KR200489024Y1 - 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템 - Google Patents

수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템 Download PDF

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KR200489024Y1
KR200489024Y1 KR2020180002241U KR20180002241U KR200489024Y1 KR 200489024 Y1 KR200489024 Y1 KR 200489024Y1 KR 2020180002241 U KR2020180002241 U KR 2020180002241U KR 20180002241 U KR20180002241 U KR 20180002241U KR 200489024 Y1 KR200489024 Y1 KR 200489024Y1
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Abstract

개시되는 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템에 의하면 무인기를 보관할 때 비나 눈, 햇볕과 같은 외부 요인으로부터 안전하게 보호할 수 있고, 배터리 충전, 또는 교체가 가능하고, 연료의 보급이 가능하며 필요한 임무장비를 교체하거나 화물을 탑재 및 하역이 가능하고 무인기가 데이터를 지상국의 제어 부재로 전송 및 저장하고, 요청에 따라 다른 장치로 전송할 수 있고, 무인기를 정밀하게 이착륙할 수 있는 위치정보를 제공할 수 있고, 비행중인 무인기와 주변 환경의 상태 정보를 모니터링 할 수 있어서, 조종사 없이도 무인기의 운영이 가능한 무인 지상 운영 시스템을 제공하거나 조종사를 보조하여 무인기를 운영할 수 있는 장점이 있다.

Description

수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템{Unmanned operation system for VTOL UAV}
본 고안은 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템에 관한 것이다.
무인기는 조종자가 탑승하지 아니한 채 무선 전파의 유도 또는 자동 제어에 의해 비행할 수 있는 비행체로, 과거에는 군사용 무인 항공기로 사용되었으나 현재는 촬영, 점검, 및 운송과 같이 필요로 하는 다양한 용도로 개발되고 있다.
이러한 무인기가 비행이 끝난 후 착륙 시, 안전하게 착지하지 못하여 부셔지거나 경로를 이탈하여 다른 곳으로 착륙하고 항시 지상에 조종사에 의한 원격 조종과 지원인력에 의해 배터리 교체, 연료공급 등의 지원이 필수적이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 수직 이착륙 무인기의 착륙을 돕는 시스템이나 장치가 개발되었고, 그 예로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 특허문헌의 그 것이다.
그러나 이러한 무인기의 착륙을 돕는 시스템이나 장치가 운영되기 위해서는 무인기의 착륙 위치를 정밀하게 제어하고, 착륙 후, 무인기가 움직이지 않고 고정되도록 고정시키는 장비가 필요하다.
또한, 무인기가 이륙하기 전, 보관에 있어서, 안전하게 보관할 장소가 따로 마련되어 있지 않고 무방비 상태로 보관이 되어야 하는 문제점이 있었다.
또한, 보관시 무인기에 장착되어 동력을 전달하는 배터리의 충전/교체 혹은 연료의 보급을 자동으로 수행하는 장비가 필요하다.
또한, 무인기의 비행하면서 생긴 문제점이나 정비가 필요한 곳을 파악할 수 없어 문제가 생긴 무인기는 직접 비행을 하면서 오작동을 체크해야 하는 불편함이 있었다.
등록특허 제 10-1527210호, 등록일자: 2015.06.02., 발명의 명칭: 드론 이착륙 시스템 및 그 운용 방법 등록특허 제 10-1130203호, 등록일자: 2012.03.19., 발명의 명칭: 비행체 이착륙 보조장치
본 고안은 수직이착륙이 가능한 무인기가 자동운영되는 시스템으로, 무인기를 보관할 때 비나 눈, 햇볕과 같은 외부 요인으로부터 안전하게 보호할 수 있고, 배터리 충전/교체 또는 연료의 보급이 가능하며 필요한 임무장비를 교체하거나 화물을 탑재 및 하역이 가능하고 무인기가 데이터를 지상국의 제어 부재로 전송 및 저장하고, 요청에 따라 무인기에서 수신된 정보를 다른 장치로 전송할 수 있고, 무인기를 정밀하게 이착륙할 수 있는 위치정보를 제공할 수 있고, 비행중인 무인기와 주변 환경의 상태 정보를 모니터링하여 안전한 무인기 운영을 할 수 있어서 조종사 없이도 사전에 프로그램된 계획에 따라 무인기가 자동으로 운영되거나, 무인기의 조작자가 원격장소에서 원격제어부를 이용하여 무인기를 운영하거나, 지상국에서 조종사를 보조하여 무인기를 운영하거나, 지상국에 소속되지 않은 무인기의 요청에 따라서 착륙 충전 및 보관할 수 있는 무인 지상 운영 시스템을 제공하거나 조종사를 보조하여 무인기를 운영하는 것을 목적으로 한다.
본 고안의 일 측면에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템은 무인기와 지상국 사이간의 위치를 측정하기 위해 상기 무인기에 장착되는 위치 확인 부재; 상기 위치 확인 부재를 이용하여 상기 무인기와 상기 지상국 사이간의 위치를 측정하면서도 상기 무인기를 미리 지정된 위치에 정밀하게 이착륙되도록 하는 위치 측정 부재; 상기 위치 확인 부재와 상기 위치 측정 부재를 이용하여 측정된 위치 값에 따라 상기 무인기를 자동, 또는 수동으로 착륙시키거나 보관되어 있는 상기 무인기를 이륙시킬 수 있는 지상국 부재; 상기 지상국 부재에 포함된 장치 및 상기 무인기의 작동을 원격으로 제어할 수 있는 원격제어부; 및 비행중인 상기 무인기를 추적 및 모니터링 할 수 있고, 상기 지상국 부재 주변의 상황을 감시하는 지상국 영상 부재;를 포함하고,
상기 지상국 부재는 몸체 부재와, 상기 무인기가 상기 몸체 부재로 착륙할 때 안착될 수 있는 일정 너비로 넓게 형성된 착륙장 부재와, 상기 착륙장 부재에 안착된 상태의 상기 무인기가 외부와 밀폐될 수 있도록 돔 형태로 형성된 덮개 부재와, 상기 착륙장 부재에 안착된 상기 무인기가 보관될 수 있도록 복수 개의 보관공간을 제공하는 무인기 보관함 부재와, 상기 무인기 보관함 부재에 보관되어 있는 상기 무인기를 상기 착륙장으로 이동시키거나 상기 착륙장 부재에 안착된 상태의 상기 무인기를 상기 무인기 보관함 부재로 이동시킬 수 있는 이동 부재와, 상기 지상국 부재 내의 상기 무인기에 장탈착될 수 있는 장비를 관리하는 장착장비 관리 부재와, 상기 지상국 부재 외부에 장착되어 주변 기상, 전파 및 지자기 환경을 측정하여 안전한 환경에서 상기 무인기가 운영되도록 하는 환경 측정 부재와, 상기 착륙장 부재, 또는 상기 무인기 보관함 부재의 상기 무인기의 위치를 변동하거나, 상기 장비를 상기 무인기에 장탈착하여 상기 장착장비 관리 부재에 적재, 또는 하역하는 기능을 수행하는 로봇팔 부재와, 상기 착륙장 부재에 안착된 상기 무인기와 데이터를 송수신하거나 전원을 공급할 수 있는 기능을 수행하는 연결 부재와, 상기 지상국 부재의 모든 구성 요소에 전원을 공급해주는 전원 공급 부재를 포함하고,
상기 덮개 부재는 돔 형태로 형성된 덮개 몸체와, 상기 덮개 몸체를 90°이상 개폐가능하도록 하는 덮개 구동 부재와, 상기 덮개 몸체가 닫힌 상태에서 임의 열림이 방지되도록 하는 덮개 고정 돌기와, 상기 덮개 몸체가 상기 덮개 고정 돌기에 걸려 고정되도록 상기 덮개 몸체에 움푹 파여진 홈 형태로 형성된 덮개 홈을 포함하고,
상기 덮개 고정 돌기의 하단부가 일측을 향하여 하향되는 기울어진 형태로 형성됨으로써, 상기 덮개 홈이 상기 덮개 고정 돌기에 삽입된 상태에서 상기 덮개 몸체의 임의 개폐가 방지될 수 있고,
상기 환경 측정 부재는 상기 몸체 부재의 외부의 기상 상황을 파악하여 상기 착륙장 부재 또는 상기 무인기 보관함 부재에 보관되어 있는 상기 무인기의 임무 수행을 중단 또는 취소시킬 수 있는 환경 센서 부재와, 상기 지상국 부재의 내부의 상기 무인기가 보관 및 운영되는 환경을 제어할 수 있는 환경 제어 부재를 포함하고,
상기 환경 센서 부재의 GPS 위치 정보는 상기 무인기가 상기 지상국 부재로 귀환시의 상기 무인기에게 상기 지상국 부재의 위치 정보를 제공할 때 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 일 측면에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템에 의하면, 무인기와 지상국 사이간의 위치를 측정하기 위해 상기 무인기에 장착되는 위치 확인 부재; 상기 위치 확인 부재를 이용하여 상기 무인기와 상기 지상국 사이간의 위치를 측정하면서도 상기 무인기를 미리 지정된 위치에 정밀하게 이착륙되도록 하는 위치 측정 부재; 상기 위치 확인 부재와 상기 위치 측정 부재를 이용하여 측정된 위치 값에 따라 상기 무인기를 자동, 또는 수동으로 착륙시키거나 보관되어 있는 상기 무인기를 이륙시킬 수 있는 지상국 부재; 및 상기 지상국 부재에 포함된 장치 및 상기 무인기의 작동을 원격으로 제어할 수 있는 원격제어부;를 포함함으로써, 무인기를 보관할 때 비나 눈, 햇볕과 같은 외부 요인으로부터 안전하게 보호할 수 있고, 배터리 충전/교체 또는 연료의 보급이 가능하며 필요한 임무장비를 교체하거나 화물을 탑재 및 하역이 가능하고 무인기가 데이터를 지상국의 제어 부재로 전송 및 저장하고, 요청에 따라 무인기에서 수신된 정보를 다른 장치로 전송할 수 있고, 무인기를 정밀하게 이착륙할 수 있는 위치정보를 제공할 수 있고, 비행중인 무인기와 주변 환경의 상태 정보를 모니터링하여 안전한 무인기 운영을 할 수 있어서 조종사 없이도 사전에 프로그램된 계획에 따라 무인기가 자동으로 운영되거나, 무인기의 조작자가 원격장소에서 원격제어부를 이용하여 무인기를 운영하거나, 지상국에서 조종사를 보조하여 무인기를 운영하거나, 지상국에 소속되지 않은 무인기의 요청에 따라서 착륙 충전 및 보관할 수 있는 무인 지상 운영 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템을 정면에서 바라본 단면도.
도 2는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 도 1의 A에 대한 확대도.
도 3은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 덮개 부재가 90˚ 이상으로 열린 모습을 정면에서 바라본 단면도.
도 4는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 착륙장 부재에 무인기가 안착된 모습을 정면에서 바라본 단면도.
도 5는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 고정 부재가 무인기를 고정한 모습을 정면에서 바라본 도면.
도 6은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 무인기가 고정 부재에 고정된 상태에서 덮개 부재가 닫힌 모습을 정면에서 바라본 도면.
도 7은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 착륙장 이동 부재가 하강한 모습을 나타낸 도면.
도 8은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 무인기 보관함 부재에 무인기가 보관된 모습을 보이는 도면.
도 9는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 로봇팔 부재를 이용하여 배터리를 교체하는 모습을 보이는 도면.
도 10은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 로봇 팔 부재를 이용하여 화물을 무인기에 실은 모습을 보이는 도면.
도 11은 본 고안의 제 2 실시예에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템을 정면에서 바라본 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 고안의 실시예들에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템을 정면에서 바라본 단면도이고, 도 2는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 도 1의 A에 대한 확대도이고, 도 3은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 덮개 부재가 90˚ 이상으로 열린 모습을 정면에서 바라본 단면도이고, 도 4는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 착륙장 부재에 무인기가 안착된 모습을 정면에서 바라본 단면도이고, 도 5는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 고정 부재가 무인기를 고정한 모습을 정면에서 바라본 도면이고, 도 6은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 무인기가 고정 부재에 고정된 상태에서 덮개 부재가 닫힌 모습을 정면에서 바라본 도면이고, 도 7은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 이동 부재가 하강한 모습을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 무인기 보관함 부재에 무인기가 보관된 모습을 보이는 도면이고, 도 9는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 로봇팔 부재를 이용하여 배터리를 교체하는 모습을 보이는 도면이고, 도 10은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 로봇 팔 부재를 이용하여 화물을 무인기에 실은 모습을 보이는 도면이다.
도 1 내지 도 10을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템(100)은 위치 확인 부재(110)와, 위치 측정 부재(170)와, 지상국 부재(120)와, 원격제어부(130)를 포함한다.
또한, 상기 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템(100)은 지상국 영상 부재(140)를 더 포함할 수 있다.
본 실시에에서의 무인기(10)는 조종자가 탑승하지 아니한 채 무선 전파의 유도에 의해 비행하거나 자동 비행할 수 있는 비행체로, 상기 지상국 부재(120)에 안착되어 고정될 수 있도록 하는 무인 안착부(15)가 형성되어 있다.
상기 위치 확인 부재(110)는 상기 무인기(10)와 지상국 사이간의 위치를 측정하기 위해 상기 무인기(10)에 장착되어 상기 무인기(10)의 위치를 확인할 수 있는 것으로, 상기 무인기(10)의 위치를 파악할 수 있도록 상기 지상국 부재(120)에 설치된 상기 위치 측정 부재(170)의 다양한 센서들과 같이 연동하여 상기 무인기(10)와 상기 지상국 사이의 정밀한 위치를 측정할 수 있다.
상기 위치 측정 부재(170)는 상기 위치 확인 부재(110)를 이용하여 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120) 사이간의 위치를 측정하면서도 상기 무인기(10)의 미리 지정된 위치에 정밀하게 이착륙되도록 상기 지상국 부재(120)에 장착된 것이다.
상기 지상국 부재(120)는 상기 위치 확인 부재(110)의 위치 값에 따라 상기 무인기(10)를 자동, 또는 수동으로 착륙시키거나 그 내부에 보관되어있는 상기 무인기(10)를 이륙시킬 수 있도록 하는 것으로, 몸체 부재(121)와, 착륙장 부재(150)와, 덮개 부재(160)와, 무인기 보관함 부재(122)와, 이동 부재(123)와, 장착장비 관리 부재(124)와, 환경 측정 부재(127, 128)와, 로봇팔 부재(125)를 포함한다.
또한, 상기 지상국 부재(120)는 연결 부재(129)와, 전원 공급 부재(126)를 더 포함할 수 있다.
상기 몸체 부재(121)는 상기 무인기(10)가 보관 및 관리될 수 있도록 일정 크기 이상으로 형성된 것으로 상기 지상국 부재(120)의 몸체를 이루며, 외부 환경으로부터 내부를 보호 할 수 있는 강도가 강한 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 착륙장 부재(150)는 상기 무인기(10)가 상기 몸체 부재(121)로 착륙할 때 안착될 수 있는 일정 너비로 넓게 형성된 것으로 상기 무인기(10)가 안착될 수 있는 착륙 안착부(151)와 상기 무인기(10)의 상기 무인 안착부(15)를 상기 착륙 안착부(151)에 고정시킬 수 있는 고정 부재(152)가 형성되어 있다.
상기 착륙 안착부(151)는 상기 무인기(10)가 안착되도록 일정 넓이 넓은 판으로 형성되어 있고, 상기 무인기(10)가 상기 착륙 안착부(151)에 안착될 때, 상기 원격제어부(130)에서의 조종, 또는 상기 위치 측정 부재(170)에서 측정된 값을 이용하여 상기 무인 안착부(15)가 상기 고정 부재(152)에 고정될 수 있는 적절한 위치에서 안착된다.
상기 고정 부재(152)는 상기 무인 안착부(15)를 고정할 수 있는 고정 몸체(153)와 상기 고정 몸체(153)를 회전시킬 수 있는 고정 모터 부재(154)와, 상기 고정 몸체(153)에 형성되고 상기 고정 모터 부재(154)가 회전함으로써, 상기 무인 안착부(15)가 삽입될 수 있는 고정 홈(155)을 포함한다.
상기와 같이 형성된 상태에서 상기 무인기(10)가 상기 고정 부재(152)에 고정될 수 있도록 상기 착륙 안착부(151)에 안착되면, 상기 고정 모터 부재(154)가 구동되면서 상기 고정 홈(155)에 상기 무인 안착부(15)가 고정되어 상기 무인기(10)가 상기 착륙 안착부(151)에 고정될 수 있다.
상기 덮개 부재(160)는 상기 착륙장 부재(150)에 안착된 상태의 상기 무인기(10)가 외부와 밀폐될 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같이, 돔 형태로 형성된 것이다.
이러한 상기 덮개 부재(160)는 돔 형태로 형성된 덮개 몸체(161)와, 상기 덮개 몸체(161)를 90°이상 개폐가능하도록 하는 덮개 구동 부재(162)와, 상기 덮개 몸체(161)가 닫힌 상태에서 임의로 열리지 않도록 하는 덮개 고정 돌기(163)와, 상기 덮개 몸체(161)가 상기 덮개 고정 돌기(163)에 걸려 고정되도록 상기 덮개 몸체(161)에 움푹 파여진 홈 형태로 형성된 덮개 홈(164)을 포함한다.
상기 덮개 몸체(161)는 자세히, 상기 무인기(10)보다 상대적으로 큰 폭을 가지는 반원 모양의 돔 형태로 형성되고, 상기 덮개 몸체(161)가 90°이상으로 개폐될 수 있으므로, 상기 덮개 몸체(161)가 90°이상으로 개폐된 상태에서 상기 무인기(10)가 상기 착륙장 부재(150)로 진입할 때, 상기 덮개 몸체(161)와의 간섭이 최소화되어 부딪히지 않고 안전하게 착륙될 수 있다.
여기서, 상기 덮개 구동 부재(162)는 일반적인 전기 신호로 작동되는 모터, 또는 다른 기계식 구동기로 제공될 수 있다.
상기 덮개 고정 돌기(163)는 하단부가 일측을 향하여 내려가는 기울어진 형태로 형성되어 있으므로, 상기 덮개 홈(164)이 상기 덮개 고정 돌기(163)에 삽입된 상태에서 상기 덮개 몸체(161)가 임의로 개폐되지 않도록 막아줄 수 있다.
즉, 상기 덮개 고정 돌기(163)가 상기 덮개 홈(164)에 삽입된 상태일 때, 일정한 힘 이상으로 상기 덮개 몸체(161)를 개폐하려는 것이 아닌 이상, 상기 덮개 홈(164)에 상기 덮개 고정 돌기(163)가 걸린 상태를 유지할 수 있고, 임의로 상기 덮개 몸체(161)가 개폐되는 사고를 막아줄 수 있다.
여기서, 본 실시예에서의 일측은 상기 도 1의 착륙 안착부(151) 중심을 기준으로 상기 덮개 구동 부재(162)측으로 향하는 방향을 말한다.
상기 무인기 보관함 부재(122)는 상기 착륙장 부재(150)에 안착된 상기 무인기(10)가 보관될 수 있도록 복수 개의 보관 공간을 제공하는 것으로, 상기 무인기(10)가 수납될 수 있고, 상기 무인기(10)가 보관시, 적정한 환경에서 보관될 수 있도록 장소를 제공하는 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는 상기 무인기 보관함 부재(122)에 상기 무인기(10)를 최대 3개까지 보관될 수 있는 보관 공간을 제공하나, 이러한 보관 공간이 3개가 아닌 다른 복수 개의 보관 공간으로 제공될 수 있거나 간략한 지상국 부재(120)의 경우, 보관함이 없을 수도 있음은 물론이다.
상기 이동 부재(123)는 상기 무인기 보관함 부재(122)에 보관되어 있는 상기 무인기(10)를 상기 착륙장 부재(150)로 이동시키거나 상기 착륙장 부재(150)에 안착된 상태의 상기 무인기(10)를 상기 무인기 보관함 부재(122)로 이동시킬 수 있는 것이다.
상기와 같이 형성된 상태에서, 상기 이동 부재(123)가 여기서, 상기 무인기(10)를 상기 무인 보관함 부재(122)의 원하는 위치로 이동시킬 때, 그 높이에 맞게 하강되고, 하강된 상태에서 푸시 부재(190)를 이용하여 상기 무인기(10)를 상기 무인기 보관함 부재(122) 내측으로 밀어 넣을 수 있다.
상기 푸시 부재(190)는 상기 몸체 부재(121)에 형성되되, 상기 무인 부관함 부재(122)로 상기 무인기(10)를 밀어 넣어줄 수 있는 위치에 형성되어 있다.
이러한 상기 푸시 부재(190)는 유압을 이용하여 피스톤이 왕복 운동을 할 수 있는 유압 실린더로 형성될 수 있고, 상기 이동 부재(123)의 하강으로 상기 무인 보관함 부재(122)에 삽입될 수 있는 높이에 위치한 상기 무인기(10)를 상기 무인 보관함 부재(122)로 밀어줄 수 있다.
또한, 이러한 상기 이동 부재(123)는 회전형 무인기 수납 방식을 이용하도록 구성되거나, 또는 선반형 무인기 수납 방식을 이용하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 이동 부재(123)가 회전형 무인기 수납 방식을 이용한다면 상기 무인기 보관함 부재(122)의 상기 보관 공간 각각이 체인으로 연결되어 상기 체인을 회전시키면서 상기 무인기(10)를 이동시키는 것이며, 상기 이동 부재(123)가 선반형 무인기 수납 방식을 이용한다면 상기 착륙 안착부(151)를 상하좌우, 앞뒤로 움직이는 가이드 레일과 같은 부재로 형성되어 상기 무인기(10)를 이동시키는 방식으로 형성된다.
상기 장착장비 관리 부재(124)는 상기 지상국 부재(120) 내의 상기 무인기(10)에 장탈착될 수 있는 배터리, 화물 등의 장비를 관리하는 것으로, 상기 몸체 부재(121) 내측에 형성되어 있고, 상기 장비의 보관 및 관리될 수 있는 기능과 공간을 제공한다. 특히, 장비 중 배터리는 충전이 가능하며, 화물은 사용자의 요청에 따라 회수 및 교체가 가능하다.
상기와 같이 형성되면, 후술 설명될 상기 로봇팔 부재(125)를 이용하여 상기 장비를 상기 무인기(10)에 싣거나 상기 무인기(10)에 실어져 있는 상기 장비를 상기 장착장비 관리 부재(124)로 옮길 수 있다.
상기와 같이 형성되면, 상기 무인기(10)에 상기 장비를 싣거나 내릴 수 있는 작업이 수월해지면서도 상기 장비를 안전하게 보관할 수 있고, 배터리 교환 및 보관작업이 수월해지는 효과가 있다.
상기 환경 측정 부재(127, 128)는 상기 지상국 부재(120) 외부에 장착되어 주변 기상, 전파 및 지자기 환경을 측정하여 안전한 환경에서 상기 무인기(10)가 운영되도록 하는 것으로, 환경 센서 부재(127)와 환경 제어 부재(128)를 포함한다.
상기 환경 센서 부재(127)는 상기 몸체 부재(121) 외부의 기상 상황을 파악하여 상기 착륙장 부재(150), 또는 무인기 보관함 부재(122)에 보관되어 있는 상기 무인기(10)의 임무 수행을 중단, 또는 취소시킬 수 있는 것으로, 상기 지상국 부재(120) 주변의 풍향, 풍속, 온도, 습도, 기압, 강우, 강설량 등의 기상 정보, GPS 위치 정보와, 지구 자기장 등을 측정하고 이러한 측정된 정보를 바탕으로 상기 무인기(10)가 비행되기 적절한 환경인지 파악하고, 상기 무인기(10)가 비행될 수 있는 환경일 때에만 상기 지상국 부재(120) 내의 상기 무인기(10)가 임무를 수행할 수 있도록 하는 것이다.
상기와 같이 형성되면 예를 들어, 상기 환경 센서 부재(127)에서 측정된 기상, 전파 및 자기장 상황 등이 미리 지정된 상기 무인기(10)가 비행될 수 없는 상황으로 측정될 때, 상기 지상국 부재(120)에서 비행을 준비중인 상기 무인기(10)가 이륙하지 않도록 이륙 준비 전의 상태를 유지하도록 한다.
상기 환경 센서 부재(127)의 GPS 위치 정보는 상기 무인기(10)가 상기 지상국 부재(120)로 귀환시의 상기 무인기(10)에게 상기 지상국 부재(120)의 위치 정보를 제공할 때 사용될 수 있다.
상기와 같이 형성되면, 상기 지상국 부재(120) 내의 상기 무인기(10)의 이륙 전 상황을 미리 파악할 수 있으면서도 상기 무인기(10)가 안전하게 이륙할 수 있도록 한다.
상기 환경 제어 부재(128)는 상기 지상국 부재(120) 내부의 상기 무인기(10)와 각종 장비들이 보관 및 운영되는 환경을 제어할 수 있는 것으로, 상기 지상국 부재(120) 내부의 온도와 습도를 조절할 수 있으며, 제습, 환기 기능 역시 포함되어 있어 상기 무인기(10)와 각종 장비들의 안정적인 환경에서 보관 및 운영이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 로봇팔 부재(125)는 상기 착륙장 부재(150), 또는 상기 무인기 보관함 부재(122)의 상기 무인기(10)의 위치를 변동하거나, 상기 장비를 상기 무인기(10)에 장탈착하여 상기 장착장비 관리 부재(124)에 적재, 또는 하역하는 기능을 수행한다.
이러한 상기 로봇팔 부재(125)는 집게와 복수 개의 회전 가능한 관절을 가진 다관절 장치로, 수동 제어 또는 자동 제어가 가능한 사람의 팔처럼 작동할 수 있는 장치이다.
상기 위치 측정 부재(170)는 상기 위치 확인 부재(110)와 연동되어 상기 무인기(10)의 위치를 측정하여 상기 무인기(10)가 상기 착륙장 부재(150)의 미리 지정된 위치에 정밀하게 이착륙되도록 하는 것이다.
이러한 상기 위치 측정 부재(170)는 하나 또는 복수의 센서들로 구성될 수 있다. 상기 위치 측정 부재(170)는 다음 5가지 방식의 센서가 사용될 수 있으며, 각 시스템의 특성에 따라 하나 이상을 적용할 수 있다.
첫째로, 상기 위치 측정 부재(170)는 영상을 기반으로 하는 하나 이상의 카메라를 상기 지상국 부재(120)에 설치하여 촬영된 영상을 영상처리시스템으로 처리하여 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120) 사이의 위치를 정확하게 계산할 수 있다. 이러한 영상방식의 경우, 영상 식별을 돕기 위한 조명 장치, 반사판, 색깔판 중 하나 이상이 상기 위치 확인 부재(110)로 설치될 수 있다.
둘째로, 상기 위치 측정 부재(170)는 레이저를 기반으로 위치를 측정하는 라이다(LiDAR)를 상기 지상국 부재(120)에 설치하여 레이저에 반사된 신호를 분석하여 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120) 사이의 위치를 정밀하게 측정할 수 있다. 이러한 라이다방식의 경우, 레이저 인식률과 인식 거리 증가를 위하여 레이저 반사 부재가 상기 위치 확인 부재(110)로 설치될 수도 있다.
셋째로, 전파를 이용하는 레이다(Radar)를 상기 지상국 부재(120)에 설치하여 상기 무인기(10)의 위치를 정밀하게 측정할 수 있다. 이러한 전파방식의 경우, 전파 반사판 혹은 전파 발신기가 위치식별을 위해서 상기 위치 확인 부재(110)로 설치될 수 있다.
넷째로, 상기 위치 측정 부재(170)가 적외선 기반의 IR Camera 혹은 IR Depth Camera로 형성되어 상기 지상국 부재(120)에 설치되고, 적외선 신호를 분석하여 착륙하는 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120) 사이의 위치를 정밀하게 측정할 수 있다. 이러한 적외선 방식의 경우, 적외선 발광 장치 혹은 반사판이 상기 위치 확인 부재(110)로 설치될 수 있다.
다섯째로, 초음파 기반의 위치 측정장비(Ultrasonic position System : UPS)로 위치를 측정하는 방법으로, 상기 무인기(10)에 하나 이상의 초음파 발신장치를 상기 무인기 위치 확인 부재(110)로 설치하고 상기 지상국 부재(120)에 3개 이상의 초음파 수신기를 장착하여 송신기로부터 상기 초음파 수신기까지의 초음파가 전달되는 시간을 측정하고 대기 온도에 따른 소리의 전파속도를 계산하여 송수신장치들간의 거리를 측정한다. 이와 같이 측정된 거리를 삼변측량기법을 이용하여 상기 착륙장 부재(150)와 상기 무인기(10)사이의 위치를 정밀하게 계산할 수 있다.
상기 연결 부재(129)는 상기 착륙장 부재(150)에 안착된 상기 무인기(10)와 데이터를 송수신하거나 전원을 공급할 수 있는 기능을 수행하는 것으로, 상기 무인기(10)에 대한 데이터를 다른 장치로 전송하거나 다른 장치로부터 상기 무인기(10)로 제어나 또는 다른 목적을 위한 데이터를 전송할 수 있다.
또한, 상기 연결 부재(129)를 이용하여 상기 무인기(10)에 장착되어 있는 배터리를 충전할 수 있는 전원장치로도 사용이 가능하다.
이러한 상기 연결 부재(129)와 상기 무인기(10)의 연결 방식은 전기적 유선 방식으로 제공되나, 데이터는 무선 통신으로 전원공급은 자기유도 방식의 무선 방식으로 대체될 수 있음은 물론이다.
상기 전원 공급 부재(126)는 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120)의 모든 구성 요소에 전원을 공급해주는 것으로, 안정적인 전원 공급을 위해 무정전 전원 공급 장치를 보유하고 있으며, 상용전원의 공급이 어려울 경우 태양광, 풍력 및 다른 발전기로부터의 전원을 공급받을 수 있도록 구성되어 있다.
상기 지상국 부재(120)에 포함된 모든 부재는 후술 설명될 상기 통신 부재(131)와 통신이 가능하며 상기 지상국 부재(120)에 포함된 모든 부재는 작동시마다 현 상태에 대한 정보를 지상국 부재(120) 내부에 저장하며, 상기 통신 부재(131)로 전송하여 상기 원격제어부(130)에 저장한다.
또한, 상기 지상국 부재(120)는 목적, 형태 및 기능에 따라 간이형, 소형, 이동형, 고정형인 4가지로 구분되어진다.
첫째로, 간이형의 상기 지상국 부재(120)는 상기 무인기(10)의 이착륙과 정보 획득, 통신 및 충전을 지원하는 최소한의 지상국 형태로, 자세히, 상기 착륙장 부재(150)를 지면이나 주변 구조물에 평평하게 설치되고 상기 위치 측정 부재(170)를 이용하여 상기 무인기(10)가 착륙시 상기 무인기(10)에게 정밀 위치 정보를 제공하고 상기 연결 부재(129)를 이용하여 상기 무인기(10)의 정보 획득 및 배터리 충전 기능을 제공하고 상기 통신 부재(131)를 이용하여 정보를 전송할 수 있다.
둘째로, 소형의 상기 지상국 부재(120)는 상기 간이형의 상기 지상국 부재(120)에서 추가된 기능을 가지며 상기 무인기(10)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있는 상기 덮개 부재(160)를 가지고 있고, 차량의 지붕 위에 설치되거나 지면이나 주변 구조물에 평평하게 설치될 수 있다. 만약 상기 지상국 부재(120)가 차량에 설치되었을 시, 상기 차량과 함께 그 자체가 이동 가능하며, 상기 차량 내부에서 원격제어부(130)를 이용하여 상기 지상국 부재(120)와 상기 무인기(10)를 조작할 수 있다.
셋째로, 이동형의 상기 지상국 부재(120)는 상기 소형의 상기 지상국 부재(120)에서 추가된 기능을 가지며, 복수 개의 상기 무인기(10)를 상기 몸체 부재(121) 내에 보관(수납)할 수 있고, 상기 장착장비 관리 부재(124)와 상기 로봇팔 부재(125)를 이용하여 상기 무인기(10)의 배터리와 다양한 장비, 화물 등의 교환이 가능하다. 이러한 이동형의 상기 지상국 부재(120)는 트레일러 형태를 가지고 있어서 자동차에 의해 견인되어서 이동될 수 있고, 차량에서 분리되어 다른 현장에 설치될 수 있다.
넷째로, 고정형의 상기 지상국 부재(120)는 상기 이동형의 상기 지상국 부재(120)보다 더 큰 상기 무인기(10) 수납공간을 가지고 있으며, 컨테이너와 같은 규격화된 외형을 가지고 현장에 설치하여 다양한 환경조건에서 안정적으로 운영이 가능하다.
상기 원격제어부(130)는 상기 지상국 부재(120)에 포함된 장치 및 상기 무인기(10)의 작동을 원격으로 제어할 수 있는 것으로, 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120)에서 떨어진 장소에서 무인기(10) 운영자가 공용/전용 네트워크를 통하여 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120)의 상태를 파악하면서 제어할 수 있다.
상기 원격제어부(130)에는 상기 무인기(10)를 포함한 각종 부재와의 통신을 위한 상기 통신 부재(131)와, 상기 통신 부재(131)에서 발신된 데이터를 이용하여 제어 데이터를 생성하는 데이터 통제 부재(132)가 형성되어 있다.
상기 통신 부재(131)는 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120)와 상기 원격제어부(130) 간의 통신을 위한 장비로 구성되어 있으므로, 상기 무인기(10)에서의 데이터 및 상기 지상국 부재(120)에서 출력되는 데이터를 상기 통신 부재(131)를 통해 상기 원격제어부(130)로 수신될 수 있다.
상기 데이터 통제 부재(132)는 상기 지상국 부재(120)에 포함된 모든 장치에 대한 상태 정보를 취합하고, 상기 무인기(10)와 상기 지상국의 정보를 원격제어부(130)에 전달하고 제어 프로그램 혹은 원격제어부(130)에 입력된 명령에 따라 상기 지상국 부재(120)를 제어하도록 하는 제어 데이터를 출력하여 상기 제어 데이터에 맞게 상기 지상국 부재(120)를 제어한다.
즉, 상기 데이터 통제 부재(132)는 상기 원격제어부(130)에서 상기 지상국 부재(120)의 모든 기능을 제어할 수 있는 것으로, 전용/공용 네트워크를 통하여 연결되어 있으며, 예를 들어 상기 데이터 통제 부재(132)를 이용하여 상기 원격제어부(130)에서 상기 로봇팔 부재(125)를 제어하여 상기 무인기(10)에 화물을 싣거나 내릴 수 있다.
이러한 상기 원격제어부(130)는 피시(PC), 랩탑(laptop), 테블릿(tablet), 스마트폰, 혹은 전용 단말기를 통하여 연결이 가능하며, 추가적으로 조종 입력 장치가 부가될 수 있다.
상기와 같이 형성된 원격제어부(130)와 같은 시스템은 4가지 운영모드로 운영이 가능하며, 그 모드는 직접운영모드, 원격운영모드, 무인운영모드, 지원모드이다.
첫째는 상기 무인기(10)의 운영자가 현장에서 직접 상기 무인기(10)를 운영하는 직접운영모드이다.
둘째는 상기 운영자가 원격 장소 내에서 공용/전용 네트워크를 이용하여 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(120)를 수동/자동으로 제어하는 원격운영모드이다.
셋째는 상기 무인기(10)가 계획된 임무를 자동으로 수행하는(상기 지상국 부재(120)에 소속된 상기 무인기(10)의 사전 프로그램된 임무를 자율적으로 수행하도록 하는) 무인운영모드이다.
넷째는 상기 지상국 부재(120)에 소속되지 않은 상기 무인기(10)의 운영을 지원하는 것으로 상기 무인기(10)의 착륙 장소 및 배터리 충전 혹은 연료 보급을 제공하는 지원모드이다.
이러한 4가지 운영 모드는 서로 혼용되어 작동할 수 있음은 물론이다.
상기 지상국 영상 부재(140)는 지상에 설치된 조종 가능한 영상 카메라로, 비행중인 상기 무인기(10)를 추적 및 모니터링 할 수 있고, 상기 지상국 부재(120) 주변의 상황을 감시할 수 있는 것으로, 상기 지상국 영상 부재(140)로 촬영된 영상은 상기 원격제어부(130)에서 모니터링 가능하다.
상기와 같이 형성되면, 비행중인 상기 무인기(10)와 주변 환경의 상태 정보를 모니터링 할 수 있다.
상기와 같이 형성되면, 상기 무인기(10)를 보관할 때 비나 눈, 햇볕과 같은 외부 요인으로부터 안전하게 보호할 수 있고, 상기 무인기(10)가 보관시, 배터리 충전이나 교체를 할 수 있고, 연료의 보급이 가능하며 필요한 임무장비를 교체하거나 화물을 탑재 및 하역이 가능하고, 상기 무인기(10)에 대한 정보를 전송 및 저장하고, 요청에 따라 다른 장치로 전송할 수 있고, 상기 무인기(10)를 정밀하게 이착륙할 수 있는 위치정보를 제공할 수 있고, 비행중인 상기 무인기(10)와 주변 환경의 상태 정보를 모니터링 할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 고안의 다른 실시예들에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템(200)에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 고안의 제 1 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.
도 11은 본 고안의 제 2 실시예에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템을 정면에서 바라본 단면도이다.
*도 11을 참조하면, 본 실시예에서의 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템(200)은 무인기(10) 위치 확인 부재(210)와, 위치 측정 부재(270)와, 지상국 부재(220)와, 원격제어부(230)를 포함한다.
본 실시예에서의 상기 무인기(10)가 착륙시에 지상국 부재(220)에 설치된 환경 측정 부재(227, 228)에 내장되는 지피에스(GPS)수신기(미도시)의 위치를 이용하여 충분한 고도를 확보하면서 상기 지상국 부재(220) 상공으로 1차적으로 접근하면, 덮개 부재(260)의 덮개 몸체(261)가 90˚이상으로 개폐되고, 이러한 상태에서 상기 지상국의 상공에서 상기 무인기(10)의 상기 위치 확인 부재(210)와 위치 측정 부재(270)를 이용하여 상기 무인기(10)와 상기 지상국 부재(220)사이의 정밀한 위치를 측정한다.
상기와 같이 측정된 위치에 따른 정보를 이용하여 2차적으로 착륙 안착부(251)에 상기 무인기(10)가 정밀하게 접근, 하강 및 착륙을 수행한다.
이러한 상태에서 상기 무인기(10)가 상기 고정 부재(252)에 고정될 수 있도록 착륙 안착부(251)에 안착되면, 상기 고정 부재(252)의 고정 모터 부재(254)가 구동되면서 고정 홈(255)에 무인 안착부(15)가 고정되어 상기 무인기(10)가 상기 착륙 안착부(251)에 고정되는 것이다.
상기에서 본 고안은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 고안의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 고안의 일 측면에 따른 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템에 의하면, 무인기가 자동으로 이착륙할 수 있는 시스템으로, 무인기를 보관할 때 비나 눈, 햇볕과 같은 외부 요인으로부터 안전하게 보호할 수 있고, 자동 배터리 충전, 또는 다른 완충된 배터리로 자동 교체가 가능하고, 무인기의 상태를 데이터로 전송할 수 있고, 필요에 따라 다른 보관 장소로 옮겨줄 수 있고, 조작자가 없거나 멀리 떨어진 곳에 시스템을 설치하여 자동으로 운영이 가능하므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.
100 : 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템
110 : 위치 확인 부재
120 : 지상국 부재
130 : 원격제어부
140 : 지상국 영상 부재
150 : 착륙장 부재
160 : 덮개 부재
170 : 위치 측정 부재

Claims (5)

  1. 무인기와 지상국 사이간의 위치를 측정하기 위해 상기 무인기에 장착되는 위치 확인 부재; 상기 위치 확인 부재를 이용하여 상기 무인기와 상기 지상국 사이간의 위치를 측정하면서도 상기 무인기를 미리 지정된 위치에 정밀하게 이착륙되도록 하는 위치 측정 부재; 상기 위치 확인 부재와 상기 위치 측정 부재를 이용하여 측정된 위치 값에 따라 상기 무인기를 자동, 또는 수동으로 착륙시키거나 보관되어 있는 상기 무인기를 이륙시킬 수 있는 지상국 부재; 상기 지상국 부재에 포함된 장치 및 상기 무인기의 작동을 원격으로 제어할 수 있는 원격제어부; 및 비행중인 상기 무인기를 추적 및 모니터링 할 수 있고, 상기 지상국 부재 주변의 상황을 감시하는 지상국 영상 부재;를 포함하고,
    상기 지상국 부재는 몸체 부재와, 상기 무인기가 상기 몸체 부재로 착륙할 때 안착될 수 있는 일정 너비로 넓게 형성된 착륙장 부재와, 상기 착륙장 부재에 안착된 상태의 상기 무인기가 외부와 밀폐될 수 있도록 돔 형태로 형성된 덮개 부재와, 상기 착륙장 부재에 안착된 상기 무인기가 보관될 수 있도록 복수 개의 보관공간을 제공하는 무인기 보관함 부재와, 상기 무인기 보관함 부재에 보관되어 있는 상기 무인기를 상기 착륙장으로 이동시키거나 상기 착륙장 부재에 안착된 상태의 상기 무인기를 상기 무인기 보관함 부재로 이동시킬 수 있는 이동 부재와, 상기 지상국 부재 내의 상기 무인기에 장탈착될 수 있는 장비를 관리하는 장착장비 관리 부재와, 상기 지상국 부재 외부에 장착되어 주변 기상, 전파 및 지자기 환경을 측정하여 안전한 환경에서 상기 무인기가 운영되도록 하는 환경 측정 부재와, 상기 착륙장 부재, 또는 상기 무인기 보관함 부재의 상기 무인기의 위치를 변동하거나, 상기 장비를 상기 무인기에 장탈착하여 상기 장착장비 관리 부재에 적재, 또는 하역하는 기능을 수행하는 로봇팔 부재와, 상기 착륙장 부재에 안착된 상기 무인기와 데이터를 송수신하거나 전원을 공급할 수 있는 기능을 수행하는 연결 부재와, 상기 지상국 부재의 모든 구성 요소에 전원을 공급해주는 전원 공급 부재를 포함하고,
    상기 덮개 부재는 돔 형태로 형성된 덮개 몸체와, 상기 덮개 몸체를 90°이상 개폐가능하도록 하는 덮개 구동 부재와, 상기 덮개 몸체가 닫힌 상태에서 임의 열림이 방지되도록 하는 덮개 고정 돌기와, 상기 덮개 몸체가 상기 덮개 고정 돌기에 걸려 고정되도록 상기 덮개 몸체에 움푹 파여진 홈 형태로 형성된 덮개 홈을 포함하고,
    상기 덮개 고정 돌기의 하단부가 일측을 향하여 하향되는 기울어진 형태로 형성됨으로써, 상기 덮개 홈이 상기 덮개 고정 돌기에 삽입된 상태에서 상기 덮개 몸체의 임의 개폐가 방지될 수 있고,
    상기 환경 측정 부재는 상기 몸체 부재의 외부의 기상 상황을 파악하여 상기 착륙장 부재 또는 상기 무인기 보관함 부재에 보관되어 있는 상기 무인기의 임무 수행을 중단 또는 취소시킬 수 있는 환경 센서 부재와, 상기 지상국 부재의 내부의 상기 무인기가 보관 및 운영되는 환경을 제어할 수 있는 환경 제어 부재를 포함하고,
    상기 환경 센서 부재의 GPS 위치 정보는 상기 무인기가 상기 지상국 부재로 귀환시의 상기 무인기에게 상기 지상국 부재의 위치 정보를 제공할 때 사용되는 것을 특징으로 하는 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 착륙장 부재에는
    상기 무인기가 안착될 수 있는 착륙 안착부와,
    상기 무인기의 무인 안착부를 상기 착륙 안착부에 고정시킬 수 있는 고정 부재가 형성되어 있고,
    상기 고정 부재는
    상기 무인 안착부를 고정할 수 있는 고정 몸체와, 상기 고정 몸체를 회전시킬 수 있는 고정 모터 부재와, 상기 고정 몸체에 형성되고 상기 고정 모터 부재가 회전함으로써 상기 무인 안착부가 삽입될 수 있는 고정 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체 부재에는
    상기 무인기 보관함 부재로 상기 무인기를 밀어 넣어줄 수 있는 위치에 형성되고, 상기 무인기를 상기 무인기 보관함 부재 내측으로 밀어 넣어주는 푸시 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 환경 측정 부재의 지피에스(GPS)수신기의 위치정보를 이용하여 상기 무인기가 상기 지상국 부재의 상공에 근접하도록 1차적으로 이동하고,
    상기 위치 확인 부재와 상기 위치 측정 부재를 이용하여 상기 무인기와 상기 지상국 사이의 정밀한 위치를 측정하고, 상기 무인기가 상기 고정 부재에 고정될 수 있도록 2차적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 수직이착륙 무인기의 무인기 무인 운영 시스템.
KR2020180002241U 2018-05-24 2018-05-24 수직이착륙 무인기의 무인 운영 시스템 KR200489024Y1 (ko)

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