KR101883346B1

KR101883346B1 - 비행체

Info

Publication number: KR101883346B1
Application number: KR1020170146017A
Authority: KR
Inventors: 이상현
Original assignee: 이상현
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2018-07-30

Abstract

본 발명과 관련된 비행체는, 본체부; 제1로터를 지지하는 제1요크와, 제2로터를 지지하는 제2요크 및, 상기 제1요크와 상기 제2요크를 연결하며 상기 본체부에 제1축(X1) 방향으로 회동 가능하게 결합된 제1종동샤프트를 포함하는, 제1구속프레임; 제3로터를 지지하는 제3요크와, 제4로터를 지지하는 제4요크 및, 상기 제3요크와 상기 제4요크를 연결하고 상기 제1종동샤프트와 제2축(X2) 방향으로 이격되며 상기 본체부에 상기 제1축(X1) 방향으로 회동 가능하게 결합된 제2종동샤프트를 포함하는, 제2구속프레임; 상기 제1요크와 제3축(X3) 방향으로 이격된 제1자유요크와, 상기 제2요크와 상기 제3축 방향으로 이격된 제2자유요크 및, 상기 제1자유요크와 상기 제2자유요크를 연결하는 제1구동샤프트를 포함하는, 제1자유프레임; 상기 제3요크와 제3축(X3) 방향으로 이격된 제3자유요크와, 상기 제4요크와 상기 제3축 방향으로 이격된 제4자유요크 및, 상기 제3자유요크와 상기 제4자유요크를 연결하는 제2구동샤프트를 포함하는, 제2자유프레임; 및 일단은 상기 제1 내지 제4요크에 각각 연결되고 타단은 상기 제1 내지 제4자유요크에 각각 연결되어, 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트에 가해지는 상기 제1축 방향의 제1작용력에 대하여는 상기 제1 내지 제4로터를 상기 제2축방향으로 회동시키고, 상기 제1구동샤프트 및 상기 제1구동샤프트에 가해지는 상기 제2축 방향의 제2작용력에 대하여는 상기 제1 내지 제4요크를 상기 제1축 방향으로 회동시키는, 제1 내지 제4링크;를 포함할 수 있다.

Description

비행체{AERIAL VEHICLE}

본 발명은 양력을 제공하는 복수의 로터 또는 팬을 갖는 비행체에 관한 것이다.

멀티로터 또는 멀티팬 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 멀티로터 비행체의 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 쿼드 로터라 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 제어하려는 시도도 있었다. 또한 유도 분야에 있어서도, 쿼드로터의 동체를 한쪽 방향으로 360도 혹은 그 이상 회전시키는 Flip동작을 수행하거나, 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.

* 관련 선행기술

한국 공개특허 제10-2017-0061941호(2017.06.07. 공개)

한국 등록특허 제10-1692315호(2016.12.28. 등록)

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

본 발명과 관련된 다른 일 목적은 양력을 제공하는 부분인 로터 또는 팬의 틸팅에 대한 자유도를 높이면서도 이를 구현하기 위한 기구적 구성이 간이하면서도 정확하고 신뢰성 있는 메카니즘을 제시하는데 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 비행체는, 상기 제1 내지 상기 제4요크 내에 상기 제2축 방향으로 각각 배치되고, 상기 제1 내지 상기 제4로터를 각각 지지하며, 상기 제1 내지 상기 제4링크에 각각 결합되어 상기 제1 내지 상기 제4링크가 구동되면 상기 제1 내지 상기 제4로터를 상기 제2축 방향으로 회전되도록 하는, 제1 내지 제4샤프트를, 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 본체부는, 상기 제1 및 제2종동샤프트를 상기 제1축 방향으로 회동가능하게 각각 지지하는 제1 및 제2피봇부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 비행체는, 상기 본체부에 각각 설치되는 제1모터 및 제2모터; 상기 제1모터의 구동력에 의해 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트를 동시에 상기 제2축방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제1작동부; 및 상기 제2모터의 구동력에 의해 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트를 동시에 상기 제1축방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제2작동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1모터는 상기 제1축 방향의 출력축을 포함하고, 상기 제1작동부는, 상기 제1모터의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제1암부; 상기 제1암부에 연결되며 상기 제2축 방향으로 배치되는 제1로드부; 상기 제1로드부의 양 단부에 연결되는 한 쌍의 제2암부; 상기 한 쌍의 제2암부를 이루는 각 제2암부에 연결되고, 상기 본체부에 상기 제1축 방향으로 회동 가능하게 지지되는 한 쌍의 제5샤프트; 상기 한 쌍의 제5샤프트를 이루는 각 제5샤프트에 연결되고, 상기 제5샤프트에 의하여 소정 각도 범위로 회동하는 한 쌍의 제3암부; 상기 한 쌍의 제3암부를 이루는 각 제3암부에 연결되고, 상기 제1축 방향으로 배치되는 한 쌍의 제2로드부; 상기 한 쌍의 제2로드부를 이루는 각 제2로드에 연결되는 한 쌍의 제3로드부로서, 하나의 제3로드부는 상기 제1구동샤프트에 상기 제2축 방향으로 연장하여 핀(pin) 연결되고, 다른 하나의 제3로드부는 상기 제2구동샤프트에 상기 제2축 방향으로 연장하여 핀 연결된, 한 쌍의 제3로드부;를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제2모터는 상기 제2축 방향의 출력축을 포함하고, 상기 제2작동부는, 상기 제2모터의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제4암부; 상기 제4암부에 연결되며 상기 제1축 방향으로 배치되는 제4로드부; 상기 제4로드부에 연결되는 제5암부; 상기 본체부에 상기 제5암부에 의하여 제2축 방향으로 회동 가능하게 지지되고, 상기 제2축 방향으로 연장하는 제5로드부; 및 그 일단은 상기 제5로드부의 양단에 각각 연결되며, 그 타단은 상기 한 쌍의 제3로드부에 각각 연결되어, 상기 제5로드부의 회전력을 변환하여 상기 제3로드부에 상기 제1축 방향으로 왕복하도록 전달하는, 한 쌍의 제6암부; 를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 비행체는, 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트의 상기 제3로드부와 연결되는 부위에 각각 설치되는 고정블럭을 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 비행체는, 상기 제1종동샤프트와 상기 제1구동샤프트를 연결하는 제5링크; 및 상기 제2종동샤프트와 상기 제2구동샤프트를 연결하는 제6링크를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 비행체는, 상기 본체부의 일단에 형성되는 유선형의 헤드부; 및 상기 본체부의 타단에 형성되는 꼬리날개부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1구속프레임, 상기 제2구속프레임, 상기 제1자유프레임, 상기 제2자유프레임, 상기 제1모터, 상기 제2모터, 상기 제1작동부 및 상기 제2작동부는, 상기 본체부에서 상기 제3축 방향 기준으로 상면과 하면 중 어느 한 면에 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 비행체는, 상기 본체부에 각각 설치되는 제1모터 및 제2모터; 상기 제1모터의 구동력에 의해 제1종동샤프트 및 상기 제2종동샤프트를 동시에 상기 제1축방향으로 회동시킬 수 있게 형성된 제3작동부; 및 상기 제2모터의 구동력에 의해 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트를 동시에 상기 제2축 방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제4작동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1모터는 상기 제2축 방향의 출력축을 포함하고, 상기 제3작동부는, 상기 제1모터의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제7암부; 및 상기 제7암부에 연결되며 상기 제2축 방향으로 배치되는 제6로드부; 그 일단은 상기 제6로드부의 양 단부에 각각 연결되며, 그 타단은 각각 상기 제1종동샤프트 및 상기 제2종동샤프트에 각각 연결되어, 상기 제6로드부에 의하여 상기 제1종동샤프트와 상기 제2종동샤프트를 동시에 상기 제1축 방향으로 회동시키는, 한쌍의 제8암부;를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1구속프레임, 상기 제2구속프레임, 상기 제1자유프레임, 상기 제2자유프레임, 상기 제1모터, 상기 제2모터는 상기 본체부에서 상기 제3축 방향 기준으로 상면과 하면 중 어느 한 면에 배치되고, 상기 제6로드부는 다른 한 면 쪽에 위치될 수 있다.

본 발명에 관련된 비행체에 의하면, 제1 내지 제4로터를 일제히 상호 독립적으로 제1축(X1) 및 제2축(X2)에 대하여 틸팅이 가능한 구조로서, 비행체의 선회 또는 자세변환이나 속도변경시에도 본체는 자세를 그대로 유지하거나 원하는 특정자세로 설정할 수 있게 되어 다양한 비행을 구현할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 로터를 지지하는 부분인 제1구속프레임 및 제2구속프레임을 본체부에 구속시켜 종동축으로 운용하고, 제1자유프레임 및 제2자유프레임을 이용하여 구동축으로 운용한 것으로, 그 자체로 6자유도를 가지면서도 탑재될 작동부나 액츄에이터의 다양한 설계에 응용될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 비행체를 구성하는 프레임 구조를 개략적으로 보인 사시도
도 2는 도 1의 프레임 구조의 부분 분리 사시도
도 3은 도 1의 프레임 구조가 적용된 비행체의 일 예를 보인 사시도
도 4는 도 3의 비행체(200)의 제1작동부(260) 및 제2작동부(280)를 설명하기 위한 비행체(200)의 확대 사시도
도 5는 본 발명과 관련된 제2실시예에 따른 비행체(300)의 사시도
도 6은 도 5의 비행체(300)의 제1작동부(360) 및 제2작동부(380)를 설명하기 위하여 제1구속프레임(320) 및 제1자유프레임(340)에 연결되는 부위를 확대하여 보인 사시도
도 7은 도 5의 비행체(300)의 제작동부(360) 및 제2작동부(380)를 설명하기 위하여 제2구속프레임(330) 및 제2자유프레임(350)에 연결되는 부위를 확대하여 보인 사시도
도 8은 본 발명과 관련된 제3실시예에 따른 비행체(400)의 사시도
도 9는 도 8의 비행체(400)의 제3작동부(460) 및 제4작동부(480)를 설명하기 위하여 제1구속프레임(420) 및 제1자유프레임(440)에 연결되는 부위를 확대하여 보인 사시도
도 10은 도 8의 비행체(400)의 제3작동부(460) 및 제4작동부(480)를 설명하기 위하여 제2구속프레임(430) 및 제2자유프레임(450)에 연결되는 부위를 확대하여 보인 사시도

이하, 본 발명과 관련된 비행체를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 앞의 설명을 참조하여 갈음될 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 비행체를 구성하는 프레임 구조를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 프레임 구조의 부분 분리 사시도이다.

본 발명과 관련된 비행체는 양력을 발생시키는 로터 또는 팬(회전익 뿐만 아니라 제트류 또는 블레이드를 갖지 않는 형태를 포함한다)을 복수 개로 갖는 형태로서, 복수의 양력 발생부를 동시에 원하는 방향으로의 틸팅을 구현할 수 있게 구성된다. 도면에서 제1축(X1), 제2축(X2) 및 제3축(X3)은 상호 직각을 이룰 수 있다.

도 1 및 도 2에 의하면, 비행체를 이루는 프레임 구조는 본체부(110)와, 본체부(110)에 로터를 설치하기 위한 기초요소들을 포함하고 있다. 이들은 제1구속프레임(120), 제2구속프레임(130), 제1자유프레임(140), 제2자유프레임(150), 제1링크(144), 제2링크(145), 제3링크(154) 및 제4링크(155) 등이다.

제1구속프레임(120)은 제1로터를 지지하기 위한 제1설치부(125)가 구비된 제1요크(121)와, 제2로터를 지지하기 위한 제2설치부(128)가 구비된 제2요크(122) 및, 제1요크(121)와 제2요크(122)를 연결하며 본체부(110)에 대하여 제1축(X1) 방향으로 회동 가능하게 결합된 제1종동샤프트(123)를 갖는 형태로 되어 있다. 구체적으로, 제1종동샤프트(123)은 본체부(110)의 제1피봇부(111)에 의하여 제1축(X1) 방향으로 회동 가능한 상태로 구속되어 있다. 제1요크(121)의 내측에는 제2축(X2) 방향으로 배치된 제1샤프트(124)에 의하여 제1설치부(125)가 지지된다. 제1샤프트(124)가 제2축(X2) 방향으로 회동되면 그에 따라 제1설치부(125) 및 그에 고정된 제1로터도 함께 제2축(X2) 방향으로 회동된다. 제2요크(122)의 내측에도 유사하게 제2축(X2) 방향의 제2샤프트(127)가 구비된다.

제2구속프레임(130)은 제1구속프레임(120)에 대하여 이격되어 있으며, 제1구속프레임(120)과 유사한 구성을 갖는다. 즉, 제2구속프레임(130)은 제3로터를 지지하기 위한 제3설치부(135)가 구비된 제3요크(131)와 제4로터를 지지하기 위한 제4설치부(138)가 구비된 제4요크(132) 및, 제3요크(131)과 제4요크(132)를 연결하며 본체부(110)에 대하여 제1축(X1) 방향으로 회전 가능하게 결합된 제2종동샤프트(133)를 구비한다. 제2종동샤프트(133)는 본체부(110)의 제2피봇부(112)에 의하여 제1축(X1) 방향으로 회동 가능한 상태이다. 제2요크(122)의 내측에도 제1요크(121)와 유사한 제2샤프트(127)가 설치된다. 제2샤프트(127)가 제2축(X2) 방향으로 회동되면 그에 따라 제2설치부(128) 및 그에 고정된 제2로터도 함께 제2축(X2) 방향으로 회동된다. 제4요크(132)의 내측에도 유사하게 제2축(X2) 방향의 제4샤프트(137)가 구비된다.

제1요크(121) 및 제2요크(122)는 제1종동샤프트(123)에 피봇팅되어 있는 본체부(110)에 대하여 제1축(X1) 방향으로 동시에 회전될 수 있을 정도로 형성되어 있다. 이를 위하여, 제1요크(121), 제2요크(122) 및 제1종동샤프트(123)는 일체형일 수 있으며 여러 부품들이 조립된 형태이거나, 하나의 재료에 의하여 동시에 성형될 수 있는 구조일 수 있다. 마찬가지로 제3요크(131), 제4요크(132) 및 제2종동샤프트(133)도 제1축(X1) 방향으로 동시에 회전될 수 있을 정도로 형성될 수 있다.

편의상 제3축(X3)을 연직 방향이라고 하였을 때, 제1구속프레임(120)과 제2구속프레임(130)의 상부에는 각각 제1자유프레임(140) 및 제2자유프레임(150)이 배치된다. 제1자유프레임(140) 및 제2자유프레임(150)은 제1구속프레임(120)과 제2구속프레임(130)의 관계와 같이 상호 유사한 형태일 수 있다. 구체적으로, 제1자유프레임(140)은 제1요크(121)와 제3축(X3) 방향으로 이격된 제1자유요크(141)와, 제2요크(122)와 제3축(X3) 방향으로 이격된 제2자유요크(142) 및, 제1자유요크(141)와 제2자유요크(142)를 연결하는 제1구동샤프트(143)을 포함할 수 있으며, 제2자유프레임(150)도 제1자유프레임(140)과 유사한 제3자유요크(151)와, 제4자유요크(152) 및 제2구동샤프트(153)를 포함할 수 있다. 형상 면에서 제1자유프레임(140) 및 제2자유프레임(150)은 제1구속프레임(120) 및 제2구속프레임(130)에 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 모든 프레임이 같은 형상을 가질 수도 있다. 제1자유프레임(140) 및 제2자유프레임(150)도 전달되는 작용력에 의하여 동시에 회전될 수 있을 정도의 강성(rigid)을 가질 수 있다.

제1구속프레임(120)은 제1자유프레임(140)에 대하여 복수의 링크에 의하여 연결되어 있으며, 제2구속프레임(130)도 제2자유프레임(150)에 대하여 복수의 링크에 의하여 연결되어 있다. 다만 이들 링크는 제1구동샤프트(143) 및 제2구동샤프트(153)에 가해지는 제1축(X1) 방향의 제1작용력에 대하여는 제1로터 내지 제4로터를 제2축(X2) 방향으로 회동시키고, 제1구동샤프트(143) 및 제2구동샤프트(153)에 가해지는 제2축(X2) 방향의 제2작용력에 대하여는 제1요크(121) 내지 제4요크(132)를 제1축(X1) 방향으로 회동시킬 수 있게 연결되어 있다.

이러한 제1구속프레임(120), 제2구속프레임(130), 제1자유프레임(140) 및 제2자유프레임(150)의 구성에 의하여, 제1요크(121) 및 제2요크(122)는 제1축(X1) 및 제2축(X2) 회동에 대하여 동시성을 확보할 수 있으며, 제3요크(131) 및 제4요크(132)도 제1축(X1) 및 제2축(X2) 회동에 대하여 동시성을 확보할 수 있게 된다. 후술하는 바와 같이, 제1구속프레임(120) 및 제2구속프레임(130)은 기구에 의하여 상호 연결되어 제1요크(121) 내지 제4요크(132) 모두 제1축(X1) 및 제2축(X2) 회동에 대하여 동시성을 확보할 수 있다.

도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2와 유사한 기본 구조에 제1로터(226), 제2로터(229), 제3로터(236), 제4로터(239), 제1모터(215), 제2모터(216), 제1작동부(260) 및 제2작동부(280)를 설치한 것을 보인다. 즉, 도시된 비행체(200)는 앞서 설명된 예시와 유사한 본체부(210)와, 제1요크(221), 제2요크(222) 및 제1종동샤프트(223)를 갖는 제1구속프레임(220)과, 제3요크(231), 제4요크(232) 및 제2종동샤프트(233)를 갖는 제2구속프레임(230)과, 제1자유요크(241), 제2자유요크(242) 및 제1구동샤프트(243)를 갖는 제1자유프레임(240)과, 제3자유요크(251), 제4자유요크(252) 및 제2구동샤프트(153)를 갖는 제2자유프레임(250) 및, 제1링크(244) 내지 제4링크(255)를 공통적으로 갖는다.

본 예의 비행체(200)는, 제1모터(215)의 구동력에 의하여 제1구동샤프트(243) 및 제2구동샤프트(153)를 동시에 제2축(X2) 방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제1작동부(260)와, 제2모터(216)의 구동력에 의하여 제1구동샤프트(243) 및 제2구동샤프트(153)를 동시에 제1축(X1) 방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제2작동부(280)를 포함하고 있다. 도 4에 의하면, 제1모터(215)는 제1축(X1) 방향의 출력축을 포함하고 있으며, 제2모터(216)는 제2축(X2) 방향의 출력축을 포함하고 있다. 제1작동부(260)는 제1모터(215)의 구동력을 전달받아 제1구동샤프트(243) 및 제2구동샤프트(253)를 통하여 최종적으로 제1로터(226) 내지 제4로터(239)를 동시에 제1축(X1) 방향으로 틸팅시키게 된다. 제2작동부(280)는 제2모터(216)의 구동력을 전달받아 제1구동샤프트(243) 및 제2구동샤프트(153)를 통하여 최종적으로 제1로터(226) 내지 제4로터(239)를 동시에 제2축(X2) 방향으로 틸팅시키게 된다.

제1작동부(260)는 제1모터(215)의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제1암부(261)와, 제1암부(261)에 연결되며 제2축(X2) 방향으로 배치되는 제1로드부(262)와, 제1로드부(262)의 양 단부에 연결되는 한 쌍의 제2암부(263, 273), 한 쌍의 제2암부(263, 273)를 이루는 각 제2암부에 연결되고 본체부(210)에 제1축(X1) 방향으로 회동 가능하게 지지되는 한 쌍의 제5샤프트(264, 274)와, 한 쌍의 제5샤프트(264, 274)를 이루는 각 제5샤프트에 연결되고, 제5샤프트(264, 274)에 의하여 소정 각도 범위로 회동하는 한 쌍의 제3암부(265, 275)와, 한 쌍의 제3암부(265, 275)를 이루는 각 제3암부에 연결되고 제1축(X1) 방향으로 배치되는 한 쌍의 제2로드부(266, 276)와, 한 쌍의 제2로드부(266, 276)를 이루는 각 제2로드에 연결되는 제3로드부(267, 277)를 가진다. 제3로드부(267, 277)를 이루는 하나의 제3로드부(267)는 제1구동샤프트(243)에 제2축(X2) 방향으로 연장하여 핀연결부(268)에 의하여 연결되고, 다른 하나의 제3로드부(277)는 제2구동샤프트(253)에 제2축(X2) 방향으로 연장하여 핀연결부(278)에 의하여 연결된다.

제2작동부(280)는 제2모터(216)의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제4암부(281)와, 제4암부(281)에 연결되며 제1축(X1) 방향으로 배치되는 제4로드부(282)와, 제4로드부(282)에 연결되는 제5암부(283)와, 본체부(210)에 제5암부(283)에 의하여 제2축(X2) 방향으로 회동 가능하게 지지되고 제2축(X2) 방향으로 연장하는 제5로드부(284) 및, 한 쌍의 제6암부(285, 295)를 갖는다. 제6암부(285)의 일단은 제5로드부(284)의 일단에 연결되며, 제6암부(295)의 일단은 제5로드부(284)의 타단에 연결된다. 이들 제6암부(285, 295)는 제5로드부(284)의 회전력을 변환하여 제3로드부(267, 277)가 제1축(X1) 방향으로 왕복하도록 전달한다. 그에 따라, 제3로드부(267, 277)가 제1축(X1) 방향으로 왕복하면 연결되어 있는 제1구동샤프트(243) 및 제2구동샤프트(153)가 제1축(X1) 방향으로 이동하게 된다. 정확한 힘의 전달을 위하여 제1구동샤프트(243) 및 제2구동샤프트(253)의 제3로드부(267, 277)와 연결되는 부위에는 제1고정블럭(286, 296) 및 제2고정블럭(287, 297)이 각각 설치될 수 있다.

이와 같은 제1작동부(260) 및 제2작동부(280)의 구성에 의하여, 제1모터(215)와 제2모터(216)를 제어하여 제1구동샤프트(243) 및 제2구동샤프트(253)에 제1로터(226) 내지 제4로터(239)의 제1축(X1) 또는 제2축(X2) 방향의 원하는 틸팅을 구현할 수 있다.

제1구속프레임(220)과 제1자유프레임(240) 사이의 안정적인 스페이싱을 위하여 제1종동샤프트(223)와 제1구동샤프트(243)를 연결하는 링크(248)가 구비될 수 있다.

도 3과 같이, 비행의 안정성을 위하여 본체부(210)의 선단에는 유선형의 헤드부(213)가 형성될 수 있으며, 후단에는 꼬리날개부(214)가 형성될 수 있다.

제1구속프레임(220), 제2구속프레임(230), 제1자유프레임(240), 제2자유프레임(250), 제1모터(215), 제2모터(216), 제1작동부(260) 및 제2작동부(280)는 모두 본체부(210)의 상면 또는 하면에 위치될 수 있다. 도 3은 이중 전자를 예시하고 있다.

도 5는 본 발명과 관련된 제2실시예에 따른 비행체(300)의 사시도이고, 도 6은 도 5의 비행체(300)의 제1작동부(360) 및 제2작동부(380)를 설명하기 위하여 제1구속프레임(320) 및 제1자유프레임(340)에 연결되는 부위를 확대하여 보인 사시도이며, 도 7은 도 5의 비행체(300)의 제작동부(360) 및 제2작동부(380)를 설명하기 위하여 제2구속프레임(330) 및 제2자유프레임(350)에 연결되는 부위를 확대하여 보인 사시도이다.

본 예에서는 앞의 비행체(200)와 유사한 제1구속프레임(320) 제2구속프레임(330), 제1자유프레임(340), 제2자유프레임(350)를 포함하고 있으나, 제1작동부(360) 및 제2작동부(380)의 구성은 약간 상이하다. 즉, 제1모터(315)는 제1구동샤프트(343)에 인접하고 있으며, 제2모터(316)는 제2구동샤프트(353)에 인접하고 있다. 그에 따라 본체부(310)에는 보다 넓은 공간이 확보되고 있다. 제1구동샤프트(343) 및 제2구동샤프트(353)를 구동하기 위한 제1작동부(360) 및 제2작동부(380)의 세부적인 구성은 앞의 실시예와 유사하며, 이에 대한 상세한 설명은 앞의 설명으로 갈음한다.

도 8은 본 발명과 관련된 제3실시예에 따른 비행체(400)의 사시도이고, 도 9는 도 8의 비행체(400)의 제3작동부(460) 및 제4작동부(480)를 설명하기 위하여 제1구속프레임(420) 및 제1자유프레임(440)에 연결되는 부위를 확대하여 보인 사시도이며, 도 10은 도 8의 비행체(400)의 제3작동부(460) 및 제4작동부(480)를 설명하기 위하여 제2구속프레임(430) 및 제2자유프레임(450)에 연결되는 부위를 확대하여 보인 사시도이다.

본 예의 비행체(400)는, 제1모터(415)의 구동력에 의하여 제1종동샤프트(423) 및 제2종동샤프트(433)를 동시에 제1축(X1) 방향으로 회동시킬 수 있게 형성된 제3작동부(460)와, 제2모터(416)의 구동력에 의해 제1구동샤프트(443) 및 제2구동샤프트(453)를 동시에 제2축(X2) 방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제4작동부(480)를 포함하고 있다. 제1모터(415) 및 제2모터(416)는 앞의 실시예와 유사하게 각각 제1축(X1) 방향의 출력축과 제2축(X2) 방향의 출력축을 갖는다.

제3작동부는, 제1모터(415)의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제7암부(461)와, 제7암부(461)에 연결되며 제2축(X2) 방향으로 배치되는 제6로드부(462) 및, 그 일단은 제6로드부(462)의 양 단부에 각각 연결되며 그 타단은 제1종동샤프트(423) 및 제2종동샤프트(433)에 각각 연결되는 한 쌍의 제8암부(463, 473)를 포함한다. 이러한 제8암부(463, 473)는 제6로드부(462)에 의하여 제1종동샤프트(423)와 제2종동샤프트(433)를 동시에 제1축(X1) 방향으로 회동시킨다. 따라서, 기구적 구성요소를 간소하게 할 수 있다. 또한, 본 예에서와 같이, 제1구속프레임(420), 제2구속프레임(430), 제1자유프레임(440), 제2자유프레임(450), 제1모터(415), 제2모터(416)가 본체부(410)에서 제3축(X3) 방향을 기준으로 상면과 하면 중 어느 한 면에 배치되면 제6로드부(462)는 다른 한 면 쪽에 위치될 수 있는데, 경우에 따라 제6로드부(462)가 제1모터(415) 및 제2모터(416) 등의 설치면의 공간활용도를 높일 수 있다.

상기와 같이 설명된 비행체는 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용되지 않는다. 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

200, 300, 400: 비행체
110: 본체부 111: 제1피봇부
112: 제2피봇부 115: 제1모터
116: 제2모터 120: 제1구속프레임
121: 제1요크 122: 제2요크
123: 제1종동샤프트 124: 제1샤프트
125: 제1설치부 126: 제1로터
127: 제2샤프트 128: 제2설치부
129: 제2로터 130: 제2구속프레임
131: 제3요크 132: 제4요크
133: 제2종동샤프트 134: 제3샤프트
136: 제3로터 137: 제4샤프트
139: 제4로터 140: 제1자유프레임
141: 제1자유요크 142: 제2자유요크
143: 제1구동샤프트 144: 제1링크
145: 제2링크 150: 제2자유프레임
151: 제3자유요크 152: 제4자유요크
153: 제2구동샤프트 154: 제3링크
155: 제4링크 260: 제1작동부
261: 제1암부 262: 제1로드부
263, 273: 제2암부 264, 274: 제5샤프트
265, 275: 제3암부 266, 276: 제2로드부
267, 277: 제3로드부 268, 278: 핀연결부
280: 제2작동부 281: 제4암부
282: 제4로드부 283: 제5암부
284: 제5로드부 285, 295: 제6암부
286, 296: 제1고정블럭 287, 297: 제2고정블럭

Claims

본체부;
제1로터를 지지하는 제1요크와, 제2로터를 지지하는 제2요크 및, 상기 제1요크와 상기 제2요크를 연결하며 상기 본체부에 제1축(X1) 방향으로 회동 가능하게 결합된 제1종동샤프트를 포함하는, 제1구속프레임;
제3로터를 지지하는 제3요크와, 제4로터를 지지하는 제4요크 및, 상기 제3요크와 상기 제4요크를 연결하고 상기 제1종동샤프트와 제2축(X2) 방향으로 이격되며 상기 본체부에 상기 제1축(X1) 방향으로 회동 가능하게 결합된 제2종동샤프트를 포함하는, 제2구속프레임;
상기 제1요크와 제3축(X3) 방향으로 이격된 제1자유요크와, 상기 제2요크와 상기 제3축 방향으로 이격된 제2자유요크 및, 상기 제1자유요크와 상기 제2자유요크를 연결하는 제1구동샤프트를 포함하는, 제1자유프레임;
상기 제3요크와 제3축(X3) 방향으로 이격된 제3자유요크와, 상기 제4요크와 상기 제3축 방향으로 이격된 제4자유요크 및, 상기 제3자유요크와 상기 제4자유요크를 연결하는 제2구동샤프트를 포함하는, 제2자유프레임; 및
일단은 상기 제1 내지 제4요크에 각각 연결되고 타단은 상기 제1 내지 제4자유요크에 각각 연결되어, 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트에 가해지는 상기 제1축 방향의 제1작용력에 대하여는 상기 제1 내지 제4로터를 상기 제2축방향으로 회동시키고, 상기 제1구동샤프트 및 상기 제1구동샤프트에 가해지는 상기 제2축 방향의 제2작용력에 대하여는 상기 제1 내지 제4요크를 상기 제1축 방향으로 회동시키는, 제1 내지 제4링크;를
포함하는, 비행체.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 상기 제4요크 내에 상기 제2축 방향으로 각각 배치되고, 상기 제1 내지 상기 제4로터를 각각 지지하며, 상기 제1 내지 상기 제4링크에 각각 결합되어 상기 제1 내지 상기 제4링크가 구동되면 상기 제1 내지 상기 제4로터를 상기 제2축 방향으로 회전되도록 하는, 제1 내지 제4샤프트를,
더 포함하는, 비행체.
제2항에 있어서,
상기 본체부는,
상기 제1 및 제2종동샤프트를 상기 제1축 방향으로 회동가능하게 각각 지지하는 제1 및 제2피봇부를 더 포함하는, 비행체.
제3항에 있어서,
상기 본체부에 각각 설치되는 제1모터 및 제2모터;
상기 제1모터의 구동력에 의해 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트를 동시에 상기 제2축방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제1작동부; 및
상기 제2모터의 구동력에 의해 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트를 동시에 상기 제1축방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제2작동부를 더 포함하는, 비행체.
제4항에 있어서,
상기 제1모터는 상기 제1축 방향의 출력축을 포함하고,
상기 제1작동부는,
상기 제1모터의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제1암부;
상기 제1암부에 연결되며 상기 제2축 방향으로 배치되는 제1로드부;
상기 제1로드부의 양 단부에 연결되는 한 쌍의 제2암부;
상기 한 쌍의 제2암부를 이루는 각 제2암부에 연결되고, 상기 본체부에 상기 제1축 방향으로 회동 가능하게 지지되는 한 쌍의 제5샤프트;
상기 한 쌍의 제5샤프트를 이루는 각 제5샤프트에 연결되고, 상기 제5샤프트에 의하여 소정 각도 범위로 회동하는 한 쌍의 제3암부;
상기 한 쌍의 제3암부를 이루는 각 제3암부에 연결되고, 상기 제1축 방향으로 배치되는 한 쌍의 제2로드부;
상기 한 쌍의 제2로드부를 이루는 각 제2로드에 연결되는 한 쌍의 제3로드부로서, 하나의 제3로드부는 상기 제1구동샤프트에 상기 제2축 방향으로 연장하여 핀(pin) 연결되고, 다른 하나의 제3로드부는 상기 제2구동샤프트에 상기 제2축 방향으로 연장하여 핀 연결된, 한 쌍의 제3로드부;를
포함하는 비행체.
제5항에 있어서,
상기 제2모터는 상기 제2축 방향의 출력축을 포함하고,
상기 제2작동부는,
상기 제2모터의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제4암부;
상기 제4암부에 연결되며 상기 제1축 방향으로 배치되는 제4로드부;
상기 제4로드부에 연결되는 제5암부;
상기 본체부에 상기 제5암부에 의하여 제2축 방향으로 회동 가능하게 지지되고, 상기 제2축 방향으로 연장하는 제5로드부; 및
그 일단은 상기 제5로드부의 양단에 각각 연결되며, 그 타단은 상기 한 쌍의 제3로드부에 각각 연결되어, 상기 제5로드부의 회전력을 변환하여 상기 제3로드부에 상기 제1축 방향으로 왕복하도록 전달하는, 한 쌍의 제6암부;
를 포함하는, 비행체.
제6항에 있어서,
상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트의 상기 제3로드부와 연결되는 부위에 각각 설치되는 고정블럭을 더 포함하는, 비행체.
제1항에 있어서,
상기 제1종동샤프트와 상기 제1구동샤프트를 연결하는 제5링크; 및
상기 제2종동샤프트와 상기 제2구동샤프트를 연결하는 제6링크를 더 포함하는, 비행체.
제1항에 있어서,
상기 본체부의 일단에 형성되는 유선형의 헤드부; 및
상기 본체부의 타단에 형성되는 꼬리날개부를 더 포함하는, 비행체.
제4항에 있어서,
상기 제1구속프레임, 상기 제2구속프레임, 상기 제1자유프레임, 상기 제2자유프레임, 상기 제1모터, 상기 제2모터, 상기 제1작동부 및 상기 제2작동부는,
상기 본체부에서 상기 제3축 방향 기준으로 상면과 하면 중 어느 한 면에 배치된, 비행체.
제3항에 있어서,
상기 본체부에 각각 설치되는 제1모터 및 제2모터;
상기 제1모터의 구동력에 의해 제1종동샤프트 및 상기 제2종동샤프트를 동시에 상기 제1축방향으로 회동시킬 수 있게 형성된 제3작동부; 및
상기 제2모터의 구동력에 의해 상기 제1구동샤프트 및 상기 제2구동샤프트를 동시에 상기 제2축 방향으로 이동시킬 수 있게 형성된 제4작동부를 더 포함하는, 비행체.
제11항에 있어서,
상기 제1모터는 상기 제2축 방향의 출력축을 포함하고,
상기 제3작동부는,
상기 제1모터의 출력축에 연결되어 소정 각도 범위로 회동하는 제7암부;
상기 제7암부에 연결되며 상기 제2축 방향으로 배치되는 제6로드부; 및
그 일단은 상기 제6로드부의 양 단부에 각각 연결되며, 그 타단은 각각 상기 제1종동샤프트 및 상기 제2종동샤프트에 각각 연결되어, 상기 제6로드부에 의하여 상기 제1종동샤프트와 상기 제2종동샤프트를 동시에 상기 제1축 방향으로 회동시키는, 한쌍의 제8암부;를
포함하는, 비행체.
제12항에 있어서,
상기 제1구속프레임, 상기 제2구속프레임, 상기 제1자유프레임, 상기 제2자유프레임, 상기 제1모터, 상기 제2모터는 상기 본체부에서 상기 제3축 방향 기준으로 상면과 하면 중 어느 한 면에 배치되고, 상기 제6로드부는 다른 한 면 쪽에 위치되는, 비행체.