KR20180020507A

KR20180020507A - 변속기 다중화를 통한 안전성을 보장한 드론

Info

Publication number: KR20180020507A
Application number: KR1020160104937A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 이성호
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-02-28

Abstract

본 발명은 변속기를 이중으로 구비하여, 운행중에 발생할 수 있는 변속기의 오류 또는 고장에 의해 드론이 추락하는 것을 방지하여 안정성을 구비하는 드론에 관한 것이다. 즉, 운행 중, 변속기의 오류 또는 고장이 발생하면, 상기 드론에 구비된 FCS(비행제어시스템)에 의하여 별도로 더 구비된 예비변속기를 작동시켜, 추락하지 않고 그대로 안정적인 운행이 가능하도록 한다. 또한, 본체 내부에 자세이상감지센서 및 회전센서를 더 구비하여 변속기의 고장 유무를 파악 가능하도록 한다.

Description

변속기 다중화를 통한 안정성을 보장한 드론{Drone with Stability through Multiplexing Speed Controller}

본 발명은 드론이 운행함에 있어, 변속기의 고장발생으로 인한 기체의 추락을 방지하기 위한 것으로, 드론의 기체에 구비되는 변속기를 이중화 하여, 변속기의 고장 또는 오류가 발생하면, 비행제어시스템(FCS)에 의하여 다른 예비변속기를 대신하여 사용가능하도록 하여 추락을 방지하는데에 그 목적이 있다.

드론은 군사용으로 주로 활용되어 왔지만, 근래 들어 간편성, 신속성, 경제성 등 여러 이점 때문에, 군사용 외에도, 물류 배송, 재난 구조, 방송 레저 등과 같은 다양한 분야에서 활용되고 있다. 상기 드론은, 여러 많은 장점들을 가지고 있지만, 바람 등과 같은 외부 환경의 변화와 사용자의 운전 조작의 미숙으로 인해 추락의 우려가 높다. 현재 상용되고 있는 드론 및 그 드론에 속한 여러 부품들이 고가로서, 드론의 추락으로 인한 파손은 경제적 피해를 가져오며, 또한 드론이 추락하는 경우, 대인 및 대물에 대한 2차 피해의 위험 또한 초래한다.

이러한 이유로 당해 기술분야에서는 드론의 추락시, 손상을 최소화 하기 위한 기술이 요구되고 있다. 한국 공개특허 제10-2014-0038495호(회전익 드론 안전착륙팩, 이하 종래기술)에는 지상 송신부에서 드론에 설치된 안전착륙팩을 동작시키도록 할 수 있는 기술이 개시된 바 있다. 종래기술은 운한중인 드론이 동력을 상실하거나 또는 전자적인 오류로 통제 불가능 상태가 될 때에만 안전 착륙팩이 작동하는 것을 개시하고 있다.

한국 공개특허 제10-2014-0038495호(회전익 드론 안전착륙팩)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 변속기를 이중으로 구비함으로써, 운행중에 발생할 수 있는 변속기의 오류 또는 고장에 의해 드론이 추락하는 것을 방지하고자 한다. 즉, 운행 중, 변속기의 오류 또는 고장이 발생하면, 상기 드론에 구비된 FCS(비행제어시스템)에 의하여 별도로 더 구비된 예비변속기를 작동시켜, 추락하지 않고 그대로 안정적인 운행이 가능하도록 한다.

본 발명은 복수의 로터가 구비된 본체를 포함하는 드론에 있어서, 상기 본체(100)에 구비된 FCS(200), 상기 본체(100)에 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 FCS(200)의 명령을 받아 작동하는 변속기(300), 상기 본체(100)에 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 FCS(200)의 명령을 받아 작동하는 예비변속기(350) 및 상기 변속기(300) 및 상기 예비변속기(350)와 연결되며, 상기 FCS(200)의 명령에 따라 전환되는 스위치(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 변속기를 구비하는 드론에 관한 것이다.

상기 예비변속기(350)는 상기 변속기(300)와 일대일로 대응되게 구비되는 것을 특징으로 하며 또는, 상기 예비변속기(350)는 상기 본체(100)에 하나 구비되되, 다수개의 변속기(300)에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 본체(100)는 출력감지부(500) 및 회전센서(510)를 포함하며, 상기 회전센서(510)는 모터(600)의 회전축을 감지하는 것을 특징으로 한다.

상기 변속기(300) 및 예비변속기(350)는 IMU/AHRS의 가속도센서(520)를 포함하는 것을 특징으로 한다..

변속기 및 예비변속기를 포함하는 드론의 작동방법에 있어서, 변속기의 장애 발생여부를 판단하는 장애판단단계(S01), 상기 장애판단단계에서 판단된 정보를 FCS에 전달하는 정보전달단계(S02), 전달된 정보에 따라, 변속기 및 예비변속기와 연결된 전환스위치에 전환 신호를 전달하는 전환명령단계(S03) 및 상기 전환명령단계(S03)에 의해 스위치가 전환되어, 모터가 예비변속기와 연결되는 스위칭단계(S04)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 장애판단단계(S01)는 MU/AHRS의 가속도센서(520) 및 회전센서(510)에 의하여 판단되는 것을 특징으로 한다.

변속기를 이중으로 구비함으로써, 운행중에 발생할 수 있는 변속기의 오류 또는 고장에 의해 드론이 추락하지 않고, 다른 예비변속기를 이용하여 기존의 변속기와 같은 역할을 함으로써 드론의 추락을 방지할 수 있다.

즉, 드론의 핵심부품인 변속기의 고장 및 오작동을 미리 예측진단하고, 시스템이 자동적으로 고장에 대처하여 예비변속기를 사용하는 대처를 하도록 하여 무인기의 안정성을 확보하며 사고피해를 최소화 가능하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기와 예비변속기의 연결 상태를 나타낸 간략 블록도.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 본체 내부의 블록도.
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 변속기 및 예비변속기의 연결 상태를 나타낸 블록도.
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 변속기 및 예비변속기의 연결 상태를 나타낸 블록도.
도5 및 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동단계를 나타낸 순서도.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

드론은, 복수의 로터와 모터를 구비한 무인비행체로서, 필요에 따라 다양한 용도로 사용되고 있다. 상기 드론은 내부에 변속기(300)를 포함하고 있으며, 상기 변속기(300)는 드론의 운행에 꼭 필요함과 동시에 상기 드론의 고장원인 중 가장 많은 부분을 차지하는 부분이다. 상기 드론의 운행중에, 상기 드론의 운행에 필요한 장치 중 하나인 변속기(300)의 오류 또는 고장으로 인하여 추락하는 위험을 방지하고자, 변속기(300)를 하나 더 구비하는 이중변속기를 구비하는 드론에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 드론은, 복수의 로터와 모터(600)를 포함하는 본체(100)를 포함하며, 상기 본체(100)는 FCS(200)를 포함한다. FCS(200)는 비행제어시스템으로, 시스템 예측, 고장감지의 역할을 하며, 각 장치에 신호 및 명령을 주는 역할을 한다. 상기 FCS(200)는 변속기(300) 및 예비변속기(350)와 연결되며, 상기 변속기(300) 및 예비변속기(350)에 명령을 전달한다. 또한, 상기 FCS(200)는 스위치(400)와 연결된다. 상기 스위치(400)는 변속기(300) 및 예비변속기(350)와 연결된 것으로, FCS(200)의 신호를 받아, 스위치(400)가 전환되며, 상기 스위치(400)의 전환을 통해 변속기(300)가 전환된다.

또한, 상기 FCS(200)는 출력감지부(500) 및 회전센서(510)를 포함하며, 상기 변속기(300)는 IMU/AHRS의 가속도센서(520)를 포함한다. 이에 관해서는 후술하도록 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기(300)와 예비변속기(350)의 연결 상태를 나타낸 간략 블록도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론은, 도1에 도시된 바와 같이, 변속기(300)와 예비변속기(350)가 스위치(400)를 통해 연결되어 있으며, 상기 스위치(400)는 모터(600)와 연결되어 드론이 운행 가능하도록 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 본체(100) 내부 장치의 블록도로서, 도2를 참조하여 좀 더 상세히 설명하도록 한다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 변속기(300) 및 예비변속기(350)는 스위치(400)를 통해 연결되며, 상기 스위치(400)는 FCS(200) 및 모터(600)와 연결되어 있다. 또한, 상기 스위치(400)는 ORgate를 포함하고 형성되어 있으며, 상기 ORgate는 스위치(400)의 온오프를 제어한다.

또한, 상기 본체(100)에 구비된 회전센서(510)는 모터(600) 및 FCS(200)와 연결되며, 상기 본체(100)에 구비된 출력감지부(500)는 FCS(200) 및 변속기(300)와 연결되어 있다. 또한, 상기 변속기(300)는 IMU/AHRS 가속도센서(520)를 포함하고 있다.

회전센서(510), 출력감지부(500) 및 IMU/AHRS 가속도센서(520)는 변속기(300)가 예비변속기(350)로 전환되도록 정보를 주는 주요한 센서이다. 상기 회전센서(510) 및 상기 출력감지부(500)의 측정값은 FCS(200)에 전달되며, FCS(200)에 전달된 값을 바탕으로 FCS(200)는 스위치(400)에 전환여부에 관한 신호를 전달하게 되며, 상기 IMU/AHRS 가속도센서(520)는 스위치(400)에 직접 전환여부에 관한 신호를 전달한다. 상기 IMU/AHRS 가속도센서(520)가 전환스위치에 신호를 전달할 시, 상기 IMU/AHRS 가속도센서의 출력신호를 이용한다. IMU/AHRS의 IMU는 상기 변속기(300)의 3축에 대한 가속도와 3축에 대한 회전 각속도측정이 가능하며, AHRS는 상기 변속기(300)의 3축에 대한 가속도 및 3축에 대한 회전 각속도를 측정 가능하다. 또한, AHRS는 추가로 지구자기장 값을 측정 가능하기 때문에, 상기 IMU/AHRS 가속도센서(520)를 이용할 시, 다양한 자세변화를 감지 가능하다.

상기 스위치(400)가 전환 되어, 변속기(300) 사용을 멈추고, 예비변속기(350)를 사용하도록 하기 위해, 상기 스위치(400)의 ORgate전환 여부를 결정하는 센서의 작동 과정은 다음과 같다.

상기 회전센서(510)는 모터(600)의 회전축을 감지하기 위한 센서로서, 모터(600)의 회전축을 통해, 실제 회전속도를 감지하여 FCS(200)에 그 값을 전달한다. 모터(600)의 회전속도가 낮아질 경우, 변속기(300)가 고장 또는 오류를 일으켰을 확률이 크기 때문에, 상기 FCS(200)는 회전센서(510)를 통해 전달받은 값을 바탕으로 스위치(400)의 전환 여부를 결정한다.

또한, 출력감지부(500)는 변속기(300)의 출력신호를 감지하고, 그 출력신호를 FCS(200)에 전달하며, 상기 FCS(200)는 상기 출력감지부(500)로부터 전달받은 값을 바탕으로 스위치(400)의 전환 여부를 결정한다. 즉, 상기 출력감지부(500)는 변속기의 출력을 감지하여, 상기 변속기(300) 및 모터(600)의 고장유무를 감지하여 FCS(200)에 감지한다.

상기 회전센서(510) 및 출력감지부(500)에 의해 측정된 값을 전달받은 FCS(200)는 그 값을 통해, 이상 또는 고장 유무를 판단하고, 그에 따라 스위치(400)의 전환 여부를 결정한 뒤, 전환이 필요한 경우, 상기 스위치(400)에 전환 신호를 보내게 된다.

또는 상기 변속기(300)는 IMU/AHRS 가속도센서(520)를 포함하고 있다. 상기 IMU/AHRS 가속도센서(520)는 상기 본체(100)의 가속상태를 감지하는 센서로서, 상기 변속기(300)에 장착되어 드론 본체(100)의 가속상태를 감지한다. 즉, IMU/AHRS 가속도센서(520)에 감지된 값을 바탕으로, 상기 IMU/AHRS 가속도센서(520)는 직접 스위치(400)에 전환명령을 전송하게 된다.

상기 스위치(400)의 전환으로 인해, 모터(600)는 변속기(300)의 고장에도 불구하고 새로운 예비변속기(350)를 통해, 안정적인 운행이 가능하다.

도3 및 도4를 참조하면, 이중변속기를 구비하는 드론의 예비변속기(350)의 개수는 실시예에 따라 다양하게 구비될 수 있다. 이에 관하여, 실시예에 따라 좀 더 상세히 설명한다.

(제1실시예)

도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 변속기(300)와 예비변속기(350)의 연결 모습을 나타낸 구성도이다.

도3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 상기 변속기(300)는 상기 예비변속기(350)와 일대일로 대응되어 구비된다. 즉, 하나의 변속기(300-1. 300-2, ... 300-n)에 하나의 예비변속기(350-1, 350-2, ... 350-n)를 구비함으로써, 두 개 또는 그 이상의 변속기(300-1. 300-2, ... 300-n)가 동시에 고장이 나더라도, 각각 구비된 예비변속기(350-1, 350-2, ... 350-n)를 이용하여 전환될 수 있다. 즉, 제1실시예에 따른 본체(100)는 각 변속기(300-1. 300-2, ... 300-n) 마다 각각의 예비변속기(350-1, 350-2, ... 350-n)를 가지는 1:1 구조로서, 각각의 변속기(300-1. 300-2, ... 300-n)가 개별적으로 예비변속기(350-1, 350-2, ... 350-n)를 구비하는 구조이다.

(제2실시예)

도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 변속기(300)와 예비변속기(350)의 연결 모습을 나타낸 구성도이다.

도4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 상기 변속기(300)는 다수개의 변속기(300-1. 300-2, ... 300-n)와 하나의 예비변속기(350)가 연결된다. 즉, 다수의 변속기(300-1. 300-2, ... 300-n)에 하나의 예비변속기(350)를 가지는 다수:1 구조로서, 상기 본체(100)는 예비변속기(350)를 포함하여 추락의 위험은 줄이는 동시에 무게 또한 가볍게 구성될 수 있다.

도5 및 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동단계를 나타낸 순서도이다. 도5 및 도6을 참조하여, 상기 이중변속기를 구비하는 드론의 작동단계에 대해 상세히 살펴본다.

도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론은 장애판단단계(S01), 정보전달단계(S02), 전환명령단계(S03) 및 스위칭단계(S04)를 가진다.

상기 장애판단단계(S01)는, 상기 드론의 운행중, 변속기(300)의 장애가 발생할 경우, 상기 변속기(300)의 장애 발생 여부를 판단하는 단계로서, 상기 장애판단단계(S01)에서는 출력감지부(500), 회전센서(510) 및 IMU/AHRS 가속도센서(520)에 의해 장애여부가 판단된다.

상기 정보전달단계(S02)는, 상기 장애판단단계(S01)에서 회전센서(510) 및 출력감지부(500)에 의해 판단된 정보를 상기 FCS(200)에 전달하는 단계로서, 상기 FCS(200)가 스위칭 여부를 결정할 수 있도록 정보를 전달하는 단계이다.

이때, 상기 정보전달단계(S02)는, IMU/AHRS 가속도센서(520)에 의해 장애여부가 판단되었을 경우, 생략 가능한 단계로서, IMU/AHRS 가속도센서(520)는 정보전달단계(S02)를 거치지 않고, 직접 스위치에 전환 명령을 내리게 된다.

상기 전환명령단계(S03)는, 회전센서(510) 및 출력감지부(500)가 FCS(200)에 전달한 정보를 바탕으로, 상기 FCS(200)가 전환여부를 판단하여, 상기 스위치(400)에 전환 여부를 명령하는 단계이다. 다시 말하면, 상기 장애판단단계(S01)에서 측정된 정보가 변속기(300)의 오류로 의심되는 경우, 스위치(400)를 전환하여 재빠르게 예비변속기(350)로 전환하도록 하기 위해, 상기 스위치(400)에 명령을 주는 단계이다. 상기 회전센서(510) 및 출력감지부(500)에 의해 오류가 감지되었을 경우, 상기 전환명령단계(S03)에서는 FCS(200)가 스위치에 명령을 내리게 되며, 상기 IMU/AHRS 가속도센서(520)에 의해 측정된 정보의 경우, 직접 스위치(400)에 전환 명령을 내리게 된다.

상기 스위칭단계(S04)는 상기 FCS(200) 또는 IMU/AHRS 가속도센서(520)의 전환 명령에 따라 예비변속기(350)로 스위치(400)가 전환 되는 단계로서, 이때 상기 스위치(400)가 전환되는 속도는 10ms 이하의 반응속도를 가지게 된다.

즉, 도6에 도시된 바와 같이, 드론의 정상운행 중, 출력감지부 및 회전센서에 의해 장애가 감지되는 경우, FCS에 장애를 전달한 뒤, 상기 FCS는 스위치에 전환신호를 전달하여 스위치가 전환되어 예비변속기를 사용하며, 장애가 감지되지 않는 경우, 기존의 변속기를 계속 사용하여 운행을 하게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 본체
200 : FCS
300 : 변속기
350 : 예비변속기
400 : 스위치
500 : 출력감지부
510 : 회전센서
520 : 가속도센서
600 : 모터
S01 ~ S04 : 이중변속기를 구비하는 드론의 작동단계

Claims

복수의 로터가 구비된 본체를 포함하는 드론에 있어서,
상기 본체(100)에 구비된 FCS(200);
상기 본체(100)에 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 FCS(200)의 명령을 받아 작동하는 변속기(300);
상기 본체(100)에 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 FCS(200)의 명령을 받아 작동하는 예비변속기(350); 및
상기 변속기(300) 및 상기 예비변속기(350)와 연결되며, 상기 FCS(200)의 명령에 따라 전환되는 스위치(400);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기 다중화를 통한 안정성을 보장한 드론.
제1항에 있어서, 상기 예비변속기(350)는
상기 변속기(300)와 일대일로 대응되게 구비되는 것을 특징으로 하는 변속기 다중화를 통한 안정성을 보장한 드론.
제1항에 있어서, 상기 예비변속기(350)는
상기 본체(100)에 하나 구비되되, 다수개의 변속기(300)에 연결되는 것을 특징으로 하는 변속기 다중화를 통한 안정성을 보장한 드론.
제1항에 있어서, 상기 본체(100)는
출력감지부(500) 및 회전센서(510)를 포함하며, 상기 회전센서(510)는 모터(600)의 회전축을 감지하는 것을 특징으로 하는 변속기 다중화를 통한 안정성을 보장한 드론.
제1항에 있어서, 상기 변속기(300) 및 예비변속기(350)는
IMU/AHRS의 가속도센서(520)를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기 다중화를 통한 안정성을 보장한 드론.
변속기 및 예비변속기를 포함하는 드론의 작동방법에 있어서;
변속기의 장애 발생여부를 판단하는 장애판단단계(S01);
상기 장애판단단계에서 판단된 정보를 FCS에 전달하는 정보전달단계(S02);
전달된 정보에 따라, 변속기 및 예비변속기와 연결된 전환스위치에 전환 신호를 전달하는 전환명령단계(S03)(S03); 및
상기 전환명령단계(S03)에 의해 스위치가 전환되어, 모터가 예비변속기와 연결되는 스위칭단계(S04)(S04);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기 다중화를 통한 안정성을 보장한 드론의 작동방법.
제6항에 있어서, 상기 장애판단단계(S01)는
IMU/AHRS의 가속도센서(520) 및 회전센서(510)에 의하여 판단되는 것을 특징으로 하는 변속기 다중화를 통한 안정성을 보장한 드론의 작동방법.