KR101406461B1

KR101406461B1 - 무선 조종 컨트롤러

Info

Publication number: KR101406461B1
Application number: KR1020120077234A
Authority: KR
Inventors: 유기호; 박광수
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2014-06-13
Also published as: KR20140010263A

Abstract

본 발명은 무선 조종을 위한 컨트롤러에 관한 것으로서, 무선 비행기, 쿼드로터, 로봇 등을 제어하는 RC(remote control) 컨트롤러에 관한 것이고, 특히 한손으로 무선조종 비행기의 비행동작(roll, pitch, yaw) 조종에 초심자도 쉽게 적응할 수 있도록 직관적인 제어가 가능한 컨트롤러에 관한 것이다.

Description

무선 조종 컨트롤러{RC CONTROLLER}

기존의 원격조종을 하기 위한 컨트롤러는 하나 이상의 아날로그 스틱이나 버튼을 포함하고 있으며, 내부에 송신기를 장착하고 있어 컨트롤러를 움직여 조작신호를 발생하고, 발생된 조작신호는 제어대상 내부의 수신기를 통해 받아들여진다.

도 1은 이러한 RC 송수신 장치의 개념도를 도시하고 있다.

모형 항공기 및 쿼드로터 이동로봇 등을 제어할 때 사용되는 조작신호는 27~75MHz 주파수 대역의 단파와 초단파를 이용한다. 송신신호는 AM, FM, PCM이 사용된다. AM은 가장 기본적인 전파통신의 형태이고, 신호에 따라 주파수의 크기가 변화된다. 하지만 외부로부터 유입되는 전자기적 노이즈에 의해 변형되면 수신부에서는 이것이 노이즈인지 신호인지 구분을 할 수 없게 된다.

FM도 신호에 따라 주파수가 변화되지만 FM수신기는 장황한 노이즈가 아닌 이상 노이즈를 거의 타지 않는 경향을 가지고 있다.

PCM은 FM에서 진보된 형태로 변조 주파수 자체를 코드화(디지털화)하기 때문에 순수한 디지털 장비이고, 노이즈에 대해 절대적으로 강한 특성을 지니고 있다. 하지만, 같은 주파수가 들어오거나, 신호 자체를 없애버릴 만큼의 강한 방해전파가 있을 시 신호가 변형된다.

또한, 컨트롤러는 모드별, 용도별, 채널별, 주파수 변조 방식별, 형태별로 분류할 수 있다. 모드별 분류는 컨트롤러의 조작신호에 따라 제어되는 부분이 상이한지에 따라 분류되고, 용도별 분류는 무선 비행기, 배, 자동차 등 제어하려는 제어대상에 따라 분류되고, 채널별 분류는 RC 송수신기는 컨트롤 단위인 채널에 따라 2채널에서 10채널까지 분류되고, 주파수 변조 방식별 분류는 송수신 장치의 주파수 변조 방식에 따라 AM, FM, PCM방식으로 분류되고, 형태별 분류는 컨트롤러의 형태가 투 스틱, 원 스틱, 건 타입 인지에 따라 분류된다.

기존 컨트롤러는 모두 양손을 사용하여 제어대상을 제어하는데다 제어동작과 비행동작과의 연계성이 없어, 숙련자는 문제가 되지 않지만 처음 접하게 되는 사람들은 익숙하지 않아 생각하는 대로 제어를 할 수 없는 게 일반적이다. 또한, 취미용이 아닌 군사용으로 다수의 제어대상을 제어해야 할 경우, 컨트롤러의 복잡성에 의해 조작자가 업무하중을 느끼는 불편함도 있다.

기존에 주로 판매하는 RC 컨트롤러의 종류는 투 스틱 컨트롤러와, 건 타입 컨트롤러이다. 건 타입 컨트롤러는 주로 자동차나 배와 같이 제어부가 많지 않은 경우에 사용된다. 투 스틱 컨트롤러는 비행기나 헬기같이 제어부가 많은 경우 사용된다.

비행체를 제어하는 컨트롤러는 컨트롤러의 조작부의 형태에 따라 투 스틱, 원 스틱으로 분류할 수 있다.

하지만 투 스틱 컨트롤러는 모두 양손을 사용하게 되고, 비행동작과 물리적인 연계성이 없어 초심자에게는 제어하기 어려운 불편함이 있다.

본 발명에서는 상기의 문제를 해결하기 위해, 기존 RC 컨트롤러의 기술을 적용하고, 스틱 하나에 4채널을 제어할 수 있도록 하는 한편, 비행제어의 동작과 조종기의 동작이 직접 연계가 되도록 하였다.

이를 통해 기존에 양손을 모두 사용하는 컨트롤러에 비해 한손으로 조종이 가능하며 제어대상에 대한 조종이 직관적이어서 초심자도 쉽게 적응할 수 있도록 하였다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.

본 발명의 일 실시예로서, 몸체부(12)와, 상기 몸체부(12)의 일면에 돌출 형성되어 명령대상체의 움직임의 방향을 사용자 임의로 조정하는 스틱(stick) 형상의 조종부(11)와, 상기 조종부(11)의 전후 이동 변위를 측정하는 상하 센싱부(15)와, 상기 조종부(11)의 좌우 이동 변위를 측정하는 좌우 센싱부(16)와, 상기 조종부(11)의 회전 변위를 측정하는 회전 센싱부(17)와, 상기 상하 센싱부(15), 상기 좌우 센싱부(16), 및 상기 회전 센싱부(17)에서 측정한 변위를 각각의 전기적 신호로 변환하는 제어부(21)와, 상기 제어부(21)로부터 획득한 각각의 전기적 신호를 명령대상체로 송신하는 송신부(22)를 포함하는, 무선 조종 컨트롤러를 제공한다.

상기 조종부(11)는 상기 조종부(11)의 축을 중심으로 소정의 각도만큼 회전 가능하도록 제공되고,

상기 회전 센싱부(17)는 상기 조종부(11)가 회전된 각도 변위를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 조종부(11)는 사용자로부터 외력이 가해지지 않을 경우 초기 상태로 되돌아오는 것을 특징으로 한다.

상기 조종부(11)의 상부에는 입력 크기을 변화하면서 입력받을 수 있는 조작부(14)를 더 포함하고, 상기 제어부(21)는 상기 조작부(14)에서 측정한 크기를 전기적 신호로 변환하고, 획득한 값을 근거로 명령대상체의 출력 크기 제어를 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 상하 센싱부(15)는 상기 조종부(11)의 전후 방향의 이동 변위 변화를 인식하는 인코더이고, 상기 제어부(21)는 상기 상하 센싱부(15)로부터 획득한 값을 근거로 명령대상체의 피치(pitch) 제어를 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 좌우 센싱부(16)는 상기 조종부(11)의 좌우 방향의 이동 변위 변화를 인식하는 인코더이고, 상기 제어부(21)는 상기 좌우 센싱부(16)로부터 획득한 값을 근거로 명령대상체의 롤(roll) 제어를 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전 센싱부(17)는 상기 조종부(11)의 회전 방향의 이동 변위 변화를 인식하는 인코더이고, 상기 제어부(21)는 상기 회전 센싱부(17)로부터 획득한 값을 근거로 명령대상체의 요(yaw) 제어를 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예로서, 몸체부(12)와, 상기 몸체부(12)의 일면에 돌출 형성되어 명령대상체의 움직임의 방향을 사용자 임의로 조정하는 스틱(stick) 형상이고, 스틱의 축을 중심으로 소정의 각도만큼 회전가능하도록 제공되는 조종부(11)와, 상기 조종부(11)의 전후 이동 변위, 좌우 이동 변위, 및 회전 변위를 각각 구별하여 측정하는 센싱부(18)와, 상기 센싱부(18)에서 측정한 변위를 전기적 신호로 변환하는 제어부(21)와, 상기 제어부(21)로부터 획득한 전기적 신호를 명령대상체로 송신하는 송신부(22)를 포함하는, 무선 조종 컨트롤러를 제공한다.

본 발명은 통하면 초심자도 직관적인 조종이 가능하게 되어 한 손만으로 쉽게 조종이 가능하도록 적응이 쉬운 효과가 있다.

도 1은 일반적인 RC 컨트롤러의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 컨트롤러의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 컨트롤러의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 컨트롤러의 구성도
도 5는 본 발명에 따른 컨트롤러의 구성도
도 6은 본 발명에 따른 컨트롤러의 사시도
도 7은 본 발명에 따른 컨트롤러의 사시도

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 무선 조종 컨트롤러의 구성도 및 사시도를 나타낸다.

본 발명의 특징은 앞에서 언급한 바와 같이, 원 스틱 컨트롤러에서 명령대상체의 피치 운동, 롤 운동, 피치 운동을 동시에 입력받아 제어할 수 있도록 하는 것에 있다. 특히, 이에 명령대상체의 출력 등 크기값을 변화하면서 입력할 수 있는 수단을 더욱 추가하여 총 4채널의 제어를 동시에 수행하는 것에 있다.

본 명세서에서 상하 방향, 좌우 방향, 회전 방향이라는 표현을 사용하고 있는데, 그 의미는 다음과 같다.

상하 방향이란, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 피치 제어 방향을 의미한다. 컨트롤러 장치에서는 조작부를 사용자로부터 전후 방향을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

좌우 방향이란, 역시 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 롤 제어 방향을 의미한다.

회전 방향이란, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 요 제어를 위한 방향을 의미한다.

본 발명의 특징은 기존의 컨트롤러와 달리, 조종부(11)이 스틱의 축방향에 대하여 회전되고, 이를 통해 명령대상체의 요 방향 제어를 수행할 수 있다는 점에 있다. 이를 위해서, 상기 조종부(11)는 상기 조종부(11)의 축을 중심으로 소정의 각도만큼 회전 가능하도록 제공되고, 상기 회전 센싱부(17)는 상기 조종부(11)가 회전된 각도 변위를 측정하는 것을 특징으로 한다.

조종부(11)를 축방향에 대하여 소정의 각도만큼 회전시키는 구조는 다른 기술분야에서 일반적인 부분이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 조종부(11)는 사용자로부터 외력이 가해지지 않을 경우 초기 상태로 되돌아오는 것을 특징으로 한다. 이를 위해 각 방향으로의 이동 변위가 발생한 후에 초기 상태로 돌아올 수 있도록 탄성체를 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 이러한 구조도 종래의 다른 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 세 개의 방향 제어 이외에도 명령대상체의 추력을 제어할 수 있도록 하여 4채널을 구현하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 4채널을 구현하기 위해, 상기 조종부(11)의 상부에는 입력 크기을 변화하면서 입력받을 수 있는 조작부(14)를 더 포함하고, 상기 제어부(21)는 상기 조작부(14)에서 측정한 크기를 전기적 신호로 변환하고, 획득한 값을 근거로 명령대상체의 출력 크기 제어를 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

즉, 조작부(14)는 예를 들어 명령대상체가 비행체의 경우에는 그 추력을 제어할 수 있도록 구성된다.

이러한 조작부(14)는 작은 레버, 다이얼, 버튼, 조그다이얼 등 다양한 구성이 적용될 수 있다. 이는 조작부(14)의 조작에 따라 입력값의 크기를 변화시킬 수 있고, 이에 따라 명령대상체의 출력(추력) 등의 조건을 변화시킬 수 있도록 제어하는 기능을 수행한다.

도 6 및 도 7에 도시된 바에 따르면 추력을 제어하는 조작부(14)는 수직 다이얼 형태로 되어 있고, 이를 돌리는 방향에 따라 고저가 제어되는 구성이다.

조작부(14)의 조작에 따라 명령대상체의 추력을 제어할 수 있고, 예를 들어 입력값을 증가시키는 방향으로 조작하는 경우에는 추력의 크기가 커지고, 그 반대의 경우에는 작아지게 된다.

본 발명에서는 각각 피치, 롤, 요 방향의 제어를 위해 각각 센싱부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.

11 : 조종부
12 : 몸체부
14 : 조작부
15 : 상하 센싱부
16 : 좌우 센싱부
17 : 회전 센싱부
18 : 센싱부
21 : 제어부
22 : 송신부

Claims

몸체부(12)와,
상기 몸체부(12)의 일면에 돌출 형성되어 명령대상체의 움직임의 방향을 사용자 임의로 조정하는 스틱(stick) 형상의 조종부(11)와,
상기 조종부(11)의 전후 이동 변위를 측정하는 상하 센싱부(15)와,
상기 조종부(11)의 좌우 이동 변위를 측정하는 좌우 센싱부(16)와,
상기 조종부(11)의 회전 변위를 측정하는 회전 센싱부(17)와,
상기 상하 센싱부(15), 상기 좌우 센싱부(16), 및 상기 회전 센싱부(17)에서 측정한 변위를 각각의 전기적 신호로 변환하는 제어부(21)와,
상기 제어부(21)로부터 획득한 각각의 전기적 신호를 명령대상체로 송신하는 송신부(22)를 포함하고,
상기 조종부(11)의 상부에는 입력 크기를 변화하면서 입력받을 수 있는 조작부(14)를 더 포함하고,
상기 제어부(21)는 상기 조작부(14)에서 측정한 크기를 전기적 신호로 변환하고, 획득한 값을 근거로 명령대상체의 출력 크기 제어를 수행하도록 하는,
무선 조종 컨트롤러.
청구항 1에 있어서,
상기 조종부(11)는 상기 조종부(11)의 축을 중심으로 소정의 각도만큼 회전 가능하도록 제공되고,
상기 회전 센싱부(17)는 상기 조종부(11)가 회전된 각도 변위를 측정하는,
무선 조종 컨트롤러.
청구항 1에 있어서,
상기 조종부(11)는 사용자로부터 외력이 가해지지 않을 경우 초기 상태로 되돌아오는,
무선 조종 컨트롤러.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 상하 센싱부(15)는 상기 조종부(11)의 전후 방향의 이동 변위 변화를 인식하는 인코더이고,
상기 제어부(21)는 상기 상하 센싱부(15)로부터 획득한 값을 근거로 명령대상체의 피치(pitch) 제어를 수행하도록 하는,
무선 조종 컨트롤러.
청구항 1에 있어서,
상기 좌우 센싱부(16)는 상기 조종부(11)의 좌우 방향의 이동 변위 변화를 인식하는 인코더이고,
상기 제어부(21)는 상기 좌우 센싱부(16)로부터 획득한 값을 근거로 명령대상체의 롤(roll) 제어를 수행하도록 하는,
무선 조종 컨트롤러.
청구항 2에 있어서,
상기 회전 센싱부(17)는 상기 조종부(11)의 회전 방향의 이동 변위 변화를 인식하는 인코더이고,
상기 제어부(21)는 상기 회전 센싱부(17)로부터 획득한 값을 근거로 명령대상체의 요(yaw) 제어를 수행하도록 하는,
무선 조종 컨트롤러.
몸체부(12)와,
상기 몸체부(12)의 일면에 돌출 형성되어 명령대상체의 움직임의 방향을 사용자 임의로 조정하는 스틱(stick) 형상이고, 스틱의 축을 중심으로 소정의 각도만큼 회전가능하도록 제공되는 조종부(11)와,
상기 조종부(11)의 전후 이동 변위, 좌우 이동 변위, 및 회전 변위를 각각 구별하여 측정하는 센싱부(18)와,
상기 센싱부(18)에서 측정한 변위를 전기적 신호로 변환하는 제어부(21)와,
상기 제어부(21)로부터 획득한 전기적 신호를 명령대상체로 송신하는 송신부(22)를 포함하고,
상기 조종부(11)의 상부에는 입력 크기를 변화하면서 입력받을 수 있는 조작부(14)를 더 포함하고,
상기 제어부(21)는 상기 조작부(14)에서 측정한 크기를 전기적 신호로 변환하고, 획득한 값을 근거로 명령대상체의 출력 크기 제어를 수행하도록 하는,
무선 조종 컨트롤러.