KR20200118518A - 능동 유도형 도킹스테이션 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 드론의 도킹스테이션에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 장치에 도킹스테이션에서 드론을 원격 조종하여 자동 착륙시키는 능동 유도형 드론 도킹스테이션에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도킹스테이션에서 직접 드론을 조종하여 정밀 착륙시킬 수 있는 능동유도형 드론 도킹스테이션을 제공한다.

Description

능동 유도형 도킹스테이션{Active Guided Docking Station}
본 발명의 일 측면은 드론의 도킹스테이션에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 장치에 도킹스테이션에서 드론을 원격 조종하여 자동 착륙시키는 능동 유도형 드론 도킹스테이션에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
드론은 기존 비행장치에 비해 무인화 및 자동조종, 정지비행이 용이한 장점으로 다양한 분야에 활용되고 있다. 군사 및 측량, 촬영, 방재, 보안 분야에서 공공 목적 달성을 위해 확대되고 있으며, 산업 분야에서는 아마존(DHL, 대한통운 등) 회사를 중심으로 운송 및 배달 업무 등에 활용될 예정이다. 상기 업무에 활용하기 위하여 드론의 비행 안전성 확보 기술, 목표 지점까지 자동 비행 기술, 자동 이착륙 기술, 배터리 자동 충전 기술, 물품 자동 승하차 기술, 안정적 비행시간 확대 기술이 필요하다.
최근 드론 비행 제어에 인공지능(AI) 기술도 도입되어, 주변의 장애물을 자동 인식하고, 장애물과 충돌을 자동 회피하는 자율비행 단계에 접근하고 있다.
드론이 자동 이착륙하도록 구성된 드론 도킹 스테이션 개발도 이루어지고 있다. 근자에 GPS 를 이용하여 드론을 자동 착륙시키는 기술이 개발되고 있는데,
수신된 GPS 위성 좌표로 자동 착륙하기에는 GPS 위성 좌표 오차가 ±17m 내외로 크기 때문에 정밀 착륙이 어려운 문제가 있다.
또한, 도킹스테이션에 드론을 유도하는 LED 표시장치를 설치하거나 드론 카메라로 착륙 지점을 인식하는 비전 기반으로 자동 착륙하는 기술 등이 연구 개발되고 있으며, 이 경우 자동 착륙 오차는 ±50cm 내외로 상당히 개선되었지만 여전히 정밀 착륙은 어려운 문제가 있다.
한편, 도킹 스테이션에서 드론의 배터리를 충전하기 위하여, 배터리 충전 단자를 연결하여 충전하는 유선 충전 방식과 함께 무선으로 충전하는 방식, 혹은 매니퓨레이터(manipulator)를 이용하여 배터리팩을 교체하는 방식이 개발되고 있으나 여전히 자동 충전 방식에 의한 드론 충전 장치의 연구개발이 시급하다.
이에 본 발명에 따른 일 측면은, 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 도킹스테이션에서 드론을 조종하여 정밀 착륙시킬 수 있는 능동유도형 드론 도킹스테이션을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 배터리 충전시 드론을 도킹판에 자동 착륙시킨 뒤에 충전부 중심으로 자동 이동시켜 충전(접촉식 혹은 무선 충전)을 수행할 수 있는 능동유도형 드론 도킹스테이션을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위에 제기된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 드론을 보호하기 위해서 외부로부터 격리하는 외함; 드론이 인지영역 내에 들어오면 드론의 위치를 파악하는 드론위치추적수단;
드론이 착륙하여 거치되는 랜딩플레이트; XY축 충전영역 및 Z축 충전영역을 가지되, 상기 드론이 상기 XY축 충전영역 및 상기 Z축 충전영역에 진입한 경우, 상기 드론을 충전하는 충전부;
상기 드론을 상기 XY축 충전영역에 위치시키기 위하여, 상기 랜딩플레이트를 전후 또는 좌우로 이동시키는 겐트리로봇; 상기 드론을 상기 Z축 충전영역에 위치시키기 위하여, 상기 겐트리로봇을 상하 방향으로 이동시키는 리프트;
상기 드론을 제어하여 상기 드론을 상기 랜딩플레이트에 안착시키는 드론제어부; 및
상기 외함, 상기 드론위치추적수단, 상기 충전부, 상기 겐트리로봇, 상기 리프트를 제어하는 랜딩제어부;를 포함하는 능동유도형 드론 도킹스테이션을 제공한다.
상기 드론의 상기 랜딩플레이트에 착륙 여부를 파악하기 위한 제1 센서; 및 상기 드론이 상기 랜딩플레이트에 착륙한 경우, 상기 랜딩플레이트 상의 상기 드론의 위치를 파악하는 제2 센서;를 가지되, 상기 랜딩제어부는 상기 제1 센서로부터 상기 드론의 상기 랜딩플레이트에 착륙 여부를 파악하고, 상기 제2 센서로부터 상기 랜딩플레이트 상의 상기 드론의 위치정보를 수집하는 것을 특징으로 한다.
상기 겐트리로봇은 상기 리프트의 일단에 고정 설치되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트에 수직하게 설치되는 복수의 서포트프레임과, 상기 복수의 서포트프레임 상호 간을 연결하는 복수의 수평프레임과, 상기 베이스플레이트 상면에 고정 설치되고 상기 랜딩플레이트와 연결되어 상기 랜딩플레이트를 전후 좌우로 이동시키는 구동수단을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 센서는 복수의 초음파센서 또는 라이다센서를 포함하고, 상기 복수의 초음파센서 또는 라이다센서는 각각 상기 수평프레임 상에 설치되는 것을 특징
상기 수평프레임의 일측에는 상기 랜딩플레이트가 이동시 함께 이동하는 상기 드론을 밀어 상기 랜딩플레이트 상에서 상기 드론을 특정 위치로 이동시키는 푸쉬로드가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 푸시로드는 상기 복수의 수평프레임 각각의 중앙에 내측으로 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
푸시로드가 미는 드론의 랜딩 기어 크기에 따라 푸시로드 높이가 결정되며, 겐트리 로봇의 워킹 에어리어와 수평 프레임의 위치가 일치할 경우 수평프레임이 푸시로드 역할을 수행하므로 푸시로드없이 구성할 수 있다. 또한 상기 푸시로드는 랜딩 플레이트가 상하로 이동하는 외함 관통부의 테두리로 대행하도록 구성할 수도 있다.
상기 구동수단은 상기 베이스플레이트 상에 일정 간격을 두고 서로 수평하게 고정 배치되는 제1 프레임과 제2 프레임, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 가로질러 설치되되 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 상에 슬라이딩 가능하게 설치되는 제3 프레임, 상기 랜딩플레이트와 연결되고 상기 제3 프레임 상에 슬라이딩 가능하게 설치되는 커넥터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동수단 상에 설치되는 상기 랜딩플레이트가 상기 수평프레임 밑으로 지나갈 수 있도록, 상기 랜딩플레이트가 설치되는 높이는 상기 복수의 수평프레임이 설치되는 높이보다 낮은 것을 특징으로 한다.
상기 랜딩플레이트는 실시예에 따라서 상기 서포트프레임 사이에서 전후 좌우 이동 영역을 확보할 수 있도록 원판의 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 랜딩플레이트가 원판 형상으로 형성되는 구조는 상기 서포트프레임 사이에서 상기 랜딩플레이트의 전후 이동 범위를 넓히고, 좌우 이동 범위를 넓히며, 상기 서포트프레임에 걸림되는 현상을 방지하는 효과가 있다.
상기 베이스플레이트를 포함하는 겐트리로봇을 상하로 이동시키기 위하여, 상기 리프트의 일단은 상기 베이스플레이트와 연결되고, 타단은 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 외함에 형성되는 관통부의 테두리에는 드론의 프로펠러가 타고 회전할 수 있도록 경사면이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제2 센서는 무게센서를 포함하고, 상기 무게센서는 상기 랜딩플레이트에 착륙한 상기 드론의 무게를 측정하여 상기 드론이 상기 랜딩플레이트에 착륙했는지 여부를 파악하는 것을 특징으로 한다.
상기 드론위치추적수단은 상기 드론에 장착된 레이저 수신기와 연동하는 레이저 조사기인 것을 특징으로 한다. 실시예에 따라서 상기 드론위치추적수단은 아이알(IR)-마커일 수 있다. 실시예에 따라서 상기 드론위치추적수단은 드론과의 이격 거리(depth)를 측정하는 카메라 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 겐트리로봇은 상기 리프트의 일단에 고정 설치되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트 상면에 고정 설치되고 상기 랜딩플레이트와 연결되어 상기 랜딩플레이트를 전후 좌우로 이동시키는 구동수단을 가지고, 상기 랜딩제어부는 상기 드론이 상기 외함의 관통부를 통과하여 하강할 때 하강을 멈춘후 상기 관통부의 테두리를 이용하여 드론을 밀어 센터로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도킹스테이션에서 드론을 조종하여 정밀 착륙시킬 수 있는 능동유도형 드론 도킹스테이션을 제공한다.
본 발명의 다른 효과는 드론을 랜딩플레이트에 자동 착륙시킨 뒤에 충전부 중심으로 자동 이동시켜 자동 충전(접촉식 혹은 무선 충전 방식)을 수행할 수 있는 능동유도형 드론 도킹스테이션을 제공한다.
이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 범용성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본발명의 일 실시예에 따른 드론도킹스테이션을 나타낸다
도 2는 베이스플레이트 상에 설치된 겐트리로봇의 구동수단의 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 리프트가 겐트리로봇을 상하 방향으로 이동시키는 모습을 나타낸다. 도 3(a)는 겐트리로봇이 상방향으로 이동한 상태를 나타내고, 도 3(b)는 겐트리로봇이 하방향으로 이동한 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외함과 커버플레이트의 모습을 나타낸다.
도 5는 커버플레이트가 슬라이딩 이동하여 외함이 개방된 모습을 나타낸다.
도 6은 작은 크기의 드론이 XY축 충전영역에 위치하는 과정을 나타낸다.
도 7은 큰 크기의 드론이 XY축 충전영역에 위치하는 과정을 나타낸다.
도 8은 드론이 랜딩플레이트에 착륙하고 랜딩플레이트가 하강할 때 외함 관통부의 테두리에 경사면이 형성된 모습과 경사면을 타고 회전하는 드론의 프로펠러의 모습을 나타낸다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본발명의 일 실시예에 따른 드론도킹스테이션을 나타낸다
도 2는 베이스플레이트 상에 설치된 겐트리로봇의 구동수단의 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 리프트가 겐트리로봇을 상하 방향으로 이동시키는 모습을 나타낸다. 도 3(a)는 겐트리로봇이 상방향으로 이동한 상태를 나타내고, 도 3(b)는 겐트리로봇이 하방향으로 이동한 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외함과 커버플레이트의 모습을 나타낸다. 도 5는 커버플레이트가 슬라이딩 이동하여 외함이 개방된 모습을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 능동유도형 드론 도킹스테이션(100)은 드론(D)을 보호하기 위해서 외부로부터 격리하는 외함(10); 전파 또는 광을 조사하여 드론(D)이 인지영역 내에 들어오면 드론(D)의 위치를 파악하는 드론위치추적수단;
드론(D)이 착륙하여 거치되는 랜딩플레이트(110); 상기 XY축 충전영역(S) 및 Z축 충전영역(C)을 가지되, 상기 드론(D)이 상기 XY축 충전영역(S) 및 상기 Z축 충전영역(C)에 진입한 경우, 상기 드론(D)을 충전하는 충전부;
상기 드론(D)을 상기 XY축 충전영역(S)에 위치시키기 위하여, 상기 랜딩플레이트(110)를 전후 또는 좌우로 이동시키는 겐트리로봇(120); 상기 드론(D)을 상기 Z축 충전영역(C)에 위치시키기 위하여, 상기 겐트리로봇(120)을 상하 방향(R)으로 이동시키는 리프트(130);
상기 드론(D)을 제어하여 상기 드론(D)을 상기 랜딩플레이트(110)에 안착시키는 드론제어부;
상기 외함(10), 상기 드론위치추적수단, 상기 충전부, 상기 겐트리로봇(120), 상기 리프트(130), 상기 드론제어부를 제어하는 랜딩제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.
외함(10)의 재질은 실시예에 따라서는 알루미늄 재질을 사용할 수 있다. 외함(10)은 드론(D)을 포함한 랜딩플레이트(110), 겐트리로봇(120), 리프트(130), 드론제어부, 제1 센서, 제2 센서, 충전부 및 랜딩제어부를 포함한 모든 장비를 보호하는 일종의 격납고와 같은 기능을 수행한다.
상기 외함(10)에는 드론이 착륙하는 랜딩플레이트(110)가 상하로 이동하는 외함(10) 관통부가 형성되어 있다.
실시예에 따라서 외함(10)은 좌우 방향으로 커버 플레이트가 슬라이딩 이동하면서 외함(10) 관통부를 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 커버플레이트(20)의 상면은 태양전지 모듈이 설치될 수 있으며 태양에너지를 전력으로 변환해서 공급받을 수 있다.
실시예에 따라서 드론(D)이 특정 영역에 도달하여 드론제어부와 무선통신으로 커넥팅되어 착륙 준비를 마치면, 커버플레이트(20)가 슬라이딩 이동하면서 외함(10)이 개방된다.
그 뒤 리프트(130)가 랜딩플레이트(110)를 외함(10)의 외부 즉, 상측부로 상향 이동시키며, 드론(D)이 랜딩플레이트(110)에 착륙한 뒤에는, 겐트리로봇(120)이 드론(D)을 랜딩플레이트(110)의 센터로 자동 이동시킨다.
그 다음 리프트(130)가 드론(D)과 랜딩플레이트(110)를 외함(10)의 내부 즉, 하측부로 하향 이동시킨다.
이어서 드론(D)이 랜딩플레이트(110)에 착륙한 뒤에는 다시 커버플레이트(20)가 슬라이딩 이동하면서 외함(10)이 폐쇄된다. 실시예에 따라서 외함(10)은 드론(D)과 드론제어부가 무선통신으로 커넥팅되는 것과 무관하게 개방 또는 폐쇄 제어될 수도 있다.
드론위치추적수단은 실시예에 따라서는 레이저 수신기를 포함할 수 있다. 레이저 수신기는 예컨대 far LED, IR LED 를 포함할 수 있다.
드론위치추적수단은 드론(D)으로부터 조사되는 레이저를 수신하여 드론(D)의 위치를 파악한다. 드론(D)에는 레이저 조사기가 설치된다. 레이저 조사기는 방사형으로 레이저를 조사하며, 드론(D)이 드론위치추적수단의 인지영역에 들어오면 드론(D)의 위치를 파악한다. 여기서 인지영역은 드론(D)에서 방사형으로 조사되는 레이저를 레이저 수신기가 수신할 수 있게 되는 영역을 의미한다. 드론(D)이 인지영역에 들어서면 드론위치추적수단은 실시간으로 랜딩제어부에 드론(D)의 위치정보를 전송하며, 랜딩제어부는 드론(D)의 위치정보를 기초로 외함(10), 겐트리로봇(120), 리프트(130), 충전부 등을 제어한다.
상기 드론위치추적수단은 드론 영상을 인식하여 위치를 결정하고 드론과 이격 거리(depth)를 측정하는 카메라(스테레오 카메라 포함)을 포함할 수 있다.
랜딩플레이트(110)는 드론(D)이 자동 착륙하여 거치되는 거치대의 기능을 한다. 실시예에 따라서는 원판 형상으로 형성할 수 있다. 랜딩플레이트(110)의 표면은 드론(D)이 슬라이딩 이동할 수 있도록 매끄러운 재질로 형성될 수 있다.
충전부는 드론(D)을 충전하는 기능을 수행한다. XY축 충전영역(S)은 수평한 평면상의 충전영역을 의미할 수 있다. 이 영역안에 드론(D)이 위치하고 있으면 충전이 가능하다.
Z축 충전영역(C)은 수직한 충전영역을 의미할 수 있다. 즉, 드론(D)이 일정한 높이의 범위 내에 위치하고 있는 경우에 충전이 가능하다.
충전부는 드론 도킹스테이션(100)에 고정 설치되므로 XY축 충전영역(S)과 Z축 충전영역(C)은 결정되어 있다. 드론(D)이 비행하여 수평면 상의 XY축 충전영역(S) 내에 위치하고, 수직축 상의 일정한 높이 범위 내에 위치하게 되면 충전이 가능하다.
충전부가 형성하는 충전영역은 XY축 충전영역(S)과 Z축 충전영역(C)이 결합되어 입체적인 충전영역을 형성한다. 실시예에 따라서는 충전영역은 높이를 가지는 육면체 또는 원통형상으로 형성될 수 있다.
겐트리로봇(120)과 리프트(130)는 드론(D)이 착륙한 다음에 드론(D)을 충전영역으로 이동시키는 기능을 한다.
드론제어부에 의하여 드론(D)이 정밀 착륙된다고 하더라도 랜딩플레이트(110)의 센터에 정확하게 착륙하는 것은 매우 어렵다. 드론제어부가 드론(D)을 정밀하게 제어한다고 하여도 기상 상황에 따라서 예기치 못한 돌풍이 불거나, 비바람이 몰아칠 수 있다. 이러한 악천후 상항에서 드론(D)은 랜딩플레이트(110)의 센터에 정확히 착륙하지 못하고 센터에서 벗어나서 착륙할 수 있다. 특히, 도킹스테이션 주변에 큰 금속 물체가 있을 경우 드론(D) 내부의 지자기 센서 측정값에 변동이 발생하여 요우(Yaw)가 틀어지는 경우 자동 착륙 오차가 더욱 커진다.
따라서 드론(D)이 랜딩플레이트(110) 상에 센터에서 벗어난 지점에 착륙한 경우에는 랜딩플레이트(110) 상에서 드론(D)을 충전영역으로 이동시켜야 한다. 겐트리로봇(120)은 랜딩플레이트(110)를 이동시켜 랜딩플레이트(110) 상의 드론(D)을 충전영역 내로 이동시킨다.
겐트리로봇(120)은 드론(D)이 랜딩플레이트(110)의 센터에서 벗어난 지점에 착륙하여 XY축 충전영역(S)을 벗어난 지점에 위치한 경우, 드론(D)이 XY축 충전영역(S)에 위치할 수 있도록 랜딩플레이트(110)를 전후 또는 좌우로 이동시킬 수 있다.
드론(D)이 랜딩플레이트(110)에 안착하면 겐트리로봇(120)은 랜딩플레이트(110)를 전후 또는 좌우로 이동시켜 드론(D)을 XY축 충전영역(S)에 위치시킬 수 있다. 즉, 예컨대 랜딩플레이트(110)가 겐트리로봇(120) 상에서 센터에 정렬한 상태에서 드론(D)이 랜딩플레이트(110) 상의 센터에 착륙했다면 드론(D)은 XY축 충전영역(S)에 위치하게 된다.
그러나 랜딩플레이트(110)가 겐트리로봇(120) 상에서 센터에 정렬한 상태에서 드론(D)이 랜딩플레이트(110) 상의 센터에서 일정 범위를 벗어난 위치에 착륙했다면 드론(D)은 XY축 충전영역(S)에서 벗어난 위치에 위치하게 된다. 이경우 겐트리로봇(120)은 랜딩플레이트(110)를 전후 또는 좌우로 이동시켜 랜딩플레이트(110) 상의 센터에서 일정 범위를 벗어난 위치에 착륙한 드론(D)을 XY축 충전영역(S) 내에 위치시키는 것이다.
실시예에 따라서 XY축 충전영역(S)은 랜딩플레이트(110)가 겐트리로봇(120) 상에서 센터링된 상태에서 랜딩플레이트(110)의 센터에 위치할 수 있다. 따라서 드론제어부는 드론(D)은 랜딩플레이트(110)의 중앙에 착륙시킬 필요가 있다. 기본적으로 랜딩플레이트(110)는 겐트리로봇(120) 상에서 센터링되어 있으므로 이 경우 랜딩플레이트(110)가 이동할 필요가 없이 자동 충전이 가능하다.
그러나 경우에 따라서 XY축 충전영역(S)은 랜딩플레이트(110)가 겐트리로봇(120) 상에서 센터링된 상태에서 랜딩플레이트(110)의 센터에서 벗어난 지점에 위치할 수도 있다. 즉, 랜딩플레이트(110)의 센터와 XY축 충전영역(S)은 작업자의 설정에 의하여 결정될 수 있다.
실시예에 따라서 겐트리로봇(120)의 구성은 상기 리프트(130)의 일단에 고정 설치되는 베이스플레이트(230)와, 상기 베이스플레이트(230)에 수직하게 설치되는 복수의 서포트프레임(210)과, 상기 복수의 서포트프레임(210) 상호 간을 연결하는 복수의 수평프레임(220)과, 상기 베이스플레이트(230) 상면에 고정 설치되고 상기 랜딩플레이트(110)와 연결되어 상기 랜딩플레이트(110)를 전후 좌우로 이동시키는 구동수단을 포함할 수 있다.
구동수단은 실시예에 따라서 상기 베이스플레이트(230) 상에 일정 간격을 두고 서로 수평하게 고정 배치되는 제1 프레임(310)과 제2 프레임(310), 상기 제1 프레임(310)과 상기 제2 프레임(310)을 가로질러 설치되되, 상기 제1 프레임(310)과 상기 제2 프레임(310) 상에 슬라이딩 가능하게 설치되는 제3 프레임(320), 상기 랜딩플레이트(110)와 연결되고 상기 제3 프레임(320)상에 슬라이딩 가능하게 설치되는 커넥터부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 랜딩플레이트(110)가 설치되는 높이는, 상기 구동수단 상에 설치되는 상기 랜딩플레이트(110)가 상기 수평프레임(220) 밑으로 지나갈 수 있도록, 상기 복수의 수평프레임(220)이 설치되는 높이보다 낮게 설계될 수 있다.
이러한 구조에서 랜딩플레이트(110)가 전후 또는 좌우로 수평 이동할 때 수평프레임(220) 밑으로 지나가면서 이동할 수 있다. 이러한 구조는 랜딩플레이트(110)의 전후 이동 범위 및 좌우 이동범위를 넓히는 효과가 있다.
실시예에 따라서 상기 랜딩플레이트(110)는 상기 서포트프레임(210) 사이에서 전후 좌우 이동 영역을 확보할 수 있도록 원판의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 랜딩플레이트(110)가 원판 형상으로 형성되는 구조는 상기 서포트프레임(210) 사이에서 상기 랜딩플레이트(110)의 전후 이동 범위를 넓히고, 좌우 이동 범위를 넓히며, 랜딩플레이트(110)가 이동중에 상기 서포트프레임(210)에 걸림되는 현상을 방지하는 효과가 있다.
리프트(130)는 드론(D)이 Z축 충전영역(C)에 위치할 수 있도록 랜딩플레이트(110)를 상하 이동시키는 기능을 수행한다. 드론(D)이 랜딩플레이트(110)에 안착하면 리프트(130)는 겐트리로봇(120)과 랜딩플레이트(110)를 상하로 이동시켜 드론(D)을 Z축 충전영역(C)에 위치시킬 수 있다.
Z축 충전영역(C)은 실시예에 따라서 랜딩플레이트(110)와 겐트리로봇(120)이 외함(10) 내부로 안착된 상태에서 랜딩플레이트(110)의 높이보다 일정 거리 낮은 제1 높이와 랜딩플레이트(110)의 높이 보다 일정 거리 높은 제2 높이 사이에 위치할 수 있다.
리프트(130)가 랜딩플레이트(110)를 상방향(R)으로 이동시켜 외함(10)의 높이보다 위치시킨 상태에서 드론(D)이 안착한 뒤에 다시 랜딩플레이트(110)를 하방향(R)으로 이동시켜 외함(10) 내부로 위치시켜 Z축 충전영역(C)에 위치시킬 수 있다.
리프트(130)의 구성은 상기 베이스플레이트(230)를 포함하는 겐트리로봇(120)을 상하로 이동시키기 위하여, 상기 리프트(130)의 일단은 상기 베이스플레이트(230)와 연결되고, 타단은 고정된다. 타단은 실시예에 따라서 지면, 움직일 수 있는 차량, 함체 등에 고정설치될 수 있다. 리프트(130)의 타단이 차량에 고정 설치되는 경우, 랜딩플레이트(110)는 움직이는 차량 위에서 상하 이동할 수 있다.
드론제어부는 드론(D)이 일정 영역 안에 진입하면 드론(D)을 조종하여 랜딩플레이트(110)의 센터에 안착시키는 기능을 한다. 드론(D)의 모터출력은 PWM제어로 조종될 수 있다. 드론제어부는 실시예에 따라서 드론(D) 도킹스테이션(100)에 위치할 수 있으며, 서로 다른 주파수대의 신호를 송출하여 드론(D)을 조종할 수 있다. 예컨대 제1 주파수의 신호를 송출하면 드론(D)은 전진하고, 제2 주파수의 신호를 전송하면 드론(D)은 후진하며, 제3 주파수의 신호를 전송하면 드론(D)은 오른쪽 또는 왼쪽으로 회전하는 등의 방식으로 다양한 주파수대의 신호를 송출하여 드론(D)을 조종할 수 있다.
드론(D)이 랜딩플레이트(110) 상에 착륙할 때 외함(10)인 알루미늄 커버로 인하여 정확한 주파수를 송신하지 못하여 조종오류가 발생하면 페일세이프 모드로 자동 변경되며, 이 경우, 드론(D)이 제멋대로 날라가 버려 제어가 불가능할 수 있으므로 리프트(130)는 외함(10)의 높이보다 일정 높이 이상으로 랜딩플레이트(110)를 상향 이동시켜 드론제어부가 드론(D)을 제어하는 것을 방해하지 않을 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 능동유도형 드론 도킹스테이션(100)은 추가로 상기 드론(D)의 상기 랜딩플레이트(110)에 착륙 여부를 파악하기 위한 제1 센서; 상기 드론(D)이 상기 랜딩플레이트(110)에 착륙한 경우, 상기 랜딩플레이트(110) 상의 상기 드론(D)의 위치를 파악하는 제2 센서;를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 랜딩제어부는 상기 제1 센서로부터 상기 드론(D)의 상기 랜딩플레이트(110)에 착륙 여부를 파악하고, 상기 제2 센서로부터 상기 랜딩플레이트(110) 상의 상기 드론(D)의 위치정보를 수집하여, 상기 외함(10), 상기 드론위치추적수단, 상기 충전부, 상기 겐트리로봇(120), 상기 리프트(130)를 제어할 수 있다
실시예에 따라서 상기 제1 센서는 복수의 초음파센서 또는 라이다센서를 포함하고, 실시예에 따라서 상기 복수의 초음파센서 또는 라이다센서는 각각 상기 수평프레임(220) 상에 설치될 수 있다.
실시예에 따라서 상기 제2 센서는 무게센서를 포함하고, 상기 무게센서는 상기 랜딩플레이트(110)에 착륙한 상기 드론(D)의 무게를 측정하여 상기 드론(D)이 상기 랜딩플레이트(110)에 착륙했는지 여부를 파악할 수 있다.
초음파센서는 수평프레임(220) 상에 설치되어 드론(D)이 랜딩플레이트(110)에 안착한 경우 랜딩플레이트(110) 상에 드론(D)의 위치를 파악한다. 수평프레임(220)의 X축 Y축 상에 복수 개가 설치되어 있으며 상호적으로 초음파를 조사하여 프레임 상의 드론(D)의 위치를 파악할 수 있다. 랜딩플레이트(110)를 구동시키는 구동수단은 초음파센서로부터 드론(D)의 위치 정보를 전송받아서 드론(D)이 센터로 위치하도록 원판을 이동시킨다
무게센서는 랜딩플레이트(110)와 리프트(130)의 무게를 체크하는 센서로서 드론(D)이 랜딩플레이트(110)에 착륙했는지 여부를 확인한다
실시예에 따라서 겐트리로봇(120)의 상기 수평프레임(220)의 일측에는 상기 랜딩플레이트(110)가 이동시 함께 이동하는 상기 드론(D)을 밀어 상기 랜딩플레이트(110) 상에서 상기 드론(D)을 특정 위치로 이동시키는 푸쉬로드가 설치될 수 있다. 상기 푸시로드(240)는 실시예를 따라서는 상기 복수의 수평프레임(220) 각각의 중앙에 내측으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
겐트리로봇(120)의 작동으로 랜딩플레이트(110)가 이동할 수 있는데 소프트웨어가 코딩되어 있어서 초음파센서로부터 랜딩플레이트(110)에 안착한 드론(D)의 랜딩플레이트(110)상 위치정보를 받아서 그 위치에서 센터 즉, XY축 충전영역(S)으로 드론(D)을 자동으로 이동시키도록 프로그램될 수 있다.
실시예에 따라서 드론(D)을 랜딩 플레이트(110) 중심과 일치시키는 방법으로는, 자동 착륙하는 드론(D)의 위치를 추적하여 랜딩플래이트(110)를 전후 좌우로 이동시키는 착륙전센터링단계와, 착륙 후 드론을 밀어 착륙 중심으로 이동시키는 착륙후센터링단계가 있으며, 두 가지 단계를 병행할 수 있다.
도 6은 작은 크기의 드론이 XY축 충전영역에 위치하는 과정을 나타낸다. 여기서 XY축 충전영역(S)는 실시예에 따라서는 가로길이(A)와 세로길이(B)로 도시되는 직사각형 영역을 의미할 수 있다.
크기가 작은 드론(D)은 랜딩플레이트(110) 상의 어디에든 안착하면 겐트리로봇(120)에 의하여 랜딩플레이트(110) 자체가 이동하면서 드론(D)을 센터로 이동시킨다. 드론(D)이 센터에 위치하게 되면 즉, XY축 충전영역(S)에 위치하게 되면 센터에 위치한 충전부가 드론(D)을 충전하기 시작한다.
도 6(a)는 랜딩플레이트가 충전부와 센터링된 상태에서 드론이 XY축 충전영역에 안착한 모습을 나타내고, 도 6(b)는 드론이 XY축 충전영역에서 벗어난 지점에 착륙한 모습을 나타내며, 도 6(c)는 랜딩플레이트가 우측(P)방향으로 이동하여 도 6(b)의 드론이 XY축 충전영역 내로 들어온 모습을 나타낸다.
도 7은 큰 크기의 드론이 XY축 충전영역에 위치하는 과정을 나타낸다.
크기가 큰 드론(D)인 경우는 랜딩플레이트(110)가 수평 이동하면서 수평프레임(220) 상에 부착된 푸시로드(240)가 랜딩플레이트(110)와 상대적 운동을 하여 드론(D)을 밀어 센터로 이동시킬 수 있다.
도 7(a)는 랜딩플레이트가 충전부와 센터링된 상태에서 드론이 XY축 충전영역에서 벗어난 지점에 착륙한 모습을 나타내고, 도 7(b)는 랜딩플레이트가 좌측(Q)방향으로 이동함에 따라서 좌측 수평프레임 상의 푸시로드가 우측(P)방향으로 상대적인 이동을 하여 드론을 랜딩플레이트 상에서 우측으로 슬라이딩 이동시키는 모습을 나타낸다. 도 7(c)는 도 7(b)의 드론이 푸시로드에 의해 랜딩플레이트 상에서 우측으로 슬라이딩 이동되어 XY축 충전영역 내에 위치한 모습을 나타낸다.
푸시로드(240)가 미는 드론(혹은 랜딩기어)의 크기에 따라 푸시로드(240)의 높이가 결정될 수 있으며, 겐트리로봇(120)의 워킹 에어리어와 수평프레임(220)의 위치가 일치할 경우 수평프레임(220)이 푸시로드(240)의 역할을 수행하므로 푸시로드(240)가 없이 구성할 수도 있다.
푸시로드(240)는 랜딩플레이트(110)가 상하로 이동하는 외함(10) 관통부의 테두리(30)로 대행하도록 구성할 수 있다. 이 경우 드론(D)이 착륙하는 랜딩플레이트(110) 위에 수평프레임(220)이 돌출되지 않아 안정적인 드론 착륙면을 제공하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 드론 도킹스테이션(100)의 작동방법을 설명한다.
드론(D)이 비행하여 드론 도킹스테이션(100)에 근접하게 되면 랜딩제어부가 외함(10)을 개방 제어하고, 리프트(130)를 제어하여 상방향(R)으로 이동시킨다. 이어서 드론위치추적수단이 드론(D)으로부터 조사되는 레이저를 수신할 준비를 한다.
드론(D)에는 레이저 송출기가 설치되어 레이저를 방사형으로 조사하는데 드론(D)이 도킹스테이션(100)에 근접하게 되면 드론위치추적수단은 드론(D)에서 조사되는 레이저를 수신하여 드론(D)의 위치를 파악한다.
드론(D)이 조종영역에 들어오면 드론제어부와 드론(D)이 커플링되어 드론(D)을 제어하며, 랜딩플레이트(110) 상에 드론(D)을 착륙시킨다. 드론제어부는 예컨대 PWM 제어를 통하여 드론(D)을 조종하며, 드론제어부에 의하여 드론(D)은 자동 조종되어 랜딩플레이트(110)상에 착륙할 수 있다.
드론(D)이 랜딩플레이트(110)상에 착륙하면, 랜딩제어부는 리프트(130)를 하향 이동시켜 외함(10) 내부로 안착시킨다. 그러면 드론(D)은 Z축 충전영역(C)에 위치하게 된다.
그와 동시에 겐트리로봇(120)은 랜딩플레이트(110)를 수평방향 즉 전후 또는 좌우로 이동시켜 랜딩플레이트(110)상의 드론(D)이 XY축 충전영역(S)에 위치하게 한다.
드론(D)이 XY축 충전영역(S) 및 Z축 충전영역(C)에 위치하게 되면 충전부가 자동으로 드론(D)을 충전한다.
랜딩제어부는 전술한 바와 같이 소프트웨어가 프로그램되어 자동으로 드론도킹스테이션(100)을 작동시킬 수 있다. 랜딩제어부의 제어방법은 다음과 같다.
드론(D)이 인지영역에 들어오면 드론위치추적수단이 드론(D)의 위치를 파악하여 드론제어부로 위치정보를 전송한다. 이와 병행하여 랜딩제어부는 외함(10)을 개방하고 리프트(130)를 작동시켜 랜딩플레이트(110)를 상방향(R)으로 이동시킨다.
드론제어부는 드론위치추적수단이 전송하는 위치정보를 기초로 드론(D)을 제어하여 랜딩플레이트(110)상에 자동 착륙시킨다.
랜딩제어부는 무게센서로부터 드론(D)의 착륙여부에 대한 정보를 전송받아서 랜딩플레이트(110)상에 드론(D)이 있는지 여부를 판단한다.
그리고 드론(D)이 랜딩플레이트(110)상에 착륙한 것이 확인된 경우, 초음파센서로부터 랜딩플레이트(110)상의 드론(D)의 위치정보를 전송받고, 이를 기초로 겐트리로봇(120)을 작동시켜 드론(D)의 센터링 즉 XY축 충전영역(S)으로의 이동을 수행한다.
초음파센서로부터 드론(D)이 센터에 있는 것이 확인되면 충전부가 자동 충전을 실행한다. 자동 충전은 실시예에 따라서 접촉식 충전 또는 무선충전을 포함한다.
도 8은 드론이 랜딩플레이트에 착륙하고 랜딩플레이트가 하강할 때 외함 관통부의 테두리에 경사면이 형성된 모습과 경사면을 타고 회전하는 드론의 프로펠러의 모습을 나타낸다. 도 8에는 랜딩플레이트와 드론의 몸체는 도시하지 않았다.
도 8(a)는 드론의 프로펠러가 외함의 관통부의 테두리에 접촉하는 모습을 나타내고, 도 8(b)는 프로펠러가 외함의 관통부의 테두리의 경사면을 타고 자연스럽게 회전하는 모습을 나타낸다. 도 8(c)는 프로펠러가 관통부의 테두리의 경사면의 타고 더욱 회전하여 외함의 관통부를 통과하여 외함의 내부로 진입하는 모습을 나타낸다.
중형급 이상 드론의 경우 모터축 거리는 100cm, 프로펠러 길이는 반경 30cm 이상이므로, 착륙한 그대로 외함(10) 내부에 격납하기 위해서는 160cm x 160cm 의 관통부를 외함(10)에 만들어야 한다. 프로펠러는 양력을 발생시키기 위해 트위스트 되어 있어 외함 관통부 테두리(30)를 경사면(30a)을 형성하여 리프트에 의하여 랜딩플레이트(110)의 상면에 착륙한 드론이 하강할 때, 관통부 테두리(30)와 프로펠러(40)의 간섭에 의해 프로펠러(40)가 간섭이 없는 방향으로 미끄러져 회전시키도록 구성할 수 있다. 이러한 구조는 외함(10)의 관통부의 크기를 모터축 거리보다 다소 크게 구성하는 효과가 있다. 관통부의 크기의 감소는 외함 크기를 작게 만드는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 외함
20: 커버플레이트
30: 관통부테두리
100: 도킹스테이션
110: 랜딩플레이트
120: 겐트리로봇
130: 리프트
140: 제2 센서
210: 서포트프레임
220: 수평프레임
230: 베이스플레이트
240: 푸시로드
310: 제1 프레임, 제2 프레임
320: 제3 프레임
330: 커넥터부
D: 드론
S: XY축 충전영역
C: Z축 충전영역
R: 상하방향

Claims (14)

  1. 드론을 보호하기 위해서 외부로부터 격리하는 외함;
    드론이 인지영역 내에 들어오면 드론의 위치를 파악하는 드론위치추적수단;
    드론이 착륙하여 거치되는 랜딩플레이트;
    XY축 충전영역 및 Z축 충전영역을 가지되, 상기 드론이 상기 XY축 충전영역 및 상기 Z축 충전영역에 진입한 경우, 상기 드론을 충전하는 충전부;
    상기 드론을 상기 XY축 충전영역에 위치시키기 위하여, 상기 랜딩플레이트를 전후 또는 좌우로 이동시키는 겐트리로봇;
    상기 드론을 상기 Z축 충전영역에 위치시키기 위하여, 상기 겐트리로봇을 상하 방향으로 이동시키는 리프트;
    상기 드론을 제어하여 상기 드론을 상기 랜딩플레이트에 안착시키는 드론제어부; 및
    상기 외함, 상기 드론위치추적수단, 상기 충전부, 상기 겐트리로봇, 상기 리프트를 제어하는 랜딩제어부;
    를 포함하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 드론의 상기 랜딩플레이트에 착륙 여부를 파악하기 위한 제1 센서; 및
    상기 드론이 상기 랜딩플레이트에 착륙한 경우, 상기 랜딩플레이트 상의 상기 드론의 위치를 파악하는 제2 센서;를 가지되,
    상기 랜딩제어부는 상기 제1 센서로부터 상기 드론의 상기 랜딩플레이트에 착륙 여부를 파악하고, 상기 제2 센서로부터 상기 랜딩플레이트 상의 상기 드론의 위치정보를 수집하는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 겐트리로봇은 상기 리프트의 일단에 고정 설치되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트에 수직하게 설치되는 복수의 서포트프레임과, 상기 복수의 서포트프레임 상호 간을 연결하는 복수의 수평프레임과, 상기 베이스플레이트 상면에 고정 설치되고 상기 랜딩플레이트와 연결되어 상기 랜딩플레이트를 전후 좌우로 이동시키는 구동수단을 가지는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 센서는 복수의 초음파센서 또는 라이다센서를 포함하고, 상기 복수의 초음파센서 또는 라이다센서는 각각 상기 수평프레임 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수평프레임의 일측에는 상기 랜딩플레이트가 이동시 함께 이동하는 상기 드론을 밀어 상기 랜딩플레이트 상에서 상기 드론을 특정 위치로 이동시키는 푸쉬로드가 설치되는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 푸시로드는 상기 복수의 수평프레임 각각의 중앙에 내측으로 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 구동수단은 상기 베이스플레이트 상에 일정 간격을 두고 서로 수평하게 고정 배치되는 제1 프레임과 제2 프레임, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 가로질러 설치되되 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 상에 슬라이딩 가능하게 설치되는 제3 프레임, 상기 랜딩플레이트와 연결되고 상기 제3 프레임 상에 슬라이딩 가능하게 설치되는 커넥터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동수단 상에 설치되는 상기 랜딩플레이트가 상기 수평프레임 밑으로 지나갈 수 있도록, 상기 랜딩플레이트가 설치되는 높이는 상기 복수의 수평프레임이 설치되는 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 랜딩플레이트는 상기 서포트프레임 사이에서 전후 좌우 이동 영역을 확보할 수 있도록 원판의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 베이스플레이트를 포함하는 겐트리로봇을 상하로 이동시키기 위하여, 상기 리프트의 일단은 상기 베이스플레이트와 연결되고, 타단은 고정되는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 외함에 형성되는 관통부의 테두리에는 드론의 프로펠러가 타고 회전할 수 있도록 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제2 센서는 무게센서를 포함하고, 상기 무게센서는 상기 랜딩플레이트에 착륙한 상기 드론의 무게를 측정하여 상기 드론이 상기 랜딩플레이트에 착륙했는지 여부를 파악하는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 겐트리로봇은 상기 리프트의 일단에 고정 설치되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트 상면에 고정 설치되고 상기 랜딩플레이트와 연결되어 상기 랜딩플레이트를 전후 좌우로 이동시키는 구동수단을 가지고, 상기 랜딩제어부는 상기 드론이 상기 외함의 관통부를 통과하여 하강할 때 하강을 멈춘후 상기 관통부의 테두리를 이용하여 드론을 밀어 센터로 이동시키는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 드론위치추적수단은 드론과의 이격 거리(depth)를 측정하는 카메라 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동유도형 드론 도킹스테이션.
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