KR20200051908A - 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템 - Google Patents

드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 태양광 패널, 전력공급부, 그리고 무선 충전장치를 포함하는 드론 무선충전소에 있어서, 상기 태양광 패널에 의해 태양광을 집광한 태양광 에너지가 상기 전력공급부에 의해 전기 에너지로 변환되어 상기 전력공급부의 배터리 셀 모듈에 전력으로 충전되면, 상기 무선 충전장치의 제어부는 드론에 대한 인식 및 인증에 따라 무선 충전 패드로 충전된 전력을 제공하여, 상기 드론의 충전 배터리로 전력이 무선 방식으로 충전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 아직까지 상용화되지 않은 드론 무선충전소를 표준화시켜 드론 시장에서의 점유율을 상승시키고 더 나아가 다른 분야인 자동차, 기타기기 등의 무선충전 시스템과의 연계를 통해 확장할 수 있고, 드론의 충전 시스템의 안정화로 고산, 해상의 가상장비 상태 확인 및 측정, 방송, 원전 점검, 방재현장, 테러현장 등 위험상황 감시 대체 가능할 수 있으며, 4차 산업혁명시대 미래성장동력인 드론 산업에 대비한 무선충전시스템 개발로 지역경제 활성화 및 일자리창출, 무선충전소의 인프라 확보에 따른 드론의 개체수도 증가하여 상호 간 상승효과로 인한 혁명적인 시너지 유발이 가능하다.

Description

드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템{Dron wireless charging station, and dron integrated control system having the same}
본 발명은 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 드론의 비행거리를 늘리기 위해 충전배터리의 용량을 제한 없이 늘리는 경우, 드론 자체의 중량이 증가하는 만큼 소모 전력도 커질 것으로 예상되는 문제점이 있으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위해 태양광발전과 에너지 저장시스템(ESS)과 무선충전기술을 융합한 드론의 무선 충전소를 제공하도록 하기 위한 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템에 관한 것이다.
드론은 활용방안으로 오지탐사, 재해 지역의 정찰, 경찰과 군사적 목적 활용, 농업, 물류, 안전관리, 보안, 측량, 광고 등 다양하며, 사람의 접근성이 확보되지 않는 산간지역에 물류배송서비스를 일부 국가에서는 이미 실행하고 있다.
이에 따라 드론 활용의 세계적 추세에 동반하는 국내의 활성화 방안 필요하며, 국내 일부 대학에는 드론 학과가 설립되었고 설립 예정이라서 드론의 전망이 그만큼 밝음으로 문제점 파악 및 개선이 필요한 실정이다.
한편, 드론을 활성화하기 위해서는 드론의 제한적인 비행거리와 비효율적인 충전방식에 대한 문제점에 따라 충전을 자주 해야 하고, 충전할 때마다 거점으로 복귀해야하는 비효율적인 문제점이 있다.
일 예로, 상업용 드론으로 매트릭스 600 Pro 모델의 경우 사용되는 배터리의 용량이 4500mAh이고, 5kg의 하중을 탑재하면 왕복 약 18km를 주행가능한 재원을 구축하고 있어 주행거리에 제한이 많이 따르나, 드론 충전소가 상용화가 된다면 18km라는 거리의 제약 없이 임무 수행이 가능할 것이다.
관련 기술로서, 대한민국 특허출원 출원번호 제1020170114336호 "자가 충전식 드론(SELF-CHARGING DRONE)"은 자가 충전식 드론에 관한 것으로서, 비행 가능한 드론 본체 ; 부력을 갖도록 마련되어 상기 드론 본체의 하부에 나란하게 배치되는 한 쌍의 착수다리 ; 상기 한 쌍의 착수다리를 상기 드론 본체에 각각 회동 가능하게 연결하는 한 쌍의 지지다리 ; 상기 한 쌍의 착수다리가 회동되어 서로 멀어졌다가 다시 복귀되도록 상기 지지다리에 탄성력을 인가하는 탄성 연결부재 ; 상기 착수다리의 회동으로부터 전력을 생산하는 발전장치 ; 및 상기 발전장치로부터 생산된 전력을 저장하기 위한 배터리를 포함하여 이루어지며, 상기 한 쌍의 착수다리를 이용하여 수면에 착수한 상태로 파도나 너울에 의한 상기 착수다리의 회동을 이용하여 자가 충전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2017-0001383호 "무선 드론 충전 스테이션(WIRELESS DRONE CHARGING STATION)"은 하나 이상의 홀, 접근한 드론이 하나 이상의 홀 중에서 착륙할 홀을 결정하는 제어부, 드론의 착륙 위치를 조절하는 센서부, 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 충전부를 포함하고, 자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식을 통해서 안착된 드론에 무선으로 전력을 공급하는 드론 충전 스테이션 및 드론 충전 방법이 개시된다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2016-0168985호 "지주 설치형 드론 충전 플랫폼(Pole installation type dron recharge platform)"은 인도나 도로 등에 일정높이로 세워지는 전봇대, 가로등, 신호등, 기타 지주 구조물의 상단부에 설치되어 비행 중인 드론의 임시적인 착륙을 통해 무선 충전이 수행해되도록 함으로써 드론의 장거리 비행이나 장시간 비행이 가능해질 수 있으며, 사회 기반시설을 활용할 수 있어 최소화된 비용으로 비행중인 드론에 대한 무선충전 기능을 제공하게 됨으로써 드론의 활용도를 극대화시킬 수 있으며, 드론의 임시적인 착륙시에만 수평하게 펼쳐지고 평사시에는 접힌 상태를 유지하는 구조를 제공함으로써 이미 설치되어 있는 각종 지주의 미관이나 구조적 안정성을 훼손하지 않으면서 드론에 대한 무선충전 기능이 수행될 수 있는 기술적 특징이 있다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2015-0186033호 "드론 충전 시스템(Drone Charging System)"은 충전장치의 안착부에 드론을 안착시키게 되면 일정한 전력을 공급하는 전원공급단자부와 충전단자부가 접촉됨으로써, 사용자가 직접 드론에 충전기를 연결하지 않더라도 충전배터리를 충전시킬 수 있는 효과가 있다.
그러나 상기 종래 기술들은 무선 충전 기술을 융합하여 전송 전력에 따라 분류, 충전/결제 시스템을 드론에 적용하지 못하고 있으며, 각 드론 무선충전소를 유인 매장 또는 무인 매장으로 운영을 위한 비지니스 모델 특히, 유인 또는 무인 매장으로 운영시 드론 무선충전소의 통제 및 지휘를 하며, 긴급 충전배터리 교체 서비스, 드론 기체 A/S 등의 서비스를 제공하지 못하는 한계점이 있다.
대한민국 특허출원 출원번호 제10-2017-0114336호 "자가 충전식 드론(SELF-CHARGING DRONE)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2017-0001383호 "무선 드론 충전 스테이션(WIRELESS DRONE CHARGING STATION)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2016-0168985호 "지주 설치형 드론 충전 플랫폼(Pole installation type dron recharge platform)" 대한민국 특허출원 출원번호 제10-2015-0186033호 "드론 충전 시스템(Drone Charging System)"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 드론의 비행거리를 늘리기 위해 충전배터리의 용량을 무제한적으로 늘리는 경우, 드론 자체의 중량이 증가하는 만큼 소모 전력도 커질 것으로 예상되는 문제점이 있으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위해 태양광발전과 에너지 저장시스템(ESS)과 무선충전기술을 융합한 드론의 무선 충전소를 제공하도록 하기 위한 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 드론 무선충전소를 마치 자동차의 주유소와 같이 드론에 대해서 운영함으로써, 종래의 드론이 긴급하게 충전이 필요하여 비행 원점으로 돌아오는데 충전배터리의 전력이 소모되는 비효율적인 문제점을 해결하고, 업무 수행보다 충전을 위해 복귀하는데 필요한 소비전력이 크다는 단점을 해결하도록 하기 위한 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 RFID 형식의 결제 방식, 무선 충전 기술을 융합하여 전송 전력에 따라 분류, 충전/결제 시스템을 드론에 적용할 뿐만 아니라, 각 드론 무선충전소를 유인 매장 또는 무인 매장으로 운영이 가능하며, 유인 매장으로 운영시 드론 무선충전소의 통제 및 지휘를 하며, 긴급 충전배터리 교체 서비스, 드론 기체 A/S 등의 서비스를 제공할 수 있도록 하기 위한 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소는, 태양광 패널, 전력공급부, 그리고 무선 충전장치를 포함하는 드론 무선충전소에 있어서, 상기 태양광 패널에 의해 태양광을 집광한 태양광 에너지가 상기 전력공급부에 의해 전기 에너지로 변환되어 상기 전력공급부의 배터리 셀 모듈에 전력으로 충전되면, 상기 무선 충전장치의 제어부는 드론에 대한 인식 및 인증에 따라 무선 충전 패드로 충전된 전력을 제공하여, 상기 드론의 충전 배터리로 전력이 무선 방식으로 충전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 무선 충전장치는, RFID 리더기; 제어부; 상기 무선 충전 패드; 를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 RFID 리더기의 무선 인식 범위 내로 상기 드론의 RFID 태그가 인식되는 경우, 상기 RFID 리더기에 의해 인식된 RFID 식별번호를 수신한 뒤, 미리 설정된 인증 절차를 거쳐서 인증 절차가 완료된 드론에 대한 무선 충전 패드(235)를 활용한 자기유도 방식 또는 공진유도 방식으로 무선 충전절차를 진행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 무선 충전 패드가 상부를 덮을 수 있는 보호벽에 대한 유압 피스톤과 유압 실린더를 활용한 유압 방식으로 개폐 제어가 가능한 경우, 상기 드론의 RFID 식별번호에 대한 인증이 완료된 것에 한해서만 보호벽에 대한 개방(open)을 명령하며, 상기 드론에 대한 충전이 완료되면 보호벽에 대한 폐쇄(close)를 명령하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무선 충전장치는, 배터리 셀 모듈에 전기적으로 연결되어 각 배터리 셀의 잔여 전력량을 측정하는 제 2 전력 감지센서; 및 네트워크를 통한 무선 또는 유선 방식의 신호 및 데이터 송수신을 수행하는 통신부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 2 전력 감지센서를 통해 상기 전력공급부의 배터리 셀 모듈에서 제공된 전력량을 측정한 뒤, 측정된 전력 제공량 정보를 RFID 식별번호와 함께 상기 네트워크를 통해 상기 드론 통합 관제 서버로 전송되어 저장되어 충전 비용 결제에 활용되도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템은, 아직까지 상용화되지 않은 드론 무선충전소를 표준화시켜 드론 시장에서의 점유율을 상승시키고 더 나아가 다른 분야인 자동차, 기타기기 등의 무선충전 시스템과의 연계를 통해 확장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템은, 드론의 충전 시스템의 안정화로 고산, 해상의 가상장비 상태 확인 및 측정, 방송, 원전 점검, 방재현장, 테러현장 등 위험상황 감시 대체 가능할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 무선충전소, 그리고 이를 구비한 드론 통합 관제 시스템은, 4차 산업혁명시대 미래성장동력인 드론 산업에 대비한 무선충전시스템 개발로 지역경제 활성화 및 일자리창출, 무선충전소의 인프라 확보에 따른 드론의 개체수도 증가하여 상호 간 상승효과로 인한 혁명적인 시너지 유발이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)에서의 드론 무선충전소(200)와 드론(100)에 의한 무선충전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)에서의 드론(100)(도 3a)과 드론 무선충전소(200)(도 3b)의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)에서의 드론 통합 관제 서버(400)의 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)의 드론 무선충전소(200)로 이루어진 드론 무선충전소 집합(200g)이 하나의 도시에 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)에서의 드론 통합 관제 서버(400)의 잉여 전력 판매 모듈(440)에 의해 제공되는 전력 판매를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 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.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)에서의 드론 무선충전소(200)와 드론(100)에 의한 무선충전 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)에서의 드론(100)(도 3a)과 드론 무선충전소(200)(도 3b)의 구성요소를 나타내는 블록도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)에서의 드론 통합 관제 서버(400)의 구성요소를 나타내는 블록도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)의 드론 무선충전소(200)로 이루어진 드론 무선충전소 집합(200g)이 하나의 도시에 형성된 것을 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)에서의 드론 통합 관제 서버(400)의 잉여 전력 판매 모듈(440)에 의해 제공되는 전력 판매를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템(1)은 복수의 드론(100)으로 이루어진 드론 그룹(100g), 복수의 드론 무선충전소(200)로 이루어진 드론 무선충전소 그룹(200g), 네트워크(300), 드론 통합 관제 서버(400), 복수의 사용자 스마트 디바이스(500)로 이루어진 사용자 스마트 디바이스 그룹(500g)을 포함할 수 있다.
드론 통합 관제 서버(400)는 복수의 드론 무선충전소(200)를 관리함으로써, 드론 무선충전소(200)가 도 2와 같이 각 드론(100)에 대해서 기존 충전 방식으로 비행원점으로 돌아와서 충전을 해야한다는 문제점을 해결하고, 목적된 위치로 가는 경로 상에서 즉각적인 충전이 수행되도록 할 수 있다.
네트워크(300)는 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망이며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 차세대 유선 및 무선 망일 수 있다. 네트워크(300)가 이동통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 비동기식 이동 통신망의 일 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 네트워크(300)는 RNC(Radio Network Controller)을 포함할 수 있다. 한편, WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망 그 밖의 5G 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP망일 수 있다. 네트워크(300)는 복수의 드론(100)으로 이루어진 드론 그룹(100g), 복수의 드론 무선충전소(200)로 이루어진 드론 무선충전소 그룹(200g), 드론 통합 관제 서버(400), 복수의 사용자 스마트 디바이스(500)로 이루어진 사용자 스마트 디바이스 그룹(500g), 그 밖의 시스템 상호 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 한다.
다음으로, 도 3a를 참조하면, 각 드론(100)은 무선통신을 수행하는 송수신부(110), 적어도 하나 이상의 드론 임펠러를 구동시키기 위해 각 드론 임펠라에 구비된 모터(120), 각 모터(120)에 대한 변속을 구동하는 모터 변속기(Electronic Speed Controller ; ESC)(130), 모터 변속기(130)에 대한 제어를 수행하는 비행 제어장치(Flight Controller ; FC)(140), 무선 충전 방식으로 충전되는 충전배터리(150), 드론(100)을 인식시키디 위한 RFID 태그(160), 그 밖의 GPS 수신부(170), 카메라(180), 제 1 전력 감지센서(190)를 포함한다.
이러한 구성을 통해 비행 제어장치(140)는 GPS 수신부(170)로부터 수신된 현재의 GPS 위치 정보와, 카메라(180)에 의해 촬영된 영상 정보를 송수신부(110)를 통해 드론(100)의 제어 단말로 설정된 사용자 스마트 디바이스(500)로 전송하고, 사용자 스마트 디바이스(500)로부터 비행 제어 명령을 수신하도록 송수신부(110)를 제어할 수 있다.
비행 제어장치(140)는 비행 제어 명령에 따른 지정된 위치로 비행을 위해 복수의 모터(120)에 대한 모터 변속기(130) 제어를 통해 비행을 제어하고, 비행 제어장치(140), 송수신부(110), 모터(120), 모터 변속기(130), RFID 태그(160), GPS 수신부(170), 카메라(180)에 대한 전력을 충전배터리(150)로부터 제공받아 공급을 제어할 수 있다. 여기서 모터(120)는 드론(100)에 구비된 드론 임펠러를 제어하기 위해 복수개로 형성될 수 있으며, 모터 변속기(130)도 각 모터(120) 별로 형성되는 것이 드론(100)의 방향 및 고도 설정을 위해 바람직하다.
비행 제어장치(140)는 비행 제어 명령에 따른 목적된 위치로 비행하는 과정에서, 충전배터리(150)의 전력량을 감지하는 제 1 전력 감지센서(190)로부터 잔여 전력을 측정한 뒤, 잔여 전력량이 목적된 위치까지 가기까지 부족하다고 자체적으로 판단 또는 드론 통합 관제 서버(400) 및 사용자 스마트 디바이스(500)에 대한 질의를 통해 판단된 경우, 사용자 스마트 디바이스(500) 또는 드론 통합 관제 서버(400)에 대한 질의 메시지 전송을 통해 충전 제어 명령을 수신하도록 송수신부(110)를 제어하거나, 자동으로 경로 상에 위치한 드론 무선충전소(200)의 GPS 위치 정보로의 비행 제어를 수행할 수 있다.
한편, 여기서 사용자 스마트 디바이스(500) 또는 드론 통합 관제 서버(400)는 드론(100)의 비행 제어장치(140)로부터 질의 메시지에 따라, 드론(100)의 현재 GPS 위치 정보로부터 드론(100)의 목적된 위치로 가는 GPS 경로 상의 각 지점을 중심으로 미리 설정된 커버리지 영역에 드론 무선충전소(200)가 적어도 하나 이상 있는 경우, 드론(100)의 현재 GPS 위치 정보로부터 드론 무선충전소(200)의 GPS 위치 정보까지의 무선 충전경로 정보, 그리고 무선 충전완료시 충전을 수행한 드론 무선충전소(200)의 GPS 위치 정보로부터 목적된 위치로 가는 경로의 복수의 지점 중 하나의 지점으로의 복귀를 위한 제 1 비행거리와, 복귀 지점으로부터 잔연 목적된 위치까지의 제 2 비행거리를 합산한 토탈 비행거리가 최단 거리에 해당하는 지점에 대한 분석을 통해 분석된 지점으로의 비행 제어 명령을 드론(100)의 비행 제어장치(140)로 네트워크(300)를 통해 전송하는 것이 바람직하다.
즉, 드론(100)의 비행거리를 충분하게 하기 위해 드론(100)의 충전배터리(150)의 용량을 무제한적으로 늘리는 경우, 드론(100) 자체의 중량이 증가하는 만큼 소모 전력도 커질 것으로 예상되는 문제점이 있으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위해 태양광발전과 에너지 저장시스템(ESS)과 무선충전기술을 융합한 드론을 위한 충전소에 해당하는 도 3b의 드론 무선충전소(200)를 마치 자동차의 주유소와 같이 드론(100)에 대해서 운영함으로써, 종래의 드론(100)이 긴급하게 충전이 필요하여 비행 원점으로 돌아오는데 충전배터리(150)의 전력이 소모되는 비효율적인 문제점을 해결하고, 업무 수행보다 충전을 위해 복귀하는데 필요한 소비전력이 크다는 단점을 해결할 수 있다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 각 드론 무선충전소(200)는 태양광 패널(210), 전력공급부(220), 무선 충전장치(230)를 포함함으로써, 태양광 패널(210)에 의해 태양광을 집광한 태양광 에너지가 전력공급부(220)에 의해 전기 에너지로 변환되어 전력공급부(220)의 배터리 셀 모듈(220a)에 전력으로 충전되면, 무선 충전장치(230)의 제어부(232)는 드론(100)에 대한 인식 및 인증에 따라 무선 충전 패드(235)로 충전된 전력을 제공함으로써, 무선 충전장치(230)에 의해 드론(100)의 충전 배터리(150)로 전력이 충전되도록 할 수 있다.
한편, 무선 충전장치(230)는 RFID 리더기(231), 제어부(232), 네트워크(300)를 통한 무선 또는 유선 방식의 신호 및 데이터 송수신을 수행하는 통신부(233), 배터리 셀 모듈(220a)에 전기적으로 연결되어 각 배터리 셀의 잔여 전력량을 측정하는 제 2 전력 감지센서(234), 그 밖의 무선 충전 패드(235)를 포함한다.
제어부(232)는 도 2와 같이 RFID 리더기(231)의 무선 인식 범위 내로 드론(100)의 RFID 태그(160)가 인식되는 경우, RFID 리더기(231)에 의해 인식된 RFID 식별번호를 수신한 뒤, 미리 설정된 인증 절차를 거쳐서 인증 절차가 완료된 드론(100)에 대한 무선 충전 패드(235)를 활용한 자기유도 방식 또는 공진유도 방식으로 무선 충전절차를 진행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제어부(232)는 도시되진 않았지만 무선 충전 패드(235)가 상부를 덮을 수 있는 보호벽에 대한 유압 피스톤과 유압 실린더를 활용한 유압 방식으로 개폐를 제어할 수 있는 경우, 드론(100)의 RFID 식별번호에 대한 인증이 완료된 것에 한해서만 보호벽에 대한 개방(open)을 명령할 수 있으며, 드론(100)에 대한 충전이 완료되면 보호벽에 대한 폐쇄(close)를 명령할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예로, 드론 통합 관제 서버(400)가 사전에 데이터베이스(400a)에 드론(100)의 RFID 식별번호와 이를 제어하는 사용자 스마트 디바이스(500)의 단말번호(IMEI)의 정보가 2단 CTR 암호화 방식으로 암호화되어 저장하는데, 2단 CTR암호화 방식은 암호키1 및 암호키2를 이용해 2단 CTR암호화를 수행하며, 암호키2에 의한 블록 암호 암호화를 적용하여 E-Nonce를 생성하는 1단 CTR암호화를 수행단계와 RFID 식별번호 및 단말번호(IMEI)를 블록화하여 복수의 평문 블록으로 정렬시키고, E-Nonce와 평문블록 각각을 배타적 논리합을 수행하여 저장하는데, 제어부(232)에 의한 드론(100)에 대한 인증 방식은, 암호키1 및 암호키2에 대한 요청을 위해 드론 통합 관제 서버(400)로 드론(100)의 RFID 식별번호를 전송하여 RFID 식별번호와 매칭되는 암호키1 및 암호키2를 반환받은 뒤, 상술한 2단 CTR 암호화에 대한 역순에 해당하는 2단 CTR 복호화를 통해 드론(100)의 RFID 식별번호와 매칭되는 드론(100)을 제어하는 사용자 스마트 디바이스(500)의 단말번호(IMEI)를 추출한 뒤, 사용자 스마트 디바이스(500)의 단말번호(IMEI)에 대한 질의를 통한 확인 과정을 통해 수행할 수 있다.
또한, 제어부(232)는 제 2 전력 감지센서(234)를 통해 전력공급부(200)의 배터리 셀 모듈(220a)에서 제공된 전력량을 측정한 뒤, 측정된 전력 제공량 정보를 RFID 식별번호와 함께 네트워크(300)를 통해 드론 통합 관제 서버(400)로 전송하도록 통신부(233)를 제어할 수 있다.
이러한 각 드론 무선충전소(200)는 드론(100)의 충전배터리(150)에 대한 충전 방식을 변화시켜, 자율 비행이나 업무수행의 운행 한계에 대한 단점을 보완할 수 있으며, 업무수행 시간의 한계를 극복하여 지속적이고 효율적인 임무 가능하도록 하는 효과를 제공할 수 있다. 이때, 각 드론 무선충전소(200)는 태양광 패널(210)에서 발전을 하여 저장된 전기 에너지에 해당하는 전력을 전력공급부(220) 중 복수의 충전배터리 셀로 이루어진 배터리 셀 모듈(220a)에 저장하고 무선 충전 패드(235)를 이용해 드론(100)에 전력을 제공할 뿐만 아니라, RFID 형식의 결제 방식, 무선 충전 기술을 융합하여 전송 전력에 따라 분류, 충전/결제 프로세스를 드론(100) 및 사용자 스마트 디바이스(500)에 제공함으로써, 각 드론 무선충전소(200)를 유인 매장 또는 무인 매장으로 운영이 가능하며, 유인 또는 무인 매장으로 운영시 드론 무선충전소(200)의 통제 및 지휘를 하며, 긴급 충전배터리(150) 교체 서비스, 드론(100) 기체 A/S 등의 서비스를 제공할 수 있다(도 5 참조).
드론 무선충전소(200)는 특수 목적용 영상장치 정보수집이라는 기능을 접목하는 경우, 재난상황의 정보수집이나, 방범용 감시를 가능하게 하며, 후술하는 잉여 전력 판매 모듈(440)에 의한 잉여 전력이 있는 것으로 분석시, 전기자동차 충전소의 보급 증가에 따라 전기 자동차에 대한 무선충전소로의 역할도 겸할 수 있다.
그리고, 도 4를 참조하면, 드론 통합 관제 서버(400)는 정보 수집 모듈(410), 결제 제공 모듈(420), 충전배터리 점검 모듈(430), 잉여 전력 판매 모듈(440), 유도 정보 제공 모듈(450), 그 밖의 데이터베이스(400a)를 포함할 수 있다.
그리고 본 명세서에서 모듈이라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 모듈은 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 데이터베이스라 함은, 각각의 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장하는 소프트웨어 및 하드웨어의 기능적 구조적 결합을 의미할 수 있다. 데이터베이스는 적어도 하나의 테이블로 구현될 수도 있으며, 데이터베이스에 저장된 정보를 검색, 저장, 및 관리하기 위한 별도의 DBMS(Database Management System)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 링크드 리스트(linked-list), 트리(Tree), 관계형 데이터베이스의 형태 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 데이터베이스에 대응되는 정보를 저장할 수 있는 모든 데이터 저장매체 및 데이터 구조를 포함한다.
한편, 정보 수집 모듈(410)은 드론 무선충전소(200)로부터 네트워크(300)를 통해 드론(100)의 RFID 식별번호 및 전력 제공량 정보, 그리고 드론 무선충전소(200)의 충전소 식별ID를 수신한 뒤, 데이터베이스(400a)에 저장한다.
이후, 정보 수집 모듈(410)은 RFID 식별번호와 매칭되어 저장된 사용자 스마트 디바이스(500)의 단말번호(IMEI)를 데이터베이스(400a)에서 추출한 뒤, 네트워크(300)를 통해 스마트 디바이스(500)에 대한 충전소 식별ID에 해당하는 드론 무선충전소(200) 상에서 무선 충전 개시부터 완료까지의 드론(100)의 제 1 전력 감지센서(190)에 의해 센싱된 전력 충전량 정보를 요청하여 수신한 뒤, 드론(100)의 RFID 식별번호를 메타데이터로 하여 데이터베이스(400a)에 함께 저장할 수 있다. 이를 위해 스마트 디바이스(500)의 드론 제어 앱은 사전에 설치되어 드론(100)으로부터 실시간으로 드론(100)의 충전 배터리(150)의 전력량 정보를 수신한 뒤, UI 화면으로 출력하는 것이 바람직하다.
결제 제공 모듈(420)은 데이터베이스(400a)에 저장이 완료된 동일한 RFID 식별번호를 갖는 전력 충전량 정보와 전력 제공량 정보를 비교한 뒤, 미리 설정된 오차 범위 이내인 경우, 전력 충전량 정보 및 전력 제공량 정보 중 하나 또는 평균값을 기준으로 충전 비용 결제 요청을 네트워크(200)를 통해 사용자 스마트 디바이스(500)로 전송하며, 반대로 미리 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우, 후술하는 바와 같이 드론(100)의 충전배터리(150)의 충전률 저하로 인한 교체가 필요한 것이 유력하므로 전력 제공량 정보를 기준으로 하거나 기준 요금으로 하는 충전 비용 결제 요청을 네트워크(200)를 통해 사용자 스마트 디바이스(500)로 전송할 수 있다.
한편, 충전배터리 점검 모듈(430)은 동일한 RFID 식별번호를 갖는 전력 충전량 정보와 전력 제공량 정보를 비교한 뒤, 미리 설정된 오차 범위를 벗어날 뿐만 아니라, 전체 전력 제공량에 대한 전체 전력 충전량의 퍼센테이지 값인 충전효율 값이 미리 설정된 임계 충전효율 값(예, 50%) 이하인 경우, 드론(100)의 충전배터리(150)에 대한 교체 명령을 연산된 충전효율 값과 함께 네트워크(300)를 통해 사용자 스마트 디바이스(500)로 전송할 수 있다.
이에 따라, 사용자 스마트 디바이스(500)는 현재의 GPS 위치 정보가 충전을 수행한 드론 무선충전소(200)의 GPS 위치 정보와 일치하며, 충전 완료 이후 드론(100)의 비행 제어장치(140)에 의한 비행이 재개되기 이전인 경우, 네트워크(300)를 통해 드론 무선충전소(200)의 무선 충전장치(230)로 직접 충전배터리(150) 교체 요청을 전송하거나, 드론 통합 관제 서버(400)에 드론 무선충전소(200)의 무선 충전장치(230)에 대한 직접 충전배터리(150) 교체 전달 요청을 전송할 수 있다.
한편, 충전배터리(150)에 대한 직접 또는 전달 요청이 드론 무선충전소(200)의 무선 충전장치(230)로 전송된 경우, 결제 제공 모듈(420)은 무선 충전장치(230)로부터 청구된 배터리 교체 비용에 대한 결제 요청을 네트워크(200)를 통해 사용자 스마트 디바이스(500)로 전송할 수 있다.
잉여 전력 판매 모듈(440)은 정보 수집 모듈(410)에 의해 데이터베이스(400a)에 저장되는 각 드론 무선충전소(200)의 충전소 식별ID 및 배터리 셀 모듈(220a)의 충전 전력량 정보를 수신한 뒤, 충전 전력량 정보가 도 6과 같은 배터리의 셀 밸런싱 개념에 따라 하나 이상의 배터리 셀이 과충전 임계치를 넘는 경우, 과충전 임계치를 초과하는 충전 전력량에 대한 외부 전력공급선(200a)을 통해 전력공급사로 제공하거나, 다른 드론 무선충전소(200)의 배터리 셀 모듈(220a)로 제공할 수 있으며, 제공된 전력량에 대해서 제 2 전력 감지센서(234)를 통해 측정한 뒤, 결제 제공 모듈(420)을 통해 전력공급사 서버 또는 단말, 다른 드론 무선충전소(200)를 관리하는 사용자 스마트 디바이스(500)로 네트워크(200)를 통해 전송하여 충전 비용 결제 요청을 수행하도록 함으로써, 드론 무선충전소(200)의 잉여 전력은 전력회사나 다른 드론 무선충전소(200)에 판매하여 부가적인 수익을 창출할 수 있다.
유도 정보 제공 모듈(450)은 각 사용자 스마트 디바이스(500)로부터 수신된 드론(100)의 GPS 위치 정보, 목적된 위치로의 경로 정보, 잔여 전력 정보를 수신한 뒤, 현재까지의 단위 비행거리 당 전력소모량에 해당하는 비행효율 정보에 따라, 현재의 잔여 전력 정보가 목적된 위치로의 경로 정보에 해당하는 잔여 비행거리를 완수하기에 부족한 경우, 네트워크(300)를 통해 사용자 스마트 디바이스(500)로 현재의 잔여 전력량으로부터 도달 가능한 비행거리에 있는 드론 무선충전소(200)의 GPS 위치 정보를 제공하여 사용자 스마트 디바이스(500)에 의한 드론(100)으로의 제어 명령 전송에 따른 전력 충전을 유도할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예로, 유도 정보 제공 모듈(450)은 상술한 바와 같이, 현재의 잔여 전력 정보가 목적된 위치로의 경로 정보에 해당하는 잔여 비행거리를 완수하기에 부족한 경우, 네트워크(300)를 통해 직접적으로 드론(100)으로 현재의 잔여 전력량으로부터 도달 가능한 비행거리에 있는 드론 무선충전소(200)의 GPS 위치 정보에 따른 GPS 유도 방식으로 최단 거리에 있는 드론 무선충전소(200)로 전력 충전 경로를 제공하는 위치 안내를 수행할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 드론 무선충전소를 구비한 드론 통합 관제 시스템
100 : 드론
110 : 송수신부
120 : 모터
130 : 모터 변속기(Electronic Speed Controller ; ESC)
140 : 비행 제어장치(Flight Controller ; FC)
150 : 충전배터리
160 : RFID 태그
170 : GPS 수신부
180 : 카메라
190 : 제 1 전력 감지센서
100g : 드론 그룹
200 : 드론 무선충전소
210 : 태양광 패널
220 : 전력공급부
230 : 무선 충전장치
231 : RFID 리더기
232 : 제어부
233 : 통신부
234 : 제 2 전력 감지센서
235 : 무선 충전 패드
200g : 드론 무선충전소 그룹
300 : 네트워크
400 : 드론 통합 관제 서버
410 : 정보 수집 모듈
420 : 결제 제공 모듈
430 : 충전배터리 점검 모듈
440 : 잉여 전력 판매 모듈
450 : 유도 정보 제공 모듈
400a : 데이터베이스
500 : 사용자 스마트 디바이스
500g : 사용자 스마트 디바이스 그룹

Claims (5)

  1. 태양광 패널, 전력공급부, 그리고 무선 충전장치를 포함하는 드론 무선충전소에 있어서,
    상기 태양광 패널에 의해 태양광을 집광한 태양광 에너지가 상기 전력공급부에 의해 전기 에너지로 변환되어 상기 전력공급부의 배터리 셀 모듈에 전력으로 충전되면, 상기 무선 충전장치의 제어부는 드론에 대한 인식 및 인증에 따라 무선 충전 패드로 충전된 전력을 제공하여, 상기 드론의 충전 배터리로 전력이 무선 방식으로 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 드론 무선충전소.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 무선 충전장치는,
    RFID 리더기; 제어부; 상기 무선 충전 패드; 를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 RFID 리더기의 무선 인식 범위 내로 상기 드론의 RFID 태그가 인식되는 경우, 상기 RFID 리더기에 의해 인식된 RFID 식별번호를 수신한 뒤, 미리 설정된 인증 절차를 거쳐서 인증 절차가 완료된 드론에 대한 무선 충전 패드(235)를 활용한 자기유도 방식 또는 공진유도 방식으로 무선 충전절차를 진행하는 것을 특징으로 하는 드론 무선충전소.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 무선 충전 패드가 상부를 덮을 수 있는 보호벽에 대한 유압 피스톤과 유압 실린더를 활용한 유압 방식으로 개폐 제어가 가능한 경우, 상기 드론의 RFID 식별번호에 대한 인증이 완료된 것에 한해서만 보호벽에 대한 개방(open)을 명령하며, 상기 드론에 대한 충전이 완료되면 보호벽에 대한 폐쇄(close)를 명령하는 것을 특징으로 하는 드론 무선충전소.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 무선 충전장치는,
    배터리 셀 모듈에 전기적으로 연결되어 각 배터리 셀의 잔여 전력량을 측정하는 제 2 전력 감지센서; 및
    네트워크를 통한 무선 또는 유선 방식의 신호 및 데이터 송수신을 수행하는 통신부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 무선충전소.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제 2 전력 감지센서를 통해 상기 전력공급부의 배터리 셀 모듈에서 제공된 전력량을 측정한 뒤, 측정된 전력 제공량 정보를 RFID 식별번호와 함께 상기 네트워크를 통해 상기 드론 통합 관제 서버로 전송되어 저장되어 충전 비용 결제에 활용되도록 상기 통신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 드론 무선충전소.
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