KR101919574B1 - 무인항공기 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따라 무인항공기는, 회전 날개, 모터 및 암 본체로 구성되며, 본체에 착탈식으로 결합되는 복수의 암 유닛; 상기 복수의 암 유닛과의 결합을 위한 복수의 리셉터클을 구비한 본체; 및 외부에 노출될 수 있도록 상기 본체에 착탈식으로 결합되는 착탈식 배터리 유닛으로, 상기 본체에 결합시 적어도 일부분이 외부에 노출되는 배터리 유닛을 포함한다.

Description

무인항공기 {A unmanned aerial vehicle}
일 실시예는 무인항공기, 보다 구체적으로는 착탈식 암을 가지는 무인항공기에 관한 것이다.
드론 이라고도 불리우는 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)는 조종사를 탑승시키지 않고 무선전파 유도에 의해서 비행하며, 지정된 임무를 수행할 수 있도록 제작한 비행체를 가리킨다. 활용분야에 따라 다양한 장비, 예를 들어, 광학, 적외선, 레이더 센서 등을 탑재하여 감시, 정찰, 통신/정보 중계 등의 임무를 수행할 수 있다.
무인항공기는 대체로 프로펠러가 설치된 암 부분과 본체 부분으로 구성될 수 있는데, 프로펠러가 설치된 암 부분의 특성으로 인해 비행중 프로펠러나 암 부분이 손상되기 쉽다.
또한 최근에는, 복수의 드론을 경주시키는 드론 레이싱 게임이 화제가 되고 있다. 도 1을 참조하면, 드론 레이싱 게임은 레이싱 레일 10을 설치하거나 또는 미리지정된 레이싱 코스를 설치하고 또한 다양한 장애물 20을 설치한 다음, 게임에 참가하는 복수의 레이싱 드론들 30, 40, 50, 60 은 이러한 레이싱 레일 10을 따라서 비행하며, 또한 장애물 20을 안전하게 통과하는 게임을 말한다. 이 때 레이싱 드론들 30, 40, 50, 60은 레일 10을 따라서 빠른 속도로 비행해야 할 뿐만 아니라 곳곳에 설치된 장애물 20을 빠른 속도로 통과해야 하므로, 장애물 20에 부딪쳐 손상이나 파손되기 쉽다.
드론 특히, 레이싱용 드론은 레이싱 중 파손이 발생할 수 있는 다양한 변수가 존재할 수 있고 경미한 손상에도 수리가 쉽지 않고 정비를 위해 많은 시간이 소요되는 것이 일반적이다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 구성요소들이 손상된 경우 교체가 용이한 착탈식 무인항공기를 제공하고자 한다.
개시된 일 실시예에 따른 무인항공기는, 회전 날개, 모터, 및 암 본체로 구성되며, 본체에 착탈식으로 결합되는 복수의 암 유닛; 상기 복수의 암 유닛과의 결합을 위한 복수의 리셉터클을 구비한 본체; 및 외부에 노출될 수 있도록 상기 본체에 착탈식으로 결합되는 착탈식 배터리 유닛으로, 상기 본체에 결합시 적어도 일부분이 외부에 노출되는 배터리 유닛을 포함한다.
일 실시예에 따라 각 암 본체는, 상기 본체로부터의 신호를 송수신하고, 상기 신호를 모터 제어 부재에 전달하는 커넥터가 설치되는 암 하부 커버; 상기 암 하부 커버 상에 설치되며, 상기 모터의 속도를 제어하는 모터 제어 부재; 및 상기 모터 제어 부재가 설치된 상기 암 하부 커버와 결합되며, 상기 모터 및 상기 회전 날개가 설치되는 암 상부 커버를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 암 상부 커버는 상기 모터 제어 부재의 방열을 위해 열전도율이 일정 기준 이상인 재질로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 배터리 유닛은, 배터리와 배터리 케이스를 포함하며, 상기 배터리 케이스는 클램핑 홈을 구비하고, 상기 본체는 클램핑 홈과 결합하는 클램핑 바를 구비하여, 상기 본체와 상기 배터리 케이스가 결합시 상기 클램핑 홈과 상기 클램핑 바가 결합할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 무인항공기와 외부 제어 장치와의 연결을 위한 입력 버튼은, 상기 본체와 상기 배터리 유닛의 결합 상태에서 외부에 노출되지 않는 상기 본체의 일부에 설치될 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 무인항공기는 상기 본체에 카메라를 설치할 수 있는 부재를 구비하고, 상기 카메라 설치 부재는, 상기 카메라의 설치 각도를 조정할 수 있도록 마련된 복수개의 홀을 구비할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 배터리 케이스는 외부로부터의 공기를 통과시키는 하나 이상의 공기 주입구를 구비하고, 상기 배터리는 상기 공기 주입구를 통해 들어온 공기가 통과하는 하나 이상의 환기 슬릿을 구비할 수 있다.
다른 실시예에 따른 무인항공기는, 회전 날개, 모터 및 암 본체로 구성되는 복수의 암 유닛; 상기 복수의 암 유닛과의 결합되는 본체; 및 적어도 일부분이 외부에 노출될 수 있도록 상기 본체에 착탈식으로 결합되는 배터리 유닛을 포함하며, 상기 배터리 유닛은, 상기 외부에 노출된 상기 적어도 일부분에 적어도 하나의 공기 주입구를 구비하는 배터리 케이스 및 배터리를 포함한다.
일 실시예에 따라 상기 배터리는, 두개 이상의 배터리 셀을 포함하고, 상기 배터리 케이스에 마련된 상기 적어도 하나의 공기 주입구를 통해 들어온 공기를 통과시키는 환기 슬릿이, 상기 배터리 셀과 배터리 셀 사이에 마련될 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 배터리 케이스는, 상기 적어도 하나의 공기 주입구를 구비하는 케이스 하우징; 및 상기 적어도 하나의 공기 주입구 및 상기 배터리의 상기 환기 슬릿을 통과한 공기를 상기 배터리 케이스의 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 환기 홈이 마련된 케이스 바닥을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라 상기 배터리 유닛과 결합될 때 상기 케이스 바닥과 접촉되는 상기 본체의 면에는, 상기 케이스 바닥에 마련된 상기 환기 홈을 통과한 공기가 상기 무인항공기의 외부로 배출되는 하나 이상의 통로를 구비하는 환기 매니폴드가 마련될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예에 따르면 회전 날개나, 배터리, 모터, 암이 손상되더라도 분해나 납땜없이 손쉽게 교체가 가능하다.
다양한 실시예들에 따른 무인항공기는, 본체에 착탈되도록 암 유닛이 구성됨으로써, 낙하 또는 외부로부터의 충격에 의해 암 유닛이 손상되거나 파손되는 경우 암 유닛을 교체할 수 있으며, 아울러 추후 업그레이드된 암 유닛으로 교체도 할 수 있는 효과를 가진다.
다양한 실시예들에 따른 무인항공기는, 본체에 착탈되게 구성되는 배터리 유닛을 포함하고, 본체 및 배터리 유닛 각각에 서로에 대한 클램핑구조가 마련됨으로써, 본체에 배터리를 견고하게 클램핑할 수 있으며, 배터리의 교체가 원활하면서도 용이하고 아울러 신속하게 이루어질 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 무인항공기는, 암 유닛과 배터리 유닛을 제외한 본체에 대해서도 손상 또는 파손 시, 그리고 업그레이드가 필요한 경우 본체만을 교체할 수 있다.
도 1은 레이싱 드론 게임 설치 구조의 일 예를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 무인항공기의 평면도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 무인항공기의 사시도를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 암 유닛의 분해도를 나타낸다.
도 5a는 일 실시예에 따른 본체의 분해도를 나타낸다.
도 5b는 도 5a에 도시된 메인 제어 부재의 뒷면을 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따라 암 유닛과 본체의 결합을 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 암 유닛의 평면도를 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따른 무인항공기의 저면도를 나타낸다.
도 9a는 일 실시예에 따른 무인항공기의 분해도를 나타낸다.
도 9b는 일 실시예에 따른 무인항공기의 본체에 비행기 날개를 결합시킨 예를 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 무인항공기에서 배터리 유닛의 결합 상태를 나타낸다.
도 11은 일 실시예에 따른 무인항공기에서 배터리 유닛의 분리 상태를 나타낸다.
도 12는 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 구조를 나타낸다.
도 13은 일 실시예에 따른 배터리 충전기를 나타낸다.
도 14는 일 실시예에 따라 무인항공기의 본체에 마련된 카메라 설치 부재를 나타낸다.
도 15는 일 실시예에 따라 무인항공기 100의 배터리의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 구조를 나타낸다.
도 16은 일 실시예에 따라 무인항공기 100의 배터리의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 배터리 유닛 및 본체의 구조를 나타낸다.
도 17은 환기 매니폴드 325가 설치된 배터리 착탈 브라켓 320을 나타낸다.
도 18은 무인항공기 본체에 배터리 유닛이 결합된 상태의 후방 모습을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치를 구성하고 사용하는 방법을 상세히 설명한다. 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원서에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이제 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 무인항공기의 평면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 무인항공기 100는 본체 300, 본체 300에 착탈식으로 결합되는 복수의 암 유닛 200, 본체 300에 착탈식으로 결합되는 배터리 유닛 400로 구성될 수 있다.
본체 300은 무인항공기 100의 각 구성요소들이 설치되어 고정되도록 하는 메인 프레임 역할을 한다. 본체 300의 구체적인 형상은 설치되는 각 구성요소들이 용이하면서도 견고하게 설치될 수 있도록 하는 형상이라면 어떠한 형상도 취할 수 있다.
본체 300의 전부에는 카메라 유닛 500과 발광 유닛이 설치되고, 후부에는 안테나 600가 설치될 수 있다. 카메라 유닛 500는 무인 항공기 100의 비행중 영상을 촬영할 수 있다. 후방에 설치된 안테나 600는 카메라 500로부터 촬영한 영상 신호를 원격 제어 장치로 전송할 수 있다. 도 3을 참조하면, 본체 300의 가운데에 다른 안테나 700이 더 설치될 수 있으며, 안테나 700은 원격 제어 장치와의 제어 신호 송수신에 이용될 수 있다.
복수의 암 유닛 200은 암 유닛 200a 내지 200d를 포함한다. 각 암 유닛 200은 암 본체 210, 날개들 220, 및 모터 230 로 구성된다.
배터리 유닛 400는 외부에 노출되는 형태로 본체 300에 착탈식으로 결합된다.
도 3은 일 실시예에 따른 무인항공기의 사시도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 무인항공기 100는 본체 300에 암 유닛 200과 배터리 유닛 400이 모두 착탈식으로 결합되는 형태이기 때문에, 본체 300, 배터리 유닛 400, 암 유닛 200로 분리될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 무인항공기 100는 본체 300에 착탈되도록 암 유닛 200이 구성됨으로써, 낙하 또는 외부로부터의 충격에 의해 암 유닛 200이 손상되거나 파손되는 경우 암 유닛 200 만을 교체할 수 있으며, 아울러 추후 업그레이드된 암 유닛 200으로 교체도 할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무인항공기 100는 본체 300에 착탈되게 구성되는 배터리 유닛 400을 포함하고, 본체 300 및 배터리유닛 400 각각에 서로에 대한 클램핑구조가 구성됨으로써, 본체 300에 배터리 유닛 400을 견고하게 클램핑할 수 있으며, 배터리 유닛 400의 교체가 원활하면서도 용이하고 아울러 신속하게 이루어질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 무인항공기 100는 본체 300에 대해서도 손상 또는 파손 시, 또는 업그레이드가 필요한 경우 본체 300만을 교체할 수 있다.
실시예에 따른 무인항공기의 구성은, 어떠한 용도의 무인항공기에도 적용할 수 있지만, 특히, 각 구성요소별 손상의 위험도가 높은 레이싱용 드론에 효과적으로 적용될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 암 유닛의 분해도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 암 유닛 200은 암 본체 210, 모터 230 및 회전 날개 220를 구비할 수 있다.
암 본체 210는 일정한 길이를 가지는 바 형상의 부재이고, 암 본체 210 일단부에 모터 230가 설치되고, 모터 230에 회전 날개 220가 장착되어 회전구동될 수 있다. 다만, 암 본체 210는 암의 기능을 할 수 있다면 바 형상으로 한정되는 것은 아니다.
암 본체 210는, LED PCB 212 와 모터 제어 부재 213을 사이에 두고 서로 결합하는 암 상부 커버 214와 암 하부 커버 211을 포함한다.
LED PCB 212는 암 유닛 200에 설치된 LED를 제어하는 회로를 포함할 수 있다.
모터 제어 부재 213는 암 상부 커버 214과 암 하부 커버 211 사이에 설치되며, 모터의 속도를 제어하는 회로를 포함할 수 있다.
암 하부 커버 211의 일단에는 본체로부터의 신호를 송수신하고, 신호를 모터 제어 부재 213에 전달하는 복수의 핀을 구비하는 커넥터 215가 설치될 수 있다.
일 실시예에 따라 암 상부 커버 214는 모터 제어 부재 213을 보호하면서 암 본체 210가 구조적으로 견고한 상태를 유지하도록 할 수 있다.
일 실시예에 따라 암 상부 커버 214는 열전도율이 높은 재질로 만들어져, 모터 제어 부재 213을 냉각시키는 방열 기능을 가질 수 있다. 무인항공기가 비행할 시, 모터 230가 모터 제어 부재 213로부터 전기에너지를 공급받아서 회전운동을 하는데, 이 때 모터 제어 부재 213에서 열이 발생하게 된다. 발생한 열이 배출되지 않을 시 모터 제어 부재 213의 동작성능이 저하되는 문제로 인해, 종래의 무인항공기는 모터 제어 부재의 주변부 케이스에 방열을 위한 구멍을 만들어서 열을 배출하였으나, 구멍을 통해 외부에서 이물질이 드론 내부로 들어오는 문제가 있었다. 일 실시예에 따르면, 무인항공기 100의 암 상부 커버 214는, 높은 열전도율을 가지는 재질로 만들어져 방열판으로도 기능하므로, 모터 제어 부재 213에서 발생하는 열을 노출된 구멍 없이 외부로 배출할 수 있다. 무인항공기 100가 비행할 시 날개에 의해 발생한 공기흐름에 의해 지속적으로 냉각되므로 효과적으로 모터 제어 부재 213의 열을 배출하는 구조를 가진다.
도 5a는 일 실시예에 따라 본체의 분해도를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 본체 300는 배터리 착탈 브라켓 320, 카본 판 330, 메인 제어 부재 340, 센서 보드 360, 중앙 연산 보드 370, 본체 프레임 350, 본체 하부 카본 커버 380으로 구성된다.
배터리 착탈 브라켓 320는 본체 300의 카본 판 330에 배터리 유닛 400을 착탈 고정시키기 위한 것으로, 카본 판 330의 상부에 설치된다.
카본 판 330은 배터리 유닛 400을 냉각시킬 수 있는 방열 기능을 할 수 있다
메인 제어 부재 340는 하부 프레임 350의 상부에 견고하게 설치된다. 이러한 메인 제어 부재 340는 원격 제어 장치로부터 송신된 신호를 받아서 배터리 유닛의 전원을 제어하면서 무인 항공기의 비행을 제어하는 회로 유닛을 구비한다. 또한, 메인 제어 부재 340는 리셉터클(R)을 구비하는데, 이러한 리셉터클(R)은 메인 제어 부재 340의 둘레부분에 위치되어 암 유닛 200이 본체 300에 연결될 때 암 유닛 200의 플러그단자(P)가 끼움조립되는 부분이다.
도 5b에 메인 제어 부재 340의 뒷면이 도시되어 있다. 도 5b를 참조하면 메인 제어 부재 340의 둘레 부분에 암 유닛 200의 플러그 단자를 끼움조립하는 리셉터클 310을 구비한다.
무인항공기에서 모터가 회전 날개를 고속으로 회전시킬 때, 무인항공기에 진동이 발생할 수 있다. 센서보드(IMU sensor board) 360가 독립적으로 방진되어 있지 않을 시, 센서에서 진동 성분이 포함된 신호가 발생된다. 만약 이러한 진동을 제거하기 위해서 소프트웨어 필터의 이득치를 높이면 필연적으로 센서신호에 시간지연이 발생하게 되고 무인항공기가 정확한 시점에 고기동 (enhanced flight)을 할 수 없게 되는 문제점이 있다. 독립적으로 방진된 센서보드를 사용할 경우, 센서에 전달되는 진동을 물리적으로 줄이게 되고, 필터 이득이 낮은 소프트웨어의 사용에 따른 센서 신호의 시간 지연이 감소되어서, 무인항공기의 즉각적인 고기동이 가능하게 된다.
본체 프레임 350는 메인 제어 부재 340을 수용하고 지지하기 위한 프레임이며, 추가로 측벽 351을 구비하여 리셉터클 310을 지지할 수도 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 암 유닛과 본체의 결합을 설명하기 위한 참고도이다.
상술된 바와 같이 구성되는 암 유닛 200은 타단부가 본체 300에 착탈되게 구성된다.
구체적으로, 암 유닛 200의 암 본체 210는 본체 300의 메인 제어 부재 340에 착탈되게 구성된다. 도 5a를 참조하면, 메인 제어 부재 340은 카본 판 330의 하부에서 카본 판 330과 일체 결합된다. 암 본체 210이 메인 제어 부재 340에 연결될 때 암 본체 210의 플러그단자(P)가 메인 제어 부재 340의 리셉터클(R) 310에 끼움조립되고, 암 본체 210이 메인 제어 부재 340로부터 분리될 때에는 암 본체 210의 플러그단자(P)가 메인 제어 부재 340의 리셉터클(R) 310로부터 탈거된다. 또한, 끼움조립시 암 본체 210이 본체 300에 견고하게 연결고정되도록, 암 본체 210의 플러그단자(P)가 메인 제어 부재 340의 리셉터클(R) 310에 끼움조립된 후, 체결볼트(B)에 의해 추가 고정이 실시된다. 예컨대, 체결볼트(B)가 본체 프레임 350의 하부에 결합되는 본체 하부 카본 커버 380의 하측에서 본체 하부 카본 커버 380의 제1 체결홀 380a을 통과하고 암 본체 210의 제2 체결홀 210a을 통과한 후 카본판 330의 너트부 330a에 나사체결될 수 있다.
또한, 본체 프레임 350에는 리셉터클(R)의 양측부를 견고하게 지지하는 지지측벽 351이 형성된다. 이 지지측벽 351은 플러그단자(P)가 리셉터클(R)에 끼움조립된 후 외부의 힘 또는 충격에 의해 플러그단자(P) 및 리셉터클(R)이 손상되거나 변형되는 것을 방지한다. 따라서 암 본체 210이 본체 300에 장착될 때 견고한 연결고정상태를 달성할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따라 암 하부 커버의 평면도를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 암 하부 커버 211는 일단에 본체 300에 마련된 리셉터클과의 결합을 위한 커넥터 215를 구비하고, PCB 홀딩 볼트 720, 플라스틱 케이스 730, 암 홀딩 너트 740를 구비할 수 있다. 암 하부 커버 211의 일단 750의 상부에는 모터 230가 설치될 수 있다.
플러그단자(P)는 본체 300에 착탈되는 암 유닛 200과 본체 300의 연결부분으로서, 암 유닛 200의 일단부에 위치된다. 이러한 플러그단자(P)는 예를 들어, 6 핀 711, 712, 713, 714, 715, 716으로 구성될 수 있다. 6 핀중 4 핀은 전원을 위해 사용되고 나머지 2핀은 신호 송수신을 위해 사용될 수 있다.
신호 송수신을 위한 2 핀은 예를 들어, (LED 색 제어, 로터속도제어), 직렬 통신시에는 (직렬통신 송신, 직렬통신 수신), 강건한(robust) 신호 송수신을 위해 (로터속도제어, 로터속도제어), CAN 통신을 위해 (CAN High, CAN Low) 와 같이 사용될 수 있다.
이와 같이 모터 제어 부재 212를 암 유닛 210에 배치함으로써, 모터 제어 부재 212와, 암 하부 커버 211의 일단 750의 상부에 설치되는 모터 230를 연결하는 모터 선을 짧게 함으로써 암 유닛 210의 무게를 감소시킬 수 있다.
또한 모터 제어 부재 212를 각 암 유닛 210에 분산 배치함으로써, 모터 제어 부재 212가 고장난 경우, 고장난 모터 제어 부재 212를 포함하는 암 유닛 210만을 교체함으로써 용이하게 수리가 가능하다. 만약 모터 제어 부재 212가 본체 300에 설치되는 경우에, 모터 제어 부재 212가 고장이 나면 본체 300 전체를 교체하는 것이 필요하다.
일 실시예에 따른 암 유닛 210은 모터 제어 부재 212를 내장하고 있다. 이와 같이 모터 제어 부재 212를 암 유닛 210에 내장할 경우, 모터제어신호뿐만 아니라 무인항공기의 상태를 표현하는 LED 등의 제어 역시 해당 신호를 통하여 제어될 수 있다. 이는 무인항공기 구성의 유연성과 내 고장성(robustness)을 증가시킬 수 있다. 커넥터를 통하여 전달되는 신호는 무인항공기의 모터 제어뿐만 아니라 LED 색 제어 신호를 포함할 수 있으므로 유연한 구성이 가능해진다.
도 8은 일 실시예에 따른 무인항공기 100의 저면도를 나타낸다.
일 실시예에 따른 무인항공기 100는 본체의 전면, 암 유닛, 본체의 후면에 복수의 발광 유닛을 구비할 수 있다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 무인항공기 100은 본체의 전면에 프런트 LED 810, 암 유닛의 하부에 암 LED 820, 본체의 후면에 백 LED를 구비할 수 있다.
이와 같이 무인항공기 100에 구비될 수 있는 복수의 LED는 무인항공기 100의 다양한 상태를 나타낼 수 있다.
일 예에 따라 무인항공기 100에 구비될 수 있는 복수의 LED는, 동시에 여러 비행체가 비행할 때, 각 비행체를 다른 비행체와 구별하기 위해 사용자에 의해 지정된 색상으로 발광할 수 있다.
일 예에 따라 무인항공기 100에 구비될 수 있는 복수의 LED는, 모터의 정지상태 또는 회전상태를 나타낼 수 있다.
일 예에 따라 무인항공기 100에 구비될 수 있는 복수의 LED는, 배터리의 저전압 상태를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 무인항공기 100의 비행 중, 배터리의 전압이 비행을 유지할 수 없게 낮아지면 경고를 위해 LED를 깜빡이도록 구현될 수 있다.
일 예에 따라 무인항공기 100에 구비될 수 있는 복수의 LED는, 무인항공기 100의 기체 이상을 경고하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 원격 제어 장치로부터 조종신호가 수신되지 않거나, 이륙 시 평면이 아닐경우 LED의 깜빡임과 색상을 이용하여 경고를 표시할 수 있다. 　
일 예에 따라 무인항공기 100에 구비될 수 있는 복수의 LED는, 원격 제어 장치 연결 모드를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 무인항공기와 원격 제어 장치를 연결시킬 때, LED를 특정 색상으로 깜빡이도록 함으로써 무인항공기 100가 연결모드로 진입하고 있음을 나타낼 수 있다.
일 예에 따라 무인항공기 100에 구비될 수 있는 복수의 LED는, 각 설치된 위치에 따라 서로 다른 상태를 나타내도록 또는 서로 다른 경고를 표시하도록 구현될 수 있다.
도 9a는 일 실시예에 따른 무인항공기의 분해도를 나타낸다.
도 9b는 일 실시예에 따른 무인항공기의 본체 300에 비행기 날개를 결합시킨 예를 나타낸다.
도 9a에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 무인항공기는 본체 300과 암 유닛 200을 착탈가능한 형태로 구성하므로, 일 실시예에 따른 무인항공기 100는 암 유닛 200을 장착하는 대신, 날개를 가지는 비행기 형상의 날개형 기체 900를 장착하여, 간편하게 비행기 형상의 무인항공기로 변환이 가능하다. 날개형 기체 900는 본체 100와 끼움 결합되는 형상을 가지며, 무인항공기 본체로부터 전원과 제어신호를 받아서 동작하는 구조를 가질 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 무인항공기의 본체에 배터리 유닛의 결합 상태를 나타낸다.
배터리유닛 400은 본체 300에 착탈가능하게 구성되고, 본체 300 및 배터리 유닛 400 각각에 서로에 대한 클램핑구조가 마련될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이 배터리 유닛 400이 본체 300에 결합된 상태에서 배터리 유닛 400은 외부에 노출되는 형태로 구성된다. 따라서, 배터리 유닛 400이 또다른 커버에 의해 덮혀 있지 않고 외부에 노출되는 상태로 비행하므로, 실시예에 따른 무인항공기 100는 배터리의 동작에 의해 발생하는 열을 효과적으로 식힐 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 무인항공기에서 배터리 유닛의 분리 상태를 나타낸다.
도 12는 일 실시예에 따른 배터리 유닛의 구조를 나타낸다.
이하에서는 도 11 및 도 12를 참조하여 배터리 유닛 400이 본체 300에 착탈되는 구조를 설명한다.
도 12를 참조하면, 배터리유닛 400은 배터리 410와, 배터리 케이스 420을 구비할 수 있다.
배터리 케이스 420은 무인항공기 동작시 배터리 410가 팽창하는 현상을 고려하여, 측면 혹은 상부에 배터리 팽창 여유공간을 가지도록 설계된다. 또한 무인항공기 동작시에 열이 발생하는 배터리유닛 400이 무인항공기의 외부에 클램핑 되어 위치하므로, 무인항공기가 비행할 시 외부의 공기흐름에 의해서 배터리유닛 400이 자연스럽게 냉각되는 구조를 가진다. 배터리 케이스 420의 구체적인 형상은 공기역학적으로 효율적인 구조이면서 디자인 측면에서도 심미적인 형상이라면 어떠한 형상도 취할 수 있음은 물론이다.
배터리 케이스 420는 케이스 하우징 422와, 케이스 바닥 421을 구비할 수 있다.
케이스 하우징 422에는 전후클램핑홈 422a이 형성될 수 있다.
케이스 바닥 421에는 상하클램핑홈 421a이 형성될 수 있다. 또한 케이스 바닥 421에는 배터리 유닛 사용시 내부 배터리 410가 손상되지 않도록 전기적으로 보호하는 역할을 하는 배터리 보호 보드 427이 설치될 수 있다. 배터리 보호 보드 427은 배터리 410의 상태를 실시간으로 파악하여, 배터리 통신 포트 423를 통해 배터리의 상태 정보를 무인항공기로 전송할 수 있다.
이와 대응되게 본체 300에서 배터리 착탈 브라켓 320에는 상하클램핑바 321a 및 전후클램핑바 322a 가 형성될 수 있다.
먼저, 배터리 410가 수용된 배터리 케이스 420의 상하클램핑 구조를 살펴보기로 한다.
케이스 바닥 421의 상하클램핑홈 421a은 케이스바닥 421의 하부 양측 모서리부에서, 도 12에 도시된 바와 같이 측면에서 볼 때 상측으로 가면서 후측으로 절곡된 형상을 취하고, 배터리 착탈 브라켓 320의 상하클램핑바 321a도 도 11에 도시된 바와 같이 측면에서 볼 때 상측으로 가면서 후측으로 절곡된 형상을 취한다. 이로 인하여, 배터리 410가 내장된 배터리 케이스 420가 배터리 착탈 브라켓 320에 안착되면서, 케이스바닥 421의 상하클램핑홈 421a에 배터리 착탈 브라켓 320의 상하클램핑바 321a가 삽입되고, 배터리 케이스 420가 전진하면서 상하클램핑홈 421a 내에서 상하클램핑바 321a가 후측으로 이동함으로써, 상하클램핑바 321a가 상하클램핑홈 421a 내에서 상하측으로 이동이 차단되는 배치구조를 이루게 된다. 이에 따라, 배터리 410가 수용된 배터리케이스 420는 배터리 착탈 브라켓 320에서 안착된 상태로 상하측으로 이동이 제한되는 클램핑상태가 된다.
배터리 410가 수용된 배터리 케이스 420의 전후클램핑구조를 살펴보기로 한다.
전후클램핑홈 422a은 도 12에 도시된 바와 같이 케이스 하우징 422에 형성되고, 배터리 착탈 브라켓 320의 전후클램핑바 322a는 도 11에 도시된 바와 같이 걸림턱이 형성되고 이러한 걸림턱의 단부가 돌출되면서 테이퍼 형상을 취한다. 이로 인하여, 상기 배터리 410가 내장된 배터리 케이스 420가 배터리 착탈 브라켓 320에 안착되어 전진하면서, 배터리 착탈 브라켓 320의 전후클램핑바 322a의 걸림턱이 케이스 하우징 422의 전후클램핑홈 422a에 슬라이드 삽입되어 전후클램핑홈 422a 내측에 인입되면 걸림턱이 상승되어 걸려짐으로써, 전후클램핑바 322a가 전후클램핑홈 422a 내에서 후측으로 이동이 차단되는 배치구조를 이루게된다. 이에 따라, 배터리 410가 수용된 배터리 케이스 420는 배터리 착탈 브라켓 320에서 안착된 상태로 전후측으로 이동이 제한되는 클램핑상태가 된다.
이와 반대로 배터리 착탈 브라켓 320으로부터 배터리 케이스 420를 탈거시키기 위해서는, 전후클램핑바 322a를 눌러서 걸림턱을 내린 후 배터리 케이스 420를 후진시키는데, 이와 같이 배터리 케이스 420가 후진된 상태에서는 상하클램핑바 321a가 상하클램핑홈 421a 내에서도 상하측으로 이동이 제한되지 않는 지점에 위치됨에 따라, 마지막으로 배터리 케이스 420를 상측으로 들어올림으로써 탈거가 완료된다.
이와 같은 상하클램핑구조와 전후클램핑구조로 인하여, 본체 300에 배터리 유닛 400이 견고하게 클램핑될 수 있고, 배터리 유닛 400 교체가 원활하고 용이하면서도 신속하게 이루어질 수 있다.
또한, 배터리 410가 수용된 배터리 케이스 420가 배터리 착탈 브라켓 320에 안착되어 클램핑된 상태에서는, 메인 제어 부재 340와 연결되어 배터리 착탈 브라켓 320을 통과한 전원연결단자 324가, 케이스 하우징 422의 일부분이 개방되어 노출된 배터리 410의 전원연결부 424에 삽입연결되고, 또한 메인 제어 부재 340와 연결되어 배터리 착탈 브라켓 320을 통과한 배터리 통신 포트 323가, 배터리 케이스 420의 일부분이 개방되어 노출된 배터리 410의 배터리 통신 포트 423와 연결될 수있다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 무인항공기는, 무인항공기를 제어하는 원격 제어 장치와, 제어 명령을 수신하는 무인항공기를 쌍으로 연결하는 사용자 입력을 수신할 수 있는 입력버튼 1100을 구비할 수 있다. 이러한 입력 버튼 1100은 사용자의 안전을 위해 배터리 유닛 400이 본체에 장착되면 외부로 노출되지 않는 본체 300의 일부에 설치될 수 있다. 즉, 사용자는 본체 300에 배터리 유닛 400이 장착되지 않은 상태에서만 입력 버튼 1100을 누를 수 있다. 따라서, 원격 제어 장치와 무인항공기 간의 연결중 발생할 수 있는 잘못된 조종 명령에 의해 모터가 회전하는 일을 구조적으로 막을 수 있다. 또한, 다른 예에 따라, 무인항공기는 배터리가 장치되지 않았을 때에도, 모터 외에 전자 회로부 전원은 USB를 통해서 공급될 수 있으며, USB 전원을 통해서도 무인항공기의 각종 파라미터를 조절할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 배터리 충전기를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 배터리 충전기 1300는 복수의 배터리 유닛 400a, 400b, 400c를 충전할 수 있다. 도 13에서는 배터리 충전기는 3개의 배터리를 충전할 수 있는 형태로 되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 배터리 충전기는 1개의 배터리 또는 그 이상의 개수의 배터리를 충전하도록 구성될 수 있음은 물론이다.
도 14는 일 실시예에 따라 무인항공기의 본체에 마련된 카메라 설치 부재를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 본체 300의 전면에 설치된 카메라 유닛 500의 각도를 조정할 수 있는 각도 조정 부재 360는 카메라의 각도를 나사형상 조정부 511a, 511b 와 걸쇠 형상 조정부 512a, 512b에 의해서 사용자가 손쉽게 변경할 수 있다. 걸쇠형상 조정부 512a, 512b 이 미리 지정된 카메라 각도에서 카메라가 움직이지 않게 지지해주고, 사용자는 나사형상 조정부 511a, 511b을 이용하여 카메라를 견고하게 고정할 수 있다. 즉, 사용자는 걸쇠 형상 조정부 512b를 복수개의 홀로 된 걸쇠 형상 512a 중 어느 하나의 홀에 위치시키고 나서 나사 형상 조정부 511b를 나사 형상 조정부 511a에 나사 고정시킬 수 있다. 이와 같이, 나사 형상 조정부 511a, 511b에 의해 고정된 각도는 기구적으로 각도가 고정되므로 외부 충격에 의해 카메라의 각도가 변경되지 않는다.
일 실시예에 따른 무인항공기 100는 배터리의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 구조를 가질 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따라 무인항공기 100의 배터리의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 구조를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 일 실시예에 따른 무인항공기 100가 비행중에 무인항공기 100의 전방향으로부터 들어오는 차가운 공기는 배터리 유닛400에 마련된 공기 주입구 428을 통해 배터리 유닛 400 내부로 유입되고, 배터리에 마련된 환기 슬릿 430을 통과하면서 배터리 로부터 발산되는 열을 흡수할 수 있다. 배터리로부터 발산된 열을 흡수하여 더워진 공기는 본체에 마련된 환기 매니폴드를 통해 무인항공기 100 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이 배터리 유닛 외부에서 유입된 차가운 공기를 이용하여 배터리를 냉각시키고, 배터리 냉각에 의해 더워진 공기를 무인항공기 100의 외부로 배출시키는 구조에 의해, 무인항공기의 배터리의 발열 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
이제 도 15에 설명된 바와 같이 배터리의 발열 문제를 효과적을 해결할 수 있는 무인항공기 100의 구조를 도 16을 참조하여 설명한다.
도 16은 일 실시예에 따라 무인항공기 100의 배터리의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 배터리 유닛 및 본체의 구조를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 배터리 케이스를 구성하는 케이스 하우징 422는 배터리 케이스가 무인항공기 100의 본체에 결합시 외부에 노출되는 면에 하나 이상의 공기 주입구 428을 구비할 수 있다. 공기 주입구 428을 통해 무인항공기 100가 비행시 전방향으로부터 들어오는 차가운 공기가 유입될 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 410a는 두개 이상의 배터리 셀로 구성되어 배터리 셀과 배터리 셀 사이에 환기 슬릿이 마련될 수 있다. 도 16을 참조하면, 배터리 410a는 4개의 배터리 셀 410a1, 410a2, 410a3, 410a4로 구성되고, 배터리 셀과 배터리 셀 사이에는 말단 부분에 접착재450을 형성할 수 있다. 통상 배터리 팩을 최대한 얇게 하기 위해 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀과 배터리 셀을 붙이는 접착재는 최대한 얇게 하지만, 본 발명에서는, 의도적으로 이 접착재를 좀더 두껍게 함으로써 배터리 셀과 배터리 셀 사이에 슬릿을 만들 수 있다. 따라서, 배터리 셀과 배터리 셀 사이에 접착재 450이 채워진 부분 이외의 부분은 환기 슬릿 430을 형성할 수 있다. 케이스 하우징 422에 마련된 하나 이상의 공기 주입구 428을 통과한 공기는 배터리 410a의 환기 슬릿 430을 통과할 수 있다. 환기 슬릿 430을 통과하는 공기는 배터리 셀로부터 방출되는 열을 식힐 수 있다.
일 실시예에 따라 케이스 바닥 421은 하나 이상의 환기 홈 429를 구비할 수 있다. 따라서, 배터리 410a의 환기 슬릿 430을 통과한 공기는 케이스 바닥 421의 환기 홈 429를 통과할 수 있다.
일 실시예에 따라 본체 300을 구성하는 배터리 착탈 브라켓 320에서 배터리 유닛 400과 접촉하면 면에는 하나 이상의 환기 매니폴드 325가 마련될 수 있다. 환기 매니폴드 325는 케이스 바닥 421의 환기 홈 429를 통과한 공기를 외부로 흐르게 하는 하나 이상의 통로 325a, 325b, 325c 를 구비할 수 있다.
도 17은 환기 매니폴드 325가 설치된 배터리 착탈 브라켓 320을 나타낸다. 도 17에서는 환기 매니폴드 325가 세개의 통로 325a, 325b, 325c 를 구비하는 것으로 도시되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 개수의 통로를 구비할 수 있다. 물론 환기 매니폴드 325가 구비하는 하나 이상의 통로는 케이스 바닥 421에 마련되는 환기 홈 429의 배열과 일치시키면 냉각 효과를 더욱 극대화시킬 수 있다.
도 18은 무인항공기 본체에 배터리 유닛이 결합된 상태의 후방 모습을 나타낸다. 도 18을 참조하면, 배터리 유닛 400과 배터리 착탈 브라켓 320의 사이에, 배터리 착탈 브라켓 320에 마련된 환기 매니폴드에 의해 공기 배출구 326이 형성될 수 있다.
이와 같이 배터리 유닛의 케이스 하우징 422의 공기 주입구 428을 통과한 공기를 배터리 410a의 환기 슬릿 430 및 케이스 바닥 421의 환기 홈 429을 거쳐 배터리 착탈 브라켓 320의 환기 매니폴드 325를 통해 무인항공기 100의 외부로 배출되게 함으로써 배터리의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
전술한 명세서에서, 본 개시 및 장점들은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 하지만 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 다양한 변경과 변화를, 아래 청구항에 개시된 바와 같은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 용이하게 달성할 수 있다. 따라서 본 상세한 설명과 도면은 제한적 의미가 아니라, 본 개시의 설명적 예시들로 간주되어야 한다. 이러한 가능한 모든 수정은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (14)

  1. 무인항공기에 있어서,
    회전 날개, 모터 및 암 본체로 구성되며, 본체에 착탈식으로 결합되는 복수의 암 유닛;
    상기 복수의 암 유닛과의 결합을 위한 복수의 리셉터클을 구비한 본체; 및
    외부에 노출될 수 있도록 상기 본체에 착탈식으로 결합되는 착탈식 배터리 유닛으로, 상기 본체에 결합시 적어도 일부분이 외부에 노출되는 배터리 유닛을 포함하며,
    상기 각 암 본체에는,
    상기 모터의 속도를 제어하는 모터 제어 부재 및 상기 본체로부터의 신호를 송수신하고, 상기 신호를 상기 모터 제어 부재에 전달하는 커넥터가 설치되는, 무인항공기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 암 본체는,
    상기 모터 제어 부재 및 상기 커넥터가 설치되는 암 하부 커버; 및
    상기 암 하부 커버와 결합되며, 상기 모터 및 상기 회전 날개가 설치되는 암 상부 커버를 포함하는, 무인항공기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 암 상부 커버는 상기 모터 제어 부재의 방열을 위해 열전도율이 일정 기준 이상인 재질로 구성되는, 무인항공기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 유닛은,
    배터리와 배터리 케이스를 포함하며,
    상기 배터리 케이스는 클램핑 홈을 구비하고, 상기 본체는 클램핑 홈과 결합하는 클램핑 바를 구비하여, 상기 본체와 상기 배터리 케이스가 결합시 상기 클램핑 홈과 상기 클램핑 바가 결합하는, 무인항공기.
  5. 무인항공기에 있어서,
    회전 날개, 모터 및 암 본체로 구성되며, 본체에 착탈식으로 결합되는 복수의 암 유닛;
    상기 복수의 암 유닛과의 결합을 위한 복수의 리셉터클을 구비한 본체; 및
    외부에 노출될 수 있도록 상기 본체에 착탈식으로 결합되는 착탈식 배터리 유닛으로, 상기 본체에 결합시 적어도 일부분이 외부에 노출되는 배터리 유닛을 포함하며,
    상기 무인항공기와 외부 제어 장치와의 연결을 위한 입력 버튼은, 상기 본체와 상기 배터리 유닛의 결합 상태에서 외부에 노출되지 않는 상기 본체의 일부에 설치되는, 무인항공기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체에 카메라를 설치할 수 있는 부재를 구비하고,
    상기 카메라 설치 부재는, 상기 카메라의 설치 각도를 조정할 수 있도록 마련된 복수개의 홀을 구비하는, 무인항공기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 케이스는 외부로부터의 공기를 통과시키는 하나 이상의 공기 주입구를 구비하고,
    상기 배터리는 상기 공기 주입구를 통해 들어온 공기가 통과하는 하나 이상의 환기 슬릿을 구비하는, 무인항공기.
  8. 무인항공기에 있어서,
    회전 날개, 모터 및 암 본체로 구성되는 복수의 암 유닛;
    상기 복수의 암 유닛과의 결합되는 본체; 및
    적어도 일부분이 외부에 노출될 수 있도록 상기 본체의 상부에 착탈식으로 결합되는 배터리 유닛을 포함하며,
    상기 배터리 유닛은, 배터리 케이스 및 배터리를 포함하며,
    상기 배터리 케이스는, 상기 무인항공기의 비행중에 상기 무인항공기의 전방향으로 들어오는 공기를 상기 배터리 유닛의 내부로 유입시키도록, 상기 배터리 유닛이 상기 본체와 결합되었을 때 외부로 노출되는 상기 배터리 케이스의 상부에 설치된 적어도 하나의 공기 주입구를 구비하는, 무인항공기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리는,
    두개 이상의 배터리 셀을 포함하고, 상기 배터리 케이스에 마련된 상기 적어도 하나의 공기 주입구를 통해 들어온 공기를 통과시키는 환기 슬릿이, 상기 배터리 셀과 배터리 셀 사이에 마련되는, 무인항공기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배터리 케이스는,
    상기 적어도 하나의 공기 주입구를 구비하는 케이스 하우징; 및
    상기 적어도 하나의 공기 주입구 및 상기 배터리의 상기 환기 슬릿을 통과한 공기를 상기 배터리 케이스의 외부로 배출하기 위한 적어도 하나의 환기 홈이 마련된 케이스 바닥을 포함하는, 무인항공기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 유닛과 결합될 때 상기 케이스 바닥과 접촉되는 상기 본체의 면에는, 상기 케이스 바닥에 마련된 상기 환기 홈을 통과한 공기가 상기 무인항공기의 외부로 배출되는 하나 이상의 통로를 구비하는 환기 매니폴드가 마련되는, 무인항공기.
  12. 배터리 유닛에 있어서,
    배터리 케이스 및 배터리를 포함하며,
    상기 배터리 유닛의 적어도 일부분이 외부에 노출될 수 있도록 동력체의 본체의 상부에 착탈식으로 결합되며,
    상기 배터리 케이스는, 상기 동력체의 운행중에 상기 동력체의 전방향으로부터 들어오는 공기를 상기 배터리 유닛의 내부로 유입시키도록, 상기 배터리 유닛이 상기 동력체 본체와 결합되었을 때 외부로 노출되는 상기 배터리 케이스의 상부에 설치된 적어도 하나의 공기 주입구를 구비하고,
    상기 배터리는, 두 개 이상의 배터리 셀을 포함하고, 상기 배터리 케이스에 마련된 상기 적어도 하나의 공기 주입구를 통해 들어온 공기를 통과시키는 적어도 하나의 환기 슬릿이, 상기 배터리 셀과 배터리 셀 사이에 마련되는, 배터리 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 케이스에 마련되는 상기 적어도 하나의 공기 주입구와 상기 배터리 셀 간에 마련되는 상기 적어도 하나의 환기 슬릿은 서로 대응되는 위치에 배열되는, 배터리 유닛.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 동력체는 무인항공기인, 배터리 유닛.



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