KR102335485B1 - Quad-flapper capable of controlling yaw moment - Google Patents

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KR102335485B1
KR102335485B1 KR1020210066784A KR20210066784A KR102335485B1 KR 102335485 B1 KR102335485 B1 KR 102335485B1 KR 1020210066784 A KR1020210066784 A KR 1020210066784A KR 20210066784 A KR20210066784 A KR 20210066784A KR 102335485 B1 KR102335485 B1 KR 102335485B1
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gear
frame
lower frame
crank
unit
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KR1020210066784A
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홍성경
티 킴 론 아우
김동현
이석태
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세종대학교산학협력단
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C33/00—Ornithopters
    • B64C33/02—Wings; Actuating mechanisms therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F16H21/18—Crank gearings; Eccentric gearings

Abstract

The present invention provides a quad flapper capable of yaw moment control, which can solve the instability in an existing two-wing flapper. According to an embodiment of the present invention, a quad flapper capable of yaw moment control may comprise: an upper frame; a lower frame spaced apart from the upper frame to face the lower frame; a first gear part or a second gear part formed between the upper frame and the lower frame and provided adjacent to the upper frame or the lower frame; a first driving part or a second driving part provided on the upper frame or the lower frame to drive the first gear part or the second gear part; two pairs of wings connected to the first gear part or the second gear part and driven by flapping; and an elastic unit provided on the lower frame to generate a yaw moment using an elastic force generated by flapping driving of the wings.

Description

요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼{QUAD-FLAPPER CAPABLE OF CONTROLLING YAW MOMENT}Quad flapper with yaw moment control {QUAD-FLAPPER CAPABLE OF CONTROLLING YAW MOMENT}

본 발명은 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄성 에너지를 저장해 다음 플래핑 사이클에 사용할 수 있어 토크와 전력 소모를 줄일 수 있는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 제공한다.The present invention relates to a quad flapper capable of yaw moment control, and more particularly, to provide a quad flapper capable of yaw moment control capable of reducing torque and power consumption by storing elastic energy and using it for the next flapping cycle.

최근 4차 산업 혁명의 한 부분으로 드론의 자율비행 및 자동화 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그에 따라 다양한 분야에서 드론을 포함하는 무인비행체의 활용이 고려되고 있다. 특히, 물류배송과 같은 상업분야에서의 활용이 빠르게 확대되고 있으며, 미국의 아마존, UPS, 독일의 DHL, 중국의 알리바바 등 물류 업체에서 멀티콥터형 드론의 자율비행을 이용한 물류배송 서비스를 시범운영하고 있다.
이처럼 자율비행은 드론을 포함하는 무인비행체의 핵심 기술 요소로 자리 잡고 있으며, 그 중 자동 착륙은 자율 비행 중 높은 수준의 기술을 요구하고 있어 국내외로 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편, 새 또는 곤충의 날개짓을 모방한 비행체인 오니솝터(ornithopter)는 드론 또는 소형 무인비행체의 한 형태로서, 최근 관심이 커지고 있다.
오니솝터와 같은 소형 무인비행체는 큰 비행체는 가지 못하는 좁은 곳을 통과하며 감시 및 정찰 등의 다양한 용도로 활용될 수 있다. 특히, 멀티-플래퍼 비행체는 곤충 또는 새와 비슷한 날개 구동 형태를 가지기 때문에 멀티 콥터 비행체보다 더욱 군용(감시 및 정찰)용도에 적합하다는 장점이 있다. 반면에, 소형 무인비행체 중 멀티 콥터 또는 쿼드 콥터의 요 모멘트는 로터의 회전속도를 조절하여 발생하게 되는데, 이는 제한된 요 모멘트의 발생을 가져온다는 한계가 있다.
한편, 2개의 날개를 가지는 기존의 소형 무인비행체(2-wing flapper)는 순간적인 항력(drag)과 피치 모멘트(pitching moment)가 상쇄 또는 취소되지 않아서 불안전하다는 단점이 있다. 즉, 기존의 2-윙 플래퍼에서는 항력과 피치 모멘트가 매 사이클 마다 상쇄되지만 순간적인 항력과 피치 모멘트는 상쇄시키지 못한다는 문제가 있다.
이러한 2-윙 플래퍼에서의 불안정성을 해결하기 위해 4개의 날개를 가지는 쿼드 플래퍼(quad flapper)가 제안되고 있다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.Recently, as a part of the 4th industrial revolution, research on autonomous flight and automation systems of drones is being actively conducted. Accordingly, the use of unmanned aerial vehicles including drones in various fields is being considered. In particular, its use in commercial fields such as logistics and delivery is rapidly expanding, and logistics companies such as Amazon, UPS, DHL in Germany, and Alibaba in China are piloting logistics delivery services using autonomous flight of multicopter drones. have.
As such, autonomous flight is positioned as a core technology element of unmanned aerial vehicles including drones, and among them, automatic landing requires a high level of technology during autonomous flight, so related research is being actively conducted at home and abroad.
On the other hand, an ornithopter, a flying vehicle that mimics the flapping of wings of a bird or insect, is a form of a drone or a small unmanned aerial vehicle, and interest is growing recently.
A small unmanned aerial vehicle such as the Onisopter can pass through narrow places that a large vehicle cannot and can be used for various purposes such as surveillance and reconnaissance. In particular, the multi-flapper vehicle has the advantage of being more suitable for military (surveillance and reconnaissance) purposes than the multi-copter vehicle because it has a wing drive shape similar to that of an insect or a bird. On the other hand, the yaw moment of a multicopter or quadcopter among small unmanned aerial vehicles is generated by controlling the rotational speed of the rotor, which has a limitation in that it causes a limited yaw moment.
On the other hand, the existing small unmanned aerial vehicle (2-wing flapper) having two wings has a disadvantage in that it is unstable because instantaneous drag and pitching moment are not canceled or canceled. That is, in the conventional two-wing flapper, the drag force and the pitch moment are canceled every cycle, but there is a problem that the instantaneous drag force and the pitch moment cannot be offset.
In order to solve the instability in the two-wing flapper, a quad flapper having four wings has been proposed.
The present applicant has proposed the present invention in order to solve the above problems.

한국등록특허 제10-1350839호(2014.01.07.)Korean Patent No. 10-1350839 (2014.01.07.)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기존의 2-윙 플래퍼에서의 불안정성을 해결할 수 있는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 제공한다.
본 발명은 소형 무인비행체의 부족한 요 모멘트를 보충함으로써 기동력을 원활하게 보완할 수 있는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 제공한다.
본 발명은 탄성에너지를 저장해 다음 사이클에 이용할 수 있기 때문에 토크와 전력소비를 줄이는 등 에너지 효율을 높일 수 있는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 제공한다.
본 발명은 좌우 날개 뿐만 아니라 전방과 후방 날개에 대칭적으로 힘과 모멘트가 분포되기 때문에, 순간적인 항력과 피치 모멘트를 상쇄시킬 수 있어 안정적인 제어가 가능한 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 제공한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and provides a quad flapper capable of yaw moment control capable of solving the instability in the existing two-wing flapper.
The present invention provides a quad flapper capable of yaw moment control that can smoothly supplement maneuverability by supplementing the insufficient yaw moment of a small unmanned aerial vehicle.
The present invention provides a quad flapper capable of controlling a yaw moment that can increase energy efficiency, such as reducing torque and power consumption, because elastic energy can be stored and used in the next cycle.
The present invention provides a quad flapper capable of yaw moment control that can be controlled stably because force and moment are symmetrically distributed not only on the left and right wings, but also on the front and rear wings, so that the instantaneous drag force and the pitch moment can be offset.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼는, 상면 프레임; 상기 상면 프레임과 마주 보도록 하측에 이격 배치되는 하면 프레임; 상기 상면 프레임 및 상기 하면 프레임 사이에 형성되되, 상기 상면 프레임 및 상기 하면 프레임에 각각 근접하게 마련되는 제1 기어부 및 제2 기어부; 상기 상면 프레임 및 상기 하면 프레임에 각각 마련되어 상기 제1 기어부 및 상기 제2 기어부를 각각 구동시키는 제1 구동부 및 제2 구동부; 상기 제1 기어부 및 상기 제2 기어부에 각각 1쌍이 연결되어 플래핑 구동되는 2쌍의 날개; 및 상기 하면 프레임에 마련되어 상기 2쌍의 날개의 플래핑 구동에 의해 압축되거나 압축이 해제되는 스프링을 포함하는 탄성 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 탄성 유닛은 상기 하면 프레임 및 상기 하면 프레임과 마주 보도록 배치된 가이드 프레임 사이에 위치하도록 마련될 수 있다.
상기 탄성 유닛은 상기 하면 프레임에 형성된 슬라이딩 슬롯 또는 상기 가이드 프레임에 형성된 슬라이딩 슬롯을 따라 움직이도록 마련될 수 있다.
상기 2쌍의 날개가 플래핑 구동함에 따라 상기 탄성 유닛의 스프링이 압축되거나 압축이 해제될 수 있다.
상기 하면 프레임에는, 상기 하면 프레임의 중심을 회전축으로 하여 회전 가능하게 마련되는 컨트롤 입력기어; 상기 컨트롤 입력기어의 양단에 형성된 기어와 맞물리도록 마련되는 컨트롤 출력기어; 및 상기 컨트롤 출력기어와 상기 탄성 유닛을 연결하도록 마련되는 연결 크랭크;가 마련되며, 상기 컨트롤 입력기어가 상기 회전축을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라 상기 탄성 유닛의 초기 위치가 변경된 상태에서 상기 2쌍의 날개가 플래핑 구동을 하면 상기 탄성 유닛에 의해 요 모멘트가 발생할 수 있다.
상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯, 상기 가이드 프레임의 슬라이딩 슬롯 및 상기 탄성 유닛은 상기 2쌍의 날개에 대응하도록 각각 4개가 마련되고, 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯 및 상기 가이드 프레임의 슬라이딩 슬롯은 상기 하면 프레임의 중심을 지나는 수평선 및 수직선에 대해서 대칭이 되도록 형성될 수 있다.
상기 상면 프레임 및 상기 하면 프레임의 일면에는 각각, 상기 제1 구동부 또는 상기 제2 구동부에 의해 회전하는 구동 기어; 상기 구동 기어의 회전 중심을 연결하는 직선의 양측에 위치하고, 상기 구동 기어와 직간접적으로 맞물려서 상기 제1 구동부 또는 상기 제2 구동부의 구동력을 전달받아 회전하는 출력 기어; 상기 출력 기어에 일단이 회전 가능하게 연결되는 연결링크; 상기 연결링크의 타단에 일단이 회전 가능하게 연결되는 기어 크랭크; 및 상기 기어 크랭크의 타단이 회전 가능하게 연결되는 출력 크랭크;가 마련되며, 상기 상면 프레임에 인접하게 마련되는 상기 출력 기어, 상기 연결링크 및 상기 기어 크랭크에 의해서 회전되는 상기 출력 크랭크는 상기 하면 프레임에 인접하게 마련되는 상기 출력 기어, 상기 연결링크 및 상기 기어 크랭크에 의해서 회전되는 상기 출력 크랭크와 다르게 형성될 수 있다.
상기 출력 크랭크는 상기 상면 프레임 또는 상기 하면 프레임에 연결되는 회전 중심, 상기 회전 중심의 일측에 형성된 슬라이딩 슬롯 및 상기 회전 중심의 타측에 형성되어 상기 날개가 연결되는 윙 슬롯을 포함하며, 상기 기어 크랭크의 타단에는 상기 출력 기어가 회전함에 따라 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯을 따라 움직이는 슬라이딩 핀이 삽입되되, 상기 슬라이딩 핀은 상기 출력 크랭크의 슬라이딩 슬롯 및 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯에 삽입될 수 있다.
상기 출력 기어가 회전함에 따라 상기 기어 크랭크의 타단은 상기 슬라이딩 핀과 함께 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯을 따라 왕복 운동하게 되고, 상기 슬라이딩 핀이 상기 출력 크랭크의 슬라이딩 슬롯에 삽입된 상태로 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯을 따라 왕복 운동함에 따라 상기 출력 크랭크의 윙 슬롯은 상기 회전 중심을 기준으로 일정 각도 범위 내에서 회전 왕복 운동할 수 있다.
상기 탄성 유닛은, 스프링 박스; 상기 스프링 박스의 상부에 연결되는 캡; 상기 스프링 박스의 내부에 마련되는 스프링; 상기 스프링의 양단과 접촉하도록 마련되고, 어느 하나는 상기 슬라이딩 핀에 의해서 상기 스프링 박스의 내주면을 따라 슬라이딩 하도록 마련되는 피스톤; 및 상기 캡의 상면에 돌출 형성되어 상기 가이드 프레임의 슬라이딩 슬롯에 삽입되는 적어도 2개의 가이드 핀;을 포함할 수 있다.
상기 가이드 핀 중 어느 하나는 상기 연결 크랭크의 일단에 회전 가능하게 연결되고, 상기 슬라이딩 핀은 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯을 통과하여 상기 피스톤과 접촉하도록 마련될 수 있다.A quad flapper capable of controlling a yaw moment according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: an upper frame; a lower frame spaced apart from the lower side to face the upper frame; a first gear unit and a second gear unit formed between the upper frame and the lower frame, the first gear unit and the second gear unit being provided adjacent to the upper frame and the lower frame, respectively; a first driving unit and a second driving unit respectively provided on the upper frame and the lower frame to drive the first gear unit and the second gear unit, respectively; two pairs of blades connected to each of the first gear unit and the second gear unit and driven by flapping; and an elastic unit provided on the lower frame and including a spring compressed or released from compression by flapping driving of the two pairs of wings.
The elastic unit may be provided to be positioned between the lower frame and the guide frame disposed to face the lower frame.
The elastic unit may be provided to move along a sliding slot formed in the lower frame or a sliding slot formed in the guide frame.
As the two pairs of blades are driven by flapping, the spring of the elastic unit may be compressed or released.
The lower frame includes a control input gear rotatably provided with a center of the lower frame as a rotation axis; a control output gear provided to mesh with gears formed at both ends of the control input gear; and a connecting crank provided to connect the control output gear and the elastic unit, wherein the initial position of the elastic unit is changed as the control input gear rotates clockwise or counterclockwise about the rotation shaft. When the two pairs of blades perform flapping driving, a yaw moment may be generated by the elastic unit.
Four of the sliding slots of the lower frame, the sliding slots of the guide frame, and the elastic unit are respectively provided to correspond to the two pairs of wings, and the sliding slots of the lower frame and the sliding slots of the guide frame are of the lower frame. It may be formed to be symmetrical with respect to a horizontal line and a vertical line passing through the center.
a driving gear rotating by the first driving unit or the second driving unit, respectively, on one surface of the upper frame and the lower frame; an output gear positioned on both sides of a straight line connecting the rotation centers of the driving gear, and which is directly or indirectly engaged with the driving gear to receive a driving force from the first driving unit or the second driving unit to rotate; a connection link having one end rotatably connected to the output gear; a gear crank having one end rotatably connected to the other end of the connecting link; and an output crank to which the other end of the gear crank is rotatably connected; the output gear provided adjacent to the upper frame, the connection link, and the output crank rotated by the gear crank are provided on the lower frame. It may be formed differently from the output gear, the connection link, and the output crank rotated by the gear crank which are provided adjacently.
The output crank includes a rotation center connected to the upper surface frame or the lower surface frame, a sliding slot formed on one side of the rotation center, and a wing slot formed on the other side of the rotation center to connect the blades, A sliding pin moving along a sliding slot of the lower surface frame as the output gear rotates is inserted into the other end, and the sliding pin may be inserted into a sliding slot of the output crank and a sliding slot of the lower surface frame.
As the output gear rotates, the other end of the gear crank reciprocates along the sliding slot of the lower frame together with the sliding pin, and the lower frame of the lower frame with the sliding pin inserted into the sliding slot of the output crank. As it reciprocates along the sliding slot, the wing slot of the output crank may rotate and reciprocate within a predetermined angular range with respect to the rotation center.
The elastic unit, a spring box; a cap connected to an upper portion of the spring box; a spring provided inside the spring box; a piston provided in contact with both ends of the spring, one of which is provided to slide along an inner circumferential surface of the spring box by the sliding pin; and at least two guide pins protruding from the upper surface of the cap and inserted into the sliding slots of the guide frame.
Any one of the guide pins may be rotatably connected to one end of the connecting crank, and the sliding pin may be provided to pass through a sliding slot of the lower frame and to contact the piston.

본 발명에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼는 기존의 2-윙 플래퍼에서 발생하는 불안정성을 해결할 수 있다.
본 발명에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼는 소형 무인비행체의 부족한 요 모멘트를 보충함으로써 기동력을 원활하게 보완할 수 있다.
본 발명에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼는 탄성에너지를 저장해 다음 사이클에 이용할 수 있기 때문에 토크와 전력소비를 줄이는 등 에너지 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼는 좌우 날개 뿐만 아니라 전방 날개와 후방 날개에 대칭적으로 힘과 모멘트가 분포되기 때문에, 순간적인 항력과 피치 모멘트를 상쇄시킬 수 있어 안정적인 제어가 가능하다.The quad flapper capable of yaw moment control according to the present invention can solve the instability that occurs in the existing two-wing flapper.
The quad flapper capable of controlling the yaw moment according to the present invention can smoothly supplement the maneuverability by supplementing the insufficient yaw moment of the small unmanned aerial vehicle.
Since the quad flapper capable of controlling yaw moment according to the present invention can store elastic energy and use it in the next cycle, it is possible to increase energy efficiency by reducing torque and power consumption.
In the quad flapper capable of yaw moment control according to the present invention, since the force and moment are symmetrically distributed not only on the left and right wings, but also on the front and rear wings, it is possible to cancel the instantaneous drag force and the pitch moment, thereby enabling stable control.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 도시한 저면도이다.
도 5는 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 도시한 측면도이다.
도 6은 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼의 내부를 도시한 평면도로서 하면 프레임에 형성된 작동 구조물을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 사시도이다.
도 8은 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼의 플래핑 각도 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 6에 따른 하면 프레임의 후면을 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 사시도이다.
도 11 내지 도 14는 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼에서 요 모멘트를 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are perspective views illustrating a quad flapper capable of controlling a yaw moment according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating a quad flapper capable of controlling a yaw moment according to FIG. 1 .
4 is a bottom view illustrating a quad flapper capable of controlling a yaw moment according to FIG. 1 .
FIG. 5 is a side view illustrating a quad flapper capable of controlling a yaw moment according to FIG. 1 .
6 is a plan view showing the inside of the quad flapper capable of yaw moment control according to FIG. 1 , and is a view showing an operating structure formed in a lower frame.
7 is a perspective view of FIG. 6 ;
FIG. 8 is a view for explaining a flapping angle range of the quad flapper capable of yaw moment control according to FIG. 1 .
9 is a view illustrating a rear surface of the lower frame according to FIG. 6 .
FIG. 10 is a perspective view of FIG. 9 ;
11 to 14 are diagrams for explaining a process of controlling a yaw moment in the quad flapper capable of controlling the yaw moment according to FIG. 1 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 도시한 사시도, 도 3은 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 도시한 평면도, 도 4는 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 도시한 저면도, 도 5는 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼를 도시한 측면도, 도 6은 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼의 내부를 도시한 평면도로서 하면 프레임에 형성된 작동 구조물을 도시한 도면, 도 7은 도 6의 사시도, 도 8은 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼의 플래핑 각도 범위를 설명하기 위한 도면, 도 9는 도 6에 따른 하면 프레임의 후면을 도시한 도면, 도 10은 도 9의 사시도, 도 11 내지 도 14는 도 1에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼에서 요 모멘트를 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
*이하에서 설명하는 본 발명의 일 실시예에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼(100, 이하 "쿼드 플래퍼"라고 함)는, 새 또는 곤충의 날개짓을 모방한 오니솝터(ornithopter)의 하나로서, 곤충(벌레)의 날개짓에 모티베이션(Motivation)을 받았으며 벌레의 날개짓과 유사하게 작동하는 날개를 가지는 소형 무인비행체 또는 드론(drone)의 한 형태이다. 따라서, 이하에서 "쿼드 플래퍼(100)"는 소형 무인비행체 또는 드론 등을 포함하는 개념이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 플래퍼는 그 자체가 소형 무인비행체 또는 드론으로서 다양한 임무를 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 소형 무인비행체 또는 드론에 부착되어 기존 소형 무인비행체 또는 드론에 부족한 요 모멘트를 보충해 줌으로써 소형 무인비행체 또는 드론의 부족한 기동을 원활하게 보완해 줄 수도 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 플래퍼(100)는 소형 무인비행체로서, 몸체 및 상기 몸체에 연결된 2쌍의 날개 즉, 4개의 날개(101a,101b,102a,102b)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 플래퍼(100)는 4개의 날개를 플래핑(flapping) 함으로써 비행을 하게 되는 소형 무인비행체이다. 이와 같이, 2쌍 즉, 4개의 날개를 구비하고 있기 때문에 쿼드 플래퍼라고 불릴 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 플래퍼(100)는 상기 몸체에 4개의 날개 뿐만 아니라 4개의 날개를 플래핑시키는 제1 구동부(111) 및 제2 구동부(112)가 마련될 수 있다.
제1 구동부(111)는 상기 몸체의 위쪽에 마련되고 제2 구동부(112)는 상기 몸체의 아래쪽에 마련될 수 있다. 이때, 제1 구동부(111) 및 제2 구동부(112)는 각각 2개의 서보모터(111a,111b,112a,112b)로 마련될 수 있다. 여기서, 제1 구동부(111)는 제2 구동부(112)는 상기 몸체에 대해서 서로 동일한 위치에 마련되는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에서 제1 구동부(111)와 제2 구동부(112)는 각각 동일한 수직선 상에 위치한다.
도 1을 참조하면, 2개의 서보모터(111a,111b)의 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 또는 2개의 서보모터(112a,112b)의 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 양측에 위치하는 2개의 날개끼리 한 쌍으로 작동하게 된다. 즉, 가상의 선 우측에 위치하는 한 쌍의 날개(101a,101b)가 동일한 속도 및 반대 방향으로 동시에 플래핑 하게 되고, 가상의 선 좌측에 위치하는 한 쌍의 날개(102a,102b)가 동일한 속도 및 반대 방향으로 동시에 플래핑 하게 된다.
제1 구동부(111)는 상면 프레임(120)에 설치되고 제2 구동부(112)는 하면 프레임(140)에 설치될 수 있다. 쿼드 플래퍼(100)의 몸체는 서로 이격 배치된 2개의 판상 부재 즉, 상면 프레임(120) 및 하면 프레임(140)를 포함할 수 있다. 상면 프레임(120)의 외면에 제1 구동부(111)가 마련되고, 하면 프레임(140)의 후면에 제2 구동부(112)가 마련되며, 상면 프레임(120)과 하면 프레임(140) 사이에 2쌍의 날개(101a,101b,102a,102b)가 배치되는 형태를 가진다.
제1 구동부(111)는 상면 프레임(120)의 중심을 지나는 수직선 상에 배치되고, 제2 구동부(112)는 하면 프레임(140)의 중심을 지나는 수직선 상에 배치된다.
한편, 제1 구동부(111) 및 제2 구동부(112)와 2쌍의 날개(101a,101b,102a,102b)는 직접 연결되지 않는다. 도 1를 참조하면 제1 구동부(111) 및 제2 구동부(112)의 위치와 2쌍의 날개 끝단의 위치는 떨어져 있음을 알 수 있다. 따라서, 제1 구동부(111) 및 제2 구동부(112)의 구동력 내지 회전력을 2쌍의 날개에 전달하기 위해서 제1 기어부(130) 및 제2 기어부(150)가 마련될 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상면 프레임(120)의 내면에 제1 기어부(130)가 위치하고, 하면 프레임(140)의 내면에 제2 기어부(150)가 위치함을 알 수 있다. 제1 기어부(130)는 제1 구동부(111)의 구동력 또는 회전력을 전달받아 한 쌍의 날개를 플래핑 시키고, 제2 기어부(150)는 제2 구동부(112)의 구동력 또는 회전력을 전달받아 다른 한 쌍의 날개를 플래핑 시킬 수 있다.
이와 같이, 도 1 내지 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼(100)는, 상면 프레임(120); 상기 상면 프레임(120)과 마주 보도록 하측에 마련되는 하면 프레임(140); 상기 상면 프레임(120)과 상기 하면 프레임(140) 사이에 형성되되 상기 상면 프레임(120)에 근접하게 마련되는 제1 기어부(130); 상기 상면 프레임(120)과 상기 하면 프레임(140) 사이에 형성되되 상기 하면 프레임(140)에 근접하게 마련되는 제2 기어부(150); 상기 상면 프레임(120)에 마련되어 상기 제1 기어부(130)를 구동시키는 제1 구동부(111); 상기 하면 프레임(140)에 마련되어 상기 제2 기어부(150)를 구동시키는 제2 구동부(112); 상기 제1 기어부(130) 및 상기 제2 기어부(150)에 각각 1쌍이 연결되어 플래핑 구동되는 2쌍의 날개(101a,101b,102a,102b); 및 상기 하면 프레임(140)에 마련되어 상기 2쌍의 날개(101a,101,102a,102b)의 플래핑 구동에 의해 압축되거나 압축이 해제되는 스프링을 포함하는 탄성 유닛(170);을 포함할 수 있다.
탄성 유닛(170)은 가이드 프레임(160)에 장착된 상태로 하면 프레임(140)의 외면 즉, 제2 구동부(112)와 동일한 일측에 배치된 수 있다. 탄성 유닛(170)에 대해서는 후술하도록 한다.
여기서, 2쌍의 날개(101a,101d,102a,102b)는 각각 1쌍씩 제1 기어부(130) 및 제2 기어부(150)와 링크 또는 크랭크 부재로 연결됨으로써 제1 구동부(111) 및 제2 구동부(112)의 구동력 내지 회전력을 전달 받을 수 있다.
2쌍의 날개(101a,101b,102a,102b)는 그 하단이 윙 프레임(101c,101d,102c,102d)에 끼워지거나 연결될 수 있다. 윙 프레임(101c,101d,102c,102d)의 일단은 후술하는 출력 크랭크(103)에 연결될 수 있다. 윙 프레임(101c,101d,102c,102d)은 출력 크랭크(103)에 연결됨으로써 윙 프레임(101c,101d,102c,102d)은 출력 크랭크(103)와 동일하게 일체로 움직이게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 플래퍼(100)에서 상면 프레임(120)은 위쪽에 위치하고 하면 프레임(140)은 상면 프레임(120)의 아래쪽에 위치하는데, 반드시 위치가 이와 같이 고정된 것은 아니다, 반대로 하면 프레임(140)이 위쪽에 위치하고 상면 프레임(120)이 아래쪽에 위치할 수도 있다. 이와 같이, 상면 프레임(120)과 하면 프레임(140)은 상호 간에 호환 가능하도록 마련될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상면 프레임(120)에는 슬라이딩 슬롯(121a,121b,122a,122b)이 관통 형성될 수 있다. 2개의 서보모터(111a,111b)의 중심을 지나는 가상의 선에 대해서 위쪽에 위치하는 2개의 슬라이딩 슬롯(121a,121b)은 한 쌍의 날개(101a,101b)의 플래핑에 관여하고, 가상의 선의 아래쪽에 위치하는 2개의 슬라이딩 슬롯(122a,122b)은 다른 한 쌍의 날개(102a,102b)의 플래핑에 관여할 수 있다.
상면 프레임(120)에 관통 형성된 4개의 슬라이딩 슬롯(121a,121b,122a,122b)은 가상의 선에 대해서 대칭이 되도록 형성되며, 가상의 선에 수직인 가상의 선에 대해서도 대칭이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 4개의 슬라이딩 슬롯(121a,121b,122a,122b)은 대략 평행사변형 또는 마름모 형태로 배치되는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 하면 프레임(140)에 형성된 슬라이딩 슬롯과 가이드 프레임(160)에 형성된 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)도 상면 프레임(120)에 형성된 슬라이딩 슬롯(121a,121b,122a,122b)과 동일한 형태로 배치되거나 형성될 수 있다.
도 3에 있어서, 제1 구동부(111)의 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 위쪽에 위치하는 한 쌍의 날개(101a,101b)가 동일하게 플래핑 하게 되는데, 한 쌍의 날개(101a,101b)가 서로 가까워지도록 움직이거나 서로 멀어지도록 움직이게 된다. 마찬가지로 가상의 선의 아래쪽에 위치하는 한 쌍의 날개(102a,102b)도 서로 가까워지도록 움직이거나 서로 멀어지도록 움직이면서 플래핑 하게 된다.
도 5를 참조하면, 상면 프레임(120)의 아래쪽에 하면 프레임(140)이 위치하고, 상면 프레임(120)과 하면 프레임(140) 사이에 형성되어 있는 제1 기어부(130) 및 제2 기어부(150)에 윙 프레임(101c,101d,102c,102d)이 연결되는 출력 크랭크(103)가 연결된다. 여기서, 출력 크랭크(103)는 상면 프레임(120)과 하면 프레임(140)의 정 가운데에 위치하는 것이 아니라 하면 프레임(140) 쪽에 조금 치우친 상태로 위치하는 것이 바람직하다.
하면 프레임(140)의 아래에는 가이드 프레임(160)이 위치하고 하면 프레임(140)과 가이드 프레임(160) 사이에 탄성 유닛(170)이 위치하게 된다.
상면 프레임(120)과 하면 프레임(140)은 제1 연결핀(129)에 의해서 서로 연결될 수 있고, 하면 프레임(140)과 가이드 프레임(160)은 제2 연결핀(149)에 의해서 서로 연결될 수 있다. 제1 연결핀(129) 또는 제2 연결핀(149)의 길이만큼 간격이 형성될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 제1 구동부(111) 또는 제2 구동부(112)와 연결되는 기어부(130,150)의 구성에 대해서 설명한다.
도 6 및 도 7에는 하면 프레임(140)의 내면 쪽에 형성되어 있는 제2 기어부(150)가 도시되어 있다. 참고로, 상면 프레임(120)의 내면 쪽에 형성되어 있는 제1 기어부(130)의 구성은 제2 기어부(150)의 구성과 동일하므로 반복적인 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 하면 프레임(140)에는 4개의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)이 관통 형성될 수 있다.
제2 기어부(150)는 제2 구동부(112)의 출력축(미도시)와 직접 연결되는 구동 기어(115,116), 2개의 구동 기어(115,116) 사이에 배치되어 구동 기어(115,116)와 맞물리는 제1 중간기어(156), 제1 중간기어(156)의 상면에 배치되어 제2 중간기어(156)와 동일하게 회전하는 제2 중간기어(155), 제2 중간기어(155)와 맞물리도록 양측에 배치되는 제3 중간기어(154), 제3 중간기어(154)의 일측에 배치되어 제3 중간기어(154)의 하면에 형성된 기어와 맞물리는 제4 중간기어(153b)를 포함할 수 있다. 제4 중간기어(153b)의 상면에는 제4 중간기어(153b)와 동일하게 회전하는 제5 중간기어(153a)가 마련될 수 있다. 제5 중간기어(153a)와 맞물리는 출력 기어(151)가 제5 중간기어(153a)의 일측에 마련될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하면 프레임(140)의 일면에 마련되는 제2 기어부(150)는 제2 구동부(112)에 의해 회전하는 구동 기어(115,116); 상기 구동 기어(115,116)의 회전 중심을 연결하는 직선의 양측에 위치하고, 상기 구동 기어(115,116)와 직간접적으로 맞물려서 제2 구동부(112)의 구동력을 전달받아 회전하는 출력 기어(151);를 포함할 수 있다.
여기서, 2개의 구동 기어(115,116), 1개의 제1 중간기어(156), 1개의 제2 중간기어(155)를 제외하고, 나머지 제3 내지 제 5 중간기어(154,153b,153a)와 출력 기어(151)는 구동 기어(115,116)의 회전 중심을 연결하는 가상의 선 양측에 대칭적으로 각각 1개씩 형성될 수 있다.
제2 기어부(150) 중에서 2쌍의 날개(101a,101b,102a,102b)를 움직이게 하는 즉, 플래핑 시키는 기어는 출력 기어(151)이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 출력 기어(151)는 구동 기어(115,116)에서 가장 멀리 배치되어 있고, 출력 기어(151)가 출력 크랭크(103)와 직접 연결되는 것이 아니라 별도의 링크부재(152a,152b)를 매개로 출력 크랭크(103)와 연결될 수 있다.
상기 제2 기어부(150)는 출력 기어(151)에 일단이 회전 가능하게 연결되는 연결링크(152b) 및 상기 연결링크(152b)의 타단에 일단이 회전 가능하게 연결되는 기어 크랭크(152a)를 포함할 수 있다. 상기 기어 크랭크(152a)의 타단은 출력 크랭크(103)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
도 6을 참조하면, 양측의 출력 기어(151)에는 각각 2개의 기어 크랭크(152a)와 2개의 연결링크(152b)가 연결된 것으로 도시되어 있는데, 기어 크랭크(152a)와 연결링크(152b) 중 하나는 상면 프레임(120)에 인접하게 마련되는 제1 기어부(130)의 출력 기어(미도시)에 연결되는 것이다. 즉, 도 6에서, 위쪽에 위치하는 기어 크랭크(152a)와 연결링크(152b)는 상면 프레임(120)에 인접하게 마련되는 제1 기어부(130)의 출력 기어에 연결된다.
도 6에서, 구동 기어(115,116)의 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 우측 상부에 위치하는 출력 크랭크(103)는 우측 출력 기어(151)의 상면에 직접 접촉하는 연결링크(152b) 및 이 연결링크(152b)에 직접 연결된 기어 크랭크(152a)에 연결되고, 가상의 선을 기준으로 우측 하부에 위치하는 출력 크랭크(103)는 상대적으로 위쪽에 위치하는 연결링크(152b) 및 기어 크랭크(152a)에 연결된다. 즉, 우측 하부에 위치하는 출력 크랭크(103)는 도시되지 않은 상면 프레임(120)에 인접하게 마련되는 출력 기어에 의해서 움직이게 된다.
비슷하게, 구동 기어(115,116)의 중심을 지나는 가상의 선을 기준으로 좌측 하부에 위치하는 출력 크랭크(103)는 우측 출력 기어(151)의 상면에 직접 접촉하는 연결링크(152b) 및 이 연결링크(152b)에 직접 연결된 기어 크랭크(152a)에 연결되고, 가상의 선을 기준으로 좌측 상부에 위치하는 출력 크랭크(103)는 상대적으로 위쪽에 위치하는 연결링크(152b) 및 기어 크랭크(152a)에 연결된다. 즉, 좌측 상부에 위치하는 출력 크랭크(103)는 도시되지 않은 상면 프레임(120)에 인접하게 마련되는 출력 기어에 의해서 움직이게 된다.
이와 같이, 상면 프레임(120)에 인접하게 마련되는 상기 출력 기어, 상기 연결링크 및 상기 기어 크랭크에 의해서 회전되는 상기 출력 크랭크는 하면 프레임(140)에 인접하게 마련되는 상기 출력 기어, 상기 연결링크 및 상기 기어 크랭크에 의해서 회전되는 상기 출력 크랭크와 다르게 마련될 수 있다. 즉, 상면 프레임(120)에 인접하게 마련된 출력 기어에 의해 회전되는 출력 크랭크는 하면 프레임(140)에 인접하게 마련된 출력 기어에 의해서 회전되는 출력 크랭크와 다르다.
한편, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 출력 크랭크(103)는 상면 프레임(120) 또는 하면 프레임(140)에 연결되는 회전 중심(103a), 회전 중심(103a)의 일측에 형성된 슬라이딩 슬롯(103b) 및 회전 중심(103a)의 타측에 형성되어 날개(101a,101b,102a,102b)가 연결되는 윙 슬롯(103c)을 포함할 수 있다.
출력 크랭크(103)의 회전 중심(103a)은 상면 프레임(120) 또는 하면 프레임(140)에 회전 가능하게 연결되고, 슬라이딩 슬롯(103b)은 회전 중심(103a)을 기준으로 출력 기어(151) 측에 형성되고 윙 슬롯(103c)은 출력 기어(151)의 반대쪽에 형성될 수 있다.
슬라이딩 슬롯(103b)은 개구된 부분이 없지만, 윙 슬롯(103c)은 일단이 개구되어 있다. 윙 슬롯(103c)에는 날개(101a,101b,102a,102b)의 하단을 지지하는 윙 프레임(101c,101d,102c,102d)이 삽입 또는 체결되는데, 윙 프레임(101c,101d,102c,102d)이 윙 슬롯(103c)에 쉽게 체결 또는 분리되도록 윙 슬롯(103c)의 일단은 개구되어 있다.
상기 기어 크랭크(152a)의 타단에는 출력 기어(151)가 회전함에 따라 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)을 따라 움직이는 슬라이딩 핀(178)이 삽입되되, 슬라이딩 핀(178)은 출력 크랭크(103)의 슬라이딩 슬롯(103b) 및 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)에도 삽입될 수 있다.
기어 크랭크(152a)의 타단이 출력 크랭크(103)와 연결됨으로써 출력 기어(151)의 회전력이 출력 크랭크(103)에 전달될 수 있는데, 기어 크랭크(152a)와 출력 크랭크(103)는 서로 고정된 상태로 연결되는 것이 아니라 슬라이딩 핀(178)을 매개로 서로 연결된다. 이때, 슬라이딩 핀(178)이 기어 크랭크(152a)의 타단, 출력 크랭크(103)의 슬라이딩 슬롯(103b) 및 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)을 순차적으로 모두 통과하도록 마련됨으로써 출력 기어(151)의 회전력 내지 구동력이 기어 크랭크(152a)를 통해서 출력 크랭크(103)에 전달될 수 있고 그 결과 출력 크랭크(103)가 일정한 각도 범위 내에서 왕복운동하는 플래핑 동작을 하게 된다.
상기 출력 기어(151)가 회전함에 따라 기어 크랭크(152a)의 타단은 슬라이딩 핀(178)과 함께 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)을 따라 왕복 운동하게 된다. 슬라이딩 핀(178)이 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)에 삽입되어 있기 때문에 출력 기어(151)의 회전에 의해 기어 크랭크(152a)가 움직이게 되면 슬라이딩 핀(178)은 기어 크랭크(152a)의 타단과 함께 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)을 따라 왕복 운동하게 된다.
또한, 슬라이딩 핀(178)은 출력 크랭크(103)의 슬라이딩 슬롯(103b)에도 삽입되어 있기 때문에 슬라이딩 핀(178)이 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)을 따라 왕복 운동할 때 슬라이딩 핀(178)은 출력 크랭크(103)의 슬라이딩 슬롯(103b)을 따라서도 왕복 운동하게 된다.
이때, 출력 크랭크(103)는 회전 중심(103a)에 의해서 하면 프레임(140)에 연결되어 있고 출력 크랭크(103)의 슬라이딩 슬롯(103b) 길이가 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b) 길이 보다 짧기 때문에 슬라이딩 핀(178)이 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)을 따라 왕복 운동하는 동안 출력 크랭크(103)는 일정한 각도 범위 내를 왕복하는 플래핑 동작을 하게 된다.
이와 같이, 슬라이딩 핀(178)이 출력 크랭크(103)의 슬라이딩 슬롯(103b)에 삽입된 상태로 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)을 따라 왕복 운동함에 따라 출력 크랭크(103)의 윙 슬롯(103c)은 회전 중심(103a)을 기준으로 일정 각도 범위 내에서 회전 왕복 운동할 수 있다. 따라서, 윙 슬롯(103c)에 연결된 날개(101a,101b,102a,102b)도 일정 각도 범위 내를 왕복하는 플래핑 동작을 하게 된다.
한편, 상면 프레임(120)에 인접하게 마련되는 제1 기어부(130)의 출력 기어에 의해서 회전되는 출력 크랭크(103)와 하면 프레임(140)에 인접하게 마련되는 제2 기어부(150)의 출력 기어(151)에 의해서 회전되는 출력 크랭크(103)는 동일한 속도로 서로 반대 방향을 따라 회전 왕복 운동할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상부에 위치하는 출력 크랭크(103)는 하부에 위치하는 출력 크랭크(103)와 서로 반대 방향을 따라 회전 왕복 운동하되 동일한 속도로 회전하게 된다. 예를 들면, 우측 상부에 있는 출력 크랭크(103)가 일정한 속도로 시계방향을 따라 회전 운동하게 되면 우측 하부에 있는 출력 크랭크(103)는 동일한 속도로 반시계방향을 따라 회전 운동하게 된다.
한편, 도 6에서, 상부에 위치하는 2개의 출력 크랭크(103)는 서로 동일한 속도도 반대 방향을 따라 회전 왕복 운동하고, 하부에 위치하는 2개의 출력 크랭크(103)도 서로 동일한 속도도 반대 방향을 따라 회전 왕복 운동하게 된다.
도 8에는 각 날개 또는 출력 크랭크(103)의 펄럭이는 각도 즉, 플래핑 각도(flapping angle) 범위가 도시되어 있다. 도 8에는 상면 프레임(120)의 제1 기어부(130)와 연결되는 기어 크랭크 및 연결링크는 도시되어 있지 않고, 하면 프레임(140)의 제2 기어부(150)와 연결되는 연결링크(152b) 및 기어 크랭크(152a)만 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 날개 또는 출력 크랭크(103)의 플래핑 각도는 윙 슬롯(103c)의 가운데 부분과 슬라이딩 핀(178)의 중심(O1), 출력 크랭크(103)의 회전 중심(103a, O2)을 연결한 직선과, 출력 크랭크(103)의 회전 중심(103a)과 제2 중간기어(155)의 회전 중심(O)을 연결한 직선 사이의 각도로 정의된다.
도 8(a)에서와 같이, 슬라이딩 핀(178)이 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)의 가장 높은 위치 쪽으로 이동하게 되면 출력 크랭크(103)의 윙 슬롯(103b)은 가장 낮은 위치(Clockwise stroke)에 있게 되는데, 이 상태에서 날개는 각도가 -47.5°인 위치로 아래쪽으로 회전하게 된다.
도 8(b)에서와 같이, 슬라이딩 핀(178)이 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)의 가장 낮은 위치 쪽으로 이동하게 되면 출력 크랭크(103)의 윙 슬롯(103b)은 가장 높은 위치(Counterclockwise stroke)에 있게 되는데, 이 상태에서 날개는 각도가 47.5°인 위치로 위쪽으로 회전한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 출력 기어(151)가 회전함에 따라 날개(101a,101b,102a,102b)는 -47.5°(Clockwise stroke) ~ 47.5°(Counterclockwise stroke) 각도 범위 내를 왕복하면서 플래핑 하게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 플래퍼(100)는 요 제어(yaw control)를 위한 스프링 시스템을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 플래퍼(100)는 하면 프레임(140) 및 하면 프레임(140)과 마주 보도록 배치된 가이드 프레임(160) 사이에 위치하도록 마련된 탄성 유닛(170)을 이용하여 요 제어를 수행할 수 있다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 요 제어를 위한 스프링 시스템인 탄성 유닛(170)은 하면 프레임(140) 뒤에 장착될 수 있다. 탄성 유닛(170)은 하면 프레임(140)에 형성된 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b) 및 가이드 프레임(160)에 형성된 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)을 따라 움직이도록 하면 프레임(140)과 가이드 프레임(160) 사이에 4개가 마련될 수 있다. 4개의 탄성 유닛(170)은 각각 하나의 출력 크랭크(103)와 연계하여 작동할 수 있다.
도 9를 참조하면, 4개의 탄성 유닛(170)은 하면 프레임(140)의 후방에 위치하되 가이드 프레임(160)을 따라 슬라이딩 할 수 있도록 마련된다. 가이드 프레임(160)은 탄성 유닛(170)이 설치될 간격이 마련되도록 하면 프레임(140)의 후방에서부터 이격 배치된다.
가이드 프레임(160)은 4개의 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)이 형성된 제1 부재(160b) 및 제1 부재(160b)에서 양방향으로 연장 형성되는 제2 부재(160a)를 포함할 수 있다. 제2 부재(160a)에는 하면 프레임(140)과 연결되는 제2 연결핀(149, 도 5 참조)이 체결될 수 있다. 제1 부재(160b)는 평행사변형 또는 마름모 형태를 가지며, 제2 부재(160a)는 제1 부재(160b)의 4개 꼭지점 중 서로 마주 보는 2개의 꼭지점에서 연장 형성될 수 있다.
여기서, 제1 부재(160b)에 형성된 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)은 하면 프레임(140)에 형성된 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)과 마주 보도록 형성되거나 쿼드 플래퍼(100)의 높이방향을 따라 동일한 수직선 상에 위치하도록 형성될 수 있다.
한편, 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b), 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b) 및 탄성 유닛(170)은 2쌍의 날개(101a,101b,102a,102b)에 대응하도록 각각 4개가 마련되고, 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b) 및 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)은 하면 프레임(140)의 중심을 지나는 수평선 및 수직선에 대해서 대칭이 되도록 형성될 수 있다.
도 11에는 가이드 프레임(160)을 제거한 상태가 도시되어 있고, 도 12에는 일부의 탄성 유닛(170)에서 캡을 제거한 상태가 도시되어 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 탄성 유닛(170)은, 내부에 공간이 형성되어 있는 스프링 박스(171); 스프링 박스(171)의 상부에 연결되는 캡(172); 스프링 박스(171)의 내부에 마련되는 스프링(175); 스프링(175)의 양단과 접촉하도록 마련되고, 어느 하나는 슬라이딩 핀(178)에 의해서 스프링 박스(171)의 내주면을 따라 슬라이딩 하도록 마련되는 피스톤(174); 및 캡(173)의 상면(173)에 돌출 형성되어 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)에 삽입되는 적어도 2개의 가이드 핀(179);을 포함할 수 있다.
여기서, 탄성 유닛(170)의 스프링 박스(171)는 내부에 스프링(175) 및 피스톤(174)이 마련되는 하우징 역할을 하는 부재이다. 도 12에 도시된 탄성 유닛(170) 중 좌측 상부 및 우측 하부에 위치하는 탄성 유닛(170)은 캡(172)을 제거한 상태이기 때문에 스프링 박스(171)의 내부가 도시되어 있다. 스프링 박스(171)의 길이방향 양단에 각각 피스톤(174)이 위치하고 피스톤(174) 사이에 스프링(175)이 위치하게 된다. 스프링(175)은 압축 코일 스프링의 형태로 마련되는 것이 바람직하다.
스프링 박스(171) 내에서 스프링(175)의 양단이 피스톤(174)에 접촉 지지되기 때문에 2개의 피스톤(174) 중 적어도 어느 하나가 대향하는 피스톤(174)을 향해서 움직이게 되면 스프링(175)은 압축되면서 탄성 복원력을 가지게 된다.
도 11을 참조하면, 스프링(175)의 양단을 지지하는 2개의 피스톤(174) 중 출력 기어(151)에서부터 먼 쪽에 위치하는 피스톤(174)은 슬라이딩 핀(178)과 접촉한 상태로 마련될 수 있다. 따라서, 출력 기어(151)의 회전에 의해서 출력 크랭크(103)가 회전하게 되면 움직이는 슬라이딩 핀(178)에 의해서 피스톤(174)이 스프링 박스(171)를 따라 안쪽으로 움직이면서 스프링(175)이 압축될 수 있다.
따라서, 2쌍의 날개(101a,101b,102a,102b)가 플래핑 구동함에 따라 탄성 유닛(170)의 스프링(175)이 압축되거나 압축이 해제될 수 있다. 즉, 슬라이딩 핀(178)과 접촉하는 피스톤(174)은 슬라이딩 핀(174)과 스프링(175)에 의해서 스프링 박스(171)의 내면을 따라 슬라이딩 운동을 하게 된다.
캡(172)은 스프링 박스(171)의 상부를 덮는 부재로서 탄성 유닛(170)이 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)을 따라 움직일 수 있게 하는 부재이다. 이를 위해서, 캡(172)의 상면(173)에는 그 길이방향을 따라 양단 쪽에 각각 1개의 가이드 핀(179)이 돌출 형성될 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 캡(172)에 형성되어 있는 2개의 가이드 핀(179)은 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)에 삽입될 수 있다.
한편, 하면 프레임(140)의 후면에는, 하면 프레임(140)의 중심을 회전축(181)으로 하여 회전 가능하게 마련되는 컨트롤 입력기어(180); 컨트롤 입력기어(180)의 양단에 형성된 기어와 맞물리도록 마련되는 컨트롤 출력기어(182); 및 컨트롤 출력기어(182)와 탄성 유닛(170)을 연결하도록 마련되는 연결 크랭크(189);가 마련될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 컨트롤 입력기어(180)는 양측의 출력 기어(151)를 연결하듯이 하면 프레임(140)을 가로지르는 형태로 마련될 수 있다. 컨트롤 입력기어(180)의 양단에는 기어(미도시)가 형성될 수 있고, 컨트롤 입력기어(180)의 양단에 형성된 기어와 맞물리는 컨트롤 출력기어(182)가 마련될 수 있다. 컨트롤 출력기어(182)는 출력 기어(151)와 대응하는 위치에 마련될 수 있다.
컨트롤 출력기어(182)를 링크부재에 의해서 탄성 유닛(170)과 연결될 수 있다. 상기 링크부재는 컨트롤 출력기어(182)의 기어면에 마련되는 중간연결부재(183) 및 중간연결부재(183)의 양단에 각각 연결되는 연결 크랭크(189)를 포함할 수 있다.
2개의 연결 크랭크(189)가 중간연결부재(183)에 연결되는데, 2개의 연결 크랭크(189)의 일단은 탄성 유닛(170)에 연결될 수 있다. 즉, 캡(172)에 형성된 2개의 가이드 핀(179) 중 어느 하나는 연결 크랭크(189)의 일단에 회전 가능하게 연결되고, 상기한 바와 같이 슬라이딩 핀(178)은 하면 프레임(140)의 슬라이딩 슬롯(141a,141b,142a,142b)을 통과하여 피스톤(174)과 접촉하도록 마련될 수 있다.
중간연결부재(183) 및 연결 크랭크(189)에 의해서 컨트롤 출력기어(182)와 탄성 유닛(170)이 연결되기 때문에 컨트롤 입력기어(180) 및 컨트롤 출력기어(182)의 회전에 의해서 탄성 유닛(170)의 위치 또는 상태가 변할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 플래퍼(100)는, 컨트롤 입력기어(180)가 회전축(181)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라 탄성 유닛(170)의 초기 위치가 변경된 상태에서 2쌍의 날개(101a,101b,102a,102b)가 플래핑 구동을 하면 탄성 유닛(170)에 의해 요 모멘트(Yaw Moment)가 발생할 수 있다.
도 12 내지 도 14를 참조하여 탄성 유닛(170)에 의해서 요 모멘트를 제어하는 원리에 대해서 설명한다.
탄성 유닛(170)의 움직임을 제어하는 기어 시스템(180,182)은 도 12에 도시되어 있다. 크랭크 및 슬라이더 메커니즘은 탄성 유닛9170)의 모션에 사용될 수 있다.
컨트롤 입력 기어(180)는 서보 모터의 신호에 따라 회전축(181)을 중심으로 회전할 수 있다. 컨트롤 입력기어(180)의 양측에 위치하는 컨트롤 출력기어(182)는 2개의 연결 크랭크(189)에 의해서 컨트롤 입력기어(180)와 연결될 수 있다. 각 연결 크랭크(189)의 한쪽 끝은 탄성 유닛(170)의 가이드 핀(179)에 연결될 수 있다. 이 상태에서, 컨트롤 출력기어(180)가 회전하면 탄성 유닛(170)은 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯(161a,161b,162a,162b)을 따라 슬라이딩하게 된다.
도 12는 컨트롤 입력기어(180)가 중립 위치에 있는 제어 메커니즘을 보여준다. 이 위치에서 날개의 플래핑 중 하프 스트로크(half stroke)가 끝나더라도(즉, 2개의 상부 날개의 상승과 2개의 하부 날개의 하강) 출력 크랭크(103)의 슬라이딩 핀(178)은 스프링(175)을 압축 변형시키지 않고 4개의 스프링 박스(171)의 피스톤(174)에만 닿아 있는 상태를 유지하게 된다. 따라서, 출력 크랭크(103)에는 스프링(175)의 탄성력(탄성 복원력)이 작용하지 않는다.
여기서, 4개의 출력 크랭크(103)는 대칭으로 위치하기 때문에 시계방향 스트로크(clockwise stroke)와 반시계방향 스트로크(counterclockwise stroke)의 날개 플래핑으로 생성된 모멘트가 서로 상쇄되어 플래핑 주기(flapping circle)에 걸쳐 0 모멘트가 생성된다. 따라서, 도 12의 경우 쿼드 플래퍼(100)는 평형이 된다.
도 13은 요 레프트 포지션(yaw-left position) 제어 메커니즘을 보여준다. 쿼드 플래퍼(100)의 하면 프레임(140)의 중심으로 지나는 수평선에 대해 컨트롤 입력기어(180)가 회전하는 각도를 β로 정의한다.
β>0 일 때, 즉 컨트롤 입력기어(180)가 수평선에 대해서 시계 방향으로 회전할 때 우측 상부 및 하부의 탄성 유닛(170)은 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯을 따라 위쪽으로, 좌측 상부 및 하부의 탄성 유닛(170)은 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯을 따라 아래쪽으로 슬라이딩하게 된다. 이때, 우측 상부 및 좌측 하부의 탄성 유닛(170)은 각각 우측 상부 및 좌측 하부의 출력 크랭크(103)에 있는 슬라이딩 핀(178)의 슬라이딩 영역으로 이동하게 된다. 따라서, 날개의 하프 스트로크(half stroke)가 거의 끝날 무렵에 우측 상부 및 좌측 하부의 출력 크랭크(103)에 있는 슬라이딩 핀(178)이 탄성 유닛(170)의 피스톤(174)을 밀게 되어 스프링(175)이 압축된다.
스프링(175)의 탄성력(탄성 복원력) 때문에 우측 상부의 출력 크랭크(103)에 연결된 날개의 반시계방향 스트로크(counterclockwise stroke)와 좌측 하부의 출력 크랭크(103)에 연결된 날개의 시계방향 스트로크(clockwise stroke)는 느려지고, 나머지 날개의 하프 스트로크(half stroke)는 빨라지게 된다. 우측 상부의 출력 크랭크(103)에 연결된 날개의 반시계방향 스트로크(counterclockwise stroke)와 좌측 하부의 출력 크랭크(103)에 연결된 날개의 시계방향 스트로크(clockwise stroke)는 요 라이트 모멘트(yaw-right moment)를 생성하며, 나머지 날개의 하프 스트로크(half stroke)는 요 레프트 모멘트(yaw-left moment)를 생성하게 된다. 따라서, 한 번의 플래핑 사이클(flapping cycle) 동안에 걸쳐 요 레프트 모멘트(yaw-left moment)가 생성된다.
반면에, 요 라이트 모멘트(yaw-right moment)가 발생하는 경우에는 역공정(reversed process)이 발생한다. 도 14는 요 라이트(yaw-right) 위치의 제어 메커니즘을 보여준다. β<0 일 때, 즉 컨트롤 입력기어(180)가 수평선에 대해서 반시계 방향으로 회전할 때 우측의 탄성 유닛(170)은 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯을 따라 아래쪽으로, 좌측의 탄성 유닛(170)은 가이드 프레임(160)의 슬라이딩 슬롯을 딸 위쪽으로 슬라이딩하게 된다.
우측 하부 및 좌측 상부의 탄성 유닛(170)은 각각 우측 하부 및 좌측 상부에 위치하는 출력 크랭크(103)에서 슬라이딩 핀(178)의 슬라이딩 영역으로 이동하게 된다. 따라서, 날개의 하프 스트로크(Half stroke)가 거의 끝날 무렵에 우측 하부 및 좌측 상부의 출력 크랭크(103)에 있는 슬라이딩 핀(178)이 탄성 유닛(170)의 피스톤(174)을 밀게 되어 스프링(175)이 압축된다.
스프링(175)의 탄성력(탄성 복원력) 때문에 우측 하부의 출력 크랭크(103)에 연결된 날개의 시계방향 스트로크(clockwise stroke)와 좌측 상부의 출력 크랭크(103)에 연결된 날개의 반시계방향 스트로크(counterclockwise stroke)는 느려지고, 나머지 날개의 하프 스트로크(half stroke)는 빨라지게 된다. 우측 하부의 출력 크랭크(103)에 연결된 날개의 시계방향 스트로크(clockwise stroke)와 좌측 상부의 출력 크랭크(103)에 연결된 날개의 반시계방향 스트로크(counterclockwise stroke)는 요 레프트 모멘트(yaw-left moment)를 생성하며, 나머지 날개의 하프 스트로크(half stroke)는 요 라이트 모멘트(yaw-right moment)를 생성하게 된다. 따라서, 한 번의 플래핑 사이클(flapping cycle) 동안에 걸쳐 요 라이트 모멘트(yaw-right moment)가 생성된다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar components, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffix "part" for the components used in the following description is given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and does not have a meaning or role distinct from each other by itself. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.
Terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between.
The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
It is noted that the drawings are schematic and not drawn to scale. Relative dimensions and proportions of parts in the drawings are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and any dimensions are illustrative only and not limiting. And the same reference numerals are used to denote like features to the same structure, element, or part appearing in two or more drawings.
The embodiments of the present invention specifically represent ideal embodiments of the present invention. As a result, various modifications of the drawings are expected. Accordingly, the embodiment is not limited to a specific shape of the illustrated area, and includes, for example, a shape modification by manufacturing.
1 and 2 are perspective views illustrating a quad flapper capable of yaw moment control according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a plan view illustrating a quad flapper capable of yaw moment control according to FIG. 1 , and FIG. 4 is FIG. A bottom view showing a quad flapper capable of yaw moment control according to FIG. 5 is a side view showing a quad flapper capable of yaw moment control according to FIG. FIG. 7 is a perspective view of FIG. 6, and FIG. 8 is a view for explaining the flapping angle range of the quad flapper capable of controlling the yaw moment according to FIG. 1, FIG. 9 is a view showing the rear surface of the lower frame according to FIG. 6 , FIG. 10 is a perspective view of FIG. 9 , and FIGS. 11 to 14 are a process for controlling a yaw moment in the quad flapper capable of controlling the yaw moment according to FIG. 1 . is a drawing for
* The quad flapper 100 (hereinafter referred to as “quad flapper”) capable of yaw moment control according to an embodiment of the present invention to be described below is one of an ornithopter that imitates the flapping of wings of a bird or insect. , is a type of small unmanned aerial vehicle or drone that has been motivated by the flapping of the wings of an insect (worm) and has wings that operate similarly to the flap of an insect's wings. Therefore, hereinafter, "quad flapper 100" is a concept including a small unmanned aerial vehicle or a drone.
The quad flapper according to an embodiment of the present invention is not only capable of performing various tasks as a small unmanned aerial vehicle or drone itself, but is also attached to an existing small unmanned aerial vehicle or drone, so that the yaw moment insufficient in the existing small unmanned aerial vehicle or drone It can also smoothly compensate for the lack of maneuvers of small unmanned aerial vehicles or drones by supplementing them.
The quad flapper 100 according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 5 is a small unmanned aerial vehicle, and a body and two pairs of wings connected to the body, that is, four wings 101a, 101b, 102a, 102b ) may be included. As described above, the quad flapper 100 according to an embodiment of the present invention is a small unmanned aerial vehicle that flies by flapping four wings. As such, it can be called a quad flapper because it has two pairs, that is, four blades.
Referring to FIG. 1 , in the quad flapper 100 according to an embodiment of the present invention, a first driving part 111 and a second driving part 112 for flapping not only four wings but also four wings are provided on the body. can be
The first driving unit 111 may be provided above the body, and the second driving unit 112 may be provided below the body. In this case, the first driving unit 111 and the second driving unit 112 may be provided with two servo motors 111a, 111b, 112a, and 112b, respectively. Here, the first driving unit 111 and the second driving unit 112 are preferably provided at the same position with respect to the body. That is, in FIG. 1 , the first driving unit 111 and the second driving unit 112 are respectively positioned on the same vertical line.
Referring to FIG. 1 , 2 positioned on both sides based on an imaginary line passing through the centers of the two servo motors 111a and 111b or based on an imaginary line passing through the centers of the two servomotors 112a and 112b The wings of a dog work as a pair. That is, the pair of blades 101a and 101b located on the right side of the virtual line simultaneously flap at the same speed and in the opposite direction, and the pair of blades 102a and 102b located on the left side of the virtual line have the same speed. and simultaneously flapping in the opposite direction.
The first driving unit 111 may be installed on the upper frame 120 , and the second driving unit 112 may be installed on the lower frame 140 . The body of the quad flapper 100 may include two plate-shaped members spaced apart from each other, ie, an upper frame 120 and a lower frame 140 . The first driving unit 111 is provided on the outer surface of the upper frame 120 , and the second driving unit 112 is provided on the rear surface of the lower frame 140 , and between the upper frame 120 and the lower frame 140 , 2 The pair of wings (101a, 101b, 102a, 102b) has a form in which it is arranged.
The first driving unit 111 is disposed on a vertical line passing through the center of the upper frame 120 , and the second driving unit 112 is disposed on a vertical line passing through the center of the lower frame 140 .
On the other hand, the first driving unit 111 and the second driving unit 112 and the two pairs of wings (101a, 101b, 102a, 102b) are not directly connected. Referring to FIG. 1 , it can be seen that the positions of the first driving unit 111 and the second driving unit 112 are separated from the positions of the two pairs of wing tips. Accordingly, the first gear unit 130 and the second gear unit 150 may be provided in order to transmit the driving force or rotational force of the first driving unit 111 and the second driving unit 112 to the two pairs of blades.
2 and 5 , it can be seen that the first gear unit 130 is located on the inner surface of the upper frame 120 , and the second gear unit 150 is located on the inner surface of the lower frame 140 . The first gear unit 130 flaps a pair of blades by receiving the driving force or rotational force of the first driving unit 111 , and the second gear unit 150 transmits the driving force or rotational force of the second driving unit 112 . It can flap the other pair of wings.
As such, the quad flapper 100 capable of yaw moment control according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 5 includes an upper frame 120; a lower frame 140 provided at a lower side to face the upper frame 120; a first gear unit 130 formed between the upper frame 120 and the lower frame 140 and provided close to the upper frame 120; a second gear unit 150 formed between the upper frame 120 and the lower frame 140 and provided close to the lower frame 140; a first driving unit 111 provided on the upper frame 120 to drive the first gear unit 130; a second driving unit 112 provided on the lower surface frame 140 to drive the second gear unit 150; Two pairs of blades 101a, 101b, 102a, 102b connected to each of the first gear unit 130 and the second gear unit 150 and driven by flapping; and an elastic unit 170 provided on the lower surface frame 140 and including a spring compressed or released from compression by the flapping driving of the two pairs of wings 101a, 101, 102a, 102b.
When the elastic unit 170 is mounted on the guide frame 160 , it may be disposed on the outer surface of the frame 140 , that is, on the same side as the second driving unit 112 . The elastic unit 170 will be described later.
Here, the two pairs of blades 101a, 101d, 102a, and 102b are connected to the first gear unit 130 and the second gear unit 150 by a link or a crank member, respectively, and thereby the first driving unit 111 and the second 2 It can receive the driving force or rotational force of the driving unit 112 .
Two pairs of wings (101a, 101b, 102a, 102b) may be fitted or connected to the lower end of the wing frame (101c, 101d, 102c, 102d). One end of the wing frames 101c, 101d, 102c, and 102d may be connected to an output crank 103 to be described later. The wing frames 101c, 101d, 102c, and 102d are connected to the output crank 103 so that the wing frames 101c, 101d, 102c, 102d move integrally with the output crank 103 .
In the quad flapper 100 according to an embodiment of the present invention, the upper frame 120 is positioned above and the lower frame 140 is positioned below the upper frame 120, but the position is not necessarily fixed in this way. Conversely, the frame 140 may be located at the upper side and the upper frame 120 may be located at the lower side. In this way, the upper frame 120 and the lower frame 140 may be provided to be compatible with each other.
Referring to FIG. 3 , sliding slots 121a , 121b , 122a and 122b may be formed through the upper frame 120 . The two sliding slots 121a and 121b positioned above the virtual line passing through the center of the two servomotors 111a and 111b are involved in the flapping of the pair of wings 101a and 101b, and The two sliding slots 122a, 122b located below the line may engage in flapping of the other pair of wings 102a, 102b.
The four sliding slots 121a, 121b, 122a, 122b penetrating through the upper frame 120 are formed to be symmetrical with respect to an imaginary line, and formed to be symmetrical with respect to an imaginary line perpendicular to the imaginary line. desirable. The four sliding slots 121a, 121b, 122a, and 122b are preferably arranged in a substantially parallelogram or rhombus shape.
Referring to FIG. 4 , the sliding slots formed in the lower frame 140 and the sliding slots 161a , 161b , 162a and 162b formed in the guide frame 160 are also sliding slots 121a , 121b and 122a formed in the upper frame 120 . , 122b) and may be disposed or formed in the same shape.
In FIG. 3 , a pair of wings 101a and 101b positioned above the imaginary line passing through the center of the first driving unit 111 flaps the same, and the pair of wings 101a and 101b ) move toward each other or move away from each other. Similarly, a pair of wings 102a and 102b positioned below the virtual line are also flapped while moving toward each other or moving away from each other.
Referring to FIG. 5 , the lower frame 140 is positioned below the upper frame 120 , and the first gear unit 130 and the second gear unit are formed between the upper frame 120 and the lower frame 140 . The output crank 103 to which the wing frames 101c, 101d, 102c, and 102d are connected to 150 is connected. Here, it is preferable that the output crank 103 is not located in the middle of the upper frame 120 and the lower frame 140 , but slightly biased toward the lower frame 140 .
The guide frame 160 is positioned under the lower surface frame 140 , and the elastic unit 170 is positioned between the lower surface frame 140 and the guide frame 160 .
The upper frame 120 and the lower frame 140 may be connected to each other by a first connecting pin 129 , and the lower frame 140 and the guide frame 160 may be connected to each other by a second connecting pin 149 . have. A gap may be formed by the length of the first connecting pin 129 or the second connecting pin 149 .
Hereinafter, a configuration of the gear units 130 and 150 connected to the first driving unit 111 or the second driving unit 112 will be described with reference to the drawings.
6 and 7 show the second gear unit 150 formed on the inner surface of the lower frame 140 . For reference, since the configuration of the first gear unit 130 formed on the inner surface of the upper frame 120 is the same as that of the second gear unit 150 , a repetitive description will be omitted.
Referring to FIG. 6 , four sliding slots 141a, 141b, 142a, and 142b may be formed through the lower frame 140 .
The second gear unit 150 is disposed between the driving gears 115 and 116 directly connected to the output shaft (not shown) of the second driving unit 112 , and the two driving gears 115 and 116 to engage the driving gears 115 and 116 . 1 intermediate gear 156, a second intermediate gear 155 disposed on the upper surface of the first intermediate gear 156 and rotating in the same manner as the second intermediate gear 156, both sides to mesh with the second intermediate gear 155 It may include a third intermediate gear 154 disposed on, a fourth intermediate gear 153b disposed on one side of the third intermediate gear 154 and engaged with the gear formed on the lower surface of the third intermediate gear 154 . . A fifth intermediate gear 153a rotating in the same manner as the fourth intermediate gear 153b may be provided on the upper surface of the fourth intermediate gear 153b. An output gear 151 meshing with the fifth intermediate gear 153a may be provided on one side of the fifth intermediate gear 153a.
As shown in FIG. 6 , the second gear unit 150 provided on one surface of the lower frame 140 includes driving gears 115 and 116 that are rotated by the second driving unit 112 ; It is located on both sides of a straight line connecting the rotation centers of the driving gears 115 and 116, and is directly or indirectly engaged with the driving gears 115 and 116 to receive the driving force of the second driving unit 112 and rotate the output gear 151; includes; can do.
Here, except for the two driving gears 115 and 116 , one first intermediate gear 156 , and one second intermediate gear 155 , the remaining third to fifth intermediate gears 154 , 153b and 153a and the output gear One 151 may be symmetrically formed on both sides of an imaginary line connecting the centers of rotation of the driving gears 115 and 116 , respectively.
Of the second gear unit 150 , the gear that moves the two pairs of blades 101a , 101b , 102a and 102b , that is, flaps the gear is the output gear 151 .
6, the output gear 151 is disposed furthest from the driving gears 115 and 116, and the output gear 151 is not directly connected to the output crank 103, but a separate link member 152a, 152b) may be connected to the output crank 103 through the medium.
The second gear unit 150 includes a connection link 152b having one end rotatably connected to the output gear 151 and a gear crank 152a having one end rotatably connected to the other end of the connection link 152b. may include The other end of the gear crank 152a may be rotatably connected to the output crank 103 .
Referring to FIG. 6 , it is shown that two gear cranks 152a and two connection links 152b are connected to the output gears 151 on both sides, respectively, one of the gear crank 152a and the connection link 152b. is connected to the output gear (not shown) of the first gear unit 130 provided adjacent to the upper frame 120 . That is, in FIG. 6 , the upper gear crank 152a and the connection link 152b are connected to the output gear of the first gear unit 130 provided adjacent to the upper frame 120 .
In FIG. 6 , the output crank 103 located at the upper right side based on an imaginary line passing through the center of the driving gears 115 and 116 is a connection link 152b in direct contact with the upper surface of the right output gear 151 and this connection It is connected to the gear crank 152a directly connected to the link 152b, and the output crank 103 located at the lower right side based on an imaginary line is a connection link 152b and a gear crank 152a located at a relatively upper side. is connected to That is, the output crank 103 located in the lower right is moved by the output gear provided adjacent to the upper frame 120 (not shown).
Similarly, the output crank 103 located in the lower left side based on an imaginary line passing through the center of the driving gears 115 and 116 is a connection link 152b in direct contact with the upper surface of the right output gear 151 and this connection link ( It is connected to the gear crank 152a directly connected to 152b), and the output crank 103 located at the upper left side based on an imaginary line is connected to the connection link 152b and the gear crank 152a located relatively above. do. That is, the output crank 103 located in the upper left is moved by the output gear provided adjacent to the upper frame 120 (not shown).
In this way, the output gear, the connection link, and the output crank rotated by the gear crank provided adjacent to the upper frame 120 include the output gear, the connection link and the output crank provided adjacent to the lower frame 140 . It may be provided differently from the output crank rotated by the gear crank. That is, the output crank rotated by the output gear provided adjacent to the upper frame 120 is different from the output crank rotated by the output gear provided adjacent to the lower frame 140 .
Meanwhile, referring to FIGS. 6 and 7 , the output crank 103 has a rotation center 103a connected to the upper surface frame 120 or the lower surface frame 140, and a sliding slot formed on one side of the rotation center 103a ( 103b) and a wing slot 103c formed on the other side of the rotation center 103a to which the wings 101a, 101b, 102a, 102b are connected.
The rotation center 103a of the output crank 103 is rotatably connected to the upper frame 120 or the lower frame 140, and the sliding slot 103b is on the output gear 151 side based on the rotation center 103a. It is formed in the wing slot (103c) may be formed on the opposite side of the output gear (151).
The sliding slot 103b does not have an open portion, but the wing slot 103c has an open end. Wing frames (101c, 101d, 102c, 102d) for supporting the lower ends of the wings (101a, 101b, 102a, 102b) are inserted or fastened to the wing slots (103c), the wing frames (101c, 101d, 102c, 102d) are One end of the wing slot 103c is opened so as to be easily fastened to or separated from the wing slot 103c.
A sliding pin 178 that moves along the sliding slots 141a, 141b, 142a, and 142b of the lower frame 140 as the output gear 151 rotates is inserted into the other end of the gear crank 152a, the sliding pin ( 178) may also be inserted into the sliding slot 103b of the output crank 103 and the sliding slots 141a, 141b, 142a, 142b of the lower frame 140.
As the other end of the gear crank 152a is connected to the output crank 103, the rotational force of the output gear 151 may be transmitted to the output crank 103, and the gear crank 152a and the output crank 103 are fixed to each other. Rather than being connected in a state, they are connected to each other via the sliding pin 178 . At this time, the sliding pin 178 passes through the other end of the gear crank 152a, the sliding slot 103b of the output crank 103, and the sliding slots 141a, 141b, 142a, 142b of the lower frame 140 sequentially. By being provided to do so, the rotational force or driving force of the output gear 151 can be transmitted to the output crank 103 through the gear crank 152a, and as a result, a flapping operation in which the output crank 103 reciprocates within a certain angular range is performed. will do
As the output gear 151 rotates, the other end of the gear crank 152a reciprocates along the sliding slots 141a, 141b, 142a, and 142b of the frame 140 together with the sliding pin 178. Since the sliding pin 178 is inserted into the sliding slots 141a, 141b, 142a, 142b of the lower frame 140, when the gear crank 152a moves by the rotation of the output gear 151, the sliding pin 178 When together with the other end of the gear crank (152a), the frame 140 reciprocates along the sliding slots (141a, 141b, 142a, 142b).
In addition, since the sliding pin 178 is also inserted into the sliding slot 103b of the output crank 103, the sliding pin 178 reciprocates along the sliding slots 141a, 141b, 142a, 142b of the lower frame 140. When moving, the sliding pin 178 also reciprocates along the sliding slot 103b of the output crank 103 .
At this time, the output crank 103 is connected to the lower frame 140 by the rotation center 103a, and the length of the sliding slot 103b of the output crank 103 is the sliding slot 141a, 141b of the lower frame 140, 142a, 142b) Since it is shorter than the length, the output crank 103 reciprocates within a certain angular range while the sliding pin 178 reciprocates along the sliding slots 141a, 141b, 142a, 142b of the lower frame 140. flapping motion.
In this way, when the sliding pin 178 is inserted into the sliding slot 103b of the output crank 103, the output crank reciprocates along the sliding slots 141a, 141b, 142a, and 142b of the frame 140. The wing slot 103c of (103) may rotate and reciprocate within a certain angular range with respect to the rotation center 103a. Accordingly, the wings 101a, 101b, 102a, 102b connected to the wing slot 103c also perform a flapping operation to reciprocate within a predetermined angular range.
On the other hand, the output crank 103 rotated by the output gear of the first gear unit 130 provided adjacent to the upper frame 120 and the second gear unit 150 provided adjacent to the lower frame 140, The output crank 103 rotated by the output gear 151 may reciprocate rotationally along opposite directions at the same speed.
Referring to FIG. 6 , the output crank 103 located at the upper side rotates and reciprocates along opposite directions to the output crank 103 located at the lower side, but rotates at the same speed. For example, when the output crank 103 in the upper right rotates in a clockwise direction at a constant speed, the output crank 103 in the lower right rotates in a counterclockwise direction at the same speed.
On the other hand, in FIG. 6 , the two output cranks 103 located at the upper part rotate and reciprocate along opposite directions at the same speed, and the two output cranks 103 located at the lower part also have the same speed and opposite directions. will rotate and reciprocate accordingly.
8 shows the flapping angle of each blade or output crank 103, that is, the range of flapping angles. In FIG. 8 , the gear crank and the connecting link connected to the first gear unit 130 of the upper frame 120 are not shown, but the connecting link 152b connected to the second gear unit 150 of the lower frame 140 . ) and only the gear crank 152a are shown.
8, the flapping angle of the wing or output crank 103 is the center of the wing slot 103c and the center of the sliding pin 178 (O 1 ), the rotation center of the output crank 103 (103a, O 2 ) is defined as an angle between a straight line connecting the straight line and a straight line connecting the rotation center 103a of the output crank 103 and the rotation center O of the second intermediate gear 155 .
As shown in Fig. 8 (a), when the sliding pin 178 moves toward the highest position of the sliding slots 141a, 141b, 142a, 142b of the lower frame 140, the wing slot 103b of the output crank 103 ) is at the lowest position (Clockwise stroke), and in this state, the wing rotates downward to a position with an angle of -47.5°.
As shown in Fig. 8 (b), when the sliding pin 178 moves toward the lowest position of the sliding slots 141a, 141b, 142a, 142b of the lower frame 140, the wing slot 103b of the output crank 103 ) is in the highest position (Counterclockwise stroke), and in this state, the wing rotates upward to a position with an angle of 47.5°.
As shown in FIG. 8 , as the output gear 151 rotates, the wings 101a, 101b, 102a, 102b are flapping while reciprocating within an angle range of -47.5° (Clockwise stroke) to 47.5° (Counterclockwise stroke). will do
Meanwhile, the quad flapper 100 according to an embodiment of the present invention may include a spring system for yaw control. That is, the quad flapper 100 according to an embodiment of the present invention uses a lower frame 140 and an elastic unit 170 provided to be positioned between the lower frame 140 and the guide frame 160 disposed to face the lower frame 140 . You can perform yaw control.
9 to 12 , the elastic unit 170 as a spring system for yaw control may be mounted behind the lower frame 140 . When the elastic unit 170 moves along the sliding slots (141a, 141b, 142a, 142b) formed in the lower frame 140 and the sliding slots (161a, 161b, 162a, 162b) formed in the guide frame 160, the lower frame ( Four may be provided between the 140 and the guide frame 160 . Each of the four elastic units 170 can operate in conjunction with one output crank 103 .
Referring to FIG. 9 , the four elastic units 170 are located at the rear of the lower frame 140 , but are provided to slide along the guide frame 160 . The guide frame 160 is disposed to be spaced apart from the rear of the frame 140 so as to provide a gap in which the elastic unit 170 is to be installed.
The guide frame 160 may include a first member 160b having four sliding slots 161a, 161b, 162a, and 162b formed therein and a second member 160a extending in both directions from the first member 160b. have. A second connecting pin 149 (refer to FIG. 5 ) connected to the lower frame 140 may be fastened to the second member 160a. The first member 160b may have a parallelogram or rhombus shape, and the second member 160a may extend from two vertices facing each other among the four vertices of the first member 160b.
Here, the sliding slots 161a, 161b, 162a, 162b formed in the first member 160b are formed to face the sliding slots 141a, 141b, 142a, 142b formed in the lower frame 140 or quad flapper 100. may be formed to be located on the same vertical line along the height direction of
On the other hand, the sliding slots (141a, 141b, 142a, 142b) of the lower frame 140, the sliding slots (161a, 161b, 162a, 162b) of the guide frame 160 and the elastic unit 170 is two pairs of wings (101a) , 101b, 102a, 102b) are provided, respectively, the sliding slots (141a, 141b, 142a, 142b) of the lower frame 140 and the sliding slots (161a, 161b, 162a, 162b) of the guide frame 160 ) may be formed to be symmetrical with respect to horizontal and vertical lines passing through the center of the lower frame 140 .
11 shows a state in which the guide frame 160 is removed, and FIG. 12 shows a state in which the cap is removed from some of the elastic units 170 .
11 and 12, the elastic unit 170 is a spring box 171 with a space formed therein; a cap 172 connected to the upper portion of the spring box 171; a spring 175 provided on the inside of the spring box 171; a piston 174 that is provided to contact both ends of the spring 175, and any one is provided to slide along the inner circumferential surface of the spring box 171 by a sliding pin 178; and at least two guide pins 179 protruding from the upper surface 173 of the cap 173 and inserted into the sliding slots 161a, 161b, 162a, and 162b of the guide frame 160 .
Here, the spring box 171 of the elastic unit 170 is a member serving as a housing in which the spring 175 and the piston 174 are provided. The inside of the spring box 171 is shown because the elastic unit 170 located in the upper left and lower right of the elastic unit 170 shown in FIG. 12 is in a state in which the cap 172 is removed. The pistons 174 are respectively positioned at both ends in the longitudinal direction of the spring box 171 , and the springs 175 are positioned between the pistons 174 . The spring 175 is preferably provided in the form of a compression coil spring.
Since both ends of the spring 175 in the spring box 171 are supported in contact with the piston 174, when at least one of the two pistons 174 moves toward the opposite piston 174, the spring 175 is compressed. It has elastic restoring force.
Referring to FIG. 11 , the piston 174 located far from the output gear 151 among the two pistons 174 supporting both ends of the spring 175 may be provided in contact with the sliding pin 178 . have. Therefore, when the output crank 103 rotates by the rotation of the output gear 151, the piston 174 moves inward along the spring box 171 by the sliding pin 178 that moves, and the spring 175 is compressed. can
Accordingly, the spring 175 of the elastic unit 170 may be compressed or released as the two pairs of blades 101a, 101b, 102a, and 102b are driven by flapping. That is, the piston 174 in contact with the sliding pin 178 slides along the inner surface of the spring box 171 by the sliding pin 174 and the spring 175 .
The cap 172 is a member that covers the upper portion of the spring box 171 , and is a member that enables the elastic unit 170 to move along the sliding slots 161a , 161b , 162a , 162b of the guide frame 160 . To this end, one guide pin 179 may be protruded from the upper surface 173 of the cap 172 at both ends in the longitudinal direction thereof.
10 and 11 , the two guide pins 179 formed on the cap 172 may be inserted into the sliding slots 161a , 161b , 162a , and 162b of the guide frame 160 .
Meanwhile, on the rear surface of the lower frame 140 , the control input gear 180 is provided rotatably with the center of the lower frame 140 as the rotation shaft 181 ; a control output gear 182 provided to mesh with gears formed at both ends of the control input gear 180; and a connection crank 189 provided to connect the control output gear 182 and the elastic unit 170; may be provided.
11 and 12 , the control input gear 180 may be provided to cross the lower frame 140 as if the output gears 151 on both sides were connected. Gears (not shown) may be formed at both ends of the control input gear 180 , and a control output gear 182 that meshes with the gears formed at both ends of the control input gear 180 may be provided. The control output gear 182 may be provided at a position corresponding to the output gear 151 .
The control output gear 182 may be connected to the elastic unit 170 by a link member. The link member may include an intermediate connecting member 183 provided on the gear surface of the control output gear 182 and a connecting crank 189 connected to both ends of the intermediate connecting member 183 , respectively.
The two connecting cranks 189 are connected to the intermediate connecting member 183 , and one end of the two connecting cranks 189 may be connected to the elastic unit 170 . That is, any one of the two guide pins 179 formed on the cap 172 is rotatably connected to one end of the connection crank 189 , and as described above, the sliding pin 178 slides the lower frame 140 . It may be provided to pass through the slots (141a, 141b, 142a, 142b) to contact the piston (174).
Since the control output gear 182 and the elastic unit 170 are connected by the intermediate connecting member 183 and the connecting crank 189, the elastic unit ( 170) may change.
On the other hand, in the quad flapper 100 according to an embodiment of the present invention, as the control input gear 180 rotates clockwise or counterclockwise about the rotation shaft 181 , the initial position of the elastic unit 170 is changed. When the two pairs of blades 101a, 101b, 102a, and 102b are flapping in the changed state, a yaw moment may be generated by the elastic unit 170 .
A principle of controlling the yaw moment by the elastic unit 170 will be described with reference to FIGS. 12 to 14 .
Gear systems 180 , 182 controlling the movement of the elastic unit 170 are shown in FIG. 12 . A crank and slider mechanism may be used for motion of the elastic unit 9170 .
The control input gear 180 may rotate about the rotation shaft 181 according to a signal from the servo motor. The control output gear 182 positioned on both sides of the control input gear 180 may be connected to the control input gear 180 by two connecting cranks 189 . One end of each connecting crank 189 may be connected to the guide pin 179 of the elastic unit 170 . In this state, when the control output gear 180 rotates, the elastic unit 170 slides along the sliding slots 161a, 161b, 162a, and 162b of the guide frame 160 .
12 shows the control mechanism with the control input gear 180 in the neutral position. Even at the end of the half stroke during flapping of the blades in this position (that is, the raising of the two upper blades and the lowering of the two lower blades), the sliding pin 178 of the output crank 103 is Without compressive deformation, the state in contact with only the pistons 174 of the four spring boxes 171 is maintained. Accordingly, the elastic force (elastic restoring force) of the spring 175 does not act on the output crank 103 .
Here, since the four output cranks 103 are symmetrically positioned, the moments generated by flapping the wing of a clockwise stroke and a counterclockwise stroke cancel each other out to form a flapping circle. A zero moment is created over Accordingly, in the case of FIG. 12 , the quad flapper 100 is balanced.
13 shows a yaw-left position control mechanism. An angle at which the control input gear 180 rotates with respect to a horizontal line passing through the center of the lower frame 140 of the quad flapper 100 is defined as β.
When β>0, that is, when the control input gear 180 rotates clockwise with respect to the horizontal line, the upper right and lower elastic units 170 move upward along the sliding slot of the guide frame 160, the upper left and The lower elastic unit 170 slides downward along the sliding slot of the guide frame 160 . At this time, the upper right and lower left elastic units 170 move to the sliding area of the sliding pin 178 in the output crank 103 of the upper right and lower left, respectively. Accordingly, towards the end of the half stroke of the wing, the sliding pins 178 on the output cranks 103 of the upper right and lower left will push the piston 174 of the resilient unit 170 against the spring 175 . ) is compressed.
Due to the elastic force (elastic restoring force) of the spring 175, a counterclockwise stroke of the wing connected to the output crank 103 in the upper right and a clockwise stroke of the wing connected to the output crank 103 in the lower left ) is slowed, and the half stroke of the remaining wings is made faster. The counterclockwise stroke of the wing connected to the output crank 103 of the upper right and the clockwise stroke of the wing connected to the output crank 103 of the lower left are the yaw-right moment and the half stroke of the remaining wing creates a yaw-left moment. Thus, a yaw-left moment is created over one flapping cycle.
On the other hand, when a yaw-right moment occurs, a reversed process occurs. 14 shows the control mechanism of the yaw-right position. When β < 0, that is, when the control input gear 180 rotates counterclockwise with respect to the horizontal line, the elastic unit 170 on the right moves downward along the sliding slot of the guide frame 160, and the elastic unit on the left ( 170 is to slide the sliding slot of the guide frame 160 upwards.
The lower right and upper left elastic units 170 move to the sliding area of the sliding pin 178 in the output crank 103 located in the lower right and upper left, respectively. Accordingly, towards the end of the half stroke of the wing, the sliding pins 178 on the output cranks 103 of the lower right and upper left will push the piston 174 of the elastic unit 170 and the spring 175 ) is compressed.
Due to the elastic force (elastic restoring force) of the spring 175, a clockwise stroke of the wing connected to the output crank 103 in the lower right and a counterclockwise stroke of the wing connected to the output crank 103 in the upper left ) is slowed, and the half stroke of the remaining wings is made faster. The clockwise stroke of the wing connected to the output crank 103 of the lower right and the counterclockwise stroke of the wing connected to the output crank 103 of the upper left are the yaw-left moment and the half stroke of the remaining wing creates a yaw-right moment. Thus, a yaw-right moment is created over one flapping cycle.
As described above, in one embodiment of the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. It is not limited, and various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims described below, but also all of the claims and all equivalents or equivalent modifications will fall within the scope of the spirit of the present invention.


*100: 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼
101a,101b,102a,102b: 날개 101c,101d,102c,102d: 윙 프레임
103: 출력 크랭크 111: 제1 구동부
112: 제2 구동부 120: 상면 프레임
121a,121b,122a,122b: 슬라이딩 슬롯
130: 제1 기어부 140: 하면 프레임
141a,141b,142a,142b: 슬라이딩 슬롯
150: 제2 기어부 151: 출력 기어
152a: 기어 크랭크 160: 가이드 프레임
161a,161b,162a,162b: 슬라이딩 슬롯
170: 탄성 유닛 171: 슬라이딩 박스
174: 피스톤 175: 스프링
178: 슬라이딩 핀 180: 컨트롤 입력기어
182: 컨트롤 출력기어
*100: Quad flapper with yaw moment control
101a, 101b, 102a, 102b: wing 101c, 101d, 102c, 102d: wing frame
103: output crank 111: first driving unit
112: second driving unit 120: upper frame
121a, 121b, 122a, 122b: sliding slot
130: first gear unit 140: lower frame
141a, 141b, 142a, 142b: sliding slot
150: second gear unit 151: output gear
152a: gear crank 160: guide frame
161a, 161b, 162a, 162b: sliding slot
170: elastic unit 171: sliding box
174: piston 175: spring
178: sliding pin 180: control input gear
182: control output gear

Claims (11)

상면 프레임;
상기 상면 프레임과 마주 보도록 하측에 이격 배치되는 하면 프레임;
상기 상면 프레임 및 상기 하면 프레임 사이에 형성되되, 상기 상면 프레임 및 상기 하면 프레임에 각각 근접하게 마련되는 제1 기어부 및 제2 기어부;
상기 상면 프레임 및 상기 하면 프레임에 각각 마련되어 상기 제1 기어부 및 상기 제2 기어부를 각각 구동시키는 제1 구동부 및 제2 구동부;
상기 제1 기어부 및 상기 제2 기어부에 각각 1쌍이 연결되어 플래핑 구동되는 2쌍의 날개; 및
상기 하면 프레임에 마련되고, 상기 2쌍의 날개의 플래핑 구동에 의해 압축되거나 압축이 해제되는 스프링을 포함하는 탄성 유닛;
을 포함하며,
상기 탄성 유닛은 상기 하면 프레임 및 상기 하면 프레임과 마주 보도록 배치된 가이드 프레임 사이에 위치하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.
top frame;
a lower frame spaced apart from the lower side to face the upper frame;
a first gear unit and a second gear unit formed between the upper frame and the lower frame, the first gear unit and the second gear unit being provided adjacent to the upper frame and the lower frame, respectively;
a first driving unit and a second driving unit respectively provided on the upper frame and the lower frame to drive the first gear unit and the second gear unit, respectively;
two pairs of blades connected to each of the first gear unit and the second gear unit and driven by flapping; and
an elastic unit provided on the lower surface frame and including a spring compressed or released from compression by flapping driving of the two pairs of wings;
includes,
The elastic unit is a quad flapper capable of yaw moment control, characterized in that it is provided to be positioned between the lower frame and the guide frame disposed to face the lower frame.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 탄성 유닛은 상기 하면 프레임에 형성된 슬라이딩 슬롯 또는 상기 가이드 프레임에 형성된 슬라이딩 슬롯을 따라 움직이도록 마련되는 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.
According to claim 1,
The elastic unit is a quad flapper capable of yaw moment control, characterized in that it is provided to move along a sliding slot formed in the lower frame frame or a sliding slot formed in the guide frame.
 삭제delete 제3항에 있어서,
상기 하면 프레임에는,
상기 하면 프레임의 중심을 회전축으로 하여 회전 가능하게 마련되는 컨트롤 입력기어;
상기 컨트롤 입력기어의 양단에 형성된 기어와 맞물리도록 마련되는 컨트롤 출력기어; 및
상기 컨트롤 출력기어와 상기 탄성 유닛을 연결하도록 마련되는 연결 크랭크;가 마련되며,
상기 컨트롤 입력기어가 상기 회전축을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라 상기 탄성 유닛의 초기 위치가 변경된 상태에서 상기 2쌍의 날개가 플래핑 구동을 하면 상기 탄성 유닛에 의해 요 모멘트가 발생하는 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.
4. The method of claim 3,
In the lower frame,
a control input gear rotatably provided with the center of the lower frame as a rotation axis;
a control output gear provided to mesh with gears formed at both ends of the control input gear; and
A connecting crank provided to connect the control output gear and the elastic unit; is provided;
As the control input gear rotates in a clockwise or counterclockwise direction about the rotation shaft, when the two pairs of blades perform flapping driving in a state where the initial position of the elastic unit is changed, a yaw moment is generated by the elastic unit A quad flapper capable of yaw moment control, characterized in that.
 제5항에 있어서,
상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯, 상기 가이드 프레임의 슬라이딩 슬롯 및 상기 탄성 유닛은 상기 2쌍의 날개에 대응하도록 각각 4개가 마련되고,
상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯 및 상기 가이드 프레임의 슬라이딩 슬롯은 상기 하면 프레임의 중심을 지나는 수평선 및 수직선에 대해서 대칭이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.
6. The method of claim 5,
Four of the sliding slot of the lower frame, the sliding slot of the guide frame and the elastic unit are provided respectively to correspond to the two pairs of wings,
The sliding slot of the lower frame and the sliding slot of the guide frame are formed to be symmetrical with respect to horizontal and vertical lines passing through the center of the lower frame.
 제6항에 있어서,
상기 상면 프레임 및 상기 하면 프레임의 일면에는 각각,
상기 제1 구동부 또는 상기 제2 구동부에 의해 회전하는 구동 기어;
상기 구동 기어의 회전 중심을 연결하는 직선의 양측에 위치하고, 상기 구동 기어와 직간접적으로 맞물려서 상기 제1 구동부 또는 상기 제2 구동부의 구동력을 전달받아 회전하는 출력 기어;
상기 출력 기어에 일단이 회전 가능하게 연결되는 연결링크;
상기 연결링크의 타단에 일단이 회전 가능하게 연결되는 기어 크랭크; 및
상기 기어 크랭크의 타단이 회전 가능하게 연결되는 출력 크랭크;가 마련되며,
상기 상면 프레임에 인접하게 마련되는 상기 출력 기어, 상기 연결링크 및 상기 기어 크랭크에 의해서 회전되는 상기 출력 크랭크는 상기 하면 프레임에 인접하게 마련되는 상기 출력 기어, 상기 연결링크 및 상기 기어 크랭크에 의해서 회전되는 상기 출력 크랭크와 다른 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.
7. The method of claim 6,
On one side of the upper frame and the lower frame, respectively,
a driving gear rotated by the first driving unit or the second driving unit;
an output gear positioned on both sides of a straight line connecting the rotation centers of the driving gear, and which is directly or indirectly engaged with the driving gear to receive a driving force from the first driving unit or the second driving unit to rotate;
a connection link having one end rotatably connected to the output gear;
a gear crank having one end rotatably connected to the other end of the connecting link; and
An output crank to which the other end of the gear crank is rotatably connected; is provided;
The output gear provided adjacent to the upper frame, the connecting link, and the output crank rotated by the gear crank are rotated by the output gear, the connecting link, and the gear crank provided adjacent to the lower frame A quad flapper capable of yaw moment control, characterized in that it is different from the output crank.
 제7항에 있어서,
상기 출력 크랭크는 상기 상면 프레임 또는 상기 하면 프레임에 연결되는 회전 중심, 상기 회전 중심의 일측에 형성된 슬라이딩 슬롯 및 상기 회전 중심의 타측에 형성되어 상기 날개가 연결되는 윙 슬롯을 포함하며,
상기 기어 크랭크의 타단에는 상기 출력 기어가 회전함에 따라 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯을 따라 움직이는 슬라이딩 핀이 삽입되되, 상기 슬라이딩 핀은 상기 출력 크랭크의 슬라이딩 슬롯 및 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯에 삽입되는 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.
8. The method of claim 7,
The output crank comprises a rotation center connected to the upper frame or the lower frame frame, a sliding slot formed on one side of the rotation center, and a wing slot formed on the other side of the rotation center to which the blades are connected,
A sliding pin moving along a sliding slot of the lower frame frame is inserted into the other end of the gear crank as the output gear rotates, and the sliding pin is inserted into a sliding slot of the output crank and a sliding slot of the lower frame frame. Quad flapper with yaw moment control.
 제8항에 있어서,
상기 출력 기어가 회전함에 따라 상기 기어 크랭크의 타단은 상기 슬라이딩 핀과 함께 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯을 따라 왕복 운동하게 되고,
상기 슬라이딩 핀이 상기 출력 크랭크의 슬라이딩 슬롯에 삽입된 상태로 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯을 따라 왕복 운동함에 따라 상기 출력 크랭크의 윙 슬롯은 상기 회전 중심을 기준으로 일정 각도 범위 내에서 회전 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.
9. The method of claim 8,
As the output gear rotates, the other end of the gear crank reciprocates along the sliding slot of the lower frame together with the sliding pin,
As the sliding pin reciprocates along the sliding slot of the lower frame in a state in which the sliding pin is inserted into the sliding slot of the output crank, the wing slot of the output crank rotates and reciprocates within a predetermined angular range with respect to the rotation center. Features a quad flapper with yaw moment control.
 제9항에 있어서,
상기 탄성 유닛은,
스프링 박스;
상기 스프링 박스의 상부에 연결되는 캡;
상기 스프링 박스의 내부에 마련되는 스프링;
상기 스프링의 양단과 접촉하도록 마련되고, 어느 하나는 상기 슬라이딩 핀에 의해서 상기 스프링 박스의 내주면을 따라 슬라이딩 하도록 마련되는 피스톤; 및
상기 캡의 상면에 돌출 형성되어 상기 가이드 프레임의 슬라이딩 슬롯에 삽입되는 적어도 2개의 가이드 핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.
10. The method of claim 9,
The elastic unit,
spring box;
a cap connected to an upper portion of the spring box;
a spring provided inside the spring box;
a piston provided in contact with both ends of the spring, one of which is provided to slide along an inner circumferential surface of the spring box by the sliding pin; and
and at least two guide pins protruding from the upper surface of the cap and inserted into the sliding slots of the guide frame.
 제10항에 있어서,
상기 가이드 핀 중 어느 하나는 상기 연결 크랭크의 일단에 회전 가능하게 연결되고,
상기 슬라이딩 핀은 상기 하면 프레임의 슬라이딩 슬롯을 통과하여 상기 피스톤과 접촉하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 요 모멘트 제어가 가능한 쿼드 플래퍼.11. The method of claim 10,
Any one of the guide pins is rotatably connected to one end of the connecting crank,
The sliding pin is a quad flapper capable of yaw moment control, characterized in that it is provided to come into contact with the piston through a sliding slot of the lower frame.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101350839B1 (en) 2012-05-31 2014-01-16 전북대학교산학협력단 Wing flapping apparatus using seesaw motion for flying object
US20150008279A1 (en) * 2009-06-05 2015-01-08 Aerovironment, Inc. Air Vehicle Flight Mechanism and Control Method

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