KR102275445B1

KR102275445B1 - 멀티콥터형 드론장치

Info

Publication number: KR102275445B1
Application number: KR1020200009692A
Authority: KR
Inventors: 이관중; 임대진; 권순명; 강세권
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-07-08

Abstract

본 발명은 본체와 복수의 프로펠러를 구비한 드론장치에 있어서: 상기 본체에 일단이 틸팅가능하도록 연결되며, 상기 본체를 기준로 대향하도록 배치되는 적어도 한쌍의 제1가변모터암; 일단이 상기 제1가변모터암의 타단에 틸팅가능하도록 연결되며, 드론의 착륙시에 바닥을 지지하는 랜딩기어가 타단에 설치된 제2가변모터암; 및 상기 제2가변모터암에 설치되는 틸팅 프로펠러;를 포함하고, 착륙시에는 상기 제1가변모터암이 하방으로 틸팅되고 상기 제2가변모터암이 상방으로 틸팅되어 상기 랜딩기어가 바닥면에 대해 수평이 되어 바닥에 대하여 지지하며, 비행시에는 상기 제1가변모터암이 상방으로 틸팅되고 상기 제2가변모터암이 하방으로 틸팅되어 상기 틸팅 프로펠러가 아래쪽으로 양력을 제공하는 드론장치에 관한 것입니다.

Description

멀티콥터형 드론장치{MULTICOPTER DRONE DEVICE}

본 발명은 멀티콥터형 드론장치에 관한 것으로서, 구체적으로 랜딩기어가 비행에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 멀티콥터형 드론장치에 관한 것이다.

드론장치는 무인 항공체로서 최근 다양한 분야에 이용되고 있다. 예컨대, 군사분야에서 정찰 및 공격용으로 이용되거나, 민간분야에서 항공촬영이나 무인택배 등 활용폭이 커지고 있다.

드론장치는 일반적인 비행기와 같이 양쪽에 날개를 구비한 고정익 방식과 프로펠러를 이용하여 비행하는 회전익 방식으로 분류할 수 있다. 고정익 방식의 드론장치는 고도 제한이 적고, 빠른 비행이 가능하다는 장점이 있나 활주로가 필요하다는 문제가 있다. 이에 비해 회전익 방식의 드론장치는 활주로가 필요 없고, 수직 방향 및 수평 방향으로의 이동이 자유롭다는 점에서 현재 많은 분야에서 활용되고 있다.

회전익 방식의 드론장치는 활주로가 필요없지만, 별도의 이착륙을 위한 랜딩기어가 필요하다. 그런데 랜딩기어가 설치된 경우 드론장치의 무게가 증가되고, 하부공간을 크게 차지하여 공간효율성이 떨어진다. 무엇보다 회전익 방식의 드론장치는 프로펠러로 아래쪽으로 공기를 유동시켜서 비행하는 것인데, 랜딩기어가 하방으로의 공기 유동을 간섭하여 비행 성능이 저하되며, 비행방향으로도 항력을 발생시키는 요인이 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 접이식 랜딩기어를 이용하는 방안이 제시되었다. 접이식 랜딩기어를 이용할 경우, 위의 문제는 해결할 수 있으나, 랜딩기어의 무게가 오히려 더 증가되고, 이륙후에는 어떠한 기능도 하지 못한다. 또한, 접이식 랜딩기어도 결국 드론장치의 하부에 배치되어 드론장치의 공간효율성을 증가시키지 못한다.

본 발명의 일 목적은 랜딩기어를 구비하되, 구비된 랜딩기어가 드론장치의 비행이나 공간효율성을 저해하지도 않는 구조를 가지는 드론장치를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

위와 같은 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 예는 본체와 복수의 프로펠러를 구비한 드론장치에 있어서: 상기 본체에 일단이 틸팅가능하도록 연결되며, 상기 본체를 기준로 대향하도록 배치되는 적어도 한쌍의 가변모터암; 일단이 상기 제1가변모터암의 타단에 틸팅가능하도록 연결되며, 드론의 착륙시에 바닥을 지지하는 랜딩기어가 타단에 설치된 제2가변모터암; 및 상기 제2가변모터암에 설치되는 틸팅 프로펠러;를 포함하고, 착륙시에는 상기 제1가변모터암이 하방으로 틸팅되고 상기 제2가변모터암이 상방으로 틸팅되어 상기 랜딩기어가 바닥면에 대해 수평이 되어 바닥에 대하여 지지하며, 비행시에는 상기 제1가변모터암이 상방으로 틸팅되고 상기 제2가변모터암이 하방으로 틸팅되어 상기 틸팅 프로펠러가 아래쪽으로 양력을 제공한다.

일 예에 있어서, 착륙시에 상기 제2가변모터암이 상방으로 틸팅되는 과정에서 상기 틸팅 프로펠러가 상기 제1가변모터암에 닿지 않도록 상기 틸팅 프로펠러는 상기 제2가변모터암의 하부에 설치될 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 랜딩기어는 비행시에 상기 틸팅 프로펠러의 회전 반경의 외측을 가이드 하도록 위치하여 상기 틸팅 프로펠러를 보호하는 역할을 수행될 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 제2가변모터암은 비행중에 상방 또는 하방으로 틸팅되어 드론장치의 자세를 제어할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 드론장치는 헥사콥터로서, 4개의 고정 프로펠러와 2개의 틸팅 프로펠러를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 드론장치는 착륙시에는 제1가변모터암이 하방으로 틸팅되고 제2가변모터암이 상방으로 틸팅되어 랜딩기어가 바닥면에 대해 수평이 되어 바닥에 대하여 지지하며, 비행시에는 제1가변모터암이 상방으로 틸팅되고 제2가변모터암이 하방으로 틸팅되어 틸팅 프로펠러가 아래쪽으로 양력을 제공한다. 이로써 본 발명의 일 예에 따른 드론장치는 하부에 랜딩장치가 위치하지 않아 공간효율성이 증가되며 프로펠러에 의한 공기유동을 저해하지 않으며, 랜딩기어를 최소화하여 무게를 낮추고 오히려 틸팅 프로펠러를 이용하여 추가적인 양력을 제공하여 드론장치의 비행능력을 향상시킬 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 드론장치의 개략적 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 드론장치의 착륙시의 개략적 평면도이며, 도 3는 본 발명의 일 예에 따른 드론장치의 착륙시의 개략적 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 예에 따른 드론장치의 착륙시의 개략적 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 드론장치의 비행시의 개략적 평면도이며, 도 6은 본 발명의 일 예에 따른 드론장치의 비행시의 개략적 정면도이고, 도 7은 본 발명의 일 예에 따른 드론장치의 비행시의 개략적 측면도이다.
※첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 드론장치(100)의 개략적 사시도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 예에 따른 드론장치(100)에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 일 예에 따른 드론장치(100)는 본체(10), 복수의 프로펠러(41, 51) 및 랜딩기어(60)를 포함한다. 여기서는 프로펠러가 총 6개인 헥사콥터형 드론장치를 기준으로 설명하나, 프로펠러의 6개 이상인 옥토콥터나 그 이상인 것에도 적용가능하다.

본체(10)에는 드론장치(100)의 위치를 특정지어주는 GPS(11), 드론장치(100)를 제어하는 제어장치(12)가 설치된다. 여기에 표시하지는 않았으나, 전원부와 통신부를 포함하는 것은 당연하다. 본 발명의 드론장치(100)는 2가지 종류의 프로펠러(41, 51)로 구성된다. 하나는 고정 프로펠러(41)이며, 다른 하나는 틸팅 프로펠러(51)이다.

고정 프로펠러(41)는 통상적으로 드론장치에서 이용되는 것으로서, 본체(10)에 고정모터암(31)에 의해 연결된다. 고정 프로펠러(41)는 회전모터(42)에 의해 회전된다.

틸팅 프로펠러(51)는 고정모터암이 아닌 가변모터암(31, 33)에 의해 본체(10)에 연결된다.

제1가변모터암(31)은 본체(10)를 기준으로 대향하도록 한쌍 이상이 배치된다. 제1가변모터암(31)은 일단이 본체(10)에 제1틸팅모터(32)에 의해 R₁ 방향으로 틸팅된다. 즉, 제1가변모터암(31)의 일단을 기준으로 제1가변모터암(31)이 상하로 회전한다.

제1가변모터암(31)의 타단에는 제2가변모터암(33)이 연결된다. 제2가변모터암(33)은 일단이 제1가변모터암(31)에 제2틸팅모터(34)에 의해 R₂ 방향으로 틸팅된다. 즉, 제2가변모터암(33)의 일단을 기준으로 제2가변모터암(33)이 상하로 회전한다.

제2가변모터암(33)의 일단, 즉 제1가변모터암(31)과 연결되는 부분에는 틸팅 프로펠러(51)가 설치된다. 틸팅 프로펠러(51)는 회전 모터(52)에 의해 회전한다. 이때, 틸팅 프로펠러(51)는 제2가변모터암(33)이 상방으로 틸팅되는 과정에서 틸팅 프로펠러(51)가 제1가변모터암(31)에 닿지 않도록 제2가변모터암(33)의 하부에 설치될 수 있다.

제2가변모터암(33)의 타단에는 랜딩기어(60)가 설치된다. 랜딩기어(60)는 드론장치(100)의 착륙시에 바닥을 지지하는 프레임을 의미한다. 랜딩기어(60)는 안정적인 착륙을 위해 틸팅 프로펠러(51)의 최하단부보다 낮은 위치에 설치된다. 한편, 랜딩기어(60)는 틸팅 프로펠러(51)의 회전 반경의 외측을 가이드 하도록 설치된다. 즉, 랜딩기어(60)는 틸팅 프로펠러(51)의 회전반경보다 지름이 조금 더 큰 원호 형태로 틸팅 프로펠러(51)의 외측에 설치된다.

가변모터암(31, 33)은 틸팅모터(32, 34)에 의해 능동적으로 상하 방향(R₁, R₂)으로 움직인다. 가변모터암(31, 33)의 움직임에 대해서는 착륙시(도 2 내지 도 4 참조)와 비행시(도 5 내지 도 7 참조)로 나누어 설명하도록 한다.

먼저, 착륙시를 살펴보도록 한다.

착륙시에는 제1가변모터암(31)이 하방으로 틸팅된다. 이와 동시에 제2가변모터암(33)이 상방으로 틸팅된다. 제2가변모터암(33)이 상방으로 틸팅되는 것은 틸팅 프로펠러(51) 및 랜딩기어(60)가 바닥면에 수평한 상태를 유지하여 안정적인 착륙을 유도하기 위한 것이다. 따라서 착륙시의 제2가변모터암(33)의 움직임은 제1가변모터암(31)의 움직임에 종속된다. 만일 이때 틸팅 프로펠러(51)가 상부를 향해 설치되어 있다면, 제1가변모터암(31)이 하방으로 틸팅되는 과정에서 틸팅 프로펠러(51)의 회전이 제1가변모터암(31)에 의해 방해될 수 밖에 없다. 따라서 본 발명의 드론장치(100)와 같이, 틸팅 프로펠러(51)는 하부를 향해 설치되는 것이 바람직하다.

제1가변모터암(31)이 하방으로 틸팅되고 제2가변모터암(33)이 상방으로 틸팅되면, 랜딩기어(60)가 드론장치(100)의 최하단부에 위치한다. 즉, 이 상태로 프로펠러(41, 51)의 동력을 낮춰 드론장치(100)가 착륙한다.

본 발명의 드론장치(100)는 랜딩기어(60)가 평면도 상에서 최외측에 위치하므로, 드론장치(100)의 하부공간에 영상촬영장치 등을 설치할 수 있는 공간을 충분히 확보할 수 있다.

다음으로 비행시를 살펴보도록 한다.

드론장치(100)가 바닥면에서 이륙한 경우 제1가변모터암(31)이 상방으로 틸팅되고, 제2가변모터암(33)이 하방으로 틸팅된다. 제2가변모터암(33)이 하방으로 틸팅되는 되는 것은 틸팅 프로펠러(51)와 랜딩기어(60)가 바닥면에 수평한 상태를 유지하여 안정적인 비행을 유도하기 위한 것이다. 따라서 비행시의 제2가변모터암(33)의 움직임은 제1가변모터암(31)의 움직임에 종속된다.

상술한 움직임을 통해 틸팅 프로펠러(51)는 비행시에 아래쪽으로 양력을 제공한다. 즉, 접이식 랜딩기어가 비행시에 불필요한 무게 증가 요인이 되는 것과 달리 본 발명의 드론장치(100)는 틸팅 프로펠러(51)에 의해 추가적인 양력을 제공받아 불필요한 무게증가가 없다는 장점이 있다. 특히, 랜딩기어(60)는 비행시에 틸팅 프로펠러(51)의 외측을 가이드하는 역할을 하는 바, 본 발명의 드론장치(100)의 경우 비행시에 아무런 역할을 하지 않는 불필요한 구성이 존재하지 않는다.

비행시에는 제1가변모터암(31)과 제2가변모터암(33)이 수평하게 펴진 상태가 된다. 이때 외부에서 바람이 불어오거나, 혹은 좀 더 빠르게 비행할 필요가 있는 경우에는 제2가변모터암(33)이 비행중에 상방 또는 하방으로 틸팅되어 드론장치(100)의 자세를 제어하게 된다. 즉, 제2가변모터암(33)을 상방 또는 하방으로 틸팅하여 틸팅 프로펠러(51)에 의한 양력을 이용하는 것이다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims

본체와 복수의 프로펠러를 구비한 드론장치에 있어서:
상기 본체에 일단이 틸팅가능하도록 연결되며, 상기 본체를 기준로 대향하도록 배치되는 적어도 한쌍의 제1가변모터암;
일단이 상기 제1가변모터암의 타단에 틸팅가능하도록 연결되며, 드론의 착륙시에 바닥을 지지하는 랜딩기어가 타단에 설치된 제2가변모터암; 및
상기 제2가변모터암에 설치되는 틸팅 프로펠러;를 포함하고,
착륙시에는 상기 제1가변모터암이 하방으로 틸팅되고 상기 제2가변모터암이 상방으로 틸팅되어 상기 랜딩기어가 바닥면에 대해 수평이 되어 바닥에 대하여 지지하며, 비행시에는 상기 제1가변모터암이 상방으로 틸팅되고 상기 제2가변모터암이 하방으로 틸팅되어 상기 틸팅 프로펠러가 아래쪽으로 양력을 제공하고,
착륙시에 상기 제2가변모터암이 상방으로 틸팅되는 과정에서 상기 틸팅 프로펠러가 상기 제1가변모터암에 닿지 않도록 상기 틸팅 프로펠러는 상기 제2가변모터암의 하부에 설치되는 드론장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 랜딩기어는 비행시에 상기 틸팅 프로펠러의 회전 반경의 외측을 가이드 하도록 위치하여 상기 틸팅 프로펠러를 보호하는 역할을 수행하는 드론장치.
제1항에 있어서,
상기 제2가변모터암은 비행중에 상방 또는 하방으로 틸팅되어 드론장치의 자세를 제어하는 드론장치.
제1항에 있어서,
상기 드론장치는 헥사콥터로서, 4개의 고정 프로펠러와 2개의 틸팅 프로펠러를 구비하는 드론장치.