WO2021020660A1 - 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템 - Google Patents

테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템 Download PDF

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WO2021020660A1
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guide
drone
tension
tethered
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정봉현
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주식회사 만물공작소
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a ground station supporting a tethered drone and a tethered drone system including the same.
  • it relates to a ground station supporting a tethered drone by controlling a cable connecting a tethered drone and a ground station, and a tethered drone system including the same.
  • Drones can fly unmanned with cameras and various sensors, and are being used for various necessary tasks.
  • drones are used for a wide range of purposes, such as environmental monitoring, forest fire monitoring, broadcast broadcasting, sports broadcasting, pesticide spraying, road monitoring, security, military, leisure, and sports.
  • the tethered drone is connected to a cable unwound from the ground control equipment separated from the drone to receive power, and can perform flight under the control of a drone pilot.
  • the cable connecting the tethered drone and the ground control equipment is maintained in a hanging state on the ground.
  • the present invention as conceived to solve the above problems, provides a ground station supporting a tethered drone for preventing a cable connecting a tethered drone and a ground station from being entangled in contact with a ground structure, and a tethered drone system including the same. It has its purpose to provide.
  • the present invention is to provide a ground station that supports smooth horizontal movement of a tethered drone by controlling a cable connecting a tethered drone and a ground station, and a tethered drone system including the same.
  • the present invention is to provide a ground station for conveniently controlling take-off and landing of a tethered drone by controlling a cable connecting a tethered drone and a ground station, and a tethered drone system including the same.
  • a ground station supporting a tethered drone and a tethered drone system including the same include a power supply unit for supplying power to the tethered drone through a cable; A tension control unit for adjusting the tension of the cable by winding or unwinding the cable; A cable guide guiding the cable to a predetermined point; A ground communication unit communicating with the tethered drone through the cable; And a control unit controlling power supply to the tethered drone through the cable by controlling the power supply unit, and controlling a tension of the cable through the tension control unit, wherein the cable guide is unwound from the tension control unit. It includes a guide shaft for guiding the cable to a predetermined height.
  • the guide shaft is composed of a multi-stage shaft having a tubular structure, and guides the cable to the predetermined height by receiving a cable in an internal passage.
  • the cable guide accommodates the cable and forms the outer shape of the conductive material inner plastic tube, the cable guide, and is disposed between the outer plastic tube of conductive material and the inner plastic tube and the outer plastic tube to generate current.
  • an insulating contraction tube blocking the barrier, an elastic member for supporting by connecting a guide header to one end of the guide shaft and the guide shaft, and a support member for performing a buffer function when the guide header is bent.
  • the cable guide further includes a guide header connected to the guide shaft through a hinge so as to be rotatably coupled to the guide shaft, and the guide header includes a cable moved through the guide shaft at the predetermined point. Guide so as to unwind in a predetermined direction.
  • control unit controls the unwinding direction of the cable by rotating the guide header in vertical and horizontal directions.
  • the cable guide further includes a roller disposed on the guide shaft and the guide header to support the cable, and a tension sensor configured to sense the tension of the cable, and the control unit includes the tension sensor obtained from the tension sensor. The tension of the cable is adjusted by controlling the tension control unit based on the tension value of the cable.
  • a ground station supporting a tethered drone and a tethered drone system including the same include a power supply unit for supplying power to a tethered drone through a cable, and a tension of the cable by winding or unwinding the cable.
  • a tension control unit that adjusts a tension control unit, a cable guide guiding the cable to a predetermined point, a ground communication unit that communicates with the tether drone through the cable, and a power supply unit to control the tether drone through the cable.
  • a ground station including a control unit for controlling power supply and controlling tension of the cable through the tension control unit; And an interface unit communicating with the ground communication unit, a power unit receiving the power from the power supply unit through the interface unit, and a propeller and a driving motor securing a propulsion based on the supplied power.
  • a sensor unit for sensing surrounding environment data, a camera for acquiring a photographed image, and the interface unit to control the sensor unit and the data obtained through the camera to transmit the data obtained through the sensor unit and the camera to the ground station, and the power unit and the driving unit Includes; a tethered drone including a processor that performs a flight operation by controlling it.
  • a ground station supporting a tethered drone and a tethered drone system including the same prevents a phenomenon in which the cable connecting the tether drone and the ground station is in contact with the ground structure and is entangled, so that the tethered drone performs a stable flight. It has the effect of preventing damage to the tethered drone due to cable tangling.
  • the ground station supporting tethered drones and the tethered drone system including the same control cables that connect the tether drones to the ground stations to assist the smooth horizontal movement of the tethered drones, thereby maximizing the utility of the tethered drones. It works.
  • the ground station supporting tethered drones and the tethered drone system including the same control cables connecting the tether drones and the ground stations to conveniently perform takeoff and landing of tethered drones, thereby improving the usability of tethered drones. There is an effect that can increase the convenience of the pilot.
  • the ground station supporting the tethered drone and the tethered drone system including the same implement a cable guide that controls the cable connecting the tether drone and the ground station in a tubular shape, and measure the wind strength (intensity) to measure the tethered drone's strength.
  • a cable guide that controls the cable connecting the tether drone and the ground station in a tubular shape, and measure the wind strength (intensity) to measure the tethered drone's strength.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a ground station supporting a tethered drone and a tethered drone system including the same according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an internal block diagram of a tethered drone and a ground station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an example of a cross-sectional view of a ground station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a ground station supporting a tethered drone and a tethered drone system including the same according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a method of controlling a moving radius of a tethered drone by a ground station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a method of controlling a minimum amount of winding of a cable connected to a tethered drone by a ground station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a ground station supporting a tethered drone and a tethered drone system including the same according to an embodiment of the present invention.
  • a ground station supporting a tethered drone and a tethered drone system including the same are implemented in the form of a movable box and are disposed on the ground.
  • a tethered drone 200 connected to the ground station 100 through a cable.
  • the ground station 100 may control the tethered drone 200 according to an input of a pilot controlling the tethered drone 200 or a preset drone control process.
  • the ground station 100 may control the flight and/or photographing of the tethered drone 200 connected to the ground station 100 by a cable based on the pilot's input or a preset drone control process.
  • the ground station 100 may support unlimited flight by supplying power through a cable connected to the tethered drone 200.
  • the ground station 100 may perform wired communication through a cable connected to the tether drone 200 to transmit and receive a control-related signal, or receive information sensed by the tether drone 200 and a photographed image.
  • the above-ground station 100 may have an external appearance in a box shape that is easy to move, and may include various components necessary for driving the ground station 100 inside and outside.
  • the ground station 100 may be implemented by including a cap capable of opening and closing such a box.
  • each component included in the ground station 100 can be implemented in a form that can be accommodated in a box and stored inside the ground station 100, and when the ground station 100 is used, the ground station 100 is based.
  • the tethered drone 200 may be relocated and operated in a form suitable to provide a service.
  • FIG. 2 is an internal block diagram of a tethered drone 200 and a ground station 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an example of a cross-sectional view of a ground station 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the ground station 100 includes a power supply unit 110, a tension control unit 120, a cable guide 130, a monitoring unit 140, a ground communication unit 150, and a control unit 160. ) Can be included.
  • the power supply unit 110 may receive external power and/or internal power under the control of the controller 160 to supply power necessary for operation to each component.
  • the power supply unit 110 may be implemented including a battery and a power supply unit.
  • the battery of the power supply unit 110 may store and manage power, and for example, operate including at least one of a power storage unit, a connection port, a power supply control unit 160 and a charge monitoring unit 140 can do.
  • the power supply unit of the power supply unit 110 may include an AC-DC converter and a power module.
  • the AC-DC converter is configured to convert alternating current (AC) power into direct current (DC) power and supply it to the tethered drone 200 through a cable when the battery or external power supply is alternating current (AC) power. Can be. This is because it is more efficient to transmit power with direct current (DC) power, which is a higher voltage than alternating current (AC) power.
  • the power unit of the tethered drone 200 that has obtained the converted direct current (DC) power may further include a DC/DC converter to convert the received direct current (DC) into a voltage level that can be used by the loaders on the body. .
  • the power module may include a power meter such as a voltmeter or an ammeter, and the control unit 160 of the ground station 100 including such a power module receives voltage, current, or power measured by the power meter every predetermined time. I can receive it.
  • a power meter such as a voltmeter or an ammeter
  • reference data for controlling the amount of power supplied may be preset on the control unit 160 of the ground station 100, and the control unit 160, in which the reference data is preset, after passing through the DC/DC converter
  • the amount of power supplied from the power supply unit 110 through the cable may be adjusted based on the voltage measured at.
  • control unit 160 when the voltage is higher or lower than the range based on the preset reference data and/or the current and power supplied from the cable are out of the mechanical range, damage to the internal device, disconnection of the cable It is possible to generate a power supply amount control signal to determine that it is a short circuit, a malfunction of the tether drone 200 system, etc., and to cut off power supply through a connected cable. A detailed description of this will be described later.
  • the tension control unit 120 can adjust the length of the cable so that the tension applied to the cable connecting the tether drone 200 and the ground station 100 is kept constant, through which the tether drone 200 It can enable stable flight.
  • the tension control unit 120 may wind or unwind a cable in order to support horizontal or/and vertical movement of the tethered drone 200.
  • the cable has one end connected to the power unit of the tethered drone 200 and the other end connected to the ground communication unit 150 of the ground station 100, and the power output from the ground station 100 to the tether drone 200 Can supply.
  • the length of the cable may be shortened or extended while being wound or unwound around the tension control unit 120.
  • the tension control unit 120 may include a cable winding unit 121, a cable arrangement reel 122, and a motor 123.
  • the cable winding unit 121 may be implemented in a cylindrical rod shape, and may be wound up and received by a cable connecting the tether drone 200 and the ground station 100 to be wound or unwound.
  • the cable accommodated in the cable winding unit 121 has one end connected to the wired communication unit of the power unit of the tether drone 200 and the other end connected to the wired communication unit of the ground communication unit 150 of the ground station 100 , Power output from the power supply unit of the ground station 100 may be supplied to the power unit of the tether drone 200.
  • the cable winding unit 121 may have one end connected to the motor 123 to perform a rotational motion according to a forward or reverse rotation operation of the motor 123.
  • the cable winding unit 121 may operate so that a cable accommodated in the cable winding unit 121 is wound or unwound on the cable winding unit 121 through rotational motion by the motor 123. Through this, the cable winding unit 121 may control the length of the cable by adjusting the degree of accommodation of the cable.
  • the cable arrangement reel 122 may assist the cable wound or unwound by the tension control unit 120 to be uniformly wound or unwound on the cable winding unit 121.
  • the cable arrangement reel 122 assists the cables not to be overlapped or tangled on the cable winding unit 121 so that the winding and unwinding operations of the cable from the tension control unit 120 are smoothly performed.
  • the motor 123 may perform forward or reverse rotation according to the control of the controller 160, and through this, the cable wound around the cable winding unit 121 is unwound or wound to adjust the cable length. can do.
  • control unit 160 can control the tension control unit 120 to wind or unwind the cable so that the cable maintains a predetermined tension, and at this time, the tension of the cable can be measured using a value measured by the cable tension measurement sensor. have.
  • control unit 160 sets a minimum winding amount limit for maintaining the cable unwound from the ground station 100 through the tension control unit 120 to a predetermined length (eg, the height of the guide shaft) or more in the cable guide state. So it can be set.
  • the control unit 160 sets the maximum winding amount limit so that the length of the cable unwound from the ground station 100 is 10 meters or more, Collision between the drone 200 and the cable guide 130 can be prevented.
  • the cable guide 130 may guide at least a portion of the cable disposed between the tension control unit 120 and the tether drone 200 to a predetermined height or more.
  • the cable guide 130 may accommodate at least a part of the cable and fix it at a predetermined height or higher, and guide the cable to unwind in various directions at a specific point of a predetermined height or higher.
  • the cable guide 130 may include a guide shaft 131, a guide header 132, a roller, and a tension sensor.
  • the guide shaft 131 may guide the cable from the ground to a predetermined height.
  • the guide shaft 131 may be implemented as a rod-shaped multi-stage shaft that transmits power through a rotational motion or a linear reciprocating motion, and may be disposed to have a direction perpendicular to the lower surface of the ground station 100 in the longitudinal direction. have.
  • Such a guide shaft 131 is formed in a tube shape in which one end of the ground station 100 side can accommodate a cable connected to the tension control unit 120 therein, and the cable drawn from one end is input and output from the other end to You can guide the cable up to the height.
  • the guide shaft 131 is implemented as a multi-stage shaft so that the second shaft disposed inside the first shaft moves linearly in the longitudinal direction to increase or decrease the length, thereby adjusting the overall height of the cable guide 130 and Fixing can be performed.
  • the guide shaft 131 adjusts and fixes the height of the cable guide 130 so that the cable accommodated in the cable guide 130 is unwound above a predetermined height, thereby contacting the above-ground structure disposed below a predetermined height and the cable. Can be prevented.
  • a roller capable of minimizing friction with a cable accommodated in the guide shaft 131 may be disposed inside the guide shaft 131. Such a roller rotates according to the movement of the cable inside the guide shaft 131 to minimize frictional force applied to the cable.
  • the guide header 132 may guide the cable to discharge the cable unwound from the other end of the cable guide 131 to the outside.
  • the cable guide may be rotated horizontally or/and vertically to control the direction in which the cable is discharged.
  • the guide header 132 may be coupled to the other end of the guide shaft 131 through a hinge to rotate horizontally or/and vertically.
  • the guide header 132 is implemented in the form of a rod, and one end may be connected to the guide shaft 131 through a hinge, and through this, the guide header 132 is disposed on an extension line of the guide shaft 131 to connect the cable from the guide shaft 131. I can support it.
  • the guide header 132 may be connected to the guide shaft 131 based on a hinge to perform rotational movement in various directions according to the control of the controller 160 with the guide shaft 131 as a reference axis. That is, the guide header 132 can adjust the vertical/horizontal central angle by the guide shaft 131 and the guide header 132 by performing a rotational operation by the control unit 160, through which the tether connected to one end of the received cable It is possible to control the movement radius of the drone 200 and/or support horizontal movement.
  • the center angle according to the embodiment may be obtained on the connection area between the guide shaft 131 and the guide header 132, and the center angle changes through a rotational motion of the guide header 132 based on the guide shaft 131 This can be done.
  • the central angle may be 0 degrees in the vertical direction, that is, the longitudinal direction of the guide shaft 131, and the guide shaft 131
  • the guide header 132 When the guide header 132 is vertically bent based on ), it may be 90 degrees with respect to the vertical direction.
  • the guide header 132 may rotate in a vertical direction, that is, in the longitudinal direction of the guide shaft 131, to adjust the central angle up to 90 degrees (°). This is because, when a central angle of 90 degrees or more occurs in the vertical direction, the tether drone 200 is forcibly directed toward the ground surface by the guide header 132, so that the tether drone 200 is vertically up to 90 degrees for stable flight.
  • Direction center angle adjustment can be performed. However, this is only an example and is not limited thereto.
  • the guide header 132 may rotate in a horizontal direction, that is, in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the guide shaft 131, to adjust the central angle up to 360 degrees (°).
  • the guide header 132 may perform a rotational motion about the guide shaft 131 as an axis, and thereby control a cable accommodated in the cable guide 130.
  • the cable guide 130 including the guide shaft 131 and the guide header 132 is such that the cable is unwound above a predetermined height fixed through the guide shaft 131 and the guide header 132. By doing so, it is possible to prevent entanglement between the tethered drone 200 and the ground structure, and thereby prevent damage to the tethered drone 200.
  • the cable guide 130 guides the cable in various directions above a predetermined height fixed through the guide shaft 131 and the guide header 132 and unwinds the tethered drone 200 to smoothly move horizontally and vertically. Can support you to do.
  • the guide header 132 may serve as a buffer platform during the emergency landing of the tether drone 200.
  • the guide header 132 may further include a funnel-shaped pedestal disposed on the guide shaft 131.
  • a pedestal is coupled to the cable guide shaft 131 through an elastic member to form a predetermined angle, and may be formed to be larger than the size of the tethered drone 200 by a predetermined size.
  • the pedestal when urgently landing the tethered drone 200 by pulling the cable, buffers the tethered drone 200 moved toward the cable guide 130 through an elastic member and assists in landing, the emergency of the tether drone 200 Damage caused by landing can be minimized.
  • the roller as a rotating cylindrical object, can play a role of reducing the resistance of motion by converting sliding friction into rotational friction.
  • rollers are disposed inside or outside the cable guide 130 in the embodiment of the present invention to reduce the friction between the cable accommodated in the cable guide 130 and the guide shaft 131 and/or the guide header 132 And, through this, more seamless cable control can be performed.
  • the first roller is disposed in the guide shaft 131 and rotates according to the movement of the cable accommodated in the shaft 131, thereby minimizing friction.
  • the second roller is disposed on the guide header 132 and rotates according to the movement of the cable guided on the guide header 132, thereby minimizing friction.
  • the tension sensor may sense the tension of a cable connecting the ground station 100 and the tether drone 200.
  • This tension sensor is disposed on the outermost edge of the cable guide 130 (for example, the end of the ground station 100 side of the guide shaft 131 and/or the end of the tethered drone 200 side of the guide header 132). It may be desirable. This is because, in general, a change in tension due to the tether drone 200 and the external environment can be sensed at the outermost part of the cable guide 130.
  • the tension sensor may detect the tension of the cable unwound to the outside of the ground station 100 and assist the controller 160 to perform cable control based on a change in cable tension caused by an external environment.
  • control unit 160 based on the tension obtained through the tension sensor, whether the tethered drone 200 contacts a specific obstacle and entangled, the length of the cable is appropriate to support the flight of the tethered drone 200 Can judge whether or not. A detailed description of this will be described later.
  • Figure 4 is an example of a tubular cable according to another embodiment of the present invention.
  • the cable guide 130 may be implemented in a tubular shape forming a triple structure tube.
  • the flight of a drone is affected by the weather environment of the area in which the drone is flying.
  • the wind strength (intensity) in the drone's flight environment can be a risk factor that threatens the stable flight of the drone. Therefore, the cable guide 130 according to another embodiment of the present invention measures the wind strength in the environment in which the tether drone 200 is flying, and controls the flight of the tether drone 200 according to the measured wind strength. It is intended to provide a cable guide 130 that can be controlled.
  • the cable guide 130 includes an elastic member 10, an inner plastic tube 20, an insulating shrink tube 30, and an outer plastic tube 40. ) And a support member 50.
  • the elastic member 10 may be an object having elasticity, which is a property to return to its original shape when the force is removed after deformation occurs due to an external force.
  • the cable guide 130 It is disposed outside the inner plastic pipe 20 to connect the guide shaft 131 and the guide header 132.
  • the elastic member 10 is outside the inner plastic pipe 20 of the guide header 132 within a predetermined area from the point where the guide shaft 131 and the guide header 132 are connected and the outer plastic pipe 40 It can be formed on the inside.
  • the elastic member 10 when the guide header 132 is partially separated from the guide shaft 131 while being bent to one side by an external force (in an embodiment, wind resistance), the guide shaft 131 and the guide header The 132 may be supported by the elastic member 10 so as not to be completely separated.
  • the inner plastic pipe 20 may accommodate a cable flowing into the cable guide 130, and may be implemented with a material capable of minimizing friction with the cable while having conductivity.
  • the insulation shrinkage tube 30 may be disposed between the inner plastic tube 20 and the outer plastic tube 40, and is implemented with a material having no conductivity and having elasticity to improve the safety of the cable guide 130 I can make it.
  • the outer plastic pipe 40 may be implemented with a conductive material to form the outer shape of the cable guide 130 and protect the internal components.
  • the support member 50 may be implemented with a material suitable for performing a buffer function (eg, styrofoam, etc.), and in this embodiment, the cable guide 130 includes at least four or more support members 50 ) Can be included.
  • a buffer function eg, styrofoam, etc.
  • At this time, at least two of the plurality of support members 50 may be disposed on the guide shaft 131 and at least two may be disposed on the guide header 132, and may be implemented in a form that interlocks with each other.
  • the plurality of support members 50 are arranged in a form in which the first support member 50 of the guide shaft 131 and the first support member 50 of the guide header 132 interlock with each other, and the guide The second support member 50 of the shaft 131 and the second support member 50 of the guide header 132 may be disposed in a form in which they interlock with each other.
  • the support member 50 when the guide header 132 is bent to one side by an external force (for example, wind resistance) and partially separated from the guide shaft 131, the guide shaft 131 and the guide header ( The guide header 132 may be supported so that the guide header 132 does not bend beyond a predetermined angle by the support member 50 arranged to match each other with the 132.
  • an external force for example, wind resistance
  • control unit 160 of the ground station 100 including the cable guide 130 is not controlled by the control unit 160 as shown in (2) of FIG. , In an embodiment, when the guide header 132 of the cable guide 130 is bent to one side by wind, it may be detected.
  • the controller 160 may continuously supply current to the inner plastic pipe 20 of the tubular cable guide 130.
  • control unit 160 may supply a continuous current through the inner plastic tube 20 having conductivity, and at this time, the current is first supplied to the inner plastic tube 20 of the guide shaft 131 and then the guide shaft ( It is transmitted to the inner plastic pipe 20 of the guide header 132 connected to 131, so that current may be supplied to the entire cable guide 130. Thereafter, the current flowing through the inner plastic tube 130 flows along the outer plastic tube 40, and the current may form a closed circuit.
  • the guide header is bent to one side, the external plastic pipe of the guide header and the external plastic pipe of the guide shaft are separated from each other to become an open circuit, so that current may not flow.
  • control unit 160 may be configured by an external force, that is, by the wind in this embodiment. It can be detected that the situation is broken.
  • control unit 160 when the supply of the current continuously transmitted to the inner plastic pipe 20 of the guide header 132 is cut off, the guide shaft 131 and the inner plastic pipe 20 of the guide header 132 ) Or/and a part of the external plastic pipe 40 may be determined to be spaced apart. And the control unit 160, the inner plastic pipe 20 or / and a part of the outer plastic pipe 40, which can be separated only from the connection portion of the guide shaft 131 and the guide header 132, is separated by the wind. It can be seen that the guide header 132 is bent.
  • the control unit 160 determines the intensity of the wind by the tether drone 200 It can be judged by the wind strength that threatens the stable flight of the vehicle.
  • the controller 160 detects that the guide header 132 is bent due to the wind strength that threatens the stable flight of the tether drone 200, a flight control signal for stopping the flight of the tether drone 200 It is possible to control the flight of the tethered drone 200 by generating.
  • the controller 160 when the guide header 132 is detected to be bent, the controller 160 generates and transmits a weather hazard signal indicating that the weather environment is unsuitable for the flight of the tether drone 200, and the tether drone 200 is preset. It can also be guided to land automatically following the process.
  • control unit 160 of the ground station 100 including the tubular cable guide 130 measures the wind strength (intensity) through the tubular cable guide 130 to fly the tethered drone 200
  • a safer flight of the tethered drone 200 may be performed.
  • the monitoring unit 140 may include a display unit and a controller.
  • the display unit may output various information related to the ground station 100 supporting the tethered drone 200 and a service of the tethered drone 200 including the same as a graphic image.
  • the display unit may output and provide an image screen captured by the tether drone 200 and a control image screen of the cable guide 130.
  • Such display units include liquid crystal displays (LCD), thin film transistor-liquid crystal displays (TFT LCDs), organic light-emitting diodes (OLEDs), and flexible displays. , It may include at least one of a 3D display and an e-ink display.
  • LCD liquid crystal displays
  • TFT LCDs thin film transistor-liquid crystal displays
  • OLEDs organic light-emitting diodes
  • flexible displays It may include at least one of a 3D display and an e-ink display.
  • the controller may sense a user's input related to a service of the ground station 100 supporting the tethered drone 200 and the tethered drone 200 service including the same.
  • the controller may detect an input for controlling the flight direction and/or speed of the tethered drone 200, an input for controlling the shooting of the tethered drone 200, and the like.
  • the display unit and the controller may be combined to be implemented as a touch screen.
  • the display unit and the controller may be included in the ground station 100 or may be implemented as separate devices according to embodiments.
  • the ground communication unit 150 may transmit and receive various data and/or information for providing a service of the ground station 100 supporting the tethered drone 200 and the tethered drone 200 including the same.
  • the terrestrial communication unit 150 may include a wired communication unit 151 and a wireless communication unit 152.
  • the wired communication unit 151 may be implemented based on a cable connecting the tethered drone 200 and the ground station 100, and may transmit and receive data, information, and/or power based on the cable. .
  • the wired communication unit 151 communicates with the wired communication unit of the tether drone 200 interface unit to transmit power output from the power supply unit 110 of the ground station 100 to the power unit of the tether drone 200 can do.
  • the wireless communication unit 152 includes technical standards or communication methods for mobile communication (eg, Global System for Mobile communication (GSM), Code Division Multi Access (CDMA)), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), LTE (Long Term Evolution), LTE-A (Long Term Evolution-Advanced), etc.) on a tethered drone 200, a base station, an external terminal, an arbitrary server It is possible to transmit and receive a radio signal with at least one of the.
  • GSM Global System for Mobile communication
  • CDMA Code Division Multi Access
  • HSDPA High Speed Downlink Packet Access
  • HSUPA High Speed Uplink Packet Access
  • LTE Long Term Evolution
  • LTE-A Long Term Evolution-Advanced
  • the wireless communication unit 152 is a flight control signal for controlling the flight of the tethered drone 200 by communicating with the wireless communication unit of the tethered drone 200 interface unit, and a shooting control for controlling the shooting of the tethered drone 200 It can transmit signals, etc.
  • controller 160 may control the overall operation of each of the above-described components in order to provide the ground station 100 supporting the tethered drone 200 and the tethered drone 200 service including the same.
  • the controller 160 controls the motor 123 of the cable winding unit 121 according to the current cable tension and/or the flight altitude of the tether drone 200 to control the ground station 100 and the tether drone 200
  • the tension of the cable connecting) can be adjusted.
  • the control unit 160 may adjust the amount of power supplied to the tether drone 200 from the ground station 100.
  • the control unit 160 performs a rotation operation based on the guide shaft 131 and the guide shaft 131 of the cable guide 130 based on the ground structure and flight altitude sensed through the tether drone 200.
  • the moving radius of the tether drone 200 may be controlled by controlling the central angle by the guide header 132 to be performed.
  • the controller 160 may control the length of the guide shaft 131, that is, the minimum amount of winding of the cable according to the height. A detailed description of this will be described later.
  • control unit 160 includes application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), controllers. ), micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • controllers controllers.
  • micro-controllers microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • the tethered drone 200 is connected to the cable unwound from the ground station 100 to receive power, and the input of a drone pilot obtained from the ground station 100 or a preset drone control process It is controlled by and can perform flight and/or shooting.
  • the tethered drone 200 includes an interface unit 210, a power unit 220, a driving unit 230, a sensor unit 240, a camera 250, and a processor 260.
  • the interface unit 210 connects the processor 260 of the tether drone 200 to the ground station 100 supporting the tether drone 200 and peripheral devices for implementing the tether drone 200 service including the same. I can.
  • the interface unit 210 may include a wired communication unit 211 and a wireless communication unit 212.
  • the wired communication unit 211 may be implemented based on a cable connecting the tethered drone 200 and the ground station 100, and may perform transmission/reception of data, information and/or power based on the cable. have.
  • the wired communication unit 211 communicates with the wired communication unit 151 of the ground station 100 and the ground communication unit 150 to transmit power output from the power supply unit 110 of the ground station 100 to the power unit ( 220).
  • the wireless communication unit 212 includes technical standards or communication methods for mobile communication (eg, Global System for Mobile communication (GSM), Code Division Multi Access (CDMA)), High Speed Downlink Packet Access (HSDPA). , HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), LTE (Long Term Evolution), LTE-A (Long Term Evolution-Advanced), etc.) on the mobile communication network, the ground station 100, the base station, external terminals, arbitrary It is possible to transmit and receive wireless signals with at least one of the servers.
  • the wireless communication unit 212 may include a short-range wireless communication module such as Bluetooth or Wi-Fi.
  • the wireless communication unit 212 is a flight control signal for controlling the flight of the tethered drone 200 by communicating with the wireless communication unit 152 of the ground station 100 and the ground communication unit 150, the tethered drone 200 It is possible to receive a photographing control signal for controlling the photographing of the camera.
  • this interface unit 210 may further include at least one of an input/output (/O) port, a video input/output (I/O) port, and an earphone port.
  • /O input/output
  • I/O video input/output
  • earphone port an earphone port
  • the power unit 220 may receive external power and/or internal power under the control of the processor 260 to supply power necessary for operation to each component.
  • the power unit 220 may include at least one or more of a power storage unit, a connection port, a power supply control unit 160 and a charge monitoring unit 140.
  • the power unit 220 may further include a DC/DC converter capable of converting power received from the ground station 100 into a voltage level that can be used by payloads on the body.
  • the driving unit 230 may be implemented as a driving motor 123 that drives a propeller that secures the propulsion force of the tethered drone 200.
  • the driving unit 230 may include a plurality of driving motors 123 for driving a plurality of propellers, and may be operated by the control of the processor 260.
  • the driving unit 230 generally uses a direct current (DC) power of 25V to 33V, and may correspond to an energy sink that consumes the most power of the tether drone 200.
  • DC direct current
  • the sensor unit 240 may acquire various data and/or information related to the ground station 100 supporting the tethered drone 200 and the tethered drone 200 service including the same through the sensor. .
  • the sensor unit 240 may include at least one of a distance sensor (eg, a proximity sensor, an infrared sensor, a laser sensor, etc.), a position sensor, a gyro sensor, and/or an acceleration sensor that senses the surrounding environment. I can.
  • the sensor unit 240 based on at least one sensor, various data on the surrounding environment of the tether drone 200 (e.g., distance data between the tether drone 200 and the ground structure, the location of the tether drone 200) Data, speed data of the tether drone 200, etc.) can be sensed.
  • various data on the surrounding environment of the tether drone 200 e.g., distance data between the tether drone 200 and the ground structure, the location of the tether drone 200
  • Data speed data of the tether drone 200, etc.
  • the camera 250 may acquire a photographed image related to the ground station 100 supporting the tethered drone 200 and the tethered drone 200 service including the same.
  • the camera 250 may be disposed on one side of the tethered drone 200 and photographed the surrounding environment based on the disposed direction side.
  • the camera 250 according to an embodiment of the present invention may acquire an image of a target point in connection with the flight of the tethered drone 200.
  • the camera 250 may include an image sensor and an image processing module.
  • the camera 250 may acquire a captured image including a still image and/or a moving image through an image sensor (eg, CMOS or CCD), and process the acquired captured image based on an image processing module can do.
  • an image sensor eg, CMOS or CCD
  • the camera 250 may extract necessary information by processing a still image or a moving image acquired through an image sensor using an image processing module, and transmit the extracted information to the processor 260.
  • the processor 260 of the tether drone 200 may provide the captured image acquired through the camera 250 to the ground station 100 through the interface unit 210.
  • processor 260 may control and drive the overall operation of each unit described above.
  • the processor 260 enables interworking between the tether drone 200 and the ground station 100 by controlling and driving the overall operation of each unit, and through this, a smooth tether drone 200 service is provided. Can be provided.
  • processors 260 include application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), controllers, It may be implemented using at least one of micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • controllers It may be implemented using at least one of micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a ground station 100 supporting a tethered drone 200 and a tethered drone 200 system including the same according to an embodiment of the present invention.
  • a ground station 100 that may include a power supply unit 110, a tension control unit 120, a cable guide 130, a monitoring unit 140, a ground communication unit 150, and a control unit 160
  • the controller 160 of the tethered drone 200 may implement a stable flight of the tethered drone 200 by adjusting the tension of a cable connecting the ground station 100 and the tethered drone 200.
  • control unit 160 controls the motor 123 of the tension control unit 120 according to 1) the current cable tension obtained from the tension sensor and/or 2) the flight altitude of the tether drone 200 to adjust the tension of the cable. Can be adjusted.
  • control unit 160 may first obtain the tension generated in the current cable based on the tension sensor. have.
  • control unit 160 may control the length of the cable so that the tension applied to the cable is controlled according to a preset reference (eg, a predetermined tension value set to be continuously maintained) based on the current cable tension obtained from the tension sensor. Can be adjusted.
  • a preset reference eg, a predetermined tension value set to be continuously maintained
  • the controller 160 may adjust the cable length in inverse proportion to the increase or decrease of the tension adjusted to control the tension applied to the cable according to a preset reference.
  • control unit 160 may preset a tension value of 10 to be maintained as the tension increases and the tension value increases.
  • control unit 160 unwinds the cable by a predetermined length from the tension control unit 120 to reduce the current cable tension to a preset tension value of 10. Can be extended.
  • control unit 160 can adjust the length of the cable based on the current cable tension obtained from the tension sensor and a preset reference, and through this, it is applied to the cable connecting the ground station 100 and the tether drone 200 You can adjust the tension.
  • the control unit 160 based on the obtained tension, whether the tethered drone 200 connected to one end of the cable contacts a specific obstacle such as a ground structure (e.g., a building, a power pole, a tree, etc.) Can judge.
  • a ground structure e.g., a building, a power pole, a tree, etc.
  • control unit 160 regards the cable as being entangled by contacting the ground structure and thus causing excessive tension, thereby tangling the cable based on the cable tension. It can be determined whether or not it occurs.
  • control unit 160 when it is determined that the cable entanglement has occurred, the control unit 160 generates a flight control signal for stopping the flight of the tether drone 200 and/or a entanglement risk signal informing the situation where the cable and the ground structure are entangled, and the tether drone ( 200), it is possible to control the tethered drone 200 to land.
  • control unit 160 may determine whether the length of the cable unwound from the tension control unit 120 is appropriate to support the flight of the tether drone 200 based on the obtained tension.
  • the control unit 160 considers that the length of the cable connecting the ground station 100 and the tether drone 200 is insufficient, and the tension control unit 120 It can be determined that the length of the cable unwound from) is inappropriate for the flight of the tethered drone 200.
  • control unit 160 may control the tension control unit 120 to further unwind the cable by a predetermined length or more.
  • control unit 160 in order to adjust the cable tension based on the flight altitude of the tether drone 200, first obtain the flight altitude of the tethered drone 200 connected through a cable with the ground station 100. I can.
  • the controller 160 receives and obtains the flight altitude of the tethered drone 200 from the tethered drone 200 through the ground communication unit 150, or measured based on the length of the cable unwound from the tension control unit 120 It can be obtained.
  • the controller 160 may update the acquired flight altitude of the tethered drone 200 in real time based on a drone flight control signal input by the controller of the monitoring unit 140.
  • control unit 160 controls the length of the cable to be longer by a predetermined length than the obtained flight altitude, so that the cable tension between the ground station 100 and the tethered drone 200 is minimized. It is possible to control the motor 123 of.
  • control unit 160 may preset the predetermined length, for example, the predetermined length is 3 meters to 6 meters when the flight altitude is about 30 meters, and 5 meters to 10 meters when the flight altitude is about 50 meters. If the flight altitude is about 100 meters, it may be preset such as 10 meters to 20 meters.
  • the control unit 160 is a motor of the tension control unit 120 so that the length of the cable is longer by 3 to 6 meters than the flight altitude ( 123), and through this, the cable tension can be adjusted so that the cable tension between the ground station 100 and the tether drone 200 is minimized.
  • the flight altitude is preferably within a distance permitted by LoRa communication, and can be freely adjusted within 1 ⁇ 3Km.
  • the allowable distance of LoRa communication is 1 ⁇ 3Km in the city center, and it may be up to 15Km in the area where visibility is secured. Therefore, it is possible to increase the flight altitude of the tethered drone 200 to the limit that allows the weight of the cable.
  • the embodiment of the present invention is preferable when the flight of the tether drone 200 is within 1 to 3 km and the tether drone 200 can take the weight of the cable into consideration, but is not limited thereto, and Wi-Fi (WI-FI ) And/or Long-Term Evolution (LTE) communication allows communication until the distance and altitude between the ground station 100 and the tether drone 200 are 2 ⁇ 3Km, allowing the weight of the cable. It will be obvious that the flight altitude of the tethered drone 200 can be increased as much as possible.
  • WI-FI Wi-Fi
  • LTE Long-Term Evolution
  • control unit 160 controls the motor 123 of the tension control unit 120 according to the current cable tension obtained from the tension sensor and/or the flight altitude of the tether drone 200 to adjust the tension of the cable, It is possible to improve the stability of the tethered drone 200 flight.
  • control unit 160 may adjust the amount of power supplied to the tether drone 200 from the ground station 100.
  • control unit 160 may obtain voltage, current, or power measured from the wattmeter every predetermined time through the power module of the power supply unit 110.
  • reference data for controlling the amount of power supplied may be preset on the control unit 160 of the ground station 100, and the control unit 160, in which the corresponding reference data is preset, is DC/ Voltage, current, or power measured after passing through the DC converter can be obtained based on the power module.
  • the controller 160 may adjust an amount of power supplied from the power supply 110 to the tether drone 200 through a cable based on the obtained voltage, current, or power.
  • control unit 160 when the voltage is higher or lower than the range based on the preset reference data and/or the current and power supplied from the cable are out of the mechanical range, damage to the internal device, disconnection of the cable It is possible to generate a power supply amount control signal to determine that it is a short circuit, a malfunction of the tether drone 200 system, etc., and to cut off the power supply through the connected cable.
  • the power supply may be cut off in various forms, such as providing a means for physically removing the cable or stopping power supply to the cable through electrical control such as a switch off.
  • the tether drone 200 is a power storage unit disposed in the fuselage.
  • the propeller of the driving unit 230 may be operated based on the etc. and landed on the ground according to a preset emergency landing process.
  • the processor 260 of the tethered drone 200 may control power supplied from the power storage unit to each component of the tethered drone 200 in consideration of the capacity of the power storage unit.
  • the processor 260 transmits the image measured by the camera 250, the information measured by the sensor unit 240, and/or the real-time location information of the tether drone 200 through the interface unit 210 It can be configured to deliver preferentially to 100, and when the power storage unit is used, the operation of the camera 250 is stopped, and only the real-time location of the tethered drone 200 generated by the sensor unit 240 is a ground station. It can be configured to deliver 100. And the processor 260, even after the landing of the tethered drone 200, transmits data on the current landing point to the ground station 100 through the sensor unit 240 and the communication module until a separate control signal is input. I can.
  • control unit 160 of the ground station 100 is based on the voltage, power or power obtained from the tether drone 200, the amount of power supplied from the power supply unit 110 to the tether drone 200 through a cable By adjusting, it is possible to minimize unnecessary power loss and improve the safety of the tethered drone 200 flight.
  • control unit 160 of the ground station 100 based on the ground structure detected by the tether drone 200 and the flight altitude of the tether drone 200, the corresponding tether drone 200 You can control the radius of movement.
  • FIG. 6 is a view for explaining a method of controlling the moving radius of the tethered drone 200 by the ground station 100 according to an embodiment of the present invention.
  • control unit 160 is the guide shaft of the cable guide 130 based on the position of the ground structure detected through the tethered drone 200 and the flight altitude d of the tethered drone 200.
  • the central angle ⁇ by the 131 and the guide header 132 can be controlled, through which the moving radius of the tethered drone 200 can be controlled.
  • the controller 160 may obtain a position of a ground structure detected by the tether drone 200 and a flight altitude d of the tether drone 200.
  • the processor 260 of the tethered drone 200 may acquire the position of the ground structure and the flight altitude (d) through the sensor unit 240 and/or the camera 250, and use the acquired data as an interface unit. It may be provided to the ground station 100 through 210.
  • control unit 160 of the ground station 100 may receive the location and flight altitude (d) of the ground structure from the tether drone 200 through the ground communication unit 150, and according to the embodiment, the control unit 160 ) May be obtained by measuring the flight altitude (d) of the tethered drone 200 based on the length of the cable unwound from the tension control unit 120.
  • control unit 160 of the ground station 100 which has obtained the location of the ground structure and the flight altitude (d) of the tether drone 200, is based on the location of the acquired ground structure and the flight altitude (d). It is possible to determine the allowable moving radius (r) for (200).
  • the allowable moving radius (r) is the range in which the tether drone 200 can fly without contacting each other with the ground structure and the cable connecting the ground station 100 and the tether drone 200 at a specific altitude.
  • the cable guide 130 of the ground station 100 may represent how far the tether drone 200 can safely fly without being entangled with the ground structure to a distance.
  • control unit 160 determines an area that can prevent a situation where the corresponding ground structure and the cable are in contact with each other to prevent tangling based on the obtained location and flight altitude (d) of the ground structure.
  • the allowable moving radius (r) can be derived.
  • controller 160 may control the center angle ⁇ by the guide shaft 131 and the guide header 132 of the cable guide 130 based on the determined allowable moving radius r.
  • control unit 160 determines an allowable central angle ( ⁇ ) for the cable guide 130 to allow the tether drone 200 to fly within a safe moving radius that can prevent a situation where cables and ground structures are in contact and tangled. , It can be calculated based on the obtained allowable moving radius (r).
  • controller 160 controls the guide header 132 of the cable guide 130 so that the center angle ⁇ of the cable guide 130 achieves the calculated allowable central angle ⁇ , and the moving radius of the tether drone 200 Can be limited within the allowable moving radius (r).
  • the controller 160 controls the central angle ⁇ of the cable guide 130 so that the tethered drone 200 moves within the allowable moving radius r, so that the tether connected to the cable extending from the cable guide 130
  • the movable area of the drone 200 may be limited to a safe area where contact with ground structures is prevented.
  • the controller 160 may control the central angle ⁇ through the rotation of the guide header 132 of the cable guide 130.
  • control unit 160 can adjust the central angle ( ⁇ ) up to 90 degrees ( ⁇ ) in the vertical direction, that is, the length direction of the guide shaft 131, and in the horizontal direction, that is, the length direction of the guide shaft 131
  • the guide header 132 that can adjust the center angle ( ⁇ ) up to 360 degrees ( ⁇ ) in the vertical direction, the tethered drone 200 within the allowable moving radius (r) in which the center angle ( ⁇ ) of the cable guide 130 is determined.
  • the tether drone 200 when the flight altitude (d) is 100 meters and the allowable movement radius (r) is 50 m, the tether drone 200 is in the range of 50 meters, which is the allowable movement radius (r) at an altitude of 100 meters. It is possible to calculate the allowable central angle ⁇ (eg, 45 degrees) to make it fly in.
  • the control unit 160 may perform the central angle ⁇ control by rotating the guide header 132 so that the central angle ⁇ of the cable guide 130 achieves the calculated allowable central angle ⁇ (eg, 45 degrees). have.
  • control unit 160 based on the position of the ground structure detected by the tether drone 200 and the flight altitude (d) of the tether drone 200, the allowable moving radius (r) in which the cable does not contact the corresponding ground structure Can be derived, and the center angle ( ⁇ ) of the cable guide 130 can be controlled to fly within the derived allowable moving radius (r), through which the tethered drone 200 can fly without being entangled with the ground structure. It is possible to control the moving radius of the tethered drone 200 so that it is possible.
  • controller 160 controls the moving radius of the tether drone 200 so that the tether drone 200 can fly without being entangled with the ground structure, so that the tether drone 200 can perform a stable flight. It can assist smooth horizontal movement.
  • control unit 160 of the ground station 100 connects the ground station 100 and the tether drone 200 based on the height of the guide shaft 131 of the cable guide 130.
  • the maximum winding limit of the cable can be controlled.
  • FIG. 7 is a view for explaining a method of controlling the maximum winding limit of a cable connected to the tether drone 200 by the ground station 100 according to an embodiment of the present invention.
  • control unit 160 includes a tension control unit 120 based on the height (h, that is, length) of the guide shaft 131 that is implemented as a multi-stage shaft to perform linear reciprocating motion in the longitudinal direction. It is possible to control the maximum winding limit of the cable accommodated in the device.
  • the maximum winding limit may be preset by the control unit 160 and may mean the length of the cable unwound from the winding unit to a minimum required for smooth flight of the tether drone 200.
  • the control unit 160 when determining the minimum cable length (maximum winding limit) required for smooth flight of the tethered drone 200, the control unit 160 is the height (h) of the guide shaft 131 whose height is adjusted according to the situation.
  • the maximum winding limit can be determined by taking into account.
  • control unit 160 may perform control to increase or decrease the maximum winding limit in proportion to the height h of the guide shaft 131.
  • control unit 160 may control a predetermined maximum winding limit of the cable to increase by 10 meters.
  • control unit 160 may control a predetermined maximum winding limit of the cable to be reduced by 10 meters.
  • the controller 160 may control the maximum winding limit of the cable accommodated in the tension control unit 120 based on the overall height of the cable guide 130.
  • control unit 160 is a cable guide 130 that integrates the length of the guide header 132 preset through the control unit 160 and the height h of the guide shaft 131 that varies according to the situation. Based on the overall height of the cable, it is also possible to perform a control to increase or decrease the maximum winding limit of the cable.
  • the maximum winding of the cable can be controlled above 20 meters.
  • the control unit 160 sets the maximum winding limit of the cable. It can be controlled over 10 meters.
  • control unit 160 controls the maximum winding limit of the cable connecting the ground station 100 and the tether drone 200 according to the height of the cable guide 130, so that the tension of the cable can be properly maintained.
  • the ground station 100 supporting the tethered drone 200 and the tethered drone 200 system including the same include a cable connecting the tethered drone 200 and the ground station 100
  • the tether drone 200 can perform a stable flight, and there is an effect of preventing damage to the tether drone 200 due to cable tangling.
  • the ground station 100 supporting the tether drone 200 and the tether drone 200 system including the same control the cable connecting the tether drone 200 and the ground station 100 to control the tether drone 200
  • the ground station 100 supporting the tether drone 200 and the tether drone 200 system including the same control the cable connecting the tether drone 200 and the ground station 100 to control the tether drone 200
  • the ground station 100 supporting the tether drone 200 and the tether drone 200 system including the same control the cable connecting the tether drone 200 and the ground station 100 to control the tether drone 200
  • the ground station 100 supporting the tether drone 200 and the tether drone 200 system including the same control the cable connecting the tether drone 200 and the ground station 100 to control the tether drone 200
  • the ground station 100 supporting the tethered drone 200 and the tethered drone 200 system including the same, a cable guide 130 for controlling a cable connecting the tether drone 200 and the ground station 100 Is implemented in a tube type, by measuring the wind strength (intensity) to control the flight of the tether drone 200, taking into account the weather environment that affects the flight of the tether drone 200, the safety of the tether drone 200 You can make the flight perform.
  • the present invention is a system including a device for supplying and controlling power to a drone through a cable connected to a drone, which is an unmanned aerial vehicle, and thus has industrial applicability.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템은, 케이블을 통해 테더 드론에 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 케이블을 권취 또는 권출하여 상기 케이블의 장력을 조절하는 장력제어부; 상기 케이블을 소정의 지점까지 가이딩하는 케이블 가이드; 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론과 통신하는 지상 통신부; 및 상기 전원공급부를 제어하여 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론으로의 전원 공급을 제어하고, 상기 장력제어부를 통해 상기 케이블의 장력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 케이블 가이드는, 상기 장력제어부에서 권출된 케이블을 소정의 높이까지 가이드하는 가이드 샤프트를 포함한다.

Description

테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템
본 발명은 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블을 제어하여 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템에 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.
이에 따라, 현대에서는 광전지나 연료전지 등의 기술을 접목하여 드론이 비행 중에도 충전이 가능하도록 제공하거나, 드론의 배터리 용량을 향상시키도록 개선되고 있다. 하지만, 태양 에너지 등의 별도의 충전 요소들은 기상환경에 따라 발전량이 달라져 체공시간의 예측이 어려우며, 배터리의 성능을 향상하여도 해당 용량 내에서만 임무를 수행할 수 있다는 단점이 있다.
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 권출된 케이블(cable)과 연결되어 전원을 공급받으며, 드론 조종사의 컨트롤에 의해 비행을 수행할 수 있다. 이때, 일반적으로 테더 드론과 지상통제장비를 연결하는 케이블은 지상에 늘어진 상태로 유지된다.
그러나, 위와 같이 케이블이 지상에 늘어진 채 유지되는 종래의 테더 드론 제어방식에서는, 드론 조종사의 직감에 의존하여 지상 구조물(예컨대, 건물, 전봇대, 나무 등)과 케이블이 엉키지 않도록 테더 드론을 조종해야 하는 어려움이 있으며, 소정의 고도에 지상물이 존재하는 경우 수평 이동이 제한되는 문제점이 있다.
또한, 소정의 거리 이상에서 원격 조종을 하여 테더 드론을 이륙 및 착륙시켜야 하는 어려움이 있어, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 기술 도입이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블이 지상 구조물과 접하여 엉키는 현상을 방지하는 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블을 제어하여 테더 드론의 원활한 수평 이동을 보조하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블을 제어하여 테더 드론의 이륙 및 착륙을 편리하게 제어하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템은, 케이블을 통해 테더 드론에 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 케이블을 권취 또는 권출하여 상기 케이블의 장력을 조절하는 장력제어부; 상기 케이블을 소정의 지점까지 가이딩하는 케이블 가이드; 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론과 통신하는 지상 통신부; 및 상기 전원공급부를 제어하여 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론으로의 전원 공급을 제어하고, 상기 장력제어부를 통해 상기 케이블의 장력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 케이블 가이드는, 상기 장력제어부에서 권출된 케이블을 소정의 높이까지 가이드하는 가이드 샤프트를 포함한다.
이때, 상기 가이드 샤프트는, 관 구조를 가지는 다단 샤프트로 구성되고, 내부의 통로에 케이블을 수용하여 상기 소정의 높이까지 상기 케이블을 가이드한다.
또한, 상기 케이블 가이드는, 상기 케이블을 수용하며 전도성 소재의 내부 플라스틱관과, 케이블 가이드의 외형을 형성하며 전도성 소재의 외부 플라스틱관과, 상기 내부 플라스틱관과 상기 외부 플라스틱관의 사이에 배치되어 전류를 차단하는 절연 수축튜브와, 상기 가이드 샤프트와 상기 가이드 샤프트의 일단에 가이드 헤더를 연결하여 지탱하는 탄성부재와, 상기 가이드 헤더가 꺾이는 경우에 완충 작용을 수행하는 지지부재를 포함한다.
또한, 상기 케이블 가이드는, 상기 가이드 샤프트와 힌지를 통해 연결되어 상기 가이드 샤프트에 회전 가능하도록 결합된 가이드 헤더를 더 포함하고, 상기 가이드 헤더는, 상기 가이드 샤프트를 통해 이동된 케이블을 상기 소정의 지점에서 소정의 방향으로 권출되도록 가이드한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 가이드 헤더를 수직 및 수평방향으로 회전시켜 상기 케이블의 권출방향을 제어한다.
또한, 상기 케이블 가이드는, 상기 가이드 샤프트 및 상기 가이드 헤더에 배치되어 상기 케이블을 지지하는 롤러와, 상기 케이블의 장력을 센싱하는 장력 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 장력 센서로부터 획득된 상기 케이블의 장력값을 기초로 상기 장력제어부를 제어하여 상기 케이블의 장력을 조절한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템은, 케이블을 통해 테더 드론에 전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 케이블을 권취 또는 권출하여 상기 케이블의 장력을 조절하는 장력제어부와, 상기 케이블을 소정의 지점까지 가이딩하는 케이블 가이드와, 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론과 통신하는 지상 통신부와, 상기 전원공급부를 제어하여 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론으로의 전원 공급을 제어하고, 상기 장력제어부를 통해 상기 케이블의 장력을 제어하는 제어부를 포함하는 지상 스테이션; 및 상기 지상 통신부와 통신하는 인터페이스부와, 상기 인터페이스부를 통하여 상기 전원공급부로부터 상기 전원을 공급받는 전원유닛과, 상기 공급받은 전원을 기반으로 추진력을 확보하는 프로펠러(propeller) 및 구동모터를 포함하는 구동부와, 주변환경 데이터를 센싱하는 센서부와, 촬영 영상을 획득하는 카메라와, 상기 인터페이스부를 제어하여 상기 센서부와 상기 카메라를 통해 획득된 데이터를 상기 지상 스테이션으로 송신하고, 상기 전원유닛과 상기 구동부를 제어하여 비행 동작을 수행하는 프로세서를 포함하는 테더 드론;을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템은, 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블이 지상 구조물과 접하여 엉키는 현상을 방지함으로써, 테더 드론이 안정적인 비행을 수행하게 할 수 있고 케이블 엉킴에 의한 테더 드론의 파손을 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템은, 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블을 제어하여 테더 드론의 원활한 수평 이동을 보조함으로써, 테더 드론의 활용성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템은, 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블을 제어하여 테더 드론의 이륙 및 착륙을 편리하게 수행하도록 함으로써, 테더 드론의 사용성을 향상시키고 조종사의 편리함을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템은, 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블을 제어하는 케이블 가이드를 튜브형으로 구현하여, 바람의 세기(강도)를 측정해 테더 드론의 비행을 제어함으로써, 테더 드론의 비행에 영향을 미치는 기상환경을 고려하여 보다 안전한 테더 드론의 비행을 수행하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론 및 지상 스테이션의 내부 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션 단면도의 일례이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 케이블의 일례이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션이 테더 드론의 이동반경을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션이 테더 드론과 연결된 케이블의 최소 권취량을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론을 지원하는 지상 스테이션 및 이를 포함하는 테더 드론 시스템은, 이동가능한 박스(box) 형태로 구현되어 지면 상에 배치되는 지상 스테이션(100: station) 및 상기 지상 스테이션(100)과 케이블(cable)을 통해 연결되는 테더 드론(200: Tethered drone)을 포함할 수 있다.
- 지상 스테이션
먼저, 본 발명의 실시예에서 지상 스테이션(100)은, 테더 드론(200)을 조종하는 조종사의 입력 또는 기설정된 드론 제어 프로세스(process)에 따라서 테더 드론(200)을 제어할 수 있다.
자세히, 지상 스테이션(100)은, 조종사의 입력 또는 기설정된 드론 제어 프로세스를 기반으로 지상 스테이션(100)과 케이블로 연결되어 있는 테더 드론(200)의 비행 및/또는 촬영 등을 컨트롤할 수 있다.
또한, 지상 스테이션(100)은, 테더 드론(200)에 연결된 케이블을 통해 전원을 공급함으로써, 무제한 비행을 지원할 수 있다. 또한, 지상 스테이션(100)은, 테더 드론(200)에 연결된 케이블을 통해 유선 통신하여, 조종관련 신호를 송수신하거나, 테더 드론(200)에서 센싱된 정보 및 촬영된 영상 등을 수신할 수 있다.
이러한 지상 스테이션(100)은, 이동이 용이한 박스 형상으로 외관이 형성될 수 있으며, 내외부에 지상 스테이션(100)의 구동에 필요한 각종 구성요소를 구비할 수 있다.
또한, 지상 스테이션(100)은, 이러한 박스를 개폐할 수 있는 캡(cap)을 포함하여 구현될 수 있다.
이때, 지상 스테이션(100)이 포함하는 각 구성요소는, 박스 내에 수납될 수 있는 형태로 구현되어 지상 스테이션(100) 내부에 보관될 수 있고, 지상 스테이션(100)의 사용시 지상 스테이션(100) 기반의 테더 드론(200) 서비스를 제공하기 적합한 형태로 재배치되어 동작될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론(200) 및 지상 스테이션(100)의 내부 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션(100) 단면도의 일례이다.
한편, 도 2 및 3을 참조하면, 지상 스테이션(100)은, 전원공급부(110), 장력제어부(120), 케이블 가이드(130), 모니터링부(140), 지상 통신부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
먼저, 전원공급부(110)는, 제어부(160)의 컨트롤에 의하여 외부의 전원 및/또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들에게 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
자세히, 실시예에서 전원공급부(110)는, 배터리 및 전원부를 포함하여 구현될 수 있다.
여기서 전원공급부(110)의 배터리는, 전력을 저장하고 관리할 수 있으며, 예컨대, 전원저장부, 연결포트, 전원공급 제어부(160) 및 충전 모니터링부(140) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 동작할 수 있다.
또한, 전원공급부(110)의 전원부는, AC-DC 컨버터 및 전력모듈를 포함할 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(200)으로 공급하도록 구성될 수 있다. 이는, 교류(AC) 전력보다 고전압인 직류(DC) 전력으로 전원을 송신하는 것이 보다 효율적이기 때문이다.
이때, 변환된 직류(DC) 전력을 획득한 테더 드론(200)의 전원유닛은, 수급된 직류(DC)를 동체에 탑재체들이 사용할 수 있는 전압 수준으로 변환하도록 DC/DC 컨버터가 더 포함될 수 있다.
또한, 전력모듈은, 전압계나 전류계 등의 전력계가 포함될 수 있으며, 이러한 전력모듈을 포함하는 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 일정 시간마다 상기 전력계에서 측정되는 전압, 전류 또는 전력을 수신 받을 수 있다.
여기서, 지상 스테이션(100)의 제어부(160) 상에는 전원의 공급량을 조절하기 위한 기준 데이터가 기설정되어 있을 수 있으며, 해당 기준 데이터가 기설정된 제어부(160)는, 상기 DC/DC 컨버터를 거친 이후에 측정되는 전압을 기반으로 케이블을 통한 전원공급부(110)로부터의 전원 공급량을 조절할 수 있다.
실시예에서, 제어부(160)는, 상기 기설정된 기준 데이터에 기반한 범위의 전압보다 높거나 낮은 경우 및/또는 케이블로부터 공급되는 전류 및 전력이 기전 범위를 벗어나는 경우, 내부 기기의 파손, 케이블의 단선이나 누전, 테더 드론(200) 시스템의 오작동 등이라 판별하고 연결된 케이블을 통한 전원 공급을 차단하도록 전원 공급량 제어신호를 생성할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
다음으로, 장력제어부(120)는, 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100)을 연결하는 케이블에 인가되는 장력이 일정하게 유지되도록 케이블의 길이를 조절할 수 있고, 이를 통해 테더 드론(200)의 안정적 비행을 가능하게 할 수 있다.
또한, 장력제어부(120)는, 테더 드론(200)의 수평 또는/및 수직 이동을 지원하기 위하여, 케이블을 권취하거나 권출할 수 있다.
이때, 케이블은, 일단이 테더 드론(200)의 전원유닛에 연결되고 타단이 지상 스테이션(100)의 지상 통신부(150)에 연결되어, 테더 드론(200)에 지상 스테이션(100)으로부터 출력되는 전원을 공급할 수 있다. 또한, 케이블은, 장력제어부(120)에 감기거나 풀리면서 길이가 단축 또는 연장될 수 있다.
자세히, 실시예에서 장력제어부(120)는, 케이블 권취부(121), 케이블 정돈 릴(122) 및 모터(123)를 포함할 수 있다.
여기서, 먼저 케이블 권취부(121)는, 원통형 막대 형상으로 구현될 수 있으며, 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100)을 연결하는 케이블을 감아서 수용하여 권취하거나 풀어서 권출할 수 있다. 이때, 케이블 권취부(121)에 수용되는 케이블은, 일단이 테더 드론(200)의 전원유닛의 유선 통신유닛에 연결되고 타단이 지상 스테이션(100)의 지상 통신부(150)의 유선 통신부와 연결되어, 지상 스테이션(100)의 전원 공급부로부터 출력되는 전원을 테더 드론(200)의 전원유닛으로 공급할 수 있다.
또한, 케이블 권취부(121)는, 일단이 모터(123)와 연결되어 모터(123)의 정회전 또는 역회전 동작에 따라 회전 운동을 수행할 수 있다. 그리고 케이블 권취부(121)는, 모터(123)에 의한 회전 운동을 통하여 케이블 권취부(121)에 수용된 케이블이 케이블 권취부(121)에 감기거나 풀리도록 동작할 수 있다. 이를 통해 케이블 권취부(121)는, 케이블의 수용 정도를 조절하여 케이블의 길이를 제어하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 케이블 정돈 릴(122)(reel)은, 장력제어부(120)에 권취 또는 권출되는 케이블이, 케이블 권취부(121) 상에서 균일하게 권취 또는 권출되도록 보조할 수 있다.
즉, 케이블 정돈 릴(122)은, 케이블이 케이블 권취부(121) 상에서 중첩되거나 엉키지 않도록 보조하여, 장력제어부(120)로부터 케이블의 권취 및 권출 동작이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
또한, 모터(123)는, 제어부(160)의 컨트롤에 따라서 정회전 또는 역회전을 수행할 수 있고, 이를 통해 케이블 권취부(121)에 감겨있는 케이블이 풀리거나 감기도록 하여 케이블 길이를 조절하게 할 수 있다.
자세히, 제어부(160)는, 케이블이 소정의 장력을 유지하도록 케이블을 권취하거나 권출하도록 장력제어부(120)를 컨트롤할 수 있고, 이때, 케이블의 장력은 케이블 장력측정 센서에서 측정된 값을 이용할 수 있다.
또한, 제어부(160)는, 장력제어부(120)를 통하여 지상 스테이션(100)에서 권출된 케이블을 소정의 길이(예컨대, 가이드 샤프트의 높이 등) 이상으로 유지하는 최소 권취량 제한을 케이블 가이드 상태에 따라서 설정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는, 가이드 샤프트의 높이가 약 10미터(m)인 경우, 지상스테이션(100)에서 권출된 케이블의 길이가 10미터 이상이 되도록 최대 권취량 제한을 설정함으로써, 테더 드론(200)과 케이블 가이드(130)의 충돌을 예방할 수 있다.
다음으로, 케이블 가이드(130, cable guide)는, 장력제어부(120)와 테더 드론(200) 사이에 배치되는 케이블의 적어도 일부를 소정의 높이 이상까지 가이드할 수 있다.
자세히, 케이블 가이드(130)는, 케이블의 적어도 일부를 수용하여 소정의 높이 이상에 고정시킬 수 있으며, 소정의 높이 이상의 특정 지점에서 케이블을 다양한 방향으로 권출할 수 있도록 가이드할 수 있다.
자세히, 실시예에서 케이블 가이드(130)는, 가이드 샤프트(131: guide shaft), 가이드 헤더(132: guide header), 롤러(roller) 및 장력 센서를 포함할 수 있다.
여기서, 먼저 가이드 샤프트(131)는, 지면으로부터 소정의 높이까지 케이블을 가이드할 수 있다. 이러한 가이드 샤프트(131)는, 회전 운동이나 직선 왕복 운동으로 동력을 전달하는 막대 형태의 다단 샤프트로 구현될 수 있고, 지상 스테이션(100)의 하부면과 수직한 방향을 길이방향으로 하도록 배치될 수 있다.
이러한 가이드 샤프트(131)는, 지상 스테이션(100) 측의 일단이 장력제어부(120)에 연결된 케이블을 내부에 수용할 수 있는 관 형태로 형성되어, 일단에서 인입된 케이블을 타단에서 입출함으로써 소정의 높이까지 케이블을 가이딩할 수 있다.
또한, 가이드 샤프트(131)는, 다단 샤프트로 구현되어 제 1 샤프트 내부에 배치된 제 2 샤프트가 길이방향으로 직선 이동하여 길이가 증가 또는 감소함으로써, 이를 통해 케이블 가이드(130)의 전체적인 높이 조절 및 고정을 수행할 수 있다.
이러한 가이드 샤프트(131)는, 케이블 가이드(130)의 높이를 조절 및 고정하여 케이블 가이드(130)에 수용된 케이블이 소정의 높이 이상에서 권출되게 함으로써 소정의 높이 이하에 배치된 지상 구조물과 케이블 간의 접촉을 방지하게 할 수 있다.
또한, 가이드 샤프트(131)의 내부에는 가이드 샤프트(131)에 수용된 케이블과의 마찰을 최소화할 수 있는 롤러가 배치될 수 있다. 이러한 롤러는, 가이드 샤프트(131) 내부의 케이블의 이동에 따라 회전하여 케이블에 가해지는 마찰력을 최소화할 수 있다.
다음으로, 가이드 헤더(132)는, 케이블 가이드(131)의 타단에서 권출된 케이블을 외부로 배출하도록 케이블을 가이드할 수 있다. 또한, 케이블 가이드는 수평 또는/및 수직방향으로 회전하여 케이블이 배출되는 방향을 제어할 수 있다.
이러한 가이드 헤더(132)는, 가이드 샤프트(131)의 타단에 힌지를 통해 결합되어 수평 또는/및 수직방향으로 회전할 수 있다.
자세히, 가이드 헤더(132)는, 막대 형태로 구현되어 일단이 힌지를 통해 가이드 샤프트(131)와 연결될 수 있고, 이를 통해 가이드 샤프트(131)의 연장선 상에 배치되어 가이드 샤프트(131)로부터 케이블을 지지할 수 있다.
또한, 가이드 헤더(132)는, 힌지를 기반으로 가이드 샤프트(131)와 연결되어 가이드 샤프트(131)를 기준축으로 제어부(160)의 컨트롤에 따른 다양한 방향으로 회전 운동을 수행할 수 있다. 즉, 가이드 헤더(132)는, 제어부(160)에 의한 회전 동작을 수행하여 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)에 의한 수직/수평 중심각을 조절할 수 있고, 이를 통해 수용된 케이블 일단에 연결된 테더 드론(200)의 이동반경 제어 및/또는 수평 이동을 지원할 수 있다.
여기서, 실시예에 따른 중심각은, 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)의 연결영역 상에서 획득될 수 있으며, 가이드 샤프트(131)에 기준한 가이드 헤더(132)의 회전 동작을 통해 중심각의 변동이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 중심각은, 가이드 샤프트(131)에 기준하여 가이드 헤더(132)가 일직선 상에서 연장되는 경우, 수직방향 즉, 가이드 샤프트(131)의 길이방향에 대해서 0도일 수 있으며, 가이드 샤프트(131)에 기준하여 가이드 헤더(132)가 수직하게 꺾인 경우, 수직방향에 대해서 90도일 수 있다.
이때, 실시예에서 가이드 헤더(132)는, 수직방향 즉, 가이드 샤프트(131)의 길이방향으로 최대 90도(˚)까지 중심각을 조정하는 회전을 수행할 수 있다. 이는, 수직방향으로 90도 이상의 중심각이 발생하면 가이드 헤더(132)에 의해 강제적으로 테더 드론(200)이 지상면을 향하게 요구되므로, 테더 드론(200)의 안정적 비행을 위하여 최대 90도까지의 수직방향 중심각 조정을 수행할 수 있다. 그러나 이는 일 실시예일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 가이드 헤더(132)는, 수평방향 즉, 가이드 샤프트(131)의 길이방향에 수직하는 방향으로 360도(˚)까지 중심각을 조정하는 회전을 수행할 수 있다.
즉, 가이드 헤더(132)는, 가이드 샤프트(131)를 축으로 회전 운동을 수행할 수 있고, 이를 통해 케이블 가이드(130)에 수용된 케이블에 대한 제어를 수행하게 할 수 있다.
*79여기서, 이러한 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)를 포함하는 케이블 가이드(130)는, 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)를 통해 고정된 소정의 높이 이상에서 케이블이 권출되게 함으로써, 테더 드론(200)과 지상 구조물 간의 엉킴을 방지할 수 있고, 이로 인한 테더 드론(200)의 파손을 예방할 수 있다. 또한, 케이블 가이드(130)는, 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)를 통하여 고정된 소정의 높이 이상에서 다양한 방향으로 케이블을 가이드하면서 권출되게 함으로써 테더 드론(200)이 원활한 수평 및 수직 이동을 수행하도록 지원할 수 있다.
또한, 실시예에서 가이드 헤더(132)는, 테더 드론(200)의 비상착륙 시 완충 플랫폼의 역할을 수행할 수도 있다.
자세히, 가이드 헤더(132)는, 가이드 샤프트(131) 상에 배치된 깔때기 형상의 받침대를 더 포함할 수 있다. 이러한 받침대는, 탄성부재를 통해 케이블 가이드 샤프트(131)와 결합되어 소정의 각도를 이루며, 테더 드론(200)의 크기보다 소정의 크기만큼 크도록 형성될 수 있다. 상기 받침대는, 긴급하게 테더 드론(200)을 케이블을 당겨 착륙시킬 떄, 케이블 가이드(130) 측으로 이동된 테더 드론(200)을 탄성부재를 통해 완충시키며 착륙하도록 도와, 테더 드론(200)의 긴급착륙에 의한 파손을 최소화할 수 있다.
다음으로, 롤러는, 회전하는 원통형의 오브젝트(object)로서, 미끄럼 마찰(sliding　friction)을 회전 마찰로 바꾸어 운동의 저항을 줄이는 역할을 수행할 수 있다.
이러한 롤러는, 본 발명의 실시예에서 케이블 가이드(130)의 내부 또는 외부에 배치되어, 케이블 가이드(130)에 수용된 케이블과 가이드 샤프트(131) 및/또는 가이드 헤더(132) 간의 마찰력을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 보다 원활한 케이블 제어를 수행하게 할 수 있다. 자세히, 제 1 롤러는 가이드 샤프트(131) 내에 배치되어, 샤프트(131) 내부에 수용된 케이블의 이동에 따라 회전함으로써, 마찰을 최소화할 수 있다. 또한, 제 2 롤러는 가이드 헤더(132) 상에 배치되어, 가이드 헤더(132) 상에서 가이드되는 케이블의 이동에 따라 회전함으로써, 마찰을 최소화할 수 있다.
또한, 실시예에서 장력 센서는, 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200)을 연결하는 케이블의 장력을 센싱할 수 있다.
이러한 장력 센서는, 케이블 가이드(130)의 최외곽(예컨대, 가이드 샤프트(131)의 지상 스테이션(100)측 말단 및/또는 가이드 헤더(132)의 테더 드론(200)측 말단) 상에 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 일반적으로 케이블 가이드(130)의 최외곽 부분에서 테더 드론(200) 및 외부 환경에 의한 장력 변화를 감지할 수 있기 때문이다.
즉, 장력 센서는, 지상스테이션(100)의 외부로 권출되는 케이블의 장력을 감지하여, 제어부(160)가 외부 환경에 의한 케이블 장력 변화에 기반한 케이블 제어를 수행하게 보조할 수 있다.
따라서, 제어부(160)는, 장력 센서를 통해 획득된 장력에 기초하여 테더 드론(200)이 특정 장애물에 접촉하여 엉킴이 발생하였는지, 케이블의 길이가 테더 드론(200)의 비행을 지원하기에 적절한지 등을 판단할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브형 케이블의 일례이다.
도 4를 참조하면, 다른 실시예에서 케이블 가이드(130)는, 3중 구조의 관을 형성하는 튜브형으로 구현될 수 있다.
일반적으로, 드론의 비행은, 드론이 비행하는 영역의 기상환경에 영향을 받는다. 특히, 드론의 비행 환경에서의 바람의 세기(강도)는, 드론의 안정적 비행을 위협하는 위험요소가 될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 케이블 가이드(130)는, 테더 드론(200)이 비행하는 환경에서의 바람의 세기를 측정하고, 측정된 바람의 세기에 따라서 테더 드론(200)의 비행을 제어할 수 있는 케이블 가이드(130)를 제공하고자 한다.
자세히, 도 4의 (1)을 더 참조하면, 다른 실시예에 따른 케이블 가이드(130)는, 탄성부재(10), 내부 플라스틱관(20), 절연 수축튜브(30), 외부 플라스틱관(40) 및 지지부재(50)를 포함할 수 있다.
먼저, 탄성부재(10)는, 외부 힘에 의하여 변형이 일어난 이후 힘이 제거되었을 때 원래의 모양으로 되돌아가려는 성질인 탄성을 지닌 물체일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 케이블 가이드(130)의 내부 플라스틱관(20) 외에 배치되어 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)를 연결시킬 수 있다.
좀더 자세히, 탄성부재(10)는, 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)가 연결되는 지점으로부터 소정의 영역 내의 가이드 헤더(132)의 내부 플라스틱관(20) 외측이면서 외부 플라스틱관(40) 내측에 형성될 수 있다.
여기서, 탄성부재(10)는, 외부 힘(실시예로, 바람저항)에 의하여 가이드 헤더(132)가 일측으로 꺾이면서 가이드 샤프트(131)와 일부 분리되는 경우, 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)가 탄성부재(10)에 의해 지탱되어 완전하게 분리되지 않도록 할 수 있다.
다음으로, 내부 플라스틱관(20)은, 케이블 가이드(130)로 유입되는 케이블을 수용할 수 있으며, 전도성을 가지면서 케이블과의 마찰을 최소화할 수 있는 소재로 구현될 수 있다.
다음으로, 절연 수축튜브(30)는, 내부 플라스틱관(20)와 외부 플라스틱관(40) 사이에 배치될 수 있으며, 전도성이 없으면서 신축성을 가지는 소재로 구현되어 케이블 가이드(130)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 외부 플라스틱관(40)은, 전도성이 있는 소재로 구현되어 케이블 가이드(130)의 외형을 형성할 수 있으며, 내부의 구성요소들을 보호할 수 있다.
다음으로, 지지부재(50)는, 완충 기능을 수행하기 적합한 소재(예컨대, 스티로폼 등)로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서 케이블 가이드(130)는, 적어도 4개 이상의 복수의 지지부재(50)를 포함할 수 있다.
이때, 복수의 지지부재(50)는, 가이드 샤프트(131)에 적어도 2개, 가이드 헤더(132)에 적어도 2개가 배치될 수 있고, 상호 맞물리는 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 복수의 지지부재(50)는, 가이드 샤프트(131)의 제 1 지지부재(50)와 가이드 헤더(132)의 제 1 지지부재(50)가 상호 맞물리는 형태로 배치되고, 가이드 샤프트(131)의 제 2 지지부재(50)와 가이드 헤더(132)의 제 2 지지부재(50)가 상호 맞물리는 형태로 배치될 수 있다.
그리고 지지부재(50)는, 외부 힘(실시예로, 바람저항)에 의하여 가이드 헤더(132)가 일측으로 꺽이면서 가이드 샤프트(131)와 일부 분리되는 경우, 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)에 상호 매칭되어 배치된 지지부재(50)에 의하여 가이드 헤더(132)가 소정의 각도 이상으로 꺾이지 않도록 지지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 이러한 케이블 가이드(130)를 포함하는 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 도 4의 (2)와 같이 제어부(160)의 컨트롤에 의해서가 아니라 외부의 힘 즉, 실시예에서 바람에 의해 케이블 가이드(130)의 가이드 헤더(132)가 일측으로 꺾인 경우, 이를 감지할 수 있다.
자세히, 먼저 제어부(160)는, 튜브형 케이블 가이드(130)의 내부 플라스틱관(20)에 지속적으로 전류를 공급할 수 있다.
즉, 제어부(160)는, 전도성을 가지는 내부 플라스틱관(20)을 통하여 지속적인 전류를 공급할 수 있으며, 이때, 전류는 가이드 샤프트(131)의 내부 플라스틱관(20)으로 먼저 공급되고 이후 가이드 샤프트(131)와 연결된 가이드 헤더(132)의 내부 플라스틱관(20)으로 전달되어 케이블 가이드(130) 전체에 전류가 공급될 수 있다. 이후, 내부 플라스틱관(130)으로 흐르는 전류는 외부 플라스틱관(40)을 따라 흘러, 전류는 폐회로를 구성할 수 있다. 이때, 가이드 헤더가 일측으로 꺽일 경우, 가이드 헤더의 외부 플라스틱관과 가이드 샤프트의 외부 플라스틱관이 이격되어 개방회로가 되므로 전류가 흐르지 않을 수 있다.
따라서, 제어부(160)는, 지속적으로 가이드 헤더(132)의 내부 플라스틱관(20)까지 전달되던 전류의 공급이 차단된 경우, 외부의 힘 즉, 본 실시예에서 바람에 의하여 가이드 헤더(132)가 꺾인 상황임을 감지할 수 있다.
자세히, 제어부(160)는, 지속적으로 가이드 헤더(132)의 내부 플라스틱관(20)까지 전달되던 전류의 공급이 차단된 경우, 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)의 내부 플라스틱관(20) 또는/및 외부 플라스틱관(40) 일부가 이격되었다고 판단할 수 있다. 그리고 제어부(160)는, 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)의 연결 부분에서만 이격이 가능한 내부 플라스틱관(20) 또는/및 외부 플라스틱관(40)의 일부가 이격됨을 통하여, 바람에 의해 가이드 헤더(132)가 꺾인 상황임을 확인할 수 있다.
이때, 제어부(160)는, 바람에 의하여, 전류가 가이드 헤더(132)의 내부 플라스틱관(20)에 공급되지 못할 정도로 가이드 헤더(132)가 꺾이는 경우, 해당 바람의 세기를 테더 드론(200)의 안정적 비행을 위협하는 바람 세기로 판단할 수 있다.
계속해서, 제어부(160)는, 테더 드론(200)의 안정적 비행을 위협하는 바람의 세기로 인해 가이드 헤더(132)가 꺾임을 감지한 경우, 테더 드론(200)의 비행을 중단시키는 비행제어 신호를 생성하여 테더 드론(200)의 비행을 제어할 수 있다. 또는, 가이드 헤더(132)가 꺾임을 감지한 경우 제어부(160)는, 기상환경이 테더 드론(200)의 비행에 부적합함을 나타내는 기상위험 신호를 생성해 송신하여 테더 드론(200)이 기설정된 프로세스를 따라 자동 착륙하도록 유도할 수도 있다.
이와 같이, 튜브형의 케이블 가이드(130)를 포함하는 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 튜브형의 케이블 가이드(130)를 통해 바람의 세기(강도)를 측정하여 테더 드론(200)의 비행을 제어함으로써, 테더 드론(200)의 비행에 영향을 미치는 기상환경을 고려하여 보다 안전한 테더 드론(200)의 비행을 수행하게 할 수 있다.
다시 돌아와서, 다음으로 모니터링부(140)는, 디스플레이부 및 컨트롤러(controller)를 포함할 수 있다.
여기서, 디스플레이부는, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 서비스와 관련된 다양한 정보를 그래픽 이미지로 출력할 수 있다.
실시예로, 디스플레이부는, 테더 드론(200)이 촬영한 영상 화면, 케이블 가이드(130) 제어영상 화면 등을 출력해 제공할 수 있다.
이러한 디스플레이부는, 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 컨트롤러는, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 서비스와 관련된 사용자의 입력을 감지할 수 있다.
실시예로, 컨트롤러는, 테더 드론(200)의 비행 방향 및/또는 속도를 조종하는 입력, 테더 드론(200)의 촬영을 제어하는 입력 등을 감지할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부 및 컨트롤러는, 결합되어 터치 스크린으로 구현될 수도 있다.
더하여, 상기 디스플레이부 및 컨트롤러는, 실시예에 따라서 지상 스테이션(100)에 포함되거나 또는 별도의 장치로서 구현될 수 있다.
다음으로, 지상 통신부(150)는, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 서비스를 제공하기 위한 각종 데이터 및/또는 정보 등을 송수신할 수 있다.
자세히, 지상 통신부(150)는, 유선 통신부(151) 및 무선 통신부(152)를 포함할 수 있다. 이때, 유선 통신부(151)는, 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100)을 연결하는 케이블을 기반으로 구현될 수 있으며, 케이블에 기반한 데이터, 정보 및/또는 전원 등의 송수신을 수행할 수 있다.
실시예로, 유선 통신부(151)는, 테더 드론(200) 인터페이스부의 유선 통신유닛과 통신하여 지상 스테이션(100)의 전원공급부(110)로부터 출력되는 전원을 테더 드론(200)의 전원유닛으로 송신할 수 있다.
또한, 무선 통신부(152)는, 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 테더 드론(200), 기지국, 외부의 단말, 임의의 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다.
실시예로, 무선 통신부(152)는, 테더 드론(200) 인터페이스부의 무선 통신유닛과 통신하여 테더 드론(200)의 비행을 컨트롤하는 비행제어 신호, 테더 드론(200)의 촬영을 컨트롤하는 촬영제어 신호 등을 송신할 수 있다.
마지막으로, 제어부(160)는, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 서비스를 제공하기 위하여 전술한 각 구성요소의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
실시예에서, 제어부(160)는, 현재 케이블 장력 및/또는 테더 드론(200)의 비행고도에 따라서 케이블 권취부(121)의 모터(123)를 제어하여 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200)을 연결하는 케이블의 장력을 조절할 수 있다. 또한, 제어부(160)는, 지상 스테이션(100)으로부터 테더 드론(200)으로 공급되는 전원의 공급량을 조절할 수 있다. 또한, 제어부(160)는, 테더 드론(200)을 통해 감지된 지상 구조물과 비행고도를 기반으로, 케이블 가이드(130)의 가이드 샤프트(131)와, 가이드 샤프트(131)에 기준하여 회전 동작을 수행하는 가이드 헤더(132)에 의한 중심각을 제어하여 테더 드론(200)의 이동반경을 컨트롤할 수 있다. 또한, 제어부(160)는, 가이드 샤프트(131)의 길이 즉, 높이에 따른 케이블의 최소 권취량을 제어할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 이하에서 후술하기로 한다.
또한, 이러한 제어부(160)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세스(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
- 테더 드론
한편, 본 발명의 실시예에서 테더 드론(200)은, 지상 스테이션(100)으로부터 권출된 케이블과 연결되어 전원을 공급받으며, 지상 스테이션(100)으로부터 획득되는 드론 조종사의 입력 또는 기설정된 드론 제어 프로세스에 의해 컨트롤되어 비행 및/또는 촬영 등을 수행할 수 있다.
자세히, 도 2를 더 참조하면, 이러한 테더 드론(200)은, 인터페이스부(210), 전원유닛(220), 구동부(230), 센서부(240), 카메라(250) 및 프로세서(260)를 포함할 수 있다.
먼저, 인터페이스부(210)는, 테더 드론(200)의 프로세서(260)와 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 서비스를 구현하기 위한 주변기기들을 연결할 수 있다.
자세히, 실시예에서 인터페이스부(210)는, 유선 통신유닛(211)과 무선 통신유닛(212)을 포함할 수 있다.
여기서, 유선 통신유닛(211)은, 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100)을 연결하는 케이블을 기반으로 구현될 수 있으며, 케이블에 기반한 데이터, 정보 및/또는 전원 등의 송수신을 수행할 수 있다.
실시예에서, 유선 통신유닛(211)는, 지상 스테이션(100) 지상 통신부(150)의 유선 통신부(151)와 통신하여 지상 스테이션(100)의 전원공급부(110)로부터 출력되는 전원을 전원유닛(220)으로 수신할 수 있다.
또한, 무선 통신유닛(212)은, 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 지상 스테이션(100), 기지국, 외부의 단말, 임의의 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다. 또한, 무선 통신유닛(212)은, 블루투스(Bluetooth)나 와이파이(Wi-Fi) 등과 같은 근거리 무선 통신 모듈을 포함할 수도 있다.
실시예에서, 무선 통신유닛(212)은, 지상 스테이션(100) 지상 통신부(150)의 무선 통신부(152)와 통신하여 테더 드론(200)의 비행을 컨트롤하는 비행제어 신호, 테더 드론(200)의 촬영을 컨트롤하는 촬영제어 신호 등을 수신할 수 있다.
또한, 이러한 인터페이스부(210)는, 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 전원유닛(220)은, 프로세서(260)의 컨트롤에 의하여 외부의 전원 및/또는 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들에게 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
예를 들어, 전원유닛(220)은, 전원저장부, 연결포트, 전원공급 제어부(160) 및 충전 모니터링부(140) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 전원유닛(220)은, 지상 스테이션(100)으로부터 수급된 전원을 동체에 탑재체들이 사용할 수 있는 전압 수준으로 변환할 수 있는 DC/DC 컨버터를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 구동부(230)는, 테더 드론(200)의 추진력을 확보하는 프로펠러(propeller)를 구동하는 구동모터(123)로 구현될 수 있다. 이때, 구동부(230)는, 복수의 프로펠러를 구동하는 복수의 구동모터(123)를 포함할 수 있으며, 프로세서(260)의 컨트롤에 의해 동작할 수 있다.
여기서, 구동부(230)는, 일반적으로 25V ~ 33V의 직류(DC) 전원을 사용하며, 테더 드론(200)의 전원을 가장 많이 소모하는 에너지 싱크에 해당할 수 있다.
다음으로, 센서부(240)는, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 서비스와 관련된 각종 데이터 및/또는 정보 등을 센서를 통하여 획득할 수 있다.
자세히, 실시예로 센서부(240)는, 주변환경을 감지하는 거리센서(예컨대, 근접센서, 적외선 센서, 레이저 센서 등), 위치센서, 자이로센서 및/또는 가속센서 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 센서부(240)는, 적어도 하나 이상의 센서를 기반으로 테더 드론(200)의 주변환경에 대한 각종 데이터(예컨대, 테더 드론(200)과 지상 구조물 간의 거리 데이터, 테더 드론(200)의 위치 데이터, 테더 드론(200)의 속도 데이터 등)를 센싱할 수 있다.
다음으로, 카메라(250)는, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 서비스와 관련된 촬영 영상을 획득할 수 있다.
자세히, 카메라(250)는, 테더 드론(200)의 일측에 배치되어 배치된 방향측에 기준한 주변환경을 촬영할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 카메라(250)는, 테더 드론(200)의 비행과 연동하여 목표지점을 촬영한 영상을 획득할 수 있다.
또한, 이와 같은 카메라(250)는, 이미지 센서와 영상 처리 모듈을 포함할 수 있다.
자세히, 카메라(250)는, 이미지 센서(예를 들면, CMOS 또는 CCD)를 통해 정지영상 및/또는 동영상을 포함하는 촬영 영상을 획득할 수 있고, 획득된 촬영 영상을 영상 처리 모듈을 기반으로 처리할 수 있다.
예를 들어, 카메라(250)는, 영상 처리 모듈을 이용하여 이미지 센서를 통해 획득된 정지영상 또는 동영상을 가공해 필요한 정보를 추출하고, 추출된 정보를 프로세서(260)에 전달할 수 있다.
이때, 테더 드론(200)의 프로세서(260)는, 카메라(250)를 통해 획득된 촬영 영상을 인터페이스부(210)를 통하여 지상 스테이션(100)으로 제공할 수 있다.
마지막으로, 프로세서(260)는, 전술한 각 유닛의 전반적인 동작을 컨트롤하고 구동할 수 있다.
자세히, 실시예에서 프로세서(260)는, 상기 각 유닛의 전반적인 동작을 제어하고 구동함으로써 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100) 간의 연동을 가능하게 하며, 이를 통해 원활한 테더 드론(200) 서비스가 제공되게 할 수 있다.
이러한 프로세서(260)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세스(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
- 지상 스테이션이 케이블을 제어하여 테더 드론을 지원하는 방법
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션(100)이 케이블을 제어해 테더 드론(200)을 지원하는 방법을 상세히 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 전원공급부(110), 장력제어부(120), 케이블 가이드(130), 모니터링부(140), 지상 통신부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있는 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200)을 연결하는 케이블의 장력을 조절하여 테더 드론(200)의 안정적 비행을 구현할 수 있다.
자세히, 제어부(160)는, 1) 장력 센서로부터 획득된 현재 케이블 장력 및/또는 2) 테더 드론(200)의 비행고도에 따라서 장력제어부(120)의 모터(123)를 제어해 케이블의 장력을 조절할 수 있다.
보다 상세히, 제어부(160)는, 케이블 가이드(130) 상에 배치된 장력 센서로부터 획득된 현재 케이블 장력에 따른 케이블 장력 조절을 위하여, 먼저 장력 센서를 기반으로 현재 케이블에서 발생하는 장력을 획득할 수 있다.
또한, 제어부(160)는, 장력 센서로부터 획득된 현재 케이블 장력에 기반하여 기설정된 기준(예컨대, 지속적으로 유지하도록 기설정된 소정의 장력값 등)에 따라 케이블에 인가되는 장력이 제어되도록 케이블의 길이를 조절할 수 있다.
실시예에서, 제어부(160)는, 케이블에 인가되는 장력을 기설정된 기준에 따라 제어하기 위하여 조절되는 장력의 증감에 반비례하여 케이블 길이를 조절할 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는, 장력값이 클수록 장력이 크고 지속적으로 유지하려는 장력값을 10이라고 기설정할 수 있다. 그리고 제어부(160)는, 장력 센서로부터 획득된 현재 케이블 장력이 20일 경우, 현재 케이블 장력을 기설정된 장력값인 10으로 감소시키기 위해 장력제어부(120)로부터 케이블을 소정의 길이만큼 권출하여 케이블 길이를 연장할 수 있다.
즉, 제어부(160)는, 장력 센서로부터 획득된 현재 케이블 장력과 기설정된 기준을 기반으로 케이블의 길이를 조절할 수 있고, 이를 통해 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200)을 연결하는 케이블에 인가되는 장력을 조절할 수 있다.
이때, 제어부(160)는, 획득된 장력에 기초하여 케이블 일단에 연결되어 있는 테더 드론(200)이 지상 구조물(예컨대, 건물, 전봇대, 나무 등)과 같은 특정 장애물에 접촉하여 엉킴이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는, 획득된 장력이 소정의 기준 이상의 세기를 가지는 경우, 케이블이 지상 구조물에 접촉하여 엉킴이 발생해 과도한 장력이 발생한 것으로 간주함으로써, 케이블 장력에 기반하여 케이블의 엉킴 발생 여부를 판단할 수 있다.
그리고 제어부(160)는, 케이블 엉킴이 발생한 것으로 판단된 경우, 테더 드론(200)의 비행을 중단시키는 비행제어 신호 및/또는 케이블과 지상 구조물이 엉킨 상황을 알리는 엉킴위험 신호를 생성해 테더 드론(200)으로 송신하여, 테더 드론(200)이 착륙하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(160)는, 획득된 장력에 기초하여 장력제어부(120)에서 권출된 케이블의 길이가 테더 드론(200)의 비행을 지원하기에 적절한지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는, 획득된 장력이 소정의 기준 이상의 세기를 가지는 경우, 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200)을 연결하는 케이블의 길이가 부족한 것으로 간주하여, 장력제어부(120)로부터 권출되는 케이블의 길이가 테더 드론(200)의 비행에 부적합하다고 판단할 수 있다.
그리고 제어부(160)는, 획득된 장력을 통해 케이블 길이가 부족하다고 판단된 경우, 장력제어부(120)가 케이블을 소정의 길이 이상 더 권출하도록 제어할 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 테더 드론(200)의 비행고도를 기반으로 케이블 장력을 조절하기 위하여, 먼저 지상 스테이션(100)과 케이블을 통해 연결되어 있는 테더 드론(200)의 비행고도를 획득할 수 있다.
자세히, 제어부(160)는, 테더 드론(200)의 비행고도를 지상 통신부(150)를 통하여 테더 드론(200)으로부터 수신해 획득하거나, 장력제어부(120)로부터 권출된 케이블의 길이를 기반으로 측정하여 획득할 수 있다.
이때, 제어부(160)는, 획득된 테더 드론(200)의 비행고도를 모니터링부(140)의 컨트롤러에 의해 입력되는 드론 비행 조종신호를 기반으로 실시간 업데이트(update)할 수 있다.
또한, 제어부(160)는, 획득된 비행고도보다 소정의 길이만큼 케이블의 길이가 더 길도록 제어하여 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200) 사이의 케이블 장력이 최소가 되도록 장력제어부(120)의 모터(123)를 컨트롤할 수 있다.
이때, 제어부(160)는 상기 소정의 길이를 기설정할 수 있으며, 예컨대 소정의 길이는, 비행고도가 약 30미터인 경우 3미터에서 6미터, 비행고도가 약 50미터인 경우 5미터에서 10미터, 비행고도가 약 100미터인 경우 10미터에서 20미터와 같이 기설정될 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는, 테더 드론(200)의 비행고도가 약 30미터인 경우, 해당 비행고도보다 3미터에서 6미터만큼 케이블의 길이가 더 길도록 장력제어부(120)의 모터(123)를 컨트롤할 수 있고, 이를 통해 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200) 사이의 케이블 장력이 최소가 되도록 케이블 장력을 조절할 수 있다.
한편, 실시예에서 비행고도는, 로라(LoRa)통신이 허용하는 거리 이내가 바람직하며, 통상 1~3Km 이내에서 자유롭게 조절이 가능할 수 있다.
자세히, 로라(LoRa)통신의 허용거리는 도심에서 1~3Km이고, 시야가 확보된 지역에서는 15Km까지 가능할 수 있다. 따라서, 케이블의 무게를 허용하는 한도까지 테더 드론(200)의 비행고도를 높일 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예는 테더 드론(200)의 비행이 1~3Km 이내의 비행이며 테더 드론(200)이 케이블의 무게를 감안가능한 경우에 바람직하지만, 이에 한정되지 않으며, 와이파이(WI-FI) 및/또는 롱텀 에볼루션(Long-Term Evolution, LTE) 통신을 이용하면 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200)의 거리 및 고도가 2~3Km일 때까지 통신이 가능하므로, 케이블의 무게를 허용하는 한도까지 테더 드론(200)의 비행고도를 얼마든지 높일 수 있음은 자명할 것이다.
이와 같이, 제어부(160)는, 장력 센서로부터 획득된 현재 케이블 장력 및/또는 테더 드론(200)의 비행고도에 따라서 장력제어부(120)의 모터(123)를 제어해 케이블의 장력을 조절함으로써, 테더 드론(200) 비행의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(160)는, 지상 스테이션(100)으로부터 테더 드론(200)으로 공급되는 전원 공급량을 조절할 수 있다.
자세히, 제어부(160)는, 전원공급부(110)의 전력모듈을 통하여 일정 시간마다 전력계로부터 측정되는 전압, 전류 또는 전력을 획득할 수 있다.
여기서, 지상 스테이션(100)의 제어부(160) 상에는 전원의 공급량을 조절하기 위한 기준 데이터가 기설정되어 있을 수 있으며, 해당 기준 데이터가 기설정된 제어부(160)는, 테더 드론(200)으로부터 DC/DC컨버터를 거친 이후에 측정되는 전압, 전류 또는 전력을 전력모듈을 기반으로 획득할 수 있다.
이후, 제어부(160)는, 획득된 전압, 전류 또는 전력에 기초하여 전원공급부(110)로부터 케이블을 통해 테더 드론(200)으로 공급되는 전원 공급량을 조절할 수 있다.
실시예로, 제어부(160)는, 상기 기설정된 기준 데이터에 기반한 범위의 전압보다 높거나 낮은 경우 및/또는 케이블로부터 공급되는 전류 및 전력이 기전 범위를 벗어나는 경우, 내부 기기의 파손, 케이블의 단선이나 누전, 테더 드론(200) 시스템의 오작동 등이라 판별하고 연결된 케이블을 통한 전원 공급을 차단하도록 전원 공급량 제어신호를 생성할 수 있다.
이때, 전원 공급의 차단은, 물리적으로 케이블을 제거하는 수단이 마련되거나 스위치 오프(Off) 등의 전기제어를 통해 상기 케이블에 대한 전원 공급을 중단하는 등 여러 형태로 구현될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(160)에서 상기 케이블이 단선하도록 신호가 생성되어 테더 드론(200)에 대한 전원 공급이 중단되면, 테더 드론(200)은, 동체 내에 배치된 전원저장부 등을 기반으로 구동부(230)의 프로펠러를 가동하고 기 설정된 비상착륙 프로세스에 따라 지상에 착륙할 수 있다.
여기서, 테더 드론(200)의 프로세서(260)는, 상기 전원저장부의 용량을 고려하여 상기 전원저장부에서 테더 드론(200)의 각 구성요소로 공급되는 전력을 제어할 수 있다.
이때, 프로세서(260)는, 카메라(250)에서 측정된 영상, 센서부(240)에서 측정된 정보 및/또는 해당 테더 드론(200)의 실시간 위치 정보 등을 인터페이스부(210)를 통하여 지상 스테이션(100)으로 우선적으로 전달하게 구성될 수 있으며, 상기 전원저장부를 사용하는 경우 카메라(250)의 작동을 중단하고 상기 센서부(240)에서 생성된 해당 테더 드론(200)의 실시간 위치만을 지상 스테이션(100)으로 전달하게 구성될 수 있다. 그리고 프로세서(260)는, 해당 테더 드론(200)의 착륙 이후에도 별도의 제어신호가 입력되기 전까지 센서부(240) 및 통신모듈을 통하여 현재 착륙한 지점에 대한 데이터를 지상 스테이션(100)으로 송출할 수 있다.
이와 같이, 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 테더 드론(200)으로부터 획득되는 전압, 전력 또는 전력에 기초하여 케이블을 통해 전원공급부(110)로부터 테더 드론(200)으로 공급되는 전원 공급량을 조절함으로써, 불필요한 전원의 손실을 최소화함과 동시에 테더 드론(200) 비행의 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 테더 드론(200)으로부터 감지된 지상 구조물과 해당 테더 드론(200)의 비행고도에 기반하여 해당 테더 드론(200)의 이동반경을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션(100)이 테더 드론(200)의 이동반경을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
자세히, 도 6을 참조하면 제어부(160)는, 테더 드론(200)을 통해 감지된 지상 구조물의 위치와 해당 테더 드론(200)의 비행고도(d)를 기반으로 케이블 가이드(130)의 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)에 의한 중심각(θ)을 제어할 수 있고, 이를 통해 해당 테더 드론(200)의 이동반경을 제어할 수 있다.
보다 상세히, 먼저 제어부(160)는, 테더 드론(200)으로부터 감지된 지상 구조물의 위치와 해당 테더 드론(200)의 비행고도(d)를 획득할 수 있다.
이때, 테더 드론(200)의 프로세서(260)는, 센서부(240) 및/또는 카메라(250)를 통하여 지상 구조물의 위치와 비행고도(d)를 획득할 수 있고, 획득된 데이터를 인터페이스부(210)를 통해 지상 스테이션(100)으로 제공할 수 있다.
여기서, 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 지상 통신부(150)를 통하여 지상 구조물의 위치와 비행고도(d)를 테더 드론(200)으로부터 수신할 수 있으며, 실시예에 따라서 제어부(160)는, 테더 드론(200)의 비행고도(d)를 장력제어부(120)로부터 권출된 케이블의 길이를 기반으로 측정하여 획득할 수도 있다.
또한, 지상 구조물의 위치와 테더 드론(200)의 비행고도(d)를 획득한 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 획득된 지상 구조물의 위치와 비행고도(d)에 기초하여 테더 드론(200)에 대한 허용 이동반경(r)을 결정할 수 있다.
여기서, 허용 이동반경(r)은, 특정 고도에 대하여 지상 구조물과, 지상 스테이션(100) 및 테더 드론(200)을 연결하는 케이블이 상호 접촉하지 않으면서 테더 드론(200)이 비행할 수 있는 범위를 의미할 수 있으며, 지상 스테이션(100)의 케이블 가이드(130)를 기준 축으로 하여 테더 드론(200)이 얼마만큼 이격된 거리까지 지상 구조물과의 엉킴없이 안전하게 비행할 수 있는지를 나타낼 수 있다.
즉, 제어부(160)는, 획득된 지상 구조물의 위치와 비행고도(d)를 기반으로 해당 지상 구조물과 케이블이 서로 접촉하여 엉키는 상황을 방지할 수 있는 영역을 판단하여 테더 드론(200)에 대한 허용 이동반경(r)을 도출할 수 있다.
또한, 제어부(160)는, 결정된 허용 이동반경(r)에 기초하여 케이블 가이드(130)의 가이드 샤프트(131)와 가이드 헤더(132)에 의한 중심각(θ)을 제어할 수 있다.
자세히, 먼저 제어부(160)는, 케이블과 지상 구조물이 접촉하여 엉키는 상황을 방지할 수 있는 안전한 이동반경 내에서 테더 드론(200)이 비행하도록 하는 케이블 가이드(130)에 대한 허용 중심각(θ)을, 획득된 허용 이동반경(r)에 기초하여 산출할 수 있다.
그리고 제어부(160)는, 케이블 가이드(130)의 중심각(θ)이 산출된 허용 중심각(θ)을 이루도록 케이블 가이드(130)의 가이드 헤더(132)를 제어하여, 테더 드론(200)의 이동반경을 허용 이동반경(r) 내로 제한할 수 있다.
즉, 제어부(160)는, 허용 이동반경(r) 내에서 테더 드론(200)이 이동하도록 케이블 가이드(130)의 중심각(θ)을 제어함으로써, 케이블 가이드(130)로부터 연장되는 케이블에 연결된 테더 드론(200)의 이동가능 영역을 지상 구조물과의 접촉이 방지되는 안전한 영역 내로 제한할 수 있다.
이때, 제어부(160)는, 케이블 가이드(130)의 가이드 헤더(132)의 회전을 통하여 중심각(θ)을 컨트롤할 수 있다.
자세히, 제어부(160)는, 수직방향 즉, 가이드 샤프트(131)의 길이방향으로 최대 90도(˚)까지 중심각(θ)을 조정할 수 있고, 수평방향 즉, 가이드 샤프트(131)의 길이방향에 수직하는 방향으로 360도(˚)까지 중심각(θ)을 조정할 수 있는 가이드 헤더(132)를 통하여, 케이블 가이드(130)의 중심각(θ)이 결정된 허용 이동반경(r) 내에서 테더 드론(200)이 비행할 수 있게 하는 허용 중심각(θ)을 이루도록 가이드 헤더(132)를 회전시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는, 비행고도(d)가 100미터일 때 허용 이동반경(r)이 50m인 경우, 테더 드론(200)이 100미터 고도 상에서 허용 이동반경(r)인 50m 범위 내로 비행하게 하는 허용 중심각(θ)(예컨대, 45도)을 산출할 수 있다. 그리고 제어부(160)는, 케이블 가이드(130)의 중심각(θ)이 산출된 허용 중심각(θ)(예컨대, 45도)을 이루도록 가이드 헤더(132)를 회전시켜 중심각(θ) 제어를 수행할 수 있다.
즉, 제어부(160)는, 테더 드론(200)에서 감지된 지상 구조물의 위치와 테더 드론(200)의 비행고도(d)를 기반으로 해당 지상 구조물과 케이블이 접촉하지 않는 허용 이동반경(r)을 도출할 수 있고, 도출된 허용 이동반경(r) 내에서 비행하도록 케이블 가이드(130)의 중심각(θ) 제어할 수 있으며, 이를 통해 테더 드론(200)이 지상 구조물과의 엉킴 없이 비행할 수 있도록 테더 드론(200)의 이동반경을 컨트롤할 수 있다.
또한, 제어부(160)는, 테더 드론(200)이 지상 구조물과의 엉킴 없이 비행할 수 있도록 테더 드론(200)의 이동반경을 제어함으로써, 테더 드론(200)이 안정적인 비행을 수행하게 할 수 있고 원활한 수평 이동을 보조할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션(100)의 제어부(160)는, 케이블 가이드(130)의 가이드 샤프트(131) 높이를 기반으로 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200)을 연결하는 케이블의 최대 권취 한계를 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지상 스테이션(100)이 테더 드론(200)과 연결된 케이블의 최대 권취 한계를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
자세히, 도 7을 참조하면 제어부(160)는, 다단 샤프트로 구현되어 길이방향으로 직선 왕복 운동을 수행할 수 있는 가이드 샤프트(131)의 높이(h, 즉 길이)에 기초하여 장력제어부(120)에 수용된 케이블의 최대 권취 한계를 제어할 수 있다.
여기서, 최대 권취 한계는, 제어부(160)에 의해 기설정될 수 있으며 테더 드론(200)의 원활한 비행을 위하여 필요한 최소한으로 권취부에서 권출된 케이블 길이를 의미할 수 있다.
즉, 제어부(160)는, 테더 드론(200)의 원활한 비행을 위하여 필요한 최소한의 케이블 길이(최대 권취 한계)를 판단할 때, 상황에 따라 높이가 조절되는 가이드 샤프트(131)의 높이(h)를 고려하여 최대 권취 한계를 결정할 수 있다.
실시예로, 제어부(160)는, 가이드 샤프트(131)의 높이(h)에 비례하여 최대 권취 한계를 증감시키는 제어를 수행할 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는, 가이드 샤프트(131)의 높이(h)가 10미터 높아진 경우, 기설정된 케이블의 최대 권취 한계가 10미터 증가되도록 제어할 수 있다. 다른 예에서, 제어부(160)는, 가이드 샤프트(131)의 높이(h)가 10미터 낮아진 경우, 기설정된 케이블의 최대 권취 한계를 10미터 감소되도록 제어할 수 있다.
또한, 다른 실시예에서 제어부(160)는, 케이블 가이드(130)의 전체적인 높이에 기초하여 장력제어부(120)에 수용된 케이블의 최대 권취 한계를 제어할 수 있다.
자세히, 제어부(160)는, 제어부(160)를 통해 기설정되어 있는 가이드 헤더(132)의 길이와, 상황에 따라 변동되는 가이드 샤프트(131)의 높이(h)를 통합한 케이블 가이드(130)의 전체 높이에 기초하여, 케이블의 최대 권취 한계를 증감시키는 제어를 수행할 수도 있다.
예를 들어, 제어부(160)는, 기설정된 가이드 헤더(132)의 길이가 5미터이고, 가이드 샤프트(131)의 높이(h)가 10미터에서 15미터로 5미터 증가한 경우, 케이블의 최대 권취 한계를 20미터 이상으로 제어할 수 있다. 다른 예에서, 제어부(160)는, 가이드 헤더(132)의 길이가 5미터이고, 가이드 샤프트(131)의 높이(h)가 10미터에서 5미터로 5미터 감소한 경우, 케이블의 최대 권취 한계를 10미터 이상으로 제어할 수 있다.
이와 같이, 제어부(160)는, 케이블 가이드(130)의 높이에 따라서 지상 스테이션(100)과 테더 드론(200)을 연결하는 케이블의 최대 권취 한계를 제어함으로써, 케이블의 장력을 적정하게 유지시킬 수 있고, 케이블 가이드(130)의 높이 변동이 테더 드론(200)의 이동반경에 미치는 영향을 최소화할 수 있으며, 결과적으로 테더 드론(200)의 비행이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 따른 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 시스템은, 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100)을 연결하는 케이블이 지상 구조물과 접하여 엉키는 현상을 방지함으로써, 테더 드론(200)이 안정적인 비행을 수행하게 할 수 있고 케이블 엉킴에 의한 테더 드론(200)의 파손을 예방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 시스템은, 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100)을 연결하는 케이블을 제어하여 테더 드론(200)의 원활한 수평 이동을 보조함으로써, 테더 드론(200)의 활용성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 시스템은, 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100)을 연결하는 케이블을 제어하여 테더 드론(200)의 이륙 및 착륙을 편리하게 수행하도록 함으로써, 테더 드론(200)의 사용성을 향상시키고 조종사의 편리함을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 테더 드론(200)을 지원하는 지상 스테이션(100) 및 이를 포함하는 테더 드론(200) 시스템은, 테더 드론(200)과 지상 스테이션(100)을 연결하는 케이블을 제어하는 케이블 가이드(130)를 튜브형으로 구현하여, 바람의 세기(강도)를 측정해 테더 드론(200)의 비행을 제어함으로써, 테더 드론(200)의 비행에 영향을 미치는 기상환경을 고려하여 보다 안전한 테더 드론(200)의 비행을 수행하게 할 수 있다.
본 발명은, 무인 비행체인 드론에 연결된 케이블을 통해 드론에 전원을 공급하고 제어하는 장치를 포함하는 시스템이므로, 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (10)

  1. 케이블을 통해 테더 드론에 전원을 공급하는 전원공급부;
    상기 케이블을 권취 또는 권출하여 상기 케이블의 장력을 조절하는 장력제어부;
    상기 케이블을 소정의 지점까지 가이딩하는 케이블 가이드;
    상기 케이블을 통해 상기 테더 드론과 통신하는 지상 통신부; 및
    상기 전원공급부를 제어하여 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론으로의 전원 공급을 제어하고, 상기 장력제어부를 통해 상기 케이블의 장력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 케이블 가이드는,
    상기 장력제어부에서 권출된 케이블을 소정의 높이까지 가이드하는 가이드 샤프트를 포함하는
    테더 드론을 지원하는 지상 스테이션.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 샤프트는,
    관 구조를 가지는 다단 샤프트로 구성되고, 내부의 통로에 케이블을 수용하여 상기 소정의 높이까지 상기 케이블을 가이드하는
    테더 드론을 지원하는 지상 스테이션.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이블 가이드는,
    상기 케이블을 수용하며 전도성 소재로 구성된 내부 플라스틱관과, 케이블 가이드의 외형을 형성하며 전도성 소재로 구성된 외부 플라스틱관과, 상기 내부 플라스틱관과 상기 외부 플라스틱관의 사이에 배치되어 전류를 차단하는 절연 수축튜브와, 상기 가이드 샤프트와 상기 가이드 샤프트의 일단에 가이드 헤더를 연결하여 지탱하는 탄성부재와, 상기 가이드 헤더가 꺾이는 경우에 완충 작용을 수행하는 지지부재를 포함하는
    테더 드론을 지원하는 지상 스테이션.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이블 가이드는,
    상기 가이드 샤프트와 힌지를 통해 연결되어 상기 가이드 샤프트에 회전 가능하도록 결합된 가이드 헤더를 더 포함하고,
    상기 가이드 헤더는,
    상기 가이드 샤프트를 통해 이동된 케이블을 상기 소정의 지점에서 소정의 방향으로 권출되도록 가이드하는
    테더 드론을 지원하는 지상 스테이션.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가이드 헤더를 수직 및 수평방향으로 회전시켜 상기 케이블의 권출방향을 제어하는
    테더 드론을 지원하는 지상 스테이션.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 케이블 가이드는,
    상기 가이드 샤프트 및 상기 가이드 헤더에 배치되어 상기 케이블을 지지하는 롤러와, 상기 케이블의 장력을 센싱하는 장력 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 장력 센서로부터 획득된 상기 케이블의 장력값을 기초로 상기 장력제어부를 제어하여 상기 케이블의 장력을 조절하는
    테더 드론을 지원하는 지상 스테이션.
  7. 케이블을 통해 테더 드론에 전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 케이블을 권취 또는 권출하여 상기 케이블의 장력을 조절하는 장력제어부와, 상기 케이블을 소정의 지점까지 가이딩하는 케이블 가이드와, 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론과 통신하는 지상 통신부와, 상기 전원공급부를 제어하여 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론으로의 전원 공급을 제어하고, 상기 장력제어부를 통해 상기 케이블의 장력을 제어하는 제어부를 포함하는 지상 스테이션; 및
    상기 지상 통신부와 통신하는 인터페이스부와, 상기 인터페이스부를 통하여 상기 전원공급부로부터 상기 전원을 공급받는 전원유닛과, 상기 공급받은 전원을 기반으로 추진력을 확보하는 프로펠러(propeller) 및 구동모터를 포함하는 구동부와, 주변환경 데이터를 센싱하는 센서부와, 촬영 영상을 획득하는 카메라와, 상기 인터페이스부를 제어하여 상기 센서부와 상기 카메라를 통해 획득된 데이터를 상기 지상 스테이션으로 송신하고, 상기 전원유닛과 상기 구동부를 제어하여 비행 동작을 수행하는 프로세서를 포함하는 테더 드론;을 포함하는
    테더 드론 시스템.
  8. 테더 드론과 지상 스테이션에 전원을 공급하는 전원공급부;
    상기 테더 드론과 지상 스테이션을 연결하는 케이블을 권취 또는 권출하는 장력제어부;
    상기 케이블을 수용하여 제어하는 케이블 가이드;
    상기 케이블을 기반으로 상기 테더 드론과 통신하는 지상 통신부; 및
    상기 지상 통신부와 상기 전원공급부를 제어하여 상기 케이블을 통해 상기 테더 드론으로 전원을 공급하고, 상기 장력제어부를 제어하여 상기 케이블의 길이를 조절하며, 상기 케이블 가이드를 제어하여 상기 테더 드론의 이동반경을 조절하는 제어부;를 포함하고,
    상기 케이블 가이드는,
    다단의 샤프트로 구현되어 상기 케이블 가이드의 높이를 조절하는 가이드 샤프트와, 상기 가이드 샤프트와 회전가능하게 연결되어 상기 테더 드론의 이동반경이 조절되도록 상기 케이블을 제어하는 가이드 헤더를 포함하는
    테더 드론 시스템..
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이블 가이드는,
    내부 또는 외부에 상기 케이블 가이드에 수용된 상기 케이블과, 상기 가이드 샤프트 또는 상기 가이드 헤더 사이의 마찰력을 최소화하는 롤러와, 상기 케이블의 장력을 센싱하는 장력 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 장력 센서로부터 획득된 상기 케이블의 현재 장력을 기반으로 상기 장력제어부를 제어하여 상기 케이블의 장력을 조절하는
    테더 드론 시스템..
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이블 가이드는,
    3중 구조의 관을 형성하는 튜브형 케이블 가이드로 구현되고,
    상기 튜브형 케이블 가이드는,
    상기 케이블을 수용하며 전도성을 가지는 내부 플라스틱관과, 상기 튜브형 케이블 가이드의 외형을 형성하며 전도성이 없는 외부 플라스틱관과, 상기 내부 플라스틱관과 상기 외부 플라스틱관의 사이에 배치되어 전류를 차단하는 절연 수축튜브와, 상기 가이드 샤프트와 상기 가이드 헤더를 연결하여 지탱하는 탄성부재와, 상기 가이드 헤더가 꺾이는 경우에 완충 작용을 수행하는 지지부재를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 튜브형 케이블 가이드에 기반하여 상기 테더 드론이 비행하는 환경에서의 바람의 세기를 측정하고, 상기 측정된 바람의 세기에 따라서 상기 테더 드론의 비행을 제어하는
    테더 드론 시스템..
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