KR20200071358A

KR20200071358A - 비행체

Info

Publication number: KR20200071358A
Application number: KR1020180159014A
Authority: KR
Inventors: 김현진; 이승제
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-06-19
Also published as: KR102129075B1

Abstract

본 발명은 비행체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 메인 모듈에 대해서 추력 모듈이 자유롭게 롤 및 피치 운동할 수 있게 구성되며, 추력 모듈의 롤 운동 및 피치 운동이 서로 독립적으로 이루어질 수 있음에 따라서, 메인 모듈이 추력 모듈과 독립적으로 자세를 가지며 자유롭게 비행 중 방향을 전환할 수 있고 자세 및 동작 제어가 용이한 비행체에 관한 것이다.

Description

비행체{FLIGHT VEHICLE}

드론이라고도 불리는 소형 비행체는 최근 경량 소재의 개발과 소형 추력 장치의 개발, 및 비행 알고리즘의 발전에 의해서 최근 광범위한 분야에서 활발하게 개발, 이용되고 있다.

그러나 이러한 비행체는 공중에서 자세를 전환할 경우, 땅위에서와 같이 지면에 의해 지지되지 아니하므로 통상 자세가 기울어지게 된다. 즉, 도 1 의 (a)와 같이 단순히 고도가 높아질 때에는 화살표 A 와 같이 추력의 크기만을 조절하면 되므로 자세제어와 관련된 문제가 발생하지 않으나, 비행 중 방향을 전환할 때에는 (b) 의 화살표 B 와 같이 수평 방향 추력을 생성시키기 위해서 비행체가 기울어질 필요가 있게 된다. 이와 같이 방향 전환이 이루어지는 비행체의 경우, 촬영 및 수송 등을 수행하는 과정에서 큰 불편을 갖는다. 예컨대, 지상을 촬영하는 촬영 비행체의 경우, 비행 방향을 전환하기 위해 비행체 전체를 기울일 경우 촬영 시야가 촬영 목적 지점에서 크게 벗어날 수 있다. 이 경우 촬영 목적 지점에 대해 연속적인 촬영이 어려워지거나, 신속한 방향 전환이 어렵게 된다. 또한, 다른 예로, 수송용 비행체의 경우, 비행 중 비행 방향 전환을 위해 비행체 전체를 기울일 경우, 수송 대상물이 기울어져서 파손되거나 쏟아지거나 또는 변형되는 사고가 발생할 수 있다.

따라서, 비행 방향을 자유롭게 전환할 수 있으면서, 임무 수행에는 영향을 주지 않을 수 있는 비행체의 개발이 필요하다.

한국공개특허 제2017-0053543호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 화물 운반, 촬영 등을 수행할 수 있는 장치가 탑재된 메인 모듈에 대해서 추력 모듈이 자유롭게 롤 및 피치 운동할 수 있게 구성되며, 추력 모듈의 롤 운동 및 피치 운동이 서로 독립적으로 이루어질 수 있음에 따라서, 메인 모듈이 추력 모듈과 독립적으로 자세를 가지며 자유롭게 비행 중 방향을 전환할 수 있고 자세 및 동작 제어가 용이한 비행체를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 비행체는, 비행체의 비행을 위한 추력을 발생시키는 추력 모듈; 상기 추력 모듈의 아래에 위치하는 메인 모듈; 상기 추력 모듈과 메인 모듈을 연직 방향 상하로 연결하며 롤 축 및 피치 축을 갖는 조인트 모듈; 및 링크 모듈;을 포함하며,

상기 조인트 모듈은, 상기 메인 모듈에 연결되는 하부 조인트 부재, 및 상기 하부 조인트 부재 상에 배치되어 상단이 상기 추력 모듈과 연결되며 상기 하부 조인트 부재에 대해서 상기 롤 축 및 피치 축을 중심으로 롤 운동 및 피치 운동 가능하게 연결되는 상부 조인트 부재를 포함하여, 상기 메인 모듈의 자세와 독립적으로 상기 추력 모듈이 상기 롤 축 및 피치 축을 중심으로 롤(roll) 운동, 및 피치(pitch) 운동 가능하며,

상기 링크 모듈은, 상기 추력 모듈의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 롤 축 및 상기 피치 축을 중심으로 하여 롤 운동, 및 피치 운동하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 링크 모듈은 제1 가변 링크 모듈, 및 제2 가변 링크 모듈을 포함하며, 상기 제1 가변 링크 모듈은 상기 추력 모듈의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 피치 축을 중심으로 회동하도록 하며, 상기 제2 가변 링크 모듈은 상기 추력 모듈의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 롤 축을 중심으로 회동하도록 하며,

상기 제1 가변 링크 모듈은, 상기 롤 축 상에 위치하는 볼 조인트를 갖고, 상기 제2 가변 링크 모듈은, 상기 피치 축 상에 위치하는 볼 조인트를 가져서, 상기 제1 가변 링크 모듈 및 제2 가변 링크 모듈은 상기 볼 조인트를 매개로 하여 상기 메인 모듈 또는 상기 추력 모듈과 연결되어, 상기 제1 가변 링크 모듈에 의한 상기 추력 모듈의 피치 운동, 및 제2 가변 링크 모듈에 의한 상기 추력 모듈의 롤 운동이 상호 독립적으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 추력 모듈은, 서로 소정의 사이각을 갖고 교차하게 연장되는 제1 아암, 및 제2 아암을 포함하고, 상기 링크 모듈은 제1 가변 링크 모듈, 및 제2 가변 링크 모듈을 포함하며, 상기 제1 가변 링크 모듈은 상기 제1 아암의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 피치 축을 중심으로 회동하도록 하며, 상기 제2 가변 링크 모듈은 상기 제2 아암의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 롤 축을 중심으로 회동하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 제1 아암과 제2 아암은, 서로 직교하게 구성되며, 상기 제1 아암 또는 제2 아암 중 어느 하나는, 상기 롤 축 또는 상기 피치 축 중 어느 하나와 평행하게 연장된다.

바람직하게는, 상기 메인 모듈에 연결되는 제1 연결 부재;를 포함하며, 상기 제1 가변 링크 모듈의 일 단은 상기 제1 연결 부재와 연결되고, 상기 제1 가변 링크 모듈과 상기 제1 연결 부재가 연결되는 위치는 상기 롤 축 상에 위치한다.

바람직하게는, 상기 제1 가변 링크 모듈과 상기 제1 연결 부재는, 볼 조인트에 의해서 연결된다.

바람직하게는, 상기 제1 가변 링크 모듈은, 제1 액츄에이터, 및 상기 제1 액츄에이터에 의해서 길이 또는 사이각이 가변하는 제1 링크부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 링크부는 제1 가상 평면 내에 위치하여 상기 제1 가상 평면 내에서 길이 또는 사이각이 가변하되, 상기 제1 가상 평면은, 상기 롤 축을 포함하며 상기 피치 축과 평행한 방향을 법선벡터로 갖는 평면으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 제1 액츄에이터는 상기 제1 아암 상에 배치된다.

바람직하게는, 상기 제1 아암은, 상기 제1 가상 평면과 겹쳐지는 부분의 적어도 일 부분에 제1 공간부를 가져서 상기 제1 가상 평면 상에 상기 제1 링크부가 위치하며 상기 제1 가상 평면 내에서 상기 제1 링크부가 변위 또는 변형된다.

바람직하게는, 상기 제2 아암에 연결되는 제2 연결 부재;를 포함하며, 상기 제2 가변 링크 모듈의 일 단은 상기 제2 연결 부재와 연결되고, 상기 제2 가변 링크 모듈과 상기 제2 연결 부재가 연결되는 위치는 상기 피치 축 상에 위치한다.

바람직하게는, 상기 제2 가변 링크 모듈과 상기 제2 연결 부재는, 볼 조인트에 의해서 연결된다.

바람직하게는, 상기 제2 가변 링크 모듈은, 제2 액츄에이터, 및 상기 제2 액츄에이터에 의해서 길이 또는 사이각이 가변하는 제2 링크부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제2 링크부는 제2 가상 평면 내에 위치하여 상기 제2 가상 평면 내에서 길이 또는 사이각이 가변하되, 상기 제2 가상 평면은, 상기 피치 축을 포함하며 상기 제1 아암의 연장 방향과 평행한 방향을 법선벡터로 갖는다.

바람직하게는, 상기 제2 액츄에이터는 상기 메인 모듈에 연결된다.

바람직하게는, 상기 메인 모듈은, 상기 제2 가상 평면과 겹쳐지는 부분의 적어도 일 부분에 제2 공간부를 가져서 상기 제2 가상 평면 상에 상기 제2 링크부가 위치하면 상기 제2 가상 평면 내에서 상기 제2 링크부가 변위 또는 변형된다.

바람직하게는, 상기 상부 조인트 부재와 상기 하부 조인트 부재는 연직 방향 상하로 직렬로 배열된다.

바람직하게는, 상기 조인트 모듈은, 유니버셜 조인트를 포함한다.

본 발명에 따른 비행체는 화물 운반, 촬영 등을 수행할 수 있는 장치가 탑재된 메인 모듈에 대해서 추력 모듈이 자유롭게 롤 및 피치 운동할 수 있게 구성됨에 따라서, 메인 모듈이 추력 모듈과 독립적인 자세를 가져, 비행 중 비행체가 자세와 관계없이 자유롭게 비행 방향을 전환할 수 있다..

아울러, 본 발명에 따른 비행체는 추력 모듈의 롤 운동과 피치 운동이 서로 영향을 주지 않고 독립적으로 이루어질 수 있으므로, 자세 제어가 쉽게 이루어질 수 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 소형 비행체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 비행체의 전체 구조를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 비행체를 상방향에서 본 구조를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 비행체의 조인트 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 비행체의 제1 가변 링크 모듈, 및 제1 연결 부재의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 비행체의 제2 가변 링크 모듈, 및 제2 연결 부재의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9 는 본 발명에 따른 비행체의 동작 및 자세 제어를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.

도 2 는 본 발명에 따른 비행체의 전체 구조를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명에 따른 비행체를 상방향에서 본 구조를 나타낸 도면이고, 도 4 는 본 발명에 따른 비행체의 조인트 모듈(300)의 구조를 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명에 따른 비행체의 제1 가변 링크 모듈(400), 및 제1 연결 부재(600)의 구조를 나타낸 도면이고, 도 6 은 본 발명에 따른 비행체의 제2 가변 링크 모듈(500), 및 제2 연결 부재(700)의 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 비행체는, 추력 모듈(100), 메인 모듈(200), 조인트 모듈(300), 제1 및 제2 가변 링크 모듈(400, 500), 및 제1 및 제2 연결 부재(600, 700)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서, 각 부재의 위치, 방향 및 관계를 설명할 때에는 도 2 에 도시된 방향을 기준으로 한다. 도 2 에 도시된 x 축, y 축, z 축은 각각 롤(roll) 축(C1), 피치(pitch) 축(C2), 요우(yaw) 축(C3)과 평행한 방향을 구성할 수 있다. 단, 이에 반드시 한정하는 것은 아니며, 자세 및 배향에 따라서 x 축이 피치 축과 평행한 방향을 구성하고, y 축이 롤 축과 평행한 방향을 구성할 수도 있다. 즉, 이하의 설명에서, 롤 축, 피치 축은 반드시 한정된 개념이 아니다.

추력 모듈(100)은 비행체의 비행을 위한 추력을 발생시키는 모듈이다. 추력 모듈(100)은, 서로 소정의 사이각을 갖고 수평 방향으로 연장되는 복수 개의 아암, 및 상기 아암에 구비되는 추력 장치(미도시)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 아암은 제1 아암(110)과, 제2 아암(120)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 아암(110)과, 제2 아암(120)은, 일 수평면 상에 위치하며 각각 소정 길이를 갖고 연장되고, 길이 방향 중심 부분(CC)에서 서로 직교하며 교차할 수 있다. 이때, 제2 아암(120)은 피치 축(C2)과 나란한 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 제1 아암(110)은, 상기 제2 아암(120)과 적어도 일 부분이 직교하는 방향으로 연장될 수 있다. 단, 이에 반드시 한정하는 것은 아니며, 상기 제1 아암(110) 또는 제2 아암(120)중 어느 하나는, 상기 롤 축 또는 상기 피치 축 중 어느 하나와 평행하게 연장되며, 다른 하나의 아암은 상기 롤 축 또는 상기 피치 축 중 어느 하나와 평행하게 연장되는 아암과 직교하는 구성을 가질 수 있다.

단, 이에 반드시 한정하는 것은 아니며, 아암의 개수는 복수이며 그 사이각도 선택적일 수 있다. 예컨대, 아암은 임의의 개수 이상 마련되어, 쿼드로터, 헥사로터, 옥토로터 등의 구성을 가질 수 있다.

바람직하게는, 제1 아암(110)은 적어도 일 부분에 상기 롤 축(C1)과 상하 방향(요우 축 방향)으로 겹쳐지는 부분의 적어도 일 부분에 제1 공간부(114)를 가질 수 있다. 예컨대, 도 3 에 도시된 바와 같이, 제1 아암(110)은 롤 축(C1)과 이격된 위치에서 연장되는 사이드 아암(112)을 가질 수 있다.

또한, 제1 아암(110)과 제2 아암(120)에는 연결 홀(130)이 형성될 수 있다. 연결 홀(130)은 제1 아암(110)과 제2 아암(120)의 길이 방향을 따라서 복수 개 형성될 수 있다. 따라서, 후술하는 제1 가변 링크 모듈(400)과 제2 가변 링크 모듈(500)의 연결 위치가 선택적으로 가변될 수 있다.

추력 장치(미도시)는 제1 아암(110)의 각 단부(F1, F2) 및 제2 아암(120)의 각 단부(F3, F4)에 배치되어 총 4 개가 구비될 수 있다. 예컨대, 추력 장치는 프로펠러, 및 프로펠러를 회전시키는 동력 장치를 포함할 수 있다. 이와 같은 동력 장치는 추력 모듈(100)에 구비될 수도 있고, 또는 메인 모듈(200) 내에 구비되며 소정의 동력 연결 장치를 통해 동력을 전달하도록 구성될 수도 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.

메인 모듈(200)은 추력 모듈(100) 아래에 배치되는 장치로서, 각종 전원부, 통신 장치, 촬영 장치 등을 포함할 수 있다. 아울러, 메인 모듈(200) 내에는 각종 화물 등을 내부에 탑재시켜 수납하거나 또는 화물 등을 그립하여 이동시킬 수 있는 운반 장치를 포함할 수도 있다. 물론, 이에 한정하지 아니하며, 통신, 수송, 촬영 등 기타 임무 수행에 필요한 별도의 장치 등이 메인 모듈(200)에 구비될 수 있다.

아울러, 도면에서는 메인 모듈(200)이 추력 모듈(100)의 하부에만 구비된 형태만이 도시되었으나, 이에 반드시 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 메인 모듈(200)의 상부로 추력 모듈(100)보다 높게 연장되는 소정의 빔이 마련되며, 상기 빔의 상부에 추가적인 장치 및 모듈 등이 탑재되는 것도 가능하다.

또한, 상기 메인 모듈(200)은 자세를 제어할 수 있는 소정의 자세 제어 모듈을 가질 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 메인 모듈(200)은 추력 모듈(100)과 독립적인 자세를 가질 수 있으므로, 추력 모듈(100)의 작동 및 자세와 별개로 메인 모듈(200)의 자세를 제어할 수 있는 자세 제어 모듈이 메인 모듈(200) 내에 내장되거나, 또는 자세 제어 모듈이 별개로 마련될 수 있다. 일 예로, 메인 모듈(200) 내에는 메인 모듈(200)의 무게 중심을 변위시켜서 메인 모듈(200)의 기울임각 등의 자세를 변화시키는 장치, 또는 메인 모듈(200)이 소정의 운동을 하도록 하는 장치 등이 내장될 수 있다.

조인트 모듈(300)은 추력 모듈(100)과 메인 모듈(200) 사이에 구비되어 추력 모듈(100)과 메인 모듈(200)을 상하로 연결하는 장치이다. 상기 조인트 모듈(300)은, 상기 메인 모듈(200)에 대해서 상기 추력 모듈(100)이 상대적으로 롤(roll) 운동, 및 피치(pitch) 운동 가능하게 연결시킨다.

바람직하게는, 조인트 모듈(300)은, 하부 조인트 부재(310), 상부 조인트 부재(320), 및 연결 블록(330)을 포함하여 구성될 수 있다. 하부 조인트 부재(310)는 조인트 모듈(300)의 하부를 구성하며, 상부 조인트 부재(320)는 조인트 모듈(300)의 상부를 구성하고, 연결 블록(330)은 하부 조인트 부재(310)와 상부 조인트 부재(320) 사이에 위치한다. 아울러, 제1 연결축(340)이 하부 조인트 부재(310)와 연결 블록(330)을 연결하며, 제2 연결축(350)이 상부 조인트 부재(320)와 연결 블록(330)을 연결한다.

하부 조인트 부재(310)의 하부는 메인 모듈(200)과 연결되며, 상부는 연결 블록(330)과 연결된다.

제1 연결축(340)은 하부 조인트 부재(310)의 상부를 관통할 수 있다. 이때, 제1 연결축(340)은 롤 축(C1) 상에 위치하며, 롤 축(C1) 방향으로 연장된다. 즉, 제1 연결축(340)은 추력 모듈(100)의 롤 축을 구성한다.

상부 조인트 부재(320)의 상부는 추력 모듈(100)과 연결되며 하부는 연결 블록(330)과 연결된다. 제2 연결축(350)은 상부 조인트 부재(310)의 하부를 관통할 수 있다. 이때, 제2 연결축(350)은 피치 축(C2) 상에 위치하며, 피치 축(C2) 방향으로 연장된다. 즉, 제2 연결축(350)은 추력 모듈(100)의 피치 축을 구성한다.

이를 달리 설명하면, 제2 연결축(350)은 제2 아암(120)과 평행한 방향으로 연장되며, 제1 연결축(340)은 상기 제2 연결축(350)과 직교하는 방향으로 연장된다고 설명할 수 있다.

이에 따라서, 하부 조인트 부재(310)를 기준으로 볼 때, 상부 조인트 부재(320)는 하부 조인트 부재(310)에 대하여 롤 축(C1) 및 피치 축(C2)을 중심으로 회동 가능하다. 따라서, 상부 조인트 부재(320) 상에 연결된 추력 모듈(100)이 하부 조인트 부재(310) 하부에 연결된 메인 모듈(200)에 대해서 롤 운동, 및 피치 운동이 가능하다.

단, 여기에서는 제1 연결축(340)이 롤 축으로 구성되고, 제2 연결축(350)이 피치 축으로 구성되는 것으로 설명되었으나, 이에 반드시 한정하는 것은 아니다. 즉, 반대로, 제1 연결축(340)이 피치 축을 구성하고, 제2 연결축(350)이 롤 축으로 구성하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성된 조인트 모듈(300)은 서로 직교하는 2 개의 축을 중심으로 회동 가능하며, 상부와 하부를 갖는 유니버셜 조인트로 구성될 수 있다.

링크 모듈은, 피치 축(C2)을 중심으로 하여 제1 아암(110)의 각도를 가변시키는 제1 가변 링크 모듈(400), 및 롤 축(C1)을 중심으로 하여 제2 아암(120)의 각도를 가변시키는 제2 가변 링크 모듈(500)을 포함한다.

제1 연결 부재(600), 및 제2 연결 부재(700)는 각각 제1 가변 링크 모듈(400), 제2 가변 링크 모듈(500)과 연결된다.

이하에서는 제1 가변 링크 모듈(400)과 제1 연결 부재(600)의 구성 및 그 연결 구조에 대해서 설명한다. 이어서 제2 가변 링크 모듈(500)과 제2 연결 부재(700)의 구성 및 그 연결 구조에 대해서 설명한다.

먼저, 제1 가변 링크 모듈(400)과 제1 연결 부재(600)의 구성 및 그 연결 구조에 대해서 설명한다.

제1 가변 링크 모듈(400)은 제1 액츄에이터(410), 및 제1 링크부(420)를 포함하여 구성된다.

실시예에 의하면, 제1 액츄에이터(410)는 제1 아암(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 액츄에이터(410)의 배치 위치는 선택적으로 가변될 수 있다. 제1 액츄에이터(410)는 회전 운동을 발생시킬 수 있다.

실시예에 의하면, 제1 링크부(420)는 서로 힌지 연결되며 사이각이 가변하는 제1-1 링크(430), 및 제1-2 링크(440)를 포함할 수 있다. 제1-1 링크(430)는 제1 액츄에이터(410)에 연결되어 회동 가능하다. 제1-2 링크(440)는 제1-1 링크(430)에 힌지 연결된다. 제1 액츄에이터(410)의 작동에 의하여 제1-1 링크(430)와 제1-2 링크(440)는 사이각이 가변할 수 있다. 바람직하게는, 제1-1 링크(430)는 서로 상이한 위치에 형성된 복수 개의 링크 홀(432)을 가져서 제1-1 링크(430)와 제1-2 링크(440)의 연결 위치가 선택적으로 가변될 수 있다.

이때, 제1 링크부(420)는 제1 가상 평면(D1) 내에 위치하며, 상기 제1 가상 평면(D1) 내에서 사이각이 가변할 수 있다. 제1 가상 평면(D1)은, 상기 롤 축(C1)을 포함하며 상기 피치 축(C2)과 평행한 방향을 법선벡터로 갖는 평면이다. 도 2, 3 과 같이 추력 모듈(500)이 직립한 상태에서, 상기 제1 가상 평면(D1)은, 도 3 에 표시된 바와 같이, 롤 축(C1)과 상하로 겹쳐져 있다. 한편, 피치 축(C2)의 배향은 가변(도 4 참조)하므로, 제1 가상 평면(D1)의 법선벡터 또한, 피치 축(C2)의 배향과 동일하게 가변할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 아암(110)은, 상기 제1 가상 평면(D1)과 겹쳐지는 부분의 적어도 일 부분에 제1 공간부(114)를 가질 수 있다. 또한, 제1 링크부(420)는 제1 공간부(114)와 상하로 겹쳐지는 위치에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 링크부(420)는 제1 가상 평면(D1) 내에 위치하며 제1 가상 평면(D1) 내에서 사이각이 가변할 수 있다.

제1 연결 부재(600)는 메인 모듈(200)에 연결된다. 제1 연결 부재(600)는 예컨대 메인 모듈(200) 상에 소정의 높이 만큼 상방향으로 연장되게 세워진 아암 형태로 구성될 수 있다.

제1 연결 부재(600)와 제1 링크부(420)는 볼 조인트로 구성된 제1 회동 조인트(450)에 의해서 연결될 수 있다. 따라서, 제1 링크부(420)는 상기 제1 회동 조인트(450)를 중심으로 하여 자유롭게 선회할 수 있다.

이때, 제1 회동 조인트(450)의 위치(제1 연결 부재(600)와 제1 링크부(420)가 서로 연결되는 위치)는 롤 축(C1) 상에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 가변 링크 모듈(400)은 롤 축(C1)을 중심으로 하여 회동할 수 있다.

이어서 제2 가변 링크 모듈(500)과 제2 연결 부재(700)의 구성 및 그 연결 구조에 대해서 설명한다.

제2 가변 링크 모듈(500)은 제2 액츄에이터(510), 및 제2 링크부(520)를 포함하여 구성된다.

실시예에 의하면, 제2 액츄에이터(510)는 메인 모듈(200)에 배치될 수 있다. 제2 액츄에이터(510)는 회전 운동을 발생시킬 수 있다.

실시예에 의하면, 제2 링크부(520)는 서로 힌지 연결되며 사이각이 가변하는 제2-1 링크(530), 및 제2-2 링크(540)를 포함할 수 있다. 제2-1 링크(530)는 제2 액츄에이터(510)에 연결되어 회동 가능하고, 제2-2 링크(540)는 제2-1 링크(530)에 연결되어 사이각이 가변할 수 있다. 바람직하게는, 제2-1 링크(530)에는 서로 상이한 위치에 형성된 복수 개의 링크 홀(532)을 가져서 제2-1 링크(530)와 제2-2 링크(540)의 연결 위치가 선택적으로 가변될 수 있다.

이때, 제2 링크부(520)는 제2 가상 평면(D2) 내에 위치하며, 상기 제2 가상 평면(D2) 내에서 사이각이 가변할 수 있다. 제2 가상 평면(D2)은, 상기 피치 축(C2)을 포함하며 상기 제1 아암(110)의 연장 방향(제1 아암(110)의 연장 방향과 평행한 방향)을 법선벡터로 갖는 평면이다. 도 2, 3 과 같이 추력 모듈(500)이 직립한 상태에서, 상기 제2 가상 평면(D2)은, 도 3 에 표시된 바와 같이, 피치 축(C2)과 상하로 겹쳐져 있다. 한편, 제1 아암(110)의 기울임각은 가변하므로, 제2 가상 평면(D2)의 법선벡터 또한 또한 제1 아암(110)의 배향 및 기울임각과 동일하게 가변할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 메인 모듈(200)은, 상기 제2 가상 평면(D2)과 겹쳐지는 부분의 적어도 일 부분에 제2 공간부(210)를 가질 수 있다. 또한, 제2 링크부(520)는 제2 공간부(210)와 상하로 겹쳐지는 위치에 위치할 수 있다. 따라서, 제2 링크부(520)는 제2 가상 평면(D2) 내에 위치하며 제2 가상 평면(D2) 내에서 사이각이 가변할 수 있다.

제2 연결 부재(700)는 제2 아암(120)에 연결된다. 제2 연결 부재(700)는 예컨대 제2 아암(120)에 연결되며 소정의 높이 만큼 하방향으로 연장되는 아암 형태로 구성될 수 있다.

제2 연결 부재(700)와 제2 링크부(520)는 볼 조인트로 구성된 제2 회동 조인트(550)에 의해서 연결될 수 있다. 따라서, 제 2 가변 링크 모듈(500)은 상기 제2 회동 조인트(550)를 중심으로 하여 자유롭게 선회할 수 있다.

이때, 제2 회동 조인트(550)의 위치(제2 연결 부재(700)와 제2 링크부(520)가 서로 연결되는 위치)는 피치 축(C2) 상에 위치할 수 있다. 따라서, 제2 가변 링크 모듈(500)은 피치 축(C2)을 중심으로 하여 회동할 수 있다.

상기 실시 형태에서는, 제1 연결 부재(600), 와 제2 연결 부재(700)가 각각 특정하게 설명되었으나, 본 발명의 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 실시 형태는 상기 제1 가변 링크 모듈(400)은 상기 추력 모듈(100)의 일 부분과 상기 메인 모듈(200)의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈(100)이 상기 피치 축(C2)을 중심으로 회동하도록 하며, 상기 제2 가변 링크 모듈(500)은 상기 추력 모듈(100)의 일 부분과 상기 메인 모듈(200)의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈(100)이 상기 롤 축(C1)을 중심으로 회동하도록 하며, 상기 제1 가변 링크 모듈(400)은, 상기 롤 축(C1) 상에 위치하는 볼 조인트를 갖고, 상기 제2 가변 링크 모듈(500)은, 상기 피치 축 상에 위치하는 볼 조인트를 가져서, 상기 제1 가변 링크 모듈(400) 및 제2 가변 링크 모듈(500)은 상기 볼 조인트를 매개로 하여 상기 메인 모듈(200) 또는 상기 추력 모듈(100)과 연결되는 구성을 가지는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 상기 제1 가변 링크 모듈(400)에 의한 상기 추력 모듈(100)의 피치 운동, 및 제2 가변 링크 모듈(500)에 의한 상기 추력 모듈(100)의 롤 운동이 상호 독립적으로 이루어지는 비행체라고 할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 비행체의 자세 제어 및 동작을 설명한다.

도 7 내지 도 9 는 본 발명에 따른 비행체의 동작 및 자세 제어를 나타낸 도면이다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 제1 가변 링크 모듈(400)이 작동하면 추력 모듈(100)은 피치 축(C2)을 중심으로 하여 화살표 R2 과 같이 피치 운동하게 된다. 또한, 도 9 에 도시된 바와 같이, 제2 가변 링크 모듈(500)이 작동하면 추력 모듈(100)은 롤 축(C1)을 중심으로 하여 화살표 R1 과 같이 롤 운동하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 비행체는 제1 연결 부재(600)를 구비한다. 따라서, 제1 가변 링크 모듈(400)과 제1 연결 부재(600)를 연결하는 제1 회동 조인트(450)는, 추력 모듈(100)의 롤 축(C1)과 항상 동일 선상을 유지한다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 비행체는 제2 연결 부재(700)를 구비함에 따라서, 제2 가변 링크 모듈(500)과 제2 연결 부재(700)를 연결하는 제2 회동 조인트(550)는, 추력 모듈(100)의 피치 축(C2)과 항상 동일 선상을 유지한다.

이에 의하면, 조인트 모듈(300)에 구비된 제1 연결축(340)과 제1 회동 조인트(450) 사이에 가상의 팔(arm)이 구비된다고 이해될 수 있다. 아울러, 조인트 모듈(300)에 구비된 제2 연결축(350)과, 제2 회동 조인트(550) 사이에도 마찬가지로 가상의 팔이 구비된다고 이해될 수 있다. 상기 가상의 팔은 각각 추력 모듈(100)의 롤 축(C1), 및 피치 축(C2)으로 기능하게 된다.

또한, 제1 연결 부재(600)와 제1 가변 링크(400) 사이, 및 제2 연결 부재(700)와 제2 가변 링크(500) 사이를 연결하는 제1 회동 조인트(450), 및 제2 회동 조인트(550)는 각각 볼 조인트로 구성된다. 따라서, 롤 축(C1)을 중심으로 한 추력 모듈(100)의 회동과, 피치 축(C2)을 중심으로 한 추력 모듈(100)의 회동은, 서로 영향을 주는 것이 없이 자유롭게 독립적으로 이루어질 수 있다.

종합하면, 추력 모듈(100)의 롤 운동은 추력 모듈의 피치 축(C2)에 영향을 끼치지 않게 된다. 따라서, 추력 모듈(100)은 피치 자세와 무관하게 롤 자세를 제어할 수 있다. 이는 추력 모듈(100)의 피치 운동의 경우에도 동일하다. 추력 모듈(100)의 피치 운동은 추력 모듈(100)의 롤 축(C1)에 영향을 끼치지 않는다. 따라서, 추력 모듈(100)의 롤 운동을 수행하는 제1 가변 링크 모듈(400)은 추력 모듈의 피치 자세와 무관하게 롤 자세를 제어할 수 있다. 아울러, 추력 모듈(100)의 피치 운동을 수행하는 제2 가변 링크 모듈(500)은 추력 모듈(100)의 롤 자세와 무관하게 피치 자세를 제어할 수 있다. 즉, 추력 모듈(100)의 피치 운동과 롤 운동이 서로 독립적으로 이루어지므로, 추력 모듈(100)의 자세 제어 및 동작 제어가 쉽게 이루어질 수 있다.

예컨대, 제1 연결 부재(600), 및 제2 연결 부재(700)가 없이, 제1 가변 링크 모듈(400)이 제1 아암(110)에 직접적으로 연결되며, 제2 가변 링크 모듈(500)이 제2 아암(120)에 직접적으로 연결되는 경우를 상정한다. 이 경우에는, 제1 가변 링크 모듈(400)과 제1 아암(110)의 연결 위치 및 제2 가변 링크 모듈(500)과 제2 아암(120)의 연결 위치는 각각 추력 모듈(100)의 롤 축(C1), 및 피치 축(C2)과 다른 위치에 위치한다. 따라서, 추력 모듈(100)의 롤 운동 및 피치 운동은 서로에 대해서 영향을 끼치게 된다.

본 발명에 따라서, 화물 운반, 촬영 또는 각종 미션을 담당하는 메인 모듈(200)이 추력 모듈(100)과 독립적인 자세를 가지며, 추력을 담당하는 추력 모듈(100)이 롤 및 피치 운동할 수 있다. 즉, 메인 모듈(200)에 대해서 상대적으로 추력 모듈(100)이 롤 및 피치 운동하여 비행 방향을 자유롭게 제어할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 비행체는 화물 운반, 촬영 등을 수행할 수 있는 장치가 탑재된 메인 모듈(200)이 추력 모듈(100)과 독립적인 자세를 가질 수 있으므로, 메인 모듈(200)이 일정한 자세를 유지하거나, 또는 특정한 자세를 갖는 상태로 추력 모듈(100)이 자유롭게 롤 및 피치 운동할 수 있게 구성된다. 따라서, 메인 모듈(200)이 특정 임무를 수행하는 데에 방해받지 않고 비행체가 자유롭게 비행 중 방향을 전환할 수 있다.

특히, 추력 모듈(100)의 롤 운동 및 피치 운동이 상호 독립적으로 이루어질 수 있으므로, 비행체 전체의 자세 제어 및 동작 제어가 정확하고 간편하게 이루어질 수 있다.

이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100: 추력 모듈
110: 제1 아암
112: 사이드 아암
114: 제1 공간부
120: 제2 아암
200: 메인 모듈
210: 제2 공간부
300: 조인트 모듈
310: 하부 조인트 부재
320: 상부 조인트 부재
330: 연결 블록
340: 제1 연결축
350: 제2 연결축
400: 제1 가변 링크 모듈
410: 제1 액츄에이터
420: 제1 링크부
430: 제1-1 링크
432: 링크 홀
440: 제1-2 링크
450: 제1 회동 조인트
500: 제2 가변 링크 모듈
410: 제2 액츄에이터
520: 제2 링크부
530: 제2-1 링크
532: 링크 홀
540: 제2-2 링크
550: 제2 회동 조인트
600: 제1 연결 부재
700: 제2 연결 부재

Claims

비행체의 비행을 위한 추력을 발생시키는 추력 모듈;
상기 추력 모듈의 아래에 위치하는 메인 모듈;
상기 추력 모듈과 메인 모듈을 연직 방향 상하로 연결하며 롤 축 및 피치 축을 갖는 조인트 모듈; 및
링크 모듈;을 포함하며,
상기 조인트 모듈은,
상기 메인 모듈에 연결되는 하부 조인트 부재, 및
상기 하부 조인트 부재 상에 배치되어 상단이 상기 추력 모듈과 연결되며 상기 하부 조인트 부재에 대해서 상기 롤 축 및 피치 축을 중심으로 롤 운동 및 피치 운동 가능하게 연결되는 상부 조인트 부재를 포함하여,
상기 메인 모듈의 자세와 독립적으로 상기 추력 모듈이 상기 롤 축 및 피치 축을 중심으로 롤(roll) 운동, 및 피치(pitch) 운동 가능하며,
상기 링크 모듈은,
상기 추력 모듈의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 롤 축 및 상기 피치 축을 중심으로 하여 롤 운동, 및 피치 운동하도록 하는 비행체.
청구항 1에 있어서,
상기 링크 모듈은 제1 가변 링크 모듈, 및 제2 가변 링크 모듈을 포함하며,
상기 제1 가변 링크 모듈은 상기 추력 모듈의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 피치 축을 중심으로 회동하도록 하며,
상기 제2 가변 링크 모듈은 상기 추력 모듈의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 롤 축을 중심으로 회동하도록 하며,
상기 제1 가변 링크 모듈은,
상기 롤 축 상에 위치하는 볼 조인트를 갖고,
상기 제2 가변 링크 모듈은,
상기 피치 축 상에 위치하는 볼 조인트를 가져서,
상기 제1 가변 링크 모듈 및 제2 가변 링크 모듈은 상기 볼 조인트를 매개로 하여 상기 메인 모듈 또는 상기 추력 모듈과 연결되어,
상기 제1 가변 링크 모듈에 의한 상기 추력 모듈의 피치 운동, 및 제2 가변 링크 모듈에 의한 상기 추력 모듈의 롤 운동이 상호 독립적으로 이루어지는 비행체.
청구항 1에 있어서,
상기 추력 모듈은,
서로 소정의 사이각을 갖고 교차하게 연장되는 제1 아암, 및 제2 아암을 포함하고,
상기 링크 모듈은 제1 가변 링크 모듈, 및 제2 가변 링크 모듈을 포함하며,
상기 제1 가변 링크 모듈은 상기 제1 아암의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 피치 축을 중심으로 회동하도록 하며,
상기 제2 가변 링크 모듈은 상기 제2 아암의 일 부분과 상기 메인 모듈의 일 부분 사이의 거리를 가변시켜서 상기 추력 모듈이 상기 롤 축을 중심으로 회동하도록 하는 비행체.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 아암과 제2 아암은,
서로 직교하게 구성되며,
상기 제1 아암 또는 제2 아암 중 어느 하나는,
상기 롤 축 또는 상기 피치 축 중 어느 하나와 평행하게 연장되는 비행체.
청구항 3에 있어서,
상기 메인 모듈에 연결되는 제1 연결 부재;를 포함하며,
상기 제1 가변 링크 모듈의 일 단은 상기 제1 연결 부재와 연결되고,
상기 제1 가변 링크 모듈과 상기 제1 연결 부재가 연결되는 위치는 상기 롤 축 상에 위치하는 비행체.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 가변 링크 모듈과 상기 제1 연결 부재는,
볼 조인트에 의해서 연결되는 비행체.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 가변 링크 모듈은,
제1 액츄에이터, 및
상기 제1 액츄에이터에 의해서 길이 또는 사이각이 가변하는 제1 링크부를 포함하는 비행체.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 링크부는 제1 가상 평면 내에 위치하여 상기 제1 가상 평면 내에서 길이 또는 사이각이 가변하되,
상기 제1 가상 평면은,
상기 롤 축을 포함하며 상기 피치 축과 평행한 방향을 법선벡터로 갖는 평면인 비행체.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 액츄에이터는 상기 제1 아암 상에 배치되는 비행체.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 아암은,
상기 제1 가상 평면과 겹쳐지는 부분의 적어도 일 부분에 제1 공간부를 가져서 상기 제1 가상 평면 상에 상기 제1 링크부가 위치하며 상기 제1 가상 평면 내에서 상기 제1 링크부가 변위 또는 변형되는 비행체.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 아암에 연결되는 제2 연결 부재;를 포함하며,
상기 제2 가변 링크 모듈의 일 단은 상기 제2 연결 부재와 연결되고,
상기 제2 가변 링크 모듈과 상기 제2 연결 부재가 연결되는 위치는 상기 피치 축 상에 위치하는 비행체.
청구항 11에 있어서,
상기 제2 가변 링크 모듈과 상기 제2 연결 부재는,
볼 조인트에 의해서 연결되는 비행체.
청구항 12에 있어서,
상기 제2 가변 링크 모듈은,
제2 액츄에이터, 및
상기 제2 액츄에이터에 의해서 길이 또는 사이각이 가변하는 제2 링크부를 포함하는 비행체.
청구항 13에 있어서,
상기 제2 링크부는 제2 가상 평면 내에 위치하여 상기 제2 가상 평면 내에서 길이 또는 사이각이 가변하되,
상기 제2 가상 평면은,
상기 피치 축을 포함하며 상기 제1 아암의 연장 방향과 평행한 방향을 법선벡터로 갖는 평면인 비행체.
청구항 14에 있어서,
상기 제2 액츄에이터는 상기 메인 모듈에 연결되는 비행체.
청구항 14에 있어서,
상기 메인 모듈은,
상기 제2 가상 평면과 겹쳐지는 부분의 적어도 일 부분에 제2 공간부를 가져서 상기 제2 가상 평면 상에 상기 제2 링크부가 위치하면 상기 제2 가상 평면 내에서 상기 제2 링크부가 변위 또는 변형되는 비행체.
청구항 1에 있어서,
상기 상부 조인트 부재와 상기 하부 조인트 부재는 연직 방향 상하로 직렬로 배열되는 비행체.
청구항 1에 있어서,
상기 조인트 모듈은,
유니버셜 조인트를 포함하는 비행체.