KR20200074423A - 드론 배터리 팩 자동 교체 장치 및 방법 - Google Patents

드론 배터리 팩 자동 교체 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

드론 배터리 팩 자동 교체 장치는, 배터리 팩; 일단에 회전이 가능한 고정장치가 형성되어 있고, 드론에 내장된 배터리 팩을 고정장치에 고정시켜 드론에 내장된 배터리 팩을 드론으로부터 제거하고, 드론으로 충전이 완료된 배터리 팩을 삽입시키는 배터리 팩 이동기; 배터리 팩을 다수 개 포함하며 배터리 팩을 충전하고, 충전이 완료된 배터리 팩을 배터리 팩 이동기의 이동 경로에 위치시키고, 일단이 오픈 되어 있는 배터리 팩 충전기; 및 적외선 센서를 이용하여 드론의 착륙을 인지하고, 드론을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 드론 착륙 센터;를 포함할 수 있다. 이에 따라, 드론의 GPS 성능에 크게 의존하지 않고, 드론이 착륙장 내에 착륙하기만 하면 드론의 위치를 충전소까지 옮겨주어 드론이 배터리를 바꾸는데 제일 좋은 위치로 보정해주므로 어떤 드론이든지 간에 본 발명을 사용할 수 있는 높은 호환성을 가질 수 있다.

Description

드론 배터리 팩 자동 교체 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR AUTOMATIC REPLACEMENT OF DRONE BATTERY PACK}
본 발명은 드론 배터리 팩 자동 교체 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지정된 위치에 드론이 안착하면 드론의 배터리 팩을 자동으로 교체하는 드론 배터리 팩 자동 교체 장치 및 방법에 관한 것이다.
무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV) 또는 드론(Drone)은 지상에서 원격조종 및 사전 프로그램 된 경로에 따라 자동 또는 반자동 형식으로 자율 비행하며 임무를 수행하는 비행체이다.
드론은 원래 군사용 목적으로 개발되어 정찰/감시와 같은 군사임무를 수행해왔지만, 최근 들어서는 다국적 기업들의 상업적 용도로써 농업, 물류운송, 영상촬영, 전자상거래업체, 택배회사, 배달 및 IT 등 활용 분야가 다양해지고 있다.
드론은 동력원으로 배터리를 주로 사용하는데, 배터리의 무게와 용량은 드론의 이륙과 비행에 제약을 주고 있어 드론의 장시간 비행이 가능하도록 하기 위해서는 사용자가 지속적으로 배터리를 교체하거나 충전시켜야 한다.
또한, 현재의 배터리 충전 기술로는 10분 비행을 위해 약 1시간의 충전 시간이 필요하며, 이는 운행목적을 달성하기까지 소요되는 전체 시간이 길어진다는 단점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해 드론의 배터리를 자동적으로 교체할 수 있는 시스템이 고안되었다.
드론은 위성위치확인시스템(GPS)를 이용해 목적지를 찾아가는데, GPS는 3개의 인공위성이 보내는 전파를 받아 삼변 측량법을 통해 지구상의 위치를 계산하여 착륙하지만, 위성의 위치에 따라 3~10m 정도의 오차가 발생할 수 있다.
또한, 시중에 나와있는 종래 기술들은 보편적으로 드론과 충전소가 하나의 제품으로써, 정확도가 높은 GPS에 의지하여 드론이 정확하게 착륙하는 것으로 전제된다. 따라서 GPS 성능이 안 좋은 저가의 드론에게 적용하는 것이 매우 어렵다.
한국등록특허 제10-1705838호 한국공개특허 제10-2017-0140910호
본 발명의 일측면은 드론의 배터리 충전 및 교체 시스템과 배터리 교체를 위한 자동 위치 조정 시스템이 구비된 착륙장을 포함하는 드론 배터리 팩 자동 교체 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 드론 배터리 팩 자동 교체 장치는, 배터리 팩; 일단에 회전이 가능한 고정장치가 형성되어 있고, 드론에 내장된 배터리 팩을 상기 고정장치에 고정시켜 상기 드론에 내장된 배터리 팩을 상기 드론으로부터 제거하고, 상기 드론으로 충전이 완료된 배터리 팩을 삽입시키는 배터리 팩 이동기; 상기 배터리 팩을 다수 개 포함하며 상기 배터리 팩을 충전하고, 충전이 완료된 배터리 팩을 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로에 위치시키고, 일단이 오픈 되어 있는 배터리 팩 충전기; 및 적외선 센서를 이용하여 드론의 착륙을 인지하고, 상기 드론을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 드론 착륙 센터;를 포함한다.
상기 드론 착륙 센터는, 상기 적외선 센서 및 무게 센서를 이용하여 드론의 착륙이 인지되면 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 위치 보정기; 상기 드론이 착륙한 후 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동되면, 상기 드론에 포함된 배터리 팩 케이스의 타단이 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로의 일단에 위치될 수 있도록 회전시키는 회전 패널; 및 상기 드론이 지정된 배터리 팩 교체 위치에 위치하면 상기 위치 보정기를 중지시키고, 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로의 일단에 부착되어 있는 접근 센서가 작동되면 상기 회전 패널의 회전을 중지시키는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 드론에 포함된 배터리 팩 케이스의 타단은, 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로의 일단에 맞닿으며 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로의 일단에 부착된 접근 센서를 작동시키는 메모리가 내장되어 있을 수 있다.
상기 배터리 팩 이동기는, 일단에 형성된 고정장치를 회전시키기 위한 제1 모터를 포함하고, 상기 배터리 팩을 상기 드론으로 삽입시키는 제2 모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 배터리 팩 자동 교체 방법은, 배터리 팩을 다수 개 포함하며 상기 배터리 팩을 충전하는 드론 배터리 팩 자동 교체 장치를 이용한 드론 배터리 팩 교체 방법으로서, 적외선 센서가 포함된 드론 착륙 센터가 드론이 착륙된 것을 인지하여 상기 드론을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키고, 일단에 회전이 가능한 고정장치가 형성되어 있는 배터리 팩 이동기가 상기 드론에 내장된 배터리 팩을 고정시켜 상기 드론으로부터 제거하고,
충전이 완료된 배터리 팩을 상기 배터리 팩 이동기의 이동경로에 위치시킨 후 상기 드론 배터리 팩 자동 교체 장치로부터 상기 드론으로 삽입한다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 드론의 GPS 성능에 크게 의존하지 않고, 드론이 착륙장 내에 착륙하기만 하면 드론의 위치를 충전소까지 옮겨주어 드론이 배터리를 바꾸는데 제일 좋은 위치로 보정해주므로 어떤 드론이든지 간에 본 발명을 사용할 수 있는 높은 호환성을 가질 수 있다.
또한, 드론 배터리 팩 자동 교체 장치는 다양한 자율주행 드론 산업에 유연하게 적용될 수 있어 드론 산업에 맞춰진 충전소 제조공정이 아닌 하나의 제조 공정으로 대체할 수 있다.
또한, 짧은 교체 시간으로 충전이 이루어지므로 하루 내 전체 충전시간을 감소시킬 수 있으며 드론의 전체 주행시간을 늘릴 수 있어 시간의 효율성을 기대할 수 있다.
또한, 무인택배, 농업, 군사와 같은 자율 주행 드론이 활용되는 사업에서 효율적인 배터리 자동 교체 방식을 통해 드론의 일률을 증가시킬 수 있고, 드론 관리에 투입되는 관리인 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 제안하는 드론 배터리 팩 자동 교체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 배터리 팩 자동 교체 장치를 자세히 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩 이동기를 자세히 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 배터리 팩 충전기를 자세히 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 드론 착륙 센터를 자세히 도시한 도면이다
도 6은 본 발명이 제안하는 드론 착륙 장치가 드론을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 과정을 자세히 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 배터리 팩 자동 교체 방법을 도시한 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 짧은 교체 시간으로 충전이 이루어지므로 하루 내 전체 충전시간을 감소시킬 수 있으며 드론의 전체 주행시간을 늘릴 수 있어 시간의 효율성을 기대할 수 있는 드론 배터리 팩 자동 교체 장치이다.
도 1은 본 발명이 제안하는 드론 배터리 팩 자동 교체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
드론 배터리 팩 자동 교체 시스템(10)은 드론(500)및 드론 배터리 팩 자동 교체 장치(100)를 포함할 수 있다.
드론(500)의 하단에는 오픈 되어 있어 배터리 팩을 용이하게 교체할 수 있는 배터리 팩 케이스가 구비되어 있고, 배터리 팩 케이스의 타단에는 RFID 등의 물체가 접근하는 것은 인식하는 접근 센서를 작동시킬 수 있는 메모리가 내장되어 있을 수 있다.
배터리 팩 케이스는 드론(500)의 전원 공급 장치와 배터리 팩을 연결하는 전원 공급 단자와 배터리 팩이 탈부착 및 고정 가능하게 하는 네오디뮴 자석 등의 장치를 포함할 수 있고, 드론(500)의 랜딩기어에 장착되어 있을 수 있다.
드론 배터리 팩 자동 교체 장치(100)는 다수 개의 배터리 팩, 배터리 팩을 충전할 수 있는 배터리 팩 충전기, 배터리 팩을 드론(500)의 배터리 팩 케이스로 이동시킬 수 있는 배터리 팩 이동기 및 드론(500)을 배터리 팩 교체 위치로 이동시키기 위한 드론 착륙 센터를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5을 참조하여 드론 배터리 팩 자동 교체 장치(100)의 구성을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 배터리 팩 자동 교체 장치를 자세히 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 드론 배터리 팩 자동 교체 장치(100)는 배터리 팩(110), 배터리 팩 이동기(130), 배터리 팩 충전기(150) 및 드론 착륙 센터(170)를 포함할 수 있다.
배터리 팩(110)의 타단에 배터리 팩 이동기(130)의 고정장치와 결합하기 위한 홈이 형성되어 있을 수 있고, 배터리 팩 케이스와 탈부착 및 고정 가능하게 하는 네오디뮴 자석 등의 장치를 포함할 수 있다.
또한, 드론(500)의 배터리 팩 케이스에 장착되어 드론(500)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치를 포함하고 있을 수 있다.
배터리 팩 이동기(130)의 일단에는 배터리 팩(110)을 고정시키기 위한 고정장치가 형성되어 있을 수 있고, 배터리 팩 충전기(150)로부터 드론(500)이 배터리 팩 교체 위치에 안착된 신호가 송신되면, 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거할 수 있다.
이후 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거한 뒤 초기의 위치로 돌아갈 수 있고, 배터리 팩 충전기(150)가 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치시켜놓은 배터리 팩(110)을 드론(500)으로 삽입시키기 위한 동작을 수행할 수 있다.
배터리 팩 충전기(150)의 하단에 가이드레일 등의 배터리 팩 충전기(150)를 이동시킬 수 있는 장치를 포함할 수 있어 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로로 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 이동시킬 수 있다.
즉, 배터리 팩 이동기(130)가 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거하기 위한 이동이 완료된 것이 인식되면, 배터리 팩 충전기(150)는 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치시킬 수 있다.
드론 착륙 센터(170)는 드론(500)을 이동시킬 수 있는 위치 보정기, 드론(500)이 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동되면 드론(500)을 회전시킬 수 있는 회전 패널 및 위치 보정기와 회전 패널을 제어할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.
드론 착륙 센터(170)는 드론(500)의 착륙을 인지할 수 있는 적외선 센서 등의 센서를 통해 드론(500)의 착륙을 인지할 수 있고, 드론(500)의 착륙이 인지되면 위치 보정기를 통해 드론(500)을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시킬 수 있다.
드론 착륙 센터(170)의 위치 보정기는 모터, 컨베이어 벨트 등의 드론(500)의 위치를 보정시킬 수 있는 장치를 이용하여 드론(500)을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시킬 수 있도록 작동될 수 있다.
드론 착륙 센터(170)의 회전 패널은 모터 등의 패널을 회전시킬 수 있는 장치를 이용하여 드론(500)의 배터리 팩 케이스가 배터리 팩 이동기(130)를 통해 배터리 팩(110)을 제거하거나 삽입할 수 있도록 드론(500)을 회전시킬 수 있다.
드론 착륙 센터(170)의 제어부는 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 부착된 접근 센서가 드론(500)의 배터리 팩 케이스의 타단에 내장되어 있는 메모리에 의해 작동되면, 위치 보정기와 회전 패널의 동작을 중지시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 배터리 팩 이동기를 자세히 도시한 도면이다.
본 발명이 제안하는 배터리 팩 이동기(130)의 일단에는 배터리 팩(110)의 타단에 형성된 홈과 결합할 수 있는 고정장치가 형성되어 있을 수 있고, 배터리 팩(110)의 홈과 결합되어 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거하거나 배터리 팩 충전기(150)에 포함된 배터리 팩(110)을 드론(500)으로 유용하게 삽입시킬 수 있다.
배터리 팩 이동기(130)가 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 이동시키기 위한 이동 경로의 일단에는 RFID 등의 물체가 접근하는 것은 인식하는 접근 센서가 부착되어 있을 수 있다.
배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 부착된 접근 센서가 접근 센서를 작동시킬 수 있는 메모리에 의해 작동되면, 배터리 팩 이동기(130)로 접근 센서의 작동 신호를 송신할 수 있다.
배터리 팩 이동기(130)는 일단에 형성된 고정장치를 회전시키기 위한 제1 모터를 포함할 수 있고, 배터리 팩 충전기(150)가 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치해놓은 배터리 팩(110)을 드론(500)으로 삽입시키기 위한 동작을 수행하는 제2 모터를 포함할 수 있다.
제1 모터는 배터리 팩(110)의 타단에 형성되어 있는 홈과 배터리 팩 이동기(130)의 고정장치가 맞물릴 수 있도록 360도(°)로 회전할 수 있다.
제2 모터는 배터리 팩 이동기(130)가 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거하거나 배터리 팩 충전기(150)로부터 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 드론(500)으로 삽입시키기 위해 작동할 수 있다.
도 4는 도 2의 배터리 팩 충전기를 자세히 도시한 도면이다.
본 발명이 제안하는 배터리 팩 충전기(150)는 다수 개의 배터리 팩(110)을 포함하고 있을 수 있고, 각 배터리 팩(110)을 충전할 수 있고, 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치시킬 수 있다.
여기서, 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치시키는 것은, 배터리 팩 이동기(130)가 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거하여 배터리 팩 이동기(130)가 초기 위치로 돌아간 후에 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치시킬 수 있다.
배터리 팩 충전기(150)의 하단에는 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로로 이동시키기 위한 가이드레일 등의 장치가 설치되어 있을 수 있다.
도 5는 도 2의 드론 착륙 센터를 자세히 도시한 도면이다
본 발명이 제안하는 드론 착륙 센터(170)는 드론(500)을 이동시킬 수 있는 위치 보정기(177) 및 드론(500)이 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동되면 드론(500)을 회전시킬 수 있는 회전 패널(173)을 포함할 수 있다.
위치 보정기(177)는 적어도 하나의 모터를 구비하여 드론 착륙 센터(170)에 드론(500)이 착륙하면 해당 드론(500)을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시킬 수 있다.
위치 보정기(177)는 가로 위치 보정기(177a)와 세로 위치 보정기(177b)로 구성되어 있을 수 있어 드론(500)이 드론 착륙 센터(170)의 어느 곳에 착륙하던지 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시킬 수 있다.
여기서, 위치 보정기(177)가 가로 위치 보정기(177a)와 세로 위치 보정기(177b)로 구성되어 있는 경우 가로 위치 보정기와 세로 위치 보정기를 각각 작동시키기 위한 두 개의 모터가 구비되어 있을 수 있다.
드론 착륙 센터(170)에 착륙한 드론(500)을 회전시킬 수 있는 회전 패널(173)은 드론 착륙 센터(170)의 중앙부에 위치할 수도 있고, 지정된 배터리 팩 교체 위치에 위치되어 있을 수도 있다.
회전 패널(173)은 드론(500)에 포함되어 있는 배터리 팩 케이스가 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 삽입시키기 위한 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 맞닿아 접근 센서가 작동할 때까지 회전할 수 있다.
회전 패널(173)은 배터리 팩 충전기(150)와 맞닿아 있는 드론 착륙 센터(170)의 일측에 위치되어 있을 수 있으며, 드론(500)이 위치 보정기(177)에 의해 이동되는 지정된 배터리 팩 교체 위치와 동일한 위치를 의미할 수 있다.
회전 패널(173)의 하단에는 회전 패널(173)을 상승시킬 수 있는 리프트 등의 장치와 회전 패널(173)을 회전시키기 위한 모터 등의 장치가 장착되어 있을 수 있다.
즉, 드론(500)이 회전 패널(173)의 상단에 안착되면 리프트 등의 장치를 통해 회전 패널(173)이 상승할 수 있고, 모터 등의 장치를 통해 회전하여 드론(500)의 배터리 팩 케이스가 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 위치될 수 있다.
여기서, 접근 센서는 RFID 등의 물체가 접근하는 것을 인식하는 접근 센서 등의 장치를 의미할 수 있고, 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 부착되어 있을 수 있다.
제어부(175)는 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 부착된 접근 센서가 드론(500)의 배터리 팩 케이스의 타단에 내장되어 있는 메모리에 의해 작동되면, 위치 보정기(177)와 회전 패널(173)의 동작을 중지시킬 수 있다.
도 6은 본 발명이 제안하는 드론 착륙 장치가 드론을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 과정을 자세히 도시한 도면이다.
도 6을 참조하여 드론 착륙 센터(170)가 위치 보정기(177), 회전 패널(173) 및 제어부(175)를 이용하여 드론 착륙 센터(170)로 착륙한 드론(500)을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 과정을 설명하기로 한다.
도 6의 (a)는 드론 착륙 센터(170)의 일부분에 드론(500)이 착륙한 예를 나타낸 도면이며 드론 착륙 센터(170)는 적외선 센서 등의 센서를 이용하여 드론(500)이 착륙한 것을 인식할 수 있다.
도 6의 (b)는 드론 착륙 센터(170)에 드론(500)이 착륙한 것을 인식 한 후 제어부(175)에 의해 위치 보정기(177)가 드론(500)을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 예를 나타낸 도면이다.
도 6의 (b)와 같이 지정된 배터리 팩 교체 위치로 드론(500)이 이동되었으나, 드론(500)의 배터리 팩 케이스의 배터리 팩(110)을 삽입시키기 위해 오픈된 타단이 배터리 팩 충전기(150)의 일단에 위치하지 않은 경우, 도 6의 (c)와 같이 회전 패널(173)을 이용하여 드론(500)을 회전시킬 수 있다.
회전 패널(173)은 드론(500)의 배터리 팩 케이스의 타단에 내장되어 있는 RFID 등의 물체가 접근하는 것을 인식하는 접근 센서를 작동시킬 수 있는 메모리에 의해 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 부착된 접근 센서가 작동될 때까지 회전할 수 있다.
여기서, 위치 보정기(177)와 회전 패널(173)은 드론 착륙 센터(170)의 제어부(175)에 의해 작동하거나 중지할 수 있고, 위치 보정기(173)는 드론(500)이 지정된 배터리 팩 교체 위치에 위치하면 이동을 중지할 수 있고, 회전 패널(173)은 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 부착된 접근 센서가 작동하면 이동을 중지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 배터리 팩 자동 교체 방법을 도시한 흐름도이다.
드론(500)의 착륙을 인지할 수 있는 적외선 센서 등의 센서를 이용하여 드론 착륙 센터(170)에 드론(500)이 착륙된 것을 인식할 수 있고(S1100), 드론 착륙 센터(170)에 착륙한 드론(500)을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시킬 수 있다(S1300).
드론 착륙 센터(170)는 위치 보정기(177)를 이용하여 착륙한 드론(500)을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시킬 수 있고, 회전 패널(173)을 이용하여 드론(500)의 배터리 팩 케이스가 배터리 팩을 삽입시킬 수 있는 위치로 회전시킬 수 있다.
드론(500)의 배터리 팩 케이스의 타단에는 접근 센서를 작동시킬 수 있는 메모리가 내장되어 있을 수 있고, 배터리 팩(110)을 삽입시키기 위한 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에는 접근 센서가 부착되어 있을 수 있다.
이에 따라, 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로의 일단에 부착된 접근 센서가 드론(500)의 배터리 팩 케이스의 타단에 내장된 메모리에 의해 작동되면 드론 착륙 센터(170)의 위치 보정기(177)와 회전 패널(173)은 움직임이 중지될 수 있다.
배터리 팩 이동기(130)는 배터리 팩 교체 위치에 위치하여 접근 센서가 작동하면, 드론(500)으로부터 드론(500)의 배터리 팩 케이스에 내장된 배터리 팩을 제거할 수 있다(S1500).
배터리 팩 이동기(130)의 일단에는 배터리 팩(110)을 고정시키기 위한 고정장치가 형성되어 있을 수 있고, 배터리 팩 충전기(150)로부터 드론(500)이 배터리 팩 교체 위치에 안착된 신호가 송신되면, 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거할 수 있다.
여기서, 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩의 타단에는 배터리 팩 이동기(130)의 일단에 형성되어 있는 고정장치와 맞물릴 수 있는 홈이 형성되어 있을 수 있다.
배터리 팩 이동기(130)는 고정장치를 회전시키기 위한 제1 모터를 포함할 수 있고, 배터리 팩 충전기(150)가 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치해놓은 배터리 팩(110)을 드론(500)으로 삽입시키기 위한 동작을 수행하는 제2 모터를 포함할 수 있다.
제1 모터는 배터리 팩(110)의 타단에 형성되어 있는 홈과 배터리 팩 이동기(130)의 고정장치가 맞물릴 수 있도록 360도(°)로 회전할 수 있고, 제2 모터는 배터리 팩 이동기(130)가 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거하거나 배터리 팩 충전기(150)로부터 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 드론(500)으로 삽입시키기 위해 작동할 수 있다.
드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거한 후 배터리 팩 충전기(150)는 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치시킬 수 있다(S1700).
즉, 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치시키는 것은, 배터리 팩 이동기(130)가 드론(500)에 내장되어 있는 배터리 팩을 제거하여 배터리 팩 이동기(130)가 초기 위치로 돌아간 후에 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치시킬 수 있다.
배터리 팩 충전기(150)는 다수 개의 배터리 팩(110)을 포함하고 있을 수 있고, 포함되어 있는 모든 배터리 팩(110)을 각각 충전할 수 있다.
배터리 팩 충전기(150)의 하단에는 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로로 이동시키기 위한 가이드레일 등의 장치가 설치되어 있을 수 있다.
여기서, 배터리 팩 충전기(150)에 구비되어 있는 다수 개의 배터리 팩(110)의 타단에는 배터리 팩 이동기(130)의 일단에 형성된 고정장치와 맞물릴 수 있는 홈이 형성되어 있을 수 있다.
배터리 팩 이동기(130)는 배터리 팩 이동기(130)의 이동 경로에 위치하여 충전이 완료된 배터리 팩(110)을 드론(500)의 배터리 팩 케이스의 내부로 삽입시킬 수 있다(S1900).
한편, 드론 배터리 팩 자동 교체 장치(100)는 전기를 사용할 수 없는 오지에서도 활용되기 위해 신재생 에너지를 이용하여 작동이 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 사막에서 태양광 에너지를 이용하거나, 고산지대에서 동력에너지를 이용하는 방향으로 개발될 수 있다.
또한, 드론 배터리 팩 자동 교체 장치(100)는 하나의 특정 드론에 맞는 착륙장이 아니라 다양한 드론에도 사용 가능하도록 배터리 팩을 규격화하며 효율적인 디자인으로 적용할 수도 있다.
이를 통하여 드론 배터리 팩 자동 교체 장치(100)는 어떠한 장소 또는 드론에도 적용이 용이하며 경제적이고 신뢰성 있는 시스템으로 발전이 가능하여 드론 산업의 발전에 큰 영향을 기여할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 드론의 GPS 성능에 크게 의존하지 않고, 드론이 착륙장 내에 착륙하기만 하면 드론의 위치를 충전소까지 옮겨주어 드론이 배터리를 바꾸는데 제일 좋은 위치로 보정해주므로 어떤 드론이든지 간에 본 발명을 사용할 수 있는 높은 호환성을 가질 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
미국 방산업 전문 컨설팅 업체인 틸그룹(Teal Group)은 세계 드론 시장 규모가 '15년 약 40억 달러(약 4조 8000억원)에서 '24년 147억 달러(약 17조 7000억원) 규모로 급증할 것으로 예상하는 중이며 소형 드론 시장은 급성장하여 정체 시장 규모가 24년까지 연평균 15% 성장할 것이라고 전망하는 중이다.
또한, 틸그룹에서 2012년 조사한 국가별 드론 시장 점유율 지표에 따르면, 당시 드론 시장 점유율은 미국 71%, 유럽 13%, 중동 7%, 아시아-태평양 8%에서 21년에는 미국의 지배력이 약화되어 미국 49%, 유럽 17%, 아시아-태평양 22%, 중동 9%등으로 과점시장에서 경쟁시장으로 변화될 것으로 전망하는 중이다.
또한, 2014년 골드만삭스가 조사한 자료에 따르면, 상업용 드론의 경우 농업용, 수색, 구조용 등 다양한 용도의 상업용 드론을 생산하고 있는 중국의 DJI가 세계 시장의 70%를 차지하고 있는 것으로 집계되었으며, 14년 매출은 약 5,000억원, 16년 매출은 약 1조 1,500억원인 것으로 조사되었다.
국내에서는 국토교통부가 2015년에 발표한 국내 무인동력장치 현황에 따르면 2015년까지 신고된 무인동력장치의 수량이 해가 지나며 늘어나는 경향을 보이는데 2014년에 354대였던 무인동력장치의 수가 15년에는 716대로 거의 2배에 가깝게 늘어난 것으로 볼 수 있으며, 이러한 추세에 따라 국내 무인 동력 장치 즉 드론의 사용수량은 점점 늘어날 것으로 예상된다.
하지만, 국내 드론의 사용은 개인용 또는 상업용에 국한되어 있으며 각종 규제로 인하여 억제되어 있어 앞으로 드론 산업과 관련된 규제와 제도가 완화되어 국내의 드론 산업이 개인용과 상업용에 제한되지 않고, 공공용의 목적으로 사용되는 현실적인 조건이 갖추어 진다면, 자동 위치 조정 시스템이 구비된 착륙장 또한 드론 시장의 성장에 힘입어 많은 수요가 있을 것으로 예상된다.
10: 드론 배터리 팩 자동 교체 시스템
100: 드론 배터리 팩 자동 교체 장치
110: 배터리 팩
130: 배터리 팩 이동기
150: 배터리 팩 충전기
170: 드론 착륙 센터
173: 회전 패널
175: 제어부
177: 위치 보정기
177a: 가로 위치 보정기
177b: 세로 위치 보정기
500: 드론

Claims (5)

  1. 배터리 팩;
    일단에 회전이 가능한 고정장치가 형성되어 있고, 드론에 내장된 배터리 팩을 상기 고정장치에 고정시켜 상기 드론에 내장된 배터리 팩을 상기 드론으로부터 제거하고, 상기 드론으로 충전이 완료된 배터리 팩을 삽입시키는 배터리 팩 이동기;
    상기 배터리 팩을 다수 개 포함하며 상기 배터리 팩을 충전하고, 충전이 완료된 배터리 팩을 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로에 위치시키고, 일단이 오픈 되어 있는 배터리 팩 충전기; 및
    적외선 센서를 이용하여 드론의 착륙을 인지하고, 상기 드론을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 드론 착륙 센터;를 포함하는, 드론 배터리 팩 자동 교체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드론 착륙 센터는,
    상기 적외선 센서 및 무게 센서를 이용하여 드론의 착륙이 인지되면 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키는 위치 보정기;
    상기 드론이 착륙한 후 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동되면, 상기 드론에 포함된 배터리 팩 케이스의 타단이 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로의 일단에 위치될 수 있도록 회전시키는 회전 패널; 및
    상기 드론이 지정된 배터리 팩 교체 위치에 위치하면 상기 위치 보정기를 중지시키고, 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로의 일단에 부착되어 있는 접근 센서가 작동되면 상기 회전 패널의 회전을 중지시키는 제어부;를 포함하는, 드론 배터리 팩 자동 교체 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 드론에 포함된 배터리 팩 케이스의 타단은,
    상기 배터리 팩 충전기의 일단에 맞닿으며 상기 배터리 팩 이동기의 이동 경로의 일단에 부착된 접근 센서를 작동시키는 메모리가 내장되어 있는, 드론 배터리 팩 자동 교체 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 이동기는,
    일단에 형성된 고정장치를 회전시키기 위한 제1 모터를 포함하고, 상기 배터리 팩을 상기 드론으로 삽입시키는 제2 모터를 포함하는, 드론 배터리 팩 자동 교체 장치.
  5. 배터리 팩을 다수 개 포함하며 상기 배터리 팩을 충전하는 드론 배터리 팩 자동 교체 장치를 이용한 드론 배터리 팩 교체 방법으로서,
    적외선 센서가 포함된 드론 착륙 센터가 드론이 착륙된 것을 인지하여 상기 드론을 지정된 배터리 팩 교체 위치로 이동시키고,
    일단에 회전이 가능한 고정장치가 형성되어 있는 배터리 팩 이동기가 상기 드론에 내장된 배터리 팩을 고정시켜 상기 드론으로부터 제거하고,
    충전이 완료된 배터리 팩을 상기 배터리 팩 이동기의 이동경로에 위치시킨 후 상기 드론 배터리 팩 자동 교체 장치로부터 상기 드론으로 삽입하는, 드론 배터리 팩 자동 교체 방법.
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