KR100812756B1 - 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터에 관한 것으로서, 전원공급부와 임무수행을 위한 각종 장비, 이들을 제어하기 위한 제어부를 구비하는 본체부; 상기 본체부를 중심으로 직교하는 4방향의 동일 반경에 설치되어 동일한 방향으로의 회전력을 갖는 4개의 메인 구동로터; 및 상기 본체부의 상부 중심에 회전운동이 가능한 상태로 축 설치되어 4개의 메인 구동로터에 대응되는 반대 회전력을 발생시켜 기체의 요잉 제어가 이루어지도록 하는 요잉 제어 구동로터를 포함하는 구성을 특징으로 한다.

본 발명은 동일한 방향으로의 회전을 갖는 4개의 메인 구동로터를 구비하고, 이에 대응하는 반대 회전력을 갖는 요잉제어 구동로터를 동시 구동시켜 요잉제어가 이루어지도록 함으로써, 기체의 추력이 상대적으로 향상되고, 이로 인해 임무수행에 필요한 전자장비들을 탑재시킬 수 있는 가반중량 비가 향상됨으로써, 보다 다양한 임무수행에 효율적으로 적용되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 동일한 방향의 회전력을 갖는 4개의 메인 구동로터의 출력을 개별 제어시켜 기체의 비행방향을 조정함으로써, 비행제어가 용이하고, 추력이 뛰어나 비행속도가 향상되는 효과가 있다.

Description

요잉제어가 용이한 쿼드로콥터{Quadro copter}

도 1은 종래기술의 쿼드로콥터 구조를 개념적으로 설명하기 위한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터의 구조를 개념적으로 설명하기 위한 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터의 내부구조를 개념적으로 설명하기 위한 정면도.

도 4는 본 발명의 쿼드로콥터에 자세 안정화를 위한 스테빌라이져가 적용된 실시 예를 도시한 사시도.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 본체부 110: 전원공급부

120: 요잉제어구동 모터 130: 제어부

131: 신호 수신부 133: 감지장치부

200: 메인 구동로터 210: 블레이드

220: 메인구동 모터 300: 요잉제어 구동로터

310: 스테빌라이져

본 발명은 쿼드로콥터에 관한 것으로서, 특히 동일한 방향으로의 회전을 갖는 4개의 메인 구동로터를 구비하고, 이에 대응하는 반대 회전력을 갖는 1 개의 요잉제어 구동로터를 설치하여 동시 구동시킴으로써 요잉제어가 이루어지도록 하는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터에 관한 것이다.

일반적으로, 4개의 블레이드 또는 프로펠러를 사용하는 QRT(Quad-Rotor Type, 4로터형) 소형 비행체(이하, 쿼드로콥터라 함)는 회전하는 4개의 모터에 결합된 블레이드 또는 프로펠러의 추력을 이용하여 비행하는 비행체로서, 헬리콥터와 동축 반전형 비행체 등 다른 구조의 회전익 비행체에 비해 그 구조가 비교적 간단하여 소형 비행체로의 개발이 가능하다.

도 1은 종래기술의 쿼드로콥터 구조를 개념적으로 설명하기 위한 사시도로서, 동 도면에서 보여지는 바와 같은 종래기술의 쿼드로콥터는 전원공급부 및 임무수행을 위한 각종 전자장비들과 이들을 제어하기 위한 제어부가 설치된 본체부(10)의 4 방향에 각각 4개의 구동로터(20)가 설치되어 비행에 필요한 추력을 얻게 된다.

상기 구동로터(20)는 개별 구동하는 구동모터(22)와 상기 구동모터(22)에 축결합되어 회전하는 블레이드(21)로 구성되는데, 상기 4개의 구동로터(20)는 마주하 는 한 쌍이 시계방향으로 회전될 때, 나머지 한 쌍이 반시계방향으로 회전되도록 함으로써, 요잉제어가 이루어지게 되고, 각각의 구동모터(22)를 출력 증감시켜 비행방향을 조정하게 된다.

그러나, 상기와 같은 특성을 갖는 종래의 쿼드로콥터는 가반중량 비, 즉 비행체 자체 무게에 대한 탑재 가능한 무게의 비율이 아주 작아서 자율비행을 가능하게 하는 배터리, 각종 항법센서 및 임무장비를 탑재하기가 곤란하므로 호버링 로봇으로의 개발이 어려우며, 비행체 자체의 불안정성으로 인해 자세 제어가 매우 어렵기 때문에, 주로 장난감으로 개발되어 판매되고 있는 실정이다.

이와 같이, 쿼드로콥터가 실내외 공간을 자율비행하면서 재난감시 등의 임무를 수행하기 위해서는 배터리, 카메라, 통신장비, 제어기 및 각종 비행제어용 센서 등을 탑재해야 하므로 가반중량비가 커야 하며, 통상적으로 쿼드로콥터는 비행체 무게와 센서, 제어기 및 임무장비를 합친 무게의 130% 이상의 추력을 발생할 수 있어야 독립비행이 가능한 것으로 알려져 있다.

그러나, 현재 제조 및 시판되고 있는 종래의 쿼드로콥터는 자율비행에 필요한 배터리를 탑재할 수 없거나, 센서와 각종 임무장비를 탑재할 수 없을 정도의 추력만을 가지고 있어 다양한 임무에 적용하기가 어려운 문제가 있었다.

또한, 이러한 종래의 쿼드로콥터는 반대방향으로 회전하고 있는 2 쌍의 구동모터의 회전속도를 각각 개별 조절시켜 비행속도 및 비행방향을 제어하는 것으로서, 비행특성을 섬세하게 제어할 수 없는 문제가 있었다.

상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 동일한 방향으로의 회전을 갖는 4개의 메인 구동로터를 구비하고, 이에 대응하는 반대 회전력을 갖는 요잉제어 구동로터를 설치하여 동시 구동시켜 요잉제어가 이루어지도록 함으로써, 기체의 추력 및 가반중량 비가 향상되도록 하는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기체의 비행제가 4개의 메인 구동로터의 출력을 개별 제어시켜 제어되도록 하는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 요잉제어 구동로터의 회전축 중심에 스테빌라이져를 설치시켜 쿼드로콥터의 비행을 안정화시키는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터는 전원공급부와 임무수행을 위한 각종 장비, 이들을 제어하기 위한 제어부를 구비하는 본체부; 상기 본체부를 중심으로 직교하는 4방향의 동일 반경에 설치되어 동일한 방향으로의 회전력을 갖는 4개의 메인 구동로터; 및 상기 본체부의 상부 중심에 회전운동이 가능한 상태로 축 설치되어 4개의 메인 구동로터에 대응되는 반대 회전력을 발생시켜 기체의 요잉 제어가 이루어지도록 하는 요잉 제어 구동로터를 포함하는 구성을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 구성 및 작용 효과에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터의 구조를 개념적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터의 내부구조를 개념적으로 설명하기 위한 정면도이다.

동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명에 따른 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터는 크게 본체부(100), 4개의 메인 구동로터(200), 및 요잉제어 구동로터(300)를 포함하여 구성되는데, 각 구성요소에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 본체부(100)는 기체의 베이스를 형성하는 케이스 내부에 충전이 가능한 전원공급부(110)가 형성되고, 상기 전원공급부(110)로부터 전원을 공급받아 회전력을 발생하는 요잉제어 구동 모터(120)가 그 상측에 형성되며, 상기 전원공급부(110)와 임무수행을 위해 장착된 각종 전자장비를 제어하기 위한 제어부(130)가 설치된다.

이때, 상기 제어부(130)는 원격제어를 위한 신호수신부(131) 및 외부정보(영상, 소리, 기온 등)를 탐지하기 위한 감지장치부(133)에 전기적으로 연결되어 이들을 제어하게 된다.

상기 본체부(100)에는 이밖에도 임무 수행을 위한 카메라, 통신장비, 제어기 및 각종 비행제어용 센서 등이 탑재될 수 있다.

또한, 상기 전원공급부(110)는 충전식 뿐 만 아니라, 교체식 배터리가 사용 될 수도 있는데, 이러한 전원공급부(110)는 요잉제어 구동 모터(120)와 4개의 메인 구동로터(200)를 구동시키거나, 각종 장비들을 작동시키기 위한 전원을 공급하게 된다.

상기 메인 구동로터(200)는 본체부(100)를 중심으로 직교하는 4방향의 동일 반경에 설치되어 동일한 방향으로의 회전이 이루어지게 되는데, 각각의 메인 구동로터(200)는 본체부(100)로부터 전원 및 제어신호를 받는 메인구동 모터(220) 및 상기 메인구동 모터(220)에 축 결합되어 회전하는 블레이드(210)로 구성된다.

이때, 각각의 메인 구동로터(200)는 출력이 개별 제어됨에 따라 기체의 비행방향 및 비행속도를 컨트롤하게 된다.

상기와 같이 4개의 메인 구동로터(200)가 동일 방향으로 회전되면, 그 회전방향을 따라 본체부(100)가 함께 회전하려고 하는 요잉 모멘트가 작용되는데, 이를 제어하기 위한 요잉제어 구동로터(300)가 본체부(100) 상단에 형성된다.

다음, 상기 요잉제어 구동로터(300)는 본체부(100)의 상부 중심에 회전운동이 가능한 상태로 축 설치되어 4개의 메인 구동로터(200)에 대응되는 반대 회전력을 발생시켜 기체의 요잉 제어가 이루어지도록 하는데, 기체의 정지 비행 시, 상기 4개의 메인 구동로터(200)의 출력 합과, 요잉제어 구동로터(300)의 출력이 동일하게 유지되도록 한다.

그리고, 기체를 전후좌우 비행이동 시키기 위해서는 4개의 메인 구동로터(200) 각각의 출력을 개별 제어함으로써, 비행방향이 컨트롤 되도록 한다. 또한, 비행속도를 조절하기 위해서는 요잉제어 구동 모터(120) 및 메인구동 모터(220)의 출력을 각각 증감시키거나 동시 증감시킴으로서 제어가 가능하게 된다.

도 4는 본 발명의 쿼드로콥터의 자세 안정화를 위한 스테빌라이져가 적용된 실시 예를 도시한 사시도로서, 동 도면에서 보는 바와 같이 상기 본체부(100)의 요잉제어 구동로터(300)의 회전축 중심 상단에 스테빌라이져(310; stabilizer)를 설치함으로써, 안정적 비행 및 요잉제어가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

이때, 도 4에서와 같이 스테빌라이져(310)와 요잉제어 구동로터(300)의 피치를 링크(320)로 연결시켜 상호 연동되도록 할 수 있는데, 이와 같은 연동구조는 스테빌라이져(310)의 자세가 꺾인 만큼 요잉제어 구동로터(300)의 피치도 같이 변화시킴으로써, 비행자세제어가 보다 더 수월하게 이루어질 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명하면, 본 발명의 쿼드로콥터는 고가의 항공기를 사용할 수 없는 상황에서의 재난 감시나, 무인 정찰 또는 교량의 결함검사 등 사람이 직접 작업할 수 없는 곳에 투입되어 임무를 수행하기 위한 장비로서, 임무수행에 필요한 각종 장비들이 탑재된 상태에서 원격조정에 의한 무인 비행이 이루어지게 된다.

우선, 기체의 이륙을 위해 4개의 메인 구동로터(200)와 요잉제어 구동로터(300)가 동시 작동하여 추력을 얻도록 한다.

이때, 상기 메인 구동로터(200)와 요잉제어 구동로터(300)는 동일한 출력으 로 회전하되, 상호 반대 방향으로 회전운동 되도록 함으로써, 요잉제어가 이루어지도록 한다.

이와 같은 메인 구동로터(200)와 요잉제어 구동로터(300)는 출력 증감을 통해 기체의 이륙 및 착륙을 조정하게 된다.

다음, 소정높이 이상 이륙된 기체를 특정방향으로 이동시키기 위해서는 4개의 메인 구동로터(200) 중 특정방향의 메인 구동로터(200)의 출력을 증감시킴으로써, 비행방향에 대한 분력을 얻게 된다.

다음, 임무수행을 위한 장소로 이동된 쿼드로콥터는 메인 구동로터(200)와 요잉제어 구동로터(300)의 출력을 동일하게 유지시킴으로써, 공중에서 정지비행이 가능하게 된다. 이와 같은 정지비행 상태에서 본체부(100)에 탑재된 각종 전자장비를 이용한 탐사 및 측정 작업을 수행한 후, 복귀하게 된다.

상기 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 실시 예의 설명을 통해 당업자의 수정 및 변경이 가능한 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용에 한정되지 않고 특허청구범위를 통해서 정해져야 할 것이다.

본 발명은 동일한 방향으로의 회전을 갖는 4개의 메인 구동로터를 구비하고, 이에 대응하는 반대 회전력을 갖는 요잉제어 구동로터를 동시 구동시켜 요잉제어가 이루어지도록 함으로써, 기체의 추력이 상대적으로 향상되고, 이로 인해 임무수행 에 필요한 전자장비들을 탑재시킬 수 있는 가반중량 비가 향상됨으로써, 보다 다양한 임무수행에 효율적으로 적용되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 동일한 방향의 회전력을 갖는 4개의 메인 구동로터의 출력을 개별 제어시켜 기체의 비행방향을 조정함으로써, 비행제어가 용이하고, 추력이 뛰어나 비행속도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 요잉제어 구동로터의 회전축 중심에 스테빌라이져를 설치시켜 쿼드로콥터의 비행자세가 안정화되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 충전이 가능한 전원공급부(110)와, 상기 전원공급부(110)로부터 전원을 공급받아 회전력을 발생하는 요잉제어 구동 모터(120)와, 상기 전원공급부(110)와 임무수행을 위해 장착된 각종 전자장비를 제어하기 위한 제어부(130)로 이루어지는 본체부(100);

   상기 본체부(100)를 중심으로 직교하는 4방향의 동일 반경에 설치되어 동일한 방향으로의 회전력을 갖는 4개의 메인 구동로터(200); 및

   상기 본체부(100)의 상부 중심에 회전운동이 가능한 상태로 축 설치되어 4개의 메인 구동로터(200)에 대응되는 반대 회전력을 발생시켜 기체의 요잉 제어가 이루어지도록 하는 요잉제어 구동로터(300);

   를 포함하는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부(130)는 원격제어를 위한 신호수신부(131) 및 외부정보(영상, 소리, 기온 등)를 탐지하기 위한 감지장치부(133)를 더 포함하는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 메인 구동로터(200)는,

   본체부(100)로부터 전원 및 제어신호를 전달받는 메인구동 모터(220); 및

   상기 메인구동 모터(220)에 축 결합되어 회전하는 4개의 블레이드(210)를 포함하는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터.
5. 제 1항에 있어서,

   기체의 정지 비행 시, 상기 4개의 메인 구동로터(200)의 출력 합과, 요잉제어 구동로터(300)의 출력이 동일하게 유지되도록 하고, 기체의 전후좌우 이동 시에는 4개의 메인 구동로터(200) 각각의 출력이 개별 제어되도록 하는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터.
6. 제1항 또는 3, 4, 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 본체부(100)의 요잉제어 구동로터(300)의 회전축 중심 상단에 자세 안정화를 위한 스테빌라이져(stabilizer)가 설치되는 것을 특징으로 하는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터.

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