KR20140082695A

KR20140082695A - 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼 및 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼

Info

Publication number: KR20140082695A
Application number: KR1020147009447A
Authority: KR
Inventors: 타오 왕
Original assignee: 에스지 디제이아이 테크놀러지 코., 엘티디
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2014-07-02
Also published as: KR101762489B1; CN102996984A; EP2759480A4; AU2011376583A1; JP2014528868A; EP3549872B1; RU2014113934A; CN102996984B; EP2759480A1; KR101833331B1; CA2848223A1; WO2013033925A1; EP2759480B1; JP6389121B2; EP3828086A1; BR112014005381A2; RU2589534C2; MX344931B; MX2014002732A; KR20170087535A

Abstract

본 발명은, 기계 프레임 조립체, 트랜스미션 조립체 및 슈팅 조립체를 포함하는, 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼 및 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼을 개시한다. 상기 기계 프레임 조립체는 제1 브래킷, 제2 브래킷 및 제3 브래킷을 포함하며, 상기 슈팅 조립체는 상기 제1 브래킷에 고정되고, 상기 제1 브래킷은 상기 제2 브래킷에 회전가능하게 배열되며, 상기 제2 브래킷은 상기 제3 브래킷에 회전가능하게 배열된다. 상기 트랜스미션 조립체는 제1 모터 및 제2 모터를 포함하며, 상기 제1 모터는 상기 제2 브래킷에 대해 상기 제1 브래킷을 그 회전축에 대해 회전 구동하며, 상기 제2 모터는 상기 제3 브래킷에 대해 상기 제2 브래킷을 그 회전축에 대해 회전 구동한다. 본 발명은 상기 모터를 원동력으로 사용하여, 상기 플랫폼의 기계 프레임 조립체에 직접 연결하여, 더 적은 에너지를 소비하고 전기 전력을 절감하는 한편; 모터는 짧은 동작 응답 시간을 가져서, 시작과 정지를 신속히 수행하거나 또는 회전 속도의 크기를 적시에 조절하여 무인 항공기의 여러 비행 자세에 적응하여 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선시킬 수 있다.

Description

소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 볼 헤드 및 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 볼 헤드{DUAL-AXIS BALL HEAD FOR USE IN SMALL UNMANNED AERIAL VEHICLE AND TRIPLE-AXIS BALL HEAD FOR USE IN SMALL UNMANNED AERIAL VEHICLE}

본 발명은 무인 항공기 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공 사진 또는 감시를 위해 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼(dual-axis platform) 및 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼에 관한 것이다.

무인 항공기는 소형 사이즈, 경량, 저비용, 유연한 동작 및 높은 안정성을 특징으로 하며, 항공 사진, 감시, 조사(search)와 구조(rescue), 및 자원 탐사(resource exploration)와 같은 영역에 광범위하게 적용될 수 있다. 무인 항공기 그 자체는 고주파수 진동 및 저주파수 지터를 받을 수 있어서, 이 무인 항공기는 안정적인 슈팅을 달성하기 위해 비디오 카메라 또는 카메라를 운반하는 항공 사진 안정화 플랫폼을 구비할 필요가 있다. 항공 사진 안정화 플랫폼은 전자 장치를 통해 비디오 카메라 또는 카메라의 자세 변화를 주로 검출하며 조향 엔진의 역 보상을 제어하여 비디오 카메라 또는 카메라의 안정화를 달성한다. 종래 기술에서, 대부분의 플랫폼은 기계적 기어 구동을 사용하여 비디오 카메라 또는 카메라의 2축, 3축 또는 다중-축 회전을 달성한다. 기어 트랜스미션은 항상 지연을 가지고 있어서, 무인 항공기가 선회(turning), 하버링(hovering), 상승(rising), 하강(falling) 또는 틸팅(tilting)과 같은 여러 자세에 있을 때, 플랫폼은 긴 응답 시간을 가져서 조향 엔진은 느리게 조절되어, 비디오 카메라 또는 카메라의 각도를 적시에 조절하여 무인 항공기의 자세의 조절에 적응하는 것이 매우 곤란하여, 비디오 카메라 또는 카메라의 이미지 품질에 영향을 미친다. 한편, 기어 트랜스미션 플랫폼은 높은 유연성을 가지고 있지 않아, 무기한 가변적인 조절(indefinitely variable adjustment)을 수행할 수 없어서 조절 정밀도는 높지 않고, 저주파수 흔들림(shake) 또는 에어프레임 틸팅으로 인한 영향을 제거할 수 없어서, 고품질 이미지를 슈팅(shoot)하여 전문적인 요구를 충족하는 것이 매우 곤란하였다.

본 발명은 종래 기술에서 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 플랫폼이 기어 트랜스미션을 사용하는 것으로 인해 긴 응답 시간을 가져서, 무인 항공기의 여러 비행 자세에 적시에 적응할 수 없어서, 무기한 가변적인 조절을 수행할 수 없어서 조절 정밀도가 높지 않다고 하는 종래의 기술적 문제를 해결하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 플랫폼을 제공한다.

이 기술적 문제를 해결하기 위해 본 발명에서 채용된 기술적 해법은 다음과 같다: 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼은, 기계 프레임 조립체, 트랜스미션 조립체 및 슈팅 조립체를 포함하며, 상기 기계 프레임 조립체는 제1 브래킷, 제2 브래킷 및 제3 브래킷을 포함하고, 상기 슈팅 조립체는 상기 제1 브래킷에 고정되며, 상기 제1 브래킷은 상기 제2 브래킷에 회전가능하게 배열되고, 상기 제2 브래킷은 상기 제3 브래킷에 회전가능하게 배열되며; 상기 트랜스미션 조립체는 제1 모터 및 제2 모터를 포함하고, 상기 제1 모터는 상기 제2 브래킷에 대해 상기 제1 브래킷을 그 회전축에 대해 회전 구동하며, 상기 제2 모터는 상기 제3 브래킷에 대해 상기 제2 브래킷을 그 회전축에 대해 회전 구동하도록 구성된다.

본 발명에 따른 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼에서, 바람직하게는, 상기 제1 브래킷의 회전축 X은 상기 제2 브래킷의 회전축 Y에 수직으로 배열된다.

본 발명에 따른 수형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼에서, 바람직하게는, 상기 제1 모터의 고정자는 상기 제1 브래킷에 고정되고, 상기 제1 모터의 회전자는 상기 제2 브래킷에 고정 배열된다.

본 발명에 따른 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼에서, 바람직하게는, 상기 제2 모터의 고정자는 상기 제2 브래킷에 고정되고, 상기 제2 모터의 회전자는 상기 제2 브래킷에 고정 배열된다.

본 발명에 따른 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼에서, 바람직하게는, 상기 제1 브래킷과 상기 슈팅 조립체의 중력 중심은 상기 제1 브래킷의 회전축 X에 있다.

본 발명에 따른 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼에서, 바람직하게는, 상기 제1 브래킷, 상기 제2 브래킷 및 상기 슈팅 조립체의 중력 중심은 전체적으로 상기 제2 브래킷의 회전축 Y에 있다.

본 발명은, 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 전술한 2축 플랫폼을 포함하는, 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼으로서, 상기 트랜스미션 조립체는 제3 모터를 더 포함하며, 상기 기계 프레임 조립체는 외부 고정을 위한 연결 프레임을 더 포함하고, 상기 제3 모터는 상기 연결 프레임에 대해 상기 제3 브래킷을 그 회전축 Z에 대해 회전 구동하는, 3축 플랫폼을 더 제공한다.

본 발명에 따른 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼에서, 바람직하게는, 상기 제3 모터의 고정자는 상기 연결 프레임에 고정되고, 상기 제3 모터의 회전자는 상기 제3 브래킷에 고정 연결된다.

본 발명에 따른 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼은 바람직하게는 상기 제1 브래킷, 상기 제2 브래킷, 상기 제3 브래킷 및 상기 슈팅 조립체의 중력 중심이 전체적으로 상기 제3 브래킷의 회전축 Z에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼에서, 상기 트랜스미션 조립체는 상기 슈팅 조립체를 자체 회전축에 대해 회전 구동하는 제4 모터를 더 포함한다.

본 발명은 이하 장점을 달성할 수 있다: 수직 평면에서 상승 각도 또는 하강(bow) 각도에서 슈팅 조립체를 변형(transformation)하는 것은 상기 제2 브래킷에 대해 상기 제1 브래킷의 회전을 통해 달성되고, 상기 슈팅 조립체 그 자체의 회전은 상기 제3 브래킷에 대해 상기 제2 브래킷의 좌측 틸팅 회전 또는 우측 틸팅 회전을 통해 달성되며, 상기 슈팅 조립체의 원주 슈팅(circumferential shooting)은 상기 제3 브래킷의 원주 회전을 통해 달성되고; 상기 모터를 원동력으로 사용하여, 상기 플랫폼의 기계 프레임 조립체에 직접 연결하여, 더 적은 에너지를 소비하고 전기 전력을 절감하며; 모터 구동은 무기한 가변적인 조절을 할 수 있어서, 모터는 짧은 응답 시간을 가져서 신속히 시작과 정지를 수행하거나 또는 적시에 회전 속도의 크기를 조절할 수 있어서 무인 항공기의 여러 비행 자세에 적응하여 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선할 수 있다.

본 발명은 실시예 및 도면을 참조하여 더 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의해 제공되는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼의 분해 구조도;
도 2는 본 발명의 실시예 2에 의해 제공되는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼의 분해 구조도;
도 3은 본 발명의 실시예 2에 의해 제공되는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼의 조립 구조도 1;
도 4는 본 발명의 실시예 2에 의해 제공되는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼의 조립 구조도 2;
도 5는 다중-로터 장착 프레임에 장착되는 본 발명의 실시예 2에 의해 제공되는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼의 분해 구조도;
도 6은 다중-로터 장착 프레임에 장착되는 본 발명의 실시예 2에 의해 제공되는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼의 조립 구조도 1;
도 7은 다중-로터 장착 프레임에 장착되는 본 발명의 실시예 2에 의해 제공되는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼의 조립 구조도 2.
[부호의 설명]
100: 플랫폼 200: 다중-로터 장착 프레임
1: 슈팅 조립체 2: 제1 브래킷
3: 제1 모터 4: 제2 브래킷
5: 제2 모터 6: 제3 브래킷
7: 제3 모터 8: 연결 프레임
9: 위치지정 블록 10: 슬리브
11: 연결 블록 21: 베이스
22: 지지 암 23: 회전자 부재
24: 지지 프레임

본 발명의 특정 실시예는 본 발명의 기술적 특징, 목적 및 효과를 더 명확히 이해하기 위해 도면을 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명된다.

실시예 1

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 구체적으로 기계 프레임 조립체, 트랜스미션 조립체 및 슈팅 조립체(1)를 포함하는 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼을 제공한다. 기계 프레임 조립체는 제1 브래킷(2) 및 제2 브래킷(4)을 포함하며, 슈팅 조립체(1)는 제1 브래킷(2)에 고정된다. 여기서, 슈팅 조립체(1)의 형상은 도 1에 도시된 정사각형(square)으로 제한되는 것은 아니며, 또한 시장에서 흔히 볼 수 있는 원형 또는 다른 형상일 수 있다. X 축(즉 제1 브래킷(2)의 회전축)을 따라 슈팅 조립체(1)를 회전시키기 위하여, 제1 브래킷(2)은 일 단부에서 핀 샤프트를 통해 제2 브래킷(4)에 회전가능하게 배열된다. 이러한 회전 구조는 슈팅 조립체(1)의 상승 또는 하강 회전을 달성할 수 있다. 비행 동안 무인 항공기의 좌측 틸팅 또는 우측 틸팅 비행에 적응하기 위하여, 슈팅 조립체(1)는 이에 대응하여 우측 틸팅 또는 좌측 틸팅 회전을 수행하여 사진 촬영 또는 비디오 슈팅의 안정성을 보장한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 브래킷(4)은 자체 회전축 Y에 대해 회전가능하고, 제2 브래킷(4)은 좌측 또는 우측으로 특정 각도 회전하여 제1 브래킷(2) 및 슈팅 조립체(1)를 전체적으로 회전시킨다. 제1 브래킷(2) 및 제2 브래킷(4)을 구동하기 위하여, 본 실시예는 모터를 동력원으로 제공한다. 직접 구동을 위해 소형 모터를 사용하면 이하 장점을 구비한다: (1) 모터는 더 적은 전력 소비로 직접 구동하여, 에너지를 절감하고 환경을 보호한다; (2) 모터는 짧은 응답 시간을 가져서 신속하고 적시에 조절할 수 있어서 무인 항공기의 여러 비행 자세에 적응하여 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선시킨다; (3) 모터는 무기한 가변적인 조절 및 균일한 속도 변화를 할 수 있어, 속도의 크기를 허용가능한 속도 범위에서 연속적으로 및 임의적으로 조절할 수 있고, 메커니즘의 부분들에 더 적은 충격을 가하여, 우수한 안정성을 제공할 수 있다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 트랜스미션 조립체는 제1 모터(3) 및 제2 모터(5)를 포함하며, 제1 모터(3)는 제2 브래킷(4)에 대해 제1 브래킷(2)을 그 회전축(즉, X 축)에 대해 직접 회전 구동하며, 제2 모터(5)는 제2 브래킷(4)을 회전축(즉, Y 축)에 대해 직접 회전 구동한다. 본 실시예는 모터를 원동력으로 사용하여 플랫폼의 기계 프레임 조립체에 직접 연결하여, 더 적은 에너지를 소비하고 전기 전력을 절감하며; 모터 구동은 무기한 가변적인 조절을 할 수 있어서, 모터는 짧은 동작 응답 시간을 가져서 시작과 정지를 신속히 수행하거나 또는 회전 속도의 크기를 적시에 조절하여 무인 항공기의 여러 비행 자세에 적응하여 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선시킬 수 있다.

모터가 회전 각도를 적시에 조절하기 위하여, 바람직하게는 제1 브래킷(2)의 회전축 X은 제2 브래킷(4)의 회전축 Y에 수직으로 배열된다.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 모터(3)의 고정자는 제1 브래킷(2)에 고정되고, 제1 모터(3)의 회전자는 제2 브래킷(4)에 고정 배열된다. 제1 모터(3)는 제2 브래킷(4)을 직접 구동하여 제2 브래킷(4)에 대해 제1 브래킷(2)을 회전시킨다. 여기서 제3 모터(3)의 고정자와 회전자는 위치가 상호교환가능하여, 즉 제1 모터(3)의 회전자는 제1 브래킷(2)에 고정되고 고정자는 제2 브래킷(4)에 고정 배열되어 있어, 또한 상대적인 회전 기능을 달성하는 것이 가능한 것으로 이해된다.

바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 모터(5)의 고정자는 제3 브래킷(6)에 고정되고, 제2 모터(5)의 회전자는 제2 브래킷(4)에 고정 배열된다. 제2 모터(5)는 제2 브래킷(4)을 직접 구동하여 제3 브래킷(6)에 대해 제2 브래킷(4)을 회전시킨다. 여기서 제2 모터(5)의 고정자와 회전자는 위치가 상호 교환가능하여, 즉 제2 모터(5)의 회전자는 제3 브래킷(6)에 고정되고 고정자는 제2 브래킷(4)에 고정 배열되어 있어, 또한 상대적인 회전 기능을 달성하는 것이 가능한 것으로 이해된다.

무인 항공기의 비행 동안, 슈팅 조립체(1)의 렌즈의 중심 축이 X 축 및 Y 축으로 구성된 평면에 수직인 위치로 회전될 때, Y 축에 대해 제2 브래킷(4)의 좌측 또는 우측 회전은 수직 평면의 특정 범위 내에서 슈팅 조립체(1)의 렌즈만을 스위프(sweep) 구동할 수 있고 슈팅 조립체(1)의 렌즈의 자가 회전을 수행하지 못할 수 있다. 렌즈의 각도를 전방향 조절하기 위하여 렌즈가 X 축 및 Y 축으로 구성된 평면에 수직으로 회전하면, 상기 기술적 해법에 기초하여, 선호되는 실시예로서, 트랜스미션 조립체는 슈팅 조립체(1)를 자체 회전축 K에 대해 회전 구동하는 제4 모터를 포함한다. K 축이 Y 축과 평행하거나 동축일 때, Y 축에 대해 제2 브래킷(4)의 회전은 슈팅 조립체(1)의 렌즈의 자가 회전을 달성할 수 있고; K 축이 Y 축에 수직이면, 슈팅 조립체(1)의 렌즈는 제4 모터를 통해 자가 회전을 달성한다.

나아가, 슈팅 조립체(1)의 슈팅 동안 안정성을 증가시키기 위하여, 제1 브래킷(2)과 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 제1 브래킷(2)의 회전축에 있다. 기계적인 분석에 의하면, 제1 브래킷(2)과 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 제1 브래킷(2)의 회전축 X에 있으면, 제1 브래킷(2)은 회전된 각도에서 회전 토크를 생성하지 않아서, 즉, 제1 브래킷(2)은 토크로 인해 앞 뒤로 흔들리지 않아서 회전 동안 슈팅 조립체(1)의 안정성이 증가되는 것으로 발견된다. 무인 항공기가 안정적으로 동작하면, 즉 모터 구동이 요구되지 않으면, 제1 브래킷(2)과 슈팅 조립체(1)는 또한 동적 평형 상태(dynamically balanced state)에 있다.

마찬가지로, 기계적인 분석에 의하면, 안정성을 증가시키고 Y 축에 대해 전체 조립체의 회전이 회전 토크를 생성하는 것을 방지하기 위하여, 바람직하게는 제1 브래킷(2), 제2 브래킷(4) 및 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 전체적으로 도 1에 도시된 바와 같이 제2 브래킷(4)의 회전축에 있는 것으로 발견된다.

상기 기술적 해법에 기초하여, 바람직하게는, 본 실시예에 의해 제공된 플랫폼은 항공 사진 및 감시용 소형 무인 항공기에 적용되고, 제1 모터(3), 제2 모터(5) 및 제4 모터는 바람직하게는 DC 브러시 없는 모터이다. 무인 항공기에 사용하기 위한 플랫폼에서 DC 브러시 없는 모터를 사용하는 것의 장점은 (1) 종래의 기계적인 정류 대신에 전자적 정류를 통하면, 신뢰가능한 성능, 영구적인 마모 저항, 낮은 오기능 율 및 브러시 모터보다 약 6배 더 긴 수명 증가가 달성되고; (2) DC 브러시 없는 모터는 작은 무부하 전류를 갖는 정적 모터이고; (3) 고효율; (4) 소형 사이즈를 달성하는 것에 있다.

나아가, 트랜스미션 조립체는 관성 센서, 마이크로프로세서 및 신호 라인을 더 포함하며, 이 관성 센서는 각속도 신호를 검출하는 자이로스코프 및 가속도 신호를 검출하는 가속도계를 포함하고, 마이크로프로세서는 각속도 신호 및 가속도 신호에 따라 제1 모터(3) 및 제2 모터(5)의 시작, 정지 및 회전 속도의 크기를 제어한다. 무인 항공기의 자세는 관성 센서를 제공하는 것에 의해 적시에 동적으로 모니터링되고, 모터의 시작과 정지는 신속히 적시에 제어되어 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선시킨다.

상기 기술적 해법에 기초하여, 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼은 임의의 다른 2개의 방향으로 회전을 달성하기 위하여 구조적 개선을 받을 수 있다. 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 개선된 플랫폼은 구체적으로 기계 프레임 조립체, 트랜스미션 조립체 및 슈팅 조립체(1)를 포함하는 2축 플랫폼이다. 기계 프레임 조립체는 제1 브래킷(2), 제3 브래킷(6) 및 연결 프레임(8)을 포함한다. 슈팅 조립체(1)는 제1 브래킷(2)에 고정되고, 제1 브래킷(2)은 제3 브래킷(6)에 회전가능하게 배열된다. 이러한 회전 구조는 슈팅 조립체(1)의 상승 또는 하강 회전을 할 수 있다. 연결 프레임(8)은 헬리콥터 또는 다중-로터 항공기 외부에 고정되고, 제3 브래킷(6)은 연결 프레임(8)에 대해 원주방향으로 회전가능하여, 플랫폼을 전체적으로 원주쪽으로 회전시킨다. 제1 브래킷(2) 및 제3 브래킷(6)을 구동하기 위하여, 본 실시예에 의해 제공된 동력원은 모터이다. 직접 구동을 위해 소형 모터를 사용하면 이하 장점을 구비한다: (1) 모터는 더 적은 전력 소비로 직접 구동하여, 에너지를 절감하고 환경을 보호한다; (2) 모터는 짧은 응답 시간을 가져서 신속하고 적시에 조절을 할 수 있어서 무인 항공기의 여러 비행 자세에 적응하여 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선시킬 수 있다; (3) 모터는 무기한 가변적인 조절 및 균일한 속도 변화를 할 수 있어서, 속도의 크기를 허용가능한 속도 범위에서 연속적으로 및 임의적으로 조절할 수 있고, 메커니즘의 부분들에 더 적은 충격을 가하고, 우수한 안정성을 제공할 수 있다. 구체적으로, 트랜스미션 조립체는 제1 모터(3) 및 제3 모터(7)를 포함하며, 제1 모터(3)는 제1 브래킷(2)을 회전축(즉, X 축)에 대해 직접 회전 구동하여 슈팅 조립체(1)의 렌즈를 상승 및 하강 회전시키고; 제3 모터(7)는 제3 브래킷(6)을 그 회전축(즉, Z 축)에 대해 원주방향으로 직접 회전 구동하여, 슈팅 조립체(1)를 Z 축에 대해 원주 슈팅을 수행하도록 구동한다.

마찬가지로, 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼은 또한 슈팅 조립체(1)의 좌측 또는 우측 틸팅 및 원주 회전을 동시에 달성하기 위하여 구조적 개선을 받을 수 있다. 개선된 플랫폼은 구체적으로 기계 프레임 조립체, 트랜스미션 조립체 및 슈팅 조립체(1)를 포함한다. 기계 프레임 조립체는 제2 브래킷(4) 및 제3 브래킷(6)을 포함한다. 슈팅 조립체(1)는 제2 브래킷(4)에 고정되고, 제2 브래킷(4)은 회전축 Y에 대해 특정 각도만큼 회전가능하다. 제2 브래킷(4)의 회전은 슈팅 조립체(1)를 좌측 또는 우측으로 틸팅되게 구동한다. 제3 브래킷(6)은 그 회전축(즉, Z 축)에 대해 원주방향으로 회전가능하여 슈팅 조립체(1)를 원주방향으로 스위프하고 슈팅하도록 구동한다. 트랜스미션 조립체는 제2 모터(5) 및 제3 조립체(7)를 포함하며, 제2 모터(5)는 제3 브래킷(6)에 대해 제2 브래킷(4)을 그 회전축(즉, Y 축)에 대해 특정 각도 만큼 직접 회전 구동하며, 제3 모터(7)는 제3 브래킷(6)을 그 회전축(즉, Z 축)에 대해 원주방향으로 직접 회전 구동한다. 바람직하게는, 제2 브래킷(4)의 회전축 Y은 제3 브래킷(6)의 회전축 Z에 수직으로 배열된다. 기계 프레임 조립체는 연결 프레임(8)을 더 포함하며, 제3 브래킷(6)은 연결 프레임(8)에 회전가능하게 배열된다. 구체적으로, 제3 모터(7)의 고정자는 연결 프레임(8)에 고정되고, 회전자는 제3 브래킷(6)에 고정 연결된다.

상기 실시예에서, 제1 모터(3), 제2 모터(5) 및 제3 모터(7) 각각의 고정자와 회전자는 위치가 상호 교환 가능하여, 또한 회전 목적을 달성할 수 있다.

실시예 2

도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 선호되는 실시예에서, 본 발명은 무인 항공기에 사용하기 위한 플랫폼(100)을 제공한다. 이 플랫폼(100)은 3축 회전을 할 수 있는 플랫폼이고, 구체적으로 기계 프레임 조립체, 트랜스미션 조립체 및 슈팅 조립체(1)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기계 프레임 조립체는 제1 브래킷(2), 제2 브래킷(4), 제3 브래킷(6) 및 연결 프레임(8)을 포함한다. 슈팅 조립체(1)는 제1 브래킷(2)에 고정된다. X 축(즉, 제1 브래킷(2)의 회전축)을 따라 슈팅 조립체(1)를 회전시키기 위하여, 제1 브래킷(2)은 제2 브래킷(4)에 회전가능하게 배열된다. 이러한 회전 구조는 슈팅 조립체(1)의 상승 또는 하강 회전을 달성할 수 있다. 비행 동안 무인 항공기의 좌측 틸팅 또는 우측 틸팅 비행에 적응하기 위하여, 슈팅 조립체(1)는 이에 대응하여 우측 또는 좌측으로 회전하여 사진 촬영 또는 비디오 슈팅의 안정성을 보장한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 브래킷(4)은 제3 브래킷(6)에 회전가능하게 배열되고, 제2 브래킷(4)은 좌측 또는 우측으로 회전하여 제1 브래킷(2) 및 슈팅 조립체(1)을 전체적으로 회전시킨다. 슈팅 조립체(1)를 원주방향으로 회전시켜 360도 범위에서 회전 슈팅을 수행하기 위하여, 연결 프레임(8)은 헬리콥터 또는 다중-로터 항공기 외부에 고정되고, 제3 브래킷(6)은 연결 프레임(8)에 대해 Z 축에 대해 회전할 수 있다. 제1 브래킷(2), 제2 브래킷(4) 및 제3 브래킷(6)을 구동하기 위하여, 본 실시예에서 제공된 동력원은 모터이다. 직접 구동을 위해 소형 모터를 사용하면 이하 장점을 구비한다: (1) 모터는 더 적은 전력 소비로 직접 구동하여, 에너지를 절감하고 환경을 보호한다; (2) 모터는 짧은 응답 시간을 가져서 신속하고 적시에 조절할 수 있어서 무인 항공기의 여러 비행 자세에 적응하여 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선시킬 수 있다; (3) 모터는 무기한 가변적인 조절 및 균일한 속도 변화를 할 수 있어서, 속도의 크기를 허용가능한 속도 범위에서 연속적으로 및 임의적으로 조절할 수 있고, 메커니즘의 부분들에 더 적은 충격을 가하고, 우수한 안정성을 제공할 수 있다. 구체적으로, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 트랜스미션 조립체는 제1 모터(3), 제2 모터(5) 및 제3 모터(7)를 포함하며, 제1 모터(3)는 제2 브래킷(4)에 대해 제1 브래킷(2)을 그 회전축 X에 대해 직접 회전 구동하고, 제2 모터(5)는 제3 브래킷(6)에 대해 제2 브래킷(4)을 그 회전축 Y에 대해 직접 회전 구동하며, 제3 모터(7)는 제3 브래킷(6)을 Z 축에 대해 원주 방향으로 직접 회전 구동한다. 본 실시예는 모터를 원동력으로 사용하여 플랫폼의 기계 프레임 조립체에 직접 연결하여, 더 적은 에너지를 소비하고 전기 전력을 절감하며; 모터 구동은 무기한 가변적인 조절을 할 수 있어서, 모터는 짧은 동작 응답 시간을 가져서 시작과 정지를 신속히 수행하거나 또는 적시에 회전 속도의 크기를 조절하여 무인 항공기의 여러 비행 자세에 적응하여 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선할 수 있다.

바람직하게는, 제1 브래킷(2)의 회전축 X, 제2 브래킷(4)의 회전축 Y 및 제3 브래킷(6)의 회전축 Z은 서로 수직으로 배열된다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 모터(7)의 고정자는 랜딩 기어(landing gear)(8)에 고정되고, 회전자는 제3 브래킷(6)에 고정된다. 보다 구체적으로, 2개의 U자 형상의 연결 프레임(8)은 위치지정 블록(9)에 의해 고정 연결되고, 제3 모터(7)의 고정자는 볼트 또는 스크루를 통해 위치지정 블록(9)에 고정된다. 연결 블록(11)은 제3 브래킷(6)에 고정 제공되고, 빌트인 관통홀(built-in through-hole)을 갖는 슬리브(10)는 연결 블록(11)에 고정된다. 슬리브(10)에 있는 관통홀은 제3 모터(7)의 회전자와 매칭하고, 회전자는 관통홀에 삽입되고 관통홀과 억지 끼워맞춰진다. 고정자와 회전자는 위치가 상호교환가능하여, 또한 회전 목적을 달성할 수 있는 것으로 이해된다.

상기 기술적 해법에 기초하여, 슈팅 동안 슈팅 조립체(1)의 안정성을 증가시키기 위하여, 제1 브래킷(2)과 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 제1 브래킷(2)의 회전축 X에 있다. 기계적인 분석에 의하면, 제1 브래킷(2)과 슈팅 조립체(1)의 중력 중심이 제1 브래킷(2)의 회전축 X에 있을 때, 제1 브래킷(2)은 회전된 각도에서 회전 토크를 생성하지 않아서 즉, 제1 브래킷(2)은 토크로 인해 앞 뒤로 흔들리지 않아서 회전 동안 슈팅 조립체(1)의 안정성이 증가된 것으로 발견된다. 무인 항공기가 안정적으로 동작하면, 즉, 모터 구동이 요구되지 않으면, 제1 브래킷(2)과 슈팅 조립체(1)는 또한 동적 평형 상태에 있다.

마찬가지로, 안정성을 증가시키고 Y 축에 대해 전체 조립체의 회전이 회전 토크를 생성하는 것을 방지하기 위해, 바람직하게는 제1 브래킷(2), 제2 브래킷(4) 및 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 전체적으로 도 1에 도시된 바와 같이 제2 브래킷(4)의 회전축에 있다.

마찬가지로, Z 축에 대한 전체 조립체의 회전이 회전 토크를 생성하는 것을 방지하기 위하여, 제1 브래킷(2), 제2 브래킷(4), 제3 브래킷(6) 및 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 전체적으로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제3 브래킷(6)의 회전축 Z에 있다.

바람직하게는, 제1 모터(3), 제2 모터(5), 제3 모터(7) 및 제4 모터는 각각 DC 브러시 없는 모터이다. 무인 항공기에 사용하기 위한 플랫폼(100)에 DC 브러시 없는 모터를 사용하는 것의 장점은 (1) 종래의 기계적인 정류 대신에 전자적인 정류를 통하면, 신뢰가능한 성능, 영구적인 마모 저항, 낮은 오기능 율 및 브러시 모터보다 약 6배 더 긴 수명 증가가 달성되고; (2) DC 브러시 없는 모터는 작은 무부하 전류를 갖는 정적 모터이며; (3) 고효율; (4) 소형 사이즈를 달성하는 것에 있다.

나아가, 트랜스미션 조립체는 관성 센서, 마이크로프로세서 및 신호 라인을 더 포함하며, 이 관성 센서는 각속도 신호를 검출하는 자이로스코프 및 가속도 신호를 검출하는 가속도계를 포함하며, 마이크로프로세서는 각속도 신호 및 가속도 신호에 따라 제1 모터(3) 및 제2 모터(5)의 시작, 정지 및 회전 속도의 크기를 제어한다. 무인 항공기의 자세는 관성 센서를 제공하는 것에 의해 적시에 동적으로 모니터링되고, 모터의 시작과 정지는 신속히 적시에 제어되어 슈팅 조립체의 슈팅 안정성을 개선시킨다.

바람직하게는, 상기 기술적 해법에 기초하여, 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼(100)에 기초하여 슈팅 조립체(1)의 렌즈의 자가 회전 기능을 추가하는 구조적 개선이 이루어진다. 여기서 슈팅 조립체(1)는 도 2 또는 도 3에 도시된 형상으로 제한되지 않고, 슈팅 조립체(1)는 또한 회전체의 형상 또는 다른 형상일 수 있는 것으로 이해된다. 소형 무인 항공기의 비행 동안, 슈팅 조립체(1)의 렌즈가 X 축 및 Y 축으로 구성된 평면에 수직인 위치로 회전하면, Y 축에 대해 제2 브래킷(4)의 좌측 또는 우측 회전은 슈팅 조립체(1)의 렌즈만을 수직 평면의 특정 범위 내에서 스위프(sweep) 구동하여 슈팅 조립체(1)의 렌즈의 자가 회전을 수행하지 못할 수 있다. 렌즈의 각도를 전방향 조절하기 위하여 렌즈가 X 축과 Y 축으로 구성된 평면에 수직으로 회전하면, 트랜스미션 조립체는 슈팅 조립체(1)를 자체 회전축 K에 대해 직접 회전 구동하는 제4 모터를 더 포함한다. K 축이 Y 축과 평행하거나 이와 동축이면, Y 축에 대해 제2 브래킷(4)이 회전하면 슈팅 조립체(1)의 렌즈의 자가 회전을 달성할 수 있고; K 축이 Y 축에 수직이면, 슈팅 조립체(1)의 렌즈는 제4 모터를 통해 자가 회전을 달성한다.

여기서 제1 실시예 및 제2 실시예에 제공된 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼과 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼(100)은 헬리콥터 또는 다중-로터 항공기, 예를 들어, 4개의 블레이드, 6개의 블레이드 또는 8개의 블레이드를 구비하는 항공기에 장착될 수 있는 것으로 이해된다. 도 5, 도 6 및 도 7은 다중-로터 항공기에 장착되는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼(100)의 구조도이다. 다중-로터 항공기는 다중-로터 장착 프레임(200), 관성 측정 모듈, GPS 및 다른 요소를 포함한다. 다중-로터 장착 프레임(200)은 베이스(21), 이 베이스(21)에 고정 배열되고 균일하게 분배된 복수의 지지 암(22) 및 이 지지 암(22)에 배치된 회전자 부재(23)를 포함한다. 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼(100)의 연결 프레임(8)은 스크루, 리벳 또는 용접에 의해 베이스(21)에 고정되고, 위치지정 블록(9)은 스크루를 통해 연결 프레임(8)에 고정되고, 제3 모터(7)의 고정자는 위치지정 블록(9)에 고정된다. 고정자와 회전자는 위치가 상호 교환가능하여, 또한 회전 목적을 달성할 수 있는 것으로 이해된다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 전술되었다. 그러나, 본 발명은 상기 특정 실시예로 제한되지 않는다. 상기 특정 실시예는 예시를 위한 것일 뿐 발명을 제한하려는 것이 전혀 아니다. 본 발명에 비추어, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질 및 첨부된 청구범위를 벗어남이 없이, 본 발명의 범위 내에 있는 여러 형태를 고안할 수 있을 것이다.

Claims

기계 프레임 조립체, 트랜스미션 조립체 및 슈팅 조립체(1)를 포함하는, 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼(dual-axis platform)으로서,
상기 기계 프레임 조립체는 제1 브래킷(2), 제2 브래킷(4) 및 제3 브래킷(6)을 포함하며, 상기 슈팅 조립체(1)는 상기 제1 브래킷(2)에 고정되고, 상기 제1 브래킷(2)은 상기 제2 브래킷(4)에 회전가능하게 배열되며, 상기 제2 브래킷(4)은 상기 제3 브래킷(6)에 회전가능하게 배열되고;
상기 트랜스미션 조립체는 제1 모터(3) 및 제2 모터(5)를 포함하며, 상기 제1 모터(3)는 상기 제2 브래킷(4)에 대해 상기 제1 브래킷(2)을 직접 회전 구동하고, 상기 제2 모터(5)는 상기 제3 브래킷(6)에 대해 상기 제2 브래킷(4)을 직접 회전 구동하는 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼.
제1항에 있어서, 상기 제1 브래킷(2)의 회전축 X은 상기 제2 브래킷(4)의 회전축 Y에 수직으로 배열되는 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼.
제1항에 있어서, 상기 제1 모터(3)의 고정자는 상기 제1 브래킷(2)에 고정되고, 상기 제1 모터(3)의 회전자는 상기 제2 브래킷(4)에 고정 배열되며;
또는, 상기 제1 모터(3)의 회전자는 상기 제1 브래킷(2)에 고정되고 상기 제1 모터(3)의 고정자는 상기 제2 브래킷(4)에 고정 배열된 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼.
제1항에 있어서, 상기 제2 모터(5)의 고정자는 상기 제3 브래킷(6)에 고정되고, 상기 제2 모터(5)의 회전자는 상기 제2 브래킷(4)에 고정 배열되며;
또는, 상기 제2 모터(5)의 회전자는 상기 제3 브래킷(6)에 고정되고 상기 제2 모터(5)의 고정자는 상기 제2 브래킷(4)에 고정 배열되는 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼.
제1항에 있어서, 상기 제1 브래킷(2) 및 상기 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 상기 제1 브래킷(2)의 회전축 X에 있는 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼.
제1항에 있어서, 상기 제1 브래킷(2), 상기 제2 브래킷(4) 및 상기 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 전체적으로 상기 제2 브래킷(4)의 회전축 Y에 있는 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 2축 플랫폼을 포함하는, 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼으로서,
상기 트랜스미션 조립체는 제3 모터(7)를 더 포함하며, 상기 기계 프레임 조립체는 외부 고정을 위한 연결 프레임(8)을 더 포함하고, 상기 제3 모터(7)는 상기 연결 프레임(8)에 대해 제3 브래킷(6)을 직접 회전 구동하는 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼.
제7항에 있어서, 상기 제3 모터(7)의 고정자는 상기 연결 프레임(8)에 고정되고, 상기 제3 모터(7)의 회전자는 상기 제3 브래킷(6)에 고정 연결되며;
또는, 상기 제3 모터(7)의 회전자는 상기 연결 프레임(8)에 고정되고 상기 제3 모터(7)의 고정자는 상기 제3 브래킷(6)에 고정 연결된 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼.
제8항에 있어서, 상기 제1 브래킷(2), 상기 제2 브래킷(4), 상기 제3 브래킷(6) 및 상기 슈팅 조립체(1)의 중력 중심은 전체적으로 상기 제3 브래킷(6)의 회전축 Z에 있는 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼.
제9항에 있어서, 상기 트랜스미션 조립체는 상기 슈팅 조립체(1)를 자체 회전축에 대해 회전 구동하는 제4 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 무인 항공기에 사용하기 위한 3축 플랫폼.