KR20170083395A - 무인 비행체 - Google Patents

Abstract

발명의 일 실시예는, 수직 이착륙 무인 비행체에 있어서, 몸체; 및 상기 무인 비행체를 비행시키는 적어도 하나의 기류 발생부;를 포함하며, 상기 기류 발생부는, 공기 유입구를 구비하는 덕트; 상기 덕트 내부에 배치된 회전 날개; 상기 회전 날개를 회전시키는 모터; 및 상기 덕트와 연결되며, 상기 덕트로부터 유입된 공기의 방향을 전환하여 상기 무인 비행체의 하부 방향으로 공기를 배출하는 공기 배출구를 포함하는 송풍부;를 포함하는 무인 비행체를 개시한다.

Description

무인 비행체{Unmanned Aerial Vehicle}

본 발명의 실시예들은 무인 비행체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러 날개가 없는 무인 비행체에 관한 것이다.

최근 재난감시, 환경감시, 정찰 등을 위한 무인비행기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 이러한 무인비행체 중에서 쿼드로터형 무인비행체(Quad-rotor unmanned aerial vehicle)는 회전익형 비행체로서 VTOL(Vertical Take-off and Landing, 수직이착륙), 전 방향 이동 및 호버링(Hovering, 정지비행)이 가능하고, 동축 반전형 및 싱글 로터형 등 다른 형식에 비해 구조가 간단하다는 장점이 있다. 또한, 소형 비행로봇은 BLDC 모터의 개발과 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기반의 센서 및 고밀도 리튬-폴리머 배터리(Li-Po Battery)의 개발로 인하여 급속히 성장하고 있다. 이러한 장점으로 인해, 국내외 대학에서 실내외 자율비행을 위한 쿼드로터 비행체에 대한 활발한 연구들이 진행 중에 있다.

프로펠러를 이용하는 무인 비행체의 경우, 나뭇가지 등의 장애물이 프로펠러에 걸려 비행을 유지하기 어려울 수 있다. 또한, 사람이 많은 곳에서는 프로펠러의 회전력에 의해서 사람들이 다칠 수 있다는 문제가 있다.

한국 공개 특허 제2013-0100566호. (2013.09.11 공개)

본 발명의 실시예들은 프로펠러 날개가 없는 무인 비행체를 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예는,

수직 이착륙 무인 비행체에 있어서,

몸체; 및

상기 무인 비행체를 비행시키는 적어도 하나의 기류 발생부;를 포함하며,

상기 기류 발생부는,

공기 유입구를 구비하는 덕트;

상기 덕트 내부에 배치된 회전 날개;

상기 회전 날개를 회전시키는 모터; 및

상기 덕트와 연결되며, 상기 덕트로부터 유입된 공기의 방향을 전환하여 상기 무인 비행체의 하부 방향으로 공기를 배출하는 공기 배출구를 포함하는 송풍부;를 포함하는 무인 비행체를 개시한다.

일 실시예에 있어서, 상기 송풍부는 중앙부에 개구를 갖는 환형 형상일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 송풍부는 상기 덕트로부터 유입된 공기 유동을 수용하기 위한 내부 통로를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 몸체는 상기 무인 비행체의 중심에 배치하며, 상기 기류 발생부는 복수이며, 상기 각각의 기류 발생부는 상기 몸체를 중심에 두고 동일한 각도를 가지고 방사형으로 배치될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 몸체 및 상기 기류 발생부는 복수이고, 상기 복수의 기류 발생부 중 적어도 하나의 일단에 상기 복수의 몸체 중 적어도 하나가 연결되며, 상기 복수의 몸체, 및 상기 복수의 기류 발생부가 서로 연결되어 원형, 삼각형, 또는 사각형의 형상을 이룰 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 몸체에는 제어부, 배터리, 및 GPS 수신부가 포함될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 특허청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따른 무인 비행체는 외부로 노출된 프로펠러 날개가 없어, 장애물에 의한 비행체 손상 및 안전 사고 발생을 최소화할 수 있다.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기류 발생부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 송풍부 일부를 I-I'선으로 자른 측단면 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 비행체를 위에서 본 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 비행체를 위에서 본 평면도이다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무인 비행체를 나타낸 위에서 본 평면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체(10)를 나타낸 사시도이다.도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기류 발생부(100)를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 송풍부(140) 일부의 측단면 확대도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체(10)는 수직 이착륙 무인 비행체(10)로, 몸체(200) 및 상기 무인 비행체(10)를 비행시키는 적어도 하나의 기류 발생부(100)를 포함한다.

몸체(200)는 무인 비행체(10)에 탑재되는 통신 부품, 제어 부품 또는 이미지 촬영 부품 등을 설치할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 몸체(200)는 무인 비행체(10)를 비행시킬 수 있는 적어도 하나의 기류 발생부(100)와 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체(10)의 기류 발생부(100)는 몸체(200)의 중심에서 방사형으로 펼치도록 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 무인 비행체(10)는 상기 기류 발생부(100)를 세 개 이상 포함할 수 있다. 도 1에 있어서는, 무인 비행체(10)의 기류 발생부(100)가 네 개인 경우를 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 무인 비행체(10)는 몸체(200)를 중심에 두고, 몸체(200)와 연결되어 동일한 각도로 벌어져 방사형으로 배치되는 세 개 또는 다섯 개의 기류 발생부(100)를 포함할 수 있다.

몸체(200)의 형태는 특정 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 몸체(200)는 다각면체 또는 원기둥 형태로 형성될 수 있다.

몸체(200)의 내부공간에는 제어부(미도시)가 설치될 수 있다. 제어부는 무인 비행체(10)의 비행 조작을 위한 센서나 항공 관측을 위한 다양한 센서를 구비하고, 각 센서를 제어할 수 있다. 또한, 몸체(200)의 내부공간에는 위치 정보를 수신하는 GPS 수신부,및 제어부와 기류 발생부(100)에 전력을 공급하는 배터리가 포함될 수 있다.

예를 들어, 제어부는 자이로 센서, 가속도 센서, 위치 센서 또는 압력 센서를 구비할 수 있다. 자이로 센서는 무인 비행체(10)의 각가속도를 측정하여 회전하는 무인 비행체(10)의 회전속도를 측정할 수 있다. 가속도 센서는 무인 비행체(10)의 가속도를 측정하여 무인 비행체(10)의 이동 속력을 측정할 수 있다. 위치 센서는 무인 비행체(10)의 위치 좌표를 측정하여 무인 비행체(10)의 위치를 측정할 수 있다. 압력 센서는 무인 비행체(10)의 외부의 대기 압력을 측정하여 무인 비행체(10)의 고도를 측정할 수 있다.

제어부는 통신부(미도시)를 통해서 입력된 신호를 수신하여 무인 비행체(10)의 위치, 속도 또는 고도 등을 제어할 수 있다. 통신부는 외부의 컨트롤러(미도시)에서 무인 비행체(10)의 경로 정보에 관한 신호를 수신하여 제어부로 경로 정보에 관한 신호를 전달할 수 있다. 그리하면, 제어부는 모터(130)의 회전속도를 조절하여 무인 비행체(10)의 위치, 속도 또는 고도 등을 제어할 수 있다.

또한, 제어부는 무인 비행체(10)에서 측정된 위치, 속도 또는 고도에 관한 정보를 신호로 생성하여 통신부로 전달할 수 있다. 통신부는 전달받은 신호를 컨트롤러에 송신할 수 있다.

무인 비행체(10)는 카메라 모듈(미도시)이 설치되어 항공 사진 또는 동영상을 촬영하여 이미지 또는 동영상 정보를 수집할 수 있다. 몸체(200)에 일면에 카메라 모듈을 설치하고, 카메라 모듈에서 촬영한 이미지 또는 동영상을 저장하거나, 통신부를 통해서 컨트롤러로 전송할 수 있다.

무인 비행체(10)는 스피커 모듈(미도시)이나 마이크로폰 모듈(미도시)이 설치되어 음성정보를 방출시키거나, 음성정보를 수집할 수 있다.

기류 발생부(100)는 몸체(200)를 비행시키기 위한 구동 수단으로, 아래 방향으로 기류를 형성시켜 몸체(200)를 비행시킬 수 있다. 기류 발생부(100)는 덕트(110), 덕트(110) 내부에 배치된 회전 날개(120), 및 모터(130), 덕트(110)와 연결되는 송풍부(140)을 포함한다.

덕트(110)는 내부가 비어 있는 원통형 또는 다각 기둥형으로 구비될 수 있다. 덕트(110)는 외부의 공기가 유입될 수 있도록 홀 형태의 공기 유입구(115)를 포함한다.

덕트(110)의 내부에는 외부에서 유입된 공기를 송풍부(140)로 보내기 위한 회전 날개(120) 및 모터(130)가 구비된다. 덕트(110)는 공기의 흐름을 송풍부(140)로 보내기 위한 가이드 역할을 할 수 있다.

상기 회전 날개(120) 및 모터(130)는 덕트(110) 내부에 별도의 하우징(미도시)에 의해서 지탱되고, 시일 부재(seal member)에 의해서 고정될 수 있다.

모터(130)는 상기 회전 날개(120)를 회전시키는 역할을 하며, 회전 날개(120)의 회전에 의해서 공기의 유동을 형성시킬 수 있다. 모터(130)는 전기 연결부 및 전원 장치에 연결되며, 몸체(200)에 포함되는 제어부에 의해서 제어될 수 있다. 회전 날개(120)는 임펠러(impeller)일 수 있으며, 송풍부(140)로 공기를 효율적으로 전달할 수 있도록 설계될 수 있다. 회전 날개(120)는 복수의 날개가 나선형의 형태로 구비된 것일 수 있다.

송풍부(140)는 상기 덕트(110)와 연결되어, 상기 덕트(110)로부터 유입된 공기의 방향을 전환하여 상기 무인 비행체(10)의 하부 방향으로 공기를 배출하는 공기 배출구(145)를 포함할 수 있다. 여기서, '하부 방향'이라 함은 무인 비행체(10)를 상승시키고자 하는 방향의 반대 방향으로 중력 방향을 의미할 수 있다.

송풍부(140)는 중앙에 개구(141)를 갖는 환형 형상일 수 있다. 송풍부(140)는 내부 통로(143), 및 공기 배출구(145)를 포함할 수 있다. 내부 통로(143)는 덕트로부터 공기 유동을 수용하기 위한 것으로, 환상형일 수 있다. 송풍부(140)는 내벽(146) 및 외벽(147)을 포함한다. 송풍부(140)는 내벽(146) 및 외벽(147)이 서로 가까워지도록 고리 또는 접힌 모양으로 배치됨으로써 형성될 수 있다. 내벽(146)과 외벽(147) 사이에 형성된 갭(gap)에 의해서 공기 배출구(145)가 형성될 수 있다.

상기 송풍부(140)의 개구(141)를 형성하는 표면은 공기 배출구(145)로 배출된 공기의 흐름을 효율적으로 할 수 있도록 경사를 구비할 수 있다.

상술한 기류 발생부(100)는 다음에 설명하는 방식에 따라 기류를 발생시킬 수 있다. 기류 발생부(100)의 모터(130)에 의해 회전 날개(120)가 구동되면서, 공기가 공기 유입구(115)를 통해서 덕트(110) 안으로 유입된다. 공기는 도 2의 화살표(AF)로 표시된 경로를 따라 덕트(110) 내부를 진행하게 되고, 모터(130) 및 회전 날개(120)에 의해서 송풍부(140)로 보내지게 된다. 송풍부(140)의 내부 통로(143)로 유입된 공기는 내부 통로(143) 내부에서 압축되다가, 1차 공기 유동으로서 공기 배출구(145)를 통해서 배출된다.

1차 공기 유동에 의해서 송풍부(140)의 중앙 개구(141)에 저압부를 발생시키게 되고, 외부 환경, 송풍부(140)의 주위 영역으로부터 공기를 유인함으로써, 개구(141)에 2차 공기 유동이 발생될 수 있다. 상기 1차 공기 유동과 2차 공기 유동의 결합으로 송풍부(140)의 개구(141)가 형성하는 면과 수직인 방향인 하부 방향으로 큰 공기 유동이 형성될 수 있다.

상기 송풍부(140)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 송풍부(140)의 공기 배출구(145)는 공기 유동을 극대화하기 위해 다양한 간격으로 폭이 넓혀지거나 좁혀질 수 있다. 또한, 내부 통로(143)는 덕트(110)와 연결된 부분을 제외하고는 폐루프로 형성될 수 있으며, 내부 통로(143)의 하부에 복수의 홀 형태로 공기 배출구(145)가 형성될 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(10)는 외부로 노출된 프로펠러 날개가 없어, 장애물에 의한 비행체 손상 및 안전 사고 발생을 최소화할 수 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 비행체(20, 30, 40)를 나타낸 평면도이다.

도 4를 참조하면, 무인 비행체(20)는 몸체(200a, 200b, 200c) 및 상기 무인 비행체(20)를 비행시키는 적어도 하나의 기류 발생부(100a, 100b, 100c)를 포함한다.

기류 발생부(100)는 복수로 구성될 수 있으며, 제1 기류 발생부(100a), 제2 기류 발생부(100b),및 제3 기류 발생부(100c)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 기류 발생부(100a, 100b, 100c)의 구성은 도 2를 참조하여 설명한 기류 발생부(100)과 동일하므로, 여기서는 설명의 편의를 위해서 생략하도록 한다.

몸체(200)는 복수로 구성될 수 있으며, 제1 몸체(200a), 제2 몸체(200b),및 제3 몸체(200c)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 몸체(200a, 200b, 200c) 중 어느 하나에는 제어부, 다른 하나에는 GPS 수신부, 또 다른 하나에는 배터리 등이 나뉘어서 배치될 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 몸체((200a, 200b, 200c) 중 적어도 하나는 무인 비행체(20)의 균형을 맞추기 위해서 배치된 것일 수 있다.

상기 제1 내지 제3 기류 발생부(100a, 100b, 100c) 중 적어도 하나의 일단에 상기 제1 내지 제3 몸체(200a, 200b, 200c) 중 적어도 하나가 연결될 수 있다. 무인 비행체(20)는 상기 제1 내지 제3 몸체(200a, 200b, 200c) 및 상기 제1 내지 제3 기류 발생부(100a, 100b, 100c)가 서로 연결되어 삼각형의 형상을 이룰 수 있다.

구체적으로, 제1 기류 발생부(100a)의 일단에는 제1 몸체(200a), 제2 기류 발생부(100b)의 일단에는 제2 몸체(200b), 제3 기류 발생부(100c)의 일단에는 제3 몸체(200c)가 연결될 수 있다. 또한, 제1 기류 발생부(100a)의 타단은 제2 몸체(200b), 제2 기류 발생부(100b)의 타단은 제3 몸체(200c), 제3 기류 발생부(100c)의 타단은 제1 몸체(200a)가 연결되어 삼각형의 형상을 이룰 수 있다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 무인 비행체(30, 40)는 몸체(200a, 200b, 200c, 200d) 및 상기 무인 비행체(20, 30, 40)를 비행시키는 적어도 하나의 기류 발생부(100a, 100b, 100c, 100d)를 포함한다.

기류 발생부(100)는 복수로 구성될 수 있으며, 제1 기류 발생부(100a), 제2 기류 발생부(100b), 제3 기류 발생부(100c), 및 제4 기류 발생부(100d)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 기류 발생부(100a, 100b, 100c, 100d)의 구성은 도 2를 참조하여 설명한 기류 발생부(100)과 동일하므로, 여기서는 설명의 편의를 위해서 생략하도록 한다.

몸체(200)는 복수로 구성될 수 있으며, 제1 몸체(200a), 제2 몸체(200b), 제3 몸체(200c),및 제4 몸체(200d)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 몸체(200a, 200b, 200c, 200d) 중 어느 하나에는 제어부, 다른 하나에는 GPS 수신부, 또 다른 하나에는 배터리 등이 나뉘어서 배치될 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 몸체((200a, 200b, 200c, 200d) 중 적어도 하나는 무인 비행체(20, 30, 40)의 균형을 맞추기 위해서 배치된 것일 수 있다.

상기 제1 내지 제4 몸체(200a, 200b, 200c, 200d)의 적어도 하나는 상기 제1 내지 제4 기류 발생부(100a, 100b, 100c, 100d)의 하나와 연결될 수 있다.

무인 비행체(30, 40)는 상기 제1 내지 제4 몸체(200a, 200b, 200c, 200d) 및 상기 제1 내지 제4 기류 발생부(100a, 100b, 100c, 100d)가 서로 연결되어 원형 또는 사각형의 형상을 이룰 수 있다. 또한, 무인 비행체(30, 40)는 타원형 또는 다각형의 형상을 이룰 수 있다. 무인 비행체(30, 40)는 몸체(200) 및 기류 발생부(100)를 더 포함할 수 있다.

한편, 무인 비행체(20, 30, 40)의 중앙부분에는 추가의 카메라 등을 설치할 수 있는 지지부(미도시)가 더 구비되는 등 다양한 변형이 있을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(20, 30, 40)는 외부로 노출된 프로펠러 날개가 없어, 장애물에 의한 비행체 손상 및 안전 사고 발생을 최소화할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10, 20, 30, 40: 무인 비행체
100: 기류 발생부
110: 덕트
115: 공기 유입구
120: 회전 날개
130: 모터
140: 송풍부
141: 개구
143: 내부 통로
145: 공기 배출구
146: 내벽
147: 외벽
200: 몸체

Claims (6)

1. 수직 이착륙 무인 비행체에 있어서,
   몸체; 및
   상기 무인 비행체를 비행시키는 적어도 하나의 기류 발생부;를 포함하며,
   상기 기류 발생부는,
   공기 유입구를 구비하는 덕트;
   상기 덕트 내부에 배치된 회전 날개;
   상기 회전 날개를 회전시키는 모터; 및
   상기 덕트와 연결되며, 상기 덕트로부터 유입된 공기의 방향을 전환하여 상기 무인 비행체의 하부 방향으로 공기를 배출하는 공기 배출구를 포함하는 송풍부;를 포함하는 무인 비행체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 송풍부는 중앙부에 개구를 갖는 환형 형상인 무인 비행체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 송풍부는 상기 덕트로부터 유입된 공기 유동을 수용하기 위한 내부 통로를 포함하는 무인 비행체.
4. 제1항에 있어서,
   상기 몸체는 상기 무인 비행체의 중심에 배치하며,
   상기 기류 발생부는 복수이며, 상기 각각의 기류 발생부는 상기 몸체를 중심에 두고 동일한 각도를 가지고 방사형으로 배치되는 무인 비행체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 몸체 및 상기 기류 발생부는 복수이고,
   상기 복수의 기류 발생부 중 적어도 하나의 일단에 상기 복수의 몸체 중 적어도 하나가 연결되며,
   상기 복수의 몸체, 및 상기 복수의 기류 발생부가 서로 연결되어 원형, 삼각형, 또는 사각형의 형상을 이루는 무인 비행체.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 몸체에는 제어부, 배터리,및 GPS 수신부가 포함된 무인 비행체.

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