KR102153716B1

KR102153716B1 - 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치

Info

Publication number: KR102153716B1
Application number: KR1020180107293A
Authority: KR
Inventors: 한인석; 한승호; 김정하
Original assignee: 주식회사 케이엠에스
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-09-08
Also published as: KR20200028749A

Abstract

본 발명은 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치는 본체와, 본체에 착탈 연결되는 다수의 연결 프레임과, 연결 프레임에 착탈 연결되는 모터와, 모터에 착탈 연결되는 프로펠러를 포함하는 드론 기체부, 드론 기체부가 비행하는 공간의 하측 지면 상부에 위치 고정되는 베이스부, 본체에 일단부가 연결되고, 베이스부에 타단부가 연결되는 연결와이어, 연결와이어의 타단부를 제1 방향으로 회전 가능하게 고정시키며, 베이스부의 상부에서 제2 방향으로 회전 가능하게 결합되는 커넥팅부, 연결와이어의 길이 방향을 따라 발생되는 축 하중을 검출하는 로드 셀과, 드론 기체부의 각속도를 검출하는 자이로센서, 드론 기체부의 비행을 제어하며, 로드 셀과 자이로센서에서 검출된 신호를 전달 받아 드론 기체부의 비행 정보를 출력하는 제어부, 및 제어부로부터 드론 기체부의 비행 정보를 전달 받아 시각정보로 출력하는 디스플레이부를 포함한다.

Description

드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치{FLIGHT PERFORMANCE TRAINING AND TEST APPARATUS USING DRONE}

본 발명은 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에 관한 것이다.

드론은 조종사가 탑승하지 않고 무선전파 유도에 의해 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인기를 총칭한다.

드론은 크기, 고도, 운용목적 등으로 분류된다. 예컨대, 드론은 크기를 기준으로 무게 25g의 초소형 드론에서부터 무게 1만 2천Kg에 40시간 이상의 체공성능을 지닌 대형 드론까지 구분된다. 또한, 드론은 고도를 기준으로 10Km 이상인 고고도, 3~10Km 범위 내인 중고도, 3Km 이하인 저고도로 구분된다. 또한, 드론은 운용목적에 따라 정찰용, 전투용, 전자전용, 통신중계용 등으로 구분된다.

드론은 군사 용도로 개발되었으나, 최근 들어 가격하락, 소형화, 이동성 강화 등으로 상업적 사용이 확대되고 있으며, 그 수요가 대폭 증가되고 있는 추세이다. 예컨대, 드론은 의학분야에서는 응급환자 탐지 및 수송용 등으로 활용되고 있으며, 기상분야에서는 기상관측 및 태풍 등 기상변화 실시간 감시를 위해 활용되고 있다. 나아가, 드론은 과학분야에서는 멸종동물의 지역적 분포 및 이동경로 확인, 지리적 특성 파악 및 정밀한 지도제작에 활용되고 있으며, 예술분야에서는 영화 및 방송 등의 다양한 촬영 활용되고 있다.

한편, 드론은 교육분야에서 비행기체에 대한 과학적 호기심을 증진시키고, 공학적인 마인드를 향상시킬 수 있는 장치로서 관심이 높다. 따라서, 사용자가 드론 기체를 조립 및 제작함은 물론, 스스로 제작한 드론의 비행 성능 등을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 방안이 필요하다.

본 발명과 관련된 선행문헌으로서 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0010873호가 있으며 상기 선행문헌에는 드론 및 드론의 제어방법에 관한 기술이 개시된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용자의 선택에 따라 다양한 형태 및 개수의 로터를 드론 기체에 장착 및 설치 운용이 가능하여 드론의 설계 제작이 용이하며, 쉽고 간편하게 드론의 자세, 속도 및 비행 역학적인 힘 성분을 검사 및 제어할 수 있는 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치는 본체와, 상기 본체에 착탈 연결되는 다수의 연결 프레임과, 상기 연결 프레임에 착탈 연결되는 모터와, 상기 모터에 착탈 연결되는 프로펠러를 포함하는 드론 기체부; 상기 드론 기체부가 비행하는 공간의 하측 지면 상부에 위치 고정되는 베이스부; 상기 본체에 일단부가 연결되고, 상기 베이스부에 타단부가 연결되는 연결와이어; 상기 연결와이어의 타단부를 제1 방향으로 회전 가능하게 고정시키며, 상기 베이스부의 상부에서 제2 방향으로 회전 가능하게 결합되는 커넥팅부; 상기 연결와이어의 길이 방향을 따라 발생되는 축 하중을 검출하는 로드 셀과, 상기 드론 기체부의 각속도를 검출하는 자이로센서; 상기 드론 기체부의 비행을 제어하며, 상기 로드 셀과 상기 자이로센서에서 검출된 신호를 전달 받아 상기 드론 기체부의 비행 정보를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 상기 드론 기체부의 비행 정보를 전달 받아 시각정보로 출력하는 디스플레이부;를 포함한다.

상기 본체는, 다수의 제1 체결 홀이 설정각도만큼 이격하여 원주 방향으로 구비된 원형 플레이트; 상기 원형 플레이트의 중심 하부로부터 소정의 두께를 갖도록 하향 돌출되는 하단 돌출부; 상기 하단 돌출부에 구비되며 상기 연결와이어의 일단부에 연결된 반구 블록이 삽입되어 회전 가능하게 형성되는 소켓부;를 포함한다.

또한, 상기 본체에는 적어도 하나의 진동센서가 더 구비되어, 상기 드론 기체부의 진동을 검출할 수 있다. 적어도 하나의 진동센서로부터 검출된 신호는 상기 제어부에 전달되어 상기 드론 기체부의 비행 정보의 출력 시 함께 출력될 수 있다.

또한, 상기 본체에는 소정의 길이를 갖도록 하향 돌출된 다리부가 구비되어, 상기 드론 기체부의 안착 시 지면에 접촉 지지될 수 있다.

상기 연결 프레임은, 소정의 길이를 갖는 바형 플레이트를 포함하며, 상기 바형 플레이트는, 일단부는 상기 제1 체결 홀에 대응하는 제2 체결 홀을 구비하여, 상기 제1, 2 체결 홀을 동시 관통하는 체결 볼트에 의해 상기 원형 플레이트에 고정 결합되고, 타단부는 상기 모터가 안착하여 고정 결합되도록 상기 모터에 비해 큰 직경을 갖는 원형 평면 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 제2 체결 홀이 구비되는 상기 바형 플레이트의 일단부의 두께는 상기 바형 플레이트의 잔부의 두께에 비해 크게 형성되며, 상기 바형 플레이트의 일단부의 적어도 일면을 통해 보강부가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 프로펠러는, 상기 모터의 회전축에 착탈 연결되도록 연결 홀이 마련된 연결 허브와, 상기 연결 허브에 연결된 적어도 2개의 날개와, 상기 날개를 보호하는 보호 가드를 포함하며, 상기 프로펠러는, 상기 날개의 연결 형태 및 개수에 따라 서로 다른 형상을 갖도록 다수 개가 제공되어 필요에 따라 교체 장착이 가능해 질 수 있다.

또한, 상기 연결와이어는, 플렉시블 한 소재로 이루어지며, 중공부가 구비되어, 상기 중공부를 통해 상기 드론 기체부에 전원을 공급하는 케이블이 수용될 수 있다.

또한, 상기 커넥팅부는, 상기 연결와이어의 타단부를 삽입 고정시키며, 상기 연결와이어의 타단부 말단의 위치를 구속시키는 구속부재를 구비하는 홀더 블록; 상기 홀더 블록의 양측 면을 수평으로 관통하여 삽입되며, 상기 연결와이어의 타단부를 제1 방향으로 회전 가능하게 연결하는 힌지; 상기 힌지의 양단을 삽입시켜 지지하는 한 쌍의 지지 플레이트; 상기 한 쌍의 지지 플레이트의 하단과 연결 고정되며, 상기 베이스부의 상부에서 상기 드론 기체부의 비행 자세 및 방향에 따라 제2 방향으로 회전 가능하게 결합되는 회전 디스크;를 포함한다.

또한, 상기 로드 셀은, 상기 연결와이어의 일단부 및 타단부 중 적어도 하나의 위치에 구비될 수 있다.

또한, 상기 자이로센서는, 상기 홀더 블록에 구비될 수 있다.

또한, 상기 힌지를 둘러 감싸며 원형으로 배치되어 상기 연결와이어의 타단부의 제1 방향 회전각도를 검출하는 제1 회전검출부; 및 상기 회전 디스크의 내측에 삽입되어 상기 회전 디스크의 제2 방향 회전각도를 검출하는 제2 회전검출부;를 포함한다.

또한, 상기 드론 기체부는, 상기 본체에 탑재된 일체형 전원부로부터 전원을 제공 받거나, 또는 본체의 외부에 설치된 외장형 전원부로부터 전원을 제공 받으며, 상기 외장형 전원부는 상기 연결와이어의 중공부를 관통하는 전용 케이블을 통해 상기 드론 기체부로 전원을 공급할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 모터의 스피드를 제어하는 모터 제어부와, 상기 전원의 공급을 제어하는 전원 제어부와, 상기 드론 기체부의 비행을 제어하는 비행 제어부를 포함한다.

또한, 상기 디스플레이부는, 상기 드론 기체부의 자세에 대한 정보와, 상기 모터의 스피드에 대한 정보와, 상기 드론 기체부의 추력에 대한 정보를 시각정보로 출력할 수 있다.

여기서, 상기 드론 기체부의 추력(Fp)과 항력(Fb)은, 하기의 수학식 1에 근거하여 산출될 수 있다.

[수학식 1]

Fp=F*cos(a)

Fb=F*sin(a)+Mg

여기서, Fp는 추력, Fb는 항력, F는 로드 셀에서 검출된 축 하중, a는 자이로센서에서 검출된 각도, M은 드론 기체부의 중량, g는 중력가속도를 나타낸다.

본 발명인 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에 의하면 사용자의 선택에 따라 다양한 형태 및 개수의 로터를 드론 기체에 장착 및 설치 운용이 가능하여 드론의 설계 제작이 용이하며, 쉽고 간편하게 드론 검사를 위한 회로를 구성하여 드론의 자세, 속도 및 비행 역학적인 힘 성분(예: 양력, 추력 등)을 검사 및 제어할 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.

예를 들어, 디스크 형상의 드론 기체부의 원주 방향으로 일정한 중심각마다 이격하여 다수의 설치 홀이 형성되고, 이 설치 홀을 통해 사용자가 선택한 형상의 로터를 소정의 개수로 설치 제작할 수 있어, 사용자가 원하는 형태의 드론을 쉽고 간편하게 실제 제작 및 테스트 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 지면 상에 놓인 베이스부와 드론 기체부의 중심 사이를 연결하는 연결와이어를 구비하고, 연결와이어 및 연결와이어와 베이스부 사이에 적어도 하나의 로드 셀과 자이로센서를 구비함으로써, 드론 기체부에 비행 역학적인 힘 성분(예: 양력, 추력 등)을 실시간으로 모니터링 할 수 있어, 사용자의 공학적 지식을 함양하는데 도움이 되며, 드론의 설계를 위한 테스트 제작에도 도움을 줄 수 있는 유리한 기술적 효과가 있다.

또한, 본 발명의 드론 비행 교육 및 테스트 장치에 의하면 드론 기체부의 기체자세, 모터속도, 양력, 추력 등의 비행역학적인 힘 성분을 제어하기 위하여 제어부를 더 포함하는데, 제어부는 미리 배선이 설치된 금속 보드에 자석이 구비된 전기전자부품을 손쉽게 부착하여 전자회로를 보다 쉽고 간편하게 구성할 수 있도록 이루어진 장점이 있다. 따라서, 청소년부터 심화된 전공학문을 학습하는 사용자까지 드론을 이용한 비행역학에 관심을 가질 수 있도록 자석 놀이와 같은 방식으로 다양한 전자부품을 이용하여 전자회로를 손쉽게 구성할 수 있어 공학적인 마인드를 갖추는데 도움을 줄 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치를 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치를 상부에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에서 드론 기체부의 본체에 설치되는 연결 프레임을 간략히 도시한 평면도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에서 드론 기체부에 설치 가능한 다양한 형상의 프로펠러를 간략히 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에서 베이스부와 연결와이어 간을 연결하는 커넥팅부와, 커넥팅부에 구비된 로드 셀과 자이로센서를 보여주는 부분 확대도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에서 커넥팅부에 내장된 제1, 2 회전검출부를 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에서 원판 본체와 연결와이어 간의 연결 구조 및 이를 확대한 볼 조인트 부위를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치를 통해 드론 기체의 항력, 추력 등의 비행역학적인 힘 성분을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명을 구현함에 있어서 설명의 편의를 위하여 구성요소를 세분화하여 설명할 수 있으나, 이들 구성요소가 하나의 장치 또는 모듈 내에 구현될 수도 있고, 혹은 하나의 구성요소가 다수의 장치 또는 모듈들에 나뉘어져서 구현될 수도 있다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치를 간략히 도시한 개념도이다. 도 2는 드론 기체부, 연결와이어, 커넥터부, 베이스부를 상부에서 바라본 사시도이다. 도 3은 드론 기체부의 본체에 설치되는 연결 프레임을 간략히 도시한 평면도이고, 도 4a, 도 4b, 도 4c는 드론 기체부에 설치 가능한 다양한 형상의 프로펠러를 간략히 도시한 평면도이다. 도 5는 커넥팅부와, 커넥팅부에 구비된 로드 셀과 자이로센서를 보여주는 부분 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치(1000)는 드론 기체부(100), 베이스부(200), 연결와이어(300), 커넥팅부(400), 로드 셀(500), 자이로센서(600), 제1, 2 회전검출부(710, 720), 제어부(800), 및 디스플레이부(900)를 포함한다.

드론 기체부(100)

드론 기체부(100)는 본체(110), 다수의 연결 프레임(120), 모터(130), 및 프로펠러(140)를 포함한다.

본체(110)는 원형 플레이트(111), 하단 돌출부(115), 소켓부(116)를 포함한다.

원형 플레이트(111)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 원형의 플레이트로서, 연결 프레임(120)을 통해 모터(130)와 프로펠러(140)가 사용자의 조립 작업에 의해 장착되는 부재이다.

또한, 원형 플레이트(111)에는 다수의 제1 체결 홀(113)이 설정각도(예: 45도 등)만큼 이격하여 원주 방향으로 구비된다.

또한, 원형 플레이트(111)의 중심 하부에는 소정의 두께로 돌출된 하단 돌출부(115, 도 8 참조)가 구비된다.

하단 돌출부(115)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 내측에 소켓부(116)를 구비한다.

도 9를 참조하면, 소켓부(116)는 연결와이어(300)의 일단부(310)에 연결된 반구 블록(311)이 삽입되도록 곡면을 갖도록 형성된 공간 부위를 말한다. 반구 블록(311)은 소켓부(116)의 내부에서 접촉하여 회전할 수 있다.

다수의 연결 프레임(120)은 본체(110)에 착탈 방식으로 연결될 수 있다.

각각의 연결 프레임(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 길이를 갖는 바형 플레이트(121)를 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 바형 플레이트(121)의 일단부는 제1 체결 홀(113, 도 2 참조)에 대응하는 제2 체결 홀(123)을 구비할 수 있다. 이로써, 바형 플레이트(121)는 제1, 2 체결 홀(113, 123)을 동시 관통하는 체결 볼트(미도시)에 의해 원형 플레이트(111, 도 2 참조)에 고정 결합될 수 있다.

한편, 바형 플레이트(121)의 타단부는 모터(130)가 안착하여 고정 결합되도록 모터(130)에 비해 큰 직경을 갖는 원형 평면 형상을 가질 수 있다.

여기서, 제2 체결 홀(123)이 구비되는 바형 플레이트(121)의 일단부의 두께(t2)는 확대된 단면을 통해 확인할 수 있듯이 바형 플레이트(121)의 잔부(즉, 나머지 부위)의 두께(t1)에 비해 크게 형성될 수 있다. 그리고 바형 플레이트(121)의 일단부의 적어도 일면, 바람직하게는 양면에는 소정의 두께를 가지며, 바형 플레이트(121)보다 강성이 우수한 소재로 이루어진 보강부(122)가 더 구비될 수 있다. 이로써, 연결 프레임(120)을 원형 플레이트(111)에 반복적으로 장착 및 탈거하는 경우에도 해당 부위의 파손 및 손상을 방지할 수 있으며, 내구수명이 증가되는 효과를 가질 수 있다.

그리고 모터(130)는 연결 프레임(120)에 착탈 방식으로 연결될 수 있다.

모터(130)의 경우에도, 사용자의 선택에 따라 관용적으로 이용되는 다양한 종류의 모터 중에서 어느 하나를 장착하여 사용할 수 있다.

그리고 프로펠러(140)는 모터(130)의 회전축(131)에 착탈 방식으로 연결 고정될 수 있다.

프로펠러(140)는 도 4a, 도4b, 도 4c에 도시된 바와 같이 다양한 형태 중 어느 하나를 선택하여 모터(130)에 착탈 방식으로 조립하여 드론 기체부(100)를 직접 제작할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 프로펠러(140)는 모터(130, 도 3 참조)의 회전축(131, 도 3 참조)에 착탈 연결되도록 연결 홀(142)이 마련된 연결 허브(141)와, 연결 허브(141)에 연결된 적어도 2개의 날개(143)를 포함한다.

예컨대, 도 4a를 참조하면, 도시된 프로펠러(140)는 연결 허브(141)를 중심으로 2개의 날개(143)가 180도의 사이 각을 두고 연결된 형상을 가진다. 또한, 도 4b를 참조하면, 도시된 프로펠러(140)는 연결 허브(141)를 중심으로 3개의 날개(143)가 120도의 사이 각을 두고 연결된 형상을 가진다. 또한, 도 4c를 참조하면, 도시된 프로펠러(140)는 연결 허브(141)를 중심으로 5개의 날개(143)가 72도의 사이 각을 두고 연결된 형상을 가진다.

이와 같이, 프로펠러(140)는 사용자의 선택에 따른 형상의 것이 드론 기체부(100)로 구성되어 제작될 수 있으며, 프로펠러(140)의 종류 및 형상에 따른 비행 조작 및 테스트를 손쉽게 실시할 수 있다.

이와 같이, 프로펠러(140)는 날개(143)의 연결 형태 및 개수에 따라 서로 다른 형상을 갖도록 다수 개가 제공되며, 사용자의 선택에 따라 교체 장착이 가능하도록 구성된다.

한편, 프로펠러(140)는 날개(143)의 보호를 위한 보호 가드(미도시)를 더 포함할 수 있다. 보호 가드는 날개(143)의 크기 및 형상에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예컨대, 날개(143)가 외부 충돌 시 손상 및 파손되지 않도록 날개(143)의 외측에서 프로펠러(140)를 환형으로 둘러 감싸는 환형 테 등으로 구성될 수 있다. 다만, 이러한 형상에 한정되지 않으며, 다양한 형상으로 변경하여 이용할 수 있다.

한편, 본체(110)에는 적어도 하나의 진동센서가 더 구비된다. 진동센서는 드론 기체부(100)의 진동을 검출할 수 있다. 적어도 하나의 진동센서로부터 검출된 신호는 후술할 제어부에 전달되어 상기 드론 기체부의 비행 정보의 출력 시 함께 출력될 수 있다.

또한, 본체(110)에는 소정의 길이를 갖도록 하향 돌출된 다리부가 구비될 수 있다. 다리부는 적어도 2개 이상 구비될 수 있는데, 드론 기체부(100)의 안착 시 지면에 접촉 지지되어 드론 기체부(100)의 안정적인 착지를 가능하게 해준다.

베이스부 (200)

베이스부(200)는 드론 기체부(100)가 비행하는 공간의 하측 지면 상부에 위치 고정될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 베이스부(200)는 사각 평면 형상의 플레이트 부재로 이루어질 수 있는데, 비행 중인 드론 기체부(100)의 이탈을 방지하며 지면에 안정적으로 안착되어 위치 고정될 수 있다.

연결와이어(300)

연결와이어(300)는 드론 기체부(100)와 베이스부(200) 사이를 연결하는 부재이다.

구체적으로는, 연결와이어(300)는 플렉시블 한 소재를 이용할 수 있는데, 본체(110)의 하부에 일단부(310)가 연결되고, 베이스부(200)의 상부에 타단부(320)가 연결될 수 있다.

예를 들어, 연결와이어(300)는 중공부(301, 도 6 참조)가 구비될 수 있다.

중공부(301, 도 6 참조)는 드론 기체부(100)에 필요한 전원을 공급하는 케이블이 수용되는 공간으로 이용될 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 드론 기체부(100)는 전원부가 본체(110)에 탑재된 구조로 이루어질 수 있는데, 이를 일체형 전원부라 한다. 이 경우 연결와이어(300) 내에 케이블을 수용할 필요가 없으며, 일체형 전원부로부터 필요한 전원을 상시 공급받을 수 있다.

이와 다른 경우로서, 본 발명의 실시예에 따른 드론 기체부(100)는 전원부가 본체(110)의 외부에 설치된 구조로 이루어질 수 있는데, 이를 외장형 전원부라 한다. 이 경우 외장형 전원부는 연결와이어(300)의 중공부(301)를 관통하는 전용 케이블을 통해 드론 기체부(100)에 필요한 전원을 공급해줄 수 있다.

커넥팅부(400)

커넥팅부(400)는 연결와이어(300)의 타단부(320)를 제1 방향으로 회전 가능하게 고정시키며, 베이스부(200)의 상부에서 제2 방향으로 회전 가능하게 결합된다.

구체적인 예로서, 커넥팅부(400)는 도 5에 도시된 바와 같이 홀더 블록(410), 힌지(430), 한 쌍의 지지 플레이트(420), 및 회전 디스크(440)를 포함한다.

홀더 블록(410)은 연결와이어(300)의 타단부(320)를 삽입 고정시키며, 연결와이어(300)의 타단부(320) 말단의 위치를 구속시키는 구속부재(350)를 구비한다.

힌지(430)는 홀더 블록(410)의 양측 면을 수평으로 관통하여 삽입되며, 연결와이어(300)의 타단부(320)를 제1 방향(R1, 도 5 참조)으로 회전 가능하게 연결한다.

한 쌍의 지지 플레이트(420)는 힌지(430)의 양단을 삽입시켜 지지한다.

그리고 회전 디스크(440)는 한 쌍의 지지 플레이트(420)의 하단과 연결 고정되는데, 베이스부(200)의 상부에서 드론 기체부(100)의 비행 자세 및 방향에 따라 제2 방향(R2, 도 5 참조)으로 회전 가능하게 결합된다.

이와 같이 구성됨에 따라, 드론 기체부(100, 도 1 참조)의 비행 시 본체(110, 도 1 참조)와 커넥팅부(400) 사이에 연결된 연결와이어(300)는 드론 기체부(100, 도 1 참조)의 비행 자세 및 방향에 따라 제1, 2 방향(R1, R2)으로 회전이 가능해 질 수 있다.

로드 셀(500) 및 자이로센서(600)

로드 셀(500)은 연결와이어(300)의 길이 방향을 따라 발생되는 축 하중을 검출하도록 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 그리고 자이로센서(600)는 드론 기체부(100)의 각속도를 검출하도록 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

도 5를 참조하면, 로드 셀(500)은 연결와이어(300)의 타단부(320)에 구비될 수 있다.

별도로 도시하진 않았으나, 이러한 로드 셀(500)은 다수 개가 구비될 수 있는데, 연결와이어(300)의 일단부(310)와 타단부(320) 각각에 구비되어, 축 하중의 평균값을 구하여 필요한 축 하중 값을 보다 정확하게 계측해 낼 수 있다.

한편, 자이로센서(600)는 홀더 블록(410)에 구비될 수 있다.

자이로센서(600)는 연결와이어(300)를 통해 연결된 드론 기체부(100)의 각속도를 실시간으로 계측할 수 있는데, 이를 이용하여 드론 기체부(100)의 추력 및 양력 등과 같은 비행역학적인 힘 성분을 신속하고 정확하게 계측해 낼 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면 커넥팅부(400)를 통해 제1, 2 방향의 회전각도를 검출하는 제1, 2 회전검출부를 더 포함한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치에서 커넥팅부에 내장된 제1, 2 회전검출부를 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1 회전검출부(710)는 홀더 블록(410)의 제1 방향(R1, 도 5 참조) 회전각도를 검출하는 엔코더(encoder)를 말한다. 즉, 제1 회전검출부(710)는 힌지(430)를 중심으로 제1 방향(R1, 도 5 참조)으로 회전하는 연결와이어(300)의 회전각도를 검출할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제2 회전검출부(720)는 회전 디스크(440)의 내측에 삽입되어 회전 디스크(440)의 제2 방향(R2, 도 5 참조) 회전각도를 검출하는 엔코더를 말한다. 즉, 제2 회전검출부(720)는 베이스부(200, 도 1 참조)의 상부에서 제2 방향(R2, 도 5 참조)으로 회전하는 회전 디스크(400)의 회전각도를 검출하여 결과적으로는 연결와이어(300)에 연결된 드론 기체부(100)의 비행 성능을 테스트 할 수 있게 해준다.

제어부(800) 및 디스플레이부(900)

제어부(800)는 드론 기체부(100)의 비행을 제어하며, 로드 셀(500)과 자이로센서(600)에서 검출된 신호를 전달 받아 드론 기체부(100)의 비행 성능을 테스트하고 테스트 결과에 대한 정보를 출력한다.

이를 위해, 제어부(800)는 모터(130)의 스피드를 제어하는 모터 제어부와, 전원부로부터 공급되는 전원 공급을 제어하는 전원 제어부와, 사용자가 선택한 형상으로 제작된 드론 기체부(100)의 비행을 제어하는 비행 제어부를 포함할 수 있다.

디스플레이부(900)는 제어부(800)에서 출력된 드론 기체부(100)의 비행 정보를 전달 받아 사용자의 육안을 통해 확인 가능한 시각정보로 출력한다.

이를 위해, 디스플레이부(900)는 드론 기체부(100)의 자세에 대한 정보와, 모터(130)의 스피드에 대한 정보와, 드론 기체부(100)의 추력, 항력 등의 비행역학적인 힘 성분에 대한 정보를 제어부(800)에서 실시간 또는 정해진 시간마다 제공받아 사용자가 모니터링 할 수 있는 시각 정보로 출력한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치를 통해 드론 기체의 항력, 추력 등의 비행역학적인 힘 성분을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.

도 10을 참조하면, 드론 기체부(100)는 커넥팅부(400)에 의해 연결된 연결와이어(300)에 의해 베이스부(200)의 상부에서 비행을 실시할 수 있다.

이때, 드론 기체부(100)의 추력(Fp)과 항력(Fb)은 하기의 수학식 1에 근거하여 산출될 수 있다.

[수학식 1]

Fp=F*cos(a)

Fb=F*sin(a)+Mg

여기서, Fp는 드론 기체부(100)의 추력을 나타내고, Fb는 드론 기체부(100)의 항력을 나타내며, F는 로드 셀(500)에서 검출된 축 하중을 나타낸다. 그리고 각도 a는 자이로센서(600)에서 검출된 각도를 나타내고, M은 드론 기체부(100)의 중량을 나타내며, g는 중력가속도를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 사용자의 선택에 따라 다양한 형태 및 개수의 로터를 드론 기체에 장착 및 설치 운용이 가능하여 드론의 설계 제작이 용이하다. 또한, 쉽고 간편하게 드론 검사를 위한 회로를 구성하여 드론의 자세, 속도 및 비행 역학적인 힘 성분(예: 양력, 추력 등)을 검사 및 제어할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 디스크 형상의 드론 기체부의 원주 방향으로 일정한 중심각마다 이격하여 다수의 설치 홀이 형성되고, 이 설치 홀을 통해 사용자가 선택한 형상의 로터를 소정의 개수로 설치 제작할 수 있어, 사용자가 원하는 형태의 드론을 쉽고 간편하게 실제 제작 및 테스트 할 수 있다.

나아가, 지면 상에 놓인 베이스 몸체와 드론 기체부의 중심 사이를 연결하는 연결부재를 구비하고, 연결부재 및 연결부재와 베이스 몸체 사이에 적어도 하나의 로드 셀과 자이로센서를 구비함으로써, 드론 기체부에 비행 역학적인 힘 성분(예: 양력, 추력 등)을 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 그 결과, 사용자의 공학적 지식을 함양하는데 도움이 되며, 드론의 설계 제작을 위한 테스트 시에도 많은 유리한 이점이 있다.

더 나아가, 드론 기체부의 기체자세, 모터속도, 양력, 추력 등의 비행역학적인 힘 성분을 제어하기 위하여 제어부를 더 포함하는데, 제어부는 미리 배선이 설치된 금속 보드에 자석이 구비된 전기전자부품을 손쉽게 부착하여 전자회로를 보다 쉽고 간편하게 구성할 수 있다.

따라서, 청소년부터 심화된 전공학문을 학습하는 사용자까지 드론을 이용한 비행역학에 관심을 가질 수 있도록 자석 놀이와 같은 방식으로 다양한 전자부품을 이용하여 전자회로를 손쉽게 구성할 수 있어 공학적인 마인드를 갖추는데 도움을 줄 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

100: 드론 기체부
110: 본체
111: 원형 플레이트
113: 제1 체결 홀
115: 하단 돌출부
116: 소켓부
120: 연결프레임
121: 바형 플레이트
122: 보강부
123: 제2 체결 홀
130: 모터
131: 회전축
140: 프로펠러
141: 연결허브
142: 연결 홀
143: 날개
200: 베이스부
300: 연결와이어
301: 중공부
310: 연결와이어의 일단부
311: 반구 블록
320: 연결와이어의 타단부
350: 구속부재
400: 커넥팅부
410: 홀더 블록
420: 지지 플레이트
430: 힌지
440: 회전 디스크
500: 로드 셀
600: 자이로센서
710: 제1 회전검출부
720: 제2 회전검출부
800: 제어부
900: 디스플레이부

Claims

본체(110)와, 상기 본체(110)에 착탈 연결되는 다수의 연결 프레임(120)과, 상기 연결 프레임(120)에 착탈 연결되는 모터(130)와, 상기 모터(130)에 착탈 연결되는 프로펠러(140)를 포함하는 드론 기체부(100);
상기 드론 기체부(100)가 비행하는 공간의 하측 지면 상부에 위치 고정되는 베이스부(200);
상기 본체(110)에 일단부(310)가 연결되고, 상기 베이스부(200)에 타단부(320)가 연결되는 연결와이어(300);
상기 연결와이어(300)의 타단부(320)를 제1 방향으로 회전 가능하게 고정시키며, 상기 베이스부(200)의 상부에서 제2 방향으로 회전 가능하게 결합되는 커넥팅부(400);
상기 연결와이어(300)의 길이 방향을 따라 발생되는 축 하중을 검출하는 로드 셀(500)과, 상기 드론 기체부(100)의 각속도를 검출하는 자이로센서(600);
상기 드론 기체부(100)의 비행을 제어하며, 상기 로드 셀(500)과 상기 자이로센서(600)에서 검출된 신호를 전달 받아 상기 드론 기체부(100)의 비행 정보를 출력하는 제어부(800); 및
상기 제어부(800)로부터 상기 드론 기체부(100)의 비행 정보를 전달 받아 시각정보로 출력하는 디스플레이부(900);를 포함하며,
상기 본체(110)는, 다수의 제1 체결 홀(113)이 설정각도만큼 이격하여 원주 방향으로 구비된 원형 플레이트(111);
상기 원형 플레이트(111)의 중심 하부로부터 소정의 두께를 갖도록 하향 돌출되는 하단 돌출부(115); 및
상기 하단 돌출부(115)에 구비되며 상기 연결와이어(300)의 일단부(310)에 연결된 반구 블록(311)이 삽입되어 회전 가능하게 형성되는 소켓부(116);를 포함하며,
상기 본체(110)에는 적어도 하나의 진동센서가 더 구비되어, 상기 드론 기체부(100)의 진동을 검출하고, 상기 본체(110)에는 소정의 길이를 갖도록 하향 돌출된 다리부가 구비되어, 상기 드론 기체부(100)의 안착 시 지면에 접촉 지지되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 연결 프레임(120)은,
소정의 길이를 갖는 바형 플레이트(121)를 포함하며,
상기 바형 플레이트(121)는,
일단부는 상기 제1 체결 홀(113)에 대응하는 제2 체결 홀(123)을 구비하여, 상기 제1, 2 체결 홀(113, 123)을 동시 관통하는 체결 볼트에 의해 상기 원형 플레이트(111)에 고정 결합되고,
타단부는 상기 모터(130)가 안착하여 고정 결합되도록 상기 모터(130)에 비해 큰 직경을 갖는 원형 평면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는
드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 체결 홀(123)이 구비되는 상기 바형 플레이트(121)의 일단부의 두께는 상기 바형 플레이트(121)의 잔부의 두께에 비해 크게 형성되는 것을 특징으로 하는
드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로펠러(140)는,
상기 모터(130)의 회전축(131)에 착탈 연결되도록 연결 홀(142)이 마련된 연결 허브(141)와, 상기 연결 허브(141)에 연결된 적어도 2개의 날개(143)와, 상기 날개(143)를 보호하는 보호 가드를 포함하며,
상기 프로펠러(140)는, 상기 날개(143)의 연결 형태 및 개수에 따라 서로 다른 형상을 갖도록 다수 개가 제공되어 필요에 따라 교체 장착이 가능한 것을 특징으로 하는
드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제1항에 있어서,
상기 연결와이어(300)는,
플렉시블 한 소재로 이루어지며, 중공부(301)가 구비되어, 상기 중공부(301)를 통해 상기 드론 기체부(100)에 전원을 공급하는 케이블이 수용되는 것을 특징으로 하는
드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제1항에 있어서,
상기 커넥팅부(400)는,
상기 연결와이어(300)의 타단부(320)를 삽입 고정시키며, 상기 연결와이어(300)의 타단부(320) 말단의 위치를 구속시키는 구속부재(350)를 구비하는 홀더 블록(410);
상기 홀더 블록(410)의 양측 면을 수평으로 관통하여 삽입되며, 상기 연결와이어(300)의 타단부(320)를 제1 방향으로 회전 가능하게 연결하는 힌지(430);
상기 힌지(430)의 양단을 삽입시켜 지지하는 한 쌍의 지지 플레이트(420); 및
상기 한 쌍의 지지 플레이트(420)의 하단과 연결 고정되며, 상기 베이스부(200)의 상부에서 상기 드론 기체부(100)의 비행 자세 및 방향에 따라 제2 방향으로 회전 가능하게 결합되는 회전 디스크(440);
를 포함하는 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제7항에 있어서,
상기 로드 셀(500)은,
상기 연결와이어(300)의 일단부(310) 및 타단부(320) 중 적어도 하나의 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는
드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제7항에 있어서,
상기 자이로센서(600)는,
상기 홀더 블록(410)에 구비되는 것을 특징으로 하는
드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제7항에 있어서,
상기 힌지(430)를 둘러 감싸며 원형으로 배치되어 상기 연결와이어(300)의 타단부(320)의 제1 방향 회전각도를 검출하는 제1 회전검출부(710); 및
상기 회전 디스크(440)의 내측에 삽입되어 상기 회전 디스크의 제2 방향 회전각도를 검출하는 제2 회전검출부(720);
를 포함하는 드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제1항에 있어서,
상기 드론 기체부(100)는,
상기 본체(110)에 탑재된 일체형 전원부로부터 전원을 제공 받거나, 또는
상기 본체(110)의 외부에 설치된 외장형 전원부로부터 전원을 제공 받으며,
상기 외장형 전원부는 상기 연결와이어(300)의 중공부(301)를 관통하는 전용 케이블을 통해 상기 드론 기체부(100)로 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는
드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
제1항에 있어서,
상기 드론 기체부(100)의 추력(Fp)과 항력(Fb)은,
하기의 수학식 1에 근거하여 산출되는 것을 특징으로 하는
드론을 이용한 비행 성능 교육 및 테스트 장치.
[수학식 1]
Fp=F*cos(a)
Fb=F*sin(a)+Mg
(여기서, Fp는 추력, Fb는 항력, F는 로드 셀에서 검출된 축 하중, a는 자이로센서에서 검출된 각도, M은 드론 기체부의 중량, g는 중력가속도)