KR20180000810A - System and method for auto-exchanging battery of unmanned air vehicle, and the unmanned air vehicle therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무인비행체의 배터리 자동 교환에 관한 것으로서, 특히 무인비행체가 배터리교환국으로 이동하여 방전배터리를 완충배터리로 자동으로 교환하도록 하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 시스템 및 방법과, 그 무인비행체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an automatic battery exchange system for an unmanned aerial vehicle, and more particularly, to a system and method for automatically replacing a battery in a unmanned aerial vehicle, .
일반적으로, 무인비행체는 원격의 조종사에 의하여 무선으로 조종되는 비행체를 말한다. 이러한 무인비행체는 군사용, 기상 관측용, 오락용, 산업용, 환경 감시용 등의 다양한 용도로 활용되고 있다. Generally, an unmanned aerial vehicle refers to a vehicle controlled by a remote pilot wirelessly. Such unmanned aerial vehicles are being used for a variety of purposes such as military, weather observation, recreational, industrial, and environmental monitoring.
무인비행체는 내장된 배터리(battery)의 전원을 각종 전자기기와 모터 등에 공급하여 운용된다. 현재 무인비행체는 한번 충전으로 비행 가능한 거리가 짧기 때문에 장거리 주행을 위해서는 비행 중에 배터리 충전이 불가피하다. 배터리 전원이 고갈되면 무인비행체의 운항을 중단하고 지상에서 배터리를 충전하여야 하므로 무인비행체를 장시간 운용하기 어려우며 무인비행체의 활용시간이 줄어들게 된다.The unmanned aerial vehicle operates by supplying the power of the built-in battery to various electronic devices and motors. Currently, the unmanned aerial vehicle has a short distance to fly, so it is inevitable to charge the battery during long flight. If the battery power is depleted, the operation of the unmanned aerial vehicle must be stopped and the battery must be charged from the ground. Therefore, it is difficult to operate the unmanned aerial vehicle for a long time and the utilization time of the unmanned aerial vehicle is reduced.
이에 따라 종래에는 무인비행체의 배터리를 충전기를 통해 충전하는 기술이 소개되었다. 종래기술에서는 무인비행체가 미리 정해진 위치의 충전소로 이동하여 배터리 충전을 수행하고 충전이 완료되면 다시 비행을 하도록 한다.Accordingly, a technique of charging a battery of an unmanned aerial vehicle through a charger has been conventionally introduced. In the prior art, the unmanned aerial vehicle moves to a charging station at a predetermined location to perform charging of the battery, and to perform the charging again when the charging is completed.
이런 경우 배터리 충전을 위해 일정한 시간을 기다려야 하는 문제점이 있다. 특히 긴박한 황에서 특정한 임무를 수행하는 무인비행체의 경우 배터리를 충전하는 시간동안 해당 임무를 수행하지 못하게 되는 문제점이 있고 다른 무인비행체를 투입해야 하는 번거로움이 있다. In such a case, there is a problem in that it takes a certain time to wait for charging the battery. Particularly, in case of unmanned aerial vehicle carrying out a specific mission in a harsh environment, there is a problem that it can not perform its mission during the charging time of the battery, and there is a need to input other unmanned aerial vehicles.
따라서, 해당 기술분야에서는 긴 배터리의 충전시간을 줄이기 위해 기술의 개발이 요구되어 오고 있다.Therefore, there is a need in the art to develop a technique for reducing the charging time of a long battery.
본 발명은 배터리 충전시간에 따른 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 무인비행체의 배터리가 방전된 경우 배터리를 충전하는 것이 아니라 완충된 배터리로 교환하도록 하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 시스템 및 방법, 그 무인비행체를 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been proposed in order to solve the problems of the related art according to battery charging time, and it is an object of the present invention to provide an automatic battery exchange system and a method for replacing a battery with a fully charged battery instead of charging the battery , The purpose of which is to provide the unmanned aerial vehicle.
또한, 본 발명은 무인비행체가 배터리교환국에 비행이동하여 전자석을 이용하여 배터리를 부착한 후 액츄에이터를 이용하여 배터리를 배출 및 장착함으로써 간단한 구성으로 배터리 교환이 이루어지도록 하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 시스템 및 방법, 그 무인비행체를 제공하는데 다른 목적이 있다.The present invention also provides a battery automatic exchange system for a unmanned vehicle, which allows a battery to be exchanged with a simple configuration by discharging and mounting a battery using an actuator after the unmanned aerial vehicle is moved by flying to a battery exchange station, There is another purpose in providing the method, the unmanned aerial vehicle.
본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체는, 일부에 금속판이 부착된 배터리를 교환하는 무인비행체에 있어서, 상기 금속판과 마주하도록 설치되어 전원이 공급되면 자기력을 발생하여 상기 자기력에 의해 상기 금속판에 접촉하는 전자석; 상기 전자석에 전원을 인가하는 전원부; 상기 전자석에 연결되어 상기 전자석을 이동시키는 액츄에이터; 및 상기 전원부의 전원공급을 제어하여 상기 전자석에 발생한 자기력으로 배터리안착부에 장착된 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시켜 상기 액츄에이터에 의해 배출하고, 상기 전자석에 발생한 자기력으로 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시켜 상기 액츄에이터에 의해 상기 배터리안착부에 상기 완충배터리를 장착하는 배터리 교환과정을 수행하도록 제어하는 제어부를 포함한다.The unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention is installed in a unmanned aerial vehicle for exchanging a battery having a metal plate attached thereto on a part of the unmanned aerial vehicle. When a power source is supplied, a magnetic force is generated to contact the metal plate Electromagnet; A power supply for applying power to the electromagnet; An actuator connected to the electromagnet to move the electromagnet; And a controller for controlling the power supply of the power unit to attach the electromagnet to a metal plate of a discharge battery mounted on the battery mount unit with a magnetic force generated in the electromagnet and to discharge the electromagnet by the actuator, And a control unit for attaching the electromagnet to the battery and performing a battery exchange process for mounting the cushioning battery to the battery seating unit by the actuator.
본 발명에서, 상기 제어부는, 상기 방전배터리의 배출시 상기 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 발생된 자기력에 의해 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 방전배터리를 외부로 배출하고, 상기 완충배터리의 장착시 상기 액츄에이터에 의해 상기 전자석을 상기 완충배터리의 금속판에 접촉시키고 상기 전자석에 자기력을 발생하여 상기 발생된 자기력에 의해 상기 전자석에 상기 완충배터리의 금속판을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 안착시키도록 제어한다.In the present invention, when the discharge battery is discharged, the control unit generates a magnetic force to the electromagnet, and when the electromagnet is attached to the metal plate of the discharge battery by the generated magnetic force, And the electromagnetic coil is brought into contact with the metal plate of the cushioning battery by the actuator when the cushioning battery is mounted and a magnetic plate is attached to the electromagnet by the magnetic force generated in the electromagnet, So that the buffer battery is seated on the battery mount using the actuator.
본 발명에서, 상기 배터리안착부에 배터리를 탈착시키는 탈착부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석이 부착되면 상기 탈착부에서 상기 배터리안착부에서 상기 방전배터리를 탈거시키고 상기 완충배터리가 상기 배터리안착부에 안착되면 상기 탈착부에서 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착시키도록 제어한다.In the present invention, when the electromagnet is attached to the metal plate of the discharge battery, the control unit may detach the discharge battery from the battery mount part in the detachable part, And when the battery is seated in the battery mount part, the detachable part controls the mounting of the damping battery to the battery mount part.
본 발명에서, 상기 탈착부는, 상기 배터리안착부에 장착된 배터리의 양 측면부에 대응하여 길이방향으로 형성된 지지부재 및 상기 지지부재에 일체형으로 수직연결된 받침부재를 포함하며, 상기 배터리가 상기 배터리안착부에 장착된 상태에서는 상기 받침부재가 상기 배터리의 하부의 일부를 양측에서 각각 받치도록 형성되고 상기 배터리의 탈거시에는 상기 배터리가 하부로 이동가능하도록 상기 지지부재가 힌지를 중심으로 회전하여 상기 받침부재가 양측으로 벌어지도록 한다.In the present invention, the detachable portion includes a support member formed in a lengthwise direction corresponding to both side portions of the battery mounted on the battery mount portion, and a support member integrally and vertically connected to the support member, The support member is formed to support a portion of the lower portion of the battery at both sides while the support member is mounted on the support member. When the battery is detached, the support member rotates about the hinge so that the battery can move downward, To the left and right.
본 발명에서, 상기 제어부는 상기 액츄에이터에 의해 상기 방전배터리를 이동시킨 후 상기 전자석에 자기력을 제거하여 상기 방전배터리를 배출하도록 제어하고, 상기 액츄에이터에 의해 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부로 이동시켜 상기 배터리안착부에 안착시킨 후 상기 전자석에 자기력을 제거하도록 제어한다.In the present invention, the control unit controls the actuator to move the discharge battery, remove the magnetic force to the electromagnet to discharge the discharge battery, and move the buffer battery to the battery mount unit by the actuator, So that the magnetic force is removed from the electromagnet.
본 발명에서, 상기 제어부는, 상기 방전배터리를 배터리교환국의 기설정된 제1지점에 배출한 후에 상기 완충배터리가 위치한 상기 배터리교환국의 기설정된 제2지점으로 비행이동하여 상기 제2지점에 위치한 상기 완충배터리를 장착하도록 제어한다.In the present invention, the controller discharges the discharge battery to a predetermined first point of the battery exchange station, then moves to a predetermined second point of the battery exchange station where the cushioning battery is located, Control to mount the battery.
본 발명에서, 상기 제어부는, 상기 방전배터리를 배터리교환국의 기설정된 제1지점에 배출하고 상기 배출된 방전배터리를 기설정된 위치로 이송시킨 후 상기 배터리교환국의 기설정된 제2지점에 위치한 완충배터리를 상기 제1지점으로 이송시킨 후 상기 완충배터리를 착하도록 제어한다.In the present invention, the controller discharges the discharge battery to a predetermined first point of the battery exchange station, transfers the discharged discharge battery to a predetermined position, and then moves the cushioning battery located at the second predetermined point of the battery exchange station And controls the buffer battery to be attached after being transferred to the first point.
본 발명에서, 상기 액츄에이터는 상기 금속판과 평행한 가상의 평면상에 X-Y축으로 이동가능하도록 구성되며 상기 제어부는 상기 전자석의 중심부와 상기 금속판의 중심부가 서로 대응되도록 상기 액츄에이터의 위치를 조정한다.In the present invention, the actuator is configured to be movable in an X-Y axis on a virtual plane parallel to the metal plate, and the controller adjusts the position of the actuator such that the center of the electromagnet and the center of the metal plate correspond to each other.
본 발명에서, 상기 배터리안착부에 장착된 배터리의 충전량을 검출하는 충전량검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 충전량검출부에서 검출된 배터리의 충전량이 기설정된 기준량 이하이면 상기 배터리 교환과정을 수행하도록 제어한다.The controller may further include a charge amount detector for detecting a charge amount of the battery mounted on the battery mount portion. The controller may control the battery exchange portion to perform the battery exchange procedure when the charge amount of the battery detected by the charge amount detector is less than a preset reference amount. do.
본 발명에서, 상기 무인비행체의 비행시간을 검출하는 비행시간 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 비행기간 검출부에서 검출된 비행시간이 기설정된 기준시간에 도달하면 상기 배터리 교환과정을 수행하도록 제어한다.The controller may further include a flight time detector for detecting a flight time of the unmanned air vehicle, and the controller controls the battery exchange process to be performed when the flight time detected by the flight time detector reaches a preset reference time .
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 배터리 자동 교환 시스템은, 배출되는 방전배터리를 수용하고 적어도 하나의 완충배터리를 제공하는 배터리교환국; 및 상기 배터리교환국으로 비행이동하여 내부의 배터리안착부에 장착된 방전배터리를 외부로 배출하고 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착시키는 배터리 교환과정을 수행하는 무인비행체를 포함한다.In addition, the battery automatic exchange system for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention includes a battery exchange station that accommodates discharged discharge batteries and provides at least one cushioning battery; And a battery exchange process for performing a battery exchange process of flying the battery to the battery exchange station and discharging the discharge battery mounted on the battery mounting part of the battery to the outside and mounting the buffering battery to the battery mounting part.
본 발명에서, 상기 방전배터리 및 완충배터리는 상면에 금속판이 각각 부착되며, 상기 무인비행체는 상기 방전배터리의 배출시 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 자기력으로 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 방전배터리를 상기 배터리교환국의 기설정된 제1지점으로 배출하고, 상기 완충배터리의 장착시 상기 액츄에이터에 의해 상기 전자석을 상기 완충배터리의 금속판에 접촉시킨 후 상기 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 자기력으로 상기 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 배터리교환국의 기설정된 제2지점에 있는 완충배터리를 상기 배터리안착부에 안착시킨다.In the present invention, a metal plate is attached to the upper surface of the discharge battery and the shock absorbing battery, and the unmanned aerial vehicle generates a magnetic force in the electromagnet when the discharge battery discharges, so that the electromagnet is attached to the metal plate of the discharge battery Exchanging station by using the actuator, discharging the discharging battery to a predetermined first point of the battery exchange station, contacting the electromagnet to the metal plate of the cushioning battery by the actuator when the cushioning battery is installed, Exchanging station with the electromagnet attached to the metal plate of the cushioning battery with the magnetic force, the cushioning battery at the second predetermined point of the battery exchange station is seated on the battery seating portion using the actuator.
]본 발명에서, 상기 방전배터리 및 완충배터리는 상면에 금속판이 각각 부착되며, 상기 무인비행체는 상기 방전배터리의 배출시 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 자기력으로 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 방전배터리를 상기 배터리교환국의 기설정된 제1지점으로 배출하고 상기 배출된 방전배터리를 기설정된 위치로 이송시키고 상기 배터리교환국의 기설정된 제2지점에 위치한 완충배터리를 상기 제1지점으로 이동시킨 후 상기 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 자기력으로 상기 제1지점에 위치한 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착하여 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 완충배터리를 내부로 이동시켜 상기 배터리안착부에 장착시킨다.In the present invention, a metal plate is attached to the upper surface of the discharge battery and the shock absorbing battery, and the unmanned aerial vehicle generates magnetic force on the electromagnet when the discharge battery discharges, so that the electromagnet is attached to the metal plate of the discharge battery with the magnetic force Exchanging station, the discharging battery is discharged to a predetermined first point of the battery exchange station using the actuator, the discharging discharging battery is transferred to a predetermined position, and the cushioning battery located at a second predetermined point of the battery- A magnetic force is generated in the electromagnet to move the cushioning battery to the inside by attaching the electromagnet to the metal plate of the cushioning battery located at the first point by the magnetic force, Respectively.
본 발명에서, 상기 무인비행체는 상기 방전배터리의 배출시 상기 액츄에이터에 의해 상기 방전배터리를 상기 제1지점으로 이동시킨 후 상기 전자석에 자기력을 제거하여 상기 방전배터리의 금속판으로부터 상기 전자석을 분리함으로써 상기 방전배터리를 배출하고, 상기 완충배터리의 장착시 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착된 후 상기 전자석에 자기력을 제거한다.In the present invention, when discharging the discharge battery, the unmanned aerial vehicle moves the discharge battery to the first point by the actuator and then removes the magnetic force from the electromagnet to separate the electromagnet from the metal plate of the discharge battery, The battery is discharged, and when the cushioning battery is mounted, the cushioning battery is mounted on the battery mounting part, and then the magnetic force is removed from the electromagnet.
본 발명에서, 상기 무인비행체는 상기 배터리안착부에 장착된 배터리의 양 측면부에 대응하여 길이방향으로 형성된 지지부재 및 상기 지지부재에 일체형으로 수직연결된 받침부재로 구성된 탈착부를 포함하며, 상기 탈착부는 상기 방전배터리의 배출시 상기 배터리가 하부로 이동가능하도록 상기 지지부재가 힌지를 중심으로 회전하여 상기 받침부재가 양측으로 벌어지도록 하고 상기 완충배터리의 장착시 상기 완충배터리가 상기 배터리안착부에 장착된 상태에서는 상기 받침부재가 상기 배터리의 하부의 일부를 양측에서 각각 받치도록 한다.In the present invention, the unmanned aerial vehicle includes a support member formed in a lengthwise direction corresponding to both side portions of the battery mounted on the battery mount portion, and a detachment portion composed of a support member integrally and vertically connected to the support member, When the discharge battery is discharged, the support member rotates about the hinge so that the battery can be moved downward so that the support member is opened to both sides, and when the cushioning battery is mounted, the cushioning battery is mounted on the battery mount The support member supports a part of the lower portion of the battery on both sides.
본 발명에서, 상기 액츄에이터는 상기 금속판과 평행한 가상의 평면상에 X-Y축으로 이동가능하도록 구성되며 상기 전자석의 중심부와 상기 금속판의 중심부가 서로 접촉되도록 상기 액츄에이터의 위치가 조정된다.In the present invention, the actuator is configured to be movable in the X-Y axis on a virtual plane parallel to the metal plate, and the actuator is adjusted in position such that the center of the electromagnet and the center of the metal plate are in contact with each other.
본 발명에서, 상기 무인비행체는 비행시간을 검출하는 비행시간 검출부를 포함하고, 상기 비행기간 검출부에서 검출된 비행시간이 기설정된 시간에 도달하면 상기 배터리 교환과정을 수행한다.In the present invention, the unmanned air vehicle includes a flight time detector for detecting a flight time, and performs the battery exchange process when the flight time detected by the flight time detector reaches a preset time.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법은, 무인비행체가 배터리교환국의 제1지점에 도착하면 전자석에 자기력을 발생시켜 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시키는 단계; 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석이 부착된 상태에서 액츄에이터에 의해 상기 전자석을 이동시켜 상기 방전배터리를 상기 제1지점에 배출하는 단계; 상기 액츄에이터에 의해 상기 배터리교환국의 제2지점에 있는 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 밀착시키는 단계; 상기 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시키는 단계; 및 상기 전자석에 상기 충전배터리의 금속판이 부착된 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 전자석을 이동시켜 상기 완충배터리를 배터리안착부에 안착시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for automatically replacing a battery in an unmanned aerial vehicle, comprising: attaching the electromagnet to a metal plate of a discharge battery by generating a magnetic force in the electromagnet when the unmanned vehicle arrives at a first point of the battery exchange station; Moving the electromagnet by an actuator in a state where the electromagnet is attached to a metal plate of the discharge battery to discharge the discharge battery to the first point; Exchanging the electromagnets with a metal plate of a cushioning battery at a second point of the battery exchange station by the actuator; Generating a magnetic force on the electromagnet to attach the electromagnet to a metal plate of the cushioning battery; And moving the electromagnet using the actuator in a state where the metal plate of the rechargeable battery is attached to the electromagnet to seat the rebound battery on the battery mount.
본 발명에서, 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시키는 단계 이후에, 탈착부에서 상기 배터리안착부로부터 상기 방전배터리를 탈거시키는 단계를 더 포함한다.In the present invention, the step of attaching the electromagnet to the metal plate of the discharge battery may further include the step of detaching the discharge battery from the battery mount portion at the detachable portion.
본 발명에서, 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 안착시키는 단계 이후에, 상기 탈착부에서 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착시키는 단계를 더 포함한다.In the present invention, further comprising the step of mounting the shock-absorbing battery in the battery mount portion in the detachable portion, after the step of seating the shock-absorbing battery in the battery mount portion.
본 발명에서, 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착시키는 단계 이후에, 상기 전자석에 자기력을 제거하는 단계를 더 포함한다.In the present invention, further comprising the step of removing the magnetic force to the electromagnet after the step of mounting the cushioning battery to the battery mount.
본 발명에서, 상기 방전배터리를 배출하는 단계는, 상기 액츄에이터에 의해 상기 방전배터리가 상기 제1지점으로 하강이동되면 상기 전자석에 자기력을 제거하여 상기 전자석을 상기 방전배터리의 금속판으로부터 분리하는 단계; 및 상기 액츄에이터에 의해 상기 전자석을 기설정된 거리만큼 내부로 상승이동시키는 단계를 포함한다.In the present invention, discharging the discharge battery may include separating the electromagnet from the metal plate of the discharge battery by removing magnetic force to the electromagnet when the discharge battery is moved downward to the first point by the actuator. And moving the electromagnet upward by a predetermined distance by the actuator.
본 발명에서, 상기 액츄에이터는 상기 금속판과 평행한 가상의 평면상에 X-Y축으로 이동가능하도록 구성되며 상기 전자석의 중심부와 상기 금속판의 중심부가 서로 대응되도록 상기 액츄에이터의 위치가 조정된다.In the present invention, the actuator is configured to be movable in the X-Y axis on a virtual plane parallel to the metal plate, and the position of the actuator is adjusted so that the center portion of the electromagnet and the center portion of the metal plate correspond to each other.
본 발명에서, 상기 무인비행체의 비행시간검출부에서 상기 무인비행체의 비행시간을 실시간으로 검출하고 상기 검출된 비행시간이 기설정된 기준시간에 도달하면 상기 제1지점으로 비행이동한다.In the present invention, the flight time of the unmanned aerial vehicle is detected in real time by the flight time detector of the unmanned aerial vehicle, and when the detected flying time reaches a predetermined reference time, the flight is moved to the first point.
본 발명에서, 상기 방전배터리를 배출하는 단계 이후에, 상기 무인비행체가 상기 완충배터리가 위치한 상기 제2지점으로 비행이동하는 단계를 더 포함한다.In the present invention, the step of discharging the discharge battery further includes the step of flying the unmanned air vehicle to the second point where the buffer battery is located.
본 발명에서, 상기 방전배터리를 배출하는 단계 이후에, 상기 제1지점에 배출된 방전배터리를 기설정된 장소로 이송시키는 단계; 및 상기 제2지점의 완충배터리를 상기 제1지점으로 이송시키는 단계를 더 포함한다.In the present invention, after discharging the discharge battery, transferring the discharge battery discharged to the first point to a predetermined place; And transferring the cushioning battery of the second point to the first point.
본 발명에 의하면 무인비행체의 배터리가 방전되면 배터리를 충전하는 것이 아니라 방전된 배터리를 완충된 배터리로 교체하기 때문에 배터리의 충전을 위한 시간을 절약할 수 있다.According to the present invention, when the battery of the unmanned aerial vehicle is discharged, the discharged battery is replaced with a fully charged battery instead of charging the battery, so that the time for charging the battery can be saved.
또한, 본 발명에 의하면 무인비행체의 배터리를 간단한 방법으로 빠른 교체가 가능하다. In addition, according to the present invention, the battery of the unmanned aerial vehicle can be quickly replaced by a simple method.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 배터리 교환시스템의 개략구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 적용되는 배터리의 예시적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 구성블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 탈착부의 동작을 설명하는 예시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 배터리 교환과정을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법을 보이는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 탈착부의 동작과정을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 방전배터리의 배출시 액츄에이터의 동작과정을 나타낸 흐름도이다.1 is a schematic block diagram of a battery exchange system for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary perspective view of a battery applied to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view for explaining the operation of the desorption unit according to the embodiment of the present invention.
5 and 6 are views for explaining a battery exchange process of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating an automatic battery replacement method for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view for explaining the operation of the desorption unit according to the embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating an operation of the actuator in discharging the discharge battery according to the embodiment of the present invention.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 배터리 교환시스템의 개략구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 적용되는 배터리의 예시적인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 구성블럭도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 탈착부의 동작을 설명하는 예시도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 배터리 교환과정을 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a battery exchange system for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exemplary perspective view of a battery applied to an embodiment of the present invention, FIG. FIG. 4 is a view for explaining the operation of the desorption unit according to the embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the battery exchange process of the unmanned aerial vehicle according to the embodiment of the present invention FIG.
도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 무인비행체의 배터리 교환시스템(100)은 무인비행체(110)와 배터리교환국(120)을 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, a
무인비행체(110)는 내부에 배터리(10)를 장착하여 무인으로 비행가능하며 배터리(10)가 방전되면 배터리교환국(120)에서 방전된 배터리(방전배터리)를 충전이 완료된 배터리(완충배터리)로 자동으로 교환하도록 한다. 무인비행체(110)는 배터리교환국(120)과 무선통신을 수행한다. 즉, 무인비행체(110)는 이러한 무선통신을 통해 배터리교환국(120)과 정보를 송수신하여 배터리교환국(120)의 위치, 완충배터리의 준비 여부, 배터리의 교환가능 여부 등을 확인한 후 배터리 교환과정을 수행하도록 한다. 이러한 무인비행체(110)는 기설정된 비행프로그램에 의해 자동으로 비행가능할 수도 있고 사용자에 의해 리모트컨트롤러 등에 의해 비행이 조정될 수도 있다. 본 발명에서는 방전배터리 및 완충배터리를 포함한 각 배터리(10)의 일부에 금속판(20)이 형성되어 있다.When the
배터리교환국(120)은 안테나(123)를 이용하여 무인비행체(110)와 무선통신을 수행하며 무인비행체(110)로부터 배출되는 방전배터리를 수용하고 완충배터리를 준비하여 무인비행체(110)로 제공한다. 도면에 도시하지 않았으나 배터리교환국(120)은 내부에 방전배터리를 충전하기 위한 충전장치가 마련됨이 바람직하다. 따라서, 무인비행체(110)가 방전배터리를 배출하면 충전장치를 이용하여 충전하여 완충배터리로 변환하여 제공한다. 이는 무인비행체(110)는 방전배터리를 완충배터리로 자동으로 교환할 수 있도록 하는 것이다. 이를 위해 예컨대 무인비행체(110)로부터 방전되는 배터리를 수용하기 위한 제1지점(121)과 완충배터리를 준비하여 제공하기 위한 제2지점(122)을 가질 수 있으며, 이 경우 무인비행체(110)는 배터리(10)의 교환을 위해 제1지점(121)으로 비행이동하여 제1지점(121)으로 방전배터리를 배출하고 제2지점(122)으로 비행이동하여 완충배터리를 내부에 장착하도록 한다. 다른 실시 예에서는 배터리교환국(120)은 제1지점(121)으로 배출된 방전배터리를 기설정된 다른 장소로 이동시키고 제2지점(122)에 위치한 완충배터리를 제1지점(121)으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해 배터리교환국(120)에서는 예컨대 컨베이어벨트(미도시)를 이용하여 제1지점(121)과 제2지점(122)이 연결되고, 컨베이어벨트 상에 놓은 완충배터리를 제1지점(121)으로 이송시키도록 구현할 수도 있다. 이러한 컨베이어벨트의 구성과 기능은 공지기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 이로써, 무인비행체(110)는 제1지점(121)에 방전배터리를 배출한 이후에도 제2지점(122)으로 비행이동할 필요 없이 제2지점(122)에서 제1지점(121)으로 이송된 완충배터리를 내부에 장착할 수 있도록 한다.The
본 발명의 무인비행체(110)는 통신부(111), 탈착부(112), 전자석(113), 전원부(114), 액츄에이터(115) 및 제어부(116)를 포함하여 구성된다. 다른 실시 예에서 무인비행체(110)는 충전량검출부(117) 또는 비행시간검출부(118) 중 선택된 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이때, 바람직하게는 통신부(111), 전원부(114), 충전량검출부(117) 및 비행시간검출부(118)는 무인비행체(110)의 몸체부(110a) 내에 위치한다. 무인비행체(110)는 몸체부(110a) 외에도 날개부(110b), 다리부(110c) 및 배터리안착부(110d)를 포함하여 구성된다.The
통신부(111)는 배터리교환국(120)과 무선통신을 수행하여 배터리 교환과정에 필요한 각종 정보를 송수신한다. 예컨대, 배터리교환국(120)의 위치, 완충배터리의 개수, 배터리 교환가능 여부 등을 확인한다.The
탈착부(112)는 배터리(10)가 장착되는 배터리안착부(110d)에 배터리(10)를 탈착시킨다. 즉, 배터리(10)를 배터리안착부(110d)에 장착시키거나 또는 배터리안착부(110d)에 장착된 배터리(10)를 탈거시킨다. 구체적으로 이러한 탈착부(112)는 배터리안착부(110d)에 안착된 배터리(10)를 고정시켜 완전히 장착되도록 한다. 이를 위해 도 4와 같이 탈착부(112)는 배터리안착부(110d)에 장착된 배터리(10)의 양 측면부에 대응하여 형성된 지지부재(102a)와 지지부재(102a)에 일체형으로 수직하여 연결된 받침부재(102b)로 구성되며 배터리(10)가 배터리안착부(110d)에 장착된 상태에서는 받침부재(102b)가 배터리(10)의 하부의 일부를 양측에서 각각 받치도록 형성됨으로써 배터리(10)가 배터리안착부(110d)에 안정적으로 장착되도록 하고, 배터리(10)의 배출시에는 배터리(10)가 배터리안착부(110d)로부터 탈거되어 분리되도록 하고 하부로 이동가능하도록 하기 위해 지지부재(102a)가 힌지(미도시)를 중심으로 바깥으로 회전하여 받침부재(102b)가 양측으로 벌어지도록 한다.The
전자석(113)은 배터리(10)의 일부에 형성된 금속판(20)과 마주하도록 설치되며 전원이 인가되면 자기력을 발생시켜 그 발생한 자기력에 의해 금속판(20)이 전자석(113)에 부착되도록 한다. 이러한 전자석(113)은 예컨대 자성코어에 코일을 다수 회 권선하여 구성되며 코일을 통해 인가되는 전원에 의해 코어 주변에 자기력을 발생시킨다. 이러한 자기력으로 인해 전자석(113)과 금속판(20)은 서로 부착된다. 이때, 전자석(113)과 금속판(20)의 부착은 전자석(113)에 발생한 자기력에 의해 금속판(20)과의 인력이 작용하여 그 인력에 의해 접촉되고 인력이 존재하는 동안 계속 접촉된 상태를 유지하는 것을 의미한다. 물론, 전원공급이 차단되면 자기력이 제거되어 전자석(113)과 금속판(20)의 부착은 제거되어 서로 분리된다.The
전원부(114)는 전자석(113)은 전원을 공급한다. 따라서, 전자석(113)은 전원부(114)로부터 전원이 공급되는 자기력을 발생하고 전원공급이 차단되면 자기력이 제거된다. 이러한 전원부(114)의 동작은 후술하는 제어부(116)에 의해 제어된다. 또한, 전원부(114)는 필요에 따라 무인비행체(110)의 비상 비행을 위해 필요한 전원을 공급할 수 있다. 예컨대, 후술하는 바와 같이 방전배터리를 배출한 후 충전배터리가 있는 위치로 이동하는 경우 전원부(114)의 전원을 이용할 수 있다. 이러한 전원부(114)는 배터리와는 별개로 전자석(113)에 전원을 공급하는 기능과 짧은 비행을 위한 비상용으로 구비되는 것이다.The
액츄에이터(115)는 전자석(113)과 연결되어 배터리(10)의 배출 및 장착을 위해 전자석(113)을 이동시킨다. 예컨대, 전자석(113)에 자기력에 의해 방전배터리가 부착되면 전자석(113)에 연결된 액츄에이터(115)는 구동하여 전자석(113)을 외부로 이동시켜 방전배터리를 외부로 배출하도록 한다. 또한, 전자석(113)에 자기력에 의해 충전배터리가 부착되면 액츄에이터(115)는 구동하여 전자석(113)을 내부로 이동시켜 완충배터리가 배터리안착부(110d)에 장착되도록 한다. 바람직하게는 액츄에이터(114)는 전자석(113)을 상하로 이동시킨다. 본 실시 예에서 액츄에이터(115)는 일례로 방전배터리의 배출시 방전배터리를 하강이동시킨 후 배출하고 완충배터리의 장착시 완충배터리를 상승이동시킨 후 배터리안착부에 장착하도록 한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서 액츄에이터(115)는 배터리(10)의 금속판(20)과 평행한 가상의 평면 상에서 X축 및 Y축으로 각각 이동가능하도록 구성된다. 이는 전자석(113)이 금속판(20)과 마주하도록 설치된 상태에서 전자석(113)의 중심부와 금속판(20)의 중심부가 서로 대응될 수 있도록 하기 위한 것이다. 전자석(113)의 중심부와 금속판(20)의 중심부를 서로 대응시키기 위해서는 전자석(113)에 금속판(20)이 부착된 상태에서 액츄에이터(115)에 인가되는 부착력(인력)을 검출하고 그 검출된 부착력이 기설정된 기준치 이상이면 각 중심부가 서로 대응되는 것으로 인지하도록 할 수 있다. 이는 전자석(113)과 금속판(20) 간에 상호작용하는 인력이 적어 배터리(10)의 교환과정, 즉 배터리(10)의 배출 및 장착 과정에서 배터리(10)가 전자석(113)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 것이다. 액츄에이터(115)를 X-Y축으로 각각 이동시키는 구성은 공지기술이며 본 기술에 용이하게 적용할 수 있는 것이므로 상세설명은 생략한다.The
제어부(116)는 무인비행체(110)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 상기한 탈착부(112), 전원부(114) 및 액츄에이터(115)의 동작을 제어하여 방전배터리를 외부로 배출하고 완충배터리를 내부에 장착하는 배터리 교환과정을 수행하도록 제어한다. 구체적으로, 이러한 배터리 교환과정을 수행에서는 방전배터리의 배출시 전자석(113)에 자기력을 발생시켜 그 자기력에 의해 전자석(113)에 방전배터리의 금속판(20)을 부착시킨 상태에서 액츄에이터(115)를 이용하여 방전배터리를 외부로 배출하고, 완충배터리의 장착시 액츄에이터에(115) 의해 전자석(113)을 완충배터리의 금속판(20)에 밀착시키고 전자석(113)에 자기력을 발생하여 그 자기력에 의해 전자석(113)에 완충배터리의 금속판(20)을 부착시킨 상태에서 액츄에이터(115)를 이용하여 완충배터리를 배터리안착부(110d)에 안착시키도록 제어한다.The
여기서, 제어부(116)는 방전배터리의 배출시 전자석(113)에 방전배터리의 금속판(20)이 부착되면 탈착부(112)에서 배터리안착부(110d)에서 방전배터리를 탈거시키고, 완충배터리가 배터리안착부(110d)에 안착되면 (112)탁착부에서 완충배터리를 배터리안착부(110d)에 장착시키도록 제어한다. 또한, 제어부(116)는 방전배터리의 배출시 액츄에이터(115)에 의해 방전배터리를 외부로 이동시킨 후 전자석(113)에 자기력을 제거하여 방전배터리의 배출을 완료하고, 완충배터리의 장착시 액츄에이터(115)에 의해 완충배터리를 배터리안착부(110d)로 이동시켜 완충배터리를 배터리안착부(110d)에 안착시킨 후 자기력을 제거하도록 제어한다. 이는 전자석(113)에 부탁된 방전배터리가 전자석(113)으로부터 분리되어 배출을 완료하기 위해서는 완전배출시 전자석(113)에 발생된 자기력을 제거해야 한다. 또한, 완충배터리가 배터리안착부(110d)에 완전히 장착되면 전자석(113)에 자기력을 제거함으로써 에너지를 정약하도록 한다.When the
이와 같이 무인비행체(110)는 제1지점(110)에 방전배터리를 배출하고 제2지점의 완충배터리를 내부에 장착하는 배터리 교환과정을 수행하기 위해서는 배터리교환국(120)의 제1지점(121)으로 비행이동하여 제1지점(121)으로 방전배터리를 배출한 후 제2지점(122)으로 비행이동하여 완충배터리를 내부에 장착하도록 한다. 이 경우 무인비행체(110)에 배터리가 없으므로 전원부(115)에서 상기와 같은 비행이동에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전원부(115)는 제1지점(121)에서 제2지점(122)으로 비상용 비행을 위한 전원을 공급할 수 있도록 구현된다. 다른 예에서는 제1지점(121)으로 비행이동하여 제1지점(121)에 방전배터리를 배출한 후 그 배출된 방전배터리를 기설정된 다른 장소로 이동시키고 제2지점(122)에 위치한 완충배터리를 제1지점(121)으로 이송시켜, 제1지점(121)로 이송된 완충배터리를 내부에 장착하도록 할 수도 있다. 이때, 제어부(116)는 액츄에이터(115)에 인가된 힘을 근거로 전자석(113)과 금속판(20) 간에 자기력에 의한 인력을 검출하고 검출된 인력이 기준치보다 작으면 액츄에이터(115)를 X-Y축으로 이동시켜 전자석(113)의 중심부와 금속판(20)의 중심부가 서로 대응되는 위치가 되도록 한다.In order to perform the battery exchange process of discharging the discharge battery to the
충전량검출부(117)는 무인비행체(10)에 장착된 배터리(10)의 충전잔량을 검출한다. 제어부(116)는 충전량검출부(117)에서 검출된 배터리(10)의 충전잔량이 기설정된 기준치 이하이면 방전배터리로 판단하여 상기한 배터리 교환과정을 수행하도록 한다.The charged
비행시간검출부(118)는 무인비행체(10)의 비행시간을 검출한다. 제어부(116)는 비행시간검출부(118)에서 검출된 비행시간이 기설정된 시간에 도달하면 상기한 배터리 교환과정을 수행한다. 이와 같이 검출되는 비행시간은 완충배터리가 장착된 이후부터 비행시간을 의미하며, 이러한 비행시간에 따라 배터리(10)의 방전여부를 확인하기 위한 것이다.The
도 5 및 도 6을 참조하면, 상면에 금속판(20)이 부착된 배터리(10)가 무인비행체(110)의 배터리안착부(110d)에 장착된 경우 탈착부(112)의 받침부재(112b)가 배터리(10)를 안정적으로 받치도록 한다. 도면에는 일례로서 배터리안착부(110d)와 배터리(10)가 외부로 노출된 예를 도시하고 있지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며 이들 중 일부 또는 모두 무인비행체(10)의 내부에 형성될 수도 있다. 이와 같이 배터리(10)가 배터리안착부(110d)에 안착된 상태에서 방전배터리를 완충배터리로 교환하기 위해 배터리(10)를 배출하는 경우에는 전자석(113)에 전원을 인가하여 자기력을 발생시켜 그 자기력에 따른 인력에 의해 전자석(113)에 배터리(10)의 금속판(20)이 부착되도록 한다. 전자석(113)에는 액츄에이터(115)에 연결되어 있으므로 전자석(113)에 자기력이 발생한 동안에는 결과적으로 전자석(113)에 배터리(10)가 부착되는 것이다. 배터리(10)가 전자석(113)에 부착된 상태에서는 탈착부(112)가 동작하여 탈착부(112)의 지지부재(112a)가 외부로 회전하면서 받침부재(112b)가 외부로 벌어지게 되어 배터리(10)는 배터리안착부(110d)로부터 탈거되며, 이로써 배터리(10)는 오로지 전자석(113)에만 부착된 형태가 된다. 이에, 액츄에이터(115)는 아래로 하강이동하게 되고 배터리교환국(120)의 제1지점(121)에 배터리를 배출하도록 한다. 완전한 배출을 위해 배터리(10)가 제1지점 상에 놓이게 되면 전자석(113)에 인가된 전원을 차단함으로써 자기력을 제거하도록 한다. 그러면 전자석(113)에 부착되어 있던 금속판(20)이 분리되면서 배터리(10)가 전자석(113)으로부터 완전히 배출완료된다.5 and 6, when the
반대로, 완충배터리를 배터리안착부(110d)에 장착하는 경우 무인비행체(110)는 배터리(10)의 상부에 위치한다. 이후에 액츄에이터(115)를 배터리(10)로 하강이동시켜 전자석(113)이 배터리(10)의 상부에 형성된 금속판(20)에 접촉되도록 한다. 접촉된 상태에서 전자석(113)에 전원을 인가하여 자기력을 발생시킨다. 이러한 자기력에 의한 인력으로 전자석(113)과 금속판(20)이 서로 접촉된다. 계속해서, 액츄에이터(115)가 상승이동하여 배터리(10)가 배터리안착부(110d)에 안착되도록 한다. 이와 같이 배터리안착부(110d)에 배터리(10)가 안착되면 탈착부(112)가 동작하여 지지부재(112a)가 안쪽으로 회전하여 받침부재(112b)가 배터리(10)을 완전히 밀어서 받치도록 한다. 이러한 받침부재(112b)에 의해 배터리(10)가 완전히 배터리안착부(110d)에 안정적으로 장착되는 것이다.Conversely, when the shock-absorbing battery is mounted on the
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법을 보이는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an automatic battery replacement method for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법에서는 무인비행체(110)가 배터리교환국(120)에 도착하면(S101), 전자석(113)에 자기력을 발생시키고(S103), 그 자기력으로 방전배터리의 금속판(20)에 전자석(113)을 부착시킨다(S105). 이와 같이 방전배터리의 금속판(20)에 전자석(113)을 부착한 상태에서 액츄에이터(115)를 이용하여 전자석(113)을 하부로 이동시켜(S107), 방전배터리를 배출한다(S109).7, when the
이와 같이 방전배터리의 배출이 완료되면 완충배터리를 장착하기 위해 전자석(113)을 완충배터리의 금속판(20)에 접촉시킨다(S111). 이후에 전자석(113)에 자기력을 발생시키고(S113), 그 자기력으로 충전배터리의 금속판(20)에 전자석(113)을 부착시킨다(S115). 이와 같이 충전배터리의 금속판(20)에 전자석(113)을 부착한 상태에서 액츄에이터(115)를 이용하여 전자석(113)을 상부로 이동시켜(S117), 충전배터리를 배터리안착부(110d)에 안착시킨다(S109).After the discharging of the discharging battery is completed, the
여기서, 상기 S101 단계는 충전량검출부(117)에서 배터리(10)의 충전잔량이 기준치 이하로 떨어지면 무인비행체(110)가 배터리교환국(120)으로 이동하여 도착하도록 한다. 또한, S101 단계는 비행시간검출부(118)에서 무인비행체(110)의 비행시간을 실시간으로 검출하고 그 검출된 비행시간이 기설정된 시간에 도달하면 무인비행체(110)가 배터리교환국(120)으로 이동하여 도착하도록 한다. In step S101, if the charged amount of the
또한, 방전배터리의 배출과 완충배터리의 장착은 동일한 장소에서 이루어지거나 다른 장소에서 이루어질 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 일례에 따르면 방전배터리를 배터리교환국(120)의 제1지점(121)에 배출한 후 무인비행체(110)는 배터리교환국(120)의 제2지점(122)으로 비행이동한 후 제2지점에 준비된 완충배터리를 장착하도록 할 수 있다. 이는 배터리(10)가 없는 상태이므로 전원부(115)에서 비행을 위한 전원을 공급하도록 한다. 다른 일례에 따르면, 방전배터리를 배터리교환국(120)의 제1지점(121)에 배출하고 그 배출된 방전배터리를 다른 장소로 이송시킨 후 제2지점(122)의 완충배터리를 제1지(121)점으로 이송시켜 제1지점(121)에서 완충배터리를 장착하도록 할 수 있다.Further, the discharge of the discharge battery and the mounting of the cushioning battery may be performed at the same place or at different places. According to an example, after discharging the discharge battery to the
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 탈착부의 동작과정을 설명하는 도면이다.FIG. 8 is a view for explaining the operation of the desorption unit according to the embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 탈착부(112)는 상기와 같이 자기력으로 방전배터리의 금속판(20)에 전자석을 부착하면(S201), 배터리안착부(110d)에서 방전배터리를 탈거한다(S203). 이러한 탈거를 위해 탈착부(112)의 지지부재(112a)가 외부로 회전하여 받침부재(112b)가 외부로 벌어지도록 함으로써 방전배터리가 배터리안착부(110d)로부터 탈거되도록 한다. 이후에, 완충배터리가 배터리안착부(110d)에 안착되면(S205), 탈착부(112)가 동작하여 완충배터리를 배터리안착부(110d)에 장착시킨다(S2074). 이러한 장착을 위해 탈착부(112)의 지지부재(112a)가 내부로 회전하여 받침부재(112b)가 완충배터리의 하부를 지지하면서 배터리안착부(110d)에 완전히 안정적으로 장착되도록 한다. 미도시되었으나 배터리(10)가 배터리안착부(110d)에 장착된 이후에는 전자석(113)에 자기력을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.8, when the electromagnet is attached to the
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 방전배터리의 배출시 액츄에이터의 동작과정을 나타낸 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating an operation of the actuator in discharging the discharge battery according to the embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명에서는 액츄에이터(115)에 의해 방전배터리가 배터리교환국(120)의 제1지점(121)으로 이동한 이후에(S301), 상기와 전자석(113)에 자기력을 제거하여(S303), 전자석(113)을 방전배터리의 금속판(20)으로부터 분리하게 되면(S305), 액츄에이터(115)로 전자석(113)을 기설정된 거리만큼 내부, 즉 상부로 이동시킨다(S307). 이는 방전배터리를 배출한 이후에 완충배터리를 다시 장착하기 위해 액츄에이터(115)를 일정한 거리만큼 상승이동시켜서 액츄에이터(115)에 연결된 전자석(113)이 완충배터리에 부딪히는 것을 방지하기 위한 것이다.9, in the present invention, after the discharge battery is moved to the
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope of the appended claims, The genius will be so self-evident. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10 : 배터리 20 : 금속판
110 : 무인비행체 110a : 몸체부
110b : 날개부 110c : 다리부
110d : 배터리안착부 111 : 통신부
112 : 탈착부 112a : 지지부재
112b : 받침부재 113 : 전자석
114 : 전원부 115 : 액츄에이터
116 : 제어부 117 : 충전량검출부
118 : 비행시간검출부 120 : 배터리교환국
121 : 제1지점 122 : 제2지점10: battery 20: metal plate
110: unmanned
110b:
110d: battery mounting part 111: communication part
112:
112b: receiving member 113: electromagnet
114: Power supply unit 115: Actuator
116: control unit 117: charge amount detection unit
118: flight time detection unit 120: battery exchange station
121: first point 122: second point
Claims (26)
상기 금속판과 마주하도록 설치되어 전원이 공급되면 자기력을 발생하여 상기 자기력에 의해 상기 금속판에 접촉하는 전자석;
상기 전자석에 전원을 인가하는 전원부;
상기 전자석에 연결되어 상기 전자석을 이동시키는 액츄에이터; 및
상기 전원부의 전원공급을 제어하여 상기 전자석에 발생한 자기력으로 배터리안착부에 장착된 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시켜 상기 액츄에이터에 의해 배출하고, 상기 전자석에 발생한 자기력으로 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시켜 상기 액츄에이터에 의해 상기 배터리안착부에 상기 완충배터리를 장착하는 배터리 교환과정을 수행하도록 제어하는 제어부; 를 포함하는 무인비행체.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an unmanned aerial vehicle for replacing a battery having a metal plate attached thereto,
An electromagnet which is installed to face the metal plate and generates magnetic force when power is supplied thereto to contact the metal plate by the magnetic force;
A power supply for applying power to the electromagnet;
An actuator connected to the electromagnet to move the electromagnet; And
Wherein the electromagnet is attached to a metal plate of a discharge battery mounted on a battery mount portion by a magnetic force generated in the electromagnet by controlling the power supply of the power supply portion and discharged by the actuator, A battery exchange step of attaching the buffer battery to the battery mount part by the actuator; .
상기 방전배터리의 배출시 상기 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 발생된 자기력에 의해 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 방전배터리를 외부로 배출하고, 상기 완충배터리의 장착시 상기 액츄에이터에 의해 상기 전자석을 상기 완충배터리의 금속판에 접촉시키고 상기 전자석에 자기력을 발생하여 상기 발생된 자기력에 의해 상기 전자석에 상기 완충배터리의 금속판을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 안착시키도록 제어하는 무인비행체.The apparatus of claim 1,
Wherein the discharging battery is discharged to the outside using the actuator while the electromagnet is attached to the metal plate of the discharging battery by the generated magnetic force by generating a magnetic force in the electromagnet when discharging the discharging battery, Wherein said actuator is configured to bring said electromagnet into contact with a metal plate of said cushioning battery by said actuator to generate a magnetic force in said electromagnet and to attach said metal plate of said cushioning battery to said electromagnet by said generated magnetic force, And controls the battery to be seated on the battery mount.
상기 배터리안착부에 배터리를 탈착시키는 탈착부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석이 부착되면 상기 탈착부에서 상기 배터리안착부에서 상기 방전배터리를 탈거시키고 상기 완충배터리가 상기 배터리안착부에 안착되면 상기 탈착부에서 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착시키도록 제어하는 무인비행체.3. The method of claim 2,
Further comprising a detachable portion for detachably attaching the battery to the battery mounting portion,
Wherein the control unit detaches the discharge battery from the battery mount part when the electromagnet is attached to the metal plate of the discharge battery, and when the cushioning battery is seated in the battery mount part, the cushioning part removes the cushioning battery from the battery The unmanned aerial vehicle according to claim 1,
상기 배터리안착부에 장착된 배터리의 양 측면부에 대응하여 길이방향으로 형성된 지지부재 및 상기 지지부재에 일체형으로 수직연결된 받침부재를 포함하며, 상기 배터리가 상기 배터리안착부에 장착된 상태에서는 상기 받침부재가 상기 배터리의 하부의 일부를 양측에서 각각 받치도록 형성되고 상기 배터리의 탈거시에는 상기 배터리가 하부로 이동가능하도록 상기 지지부재가 힌지를 중심으로 회전하여 상기 받침부재가 양측으로 벌어지도록 하는 무인비행체.The apparatus according to claim 3,
And a support member formed in a lengthwise direction corresponding to both side portions of the battery mounted on the battery mount portion and a support member integrally and vertically connected to the support member in a state where the battery is mounted on the battery mount portion, And the supporting member is rotated around the hinge so that the supporting member is opened to both sides so that the battery can be moved downward when the battery is detached. .
상기 제어부는 상기 액츄에이터에 의해 상기 방전배터리를 이동시킨 후 상기 전자석에 자기력을 제거하여 상기 방전배터리를 배출하도록 제어하고, 상기 액츄에이터에 의해 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부로 이동시켜 상기 배터리안착부에 안착시킨 후 상기 전자석에 자기력을 제거하도록 제어하는 무인비행체.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit controls the actuator to move the discharge battery to remove the magnetic force from the electromagnet to discharge the discharge battery, move the cushioning battery to the battery seating unit by the actuator, And controls the electromagnet to remove the magnetic force.
상기 방전배터리를 배터리교환국의 기설정된 제1지점에 배출한 후에 상기 완충배터리가 위치한 상기 배터리교환국의 기설정된 제2지점으로 비행이동하여 상기 제2지점에 위치한 상기 완충배터리를 장착하도록 제어하는 무인비행체.The apparatus of claim 1,
A battery exchange station for discharging the discharged battery to a predetermined first point of the battery exchange station and then performing a flying movement to a predetermined second point of the battery exchange station where the cushioning battery is located to mount the cushioning battery located at the second point, .
상기 방전배터리를 배터리교환국의 기설정된 제1지점에 배출하고 상기 배출된 방전배터리를 기설정된 위치로 이송시킨 후 상기 배터리교환국의 기설정된 제2지점에 위치한 완충배터리를 상기 제1지점으로 이송시킨 후 상기 완충배터리를 착하도록 제어하는 무인비행체.The apparatus of claim 1,
The discharge battery is discharged to a first predetermined point of the battery exchange station and the discharged discharge battery is transferred to a predetermined position and then the buffer battery located at the predetermined second point of the battery exchange station is transferred to the first point And controls the cushioning battery to be attached.
상기 액츄에이터는 상기 금속판과 평행한 가상의 평면상에 X-Y축으로 이동가능하도록 구성되며 상기 제어부는 상기 전자석의 중심부와 상기 금속판의 중심부가 서로 대응되도록 상기 액츄에이터의 위치를 조정하는 무인비행체.The method according to claim 1,
Wherein the actuator is configured to be movable in an XY axis on a virtual plane parallel to the metal plate and the controller adjusts the position of the actuator such that the center of the electromagnet and the center of the metal plate correspond to each other.
상기 배터리안착부에 장착된 배터리의 충전량을 검출하는 충전량검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 충전량검출부에서 검출된 배터리의 충전량이 기설정된 기준량 이하이면 상기 배터리 교환과정을 수행하도록 제어하는 무인비행체.The method according to claim 1,
Further comprising a charge amount detector for detecting a charge amount of the battery mounted on the battery mount part, wherein the controller controls the battery exchange step to be performed when the charge amount of the battery detected by the charge amount detector is less than a preset reference amount.
상기 무인비행체의 비행시간을 검출하는 비행시간 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 비행기간 검출부에서 검출된 비행시간이 기설정된 기준시간에 도달하면 상기 배터리 교환과정을 수행하도록 제어하는 무인비행체.The method according to claim 1,
Further comprising a flight time detector for detecting a flight time of the unmanned air vehicle, wherein the controller controls the battery exchange process to be performed when the flight time detected by the flight time detector reaches a preset reference time.
상기 배터리교환국으로 비행이동하여 내부의 배터리안착부에 장착된 방전배터리를 외부로 배출하고 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착시키는 배터리 교환과정을 수행하는 무인비행체; 를 포함하는 무인비행체의 배터리 교환 시스템.A battery exchange station accommodating the discharged discharge battery and providing at least one cushioning battery; And
A battery exchange unit for performing a battery exchange process in which the battery is moved to the battery exchange station to discharge a discharge battery mounted on an inner battery mount unit to the outside and mount the damping battery to the battery mount unit; The battery exchange system of the unmanned aerial vehicle.
상기 방전배터리 및 완충배터리는 상면에 금속판이 각각 부착되며,
상기 무인비행체는 상기 방전배터리의 배출시 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 자기력으로 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 방전배터리를 상기 배터리교환국의 기설정된 제1지점으로 배출하고, 상기 완충배터리의 장착시 상기 액츄에이터에 의해 상기 전자석을 상기 완충배터리의 금속판에 접촉시킨 후 상기 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 자기력으로 상기 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 배터리교환국의 기설정된 제2지점에 있는 완충배터리를 상기 배터리안착부에 안착시키는 무인비행체의 배터리 교환 시스템.12. The method of claim 11,
The discharge battery and the cushioning battery each have a metal plate attached thereto,
Wherein the unmanned aerial vehicle generates a magnetic force in an electromagnet when the discharge battery discharges, and when the electromagnet is attached to a metal plate of the discharge battery with the magnetic force, the unmanned aerial vehicle uses the actuator to discharge the discharge battery to a predetermined first point Wherein the electromagnetic force is applied to the metal plate of the cushioning battery by the actuator when the cushioning battery is mounted and then the magnetic force is generated in the electromagnet by the actuator to attach the electromagnet to the metal plate of the cushioning battery, A battery exchange system of a unmanned air vehicle in which a cushioning battery at a second predetermined point of the battery exchange station is seated on the battery mount using an actuator.
상기 방전배터리 및 완충배터리는 상면에 금속판이 각각 부착되며,
상기 무인비행체는 상기 방전배터리의 배출시 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 자기력으로 상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시킨 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 방전배터리를 상기 배터리교환국의 기설정된 제1지점으로 배출하고 상기 배출된 방전배터리를 기설정된 위치로 이송시키고 상기 배터리교환국의 기설정된 제2지점에 위치한 완충배터리를 상기 제1지점으로 이동시킨 후 상기 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 자기력으로 상기 제1지점에 위치한 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착하여 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 완충배터리를 내부로 이동시켜 상기 배터리안착부에 장착시키는 무인비행체의 배터리 교환 시스템.12. The method of claim 11,
The discharge battery and the cushioning battery each have a metal plate attached thereto,
Wherein the unmanned aerial vehicle generates a magnetic force in an electromagnet when the discharge battery discharges, and when the electromagnet is attached to a metal plate of the discharge battery with the magnetic force, the unmanned aerial vehicle uses the actuator to discharge the discharge battery to a predetermined first point Exchanges the discharged battery with a predetermined position, moves a cushioning battery located at a second predetermined point of the battery exchange station to the first point, generates a magnetic force in the electromagnet, Wherein the electromagnetic actuator is attached to a metal plate of a cushioning battery located at a point of the battery, and the cushioning battery is moved to the inside by using the actuator to mount the cushioning battery to the battery seating part.
상기 무인비행체는 상기 방전배터리의 배출시 상기 액츄에이터에 의해 상기 방전배터리를 상기 제1지점으로 이동시킨 후 상기 전자석에 자기력을 제거하여 상기 방전배터리의 금속판으로부터 상기 전자석을 분리함으로써 상기 방전배터리를 배출하고, 상기 완충배터리의 장착시 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착된 후 상기 전자석에 자기력을 제거하는 무인비행체의 배터리 교환 시스템.The method according to claim 12 or 13,
The unmanned aerial vehicle discharges the discharge battery by moving the discharging battery to the first point by the actuator when the discharging battery is discharged and then removing the magnetic force from the electromagnet to separate the electromagnet from the metal plate of the discharging battery And removes the magnetic force from the electromagnet after the cushioning battery is mounted on the battery mounting part when the cushioning battery is installed.
상기 무인비행체는 상기 배터리안착부에 장착된 배터리의 양 측면부에 대응하여 길이방향으로 형성된 지지부재 및 상기 지지부재에 일체형으로 수직연결된 받침부재로 구성된 탈착부를 포함하며, 상기 탈착부는 상기 방전배터리의 배출시 상기 배터리가 하부로 이동가능하도록 상기 지지부재가 힌지를 중심으로 회전하여 상기 받침부재가 양측으로 벌어지도록 하고 상기 완충배터리의 장착시 상기 완충배터리가 상기 배터리안착부에 장착된 상태에서는 상기 받침부재가 상기 배터리의 하부의 일부를 양측에서 각각 받치도록 하는 무인비행체의 배터리 교환 시스템.The method according to claim 12 or 13,
Wherein the unmanned aerial vehicle includes a support member formed in a lengthwise direction corresponding to both side portions of a battery mounted on the battery mount portion and a detachment portion composed of a support member integrally and vertically connected to the support member, The supporting member is rotated around the hinge so that the battery can move downward, and the supporting member is opened to both sides. When the cushioning battery is mounted on the battery mounting part when the cushioning battery is mounted, To support a part of the lower portion of the battery on both sides of the battery.
상기 액츄에이터는 상기 금속판과 평행한 가상의 평면상에 X-Y축으로 이동가능하도록 구성되며 상기 전자석의 중심부와 상기 금속판의 중심부가 서로 접촉되도록 상기 액츄에이터의 위치가 조정되는 무인비행체의 배터리 교환 시스템.12. The method of claim 11,
Wherein the actuator is configured to be movable in an XY axis on an imaginary plane parallel to the metal plate and the actuator is positioned so that the center of the electromagnet and the center of the metal plate are in contact with each other.
상기 무인비행체는 비행시간을 검출하는 비행시간 검출부를 포함하고, 상기 비행기간 검출부에서 검출된 비행시간이 기설정된 시간에 도달하면 상기 배터리 교환과정을 수행하는 무인비행체의 배터리 교환 시스템.12. The method of claim 11,
Wherein the unmanned aerial vehicle includes a flight time detection unit for detecting a flight time and performs the battery exchange process when the flight time detected by the flight time detection unit reaches a predetermined time.
상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석이 부착된 상태에서 액츄에이터에 의해 상기 전자석을 이동시켜 상기 방전배터리를 상기 제1지점에 배출하는 단계;
상기 액츄에이터에 의해 상기 배터리교환국의 제2지점에 있는 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 밀착시키는 단계;
상기 전자석에 자기력을 발생시켜 상기 완충배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시키는 단계; 및
상기 전자석에 상기 충전배터리의 금속판이 부착된 상태에서 상기 액츄에이터를 이용하여 상기 전자석을 이동시켜 상기 완충배터리를 배터리안착부에 안착시키는 단계; 를 포함하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.When the unmanned aerial vehicle arrives at the first point of the battery exchange station, generating a magnetic force in the electromagnet to attach the electromagnet to the metal plate of the discharge battery;
Moving the electromagnet by an actuator in a state where the electromagnet is attached to a metal plate of the discharge battery to discharge the discharge battery to the first point;
Exchanging the electromagnets with a metal plate of a cushioning battery at a second point of the battery exchange station by the actuator;
Generating a magnetic force on the electromagnet to attach the electromagnet to a metal plate of the cushioning battery; And
Moving the electromagnet using the actuator in a state where the metal plate of the rechargeable battery is attached to the electromagnet to seat the rebound battery on the battery mount; The method comprising the steps of:
상기 방전배터리의 금속판에 상기 전자석을 부착시키는 단계 이후에,
탈착부에서 상기 배터리안착부로부터 상기 방전배터리를 탈거시키는 단계를 더 포함하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.19. The method of claim 18,
After the step of attaching the electromagnets to the metal plate of the discharge battery,
Further comprising the step of detaching the discharge battery from the battery mounting part in the detachable part.
상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 안착시키는 단계 이후에,
상기 탈착부에서 상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착시키는 단계를 더 포함하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.19. The method of claim 18,
After the step of seating the shock-absorbing battery in the battery mount,
And attaching the buffer battery to the battery mount part in the detachable part.
상기 완충배터리를 상기 배터리안착부에 장착시키는 단계 이후에,
상기 전자석에 자기력을 제거하는 단계를 더 포함하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.21. The method of claim 20,
After the step of mounting the shock-absorbing battery to the battery mount,
Further comprising the step of removing a magnetic force to the electromagnet.
상기 방전배터리를 배출하는 단계는,
상기 액츄에이터에 의해 상기 방전배터리가 상기 제1지점으로 하강이동되면 상기 전자석에 자기력을 제거하여 상기 전자석을 상기 방전배터리의 금속판으로부터 분리하는 단계; 및
상기 액츄에이터에 의해 상기 전자석을 기설정된 거리만큼 내부로 상승이동시키는 단계; 를 포함하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.19. The method of claim 18,
The step of discharging the discharge battery includes:
Separating the electromagnet from the metal plate of the discharge battery by removing magnetic force to the electromagnet when the discharge battery is moved downward to the first point by the actuator; And
Moving the electromagnet upward by a predetermined distance by the actuator; The method comprising the steps of:
상기 액츄에이터는 상기 금속판과 평행한 가상의 평면상에 X-Y축으로 이동가능하도록 구성되며 상기 전자석의 중심부와 상기 금속판의 중심부가 서로 대응되도록 상기 액츄에이터의 위치가 조정되는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.19. The method of claim 18,
Wherein the actuator is configured to be movable in an XY axis on a virtual plane parallel to the metal plate and the actuator is adjusted in position so that the center of the electromagnet and the center of the metal plate correspond to each other.
상기 무인비행체의 비행시간검출부에서 상기 무인비행체의 비행시간을 실시간으로 검출하고 상기 검출된 비행시간이 기설정된 기준시간에 도달하면 상기 제1지점으로 비행이동하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.19. The method of claim 18,
The method comprising: detecting a flight time of the unmanned aerial vehicle in real time in a flight time detector of the unmanned aerial vehicle and flying to the first point when the detected flying time reaches a preset reference time.
상기 무인비행체가 상기 완충배터리가 위치한 상기 제2지점으로 비행이동하는 단계를 더 포함하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.19. The method of claim 18, further comprising: after discharging the discharge battery,
And moving the unmanned aerial vehicle to the second point where the cushioning battery is located.
상기 제1지점에 배출된 방전배터리를 기설정된 장소로 이송시키는 단계; 및
상기 제2지점의 완충배터리를 상기 제1지점으로 이송시키는 단계; 를 더 포함하는 무인비행체의 배터리 자동 교환 방법.19. The method of claim 18, further comprising: after discharging the discharge battery,
Transferring the discharge battery discharged at the first point to a predetermined place; And
Transferring the cushioning battery of the second point to the first point; The method comprising the steps of:
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