KR102236654B1 - 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론 - Google Patents

수평 유지 기능을 갖는 방제 드론 Download PDF

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홍종만
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Abstract

본 발명은 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론에 관한 것으로, 기체부와, 기체부에 외측으로 돌출되게 형성되는 다수의 붐대와, 각 붐대에 회전가능하게 구비되는 프로펠러를 갖는 제 1 로터부를 포함하는 방제 드론으로서, 제 1 로터부 중 동일 선상으로 위치된 양 제 1 로터부의 외측에서 기체부에 회전가능하게 연결되어 구비되는 내측링; 및 내측링의 연결부와 직교되는 방향의 내측링의 양 외주에 회전가능하게 연결되어 구비되는 외측링;을 포함하고, 외측링의 외주에는 농작물로 약품을 분사하여 살포하는 다수의 분사노즐을 갖는 약품 분사대가 고정되게 구비되며, 외측링에는 드론의 비행시 외측링 및 약품 분사대의 수평 상태를 유지시키기 위한 자이로센서와, 외측링에 부양력을 제공하여 수평 상태를 유지하는 제 2 로터부가 구비되는 방제 드론을 제공한다.

Description

수평 유지 기능을 갖는 방제 드론{Drone for pest control}
본 발명은 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 약품 분사대의 수평을 유지한 상태로 약품을 분사할 수 있도록 한 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론에 관한 것이다.
일반적으로, 드론(Drone)은 최초 군사용으로 개발되었으나, 언제 어디서든 이착륙이 가능하고 조작이 용이하며 기존의 무인 비행체에 비하여 저가 및 경량화가 가능하여 방송 촬영용, 재난 재해 모니터링, 물류 운반. 산불진화 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
특히, 최근에는 농업 분야에서 항공 방제에 활용 가능한 농약 살포용 드론에 대한 연구가 활발해지고 있다.
이에, 종래에는 국내 등록특허 제10-1662255호에서 카트리지 타입으로 결합 가능한 농약 공급통을 구비하는 농약 살포용 드론이 제안된 바 있다.
국내 등록특허 제10-1662255호에 개시된 종래의 농약 살포용 드론은 본체부의 측면에 설치되는 날개부와, 본체부의 하부에 설치되는 지지부, 날개부에 전원을 공급하는 전원 공급부가 구비되고, 본체부에 카트리지 방식에 의하여 착탈가능하게 결합되는 농약 공급부 및 농약 공급부에 연결 설치되어 농약을 살포하는 농약 분사부가 구비된다.
하지만, 이러한 종래의 농약 살포용 드론에 구성되는 농약 분사부는 본체부 즉 기체에 고정되게 구비되어 농약이 이동되는 농약 이동관과, 농약 이동관에 고정되게 구비되는 분사노즐이 설치돼 있는데, 드론의 비행시 드론의 기체가 비행시의 추진력에 의해 비행 방향으로 기울어짐에 따라 농약 이동관 및 분사노즐 역시도 기울어지게 되므로 분사노즐에 의해 분사되는 농약이 분사노즐의 기울어짐에 따라 정확히 살포되지 못하고 공중으로 비산되는 문제가 있다.
그리고, 농약 이동관과 분사노즐은 날개부 하부의 본체부 즉 기체에 고정되게 설치되어 있기 때문에, 드론의 비행시 날개부의 회전에 의한 부양력이 하향풍을 일으키게 되므로 분사노즐에서 분사되는 농약이 날개부의 부양력에 의해 공중에서 흩어져 날리게 되고, 이로 인해 농작물이나 과수에 약제가 고루 살포되지 못하여 방제 효과가 떨어지는 문제가 있다.
국내 등록특허 제10-1662255호
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 농약이 분사되는 분사노즐을 갖는 약품 분사대가 드론의 비행시에 수평을 유지한 상태로 약품을 분사하여 살포할 수 있도록 한 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적으로는, 약품 분사대를 드론의 로터부 외측으로 돌출되게 구비함으로써 드론의 부양력이나 추진력에 의한 농약의 흩어짐을 방지하여 방제 효과를 향상시킬 수 있도록 한 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론은, 기체부와, 기체부에 외측으로 돌출되게 형성되는 다수의 붐대와, 각 붐대에 회전가능하게 구비되는 프로펠러를 갖는 제 1 로터부를 포함하는 방제 드론으로서, 제 1 로터부 중 동일 선상으로 위치된 양 제 1 로터부의 외측에서 기체부에 회전가능하게 연결되어 구비되는 내측링; 및 내측링의 연결부와 직교되는 방향의 내측링의 양 외주에 회전가능하게 연결되어 구비되는 외측링;을 포함하고, 외측링의 외주에는 농작물로 약품을 분사하여 살포하는 다수의 분사노즐을 갖는 약품 분사대가 고정되게 구비되며, 외측링에는 드론의 비행시 외측링 및 약품 분사대의 수평 상태를 유지시키기 위한 자이로센서와, 외측링에 부양력을 제공하여 수평 상태를 유지하는 제 2 로터부가 구비될 수 있다.
그리고, 드론의 기체부에 연결되는 내측링 및 내측링에 연결되는 외측링은 각각 볼조인트로서 회전가능하게 연결되게 구비될 수 있다.
본 발명의 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론에 따르면, 드론의 비행시 약품 분사대가 구비된 외측링이 기체부나 내측링의 기울어짐과 관계없이 항상 수평을 유지하게 됨으로써 약품을 정확한 각도로 농작물에 분사하여 살포할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명에 따르면, 약품 분사대가 외측링의 외측으로 돌출되게 구비됨으로써 약품 분사대에서 분사된 약품이 외측링의 로터부에 의한 부양력이나 드론의 기체부에 구비된 로터부에 의한 추진력에 영향을 받지 않아 분사된 약품이 공중으로 날려 흩어지지 않고 농작물에 정확히 살포되므로 방제 효과가 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방제 드론의 구성을 도시한 평면 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방제 드론의 저면 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방제 드론의 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방제 드론의 비행시 수평 유지 기능의 작동을 보인 도면으로서, 도 4a는 방제 드론이 y축 방향으로 비행시의 수평 유지 상태를 보인 도면이고, 도 4b는 방제 드론이 x축 방향으로 비행시의 수평 유지 상태를 보인 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 도 1 내지 도 4b는 본 발명에 따른 수평 유지 기능을 갖는 방제 드론 및 이의 구성요소들을 도시한 도면들이다.
본 발명의 방제 드론(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기체부(110)와, 기체부(110)에 외측으로 돌출되게 형성되는 다수의 붐대(120)와, 각 붐대(120)에 회전가능하게 구비되는 프로펠러(132)를 갖는 제 1 로터부(130)를 포함한다.
기체부(110)는 드론(100)의 본체로서, 기체부(110)에는 제 1 로터부(130)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부가 구비될 수 있고, 드론(100)의 비행을 제어하는 제어부가 구비될 수 있다. 특히, 제어부는 후술될 외측링(150)의 각 제 2 로터부(160)에 구비되는 프로펠러(162)의 회전속도를 각각 정밀하게 제어하여 드론(100)의 비행시 외측링(150)의 수평 상태를 정밀하게 유지시킬 수 있도록 한다.
게다가, 상기와 같은 기체부(110)에는 드론(100)의 가속도를 측정하는 가속도센서와, 드론(100)의 각속도(시간당 회전하는 각도를 의미한다)를 측정하는 자이로센서 및 온도센서 등이 더 구비되어 드론(100)의 수평을 유지하게 된다. 즉, 드론(100)의 비행시는 가속도센서와 자이로센서에 의해 드론(100)이 비행 방향으로 일정 각도로 기울어진 상태로 이동하게 되고, 공중에서 제자리 비행시는 수평을 유지하게 된다.
한편, 붐대(120)는 기체부(110)의 외주에서 외측으로 돌출되게 형성되고, 붐대(120)의 선단부에는 제 1 로터부(130)가 구비되며, 붐대(120)의 내부에는 전선 케이블이 내장되게 구비된다.
제 1 로터부(130)는 각 붐대(120)의 선단부에 구비되는 로터본체(130a)와, 로터본체(130a)의 상면에 회전가능하게 구비되는 프로펠러(132)와, 각 로터본체(130a)에 고정되게 구비되어 프로펠러(132)를 감싸 보호하는 보호링(131)을 포함한다. 이로써, 각 제 1 로터부(130)의 프로펠러(132)는 각 보호링(131)의 내부에서 회전됨으로써 프로펠러(132)에 의한 안전사고를 사전에 방지할 수 있게 된다.
그리고, 다수의 제 1 로터부(130) 중 동일 선상으로 위치된 양 제 1 로터부(130)의 로터본체(130a) 외주에는 제 1 연결대(133)가 각각 외측으로 돌출되게 구비되고, 제 1 연결대(133)의 선단부에는 도 3에서와 같이 기체부(110)의 제 1 로터부(130)를 그 내부에 모두 수용하는 내측링(140)이 볼조인트로서 회전가능하게 결합되어 연결된다.
이러한 내측링(140)은 그 내주면에 양 제 1 연결대(133)가 볼조인트로서 회전가능하게 연결됨으로써 도 3 및 도 4a를 기준으로 하여 드론(100)이 y축 방향(제 1 연결대(133)와 직교되는 방향)으로 비행할 시는 내측링(140)이 제 1 연결대(133)를 축으로 기체부(110)에서 회동되므로 기체부(110)의 기울어짐(드론(100)의 비행 방향으로 기체부(110)의 선단부가 하향 회동되어 기울어짐)과는 무관하게 수평을 유지한 상태로 비행할 수 있지만, 드론(100)이 제 1 연결대(133)의 축방향 즉 x축 방향으로 비행할 시는 내측링(140)이 기체부(110)와 같이 일체로 회동되어 기울어진 상태로 비행하게 된다.
그리고, 제 1 연결대(133)는 그 일단부가 로터본체(130a)의 외주에 고정되게 구비되고 타단부는 내측링(140)의 내주에 볼조인트로서 연결되되, 볼조인트는 제 1 연결대(133)의 타단부에 볼(134)이 형성되고, 이에 대응한 내측링(140)에는 내주 측으로 개구된 "Ｃ"자 형상의 결합구(141)가 형성되어 제 1 연결대(133)의 볼(134)이 삽입되어 결합됨으로써, 기체부(110)와 내측링(140)은 x축의 제 1 연결대(133)를 축으로 y축 방향으로 서로 시소와 같이 회동될 수 있게 구비된다.
한편, 기체부(110)의 제 1 로터부(130)와 내측링(140)을 연결하는 제 1 연결대(133)와 직교되는 내측링(140)의 양 외주에는 각각 외측으로 돌출되는 제 2 연결대(143)가 구비되고, 양 제 2 연결대(143)에는 내측링(140)을 그 내부에 수용하는 외측링(150)이 볼조인트로 회전가능하게 연결되어 구비된다.
따라서, 외측링(150)은 도 3 및 도 4b에서와 같이, 내측링(140)의 y축 방향에 연결된 제 2 연결대(143)를 축으로 내측링(140)과 x축 방향으로 상대 회동되게 연결되므로 내측링(140)의 기울어짐과는 무관하게 수평을 유지할 수 있게 된다.
즉, 외측링(150)은 도 3 및 도 4b를 기준으로 하여 드론(100)이 x축 방향(내.외측링(140)(150) 사이를 연결하는 제 2 연결대(143)와 직교되는 방향)으로 비행할 시는 외측링(150)이 제 2 연결대(143)를 축으로 내측링(140)에서 회동되므로 내측링(140) 및 기체부(110)와의 기울어짐과는 무관하게 수평을 유지한 상태로 비행할 수 있고, 드론(100)이 y축 방향으로 비행할 시는 내측링(140)이 기체부(110)에서 회동됨에 따라 외측링(150)은 내측링(140)과 같이 수평 상태를 유지할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 외측링(150)을 내측링(140)에서 회동되게 연결하는 제 2 연결대(143)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 양측 단부에 볼(144)이 형성되고, 이에 대응한 내측링(140)의 외주와 외측링(150)의 내주에는 서로 마주하는 방향으로 개구된 "Ｃ"자 형상의 결합구(142)(151)가 형성되어 제 2 연결대(143)의 양 볼(144)이 각각 삽입되어 결합됨으로써, 내측링(140)과 외측링(150)은 y축의 제 2 연결대(143)를 축으로 x축 방향으로 상대 회동되게 구비된다.
한편, 상기와 같은 외측링(150)에는 이의 수평을 감지하여 유지시키기 위한 자이로센서(152)가 더 구비되고, 이 자이로센서(152)는 드론(100)의 기체부(110)와 마찬가지로 가속도센서 및 온도센서와 더불어 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 외측링(150)의 외주에는 농작물에 약품을 분사하여 살포하는 다수의 분사노즐(171)을 갖는 약품 분사대(170)가 고정되게 구비되되, 본 실시예에서는 도 3를 기준으로 하여 외측링(150)의 x축 방향으로 약품 분사대(170)가 구비된 것을 일례로 예시하였으나, 이에 국한되거나 한정되지 않고 외측링(150)의 외주에서 약품 분사대(170)가 여러 방향으로 방사상으로 돌출되게 구비될 수도 있다.
따라서, 상기와 같은 약품 분사대(170)와 외측링(150)은 드론(100)이 x축 및 y축 방향을 비롯하여 어느 방향으로 비행하여도 수평을 유지할 수 있으므로 약품 분사대(170)의 분사노즐(171)을 통해 분사되는 약품을 농작물에 정확한 각도로 분사하여 살포할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같은 외측링(150)에는 기체부(110)의 제 1 로터부(130)와 같이 보호링(161)과 프로펠러(162)를 갖는 제 2 로터부(160)가 별도로 더 구비되고, 제 2 로터부(160)는 제 1 로터부(130)와 마찬가지로 이의 로터본체(160a)가 외측링(150)에 결합되어 구비된다.
특히, 상기와 같이 구비되는 제 2 로터부(160)의 프로펠러(162)는 자이로센서(152)와 제어부에 의해 각각 회전속도가 제어될 수 있다.
여기서, 외측링(150)의 제 2 로터부(160)는 기체부(110)의 제 1 로터부(130)와 더불어 드론(100)을 공중으로 띄우는 부양력은 제공하지만, 드론(100)의 비행을 위한 추력은 기체부(110)의 제 1 로터부(130)에서만 제공하도록 구비된다.
한편, 약품 분사대(170)는 외측링(150)의 외주에서 외측으로 돌출되게 구비됨으로써 약품 분사대(170)의 분사노즐(171)에서 하방으로 분사되는 약품이 외측링(150)의 제 2 로터부(160)에 의한 부양력이나 드론(100)의 기체부(110)에 구비된 제 1 로터부(130)에 의한 추진력에 직접적인 영향을 받지 않아 분사된 약품이 공중에서 흩어지지 않고 농작물에 정확히 살포될 수 있다.
여기서, 미설명부호 "180"은 드론(100)의 기체부(110)에 결합 고정되어 약품 분사대(170)로 약품을 공급하는 약제통을 도시한 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 방제 드론의 작동관계를 설명하되, 본 실시예에서는 방제 드론의 비행 방향을 도 3을 기준으로 하여 x축 및 y축 방향으로 비행하는 경우를 일례로 들어 설명하기로 한다.
먼저, 도 4a에서와 같이, 방제 드론(100)이 y축 방향 중 남쪽 방향으로 비행하는 경우는 기체부(110)의 제 1 로터부(130)에서 발생되는 추력에 의해 드론(100)의 기체부(110)가 남쪽 방향으로 하향 경사지게 기울어진 상태로 비행하게 된다.
이때, 기체부(110)의 x축 방향으로 위치된 양 제 1 로터부(130)의 제 1 연결대(133)에 볼조인트된 내측링(140)은 제 1 연결대(133)를 축으로 기체부(110)에서 회동될 수 있고, 이와 더불어 현 비행 방향으로는 내측링(140)과 상대 회동이 불가하게 연결된 외측링(150)에 구비된 자이로센서(152)에 의해 외측링(150)과 같이 내측링(140)이 기체부(110)를 따라 기울어지지 않고 수평 상태를 유지한 상태로 비행하게 된다.
이에 따라, 외측링(150)에 구비된 약품 분사대(170)의 분사노즐(171)을 통해 약품이 농작물로 설계된 각도대로 정확히 분사되어 살포됨으로써 방제 효과를 극대화할 수 있게 된다.
그리고, 도 4b에서와 같이, 방제 드론(100)이 x축 방향 중 서쪽 방향으로 비행하는 경우는 기체부(110)가 서쪽 방향으로 하향 경사지게 기울어진 상태로 비행하게 된다.
이때, 내측링(140)을 기체부(110)에 연결하는 제 1 연결대(133)는 x축 방향으로 구비되어 있으므로 내측링(140)은 기체부(110)와 상대 회동되지 않고 하나로 일체화되어 기체부(110)를 따라 회동되어 기울어지게 된다.
한편, 상기와 같이 기울어지는 내측링(140)과 제 2 연결대(143)를 축으로 볼조인트된 외측링(150)은 자이로센서(152)에 의해 내측링(140)의 회동 방향과는 무관하게 수평 상태를 유지할 수 있게 된다.
따라서, 외측링(150)에 구비된 약품 분사대(170)는 이의 분사노즐(171)을 통해 약품을 농작물로 설계된 각도대로 정확히 분사되어 살포할 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : 드론 110 : 기체부
120 : 붐대 130 : 제 1 로터부
130a : 로터본체 131 : 보호링
132 : 프로펠러 133 : 제 1 연결대
134 : 볼 140 : 내측링
141,142 : 결합구 143 : 제 2 연결대
144 : 볼 150 : 외측링
151 : 결합구 152 : 자이로센서
160 : 제 2 로터부 160a : 로터본체
161 : 보호링 162 : 프로펠러
170 : 약품 분사대 171 : 분사노즐
180 : 약제통

Claims (2)

  1. 기체부와, 기체부에 외측으로 돌출되게 형성되는 다수의 붐대와, 각 붐대에 회전가능하게 구비되는 프로펠러를 갖는 제 1 로터부를 포함하는 방제 드론으로서,
    다수의 붐대 중 동일 선상으로 위치된 한 쌍의 양 붐대의 제 1 로터부에 각각 제 1 연결대가 외측으로 돌출되게 구비되고, 양 제 1 연결대에 회전가능하게 결합되어 양 제 1 연결대를 축으로 기체부에서 회전되게 구비되는 내측링; 및
    제 1 연결대와 직교되는 방향의 내측링의 양 외주에 회전가능하게 연결되어 구비되는 외측링;을 포함하고,
    외측링의 외주에는 농작물로 약품을 분사하여 살포하는 다수의 분사노즐을 갖는 약품 분사대가 고정되게 구비되며,
    외측링에는 드론의 비행시 외측링 및 약품 분사대의 수평 상태를 유지시키기 위한 자이로센서와, 외측링에 부양력을 제공하여 수평 상태를 유지하는 제 2 로터부가 구비되는 방제 드론.
  2. 청구항 1에 있어서,
    드론의 기체부에 연결되는 내측링 및 내측링에 연결되는 외측링은 각각 볼조인트로서 회전가능하게 연결되는 방제 드론.
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