KR102521347B1 - 드론의 배터리 교체 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배전 전주에 설치되는 지지플레이트, 상기 지지플레이트 상에 설치되며, 드론이 안착되기 위한 내부 공간이 형성된 드론 하우스 및 상기 지지플레이트 내부에 구비되며, 상기 드론으로부터 투하된 배터리를 충전시키는 무선충전부를 포함하는 배전 전주형 드론충전소로서, 본 발명에 의하면, 특수 목적 드론이 운행 중에 효율적으로 충전 또는 축전지 교체를 가능하게 하는 인프라를 구축할 수 있게 한다.

Description

드론의 배터리 교체 방법{METHOD FOR REPLACING BATTERY OF DRONE}
본 발명은 무선 전파의 유도에 의해 비행하는 비행체인 드론을 충전하는 충전소 및 드론 축전지의 교체 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 산업 발달과 ICT 기술의 진보로 취미, 촬영 전문 드론이 아닌, 특수 목적 드론이 많이 개발되었다. 즉, 농약 살포 드론, 방범 보안 드론, 군사용 감시 및 전투 드론, 택배 서비스 드론, 택시 드론, 해양 순시 드론, 전력용 순시 등의 특수, 다목적 산업용 드론이 4차 산업 시장의 한 분야로서 속속 출시되면서 선진국을 중심으로 미래 먹거리 시장 선점의 경쟁이 치열하게 전개되고 있다.
그러나, 종래의 범용 드론은 배터리 사용시간이 고작 20~30분으로 짧아 1~2시간 이상의 장시간 업무를 수행할 수 없는 한계가 있다.
특수 목적용 드론의 배터리 사용시간은 120분 정도까지 가능하나, 고가의 배터리 구매 비용을 지불하여야 하며, 더구나, 드론이 업무 수행 중 배터리 소모로 충전 또는 교체가 필요한 경우에는 별도의 예비 배터리를 사용자가 직접 수동으로 교체하여야만 한다.
또한, 무선 충전 방식의 드론이 개발되어 출시되고 있지만, 상용화, 범용화가 부진한 상황이고, 급속/완속 충전 및 축전지 자동 교체를 위한 드론 전문 충전 인프라가 없어 드론 소유주 건물이나 인근 태양광 발전소 등의 분산전원이 있는 곳까지 장시간 운행하여 되돌아와 충전을 할 수밖에 없었다.
더구나, 국가, 지방자치단체 및 한국전력공사를 비롯한 380여 공공기관과 민간 시장에서 드론 산업의 발빠른 확산 행보로 "전기차 충전소"와 같은 [드론 전문충전소 인프라 구축]이 필연적이지만, 현재 드론 전문 공용 충전소 구축 계획은 미미한 상황이다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1712280호 한국공개특허공보 제10-2017-0049040호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 특수 목적 드론이 운행 중에 효율적으로 충전 또는 축전지 교체를 가능하게 하는 배전 전주형 드론충전소, 드론의 배터리 충전 방법 및 교체 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 배전 전주형 드론충전소는, 배전 전주에 설치되는 지지플레이트, 상기 지지플레이트 상에 설치되며, 드론이 안착되기 위한 내부 공간이 형성된 드론 하우스 및 상기 지지플레이트 내부에 구비되며, 상기 드론으로부터 투하된 배터리를 충전시키는 무선충전부를 포함한다.
그리고, 상기 드론 하우스 내부에 구비되며, 평탄면을 가지는 이착륙부 및 상기 이착륙부를 승하강시키는 승하간수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이착륙부 중앙에 상기 이착륙부와 결합 또는 분리 가능하게 구비되는 축전지 탈착부를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 드론 하우스의 내측면에 장착되고, 상기 지지플레이트의 중앙까지 슬라이딩 이동 가능하며, 상기 이착륙부와 상기 지지플레이트의 이격된 공간 상에 구비되는 파지 및 슬라이드 수단을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 파지 및 슬라이드 수단은 상기 축전지 탈착부에 의해 상기 지지플레이트의 중앙에 위치된 배터리를 파지하여 상기 무선충전부에 안착시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 파지 및 슬라이드 수단은 복수로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무선충전부는 복수로 마련되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 드론 하우스는 외벽 및 지붕을 포함하고, 상기 지붕은 개폐 가능한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 외벽은 평단면이 직사각 형상으로 마련되고, 상기 지붕은 양분되어 경사진 형태로 마련되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 외벽의 내측면에 구비되는 히터, 상기 지붕에 구비되는 흡기팬 및 상기 외벽 또는 상기 지붕의 외측면에 구비되는 태양전지판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 관점에 의한 드론의 배터리 교체 방법은, 드론의 착륙 허가 요청에 대해 착륙을 허가하면, 배전 전주에 설치된 배전 전주형 드론충전소의 드론 하우스 지붕을 개방시키는 단계, 상기 드론 하우스의 지붕을 개방시키는 단계에 의해 상기 드론 하우스 내부에 안착된 드론으로부터 투하되는 배터리를 상기 드론 하우스 내에 구비되는 축전지 탈착부에 안착시키는 단계 및 상기 드론충전소에 구비된 미리 완충된 배터리를 상기 드론으로 이동시켜 상기 투하되는 배터리를 대신하여 상기 완충된 배터리를 상기 드론에 인입시키는 단계를 포함한다.
상기 드론은 상기 드론 하우스 내부의 이착륙부를 승하강수단에 의해 승강시켜 안착시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 드론에 인입시키는 단계는 상기 승하강수단에 의해 상기 이착륙부 중앙에 결합된 축전지 탈착부를 상기 이착륙부와 별도로 승강시켜 상기 축전지 탈착부 상의 배터리를 인입시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 드론 하우스는 상기 배전 전주에 설치된 지지플레이트 상에 설치되고, 상기 축전지 탈착부는 상면이 상기 지지플레이트와 나란하도록 하강된 상태에서, 상기 드론 하우스의 내측면에 장착되고 상기 지지플레이트의 중앙까지 슬라이딩 이동 가능하며 상기 이착륙부와 상기 지지플레이트의 이격된 공간 상에 구비되는 파지 및 슬라이드 수단에 의해 상기 미리 완충된 배터리가 상기 축전지 탈착부 상에 이동되어 안착되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 축전지 탈착부에 안착된 배터리를 상기 드론충전소에 구비되는 무선충전부로 이동시켜 충전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
그래서, 상기 축전지 탈착부에 안착된 배터리는 상기 파지 및 슬라이드수단에 의해 상기 무선충전부로 이동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배전 전주형 드론충전소, 드론의 배터리 충전 방법 및 교체 방법에 의하면, 기존에 설치된 배전 전주 인프라를 활용하기 때문에 드론 충전소 인프라 구축에 용이하다.
그리고, 무인으로 운영이 가능하기 때문에 관리 측면에서 경제적이다.
또한, 이를 통해 특수목적의 드론이 효과적으로 업무를 위한 비행을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 배전 전주형 드론충전소를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 배전 전주형 드론충전소에 의한 드론의 이착륙 과정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 배전 전주형 드론충전소에 의한 배터리 무선충전에 대해 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 배전 전주형 드론충전소에 의한 축전지 교체 과정을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 배전 전주형 드론충전소의 드론 하우스를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 배전 전주형 드론충전소를 이용한 드론의 배터리 충전 및 축전 방법을 순서적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 순시드론의 개념을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 의한 순시드론의 장애물 회피 개념을 도시한 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 배전 전주형 드론충전소와 배터리의 충전 및 교체 방법을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배전 전주형 드론충전소는 한국을 기준으로 전역에 약 900만기 이상 산재되어 있는 배전 전주 인프라를 활용함으로써 드론 충전을 위한 인프라를 구축 가능하게 한다.
이를 위해, 배전 전주에 지지플레이트(110)가 설치되고, 지지플레이트(110) 상에 드론(D)이 안착 가능한 드론 하우스(190)가 설치되고, 드론 하우스(190)에 드론을 이착륙시키고, 드론의 배터리를 충전 또는 교체하기 위한 장치들이 지지플레이트(110) 또는 드론 하우스(190) 내부에 구비된다.
지지플레이트(110) 일 측에는 안테나(170)가 구비되어, 지지플레이트(110) 내부에 구비되는 통신부(미도시)를 통해 드론(D)과 쌍방 통신을 수행하여 드론(D)이 드론 하우스(190)에 이착륙되게 한다.
도 2 A 내지 C는 드론(D)이 드론 하우스(190)에 이착륙되는 과정을 도시한 것이다.
통신부(미도시)는 드론(D)과 정보를 주고 받음으로써 이착륙 요청을 수신하게 되고, 별도의 관제센터(미도시)와 통신을 통해 관제센터의 제어에 따라 드론 하우스(190)의 개방 여부가 동작하게 된다.
드론 하우스(190)는 드론을 수용하기 위해 직육면 형태의 외벽(191)과 상면에는 개폐가 가능한 지붕(192, 193)으로 외관이 형성된다.
그래서, 관제센터의 제어에 따라서 지붕(192, 193)을 개폐함으로써 드론이 드론 하우스(190) 내부에 이륙 또는 착륙되게 한다.
후술하겠지만, 지붕(192, 193)은 비나 눈이 쌓이지 않도록 경사지는 것이 바람직하고, 드론의 출입을 위해서는 지붕이 양분되어 경사진 형태가 보다 바람직하다.
도 2A와 같은 상태에서 착륙이 허가되면, 도 2B와 같이 지붕(192, 193)이 개방된다. 양분된 지붕 중 일 측 지붕(193)에는 삽입단(193-1)이 형성되어, 타 측 지붕(192)과 결합되어 폐쇄시 이격이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
관제센터의 제어에 따라 지붕(193)은 별도의 구동수단에 의해서 개방 또는 폐쇄되고, 드론 하우스(190) 내부에 드론이 안착될 수 있도록 드론 하우스(190) 내부에 마련되는 플레이트 형상의 이착륙부(130)가 승하강수단에 의해 승강되도록 제어한다.
도 2B와 같이, 관제센터의 제어에 따라 별도의 구동수단의 구동에 의해 승하강수단(150)이 이착륙부(130)를 승강시키게 된다.
그러면, 이착륙부(130) 상에 드론이 안착하게 되고, 도 2C와 같이 승하강수단(150)이 하강함으로써 드론이 드론 하우스(190) 내부에 안착되고, 지붕(192, 193)은 폐쇄시킨다.
본 발명의 드론충전소는 드론의 배터리를 충전시키거나 축전지를 교체하기 위함으로써, 도 3이 배터리 무선충전에 대해 도시한 것이고, 도 4가 축전지 교체 과정을 도시한 것이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 지지플레이트(110) 내부에는 한 쌍의 무선충전부(120)가 구비되어, 무선충전부(120) 상에 놓이는 배터리를 충전시킨다. 무선충전부(120)에의 전원의 공급은 전원공급부(180)에 의해 이루어지고, 무선충전부(120) 상에 배터리가 놓이게 되는 과정은 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4A와 같이 드론이 드론 하우스(190)에 안착되면, 드론은 배터리(B) 장착공간을 개방시켜 배터리(B)가 투하되도록 한다.
투하되는 배터리(B)는 축전지 탈착부(140)에 안착되게 되고, 축전지 탈착부(140)는 이착륙부(130)의 중앙에 위치하며, 이착륙부(130)와 결합된 상태로 승하강되거나 이착륙부(130)와 결합이 해제된 상태에서 승하강될 수 있게 마련된다.
즉, 도 4A와 같이, 승하강수단(150)이 축전지 탈착부(140)를 승강시켜 축전지 탈착부(140) 상에 배터리(B)가 안착되게 하고, 도 4B와 같이 최저점까지 하강하여 축전지 탈착부(140)의 상면이 지지플레이트(110)의 상면과 나란해지도록 동작한다.
이착륙부(130)와 지지플레이트(110)의 이격된 공간 상에는 한 쌍의 파지 및 슬라이드 수단(161, 162)이 외벽(191) 내측에 장착되어 나란하게 구비된다.
도시에서는 좌측의 파지 및 슬라이드 수단(161)이 지지플레이트(110) 중앙으로 이동하여 배터리(B)를 파지 후 다시 원위치하여 도 4B와 같은 상태가 되게 하고, 위치 이동된 배터리(B)는 무선충전부(120) 상에 놓여 충전이 이루어지게 된다.
그런 다음, 도 4C와 같이 우측의 파지 및 슬라이드 수단(162)이 대기 상태였던 예비 배터리를 지지플레이트(110) 중앙으로 슬라이드시켜 축전지 탈착부(140)에 안착시키게 동작한다.
다시, 승하강수단(150)이 도 4D와 같이 축전지 탈착부(140)를 승강시켜 새로운 배터리가 드론의 장착공간에 삽입될 수 있게 하고, 드론은 장착공간을 폐쇄시킴으로써 배터리 교체를 완료하게 된다.
이와 같이, 배전 전주를 통해서 드론이 용이하게 배터리 충전 장소를 선택할 수가 있고, 이상의 설명과 같은 방식에 의해서 배터리를 용이하게 충전 및 교체함으로써 장시간 비행이 필요한 드론이 쉽게 활용할 수 있게 한다.
본 발명의 드론 하우스는 추가적인 기능들을 보유하고 있으며, 도 5는 이를 설명하기 위한 것이다.
도 5를 참조하면, 드론 하우스(190)의 외벽(191)의 내측면에는 전체 또는 부분적으로 히터(194)가 구비된다.
겨울철 외부 기온이 0℃ 내지 -20℃로 급감하면 드론 하우스(190) 내부 온도도 0℃ 이하로 강하하게 되는데, 드론 하우스(190) 내부에 구비되는 온도 센서를 통해서 내부 온도를 감지하여 히터(194)가 가동될 수 있게 함으로써 내부 온도가 15℃~20℃로 유지될 수 있도록 조절한다.
또한, 여름철 외부 기온이 25℃ 내지 30℃ 이상으로 상승하면 드론 하우스(190) 내부 온도도 30℃~50℃ 이상으로 상승하게 되는데, 온도 센서를 통해서 내부 온도를 감지하여 흡기팬(196)을 가동시켜 외부온도와의 차이를 최소 5℃ 이내로 유지될 수 있도록 조절한다.
이러한 흡기팬(196)은 양 지붕(192, 193) 중 일 지붕에 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 지붕의 끝단에는 처마(미도시)가 부가되어 빗물이나 눈 등이 낙하할 때 외벽(191)이 보호될 수 있게 한다.
나아가, 드론 하우스(190)는 그 설치 장소의 특성을 활용하기 위해 태양전지판(195)이 지붕(192, 193) 또는 외벽(191)의 일부 또는 전체에 설치될 수 있으며, 이를 통해서 전원공급부(180)는 생산된 전력을 축전하고, 이를 이용하여 전원을 공급함으로써 보다 경제성을 향상시킨다.
드론 하우스(190)는 이와 같이 마련됨으로써, 내부환경을 자동조절하여 각 구성들의 동작 신뢰도를 향상시켜 연계 설비 및 축전지의 수명을 20~50% 연장하여 줄 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
아울러, 도 1에서 참조되는 감시카메라(C)가 전주에 설치됨으로써 무단 접근자를 감시하는 기능을 갖춘다.
즉, 본 발명의 드론 충전소는 드론이 하루에 수십 회 또는 수백 회 충전소를 출입하여 충전 및 교환 서비스를 받기 때문에, 외부인이 호기심으로 승주하여 충전소를 훼손하거나 절취할 수 있고, 먼 거리에서 돌, 이물질 등을 투석하여 파손될 수 있는 우려가 있는데, 감시카메라(C)를 전주에 설치함으로써 충전소를 상시 감시하여 예방하고, 관련 상황을 녹화 전송하여 증빙 자료의 확보가 가능하도록 한다.
또한, 이를 통해 관제센터 근무자의 업무 효율을 향상시켜 줄 수 있다.
도 6은 앞서 설명된 본 발명의 배전 전주형 드론충전소를 이용한 드론의 배터리 충전 및 축전 방법을 순서적으로 도시한 것으로서, 이를 순서적으로 간단히 설명하면, 드론이 드론충전소에의 접근 허가를 요청하면, 관제센터는 해당 드론의 접근허가 여부를 판단하게 되고, 접근을 허가할 경우 드론 하우스의 지붕을 개방하여 드론이 드론하우스 내에 안착될 수 있게 한다. 드론이 안착되면 드론 하우스의 지붕은 폐쇄시킨다.
그런 다음, 안착된 드론으로부터 투하된 배터리를 충전시킴과 함께 완충된 배터리 또는 미리 완충된 예비 배터리를 드론에 다시 인입시키고, 이의 역순에 따라 드론이 드론충전소에서 이륙하게 한다.
다음으로, 도 7은 본 발명에 의한 순시드론의 개념을 도시한 것이다.
순시드론은 배전 전력설비를 순시하기 위한 드론으로서, 배전 전력설비 AI 순시에 필요한 1) 360도 3D Full HD급 영상촬영기능 및 실시간 전송기능, 2) 열화상 진단 기능. 3) 광학 진단 기능, 4) 초음파 진단 기능, 5) 물체 색상 구분 기능, 6) 장애물 회피 기능, 7) 배전 전력설비 IOT센서 진단 기능, 8) 배전선로 NDIS 연동기능, 9) GPS 연동 및 시각 동기기능, 10) 경보 전송 기능, 11) 자이로센서 연동 상하좌우 수평 유지기능, 12) 축전지 외부케이스 자동개폐기능, 13) 배전 전주형 드론충전소와 쌍방통신기능, 14) 착지브릿지 밀착 기능 등 다양한 기능이 탑재된다.
이를 통해 배전선로 NDIS 지도와 GPS가 연동된 배전선로 순시항공로를 따라 운항하며, 360도 3D Full HD급 카메라로 자이로센서에 의한 상하좌우 수평기능을 유지하면서 정밀한 영상을 촬영하여 드론서버로 실시간 전송할 수 있다.
그리고, 드론에 장착된 각종 최첨단 연계장치를 가동하여 배전선로 이상유무 진단, 배전기자재 광학진단, 접속불량에 의한 초음파 발생 여부 진단, 접속부위 과열부위 진단, 배전 전주 IOT 센서 불량여부 진단기능을 종합적으로 수행할 수가 있다.
또한, 운항시 물체 색상 구분, 장애물 회피 기능, 배전 전주형 드론충전소와 쌍방통신을 진행하며, 급속/완속 충전, 축전지 자동교환 기능을 수행할 수 있다.
축전지 자동교환은 축전지 커버가 자동으로 열리면서 축전지 탈착을 자동으로 수행한다.
그리고, 배전선로 주변 공사현장 감시, 배전주와 차량 충돌사고 발생시 드론센터의 출동지시에 따라 현장으로 즉시 출동, 사고현장을 실시간 촬연, 보고하는 기능 또한 수행한다.
아울러, 순시드론은 장애물 회기 기능을 보유하는데, 도 8은 본 발명에 의한 순시드론의 장애물 회피 개념을 도시한 것이다.
즉, 드론이 배전선로를 순시 중에 이미 프로그래밍된 순시로를 벗어나 전주나 전력선, 수목전지, 인근 건물, 지나는 행인, 동물 등에 접근 또는 충돌할 위험이 있어가, 본 발명의 드론충전소로 이착륙할 때 인근 시설물에 충돌을 할 위험이 있을 경우 이를 회피한다.
이러한 충돌 회피는 드론충전소에 설치된 각종 센터, 신호전파를 드론과 쌍방교신에 의해 빠르게 계산, 반응하여 판단, 수행하게 된다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
110 : 지지플레이트
120 : 무선충전부
130 : 이착륙부
140 : 축전지 탈착부
150 : 승하강 수단
161, 162 : 파지 및 슬라이드 수단
170 : 안테나
180 : 전원공급부
190 : 드론 하우스
191 : 외벽
192, 193 : 지붕
193-1 : 삽입단
194 : 히터
195 : 태양전지판
196 : 흡기팬

Claims (1)

  1. 드론의 착륙 허가 요청에 대해 착륙을 허가하면, 배전 전주에 설치된 배전 전주형 드론충전소의 드론 하우스 지붕을 개방시키는 단계;
    상기 드론 하우스 내부의 이착륙부 및 상기 드론 하우스 내에 구비되는 축전지 탈착부를 승하강수단에 의해 상기 드론 하우스의 외벽 상단보다 높은 위치로 상승시키는 단계;
    상기 이착륙부에 상기 드론이 안착되면, 상기 승하강수단에 의해 상기 이착륙부 및 상기 축전지 탈착부를 하강시켜 상기 드론 하우스 내부에 안착시키는 단계;
    상기 드론 하우스 내부에 안착된 드론으로부터 투하되는 배터리를 상기 축전지 탈착부에 안착시키는 단계; 및
    상기 드론충전소에 구비된 미리 완충된 배터리를 상기 드론으로 이동시켜 상기 투하되는 배터리를 대신하여 상기 완충된 배터리를 상기 드론에 인입시키는 단계를 포함하는,
    드론의 배터리 교체 방법.
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