KR101888271B1 - 무인 비행체 시스템 - Google Patents

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KR101888271B1
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이택진
남석우
최민준
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한국과학기술연구원
최민준
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Abstract

본 발명은, 제1바디, 상기 제1바디에 방사형으로 배치된 복수개의 제1로터, 베이비 무인 비행체가 도킹되는 도킹판 및 상기 제1로터를 구동하여 비행을 제어하는 제1 제어부를 구비하는 마더 무인 비행체; 및 제2바디, 상기 제2바디에 방사형으로 배치된 복수개의 제2로터, 제2바디 하부에 구비되고 상기 도킹판에 착탈 가능하게 결합되는 도킹레그, 및 상기 제2로터를 구동하여 비행을 제어하는 제2제어부를 구비하는 베이비 무인 비행체를 포함하되, 상기 제2제어부는 상기 마더 무인 비행체가 상기 베이비 무인 비행체를 탑재한 상태로 분리 위치로 이동할 때는 상기 제2로터의 비구동상태를 유지하고, 상기 분리 위치에서 상기 베이비 무인 비행체가 상기 마더 무인 비행체로부터의 분리시점 이후에는 상기 제2로터의 구동에 의해 비행되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템을 제공한다.

Description

무인 비행체 시스템{Unmanned Aerial Vehicle System}
본 발명은 마더 무인 비행체에 베이비 무인 비행체를 분리 가능하도록 결합시키는 무인 비행체 시스템에 관한 것이다.
최근 구글 또는 아마존 등 다국적 IT 기업들이 드론을 이용한 서비스에 집중하고 있다. 예를 들어, 무인 택배 시스템, 감시 시스템, 촬영 시스템 등 그 활용 분야가 매우 넓다. 이렇게 상업용 드론이 발전함에 따라 2016년 현재 전체 드론 시장의 1%에 불과한 상업용 수요가 2023년에는 7%대로 확대될 것으로 예상되고 있다.
일반적으로 드론은 무인 비행체를 지칭하는데, 근래에는 특히 멀티로터(multi-rotor) 타입의 무인 비행체를 드론이라고 지칭한다.
드론은 무인기임과 동시에 고정익 무인기와 달리 회전익이므로 호버링(hovering)이 가능하다는 특징이 있다. 또한 로터(rotor)의 크기가 작은 멀티로터 타입이므로, 하나의 로터를 가지는 헬리콥터보다 안정적이고, 안전하다. 더욱이, 엔진이 아닌 모터 기반이어서, 제어 성능이 우수하며, 비교적 소음이 적어 그 활용에 있어 크게 각광을 받고 있다. 즉, 크기가 작은 멀티로터로 동작하므로, 비교적 안전하여, 도심 등 복잡한 환경에서 운용이 용이하다는 장점이 있다.
아울러, 전통적인 항공기에 비해 드론은 로봇에 가깝기 때문에 사물인터넷(IoT, internet of things) 등 정보통신 기술을 접목하는 것이 상대적으로 용이하다. 예를 들어, 카메라 등 다른 장비의 착탈이 매우 용이하므로, 이를 이용한 촬영이나 감시 업무에 이미 활용되고 있다.
그러나 드론의 가장 큰 약점은 운용 시간인데, 이는 드론이 모터를 이용하는 배터리 기반이기 때문이다. 일반적인 드론의 경우 운용 시간이 20분을 넘기기가 쉽지 않다. 더욱이 드론은 크기가 작고 배터리 타입이므로 적재하중도 작다.
또한 드론은 멀티로터 타입이기 때문에, 크기가 큰 원 로터(one-rotor)에 비해 외란에 취약하다는 문제가 있다. 외란에 강하기 위해서는 드론의 크기가 커져야 하는데, 이럴 경우 작은 크기로 제어 성능이 우수하다는 드론의 장점을 살리지 못하게 된다. 이러한 문제로 인해 특히 외란이 강한 도심의 고층빌딩 사이이거나, 혹은 산악 지역에 대한 임무 수행 시, 드론을 이용하는 것이 쉽지 않은 상황이다.
예를 들어 고층빌딩에서 화재 발생 시, 구조대원이 진입하기 이전에 현장 내 상황을 모니터링하고, 생존자에 대한 정보를 얻기 위해 드론을 투입할 필요가 있다. 그런데, 문제는 실내용 드론의 경우 크기가 클 경우 사고 시 안전에 문제가 되기 때문에 크기가 작아야 하는데, 작은 사이즈의 드론은 고층빌딩의 화재 발생 시 해당 층까지 상승하는 것이 매우 어렵다. 또한 드론의 운용 시간을 확보하기 위해서는 배터리를 절약해야 하는데, 고층으로 올라갈 수 있다 하더라도, 배터리 소모가 매우 심해 고층 빌딩 내에서 필요한 시간 동안 원하는 작업을 수행하기 어렵다.
작은 드론과 큰 드론을 결합 구조와 관련하여, 전자석 방식의 경우는 중량이 증가하는 문제가 있었으며, 링크나 캠 등의 구조는 동시 분리 기술을 구현하기가 쉽지 않은 문제가 있었다.
따라서, 작은 드론과 큰 드론을 분리 가능한 결합구조를 형성하는데 있어서, 중량의 증가를 최소화하면서, 동시 분리 기술을 구현하는 것이 중요하다.
본 발명의 일 목적은 분리 시에 즉각적으로 분리되며, 이동 시에 안정적 고정이 가능한 간단한 구조의 결합구조를 구비한 무인 비행체 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 중량의 증가를 최소화하면서도 무인 비행체 간의 충돌 가능성이 낮게 하도록, 단순한 구조로서 큰 무인 비행체에 작은 무인 비행체를 결합시키는 무인 비행체 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 무인 비행체 시스템은, 제1바디, 상기 제1바디에 방사형으로 배치된 복수개의 제1로터, 베이비 무인 비행체가 도킹되는 도킹판 및 상기 제1로터를 구동하여 비행을 제어하는 제1 제어부를 구비하는 마더 무인 비행체; 및 제2바디, 상기 제2바디에 방사형으로 배치된 복수개의 제2로터, 제2바디 하부에 구비되고 상기 도킹판에 착탈 가능하게 결합되는 도킹레그, 및 상기 제2로터를 구동하여 비행을 제어하는 제2제어부를 구비하는 베이비 무인 비행체를 포함하되, 상기 제2제어부는 상기 마더 무인 비행체가 상기 베이비 무인 비행체를 탑재한 상태로 분리 위치로 이동할 때는 상기 제2로터의 비구동상태를 유지하고, 상기 분리 위치에서 상기 베이비 무인 비행체가 상기 마더 무인 비행체로부터의 분리시점 이후에는 상기 제2로터의 구동에 의해 비행된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 베이비 무인 비행체의 도킹레그는 하단에 고정판을 구비하고, 상기 도킹레그의 상기 고정판은 상기 도킹판에 의해 흡착 고정된다.
상기 도킹판에는, 상기 베이비 드론의 도킹레그를 상기 도킹판에 흡착 고정시키는 흡착 수단이 설치되고, 상기 흡착 수단은, 상기 도킹판의 상부에 설치되고, 상기 고정판을 흡착할 수 있는 흡착패드; 및 상기 흡착패드에 상기 고정판이 흡착 고정될 수 있도록 상기 흡착패드에 부압을 제공하는 흡기 튜브부를 포함하되, 상기 흡기 튜브부는, 상기 흡착패드로부터 상기 메인 튜브 외측 방향으로의 일 방향 공기 유동만을 허용하는 체크밸브, 및 상기 체크밸브의 전측에 설치되어 외부로부터의 공기흡입을 허용하여 상기 흡착패드와 상기 고정판 사이의 고정을 해제 가능하게 하는 진공파기 스위치를 포함할 수 있다.
상기 흡착패드 및 흡기 튜브부는 복수 개로 이루어지고, 상기 복수 개의 흡기 튜브부는 상기 복수개의 흡착패드 각각과 연결된 복수개의 분기 튜브와, 상기 분기튜브들이 연결된 하나의 메인 튜브를 더 포함하고, 상기 진공파기 스위치는 상기 메인 튜브에 설치되어 상기 복수 개의 흡착패드와 상기 고정판 사이의 고정을 일시에 해제할 수 있다.
상기 마더 무인 비행체의 착지 상태에서 상기 체크밸브 외측으로 진공이젝터가 설치되어 공기를 흡입함으로써 상기 베이비 무인 비행체의 상기 고정판을 상기 마더 무인 비행체의 도킹판에 흡착 고정시키고, 상기 진공이젝터가 상기 체크밸브로부터 분리된 상태로, 상기 마더 무인 비행체가 비행하여 상기 분리 위치에 도달하면 상기 마더 무인 비행체의 상기 진공파기 스위치에 의해 상기 복수개의 흡착패드와 상기 고정판의 진공 흡착을 일시에 해제시킬 수 있다.
상기 진공파기 스위치는 상기 제1제어부에 의해 동작하도록 제어될 수 있다.
상기 마더 무인 비행체의 제1바디에는 상기 체크밸브 외측으로 연결된 진공이젝터가 구비되며, 상기 마더 무인 비행체의 호버링 상태에서 상기 베이비 무인 비행체의 상기 도킹레그가 상기 도킹판의 상부에 놓여지도록, 상기 베이비 무인 비행체가 비행하여 상기 마더 무인 비행체에 접근하면 상기 진공이젝터가 구동되어서 상기 베이비 무인 비행체를 상기 마더 무인 비행체에 도킹 고정 가능하게 할 수 있다.
상기 고정판에는 회동가능하게 설치되는 걸림핀을 구비한 안전장치가 더 설치되고, 상기 걸림핀은 상기 도킹레그가 상기 도킹판에 안착될 때 회동하여 상기 고정판을 고정하며, 상기 흡착패드의 진공흡착이 해제될 때 회동하여 상기 고정판의 고정을 해제 가능할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 도킹판은 복수 개의 베이비 무인 비행체가 안착하여 고정 가능하도록 형성되고, 상기 제1제어부는 상기 복수 개의 베이비 무인 비행체를 각각 제어하여 상기 분리 위치에서 상기 마더 무인 배행체로부터 분리시킨다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 마더 무인 비행체는 외부 제어부와 및 상기 베이비 무인 비행체의 제2제어부와 무선 통신 가능한 제1무선통신모듈을 구비하고, 상기 베이비 무인 비행체는 제1제어부와 무선 통신 가능한 제2무선통신모듈을 구비하고, 상기 제1제어부는 상기 제1무선통신모듈 및 상기 제2무선통신모듈 간의 무선통신을 통해 상기 제2제어부로부터 제어신호를 제공받아 상기 베이비 무인 비행체의 분리 및 비행제어 동작을 수행한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 상기 베이비 무인 비행체가 상기 마더 무인 비행체로부터 분리된 후에, 상기 마더 무인 비행체의 밸런싱 제어를 가능하게 하기 위해, 상기 도킹판은 상기 베이비 무인 비행체의 제1바디의 상면에 구비되어 상기 베이비 무인 비행체는 상기 마더 무인 비행체로부터 상방향으로 분리된다.
본 발명은 도킹판을 구비하는 마더 무인 비행체 및 단부에 고정판이 결합되는 도킹레그를 구비하는 베이비 무인 비행체를 포함하고, 흡착수단에 의해 고정판을 도킹판에 흡착 고정시킴으로써, 단순한 구조를 형성하여 복잡한 기구들이 동시에 작동하여 발생할 수 있는 무인 비행체 간의 충돌 가능성을 낮출 수 있다.
본 발명은 제2제어부가 마더 무인 비행체를 베이비 무인 비행체에 탑재시킨 상태로 분리 위치로 이동할 때는 제2로터의 비구동상태를 유지하고, 분리 위치에서 베이비 무인 비행체가 마더 무인 비행체로부터의 분리시점 이후에는 제2로터의 구동에 의해 비행되므로, 재난 현장에 안정적으로 접근이 가능하면서도, 실내로 진입하여 원활하게 임무를 수행할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 무인 비행체 시스템을 도시하는 사시도.
도 2a는 도킹판 및 이에 도킹된 베이비 무인 비행체를 도시하는 사시도.
도 2b는 도 2a의 도킹판 및 이에 도킹된 베이비 무인 비행체를 도시하는 측면도.
도 2c는 도 2b에서 베이비 무인 비행체가 도킹판으로부터 분리되는 동작을 도시하는 개념도.
도 3a는 본 발명의 무인 비행체 시스템을 도시하는 평면도.
도 3b는 도 2a의 도킹판 및 이에 도킹된 베이비 무인 비행체를 도시하는 저면도.
도 4는 마더 무인 비행체 및 베이비 무인 비행체의 제어부와 무선 통신 모듈 의 연결관계를 도시하는 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 무인 비행체 시스템(100)의 구조에 대하여 서술한다.
본 발명의 무인 비행체 시스템(100)은 마더 무인 비행체(10) 및 베이비 무인 비행체(50)를 포함한다.
마더 무인 비행체(10)는 제1바디(12), 제1로터(14), 도킹판(16) 및 제1제어부(18)를 구비한다.
제1바디(12)는 제1로터(14), 도킹판(16) 및 제1제어부(18)가 설치되도록 이루어진다. 또한, 제1바디(12)에는 마더 무인 비행체(10)가 베이비 무인 비행체(50)로부터 제공받거나 스스로 얻은 정보를 연산하는 CPU, 스스로 얻은 정보와 상기 정보를 연산하여 얻은 정보를 저장하는 저장매체 및 외부의 영상을 촬영할 수 있게 하는 카메라 등이 설치될 수 있다.
착지된 위치에서부터 분리 위치까지 무인 비행체 시스템(100)이 비행하기 위해서는 베이비 무인 비행체(50)는 어떠한 동력도 제공하지 않고 마더 무인 비행체(10)의 구동력에 의해 베이비 무인 비행체(50)가 마더 무인 비행체(10)에 도킹되어 함께 비행되어야 한다. 따라서 마더 무인 비행체(10)의 제1바디(12)는 후술하는 베이비 무인 비행체(50)의 제2바디(52) 보다 상대적으로 큰 형상으로 이루어지고, 단단한 부재로 형성되는 것이 바람직하다. 제1바디(12)는 내부에 상기 장치들을 수용하도록 소정 두께를 갖는 원반 형상으로 이루어질 수 있다.
제1바디(12)에는 복수 개의 제1로터(14)가 방사형으로 배치된다. 제1로터(14)는 일 예로, 제1바디(12)에 구비된 방사형의 외팔부재(13)의 단에 설치될 수 있다. 제1로터(14)는 구동력을 제공하도록 연결된 모터에 의해 회전하게 되고, 이로 인해, 마더 무인 비행체(10)는 비행하게 된다. 제1바디(12)에는 제1로터(14)에 구동력을 제공하도록 베터리 등의 전력원이 설치될 수 있다. 또한, 제1로터(14)는 후술하는 제1제어부(18)에 의해 구동되어 비행을 제어한다. 제1바디(12)에는 지지부재(12a)가 설치되어 착륙 위치에서 무인 비행체 시스템(100)을 지지하게 된다.
도킹판(16)에는 베이비 무인 비행체(50)가 도킹된다. 일예로, 도킹판(16)의 상면에 베이비 무인 비행체(50)가 도킹될 수 있다. 도킹판(16)은 제1바디(12)의 상면에 고정 결합될 수도 있지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 도킹판(16)의 하면에 신장 가능하도록 이루어지는 도킹지지대(17)가 설치되어 도킹지지대(17)에 의해 제1바디(12)에 대해 거리 조절이 가능한 형태로 결합될 수도 있다. 도킹지지대(17)는 제1바디(12)의 상면에 결합된다. 도킹판(16)은 베이비 무인 비행체(50)의 제1바디(12)의 상면에 구비될 수 있으며, 도킹판(16)의 상면에 베이비 무인 비행체(50)가 도킹될 수 있어서, 베이비 무인 비행체(50)는 도 2c에서와 같이, 마더 무인 비행체(10)로부터 상방향으로 분리되게 된다. 베이비 무인 비행체(50)가 마더 무인 비행체(10)로부터 분리된 후, 마더 무인 비행체(10)의 밸런싱 제어가 이루어지면서 호버링 상태에 있게 된다.
제1제어부(18)는 제1로터(14)를 구동하여 비행을 제어하도록 이루어진다. 또한, 제1제어부(18)는, 후술하는 진공파기 스위치(26)의 동작을 제어함으로써 베이비 무인 비행체(50)를 분리시키도록 할 수 있고, 분리시 베이비 무인 비행체의 무게 감소로 인한 양력변화를 미리 예상하여 양력 컨트롤 제어를 할 수도 있다. 분리시 베이비 무인 비행체의 무게 감소로 인한 양력변화를 미리 예상하여 양력 컨트롤 제어를 하기위해, 제1제어부(18)는 무게당 필요한 양력 및 모터 회전력을 계산하여 호버링하기 위한 양력을 계산할 수 있고, 베이비 무인 비행체(50)의 무게를 고려한 베이비 무인 비행체(50)의 양력 및 모터 회전력을 계산하여 베이비 무인 비행체(50)에 계산된 정보를 제공할 수 있다.
베이비 무인 비행체(50)는 제2바디(52), 제2로터(54), 도킹레그(56) 및 제2제어부(58)를 구비한다. 제2바디(52)는 제2로터(54), 도킹레그(56) 및 제2제어부(58)가 설치되도록 이루어진다. 제2바디(52)에는 베이비 무인 비행체(50)가 타겟 지역에서의 환경을 모니터링하기 위해서 가스나 온도 센서가 설치될 수 있고, 영상 정보를 얻기 위해 카메라가 설치될 수 있다. 베이비 무인 비행체(50)는 분리 위치에 도달하기 전까지는 마더 무인 비행체(10)에 의해 구동되기 때문에, 베이비 무인 비행체(50)의 제2바디(52)는 마더 무인 비행체(10)의 제1바디(12)에 비해 상대적으로 작고 경량으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제2바디(52)에는 복수 개의 제2로터(54)가 방사형으로 배치된다. 제2바디(52)는 제2로터(54)가 배치되는 네 지점이 서로 곡면으로 연결되도록 이루어지는 예가 도시되어 있다. 제2로터(54)는 구동력을 제공하도록 연결된 모터에 의해 회전하게 되고, 이로 인해, 베이비 무인 비행체(50)는 비행하게 된다. 제2바디(52)에는 제2로터(54)에 구동력을 제공하는 베터리가 설치된다.
베이비 무인 비행체(50)는 분리 위치에 도달하기 전에는 마더 무인 비행체(10)의 구동력에 의해, 마더 무인 비행체(10)와 함께 비행하기에, 제2로터(54)는 자체 구동력에 의해 회전하지는 않는다. 무인 비행체 시스템(100)이 분리 위치에 도달하여, 베이비 무인 비행체(50)가 마더 무인 비행체(10)로부터 분리할 시점이 되면, 제2로터(54)는 베이비 무인 비행체(50) 자체의 구동 수단에 의해 회전함으로써, 베이비 무인 비행체(50)는 타겟 위치에서 비행하게 된다. 베이비 무인 비행체는 마더 무인 비행체로부터 분리되기 기결정된 시간 전에 마더 무인 비행체로부터 제공받은, 계산된 양력 및 모터 회전력에 근거하여 미리 구동됨으로써, 흡착 부재의 해제로 인한 분리 시에 바로 자체 비행 가능하게 한다.
도킹레그(56)는 제2바디(52)의 하부에 구비되는데, 베이비 무인 비행체(50)가 마더 무인 비행체(10)에 고정되는 상태에서 베이비 무인 비행체(50)의 제1바디(12)를 지지하도록 이루어지는 것이 바람직하다. 일 예로, 도킹레그(56)는 'ㄷ'자 형상으로 이루어질 수 있다. 도킹레그(56)는 하나의 베이비 무인 비행체(50)의 제2바디(52) 하부에서 두 개로 이루어질 수 있다. 도킹레그(56)는 하단에 고정판(57)을 구비할 수 있는데, 고정판(57)이 도킹판(16)에 흡착 고정됨으로써 베이비 무인 비행체(50)는 마더 무인 비행체(10)에 흡착 고정되게 된다.
제2제어부(58)는 제2로터(54)를 구동하여 베이비 무인 비행체(50)의 비행을 제어한다. 보다 상세하게, 제2제어부(58)는 마더 무인 비행체(10)가 베이비 무인 비행체(50)를 탑재한 상태로 분리 위치로 이동할 때는 제2로터(54)를 비구동상태가 되도록 제어하고, 베이비 무인 비행체(50)가 마더 무인 비행체(10)로부터 분리된 후에는 제2로터(54)를 구동하여 비행하도록 한다. 제2제어부(58)는 제1제어부(18)로부터 제공받은 베이비 무인 비행체(50)의 양력 및 모터 회전력에 근거하여 제2로터(54)를 구동하여 비행할 수 있다.
한편, 도킹판(16)에는 베이비 무인 비행체(50)의 도킹레그(56)를 도킹판(16)에 흡착 고정시키는 흡착 수단(20)이 설치될 수 있다.
흡착 수단(20)은, 흡착패드(22) 및 흡기 튜브부(24)를 포함할 수 있다. 흡착패드(22)는 도킹판(16)의 상부에 설치되며, 도킹레그(56)의 고정판(57)을 흡착할 수 있도록 이루어진다. 도킹레그(56)가 베이비 무인 비행체(50)의 하부에서 두 개로 이루어지는 경우, 흡착패드(22)는 두 개의 도킹레그(56)의 고정판(57) 각각에 흡착되도록 도킹판(16)의 상부에서 두 개의 고정판(57)에 대응되는 위치에 설치될 수 있다. 또한, 각각의 도킹레그(56)의 고정판(57)은 복수 개의 흡착패드(22)에 의해 흡착되도록 이루어질 수 있다. 도 2a 및 2b에는 두 개의 도킹레그(56)의 고정판(57) 각각에 세 개의 흡착패드(22)가 흡착 가능하도록 이루어지고, 총 6개의 흡착패드(22)가 도킹판(16)의 상면에 설치되어 있는 예가 도시된다.
흡기 튜브부(24)는 흡착패드(22)에 부압을 제공하여 흡착패드(22)에 고정판(57)이 흡착 고정될 수 있게 한다. 흡기 튜브부(24)는 체크밸브(25) 및 진공파기 스위치(26)를 포함한다. 체크밸브(25)는 흡착패드(22)로부터 메인 튜브(28) 외측 방향으로의 일 방향 공기 유동만을 허용한다. 진공파기 스위치(26)는 체크밸브(25)의 전측에 설치되는데, 외부로부터의 공기 흡입을 허용하여 흡착패드(22)와 고정판(57) 사이의 고정을 해제 가능하게 한다. 진공파기 스위치(26)에 의해 흡기 튜브부(24) 내부의 진공 상태가 파기될 수 있다. 진공파기 스위치(26)는 제1제어부(18)에 의해 동작하도록 제어될 수 있다.
흡착패드(22) 및 흡기 튜브부(24)는 복수 개로 이루어질 수 있는데, 이 경우, 복수 개의 흡기 튜브부(24)는 복수 개의 흡착패드(22) 각각과 연결된 복수 개의 분기 튜브(27) 및 상기 분기 튜브(27)들이 연결된 하나의 메인 튜브(28)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 진공파기 스위치(26)는 복수의 흡기 튜브부(24)의 진공을 일시에 파기함으로써, 복수 개의 흡착패드(22)와 고정판(57) 사이의 고정을 일시에 해제할 수 있다.
즉, 본 발명은 흡착패드(22)와 고정판(57)의 흡착 결합 및 진공파기 스위치(26)의 일시적 진공 해제를 가능하게 하는 구조에 의해서, 일반적인 결합 구조들이 가질 수 있는, 동시에 정확하게 분리 가능하기 어려운 문제를 해소할 수 있으며, 여러 링크들 간의 간섭에 의한 충돌 또는 무인 비행체 간의 충돌 가능성을 낮출 수 있다.
체크밸브(25)의 외측에는 진공이젝터(미도시)가 착탈 가능하게 연결되는 진공이젝터 연결부(25a)가 설치될 수 있다. 진공이젝터는, 마더 무인 비행체(10)가 착지 상태에 있는 경우, 공기를 흡입하여 베이비 무인 비행체(50)의 고정판(57)을 마더 무인 비행체(10)의 도킹판(16)에 흡착 고정시킨다. 또한, 진공이젝터(25a)는 마더 무인 비행체(10)가 비행하여 분리 위치에 도달하기 이전에 마더 무인 비행체(10)의 무게를 감소하기 위해 진공이젝터 연결부(25a)로부터 탈거될 수 있다. 도 2c에서와 같은 분리 위치에서, 진공파기 스위치(26)에 의해 복수 개의 흡착패드(22) 및 고정판(57)의 진공 흡착은 일시에 해제되게 된다.
한편, 진공이젝터(25a)는 체크밸브(25) 외측으로 연결되도록 마더 무인 비행체(10)의 제1바디(12)에 구비될 수 있다. 이로 인해, 마더 무인 비행체(10)가 호버링 상태에 있을 때, 베이비 무인 비행체(50)가 비행하여 마더 무인 비행체(10)에 접근하면 진공이젝터(25a)가 구동되어서 베이비 무인 비행체(50)가 마더 무인 비행체(10)에 도킹 고정 가능하게 된다.
도킹판(16)에는 안전장치(30)가 더 설치될 수 있다. 안전장치(30)는 회동 가능하게 설치되는 걸림핀(33)을 구비하는데, 걸림핀(33)은 도킹레그(56)가 도킹판(16)에 안착될 때, 고정판(57)을 도킹판(16)에 고정하도록 회동한다. 또한, 걸림핀(33)은 흡팍패드의 진공흡착이 해제될 때 회동하여 고정판(57)의 고정을 해제 가능하도록 한다. 도 3a에는 걸림핀(33)이 마더 무인 비행체(10)의 상하 방향의 회전축을 중심으로 회전하여 두 개의 고정판(57) 각각을 고정 및 해제 가능하게 도킹판(16)에 설치되어 있는 예가 도시된다.
베이비 무인 비행체(50)는 마더 무인 비행체(10)의 도킹판(16)에 도킹 고정된 상태에서는, 안전장치(30)의 걸림핀(33)이 고정판(57)을 가압하여 고정하도록 이루어짐으로써, 바람이나 기류 등의 외란에 의해 베이비 무인 비행체(50)가 마더 무인 비행체(10)로부터 이탈되는 것을 방지한다.
마더 무인 비행체(10)에는 복수 개의 베이비 무인 비행체(50)가 안착하여 고정 가능하게 이루어질 수 있는데, 제1제어부(18)는 복수 개의 무인 비행체를 각각 제어하여 마더 무인 비행체(10)로부터 분리시키도록 이루어질 수 있다. 이 경우, 도킹판(16)에는 복수 개의 베이비 무인 비행체(50)가 안착 고정되도록 넓은 면을 구비하여야 한다. 또한, 도킹판(16)에는 복수 개의 베이비 무인 비행체(50)의 도킹레그(56)를 흡착 고정하도록 흡착 수단(20)이 복수 개의 베이비 무인 비행체(50)에 맞도록 복수 개로 설치되어야 한다.
한편, 도 4를 참조하면, 마더 무인 비행체(10)는 제1무선통신모듈(19)을 구비할 수 있다. 제1무선통신모듈(19)은 외부 제어부(3) 및 베이비 무인 비행체(50)의 제2제어부(58)와 무선 통신 가능하도록 이루어질 수 있다. 제1무선통신모듈(19)은 제2제어부(58)로 베이비 무인 비행체(50)의 무게를 고려한 베이비 무인 비행체(50)의 양력 및 모터 회전력을 계산한 정보를 제공할 수 있다. 외부 제어부(3)는 무인 비행체 시스템(100) 전체를 제어하는 통합 관제탑 내에 설치될 수 있는데, 제1무선통신모듈(19)은, 외부 제어부(3)와 무선 통신 가능하여, 후술하는 베이비 무인 비행체(50)로부터 제공받은 정보를 통합 관제탑에 제공하는 베이비 무인 비행체(50)를 위한 통신 중계역할을 수행하게 한다.
또한, 마더 무인 비행체는 베이비 무인 비행체(50)가 비행하는 지역에 4G/3G 임시 통신망을 구축할 수 있는데, 제1무선통신모듈(19)은 상기 4G/3G 임시 통신망을 이용하여 베이비 무인 비행체(50)와 무선 통신할 수 있다. 그 외에도, 제1무선통신모듈(19)은 베이비 무인 비행체(50)에 대한 모니터링을 수행하고, 베이비 무인 비행체(50)에 추가 항법 신호를 제공할 수 있다.
베이비 무인 비행체(50)는 제1제어부(18)와 무선 통신 가능한 제2무선통신모듈(59)을 구비할 수 있다. 베이비 무인 비행체(50)는 베이비 무인 비행체(50)가 타겟 지역에서 비행하는 동안 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping), 수색과 타겟 환경 모니터링(가스, 온도 등), 구조 정보(영상, 재난환경 및 구조자) 획득 및 베이비 무인 비행체(50) 유실 가능성에 대한 정보 등을 제2무선통신모듈(59)을 통하여 마더 무인 비행체(10)에 제공한다.
이상에서 설명한 무인 비행체 시스템(100)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100 : 무인 비행체 시스템 3 : 외부 제어부
10 : 마더 무인 비행체 12 : 제1바디
12a : 지지부재 13 : 외팔부재
14 : 제1로터 16 : 도킹판
17 : 도킹지지대 18 : 제1제어부
19 : 제1무선통신모듈 20 : 흡착 수단
22 : 흡착패드 24 : 흡기 튜브부
25 : 체크밸브 25a : 진공이젝터
26 : 진공파기 스위치 27 : 분기 튜브
28 : 메인 튜브 30 : 안전장치
33 : 걸림핀 50 : 베이비 무인 비행체
52 : 제2바디 54 : 제2로터
56 : 도킹레그 57 : 고정판
58 : 제2제어부 59 : 제2무선통신모듈

Claims (11)

  1. 제1바디, 상기 제1바디에 방사형으로 배치된 복수개의 제1로터, 베이비 무인 비행체가 도킹되는 도킹판 및 상기 제1로터를 구동하여 비행을 제어하는 제1 제어부를 구비하는 마더 무인 비행체; 및
    제2바디, 상기 제2바디에 방사형으로 배치된 복수개의 제2로터, 제2바디 하부에 구비되고 상기 도킹판에 착탈 가능하게 결합되는 도킹레그, 및 상기 제2로터를 구동하여 비행을 제어하는 제2제어부를 구비하는 베이비 무인 비행체를 포함하되,
    상기 제2제어부는 상기 마더 무인 비행체가 상기 베이비 무인 비행체를 탑재한 상태로 분리 위치로 이동할 때는 상기 제2로터의 비구동상태를 유지하고, 상기 분리 위치에서 상기 베이비 무인 비행체가 상기 마더 무인 비행체로부터의 분리시점 이후에는 상기 제2로터의 구동에 의해 비행되며,
    상기 베이비 무인 비행체의 도킹레그는 하단에 고정판을 구비하고,
    상기 도킹레그의 상기 고정판은 상기 도킹판에 의해 흡착 고정되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도킹판에는, 상기 베이비 무인 비행체의 도킹레그를 상기 도킹판에 흡착 고정시키는 흡착 수단이 설치되고,
    상기 흡착 수단은,
    상기 도킹판의 상부에 설치되고, 상기 고정판을 흡착할 수 있는 흡착패드; 및
    상기 흡착패드에 상기 고정판이 흡착 고정될 수 있도록 상기 흡착패드에 부압을 제공하는 흡기 튜브부를 포함하되,
    상기 흡기 튜브부는, 상기 흡착패드로부터 메인 튜브 외측 방향으로의 일 방향 공기 유동만을 허용하는 체크밸브, 및 상기 체크밸브의 전측에 설치되어 외부로부터의 공기흡입을 허용하여 상기 흡착패드와 상기 고정판 사이의 고정을 해제 가능하게 하는 진공파기 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흡착패드 및 흡기 튜브부는 복수 개로 이루어지고,
    상기 복수 개의 흡기 튜브부는 상기 복수개의 흡착패드 각각과 연결된 복수개의 분기 튜브와, 상기 분기튜브들이 연결된 하나의 메인 튜브를 더 포함하고,
    상기 진공파기 스위치는 상기 메인 튜브에 설치되어 상기 복수 개의 흡착패드와 상기 고정판 사이의 고정을 일시에 해제하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 마더 무인 비행체의 착지 상태에서 상기 체크밸브 외측으로 진공이젝터가 설치되어 공기를 흡입함으로써 상기 베이비 무인 비행체의 상기 고정판을 상기 마더 무인 비행체의 도킹판에 흡착 고정시키고,
    상기 진공이젝터가 상기 체크밸브로부터 분리된 상태로, 상기 마더 무인 비행체가 비행하여 상기 분리 위치에 도달하면 상기 마더 무인 비행체의 상기 진공파기 스위치에 의해 상기 복수개의 흡착패드와 상기 고정판의 진공 흡착을 일시에 해제시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 진공파기 스위치는 상기 제1제어부에 의해 동작하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 마더 무인 비행체의 제1바디에는 상기 체크밸브 외측으로 연결된 진공이젝터가 구비되며,
    상기 마더 무인 비행체의 호버링 상태에서 상기 베이비 무인 비행체의 상기 도킹레그가 상기 도킹판의 상부에 놓여지도록, 상기 베이비 무인 비행체가 비행하여 상기 마더 무인 비행체에 접근하면 상기 진공이젝터가 구동되어서 상기 베이비 무인 비행체를 상기 마더 무인 비행체에 도킹 고정 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 고정판에는 회동가능하게 설치되는 걸림핀을 구비한 안전장치가 더 설치되고,
    상기 걸림핀은 상기 도킹레그가 상기 도킹판에 안착될 때 회동하여 상기 고정판을 고정하며, 상기 흡착패드의 진공흡착이 해제될 때 회동하여 상기 고정판의 고정을 해제 가능한 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도킹판은 복수 개의 베이비 무인 비행체가 안착하여 고정 가능하도록 형성되고, 상기 제1제어부는 상기 복수 개의 베이비 무인 비행체를 각각 제어하여 상기 분리 위치에서 상기 마더 무인 배행체로부터 분리시키는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마더 무인 비행체는 외부 제어부와 및 상기 베이비 무인 비행체의 제2제어부와 무선 통신 가능한 제1무선통신모듈을 구비하고,
    상기 베이비 무인 비행체는 제1제어부와 무선 통신 가능한 제2무선통신모듈을 구비하고,
    상기 제1제어부는 상기 제1무선통신모듈 및 상기 제2무선통신모듈 간의 무선통신을 통해 상기 제2제어부로부터 제어신호를 제공받아 상기 베이비 무인 비행체의 분리 및 비행제어 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 베이비 무인 비행체가 상기 마더 무인 비행체로부터 분리된 후에, 상기 마더 무인 비행체의 밸런싱 제어를 가능하게 하기 위해,
    상기 도킹판은 상기 베이비 무인 비행체의 제1바디의 상면에 구비되어 상기 베이비 무인 비행체는 상기 마더 무인 비행체로부터 상방향으로 분리되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 시스템.

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