KR20230100064A - 드론 전원공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 드론에 케이블을 통하여 전원을 공급하는 드론 전원공급장치에 있어서, 회전축을 구비하며, 상기 케이블이 감기거나 풀리는 케이블드럼; 상기 케이블드럼의 회전축과 연결되어, 상기 케이블드럼을 구동하는 모터부; 상기 케이블드럼 전방에 배치되며 한 쌍의 플레이트가 서로 이격되어 상기 케이블을 수용하는 몸체와, 상기 한 쌍의 플레이트 사이에 형성되어 상기 케이블을 가이드하는 복수개의 가이드롤러와, 상기 케이블의 장력에 따라 이동하는 이동롤러와, 상기 이동롤러의 이동을 감지하는 센서와, 상기 센서의 감지에 따라 상기 모터부를 제어하는 제어부재를 포함하는 장력제어부; 및 상기 드론 및 모터부에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하는 드론 전원공급장치를 제공한다.
본 발명에 따른 드론 전원공급장치에 의하면, 전원공급장치 내부에 장력제어부를 배치하여, 유선 드론에 전원을 공급하는 케이블의 장력을 감지하고, 이에 따라 케이블의 권취속도를 조절함으로써 장력을 적정범위에서 조절하여 케이블 또는 유선 드론의 파손을 방지 할 수 있다.

Description

드론 전원공급장치{Drone Power Supply}
본 발명은 드론 전원공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유선 드론과 전원공급장치를 제어하여 유선 드론에 전력을 지원하는 드론 전원공급장치에 관한 것이다.
최근 들어, 무인비행체 즉, 드론이 개발되어 상용화되고 있다. 드론은 카메라 및 각종 센서를 장착하여 무인으로 비행가능하며, 각종 필요한 업무에 투입되고 있다. 예를 들어, 드론은 환경감시, 산불감시, 방송중계, 스포츠중계, 농약살포, 도로감시, 보안, 군사, 레저, 스포츠 등 광범위한 용도로 사용된다.
하지만 전통적인 드론은, 내부에 배터리를 통해 비행하여 임무를 수행하기 때문에 체공시간에 한계가 있는 문제점이 있었다. 특히, 카메라와 같은 무거운 장비를 장착한 드론의 비행을 위해서는 고용량의 배터리를 드론에 장착하여야 하고, 이는 다시 드론의 무게를 증가시키는 문제점으로 부각된다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여, 비행하는 드론과 지상통제장비를 분리하고, 지상통제장비와 드론 사이를 유선을 연결하여 지상으로부터 전원을 공급받는 테더 드론(Tethered-drone)이 제안되었다.
자세히, 테더 드론은, 드론과 분리된 지상통제장비로부터 연장된 케이블(cable)과 연결되어 전원을 공급받으며, 드론 조종사의 컨트롤에 의해 비행을 수행할 수 있다.
상기 테더드 론이 상승 또는 하강하는 경우, 상기 케이블의 권취속도와 상기 테더 드론의 승하강 속도가 차이가 나면 상기 케이블에 큰 장력이 걸리는 경우가 발생하게 된다. 상기 케이블에 지난친 장력이 인가되게 되면, 케이블 또는 테더 드론의 연결부가 파손되는 문제점이 발생한다.
대한민국 등록특허 제10-2150856호(발명의 명칭 : 유선드론 시스템)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 유선 드론에 전원을 공급하는 케이블의 장력을 제어하여, 유선 드론 또는 케이블의 파손현상을 사전에 방지하는 드론 전원공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 드론에 케이블을 통하여 전원을 공급하는 드론 전원공급장치에 있어서, 회전축을 구비하며, 상기 케이블이 감기거나 풀리는 케이블드럼; 상기 케이블드럼의 회전축과 연결되어, 상기 케이블드럼을 구동하는 모터부; 상기 케이블드럼 전방에 배치되며 한 쌍의 플레이트가 서로 이격되어 상기 케이블을 수용하는 몸체와, 상기 한 쌍의 플레이트 사이에 형성되어 상기 케이블을 가이드하는 복수개의 가이드롤러와, 상기 케이블의 장력에 따라 이동하는 이동롤러와, 상기 이동롤러의 이동을 감지하는 센서와, 상기 센서의 감지에 따라 상기 모터부를 제어하는 제어부재를 포함하는 장력제어부; 및 상기 드론 및 모터부에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하는 드론 전원공급장치를 제공한다.
상기 몸체는, 상기 케이블의 장력에 의해 상기 이동롤러가 이동하는 가이드슬롯이 형성되며, 상기 센서는, 상기 이동롤러가 상기 가이드슬롯의 제1소정위치까지의 이동여부를 감지하는 제1센서와, 상기 제1소정위치의 일 측에 이격되어 위치하는 제2소정위치까지의 상기 이동롤러의 이동여부를 감지하는 제2센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부재는, 상기 제1,2센서에 의하여 측정된 상기 이동롤러의 위치에 따라 상기 모터부의 구동속도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 드론 전원공급장치에 의하면, 일단이 상기 이동롤러에 연결되고, 타단은 상기 몸체에 연결되어, 상기 이동롤러가 이동 시 상기 이동롤러를 상기 가이드슬롯의 원점으로 이동시키는 스프링을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 드론 전원공급장치에 의하면, 상기 장력제어부를 좌, 우측으로 이송시키는 이송축과, 상기 이송축과 이격되어 배치되며, 상기 이송축에 의해 이동하는 상기 장력제어부를 가이드하는 가이드축과, 상기 이송축 및 가이드축을 지지하는 케이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 드론 전원공급장치에 의하면, 상기 모터부의 구동축의 회전력을 상기 이송축으로 전달하는 전달수단을 더 포함할 수 있다.
상기 모터부는, 구동축을 회전시키는 모터와, 일단이 상기 모터의 구동축과 연결되고, 타단은 상기 이송축과 연결되는 제1밸트와, 일단이 상기 모터의 구동축과 연결되고, 타단은 상기 회전축과 연결되는 제2밸트를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 드론 전원공급장치에 의하면, 전원공급장치 내부에 장력제어부를 배치하여, 유선 드론에 전원을 공급하는 케이블의 장력을 감지하고, 이에 따라 케이블의 권취속도를 조절함으로써 장력을 적정범위에서 조절하여 케이블 또는 유선 드론의 파손을 방지 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 전원공급장치의 도면이다.
도 2는 도 1의 좌측사시도이다.
도 3은 도 1의 우측사시도이다.
도 4는 도 1의 평면도이다.
도 5는 장력제어부의 사시도이다.
도 6은 도 5의 좌측면도이다.
도 7A 내지 도 7C는 도 5의 A를 확대한 도면이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
이하부터는, 도 1 내지 도 7c를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 드론 전원공급장치(100)에 대해 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 지면상에 설치되는 드론 전원공급장치(100)는 케이블(111: Cable)을 통하여 테더 드론(D: Tethered drone)에 전원을 공급한다.
상기 드론 전원공급장치(100)는 케이블드럼(110), 모터부(120), 장력제어부(130), 전원공급부(140), 이송축(150), 가이드축(160) 및 케이스(170)를 포함한다.
상기 케이블드럼(110)은 중앙에 회전축(112)을 구비하며, 상기 회전축(112)을 중심으로 회전하며, 상기 테더 드론(D)의 비행에 따라 상기 케이블(111)을 권취시키거나 풀어주게 된다.
상기 모터부(120)는 상기 케이블드럼(110)의 회전축(112)과 연결되어, 상기 케이블드럼(110)을 구동한다. 여기서, 상기 모터부(120)는 모터(121), 구동축(122), 제1밸트(123) 및 제2밸트(124)를 포함한다.
상기 모터(121)는 구동축(122)을 회전시킨다.
상기 제1밸트(123)는 일단이 상기 모터(121)의 구동축(122)과 연결되고, 타단은 상기 이송축(150)과 연결되어, 상기 장력제어부를 좌, 우측으로 왕복운동을 시키게 된다.
상기 제2밸트(124)는 일단이 상기 모터(121)의 구동축(122)과 연결되고, 타단은 상기 회전축(112)과 연결되어, 상기 케이블드럼(110)을 회전운동을 하게하여, 상기 케이블드럼(110)에 감긴 케이블(111)을 상기 장력제어부(130)측으로 배치하게된다.
상기 장력제어부(130)는 상기 케이블드럼(110) 전방에 배치된다. 여기서, 상기 장력제어부(130)는 몸체(131), 복수개의 가이드롤러(132), 이동롤러(133), 센서(134) 및 제어부재(미도시)를 포함한다.
상기 전원공급부(140)는 상기 테더 드론(D) 및 모터(120)에 전원을 인가한다. 여기서, 상기 전원공급부(140)는 상기 테더 드론(D) 및 모터(120)에 전원을 인가하기 위해 배터리(미도시) 및 전원부(미도시)를 포함하는데, 이때, 배터리는 전력을 저장하고 관리할 수 있으며, 예컨대, 전원저장부, 연결포트 및 전원공급 제어부 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 동작할 수 있다.
또한, 전원부는 AC-DC컨버터 및 전력모듈을 사용할 수 있다. 여기서, AC-DC 컨버터는, 배터리 또는 외부로부터 공급되는 전원이 교류(AC) 전력인 경우, 교류(AC) 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하여 케이블을 통해 테더 드론(D)으로 공급하도록 구성될 수 있다. 이는, 교류(AC) 전력 보다 고전압인 직류(DC) 전력으로 전원을 송신하는 것이 보다 효율적이기 때문에 상기 테더 드론(D)을 장기간 비행할 수 있다.
상기 이송축(150)은 상기 장력제어부(130)를 좌, 우측으로 이송시킨다. 이때, 상기 이송축(150)은 일실시예로, 리버스캠 스크류(Reversecam screw)를 사용할 수 있으며, 상기 모터부(120)에 의해 한 방향으로만 회전하여도, 좌, 우측으로 왕복 운동이 가능하다.
상기 가이드축(160)은 상기 이송축(150)과 이격되어 배치되며, 상기 이송축(150)에 의해 이동하는 상기 장력제어부(130)를 가이드한다. 이때, 상기 가이드축(160)은 상기 장력제어부(130)를 고정하게 되어 보다 안정적으로 상기 케이블(111)의 장력을 제어할 수 있다.
상기 케이스(170)는 상기 케이블드럼(110), 모터(120) 및 장력제어부(130)가 내부에 설치되며, 상기 이송축(150) 및 가이드축(160)을 지지한다. 또한, 상기 케이스는(170) 이동 가능한 캐리어(Carrier) 형태로 구현되어 손잡이를 이용하여 끌고 이동할 수 있는 구조로 형성된다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 장력제어부(130)에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 장력제어부(130)는 몸체(131), 복수개의 가이드롤러(132), 이동롤러(133), 센서(134) 및 제어부재(미도시)를 포함한다.
상기 몸체(131)는 상기 케이블드럼(111) 전방에 배치되며, 한 쌍의 플레이트가 서로 이격되어 상기 케이블(111)을 수용한다.
상기 복수개의 가이드롤러(132)는 상기 한 쌍의 플레이트 사이에 형성되어 상기 케이블(111)을 가이드한다. 상기 이동롤러(133)는 상기 드론(D)의 이동에 따라, 상기 케이블(111)의 장력이 변화에 따라 이동하게 된다. 이때, 상기 몸체(131)는 상기 케이블(111)의 장력에 의해 상기 이동롤러(133)가 이동하는 가이드슬롯(131a)이 형성된다.
그리고, 상기 센서(134)는 상기 이동롤러(133)의 이동을 감지하기 위해, 상기 가이드슬롯(131a)의 제1소정위치(P1) 및 제2소정위치(P2)를 이동하는 상기 이동롤러(133)를 각각 감지하는 제1센서(134a) 및 제2센서(134b)가 배치된다.
상기 제1센서(134a)는 상기 이동롤러(33)가 상기 가이드슬롯(131a)의 제1소정위치(P1)까지의 이동여부를 감지하고, 상기 제2센서(134b)는 상기 제1소정위치(P1)의 일 측에 이격되어 위치하는 제2소정위치(P2)까지의 상기 이동롤러(133)의 이동여부를 감지한다.
여기서, 상기 제어부재(미도시)는 상기 제1, 2센서(134a, 134b)에 의하여 측정된 상기 이동롤러(133)의 위치에 따라 상기 모터부(120)의 구동속도를 제어한다.
그리고, 상기 스프링(미도시)이 설치되어, 일단이 상기 이동롤러(133)에 연결되고, 타단은 상기 몸체(131)에 연결되어, 상기 이동롤러(133)가 이동 시 상기 이동롤러(133)를 상기 가이드슬롯(131a)의 원점으로 이동시키게 된다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 케이블(111)의 장력에 의해 이동한 상기 이동롤러(133)의 위치를 측정하는 센서(134)를 나타냈다.
먼저, 상기 이동롤러(133)는 상기 가이드슬롯(131a)의 원점에 배치되고, 상기 케이블(111)의 장력에 의해 점점 상기 가이드슬롯(131a)의 제1소정위치(P1)에서 이동하게 되고, 상기 제1소정위치(P1)에 제1센서(134a)가 배치되고, 상기 제1센서(134a)에 설치된 제1스위치(SW1)가 상기 제1소정위치(P1)에서 이동하는 상기 이동롤러(133)의 위치를 감지하여, 상기 제어부재(미도시)에서 상기 모터부(120)측으로 신호를 주어 상기 모터(121)의 속도를 제어하여 1차적으로 상기 케이블(111)의 장력을 제어하게 된다.
다음으로, 상기 제1소정위치(P1)를 통과한 상기 이동롤러(133)의 위치를 감지하기 위해 상기 제2소정위치(P2)에 상기 제2센서(134b)가 배치되고, 상기 제2센서(134b)에 설치된 제2스위치(SW2)가 상기 제2소정위치(P2)에서 이동하는 상기 이동롤러(133)의 위치를 감지하여, 상기 제어부재(미도시)에서 상기 모터부(120)측으로 신호를 주어 상기 모터(121)의 속도를 제어하여 2차적으로 상기 케이블(111)의 장력을 제어하게 된다.
마지막으로, 상기 케이블(111)의 장력에 의해 상기 가이드슬롯(131a)의 끝점까지 이동한 상기 이동롤러(133)를 상기 스프링(미도시)에 의해 상기 가이드슬롯(131a)의 원점으로 돌아가게 되며, 위에서 언급한 상기 이동롤러(133)의 이동이 반복적으로 하여 상기 케이블(111)의 장력을 제어하게 된다.
100 : 드론 전원공급장치
110 : 케이블드럼 111 : 케이블
112 : 회전축 120 : 모터부
121 : 모터 122 : 구동축
123 : 제1밸트 124 : 제2밸트
130 : 장력제어부 131 : 몸체
131a : 가이드슬롯 132 : 복수개의 가이드롤러
133 : 이동롤러 134 : 센서
134a : 제1센서 134b : 제2센서
140 : 전원공급부 150 : 이송축
160 : 가이드축 170 : 케이스
D : 테더 드론 P1 : 제1소정위치
P2 : 제2소정위치 SW1 : 제1스위치
SW2 : 제2스위치

Claims (7)

  1. 드론에 케이블을 통하여 전원을 공급하는 드론 전원공급장치에 있어서,
    회전축을 구비하며, 상기 케이블이 감기거나 풀리는 케이블드럼;
    상기 케이블드럼의 회전축과 연결되어, 상기 케이블드럼을 구동하는 모터부;
    상기 케이블드럼 전방에 배치되며 한 쌍의 플레이트가 서로 이격되어 상기 케이블을 수용하는 몸체와, 상기 한 쌍의 플레이트 사이에 형성되어 상기 케이블을 가이드하는 복수개의 가이드롤러와, 상기 케이블의 장력에 따라 이동하는 이동롤러와, 상기 이동롤러의 이동을 감지하는 센서와, 상기 센서의 감지에 따라 상기 모터부를 제어하는 제어부재를 포함하는 장력제어부; 및
    상기 드론 및 모터부에 전원을 인가하는 전원공급부;를 포함하는 드론 전원공급장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체는, 상기 케이블의 장력에 의해 상기 이동롤러가 이동하는 가이드슬롯이 형성되며,
    상기 센서는,
    상기 이동롤러가 상기 가이드슬롯의 제1소정위치까지의 이동여부를 감지하는 제1센서와,
    상기 제1소정위치의 일 측에 이격되어 위치하는 제2소정위치까지의 상기 이동롤러의 이동여부를 감지하는 제2센서를 포함하는 드론 전원공급장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부재는,
    상기 제1,2센서에 의하여 측정된 상기 이동롤러의 위치에 따라 상기 모터부의 구동속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 드론 전원공급장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    일단이 상기 이동롤러에 연결되고, 타단은 상기 몸체에 연결되어, 상기 이동롤러가 이동 시 상기 이동롤러를 상기 가이드슬롯의 원점으로 이동시키는 스프링을 더 포함하는 드론 전원공급장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 장력제어부를 좌, 우측으로 이송시키는 이송축과,
    상기 이송축과 이격되어 배치되며, 상기 이송축에 의해 이동하는 상기 장력제어부를 가이드하는 가이드축과,
    상기 이송축 및 가이드축을 지지하는 케이스를 더 포함하는 드론 전원공급장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모터부의 구동축의 회전력을 상기 이송축으로 전달하는 전달수단을 더 포함하는 드론 전원공급장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터부는,
    구동축을 회전시키는 모터와,
    일단이 상기 모터의 구동축과 연결되고, 타단은 상기 이송축과 연결되는 제1밸트와,
    일단이 상기 모터의 구동축과 연결되고, 타단은 상기 회전축과 연결되는 제2밸트를 포함하는 드론 전원 공급장치.
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