KR101917234B1 - 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 무인 비행체용 호이스트 유닛에 있어서, 배터리가 지지되고 상기 무인 비행체의 제어, 전원공급을 위한 제어부를 수용 가능한 본체와, 프로펠러를 지지 가능하게 상기 본체에 방사상으로 결합된 복수의 아암과, 상기 본체가 착륙할 수 있도록 마련된 랜딩부를 구비하는 무인비행체의 상기 본체에 결합되고, 와이어가 감기고 풀리는 드럼과; 상기 드럼에 동력을 제공하는 구동부;를 갖는 호이스트 유닛을 포함하되, 상기 드럼에는 상기 와이어가 결합 가능하게 상기 드럼의 외주를 따라 함몰 형성된 와이어홈이 구비되어 있으며, 상기 호이스트 유닛에는 상기 와이어가 감기거나 풀리는 과정에서 상기 와이어를 상기 와이어홈의 대응한 위치로 상기 드럼의 회전축선 방향을 따라 안내 가능하게 상기 드럼의 회전과 연동하는 와이어캐리어;가 더 포함된 것을 특징으로 한다.
이에, 호이스트 유닛에서 와이어가 감기거나 풀릴 때 와이어가 드럼의 정위치에 안정적으로 감기거나 풀릴 수 있는 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

Description

무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체 {Hoist Unit fo Unmanned Aerial Vehicle and Unmanned Aerial Vehicle thereof}

본 발명은 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체와 관련된 것으로, 구체적으로 원하는 물체를 올리고 내리거나 매단채로 운반할 수 있도록 무인 비행체에 설치된 호이스트 유닛을 구조를 개선한 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체와 관련된 것이다.

무선 전파를 이용하여 조정할 수 있는 소형의 비행체를 무인 비행체라고 하며 일명 ‘드론’이라 한다. 무인 비행체에는 카메라, 각종 센서, 통신시스템 등이 탑재되어 있으며 소형에서 대형으로 크기도 다양하다. 무인 비행체는 군사용도로 처음 생겼지만 최근엔 고공 촬영과 배달 등으로 확대되고 있다. 무인 비행체는 농약을 살포하거나 높은 위치의 열매를 따기도 한다. 또한, 우리나라와 같이 산악 지역이 많은 곳에서 산을 탐방하는 탐방객에게 날씨 등 정보를 제공하거나 통제구역 이동 탐방객 통제, 산불 발생시 산불의 진행 경과 확인, 인원의 통제 등에도 활용된다. 이러한 용도로 활용되는 무인 비행체는 스피커를 포함하는 방송모듈을 구비하고 있다. 그리고, 필요에 따라 무인 비행체는 물건을 올리거나 내리거나 매단 채로 이동시킬 수 있는 호이스트 유닛을 구비할 수도 있다.

이러한 호이스트 유닛은 특히 와이어가 드럼 등에 감기거나 풀릴 때 드럼에 와이어가 정위치에 효과적으로 감기거나 풀릴 수 있도록 하며 특히 풀릴 때 와이어가 항상 인장력을 받아서 풀리는 과정에서 엉킴 현상이 발생하지 않는 것이 바람직하다.

[관련문헌]

등록특허공보 제10-1451646호 (2014.10.16. 공고)

본 발명의 목적은, 호이스트 유닛에서 와이어가 감기거나 풀릴 때 와이어가 드럼의 정위치에 안정적으로 감기거나 풀릴 수 있는 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 호이스트 유닛에서 와이어가 감기거나 풀릴 때 와이어가 항상 인장력을 유지할 수 있어 와이어의 엉킴 현상이 발생하지 않는 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 사용이 간단하고 편리한 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 무인 비행체용 호이스트 유닛에 있어서, 배터리가 지지되고 상기 무인 비행체의 제어, 전원공급을 위한 제어부를 수용 가능한 본체와, 프로펠러를 지지 가능하게 상기 본체에 방사상으로 결합된 복수의 아암과, 상기 본체가 착륙할 수 있도록 마련된 랜딩부를 구비하는 무인비행체의 상기 본체에 결합되고, 와이어가 감기고 풀리는 드럼과; 상기 드럼에 동력을 제공하는 구동부;를 갖는 호이스트 유닛을 포함하되, 상기 드럼에는 상기 와이어가 결합 가능하게 상기 드럼의 외주를 따라 함몰 형성된 와이어홈이 구비되어 있으며, 상기 호이스트 유닛에는 상기 와이어가 감기거나 풀리는 과정에서 상기 와이어를 상기 와이어홈의 대응한 위치로 상기 드럼의 회전축선 방향을 따라 안내 가능하게 상기 드럼의 회전과 연동하는 와이어캐리어;가 더 포함된 것을 특징으로 하는 호이스트 유닛에 의해서 달성된다.

또한, 상기 와이어캐리어에는 상기 와이어가 상기 드럼에서 풀리는 과정에서 상기 와이어가 풀리는 방향으로 상기 와이어에 인장력을 제공하도록 상기 와이어에 결합된 와이어긴장부재가 포함된 것이 바람직하다.

또한, 상기 호이스트 유닛은, 상기 구동부에서 상기 와이어캐리어로 동력을 전달하는 동력전달부와, 상기 와이어캐리어를 상기 드럼의 축선방향에 평행하게 이동시키는 캐리어이송부와, 상기 와이어가 상기 드럼에 감긴 감김위치와 상기 드럼으로부터 풀린 풀림위치 사이를 이동하는 과정에서 상기 와이어캐리어의 위치를 감지하는 센서부를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 목적은, 물건을 승강시키거나 운반할 수 있는 무인비행체용 호이스트 유닛에 있어서, 배터리가 지지되고 상기 무인 비행체의 제어, 전원공급을 위한 제어부를 수용 가능한 본체와, 프로펠러를 지지 가능하게 상기 본체에 방사상으로 결합된 복수의 아암과, 상기 본체가 착륙할 수 있도록 마련된 랜딩부를 구비하는 무인비행체의 상기 본체에 결합되고, 와이어가 감기고 풀리는 드럼과; 상기 드럼에 동력을 제공하는 구동부;를 갖는 호이스트 유닛을 포함하되, 상기 호이스트 유닛은, 상기 와이어가 상기 드럼에서 풀리는 과정에서 상기 와이어가 풀리는 방향으로 상기 와이어에 인장력을 제공하도록 상기 와이어에 결합된 와이어긴장부재를 갖는 와이어캐리어;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호이스트 유닛애 의해서도 달성된다.

또한, 상기 와이어긴장부재는, 상기 와이어를 가압 가능하게 한 쌍으로 마련된 긴장롤러와; 상기 긴장롤러가 회전 가능하게 맞물린 긴장기어와; 상기 드럼과 결합되어 상기 긴장기어 중 어느 하나에 동력을 제공 가능하게 긴장스프로킷축과 연동되는 긴장축;를 포함하며, 상기 긴장스프로킷축과 상기 긴장축 사이에는 상기 긴장스프로킷축의 회전속도와 상이하게 상기 긴장축의 회전속도를 조절할 수 있는 클러치가 포함된 것이 바람직하다.

또한, 상기 와이어캐리어에는 상기 와이어홈의 접선방향으로 상기 와이어가 풀리고 감기도록 상기 와이어를 지지 가능하게 상기 드럼 회전축선의 하방에 위치하는 지지롤러가 포함되며, 상기 긴장롤러는 상기 지지롤러와 상기 와이어홈의 접선방향으로 향하는 상기 와이어를 가압하도록 위치하는 것이 바람직하다.

다른 한편, 본 발명의 목적은, 호이스트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체애 의해서도 달성된다.

본 발명에 따르면, 호이스트 유닛에서 와이어가 감기거나 풀릴 때 와이어가 드럼의 정위치에 안정적으로 감기거나 풀릴 수 있는 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

또한, 호이스트 유닛에서 와이어가 감기거나 풀릴 때 와이어가 항상 인장력을 유지할 수 있어 와이어의 엉킴 현상이 발생하지 않는 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

또한, 사용이 간단하고 편리한 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체 사시도,
도 2는 도 1에 결합된 호이스트 유닛의 사시도,
도 3은 도 2의 호이스트 유닛에서 호이스트케이스를 제거한 호이스트 사시도,
도 4a는 호이스트의 정면도,
도 4b는 호이스트의 측면도
도 4c는 도 4a의 Ⅳc-Ⅳc선을 따라 절단한 단면도,
도 4d는 긴장스프로킷축과 긴장축의 확대단면도,
도 5는 도 2의 정단면도,
도 6a 및 도 6b는 와이어에 인장력을 제공하는 과정을 설명하기 위한 단면도,
도 7a 내지 도 7d는 와이어캐리어가 이동하면서 센서부가 작동하는 과정을 설명하기 위한 배면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체(이하에서 ‘무인 비행체’라 함)에 대하여 도 1a 내지 도 7d를 참조하여 이하에서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체 사시도이고, 도 2는 도 1에 결합된 호이스트 유닛의 사시도이며, 도 3은 도 2의 호이스트 유닛에서 호이스트케이스를 제거한 호이스트 사시도이고, 도 4a는 호이스트의 정면도이며, 도 4b는 호이스트의 측면도이고, 도 4c는 도 4a의 Ⅳc-Ⅳc선을 따라 절단한 단면도이며, 도 4d는 긴장스프로킷축과 긴장축의 확대단면도이며, 도 5는 도 2의 정단면도이고, 도 6a 및 도 6b는 와이어에 인장력을 제공하는 과정을 설명하기 위한 단면도이며, 도 7a 내지 도 7d는 와이어캐리어가 이동하면서 센서부가 작동하는 과정을 설명하기 위한 배면도이다.

이하에서 설명의 편의상 도 2 및 도 3에서 좌우 방향인 드럼(3150) 및 모터(3110)의 회전중심이 되는 좌우 방향으로 ‘X’축선 방향, 와이어(3600)가 풀리고 감기면서 오르내리는 방향인 상하방향을 ‘Z’방향, ‘X-Z’평면의 수징 방향인 전후방향을 ‘Y’방향으로 각각 정한다.

본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체(1000)는, 배터리(미도시)가 지지되고 상기 무인 비행체(1000)의 제어, 전원공급을 위한 제어부(미도시)를 수용 가능한 본체(1100)와, 프로펠러(1300)를 지지 가능하게 상기 본체(1100)에 방사상으로 결합된 복수의 아암(1200)과, 상기 본체(1100)가 착륙할 수 있도록 마련된 랜딩부(1500)를 구비하는 무인 비행체(1000)의 상기 본체(1100)에 결합되고, 와이어(3600)가 감기고 풀리는 드럼(3150)과; 상기 드럼(3150)에 동력을 제공하는 구동부(3100);를 갖는 호이스트 유닛(2000)을 포함하되, 상기 드럼(3150)에는 상기 와이어(3600)가 결합 가능하게 상기 드럼(3150)의 외주를 따라 함몰 형성된 와이어홈(3155)이 구비되어 있으며, 상기 호이스트 유닛(2000)에는 상기 와이어(3600)가 감기거나 풀리는 과정에서 상기 와이어(3600)를 상기 와이어홈(3155)의 대응한 위치로 상기 드럼(3150)의 회전축선 방향을 따라 안내 가능하게 상기 드럼(3150)의 회전과 연동하는 와이어캐리어(3500);가 구비되는 것이 바람직하다.

호이스트 유닛(2000)은, 상기 구동부(3100)에서 상기 와이어캐리어(3500)로 동력을 전달하는 동력전달부(3300)와, 상기 와이어캐리어(3500)를 상기 드럼(3150)의 축선방향에 평행하게 이동시키는 캐리어이송부(3700)와, 상기 와이어(3600)가 상기 드럼(3150)에 감긴 감김위치와 상기 드럼(3150)으로부터 풀린 풀림위치 사이를 이동하는 과정에서 상기 와이어캐리어(3500)의 위치를 감지하는 센서부(3900)를 구비하는 것이 바람직하다.

본체(1100)는, 일반적인 무인 비행체(1000)가 구비하고 있는 내부에 전원을 공급하는 배터리(미도시)와, 비행을 위해 기본적으로 필요한 GPS 기능, 자세 기능, 속도 기능, 기축 기능, 비상시 안전시스템(통신두절, 저전압, 이륙지점 강제복귀, 기타 각종 경고등화 등)과 관련된 기능을 제어, 통제, 통신할 수 있는 각종 부품(미도시)과 제어부(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 본체(1100)는 무인 비행체(1000)의 중앙에 배치되어 전체적으로 균형을 유지하고 있다.

본체(1100)에는 그 이외에도 비행하면서 원하는 지점이나 장소의 영상을 촬영할 수 있는 카메라를 포함하는 촬상모듈(미도시)과, 필요에 따라 방송을 할 수 있는 방송모듈(미도시)이 결합될 수 있다. 이러한 방송모듈을 통해 사용자가 필요로 하는 비교적 넓은 장소나 많은 대상 인원에게 원하는 내용을 전달할 수 있다.

프로펠러(1300)는 무인 비행체(1000)가 비행을 할 수 있도록 모터를 포함하는 구동부(미도시)에 의해 구동되어 무인 비행체(1000)에 양력을 제공하며 본체(1100)에 결합되어 외측으로 연장된 방사상의 아암(1200)의 단부측에 지지되어 복수로 구비되어 있다. 예를 들면, 무인 비행체(1000)에는 60도 방향으로 총 6개의 프로펠러(1300)가 구비되어 있다. 여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러(1300)는 공지된 접혀지는 형태를 가질 수도 있다.

아울러 특수한 경우를 제외하고 무인 비행체(1000)의 재질은 중량을 감소시키면서도 강도가 강한 카본, 알루미늄 또는 이들의 합금을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 아암(1200)에 포함되는 파이프, 브래킷, 블록 등은 카본 재질, 알루미늄 재질이 바람직하며, 체결을 위한 볼트, 너트 등의 재질은 내부식성이 강한 스테인레스강을 포함하는 것이 바람직하다.

아암(1200)은 본체(1100)에 결합되어 예를 들면 60도 방향으로 여섯 개로 구비되어 단부측에 프로펠러(1300)가 지지될 수 있다. 아암(1200)의 막대 형상의 긴 지지체인 아암파이프(미도시)는 일예로 사각형 또는 원형의 파이프이고 그 재질은 카본이 바람직하다.

아암(1200)은 본체(1100)에 미도시된 브래킷으로 고정되고, 아암(1200)은 접혀질 수 있는 구조를 가져 이동, 운반, 보관 등을 간단하고 용이하게 할 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다.

지지부재(1400)는 본체(1100)와 아암(1200) 또는 아암(1200) 간의 변형이나 견고하게 구조물을 유지할 수 있도록 상호 연결되어 있는 예를 들면 와이어를 포함한다.

랜딩부(1500)는 무인 비행체(1000)가 지면에 내리거나 닿는 경우 다른 구성을 지지할 수 있도록 아암(1200) 또는 본체(1100) 하측에 하방을 향하여 지지되어 있다.

호이스트 유닛(2000)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 미도시된 후크에 결합된 와이어(3600)를 감거나 풀면서 원하는 물건을 올리거나 내리거나 이동시킬 수 있는 호이스트(3000)와, 호이스트(3000)를 수용하고 이물질 등이 호이스트(3000)의 움직이는 부분에 근접하지 못하도록 판재 형상의 육면체 형상을 가지고 본체(1100)와 결합되어 호이스트(3000)를 지지할 수 있는 호이스트케이스(2010)로 구성된다.

호이스트(3000)는, 배터리를 이용하여 호이스트(3000)에 제공된 동력원을 이용하여 드럼(3150), 동력전달부(3300), 와이어캐리어(3500) 및 캐리어이송부(3700)를 작동시키는 회전력을 제공하는 모터(3110)를 포함하는 구동부(3100)를 갖는다.

모터(3110)는 예를 들면, BLDC 타입을 포함할 수 있으며, 정역회전이 가능하고, 드럼(3150)이 정지시에 와이어(3600)에 매달린 물건의 무게로 인해 드럼(3150)이 회전되지 않도록 브레이크 기능을 할 수 있는 구조 내지 제어 방법을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 모터(3110)가 정지되는 경우 세 가닥으로 공급되던 전원이 두 가닥에만 매우 미세한 전류가 모터(3110)에 공급되도록 제어하여 모터(3110)가 회전할 수 없도록 하여 모터(3110)가 브레이크 기능을 할 수 있도록 할 수도 있다.

모터(3110)의 회전력은 모터축(3113)으로 전달되고 모터축(3113)의 회전력은 유성기어를 포함하는 감속기(3130)에 의해 감속이 된다. 일반적인 유성기어 타입 감속기(3130)는 외측 하우징(미도시)이 회전하지 않지만, 본 발명의 경우에는 감속기(3130)의 외측 하우징이 회전하는 구조이다. 이러한 감속기(3130)의 회전하는 외측 하우징에 모터축(3113)과 X 축선방향을 따라 동일한 축선에 결합된 드럼축(3153)의 회전에 의해 드럼축(3153)과 결합된 드럼(3150)이 회전한다. 이러한 구조에 의해 드럼(3150)의 외주를 따라 와이어(3600)의 직경에 대응하게 함몰 형성된 와이어홈(3155)에 와이어(3600)가 순차적으로 감기거나 풀릴 수 있다. 즉, 통상의 유성기어 타입 감속기에서는 입력축이 회전하고 외측 하우징이 고정되며 출력축이 회전하는 구조이나 본 발명에 따른 감속기(3130)는 입력축이 회전하고 출력축이 고정되어 있으며 외측 하우징이 회전하는 구조를 갖는다.

드럼(3150)에는 와이어(3600)가 도 3의 양(+)의 ‘X’축선의 좌측에서부터 우측방향으로 드럼(3150)의 외주를 따라 와이어홈(3155)에 순차적으로 감겨져 있다.

그리고, 구동부(3100)는 드럼축(3153)에 결합된 드럼스프로킷(3157)과 드럼스프로킷(3157)에 결합되어 제1축(3311)의 제1축구동스프로킷(3313)으로 회전력을 전달하는 드럼체인(3159)과, 구동부(3100)의 각 구성을 호이스트케이스(2010)에 견고하게 지지할 수 있는 구동부하우징(3105)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

구동부(3100)의 동력은 모터(3110) - 모터축(3113) - 감속기(3130) - 드럼축(3153) 및 드럼(3150) - 제1축(3311)으로 순차적으로 전달된다.

동력전달부(3300)는 드럼축(3153) - 제1축(3311)으로 전달된 회전력을 와이어캐리어(3500), 캐리어이송부(3700)가 이동 내지 회전할 수 있도록 동력 내지 회전력을 전달하는 기능을 한다.

동력전달부(3300)는 두 개의 체인(3321, 3331)을 포함하고 있으며, 제1체인(3321)은 드럼(3150)과 평행하게 배치되어 와이어캐리어(3500)를 이송시키는 캐리어이송부(3700)를 구동시키고, 제2체인(3331)은 와이어긴장부재(3520)를 회전시킨다.

도 3에서 양(+)의 ‘X’ 축선 방향으로 드럼(3150)의 중심축선을 보면서 시계방향으로 드럼(3150)이 회전하면, 제1축(3311)도 시계방향으로 회전하고 이 때 드럼(3150)도 시계방향으로 회전하면서 드럼(3150)에 감겨 있던 와이어(3600)는 풀리게 된다(도 4c 및 도 6a의 ‘A1’ 화살표 방향 참조).

제1축(3311)이 회전하면 제일 좌측의 제1축제1종동스프로킷(3315)이 회전하고 제1축제1종동스프로킷(3315)에 결합된 제1체인(3321)이 회전하게 된다. 이러한 제1체인(3321)의 회전에 의해 와이어캐리어(3500)의 양측에 결합된 볼스크류(3710)를 회전 가능하게 제1볼스크류스프로킷(3325) 및 제2볼스크류스프로킷(3327)을 회전시켜 와이어캐리어(3500)가 드럼(3150)을 따라 풀리는 방향으로 이동할 수 있도록 볼스크류(3710)를 회전시킬 수 있다. 즉, 드럼(3150)의 회전력을 이용하여 드럼(3150)의 중심축선을 따라 감기거나 풀리는 와이어(3600)의 이동 거리만큼 와이어(3600)에 인장력 내지 긴장력을 제공하고 와이어(3600)를 지지하는 와이어캐리어(3500)를 이동시킬 수 있어 와이어(3600)가 안정적으로 풀리고 감길 수 있도록 한다.

이렇게 회전하는 제1체인(3321)의 장력을 조절할 수 있도록 제1체인텐셔너(3323)가 구비되어 있다. 그리고, 제1축(3311)을 회전 가능하게 지지하는 제1축하우징(3312)이 호이스트케이스(2010)에 결합된다.

다음, 제1축(3311)이 회전하면 제1축제1종동스프로킷(3315)의 안쪽에 결합된 제1축제2종동스프로킷(3317)이 회전하고 제1축제2종동스프로킷(3317)에 결합된 제2체인(3331)이 회전한다. 제2체인(3331)의 회전에 의해 제1긴장스프로킷축(3332)을 회전시키는 제1긴장스프로킷(3333)이 회전하고 동시에 제2긴장스프로킷축(3335)을 회전시키는 제2긴장스프로킷(3336)이 회전할 수 있다.

이러한 회전에 의하여 후술하는 바와 같이 드럼(3150)에서 풀리는 와이어(3600)에 인장력 내지 팽팽하게 하는 긴장력을 제공할 수 있다.

여기서 회전하는 제2체인(3331)의 장력을 조절하고, 원활하게 회전할 수 있도록 아이들스프로킷(3338)이 구비되어 있다.

와이어캐리어(3500)는 개략적으로 직육면체 형상으로 구비되어 드럼(3150)의 회전축선 방향인 ‘X’축선 방향인 좌우측으로 볼스크류(3710)에 의하여 이동한다.

와이어캐리어(3500)는, 도 3 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 구성들을 지지하는 캐리어프레임(3510)과, 와이어(3600)를 드럼(3150)에 대하여 항상 팽팽하게 당기는 인장력 내지 긴장력을 제공하는 와이어긴장부재(3520)와, 와이어(3600)가 드럼(3150)에 감기거나 풀리는 과정에서 와이어(3600) 및 와이어(3600)를 통해 와이어(3600)에 매달린 물체의 무게를 지지하고 와이어(3600)가 드럼(3150)에 대하여 완만하게 꺾이거나 절곡될 수 있도록 안내하도록 회전가능하고 캐리어프레임(3510)에 결합된 지지롤러(3531)와, 와이어(3600)가 전후(Z 축선방향) 내지 좌우(X 축선방향)로 이동하지 않도록 안내 가능하게 캐리어프레임(3510)에 결합된 와이어전후안내롤러(3537) 및 와이어좌우안내롤러(3535)로 이루어지는 것이 바람직하다.

와이어긴장부재(3520)는, 제1긴장스프로킷축(3332)과 ‘X’축선방향으로 동일한 축선 상에 결합된 제1긴장축(3521)과, 제1긴장축(3521)의 외주에 결합되어 한 방향으로만 회전할 수 있는 예를 들면 원웨이베어링을 포함하는 제1긴장베어링(3522)과, 제1긴장베어링(3522)과 제1긴장스프로킷축(3332) 사이에 결합되어 제1긴장축(3521)의 회전속도와 제1긴장스프로킷축(3332)의 회전속도 차이에 따라 제1긴장축(3521)이 제1긴장스프로킷축(3332)에 대하여 슬립(내지 공회전)이 될 수 있도록 마련된 제1긴장클러치(3523)와, 제1긴장축(3521)에 결합되어 회전하면서 제1긴장축(3521)과 제2긴장축(3526) 사이에 위치한 와이어(3600)를 가압할 수 있으며 와이어(3600)를 가압하는 과정에서 와이어(3600)에 손상을 입히지 않고 다소 탄력성을 갖는 우레탄재질을 포함하는 합성수지 재질로 이루어진 제1긴장롤러(3524)와, 제1긴장롤러(3524)의 단부측에 결합된 제1긴장기어(3525)로 구성되어 있다.

또한, 와이어긴장부재(3520)는 제2긴장스프로킷축(3335)과 ‘X’축선방향으로 동일한 축선 상에 결합된 제2긴장축(3526)과, 제2긴장축(3526)에 결합되어 회전하면서 제2긴장축(3526)과 제1긴장축(3521) 사이에 위치한 와이어(3600)를 가압할 수 있으며 와이어(3600)를 가압하는 과정에서 와이어(3600)에 손상을 입히지 않고 다소 탄력성을 갖는 우레탄재질을 포함하는 합성수지 재질로 이루어진 제2긴장롤러(3527)와, 제2긴장롤러(3527)의 단부측에 결합되어 제1긴장기어(3525)와 맞물리는 제2긴장기어(3528)로 구성되어 있다.

이러한 구조에 의하여 드럼(3150)에서 와이어(3600)가 풀리거나 감기는 과정에서 와이어(3600)를 드럼(3150)에 대하여 항상 인장력 내지 당겨지는 힘인 긴장력을 유지할 수 있어 특히 드럼(3150)에서 와이어(3600)가 풀릴 때 와이어(3600)가 자중 등에 의하여 하측으로 내려가는 속도보다 드럼(3150)에서 와이어(3600)가 풀리는 속도가 빨라 와이어(3600)가 엉키는 현상을 예방할 수 있다.

이와 같은 과정을 드럼(3150)에서 와이어(3600)가 풀리는 과정인 도 6a 및 드럼(3150)으로 와이어(3600)가 감기는 과정인 도 6b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 드럼(3150)의 회전에 의하여 제1 및 제2긴장스프로킷(3333, 3336)이 회전하면 이들과 결합된 제1 및 제2긴장스프로킷축(3332, 3335)이 각각 회전한다.

제1긴장스프로킷축(3332)이 회전하면 제1긴장클러치(3523)와 제1긴장베어링(3522)을 통해 회전력이 제1긴장축(3521)으로 전달된다. 그리고, 이러한 제1긴장스프로킷축(3332)의 회전속도(도 6a의 ‘RPM down1’ 참조)는 드럼(3150)에서 와이어(3600)가 풀리는 속도보다 빠르게 설정되어 있다. 즉, 제1축제2종동스프로킷(3317)의 PCD와 제1긴장스프로킷의 PCD를 차이 나도록 설정한다. 이러한 구성에 의해 예를 들면 제1긴장스프로킷(3333)의 회전속도로 회전하면 와이어(3600)가 초당 120mm 하강하는 속도라고 가정하면, 드럼(3150)의 회전에 의해 드럼(3150)에서 와이어(3600)가 풀리는 속도는 초당 100mm로 각각 설정할 수 있다. 다른 한편, 와이어(3600)는 제1긴장롤러(3524)와 제2긴장롤러(3527) 사이에 가압되어 제1긴장롤러(3524) 및 제2긴장롤러(3527)의 회전에 의해 마찰되면서 하강하게 된다.

여기서, 제1긴장스프로킷(3333)의 회전속도가 제1긴장축(3521)에 그대로 작용하게 되면 와이어(3600)가 풀리는 속도보다 제1긴장축(3521)에 결합된 제1긴장롤러(3524) 및 제2긴장롤러(3527)의 회전속도가 빨라 제1긴장롤러(3524)와 제2긴장롤러(3527)는 제1긴장기어(3525)와 제2긴장기어(3528)에 의해 맞물려 회전하면서 와이어(3600)에 마찰력을 제공하면서 와이어(3600)의 표면을 미끄러지면서 회전할 것이다.

그러나, 본 발명의 경우에는 제1긴장클러치(3523)와 제1긴장베어링(3522)이 존재하고 있어 제1긴장스프로킷(3333)의 회전력이 제1긴장축(3521)에 제1긴장베어링(3522)에 의해 전달되면서도 제1긴장클러치(3523)에 의해 제1긴장스프로킷(3333)에 대하여 제1긴장축(3521)의 회전속도(도 6a의 ‘RPM down2’ 참조) 차이만큼 덜 회전하도록 슬립 내지 공회전을 발생시킨다. 즉, 좌측의 제1긴장스프로킷(3333)측에서의 와이어(3600)가 가해지는 선속도는 초당 120mm이지만 드럼(3150)에서 풀려지는 와이어(3600)의 선속도는 초당 100mm이므로 초당 20mm만큼의 와이어(3600) 선속도는 제1긴장클러치(3523)의 슬립에 의해 조절된다. 즉, 이러한 슬립 현상에 의해 드럼(3150)에서 풀리는 와이어(3600)는 제1긴장롤러(3524) 및 제2긴장롤러(3527) 사이에 가압되어 와이어(3600)가 풀리는 방향으로 작용하는 인장력 내지 팽팽하게 잡아당기는 긴장력을 와이어(3600)에 지속적으로 작용시킬 수 있다.

이 과정에서 제2긴장스프로킷축(3335)과 제2긴장축(3526)은 상호 회전력이 전달되도록 연결이 되어 있지 않고 베어링(brg)에 의해 회전되므로 각각의 회전속도가 차이 나게 된다. 즉, 제2긴장축(3526)은 제1긴장기어(3525)와 맞물린 제2긴장기어(3528)의 회전속도와 동일하게 회전하고, 제2긴장스프로킷축(3335)은 제2체인(3331)에 의해 제2긴장스프로킷(3336)에 의해 전달되는 회전속도로 각각 회전하게 된다.

즉, 이러한 구조에 의해 드럼(3150)에서 와이어(3600)가 풀리는 과정에서 드럼(3150)에서 풀리는 속도보다 더 빠른 속도로 와이어(3600)를 잡아당기도록 하는 인장력을 제공하는 회전속도를 와이어(3600)에 부여할 수 있어 와이어(3600)가 풀리는 과정에서 와이어(3600)가 아래로 항상 인장력을 받을 수 있으므로 와이어(3600)의 엉킴 현상 등을 예방할 수 있다.

한편, 이러한 와이어(3600)를 인장시키는 제1긴장롤러(3524) 및 제2긴장롤러(3527)의 맞물리는 영역은 드럼(3150)의 외주와 와이어(3600)가 지지되는 지지롤러(3531)의 홈을 잇는 접선(도 4c의 ‘L’ 참조)에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의해 보다 와이어(3600)의 하중이 제1긴장롤러(3524) 및 제2긴장롤러(3527)에 걸리지 않고 안정적으로 와이어(3600)에 인장력을 제공할 수 있다.

그리고, 와이어(3600)는 지지롤러(3531)에서 절곡 지지되어 드럼(3150)의 회전축선 수직 하방에 위치하고 와이어좌우안내롤러(3535), 와이어전후안내롤러(3537) 및 와이어가이드(3533)에 의해 수직(‘Z’ 축선 방향)으로 자중을 받는 구조를 갖도록 안내되고 지지되는 것이 바람직하다.

이러한 구조에 의해 호이스트 유닛(2000)이 물건을 들어 올리고 내리거나 이동시키더라도 무인 비행체(1000)의 균형을 보다 안정적으로 유지할 수 있으므로 바람직하다.

다음 도 6b에 도시된 바와 같이, 도 6a에서와 반대의 드럼(3150) 회전에 의하여 제1 및 제2긴장스프로킷(3333, 3336)이 회전하면 이들과 결합된 제1 및 제2긴장스프로킷축(3332, 3335)이 각각 회전한다.

제1긴장스프로킷축(3332)이 회전하면 제1긴장베어링(3522)은 원웨이베어링으로 되어 있으므로 제1긴장축(3521)에 회전력을 전달하지 못하게 된다.

또한, 제2긴장스프로킷축(3335)이 회전하더라도 제2긴장축(3526)으로 회전력을 전달하지 못하게 된다.

드럼(3150)의 회전에 의해 제1긴장롤러(3524)와 제2긴장롤러(3527)에 의하여 가압되는 와이어(3600)는 드럼(3150)의 와이어홈(3155)을 따라 와이어캐리어(3500)가 이동하면서 감기게 된다. 이 과정에서 와이어(3600)를 제1긴장롤러(3524)와 제2긴장롤러(3527)의 탄력성을 갖는 우레탄재질 등의 소재로 가압하고 있으므로 와이어(3600)가 상승하면서 제1긴장롤러(3524)와 제2긴장롤러(3527)를 회전시키고 이러한 회전에 의해 제1긴장기어(3525)와 제2긴장기어(3528)도 맞물려 회전하고 제1긴장축(3521)과 제2긴장축(3526)은 동일한 속도로 회전하고 이러한 회전을 제1긴장스프로킷축(3332)과 제2긴장스프로킷축(3335)으로 전달되지 않는다.

즉, 와이어(3600)가 감기는 과정에서는 물건을 매단 경우 물건과 와이어(3600)의 자중 및 제1 및 제2긴장롤러(3524, 3527), 제1 및 제2긴장기어(3525, 3528), 제1 및 제2긴장축(3521, 3526)을 회전시키는 회전력에 의해 와이어(3600)에 인장력 내지 팽팽하게 당기는 힘이 작용하므로 와이어(3600)는 드럼(3150)에 감기는 과정에서 적절한 인장력으로 감기므로 감기는 과정에서도 와이어(3600)가 엉키는 등의 문제점을 예방할 수 있다.

캐리어이송부(3700)는 제1 및 제2볼스크류스프로킷(3325, 3327)과 각각 결합된 볼스크류(3710)의 회전에 의해 와이어캐리어(3500)를 드럼(3150)에 감기고 풀리는 와이어(3600)를 ‘X’ 축선 방향을 따른 이동 거리만큼 안정적으로 이동시킬 수 있다. 볼스크류(3710)는 와이어캐리어(3500)에 결합된 스크류부싱(3730)과 결합되어 있으며 이러한 결합에 의해 볼스크류(3710)의 회전 운동을 와이어캐리어(3500)의 직선 운동으로 변환시킬 수 있다.

볼스크류(3710)는 와이어캐리어(3500)가 안정적으로 이동할 수 있도록 와이어캐리어(3500)의 상하 방향에 나란하게 이격 배치되어 있는 것이 바람직하다.

센서부(3900)는 와이어캐리어(3500)가 좌우로 이동하는 과정에서 와이어(3600)가 드럼(3150)에 완전하게 감긴 감김위치(도 7a 참조)와 와이어(3600)가 드럼(3150)에서 완정하게 풀린 풀림위치(도 7d 참조) 사이의 위치를 제어하고 드럼(3150)의 회전속도 내지 와이어(3600)의 승강 및 하강 속도, 와이어캐리어(3500)의 이동 속도를 제어할 수 있도록 와이어캐리어(3500)의 위치를 감지하는 기능을 한다.

센서부(3900)는 와이어캐리어(3500)의 하측에 평판 형상의 센서플레이트(3910)와 예를 들면 ‘ㄷ’자 형상으로 구비되어 ‘ㄷ’자 내부에 센서플레이트(3910)가 위치하는지를 감지할 수 있는 감지센서(3930)로 이루어져 있다.

이러한 센서플레이트(3910)와 감지센서(3930)는 공지된 다양한 종류의 센서류로 대체될 수 있음은 물론이다.

이러한 구성에 의해 도 7a의 위치에서 도 7b의 위치로 이동하면서 와이어(3600)가 풀리는 경우 정지상태에서 천천히 속도가 올라가면서 서행을 하다가 도 7b의 위치에서 도 7c의 위치까지는 설정된 정상 속도로 와이어(3600)가 풀리다가 도 7c 위치에서 서서히 속도가 감속되면서 도 7d에 와이어캐리어(3500)가 도달하면 모터(3110)의 회전을 멈추게 되고 모터(3110)의 정지와 동시에 매우 낮은 두 가닥의 선으로 모터(3110)로 전류가 공급되면서 모터(3110)는 와이어(3600)에 매달린 물체의 무게 등으로 인해 드럼(3150)이 회전하지 못하도록 일종의 브레이크 기능을 유지할 수 있게 된다.

그리고 본 발명에 따른 구성을 지지하는 구조에 대하여 부분적으로 설명하였지만 미설명한 베어링, 구조물 등이 호이스트케이스(2010)와 결합되어 전술한 구성들이 설명한 바의 기능, 구조를 유지할 수 있도록 한다.

참고로 본 발명에 따른 각종 축이 회전하기 위하여 베어링이 구성으로 포함되어 있으며, 이러한 베어링에 대하여 별도로 참조번호를 부여하지 않았으며, 필요에 따라 베어링의 참조번호를 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이 ‘brg’로 표시하였다.

이에, 본 발명에 따르면, 호이스트 유닛에서 와이어가 감기거나 풀릴 때 와이어가 드럼의 정위치에 안정적으로 감기거나 풀릴 수 있는 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

또한, 호이스트 유닛에서 와이어가 감기거나 풀릴 때 와이어가 항상 인장력을 유지할 수 있어 와이어의 엉킴 현상이 발생하지 않는 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

또한, 사용이 간단하고 편리한 무인 비행체용 호이스트 유닛 및 이를 갖는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

여기서 본 발명의 여러 실시예들을 도시하여 설명하였지만 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

1000 : 무인 비행체 1100 : 본체
1200 : 아암 1300 : 프로펠러
1400 : 지지부재 1500 : 랜딩부
2000 : 호이스트 유닛 2010 : 호이스트 케이스
3000 : 호이스트 3105 : 구동부하우징
3100 : 구동부 3110 : 모터
3113 : 모터축 3130 : 감속기
3150 : 드럼 3153 : 드럼축
3155 : 와이어홈 3157 : 드럼스프로킷
3159 : 드럼체인
3300 : 동력전달부 3311 : 제1축
3312 : 제1축하우징 3313 : 제1축구동스프로킷
3315 : 제1축제1종동스프로킷 3317 : 제1축제2종동스프로킷
3321 : 제1체인 3323 : 제1체인텐셔너
3325 : 제1볼스크류스프로킷 3327 : 제2볼스크류스프로킷
3331 : 제2체인 3332 : 제1긴장스프로킷축
3333 : 제1긴장스프로킷 3335 : 제2긴장스프로킷축
3336 : 제2긴장스프로킷 3338 : 아이들스프로킷
3500 : 와이어캐리어 3510 : 캐리어프레임
3520 : 와이어긴장부재 3521 : 제1긴장축
3522 : 제1긴장베어링 3523 : 제1긴장클러치
3524 : 제1긴장롤러 3525 : 제1긴장기어
3526 : 제2긴장축 3527 : 제2긴장롤러
3528 : 제2긴장기어 3529 : 긴장부재하우징
3531 : 지지롤러
3533 : 와이어가이드 3535 : 와이어좌우안내롤러
3537 : 와이어전후안내롤러
3600 : 와이어
3700 : 캐리어이송부 3710 : 볼스크류
3730 : 스크류부싱
3900 : 센서부 3910 : 센서플레이트
3930 : 감지센서 brg : 베어링

Claims (7)

1. 무인 비행체용 호이스트 유닛에 있어서,
   배터리가 지지되고 상기 무인 비행체의 제어, 전원공급을 위한 제어부를 수용 가능한 본체와, 프로펠러를 지지 가능하게 상기 본체에 방사상으로 결합된 복수의 아암과, 상기 본체가 착륙할 수 있도록 마련된 랜딩부를 구비하는 무인비행체의 상기 본체에 결합되고, 와이어가 감기고 풀리는 드럼과; 상기 드럼에 동력을 제공하는 구동부;를 갖는 호이스트 유닛을 포함하되,
   상기 드럼에는 상기 와이어가 결합 가능하게 상기 드럼의 외주를 따라 함몰 형성된 와이어홈이 구비되어 있으며,
   상기 호이스트 유닛에는 상기 와이어가 감기거나 풀리는 과정에서 상기 와이어를 상기 와이어홈의 대응한 위치로 상기 드럼의 회전축선 방향을 따라 안내 가능하게 상기 드럼의 회전과 연동하는 와이어캐리어;가 더 포함되되,
   상기 와이어캐리어에는 상기 와이어가 상기 드럼에서 풀리는 과정에서 상기 와이어가 풀리는 방향으로 상기 와이어에 인장력을 제공하도록 상기 와이어에 결합된 와이어긴장부재가 구비되며,
   상기 와이어긴장부재는, 상기 와이어를 가압 가능하게 한 쌍으로 마련된 긴장롤러와; 상기 긴장롤러가 회전 가능하게 맞물린 긴장기어와; 상기 드럼과 결합되어 상기 긴장기어 중 어느 하나에 동력을 제공 가능하게 긴장스프로킷축과 연동되는 긴장축;를 포함하며,
   상기 긴장스프로킷축과 상기 긴장축 사이에는 상기 긴장스프로킷축의 회전속도와 상이하게 상기 긴장축의 회전속도를 조절할 수 있는 클러치가 포함된 것을 특징으로 하는 호이스트 유닛.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 호이스트 유닛은,
   상기 구동부에서 상기 와이어캐리어로 동력을 전달하는 동력전달부와, 상기 와이어캐리어를 상기 드럼의 축선방향에 평행하게 이동시키는 캐리어이송부와, 상기 와이어가 상기 드럼에 감긴 감김위치와 상기 드럼으로부터 풀린 풀림위치 사이를 이동하는 과정에서 상기 와이어캐리어의 위치를 감지하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 호이스트 유닛.
4. 물건을 승강시키거나 운반할 수 있는 무인비행체용 호이스트 유닛에 있어서,
   배터리가 지지되고 상기 무인 비행체의 제어, 전원공급을 위한 제어부를 수용 가능한 본체와, 프로펠러를 지지 가능하게 상기 본체에 방사상으로 결합된 복수의 아암과, 상기 본체가 착륙할 수 있도록 마련된 랜딩부를 구비하는 무인비행체의 상기 본체에 결합되고, 와이어가 감기고 풀리는 드럼과; 상기 드럼에 동력을 제공하는 구동부;를 갖는 호이스트 유닛을 포함하되,
   상기 호이스트 유닛은, 상기 와이어가 상기 드럼에서 풀리는 과정에서 상기 와이어가 풀리는 방향으로 상기 와이어에 인장력을 제공하도록 상기 와이어에 결합된 와이어긴장부재를 갖는 와이어캐리어;를 더 포함하고,
   상기 와이어긴장부재는, 상기 와이어를 가압 가능하게 한 쌍으로 마련된 긴장롤러와; 상기 긴장롤러가 회전 가능하게 맞물린 긴장기어와; 상기 드럼과 결합되어 상기 긴장기어 중 어느 하나에 동력을 제공 가능하게 긴장스프로킷축과 연동되는 긴장축;를 포함하며, 상기 긴장스프로킷축과 상기 긴장축 사이에는 상기 긴장스프로킷축의 회전속도와 상이하게 상기 긴장축의 회전속도를 조절할 수 있는 클러치가 포함된 것을 특징으로 하는 호이스트 유닛.
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   상기 와이어캐리어에는 상기 와이어가 결합 가능하게 상기 드럼에 형성된 와이어홈의 접선방향으로 상기 와이어가 풀리고 감기도록 상기 와이어를 지지 가능하게 상기 드럼의 회전축선의 하방에 위치하는 지지롤러가 포함되며,
   상기 긴장롤러는 상기 지지롤러와 상기 와이어홈의 접선방향으로 향하는 상기 와이어를 가압하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 호이스트 유닛.
7. 제1항 또는 제4항의 호이스트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.

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