KR102427766B1

KR102427766B1 - 비행 모듈 및 이를 구비한 비행체

Info

Publication number: KR102427766B1
Application number: KR1020200036174A
Authority: KR
Inventors: 이승제; 김현진
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2022-08-02
Also published as: KR20210120163A

Abstract

비행체가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 비행체는, 하측으로 열린 내부공간이 형성된 몸체부, 상기 내부공간에 배치되고 비행에 필요한 추력을 발생시키는 추력부, 상기 몸체부에 대한 상기 추력부의 롤(roll) 운동 및 피치(pitch) 운동 가능하도록, 상기 몸체부에 상기 추력부를 연결시키는 관절부 및 상기 몸체부에 대하여 상기 추력부를 회전시키는 작동부를 구비한 비행 모듈을 복수 개 포함하고, 복수의 상기 비행 모듈이 서로 결합되어 결합체를 구성한다.

Description

비행 모듈 및 이를 구비한 비행체{Flight module and Flight vehicle having the same}

본 발명은 비행 모듈 및 이를 구비한 비행체에 관한 것이다. 보다 상세히, 임무 요구사항에 따라 다수의 비행 모듈을 비행 중 결합 및 분리함으로써 결합체의 형상 또는 구성을 다양하게 바꿀 수 있는 비행 모듈 및 이를 구비한 비행체에 관한 것이다.

드론으로 불리는 소형 비행체는 최근 경량 소재의 개발과 소형 추력 장치의 개발, 및 비행 알고리즘의 발전에 의해서 최근 광범위한 분야에서 활발하게 개발, 이용되고 있다.

그런데, 멀티로터로 대표되는 기존의 비행체는 발생 가능한 추력의 한계로 인한 이륙 중량의 제한이 있고, 배터리 용량의 한계로 인한 짧은 비행시간을 가지는 문제가 있다. 또한, 이륙중량 한계로 인해 탑재 가능한 장비들(센서, 액추에이터 등)의 종류나 성능이 한정되고, 이로 인해 다양한 임무에 대한 대응성이 제한되는 문제가 있다.

본 발명의 실시예는 비행 모듈 및 이를 구비한 비행체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 비행 중에 다수의 비행 모듈을 결합 및 분리함으로써 결합체의 형상 또는 구성을 다양하게 바꿀 수 있고 비행 중에 비행모듈의 자세를 비행방향과 관계없이 자유로이 조절할 수 있어서, 임무에 필요한 추력 및 비행시간을 충분히 확보하고 다양한 임무에 대한 대응성을 가지는 비행 모듈 및 이를 구비한 비행체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하측으로 열린 내부공간이 형성된 몸체부, 상기 내부공간에 배치되고 비행에 필요한 추력을 발생시키는 추력부, 상기 몸체부에 대한 상기 추력부의 롤(roll) 운동 및 피치(pitch) 운동 가능하도록, 상기 몸체부에 상기 추력부를 연결시키는 관절부 및 상기 몸체부에 대하여 상기 추력부를 회전시키는 작동부를 구비한 비행 모듈을 복수 개 포함하고, 복수의 상기 비행 모듈이 서로 결합되어 결합체를 구성하는 비행체가 제공된다.

이 때, 상기 결합체에서 복수의 상기 비행 모듈은 개별적으로 분리되고, 배치가 변경된 후에 변경된 배치 구조에서 다시 결합될 수 있다.

이 때, 복수의 상기 비행 모듈은, 각각의 상기 몸체부에 형성되고 서로 결합되는 도킹부를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 몸체부의 외측에 복수의 결합면이 형성되고, 상기 도킹부는 각각 상기 결합면에 배치되며, 복수의 상기 비행 모듈은 상기 결합면을 선택적으로 바꾸어 이웃하는 비행 모듈과 결합되어 형태를 변경될 수 있다.

한편, 상기 결합체에서 복수의 상기 비행 모듈 중 적어도 하나가 분리되고, 다른 비행 모듈이 교체되어 결합될 수 있다.

또한, 상기 추력부에 전력을 공급하는 전원부를 더 포함하고, 상기 결합체에서 상기 전원부의 전력이 소모된 비행 모듈이 분리되고, 상기 전원부가 충전된 다른 비행 모듈이 교체되어 결합될 수 있다.

또한, 복수의 상기 비행 모듈 중 적어도 둘 이상은 화물 이송부를 포함하고, 상기 화물 이송부를 가지는 비행 모듈들은 화물의 하중을 분산하여 같이 이송할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하측으로 열린 내부공간이 형성된 몸체부, 상기 내부공간에 배치되고 비행에 필요한 추력을 발생시키는 추력부, 상기 몸체부에 대한 상기 추력부의 롤(roll) 운동 및 피치(pitch) 운동 가능하도록, 상기 몸체부에 상기 추력부를 연결시키는 관절부 및 상기 몸체부에 대하여 상기 추력부를 회전시키는 작동부를 포함하는 비행 모듈이 제공된다.

이 때, 상기 몸체부를 인접한 다른 비행 모듈과 결합시키는 도킹부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 몸체부에 설치되며 전기를 공급하는 전원부 및 상기 전원부를 인접한 다른 비행체의 전원부와 전기적으로 연결시키는 접속부를 더 포함할 수 있다.

또한, 이송하는 화물의 하중을 지지하는 화물 이송부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 추력부는, 복수의 프로펠러를 구비한 멀티로터(multirotor) 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 몸체부는, 상기 내부공간에 설치된 상기 추력부를 보호하도록, 상면 및 측면 중 적어도 어느 하나에 설치된 보호벽을 포함할 수 있다.

또한, 상기 관절부는, 서로 직교하는 제1 판과 제2 판이 결합된 브라켓, 상기 제1 판에 결합되고 제1 회전축에 연결되어 회전하는 제1 회전 디스크 및 상기 제2 판에 결합되고 제2 회전축에 연결되어 회전하는 제2 회전 디스크를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 작동부는, 상기 몸체부에 결합되고, 상기 제1 회전축을 회전시키는 제1 서보 모터 및 상기 추력부에 결합되고, 상기 제2 회전축을 회전시키는 제1 서보 모터를 포함할 수 있다.

한편, 상기 몸체부에 대해서 상기 추력부는 롤 운동 및 피치 운동하여 비행방향을 6 자유도로 제어하며, 상기 몸체부는 비행 중 및 방향을 전환할 때에도 일정한 자세를 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 비행 중에 다수의 비행 모듈을 결합 및 분리함으로써 결합체의 형상 또는 구성을 다양하게 바꿀 수 있어서, 임무에 필요한 추력 및 비행시간을 충분히 확보하고 다양한 임무에 대한 대응할 수 있다.

또한, 결합된 복수의 비행 모듈은, 모두 몸체부를 일정한 자세로 유지하면서 같은 방향으로 추력을 발생시킬 수 있어서, 결합체가 된 하나의 비행체로서 큰 추력을 얻을 수 있고 이동을 쉽게 조절할 수 있다.

또한, 복수의 비행 모듈 사이에서 추력의 방향이 어긋나서 발생하는 불필요한 추력의 손실을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈을 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈의 관절부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈의 이동을 예시하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비행 모듈을 나타낸 측면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈이 결합되는 방식과 결합된 비행체의 이동을 예시하는 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비행체에서 비행 모듈의 배치 변경 및 재결합을 예시하는 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 비행체에서 비행 모듈의 교체를 예시하는 도면.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비행체가 화물을 이송하는 방식을 예시하는 도면.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 비행 모듈 및 이를 구비한 비행체의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에 따른 비행체(1000, 1100, 1200, 1300)는, 서로 결합되는 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)을 포함한다. 즉, 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)이 결합되어 하나의 결합체를 이루고, 결합체가 하나의 비행체(1000, 1100, 1200, 1300)가 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈을 나타낸 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈(100)은, 몸체부(110), 추력부(120), 관절부(130) 및 작동부(140)를 포함할 수 있다.

몸체부(110)는, 추력부(120)를 보호하고, 다른 비행 모듈(200, 300, 400, 500, 도 6 참고)과 결합되는 부분이다.

추력부(120)를 보호하기 위해, 몸체부(110)에는 추력부(120)가 설치되고 움직일 수 있는 내부공간이 형성된다. 이 때, 추력부(120)에서 발생한 추력으로 비행 모듈(100)이 비행할 수 있도록, 내부공간은 하측으로 열린 구조를 가진다. 또한, 추력부(120)가 몸체부(110)에 충돌하거나 몸체부(110)에서 외부로 돌출되지 않도록, 내부공간은 추력부(120)의 크기, 운동 범위 및 원활한 공기유동 등을 고려하여 충분한 크기로 형성될 수 있다.

몸체부(110)는 다른 비행 모듈(200, 300, 400, 500)의 몸체부와 결합되어서, 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)을 일체의 결합체로 형성시키는 역할을 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 몸체부(110)는 내부 공간이 빈 프레임 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 몸체부(110)는, 사각형 구조를 가지는 상부 및 하부 프레임(112, 114)과, 상부 및 하부 프레임(112, 114)을 상하로 연결하는 막대 형태의 연결 프레임(116)을 포함하여, 전체적으로 육면체 형태의 프레임 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 육면체 구조의 몸체부(110)는 기본적으로 전체 면이 열린 구조를 가질 수 있다.

이 때, 육면체 구조 중 상면 또는 측면에는 내부공간에 설치된 추력부(120)를 보호하는 보호벽(미도시)이 설치될 수 있다. 보호벽은 추력부(120)로 공기 유입이 원활하도록 통기성을 가질 수 있다. 예를 들어, 몸체부(110)의 측면에는 내부공간을 보호하는 금속망이 설치될 수 있다.

한편, 비행 모듈들을 결합하여 다양한 형태의 결합체로 구성하기 위해서는 몸체부(110)가 육면체 형상으로 형성되는 것이 바람직하지만, 몸체부(110)는 육면체로 한정되지는 않는다. 몸체부(110)는 다면체, 다각 기둥, 원기둥 등 결합체로 구성이 가능한 다양한 형태를 포함한다.

또한, 몸체부(110)는, 전원부, 제어장치, 센서, 통신 장치, 촬영 장치 등 임무에 필요한 다양한 기구들을 탑재할 수 있다. 이 때, 내부공간이 하측으로 열린 구조를 유지하기 위해서, 몸체부(110)의 상측 또는 측면에 기구들을 탑재함이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비행 모듈을 나타낸 측면도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 몸체부(110)의 상판 위에 전원부(152), 제어장치(154), 센서(156) 등의 탑재물(150)이 설치될 수 있다.

또한, 몸체부(110)에는 화물 등을 내부에 탑재시켜 수납하거나, 화물 등을 잡아서 이동시킬 수 있는 화물 이송부(170, 도 10 참고)가 설치될 수도 있다.

추력부(120), 내부공간에 배치되고 비행체(1000)의 비행에 필요한 추력을 발생시키는 부분이다. 추력부(120)는, 중심부에서 외측으로 연장되는 복수 개의 암(122, 123), 그리고 암에 설치되는 추력발생 장치(미도시)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에서 복수의 암(122, 123)은 하나의 수평면 상에 배치되고, 중심부에서 일정한 각도로 배치되어 방사형으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 중심부에서 90도 간격으로 같은 길이를 가지는 4개의 제1 암(122)이 연장될 수 있다. 이 때, 4개의 제1 암(122)은 4개의 암 연결부재(124)로 암의 단부들이 서로 연결되어 전체적으로 사각형 구조를 이룰 수 있다. 또한, 중심부에서 암 연결부재(124)의 가운데로 연결된 4개의 제2 암(123)이 추가될 수 있다. 이에 따라, 중심부에서 45도 간격으로 8개의 암(122, 123)이 연장되고 암의 단부들은 암 연결부재(124)로 결합되어 견고히 지지될 수 있다.

이 때, 각 암(122, 123)의 단부에는 추력발생 장치가 설치될 수 있다.

추력발생 장치는 비행에 필요한 추력을 발생시키는 장치로서, 프로펠러 및 프로펠러를 회전시키는 모터 등을 포함할 수 있다. 이 때, 추력부(120)는, 복수의 프로펠러를 구비한 멀티로터(multirotor) 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 추력발생 장치는 각 암(122, 123)의 단부에 배치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에서는 8개의 암(122, 123)이 중심부를 기준으로 방사형으로 배치되고, 8개의 프로펠러가 각 암(122, 123)의 단부에 모터와 함께 설치될 수 있다. 이 때, 프로펠러는 몸체부(110)의 내부공간에서 벗어나지 않도록 크기와 배치가 제한될 수 있다. 즉, 프로펠러의 회전반경(125)이 몸체부(110)를 넘지 않도록 프로펠러의 날개의 길이, 각도 등이 설정될 수 있다.

한편, 모터는 암(122, 123)에 설치될 수도 있으나 이에 한정되지는 않고, 몸체부(110) 내에 모터가 설치되고 동력 연결 장치를 통해 암(122, 123)에 설치된 프로펠러로 동력을 전달하도록 구성될 수도 있다.

또한, 본 실시예의 추력부(120)는 드론에 널리 이용되는 프로펠러의 회전에 의해 발생되는 추력을 이용하는 프로펠러 방식으로 예시되었으나, 프로펠러 방식 외에 제트엔진 등 다양한 추력부(120)의 실시예가 가능하므로, 프로펠러 방식에 한정하지는 않는다.

관절부(130)는, 추력부(120)와 몸체부(110) 사이에 구비되어 몸체부(110)에 추력부(120)를 연결하는 장치이다. 특히, 관절부(130)는 몸체부(110)에 대해서 추력부(120)가 상대적으로 롤(roll) 운동, 및 피치(pitch) 운동이 가능하도록 연결시킨다.

예를 들어, 관절부(130)는 2축으로 회전이 가능한 2축 조인트로 구성될 수 있다. 2축 조인트는 서로 직교하는 2개의 회전축(135, 137, 도 3 참고)을 가지고, 각 회전축을 중심으로 관절부(130)는 몸체부(110) 및 추력부(120)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이에 따라, 관절부(130)를 통하여 몸체부(110)에 대하여 추력부(120)는 2축 회전이 가능하게 연결될 수 있다.

본 실시예에서 2축 조인트의 제1 회전축(135)은 몸체부(110)의 상면과 나란한 제1 방향(도 1에서 y축 방향)으로 연장되고, 2축 조인트는 몸체부(110)에 대하여 제1 회전축(135)을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 2축 조인트의 제2 회전축(137)은 제1 회전축(135)과 직교하고 몸체부(110)의 상면과 나란한 제2 방향(도 1에서 x축 방향)으로 연장되고, 추력부(120)는 2축 조인트에 대하여 제2 회전축(137)을 중심으로 회전할 수 있다. 따라서, 2축 조인트의 연결을 통하여, 추력부(120)는 몸체부(110)에 대하여 제1 회전축(135) 및 제2 회전축(137)으로 회전할 수 있다. 즉, 추력부(120)가 몸체부(110)에 대해서 롤 운동, 및 피치 운동이 가능한 구조로 연결될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈의 관절부를 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 관절부(130)는, 서로 직교하는 제1 판(132a)과 제2 판(132b)이 결합된 브라켓(132)을 포함할 수 있다. 또한, 관절부(130)는, 제1 판(132a)에 결합되고 제1 회전축(135, 도 1 및 도 3에서 y축 방향)에 연결되어 회전하는 제1 회전 디스크(134)와, 제2 판(132b)에 결합되고 제2 회전축(137, 도 1 및 도 3에서 x축 방향)에 연결되어 회전하는 제2 회전 디스크(136)를 포함할 수 있다.

한편, 관절부(130)는 상술한 구조의 2축 조인트로 한정되지는 않으며, 유니버셜 조인트, 볼 조인트 등을 포함하여 구성될 수도 있다.

작동부(140)는 몸체부(110)에 대하여 추력부(120)를 회전시키는 부분이다. 작동부(140)는 관절부(130)를 회전시키는 서보 모터(142, 144)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 작동부(140)는 제1 및 제2 서보 모터(142, 144)를 구비되며, 각각 제1 및 제2 회전 디스크(134, 136)에 각각 연결될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 제1 서보 모터(142)는 몸체부(110)에 결합되고, 제1 회전 디스크(134)에 연결된 제1 회전축(135)을 회전시킬 수 있다. 또한, 제2 서보 모터(144)는 추력부(120)에 결합되고, 제2 회전 디스크(136)에 연결된 제2 회전축(137)을 회전시킬 수 있다.

이 때, 제1 및 제2 서보 모터(144)는 독립적으로 제1 및 제2 회전축(135, 137)을 회전시킬 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 서보 모터(142, 144)의 제어에 의해, 추력부(120)가 몸체부(110)에 대하여 2축 회전운동을 하여서 롤 운동 및 피치 운동을 복합적으로 할 수 있다.

상술한 실시예에서는 작동부(140)가 서보 모터를 포함하는 구성을 갖는 것으로 설명되었으나, 이에 반드시 한정하는 것은 아니며, 링크, 기어 등의 다양한 작동 기구를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 화물 운반, 촬영 또는 각종 미션을 담당하는 몸체부(110)가 추력부(120)와 독립적인 자세를 가지며, 추력을 담당하는 추력부(120)는 롤 운동 및 피치 운동할 수 있다. 즉, 몸체부(110)에 대해서 추력부(120)는 롤 운동 및 피치 운동하여 비행 방향을 6 자유도(6 DOF: Six Degree of Freedom, 3방향 직선운동 및 3방향 회전운동이 가능함)로 자유롭게 제어할 수 있다. 이에 따라, 비행 중 방향을 전환할 때에도 몸체부(110)가 일정한 자세를 유지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈의 이동을 예시하는 도면이다.

특히, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈은, 몸체부(110)를 기울어지지 않고 수평을 유지하면서, 6방향으로 이동이 가능할 수 있다.

드론 등의 종래 비행체의 경우, 비행 과정에서 방향을 전환할 때에는 비행체 전체의 자세가 기울어지게 된다. 방향 전환을 위해 비행체(1000) 전체를 기울일 경우, 화물이 기울어져서 파손되거나 쏟아지거나, 또는 변형되는 사고가 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 비행 모듈(100)은 화물 및 다양한 장치가 탑재된 몸체부(110)가 추력부(120)와 독립적인 자세를 가질 수 있으므로, 몸체부(110)가 일정한 자세(특히, 수평 자세)를 유지하면서 추력부(120)는 자유롭게 롤 운동 및 피치 운동할 수 있다. 따라서, 비행체(1000)가 비행 중 방향을 전환할 때에도 임무 수행에 장애가 발생하지 않는다.

또한, 몸체부(110)는 별개의 자세 제어 모듈을 가질 수 있으므로, 추력부(120)에 의한 추력 방향과 별개의 자세를 구현하며 임무를 수행할 수 있다. 이 때, 몸체부(110)는 자세를 제어할 수 있는 소정의 자세 제어 모듈을 가질 수도 있다. 몸체부(110)는 추력부(120)와 독립적인 자세를 가질 수 있으므로, 추력부(120)의 작동 및 자세와 별개로 몸체부(110)의 자세를 제어할 수 있는 자세 제어 모듈이 몸체부(110) 내에 내장되거나, 또는 자세 제어 모듈이 별개로 마련될 수 있다. 일 예로, 몸체부(110) 내에는 몸체부(110)의 무게 중심을 변위 시켜서 몸체부(110)의 기울임 각 등의 자세를 변화시키는 장치, 또는 몸체부(110)에 소정의 운동을 하도록 하는 장치 등이 내장될 수 있다.

본 발명에서 복수의 비행 모듈(100)은 서로 결합되어 결합체를 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 비행 모듈(100)은 몸체부(110)를 일정한 자세를 유지하면서 6방향으로 이동이 가능하므로, 복수의 비행 모듈(100)이 서로 간에 자세를 맞추고 결합하는 것이 용이한 장점이 있다. 예를 들어, 비행 모듈(100)의 몸체부(110)를 이웃하는 다른 비행 모듈(100)의 몸체부(110)와 같은 높이로 나란하게 배치한 후에, 비행 모듈(100)을 수평 이동시켜서 서로 결합시킬 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비행 모듈이 결합되는 방식과 결합된 비행체의 이동을 예시하는 도면이다.

도 6 및 도 7은 육면체 구조를 가지는 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)들이 서로 측면으로 결합되어 하나의 결합체를 형성하는 방식을 예시한다. 구체적으로, 중앙에 배치된 비행 모듈(100)의 4개 측면에 각각 다른 비행 모듈(200, 300, 400, 500)이 결합될 수 있다.

도 6을 참조하면, 중앙에 배치된 비행 모듈(100)은 몸체부(110)가 수평 자세로 일정한 높이를 유지할 수 있다. 이 때, 4개 측면에 마주하여 각각 비행 모듈(200, 300, 400, 500)이 배치되고, 측면에 배치된 4개의 비행 모듈(200, 300, 400, 500)은 중앙의 비행 모듈(100)과 같은 높이로 수평을 유지할 수 있다. 4개의 비행 모듈(200, 300, 400, 500)은, 같은 높이와 자세를 유지하면서 중앙의 비행 모듈(100)을 향하여 이동하고 결합될 수 있다.

도 7을 참조하면, 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)은 하나의 결합체를 이루고, 결합체가 하나의 비행체(1000)가 될 수 있다. 이 때, 결합된 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)은, 모두 몸체부(110)를 일정한 자세로 유지하면서 같은 방향으로 추력을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 결합체가 된 하나의 비행체(1000)로서 큰 추력을 얻을 수 있고 이동을 쉽게 조절할 수 있다. 또한, 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500) 사이에서 추력의 방향이 어긋나서 발생하는 불필요한 추력의 손실을 방지할 수 있다.

특히, 비행체(1000)의 이동 및 방향 전환 시에도 비행체(1000)가 일정한 자세를 유지하므로, 모든 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)의 이동 거리가 같게 유지될 수 있다. 따라서, 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)이 결합된 비행체(1000)가 비행 시에 모든 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)에 부하가 일정하게 유지되어, 특정 비행 모듈(100)에 부담이 더 가해지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 결합체에서 복수의 비행 모듈(1100)은 개별적으로 다시 분리될 수 있다. 분리된 비행 모듈은 배치가 변경되고, 변경된 배치 구조에서 다시 결합될 수 있다. 예를 들어, 임무를 수행함에 있어서 비행체의 형태가 문제가 되는 경우에, 복수의 비행 모듈을 다시 분리하여 임무에 적합한 형태로 비행체를 다시 구성할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비행체에서 비행 모듈의 배치 변경 및 재결합을 예시하는 도면이다.

도 8을 참조하면, 밀집된 형태로 복수의 비행 모듈이 결합된 비행체(1100)가 이동 중에 경로(12)가 좁은 장애물(10)을 만날 경우에 장애물(10)을 통과하기 어려울 수 있다. 좁은 경로(12)를 통과하기 위하여, 복수의 비행 모듈이 분리된 후에 가늘고 긴 형태로 결합되어서 비행체(1200)를 다시 구성할 수 있다. 이 때, 복수의 비행 모듈은 전체 또는 부분적으로 분리되어 다시 결합될 수 있다.

이 때, 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)은 각각 도킹부(160, 260, 360, 460, 560)를 포함하여 결합 및 분리를 용이하게 할 수 있다. 도킹부(160)는 비행 모듈(100)의 몸체부(110)에 형성되고 다른 비행 모듈(200, 300, 400, 500)의 도킹부(260, 360, 460, 560)와 결합될 수 있다. 즉, 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)에서 도킹부(160, 260, 360, 460, 560))는 서로 결합되어 몸체부들을 하나의 결합체로 만들 수 있다.

도킹부(160, 260, 360, 460, 560)는, 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)들 간의 결합을 통해 전체 비행체를 원하는 형상으로 조립하여 결합체로 형성하기 위한 것으로서, 도킹부(160, 260, 360, 460, 560)는 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)들 간의 긴밀한 결합을 위해 몸체부(110)의 외측면에 형성됨이 바람직하다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에서 도킹부(160)는, 육면체 형상을 가지는 비행 모듈(100)의 측면에 형성될 수 있다. 결합될 다른 비행 모듈(200, 300, 400, 500)도 육면체 형상을 가지고 측면에 도킹부(260, 360, 460, 560)가 형성될 수 있다. 이 때, 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)에서 측면이 나란히 배치될 때에, 도킹부(160, 260, 360, 460, 560)는 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 도킹부(160, 260, 360, 460, 560) 간의 결합으로 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)이 정확한 위치에서 용이하게 결합될 수 있다. 본 실시예에서는 측면에 도킹부(160, 260, 360, 460, 560)가 형성되고 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)이 측면으로 결합되는 것을 예시하였으나 이에 한정되지 않고, 도킹부(160, 260, 360, 460, 560)는 상면, 하면 등에서 형성되어 복수의 비행 모듈(100, 200, 300, 400, 500)이 입체적 구조로 결합될 수도 있다.

또한, 비행 모듈(100)에서 몸체부(110)의 외측에 복수의 결합면이 형성되고, 도킹부(160)가 각각의 결합면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 비행 모듈(100)은, 결합면을 선택적으로 바꾸어 이웃하는 비행 모듈(100)과 결합되어 형태를 변경할 수 있다.

도킹부(160)는 자석에 의한 부착 및 볼트에 의한 결합 등 다양한 결합의 형태로 실시될 수 있다. 예를 들어, 비행 모듈(100)들이 자력에 의해 결합되기 위해서 도킹부(160)는 몸체부(110)에 결합된 자석을 포함할 수 있다 또한, 볼트에 의한 결합을 위해서는 도킹부(160)는 몸체부(110)에 오목하게 형성된 너트 구조물 및 이에 대응되게 돌출되어 형성된 볼트 구조물을 포함할 수 있다. 한편, 비행 모듈들이 결합하기 위한 도킹부(160)의 상술한 예시에 한정되지 않고 다양한 결합 방식이 가능하다.

복수의 비행 모듈이 결합된 비행체(1100)는, 일부 비행 모듈만이 분리되거나 교체될 수 있다. 예를 들어, 결합체에서 복수의 비행 모듈 중 적어도 하나가 분리되고, 다른 비행 모듈이 교체되어 결합될 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비행체에서 비행 모듈의 교체를 예시하는 도면이다.

도 9를 참조하면, 비행 모듈(100)은 추력부(120)에 전력을 공급하는 전원부를 포함할 수 있고, 비행체(1100)에서 전력이 소모된 비행 모듈(600)은 선택적으로 교체될 수 있다. 구체적으로, 결합체에서 전원부의 전력이 소모된 비행 모듈(600)이 분리되고, 전원부가 충전된 다른 비행 모듈(650)이 교체되어 결합될 수 있다.

또한, 충전되어 교체된 비행 모듈(650)은 결합체에서 있던 다른 비행 모듈에게 전력을 나누어 줄 수 있다. 이 때, 비행 모듈(650)은 전원부를 인접한 다른 비행체(1000)의 전원부와 전기적으로 연결시키는 접속부(미도시)를 포함할 수 있다.

한편, 비행체에서 일부 비행 모듈의 분리 및 교체는, 다양한 이유로 이루어질 수 있고 그 용도가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 비행체에서 기능을 변경하기 위하여 일부 비행 모듈만이 분리되거나 교체될 수도 있다. 비행 도중에 변경된 임무를 수행하기 위하여, 필요 없는 비행 모듈을 분리하고 다른 장비를 탑재한 비행 모듈로 교체할 수 있다. 더불어, 기존의 결합체에 새로운 기능을 가지는 비행 모듈이 추가될 수도 있다.

복수의 비행 모듈(100, 200)이 결합된 비행체(1300)는, 비행 모듈(100, 200)들이 화물의 하중을 분산하여 같이 이송할 수 있다. 복수의 비행 모듈(100, 200) 중 적어도 둘 이상은 화물 이송부(170, 270)를 포함하고, 화물 이송부(170, 270)를 가지는 비행 모듈(100, 200)들이 화물의 하중을 분산하여 같이 이송할 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비행체가 화물을 이송하는 방식을 예시하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에서 비행 모듈(100, 200)의 화물 이송부(170, 270)는 몸체부에 설치된 로봇 암을 포함할 수 있다. 복수의 비행 모듈(100, 200)은 서로 결합된 상태에서 각각에 설치된 로봇 암으로 함께 화물(20)을 잡아서, 화물(20)의 하중을 분산하여 이송할 수 있다. 예를 들어, 비행 모듈이 각각 1kg의 무게를 운송할 수 있는 추력을 가지고 있다면, n개의 비행 모듈이 결합된 결합체를 구성함으로써, 1kg*n의 무게를 가지는 화물을 운송할 수 있다. 이 때, 결합체를 구성하는 비행 모듈은 화물의 무게 또는 형태에 따라 다양하게 결합하여 운송할 수 있는 장점이 있다.

한편, 화물 이송부(170, 270)는 로봇암 이외에 걸쇠형태, 리프팅 형식 등 다양한 실시예가 가능하며, 화물과 잡거나 고정하여 운송할 수 있는 장치라면 화물 이송부(170, 270)의 종류에 한정하지 않는다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100, 200, 300, 400, 500: 비행 모듈
110: 몸체부
120: 추력부
130: 관절부
132: 브라켓
134: 제1 회전 디스크
136: 제2 회전 디스크
140: 작동부
142: 제1 서보 모터
144: 제2 서보 모터
160, 260, 360, 460, 560: 도킹부
170, 270: 화물 이송부
1000, 1100, 1200, 1300: 비행체

Claims

하측으로 열린 내부공간이 형성된 몸체부;
상기 내부공간 내에서 움직일 수 있도록 배치되고 비행에 필요한 추력을 발생시키는 추력부;
상기 몸체부에 대한 상기 추력부의 롤(roll) 운동 및 피치(pitch) 운동 가능하도록, 상기 몸체부에 상기 추력부를 연결시키는 관절부; 및
상기 몸체부에 대하여 상기 추력부를 회전시키는 작동부를 구비한 비행 모듈을 복수 개 포함하고,
상기 관절부는,
서로 직교하는 제1 판과 제2 판이 결합된 브라켓;
상기 제1 판에 결합되고 제1 회전축에 연결되어 회전하는 제1 회전 디스크; 및
상기 제2 판에 결합되고 제2 회전축에 연결되어 회전하는 제2 회전 디스크를 포함하여,
복수의 상기 비행 모듈에서, 각각의 상기 추력부는 각각의 상기 몸체부의 외부로 돌출되지 않고 롤 운동 및 피치 운동이 가능하고,
복수의 상기 비행 모듈은, 복수의 상기 몸체부가 결합되어 결합체를 구성하는 비행체.
제1항에 있어서,
상기 결합체에서 복수의 상기 비행 모듈은 개별적으로 분리되고, 배치가 변경된 후에 변경된 배치 구조에서 다시 결합될 수 있는 비행체.
제2항에 있어서,
복수의 상기 비행 모듈은,
각각의 상기 몸체부에 형성되고 서로 결합되는 도킹부를 더 포함하는 비행체.
제3항에 있어서,
상기 몸체부의 외측에 복수의 결합면이 형성되고, 상기 도킹부는 각각 상기 결합면에 배치되며,
복수의 상기 비행 모듈은, 상기 결합면을 선택적으로 바꾸어 이웃하는 비행 모듈과 결합되어 형태를 변경하는 비행체.
제1항에 있어서,
상기 결합체에서 복수의 상기 비행 모듈 중 적어도 하나가 분리되고, 다른 비행 모듈이 교체되어 결합될 수 있는 비행체.
제1항에 있어서,
상기 추력부에 전력을 공급하는 전원부를 더 포함하고,
상기 결합체에서 상기 전원부의 전력이 소모된 비행 모듈이 분리되고, 상기 전원부가 충전된 다른 비행 모듈이 교체되어 결합될 수 있는 비행체.
제1항에 있어서,
복수의 상기 비행 모듈 중 적어도 둘 이상은 화물 이송부를 포함하고,
상기 화물 이송부를 가지는 비행 모듈들은 화물의 하중을 분산하여 같이 이송하는 비행체.
하측으로 열린 내부공간이 형성된 몸체부;
상기 내부공간 내에서 움직일 수 있도록 배치되고 비행에 필요한 추력을 발생시키는 추력부;
상기 몸체부에 대한 상기 추력부의 롤(roll) 운동 및 피치(pitch) 운동 가능하도록, 상기 몸체부에 상기 추력부를 연결시키는 관절부; 및
상기 몸체부에 대하여 상기 추력부를 회전시키는 작동부를 포함하고
상기 관절부는,
서로 직교하는 제1 판과 제2 판이 결합된 브라켓;
상기 제1 판에 결합되고 제1 회전축에 연결되어 회전하는 제1 회전 디스크; 및
상기 제2 판에 결합되고 제2 회전축에 연결되어 회전하는 제2 회전 디스크를 포함하여,
상기 추력부는 상기 몸체부의 외부로 돌출되지 않고 롤 운동 및 피치 운동이 가능한 비행 모듈.
제8항에 있어서,
상기 몸체부를 인접한 다른 비행 모듈과 결합시키는 도킹부를 더 포함하는 비행 모듈.
제8항에 있어서,
상기 몸체부에 설치되며 전기를 공급하는 전원부; 및
상기 전원부를 인접한 다른 비행체의 전원부와 전기적으로 연결시키는 접속부를 더 포함하는 비행 모듈.
제8항에 있어서,
이송하는 화물의 하중을 지지하는 화물 이송부를 더 포함하는 비행 모듈.
제8항에 있어서,
상기 추력부는, 복수의 프로펠러를 구비한 멀티로터(multirotor) 구조를 가지는 비행 모듈.
제8항에 있어서,
상기 몸체부는,
상기 내부공간에 설치된 상기 추력부를 보호하도록, 상면 및 측면 중 적어도 어느 하나에 설치된 보호벽을 포함하는 비행 모듈.
삭제
제8항에 있어서,
상기 작동부는,
상기 몸체부에 결합되고, 상기 제1 회전축을 회전시키는 제1 서보 모터; 및
상기 추력부에 결합되고, 상기 제2 회전축을 회전시키는 제2 서보 모터를 포함하는 비행 모듈.
제8항에 있어서,
상기 몸체부에 대해서 상기 추력부는 롤 운동 및 피치 운동하여 비행방향을 6 자유도로 제어하며,
상기 몸체부는, 비행 중 및 방향을 전환할 때에도 일정한 자세를 유지할 수 있는 비행 모듈.