KR20180098293A - 드론을 위한 자율 도킹 스테이션 - Google Patents

Abstract

드론/드론들을 위한 자율 착륙/이륙, 저장, 재충전 및/또는 배터리 교체를 가능하게 하는 도킹 스테이션/스테이션들에 의해, 드론들의 짧은 배터리 수명 및 고립되거나 떨어져 있는 서비스 지역들에서의 작동 문제에 대한 솔루션. 스테이션은 하나 이상의 착륙/이륙 셀; 적어도 두 개의 도킹/저장 셀; 상기 착륙/이륙 셀들 및 도킹/저장 셀들 내에서 상기 드론들을 수송하도록 구성된 전이 폐쇄 루프 시스템; 및 상기 멀티 셀 스테이션의 자율 제어, 작동 및 관리를 위해 구성된 제어 수단을 포함하되, 상기 하나 이상의 착륙/이륙 셀 및 적어도 두 개의 도킹/저장 셀의 각각은 이웃하는 셀들과 적어도 두 측을 공유하는, 드론들을 위한 멀티 셀 스테이션이다. 저장된 드론들을 재충전시키기 위한 재충전 메커니즘 및 드론들을 스테이션의 셀들 내에서 순환시키기 위한 전이 메커니즘이 또한 제공된다.

Description

드론을 위한 자율 도킹 스테이션

본 발명은 드론 도킹 스테이션들과 관련된다. 특히, 본 발명은 원격 무선 감속 및 제어를 사용하여 자동 착륙, 이륙, 도킹 및 전기 재충전을 하기 위한 모듈식, 가변 도킹 스테이션들과 관련되며, 이들은 특히 연속적인 미션들 또는 고립되거나 떨어져 있는 지역들의 서비스에 바람직하다.

드론들은 주로 그것들의 자율 역량들에 기인하여 광범위한 적용을 위해 사용되고 있다. 드론들은 이미 농업, 보안, 소포 수송, 3D 매핑, 파이프라인 모니터링, 구성, 그 보다 더욱 많은 것을 포함하여 다양한 산업을 지원하기 위해 이용되고 있다.. 드론들을 위한 자율 적용들은 참으로 무궁무진하나, 그것들은 보통 그것들의 짧은 배터리 수명에 의해 충족되지 않는 비행 시간을 필요로 한다. 구체적으로, 드론 배터리는 단지 15분 내지 20분 사이의 비행 시간을 제공할 수 있으며(유상하중, 풍황 등에 따라) 이는 가장 획기적인 자율 적용이라도 매 15분마다 매우 번거롭게 만들거나 그에 따라 드론은 수동으로 재충전되기 위해 착륙해야만 한다. 이러한 그리고 몇몇 다른 요인은 상업적 용도들을 위한 드론들의 사용을 번거롭게 그리고 드론들을 착륙, 재충전 및 재론치시켜야 하는 파일럿들에 의존하게 만든다.

순차적인 론치에 가능성 있게 유용한, 복수의 드론의 거처가 되는 스테이션들은 종래 기술, 구체적으로 WO 2016/130112 및 WO 2015/195175에 설명된다. 그러나, 이러한 스테이션들은 여전히 드론 배터리의 인간 조력 충전을 필요로 하고 각 스테이션의 자원들의 적어도 누적된 양을 소모하는 독립형 착륙 및 이륙 스테이션들의 집적 구조들이다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 결점들을 극복하는 드론들의 착륙, 이륙, 재충전 및 도킹을 위한 멀티 셀 스테이션을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 드론들의 자율 착륙, 이륙, 재충전 및 도킹을 위한 멀티 셀 스테이션에 단지 원격 감독 및 제어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 드론들의 자율 착륙, 이륙, 재충전 및 도킹을 위한 모듈식, 가변 멀티 셀 스테이션을 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 그리고 다른 목적들 및 실시예들은 본 설명이 진행됨에 따라 명백해질 것이다.

하나의 양상에서, 본 발명은 드론/드론들을 위한 자율 착륙/이륙, 저장, 재충전 및/또는 배터리 교체를 가능하게 하는 도킹 스테이션/스테이션들에 의해, 드론들의 짧은 배터리 수명 및 고립되거나 떨어져 있는 서비스 지역들에서의 작동 문제에 대한 솔루션을 제공한다.

이러한 솔루션은 특히 민간 드론들에 대해, 완전 자율 미션들을 가능하게 한다. 나아가, 드론들의 멀티 도킹을 위한 이러한 솔루션은 파일럿의 중개를 탈피하고 드론들의 이륙, 비행, 정확한 착륙, 재충전, 미션 업로드 및 저장을 용이하게 함으로써 완전한 미션 자율성을 가능하게 한다. 이는 물론, 유용성을 크게 향상시키고 운용 비용을 크게 줄인다.

상기한 내용을 고려하여, 본 발명은 하나의 특정한 실시예에서 드론들을 위한 멀티 셀 스테이션을 제공하며, 상기 멀티 셀 스테이션은:

하나 이상의 착륙/이륙 셀;

적어도 두 개의 도킹/저장 셀;

상기 착륙/이륙 셀들 및 도킹/저장 셀들 내에서 상기 드론들을 수송하도록 구성된 전이 폐쇄 루프 시스템; 및

상기 멀티 셀 스테이션의 자율 제어, 작동 및 관리를 위해 구성된 제어 수단을 포함하되,

상기 하나 이상의 착륙/이륙 셀 및 적어도 두 개의 도킹/저장 셀의 각각은 이웃하는 셀들과 적어도 두 측을 공유한다.

또 다른 측면에서, 착륙/이륙 스테이션 및 저장 스테이션 양자의 설계는 모듈식이고 가변이다. 적용예가 단지 하나의 드론이 사용될 것을 필요로 한다면, 단일 착륙/이륙 스테이션이 충분하다. 그러나 적용예가 많은 드론을 필요로 한다면, 소요 저장 스테이션들이 착륙/이륙 스테이션에 연결되어 드론들이 저장 및 충전되기 위한 보다 큰 스테이션을 생성할 수 있다.

본 발명의 상기 멀티 셀 스테이션은 기본적으로 드론들을 도킹시키기 위한 복수의 셀을 포함하며, 이때 하나 이상의 셀은 적어도 두 개의 도킹 셀에 이웃하는 착륙 및 이륙 셀들이고, 각 도킹 셀은 도킹 또는 착륙 및 이륙 셀들일 수 있는 이웃하는 셀들과 적어도 두 측을 공유한다. 나아가, 상기 셀들이 형성하는 구조는 모듈식이고 가변이다, 즉 상기 구조는 하나 이상의 층에 드론들을 도킹시키기 위한 셀들의 추가로 확장될 수 있다.

상기 스테이션 내로 그리고 외로의 상기 도킹 드론들의 상기 착륙 및 이륙을 가능하게 하기 위해, 상기 스테이션은 각각, 상기 도킹 셀들로부터 상기 착륙/이륙 셀로 그리고 상기 착륙/이륙 셀로부터 상기 도킹 셀들로 상기 드론들을 전진시키기 위한 전이 메커니즘을 포함한다. 임의의 적합한 전이 메커니즘이 상기 셀 구조 내 드론들의 연속적인 순환에 적용가능할 수 있다. 특정 예들은 폐쇄 루프 궤도, 궤도 이설 바, 궤도 이설 체인 및 바퀴 간격 궤도일 수 있다.

전이 메커니즘의 특정 구현예는:

폐쇄 루프 궤도 체인;

중앙 톱니 바퀴;

사이드 톱니 바퀴;

폐쇄 루프 벨트; 및

상기 중앙 톱니 바퀴와 추축/축방향으로 연통하는 모터를 포함하되,

상기 폐쇄 루프 궤도 체인은 상기 중앙 톱니 바퀴를 감싸고,

상기 중앙 톱니 바퀴는 콘의 바닥에서의 상기 모터와 축 방향으로 연통하고, 상기 콘은 뒤집힌 상태로 구성되어 상기 드론의 거처가 되며,

상기 폐쇄 루프 벨트는 상기 톱니 바퀴 및 상기 사이드 톱니 바퀴의 바닥을 감싼다.

이는 설명에서 더 상세하게 설명되고 첨부 도면들에 예시된다.

또 다른 특정한 실시예에서, 멀티 셀 스테이션은 그것들의 도킹 스테이션들에서 드론들을 재충전시키기 위한 자율 작동 재충전 메커니즘을 더 포함한다. 이러한 재충전 메커니즘은 상기 드론들의 이륙 이전 재충전 및 연결 해제를 위한 자율 연결을 가능하게 한다. 나아가, 상기 재충전 메커니즘은 상기 드론들을 재충전하기 위한 단일 폐회로를 포함하고 모든 도킹 셀에 전기 회로를 설치하지 않고 복수의 드론의 동시 재충전을 가능하게 하도록 구성된다.

하나의 특정한 실시예에서, 상기 재충전 메커니즘은 다음 어셈블리로 구현된다:

상기 착륙/이륙 셀 및 도킹/저장 셀의 커버의 내측 상의 상부 끌어당김 디바이스; 및

상기 착륙/이륙 셀 및 도킹/저장 셀 내에 거꾸로 위치되는 콘의 바닥에서의 접촉부,

상기 드론 위 상기 스프링 장전 포고 핀 및 끌어당김 디바이스가 회로를 폐쇄하도록 구성되고,

상기 드론의 하측 단부에서의 상기 스프링 장전 포고 핀 접촉부들 및 상기 콘의 바닥에서의 접촉부들이 회로를 폐쇄하도록 구성된다.

자율 작동을 완전하게 만들기 위해, 하나의 특정한 실시예에서, 저장된 드론들에 요청되는 비행 미션들에 따라 그것들의 비행 스케줄을 조정하는 전용 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 드론들을 도킹시키기 위한 상기 멀티 셀 스테이션의 감독, 작동 및 관리가 이루어진다. 드론에 미션이 요구될 때, 상기 소프트웨어는 현재 상기 착륙 및 이륙 셀에 도킹되어 있는 상기 드론을 턴 온하고 상기 셀의 뚜껑을 열어야 함을 상기 스테이션에 통지한다. 상기 뚜껑은 상기 소프트웨어로부터 명령시 상기 뚜껑을 개폐하는 모터에 연결된다. 상기 드론이 온되고 상기 스테이션의 상기 뚜껑이 열렸으면, 상기 드론은 자유롭게 상기 스테이션에서 떠나 상기 미션을 시작한다. 상기 드론이 수직으로 이륙하고 상기 드론이 상기 스테이션에서 없어지면 상기 뚜껑이 다시 닫힌다. 그러한 루틴과 연관되어, 또 다른 특정한 실시예에서, 본 발명의 상기 멀티 셀 스테이션에서의 상기 전이 메커니즘은 이웃 셀에 도킹되어 있는 드론을 상기 착륙/이륙 셀로 전진시킨다.

상기 미션이 완료되거나 상기 드론 상의 상기 배터리가 떨어져 가고 있을 때, 상기 드론은 재충전 및 저장을 위해 상기 스테이션으로 귀환 비행한다. 하나의 실시예에서, 상기 드론은 상기 도킹 스테이션의 좌표들로 귀환 비행하기 위해 그것의 온-보드 GPS를 사용한다. 그러나, 상기 GPS는 그것이 몇 미터 편차를 가지기 때문에 상기 스테이션에 상기 드론을 정확하게 착륙시키기에 충분히 정확하지 않다. 그에 따라, 또 다른 특정한 실시예에서, 본 발명은 멀티 셀 스테이션으로 그리고 그것으로부터 드론을 정확하게 항행시키기 위한 자율 네비게이션 시스템을 포함한다. 이러한 시스템은 상기 드론 상의 상기 온-보드 GPS, 온-보드 카메라 및 이미지 프로세싱을 위한 보완 소프트웨어 및 상기 스테이션에의 IR(적외선) 비콘을 포함한다. 상기 드론의 상기 온-보드 GPS는 그것을 상기 스테이션 부근으로 가져간다. 그 다음 상기 이미지 프로세싱 기술을 갖는 상기 온-보드 카메라는 상기 스테이션으로부터 적외선 빛을 방출하는 비콘을 찾아 자동 추적한다. 상기 드론 상의 상기 카메라는 상기 빛을 찾아 자동 추적하고 상기 드론을 상기 스테이션의 중심에 있는 상기 비콘 위에 정확하게 착륙시키도록 제어한다.

이미지 프로세싱 솔루션에 추가적으로, 또는 대안적으로, 실시간 운동학(RTK, real-time kinematics) 기술이 상기 드론들의 상기 스테이션에의 정확한 착륙에 적합할 수 있다.

본 발명의 상기 멀티 셀 스테이션들은 일년 내내 상기 스테이션에 있을 때 상기 드론들을 다양한 날씨 상황으로부터 보호하도록 설계된다. 이러한 스테이션들은 현장 서비스를 위해 구성되고 그에 따라 필요할 때는 상기 드론이 언제든 미션을 위해 떠나게 한다. 그에 따라, 하나의 특정한 실시예에서, 본 발명의 상기 멀티 셀 스테이션은 외부 상황을 검출하는 센서들의 어레이를 더 포함한다. 이러한 센서들은 비행 미션을 시작할지 또는 그것을 연기할지를 결정하기 위한 날씨 데이터 이를테면 바람, 온도, 기압 데이터, 습도 및 강수 상황 및 일기 예보를 제공한다. 상기 시스템은 악천후 상황, 예를 들어, 비 및/또는 바람에서 작동하도록 구성됨에 따라, 상기 스테이션에서의 모든 전자장치가 물 침투 및 손상으로부터 지켜진다는 것이 주의되어야 한다. 나아가, 상기 스테이션에는 또한 습기의 응결이 상기 스테이션에 축적되지 않는다는 것을 확실하게 하기 위해 적절한 배수 능력들 및 공기 순환을 제공하기 위해 구성되는 유체 및 공기 정화 디바이스들 및 장치들, 이를테면 팬들 및 공기 조절 채널들이 설치될 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 상기 스테이션의 제어를 원격 제어 수단 및 통신 스테이션으로 그리고 비행 미션을 원격 데이터베이스로 중계하도록 구성된다. 상기 원격 제어 및 감독 성능들에 비해, 그러한 원격 수단은 연속하여 론치되는 드론들에 할당되는 서브 미션들로 나눠지는 연속 비행 미션들의 관리를 가능하게 한다. 이러한 성능들은 멀티 셀 스테이션에 저장 및 도킹되는 복수의 드론의 가능한 자율적인 드론 작동 및 집중 제어를 위한 본 발명의 범위에 따른다.

다름은 본 발명의 특정한 대표적인 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 더 상세하게 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술의 착륙/이륙 및 도킹 스케이션을 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 모듈식 가변 멀티 셀 스테이션을 예시한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 멀티 셀 스테이션의 특정한 구성들을 예시한다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 전이 시스템을 예시한다.
도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 멀티 셀 스테이션의 드론들의 재충전 메커니즘을 예시한다.
도 6은 본 발명의 멀티 셀 스테이션에서의 셀의 착탈가능한 측을 예시한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 도킹/론치 스테이션에서의 드론의 착륙 및 이륙 위치들을 예시한다.
도 8은 본 발명의 온-보드 전기 회로를 제시한다.
도 9는 본 발명의 멀티 셀 스테이션에 저장된 드론들을 위한 광전지 재충전면을 예시한다.
도 10은 본 발명의 멀티 셀 스테이션을 제어하기 위한 무선 원격 제어 시스템을 예시한다.
도 11은 본 발명의 멀티 셀 스테이션의 자율적인 드론 제어 및 작동을 위한 대표적인 흐름도이다.

도 1a 및 도 1b는 착륙/이륙 및 저장 목적에 맞는, 현재 사용되고 있는 드론 스케이션들을 예시한다. 그러한 스테이션이 포함하는 주요 구성요소들은 셀 자체(1A), 콘 형상의 착륙/이륙 및 도킹 허브(6A) 및 열고 드론(4A)이 이륙하게 하며 저장을 위해 닫기 위한 슬라이딩 커버(2A)이다.

본 발명의 바람직한 개념은 도 2a 내지 도 2e에 예시되며, 여기서 멀티 셀 스테이션(100)의 상이한 구성들이 이웃하는 셀들 및 하나 이상의 착륙/이륙 셀(3)과 공유되는 적어도 두 개의 측을 갖는 서로 인접한 복수의 도킹 셀(1)을 포함한다. 드론들(4)의 거처가 되는 도킹 콘들(6)은 도 2d에 개략적으로 예시되며, 여기서 콘들은 그것들 및 그것들 내부의 드론들(4)을 셀들(1)을 통해 순환시키기 위한 전이 메커니즘 상에 장착된다. 다층 스테이션(100)이 또한 모든 셀(1)에서의 모든 드론(4)을 또는 단지 착륙/이륙 셀(3)이 구비되는 층에서의 드론들을 서비스하는 하나 이상의 착륙/이륙 셀(3)을 도시하는 도 2c 및 도 2b에 예시된다.

하나보다 많은 드론이 요구되는 다양한 적용예, 예를 들어, 보안 적용예들 또는 긴급 적용예들이 있다. 드론을 스테이션(100)에 착륙시킬 때, 뚜껑(2)은 열려야 한다. 이를 위해, 이전에 논의된 바와 같이 스테이션에 드론을 정확하게 착륙시키기 위한 이미지 프로세싱 기술이 제공된다. 현재 기술은 복수의 드론에 대해, 각 드론이 그 자체의 도킹 스테이션을 가능성 있게 필요로 할 수 있는 것이다. 그러나 이는 드론의 이륙 및 착륙에 전용되는 스테이션이 그것을 작용하게 만들기 위해 추가 기술들을 필요로 하기 때문에 비용이 많이 든다. 본 발명의 모듈식 스테이션(100)은 고객을 위해 비용을 낮추기 위해 그러한 상황들에서의 어려움들을 극복한다. 기본적으로, 스테이션(100)은 위에서 논의된 바와 같은 단지 하나의 이륙 및 착륙 셀(3)을 사용하고 그것에 도킹 또는 저장 셀들을 추가하는 것을 가능하게 한다. 이러한 모듈식 솔루션은 도 2e에 예시되고 모든 스테이션 구성이 도 2a 내지 도 2e 및 도 3a 내지 도 3c에 개괄적으로 예시된다.

저장 셀들(1)은 착륙/이륙 셀(3)에 부착된다. 그것들이 연결되면, 그것들은 복수의 드론이 도킹되기 위한 보다 큰 스테이션을 생성한다. 드론들은 착륙/이륙 셀(3)에서 단지 착륙 및 이륙만을 하고, 그에 따라 착륙/이륙 셀(3)과 구분되는 기술들이 요구된다. 도킹/저장 셀들(1)은 끌어당김 뚜껑을 필요로 하지 않고 정확한 착륙 기술을 필요로 하지 않으며, 이들 양자는 스테이션에 추가 비용을 추가하는 것이다. 그에 따라, 본 발명은 복수의 드론이 가장 효율적으로 그리고 비용 효율적인 방식으로 사용되게 한다.

그것이 하나보다 많은 드론을 동시에 론치 또는 수용해야 할지도 모를 경우 복수의 착륙/이륙 셀(3)이 또한 추가될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3c는 셀들에서의 드론들을 부분 또는 전부 서비스하는 하나 이상의 착륙/이륙 셀(3)을 갖는 단층 멀티 셀 스테이션(100)의 추가 구성들을 예시한다. 두 개의 대향하는 착륙/이륙 셀(3)을 갖는, 이를테면 도 3b 및 도 3c에 예시된 스테이션의 구성은 두 개의 드론(4)의 동시 론치를 동시에 가능하게 하여, 보다 효율적인 것으로 드러날 수 있다.

도킹 셀들(1) 상의 벽들(1a), (1b)은 요구될 때 도 6에 예시된 바와 같이 저장 스테이션들을 그것들에 연결하기 위해 제거될 수 있도록 설계된다. 이는 스테이션(100) 내에 개방 공간을 생성하며, 이는 전이 시스템의 스테이션(100) 내 설치 및 작동을 가능하게 한다.

그 다음 도킹/저장 셀들(1)은 용이하게 연결되고 복수의 드론(4)을 저장할 수 있는 큰 스테이션(100)을 생성한다. 추가되는 각 셀(1)은 추가 드론이 스테이션(100)에 도킹될 수 있게 한다. 이를 관련된 솔루션으로 만들기 위한 최소 구성은 네 개의 드론(4)을 홀딩할 수 있는 스테이션을 이루는 하나의 착륙/이륙 셀(3) 및 세 개의 도킹/저장 셀(1)을 갖는 것이다. 이에 대한 이유는 드론들이 그것들이 착륙하는 시간부터 그것들이 이륙하는 시간까지 폐루프 회로를 따를 것이 요구되기 때문이다. 그러나, 폐루프 구성을 유지하는 이러한 솔루션을 위해 구현될 수 있는 복수의 구성이 있다. 많은 양의 드론이 요구된다면, 많은 저장 스테이션이 위에서 논의된 도면들에 예시된 바와 같이 추가될 수 있다.

전이 시스템을 보다 상세하게 언급하면, 드론들(4)이 착륙/이륙 스테이션들에 착륙할 때, 그것들은 콘 형상의 디바이스(6)에 착륙한다. 드론(4) 상의 원뿔 모양 다리들(도 7a, 4b)이 셀(3)에서의 콘(6)과 맞아 셀(3)에 있을 때 밀리미터 정밀도를 가능하게 한다. 콘들(6)은 드론들(4)을 셀에서 셀로 전달하는 도 4a 내지 도 4e에서의 체인(5)으로서 예증되는, 전이 시스템에 연결된다. 도킹/저장 셀들(1)이 추가되어 모듈식 스테이션(100)을 만들 때, 드론(4)을 홀딩하기 위해 사용되는 콘(6)은 셀들 간 전이를 돕기 위해 바퀴들(7)을 구비한다. 도 4a 내지 도 4e는 콘들(6)의 전이를 돕기 위해 사용되는 전이 시스템, 예를 들어, 체인(5) 및 바퀴들(7)을 예시한다.

드론이 정확한 착륙하는 것을 돕기 위해 사용되는 원뿔 형상 다리들에 대한 드론들의 다리들(4b)이 도 7a 내지 도 7에 도시된다. 정확한 착륙은 위에서 언급된 바와 같이 이미지 프로세싱으로 이루어지나, 원뿔 형상 다리들은 그것이 착륙하고 있을 때 드론의 스테이션에서의 위치 미세 조정을 돕는다. 다리들(4b)은 또한 드론이 착륙/이륙 스테이션(3)에 착륙될 때 프로펠러들을 보호하는 역할을 하는 프로펠러들의 가장 먼 지점을 지나 연장된다. 다리들(4b)은 45도의 각도로 위치된다. 다리들(4b)의 바닥은 3면 직사각형 형상(4c)을 형성하며 이는 드론이 필요할 경우 스테이션 밖에 착륙하게 하고 또한 유상하중에 대한 최적의 시야를 제공한다.

드론들의 가장 중요한 특징들 중 몇몇이 아래에서 논의된다.

비행 제어기 - 비행 제어기는 드론 상의 가장 중요한 구성요소이다. 비행 제어기는 드론의 "뇌"이다. 그것은 모든 전기적 구성요소에 연결되고 그것들을 전부 드론의 비행을 가능하게 하도록 제어한다. 본 발명은 다양한 비행 제어기와 작동하고 그에 따라 우리의 솔루션을 갖고 다양한 드론을 사용한다. 명백히, 드론의 크기는 상업적 용도들을 위해 드론들을 사용할 때 중요한 요인이다.

크기 - 본 발명은 상업적 용도들을 위해 설계되고 그에 따라 연장된 시간의 양 동안 상대적으로 무거운 유상하중(평균 0.5 kg - 3kg)을 운반하기에 충분히 큰 드론들을 사용한다. 현재 사용되고 있는 드론들은 가장자리에서 가장자리까지 미터 길이를 조금 넘는다. 중요한 것은 스테이션들이 크기가 최소이도록 만들어지나 계속해서 드론들이 도킹되기에 충분한 공간을 가능하게 한다는 것이다. 또한 스테이션들은 단지 드론들이 착륙/이륙 스테이션에서 저장 스테이션들로 전이하게 하는 데 딱 적정한 규모이다.

도 7a 내지 도 7c는 콘 형상 다리들(4b) 및 드론을 수용하기 위해 사용되는 셀(3) 내 콘(6)을 도시한다. 이러한 도면들은 또한 드론 다리들(4b)이 스테이션의 측 상에 착륙하더라도, 다리들의 각도는 여전히 드론이 콘(6)으로 이동하게 하며 드론들이 셀로 착륙시 편차를 보다 허용되게 한다는 것을 나타낸다.

착륙/이륙 셀들(3) 및 저장 셀들(1) 양자의 중심에는, 폐쇄 루프 체인(5)이 감싸지는 상측 부분(8b) 및 축을 중심으로 한 회전을 위해 폐쇄 루프 벨트(9)를 갖고 사이드 바퀴(1)와 연결되는 하측 부분(8a)을 갖는 중앙 톱니 바퀴가 있다. 모터(11)는 체인(5)의 움직임에 따른 콘(6)의 움직임을 보장하기 위해 중심측이 되는 위치에서 일측 상이 드론(6)의 바닥에 그리고 타측 상이 상측 부분(8b) 중앙 톱니 바퀴(8b)에 연결된다. 착륙/이륙 셀(1)에서의 중앙 톱니 바퀴(8a, 8b)는 피니언(pinion)으로서의 역할을 하고 모터가 달려 모든 드론(4)이 셀들의 어레이를 통해 순환하게 만든다. 이는 베터리가 방전된 드론(4)이 스테이션에 진입할 때 일어나고 가장 오래(그리고 그에 따라 배터리가 충전된) 스테이션에 있었던 드론이 이륙하도록 요구된다. 사이드 바퀴(10)는 착륙/이륙 셀(1)에서 그것의 축 주위 중심 톱니바퀴(8a, 8b)의 안정한 축을 중심으로 한 회전을 보장하여 모든 콘(6)이 그것들 내 드론들(4)과 회전하고 셀을 그것들이 바로 있었던 셀 다음 셀로 이동하게 만든다.. 이는 도 4a 내지 도 4e에서 전이 시스템을 추진하는 착륙/이륙 스테이션에서의 기어 및 모터에 예시된다.

도 5a 내지 도 5l에 더 상세하게 예시되고 예증될 바와 같이 드론들이 스테이션에 있을 때 그것들의 재충전을 위해 필요한 전기 접촉부들을 갖는다. 모든 전기 접촉부는 드론의 회전과 무관하게 접촉을 보장하기 위해 원형이다. 도 4b는 이전에 논의되었던 콘(6)의 바닥의 접촉부(12)를 도시한다. 도 4c는 콘(6)에서의 접촉부(12)에 연결되는 콘(6) 아래에 있는 접촉부(13)를 도시한다. 재충전 방법은 착륙/이륙 셀에서와 동일한 방법으로 작용한다. 모든 도킹/저장 셀(1)은 착륙/이륙 셀(3)의 전자장치들에 연결되며, 그에 따라 셀들의 전체 어레이에 대해 단지 하나의 충전기 및 전기 회로가 요구된다. 자율 재충전을 가능하게 하기 위해, 네 개의 연결부로 전기 회로를 닫는 것이 요구된다. 두 개의 연결은 원뿔 형상 디바이스(6)로부터 드론(6)과 접촉하게 되고 둘은 셀의 지붕으로부터 끌어당김 디바이스(도 5c 내지 도 5e에서의 28)로부터 접촉하게 된다. 도 5c는 충전 패드(15) 및 끌어당김 디바이스(28)를 예시한다. 각 도킹/저장 셀(1)은 또한 이러한 유닛을 구비하고 드론들(4)이 도킹/저장 셀(1)로 이동될 때 접촉부들이 충전을 위해 재연결된다.

끌어당김 디바이스(28)는 드론 위 포고 핀들(14)과 연결하기 위해 그것의 바닥면의 끌어당김 디바이스 접촉부들(15a)을 운반하는 하측 원형 패드(15)를 포함한다. 패드(15)는 직사각형 중공 프레임(19), 중공 프레임(19) 내 나사(16) 및 너트(18), 나사(16) 상에 장착되고 나사(16)의 수직 모션의 연장을 프레임(19)의 상부로 제한하는 상부 스토퍼(20) 및 재충전을 위해 회로를 닫기 위해 끌어당김 디바이스(28)를 하강 및 상승시키기 위한 리드 나사에 모터(32) 위를 연결하는 연결기(17)를 포함하는 수직 하강 어셈블리로 홀딩된다. 도 5d는 드론의 상부 상의 포고 핀들(14)과 맞는 접촉부들(15a)을 갖는 하측 패드(15)를 도시하는 끌어당김 디바이스(28)의 보다 면밀한 모습을 예시한다. 도 5f 및 도 5g는 각각, 패드(5)와 분리 및 연결 상태들의 핀들(15)을 도시한다. 도 5a 및 도 5b는 각각, 콘(6) 내 정착된 위치에 있는 드론(4) 및 두 개의 전기 접촉부를 폐쇄하기 위해 드론의 상부 상의 두 개의 포고 핀(14)을 갖는 드론(4)을 도시한다. 도 5e는 회로를 드론의 상부 쪽으로 하강시키고 패드(15) 포고 핀들(14)로 폐쇄하기 위한 끌어당김 디바이스(28)를 도시한다.

각 도킹/저장 셀(1)은 콘(6)의 바닥에서의 접촉 핀(27)에 연결되는 핀(도 5l에서의 29)을 갖는다. 핀(27)은 밀어 붙여져 스프링 장전(23)되며, 이는 드론의 사선 다리들 및 측면 프레임을 홀딩하는 조인트(22)의 바닥 상의 접촉부(도 5i 내지 도 5l에서의 30)로 회로를 폐쇄하는 것을 가능하게 한다. 이는 이전에 언급된 바와 같이 재충전을 위해 회로를 폐쇄하기 위해 바닥의 두 개의 접촉부를 폐쇄한다. 이러한 솔루션은 바닥 접촉부(30)가 도킹/저장 셀(1)에 있을 때 착륙/이륙 셀(3)의 전자장치들에 연결되는 것을 가능하게 한다.

도킹/저장 셀들(1)이 착륙/이륙 셀(3)에 연결될 때 드론이 도킹/저장 셀(1)에 있을 때 도킹/저장 셀들(1)이 드론(4)의 배터리들을 재충전시키는 것을 가능하게 하는 전기 접촉부들이 있다. 도킹 저장 셀들(1)을 착륙/이륙 셀(3)에서의 전기 회로에 연결함으로써, 비용이 이전보다 한층 삭감되고 도킹 저장 셀들(1)에 있을 때에도 계속해서 충전을 가능하게 하기 위한 빠르고 간단한 방식을 가능하게 한다.

위에서 상세하게 설명된 바와 같이, 본 발명은 드론이 스테이션에 착륙되었을 때 자율 충전을 관리하는 온-보드 회로를 제공한다. 현재 사용되고 있는 드론들은 6-셀 배터리들을 갖는다. 그것들을 적절하게 충전하기 위해, 그것들은 균형 맞춰 충전될 필요가 있다, 즉 모든 셀이 동일한 속도로 충전될 필요가 있다. 이는 모든 셀이 함께 충전되고 균형이 맞춰짐을 확실히 하기 위해 배터리의 플러스 및 마이너스 및 추가 7개의 리드가 충전기에 연결함으로써 이루어진다. 본 발명은 자율 충전을 필요로 하기 때문에 충전을 가능하게 하기 위해 폐쇄되어야 하는 회로들의 양은 최소이어야 한다.

이를 위해, 드론은 드론 상에 안착하는 온-보드 회로를 포함하고 배터리의 충전 균형을 관리한다. 이는 다른 7개의 리드가 아닌 단지 배터리의 플러스 및 마이너스를 연결하는 것을 가능하게 한다. 충전하기 이전에 드론이 턴 오프되는 것이 중요하고 그에 따라 온-보드 회로는 마이크로컨트롤러(마이크로컨트롤러는 스테이션에서 "뇌"이다)에 연결되는 두 개의 추가 전기 리드를 갖고 마이크로컨트롤러가 드론 턴 오프 신호를 제공할 때 충전을 위해 충전기에 연결된다.

도 8은 재충전을 위한 전기 회로들의 상이한 구성요소들로 회로들을 폐쇄하는 다음 접촉 기능들을 갖는 온-보드 전기 회로를 제시한다:

회로는 그것 상에 네 개의 플러그를 갖는다.

1. 배터리 플러그.

a. 배터리는 이러한 플러그에 직접 연결된다.

2. 드론 플러그.

a. 이러한 플러그는 드론에 연결되고 배터리가 배터리 플러그에 연결될 때 드론에 전력을 제공한다.

3. 충전기 플러그.

a. 이러한 플러그는 드론 상의 두 개의 포고 핀(14)에 연결되고 이러한 상태에 있을 때 충전판들(15)과 접촉하게 된다.

4. 신호 플러그.

a. 이러한 플러그는 또한 두 개의 포고 핀(14)에 연결되고 셀에서의 두 개의 판(접촉부(15a)를 통한 15)과 접촉하게 된다. 이러한 판들은 마이크로컨트롤러에 연결되고 마이크로컨트롤러 상의 신호가 너무 낮아질 때 회로 상의 트랜지스터가 그것의 기능을 전환하고 드론 플러그를 "분리"하며 충전 플러그를 "연결"하고 드론이 턴 오프되게 그리고 배터리가 재충전되게 한다.

하나의 특정한 실시예에서, 드론들에 사용되는 배터리들은 몇몇 셀로 나눠지는 리튬 폴리머 배터리이다. 드론의 크기에 따라, 상이한 양들의 셀들을 갖는 상이한 배터리들이 사용된다. 현재 사용되고 있는 드론들은 6-셀 리튬 폴리머(또는 리포) 배터리와 작동한다. 본 발명의 재충전 시스템은 모든 유형의 리포 배터리와 작용하고 6-셀 배터리들로만 제한되지 않는다.

도킹 스테이션은 마이크로컨트롤러 및 인터넷 연결을 위해 사용되는 통신 디바이스로 제어된다. 마이크로컨트롤러는 다음을 포함하여 스테이션을 실행하는 모든 물리적 요소를 관리한다:

· 뚜껑을 개/폐하기 위해 모터에 전력을 제공

· 마이크로 스위치들에 연결하는 것은 모터를 중단해야 할 때를 결정

· 폐쇄될 때 뚜껑을 잠그기 위해 솔레노이드에 연결됨

· 정확한 착륙을 위해 비콘에 연결됨

· 충전 패드를 위해 다른 모터에 연결됨

· 배터리 재충전을 위해 충전기에 연결됨

· 충전 전 그것을 턴 오프하고 이륙 전 그것을 턴 온하기 위해 드론에 연결됨

스테이션은 다수의 방식; 벽 콘센트, 카 잭, 또는 다른 전원들에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 예를 들어 스테이션이 전통적인 전력 공급원들이 이용가능하지 않은 영역에 위치되는 경우, 스테이션은 다른 수단들; 예를 들어 지붕에 부착되거나 스테이션 부근에 위치되는 솔라 패널에 의해 충전될 수 있다. 도 9는 셀(1) 위의 솔라/광전지 패널(24)을 사용하는 솔라 또는 광전지 셀 충전 충전기를 예시한다. 이는 특히 고립되거나 떨어져 있는 서비스 영역들에 스테이션을 구성 및 설치할 때 효율적이다. 이렇게 하여 어떠한 전력선도 그러한 장소들에 연장되지 않아야 하며, 스테이션의 충전기의 직접 재충전을 위해 태양 방사를 이용한다.

도 10은 클라우드 서버 플랫폼에 기반한 원격 제어, 감독 및 데이터 저장 시스템을 예시한다. 일반적으로, 드론들은 RF 또는 라디오 주파수에 의해 전력을 공급받는다. RF는 몇몇 킬로미터의 범위로 제한된다. 본 발명은 셀룰러 연결을 통해 드론들을 제어하기 위한 방법을 제공한다. 셀룰러 연결을 사용하는 이점들은 드론이 비행하여 도착할 범위에 의해 제한되지 않는다는 것 뿐만 아니라, 우리의 클라우드 기반 서버(26)가 드론(4)과 일정한 통신을 하게 한다는 것을 포함한다. 서버(26)가 드론에 연결되기 때문에, 원격 사용자(31)가 지속적으로 드론(4)의 상태가 어떠한지를 정확하게 안다. 그에 따라, 본 발명은 드론이 스테이션(100)에서 얼마나 떨어져 있는지, 드론이 얼마나 많은 전력을 소모하고 있는지, 미션을 인계받기 위해 새로운 드론을 언제 보내야 할지 그리고 드론들을 언제 다시 기지로 보내야 할지를 지속적으로 계산하는 대응하는 알고리즘들을 포함한다.

스테이션(100)은 또한 클라우드 서버(26)에 연결되며, 이는 드론들(4)의 충전 상태, 스테이션 내 그리고 외부의 날씨 상황에 관한 데이터를 수신하게 하고 스테이션(100) 및 드론을 원격에서 제어하는 것을 가능하게 한다.

데이터 다운로드 - 상업 용드들로 드론을 사용하는 것의 주요 목적들은 데이터를 수집하는 것이다. 드론은 일반적으로 유상하중 및 카메라를 운반하고 카메라는 데이터를 수집한다. 드론이 스테이션에 착륙하면, 데이터는 클라우드 서버(26)에 전달되고 고객에게 전달된다. 고객은 그것이 모두 온라인이기 때문에 데이터를 수신하기 위해 스테이션(100) 및 드론(4) 근처 어딘가에 있을 필요가 없다.

미션 업로드 - 드론은 미션이 그것에 업로드되는 경우 자율적으로 단지 비행할 수 있다. 많은 상업 용도는 수 비행 시간을 필요로 하고 그에 따라 별개의 미션들이 각 개별적인 비행마다 업로드될 것을 필요로 한다. 본 발명은 이러한 이슈를 또한, 가능성 있게 몇 시간 걸릴 수 있는 미션의 고객 업로드에 의해, 해결한다. 본 발명의 소프트웨어는 미션을 서브 미션들로 나누고 각 비행 전 드론에 적절한 미션을 보내도록 구성된다.

도 11은 어플리케이션의 소프트웨어가 단계들 (1100) 내지 (1150)로 어떻게 스테이션을 제어 및 관리하는지를 상세하게 설명한다.

이러한 기술이 유용할 수 있는 어플리케이션의 예는 주요한 정보를 정확한 농업을 필요로 하는 농장주들에게 제공하기 위해 농장을 스캐닝하는 것을 위한 것이다.

예를 들어, 스테이션(들)은 농장주의 헛간의 지붕 또는 임의의 원하는 다른 장소 상에 설치될 수 있다. 스테이션은 그것이 방수라는 사실에 기인하여 해당 장소에서 연중 계속되게 유지될 수 있다. 농장주가 그의 논밭이 스캔되기 원할 때, 그는 드론(들)을 전화 또는 컴퓨터 어플리케이션으로 보낼 수 있거나 그는 드론(들) 지정된 시간마다(예를 들어, 하루에 한 번, 일주일에 두 번, 일주일에 다섯 번 등) 그의 논밭을 스캔도록 미리 프로그램되게 할 수 있다. 농업을 위해 지정된 소프트웨어를 이용하여, 논밭은 드론이 배터리가 가능하게 하는 기간에 걸쳐 이어질 수 있는 섹션들로 나눠지도록 미리 프로그램될 수 있다. 제1 섹션이 스캔 완료되고 배터리가 부족하면, 드론은 배터리 재충전 또는 교환하기 위해 자율적으로 스테이션으로 귀환 비행할 수 있다. 드론이 완충된 배터리를 가지면, 그것은 논밭의 다음 섹션을 스캔하기 위해 다시 스테이션을 떠날 수 있다. 이러한 프로세스는 전체 필드가 스캔될 때까지 이루어질 수 있다. 지정된 카메라가 드론에 부착될 수 있고 요구되는 구체적인 정보를 농장주에게 제공할 수 있다. 미션의 마지막에, 수집된 정보는 농장주의 이메일 또는 전화 어플리케이션 또는 다른 디바이스에 자동으로 보내질 수 있다. 도킹 스테이션 솔루션은 농장주가 이러한 결정적인 정보를 그가 그것을 필요로 할 때 어떠한 사람의 개입도 없이 수신하게 한다.

Claims (18)

1. 드론들을 위한 멀티 셀 스테이션으로서,
   하나 이상의 착륙/이륙 셀;
   적어도 두 개의 도킹/저장 셀;
   상기 착륙/이륙 셀들 및 도킹/저장 셀들 내에서 상기 드론들을 수송하도록 구성된 전이 폐쇄 루프 시스템(closed-loop system); 및
   상기 멀티 셀 스테이션의 자율 제어, 작동 및 관리를 위해 구성된 제어 수단을 포함하되,
   상기 하나 이상의 착륙/이륙 셀 및 적어도 두 개의 도킹/저장 셀의 각각은 이웃하는 셀들과 적어도 두 측을 공유하는, 멀티 셀 스테이션.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 드론들의 배터리들을 재충전시키기 위한 재충전 수단을 더 포함하는, 멀티 셀 스테이션.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 재충전 수단은:
   상기 드론들 위의 두 개의 상측 스프링 장전 포고 핀(pogo pin) 접촉부;
   상기 드론들의 다리들의 말단부들에서의 두 개의 하측 스프링 장전 포고 핀 접촉부;
   상기 착륙/이륙 셀 및 도킹/저장 셀의 커버의 내측 상의 상부 끌어당김 디바이스; 및
   상기 착륙/이륙 셀 및 도킹/저장 셀 내에 거꾸로 위치되는 콘의 바닥에서의 접촉부를 포함하되,
   상기 드론 위 상기 스프링 장전 포고 핀 및 끌어당김 디바이스가 회로를 폐쇄하도록 구성되고,
   상기 드론의 하측 단부에서의 상기 스프링 장전 포고 핀 접촉부들 및 상기 콘의 바닥에서의 접촉부들이 회로를 폐쇄하도록 구성되는, 멀티 셀 스테이션.
4. 청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 재충전 수단은 상기 제어 수단의 마이크로컨트롤러와 통신하고, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 드론들의 온-보드 회로의 전기 리드들(electrical leads)과 통신하며, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 온-보드 회로에, 상기 재충전 수단에 전기적으로 연결되기 전 상기 전기 리드들을 통해 턴 오프할 것을 그리고 상기 드론들의 상기 배터리들의 재충전을 위한 상기 재충전 수단에 연결할 것을 명령하도록 구성되는, 멀티 셀 스테이션.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 전이 폐쇄 루프 시스템은 폐쇄 루프 궤도(closed-loop railroad track), 궤도 이설 체인(moving track chain), 궤도 이설 바(moving track bar) 및 바퀴 간격 궤도(wheel-based track)로부터 선택되는, 멀티 셀 스테이션.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 궤도 이설 체인은:
   폐쇄 루프 궤도 체인;
   중앙 톱니 바퀴;
   사이드 톱니 바퀴;
   폐쇄 루프 벨트; 및
   모터를 포함하되,
   상기 폐쇄 루프 궤도 체인은 상기 중앙 톱니 바퀴를 감싸고, 상기 중앙 톱니 바퀴는 상기 모터와 축 방향으로 연통하고, 상기 모터는 콘의 바닥과 축 방향으로 연통하며, 상기 콘은 뒤집힌 상태로 구성되어 상기 드론의 거처가 되며,
   상기 폐쇄 루프 벨트는 상기 톱니 바퀴 및 상기 사이드 바퀴의 바닥을 감싸는, 멀티 셀 스테이션.
7. 청구항 5 또는 6에 있어서, 상기 콘은 상기 착륙/이륙 셀 및 상기 도킹/저장 셀에 수용되되, 상기 콘은 그것의 하단에 부착되는 바퀴들을 포함하고, 상기 바퀴들은 상기 셀들 내 편평한 아랫면과 마찰 연통하는, 멀티 셀 스테이션.
8. 청구항 1에 있어서, 무선 통신 네트워크, 클라우드 기반 서버, 데이터베이스 및 원격 사용자 컴퓨터 수단을 포함하는 원격 제어 수단을 더 포함하고, 상기 원격 제어 수단은 상기 멀티 셀 스테이션으로부터 론치(launch)되는 드론들의 비행 미션들의 진행 중 활동을 모니터링 및 감독하도록, 비행 미션을 서브 미션들로 나누고 상기 서브 미션들을 상기 드론들에 위임하도록, 상기 멀티 셀 스테이션 및 상기 드론들로부터 데이터를 수신하고 상기 데이터를 전용 데이터베이스에서 프로세싱하도록 그리고 실시간 정보를 상기 사용자 컴퓨터 수단에 전송하도록 구성되는, 멀티 셀 스테이션.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 드론들은 상기 착륙/이륙 셀 및 상기 도킹/저장 셀에서의 뒤집힌 상태의 콘들에 수용되도록 구성되고, 상기 드론들은 상기 드론들의 중심축을 향해 안쪽으로 배향되는 사선 다리들, 세 개의 수평 사이드 프레임 및 상기 다리들의 말단부들과 상기 프레임의 정점들 사이에 연결되는 조인트들을 포함하는, 멀티 셀 스테이션.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 드론들의 상기 착륙/이륙 셀에의 정확한 착륙을 위해 구성되는 RTK(실시간 운동학, Real Time Kinematics) 기술을 더 포함하는, 멀티 셀 스테이션.
11. 청구항 1에 있어서, 온-보드 GPS 및 카메라 및 상기 드론들 및 상기 스테이션에서의 IR(적외선) 비콘 상에 설치되는 이미지 프로세싱을 위한 보완 소프트웨어를 포함하는 네비게이션 시스템을 더 포함하는, 멀티 셀 스테이션.
12. 청구항 1에 있어서, 날씨 및 주변 상황을 검출하도록 구성된 센서들의 어레이를 더 포함하고, 상기 센서들은 바람, 온도, 기압 데이터, 습도 및 강수 상황, 일기 예보 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 날씨 데이터를 제공하는, 멀티 셀 스테이션.
13. 청구항 1에 있어서, 충전기 및 상기 충전기에 전력을 제공하기 위해 상기 충전기와 전기 통신하는 충전 수단을 더 포함하는, 멀티 셀 스테이션.
14. 청구항 13에 있어서, 상기 충전 수단은 상기 착륙/이륙 셀 및 상기 도킹/저장 셀 상부의 외면 상에 장착되는 솔라 패널을 포함하는, 멀티 셀 스테이션.
15. 청구항 1에 있어서, 상기 스테이션은 모듈식이고 가변인, 멀티 셀 스테이션.
16. 청구항 15에 있어서, 하나 이상의 착륙/이륙 셀 및 복수의 도킹/저장 셀을 포함하는 적어도 하나의 층을 포함하는, 멀티 셀 스테이션.
17. 청구항 15에 있어서, 하나 이상의 착륙/이륙 셀 및 복수의 도킹/저장 셀을 포함하는 두 개의 층을 포함하는, 멀티 셀 스테이션.
18. 청구항 17에 있어서, 상기 두 개의 층의 각 층에 상기 착륙/이륙 셀의 하나 이상 및 하나의 상기 전이 폐쇄 루프 시스템을 포함하고, 상기 전이 폐쇄 루프 시스템은 상기 복수의 도킹/저장 셀 및 착륙/이륙 셀 내 상기 드론들을 서로 독립적으로 상기 두 개의 층의 각 층에 수송하도록 구성되는, 멀티 셀 스테이션.

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