KR20230091471A - 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템 - Google Patents

공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템 Download PDF

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정상기
오명학
박해용
이지형
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한국해양과학기술원
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Abstract

공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템은, 드론이 착륙 및 이륙하도록 무인수상선의 상부에 마련되는 드론 스테이션을 포함하고, 상기 드론 스테이션에는, 상기 드론이 이착륙 플레이트의 착륙위치에 접근하면 전자석에 전원을 인가하여 상기 드론의 랜딩기어를 인력으로 당긴 후 설치부에 수납되어 있던 고정부재를 인출공으로 인출시켜 상기 랜딩기어를 선택적으로 고정하기 위한 적어도 2개 이상의 랜딩기어 고정모듈이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템{DOCKING SYSTEM FOR LANDING ON UNMANNED WATERCRAFT OF AERIAL DRONE}
본 발명은 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 해상에서 무인수상선에 공중 드론을 정확하게 착륙시킬 수 있고, 무인수상선의 이동시에도 드론이 고정된 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템에 관한 것이다.
국내 또는 국외에서 해양 관리를 위한 환경 감시 및 조사, 해양 자원 개발을 위한 탐사, 해양 구조물 설치 및 상태 관측, 해양 영토 방위 등의 목적으로 원격무인잠수정(ROVs:Remotely Operated Vehicles) 및 자율무인잠수정(AUVs:Autonomous Underwater Vehicles)을 비롯하여 무인수상선(ASVs:Autonomous Surface Vehicles)과 같은 다양한 형태의 해양 무인시스템이 개발되고 있다.
그 중에서 무인수상선은 무인잠수정에 비해서 통신, 항법, 탐색범위, 속도와 운용 시간, 탑재 중량 측면에서 보다 더 효율적으로 장시간 연속적인 작업을 요하는 임무를 수행하기에 활용도가 매우 높다.
이와 같은 이유로 기존 유인 선박을 이용한 해양 임무를 대체하기 위해서도 무인수상선의 활용 범위가 점차 확대되고 있으며, 현재까지는 대부분 원격조종에 의해 제한된 영역에서 활용되고 있다. 무인수상선의 활용 범위를 보다 더 확장하기 위해서는 해상에서 자율적으로 임무를 수행할 수 있는 자율운항 기술이 함께 개발되어야 하며, 기본적으로 운용 환경을 고려한 시스템 설계 및 제작 기술, 급변하는 주변환경에 대응하기 위한 상황 인식 기술, 항법 및 제어 기술에 대한 연구개발이 필요하다.
한편, 무인수상선과 더불어 해양 관리를 위한 환경 감시 및 조사, 해양 자원 개발을 위한 탐사, 해양 구조물 설치 및 상태 관측, 해양 영토 방위 등의 목적으로 공중 드론이 활용된다.
드론은 작업자가 직접 들어가기 어렵거나 힘든 환경에 투입되어 작업자의 안전을 보호하면서 필요한 촬영 또는 샘플을 채취할 수 있어 사용범위가 넓어지고 있으나, 자체에 구비된 배터리의 용량에 따라 비행 가능한 시간이 결정된다. 즉, 대용량의 배터리의 경우 무게가 무겁기 때문에 드론의 전체적인 무게 또한 증가하게 됨으로써 증가 된 드론을 가동시키기 위해 대형의 프로펠러가 구비되어야 하므로 배터리의 사용 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
드론의 비행 시간을 증가시키기 위해서 무게가 가벼우면서도 용량은 증가한 배터리가 구비되어야 하나, 이러한 배터리는 결국 드론의 가격을 상승시키는 주요한 원인이 되며, 결국 용량이 증가된 배터리도 사용의 한계가 있는 문제점을 극복하지 못하였다.
드론의 배터리 용량에 따라 비행시간이 길지 못하는 문제점은 드론을 특정 위치에 착륙시킨 후 충전이 이루어지도록 한 드론 스테이션에 의해 다소 해소될 수 있었다.
선행기술로서 대한민국등록특허 제10-2084303호(공고일 : 2020.03.03)에는 드론 충전 시스템 및 이를 구비하는 드론 스테이션이 마련되어 있다. 드론 스테이션은, 도 1에 도시된 바와 같이, 드론(20)의 이착륙과 충전이 이루어지는 랜딩 스 테이지(100) 및 상기 드론(20)이 상기 랜딩 스테이지(100) 상에 착륙시 자동 충전이 이루어지는 드론 충전 시스템(200)으로 구성된 것이다.
이러한 드론 스테이션에 의하면, 드론의 내장 배터리와 연결된 충전 회로가 각각의 충전 전극들의 극성에 상관없이 전원 공급이 가능하도록 정류 회로로 설계되어 있어, 드론이 랜딩 스테이지 상에 이상적인 목표 위치를 벗어나거나 다소 비정렬 상태로 착륙되더라도, 랜딩 스테이지의 전원 전극부와 충전 전극부가 서로 정상 접점되어 전류의 공급이 이루지게 되므로, 자동으로 정상 충전이 이루어질 수 있었다.
그러나, 이러한 구조의 드론을 충전시키기 위한 드론 스테이션은, 무인수상선에 공중 드론을 적용하여 운용하는 시스템에는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
즉, 조류나 해류 또는 파도로 인하여 무인수상선이 계속 흔들리기 때문에, 정확한 위치에 착륙하기 어려웠고, 드론이 무인수상선의 스테이지에 착륙한 상태에서 드론을 스테이지에 견고하고 안정적으로 고정할 수 있는 수단이 마련되어 있지 않음으로써 무인수상선의 이동시 피칭 및 롤링에 따른 흔들림으로 드론이 스테이지에서 이탈될 수 있는 문제점이 있었다.
. 대한민국등록특허 제10-2084303호(공고일 : 2020.03.03)
본 발명의 목적은, 해상에서 무인수상선에 공중 드론을 정확하고 안전하게 착륙시킬 수 있고, 무인수상선의 이동시에도 드론이 착륙되어 고정된 상태를 안정적으로 유지할 수 있으며, 이륙할 때에는 신속하게 고정상태를 해제할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 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.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 드론이 착륙 및 이륙하도록 무인수상선의 상부에 마련되는 드론 스테이션을 포함하고, 상기 드론 스테이션에는, 상기 드론이 이착륙 플레이트의 착륙위치에 접근하면 전자석에 전원을 인가하여 상기 드론의 랜딩기어를 인력으로 당긴 후 설치부에 수납되어 있던 고정부재를 인출공으로 인출시켜 상기 랜딩기어를 선택적으로 고정하기 위한 적어도 2개 이상의 랜딩기어 고정모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템에 의해 달성된다.
상기 랜딩기어 고정모듈은, 상기 이착륙 플레이트의 착륙위치 바닥에 마련되고, 인가되는 전원에 의해 자력을 발생시키는 상기 전자석; 상기 설치부의 내부에 일단이 축으로 회전가능하게 결합되고, 타단에는 상기 랜딩기어를 걸어 고정하기 고정부가 형성된 고정부재; 및 구동축이 상기 축과 연결되거나 결합되고, 정,역회전 작동으로 상기 고정부재를 선택적으로 상기 인출공으로 인출시켜 인력에 의해 상기 전자석에 결합된 상기 랜딩기어를 고정하거나 상기 설치부에 수납시키기 위한 제1 엑츄에이터를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 드론에는, 상기 드론에 내장된 배터리와 연결되고 상기 랜딩기어의 저면으로 돌출되는 제1 충전단자가 마련되고, 상기 전자석에는, 상기 드론이 착륙위치에 착륙하면 상기 제1 충전단자가 삽입되어 전원 공급부와 접속되도록 상기 전자석의 접속공 내부에 마련되는 제2 충전단자를 포함한 충전모듈이 구비될 수 있다.
상기 전자석은, 상기 랜딩기어가 착륙하는 상기 이착륙 플레이트의 선택된 영역에만 각각 매립되어 마련되거나, 상기 이착륙 플레이트의 상면 전체를 덮는 판재 형태로 마련되거나, 상기 이착륙 플레이트 전체로 이루어질 수 있다.
상기 이착륙 플레이트에는, 상기 이착륙 플레이트의 착륙위치로 진입하는 상기 드론의 기울기값을 상기 드론으로부터 수신하고, 해상 환경에 따라 요동하는 상기 무인수상선으로부터 자세 정보를 수신하여 상기 이착륙 플레이트의 기울기를 상기 드론의 기울기와 같거나 유사하도록 조절하기 위한 착륙제어모듈이 더 구비될 수 있다.
상기 착륙제어모듈은, 상기 무인수상선의 베이스 플레이트에 마련되고, 상기 이착륙 플레이트가 사방으로 기울어지도록 상기 이착륙 플레이트의 저면 중심에 결합되는 볼 조인트; 일단이 상기 베이스 플레이트에 축 결합되는 지지체와, 상기 이착륙 플레이트의 저면에 일단이 축 결합되고 타단은 상기 지지체에 수납되거나 인출되도록 상기 지지체에 결합되는 작동로드로 이루어진 적어도 3개 이상의 작동부; 및 전기적 신호에 의해 작동되어 상기 작동로드를 상기 지지체로터 인출시키거나 수납시켜 상기 작동부의 길이를 조절하여 상기 이착륙 플레이트의 기울기를 조절하도록 각각의 상기 지지체에 마련되는 제2 엑츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 착륙제어모듈은, 상기 랜딩기어 고정모듈, 상기 충전모듈 및 상기 착륙제어모듈을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 드론으로터 수신한 기울기 값과, 상기 무인수상선으로터 수신한 자세 정보를 토대로, 각 상기 제2 엑츄에이터를 작동 제어하여 상기 이착륙 플레이트의 기울기를 조절하고, 상기 전자석에 상기 랜딩기어가 접촉됨이 감지되면 상기 랜딩기어 고정모듈의 제1 엑츄에이터를 작동시켜 상기 고정부재가 회전하면서 상기 인출공으로 인출되어 상기 랜딩기어를 걸어 고정하도록 하며, 상기 충전모듈에 전원을 인가하여 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 해상을 운행하는 무인수상선에 마련되는 드론 스테이션에 공중 드론을 정확하고 안전하게 착륙시켜 고정할 수 있고, 무인수상선의 이동시에도 드론이 안정된 고정 상태를 유지할 수 있으며, 드론이 착륙하면 충전이 자동으로 이루어질 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 착륙하는 드론의 기울기값과 해상을 이동하는 무인수상선의 기울기값을 토대로 이착륙 플레이트의 기울기를 조절할 수 있음으로써 무인수상선이 흔들리더라도 드론을 안정적으로 착륙시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 종래기술에 의한 드론의 착륙구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템이 적용된 무인수상선과 드론을 도시한 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템을 도시한 확대도이다.
도 4는 도 2에 도시된 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템의 충전모듈을 도시한 개략적 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템을 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 명세서에서, 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서, 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다.
본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
첨부된 도면 중에서, 도 2는 본 발명에 따른 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템이 적용된 무인수상선과 드론을 도시한 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템을 도시한 확대도이며, 도 4는 도 2에 도시된 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템을 설명하기 위한 개략적 구성도이다. 그리고, 도 5는 도 2에 도시된 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템을 설명하기 위한 개략적 구성도이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템(1000)은, 드론(2000)이 착륙 및 이륙 하도록 무인수상선(3000)의 상부에 마련되는 드론 스테이션(3200)에 적용되는 것으로, 드론 스테이션(3200)에는, 드론(2000)이 이착륙 플레이트(3400)의 착륙위치(H)에 접근하면 전자석(4400)에 전원을 인가하여 드론(2000)의 랜딩기어(2200)를 인력으로 당긴 후 설치부(3220)에 수납되어 있던 고정부재(4200)를 인출공(3240)으로 인출시켜 랜딩기어(2200)를 선택적으로 고정하기 위한 적어도 2개 이상의 랜딩기어 고정모듈(4000)이 구비된 것이다.
이를 보다 구체적으로 설명한다.
무인수상선(3000)(ASVs:Autonomous Surface Vehicles)은, 자율운행 또는 원격으로 운행되는 것으로, 다중빔음향측심기를 비롯한 다양한 계측, 측정 및 시험 장비 등을 구비하여 주변 해안의 정밀지형정보를 확보하거나, 수심, 온도, 염도 등을 비롯한 다양한 계측, 측정 및 시험 등을 수행하도록 구성된 것이다.
드론(2000)은, 무인자율 운행 또는 원격 조종에 의한 운행이 가능하도록 구성되며, 6축 가속도 자이로센서, 각센서 등 드론(2000) 자체의 기울기나 위치 등을 감지할 수 있는 수단이 마련된다. 이러한 드론(2000)의 하부에는 한 쌍의 랜딩기어(2200)가 마련되고, 랜딩기어(2200)은 자화될 수 있는 금속 또는 영구자석이나 전기자석이 구비될 수 있다.
드론 스테이션(3200)은, 드론(2000)을 착륙시키거나 이륙시키기 위하여 무인수상선(3000)의 일부분에 마련되는 것으로, 본 실시예에서는 무인수상선(3000)의 상부에 마련되는 것을 기준으로 설명한다.
드론 스테이션(3200)은, 평편한 구조의 이착륙 플레이트(3400)으로 이루어지고 중앙에 착륙위치(H)가 표시된다. 이착륙 플레이트(3400)의 내부에는 랜딩기어 고정모듈(4000)이 설치되기 위한 설치부(3220)가 함몰되어 형성되고, 이 설치부(3220)에는 상향으로 개방된 적어도 2개 이상의 인출공(3240)들이 각각 형성된다. 인출공(3240)은 착륙위치(H) 중에서 랜딩기어(2200)가 안착되는 위치를 사이에 두고 서로 쌍을 이루어 양쪽에 서로 대칭으로 각각 형성되는 것으로, 고정부재(4200)가 인출되거나 수납되도록 고정부재(4200)의 길이와 폭보다 더 크게 형성된다. 즉, 랜딩기어(2200)의 착륙에 간섭되지 않도록 랜딩기어(2200)의 폭과 길이보다 더 작게 형성되는 것이다.
랜딩기어 고정모듈(4000)은, 드론(2000)이 착륙위치(H)에 착륙할 때 랜딩기어(2200)를 고정하여 드론(3000)의 착륙 상태를 안정적으로 고정할 수 있고, 드론(2000)이 착륙한 후에 무인수상선(3000)이 파도 등에 의해 요동할 때 견고하고 안정된 착륙 상태를 고정하기 위한 것이다. 또한, 드론(2000)의 이륙시에는 고정상태를 신속하게 해제하여 드론(2000)의 이륙에 간섭되지 않도록 구성된다.
랜딩기어 고정모듈(4000)은, 이착륙 플레이트(3400)의 착륙위치(H) 바닥에 마련되고, 인가되는 전원에 의해 자력을 발생시키는 전자석(4400)과, 설치부(3220)의 내부에 일단이 축으로 회전가능하게 결합되고, 타단에는 랜딩기어(2200)를 걸어 고정하기 고정부(4220)가 형성된 고정부재(4200)와, 구동축이 축과 연결되거나 결합되고, 정,역회전 작동으로 고정부재(4200)를 선택적으로 인출공(3240)으로 인출시켜 인력에 의해 전자석(4400)에 결합된 랜딩기어(2200)를 고정하거나 설치부(3220)에 수납시키기 위한 제1 엑츄에이터(4600)를 포함하여 구성된다.
전술한 전자석(4400)은, 랜딩기어(2200)가 착륙하는 이착륙 플레이트(3400)의 선택된 영역, 즉 착륙위치(H)에만 각각 매립되어 마련된다. 그리고 랜딩기어(2200)의 저면에는 전자석이나 영구자석 또는 자화가능한 금속이 구비될 수 있고, 랜딩기어(2200) 자체가 자화 가능한 금속 또는 전자석으로 이루어질 수 있다.
한편, 전자석(4400)은, 도면에 도시되지 않았으나, 이착륙 플레이트(3400)의 상면 전체를 덮는 판재 형태로 마련되거나, 이착륙 플레이트(3400) 전체로 이루어질 수 있다. 즉, 이착륙 플레이트(3400) 전체가 전자석으로 이루어질 수 있다. 이는 드론(2000)이 착륙하여 고정될 수 있는 위치를 확장시키기 위한 것이고, 이 경우에 여러 쌍의 랜딩기어 고정모듈(4000)이 마련될 수 있다. 이와 같이 이착륙 플레이트(3400) 전체가 전자석으로 이루어지고 랜딩기어 고정모듈(4000)이 다수로 마련됨으로써 드론(2000)이 어느 위치에 착륙하여도 안정적으로 고정될 수 있게 된다.
물론, 이착륙 플레이트(3400)의 여러 곳에 마련되는 전자석(4400)들과, 각 전자석(4400)을 사이에 두고 형성되는 인출공(3240)들을 구비한 설치부(3220)이 각각 형성되며 각 설치부(3220) 내부에는 고정부재(4200)이 각각 형성될 수 있다. 즉, 전자석(4400)과 설치부(3220) 및 고정부재(4200)가 하나의 모듈을 이루어 이착륙 플레이트(3400)의 착륙위치(H) 여러 곳에 구비됨으로써 드론(2000)의 착륙하여 고정될 수 있는 위치가 확장될 수 있다.
고정부재(4200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일단이 설치부(3220)의 내부에 회전 가능하게 축으로 결합되고, 이 축은 정회전 또는 역회전 작동하는 제1 엑츄에이터(4600)의 구동축과 기어(또는 감속기어)들에 의해 연결되거나, 고정부재(4200)를 회전 지지하는 축과 구동축이 결합되어 일체화될 수도 있다. 따라서, 제1 엑츄에이터(4600)의 정회전 또는 역회전 작동에 따라 고정부재(4200)는 인출공(3240)을 통하여 외부로 노출되어 랜딩기어(2200)을 감싸면서 고정하거나, 인출공(3240)을 통하여 설치부(3220) 내부로 삽입되어 수납될 수 있다.
이러한 고정부재(4200)의 타단에 형성되는 고정부(4220)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 축을 기준으로 회전하였을 때 랜딩기어(2200)의 일부분을 감싸면서 걸리도록 갈고리 형상으로 형성된다.
고정부재(4200)를 정회전 또는 역회전 작동시키기 위한 제1 엑츄에이터(4600)는 구동축을 정해진 각도 내에서 정회전 및 역회전 시킬 수 있는 스텝모터(stepping motor) 등으로 구성될 수 있으나, 이에 국한된 것은 아니고 고정부재(4200)를 정회전 및 역회전시키기 위한 다양한 구조의 엑츄에이터가 적용될 수 있다.
한편, 드론(2000)에는, 드론(2000)에 내장된 배터리와 연결되고 랜딩기어(2200)의 저면으로 돌출되는 제1 충전단자(5540)가 마련된다. 그리고, 전자석(4400)에는, 드론(2000)이 착륙위치(H)에 착륙하면 랜딩기어(2200)의 제2 충전단자(5540)가 삽입되어 전원 공급부(5100)와 접속되도록 전자석(4400)의 접속공(4420) 내부에 마련되는 제2 충전단자(5520)를 포함하는 충전모듈(5500)이 구비된다.
전자석(4400)에 형성되는 접속공(4420)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상부에 깔대기 형상의 삽입부가 형성된다. 이러한 구조는 제1 충전단자(5540)가 간섭없이 용이하게 삽입되도록 하기 위한 것이다. 그리고 제2 충전단자(5520)는 제1 충전단자(5540)가 끼워졌을 때 제1 충전단자(5540)와 탄력적으로 접촉되도록 일부분이 길이방향으로 절개되거나 내주면에 접촉돌기들이 형성될 수 있다.
한편, 전자석(4400)은 착륙위치(H) 전체에 마련될 수 있다.
그리고, 전자석(4400)에 형성되는 접속공(4420)은 다수개로 이루어질 수 있다. 즉, 접속공(4420)들은 착륙위치(H)에 전체에 마련되는 전자석(4400)에 다수개가 형성되는 것이다.
전자석(4400)에 형성되는 각각의 접속공(4420) 내부에는 제2 충전단자(5520)를 포함하여 구성되는 충전모듈(5500)이 각각 구비되고, 각각의 충전모듈(5500)들은 제어부(500)에 의해 전원공급부(5100)로부터 전원을 공급받는다.
이와 같이 착륙위치(H)에 충전모듈(5500)을 구비한 많은 접속공(4420)들을 형성한 것은, 드론(2000)이 착륙위치(H)에 착륙할 때 제1 충전단자(5540)가 각 접속공(4420)들 중에서 무작위로 삽입되어 해당 접속공(4420)에 내장된 제2 충전단자(5220)와 접속되도록 하기 위한 것이다.
즉, 드론(2000)이 착륙위치(H)의 어느 영역에 착륙하더라도 제1 충전단자(5540)가 충전모듈(5500)의 제2 충전단자(5520)에 접속되어 충전이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
그리고, 전자석(4400)이나 이착륙 플레이트(3400)에는 랜딩기어(2200)가 착륙위치(H)의 전자석(4400)에 접촉되거나 안착됨을 감지하기 위한 감지센서(5200)가 마련된다. 감지센서(5200)는 접촉센서나 근접센서 등으로 이루어질 수 있고, 제1 충전단자(5540)가 제2 충전단자(5520)에 접촉됨이 충전모듈(5000)이 감지하도록 구성될 수 있다.
한편, 이착륙 플레이트(3400)에는, 이착륙 플레이트(3400)의 착륙위치(H)로 진입하는 드론(2000)의 기울기값을 드론(2000)으로부터 수신하고, 해상 환경에 따라 요동하는 무인수상선(3000)으로부터 자세 정보를 수신하여 이착륙 플레이트(3400)의 기울기를 착륙을 위하여 착륙위치(H)로 진입하는 드론(2000)의 기울기와 같거나 유사하도록 조절하기 위한 착륙제어모듈(7000)을 구비한다.
착륙제어모듈(7000)은, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 무인수상선(3000)의 베이스 플레이트(3100)에 마련되고, 이착륙 플레이트(3400)가 사방으로 기울어지도록 이착륙 플레이트(3400)의 저면 중심에 결합되는 볼 조인트(7100)와, 일단이 베이스 플레이트(3100)에 축 결합되는 지지체(7220)와, 이착륙 플레이트(3400)의 저면에 일단이 축 결합되고 타단은 지지체(7220)에 수납되거나 인출되도록 지지체(7220)에 결합되는 작동로드(7240)로 이루어진 적어도 3개 이상의 작동부(7200)와, 전기적 신호에 의해 작동되어 작동로드(7240)를 지지체(7220)로터 인출시키거나 수납시켜 작동부(7200)의 길이를 조절하여 이착륙 플레이트(3400)의 기울기를 조절하도록 각각의 지지체(7220)에 마련되는 제2 엑츄에이터(7600)를 포함하여 구성된다.
각각의 제2 엑츄에이터(7600)는, 스텝모터에 의해 정회전 및 역회전 작동되는 피니언과 이 피니언에 맞물려는 랙기어로 이루어진다. 랙기어는 작동로드(7240)에 결합되므로, 피니언의 작동에 의해 작동로드(7240)가 지지체(7220) 내부로 겹쳐지게 수납되거나 지지체(7220)로부터 인출된다. 이러한 작동으로 작동로드(7240)는 이착륙 플레이트(3400)의 한쪽을 당기거나 밀게 된다.
본 실시예에서 제2 엑츄에이터(7600)를 구비한 작동부(7200)는 3 - 6개로 이루어질 수 있다. 각 작동부(7200)는 볼조인트(7100)을 기준으로 이착륙 플레이트(3400)의 사방 저면에 각각 축 결합되므로, 각각의 작동부(7200)가 독립적 또는 이웃하는 작동부(7200)와 유기적으로 연동되도록 제어부(500)에 의해 작동 제어됨으로써 이착륙 플레이트(3400)는 6축(surge, sway, heave, roll, pitch, yaw) 제어가 가능하다. 즉, 해상환경에 따라 요동하는 무인수상선(3000)의 자세에 대응하여 이착륙 플레이트(3400)를 수평으로 유지시킬 수 있게 된다.
이러한 작동제어를 위하여 착륙제어모듈(7000)은, 랜딩기어 고정모듈(4000), 충전모듈(6000) 및 착륙제어모듈(7000)의 각 작동부(7200)에 구비된 제2 엑츄에이터(7600)들을 제어하기 위한 제어부(5000)을 포함하여 구성된다.
제어부(5000)는, 드론(2000)으로터 수신한 기울기 값과, 무인수상선(3000)으로터 수신한 자세 정보를 토대로, 각각의 제2 엑츄에이터(7600)들을 작동 제어하여 이착륙 플레이트(3400)의 기울기를 조절하도록 구성된다. 그리고, 감지센서(5200)에 의해 전자석(4400)에 랜딩기어(2200)가 접촉됨이 감지되면 랜딩기어 고정모듈(4000)의 제1 엑츄에이터(4600)를 작동시켜 고정부재(4600)가 회전하면서 인출공(3240)으로 인출되어 랜딩기어(2200)를 걸어 고정하도록 구성된다. 또한, 충전모듈(5500)에 전원을 인가하여 드론(2000)에 내장된 배터리의 충전이 이루어지도록 구성된다.
이와 같이 구성된 공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템(1000)의 작용을 설명한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 무인수상선(3000)에 도킹 시스템(1000)이 마련된 상태에서, 드론(2000)이 착륙위치(H)로 진입할 때 제어부(500)는 드론(2000)으로부터 송신되는 드론(2000)의 진입각도, 즉 기울기값을 수신한다. 그리고 무인수상선(3000)으로부터 해상환경으로 요동함에 따른 기울기값을 수신한다.
드론(2000)의 기울기값(진입각도)과 무인수상선(3000)의 기울기값을 수신한 제어부(500)는, 무인수상선(3000)이 기울어지더라도 이착륙 플레이트(3400)가 수평상태를 유지하도록 각 작동부(7200)의 제2 엑츄에이터(7600)를 작동제어한다.
이러한 제어부(5000)의 제어로 이착륙 플레이트(3400)가 무인수상선(3000)의 요동에 관계없이 수평상태를 유지할 수 있으므로 드론(2000)의 착륙이 안정적으로 이루어질 수 있다.
드론(2000)의 착륙이 감지되면, 제어부(500)는 충전모듈(600)를 제어하여 드론(2000)에 내장된 배터리의 충전이 이루어지도록 함과 동시에, 고정부재(4200)을 인출공(3240)으로 인출시켜 고정부(4220)가 랜딩기어(2200)을 감싸면서 고정하도록 한다 .
이 과정으로 드론(2000)의 랜딩기어(2200)가 이착륙 플레이트(3400)에 견고하게 고정될 수 있다.
이상에서와 같이, 이착륙 플레이트(3400)가 무인수상선(3000)의 요동과 무관하게 수평상태를 유지함으로써 드론(2000)의 착륙이 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있고, 드론(2000)이 착륙함과 동시에 고정부재(4200)가 랜딩기어(2200)을 걸어 고정함으로써 착륙된 상태가 고정되어 무인수상선(3000)의 요동에도 견고하고 안정된 고정상태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 착륙과 동시에 충전이 이루어질 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1000 : 도킹 시스템 2000 : 드론
2200 : 랜딩기어 300 : 무인수상선
3400 : 이착륙 플레이트 4000 : 랜딩기어 고정모듈
4200 : 고정부재 500 : 제어부
5100 : 전원 공급부 5200 : 감지센서
5500 : 충전모듈 7000 : 착륙제어모듈

Claims (8)

  1. 드론이 착륙 및 이륙하도록 무인수상선의 상부에 마련되는 드론 스테이션을 포함하고,
    상기 드론 스테이션에는,
    상기 드론이 이착륙 플레이트의 착륙위치에 접근하면 전자석에 전원을 인가하여 상기 드론의 랜딩기어를 인력으로 당긴 후 설치부에 수납되어 있던 고정부재를 인출공으로 인출시켜 상기 랜딩기어를 선택적으로 고정하기 위한 적어도 2개 이상의 랜딩기어 고정모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는,
    공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랜딩기어 고정모듈은,
    상기 이착륙 플레이트의 착륙위치 바닥에 마련되고, 인가되는 전원에 의해 자력을 발생시키는 상기 전자석;
    상기 설치부의 내부에 일단이 축으로 회전가능하게 결합되고, 타단에는 상기 랜딩기어를 걸어 고정하기 고정부가 형성된 고정부재; 및
    구동축이 상기 축과 연결되거나 결합되고, 정,역회전 작동으로 상기 고정부재를 선택적으로 상기 인출공으로 인출시켜 인력에 의해 상기 전자석에 결합된 상기 랜딩기어를 고정하거나 상기 설치부에 수납시키기 위한 제1 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 드론에는, 상기 드론에 내장된 배터리와 연결되고 상기 랜딩기어의 저면으로 돌출되는 제1 충전단자가 마련되고,
    상기 전자석에는, 상기 드론이 착륙위치에 착륙하면 상기 제1 충전단자가 삽입되어 전원 공급부와 접속되도록 상기 전자석의 접속공 내부에 마련되는 제2 충전단자를 포함한 충전모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는,
    공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 충전모듈을 구비한 접속공은,
    상기 드론이 상기 착륙위치에 착륙할 때 상기 제1 충전단자가 무작위로 삽입되어 상기 제2 충전단자와 접속되도록 상기 전자석의 상면 여러 곳에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는,
    공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전자석은,
    상기 랜딩기어가 착륙하는 상기 이착륙 플레이트의 선택된 영역에만 각각 매립되어 마련되거나, 상기 이착륙 플레이트의 상면 전체를 덮는 판재 형태로 마련되거나, 상기 이착륙 플레이트 전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이착륙 플레이트에는,
    상기 이착륙 플레이트의 착륙위치로 진입하는 상기 드론의 기울기값을 상기 드론으로부터 수신하고, 해상 환경에 따라 요동하는 상기 무인수상선으로부터 자세 정보를 수신하여 상기 이착륙 플레이트의 기울기를 상기 드론의 기울기와 같거나 유사하도록 조절하기 위한 착륙제어모듈이 더 구비되는 것을 특징으로 하는,
    공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 착륙제어모듈은,
    상기 무인수상선의 베이스 플레이트에 마련되고, 상기 이착륙 플레이트가 사방으로 기울어지도록 상기 이착륙 플레이트의 저면 중심에 결합되는 볼 조인트;
    일단이 상기 베이스 플레이트에 축 결합되는 지지체와, 상기 이착륙 플레이트의 저면에 일단이 축 결합되고 타단은 상기 지지체에 수납되거나 인출되도록 상기 지지체에 결합되는 작동로드로 이루어진 적어도 3개 이상의 작동부; 및
    전기적 신호에 의해 작동되어 상기 작동로드를 상기 지지체로터 인출시키거나 수납시켜 상기 작동부의 길이를 조절하여 상기 이착륙 플레이트의 기울기를 조절하도록 각각의 상기 지지체에 마련되는 제2 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 착륙제어모듈은,
    상기 랜딩기어 고정모듈, 상기 충전모듈 및 상기 착륙제어모듈을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 드론으로터 수신한 기울기 값과, 상기 무인수상선으로터 수신한 자세 정보를 토대로, 각 상기 제2 엑츄에이터를 작동 제어하여 상기 이착륙 플레이트의 기울기를 조절하고, 상기 전자석에 상기 랜딩기어가 접촉됨이 감지되면 상기 랜딩기어 고정모듈의 제1 엑츄에이터를 작동시켜 상기 고정부재가 회전하면서 상기 인출공으로 인출되어 상기 랜딩기어를 걸어 고정하도록 하며, 상기 충전모듈에 전원을 인가하여 상기 배터리의 충전이 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    공중드론의 무인수상선 착륙을 위한 도킹 시스템.








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