KR20220105490A - 드론 충전 스테이션 및 그 작동 방법 - Google Patents

드론 충전 스테이션 및 그 작동 방법 Download PDF

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김태원
강상훈
박찬송
손정우
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한국전력공사
울산과학기술원
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Abstract

본 발명은 자기 센서를 포함하고, 드론의 랜딩 기어에 구비된 충전극으로 전원을 공급하는 복수의 충전 블록, 및 드론이 착륙한 위치 및 방향에 관계없이 드론을 충전시키도록, 자기 센서를 통해 충전극의 위치를 식별하고, 식별된 충전극의 위치에 기반하여 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

드론 충전 스테이션 및 그 작동 방법{DRONE CHARGING STATION AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 드론 충전 스테이션 및 그 작동 방법에 관한 것으로, 드론의 착륙 위치 및 방향에 관계없이 드론을 충전시킬 수 있는 드론 충전 스테이션 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
최근, 정보 수집, 화재 및 재난 구조, 택배 등 다양한 분야에서 드론을 활용하고자 하는 다양한 시도와 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 드론은 본체에 구비된 배터리의 전력을 이용하여 다수 개의 프로펠러를 회전시킴으로써 비행할 수 있다.
일반적으로 드론은 본체에 구비된 배터리를 전력원으로 하여 작동하므로, 주기적으로 배터리를 충전 또는 교체할 필요가 있다. 드론의 완전 자율화를 위해서는 드론에 구비된 배터리를 자동으로 충전할 수 있는 충전 스테이션이 필수 불가결하며, 이에 따라 드론을 자동으로 충전시킬 수 있는 충전 스테이션에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나, 종래의 충전 스테이션의 경우, 드론의 착륙 위치 및 방향에 따라 충전이 이루어지지 않거나 충전 효율이 떨어지는 문제점이 존재한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0138663호(2017.12.18.)의 '드론 스테이션'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 드론의 착륙 위치 및 방향에 관계없이 드론을 충전시킬 수 있는 드론 충전 스테이션 및 그 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 드론 충전 스테이션은 자기 센서를 포함하고, 드론의 랜딩 기어에 구비된 충전극으로 전원을 공급하는 복수의 충전 블록; 및 상기 드론이 착륙한 위치 및 방향에 관계없이 상기 드론을 충전시키도록, 상기 자기 센서를 통해 상기 충전극의 위치를 식별하고, 상기 식별된 충전극의 위치에 기반하여 상기 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 식별하는 동작의 적어도 일부로서, 상기 제어부는, 상기 복수의 충전 블록에 각각 포함된 자기 센서를 통해 상기 충전극에 포함된 자성체에 의한 자기장 변화를 감지하여 상기 충전극의 위치를 식별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 설정하는 동작의 적어도 일부로서, 상기 제어부는, 상기 복수의 충전 블록 중 상기 식별된 충전극의 위치에 대응하는 충전 블록의 전극의 극성이 다른 충전 블록의 전극의 극성과 반대가 되도록 상기 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명에 있어 상기 복수의 충전 블록은 전기가 흐를 수 있고, 자기장이 투과 가능한 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 드론 충전 스테이션의 작동 방법은 제어부가, 드론의 랜딩 기어에 구비된 충전극으로 전원을 공급하는 복수의 충전 블록에 포함된 자기 센서를 통해 상기 충전극의 위치를 식별하는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 드론이 착륙한 위치 및 방향에 관계없이 상기 드론을 충전시키도록, 상기 식별된 충전극의 위치에 기반하여 상기 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 식별하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 복수의 충전 블록에 각각 포함된 자기 센서를 통해 상기 충전극에 포함된 자성체에 의한 자기장 변화를 감지하여 상기 충전극의 위치를 식별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 설정하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 복수의 충전 블록 중 상기 식별된 충전극의 위치에 대응하는 충전 블록의 전극의 극성이 다른 충전 블록의 전극의 극성과 반대가 되도록 상기 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 복수의 충전 블록은 전기가 흐를 수 있고, 자기장이 투과 가능한 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 드론의 착륙 위치 및 방향에 관계없이 충전 스테이션에 착륙한 드론을 용이하게 충전시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 충전 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 충전 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션의 작동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 드론 충전 스테이션 및 그 작동 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 충전 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 충전 시스템을 설명하기 위한 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 설명하기 위한 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션을 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1 및 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 충전 시스템은 드론(100), 충전 스테이션(200), 및 전원공급장치(300)를 포함할 수 있다.
충전 스테이션(200)은 드론(100)에 구비된 배터리를 충전시키도록 드론(100)의 착륙을 식별하고, 드론(100)의 착륙을 식별한 것에 응답하여 전원공급장치(300)로부터 공급된 전원을 드론(100)으로 공급할 수 있다.
도 3 및 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론(100)은 드론 본체(110), 배터리(120), 랜딩 기어(130) 및 충전 단자(140)를 포함할 수 있다.
드론 본체(110)에는 드론(100)을 비행시키기 위해 필요한 각종 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 드론 본체(110)에는 회전력을 발생시키는 모터, 모터에 의해 발생된 회전력을 추력으로 바꾸어 드론(100)을 추진시키는 복수의 프로펠러, 모터 및 프로펠러를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이외에도 필요에 따라 주지된 다양한 장치(예: 통신 장치, 촬영 장치, 각종 센서 등)가 드론 본체(110)에 포함될 수 있다.
배터리(120)는 드론 본체(110)에 연결되어, 드론 본체(110)에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
랜딩 기어(130)는 드론 본체(110)에 연결되어, 드론(100)이 바닥에 착륙하는 경우 드론 본체(110)를 지지할 수 있다. 즉, 랜딩 기어(130)는 드론(100)이 바닥에 착륙하는 경우 드론(100)이 쓰러지지 않도록 드론 본체(110)를 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
충전 단자(140)는 (+)충전극(141) 및 (-)충전극(142)을 포함할 수 있으며, 각 충전극(141, 142)은 랜딩 기어(130)의 바닥면에 구비될 수 있으며, 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙하는 경우 각 충전극(141, 142)은 충전 스테이션(200)과 접촉하여 충전 스테이션(200)으로부터 공급되는 전원을 공급받을 수 있다. 이때, 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙하는 경우, 서로 동일한 충전 블록(210)에 위치하지 않도록 (+)충전극(141)과 (-)충전극(142)은 랜딩 기어(130)의 바닥면에서 서로 이격된 채로 구비될 수 있다. 충전 단자(140)에는 전선이 연결될 수 있으며, 전선의 일 측은 충전 단자(140)와 연결되고, 타 측은 배터리(120)와 연결될 수 있다. 전선은 랜딩 기어(130)의 외부에 구비될 수도 있고, 외부에서 보이지 않도록 랜딩 기어(130)의 내부에 매립되는 형태로 구비될 수도 있다.
충전 단자(140)의 (+)충전극(141)은 자성체(143)를 포함할 수 있다. 예를 들어, (+)충전극(141)은 자석을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, (+)충전극(141)은 전자석을 포함할 수 있으며, 드론 본체(110)는 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙하였는지 여부를 식별하고, 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙한 것을 식별한 것에 응답하여 전자석을 작동시킬 수 있다. 이때, 드론 본체(110)는 드론(100)에 구비된 센서(예: 고도 센서)를 통해 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙하였는지 여부를 식별할 수 있다. 다만, 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 주지된 다양한 기술이 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙하였는지 여부를 식별하기 위해 채용될 수 있다.
도 5 및 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션(200)은 복수의 충전 블록(210) 및 제어부(220)를 포함할 수 있다.
충전 블록(210)은 드론(100)의 랜딩 기어(130)에 구비된 충전극(141, 142)으로 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 충전 블록(210)은 전원공급장치(300)로부터 공급되는 전원을 드론(100)의 랜딩 기어(130)에 구비된 충전극(141, 142)으로 공급할 수 있다. 충전 블록(210)은 전원공급장치(300)로부터 공급되는 전원을 충전극(141, 142)으로 공급할 수 있도록 알루미늄, 구리 등 전기가 흐를 수 있는 물질로 구성될 수 있다.
충전 블록(210)은 자기 센서(211)를 포함할 수 있다. 자기 센서(211)는 드론(100)의 랜딩 기어(130)의 (+)충전극(141)에 포함된 자성체(143)를 식별하기 위해 이용되는 것으로서, 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙하는 경우, 드론(100)의 (+)충전극(141)에 포함된 자성체(143)에 의한 자기장 변화를 감지할 수 있다. 충전 블록(210)은 드론(100)의 (+)충전극(141)에 포함된 자성체(143)를 감지하도록 자기장이 투과 가능한 물질로 구성될 수 있다.
제어부(220)는 드론(100)이 착륙한 위치 및 방향에 관계없이 드론(100)을 충전시키도록 복수의 충전 블록(210)에 각각 포함된 자기 센서(211)를 통해 충전극(141)의 위치를 식별하고, 식별된 충전극(141)의 위치에 기반하여 복수의 충전 블록(210)의 전극의 극성을 각각 설정할 수 있다.
이하에서는 제어부(220)가 충전 블록(210)의 전극의 극성을 설정하는 과정을 살펴보도록 한다.
먼저, 제어부(220)는 복수의 충전 블록(210)에 각각 포함된 자기 센서(211)를 통해 충전극(141)의 위치를 식별할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(220)는 복수의 충전 블록(210)에 각각 포함된 자기 센서(211)를 통해 충전극(141)에 포함된 자성체(143)에 의한 자기장 변화를 감지하여 충전극(141)의 위치를 식별할 수 있다.
도 6a를 참고하면, 드론(100)이 충전 스테이션(200)에 착륙하는 경우, 복수의 충전 블록(210) 중 충전극(141) 바로 아래 위치한 충전 블록에서는 드론(100)의 충전극(141)에 포함된 자성체(143)에 의한 자기장 변화가 발생할 수 있다. 제어부(220)는 복수의 충전 블록(210)에 각각 포함된 자기 센서(211)의 센싱값을 수신하고, 수신된 각 자기 센서(211)의 센싱값에 기반하여 센싱값의 변화가 가장 큰 자기 센서를 식별하고, 식별된 자기 센서에 대응하는 충전 블록에 충전극(141)이 위치하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
이어서, 제어부(220)는 식별된 충전극(141)의 위치에 기반하여 복수의 충전 블록(210)의 전극의 극성을 각각 설정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(220)는 복수의 충전 블록(210) 중 식별된 충전극(141)의 위치에 대응하는 충전 블록의 전극의 극성이 다른 충전 블록의 전극의 극성과 반대가 되도록 복수의 충전 블록(210)의 전극의 극성을 설정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(220)는 자성체(143)를 포함하는 충전극(141)이 위치한 충전 블록의 전극의 극성을 양극으로 설정하고, 충전극이 위치하지 않는 충전 블록의 전극의 극성을 음극으로 설정할 수 있다. 즉, 제어부(220)는 드론(100)의 (+)충전극(141)이 위치한 충전 블록의 전극의 극성은 양극으로 설정하고, 드론(100)의 (-)충전극(141)이 위치한 충전 블록의 전극의 극성을 음극(-)로 설정할 수 있다. 도 6b를 참고하면, 제어부(220)는 전원공급장치(300)를 통해 자성체(143)를 포함하는 충전극(141)이 위치한 충전 블록에 다른 충전 블록보다 높은 전압을 인가함으로써 자성체(143)를 포함하는 충전극(141)이 위치한 충전 블록의 전극의 극성을 양극으로 설정하고, 충전극이 위치하지 않은 충전 블록의 전극의 극성을 음극으로 설정할 수 있다.
이에 따라, 드론(100)의 (+)충전극(141)과 (-)충전극(142) 간 전압차가 발생될 수 있으며, 발생된 전압차에 의해 드론(100)에 포함된 배터리(120)가 충전될 수 있다. 이처럼, 본 발명에 따른 제어부(220)는 드론(100)의 착륙 위치를 식별하고, 식별된 드론(100)의 착륙 위치에 대응되도록 전원을 발생시켜 인가함으로써 드론(100)의 착륙 위치 및 방향에 관계없이 충전 스테이션(200)에 착륙한 드론(100)을 용이하게 충전시킬 수 있다.
한편, 제어부(220)는 기본적으로 충전 블록(210)의 전극의 극성을 음극으로 유지하고, (+)충전극(141)의 위치가 식별된 것에 응답하여 (+)충전극(141)이 위치하는 충전 블록의 전극의 극성만을 양극으로 설정할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 드론의 착륙 위치 및 방향에 관계없이 충전 스테이션에 착륙한 드론을 용이하게 충전시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션의 작동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서는 도 7을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션의 작동 방법을 설명하도록 한다.
먼저, 제어부(220)는 복수의 충전 블록(210)에 각각 포함된 자기 센서(211)를 통해 충전극(141)의 위치를 식별할 수 있다.(S100 단계)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(220)는 복수의 충전 블록(21)에 각각 포함된 자기 센서(211)를 통해 충전극(141)에 포함된 자성체(143)에 의한 자기장 변화를 감지하여 충전극(141)의 위치를 식별할 수 있다.
예를 들어, 제어부(220)는 복수의 충전 블록(210)에 각각 포함된 자기 센서(211)의 센싱값을 수신하고, 수신된 각 자기 센서(211)의 센싱값에 기반하여 센싱값의 변화가 가장 큰 자기 센서를 식별하고, 식별된 자기 센서에 대응하는 충전 블록에 충전극(141)이 위치하고 있는 것으로 결정할 수 있다.
이어서, 제어부(220)는 식별된 충전극(141)의 위치에 기반하여 복수의 충전 블록(210)의 전극의 극성을 각각 설정할 수 있다.(S200 단계)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(220)는 복수의 충전 블록(210) 중 식별된 충전극의 위치에 대응하는 충전 블록의 전극의 극성이 다른 충전 블록의 전극의 극성과 반대가 되도록 복수의 충전 블록(210)의 전극의 극성을 설정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(220)는 자성체(143)를 포함하는 충전극(즉, (+)충전극)(1410)이 위치한 충전 블록의 전극의 극성을 양극으로 설정하고, 충전극이 위치하지 않는 충전 블록의 전극의 극성을 음극으로 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 스테이션 및 그 작동 방법은 드론의 착륙 위치 및 방향에 관계없이 충전 스테이션에 착륙한 드론을 용이하게 충전시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 드론
110: 드론 본체
120: 배터리
130: 랜딩 기어
140: 충전 단자
141: (+)충전극
142: (-)충전극
143: 자성체
200: 충전 스테이션
210: 충전 블록
220: 제어부
300: 전원공급장치

Claims (8)

  1. 자기 센서를 포함하고, 드론의 랜딩 기어에 구비된 충전극으로 전원을 공급하는 복수의 충전 블록; 및
    상기 드론이 착륙한 위치 및 방향에 관계없이 상기 드론을 충전시키도록, 상기 자기 센서를 통해 상기 충전극의 위치를 식별하고, 상기 식별된 충전극의 위치에 기반하여 상기 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 충전 스테이션.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 식별하는 동작의 적어도 일부로서, 상기 제어부는,
    상기 복수의 충전 블록에 각각 포함된 자기 센서를 통해 상기 충전극에 포함된 자성체에 의한 자기장 변화를 감지하여 상기 충전극의 위치를 식별하는 것을 특징으로 하는 드론 충전 스테이션.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 설정하는 동작의 적어도 일부로서, 상기 제어부는,
    상기 복수의 충전 블록 중 상기 식별된 충전극의 위치에 대응하는 충전 블록의 전극의 극성이 다른 충전 블록의 전극의 극성과 반대가 되도록 상기 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 것을 특징으로 하는 드론 충전 스테이션.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 충전 블록은 전기가 흐를 수 있고, 자기장이 투과 가능한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 드론 충전 스테이션.
  5. 제어부가, 드론의 랜딩 기어에 구비된 충전극으로 전원을 공급하는 복수의 충전 블록에 포함된 자기 센서를 통해 상기 충전극의 위치를 식별하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 드론이 착륙한 위치 및 방향에 관계없이 상기 드론을 충전시키도록, 상기 식별된 충전극의 위치에 기반하여 상기 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 충전 스테이션의 작동 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 식별하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 복수의 충전 블록에 각각 포함된 자기 센서를 통해 상기 충전극에 포함된 자성체에 의한 자기장 변화를 감지하여 상기 충전극의 위치를 식별하는 것을 특징으로 하는 드론 충전 스테이션의 작동 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 설정하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 복수의 충전 블록 중 상기 식별된 충전극의 위치에 대응하는 충전 블록의 전극의 극성이 다른 충전 블록의 전극의 극성과 반대가 되도록 상기 복수의 충전 블록의 전극의 극성을 설정하는 것을 특징으로 하는 드론 충전 스테이션의 작동 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 복수의 충전 블록은 전기가 흐를 수 있고, 자기장이 투과 가능한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 드론 충전 스테이션의 작동 방법.
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