KR101640362B1 - 자율비행로봇을 위한 윈치 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 윈치 장치를 제공한다. 이 윈치 장치는 회전력을 제공하는 구동 모터; 테더 케이블을 감고 상기 구동모터의 구동력을 제공받아 회전하는 테더 케이블 드럼; 상기 테더 케이블 드럼으로부터 회전 구동력을 제공받아 수평왕복운동을 제공하기 위하여 회전하는 리버스 캠; 상기 리버스 캠에 장착되어 수평운동을 수행하고 상기 테더 케이블의 이동 방향을 변경하는 수평 풀리를 포함하는 수평 풀리 모듈; 상기 수평 풀리로부터 이동하는 상기 테더 케이블을 수직 운동하도록 하는 수직 풀리를 포함하고 수평 풀리 모듈에 가이드되어 수평 운동하면서 수직 운동을 수행하는 수직 풀리 모듈; 상기 수직 풀리의 위치를 감지하는 복수의 위치 센서; 및 상기 수직 풀리의 위치에 따라 상기 구동 모터를 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 테더 케이블의 일단은 상기 테더 케이블 드럼에 고정되고, 상기 테더 케이블의 타단은 비행체에 연결된다.

Description

자율비행로봇을 위한 윈치 장치{ Winch Apparatus For Autonomous Flight Robot}
본 발명은 자동 윈치 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 회전익 무인항공기, 드론(drone)에 연결된 테더 케이블을 자동으로 감거나 풀기 위한 윈치 장치에 관한 것이다.
탐사 및 정찰 등을 목적으로 하는 항공기 분야에서 항공기술 및 통신기술의 발전에 힘입어 유인기를 대체하는 무인항공기(UAV;Unmanned Aerial Vehicle)의 개발이 급진전하고 있고, 초창기에 군사용 항공표적 및 정찰임무 용도로 개발되어 실전 배치되었으나 최근에는 민수 또는 공공 분야에서도 다양한 용도로 개발되어 활용되고 있다.
무인항공기를 활용하는 민수 또는 공공 분야로는, 재해/재난 지역 상황 파악, 해안/선박 감시, 산불/산림 감시, 교통체증 파악, 환경 오염 감시, 치안용도의 감시 추적, 기상자료 수집, 통신 중계 등으로 다양하다.
체공방식에 따라 분류되는 고정익 무인항공기와 회전익 무인항공기 중에서 그동안에는 빠른 비행속도로 광범위한 지역을 운행하여 임무를 완수하는 고정익 무인항공기 위주로 개발 및 활용되었으나, 최근에는 회전익 무인항공기의 수요가 늘어나는 추세에 있다. 특히, 고정익 무인항공기는 이륙하기 위한 활주로 또는 발사대를 준비해야 하고, 착륙하기 위한 활주로 또는 회수장비도 준비해야하므로, 활주로, 발사대 또는 회수장비까지 준비하기 어려운 민수/공공 분야에서는 수직이착륙이 가능한 무인항공기를 필요로 한다. 수직이착륙(VTOL : Vertical Take-off and Landing) 항공기는 이륙 및 착륙에 위해 활주로가 필요하지 않아 공간의 제약을 덜 받고 공중에서 제자리 비행 및 전후좌우로의 이동이 가능한 장점을 가지고 있다. 이와 같은 장점 때문에 다양한 개념의 수직이착륙 무인항공기가 연구되고 있으며 임무에 맞게 다양한 형태로 개발되고 있다. 수직이착륙 무인항공기로서 가장 많은 형태로는 헬리콥터이고, 전진 속도가 낮은 단점을 보완하기 위하여 개발된 틸트로터 및 쿼드로터 항공기도 있다.
이러한 무인항공기는 추진력을 얻기 위한 추력모터의 가동 및 관측을 위한 전자장비의 가동을 위해서 전원을 필요로 하므로, 2차전지를 필수적으로 탑재해야 한다.
하지만, 무인항공기의 체공시간을 늘리기 위해서는 2차전지의 용량을 늘리는 수밖에 없는 데, 이럴 경우에 2차전지의 중량이 매우 커져서 2차전지의 중량을 감당하기 위한 전력소모도 커지므로, 체공시간을 적정한도로 제한할 수밖에 없다. 이에 따라, 무인항공기의 장기체공을 요구하는 활용 분야에서는, 중간에 관측을 포기하는 한이 있어도 무인항공기를 착륙시켜 2차전지를 충전하고 다시 이륙시키는 과정을 반복하거나 아니면 복수의 무인항공기를 준비하여 교대로 운행하여야 하는 어려움을 갖게 되었다. 따라서, 무인항공기의 장기체공을 위한 전원 공급 대책이 필요하다.
한편, 무인항공기는 지상통제장비에서 원격 제어하거나 아니면 지상통제장비의 지령에 따라 자율비행하고 탑재한 관측장비로 획득한 정보를 지상통제장비에 전송하여야 하므로, 지상통제장비와의 무선통신을 위한 데이터링크를 필수적으로 요구한다. 이는, 한정된 무선주파수 대역의 과도한 점유를 초래하여 장비 간의 데이터 간섭 및 트래픽을 유발하고, 급기야 불안한 무선통신에 의해 무인항공기의 추락과 같은 불의의 사고로 이어질 수 있다. 또한, 사용 주파수의 규제에 따른 확장 한계성을 갖기도 한다. 따라서, 무인항공기와 지상통제장비 간에 제약 없이 원활하게 통신할 수 있는 데이터링크 환경을 제공할 필요가 있다.
또 한편으로, 회전익 무인항공기를 공중에 장시간 체공시킬 경우에 추력모터의 고장에 의한 추락사고의 위험이 있다. 비록, 비상 낙하산과 같은 안정장치를 갖춘다 해도 지면에 닿는 순간에 받는 충격이 상당하므로, 파손의 우려가 있다. 따라서, 고장에 의한 비상상황이 발생하더라도 안전하게 착륙시킬 대책을 강구해야 한다.
일반적으로 사용되는 윈치는, 와이어에 장력을 가하지 않은 상태에서 윈치를 구성하는 와이어 드럼이 와이어가 풀리는 방향으로 회전하면 와이어 드럼과 와이어 토출구 사이의 와이어가 처지거나 늘어지는 현상이 발생한다.
이와 같이 늘어진 와이어는 서로 엉키거나 엉키지 않더라도 흐트러진 상태에 놓이게 된다. 이러한 상태에서 윈치가 와이어를 감으면 와이어는 엉키거나 흐트러진 상태로 와이어 드럼에 감기게 된다. 따라서, 윈치에 의해 감기거나 풀리는 와이어의 길이를 정밀하게 제어하지 못하는 문제가 있었다.
또한, 일반적으로 사용되는 윈치는 와이어에 장력을 가하지 않은 상태에서 윈치를 구성하는 와이어 드럼이 와이어가 풀리는 방향으로 회전하면 와이어 드럼에 타이트하게 감긴 와이어가 느슨하게 풀리고, 와이어 드럼의 외주면으로부터 들뜨는 현상이 발생한다.
와이어가 와이어 드럼에서 느슨하게 풀리고 들뜬 상태에서 와이어를 다시 와이어 드럼에 타이트하게 감는 것은 어렵다. 따라서 윈치에 의해 감기거나 풀리는 와이어의 길이를 정밀하게 제어하지 못하는 문제가 있었다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 무인 비행체에 연결된 테더 케이블을 안정적으로 풀기/감기를 수행할 수 있는 윈치 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 윈치 장치는 회전력을 제공하는 구동 모터; 테더 케이블을 감고 상기 구동모터의 구동력을 제공받아 회전하는 테더 케이블 드럼; 상기 테더 케이블 드럼으로부터 회전 구동력을 제공받아 수평왕복운동을 제공하기 위하여 회전하는 리버스 캠; 상기 리버스 캠에 장착되어 수평운동을 수행하고 상기 테더 케이블의 이동 방향을 변경하는 수평 풀리를 포함하는 수평 풀리 모듈; 상기 수평 풀리로부터 이동하는 상기 테더 케이블을 수직 운동하도록 하는 수직 풀리를 포함하고 수평 풀리 모듈에 가이드되어 수평 운동하면서 수직 운동을 수행하는 수직 풀리 모듈; 상기 수직 풀리의 위치를 감지하는 복수의 위치 센서; 및 상기 수직 풀리의 위치에 따라 상기 구동 모터를 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 테더 케이블의 일단은 상기 테더 케이블 드럼에 고정되고, 상기 테더 케이블의 타단은 비행체에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수평 풀리 모듈은 수평 왕복 운동하고 상기 리버스 캠의 연장 방향에 수직한 방향으로 수평면에서 연장되는 수평 풀리 이동부; 상기 수평 풀리 이동부에 고정되고 상기 리버스 캠과 상기 수평 풀리 이동부에 의하여 정의된 평면에서 수직하게 연직 방향으로 나란히 연장되는 한 쌍의 수직 풀리 가이드; 상기 테더 케이블의 이동 방향을 수평으로 전환하고 상기 리버스 캠에 인접한 상기 수평 풀리 이동부의 일단에 삽입되어 회전하는 제1 수평 풀리; 상기 테더 케이블의 이동 방향을 수직으로 전환하고 상기 수평 풀리 이동부의 타단에 삽입되어 회전하고 제2 수평 풀리; 및 상기 수평 풀리 이동부를 관통하여 배치되는 상기 수평 풀리 이동부를 가이드하는 적어도 하나의 수평 풀리 가이드;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수직 풀리 모듈은 상기 수직 풀리 가이드들 사이에 삽입되어 연직 방향으로 이동하는 수직 풀리 이동부; 연직으로 연장되는 테더 케이블의 방향을 전환하고 상기 수직 풀리 이동부의 일단에 삽입되어 회전하는 제1 수직 풀리; 상기 제1 수직 풀리와 인접하게 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 중심부에 삽입되어 회전하는 제2 수직 풀리; 상기 제2 수직 풀리와 인접하게 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 타단에 삽입되어 회전하는 제3 수직 풀리; 상기 수직 풀리 이동부를 관통하여 배치되는 적어도 하나의 수직 풀리 수평 지지부; 상기 수직 풀리 수평 지지부의 수직 운동을 가이드하는 수직 운동 가이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 센서는 댐퍼에 의하여 상기 수직 풀리 이동부의 상승을 저지하는 위치에 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 상부 수직 위치를 검출하는 제1 위치 센서; 상기 제1 위치 센서와 수직으로 이격되어 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 하부 수직 위치를 검출하는 제2 위치 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치 센서는 상기 수직 풀리 이동부에 인장력이 걸리지 않은 상태에서 최하 수직 위치를 검출하는 제3 위치 센서; 및 상기 댐퍼가 상기 수직 풀리 이동부의 충격에 의하여 압축되어 추가적으로 상승하는 위치를 최고 수직 위치로 검출하는 제4 위치 센서 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 위치 센서로부터 위치 신호를 제공받아 상기 하부 수직 위치에 있는 경우, 상기 구동 모터를 구동하여 상기 테더 케이블 드럼을 감긴 상태로 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제4 위치 센서로부터 최상 위치 신호를 제공받아 상기 최상 위치에 있는 경우, 상기 구동 모터를 역회전으로 구동하여 상기 테더 케이블 드럼을 감긴 상태로 펄스 형태로 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 벨트는 상기 구동 모터의 구동축에 연결된 구동 벨트 풀리와 상기 테더 케이블 드럼의 종속축에 연결된 제1 드럼 벨트 풀리를 구동하고, 제2 벨트는 상기 테더 케이블 드럼의 종속축에 연결된 제3 드럼 벨트 풀리와 상기 리버스 캠의 종속축에 연결된 리버스 켐 벨트 풀리를 구동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정의 범위 내에서 수직 풀리 이동부가 위치하는 경우에는 구동모터가 동작하지 않고, 소정의 범위를 벗어나는 경우 구동 모터가 작동하여 안정적인 풀기/감기 동작을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 윈치를 다른 각도에서 본 사시도이다.
도 3은 도 1의 윈치를 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 윈치의 수직 풀리 모듈의 상승 동작을 설명하는 측면도이다.
도 5는 도 1의 윈치의 수직 풀리 모듈의 하강 동작을 설명하는 측면도이다.
도 6은 도 1의 윈치의 수직 풀리 모듈의 위치, 구동 모터의 동작, 리버스 캠의 위치를 나타내는 타이밍도이다.
본 발명의 윈치는 테더 케이블을 자동으로 감아주는 장치이다. 윈치는 자율비행로봇(티로터)에서 지상연결체인 테더케이블의 자동 감김/풀림 제어기능을 담당하는 장비이다. 윈치 시스템은 비행체의 상태에 따라 지상통제장비의 명령을 입력받아 동작하는 방식으로 타 장비에 종속적으로 구동되어 다른 장비로부터 입력받지 못할 경우, 동작하지 않았다.
이러한 방식을 개선하고자 기존의 종속적인 방식보다 타 장비에 구애받지 않는 독립적으로 동작하는 윈치 시스템이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비행체에 연결된 테더 케이블의 인장력을 감지하여 타 장비의 명령 없이 독립적 윈치 구동이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터와 감속기어를 적용하여 선을 감는 드럼(Drum)의 중량이 변화에도 일정한 속도를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리버스 캠을 장착하여 테더 케이블을 일정한 간격으로 자동정렬할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부 기구물들의 구조를 최적화여 보다 소형화시켰다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예와 결과 등에 대해 설명하고자 한다. 이하의 실시 예와 결과는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 윈치를 다른 각도에서 본 사시도이다.
도 3은 도 1의 윈치를 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 윈치의 수직 풀리 모듈의 상승 동작을 설명하는 측면도이다.
도 5는 도 1의 윈치의 수직 풀리 모듈의 하강 동작을 설명하는 측면도이다.
도 6은 도 1의 윈치의 수직 풀리 모듈의 위치, 구동 모터의 동작, 리버스 캠의 위치를 나타내는 타이밍도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 윈치 장치(100)는 회전력을 제공하는 구동 모터(110); 테더 케이블(10)을 감고 상기 구동모터(110)의 구동력을 제공받아 회전하는 테더 케이블 드럼(120); 상기 테더 케이블 드럼(120)으로부터 회전 구동력을 제공받아 수평왕복운동을 제공하기 위하여 회전하는 리버스 캠(130); 상기 리버스 캠에 장착되어 수평운동을 수행하고 상기 테더 케이블의 이동 방향을 변경하는 수평 풀리를 포함하는 수평 풀리 모듈(140); 상기 수평 풀리(140)로부터 이동하는 상기 테더 케이블을 수직 운동하도록 하는 수직 풀리를 포함하고 수평 풀리 모듈에 가이드되어 수평 운동하면서 수직 운동을 수행하는 수직 풀리 모듈(150); 상기 수직 풀리의 위치를 감지하는 복수의 위치 센서(160); 및 상기 수직 풀리의 위치에 따라 상기 구동 모터를 제어하는 제어부(180)를 포함한다. 상기 테더 케이블의 일단은 상기 테더 케이블 드럼에 고정되고, 상기 테더 케이블의 타단은 비행체에 연결된다.
구동 모터(110)는 박스 형태의 윈치 프레임의 내부에 바닥면에 설치될 수 있다. 상기 구동 모터(110)는 순간적으로 높은 회전력을 제공할 수 있는 수백 와트급 교류 모터일 수 있다. 상기 구동 모터(110)는 구동 모터 본체(111)와 구동축에 연결된 구동 벨트 풀리(112)를 포함할 수 있다.
테더 케이블(10)은 수십 미터 길이를 가지고, 상기 테더 케이블은 비행체에 전력을 공급하는 전력 공급라인 및 상기 비행체로부터 신호를 송수신하는 데이터 라인을 포함할 수 있다.
테더 케이블 드럼(120)은 슬립링(31)을 통하여 외부 전기회로와 연결되고, 상기 테더 케이블(10)을 감고 있다. 상기 테너 케이블 드럼(120)은 원통 형태의 테너 케이블 드럼 본체(122), 상기 테더 케이블 드럼의 종속축에 연결된 제1 드럼 벨트 풀리(123), 제2 드럼 벨트 풀리(미도시)를 포함할 수 있다. 제1 벨트(121)는 상기 구동 모터의 구동축에 연결된 구동 벨트 풀리(112)과 상기 테더 케이블 드럼의 종속축에 연결된 제1 드럼 벨트 풀리(123)를 구동할 수 있다. 상기 구동 벨트 풀리와 상기 제1 드럼 벨트 풀리의 회전비는 4:1 수준일 수 있다. 이에 따라, 상기 구동 벨트 풀리가 4회전하는 경우, 상기 제1 드럼 벨트 풀리는 1회전할 수 있다.
리버스 캠(130)은 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변경할 수 있다. 상기 리버스 캠은 실린더 형태의 주축(132)에서 서로 반대 방향으로 회전하는 스파이럴 그루브를 형성하여 제작될 수 있다. 상기 리버스 캠(130)은 축에 연결된 리버스 켐 벨트 풀리(133)를 포함할 수 있다. 제2 벨트(125)는 상기 테더 케이블 드럼의 종속축에 연결된 제2 드럼 벨트 풀리와 상기 리버스 캠의 축에 연결된 리버스 켐 벨트 풀리(133)를 구동할 수 있다. 상기 리버스 캠(130)은 상기 테더 케이블 드럼의 중심축에서 이격되어 수평 방향으로 나란히 연장될 수 있다.
상기 수평 풀리 모듈(140)은 수평 왕복 운동하고 상기 리버스 캠의 연장 방향에 수직한 방향으로 수평면에서 연장되는 수평 풀리 이동부(141); 상기 수평 풀리 이동부(141)에 고정되고 상기 리버스 캠과 상기 수평 풀리 이동부에 의하여 정의된 평면에서 수직하게 연직 방향으로 나란히 연장되는 한 쌍의 수직 풀리 가이드(142); 상기 테더 케이블의 이동 방향을 수평으로 전환하고 상기 리버스 캠에 인접한 상기 수평 풀리 이동부의 일단에 삽입되어 회전하는 제1 수평 풀리(143); 상기 테더 케이블의 이동 방향을 수직으로 전환하고 상기 수평 풀리 이동부의 타단에 삽입되어 회전하고 제2 수평 풀리(144); 및 상기 수평 풀리 이동부를 관통하여 배치되고 상기 수평 풀리 이동부를 가이드하는 적어도 하나의 수평 풀리 가이드(145);를 포함할 수 있다.
상기 수평 풀리 이동부(141)는 수평면에 배치되고, 상기 리버스 캠의 연장축에 수직하게 배치될 수 있다. 상기 수평 풀리 이동부(141)의 일단은 상기 리버스 캠에 삽입되고, 상기 수평 풀리 이동부(141)는 상기 리버스 캠이 회전함에 따라 직선 운동 왕복 운동을 수행할 수 있다. 상기 수평 풀리 이동부(141)는 상기 제1 수평 풀리(143) 및 상기 제2 수평 풀리(144)가 삽입될 수 있도록 장홈을 포함할 수 있다. 또한, 수평 풀리 이동부(141)는 무게를 감소시키기 위하여 추가적으로 장홈을 포함할 수 있다.
한 쌍의 수직 풀리 가이드(142)는 상기 수평 풀리 이동부(141)의 타단에서 연직 방향으로 나란히 연장된다. 상기 수직 풀리 가이드(141)의 일단은 상기 수평 풀리 이동부(141)의 다탄에 고정 결합하고, 상기 수직 풀리 가이드(142)의 타단은 서로 연결되어 일정한 간격을 유지할 수 있다. 상기 수직 풀리 가이드(142) 사이의 공간으로 수직 풀리 이동부(151)가 삽입되어 수평 풀리 모듈(150)의 수평 운동을 가이드할 수 있다.
상기 제1 수평 풀리(143)는 구동력을 제공받지 않고 회전할 수 있는 외주면에 홈을 가진 디스크 형태일 수 있다. 상기 외주면에 형성된 홈에 상기 테더 케이블이 접촉하여 상기 덴터 케이블의 이동 방향은 수직 방향에서 수평 방향으로 전환된다. 상기 제1 수평 풀리(143)는 상기 수평 풀리 이동부의 일단에 인접하게 형성된 장홈에 삽입된다.
제2 수평 풀리(144)는 구동력을 제공받지 않고 회전할 수 있는 외주면에 홈을 가진 디스크 형태일 수 있다. 상기 외주면에 형성된 홈에 상기 테더 케이블이 접촉하여 상기 테더 케이블의 이동 방향은 수평 방향에서 수직 방향으로 전환된다. 상기 제2 수평 풀리(144)는 상기 수평 풀리 이동부(142)의 타단에 인접하게 형성된 장홈에 삽입된다.
상기 수평 풀리 가이드(145)는 상기 수직 풀리 이동부를 수평면에서 직선 왕복 운동할 수 있도록 윈치 프레임에 고정될 수 있다. 상기 수평 풀리 가이드는 상기 제1 수평 풀리의 중심을 관통하여 연장될 수 있다. 보조 수평 풀리 가이드는 상기 수직 풀리 이동부의 타단에 인접한 위치에서 상기 수직 풀리 이동부를 관통하여 수평면 상에서 연장될 수 있다.
상기 수직 풀리 모듈(150)은 상기 수직 풀리 가이드들 사이에 삽입되어 연직 방향으로 이동하는 수직 풀리 이동부(151); 연직으로 연장되는 테더 케이블의 방향을 전환하고 상기 수직 풀리 이동부(151)의 일단에 삽입되어 회전하는 제1 수직 풀리(152); 상기 제1 수직 풀리(152)와 인접하게 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 중심부에 삽입되어 회전하는 제2 수직 풀리(153); 상기 제2 수직 풀리(153)와 인접하게 배치되고 상기 수직 풀리 이동부(151)의 타단에 삽입되어 회전하는 제3 수직 풀리(154); 상기 수직 풀리 이동부를 관통하여 배치되는 적어도 하나의 수직 풀리 수평 지지부(155,156); 상기 수직 풀리 수평 지지부(155,156)의 수직 운동을 가이드하는 수직 운동 가이드(158)를 포함할 수 있다.
상기 수직 풀리 모듈(150)은 수평 운동을 하면서 동시에 수직 왕복 운동을 수행할 수 있다. 상기 수직 풀리 모듈(150)은 낙하시에 자유 낙하할 수 있으며, 상승시에는 소정의 위치까지는 상기 테더 케이블 드럼(120)의 회전없이 상기 테더 케이블의 장력에 의하여 상승할 수 있다.
수직 풀리 이동부(151)는 수직 풀리를 장착하고 수직 왕복운동한다. 상기 수직 풀리 이동부(151)는 무게 감소를 위하여 절단된 직사각형 형태의 파이프일 수 있다. 상기 수직 풀리 이동부(151)는 수평 왕복 운동을 위하여, 상기 수직 풀리 가이드(142) 사이에 끼워질 수 있다. 수직 풀리 이동부(151)는 상기 수평 풀리 이동부(141)의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제1 수직 풀리(152)는 상기 수직 풀리 이동부(151)의 일단에 인접하여 배치되고, 구동력없이 회전하는 원주면에 홈을 가진 디스크 형태일 수 있다.
제2 수직 풀리(153)는 상기 수직 풀리 이동부(151)의 중심부에 배치되고 구동력없이 회전하는 원주면에 홈을 가진 디스크 형태일 수 있다. 상기 테더 케이블은 연직 방향으로 내려와 상기 제1 수직 풀리와 상기 제2 수직 풀리 사이의 공간을 지나면서 가이드된다.
제3 수직 풀리(154)는 상기 수직 풀리 이동부(151)의 타단에 인접하여 배치되고, 구동력없이 회전하는 원주면에 홈을 가진 디스크 형태일 수 있다. 상기 테더 케이블은 상기 제1 수직 풀리와 상기 제2 수직 풀리 사이의 공간을 지나서, 다시 제2 수직 풀리와 상기 제3 수직 풀리 사이의 공간을 연직 방향으로 올라간다.
상기 수직 풀리 수평 지지부(155,156)는 상기 수직 풀리 이동부(142)에 가이드되고 수직 왕복 운동을 제공하기 위하여 수직 운동 가이드(158)와 연결하는 부재이다. 상기 수직 풀리 수평 지지부(155)는 상기 제2 수직 풀리(153)의 중심을 관통하여 수평 운동 방향으로 연장될 수 있다. 보조 수직 풀리 수평 지지부(156)는 상기 수직 풀리 이동부(151)의 일단에 인접한 위치를 관통하여 수평 운동 방향으로 연장될 수 있다.
상기 수평 풀리 가이드(155,156)의 양단은 수직 운동 슬라이드(157)에 각각 고정될 수 있다.
수직 운동 가이드(158)는 상기 수직 운동 슬라이드(157)가 이동할 수 있는 선형 운동 가이드일 수 있다. 안정적인 수직 왕복 운동을 위하여, 상기 수직 운동 가이드는 서로 나란히 연장되도록 한 쌍을 형성할 수 있다. 상기 수직 운동 가이드는 레일 형태 또는 봉 형태일 수 있다.
무게추(159)는 상기 수직 풀리 이동부(151)에 장착될 수 있다. 상기 무게추(159)의 무께는 수 킬로그램 이고, 상기 무게추(159)의 중력에 의하여 비행체에 연결된 상기 테더 케이블은 팽팽해질 수 있다.
상기 위치 센서(160)는 댐퍼(167)에 의하여 상기 수직 풀리 이동부(151)의 상승을 저지하는 위치에 배치되고 상기 수직 풀리 이동부(151)의 상부 수직 위치(P1)를 검출하는 제1 위치 센서(161); 상기 제1 위치 센서(161)와 수직으로 이격되어 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 하부 수직 위치(P2)를 검출하는 제2 위치 센서(162)를 포함할 수 있다.
댐퍼(167)는 상기 수직 풀리 이동부(151)의 수직 운동의 상한을 정하는 정지 부재일 수 있다. 상기 댐퍼(167)는 스프링과 같은 완충 부재를 가지고 있어 강한 힘이 작용하는 경우 압축될 수 있다.
상기 댐퍼(167)가 위치하는 위치에 상기 제1 위치 센서(161)가 배치되어, 상기 제1 위치 센서(161)는 상기 수직 풀리 이동부(151)의 상부 수직 위치(P1)를 검출한다.
상기 제2 위치 센서(162)는 상기 제1 위치 센서(161)에서 아래로 수직으로 이격되어 배치되고, 상기 수직 풀리 이동부(161)의 하부 수직 위치(P2)를 검출할 수 있다. 상시 하부 수직 위치(P2)는 상기 수직 풀리 이동부가 최대로 하강할 수 있는 위치는 아니며, 안정적인 제어 동작을 위하여 설정한 위치일 수 있다.
상기 위치 센서(160)는 제3 위치 센서(163) 및 제4 위치 센서(164)를 더 포함할 수 있다. 제3 위치 센서(163)는 상기 수직 풀리 이동부에 인장력이 걸리지 않은 상태에서 최하 수직 위치(P3)를 검출할 수 있다. 상기 수직 풀리 이동부의 최하 수직 위치(P4)는 중력에 의하여 내려갈 수 있는 최하 위치일 수 있다. 상기 수직 풀리 이동부(151)는 초기 동작시 상기 최하 수직 위치에서 출발할 수 있다.
제4 위치 센서(164)는 상기 댐퍼(167)가 상기 수직 풀리 이동부의 충격에 의하여 압축되어 추가적으로 상승하는 위치를 최고 수직 위치(P4)로 검출한다. 상기 최고 수직 위치(P4)는 상기 테더 케이블을 강한 힘을 끌어 당기는 경우 상기 댐퍼가 큰 힘에 의하여 압축되어 도달하는 위치이다. 이러한, 상기 최고 수직 위치(P4)에 상기 수직 풀리 이동부가 도달하는 경우, 상기 제4 위치 센서(164)는 이를 감지하고, 상기 제어부(180)는 상기 테더 케이블이 더 이상 풀리지 않도록 상기 테더 케이블 드럼(120)에 역회전을 펄스 형태로 제공할 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 제2 위치 센서(162)로부터 위치 신호를 제공받아 상기 하부 수직 위치에 있는 경우, 상기 구동 모터를 구동하여 상기 테더 케이블 드럼을 감긴 상태로 전환할 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 제4 위치 센서(164)로부터 최상 위치 신호를 제공받아 상기 최상 위치에 있는 경우, 상기 구동 모터를 역회전으로 구동하여 상기 테더 케이블 드럼을 감긴 상태로 펄스 형태로 전환할 수 있다. 이에 따라, 상기 테더 케이블은 더 이상 풀리지 않으며, 비행체는 순간적으로 더 이상 상승하지 못한다.
상기 수직 풀리 이동부(151)가 상승하여 상부 수직 위치(P1)에 도달하면, 상기 수직 풀리 이동부(151)는 상기 댐퍼에 의하여 더 이상 상승할 수 없어, 상기 테더 케이블 드럼(120)으로부터 상기 테더 케이블은 풀린다. 상기 테더 케이블 드럼(120)이 회전하는 경우, 상기 리버스 캠(130)은 따라서 회전하므로, 리버스 캠의 왕복 운동 위치가 변경된다.
상기 수직 풀리 이동부(151)가 하강하여 하부 수직 위치(P2)에 도달하며, 상기 수직 풀리 풀리 이동부(151)는 더 하강할 수 있으나, 제어부(180)는 상기 구동 모터(110)를 동작시켜 상기 테더 케이블 드럼(120)을 감기 상태로 전환한다. 이에 따라, 상기 수직 풀리 이동부(151)는 최하 수직 위치 까지 하강하지 않는다. 상기 테더 케이블 드럼(120)이 회전하는 동안 상기 리버스 캠(130)의 왕복 운동 위치가 변경된다.
이상에서는 본 발명을 특정 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
10: 테더 케이블
110: 구동모터
120: 테더 케이블 드럼
130: 리버스 캠
140: 수평 풀리 모듈
150: 수직 풀리 모듈

Claims (8)

  1. 회전력을 제공하는 구동 모터;
    테더 케이블을 감고 상기 구동모터의 구동력을 제공받아 회전하는 테더 케이블 드럼;
    상기 테더 케이블 드럼으로부터 회전 구동력을 제공받아 수평왕복운동을 제공하기 위하여 회전하는 리버스 캠;
    상기 리버스 캠에 장착되어 수평운동을 수행하고 상기 테더 케이블의 이동 방향을 변경하는 수평 풀리를 포함하는 수평 풀리 모듈;
    상기 수평 풀리로부터 이동하는 상기 테더 케이블을 수직 운동하도록 하는 수직 풀리를 포함하고 수평 풀리 모듈에 가이드되어 수평 운동하면서 수직 운동을 수행하는 수직 풀리 모듈;
    상기 수직 풀리의 위치를 감지하는 복수의 위치 센서; 및
    상기 수직 풀리의 위치에 따라 상기 구동 모터를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 테더 케이블의 일단은 상기 테더 케이블 드럼에 고정되고,
    상기 테더 케이블의 타단은 비행체에 연결되는 것을 특징으로 하는 윈치 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 수평 풀리 모듈은;
    수평 왕복 운동하고 상기 리버스 캠의 연장 방향에 수직한 방향으로 수평면에서 연장되는 수평 풀리 이동부;
    상기 수평 풀리 이동부에 고정되고 상기 리버스 캠과 상기 수평 풀리 이동부에 의하여 정의된 평면에서 수직하게 연직 방향으로 나란히 연장되는 한 쌍의 수직 풀리 가이드;
    상기 테더 케이블의 이동 방향을 수평으로 전환하고 상기 리버스 캠에 인접한 상기 수평 풀리 이동부의 일단에 삽입되어 회전하는 제1 수평 풀리;
    상기 테더 케이블의 이동 방향을 수직으로 전환하고 상기 수평 풀리 이동부의 타단에 삽입되어 회전하는 제2 수평 풀리; 및
    상기 수평 풀리 이동부를 관통하여 배치되는 상기 수평 풀리 이동부를 가이드하는 적어도 하나의 수평 풀리 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 수직 풀리 모듈은;
    상기 수직 풀리 가이드들 사이에 삽입되어 연직 방향으로 이동하는 수직 풀리 이동부;
    연직으로 연장되는 테더 케이블의 방향을 전환하고 상기 수직 풀리 이동부의 일단에 삽입되어 회전하는 제1 수직 풀리;
    상기 제1 수직 풀리와 인접하게 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 중심부에 삽입되어 회전하는 제2 수직 풀리;
    상기 제2 수직 풀리와 인접하게 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 타단에 삽입되어 회전하는 제3 수직 풀리;
    상기 수직 풀리 이동부를 관통하여 배치되는 적어도 하나의 수직 풀리 수평 지지부;
    상기 수직 풀리 수평 지지부의 수직 운동을 가이드하는 수직 운동 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 위치 센서는;
    댐퍼에 의하여 상기 수직 풀리 이동부의 상승을 저지하는 위치에 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 상부 수직 위치를 검출하는 제1 위치 센서;
    상기 제1 위치 센서와 수직으로 이격되어 배치되고 상기 수직 풀리 이동부의 하부 수직 위치를 검출하는 제2 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 위치 센서는;
    상기 수직 풀리 이동부에 인장력이 걸리지 않은 상태에서 최하 수직 위치를 검출하는 제3 위치 센서; 및
    상기 댐퍼가 상기 수직 풀리 이동부의 충격에 의하여 압축되어 추가적으로 상승하는 위치를 최고 수직 위치로 검출하는 제4 위치 센서 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윈치 장치.
  6. 제4 항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 위치 센서로부터 위치 신호를 제공받아 상기 하부 수직 위치에 있는 경우, 상기 구동 모터를 구동하여 상기 테더 케이블 드럼을 감긴 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 윈치 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제4 위치 센서로부터 최상 위치 신호를 제공받아 상기 최상 위치에 있는 경우, 상기 구동 모터를 역회전으로 구동하여 상기 테더 케이블 드럼을 감긴 상태로 펄스 형태로 전환하는 것을 특징으로 하는 윈치 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    제1 벨트는 상기 구동 모터의 구동축에 연결된 구동 벨트 풀리와 상기 테더 케이블 드럼의 종속축에 연결된 제1 드럼 벨트 풀리를 구동하고,
    제2 벨트는 상기 테더 케이블 드럼의 종속축에 연결된 제3 드럼 벨트 풀리와 상기 리버스 캠의 종속축에 연결된 리버스 켐 벨트 풀리를 구동하는 것을 특징으로 하는 윈치 장치.
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