KR20160098807A - 장애물 방해를 최소화한 무인항공기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 관한 것으로서, 각종 부품을 수용할 수 있도록 형성된 하우징과, 상기 하우징의 상부에 위치하여 로터와 결합되고 회전을 통해 양력을 발생시키는 동력부와, 상기 하우징의 하부에 위치하여 복수 개의 서보모터와 각각 결합되어 회전이 가능하고 동력부에서 발생하는 바람을 이용하여 기체의 방향을 조정하는 방향조정부와, 상기 하우징의 일측에 위치하여 영상을 촬영할 수 있는 카메라와, 상기 하우징의 타측에 위치하여 제어부를 통해 전력을 공급하는 배터리와, 상기 하우징의 내부에 위치하여 상기 방향조정부의 서보모터와 동력부, 카메라부의 동작을 제어하고 무선통신이 가능한 제어부 및 상기 하우징의 외면을 구 형태로 보호하는 보호프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

장애물 방해를 최소화한 무인항공기{A drone having high accessibility}

본 발명은 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 날개부분을 보호하여 주변 환경의 여러 가지 장애물의 방해를 최소화함으로써 높은 접근성을 가지게 하는 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 관한 것이다.

무인항공기란 조종사가 탑승하지 않고 지정된 임무를 수행할 수 있도록 제작한 비행체로 활용분야에 따라 다양한 장비(광학, 적외선, 레이더 센서 등)를 탑재하여 감시, 정찰, 정밀공격무기의 유도, 통신/정보중계, EA/EP, Decoy 등의 임무를 수행하며, 폭약을 장전시켜 정밀무기 자체로도 개발되어 실용화되고 있어 향후 미래의 주요 군사력 수단으로 주목을 받고 있다.

최근에는 군사용뿐만 아니라 무인항공기를 사용하여 섬 주민에게 약품을 전달하거나 소포 또는 택배를 배달할 수 있도록 제작되어 시험운전을 하는 등 무인항공기가 군사용 이외의 용도로 활용되도록 개발하고 있다.

한국특허 등록번호 제10-0812755호는 단동력 제어 쿼드로콥터에 관한 것으로, 한 개의 회전동력장치를 사용하여 회전력을 4방향으로 동시 전달시키도록 된 본체부, 상기 본체부의 회전력을 전달받아 동시 회전하는 4개의 로터 구동부, 및 상기 각 로터 구동부의 회전날개 들의 피치각을 개별 제어하도록 된 피치가변장치로 구성되는데, 이로 인한 본 발명은 하나의 회전동력장치를 이용해 4방향의 로터 구동부를 회전시키는 동시에 피치가변장치를 이용해 각각의 로터 구동부를 개별 제어시켜 비행이 이루어지도록 함으로써, 비행체의 단순 경량화가 가능해져 제조비용이 절감되는 효과가 있고, 각 로터의 회전속도를 제어하지 아니하고 피치를 제어하는 형태이므로 모터 이외에 엔진을 주 동력원으로 사용할 수 있고, 이로 인해 비행시간을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 빠른 응답속도를 얻을 수 있으며, 또한 비행체의 가반중량을 키워 임무수행에 필요한 보다 많은 장비를 탑재시킬 수 있게 되어 산업활동 전반에 걸쳐 다양한 임무를 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

그러나 상기와 같은 종래 기술은 로터가 몸체의 외곽에 위치하기 때문에 주변 환경에 장애물이 존재할 경우 근처로 접근하기가 힘들고 부딪히면 날개가 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

한국특허 등록번호 제10-0812755호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 로터의 수량을 줄이고 몸체 외부로 노출시키지 않도록 하여 로터가 파손되지 않도록 하는 장애물 방해를 최소화한 무인항공기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 주변 환경에 장애물이 많이 있더라도 쉽게 접근할 수 있는 장애물 방해를 최소화한 무인항공기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 무인항공기가 원하는 방향으로 향할 수 있도록 제어가 가능한 장애물 방해를 최소화한 무인항공기를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 무인항공기의 기울기를 감지하여 기울기를 제어하고 균형을 유지하도록 하는 장애물 방해를 최소화한 무인항공기 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 장애물 방해를 최소화한 무인항공기는, 각종 부품을 수용할 수 있도록 형성된 하우징과, 상기 하우징의 상부에 위치하여 로터와 결합되고 회전을 통해 양력을 발생시키는 동력부와, 상기 하우징의 하부에 위치하여 복수 개의 서보모터와 각각 결합되어 회전이 가능하고 동력부에서 발생하는 바람을 이용하여 기체의 방향을 조정하는 방향조정부와, 상기 하우징의 일측에 위치하여 영상을 촬영할 수 있는 카메라와, 상기 하우징의 타측에 위치하여 제어부를 통해 전력을 공급하는 배터리와, 상기 하우징의 내부에 위치하여 상기 방향조정부의 서보모터와 동력부, 카메라부의 동작을 제어하고 무선통신이 가능한 제어부 및 상기 하우징의 외면을 구 형태로 보호하는 보호프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 상기 제어부는 PID(proportional integral derivative) 제어이론을 이용하여 피드백 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 상기 동력부는 몸체가 모터의 회전방향에 따라 같이 회전하지 못하도록 동축반전 원리를 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 상기 보호프레임은 탄소 결정 구조 형태로 감싸져 내부를 보호하는 풀러렌프레임과 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 상기 카메라부는 영상을 실시간으로 PC로 무선 수신이 가능한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 의하면 로터의 수량을 줄이고 몸체 외부로 노출시키지 않도록 하여 로터가 파손되지 않는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 의하면 주변 환경에 장애물이 많이 있더라도 쉽게 접근할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 의하면 무인항공기가 원하는 방향으로 향할 수 있도록 제어가 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 의하면 무인항공기의 기울기를 감지하여 기울기를 제어하고 균형을 유지하도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 기본적인 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기를 정면에서 바라본 모습을 도시한 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 보호프레임에 장착되는 풀러렌프레임을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 보호프레임에 풀러렌프레임을 결합한 모습을 나타낸 사진.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 날개부분을 보호하여 주변 환경의 여러 가지 장애물의 방해를 최소화함으로써 높은 접근성을 가지게 하는 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 기본적인 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기를 정면에서 바라본 모습을 도시한 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 보호프레임에 장착되는 풀러렌프레임을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기의 보호프레임에 풀러렌프레임을 결합한 모습을 나타낸 사진이다.

도 1내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기는 각종 부품을 수용할 수 있도록 형성된 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 상부에 위치하여 로터(250)와 결합되고 회전을 통해 양력을 발생시키는 동력부(200)와, 상기 하우징(100)의 하부에 위치하여 복수 개의 서보모터(310)와 각각 결합되어 회전이 가능하고 동력부(200)에서 발생하는 바람을 이용하여 기체의 방향을 조정하는 방향조정부(300)와, 상기 하우징(100)의 일측에 위치하여 영상을 촬영할 수 있는 카메라와, 상기 하우징(100)의 타측에 위치하여 제어부(600)를 통해 전력을 공급하는 배터리(도시되지 않음)와, 상기 하우징(100)의 내부에 위치하여 상기 방향조정부(300)의 서보모터(310)와 동력부(200), 카메라부(400)의 동작을 제어하고 무선통신이 가능한 제어부(600) 및 상기 하우징(100)의 외면을 구 형태로 보호하는 보호프레임(700)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하우징(100)은 무인항공기에 필요한 각종 부품들을 배치 및 결합될 수 있는 역할을 하며 배터리가 내부에 장착된다.

동력부(200)는 상부에 결합된 로터(250)를 회전시켜 양력이 발생하도록 하는 역할을 하며 BLDC모터로 구성된다. BLDC모터는 영구 자석으로 된 회전자와 권선으로 되어 있는 스테이터 폴들로 이루어져 있고 영구 자석 회전자와 전류가 인가된 권선으로부터 생기는 자기장 사이의 관계에 의해 전기 에너지는 회전자를 회전시킴으로써 기계적인 에너지로 변환되어 로터(250)를 회전시키게 된다.

또한 동력부(200)의 모터는 로터(250)의 축이 하나일 경우 로터(250)가 회전하게 되면 몸체가 모터의 회전 방향에 따라 같이 회전하는 문제가 발생하므로 이를 방지하기 위해 동일한 중심을 가진 축에 2개의 로터(250)를 설치하고 각각의 로터(250)가 서로 다른 방향으로 회전하도록 동축 반전 방식을 이용하면 몸체가 회전하는 것을 방지할 수 있게 된다.

방향조정부(300)는 서보모터(310)와 서보모터(310)에 결합되어 회전이 되는 서보윙(320)으로 구성되어 있으며 동력부(200)의 회전에 의해 하부로 향하는 공기의 유동을 이용하여 무인항공기의 균형을 잡고 상하좌우로 이동하는 방향을 제어하는 역할을 하게 된다.

동력부(200)에서 발생된 양력이 하부 방향으로 공기를 밀어내면서 수직으로 상승하게 되는데 이때 서보윙(320)을 회전시키면 공기가 서보윙(320)의 면에 부딪히게 되고 이에 대한 반작용으로 이동방향을 조종할 수 있다.

제어부(600)는 자이로센서가 내장되어 있어 무인항공기의 상태를 지속적으로 판단하게 되며 무선송수신장치를 통해 사용자가 입력한 명령에 따라 동력부(200)와 방향조정부(300)를 제어하고 역할을 하게 된다. 동력부(200)에서 양력을 얻기 위한 모터의 회전양은 사용자가 입력한 값에 따라 모터의 회전속도를 높이고 회전속도를 줄이는 방식을 이용하여 기체의 비행 높이를 조정하게 된다.

또한 방향조정부(300)의 경우 PID(proportional integral derivative) 제어이론을 이용하여 기체를 제어하게 된다. PID(proportional integral derivative) 제어는 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로, 비례 제어와 비례 적분제어, 비례 미분제어를 조합한 것을 말한다. P 제어(비례)는 기준 신호와 현재 신호 사이의 오차 신호에 적당한 비례 상수 이득을 곱해서 제어 신호를 만들고, I 제어(비례 적분)는 오차 신호를 적분하여 제어 신호를 만드는 적분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결해 사용하며, D 제어(비례 미분)는 오차 신호를 미분하여 제어 신호를 만드는 미분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결하여 사용한다.

기체가 기울어진 경우 제어부(600)의 자이로센서를 통해 자동으로 균형이 잡히도록 서보모터(310)를 회전시키게 되고 사용자가 입력한 방향으로 이동할 수 있도록 서보모터(310)를 PID(proportional integral derivative) 제어이론으로 제어하게 된다.

카메라부(400)는 원격으로 조정중인 사용자에게 장애물이나 주변 지형지물을 알려주기 위해 장착되며 영상을 촬영한 후 영상을 무선으로 실시간 송신할 수 있도록 무선 모듈이 장착된다.

사용자는 무인항공기에서 촬영된 영상을 PC에서 실시간으로 볼 수 있으며 무인항공기 주변에 존재하는 장애물을 보고 피할 수 있도록 명령을 내릴 수 있게 된다.

보호프레임(700)은 하우징(100)에 장착된 각종 부품을 보호하기 위해 설치되며 측면을 관통한 축에 의해 링 형상의 보호프레임(700)이 고정된다. 보호프레임(700)은 복수개로 구성되어 내부에 있는 부품들을 고정할 수 있으며 장애물에 로터(250)가 부딪히기 전에 보호프레임(700)이 먼저 부딪혀 로터(250)를 보호하는 역할을 하게 된다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인 항공기의 보호프레임(700)에는 탄소 결정 구조 형태로 감싸져 내부를 보호하는 풀러렌프레임(750)이 결합될 수 있다.

풀러렌은 도 3과 같이 탄소원자가 오각형과 육각형이 교대로 배열된 분자를 통칭하는 말이다. 구조적 특성으로 인해 외부 충격이 가해지면 충격을 흡수하여 빠르게 분산시킬 수 있는 특징이 있어 무인항공기가 장애물에 부딪히면 겉면에 둘러싸인 풀러렌프레임(750)이 충격을 흡수하여 로터(250)와 내부 부품이 파손되지 않도록 막아주게 된다.

풀러렌프레임(750)을 연질구조의 막대와 튜브로 제작하게 되면 충격흡수율을 높일 수 있게 되어 내부 충격을 더욱 줄일 수 있고, 내부에 보호프레임(700)이 존재하므로 상공에서 추락하더라도 풀러렌프레임(750)과 보호프레임(700)에 의해 내부는 안전하게 보호될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장애물 방해를 최소화한 무인항공기에 의하면 로터의 수량을 줄이고 몸체 외부로 노출시키지 않도록 하여 로터가 파손되지 않고, 주변 환경에 장애물이 많이 있더라도 쉽게 접근할 수 있으며, 무인항공기가 원하는 방향으로 향할 수 있도록 제어가 가능하고, 무인항공기의 기울기를 감지하여 기울기를 제어하고 균형을 유지하도록 하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

100 : 하우징 200 : 동력부
250 : 로터 300 : 방향조정부
310 : 서보모터 320 : 서보윙
400 : 카메라부 600 : 제어부
700 : 보호프레임 750 : 풀러렌프레임

Claims (5)

1. 각종 부품을 수용할 수 있도록 형성된 하우징;과
   상기 하우징의 상부에 위치하여 로터와 결합되고 회전을 통해 양력을 발생시키는 동력부;와
   상기 하우징의 하부에 위치하여 복수 개의 서보모터와 각각 결합되어 회전이 가능하고 동력부에서 발생하는 바람을 이용하여 기체의 방향을 조정하는 방향조정부;와
   상기 하우징의 일측에 위치하여 영상을 촬영할 수 있는 카메라;와
   상기 하우징의 타측에 위치하여 제어부를 통해 전력을 공급하는 배터리;와
   상기 하우징의 내부에 위치하여 상기 방향조정부의 서보모터와 동력부, 카메라부의 동작을 제어하고 무선통신이 가능한 제어부; 및
   상기 하우징의 외면을 구 형태로 보호하는 보호프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는
   장애물 방해를 최소화한 무인항공기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 PID(proportional integral derivative) 제어이론을 이용하여 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는
   장애물 방해를 최소화한 무인항공기.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 동력부는 몸체가 모터의 회전방향에 따라 같이 회전하지 못하도록 동축반전 원리를 이용하는 것을 특징으로 하는
   장애물 방해를 최소화한 무인항공기.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 보호프레임은 탄소 결정 구조 형태로 감싸져 내부를 보호하는 풀러렌 프레임;과 결합되는 것을 특징으로 하는
   장애물 방해를 최소화한 무인항공기.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 카메라부는 영상을 실시간으로 PC로 무선 수신이 가능한 것을 특징으로 하는
   장애물 방해를 최소화한 무인항공기.

Images