KR20240023831A - 광섬유를 이용한 유선 드론 - Google Patents

Abstract

본 발명의 광섬유 적용 유선 드론은 비행본체와, 소정의 비행영역에서 해당 비행본체가 비행하도록 구동력을 제공하는 비행구동부와 상기 비행구동부를 제어하는 비행제어부을 포함하는 드론과 일단이 상기 드론에 연결되는 광케이블이 포함된 광전달유닛과 상기 광케이블의 타단에 연결되어 해당 광케이블에 에너지 광을 조사하는 광원모듈과 상기 드론에 설치되어 상기 광케이블을 통해 전달된 에너지 광을 이용하여 전력을 생성하여 상기 비행구동부에 전달하는 전원공급부와 상기 광케이블의 타단에 연결되어 상기 드론의 비행을 제어하기 위한 제어정보가 포?c된 광신호를 상기 광케이블에 입력하는 제1 통신모듈과 상기 드론에 설치되어 상기 광케이블을 통해 전달된 광신호를 수신하여 상기 비행제어부에 전달하는 제2 통신모듈을 구비한다.
본 발명에 따르면, 광섬유 적용 유선 드론은 에너지 광을 해당 드론에 공급할 수 있어서 드론의 비행시간을 증가 시킬 수 있으며, 상기 드론의 비행을 제어하기 위한 광신호도 상기 광케이블을 통해 전달하는데 그 목적이 있다.

Description

광섬유를 이용한 유선 드론{Wired drone using optical fiber}

본 발명은 광섬유를 이용한 유선 드론 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드론을 구동하게 하는 에너지 광과 드론의 비행을 제어하기 위한 광신호를 전달하고, 드론의 비행정보를 수신하기 위하여 드론에 연결된 광케이블을 포함하는 광섬유를 이용한 유선 드론에 관한 것이다.

무선통신 방식을 통해 원격 제어되는 드론은, 처음에는 군사용으로 개발되어 단순한 사격연습에 사용되었으나, 전자 통신기술의 지속적 발전에 따라 군사용 뿐 아니라 그 이외의 다양한 분야로 확대 보급되고 있다.

가령, 사람이 쉽게 접근할 수 없는 각종 재해나 사고지역 또는 정글이나 오지 또는 화산지역 등으로 투입되어, 현장의 상황파악이나 인명구조 또는 방송용 영상을 얻기 위하여 사용되기도 하고, 배송회사에서 물품수송의 상업적 목적으로 운용한다거나, 감시카메라를 대신하는 보안 및 관제서비스에 적용되기도 한다. 또한, 최근에는 드론의 일반화에 따라 개인들도 취미생활을 목적으로 드론을 구입하기도 한다.

이러한 드론의 일반적인 구성은, 양력을 출력하는 다수의 프로펠러와, 프로펠러(Propeller)에 전력을 공급하는 배터리와 제어부로 이루어진다. 프로펠러는 배터리로부터 공급된 전력에 의해 회전력을 발생하는 모터와 모터의 구동축에 고정되는 프로펠러로 구성된다.

그런데 드론이 갖는 공통적인 문제 중 하나는, 모터의 전력소모가 심해 비행시간이 짧다는 것이다. 가령, 배터리를 완전 충전시켰다 하더라도 대략 10분 정도면 전력이 바닥나 그만큼 비행거리에 제약이 많은 것이다. 경우에 따라 작업 중 배터리가 완전히 방전될 경우, 건물의 외벽에 붙어 있던 이착륙장치가 외벽으로부터 분리되어 땅으로 떨어져 박살나거나 지나가는 차량이나 사람에 부딪히는 사고를 유발할 수도 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 대용량 배터리를 장착해보기도 하지만 이는 드론의 무게를 증가시켜 비행시간을 연장하는 효과를 구현하지는 못한다는 문제점을 해결하고자 관련 선행기술들이 제안 되었다.

제안된 선행기술의 작업용 드론(한국 공개특허 제10-2016-0129786호)는 양력발생부를 갖는 드론본체와 상기 드론본체에 설치되며 전력케이블을 통해 드론본체 외부의 전원과 연결된 상태로 상기 전원으로부터 전력을 공급받는 수전부와 상기 드론본체에 구비되며 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하며 전력케이블을 통해 외부의 전원으로부터 전력을 공급받으므로 체공시간에 제약이 없어 장시간 소요되는 각종 작업에 투입되어 임무를 수행할 수 있고, 산업현장에서 필요한 작업을 할 수 있도록 설계된 작업로봇을 결합하여, 사람이 도달하기 곤란한 지점이나 위험한 장소에 투입된 상태로 원하는 작업을 수행할 수 있으며, 현장의 여건에 따라, 지지력을 제공 받을 수 있는 지점에 고정시킨 상태로, 프로펠러를 임시 정지시키고 작업을 진행할 수 있어 더욱 집중적인 작업을 가능케한다.

그러나 종래의 선행기술은 지상에 설치되는 외부의 전원으로부터 전력을 드론에 공급하는 구리케이블의 무게로 인해 드론의 비행가능한 고도가 제한된다는 단점이 있지만, 본 발명은 구리케이블보다 가볍고, 파장분할 다중화 기법이 적용된 광케이블을 이용하여 전력전송과 통신을 하나의 광섬유로 가능하게 하는 기술에 관한 것이다.

한국 공개특허 제10-2016-0129786호 : 작업용 드론

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로 드론에 연결된 광케이블을 통해 드론을 구동시키기 위한 에너지 광과 드론의 비행을 제어하기 위한 광신호를 해당 드론에 전달하는 광섬유를 이용한 유선 드론을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 유선 드론은 비행본체와, 소정의 비행영역에서 해당 비행본체가 비행하도록 구동력을 제공하는 비행구동부와 상기 비행구동부를 제어하는 비행제어부을 포함하는 드론과 일단이 상기 드론에 연결되는 광케이블이 포함된 광전달유닛과 상기 광케이블의 타단에 연결되어 해당 광케이블에 에너지 광을 조사하는 광원모듈과 상기 드론에 설치되어 상기 광케이블을 통해 전달된 에너지 광을 이용하여 전력을 생성하여 상기 비행구동부에 전달하는 전원공급부와 상기 광케이블의 타단에 연결되어 상기 드론의 비행을 제어하기 위한 제어정보가 포?c된 광신호를 상기 광케이블에 입력하는 제1 통신모듈과 상기 드론에 설치되어 상기 광케이블을 통해 전달된 광신호를 수신하여 상기 비행제어부에 전달하는 제2 통신모듈을 구비한다.

상기 광전달유닛은 상기 광케이블을 통과한 에너지 광을 상기 전원공급부에 전달하기 위해 양단이 각각 상기 광케이블의 일단 및 전원공급부에 연결되는 출력광섬유와 상기 광케이블을 통과한 광신호를 상기 제2 통신모듈에 전달하기 위해 양단이 각각 상기 광케이블의 일단 및 제2 통신모듈에 연결되는 신호광섬유와 상기 출력광섬유, 신호광섬유 및 광케이블 사이에 설치되어 상기 광케이블을 통과한 에너지 광을 상기 출력광섬유로 출력시키되, 상기 광케이블을 통과한 광신호를 상기 제2 통신모듈로 출력시키는 제1 파장분활다중화 커플러를 더 구비한다.

상기 드론은 상기 비행본체의 주위 환경에 대한 비행정보를 수집할 수 있는 비행정보수집부를 더 포함하고, 상기 제2 통신모듈은 상기 비행정보수집부에서 상기 비행정보를 수신하고, 해당 비행정보가 포함된 정보신호를 상기 광케이블을 통해 제1 통신모듈에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 광전달유닛은 상기 광원모듈에서 생성된 에너지 광을 상기 광케이블에 전달할 수 있도록 양단이 각각 광원모듈 및 상기 광케이블에 연결되는 입력광섬유와 상기 광신호가 출력되는 상기 제1 통신모듈의 출력단에 연결되는 신호-출력광섬유와 양단이 각각 신호-출력광섬유 및 광케이블에 연결되는 통신광섬유와 상기 입력광섬유, 통신광섬유 및 광케이블 사이에 설치되어 상기 입력광섬유에서 입력된 에너지 광과 상기 통신광섬유에서 입력된 광신호를 상기 광케이블로 전달하되, 상기 광케이블을 통해 전달된 정보신호를 상기 통신광섬유로 전달하는 제2 케넥터와 상기 정보신호를 수신하기 위한 상기 제1 통신모듈의 입력단에 연결되는 신호-전달광섬유와 상기 통신광섬유, 신호-절단광섬유 및 신호-출력광섬유 사이에 연결되어 상기 신호-출력광섬유에서 입력된 광신호를 상기 통신광섬유로 전달하되, 상기 통신광섬유를 통과한 정보신호를 상기 신호-전달광섬유로 전달하는 통신 커넥터를 구비한다.

상기 전원공급부는 상기 에너지 광이 출력되는 상기 출력광섬유의 출력단에 대향되게 설치되어 입사되는 에너지 광을 이용하여 전력을 생산하는 광전변환패널을 포함하고, 상기 광전달유닛은 상기 출력광섬유의 출력단에 설치되어 상기 광전변환패널에 대한 상기 에너지 광의 입사 범위를 확장시키는 파이버 번들을 더 구비한다.,

상기 광케이블의 강도를 보강하고, 상기 광케이블에서 발생된 열이 방열되게 상기 광케이블의 외주면을 감싸도록 형성된 도금층을 더 구비한다.

상기 광케이블에 설치되어서 상기 광케이블이 공중에 부유할 수 있도록 해당 광케이블에 부력을 제공하는 부력유닛을 더 포함하고, 상기 부력유닛은 상기 광케이블에 설치되는 몸체부와 상기 몸체부에 설치되며, 내부에 공기보다 비중이 낮은 부유기체가 층진된 적어도 하나의 에어포켓을 구비한다.

상기 부력유닛은 다수개가 상기 광케이블의 길이방향을 따라 상호 이격되게 설치되고, 해당 광케이블이 장애물에 충돌하여 절단되는 것을 방지하기 위해 양단이 각각 상호 인접된 상기 부력유닛들에 연결되는 적어도 하나의 충돌방지망을 더 구비한다.

상기 광케이블의 외주면에 냉각수를 분사하기 위해 상기 부력유닛에 마련된 냉각유닛을 더 구비하고, 상기 몸체부는 내부에 냉각수가 수용되는 수용공간이 마련되고, 상기 광케이블에 인접된 하부에 상기 수용공간의 냉각수가 분출되는 분출구가 형성되고, 상기 냉각유닛은 상기 분출구에서 설치되어 상기 분출구를 개폐하는 개폐밸브 및 기 설정된 작동 패턴에 따라 상기 분출구가 개폐되도록 상기 개폐밸브를 제어하는 밸브 제어부를 더 구비한다.

본 발명의 광섬유를 이용한 유선 드론은 드론에 연결된 광케이블을 이용하여 드론을 구동하게 하는 에너지 광을 드론에 공급할 수 있어서 드론의 비행시간을 증가 시킬 수 있고, 드론의 비행을 제어하기 위한 광신호도 광케이블을 통해 전달되므로 드론에 제어신호를 보다 안정적으로 전달 할 수 있다.

도 1는 본 발명에 광섬유를 이용한 유선 드론의 제1 실시예의 따른 사시도이고,
도 2는 도 1의 블록도이고,
도 3은 제2 실시예의 따른 광케이블의 사시도이고,
도 4는 제3 실시예의 따른 광케이블의 단면도이고,
도 5는 제4 실시예의 따른 부분 사시도이고,
도 6은 제5 실시예의 따른 부분 사시도이고,
도 7은 제6 실시예의 따른 냉각유닛의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광섬유를 이용한 유선 드론에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 대하여, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있다는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 유선 드론(100)의 제1 실시예가 도시되어 있다.

본 발명의 광섬유를 이용한 유선 드론(100)은 비행본체(111)와, 소정의 비행영역에서 해당 비행본체(111)가 비행하도록 구동력을 제공하는 비행구동부(112)와 상기 비행구동부(112)를 제어하는 비행제어부(113)을 포함하는 드론(110)과 일단이 상기 드론(110)에 연결되는 광케이블(161)이 포함된 광전달유닛(160)과 상기 광케이블(161)의 타단에 연결되어 해당 광케이블(161)에 에너지 광을 조사하는 광원모듈과(120) 상기 드론(110)에 설치되어 상기 광케이블(161)을 통해 전달된 에너지 광을 이용하여 전력을 생성하여 상기 비행구동부(112)에 전달하는 전원공급부(130)와 상기 광케이블(161)의 타단에 연결되어 상기 드론(110)의 비행을 제어하기 위한 제어정보가 포?c된 광신호를 상기 광케이블(161)에 입력하는 제1 통신모듈(140)과 상기 드론(100)에 설치되어 상기 광케이블(161)을 통해 전달된 광신호를 수신하여 상기 비행제어부(113)에 전달하는 제2 통신모듈(150)을 구비한다.

상기 드론(110)은 비행본체(110)와, 비행본체(110)에 설치되어 비행본체(110)를 공중으로 부양시켜 소정의 비행영역에서 비행하도록 구동하는 비행구동부(112)와 상기 비행구동부(112)를 제어하는 비행제어부(113)를 포함한다. 이때, 상기 비행본체(110)의 형태는 도면에 도시된 것에 제한하지 않고 상기 비행구동부(112)에 의해서 비행가능한 형태는 무엇이든 적용 가능하며, 본 실시예는 일반적인 드론(110)과 마찬가지로 상기 비행구동부(112)는 복수개의 프로펠러들과 상기 프로펠러들을 구동하는 구동모터들을 포함하여 형성된다. 상기 비행제어부(113)는 상기 비행구동부(112)를 제어하여 상기 드론(110)의 비행방향과 속도, 고도의 제어가 이루어진다. 즉, 상기 비행제어부(113)는 광케이블(161) 통해 전달된 광신호에 대응되게 상기 드론(110)이 비행할 수 있도록 관리자의 제어신호를 수신하여 상기 비행구동부(112)를 제어한다.

상기 드론(110)은 상기 비행본체(111)의 주위 환경 즉, 비행방향과 속도, 고도, 위치정보 등이 포함되는 비행정보를 수집할 수 있는 비행정보수집부(114)를 더 구비할 수 있다. 상기 비행정보수집부(114)는 상기 드론(110)에 설치되는 비행정보를 수집할 수 있는 자이로센서, 고도센서, GPS수신기 등 종래의 다양한 기술이 적용된 장치들로 하여금 비행방향과 속도, 고도 등의 비행정보를 수집한다.

상기 광원모듈(120)은 상기 광케이블(161)의 타단에 연결되어 해당 광케이블(161)에 에너지 광을 조사하게 형성된다. 상기 광원모듈(120)은 발전기, 콘센트 또는 휴대용 배터리 등의 전력공급수단(미도시)에서 공급되는 전력을 변환하여 상기 광케이블(161)에 에너지 광을 조사하는 종래의 다양한 기술이 적용될 수 있다.

상기 전원공급부(130)는 상기 드론(110)에 설치되어 상기 광케이블(161)을 통해 전달된 에너지 광을 이용하여 전력을 생성하여 상기 비행구동부(112)에 전달한다. 이때, 상기 전원공급부(130)는 상기 광케이블(161)을 통해서 전달되는 에너지 광을 전력으로 변환하기 위해서 상기 광케이블(161)을 통과한 에너지 광이 조사될 수 있도록 상기 드론(110)에 설치되며, 조사된 에너지 광에 의해 전기를 발전하여 상기 비행구동부(112)에 전달하는 적어도 하나의 관전변환패널을 구비한다.

상기 전원공급부(130)는 상기 광케이블(161)를 통해서 전달되는 에너지 광을 전력으로 변환하는 종래의 다양한 기술이 적용될 수 있다.

상기 제1 통신모듈(140)은 상기 광케이블(161)의 타단에 연결되어 상기 드론(110)의 비행을 제어하기 위한 제어정보가 포?c된 광신호를 상기 광케이블(161)에 입력하도록 해당 광신호를 전송하는 제1 출력단자가 마련된다. 상기 제1 통신모듈(140)은 사용자가 해당 제어정보를 입력할 수 있는 키보드, 조이스틱 또는 스마트폰과 같은 조정수단에 연결되어 해당 조정수단에 입력된 제어정보를 수신하고, 상기 제어정보를 포함하는 광신호를 실시간으로 광케이블에 전달할 수 있다. 상기 제1 통신모듈(140)은 도면에 도시 바와 같이 컴퓨터가 적용될 수 있으나, 테블릿 PC, 스마트폰 등과 같이 전기적 신호를 이용한 연산이 가능한 전자기기 등도 적용될 수 있다.

또한, 상기 제1 통신모듈(140)은 상기 광케이블(161)을 통해서 전달된 상기 비행정보수집부(114)에서 수집되며 비행방향과 속도, 고도 등이 포함된 비행정보를 포함하는 광신호를 수신할 수 있도록 제1 입력단자를 더 구비할 수도 있다. 상기 제1 통신모듈(140)은 전달받은 비행정보를 영상정보로 변환하는 영상변환부(미도시)와, 상기 영상변환부에서 전달된 영상정보를 사용자가 식별할 수 있게 빛 정보로 출력하는 모니터를 포함한다.

상기 제2 통신모듈(150)은 상기 드론(110)에 설치되어 상기 광케이블(161)을 통해 전달된 광신호를 수신하여 상기 비행제어부(113)에 전달하는 것이다. 상기 제2 통신모듈(150)은 상기 광신호를 수신할 수 있도록 제2 입력단자가 마련된다.

상기 제2 통신모듈(150)은 상기 비행정보수집부(114)에서 상기 비행정보를 수신하고, 해당 비행정보가 포함된 정보신호를 상기 광케이블(161)을 통해 제1 통신모듈(140)에 전달한다. 상기 제2 통신모듈(150)은 상기 정보신호를 송신할 수 있도록 제2 출력단자를 더 구비한다.

여기서, 상기 광원모듈(120)에서 조사하는 에너지 광과, 상기 제1 통신모듈에서 송신 되는 제어정보가 포?c된 광신호와, 상기 제1 통신모듈이 수신하는 비행정보가 포함된 광신호는 각각 다른 파장대의 광으로 형성된다.

상기 광전달유닛(160)은 광케이블(161), 출력광섬유(171), 신호광섬유(172), 제1 파장분활다중화 커플러(170), 입력광섬유(181), 신호-출력광섬유(182), 통신광섬유(183), 제2 파장분활다중화 커플러(180), 신호-전달광섬유(191), 통신 커넥터(190), 드론-출력광섬유(192), 드론-전달광섬유(193), 드론통신 커넥터(194)를 구비한다.

상기 광케이블(161)은 상기 일단이 상기 드론(110)에 연결된다. 상기 광케이블(161)은 빛의 전반사 원리를 이용하여 신호를 전달하기 위해 유리, 석영 및 아크릴로 만든 가느다란 섬유가 적용된다. 상기 광케이블(161)은 중심부에 굴절율이 높은 매질로 형성되며, 빛을 전달하는 매개체인 코어(162)와, 상기 코어(162)의 외부를 감싸도록 형성되며 상기 코어(162)보다 굴절율이 낮은 매질로 형성된 클래딩(163)을 포함한다.

상기 출력광섬유(171)는 상기 광케이블(161)을 통과한 에너지 광을 상기 전원공급부(130)에 전달하기 위해

일단이 후술되는 제1 파장분활다중화 커플러(170)의 출력단에 연결되고, 타단은 전원공급부에 연결된다. 이때, 상기 상기 출력광섬유(171)의 타단은 에너지 광이 출력되도록 광출력단(미도시)가 마련되고, 해당 광출력단은 광전변환패널로부터 소정거리 이격되게 해당 드론에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 신호광섬유(172)는 상기 광케이블(161)을 통과한 광신호를 상기 제2 통신모듈(150)에 전달하기 위해 양단이 각각 상기 제1 파장분활다중화 커플러(170)의 출력단 및 제2 통신모듈(150)의 제2 입력단자에 연결된다.

상기 제1 파장분활다중화 커플러(170)는 상기 출력광섬유(171), 신호광섬유(172) 및 광케이블(161) 사이에 설치된다. 상기 제1 파장분활다중화 커플러(170)는 상기 광케이블(161)에서 전달된 광의 파장대를 기준으로 에너지 광과 광신호로 분류하고, 상기 광케이블(161)을 통과한 에너지 광은 상기 출력광섬유(171)로 출력시키고, 상기 광케이블(161)을 통과한 광신호은 상기 신호광섬유(172)로 전달시킨다.

상기 입력광섬유(181)는 상기 광원모듈(120)에서 생성된 에너지 광을 상기 광케이블(161)에 전달할 수 있도록 양단이 각각 광원모듈(120) 출력단과 후술하는 제2 파장분활다중화 커플러(180)의 입력단에 연결된다.

상기 통신광섬유(183)는 양단이 각각 후술하는 통신커넥터(190)의 출력단 및 상기 제2 파장분활다중화 커플러(180)의 입력단에 연결된다.

상기 제2 파장분활다중화 커플러(180)는 상기 입력광섬유(181), 통신광섬유(183) 및 광케이블(161) 사이에 설치되어 상기 입력광섬유(181)에서 입력된 에너지 광과 상기 통신광섬유(183)에서 입력된 광신호를 상기 광케이블(161)로 전달한다. 또 상기 제2 파장분활다중화 커플러(180)는 상기 광케이블(161)을 통해 상기 비행정보수집부(114)에서 수집된 비행정보가 포함된 정보신호를 상기 통신광섬유(183)로 전달한다.

상기 신호-출력광섬유(182)는 상기 광신호가 출력되는 상기 제1 통신모듈(140)의 제1 출력단과 후술하는 통신 커넥터(183)의 입력단에 연결되어 출력되는 해당 광신호를 상기 통신광섬유(183)에 전달한다.

상기 신호-전달광섬유(191)는 상기 정보신호를 수신하기 위한 상기 제1 통신모듈(140)의 제1 입력단과 상기 통신 커넥터(183)의 출력단에 연결되어 상기 통신광섬유(183)에서 전달되는 정보신호를 제1 통신모듈(140)에 전달한다.

상기 통신 커넥터(190)는 상기 통신광섬유(183), 신호-절단광섬유(191) 및 신호-출력광섬유(183) 사이에 연결되어 상기 신호-출력광섬유(183)에 입력된 광신호를 상기 통신광섬유(183)로 전달하되, 상기 통신광섬유(183)를 통과한 정보신호를 상기 신호-전달광섬유(191)로 전달한다.

상기 드론-출력광섬유(192)는 상기 제2 통신모듈(150)의 제2 출력단과 상기 제1 파장분활다중화 커플러(170)에 연결되어 출력되는 비행정보가 포함된 정보신호를 상기 신호광섬유(172)에 전달한다.

상기 드론-전달광섬유(193)는 해당 광신호를 수신하기 위한 상기 제2 통신모듈(150)의 제2 입력단과 후술하는 상기 드론통신 커넥터(194)의 출력단에 연결되어 상기 신호광섬유(172)에서 전달되는 광신호를 제2 통신모듈(150)에 전달한다.

상기 드론통신 커넥터(194)는 드론-출력광섬유(192), 드론-전달광섬유(193) 및 신호광섬유(172) 사이에 연결되어 상기 신호광섬유(172)에 입력된 해당 광신호를 상기 드론-전달광섬유(193)에 전달하되, 상기 드론-출력광섬유(192)를 통과한 정보신호를 상기 신호광섬유(172)에 전달한다.

한편, 상기 드론(110)은 상기 비행본체(111)가 비행시 상기 광케이블(161)이 권취될 수 있도록 윈치부(115)를 더 구비할 수 있다. 상기 윈치부(115)는 상기 광케이블(161)이 귄취되는 드럼과, 상기 드럼을 구동하기 위한 모터 및 상기 드론(110)이 비행에 따라 귄취된 상기 광케이블(161)의 길이를 조절하기 위해 상기 모터를 제어하는 윈치제어부를 포함한다.

상술된 본 발명의 광섬유 적용 유선 드론(100)은 상기 드론(110)에 연결된 광케이블(161)을 이용하여 드론(110)을 구동하게 하는 에너지 광을 해당 드론(110)에 공급할 수 있어서 드론(110)의 비행시간을 증가 시킬 수 있고, 상기 드론(110)의 비행을 제어하기 위한 광신호도 상기 광케이블(161)을 통해 전달되므로 해당 드론(110)에 제어신호를 보다 안정적으로 전달 할 수 있다.

한편, 도 3은 광섬유를 이용한 유선 드론의 제2 실시예가 도시되어 있다.

앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.

본 발명에 따른 광섬유 적용 유선 드론(200)은 전원공급부(130)에 설치되어 입사되는 에너지 광을 이용하여 전력을 생산하는 상기 광전변환패널에 대향되는 상기 출력광섬유(171)의 출력단에 설치되어 파이버 번들(210)을 더 구비한다.

상기 파이버 번들(210)은 다수의 단위 광섬유를 구비하고, 해당 단위 광섬유는 일단이 상기 출력광섬유(171)의 출력단에 연결되며, 타단은 에너지 광이 출력되는 출력부분이 마련된다. 이때, 단위 광섬유는 타단이 상기 관전변환패널로부터 이격된 위치의 드론에 설치된다. 한편 단위 광섬유들은 일단이 상호 밀착되게 결합되며, 출력되는 에너지 광의 조사범위가 확장되도록 타단은 상호 이격되게 결합되는 것이 바람직하다.

상기 파이버 번들(210)은 기술된 내용에 한정하지 않고 종래의 상기 광전환변환패널에 입사되는 에너지 광의 입사 범위를 확장시키는 광전변환기술은 적용 가능하다.

상술된 본 발명의 광섬유 적용 유선 드론(200)은 광의 입사범위를 확장시키는 파이버 번들(210)을 구비하고 있어서, 상기 전원공급부(130)에 상기 드론(110)이 장시간 비행할 수 있는 에너지 광을 공급할 수 있다.

한편, 도 4는 광섬유를 이용한 유선 드론(300)의 제3 실시예가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 광섬유 적용 유선 드론(300)은 상기 광케이블(161)의 강도를 보강하고, 상기 광케이블(161)에서 발생된 열이 방열되게 상기 광케이블(161)의 외주면을 감싸도록 형성된 도금층(310)을 더 구비한다.

상기 도금층(310)은 상기 클래딩(163)의 외주면을 따라 상기 클래딩(163)을 감싸도록 형성되는 얇은 층이다. 상기 도금층(310)은 금 또는 아크릴레이트(Acrylate)수지로 상기 클래딩(163)의 외주면에 코팅될 수도 있으나, 열성 및 화학적 저항성이 높은 특징을 가지고 있는 폴리이미드(polyimide)계 수지가 적용된 코팅이 바람직하다.

상술된 본 발명의 광섬유 적용 유선 드론(300)은 상기 도금층(310)을 구비하고 있어서, 상기 광케이블(161)을 강도를 증가시켜서, 외력에 의하여 상기 광케이블(161)이 끊어지는 것을 방지 할 수 있다.

한편, 도 5는 광섬유를 이용한 유선 드론(400)의 제4 실시예가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 광섬유 적용 유선 드론(400)은 상기 광케이블(161)에 설치되어서 상기 광케이블(161)이 공중에 부유할 수 있도록 해당 광케이블(161)에 부력을 제공하는 부력유닛(410)을 더 구비한다.

상기 부력유닛(410)은 몸체부(420), 에어포켓(411)를 구비한다.

상기 몸체부(420)는 상기 광케이블(161)에 설치되어 상기 광케이블(161)을 감싸도록 형성된 중공의 메인바디(421)와, 일단이 상기 메인바디(421)의 중심축에서 멀어지는 방향으로 소정거리 연장되게 형성된 원기둥의 연장가드(422)와, 상기 연장가드(422)의 타단에 연결되어 상기 에어포켓(411)을 고정하도록 형성된 고정부재(423)를 포함한다.

상기 메인바디(421)의 형태는 상기 광케이블(161)의 길이방향으로 연장되는 원통형의 형태로 상기 광케이블(161)이 관통하여 결합되는 것이 바람직하다. 상기 메인바디(421)의 형태는 이것에 한정하지 않고 육면체 또는 원형에 상기 케이블(161)이 관통되어 결합할 수도 있다.

상기 연장가드(422)는 상기 에어포켓(411)의 형성개수에 따라 상기 메인바디(421)의 중심으로부터 방사상의 방향으로 복수개 형성될 수 있다. 또 상기 연장가드(422)는 상기 에어포켓(411)에 전달되는 외부의 충격으로부터 상기 케이블(161)을 보호하기 위해서 플랙시블한 소재로 형성된다.

상기 고정부재(423)는 도면에 도시된 것과 같이 상기 에어포켓(411)의 외주면을 감싸는 중공의 링 형태가 바람직하나, 상기 고정부재(423)는 상기 에어포켓(411)를 고정하기 위한 다양한 형태의 고정기술이 적용될 수 있다.

상기 에어포켓(411)은 상기 고정부재(423)에 설치되며, 내부에 공기보다 비중이 낮은 부유기체가 충진된다. 상기 에어포켓(411)은 신축성의 고무재질이 적용된 원형의 형태가 바람직하다. 상기 부유기체는 헬륨(Helium)이 적용될 수 있다.

상기 부력유닛(410)은 상기 광케이블(161)의 길이방향을 따라 소정간격 이격되어 복수개 설치될 수도 있다. 상기 부력유닛(410)들이 상기 광케이블(161)이 꼬임을 방지 하도록 해당 에어포켓(411)에 충진되는 부유기체의 양은 상기 드론(110)에서 멀어질수록 소정량 감소하게 충진되는 것이 바람직하다.

상기 부력유닛(410)은 상기 에어포켓(411)에 형성되어 충진되는 부유기체의 양을 조절하게 형성된 부유기체 조절밸브(미도시)와, 상기 조절밸브를 제어하여 상기 부렷유닛(410)의 설치 높이에 따라 상기 에어포켓(411)에 충진된 부유기체를 용량을 조절하는 부유기체 제어부(미도시)를 더 구비할 수 있다.

상술된 본 발명의 광섬유 적용 유선 드론(400)은 상기 광케이블(161)을 부유시킬 수 있는 부유기체가 충진된 에어포켓(411)을 구비하고 있어서 상기 광케이블(161)의 무게로 발생할 수 있는 상기 드론(110)의 비행부화를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 6는 광섬유를 이용한 유선 드론(500)의 제5 실시예가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 광섬유 적용 유선 드론(500)은 다수개의 상기 부력유닛(410)이 상기 광케이블(161)의 길이방향을 따라 상호 이격되게 설치되는 경우에 상기 광케이블(161)이 다른 드론을 포함하는 비행체, 조류 등 상기 드론(110)의 비행을 방해하는 장애물에 충돌하여 절단되는 것을 방지하기 위해 양단이 각각 상호 인접된 상기 부력유닛들(410)에 연결되는 적어도 다수의 충돌방지망(510)을 더 구비한다.

상기 충돌방지망(510)은 상기 광케이블(161)이 관통할 수 있도록 상기 광케이블(161)을 중심으로 궤적의 그물망이 상하방향으로 연장되게 형성된다. 즉, 상기 충돌방지망(510)의 상단은 상기 메인바디(421)에 연결된 복수개의 상기 고정부재(423)들의 외주면에 서로 연결되고, 하단은 상기 메인바디(421)에서 소정거리 하방으로 이격된 다른 메인바디(421)에 연결된 복수개의 상기 고정부재(423)의 외주면에 연결되어, 상하방향으로 연장된 그물망의 형태이다.

상기 출동방지망(510)은 장애물들로 하여 상기 광케이블(161)에 근접하지 못하도록 뚫려 있는 구멍의 크기 및 형태는 다양하게 형성될 수 있다.

상술된 본 발명의 광섬유 적용 유선 드론(500)은 상기 충돌방지망(510)을 구비하고 있어서, 상기 광케이블(161)이 장애물에 의하여 절단되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 7는 광섬유를 이용한 유선 드론(600)의 제6 실시예가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 광섬유 적용 유선 드론(600)은 상기 광케이블(161)의 외주면에 냉각수를 분사하기 위해 상기 부력유닛(410)에 마련된 냉각유닛(610)을 더 구비한다.

이때, 상기 몸체부(420)는 내부에 냉각수가 수용되는 수용공간(10)이 마련되고, 상기 광케이블(161)에 인접된 하부에 상기 수용공간의 냉각수가 분출되는 분출구(620)가 형성된다. 상기 냉각수는 물 또는 부동액 등이 적용될 수 있다.

상기 냉각유닛(610)은 상기 분출구(620)에서 설치되어 상기 분출구(620)를 개폐하는 개폐밸브(611)와, 기 설정된 작동 패턴에 따라 상기 분출구(620)가 개폐되도록 상기 개폐밸브(611)를 제어하는 밸브 제어부(미도시)를 구비한다. 상기 개폐밸브(611)는 상기 분출구(620)를 개폐하는 개폐수단 기술이 적용될 수 있다.

상기 밸브 제어부는 상기 개폐밸브(611)를 기 설정된 작동 패턴에 따라 제어하여 상기 광케이블(161)에 상기 냉각수가 분출되게 한다. 일예로, 작동 패턴은 상기 비행구동부(112)에 의하여 상기 드론(110)이 비행을 시작한 시점부터 기 입력된 소정시간 마다 반복 개폐된다.

상술된 본 발명의 광섬유 적용 유선 드론(600)은 상기 냉각유닛(610)을 구비하고 있어서 상기 광케이블(161)의 표면에서 발생되는 열을 방열시킬 수 있다는 장점이 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

100, 200, 300, 400, 500, 600 : 광섬유 적용 유선 드론
110 : 드론 111 : 비행본체
112 : 비행구동부 113 : 비행제어부
114 : 비행정보수집부 115 : 윈치부
120 : 광원모듈 130 : 전원공그부
140 : 제1 통신모듈 150 : 제2 통신모듈
160 : 광전달유닛 161 : 광케이블
162 : 코어 163 : 클래딩
170 : 제1 파장분활다중화 커플러 171 : 출력광섬유
172 : 신호광섬유 180 : 제2 파장분활다중화 커플러
181 : 입력광섬유 182 : 신호-츨력광섬유
183 : 통신광섬유 190 : 통신 커넥터
191 : 신호-전달광섬유 192 : 드론-출력광섬유
193 : 드론-전달광섬유 194 : 드론통신 커넥터
210 : 파이버 번들 310 : 도금층
410 : 부력유닛 411 : 에어포켓
420 : 몸체부 421 : 메인바디
422 : 연장가드 423 : 고정부재
510 : 충돌방지망
610 : 냉각유닛 611 : 개폐밸브

Claims (9)

1. 비행본체와, 소정의 비행영역에서 해당 비행본체가 비행하도록 구동력을 제공하는 비행구동부와 상기 비행구동부를 제어하는 비행제어부을 포함하는 드론;
   일단이 상기 드론에 연결되는 광케이블이 포함된 광전달유닛;
   상기 광케이블의 타단에 연결되어 해당 광케이블에 에너지 광을 조사하는 광원모듈;
   상기 드론에 설치되어 상기 광케이블을 통해 전달된 에너지 광을 이용하여 전력을 생성하여 상기 비행구동부에 전달하는 전원공급부;
   상기 광케이블의 타단에 연결되어 상기 드론의 비행을 제어하기 위한 제어정보가 포?c된 광신호를 상기 광케이블에 입력하는 제1 통신모듈;
   상기 드론에 설치되어 상기 광케이블을 통해 전달된 광신호를 수신하여 상기 비행제어부에 전달하는 제2 통신모듈;을 구비하는 것을 특징으로,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광전달유닛은
   상기 광케이블을 통과한 에너지 광을 상기 전원공급부에 전달하기 위해 양단이 각각 상기 광케이블의 일단 및 전원공급부에 연결되는 출력광섬유;
   상기 광케이블을 통과한 광신호를 상기 제2 통신모듈에 전달하기 위해 양단이 각각 상기 광케이블의 일단 및 제2 통신모듈에 연결되는 신호광섬유;
   상기 출력광섬유, 신호광섬유 및 광케이블 사이에 설치되어 상기 광케이블을 통과한 에너지 광을 상기 출력광섬유로 출력시키되, 상기 광케이블을 통과한 광신호를 상기 제2 통신모듈로 출력시키는 제1 파장분활다중화 커플러;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
3. 제2항에 있어서,
   상기 드론은 상기 비행본체의 주위 환경에 대한 비행정보를 수집할 수 있는 비행정보수집부를 더 포함하고,
   상기 제2 통신모듈은 상기 비행정보수집부에서 상기 비행정보를 수신하고, 해당 비행정보가 포함된 정보신호를 상기 광케이블을 통해 제1 통신모듈에 전달하는 것을 특징으로 하는,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
4. 제3항에 있어서,
   상기 광전달유닛은
   상기 광원모듈에서 생성된 에너지 광을 상기 광케이블에 전달할 수 있도록 양단이 각각 광원모듈 및 상기 광케이블에 연결되는 입력광섬유;
   상기 광신호가 출력되는 상기 제1 통신모듈의 출력단에 연결되는 신호-출력광섬유;
   양단이 각각 신호-출력광섬유 및 광케이블에 연결되는 통신광섬유;
   상기 입력광섬유, 통신광섬유 및 광케이블 사이에 설치되어 상기 입력광섬유에서 입력된 에너지 광과 상기 통신광섬유에서 입력된 광신호를 상기 광케이블로 전달하되, 상기 광케이블을 통해 전달된 정보신호를 상기 통신광섬유로 전달하는 제2케넥터;
   상기 정보신호를 수신하기 위한 상기 제1 통신모듈의 입력단에 연결되는 신호-전달광섬유;
   상기 통신광섬유, 신호-절단광섬유 및 신호-출력광섬유 사이에 연결되어 상기 신호-출력광섬유에서 입력된 광신호를 상기 통신광섬유로 전달하되, 상기 통신광섬유를 통과한 정보신호를 상기 신호-전달광섬유로 전달하는 통신 커넥터;를 구비하는 것을 특징으로 하는,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
5. 제2항에 있어서,
   상기 전원공급부는 상기 에너지 광이 출력되는 상기 출력광섬유의 출력단에 대향되게 설치되어 입사되는 에너지 광을 이용하여 전력을 생산하는 광전변환패널;을 포함하고,
   상기 광전달유닛은 상기 출력광섬유의 출력단에 설치되어 상기 광전변환패널에 대한 상기 에너지 광의 입사 범위를 확장시키는 파이버 번들;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
6. 제1항에 있어서,
   상기 광케이블의 강도를 보강하고, 상기 광케이블에서 발생된 열이 방열되게 상기 광케이블의 외주면을 감싸도록 형성된 도금층;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
7. 제1항에 있어서,
   상기 광케이블에 설치되어서 상기 광케이블이 공중에 부유할 수 있도록 해당 광케이블에 부력을 제공하는 부력유닛;을 더 포함하고,
   상기 부력유닛은
   상기 광케이블에 설치되는 몸체부;
   상기 몸체부에 설치되며, 내부에 공기보다 비중이 낮은 부유기체가 층진된 적어도 하나의 에어포켓;을 구비하는 것을 특징으로 하는,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
8. 제7항에 있어서,
   상기 부력유닛은 다수개가 상기 광케이블의 길이방향을 따라 상호 이격되게 설치되고,
   해당 광케이블이 장애물에 충돌하여 절단되는 것을 방지하기 위해 양단이 각각 상호 인접된 상기 부력유닛들에 연결되는 적어도 하나의 충돌방지망;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
9. 제7항에 있어서,
   상기 광케이블의 외주면에 냉각수를 분사하기 위해 상기 부력유닛에 마련된 냉각유닛을 더 구비하고,
   상기 몸체부는 내부에 냉각수가 수용되는 수용공간이 마련되고, 상기 광케이블에 인접된 하부에 상기 수용공간의 냉각수가 분출되는 분출구가 형성되고,
   상기 냉각유닛은
   상기 분출구에서 설치되어 상기 분출구를 개폐하는 개폐밸브; 및
   기 설정된 작동 패턴에 따라 상기 분출구가 개폐되도록 상기 개폐밸브를 제어하는 밸브 제어부;를 더 구비하는 것을 특징으로하는,
   광섬유를 이용한 유선 드론.
   

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