KR101853623B1 - 드론 테스트용 베드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드론 테스트용 베드에 관한 것으로, 베이스(10); 상기 베이스(10)에 하단이 피봇결합되어 사방으로 기울어질 수 있도록 고정되는 컬럼(20); 외력을 받지 않을 경우 상기 컬럼(20)이 수직으로 세워진 상태를 유지하도록 상기 컬럼(20)에 일단이 연결되고 타단은 상기 베이스(10)에 연결된 복수의 탄성부재(30); 상기 컬럼(20)의 상측에 상하로 슬라이드 가능하게 끼움결합되는 슬라이더(40); 상기 슬라이더의 상단에 피봇결합되며 드론이 고정되는 고정지그(50); 상기 슬라이더(40)의 하단에 연결되어 고정지그(50)에 고정된 드론의 구동시 드론의 양력을 측정하여 표시하는 디지털무게측정기(60);를 포함하여 이루어진다.

Description

드론 테스트용 베드{Testing bed for drone}

본 발명은 드론을 조립하거나 제작했을 경우 실제 비행에 앞서 드론의 균형 및 구성품인 모터, GPS, 자이로 센서 등의 동작을 실제 드론에 부착해서 실제 외부에서 비행하면서 테스트하는 것과 거의 흡사한 테스트를 실내에서 안전하고 간편하게 할 수 있도록 한 드론 테스트용 베드에 관한 것이다.

일반적으로, 드론은 조종사가 탑승하지 않고 무선전파 유도에 의해 비행과 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인기를 뜻한다. '드론’은 ‘낮게 웅웅거리는 소리’를 뜻하는 단어로 벌이 날아다니며 웅웅대는 소리에 착안에 붙여진 이름이다. 드론은 애초 군사용으로 탄생했지만 이제는 고공영상·사진 촬영과 배달, 기상정보 수집, 농약 살포 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

이러한 드론을 구매해서 조립하거나 실제 자작한 경우 이를 테스트하기가 불편해서 실제 운동장 등에 나가서 비행 테스트를 하게 되는데, 이럴 경우 드론의 추락 등 사고의 위험과 드론의 파손으로 인한 피해가 크게 발생하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에도 특허문헌 1 내지 4와 같이 드론의 성농을 테스트하거나 드론의 조종 연습을 위한 장비가 개발되어 사용되고 있다.

특허문헌 1은 비행체의 회전운동 및 전후, 좌우와 상하의 6자유도 비행운동 중 비행체의 회전운동[피치(pitch); 앞뒤 회전운동, 롤(roll); 좌우 회전운동, 요(yaw); 제자리 회전운동] 3종류와, 병진운동[써지(surge); 전후병진운동, 스웨이(sway); 좌우병진운동, 히브(heave); 상하병진운동) 중 상하 병진운동 1종류로 되는 4 자유도에 대하여 4자유도의 운동 시험을 용이하게 할 수 있어 무인헬기에 대한 각종 성능시험이나 안전성 시험이 가능하도록 무인헬기를 모의로 비행시키는 무인헬기용 4자유도형 시험장치에 관한 것으로, 틀체와, 틀체의 상부 수평프레임 내에 회전 가능하게 설치되어 앞뒤로 시소운동하는 외부 사각림과, 외부 사각림 내에 회전 가능하게 설치되어 좌우로 시소운동하는 내부 사각림과, 내부 사각림의 중앙부를 관통하게 설치되는 축과, 이 축에 삽입되어 상하로 이동 가능하게 설치되는 설치대와, 외부 사각림 및 내부 사각림의 시소운동을 제한하는 각각의 스톱퍼와, 축 하부에 장착되는 무게추와, 설치대의 상승 운동을 제한하는 한계너트로 구성되어 있다.

특허문헌 2는 공간상의 제약으로 인하여 실험을 하기 어려운 환경에서도 멀티로터 시스템의 비행 실험을 안전하고 안정적으로 수행할 수 있고, 멀티로터 시스템이 실험 장치에 고정된 상태로 유지되므로, 멀티로터 시스템이 불안정적으로 동작하더라도, 멀티로터 시스템이 충돌이나 추락으로 인해 파손되거나 인명피해가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 베이스와, 베이스로부터 수직으로 연장되는 지지대와, 지지대에 수직으로 이동 가능하게 설치되는 로드와, 로드의 상단에 설치되는 볼 조인트와, 볼 조인트와 결합되며 멀티로터 시스템이 장착되는 장착 부재를 포함하며, 상기 로드에는 유니버설 조인트가 구비되고, 상기 로드에는 로드와 와이어를 통하여 연결되어 멀티로터 시스템이 상승할 때 멀티로터 시스템의 추력을 측정하는센서가 설치된 구조로 이루어져 있다.

또, 특허문헌 3은 비행하는 드론의 추력 및 방향성 테스트장치는 드론이 안착되는 드론설치판에 로드셀 및 자이로 센서, 볼조인트를 구비하여 드론의 테스트 비행시 상승하려는 추력과 이동방향에 대한 방향성을 정밀하게 감지하고, 고정구를 구비하여 테스트장치의 미사용시 볼조인트의 움직임으로 단속하며 드론체결구에 그 규격이 가변되는 거리조절홈 및 높이조절공을 형성하여 다양한 크기의 드론을 설치할 수 있도록 드론을 연결한 후 비행시켜 추력 및 방향성을 산출하는 테스트장치로서 지면에 안착될 수 있도록 사방으로 지지대가 연장된 판형상의 받침부와; 상기 받침부의 중심면에 연결되며 정해진 높이만큼 상부방향으로 연장된 봉형상의 지지부와; 상기 지지부의 상단부에 안착되어 수직방향으로 추력을 감지하는 로드셀과, 상기 로드셀의 상부에 안착된 로드셀어댑터와, 상기 로드셀어댑터의 상면에 구비된 볼조인트케이스로 이루어진 로드셀연결부와; 상기 볼조인트케이스에 안착되어 어느 한방향으로 회전되도록 하단부에 구형상의 구체가 형성된 볼조인트구체와, 상기 볼조인트구체의 상면에 안착된 설치판어댑터로 이루어진 본체연결부와; 상기 설치판어댑터의 상면에 연결되어 상기 드론이 안착되도록 판형상으로 형성된 설치판과, 상기 설치판의 외측에 구비된 다수개의 드론체결구와, 상기 설치판의 상면에 구비된 자이로센서로 이루어진 드론설치판으로 구성되어 있다.

또한, 특허문헌 4는 내부에 중공부가 형성되어 일정한 길이의 통형으로 이루어져 지면에 대해 수직으로 설치되는 고정체; 상기 고정체의 내부에 삽입 설치되어 고정체의 상방향으로 상승 가능하도록 구성되면서 상승시 그 하단부가 고정체의 내부에서 이탈되지 않도록 구성되면서 그 상단부가 드론의 다리에 연결되어 드론의 비행고도에 따라 고정체의 길이방향으로 승강동작되도록 비교적 중량이 가벼운 재질로 구성되는 막대형상의 승강지지대; 를 포함한 구성으로 이루어져 드론의 상하 비행, 좌우/전후 이동에 따른 드론 동작 조정을 연습할 수 있도록 구성되어 드론의 손상 방지와 물적피해 발생방지 및 인명 손상을 줄일 수 있도록 되어 있다.

한편, 특허문헌 1 내지 4에 의한 테스트 장치 또는 연습장치는 실제 드론이 공중에서 비행을 할 때의 움직임을 자유롭게 구현하지 못하고, 이들 장치에 구속된 상태에서 제한적인 움직임만이 구현되게 됨으로써 드론의 실제 비행성능을 제대로 테스트하지 못하는 단점이 있었다.

대한민국등록특허 제10-1179445호(2012.08.29.) 대한민국등록특허 제10-1664105호(2016.10.04.) 대한민국등록특허 제10-1716309호(2017.03.08.) 대한민국공개특허 제10-2017-0088540호(2017.08.02.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 드론의 구입하여 조립하거나 자작하여 성능 테스틀 할 때 실제 공중에 비행시키지 않고도 실내 또는 지상에서 실제 공중을 비행하면서 테스트하는 것과 흡사한 상태로 드론의 움직임을 비롯한 각종 비행 특성을 간편하면서도 안전하게 테스트할 수 있는 개선된 구조의 드론 테스트용 베드를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 베이스; 상기 베이스에 하단이 피봇결합되어 사방으로 기울어질 수 있도록 고정되는 컬럼; 외력을 받지 않을 경우 상기 컬럼이 수직으로 세워진 상태를 유지하도록 상기 컬럼에 일단이 연결되고 타단은 상기 베이스에 연결된 복수의 탄성부재; 상기 컬럼의 상측에 상하로 슬라이드 가능하게 끼움결합되는 슬라이더; 상기 슬라이더의 상단에 피봇결합되며 드론이 고정되는 고정지그; 상기 슬라이더의 하단에 연결되어 고정지그에 고정된 드론의 구동시 드론의 양력을 측정하여 표시하는 디지털무게측정기;를 포함하여 이루어지는 드론 테스트용 베드를 제공한다.

본 발명에 의한 드론 테스트용 베드는 장비의 고정지그에 드론이 고정된 상태에서 작동되더라도 컬럼이 전후좌우로 피봇운동을 하면서 기울어지게 되므로 드론이 실제 공중에서 비행을 하면서 발생하는 각종 움직임 즉, 롤링, 피칭, 요잉 및 방향전환시 발생하게 되는 다양한 동작에 대하여 정확하게 비행특성을 관찰할 수 있는 것이며, 이에 따라 드론의 성능을 안전하면서도 간편하게 테스트할 수 있어 테스트중 드론의 파손 방지는 물론 드론의 추락 등으로 인한 물적, 인적 피해를 예방할 수 있고, 드론의 성능을 보다 정확하게 측정 및 관찰할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 의한 드론 테스트용 베드의 사시도,
도 2는 컬럼 내부 구조를 도시한 단면도,
도 3은 고정지그의 평면도,
도 4는 드론이 장착되어 시험중인 상태를 도시한 정면도이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 드론 테스트용 베드(1) 및 이의 구성 부품과 실제 드론을 장착하여 테스트 비행중인 상태가 도시되어 있다.

도면에 도시된 바와같이 본 실시 예에 의한 드론 테스트용 베드(1)는 베이스(10); 상기 베이스(10)에 하단이 피봇결합되어 사방으로 기울어질 수 있도록 고정되는 컬럼(20); 외력을 받지 않을 경우 상기 컬럼(20)이 수직으로 세워진 상태를 유지하도록 상기 컬럼(20)에 일단이 연결되고 타단은 상기 베이스(10)에 연결된 복수의 탄성부재(30); 상기 컬럼(20)의 상측에 상하로 슬라이드 가능하게 결합되는 슬라이더(40); 상기 슬라이더(40)의 상단에 피봇결합되며 드론(2)이 고정되는 고정지그(50); 상기 슬라이더(40)의 하단에 연결되어 고정지그(50)에 고정된 드론(2)의 비행시 드론(2)의 양력을 측정하여 표시하는 디지털무게측정기(60)를 포함하여 이루어져 있다.

도면 중 부호 3은 드론을 조종하기 위한 원격조종기이다.

바람직하기에 상기 슬라이더(40)와 디지털무게측정기(60) 사이에는 완충을 위한 인장코일스프링(70)이 개재된다.

본 실시 예에서, 상기 베이스(10)는 2개의 플레이트가 십(十)자형으로 교차된 상태를 이루고 있는데, 이는 비행 테스트 중인 드론(2)의 움직임에 의해 무게중심이 변하면서 테스트용 베드(1)가 넘어지는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로, 테스트용 베드(1)의 진동을 방지하기 위하여 플레이트의 저면에 방진패드를 부착하는 것이 바람직하며, 상기 베이스(10)에는 지면에의 견고한 고정을 위한 별도의 고정볼트나 클램프와 같은 고정수단을 더 구비할 수도 있다.

상기 베이스(10)를 구성하는 2개의 플레이트는 알루미늄 프로파일 형태로 이루어져 있으며, 후술하는 수직 지지대(12)의 설치 위치를 조절할 수 있도록 길이방향을 따라 슬라이드 홈(13)이 형성되어 있다.

본 실시 예에서, 상기 컬럼(20)은 상기 베이스(10)의 중심부에 하단이 피봇결합되어 사방으로 기울어질 수 있도록 되어 있는데, 이는 컬럼(20)의 하단과 베이스(10)가 볼 조인트(22)로 연결되어 있어 이 볼 조인트(22)가 드론(2)의 움직임을 따라 피봇운동을 하면서 상기 컬럼(20)이 사방으로 기울어지게 되어 드론(2)의 실제 비행시의 움직임 즉, 롤링, 피칭, 및 요잉동작과 방향전환동작이 정상적으로 이루어지는지를 실감있게 테스트할 수 있게 된다.

상기 볼 조인트(22)는 드론(2)의 자유로운 회전과 기울어짐에 대한 동작을 구현하기 위한 것으로 일종의 구형 베어링 유니트로 이루어져 있다.

본 실시 예에서, 상기 탄성부재(30)는 양단에 링형 또는 후크형 고리가 형성된 인장코일스프링으로 이루어져 있는데, 이 탄성부재(40)의 일단은 컬럼(20)의 대략 중간 높이에 부착된 아이볼트(24)에 연결되고, 탄성부재(40)의 타단은 상기 베이스(10)에 하단이 고정된 수직 지지대(12)의 상단에 마련된 아이볼트(14)에 연결되어 복수의 탄성부재(40)가 동일 평면상에서 수평상태를 이루도록 배치되어 있어 상기 컬럼(20)이 드론(2)의 비행시 움직임을 따라 기울어지게 되면 기울어지는 방향 쪽에 위치한 탄성부재(40)는 수축되고 그 반대방향 쪽에 위치한 탄성부재(40)는 신장되면서 컬럼(20)을 지지하게 되는 것이며, 드론(2)이 제자리비행을 하는 경우나 움직임이 없을 경우에는 복수의 탄성부재(40)가 균일한 인장력으로 컬럼(20)을 지지하게 되므로 수직으로 세워진 상태를 유지할 수 있게 됨으로써 드론(2)이 베드(1)에 안착되어 고정된 상태이지만 실제로 비행하는 상태의 움직임을 거의 그대로 재현할 수 있게 되어 드론(2)의 비행성능이나 특성을 효과적으로 테스트할 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 발명에서, 상기 탄성부재(40)인 인장코일스프링은 테스트되는 드론(2)의 크기나 무게 및 종류(형태)에 따라 각기 다른 탄성계수를 갖는 것으로 교체하여 사용함으로써 탄성부재(40)의 경직성이나 과도한 민감성으로 인해 테스트 중의 드론(2) 또는 컬럼(20)의 움직임(기울어짐)이 너무 적게 발생하여 실감나는 테스트를 하지 못하거나 과도한 움직임으로 인해 테스트 중인 드론(2)이 지면에 닿아 파손되는 등의 문제가 발생하지 않도록 한다.

본 실시 예에서, 상기 탄성부재(40)는 다른 탄성계수를 갖는 것으로 교체될 수 있는 것은 물론이며, 드론(2)의 형태나 크기에 따라서 이의 설치높이를 변화시킬 수 있도록 상기 컬럼(20)에 고정된 아이볼트(24)와 수직 지지대(12)에 고정된 아이볼트(14)의 높낮이가 조절가능하게 되어 있는바, 이는 상기 컬럼(20)과 수직 지지대(12)가 슬라이드 홈(21,11)을 갖는 알루미늄 합금소재의 프로파일로 이루어져 있고, 상기 프로파일 형태로 이루어진 컬럼(20)과 수직 지지대(12)의 슬라이드 홈(21,11)에 아이볼트(24,14)를 슬라이드 가능하게 고정함으로써 드론(2)의 종류나 크기 및 무게에 따라서 탄성부재(40)의 설치 높이를 다양하게 변경하여 테스트할 수 있다.

본 실시 예에서, 상기 슬라이더(40)는 컬럼(20)의 상부 내측에 삽입되어 상하로 슬라이드 가능하도록 되어 있는데, 슬라이더(40)와 컬럼(20) 사이는 상호 대응되는 레일과 레일 홈 방식으로 결합되어 있어 드론의 테스트시 뒤틀리지 않고 상하로만 슬라이드가 이루어져 슬라이더(40)가 컬럼(20)의 상측으로 신장되어 올라오거나 컬럼(20) 내부에 수납된 상태를 유지하게 되며, 상기 슬라이더(40)의 내부 공간에는 인장코일스프링(70)이 내장되되 인장코일스프링(70)의 상단은 슬라이더(40)에 고정되고 인장코일스프링(70)의 하단은 컬럼(20)의 대략 중간부위에 고정된 디지털무게측정기(60)의 고리(62)에 연결되어 있어 드론(20)이 상승하면서 발생하는 양력에 의해 상기 인장코일스프링(70)이 신장되면서 디지털무게측정기(60)의 고리(62)를 당겨 드론의 양력성능을 테스트할 수 있는 것이며, 상기 인장코일스프링(70)은 드론의 상승과 하강시 급격한 움직임에 의한 충격을 완화하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 고정지그(50)는 여러 종류와 크기의 드론을 고정할 수 있도록 복수의 고정구멍(52)이 형성되어 있으며, 중심부에는 볼조인트(42)를 고정하기 위한 고정구멍이 형성되어 상기 고정지그(50)와 슬라이더(40) 사이는 또 다른 볼 조인트(42)로 연결되어 있어 고정지그(50)에 고정된 상태에서 비행하는 드론의 움직임에 따라 상기 볼 조인트(42)가 피봇운동을 하게 되면서 드론의 롤링, 피칭, 요잉 및 방향전환이 이루어지게 되어 드론의 실제 비행상태 및 비행특성을 자세하게 관찰할 수 있게 된다.

상기 볼 조인트(42)는 도면상에 구체적으로 도시되어 있지 않으나, 컬럼(20) 하부의 볼 조인트(22)와 동일한 구조로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 본 실시 예의 드론 테스트용 베드는 컬럼(20) 상단의 고정 지그(50)에 형성된 고정구멍(52)의 적정 위치에 드론(2)을 견고하게 장착한 후 실내에서 테스트 비행을 실시하면 되는데, 도 4에는 본 발명의 실시 예에 의한 드론 테스트용 베드(1)에 드론(2)이 설치되어 비행 테스트 중인 상태를 보여주고 있는다.

본 실시 예에 의한 테스트용 베드(1)는 드론(1)의 비행에 따라 컬럼(20)이 전후좌우 및 대각선방향으로 자유롭게 기울어지게 되므로 드론(2)이 실제 비행을 하면서 이동하는 상태를 거의 그대로 실현할 수 있게 되므로 종래의 테스트 장치에서 드론이 단순히 제자리에서 롤링,피칭, 요잉 및 방향전환을 하는 정도의 테스트만 가능했던 것과는 달리 드론(2)이 전후좌우 및 사선방향으로 자유로이 움직이면서 이러한 자세의 변화상태를 면밀하게 관찰할 수 있게 되어 실제 외부에서 비행 테스트를 하는 것과 거의 동일한 모든 테스트를 할 수 있는 것이며, 슬라이더(40)의 승강 움직임에 따라서 인장코일스프링(70)이 당겨져 디지털무게측정기(60)의 고리(62)를 당겨주게 됨으로써 디지털무게측정기(67)에서 실시간으로 표시해주어 비행중인 드론의 양력성능을 정확하게 파악할 수 있게 되는 등의 이점이 있다.

1 : 드론 테스트용 베드
2 : 드론
3 : 무선조종기
10 : 베이스
11 : 슬라이드 홈
12 : 수직 지지대
13 : 슬라이드 홈
14 : 아이 볼트
20 : 컬럼
21 : 슬라이드 홈
22 : 볼 조인트
24 : 아이 볼트
30 : 탄성부재
40 : 슬라이더
42 : 볼 조인트
50 : 고정지그
52 : 고정구멍(드론)
54 : 고정구멍(볼 조인트)
60 : 디지털무게측정기
62 : 고리
70 : 인장코일스프링

Claims (7)

1. 베이스(10); 상기 베이스(10)에 하단이 피봇결합되어 사방으로 기울어질 수 있도록 고정되는 컬럼(20); 외력을 받지 않을 경우 상기 컬럼(20)이 수직으로 세워진 상태를 유지하도록 상기 컬럼(20)에 일단이 연결되고 타단은 상기 베이스(10)에 연결된 복수의 탄성부재(30); 상기 컬럼(20)의 상측에 상하로 슬라이드 가능하게 끼움결합되는 슬라이더(40); 상기 슬라이더(40)의 상단에 피봇결합되며 드론이 고정되는 고정지그(50); 상기 슬라이더(40)의 하단에 연결되어 고정지그(50)에 고정된 드론의 구동시 드론의 양력을 측정하여 표시하는 디지털무게측정기(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 테스트용 베드.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄성부재(30)는 인장코일스프링이고, 상기 탄성부재(30)의 타단은 상기 베이스(10)에 하단이 고정된 수직 지지대(12)의 상단에 고정되어 복수의 탄성부재(30)가 동일 평면상에서 수평상태를 이루도록 배치된 것을 특징으로 하는 드론 테스트용 베드.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 탄성부재(30)인 인장코일스프링은 드론의 종류에 따라 각기 다른 탄성계수를 갖는 것으로 교체되는 것을 특징으로 하는 드론 테스트용 베드.
   
4. 청구항 1 내지 3항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 탄성부재(30)는 컬럼(20)의 외곽에 4개가 90도 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 드론 테스트용 베드.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 탄성부재(30)는 설치높이가 변화되는 것을 특징으로 하는 드론 테스트용 베드.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 슬라이더(40)와 디지털무게측정기(60) 사이에는 완충을 위한 인장코일스프링(70)이 개재되는 것을 특징으로 하는 드론 테스트용 베드.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정지그(50)는 여러 종류와 크기의 드론을 고정할 수 있도록 복수의 고정구멍(52)이 형성된 것을 특징으로 하는 드론 테스트용 베드.

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