KR20180128816A - 드론 비행 연습장치 및 이를 이용한 놀이기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베이스; 상기 베이스 상측에 구비되는 제1회전조인트; 상기 회전조인트에 일단이 회전 자유롭게 연결되는 링크; 상기 링크의 타단에 부착되는 드론 부착을 위한 어뎁터;를 포함하는 드론 비행 연습장치를 제공한다.
상기의 수단을 갖는 이 발명의 드론 비행교육 장치에 의하면, 조작부를 통해 무선으로 조작하는 드론을 지상 위 일정 범위의 영역에 유지하도록 할 수 있으므로 드론의 조작이 능숙하지 못한 초보자인 교육생들이 드론을 비행 범위에서 이탈하지 않게 제한하여, 초보자인 다수의 교육생들이 드론의 조작 기술을 안전하고 원활하게 습득할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 상기의 해결 수단을 갖는 이 발명의 드론 비행교육 장치에 의하면, 드론이 지상으로 추락하는 경우에도 상기 링크에 의해 지상 위 일정 위치에서 정지하도록 할 수 있으므로 추락으로 인한 드론 파손을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

드론 비행 연습장치 및 이를 이용한 놀이기구{Ground Test Flight Equipment for Drones and Playing Device using the same}

본 발명은 다수의 교육생들에게 무선으로 조작되는 무인 비행체인 드론을에 교육하는 장치이며, 초보 교육생들의 조작 미숙 등에 의한 비행 범위의 이탈을 방지하여 안정성을 확보하면서 드론 조종법을 익히게 하는 장치 및 이를 활용하는 놀이기구에 관한 것이다.

최근, 드론(drone)은 원격탐지장치, 위성 제어장치 등 최첨단 장비를 갖추고 사람이 접근하기 힘든 곳이나 위험지역 등에 투입되어 정보를 수집하거나 특수 임무를 수행하고 있거나 또는 취미활동이나 카메라 영상 촬영 등 매우 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 이러한 드론은 활용 목적에 따라 대형 비행체부터 초소형 비행체까지 다양한 모델들이 개발되고 있다.

또한 개인의 취미활동용으로 개발된 드론도 큰 인기를 모으고 있으며 점차 대중화되어 주변에서 초등생들이 조작하는 것도 쉽게 볼 수 있으며 초등학생의 방과후 수업과정에 편입되어 드론 교육을 하는 등 그 활용범위는 점점 커지고 있다.

여기서 무선으로 조종할 수 있는 무인 비행체인 드론은, 네 개의 회전날개와, 회전날개를 각각 회전 구동하는 네 개의 로터를 포함하고, 본체로부터 방사상으로 연장되는 연장 아암을 구비하며, 상기 로터와 회전날개는 연장 아암의 선단에 배치되고, 상기 본체의 상면에는, 상기 드론의 GPS정보를 송수신하는 GPS안테나와 이들 각각에 전원을 공급하는 배터리 및 원격제어장치와 송수신 가능한 무선 송수신기가 구비되어, 운용자의 조작 신호를 무선으로 받아 직접 목적지까지 안전하게 도착하도록 수동으로 운용되는 것이 일반적이다.

그러나 수동으로 운용되는 드론은, 운용자의 조작 미숙으로 인해 멀리 날아가 충돌하거나 추락하는 등의 사고가 발생할 수 있으며, 드론의 추락은 파손 자체로 인한 경제적 피해 뿐 아니라 대인 및 대물의 충돌에 의한 사회적 피해의 위험성도 크게 된다.

이러한 드론의 충돌, 추락에 의한 경제적, 사회적 피해를 최소화하기 위해서는 안정적인 운용 방안이 필요하고, 운용자의 조작 기술을 능숙하게 높이기 위한 교육이 더욱 중요해진다. 이로부터 여러 기관이나 단체에서는 드론의 비행조작 기술을 교육하고 있는데, 무선으로 조작되는 무선비행체인 드론을 초보자인 교육생들이 능숙하게 조작하기 어려워, 조작 미숙 등으로 자칫 비행 범위에서 이탈하여 멀리 날아가 사람이나 물체에 충돌하거나 추락하여 피해를 입히게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 드론의 지상에서 비행 연습을 위한 장치를 제공함으로써 안전하게 드론 조종법을 익히는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 드론 조종법을 지상에서 숙달하게 함으로써 비행 중 충돌에 따른 안전사고를 예방하고 또한 기기 파손을 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 베이스; 상기 베이스 상측에 구비되는 제1회전조인트; 상기 회전조인트에 일단이 회전 자유롭게 연결되는 링크; 상기 링크의 타단에 부착되는 드론 부착을 위한 어뎁터;를 포함하는 드론 비행 연습장치를 제공한다.

상기 링크와 어뎁터 사이에 구비되는 제2회전조인트를 더 포함한다.

상기 링크는, 다수 개의 서브링크와 상기 다수 개의 서브링크 사이에 구비되는 조인트로 이루어진다.

상기 링크는 길이 조절이 가능하며, 상기 링크의 지상에 대한 허용각도를 제한하기 위한 스톱퍼;를 구비를 더 포함한다.

상기 스톱퍼는 상기 링크의 일단 또는 제1회전조인트 상단에 장착되는 링 타입이다.

상기 베이스 하부에는 지상 이동을 위한 바퀴가 구비된다.

상기 베이스 하부에는 외부로 연장 가능한 지지대를 내부에 구비한다.

상기 베이스에 구비되어 상기 드론에 전기를 공급하기 위한 배터리; 및 상기 링크 내부에 내설되어 상기 드론에 전력을 공급하는 배선;을 더 포함한다.

외력 생성을 위해 상기 베이스의 바퀴에 설치되는 모터를 더 포함한다.

상기 제2회전조인트의 상측에서 드론 안착을 위한 어댑터를 포함한다.

상기의 수단을 갖는 이 발명의 드론 비행교육 장치에 의하면, 조작부를 통해 무선으로 조작하는 드론을 지상 위 일정 범위의 영역에 유지하도록 할 수 있으므로 드론의 조작이 능숙하지 못한 초보자인 교육생들이 드론을 비행 범위에서 이탈하지 않게 제한하여, 초보자인 다수의 교육생들이 드론의 조작 기술을 안전하고 원활하게 습득할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 상기의 해결 수단을 갖는 이 발명의 드론 비행교육 장치에 의하면, 드론이 지상으로 추락하는 경우에도 상기 링크에 의해 지상 위 일정 위치에서 정지하도록 할 수 있으므로 추락으로 인한 드론 파손을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 드론 연습장치가 지상을 이동할 수 있게 하여 드론 교육이 보다 흥미롭게 이루어질 수 있게 할 수 있어서, 드론이 지상 위 일정거리에서 이동하도록 하여 활용의 확장성을 부여할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드론의 지상 비행연습 장치의 모습이며,
도 2a와 도 2b는 본 발명 실시 예에 따른 지상 비행연습 장치에 바퀴와 스톱퍼가 구비된 모습이며,
도 2c는 본 발명에 따른 지상 비행연습 장치의 스톱퍼의 다른 형태의 모습이며,
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 드론 지상 비행연습 장치에서 다수의 링크와 조인트가 부가된 모습이며,
도 4는 본 발명에 따른 장치를 이용하여 드론의 자세를 제어하는 모습이며,
도 5는 본 발명에 따른 장치를 이용하여 드론의 고도 제어 비행 모습이며,
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 드론 수평위치 제어 비행 실시예의 모습이며,
도 7은 본 발명 실시예에 따른 지상 비행연습 장치의 지지대의 다른 모습이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1을 참조하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드론 비행 연습장치를 위한 구성은, 지상에 놓여지는 베이스(10)와 베이스 상측에 위치하는 제1회전조인트(20) 그리고, 상기 제1회전조인트에 연결되는 링크(30)와 어댑터(50) 등으로 이루어지고, 상기 어댑터(50)에는 드론이 놓여진다. 상기 어댑터에는 드론의 하단을 붙잡아 지지하는 고정수단(미도시)이 구비된다.

상기 링크(30)는 상기 제1회전조인트(20)에 일단이 연결되되, 링크는 임의의 방향(롤, 피치, 요)으로 자유로운 회전이 가능하도록 다축김벌, 다축관절 등으로 구현될 수 있다. 즉, 상기 링크는 어댑터에 위치하는 드론의 회전이나 이동을 따라 자유롭게 회전하거나 이동할 수 있도록 그 일단(31)이 상기 제1회전조인트(20)에 연결되는 것이다. 링크(30)와 어댑터(50) 사이에는 제2회전조인트(40)가 배치되어 드론 운동에 따라 링크와 제2회전조인트가 작동한다. 그리고, 위에서 설명한 링크 일단(31)과 제1회전조인트(20)의 연결 방식은 링크의 타단(33)과 제2회전조인트(40)와의 연결방식에 그대로 적용될 수 있다. 즉, 필요에 따라 링크의 상단 또는 하단에 회전조인트를 선택적으로 구비하거나 상,하부 모두에 회전조인트를 구비할 수 있다. 어댑터(50)는 드론을 단단히 고정하기 위한 장치로서 고정쇠, 스프링 등을 구비할 수 있다.

상기 링크(30)는 유연한(flexible) 재질을 가질 수 있으나 드론 추락시 바닥에 충돌하는 것을 방지하기 위해서는 어느 정도 강성이 있는 것이 좋다. 드론 추락시 충돌 방지를 위한 내용은 이하 스톱토퍼(도 2a의 80 또는 도 2c의 80')를 참조하여 설명한다.

드론은 상기 어댑터에(50)에 안착하여 고정한 후 드론을 조종하다가 드론 작동 미숙으로 드론이 지상으로 추락할 수 있다. 이러한 추락은 드론 조종을 연습하는 초보자의 경우 매우 흔한 일이며 드론의 날개나 기타 부품의 파손으로 이어진다. 본 발명에서는 이러한 추락의 경우에도 드론이 지상에 충돌하지 않도록 상기 링크의 일단 또는 제1회전조인트 상단에 스톱토퍼(80)를 구비한다(도 2ba 또는 도 2c 참조의 80).

상기 스톱토퍼는 하나의 예로서 도 2b에 도시된 바와 같이 일정 폭을 가지고 가운데 링크가 삽입되는 중공(85)을 가진 링 형상일 수 있다. 상기 스톱토퍼(80)가 상기 링크의 아래쪽 하단에서 소정 간격을 두고 부착된다. 도 2a에서 보는 바와 같이 상기 링크(30)가 지면과 이루는 각도의 소정의 각도(θ, 이하 '제한각도' 라 함)에서 상기 스톱토퍼(80)의 측면(88)이 상기 제1조인트(20)의 상면과 맞닿게 되므로, 이 각도에서 상기 링크는 기울어지는 지는 것이 멈추게 된다. 따라서 상기 드론은 땅으로 추락하지 않고 일정 높이를 유지하면서 멈추게 되는 것이다. 즉, 상기 링크는 지면과 이루는 각도가 항상 상기 제한각도 보다 큰 각을 유지하게 됨으로써 드론이 지면으로 직접적으로 충돌하는 것을 막을 수 있다.

상기 스톱퍼(80)의 또 다른 실시 예로서 도 2c에 도시된 바와 같이 제1회전조이트 상단에 부착되는 링 타입의 스톱퍼(80')일 수도 있다. 상기 스톱퍼(80')에 의해서 상기되어 링크(30)가 지면과을 이루는 소정의 각도에서 상기 링크는 기울어지는 것이 멈추게 되어 드론의 추락을 방지할 수 있다.

도 2c에서 도시된 스톱퍼(80')는 도 2a의 스톱퍼(80)와 유사한 형상이며, 다만 부착되는 곳이 링크가 아닌 제1회전조인트의 상단에 장착된다. 상기 스톱퍼(80')는 상기 제1회전조인트 상단에 장착된 상태에서, 상기 링크(30)가 삽입될 수 있고, 상기 링크는 허용된 일정 각도 범위에서 회전이 자유롭지만 그 이상이 되면(지면과 이루는 각도가 허용각도를 벗어나면) 상기 스톱퍼가 링크와 맞닿게 되어 드론의 추락을 방지하게 된다. 이를 위해서 링 형상의 상기 스톱퍼(80')의 내경이 상기 링크의 외경보다 크게 제작되어야 한다.된다.

그리고, 상기 베이스(10) 하부에는 지상 이동을 위한 바퀴(60)가 더 구비될 수 있다. 즉, 베이스(10)는 드론 비행에 따른 위치 이동을 허용하기 위해 방향을 자유롭게 회전할 수 있는 바퀴를 구비한다.

상기 바퀴는 별도의 구동 수단이 없이 드론의 양력이나 추력에 순응하여 지상을 이동하게 할 수 있다. 이를 위해 상기 바퀴(60)는 특정 방향으로만 이동하는 것이 아니라 전후좌우 어느 방향으로도 이동가능하게 구비되는 것이 좋다.

또는, 상기 베이스에 구비되는 바퀴에 외력 생성을 위해 상기 베이스의 바퀴를 구동하는 모터(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

즉, 베이스에 구비되는 모터의 구동력을 이용하여 상기 바퀴(60)를 회전시키는 것이다. 이것은 야외에서 조종하는 드론이 직면할 수 있는 외력(풍력)에 대비한 조종법을 익히기 위한 훈련 과정으로 외력을 인위적으로 부가하기 위함이다. 바퀴의 개수 및 외력을 부가하는 바퀴의 종류와 개수 등은 적절히 선택할 수 있다. 스톱토퍼(80)로 인해서 드론은 비행이 정지된 상태이거나 추락하는 상황에서도 지상에 추락하지 않고 일정 높이에 멈출 수 있게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 드론 조종장치의 링크(30)는 다중링크와 조인트로 구성될 수 있는데, 다수 개의 서브링크(30-1, 30-2)와 상기 다수 개의 서브링크 사이에 구비되는 조인트(30-5)로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 링크는 드론의 훈련 종류에 따라 길이 조절이 가능하도록 하며 분해 및 보관을 위해서 회전조인트와 분리가 가능하도록 한다.

상기 베이스는 드론 조종 과정에서 전복되지 않도록 적절한 크기와 무게를 가져야 한다. 다만, 드론의 추력에 반응하여 이동하기 위해서는 무게의 제한이 있을 수 있는 바, 도 7에서와 같은 지지대(70)를 구비하여 지면에 단단히 고정하거나 바퀴로 이동시 베이스가 전복되는 것을 방지할 수 있다.

상기 지지대(70)는 베이스(10) 내부에 수용되되 수동 또는 자동으로 외부로 돌출되어서 베이스를 지면에 고정하거나 전복되는 것을 방지한다.

그리고, 드론에 직접 장착되는 배터리는 용량이 작기 때문에 조종 시간에 제약이 있음을 감안하여 드론에 전기를 공급하기 위해 배터리를 베이스 내부에 구비하여 드론 조종 시간을 늘릴 수 있도록 할 수 있다. 이를 위해서 베이스부터 드론까지 링크를 통해서 배선을 내설할 수 있다. 즉, 드론은 자체 배터리가 아니라, 상기 베이스(10)에 구비되는 배터리 전력을 이용하여 장시간 활용이 가능하게 된다. 그리고, 링크 내부의 배선이 꼬이는 것을 방지하기 위해서 링크, 회전조인트 등에 슬립링을 구비할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 장치를 이용하여 드론의 자세를 제어하는 모습이며, 도 5는 본 발명에 따른 장치를 이용하여 드론의 고도 제어 비행 모습이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 드론 수평위치 제어 비행 실시예의 모습이다.

도 4 내지 도 5에서는 본 발명의 상기 베이스가 지상의 일정 지점에 고정되어 있으면서 드론을 자세제어 내지 고도 제어를 연습하는 모습이며, 도 6에서는 본 발명의 상기 베이스에 바퀴를 달아서 드론의 수평 위치 제어 비행을 하면서 드론의 양력과 추력에 대응하여 본 발명에 따른 드론 비행 연습장치가 이동하는 모습을 보여준다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 드론 연습장치를 드론 조종을 익히는 연습장치로 사용할 수도 있지만, 드론에 부착하여 이동하는 놀이기구 내지 장난감으로 활용할 수도 있을 것이다.

10 베이스, 20 제2회전조인트
30 링크, 40 제2회전조인트
50 어댑터, 60 바퀴
70 지지대, 80 스톱퍼

Claims (13)

1. 베이스;
   상기 베이스 상측에 일단이 회전 자유롭게 연결되는 링크;
   상기 링크의 타단에 회전 자유롭게 부착되고, 연습용 드론이 창착되는 어뎁터;를 포함하는 드론 비행 연습장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 상측에 구비되는 제1회전조인트를 더 포함하고,
   상기 링크는 상기 제1회전조인트에 일단이 회전 자유롭게 연결되는 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 어뎁터 하측에 구비되는 제2회전조인트를 더 포함하고,
   상기 링크는 상기 제2회전조인트에 타단이 회전 자유롭게 연결되는 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 링크는, 다수 개의 서브링크와 상기 다수 개의 서브링크 사이에 구비되는 조인트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 링크는 상기 드론의 양력에 의해 길이방향으로 연장이 가능한 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 링크의 지면에 대한 허용각도를 제한하기 위한 스톱퍼를 더 포함하여 상기 드론의 지면 충돌을 방지하는 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 스톱퍼는 상기 링크의 일단에 장착되는 링 타입인 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 스톱퍼는 상기 제1회전조인트 상단에 장착되는 링 타입인 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스 하부에는 외부로 연장 가능한 지지대를 내부에 구비하는 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스에 구비되어 상기 드론에 전기를 공급하기 위한 배터리; 및
    상기 링크 내부에 내설되어 상기 드론에 전력을 공급하는 배선;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 하부에는 지상 이동을 위한 바퀴가 구비되는 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    외력 생성을 위해 상기 베이스의 바퀴를 구동하는 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드론 비행 연습장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 드론 비행 연습장치와,
    상기 드론 비행 연습장치에 부착된 드론으로 이루어지는 놀이기구.

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