KR102273432B1 - 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론 - Google Patents

비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론 Download PDF

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전북대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 농업용 드론에 관한 것으로서, 특히 노즐에서 분사되는 약액이 비산되는 것을 최소화하고 하방향으로 효과적으로 분사되도록 할 수 있는 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론에 관한 것이다.
본 발명의 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론은, 회전날개가 장착되고, 약액통이 장착된 드론본체와; 상기 회전날개보다 하부에서 상기 드론본체에 장착된 붐대와; 상기 회전날개보다 하부에서 상기 붐대에 장착되고, 상기 약액통으로부터 약액을 하방향으로 분사하는 노즐과; 상기 노즐을 기준으로 양측에 배치되면서 상기 붐대에 장착되는 가이드부재;를 포함하여 이루어지되, 상기 가이드부재는 상기 회전날개의 하부에서 발생하는 선회유동을 하향풍으로 변경하여 상기 노즐에서 분사되는 약액이 하방향으로 가속되어 분사되도록 유도하는 것을 특징으로 한다.

Description

비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론 { AGRICULTURAL DRONE MOUNTING GUIDE MEMBER HAVING FUNCTION OF PREVENTING DRIFT }
본 발명은 농업용 드론에 관한 것으로서, 특히 노즐에서 분사되는 약액이 비산되는 것을 최소화하고 하방향으로 효과적으로 분사되도록 할 수 있는 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론에 관한 것이다.
드론은 최초 군사용으로 개발되었으나, 운반 및 보관의 편리성, 조작 용이로 방송에서 촬영용으로 가장 많이 사용되고 있다. 또한, 최근에는 재난 재해 모니터링, 물류 운반, 산불진화 또는 농약 살포용 드론에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
농약 살포용 드론의 경우, 최대 10Kg의 농약을 탑재하여 살포 가능한 기기가 최근 개발되었으며, 시간당 최대 10에이커(약 4만 평방제곱미터) 면적에 농약을 살포할 수 있다고 알려진다.
이는 60명이 할 일을 드론 혼자 할 수 있는 것으로 인력 대비 40~60배의 효율을 달성한다.
이러한 높은 효율로 드론을 이용한 농약 살포 요구가 차츰 증가하고 있다.
농약 살포용 드론은, 일반적으로 회전날개가 장착된 본체, 약액통, 약액펌프, 노즐, 붐대 등으로 이루어진다.
상기 노즐에서 분사되는 약액은 하방향으로 그대로 분사되어, 식물의 목표지점에 도달하여야 농약 방제의 효과가 높게 된다.
농약 살포용 드론 회전날개의 회전에 의해 비행을 하게 되는데, 회전날개의 회전시 회전날개의 하부에는 하향풍 뿐만 아니라, 팁 와류, 재순환유동 등의 복잡한 유동장이 발생하게 된다.
이로 인해 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 상기 노즐에서 분사되는 약액은 하방향으로만 분사되는 것이 아니라, 회전하거나 재순환 유동을 하게 되어, 상기 노즐에서 분사되는 약액이 목표 지점에 정확하게 도달하지 못하고 다른 곳으로 이동하게 되는 등의 문제가 있다.
등록특허 10-1875314
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전날개의 하부에서 발생되는 공기의 회전유동을 하방향으로의 흐름으로 변환시켜 노즐에서 분사되는 약액이 비산되는 것을 최소화하여 목적지점에 효과적으로 도달하도록 할 수 있는 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론은, 회전날개가 장착되고, 약액통이 장착된 드론본체와; 상기 회전날개보다 하부에서 상기 드론본체에 장착된 붐대와; 상기 회전날개보다 하부에서 상기 붐대에 장착되고, 상기 약액통으로부터 약액을 하방향으로 분사하는 노즐과; 상기 노즐을 기준으로 양측에 배치되면서 상기 붐대에 장착되는 가이드부재;를 포함하여 이루어지되, 상기 가이드부재는 상기 회전날개의 하부에서 발생하는 선회유동을 하향풍으로 변경하여 상기 노즐에서 분사되는 약액이 하방향으로 가속되어 분사되도록 유도하는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드부재는, 제1판부재와 제2판부재를 포함하여 이루어지되, 상기 제1판부재와 제2판부재는 상기 노즐의 양측에서 상호 이격되어 배치된다.
상기 제1판부재 및 제2판부재는 상기 노즐의 양측에서 경사지게 배치되되, 상기 제1판부재와 제2판부재의 사이 간격은 하방향으로 갈수록 좁아진다.
상기 가이드부재는, 상기 제1판부재와 제2판부재의 간격을 조절하는 간격조절부재;를 더 포함하여 이루어진다.
상기 간격조절부재는 상기 붐대에서 서로 반대방향으로 신장되게 장착된 2개의 실린더로 이루어지되, 2개의 상기 실린더는 각각 상기 제1판부재와 제2판부재에 결합되어, 상기 실린더의 길이 변화시 상기 제1판부재와 제2판부재의 사이 간격이 조절된다.
상기 제1판부재 및 제2판부재는 상기 붐대에 회전 가능하게 힌지 결합되고, 상기 간격조절부재는 상기 제1판부재와 제2판부재 사이에서 상기 제1판부재와 제2판부재에 장착되되, 상기 간격조절부재의 길이 변화에 의해 상기 제1판부재와 제2판부재는 힌지결합된 상기 붐대를 기준으로 회전하면서 경사각 및 사이 간격이 조절된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
노즐의 상부에 장착된 가이드부재가 회전날개의 하부에서 발생되는 공기의 회전유동을 하방향으로의 흐름으로 변환시켜, 공기가 노즐의 상부에서 하부로 공급하도록 함으로써 상기 노즐에서 분사되는 약액이 비산되는 것을 최소화하여 목적지점에 효과적으로 도달하도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 가이드부재를 구성하는 제1판부재와 제2판부재의 간격 및/또는 경사각도를 조절하여 필요에 따라 노즐 주변에서 유동하는 공기의 속도 및 유량을 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 농업용 드론에 의해 분사되는 약액이 비산되는 것을 나타내는 사진,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 농업용 드론의 정면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 농업용 드론의 측면도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 농업용 드론에서 가이드부재에 의한 약액 분무 상태를 설명하기 위한 측면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 농업용 드론에서 가이드부재에 의한 약액 분무 상태를 설명하기 위한 측면도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 농업용 드론에서 가이드부재에 의한 약액 분무 상태를 설명하기 위한 측면도.
제1실시예
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 농업용 드론의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 농업용 드론의 측면도이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 농업용 드론에서 가이드부재에 의한 약액 분무 상태를 설명하기 위한 측면도이다.
본 발명의 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론은 도 2 내지도 4에 도시된 바와 같이, 드론본체(10)와, 붐대(13)와, 노즐(20)과, 가이드부재(30)를 포함하여 이루어진다.
상기 드론본체(10)는 다수개의 회전날개(11)가 장착되어 있고, 약액통(12)이 장착되어 있다.
이러한 상기 드론본체(10)는 종래의 농업용 드론의 구조를 이용하면 충분하기 때문에, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 붐대(13)는 상기 회전날개(11)보다 하부에서 상기 드론본체(10)에 수평방향으로 장착된다.
상기 노즐(20)은 상기 회전날개(11)보다 하부에서 상기 붐대(13)에 장착된다.
이러한 상기 노즐(20)은 상기 약액통(12)으로부터 농약 등의 약액을 공급받아 하방향으로 분사한다.
상기 가이드부재(30)는 상기 노즐(20)을 기준으로 양측에 배치되면서 상기 붐대(13)에 장착된다.
상기 가이드부재(30)는 상기 회전날개(11)보다 하부에 위치하면서 상기 노즐(20)의 양측에 배치된다.
이러한 상기 가이드부재(30)는, 상기 회전날개(11)의 하부에 배치되어 상기 회전날개(11)의 하부에서 발생하는 선회유동을 하향풍으로 변경하여, 상기 노즐(20)의 상부에서 하방향으로 공기를 공급하는 역할을 한다.
위와 같이 상기 가이드부재(30)는 상기 노즐(20)의 상부에서 하방향으로 공기의 흐름이 작용하도록 유도함으로서, 상기 노즐(20)에서 분사되는 약액이 하방향으로 가속되어 분사되도록 하고, 이로 인해 상기 노즐(20)에서 분사되는 약액이 비산 즉 다른 곳으로 흩날리지는 것을 최소화하면서 하방향으로 보다 많이 분사되도록 할 수 있다.
상기 가이드부재(30)는, 제1판부재(31)와 제2판부재(32)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)는 넓은 판 형상으로 이루어지고, 상기 노즐(20)의 양측에서 상호 이격되어 배치된다.
이때, 상기 제1판부재(31) 및 제2판부재(32)는 상기 노즐(20)의 양측에서 경사지게 배치되도록 하고, 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)의 사이 간격은 하방향으로 갈수록 좁아지게 배치되도록 함이 바람직하다.
상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)의 설치 각도는 45도를 권장하고, 필요에 따라 조금씩 변경할 수 있다.
또한, 상기 제1판부재(31) 및 제2판부재(32)의 길이는 상기 회전날개(11)를 포함한 상기 드론본체(10)의 전체 길이와 같도록 함이 바람직하다.
그리고, 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)는 상기 붐대(13)에 탈착 가능하게 장착될 수 있다.
위와 같이 상기 노즐(20)의 양측에 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)를 장착하게 되면, 상기 회전날개(11)의 회전시 상기 회전날개(11)의 하부에서 발생되는 공기의 회전 흐름이 상기 제1판부재(31) 및 제2판부재(32)에 부딪히면서 반경방향 및 접선방향 속도 성분이 하방향 속도 성분으로 변환되고, 이로 인해 공기는 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32) 사이를 통과하면서 하방향의 직류로 변환되어 상기 노즐(20)의 상부에서 하부로 하방향 흐름으로 분사되게 된다.
특히, 상기 제1판부재(31)와 상기 제2판부재(32)가 아래방향으로 갈수록 그 사이 간격이 좁아지게 경사 배치됨으로서, 상기 노즐(20)의 주변에서 공기의 흐름이 하방향으로 더욱 빨라지도록 유도할 수 있다.
도 4(a)는 본 발명의 가이드부재(30)가 없는 종래의 일반적인 구조를 도시한 것이고, 도 4(b)는 본 발명의 가이드부재(30)가 장착된 구조를 도시한 것이다.
도 4(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 회전날개(11)의 하부에서 발생된 공기의 회전유동이, 경사지게 배치된 상기 제1판부재(31) 및 제2판부재(31)에 의해 상기 노즐(20)의 주변에서 하방향으로 변환되면서 빠르게 이동하는 것을 알 수 있다.
위와 같이 상기 가이드부재(30)에 의해 상기 노즐(20) 주변에서 공기의 흐름이 하방향으로 빠르게 변환되게 되면, 약액의 액적 가속 및 액적 부착률을 증가시키데 필요한 하방향 속도성분을 증가시킬 수 있게 된다.
상기 가이드부재(30)에 의해 상기 노즐(20)의 주변에서 하방향 속도 성분이 증강하게 되면, 액적의 각운동량을 증가시켜 측면풍 등에 의한 비산을 억제할 수 있으며, 방제 대상으로 액적이 집중될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 하향풍 유동구조에 의한 비산을 억제하여 궁극적으로 약액의 부착률을 증가시킬 수 있다.
제2실시예
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 농업용 드론에서 가이드부재(30)에 의한 약액 분무 상태를 설명하기 위한 측면도이다.
제2실시예는 제1실시예와 비교하여 상기 가이드부재(30)에 차이가 있는바, 이를 중심으로 설명한다.
상기 가이드부재(30)는, 제1판부재(31)와 제2판부재(32)와 간격조절부재(33)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1판부재(31) 및 제2판부재(32)는 판 형상으로 이루어지고 상기 노즐(20)의 양측에 배치되는 것으로서, 제1실시예와 동일하다.
상기 간격조절부재(33)는 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32) 사이에 배치되어, 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)의 간격을 조절한다.
상기 간격조절부재(33)에 의해 상기 노즐(20)을 기준으로 양측에 배치된 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32) 사이의 간격이 가변되게 된다.
이러한 상기 간격조절부재(33)는 다양한 구성 및 구조로 이루어질 수 있는데, 일예로 상기 간격조절부재(33)는 2개의 실린더로 이루어질 수도 있다.
실린더로 이루어진 상기 간격조절부재(33)는 상기 붐대(13)에서 서로 반대방향으로 신장되게 장착된다.
2개의 상기 실린더는 각각 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)에 결합되어, 상기 실린더의 길이 변화시 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)의 사이 간격이 조절되게 된다.
위와 같이 상기 간격조절부재(33)에 의해 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)의 간격으로 조절함으로서, 상기 노즐(20)의 주변에서 하방향으로 변환 유도되는 공기의 속도를 필요에 따라 조절할 수 있다.
구체적으로 도 5(a)에 도시된 바와 같이 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)의 간격이 좁은 경우에는 상기 노즐(20)의 주변에서 하방향으로 유도되는 공기의 속도가 크지만, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 상기 간격조절부재(33)에 의해 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)의 간격을 넓어지게 하면 상기 노즐(20)의 주변에서 하방향으로 유도되는 공기의 속도를 작게 할 수 있다.
그외 다른 사항은 제1실시예와 동일 유사하기 때문에, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제3실시예
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 농업용 드론에서 가이드부재(30)에 의한 약액 분무 상태를 설명하기 위한 측면도이다.
제3실시예는 제1실시예 및 제2실시예와 비교하여 상기 가이드부재(30)에 차이가 있는바, 이를 중심으로 설명한다.
상기 가이드부재(30)는, 제1판부재(31)와 제2판부재(32)와 간격조절부재(33)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1판부재(31) 및 제2판부재(32)는 판 형상으로 이루어지고 상기 노즐(20)의 양측에 배치된다.
상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)가 상기 제1실시예 및 제2실시예와 다른 점은, 상기 제1판부재(31) 및 제2판부재(32)가 상기 붐대(13)에 상하방향으로 회전 가능하게 힌지 결합되어 있다는 점에서 차이가 있다.
따라서 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)는 상기 붐대(13)에 대하여 외력에 의해 상방향으로 회전하여 그 경사각도를 변경할 수 있게 된다.
상기 간격조절부재(33)는 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32) 사이에 배치되어, 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)의 간격을 조절한다.
상기 간격조절부재(33)는 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32) 사이에서 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)에 장착된다.
이러한 상기 간격조절부재(33)는 실린더 이외에 길이가 가변될 수 있는 것이라면 종래의 공지된 다양한 구성 및 구조로 이루어질 수 있다.
상기 간격조절부재(33)의 길이 변화에 의해 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)는 힌지결합된 상기 붐대(13)를 기준으로 회전하면서 경사각 및 사이 간격이 조절되게 된다.
구체적으로 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 간격조절부재(33)의 길이를 변화시키게 되면 상기 붐대(13)에 힌지결합된 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32)가 회전하게 되고, 이로 인해 상기 노즐(20)의 양측에 배치된 상기 제1판부재(31) 및 제2판부재(32)의 경사각과 간격이 변경되고, 궁극적으로 상기 제1판부재(31)와 제2판부재(32) 사이를 통해 하방향으로 이동하는 공기의 속도 및 유량이 조절되게 된다.
그외 다른 사항은 제1실시예, 제2실시예와 동일 유사하기 때문에, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명인 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10 : 드론본체, 11 : 회전날개, 12 : 약액통, 13 : 붐대,
20 : 노즐,
30 : 가이드부재, 31 : 제1판부재, 32 : 제2판부재, 33 : 간격조절부재.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 회전날개가 장착되고, 약액통이 장착된 드론본체와;
    상기 회전날개보다 하부에서 상기 드론본체에 장착된 붐대와;
    상기 회전날개보다 하부에서 상기 붐대에 장착되고, 상기 약액통으로부터 약액을 하방향으로 분사하는 노즐과;
    상기 노즐을 기준으로 양측에 배치되면서 상기 붐대에 장착되는 가이드부재;를 포함하여 이루어지되,
    상기 가이드부재는 상기 회전날개의 하부에서 발생하는 선회유동을 하향풍으로 변경하여 상기 노즐에서 분사되는 약액이 하방향으로 가속되어 분사되도록 유도하며,
    상기 가이드부재는, 제1판부재와 제2판부재를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1판부재와 제2판부재는 상기 노즐의 양측에서 상호 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론.
  3. 청구항2에 있어서,
    상기 제1판부재 및 제2판부재는 상기 노즐의 양측에서 경사지게 배치되되,
    상기 제1판부재와 제2판부재의 사이 간격은 하방향으로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론.
  4. 청구항2에 있어서,
    상기 가이드부재는,
    상기 제1판부재와 제2판부재의 간격을 조절하는 간격조절부재;를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론.
  5. 청구항4에 있어서,
    상기 간격조절부재는 상기 붐대에서 서로 반대방향으로 신장되게 장착된 2개의 실린더로 이루어지되,
    2개의 상기 실린더는 각각 상기 제1판부재와 제2판부재에 결합되어,
    상기 실린더의 길이 변화시 상기 제1판부재와 제2판부재의 사이 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론.
  6. 청구항4에 있어서,
    상기 제1판부재 및 제2판부재는 상기 붐대에 회전 가능하게 힌지 결합되고,
    상기 간격조절부재는 상기 제1판부재와 제2판부재 사이에서 상기 제1판부재와 제2판부재에 장착되되,
    상기 간격조절부재의 길이 변화에 의해 상기 제1판부재와 제2판부재는 힌지결합된 상기 붐대를 기준으로 회전하면서 경사각 및 사이 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 비산 저감을 위한 가이드부재가 장착된 농업용 드론.
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