KR102250866B1 - 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론 - Google Patents

직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론에 관한 것이다.
본 발명은 엔진을 포함하는 메인 구동 유니트; 상기 메인 구동 유니트로부터 동력을 전달받아 회전하는 제1 날개부를 가지는 제1 추진유니트; 상기 제1 추진 유니트와는 별도로 마련되고 제2 날개부를 가지는 제2 추진 유니트를 포함하고,
상기 제1 추진 유니트는 양력 및 추력이 증가되고, 제2 추진 유니트에 의해 자세 제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론이 제공될 수 있다.

Description

직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론{Drone with Serial Twin Propulsion Units}
본 발명은 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론에 관한 것이다.
드론은 사람이 직접 탑승하지 않고 원격으로 조종하여 자동 비행할 수 있는 무인 비행체를 말한다. 이러한 무인 비행체는 일반 비행체와는 달리 사람의 탑승 공간을 별도로 구비하지 않기 때문에 소형화, 경량화가 가능하다.
이러한 드론은 비행을 위해 복수의 날개부가 마련되어 있다. 예를 들어 4개의 날개부를 가지는 드론인 경우, 서로 마주보는 대각선 방향으로 배치된 2쌍의 날개부가 각각 서로 동일한 방향으로 회전하고, 날개부와 반대 방향으로 회전하는 힘이 동체에 작용하여 중력을 이기고 비행이 가능하며, 각 날개부의 회전 속도의 차이로 방향을 변경하여 비행할 수 있다.
따라서, 이러한 드론은 날개부의 회전수를 달리하여 비행 방향을 변경하기 때문에, 비행력이 약하여 물건을 들어올려서 원하는 목적지에 도달하는데 한계가 있다.
또한, 종래의 드론은 지상으로부터 공중으로 떠서 비행하기 위해 모터를 사용하여 비행을 한다. 모터는 배터리의 전원을 사용하므로 오랜 시간을 날수가 없다. 체공시간을 늘이기 위해서는 엔진을 동력원으로 사용하는 시스템이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2011-0131889(2011.12.07)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 드론의 동력원으로 추력 효율이 높은 엔진을 모터와 함께 사용하는 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 해결 수단은, 엔진을 포함하는 메인 구동 유니트; 상기 메인 구동 유니트로부터 동력을 전달받아 회전하는 제1 날개부를 가지는 제1 추진유니트; 상기 제1 추진 유니트와는 별도로 마련되고 제2 날개부를 가지는 제2 추진 유니트를 포함하고,
상기 제1 추진 유니트는 양력 및 추력이 증가되고, 제2 추진 유니트에 의해 자세 제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론이 제공될 수 있다.
본 발명은 엔진에 의한 구동으로 추력이 증가될 수 있고, 체공 시간이 길어져서 장시간 비행이 가능하여 고중량의 물건을 운반할 수 있어 농업, 군사, 배달, 지도 작성 등 다양하게 사용될 수 있다.
본 발명은 하나의 엔진을 사용하여 제1 추진 유니트의 제1 날개부를 회전시키므로, 구조가 단순하고 드론의 중량이 늘어나지 않고 사용할 수 있다.
본 발명은 제2 모터에 의해 작동되는 제2 날개부를 포함하는 제2 추진 유니트를 마련하여 드론의 자세 제어가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명은 엔진에 원심 클러치를 마련하여 엔진의 시동후 공회전시 제1 추진 유니트가 동작되지 않도록 하여 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명은 제1 날개부의 회전축에 오토 로테이션 기능이 가능하도록 원웨이 베어링이 장착되어 있으므로, 엔진 정지시에 제1 날개부는 바로 정지하지 않고 회전될 수 있고, 그에 따라 최소한의 양력을 확보하여 드론의 추락을 방지할 수 있다.
본 발명은 복수의 제1 날개부의 회전수를 감지하는 초음파 센서가 구비되어서 오토 로테이션 기능이 자동으로 발휘되도록 할 수 있다.
본 발명은 드론의 호버링 및 수평 이동을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이를 통해 비행 및 이착륙에 대한 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 드론의 제1 추진부에 동력 전달이 이루어지는 결합 관계를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 메인 구동 유니트의 확대 사시도이다.
도 4는 도 3으로부터 동력을 전달하기 위한 동력전달부재의 연결 상태를 나타낸 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 날개부의 회전 구조 및 가변 피치 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 원웨이 베어링 구조를 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 드론의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 드론(10)은 메인 구동 유니트(100), 메인 구동 유니트(100)로부터 동력을 전달받아 회전하는 제1 추진유니트(200), 상기 제1 추진 유니트(200)와는 별도로 마련되는 제2 추진 유니트(300)로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 드론의 제1 추진부에 동력 전달이 이루어지는 결합 관계를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 메인 구동 유니트의 확대 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 메인 구동 유니트(100)는 엔진(110), 엔진(110)으로부터 발생되는 동력을 전달하는 회전축(112)상에 마련되어서 동력을 전달받는 제1 풀리(130)로 구성될 수 있다.
상기 제1 풀리(130)에는 간격을 두고 구비되는 제1 동력 전달축(150)과 동력전달부재(132)로 연결되어서 동력을 전달할 수 있다.
상기 동력전달부재(132)는 예를 들어 벨트로 구성될 수 있다.
상기 제1 동력전달축(150)에는 제2 풀리(140)가 마련되고, 상기 동력전달부재(132)를 통해 상기 제1 풀리(130)와 연결되어서 동력을 전달받을 수 있다.
상기 제1 동력 전달축(150)의 일측에는 제4 풀리(152)가 마련되고, 상기 제4 풀리(152)상에는 양 방향으로 연결되는 동력전달부재(154)(156)가 연결될 수 있다.
상기 동력전달부재(154)(156)는 예를 들어 벨트로 구성될 수 있고, 간격을 두고 양측에 형성되는 제5 풀리(160)와 제6 풀리(170)에 각각 연결될 수 있다.
상기 동력전달부재(154)(156)는 제5 풀리(160)와 제6 풀리(170)에 연결시, X자형으로 어긋나게 배치하여 연결할 수 있다. 즉 제5 풀리(160)와 제6 풀리(170)의 감기는 방향이 제4 풀리(152)와 다르게 배열되기 때문에, 상기 동력전달부재(154)(156)는 X자형으로 어긋나게 연결하는 것이다.
상기 제5 풀리(160)와 제6 풀리(170)는 각각 제1 추진 유니트(200)의 복수의 제1 날개부(210)와 각각 동력전달부재(162)(172)를 통해 연결되어서 동력을 전달할 수 있다.
상기 동력전달부재(162)(172)는 벨트로 구성될 수 있다.
상기 제1 추진 유니트(200)는 간격을 두고 복수(예를 들어 4개)의 제1 날개부(210)로 구성될 수 있다.
상기 복수의 제1 날개부(210)는 모두 상기 메인 구동 유니트(100)의 엔진(110)의 동력을 전달받아 회전될 수 있다.
또한, 상기 제1 날개부(210)는 4개로 구성되는 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 구동 유니트(100)를 중심으로 양측에 2개씩 대칭되게 배열될 수 있다.
메인 구동 유니트(100) 양측에 마련되는 한쌍의 제1 날개부(210)는 서로 동일한 동력전달 구조를 이루어서 엔진(110)의 동력을 전달받을 수 있다.
따라서, 상기 메인 구동 유니트(100)의 엔진(110)으로부터 발생되는 회전력은 하나로 마련되는 제1 동력 전달축(150)의 양측으로 동일하게 전달되어서 각각의 제1 날개부(210)가 회전되게 할 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 엔진(110)에는 원심 클러치(120)가 갖추어져서 엔진의 아이들링시 회전할때 제1 추진 유니트가 회전하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 엔진 공회전시에 제1 추진 유니트(200)의 회전을 방지하여 안정성을 확보할 수 있다.
상기 원심 클러치(120)는 원심 클러시 슈와 원심 클러치 슈 하우징으로 이루어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 날개부(210)는 회전축(212)에 의해 회전될 수 있고, 상기 회전축(212)은 동력전달부재(162) 또는 동력전달부재(172)와 연결되는 제 1기어(214)와 연결되어서 동력을 전달받아 회전될 수 있다.
또한, 상기 회전축(212)상에는 제1 날개부(210)의 피치를 조정할 수 있는 피치 제어 스와시(swash) 부재(220)가 마련될 수 있다.
도 5에서는 편의상 베이스판이 도시되어 설치된 모습을 나타내고 있는데 실제 적용시에는 제거될 수 있다.
상기 피치 제어 스와시 부재(220)는 피치 제어용 모터(222)와 연결되어서 동작될 수 있다.
상기 피치 제어 스와시 부재(220)는 피치 제어용 모터(222)의 동작에 의해 승강되는 제1 링크(223), 제1 링크(223)의 단부에 경사지게 연결되는 제2 링크(224)로 이루어지고, 제2 링크(224)의 승강시 함께 승강되는 승강부재(225)가 회전축(212)상에 마련될 수 있다.
상기 제2 링크(224)의 단부는 제1 날개부(210)의 연결부(211)에 돌출되게 형성되는 브래킷(211a)에 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.
피치 제어용 모터(222), 제1 링크(223), 제2 링크(224)는 회전축(212)의 양측에 마련될 수 있다. 따라서, 상기 브래킷(211a)도 2개가 마련되어서 2개의 제1 날개부(210)의 피치를 가변시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 기어(214)의 안쪽에는 원웨이 베어링(230)이 장착되고, 상기 원웨이 베어링(230)안에는 회전축(212)이 결합될 수 있으며, 이러한 원웨이 베어링(230)으로 인해 엔진(110)의 작동 상태가 꺼지게 되더라도 제1 날개부(210)는 오토 로테이션 동작이 구현될 수 있어 드론(10)이 추락하여 바로 지면에 곤두박질치지 않고 소정의 양력을 가지면서 착륙이 이루어질 수 있다.
상기 제1 날개부(210)는 힌지부(211)가 형성되어서 일측 방향으로 접혀질 수 있도록 될 수 있다.
또한, 상기 제1 기어(214)의 하부에는 엔진(110)을 시동걸 때, 시동모터(미도시)와 연결되는 시동 기어(111)가 마련될 수 있다.
상기 제2 추진 유니트(300)는 제2 날개부(310), 제2 날개부(310)를 회전시키는 제2 모터(320)로 구성될 수 있고, 상기 제1 날개부(210)의 일측에 각각 마련될 수 있으며, 본 실시 예에서는 총 4개가 마련될 수 있다.
상기 각 모터는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 드론(10)은 360도 방향의 장해물을 함께 감지할 수 있는 센서 유니트가 마련될 수 있다.
도 5에서 동력전달부재(162)(172)의 소정 위치에는 아이들러(250)가 형성될 수 있고, 시동 기어(111)의 하부에는 베어링(260)이 마련될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 엔진(110)에 의한 동력 발생시, 추력이 약 20kg을 확보할 수 있다.
이러한 구조를 가지는 본 발명의 드론(10)은 하나의 메인 구동 유니트(100)의 엔진(110)을 통해 동력이 전달되어서 복수의 제1 날개부(210)의 회전이 이루어져서 이륙 및 비행이 가능할 수 있다.
이때, 엔진(110)에 의해 추력이 발생되므로, 드론(10)의 체공시간이 늘어날 수 있고, 그에 따라 다양한 분야에 활용될 수 있다.
예를 들어, 택배 등의 물류 업무, 농약 살포용 등에 적용될 수 있다.
또한, 엔진(110)의 의해 동작하는 제1 날개부(210)와 함께 제2 모터(320)에 의해 작동되는 제2 날개부(310)가 마련되어서 드론(10)의 자세 제어가 용이하게 이루어질 수 있다.
제1 날개부(210)의 가변 피치에 의해 양력을 조정할 수 있다.
또한, 본 발명은 엔진(110)의 아이들링 회전시 제1 추진 유니트(200)도 회전하게 될 수 있는데, 엔진(110)의 일측에는 원심 클러치(180)가 마련되어 있으므로, 소정의 회전수가 나오면 연결되어서 동력 전달이 정상적으로 이루어지게 될 수 있고, 엔진 공회전시에는 동력 전달이 이루어지지 않고 차단되어 제1 추진 유니트(200)가 회전되는 것을 방지하여 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명은 피치 제어용 모터(222)를 통해 피치 제어 스와시 부재(220)를 제어하여 제1 날개부(210)의 피치 각도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 오토 로테이션 기능이 부가되어 있어 드론(10)의 엔진(110) 정지시에 바로 추락하지 않고 안전하게 착륙할 수 있다.
즉, 상기 각 제1 날개부(210)의 회전축(212)은 그 하부에 원웨이 베어링(230)이 마련되어 있으므로, 드론(10)의 추락시 제1 날개부(220)의 회전 관성력에 의해 회전이 계속해서 이루어지도록 할 수 있고, 그에 따라 드론(10)은 안전하게 착륙할 수 있다.
이러한 오토 로테이션 기능을 수행하기 위해서, 제1 날개부(210)의 회전수를 감지하는 초음파 센서가 구비될 수 있다.
또한, 초음파 센서로부터 지면에서 일정한 거리에 올때 까지 피치 각을 제어하도록 하여 양력을 제어하도록 할 수 있다.
본 발명이 드론(10)은 대형 사이즈로 적용되는 것으로서, 회전하는 제1 날개부(210) 및 제2 날개부(310)의 크기도 크기 때문에, 장애물 감지가 매우 중요하다.
따라서, 본 발명은 TOF(Time of Flight Sensor)를 구비하여 360도 방향으로의 장애물 감지가 가능하도록 할 수 있다.
본 발명은 엔진에 의한 구동으로 추력이 증가될 수 있고, 체공 시간이 길어져서 장시간 비행이 가능하여 여러 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 IOT 기반의 무선 통신 장치를 구현하여 추락 예상 지점의 GPS를 자동으로 송신하도록 하며, 드론에 이상이 발생 하면, 서버로 송신을 할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 드론(10)은 소정의 위치에 열적외선 카메라 및 영상 제어기를 설치하고, IOT(사물 인터넷) 기반으로 산불 감시나 지도 작성이 가능하도록 활용될 수 있다.
10 : 드론
100 : 메인 구동 유니트 110 : 엔진
111 : 시동기어 112 : 회전축
120... 원심 클러치
130 ; 제1 풀리 132 : 동력전달부재
140 : 제2 풀리 142 : 제3 풀리
150 : 제1 동력 전달축 152 : 제4 풀리
160 : 제5 풀리 170 : 제6 풀리
162,172 : 동력전달부재 180 : 원심 클러치
200 : 제1 추진 유니트 210 : 제1 날개부
211 : 연결부 212 : 회전축
214 : 제1 기어 220 : 피치 제어 스와시 부재
222 : 피치 제어 모터 223 ; 제1 링크
224 : 제2 링크 225 : 승강부재
230 : 원웨이 베어링 250 : 아이들러
260 : 베어링
300 : 제2 추진 유니트 310 : 제2 날개부
320 : 제2 모터

Claims (5)

  1. 엔진을 포함하는 메인 구동 유니트;
    상기 메인 구동 유니트로부터 동력을 전달받아 회전하는 제1 날개부를 가지는 복수의 제1 추진유니트;
    상기 제1 추진 유니트와는 별도로 마련되고 제2 모터와, 상기 제2 모터에 의해 회전하는 제2 날개부를 가지는 복수의 제2 추진 유니트; 를 포함하고,
    제1 방향을 따라 평행하게 연장되는 제1 프레임 및 제2 프레임이 마련되고,
    상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 평행하게 연장되는 제3 프레임 및 제4 프레임이 마련되며,
    상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이에 상기 제3 프레임과 제4 프레임이 배치되고,
    상기 제1 프레임 내지 제4 프레임이 형성하는 사각형의 공간의 중앙에 상기 엔진이 위치하며,
    상기 제1 날개부는 상기 제1 프레임의 양단부 및 제2 프레임의 양단부에 각각 하나씩 모두 4개 마련되고,
    상기 제1 추진유니트는 상기 엔진과 상기 제1 날개부 사이에 각각 하나씩 모두 4개 마련되며,
    상기 각각의 제1 추진유니트는 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 방향 동력전달부재(162, 172)와, 상기 제3 프레임 및 제4 프레임에 상기 제2 방향을 따라 배열되는 제2 방향 동력전달부재(154, 156)와, 상기 제1 방향 동력전달부재 및 제2 방향 동력전달부재의 교차 지점에 위치하는 제5 풀리(160)를 포함하고,
    상기 제1 방향 동력전달부재(162, 172) 및 제2 방향 동력전달부재(154, 156)는 벨트이며, 상기 제5 풀리(160)를 기준으로 주행 방향이 서로 직교하고,
    상기 각각의 제1 날개부의 회전축(212)은 상기 각각의 제1 방향 동력전달부재(162, 172)와 제1 기어(214)에 의하여 연결되며,
    상기 제1 날개부의 회전축(212)에는 상기 제1 날개부의 피치를 조정할 수 있는 피치 제어 스와시 부재가 마련되고,
    상기 피치 제어 스와시 부재는 피치 제어용 모터(222)와 연결되어서 동작되며,
    상기 피치 제어 스와시 부재는 피치 제어용 모터의 동작에 의해 승강되는 제1 링크, 상기 제1 링크의 단부에 경사지게 연결되는 제2 링크로 이루어지고,
    상기 제2 링크의 승강시 함께 승강되는 승강부재가 회전축상에 마련되며,
    상기 제1 추진 유니트는 양력 및 추력이 증가되고, 제2 추진 유니트에 의해 자세 제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 엔진에는 엔진의 공회전시 상기 제1 추진 유니트가 회전하는 것을 방지하는 원심 클러치가 갖추어지는 것을 특징으로 하는 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 날개부의 회전축(212)에는 드론의 추락을 방지하는 오토 로테이션 기능이 구현되도록 원웨이 베어링이 장착되는 것을 특징으로 하는 직렬 트윈 추진 유니트가 장착된 드론.
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