비젼센서가 구비된 로봇과,
상기 하우징의 일측면에 내부로 수평 이동되는 서랍식 수납부와,
수납부의 상부 일측에 배치되어 다수 개의 배터리를 충전하는 충전스테이지 및,
상기 수납부의 상부 타측부에 배치되어 배터리를 회수 및 교환할 수 있도록 배터리 교환대를 포함하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션을 제공한다.
한편, 상기 이착륙대(100)에 착륙할 수 있는 다양한 드론에서 각 드론 사양에 맞는 거치 가능한 배터리 교환대(300)를 수납부 상부 일측으로 다수 개가 배열 설치하며, 이때 각각의 배터리 교환대(300)에는 인식용 마커(301)가 형성되며,
상기 드론의 배터리 교체시 다양한 드론의 사양에 맞는 배터리를 구별하여 충전 및 거치된 충전스테이지를 수납부의 상부 타측으로 다수 개가 배열 설치되며, 이때 각각의 충전스테이지에는 인식용 마커가 형성되는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션을 제공한다.
이상에서와 같은 본 발명의 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에 대한 실시예에 따르면, 드론 스테이션에 착륙한 드론이 드론 배터리의 교체작업을 로봇으로, 그리고, 자동으로 수행할 수 있기 때문에, 배터리 교체에 따른 인건비와 작업시간을 획기적으로 줄일 수 있으며, 드론 본체의 비행경로 곳곳에 배터리 교체 스테이션이 설치되므로, 비행 거리와 비행시간이 연장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션의 구조도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에서 수납부 상부에 설치되는 충전스테이지와 배터리 교환대의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에서 드론의 배터리를 교환하는 구성을 블록화한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에서 배터리 교환대의 하부에 가이드부-이송실린더-지지부재가 설치된 결합 분리도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에서 배터리 교환대의 하부에 가이드부-이송실린더-지지부재가 설치된 결합된 상태의 측면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에서 지지부재의 결합 분리도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에서 제1가압판의 사시도(a)와 체결판의 사시도(b).
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션에서 탄성체의 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로봇을 이용한 드론 스테이션 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시에에 사용되는 드론은 도면에 미도시 되었지만 상기 드론의 하부, 측부 또는 상부 중 선택된 어느 하나의 위치에 마련되며, 상기 드론에 구동력을 제공하는 배터리가 내장된 배터리장착부와, 상기 드론의 비행을 제어하는 제어몸체로 구성되는 일체의 구조를 가지며, 상기 드론은 다수 개의 프로펠러와 이를 구동시키는 구동부를 포함하고 있으며, 수직방향으로 상승 또는 하강 되거나 공중에서 전후 및 좌우방향으로 비행할 수 있다.
상기 배터리장착부는, 상기 드론의 하부, 측부 또는 상부 중 선택된 어느 하나의 위치에 배치되며 상기 제어몸체에 내장된 제어모듈에 전력을 인가하는 배터리와 결합되는 전원공급단자와, 상기 전원공급단자에 회동 가능하게 장착되거나 원터치의 착탈식으로 장착되어 상기 전원공급단자와 결합된 배터리의 외면을 감싸는 배터리 케이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이 상세히 설명하면, 드론(Drone)이 착륙할 공간 및 배터리 교체 공간을 마련하며 배터리 교환 설비를 갖춘 드론 스테이션을 포함하는 드론 스테이션(10)으로서, 상부 중앙에 드론이 이착륙하도록 원형의 이착륙대(100)가 설치된 하우징(50)과, 상기 하우징(50)의 상부 이착륙대(100) 일측에 복수 개의 관절부(401)를 가진 다관절구조로서 선단에 그립퍼(410)가 설치되면서 선단 일면에 비젼센서(420)가 구비된 로봇(400)과, 상기 하우징(50)의 일측면에 내부로 수평 이동되는 서랍식 수납부(60)와, 상기 수납부(60)의 상부 일측에 배치되어 다수 개의 배터리를 충전하는 충전스테이지(200) 및, 상기 수납부(60)의 상부 타측부에 배치되어 배터리를 회수 및 교환할 수 있도록 배터리 교환대(300)를 포함하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션(10, 이하 ‘드론 스테이션’이라 칭함.)을 제공한다.
상기 이착륙대(100)는 하우징(50)의 상부 중앙에 마련되어 드론이 이착륙하며 드론이 관리되는 원호 또는 사각 등 다각형의 형태로 상면이 평면공간이며, 또한 미도시되었지만 상기 이착륙대(100)가 하우징(50)의 상부에서 원호방향으로 회전될 수 있도록 이착륙대(100) 하부에 구동장치(미도시)가 설치된다.
그리고, 상기 하우징(50)은 상부에 이착륙대(100)를 포함하면서 측부에 내부로 수평이동되는 서랍형 수납부(60)가 형성되며, 상기 수납부(60)는 양측에 이동가이드(미도시)를 이용하여 자동으로 이동구조를 가진다.
그리고, 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 충전스테이지(200)는 하우징(50)의 수납부(60) 상부 일측에 배치되어 다수 개의 배터리(220)를 충전할 수 있도록 다수 개의 배터리 수용공간(201)이 형성되며, 그리고 드론의 배터리 사양에 맞는 다수 개의 배터리가 충전될 수 있도록 충전스테이지(200)가 다수 개로 배열될 수 있으며, 이때 각각의 충전스테이지(200)에는 인식용 마커(201)가 형성되며, 그리고 상기 드론의 배터리 교체시 드론의 배터리 사양에 맞는 충전스테이지(200)의 위치 및 배터리 위치에 대한 정보를 생성하기 위해 인식용 마커(201)와 로봇(400)의 비젼센서(420)가 인식하며, 상기 비젼센서(420)에 의해 인식용 마커(301)가 인식되면, 상기 비젼센서(420)에서 센싱된 충전스테이지(200)의 정보 즉, 드론의 배터리 사양에 따른 충전스테이지(200)의 위치로 로봇(400)을 이동시키게 된다.
그리고, 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 배터리 교환대(300)는 하우징(50)의 수납부(60) 상부 타측에 배치되어 이착륙대(100)에 착륙한 드론을 로봇(400)에 의해 배터리 교환대(300)로 이동시켜 드론의 배터리를 교환하는 드론의 거치대로서, 드론의 배터리를 회수 및 교체할 수 있도록 하는 구조물로서, 상기 이착륙대(100)에 착륙할 수 있는 다양한 드론에서 각 드론 사양에 맞는 거치 가능한 배터리 교환대(300)를 다수 개가 배열 설치하며, 이때 각각의 배터리 교환대(300)에는 인식용 마커(301)가 형성되며, 그리고 상기 드론의 배터리 교체시 드론의 사양에 맞는 배터리 교환대(300)의 위치 및 배터리 교환 위치에 대한 정보를 생성하기 위해 인식용 마커(301)와 로봇(400)의 비젼센서(420)가 인식하며, 상기 비젼센서(420)에 의해 인식용 마커(301)가 인식되면, 상기 비젼센서(420)에서 센싱된 배터리 교환대(300)의 정보 즉, 드론의 사양에 따른 배터리 교환대(300)의 위치로 드론을 이동시켜 드론을 거치하도록 로봇(400)을 이동시키게 된다.
그리고, 도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 충전스테이지(200) 또는 배터리 교환대(300)에는 인식용 마커(marker)가 장착되는데 상기 인식용 마커(201)(301)는 상기 충전스테이지(200) 또는 배터리 교환대(300)의 위치를 알리는 수단으로 이용될 수 있다.
즉, 후술되는 로봇제어부(514)는 비젼센서(420)를 통해 상기 충전스테이지(200) 또는 배터리 교환대(300)에 장착된 상기 인식용 마커(201)(301)를 감지할 수 있으며, 이에 따라 상기 충전스테이지(200) 또는 배터리 교환대(300)의 현재 위치를 추정할 수 있다.
그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 이착륙대(100)에 착륙한 드론에 있어 드론의 배터리 잔량을 감지하여 교체가 결정될 때 상기 로봇(400)이 착륙한 드론을 배터리 교환대(300)로 이동시키게 되며, 상기 하우징(50)의 내부에 위치하여, 상기 드론의 드론정보, 드론의 배터리정보 및 위치정보를 송수신하는 통신부(511)와, 상기 충전스테이지(200)에 배치된 다수 개의 배터리 충전 여부를 감지하는 충전감지부(512)와, 상기 배터리 교환대(300)의 드론의 설치 여부를 감지하는 드론감지부(513) 및, 상기 로봇(400)의 동작을 제어하는 로봇제어부(514)를 포함하는 제어모듈(510)이 제공된다.
상기 통신부(511)는 드론과 연결되어 드론 별로 운행 및 기기 상태를 알 수 있는 상태 정보를 수신한다. 상태 정보는 드론 타입 별 센싱 정보와 기기 정보를 포함할 수 있으며, 상기 충전감지부(512)는 드론 또는 충전스테이지(200)로부터 통신부를 통해 수신된 배터리(220)의 충전 상태 정보를 분석하며, 상기 드론감지부(513)는 상술한 인식용 마커(301)와의 센싱 또는 배터리 교환대(300)의 하중센서 등에 의해 배터리 교환대(300)의 드론여부를 감지하게 되며, 그리고 상기 이착륙대(100)에 드론이 착륙 여부 및 이륙 여부를 감지하게 된다.
상기 로봇제어부(514)는 로봇(400)의 동작을 제어하는 것으로서, 드론의 배터리 교환 작업, 드론의 이동 작업 등을 제어하는 역할을 한다.
그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 충전스테이지(200)에 장착된 배터리(220)는 배터리의 잔량을 측정하여 자동 충전하게 되며, 이때 배터리 수용공간(201)에 배터리(220)의 충전정보를 측정하여 제어모듈(510)의 정보저장부(515)로 데이터를 송수신하도록 충전스테이지(200)에 통신부가 설치된다.
여기서 상기 정보저장부(515)는 드론의 배터리 또는 충전스테이지(200)에 수용된 배터리(220)에 식별마커(미도시)가 설치되어 있을 수 있으며, 상기 식별마커가 부착된 배터리에 고유번호를 주어지며, 상기 배터리의 고유번호에 따라 배터리 정보가 기록되어 저정되며, 상기 배터리 교환대(300)의 드론 안착 여부 등에 대한 정보를 배터리 교환대(300)에 설치된 통신부를 통해 전달된 데이터를 저장하며, 상기 충전스테이지(200) 또는 배터리 교환대(300)의 현재 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있도록 드론 스테이션의 설치구역에 대한 맵(map) 정보를 생성하는 역할을 하게 된다.
그리고, 도 1과 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 로봇(400)은 이착륙대(100)가 설치된 드론 상부의 일측에 위치하여 복수 개의 관절부(201)가 연결되어 움직이면서 선단에 그립퍼(410)가 설치되면서 선단 일면에 비젼센서(420)가 구비되며, 상기 비젼센서(420)는 그립퍼(410)가 위치한 관절부(201)의 선단 측부에 구비되어, 드론 또는 배터리를 광학적으로 감지하도록 구비되는 것으로, 상기 비젼센서(420)가 드론 또는 배터리를 센싱할 수 있고, 드론의 위치 또는 드론에 따른 배터리 위치를 확인할 수 있으며, 다수의 배터리 교환대(300) 중 센싱된 드론을 이동시킬 배터리 교환대(300)를 결정할 수 있고, 그리고 충전스테이지(200)의 다양한 배터리(220) 중 드론의 배터리 사양에 일치하는 배터리(220)를 결정하고, 그리고 회수될 드론의 배터리 사양에 일치하는 충전스테이지(200)의 배터리 수용공간(201)을 결정하고, 결정된 배터리 교환대(300)와 대응되는 드론을 배터리 교환대(300) 설치영역으로 안내하며, 결정된 충전스테이지(200)의 배터리(220)를 드론의 배터리장착부로 배터리를 교체 안내하며, 결정된 드론의 배터리를 회수하여 충전스테이지(200)의 배터리 수용공간(201)으로 회수 안내할 수 있다.
상기 비젼센서(420)뿐만 아니라 초음파 센서(미도시)를 설치할 수 있으며, 초음파 센서는 물체의 접근 및 물체의 거리를 센싱할 수 있는 센서로서, 이착륙대(100), 충전스테이지(200), 배터리 교환대(300) 및 로봇(400)의 주변에 위치되게 설치될 수 있다. 초음파 센서에 의해 드론 또는 그립퍼(410)가 이착륙대(100) 착륙영역, 충전스테이지(200)의 배터리 수용공간영역, 배터리 교환대(300)의 드론 설치영역에 근접하는 여부 및 이탈 여부 등은 센싱될 수 있다.
상기 비젼센서(420)와 초음파센서는 로봇(400)에 의한 행동서비스를 제공하기 이전에 행동서비스 제공 개시 여부를 판단하기 위한 각종 인자(예를, 위험 요소 등)를 센싱할 수 있다.
그리고, 상기 비젼센서(420)는 이착륙대(100)에 드론(40)이 이착륙여부를 인식하게 되며, 이때 이착륙대(100)에 착륙한 드론(40)을 인식하게 되면 정보저장부(515)는 로봇의 작업영역으로 이착륙대(100) 하부에 설치된 구동장치(미도시)를 작동시켜 이착륙대(100)를 회전시키게 되며, 상기 이착륙대(100)에 착륙한 드론(40) 및 드론의 배터리장착부 위치를 인식하여 드론감지부(513)로 전달되어 다시 정보저장부(515)에서 드론(40)의 위치정보를 기반하여 로봇(400)의 작업영역에 있는지를 판단 및 결정하여 로봇제어부(514)로 드론(40)의 이동명령을 전달하여 로봇(400)의 작업을 수행하도록 한다.
여기서, 상기 드론감지부(513) 또는 정보저장부(515)에서 드론(40)의 사양을 결정하며, 상기 드론(40)의 사양은 드론의 형상, 드론의 배터리위치, 드론의 배터리정보인 배터리의 크기 및 출력 등의 정보가 정보저장부(515)에 드론의 기초데이터로 저장되어 있다.
또한, 도 4 내지 도 8에 나타낸 바와 같이 상기 하우징(50)의 수납부(60)의 상부에 가로길이의 가이드레일(21)이 설치되면서 상기 가이드레일(21)에 물림되어 가로방향으로 이동되는 가이드블럭(22)으로 구성되는 가이드부(20)와, 상기 가이드부(20)의 가이드블럭(22) 상부에 결합되어 실리더 로드(31)가 상하 이동되는 이송실린더(30)와, 상기 이송실린더(30)의 실린더 로드(31) 상단에 결합 고정되는 수평판재형의 제1지지판(710a)과, 상기 제1지지판(710a)의 상부에 결합되어 상면 중앙에 원판형으로 돌출된 가압원판(721-1)과, 상기 가압원판(721-1) 외주에서 연결되어 꼭지점이 위치한 직선 방향의 방사상으로 형성된 돌출형의 가압돌기(721-2)로 구성된 제1돌출형상부(721a)가 형성된 제1가압판(720a)과, 상기 제1가압판(720a)의 상부에 결합되어 제1돌출형상부(721a)를 내부 하측에 끼움 결합되도록 가압원판(721-1) 및 가압돌기(721-2)의 형태에 대응되는 각각의 지지원호공(731-1) 및 지지가이드공(731-2)이 형성된 삽입형상부(731)가 형성된 체결판(730)과, 상기 체결판(730)의 상부에 결합되어 제1가압판(720a)과의 상하 대칭구조로 동일 형태를 가지면서 삽입형상부(731) 내부 상측에 끼움 결합되도록 하면에 제2돌출형상부(721b)를 가진 제2가압판(720b) 및, 상기 제2가압판(720b) 상부에 결합되어 상부에 배터리 교환대(300)가 결합 고정되는 수평판재형의 제2지지판(710b)으로 구성되는 지지부재(700)를 가지되, 상기 삽입형상부(731)의 내부에 삽입되어 삽입형상부(731)의 형상에 대응되도록 중앙에 원판형의 완충판(741)과 상기 완충판(741)의 외주에서 직선으로 연결되어 방사상으로 형성되면서 상면 일측단 길이에서 상향 돌출된 제1가압탭(742-1)과 하면 타측단 길이에서 하향 돌출된 제2가압탭(742-2)이 형성된 완충바(742)로 구성된 탄성체(740)가 포함되는 구조를 가진다.
도 4에 나타낸 바와 같이 상기 가이드부(20)는 수납부의 상부에 가로길이를 가진 가이드레일(21)이 설치되며, 상기 가이드레일(21)을 따라 안내되어 좌우 이동되는 가이드블럭(22)이 구비되는 일체의 결합구조를 가진다.
상기 가이드부(20)가 마련됨으로서 가이드레일(21) 중 일측 가이드레일(21)에 배치된 배터리 교환대(300)에 안착된 드론과 타측 가이드레일(21)에 배치된 배터리 교환대(300)에 안착된 다른 드론과의 충돌을 회피하면서 안정적인 배터리 교환이 이루어지도록 배터리 안착대(300)간 사이 간격을 벌리도록 배터리 안착대(300)를 이동시키며, 이때 상기 배터리 안착대(300)의 이동시 배터리 안착대(300)가 결합된 가이드블럭(22)이 가이드레일(21)을 따라 자동 안내되도록 가이드블럭(22) 측부에 수평실린더(미도시)가 결합되어 수평실린더의 작동으로 가이드블럭(22)을 수평방향인 좌우로 이동시키게 되거나 상술한 로봇(400)의 그립퍼(410)가 가이드블럭(22)을 파지하여 가이드레일(21)을 따라 이동시킬 수 있다.
상기 가이드부(20)의 양측 가이드레일(21)에 배치된 배터리 교환대(300) 또는 가이드블럭(22)에 초음파 센서(미도시)가 설치되어 배터리 교환대(300) 간의 거리 등을 측정하여 각각의 배터리 교환대(300)에 안착된 드론과의 충돌을 회피하도록 제어한다.
그리고, 도 4와 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 이송실린더(30)는 가이드부(20)의 가이드블럭(22) 상부에 결합되어 실리더 로드(31)가 상하 이동되는 구조를 가지며, 상기 이송실린더(30)의 작동으로 실린더 로드(31)의 상부에 배치된 배터리 교환대(300)가 상하로 이동되어 상술한 양측 가이드레일(21)에 배치된 배터리 교환대(300)에 각각 안착된 드론과의 충돌을 하면서 드론의 배터리를 교환이 가능한 위치에 배터리장착부가 노출될 수 있도록 위치를 조절하게 된다.
그리고, 도 5와 도 6에 나타낸 바와 같이 상기 지지부재(700)는 배터리 교환대(300)에 안착된 드론의 배터리를 교환시 로봇(400)이 그립퍼(410)에 의해 배터리를 파지하여 탈부착 중 발생되는 진동을 저감시키면서 배터리를 교환 후 드론이 시운전을 수행시 발생되는 진동 및 응력을 상쇄하도록 하는 구조를 가진다.
상기 지지부재(700)는 실리더 로드(31)의 상단에 결합 고정되며, 제1지지판(710a), 제1가압판(720a), 체결판(730), 제2가압판(720b) 및 제2지지판(710b)의 순으로 적층 결합되는 일체의 결합구조를 가진다.
상기 제1지지판(710a)은 하부 중앙에 이송실린더(30)의 실린더 로드(31) 상단이 결합 고정되는 수평판재이다.
도 6과 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이 상기 제1가압판(720a)은 제1지지판(710a)의 단면적에 대응되어 제1지지판(710a)의 상부에 결합 고정되면서 상부에 제1돌출형상부(721)가 양각으로 형성된다.
상기 제1돌출형상부(721)는 원판형의 가압원판(721-1)과 상기 가압원판(721-1)에서 방사상으로 형성된 가압돌기(721-2)로 구성된 일체의 형상구조를 가지며, 상기 가압원판(721-1)은 제1지지판(710a)의 상면 중앙에 원판형으로 돌출되며, 상기 가압돌기(721-2)는 가압원판(721-1) 외주에서 연결되어 제1가압판(720a)의 꼭지점이 위치한 직선 방향으로 소정 길이로 연장된 형태를 가지며, 상기 가압원판(721-1)과 가압돌기(721-2) 각각의 높이는 동일한 높이를 가진다.
도 6과 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 상기 체결판(730)은 제1가압판(720a)의 단면적에 대응되어 제1가압판(720a) 상부에 결합 고정되면서 제1돌출형상부(721)의 외형에 대응된 내부 형상구조를 가진 상하 관통구조의 삽입형상부(731)를 형성한다.
상기 삽입형상부(731)는 지지원호공(731-1)을 기준으로 방사상으로 형성된 지지가이드공(731-2)으로 구성된 일체의 형상구조를 가지며, 상기 제1돌출형상부(721) 가압원판(721-1)의 형상과 위치에 대응된 지지원호공(731-1)을 형성 그리고 가압돌기(721-2)의 형상과 위치에 대응된 지지가이드공(731-2)을 형성한다.
그리고, 상기 제1가압판(720a) 상부에 체결판(730)이 안착 결합할 때 상기 체결판(730)의 삽입형상부(731) 내부 하측에 제1돌출형상부(721a)가 끼움 결합되며, 후술되는 제2가압판(720b)이 체결판(730) 상부에 안착 결합할 때 상기 제2가압판(720b)의 제2돌출형상부(721b)가 삽입형상부(731)의 내부 상측에 끼움 결합하게 되며, 이때 상기 삽입형상부(731) 내부의 상측에 제2돌출형상부(721b)가 위치 그리고 하측에 제1돌출형상부(721a)가 위치하면서 상기 삽입형상부(731)의 내부에 위치한 제1돌출형상부(721a)와 제2돌출형상부(721b) 사이에 이격공간이 형성되며, 상기 이격공간 내로 후술되는 탄성체(740)가 밀착 위치하게 된다.
상기 제2가압판(720b)은 체결판(730) 상부에 결합되어 체결판(730)의 단면적에 비례하며, 상기 제1가압판(720a)의 상하 대칭구조를 가지면서 하면에 제1가압판(720a)의 제1돌출형상부(721a)와 동일한 형상의 제2돌출형상부(721b)를 형성하며, 상기 제2돌출형상부(721b)는 가압원판(721-1)과 상기 가압원판(721-1)에서 방사상으로 형성된 가압돌기(721-2)로 구성된 일체의 형상구조를 가진다.
상기 제2지지판(710b)은 제2가압판(720b) 상부에 결합 고정되어 제2가압판(720b)의 단면적에 비례하며, 상기 제2가압판(720b) 상부에 결합되어 상부에 배터리 교환대(300)가 결합 고정되는 수평판재이다.
그리고, 도 6과 도 8에 나타낸 바와 같이 상기 탄성체(740)는 삽입형상부(731)의 내부에 삽입되어 삽입형상부(731)의 형상에 대응되도록 중앙에 원판형의 완충판(741)과 상기 완충판(741)의 외주에서 직선으로 연결되어 방사상으로 형성되면서 상면 일측단 길이에서 상향 돌출된 제1가압탭(742-1)과 하면 타측단 길이에서 하향 돌출된 제2가압탭(742-2)이 형성된 완충바(742)로 구성되며, 상기 삽입형상부(731)의 지지원호공(731-1)의 형상에 대응된 완충판(741)을 형성 그리고 지지가이드공(731-2)의 형상에 대응된 완충바(742)를 형성하며, 상기 완충바(742)의 제1가압탭(742-1)과 제2가압태(742-2)의 형성 위치는 서로 대칭형태로 배치되어 형성되며, 또한 상기 완충판(741)의 상면 및 하면에 각각 다수 개의 완충돌기(741-1)가 형성되며, 상기 완충돌기(741-1)가 형성됨으로서 완충판(741) 상면 및 하면과 밀착되는 제1, 2돌출형상부(721a)(721b)의 가압원판(721-1)과의 미세 공간이 형성되어 진동 및 응력을 감쇄하는 역할을 하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 체결판(730)의 삽입형상부(731)의 내부에 위치한 상측의 제2돌출형상부(721b)와 하측의 제1돌출형상부(721a) 사이에 탄성체(740)가 배치되며, 이때 탄성체(740)의 완충바(742)에 형성된 상면 일측단의 제1가압탭(742-1)이 제2돌출형상부(721b)의 가압돌기(721-2) 하면 일측을 가압하면서 가압돌기(721-2) 하면 타측과 제1가압탭(741-1) 상면 타측 사이에 빈 공간을 형성하며, 상기 완충바(742)에 형성된 하면 타측단의 제2가압탭(742-2)이 제1돌출형상부(721a)의 가압돌기(721-2) 상면 타측을 가압하면서 가압돌기(721-2) 상면 일측과 제2가압탭(741-2) 하면 일측 사이에 빈 공간을 형성함으로서 각각의 빈 공간 및 제2가압탭(742-2)에 의한 면접촉으로 인해 지지부재(700)의 상부로부터 전달되는 진동 및 응력을 상쇄하게 되며, 더욱이 빈 공간이 지그재그 형태로 형성되어 상부로부터 전달되는 진동이나 응력을 상쇄시켜 차단하는 역할을 함에 따라 진동이나 응력이 하부구조로 전달되는 원천적으로 차단하는 기능을 가진다.
상기 제1, 2돌출형성부(721a)(721b)의 상호 사이에 탄성체(740)가 결합되면서 상술한 빈 공간이 형성되거나 일예로 상기 완충바(742)에 형성된 하면 타측단의 제2가압탭(742-2)이 제1돌출형상부(721a)의 가압돌기(721-2) 상면 타측을 가압하면서 가압돌기(721-2) 상면 일측과 제2가압탭(741-2) 하면 일측이 상호 가압이 아닌 단순 면접된 상태로 형성되어 가압이 없는 면접부위로 진동 및 응력을 감쇄하게 된다.
그로 인해 지지부재(700) 상부에서 이송실리더(30) 및 가이드부(20)로 가해지는 진동하중에 의한 진동이나 응력이 하부구조로 전달되는 것을 극소화함으로써, 하부구조가 손상되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
특히, 진동을 감속시킴으로 인해 이송실리더(30) 및 가이드부(20)의 가이드블럭(22) 또한 일측으로 편중되거나 기울어짐 없이 안정적으로 받쳐 지지할 수 있는 안정적인 조건을 가지며, 그로 인해 안전한 배터리 교환을 위한 작업조건도 구축할 수 있다.
또한, 도면에 미도시되었지만 상기 제1, 2돌출형상부(721a)9721b)를 구성하는 가압돌기(721-2)에서 가압원판(721-1)을 기준으로 상호 이웃하는 가압돌기(721-2)가 서로 대칭되어 지그재그로 배치되되, 상기 가압돌기(721-2)의 폭은 삽입형상부(731)의 지지가이드공(731-2)의 폭에 비해 작은 폭을 가지며, 이때 상기 가압돌기(721-2)의 폭은 탄성체(740)를 구성하는 완충바(741)의 상면 일측단 또는 하면 타측단에 형성된 제1가압탭(742-1) 또는 제2가압탭(742-2)에 대응되는 완충바(742)의 상면 타측단 또는 하면 일측단의 폭에 비례하여 상기 완충바(742)의 상면 타측단 또는 하면 일측단의 각각 면에 가압돌기(721-2)가 밀착 면접하게 된다.
또한, 도면에 미도시되었지만, 상기 제1, 2가압판(720a)(720b) 각각이 체결판(730)의 상하부의 단면적에 비해 작은 단면적을 가지어 체결판(730) 상하부의 중앙에 면접 가압되며, 상기 제1, 2가압판(720a)(720b) 각각이 내측으로 상하 관통 형성된 제1, 2가압판(720a)(720b)의 단면적에 비례한 결속공간에 결속되어 제1가압판의 테두리에 결합되는 파형지지판(미도시)이 설치되되, 상기 파형지지판과 제1, 2가압판(720a)(720b) 각각이 결합된 전체 단면적이 체결판(730)의 단면적에 비례하면서 결속공간의 둘레에 형성된 파형지지판의 가로길이 면(面)과 세로길이 면(面)에 각각 길이방향으로 돌출부와 함몰부가 반복적으로 배열되는 파형면을 가지는 구조를 가진다.
상기 체결판(730)의 하부 및 상부에 각각 결합되는 제1가압판(720a) 및 제2가압판(720b)의 단면적이 체결판(730)의 단면적에 비해 작은 단면적을 가지며, 이때 체결판(730) 하부 중앙 및 상부 중앙에 제1, 2가압판(720a)(720b)이 배치 결합 고정된다.
상기 파형지지판은 제1가압판(720a) 및 제2가압판(720b) 각각의 테두리에 결합되며, 결합된 전체면의 상면 및 하면이 단차없는 면(面)을 형성하며, 상기 제1, 2가압판(720a)(720b)이 내부에 결속되도록 결속공간을 형성하면서 결속공간 내부 단면적은 제1, 2가압판(720a)(720b)의 단면적에 비례하며, 이때 상기 파형지지판과 결합된 각각의 제1, 2가압판(720a)(720b) 전체 단면적이 체결판(730)의 단면적에 비례하는 형태를 가진다.
그리고, 상기 파형지지판의 결속공간 테두리에 형성된 사각 테두리형태인 가로길이 면(面)과 세로길이 면(面)의 각각에 길이방향으로 돌출부와 함몰부가 반복적으로 배열되는 파형면을 형성한다.
즉, 파형지지판의 테두리 중 가로길이 면(面)의 파형면 배열방향과 세로길이 면(面)의 파형면 배열방향이 상호 직교되는 배열방향을 가지며, 상호 이웃하는 테두리는 동일한 파형면 배열방향을 가진다.
이에, 상기 파형지지판의 태두리에 형성된 파형면에 의해 상부 배터리 교환대(300)로부터 전달되는 진동 및 응력을 상쇄하여 보다 안정적인 드론의 배터리교환을 수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
드론 스테이션 10 하우징 50 수납부 60
이착륙대 100 충전스테이지 200 배터리 220
배터리 교환대 300 다관절 로봇 400 그립퍼 410
비젼센서 420 가이드부 20 가이드레일 21
가이드블럭 22 이송실린더 30 지지부재 700
제1지지판 710a 제2지지판 710b 제1가압판 720a
제2가압판 720b 제1돌출형상부 721a 제2돌출형상부 721b
가압원판 721-1 가압돌기 721-2 체결판 730
삽입형상부 731 지지원호공 731-1 지지가이드공 731-2
탄성체 740 완충판 741 완충바 742
제1가압탭 742-1 제2가압탭 742-2

Claims (3)

  1. 드론(Drone)이 착륙할 공간 및 배터리 교체 공간을 마련하며 배터리 교환 설비를 갖춘 드론 스테이션을 포함하는 드론 스테이션(10)으로서,
    상부 중앙에 드론이 이착륙하도록 원형의 이착륙대(100)가 설치된 하우징(50);과,
    상기 하우징(50)의 상부 이착륙대(100) 일측에 복수 개의 관절부(401)를 가진 다관절구조로서 선단에 그립퍼(410)가 설치되면서 선단 일면에 비젼센서(420)가 구비된 로봇(400);과,
    상기 하우징(50)의 일측면에 내부로 수평 이동되는 서랍식 수납부(60);와,
    상기 수납부(60)의 상부 일측에 배치되어 다수 개의 배터리를 충전하는 충전스테이지(200); 및,
    상기 수납부(60)의 상부 타측부에 배치되어 배터리를 회수 및 교환할 수 있도록 배터리 교환대(300);를 포함하며,
    상기 드론 이착륙대(100)에 착륙할 수 있는 다양한 드론에서 각 드론 사양에 맞는 거치 가능한 배터리 교환대(300)를 다수 개가 배열 설치하며, 이때 각각의 배터리 교환대(300)에는 인식용 마커(301)가 형성되며,
    상기 드론의 배터리 교체시 다양한 드론의 사양에 맞는 배터리를 구별하여 충전 및 거치된 충전스테이지(200)를 다수 개가 배열 설치되며, 이때 각각의 충전스테이지(200)에는 인식용 마커(201)가 형성되는 것을 특징으로 하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 하우징(50)의 수납부(60) 상부에 가로길이의 가이드레일(21)이 설치되면서 상기 가이드레일(21)에 물림되어 가로방향으로 이동되는 가이드블럭(22)으로 구성되는 가이드부(20)와,
    상기 가이드부(20)의 가이드블럭(22) 상부에 결합되어 실리더 로드(31)가 상하 이동되는 이송실린더(30)와,
    상기 이송실린더(30)의 실린더 로드(31) 상단에 결합 고정되는 수평판재형의 제1지지판(710a)과, 상기 제1지지판(710a)의 상부에 결합되어 상면 중앙에 원판형으로 돌출된 가압원판(721-1)과, 상기 가압원판(721-1) 외주에서 연결되어 꼭지점이 위치한 직선 방향의 방사상으로 형성된 돌출형의 가압돌기(721-2)로 구성된 제1돌출형상부(721a)가 형성된 제1가압판(720a)과, 상기 제1가압판(720a)의 상부에 결합되어 제1돌출형상부(721a)를 내부 하측에 끼움 결합되도록 가압원판(721-1) 및 가압돌기(721-2)의 형태에 대응되는 각각의 지지원호공(731-1) 및 지지가이드공(731-2)이 형성된 삽입형상부(731)가 형성된 체결판(730)과, 상기 체결판(730)의 상부에 결합되어 제1가압판(720a)과의 상하 대칭구조로 동일 형태를 가지면서 삽입형상부(731) 내부 상측에 끼움 결합되도록 하면에 제2돌출형상부(721b)를 가진 제2가압판(720b) 및, 상기 제2가압판(720b) 상부에 결합되어 상부에 배터리 교환대(300)가 결합 고정되는 수평판재형의 제2지지판(710b)으로 구성되는 지지부재(700)를 가지되,
    상기 삽입형상부(731)의 내부에 삽입되어 삽입형상부(731)의 형상에 대응되도록 중앙에 원판형의 완충판(741)과 상기 완충판(741)의 외주에서 직선으로 연결되어 방사상으로 형성되면서 상면 일측단 길이에서 상향 돌출된 제1가압탭(742-1)과 하면 타측단 길이에서 하향 돌출된 제2가압탭(742-2)이 형성된 완충바(742)로 구성된 탄성체(740)가 포함되는 것을 특징으로 하는 자동 배터리 교체가 가능한 회전형 드론 스테이션.
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