KR102282416B1 - 리액션 휠을 구비한 농업용 드론 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 농업용 드론은, 프레임(10); 상기 프레임(10)의 중앙에서 서로 반대 방향으로 회전되는 제1 동축 반전 로터(100a) 및 제2 동축 반전 로터(100b); 상기 제1 동축 반전 로터(100a) 및 제2 동축 반전 로터(100b)의 주변에서 회전되며 상기 프레임(10)의 비행 자세를 제어하는 제어 로터(310); 상기 제1 동축 반전 로터(100a)의 외주연에 마련되는 제1 리액션 휠(200a); 상기 제2 동축 반전 로터(100b)의 외주연에 마련되는 제2 리액션 휠(200b); 을 포함할 수 있다.

Description

리액션 휠을 구비한 농업용 드론{AGRICULTURAL DRONE INCLUDING A REACTION WHEEL}
본 발명은 농약 살포를 위한 농업용 드론에 관한 것이다.
농약을 살포하기 위하여 농약의 무게로 인하여 이륙 중량이 증대된 농업용 드론이 요구된다. 한편, 드론에 저장된 농약이 살포되면 드론의 무게 중심이 변화되므로 무게 변화에 따른 비행 자세의 안정적 유지가 어려울 수 있다.
따라서, 이륙 중량이 증대되고, 무게 중심의 이동에도 불구하고 안정적인 비행 자세를 유지할 수 있는 농업용 드론의 개발이 필요하다.
본 발명의 농업용 드론은, 프레임; 상기 프레임의 중앙에서 서로 반대 방향으로 회전되는 제1 동축 반전 로터 및 제2 동축 반전 로터; 상기 제1 동축 반전 로터 및 제2 동축 반전 로터의 주변에서 회전되며 상기 프레임의 비행 자세를 제어하는 제어 로터; 상기 제1 동축 반전 로터의 외주연에 마련되는 제1 리액션 휠; 상기 제2 동축 반전 로터의 외주연에 마련되는 제2 리액션 휠; 을 포함할 수 있다.
상기 제1 리액션 휠 및 상기 제2 리액션 휠은 상기 제1 동축 반전 로터 및 제2 동축 반전 로터와 동중심축이며, 서로 동일한 링 형상이고, 서로 동일한 직경을 가질 수 있다.
본 발명은 동축 반전 로터를 장착하여 이륙 하중을 증대시킬 수 있다. 동축 반전 로터는 서로 반대 방향으로 회전하므로 토크 상쇄를 위한 날개의 동작이 불필요할 수 있다. 따라서, 구동 에너지를 동축 반전 로터에 집중시킬 수 있고, 자세 제어에 소모되는 에너지의 비효율을 극복할 수 있다.
한편, 동축 반전 로터는 농약 살포에 따른 무게 중심의 변화에 영향을 덜 받을 수 있으므로 무게 중심 변화에 대응하기 위한 비행 자세 제어용 에너지의 소모가 불필요하고, 비행 안정성의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 동축 반전 로터는 날개의 직경이 크며, 동축 반전 로터의 외주연에 리액션 휠을 장착하면, 회전 관성이 증대되므로 비행 안정성을 향상시키고 무게 중심 변화에 덜 영향을 받을 수 있다.
동축 반전 로터에 마련되는 리액션 휠은 마치 플라이휠과 같이 회전 관성을 증대시키므로 농약 살포에 필요한 제자리 비행시 호버링(Hovering) 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 농업용 드론의 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 농업용 드론은 프레임(10), 동축 반전 로터, 제어 로터(310), 추진 로터(410) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
동축 반전 로터는 프레임(10)의 중앙에 한 쌍이 마련될 수 있다. 프레임(10)의 무게 중심 위치에 동축 반전 로터가 마련되면, 비행 자세 제어에 필요한 에너지를 덜 소모할 수 있다.
동축 반전 로터는 프레임(10)의 중앙에서 서로 반대 방향으로 회전되는 제1 동축 반전 로터(100a) 및 제2 동축 반전 로터(100b)를 포함할 수 있다. 동축 반전 로터는 반대 방향으로 회전되므로 프레임(10)의 반발 토크를 상쇄할 수 있다. 동축 반전 로터의 회전 관성만으로도 프레임(10)의 자세 안정성이 어느 정도 확보될 수 있다.
전후방 및 좌우측으로 방향 전환을 하기 위하여 제어 로터(310)가 필요할 수 있다. 동축 반전 로터의 피치각을 조절하는 것으로 방향 전환을 할 수 있지만, 구조의 간단화 및 피치 기구 설치에 의한 중량 증가를 회피하기 위하여 동축 반전 로터를 이용하여 방향 전환을 도모하기보다는 별도의 제어 로터(310)를 마련하는 것이 바람직할 수 있다.
제어 로터(310)는 제1 동축 반전 로터(100a) 및 제2 동축 반전 로터(100b)의 주변에서 임의의 속도 및 피치각으로 회전되며 틸팅 정도에 따라 프레임(10)을 임의의 방향으로 움직일 수 있다. 제어 로터(310)는 프레임(10)의 비행 자세를 제어할 수 있다. 도시된 바에 의하면 동축 반전 로터의 네 모퉁이에 4개의 제어 로터(310)가 마련되지만, 이에 한정되지 않고, 제어 로터(310)는 동축 반전 로터의 회전 중심을 기준으로 축대칭 위치에 다양한 개수로 마련될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 프레임(10)에는 농약 탱크, 펌프, 농약 호스 등의 농약 살포를 위한 중량물이 탑재될 수 있다. 농약의 살포 양이나 살포 방향에 따라 프레임(10)은 외력을 받을 수 있다. 프레임(10)에 작용하는 외력을 제어 로터(310)로 감쇄하는 경우 제어 로터 구동부(312)에서 에너지 소모가 발생할 수 있다. 중량의 변화 및 외력의 작용에 대응하기 위하여 리액션 휠을 마련하는 것이 바람직하다. 리액션 휠은 별도의 동력이 없어도 회전 관성에 의하여 프레임(10)의 비행 자세를 안정화시킬 수 있다.
제1 리액션 휠(200a)은 제1 동축 반전 로터(100a)의 외주연에 마련되고, 제2 리액션 휠(200b)은 제2 동축 반전 로터(100b)의 외주연에 마련될 수 있다. 제1 리액션 휠(200a) 및 제2 리액션 휠(200b)은 제1 동축 반전 로터(100a) 및 제2 동축 반전 로터(100b)와 동중심축에 위치할 수 있으며, 서로 동일한 링 형상이고, 서로 동일한 직경을 가질 수 있다.
제1 리액션 휠(200a)과 제2 리액션 휠(200b)은 각각 제1 동축 반전 로터(100a)와 제2 동축 반전 로터(100b)의 회전시 동시에 회전될 수 있다.
한편, 동축 반전 로터를 서로 반대 방향으로 회전시키는 기구 구조를 간단화시켜 농업용 드론의 자중을 줄일 필요가 있다.
본 발명은 한 쌍의 기어와 여기에 공통으로 맞물리는 베벨 기어 구조를 채용하여 구동 기구물을 획기적으로 간단화시킬 수 있다.
제1 동축 반전 로터(100a)에 제1 동축 반전 기어(120a)가 연결될 수 있다. 제2 동축 반전 로터(100b)에 제2 동축 반전 기어(120b)가 연결될 수 있다. 제1 동축 반전 기어(120a) 및 제2 동축 반전 기어(120b)는 서로 동일한 직경 및 동일한 치형을 가질 수 있다. 제1 동축 반전 기어(120a) 및 제2 동축 반전 기어(120b) 사이에 공통 베벨 기어가 맞물리고, 공통 베벨 기어는 동축 반전 로터 구동부(130)에 연결되어 회전할 수 있다.
공통 베벨 기어(미도시)가 회전하면 제1 동축 반전 기어(120a) 및 제2 동축 반전 기어(120b)가 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다. 제1 동축 반전 기어(120a) 및 제2 동축 반전 기어(120b)에 각각 연결된 제1 동축 반전 로터(100a) 및 제2 동축 반전 로터(100b)가 서로 반대 방향으로 동일한 회전 속도로 회전될 수 있다.
동축 반전 로터 구동부(130)는 양력을 증가시키고 중량을 감소시키기 위하여 내연 기관을 포함하는 엔진인 것이 바람직하다. 제어 로터(310)를 구동하는 제어 로터 구동부(312)는 정밀 제어를 위하여 전기로 구동되는 전기 모터가 바람직하다.
제1 동축 반전 기어(120a), 제2 동축 반전 기어(120b) 및 동축 반전 구동부(130) 및 제1 동축 반전 기어(120a), 제2 동축 반전 기어(120b)의 사이에 맞물리는 공통 베벨 기어는 지지 부재(500)에 간편하게 구비될 수 있다.
즉, 지지 부재(500)는 직사각형 형태로 형성될 수 있고, 제1 동축 반전 로터(100a) 및 제2 동축 반전 로터(100b)의 사이에 지지되어서, 제1 동축 반전 기어(120a), 제2 동축 반전 기어(120b) 및 동축 반전 구동부(130) 및 제1 동축 반전 기어(120a), 제2 동축 반전 기어(120b)의 사이에 맞물리는 공통 베벨 기어를 구비할 수 있다.
추진력을 얻기 위한 추진 로터(410)는 연결 부재를 통하여 동축 반전 로터 구동부(130)에 연결될 수 있다. 그러나, 이 실시예에 따르면, 항상 회전하는 동축 반전 로터 대비 추진 로터(410)도 항상 회전되는 문제점이 있을 수 있다. 동축 반전 로터 구동부(130)와 추진 로터(410) 사이에 클러치를 마련하고, 원격 조정기로 클러치를 조작하면 추진 로터(410)의 구동을 독립 제어할 수 있지만, 추진 로터(410)의 회전수를 동축 반전 로터와 별개로 제어할 필요성도 있기 때문에 추진 로터(410) 구동부를 전기 모터 등을 채용하여 별도로 마련할 수 있다.
제어 로터(310)의 피치각이나, 틸팅을 조절하여 추진시키는 것보다 프레임(10)에 수평 방향의 추력을 제공하도록 추진 로터(410)를 프레임(10)의 측면에 장착하는 것이 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.
추진 로터(410)는 프레임(10)의 측면에서 회전되며 프레임(10)을 수평 방향으로 밀어주는 추진력을 발생할 수 있다. 추진 로터(410)가 회전되면 프레임(10)은 전방 또는 후방을 향하는 추진력을 얻을 수 있다.
제1 동축 반전 로터(100a) 및 제2 동축 반전 로터(100b)는 동축 반전 로터 구동부(130)에 의하여 회전되고, 각각의 제어 로터(310)는 각각의 제어 로터 구동부(312)에 의하여 회전되며, 추진 로터(410)는 추진 로터 구동부(412)에 의하여 회전될 수 있다. 동축 반전 로터 구동부(130), 각각의 제어 로터 구동부(312), 및 추진 로터 구동부(412)는 별개로 마련될 수 있다.
10...프레임 100a...제1 동축 반전 로터
100b...제2 동축 반전 로터 120a...제1 동축 반전 기어
120b...제2 동축 반전 기어 130...동축 반전 로터 구동부
200a...제1 리액션 휠 200b...재2 리액션 휠
310...제어 로터 312...제어 로터 구동부
410...추진 로터 412...추진 로터 구동부
500... 지지 부재

Claims (4)

  1. 프레임;
    상기 프레임의 중앙에서 서로 반대 방향으로 회전되는 제1 동축 반전 로터 및 제2 동축 반전 로터;
    상기 제1 동축 반전 로터 및 제2 동축 반전 로터의 주변에서 회전되며 상기 프레임의 비행 자세를 제어하는 제어 로터;
    상기 제1 동축 반전 로터의 외주연에 마련되고 상기 제1 동축 반전 로터의 회전에 따라 함께 회전되는 제1 리액션 휠;
    상기 제2 동축 반전 로터의 외주연에 마련되고 상기 제2 동축 반전 로터의 회전에 따라 함께 회전되는 제2 리액션 휠;
    상기 제1 동축 반전 로터에 연결되는 제1 동축 반전 기어;
    상기 제2 동축 반전 로터에 연결되는 제2 동축 반전 기어;
    를 포함하고,
    상기 제1 리액션 휠 및 상기 제2 리액션 휠은 상기 제1 동축 반전 로터 및 제2 동축 반전 로터와 동중심축이며, 서로 동일한 링 형상이고, 서로 동일한 직경을 가지며,
    상기 제1 동축 반전 기어 및 상기 제2 동축 반전 기어의 사이에는 공통 베벨 기어가 맞물리고,
    상기 공통 베벨 기어는 동축 반전 로터 구동부에 연결되어 회전하며,
    상기 공통 베벨 기어가 회전하면 상기 제1 동축 반전 기어 및 상기 제2 동축 반전 기어가 서로 반대 방향으로 회전하고, 상기 제1 동축 반전 기어 및 상기 제2 동축 반전 기어에 각각 연결된 상기 제1 동축 반전 로터 및 상기 제2 동축 반전 로터가 서로 반대 방향으로 동일한 회전 속도로 회전되는 농업용 드론.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동축 반전 로터와 제2 동축 반전 로터의 사이에는,
    상기 제1 동축 반전 기어, 상기 제2 동축 반전 기어, 상기 공통 베벨기어 및 상기 동축 반전 로터 구동부를 지지하는 지지 부재가 구비되는 농업용 드론.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 측면에서 회전되는 추진 로터가 마련되고,
    상기 추진 로터가 회전되면 상기 프레임은 전방을 향하는 추력을 얻는 농업용 드론.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각각의 제어 로터는 각각의 제어 로터 구동부에 의하여 회전되며,
    상기 추진 로터는 추진 로터 구동부에 의하여 회전되고,
    상기 동축 반전 로터 구동부, 상기 각각의 제어 로터 구동부, 및 상기 추진 로터 구동부는 별개로 마련되는 농업용 드론.
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