KR20180116849A

KR20180116849A - 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론

Info

Publication number: KR20180116849A
Application number: KR1020170049648A
Authority: KR
Inventors: 유창범
Original assignee: 주식회사 창성에프티
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2018-10-26
Also published as: WO2018194214A1

Abstract

본 발명은 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론은, 선단으로부터 후단으로 길이 방향으로 형성되는 몸체부와, 상기 몸체부의 양측에 고정익 형태로 형성되는 날개부와, 상기 몸체부의 후단에 형성되어 피치가 가변되는 복수의 블레이드로 구성되는 프로펠러를 회전시키는 회전부와, 이착륙모드인 경우 상기 복수의 블레이드를 제1 피치로 가변하여 회전시켜 상기 몸체부의 후단으로부터 선단으로 추진력을 발생시켜 상기 몸체부를 지면으로부터 수직방향으로 이동시키고, 비행모드인 경우 상기 복수의 블레이드를 제2 피치로 가변하여 회전시켜 상기 몸체부의 선단으로부터 후단으로 추진력을 발생시켜 상기 몸체부를 지면으로부터 수평방향으로 이동시키는 제어부를 포함한다.
이에 따라, 고정익 드론에서 추력을 담당하는 단일 프로펠러의 회전만으로 수직이착륙, 제자리 비행 및 선회비행이 가능하도록 프로펠러의 피치를 가변시킬 수 있어 효율적으로 비행시간을 늘릴 수 있다.

Description

가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론{FIXED WING DRONE USING VARIABLE PITCH PROPELLER}

본 발명은 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론에 관한 것으로, 하나의 프로펠러를 이용하여 수직이착륙 및 수평비행을 제어하는 기술이 개시된다.

무인드론은 크게 프로펠러의 회전으로 추진력을 얻고 고정된 날개를 통해 양력을 얻어 비행하는 고정익 무인드론과, 오로지 로터의 회전으로 인해 발생되는 추력을 이용해 비행하는 회전익 무인드론으로 구분할 수 있다. 고정익 무인드론은 수직 이착륙을 할 수 없어 활주로를 필요로 하고, 정지비행을 할 수 없으며, 이착륙시 사고 발생이 크며, 회전익 무인드론은 복수의 프로펠러를 이용하여야 하므로 제어가 복잡하며, 배터리 소모가 커서 효율성이 떨어진다는 한계가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 고정익 무인드론을 수직이착륙하도록 하는 틸트로터 방식이나 여러 개의 멀티로터를 날개에 장착하는 방법을 사용하고 있는데 제어의 기술적 어려움과 유지보수의 어려움, 무거워지는 기체로 인한 효율성 저하 등이 수직이착륙 고정익 드론 개발을 막고 있는 가장 큰 문제이다.

종래의 기술 중 대한민국 등록특허 제10-1663814호(2016. 10. 07 공고)는 "꼬리 이착륙형 항공기"에 관한 것으로, 이착륙 시에는 항공기의 몸체부를 중심으로 회전하여 로터 역할을 수행하고, 순항 시에는 항공기의 몸체부에 고정되어 고정익 역할을 수행하는 가변형 날개부를 형성하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래의 기술의 경우에는 복수의 프로펠러를 사용하여야 하며, 메인 날개를 가변시키는 것으로 효율성이 저하되는 한계를 극복하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 고정익 드론에서 추력을 담당하는 단일 프로펠러의 회전만으로 수직이착륙, 제자리 비행 및 선회비행이 가능하도록 프로펠러의 피치를 가변시킬 수 있는 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론을 제공하기 위함이다.

또한, 수직이착륙과 선회비행시 발생하는 반토크를 효과적으로 상쇄하여 안정적인 비행이 가능하도록 하는 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론을 제공하기 위함이다.

또한, 수직이착륙시 지지대 역할을 하면서 선회비행시 수직날개로 변환되도록 하여 안정적인 이착륙 및 비행자세 제어가 가능한 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론을 제공하기 위함이다.

본 발명의 실시예에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론은, 선단으로부터 후단으로 길이 방향으로 형성되는 몸체부와, 상기 몸체부의 양측에 고정익 형태로 형성되는 날개부와, 상기 몸체부의 후단에 형성되어 피치가 가변되는 복수의 블레이드로 구성되는 프로펠러를 회전시키는 회전부와, 이착륙모드인 경우 상기 복수의 블레이드를 제1 피치로 가변하여 회전시켜 상기 몸체부의 후단으로부터 선단으로 추진력을 발생시켜 상기 몸체부를 지면으로부터 수직방향으로 이동시키고, 비행모드인 경우 상기 복수의 블레이드를 제2 피치로 가변하여 회전시켜 상기 몸체부의 선단으로부터 후단으로 추진력을 발생시켜 상기 몸체부를 지면으로부터 수평방향으로 이동시키는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 회전부는, 단면이 에어포일 형상으로 형성된 한 쌍의 블레이드가 중앙에 허브를 통해 일직선 상으로 연결되는 프로펠러와, 상기 허브와 구동축에 의해 연결되어 상기 한 쌍의 블레이드를 회전시키는 제1 구동부와, 상기 구동축을 따라 이동하며 복수의 제1 링크를 통해 상기 한 쌍의 블레이드와 연결되는 플레이트와, 상기 플레이트와 복수의 제2 링크를 통해 연결되어, 상기 한 쌍의 블레이드의 피치를 가변시키거나, 상기 한 쌍의 블레이드의 회전면의 기울기를 가변시키는 제2 구동부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 몸체부의 위치, 고도, 속도, 가속도, 기울기 중 적어도 하나 이상을 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 날개부는 상기 날개부의 일측에 기 설정된 각도로 회동하도록 형성되어 상기 회전부에 따른 반작용 토크를 상쇄시키는 회전보조날개와, 상기 날개부의 타측에 기 설정된 각도로 회동하도록 형성되어 비행을 보조하는 비행보조날개를 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지부를 통해 상기 몸체부의 동작모드에 따라 상기 몸체부의 선단이 지면을 향하여 수직방향으로 비행하거나, 상기 몸체부가 지면과 수평방향으로 비행시 자세를 제어하도록 상기 회전보조날개 또는 상기 비행보조날개를 제어할 수 있다.

또한, 상기 몸체부의 선단에 형성되어 영상을 획득하는 영상획득부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 몸체부가 수평비행 중 수직비행으로 전환하면 상기 영상획득부를 구동시킬 수 있다.

또한, 상기 몸체부의 위치, 고도, 속도, 가속도, 기울기 중 적어도 하나 이상을 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 몸체부가 제1 위치에서 수직비행 중 배터리의 잔량이 기 설정치 미만인 경우 충전이 가능한 제2 위치로 복귀하고, 충전이 완료되면 상기 제1 위치로 복귀하여 수직비행을 하도록 제어할 수 있다.

이에 따라, 고정익 드론에서 추력을 담당하는 단일 프로펠러의 회전만으로 수직이착륙, 제자리 비행 및 선회평비행이 가능하도록 프로펠러의 피치를 가변시킬 수 있어 효율적으로 비행시간을 늘릴 수 있다.

또한, 수직이착륙과 선회비행시 발생하는 반토크를 효과적으로 상쇄하여 안정적인 비행이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 수직이착륙시 지지대 역할을 하면서 선회비행시 수직날개로 변환되도록 하여 안정적인 이착륙 및 비행자세 제어가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론의 구성도,
도 2는 도 1에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론 중 회전부의 세부 구성도,
도 3은 도 1에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론의 비행모드를 설명하기 위한 예시도,
도 4는 도 1에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론과 도킹스테이션의 관계를 설명하기 위한 예시도,
도 5 및 도 6은 도 1에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론에 지지부가 추가된 것을 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론의 구성도이고, 도 2는 도 1에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론 중 회전부의 세부 구성도이고, 도 3은 도 1에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론의 비행모드를 설명하기 위한 예시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론(100)은 몸체부(110), 날개부(120), 회전부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.

몸체부(110)는 선단으로부터 후단으로 길이 방향으로 형성된다. 몸체부(110)는 경량형의 합성수지재로 형성될 수 있으며, 내부에는 충전형 배터리(도시하지 않음), 후술하는 회전부(130)의 일부 구성과 제어부(140) 등이 탑재될 수 있다. 몸체부(110)는 수직방향으로 이착륙이 가능하며, 수평방향으로도 비행이 가능하다. 몸체부(110)의 양측면에는 고정익 형태의 날개부(120)가 형성되고, 후단에는 회전부(130)가 형선된다. 이 경우, 회전부(130)의 회전면과 날개부(120)의 날개면은 서로 수직방향으로 형성된다. 회전부(130)는 몸체부(110)의 길이방향에 따른 중심축 상에 형성된다.

날개부(120)는 몸체부(110)의 양측에 고정익 형태로 형성된다. 날개부(120)는 몸체부(110)의 선단에서 후단으로 갈수록 면적이 넓어지도록 형성될 수 있다. 날개부(120) 자체는 이착륙이나 비행시 움직이지 않는 고정익 형태로 형성된다. 날개부(120)는 단면이 에어포일 형상으로 형성되는 것도 가능하다. 날개부(120)의 표면에는 태양전지판이 형성되어 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 것도 가능하다. 날개부(120)의 표면에는 LED 표시부가 형성되어 각종 정보를 기호, 문자, 도형 등으로 표시하도록 하는 것도 가능하다.

또한, 날개부(120)는 보조날개(121)를 더 포함할 수 있다. 보조날개(121)는 몸체부(110)의 후단에 위치한 날개부(120)의 일측에 후술하는 회전부(130)와 대향하여 형성된다. 보조날개(121)는 회전부(130)에 의해 몸체부(110)로 작용하는 반작용 토크를 상쇄시키는 역할을 한다. 보조날개(121)는 날개부(120)의 일측에 기 설정된 각도로 회동하도록 제어된다. 보조날개(121)는 회전부(130)의 속도, 회전방향 등에 따라 날개부(120)로부터 회동하는 각도가 다르게 설정될 수 있다. 이에 따라, 고정익 드론(100)이 수직이착륙비행, 정지비행, 수평비행 중에도 회전부(130)에 의해 몸체가 뒤틀리는 현상을 최소화할 수 있다. 보조날개(121)는 단면이 에어포일 형상으로 형성될 수도 있다.

회전부(130)는 몸체부(110)의 후단에 형성되어 피치가 가변되는 복수의 블레이드(131-1)로 구성되는 프로펠러(131)를 회전시킨다. 회전부(130)의 회전면은 몸체부(110)와 수직으로 이뤄지며, 몸체부(110)를 수직방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 회전부(130)는 블레이드(131-1)의 피치를 가변시켜 몸체부(110)의 기울기를 다르게 제어할 수 있으며, 지면과 수평방향으로 이동시킬 수 있다. 다시 말해, 회전부(130)는 고정익 드론(100)이 수직이착륙 모드인 경우, 정지비행 모드인 경우, 수평비행 모드인 경우에 따라 프로펠러(131)의 블레이드(131-1)의 가변피치를 다르게 조절할 수 있다.

도 2를 참조하면, 회전부(130)는 구체적으로 프로펠러(131), 제1 구동부(132), 플레이트(133) 및 제2 구동부(134)를 포함한다. 프로펠러(131)는 단면이 에어포일 형상으로 형성된 한 쌍의 블레이드(131-1)가 중앙에 허브(131-2)를 통해 일직선 상으로 연결된다. 이 경우, 블레이드(131-1)의 개수는 사용자 설정에 따라 달라질 수 있으며, 여기서는 최소 단위로 설명하도록 한다. 한 쌍의 블레이드(131-1)는 피치가 가변될 수 있도록 형성된다. 허브(131-2)의 하부에는 구동축(132-1)을 통해 제1 구동부(132)와 연결되어 한 쌍의 블레이드(131-1)가 회전하게 된다.

제1 구동부(132)는 프로펠러(131)의 허브(131-2)와 중심축을 통해 연결되어 한 쌍의 블레이드(131-1)를 회전시킨다. 제1 구동부(132)는 전동모터로 구현할 수 있으며, 가감속이 가능하며 정역회전이 가능한 것이 바람직하다. 제1 구동부(132)는 몸체부(110)의 내측에 위치하여 고정되며, 몸체부(110) 내부의 배터리와 연결되어 전원을 공급받는다. 제1 구동부(132)의 회전속도는 제어부(140)에 의해 제어된다.

플레이트(133)는 중앙에 구멍이 형성된 원반형상으로, 구동축(132-1)을 따라 이동한다. 플레이트(133)는 복수의 제1 링크(133-1)를 통해 한 쌍의 블레이드(131-1)와 연결된다. 또한, 플레이트(133)는 복수의 제2 링크(133-2)를 통해 후술하는 제2 구동부(134)와 연결된다. 다시 말해, 플레이트(133) 일측에는 복수의 제1 링크(133-1)가 연결되고, 타측에는 복수의 제2 링크(133-2)가 연결된다. 플레이트(133)는 제2 구동부(134)의 구동력을 한 쌍의 블레이드(131-1)로 전달하는 중간체 역할을 한다.

제2 구동부(134)는 플레이트(133)와 복수의 제2 링크(133-2)를 통해 연결된다. 제2 구동부(134)는 복수로 형성될 수 있으며, 예를 들어 3-서보시스템을 구현할 수도 있다. 제2 구동부(134)는 제2 링크(133-2)를 통해 플레이트(133)의 높이, 기울기를 가변시키며, 플레이트(133)가 가변되면서 이와 연동하여 제1 링크(133-1)를 통해 한 쌍의 블레이드(131-1)의 피치가 가변되는 것이다. 이 경우, 한 쌍의 블레이드(131-1)의 피치 및 회전면의 기울기도 가변시킬 수 있다.

제어부(140)는 몸체부(110) 내부에 형성되어 이착륙모드인 경우 복수의 블레이드(131-1)를 제1 피치로 가변하여 회전시킨다. 한 쌍의 블레이드(131-1)가 제1 피치로 가변되면 몸체부(110)의 후단으로부터 선단으로 공기가 이동하면서 추진력이 발생한다. 본 발명의 고정익 드론(100)은 후단이 하늘과 대향하고, 선단이 지면이 대향하면서 수직 이착륙을 하게 된다. 따라서, 몸체부(110)가 수직방향으로 이동하면서 고정익 드론(100)은 이착륙을 하거나 정지비행을 할 수 있다.

또한, 제어부(140)는 비행모드인 경우 복수의 블레이드(131-1)를 제2 피치로 가변하여 회전시킨다. 한 쌍의 블레이드(131-1)가 제2 피치로 가변되면 몸체부(110)의 선단으로부터 후단으로 공기가 이동하면서 추진력이 발생한다. 본 발명의 고정익 드론(100)은 한 쌍의 블레이드(131-1)가 제1 피치에서 제2 피치로 가변되면서 고정익 드론(100)의 자세가 변경된다. 제1 피치에서는 몸체부(110)가 수직방향으로 상승, 하강 또는 정지하고, 제2 피치에서는 몸체부(110)가 수평방향으로 이동하게 된다.

또한, 제어부(140)는 날개부(120) 중 보조날개(121)의 각도를 제어할 수 있다. 이 경우, 보조날개(121)는 회전부(130)와는 별개로 동작하는 구동수단에 의해 각도가 조절될 수 있다. 제어부(140)는 고정익 드론(100)이 수직 이착륙을 하거나, 정지비행을 하거나, 선회비행을 하는 동안에 회전부(130)에 의한 반토크를 제거하면서 비행자체를 조절하기 위해 보조날개(121)의 각도를 제어한다. 이 경우, 고정익 드론(!00)의 몸체부(110)의 기울기, 주변의 바람의 방향, 회전부(130)의 회전속도 등에 따라 한 쌍의 보조날개(121)의 각도는 가변될 수 있다.

또한, 제어부(140)는 통신모듈을 포함하여 외부의 사용자 단말과 무선통신을 통해 제어신호를 송수신할 수 있다. 제어부(140)는 RF 통신이나, 네트워크 통신, 위성 통신을 이용하여 고정익 드론(100)의 비행경로, 비행자세, 배터리 등에 대한 제어신호를 송수신할 수 있다.

본 발명의 고정익 드론(100)은 도 3의 (a)에서와 같이 수직방향으로 이륙 및 착륙을 하거나 공중에서 정지비행을 할 수 있다. 또한, 본 발명의 고정익 드론(100)은 도 3의 (b)와 같이 수평방향으로 비행을 할 수 있게 된다. 이 경우, 하나의 프로펠러(131)를 이용하며, 한 쌍의 블레이드(131-1)의 피치를 가변시켜 고정익 드론(100)의 자세를 변경할 수 있다. 다시 말해, (a)와 같이 고정익 드론(100)이 수직방향으로 이동하는 경우의 블레이드(131-1)의 피치와 (b)와 같이 고정익 드론(100)이 수평방향으로 이동하는 경우의 블레이드(131-1)의 피치는 반대 방향으로 제어될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론(100)은 감지부(150) 및 영상획득부(160)를 더 포함할 수 있다.

감지부(150)는 몸체부(110)의 위치, 고도, 속도, 가속도, 기울기 중 적어도 하나 이상을 감지한다. 감지부(150)는 기 설정된 시간주기로 감지정보를 제어부(140)로 전송한다. 이 경우, 제어부(140)는 감지부(150)를 통해 몸체부(110)의 동작모드에 따라 몸체부(110)의 선단이 지면을 향하여 수직방향으로 비행하거나, 몸체부(110)가 지면과 수평방향으로 비행시 자세를 제어하도록 한다. 또한, 제어부(140)는 회전보조날개(121)를 제어하여 고정익 드론(100)의 자세를 보정하도록 하는 것도 가능하다.

영상획득부(160)는 몸체부(110)의 선단에 형성되어 영상을 획득한다. 영상획득부(160)는 몸체부(110)의 선단이 지면을 대향하고 있으므로 지면을 촬영하게 된다. 영상획득부(160)에 의해 지상의 상황을 감시할 수 있다. 영상획득부(160)로부터 획득한 영상정보는 기 설정된 시간주기로 외부의 서버로 전송될 수 있다. 이 경우, 제어부(140)는 몸체부(110)가 수평비행 중 수직비행으로 전환하면 영상획득부(160)를 구동시킬 수 있다. 다시 말해, 고정익 드론(100)이 수직 이착륙을 한 뒤 목표지점으로 이동하면서 몸체부(110)가 수평비행이 되도록 한 뒤, 목표지점에서 다시 몸체부(110)가 수직비행이 되도록 자세를 전환하면 영상획득부(160)를 구동시킨다. 이는 고정익 드론(100)이 정찰의 임무를 가지는 경우 선택된 지점에서만 영상을 획득하도록 하기 위함이다.

도 4는 도 1에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론과 도킹스테이션의 관계를 설명하기 위한 예시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 고정익 드론(100)은 지상의 도킹스테이션(1000)에 착륙하여 데이터를 전송하고, 배터리를 충방전할 수 있다. 도킹스테이션(1000)의 상부에는 식별부(1100)가 형성되어 고정익 드론(100)이 전파를 통해 도킹스테이션(1000)과 인증을 할 수 있다. 또한, 고정익 드론(100)은 도킹스테이션(1000)의 상부를 촬영하여 인식하는 것도 가능하다. 고정익 드론(100)은 기 설정된 목표지점에서 비행 중 배터리 잔량이 기 설정치 미만이면 도킹스테이션(1000)으로 자동 복귀하여 배터리를 충전할 수 있다. 배터리가 충전되면 고정익 드론(100)은 다시 최종 목표지점으로 자동으로 이동할 수도 있다.

도 5 및 도 6은 도 1에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론에 지지부가 추가된 것을 설명하기 위한 예시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론(100)은 지지부(170)를 더 포함할 수 있다. 지지부(170)는 몸체부의 후단에 형성된다. 고정익 드론(100)이 이착륙시에는 도 5의 (a)와 (b)와 같이 지지부(170)가 전개되고, 비행중에는 도 6의 (a)와 (b)와 같이 몸체부(110) 측으로 밀착된다. 이 경우, 지지부(170)는 몸체부(110)의 외주면에 형성된 수용홈(도시하지 않음)에 수용되어 비행시 바람의 저항을 최소화할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 지지부(170)는 고정익 드론(100)을 사람이 손으로 파지하지 않은 상태에서 이착륙을 시키기 위해 지면에 안정적으로 거치될 수 있는 구조로 형성된다.

이 경우, 날개부(120)는 보조날개(121) 외에 추가보조날개(122)를 더 포함할 수 있다. 추가보조날개(122)는 날개부(120)의 타측에 기 설정된 각도로 회동하도록 형성되어 비행을 보조한다. 추가보조날개(122)는 보조날개(121)와 나란하게 배열된다. 다시 말해 몸체부(110)의 후단에 위치한 날개부(120)에는 보조날개(121)와 추가보조날개(122)가 각각 배열된다. 추가보조날개(122)는 고정익 드론(100)이 비행중에 자세 변환이나, 고도의 변화, 반토크의 상쇄의 미세 조절을 용이하게 하는 역할을 한다. 추가보조날개(122)는 보조날개(121)와 독립되어 제어될 수 있다. 추가보조날개(122)는 단면이 에어포일 형상으로 형성될 수도 있다.

구체적으로 지지부(170)는 지지대(171), 연결부(172) 및 제3 구동부(173)를 포함한다.

지지대(171)는 복수로 형성되며, 바라직하게는 3개 이상으로 형성될 수 있다. 지지대(171)는 몸체부(110)의 외주면으로부터 기 설정된 각도로 회동하게 된다. 복수의 지지대(171)는 고정부(171-1)에 의해 일측이 회동 가능하도록 연결된다. 다시 말해, 지지대(171)의 일측은 고정부(171-1)에 연결되고, 타측은 지면과 맞닿게 된다. 지지대(171)의 타측 말단에는 완충부재를 형성하는 것도 가능하다.

또한, 지지대(171)의 일측에는 수직날개(171-2)가 형성될 수 있다. 수직날개(171-2)는 몸체부(110)와 수직한 방향으로 형성되는 날개이다. 수직날개(171-2)는 고정익 드론(100)이 수직 이착륙시에는 지지대(171)가 도 5의 (a) 및 (b)와 같이 외측으로 전개되다. 수직날개(171-2)는 도 6의 (a) 및 (b)와 같이 고정익 드론(100)이 선회비행 등의 지표면과 수평방향으로 비행시에는 몸체부(110) 측으로 접혀지면서 날개의 역할을 한다. 이에 따라, 고정익 드론(100)의 비행 자세 제어가 용이하도록 할 수 있다.

연결부(172)는 일측이 지지대(171)의 일측과 회동가능하도록 연결되고, 타측은 이동부(172-1)와 연결될 수 있다. 연결부(172)는 지지대(171)와 동일한 개수로 형성될 수도 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 연결부(172)는 이동부(172-1)가 이동함에 따라 지지대(171)를 전개시키거나 접혀지도록 하는 역할을 한다.

제3 구동부(173)는 이동로드(173-1)를 출력축으로 하여 이동부(172-1)와 연결된다. 제3 구동부(173)는 이동로드(173-1)의 길이를 조절하여 이동부(172-1)의 위치를 가변시키면서 지지대(171)를 전개시키거나 접히도록 할 수 있다. 제3 구동부(173)가 이동부(172-1)를 고정부(171-1) 측으로 이동시키면 지지대(171)가 몸체부(110) 외주면으로 접혀지고, 이동부(172-1)를 고정부(171-1)의 반대방향으로 이동시키면 지지대(171)가 몸체부(110)의 외주면으로부터 전개되어 펼쳐지게 된다.

한편, 고정부(171-1)와 이동부(172-1) 사이에는 완충부(도시하지 않음)가 형성되어 고정부(171-1)와 이동부(172-1) 사이의 간격을 유지시키는 역할을 할 수도 있다. 완충부는 지지대(171)가 전개된 상태로 지면에 착륙하는 경우 지지대(171)를 통해 전달되는 충격을 흡수하는 역할을 한다. 완충부는 스프링 형태로 형성될 수도 있으나, 유압댐퍼 구조를 이용하는 것도 가능하다.

제어부(140)는 고정익 드론(110)의 비행모드에 따라 지지부(170)를 제어한다. 이 경우, 몸체부(110)의 무게나 지표면의 재질에 따라 지지대(171)의 전개 각도를 가변적으로 조절할 수 있다. 또한, 날개부(120)의 보조날개(121) 또는 추가보조날개(122)를 동시 또는 개별적으로 제어하여 착륙시 충격을 최소화할 수 있다. 이 경우, 추가보조날개(122)를 구동시켜 반토크를 미세하게 제어함에 따라 고정익 드론(100)의 정밀 이착륙을 유도시킬 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.

100 : 고정익 드론
110 : 몸체부
120 : 날개부
121 : 보조날개
122 : 추가보조날개
130 : 회전부
131 : 프로펠러
131-1 : 블레이드
131-2 : 허브
132 : 제1 구동부
132-1 : 구동축
133 : 플레이트
133-1 : 제1 링크
133-2 : 제2 링크
134 : 제2 구동부
140 : 제어부
150 : 감지부
160 : 영상획득부
170 : 지지부
171 : 지지대
171-1 : 고정부
171-2 : 수직날개
172 : 연결부
172-1 : 가변부
173 : 제3 구동부
173-1 : 가변로드
1000 : 도킹스테이션
1100 : 식별부

Claims

선단으로부터 후단으로 길이 방향으로 형성되는 몸체부;
상기 몸체부의 양측에 고정익 형태로 형성되는 날개부;
상기 몸체부의 후단에 형성되어 피치가 가변되는 복수의 블레이드로 구성되는 프로펠러를 회전시키는 회전부; 및
이착륙모드인 경우 상기 복수의 블레이드를 제1 피치로 가변하여 회전시켜 상기 몸체부의 후단으로부터 선단으로 추진력을 발생시켜 상기 몸체부를 지면으로부터 수직방향으로 이동시키고, 비행모드인 경우 상기 복수의 블레이드를 제2 피치로 가변하여 회전시켜 상기 몸체부의 선단으로부터 후단으로 추진력을 발생시켜 상기 몸체부를 지면으로부터 수평방향으로 이동시키는 제어부를 포함하는 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론.
제1항에 있어서,
상기 회전부는,
단면이 에어포일 형상으로 형성된 한 쌍의 블레이드가 중앙에 허브를 통해 일직선 상으로 연결되는 프로펠러;
상기 허브와 구동축에 의해 연결되어 상기 한 쌍의 블레이드를 회전시키는 제1 구동부;
상기 구동축을 따라 이동하며 복수의 제1 링크를 통해 상기 한 쌍의 블레이드와 연결되는 플레이트; 및
상기 플레이트와 복수의 제2 링크를 통해 연결되어, 상기 한 쌍의 블레이드의 피치를 가변시키거나, 상기 한 쌍의 블레이드의 회전면의 기울기를 가변시키는 제2 구동부를 포함하는 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론.
제1항에 있어서,
상기 몸체부의 위치, 고도, 속도, 가속도, 기울기 중 적어도 하나 이상을 감지하는 감지부를 더 포함하고,
상기 날개부는,
상기 날개부의 일측에 기 설정된 각도로 회동하도록 형성되어 상기 회전부에 따른 반작용 토크를 상쇄시키는 회전보조날개; 및
상기 날개부의 타측에 기 설정된 각도로 회동하도록 형성되어 비행을 보조하는 비행보조날개를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 감지부를 통해 상기 몸체부의 동작모드에 따라 상기 몸체부의 선단이 지면을 향하여 수직방향으로 비행하거나, 상기 몸체부가 지면과 수평방향으로 비행시 자세를 제어하도록 상기 회전보조날개 또는 상기 비행보조날개를 제어하는 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론.
제1항에 있어서,
상기 몸체부의 선단에 형성되어 영상을 획득하는 영상획득부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 몸체부가 수평비행 중 수직비행으로 전환하면 상기 영상획득부를 구동시키는 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론.
제1항에 있어서,
상기 몸체부의 위치, 고도, 속도, 가속도, 기울기 중 적어도 하나 이상을 감지하는 감지부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 몸체부가 제1 위치에서 수직비행 중 배터리의 잔량이 기 설정치 미만인 경우 충전이 가능한 제2 위치로 복귀하고, 충전이 완료되면 상기 제1 위치로 복귀하여 수직비행을 하도록 제어하는 가변 피치 프로펠러를 이용한 고정익 드론.