KR20170112767A - 드론의 배터리 자동 교체 시스템 및 배터리 교체 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 드론의 배터리 교체 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 드론에 장착된 배터리의 잔량을 감지하여 설정값 미만으로 측정되면 드론을 충전기로 복귀시켜 충전된 배터리를 장착하고 사용한 배터리는 충전기로 전달할 수 있는 드론의 배터리 자동 교체 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 드론의 배터리 자동 교체 시스템은 드론에 장착된 배터리와 충전기에 장착된 배터리를 자동으로 교환하는 시스템에 있어서, 상기 드론은, 상기 배터리와 전기적으로 연결되는 단자가 양측에 각각 형성된 PCB와, 상기 한 쌍의 단자 하부에 형성된 제1 및 제2 배터리 장착구와, 상기 제1 또는 제2 배터리 장착구 중 어느 하나를 선택적으로 상기 배터리가 장착되도록 지지하는 지지수단과, 상기 지지수단을 수평방향으로 슬라이드 이동시키는 모터를 포함한다.
본 발명에 의한 드론의 배터리 자동 교체 시스템은 드론에 장착된 배터리와 충전기에 장착된 배터리를 자동으로 교환하는 시스템에 있어서, 상기 드론은, 상기 배터리와 전기적으로 연결되는 단자가 양측에 각각 형성된 PCB와, 상기 한 쌍의 단자 하부에 형성된 제1 및 제2 배터리 장착구와, 상기 제1 또는 제2 배터리 장착구 중 어느 하나를 선택적으로 상기 배터리가 장착되도록 지지하는 지지수단과, 상기 지지수단을 수평방향으로 슬라이드 이동시키는 모터를 포함한다.
Description
본 발명은 드론의 배터리 교체 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 드론에 장착된 배터리의 잔량을 감지하여 설정값 미만으로 측정되면 드론을 충전기로 복귀시켜 충전된 배터리를 장착하고 사용한 배터리는 충전기로 전달할 수 있는 드론의 배터리 자동 교체 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 드론은 배터리의 전력을 이용하여 다수 개의 프로펠러를 회전시킴으로써 하늘을 비행하는 비행유닛의 일종으로서, 사용자의 리모콘 조작에 따라 다양한 패턴의 비행이 가능하도록 구성된다.
이때, 드론을 비행시키기 위해서는 상기 다수 개의 프로펠러가 매우 빠르게 회전되어야 하므로 배터리 소모량이 매우 많아지고, 이에 따라 배터리를 지속적으로 교체해 주어야 한다는 단점이 있다. 일반적으로 일회용 배터리를 드론에 장착시키는 경우, 약 10분 내외의 시간 동안 드론을 비행시킬 수 있으므로, 드론을 장시간 비행시키기 위해서는 일회용 배터리 사용량이 매우 많아져 많은 비용이 소모된다는 단점이 있다. 이와 같은 배터리 교체비용문제를 해결하기 위하여 드론에 충전 배터리를 사용할 수 있는데, 충전 배터리를 사용할 때에는 주기적으로 배터리를 충전시켜야 한다는 번거로움이 있다.
한편, 현재까지 개발된 드론은 장시간 비행이 가능하기 위해서는, 사용자가 지속적으로 배터리를 교체하거나 충전해야 하는바, 사용자 주변에서만 드론 비행이 가능할 뿐 멀리까지 드론을 비행시킬 수 없다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에도 다양한 시도가 있었으며, 대표적으로 등록특허 제1564254호를 소개한다.
등록특허 제1564254호는 드론이 비행 중 배터리의 잔량을 측정하고, 설정값 이하로 떨어지면 근처의 무선충전소에서 충전할 수 있는 서비스와 관련된 기술이다.
첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 도 1은 종래 드론 무선충전 시스템의 개략도이고, 도 2는 비행경로 인접영역이 표시된 드론 무선충전 시스템의 개략도이며, 도 3은 드론의 블록도이다.
종래의 드론(100) 무선충전 시스템은, 사용자가 드론(100)에 직접 충전장치를 연결하지 아니하더라도 드론(100)의 배터리를 충전시킬 수 있도록 하기 위한 것으로서, 드론(100)과, 복수 개의 무선충전소(200)와, 상기 무선충전소(200)의 동작을 제어하는 서버를 기본 구성요소로 구비한다.
상기 드론(100)은, 양력 및 비행력을 발생시키는 구동부(110)와, 상기 구동부(110)로 동력을 제공하는 무선충전배터리(120)와, 인공위성을 이용하여 위치를 파악하는 GPS(140)와, 상기 무선충전 배터리(120)의 충전량을 감지하는 충전량 감지부(130)와, 상기 각 부의 동작을 제어하는 제어부(150)를 포함하도록 구성된다.
상기 구동부(110)는 드론(100)이 수직으로 뜰 수 있고 전후 및 좌우방향으로 이동할 수 있도록 하기 위한 장치이다.
이때, 종래의 드론(100)은 별도의 유선형 충전단자 없이도 충전이 가능하도록 즉, 무선충전 배터리(120)를 구비한다. 또한 상기 무선충전소(200)는 상기 무선충전 배터리(120)를 무선으로 충전시킬 수 있는 충전패드 등을 구비하는바, 상기 드론(100)은 무선충전소(200)에 정확하게 착륙만 되면 별도의 전선 연결 없이도 충전이 가능해진다는 효과를 얻을 수 있다. 여기서는 충전패드 등 무선충전에 필요한 구성에 대해서는 구체적으로 언급하지 않는다.
상기 언급한 바와 같이 드론(100)이 무선 방식으로 충전이 가능하도록 구성되면, 사용자는 비행 중인 드론(100)이 방전되었을 때 비행 중이던 드론(100)과 가장 가까운 무선충전소(200)로 드론(100)을 이동시켜 상기 드론(100)을 충전할 수 있으므로, 비행 중이던 드론(100)을 자신이 위치하는 지점으로 회송시키는 조작이 필요 없다는 장점 즉, 드론(100)을 사용자 주변에서만 비행시키는 것이 아니라, 배터리 용량에 따른 비행거리를 초과하는 먼 지점까지 비행이 가능해진다는 장점이 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 출발점(10)에서 도착점(20)까지 드론(100)을 비행하는 도중에 드론(100)의 방전 우려가 발생될 때 상기 드론(100)을 가장 가까운 무선충전소(200)(도 1에서는 제2 무선충전소(200b))에서 무선충전 배터리(120)를 충전시킨 후 비행을 재개할 수 있는바, 무선충전 배터리(120)의 용량이 크지 아니하더라도 드론(100)을 멀리까지 이동시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 사용자가 미리 사용 허가를 받아 두지 아니하더라도 소정 비용을 지불하고 무선충전 서비스를 받을 수 있도록, 상기 드론(100)에는 버스카드 등과 같은 비용지불카드가 장착되고, 상기 무선충전소(200) 중 상기 드론(100)이 착륙하는 지점에는 상기 비용지불카드로부터 일정 금액을 차감하는 비용지불단말기가 구비될 수도 있다.
상기 무선충전 배터리(120)의 충전량이 기준치 미만이 되었을 때 상기 드론(100)이 충전신호를 서버로 전송하고, 상기 서버는 드론(100)으로부터 충전신호가 수신되었을 때 상기 드론(100)의 현재 위치와 가장 가깝게 위치하는 무선충전소(200)위치정보를 드론 조종용 컨트롤러로 전송하도록 구성될 수 있다. 따라서 사용자는 컨트롤러에 표시되는 무선충전소(200) 측으로 드론(100)을 이동시킴으로써, 드론(100) 방전에 의한 분실 및 파손의 우려를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 이러한 종래의 드론 무선 충전 시스템은 관련 인프라가 구축이 되어야 하는 바, 많은 투자와 시간이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 드론에 장착된 배터리의 잔량을 감지하여 설정값 미만으로 측정되면 드론을 충전기로 복귀시켜 충전된 배터리를 장착하고 사용한 배터리는 충전기로 전달할 수 있는 드론의 배터리 자동 교체 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 드론의 배터리 자동 교체 시스템은 드론에 장착된 배터리와 충전기에 장착된 배터리를 자동으로 교환하는 시스템에 있어서, 상기 드론은, 상기 배터리와 전기적으로 연결되는 단자가 양측에 각각 형성된 PCB와, 상기 한 쌍의 단자 하부에 형성된 제1 및 제2 배터리 장착구와, 상기 제1 또는 제2 배터리 장착구 중 어느 하나를 선택적으로 상기 배터리가 장착되도록 지지하는 지지수단과, 상기 지지수단을 수평방향으로 슬라이드 이동시키는 모터를 포함한다.
또한 상기 배터리의 양측에는 걸림턱이 형성되며, 상기 지지수단은 양측에 상기 배터리의 걸림턱을 지지할 수 있도록 한 쌍의 포크가 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 모터에 의해 상기 지지수단이 슬라이드 이동함으로써 상기 제1배터리 장착구에 장착된 배터리를 상기 충전기에 전달하고, 상기 제2배터리 장착구에는 상기 충전기에 장착된 배터리를 장착시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 충전기에는 장착된 배터리가 이탈되는 것을 방지하도록 고정시키는 후크와, 상기 후크를 탄성적으로 지지하는 탄성체를 구비하며, 상기 포크가 슬라이드 이동할 때 상기 후크를 가압하여 상기 배터리의 고정을 해제시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 드론은, 장착된 배터리의 잔량을 감지하는 감지부와, 상기 감지부의 측정값이 설정값 미만일 경우 상기 드론을 상기 충전기로 복귀시키는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 드론과 충전기에는 정렬을 위한 얼라인 센서(align sensor)가 각각 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 드론에 장착된 배터리의 잔량을 감지하여 설정값 미만으로 측정되면 드론을 충전기로 복귀시켜 충전된 배터리를 장착하고 사용한 배터리는 충전기로 전달할 수 있는 효과가 있다.
또한 복수의 배터리를 동시에 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한 드론과 충전기에 얼라인 센서를 구비하여 배터리의 위치를 파악한 후 충전기에 안착시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 종래 드론 무선충전 시스템의 개략도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명에 의한 실시예의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명에 의한 실시예의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명에 의한 실시예의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명에 의한 실시예의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
도 4를 참조하면 본 발명에 의한 드론의 배터리 자동 교체 시스템(400)은 카메라(C)가 장착된 드론(500)과, 상기 드론을 안착시킨 상태에서 배터리를 교환하는 충전기(600)를 포함한다.
본 실시예와 달리 본 발명에 의한 드론은 카메라를 장착하지 않을 수 있다는 것은 당연하다.
상기 충전기(600)는 배터리(710)가 안착되는 복수의 장착부(610)와, 안착된 배터리가 임의로 탈거되지 않도록 고정하는 고정수단(630)을 포함한다. 상기 장착부(610)의 저부에는 배터리(710)를 충전하기 위하여 전기적으로 연결하는 단자(620)가 구비된다. 또한 상기 고정수단(630)은 배터리의 일측에 형성된 걸림홈(도 13의 '712')에 걸리는 후크(631)와, 상기 후크(631)를 탄성적으로 지지하는 탄성체(도 13의 '650')를 포함한다.
또한 충전기(600)에는 드론(500)이 안착될 때 위치를 정렬하는 얼라인센서(640)가 구비된다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 드론(500)은 복수의 프로펠러(P)와, 상기 드론(500)의 동작을 제어하는 PCB(510)를 포함한다. 상기 PCB(510)의 양측 저부에는 배터리의 단자와 전기적으로 연결되는 패드(511)가 구비된다.
또한 상기 PCB(510)에 구비된 한 쌍의 패드(511) 하부에는 제1 및 제2 배터리 장착구(521,522)가 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 장착구(521)에는 배터리(720)가 장착되어 있고, 장착된 배터리(720)의 단자는 PCB(510)와 전기적으로 연결된다. 그러나 제2 배터리 장착구(522)에는 배터리가 장착되어 있지 않다는 것을 알 수 있다.
또한 드론의 저부에는 상기 충전기의 얼라인센서(640)와 상호작용으로 드론이 안착될 때 위치를 정렬하는 얼라인센서(501)가 구비된다.
도 8을 참조하면, 상기 PCB(510)의 저부에는 배터리를 지지하고 교환하는 지지수단(530)과, 상기 지지수단(530)을 수평방향으로 슬라이드 이동시키는 모터(M)와, 상기 모터(M)의 회전력으로 지지수단(530)을 슬라이딩시키는 기어(540)들이 구비된다.
또한 상기 지지수단(530)의 중심에는 상기 기어(540)와 치합하는 치가 형성된 구동홈(532)이 형성된다. 따라서 상기 모터(M)의 구동력은 상기 기어(540)를 통해 전달되어 상기 구동홈(532)과 치합되어 상기 지지수단(530)을 수평방향으로 슬라이딩 운동시킨다.
상기 지지수단(530)은 배터리의 양측에 형성된 걸림턱(도 11의 '711')을 지지할 수 있도록 양측에 각각 한 쌍의 포크(531)가 구비된다.
이하에서는 본 발명에 의한 실시예에서 배터리를 교환하는 과정 및 배터리 자동 교체 방법을 설명한다.
먼저, 드론이 장착된 배터리의 잔량을 감지부(미도시)가 감지한 측정값이 설정값 미만일 경우 상기 드론(500)을 상기 충전기(600)로 복귀시킨다.
다음으로, 복귀된 드론(500)은 얼라인 센서(501,640)의 작용으로 배터리 위치를 파악하여 충전기(600)에 안착된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 장착구(521)에는 사용한 배터리(720)가 포크(531)에 의해 지지된 상태로 구비되어 있고, 반대편의 제2 배터리 장착구(522)에는 충전기에 장착되어 완충된 배터리(710)가 위치된다. 그러나 이 상태에서는 완충된 배터리(710)는 아직 충전기(600)에 장착되어 있을 뿐, 포크(531)에 의해 지지된 상태가 아니다.
다음으로, 도 10과 같이 상기 모터(M)를 구동하여 상기 지지수단(530)을 수평방향으로 이동시킨다. 이 때 상기 지지수단(530)의 타측에 형성된 포크(531)가 비로소 상기 완충된 배터리(710)의 양측에 형성된 걸림턱(711)의 밑으로 진입하여 배터리(710)를 지지하게 되는데, 이 상태에서 드론이 비행을 하게 되면 충전기(600)로부터 이탈된다. 이 때 사용된 배터리(720)는 지지수단(530)이 옆으로 이동하여 포크(531)가 빠짐으로 인해 제1 배터리 장착구(521)로부터 분리되어 충전기(600)에 전달하고, 완충된 배터리(710)가 포크(531)에 의해 지지된 상태로 비행하여 제2 배터리 장착구(522)에 장착된다.
도 11을 참조하면, 배터리(710)의 양측에 형성된 걸림턱(711)을 지지수단에 형성된 한 쌍의 포크(531)가 지지한 상태를 확인할 수 있다. 이 상태에서 드론이 비행하기 위하여 상승하게 되면 배터리(710)를 충전기(600)로부터 분리하여 전달받을 수 있는 것이다.
도 12를 참조하면, 상기 배터리(710)는 케이스의 측면에 걸림홈이 형성되어 있고, 상기 걸림홈에는 장착부에 구비된 고정수단의 후크(631)가 걸려 배터리(710)를 고정한다. 그러나 도 13과 같이 지지수단(530)이 수평이동함으로써 포크(531)가 상기 고정수단(630)을 가압하여 후퇴시키고, 그로 인해 후크(631)가 배터리의 케이스에 형성된 걸림홈(712)으로부터 이탈한다.
이 상태에서 상술한 바와 같이 비행을 위해 드론(500)이 상승하면 포크(531)에 의해 지지되는 배터리(710)가 충전기의 안착부로부터 분리되어 드론에 장착되는 것이다. 한편, 상기 고정수단(630)을 탄성적으로 지지하는 탄성체(650)가 구비된다. 본 실시예에서 탄성체(650)는 판스프링으로 구성한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
400: 실시예
500: 드론
501: 얼라인 센서
510: PCB
511: 패드
521, 522: 배터리 장착구
530: 지지수단
531: 포크
532: 구동홈
540: 기어
600: 충전기
610: 장착부
620: 단자
630: 고정수단
631: 후크
640: 얼라인 센서
500: 드론
501: 얼라인 센서
510: PCB
511: 패드
521, 522: 배터리 장착구
530: 지지수단
531: 포크
532: 구동홈
540: 기어
600: 충전기
610: 장착부
620: 단자
630: 고정수단
631: 후크
640: 얼라인 센서
Claims (8)
- 드론에 장착된 배터리와 충전기에 장착된 배터리를 자동으로 교환하는 시스템에 있어서,
상기 드론은,
상기 배터리와 전기적으로 연결되는 단자가 양측에 각각 형성된 PCB와,
상기 한 쌍의 단자 하부에 형성된 제1 및 제2 배터리 장착구와,
상기 제1 또는 제2 배터리 장착구 중 어느 하나를 선택적으로 상기 배터리가 장착되도록 지지하는 지지수단과,
상기 지지수단을 수평방향으로 슬라이드 이동시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 배터리 자동 교체 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리의 양측에는 걸림턱이 형성되며,
상기 지지수단은 양측에 상기 배터리의 걸림턱을 지지할 수 있도록 한 쌍의 포크가 구비되는 것을 특징으로 하는 드론의 배터리 자동 교체 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 모터에 의해 상기 지지수단이 슬라이드 이동함으로써 상기 제1배터리 장착구에 장착된 배터리를 상기 충전기에 전달하고, 상기 제2배터리 장착구에는 상기 충전기에 장착된 배터리를 장착시키는 것을 특징으로 하는 드론의 배터리 자동 교체 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 충전기에는 장착된 배터리가 이탈되는 것을 방지하도록 고정시키는 후크와, 상기 후크를 탄성적으로 지지하는 탄성체를 구비하며,
상기 포크가 슬라이드 이동할 때 상기 후크를 가압하여 상기 배터리의 고정을 해제시키는 것을 특징으로 하는 드론의 배터리 자동 교체 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 드론은,
장착된 배터리의 잔량을 감지하는 감지부와,
상기 감지부의 측정값이 설정값 미만일 경우 상기 드론을 상기 충전기로 복귀시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 배터리 자동 교체 시스템.
- 제5항에 있어서,
상기 드론과 충전기에는 정렬을 위한 얼라인 센서(align sensor)가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 드론의 배터리 자동 교체 시스템.
- 1) 드론에 장착된 배터리의 잔량을 측정하는 단계;
2) 측정값이 설정값 미만인 경우, 드론을 충전기로 복귀시키고 안착하는 단계;
3) 상기 드론에 장착된 배터리를 충전기로 전달하고, 충전기에 장착된 배터리를 상기 드론으로 전달하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론의 배터리 자동 교체 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 2)단계는 상기 드론과 충전기에 구비된 얼라인 센서에 의해 배터리의 위치를 파악한 후 충전기에 안착시키는 것을 특징으로 하는 드론의 배터리 자동 교체 방법.
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