KR101210152B1

KR101210152B1 - 농업용 무인 살포 헬리콥터

Info

Publication number: KR101210152B1
Application number: KR1020110086396A
Authority: KR
Inventors: 김장석; 박지수; 양단열
Original assignee: 한밭대학교 산학협력단
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-12-07

Abstract

본 발명은, 무선으로 작동되고 동축 이중 반전로터(35)로 구동되어 부피가 작으며, 360°전범위에 걸친 살포재의 고른 분사가 가능한 농업용 무인 살포 헬리콥터에 관한 것이다. 본 발명은, 폭방향으로 원형의 단면을 갖는 동체(10); 상기 동체(10)에 수납되고 지면에 안착시 상기 동체(10)로부터 펼쳐지면서 지면에 접지되는 아웃트리거(20); 상기 동체(10)의 내부에 장착되는 전기모터(31)와, 상기 전기모터(31)의 일단에 설치되어 상기 동체(10)의 상단으로 연장되는 회전축(33)과, 상기 회전축(33)에 설치되어 부양력을 생성하는 동축 이중 반전로터(35)를 포함하는 구동부(30); 상기 전기모터(31)의 타단에 설치되어 상기 전기모터(31)의 회전력으로 회전하고 하단에 편심된 편심축(43)을 구비하는 분사가압축(41)과, 상기 분사가압축(41)에 대해 방사상으로 배치되고 상기 편심축(43)의 구동에 의해 전진하는 피스톤(46)과, 상기 피스톤(46)의 이동을 가이드하며 말단에 노즐(48)을 구비하고 상단에 살포재가 공급되는 공급공(49)이 마련되는 실린더(47)를 포함하는 살포부(40); 상기 실린더(47)의 상단에 마련되어 상기 살포재를 내장하는 살포재 저장부(50); 원격조정기로부터 제어신호를 무선으로 전송받도록 상기 동체(10)에 설치되는 수신부(60); 상기 수신부(60)로부터 전송받은 제어신호를 토대로 상기 아웃트리거(20) 및 구동부(30)를 제어하는 제어부(70); 및 상기 동체(10)에 장착되어 상기 아웃트리거(20), 전기모터(31), 수신부(60) 및 제어부(70)로 전기를 공급하는 전원부(80);를 포함한다.

Description

농업용 무인 살포 헬리콥터{MANLESS SPRAYING HELICOPTER FOR AGRICULTURAL USE}

본 발명은 농업용 무인 살포 헬리콥터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선으로 작동되고 동축 이중 반전로터로 구동되어 부피가 작으며, 360°전범위에 걸친 살포재의 고른 분사가 가능한 농업용 무인 살포 헬리콥터에 관한 것이다.

우리나라 인구 고령화는 세계에서 가장 빠른 속도라고 한다. 이러한 고령화 시대로 인해 요즘 농촌지역에서는 농번기에 일손이 부족해도 70, 80대 노인들이 혼자 농사를 짓는 일이 흔하게 일어나고 있는데, 이에 상대적으로 경제활동인구가 줄어 재정이 악화되고 경제성장은 둔화되어 경제성장률이 낮아질 수밖에 없다고 한다.

이러한 시대에 맞추어 농민들에게도 농사를 짓고 농약을 살포하는데 있어 빠르고 정확한 작업이 가능해져 시간을 절감할 수 있으면서 작업 능률을 향상시킬 방안이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은, 부피가 작으면서도 기동성이 뛰어난 농업용 무인 살포 헬리콥터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 아웃트리거를 수납하여 살포재의 분사시 아웃트리거에 의한 제약을 해소할 수 있는 농업용 무인 살포 헬리콥터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 360° 전범위에 걸쳐 살포재의 분사가 가능한 농업용 무인 살포 헬리콥터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 항공 촬영이 가능한 농업용 무인 살포 헬리콥터를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 농업용 무인 살포 헬리콥터에 관한 것으로, 폭방향으로 원형의 단면을 갖는 동체; 상기 동체에 수납되고 지면에 안착시 상기 동체로부터 펼쳐지면서 지면에 접지되는 아웃트리거; 상기 동체의 내부에 장착되는 전기모터와, 상기 전기모터의 일단에 설치되어 상기 동체의 상단으로 연장되는 회전축과, 상기 회전축에 설치되어 부양력을 생성하는 동축 이중 반전로터를 포함하는 구동부; 상기 전기모터의 타단에 설치되어 상기 전기모터의 회전력으로 회전하고 하단에 편심된 편심축을 구비하는 분사가압축과, 상기 분사가압축에 대해 방사상으로 배치되고 상기 편심축의 구동에 의해 전진하는 피스톤과, 상기 피스톤의 이동을 가이드하며 말단에 노즐을 구비하고 상단에 살포재가 공급되는 공급공이 마련되는 실린더를 포함하는 살포부; 상기 실린더의 상단에 마련되어 상기 살포재를 내장하는 살포재 저장부; 원격조정기로부터 제어신호를 무선으로 전송받도록 상기 동체에 설치되는 수신부; 상기 수신부로부터 전송받은 제어신호를 토대로 상기 아웃트리거 및 구동부를 제어하는 제어부; 및 상기 동체에 장착되어 상기 아웃트리거, 전기모터, 수신부 및 제어부로 전기를 공급하는 전원부;를 포함한다.

그리고 상기 아웃트리거는, 방사상으로 확장되어 상기 동체를 지지하고 접혀질 때에는 부분적으로 절개된 수납홈에 삽입되어 상기 수납홈을 메우는 4개의 접이식으로 이루어진다.

또한 상기 동체의 외면에는 상기 동체의 외면을 따라 슬라이딩 구동되면서 상기 노즐의 입구를 선택적으로 차단하는 차단편이 더 구비된다.

그리고 상기 편심축은, 상기 편심축의 구동에 의한 살포재의 분사를 제어하기 위하여 상기 편심축의 하단에 마련된 베어링부에 지지된 상태로 상기 베어링부의 하단에 장착된 승강모터에 의해 승강되어 상기 분사가압축과 선택적으로 연결되어 구동된다.

아울러, 상기 동체의 하단에는, 제어부에 의해 지상을 촬영하고 그 촬영된 영상을 저장하는 카메라가 장착되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 농업용 무인 살포 헬리콥터에 의하면, 부피가 작으면서도 기동성이 뛰어나서 휴대 및 보관에 유리하고 무선으로 손쉽게 구동하면서 살포재를 분사하여 작업인원 및 시간을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 아웃트리거를 수납하여 살포재의 분사시 아웃트리거에 의한 제약을 해소할 수 있어 살포재에 의한 아웃트리거의 오염을 방지함과 아울러, 살포재의 원활한 분사가 가능한 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 360° 전범위에 걸쳐 살포재의 분사가 가능하여 최소한의 비행만으로도 넓은 범위에 걸친 살포재의 분사가 가능한 이점이 있다.

아울러, 본 발명에 따르면, 항공 촬영이 가능하여 산림 및 각종 작물의 생육조사 및 피해조사를 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 농업용 무인 살포 헬리콥터의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 농업용 무인 살포 헬리콥터의 비행상태를 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 분사가압축과 편심축의 분리상태를 도시한 단면도,
도 5는 도 2의 B-B'선에 따른 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 차단편에 의한 노즐 개방 및 차단상태를 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 농업용 무인 살포 헬리콥터에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 농업용 무인 살포 헬리콥터의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 농업용 무인 살포 헬리콥터의 비행상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 분사가압축과 편심축의 분리상태를 도시한 단면도이며, 도 5는 도 2의 B-B'선에 따른 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 차단편에 의한 노즐 개방 및 차단상태를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 농업용 무인 살포 헬리콥터는 동체(10), 아웃트리거(20), 구동부(30), 살포부(40), 살포재 저장부(50), 수신부(60), 제어부(70) 및 전원부(80)로 구성된다.

상기 동체(10)는 폭방향으로 원형의 단면을 갖는 형태로 이루어지고, 본 발명에 따른 구성요소가 설치된다. 그리고 동체(10)는 원형의 단면을 가지면 그 형태에는 특별한 한정이 없지만, 유체 저항을 최소화하기 위하여 높이방향으로는 유선형의 단면을 갖는 것이 바람직하다.

상기 아웃트리거(20)는 상기 동체(10)에 수납되고 지면에 안착시 상기 동체(10)로부터 펼쳐지면서 지면에 접지되어 동체(10)를 지지하는 구성이다. 보다 상세히 설명하면, 상기 아웃트리거(20)는 방사상으로 확장되어 상기 동체(10)를 지지하고 접혀질 때에는 부분적으로 절개된 수납홈(11)에 삽입되어 상기 수납홈(11)을 메우게 되는데, 3개 또는 4개의 접이식 구조로 이루어지며, 본 실시예에서는 4개로 구성된 것이 예시되어 있다.

상기 구동부(30)는 전기모터(31), 회전축(33) 및 동축 이중 반전로터(35)로 구성된다.

상기 전기모터(31)는 상기 전원부(80)로부터 인가되는 전원에 의해 구동되고, 상기 동체(10)의 내부에 장착된다. 상기 전기모터(31)의 일단에는 회전축(33)이 설치되고, 상기 회전축(33)은 동체(10)의 상단으로 연장되어 노출된다.

그리고 동축 이중 반전로터(35)는 상기 회전축(33)에 설치되어 부양력을 생성한다.

이와 같이 동축 이중 반전로터(35)를 이용한 부양력 생성 및 비행 방향 조절에 대해서는, 이미 잘 알려져 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 살포부(40)는 분사가압축(41), 편심축(43), 피스톤(46) 및 실린더(47)로 구성된다.

상기 분사가압축(41)은 상기 전기모터(31)의 타단에 설치되어 상기 전기모터(31)의 회전력으로 회전한다. 이러한 분사가압축(41)에는 편심축(43)이 연결된다. 상기 편심축(43)은 상기 분사가압축(41)의 축중심으로부터 이격된 축중심을 갖는 것으로, 회전에 따라 피스톤(46)을 가압하는 역할을 수행한다.

이러한 편심축(43)은 하나로 구성될 수도 있지만, 동체(10)에 대한 토크발생을 최소화하기 위하여 2개 또는 3개가 방사상으로 균등하게 설치될 수도 있다. 이 경우에도 상기 편심축(43)이 상기 분사가압축(41)에 연결되는 부분에서는 2개 또는 3개의 편심축(43)이 서로 합쳐져 하나의 축을 이뤄 상기 분사가압축(41)에 연결된다.

또한 상기 편심축(43)은, 상기 편심축(43)의 구동에 의한 살포재의 분사를 제어하기 위하여 상기 편심축(43)의 하단에 마련된 베어링부(44)에 지지된 상태로 상기 베어링부(44)의 하단에 장착된 승강모터(45)에 의해 승강되어 상기 분사가압축(41)과 선택적으로 연결되어 구동될 수 있다.

또는, 상기 분사가압축(41)과 편심축(43) 사이에는 클러치가 설치되어 상기 분사가압축(41)과 편심축(43)의 연결 및 분리를 조절할 수도 있다.

피스톤(46)은 상기 분사가압축(41)에 대해 방사상으로 배치되고 상기 편심축(43)의 구동에 따라 전진한다. 즉, 상기 피스톤(46)은 복수개로 이루어지고 방사상으로 배치되어 편심축(43)의 회전에 따라 순차적으로 상기 편심축(43)에 의해 가압되면서 전진되는 구조를 이룬다.

반면, 상기 피스톤(46)의 후진은, 이하에서 설명될 살포재 저장부(50)에서 살포되는 살포재에 의해 실린더(47) 내부가 채워짐에 따라 이루어진다.

실린더(47)는 상기 피스톤(46)의 이동을 가이드하며 말단에 노즐(48)을 구비하고 상단에 살포재가 공급되는 공급공(49)이 마련된다. 이때 상기 공급공(49)은 살포재가 저장된 살포재 저장부(50)에 연결된다.

그리고 상기 노즐(48)은 기본적으로 개방상태에 있으므로, 실린더(47)에 공급된 살포재가 임의로 상기 노즐(48)을 따라 일부 유출될 수도 있다. 따라서 본 발명에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 동체(10)의 외면에 상기 동체(10)의 외면을 따라 슬라이딩 구동되면서 상기 노즐(48)의 입구를 선택적으로 차단하는 차단편(13)이 더 구비된다. 즉, 도 6의 (a)에서는 차단편(13)이 횡방향으로 슬라이드 되면서 상기 노즐(48)의 입구를 개방한 상태이므로, 노즐(48)로부터 살포재의 분사가 가능하게 된다. 반면에, 도 6의 (b)에서는 차단편(13)이 노즐(48)의 입구를 막고 있는 상태이므로, 노즐(48)로부터 살포재의 임의 유출이 방지된다.

살포재 저장부(50)는 상기 실린더(47)의 상단에 마련되고 상기 살포재를 내장하여 상기 공급공(49)을 통하여 실린더(47)로 살포재를 공급한다. 또한 동체(10)의 일단에는 상기 살포재를 살포재 저장부(50)로 주입할 수 있는 살포재 공급부(51)가 마련된다. 상기 살포재 공급부(51)에는 커버가 마련되어 살포재를 주입할 때에는 개방되고, 주행중에는 폐쇄될 수 있도록 구성된다.

그리고 상기 공급공(49)은 전자밸브에 의해 개폐되어 실린더(47)에 대한 살포재의 주입을 제어할 수 있고, 특히 피스톤(46)의 전진에 따른 각 실린더(47)에 대한 살포재의 주입시점을 조절하여 원활하게 피스톤(46)이 전후진 구동되도록 제어할 수 있다.

수신부(60)는 지상에서 사용자가 구비하는 원격조정기로부터 제어신호를 무선으로 전송받도록 상기 동체(10)에 설치된다. 그리고 상기 수신부(60)에서 수신된 제어신호는 제어부(70)로 전송되고, 상기 제어부(70)는 상기 제어신호를 토대로 아웃트리거(20)의 확장 및 수납, 구동부(30)의 전기모터(31)의 제어, 승강모터(45)의 제어, 차단편(13)의 제어 등을 수행한다.

전원부(80)는 상기 동체(10)에 장착되어 상기 아웃트리거(20), 전기모터(31), 수신부(60), 제어부(70), 승강모터(45) 및 차단편(13)으로 전기를 공급한다. 상기 전원부(80)는 다양한 형태 및 용량의 배터리로 구성될 수 있다.

한편, 상기 동체(10)의 하단에는, 제어부(70)에 의해 지상을 촬영하고 그 촬영된 영상을 저장하는 카메라(90)가 장착된다. 상기 카메라(90)에 의해 항공 촬영이 가능하여 산림 및 각종 작물의 생육조사 또는 피해조사가 가능해질 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 농업용 무인 살포 헬리콥터의 작용에 대해 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 아웃트리거(20)가 확장되어 지면에 동체(10)가 지지된 상태에서 살포재 공급부(51)를 통해 살포재 저장부(50)로 살포재를 주입한다. 이때 살포재로는 농약, 비료 또는 종자 등이 될 수 있다.

또한 전원부(80)에 전기단자를 연결하여 상기 전원부(80)에 충분한 전원이 충전되도록 한다.

이때 차단편(13)은 노즐(48)을 폐쇄하는 위치에 배치되고, 편심축(43)은 분사가압축(41)과 이격되어 있다.

이 상태에서 전기모터(31)를 구동하기 위한 제어신호를 원격조정기로 전송하면 수신부(60)에서 수신하여 제어부(70)에서 상기 전기모터(31)가 구동되게 한다. 전기모터(31)가 구동됨에 따라 회전축(33)이 회전되고, 회전축(33)의 회전에 따라 동축 이중 반전로터(35)가 회전하면서 부양력을 발생시킨다.

동축 이중 반전로터(35)의 부양력이 증대함에 따라 동체(10)는 상승하고, 이때 아웃트리거(20)는 접혀지면서 동체(10)의 수납홈(11)으로 수납된다.

비행 중에 살포재를 살포할 때에는, 상기 차단편(13)을 슬라이드 이동시켜 노즐(48)을 개방하고, 상승모터를 구동하여 상기 편심축(43)이 분사가압축(41)과 축결합되게 한다. 이때 상기 실린더(47)에는 공급공(49)을 통해 살포재 저장부(50)로부터 공급된 살포재가 채워져 있다.

축결합됨에 따라 분사가압축(41)의 회전력은 편심축(43)에 전달되고 편심축(43)은 회전하면서 방사상으로 배치된 피스톤(46)을 순차적으로 가압하여 피스톤(46)이 실린더(47)를 향해 전진하도록 한다. 이때 실린더(47)에는 노즐(48)이 형성되어 있고 내부에는 살포재가 채워져 있으므로, 피스톤(46)의 전진에 따라 실린더(47) 내부 공간이 줄어들면서 노즐(48)을 통해 살포재가 분사된다.

살포재가 분사된 실린더(47) 내부로는 살포재 저장부(50)로부터 살포재가 재공급되면서 피스톤(46)을 가압하여 후진되게 한다. 살포재 저장부(50)로부터 살포재가 공급될 때 노즐(48)은 개방상태에 있으므로, 일부의 살포재는 노즐(48)을 따라 배출되지만, 노즐(48)에 의해 유출되는 살포재의 양에 비해 공급공(49)으로 공급되는 살포재의 양이 현저히 많으므로 살포재에 의해 피스톤(46)에 가압력이 발생할 수 있게 된다.

그리고 상기 피스톤(46)과 실린더(47)는 방사상으로 복수개 마련되어 있으므로, 살포재의 분사는 360°범위로 이루어짐에 따라 전면적에 대한 고른 살포가 가능하고 비행 거리를 단축시킬 수 있다.

살포재의 분사가 종료되면, 상승모터의 구동에 따라 편심축(43)이 하강하면서 분사가압축(41)과 분리된다. 따라서 편심축(43)의 회전은 점차로 약해지면서 정지한다. 편심축(43)의 회전이 약하더라도 피스톤(46)에 대한 가압은 이루어지므로, 이때에도 실린더(47)의 노즐(48)은 개방된 상태로 둔다. 이 경우, 살포재를 공급하여 살포되게 할 수도 있지만, 상기 공급공(49)에 전자밸브를 장착하여 살포가 종료되면 공급공(49)을 차단하게 하여 추가적인 살포가 방지되도록 할 수도 있다.

편심축(43)의 회전이 완전히 정지하면 차단편(13)의 이동에 의해 노즐(48)은 차단되고, 적절한 지점으로 이동하며 아웃트리거(20)를 확장하여 지면에 착륙한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10 : 동체 20 : 아웃트리거
30 : 구동부 40 : 살포부
50 : 살포재 저장부 60 : 수신부
70 : 제어부 80 : 전원부
90 : 카메라

Claims

폭방향으로 원형의 단면을 갖는 동체(10);
상기 동체(10)에 수납되고 지면에 안착시 상기 동체(10)로부터 펼쳐지면서 지면에 접지되는 아웃트리거(20);
상기 동체(10)의 내부에 장착되는 전기모터(31)와, 상기 전기모터(31)의 일단에 설치되어 상기 동체(10)의 상단으로 연장되는 회전축(33)과, 상기 회전축(33)에 설치되어 부양력을 생성하는 동축 이중 반전로터(35)를 포함하는 구동부(30);
상기 전기모터(31)의 타단에 설치되어 상기 전기모터(31)의 회전력으로 회전하고 하단에 편심된 편심축(43)을 구비하는 분사가압축(41)과, 상기 분사가압축(41)에 대해 방사상으로 배치되고 상기 편심축(43)의 구동에 의해 전진하는 피스톤(46)과, 상기 피스톤(46)의 이동을 가이드하며 말단에 노즐(48)을 구비하고 상단에 살포재가 공급되는 공급공(49)이 마련되는 실린더(47)를 포함하는 살포부(40);
상기 실린더(47)의 상단에 마련되어 상기 살포재를 내장하는 살포재 저장부(50);
원격조정기로부터 제어신호를 무선으로 전송받도록 상기 동체(10)에 설치되는 수신부(60);
상기 수신부(60)로부터 전송받은 제어신호를 토대로 상기 아웃트리거(20) 및 구동부(30)를 제어하는 제어부(70); 및
상기 동체(10)에 장착되어 상기 아웃트리거(20), 전기모터(31), 수신부(60) 및 제어부(70)로 전기를 공급하는 전원부(80);를 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 무인 살포 헬리콥터.
제1항에 있어서,
상기 아웃트리거(20)는, 방사상으로 확장되어 상기 동체(10)를 지지하고 접혀질 때에는 부분적으로 절개된 수납홈(11)에 삽입되어 상기 수납홈(11)을 메우는 4개의 접이식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 농업용 무인 살포 헬리콥터.
제1항에 있어서,
상기 동체(10)의 외면에는 상기 동체(10)의 외면을 따라 슬라이딩 구동되면서 상기 노즐(48)의 입구를 선택적으로 차단하는 차단편(13)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 농업용 무인 살포 헬리콥터.
제1항에 있어서,
상기 편심축(43)은, 상기 편심축(43)의 구동에 의한 살포재의 분사를 제어하기 위하여 상기 편심축(43)의 하단에 마련된 베어링부(44)에 지지된 상태로 상기 베어링부(44)의 하단에 장착된 승강모터(45)에 의해 승강되어 상기 분사가압축(41)과 선택적으로 연결되어 구동되는 것을 특징으로 하는 농업용 무인 살포 헬리콥터.
제1항에 있어서,
상기 동체(10)의 하단에는, 제어부(70)에 의해 지상을 촬영하고 그 촬영된 영상을 저장하는 카메라(90)가 장착되는 것을 특징으로 하는 농업용 무인 살포 헬리콥터.