KR101564380B1

KR101564380B1 - 무인비행체

Info

Publication number: KR101564380B1
Application number: KR1020150072014A
Authority: KR
Inventors: 김범수
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-10-29

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체는, 하우징과, 상기 하우징의 측면 전후로 선단과 후단이 노출되는 중심프레임으로 이루어지는 몸체; 상기 중심프레임 선단 좌우와 후단 좌우에 일단이 회전 가능하도록 연결되는 팔; 및 상기 팔의 타단에 구비되어 무인비행체의 이륙과 비행을 위한 추진력을 제공하는 추력발생장치; 를 포함한다.

Description

무인비행체{UNMANNED VEHICLE}

본 발명은 무인 감시정찰, 무인 기상관측, 무인 재난재해 감시, 무인 촬영 등이 가능함은 물론 무인 화물 수송 및 다양한 형태의 비행, 자세 구현이 가능한 무인비행체에 관한 것이다.

일반적으로 무인비행체는 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체로서 드론(drone)이라고도 한다. 처음에는 공군기나 고사포, 미사일의 연습사격에 적기 대신 표적 구실로 사용되었으나, 점차 무선기술의 발달과 함께 정찰기로 개발되어 적의 내륙 깊숙이 침투하여 정찰, 감시의 용도로도 운용되었다. 근래에 들어 드론에 미사일 등 각종 무기를 장착하여 공격기로도 활용되고 있다. 드론의 활용 목적에 따라 다양한 크기와 성능을 가진 비행체들이 다양하게 개발되고 있는데 대형 비행체의 군사용 뿐만 아니라, 초소형 드론도 활발하게 개발 연구되고 있다. 또한 개인의 취미활동으로 개발되어 상품화된 것도 많이 있다. 정글이나 오지, 화산지역, 자연재해지역, 원자력 발전소 사고지역 등 인간이 접근할 수 없는 지역에 드론을 투입하여 운용한다. 최근에는 드론을 활용하여 수송목적에도 활용하는 등 드론의 활용 범위가 점차 넓어지고 있다. 드론이 개발되던 초기에는 표적드론(target drone), 정찰드론(reconnaissance drone), 감시드론(surveillance drone)으로 분류하였지만 현재는 활용 목적에 따라 더욱 세분화된 분류가 가능하다.

그런데 종래의 무인비행체는 추력발생장치가 결합되는 프레임이 대부분 고정된 형태여서 무인비행체의 비행 목적에 따라 날개가 구비된 추력발생장치의 각도와 프레임의 길이를 자유로이 가변할 수 없는 문제점이 있다.

일례로서, 대한민국 특허등록 제1451646호는 "다기능 덕트형 무인비행기"를 개시한다.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는 무인 감시정찰, 무인 기상관측, 무인 재난재해 감시, 무인 촬영 등이 가능함은 물론 무인 화물 수송 및 다양한 형태의 비행, 자세 구현이 가능한 무인비행체를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체는 하우징과, 상기 하우징의 측면 전후로 선단과 후단이 노출되는 중심프레임으로 이루어지는 몸체; 상기 중심프레임 선단 좌우와 후단 좌우에 일단이 회전 가능하도록 연결되는 팔; 및 상기 팔의 타단에 구비되어 무인비행체의 이륙과 비행을 위한 추진력을 제공하는 추력발생장치; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 하우징 외측에는 카메라가 내장되는 카메라 모듈이 구비될 수 있다.

또한, 상기 하우징 내부에는 서보모터가 결합되고, 상기 서보모터는 복수의 연결링크에 의해 중심프레임의 선단 좌우와 후단 좌우에 회전 가능하도록 결합되는 회전관절과 연결되며, 회전관절에는 팔의 일단이 결합될 수 있다.

또한, 상기 연결링크는 일단이 회전관절과 연결되는 제1링크; 및 일단은 상기 제1링크의 타단과 연결되고, 타단은 서보모터와 연결되는 제2링크; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 하우징 내외부에는 서보모터와 팔의 타측 끝단에 구비되는 추력발생장치를 제어하는 제어모듈 및 카메라가 구비될 수 있다.

또한, 상기 하우징 내부에는 배터리가 구비되며 상기 배터리는 상기 서보모터, 카메라, 추력발생장치 및 제어모듈에 전원을 공급할 수 있다.

또한, 상기 제어모듈은 상기 추력발생장치의 제어를 위한 모터드라브; 상기 서보모터와 카메라 제어 및 신호처리를 위한 MCU; 무인비행체의 자세정보 획득을 위한 관성센서; 무인비행체의 위치정보 획득을 위한 GPS; 및 무인비행체의 고도정보 획득을 위한 전자고도계; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 팔은 복수 튜브들의 연결 조합으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 팔의 일단에는 상기 추력발생장치에 전력공급 및 신호 송수신을 위한 커넥터가 구비될 수 있다.

또한, 상기 커넥터는 상기 중심프레임 선단 좌우와 후단 좌우에 구비되는 회전관절에 대응 결합될 수 있다.

또한, 상기 커넥터와 회전관절의 결합 부위에는 락너트가 결합될 수 있다.

또한, 상기 추력발생장치는 상기 팔의 타단에 결합되는 모터마운트; 상기 모터마운트에 결합되는 모터; 및 상기 모터 축과 연결되는 프로펠러; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 모터마운트에는 방열핀이 구비될 수 있다.

또한, 상기 추력발생장치의 하부에는 랜딩기어가 결합될 수 있다.

또한, 상기 랜딩기어 하단은 절곡될 수 있다.

또한, 상기 랜딩기어의 하단에는 화물을 실을 수 있는 팰릿이 결합될 수 있다.

또한, 상기 몸체, 팔 및 추력발생장치는 바디킷에 결합될 수 있다.

또한, 상기 바디킷의 외형은 상기 몸체, 팔 및 추력발생장치에 부합하는 형태일 수 있다.

또한, 상기 바디킷은 일체형 윙바디 형태일 수 있다.

또한, 상기 일체형 윙바디의 외형은 삼각형일 수 있다.

또한, 상기 중심프레임은 선단과 후단이 상기 하우징 전후방으로 노출되도록 하우징의 측면에 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체에 의하면, 무인 감시정찰, 무인 군수물자 수송, 무인 우편배달, 무인 교통 관측, 무인 기상관측, 무인 재난재해 감시, 무인 화물수송, 무인 택배, 무인촬영 등이 가능하다.

또한, 무인비행체에 바디킷을 추가로 장착하여 무인비행체를 보호할 수 있다.

또한, 무인비행체에 바디킷을 장착할 경우 무인비행체의 장기체공, 장거리비행, 수직이착륙 등 무인비행체의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 무인비행체를 모듈별로 분해 조립할 수 있어 무인비행체의 보관 및 이동이 용이하다.

또한, 4개로 이루어지는 추력발생장치를 각기 개별적으로 틸팅할 수 있어 무인비행체의 다양한 형태의 비행 및 자세 구현이 가능하다.

또한, 팰릿을 통해 화물을 장착, 이동, 분리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하우징 제거 상태에서의 링크와 서보모터의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 복수의 튜브로 구성되는 팔의 분리 사시도이다.
도 7은 도 6의 A부 확대도이다.
도 8은 도 6의 B부 확대도이다.
도 9는 도 6의 C부 확대도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 커넥터의 확대도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 팔과 회전관절의 결합상태를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 각 추력발생장치의 틸팅이 개별적으로 가능한 것을 나타내는 도면이다.
도 13 내지 15는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 추력발생장치의 초기상태, 전방틸팅 상태 및 후방틸팅 상태를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 랜딩기어의 분리 상태도이다.
도 17 내지 20은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 팰릿의 장착 분리과정을 나타내는 도면이다.
도 21, 22는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 바디킷을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체는, 비행을 위한 각종 장치들이 내장되는 몸체(10), 몸체(10)와 연결되면서 추력발생장치(30)가 결합되는 팔(20) 및 비행을 위한 추진력을 제공하는 추력발생장치(30)를 포함한다.

구체적으로 몸체(10)는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 하우징(11) 및 선단과 후단이 하우징(11) 전후로 노출되는 중심프레임(12)을 포함한다. 도 1 내지 3에는 하우징(11)이 원형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 하우징(11)의 외형은 원형은 물론 다각일 수 있다. 하우징(11)의 내외부에는 각종장치들이 구비될 수 있다. 하우징(11) 내부는 각종 장치를 수용할 수 있도록 공간으로 형성되며 상부는 개구된다. 하우징(11) 내부에 각종장치를 내장 후 개구된 상부를 커버(17)로 덮는다.

하우징(11)의 내부에는 서보모터(13), 제어모듈(14), 배터리(15) 등이 결합된다. 서보모터(13)는 연결링크에 의해 중심프레임(12) 선단 좌우와 후단 좌우에 구비되는 회전관절(16)과 연결되어 회전관절(16)을 회전시킨다. 회전관절(16)이 회전하면 회전관절(16)에 연결되는 팔(20)도 축방향으로 회전한다. 제어모듈(14)은 추력발생장치(30)의 제어를 위한 모터드라브, 서보모터(13) 및 카메라 제어와 신호처리를 위한 MCU(마이크로 컨트롤 유닛 : Multipoint Control Unit), 무인비행체의 자세정보 획득을 위한 관성센서, 무인비행체의 위치정보 획득을 위한 GPS 및 무인비행체의 고도정보 획득을 위한 전자고도계를 포함한다. 배터리(15)는 서보모터(13), 카메라, 추력발생장치(30), 제어모듈(14) 등에 전원을 공급한다.

하우징(11) 외측 저면 부위에는 카메라가 장착되는 카메라 모듈(40)이 구비된다. 하우징(11) 외측면에는 작동홈(111)이 형성되며 서보모터(13)와 회전관절(16)을 연결하는 연결링크는 이 작동홈(111)을 통해 하우징(11) 내부의 서보모터(13)와 연결된다. 작동홈(111)은 연결링크의 작동에 지장을 주지 않도록 연결링크가 작동할 수 있는 충분한 공간을 제공하여야 한다.

중심프레임(12)은 내구성이 강한 일체형 프레임 구조인 것이 바람직하다. 중심프레임(12)은 하우징(11) 측면 중앙을 관통하여 선단과 하단이 하우징(11)의 측면 전후로 노출된다. 중심프레임(12)은 평면에서 볼 때 "Ｉ"와 같은 형태이다. 중심프레임(12)의 선단은 튜브 형태인 것이 바람직하다.

중심프레임(12)의 선단 좌우와 후단 좌우에는 축 방향으로 회전 가능한 회전관절(16)이 구비된다. 이 회전관절(16)에는 팔(20)의 일단이 회전 가능하도록 결합된다. 도 4, 5에 도시된 바와 같이 회전관절(16)과 서보모터(13)는 연결링크에 의해 연결된다. 서보모터(13)는 연결링크를 밀거나 당기는 작동을 통해 회전관절(16)을 회전시킨다. 팔(20)은 회전관절(16)과 연결되어 있기 때문에 회전관절(16)이 회전하면 팔(20)도 동시에 회전한다. 팔(20)이 회전함에 따라 팔(20)의 타단에 구비되는 추력발생장치(30)의 틸팅이 이루어진다.

연결링크는 복수의 링크로 구성된다. 연결링크는 제1링크(51) 및 제2링크(52)의 조합으로 구성된다. 연결링크는 중심프레임(12) 선단 좌우와 후단 좌우에 구비되는 각 회전관절(16) 각각에 연결된다. 구체적으로 제1링크(51)의 일단은 중심프레임(12)에 구비되는 회전관절(16)에 연결된다. 제2링크(52)의 일단은 제1링크(51)의 타단과 연결된다. 제2링크(52)의 타단은 서보모터(13)와 연결된다. 제1링크(51) 및 제2링크(52)의 일단과 타단은 힌지 연결구조일 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 팔(20)은 회전관절(16)의 개수와 같이 4개로 이루어진다. 구체적으로 2개의 팔(20)은 중심프레임(12) 선단 좌우 양측의 회전관절(16)에 결합되고, 나머지 2개의 팔(20)은 중심프레임(12) 후단 좌우 양측의 회전관절(16)에 결합된다. 팔(20)의 일단은 회전관절(16)에 결합되어 회전관절(16)과 함께 축 방향으로 회전 가능하다. 팔(20)의 타단에는 추력발생장치(30)가 구비된다. 팔(20)은 복수 튜브(21)들의 연결 조합으로 구성된다. 튜브(21) 개수의 가감을 통해 팔(20)의 길이를 조절할 수 있다. 일례로 팔(20)은 튜브가 복수로 연결되어 다단으로 연장되는 구조일 수도 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 튜브(21)들 사이의 연결부위는 락너트(23)에 의해 견고히 결합될 수 있다. 튜브(21)의 회전관절(16) 반대 쪽 끝단에는 외주를 따라 길이 방향으로 절개되는 절개홈(211)이 구비된다. 절개홈(211)에 의해 튜브(21)의 한쪽 끝단 외경이 수축 또는 확장 변형될 수 있다. 절개홈(211)으로 인해 튜브(21)들 간의 끼움 결합이 용이하게 이루어질 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 락너트(23)와 튜브(21)의 끝단은 나사 체결된다.

도 9에 도시된 바와 같이 튜브(21)의 외주에 구비된 턱(212)은 락너트(23) 내부에 구비된 홈에 끼워져 견고한 결합 상태를 유지할 수 있다. 물론 락너트(23)와 튜브(21)의 끝단은 나사(213) 결합된다. 회전관절(16)은 중심프레임(12) 선단 좌우와 후단 좌우에 회전 가능하도록 결합된다. 중심프레임(12) 선단 좌우에 대향하여 설치되는 회전관절(16)의 중심 부위는 축(214)에 의해 회전 가능하도록 연결된다. 마찬가지로 중심프레임(12) 후단 좌우에 대향하여 설치되는 회전관절(16)의 중심 부위는 축(214)에 의해 회전 가능하도록 연결된다.

도 10에 도시된 바와 같이 회전관절(16)에 대응 결합되는 튜브(21) 끝단 부위에는 커넥터(22)가 구비된다. 커넥터(22)에는 추력발생장치(30)에 전력공급 및 송수신을 위한 단자(221)가 구비된다. 커넥터(22)는 회전관절(16)에 대응 결합된다. 회전관절(16) 내부에는 커넥터(22)가 대응하여 끼워지는 암 커넥터가 구비된다. 커넥터(22)를 회전관절(16)에 대응 결합한 다음 락너트(23)를 체결한다.

도 11에 도시된 바와 같이 튜브(21)의 커넥터(22)를 회전관절(16)에 결합하면 팔(20) 내부의 케이블(24)과 중심프레임(12) 내부의 케이블(24)이 전기적으로 연결된다. 이에 케이블(24)과 연결되는 배터리(15), 제어모듈(14), 추력발생장치(30)는 전기적으로 연결된 상태가 되고, 배터리(15) 전원은 추력발생장치(30)에 공급되고 추력발생장치(30)의 작동은 제어모듈(14)에 의해 제어될 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이 추력발생장치(30)는 팔(20)의 타측 끝단에 구비된다. 서보모터(13)의 구동에 의해 회전관절(16)을 회전시켜 팔(20)을 축 방향으로 회전시키면 팔(20)에 결합된 추력발생장치(30)가 틸팅된다. 추력발생장치(30)는 팔(20) 타단에 결합되는 모터마운트(31), 모터마운트(31)에 결합되는 모터(32) 및 모터(32) 축과 연결되는 프로펠러(33)를 포함한다. 모터마운트(31)는 방열핀(311)을 포함한다. 모터(32)에서 발생하는 열은 방열핀(311)을 통해 방출된다.

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체는, 도 12에 도시된 바와 같이 서보모터(13)의 작동에 의해 4개의 추력발생장치(30)의 틸팅각을 개별적으로 변화시킬 수 있다. 이로 인해 무인비행체의 다양한 형태의 비행 및 자세제어가 가능하다. 도 13은 추력발생장치(30)의 초기 위치를 나타낸다. 도 14는 추력발생장치(30)의 전방틸팅 상태를 나타낸다. 도 15는 추력발생장치(30)의 후방틸팅 상태를 나타낸다.

도 16과 같이 4개의 각 추력발생장치(30) 하부에는 랜딩기어(60)가 결합된다. 랜딩기어(60)는 추력발생장치(30)에 결합 분리가 가능하다. 구체적으로 랜딩기어(60)는 상부 부위가 추력발생장치(30) 저면에 결합된다. 랜딩기어(60) 하단은 팰릿(70)의 구멍(701)에 끼울 수 있도록 절곡 형태인 것이 바람직하다.

도 17 내지 20에 도시된 바와 같이, 팰릿(pallet)의 외형은 사각형태인 것이 바람직하다. 팰릿(70)의 4개의 측변에는 4개의 랜딩기어(60) 하단 절곡 부위가 대응하여 끼워지는 구멍(701)이 천공된다. 팰릿(70)은 상부 가장자리부위의 격자부와 가장자리 안쪽 중앙의 화물탑재 공간으로 구분된다. 팰릿(70)의 화물탑재 공간에는 팰릿(70)의 사이즈 식별을 위한 식별문자가 표시될 수 있다. 격자부는 격자형 리브에 의해 구성된다. 격자부는 공기가 통할 수 있는 상하 연통 구조로서 무인비행체의 이륙시 추력 손실을 방지할 수 있는 구조이다.

무인비행체의 고도 및 자세제어를 통해 회득한 팰릿의 영상과 제어모듈(14)에 저장된 팰릿 사이즈 형상을 일치시킨 상태에서 추력발생장치(30)의 틸팅각을 조절하여 4개의 랜딩기어(60) 하단 부위가 팰릿(70)의 구멍(701)에 정확히 끼워지게 한다.

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체는, 무인비행체의 보호를 위해 바디킷(80)이 장착될 수 있다. 바디킷(80)은 도 21 또는 도 22와 같은 구조일 수 있다.

도 21과 같이 바디킷(80)은 무인비행체를 감싸 보호할 수 있도록 무인비행체와 유사한 외형으로 제작될 수 있다. 구체적으로 바디킷(80)은 몸체(10), 팔(20) 및 추력발생장치(30)를 수용할 수 있는 수용공간이 구비된다. 수용공간은 추력발생장치(30)의 작동이 원활히 이루어질 수 있도록 충분한 작동공간을 제공하여야 한다. 바디킷(80)에 구비되는 수용공간 중 4개의 추력발생장치(30)가 대응 결합되는 수용공간은 공기가 통할 수 있는 천공된 형태인 것이 바람직하다.

도 22에 도시된 바와 같이 바디킷(80)은 무인비행체를 감싸 보호할 수 있는 삼각 형태의 일체형 윙바디(blended wing body)일 수 있다. 이때, 도 22와 같은 삼각 형태의 바디킷(80)의 외형에 맞추어 중심프레임(12) 후단 좌우에 결합되는 양쪽 팔(20) 폭보다 중심프레임(12) 후단 좌우에 결합되는 양쪽 팔(20)의 폭을 좁게 조절하는 것이 바람직하다. 삼각 형태의 바디킷(80)에는 4개의 추력발생장치(30)와 몸체(10)와 팔(20)에 대응하는 수용공간이 마련된다. 바디킷(80)에 구비되는 수용공간 중 4개의 추력발생장치(30)가 대응 결합되는 수용공간은 공기가 통할 수 있도록 바디킷(80)에 천공 형성되는 것이 바람직하다. 도 22의 바디킷(80)은 도 21에 비해 외형상 공기저항을 최소화할 수 있는 구조로서 무인비행체의 장기체공, 장거리비행, 수직이착륙에 유리한 구조이다. 바디킷(80)의 좌우 끝단은 공기저항을 최소화할 수 있도록 상향으로 절곡 형성하는 것이 바람직하다.

다음 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체의 작용을 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체는 4개의 서보모터(13), 4개의 링크, 4개의 회전관절(16), 4개의 팔(20), 4개의 추력발생장치(30)로 이루어져, 4개 추력발생장치(30)가 각기 개별적으로 틸팅(Tilting)작동이 가능하기 때문에 무인비행체의 다양한 행태의 비행 및 자세제어가 가능하다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이 팔(20)이 복수의 튜브(21)로 구성되기 때문에 팔(20) 길이를 자유로이 가변할 수 있다. 즉, 팔(20) 길이를 늘이거나 팔(20) 길이를 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무인비행체는, 케이블(24)에 의해 추력발생장치(30)와 제어모듈(14) 및 배터리(15)가 전기적으로 연결되기 때문에 추력발생장치(30)에 배터리(15) 전원이 공급된다. 추력발생장치(30)에 전원이 공급되면 추력발생장치(30)의 프로펠러(33)가 회전한다. 프로펠러(33)가 회전할 때 발생하는 추진력으로 무인비행체가 이륙할 수 있다.

추력발생장치(30)의 프로펠러(33) 각도를 조절함으로써 무인비행체는 다양한 비행을 할 수 있다. 4개의 추력발생장치(30)에서 발생하는 추력을 개별적으로 제어함으로써, 무인비행체의 상승 하강, 전후 선회, 좌우 선회 등 무인비행체의 비행 및 자세제어가 가능하다. 또한, 4개의 추력발생장치(30)의 추력을 모두 동일하게 유지한 상태에서 무인비행체의 비행이 이루어질 경우 4개의 추력발생장치(30)의 틸팅각을 변화시켜 추력을 집중 또는 분산 상쇄시켜 무인비행체의 방향전환, 선회 등 무인비행체의 비행 및 자세제어가 가능하다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이 4개의 추력발생장치(30)의 틸팅각을 각각 개별적으로 변화시킴으로써 무인비행체의 다양한 형태의 자세제어가 가능하다.

다음 추력발생장치(30)의 전방틸팅과 후방틸팅을 설명한다.

도 13에 도시된 바와 같이 추력발생장치(30)의 프로펠러(33)가 수평상태를 유지하는 초기상태에서 도 14에 도시된 바와 같이 서보모터(13)의 구동에 의해 제2링크(52)를 안쪽으로 당기면 회전관절(16)이 화살표 방향과 같이 반시계 방향으로 회전한다. 이에 팔(20)도 반시계 방향으로 회전한다. 팔(20)이 반시계 방향으로 회전함에 따라 팔(20)과 연결된 추력발생장치(30)의 프로펠러(33)가 전방으로 틸팅된다.

반대로 도 13에 도시된 바와 같이 추력발생장치(30)의 프로펠러(33)가 수평상태를 유지하는 초기상태에서 도 15에 도시된 바와 같이 서보모터(13)의 구동에 의해 제2링크(52)를 바깥쪽으로 당기면 회전관절(16)이 화살표 방향과 같이 시계 방향으로 회전한다. 이에 팔(20)도 시계 방향으로 회전한다. 팔(20)이 시계방향으로 회전함에 따라 팔(20)과 연결된 추력발생장치(30)의 프로펠러(33)가 후방으로 틸팅된다.

예컨대, 전방 2개의 프로펠러(33)와 후방 2개의 프로펠러(33)가 수평 상태를 유지하지 않고 전방을 향하여 틸팅된 상태에서 회전할 경우 무인비행체가 경사방향으로 이륙 한다. 또한, 전방 2개의 프로펠러(33)와 후방 2개의 프로펠러(33)가 수평 상태에서 회전할 경우 무인비행체가 수직으로 이륙 한다. 이와 같이 각 프로펠러(33)의 틸팅각 및 추력을 제어하여 무인비행체의 롤링(rolling), 피칭(pitching), 요잉(yawing) 유도 및 제어를 할 수 있다.

다음 무인비행체의 화물 수송을 위한 팰릿 장착 및 분리과정을 설명한다.

도 17에 도시된 바와 같이 제어모듈(14)에는 P1 팰릿의 정보가 저장되어 있다. 도 17 내지 19의 (b)그림에 나타나는 점선은 제에모듈(14)에 저장된 P1 팰릿의 사이즈를 나타낸다. 도 18, 19에 도시된 바와 같이 무인비행체의 고도 및 자세제어를 통해 무인비행체에 장착하고자 하는 팰릿의 획득 영상과 제어모듈(14)에 미리 저장된 팰릿 형상을 일치시킨다. 무인비행체에 장착하고자 하는 P1 팰릿 영상은 몸체(10) 저면에 부착된 카메라에 의해 획득 할 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이 무인비행체에 장착하고자 하는 P1 팰릿의 획득 영상과 제어모듈(14)에 저장된 팰릿 형상이 일치되면 제어모듈(14)은 P1 팰릿의 장착고도 도달을 인지한다.

무인비행체에 팰릿을 장착하는 과정은, 전방 2개의 팔(20)을 시계 방향으로 회전시키고 후방 2개 팔(20)을 반시계 방향으로 회전시켜 전방 2개의 랜딩기어(60)와 후방 2개의 랜딩기어(60) 사이가 멀어지게 한다. 이 상태에서 전방 2개의 팔(20)을 반시계 방향으로 회전시키고 후방 2개 팔(20)을 시계 방향으로 회전시켜 랜딩기어(60) 하단의 절곡 부위가 팰릿(70)의 구멍(701)에 정확히 끼워지도록 한다. 이 상태에서 무인비행체를 이륙 시켜 화물이 적재된 팰릿(70)을 원하는 장소로 운반한다.

무인비행체에서 팰릿을 분리하는 과정은, 무인비행체가 화물 수송 장소의 팰릿 분리 고도에 도달하면 무인비행체의 공중정지(hovering) 상태에서 랜딩기어(60)를 틸팅하여 화물이 적재된 팰릿을 분리한다.

다음 랜딩기어(60)의 틸팅각 제어과정을 구체적으로 설명한다. 서보모터(13)를 구동하면 서보모터(13)의 구동력이 서보모터(13)와 연결된 복수의 링크로 전달된다. 링크는 회전관절(16)을 당기거나 밀어 회전관절(16)을 회전시킨다. 회전관절(16)이 회전함에 따라 회전과절(16)과 연결된 팔(20)도 함께 회전한다. 팔(20)이 회전함에 따라 팔(20)의 타단에 결합된 추력발생장치(30)가 틸팅된다. 이에 추력발생장치(30) 저면에 연결된 랜딩기어(60)도 전방 또는 후방으로 틸팅된다. 이러한 랜딩기어(60)의 틸팅작동을 통해 무인비행체가 공중정지 상태에서 화물이 적재된 팰릿(70)을 장착하거나 분리할 수 있다.

한편, 도 21, 22와 같이 무인비행체의 비행 목적에 따라 무인비행체에 바디킷(80)을 추가로 장착할 수 있다. 장거리비행을 목적으로 하지 않을 경우 무인비행체에 도 21과 같이 무인비행체 외형에 부합하는 바디킷(80)을 장착한다. 또한, 장기체공, 장거리비행을 목적으로 할 경우 무인비행체에 도 22와 같이 삼각 형태 바디킷(80)을 장착하는 것이 바람직하다. 이와 같이 무인비행체에 바디킷(80)을 추가로 장착할 경우 무인비행체를 보호함은 물론 공기저항을 최소화하여 무인비행체의 비행 성능을 향상시킬 수 있다.

살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무인비행체는, 4개로 구성되는 추력발생장치를 각기 개별적으로 틸팅하여 추력발생장치의 추력을 개별적으로 조절할 수 있어 무인비행체의 롤링, 피칭, 요잉, 등 다양한 방향전환 및 자세제어가 가능하다. 또한, 화물을 실을 수 있는 팰릿의 장착이 가능하여 무인화물운송이 가능하다. 또한, 팰릿의 가장자리부위를 공기가 통할 수 있도록 격자 형태로 만들어 무인비행체의 이륙시 추력 손실을 방지할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10:몸체 11:하우징
12:중심프레임 13:서보모터
14:제어모듈 15:배터리
16:회전관절 17:커버
20:팔 21:튜브
22:커넥터 23:락너트
24:케이블 30:추력발생장치
31:모터마운트 32:모터
33:프로펠러 40:카메라 모듈
51:제1링크 52:제2링크
60:랜딩기어 70:팰릿
80:바디킷 11:작동홈
211:절개홈 212:턱
213:나사 214:축
221:단자 311:방열핀
701:구멍

Claims

하우징과, 상기 하우징의 측면 전후로 선단과 후단이 노출되는 중심프레임으로 이루어지는 몸체; 상기 중심프레임 선단 좌우와 후단 좌우에 일단이 회전 가능하도록 연결되는 팔; 및 상기 팔의 타단에 구비되어 무인비행체의 이륙과 비행을 위한 추진력을 제공하는 추력발생장치; 를 포함하며,
상기 하우징 내부에는 서보모터가 결합되고, 상기 서보모터는 복수의 연결링크에 의해 중심프레임의 선단 좌우와 후단 좌우에 회전 가능하도록 결합되는 회전관절과 연결되며, 회전관절에는 팔의 일단이 결합되고,
상기 연결링크는, 일단이 회전관절과 연결되는 제1링크; 및 일단은 상기 제1링크의 타단과 연결되고, 타단은 서보모터와 연결되는 제2링크; 를 포함하며,
상기 팔의 일단에는 상기 추력발생장치에 전력공급 및 신호 송수신을 위한 커넥터가 구비되고,
상기 커넥터는 상기 중심프레임 선단 좌우와 후단 좌우에 구비되는 회전관절에 대응 결합되며,
상기 추력발생장치의 하부에는 랜딩기어가 결합되고,
상기 랜딩기어 하단은 절곡되며,
상기 랜딩기어의 하단에는 화물을 실을 수 있는 팰릿이 결합되는 것을 특징으로 하는 무인비행체.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징 외측에는,
카메라가 내장되는 카메라 모듈이 구비되는 것을 특징으로 하는 무인비행체.
삭제
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청구항 1에 있어서,
상기 하우징 내외부에는,
서보모터와 팔의 타측 끝단에 구비되는 추력발생장치를 제어하는 제어모듈 및 카메라가 구비되는 것을 특징으로 하는 무인비행체.
청구항 5에 있어서,
상기 하우징 내부에는,
배터리가 구비되며 상기 배터리는 상기 서보모터, 카메라, 추력발생장치 및 제어모듈에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 무인비행체.
청구항 5에 있어서,
상기 제어모듈은,
상기 추력발생장치의 제어를 위한 모터드라브;
상기 서보모터와 카메라 제어 및 신호처리를 위한 MCU;
무인비행체의 자세정보 획득을 위한 관성센서;
무인비행체의 위치정보 획득을 위한 GPS; 및
무인비행체의 고도정보 획득을 위한 전자고도계;
를 포함하는 무인비행체.
청구항 1에 있어서,
상기 팔은,
복수 튜브들의 연결 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 무인비행체.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 커넥터와 회전관절의 결합 부위에는 락너트가 결합되는 것을 특징으로 하는 무인비행체.
청구항 1에 있어서,
상기 추력발생장치는,
상기 팔의 타단에 결합되는 모터마운트;
상기 모터마운트에 결합되는 모터; 및
상기 모터 축과 연결되는 프로펠러;
를 포함하는 무인비행체.
청구항 12에 있어서,
상기 모터마운트에는,
방열핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 무인비행체.
삭제
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삭제
청구항 1에 있어서,
상기 몸체, 팔 및 추력발생장치는,
바디킷에 결합되는 것을 특징으로 하는 무인비행체.
청구항 17에 있어서,
상기 바디킷의 외형은,
상기 몸체, 팔 및 추력발생장치에 부합하는 형태인 것을 특징으로 하는 무인비행체.
청구항 17에 있어서,
상기 바디킷은,
일체형 윙바디 형태인 것을 특징으로 하는 무인비행체.
청구항 19에 있어서,
상기 일체형 윙바디의 외형은,
삼각형인 것을 특징으로 하는 무인비행체.
청구항 1에 있어서,
상기 중심프레임은,
선단과 후단이 상기 하우징 전후방으로 노출되도록 하우징의 측면에 결합되는 것을 특징으로 하는 무인비행체.