KR20120102880A - Octocopter and control methods thereof - Google Patents

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KR20120102880A
KR20120102880A KR1020110020755A KR20110020755A KR20120102880A KR 20120102880 A KR20120102880 A KR 20120102880A KR 1020110020755 A KR1020110020755 A KR 1020110020755A KR 20110020755 A KR20110020755 A KR 20110020755A KR 20120102880 A KR20120102880 A KR 20120102880A
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유세혁
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유세혁
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Abstract

PURPOSE: An octocopter and a control method thereof are provided to prevent the shaking of a flight vehicle with eight rotary wings and to minimize the errors of sensor values with a vibration proofing device. CONSTITUTION: An octocopter comprises a body(100), a power supply device, four main frames(200), four sub-frames(210), a driving motor, supporting legs, a motor drive, and rotary wings. The main body comprises a sensor for measuring horizontal angles and a control part. The control part calculates control signals with the horizontal angles. One end of the main frames is coupled to the body and the other end thereof is radially extended from the body. One end of the sub-frames is coupled to the body and each sub-frame is radially arranged between two different main frames. The driving motor is coupled at the top of the other end of the main frames and the sub-frames. The supporting legs are coupled at the bottom of the other end of the main frames and the sub-frames and are downwardly extended at a predetermined length. The motor drive changes the signals generated in the control part according to the property of the motor. The rotary wings are coupled to a rotary shaft of the driving motor to be horizontally rotated.

Description

옥터콥터 장치 및 이의 제어 방법 {OCTOCOPTER AND CONTROL METHODS THEREOF}Octopter device and its control method {OCTOCOPTER AND CONTROL METHODS THEREOF}

본 발명은 옥터콥터 장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정확한 데이터 값을 산출하여 비행 시보다 안정적으로 수평 제어를 할 수 있으며, 메인 회전익 및 서브 회전익의 일부가 작동 불능 시 그 외의 회전익에 의해 비행을 유지하여 추락을 방지할 수 있는 옥터콥터 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an octacopter device and a control method thereof, and more specifically, it is possible to horizontally control more stably in flight by calculating an accurate data value, and other rotor blades when a part of the main rotor blade and the sub rotor blade are inoperable. The present invention relates to an optercopter apparatus capable of maintaining a flight and preventing a fall, and a control method thereof.

종래의 기술에 의하면 회전익을 이용한 비행장치는 본체, 센서, 구동로터, 제어기를 포함하여 구성되며, 비행 시 센서로부터 비행정보를 획득하고, 획득한 정보를 통해 제어기에서 구비된 구동로터에 결합된 회전익을 개별적으로 제어하여 비행 방향을 조정한다.According to the prior art, a flying device using a rotor blade includes a main body, a sensor, a driving rotor, and a controller, and obtains flight information from a sensor during flight, and uses a rotor blade coupled to a driving rotor provided in the controller through the obtained information. Individually control the flight direction.

그러나 위와 같은 회전익을 이용하여 비행을 하는 비행체는 일반적으로 장애물과의 충돌 또는 내부적인 모터의 고장으로 인해 회전익이 제어되지 않을 경우 추락의 위험이 있으며, 바람에 의해 수평을 유지하기 힘들며 보다 안정적인 비행을 하기 어렵다는 문제점이 있다.However, the aircraft flying by using the rotor blades in general, there is a risk of falling if the rotor is not controlled due to collisions with obstacles or internal motor failure, it is difficult to maintain the horizontal level by the wind and more stable flight There is a problem that is difficult to do.

대한민국 특허 등록번호 제0812756호는 요잉제어가 용이한 쿼드로콥터(Quadro copter)로서, 이는 기체의 추력의 증가와 자세제어의 안정화를 목적으로 하며, 본체를 중심으로 동일 반경에 있는 4개의 모터를 구비하고, 본체의 상부에 요잉제어 회전익을 설치하여 기체의 추력 및 가반중량비를 상승시키고, 요잉제어 회전익의 회전방향과 4개의 메인로터 회전 방향을 반대로 하여 요잉제어를 용이하게 한다. 또한 요잉제어 회전축에 스테빌라이저를 설치하여 비행의 안정화를 제공한다. 이 기술은 하나의 요잉제어 구동 모터를 사용하여 요잉 제어에 관해서만 제어를 하기 때문에 제어가 더 쉬울 수 있다는 장점을 가질 수 있지만, 요잉제어구동 모터를 추가적으로 장착하는 데서 오는 비행장치의 중량 증가 때문에 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.Korean Patent Registration No. 0812756 is a quadro copter with easy yawing control, which aims to increase the thrust of the aircraft and stabilize the attitude control. The yaw control rotary blade is provided on the upper portion of the main body to increase the thrust and payload ratio of the gas, and the yaw control is facilitated by reversing the rotation direction of the yawing control rotary blade and the four main rotor rotation directions. Stabilizers are also installed on the yawing control axis to provide stabilization of the flight. This technique has the advantage that it can be easier to control because only one yawing control drive motor is used to control the yawing control, but the efficiency is due to the increased weight of the flying device that comes with the additional yawing control drive motor. There is a problem that falls.

대한민국 특허 공개번호 제0099839호는 4개의 날개 구조를 갖춘 회전익 무인정찰기로서, 이는 비행체의 자세와 이동을 용이하게 하는 것과 바람의 저항을 최소화시키는 것을 목적으로 하며, 구동모터를 개별적으로 제어하여 이착륙, 전진, 후진, 좌, 우 이동을 가능하게 하는 4개의 날개와 다리, 바람의 저항을 최소화하여 안정적인 비행을 가능하게 하는 원형의 본체로 구성된다. 이 기술은 비행 시 어느 회전익의 파손 혹은 내부적인 고장에 의해 발생하는 자세 제어나 수평을 유지하기 어려우며, 추락의 위험이 있다는 문제점이 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 0099839 is a rotorcraft drone with a four-wing structure, which aims to facilitate the attitude and movement of the aircraft and to minimize the resistance of the wind, take off and landing, by individually controlling the drive motor, It consists of four wings and legs that enable forward, backward, left and right movements, and a circular body that enables stable flight with minimal wind resistance. This technique is difficult to maintain posture control or leveling caused by breakage or internal failure of a rotorcraft during flight, and there is a risk of falling.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 각각 4개의 회전익이 설치되는 메인 프레임과 서브 프레임에 설치된 개별적인 구동모터를 제어함으로써, 기존의 회전익 비행체보다 수평 유지가 안정적으로 향상된 옥터콥터의 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, the technical problem to be achieved by the present invention is to control the individual drive motors installed in the main frame and the sub-frame is installed four rotor blades, respectively, than the conventional rotorcraft It is to provide a device of the opter copter improved level stably.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 어느 일부의 회전익의 고장으로 인한 추락을 방지함으로써 비행체의 안정성이 향상된 옥터콥터 장치를 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide an occopter device with improved stability of the aircraft by preventing the fall due to the failure of some of the rotor blades.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 비행 시 각 구동모터에서부터 발생하는 진동으로 인한 각 센서부의 데이터의 손상을 방지하기 위하여 구동모터와 프레임의 연결부위에 방진장치를 설치함으로써, 진동을 최소화함으로써 센서부에서의 각도 산출의 정확성이 향상된 비행장치의 방진장치 구조를 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to minimize the vibration by installing a dustproof device on the connection between the drive motor and the frame in order to prevent data damage of each sensor unit due to vibration generated from each drive motor during flight. As a result, the vibration isolator structure of the flying device with improved accuracy of the angle calculation in the sensor unit is provided.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 전원공급장치를 탈부착이 가능한 탈부착끈을 이용하여 본체에 부착하여 전원공급장치의 교체 시간 단축 및 배터리의 형태 제한을 줄임으로써 효율성을 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide efficiency by reducing the replacement time of the power supply and the shape limitation of the battery by attaching the power supply to the main body using a detachable detachable strap.

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 옥터콥터 장치는 수평각을 측정하기 위한 센서부와 상기 센서부에서 센싱된 수평각을 입력 받아 제어 신호를 연산하기 위한 제어부가 구비되는 본체와, 상기 본체와 결합하는 전원공급장치와, 상기 본체와 결합되어 상기 본체를 중심으로 방사상 방향으로 길게 수평을 이루면서 뻗는 네 개의 메인프레임과, 상기 본체와 결합되어 상기 본체를 중심으로 방사상 방향으로 길게 수평을 이루면서 뻗으며 서로 다른 상기 메인프레임과 메인프레임 사이에 하나씩 위치하는 네 개의 서브프레임과, 상기 메인프레임 및 서브프레임의 양 말단 중 상기 본체와 결합된 말단의 반대쪽 말단의 상부에 결합하는 구동모터와, 상기 메인프레임과 상기 서브프레임의 양 말단 중 상기 본체와 결합된 말단의 반대쪽 말단의 하부에 결합하여 하방으로 일정 길이만큼 길게 뻗는 받침다리와, 상기 제어부 및 상기 구동모터에 전기적으로 연결되어 상기 제어부에서 생성된 신호를 모터의 특성에 맞게 변화시키기 위한 모터드라이브와, 상기 구동모터의 회전축에 결합되어 수평 방향으로 회전되는 회전익을 포함하여 구성되며, 상기 회전익 중 절반은 시계 방향으로 회전하고 나머지 절반은 반시계 방향으로 회전하도록 구성된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, an optercopter device includes a sensor unit for measuring a horizontal angle and a control unit for calculating a control signal by receiving a horizontal angle sensed by the sensor unit, and the main body. A power supply unit coupled to the main body, the four main frames coupled to the main body and extending in a horizontal direction in a radial direction about the main body, and extending in a horizontal direction in the radial direction about the main body in combination with the main body Four subframes positioned one by one between the main frame and the main frame, and a driving motor coupled to an upper end of an opposite end of the main frame and the end of the subframe, the main body being coupled to the main body; Opposite end of the frame and the end of the subframe joined to the main body A support leg extending downward by a predetermined length by being coupled to a lower portion of the stage, a motor drive electrically connected to the control unit and the driving motor to change a signal generated by the control unit according to the characteristics of the motor, and the drive motor It is configured to include a rotary blade coupled to the rotary shaft of the rotating in the horizontal direction, half of the rotary blade is configured to rotate in the clockwise direction and the other half in the counterclockwise direction.

또한, 상기 센서부는 중력 가속도 센서와 각속도 센서를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the sensor unit preferably includes a gravity acceleration sensor and the angular velocity sensor.

또한, 상기 구동모터와 상기 메인 프레임 사이 및 상기 구동모터와 상기 서브 프레임 사이에는 진동을 흡수하기 위한 탄성체인 방진장치가 구비되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the vibration isolator is provided between the drive motor and the main frame and the drive motor and the sub-frame is an elastic body for absorbing vibration.

또한, 상기 메인 프레임은 상기 본체를 중심으로 십자 형태를 이루도록 배열되고, 상기 서브 프레임은 상기 본체를 중심으로 십자 형태를 이루도록 배열되며 상기 메인 프레임의 길이가 상기 서브 프레임의 길이보다 길게 구성되는 것이 바람직하다.In addition, the main frame is arranged to form a cross shape around the main body, the sub frame is arranged to form a cross shape around the main body and the length of the main frame is preferably configured to be longer than the length of the sub frame. Do.

또한, 상기 본체에는 탈부착끈이 구비되고 상기 전원공급부는 이 탈부착끈에 의해 고정됨으로써 상기 전원공급부가 상기 본체와 탈부착 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.In addition, the main body is provided with a detachable strap and the power supply is preferably fixed by the detachable strap so that the power supply is coupled to the main body detachably.

또한, 상기와 같은 구성의 옥터콥터의 제어 방법은 X축, Y축 및 Z축의 상기 중력 가속도 센서와 상기 각속도 센서를 이용한 센싱 단계와, 상기 센싱된 값을 필터에 넣고 각 축에 대한 수평각을 산출하는 단계와, 상기 수평각을 이용하여 수평 유지를 위해 각 축에 대한 피아이디(PID) 제어를 하는 단계와, 상기 수평각에 미리 설정된 수식을 적용하여 사이 제어값을 산출하는 단계 및 상기 구동모터의 회전수를 조절하는 단계를 포함한다.In addition, the method of controlling the opter copter having the above configuration includes a sensing step using the gravity acceleration sensor and the angular velocity sensor of the X, Y, and Z axes, and putting the sensed value into a filter to calculate a horizontal angle with respect to each axis. And PID control of each axis to maintain horizontality using the horizontal angle, calculating a control value between the horizontal angle by applying a preset equation to the horizontal angle, and rotating the driving motor. Adjusting the number.

이상에서와 같이, 본 발명에 의한 옥터콥터 장치 및 이의 제어 방법에 의하면 각각을 구동하는 모터에 의해 구동되는 8개의 회전익을 가지고 있어서 종래의 다른 회전익을 가진 비행체보다 바람이나 외란에 의한 비행체가 흔들리는 문제점 해결할 수 있으며, 방진장치에 의해 센서 값의 오차가 최소화되도록 보정해줌으로써 안정적인 수평 유지가 가능하며 전원공급장치가 탈부착 가능하므로 전원공급장치의 충전과 같은 대기 시간을 줄일 수 있으며, 구동모터의 증가로 인하여 추력이 증가하여 종래 비행체에 비해 장착할 수 있는 무게가 증가하고, 예기치 않은 구동모터의 고장으로 인해 기체가 추락할 위험성을 제거하여 안정적인 비행을 유지할 수 있어서 종래 기술에 따른 회전익 비행 장치에 비하여 경제적이고 효율적인 운용이 가능하다는 장점이 있다. As described above, according to the octacopter device and the control method thereof according to the present invention has eight rotary blades driven by a motor for driving each of them, so that the aircraft is shaken by wind or disturbance than other conventional rotorcraft. It is possible to solve the problem.It is possible to maintain stable level by compensating the error value of sensor by the dustproof device to minimize, and to reduce the standby time such as charging of the power supply because the power supply is detachable. Due to the increased thrust, the weight that can be mounted in comparison with the conventional aircraft is increased, and it is possible to maintain a stable flight by eliminating the risk of the aircraft falling due to an unexpected failure of the drive motor, so that it is more economical than the rotorcraft flying device according to the prior art. The advantage of efficient and efficient operation have.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 옥터콥터 장치를 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 옥터콥터 장치를 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 옥터콥터 장치의 일부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 옥터콥터 장치의 일부를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 옥터콥터 장치의 일부를 나타낸 분리 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 옥터콥터 장치의 일부를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 옥터콥터 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도.1 is a plan view showing an octacopter device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a side view showing an octacopter device according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing a part of an opter copter device according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a part of an opter copter device according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an exploded perspective view showing a portion of the octacopter device according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view showing a portion of an opter copter device according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a control method of an opter helicopter apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 옥터콥터의 기본 골격을 이루는 부분은 본체, 4개의 메인 프레임(200) 및 4개의 서브 프레임(210)으로 구성되며, 메인 프레임(200)과 서브 프레임(210)은 각각 본체(100)를 중심으로 직교하도록 본체(100)와 연결되며 서로 바로 인접하는 메인 프레임(200)과 메인 프레임(200) 사이에 서브 프레임(210)이 하나씩 위치하도록 구성된다. 메인 프레임(200)과 서브 프레임(210)의 길이는 상황에 따라 달라질 수 있으며, 본 실시 예에서는 메인 프레임(200)의 길이가 서브 프레임(210)의 길이보다 길게 구성된다. As shown in FIG. 1, the part forming the basic skeleton of the opter according to the present invention includes a main body, four main frames 200, and four sub frames 210, and a main frame 200 and a sub frame. Each of the subframes 210 is connected to the main body 100 so as to be orthogonal to the main body 100 and positioned between the main frame 200 and the main frame 200 adjacent to each other. The lengths of the main frame 200 and the subframe 210 may vary according to circumstances, and in this embodiment, the length of the main frame 200 is longer than the length of the subframe 210.

모두 8개의 구동모터(300,310)가 있는데 바깥쪽 큰 원을 이루는 점선에 4개의 구동모터(300)가 걸쳐있도록, 안쪽 작은 원을 이루는 점선에 4개의 구동모터(310)가 걸쳐있도록 배치되며, 각각의 구동모터는 메인 프레임(200) 또는 서브 프레임(210)의 바깥쪽 말단부의 상면에 결합된다. 메인 프레임(200)과 서브 프레임(210) 각각에는 제어부(120)와 구동모터(300,310) 사이에 연결되어 제어부(120)의 연산장치에서 생성된 신호를 구동모터의 특성에 맞게 변화시킨다. 본 명세서에서 메인 모터(300)란 메인 프레임(200)에 설치되는 구동 모터를 말하고, 서브 모터(310)는 서브 프레임(210)에 설치되는 구동모터를 말한다.There are eight driving motors 300 and 310, which are arranged such that four driving motors 300 span a dotted line forming an outer large circle, and four driving motors 310 spanning a dotted line forming an inner small circle, respectively. The driving motor of the main frame 200 or the sub-frame 210 is coupled to the upper surface of the outer end portion. Each of the main frame 200 and the subframe 210 is connected between the control unit 120 and the driving motors 300 and 310 to change a signal generated by the computing device of the control unit 120 according to the characteristics of the driving motor. In the present specification, the main motor 300 refers to a drive motor installed in the main frame 200, and the sub motor 310 refers to a drive motor installed in the sub frame 210.

구동모터의 회전축은 수직 방향으로 길게 뻗으며 구동모터의 회전축에 결합되어 수평 방향으로 회전되는 회전익(800)이 설치된다. 회전익(800)은 회전에 의해 상방으로 추력을 발생시켜 비행체를 뜨게 하기 위한 것이다. The rotary shaft of the drive motor extends in the vertical direction and is coupled to the rotary shaft of the drive motor so that the rotary blade 800 is rotated in the horizontal direction. The rotor blade 800 is for generating a thrust upward by the rotation to float the aircraft.

도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 메인 프레임(200)과 서브 프레임(210)의 바깥쪽 말단부의 하단면에는 하방으로 길게 뻗는 탄성력 있는 재질로 된 받침다리(400)가 구비된다. 받침다리(400)는 기체의 이착륙 시 본체(100)가 지면에 접촉하지 않도록 하여 비행장치의 손상을 방지하며, 기체의 자세 고정 및 기체에 다른 장치를 장착하는 데 있어서의 공간적인 제한을 줄일 수 있게 한다. 모터드라이브(900)는 제어부(120) 및 구동모터(300,310)에 전기적으로 연결되어 제어부(120)에서 생성된 신호를 구동모터(300,310)의 특성에 맞게 변화시키기 위한 것으로서 메인 프레임(200) 또는 서브 프레임(210) 위에 설치된다.As shown in Figure 2 and 3, the lower end surface of the outer end portion of the main frame 200 and the sub-frame 210 is provided with a support leg 400 made of a resilient material extending long downward. The support leg 400 prevents damage to the aircraft by preventing the main body 100 from contacting the ground during takeoff and landing of the aircraft, and can reduce the space limitation in fixing the attitude of the aircraft and mounting other devices to the aircraft. To be. The motor drive 900 is electrically connected to the control unit 120 and the driving motors 300 and 310 so as to change a signal generated by the control unit 120 according to the characteristics of the driving motors 300 and 310. It is installed on the frame 210.

기체의 안정성을 높이기 위한 방지장치를 메인 프레임(200) 및 서브 프레임(210)과 연결되는 모든 장치 사이에 설치되는 것이 바람직하며, 도 3에 도시된 것과 같이, 구동모터(300,310)와 메인 프레임(200) 또는 서브 프레임(210) 사이 및 받침다리(400)와 메인 프레임(200) 또는 서브 프레임(210) 사이에 방진장치(500)가 설치됨으로써 구동모터의 진동이 최소화되어 데이터 값의 신회성이 높아진다. A prevention device for increasing the stability of the gas is preferably installed between all the devices connected to the main frame 200 and the sub-frame 210, as shown in Figure 3, the drive motor (300, 310) and the main frame ( Since the vibration isolator 500 is installed between the 200 or the sub-frame 210 and between the support leg 400 and the main frame 200 or the sub-frame 210, vibration of the driving motor is minimized, thereby providing a new data value. Increases.

도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 전원공급장치(600)는 탈부착이 가능하도록 구성되어 사용을 위한 대기시간을 단축할 수 있다. 탈부착끈(700)은 본체(100)의 바로 아래에 위치하는 전원공급장치(600)를 감싸서 고정시킬 수 있도록 양 말단 각각이 본체 하면의 양 가장자리 각각에 연결되고 중간 부분이 연결하거나 끊어질 수 있도록 구성된다. 이러한 구성으로 인하여 장치의 공간 제한을 줄이고 본체(100) 자체에 전원공급장치(600)의 케이스를 만들지 않아 기체 전체의 무게를 낮추어 추력을 증가시키며 전원공급장치(600)를 여러개 적층할 수 있어 추가적인 전원공급장치(600)를 부착할 수 있어서 장시간 비행이 가능하다. As shown in Figure 4 and 5, the power supply 600 is configured to be detachable can shorten the waiting time for use. The detachable strap 700 is connected to each of both edges of the lower surface of the main body so as to surround and fix the power supply 600 positioned directly below the main body 100 so that the middle part can be connected or disconnected. It is composed. Due to this configuration, it is possible to reduce the space limitation of the device and not to make the case of the power supply 600 in the main body 100 itself, thereby increasing the thrust by lowering the weight of the entire body and stacking the power supply 600 in addition. The power supply 600 can be attached to allow a long flight.

도 1에 도시된 화살표 표시에서 알 수 있는 바와 같이, 헬기 회전에 있어서 반토크 원리를 이용하여 8개의 회전익(800) 중 4개의 회전익(800)은 시계 방향으로 회전을 하고 나머지 4개의 회전익(800)은 반시계 방향으로 회전을 하면서 기체가 비행 시 팽이처럼 한 방향으로 회전을 하면서 비행하는 것을 막아주며, 도한, 이러한 원리를 이용하여 비행 시 제자리에서 원하는 방향으로 회전하는 것이 가능하다.As can be seen from the arrow marks shown in FIG. 1, four rotor blades 800 of eight rotor blades 800 rotate clockwise and the other four rotor blades 800 by using the anti-torque principle in helicopter rotation. ) Rotates counterclockwise to prevent the aircraft from flying in one direction, like a spinning top, while using this principle, it is possible to rotate in place in the desired direction when flying.

도 6에 도시된 것과 같이, 본체(100)에는 센서부(110)와 제어부(120)가 구비된다. 센서부(110)는 비행 시 구동모터(300,310)의 출력 변화에 의해, 또는 바람과 같은 외부 요인에 의해 비행체가 기울어질 경우 구동모터(300,310)를 기준으로 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw)의 기울어진 정도를 센싱하는 것으로서, 3축 중력 가속도센서(111)와 복수축 각속도센서(112)를 사용한다. 제어부(120)는 센서부(110)와 함께 본체(100)의 중심에 고정되며, 제어부(120)의 연산장치(121)는 8개의 구동모터(300,310)를 구동하는 개별적인 제어신호를 생성하며, 4개의 메인 모터(300)를 제어하기 위한 신호는 중력 가속도센서(111)와 각속도센서(112)에서 추출한 정보를 이용하며, 4개의 서브 모터(310)를 제어하기 위한 신호는 4개의 메인 모터(300)의 출력신호를 이용한다.As shown in FIG. 6, the main body 100 includes a sensor unit 110 and a control unit 120. The sensor unit 110 pitches, rolls, and rolls based on the driving motors 300 and 310 when the vehicle is inclined by the output change of the driving motors 300 and 310 during flight or by external factors such as wind. As sensing the inclination of the yaw, a three-axis gravity acceleration sensor 111 and a multi-axis angular velocity sensor 112 are used. The control unit 120 is fixed to the center of the main body 100 together with the sensor unit 110, the computing device 121 of the control unit 120 generates individual control signals for driving the eight drive motors (300,310), The signals for controlling the four main motors 300 use information extracted from the gravity acceleration sensor 111 and the angular velocity sensor 112, and the signals for controlling the four sub-motors 310 are the four main motors ( 300 output signal is used.

도 7은 8개의 회전익(800)을 가진 옥터콥터의 수평 제어에 관한 방법을 설명하기 위한 것으로서, 3축의 중력 가속도센서(111)와 복수 축의 각속도센서(112)를 이용하게 된다. 중력 가속도센서(111)는 중력 값을 기준으로 센서가 기울어진 정도로 특정 범위의 수치를 나타내며, 중력을 수치로 나타내는 Z축 방향이 X축과 Y축 방향으로 분산되는 벡터 개념이므로 센싱 수치를 이용하여 센서가 기울어진 정도를 삼각함수(arctan)에 적용하여 각도로 나타내며, 각속도센서(112)는 오차를 줄이기 위해 센서에 대한 온도 보상을 한 후 시간에 대해 적분을 하여 각도를 산출한다. 중력 가속도센서(111)는 정확하며 신뢰할 수 있는 값이지만 진동과 같은 내?외란에 약하는 단점을 가지고 있고 각속도센서(112)는 진동에는 신뢰할 수 있지만 적분을 통해 각도를 산출하므로 시간에 따라 오차가 급격하게 증가하는 트래프트 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 보상하기 위한 이산 칼만 필터를 적용함으로써 비행에 적합한 각도를 취득할 수 있다.FIG. 7 illustrates a method for horizontal control of an occopter having eight rotor blades 800, and uses a three-axis gravity acceleration sensor 111 and a plurality of angular velocity sensors 112. As shown in FIG. The gravitational acceleration sensor 111 represents a numerical value in a specific range to the extent that the sensor is inclined based on the gravity value, and since the Z-axis direction representing gravity as a numerical value is a vector concept distributed in the X- and Y-axis directions, the sensing value is used. The degree of inclination of the sensor is expressed as an angle by applying the trigonometric function (arctan), and the angular velocity sensor 112 calculates the angle by integrating over time after compensating for the temperature of the sensor to reduce the error. Gravity acceleration sensor 111 is accurate and reliable value, but has a disadvantage of weakness to disturbances such as vibration and angular velocity sensor 112 is reliable for vibration but calculates the angle through the integration, so the error over time There is a rapidly increasing raft problem. By applying a discrete Kalman filter to compensate for this problem, an angle suitable for flight can be obtained.

위의 과정을 거쳐 산출된 X, Y, Z 3축의 각도를 이용하여 X, Y, Z 3축에 각각 피아이디(PID) 제어 방식을 사용한다. 피아이디 제어방식은 제어하기 위한 목표와 현재의 편차를 산출해서 편차 값에 비례제어하는 비례(P) 제어, 편차의 오차를 줄이기 위한 적분(I) 제어 및 현재 각도와 바로 전 각도의 기울기에 비례하게 제어 값을 주어 신속하고 유연하게 목표값에 도달하는 미분(D) 제어를 사용하여 기준이 되는 X, Y, Z축에 적용하여 보정을 위한 값을 산출하게 되고 이 값을 다음과 같은 수식을 통해 서브 모터(310)를 회전하는 데 필요한 보정치를 산출한다.
The PID control method is used for the X, Y, and Z 3 axes by using the angles of the X, Y, and Z axes calculated through the above process. The PID control method is a proportional (P) control that calculates the target and the current deviation to be proportional to the deviation value, an integral (I) control to reduce the error of the deviation, and is proportional to the slope of the current angle and the immediately preceding angle. Using the derivative (D) control to reach the target value quickly and flexibly, the control value is applied to the reference X, Y, and Z axes to calculate the value for correction. The correction value required to rotate the sub-motor 310 is calculated.

서브 모터 5의 보정치 = (메인 모터 1의 보정치 +메인 모터 2의 보정치) / 2Correction value for submotor 5 = (correction value for main motor 1 + correction value for main motor 2) / 2

서브 모터 6의 보정치 = (메인 모터 2의 보정치 +메인 모터 3의 보정치) / 2Correction value for sub-motor 6 = (correction value for main motor 2 + correction value for main motor 3) / 2

서브 모터 7의 보정치 = (메인 모터 3의 보정치 +메인 모터 4의 보정치) / 2Correction value for sub-motor 7 = (correction value for main motor 3 + correction value for main motor 4) / 2

서브 모터 8의 보정치 = (메인 모터 4의 보정치 +메인 모터 1의 보정치) / 2
Correction value for submotor 8 = (correction value for main motor 4 + correction value for main motor 1) / 2

위의 과정을 거쳐 X, Y, Z축에 대한 피아이디(PID) 제어로 산출된 보정치는 4개의 메인 모터(300)를 각각 제어하며 위의 단계에서 산출되어 벡터 연산을 한 값은 4개의 서브 모터(310)를 각각 제어하며 총 8개의 구동 모터(300,310)는 각각의 모터 제어를 달리하여 비행체의 수평을 유지하며, 피아이디(PID) 제어로 수평 유지를 위한 보정치를 피드백하여 다음의 보정치 산출에 이용한다. 또한, 옥터콥터의 메인 모터(300)와 서브 모터(310)가 유기적으로 관여하므로 내?외란에 의해 메인 모터(300) 혹은 서브 모터(310)가 손상되어도 비행체의 추락을 막을 수 있다. 여기서, 내?외부적인 문제로 인해 비행체에 부착된 메인 모터 2가 동작하지 않는 상황이 되면, 문제의 메인 모터 2에 해당하는 Y축의 각도가 증가하게 되고 피아이디 제어에서 산출된 수평 보정을 위해 산출된 값은 메인 모터 2로 보내는 값을 크게 하여 모터 회전수를 증가시키며 이에 따라 서브 모터 5와 서브 모터 6의 모터 회전수도 같이 증가하여 기체의 수평 유지 제어를 하며, 반대로 메인 모터 4는 Y축의 각도가 음의 각도를 산출하기 때문에 피아이디(PID) 제어에서 산출된 수평 보정을 위해 산출된 값은 메인 모터 4로 보내는 값을 작게 하여 모터 회전수를 감소시키며 이에 따라 서브 모터 7과 서브 모터 8의 모터 회전수도 같이 감소한다. 이와 같은 작동으로 비행체가 추락하는 문제를 방지하는 제어 및 내?외란으로부터의 안정적인 수평 유지를 수행할 수 있다. Through the above process, the correction values calculated by PID control for the X, Y, and Z axes control the four main motors 300, respectively. A total of eight driving motors 300 and 310 control the motors 310, respectively, and maintain the level of the aircraft by varying the control of each motor. The next correction value is calculated by feeding back the correction value for the horizontal maintenance by the PID control. We use for. In addition, since the main motor 300 and the sub-motor 310 of the opter are organically involved, the fall of the aircraft may be prevented even if the main motor 300 or the sub-motor 310 is damaged by the disturbance. Here, when the main motor 2 attached to the vehicle does not operate due to an internal or external problem, the angle of the Y axis corresponding to the main motor 2 in question is increased and calculated for the horizontal correction calculated by the PID control. The higher the value sent to the main motor 2, the higher the motor speed. Accordingly, the motor speeds of the sub motor 5 and the sub motor 6 also increase to control the level maintenance of the aircraft. Since the negative angle is calculated, the value calculated for the horizontal correction calculated by the PID control reduces the number of revolutions of the motor by reducing the value sent to the main motor 4. Accordingly, the sub motor 7 and the sub motor 8 Motor speed also decreases. This operation enables stable leveling from control and disturbances that prevents the aircraft from falling.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 바람직한 구체적인 예들에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체적인 예들을 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.As described above, the present invention has been described only with respect to specific examples, but it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the technical spirit of the present invention based on the above specific examples. And modifications belong to the appended claims.

본 발명은 회전익을 사용하는 다양한 종류의 비행체에 적용할 수 있다.The present invention can be applied to various types of aircraft using a rotorcraft.

100: 본체 110: 센서부
111: 중력가속도센서 112: 각속도센서
200: 메인프레임 210: 서브프레임
300: 메인모터 310: 서브모터
400: 받침다리 500: 방진장치
600: 전원공급장치 700: 탈부착끈
800: 회전익 900: 모터드라이브100: main body 110: sensor
111: gravitational acceleration sensor 112: angular velocity sensor
200: main frame 210: subframe
300: main motor 310: sub-motor
400: support leg 500: dustproof device
600: power supply 700: detachable strap
800: flywheel 900: motor drive

Claims (6)

수평각을 측정하기 위한 센서부와, 상기 센서부에서 센싱된 수평각을 입력 받아 제어 신호를 연산하기 위한 제어부가 구비되는 본체;
상기 본체와 결합하는 전원공급장치;
상기 본체와 결합되어 상기 본체를 중심으로 방사상 방향으로 길게 수평을 이루면서 뻗는 네 개의 메인프레임;
상기 본체와 결합되어 상기 본체를 중심으로 방사상 방향으로 길게 수평을 이루면서 뻗으며 서로 다른 상기 메인프레임과 메인프레임 사이에 하나씩 위치하는 네 개의 서브프레임;
상기 메인프레임 및 서브프레임의 양 말단 중 상기 본체와 결합된 말단의 반대쪽 말단의 상부에 결합하는 구동모터;
상기 메인프레임과 상기 서브프레임의 양 말단 중 상기 본체와 결합된 말단의 반대쪽 말단의 하부에 결합하여 하방으로 일정 길이만큼 길게 뻗는 받침다리;
상기 제어부 및 상기 구동모터에 전기적으로 연결되어 상기 제어부에서 생성된 신호를 모터의 특성에 맞게 변화시키기 위한 모터드라이브; 및
상기 구동모터의 회전축에 결합되어 수평 방향으로 회전되는 회전익을 포함하여 구성되며,
상기 회전익 중 절반은 시계 방향으로 회전하고 나머지 절반은 반시계 방향으로 회전하도록 구성되는 구성되는 것을 특징으로 하는 옥터콥터 장치.A main body including a sensor unit for measuring a horizontal angle, and a controller for calculating a control signal by receiving the horizontal angle sensed by the sensor unit;
A power supply unit coupled to the main body;
Four main frames coupled to the main body and extending horizontally in a radial direction about the main body;
Four subframes coupled to the main body and extending horizontally in the radial direction about the main body and positioned one by one between the main frame and the main frame;
A driving motor coupled to an upper end of an opposite end of the end coupled to the main body of both ends of the main frame and the subframe;
A support leg extending downward by a predetermined length by being coupled to a lower portion of an opposite end of the end coupled to the main body of both ends of the main frame and the subframe;
A motor drive electrically connected to the control unit and the driving motor to change a signal generated by the control unit according to characteristics of a motor; And
It is configured to include a rotary blade coupled to the rotary shaft of the drive motor rotates in the horizontal direction,
And half of the rotor blades rotate in a clockwise direction and the other half rotate in a counterclockwise direction. 제1항에 있어서,
상기 센서부는 중력 가속도 센서와 각속도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 옥터콥터 장치.The method of claim 1,
The sensor unit is an occopter device comprising a gravity acceleration sensor and an angular velocity sensor. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구동모터와 상기 메인 프레임 사이 및 상기 구동모터와 상기 서브 프레임 사이에는 진동을 흡수하기 위한 탄성체인 방진장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 옥터콥터 장치.The method according to claim 1 or 2,
And an oscillation device, which is an elastic body for absorbing vibration, between the drive motor and the main frame and between the drive motor and the subframe. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 메인 프레임은 상기 본체를 중심으로 십자 형태를 이루도록 배열되고, 상기 서브 프레임은 상기 본체를 중심으로 십자 형태를 이루도록 배열되며 상기 메인 프레임의 길이가 상기 서브 프레임의 길이보다 길게 구성되는 것을 특징으로 하는 옥터콥터 장치.The method according to claim 1 or 2,
The main frame is arranged to form a cross shape around the main body, the sub frame is arranged to form a cross shape around the main body, characterized in that the length of the main frame is configured to be longer than the length of the sub frame. Octopter device. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 본체에는 탈부착끈이 구비되고 상기 전원공급부는 이 탈부착끈에 의해 고정됨으로써 상기 전원공급부가 상기 본체와 탈부착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 옥터콥터 장치.The method according to claim 1 or 2,
The main body is provided with a detachable strap and the power supply is secured by the detachable strap, so that the power supply unit is detachably coupled with the main body. 청구항 제2항에 따른 옥터콥터의 제어 방법에 있어서,
X축, Y축 및 Z축의 상기 중력 가속도 센서와 상기 각속도 센서를 이용한 센싱 단계;
상기 센싱된 값을 필터에 넣고 각 축에 대한 수평각을 산출하는 단계;
상기 수평각을 이용하여 수평 유지를 위해 각 축에 대한 피아이디(PID) 제어를 하는 단계;
상기 수평각에 미리 설정된 수식을 적용하여 사이 제어값을 산출하는 단계; 및
상기 구동모터의 회전수를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 옥터콥터 장치의 제어 방법.In the method of controlling an opter according to claim 2,
Sensing using the gravitational acceleration sensor and the angular velocity sensor in X, Y, and Z axes;
Inserting the sensed value into a filter and calculating a horizontal angle with respect to each axis;
Performing PID control on each axis to maintain horizontality using the horizontal angle;
Calculating a control value between by applying a preset equation to the horizontal angle; And
And controlling the number of rotations of the drive motor.
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