KR101740130B1 - 형상의 재구성이 가능한 드론 - Google Patents

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Abstract

제1 실시예는 형상의 재구성이 가능한 드론에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 육방으로 추력을 가할 수 있는 직육면체 형상의 몸체를 가지는 단위모듈드론을 구성함으로써, 드론의 회전운동 없이 수평으로 비행이 가능할 뿐만 아니라, 상기 단위모듈드론간의 결합으로 형성되는 조립체드론을 형성할 수 있으므로, 단독 비행 또는 다양한 형상으로 비행 가능한 형상의 재구성이 가능한 드론에 관한 것이다.

Description

형상의 재구성이 가능한 드론{RECONFIGURABLE SHAPED DRONE}
형상의 재구성이 가능한 드론이 개시되며, 더욱 상세하게는 육방으로 추력을 가할 수 있는 직육면체 형상의 몸체를 가지는 단위모듈드론을 구성함으로써, 드론의 회전운동 없이 수평으로 비행이 가능할 뿐만 아니라, 상기 단위모듈드론간의 결합으로 형성되는 조립체드론을 형성할 수 있으므로, 단독 비행 또는 다양한 형상으로 비행 가능한 형상의 재구성이 가능한 드론이 개시된다.
또한, 육방(六方)면 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있는 형상의 단위모듈드론으로 구성될 수 있는 드론이 개시된다.
군수산업에서 시작된 드론(drone)은 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체를 말하며, 최근에는 상기 드론을 이용하여 군사적, 상업적으로 널리 이용되고 있으며 이에 대한 연구 또한 활발히 진행되고 있다.
특히, 카메라와 센서 등을 이용하여 탁월한 감지능력과 신속한 이동성을 갖춘 드론은 운송, 보안, 감시, 관측 등 여러 분야에서 활용되고 있는 추세이다.
상기의 예로 미국의 쇼핑몰 업체에서는 드론을 이용하여 물류 배송 시스템 구축을 계획하고 있으며, 이에 대한 홍보가 이루어지고 있다.
상기 드론은 고정익, 회전익, 복합형 등 사용목적에 맞게 다양한 형태로 이루어진다.
상기 고정익은 일반 항공기와 같이 고정익 날개에서 발생하는 양력을 이용하여 비행을 하는 드론으로서, 이는 미국 공개특허공보 제2012-0061508호(Device for Firing Weapons from an Armed Drone, 2012.03.15.)에 제시되었으며, 도 1에 참조 하였다.
상기 회전익은 도 2에 도시된 바와 같이, 회전하는 날개에서 발생하는 힘을 이용하여 비행하며, 상기 복합형은 상기 고정익과 회전익의 원리를 이용하는 틸트-로터형(tilt-rotor) 무인기(드론) 등을 말한다.
그러나 도 1 내지 도 2에 도시된 드론 및 일반적인 드론은 비행 중에 있을 방향의 변경 시, 추진장치의 제어를 통해 진행하고자 하는 방향으로 이동하기 위해 속도를 높이는 경우에는 몸체 일부를 기울여 이동하는 문제점이 있다.
즉, 일반적인 드론은 목적지를 향해 몸체의 방향을 기울이는 롤링(rolling), 피칭(pitching, 종횡동요운동), 요잉(yawing) 등의 운동을 하게 되는데, 이는 상기 드론의 몸체에 탑재된 화물이 기울어져 파손 또는 분실될 우려가 있을 뿐만 아니라, 상기 드론의 무게중심의 변화로 인한 비행제어불가상황이 닥칠 수 있는 문제점이 있다.
아울러, 종래의 드론은 탑재되는 탑재물 및 운반하고자 하는 화물의 무게에 따라 그 무게를 감당하여 비행할 수 있는 추진체가 형성된 드론을 따로 형성해야 하는 문제점이 있다.
즉, 종래의 드론은 사용목적 또는 운반하고자 하는 화물의 무게에 따라 다양한 종류 및 형태의 드론을 형성하게 되는데, 이는 사용범위에 한계가 있는 문제점이 있어 드론의 활용측면에 있어 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
일 실시예에 따른 목적은 프레임으로 구성된 직육면체의 형상을 가지는 단위모듈드론을 형성하되, 육방(六方)면에 형성되어 각각 육방으로 추력을 발생시키는 추진부를 형성함으로써, 육방으로 수평 이동할 수 있으므로 드론의 이동에 의한 롤링, 피칭, 요잉 등의 회전운동이 발생하지 않아 탑재물 또는 화물의 무게가 한쪽으로 쏠리는 현상을 억제할 수 있는 형상의 재구성이 가능한 드론을 제공하는 것이다.
추력을 발생시키는 추진부를 형성하여 육방으로 수평 이동할 수 있으므로, 상기 단위모듈드론이 단독으로 운행 가능할 뿐만 아니라, 상기 드론들이 다수 결합된 조립체드론으로도 육방으로 수평이동 가능한 형상의 재구성이 가능한 드론을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 육방(六方)면 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있는 형상의 단위모듈드론으로 구성될 수 있는 드론을 제공하기 위한 것이다.
따라서, 상 측면을 기준으로 측면들이 상 측면과 동일 평면을 형성하도록 펼쳐진 경우 복수의 면에 구비된 추진부가 동일한 방향으로 추력을 발생시켜 기존보다 강력한 추력을 발생시킬 수 있다. 이로써, 보다 안정적인 자세 제어가 가능하고, 기존에 비해 상대적으로 무거운 짐을 탑재하고도 비행이 가능한 드론을 제공하기 위함이다.
제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론은, 프레임으로 구성된 직육면체 형상을 가지는 몸체와, 상기 몸체 내부 일 측에 형성되어 비행을 제어하는 제어부와, 상기 제어부와 연결되어 육방(六方)면에 형성되되, 각각 육방으로 추력을 발생 시키는 추진부와, 상기 제어부 일 측에 형성되며, 상기 제어부의 제어를 통해 상기 추진부로 동력을 공급하는 동력부와, 상기 몸체들간의 결합을 위해 상기 몸체 외측면에 형성되는 결합부를 포함하는 단위모듈드론;을 포함하며, 상기 결합부에 의해 상기 단위모듈드론들이 결합된 형상의 조립체드론;으로 구성 가능한 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 단위모듈드론은 상기 몸체 일 측에 형성되는 지면접촉센서를 이용하여 방향 축을 설정하는 방향 축 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위모듈드론은 상기 몸체 타 측에 형성되는 관성센서를 이용하여 상기 몸체의 위치방향을 설정하는 몸체방향설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 추진부는 프로펠러 방식인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 추진부는 동일 축으로 이루어지는 한 쌍의 상기 추진부의 프로 펠러 피치(propeller pitch)는 반대인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추진부는 이중 반전 프로펠러(Contra-Rotating Propeller)인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 추진부는 추력방향제어장치(thrust vector control device)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 단위모듈드론은 상기 프레임 일 측에 화물과 연결되는 화물연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위모듈드론은 상기 몸체에 촬영을 위한 카메라가 구비되는 촬영부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 몸체는 덕트(duct) 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제2 실시예에 따른 재구성이 가능한 드론은, 프레임으로 구성된 육면체 형상을 가지는 몸체, 상기 몸체의 육방(六方)면에 형성되되 각각 육방으로 추력을 발생시키는 추진부 및 상기 프레임으로부터 연장되어 고정되고, 상기 추진부로 동력을 공급하는 동력부를 포함하고, 상기 육방(六方)면 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있는 형상의 단위모듈드론으로 구성 될 수 있다.
상기 육방(六方)면 중 일 면의 이웃하는 면들은 상기 일 면과 동일한 평면을 형성하도록 펼쳐질 수 있다.
여기서, 상기 육방(六方)면 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있도록 하는 엑츄에이터, 베벨기어 또는 웜기어를 구비하는 할 수 있다.
또한, 상기 몸체들간의 결합을 위해 상기 몸체 외측면에 형성되는 결합부를 더 포함할 수 있고, 상기 결합부에 의해 상기 몸체들간의 결합으로 형성된 조립체드론의 결합되는 면을 제외한 나머지 면들 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있다.
형상의 재구성이 가능한 드론은 프레임으로 구성된 직육면체의 형상을 가지는 몸체를 형성하되, 육방(六方)면에 형성되어 각각 육방으로 추력을 발생시키는 추진부를 형성함으로써, 육방으로 수평 이동할 수 있으므로 드론의 이동에 의한 롤링, 피칭, 요잉 등의 회전운동이 발생하지 않아 탑재물 또는 화물의 무게가 한쪽으로 쏠리는 현상을 억제할 수 있는 장점이 있다.
특히, 형상의 재구성이 가능한 드론은 육방으로 수평 이동할 수 있으므로 드론의 이동에 의한 롤링, 피칭, 요잉 등의 회전운동이 발생하지 않아 회전운동에 의한 드론의 제어불가상황을 억제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 형상의 재구성이 가능한 드론은 육방으로 수평 이동할수 있으므로 드론이 이동하고자 하는 위치로 정확하게 도달할 수 있는 장점이 있다.
또, 형상의 재구성이 가능한 드론은 육방으로 수평 이동할 수 있으므로, 단독으로 구성되는 단위모듈드론이 단독으로 수평 이동하여 운행 가능할 뿐만 아니라, 상기 단위모듈드론들이 다수 결합된 형상인 조립체드론으로도 육방으로 수평 이동하여 운행 가능함으로써, 사용자로 하여금 원하는 형상의 드론을 다양한 형상으로 간편하게 구현할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 형상의 재구성이 가능한 드론은 형상의 구성이 자유로워 작업자가 원하는 형상 또는 화물의 무게를 지탱할 수 있는 드론을 구성할 수 있음으로써, 이동시키고자 하는 화물의 크기 또는 목적에 맞게 드론의 형상을 자유롭게 구성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 형상의 재구성이 가능한 드론은 하나의 단위모듈드론을 단독으로 구성하거나 결합하여 구성할 수 있으므로 대량으로 단위모듈드론을 생산할 수 있음으로써, 경제적으로 효율적인 장점이 있다.
형상의 재구성이 가능한 드론은 육방(六方)면 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있는 형상의 단위모듈드론으로 구성되어, 상면을 기준으로 측면들이 상면과 동일 평면을 형성하도록 펼쳐진 경우 복수의 면에 구비된 추진부가 동일한 방향으로 추력을 발생시켜 기존보다 강력한 추력을 발생시킬 수 있다. 이로써, 보다 안정적인 자세 제어가 가능하고, 기존에 비해 상대적으로 무거운 짐을 탑재하고도 비행이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 드론을 나타낸다
도 2는 종래의 일반적인 드론의 회전운동을 나타낸다.
도 3은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론을 나타낸다.
도 4는 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론을 나타낸다.
도 5는 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 조립체드론을 나타낸다.
도 6은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 추진부를 실시하기 위한 실시예를 나타낸다.
도 7은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 추진부를 실시하기 위한 실시예를 나타낸 또 다른 도면이다.
도 8은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론의 화물 연결부를 나타낸다.
도 9은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 조립체드론을 나타낸 또 다른 도면이다.
도 10은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 형상 실시예를 나타낸다.
도11은 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펼쳐지거나 접어질 수 있는 단위모듈드론의 실시예를 나타낸다.
도12는 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펴진 상태를 나타낸다.
도13은 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 상기 일 면과 동일 평면을 형성하는 상태를 나타낸다.
도14는 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펴지거나 접어질 수 있는 범위를 나타낸다.
도15는 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 측면 접이 방식을 실시하기 위한 실시예를 나타낸다.
도16은 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 조립체드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펼쳐지거나 접어질 수 있는 실시예를 나타낸다.
도17은 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 조립체드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펼쳐지거나 접어질 수 있는 실시예를 나타낸 또 다른 도면이다.
이하, 상기한 바와 같은 특징을 가지는 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의
방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 제1 실시예의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 제1 실시예의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 제1 실시예의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 종래의 일반적인 드론을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 일반적인 드론의 회전운동을 나타낸 도면이며, 도 3은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론을 나타낸 도면이고, 도 4는 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론을 나타낸 또 다른 도면이며, 도 5는 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 조립체드론을 나타낸 도면이고, 도 6은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 추진부를 실시하기 위한 실시예를 나타낸 도면이며, 도 7은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 추진부를 실시하기 위한 실시예를 나타낸 또 다른 도면이고, 도 8은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론의 화물연결부를 나타낸 도면이며, 도 9은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 조립체드론을 나타낸 또 다른 도면이고, 도 10은 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 형상 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론은 단독으로 비행 가능한 단위모듈드론(100)과 상기 단위모듈드론(100)들을서로 결합하여 형성되는 조립체드론(1000)으로 구성할 수 있다.
즉, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단위모듈드론(100)은 단독으로 비행 가능하도록 비행에 필요한 구성을 포함하며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 단위모듈드론(100) 하나로 수행할 수 없거나, 다른 목적에 이용 시에는 상기 단위모듈드론(100)들을 원하는 형상을 결합시켜 조립체드론(1000)을 형성함으로써, 목적 및 장소에 따라 다양한 구성으로 이용할 수 있다.
상기 단위모듈드론(100)은 크게 몸체(110), 제어부(120), 추진부(130), 동력부(140)를 포함하며, 상기 몸체(110)는 프레임으로 구성된 직육면체의 형상을 가진다.
특히, 상기 단위모듈드론(100)들을 결합하여 상기 조립체드론(1000)으로 구성하기 위해서는 직육면체 중에서도 정육면체 형상으로 형성되는 것이 권장되지만, 정육면체로 한정하지는 않는다.
상기 제어부(120)는 컴퓨터 등의 제어장치로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 몸체(110) 내부 일측에 형성된다.
상기 제어부(120)는 드론의 비행을 제어하거나 알고리즘을 관장하며, 상기 몸체(110)의 중앙에 형성되는 것이 권장되나, 상기 프레임 내 측면에도 형성 가능하다.
상기 추진부(130)는 상기 제어부(120)와 연결되어 형성되되, 육방(六方)면으로 형성된다.
즉. 상하, 좌우, 전후 방향으로 6개로 형성되는 것이 권장되는데, 상기 추진부(130)는 형성된 육방으로 추력을 발생시켜 상기 단위모듈드론(100)의 동작(비행, 이/착륙)을 수행하게 한다.
다시 말해, 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론(100)은 한 측 또는 양 측 정도로만 추력을 발생시키는 추진장치를 가지는 종래의 일반적인 드론과는 달리 육 방면으로 모두 추력을 발생시키는 추진부(130)를 포함함으로써, 육방 어디든 수평 이동 가능하므로 상기 단위모듈드론(100)에 탑재된 탑재물 또는 결속되어 있는 화물이 진행하고자 하는 방향으로 기울어지거나 무게중심이 한 쪽으로 몰리지 않는 장점이 있다.
아울러, 육방 어디든 수평이동 가능하므로 종래의 드론에 비해 원하고자 하는 위치 및 이/착륙하고자 하는 장소로 정확하게 이동할 수 있는 장점이 있다.
즉, 종래의 드론과는 달리 드론의 몸체(110)가 이동하고자 하는 방향으로 이동하기 위해서는 롤링(rolling), 피칭(pitching), 요잉(yawing) 등의 회전운동이
필요하지 않고, 수평으로 이동 가능하므로 제어가 쉬울 뿐만 아니라, 수평 이동에서 파생되는 안전한 이동에 의해 음식물 또는 위험한 화약류 등의 이송에도 종래의 드론보다 안전하게 운송할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 상기 추진부(130)는 드론에 널리 이용되는 프로펠러의 회전에 의해 발생되는 추력을 이용하는 프로펠러방식이 권장되지만, 상기 프로펠러방식 외에 제트엔진 등 다양한 추진부(130)의 실시예가 가능하므로, 상기 프로펠러방식에 한정하지 않는다.
상기 동력부(140)는 상기 제어부(120) 일측에 형성되며, 상기 제어부(120)와 상기 추진부(130) 사이에 형성되어 상기 제어부(120)의 제어에 의해 상기 추진부(130)로 동력을 공급한다.
상기 결합부(150)는 상기 단위모듈들간의 결합을 통해 원하고자 하는 형상으로 조립하여 조립체드론(1000)으로 형성하기 위한 것으로서, 상기 결합부(150)는 조립체들 간의 긴밀한 결합을 위해 상기 몸체(110) 외 측면 특히, 프레임 외측면에 형성되는 것이 권장된다.
상기 조립체드론(1000)은 상기 단위모듈드론들이 자석에 의한 부착 및 볼트에 의한 결합 등 다양한 결합의 형태가 가능하며, 상기 단위모듈드론(100)들이 자석에 의해 부착되기 위해서는 상기 결합부(150)는 자석으로 형성될 수 있으며, 상기 볼트에 의한 결합을 위해서는 볼트와 너트의 나사결합을 위한 중공 또는 미리 구비되는 볼트로 형성될 수 있으므로 상기 단위모듈들이 결합하기 위한 결합부(150)의 종류에는 한정하지 않고 다양한 실시예가 가능하다.
상기 단위모듈드론(100)은 일반적인 비행체처럼 앞뒤방향, 좌우방향이 따로 정해져 있지 않으며, 육방으로 이동 가능하므로 방향축의 기준과 상기 단위모듈드론(100)의 위치방향을 설정해야 안전하고 정확하게 비행 할 수 있으므로, 제1 실시예에 따른 상기 단위모듈드론(100)은 방향축설정부(160)와 몸체방향설정부(170)를 포함할 수 있다.
상기 방향축설정부(160)는 상기 몸체(110) 일 측에 형성되는 지면접촉센서를 이용하며, 상기 지면접촉센서는 상기 몸체(110)에 하나 내지 다수 구비된다.
즉, 지면에 닿아있는 상기 지면접촉센서를 통해 방향축(x-y-z축)을 새로 설정하고, 새로이 설정된 방향축을 바탕으로 한 상기 제어부(120)의 제어로 인해 상기 단위모듈드론(100) 또는 조립체드론(1000)을 비행하게 한다.
다시 말해, 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론(100)은 상기에 기재된 바와 같이, 이동에 의한 기준이 없고 육방 어디든 수평 이동 가능하므로 방향축을 미리 정해놓아 이를 기준으로 비행하는 기존의 비행체 또는 드론과는 달리, 방향축을 미리 설정하지 않고, 지면에 맞닿는 부분을 기준으로 방향축을 새로 설정함으로써, 동작자 또는 제어부(120)로 하여금 드론에 대한 쉬운 비행 제어를 하게끔 하는 장점이 있다.
상기 몸체방향설정부(170)는 상기 몸체(110) 타 측에 형성되는 관성센서를 이용하여 상기 몸체(110)의 위치방향을 설정한다.
즉, 제1 실시예에 따른 단위모듈드론(100)은 상하, 앞뒤, 전후 방향의 정립되어 있지 않으므로, 관성센서로부터 얻어지는 정보와 상기 방향축설정부(160)로부터 얻어진 방향축정보를 이용하게 함으로써, 상기 제어부(120)로 하여금 상기 단위모듈드론(100)의 위치방향을 설정한다.
즉, 육방 중 어떤 방향이 상하, 전후, 좌우 방향인지를 계산하며, 이 또한
상기 방향축설정부(160)와 같이 동작자 또는 제어부(120)로 하여금 드론에 대한 쉬
운 비행 제어를 하게끔 하는 장점이 있다.
아울러, 상기 몸체방향설정부(170)의 관성센서는 3축(x-y-z축)이 함께 합쳐진 복합형 센서일 수 있으며, 1축의 센서를 분리하여 육면의 프레임에 삽입하여 운용할 수 있으므로 상기 관성센서 위치는 한정하지 않는다.
제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론(100)은 상기 몸체(110) 타 측에 촬영을 위한 카메라가 구비되는 촬영부(180)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 촬영부(180)는 제어자로 하여금 드론의 제어가 쉽도록 도와주는 역할을 하며, 지도정보 및 정보관측을 위한 촬영도 수행할 수 있다.
군사적으로는 감시 및 정찰임무를 수행하게 할 수 있으며, 상기 촬영부(180)는 목적에 따라 1개 내지 몸체(110) 육면으로 모두 구비 가능하므로 상기 촬영부(180)의 구비 수는 한정하지 않는다.
도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론은 상기에 기재된 바와 같이, 프로펠러의 회전에 의해 추력을 발생시키는 프로펠러 방식이 권장된다.
그러나 프로펠러 방식은 프로펠러가 회전하게 그에 상응하는 토크(torque)가 발생하게 되며, 상기 토크가 발생하게 되면 몸체(110)가 작용과 반작용의 법칙으로 인해 프로펠러의 회전방향의 반대방향으로 회전하게 되는 문제점이 있어 드론의 직진성을 높이기 위해서는 상기 토크를 상쇄시켜야 한다.
즉, 토크를 상쇄시키기 위한 반토크(anti-torque) 제어를 수행해야 하며, 이를 위하여 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 추진부(130)는 3가지 실시예를 이용하여 상기의 문제를 해결할 수 있다.
<추진부(130)의 실시예 1>
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 추진부(130)는 동일한 축으로 이루어지는 한 쌍의 상기 추진부(130)를 서로 반대로 돌려 토크를 상쇄시킬 수 있다.
이는 동일한 축으로 이루어지는 한 쌍의 프로펠러 피치(propeller pitch)를 반대로 하여 추력 방향과 추력량의 양을 제어할 수 있으며, 이 때, 가변피치프로펠러 등이 이용될 수 있으나, 한정하지 않는다.
<추진부(130)의 실시예 2>
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 추진부(130)는 이중 반전 프로펠러(동축 반전 프로펠러, contra-rotating propeller)로 형성될 수 있다.
상기 이중 반전 프로펠러는 내측과 외측으로 나뉘어 역회전 시켜 각각의 축단의 전후에 나란히 배치한 2개의 프로펠러를 지칭한다.
즉, 내측와 외측의 프로펠러가 반대방향으로 회전함으로써, 토크를 상쇄시켜 직진성 및 운동성을 증대시킬 수 있다.
<추진부(130)의 실시예 3>
아울러, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 추진부(130)는 추력방향제어장치(thrust vector control device)(131)를 포함하여 형성할 수 있다.
상기 추력방향제어장치(131)에는 추력 베인(vane) 등을 이용할 수 있으며, 이는 추력의 방향을 변형시켜 피칭 모멘트를 발생시키는 방법으로 노즐 충격파를 변화시켜 추력을 제어하는 방법, 회전 노즐에 의한 추력제어 방법 및 노즐에 전향판을 위치시켜 추력방향을 제어하는 방법이 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 단위모듈드론(100)은 상기 프레임 일 측에 화물과 연결되는 화물연결부(190)를 더 포함할 수 있다.
화물연결부(190)는 걸쇠형태, 리프팅 형식 등 다양한 실시예가 가능하며, 상기 화물과 고정하여 운송할 수 있는 장치라면 화물연결부(190)의 종류에 한정하지않는다.
도9는 상기 단위모듈드론(100)이 서로 결합된 조립체드론(1000)이 화물연결부(190)와 연결된 화물을 운송하는 것을 나타낸 도면이다.
제1 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론은 예를 들어 상기 단위모듈드론(100)이 1kg의 무게를 운송할 수 있는 추력을 가지고 있다면, 도 9에 도시된 바와 같이 n개의 단위모듈드론(100)이 결합된 조립체드론(1000)으로 재구성 가능함으로써, 1kg*n의 무게를 운송할 수 있으므로 운송하고자 하는 화물의 무게에 따라 다양하게 결합하여 운송할 수 있는 장점이 있다.
도10에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 단위모듈드론(100)의 몸체(110)는 프레임으로만 이루어지지 않고 덕트(duct) 형상으로 이루어질 수 있다.
덕트는 유체를 이동시키기 위해 금속판으로 사각형이나 원형으로 형성된 공기 통로로서, 상기 덕트는 일정하게 형성되는 금속판으로 인해 구성품을 몸체(110) 내부에 삽입(탑재)할 수 있게 할 뿐만 아니라, 공기역학적으로 효율을 향상시키는 장점이 있다.
도11은 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펼쳐지거나 접어질 수 있는 단위모듈드론의 실시예를 나타내고, 도12는 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펴진 상태를 나타내고, 도13은 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 상기 일 면과 동일 평면을 형성하는 상태를 나타내며, 도14는 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펴지거나 접어질 수 있는 범위를 나타내고, 도15는 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 측면 접이 방식을 실시하기 위한 실시예를 나타내고, 도16은 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 조립체드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펼쳐지거나 접어질 수 있는 실시예를 나타내고, 도17은 제2 실시예에 따른 형상의 재구성이 가능한 드론의 조립체드론의 일 면을 기준으로 이웃하는 면들이 펼쳐지거나 접어질 수 있는 실시예를 나타낸 또 다른 도면이다.
도11내지 13을 참조하면, 제2 실시예에 따른 재구성이 가능한 드론은, 프레임으로 구성된 육면체 형상을 가지는 몸체(210), 상기 몸체(210)의 육방(六方)면(240)에 형성되되 각각 육방으로 추력을 발생시키는 추진부(220) 및 상기 프레임으로부터 연장되어 고정되고, 상기 추진부(220)로 동력을 공급하는 동력부(230)를 포함하고, 상기 육방(六方)면(240) 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있는 형상의 단위모듈드론(200)으로 구성 될 수 있다.
이하에서는, 설명의 간략화를 위해, 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. 따라서, 제1 실시예와 차이점을 가지는 제2 실시예에 따른 드론의 구성요소에 대해 상세히 설명하기로 한다.
상기 육방(六方)면(240) 중 일 면의 이웃하는 면들은 도11의 화살표(A) 방향과 같이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐질 수 있다. 즉, 상기 기준이 되는 일 면을 형성하는 프레임을 축으로, 상기 기준이 되는 일 면에 이웃하는 면들은 펼쳐지고 접어지는 것이 가능하다.
이 때, 상기 육방(六方)면(240) 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 기준이 되는 일 면과 동일 평면을 형성할 수 있도록 90ㅀ의 범위로 펼쳐진다면, 단위모듈드론(200)이 비행을 할 때 육방(六方)면(240) 중 다섯 개의 면들이 동일한 평면을 형성할 수 있다.
따라서, 다섯 면의 추진부(220)가 동일한 방향으로 추력을 발생시켜 기존보다 5배에 해당하는 추력을 발생시킬 수 있다. 또한, 기존의 쿼드콥터에 사용하는 비행제어 알고리즘을 이용할 수 있고, 고속 운용이 가능하다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 다섯 개의 면 이외에 나머지 하나의 면도 일 면을 기준으로 펼쳐져 여섯 개의 면 모두가 동일 평면을 형성할 수 도 있다. 또한, 육방(六方)면(240) 중 비행하면서 불필요한 면은 다시 접음으로써 에너지 절약도 가능하다.
도14를 참조하면, 측면은 각도에 제한을 두지 않고 펼쳐지고 접어질 수 있다. 상기 측면 접이부(250)에 의하여 원하는 각도에서 고정되어 펼쳐지거나 접어진 상태를 유지할 수 있다. 즉, 상기 설명한 바와 같이, 육방(六方)면(240) 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면과 동일한 평면을 형성하도록 펼쳐질 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 상기 기준이 되는 면과 비스듬하게 또는 직각을 이루도록 펼쳐지거나 접어질 수 도 있다.
도15를 참조하면, 드론은 육방(六方)면(240) 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있도록 하는 측면 접이부(250)를 포함할 수 있다. 상기 측면 접이부(250)에는 엑츄에이터, 베벨기어, 웜기어 등이 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 날개를 펼치듯 측면을 펼칠 수 있는 모든 방법이 사용될 수 있다.
도16 및 17을 참조하면, 드론은 몸체(210)들간의 결합을 위해 상기 몸체(210) 외측면에 형성되는 결합부(미도시)를 더 포함할 수 있고, 상기 결합부에 의해 단위모듈드론(200)의 몸체(210)들간 결합으로 조립체드론(2000)이 형성될 수 있다.
상기 조립체드론(2000)의 결합되는 면을 제외한 나머지 면들 중 일 면의 이웃하는 면들은 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있다. 이 때, 단위모듈드론(200)간의 결합으로 연결되는 면은 접어져 연결이 가능하다.
두 개의 단위모듈드론(200)이 결합되어 형성된 조립체드론(2000)의 경우, 측면들이 상부 면들을 기준으로 동일 평면을 형성하도록 펼쳐진 경우 여덟 면의 추진부가 동일한 방향으로 추력을 발생시켜 기존보다 4배에 해당하는 추력을 발생시킬 수 있다. 이로써, 보다 안정적인 자세 제어가 가능하고, 기존에 비해 상대적으로 무거운 짐을 탑재하고도 비행이 가능하다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 더 많은 수의 단위모듈드론(200)이 연결될 수 있다. 또한, 더 많은 수의 면들이 펼쳐져 동일 평면을 형성할 수 있고, 그에 따라, 더 강력한 추력을 동일한 방향으로 발생시킬 수 있다.
이상과 같이, 제1 실시예 및 제2 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 제1 실시예 및 제2 실시예는 이것에 의해 한정되지 않으며 제1 실시예 및 제2 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 제1 실시예 및 제2 실시예의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
1000 : 조립체드론
100 : 단위모듈드론
110 : 몸체
120 : 제어부
130 : 추진부
131 : 추력방향제어장치
140 : 동력부
150 : 결합부
160 : 방향축설정부
170 : 몸체방향설정부
180 : 촬영부
190 : 화물연결부
2000 : 조립체드론
200 : 단위모듈드론
210 : 몸체
220 : 추진부
230 : 동력부
240 : 육방면
250 : 접이부

Claims (16)

  1. 프레임으로 구성된 육면체 형상을 가지는 몸체;
    상기 몸체의 육방(六方)면에 형성되되, 각각 육방으로 추력을 발생시키는 추진부;
    상기 프레임으로부터 연장되어 고정되고, 상기 추진부로 동력을 공급하는 동력부; 및
    상기 육방(六方)면 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 원하는 각도에서 고정되어 펼쳐지거나 접어진 상태를 유지할 수 있도록 하는 측면 접이부;
    를 포함하고,
    상기 육방(六方)면 중 일 면의 이웃하는 면들이, 상기 일 면을 기준으로 동일한 평면을 형성하도록 펼쳐지거나 상기 일 면을 기준으로 비스듬하게 또는 직각을 이루도록 접어질 수 있는 형상의 단위모듈드론;으로 구성 될 수 있는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측면 접이부는 엑츄에이터, 베벨기어 또는 웜기어로 형성될 수 있는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  3. 제1항에 있어서,
    몸체들간의 결합을 위해 상기 몸체 외측면에 형성되는 결합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 결합부에 의해 몸체들간의 결합으로 형성된 조립체드론의 결합되는 면을 제외한 나머지 면들 중 일 면의 이웃하는 면들이 상기 일 면을 기준으로 펼쳐지거나 접어질 수 있는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단위모듈드론은,
    상기 몸체 일 측에 형성되는 지면접촉센서를 이용하여 방향축을 설정하는 방향축설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단위모듈드론은
    상기 몸체 타 측에 형성되는 관성센서를 이용하여 상기 몸체의 위치방향을 설정하는 몸체방향설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 추진부는,
    프로펠러 방식인 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 추진부는,
    동일 축으로 이루어지는 한 쌍의 상기 추진부의 프로펠러 피치(propeller pitch)는 반대인 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 추진부는,
    이중 반전 프로펠러(Contra-Rotating Propeller)인 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 추진부는,
    추력방향제어장치(thrust vector control device)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단위모듈드론은
    상기 프레임 일 측에 화물과 연결되는 화물연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 단위모듈드론은,
    상기 몸체에 촬영을 위한 카메라가 구비되는 촬영부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는,
    덕트(duct) 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 형상의 재구성이 가능한 드론.
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