KR20120010882A - Humming bird type of robotic mechanism with hovering capability and method thereof - Google Patents

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KR20120010882A
KR20120010882A KR1020100072525A KR20100072525A KR20120010882A KR 20120010882 A KR20120010882 A KR 20120010882A KR 1020100072525 A KR1020100072525 A KR 1020100072525A KR 20100072525 A KR20100072525 A KR 20100072525A KR 20120010882 A KR20120010882 A KR 20120010882A
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Abstract

PURPOSE: A hummingbird type robot mechanism for pause aviation implementation and a method thereof are provided to implement pause aviation or free aviation through aviation mechanism of first degree of freedom. CONSTITUTION: A hummingbird type robot mechanism for pause aviation implementation comprises a frame part(200), an actuator, a power transmission, a wing operation part, and a wing(500). The actuator holder is installed in one side of the frame part. The actuator is installed in the actuator holder of the frame part. The power transmission is installed in the frame part and converts the rotational motion, generated by an actuator, into reciprocating motion. The vane operation part is combined in the power transmission and converts the reciprocating motion of the power transmission into fluttering motion.

Description

정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘 및 그 방법{HUMMING BIRD TYPE OF ROBOTIC MECHANISM WITH HOVERING CAPABILITY AND METHOD THEREOF}HUMMING BIRD TYPE OF ROBOTIC MECHANISM WITH HOVERING CAPABILITY AND METHOD THEREOF

본 발명은 정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘 및 그 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 곤충 또는 벌새의 복잡한 날개 짓으로부터 양력 발생에 주된 영향을 주는 회전운동과 순수 날개 짓 운동의 2자유도 운동을 링크 기구를 이용하여 1자유도로 실제의 날개 짓을 모사한 비행 메커니즘을 구현하고, 이러한 메커니즘을 통해 정지 비행 또는 자유 비행을 가능하게 하는 정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hummingbird robot mechanism and its method for implementing stationary flight. Specifically, the present invention is a fly flight that simulates the actual winging in one degree of freedom by using a link mechanism of the two degrees of freedom motion of the rotational motion and the pure winging motion that has a major influence on the lift generation from the complex winging of insects or hummingbirds The present invention relates to a hummingbird robot mechanism and a method for implementing a stationary flight that implements a mechanism and enables stationary or free flight through such a mechanism.

최근에 생체시스템의 다양한 기능들을 인위적으로 모방응용하는 생체모방기술(Biomimetic Technology)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 생체모방기술의 시도 중에서도, 특히 비행체는 공학적, 사회적, 군사적, 및 상업적인 많은 측면에서 그 가치가 크게 기대되는 기술이다. 단순한 고정익을 이용한 현재의 항공 기술은 대형의 비행체에는 잘 적용되어 왔다. 또한, 프로펠러를 이용한 헬리콥터는 수직 이착륙 및 정지비행이 가능하다. 그러나 이러한 고정익 또는 회전익의 비행체는 기동성과 그 크기 면에서, 기밀 비행이나 활동영역이 비교적 좁은 경우에는 기동이나 운용이 어렵다는 단점을 갖고 있다.Recently, research on biomimetic technology that artificially mimics various functions of a biological system has been actively conducted. Among these biomimetic attempts, in particular, the aircraft is of great value for engineering, social, military, and commercial aspects. Current aviation technology with simple fixed wing has been well applied to large aircraft. In addition, helicopters using propellers are capable of vertical takeoff and landing and stationary flight. However, such a fixed wing or a rotorcraft has a disadvantage in that maneuverability and size thereof are difficult to maneuver or operate when a confidential flight or an active area is relatively narrow.

이에 따라, MAV(Micro Air Vehicle)로 일컬어지는 소형의 비행체에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 비행체는 작게 만들 경우 레이더에 잡히지 않을 수 있기 때문에, 완구 등으로는 물론 첩보나 감시용 비행체로서의 활용 가능성이 크게 열려 있다. 이러한 MAV에 대한 연구로서 곤충이나 벌새의 비행을 본떠 날개 짓을 이용하는 비행체에 관한 연구가 진행되고 있다.Accordingly, research on a small aircraft called MAV (Micro Air Vehicle) has been actively conducted. Since such a vehicle may not be caught by a radar if it is made small, the possibility of using it as a spy or a surveillance vehicle as well as a toy is greatly open. As a study on the MAV, a study on a wing that mimics the flight of an insect or a hummingbird is used.

곤충이나 새의 비행은 알려진 비행 형태 중 기동성이 가장 뛰어나고, 수직 이착륙은 물론 빠른 방향전환을 할 수도 있다. 또한, 조류 중 가장 작은 새인 벌새의 경우 일반적인 새들의 비행 방식과 달리 독특한 날개 형상과 날개 짓으로 양력과 추진력을 적절히 제어하여 공중에서 정지 및 전진 비행이 자유롭다. 이러한 비행 형태는 전술한 고정익 또는 회전익 비행체가 기동성 면에서 갖는 단점을 보완할 수 있다. 특히 위험지역에서의 정보획득을 위한 비행, 즉 구조작전, 첩보활동, 교통관리 등 협소한 공간에서 기밀성이 요구되거나, 빠른 가감속 및 방향전환을 필요로 하는 비행체에 곤충이나 벌새의 비행원리를 응용함으로써 최대의 유용성을 기대할 수 있다.Flying insects or birds is the most maneuverable of all known flight types, and can take off and land quickly as well as take off and land vertically. In addition, the hummingbird, the smallest bird among the birds, has a unique wing shape and wing behavior unlike general birds' flight method to freely stop and move forward in the air. This type of flight can compensate for the drawbacks of the fixed or rotary wing vehicle described above in terms of maneuverability. In particular, the principle of flying insects or hummingbirds is applied to the flying aircraft for information acquisition in dangerous areas, that is, where confidentiality is required in narrow spaces such as rescue operations, intelligence activities, and traffic management, or where fast acceleration / deceleration and redirection are required. By doing so, maximum utility can be expected.

그러나, 벌새나 곤충의 날개 짓은 복잡한 패턴을 갖는 다자유도 공간 운동이어서, 생명체의 날개 짓을 분석하여 반복적인 공간 운동을 추출하는 작업과 이를 구현하기 위한 저자유도 기구의 개발이 필요하다.However, the wings of hummingbirds and insects are complex freedom movements with complex patterns. Therefore, it is necessary to analyze the wings of life and extract repetitive spatial movements, and to develop a low-induced mechanism to implement them.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 고려하여, 곤충 또는 벌새의 복잡한 날개 짓으로부터 양력 발생에 주된 영향을 주는 회전운동과 순수 날개 짓 운동의 2자유도 운동을 링크 기구를 이용하여 1자유도로 실제의 날개 짓을 모사한 비행 메커니즘을 구현하고, 이러한 메커니즘을 통해 정지 비행 또는 자유 비행을 가능하게 하는 정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘 및 그 방법을 제공한다.Therefore, in view of the above-described problems, the present invention uses a link mechanism to implement two degrees of freedom motions, which are mainly influences on lift generation from the complex winging of insects or hummingbirds, using a link mechanism. The present invention provides a flight mechanism that simulates winging, and provides a hummingbird robot mechanism and its method for implementing a stationary flight that enables stationary or free flight through such a mechanism.

일 관점에 있어서, 본 발명에 따른 정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘은, 일측에 액츄에이터 홀더를 구비한 프레임부; 상기 프레임부의 액츄에이터 홀더에 설치되는 액츄에이터; 상기 프레임부에 설치되고, 상기 액츄에이터에 의해 발생된 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 동력 전달부; 상기 동력 전달부에 결합되어 동력 전달부의 왕복운동을 날개 짓으로 바꾸는 날개 동작부; 및 상기 날개 동작부에 결합되는 날개를 포함한다.In one aspect, the hummingbird robot mechanism for implementing a stationary flight according to the present invention, the frame portion having an actuator holder on one side; An actuator installed in an actuator holder of the frame part; A power transmission unit installed in the frame unit and converting a rotational motion generated by the actuator into a reciprocating motion; A wing operating unit coupled to the power transmission unit for converting a reciprocating motion of the power transmission unit into a wing; And a wing coupled to the wing operation unit.

상기 액츄에이터는 전동모터, 공압모터 및 유압모터 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.The actuator may be made of any one of an electric motor, a pneumatic motor, and a hydraulic motor.

상기 동력 전달부는 위상차를 주어서 하나의 액츄에이터로 작동되도록 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구로 이루어질 수 있다. 상기 크랭크-슬라이더 6절 기구는 슬라이드 봉을 따라 왕복운동하는 슬라이더 4절 기구; 일측은 상기 슬라이더 4절 기구에 결합되며 타측은 액츄에이터에 결합되어 상기 슬라이더 4절 기구가 슬라이딩할 수 있도록 상기 액츄에이터에서 발생된 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 이중 구조의 크랭크; 및 상기 동력 전달부와 날개 동작부를 결합시키는 커플러를 포함한다.The power transmission unit may be composed of a dual structure crank-slider six-section mechanism to operate as a single actuator by giving a phase difference. The crank-slide six-section mechanism includes a four- slider slider for reciprocating along the slide rod; One side is coupled to the slider four-section mechanism and the other side is coupled to the actuator is a dual structure crank for converting the rotary motion generated in the actuator to the reciprocating motion so that the slider four-section mechanism can slide; And a coupler for coupling the power transmission unit and the wing operation unit.

상기 이중 구조의 크랭크는 하나의 날개에 두개의 입력각을 주기 위하여 22.5°의 위상차를 갖는 구조인 것이 바람직하다.The dual crank is preferably a structure having a phase difference of 22.5 ° to give two input angles to one wing.

상기 날개 동작부는 동력 전달부와 연동되는 구형 5절 기구로 이루어질 수 있다. 상기 구형 5절 기구를 이용하여 날개 짓을 구성하는 2자유도인 회전운동과 순수 날개 짓 운동을 조정함으로써, 양력에 영향을 주는 날개 짓의 폭, 받음각, 날개 회전 시작, 날개 회전 지속 시간, 및 벗어난 정도의 파라미터를 조정하여 양력을 증대시킬 수 있다.The wing operating portion may be made of a spherical five-section mechanism that is interlocked with the power transmission portion. By adjusting the two degrees of freedom rotational motion and pure winging motion using the spherical five-section mechanism, the width, angle of attack, the start of the wing rotation, the duration of the wing rotation, and the deviation of the wing motion affecting lift You can increase the lift by adjusting the parameters of the degree.

상기 구형 5절 기구는 일측이 동력 전달부와 결합되며 타측이 날개에 결합되고, 두 입력각(θ1, θ2)을 통해 날개의 위치를 결정하며 상기 입력각의 상대적 위치(Δθ=θ12)로 날개의 운동이 회전과 순수 날개 짓의 2자유도의 동작을 이루도록 구성되고, 상기 회전시에는 Δθ의 값이 일정하게 유지되며 상기 순수 날개 짓의 업스트로크와 다운스트로크에서는 Δθ의 부호가 서로 반대가 되어 순수 날개 짓을 구현할 수 있게 구성되고, 상기 구형 5절 기구와 동력 전달부의 결합에서 부싱을 사용하여 마찰 감소 및 끼임 발생을 최소화시킬 수 있다.The spherical five-section mechanism is coupled to the power transmission unit on one side and the other side to the blade, and determines the position of the blade through the two input angles (θ 1 , θ 2 ) and the relative position of the input angle (Δθ = θ 12 ) so that the movement of the blades makes the motion of two degrees of freedom of rotation and pure blades, the value of Δθ is kept constant during the rotation, and the sign of Δθ in the upstroke and downstroke of the pure blades Are opposite to each other so as to implement a pure wing, the use of a bushing in the combination of the old five-section mechanism and the power transmission can be reduced friction and minimize the occurrence of jamming.

다른 관점에 있어서, 본 발명에 따른 초소형 비행체는 액츄에이터인 모터를 구비한 프레임부; 상기 프레임부에 설치되고, 상기 액츄에이터에 의해 발생된 회전운동을 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구를 통해 왕복운동으로 변환시키는 동력 전달부; 상기 동력 전달부와 연동되어 동력 전달부의 왕복운동을 구형 5절 기구를 통해 날개 짓으로 바꾸는 날개 동작부; 상기 날개 동작부에 결합되는 날개; 및 상기 모터를 무선으로 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구는 하나의 액츄에이터로 작동되도록 위상차를 갖는 구조일 수 있다.In another aspect, the micro-air vehicle according to the present invention includes a frame portion having a motor that is an actuator; A power transmission unit installed in the frame unit and converting a rotational motion generated by the actuator into a reciprocating motion through a crank-slider section 6 mechanism having a dual structure; A wing operating unit linked with the power transmission unit for converting a reciprocating motion of the power transmission unit into a wing through a spherical 5 section mechanism; A wing coupled to the wing operation unit; And a control unit for wirelessly controlling the motor, wherein the dual structure crank-slider section 6 may have a structure having a phase difference to be operated by one actuator.

상기 크랭크-슬라이더 6절 기구는 슬라이드 봉을 따라 왕복운동하는 슬라이더 4절 기구; 상기 슬라이더 4절 기구가 슬라이딩할 수 있도록 상기 액츄에이터에서 발생된 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 이중 구조의 크랭크; 및 상기 동력 전달부와 날개 동작부를 결합시키는 커플러를 포함하고, 상기 이중 구조의 크랭크는 하나의 날개에 두개의 입력각을 주기 위하여 22.5°의 위상차를 갖는 구조인 것이 바람직하다.The crank-slide six-section mechanism includes a four- slider slider for reciprocating along the slide rod; A crank having a dual structure for converting the rotary motion generated from the actuator into a reciprocating motion so that the slider section 4 mechanism can slide; And a coupler for coupling the power transmission unit and the wing operation unit, wherein the dual structure crank has a phase difference of 22.5 ° to give two input angles to one wing.

상기 구형 5절 기구는 크랭크-슬라이더 6절 기구와 결합되고, 상기 구형 5절 기구를 이용하여 날개 짓을 구성하는 2자유도인 회전운동과 순수 날개 짓 운동을 조정함으로써, 양력에 영향을 주는 날개 짓의 폭, 받음각, 날개 회전 시작, 날개 회전 지속 시간, 및 벗어난 정도의 파라미터를 조정하여 양력을 증대시키고, 상기 구형 5절 기구와 크랭크-슬라이더 6절 기구의 결합에서 부싱을 사용하여 마찰 감소 및 끼임 발생을 최소화시킬 수 있다.The spherical 5-section mechanism is coupled to the crank-slider section 6 mechanism, and the wing movement that affects lift by adjusting the rotational motion and the pure wing movement, which are the two degrees of freedom constituting the wing construction, using the spherical 5-section mechanism. To increase lift by adjusting parameters such as blade width, angle of attack, blade rotation start, blade rotation duration, and deflection, and reduce and pinch friction by using bushings in combination with the older five-section and crank-slide six-section instruments. Occurrence can be minimized.

또 다른 관점에 있어서, 본 발명에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 비행방법은, 액츄에이터에 의해 발생된 회전운동을 위상차를 갖는 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구를 통해 왕복운동으로 변환시키고, 상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구와 연동하는 구형 5절 기구를 통해 날개 짓으로 변환하여 정지 비행 또는 자유 비행을 가능하게 할 수 있다.In another aspect, the flying method of the hummingbird type robot mechanism according to the present invention, converts the rotational movement generated by the actuator into a reciprocating motion through a dual structure crank-slider section 6 mechanism having a phase difference, the double structure The spherical five-section instrument, which works with the crank-slider section of the instrument, can be converted into a wing to allow stationary or free flight.

상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구와 구형 5절 기구를 초소형 비행체에 적용하고, 이의 연동을 통해 날개 짓을 구현하여 정지 비행 또는 자유 비행을 가능하게 할 수 있다.The dual structure of the crank-slider section 6 mechanism and the old section 5 mechanism is applied to the ultra-compact vehicle, and by interlocking to implement the wing can be able to enable stationary flight or free flight.

상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구와 구형 5절 기구의 결합에 부싱을 사용하여 마찰 감소 및 끼임 발생을 최소화시켜 양력을 증대시킬 수 있다.Bushings can be used to combine the dual structure crank-slider 6-section and spherical 5-section mechanisms to increase the lift by minimizing friction reduction and pinching.

본 발명에 따르면, 곤충 또는 벌새의 복잡한 날개 짓으로부터 양력 발생에 주된 영향을 주는 회전운동과 순수 날개 짓 운동의 2자유도 운동을 링크 기구를 이용하여 1자유도로 실제의 날개 짓을 모사한 비행 메커니즘을 구현하고, 이러한 비행 메커니즘을 통해 정지 비행 또는 자유 비행을 가능하게 할 수 있다.According to the present invention, a two-degree of freedom movement of a rotational motion and a pure winging motion, which have a major influence on lift generation from a complex winging of an insect or a hummingbird, using a link mechanism, a flight mechanism that simulates the actual winging in one degree of freedom. It is possible to implement stationary flight or free flight through this flight mechanism.

또한, 본 발명에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 구형 5절 기구를 이용하여 날개 짓을 구성하는 2자유도인 회전운동과 순수 날개 짓 운동을 조정함으로써, 양력에 영향을 주는 날개 짓의 폭, 받음각, 날개 회전 시작, 날개 회전 지속 시간, 및 벗어난 정도의 파라미터를 조정하여 양력을 최대로 증대시킬 수 있다.In addition, by adjusting the rotational motion and pure wing motion of the two degrees of freedom constituting the wing by using the five-section mechanism of the hummingbird robot mechanism according to the present invention, the width of the wing, angle of attack, wings Parameters of rotation start, wing rotation duration, and degree of deviation can be adjusted to maximize lift.

또한, 본 발명에 따른 벌새형 로봇 메커니즘은 곤충 등과 같은 크기의 초소형 비행체에 적용시킬 수 있다.In addition, the hummingbird robot mechanism according to the present invention can be applied to a micro-flying body of the same size as the insect.

도 1은 벌새의 날개 짓을 조절하는 파라미터 및 그 동작을 설명하기 위한 날개 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 벌새의 날개 짓의 동작 중 대칭 동작의 날개 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 벌새의 날개 짓의 동작 중 지연 동작의 날개 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 벌새의 날개 짓의 동작 중 선행 동작의 날개 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 프레임부를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 크랭크-슬라이더 6절 기구를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 구형 5절 기구를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 구형 5절 기구를 해석한 개념도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 개념도의 해석으로부터 얻은 동작의 궤적을 나타낸 도면이다.
1 is a view schematically showing a cross section of the wing for explaining the operation of the hummingbird and the operation of the hummingbird.
2 is a view schematically showing the wing cross section of the symmetrical operation during the operation of the hummingbird wing.
3 is a view schematically showing the wing cross section of the delay operation during the operation of the hummingbird wings.
4 is a view schematically showing the wing cross section of the preceding operation of the hummingbird wing operation.
5 is a perspective view of a hummingbird robot mechanism for implementing stationary flight according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a perspective view showing a frame portion of the hummingbird robot mechanism according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view showing a crank-slider section 6 mechanism of the hummingbird robot mechanism according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view showing a spherical five section mechanism of the hummingbird robot mechanism according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a spherical 5 section mechanism of a hummingbird robot mechanism according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a trajectory of an operation obtained from the analysis of the conceptual diagram shown in FIG. 9.

전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above objects, features and advantages will become more apparent through the following examples in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 발명자들은 실제 벌새의 날개 짓과 유사한 메커니즘을 구성하면 정지 비행을 구현할 수 있을 것으로 판단하였다. 이에 따라, 본 발명자들은 정지 비행 구현을 위해 벌새의 날개 짓에 의한 최대 양력이 발생하는 동작을 분석하고, 이를 토대로 정지 비행 메커니즘 및 동력 전달 메커니즘을 구성하였다.The inventors have determined that a mechanism similar to the winging of a real hummingbird could be achieved with stationary flight. Accordingly, the present inventors analyzed the motion in which the maximum lift caused by the hummingbird's winging to implement the stationary flight, and configured the stationary flight mechanism and the power transmission mechanism based on this.

본 발명에 따른 정지 비행 구현을 위한 로봇 메커니즘의 이해를 돕기 위하여 곤충이나 벌새 등(이하, "벌새"라 함)의 비행원리나 용어 등을 먼저 설명한다. 벌새의 날개 짓의 비행원리는 날개의 개수나 크기 및 그 종류에 따라 조금씩 다르며, 크기가 작을수록 기동성이 뛰어난 면을 보인다. 이러한 작은 벌새는 비행 시 날개 짓(flapping)을 함과 동시에, 날개 짓을 위에서 아래로(다운스트로크; downstroke), 아래에서 위로(업스트로크; upstroke) 전환할 때 날개를 회전시키는데, 이런 동작은 빠른 속도로 낮은 레이놀즈수에서 이루어진다. 벌새는 이러한 비행 형태를 통해서 지연된 실속(delayed stall), 회전 순환(rotational circulation), 후류 포착(wake capture) 등의 현상을 만들어냄으로써 추진력, 양력 및 방향 전환에 필요한 힘을 얻게 된다.In order to facilitate understanding of the robot mechanism for implementing a stationary flight according to the present invention, flight principles or terms such as insects and hummingbirds (hereinafter referred to as "hummingbirds") will be described first. The flight principle of the hummingbird's wing behavior varies slightly depending on the number and size of the wings and its type. The smaller the size, the better the mobility. These tiny hummingbirds flap their wings as they fly, while rotating their wings as they move from top to bottom (downstroke) and from bottom to upstroke (upstroke). At low Reynolds numbers. Hummingbirds gain this necessary form of propulsion, lift, and direction by creating delayed stalls, rotational circulation, and wake capture.

지연된 실속(Delayed stall ( DelayedDelayed StallStall ))

지연된 실속은 벌새가 날개 짓하는 과정에서 발생되는 현상이다. 벌새가 날개 짓을 할 때, 날개의 받음각은 높지만 실속이 늦게 발생하는 특징을 갖는다. 이때 날개는 헬기의 회전익과 같이 벌새의 몸에 수직인 축을 중심으로 회전하기 때문에 몸에서 날개 끝 방향으로 날개의 축을 따라 유동(axial flow)이 발생된다. 이 유동이 날개의 앞전(leading edge)에 발생한 와류의 박리를 막아주면서 실속을 늦추게 된다. 이와 같이 실속을 지연시킴으로써 받음각이 커져도 양력을 크게 지속시킬 수 있게 된다.Delayed stalling occurs when hummingbirds fly. When hummingbirds do wings, they have a high angle of attack but slow stalling. In this case, since the wing rotates about an axis perpendicular to the body of the hummingbird, such as a rotor blade of the helicopter, an axial flow occurs along the axis of the wing in the direction of the wing from the body. This flow slows stalling, preventing vortices from delaminating at the leading edge of the wing. By delaying stalling in this way, even if the angle of attack increases, the lift can be greatly maintained.

회전 순환(Rotational circulation ( RotationalRotational CirculationCirculation ))

회전 순환은 벌새가 날개 짓을 위에서 아래로, 아래에서 위로 전환하는 과정에서 날개를 회전시킬 때 발생하는 현상이다. 벌새가 날개를 회전시킬 때 날개의 앞전은 날개 진행방향의 반대 방향으로 움직이고, 뒷전(trailing edge)은 날개의 진행방향과 같은 방향으로 움직인다. 그래서 날개의 윗부분의 유속이 아랫부분보다 높아져 매그너스 효과(Magnus Effect)에 의해 양력이 발생하게 된다.Rotational circulation is a phenomenon that occurs when a hummingbird rotates its wings while switching its wings from top to bottom and bottom to top. When the hummingbird rotates the wings, the leading edge of the wings moves in the opposite direction to the wing propagation direction, and the trailing edge moves in the same direction as the wing propagation direction. Therefore, the flow rate of the upper part of the wing is higher than the lower part, and lift is generated by the Magnus Effect.

후류Wake 포착( capture( WakeWake CaptureCapture ))

후류 포착은 벌새가 날개를 회전시킨 직후 날개 짓의 진행방향이 바뀜과 동시에 발생하는 현상이다. 벌새가 한 방향으로 날개 짓 했을 때 날개가 지나간 공간에 후류가 발생하게 된다. 날개를 회전시키고 날개 짓의 방향이 바뀌는 순간, 전에 발생했던 후류가 날개에 힘을 전달해서 양력이 증가하게 된다.Wake capture occurs when the hummingbird changes direction immediately after the hummingbird rotates the wing. When hummingbirds wing in one direction, wakes occur in the space where the wings pass. As soon as the wing is rotated and the direction of the wing changes, the wake that occurred before transfers the force to the wing, increasing lift.

도 1은 벌새의 날개 짓을 조절하는 파라미터 및 그 동작을 설명하기 위한 날개 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 벌새의 날개 짓의 동작 중 대칭 동작의 날개 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 벌새의 날개 짓의 동작 중 지연 동작의 날개 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 벌새의 날개 짓의 동작 중 선행 동작의 날개 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the wing cross section for explaining the operation of the hummingbird and the parameters of the hummingbird, FIG. 2 is a view schematically showing the wing cross section of the symmetrical operation during the operation of the hummingbird, 3 is a view schematically showing the wing cross section of the delay operation during the operation of the hummingbird, and FIG. 4 is a view schematically showing the wing cross section of the preceding operation during the operation of the hummingbird.

도 1에 도시된 기호들의 파라미터는 날개 짓의 폭(stroke amplitude; Φ), 받음각(angle of attack; α), 날개 회전 시작(flip start; τ0), 날개 회전 지속시간(flip duratuion; Δτ), 스트로크 평면(stroke plane)에서 벗어난 정도(plane deviation; θ)이고, 벌새는 이들 파라미터의 조절을 통해 다양한 형태의 비행을 할 수 있게 된다.The parameters of the symbols shown in FIG. 1 include stroke amplitude (Φ), angle of attack (α), flip start (τ 0 ), and flip duratuion (Δτ). This is the deviation from the stroke plane (plane deviation, θ), and the hummingbird can fly in various forms by adjusting these parameters.

날개의 운동을 상하운동과 회전운동의 2자유도로 구성할 경우, 받음각은 날개가 휩쓸고 간 면(stroke plane)과 시위가 이루는 각으로 정의하고 회전운동은 피칭각(pitching angle)으로 정의할 수 있다. 날개의 동작에 변화를 주는 변수로는 받음각, 초당 날개 짓 횟수(flapping frequency)와 날개 회전 지속시간, 날개 회전 시작시기 등이 있는데, 이때 날개 회전 시작시기에 따라 날개의 운동을 세 가지로 분류할 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 날개가 앞으로 움직이는 동안 회전의 반을, 날개가 뒤로 움직이는 동안 나머지 반을 회전하는 경우처럼 날개 회전 시작시기가 대칭인 경우를 대칭 동작(symmetrical motion)으로 정의하며, 대칭 동작을 기준으로 날개 회전 시작시기가 늦어지는 경우를 지연 동작(delayed motion), 빨리 회전하게 되는 경우를 선행 동작(advanced motion)으로 정의한다.When the wing motion consists of two degrees of freedom, the up and down motion and the rotational motion, the angle of attack can be defined as the angle formed by the stroke and the strike plane and the rotational motion can be defined as the pitching angle. . Variables that change the motion of the wing include angle of attack, flapping frequency per second, flap duration, and wing start time. The wing motions can be categorized according to the wing start time. Can be. As shown in Figs. 2 to 4, symmetrical motion is defined as a case in which the blade rotation start time is symmetric, such as rotating half of the rotation while the wing moves forward and rotating the other half while the wing moves backward. The delayed start timing of the blade rotation is delayed based on the symmetrical motion, and the quick motion is defined as the advanced motion.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘의 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘(100)은 프레임부(200), 동력 전달부(300), 날개 동작부(400), 및 날개(500)로 구성된다.5 is a perspective view of a hummingbird robot mechanism for implementing stationary flight according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the hummingbird robot mechanism 100 for implementing a stationary flight according to an embodiment of the present invention includes a frame unit 200, a power transmission unit 300, a wing operating unit 400, and It consists of a wing 500.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 프레임부를 나타낸 사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프레임부(200)는 대략 직사각형 형상으로 이루어지고, 그 하단에 액츄에이터인 모터(미도시)를 설치하기 위한 액츄에이터 홀더(210)를 갖고, 상기 프레임부(200)의 길이방향 양측에는 후술할 슬라이드 봉(도 7 참조)이 끼워지는 슬라이드 홀(220)을 갖는다.Figure 6 is a perspective view showing a frame portion of the hummingbird robot mechanism according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the frame part 200 has an approximately rectangular shape, and has an actuator holder 210 for installing a motor (not shown) as an actuator at a lower end thereof, and the frame part 200. On both sides of the longitudinal direction has a slide hole 220 to which a slide rod (see FIG. 7) to be described later is fitted.

상기 액츄에이터는 동력을 제공하는 부품으로서, 전동모터, 공압모터 및 유압모터 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The actuator is a component for providing power, and may be formed of any one of an electric motor, a pneumatic motor, and a hydraulic motor, but is not limited thereto.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘(100)이 정지 비행을 구현하기 위해서는 양력계수가 높아야 한다. 그래서, 벌새의 움직임을 관찰한 결과, 다음의 표 1(최대 양력 동작을 위한 파라미터 값)에 나타낸 바와 같이 평균 양력계수가 높은 동작을 취하기 위한 파라미터를 찾았으며, 표 1에 나타낸 파라미터 값에 근접하도록 본 발명을 구성하였다.As described above, the hummingbird robot mechanism 100 according to an embodiment of the present invention should have a high lift coefficient in order to implement a stationary flight. Thus, as a result of observing the hummingbird's movement, as shown in the following Table 1 (parameter values for the maximum lift operation), the parameters for taking the operation with the high average lift coefficient were found, The present invention has been constructed.

파라미터parameter 최대 양력 동작Lift operation 날개 짓의 폭
받음각
날개 회전 시작
날개 회전 지속시간
벗어난 정도
Wing width
Angle of attack
Wings start to rotate
Wing Rotation Duration
Deviation
180°
45°
선행 동작
10%
0
180 °
45 °
Predecessor
10%
0

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 크랭크-슬라이더 6절 기구를 나타낸 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 동력 전달부인 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구(300)는 날개(500), 직접적으로는 날개 전달부(400)에 액츄에이터인 모터에 의해 발생된 동력을 전달하여 날개가 날개 짓을 할 수 있도록 구성한 것이다. 즉, 상기 모터에 의해 발생된 회전력(회전운동)을 날개 동작부(400)에 슬라이딩인 왕복운동으로 변환시킨다.7 is a perspective view showing a crank-slider section 6 mechanism of the hummingbird robot mechanism according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 7, the dual-rank crank-slider section 6 mechanism 300 as the power transmission unit transmits power generated by a motor as an actuator to the blade 500 and directly to the wing transmission unit 400. The wings will be configured to do wings. That is, the rotational force (rotational motion) generated by the motor is converted into a reciprocating motion sliding on the wing operating part (400).

한편, 벌새의 날개 짓은 회전과 순수 날개 짓인 상하방향의 운동의 두 동작으로 이루어지는 2자유도이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 동력 전달부(300)는 전술한 왕복운동으로의 변환 및 날개 동작부(400)에 의해 날개(500)가 회전과 순수 날개 짓의 두 동작을 구현할 수 있도록, 하나의 액츄에이터로 작동되어 날개(500)가 두 입력각(input angle)을 가질 수 있게 위상차를 갖는 구성이어야 한다. 이에 따라, 상기 동력 전달부(300)를 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구로 구성한다. 다시 말해서, 2자유도인 회전과 순수 날개짓의 두 동작을 본 발명에 따른 메커니즘에서 1자유도로 이루기 위하여, 즉 하나의 모터로 날개(500)에 두개의 입력각(크랭크각)을 주기 위하여 입력각의 위상을 다르게 주어 두개의 입력각(θ1, θ2; 도 9 참조)을 만드는 구조인 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구(300)를 동력 전달부로 채용한다.On the other hand, the hummingbird's wing is two degrees of freedom consisting of two motions: the rotation and the pure wing. Therefore, the power transmission unit 300 of the hummingbird type robot mechanism according to an embodiment of the present invention is the wing 500 is rotated by the above-mentioned reciprocation and wing operation unit 400, and the two wings of pure wings In order to implement the operation, it should be configured with a phase difference so that the wing 500 can be operated with one actuator so as to have two input angles. Accordingly, the power transmission unit 300 is configured as a dual-crank slider 6 section mechanism. In other words, in order to achieve two degrees of freedom of rotation and pure winging in one degree of freedom in the mechanism according to the present invention, that is, to give two input angles (crank angles) to the blade 500 with one motor. A dual structure crank-slider section 6 mechanism 300 is employed as the power transmission unit, which is configured to give two different input angles (θ 1 , θ 2 ; see FIG. 9).

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 크랭크-슬라이더 6절 기구(300)는 슬라이더 4절 기구(320), 이중 구조의 크랭크(330), 및 커플러(340) 등으로 구성된다. 상기 슬라이더 4절 기구(320)는 크랭크(330)에 연결되고, 상기 모터에서 전달된 회전력으로 크랭크(330)가 회전함으로써 프레임부의 슬라이드 홀(220)에 끼워진 슬라이드 봉(310)을 따라 왕복운동한다. 다시 말해서, 상기 이중 구조의 크랭크(330)의 일측은 슬라이더 4절 기구(320)에 결합되며 타측은 모터에 결합되어 상기 슬라이더 4절 기구(320)가 슬라이딩할 수 있도록 상기 액츄에이터(모터)에서 발생된 회전운동을 왕복운동으로 변환시킨다.As illustrated in FIG. 7, the crank-slider six-section mechanism 300 includes a slider four-section mechanism 320, a dual structure crank 330, a coupler 340, and the like. The slider four-section mechanism 320 is connected to the crank 330, and the crank 330 is rotated by the rotational force transmitted from the motor to reciprocate along the slide rod 310 fitted in the slide hole 220 of the frame portion. . In other words, one side of the dual structure crank 330 is coupled to the slider four-section mechanism 320 and the other side is coupled to the motor to be generated in the actuator (motor) so that the slider four-section mechanism 320 can slide. Converted rotary motion into reciprocating motion.

이때, 상기 이중 구조의 크랭크(330)는 전술한 바와 같이, 날개가 회전과 순수 날개 짓의 두 동작을 이루어서 정지 비행이 가능하도록 하나의 모터로 날개(500)에 두개의 입력각(크랭크각)을 주기 위한 위상차를 갖는 구조인 것이 바람직하다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 받음각이 45°일 때, 날개는 평균 양력계수가 높은 동작을 취한다. 따라서, 날개(500)에서 받음각이 45°가 되도록, 상기 크랭크(330)의 위상차를 22.5°로 구성하는 것이 바람직하다.In this case, as described above, the dual-rank crank 330 has two input angles (crank angles) to the blade 500 by using a single motor so that the blades can make a stationary flight by performing two operations of rotation and pure wing blades. It is preferable that the structure has a phase difference to give. As shown in Table 1, when the angle of attack is 45 °, the wing takes a high average lift coefficient. Therefore, it is preferable to configure the phase difference of the crank 330 at 22.5 ° such that the angle of attack at the blade 500 is 45 °.

또한, 상기 커플러(340)는 크랭크-슬라이더 6절 기구의 슬라이더 4절 기구(320)와 날개 동작부인 구형 5절 기구(400)를 결합시키는 역할을 한다. 이 경우, 상기 크랭크-슬라이더 6절 기구의 커플러(340)와 구형 5절 기구(400)는 조인트 결합으로 이루어지고, 두 부재의 마찰 감소, 끼임 발생의 최소화 및 공차를 줄이기 위해 베어링의 일종인 부싱(410)이 사용되었으며, 이에 따라 날개의 양력을 최대한 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 부싱(410)은 구리재 또는 다른 임의의 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the coupler 340 serves to engage the slider four-section mechanism 320 of the crank-slider six-section mechanism and the spherical five-section mechanism 400 that is the wing operation. In this case, the coupler 340 and the spherical five-section mechanism 400 of the crank-slider six-section mechanism is made of a joint coupling, a bushing which is a kind of bearing to reduce the friction of the two members, minimize the occurrence of jamming and reduce the tolerance 410 has been used, thereby increasing the lift of the wing as much as possible. In addition, the bushing 410 may be made of copper or any other material.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 구형 5절 기구를 나타낸 사시도이다.8 is a perspective view showing a spherical five section mechanism of the hummingbird robot mechanism according to an embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 날개 동작부인 구형 5절 기구(400)는 동력 전달부인 크랭크-슬라이더 6절 기구(300)(구체적으로, 커플러(340))에 결합되고, 상기 크랭크-슬라이더 6절 기구(300)의 왕복운동에 연동하여 날개 동작부(400)에 결합된 날개(500)를 회전과 순수 날개 짓의 두 동작인 벌새의 날개 짓 형태로 바꾼다. 즉, 상기 구형 5절 기구(400)를 이용하여 날개 짓을 구성하는 2자유도인 회전운동과 순수 날개 짓 운동을 조정함으로써, 앞의 벌새의 비행원리에서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 양력에 영향을 주는 날개 짓의 폭, 받음각, 날개 회전 시작, 날개 회전 지속 시간, 및 벗어난 정도의 파라미터를 조정하여 양력을 증대시킬 수 있다.As shown in FIG. 8, the spherical 5-section mechanism 400, which is the wing operation, is coupled to the crank-slide 6-section mechanism 300 (specifically, the coupler 340), which is the power transmission portion, and the crank-slider 6. In connection with the reciprocating motion of the cutting mechanism 300, the wing 500 coupled to the wing operation unit 400 is changed into a winged form of hummingbird which is two operations of rotation and pure winged. In other words, by using the spherical five-section mechanism 400, by adjusting the rotational motion and the pure wing motion of the two degrees of freedom constituting the wing, the effect of lift as described with reference to Figure 1 in the flight principle of the hummingbird Lifting force can be increased by adjusting the parameters of the wing width, angle of attack, wing rotation start, wing rotation duration, and deviation.

이와 같이 구성되는 벌새형 로봇 메커니즘(100)은 곤충과 같은 작은 크기인 초소형 비행체에 적용될 수 있다. 또한, 상기 초소형 비행체는 액츄에이터인 모터를, 예를 들면 RFID 통신 등을 이용하여 무선으로 제어함으로써, 초소형 비행체가 필요한 분야(군사적인 정찰 등)에 이용할 수 있을 것이다.The hummingbird robot mechanism 100 configured as described above may be applied to an ultra-compact vehicle having a small size such as an insect. In addition, the ultra-compact vehicle may be used in an area (military reconnaissance, etc.) in which an ultra-compact vehicle is required by wirelessly controlling a motor that is an actuator using, for example, RFID communication.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 벌새형 로봇 메커니즘의 구형 5절 기구를 해석한 개념도이고, 도 9를 참조하여 상기 구형 5절 기구(400)에 대해 자세히 설명한다.FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a spherical 5-section mechanism of a hummingbird robot mechanism according to an embodiment of the present invention, and the spherical 5-section mechanism 400 will be described in detail with reference to FIG. 9.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 구형 5절 기구(400)는 일측이 동력 전달부의 커플러(340)와 결합되며 타측이 날개(500)에 결합된다. 전술한 바와 같이, 상기 구형 5절 기구(400)와 동력 전달부의 커플러(340)의 결합에서 구리재나 다른 임의의 재질로 이루어진 부싱(410)을 사용함으로써, 마찰 감소와 축 공차의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 상기 구형 5절 기구(400)는 두 입력각(θ1, θ2)을 통해 날개의 위치를 결정하며 상기 입력각의 상대적 위치(Δθ=θ12)로 날개의 운동이 회전과 순수 날개 짓의 2자유도의 동작을 이루도록 구성되고, 회전시에는 Δθ의 값이 일정하게 유지되며 상기 순수 날개 짓의 업스트로크와 다운스트로크에서는 Δθ의 부호가 서로 반대가 되어 순수 날개 짓을 구현할 수 있게 구성된다.As shown in Figure 8 and 9, the spherical five-section mechanism 400 is coupled to the coupler 340 of one side of the power transmission and the other side is coupled to the wing 500. As described above, by using the bushing 410 made of copper or any other material in the combination of the spherical 5-section mechanism 400 and the coupler 340 of the power transmission unit, the friction reduction and the accuracy of the shaft tolerance can be improved. Can be. The spherical five-section mechanism 400 determines the position of the blade through two input angles θ 1 and θ 2 , and the blade movement is rotated and pure at the relative position of the input angle Δθ = θ 12 . It is configured to achieve the two degrees of freedom of the wing, the value of Δθ is kept constant during rotation, and the sign of Δθ in the upstroke and downstroke of the pure wing can be configured to implement the pure wing do.

도 9에 도시된 구형 5절 기구(400)의 개념도로부터 받음각은 다음과 같이 표현될 수 있다.The angle of attack from the conceptual diagram of the spherical 5-section instrument 400 shown in FIG. 9 may be expressed as follows.

도 9를 참조하면, 날개에 연결되는 조인트 중 날개 회전축과 일치하는 축의 방향 벡터를 Z2, 날개에 연결된 다른 조인트의 축의 방향 벡터를 Z3라고 하면, 다음과 같은 관계식을 구할 수 있다. 먼저, 각 벡터들의 기하학적 위치 관계에 의해 다음의 식들을 얻는다.Referring to FIG. 9, if Z 2 is a direction vector of an axis coinciding with a blade rotation axis among joints connected to a blade, and Z 3 is a direction vector of an axis of another joint connected to a blade, the following relational expression may be obtained. First, the following equations are obtained by the geometric positional relationship of each vector.

Figure pat00001
Figure pat00001

위 식들로부터 Z2와 Z3를 다음과 같이 표현할 수 있다.From the above equations, Z 2 and Z 3 can be expressed as

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

도 9와 같이 받음각이 표현되었을 때 받음각(α)은 코사인 법칙으로부터 다음과 같이 표현된다.When the angle of attack is expressed as in FIG. 9, the angle of attack α is expressed as follows from the cosine law.

Figure pat00004
Figure pat00004

도 10은 도 9에 나타낸 개념도의 해석으로부터 얻은 동작의 궤적을 나타낸 도면으로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 벌새형 로봇 메커니즘이 벌새의 실제 비행 메커니즘과 유사한 궤적을 나타내고 있음을 알 수 있다.FIG. 10 is a diagram showing a trajectory of an operation obtained from the analysis of the conceptual diagram shown in FIG. 9. As shown in FIG. 10, it is understood that the hummingbird robot mechanism according to the present invention exhibits a trajectory similar to the actual flight mechanism of the hummingbird. Can be.

이와 같이 구성되는 벌새형 로봇 메커니즘의 작동 및 비행방법은 액츄에이터인 모터가 구동됨으로써 회전력이 발생되고, 상기 모터의 회전에 의해 약 22.5°의 위상차를 갖는 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구의 크랭크(330)가 회전되고, 상기 크랭크의 회전에 따라 상기 크랭크에 결합된 슬라이더 4절 기구(320)가 슬라이딩 왕복운동하고, 상기 슬라이더 4절 기구(320)의 왕복운동에 따라 이에 결합된 구형 5절 기구(400)가 날개(500)에 주어진 두개의 입력각(θ1, θ2)을 통해 날개의 위치를 결정함과 동시에 상기 입력각의 상대적 위치(Δθ=θ12)로 회전과 순수 날개 짓의 2자유도로 동작하도록 이루어짐으로써, 상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구(300)와 연동하는 구형 5절 기구(400)를 통해 벌새의 실제 날개 짓과 유사하게 변환시켜 정지 비행 또는 자유 비행을 가능하게 할 수 있다.The operation and flight method of the hummingbird-type robot mechanism configured as described above includes a crank of a dual structure crank-slider section 6 mechanism having a rotational force generated by driving a motor as an actuator and having a phase difference of about 22.5 ° by the rotation of the motor. 330 is rotated, the slider four-section mechanism 320 coupled to the crank is sliding reciprocating according to the rotation of the crank, and the spherical five-section mechanism coupled thereto according to the reciprocating motion of the slider four-section mechanism 320. The blade 400 determines the position of the blade through the two input angles θ 1 , θ 2 given to the blade 500, and at the same time rotates and rotates to the relative position of the input angle Δθ = θ 12 . It is made to operate in two degrees of freedom of the wing, through the old five-section mechanism 400 that interlocks with the crank-slider six-section mechanism 300 of the dual structure, similar to the actual winging of the hummingbird, It may enable the free flight.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. Will be clear to those who have knowledge of.

100: 로봇 메커니즘 200: 프레임부
300: 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구
320: 슬라이더 4절 기구 330: 크랭크
340: 커플러 400: 구형 5절 기구
410: 부싱 500: 날개
100: robot mechanism 200: frame portion
300: dual structure crank-slider section 6 mechanism
320: slider 4 mechanism 330: crank
340: coupler 400: spherical five section mechanism
410: bushing 500: wing

Claims (12)

일측에 액츄에이터 홀더를 구비한 프레임부;
상기 프레임부의 액츄에이터 홀더에 설치되는 액츄에이터;
상기 프레임부에 설치되고, 상기 액츄에이터에 의해 발생된 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 동력 전달부;
상기 동력 전달부에 결합되어 동력 전달부의 왕복운동을 날개 짓으로 바꾸는 날개 동작부; 및
상기 날개 동작부에 결합되는 날개
를 포함하는 정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘.
A frame unit having an actuator holder on one side;
An actuator installed in an actuator holder of the frame part;
A power transmission unit installed in the frame unit and converting a rotational motion generated by the actuator into a reciprocating motion;
A wing operating unit coupled to the power transmission unit for converting a reciprocating motion of the power transmission unit into a wing; And
Wing coupled to the wing operation
Hummingbird robot mechanism for implementing a stationary flight comprising a.
제1항에 있어서,
상기 액츄에이터는 전동모터, 공압모터 및 유압모터 중 어느 하나로 이루어지는
정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘.
The method of claim 1,
The actuator is made of any one of an electric motor, a pneumatic motor and a hydraulic motor
Hummingbird robot mechanism for stationary flight.
제1항에 있어서,
상기 동력 전달부는 위상차를 주어서 하나의 액츄에이터로 작동되도록 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구로 이루어지고;
상기 크랭크-슬라이더 6절 기구는 슬라이드 봉을 따라 왕복운동하는 슬라이더 4절 기구, 일측은 상기 슬라이더 4절 기구에 결합되며 타측은 액츄에이터에 결합되어 상기 슬라이더 4절 기구가 슬라이딩할 수 있도록 상기 액츄에이터에서 발생된 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 이중 구조의 크랭크, 및 상기 동력 전달부와 날개 동작부를 결합시키는 커플러를 포함하는
정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘.
The method of claim 1,
The power transmission portion is composed of a six-section crank-slider mechanism having a dual structure so as to act as a single actuator by giving a phase difference;
The crank slider 6 section mechanism is a slider 4 section mechanism reciprocating along the slide rod, one side is coupled to the slider 4 section mechanism and the other side is coupled to the actuator generated in the actuator so that the slider 4 section mechanism can slide A crank having a dual structure for converting the rotated motion into a reciprocating motion, and a coupler for coupling the power transmission part and the wing operation part;
Hummingbird robot mechanism for stationary flight.
제3항에 있어서,
상기 이중 구조의 크랭크는 하나의 날개에 두개의 입력각을 주기 위하여 22.5°의 위상차를 갖는 구조인
정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘.
The method of claim 3,
The crank of the dual structure is a structure having a phase difference of 22.5 ° to give two input angles to one wing.
Hummingbird robot mechanism for stationary flight.
제1항에 있어서,
상기 날개 동작부는 동력 전달부와 연동되는 구형 5절 기구로 이루어지고;
상기 구형 5절 기구를 이용하여 날개 짓을 구성하는 2자유도인 회전운동과 순수 날개 짓 운동을 조정함으로써, 양력에 영향을 주는 날개 짓의 폭, 받음각, 날개 회전 시작, 날개 회전 지속 시간, 및 벗어난 정도의 파라미터를 조정하여 양력을 증대시키는
정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘.
The method of claim 1,
The wing operation portion is made of a spherical five-section mechanism interlocked with the power transmission portion;
By adjusting the two degrees of freedom rotational motion and pure winging motion using the spherical five-section mechanism, the width, angle of attack, the start of the wing rotation, the duration of the wing rotation, and the deviation of the wing motion affecting lift To increase lift by adjusting the parameters
Hummingbird robot mechanism for stationary flight.
제5항에 있어서,
상기 구형 5절 기구는 일측이 동력 전달부와 결합되며 타측이 날개에 결합되고, 두 입력각(θ1, θ2)을 통해 날개의 위치를 결정하며 상기 입력각의 상대적 위치(Δθ=θ12)로 날개의 운동이 회전과 순수 날개 짓의 2자유도의 동작을 이루도록 구성되고, 상기 회전시에는 Δθ의 값이 일정하게 유지되며 상기 순수 날개 짓의 업스트로크와 다운스트로크에서는 Δθ의 부호가 서로 반대가 되어 순수 날개 짓을 구현할 수 있게 구성되고, 상기 구형 5절 기구와 동력 전달부의 결합에서 부싱을 사용하여 마찰 감소 및 끼임 발생을 최소화시키는
정지 비행 구현을 위한 벌새형 로봇 메커니즘.
The method of claim 5,
The spherical five-section mechanism is coupled to the power transmission unit on one side and the other side to the blade, and determines the position of the blade through the two input angles (θ 1 , θ 2 ) and the relative position of the input angle (Δθ = θ 12 ) so that the movement of the blades makes the motion of two degrees of freedom of rotation and pure blades, the value of Δθ is kept constant during the rotation, and the sign of Δθ in the upstroke and downstroke of the pure blades Are configured to be the opposite of each other to implement a pure wing, and to reduce friction and to minimize the occurrence of jamming by using a bushing in the combination of the old five-section mechanism and the power transmission unit
Hummingbird robot mechanism for stationary flight.
액츄에이터인 모터를 구비한 프레임부;
상기 프레임부에 설치되고, 상기 액츄에이터에 의해 발생된 회전운동을 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구를 통해 왕복운동으로 변환시키는 동력 전달부;
상기 동력 전달부와 연동되어 동력 전달부의 왕복운동을 구형 5절 기구를 통해 날개 짓으로 바꾸는 날개 동작부;
상기 날개 동작부에 결합되는 날개; 및
상기 모터를 무선으로 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구는 하나의 액츄에이터로 작동되도록 위상차를 갖는 구조인
초소형 비행체.
A frame unit having a motor that is an actuator;
A power transmission unit installed in the frame unit and converting a rotational motion generated by the actuator into a reciprocating motion through a crank-slider section 6 mechanism having a dual structure;
A wing operating unit linked with the power transmission unit for converting a reciprocating motion of the power transmission unit into a wing through a spherical 5 section mechanism;
A wing coupled to the wing operation unit; And
A control unit for wirelessly controlling the motor,
The dual structure crank slider 6 section is a structure having a phase difference to be operated by one actuator
Micro Aircraft.
제7항에 있어서,
상기 크랭크-슬라이더 6절 기구는, 슬라이드 봉을 따라 왕복운동하는 슬라이더 4절 기구, 상기 슬라이더 4절 기구가 슬라이딩할 수 있도록 상기 액츄에이터에서 발생된 회전운동을 왕복운동으로 변환시키는 이중 구조의 크랭크, 및 상기 동력 전달부와 날개 동작부를 결합시키는 커플러를 포함하고;
상기 이중 구조의 크랭크는 하나의 날개에 두개의 입력각을 주기 위하여 22.5°의 위상차를 갖는 구조인
초소형 비행체.
The method of claim 7, wherein
The crank-slider section 6 mechanism includes a slider section 4 mechanism for reciprocating along a slide rod, a dual structure crank for converting a rotational motion generated from the actuator into a reciprocation so that the slider section 4 slides, A coupler coupling the power transmission unit and the wing operation unit;
The crank of the dual structure is a structure having a phase difference of 22.5 ° to give two input angles to one wing.
Micro Aircraft.
제7항에 있어서,
상기 구형 5절 기구는 크랭크-슬라이더 6절 기구와 결합되고;
상기 구형 5절 기구를 이용하여 날개 짓을 구성하는 2자유도인 회전운동과 순수 날개 짓 운동을 조정함으로써, 양력에 영향을 주는 날개 짓의 폭, 받음각, 날개 회전 시작, 날개 회전 지속 시간, 및 벗어난 정도의 파라미터를 조정하여 양력을 증대시키고;
상기 구형 5절 기구와 크랭크-슬라이더 6절 기구의 결합에서 부싱을 사용하여 마찰 감소 및 끼임 발생을 최소화시키는
초소형 비행체.
The method of claim 7, wherein
The spherical five-section instrument is coupled with the crank-slider six-section instrument;
By adjusting the two degrees of freedom rotational motion and pure winging motion using the spherical five-section mechanism, the width, angle of attack, the start of the wing rotation, the duration of the wing rotation, and the deviation of the wing motion affecting lift Adjust the degree of parameter to increase lift;
Using a bushing in the combination of the old five-section and crank-slider six-section instruments to reduce friction and minimize pinch
Micro Aircraft.
액츄에이터에 의해 발생된 회전운동을 위상차를 갖는 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구를 통해 왕복운동으로 변환시키고, 상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구와 연동하는 구형 5절 기구를 통해 날개 짓으로 변환하여 정지 비행 또는 자유 비행을 가능하게 하는
벌새형 로봇 메커니즘의 비행방법.
The rotational movement generated by the actuator is converted into reciprocating motion through the dual structure crank-slide section 6 mechanism with phase difference, and the wing movement is carried out through the spherical five section mechanism linked with the dual structure crank-slide section 6 mechanism. To convert to a stationary or free flight
How to fly a hummingbird robot mechanism.
제10항에 있어서,
상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구와 구형 5절 기구를 초소형 비행체에 적용하고, 이의 연동을 통해 날개 짓을 구현하여 정지 비행 또는 자유 비행을 가능하게 하는
벌새형 로봇 메커니즘의 비행방법.
The method of claim 10,
The crank-slider section 6 mechanism and the old section 5 mechanism of the dual structure is applied to a micro-vehicle, and interlocking to implement a wing wing to enable stationary flight or free flight
How to fly a hummingbird robot mechanism.
제10항에 있어서,
상기 이중 구조의 크랭크-슬라이더 6절 기구와 구형 5절 기구의 결합에 부싱을 사용하여 마찰 감소 및 끼임 발생을 최소화시켜 양력을 증대시키는
벌새형 로봇 메커니즘의 비행방법.
The method of claim 10,
Bushing is used to combine the dual structure of the crank-slider 6 section and the old 5 section mechanism to increase the lifting force by minimizing friction reduction and pinching.
How to fly a hummingbird robot mechanism.
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