KR100929131B1 - 무인헬기용 테스트장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인헬기와 관련되는 기술로서 보다 구체적으로는 무인헬기에 대한 각종 성능시험이나 안전성 시험을 비롯한 테스트를 용이하게 실시할 수 있으며, 초보자인 경우 무인헬기의 조종연습을 효율적으로 실시할 수 있도록 제공되는 무인헬기용 테스트장치에 관한 것으로서, 주요한 구성요소로 상단부에 체결을 위한 플랜지가 형성되는 지지대와; 상기 플랜지에 회전이 가능하게 연결되는 브라켓과; 상기 브라켓에 시이소운동 되게 연결되되, 일단부에는 무게추가 구비되고 타단부에는 무인헬기를 탑재할 수 있는 설치대가 형성되는 가변로드;를 포함하여 구성되는 무인헬기용 테스트장치에 관한 것이다.

무인헬기, 테스트, 안전성, 추력측정, 조종연습, 시이소운동, 가변로드, 무게추, 설치대

Description

무인헬기용 테스트장치{Test apparatus for an unmanned helicopter}

본 발명은 무인헬기와 관련되는 기술로서 보다 구체적으로는 무인헬기에 대한 각종 성능시험이나 안전성 시험을 비롯한 테스트를 용이하게 실시할 수 있으며, 초보자인 경우 무인헬기의 조종연습을 효율적으로 실시할 수 있도록 제공되는 무인헬기용 테스트장치에 관한 것이다.

수직 이착륙이 가능한 헬리콥터는 넓은 활주공간이 요구되지 않으므로 군사용으로서 뿐 아니라 여러 용도로 활용이 가능하다. 특히 무인헬기는 농약살포나 항공촬영 등의 용도로 많이 사용되고 있다. 하지만 초보자가 고가의 무인헬기를 조종하기에는 많은 위험이 따르므로 충분한 비행연습이 필요하고 무인헬기의 안정성을 테스트할 수 있는 장비가 요구된다.

상업적으로 사용되는 무인헬기의 경우 유인헬기에 비교하여 크기나 무게가 작다고는 하지만 상당한 중량을 가지며 메인로터의 크기나 회전수는 사람의 생명을 앗아갈 수 있을 정도로 위험하므로 충분한 테스트가 요구된다.

본 발명과 관련되는 종래기술로 대한민국 특허등록번호 제718809호의 "무인 헬리콥터 지상 시험장치"가 알려져 있으며 도1은 개략적인 측면도를 보여준다.

도시된 바와 같이 상기 시험장치는 베이스(100), 추력 측정부(200) 및 토크 측정부(300)로 구성되며 상기 추력측정부는 베이스 상면에 고정설치되고 상기 추력측정부 상측으로 토크측정부가 형성된다. 무인헬기는 토크측정부 상면에 장착이 이루어지고 이러한 상태에서 무인헬기가 상승하고자 할 때 발생되는 추력의 측정이 가능하도록 하고, 또한 회전되려고 하는 토크를 측정할 수 있도록 구성되는 것이다. 하지만, 상기 기술의 경우 단순히 무인헬기를 고정시켜 두고 추력과 토크만의 측정을 위한 것이므로 다양한 시험이 불가능하고 실제 공중을 날아다니는 상황하에서 이루어지지 않으므로 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있었다. 또한, 초보자가 무인헬기의 연습비행을 위한 용도로 사용할 수는 없으므로 그 활용도도 낮다는 문제점도 있었다.

따라서 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 보다 현실적이며 신뢰성이 높은 무인헬기용 시험장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 또한 초보자가 손쉽게 무인헬기의 비용연습을 실제와 유사하게 실시할 수 있도록 하는 시험장치를 제공하는 것을 중요한 과제로 한다.

제시한 바와 같은 과제 해결을 위한 본 발명은, 상단부에 체결을 위한 플랜지가 형성되는 지지대와; 상기 플랜지에 회전이 가능하게 연결되는 브라켓과; 상기 브라켓에 시이소운동 되게 연결되되, 일단부에는 무게추가 구비되고 타단부에는 무인헬기를 탑재할 수 있는 설치대가 형성되는 가변로드;를 포함하여 구성되어 상기 설치대에 무인헬기를 탑재하여 조종연습이나 시험을 할 수 있도록 함을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치를 제안한다.

바람직하게 상기 설치대는 상기 가변로드와 연결되며 하부면에 다수의 바퀴가 구비되는 하부프레임과; 상기 하부프레임 상부면에 돌출되게 결합되는 연결샤프트와; 상기 연결샤프트 상단부에 형성되되 상기 연결샤프트와 베어링으로 연결되어 회전이 이루어질 수 있으며 무인헬기가 탑재되는 상부프레임;을 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치를 제안한다.

바람직하게 상기 설치대에 무인헬기를 장착하여 요(Yaw : 제자리 회전) 운동을 통해 헬기의 방향을 변경하면 각각의 전/후진 및 좌/우 이동과 롤(roll : 좌우 흔들림) 운동 및 피치(pitch : 앞뒤 흔를림) 운동을 지지대를 중심으로 회전운동으로 변경되어 구현되며 상/하 이동이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치를 제안한다.

바람직하게 상기 상부프레임은 상면에 무인헬기의 서키드를 구속할 수 있는 다수의 구속수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치를 제안한다.

바람직하게 상기 구속수단은 탄성을 가지고 있어 무인헬기의 조작에 따라 상기 무인헬기가 상부프레임으로부터 이격될 수 있도록 하거나, 비탄성체로되어 상부프레임에 무인헬기가 완전 구속되어 있는 것 중 어느 한 형태로 하는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치를 제안한다.

바람직하게 상기 가변로드는 상기 브라켓을 기준으로 좌우 어느 일측에 미세조정밸런스를 두도록 하는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치를 제안한다.

바람직하게 상기 지지대는 하부면에 다수의 이동바퀴가 형성되어 있음을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치를 제안한다.

바람직하게 상기 하부프레임은 로드셀이 설치되어져 있으며, 상기 로드셀을 지면과 연결하여 무인헬기의 추력을 측정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트 장치를 제안한다.

더욱 바람직하게 상기 무인헬기는 무선으로 조정이 되도록 하며, 엔진, 메인로터, 테일로터 등에 센서를 두어서 상기 무인헬기의 운전 중 회전부의 rpm이나 온도 등을 센싱할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치를 제안 한다.

본 발명에 따른 무인헬기용 테스트장치는 비교적 간단한 구성이면서도 실제 비행상황과 유사한 조건하에서 각종 테스트를 실시할 수 있어 무인헬기에 대한 보다 정확한 성능 테스트 결과를 획득할 수 있다는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 무인헬기 초보 사용자가 조종연습을 하기에 적합하므로 무인헬기에 손상을 주지않으면서 실전 비행경험을 쌓토록 하는데 기여할 수 있다는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 무인헬기용 테스트장치에 대해 보다 상세한 설명을 전개하기로 하며, 첨부되는 관련도면들은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 수단으로 제공되는 것임을 지적해둔다. 즉, 본 발명의 기술적 사상 범위내에서는 단순한 구조적 변경이나 치환, 부가, 삭제 혹은 등가적인 요소로의 치환과 같은 수준의 변형예들도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

제시되는 도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 구성되는 무인헬기용 테스트장치의 전체적인 구성을 보여주는 개략적인 사시도이며, 주요한 구성요소로 지지대(100), 브라켓(200) 및 가변로드(300)를 포함하게 된다. 도3은 지지대의 사시도를 나타내며, 도4는 브라켓 부분에 대한 확대 사시도이며, 도5는 브라켓과 플랜지 사이에 설치되는 중간연결플랜지의 단면도를 보여준다. 한편, 도6은 설치 대에 무인헬기를 탑재하기 전의 테스트 장치에 대한 측면도이며, 도7은 무인헬기의 동작에 따른 가변로드의 시이소 동작을 보여주는 측면도를 보여준다. 도8은 설치대에 대한 사시도를 보여주며 도9는 하부프레임에 연결되는 연결샤프트의 구조를 보여주는 부분 단면도에 해당된다.

본 발명에서의 무인헬기용 테스트장치는 종래기술과는 달리 상기 가변로드(300)의 일단부에 무인헬기(H)를 장착하여 무인헬기의 조작에 따라 상승되거나 하강되며 무인헬기 자체가 회전되어 다양한 방향으로의 전환이 가능하고 가변로드(300)가 결합된 브라켓(200)은 지지대(100)를 중심으로 회전이 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로 상기 지지대(100)는 지면에 설치되는 것으로 상기 지지대(100) 상단부에는 체결을 위한 플랜지(110)가 형성된다. 상기 지지대(100)를 구성함에 있어서 바람직하게는 하부면에 다수의 이동바퀴(120)를 두도록 하여 이동이 편리하도록 함이 적합하고 안정적인 시험이 가능하도록 넓은 판상 형태를 이루도록 한다. 시험을 진행하기 위해서는 상기 지지대는 이동이 없도록 고정시켜 두도록 함이 바람직하다.

상기 지지대(100)에 구비되는 플랜지(110)에는 브라켓(200)이 연결되는데 상기 브라켓(200)은 회전이 가능한 구조를 갖추게 된다. 상기 브라켓(200)과 지지대(100)의 플랜지(110)와의 연결구조는 도4 내지 도6과 같이 구성함이 바람직하다. 도5는 브라켓(200)과 플랜지(110) 사이에 설치되어 브라켓(200)의 회전이 가능하도록 하는 중간플랜지(210)의 단면을 보여주는 것이며, 도시된 바와 같이 하부중간플 랜지(210a)와 상부중간플랜지(210b)가 베어링(211)에 의해 결합을 형성하고 있도록 한다. 상기 하부중간플랜지(210a)는 지지대(100)의 플랜지(110)와 연결되고 상부중간플랜지(210b)는 브라켓(200)과 직접 연결된다. 이와 같은 연결구조를 채택함으로써 상기 브라켓(200)은 지지대(100)에 대하여 자유롭게 회전이 가능하다.

다음으로 상기 브라켓(200)에 시이소 운동 되게 연결되는 가변로드(300)에 대해 설명하며, 상기 가변로드(300)로 본 실시예에서는 제1가변로드(300a)와 제2가변로드(300b)를 상하로 이격거리를 두고서 배치하여 브라켓(200)에 연결되도록 한다. 상기 가변로드(300)는 브라켓(200)에 대해 시이소 운동될 수 있으며 상하로 배치되는 제1가변로드(300a)와 제2가변로드(300b)는 각 말단부에서 링크구조로 연결하도록 함이 바람직하다.

상기 가변로드(300)의 일단부에는 무게추(310)를 두도록 하며 타단부에는 무인헬기(H)를 탑재할 수 있도록 하기 위한 설치대(320)를 형성시킴이 바람직한데, 상기 설치대(320)에 무인헬기(H)를 탑재하지 않은 상태에서 가변로드(300)가 수평을 유지할 수 있도록 셋팅 함이 적합하다. 본 실시예의 경우 상기 가변로드(300)의 대략 1/3 지점에서 브라켓(200)과 연결시키도록 하였으며 짧은 쪽 단부에 무게추(310)를 결합시키고 긴 쪽 단부에 설치대(320)를 두도록 한다. 한편, 상기 가변로드(300)에는 미세조정밸런스(330)를 더 두도록 함이 적합하며 본 실시예에서는 브라켓(200)을 기준으로 길이가 긴 가변로드 쪽에 미세조정밸런스(330)를 두어서 가변로드(300)의 수평을 맞출 수 있도록 하고 있다.

그리고 상기 가변로드(300) 일단부에 설치되는 무게추(310)의 경우 필요에 따라 다수의 무게추를 가감할 수 있도록 함이 적합한데, 이를 위해서 본 실시예에서는 가변로드(300) 일단부에 무게추박스(301)를 고정설치하고 상기 무게추박스(301)에 필요에 따라 무게추(310)를 집어넣거나 빼내도록 구성한다. 그리고 미세조정밸런스(330)는 가변로드(300)를 따라 좌우로 움직일 수 있도록 하여 수평을 맞춘 후에는 고정시킬 수 있는 구조로 하면 충분하다.

무게추(310)가 결합된 가변로드(300)의 반대측 단부에는 설치대(320)가 결합되는데, 상기 설치대(320)는 크게 하부프레임(320a), 연결샤프트(320b) 및 상부프레임(320c)을 주요한 구성요소로 하고 있다. 하부프레임(320a)은 상기 가변로드(300)와 직접 연결되며 특히 하부프레임(320a)과 가변로드(300)의 연결부위는 소정의 범위내에서 회동될 수 있도록 하여 가변로드(300)의 시이소 동작시에도 설치대(320)가 항상 수평상태를 유지할 수 있도록 함이 바람직하다. 그리고 상기 하부프레임(320a)의 하부면에는 다수의 바퀴(321)를 설치하도록 함이 적합하며 상기 바퀴(321)는 지면과의 접촉시 충격을 흡수하게 되고 설치대(320)가 가장 낮은 위치에서 상기 바퀴(321)가 지면과 접촉상태를 이룰 때 지지대(100)에 대해 가변로드(300) 전체가 회전될 경우에는 상기 바퀴(321)는 지면에 대해 구름운동하면서 원활한 회전이 가능하도록 하는데 기여하게 된다.

더욱 바람직하게 상기 하부프레임(320a)에는 하나 이상의 로드셀(미도시)을 설치하도록 하며 상기 로드셀(미도시)은 무인헬기(H)의 추력 측정시에 활용할 수 있다. 추력측정을 위해서는 상기 로드셀을 지면과 연결하여 고정시킨 후에 추력측정을 실시토록 해야 한다.

상기 하부프레임(320a)의 상부면에는 연결샤프트(320b)가 상방으로 돌출되게 결합되며, 도8 또는 도9는 상기 연결샤프트의 구조를 보여준다. 상기 연결샤프트(320b)의 하단부는 하부프레임(320a)과 결합되며 연결샤프트(320b)의 상단부에는 상부프레임(320c)을 결합시키게 된다. 특히, 상기 연결샤프트(320b)와 연결되는 상부프레임(320c)은 360도 회전될 수 있도록 연결시키도록 함이 바람직한데, 이를 위해서 도시된 바와 같이 베어링(322)을 이용하여 상부프레임(320c)과 연결샤프트(320b)를 결합시키도록 한다.

상기 상부프레임(320c) 상면에는 시험 대상이 되는 무인헬기(H)를 탑재하도록 하는데 이를 위해서 상기 상부프레임(320c) 상면에 무인헬기의 서키드를 구속할 수 있는 다수의 구속수단(323)을 두도록 한다. 상기 구속수단(323)이라 함은 무인헬기 하부측에 구비되는 서키드와 연결시키기 위한 수단을 의미하고, 이러한 구속수단으로는 탄성을 갖는 것이거나 비탄성을 갖는 것 중 하나를 선택할 수 있다.

비탄성을 갖는 구속수단(323)은 도시된 바와 같이 상부프레임(320c) 상면 가장자리를 따라 돌출되게 결합되어 서키드가 끼워지게 한 후 볼트 등으로 체결할 수 있는 구조를 갖는 것을 의미하며 이러한 경우 무인헬기의 서키드는 구속수단에 대해 완전히 고정되어 유격이 발생되지 않는다. 반면에 탄성을 갖는 구속수단의 경우는 서키드와 연결되는 탄성재질의 로프와 같은 것을 의미하며 무인헬기가 작동되어 상승력이 발생하거나 전후좌우로 방향전환이 이루어질 경우 서키드가 상부프레임으로부터 이격되어 실제 비행시와 유사한 상태로 전환이 될 수 있다. 이와 같은 구속수단의 선택은 테스트 하고자 하는 측정항목에 따라 달리하면 된다.

통상 무인헬기(H)는 지상에서 조종자가 무선리모트콘트롤을 이용하여 비행을 조종하게 되는데, 본 발명의 경우 무인헬기의 성능 테스트를 주요한 목적으로 하는 바 상기 무인헬기의 주요 회전부나 엔진 등에는 센서(미도시)를 두어서 무선통신으로 센싱되는 수치를 확인할 수 있도록 구성함이 바람직하다. 주요한 센싱 개소로는 엔진의 rpm 이나 엔진온도 또는 메인로터와 테일로터의 rpm, 연료잔량 등이 해당될 수 있다. 이러한 측정 데이타를 이용하면 무인헬기의 비행 중 무인헬기의 다양한 비행 동작에 따른 주요부위에서의 이상동작 등에 대한 파악이 가능하여 설계상의 잘못이나 기타 오류를 조기에 발견하여 안전사고를 예방하는데 기여할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 무인헬기용 테스트장치는 기본적으로 초보자가 비행연습을 하는데 활용이 가능하고, 그 외 다양한 성능 테스트가 가능하다는 장점을 가진다. 이하 구체적으로 본 발명의 테스트장치를 이용한 대표적인 테스트 항목에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.

먼저 추력 테스트가 가능한데 언급한 바와 같이 하부프레임에 로드셀을 두고서 지면과 연결시킴에 따라 무인헬기의 추력 측정이 이루어질 수 있다.

또한, 가변로드의 설치대에 탑재된 무인헬기를 수직으로 상승되게 하거나 하강시키는 동작으로 무인헬기의 안전성을 시험할 수 있고, 설치대의 상부프레임을 Yaw 운동에 의해 특정한 방향으로 회전되게 한 후 각각의 roll 및 pitch 운동을 지지대에 대해 회전하는 운동으로 변환하여 측정할 수 있다. 또한, 무인헬기를 상부 프레임에 구속하는 구속수단으로 탄성재질의 로프 등을 이용하는 경우에는 무인헬기 자체를 전방이나 후방 혹은 좌우로 기울어지게 제어할 수 있으므로 다양한 다양한 성능시험이 가능하다.

기본적으로 본 발명에 따른 무인헬기 테스트 장치는 6자유도를 갖게 되며 따라서 실제와 유사한 조건하에서 시험이나 비행연습이 가능하다. 여기에서 말하는 6자유도라 함은 상/하, 좌/우, 전/후, roll, pitch, yaw 운동을 의미한다.

본 발명에 따른 무인헬기용 테스트 장치는 제품 개발 단계에서 안전성이나 각종 성능 테스트를 위한 용도로 활용될 수 있고, 초보자를 위한 비행연습 수단으로 제공될 수도 있는 등 무인헬기 산업에 있어 매우 유용하게 활용될 것으로 기대되는 기술이다.

도1은 종래기술에 따른 "무인 헬리콥터 지상 시험장치"에 대한 개략적인 측면도.

도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 구성되는 무인헬기용 테스트장치의 전체적인 구성을 보여주는 개략적인 사시도.

도3은 지지대의 사시도.

도4는 브라켓 부분에 대한 확대 사시도.

도5는 브라켓과 플랜지 사이에 설치되는 중간연결플랜지의 단면도.

도6은 설치대에 무인헬기를 탑재하기 전의 테스트 장치에 대한 측면도.

도7은 무인헬기의 동작에 따른 가변로드의 시이소 동작을 보여주는 측면도.

도8은 설치대에 대한 사시도.

도9는 하부프레임에 연결되는 연결샤프트의 구조를 보여주는 부분 단면도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

100 : 지지대 110 : 플랜지

120 : 이동바퀴 200 : 브라켓

210 : 중간플랜지 210a: 하부중간플랜지

210b: 상부중간플랜지 300 : 가변로드

300a: 제1가변로드 300b: 제2가변로드

H : 무인헬기 310 : 무게추

301 : 무게추박스 320 : 설치대

320a: 하부프레임 320b: 연결샤프트

320c: 상부프레임 330 : 미세조정밸런스

323 : 구속수단

Claims (8)

1. 상단부에 체결을 위한 플랜지가 형성되는 지지대와;

   상기 플랜지에 회전이 가능하게 연결되는 브라켓과;

   상기 브라켓에 시이소운동 되게 연결되되, 일단부에는 무게추가 구비되고 타단부에는 무인헬기의 서키드를 구속할 수 있는 구속수단들이 구비되는 설치대가 결합되는 가변로드;를 포함하여 구성되어 상기 설치대에 무인헬기를 탑재하여 조종연습이나 시험을 할 수 있도록 함을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 설치대는,

   상기 가변로드와 연결되며 하부면에 다수의 바퀴가 구비되는 하부프레임과;

   상기 하부프레임 상부면에 돌출되게 결합되는 연결샤프트와;

   상기 연결샤프트 상단부에 형성되되 상기 연결샤프트와 베어링으로 연결되어 회전이 이루어질 수 있으며 무인헬기가 탑재되는 상부프레임;을 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 상부프레임은,

   상면에 무인헬기의 서키드를 구속할 수 있는 다수의 구속수단이 구비되는 것 을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 구속수단은,

   탄성을 가지고 있어 무인헬기의 조작에 따라 상기 무인헬기가 상부프레임으로부터 이격될 수 있도록 하거나, 비탄성체로되어 상부프레임에 무인헬기가 완전 구속되어 있는 것 중 어느 한 형태로 하는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 가변로드는,

   상기 브라켓을 기준으로 좌우 어느 일측에 미세조정밸런스를 두도록 하는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 지지대는,

   하부면에 다수의 이동바퀴가 형성되어 있음을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치.
7. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 하부프레임은,

   로드셀이 설치되어져 있으며, 상기 로드셀을 지면과 연결하여 무인헬기의 추력을 측정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트 장치.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 무인헬기는,

   무선으로 조정이 되도록 하며, 엔진, 메인로터, 테일로터 등에 센서를 두어서 상기 무인헬기의 운전 중 회전부의 rpm이나 온도 등을 센싱할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 무인헬기용 테스트장치.

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