KR100515031B1

KR100515031B1 - Propulsion system mimicking hovering flapping wing

Info

Publication number: KR100515031B1
Application number: KR1020040020122A
Authority: KR
Inventors: 김광호; 장영수; 전재학
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-09-15

Abstract

본 발명은 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구에 관한 것으로, 힌지를 중심으로 회전 구동되는 회전 구동바와; 상기 회전 구동바에 대하여 비틀림 회전이 가능하게 상기 회전 구동바와 결합된 날개 골격과; 상기 날개 골격에 결합된 날개와; 상기 날개 골격이 관통하도록 상기 날개 골격에 설치된 편심캠과; 상기 편심캠과 접촉하여 상기 편심캠을 안내하는 안내 레일을 포함하고, 상기 날개 골격이 상기 편심캠의 중심으로부터 편심되도록 구성하여, 상기 날개 골격의 움직임에 따라 상기 날개 골격이 상기 구동바에 대하여 비틀리도록 유도함으로써 벌새의 비행 메커니즘을 모방한 비행이 구현되어, 벌새나 곤충 크기 정도의 초소형 비행체에도 적용 가능한 비행 메커니즘을 제공함과 아울러 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구를 제공한다.The present invention relates to a wing propulsion mechanism capable of stationary flight, comprising: a rotation drive bar rotationally driven about a hinge; A wing skeleton coupled to the rotation drive bar to allow torsional rotation with respect to the rotation drive bar; Wings coupled to the wing skeleton; An eccentric cam installed on the wing skeleton so that the wing skeleton passes therethrough; And a guide rail for contacting the eccentric cam to guide the eccentric cam, wherein the blade skeleton is eccentric from the center of the eccentric cam, such that the blade skeleton is twisted with respect to the drive bar according to the movement of the blade skeleton. By inducing a flight that mimics a hummingbird's flight mechanism, it provides a flight mechanism that can be applied to an ultra-small aircraft of the size of a hummingbird or an insect, as well as a wing propulsion mechanism capable of stationary flight.

Description

Wing propulsion mechanism which can make stop flight {PROPULSION SYSTEM MIMICKING HOVERING FLAPPING WING}

본 발명은 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정지 비행이 가능한 벌새의 비행 메커니즘을 모방하여 벌새나 곤충 크기 정도의 초소형 비행체에 적용 가능한 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구에 관한 것이다. The present invention relates to a wing propulsion mechanism capable of stationary flight, and more particularly, to a wing propulsion mechanism capable of stationary flight, which is applicable to an ultra-small aircraft of the size of a hummingbird or an insect by imitating a flight mechanism of a hummingbird capable of a stationary flight. It is about.

일반적인 새들의 비행 방식과 달리 벌새는 독특한 날개 형상과 날개짓으로 양력과 추진력을 제어하는 비행 방식으로 공중에서 정지, 전후좌우 비행이 자유롭다. 또한, 벌새는 몸무게 3g, 몸길이 8.5cm정도로 조류 중에서 가장 작은 새이며, 날개를 빠른 속도로 움직여 경쾌하게 공중 비행을 하는 특징을 갖는다. 따라서, 벌새의 비행 메커니즘을 구현함으로서 벌새나 곤충 크기 정도의 초소형 비행체나 초소형 송풍기 등에 적용될 수 있는 새로운 추진 기구의 개발이 가능할 것이다.Unlike the way birds fly, hummingbirds control the lift and propulsion with unique wing shapes and wing gestures. In addition, the hummingbird is the smallest bird among the birds with a weight of 3g and a body length of about 8.5cm, and has a characteristic of flying lightly by flying wings at high speed. Therefore, by implementing the flight mechanism of the hummingbird, it will be possible to develop a new propulsion mechanism that can be applied to a micro-flying body or a micro blower of the size of a hummingbird or insect.

고정된 날개 주위의 유동장 해석에 관하여 그동안 많은 연구가 진행되어 왔으나, 새의 날개와 같은 움직이는 날개 주위의 유동장 해석은 그동안 충분히 진행되지 못하여 왔다. 이러한 새 등의 날개 움직임을 표현하기 위하여 제시된 모델로는 동적 실속(Dynamic stall) 모델이나 실속 지연(Delayed stall) 모델이 있으며, 이들은 아직 실험적으로 검증되지 못한 상태이다.Many studies have been conducted on the flow field analysis around the fixed wing, but the flow field analysis around the moving wing such as the bird's wing has not been fully developed. Models proposed to represent wing movements of birds, such as dynamic stall or delayed stall, have not been experimentally verified.

이대훈이 고안하여 대한민국 공개특허공보 공개번호 제2002-0035252호에 개시된 압전 재료 구동 날개짓 비행체는 압전 소자의 진동을 이용하여 상하로 날개짓을 하는 비행체를 제안하였으나, 압전 소자의 움직임을 이용한 구체적인 증폭 방법과 제어 방법 등이 제시되지 않았으며, 정지 비행이 가능하도록 하는 날개의 비틀림 운동이 구현되지 않았다. The piezoelectric material-driven wing vehicle, which was devised by Lee Dae-hoon and disclosed in Korean Laid-Open Patent Publication No. 2002-0035252, proposed a wing body that wings up and down by using the vibration of the piezoelectric element. Methods and control methods are not presented, and no torsional movement of the wing to allow stationary flight is implemented.

마찬가지로, 김혜옥, 장조원이 고안하여 등록된 실용신안등록 출원번호 제2001-0025990호의 야광 날개짓 비행체 및 조정 방법과, 실용신안등록 출원번호 제2001-0030552호의 슬라이드 장치가 장착된 날개짓 비행체와, 실용신안등록 출원번호 제2001-0025498호의 음성발생장치, 블루투스를 적용한 날개짓 비행체 및 그 적용 방법에서도 새 날개의 상하 운동 및 상하 운동과 날개 접힘을 모방하여 비행이 가능하도록 한 것이다. Similarly, luminous wing aircraft and adjustment method of utility model registration application No. 2001-0025990 and devised and registered by Kim Hye-ok and Jang Jo-won, and wing aircraft equipped with a slide device of utility model registration application No. 2001-0030552 In the new model registration application No. 2001-0025498, a voice generator, a winged wing vehicle using Bluetooth, and a method of applying the same are designed to allow flight by mimicking the vertical movement, vertical movement and wing folding of a bird wing.

그러나, 이러한 비행체들은 단순한 날개의 퍼득임과 비행체의 전진 이동을 통해 발생하는 양력에 의하여 비행하는 것으로, 날개의 비틀림을 정밀 제어하여 전진 비행 뿐만 아니라 제자리에서의 정지 비행을 구현할 수 없다는 문제점이 있었다. However, these aircraft fly by the lift generated by the simple wing permeation and the forward movement of the aircraft, there was a problem that can not implement forward flight as well as stop flight in place by precisely controlling the twisting of the wing.

한편, 조영선이 고안하여 공개된 대한민국 특허출원번호 제1997-002107호의 날개짓에 의해 공중 부상 및 비행하는 비행체 완구는 압전 소자 또는 영구 자석과 코일을 이용하여 날개의 상하 운동을 구현하는 비행 완구를 제안한 것이지만, 이는 공중 부상을 위하여 공기보다 가벼운 기체가 채워진 별도의 탱크의 부력에 의해 구현되는 것으로 날개짓에 의한 부상과는 다른 것이다. On the other hand, the aircraft toy floating and flying by the wing of the Republic of Korea Patent Application No. 1997-002107 devised and published by Cho Young-sun proposed a flying toy that implements the vertical movement of the wing using a piezoelectric element or a permanent magnet and coil This is realized by the buoyancy of a separate tank filled with gas lighter than air for airborne injury, which is different from wingborne injuries.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 정지 비행이 가능한 벌새의 비행 메커니즘을 모방하여 벌새나 곤충 크기 정도의 초소형 비행체에 적용 가능한 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구를 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, mimics the flight mechanism of the hummingbird capable of stationary flight to provide a wing propulsion mechanism capable of stationary flight applicable to ultra-small aircraft of the size of hummingbirds or insects. For that purpose.

본 발명의 또 다른 목적은 벌새의 비행 메커니즘을 보다 적극적인 형태로 구성함으로써 주위 공기의 외란에도 벌새의 비행 메커니즘을 구현할 수 있도록 하는 것이다. Still another object of the present invention is to configure the hummingbird's flight mechanism in a more aggressive form so that the hummingbird's flight mechanism can be implemented even in the disturbance of the surrounding air.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 힌지를 중심으로 회전 구동되는 회전 구동바와; 상기 회전 구동바에 대하여 비틀림 회전이 가능하게 상기 회전 구동바와 결합된 날개 골격과; 상기 날개 골격에 결합된 날개와; 상기 날개 골격이 관통하도록 상기 날개 골격에 설치된 편심캠과; 상기 편심캠과 접촉하여 상기 편심캠을 안내하는 안내 레일을 포함하고, 상기 날개 골격이 상기 편심캠의 중심으로부터 편심되도록 구성된 것을 특징으로 하는 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구를 제공한다. The present invention and the rotation drive bar is driven to rotate about the hinge to achieve the object as described above; A wing skeleton coupled to the rotation drive bar to allow torsional rotation with respect to the rotation drive bar; Wings coupled to the wing skeleton; An eccentric cam installed on the wing skeleton so that the wing skeleton passes therethrough; It includes a guide rail for guiding the eccentric cam in contact with the eccentric cam, it provides a wing wing propulsion mechanism capable of stationary flight, characterized in that the blade skeleton is configured to be eccentric from the center of the eccentric cam.

이는, 벌새의 비행 메커니즘을 모방한 비행을 구현함으로써 벌새나 곤충 크기 정도의 초소형 비행체에도 적용 가능한 비행 메커니즘을 제공하고, 아울러 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구를 제공하기 위함이다.This is to provide a flight mechanism that can be applied to an ultra-small aircraft of the size of a hummingbird or insect by implementing a flight that mimics a flight mechanism of a hummingbird, and to provide a wing propulsion mechanism capable of stationary flight.

여기서, 상기 날개 골격과 상기 회전 구동바를 연결 설치되어, 상기 회전 구동바에 대한 상기 날개 골격의 비틀림 위치를 복귀시키는 복귀 스프링을 더 포함하여 구성된 것이 비틀림 날개 제어 측면에서 효과적이다. Here, it is effective in the torsional wing control side that is configured to further connect the blade frame and the rotation drive bar, the return spring for returning the torsional position of the blade frame relative to the rotation drive bar.

그리고, 상기 편심캠과 접촉하는 상기 안내 레일의 접촉면은 볼록한 곡면으로 형성됨으로써, 왕복 운동하는 상기 날개가 방향 전환 지점에서 비틀림 각도의 변환이 용이해진다. In addition, the contact surface of the guide rail in contact with the eccentric cam is formed in a convex curved surface, so that the wing reciprocating wing is easy to change the twist angle at the direction change point.

또한, 상기 편심캠을 상, 하 양면으로 안내하도록 상기 안내 레일과 마주보는 위치에 또 하나의 보조 안내 레일이 형성된 것이 바람직하다. 이는 보조 안내 레일을 추가적으로 형성함으로써 평균스트로크면과 날개끝의 실제 운동궤적이 편차가 생겨 보다 효율적으로 비틀림 운동을 유도할 수 있기 때문이다. 아울러, 보조 안내 레일을 구비함으로써 상기 편심캠과 상기 안내 레일의 접촉이 중력에 의하지 않아도 무방하므로, 중력 방향과 무관한 어떠한 방향으로 설치하여도 기능의 구현이 이루어지는 날개짓 추진 기구를 제공할 수 있게 된다. In addition, it is preferable that another auxiliary guide rail is formed at a position facing the guide rail so as to guide the eccentric cam up and down both sides. This is because by additionally forming the auxiliary guide rail, the actual motion trajectory of the average stroke surface and the tip of the wing is varied, and thus the torsional motion can be induced more efficiently. In addition, since the contact between the eccentric cam and the guide rail does not need to be gravity by providing an auxiliary guide rail, it is possible to provide a wing propulsion mechanism in which the function is implemented even when installed in any direction irrelevant to the direction of gravity. do.

한편, 본 발명은, 힌지를 중심으로 회전 구동되는 회전 구동바와; 상기 회전 구동바에 대하여 비틀림 회전이 가능하게 상기 회전 구동바와 결합된 날개 골격과; 상기 날개 골격에 결합된 날개와; 상기 날개 골격에 결합된 베어링과; 상기 날개 골격 또는 상기 베어링으로부터 연장된 연결바와; 상기 연결바의 연장 끝단에 형성된 무게추를; 상기 베어링과 상기 무게추 사이에 삽입 형성되고, 상기 베어링을 안내하는 안내 레일을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구를 제공한다. On the other hand, the present invention, the rotation drive bar is driven to rotate around the hinge; A wing skeleton coupled to the rotation drive bar to allow torsional rotation with respect to the rotation drive bar; Wings coupled to the wing skeleton; A bearing coupled to the blade frame; A connecting bar extending from the blade frame or the bearing; A weight formed at the extension end of the connection bar; A guide rail inserted between the bearing and the weight and configured to guide the bearing; It provides a wing propulsion mechanism capable of stationary flight, characterized in that configured to include.

여기서, 상기 베어링과 접촉하는 상기 안내 레일의 일면은 곡면으로 형성된 것이 바람직하며, 이는 평균스트로크면과 상기 날개 끝단의 실제 운동 궤적 사이에 편차를 갖도록 함으로써 보다 효과적으로 비틀림 운동을 유도할 수 있기 때문이다. Here, one surface of the guide rail in contact with the bearing is preferably formed as a curved surface, because the torsional motion can be induced more effectively by having a deviation between the average stroke surface and the actual movement trajectory of the blade tip.

이하, 본 발명의 구현 원리에 대하여 상술한다.Hereinafter, the implementation principle of the present invention will be described in detail.

도1은 벌새의 정지 비행중인 때의 날개짓 형태를 보여준다. 즉, 정지 비행을 위해서는 날개를 앞쪽으로 움직이다가 다시 뒤쪽으로 움직이기 시작하면 날개의 단면은 도면부호 3으로 표시된 단면 형상은 도면 부호 4로 표시된 단면 형상과 같이 시계 방향으로 회전 시켜 날개의 아랫면을 하늘을 향하게 하는 수프네이션(supination) 운동을 한다. 또한, 날개를 뒤쪽으로 움직이다가 다시 앞쪽으로 움직이기 시작하면, 날개의 단면은 도면 부호 6으로 표시된 단면 형상은 도면 부호 1로 표시된 단면 형상과 같이 반시계 방향으로 회전시켜 날개의 아랫면을 지표면을 향하게 하는 프로네이션(pronation) 운동을 한다. Figure 1 shows the winged shape of hummingbird in flight. In other words, if the wing moves forward and then moves backward for stationary flight, the cross section of the wing rotates in the clockwise direction as shown in cross section indicated by reference number 3 and rotates the bottom surface of the wing. Do a supination movement to the sky. In addition, when the wing is moved backwards and then moves forward again, the cross section of the wing is rotated counterclockwise as the cross-sectional shape indicated by reference numeral 6 to rotate the bottom surface of the wing to the ground surface. Do a pronation exercise.

상기와 같은 움직임을 통해 날개의 주 움직임의 방향에 수직한 방향으로 추진력이 발생되고, 날개를 퍼득거릴 때 벌새의 어깨 부분의 힌지축을 중심으로 날개의 단면을 프로네이션 운동 또는 수프네이션 운동하도록 회전시킴으로써 추진력과 양력이 극대화된다. 즉, 프로네이션 운동과 수프네이션 운동의 반복 없이 단순한 진동 운동만으로는 정지 비행에 필요한 양력과 추진력을 얻을 수 없으며, 본 발명은 날개의 피치각도를 날개의 움직임에 따라 조절시켜 프로네이션 운동과 수프네이션 운동을 구현한 것이다. The propulsion force is generated in the direction perpendicular to the direction of the main movement of the wing through the above movement, and by rotating the cross section of the wing to the pronation movement or the soup movement movement around the hinge axis of the shoulder portion of the hummingbird when the wings flutter. Propulsion and lift are maximized. That is, the lift and propulsion force required for stationary flight cannot be obtained by a simple vibration movement without repeating the pronation movement and the soup movement, and the present invention adjusts the pitch angle of the wing according to the movement of the wing, and thus the pronation movement and the soup movement. Is an implementation of

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 도2에 도시된 바와 같이, 벌새의 날개 움직임은 한점을 중심으로 3자유도를 갖는 운동으로 정의될 수 있다. 도3을 참조하면, 날개의 왕복 진동 운동의 진폭(flapping amplitude)을 φ라고 정의하면, 왕복 진동 운동은 일정한 궤적을 그리게 된다. 이러한 궤적은 하나의 평면상에 존재하는 것이 아니라, 도3의 타원형과 같은 궤적을 그리게 된다. Looking at this in more detail, as shown in Figure 2, the hummingbird's wing movement can be defined as a movement having three degrees of freedom around one point. Referring to Fig. 3, if the flapping amplitude of the reciprocating vibration of the blade is defined as φ, the reciprocating vibration will draw a constant trajectory. This trajectory does not exist on one plane, but draws a trajectory such as an ellipse of FIG.

날개의 궤적의 평균적인 운동면을 평균 스트로크면이라 정의하면, 날개 끝은 타원형의 궤적을 그리며, 평균 스트로크면과 날개 끝의 실제 운동 궤적 사이의 편차(θ)를 갖는다. 이 때, 날개의 비틀림 각도는 α로 표시된다. If the average plane of motion of the wing's trajectory is defined as the mean stroke plane, the wing tip will have an elliptical trajectory, with the deviation θ between the mean stroke plane and the actual locus of the wing tip. At this time, the twist angle of the blade is represented by α.

날개짓에 의한 공기 역학적 해석을 위하여 일반적으로 수행되는 정상 상태 해석 이외에 날개짓을 모사할 수 있는 비정상 유동 해석이 필수적이다. 고정익의 경우에는 유동의 받음각(angle of attack)이 점차 증가함에 따라 양력 계수가 증가하다가 어느 지점에 이르러 급격한 실속(失速,stall) 현상이 나타나 양력 계수가 급격하게 감소한다. 그러나, 왕복 진동 운동(flapping motion)을 하는 날개인 경우에는 주기적으로 받음각이 변화하여 양력 계수가 주기적으로 변화하여 고정익의 양력 계수의 변화와는 다른 양상을 보이게 된다. In addition to the steady state analysis that is generally performed for the aerodynamic analysis by wing gestures, an abnormal flow analysis that can simulate wing wings is essential. In the case of the fixed wing, the lift coefficient increases with the angle of attack gradually increasing, and then suddenly stall occurs at some point, causing the lift coefficient to decrease rapidly. However, in the case of a wing having a reciprocating flapping motion (flapping motion), the angle of attack changes periodically and the lift coefficient is periodically changed to show a different aspect from the change in the lift coefficient of the fixed wing.

일반적으로 왕복 진동 운동을 하는 날개의 경우에 실속이 나타나는 받음각의 값과 최대 양력 계수의 값은 고정익의 받음각의 값과 최대 양력 계수의 값보다 크다. 이러한 왕복 진동 운동의 날개짓에서 나타나는 실속 현상을 동적 실속(dynamic stall)이라고 하며, 이는 정적 실속보다 큰 양력 계수를 얻을 수 있다는 특징이 있다. 즉, 벌새의 경우에는 동적 실속 현상을 이용하여 보다 큰 양력을 얻게 되는 것이다. In general, in the case of vane reciprocating vibration, the value of the angle of attack and the maximum lift coefficient where the stall appears is larger than the value of the angle of attack and the maximum lift coefficient of the fixed blade. The stall phenomenon in the wing of this reciprocating oscillation motion is called a dynamic stall, which is characterized by a higher lift coefficient than the static stall. That is, in the case of hummingbirds, the dynamic lifting phenomenon is used to obtain a larger lift.

동적 실속에 의하여 얻어진 높은 양력 계수를 보다 오랫동안 유지하는 실속지연 메커니즘을 통해 벌새는 보다 큰 양력을 오랜 시간동안 얻을 수 있다. 실속 현상이 나타날 때에는 전연 와류가 날개의 전연에서 박리하게 되고, 이 때 속도와 양력 계수는 급격히 낮아진다. 따라서, 전연 와류를 안정화시킴으로써 박리를 지연시킬 수 있고, 실속도 지연시킬 수 있게 된다. 벌새의 경우에는 날개 길이 방향으로의 유동이 전연 와류를 안정화시키는 것으로 파악되므로, 벌새의 비행과 같은 양력이나 추력을 얻기 위해서는 왕복 진동 운동을 하는 동안에 최적의 각도가 되도록 날개의 비틀림이 필요하다. 따라서, 본 발명은 왕복 진동 운동을 하는 동안에 최적의 각도를 유지할 수 있는 날개의 비틀림 운동을 구현하여 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구를 제공하는 것이다. The stall delay mechanism, which maintains the high lift coefficient obtained by dynamic stall for longer, allows hummingbirds to gain greater lift for a longer time. When stall occurs, the leading edge vortex peels off the leading edge of the wing, at which time the speed and lift coefficients are drastically lowered. Therefore, by stabilizing the leading edge vortex, peeling can be delayed and the actual speed can be delayed. In the case of hummingbirds, it is known that the flow in the longitudinal direction of the wings stabilizes the leading edge vortex, and in order to obtain lift or thrust such as flying of the hummingbird, the wings must be twisted so as to have an optimum angle during the reciprocating vibration movement. Accordingly, the present invention is to provide a wing propulsion mechanism capable of stationary flight by implementing a torsional movement of the wing that can maintain the optimum angle during the reciprocating vibration movement.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

도4 내지 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구의 구성 및 작용을 나타낸 것으로서, 도4는 날개짓 추진 기구의 구성을 도시한 분해 사시도, 도5는 도4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도, 도6은 도4의 조립 사시도, 도7은 날개의 왕복 이동 방향에 따른 편심캠의 움직임을 도시한 개략도, 도8은 또 하나의 보조 안내 레일을 추가한 상태에서 날개의 왕복 이동 방향에 따른 편심캠의 움직임을 도시한 개략도이다. 4 to 8 show the configuration and operation of the wing propulsion mechanism capable of stationary flight according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the wing propulsion mechanism, Figure 5 is Figure 4 6 is an assembled perspective view of FIG. 4, FIG. 7 is a schematic view showing the movement of the eccentric cam according to the reciprocating direction of the blade, and FIG. 8 is another auxiliary guide rail. It is a schematic diagram which shows the movement of the eccentric cam according to the reciprocating direction of a wing in a state.

본 발명의 일 실시예에 따른 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구(1)는 부상하고자 하는 몸체의 양측에 설치된 2개의 날개부로 구성되며, 그 가운데 한쪽 날개부는, 도4에 도시된 바와 같이, 날개짓을 위한 기계적인 회전 왕복 운동을 구동하는 회전 구동부(10)와, 회전 구동부(10)와 연결되어 회전 구동과 함께 퍼득이는 날개부(20)와, 회전 구동부(10)와 날개부(20)를 연결하는 복귀 스프링(30)과, 날개부(20)의 회전 왕복 운동을 안내하는 안내 레일(40)을 포함하여 구성된다. The wing propulsion propulsion mechanism 1 capable of stationary flight according to an embodiment of the present invention comprises two wings installed on both sides of the body to be injured, one of which wings, as shown in FIG. A rotary drive unit 10 for driving a mechanical rotary reciprocating motion for the work, a wing unit 20 connected to the rotary drive unit 10 and being combined with the rotary drive, a rotary drive unit 10 and a wing unit 20 ) Is configured to include a return spring (30) for connecting the guide rail (40) for guiding the rotary reciprocating motion of the wing (20).

상기 회전 구동부(10)는, 도면에 구체적으로 표시되지는 않았으나 모터와 링크 등이 조합되어 구성된 구동부를 내장한 구동부 케이스(11)와, 구동부 케이스(11)의 일면에 돌출 형성된 힌지(12)와, 힌지(12)와 맞물려 힌지(12)를 중심으로 회전되는 회전 구동바(13)를 구비한다. Although not specifically shown in the drawings, the rotation driving unit 10 includes a driving unit case 11 having a driving unit including a combination of a motor and a link, a hinge 12 protruding from one surface of the driving unit case 11, and And a rotation drive bar 13 engaged with the hinge 12 to rotate about the hinge 12.

여기서, 회전 구동바(13)의 회전을 구동하는 방법으로서, 힌지(12)와 맞물리는 회전 구동바(13)의 일단(13a)을 연장하여 모터 등으로 회전시킬 수도 있으며, 회전 구동바(13)와 연결된 별도의 링크를 구비하여 상기 링크를 조작함에 의하여 회전 구동바(13)의 회전을 구동할 수도 있다. Here, as a method of driving the rotation of the rotary drive bar 13, one end 13a of the rotary drive bar 13 engaged with the hinge 12 may be extended and rotated by a motor or the like, and the rotary drive bar 13 It is also possible to drive the rotation of the rotary drive bar 13 by having a separate link connected to the) by operating the link.

상기 날개부(20)는, 회전 구동바(13)의 축방향으로 20a방향의 비틀림 회전이 가능하게 회전 구동바(13)에 결합된 날개 골격(21)과, 날개 골격(21)에 끼워짐으로써 고정되어 설치된 날개(22)와, 날개 골격(21)이 중심으로부터 편심되도록 날개 골격(21)에 설치된 편심캠(23)을 구비한다.The wing portion 20 is fitted to the wing skeleton 21 and the wing skeleton 21 coupled to the rotation drive bar 13 to enable torsional rotation in the 20a direction in the axial direction of the rotation drive bar 13. And an eccentric cam 23 provided on the wing frame 21 so that the wing frame 21 is eccentric from the center.

여기서, 편심캠(23)의 중심(23a)은 날개 골격(21)과 소정의 거리(d)만큼 이격되어 설치됨으로써, 날개 골격(21)의 전후 방향의 이동에 따라 날개 골격(21)의 비틀림 운동을 유발하게 된다. Here, the center 23a of the eccentric cam 23 is installed to be spaced apart from the wing skeleton 21 by a predetermined distance d, thereby twisting the wing skeleton 21 according to the movement of the wing skeleton 21 in the front-back direction. It causes exercise.

상기 복귀 스프링(30)은 회전 구동바(13)의 관통공(13b)과 날개 골격(21)의 관통공(21b)에 각각 양단(30a,30b)이 삽입되어 고정된다. 복귀 스프링(30)은 비틀림 스프링으로 형성되어, 회전 구동바(13)에 대하여 날개 골격(21)이 소정의 각도만큼 비틀리면 이를 복귀시키는 탄성 복원력을 작용시키게 된다. Both ends 30a and 30b of the return spring 30 are inserted into the through holes 13b of the rotary drive bar 13 and the through holes 21b of the blade frame 21, respectively. The return spring 30 is formed of a torsion spring, and when the wing frame 21 is twisted by a predetermined angle with respect to the rotation driving bar 13, an elastic restoring force is applied.

상기 안내 레일(40)은 편심캠(23)이 삽입되어 안정된 접촉면을 유지하도록 편심캠(23)과의 접촉면 양측에 돌출된 안내턱(41)이 형성된다. 그리고, 도5에 도시된 바와 같이, 안내턱(41) 내부의 접촉면이 왕복 회전 방향을 따라 형성된 볼록한 곡면(42)이 형성된다. The guide rail 40 has guide jaws 41 protruding from both sides of the contact surface with the eccentric cam 23 so that the eccentric cam 23 is inserted to maintain a stable contact surface. 5, the convex curved surface 42 in which the contact surface inside the guide jaw 41 was formed along the reciprocating rotation direction is formed.

이하, 본 발명의 일 실시예의 작동 원리를 상술한다.Hereinafter, the operating principle of one embodiment of the present invention will be described in detail.

회전 구동부(10)의 회전 구동바(13)가 왕복 회전 운동을 하면, 회전 구동바(13)에 연결된 날개 골격(21)도 함께 왕복 회전 운동을 하게 된다. 이 때, 날개 골격(21)의 왕복 회전 운동의 경로는 안내 레일(40)의 홈(42)을 따르게 된다. 도7(a)를 참조하면, 날개 골격(21)이 전방으로 이동하는 경우에, 편심캠(23)과 안내 레일(40)사이의 접촉면에서 진행 방향과 반대 방향으로 발생되는 마찰과 안내 레일(40)의 곡면(42)에 의하여 편심캠(23)은 소정의 각도만큼 기울여지게 된다. 즉, 편심캠(23)의 날개 골격(21)은 편심캠(23)의 접촉면보다 선행하므로 소정의 기울임 각도(α')가 형성된다. 이 때, 편심캠(23)의 기울임 각도(α')는 도3의 비틀림 각도(α)와 유사하게 형성되도록 함으로써, 날개 골격(21)에 결합된 날개(22)도 벌새의 날개의 움직임과 같이 비틀리면서 진행하게 된다. When the rotary drive bar 13 of the rotary drive unit 10 performs the reciprocating rotation, the blade skeleton 21 connected to the rotary drive bar 13 also performs the reciprocating rotation. At this time, the path of the reciprocating rotational movement of the blade frame 21 follows the groove 42 of the guide rail 40. Referring to Figure 7 (a), when the blade skeleton 21 moves forward, the friction and the guide rail generated in the direction opposite to the traveling direction on the contact surface between the eccentric cam 23 and the guide rail 40 ( The eccentric cam 23 is inclined by a predetermined angle by the curved surface 42 of 40. That is, since the wing frame 21 of the eccentric cam 23 precedes the contact surface of the eccentric cam 23, a predetermined tilt angle α 'is formed. At this time, the inclination angle α 'of the eccentric cam 23 is formed to be similar to the torsion angle α of FIG. 3, so that the wing 22 coupled to the wing frame 21 also has the movement of the hummingbird's wing. Twisted together to proceed.

그리고, 회전 구동바(13)와 날개 골격(21)을 연결하는 복귀 스프링(30)은 전방으로 이동한 상태의 편심캠(23)의 비틀림을 복귀시키는 역할을 한다. 따라서, 날개(20)의 진행 방향이 전환되는 위치(42a,42b)에서 편심캠(23)의 비틀림을 복귀시킴으로써 도3의 142a부분의 날개 비틀림 각도의 전환을 구현할 수 있게 된다. In addition, the return spring 30 connecting the rotary drive bar 13 and the blade frame 21 serves to restore the torsion of the eccentric cam 23 in a state of moving forward. Accordingly, by returning the torsion of the eccentric cam 23 at the positions 42a and 42b at which the travel direction of the blades 20 is changed, it is possible to implement a change in the wing torsion angle of 142a in FIG. 3.

여기서, 안내 레일(40)이 곡면으로 형성됨으로써, 진행 방향에 따른 편심캠(23)의 비틀림을 보다 용이하게 구현할 수 있다. Here, since the guide rail 40 is formed in a curved surface, it is possible to more easily implement the torsion of the eccentric cam 23 along the traveling direction.

도7(b)를 참조하면, 날개 골격(21)이 후방으로 이동하는 경우에는 전술한 바와 동일한 원리로 비틀림 각도(α')가 변화하면서 진행하여 벌새의 날개 움직임과 거의 유사하게 모사할 수 있게 된다. Referring to FIG. 7B, when the wing skeleton 21 is moved backward, the torsion angle α 'may be changed in the same principle as described above to simulate the wing movement of the hummingbird. do.

한편, 날개 골격(21)의 이동을 안내하기 위하여, 도8에 도시된 바와 같이, 편심캠(23)의 상부에도 보조 안내 레일(50)을 설치할 수 있다. 상, 하부에 편심캠(23)을 안내하는 레일(40,50)을 설치함으로써, 상, 하부의 접촉면 사이의 간격이 좁아지면 편심캠(5)이 소정의 각도(α')로 회전하게 되어, 안내 레일(40)의 비틀림 각도(α') 조절이 더욱 용이해질 뿐 아니라, 편심캠(23)의 중력 방향의 저면에 설치되지 않더라도 동일한 기능을 발휘할 수 있게 된다. On the other hand, in order to guide the movement of the blade skeleton 21, as shown in Figure 8, the auxiliary guide rail 50 can also be installed on the upper portion of the eccentric cam 23. By installing the rails 40 and 50 for guiding the eccentric cam 23 on the upper and lower portions, when the distance between the upper and lower contact surfaces becomes narrow, the eccentric cam 5 rotates at a predetermined angle α '. In addition, the torsion angle α 'of the guide rail 40 can be adjusted more easily, and the same function can be achieved even if the guide rail 40 is not installed at the bottom of the eccentric cam 23 in the gravity direction.

도9 내지 도12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구의 구성 및 작용을 나타낸 것으로서, 도9는 날개짓 추진 기구의 구성을 도시한 분해 사시도, 도10은 도9의 구성의 조립 사시도, 도11은 날개의 왕복 이동 방향에 따른 베어링과 무게추의 운동을 도시한 개략도, 도12는 도11의 안내 레일의 양면에 곡면이 형성된 경우의 운동을 도시한 개략도이다. 9 to 12 is a view showing the configuration and operation of the wing propulsion mechanism capable of stationary flight according to another embodiment of the present invention, Figure 9 is an exploded perspective view showing the configuration of the wing propulsion mechanism, Figure 10 9 is a schematic perspective view showing the movement of the bearing and the weight according to the reciprocating direction of the wing, and FIG. 12 is a schematic diagram showing the motion when curved surfaces are formed on both sides of the guide rail of FIG. .

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 날개짓 추진 기구(101)는, 도9에 도시된 바와 같이, 날개짓을 위한 기계적인 회전 왕복 운동을 구동하는 회전 구동부(10)와, 회전 구동부(10)와 연결되어 회전 구동과 함께 퍼득거리는 날개부(20)와, 날개부(20)의 회전 왕복 운동을 안내하는 안내 레일(140)을 포함하여 구성된다. As shown in the figure, the wing propulsion mechanism 101 according to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 9, the rotation drive unit for driving a mechanical rotary reciprocating motion for the wing And, it is connected to the rotation drive unit 10 is configured to include a wing portion 20 and the guide rail 140 for guiding the rotational reciprocating motion of the wing portion 20 with the rotational drive.

상기 회전 구동부(10)는, 도면에 구체적으로 표시되지는 않았으나 모터와 링크 등이 조합되어 구성된 구동부를 내장한 구동부 케이스(11)와, 구동부 케이스(11)의 외면에 돌출 형성된 힌지(12)와, 힌지(12)와 맞물려 힌지(12)를 중심으로 회전되는 회전 구동바(13)를 구비한다. Although not specifically shown in the drawings, the rotary drive unit 10 includes a drive unit case 11 having a drive unit including a combination of a motor and a link, and a hinge 12 protruding from an outer surface of the drive case case 11. And a rotation drive bar 13 engaged with the hinge 12 to rotate about the hinge 12.

상기 날개부(20)는, 회전 구동바(13)의 축방향으로 20a방향의 비틀림 회전이 가능하게 회전 구동바(13)에 결합된 날개 골격(21)과, 날개 골격(21)에 끼워짐으로써 고정되어 설치된 날개(22)와, 날개 골격(21)이 안내 레일(40)을 따라 움직이도록 안내 레일(40)과 접촉하는 베어링(123)과, 날개 골격(21)으로부터 연장되어 형성된 연장 막대(124)와, 연장 막대(124)의 끝단에 부착된 무게추(125)를 구비한다. The wing portion 20 is fitted to the wing skeleton 21 and the wing skeleton 21 coupled to the rotation drive bar 13 to enable torsional rotation in the 20a direction in the axial direction of the rotation drive bar 13. Wing 22 fixedly installed by the blade, bearing 123 contacting the guide rail 40 so that the wing skeleton 21 moves along the guide rail 40, and an extension rod extending from the wing skeleton 21. 124 and a weight 125 attached to the end of the extension rod 124.

상기 안내 레일(140)은 베어링(123)과 무게추(125)사이에 설치되며, 그 형상은 도11에 도시된 바와 같이 일면은 평탄하고 타면은 곡면으로 형성될 수도 있으며, 도12에 도시된 바와 같이 양면 모두 곡면으로 형성될 수도 있다. The guide rail 140 is installed between the bearing 123 and the weight (125), the shape is shown in Figure 11 one surface is flat and the other surface may be formed in a curved surface, as shown in Figure 12 As described above, both surfaces may be formed as curved surfaces.

이하, 본 발명의 또 다른 실시예의 작동 원리를 상술한다.Hereinafter, the working principle of another embodiment of the present invention will be described in detail.

회전 구동부(10)의 회전 구동바(13)가 왕복 회전 운동을 하면, 회전 구동바(13)에 연결된 날개 골격(21)도 함께 왕복 회전 운동을 하게 된다. 이 때, 날개 골격(21)의 왕복 회전 운동의 경로는 안내 레일(140)의 접촉면(141,142)을 따르게 된다. 도11(a)를 참조하면, 날개 골격(21)이 전방으로 이동하는 경우에, 베어링(123)이 장착된 날개 골격(21)을 끌어당기게 되므로, 무게추(125)는 베어링(123)보다 후행하게 된다. 따라서, 베어링(123)과 무게추(125) 사이에는 소정의 기울임 각도(α")가 발생되며, 이는 도3의 비틀림 각도(α)와 유사하게 형성된다. 따라서, 벌새의 날개 움직임과 유사한 날개짓 운동을 구현할 수 있게 된다. When the rotary drive bar 13 of the rotary drive unit 10 performs the reciprocating rotation, the blade skeleton 21 connected to the rotary drive bar 13 also performs the reciprocating rotation. At this time, the path of the reciprocating rotational movement of the blade skeleton 21 is along the contact surfaces (141, 142) of the guide rail 140. Referring to Figure 11 (a), when the blade skeleton 21 is moved forward, the weight of the blade 125 is lower than the bearing 123, because it pulls the blade skeleton 21 mounted with the bearing 123 Will follow. Thus, a predetermined tilt angle α "is generated between the bearing 123 and the weight 125, which is formed similar to the twist angle α of Fig. 3. Thus, a wing similar to the hummingbird's wing movement Will be able to implement the exercise.

한편, 도12에 도시된 바와 같이, 안내 레일(240)의 양면(241,242)에 곡면을 형성하여 안내 레일의 두께를 조절함으로써 비틀림 각도(α")를 원하는 만큼으로 손쉽게 제어할 수 있게 된다. On the other hand, as shown in Figure 12, by forming the curved surface on both sides (241,242) of the guide rail 240 to adjust the thickness of the guide rail it is possible to easily control the torsion angle (α ") as desired.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절히 변경 가능한 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and may be appropriately changed within the scope described in the claims.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 힌지를 중심으로 회전 구동되는 회전 구동바와; 상기 회전 구동바에 대하여 비틀림 회전이 가능하게 상기 회전 구동바와 결합된 날개 골격과; 상기 날개 골격이 관통하도록 상기 날개 골격에 설치된 편심캠과; 상기 편심캠과 접촉하여 상기 편심캠을 안내하는 안내 레일을 포함하고, 상기 날개 골격이 상기 편심캠의 중심으로부터 편심되도록 구성하여, 상기 날개 골격의 움직임에 따라 상기 구동바에 대하여 상기 날개 골격이 비틀리도록 유도함으로써 벌새의 비행 메커니즘을 모방한 비행이 구현되어, 벌새나 곤충 크기 정도의 초소형 비행체에도 적용 가능한 비행 메커니즘을 제공함과 아울러 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구를 제공한다.As described above, the present invention includes a rotation drive bar that is rotationally driven around the hinge; A wing skeleton coupled to the rotation drive bar to allow torsional rotation with respect to the rotation drive bar; An eccentric cam installed on the wing skeleton so that the wing skeleton passes therethrough; And a guide rail for guiding the eccentric cam in contact with the eccentric cam, wherein the blade skeleton is eccentric from the center of the eccentric cam, such that the blade skeleton is twisted with respect to the drive bar according to the movement of the blade skeleton. By inducing a flight that mimics a hummingbird's flight mechanism, it provides a flight mechanism that can be applied to an ultra-small aircraft of the size of a hummingbird or an insect, as well as a wing propulsion mechanism capable of stationary flight.

도1은 벌새의 정지 비행시 날개의 왕복 운동과 날개의 움직임에 따른 날개 단면 형상을 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing the cross-sectional shape of the wing according to the reciprocating motion of the wing and the movement of the wing during the stop flight of the hummingbird.

도2는 날개의 움직임에 의한 좌표계의 정의를 표시한 좌표도.Figure 2 is a coordinate diagram showing the definition of the coordinate system by the movement of the blade.

도3은 벌새 날개끝의 움직임을 도시한 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing the movement of the hummingbird wing tip.

도4 내지 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구의 구성 및 작용을 나타낸 것으로서,4 to 8 show the configuration and operation of the wing propulsion mechanism capable of stationary flight according to an embodiment of the present invention,

도4는 날개짓 추진 기구의 구성을 도시한 분해 사시도.4 is an exploded perspective view showing the configuration of the wing propulsion mechanism;

도5는 도4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ에 따른 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4. FIG.

도6은 도4의 조립 사시도.6 is an assembled perspective view of FIG.

도7은 날개의 왕복 이동 방향에 따른 편심캠의 움직임을 도시한 개략도.Figure 7 is a schematic diagram showing the movement of the eccentric cam in the reciprocating direction of the wing.

도8은 또 하나의 보조 안내 레일을 추가한 상태에서 날개의 왕복 이동 방향에 따른 편심캠의 움직임을 도시한 개략도.Figure 8 is a schematic diagram showing the movement of the eccentric cam according to the reciprocating direction of the blade in the state of adding another auxiliary guide rail.

도9 내지 도12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정지 비행이 가능한 날개짓 추진 기구의 구성 및 작용을 나타낸 것으로서,9 to 12 show the configuration and operation of the wing propulsion mechanism capable of stationary flight according to another embodiment of the present invention,

도9는 날개짓 추진 기구의 구성을 도시한 분해 사시도.9 is an exploded perspective view showing the configuration of a wing propulsion mechanism;

도10은 도9의 구성의 조립 사시도.Figure 10 is an assembled perspective view of the configuration of Figure 9;

도11은 날개의 왕복 이동 방향에 따른 베어링과 무게추의 운동을 도시한 개략도.Figure 11 is a schematic diagram showing the movement of the bearing and weight in accordance with the reciprocating direction of the blade.

도12는 도11의 안내 레일의 양면에 곡면이 형성된 경우의 운동을 도시한 개략도.Fig. 12 is a schematic diagram showing the motion when curved surfaces are formed on both sides of the guide rail of Fig. 11;

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ** ** Description of symbols for the main parts of the drawing **

1,101: 날개짓 추진 기구 10: 회전 구동부1,101: wing propulsion mechanism 10: rotary drive unit

13: 회전 구동바 20: 날개부13: rotary drive bar 20: wing

21: 날개 골격 22: 날개21: wings skeleton 22: wings

23: 편심캠 30: 복귀 스프링23: eccentric cam 30: return spring

40,140: 안내 레일 50: 보조 안내 레일40, 140: guide rail 50: auxiliary guide rail

123: 베어링 124: 연결봉123: bearing 124: connecting rod

125: 무게추125: weight

Claims

A rotation drive bar which is driven to rotate around the hinge;

A wing skeleton coupled to the rotation drive bar to allow torsional rotation with respect to the rotation drive bar;

Wings coupled to the wing skeleton;

An eccentric cam fixed to penetrate the wing frame;

An eccentric cam installed on the wing skeleton such that the wing skeleton is eccentric from the center;

A guide rail for contacting the eccentric cam to guide the eccentric cam;

And the wing frame is configured to be eccentric from the center of the eccentric cam.

The method of claim 1,

And a return spring connected to the blade frame and the rotational drive bar to return the torsional position of the blade frame relative to the rotational drive bar.

The method according to claim 1 or 2,

The contact surface of the guide rail in contact with the eccentric cam is a wing propulsion mechanism capable of flight, characterized in that the curved surface.

The method of claim 3, wherein

The wing propulsion mechanism capable of stationary flight, characterized in that the curved surface of the guide rail is formed convex.

The method of claim 1,

The wing propulsion mechanism capable of stationary flight, characterized in that the auxiliary guide rail is formed in a position facing the guide rail so as to guide the eccentric cam in both the upper and lower sides.

The method according to claim 1 or 4,

The contact surface of the auxiliary guide rail in contact with the eccentric cam is a wing propulsion mechanism capable of stationary flight, characterized in that formed in a curved surface.

A rotation drive bar which is driven to rotate around the hinge;

Wings coupled to the wing skeleton;

A bearing coupled to the blade frame;

A connecting bar extending from the wing frame;

A weight formed at the extension end of the connection bar;

A guide rail inserted between the bearing and the weight and configured to guide the bearing;

Wing propulsion mechanism capable of stationary flight, characterized in that configured to include.

A rotation drive bar which is driven to rotate around the hinge;

A bearing coupled to the blade frame;

A connecting bar extending from the bearing;

A weight formed at the extension end of the connection bar;

The method according to claim 7 or 8,

The other surface of the guide rail facing the weight addition is winged propulsion mechanism capable of flight, characterized in that formed in a curved surface.

The method of claim 9,

One surface of the guide rail in contact with the bearing is a wing wing propulsion mechanism capable of flight, characterized in that the curved surface.