KR20230173990A - 측면 사출식 드론용 비상 낙하산 시스템 - Google Patents

Abstract

- 기술분야/해결과제
본 발명은 측면 사출식 드론용 비상 낙하산 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 드론 낙하산을 구성하는 감지 센서, 모터, 하우징, 연결부로 구성되는 낙하산 사출 시스템의 제공에 관한 것이다. 코로나 19로 발생으로 인한 비대면 배송 시스템의 필요성이 증가하며, 무인 드론이 주목받기 시작했다. 그러나, 드론이 비행하는 높이에서 특정한 위험 상황에 의해 낙하하는 경우, 추락으로부터 기체를 보호하고, 추락으로부터 발생하는 인적, 물적 피해가 예상된다. 본 발명은 드론 낙하산 시스템을 개발하여, 위와 같은 문제 상황을 최소화하는 것을 목표로 한다. 특히, 기존의 발명의 문제점인 드론의 상부로 사출이 이루어져, 블레이드에 낙하산이 걸리는 문제를 측면을 통한 사출로 해결하고자 한다.
- 해결수단
기존의 발명은 드론 위 방향으로 낙하산을 사출하는 원리로 이루어졌다. 그러나, 기존 방식은 드론의 블레이드(날개)에 낙하산이 걸려 낙하산 줄이 끊어지거나, 낙하산이 정확하게 사출되지 못하는 문제점을 낳았다. 위 문제를 해결하기 위한 방안으로써 본 낙하산 시스템은 드론의 상부가 아닌 하부에 장착되며, 사출 방향은 기존의 드론의 위 방향이 아닌 드론의 측면 방향을 향해 이루어진다. 하부에 시스템을 장착한 이유는 드론의 날개에 낙하산이 걸리지 않게 하기 위함이며, 측면을 향해 사출이 이루어지도록 한 것은 사출력에 의해 드론의 무게중심으로부터 모멘트(회전)를 형성되어 드론이 회전하지 않고 그대로 떨어지는 상황에서도 낙하산이 하늘을 향하게 하는 순간을 형성하여, 정확한 사출 상황을 만들기 위함이다. 위와 같은 방식으로 기존 시스템의 문제를 해결하고자 한다.
- 기대효과
발명, 즉, 측면 사출식 드론용 비상 낙하산이 동작하는 상황은 드론이 일반 주행 상황과 다르게 70도 이상 기울거나, 자유 낙하하는 상황을 자이로 센서가 감지할 경우이다. 위 상황이 감지될 경우 사출구에서 용수철의 탄성력을 물리적으로 막고 있던 서보 모터가 회전하게 되며, 낙하산은 용수철의 탄성력을 이용하여 사출되며, 안전한 낙하가 이루어진다. 위 시스템은 저비용의 간단한 구성요소로 전력만 공급되면 반영구적 재사용이 가능하기에, 매우 친환경적이며 저비용으로 높은 수준의 인적, 물적 자원의 보호 수준을 기대할 수 있다는 점에서 그 효용이 크다.

Description

측면 사출식 드론용 비상 낙하산 시스템{Emergency Parachute System for Side Launch Drones}

본 발명은 측면 사출식 드론용 비상 낙하산 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 드론 낙하산을 구성하는 감지 센서, 모터, 하우징, 연결부로 구성되는 낙하산 사출 시스템의 제공에 관한 것이다.

발명, 즉, 드론용 비상 낙하산이 동작하는 상황은 드론이 일반 주행 상황과 다르게 일정 각도 이상 기울거나, 자유 낙하하는 상황을 자이로 센서가 감지할 경우이다. 위 상황이 감지될 경우 사출구에서 용수철의 탄성력을 물리적으로 막고 있던 서보 모터가 회전하게 되며, 낙하산은 용수철의 탄성력을 이용하여 사출되며, 안전한 낙하가 이루어진다.

하우징에서 서보모터, 용수철, 낙하산은 다음과 같이 작동된다.

1. 서보모터.

서보 모터에 전압이 공급되면 서보 모터는 0도에서 정지하여, 용수철의 탄성력에 대항하는 힘을 가한다. 서보 모터는 아두이노 보드의 전력 단자로부터 전원을 공급받아 작동하며, 서보 모터는 사출 상황에 대한 신호를 센서로부터 전달받게 되면 0도에서 90도로 회전한다.

2. 용수철

용수철 2개를 사용한다. 또한, 서보모터가 0도에서 90도로 돌아가게 되면 Fspring>Fservo의 관계식이 성립하게 되며, 용수철의 탄성력은 본 기기의 덮개를 열고 낙하산을 기기 밖으로 사출시키는 주요한 힘으로 작용한다.

3. 낙하산

낙하산이 정상적으로 사출될 경우, 공기 저항에 의한 항력(drag force)에 의해 중력에 대항하는 힘이 형성되고 결론적으로 안전한 낙하가 이루어진다.

1017237430000 주식회사 이든이엔지 2017.03.30 드론용 낙하산 모듈 1022759650000 주식회사 한화 2021.07.13 낙하산이 구비된 드론 및 발사체의 드론 방출 방법 1021642950000 주식회사 엘지 유플러스 2020.10.12 드론의 추락 방지 장치 및 방법

Basem AL-Madani, Design of fully automatic drone parachute system with temperature compensation mechanism for civilan and militarty applications, Journal of advanced transportation volume 2018.

코로나 19로 발생으로 인한 비대면 배송 시스템의 필요성이 증가했다. 특히, 교통 체증의 영향을 받지 않고 새벽에도 빠른 시간에 물건을 배송할 수 있는 무인 드론이 주목받기 시작했다. 이러한 자동화 시스템의 편리함에도 불구하고, 드론이 비행하는 높이에서 특정한 위험 상황에 의해 낙하하는 경우, 추락으로부터 기체를 보호하고, 추락으로부터 발생하는 인적, 물적 피해가 예상된다. 이에 본 발명은 드론 낙하산 시스템을 개발하여, 위와 같은 문제 상황을 최소화하는 것을 목표로 한다. 특히, 기존의 발명의 문제점인 드론의 상부로 사출이 이루어져, 블레이드에 낙하산이 걸리는 문제를 측면을 통한 사출로 해결하고자 한다.

기존의 발명은 드론 위 방향으로 낙하산을 사출하는 원리로 이루어졌다. 그러나, 기존 방식은 드론의 블레이드(날개)에 낙하산이 걸려 낙하산 줄이 끊어지거나, 낙하산이 정확하게 사출되지 못하는 문제점을 낳았다.

위 문제를 해결하기 위한 방안으로써 본 낙하산 시스템은 드론의 상부가 아닌 하부에 장착되며, 사출 방향은 기존의 드론의 위 방향이 아닌 드론의 측면 방향을 향해 이루어진다. 하부에 시스템을 장착한 이유는 드론의 날개에 낙하산이 걸리지 않게 하기 위함이며, 측면을 향해 사출이 이루어지도록 한 것은 사출력에 의해 드론의 무게중심으로부터 모멘트(회전)를 형성되어 드론이 회전하지 않고 그대로 떨어지는 상황에서도 낙하산이 하늘을 향하게 하는 순간을 형성하여, 정확한 사출 상황을 만들기 위함이다. 위와 같은 방식으로 기존 시스템의 문제를 해결하고자 한다.

발명, 즉, 측면 사출식 드론용 비상 낙하산이 동작하는 상황은 드론이 일반 주행 상황과 다르게 70도 이상 기울거나, 자유 낙하하는 상황을 자이로 센서가 감지할 경우이다. 위 상황이 감지될 경우 사출구에서 용수철의 탄성력을 물리적으로 막고 있던 서보 모터가 회전하게 되며, 낙하산은 용수철의 탄성력을 이용하여 사출되며, 안전한 낙하가 이루어진다. 위 시스템은 저비용의 간단한 구성요소로 전력만 공급되면 반영구적 재사용이 가능하기에, 매우 친환경적이며 저비용으로 높은 수준의 인적, 물적 자원의 보호 수준을 기대할 수 있다는 점에서 그 효용이 크다.

도안은 드론용 비상 낙하산이 동작하기 전의 상황을 나타낸 것으로, 도안 전면 투과부와 도안 상부, 도안 측면부, 발명 개략도, 연결부로 구성되어 있다. 도안 전면 투과부에서는 전면부를 기준으로 벽면을 투과한 전면 도안을 보여준다. 이를 통해 용수철과 낙하산의 그리고 서보 모터의 개략적 배치를 알 수 있다. 도안 상부에서는 서보 모터가 용수철의 사출력을 저지하고 있는 형상을 직관적으로 확인할 수 있다. 도안 측면부에서는 회로의 구성 개요를 간략히 확인할 수 있으며 브레드보드, 아두이노 보드, 전지가 연결되어 있는 방식을 알 수 있다. 발명 개략도에서는 발명의 전반적이고 개략적인 형상과 연결부의 형태를 나타내었다. 연결부에서는 드론과 하우징을 연결하는 연결부의 연결 방식을 확인할 수 있다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하고자 한다.

먼저 도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명은 기본적으로 용수철(3)의 사출력을 이용하여 드론용 낙하산(1)을 공중으로 사출하는 시스템이다.

이때 용수철(3)의 탄성력은 서보 모터(2)의 힘에 의해 사출이 저지당하는 형태를 띄고 있으며, 센서와 아두이노에 의한 사출 신호가 전달될 경우 서보 모터(2)는 0도(현재 상태)에서 90도로 모터를 회전시켜, 낙하산(1)을 용수철(3)에 의해 사출시킨다.

도2는 도안의 상부를 나타낸 것으로 서보 모터(2)가 용수철(3)의 탄성력을 저지하고 있는 것을 가시적으로 나타낸다.

특히, 서보모터 고정대(4)는 서보모터(2)가 0도에서 90도로 회전하기 직전까지 서보모터의 탄성력에 대한 저지력(Fservo)이 직접 가해지는 공간으로, 용수철(3)의 탄성력이 작용하는 공간이라고도 할 수 있다. 두 힘은 사출 직전까지 균형을 이룬다.

도3은 발명의 도안 측면부를 나타낸 것으로 회로의 구성 개요를 확인할 수 있다. 회로는 브레드보드(5), 아두이노(6)와 자이로 센서(10), 그리고 전지(7)이 연결된 상태로 구성되어 있으며 전지는 브레드보드(5), 아두이노(6), 자이로 센서(10)에 전력을 공급하며, 아두이노(6)와 자이로(10) 센서는 기체의 기울기 변화 및 자유 낙하를 시리얼 통신을 통해 감지하며, 브레드 보드(5)는 위 회로 시스템의 전선을 정리하여 시스템이 간결하게 구성될 수 있도록 한다. 브레드보드(5)에 연결된 전선을 통해 전력은 서보모터(2)로 공급되게 된다.

도4는 발명의 전반적이고 개략적인 형상과 연결부의 형태를 나타낸 발명 개략도로써, 도안 전면투과부, 도안 상부, 도안 측면부에서 확인하기 어려운 발명의 전반적인 형태를 나타낸다. 특히 하우징에서 연결부(8)은 기체의 하부에 장착되어, 측면방향으로 낙하산의 사출이 이루어지도록 한다. 이를 통해 낙하산은 드론의 블레이드와 충돌하지 않는 효과를 기대할 수 있으며, 안전하게 사출될 수 있다. 또한, 경첩(12)를 사용하여, 사출 시 하우징의 윗면이 날아가지 않고 고정되어 있을 수 있도록 하여, 재사용성을 높였다.

특히 연결부를 이중으로 구성함으로써, 연결의 안정성을 높였다.

도5는 연결부를 나타낸 것으로, 드론의 하부에 낙하산 시스템을 연결할 때 나사(9) 등의 고정 수단을 사용할 수 있음을 나타낸 것이다. 연결부 고정대(11)는 강한 고정력으로 하우징과 연결되어, 안정적으로 낙하시 드론의 하중을 지지할 수 있도록 하였다.

본 발명은 코로나 19로 인한 비대면 무인 배송시스템의 필요의 증가와, 빠른 시간에 물건을 배송할 수 있는 장점을 갖춘 드론 시장의 확대에 있어, 필연적으로 수반되는 드론의 낙하에 의한 비상 상황에 대비하여 인적, 물적 피해를 최소화할 수 있는 저렴하고 친환경적인 발명이라 할 수 있다. 본 발명은 드론의 낙하산 사출과 기체 및 인적 물적 자원의 보호라는 동일한 결과를 반복 실시할 수 있는 가능성인 이용가능성을 포함하며, 실현 가능한 발명이자 실제 산업에 바로 적용될 수 있는, 업으로 이용할 수 있는 발명이라고 할 수 있다. 즉, 본 발명은 산업상 이용가능성을 가진다고 할 수 있다.

1 - 드론용 낙하산
2 - 서보 모터
3 - 용수철
4 - 서보모터 고정대
5 - 브레드 보드
6 - 아두이노 보드 (CPU)
7 - 전지
8 - 연결부
9 - 나사
10 - 자이로 센서
11 - 연결부 고정대
12 - 경첩

Claims (7)

1. 드론이 추락하는 순간을 감지하는 감지 센서와,
   상기 센서와 전기적으로 연결되어 감지 센서의 감지에 의해 사출을 시행하는 모터와,
   모든 부품이 고정되는 하우징,
   드론과 하우징을 연결하는 연결부,
   를 포함하는 드론용 비상 낙하산 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 센서는 드론의 가속도장을 감지할 수 있는 자이로 센서인 것을 특징으로 하는
   드론용 비상 낙하산 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터는 용수철의 탄성력을 충분히 막아줄 수 있을 만큼 강력하며, 추락 감지시에 작동되는 것을 특징으로 하는 드론용 비상 낙하산 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징은 충격에 강한 재질로 제작되어, 추락의 충격을 흡수하고 모든 부품에 강한 지지력을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 드론용 비상 낙하산 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징은 드론의 하부에 위치되고, 사출은 드론의 측면 방향으로 하는 것을 특정으로 하는 드론용 비상 낙하산 시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 연결부는 드론과의 탈부착이 가능한 장치를 갖는 것을 특징으로 하는, 드론용 비상 낙하산 시스템.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 장치는 나사 등의 고정수단을 사용하여 강한 고정력을 제공하나, 간단한 조작에 의해 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 드론용 비상 낙하산 시스템.