KR102276602B1

KR102276602B1 - 복합거동을 위한 전개형 날개 모듈 및 날개 융합형 로봇

Info

Publication number: KR102276602B1
Application number: KR1020200045413A
Authority: KR
Inventors: 조규진; 백상민; 임소정; 채수환; 이대영
Original assignee: 국방과학연구소; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-07-14

Abstract

본 발명의 로봇(200)은 날개 몸체(30)에 한쪽이 고정된 날개 면(40)을 폴딩에서 언폴딩으로 전개하여 공력이 형성되도록 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 쌍으로 하는 날개(20), 풀리 와이어(59)를 상기 폴딩에서 상기 언폴딩(Unfolding)으로 전환시켜 주는 날개 변형 유닛(50) 및 좌/우측 날개(20-1,20-2)에 날개짓을 발생시켜 주는 날개짓 유닛(60)으로 구성된 전개형 날개 모듈(1); 상기 전개형 날개 모듈(1)을 글라이딩 및 플랩핑을 어느 하나의 가동 방식으로 사용하거나 또는 복합거동 방식으로 사용하는 로복 몸체(200-1)를 포함함으로써 종이접기 기반 뼈대를 활용한 날개 메커니즘으로 날개 전개와 저 중량 및 고 내구성의 요구 성능이 모두 충족될 수 있고, 특히 크롤링, 점핑, 글라이딩, 플랩핑 등 복합 거동을 통한 로봇 성능 향상으로 인간 접근이 어렵고 위험한 사고 지역의 수색 및 정찰에 보다 효과적으로 대응하는 특징을 구현한다.

Description

복합거동을 위한 전개형 날개 모듈 및 날개 융합형 로봇{Deployable Wing Module for Multi-modal Locomotion and Wing Fusion Type Robot}

본 발명은 날개 모듈에 관한 것으로, 특히 유연 곡면 기반 종이접기 구조를 활용하여 로봇의 운영에 크롤링(Crawling), 점핑(Jumping), 글라이딩(Gliding), 플랩핑(Flapping)을 활용한 복합거동이 가능한 전개형 날개 모듈에 관한 것이다.

최근 들어 로봇의 활용성 측면에서 로봇에 접목할 수 있는 날개 모듈에 대한 연구개발이 심화되고 있다.

이러한 이유는 로봇 날개는 하나의 고도화된 로봇보다는 다수의 로봇의 동시적인 작동으로 재난, 사고 현장 같은 인간이 접근하기 어렵거나 위험한 지역의 수색 및 정찰에 보다 효과적인 소형 탐사로봇에 적용됨으로써 크롤링(Crawling), 점핑(Jumping), 글라이딩(Gliding), 플랩핑(Flapping)과 같이 곤충의 움직임을 모사한 복합거동 방식이 용이하게 구현될 수 있기 때문이다.

특히 날개 융합형 탐사 로봇은 날개를 이용한 글라이딩(Gliding), 플랩핑(Flapping)이나 날개를 이용하지 않는 크롤링(Crawling), 점핑(Jumping) 중 어느 하나가 주어진 환경에 따라 선택될 수 있고, 이는 다양한 장애물을 더욱 효율적으로 극복할 수 있게 함으로써 수색 및 정찰 임무의 실패 확률을 낮출 수 있기 때문이다.

나아가 날개 융합형 탐사 로봇은 로봇의 이동가능 범위와 에너지 효율을 크게 높일 수 있다.

일례로 날개 융합형 점핑 로봇은 점핑 후 날개를 활용한 활강으로 로봇의 수평 이동 거리를 추가 에너지 소모 없이 증가시킬 수 있고, 특히 높은 위치에서 추락 시 활강을 통해 안전하고 바른 자세로 지면에 착지할 수 있는 장점을 가질 수 있다.

다른 예로 날개 융합형 크롤링 로봇은 로봇이 절벽 같은 지형에서 활강을 활용함으로써 추가 에너지 소모 없이 안전하게 절벽 밑으로 멀리 이동할 수 있는 장점을 가질 수 있다.

또 다른 예로 날개 융합형 플랩핑 로봇은 날개를 활용한 날갯짓이 가능함으로써 로봇의 이동 가능 방향과 범위가 크게 늘어나는 장점을 가질 수 있다.

이와 같이 로봇 날개는 로봇을 날개 융합형 복합거동 로봇으로 전환 시킴으로써 로봇, 특히 소형 탐사 로봇의 에너지 효율, 안전성, 그리고 이동 가능 범위를 높이는데 기여 할 수 있다.

국내등록특허 제 10-2019-0002909

하지만, 상기 로봇 날개는 날개가 갖추어야 할 조건을 충족시킬 수 있어야 하는 기술적 어려움이 해소되어야 한다.

첫째로 날개 전개(Wing Deployment) 측면으로, 이는 날개는 미사용 시 접지 않고 펼쳐 큰 면적을 유지할 때 로봇의 다른 이동방식의 성능을 크게 감소시키므로 로봇의 날개 미사용시 로봇에 작용하는 공기 저항을 최소화시켜 로봇의 다른 이동방식 수행 시 날개가 좁은 면적에 접혀질 수 있어야 함을 요구하기 때문이다. 또한 로봇의 다른 이동방식에서 날개를 사용한 이동방식으로 전환될 때 빠른 거동 전환으로 이동 거리의 손실을 줄여야 하므로 접혀있던 날개가 필요할 때 빠르게 펴져서 공중에서 빠르게 비행을 시작할 수 있어야 함을 요구하기 때문이다.

둘째로 날개 중량(Wing Weight) 측면으로, 이는 날개의 무게가 무거울 때 로봇의 다른 이동방식의 성능을 크게 감소시키므로 날개의 무게를 가볍게 유지시켜 로봇의 다른 이동방식의 성능 저해를 최소화해야 함을 요구하기 때문이다.

셋째로 날개 내구성(Wing Durability) 측면으로, 이는 날개를 사용한 활강 혹은 날갯짓 시 날개에 작용하는 공력이 로봇을 들어 올릴 만큼의 큰 공력으로 작용하므로 이 공력을 효과적으로 견뎌 비행 중 날개가 휘거나 접히지 않아야 함을 요구하기 때문이다.

그러므로 상기 로봇 날개는 복합거동을 위한 날개는 가볍고, 접을 수 있고, 빠르게 펴질 수 있으며, 펴져 있을 때는 큰 힘을 견딜 수 있어야 함이 설계 사항으로 충족되어야 한다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 종이접기 기반 뼈대를 활용한 날개 메커니즘으로 날개 전개와 저 중량 및 고 내구성의 요구 성능이 모두 충족될 수 있고, 특히 다양한 탐사 로봇에 손쉽게 융합되어 크롤링(Crawling), 점핑(Jumping), 글라이딩(Gliding), 플랩핑(Flapping)으로 로봇의 복합거동을 가능하게 함으로써 로봇 성능이 인간 접근이 어렵고 위험한 사고 지역의 수색 및 정찰에 보다 효과적으로 개선되는 전개형 날개 모듈 및 날개 융합형 로봇의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전개형 날개 모듈은 날개 면을 삼각 형상으로 전개시켜 주는 날개와 날개 몸체로 이루어진 날개 유닛, 상기 날개 몸체에 조립되고, 상기 날개의 폴딩(Folding), 언폴딩(Unfolding)으로 상기 날개 유닛에 전개 기능을 부여해 주는 날개 변형 유닛, 및 상기 날개와 상기 날개 몸체에 각각 조립되고, 언폴딩(Unfolding)된 상기 날개의 날개짓으로 상기 날개 유닛에 플랩핑(Flapping)의 기능을 부여해 주는 날개짓 유닛이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개는 상기 삼각형상의 밑변을 고정하고, 상기 날개 몸체는 상기 삼각형상의 꼭지 점을 고정하고, 받음각(Angle Of Attack)을 형성한 좌측 날개와 우측 날개가 쌍으로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 좌측 날개와 상기 우측 날개의 각각은 곡선 구조의 곡률 단면을 형성하는 상단 날개, 및 상기 상단 날개의 중간 부위를 관절 구조로 하여 연결된 하단 날개로 이루어지고, 상기 하단 날개는 상기 상단 날개의 아래로 배열된 이중 구조를 형성한다.

바람직한 실시예로서, 상기 상단 날개는 상기 관절 구조로 이어지는 메인 프레임과 보조 프레임으로 이루어지고, 상기 보조 프레임이 상기 관절 구조로 접어지며, 상기 보조 프레임은 상기 메인 프레임에 대해 상방향으로 보조 받음각을 형성한다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개 몸체는 프레임 소켓을 매개로 연결되는 바디 프레임과 테일 프레임으로 이루어지고, 상기 테일 프레임은 상기 바디 프레임에 대해 상방향으로 경사지며, 상기 바디 프레임은 상기 날개 변형 유닛을 장착하고, 상기 테일 프레임은 상기 날개 면이 고정되는 날개 클립을 구비한다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개 변형 유닛은 클러치, 클러치 물림을 위한 회전력을 발생하는 클러치 모터, 클러치 물림 상태에서 상기 클러치를 회전시켜 주는 폴딩 모터, 상기 클러치로 회전되는 풀리, 및 상기 풀리에 의한 감김으로 상기 날개를 폴딩 상태로 전환하거나 풀림으로 상기 날개를 언폴딩 상태로 전환시켜 주는 풀리 와이어로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 클러치 모터와 상기 폴딩 모터 사이에는 기어가 구비되고, 상기 기어는 상기 클러치 모터의 회전을 피니언으로 전달받아 상기 클러치 물림을 형성하도록 랙크의 직선 이동으로 상기 폴딩 모터를 이동시켜 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 클러치 모터는 클러치 모터 홀더와 결합되고, 상기 폴딩 모터는 폴딩 모터 홀더와 결합되며, 상기 클러치 모터 홀더는 상기 날개 몸체에 고정되는 반면 상기 폴딩 모터 홀더는 상기 랙크를 통해 상기 날개 몸체에서 이동된다.

바람직한 실시예로서, 상기 클러치는 상기 폴딩 모터의 폴딩 크라운 기어, 상기 풀리의 풀리 크라운 기어로 구성된다. 상기 풀리는 풀리 커버와 결합되어 자유 회전되고, 상기 풀리 커버는 상기 날개 몸체에 고정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개짓 유닛은 상기 날개짓을 위한 동력을 발생시키는 날개짓 액추에이터, 상기 날개와 상기 날개 몸체에 각각 조립되는 날개 조인트, 및 상기 날개짓 액추에이터와 상기 날개 조인트를 일체화시켜 주는 모터 하우징으로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개짓 액추에이터는 회전력을 발생하는 날개짓 모터, 상기 날개짓 모터에 연결되어 모터 토크를 증폭하는 날개짓 기어, 및 좌측 날개짓 크랭크와 우측 날개짓 크랭크를 쌍으로 하여 상기 날개짓 기어의 회전으로 상기 날개짓을 발생시켜 주는 날개짓 크랭크로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개짓 기어는 상기 날개짓 모터로 회전되는 구동 피니언, 상기 구동 피니언에 의한 회전으로 상기 모터 토크를 1차 증폭하는 중간기어, 및 상기 중간기어에 의한 회전으로 상기 모터 토크를 2차 증폭시켜 상기 날개짓 크랭크에 전달하는 출력 기어로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 중간기어는 상기 구동 피니언과 맞물려 회전되는 제1 컴파운드 기어와 상기 제1 컴파운드 기어의 중앙에 위치된 제1 피니언으로 구성된 종동기어, 및 상기 제1 피니언과 맞물려 회전되는 제2 컴파운드 기어와 상기 제2 컴파운드 기어의 중앙에 위치되어 상기 출력 기어를 회전시켜 주는 제2 피니언으로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개짓 크랭크는 상기 출력 기어의 중심에서 벗어나 오프셋 거리(Offset Distance)를 형성하고, 상기 구동 피니언에 대해 좌우 펼침각을 형성한다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개 조인트는 상기 날개의 날개 어깨 링크와 링크 결합부를 형성하는 날개짓 어깨 링크, 및 상기 날개 몸체의 날개짓 조인트와 커넥터 결합부를 형성하도록 상기 모터 하우징과 일체로 이루어진 날개짓 축 커넥터로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개 어깨 링크는 상기 볼록 중앙부에 인서트 슬릿으로 곡선 구조의 곡률 단면을 갖는 상기 날개와 결합된다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개짓 어깨 링크는 상단 날개 연결부, 하단 날개 연결부, 크랭크 연결부 및 날개짓 축 연결부로 구성되며, 상기 날개 어깨 링크는 볼록 중앙부의 한쪽으로 돌출된 링크 연결부를 상기 상단 날개 연결부와 결합하여 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 상단 날개 연결부는 상기 날개의 상단 날개를 연결하고, 상기 하단 날개 연결부는 상기 날개의 하단 날개를 연결하며, 상기 크랭크 연결부는 상기 날개짓 액추에이터의 날개짓 크랭크를 연결하고, 상기 날개짓 축 연결부는 상기 날개짓 조인트를 연결한다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개짓 조인트는 상기 날개 몸체에 결합된 고정 블록의 날개짓 축을 구비하고, 상기 날개짓 축이 상기 날개짓 축 연결부와 연결되어 상기 날개에 날개짓을 발생시켜 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 날개짓 조인트는 상기 고정 블록에 날개짓 연결 축을 구비하고, 상기 날개짓 연결 축이 상기 모터 하우징에 구비된 상기 날개짓 축 커넥터의 커넥터와 연결되어 상기 날개 몸체를 상기 날개짓 유닛에 고정하여 준다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로봇은 날개 몸체에 한쪽이 고정된 날개 면을 폴딩에서 언폴딩으로 전개하여 공력이 형성되도록 좌측 날개와 우측 날개를 쌍으로 하는 날개, 풀리에 의한 풀리 와이어의 감김으로 상기 좌측 날개와 상기 우측 날개에를 상기 폴딩에서 상기 언폴딩으로 전환시켜 주는 날개 변형 유닛 및 상기 좌측 날개와 상기 우측 날개에 날개짓을 발생시켜 주는 날개짓 유닛으로 구성된 전개형 날개 모듈; 상기 전개형 날개 모듈을 크롤링, 점핑, 글라이딩 및 플랩핑을 어느 하나의 가동 방식으로 사용하거나 또는 복합거동 방식으로 사용하는 로봇 몸체가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 좌/우측 날개는 시트 형태의 단단한 재료 사이에 유연한 재료가 삽입되어 열 압착을 통해 가공되어 종이접기 기반 구조를 제공하고, 상기 날개 면은 천 재질로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 전개형 날개 모듈은 컨트롤러로 제어되고, 상기 컨트롤러는 클러치 모터와 폴딩 모터의 제어로 상기 폴딩과 상기 언폴딩을 전환시켜 주며, 상기 날개짓을 날개짓 모터의 제어로 날개짓 기어와 날개짓 크랭크로 구현 해준다.

바람직한 실시예로서, 상기 로봇 몸체는 소형 탐사 로봇이다.

이러한 본 발명의 로봇에 융합된 복합거동을 위한 전개형 날개 모듈은 적용함으로써 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

일례로 전개형 날개 모듈이 갖는 작용 및 효과는 하기와 같다.

첫째, 로봇 날개가 종이접기 기반 뼈대 적용 날개 메커니즘으로 설계됨으로써 로봇 날개에 요구되는 날개 전개와 저 중량 및 고 내구성이 모두 충족될 수 있다. 둘째, 모터와 와이어를 이용해 날개를 접을 수 있어서 날개를 사용하지 않고 다른 거동을 하고자 하는 로봇의 성능 저해를 줄일 수 있다. 셋째, 날개가 접혀있어 보관이 용이하다. 넷째, 종이접기 기반 곡면 날개가 접힌 상태에서 스스로 펴지는 모멘트를 이용해 빠르게 펴질 수 있어서 공중에서 로봇이 빠르게 비행을 시작할 수 있도록 한다. 다섯째, 날개가 펴져있을 때 곡면 구조와 이중 층 뼈대를 이용해 큰 힘을 견딜 수 있어서 비행 중 날개가 휘거나 접히지 않고 로봇을 들어 올릴 만큼의 큰 공력을 효과적으로 견딜 수 있다.

일례로 로봇에 전개형 날개 모듈이 융합됨으로써 로봇이 갖는 작용 및 효과는 하기와 같다.

첫째, 로봇 날개 설계 요구 조건이 충족됨으로써 가벼운 날개 무게로 로봇이 수행하는 다른 이동방식의 성능 저해가 최소화되며, 필요시 빠르게 날개를 펴서 공중에서 빠르게 비행이 시작될 수 있으면서도 다른 이동방식 수행 시 날개로 인해 로봇에 작용하는 공기 저항을 최소화하고, 로봇 비행 중 공력을 효과적으로 견뎌 날개가 휘거나 접히지 않고 활강 혹은 날갯짓이 가능하다. 둘째, 날갯짓을 할 수 있어서 로봇이 더 먼 거리를 비행할 수 있다. 셋째, 날개를 사용하지 않는 이동, 날개를 사용한 활강, 또는 날갯짓을 선택적으로 수행할 수 있어 다양한 장애물에 따라 각 거동을 선택해 효율적으로 극복하고 원하는 경로로 이동할 수 있다. 넷째, 날개를 활용해 안전하게 착지할 수 있어 로봇 파손의 위험성을 줄일 수 있다. 다섯째, 로봇이 크롤링(Crawling), 점핑(Jumping), 글라이딩(Gliding), 플랩핑(Flapping)을 조합한 복합거동을 구현함으로써 인간 접근이 어렵고 위험한 사고 지역의 수색 및 정찰에 보다 효과적으로 로봇 성능이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합거동을 위한 전개형 날개 모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 복합거동을 위한 전개형 날개 모듈의 우측 방향 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전개형 날개 모듈의 날개 유닛 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 날개 유닛의 날개 구성이며, 도 5는 본 발명에 따른 날개 유닛의 어깨 링크 구성이고, 도 6은 본 발명에 따른 날개 유닛의 날개 폴딩 상태이고, 도 7은 본 발명에 따른 날개 유닛의 날개 몸체 구성이며, 도 8은 본 발명에 따른 날개 유닛의 날개짓 고정 블록 구성이고, 도 9는 본 발명에 따른 날개 변형 유닛 구성도이며, 도 10은 본 발명에 따른 날개 변형 유닛의 폴딩 액추에이터와 폴딩 클러치 구성이며, 도 11은 본 발명에 따른 폴딩 액추에이터와 폴딩 클러치의 작동 상태이고, 도 12는 본 발명에 따른 날개짓 유닛의 날개짓 액추에이터와 날개 조인트 구성이며, 도 13은 본 발명에 따른 날개짓 액추에이터의 사시도이고, 도 14는 본 발명에 따른 날개짓 액추에이터의 레이아웃 예이며, 도 15는 본 발명에 따른 날개 조인트의 사시도이고, 도 16은 본 발명에 따른 날개 조인트의 날개 연결 상태이며, 도 17은 본 발명에 따른 날개짓 액추에이터와 날개 조인트의 조립 상태이고, 도 18은 본 발명에 따른 복합거동을 위한 전개형 날개 모듈이 적용된 날개 융합형 로봇의 예이며, 도 19는 본 발명에 따른 로봇이 날개 변형 유닛의 폴딩 작동(Folding Operation)으로 날개를 접은 상태이고, 도 20은 본 발명에 따른 로봇이 날개 변형 유닛의 언폴딩 작동(Unfolding Operation)으로 날개를 펼친 상태이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전개형 날개 모듈(1)은 날개 유닛(10), 날개 변형 유닛(50) 및 날개짓 유닛(60)으로 구성된다. 특히 상기 날개 변형 유닛(50)은 폴딩 상태에서 언폴딩 상태로 날개 유닛(10)을 펼쳐줌으로써 날개의 전개를 가능하게 하고, 상기 날개짓 유닛(60)은 날개 유닛(10)에 날개짓 기능을 부여함으로써 플랩핑(Flapping)을 가능하게 한다.

그러므로 상기 전개형 날개 모듈(1)은 인간 접근이 어렵고 위험한 사고 지역의 수색 및 정찰을 수행하는 다양한 탐사 로봇에 크롤링(Crawling), 점핑(Jumping), 글라이딩(Gliding), 플랩핑(Flapping)의 기능을 제공해 줌으로써 복합거동을 위한 전개형 날개 모듈로 특징된다.

구체적으로 상기 날개 유닛(10)은 날개짓 유닛(60)을 중심으로 연결되어 종이접기 기반 구조를 형성하는 좌측 날개(20-1)와 우측 날개(20-2)로 이루어진 날개(20), 날개짓 유닛(60)에 연결되어 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 중앙에 배열된 날개 몸체(30), 및 날개 몸체(30)의 끝부위를 고정부위로 하여 좌/우측 날개(20-1,20-2)에서 펼쳐져 공력을 만들어 주는 천 재질의 날개 면(40)으로 구성된다.

특히 상기 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 각각은 받음각(Angle Of Attack)(A)을 형성함으로써 활강 시 양력으로 공력을 높여 준다. 또한 상기 날개 면(40)은 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 밑변으로 하고 날개 몸체(30)를 꼭지 점으로 하여 삼각형상으로 펼쳐진다.

그러므로 상기 날개 유닛(10)은 비행 중 공력이 작용하는 방향으로 더 큰 힘을 견딜 수 있는 종이접기 기반 구조 날개로 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 접힘 시 날개 면(40)을 접어 줄 수 있고, 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 전개 시 압착을 통해 가공되어 스스로 펴지려는 모멘트를 발생하는 날개 면(40)을 펼쳐 날개짓 없는 활강이 가능하다.

구체적으로 상기 날개 변형 유닛(50)은 날개 유닛(10)의 날개 몸체(30)에 조립되어 장착되고, 회전을 통해 풀리 와이어(59)를 감거나 풀어 줌으로써 좌/우측 날개(20-1,20-2)와 날개 몸체(30) 및 날개 면(40)에 대한 날개 폴딩/언폴딩 메커니즘을 제공함으로써 전개형 날개를 접거나 펼 수 있게 한다.

구체적으로 상기 날개짓 유닛(60)은 날개 유닛(10)의 좌/우측 날개(20-1,20-2)와 날개 몸체(30) 중 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 좌우측으로 연결하고, 날개 몸체(30)를 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 중앙으로 연결하며, 모터 회전력을 복수의 기어 및 링크 기구로 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 날개짓으로 변환시켜 준다.

그러므로 상기 날개짓 유닛(60)은 좌/우측 날개(20-1,20-2)에 날갯짓을 부여해 주는 날갯짓 메커니즘을 제공함으로써 미 작동 시 날개 면(40)으로 활강이 이루어지는 좌/우측 날개(20-1,20-2)가 작동 시 전개 상태에서 날갯짓을 할 수 있도록 한다.

한편, 도 3 내지 도 8은 상기 전개형 날개 모듈(1)을 구성하는 날개 유닛(10)에 대한 상세 구성을 나타낸다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 날개(20)는 상단 날개(21)와 하단 날개(25)를 공통 구성요소로 하는 한 쌍의 좌/우측 날개(20-1,20-2)로 이루어진다.

구체적으로 상기 상단 날개(21)는 일정한 폭으로 형상 변화가 없는 직사각형상의 메인 프레임(22), 끝쪽으로 갈수록 폭이 좁아져 테이퍼 형상을 변화되는 보조 프레임(23)으로 이루어지고, 상기 메인 프레임(22)은 일측에 날개 어깨 링크(27)를 결합하면서 타측에 보조 프레임(23)을 연결하며, 상기 보조 프레임(23)은 메인 프레임(22)과 연결 부위를 이용하여 메인 프레임(22)의 안쪽으로 접어진다. 특히 상기 보조 프레임(23)은 메인 프레임(22) 대비 보조 받음각(a)을 더 형성하여 준다.

그리고 상기 하단 날개(25)는 상단 날개(21)의 아래쪽으로 위치되고, 상단 날개(21)의 메인 프레임(22)과 같이 일정한 폭으로 형상 변화가 없는 직사각 형상으로 이루어진다. 특히 상기 하단 날개(25)는 일측에 날개짓 어깨 링크(66)(도 15 참조)를 결합하면서 타측에 메인 프레임(22)을 연결한다.

나아가 상기 메인 프레임(22)은 날개 어깨 링크(27) 및 보조 프레임(23)과 연결부에 핀 홀(24)이 천공되고, 상기 보조 프레임(23)에는 메인 프레임(22)과 연결부에 핀 홀(24)이 천공되며, 상기 하단 날개(25)는 날개짓 어깨 링크(66)(도 15 참조) 및 메인 프레임(22)과 연결부에 핀 홀(24)이 천공된다. 이 경우 상기 핀 홀(24)은 핀 또는 리벳이 결합되는 장소로 제공된다.

특히 상기 상단 날개(21)와 상기 하단 날개(25)는 시트 형태의 단단한 재료 사이에 유연한 재료가 삽입되어 열 압착을 통해 가공됨으로써 각 종이접기 기반 구조가 가능하도록 유연한 재료가 관절 역할을 하며 시트 형태로 제작되어 가벼워 중량 감소에 유리하다. 또한 상기 상단 날개(21)의 상부 종이접기 기반 구조와 상기 하단 날개(25)의 하부 종이접기 기반 구조는 관절의 위치가 어긋나있어 비행 중 공력이 작용하는 방향으로 더 큰 힘을 견딜 수 있도록 한다.

나아가 상기 상단 날개(21)와 상기 하단 날개(25)는 상부 연결부와 하부 연결부가 겹쳐져 조립되어 각 종이접기 기반 구조를 형성하고, 상기 상단 날개(21)는 곡선 구조(R)로 이루어짐으로써 날개 어깨 링크(27)와 조립 시 날개 어깨 링크(27)의 곡선형 인서트 슬릿(27-1)에 일치시켜 날개 어깨 링크(27)와 조립된다.

도 5를 참조하면, 상기 날개 어깨 링크(27)는 핀 홀(28)이 천공된 볼록한 중앙부를 형성하고, 중앙부에 곡선형 인서트 슬릿(27-1)을 형성함으로써 상단 날개(21)의 메인 프레임(22)이 끼워져 조립된다.

특히 상기 날개 어깨 링크(27)는 중앙부의 한쪽으로 중앙부에서 연장된 링크 연결부(29)를 더 구비하고, 상기 링크 연결부(29)는 날개짓 어깨 링크(66)의 상단 날개 연결부(67-1)(도 15 참조)와 연결된다.

도 6을 참조하면, 상기 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 접힘 상태는 상단 날개(21)와 하단 날개(25)가 접혀지되, 상기 상단 날개(21)는 날개 어깨 링크(27)와 조립된 메인 프레임(22)이 그대로 유지된 상태에서 보조 프레임(23)이 하단 날개(25)쪽으로 접혀진다.

도 7을 참조하면, 상기 날개 몸체(30)는 바디 프레임(31)과 테일 프레임(32)을 뼈대로 하면서 프레임 소켓(34), 날개 클립(35) 및 날개짓 조인트(37)를 포함한다.

일례로 상기 바디 프레임(31)과 상기 테일 프레임(32)의 각각은 2개의 원형 로드 바를 쌍으로 나란히 배열하여 이루어지고, 상기 프레임 소켓(34)은 2개의 홀을 이용하여 바디 프레임(31)과 테일 프레임(32)의 일단을 끼워 조립하며, 상기 날개 클립(35)은 테일 프레임(32)의 타단에 끼워져 테일 프레임(32)의 원형 로드바 쌍을 고정하면서 날개 면(40)을 고정하여 준다.

특히 상기 날개 클립(35)은 테일 프레임(32)을 상향 경사시켜 줌으로써 바디 프레임(31)이 전개형 날개 모듈(1)의 몸체를 형성해 주는 반면 테일 프레임(32)이 전개형 날개 모듈(1)의 꼬리 날개를 형성할 수 있도록 한다.

일례로 상기 날개짓 조인트(37)는 날개 몸체(30)의 바디 프레임(31)에 조립되어 날개 몸체(30)를 날개 조인트(60-2)의 날개짓 축 커넥터(65)와 날개짓 어깨 링크(66)(도 17 참조)에 조립시켜 준다.

도 8을 참조하면, 상기 날개짓 조인트(37)는 고정 블록(38), 날개짓 연결 축(39-1) 및 날개짓 축(39-2)으로 구성된다.

일례로 상기 고정 블록(38)은 2개의 원형 로드 바가 끼워지는 수평 배열의 홀을 통해 바디 프레임(31)과 조립되고, 2개를 쌍으로 한 수직 배열의 축 홀(38-1)을 형성하여 날개짓 연결 축(39-1)과 날개짓 축(39-2)이 조립된다. 그러므로 상기 고정 블록(38)은 날개짓 연결 축(39-1)과 날개짓 축(39-2)이 바디 프레임(31)에 대해 직각으로 배열되도록 한다.

일례로 상기 날개짓 연결 축(39-1)은 날개짓 축 커넥터(65)와 축 홀(65B-1)에 끼워져 커넥터(65B)(도 17 참조)와 조립되고, 상기 날개짓 축(39-2)은 날개짓 연결 축(39-1)의 위쪽에서 날개짓 어깨 링크(66)의 날개짓 축 연결부(69)(도 17 참조)에 조립된다.

그러므로 상기 날개짓 조인트(37)는 날개 몸체(30)와 날개짓 유닛(60)을 연결하여 준다. 특히, 상기 날개짓 조인트(37)의 날개짓 축(39-2)은 날개짓 어깨 링크(66)의 링크 구성요소인 상단 날개 연결부(67-1), 하단 날개 연결부(67-2), 크랭크 연결부(68) 및 날개짓 축 연결부(69) 중 날개짓 축 연결부(69)와 조립됨으로써 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)가 날개짓 축 연결부(69)를 통해 하나로 연결될 수 있다.(도 17 참조)

한편, 도 9 내지 도 11은 상기 전개형 날개 모듈(1)을 구성하는 날개 변형 유닛(50)에 대한 상세 구성을 나타낸다.

도 9를 참조하면, 상기 날개 변형 유닛(50)은 날개 유닛(10)의 날개 몸체(30) 중 바디 프레임(31)에 조립되어 장착되고, 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 접거나 펼쳐주기 위한 회전을 발생시켜 주는 폴딩 액추에이터(50-1), 폴딩 액추에이터(50-1)와 결합되어 회전되는 폴딩 클러치(50-2), 및 감김 회전 시 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 잡아 당겨 날개 면(40)을 접어주거나 풀림 회전 시 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 당김을 해제하여 날개 면(40)을 펼쳐주는 풀리 와이어(59)로 구성된다.

그러므로 상기 날개 변형 유닛(50)은 폴딩 액추에이터(50-1)의 시계/반시계방향 회전과 폴딩 클러치(50-2)의 연결/분리 및 풀리 와이어(59)의 감김/풀림을 통해 좌/우측 날개(20-1,20-2)와 날개 몸체(30) 및 날개 면(40)에 대한 날개 폴딩/언폴딩 메커니즘을 제공함으로써 전개형 날개를 접거나 펼 수 있게 한다.

도 10을 참조하면, 상기 폴딩 액추에이터(50-1)는 클러치 모터(51), 폴딩 모터(52), 기어(53), 클러치 모터 홀더(54-1) 및 폴딩 모터 홀더(54-2)로 구성된다. 이 경우 상기 클러치 모터 홀더(54-1) 및 상기 폴딩 모터 홀더(54-2)에는 축 홀(58)이 형성된다.

일례로 상기 클러치 모터(51)는 컨트롤러(100)의 제어로 전원 공급되어 시계/반시계 방향의 회전력을 발생하여 기어(53)를 회전시키고, 상기 폴딩 모터(52)는 컨트롤러(100)의 제어로 전원 공급되어 시계/반시계 방향의 회전력을 발생하여 폴딩 클러치(50-2)의 풀리(56)를 회전시킨다.

일례로 상기 기어(53)는 피니언(53-1)과 랙크(53-2)로 이루어진다. 상기 피니언(53-1)은 클러치 모터(51)의 모터 축에 결합되고, 상기 랙크(53-2)는 폴딩 모터 홀더(54-2)의 외면에 수평하게 형성된다.

일례로 상기 클러치 모터 홀더(54-1)는 클러치 모터(51)를 수직하게 장학하여 주고, 클러치 모터(51)와 피니언(53-1)을 감싸 외부 환경으로부터 보호하며, 폴딩 모터 홀더(54-2)와 결합된다.

구체적으로 상기 폴딩 클러치(50-2)는 클러치(55), 풀리(56), 풀리 커버(57) 및 풀리 와이어(59)로 구성된다. 이 경우 상기 풀리 커버(57)에는 축 홀(58)이 형성된다.

일례로 상기 클러치(55)는 연결/분리되는 폴딩 크라운 기어(55-1)와 풀리 크라운 기어(55-2)로 구성된다. 상기 폴딩 크라운 기어(55-1)는 폴딩 모터(52)에 구비되고, 상기 풀리 크라운 기어(55-2)는 풀리(56)에 구비된다.

일례로 상기 풀리(56)는 날개 유닛(10)의 좌/우측 날개(20-1,20-2)에 고정된 풀리 와이어(59)를 권취하고, 한똑으로 풀리 크라운 기어(55-2)를 구비하는 반면 다른쪽으로 풀리 축(56-1)을 구비하여 자유회전이 가능하다. 상기 풀리 커버(57)는 “U"자 형상으로 풀리(56)를 수용하고, 한쪽 벽 외부로 풀리 크라운 기어(55-2)를 위치시키며 다른쪽 벽에 핀 홀(57-1)을 천공하여 풀리 축(56-1)이 끼워진다.

도 11을 참조하면, 상기 클러치 모터(51)의 회전력은 폴딩 모터(52)의 전후이동을 발생시켜 주고, 상기 폴딩 모터(52)의 회전력은 폴딩 클러치(50-2)의 풀리(56)를 회전시켜 폴딩/언폴딩을 위한 풀리 와이어(59)의 감김/풀림을 발생시켜 준다.

이어 상기 피니언(53-1)은 클러치 모터(51)의 모터 축에 결합되어 클러치 모터(51)로 회전되고, 상기 랙크(53-2)는 폴딩 모터 홀더(54-2)의 외면에 수평하게 형성되어 피니언(53-1)과 맞물림으로써 피니언(53-1)의 시계/반시계 방향 회전으로 폴딩 모터 홀더(54-2)에 장착된 폴딩 모터(52)를 전후 이동시켜 준다.

그러면 상기 폴딩 모터 홀더(54-2)는 내부 공간에 장착된 폴딩 모터(52)를 감싸 외부 환경으로부터 보호하고, 외면에 형성된 랙크(53-2)를 통해 전후 이동됨으로써 폴딩 모터(52)가 전후 이동되도록 한다.

그러므로 상기 클러치(55)는 폴딩 모터(52)의 전방 이동으로 폴딩을 위한 풀리 와이어(59)의 감김을 가능하게 하고, 폴딩 모터(52)의 후방 이동으로 언폴딩을 위한 풀리 와이어(59)의 풀림을 가능하게 한다.

따라서 상기 클러치 모터(51)를 구동하면 피니언(53-1)를 통해 랙 기어 구조의 폴딩 모터 홀더(54-2)를 움직일 수 있다. 구동 방향에 따라 폴딩 모터 홀더(54-2)가 날개 유닛(10)의 날개 몸체(30)를 따라 앞뒤로 움직일 수 있으며 이에 따라 폴딩 크라운 기어(55-1)와 풀리 크라운 기어(55-2)는 맞물리거나 떨어진다.

계속해서 상기 폴딩 모터 홀더(54-2)를 앞으로 이동시키면 폴딩 크라운 기어(55-1)와 풀리 크라운 기어(55-2)는 맞물리고 이때 폴딩 모터(52)의 동력은 폴딩 크라운 기어(55-1)와 풀리 크라운 기어(55-2)를 통해 풀리(56)로 전달된다. 또한 풀리(56)의 회전은 날개 몸체(30)에 연결된 풀리 와이어(59)를 당겨 날개(20)를 접게 한다.

반대로 클러치 모터(51)의 회전 방향을 바꿔 폴딩 모터 홀더(54-2)를 뒤로 이동시키면 폴딩 크라운 기어(55-1)와 풀리 크라운 기어(55-2)는 떨어지고 풀리(56)는 자유롭게 돌게 된다. 이때 날개 몸체(30)는 날개 면(40)에 의해 스스로 펴지려는 모멘트를 내기 때문에 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 접힘 상태가 빠르게 펴질 수 있다.

한편, 도 12 내지 도 17은 상기 전개형 날개 모듈(1)을 구성하는 날개짓 유닛(60)에 대한 상세 구성을 나타낸다.

도 12를 참조하면, 상기 날개짓 유닛(60)은 날개짓 액추에이터(60-1)와 날개 조인트(60-2)로 구성된다.

일례로 상기 날개짓 액추에이터(60-1)는 날개짓 모터(61), 날개짓 기어(62) 및 날개짓 크랭크(63)로 구성되고, 상기 날개 조인트(60-2)는 날개짓 축 커넥터(65)와 날개짓 어깨 링크(66)로 구성된다. 이로부터 상기 날개짓 액추에이터(60-1)는 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 날개짓을 위한 동력을 발생하고, 상기 날개 조인트(60-2)는 날개짓을 위한 동력으로 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 작동시켜 준다.

그러므로 상기 날개짓 액추에이터(60-1)와 상기 날개 조인트(60-2)는 좌/우측 날개(20-1,20-2)와 날개 몸체(30)를 연결하고, 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 날갯짓을 위한 날갯짓 메커니즘을 제공함으로써 전개형 날개 모듈(1)이 플랩핑(Flapping)을 할 수 있도록 한다.

도 13을 참조하면, 상기 날개짓 액추에이터(60-1)는 날개짓 모터(61), 날개짓 기어(62) 및 날개짓 크랭크(63)로 구성된다.

구체적으로 상기 날개짓 모터(61)는 모터 하우징(61A)에 수용되어 외부 환경으로부터 모터 내부가 보호된다. 상기 날개짓 기어(62)는 구동 피니언(62-1), 종동 기어(62-2)와 전달 기어(62-3)의 쌍으로 구성된 중간기어(62-2,62-3) 및 출력 기어(62-4)로 구성되고, 날개짓 모터(61)의 모터 출력으로 작동된다. 상기 날개짓 크랭크(63)는 날개짓 기어(62)와 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 연결하고, 날개짓 기어(62)의 출력으로 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 날갯짓으로 전환시켜 준다.

특히 상기 모터 하우징(61A)은 날개짓 액추에이터(60-1)의 구성요소들이 조립되는 장소를 제공하고, 날개 조인트(60-2)의 구성요소인 날개짓 축 커넥터(65)를 일체로 형성하거나 또는 용접이나 볼트 체결되는 장소를 제공한다.

일례로 상기 구동 피니언(62-1)은 날개짓 모터(61)의 모터 축에 조립되어 모터로 직접 회전된다. 상기 종동 기어(62-2)와 상기 전달 기어(62-3) 및 상기 출력 기어(62-4)는 모터 하우징(61A)에 핀 조인트로 조립된다.

보다 구체적으로 상기 종동 기어(62-2)는 제1 컴파운드 기어(62A)와 제1 피니언(62B)으로 구성되고, 상기 제1 컴파운드 기어(62A)는 구동 피니언(62-1)과 맞물려 회전되며, 상기 제1 피니언(62B)은 제1 컴파운드 기어(62A)의 중앙에 조립된다. 상기 전달 기어(62-3)는 제2 컴파운드 기어(62C)와 제2 피니언(62D)으로 구성되고, 상기 제2 컴파운드 기어(62C)는 제1 피니언(62B)과 맞물려 회전되며, 상기 제2 피니언(62D)은 제2 컴파운드 기어(62C)의 중앙에 조립된다. 상기 출력 기어(62-4)는 좌측 스퍼기어(62E)와 우측 스퍼기어(62F)로 구성되고, 상기 좌측 스퍼기어(62E)와 상기 우측 스퍼기어(62F)는 제2 피니언(62D)의 좌/우측부위와 맞물려 회된다.

일례로 상기 날개짓 크랭크(63)는 좌측 날개짓 크랭크(63-1)와 우측 날개짓 크랭크(63-2)로 구성되고, 상기 좌/우측 날개짓 크랭크(63-1,63-2)의 각각은 한쪽 끝이 핀 조인트(63A)로 좌/우측 스퍼기어(62E,62F)에 조립되고 다른 한쪽 끝은 핀 조인트(63A)로 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)의 크랭크 연결부(68)에 조립된다.

도 14를 참조하면, 상기 날개짓 기어(62)와 상기 좌/우측 날개짓 크랭크(63-1,63-2)의 레이아웃이 예시된다.

일례로 상기 날개짓 기어(62)의 기어 레이아웃 측면에서, 좌/우측 스퍼기어(62E,62F)를 전면에 배치하고, 제2 컴파운드 기어(62C)를 좌/우측 스퍼기어(62E,62F)의 후방으로 배치하며, 제1 컴파운드 기어(62A)를 제2 컴파운드 기어(62C)의 후방으로 배치함으로써 기어 돌출 길이(T)를 최대한 짧게 하여 날개짓 액추에이터(60-1)의 사이즈(Size)가 보다 콤팩트(Compact)하게 구현될 수 있도록 한다.

특히 상기 구동 피니언(62-1)과 상기 제1,2 피니언(62B,62D)은 동일한 사이즈이고, 상기 제1,2 컴파운드 기어(62A,62C)는 동일한 사이즈이며, 상기 좌/우측 스퍼기어(62E,62F)는 동일한 사이즈이다. 다만 기어 사이즈 크기 및 기어이 개수는 피니언(62-1,62B,62D) < 컴파운드 기어(62A,62C) < 스퍼기어(62E,62F)이고, 날개짓 모터(61)의 토크는 구동 피니언(62-1) < 제1 컴파운드 기어(62A) = 제1 피니언(62B) < 제2 컴파운드 기어(62C) = 제2 피니언 (62D) < 스퍼기어(62E,62F) 순으로 증폭된다. 이 경우 “<”는 크기 관계를 나타내는 기호이다.

일례로 상기 좌/우측 날개짓 크랭크(63-1,63-2)의 크랭크 레이아웃 측면에서, 상기 좌/우측 날개짓 크랭크(63-1,63-2)의 각각은 구동 피니언(62-1)과 제1,2 피니언(62B,62D)이 형성한 중심선(L)에 대해 펼침각(K)을 형성하고 더불어 좌/우측 스퍼기어(62E,62F)의 중심에서 벗어나 한쪽 끝쪽 위치를 핀 조인트(63A)의 고정점으로 하는 오프셋 거리(Offset Distance)를 형성한다.

그러므로 상기 좌/우측 날개짓 크랭크(63-1,63-2)는 펼침각(K)과 오프셋 거리(Offset Distance)를 통해 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 날갯짓 움직임이 보다 효율적으로 이루어지도록 한다.

도 15를 참조하면, 상기 날개 조인트(60-2)는 날개짓 축 커넥터(65)와 날개짓 어깨 링크(66)로 구성된다.

일례로 상기 날개짓 축 커넥터(65)는 커넥터 서포트(65A)와 커넥터(65B)로 이루어져 모터 하우징(61A)에 일체로 형성되거나 또는 용접이나 볼트 체결된다. 특히 상기 커넥터(65B)에는 축 홀(65B-1)이 뚫려지고, 상기 축 홀(65B-1)은 날개짓 조인트(37)의 날개짓 축(39-2)을 삽입할 수 있도록 한다.

일례로 상기 날개짓 어깨 링크(66)는 좌측 날개짓 어깨 링크(66A)와 우측 날개짓 어깨 링크(66B)로 쌍을 이루고, 상기 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)의 각각은 상/하단 날개 연결부(67-1,67-2), 크랭크 연결부(68) 및 날개짓 축 연결부(69)를 형성한다. 특히 상기 상/하단 날개 연결부(67-1,67-2)와 상기 크랭크 연결부(68)에는 핀 조인트 홀이 천공되고, 상기 날개짓 축 연결부(69)에는 축 홀이 형성된다.

또한 상기 상단 날개 연결부(67-1)는 수평 형상으로 이루어지고, 상기 하단 날개 연결부(67-2)는 상단 날개 연결부(67-1)에 대해 수평 형상으로 이루어지며, 상기 크랭크 연결부(68)는 하단 날개 연결부(67-2)의 아래쪽에서 수직 형상으로 이루어지고, 상기 날개짓 축 연결부(69)는 상단 날개 연결부(67-1)의 측면쪽에서 수평 형상으로 이루어진다.

그러므로 상기 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)의 날개짓 축 연결부(69)는 날개짓 조인트(37)의 날개짓 축(39-2)이 축홀로 관통하여 커넥터(65B)의 축 홀(65B-1)을 관통하므로 날개짓 축 커넥터(65)와 함께 날갯짓 메커니즘 몸체에 조립되도록 하고, 날갯짓 메커니즘 몸체를 이루는 모터 하우징(61A)은 날개짓 조인트(37)의 날개짓 연결 축(39-1)을 고정하여 날개 몸체(30)가 날개짓 유닛(60)과 조립되도록 한다. 이로부터 상기 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)의 상/하단 날개 연결부(67-1,67-2)는 날개짓 조인트(37)의 날개짓 축(39-2)에 대해 회전될 수 있다.

도 16을 참조하면, 상기 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)의 상단 날개 연결부(67-1)는 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 상단 날개(21)에 결합된 날개 어깨 링크(27)의 링크 연결부(29)와 조립되고, 상기 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)의 하단 날개 연결부(67-2)는 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 하단 날개(25)와 조립된다. 이 경우 상기 상/하단 날개(21,25)는 핀 홀(24)을 이용하여 조립된다.

그러므로 상기 좌/우측 날개(20-1,20-2)는 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)와 두 개의 핀 조인트로 조립된다. 첫 번째는 상단 날개 연결부(67-12)가 날개 어깨 링크(27)의 링크 연결부(29)를 상단 날개 연결부로 하는 상부 종이접기 기반 구조의 상단 날개(21)에 대한 조립이고, 두 번째는 하단 날개 연결부(67-2)가 하부 종이접기 기반 구조의 하단 날개(25)에 대한 조립이다.

그 결과 상기 두 종류 조립 구조는 좌측 날개(20-1)와 좌측 날개짓 어깨 링크(66A) 및 우측 날개(20-2)와 우측 날개짓 어깨 링크(66B)를 각각 닫힌 사절 기구로 구성하여 주고, 날개 어깨 링크(27)를 링크 연결부(29)에 대해 90°회전시키면 상단 날개(21)의 보조 프레임(23)이 메인 프레임(22)과 연결점을 중간 관절부로 하여 접힘으로써 전체 날개가 폴딩 상태로 전환되다. 이 경우 전체 날개의 폴딩 동작은 날개 변형 유닛(50)의 풀리 와이어(59)가 연계된다.

도 17의 날개짓 유닛(60)은 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)가 상단 날개 연결부(67-1), 하단 날개 연결부(67-2), 크랭크 연결부(68) 및 날개짓 축 연결부(69)로 구성되고, 날개짓 조인트(37)의 날개짓 축(39-2)이 날개짓 어깨 링크(66)의 날개짓 축 연결부(69)와 조립됨으로써 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)가 날개짓 축 연결부(69)를 통해 하나로 연결된다.

도시된 날개 유닛(10)과 조립된 날개짓 유닛(60)을 참조하면, 상기 날개짓 유닛(60)의 날개짓 액추에이터(60-1)와 날개 조인트(60-2)를 통한 날갯짓 메커니즘에서 날개짓 모터(61)의 동력 전달 과정은 하기와 같다.

먼저 상기 날개짓 모터(61)의 동력은 구동 피니언(62-1)을 회전시키고, 상기 구동 피니언(62-1)은 제1 컴파운드 기어(62A)를 회전시키며, 상기 제1 컴파운드 기어(62A)는 제1 피니언(62B)을 통해 제2 컴파운드 기어(62C)를 회전시켜 준다.

그러면 상기 제2 컴파운드 기어(62C)는 제2 피니언(62D)을 통해 좌측 스퍼기어(62E)와 우측 스퍼기어(62F)를 회전시키고, 상기 좌측 스퍼기어(62E)는 좌측 날개짓 크랭크(63-1)를 회동시켜 주며, 상기 우측 스퍼기어(62F)는 우측 날개짓 크랭크(63-2)를 회동시켜 준다. 이러한 기어의 회전 전달 과정에서 날개짓 모터(61)의 토크는 증폭되어 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 날개짓을 가능하게 한다.

그 결과 상기 좌측 날개짓 크랭크(63-1)에서 발생되는 회동은 날개 조인트(60-2)의 좌측 날개짓 어깨 링크(66A)에 전달되고 동시에 상기 우측 날개짓 크랭크(63-2)에서 발생되는 회동은 날개 조인트(60-2)의 우측 날개짓 어깨 링크(66B)에 전달됨으로써 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)에서는 상하 반복 움직임이 만들어 진다.

이와 같은 상기 좌/우측 날개짓 어깨 링크(66A,66B)의 상하 반복 움직임은 좌/우측 날개(20-1,20-2)의 날개짓으로 전환됨으로써 날개 면(40)을 펼친 상태에서 좌/우측 날개(20-1,20-2)가 플랩핑(Flapping)을 할 수 있게 된다.

한편 도 18 내지 도 20은 전개형 날개 모듈(1)이 융합된 로봇(200)의 예를 나타낸다.

도 18을 참조하면, 상기 로봇(200)은 전개형 날개 모듈(1)에 융합되어 글라이딩(Gliding), 플랩핑(Flapping) 중 어느 하나 또는 크롤링(Crawling), 점핑(Jumping) 등 복합적인 거동 능력을 부여 받는 로봇 본체(200-1)로 구성된다.

이를 위해 상기 로봇(200)은 로봇 본체(200-1)에 탑재된 컨트롤러(100)로 구성할 수 있다.

일례로 상기 컨트롤러(100)는 날개 변형 유닛(50)의 클러치 모터(51), 폴딩 모터(52), 날개짓 유닛(60)의 날개짓 모터(61)를 제어한다. 나아가 상기 컨트롤러(100)는 카메라나 라이다(도시되지 않음)로 인간 접근이 어렵고 위험한 사고 지역에 대한 3차원 이미지를 얻고, 이를 이용하여 수색 및 정찰에 효과적인 크롤링(Crawling), 점핑(Jumping), 글라이딩(Gliding), 플랩핑(Flapping)으로 전개형 날개 모듈(1)이 운영될 수 있도록 한다.

그러므로 상기 컨트롤러(100)는 로봇을 원격조정하는 원격 컨트롤러이거나 로봇 본체(200-1)에 탑재된 로봇 컨트롤러일 수 있다.

일례로 상기 로봇 본체(200-1)는 전개형 날개 모듈(1)을 로봇 본체(200-1)에 탈/장착할 수 있도록 하고, 이를 위한 탈/장착 구조는 통상적인 두 물체간 결합 및 분리 방식을 적용하나 이는 본원발명의 대상을 벗어나므로 그 설명을 생략한다.

따라서 상기 로봇(200)은 로봇 본체(200-1)를 이용함으로써 하나의 고도화된 로봇보다는 다수의 로봇의 동시적인 작동으로 재난, 사고 현장 같은 인간이 접근하기 어렵거나 위험한 지역의 수색 및 정찰에 보다 효과적인 소형 탐사로봇일 수 있다.

도 19의 날개 폴딩 상태와 도 20의 날개 언폴딩 상태를 각각 참조하면, 상기 로봇(200)은 전개형 날개 모듈(1)을 융합함으로써 인간 접근이 어렵고 위험한 사고 지역의 수색 및 정찰 시 선택적으로 날갯짓을 할 수 있어 필요에 따라 날갯짓 혹은 활강을 할 수 있고, 나아가 하나의 전개형 날개 모듈(1)로써 다른 이동형 로봇에 연결돼 주행-비행 혹은 도약-비행 등 복합거동 이동이 가능하다.

이로부터 상기 로봇(200)은 전개형 날개 모듈(1)로 에너지 효율, 안전성, 그리고 이동 가능 범위를 높일 수 있는 소형 탐사 로봇이 바람직하다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇(200)은 날개 몸체(30)에 한쪽이 고정된 날개 면(40)을 폴딩에서 언폴딩으로 전개하여 공력이 형성되도록 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 쌍으로 하는 날개(20), 풀리(56)에 의한 풀리 와이어(59)의 감김으로 좌/우측 날개(20-1,20-2)를 상기 폴딩에서 상기 언폴딩으로 전환시켜 주는 날개 변형 유닛(50) 및 좌/우측 날개(20-1,20-2)에 날개짓을 발생시켜 주는 날개짓 유닛(60)으로 구성된 전개형 날개 모듈(1); 상기 전개형 날개 모듈(1)을 글라이딩 및 플랩핑을 어느 하나의 가동 방식으로 사용하거나 또는 복합거동 방식으로 사용하는 로봇 몸체(200-1)를 포함함으로써 종이접기 기반 뼈대를 활용한 날개 메커니즘으로 날개 전개와 저 중량 및 고 내구성의 요구 성능이 모두 충족될 수 있고, 특히 크롤링, 점핑, 글라이딩, 플랩핑 등 복합 거동을 통한 로봇 성능 향상으로 인간 접근이 어렵고 위험한 사고 지역의 수색 및 정찰에 보다 효과적으로 대응 할 수 있다.

1 : 전개형 날개 모듈
10 : 날개 유닛 20 : 날개
20-1,20-2 : 좌/우측 날개
21 : 상단 날개 22 : 메인 프레임
23 : 보조 프레임 24,28,57-1 : 핀 홀
25 : 하단 날개 27 : 날개 어깨 링크
27-1 : 인서트 슬릿 29 : 링크 연결부
30 : 날개 몸체 31 : 바디 프레임
32 : 테일 프레임 34 : 프레임 소켓
35 : 날개 클립 37 : 날개짓 조인트
38 : 고정 블록 38-1, 56-1, 58,65B-1 : 축 홀
39-1 : 날개짓 연결 축 39-2 : 날개짓 축
40 : 날개 면
50 : 날개 변형 유닛 50-1 : 폴딩 액추에이터
50-2 : 폴딩 클러치 51 : 클러치 모터
52 : 폴딩 모터 53 : 기어
53-1 : 피니언 53-2 : 랙크
54-1 : 클러치 모터 홀더 54-2 : 폴딩 모터 홀더
55 : 클러치 55-1 : 폴딩 크라운 기어
55-2 : 풀리 크라운 기어 56 : 풀리
56-1 : 풀리 축 57 : 풀리 커버
58 : 축 홀 59 : 풀리 와이어
60 : 날개짓 유닛 60-1 : 날개짓 액추에이터
60-2 : 날개 조인트 61 : 날개짓 모터
61A : 모터 하우징 62 : 날개짓 기어
62-1 : 구동 피니언 62-2 : 종동 기어
62A,62C : 제1,2 컴파운드 기어 62B,62D : 제1,2 피니언
62-3 : 전달 기어 62-4 : 출력 기어
62E,62F : 좌/우측 스퍼기어
63 : 날개짓 크랭크 63-1,63-2 : 좌/우측 날개짓 크랭크
63A : 핀 조인트 65 : 날개짓 축 커넥터
65A : 커넥터 서포트 65B : 커넥터
66 : 날개짓 어깨 링크 66A, 66B : 좌/우측 날개짓 어깨 링크
67-1 : 상단 날개 연결부 67-2 : 하단 날개 연결부
68 : 크랭크 연결부 69 : 날개짓 축 연결부
100 : 컨트롤러
200 : 로봇 200-1 : 로봇 몸체

Claims

날개 면을 삼각 형상으로 전개시켜 주는 날개와 날개 몸체로 이루어진 날개 유닛,
상기 날개 몸체에 조립되고, 상기 날개의 폴딩(Folding), 언폴딩(Unfolding)으로 상기 날개 유닛에 전개 기능을 부여해 주는 날개 변형 유닛, 및
상기 날개와 상기 날개 몸체에 각각 조립되고, 언폴딩(Unfolding)된 상기 날개의 날개짓으로 상기 날개 유닛에 플랩핑(Flapping)의 기능을 부여해 주는 날개짓 유닛이 포함되며,
상기 날개 몸체는 프레임 소켓을 매개로 연결되는 바디 프레임과 테일 프레임으로 이루어지고, 상기 테일 프레임은 상기 바디 프레임에 대해 상방향으로 경사지는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 날개는 상기 삼각형상의 밑변을 고정하고, 상기 날개 몸체는 상기 삼각형상의 꼭지 점을 고정하는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 날개는 받음각(Angle Of Attack)을 형성한 좌측 날개와 우측 날개가 쌍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 3에 있어서, 상기 좌측 날개와 상기 우측 날개의 각각은 곡선 구조의 곡률 단면을 형성하는 상단 날개, 및 상기 상단 날개의 중간 부위를 관절 구조로 하여 연결된 하단 날개로 이루어지고, 상기 하단 날개는 상기 상단 날개의 아래로 배열된 이중 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 4에 있어서, 상기 상단 날개는 상기 관절 구조로 이어지는 메인 프레임과 보조 프레임으로 이루어지고, 상기 보조 프레임이 상기 관절 구조로 접어지는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 5에 있어서, 상기 보조 프레임은 상기 메인 프레임에 대해 상방향으로 보조 받음각을 형성하는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 바디 프레임은 상기 날개 변형 유닛을 장착하고, 상기 테일 프레임은 상기 날개 면이 고정되는 날개 클립을 구비하는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 날개 변형 유닛은 클러치, 클러치 물림을 위한 회전력을 발생하는 클러치 모터, 클러치 물림 상태에서 상기 클러치를 회전시켜 주는 폴딩 모터, 상기 클러치로 회전되는 풀리, 및 상기 풀리에 의한 감김으로 상기 날개를 폴딩 상태로 전환하거나 풀림으로 상기 날개를 언폴딩 상태로 전환시켜 주는 풀리 와이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 9에 있어서, 상기 클러치 모터와 상기 폴딩 모터 사이에는 기어가 구비되고, 상기 기어는 상기 클러치 모터의 회전을 피니언으로 전달받아 상기 클러치 물림을 형성하도록 랙크의 직선 이동으로 상기 폴딩 모터를 이동시켜 주는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 10에 있어서, 상기 클러치 모터는 클러치 모터 홀더와 결합되고, 상기 폴딩 모터는 폴딩 모터 홀더와 결합되며, 상기 클러치 모터 홀더는 상기 날개 몸체에 고정되는 반면 상기 폴딩 모터 홀더는 상기 랙크를 통해 상기 날개 몸체에서 이동되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 9에 있어서, 상기 클러치는 상기 폴딩 모터의 폴딩 크라운 기어, 상기 풀리의 풀리 크라운 기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 9에 있어서, 상기 풀리는 풀리 커버와 결합되어 자유 회전되고, 상기 풀리 커버는 상기 날개 몸체에 고정되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 1에 있어서, 상기 날개짓 유닛은 상기 날개짓을 위한 동력을 발생시키는 날개짓 액추에이터, 상기 날개와 상기 날개 몸체에 각각 조립되는 날개 조인트, 및 상기 날개짓 액추에이터와 상기 날개 조인트를 일체화시켜 주는 모터 하우징으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 14에 있어서, 상기 날개짓 액추에이터는 회전력을 발생하는 날개짓 모터, 상기 날개짓 모터에 연결되어 모터 토크를 증폭하는 날개짓 기어, 및 좌측 날개짓 크랭크와 우측 날개짓 크랭크를 쌍으로 하여 상기 날개짓 기어의 회전으로 상기 날개짓을 발생시켜 주는 날개짓 크랭크로 구성되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 15에 있어서, 상기 날개짓 기어는 상기 날개짓 모터로 회전되는 구동 피니언, 상기 구동 피니언에 의한 회전으로 상기 모터 토크를 1차 증폭하는 중간기어, 및 상기 중간기어에 의한 회전으로 상기 모터 토크를 2차 증폭시켜 상기 날개짓 크랭크에 전달하는 출력 기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 16에 있어서, 상기 중간기어는 상기 구동 피니언과 맞물려 회전되는 제1 컴파운드 기어와 상기 제1 컴파운드 기어의 중앙에 위치된 제1 피니언으로 구성된 종동기어, 및 상기 제1 피니언과 맞물려 회전되는 제2 컴파운드 기어와 상기 제2 컴파운드 기어의 중앙에 위치되어 상기 출력 기어를 회전시켜 주는 제2 피니언으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 16에 있어서, 상기 날개짓 크랭크는 상기 출력 기어의 중심에서 벗어나 오프셋 거리(Offset Distance)를 형성하고, 상기 구동 피니언에 대해 좌우 펼침각을 형성하는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 14에 있어서, 상기 날개 조인트는 상기 날개의 날개 어깨 링크와 링크 결합부를 형성하는 날개짓 어깨 링크, 및 상기 날개 몸체의 날개짓 조인트와 커넥터 결합부를 형성하도록 상기 모터 하우징과 일체로 이루어진 날개짓 축 커넥터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 19에 있어서, 상기 날개 어깨 링크는 볼록 중앙부에 인서트 슬릿으로 곡선 구조의 곡률 단면을 갖는 상기 날개와 결합되는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 19에 있어서, 상기 날개짓 어깨 링크는 상단 날개 연결부, 하단 날개 연결부, 크랭크 연결부 및 날개짓 축 연결부로 구성되며, 상기 날개 어깨 링크는 볼록 중앙부의 한쪽으로 돌출된 링크 연결부를 상기 상단 날개 연결부와 결합하여 주는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 21에 있어서, 상기 상단 날개 연결부는 상기 날개의 상단 날개를 연결하고, 상기 하단 날개 연결부는 상기 날개의 하단 날개를 연결하며, 상기 크랭크 연결부는 상기 날개짓 액추에이터의 날개짓 크랭크를 연결하고, 상기 날개짓 축 연결부는 상기 날개짓 조인트를 연결하는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 22에 있어서, 상기 날개짓 조인트는 상기 날개 몸체에 결합된 고정 블록의 날개짓 축을 구비하고, 상기 날개짓 축이 상기 날개짓 축 연결부와 연결되어 상기 날개에 날개짓을 발생시켜 주는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 23에 있어서, 상기 날개짓 조인트는 상기 고정 블록에 날개짓 연결 축을 구비하고, 상기 날개짓 연결 축이 상기 모터 하우징에 구비된 상기 날개짓 축 커넥터의 커넥터와 연결되어 상기 날개 몸체를 상기 날개짓 유닛에 고정하여 주는 것을 특징으로 하는 전개형 날개 모듈.
청구항 1 내지 6 및 8 내지 24 중 어느 한 항에 의한 전개형 날개 모듈을 갖춘 로봇에 있어서,
상기 전개형 날개 모듈은 날개 몸체에 한쪽이 고정된 날개 면을 폴딩에서 언폴딩으로 전개하여 공력이 형성되도록 좌측 날개와 우측 날개를 쌍으로 하는 날개, 풀리에 의한 풀리 와이어의 감김으로 상기 좌측 날개와 상기 우측 날개를 상기 폴딩에서 상기 언폴딩으로 전환시켜 주는 날개 변형 유닛, 및 상기 좌측 날개와 상기 우측 날개에 날개짓을 발생시켜 주는 날개짓 유닛으로 구성되고;
상기 전개형 날개 모듈을 플랩핑(Flapping) 가동 방식으로 사용하는 로봇 몸체
가 포함되는 것을 특징으로 하는 로봇.
청구항 25에 있어서, 상기 좌측 날개와 상기 우측 날개는 시트 형태의 단단한 재료 사이에 유연한 재료가 삽입되어 열 압착을 통해 가공되어 종이접기 기반 구조를 제공해 주는 것을 특징으로 하는 로봇.
청구항 25에 있어서, 상기 날개 면은 천 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇.
청구항 25에 있어서, 상기 전개형 날개 모듈은 컨트롤러로 제어되고, 상기 컨트롤러는 클러치 모터와 폴딩 모터의 제어로 상기 폴딩과 상기 언폴딩을 전환시켜 주며, 상기 날개짓을 날개짓 모터의 제어로 날개짓 기어와 날개짓 크랭크로 구현 해주는 것을 특징으로 하는 로봇.
삭제
삭제