KR101692315B1 - 멀티 로터 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명과 관련된 멀티 로터 비행체는, 제1모터 및 제2모터를 갖는 본체; 상기 본체를 중심으로 공간적으로 상호 이격되게 상기 본체의 둘레방향을 따라 배열된 제1로터, 제2로터, 제3로터 및 제4로터; 상기 제1로터 내지 제4로터를 상기 본체에 각각 지지시킬 수 있게 형성된 제1스위블요소 내지 제4스위블요소를 포함하고, 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소는 상기 제1로터 내지 제4로터가 제1틸팅축(X1) 및 상기 제1틸팅축(X1)과 독립적인 제2틸팅축(X2)을 가질 수 있는 형태로 구성되며, 상기 제1스위블요소와 상기 제2스위블요소는 상호 연결되고 상기 제3스위블요소와 상기 제4스위블요소가 상호 연결된, 제1스위블요소 내지 제4스위블요소; 상기 제1모터의 구동력에 의해 상기 제1로터 내지 제4로터가 상기 제1틸팅축(X1)을 중심으로 일제히 틸팅될 수 있게 상기 제1모터와 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소 사이를 연결하는 제1틸팅작동부; 및 상기 제2모터의 구동력에 의해 상기 제1로터 내지 제4로터가 상기 제2틸팅축(X2)을 중심으로 일제히 틸팅될 수 있게 상기 제2모터와 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소 사이를 연결하는 제2틸팅작동부를 포함할 수 있다.

Description

멀티 로터 비행체{MULTI ROTOR AERIAL VEHICLE}

본 발명은 복수의 로터를 가지면서 본체에 대한 자유도를 증대시킬 수 있는 멀티로터를 갖는 비행체에 관한 것이다.

멀티로터 비행체는 일반적으로 3 개 이상의 로터를 갖는 헬리콥터의 한 종류이다. 전통적인 싱글로터 헬리콥터에 비해, 로터의 토크와 스피드를 변화시켜 비행하는 것이 가능하며, 유지와 조작이 용이한 장점이 있다. 이러한 장점 및 전자기술의 급속한 발전으로 인해 멀티로터비행체의 적용 영역 또한 급격히 넓어졌다. 과거에는 주로 군사용의 크기가 큰 무인 비행체들이 주류를 이루었지만, 최근에는 소형 무인 비행체들이 민간용으로 많이 제작되고 있다. 그 활용도 또한 영상 촬영에서부터 물건 수송에 이르기 까지 다양하게 확대되고 있다.

다양한 형태의 소형 무인 비행체 중에 특히 쿼드로터라 칭해지는 멀티 로터 비행체는 다른 비행체에 비해 많은 장점을 지닌다. 가장 큰 장점은 기계적인 매커니즘이 매우 간단하다는 사실이다. 쿼드로터의 경우 비행 전 트림을 맞추어야 될 필요도 없고, 기계적인 진동도 크지 않을 뿐 아니라, 피로에 의한 부품 파손의 확률도 낮다. 그리고 쿼드로터는 간단한 형태 때문에 수학적으로 모델링하기도 쉬우므로 자동 비행에 적합하며, 비행체를 조절하기 위해 많은 시간의 훈련을 요구하는 다른 소형 비행체들과 달리, 초보자들도 쉽게 조종할 수 있다. 또한, 작은 프로펠러를 여럿 사용하기 때문에 조종이나 관리가 서툰 사람에게도 상대적으로 안전하다. 즉, 비행체에 대한 전문적인 지식이 없거나, 사전에 많은 훈련을 하지 않더라도 누구나 쿼드로터를 쉽게 조종, 유지, 보수, 관리를 할 수 있는 것이다. 이런 쿼드로터의 장점 덕분에 민간용 소형 무인 비행체 중에서 쿼드로터가 그 영향력을 점차 넓혀 가고 있다.

쿼드로터의 제어와 유도에 관해서는 이미 많은 연구자들에 의해 연구가 이루어져 왔다. 우선, 제어 분야에 있어서, 쿼드로터의 비선형적인 모델의 특성을 효과적으로 다루기 위해서 Backstepping 기법이나, Sliding Mode 기법을 이용해서 비선형 시스템을 직접 제어하는가 하면, Feedback Linearization을 이용해 쿼드로터 모델을 선형화 시킨 후 제어 하려는 시도도 있었다. 또한 유도 분야에 있어서도, 쿼드로터의 동체를 한쪽 방향으로 360도 혹은 그 이상 회전시키는 Flip동작을 수행 하거나, 특정한 궤도와 자세를 따라가는 급격한 기동은 물론, 공을 서로 주고 받는 등의 정교한 기동도 가능하게 되었다.

많은 연구자들의 공헌으로 쿼드로터와 같은 멀티 로터 비행체를 정밀하게 제어 및 유도할 수 있게 된 현재 시점이지만, 여전히 기능적으로 개선해야 할 부분이 있다. 3차원 공간상에 있는 비행체의 정확한 위치와 자세는 6개의 변수에 의해 표현된다는 사실을 상기해 보면, 결국 멀티 로터 비행체 시스템은 입력의 차원이 출력의 차원보다 작은 Under Actuated 시스템이 된다. 이러한 사실이 멀티 로터 비행체의 제어와 유도에 제약으로 작용한다. 예컨대, 멀티 로터 비행체를 앞쪽으로 가속시키기 위해서는 그의 본체를 반드시 앞쪽으로 기울여야지, 멀티 로터 비행체를 뒤쪽으로 기울인 상태에서는 절대로 앞쪽으로의 가속도가 발생하지 않는 것이다. 즉, 멀티 로터 비행체의 자세와 가속도는 완전히 독립적일 수 없다는 것을 의미한다.

이에 따라, 멀티 로터 비행체의 본체에 카메라를 부착하여 대상물을 촬영하는 경우, 멀티 로터 비행체가 방향을 전환하게 되면 그의 본체가 함께 기울어지게 되어 카메라의 촬영 방향이 촬영 대상물로부터 벗어나게 된다. 또한, 방향 전환시에도 멀티 로터 비행체 전체의 기울어짐이 요구되므로, 응답성이 상대적으로 낮아 급격한 기동이 쉽지 않다.

본 발명의 목적은, 신속하게 진행 방향을 변경할 수 있으면서도 진행 방향 변경시에 본체의 수평 유지가 가능한, 멀티 로터 비행체를 제공하는 것이다.

본 발명과 관련된 멀티 로터 비행체는, 제1모터 및 제2모터를 갖는 본체; 상기 본체를 중심으로 공간적으로 상호 이격되게 상기 본체의 둘레방향을 따라 배열된 제1로터, 제2로터, 제3로터 및 제4로터; 상기 제1로터 내지 제4로터를 상기 본체에 각각 지지시킬 수 있게 형성된 제1스위블요소 내지 제4스위블요소를 포함하고, 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소는 상기 제1로터 내지 제4로터가 제1틸팅축(X1) 및 상기 제1틸팅축(X1)과 독립적인 제2틸팅축(X2)을 가질 수 있는 형태로 구성되며, 상기 제1스위블요소와 상기 제2스위블요소는 상호 연결되고 상기 제3스위블요소와 상기 제4스위블요소가 상호 연결된, 제1스위블요소 내지 제4스위블요소; 상기 제1모터의 구동력에 의해 상기 제1로터 내지 제4로터가 상기 제1틸팅축(X1)을 중심으로 일제히 틸팅될 수 있게 상기 제1모터와 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소 사이를 연결하는 제1틸팅작동부; 및 상기 제2모터의 구동력에 의해 상기 제1로터 내지 제4로터가 상기 제2틸팅축(X2)을 중심으로 일제히 틸팅될 수 있게 상기 제2모터와 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소 사이를 연결하는 제2틸팅작동부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1스위블요소 내지 상기 제4스위블요소는, 상기 제1로터 내지 상기 제4로터를 각각 고정하는 고정프레임; 상기 제2틸팅축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 상기 고정프레임을 지지하며, 상기 제1로터 내지 상기 제4로터의 선회공간을 제공할 수 있게 형성된, 요크프레임; 상기 요크프레임으로부터 연장된 타이바; 상기 제1틸팅축(X1)을 중심으로 선회 가능하게 상기 타이바를 지지할 수 있게 형성된 피벗부를 포함하고, 상기 제1스위블요소의 타이바와 상기 제2스위블요소의 타이바가 상호 연결되게 형성되며, 상기 제3스위블요소의 타이바와 상기 제4스위블요소의 타이바가 상호 연결되게 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1틸팅작동부는, 그 일단이 상기 제1모터의 출력축에 고정된 제1링크; 상기 제1링크의 타단에 연결되어 상기 타이바까지 연장하는 제2링크; 및 그 일단은 상기 타이바에 고정되며, 그 타단은 상기 제2링크에 연결된 제3링크를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제2링크는, 그 일단이 상기 제1스위블요소의 타이바와 상기 제2스위블요소의 타이바가 연결된 부위에 고정된 상기 제3링크와 연결되고, 그 타단은 제3스위블요소의 타이바와 상기 제4스위블요소의 타이바가 연결된 부위에 고정된 상기 제3링크와 연결될 수 있게 일체형으로 연장 형성되며, 상기 제1링크는, 상기 제1모터의 출력축에 고정된 제1링크 스윙부와, 상기 제1링크 스윙부의 단부에 연결되는 제1링크 종동부 및, 그 일단이 상기 제1링크 종동부에 연결되고 그 타단은 상기 제2링크에 고정된 제1고정부재를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제2틸팅작동부는, 상기 제1틸팅축을 중심으로 상기 고정프레임을 선회시키기 위한 토크를 전달할 수 있게 상기 고정프레임에 양 단에 연결된 한 쌍의 토크전달부재; 그 양단이 상기 한 쌍의 토크전달부재에 연결되고, 축방향으로 이동되며 상기 토크전달부재에 힘을 전달할 수 있게 형성된 요크부재; 상기 요크부재로부터 연장되며, 축방향으로 이동될 수 있게 형성된 이동바; 그 일단은 상기 이동바에 고정되고, 그 타단은 상기 타이바에 구속되어 슬라이드 될 수 있게 연결된 슬라이드바; 및 상기 제2모터에 의해 상기 슬라이드바를 이동시킬 수 있게 형성된 작동링크를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 요크프레임 및 상기 요크부재는 ‘C’자 형태로 각각 형성되어 있으며, 상호 평행하게 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 요크프레임 및 상기 요크부재는 상기 제1로터 내지 제4로터를 각각 완전히 둘러쌀 수 있게 ‘O’자 형태로 각각 형성되어 있으며, 상호 평행하게 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 작동링크는, 그 일단이 상기 제2모터의 출력축에 고정된 제2링크 스윙부; 그 일단이 상기 제2링크 스윙부의 타 단부에 연결된 제2링크종동부; 그 일단이 상기 제2링크종동부에 연결된 제2고정부재; 및 그 일 부위에 상기 제2고정부재가 고정되며, 그 단부가 상기 슬라이드바를 슬라이드시킬 수 있는 방향으로 힘을 가할 수 있게 형성된 연장형 작동바를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 멀티 로터 비행체는, 상기 작동바의 단부에 상기 슬라이드바를 둘러쌀 수 있는 형태로 형성된 제1커플러를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 연장형 작동바는 그 일단이 상기 제1스위블요소의 타이바와 상기 제2스위블요소의 타이바가 연결된 부위에 회전가능하게 지지되고 그 타단이 제3스위블요소의 타이바와 상기 제4스위블요소의 타이바가 연결된 부위에 회전가능하게 지지되도록 일체형으로 연장 형성되며, 상기 연장형 작동바의 양단은 제4링크가 연결되고, 상기 제4링크의 단부에는 제5링크가 연결되며, 상기 제5링크의 단부에는 상기 슬라이드바를 둘러쌀 수 있는 형태로 형성된 제2커플러가 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 멀티 로터 비행체에 의하면, 비행시에 신속하게 진행 방향을 변경할 수 있음은 물론, 진행 방향 변경시에도 본체의 수평 유지가 가능하다. 따라서, 물품을 적재하여 수송하는 경우 심한 기울어짐을 피할 수 있어 보다 안전하게 물품을 수송할 수 있다. 아울러, 본체에 카메라를 부착하여 대상물을 촬영하는 경우, 진행 방향 변경시에도 본체의 수평이 유지되므로 보다 안정적인 출력 영상을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명과 관련된 멀티 로터 비행체에 의하면, 제1 내지 제4로터를 일제히 제1틸팅축(X1)을 중심으로 틸팅시키는 제1틸팅작동부와 제2틸팅축(X2)을 중심으로 틸팅시키는 제2틸팅작동부를 포함함으로써 비행체의 선회 또는 자세변환이나 속도변경시에도 본체는 자세를 그대로 유지하거나 원하는 특정자세로 설정할 수 있게 되어 높은 자유도가 갖는 상승효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 멀티 로터 비행체(100)의 사시도이다.
도 2는 제1 방향(X1)을 따르는 축을 중심으로 로터 유닛(120)을 회전시키기 위한 스티어링 유닛(150)의 구성을 도시한, 도 1의 멀티 로터 비행체(100)의 사시도이다.
도 3은 로터 유닛(120)이 제1 방향(X1)을 따르는 축을 중심으로 회전하는 모습을 도시한, 도 1의 멀티 로터 비행체(100)의 측면도이다.
도 4는 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 로터 유닛(120)을 회전시키기 위한 스티어링 유닛(150)의 구성을 도시한, 도 1의 멀티 로터 비행체(100)의 사시도이다.
도 5는 로터 유닛(120)이 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 회전하는 모습을 도시한, 도 1의 멀티 로터 비행체(100)의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 멀티 로터 비행체(200)의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 멀티 로터 비행체(300)의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 멀티 로터 비행체(400)의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 멀티 로터 비행체(500)의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 멀티 로터 비행체(600)의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제7실시예에 따른 멀티 로터 비행체(700)의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 로터 비행체에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 로터 비행체(100)의 사시도이다.

본 도면을 참조하면, 멀티 로터 비행체(100)는 본체(110), 로터 유닛(120), 통신 유닛(130), 제어 유닛(140), 및 스티어링 유닛(150)을 포함할 수 있다.

본체(110)는 멀티 로터 비행체(100)의 각종 부품을 지지하는 기본 뼈대이다. 본체(110)에는 카메라나 각종 임무수행요소를 포함할 수 있으며, 파워요소 또는 용도에 따라서는 객실이나 화물실 등이 구비될 수 있다.

로터 유닛(120)은 멀티 로터 비행체(100)에 추력을 제공하는 구성이다. 로터 유닛(120)은 복수로 구성될 수 있으며, 구체적으로는 4개로 구성될 수 있다. 본 발명과 관련된 멀티 로터 비행체(100)은 이와 같이 4개의 로터유닛(120)을 포함하였다고 하여 ‘쿼드로터(quad-rotor) 헬리콥터’라고 불릴 수 있다. 이들 4개의 로터 유닛(120)은 본체(110)를 중심으로 하여 상호 대칭 배치될 수 있고, 이에 의해 멀티 로터 비행체(100)의 비행시 본체(110)가 용이하게 수평을 유지하도록 할 수 있다. 로터 유닛(120)은 프로펠러(121), 및 동력부(123)를 포함할 수 있다.

프로펠러(121)는 복수의 블레이드로 구성될 수 있다. 동력부(123)는 프로펠러(121)를 구동하기 위한 구성이다. 동력부(123)는 DC 모터 등으로 구성될 수 있고, 프로펠러(121)의 중심에 고정되는 회전축(125)을 통해 블레이드에 동력을 제공할 수 있다.

통신 유닛(130)은 동력부(123) 및 스티어링 유닛(150)을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하는 구성이다. 통신 유닛(130)은 사용자가 휴대한 원격 조종장치 등에 의해 송신되는 제어 신호를 수신할 수 있고, 수신된 제어 신호를 제어 유닛(140)으로 다시 송신하여, 제어 유닛(140)이 동력부(123) 및 스티어링 유닛(150)을 제어하도록 할 수 있다.

제어 유닛(140)은 동력부(123) 및 스티어링 유닛(150)을 제어하기 위한 구성이다. 제어 유닛(140)은 상술한 통신 유닛(130)으로부터 수신되는 제어 신호에 기초하여, 후술할 스티어링 유닛(150)의 제1 모터(152)의 회전축(153) 및 제2 모터(154)의 회전축(155)의 회전각을 조절할 수 있다. 또한, 제어 유닛(140)은 동력부(123)들 각각의 회전 속도를 개별 제어할 수도 있다. 구체적으로, 제어 유닛(140)은 어느 하나의 동력부(123)의 회전 속도를 증감시켜 복수의 로터 유닛(120) 사이의 추력을 변화시킴으로써, 본체(110)가 로터 유닛(120)과 함께 기울어지면서 그의 진행 방향을 바꾸어 비행하도록 할 수 있다.

스티어링 유닛(150)은 멀티 로터 비행체(100)의 비행시 그의 진행 방향을 조절하기 위한 구성이다. 스티어링 유닛(150)은 액츄에이터(151), 및 연결부재(157)를 포함할 수 있다.

액츄에이터(151)는 본체(110)에 설치될 수 있고, 제1 모터(152), 및 제2 모터(154)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 모터(152) 및 제2 모터(154)는 제어 신호를 입력받아 그의 회전량을 정밀하게 조절할 수 있는 서보 모터(servo-motor) 등으로 구성될 수 있다.

연결부재(157)는 액츄에이터(151)에 의한 회전력을 로터 유닛(120)으로 전달하는 구성이다. 연결부재(157)는 액츄에이터(151) 및 4개의 로터 유닛(120)과 각각 연결되어, 액츄에이터(151)의 구동에 따라 4개의 로터 유닛(120)을 상호 동일한 각도로 기울어지도록 할 수 있다. 연결부재(157)는 제1 연결부(160), 및 제2 연결부(170)를 포함할 수 있다.

제1 연결부(160)는 제1 모터(152)와 연결되어 4개의 로터 유닛(120)을 제1 방향(X1)을 따르는 축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 제2 연결부(170)는 제2 모터(154)와 연결되어 4개의 로터 유닛(120)을 제1 방향(X1)과 교차하는 방향인 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 여기서, 제1 방향(X1)은 본체(110)와 소정의 각도를 이루는 임의의 방향일 수 있고, 제2 방향(X2)은 제1 방향(X1) 및 동력부(123)의 회전축 방향(Xr)과 각각 수직을 이루는 방향일 수 있다. 아울러, 제1 연결부(160)와 상기 제2 연결부(170)는 본체(110)를 중심으로 각각 대칭 배치되어 멀티 로터 비행체(100)가 비행하는 경우 본체(110)가 용이하게 수평을 유지하도록 할 수 있다. 스티어링 유닛(150)에 대해서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 후술한다.

이하에서는, 멀티 로터 비행체(100)의 구체적인 구성 및 작동 방식에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

도 2는 제1 방향(X1)을 따르는 축을 중심으로 로터 유닛(120)을 회전시키기 위한 스티어링 유닛(150)의 구성을 도시한, 도 1의 멀티 로터 비행체(100)의 사시도이다. 본 도면에서는 설명의 편의상, 로터 유닛(120)을 제1 방향(X1)을 기준으로 회전시키기 위한 구성에 대해서만 도시한다.

본 도면을 참조하면, 스티어링 유닛(150)은 제1 모터(152)와, 제1 연결부(160)를 포함할 수 있다.

제1 모터(152)는 그의 회전축(153)이 제1 방향(X1)을 향하도록 배치될 수 있다.

제1 연결부(160)는 제1 링크부(161), 및 제2 링크부(162)를 포함할 수 있다.

제1 링크부(161)는 2개가 구비될 수 있으며, 각각 본체(110)의 양단에 제1 방향(X1)을 따르는 축을 중심으로 회전 가능하게 설치될 수 있다. 제1 링크부(161)의 양단에는 후술하는 제3 링크부(171)가 각각 연장 형성될 수 있고, 이들 제3 링크부(171)는 각각 로터 유닛(120)의 무게 중심을 지나는 평면 상의 일 지점과 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제2 링크부(162)는 제1 모터(152)에 의한 회전력을 제1 링크부(161)로 전달하기 위한 구성이다. 제2 링크부(162)는 제1 샤프트(163), 제2 샤프트(164), 및 제3 샤프트(165)를 포함할 수 있다. 제1 샤프트(163)는 제1 모터(152)의 회전축(153)과 수직을 이루며 연장 형성될 수 있다. 제2 샤프트(164)는 제1 링크부(161)와 수직을 이루며 연장 형성될 수 있다. 제3 샤프트(165)는 제1 샤프트(163)와 2개의 제2 샤프트(164)를 상호 연결하도록 구성될 수 있다.

이하에서는, 도 3을 참조하여 제2 링크부(162)의 보다 구체적인 구성 및 그의 작동 방식에 대해 구체적으로 설명한다.

도 3은 로터 유닛(120)이 제1 방향(X1)을 따르는 축을 중심으로 회전하는 모습을 도시한, 도 1의 멀티 로터 비행체(100)의 측면도이다.

본 도면을 참조하면, 제1 샤프트(163) 및 제2 샤프트(164)는 상호 평행하게 배치될 수 있고, 또한 동일한 길이를 가질 수 있다. 제3 샤프트(165)는 힌지 등의 구성을 통해 제1 샤프트(163) 및 제2 샤프트(164)와 각각 회전 가능하게 연결될 수 있다. 아울러, 제1 링크부(161)는 제1 모터(152)의 회전축(153)과 하나의 평면(F) 상에 배치될 수 있고, 제3 샤프트(165)는 이 평면(F)과 평행한 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

이하에서는, 스티어링 유닛(150)의 제1 모터(152) 및 제1 연결부(160)의 작동 방식에 대해 설명한다.

멀티 로터 비행체(100)의 작동 전, 로터 유닛(120)은 동력부(123)의 회전축(125)이 지면과 수직을 이루는 방향인 제3 방향(X3)과 평행하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 로터 유닛(120)의 자세는 '제1 위치(P1)'라 칭할 수 있다. 제1 위치(P1)에서, 제1 샤프트(163) 및 제2 샤프트(164)는 제3 방향(X3)과 평행하게 배치될 수 있다.

사용자가 원격 조종장치 등을 통해 멀티 로터 비행체(100)로 제어 신호를 송신하면, 제어 유닛(140)은 이 제어 신호를 수신하여 동력부(123)의 구동을 개시할 수 있다. 여기서, 로터 유닛(120)이 제1 위치(P1)에 있는 경우, 멀티 로터 비행체(100)는 제3 방향(X3)을 따라 수직 이착륙 또는 수직 방향 비행을 할 수 있다.

사용자가 다시 원격 조종장치를 통해 멀티 로터 비행체(100)의 진행 방향과 관련된 제어 신호를 송신하면, 제어 유닛(140)은 이에 기초하여 제1 모터(152)를 가동시킬 수 있다. 제1 모터(152)가 가동되어 그의 회전축(153)이 제1 각도(α)만큼 회전하게 되면, 제1 샤프트(163)도 제3 방향(X3)을 따르는 축과 제1 각도(α)를 이루며 기울어질 수 있다. 여기서, 샤프트들이 제3 방향(X3)을 따르는 축과 이루는 각도는 '기울임각'이라 칭할 수 있다.

제1 샤프트(163)가 기울어지면, 제3 샤프트(165)를 통해 제1 샤프트(163)와 연결된 제2 샤프트(164)도 함께 기울어질 수 있다. 여기서, 제2 샤프트(164)는 상술한 것과 같이 제1 샤프트(163)와 동일한 길이를 가지며, 제3 샤프트(165)는 제1 모터(152)의 회전축(153) 및 제1 링크부(161)를 지나는 평면(F)과 평행하게 배치될 수 있으므로, 제2 샤프트(164)의 기울임각도 제1 각도(α)를 이룰 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 로터 유닛(120)이 제1 방향(X1)을 따르는 축을 중심으로 회전하는 각도가 제1 모터(152)의 회전축(153)의 회전각과 동일한 각도를 이루게 되므로, 로터 유닛(120)의 조향 각도를 손쉽게 제어할 수 있다. 여기서, 동력부(123)의 회전축(125)이 제3 방향(X3)과 제1 각도(α)를 이루며 기울어진 로터 유닛(120)의 자세는 '제2 위치(P2)'라 칭할 수 있다. 상술한 것과 같이, 제2 방향(X2)은 동력부(123)의 회전축 방향(Xr)과 수직을 이루므로, 제2 위치(P2)일 때 제2 방향(X2)을 따르는 축도 제3 방향(X3)을 따르는 축과 제1 각도(α)를 이루며 기울어질 수 있다.

상술한 구성에 의하면, 스티어링 유닛(150)이 본체(110)에 영향을 미치지 않으면서 4개의 로터 유닛(120) 만을 일제히 한 방향으로 기울일 수 있어, 본체(110)가 수평을 유지하며 비행하도록 할 수 있다. 여기서, 제1 링크부(161)는 상술한 것과 같이 제3 링크부(171)를 통해 로터 유닛(120)의 무게 중심과 연결되므로, 제1 링크부(161)의 회전에 의해 로터 유닛(120)이 기울어지는 경우에도 로터 유닛(120)의 기울어짐에 의해 본체(110)에 가해지는 힘의 변화량이 최소화될 수 있어 본체(110)의 수평에 거의 영향을 미치지 않게 된다.

이상에서는 하나의 로터 유닛(120)에 대해서만 그 작동 방식을 설명하였으나, 제1 모터(152)를 기준으로 상술한 로터 유닛(120)의 반대편에 배치되는 또 다른 로터 유닛(120, 도 2 참조)도 상술한 작동 방식과 동일한 방식으로 구동될 수 있다. 이 경우, 또 다른 로터 유닛(120)의 회전 중심인 제1 링크부(161, 도 2 참조)는 상술한 평면(F) 상에 배치될 수도 있으나, 이와 달리 상술한 평면(F)과는 다른 위치에 배치될 수도 있다.

도 4는 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 로터 유닛(120)을 회전시키기 위한 스티어링 유닛(150)의 구성을 도시한, 도 1의 멀티 로터 비행체(100)의 사시도이다. 본 도면에서는 설명의 편의상, 로터 유닛(120)을 제2 방향(X2)을 기준으로 회전시키기 위한 구성에 대해서만 도시한다.

본 도면을 참조하면, 스티어링 유닛(150)은 제2 모터(154)와, 제2 연결부(170)를 포함할 수 있다.

제2 모터(154)는 회전축(155)을 포함할 수 있고, 이 회전축(155)은 제1 방향(X1) 및 제3 방향(X3)과 각각 수직을 이루는 방향을 중심축으로 하여 회전하도록 구성될 수 있다.

제2 연결부(170)는 제3 링크부(171), 및 제4 링크부(173)를 포함할 수 있다.

제3 링크부(171)는 제1 링크부(161)의 양단에 고정되며, C형으로 형성되어 로터 유닛(120)과 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 회전 가능하게 연결될 수 있다. 여기서, 제3 링크부(171)가 로터 유닛(120)과 연결되는 지점은 로터 유닛(120)의 무게 중심을 지나는 평면 상의 일 지점일 수 있다.

제4 링크부(173)는 제2 모터(154)에 의한 회전력을 로터 유닛(120)으로 전달하기 위한 구성이다. 제4 링크부(173)는 제4 샤프트(174), 제5 샤프트(175), 제6 샤프트(176), 제7 샤프트(177), 제8 샤프트(178), 고정 샤프트(179), 제1 베어링(181), 제2 베어링(182), 및 제3 베어링(183)을 포함할 수 있다.

제4 샤프트(174)는 제2 모터(154)의 회전축(155)과 수직을 이루며 연장 형성될 수 있다.

제5 샤프트(175)는 제4 샤프트(174)와 힌지 등을 통해 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제6 샤프트(176)는 제5 샤프트(175)와 힌지 등을 통해 회전 가능하게 연결되고, 제1 방향(X1) 및 제3 방향(X3)과 각각 수직을 이루는 방향을 따라 연장 형성되어 그의 양단이 제1 링크부(161)와 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다. 이에 따라, 제6 샤프트(176)는 제1 방향(X1)을 따라 슬라이딩하도록 구성될 수 있다.

제7 샤프트(177)는 로터 유닛(120)에 고정된 고정 샤프트(179)와 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제7 샤프트(177)는 제5 샤프트(175)와 동일한 길이를 가질 수 있다.

제8 샤프트(178)는 제6 샤프트(176)와 제7 샤프트(177)를 상호 연결하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제8 샤프트(178)는 제1 방향(X1)을 따라 연장 형성될 수 있다.

고정 샤프트(179)는 로터 유닛(120)의 하단에 고정되며, 동력부(123)의 회전축 방향(Xr)과 동일한 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

제1 베어링(181), 제2 베어링(182), 및 제3 베어링(183)은 각각 제1 링크부(161)에 제1 방향(X1)을 따라 슬라이딩 가능하게 끼워질 수 있다. 제1 베어링(181)에는 제8 샤프트(178)의 일 단부 및 제6 샤프트(176)가 고정된다. 제2 베어링(182)에는 제8 샤프트(178)의 타 단부가 고정된다. 제3 베어링(183)에는 제7 샤프트(177)가 힌지 등을 통해 회전 가능하게 연결될 수 있다.

구성의 간소화를 위해, 제6 샤프트(176)는 제8 샤프트(178)와 함께 일체형으로 형성될 수 있으며, 이 경우 제6 샤프트(176)는 전체적으로 'L'자 형의 형태를 가질 수 있다.

이하에서는, 도 5를 참조하여 제2 모터(154) 및 제2 연결부(170)의 작동 방식에 대해 구체적으로 설명한다.

도 5는 로터 유닛(120)이 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 회전하는 모습을 도시한, 도 1의 멀티 로터 비행체(100)의 정면도이다. 제4 링크부(173)는 본체(110)를 중심으로 대략 대칭 배치될 수 있으므로, 본 도면에서는 설명의 편의상 제4 링크부(173)의 일측 구성에 대해서만 도시 및 설명한다.

본 도면을 참조하면, 멀티 로터 비행체(100)의 작동 전, 로터 유닛(120)의 자세는 전술한 것과 같이 제1 위치(P1)에 있을 수 있다. 제1 위치(P1)에서, 제4 샤프트(174) 및 고정 샤프트(179)는 제3 방향(X3)과 평행을 이룰 수 있다.

사용자가 원격 조종장치를 통해 제어 신호를 송신하면, 제어 유닛(140)은 이에 기초하여 제2 모터(154)를 가동시킬 수 있다. 제2 모터(154)가 가동되어 그의 회전축(155)이 제2 각도(β)만큼 회전하게 되면, 제4 샤프트(174)도 제3 방향(X3)을 따르는 축과 제2 각도(β)를 이루며 기울어질 수 있다.

제4 샤프트(174)가 기울어지면, 제4 샤프트(174)와 연결된 제5 샤프트(175)도 변위되고, 이에 의해 제5 샤프트(175)와 연결된 제6 샤프트(176)도 제1 베어링(181)과 함께 제1 방향(X1)을 따라 슬라이딩하게 된다. 이에 따라, 제1 베어링(181)에 연결된 제8 샤프트(178)도 제1 방향(X1)을 따라 이동하게 되며, 제8 샤프트(178)와 연결된 제2 베어링(182) 및 제3 베어링(183)도 동일한 방향으로 슬라이딩하게 된다. 여기서, 제3 베어링(183)이 슬라이딩하게 되면, 제7 샤프트(177)가 변위되어 고정 샤프트(179)와 연결된 로터 유닛(120)도 함께 기울어지게 된다.

이 경우, 제7 샤프트(177)는 상술한 것과 같이 제5 샤프트(175)와 동일한 길이를 가지며, 로터 유닛(120)의 무게 중심으로부터 고정 샤프트(179)의 단부까지의 길이는 제4 샤프트(174)의 길이와 동일하게 이루어지므로, 제7 샤프트(177)의 기울임각은 제5 샤프트(175)의 기울임각과 동일한 각도를 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 로터 유닛(120)이 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 회전하는 각도가 제2 모터(154)의 회전축(155)의 회전각과 대응하는 각도인 제2 각도(β)를 이루게 되므로, 로터 유닛(120)의 조향 각도를 손쉽게 제어할 수 있다. 여기서, 동력부(123)의 회전축(125)이 제3 방향(X3)과 제2 각도(β)를 이루면서 기울어지는 로터 유닛(120)의 자세는 '제3 위치(P3)'라 칭할 수 있다. 아울러, 본 도면에서는 제1 모터(152)가 구동되지 아니한 상태에서 로터 유닛(120)의 작동 방식을 설명하였으나, 제1 모터(152)가 구동된 상태에서 제2 모터(154)가 구동되는 경우에 동력부(123)의 회전축(125)이 이루는 상술한 제2 각도(β)는, 제1 방향(X1) 및 제3 방향(X3)을 축으로 하여 이루어지는 평면에 대한 각도일 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 따르면, 스티어링 유닛(150)에 의해 로터 유닛(120) 만이 본체(100)에 대하여 제1 방향(X1) 및 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 회전할 수 있고, 이에 의해 6자유도의 운동이 가능하다. 다시 말해, 본 실시예에 의하면, 로터 유닛(120)이 오일러각 Theta와 Phi 방향으로도 회전할 수 있어, 제어 입력의 차원과 출력의 차원이 6차원으로 같은 Fully Actuated 시스템이 구현될 수 있다.

이와 같이 구성되는 멀티 로터 비행체(100)의 구성에 의하면, 본체(110)의 기울임 없이도 프로펠러(121)에 의한 추진력을 원하는 방향으로 조종할 수 있다. 따라서, 본체(110)의 자세각을 본체(110)의 가속도 방향과 관계 없이 자유롭게 조종할 수 있어, 보다 다양한 기동을 가능케 할 수 있다. 또한, 관성 모멘트가 큰 멀티 로터 비행체(100) 전체를 움직이는 것보다 관성 모멘트가 상대적으로 작은 로터 유닛(120) 만을 움직이는 것이 제어의 응답성 측면에서 우수한 특성을 보이고, 가속도를 바꿀 때마다 멀티 로터 비행체(100) 전체의 자세를 변경할 필요도 없기 때문에 보다 안정적이면서도 급격한 기동을 가능케 할 수 있다.

구체적으로, 본체(110)에 카메라를 부착하여 대상물을 촬영하는 경우, 본체(110)의 방향 전환시에도 카메라의 촬영각의 변화량이 최소화되어 카메라의 수평을 유지하기 위한 별도의 장치가 구비될 필요가 없으며, 또한 목표 대상물을 지속적으로 추적할 수도 있다. 뿐만 아니라, 멀티 로터 비행체(100)를 향해 급격히 접근하는 외부 물체를 신속히 피할 수 있고, 물품을 수송할 때에도 심한 기울어짐을 피할 수 있어 보다 안전하게 임무를 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 멀티 로터 비행체(200)의 사시도이다.

본 도면을 참조하면, 멀티 로터 비행체(200)의 제4 링크부(273)는 제9 샤프트(285)를 포함할 수 있다. 제9 샤프트(285)는 2개로 구성될 수 있고, 각각 제1 방향(X1)을 따라 인접한 로터 유닛(220)들의 고정 샤프트(279)를 상호 연결할 수 있다. 이에 따라, 4개의 로터 유닛(220)은 제2 방향(X2)을 따르는 축을 중심으로 동일한 각도로 기울어질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상호 대칭 배치되는 한 쌍으로 구성되는 전술한 실시예에서의 제4 링크부(273)와 달리, 제5 샤프트(275), 제6 샤프트(276), 및 제7 샤프트(277)가 각각 하나만 구비될 수 있어, 제조 과정 및 그 구성을 보다 간소화할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 멀티 로터 비행체(300)의 사시도이다. 본 예에서는 앞의 실시예들과 다른 측면에서 기술된다.

도 7을 참조하면, 멀티 로터 비행체(300)는 제1모터(352) 및 제2모터(354)를 갖는 본체(310)와, 본체(310)를 중심으로 공간적으로 상호 이격되게 본체(310)의 둘레방향을 따라 배열된 제1로터(320A), 제2로터(320B), 제3로터(320C) 및 제4로터(320D)를 구비하고 있다. 제1로터 내지 제4로터(320A, 320B, 320C, 320D)는 각각 제1스위블요소 내지 제4스위블요소에 의해 본체(310)에 지지된다. 이러한 제1스위블요소 내지 제4스위블요소는 제1로터 내지 제4로터(320A, 320B, 320C, 320D)가 제1틸팅축(X1) 및 제1틸팅축(X1)과 독립적인 제2틸팅축(X2)을 가질 수 있는 형태로 구성되어 있다. 이에 따라, 로터들(320A, 320B, 320C, 320D)이 제1틸팅축(X1)을 중심으로 회전할 경우에도, 제2틸팅축(X2)을 중심으로도 별도로 회전될 수 있다. 제1로터(320A)와 관련된 제1스위블요소와 제2로터(320B)와 관련된 제2스위블요소는 상호 연결되어 있으며, 제3로터(320C)와 관련된 제3스위블요소와 제4로터(320D)와 관련된 제4스위블 요소도 상호 연결되어 있다.

제1모터(352)의 구동력에 의해 제1로터 내지 제4로터(320A, 320B, 320C, 320D)가 제1틸팅축(X1)을 중심으로 일제히 틸팅될 수 있도록, 제1모터(352)와 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소 사이를 연결하는 제1틸팅작동부가 구비된다.

또한, 제2모터(354)의 구동력에 의해 제1로터 내지 제4로터(320A, 320B, 320C, 320D)가 제2틸팅축(X2)을 중심으로 일제히 틸팅될 수 있게 제2모터(354)와 제1스위블요소 내지 제4스위블요소 사이를 연결하는 제2틸팅작동부도 구비된다.

제1스위블요소 내지 제4스위블요소는, 고정프레임(379), 요크프레임(371), 타이바(361), 피벗부(311)를 포함하는 형태로 이루어져 있다. 고정프레임(379)의 양단은 제2틸팅축(X2) 방향으로 정렬되어 있으며, 로터의 회전공간을 줄일 수 있도록 앞의 실시예의 형태와 달리 로터의 중간 정도에 위치되어 있다. 이를 위해, 고정프레임(379)은 중간에 아치형상부(379a)를 포함할 수 있다.

요크프레임(371)은 도 1 또는 도 6과 달리, 제2틸팅축(X2)을 중심으로 선회되는 제1로터 내지 제4로터(320A, 320B, 320C, 320D)의 장애물을 형성하지 않도록 ‘C’자 형상을 포함하고 있다.

타이바(361)는 요크프레임(371)으로부터 연장되어 있으며, 피벗부(311)는 타이바(361)가 제1틸팅축(X1)을 중심으로 선회 가능하게 타이바(361)를 지지할 수 있게 형성된다.

제1로터(320A)를 지지하는 타이바(361)와 제2로터(320B)를 지지하는 타이바(361)는 상호 연결되어 있으며, 제3로터(320C)를 지지하는 타이바(361)와 제4로터(320D)를 지지하는 타이바(361)도 상호 연결되어 있다. 따라서, 제1로터(320A)와 제2로터(320B)는 그들을 연결하는 타이바(361)에 의해 동시에 제1틸팅축(X1)을 중심으로 선회될 수 있으며, 제3로터(320A)와 제4로터(320B)도 그들을 연결하는 타이바(361)에 의해 동시에 제1틸팅축(X1)을 중심으로 선회될 수 있다.

제1틸팅작동부는, 그 일단이 제1모터(352)의 출력축(353)에 고정된 제1링크(363)와, 제1링크(363)의 타단에 연결되어 타이바(361)까지 연장하는 제2링크(365, 366) 및, 그 일단은 타이바(361)에 고정되며 그 타단은 제2링크(365, 366)에 연결된 제3링크(364)를 포함할 수 있다. 그 결과, 제1모터(352)의 출력축(353)이 회전되면, 제2링크(365, 366)가 이동하게 되고, 제2링크(365, 366)의 이동은 제3링크(364) 및 타이바(361)를 회전시키는 토크로 작용한다. 타이바(361)에 가해진 회전각은 제1로터 내지 제4로터(320A, 320B, 320C, 320D)의 제1틸팅축(X1)에 따른 틸팅각으로 출력된다.

제2틸팅작동부는, 토크전달부재(391), 요크부재(390), 이동바(385), 슬라이드바(377) 및 작동링크를 포함할 수 있다.

토크전달부재(391)는 제1틸팅축(X1)을 중심으로 고정프레임(379)을 선회시키기 위한 토x크를 전달할 수 있게 고정프레임(379)에 양 단에 연결되도록 한 쌍으로 마련될 수 있다.

요크부재(390)는 그 양단이 제2토크전달부재(391)에 각각 연결되고, 축방향으로 이동되며 제2토크전달부재(391)에 힘을 전달할 수 있게 형성된다. 구체적으로, 요크부재(390)는 요크프레임(371)과 대응되는 ‘C’자 형상을 포함할 수 있으며, 요크프레임(371)과 평행하게 배치될 수 있다. 이러한 요크부재(390) 및 요크프레임(371)의 형상과 배치는 로터(320A, 320B, 320C, 320D)의 선회시 장애물이 생기는 것을 최소화하며 선회각을 확장시키는데 유리하다.

이동바(385)는 요크부재(390)로부터 연장되어 있으며, 축방향으로 이동될 수 있게 형성된다.

슬라이드바(377)는 그 일단이 이동바(385)에 고정되고 그 타단은 타이바(361)에 구속되어 슬라이드 될 수 있게 연결된다.

작동링크는 제2모터(454)에 의해 슬라이드바(377)를 이동시킬 수 있게 형성된다. 도 7에 의하면, 작동링크는 그 일단이 제2모터(354)의 출력축(355)에 고정된 링크 스윙부(374)와, 그 일단이 링크 스윙부(374)의 타 단부에 연결된 링크종동부(375) 및, 링크종동부(375)와 연결되어 있으며 그 단부가 슬라이드바(377)를 슬라이드시킬 수 있는 방향으로 힘을 가할 수 있게 형성된 연장형 작동바(376)를 포함하고 있다.

이러한 제2틸팅작동부에 의해, 제2모터(354)가 회전되면, 제2모터(354)의 회전력은 링크 스윙부(374) 및 링크종동부(375)에 의해 연장형 작동바(376)의 공간적인 이동으로 변환된다. 연장형 작동바(376)의 양단이 타이바(361)에 의해 구속되어 있으므로 연장형 작동바(376)의 이동은 직선적인 슬라이드 이동이 된다. 연장형 작동바(376)의 이동하는 힘은 슬라이드바(377)에 전달되고, 슬라이드바(377)의 이동은 이동바(385) 및 요크부재(390)로 전달되어 최종적으로 토크전달부재(391)를 거쳐 로터(320A, 320B, 320C, 320D)의 제2틸팅축(X2)에 따른 회전으로 일제히 변환된다.

이와 같이, 제1틸팅작동부와 제2틸팅작동부는 상호 간섭을 초래하지 않고 독립적으로 이루어지게 되며, 로터(320A, 320B, 320C, 320D)의 선회시 충분한 공간을 제공받게 된다.

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 멀티 로터 비행체(400)의 사시도이다.

본 예에서는, 제1틸팅작동부를 구성하는 제2링크(465)가 일체형으로 연장된 형태를 보이고 있다. 즉, 제2링크(465)는 그 일단이 제1스위블요소의 타이바(461)와 제2스위블요소의 타이바(461)가 연결된 부위에 고정된 제3링크(464)와 연결되어 있고, 그 타단은 제3스위블요소의 타이바(461)와 제4스위블요소의 타이바(461)가 연결된 부위에 고정된 제3링크(464)를 연결할 수 있게 형성되어 있다.

제1링크는 제1모터(452)의 출력축(453)에 고정된 링크 스윙부(463)와, 링크 스윙부(463)의 단부에 연결되는 링크 종동부(468) 및, 그 일단이 링크 종동부(468)에 연결되고 그 타단은 제2링크(465)에 고정된 고정부재(467)를 포함하고 있다. 그에 따라, 제1모터(452)가 회전되면, 링크 스윙부(463) 및 링크 종동부(468)에 의해 고정부재(467) 및 제2링크(465)를 이동시키게 되고, 제2링크(465)의 이동하는 힘은 제3링크(464)에 의해 타이바(461)를 회전시키는 토크로 작용하게 된다. 타이바(461)는 요크 프레임(471) 및 로터(420A, 420B, 420C, 420D)와 함께 제1틸팅축(X1)을 중심으로 회전된다.

한편, 도 8에 의하면, 연장형 작동바(476)의 단부에는 슬라이드바(477)의 단부를 둘러쌀 수 있는 형태로 형성된 커플러(476a)가 포함되어 있다. 따라서, 연장형 작동바(476)가 슬라이드바(477)에 대해 직접 연결되어 있지 않더라도 연장형 작동바(476)에 전달된 힘을 슬라이드바(477)에 어느 방향으로도 전달시키는 것이 가능하게 된다.

도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 멀티 로터 비행체(500)의 사시도이다.

본 예에서는, 제2틸팅작동부를 구성하는 작동링크가, 링크 스윙부(574), 링크종동부(575), 고정부재(575-1) 및 연장형 작동바(576)를 포함하고 있는 것을 보인다. 링크 스윙부(574)는 제2모터(554)의 출력축(555)에 고정되어 있다. 링크종동부(575)의 일단은 링크 스윙부(574)의 타단에 연결되어 있다. 고정부재(575-1)는 일단이 링크 종동부(575)에 연결되어 있으며, 타단은 연장형 작동바(576)에 고정된다. 연장형 작동바(576)는 그 단부가 슬라이드바(577)를 슬라이드시킬 수 있는 방향으로 힘을 가할 수 있게 형성된다. 구체적으로, 연장형 작동바(576)의 일단은 제1스위블요소의 타이바(561)와 제2스위블요소의 타이바(561)가 연결된 부위에 회전가능하게 지지되어 있고 타단은 제3스위블요소의 타이바(561)와 제4스위블요소의 타이바(561)가 연결된 부위에 회전가능하게 지지되도록 일체형으로 연장 형성될 수 있다. 연장형 작동바(576)의 양단에 제4링크(576-1)가 연결되어 있으며, 제4링크(576-1)의 단부에는 제5링크(576-2)가 연결된다. 제5링크(576-2)의 단부에는 슬라이드바(577)를 둘러쌀 수 있는 형태로 형성된 커플러(576a)가 구비되어 있다. 이러한 구성에 의하여, 제2모터(554)가 작동되면, 링크스윙부(574) 및 링크종동부(575)에 의해 고정부재(575-1) 및 연장형 작동바(576)를 회전시키게 되며, 연장형 작동바(576)의 회전은 제4링크(576-1), 제5링크(576-2) 및 커플러(576a)를 거쳐 슬라이드바(577)를 슬라이드 이동시키는 힘으로 변환된다.

도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 멀티 로터 비행체(600)의 사시도이다.

본 예에서는 요크프레임(671) 및 요크부재(690)가 제1로터 내지 제4로터(620A, 620B, 620C, 620D)를 각각 완전히 둘러쌀 수 있게 ‘O’자 형태로 각각 형성되어 있으며, 상호 평행하게 배치된 것을 보인다. 이러한 구성은 로터(620A, 620B, 620C, 620D)의 지지, 방향전환에 따른 흔들림방지 또는 에어가이드나 쉬라우드의 장착성을 개선시킬 수 있다.

도 11은 본 발명의 제7실시예에 따른 멀티 로터 비행체(700)의 사시도이다.

본 예에서는 제1틸팅작동부와 제2틸팅작동부가 앞서 제시된 링크요소와는 다른 토크전달요소가 적용된 것을 보이고 있다.

본 예에서도, 제1스위블요소 내지 상기 제4스위블요소는, 제1로터 내지 제4로터(720A, 720B, 720C, 720D)를 각각 고정하는 고정프레임(779)과, 제2틸팅축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 고정프레임(779)을 지지하며 제1로터 내지 제4로터(720A, 720B, 720C, 720D)의 선회공간을 제공할 수 있게 형성된 요크프레임(771)과, 요크프레임(771)으로부터 연장된 타이바(761)와, 제1틸팅축(X1)을 중심으로 선회 가능하게 타이바(761)를 지지할 수 있게 형성된 피벗부(711)를 포함하고 있으며, 제1스위블요소의 타이바(761)와 제2스위블요소의 타이바(761)는 상호 연결되어 있고, 제3스위블요소의 타이바(761)와 제4스위블요소의 타이바(761)가 상호 연결되어 있다.

제1틸팅작동부는 그 일단이 제1모터(752)의 출력축에 연결된 벨트요소(763)와, 벨트요소(763)의 타단에 연결된 제1기어요소(765) 및, 제1기어요소(765)에 연결되어 타이바(761)를 선회시킬 수 있게 형성된 제2기어요소(766)를 구비할 수 있다. 벨트요소(763)는 제1모터(752)의 회전력을 원격에 있는 타이바(761)에 전달하기 위한 요소로서, 플렉시블한 재질의 고무 또는 플라스틱이나 섬유재 등이 사용될 수 있다. 벨트요소(763)에 대응할 수 있는 체인과 같은 요소가 사용될 수도 있다. 이와 같이, 벨트요소(763)에 의해, 제1모터(752)의 출력축(753)이 회전되면 벨트요소(763)의 회전력 전달에 의해 휠요소(764) 및 휠요소(764)와 결합된 제1기어요소(765)가 회전되고 다시 제2기어요소(766)가 회전되어 타이바(761)가 회전하게 된다.

본 예에서, 제2기어요소(766)의 회전력을 타이바(761)에 전달하기 위한 요소로서 타이바(761)를 둘러싸는 커버요소(767)가 구비될 수 있다. 커버요소(767)는 후술하는 제2틸팅작동부의 동작공간을 제공할 수 있게 관통홀(767-1)을 포함할 수 있다.

본 예어서, 제2틸팅작동부는, 토크전달부재(791), 요크부재(790), 이동바(785), 슬라이드바(777) 및 슬라이드바(777)의 작동메카니즘을 포함할 수 있다. 토크전달부재(791), 요크부재(790), 이동바(785) 및 슬라이드바(777)는 앞의 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

슬라이드바(777)의 작동메카니즘은, 그 일단이 제2모터(754)의 출력축(755)에 연결된 제3기어요소(768)와, 제3기어요소(768)에 의해 회전되며 양단의 타이바(761)에 연장되는 연장샤프트(769)와, 연장샤프트(769)의 단부에 구비되는 제4기어요소(786) 및 제4기어요소(786)에 의해 종동되며 슬라이드바(777)를 이동시킬 수 있게 구성된 제5기어요소(787)를 구비할 수 있다. 제2모터(754)의 출력축(755)과 제3기어요소(768)의 연결은 제2모터(754)의 배치상태와 방향, 연장샤프트(769)의 배열상태에 따라 수평이나, 수직 또는 임의의 각으로 회전력 전달이 가능하도록 평기어, 베벨 또는 기타 다양한 기어의 조합에 의해 구성될 수 있다. 도 11은 이중 평기어 형태로 구성된 연결관계를 보이고 있다. 제4기어요소(786)와 제5기어요소(787)의 연결은 타이바(761)와 연장샤프트(769)의 배열상태에 따라 수평이나, 수직 또는 임의의 각으로 회전력 전달이 가능하도록 평기어, 베벨 또는 기타 다양한 기어의 조합에 의해 구성될 수 있다. 도 11은 그 중 피니언과 랙기어 형태로 구성된 연결관계를 보이고 있다. 랙기어 형태로 형성된 제5기어요소(787)의 수평방향의 힘을 타이바(761)에 전달하기 위해 커버요소(767)를 둘러쌀 수 있게 형성된 링요소(788)를 포함할 수 있다. 링요소(788)는 슬라이드바(777)에 연결되어 있다. 슬라이드바(777)의 이동공간을 제공할 수 있도록 앞의 설명처럼 커버요소(767)에는 관통홀(767-1)이 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 제2모터(754)가 작동되면, 제3기어요소(768)가 회전하게 되고, 연장샤프트(769)가 그에 따라 회전되면, 제4기어요소(786)가 수평으로 이동된다. 링요소(788) 및 슬라이드바(777)가 제4기어요소(786)에 의해 수평으로 이동되면, 이동바(785), 요크부재(790) 및 토크전달부재(791)의 순으로 힘이 전달되며 제1로터 내지 제4로터(620A, 620B, 620C, 620D)를 제2틸팅축(X2)을 중심으로 선회시키게 된다.

상기와 같은 멀티 로터 비행체는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

100: 멀티 로터 비행체
110: 본체
120: 로터 유닛
130: 통신 유닛
140: 제어 유닛
150: 스티어링 유닛

Claims (12)

1. 제1모터 및 제2모터를 갖는 본체;
   상기 본체를 중심으로 공간적으로 상호 이격되게 상기 본체의 둘레방향을 따라 배열된 제1로터, 제2로터, 제3로터 및 제4로터;
   상기 제1로터 내지 제4로터를 상기 본체에 각각 지지시킬 수 있게 형성된 제1스위블요소 내지 제4스위블요소를 포함하고, 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소는 상기 제1로터 내지 제4로터가 제1틸팅축(X1) 및 상기 제1틸팅축(X1)과 독립적인 제2틸팅축(X2)을 가질 수 있는 형태로 구성되며, 상기 제1스위블요소와 상기 제2스위블요소는 상호 연결되고 상기 제3스위블요소와 상기 제4스위블요소가 상호 연결된, 제1스위블요소 내지 제4스위블요소;
   상기 제1모터의 구동력에 의해 상기 제1로터 내지 제4로터가 상기 제1틸팅축(X1)을 중심으로 일제히 틸팅될 수 있게 상기 제1모터와 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소 사이를 연결하는 제1틸팅작동부; 및
   상기 제2모터의 구동력에 의해 상기 제1로터 내지 제4로터가 상기 제2틸팅축(X2)을 중심으로 일제히 틸팅될 수 있게 상기 제2모터와 상기 제1스위블요소 내지 제4스위블요소 사이를 연결하는 제2틸팅작동부를 포함하는, 멀티 로터 비행체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1스위블요소 내지 상기 제4스위블요소는,
   상기 제1로터 내지 상기 제4로터를 각각 고정하는 고정프레임;
   상기 제2틸팅축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 상기 고정프레임을 지지하며, 상기 제1로터 내지 상기 제4로터의 선회공간을 제공할 수 있게 형성된, 요크프레임;
   상기 요크프레임으로부터 연장된 타이바;
   상기 제1틸팅축(X1)을 중심으로 선회 가능하게 상기 타이바를 지지할 수 있게 형성된 피벗부를 포함하고,
   상기 제1스위블요소의 타이바와 상기 제2스위블요소의 타이바가 상호 연결되게 형성되며,
   상기 제3스위블요소의 타이바와 상기 제4스위블요소의 타이바가 상호 연결되게 형성된, 멀티 로터 비행체.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1틸팅작동부는,
   그 일단이 상기 제1모터의 출력축에 고정된 제1링크;
   상기 제1링크의 타단에 연결되어 상기 타이바까지 연장하는 제2링크; 및
   그 일단은 상기 타이바에 고정되며, 그 타단은 상기 제2링크에 연결된 제3링크를 포함하는, 멀티 로터 비행체.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2링크는, 그 일단이 상기 제1스위블요소의 타이바와 상기 제2스위블요소의 타이바가 연결된 부위에 고정된 상기 제3링크와 연결되고, 그 타단은 제3스위블요소의 타이바와 상기 제4스위블요소의 타이바가 연결된 부위에 고정된 상기 제3링크와 연결될 수 있게 일체형으로 연장 형성되며,
   상기 제1링크는, 상기 제1모터의 출력축에 고정된 제1링크 스윙부와, 상기 제1링크 스윙부의 단부에 연결되는 제1링크 종동부 및, 그 일단이 상기 제1링크 종동부에 연결되고 그 타단은 상기 제2링크에 고정된 제1고정부재를 포함하는, 멀티 로터 비행체.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 제2틸팅작동부는,
   상기 제1틸팅축을 중심으로 상기 고정프레임을 선회시키기 위한 토크를 전달할 수 있게 상기 고정프레임에 양 단에 연결된 한 쌍의 토크전달부재;
   그 양단이 상기 한 쌍의 토크전달부재에 연결되고, 축방향으로 이동되며 상기 토크전달부재에 힘을 전달할 수 있게 형성된 요크부재;
   상기 요크부재로부터 연장되며, 축방향으로 이동될 수 있게 형성된 이동바;
   그 일단은 상기 이동바에 고정되고, 그 타단은 상기 타이바에 구속되어 슬라이드 될 수 있게 연결된 슬라이드바; 및
   상기 제2모터에 의해 상기 슬라이드바를 이동시킬 수 있게 형성된 작동링크를 포함하는, 멀티 로터 비행체.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 요크프레임 및 상기 요크부재는 ‘C’자 형태로 각각 형성되어 있으며, 상호 평행하게 배치된, 멀티 로터 비행체.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 요크프레임 및 상기 요크부재는 상기 제1로터 내지 제4로터를 각각 완전히 둘러쌀 수 있게 ‘O’자 형태로 각각 형성되어 있으며, 상호 평행하게 배치된, 멀티 로터 비행체.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 작동링크는,
   그 일단이 상기 제2모터의 출력축에 고정된 제2링크 스윙부;
   그 일단이 상기 제2링크 스윙부의 타 단부에 연결된 제2링크종동부;
   그 일단이 상기 제2링크종동부에 연결된 제2고정부재; 및
   그 일 부위에 상기 제2고정부재가 고정되며, 그 단부가 상기 슬라이드바를 슬라이드시킬 수 있는 방향으로 힘을 가할 수 있게 형성된 연장형 작동바를 포함하는, 멀티 로터 비행체.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 작동바의 단부에 상기 슬라이드바를 둘러쌀 수 있는 형태로 형성된 제1커플러를 더 포함하는, 멀티 로터 비행체.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 연장형 작동바는 그 일단이 상기 제1스위블요소의 타이바와 상기 제2스위블요소의 타이바가 연결된 부위에 회전가능하게 지지되고 그 타단이 제3스위블요소의 타이바와 상기 제4스위블요소의 타이바가 연결된 부위에 회전가능하게 지지되도록 일체형으로 연장 형성되며,
    상기 연장형 작동바의 양단은 제4링크가 연결되고,
    상기 제4링크의 단부에는 제5링크가 연결되며,
    상기 제5링크의 단부에는 상기 슬라이드바를 둘러쌀 수 있는 형태로 형성된 제2커플러가 구비된, 멀티 로터 비행체.
    
11. 제2항에 있어서,
    상기 제1틸팅작동부는,
    그 일단이 상기 제1모터의 출력축에 연결된 벨트요소;
    상기 벨트요소의 타단에 연결된 제1기어요소; 및
    상기 제1기어요소에 연결되어 상기 타이바를 선회시킬 수 있게 형성된 제2기어요소를 포함하는. 멀티 로터 비행체.
    
12. 제5항에 있어서,
    상기 작동링크는,
    그 일단이 상기 제2모터의 출력축에 연결된 제3기어요소;
    상기 제3기어요소에 의해 회전되며 상기 타이바에 연장되는 연장샤프트;
    상기 연장샤프트의 단부에 구비되는 제4기어요소; 및
    상기 제4기어요소에 의해 종동되며 상기 슬라이드바를 이동시킬 수 있게 구성된 제5기어요소를 포함하는, 멀티 로터 비행체.
    
    

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