KR102324340B1 - 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 장치 및 이를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 장치는 드론의 이륙, 착륙 및 비행을 위한 양력 및 비행력을 발생시키는 비행모듈과, 드론 스테이션과 통신을 위한 통신모듈과, 위성으로부터 위성 위치 정보를 수신하여 드론의 현재 위치를 확인하는 항법모듈과, 상기 드론 스테이션이 방사하는 비콘 신호를 수신하는 비콘모듈과, 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔을 감지하기 위한 카메라모듈과, 상기 통신모듈을 통해 상기 드론 스테이션과 통신하여 상기 드론 스테이션의 위치를 획득하면, 상기 위성 위치 정보를 기준으로 상기 드론 스테이션의 위치를 향하여 비행하도록 상기 비행모듈을 제어하고, 상기 비행 중 드론의 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치와 근접해짐에 따라 상기 드론 스테이션으로부터 수신되는 비콘 신호 및 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔을 순차로 이용하여 상기 드론 스테이션에 착륙하도록 상기 비행모듈을 제어하는 제어모듈을 포함한다.

Description

드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 장치 및 이를 위한 방법{Drone apparatus for landing at drone station and method therefor}

본 발명은 드론에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것이다.

드론이란 조종사가 비행기에 타지 않고 원격에서 무선 조정이 가능한 무인 항공기를 의미한다. 사전적 의미로는 벌 등이 왱왱거리는 소리 또는 낮게 웅웅거리는 소리를 뜻한다. 기체에 사람이 타지 않고 지상에서 원격조종한다는 점에서 무인항공기(UAV)라는 표현도 쓰인다.

제2차 세계대전 직후 수명을 다한 낡은 유인 항공기를 공중 표적용 무인기로 재활용하는 데에서 개발되기 시작한 드론은 냉전 시대에 들어서는 적 기지에 투입돼 정찰 및 정보수집 임무를 수행하였다. 이후 원격탐지장치, 위성제어장치 등 최첨단 장비를 갖추고 사람이 접근하기 힘든 곳이나 위험지역 등에 투입되어 정보를 수집하기도 하고, 공격용 무기를 장착하여 지상군 대신 적을 공격하는 공격기의 기능으로 활용되고 있다. 아울러 최근에는 군사적 역할 외에도 다양한 민간 분야에서 활용되고 있다. 대표적인 것이 화산 분화구 촬영처럼 사람이 직접 가서 촬영하기 어려운 장소를 촬영하거나, 인터넷 쇼핑몰의 무인(無人)택배 서비스이다. 무인택배 서비스의 경우 인공위성을 이용해 위치를 확인하는 GPS(위성항법장치) 기술을 활용해 서류, 책, 피자 등을 개인에게 배달하는 것이다.

드론은 프로펠러의 개수에 따라 바이콥터(2개), 쿼드콥터(4개), 헥사콥터(6개), 옥토콥터(8개) 등으로 구분한다. 프로펠러 개수가 3개인 드론도 있으나 이는 바이콥터와 유사한 방식으로 공중에 뜬다. 드론에 부착되는 프로펠러가 짝수인 것은 뉴턴의 제3법칙인 작용 반작용의 법칙을 활용하기 때문이다. 프로펠러가 4개 달려 있는 쿼트콥터를 기준으로, 마주보는 프로펠러 1쌍은 시계 방향으로 돌고 다른 1쌍은 반시계 방향으로 회전해 작용 반작용의 원리에 의해 일정 고도를 유지하며 떠 있는 호버링(hovering)을 할 수 있게 된다.

앞쪽 프로펠러보다 뒤쪽 프로펠러를 빠른 속도로 회전시키면 드론은 앞으로 나아갈 수 있다. 프로펠러가 느리게 도는 쪽의 양력, 즉 들어 올리는 힘이 작아지고 빠르게 도는 쪽의 양력이 커지면서 드론이 앞쪽으로 기울어지게 되고, 이때 양력이 뒤쪽을 향하면서 전진하게 되는 원리이다. 왼쪽 프로펠러 2개보다 오른쪽 프로펠러 2개를 더 빠른 속도로 회전시키면 오른쪽 양력이 더 커지면서 드론이 왼쪽으로 이동하게 된다. 반대로 왼쪽 프로펠러를 더 빠르게 회전시켜 양력을 오른쪽보다 크게 만들면 오른쪽으로 이동하게 된다.

한국공개특허 제2018-0092124호 2018년 08월 17일 공개 (명칭: CCTV 드론을 근접 지원하는 드론스테이션)

본 발명의 목적은 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 장치 및 이를 위한 방법을 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 장치는 드론의 이륙, 착륙 및 비행을 위한 양력 및 비행력을 발생시키는 비행모듈과, 드론 스테이션과 통신을 위한 통신모듈과, 위성으로부터 위성 위치 정보를 수신하여 드론의 현재 위치를 확인하는 항법모듈과, 상기 드론 스테이션이 방사하는 비콘 신호를 수신하는 비콘모듈과, 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔을 감지하기 위한 카메라모듈과, 상기 통신모듈을 통해 상기 드론 스테이션과 통신하여 상기 드론 스테이션의 위치를 획득하면, 상기 위성 위치 정보를 기준으로 상기 드론 스테이션의 위치를 향하여 비행하도록 상기 비행모듈을 제어하고, 상기 비행 중 드론의 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치와 근접해짐에 따라 상기 드론 스테이션으로부터 수신되는 비콘 신호 및 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔을 순차로 이용하여 상기 드론 스테이션에 착륙하도록 상기 비행모듈을 제어하는 제어모듈을 포함한다.

상기 제어모듈은 상기 비행 중 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치의 제1 거리 이내이면, 상기 비콘모듈을 통해 상기 드론 스테이션으로부터 비콘 신호가 수신되는지 확인하고, 상기 확인 결과 상기 드론 스테이션으로부터 비콘 신호가 수신되면, 상기 비콘모듈을 통해 상기 드론 스테이션으로부터 수신되는 비콘 신호를 추종하여 상기 비행모듈을 통해 상기 드론 스테이션으로 추종 비행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어모듈은 상기 추종 비행 중 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치의 제2 거리 이내이면, 상기 카메라모듈을 통해 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔이 감지되는지 확인하고, 상기 확인 결과 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔이 감지되면, 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔의 유도에 따라 상기 비행모듈을 통해 상기 적외선 빔이 방사되는 방향으로 유도 비행하여 착륙하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드론 스테이션에 착륙하기 위한 방법은 드론 스테이션과 통신을 통해 드론 스테이션의 위치를 획득하는 단계와, 위성 위치 정보를 기준으로 상기 드론 스테이션의 위치를 향하여 비행하는 단계와, 상기 비행 중 드론의 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치와 근접해짐에 따라 상기 드론 스테이션으로부터 수신되는 비콘 신호 및 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔을 순차로 이용하여 상기 드론 스테이션에 착륙하는 단계를 포함한다.

상기 착륙하는 단계는 상기 비행 중 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치의 제1 거리 이내이면, 상기 드론 스테이션으로부터 비콘 신호가 수신되는지 확인하는 단계와, 상기 확인 결과 상기 드론 스테이션으로부터 비콘 신호가 수신되면, 상기 드론 스테이션으로부터 수신되는 비콘 신호를 추종하여 상기 드론 스테이션으로 추종 비행하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 드론 스테이션과 드론의 정밀 착륙 시스템에 의하면 무인 항공기의 완벽한 무인화 솔루션을 구축 할 수 있으며, 사람이 직접적으로 이착륙에 대한 컨트롤 하는 수고가 없어질 뿐 아니라, 언제 어디서든지 드론 스테이션과 드론은 사람이 접근하기 힘든 곳이나, 24시간 정찰해야 되는 곳에 완벽한 무인화 드론 솔루션을 구축 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인항공기의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 스테이션의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 드론이 드론 스테이션에 착륙하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 드론 시스템의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드론 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드론 시스템은 드론 스테이션(100) 및 드론(200)을 포함한다.

드론 스테이션(100)은 기본적으로 드론(200)이 이륙 및 착륙할 수 있는 공간을 제공하며, 드론(200)의 배터리를 충전 혹은 교체하기 위한 장치이고, 드론(200)이 가동되지 않는 동안 외부와 차단하여 외부의 영향으로부터 보호하기 위한 보호소와 같은 역할을 수행한다.

드론(200)은 산악 지대, 환경적인 요소가 큰 산업 환경 등에서 주기적으로 특정의 목적(임무)을 위하여 활용하기 위한 것으로, 예컨대, 산불 감시와 같은 임무를 수행한 후, 배터리 충전이 필요하거나, 감시 주기가 만료되면 드론 스테이션(100)에서 충전하거나, 다음 임무 주기 까지 대기한다.

그러면, 전술한 드론 스테이션(100) 및 드론(200) 각각에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명의 실시예에 따른 드론(200)에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인항공기의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드론(200)은 통신모듈(210), 항법모듈(220), 비콘모듈(230), 카메라모듈(240), 비행모듈(250), 저장모듈(260) 및 제어모듈(270)을 포함한다.

통신모듈(210)은 드론 스테이션(100)과 통신하기 위한 것이다. 통신모듈(210)은 안테나를 통해 송신하기 위한 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF(Radio Frequency) 송신기(Tx) 및 안테나를 통해 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기(Rx)를 포함할 수 있다. 그리고 통신모듈(210은 송신되는 신호를 변조하고, 수신되는 신호를 복조하는 모뎀(Modem)을 포함할 수 있다.

항법모듈(220)은 드론(200)의 현재 위치(위도, 경도, 고도) 및 자세(yaw, roll, pitch) 등을 측정하기 위한 것이다. 이러한 항법모듈(250)은 GPS 위성으로부터 GPS 신호를 수신하기 위한 GPS 신호 수신 모듈, 모션을측정하기 위한 자이로센서, 각속도, 가속도 등의 센서를 포함한다. 항법모듈(220)은 GPS 신호 및 센서들이 측정한 센서값을 이용하여 현재 위치 및 자세를 측정하고, 측정된 현재 위치 및 자세를 제어모듈(270)로 전송한다. 또한, 항법모듈(220)은 풍향, 풍속 등의 기상을 측정하기 위한 복수의 센서를 포함한다. 예컨대, 이러한 센서는 풍향계, 풍속계 등을 포함할 수 있다. 항법모듈(220)은 복수의 센서를 통해 지속적으로 풍향 및 풍속을 측정하여 제어모듈(270)로 전송한다.

비콘모듈(230)은 드론 스테이션(100)과 비콘을 통한 통신을 위한 것이다. 이를 위하여 비콘모듈(230)은 비콘을 송수신하기 위한 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)를 포함할 수 있다. 그리고 비콘모듈(230)은 비콘 신호를 변조하고, 복조하는 비콘용 모뎀을 포함할 수 있다.

카메라모듈(240)은 기본적으로, 가시선(가시광선)에 의한 영상을 촬영하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 카메라모듈(240)은 가시선뿐만 아니라, 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔을 촬영하여 적외선 빔을 감지할 수 있다. 이를 위하여, 카메라모듈(230)은 가시선 렌즈, 이미지센서, 적외선 렌즈, 적외선 센서 및 컨버터를 포함한다. 그 밖에, 소정의 필터 등이 카메라모듈(230)의 구성으로 더 포함될 수 있으며, 기구적으로, 렌즈, 이미지 센서 및 컨버터는 액추에이터(actuator)를 포함하는 하우징 내에 장착되고, 이러한 액추에이터를 구동시키는 드라이버 등이 카메라모듈(230)에 포함될 수 있다. 렌즈는 카메라모듈(230)에 입사되는 가시광선이 이미지 센서 상에 초점이 맺히도록 한다. 이미지 센서는 반도체소자의 제조기술을 이용하여 집적회로화된 광전변환소자이다. 이미지 센서는 예컨대, CCD(charge-coupled device) 이미지 센서 혹은 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서가 될 수 있다. 이러한 이미지 센서는 가시선 렌즈를 투과한 가시선을 감지하여 영상을 구성하는 아날로그 신호인 아날로그 영상 신호를 출력한다. 그러면, 컨버터는 아날로그 영상 신호를 영상을 구성하는 디지털 신호인 디지털 영상 신호로 변환하여 제어모듈(280)로 전달한다. 적외선 렌즈를 투과한 적외선이 적외선 센서에 상에 초점이 맺히면, 적외선센서는 적외선 에너지의 크기를 감지하여, 그 값을 출력한다. 이때, 적외선센서는 각 화소별로 그 값을 출력한다. 적외선 센서가 출력하는 화소값은 아날로그 신호이며, 컨버터는 이러한 아날로그 적외선 신호인 화소값을 디지털 적외선 신호인 디지털 적외선 영상으로 변환하여 출력한다. 컨버터는 디지털 적외선 영상을 제어모듈(280)로 전달한다. 적외선 센서는 열 센서(thermal detector)와 양자 센서(quantum detector)의 두 종류로 분류할 수 있다. 열 센서로는 대표적으로, 금속 또는 반도체를 소재로 제조되는 비냉각식 마이크로볼로미터(uncooled microbolometer)를 예시할 수 있다. 양자 센서는 InSb, InGaAs, PtSi, HgCdTe (MCT) 등으로 제조되며, GaAs/AlGaAs 층을 형성하여 QWIP(Quantum Well Infrared Photon) 센서를 구성한다. 양자 센서는 결정 내에 있는 전자의 상태가 입사 광자에 의하여 달라지는 현상을 기초로 한다. 양자 센서는 액화질소 또는 소형의 스털링 냉동냉각 장치를 사용하여 극저온까지 냉각시켜 주어야 하며, 이러한 냉각기를 포함한다. 이미지 센서가 가시광선을 감지하는 반면, 적외선 센서는 적외선 파장을 감지할 수 있는 물질로 만들어지는 마이크로미터 단위 크기의 화소로 구성되는 초점면배열체(FPA: focal plane array)이다. 적외선 센서는 적외선 파장대의 전자기파 복사를 감지하여, 적외선 에너지의 크기를 도출하고, 그 값을 출력한다. 이때, 적외선센서는 FPA의 해상도에 따라 결정되는 각 화소별로 그 값을 출력한다. 적외선 센서가 출력하는 화소값은 아날로그 신호이며, 컨버터는 이러한 아날로그 신호인 화소값을 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

비행모듈(250)은 드론(200)이 수직으로 이륙하거나 착륙할 수 있고 상하좌우전후 방향으로 비행할 수 있도록 드론(200)에 부착된 프로펠러, 날개, 모터 등을 제어하여 양력 및 비행력을 발생시키기 위한 것이다. 비행모듈(250)은 제어모듈(270)의 제어에 따른 방향 및 속도로 드론(200)을 비행하도록 한다. 특히, 비행모듈(250)은 제어모듈(270)의 제어에 따라 소정 영역 내에서 드론(200)이 정지 비행(hovering)할 수 있도록 할 수 있다.

저장모듈(260)은 드론(200)의 동작에 필요한 각 종 데이터, 애플리케이션, 드론(200)의 동작에 따라 발생된 각 종 데이터를 저장한다. 이러한 저장모듈(270)은 스토리지, 메모리 등이 될 수 있다. 특히, 저장모듈(270)은 선택적으로, 드론(200)의 부팅(booting) 및 운영(operation)을 위한 운영체제(OS, OperatingSystem), 드론(200)에게 주어진 임무 수행(예컨대, 산불 감시, 항공 지도 제작 등)을 위해 필요한 동작을 수행하는 애플리케이션을 저장할 수 있다. 저장모듈(270)에 저장되는 각 종 데이터는 사용자의 조작에 따라, 삭제, 변경, 추가될 수 있다.

제어모듈(270)은 드론(200)의 전반적인 동작 및 드론(200)의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어하고, 데이터를 처리하는 데이터 처리 기능을 수행할 수 있다. 이러한 제어모듈(270)은 중앙 처리 장치(Central Processing Unit : CPU), 애플리케이션 프로세서(Application Processor), GPU(Graphic Processing Unit) 등이 될 수 있다. 이러한 제어모듈(270)의 동작은 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션(100)은 통신부(110), 비콘부(120), 적외선발광부(130) 구동부(140), 입력부(150), 표시부(160), 저장부(170) 및 제어부(180)를 포함한다.

통신부(110)는 드론(200)과 통신하기 위한 것이다. 통신부(110)는 안테나를 통해 송신하기 위한 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF(Radio Frequency) 송신기(Tx) 및 안테나를 통해 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기(Rx)를 포함할 수 있다. 그리고 통신부(110)는 송신되는 신호를 변조하고, 수신되는 신호를 복조하는 모뎀(Modem)을 포함할 수 있다.

비콘부(120)는 드론(200)과 비콘을 통한 통신을 위한 것이다. 이를 위하여 비콘부(120)는 비콘을 송수신하기 위한 송신기(Tx) 및 수신기(Rx)를 포함할 수 있다. 그리고 비콘부(120)는 비콘 신호를 변조하고, 복조하는 비콘용 모뎀을 포함할 수 있다.

적외선발광부(130)는 적외선 빔을 방사하기 위한 것이다. 적외선발광부(130)는 제어부(180)의 제어에 따라 적외선 빔을 방사한다.

구동부(140)는 드론 스테이션(100)의 도어를 개방하거나, 폐쇄하기 위한 것이다. 구동부(140)는 제어부(180)의 제어에 따라 드론 스테이션(100)의 도어를 개방하거나, 폐쇄한다. 이러한 구동부(140)에 대해서는 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.

입력부(150)는 드론 스테이션(100)을 제어하기 위한 사용자의 키 조작을 입력받고 입력 신호를 생성하여 제어부(180)에 전달한다. 입력부(150)는 드론 스테이션(100)을 제어하기 위한 각 종 키들을 포함할 수 있다. 입력부(150)는 표시부(160)이 터치스크린으로 이루어진 경우, 각 종 키들의 기능이 표시부(160)에서 이루어질 수 있으며, 터치스크린만으로 모든 기능을 수행할 수 있는 경우, 입력부(150)은 생략될 수도 있다.

표시부(160)는 드론 스테이션(100)의 메뉴, 입력된 데이터, 기능 설정 정보 및 기타 다양한 정보를 사용자에게 시각적으로 제공한다. 표시부(160)은 드론 스테이션(100)의 부팅 화면, 대기 화면, 메뉴 화면, 등의 화면을 출력하는 기능을 수행한다. 특히, 표시부(160)은 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 상태, 드론 스테이션(100)에 드론(200)이 착륙된 경우, 드론(200)의 상태, 특히, 배터리 상태 등을 화면으로 출력하는 기능을 수행한다. 이러한 표시부(160)은 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diodes), 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED, Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 등으로 형성될 수 있다. 한편, 표시부(160)은 터치스크린으로 구현될 수 있다. 이러한 경우, 표시부(160)은 터치센서를 포함한다. 터치센서는 사용자의 터치 입력을 감지한다. 터치센서는 정전용량 방식(capacitive overlay), 압력식, 저항막 방식(resistive overlay), 적외선 감지 방식(infrared beam) 등의 터치 감지 센서로 구성되거나, 압력 감지 센서(pressure sensor)로 구성될 수도 있다. 상기 센서들 이외에도 물체의 접촉 또는 압력을 감지할 수 있는 모든 종류의 센서 기기가 본 발명의 터치센서로 이용될 수 있다. 터치센서는 사용자의 터치 입력을 감지하고, 감지 신호를 발생시켜 제어부(180)로 전송한다. 특히, 표시부(160)가 터치스크린으로 이루어진 경우, 입력부(150) 기능의 일부 또는 전부는 표시부(160)를 통해 이루어질 수 있다.

저장부(170)는 드론 스테이션(100)의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 역할을 수행한다. 특히, 저장부(170)는 드론 스테이션(100)의 사용에 따라 발생하는 사용자 데이터, 드론(200)의 상태 정보, 드론(200)으로부터 수집된 임무 관련 데이터 등이 저장되는 영역이다. 저장부(170)에 저장되는 각 종 데이터는 사용자의 조작에 따라, 삭제, 변경, 추가될 수 있다.

제어부(180)는 드론 스테이션(100)의 전반적인 동작 및 드론 스테이션(100)의 내부 블록들 간 신호 흐름을 제어하고, 데이터를 처리하는 데이터 처리 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어부(180)는 기본적으로, 드론 스테이션(100)의 각 종 기능을 제어하는 역할을 수행한다. 제어부(180)는 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit), 디지털신호처리기(DSP: Digital Signal Processor) 등을 예시할 수 있다. 이러한 제어부(180)의 동작에 대해서는 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 드론 스테이션의 구조를 설명하기 위한 블록도이다. 또한, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 스테이션의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 기본적으로, 드론 스테이션(100)은 도어구조체(10), 구동체(20), 케이스(30) 및 착륙 공간(40)을 포함한다.

케이스(30)는 중공의 박스형으로 드론의 착륙 공간(40)이 형성된다. 착륙 공간(40)은 케이스(30)의 상면으로부터 바닥면이 평평하게 되도록 함몰되어 형성된다. 한편, 도 4 내지 도 8에 도시되지는 않았지만, 전술한 통신부(110), 비콘부(120), 적외선발광부(130) 구동부(140), 입력부(150), 표시부(160) 및 저장부(170)는 케이스(30)의 벽 혹은 바닥 등에 형성되거나, 케이스(30)의 외면에 부착되어 형성될 수 있다.

도어구조체(10)는 케이스(30)의 상부 형성되며, 드론(200)의 이륙 혹은 착륙 시 케이스(30)의 상부 및 착륙 공간(40)을 개방하고, 드론(200)의 이륙 혹은 착륙이 완료된 후, 케이스(30)의 상부를 폐쇄하여 착륙 공간(40)을 폐쇄한다.

구동체(20)는 도어구조체(10)는 도어를 개방하거나, 폐쇄하기 동작을 위해 필요한 복수의 부속품으로 이루어진다. 이러한 구동체(20)는 전동 실린더, 유압 실린더, 에어 실린더, 웜 휠, 웜 기어, 모터(서버모터, 스태핑 모터), LM 가이드 등을 예시할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 구동부(140)는 구동체(20)를 포함하며, 제어부(180)의 제어에 따라, 구동부(140)는 구동체(20)에 동력을 전달하여 도어구조체(10)가 도어를 개방하거나, 도어를 폐쇄하도록 한다.

도 5 내지 도 7에 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 구조가 도시되었다. 도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 도어구조체(10)의 도어가 폐쇄된 상태의 사시도이고, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 도어구조체(10)의 도어가 개방된 상태의 사시도이다. 도 5의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 도어구조체(10)의 도어가 폐쇄된 상태에서 도어구조체(10)를 아래에서 바라본 도면이고, 도 5의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 도어구조체(10)의 도어가 개방된 상태에서 도어구조체(10)를 아래에서 바라본 도면이다. 도 6은 도 5 (a)의 A-A 부분의 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 방수용 고무패킹을 설명하기 위한 도면이다.

일 실시예에 따르면, 도어구조체(10)는 좌측 계단식 도어(10L) 및 우측 계단식 도어(10R)를 포함한다.

좌측 계단식 도어(10L)는 복수의 좌측 커버(11L, 12L, 13L)를 포함한다. 이 실시예에서는 좌측 커버(11L, 12L, 13L)가 3개인 것으로 설명하지만 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 2 이상의 좌측 커버를 사용할 수 있다. 복수의 좌측 커버(11L, 12L, 13L)는 케이스(30)의 테두리에 형성되는 슬라이드홈(31)을 따라 좌측으로 슬라이드되어 상호 겹쳐지면서 착륙 공간(40)을 개방하거나, 우측으로 슬라이드되어 펼쳐지면서 착륙 공간(40)을 폐쇄한다.

우측 계단식 도어(10R)는 복수의 우측 커버(11R, 12R, 13R)를 포함한다. 이 실시예에서는 우측 커버(11R, 12R, 13R)가 3개인 것으로 설명하지만 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 2 이상의 우측 커버를 사용할 수 있다. 복수의 우측 커버(11R, 12R, 13R)는 케이스(30)의 테두리에 형성되는 슬라이드홈(31)을 따라 우측으로 슬라이드되어 상호 겹쳐지면서 착륙 공간(40)을 개방하고 좌측으로 슬라이드되어 펼쳐지면서 착륙 공간(40)을 폐쇄한다.

한편, 복수의 좌측 커버(11L, 12L, 13L) 및 복수의 우측 커버(11R, 12R, 13R)의 원할한 슬라이드를 위하여 LM 가이드(미도시)가 적용될 수 있다. LM 가이드는 레일 및 블록으로 이루어지며, 슬라이드홈(31)에 LM 가이드의 레일이 형성되고, 그 레일을 따라 슬라이드 자유롭게 레일에 고정되는 블록이 형성된다. 복수의 좌측 커버(11L, 12L, 13L) 및 복수의 우측 커버(11R, 12R, 13R)는 블록에 고정되어 원활하게 슬라이드 동작이 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 구동체(20)는 착륙 공간(40)을 개방하거나 착륙 공간(40)을 폐쇄하도록 복수의 좌측 커버(11L, 12L, 13L) 및 상기 복수의 우측 커버(11R, 12R, 13R)를 움직인다. 이러한 구동체(20)는 전동 실린더, 유압 실린더, 에어 실린더, 웜 휠, 웜 기어, 모터(서보모터, 스태핑 모터) 및 LM 가이드 중 적어도 하나가 될 수 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 좌측 커버(11L, 12L, 13L) 및 상기 복수의 우측 커버(11R, 12R, 13R)의 테두리에 방수용 고무패킹(32)이 형성될 수 있다. 이에 따라

또한 복수의 좌측 커버(11L, 12L, 13L) 및 상기 복수의 우측 커버(11R, 12R, 13R) 사이의 방수용 고무패킹(32)을 통해 드론 스테이션(20)이 방수된다. 특히, 복수의 좌측 커버(11L, 12L, 13L) 및 상기 복수의 우측 커버(11R, 12R, 13R) 사이에 형성되는 방수용 고무패킹(32)은 물이 빠져나가는 경로를 형성하여 원할한 배수가 이루어지도록 한다.

도 8에 본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 구조가 도시되었다. 도 8의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 도어구조체(10: 10D, 10F, 10G, 10R)의 도어가 폐쇄된 상태의 사시도이고, 도 8의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 도어구조체(10: 10D, 10F, 10G, 10R)의 도어가 개방된 상태의 사시도이다. 도 8의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 도어구조체(10: 10D, 10F, 10G, 10R)의 도어가 폐쇄된 상태에서 도어구조체(10: 10D, 10F, 10G, 10R)를 아래에서 바라본 도면이고, 도 8의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 스테이션(100)의 도어구조체(10: 10D, 10F, 10G, 10R)의 도어가 개방된 상태에서 도어구조체(10: 10D, 10F, 10G, 10R)를 아래에서 바라본 도면이다.

다른 실시예에 따르면, 도어구조체(10)는 프레임(11)과 롤링도어(12)를 포함한다.

프레임(11)은 전체적으로 4각형 형상을 이룬다. 이러한 프레임(11)은 4각형의 마주 보는 한 쌍의 변에 배치되는 한 쌍의 가이드부(11G), 나머지 한 쌍의 변에 배치되는 수납부(11R) 및 고정부(11F)를 포함한다.

한 쌍의 가이드부(11G), 수납부(11R) 및 고정부(11F) 각각은 모두 막대형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 한 쌍의 가이드부(11G)는 소정 간격 이격되어 서로 마주보게 형성되며, 서로 마주 보는 면에 형성되는 슬라이드홈이 형성된다.

수납부(11R)는 한 쌍의 가이드부(11G) 각각의 일단을 연결하며 가이드부(11G)와 수직인 회전축에 따라 회전 자유롭게 고정되는 회전심이 형성된다.

고정부(11F)는 한 쌍의 가이드부(11G) 각각의 타단을 연결한다. 고정부(11F)의 수납부(11R)를 마주 보는 면에는 롤링도어(12)를 탈착 가능한 형태로 고정하기 위한 고정 부재가 형성될 수 있다. 예컨대, 이러한 고정 부재는 자석, 전자석 등을 예시할 수 있다.

롤링도어(12)는 한 쌍의 가이드부(11G)의 서로 마주 보는 면에 형성되는 슬라이드홈을 수납부(11R) 방향으로 슬라이드되어 수납부(11R)의 회전심에 감기면서 착륙 공간(40)을 개방할 수 있다. 또한, 롤링도어(12)는 수납부(11R)의 회전심으로부터 풀리면서 한 쌍의 가이드부(11G)의 슬라이드홈을 따라 고정부(11F) 방향으로 슬라이드되어 착륙 공간(40)을 폐쇄할 수 있다.

한편, 롤링도어(12)의 원할한 슬라이드를 위하여 LM 가이드(미도시)가 적용될 수 있다. LM 가이드는 레일 및 블록으로 이루어지며, 한 쌍의 가이드부(11G)의 서로 마주 보는 면에 형성되는 슬라이드홈에 LM 가이드의 레일이 형성되고, 그 레일을 따라 슬라이드 자유롭게 레일에 고정되는 블록이 형성된다. 이에 따라, 롤링도어(12)의 어느 일부가 블록에 고정되어 원활하게 슬라이드 동작이 이루어질 수 있다.

이러한 다른 실시예에 따르면, 구동체(20)는 착륙 공간(40)을 개방하거나, 착륙 공간(40)을 폐쇄하도록 회전심을 회전시킨다. 이러한 구동체(20)는 회전심에 연결되는 웜 휠(Worm Wheel) 및 웜 기어(Worm Gear) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 구동체(20)는 웜 휠 및 웜 기어 중 적어도 하나에 회전력을 가하는 모터를 더 포함할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론(200)이 드론 스테이션(100)에 착륙하는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 드론(200)이 드론 스테이션(100)에 착륙하는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 드론이 드론 스테이션에 착륙하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 9를 참조하면, 드론(200)은 S110 단계에서 드론(200)에 할당된 임무 수행 중이라고 가정한다. 드론(200)의 제어모듈(270)은 S120 단계에서 임무가 완료되었는지 여부 및 배터리 충전 혹은 교체가 필요한지 여부를 지속적으로 검사한다. S120 단계에서 검사 결과, 임무가 완료되지 않았고, 배터리 충전 및 교체 모두 불필요한 경우, 제어모듈(270)은 S110 단계로 돌아가서 임무를 지속적으로 수행한다.

반면, S120 단계에서 검사 결과, 임무가 완료되었거나, 배터리 충전 혹은 교체가 필요한 경우, 제어모듈(270)은 S130 단계에서 드론 스테이션(100)과 통신을 통해 드론 스테이션의 위치를 획득한다. 드론 스테이션(100)은 위치가 고정되어 있기 때문에 정확한 측량을 통해 드론 스테이션(100)의 위치를 미리 저장하며, 드론(200)이 요청하는 경우, 드론(200)에 그 위치 정보를 제공할 수 있다.

제어모듈(270)은 S140 단계에서 항법모듈(220)의 위성 위치 정보를 기준으로 현재 위치를 확인하면서 앞서 획득한 드론 스테이션의 위치를 향하여 비행하도록 비행모듈(250)을 제어한다. 이때, 제어모듈(270)은 위성 위치 정보를 기준으로 현재 위치에서 드론 스테이션의 위치를 향한 경로를 설정하고, 해당 경로에 따라 비행하도록 비행모듈(250)을 제어할 수 있다.

한편, 제어모듈(270)은 S150 단계에서 비행 중 항법모듈(220)을 통해 현재 위치가 드론 스테이션(100)의 위치의 제1 거리 이내이면, 비콘모듈(230)을 통해 착륙 허가를 요청하는 비콘 신호를 방사하고, 이에 대해 드론 스테이션(100)으로부터 착륙을 허가하는 의미의 비콘 신호가 수신되는지 여부를 확인한다. 예컨대, 제1 거리는 10m 이내가 될 수 있다. 만약, 드론 스테이션(100)의 제어부(180)는 비콘부(120)를 통해 드론(200)으로부터 착륙 허가를 요청하는 비콘 신호를 수신하면, 비콘부(120)에 포함된 드론(200)의 식별자를 추출하여 착륙이 가능한 드론(200)인지 여부를 판별한다. 저장부(170)에 기 저장된 착륙 가능한 드론(200)으로 확인되면, 제어부(180)는 비콘부(120)를 통해 착륙을 허가함을 알리는 비콘 신호를 드론(200)을 향하하여 방사할 것이다. 그런 다음, 제어부(180)는 구동체(20)를 포함하는 구동부(140)를 통해 드론 스테이션(100)의 도어(10L, 10R, 12)가 개방되도록 한다. 그런 다음, 드론 스테이션(100)의 제어부(180)는 적외선발광부(130)를 통해 적외선 빔을 방사하도록 제어한다. 적외선발광부(130)는 착륙 공간(40)의 바닥면에 형성되며, 제어부(180)의 제어에 따라 수직 상향으로 적외선 빔을 방사한다.

S150 단계의 확인 결과 비콘모듈(230)을 통해 드론 스테이션으로부터 착륙 허가를 알리는 비콘 신호가 수신되면, 제어모듈(270)은 S160 단계에서 비콘모듈(230)을 통해 드론 스테이션(20)으로부터 수신되는 비콘 신호를 추종하여 드론 스테이션(20)을 향하여 추종 비행하도록 비행모듈(250)을 제어한다.

한편, 전술한 추종 비행 중 제어모듈(270)은 S170 단계에서 항법모듈(220)을 통해 확인한 드론(200)의 현재 위치가 드론 스테이션(100)의 위치의 제2 거리 이내이면, 카메라모듈(240)을 통해 드론 스테이션(100)이 방사하는 적외선 빔이 감지되는지 여부를 확인한다. 여기서, 제2 거리는 제1 거리 보다 짧은 거리이며, 예컨대, 제2 거리는 5m 이내가 될 수 있다.

S170 단계의 확인 결과, 드론 스테이션(100)이 방사하는 적외선 빔이 감지되면, 제어모듈(270)은 S180 단계에서 카메라모듈(240)을 통해 감지되는 드론 스테이션(100)이 방사하는 적외선 빔의 유도에 따라 적외선 빔이 방사되는 방향으로 유도 비행하여 착륙한다. 전술한 바와 같이, 적외선발광부(130)는 착륙 공간(40)의 바닥면에 형성되며, 제어부(180)의 제어에 따라 수직 상향으로 적외선 빔을 방사하기 때문에 제어모듈(270)은 카메라모듈(240)을 통해 적외선 빔이 감지되면 해당 위치에서 소정 시간 호버링한 후, 수직 하강하여 착륙할 수 있다.

드론(200)의 착륙이 완료되면, 드론 스테이션(100)의 제어부(180)는 적외선발광부(130)의 적외선 빔의 방사를 정지시키고, 구동체(20)를 포함하는 구동부(140)를 제어하여 드론 스테이션(100)의 도어(10L, 10R, 12)가 폐쇄되도록 제어한다.

한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 형태로 제공될 수도 있다. 이때, 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체는, 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)과 같은 반도체 메모리를 포함한다. 프로세서와 메모리는 특수 목적의 논리 회로에 의해 보충되거나, 그것에 통합될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

10: 도어구조체 20: 구동체
30: 케이스 40: 착륙 공간
100: 드론 스테이션 110: 통신부
120: 비콘부 130: 적외선발광부
140: 구동부 150: 입력부
160; 표시부 170: 저장부
200: 드론 210: 통신모듈
220: 항법모듈 230: 비콘모듈
240: 카메라모듈 250: 비행모듈
260: 저장모듈 270: 제어모듈

Claims (5)

1. 드론 장치; 및
   상기 드론 장치가 착륙되는 드론 스테이션;을 포함하고,
   상기 드론 스테이션은,
   중공의 박스형으로 상기 드론 장치가 착륙하는 착륙 공간이 형성되는 케이스;
   상기 케이스의 상부에 형성되고, 상기 드론 장치의 이륙 또는 착륙 시 도어를 열어 상기 착륙 공간을 개방하고, 상기 드론 장치의 이륙 또는 착륙이 완료되면 도어를 닫아 상기 착륙 공간을 폐쇄하는 도어구조체; 및
   상기 도어구조체에 동력을 전달하는 구동체;를 포함하며,
   상기 도어구조체는,
   테두리 형상을 유지하면서 상기 도어가 내부로 슬라이딩되어 열고 닫히되,
   복수의 좌측 커버를 포함하고, 상기 복수의 좌측 커버가 상호 겹쳐지도록 좌측으로 슬라이드되어 상기 착륙 공간을 개방하거나, 상기 복수의 좌측 커버가 펼쳐지도록 우측으로 슬라이드되어 상기 착륙 공간을 폐쇄하는 좌측 계단식 도어; 및
   복수의 우측 커버를 포함하고, 상기 복수의 우측 커버가 상호 겹쳐지도록 우측으로 슬라이드되어 상기 착륙 공간을 개방하거나, 상기 복수의 우측 커버가 펼쳐지도록 좌측으로 슬라이드되어 상기 착륙 공간을 폐쇄하는 우측 계단식 도어;를 포함하거나,
   일단에 회전심을 형성하고, 타단에 고정 부재를 형성하는 프레임; 및
   상기 회전심과 연결되고, 일 방향으로 슬라이드되면서 상기 회전심에 감겨 상기 착륙 공간을 개방하거나 상기 일 방향과 반대 방향으로 슬라이드되면서 상기 고정 부재에 고정되어 상기 착륙 공간을 패쇄하는 롤링도어;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   드론 장치를 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 드론 장치는,
   드론의 이륙, 착륙 및 비행을 위한 양력 및 비행력을 발생시키는 비행모듈;
   드론 스테이션과 통신을 위한 통신모듈;
   위성으로부터 위성 위치 정보를 수신하여 드론의 현재 위치를 확인하는 항법모듈;
   상기 드론 스테이션이 방사하는 비콘 신호를 수신하는 비콘모듈;
   상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔을 감지하기 위한 카메라모듈; 및
   상기 통신모듈을 통해 상기 드론 스테이션과 통신하여 상기 드론 스테이션의 위치를 획득하면, 상기 위성 위치 정보를 기준으로 상기 드론 스테이션의 위치를 향하여 비행하도록 상기 비행모듈을 제어하고,
   상기 비행 중 드론의 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치와 근접해짐에 따라 상기 드론 스테이션으로부터 수신되는 비콘 신호 및 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔을 순차로 이용하여 상기 드론 스테이션에 착륙하도록 상기 비행모듈을 제어하는 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는
   드론 장치를 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어모듈은
   상기 비행 중 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치의 제1 거리 이내이면, 상기 비콘모듈을 통해 상기 드론 스테이션으로부터 비콘 신호가 수신되는지 확인하고,
   상기 확인 결과 상기 드론 스테이션으로부터 비콘 신호가 수신되면, 상기 비콘모듈을 통해 상기 드론 스테이션으로부터 수신되는 비콘 신호를 추종하여 상기 비행모듈을 통해 상기 드론 스테이션으로 추종 비행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
   드론 장치를 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어모듈은
   상기 추종 비행 중 현재 위치가 상기 드론 스테이션의 위치의 제2 거리 이내이면, 상기 카메라모듈을 통해 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔이 감지되는지 확인하고,
   상기 확인 결과 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔이 감지되면, 상기 드론 스테이션이 방사하는 적외선 빔의 유도에 따라 상기 비행모듈을 통해 상기 적외선 빔이 방사되는 방향으로 유도 비행하여 착륙하도록 제어하는 것을 특징으로 하는
   드론 장치를 드론 스테이션에 착륙하기 위한 드론 시스템.
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