KR101589263B1 - 프로펠러부 전개식 무인 비행체 - Google Patents

프로펠러부 전개식 무인 비행체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본체부와, 프로펠러가 설치된 복수의 프로펠러부와, 상기 프로펠러부가 상기 본체부 상에 겹쳐지게 배치된 상태를 유지하도록 상기 프로펠러부를 록킹시키는 록킹유닛과, 상기 본체부와 각 프로펠러부를 연결하며 상기 록킹유닛의 록킹이 해제됨에 따라 상기 프로펠러부를 상기 본체부의 주변 위치로 전개시키는 전개부를 포함하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체를 개시한다.

Description

프로펠러부 전개식 무인 비행체 {PROPELLER UNFOLDING TYPE UNMANED AIR VEHICLE}
본 발명은 프로펠러부가 본체부에 겹쳐진 상태에서 본체부 주변으로 전개되는 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 관한 것이다.
무인 비행체(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)란 일반적으로 조종사 없이 사전에 입력된 프로그램에 따라 또는 비행체 스스로 주위 환경(장애물, 항로)을 인식하고 판단하여 자율비행하는 비행체를 말한다. 무인 비행체는 여러 분야에 활용되고 있지만 크게 군사용 목적인 무인 정찰기용으로 사용되거나 재난 사고 및 방재의 목적, 지형 및 환경 변화에 따른 항공 촬영 그리고 방송 촬영 등에 사용되며, 최근에는 우주 개발 분야에서도 무인 비행체의 활용이 두드러지게 나타나고 있다.
무인 비행체는 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 일반적으로 전자 부품이 탑재된 본체부의 주변에 복수의 프로펠러부가 구비된 구조를 가진다. 도 1과 같이 무인 비행체는 본체부와 프로펠러부 사이의 기계적 연결을 위해 지지대를 사용하거나, 도 2와 같이 본체부가 탑재된 구조물 내에 프로펠러부를 설치한 형태를 가질 수도 있다.
그러나 이와 같이 지지대나 구조물을 사용함으로 인해 부피와 무게가 증가하는 단점이 있고, 무인 비행체의 보관/휴대가 용이하지 않은 단점이 있다. 그리고 지지대 또는 구조물이 견고한(rigid) 재질로 제작되어 비행 중 외부 물체와 충돌시 형상 변형 또는 파손 가능성이 높은 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래기술에 비해 부피와 무게를 줄일 수 있고 보관/휴대가 용이한 무인 비행체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 본체부와, 프로펠러가 설치된 복수의 프로펠러부와, 상기 프로펠러부가 상기 본체부 상에 겹쳐지게 배치된 상태를 유지하도록 상기 프로펠러부를 록킹시키는 록킹유닛과, 상기 본체부와 각 프로펠러부를 연결하며 상기 록킹유닛의 록킹이 해제됨에 따라 상기 프로펠러부를 상기 본체부의 주변 위치로 전개시키는 프로펠러 전개부를 포함하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체를 개시한다.
본 발명의 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 따르면, 상기 프로펠러 전개부는 탄성 복원력에 의해 상기 프로펠러부를 전개시킬 있도록 탄성 변형 가능하며 플렉서블한 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 따르면, 상기 프로펠러 전개부는 테이프 스프링 힌지(tape spring hinge) 또는 형상기억합금 힌지(shape memory alloy hinge)로 구성 가능하다.
본 발명의 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 따르면, 상기 프로펠러 전개부는 상기 본체부의 측면의 둘레를 따라 복수의 개소에 설치될 수 있다.
본 발명의 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 따르면, 상기 복수의 프로펠러부는 상기 본체부의 일면으로부터 순차적으로 적층될 수 있다.
본 발명의 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 따르면, 상기 복수의 프로펠러부 중 일부는 상기 본체부의 일면으로부터 순차적으로 적층되고, 나머지는 상기 본체부의 타면으로부터 순차적으로 적층될 수 있다.
본 발명의 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 따르면, 상기 록킹유닛은 수동으로 록킹이 해제되는 기계식 록킹장치 또는 상기 본체부로부터의 제어 신호가 인가됨에 따라 록킹이 해제되는 전자식 록킹장치의 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 따르면, 상기 본체부는 본체 전개부에 의해 서로 겹쳐진 상태에서 전개 가능하게 연결되는 제1 및 제2본체부를 포함하는 구성을 가질 수 있다.
한편, 본 발명은 서로 겹쳐지게 배치 가능한 복수의 본체부와, 상기 복수의 본체부 사이를 연결하며, 상기 본체부를 겹쳐진 상태에서 펼쳐진 상태로 전개시키는 본체 전개부와, 상기 각 본체부에 겹쳐지게 배치 가능한 복수의 프로펠러부와, 상기 본체부와 프로펠러부 사이를 연결하며 상기 본체 전개부의 전개 동작에 따라 상기 각 본체부로부터 프로펠러부를 전개시키는 프로펠러 전개부를 포함하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체를 개시한다.
본 발명의 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 따르면, 상기 본체부는 상기 본체 전개부를 통해 일렬로 연결되며, 상기 프로펠러 전개부는 상기 본체 전개부의 연결 방향과 다른 방향에서 상기 프로펠러 전개부를 통해 상기 본체부에 연결될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 프로펠러 전개부로서 테이프 스프링 힌지나 형상기억합금 힌지를 사용함으로써 보관 및 휴대시 소형화가 가능하며, 이는 편대 비행 드론에 유리한 이점이 있다.
아울러 본 발명의 무인 비행체는 지지대와 구조물 사용하지 않으므로 무게 경량화 및 부피 최소화가 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명의 무인 비행체에 따르면, 프로펠러 전개부에 적용된 테이프 스프링 힌지의 유연한 특성으로 인해 충돌시 완충작용으로 본체부와 프로펠러부 형상 변형 및 파손을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명의 무인 비행체는 본체부를 분할 구조로 구현하여 내장 부품의 분산/다중 배치가 가능하고, 본체부 개수를 추가하여 프로펠러부의 개수를 제약없이 추가할 수 있는 이점이 있다.
도 1 및 2는 종래 기술에 따른 무인 비행체를 나타낸 도면.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러부 전개식 무인 비행체의 사시도.
도 5는 도 3 및 4의 프로펠러부 전개식 무인 비행체가 접힌 상태에서 펼쳐진 상태로 전환하는 과정을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로펠러부 전개식 무인 비행체의 사시도.
도 7은 도 6의 프로펠러부 전개식 무인 비행체가 접힌 상태에서 펼쳐진 상태로 전환하는 과정을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로펠러부 전개식 무인 비행체의 사시도.
도 9는 도 8의 프로펠러부 전개식 무인 비행체가 접힌 상태에서 펼쳐진 상태로 전환하는 과정을 나타낸 도면.
도 10은 도 8의 프로펠러부 전개식 무인 비행체의 변형 실시예를 나타낸 사시도.
도 11은 도 10의 프로펠러부 전개식 무인 비행체가 접힌 상태에서 펼쳐진 상태로 전환하는 과정을 나타낸 도면.
이하, 본 발명과 관련된 프로펠러부 전개식 무인 비행체에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러부 전개식 무인 비행체의 사시도로서, 도 3은 프로펠러부가 펼쳐진 상태, 도 4는 프로펠러부가 접혀진 상태를 각각 나타내고 있다.
본 실시예의 프로펠러부 전개식 무인 비행체는 본체부(110), 프로펠러부(120), 록킹유닛(130), 프로펠러 전개부(140)를 포함한다.
본체부(110)는 제어모듈, 센서모듈, 통신모듈, 배터리 등의 전자부품을 내장하며, 본체부(110) 내의 제어모듈, 배터리 등의 부품들은 프로펠러부(120)에 전기적으로 연결된다.
프로펠러부(120)는 본체부(110)에서 제공된 동력에 의해 동작되는 프로펠러(125)를 구비하며, 이는 모터 등의 구동장치에 의해 동작될 수 있다. 프로펠러부(120)는 도 3과 같이 본체부(110)의 주변 위치에 복수로 구비될 수 있으며, 프로펠러부(120)의 개수에 따라 트라이로터, 쿼더로터, 펜타로터, 헥사로터, 옥토로터 등 다양한 형태의 무인 비행체를 구현할 수 있다.
또한 프로펠러부(120)는 도 4와 같이 본체부(110) 상에 겹쳐지게 배치되어 접힌 상태를 구현할 수 있다. 프로펠러부(120)와 본체부(110)는 서로 면접촉 가능하도록 상하면이 평면으로 이루어진 형태를 가질 수 있으며, 도 4와 같이 접힌 상태에서 일체적인 형태를 갖도록 서로 동일한 외형(또는 외측면)을 가질 수 있다.
록킹유닛(130)는 프로펠러부(120)가 본체부(110) 상에 겹쳐지게 배치된 상태를 유지하도록 프로펠러부(120)를 록킹시키는 기능을 한다. 록킹유닛(130)은 수동으로 록킹이 해제되는 기계식 록킹장치가 사용되거나, 본체부(110)로부터의 제어 신호가 인가됨에 따라 록킹이 해제되는 전자식 록킹장치가 사용될 수 있다.
프로펠러 전개부(140)는 본체부(110)와 각 프로펠러부(120)를 연결하며, 록킹유닛(130)의 록킹이 해제됨에 따라 프로펠러부(120)를 본체부(110)의 주변 위치로 전개시키도록 구성된다. 프로펠러 전개부(140)는 본체부(110)의 측면의 둘레를 따라 복수의 개소에 설치될 수 있으며, 본 실시예와 같이 일정 간격 이격된 위치에 설치 가능하다.
프로펠러 전개부(140)는 탄성 복원력에 의해 프로펠러부(100)를 전개시킬 있도록 탄성 변형 가능하며 플렉서블한 재질로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로서 테이프 스프링 힌지(tape spring hinge) 또는 형상기억합금 힌지(shape memory alloy hinge) 등이 사용될 수 있다.
예를 들어 프로펠러 전개부(140)로서 테이프 스프링 힌지가 사용될 경우, 프로펠러부(120)가 접히게 됨에 따라 테이프 스프링 힌지가 탄성 변형되어 탄성 복원력이 발생하게 되며, 록킹유닛(130)은 프로펠러 전개부(140)가 탄성 복원되지 않도록 프로펠러부(120)를 고정시키게 된다. 록킹유닛(130)의 록킹이 해제되면 프로펠러 전개부(140)의 탄성 복원력에 의해 프로펠러부(120)가 펼쳐지게 되는 것이다.
복수의 프로펠러부(120)는 본 실시예와 같이 본체부(300)의 일면으로부터 순차적으로 적층되는 구성을 가질 수 있으며, 이러한 록킹유닛(130)은 복수의 프로펠러부(120) 중 최외곽에 위치한 것과 그 내측에 위치한 것 사이에 배치되어 이들 사이를 고정시킬 수 있다. 본 실시예의 경우 하나의 록킹유닛(130) 만으로도 프로펠러부(120) 전부의 위치를 고정시킬 수 있는 이점이 있다.
도 5는 프로펠러부(120)가 접힌 상태에서 펼쳐진 상태로 전환하는 과정을 나타내고 있다. 이에 따르면 록킹유닛(130)의 록킹 상태에서 복수의 프로펠러부(120)가 접힌 상태를 유지한다.
록킹유닛(130)의 록킹이 해제됨에 따라 프로펠러 전개부(140)의 탄성 복원력에 의해 프로펠러부(100)가 펼쳐진다. 이 때 최외곽의 프로펠러부(120)부터 순차적으로 전개되어 종국적으로 모든 프로펠러부(120)가 펼쳐지게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로펠러부 전개식 무인 비행체의 사시도로서, 프로펠러부가 접힌 상태를 나타내고 있다.
본 실시예에 따르면, 복수의 프로펠러부(120) 중 일부는 본체부(110)의 일면으로부터 순차적으로 적층되고, 나머지는 본체부(110)의 타면으로부터 순차적으로 적층되는 구성을 갖는다. 도 6의 경우 4개의 프로펠러부(120) 중 2개는 본체부(110)의 일측에, 나머지 2개는 본체부(110)의 타측에 배치된다.
본 실시예에 따르면 본체부(100)의 일측과 타측에 각각 록킹 유닛(130)이 구비된다. 구체적으로 록킹 유닛(130) 중 하나는 본체부(110) 일측의 프로펠러부(120) 중 최외곽에 위치한 것과 그 내측에 위치한 것 사이에 배치되며, 록킹 유닛(140) 중 다른 하나는 본체부(110) 타측의 프로펠러부(120) 중 최외곽에 위치한 것과 그 내측에 위치한 것 사이에 배치된다.
도 7은 본 실시예의 전개식 무인 비행체가 접힌 상태에서 펼쳐진 상태에서 전환되는 과정을 나타내고 있다. 이에 따르면 본체부(110)의 양측에서 최외곽의 프로펠러부(120)부터 순차적으로 전개된다. 본체부(110) 양측의 최외곽 프로펠러부(120)가 동시에 1차 전개한 후, 그 내측에 위치한 프로펠러부(120)가 동시에 2차 전개하여 펼쳐진 상태로 전환된다. 본 실시예의 경우 본체부(110)의 양측에서 동시에 전개 과정이 진행되어 앞선 실시예(4차 전개)에 비해 신속한 전개가 가능한 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로펠러부 전개식 무인 비행체의 사시도이고, 도 9는 도 8의 프로펠러부 전개식 무인 비행체가 접힌 상태에서 펼쳐진 상태로 전환하는 과정을 나타내고 있다.
본 실시예의 경우 앞선 실시예의 본체부(110)와 달리 분할된 형태의 본체부(111,112)를 개시하고 있다. 제1본체부(111)와 제2본체부(112)는 서로 겹쳐진 상태에서 펼쳐진 상태로 전개 가능하게 구성되며, 이들은 본체 전개부(141)에 의해 연결된다.
이와 같이 본체부(111,112)를 분할된 형태로 구성함으로써, 본체부(111,112)를 구성하는 부품들을 분산 또는 다중 배치하는 것이 가능하다. 예를 들면 특정 부품을 제1본체부(111)에는 내장하고 제2본체부(112)에는 내장시키지 않는 것도 가능하고, 특정 부품을 제1 및 제2본체부(111,112)에 모두 내장시키는 것도 가능하다.
예를 들어 주제어모듈을 제1본체부(111)에, 보조제어모듈을 제2본체부(112)에 배치하여 주제어모듈의 고장시 보조제어모듈이 주제어모듈의 기능을 대체하도록 함으로써 내고장성을 향상시킬 수 있다. 또한 2개 이상의 카메라를 각 본체부(111,112)에 분산 배치하여 한 대의 무인 비행체로 스테레오 영상을 촬영하는 것도 가능하다.
프로펠러부(120:121,122)는 각 본체부(111,112)에 각각 프로렐러 전개부(142)에 의해 연결되며, 이들 또한 각 본체부(111,112)에 겹쳐진 상태에서 전개 가능하게 연결된다. 본 실시예의 경우 본체부(111,112)와 프로펠러부(121,122)가 앞선 실시예의 원통 형태와 달리 직육면체 박스 형태를 갖는 것을 예시하고 있다.
본 실시예의 경우 각 프로펠러부(121,122)가 각 본체부(111,112)의 양면에 겹쳐지게 배치되나, 이러한 구성뿐만 아니라 본체부(111,112)의 일면으로부터 순차적으로 적층되는 것도 가능하다.
본체 전개부(141)는 앞서 설명한 프로펠러 전개부(140)와 동일한 구성을 가지며, 이에 대한 설명은 앞선 설명에 갈음하기로 한다. 아울러 록킹 유닛(130)은 접힌 상태에서 서로 접촉하는 프로펠러부(121,122) 사이와, 본체부(111,112)와 그 양면의 프로펠러부(121,122)의 사이에 각각 배치될 수 있다.
도 9를 참조하면, 록킹유닛(130)의 록킹이 해제됨에 따라 본체 전개부(141)가 전개 동작하여 제1 및 제2본체부(111,112)가 1차 전개하며, 그 후 프로펠러 전개부(142)의 전개 동작에 의해 제1본체부(111) 양면의 프로펠러부(121)와 제2본체부(112) 양면의 프로펠러부(122)가 각각 2차 전개하여 펼쳐진 상태로 전환되게 된다.
도 10은 도 8의 프로펠러부 전개식 무인 비행체의 변형 실시예를 나타낸 사시도이다. 그리고 도 11은 도 10의 프로펠러부 전개식 무인 비행체가 접힌 상태에서 펼쳐진 상태로 전환하는 과정을 나타내고 있다.
본 실시예의 경우 앞선 실시예의 분할 본체부 형태를 확장한 구조로서, 2개보다 많은 개수의 본체부가 연결된 형태를 예시하고 있다. 본 실시예의 경우 4개의 본체부, 즉, 제1 내지 제4본체부(111,112,113,114: 111-114)가 본체 전개부(141)에 의해 연결된 구조를 예시하고 있다. 다만 본체부의 개수는 이에 한정되지 않으며 다양한 개수로 변형 실시 가능하다 할 것이다.
즉, 본 실시예의 프로펠러부 전개식 무인 비행체는 서로 겹쳐지게 배치 가능한 복수의 본체부(111-114)와, 복수의 본체부(111-114) 사이를 연결하며 각 본체부(111-114)를 겹쳐진 상태에서 펼쳐진 상태로 전개시키는 본체 전개부(141)와, 각 본체부(111-114)에 겹쳐지게 배치 가능한 복수의 프로펠러부(121,122,123,124: 121-124)와, 본체부(111-114)와 프로펠러부(121-124) 사이를 연결하며 본체 전개부(141)의 전개 동작에 따라 각 본체부(111-114)로부터 프로펠러부(121-124)를 전개시키는 프로펠러 전개부(142)를 포함한다.
각 본체부(111-114)는 본체 전개부(141)를 통해 일렬로 연결되며, 프로펠러 전개부(142)는 본체 전개부(141)의 연결 방향과 다른 방향에서 프로펠러 전개부(142)를 통해 본체부(111-114)에 연결될 수 있다. 본 실시예와 같이 본체 전개부(141)와 프로펠러 전개부(142)는 본체부(111-114)의 서로 인접한 측면에 각각 연결될 수 있다.
록킹유닛(130)은 도 8 및 9에 도시된 실시예와 같이 접힌 상태에서 서로 접촉하는 프로펠러부 사이와, 본체부와 그 양면에 겹쳐진 프로펠러부의 사이에 각각 배치될 수 있다.
도 11을 참조하면, 록킹유닛(130)의 록킹이 해제됨에 따라 본체 전개부(141)가 전개 동작하여 제1 내지 제4본체부(111-114)가 1차 전개하며, 그 후 프로펠러 전개부(142)의 전개 동작에 의해 각 본체부(111-114)의 프로펠러부(121-124)가 2차 전개하여 펼쳐진 상태로 전환되게 된다.
본 실시예에 의하면, 본체부(110)를 구성하는 부품의 분산/다중 배치의 기능 뿐 아니라 본체부(110)의 개수 증가를 통해 프로펠러부(120)의 개수를 제약 없이 추가할 수 있으며, 이를 통해 부상력 및 기동력을 최대한 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 프로펠러부 전개식 무인 비행체는 위에서 설명된 실시예의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 본체부;
    상기 본체부에 겹쳐지게 배치 가능한 복수의 프로펠러부;
    상기 프로펠러부가 상기 본체부 상에 겹쳐지게 배치된 상태를 유지하도록 상기 프로펠러부와 본체부 사이를 록킹시키는 록킹유닛; 및
    상기 본체부와 각 프로펠러부를 연결하며, 상기 록킹유닛의 록킹이 해제됨에 따라 상기 프로펠러부를 상기 본체부의 주변 위치로 전개시키는 프로펠러 전개부를 포함하고,
    상기 프로펠러 전개부는 상기 본체부의 측면의 둘레를 따라 복수의 개소에 설치되는 것을 특징으로 하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로펠러 전개부는 탄성 복원력에 의해 상기 프로펠러부를 전개시킬 수 있도록 탄성 변형 가능하며 플렉서블한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로펠러 전개부는 테이프 스프링 힌지(tape spring hinge) 또는 형상기억합금 힌지(shape memory alloy hinge)로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 프로펠러부는 상기 본체부의 일면으로부터 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 프로펠러부 중 일부는 상기 본체부의 일면으로부터 순차적으로 적층되고, 나머지는 상기 본체부의 타면으로부터 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 록킹유닛은 수동으로 록킹이 해제되는 기계식 록킹장치 또는 상기 본체부로부터의 제어 신호가 인가됨에 따라 록킹이 해제되는 전자식 록킹장치의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 본체 전개부에 의해 서로 겹쳐진 상태에서 전개 가능하게 연결되는 제1 및 제2본체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.
  9. 서로 겹쳐지게 배치 가능한 복수의 본체부;
    상기 복수의 본체부 사이를 연결하며, 상기 본체부를 겹쳐진 상태에서 펼쳐진 상태로 전개시키는 본체 전개부;
    상기 각 본체부에 겹쳐지게 배치 가능한 복수의 프로펠러부; 및
    상기 본체부와 프로펠러부 사이를 연결하며, 상기 본체 전개부의 전개 동작에 따라 상기 각 본체부로부터 프로펠러부를 전개시키는 프로펠러 전개부를 포함하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 본체부는 상기 본체 전개부를 통해 일렬로 연결되며,
    상기 프로펠러 전개부는 상기 본체 전개부의 연결 방향과 다른 방향에서 상기 프로펠러 전개부를 통해 상기 본체부에 연결되는 것을 특징으로 하는 프로펠러부 전개식 무인 비행체.

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