KR20170076988A

KR20170076988A - 비행 및 호버링하는 드론 기반의 공기청정기 및 선풍기

Info

Publication number: KR20170076988A
Application number: KR1020150186994A
Authority: KR
Inventors: 이상기; 조건희; 조동혁
Original assignee: 자이로캠주식회사
Priority date: 2015-12-26
Filing date: 2015-12-26
Publication date: 2017-07-05

Abstract

현행 공기청정기와 선풍기는 특정 장소에 놓고 사용하는데 반하여 드론은 주어진 공간에서 장애물에 부딪히지 않고 자유자재로 비행 혹은 정지비행할 수 있다. 본 발명을 통하여 선풍기와 공기청정기에 드론으로 상징되는 날개를 달 수 있다면 새로운 가전 제품으로 편리함을 제공할 수 있다. 드론은 비행 효율이 좋지 않으므로 선풍기와 공기 청정 기능을 위해 추가로 프로펠러 혹은 팬을 설치하는 방식 대신, 드론 프로펠러 전·후단에 공기 정화를 위한 필터 혹은 바람을 유도하기 위한 덕트를 설치하도록 구성하였다. 이를 통하여, 공기 정화 기능을 갖는 드론이 실내 공간을 비행하면서 청소하는 최초의 공중 청소기를 제공할 수 있으며, 공중에서 바람을 일으키는 선풍기 기능의 드론을 통하여 보다 친화적인 바람을 사용자는 즐길 수 있다. 특히, 사용자의 위치에 따라 비행하면서 바람을 발생시키는 새로운 개념의 선풍기를 제공할 수 있다. 본 발명은 공기 청정 기능과 선풍기를 위한 프로펠러를 별도로 설치하지 않고 드론의 프로펠러를 사용함으로써 추가로 프로펠러를 설치하여 구성하는 방식 대신 효율을 높일 수 있는 효과가 있으며, 특히 선풍기 기능의 드론은 특정 위치와 특정 방향에서 정지비행하며 바람을 발생시킴으로써 언제 어디서나 자유롭게 이동하면서 사용하는 신개념의 선풍기를 제공하는 효과가 있다.

Description

비행 및 호버링하는 드론 기반의 공기청정기 및 선풍기{The air cleaner and electric fan based on hovering or flying drone }

건강하게 살기 위해서는 좋은 음식을 먹고 좋은 물과 좋은 공기를 마시는 것이 중요하다. 사람이 하루에 섭취하는 물질 중 80%가 공기이고 하루에 80% 이상의 시간을 실내에서 생활하고 있으므로 실내 공기의 오염은 건물병 증후군과 같은 이상 증상을 일으킬 수 있다. 정부에서는 미세먼지, 포름알데히드, 부유 세균 등 5개 오염물질에 대해 실내 공기질 유지 기준을 설정하여 준수하도록 하고 있으며, 가정에서도 공기 청정기를 사용하는 경우가 점점 많아지고 있다.

전기를 이용한 선풍기는 에디슨이 발명하였으며, 이것이 점차 발달하여 제 2차 세계대전을 전후하여 보호망을 씌운 선풍기가 연구되었고, 현는재 플라스틱으로 만든 아름답고 정교한 것으로 진보되었다. 선풍기는 모양과 용도에 따라서 탁상선풍기·스탠드선풍기·환기선풍기·천장선풍기·탁하선풍기 등이 있으며, 최근 선풍기에는 속도조절과 회전조절이 먼 거리에서도 가능한 리모컨식과 마이크로컴퓨터를 내장하여 자동적으로 바람의 속도를 조절하여 쾌적하게 잠이 들 수 있도록 프로그램이 갖추어진 것도 있다.

드론은 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인비행기(UAV : Unmanned aerial vehicle)의 총칭으로, 2010년대를 전후하여 군사적 용도 외 다양한 민간 분야에 활용되고 있다. 헬리콥터나 드론처럼 프로펠러의 회전에 의해 양력을 발생시키는 비행 물체의 경우, 프로펠러 회전의 반작용에 의해 본체가 프로펠러가 회전하는 반대 방향으로 회전하게 된다. 싱글로터 헬리콥터의 경우 이 문제를 해결하기 위해 테일 로터(tail rotor)가 필요하지만, 드론은 앞뒤 프로펠러의 회전을 반대로 하여 프로펠러 회전에 의해 발생하는 반작용을 상쇄시키는 원리를 기본으로 한다. 즉, 드론은 각각의 로터 프로페러 회전을 제어하여 상승비행모드(ascend), 하강비행모드(descend), 전진비행모드 (forward), 후진비행모드(backward), 우횡비행모드(roll right), 좌횡비행모드 (roll left), 좌회전비행모드(yaw left), 우회전비행모드(yaw right)가 가능하다. 드론은 상대적으로 작은 복수 개의 프로펠러를 이용하여 양력을 얻고, 각각의 프로펠러로부터 발생하는 양력을 조절하여 전진 및 후진과 방향 전환을 한다.

본 발명은 주어진 공간 내에서 비행하며 호버링할 수 있는 드론을 공기청정기 및 선풍기와 결합함으로써 기존의 불가능했던 영역을 가능하도록 제공한다. 공기청정기와 선풍기 및 드론은 모두 프로펠러를 사용하는 공통점이 있다. 현행 공기청정기와 선풍기는 특정 장소에 놓고 사용하는데 반하여 드론은 주어진 공간(일례로 실내)에서 장애물에 부딪히지 않고 자유자재로 비행 혹은 호버링(정지비행)할 수 있다. 드론을 통하여 선풍기와 공기청정기에 날개를 달 수 있다면 새로운 가전 제품으로 편리함을 제공할 수 있다.

공기청정기는 오염된 공기를 팬(FAN)으로 흡입하고 필터에 의해 0.01㎛ 정도까지의 미세한 먼지나 세균류를 집진하여 체취나 담배냄새를 탈취한다. 또, 오염 때문에 감소된 음이온을 이온발생기에 의해 회복시키는 것을 주요 기능으로 한다. 여과란 입자의 크기 차이를 이용하여 액체나 기체로부터 고체 입자를 물리적으로 분리하는 과정이고, 흡착은 고체의 표면에 기체나 용액의 입자들이 달라붙는 것이다. 필터의 종류에 따라 제거할 수 있는 입자의 크기는 달라지는데 미세한 입자를 여과할수록 필터의 능력이 뛰어나다고 할 수 있다. 공기가 이러한 필터를 지나가면서 고체 입자들이 필터에 걸려 분리되는 것이다. 필터 방식으로 먼지를 제거할 때는 보통 섬유필터를 사용한다. 최근 많이 사용하는 필터는 헤파(HEPA) 필터인데 0.3㎛의 입자를 1회 통과시켰을 때 99.97% 이상 제거한다고 알려져 있고, 진드기, 바이러스, 곰팡이 등을 제거할 수 있는 까닭에 현재는 공기 청정기 뿐만 아니라 에어컨, 청소기 등에 널리 쓰이고 있다. 또, 이들 필터에 첨가하여 먼지를 고압방전에 의해 대전(帶電)시켜서 집진하는 전기 집진장치가 함께 사용되기도 한다. 수천 볼트의 고전압을 걸어주면 전극 자체에서 전자가 생성되거나 전극 주위의 기체에서 전자가 만들어져 전극 주위에 플라즈마가 형성된다. 플라즈마란 기체 상태의 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온을 포함하고 있는 상태로 전기를 잘 전도한다. 이렇게 만들어진 전자가 공기 중의 입자에 부착되면 입자들이 (-)전하를 띠게 되고, 전하를 띤 먼지 입자는 정전기적 인력에 의해 반대 전하가 걸려 있는 집진판으로 이동하여 들러붙어 제거된다. 이온화 방식은 공기 정화 과정에서 오존이나 질소산화물 같은 산화물이 어느 정도 발생한다. 이러한 산화물은 반응성이 커서 공기 중 유해 물질의 분해를 촉진하는 살균 효과를 나타낸다. 먼지 외의 각종 냄새의 원인을 제거하는 데는 활성탄 필터를 사용한다. 활성탄은 극히 미세한 수백만의 기공이 있는 다공성 물질로 1g의 활성탄이 500㎡ 이상의 표면적을 가지고 있어 기체나 액체 등을 효과적으로 흡착한다.

전통적인 제품이었던 선풍기에 있어서도 획기적인 발상을 요구하고 있다. 2009년 영국의 다이슨(Dyson) 회사가 날개 없는 선풍기를 개발했다. 실제로 선풍기 날개는 없어진 것이 아니라 바람을 일으키는 선풍기의 날개(팬)는 모터와 함께 원기둥 모양의 스탠드에 팬과 모터가 있다. 속이 빈 둥근 고리 내부로 밀려 올라간 공기는 고리의 구조적 특징 때문에 유속이 빨라진다. 이 빠른 속력의 공기가 빈 고리 내부의 작은 틈을 통해 빠져나오면서 둥근 고리 안쪽 면의 기압은 낮아지게 된다. 이 때문에 선풍기 고리 주변의 공기는 고리 안쪽으로 유도되어 고리를 통과하는 강한 공기의 흐름을 생기게 한다. 이때 고리를 통과하는 공기의 양은 모터를 통해 아래쪽으로 빨려 들어간 공기의 양보다 15배 정도로 증가하게 되는데 이러한 원리로 바람이 만들어지므로, 날개 없는 선풍기는 크기가 작고 구조가 매우 간단하며 바람이 훨씬 부드럽다는 장점이 있다.

선풍기를 사용하면서 불편한 점은 이동시키기가 어렵다는 점이다. 일례로 주부가 주방에서 이동하면서 일을 할 때 주방에 선풍기가 설치되어 있지 없으면 선풍기를 사용할 수 없다. 이와 같이 불편한 점을 본 발명을 통해 해결하고자 한다. 즉, 강한 공기흡입력으로 바닥을 청소하는 진공청소기와는 달리 공기청정기와 드론을 결합한다면 바닥이 아닌 실내 공간에 부유하는 먼지와 유해물질을 비행하면서 정화할 수 있으며, 선풍기와 드론을 결합하면 자유자재로 사람을 따라 비행하면서 바람을 발생시키는 선풍기(일례로 주방에서 일하는 주부의 머리 윗부분)가 제공될 수 있다.

공기 중의 고체 입자의 분포는 0.001㎛ ~ 500㎛로 눈에 보이는 것부터 보이지 않는 것까지 다양한데, 이 가운데 10㎛ 이하의 직경을 가진 것을 미세먼지라 한다. 공기 중에는 건강에 해로운 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분과 같이 여러 가지 오염 물질이 있을 수 있다. 공기 청정기는 이러한 오염 물질을 제거하기 위해 사용한다. 바닥의 먼지는 진공청소기로 이동하면서 제거할 수 있지만, 공기 중의 여러 오염 물질을 제거하는 데는 현실적으로 방법이 없다. 실내 공기는 대류가 약하므로 특정 위치에 설치한 공기청정기로는 주로 해당 위치의 공기를 정화한다는 한계가 있다. 선풍기도 특정 위치에 놓거나 고정해서 사용하므로 회전 모드가 있지만 여러 사람이 사용할 때는 불편한 점이 있다. 바람도 정면에서 불어오는 바람보다는 위에서 불어오는 바람이 좋지만 이를 위해서는 벽걸이 선풍기 혹은 대류 현상을 가질 수 있는 천장형 선풍기가 바람직하지만 기존에 설치하지 않은 경우 이용이 불가능하다. 특히, 사용자가 이동할 경우에는 선풍기 바람을 사용할 수 없다는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해서는 선풍기와 공기청정기에 날개(드론)를 달아 자유자재로 이동하거나 정지비행시켜 사용하는 방법이 있지만 다음과 같은 과제를 먼저 해결하여야 한다.

첫째, 선풍기와 공기청정기는 모두 프로펠러 혹은 팬을 필요로 하지만, 멀티콥터는 비행 효율이 좋지 못하다.(배터리 설치하여 20분 내외 비행) 그러나, 선풍기와 공기 청정 기능을 위해 추가로 프로펠러 혹은 팬을 설치하지 말아야 한다. 프로펠러와 팬을 추가로 설치하면 이를 구동하기 위한 전기 에너지가 추가된다. 또한, 멀티로터 사이에 선풍기와 공기 청정 기능을 위해 추가로 상대적으로 큰 프로펠러를 설치할 경우 역 토오크를 상쇄시켜 주어야 한다는 문제가 있다.

둘째, 드론은 배터리로 구동하므로 최대 비행시간이 현행 배터리 기술로는 20분 내외로 짧기 때문에 장시간 사용하는 선풍기 용도로는 한계가 있다. 정지비행 중인 선풍기 기능의 드론에 전기 에너지를 지속적으로 공급해야 하는 문제가 있다.

셋째, 선풍기와 공기청정기는 주로 실내 공간에서 사용하므로 GPS와 같은 위성측위방식을 사용할 수 없으며, 특히 장애물이 많은 실내에서 원하는 위치로 비행하기 위해서는 장애물의 위치를 정밀 측정하여 충돌을 막는 기술이 필요하다.

넷째, 배터리 용량을 항시 측정하면서 배터리 잔량이 부족할 때에는 자동으로 충전용 도킹 스테이션으로 이동하여 충전이 이루어지도록 해야 한다.

다섯째, 드론을 선풍기로 사용하는 경우 바람 세기를 조절할 수 있는 방법이 필요하다. 드론의 경우 페이로드(payload)에 따라 정지 비행하는 프로펠러 회전수가 있어 이보다 빠르게 회전시키면 상승하고 낮게 회전하면 하강한다.

본 발명을 통해 해결해야 하는 과제로는 첫째, 선풍기와 공기청정기는 모두 프로펠러 혹은 팬을 필요로 하지만, 멀티콥터는 비행 효율이 좋지 못하므로 선풍기와 공기청정 기능을 위해 추가로 프로펠러 혹은 팬을 설치하지 말아야 한다. 멀티콥터에는 프로펠러가 2 ~ 8 내외(쿼드롭터는 4개, 듀얼 프로펠러의 경우 8개) 설치되어 상단의 공기를 흡입하여 하단으로 내리면서 양력을 얻는 구조로, 멀티콥터 아래 방향으로 바람을 항시 발생시킨다. 공기청정기는 프로펠러 상단에 오염된 공기를 정화하는 필터들을 설치해야 하고, 선풍기는 프로펠러로부터 발생하는 바람을 유도하는 덕트(다이슨 선풍기 사례)가 필요하다. 공기 청정 기능과 선풍기를 위한 프로펠러를 추가하는 방식 대신에 멀티콥터 프로펠러 전·후단에 필터 혹은 덕트를 설치하도록 하여 상기 문제를 해결한다.

둘째, 드론은 배터리로 구동하므로 최대 비행시간이 현행 배터리 기술로는 비행 시간이 20분 내외로 짧기 때문에 장시간 사용하는 선풍기 용도로 제한이 있다. 정지비행 중인 선풍기 기능의 드론에 전기 에너지를 지속적으로 공급해야 하는 문제가 있다. 정해진 시간 혹은 실내 공기가 오염되었을 경우 작동하는 공기 청정 기능의 드론의 경우 배터리는 문제가 되지 않지만, 장시간 사용해야 하는 선풍기 기능의 드론에서 짧은 비행 시간은 심각한 문제다. 배터리 용량을 크게 하면 무게가 증가하므로(일반적인 리튬배터리 에너지 밀도 200Wh/㎏) 비행시간은 수렴하는 경향이 있다. 미래에 상용화될 리튬-황 배터리의 경우 에너지 밀도가 500Wh/㎏로 상기 비행시간 수렴 문제를 어는 정도 해결할 수 있다. 선풍기 기능의 드론 실내 사용 조건에서는 직류공급장치와 전원케이블을 연결하여 지속적으로 전력을 공급할 수 있다. 즉, 선풍기 기능의 드론 몸체에는 전원케이블을 연결하는 소켓이 있고 힘을 가하면 분리가 되도록 한다.

셋째, 선풍기와 공기청정기는 주로 실내 공간에서 사용하므로 GPS와 같은 위성위치측정방식을 사용할 수 없다. 특히, 장애물이 많은 실내에서 원하는 위치로 비행하기 위해서는 장애물의 위치를 측정하여 충돌을 막는 기술이 필요하다. 실내에서 위치를 측정하는 가장 저렴한 수단은 몸체의 X, Y, Z 방향에 초음파 센서를 부착하여 해당 방향의 장애물과 떨어진 거리를 측정하는 방식이다. 보조적으로 영상센서의 이미지 정보를 이용하여 실내에서 절대 위치를 측정할 수 있다. 혹은, 역으로 영상 센서를 이용하여 절대 위치를 측정하고, 보조적으로 초음파 센서로 장애물과 떨어진 거리를 측정할 수 있다. 초음파 센서는 측정 정밀도가 매우 높아 ㎝ 단위로 측정이 가능하며, 일정 높이에서 정지비행하는 경우 높이 정보로 효율적이다. 선풍기 기능의 드론은 사용자가 이동하는 경우 따라가도록 하기 위해서는 적외선 센서 혹은 영상 센서를 통한 사용자 위치 인식 방법이 적용될 수 있다.

넷째, 배터리 용량을 항시 측정하면서 배터리 잔량이 부족할 때에는 자동으로 충전용 도킹 스테이션으로 이동하여 충전이 이루어지도록 해야 한다. 이는 로봇형 진공청소기에 적용되고 있는 충전 방식이며, 드론에서도 영상센서로 도킹 스테이션 위치를 인식하는 것은 가능한 것으로 알려져 있다. 혹은, 도킹 스테이션에 비콘과 같은 전파발신기를 설치하여 드론에서 전파를 스캔하도록 구성할 수 있다.

다섯째, 드론을 선풍기로 사용하는 경우 바람 세기를 조절할 수 있는 방법이 필요하다. 드론의 경우 페이로드에 따라 정지 비행하는 프로펠러 회전수가 있어 이보다 빠르면 상승하고 낮으면 하강한다. 정지비행시 드론의 프로펠러 회전수는 대체적으로 정해져 있으므로 바람 세기 조절은 불가능하다. 그러나, 덕트 중간에 바람을 빼는 구멍을 좌우 대칭으로 뚫어두고 상기 구멍의 개폐율을 조절함으로써 구멍을 통해 바람이 새나가는 양을 바꿈으로써 바람 세기를 조절할 수 있다. 바람이 새어 나감으로써 효율이 떨어지지만 선풍기 기능의 드론은 사용자가 가장 원하는 위치에서 바람을 발생시킴으로써 실제 사용 효율 및 만족도는 높을 수 있다.

본 발명은 주어진 공간 내에서 비행하며 호버링할 수 있는 드론을 공기청정기 및 선풍기와 결합함으로써 재탄생시키고자 한다. 현행 공기청정기와 선풍기는 특정 장소에 놓고 사용하는데 반하여 드론은 주어진 공간에서 장애물에 부딪히지 않고 자유자재로 비행 혹은 호버링할 수 있다. 드론을 통하여 선풍기와 공기청정기에 날개를 달 수 있다면 새로운 가전 제품으로 편리함을 제공할 수 있다. 드론은 비행 효율이 좋지 못하므로 선풍기와 공기 청정 기능을 위해 추가로 프로펠러 혹은 팬을 설치하는 방식 대신, 드론 프로펠러 전·후단에 공기 정화를 위한 필터 혹은 바람을 유도하기 위한 덕트를 설치하도록 구성하였는데, 이를 통하여 다음과 같은 효과가 기대된다.

첫째, 바닥을 청소하는 진공청소기가 있지만 먼지 등과 같은 오염 물질이 부유하는 실내 공간을 청소하는 수단이 없었다. 공기 정화 기능을 갖는 드론이 실내 공간을 비행하면서 청소하는 최초의 공중 청소기를 제공하는 효과가 있다.

둘째, 공중에서 바람을 일으키는 선풍기 기능의 드론을 통하여 보다 친화적인 바람을 사용자는 즐길 수 있으며, 사용자를 따라다니면서 바람을 발생시키는 새로운 개념의 선풍기를 제공하는 효과가 있다.

셋째, 공기 청정 기능과 선풍기를 위한 프로펠러를 별도로 설치하지 않고 드론의 프로펠러를 사용함으로써 별도 프로펠러를 설치하는 방식 대신 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

넷째, 선풍기 기능의 드론은 분리가능한 전원케이블을 소켓에 꼽는 식으로 제공할 수 있어 배터리 방식의 짧은 비행 시간 문제를 해결하는 효과가 있다.

다섯째, 분리가능한 전원케이블로 드론에 상시 전원을 공급하고, 필요시 전원케이블을 분리하는 기술은 중요 시설물을 드론 공격으로부터 감시하는 시스템에 적용할 수 있다..

여섯째, 선풍기 기능의 드론은 특정 위치와 특정 방향에서 정지비행하며 바람을 발생시킴으로써 언제 어디서나 자유롭게 이동하면서 사용하는 신개념의 선풍기를 제공하는 효과가 있다.

제 1 도는 날개없는 다이슨 선풍기의 원리 및 흡입한 공기를 날개로 유도하는 덕트 구조도이다.
제 2 도는 일반적으로 항균 필터와 집진 필터 및 탈취 필터 및 음이온 발생기로 구성되는 이온식 공기청정기의 구조도이다.
제 3 도는 자동차 시거잭에 꼽아 사용하는 공기청정기의 효과와 내부 필터 모습을 보여주는 분해도이다.
제 4 도는 진공 청소기의 구조도이다.
제 5 도는 본 발명의 공기 청정 기능의 드론에서 필터케이스를 설치하기 전·후의 구성을 나타내는 외형도이다.
제 6 도는 본 발명의 공기 청정 기능 드론의 구성을 나타내는 블록도이다.
제 7 도는 본 발명의 선풍기 기능의 드론에서 바람을 유도하는 덕트를 설치하기 전·후의 구성을 나타내는 외형도이다.
제 8 도는 본 발명의 선풍기 기능 드론의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 주어진 공간 내에서 비행하며 호버링할 수 있는 드론을 공기청정기 및 선풍기와 결합함으로써 재탄생시키고자 한다. 공기청정기와 선풍기 및 드론은 모두 프로펠러를 사용하는 공통점이 있다. 현행 공기청정기와 선풍기는 특정 장소에 놓고 사용하는데 반하여 드론은 주어진 공간에서 장애물에 부딪히지 않고 자유자재로 비행 혹은 호버링할 수 있다. 드론을 통하여 선풍기와 공기청정기에 날개를 달 수 있다면 새로운 가전 제품으로 편리함을 제공할 수 있다. 이를 구현하기 위해, 첫째, 드론의 프로펠러를 공기청정기와 선풍기에서 사용하는 프로펠러 역할을 겸하도록 하는 수단, 둘째, 선풍기 기능 드론의 경우 외부 전원케이블을 착탈할 수 있도록 하여 장시간 정지비행토록 하는 수단, 셋째, 장애물이 많은 실내에서 원하는 위치로 비행하기 위해서는 장애물의 위치를 측정하여 충돌을 회피하는 수단, 넷째, 선풍기 기능의 드론에서 바람 세기 조절 수단을 해결하여야 하는데, 이하 첨부 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 날개없는 선풍기의 원리 및 흡입한 공기를 날개로 유도하는 덕트 구조도이다. 전통적인 제품이었던 선풍기에 있어서도 획기적인 발상을 요구하고 있다. 2009년 영국의 다이슨(Dyson) 회사가 날개 없는 선풍기를 개발했다. 빠른 속력의 공기가 빈 고리 내부의 작은 틈을 통해 빠져나오면서 둥근 고리 안쪽 면의 기압은 낮아지게 되며, 선풍기 고리 주변의 공기는 고리 안쪽으로 유도되어 고리를 통과하는 강한 공기의 흐름인 바람이 발생하게 된다. 이러한 원리로 바람이 만들어지므로, 날개 없는 선풍기는 크기가 작고 구조가 매우 간단하며 바람이 훨씬 부드럽다는 장점이 있다. 제 2 도는 일반적으로 항균 필터와 집진 필터 및 탈취 필터 및 음이온 발생기로 구성되는 이온식 공기청정기의 구조도이다. 공기 중에는 건강에 해로운 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분과 같이 여러 가지 오염 물질이 있을 수 있다. 공기청정기는 이러한 오염 물질을 제거하기 위해 사용한다. 바닥의 먼지는 진공청소기로 이동하면서 제거할 수 있지만, 공기 중의 여러 오염 물질을 제거하는 데는 현실적으로 방법이 없다. 실내 공기는 대류가 약하므로 특정 위치에 설치한 공기청정기로는 주로 해당 위치의 공기를 정화한다는 한계가 있다. 제 3 도는 자동차 시거잭에 꼽아 사용하는 공기청정기의 효과와 내부 필터 모습을 보여주는 분해도이다. 자동차 시거잭으로 부터 전원을 공급받아 하단의 팬을 구동시키면 오염된 공기를 흡입하여 용도에 따라 여러 필터류(항균, 집진, 탈취)를 거쳐 상단으로 청정 공기를 배출시킨다. 공기 출구단에 음이온 발생기 혹은 자외선 살균기를 설치하여 제공하고 있다. 제 4 도는 진공 청소기의 구조도이다. 집진 필터 하단에서 강력한 팬으로 바닥의 오염된 먼지를 흡입하는 구조로, 먼지는 집진 필터에서 걸려지면 상대적으로 깨끗한 공기를 배출시킨다.

제 5 도는 본 발명의 공기 청정 기능의 드론에서 필터케이스를 설치하기 전후의 구성을 나타내는 외형도이다. 제 6 도는 본 발명의 공기 청정 기능 드론의 구성을 나타내는 블록도이다. 바닥의 먼지는 진공청소기로 이동하면서 제거할 수 있지만, 공기 중의 여러 오염 물질을 제거하는 데는 현실적으로 방법이 없다. 실내 공기는 대류가 약하므로 특정 위치에 설치한 공기청정기로는 주로 해당 위치의 공기를 정화한다는 한계가 있다. 그러므로, 드론으로 비행하면서 주변 공간의 공기를 정화하도록 구성할 수 있다면 최초로 바닥이 아닌 공간을 청소하는 제품이 만들어지게 된다. 드론은 용도 및 성능에 따라 복수 개의 프로펠러를 사용한다. 1개의 플로펠러를 사용하는 것을 싱글콥터, 2개를 사용하는 것을 듀얼콥터, 4개를 사용하는 것을 쿼드롭터, 6개를 헥사콥터, 8개를 옥토콥터로 불리운다. 본 발명의 공기청정 및 선풍기 기능의 드론은 별도로 프로펠러(혹은 FAN)를 추가하지 않고 드론의 프로펠러를 그대로 적용하도록 구성하였다. 즉, 거리측정센서로 X, Y, Z 방향 및 위치를 감지하여 프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하는 드론(1)은, 공기흡입구(7)와 프로펠러(2) 사이에 공기의 먼지와 유해물질을 걸러내는 필터류(일례로 항균필터, 집진필터, 탈취필터)가 설치된 필터케이스(8)를 덕트(10)에 고정시키는 수단; 프로펠러(2) 회전으로 필터류를 거친 청정 공기를 흡입하면 프로펠러(2) 후단으로 흐르는 수단; 프로펠러(2) 후단의 흐르는 공기를 유도하는 드론 몸체를 구성하는 덕트(10); 선택적으로, 프로펠러(2) 후단에 음이온 발생기(9)를 설치하는 수단으로 구성하여, 거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하고 프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 일정 공간을 순차적으로 비행하면서 오염된 공기를 정화시킨다. 그러므로, 드론의 프로펠러 전단에 공기 청정 필터를, 프로펠러 후단에 선택적으로 음이온 발생기 혹은 자외선 램프(살균)를 부착한 것이다. 실내에서 장애물을 피하면서 비행 및 정지비행하기 위해서는 위치 및 방향을 측정하는 수단이 필요하다. 실외에서는 GPS로 위치를 측정할 수 있지만 실내에서는 창가 근처가 아니면 불가능하다. 실내에서 위치를 측정하는 기술로는 영상센서를 이용하는 방법 및 초음파센서로 반사 장애물과의 거리를 측정하는 방법 및 자기장센서로 실내 자기장 지도를 만들어 자기장을 측정하면서 비교하는 방법 및 비콘을 최소 3곳에 설치하여 비콘 수신 감도를 측정하는 방법이 알려져 있다. 본 발명에서는 실내 측위에 가장 효율적인 방법은 초음파센서 및 영상센서 및 사용자 위치를 감지하기 위한 적외선센서를 대상으로 연구하였다. 즉, X, Y, Z 방향의 거리 혹은 위치를 측정하는, X방향 거리측정센서(5), Y방향 거리센서(4), Z방향 거리센서(6)로는, 물체와 떨어진 거리를 측정하는 초음파 센서를 적용하여 X, Y, Z 방향의 반사 물체(실내는 천정과 벽면)와 떨어진 거리를 측정하여 위치를 결정하는 수단; 프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하도록 구성한다. 혹은, X, Y, Z 방향의 방향 혹은 위치를 측정하는, X방향 거리측정센서(14), Y방향 거리센서(20), Z방향 거리센서(13)로는, 영상 센서를 적용하여 특정 방향의 영상 이미지를 비교 및 인식하여 방향 혹은 위치를 계산하는 수단; 혹은, 초음파 센서를 같이 사용하여 물체와 떨어진 거리를 정확하게 측정하는 수단; 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하도록 구성한다. 영상 센서를 기반으로 위치를 측위하는 상기 방법에서 초음파센서는 선택적으로 사용된다. 영상 센서를 전방에 1개, 상단 혹은 하단에 1개를 설치하면 실내에서 위치를 정밀하게 측정할 수 있다. 상기 공기 청정 기능의 드론은 X, Y, Z 방향의 방향 혹은 위치를 측정하는, X방향 거리측정센서(14), Y방향 거리센서(20), Z방향 거리센서(13)로 장애물과 이격 거리를 측정하여 충돌 위험 이격 거리에 접근시, 입력된 공기 청정 비행 궤도의 다음 위치로 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 비행 혹은 호버링 하도록 구성한다. 이때, 장애물에 일정 거리(일례로 30㎝) 까지 접근하도록 하며, 실내 공간의 오염된 공기를 정화하기 위해서, X축으로 비행하면서 장애물이 감지되면 Y축으로 최소한 드론(1)의 크기만큼 이동한 후, X축 반대 방향으로 장애물에 일정 거리에 접근할 때까지 비행하고 Y축으로 최소한 드론(1)의 크기만큼 이동한 후 상기 단계를 반복하고, XY 평면의 공기 정화가 완료되면, Z방향으로 일정 거리 이동시켜, 전체 XYZ 실내 공간에 걸쳐 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 비행 혹은 호버링 하면서 공기를 정화하도록 구성한다. 공기 청정 기능의 드론이 비행하는 패턴은 지그재그 형태가 아닌 다양한 패턴으로 제공될 수 있다. Y축으로는 이동시키는 거리는, 드론이 정지비행 상태에 어느 정도 영역의 공기를 정화하는 능력에 의해 결정되며 최소한 이동거리가 드론(1)의 크기이다. 이와 같은 공기 청정 기능의 드론에서, 공기흡입구(7)와 프로펠러(2) 사이에 공기를 청정하는 필터류가 설치된 필터케이스(8)를 덕트(10)에 고정시키는 수단에서, 필터 케이스(8)에 먼지가 차는 경우, 필터 케이스(8)를 덕트에서(10) 분리하여 세척할 수 있도록 구성한다. 혹은, 거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하여 프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 원하는 위치에서 비행 혹은 회전 혹은 호버링(hovering)하는 드론(1)을, 사용자가 설정한 공기 청정 작동 모드를 맞추도록(일례로 선풍기의 회전 모드) 드론(17)의 위치를 전·후·좌·우 혹은 상하로 일정 범위 내에서 순차적으로 비행하여 공기를 정화하도록 구성할 수 있다. 혹은, 드론(1)을 호버링하면서 특정 지역(일례로 부엌)의 공기를 정화하는 모드로 설정하여 운행할 때, 사용자가 드론(1)을 잡고 특정 위치와 특정 방향으로 맞추는 단계, 거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 해당 위치를 감지하여 저장하는 수단; 프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 해당 위치에서 호버링(hovering)하면서 공기를 정화하도록 구성한다. 상기 공기 청정 기능의 드론을 구성하는 블록도는 다음과 같다. 드론의 제어 수단(31)은, 해당 드론의 비행 위치를 제어하기 위하여 모션 센서의 정보를 토대로 프로펠러(29)를 회전시키는 드론 로터부 모터(30)를 구동시키고, 선택적으로, 모드 설정 수단(24)에 의하여 실내 공간에 대하여 공기를 정화시키는 비행 경로를 계산하는 수단; 거리측정센서(25)로 드론의 위치를 측정하여 정지 혹은 회전 혹은 이동하는 방향으로 비행 제어를 하고, 해당 지역의 오염 공기를 필터(28)를 통과하도록 프로펠러(29)를 회전시켜 흡입하도록 하고, 프로펠러(29) 하단의 깨끗한 바람은 덕트(27)로 유도하여 내보내도록 구성한다. 이와 같이 비행 중인 공기 청정 기능의 드론은, 배터리 전압이 규정치 이하로 내려가면 충전 도킹 스테이션(36)에 도킹하면 전원접촉단자가 연결되어 충전하거나, 혹은, 무선 충전하도록 구성한다. 부가적으로, 프로펠러(29)에서 발생시킨 바람이 덕트(27)를 통과할 때, 음이온 발생수단(32)을 작동시켜 음이온을 발생시키거나, 혹은, 써모커플 쿨러를 작동시켜 공기의 온도를 낮추거나, 혹은, 히터를 작동시켜 공기의 온도를 높이도록 구성할 수도 있다. 혹은, 공기오염 감지수단(33)으로 공기가 오염되었음을 판단하고, 사용자가 설정한 공기 청정 작동 모드를 맞추도록(일례로 선풍기의 회전 모드), 드론의 위치를 전·후·좌·우 혹은 상·하로 일정 범위 내에서 순차적으로 비행하여 공기를 정화하도록 구성할 수 있다.

제 7 도는 본 발명의 선풍기 기능의 드론에서 바람을 유도하는 덕트를 설치하기 전후의 구성을 나타내는 외형도이다. 제 8 도는 본 발명의 선풍기 기능 드론의 구성을 나타내는 블록도이다. 공기 청정 기능의 드론과 달리 필터가 설치되지 않으며, 프로펠러 하단의 바람을 유도하는 덕트가 설치된다. 바람을 일으키는 선풍기에 있어서, 거리측정센서로 X, Y, Z 방향 및 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하는 드론(17)은, 프로펠러(19) 회전에 의해 공기가 흡입되는 후단에 덕트 통로(16)를 설치하여 공기를 흐르도록 유도하는 수단; 프로펠러(19)로 흡입되는 공기를 유도하는 덕트 통로(16) 및 드론 몸체를 구성하는 덕트(15); 선택적으로, 프로펠러(19) 후단에 음이온 발생기(11)를 설치하는 수단으로 구성하여, 거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 일정 공간을 순차적으로 비행 혹은 회전 혹은 호버링하면서 바람을 덕트(15) 하단을 통해 발생시킨다. 이 경우, X, Y, Z 방향의 거리 혹은 위치를 측정하는, X방향 거리측정센서(14), Y방향 거리센서(20), Z방향 거리센서(13)로는, 물체와 떨어진 거리를 측정하는 초음파 센서를 적용하여 X, Y, Z 방향의 반사 물체(실내는 천정과 벽면)와 떨어진 거리를 측정하여 위치를 결정하는 수단; 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하도록 구성한다. 혹은, X, Y, Z 방향의 방향 혹은 위치를 측정하는, X방향 거리측정센서(14), Y방향 거리센서(20), Z방향 거리센서(13)로는, 영상 센서를 적용하여 특정 방향의 영상 이미지를 비교 및 인식하여 방향 혹은 위치를 계산하는 수단; 혹은, 초음파 센서를 같이 사용하여 물체와 떨어진 거리를 정확하게 측정하는 수단; 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링 (hovering)하도록 구성한다. 프로펠러(19)와 덕트 통로(16)을 통과한 바람을 덕트(15) 하단에서, 방향을 바꾸도록 사용자가 조절할 수 있는 바람방향 조절 노즐(12)을 포함하여 구성할 수 있다. 거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치에서 비행 혹은 회전 혹은 호버링(hovering)하는 드론(17)을, 사용자가 설정한 바람의 방향 모드를 맞추도록(일례로 선풍기의 회전 모드), 드론(17)의 위치를 전·후·좌·우 혹은 상하로 일정 범위 내에서 순차적으로 비행하여 입체(3D) 풍향을 제공하도록 구성한다. 거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치에서 호버링(hovering)하는 상태에서, 덕트(15)에 바람 새는 통로의 개폐를 조절하는 수단(23)을 설치하여 바람의 세기를 조절한다. 페이로드가 정해지면 특정 위치에서 호버링하기 위한 프로펠러 회전수가 결정된다. 그러므로, 일반적인 프로펠러 회전수 조절 방식으로 바람의 세기를 조절할 수 없다. 대안으로 덕트에 개폐율을 조절할 수 있는 구멍을 대칭으로 뚫어두고 개폐율을 조절하여 새나가는 바람의 양을 조절하여 바람 세기를 조절하는 방법이다. 구멍을 다 막아 새는 바람이 없을 때 바람의 세기가 가장 크며, 반대로 구멍을 전부 열으면 바람의 세기가 가장 약하다. 드론(17)을 호버링하는 모드로 설정하여 운행할 때, 사용자가 드론(17)을 잡고 특정 위치와 특정 방향으로 맞추는 단계, 거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 해당 위치를 감지하여 저장하는 수단; 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 해당 위치에서 호버링(hovering)하도록 구성한다. 해당 위치에서 호버링하도록 지시하는 수단으로는 버튼을 누르거나 혹은 음성으로 지시하거나(일레로 "정지비행") 혹은 리모컨(스마트폰 리모컨 앱 포함)으로 설정할 수 있다. 영상센서 혹은 적외선 센서로 사용자의 위치를 추적하는 수단; 사용자가 이동하면, 거리측정센서로 X, Y, Z 방향 및 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 사용자가 이동하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하도록 하여, 사용자가 이동하더라도 드론(17)의 덕트(15) 하단에서 사용자에게 항시 바람을 제공하도록 한다. 상기 기능은 자유자재로 비행하는 선풍기 기능의 드론을 통해서만 제공가능한 기능으로 움직이면서 일하는 사용자에게 가장 유용한 기능이다. 선풍기 기능 드론의 제어 수단(37)은, 리모컨(스마트폰 리모컨 앱 포함)의 좌·우·전·후 버튼과 상·하 이동 버튼을 누르는 수단; 거리측정센서로 X, Y, Z 방향 및 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 사용자가 지시하는 위치로 좌·우·전·후 혹은 상·하 방향으로 비행한 후 호버링(hovering)하도록 하여, 바람의 방향을 조절하도록 구성한다. 이 경우, 제어 수단(37)은, 해당 드론의 비행 위치를 제어하기 위하여 모션 센서의 정보를 토대로 프로펠러(39)를 회전시키는 드론 로터부 모터(41)를 구동시키고, 선택적으로, 모드 설정 수단(34)에 의하여 바람의 방향을 정지 혹은 회전 혹은 이동으로 설정하면 , 거리측정센서(35)로 드론의 위치를 측정하여 정지 혹은 회전 혹은 이동하는 방향으로 비행 제어를 하고, 프로펠러(39) 하단의 바람은 덕트(40)를 통과하여 내보내도록 구성한다. 비행 중인 드론에, 전력을 공급받기 위한 전원케이블 연결 수단(38)을 전원 케이블과 연결하여 충전하거나, 혹은, 배터리 전압이 규정치 이하로 내려가면 충전 도킹 스테이션(36)에 도킹하면 전원접촉단자가 연결되어 충전하거나, 혹은, 무선 충전하도록 구성한다. 부가적으로, 프로펠러(39)에서 발생시킨 바람이 덕트(40)를 통과할 때, 음이온 발생수단(42)을 작동시켜 음이온을 발생시키거나, 혹은, 써모커플형 쿨러를 작동시켜 바람의 온도를 낮추도록 구성할 수 있다. 실내 공간에서 전체적으로 움직이는 공기 청정 기능의 드론에 비하여 상대적으로 정지 비행이 많은 선풍기 기능의 드론은 분리 가능한(접촉사고시 분리됨) 전력케이블로 전력을 공급받을 수 있다. 즉, 회전 혹은 호버링 중인 드론(17)에 전력 공급을 케이블로 하기 위하여, 지상의 직류전원 어댑터(21)의 케이블을 연결하기 위한 전원케이블 연결 소켓(22)이 설치되어 있으며, 전원케이블은 일정한 힘 이상으로 잡아당기면 드론(17)에서 분리되도록 한다.

상기 분리 가능한(필요시 분리함) 전력케이블로 전력을 드론에 공급하는 기술은 여러 분야 특히 감시 분야에 적용할 수 있다. 드론의 짧은 비행 시간 때문에 충전하기 위해 대부분 시간을 충전 대기하는 경우, 감시가 중단된다는 문제가 있다. 이를 막기 위해 해당 지역에 복수 개의 드론을 투입할 수 있지만 이는 비효율적이고 가능하지 않다. 일반적으로 20분 비행하기 위해서 배터리를 3시간 내외 충전해야하기 때문이다(중국 DJI사 팬텀 드론의 경우 배터리 용량 60Wh). 이를 분리가능한 전원케이블로 드론과 연결하여 항시 비행할 수 있도록 하고, 필요시 분리하도록 구성하면 주요 시설물에 대한 드론 공격 방어 시스템으로 활용할 수 있다. 은폐 비행하여 침투하는 소형 드론은 레이더에 포착되지 않으므로 최대한 가까이서 영상 센서로 포착하는 방법 외에는 없다. 침투를 감지한 후 고성능 드론으로 격추 혹은 포획하도록 구성하는 방법이 유력한 해결책이다.

즉, 중요 시설물에 대한 드론 공격을 방어하기 위하여, 드론에 전원을 공급하는 수단과 드론을 도킹하는 수단이 설치된 감시용 기둥을 일정 간격으로 세우고, 기둥의 전원 공급 수단과 드론에서 필요시 분리 가능한 전력공급케이블(10m 내외)을 드론과 연결하는 수단; 업무 수행중 드론은 전력공급케이블 길이를 반경으로 상공을 영상 혹은 레이더 혹은 적외선 센서로 항시 감시하는 수단; 기상 악화시에는 드론을 기둥에 도킹시켜 기둥에 도킹한 상태로 상공을 감시하는 수단; 영상 및 레이더 혹은 적외선 센서에서 감시 영역에 비행 물체가 감지되는 수단 및 허가받지 않고 중요 시설물의 상공으로 침입하는 드론 임을 판별하는 수단; 드론에서 기둥과 연결된 전력공급케이블을 분리시키는 수단; 침입한 드론의 위치를 향하여 빠르게 비행하는 수단; 감시 영역에 침입한 드론을 포획 혹은 충돌(자폭 포함) 혹은 탑재 무기로 격추하는 수단으로 구성한다. 침투한 드론에 탑재한 공격용 폭판의 종류를 알 수 없으므로 일차적으로 포획하여 신속히 안전 지대로 이동시킨 후 대응 조치를 취하도록 구성한다. 즉, 중요 시설물의 상공에 침입한 드론을 포획하는 수단으로, 침입한 드론을 안전 지대로 강제로 이동시키는 수단으로 구성한다. 이를 위해, 중요 시설물의 상공에 침입한 드론을 포획하는 그물망을 설치하는 수단; 침입한 드론의 위치를 향하여 빠르게 비행하는 수단; 그물망에 침입한 드론을 가두도록 구성한다. 감시 영역에 침입한 드론을 포획하는 수단으로는, 주변의 감시용 기둥에서 운용중인 드론들을 각각의 기둥과 연결된 전원 케이블을 분리하고, 침입을 감지한 해당 지역으로 드론들을 빠르게 이동하는 수단; 드론간 협응 체계(일례로 넓은 범위의 그물망)를 구축하여 침입한 드론을 포획, 안전 지대로 강제로 이동시키는 수단으로 구성할 수 있다. 감시용 기둥의 전원 공급 수단과 분리 가능한 전력공급케이블(일례로 20m 내외)을 드론과 연결하는 수단에서, 전력 공급 케이블의 길이는 감시용 기둥 높이보다 짧아서, 감시 임무 수행중인 드론이 추락하더라도 지상에 떨어지지 않도록 구성할 필요가 있다. 감시용 기둥의 전원 공급 수단과 드론에서 필요시 분리 가능한 전력공급케이블(10m 내외)을 드론과 연결하는 수단에서, 전력공급케이블 연결을 해제하는 잠금 해제용 액츄에이터를 설치하여 자동으로 빠르게 감을 수 있도록 구성한다. 즉, 기상 악화시에는 드론을 기둥에 도킹시켜 기둥에 도킹한 상태로 상공을 감시하는 수단에서, 기둥에 전력공급케이블을 자동으로 감는 수단을 설치하여 드론을 도킹하도록 구성한다.

1 : 드론 2 : 프로펠러
3 : 프로펠러 구동모터 단 4 : Y방향 거리측정센서
5 : X방향 거리측정센서 6 : Z방향 거리측정센서
7 : 공기 흡입구 8 : 필터 케이스
9 : 음이온 발생기 10 : 덕트
11 : 음이온 발생기 12 : 바람방향 조절 노즐
13 : Z방향 거리측정센서 14 : X방향 거리측정센서
15 : 덕트 16 : 덕트 통로
17 : 드론 18 : 프로펠러 구동모터
19 : 프로펠러 20 : Y방향 거리측정센서
21 : 직류전원 어댑터 22 : 전원케이블 연결소켓
23 : 바람 새는 구멍 24 : 모드 설정 수단
25 : 거리측정센서 26 : 충전 도킹 스테이션
27 : 덕트 28 : 필터
29 : 프로펠러 30 : 드론 로터부 모터
31 : 제어 수단 32 : 음이온 발생수단
33 : 공기오염 감지수단 34 : 모드 설정 수단
35 : 거리측정센서 36 : 충전 도킹 스테이션
37 : 제어 수단 38 : 전원케이블 연결수단
39 : 프로펠러 40 : 덕트
41 : 드론 로터부 모터 42 : 음이온 발생수단

Claims

공기를 청소하는데 있어서,
거리측정센서로 X, Y, Z 방향 및 위치를 감지하여 프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하는 드론(1)은
공기흡입구(7)와 프로펠러(2) 사이에 공기의 먼지와 유해물질을 걸러내는 필터류(일례로 항균필터, 집진필터, 탈취필터)가 설치된 필터케이스(8)를 덕트(10)에 고정시키는 수단;
프로펠러(2) 회전으로 필터류를 거친 청정 공기를 흡입하여 프로펠러(2) 후단으로 흐르는 수단;
프로펠러(2) 후단의 흐르는 공기를 유도하는 드론 몸체를 구성하는 덕트(10);
선택적으로, 프로펠러(2) 후단에 음이온 발생기(9)를 설치하는 수단으로 구성하여
거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하고 프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 일정 공간을 순차적으로 비행하면서 오염된 공기를 청정하게 만듬을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 1 항에 있어서,
X, Y, Z 방향의 거리 혹은 위치를 측정하는
X방향 거리측정센서(5), Y방향 거리센서(4), Z방향 거리센서(6)로는
물체와 떨어진 거리를 측정하는 초음파 센서를 적용하여 X, Y, Z 방향의 반사 물체(실내는 천정과 벽면)와 떨어진 거리를 측정하여 위치를 결정하는 수단;
프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하도록 구성함을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 1 항에 있어서,
X, Y, Z 방향의 방향 혹은 위치를 측정하는
X방향 거리측정센서(14), Y방향 거리센서(20), Z방향 거리센서(13)로는
영상 센서를 적용하여 특정 방향의 영상 이미지를 비교 및 인식하여 방향 혹은 위치를 계산하는 수단;
혹은, 선택적으로 초음파 센서를 같이 사용하여 물체와 떨어진 거리를 정확하게 측정하는 수단;
프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 호버링(hovering)하도록 구성함을 특징으로 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 1 항에 있어서,
X, Y, Z 방향의 방향 혹은 위치를 측정하는
X방향 거리측정센서(14), Y방향 거리센서(20), Z방향 거리센서(13)로
장애물과 이격 거리를 측정하여 충돌 위험 이격 거리에 접근시,
입력된 공기 청정 비행 궤도의 다음 위치로
프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 비행 혹은 호버링 하도록 구성함을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 4 항에 있어서,
장애물에 일정 거리(일례로 30㎝) 까지 접근하도록 하며
실내 공간의 오염된 공기를 정화하디 위해서
X축으로 비행하면서 장애물이 감지되면 Y축으로 최소한 드론(1)의 크기만큼 이동한 후,
X축 반대 방향으로 장애물에 일정 거리에 접근할 때까지 비행하고 Y축으로 최소한 드론(1)의 크기만큼 이동한 후 상기 단계를 반복하고
XY 평면의 공기 정화가 완료되면, Z방향으로 일정 거리 이동시켜
전체 XYZ 실내 공간에 걸쳐 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 비행 혹은 호버링 하면서 공기를 정화하도록 구성함을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 1 항에 있어서,
공기흡입구(7)와 프로펠러(2) 사이에 공기를 정화하는 필터류가 설치된 필터케이스(8)를 덕트(10)에 고정시키는 수단에서
필터 케이스(8)에 먼지가 차는 경우, 필터 케이스(8)를 덕트에서(10) 분리하여 세척할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 1 항에 있어서,
거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하여 프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 원하는 위치에서 비행 혹은 회전 혹은 정지비행하는 드론(1)을
사용자가 설정한 공기 청정 작동 모드에 맞추어
드론(17)의 위치를 전·후·좌·우 혹은 상하로 일정 범위 내에서 순차적으로 비행하여 공기를 정화하도록 구성함을 특징으로 하는 일정 범위 내에서 움직이는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 1 항에 있어서,
드론(1)을 정지비행하면서 특정 지역(일례로 부엌)의 공기를 정화하는 모드로 설정하여 운행할 때,
사용자가 드론(1)을 잡고 특정 위치와 특정 방향으로 맞추는 단계
거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 해당 위치를 감지하여 저장하는 수단;
프로펠러(2)를 프로펠러 구동모터(3)로 제어하여 해당 위치에서 정지비행하면서 공기를 정화하도록 구성함을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 2 항에 있어서,
제어 수단(31)은
해당 드론의 비행 위치를 제어하기 위하여 모션 센서의 정보를 토대로 프로펠러(29)를 회전시키는 드론 로터부 모터(30)를 구동시키고,
선택적으로, 모드 설정 수단(24)에 의하여 실내 공간에 대하여 공기를 정화하는 비행 경로를 계산하는 수단;
거리측정센서(25)로 드론의 위치를 측정하여 정지 혹은 회전 혹은 이동하는 방향으로 비행 제어를 하고,
해당 지역의 오염 공기가 필터(28)를 통과하도록 프로펠러(29)를 회전시켜 흡입하도록 하고,
프로펠러(29) 하단의 깨끗한 바람은 덕트(27)로 유도하여 내보내도록 구성함을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 9 항에 있어서,
비행 중인 공기 청정 기능의 드론은
배터리 전압이 규정치 이하로 내려가면 충전 도킹 스테이션(36)에 도킹하면 전원접촉단자가 연결되어 충전하거나,
혹은, 무선 충전함을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 9 항에 있어서,
프로펠러(29)에서 발생시킨 바람이 덕트(27)를 통과할 때,
음이온 발생수단(32)을 작동시켜 음이온을 발생시키거나
혹은, 써모커플 쿨러를 작동시켜 공기의 온도를 낮추거나,
혹은, 히터를 작동시켜 공기의 온도를 높이도록 구성함을 특징으로 하는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
제 9 항에 있어서,
공기오염 감지수단(33)으로 공기가 오염되었음을 판단하고
사용자가 설정한 공기 청정 작동 모드를 맞추도록,
드론의 위치를 전·후·좌·우 혹은 상하로 일정 범위 내에서 순차적으로 비행하여 공기를 정화하도록 구성함을 특징으로 하는 일정 범위 내에서 움직이는 공기 청정 필터를 설치한 공기 청정 기능의 드론
바람을 일으키는 선풍기에 있어서,
거리측정센서로 X, Y, Z 방향 및 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 정지비행(hovering)하는 드론(17)은
프로펠러(19) 회전에 의해 공기가 흡입되는 후단에 덕트 통로(16)를 설치하여 공기를 흐르도록 유도하는 수단;
프로펠러(19)로 흡입되는 공기를 유도하는 덕트 통로(16) 및 드론 몸체를 구성하는 덕트(15);
선택적으로, 프로펠러(19) 후단에 음이온 발생기(11)를 설치하는 수단으로 구성하여,
거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 일정 공간을 순차적으로 비행 혹은 회전 혹은 정지비행하면서 바람을 덕트(15) 하단을 통해 발생시킴을 특징으로 하는 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
X, Y, Z 방향의 거리 혹은 위치를 측정하는
X방향 거리측정센서(14), Y방향 거리센서(20), Z방향 거리센서(13)로는
물체와 떨어진 거리를 측정하는 초음파 센서를 적용하여 X, Y, Z 방향의 반사 물체(실내는 천정과 벽면)와 떨어진 거리를 측정하여 위치를 결정하는 수단;
프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 정지비행하도록 구성함을 특징으로 하는 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
X, Y, Z 방향의 방향 혹은 위치를 측정하는
X방향 거리측정센서(14), Y방향 거리센서(20), Z방향 거리센서(13)로는
영상 센서를 적용하여 특정 방향의 영상 이미지를 비교 및 인식하여 방향 혹은 위치를 계산하는 수단;
혹은, 초음파 센서를 같이 사용하여 물체와 떨어진 거리를 정확하게 측정하는 수단;
프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치로 비행 혹은 정지비행하도록 구성함을 특징으로 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
프로펠러(19)와 덕트 통로(16)를 통과한 바람을 덕트(15) 하단에서
방향을 바꾸도록 사용자가 조절할 수 있는 바람방향 조절 노즐(12)을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치에서 비행 혹은 회전 혹은 정지비행하는 드론(17)을
사용자가 설정한 바람의 방향 모드를 맞추도록(일례로 선풍기의 회전 모드)
드론(17)의 위치를 전·후·좌·우 혹은 상하로 일정 범위 내에서 순차적으로 비행하여 입체(3D) 풍향을 제공하도록 구성함을 특징으로 하는 일정 범위 내에서 움직이면서 바람을 내보내는 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
회전 혹은 정지비행 중인 드론(17)에 전력 공급을 케이블로 하기 위하여
지상의 직류전원 어댑터(21)의 케이블을 연결하기 위한 전원케이블 연결 소켓(22)이 설치되어 있으며,
전원케이블은 일정한 힘 이상으로 잡아당기면 드론(17)에서 분리됨을 특징으로 하는 비행 중 케이블로 충전하는 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 원하는 위치에서 정지비행하는 상태에서
덕트(15)에 바람 새는 통로의 개폐를 조절하는 수단(23)을 설치하여 바람의 세기를 조절함을 특징으로 하는 덕트 하단의 바람 세기를 조절하는 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
드론(17)을 정지비행하는 모드로 설정하여 운행할 때,
사용자가 드론(17)을 잡고 특정 위치와 특정 방향으로 맞추는 단계
거리측정센서로 X, Y, Z 방향의 해당 위치를 감지하여 저장하는 수단;
프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 해당 위치에서 정지비행하도록 구성함을 특징으로 하는 선풍기 기능의 드론
제 13항에 있어서,
영상센서 혹은 적외선 센서로 사용자의 위치를 추적하는 수단;
사용자가 이동하면
거리측정센서로 X, Y, Z 방향 및 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 사용자가 이동하는 위치로 비행 혹은 정지비행하도록 하여,
사용자가 이동하더라도 드론(17)의 덕트(15) 하단에서 사용자에게 항시 바람을 제공하도록 함을 특징으로 하는 사용자가 이동하는 경로를 따라가는 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
제어 수단(37)은
리모컨(스마트폰 리모컨 앱 포함)의 좌·우·전·후 버튼과 상·하 이동 버튼을 누르는 수단;
거리측정센서로 X, Y, Z 방향 및 위치를 감지하여 프로펠러(19)를 프로펠러 구동모터(18)로 제어하여 사용자가 지시하는 위치로 좌·우·전·후 혹은 상·하 방향으로 비행한 후 정지비행하도록 하여,
바람의 방향을 조절하도록 구성함을 특징으로 하는 선풍기 기능의 드론
제 13 항에 있어서,
제어 수단(37)은
해당 드론의 비행 위치를 제어하기 위하여 모션 센서의 정보를 토대로 프로펠러(39)를 회전시키는 드론 로터부 모터(41)를 구동시키고,
선택적으로, 모드 설정 수단(34)에 의하여 바람의 방향을 정지 혹은 회전 혹은 이동으로 설정하면
거리측정센서(35)로 드론의 위치를 측정하여 정지 혹은 회전 혹은 이동하는 방향으로 비행 제어를 하고,
프로펠러(39) 하단의 바람은 덕트(40)를 통과하여 내보내도록 구성함을 특징으로 하는 선풍기 기능의 드론
제 23 항에 있어서,
비행 중인 드론에
전력을 공급받기 위한 전원케이블 연결 수단(38)을 전원 케이블과 연결하여 충전하거나,
혹은, 배터리 전압이 규정치 이하로 내려가면 충전 도킹 스테이션(36)에 도킹하면 전원접촉단자가 연결되어 충전하거나,
혹은, 무선 충전함을 특징으로 하는 선풍기 기능의 드론
제 23 항에 있어서,
프로펠러(39)에서 발생시킨 바람이 덕트(40)를 통과할 때,
음이온 발생수단(42)을 작동시켜 음이온을 발생시키거나
혹은, 써모커플형 쿨러를 작동시켜 바람의 온도를 낮추도록 구성함을 특징으로 하는 선풍기 기능의 드론
중요 시설물에 대한 드론 공격을 방어하기 위하여,
드론에 전원을 공급하는 수단과 드론을 도킹하는 수단이 설치된 감시용 기둥을 일정 간격으로 세우고,
기둥의 전원 공급 수단과 드론에서 필요시 분리 가능한 전력공급케이블을 드론과 연결하는 수단;
업무 수행중 드론은 전력공급케이블 길이를 반경으로 상공을 영상 혹은 레이더 혹은 적외선 센서로 항시 감시하는 수단;
기상 악화시에는 드론을 기둥에 도킹시켜 기둥에 도킹한 상태로 상공을 감시하는 수단;
영상 및 레이더 혹은 적외선 센서에서 감시 영역에 비행 물체가 감지되는 수단 및 허가받지 않고 중요 시설물의 상공으로 침입하는 드론 임을 판별하는 수단;
드론에서 기둥과 연결된 전력공급케이블을 분리시키는 수단;
침입한 드론의 위치를 향하여 빠르게 비행하는 수단;
감시 영역에 침입한 드론을 포획 혹은 충돌(자폭 포함) 혹은 탑재 무기로 격추하는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 주요 시설물을 드론 공격으로부터 방어하는 시스템 및 방법
제 26 항에 있어서,
중요 시설물의 상공에 침입한 드론을 포획하는 수단으로
침입한 드론을 안전 지대로 강제로 이동시키는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 주요 시설물을 드론 공격으로부터 방어하는 시스템 및 방법
제 26 항에 있어서,
중요 시설물의 상공에 침입한 드론을 포획하는 그물망을 설치하는 수단;
침입한 드론의 위치를 향하여 빠르게 비행하는 수단;
그물망에 침입한 드론을 가두도록 구성함을 특징으로 하는 주요 시설물을 드론 공격으로부터 방어하는 시스템 및 방법
제 26 항에 있어서,
감시 영역에 침입한 드론을 포획하는 수단으로는
주변의 감시용 기둥에서 운용중인 드론들을 각각의 기둥과 연결된 전원 케이블을 분리하고
침입을 감지한 해당 지역으로 드론들을 빠르게 이동하는 수단;
드론간 협응 체계(일례로 넓은 범위의 그물망)를 구축하여 침입한 드론을 포획, 안전 지대로 강제로 이동시키는 수단으로 구성함을 특징으로 하는 주요 시설물을 드론 공격으로부터 방어하는 시스템 및 방법
제 26 항에 있어서,
감시용 기둥의 전원 공급 수단과 분리 가능한 전력공급케이블(20m 내외)을 드론과 연결하는 수단에서
전력 공급 케이블의 길이는 감시용 기둥 높이보다 짧아서
감시 임무 수행중인 드론이 추락하더라도 지상에 떨어지지 않음을 특징으로 하는 주요 시설물을 드론 공격으로부터 방어하는 시스템 및 방법
제 26 항에 있어서,
감시용 기둥의 전원 공급 수단과 드론에서 필요시 분리 가능한 전력공급케이블을 드론과 연결하는 수단에서
전력공급케이블 연결을 해제하는 잠금 해제용 액츄에이터를 설치하여 구성함을 특징으로 하는 주요 시설물을 드론 공격으로부터 방어하는 시스템 및 방법
제 26 항에 있어서,
기상 악화시에는 드론을 기둥에 도킹시켜 기둥에 도킹한 상태로 상공을 감시하는 수단에서,
기둥에 전력공급케이블을 자동으로 감는 수단을 설치하여 드론을 도킹하도록 구성함을 특징으로 하는 주요 시설물을 드론 공격으로부터 방어하는 시스템 및 방법