[서론]
드론은 무인 지상 로봇과 달리 지형의 제약 없이 3차원 공간에서 이동이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 드론은 무인 지상 로봇의 접근이 어려운 군사 작전이나 재난 현장에서 정 찰 임무를 수행하거나, 농업 분야에서 작물 모니터링, 농약 살포, 환경 데이터 수집 등 다양한 작업에 활용되는 등 최근 다양한 분야에서 활용되며 그 가치를 인정받고 있다.
실내 식물공장에서는 작물 생육 상태 모니터링을 위해 카메라가 장착된 드론을 운용한다. 실내 식물공장은 통제된 환경으로 바람과 같은 외란의 영향이 적어 소형 드론 운용에 적합하다. 그러나 소형 드론은 탑재된 배터리 용량의 한계로 비행 가능 시간이 짧다. 무인 환경에서의 소형 드론의 안정적인 운용을 위해서는 배터리 충전 자동화가 필수적이다.
소형 드론은 배터리 용량의 한계로 비행 시간이 짧다. 무인 환경에서 소형 드론의 안정적인 운용을 위해서는 배터리 충전의 자동화가 필요하다. 기존에 연구된 드론의 자동 충전 시스템은 크게 비접촉식과 접촉식으로 구분된다. 비접촉식 충전은 드론이 충전 코일 위에 착륙하면 충전이 시작되어 정밀한 착륙 제어가 불필요하다는 장점이 있으나, 충전 효율이 낮다는 한계가 있다. 반면 접촉식 충전은 고속 충전이 가능하지만, 충전 단자에 충전선을 연결하기 위해 드론이 비행 제어를 통해 정확한 위치에 착륙해야 한다.
소형 드론은 탑재 가능한 센서와 제어기의 성능 제약으로 인해 정밀한 착륙 제어가 어렵다. 이를 해결하기 위해 착륙한 드론을 충전 위치로 재정렬하는 시스템들이 개발되었으나, 대부분 복잡한 기계 장치와 다수의 액추에이터를 필요로 하여 시스템이 대형화되고 제작 비용이 증가하며 유지보수가 어렵다는 문제점이 있다.
본 논문에서는 실내 식물공장에서 운용되는 소형 드론을 위한 새로운 자동 충전 스테이션을 제안한다. 제안하는 시스템은 하드웨어 형상과 중력을 이용해 착륙한 드론을 충전 위치로 유도하고, 단일 액추에이터로 구동되는 충전선의 1자유도 움직임을 통해 충전 단자와 충전선을 연결한다. 제안한 시스템은 낮은 자유도를 갖는 간단한 구성으로 소형 드론의 착륙 오차를 보정하고 고속 충전을 지원하여 무인 환경에서 소형 드론의 효율적인 운용이 가능하도록 한다.
[서론]
드론은 무인 지상 로봇과 달리 지형의 제약 없이 3차원 공간에서 이동이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 드론은 무인 지상 로봇의 접근이 어려운 군사 작전이나 재난 현장에서 정 찰 임무를 수행하거나, 농업 분야에서 작물 모니터링, 농약 살포, 환경 데이터 수집 등 다양한 작업에 활용되는 등 최근 다양한 분야에서 활용되며 그 가치를 인정받고 있다.
실내 식물공장에서는 작물 생육 상태 모니터링을 위해 카메라가 장착된 드론을 운용한다. 실내 식물공장은 통제된 환경으로 바람과 같은 외란의 영향이 적어 소형 드론 운용에 적합하다. 그러나 소형 드론은 탑재된 배터리 용량의 한계로 비행 가능 시간이 짧다. 무인 환경에서의 소형 드론의 안정적인 운용을 위해서는 배터리 충전 자동화가 필수적이다.
소형 드론은 배터리 용량의 한계로 비행 시간이 짧다. 무인 환경에서 소형 드론의 안정적인 운용을 위해서는 배터리 충전의 자동화가 필요하다. 기존에 연구된 드론의 자동 충전 시스템은 크게 비접촉식과 접촉식으로 구분된다. 비접촉식 충전은 드론이 충전 코일 위에 착륙하면 충전이 시작되어 정밀한 착륙 제어가 불필요하다는 장점이 있으나, 충전 효율이 낮다는 한계가 있다. 반면 접촉식 충전은 고속 충전이 가능하지만, 충전 단자에 충전선을 연결하기 위해 드론이 비행 제어를 통해 정확한 위치에 착륙해야 한다.
소형 드론은 탑재 가능한 센서와 제어기의 성능 제약으로 인해 정밀한 착륙 제어가 어렵다. 이를 해결하기 위해 착륙한 드론을 충전 위치로 재정렬하는 시스템들이 개발되었으나, 대부분 복잡한 기계 장치와 다수의 액추에이터를 필요로 하여 시스템이 대형화되고 제작 비용이 증가하며 유지보수가 어렵다는 문제점이 있다.
본 논문에서는 실내 식물공장에서 운용되는 소형 드론을 위한 새로운 자동 충전 스테이션을 제안한다. 제안하는 시스템은 하드웨어 형상과 중력을 이용해 착륙한 드론을 충전 위치로 유도하고, 단일 액추에이터로 구동되는 충전선의 1자유도 움직임을 통해 충전 단자와 충전선을 연결한다. 제안한 시스템은 낮은 자유도를 갖는 간단한 구성으로 소형 드론의 착륙 오차를 보정하고 고속 충전을 지원하여 무인 환경에서 소형 드론의 효율적인 운용이 가능하도록 한다.