KR100534021B1

KR100534021B1 - Wing Actuator Using 3-fold-linkage

Info

Publication number: KR100534021B1
Application number: KR10-2003-0046082A
Authority: KR
Inventors: 박지형; 이광락; 김광호
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-12-07
Also published as: KR20050006376A

Abstract

본 발명에서는, 뼈대를 구성하는 프레임에 일단이 고정되는 엑추에이터, 상기 엑추에이터에 의해 발생된 힘과 변위를 전달받아 운동되고 일단이 상기 프레임에 고정된 3절 링크, 상기 3절 링크의 타단부가 삽입되어 상기 3절 링크의 타단부가 미끄러지는 경로를 형성하는 가이드 실린더, 상기 3절 링크의 일면에 고정되는 구동 아암, 및 상기 프레임의 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 수직으로 연결되어 형성되는 상하 방향 가이드 슬롯으로 구성되는 3절 링크를 이용한 날개 구동 장치가 제공된다.In the present invention, the actuator is fixed to one end of the frame constituting the skeleton, the three-section link, the other end of the three-section link is moved to receive the force and displacement generated by the actuator and the one end is inserted into the frame And a guide cylinder defining a path in which the other end of the three-section link slides, a driving arm fixed to one surface of the three-section link, and a vertical guide formed vertically connected between the upper frame and the lower frame of the frame. Provided is a wing drive device using a three-section link consisting of a slot.

본 발명에 의하면, 압전 엑추에이터를 이용하는 두 개의 구동 장치와 날개를 커플링으로 연결함으로써, 전후, 상하 및 정지 비행을 자유롭게 할 수 있는 비행체를 구현하는 것이 가능하게 된다. According to the present invention, it is possible to implement a vehicle that can freely move forward and backward, up and down, and stationary flight by coupling two blades and a wing using a piezoelectric actuator by coupling.

Description

Wing Actuator Using 3-fold-linkage

본 발명은 새나 곤충의 날갯짓을 구현하는 날개 구동 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 날개의 상하 방향의 운동(flapping), 날개의 전후 방향의 운동(lagging) 및 날개의 날개 축 중심의 회전 운동(feathering)의 날개의 3자유도 운동을 구현하여 비행체의 전진, 후진 및 정지 비행이 가능하도록 하는 날개 구동 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wing drive device that implements a wing of a bird or insect. Specifically, flapping in the vertical direction of the wing, lagging in the front and rear direction of the wing, and rotational movement around the wing axis of the wing It relates to a wing drive device that enables the forward, backward and stop flight of the aircraft by implementing the three degree of freedom movement of the wing of the).

최근에 흔히 MAV(Micro Air Vehicle)로 일컬어지는 소형의 비행체에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 비행체는 작게 만들 경우 레이더에 잡히지 않을 수 있기 때문에, 완구 등으로는 물론 첩보나 감시용 비행체로서의 활용 가능성이 크게 열려 있다. MAV에 대한 연구의 주류는 통상의 항공기와 마찬가지로 고정익을 이용하는 것이지만, 날개의 크기가 작아지면 작은 날개로 만들 수 있는 양력이 작아지기 때문에, 동체와 기타 부품들을 작고 가볍게 만들어야되는 부담이 크다. 고정익을 사용하는 대신, 곤충이나 새의 비행을 본떠 날갯짓을 이용하는 비행체에 관한 연구 또한 활발하다. 새나 곤충의 날갯짓을 이용하는 비행체에 대해서는 동체의 동력원에서 발생하는 진동 또는 회전 운동을 기어, 벨트 및 링크 등의 기구를 이용하여 날개의 상하 운동(flapping)을 유발하여 추진력을 얻는 방식에 대한 연구가 주로 이루어져 왔다. Recently, research on small-scale aircraft commonly referred to as micro air vehicles (MAVs) has been actively conducted. Since such a vehicle may not be caught by a radar if it is made small, the possibility of using it as a spy or a surveillance vehicle as well as a toy is greatly open. The mainstream research on MAVs is to use fixed-wings, as with conventional aircraft, but the smaller wing size reduces the lift that can be made with smaller wings, making the fuselage and other components smaller and lighter. Instead of using fixed wing, research is also being conducted on aircraft that use wings to mimic the flight of insects or birds. In the case of a wing using a wing of a bird or insect, research on a method of obtaining propulsion by inducing flapping of a wing using a mechanism such as gears, belts, and links from vibration or rotational motion generated from the power source of the fuselage is mainly performed. Has been made.

그러나, 날개의 상하 운동은 곤충이나 새의 날갯짓의 일부 운동만을 구현하는 것으로, 상하 운동만으로는 실제 곤충이나 새가 비행하는 것과 같은 자유로운 비행을 구현할 수는 없다. 즉, 날개의 상하 운동만으로는 방향 전환, 후진 비행 또는 정지 비행(hovering)을 구현할 수는 없다. However, the up and down movement of the wing implements only a part of the movement of the wing of an insect or a bird, and the up and down movement alone does not implement free flight like an actual insect or bird fly. That is, only the vertical movement of the wing can not implement the direction change, backward flight or stop flight (hovering).

방향 전환이 가능하도록 하기 위해 상하 운동이 가능한 날개와 함께 방향 전환용 꼬리날개 또는 프로펠러를 추가한 예가 있으나, 방향 전환 시 효율적이지 못하고, 추진 성능을 떨어뜨리는 단점이 발생하였다. There is an example in which a tail wing or propeller for changing direction is added together with a wing capable of vertical movement in order to enable the change of direction, but it is not efficient at the change of direction and has a disadvantage of lowering propulsion performance.

이에, 자유로운 방향 전환이 가능하고 크기에 비하여 큰 추진력을 가지는 소형의 비행체를 구현하기 위해서는, 새나 곤충이 날개를 상하 방향 운동(flapping), 전후 방향 운동(lagging) 및 날개 각도 변경(feathering) 시키는 것과 같이, 날개를 3자유도로 운동시킬 수 있는 날개 구동 장치를 개발할 필요성이 대두된다. Therefore, in order to realize a small flying body that can be freely changed in direction and has a large propulsion force compared to the size, it is necessary for birds or insects to flap, flap, and feather the wings. Similarly, there is a need to develop a wing drive that can move the wing in three degrees of freedom.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은, 새나 곤충의 날갯짓을 구현할 수 있어 비행체의 전후, 상하 및 정지 비행을 자유롭게 할 수 있게 하는 날개 구동 장치를 제공하는데 있다.The present invention was developed in order to solve the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to implement a wing of the bird or insect to provide a wing drive device that allows the front and rear, vertical and stationary flight of the aircraft freely. It is.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 뼈대를 구성하는 프레임에 일단이 고정되는 엑추에이터, 상기 엑추에이터에 의해 발생된 힘과 변위를 전달받아 운동되고 일단이 상기 프레임에 고정된 3절 링크, 상기 3절 링크의 타단부가 삽입되어 상기 3절 링크의 타단부가 미끄러지는 경로를 형성하는 가이드 실린더, 상기 3절 링크의 일면에 고정되는 구동 아암, 및 상기 프레임의 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 수직으로 연결되어 형성되는 상하 방향 가이드 슬롯으로 구성되는 구동 장치를 제공함으로써 달성된다.An object of the present invention as described above, the one end is fixed to the frame constituting the skeleton, the three-section link, the three-section link is fixed to the frame movement and received by the force and displacement generated by the actuator The other end of the guide cylinder is inserted into the other end of the three-way link slide path, the drive arm fixed to one side of the three-way link, and is vertically connected between the upper frame and the lower frame of the frame It is achieved by providing a drive device composed of a vertical guide slot formed.

여기서, 상기 3절 링크는 4개의 링크 부재들이 직렬로 각각 플렉서블 조인트에 의해 연결되어 구성되는 것이 바람직하다.Here, the three-section link is preferably composed of four link members are connected in series by each of the flexible joint.

여기서, 상기 엑추에이터는 압전 재료와 탄성체가 결합된 모노모프 또는 바이모프 엑추에이터로 구성되는 것이 바람직하다.Here, the actuator is preferably composed of a monomorph or bimorph actuator combined with a piezoelectric material and an elastic body.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1a 내지 도 1d에는 본 발명에 따른 비행체에서 구현하고자 하는 날개의 움직임이 도시되어 있다.Figures 1a to 1d shows the movement of the blade to be implemented in the aircraft according to the present invention.

도 1a에 도시된 것과 같이, 새가 전방으로 전속력으로 비행할 때에는 진행 방향에 대해 수직한 방향으로 타원을 그리며 날개를 움직이고, 도 1b에 도시된 것과 같이, 새가 전방으로 통상의 속도로 비행할 때에는 진행 방향에 대해 수직한 방향으로 전속력으로 비행할 때(도 1a)보다 조금 폭이 넓은 타원을 그리며 날개를 움직이며, 도 1c에 도시된 것과 같이, 정지 비행(hovering)을 할 때에는 수평 방향으로 타원을 그리며 날개를 움직이며, 도 1d에 도시된 것과 같이, 후진 비행을 할 때에는 몸을 세우고 수평 방향에 대해 소정 각도 기울어진 타원을 그리며 날개를 움직인다.As shown in FIG. 1A, when the bird flies forward at full speed, it moves its wings in an ellipse in a direction perpendicular to the direction of travel, and as shown in FIG. 1B, the bird can fly forward at normal speed. Move the wings in an ellipse that is slightly wider than when flying at full speed in the direction perpendicular to the direction of travel (Fig. 1A), and as shown in Fig. 1C, in the horizontal direction when doing Drawing an ellipse and moving the wings, as shown in Figure 1d, during the reverse flight, the body is standing up and moving the wings by drawing an ellipse inclined at an angle to the horizontal direction.

도 1a 내지 도 1d에 도시된 것과 같은 새의 날갯짓은, 상하 방향 운동(flapping), 전후 방향 운동(lagging) 및 날개 각도 변경(feathering)으로 정의되는 날개의 3자유도 운동과, 날개 자체가 비행 형태에 따라 변형되는 것이 조합되어 이루어지는 것을 알 수 있다. The wing of a bird, as shown in FIGS. 1A-1D, is a three degree of freedom movement of the wing defined by flapping, lagging, and feathering, and the wing itself flying. It turns out that what is deformed according to a form is combined.

도 2a에는 본 발명에 따라, 상기 도 1a 내지 도 1d에 도시된 것과 같은 새의 날갯짓을 구현할 수 있는 날개 기구의 사시도가 도시되어 있다.FIG. 2A shows a perspective view of a wing mechanism capable of implementing a wing of a bird as shown in FIGS. 1A-1D, in accordance with the present invention.

도 2a에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 날개 기구(10)는 좌우 대칭으로 된 한 쌍의 날개(11), 각각의 상기 날개의 축(14)이 삽입되어 전후 방향의 운동을 할 수 있도록 형성된 전후 방향 가이드 슬롯(12) 및 각각의 상기 날개의 축이 삽입되어 상하 방향의 운동을 할 수 있도록 형성된 상하 방향 가이드 슬롯(13)으로 구성된다. As shown in Figure 2a, the wing mechanism 10 according to the present invention is a pair of wings 11, the left and right symmetry, the shaft 14 of each of the wings is inserted so that the movement in the front and rear direction The front and rear direction guide slots 12 and the shafts of the respective blades are inserted, and the vertical direction guide slots 13 are formed to allow movement in the vertical direction.

상기 날개 축(14)이 상기 전후 방향 가이드 슬롯(12) 및 상하 방향 가이드 슬롯(13)에 삽입된 상태에서, 상기 날개 축(14) 단부에 전후 방향 및 상하 방향으로 힘이 작용하면, 상기 날개 축의 타단부는 타원형을 그리며 회전하는 것이 가능하게 된다. 이때, 가해지는 전후 방향 또는 상하 방향의 힘과 변위를 조절함으로써, 도 1a 내지 도1d에 도시된 것과 같은 새나 곤충의 날개가 그리는 궤적과 같은 궤적을 그리면서 날개가 움직이도록 만들 수 있다. When the wing shaft 14 is inserted into the front and rear direction guide slot 12 and the vertical direction guide slot 13, when the force acts in the front and rear direction and the vertical direction at the end of the wing shaft 14, the wing The other end of the shaft can be rotated in an elliptical shape. At this time, by adjusting the force and displacement in the front and rear or up and down direction applied, it is possible to make the wings move while drawing a trajectory such as the trajectory of the wing of the bird or insect as shown in Figure 1a to 1d.

예를 들어, 소정의 같은 크기의 전후 및 상하 방향의 스트로크(stroke)를 각각 왕복 운동의 형태로 동시에 상기 날개 축(14) 단부에 작용시키면, 상기 날개 축(14)의 타단부는 작용하는 스트로크의 크기에 비례하여 소정 크기의 원을 그리면서 움직이게 된다. 이를 응용하여, 상하 방향의 스트로크를 크게 하고 전후 방향의 스트로크를 상대적으로 작게 가하면, 상기 날개 축(14)의 타단부는 상하 방향으로 긴 타원 궤적을 그리며 움직이게 된다. For example, when strokes in the front and rear and up and down directions of the same size are respectively applied to the end of the blade shaft 14 simultaneously in the form of a reciprocating motion, the stroke of the other end of the blade shaft 14 acts. It moves while drawing a circle of a predetermined size in proportion to the size of. By applying this, when the stroke in the vertical direction is increased and the stroke in the front and rear directions is relatively small, the other end of the blade shaft 14 moves in a long elliptic trajectory in the vertical direction.

도 2b에는 본 발명에 따른 3절 링크를 이용한 날개 구동 장치를 구성하는 상하 방향 구동 수단의 사시도가 도시되어 있고, 도 2c에는 본 발명에 따른 3절 링크를 이용한 날개 구동 장치를 구성하는 전후 방향 구동 수단의 사시도가 도시되어 있다.Figure 2b is a perspective view of the vertical drive means constituting the wing drive device using a three-section link according to the present invention, Figure 2c is a front and rear direction drive constituting the wing drive device using a three-section link according to the present invention. A perspective view of the means is shown.

도 2b에 도시된 것과 같이, 상기 상하 방향 구동 수단(100)은, 뼈대를 구성하는 프레임(106), 상기 프레임(106)의 상부 저면에 일단이 고정되는 엑추에이터(101), 상기 엑추에이터(101)의 고정되지 않은 단부에 결합되는 구동 링크(108), 상기 구동 링크(108)에 의해 상기 엑추에이터(101)에서 발생된 힘과 변위를 전달받아 운동되고 3개의 플렉서블(flexible) 조인트로 연결된 4개의 링크 부재(111, 112, 113, 114)로 구성되며 일단이 프레임(106)의 상부에 고정된 3절 링크(102), 상기 3절 링크(102)의 타단부가 삽입되는 가이드 실린더(103), 상기 3절 링크의 일면에 고정되는 구동 아암(104), 및 상기 프레임(106)의 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 수직으로 연결되어 형성되는 상하 방향 가이드 슬롯(13)으로 구성된다. As shown in FIG. 2B, the vertical driving means 100 includes a frame 106 constituting a skeleton, an actuator 101 having one end fixed to an upper bottom surface of the frame 106, and the actuator 101. A drive link 108 coupled to the unfixed end of the four links, which are moved by the force and displacement generated by the actuator 101 by the drive link 108 and connected to three flexible joints A three-section link 102 composed of members 111, 112, 113, and 114, one end of which is fixed to an upper portion of the frame 106, a guide cylinder 103 into which the other end of the three-section link 102 is inserted; The driving arm 104 is fixed to one side of the three-section link, and the vertical guide slot 13 formed vertically connected between the upper frame and the lower frame of the frame 106.

도 2c에 도시된 것과 같이, 상기 전후 방향 구동 수단(200)은, 뼈대를 구성하는 프레임(206), 상기 프레임(206)의 좌우측 프레임 중 일측 프레임의 측면에 일단이 고정되는 엑추에이터(201), 상기 엑추에이터(201)의 고정되지 않은 단부에 결합되는 구동 링크(208), 상기 구동 링크(208)에 의해 상기 엑추에이터(201)에서 발생된 힘과 변위를 전달받아 운동되고 3개의 플렉서블(flexible) 조인트로 연결된 4개의 링크 부재(211, 212, 213, 214)로 구성되며 상기 프레임(206)에서 상기 엑추에이터(201)가 고정되는 프레임에 일측이 고정되는 3절 링크(202), 상기 3절 링크(202)의 타단부가 삽입되는 가이드 실린더(203), 상기 3절 링크의 일면에 고정되는 구동 아암(204), 및 상기 프레임(206)의 좌우측 프레임 사이에 수평으로 연결되어 형성되는 전후 방향 가이드 슬롯(12)으로 구성된다. As shown in FIG. 2C, the front and rear driving means 200 includes a frame 206 constituting a skeleton, an actuator 201 having one end fixed to a side of one frame among left and right frames of the frame 206, Drive link 208 coupled to the non-fixed end of the actuator 201, the drive link 208 is moved by receiving the force and displacement generated by the actuator 201 and three flexible joints It is composed of four link members (211, 212, 213, 214) connected to the three-section link 202, one side is fixed to the frame in which the actuator 201 is fixed in the frame 206, the three-section link ( A guide cylinder 203 into which the other end of 202 is inserted, a driving arm 204 fixed to one surface of the three-section link, and a front and rear guide slot formed horizontally connected between the left and right frames of the frame 206. It consists of (12).

상기 상하 방향 구동 수단(100)과 상기 전후 방향 구동 수단(200)은, 상기 상하 방향 가이드 슬롯(13)과 상기 전후 방향 가이드 슬롯(12)이 직각으로 교차되도록 평행한 평면상에 각각 배치된다. 상기 가이드 슬롯들(12, 13)은 상기 날개 기구(11)에 도시된 슬롯들과 동일한 슬롯이며, 그 교차되는 각도는 도 2a에 도시된 것과 같은 90도에 한정되지 않고 구현하고자 하는 비행의 형태에 따라 각도를 달리하여 배치할 수 있다. The up-down direction driving means 100 and the front-rear direction driving means 200 are disposed on parallel planes such that the up-down direction guide slots 13 and the front-back direction guide slots 12 cross at right angles. The guide slots 12, 13 are the same slots as the slots shown in the wing mechanism 11, the crossing angle of which is not limited to 90 degrees as shown in Figure 2a, the type of flight to be implemented Depending on the angle can be arranged.

도 2d에는 상기 3절 링크(102, 202)의 운동을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.2D is a diagram illustrating the motion of the three-section links 102 and 202.

도 2d에 도시된 것과 같이, 상기 3절 링크(102, 202)는 제1 링크 부재(111, 211), 제2 링크 부재(112, 212), 제3 링크 부재(113, 213) 및 제4 링크 부재(114, 214)들이 직렬로 각각 플렉서블(flexible) 조인트로 연결되어 구성된다. 도면의 A 지점에 부착되는 구동 링크(108, 208)에 의해 상기 3절 링크(102, 202)에 힘이 가해지면, 상기 3절 링크(102, 202)는 점선으로 도시된 바와 같이, 상기 제3 링크 부재(113, 213)가 상기 제4 링크 부재(114, 214)와의 조인트 부분을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 되고, 상기 제2 링크 부재(112, 212)가 상기 제1 링크 부재(111, 211)와의 조인트를 중심으로 시계 방향으로 회전하게 된다. 이때, 상기 제2 링크 부재(112, 212)의 상면에 고정되는 구동 아암(104, 204)은 상기 제2 링크 부재(112, 212)가 회전하는 각도에 대응하는 각도로 회전하게 된다. 회전 각도는 같지만, 상기 구동 아암(104, 204)의 길이가 훨씬 길기 때문에 상기 구동 아암 단부의 변위는 훨씬 커진다. 상기 A 지점에 구동력을 작용시키는 엑추에이터(101, 201)는 PZT(Plumbum-Zirconium-Titanium)와 탄성체가 접합되어 만들어지는 모노모프(monomorph) 또는 바이모프(bimorph) 엑추에이터로 구성된다. 상기 모노모프 또는 바이모프 엑추에이터의 구동원리에 대해서는 후술한다.As shown in FIG. 2D, the three-section links 102 and 202 may include the first link members 111 and 211, the second link members 112 and 212, the third link members 113 and 213, and the fourth link links. The link members 114 and 214 are connected in series with flexible joints, respectively. When a force is applied to the three-way link 102, 202 by a drive link 108, 208 attached to the point A in the figure, the three-way link 102, 202 is shown as a dotted line, The three link members 113 and 213 rotate counterclockwise around the joint portion with the fourth link members 114 and 214, and the second link members 112 and 212 are connected to the first link member ( It rotates clockwise around the joint with 111 and 211. In this case, the driving arms 104 and 204 fixed to the upper surfaces of the second link members 112 and 212 are rotated at an angle corresponding to the angle at which the second link members 112 and 212 rotate. Although the angle of rotation is the same, the displacement of the drive arm end is much larger because the length of the drive arms 104, 204 is much longer. The actuators 101 and 201 exerting a driving force on the point A are composed of a monomorph or bimorph actuator, in which a PZT (Plumbum-Zirconium-Titanium) and an elastic body are bonded to each other. The driving principle of the monomorph or bimorph actuator will be described later.

도 2b에 도시된 것과 같이, 상기 구동 아암(104)의 단부에는 구동 아암을 축으로 회전 가능하게 결합되는 커플링(105)이 위치된다. As shown in FIG. 2B, at the end of the drive arm 104 a coupling 105 is rotatably coupled to the drive arm axially.

도 2e에는 도 2b에 도시된 커플링의 분해 사시도가 도시되어 있다.2E shows an exploded perspective view of the coupling shown in FIG. 2B.

도 2e에 도시된 것과 같이, 상기 커플링(105)은, 아암용 커플러(109) 및 날개용 커플러(110)로 구성되고, 상기 아암용 커플러(109)의 측면에 상기 날개용 커플러(110)의 단부가 핀 조인트로 결합된다. 상기 핀 조인트의 회전축은 상기 커플링(105)이 위치하는 평면에 수직으로 배치된다. As shown in FIG. 2E, the coupling 105 includes an arm coupler 109 and a wing coupler 110, and the wing coupler 110 is disposed on a side of the arm coupler 109. The ends of are joined by pin joints. The axis of rotation of the pin joint is disposed perpendicular to the plane in which the coupling 105 is located.

이하에서는, 상기 날개 기구(10)에서 상기 날개(11)가 상기 커플링(105)에 의해 상기 상하 방향 구동 수단(100) 및 상기 전후 방향 구동 수단(200)으로 연결되는 구성과, 이러한 구성에 의해 상기 날개 기구(10)가 작동되는 원리에 대해 설명한다.Hereinafter, in the wing mechanism 10, the wing 11 is connected to the up-down direction driving means 100 and the front-back direction driving means 200 by the coupling 105, and in this configuration By the above, the principle that the wing mechanism 10 operates will be described.

상기 상하 방향 구동 수단(100)과 상기 전후 방향 구동 수단(200)은 서로 인접한 상태로 상기 날개 기구(10)에 대해 대칭 되도록 각각 설치된다. 한편, 상하 방향 구동 수단(100)의 구동 아암(104)의 단부에는 커플링(105)의 아암용 커플러(109)가 설치되고, 상기 커플링(105)에서 상기 날개용 커플러(110)는 상기 상하 방향 가이드 슬롯(13), 상기 구동 아암(204) 및 상기 전후 방향 가이드 슬롯(12)에 차례로 삽입되고, 상기 전후 방향 가이드 슬롯(12)으로부터 돌출된 상태에서 상기 날개(11)의 날개 축(14)과 결합된다. The up and down direction driving means 100 and the front and rear direction driving means 200 are respectively installed to be symmetrical with respect to the wing mechanism 10 in a state adjacent to each other. On the other hand, the arm coupler 109 of the coupling 105 is installed at the end of the driving arm 104 of the vertical drive means 100, the wing coupler 110 in the coupling 105 is The blade shaft of the blade 11 in the state of being inserted into the vertical guide slot 13, the driving arm 204 and the front and rear guide slot 12 in sequence, and protruded from the front and rear guide slot 12 ( 14).

상술한 바와 같이 배치된 상태에서, 상기 상하 방향 구동 수단의 엑추에이터(101)가 전후 방향으로 요동하면, 상기 구동 아암(104)이 상하 방향으로 왕복 운동을 하게 되고, 상기 구동 아암(104)의 단부에 결합된 상기 커플링(105)도 함께 상하 방향으로 소정 각도 왕복 운동을 하게 된다. In the arrangement as described above, when the actuator 101 of the up-down direction drive means swings in the front-rear direction, the drive arm 104 reciprocates in the up-down direction, and the end of the drive arm 104 The coupling 105 coupled to the also makes a predetermined angle reciprocating motion in the vertical direction.

또한, 상기 전후 방향 구동 수단의 엑추에이터(201)가 상하 방향으로 요동하면, 상기 구동 아암(204)이 전후 방향으로 왕복 운동을 하게 되고, 상기 구동 아암(204)과 상기 전후 방향 가이드 슬롯(12)에 삽입된 상기 날개용 커플러(110) 부분이 상기 커플링(105)의 핀 조인트 축을 중심으로 소정 각도 선회하게 된다. In addition, when the actuator 201 of the front-back direction drive means swings up and down, the drive arm 204 reciprocates in the front-back direction, and the drive arm 204 and the front-back direction guide slot 12 A portion of the blade coupler 110 inserted into the blade pivots a predetermined angle about the pin joint axis of the coupling 105.

상기 엑추에이터(101, 201)의 구동에 의해 상기 구동 아암(104, 204)이 각각 상하 방향 및 전후 방향으로 움직이면, 상기 날개는 상하 방향 및 전후 방향으로 요동하게 된다. 예를 들어, 소정의 같은 크기의 전후 및 상하 방향의 스트로크(stroke)가 각각 왕복 운동의 형태로 상기 구동 아암(104, 204)에 의해 동시에 상기 날개 축(14) 단부에 작용되면, 상기 날개 축(14)의 타단부는 작용하는 스트로크의 크기에 비례하여 소정 크기의 원을 그리면서 움직이게 된다. 이를 응용하여, 상하 방향의 스트로크를 크게 하고 전후 방향의 스트로크를 상대적으로 작게 가하면, 상기 날개 축(14)의 타단부는 상하 방향으로 긴 타원 궤적을 그리며 움직이게 된다. 이와 같은 원리로 전후 및 상하 방향의 스트로크를 조절하여 도 1a 내지 도 1d에 도시된 것과 같은 날갯짓을 구현할 수 있다.When the driving arms 104, 204 move in the vertical direction and the front-rear direction, respectively, by the driving of the actuators 101, 201, the blades swing in the vertical direction and the front-rear direction. For example, if a stroke of a predetermined same size, forward and downward, is applied to the end of the wing shaft 14 simultaneously by the drive arms 104 and 204 in the form of a reciprocating motion, respectively, the wing shaft The other end of 14 is moved while drawing a circle of a predetermined size in proportion to the size of the acting stroke. By applying this, when the stroke in the vertical direction is increased and the stroke in the front and rear directions is relatively small, the other end of the blade shaft 14 moves in a long elliptic trajectory in the vertical direction. By the same principle, it is possible to implement a wing as shown in Figures 1a to 1d by adjusting the front and rear stroke.

도 3a 및 도 3b에는 본 발명에 따른 날개 구동 장치의 날개의 사시도가 도시되어 있다.3A and 3B show perspective views of the vanes of the vane drive device according to the present invention.

도 3a 및 도 3b에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 날개 기구(10)에 있어서, 상기 날개(11)는 비행 동작에 맞춰 날개 축을 중심으로 상하 방향으로 날개의 형태가 변형될 수 있도록 만들어진다. 즉, 상기 날개(11)는, 날개의 뼈대를 구성하고 동력원과 연결되는 날개 축(14), 상기 날개 축(14)에 결합되어 비행 형태에 따라 날개의 형상을 변화시킬 수 있는 압전 엑추에이터(16) 및 전류가 통하는 상기 압전 엑추에이터(16)를 외부와 절연시키기 위해 상기 압전 엑추에이터(16)의 표면을 덮는 날개 덮개(17)로 구성된다. As shown in Figure 3a and Figure 3b, in the wing mechanism 10 according to the present invention, the wing 11 is made so that the shape of the wing can be modified in the vertical direction around the wing axis in accordance with the flight operation. That is, the blade 11, the blade shaft 14 which constitutes the skeleton of the blade and is connected to a power source, is coupled to the blade shaft 14, the piezoelectric actuator 16 that can change the shape of the wing according to the flight form ) And a wing cover 17 covering the surface of the piezoelectric actuator 16 to insulate the piezoelectric actuator 16 through which current flows from the outside.

상기 압전 엑추에이터(16)는 EAP(Electro Active Polymer)로 구성될 수 있다. EAP는 전압이 걸리면 형상이 변화하는 고분자 재료로서, 상기 EAP에 가해지는 전압을 제어하여 상기 날개(11)가 상기 날개 축(14)에 대하여 상하 방향으로 굽어지도록(즉, 피더링(feathering)) 변화시켜 날개의 형상을 비행 형태에 알맞은 형상으로 변화시킬 수 있게 된다. The piezoelectric actuator 16 may be made of EAP (Electro Active Polymer). The EAP is a polymer material whose shape changes when a voltage is applied, and controls the voltage applied to the EAP so that the blade 11 is bent in the vertical direction with respect to the blade axis 14 (ie, feathering). By changing the shape of the wing can be changed to a shape suitable for the flight form.

도 4a 내지 도 4c에는 본 발명에 따른 날개 기구를 구성하는 날개의 피더링을 가능하게 하는 바이모프 엑추에이터의 동작 원리를 설명하는 단면도가 도시되어 있다.4A-4C are cross-sectional views illustrating the principle of operation of the bimorph actuator that enables the feeder of the blades constituting the wing mechanism according to the present invention.

도 4a에 도시된 것과 같이, 바이모프 엑추에이터는 탄성체(113)의 상하면에 압전 재료(111, 112)를 접합하여 만들어진다. 상기 압전 재료(111, 112)는 전압이 가해지면 길이가 변화되는 특성을 가지고 있다. 상기 압전 재료 중 상면에 위치하는 것(111)의 길이가 감소하도록 전압을 걸어주고, 동시에 상기 압전 재료 중 저면에 위치하는 것(112)의 길이가 증가하도록 전압을 걸어주면, 도 4b에 도시된 것과 같이, 바이모프 엑추에이터(101)는 위 방향으로 휘게 된다. 반대로, 상기 압전 재료 중 상면에 위치하는 것(111)의 길이가 증가하도록 전압을 걸어주고, 동시에 상기 압전 재료 중 저면에 위치하는 것(112)의 길이가 감소하도록 전압을 걸어주면, 도 4c에 도시된 것과 같이, 바이모프 엑추에이터(101)는 아래 방향으로 휘게 된다. As shown in FIG. 4A, the bimorph actuator is made by bonding the piezoelectric materials 111 and 112 to the upper and lower surfaces of the elastic body 113. The piezoelectric materials 111 and 112 have a characteristic that the length thereof changes when a voltage is applied. Applying a voltage to reduce the length of the one 111 located on the upper surface of the piezoelectric material, and at the same time applying a voltage to increase the length of the one 112 located on the bottom of the piezoelectric material, shown in Figure 4b As such, the bimorph actuator 101 is bent upwards. On the contrary, if a voltage is applied to increase the length of the piezoelectric material 111 located on the top surface and at the same time, a voltage is applied to reduce the length of the piezoelectric material 112 located on the bottom surface of the piezoelectric material. As shown, the bimorph actuator 101 is bent downward.

여기서는 바이모프 엑추에이터만을 설명하였으나, 모노모프 엑추에이터를 사용하는 것도 본 발명의 범위에 속하며, 사용되는 압전 재료도 PZT에 한정되지 않는다.Although only bimorph actuators have been described herein, the use of monomorph actuators is also within the scope of the present invention, and the piezoelectric material used is not limited to PZT.

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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압전 재료를 이용한 엑추에이터로 구동되는 두 개의 왕복 운동 기구의 운동을 커플링으로 연결함으로써, 전후, 상하 및 정지 비행을 자유롭게 할 수 있는 비행체의 날개 구동 장치를 구현하는 것이 가능하게 된다.As described above, according to the present invention, by connecting the movement of the two reciprocating mechanism driven by the actuator using the piezoelectric material by coupling, the wing drive device of the aircraft that can freely move forward and backward, up and down and stationary flight It is possible to implement.

본 발명에 의한 비행체는 소형으로 제작하여 탄광 정글 등의 좁은 지역에서 측정, 감시 정찰 등 여러 가지 기능을 하도록 활용이 가능하다.Aircraft according to the present invention can be produced to a small size to be used for various functions such as measurement, surveillance and reconnaissance in a narrow area, such as a coal mine jungle.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.In the above, certain preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. will be.

도 1a 내지 도 1d는 여러 가지 형태의 새의 날갯짓을 보여주는 도면.1a to 1d show wings of various types of birds;

도 2a는 본 발명에 따른 구동 장치가 적용되는 날개 기구의 사시도.Figure 2a is a perspective view of the wing mechanism to which the drive device according to the present invention is applied.

도 2b는 본 발명에 따른 날개 기구를 구성하는 상하 방향 구동 수단의 사시도. 2B is a perspective view of the vertical drive means constituting the wing mechanism according to the present invention;

도 2c는 본 발명에 따른 날개 기구를 구성하는 전후 방향 구동 수단의 사시도.Fig. 2C is a perspective view of the forward and backward drive means constituting the wing mechanism according to the present invention.

도 2d에는 도 2b 및 도 2c에 도시된 3절 링크의 운동을 설명하기 위한 도면.Figure 2d is a view for explaining the motion of the three-section link shown in Figures 2b and 2c.

도 2e는 도 2b에 도시된 커플링의 분해 사시도.2E is an exploded perspective view of the coupling shown in FIG. 2B.

도 3a는 본 발명에 따른 비행체에 사용되는 날개 기구를 구성하는 날개의 사시도.Figure 3a is a perspective view of the wing constituting the wing mechanism used in the aircraft according to the present invention.

도 3b는 도 3a에 도시된 날개의 분해 사시도.3B is an exploded perspective view of the wing shown in FIG. 3A.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 다른 구동 장치 및 날개에 사용되는 바이모프 엑추에이터의 특성을 설명하는 단면도.4A to 4C are cross-sectional views illustrating the characteristics of the bimorph actuator used for the drive device and the blade according to the present invention.

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<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10: 날개 기구 11: 날개12: 전후 방향 가이드 슬롯 13: 상하 방향 가이드 슬롯14: 날개 축 16: 압전 엑추에이터100: 상하 방향 구동 수단 101, 201: 엑추에이터102, 202: 3절 링크 104, 204: 구동 아암DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wing mechanism 11: Wing 12: Front-back direction guide slot 13: Up-down direction guide slot 14: Wing axis | shaft 16: Piezoelectric actuator 100: Up-down direction drive means 101, 201: Actuator 102, 202: Three-section link 104, 204: Drive Arm

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105: 커플링 106, 206: 프레임105: coupling 106, 206: frame

108, 208: 구동 링크 109: 아암용 커플러108, 208: drive link 109: coupler for arm

110: 날개용 커플러 111, 112: 압전 재료110: wing coupler 111, 112: piezoelectric material

113: 탄성체 200: 전후 방향 구동 수단113: elastic body 200: forward and rearward driving means

Claims

An actuator having one end fixed to a frame constituting the armature;

A three-section link that is moved and received at one end of the frame by a force and a displacement generated by the actuator;

A guide cylinder into which the other end of the three-section link is inserted to form a path in which the other end of the three-section link slides;

A driving arm fixed to one side of the three-section link; And

The wing drive device using a three-section link, characterized in that it consists of a vertical guide slot formed vertically connected between the upper frame and the lower frame of the frame.

The wing drive device of claim 1, wherein the three-section link comprises four link members connected in series by a flexible joint, respectively.

The wing drive device according to claim 1 or 2, wherein the actuator comprises a monomorph or bimorph actuator in which a piezoelectric material and an elastic body are combined.

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