KR100436086B1 - 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템 - Google Patents

무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템 Download PDF

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Abstract

가변저항을 사용하여 스틱의 움직임에 상응하는 신호를 출력하는 조종부와, 상기 조종부의 출력신호에 따라 모형 헬리콥터의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러로부터 제공되는 제어신호에 따라 모형 헬리콥터의 상태를 변경하는 서보기구부(servo mechanism)로 이루어진 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템(Radio Control Helicopter Training Simulator)에 있어서: 상기 서보기구부가 롤링(rolling), 피칭(pitching) 및 헌팅(tail hunting)이 가능한 3축 짐발(gimbal)과; 상기 3축 짐발이 고정된 하부 고정대를 직선 방향으로 이동 제어할 수 있는 직선운동부를 포함하여 이루어져 4축을 기준으로 헬리콥터의 움직임을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템.

Description

무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템 {A Radio Control Helicopter Tranining Simulation System}
본 발명은 무선모형 헬리콥터의 조종 훈련을 위한 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모형 헬리콥터를 4축 방향으로 제어할 수 있는 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.
무선모형(Radio Control) 헬리콥터는 소형이면서 영속도 비행(hovering)이나 수직 이착륙이 가능하여, 장난감을 비롯해서 다방면에서 이용되어지고 있다. 헬리콥터도 최근 눈부시게 발달되어 군사목적 뿐만 아니라, 영속도 비행의 특성을 살려탐사, 운반에 이용되게 되어 보다 고도의 제어칙(control law)에 관한 연구가 필요하다고 할 수 있다. 무선모형 헬리콥터에서는 실제의 비행기에 비해 기체의 규모가 적기 때문에, 응답의 시정수가 빠르고, 또 메인 로터(main rotor)의 다이나믹스가 기체에 직접 간섭을 주게 되어 조종사가 원격 조종한다는 것은 대단히 어려우므로, 이것을 해결하기 위한 안정화 제어계가 요구된다.
본 발명은 초보 무선 헬리콥터 조종자가 조종 연습을 수행할 수 있는 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 모형 헬리콥터를 롤링, 피칭, 헌팅이 가능한 3축 제어 및 직선 방향의 동작제어가 가능한 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템은 가변저항을 사용하여 스틱의 움직임에 상응하는 신호를 출력하는 조종부와, 상기 조종부의 출력신호에 따라 모형 헬리콥터의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러로부터 제공되는 제어신호에 따라 모형 헬리콥터의 상태를 제어하는 서보기구부(servo)로 이루어진 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템(Radio Control Helicopter Training Simulator)에 있어서: 상기 서보기구부가 롤링(rolling), 피칭(pitching) 및 헌팅(tail hunting)이 가능한 3축 짐발(gimbal)과; 상기 3축 짐발이 고정된 하부 고정대를 직선 방향으로이동 제어할 수 있는 직선운동부를 포함하여 이루어져 4축을 기준으로 헬리콥터의 움직임을 제어할 수 있는 점을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템의 세부적 특징은 상기 3축 짐발(gimbal)이 모형 헬리콥터의 몸체중심을 관통한 축(spin axis)을 통해 헬리콥터의 수평회전 동작을 제어하는 수평회전 서보부(horizontal rotating servo)와; 상기 수평회전서보부의 관통축(spin axis)이 고정된 프레임(frame)인 내측짐발(inner gimbal)을 제어하여 헬리콥터의 피칭(pitching) 동작을 제어하는 피칭 서보부(pitching servo)와; 상기 피칭서보부를 이루는 프레임(frame)인 외측짐발(outer gimbal)을 제어하여 헬리콥터의 롤링(rolling) 동작을 제어하는 롤링서보부(rolling servo)와; 상기 롤링서보부를 지지하기 위한 고정대를 포함하여 이루어지는 점이다.
본 발명에 따른 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템의 다른 세부적 특징은 각 서보부가 모형 헬리콥터의 롤링, 피칭 또는 헌팅 동작을 구현하기 위한 다수의 모터와; 각 모터의 회전각을 측정하는 다수의 포텐쇼미터(potentiometer)와; 상기 각 포텐쇼미터의 출력값을 상기 제어부에 전달하고, 제어부로부터 제공되는 제어신호를 각 모터에 전달하는 인터페이싱부를 포함하여 이루어지는 점이다.
도 1은 본 발명에 따른 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 도 1의 본 발명에 따른 서보기구부의 구성을 나타낸 사시도,
도 3a와 도 3b는 모형 헬리콥터의 수평회전 동작을 구현하는 것을 나타낸 예시도,
도 4a와 도 4b는 모형 헬리콥터의 피칭(pitching) 동작 구현을 나타낸 예시도,
도 5a와 도 5b는 모형 헬리콥터의 롤링(rolling) 동작 구현을 나타낸 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템의 구성과 그에 따른 동작을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템을 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 무선모형 헬리콥터를 조종하기 위한 신호를 출력하는 조종장치(1)와, 상기 조종장치(1)의 출력신호에 따라 모형 헬리콥터의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 컨트롤러(2)와, 상기 컨트롤러(2)로부터 제공되는 제어신호에 따라 모형 헬리콥터의 상태를 변경하는 서보기구부(servo mechanism)(3)로 이루어진다. 상기 컨트롤러(2)는 조종장치(1)로부터 받은 신호를 서보기구부(3)에 전달하여 조종신호에 상응하는 동작을 구현토록 하는 컴퓨터 등으로 이루어진다. 즉, 컴퓨터 내에 구성된 마이크로프로세서에서 RS-232C 통신방식을 이용하여 서보기구부(3)의 동작을 실시간 제어 및 동작 결과를 모니터링한다.
도 2는 도 1의 본 발명에 따른 서보기구부의 구성을 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이, 모형 헬리콥터(100)의 몸체중심을 관통한 축(spin axis)(40)을 통해 헬리콥터의 수평회전 동작을 제어하는 로테이트서보모터(M4)와, 상기 관통축(spin axis)(40)이 고정된 프레임(frame)인 내측짐발(inner gimbal)(30)을 제어하여 헬리콥터의 피칭(pitching) 동작을 제어하는 피칭 서보모터(M3)와, 상기 피칭서보모터(M3)를 포함하는 프레임(frame)인 외측짐발(outer gimbal)(20)을 제어하여 헬리콥터의 롤링(rolling) 동작을 제어하는 롤링서보모터(M2)와, 상기 롤링서보모터(M2)를 지지하기 위한 고정대(13)를 포함하여 이루어지는 3축 짐발과; 상기 3축짐발이 고정된 하부 고정대(12)를 직선 방향으로 이동 제어하기 위한 서보모터(M1) 및 상기 서보모터(M1)의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 상기 3축짐발의 직선운동을 제어하는 볼 스크류(ball screw)(10)를 포함하여 이루어진다. 또한, 각 모터(M2, M2, M3)의 회전각은 포텐셔미터(50)에 의해 측정되며, 서보모터(M1)의 회전각은 포토센서(도시되지 않음)을 이용하여 측정할 수 있으며, 각 측정값은 RC-232C 등의 통신수단을 통해 상기 컨트롤러(2)에 전달된다. 또한, 각 모터 및 포텐셔미터 등에 연결된 신호전달용 전선은 기구적 구성을 표현하기 위해 생략하였다.
도 3a 내지 도 5b는 3축 짐발의 각 모터(M2, M3, M4)의 동작에 따른 모형 헬리콥터의 동작 변화를 나타낸 예시도이다.
도 3a와 도 3b는 모형 헬리콥터의 수평회전 동작을 구현하는 것을 나타낸 예시도이다. 도 3b는 헬리콥터를 위에서 바라본 평면도이다. 도시된 바와 같이 조종장치(1)의 로테이트 서보모터(M4)의 회전에 의해 모형 헬리콥터(100)의 몸체중심을 관통한 축(spin axis)(40)이 회전하면 모형헬리콥터(100)의 수평 축을 중심으로 로테이팅(또는 헌팅)(rotating or tail hunting)이 이루어진다.
도 4a와 도 4b는 모형 헬리콥터의 피칭(pitching) 동작 구현을 나타낸 예시도이다. 피칭 서보모터(M3)이 회전하에 따라 내측 짐발(inner gimbal)(30)이 그 회전 방향에 따라 움직이게 되고, 그 프레임에 모형 헬리콥터를 관통한 축이 연결되어 있으므로 도 4b와 같이 피칭을 수행하게 된다.
도 5a와 도 5b는 모형 헬리콥터의 롤링(rolling) 동작 구현을 나타낸 예시도이다. 롤링 서보모터(M2)이 회전하에 따라 외측 짐발(outer gimbal)(20)이 그 회전 방향에 따라 움직이게 되고, 그 프레임에 상기 내측짐발(30)이 포함되어 있으므로 도 5b와 같이 롤링을 수행하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템을 이용하여 초보 무선모형 헬기 조종자가 헬기의 3축 제어 및 직선운동을 제어하는 훈련할 수 있다.

Claims (4)

  1. 가변저항을 사용하여 스틱의 움직임에 상응하는 신호를 출력하는 조종부와, 상기 조종부의 출력신호에 따라 모형 헬리콥터의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 컨트롤러와, 상기 컨트롤러로부터 제공되는 제어신호에 따라 모형 헬리콥터의 상태를 변경하는 서보기구부(servo mechanism)로 이루어진 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템(Radio Control Helicopter Training Simulation System)에 있어서:
    상기 서보기구부가
    롤링(rolling), 피칭(pitching) 및 헌팅(tail hunting)이 가능한 3축 짐발(gimbal)과;
    상기 3축 짐발이 고정된 하부 고정대를 직선 방향으로 이동 제어할 수 있는 직선운동부를 포함하여 이루어져 4축을 기준으로 헬리콥터의 움직임을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 3축 짐발(gimbal)은
    모형 헬리콥터의 몸체중심을 관통한 축(spin axis)을 통해 헬리콥터의 수평회전 동작을 제어하는 수평회전 서보부(horizontal rotating servo)와;
    상기 수평회전서보부의 관통축(spin axis)이 고정된 프레임(frame)인 내측짐발(inner gimbal)을 제어하여 헬리콥터의 피칭(pitching) 동작을 제어하는 피칭 서보부(pitching servo)와;
    상기 피칭서보부를 이루는 프레임(frame)인 외측짐발(outer gimbal)을 제어하여 헬리콥터의 롤링(rolling) 동작을 제어하는 롤링서보부(rolling servo)와;
    상기 롤링서보부를 지지하기 위한 고정대를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서; 각 서보부는
    모형 헬리콥터의 롤링, 피칭 또는 헌팅 동작을 구현하기 위한 각각의 모터와;
    각 모터의 회전각을 측정하여 상기 컨트롤러에 제공하는 다수의 포텐쇼미터(potentiometer)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 직선운동부는
    볼 스크류(ball screw)를 채용하여 서보모터의 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 상기 3축 짐발 고정대의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 무선모형 헬리콥터 트레이닝 시뮬레이션 시스템.
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