KR101825284B1 - 무인비행체용 방향전환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인비행체용 방향전환장치에 관한 것으로, 몸체; 구동수단; 회전수단; 연결수단; 및 방향전환수단; 을 포함하여, 무인비행체의 무게를 줄여 경제성 및 체공 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 무인비행체의 회전 관성력을 줄여 안정성 및 기동성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

무인비행체용 방향전환장치{APPARATUS OF CHANGE DIRECTION FOR UNMANNED AERIAL VEHICLE}

본 발명은 무인비행체용 방향전환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인비행체의 무게를 줄여 경제성 및 체공 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 무인비행체의 회전 관성력을 줄여 안정성 및 기동성을 향상시킬 수 있는 무인비행체용 방향전환장치에 관한 것이다.

최근 들어 항공 기술 및 통신 기술의 급격한 발전에 따라 탐사 및 정찰 등을 목적으로 하는 무인비행체(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

코안다 효과(Coanda effect)는 벽면이나 천장면에 접근하여 분출된 기류가 그 면에 빨려서 부착하여 흐르는 현상을 말하며, 이러한 코안다 효과를 비행체에 적용하면, 속력을 크게 높이지 않아도 충분한 양력을 발생시킬 수 있기 때문에, 비행체가 비행하기 위한 동력을 절감할 수 있는 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

이러한 이점에 착안하여 비행체의 외면에 코안다 면(Coanda surface)을 적용하여 무인비행체를 개발하려는 시도가 이루어지기도 하였다.

한편, 비행기나 로켓 등의 비행체가 올바른 비행을 하기 위해서는 올바른 자세가 확보되어야 하며, 이처럼 올바른 자세를 유지하기 위해서는 비행체의 무게중심을 지나 서로 직교하는 3축, 즉 피치축, 요(Yaw)축, 롤(Roll)축에 대한 자세가 제어되어야 한다.

그런데, 기존의 무인비행체의 경우 요축에 대한 자세를 제어하기 위해 무인비행체의 외측에 배치각도를 변경할 수 있는 회전방향조절날개(안티토크날개)가 사용되는데, 이러한 회전방향조절날개 각각마다 모터(서보모터)를 연결하여 구동하였다. 즉, 비행체 외측 4곳에 회전방향조절날개를 사용할 경우 모터 또한 4개를 사용한 것이다.

이처럼 모터의 개수가 많아지게 되면 기본적으로 무인비행체의 제작 및 유지비용이 상승하게 되고, 무인비행체의 무게가 증가하면서 모터 구동을 위해 소비되는 에너지 또한 증가하여 비행체의 체공 효율이 감소하게 된다.

또한, 모터의 구동력을 회전방향조절날개에 쉽게 전달하기 위해 모터를 무인비행체의 끝단에 위치시키게 되는데, 이는 회전관성력을 증가시켜 무인비행체의 기동성을 떨어뜨리는 문제가 있었다.

따라서, 전술한 바와 같은 문제점이 보완된 무인비행체의 필요성이 대두되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2003-0061364호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 무인비행체의 무게를 줄여 경제성 및 체공 효율을 향상시킬 수 있는 무인비행체용 방향전환장치를 제공함에 있다.

또, 무인비행체의 회전 관성력을 줄여 안정성 및 기동성을 향상시킬 수 있는 무인비행체용 방향전환장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 몸체; 상기 몸체 내에 설치되는 구동수단; 상기 구동수단의 구동력을 전달받아 회전되는 회전수단; 상기 회전수단에 연결되고, 다수가 서로 떨어져 위치하며, 상기 회전수단의 회전에 따라 동작되는 연결수단; 및 상기 몸체 외면에 배치되고, 상기 연결수단에 연결되어 상기 연결수단의 동작에 따라 회전되어 상기 몸체의 회전방향을 조절하는 다수의 방향전환수단; 을 포함하는 무인비행체용 방향전환장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 회전수단은 한 쌍의 막대가 서로 직교하는 열십자 형상을 이루고, 상기 연결수단은, 각각 상기 회전수단을 이루는 한 쌍의 막대 중 하나 또는 다른 하나의 한쪽말단과 다른쪽말단에 연결되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 연결수단은 와이어이고, 상기 몸체 내에는, 상기 연결수단이 내부에 위치하도록 감싸며, 상기 회전수단으로부터 상기 몸체의 둘레측으로 갈수록 점차 상호 간의 간격이 멀어지게 설치되는 한 쌍의 파이프가 더 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 방향전환수단은, 상기 연결수단 중 상기 한 쌍의 파이프 사이에 위치하는 부분에 장착되며, 일부가 상기 몸체 외부로 돌출되는 링크; 상기 링크와 상기 몸체 사이에 배치되어 상기 링크가 관통되고, 상기 링크를 지지하는 지지체; 및 상기 몸체 외면에 배치되고, 상기 링크에 연결되며, 상기 연결수단의 동작에 의한 상기 링크의 회전에 따라 동작하여 배치각도가 조절되는 회전방향조절날개; 를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 연결수단은 와이어이고, 상기 몸체 내에는, 상기 방향전환수단을 중심으로 양측에 배치되고, 상기 연결수단이 걸림되어 상기 연결수단이 상기 회전수단으로부터 상기 몸체의 둘레측으로 갈수록 점차 간격이 멀어지게 하는 걸림돌기가 더 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 방향전환수단은, 상기 연결수단 중 상기 걸림돌기 사이에 위치하는 부분에 장착되며, 일부가 상기 몸체 외부로 돌출되는 링크; 상기 링크와 상기 몸체 사이에 배치되어 상기 링크가 관통되고, 상기 링크를 지지하는 지지체; 및 상기 몸체 외면에 배치되고, 상기 링크에 연결되며, 상기 연결수단의 동작에 의한 상기 링크의 회전에 따라 동작하여 배치각도가 조절되는 회전방향조절날개; 를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 링크는, 상기 연결수단에 장착되는 장착부; 및 상기 장착부의 말단에서 휘어져 상기 몸체 외부로 돌출되며, 상기 회전방향조절날개에 연결되는 꺾임부; 를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 몸체에는, 공기 흐름을 생성하는 공기흐름생성부가 더 포함되고, 상기 몸체의 외면은, 상기 공기흐름생성부에 의해 생성된 공기 흐름에 코안다 효과(Coanda effect)가 발생되도록 하는 코안다 면(Coanda surface)이 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 무인비행체의 무게를 줄여 경제성 및 체공 효율을 향상시킬 수 있는 무인비행체용 방향전환장치가 제공된다.

또, 무인비행체의 회전 관성력을 줄여 안정성 및 기동성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치가 적용된 무인비행체의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 무인비행체의 내부를 나타낸 사시도,
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치를 확대하여 나타낸 확대도 및 분해도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치를 확대하여 나타낸 확대도 및 분해도,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치의 동작을 나타낸 동작상태도,
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치가 적용된 무인비행체에서 공기흐름생성부의 동작 전 상태와 동작 후의 상태를 나타낸 동작상태도,
도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치가 적용된 무인비행체의 회전방향을 제어하는 동작을 나타낸 동작상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무인비행체용 방향전환장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치가 적용된 무인비행체의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 무인비행체의 내부를 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치를 확대하여 나타낸 확대도 및 분해도이다. 여기서, 도 2 내지 도 4에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 커버를 생략하여 도시하였다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치는 크게 몸체(100)와 구동수단(200), 회전수단(300), 연결수단(400) 및 방향전환수단(500)을 포함하여 구성된다.

몸체(100)는 프레임(110)과 커버(120)를 포함하여 구성되고, 특히 프레임(110)에는 구동수단(200)이 유동하지 않도록 설치된다.

프레임(110)은 무인비행체의 틀이 되는 부분으로, 크게 외곽프레임(112)과 기둥프레임(114), 그리고 연결프레임(116)으로 구성된다. 이 외에 외곽프레임(112)과 연결프레임(116)이나, 기둥프레임(114)과 연결프레임(116)을 연결하는 별도의 프레임이 포함될 수도 있다.

외곽프레임(112)은 무인비행체의 둘레면을 따라 배치되는 부분으로, 본 발명에서는 팔각 형상으로 형성되어 무인비행기 몸체(100)의 둘레가 팔각 형상으로 이루어지게 된다. 물론, 이러한 외곽프레임(112)의 형상은 무인비행체의 제작상황이나 사용하고자 하는 사용환경 등에 따라 원이나 육각 형상 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

기둥프레임(114)은 무인비행체의 중심부에 세워져 배치되며, 몸체(100)의 상측 중심부가 다른 부분보다 높게 형성될 수 있게 일정 높이를 갖는다. 기둥프레임(114)에는 하기에 서술하는 방향전환수단(500)이 동작하도록 구동력을 발생시키는 구동수단(200)이 유동하지 않도록 설치되며, 이 외에 공기흐름생성부(130)의 회전체를 회전시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동체(도시하지 않음)가 구동수단(200)과는 별도로 배치될 수 있다.

연결프레임(116)은 외곽프레임(112)과 기둥프레임(114)을 연결하는 부분이다. 여기서, 연결프레임(116)은 기둥프레임(114)으로부터 외곽프레임(112)까지 점차 높이가 낮아지면서 굴곡진 형상을 이루게 되며, 이러한 굴곡진 형상을 갖는 연결프레임(116)과 하기에 서술하는 커버(120)에 의해 몸체(100)에 코안다 면(Coanda surface)이 형성된다.

커버(120)는 프레임(110)을 덮어 마감하게 되는 부분으로, 특히 연결프레임(116)에 부착되면서 연결프레임(116)의 굴곡진 형상에 따라 코안다 효과(Coanda Effect)를 발생시킬 수 있는 코안다 면을 형성하게 된다.

커버(120)는 비닐 등의 합성수지나 천 등과 같이 무게가 가벼운 소재로 이루어질 수 있으며, 이러한 커버(120)가 연결프레임(116)에 부착되면서 연결프레임(116)과 연결프레임(116) 사이의 커버(120) 부분이 코안다 면이 되는 것이다. 이때, 연결프레임(116)의 형상을 통해 코안다 면이 형성되는 것이 아니라 커버(120) 자체에 코안다 면이 형성되는 경우 연결프레임(116)을 굴곡진 형상이 아닌 다른 형상으로 형성할 수도 있다.

그리고, 팔각 형상으로 이루어지는 몸체(100) 외측 8개의 면에는 하기에 서술하는 방향전환수단(500)과 기울기조정수단(600)이 서로 엇갈리는 순서로 배치된다. 여기서, 외곽프레임(112)에 의한 몸체(100)의 둘레 형상은 사용되는 외곽프레임(112) 형상에 따라 육각이나 사각 등 다양한 형상으로 구성할 수 있으며, 이처럼 몸체(100)의 둘레 형상이 변경되더라도 방향전환수단(500)과 기울기조정수단(600)은 서로 엇갈리는 순서로 배치된다.

한편, 몸체(100)의 상측에는 공기 흐름을 생성하는, 다시 말해서 양력을 발생시켜 무인비행체가 비행 가능하도록 하는 공기흐름생성부(130)가 마련되며, 이러한 공기흐름생성부(130)는 구동체(도시하지 않음)와 회전체를 포함하여 구성된다.

구동체는 몸체(100)의 내부, 특히 기둥프레임(114)에 고정되어 위치하며, 통상의 모터, 예를 들어 Brushless DC(BLDC) 모터가 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에서는 공기흐름생성부(130), 특히 구동체와 회전체가 하나씩만 사용되어 공기흐름생성부(130)가 몸체(100)의 상측 중심부에 위치하게 되나, 다수의 구동체와 다수의 회전체를 사용하는 경우 위치가 변경될 수 있다.

회전체는 구동체의 축에 연결되어 구동체로부터 구동력을 제공받아 회전하여 공기 흐름을 발생시키는 부분으로, 프로펠러 등이 사용될 수 있다.

이처럼 본 발명에서는 공기흐름생성부(130)의 회전체가 회전하면서 생성된 공기의 흐름이 커버(120)의 코안다 면을 통해 흐르도록 하여 코안다 효과를 발생시키게 된다. 여기서, 공기흐름생성부(130)를 통해 생성된 공기 흐름이 코안다 면으로 집중되도록 안내하는 안내부(140)를 사용하여 코안다 효과를 극대화시키는 것이 좋다.

이러한 안내부(140)는 몸체의 상측에 위치하는 공기흐름생성부(130)의 회전체가 회전되는 회전반경에서 떨어져 공기흐름생성부(130)의 회전체 주위를 감싸는 원통 형상의 하우징(142)과, 하우징(142)을 몸체(100) 외면의 코안다 면으로부터 떨어지게 하여 장착시키는 다수의 지지대(144)로 이루어진다. 이때, 지지대(144)는 연결프레임(116)에 장착될 수 있다.

구동수단(200)은 몸체(100) 내부에 위치하는 프레임(110), 특히 기둥프레임(114)에 설치되어 하기에 서술하는 회전수단(300)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 구성요소이다. 구동수단(200)은 공기흐름생성부(130)에서 사용되는 구동체와는 별도로 동작된다. 구동수단(200)은 통상적으로 사용되는 모터, 예를 들어 서보모터(Servo Motor)가 사용될 수 있으며, 전술한 공기흐름생성부(130)에서 사용되는 구동체와 동일한 모터를 사용할 수도 있다.

본 발명에서는 구동수단(200)으로 하나의 모터를 사용하고, 이러한 하나의 모터로 방향전환수단(500)을 동작시켜 요(Yaw)축 제어를 수행하게 되므로 무인비행체의 무게와 회전 관성력을 줄일 수 있게 된다.

회전수단(300)은 구동수단(200)의 구동력을 전달받아 회전하게 되는 구성요소이다. 이를 위해, 본 발명에서는 구동수단(200)의 축에 회전수단(300)이 결합되어 동작하게 되는데, 이 외에 구동수단(200)과 회전수단(300) 사이를 기어 등으로 연결하여 구동수단(200)의 구동력이 기어를 통해 전달되어 회전수단(300)을 회전시키도록 구성할 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 회전수단(300)은 도 3 및 도 4에 나타나는 것과 같이 한 쌍의 막대가 서로 직교하는 열십자 형상을 이루게 된다. 즉, 회전수단(300)의 중심으로부터 4개의 암(Arm, 310)이 돌출, 연장되어 형성되는 형상을 이루는 것이다. 이때, 4개의 암(310) 중 서로 반대 방향으로 돌출, 연장되는 부분끼리 하나의 막대와 다른 하나의 막대를 이룬다.

이때, 도면에서는 회전수단(300)이 열십자 형상을 이루어 4개의 암(310)을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이러한 암(310)의 개수는 연결수단(400), 방향전환수단(500)의 개수 등에 따라 적절하게 변경할 수 있으며, 제작환경 등에 따라 암(310)을 생략하고 원판 형상의 회전수단(300)에 다수의 연결수단(400)이 각각 연결되도록 구성할 수도 있다.

연결수단(400)은 한쪽이 회전수단(300)에 연결되는데, 다른쪽은 방향전환수단(500)에 연결, 즉 회전수단(300)과 방향전환수단(500)을 연결하게 되어 구동수단(200)의 구동력이 회전수단(300)을 거쳐 방향전환수단(500)에 전달되도록 하는 구성요소이다. 본 발명에서 사용되는 연결수단(400)은 로프(Rope)의 형상을 갖게 되고, 보다 원활한 동작을 위해 금속 재질로 이루어지는 와이어(Wire)를 사용하는 것이 좋다.

연결수단(400)은 회전수단(300)을 이루는 한 쌍의 막대 중 하나 또는 다른 하나의 한쪽말단과 다른쪽말단에 연결, 즉 4개의 암(310) 중 서로 반대 방향으로 돌출, 연장되는 부분의 말단에 각각 연결된다.

이러한 연결수단(400)은 기울기조정수단(600)과 엇갈리는 순서로 몸체(100) 둘레를 따라 배치되는 다수의 방향전환수단(500)에 대응되어 사용되는 것으로, 본 발명의 제1 실시예에서는 몸체(100)의 둘레가 팔각 형상으로 이루어져 기울기조정수단(600)과 방향전환수단(500)이 서로 엇갈리게 각각 4개씩 사용되고, 연결수단(400) 또한 방향전환수단(500)에 대응되도록 4개가 서로 떨어져 위치하게 된다.

그리고, 연결수단(400)은 회전수단(300)의 회전에 따라 회전수단(300)이 회전하는 방향측으로 동작, 즉 당겨지면서 방향전환수단(500)을 동작시키게 된다. 이를 위해, 본 발명의 제1 실시예에서는 연결수단(400)이 내부에 위치하도록 감싸며, 회전수단(300)으로부터 몸체(100) 둘레측으로 갈수록 점차 상호 간의 간격이 멀어지는 형상으로 설치되는 한 쌍의 파이프(410)가 몸체(100) 내에 고정되어 구비된다.

이에 따라, 하나의 와이어로 이루어지는 연결수단(400)은, 와이어의 한쪽 끝이 회전수단(300)을 이루는 하나의 암(310, 회전수단(300)을 이루는 한 쌍의 막대 중 어느 하나 또는 다른 하나의 한쪽말단)에 연결된 상태로 파이프(410) 중 어느 하나를 지나 방향전환수단(500)에 연결된다. 그리고, 계속해서 파이프(410) 중 다른 하나를 지나 한쪽 끝이 연결되어 있는 회전수단(300)의 암(310)과는 서로 반대 방향으로 돌출, 연장되는 다른 암(310, 회전수단(300)을 이루는 한 쌍의 막대 중 어느 하나 또는 다른 하나의 다른쪽말단)에 다른쪽 끝이 연결되고, 방향전환수단(500)은 파이프(410)와 파이프(410) 사이를 지나는 연결수단(400) 부분에 배치된다.

몸체(100) 내에 고정된 한 쌍의 파이프(410)는 연결수단(400)을 감싸 연결수단(400)이 무인비행체 내부의 구성과 엉켜 동작되지 않거나 내부 구성을 파손시키지 않도록 하면서, 방향전환수단(500)을 중심으로 양측의 파이프(410)를 통과한 연결수단(400) 부분이 회전수단(300)의 동작에 따라 당겨지면서 방향전환수단(500)을 회전시킬 수 있도록 지지하게 된다.

방향전환수단(500)은 연결수단(400)을 통해 구동수단(200)의 구동력을 전달받아 몸체(100)의 회전방향을 조절하는 구성요소이다. 본 발명에서 사용되는 방향전환수단(500)은 링크(510)와 지지체(520), 그리고 회전방향조절날개(530, 안티토크날개)를 포함하여 이루어진다.

링크(510)는 연결수단(400) 중 한 쌍의 파이프(410) 사이에 위치하는 부분에 장착되어 연결수단(400)의 동작에 따라 회전하게 된다. 이러한 링크(510)는 연결수단(400)에 장착되는 장착부(512)와, 장착부(512)의 말단에서 휘어져 몸체(100) 외부로 돌출되는 꺾임부(514)를 포함하며, 연결수단(400)과 마찬가지로 와이어로 이루어질 수 있다.

지지체(520)는 링크(510)와 몸체(100) 사이에 배치되어 링크(510)가 관통하게 되고, 링크(510)를 지지하는 부분이다. 도면에 도시된 지지체(520)는 대략 사각박스 형상이지만 이러한 형상 외에 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 지지체(520)는 스티로폼이나 합성수지 등 링크(510)가 관통할 수 있으면서 링크(510)를 지지할 수 있는 다양한 재질로 구성할 수 있다.

회전방향조절날개(530)는 대략 반원형으로 이루어져 몸체(100) 외면에 배치되고, 몸체(100) 외부로 돌출된 링크(510), 즉 꺾임부(514)에 연결되어 링크(510)의 회전에 따라 동작하여 배치각도가 조절되는 부분으로, 실질적으로 몸체(100)의 회전방향을 조절하게 된다.

이때, 회전방향조절날개(530)와 연결되는 꺾임부(514)는 링크(510)의 회전력을 회전방향조절날개(530)에 보다 원활하게 전달할 수 있도록 회전방향조절날개(530)와 결합되는 부분이 다시 한번 꺾이도록 형성된다. 그리고, 도면에서는 꺾임부(514)가 회전방향조절날개(530)의 측면에 노출된 상태에서 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 회전방향조절날개(530)의 내측에 결합되어 꺾임부(514)가 보이지 않도록 구성되는 것이 좋다.

회전방향조절날개(530)는 몸체(100) 외면에 서로 떨어져 배치, 즉 회전방향조절날개(530) 사이에 기울기조정수단(600)이 위치하도록 하여 팔각 형상의 몸체(100) 둘레면 각각이 바라보는 방향에 따라 서로 다른 방향을 향하게 다수 배치된다. 여기서, 회전방향조절날개(530)는 몸체(100) 둘레면 중 1개의 면마다 1개의 개수로 배치될 수도 있으나, 보다 원활하게 몸체(100)의 회전방향을 조절할 수 있도록 몸체(100)의 둘레면 중 1개 면에 다수가 나란히 배치되어 하나의 그룹을 이루도록 구성하는 것이 좋다. 도시된 도면에서는 몸체(100) 둘레면 중 1개의 면에 2개의 회전방향조절날개(530)가 배치되어 있으나, 이보다 많은 개수로 그룹을 이루어 사용할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치를 확대하여 나타낸 확대도 및 분해도이다. 여기서, 도 5 및 도 6에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 커버를 생략하여 도시하였다.

도 5 및 도 6를 살펴보면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치가 적용된 무인비행체는 전술한 제1 실시예와 유사하게 구성되나, 연결수단(400)이 방향전환수단(500)을 동작시키기 위한 구성에서 차이가 있다.

즉, 제1 실시예에서는 연결수단(400)을 감싸는 한 쌍의 파이프(410)를 회전수단(300)으로부터 몸체(100)의 둘레측으로 갈수록 점차 상호 간의 간격이 멀어지게 고정시키고, 연결수단(400)이 각각의 파이프(410) 말단을 통해 지지된 상태에서 동작하여 방향전환수단(500)을 회전시키게 되는 것에 비해, 제2 실시예에서는 파이프(410) 대신 연결프레임(116)에 형성되는 한 쌍의 걸림돌기(420)를 통해 연결수단(400)이 걸림돌기(420)에 걸림되어 지지된 상태에서 동작하도록 구성된다. 이때, 상황에 따라 걸림돌기(420)가 연결프레임(116)이 아닌 외곽프레임(112)에 형성되도록 구성할 수도 있다.

즉, 하나의 와이어로 이루어지는 연결수단(400)은, 회전수단(300)을 이루는 한 쌍의 막대 중 어느 하나 또는 다른 하나의 한쪽말단(암, 310)에 한쪽 끝이 연결되고, 회전수단(300)을 이루는 한 쌍의 막대 중 어느 하나 또는 다른 하나의 다른쪽말단(연결수단(400)의 한쪽 끝이 연결된 암(310)과는 서로 반대 방향으로 돌출, 연장되는 다른 암(310))에 다른쪽 끝이 연결된 상태에서 방향전환수단(500)을 중심으로 양측에 배치되는 걸림돌기(420)에 걸림되어, 회전수단(300)으로부터 몸체(100)의 둘레측으로 갈수록 점차 간격이 멀어지게 된다.

이러한 제2 실시예에서는 방향전환수단(500)이 걸림돌기(420) 사이에 위치하는 연결수단(400) 부분에 장착되며, 회전수단(300)의 동작에 따라 연결수단(400)이 당겨질 때 걸림돌기(420) 사이를 연결하는 연결수단(400) 부분이 방향전환수단(500)을 회전시킬 수 있는 방향으로 운동하게 된다.

제2 실시예에서 사용되는 방향전환수단(500) 또한 제1 실시예와 마찬가지로 링크(510)와 지지체(520), 그리고 회전방향조절날개(530)를 포함하여 이루어지며, 이러한 링크(510)와 지지체(520), 회전방향조절날개(530)는 제1 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

지금부터는 본 발명에 따른 무인비행체용 방향전환장치의 동작에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치의 동작을 나타낸 동작상태도로, 도 2에 도시된 무인비행체의 평면도를 나타낸 것이다. 이때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치의 경우 제1 실시예의 동작과 거의 동일하므로, 여기에서는 제2 실시예의 동작에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 7을 살펴보면, 구동수단(200)의 구동에 따라 구동수단(200)의 축에 장착되어 있는 회전수단(300)이 회전하게 되고, 회전수단(300)에 연결되어 있는 다수의 연결수단(400)이 회전수단(300)의 회전방향측으로 당겨진다.

연결수단(400)은 회전수단(300)으로부터 몸체(100)의 둘레측으로 갈수록 점차 상호 간의 간격이 멀어지는 형상으로 설치된 한 쌍의 파이프(410)에 의해 몸체(100)의 둘레측으로 갈수록 점차 상호 간의 간격이 멀어지는 형상으로 배치되어 있으며, 한 쌍의 파이프(410) 사이에 위치하는 연결수단(400) 부분에 장착되어 있는 방향전환수단(500)을 회전시킨다.

다시 말해서, 몸체(100) 내에 고정된 한 쌍의 파이프(410) 말단을 통해 연결수단(400)이 지지되는 상태로 당겨지므로, 파이프(410)의 말단 사이를 연결하는 연결수단(400) 부분이 방향전환수단(500)을 회전시킬 수 있는 방향으로 운동하게 되는 것이다.

이처럼 파이프(410)의 말단 사이를 연결하는 연결수단(400) 부분의 운동은 방향전환수단(500), 특히 연결수단(400)에 장착된 링크(510)에 전달되어 링크(510)를 회전시키게 된다.

여기서, 링크(510)가 관통된 지지체(520)는, 연결수단(400)에 장착된 링크(510)가 연결수단(400)의 동작에 따라 회전할 수 있도록 지지한다.

이를 위해 지지체(520)는 적당한 두께를 갖도록 구성된다. 즉, 회전수단(300)의 회전에 따라 연결수단(400)이 당겨질 때 링크(510)가 연결수단(400)과 함께 끌려가는 것이 아니라 지지체(520)를 관통하는 부분, 즉 꺾임부(514)를 축으로 하여 링크(510)가 회전할 수 있도록 지지하는 것이다. 이러한 지지체(520)는 비닐이나 천 등으로 이루어지는 커버(120)를 관통하여 외부로 돌출되는 링크(510)가 커버(120)를 손상시키는 것을 방지하는 역할 또한 수행하게 된다.

연결수단(400)의 동작에 의한 링크(510)의 회전은, 꺾임부(514)에 연결된 회전방향조절날개(530)에 전달되어 회전방향조절날개(530)의 배치각도를 조절할 수 있으며, 회전방향조절날개(530)가 배치되는 각도에 따라 몸체(100)의 회전방향을 조절할 수 있게 된다.

도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치가 적용된 무인비행체에서 공기흐름생성부의 동작 전 상태와 동작 후의 상태를 나타낸 동작상태도이다.

먼저, 도 8의 (a)에는 공기흐름생성부(130)가 동작하기 전의 상태가 도시되어 있다.

이러한 상태는 무인비행체를 보관 중이거나, 비행시키기 전의 상태이며 공기흐름생성부(130), 즉 회전체를 구동시키는 구동체가 동작하기 전에 방향전환수단(500)이나 기울기조정수단(600)을 먼저 동작시켜 적절한 각도로 배치되도록 할 수 있다.

기울기조정수단(600)은 도 2 및 도 7에서 나타나는 것과 같이 기울기조정수단(600)의 형상을 이루게 되는 뼈대(프레임)에 별도의 커버를 덮어 형성하게 된다. 이때, 기울기조정수단(600)을 덮는 커버는 몸체(100)를 이루는 커버(120)와 동일한 커버일 수도 있고, 다른 재질의 커버일 수도 있다.

이러한 기울기조정수단(600)은 회전하여 몸체(100)를 개폐하는 형태로 구성되며, 이처럼 개폐하는 형태는 다양한 방식이 사용될 수 있다.

예를 들어, 기울기조정수단(600)은 힌지를 이용하여 회전방향조절날개(530) 사이의 몸체(100)에 장착되어 힌지를 축으로 회전할 수 있게 구성되고, 몸체(100) 내에 기울기조정수단(600)을 동작시키기 위해 별도로 마련되는 모터로부터 제공되는 회전력을 기울기조정수단(600)에 전달하는 회전력전달체를 포함할 수 있다.

이에, 사용자가 원하는 방향으로 무인비행체가 비행할 수 있도록 모터를 동작시키면, 모터로부터 발생하는 회전력이 회전력전달체를 통해 기울기조정수단(600)에 전달되며, 기울기조정수단(600)은 전달된 회전력에 의해 힌지를 축으로 회전하여 몸체(100)를 개폐함으로서 몸체(100) 외면의 코안다 면에서 발생하는 코안다 효과를 변화시킨다.

코안다 효과의 변화에 따라 기울기조정수단(600)이 동작한 몸체(100) 부분의 양력과 기울기조정수단(600)이 동작하지 않은 몸체(100) 부분의 양력에 차이가 발생하고, 양력이 감소한 몸체(100) 부분이 지면측을 향해 치우쳐지게 되어 무인비행체의 비행 방향을 조절할 수 있게 된다.

특히, 기울기조정수단(600)은 힌지를 축으로 회전하여 몸체(100)를 개폐하게 되는데 몸체(100)의 개폐 정도를 조절, 즉 기울기조정수단(600)이 회전하는 각도를 적절히 조절하여 무인비행체의 비행방향 변경이 서서히 이루어지도록 하거나 급격하게 이루어지도록 조절할 수 있다.

다음, 도 8의 (b)와 같이 공기흐름생성부(130)가 동작, 즉 구동체의 구동에 따라 회전체가 회전하게 되면, 회전체의 회전력에 의해 공기의 흐름이 발생하여 안내부(140), 특히 하우징(142)의 내측으로 유입된다. 그리고, 이렇게 유입된 공기는 코안다 면에 집중되면서 코안다 면을 타고 도면상 몸체(100)의 하측으로 흘러 코안다 효과가 발생하여 무인비행체가 상승, 비행하게 된다.

도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무인비행체용 방향전환장치가 적용된 무인비행체의 회전방향을 제어하는 동작을 나타낸 동작상태도이다.

먼저 도 9의 (a)는, 전술한 도 8의 (b)에서 공기흐름생성부(130)의 회전체가 회전하면서 코안다 효과가 발생하여 무인비행체가 비행하게 된 상태에서 몸체(100)가 공기흐름생성부(130)의 회전체가 회전하는 방향으로 같이 회전하는 현상이 발생하는 상태를 나타낸 것이다.

이처럼 몸체(100)가 공기흐름생성부(130)의 회전체와 같은 방향으로 회전하게 되는 현상은 무인비행체의 무게중심을 지나 서로 직교하는 피치축, 요(Yaw)축, 롤(Roll)축 중 요축 자세가 올바르지 않은 것으로, 무인비행체가 수평을 유지하며 안정적으로 비행하는 것을 방해하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 도 9의 (b)와 같이 전술한 제1 또는 제2 실시예를 통해 방향전환수단(500)의 배치각도를 조절하여 몸체(100)가 공기흐름생성부(130)의 회전체가 회전하는 방향으로 회전하는 것을 방지함으로써 무인비행체의 요축 자세를 올바르게 제어하게 된다.

즉, 구동수단(200)의 구동에 따라 회전수단(300)과 연결수단(400)을 통해 구동력을 전달받은 방향전환수단(500), 특히 회전방향조절날개(530)의 배치각도를 수직방향에서 수평방향 사이에서 적절한 각도로 조절하여 회전방향조절날개(530) 사이 공간을 흐르는 공기의 흐름을 바꾸게 되며, 이를 통해 몸체(100)가 공기흐름생성부(130)의 회전체가 회전하는 방향과는 반대방향으로 회전시키게 된다.

이에 몸체(100)는, 공기흐름생성부(130)의 회전체가 회전하면서 회전체의 회전방향을 따라 회전하고자 하는 힘과, 회전방향조절날개(530) 사이를 흐르는 공기의 흐름에 의해 몸체(100)가 공기흐름생성부(130)의 회전체가 회전하는 방향과는 반대로 회전하고자 하는 힘이 서로 상쇄되어 몸체(100)가 특정 방향으로 회전하지 않게 되어 무인비행체가 안정적으로 비행할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도시되지는 않았으나 본 발명에 따른 무인비행체용 방향전환장치가 적용된 무인비행체를 제어하는 제어부가 포함될 수 있다.

제어부는 무인비행체 전체를 제어하게 되나, 특히 구동수단(200)과 공기흐름생성부(130), 기울기조정수단(600)을 제어하여 사용자가 원하는 데로 무인비행체가 비행할 수 있도록 한다.

특히, 무인비행체에 각종 측정센서(도시하지 않음), 예를 들어 가속도센서나 자이로센서 등을 설치하는 경우 이러한 측정센서를 통해 측정되는 데이터를 전송받아 무인비행체의 비행 자세를 파악할 수 있다.

그리고, 파악된 비행 자세가 불안정할 경우 구동수단(200)과 공기흐름생성부(130), 기울기조정수단(600)을 각각 제어하여 무인비행체가 안정적으로 비행할 수 있게 한다.

또한, 무인비행체를 원격 조정할 수 있는 원격조정기(도시하지 않음)가 구비되는 경우 사용자가 원격조정기를 통해 조작하는 신호를 전송받아 구동수단(200)과 공기흐름생성부(130), 기울기조정수단(600)을 제어하여 사용자가 원하는 데로 무인비행체가 비행할 수 있도록 하게 된다.

본 명세서에서는 제1 및 제2 실시예에서 사용되는 연결수단(400)이 하나의 와이어로 이루어지는 것으로 설명하였으나, 이 외에 연결수단(400)이 하나가 아닌 두 개의 와이어로 이루어지고, 이러한 두 개의 와이어가 각각 회전수단(300)을 이루는 한 쌍의 막대 중 하나 또는 다른 하나의 한쪽말단과 다른쪽말단에 연결되어 회전수단(200)으로부터 몸체(100) 둘레측으로 갈수록 사이 간격이 벌어지게 구성할 수도 있다.

그리고, 제1 및 제2 실시예에서 한 쌍의 파이프(410) 또는 걸림돌기(420) 사이에 위치하는 연결수단(400) 부분을 별도의 구성요소, 예를 들어 막대 형상으로 이루어지고 방향전환수단(500)이 장착되는 운동수단(도시하지 않음)을 두어 두 개의 와이어로 이루어지는 연결수단(400) 중 하나의 와이어가 회전수단(300)과 운동수단의 일측말단에 연결되고, 연결수단(400) 중 다른 하나의 와이어가 회전수단(300)과 운동수단의 타측말단에 연결되도록 한다.

또한 운동수단은, 몸체(100) 내측에 고정된 가이드(도시하지 않음)에 삽입되어 가이드의 길이방향을 따라 직선운동하게 구성될 수 있다.

따라서, 회전수단(300)의 회전에 의해 두 개의 와이어로 이루어지는 연결수단(400)이 당겨지면, 운동수단이 가이드의 길이방향을 따라 직선운동하게 되면서 운동수단에 장착된 방향전환수단(500)이 회전하여 몸체(100)의 회전방향을 조절할 수 있게 된다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100: 몸체 110: 프레임
112: 외곽프레임 114: 기둥프레임
116: 연결프레임 120: 커버
130: 공기흐름생성부 140: 안내부
142: 하우징 144: 지지대
200: 구동수단 300: 회전수단
310: 암 400: 연결수단
410: 파이프 420: 걸림돌기
500: 방향전환수단 510: 링크
512: 장착부 514: 꺾임부
520: 지지체 530: 회전방향조절날개
600: 기울기조정수단

Claims (8)

1. 무인비행체용 방향전환장치에 있어서,
   몸체;
   상기 몸체 내의 중앙에 설치되는 구동수단;
   구동수단의 구동력을 전달받아 회전되는 회전수단;
   상기 회전수단에 연결되고, 다수가 서로 떨어져 위치하며, 상기 회전수단의 회전에 따라 동작되는 연결수단; 및
   상기 몸체의 가장자리 외면에 배치되고, 상기 연결수단에 연결되어 상기 연결수단의 동작에 따라 회전되어 상기 몸체의 회전방향을 조절하는 다수의 방향전환수단;
   를 포함하는 무인비행체용 방향전환장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전수단은 한 쌍의 막대가 서로 직교하는 열십자 형상을 이루고,
   상기 연결수단은,
   각각 상기 회전수단을 이루는 한 쌍의 막대 중 하나 또는 다른 하나의 한쪽말단과 다른쪽말단에 연결되는 것을 특징으로 하는 무인비행체용 방향전환장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결수단은 와이어이고,
   상기 몸체 내에는,
   상기 연결수단이 내부에 위치하도록 감싸며, 상기 회전수단으로부터 상기 몸체의 둘레측으로 갈수록 점차 상호 간의 간격이 멀어지게 설치되는 한 쌍의 파이프가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무인비행체용 방향전환장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 방향전환수단은,
   상기 연결수단 중 상기 한 쌍의 파이프 사이에 위치하는 부분에 장착되며, 일부가 상기 몸체 외부로 돌출되는 링크;
   상기 링크와 상기 몸체 사이에 배치되어 상기 링크가 관통되고, 상기 링크를 지지하는 지지체; 및
   상기 몸체 외면에 배치되고, 상기 링크에 연결되며, 상기 연결수단의 동작에 의한 상기 링크의 회전에 따라 동작하여 배치각도가 조절되는 회전방향조절날개;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행체용 방향전환장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 연결수단은 와이어이고,
   상기 몸체 내에는,
   상기 방향전환수단을 중심으로 양측에 배치되고, 상기 연결수단이 걸림되어 상기 연결수단이 상기 회전수단으로부터 상기 몸체의 둘레측으로 갈수록 점차 간격이 멀어지게 하는 걸림돌기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 무인비행체용 방향전환장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 방향전환수단은,
   상기 연결수단 중 상기 걸림돌기 사이에 위치하는 부분에 장착되며, 일부가 상기 몸체 외부로 돌출되는 링크;
   상기 링크와 상기 몸체 사이에 배치되어 상기 링크가 관통되고, 상기 링크를 지지하는 지지체; 및
   상기 몸체 외면에 배치되고, 상기 링크에 연결되며, 상기 연결수단의 동작에 의한 상기 링크의 회전에 따라 동작하여 배치각도가 조절되는 회전방향조절날개;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행체용 방향전환장치.
7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
   상기 링크는,
   상기 연결수단에 장착되는 장착부; 및
   상기 장착부의 말단에서 휘어져 상기 몸체 외부로 돌출되며, 상기 회전방향조절날개에 연결되는 꺾임부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행체용 방향전환장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 몸체에는,
   공기 흐름을 생성하는 공기흐름생성부가 더 포함되고,
   상기 몸체의 외면은,
   상기 공기흐름생성부에 의해 생성된 공기 흐름에 코안다 효과(Coanda effect)가 발생되도록 하는 코안다 면(Coanda surface)이 포함되는 것을 특징으로 하는 무인비행체용 방향전환장치.

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