KR20200075942A

KR20200075942A - 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200075942A
Application number: KR1020180161238A
Authority: KR
Inventors: 장종욱; 박세일; 이재웅; 서의성; 김민영
Original assignee: 동의대학교 산학협력단
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-29
Also published as: KR102129905B1

Abstract

본 발명은 항로표지에 구성되는 드론 이착륙장의 수평 및 균형을 유지 제어할 수 있도록 자이로스코프 기반 2축 짐벌을 구비하여 드론의 안정적인 이착륙 환경을 구축할 수 있도록 한 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법에 관한 것으로, 선박의 안전 항해 및 선위 확인을 하기 위한 항로 표지 본체;상기 항로 표지 본체의 상단에 위치하여 드론의 착륙 및 이륙이 가능하도록 지지대 역할을 하는 드론 이착륙대;상기 항로 표지 본체의 상단 및 드론 이착륙대의 사이에 위치하여 드론 이착륙대를 지지하고, 드론 이착륙대가 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하는 2축 짐벌;을 포함하는 것이다.

Description

항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법{Apparatus and Method for Maintaining Drones Landing Balance for aid to Navigation}

본 발명은 해양 산업용 드론 운용 기술에 관한 것으로, 구체적으로 항로표지에 구성되는 드론 이착륙장의 수평 및 균형을 유지 제어할 수 있도록 자이로스코프 기반 2축 짐벌을 구비하여 드론의 안정적인 이착륙 환경을 구축할 수 있도록 한 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지구관측 자료는 해양, 기상, 환경, 농업 등의 다양한 분야에서 이루어지고 있으며, 실시간으로 수집된 자료 및 모델링 등에 의해 얻어진 결과는 여러 분야에서 유용한 과학 정보로 제공된다.

이러한 이유로 인해, 해양 및 기상을 관측하고자 하는 경우, 인공위성, 항공기, 선박 및 무인 헬기 등을 사용하고 있다.

여기서, 인공위성을 통한 관측은 광범위한 지역에 이용되는 장점을 가지나, 구름이나 기상 상황에 영향을 받게되므로써 가림 현상을 유발하여 관측의 정확도를 높이는데 한계를 가지며, 관측 주기가 하루에 2번이라는 단점을 가진다.

또한, 항공기를 통한 관측은 특정 연구 및 조사 목적으로 활용하고 있으나, 근거리에 한정되고, 연속 관측이 어려우며, 관측을 하기 위한 비용과 전문인력이 많이 소요되는 한계가 존재한다.

따라서, 최근에는 드론 등의 무인 항공기를 운용하여 특정 연구 및 조사 목적으로 활용되고 있다.

한편, 항로표지는 선박이 연안을 항해할 때나 출입할 때에 선박의 안전 항해 및 선위 확인을 하기 위하여 선박의 교통량이 많은 항로, 항구, 만, 해협, 암초 주변에 설치된 해상 구조물로서 등광 및 형상이나 색채와 음향, 고정 전파 등의 수단을 이용한 인위적인 시설로서 주로 선박의 항행을 돕는다.

최근 항로표지는 센서와 통신망의 발달로 단순한 항로표지 기능을 넘어서 WCDMA, LTE 등과 같은 이동통신망을 활용하여 항로표지가 설치된 주변 해상의 환경 데이터를 전송할 수 있으며, 이를 지원하기 위하여 항로표지에 태양전지 및 리튬 배터리와 MCU가 장착되어 전력 공급 및 데이터를 생성한다.

드론(Drone)은 조종사가 탑승하지 않고 무선전파 유도에 의해 비행과 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인기를 뜻하는 것으로서, 이러한 드론은 초기에 군사용으로 탄생했지만 고공 영상이나 사진 촬영, 배달, 기상정보 수집, 농약 살포 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

특히, 해양 산업에서도 해양 정찰, 어군 탐지, 항만감시, 구조 등 드론의 활용도가 매우 높아 다양한 기능을 탑재한 해양 산업용 드론들이 이용되고 있다.

그러나 기본적으로 드론은 전기 에너지원을 동력으로 이용하여 동작하기 때문에 배터리의 용량은 비행시간에 절대적인 수치를 가진다.

하지만, 배터리의 용량 또한 드론이 가지는 한정된 적재용량 때문에 큰 용량의 배터리를 사용하기가 어렵다.

따라서, 넓은 해양 환경에서는 한정적인 비행시간을 가진 드론의 특성상 해양에서 충분히 활용하기에는 짧은 비행 거리를 가지며, 해양에서는 드론이 해상 이착륙이 불가능한 환경을 가지기 때문에 연근해에 설치된 항로표지를 이용한 드론의 이착륙 방법이 떠오르고 있다.

하지만, 파고와 해풍이라는 해양 환경 특성상 이착륙장의 안정적인 이착륙 환경이 보장되지가 않아 드론의 추락으로 이어질 가능성이 크다.

바다 연근해에 고정 설치되어 있는 항로표지의 특성상 파고 및 해풍 등 외부 날씨 환경으로 인해 항로표지 위치는 고정이 되나 수면 위에서 수평 및 균형 유지가 어려워 항로표지 상단에 설치된 드론 이착륙장 또한 수평 및 균형 유지가 어렵다.

특히, 종래 기술의 항로표지 상단에 설치된 드론 이착륙장에서는 드론 조종을 하는 조종사로서 조종 지역과 비행 지역의 날씨 환경이 달라 이착륙 전 항로표지 주변이 이착륙에 적합한 환경인지 알 수가 없어 드론이 이착륙을 할 시에 외부 환경에 의하여 이착륙을 할 수가 없거나 이착륙 간 사고가 날 가능성이 높을 수 밖에 없다.

따라서, 해양 산업용 드론들의 안정적인 활용을 위한 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0061865호 대한민국 등록특허 제10-1808330호 대한민국 공개특허 제10-2017-0044832호

본 발명은 종래 기술의 해양 산업용 드론 운용 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 항로표지에 구성되는 드론 이착륙장의 수평 및 균형을 유지 제어할 수 있도록 자이로스코프 기반 2축 짐벌을 구비하여 드론의 안정적인 이착륙 환경을 구축할 수 있도록 한 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 항로표지 상단에 위치한 드론이 이착륙할 수 있도록 구성된 평평한 이착륙장에 연결 잭 없이 드론 배터리를 충전 가능한 무선 충전패드를 설치하여 착륙시 자동으로 충전을 지원하고 이륙시에 충전이 종료되도록 하여 드론 운용의 안정성을 높인 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 이착륙장 전체에 자이로스코프 센서와 Roll 축과 Pitch 축에 각각 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 장착하여, 자이로스코프 센서의 데이터를 기반으로 모터를 제어하여 이착륙장의 수평 균형을 유지하고, 착륙 후 장착된 무선 충전패드로 무선 충전을 지원하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 자이로스코프 센서 데이터의 크기 값과 무선 충전패드의 전류 데이터 값을 전송받아 주변 해상의 파고 및 풍속 상황 관측 및 드론의 착륙 여부와 충전 여부를 모니터링할 수 있도록 한 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치는 선박의 안전 항해 및 선위 확인을 하기 위한 항로 표지 본체;상기 항로 표지 본체의 상단에 위치하여 드론의 착륙 및 이륙이 가능하도록 지지대 역할을 하는 드론 이착륙대;상기 항로 표지 본체의 상단 및 드론 이착륙대의 사이에 위치하여 드론 이착륙대를 지지하고, 드론 이착륙대가 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하는 2축 짐벌;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 2축 짐벌의 Roll 축 제어를 위한 ROLL BLDC 모터와, Pitch 축 제어를 위한 PITCH BLDC 모터와,외부 환경변화로 인하여 항로 표지 본체가 수평 및 균형을 잃은 상태가 되면 ROLL BLDC 모터 및 PITCH BLDC 모터를 제어하여 드론 이착륙대의 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하기 위한 수평 균형에 관한 데이터를 센싱하는 자이로스코프 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 드론 이착륙대의 상면 중앙부에 구성되어 드론의 무선 충전을 지원하는 무선 충전 패드와,항로 표지 본체에 구성되어 무선 충전 패드를 통한 드론의 무선 충전을 위한 전원을 저장 및 공급하는 배터리와,배터리 충전을 지원하는 태양전지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 드론이 드론 이착륙대에 착륙하면 무선 충전패드를 통한 무선 충전을 지원하고, 자이로스코프 센서 데이터의 크기 값과 무선 충전패드의 전류 데이터 값을 전송받아 해상의 파고 및 풍속 상황을 관측하고, 드론의 착륙 여부와 충전 여부를 모니터링하기 위한 외부 모니터링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 외부 모니터링 장치는, 드론 조종간 요구되는 안정적인 이착륙 환경을 조성하기 위해서 자이로스코프 센서 데이터 값을 이용하여 사전 이착륙 환경을 판단하고,무선 충전패드의 전류 데이터 값으로 드론의 충전 진행 여부와 착륙 성공 여부를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 외부 모니터링 장치는, 무선 충전패드에 장착되어 충전 패드가 소비하는 전력량을 측정하는 전류계로부터 데이터를 수신하는 전류계 데이터 수신부와,드론의 착륙 이전 또는 이륙 이전에 드론 이착륙대의 수평 및 균형 상태를 판단하기 위하여 자이로스코프 센서 데이터를 수신하는 자이로스코프 센서 데이터 수신부와,드론의 이착륙을 제어하는 드론 이착륙 제어부와,자이로스코프 센서 데이터의 크기 값과 무선 충전패드의 전류 데이터 값을 전송받아 드론 이착륙 판단을 하는 드론 이착륙 판단부와,자이로스코프 센서 데이터 수신부를 통하여 수신한 자이로스코프 센서 데이터를 기준으로 드론 이착륙대의 수평 및 균형 상태를 판단하여 수평 및 균형을 유지한 상태가 아닌 경우에 2축 짐벌을 제어하는 짐벌 제어부와,드론 이착륙 판단부를 통하여 드론이 착륙한 것으로 판단되면 무선 충전패드를 통하여 드론 충전이 이루어지도록 제어하는 드론 충전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법은 항로 표지 본체의 상단 및 드론 이착륙대의 사이에 위치하여 드론 이착륙대를 지지하고, 드론 이착륙대가 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하는 2축 짐벌을 포함하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치의 제어에 있어서, 드론 착륙 이전에 자이로스코프 센서 데이터 값을 이용하여 사전 이착륙 환경을 판단하는 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계;상기 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계에서 드론 이착륙대의 수평 및 균형 상태를 판단하여 수평 및 균형을 유지한 상태가 아닌 경우에 2축 짐벌을 제어하는 수평 및 균형 유지 제어 단계;드론 이착륙 판단부를 통하여 드론이 착륙한 것으로 판단되면 무선 충전패드를 통하여 드론 충전이 이루어지도록 제어하는 드론 충전 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 수평 및 균형 유지 제어 단계에서, 수평 및 균형을 유지한 상태가 아닌 경우에는 2축 짐벌의 Roll 축 제어를 위한 ROLL BLDC 모터 및 Pitch 축 제어를 위한 PITCH BLDC 모터를 자이로스코프 센서 데이터 값을 기준으로 구동하여 드론 이착륙대의 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계 및 드론 충전 제어 단계에서, 자이로스코프 센서 데이터의 크기 값과 무선 충전패드의 전류 데이터 값을 전송받아 해상의 파고 및 풍속 상황을 모니터링하는 것을 특징으로 한다.

그리고 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계에서, 자이로스코프 센서의 3축 데이터(X,Y,Z)를 수신하는 단계와,3축 데이터(X,Y,Z)를 판단하여 드론의 이착륙 허용, 드론 이착륙시의 주의 경보, 드론 이착륙 불가 경보를 구분하여 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 드론 충전 제어 단계에서, 무선 충전패드에 장착되어 충전 패드가 소비하는 전력량을 측정하는 전류계로부터 데이터를 수신하는 단계와,전류계로부터 수신한 암페어 크기를 판단하여, 배터리 인식 불가 판정, 배터리 충전 완료 판정, 배터리 충전량이 높고 표준 충전중인 것으로 판정, 배터리 충전량이 낮고 고속 충전중인 것으로 판정하여 판정 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 수평 및 균형 유지 제어 단계에서, X축 짐벌 구동을 위하여, 자이로스코프 센서 데이터(X radian(Roll))를 생성하는 단계와,라디안(radian) 디그리(degree) 변환을 하고, 디그리 데이터와 BLDC 모터를 동기화하는 단계와,X 디그리 데이터값을 판단하여 데이터값이 60°보다 작으면 BLDC 모터 작동을 하고, 데이터값이 60°보다 같거나 크면 BLDC 모터를 비상 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 수평 및 균형 유지 제어 단계에서, Y축 짐벌 구동을 위하여, 자이로스코프 센서 데이터(Y radian(Pitch))를 생성하는 단계와,라디안(radian) 디그리(degree) 변환을 하고(S702), 디그리 데이터와 BLDC 모터를 동기화하는 단계와,Y 디그리 데이터값을 판단하여 데이터값이 60°보다 작으면 BLDC 모터 작동을 하고, 데이터값이 60°보다 같거나 크면 BLDC 모터를 비상 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 항로표지에 구성되는 드론 이착륙장의 수평 및 균형을 유지 제어할 수 있도록 자이로스코프 기반 2축 짐벌을 구비하여 드론의 안정적인 이착륙 환경을 구축할 수 있도록 한다.

둘째, 항로표지에 설치된 태양전지, 리튬배터리를 활용하기 때문에 드론 에너지원 공급이 용이하다.

셋째, 항로표지에 설치된 RTU의 WCDMA 모듈 및 각종 전류계를 활용하기 때문에 추가 이동통신망 장비 및 MCU가 필요 없어 장치 구성이 용이하다.

넷째, 모터 동작을 통하여 수평 균형을 잡아 주기 때문에 바람이 불거나 파도가 치는 등 외부 날씨 환경 요인으로 인하여 항로표지가 수평 균형을 잡지 못할 경우에도 이착륙장은 수평 균형을 유지하여 드론이 이착륙을 할 수가 있다.

다섯째, 드론이 착륙된 상황에서도 항로표지가 외부 환경 요인으로 중심축이 흔들릴 경우에도 드론을 안전하게 보관 및 언제든 이륙이 가능하다.

여섯째, 자이로스코프 센서의 데이터 및 모터의 작동은 바다 위 파고 및 풍속 등 날씨의 척도로서 이착륙 가능 여부 정보로 활용이 가능하다.

일곱째, 무선 충전패드의 전류 데이터를 이용하여 드론의 착륙 성공 여부와 충전 여부 및 완료 여부를 판단하여 효율적인 시스템 운용이 가능하다.

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치의 외부 모니터링 장치의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치를 이용한 모니터링 과정을 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 자이로스코프 센서 데이터 기반의 모니터링 방법을 나타낸 플로우 차트
도 5는 본 발명에 따른 전류계 데이터 기반 모티터링 방법을 나타낸 플로우 차트
도 6은 본 발명에 따른 X축 짐벌 구동 방법을 나타낸 플로우 차트
도 7은 본 발명에 따른 Y축 짐벌 구동 방법을 나타낸 플로우 차트

이하, 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법은 항로표지 상단에 위치한 드론이 이착륙할 수 있도록 구성된 평평한 이착륙장에 연결 잭 없이 드론 배터리를 충전 가능한 무선 충전패드를 설치하고, 이착륙장 전체에 자이로스코프 센서와 Roll 축과 Pitch 축에 각각 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 장착하여, 자이로스코프 센서의 데이터를 기반으로 모터를 제어하여 이착륙장의 수평 균형을 유지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 드론 착륙 후 장착된 무선 충전패드로 무선 충전을 지원하고, 자이로스코프 센서 데이터의 크기 값과 무선 충전패드의 전류 데이터 값을 전송받아 주변 해상의 파고 및 풍속 상황 관측 및 드론의 착륙 여부와 충전 여부를 모니터링할 수 있도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명은 드론 조종간 요구되는 안정적인 이착륙 환경을 조성하기 위해서 자이로스코프 데이터 값으로 사전 이착륙 환경 파악과, 무선 충전패드의 전류 데이터 값으로 드론의 충전 진행 여부와 착륙 성공 여부를 모니터링하는 구성을 포함한다.

본 발명은 수면 위 항로표지가 흔들리더라도 자이로스코프 데이터 기준 2축 짐벌로 이착륙장의 수평 및 균형을 유지가 가능케 하여 안정적인 이착륙 환경을 구축할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치는 도 1에서와 같이, 선박의 교통량이 많은 항로, 항구, 만, 해협, 암초 주변에 설치되어 선박이 연안을 항해할 때나 출입할 때에 선박의 안전 항해 및 선위 확인을 하기 위한 항로 표지 본체(100)와, 상기 항로 표지 본체(100)의 상단에 위치하여 드론(10)의 착륙 및 이륙이 가능하도록 지지대 역할을 하는 드론 이착륙대(200)와, 항로 표지 본체(100)의 상단 및 드론 이착륙대(200)의 사이에 위치하여 드론 이착륙대(200)를 지지하고 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하는 2축 짐벌(80)을 포함한다.

그리고 2축 짐벌(80)의 Roll 축 제어를 위한 ROLL BLDC 모터(60)와, Pitch 축 제어를 위한 PITCH BLDC 모터(70)와, 바람 및 파도 등 외부 환경변화로 인하여 항로 표지 본체(100)가 수평 및 균형을 잃은 상태가 되면 ROLL BLDC 모터(60) 및 PITCH BLDC 모터(70)를 제어하여 드론 이착륙대(200)의 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하기 위한 수평 균형에 관한 데이터를 센싱하는 자이로스코프 센서(30)를 포함한다.

그리고 드론 이착륙대(200)의 상면 중앙부에 구성되어 드론(20)의 무선 충전을 지원하는 무선 충전 패드(20)와, 항로 표지 본체(100)에 구성되어 무선 충전 패드(20)를 통한 드론의 무선 충전을 위한 전원을 저장 및 공급하는 배터리(50)와, 배터리(50) 충전을 지원하는 태양전지(40)를 포함한다.

그리고 드론 이착륙대(200)의 외곽에는 착륙 과정 또는 착륙한 드론의 추락을 방지하기 위한 추락 보호벽(90)이 구비된다.

그리고 드론 이착륙대(200)에 장착된 자이로스코프 센서(30)와 ROLL BLDC 모터(60) 및 PITCH BLDC 모터(70), 무선 충전패드(20)는 전기 에너지 공급을 위해 항로표지 본체(100)내의 배터리(50)에 연결된다.

그리고 자이로스코프 센서(30)와 무선 충전패드(20)의 전류계로부터 생성된 측정 데이터 값은 기 사용되고 있는 항로표지 RTU의 WCDMA 망을 통해 외부 모니터링 장치로 전송되고, 외부 모니터링 장치는 전송받은 자이로스코프 센서와 전류계의 데이터 값을 기반으로 해상의 파고 및 풍속 상황, 사전 이착륙 환경, 드론 착륙 여부와 충전 여부에 관한 정보를 사용자에게 제공한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치는 드론(10)이 드론 이착륙대(200)에 착륙 후 장착된 무선 충전패드(20)로 무선 충전을 지원하고, 자이로스코프 센서(30) 데이터의 크기 값과 무선 충전패드(20)의 전류 데이터 값을 전송받아 해상의 파고 및 풍속 상황을 관측하고, 드론(10)의 착륙 여부와 충전 여부를 모니터링하기 위한 외부 모니터링 장치를 포함한다.

외부 모니터링 장치는 드론(10) 조종간 요구되는 안정적인 이착륙 환경을 조성하기 위해서 자이로스코프 센서(30) 데이터 값을 이용하여 사전 이착륙 환경을 파악하고, 무선 충전패드(20)의 전류 데이터 값으로 드론(10)의 충전 진행 여부와 착륙 성공 여부를 모니터링한다.

도 2는 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치의 외부 모니터링 장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치를 이용한 모니터링 과정을 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치의 외부 모니터링 장치는 무선 충전패드(20)에 장착되어 충전 패드가 소비하는 전력량을 측정하는 전류계로부터 데이터를 수신하는 전류계 데이터 수신부(21)와, 드론의 착륙 이전 또는 이륙 이전에 드론 이착륙대(200)의 수평 및 균형 상태를 판단하기 위하여 자이로스코프 센서 데이터를 수신하는 자이로스코프 센서 데이터 수신부(22)와, 드론의 이착륙을 제어하는 드론 이착륙 제어부(23)와, 자이로스코프 센서(30) 데이터의 크기 값과 무선 충전패드(20)의 전류 데이터 값을 전송받아 드론 이착륙 판단을 하는 드론 이착륙 판단부(24)와, 자이로스코프 센서 데이터 수신부(22)를 통하여 수신한 자이로스코프 센서 데이터를 기준으로 드론 이착륙대(200)의 수평 및 균형 상태를 판단하여 수평 및 균형을 유지한 상태가 아닌 경우에 2축 짐벌을 제어하는 짐벌 제어부(25)와, 드론 이착륙 판단부(24)를 통하여 드론이 착륙한 것으로 판단되면 무선 충전패드(20)를 통하여 드론 충전이 이루어지도록 제어하는 드론 충전 제어부(26)를 포함한다.

본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법은 드론 착륙 이전에 자이로스코프 센서(30) 데이터 값을 이용하여 사전 이착륙 환경을 판단하는 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계와, 드론 이착륙대(200)의 수평 및 균형 상태를 판단하여 수평 및 균형을 유지한 상태가 아닌 경우에 2축 짐벌을 제어하는 수평 및 균형 유지 제어 단계와, 드론 이착륙 판단부(24)를 통하여 드론이 착륙한 것으로 판단되면 무선 충전패드(20)를 통하여 드론 충전이 이루어지도록 제어하는 드론 충전 제어 단계를 포함한다.

드론 이착륙대 균형상태 판단 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 자이로스코프 센서 데이터 기반의 모니터링 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

먼저, 자이로스코프 센서(30)의 3축 데이터(X,Y,Z)를 수신한다.(S401)

이어, 3축 데이터(X,Y,Z)를 판단하여(S402) Sum(x,y,z rad/s) ≤ 1,000 이면 드론의 이착륙이 가능한 것으로 판단하여 정보를 제공하고(S403), 1,000 ＜ Sum(x,y,z rad/s) ＜ 3,500 이면 드론 이착륙시의 주의 경보를 하고(S404), 3,500 ≤ Sum(x,y,z rad/s) 이면 이착륙 불가 경보를 한다.(S405)

이와 같은 판정 기준값은 드론의 종류 및 환경에 따라 달라질 수 있음은 당연하다.

드론 충전 제어 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 전류계 데이터 기반 모티터링 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

먼저, 무선 충전패드(20)에 장착되어 충전 패드가 소비하는 전력량을 측정하는 전류계로부터 데이터를 수신한다.(S501)

이어, 전류계로부터 수신한 암페어 크기를 판단하여(S502), 암페어값이 0.01 보다 작거나 같으면(Ampere ≤ 0.01) 배터리 인식 불가 판정을 하고(S503), 암페어값이 0.01보다 크고 0.2보다 작거나 같으면(0.01 ＜ Ampere ≤ 0.2) 배터리 충전 완료인 것으로 판단하고, 암페어값이 0.2보다 크고 3.83 보다 작으면(0.2 ＜ Ampere ＜ 3.83) 배터리 충전량이 높고, 표준 충전중인 것으로 판단하고, 암페어 값이 3.83 보다 크거나 같으면(3.83 ≤ Ampere) 배터리 충전량이 낮고, 고속 충전중인 것으로 판단한다.

수평 및 균형 유지 제어 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 X축 짐벌 구동 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

X축 짐벌 구동을 위하여, 자이로스코프 센서 데이터(X radian(Roll))를 생성한다.(S601)

이어, 라디안(radian) 디그리(degree) 변환을 하고(S602), 디그리 데이터와 BLDC 모터를 동기화한다.(S603)

그리고 X 디그리 데이터값을 판단하여(S604) 데이터값이 60°보다 작으면 BLDC 모터 작동을 하고(S605), 데이터값이 60°보다 같거나 크면 BLDC 모터를 비상 정지한다.(S606)

도 7은 본 발명에 따른 Y축 짐벌 구동 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

Y축 짐벌 구동을 위하여, 자이로스코프 센서 데이터(Y radian(Pitch))를 생성한다.(S701)

이어, 라디안(radian) 디그리(degree) 변환을 하고(S702), 디그리 데이터와 BLDC 모터를 동기화한다.(S703)

그리고 Y 디그리 데이터값을 판단하여(S704) 데이터값이 60°보다 작으면 BLDC 모터 작동을 하고(S705), 데이터값이 60°보다 같거나 크면 BLDC 모터를 비상 정지한다.(S706)

이상에서 설명한 본 발명에 따른 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치 및 방법은 항로표지에 구성되는 드론 이착륙장의 수평 및 균형을 유지 제어할 수 있도록 자이로스코프 기반 2축 짐벌을 구비하여 드론의 안정적인 이착륙 환경을 구축할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 이착륙장 전체에 자이로스코프 센서와 Roll 축과 Pitch 축에 각각 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 장착하여, 자이로스코프 센서의 데이터를 기반으로 모터를 제어하여 이착륙장의 수평 균형을 유지하고, 착륙 후 장착된 무선 충전패드로 무선 충전을 지원하는 것이다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100. 항로표지 본체 200. 드론 이착륙대
10. 드론 20. 무선 충전 패드
30. 자이로스코프 센서 40. 태양 전지
50. 배터리 60. ROLL BLDC 모터
70. PITCH BLDC 모터 80. 2축 짐벌
90. 추락 보호벽

Claims

선박의 안전 항해 및 선위 확인을 하기 위한 항로 표지 본체;
상기 항로 표지 본체의 상단에 위치하여 드론의 착륙 및 이륙이 가능하도록 지지대 역할을 하는 드론 이착륙대;
상기 항로 표지 본체의 상단 및 드론 이착륙대의 사이에 위치하여 드론 이착륙대를 지지하고, 드론 이착륙대가 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하는 2축 짐벌;을 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 2축 짐벌의 Roll 축 제어를 위한 ROLL BLDC 모터와,
Pitch 축 제어를 위한 PITCH BLDC 모터와,
외부 환경변화로 인하여 항로 표지 본체가 수평 및 균형을 잃은 상태가 되면 ROLL BLDC 모터 및 PITCH BLDC 모터를 제어하여 드론 이착륙대의 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하기 위한 수평 균형에 관한 데이터를 센싱하는 자이로스코프 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 드론 이착륙대의 상면 중앙부에 구성되어 드론의 무선 충전을 지원하는 무선 충전 패드와,
항로 표지 본체에 구성되어 무선 충전 패드를 통한 드론의 무선 충전을 위한 전원을 저장 및 공급하는 배터리와,
배터리 충전을 지원하는 태양전지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치.
제 1 항에 있어서, 드론이 드론 이착륙대에 착륙하면 무선 충전패드를 통한 무선 충전을 지원하고,
자이로스코프 센서 데이터의 크기 값과 무선 충전패드의 전류 데이터 값을 전송받아 해상의 파고 및 풍속 상황을 관측하고,
드론의 착륙 여부와 충전 여부를 모니터링하기 위한 외부 모니터링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 외부 모니터링 장치는,
드론 조종간 요구되는 안정적인 이착륙 환경을 조성하기 위해서 자이로스코프 센서 데이터 값을 이용하여 사전 이착륙 환경을 판단하고,
무선 충전패드의 전류 데이터 값으로 드론의 충전 진행 여부와 착륙 성공 여부를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 외부 모니터링 장치는,
무선 충전패드에 장착되어 충전 패드가 소비하는 전력량을 측정하는 전류계로부터 데이터를 수신하는 전류계 데이터 수신부와,
드론의 착륙 이전 또는 이륙 이전에 드론 이착륙대의 수평 및 균형 상태를 판단하기 위하여 자이로스코프 센서 데이터를 수신하는 자이로스코프 센서 데이터 수신부와,
드론의 이착륙을 제어하는 드론 이착륙 제어부와,
자이로스코프 센서 데이터의 크기 값과 무선 충전패드의 전류 데이터 값을 전송받아 드론 이착륙 판단을 하는 드론 이착륙 판단부와,
자이로스코프 센서 데이터 수신부를 통하여 수신한 자이로스코프 센서 데이터를 기준으로 드론 이착륙대의 수평 및 균형 상태를 판단하여 수평 및 균형을 유지한 상태가 아닌 경우에 2축 짐벌을 제어하는 짐벌 제어부와,
드론 이착륙 판단부를 통하여 드론이 착륙한 것으로 판단되면 무선 충전패드를 통하여 드론 충전이 이루어지도록 제어하는 드론 충전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치.
항로 표지 본체의 상단 및 드론 이착륙대의 사이에 위치하여 드론 이착륙대를 지지하고, 드론 이착륙대가 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하는 2축 짐벌을 포함하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 장치의 제어에 있어서,
드론 착륙 이전에 자이로스코프 센서 데이터 값을 이용하여 사전 이착륙 환경을 판단하는 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계;
상기 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계에서 드론 이착륙대의 수평 및 균형 상태를 판단하여 수평 및 균형을 유지한 상태가 아닌 경우에 2축 짐벌을 제어하는 수평 및 균형 유지 제어 단계;
드론 이착륙 판단부를 통하여 드론이 착륙한 것으로 판단되면 무선 충전패드를 통하여 드론 충전이 이루어지도록 제어하는 드론 충전 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법.
제 7 항에 있어서, 수평 및 균형 유지 제어 단계에서,
수평 및 균형을 유지한 상태가 아닌 경우에는 2축 짐벌의 Roll 축 제어를 위한 ROLL BLDC 모터 및 Pitch 축 제어를 위한 PITCH BLDC 모터를 자이로스코프 센서 데이터 값을 기준으로 구동하여 드론 이착륙대의 수평 균형을 유지할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법.
제 7 항에 있어서, 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계 및 드론 충전 제어 단계에서,
자이로스코프 센서 데이터의 크기 값과 무선 충전패드의 전류 데이터 값을 전송받아 해상의 파고 및 풍속 상황을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법.
제 7 항에 있어서, 드론 이착륙대 균형상태 판단 단계에서,
자이로스코프 센서의 3축 데이터(X,Y,Z)를 수신하는 단계와,
3축 데이터(X,Y,Z)를 판단하여 드론의 이착륙 허용, 드론 이착륙시의 주의 경보, 드론 이착륙 불가 경보를 구분하여 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법.
제 7 항에 있어서, 드론 충전 제어 단계에서,
무선 충전패드에 장착되어 충전 패드가 소비하는 전력량을 측정하는 전류계로부터 데이터를 수신하는 단계와,
전류계로부터 수신한 암페어 크기를 판단하여, 배터리 인식 불가 판정, 배터리 충전 완료 판정, 배터리 충전량이 높고 표준 충전중인 것으로 판정, 배터리 충전량이 낮고 고속 충전중인 것으로 판정하여 판정 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법.
제 7 항에 있어서, 수평 및 균형 유지 제어 단계에서,
X축 짐벌 구동을 위하여, 자이로스코프 센서 데이터(X radian(Roll))를 생성하는 단계와,
라디안(radian) 디그리(degree) 변환을 하고, 디그리 데이터와 BLDC 모터를 동기화하는 단계와,
X 디그리 데이터값을 판단하여 데이터값이 60°보다 작으면 BLDC 모터 작동을 하고, 데이터값이 60°보다 같거나 크면 BLDC 모터를 비상 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법.
제 7 항에 있어서, 수평 및 균형 유지 제어 단계에서,
Y축 짐벌 구동을 위하여, 자이로스코프 센서 데이터(Y radian(Pitch))를 생성하는 단계와,
라디안(radian) 디그리(degree) 변환을 하고(S702), 디그리 데이터와 BLDC 모터를 동기화하는 단계와,
Y 디그리 데이터값을 판단하여 데이터값이 60°보다 작으면 BLDC 모터 작동을 하고, 데이터값이 60°보다 같거나 크면 BLDC 모터를 비상 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항로표지용 드론 착륙 균형유지 방법.