WO2020204511A1 - 드론 및 드론 추락 방지 시스템 - Google Patents

드론 및 드론 추락 방지 시스템 Download PDF

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WO2020204511A1
WO2020204511A1 PCT/KR2020/004283 KR2020004283W WO2020204511A1 WO 2020204511 A1 WO2020204511 A1 WO 2020204511A1 KR 2020004283 W KR2020004283 W KR 2020004283W WO 2020204511 A1 WO2020204511 A1 WO 2020204511A1
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drone
main body
rotation
stabilization unit
propeller
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PCT/KR2020/004283
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이선호
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한국항공우주연구원
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    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]

Definitions

  • the following embodiments relate to a drone and a drone fall prevention system.
  • Drones which originated in the military industry, refer to aircraft or helicopter-shaped aircraft that fly by induction of radio waves without humans. It is going on.
  • An object according to an embodiment is to provide a drone and a drone fall prevention system capable of stabilizing the posture of a falling drone by preventing tumbling that occurs when the drone falls due to a failure of a drone during flight.
  • An object according to an embodiment is to provide a drone and a drone fall prevention system capable of delaying a drone by delaying a fall speed when a drone falls due to a failure in a drone during flight.
  • An object according to an embodiment is to provide a drone and a drone fall prevention system capable of securing a time required for parachute deployment by delaying the fall speed when the drone falls due to a failure of a drone during flight.
  • An object according to an embodiment is to provide a drone and a drone fall prevention system capable of maintaining an altitude by additionally generating propulsion for translational movement when the drone falls due to a failure in a drone during flight.
  • a drone is provided with a main body, a propulsion unit that is provided outside the main body and generates thrust, and is disposed inside the main body or on an upper surface of the main body to generate an angular velocity with respect to the yaw of the main body.
  • a control unit for controlling driving of the first rotation stabilization unit and the first rotation stabilization unit, wherein the control unit drives the first rotation stabilization unit when a failure occurs in the propulsion unit to stabilize the posture of the body, thereby tumbling Can be prevented.
  • the control unit may control the driving of the first rotation stabilizer to minimize an error between a preset angular velocity value for the yaw axis and an actual angular velocity value for the yaw axis.
  • the first rotational stabilization unit is disposed on the upper surface of the main body, and is disposed on a propeller, a motor that is disposed below the propeller to provide rotational force to the propeller, and is disposed on the upper side of the propeller to generate thrust by rotation of the propeller. It includes a shielding element for preventing the motor from being formed, and the rotation axis of the motor may be aligned with the yaw axis of the main body.
  • the first rotation stabilization unit may rotate the drone using a horizontal wind force generated when the propeller rotates.
  • the first rotational stabilization unit includes a flywheel and a motor disposed on the lower side of the flywheel to provide rotational force to the flywheel, disposed inside the body, and the rotation axis of the motor is parallel to the yaw axis of the main body. Can be set to be placed.
  • the first rotation stabilization unit may rotate the drone using a reaction force generated when the flywheel rotates.
  • the drone further includes a second rotation stabilization part disposed on a lower surface of the main body, and the second rotation stabilization part includes a propeller and a motor that provides rotational force to the propeller, and the yaw of the main body At the same time, it is possible to generate an angular velocity for the body and a thrust force for the body.
  • the drone includes a plurality of propulsion units
  • the control unit is another one arranged symmetrically with the propulsion unit in which the failure occurs based on the main body when a failure occurs in any one of the plurality of propulsion units. It is possible to stop the driving of the propulsion part of the
  • the drone may further include a parachute or an airbag accommodated in the body.
  • the drone fall prevention system may be selectively attached to and detached from a drone, and when a failure occurs in the drone and falls, it is possible to control the movement of the drone. It may include a first rotation stabilization unit disposed on the upper surface to generate an angular velocity with respect to the yaw of the main body and a control unit for controlling the driving of the first rotation stabilization unit.
  • the control unit may prevent a tumbling phenomenon by stabilizing the posture of the main body by driving the first rotation stabilization unit when a failure occurs in the drone.
  • control unit may control the driving of the first rotation stabilization unit to minimize an error between a preset angular velocity value for the yaw axis and an actual angular velocity value for the yaw axis.
  • the first rotation stabilization unit is disposed on the upper surface of the main body, a propeller, a motor disposed under the propeller to provide a rotational force to the propeller, and a thrust by the rotation of the propeller by being disposed on the upper side of the propeller It may include a shielding element to prevent this from occurring.
  • the rotation axis of the motor is aligned with the yaw axis of the main body, and the first rotation stabilization unit may rotate the drone using a horizontal wind force generated when the propeller rotates.
  • the first rotation stabilization unit is disposed inside the main body, and includes a flywheel and a motor disposed below the flywheel to provide rotational force to the flywheel, and the rotation axis of the motor is placed parallel to the yaw axis of the main body. It is set so as to be, and the first rotational stabilization unit may rotate the drone using a reaction force generated when the flywheel rotates.
  • the drone fall prevention system further includes a second rotation stabilization unit disposed on a lower surface of the drone body, and the second rotation stabilization unit includes a propeller and a motor providing rotational force to the propeller, and the yaw axis of the body It is possible to generate an angular velocity for (Yaw) and at the same time generate a thrust for the body.
  • a drone and a drone fall prevention system may stabilize the posture of a falling drone by preventing tumbling that occurs when a drone fails during flight and the drone falls.
  • a drone and a drone fall prevention system may delay a fall speed to delay a drone when the drone falls due to a failure in a drone during flight.
  • a fall speed may be delayed to secure a time required for parachute deployment.
  • a drone and a drone fall prevention system may maintain an altitude by generating additional propulsion for translational motion when the drone falls due to a failure in a drone during flight.
  • FIG. 1 shows a drone including a first rotation stabilization unit according to an embodiment.
  • FIG 2 shows the principle of operation of the first rotation stabilization unit according to an embodiment.
  • FIG 3 shows a drone including a first rotation stabilization unit according to a modified embodiment.
  • FIG. 4 shows the principle of operation of the first rotational stabilizer according to a modified embodiment.
  • FIG. 5 shows a drone including a second rotation stabilization unit according to an embodiment.
  • FIG. 6 shows a sequence of operations of a drone according to an embodiment.
  • 7 and 8 show the effect of implementing a drone according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a drone including a first rotation stabilizer according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a principle of operation of a first rotation stabilizer according to an embodiment
  • 3 shows a drone including a first rotation stabilizer according to a modified embodiment
  • FIG. 4 shows a principle of operation of the first rotation stabilizer according to a modified embodiment
  • 5 shows a drone including a second rotation stabilization unit according to an embodiment
  • FIG. 6 shows an operation sequence of the drone according to an embodiment.
  • 7 and 8 show the effect of implementing a drone according to an embodiment.
  • the drone 10 according to an embodiment, the body 100, a propulsion unit 200 provided outside the body 100 and generating thrust, and disposed on the upper surface of the body 100 And a control unit 400 for controlling the driving of the first rotational stabilization unit 300 and the first rotational stability unit 300 to generate an angular velocity with respect to the yaw axis of the main body, and the control unit 400 is propulsion
  • the first rotation stabilization unit 300 is driven to stabilize the posture of the main body 100, thereby preventing a tumbling phenomenon.
  • the controller 400 may control the driving of the first rotation stabilization unit 300 to minimize an error between a preset angular velocity value for the yaw axis and an actual angular velocity value for the yaw axis.
  • PID control may be used as the control logic of the controller 400.
  • the first rotation stabilization unit 300 is disposed on the upper surface of the main body 100, and is disposed under the propeller 310, the propeller 310 to provide rotational force to the propeller, and the motor 320 and the propeller It is disposed on the upper side of the may include a shielding element 330 for preventing the generation of thrust caused by the rotation of the propeller.
  • the rotation axis of the motor 320 must be aligned with the yaw axis of the main body 100.
  • the first rotation stabilization unit 300 can rotate the drone using the horizontal wind force generated when the propeller 310 rotates. have. That is, as shown in (a) of FIG. 2, when the propeller 310 rotates in the clockwise direction, it is possible to generate a rotational force with respect to the yaw axis of the main body in the positive direction by the wind force (F). In addition, as shown in (b) of FIG. 2, when the propeller 310 rotates in a counterclockwise direction, a rotational force may be generated with respect to the yaw axis of the main body in a negative direction by the wind force F'.
  • the drone may include a first rotation stabilization unit 300 ′ according to a modified embodiment.
  • the main body, the propulsion unit, and the control unit are all the same as those described above, and only the first rotation stabilization unit 300' is modified.
  • the first rotation stabilization part 300 ′ may include a flywheel 310 ′ and a motor 320 ′ disposed under the flywheel to provide rotational force to the flywheel, disposed inside the main body 100.
  • the rotation axis of the motor 320 ′ may be set to lie parallel to the yaw axis of the main body. That is, in the case of the first rotation stabilization unit 300 ′ according to the modified embodiment, unlike the first rotation stabilization unit 300 according to the embodiment described above, the rotation axis of the motor must be aligned with the yaw axis of the main body. It is not necessary, and as long as the rotation axis of the motor can be placed parallel to the yaw axis of the main body, it can be freely disposed inside the main body.
  • the first rotation stabilization part 300 ′ may rotate the drone by using a reaction force generated when the flywheel 310 ′ rotates.
  • the drone 10 further includes a second rotation stabilization 500 disposed on a lower surface of the main body 100, and the second rotation stabilization part 500 is a propeller 510 And it may include a motor 520 that provides a rotational force to the propeller. That is, the second rotation stabilization part 500 does not have a shielding element unlike the first rotation stabilization part 300 according to an embodiment. Accordingly, the second rotation stabilization unit 500 may generate an angular velocity with respect to the yaw of the main body and generate thrust with respect to the main body.
  • the second rotation stabilization unit 500 Through the configuration of the second rotation stabilization unit 500, it is possible to generate rotational momentum and at the same time generate a driving force for translational movement, and accordingly, by using the driving force added by the second rotational stability unit 500 It can be used as a thrust for maintaining the altitude that is insufficient due to failure.
  • the drone 10 includes a plurality of propulsion units, and the control unit 400 is arranged symmetrically with the propulsion unit where the failure occurs based on the main body when a failure occurs in any one of the plurality of propulsion units. It is possible to stop the drive of the other propulsion unit.
  • the drone 10 may further include a parachute (not shown) or an airbag (not shown) accommodated in the main body.
  • Fig. 6 shows the operation sequence of the drone including the above configuration.
  • the failure of the propulsion unit may be detected through the attitude information and sensor values of the drone.
  • the power of the propelling unit in which the failure has occurred may be cut off, and the power of the propelling unit arranged correspondingly in symmetry with the propelling unit in which the failure has occurred may be cut off.
  • the control unit may drive the rotation stabilization unit.
  • the command altitude can be slowly decreased to induce a soft landing of the drone.
  • a drone including the above-described configuration can prevent tumbling that occurs when a failure occurs during flight and falls, thereby stabilizing the posture of the falling drone, and delaying the fall speed to delay the drone.
  • the drone can delay the fall speed to secure the time required for parachute deployment, and can maintain the altitude at a certain level by generating additional propulsion for translational movement.
  • the drone fall prevention system may be selectively attached and detached from a drone, and when a drone fails and falls, it is possible to control the movement of the drone.
  • the drone fall prevention system includes a first rotation stabilization unit disposed inside or on an upper surface of the drone body to generate an angular velocity with respect to the yaw of the body and a control unit for controlling driving of the first rotation stabilization unit can do.
  • control unit may prevent a tumbling phenomenon by stabilizing the posture of the body by driving the first rotation stabilization unit.
  • control unit may control the driving of the first rotation stabilization unit to minimize an error between a preset angular velocity value for the yaw axis and an actual angular velocity value for the yaw axis.
  • the first rotational stabilization unit is disposed on the upper surface of the main body, and is disposed at the lower side of the propeller and the propeller to provide rotational force to the propeller, and is disposed on the upper side of the propeller to prevent thrust from being generated by the rotation of the propeller. It may include a shielding element for.
  • the rotation axis of the motor is aligned with the yaw axis of the main body, and the first rotation stabilization unit can rotate the drone using the force of the horizontal wind generated when the propeller rotates.
  • the first rotational stabilization unit is disposed on the inside of the main body and includes a flywheel and a motor disposed below the flywheel to provide rotational force to the flywheel, and in this case, the rotation axis of the motor is set to lie parallel to the yaw axis of the main body.
  • the first rotation stabilization unit may rotate the drone using the force of reaction generated when the flywheel rotates.
  • the drone fall prevention system further includes a second rotation stabilization part disposed on a lower surface of the drone body, and the second rotation stabilization part includes a propeller and a motor providing rotational force to the propeller, and the yaw axis of the body It can generate an angular velocity for) and at the same time generate thrust for the body.

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Abstract

일 실시예에 따른 드론은, 본체, 상기 본체의 외측에 구비되고, 추력을 발생시키는 추진부, 상기 본체의 내측 또는 상기 본체의 상면 상에 배치되어 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 제1 회전안정화부 및 상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 추진부에 고장이 발생한 경우 상기 제1 회전안정화부를 구동시켜 상기 본체의 자세를 안정화시킴으로써 텀블링 현상을 방지할 수 있다.

Description

드론 및 드론 추락 방지 시스템
아래의 실시예들은 드론 및 드론 추락 방지 시스템에 관한 것이다.
군수산업에서 시작된 드론(drone)은 사람이 타지 않고 무선전파의 유도에 의해서 비행하는 비행기나 헬리콥터 모양의 비행체를 말하며, 최근에는 상기 드론을 이용하여 군사적, 상업적으로 널리 이용되고 있으며 이에 대한 연구 또한 활발히 진행되고 있다.
다만, 드론 수요증가 추세로 인하여 복수의 드론을 한번에 수용하고 운반할 수 있는 착륙장치가 필요하다. 이 경우 복수의 드론들을 수용할 공간 부족에 따라 드론들 간의 충돌 가능성이 증대되고 있다.
따라서, 복수의 드론을 수용 및 운반할 경우, 드론들 간의 충돌을 방지하고, 이들을 안전하게 수용 및 운반할 수 있는 시스템에 대한 필요성이 증대되고 있다.
미국 공개특허공보 제2012-0061508호(Device for Firing Weapons from an Armed Drone, 2012.03.15.)에는 드론이 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 비행 중 드론에 고장이 발생하여 상기 드론이 추락하는 경우 발생되는 텀블링을 방지하여 추락하는 드론의 자세를 안정화 시킬 수 있는 드론 및 드론 추락 방지 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 비행 중 드론에 고장이 발생하여 상기 드론이 추락하는 경우 추락 속도를 지연시켜 드론을 연착시킬 수 있는 드론 및 드론 추락 방지 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 비행 중 드론에 고장이 발생하여 상기 드론이 추락하는 경우 추락 속도를 지연시켜 낙하산 전개에 필요한 시간을 확보할 수 있는 드론 및 드론 추락 방지 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 비행 중 드론에 고장이 발생하여 상기 드론이 추락하는 경우 병진운동을 위한 추진력을 추가로 발생시킴으로써 고도를 유지시킬 수 있는 드론 및 드론 추락 방지 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
일 실시예에 따른 드론은, 본체, 상기 본체의 외측에 구비되고, 추력을 발생시키는 추진부, 상기 본체의 내측 또는 상기 본체의 상면 상에 배치되어 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 제1 회전안정화부 및 상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 추진부에 고장이 발생한 경우 상기 제1 회전안정화부를 구동시켜 상기 본체의 자세를 안정화시킴으로써 텀블링 현상을 방지할 수 있다.
상기 제어부는 기 설정된 요축에 대한 각속도 값과 실제 요축에 대한 각속도 값 사이의 오차가 최소화되도록 상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어할 수 있다.
상기 제1 회전안정화부는, 상기 본체의 상면 상에 배치되고, 프로펠러, 상기 프로펠러의 하측에 배치되어 상기 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터 및 상기 프로펠러의 상측에 배치되어 상기 프로펠러의 회전에 의한 추력이 발생되는 것을 방지하기 위한 차폐요소를 포함하고, 상기 모터의 회전축은 상기 본체의 요축과 일렬로 정렬될 수 있다.
상기 제1 회전안정화부는 상기 프로펠러의 회전 시 발생하는 수평 방향의 바람의 힘을 이용하여 상기 드론을 회전시킬 수 있다.
또는, 상기 제1 회전안정화부는, 상기 본체의 내측에 배치되고, 플라이휠 및 상기 플라이휠의 하측에 배치되어 상기 플라이휠에 회전력을 제공하는 모터를 포함하고, 상기 모터의 회전축은 상기 본체의 요축과 평행하게 놓이도록 설정될 수 있다.
상기 제1 회전안정화부는 상기 플라이휠의 회전 시 발생하는 반작용의 힘을 이용하여 상기 드론을 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 드론은, 상기 본체의 하면 상에 배치되는 제2 회전안정화부를 더 포함하고, 상기 제2 회전안정화부는 프로펠러 및 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터를 포함하여, 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 동시에 상기 본체에 대한 추력을 발생시킬 수 있다.
아울러, 상기 드론은, 복수 개의 추진부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수 개의 추진부 중 어느 하나의 추진부에 고장이 발생한 경우, 상기 본체를 기준으로 고장이 발생한 추진부와 대칭하게 배치된 다른 하나의 추진부의 구동을 정지시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 드론은, 상기 본체에 수용된 낙하산 또는 에어백을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 드론 추락 방지 시스템은, 드론에 선택적으로 탈부착될 수 있으며, 상기 드론에 고장이 발생하여 추락하는 경우 상기 드론의 움직임을 제어할 수 있으며, 상기 드론의 본체의 내측 또는 상기 본체의 상면 상에 배치되어 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 제1 회전안정화부 및 상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 드론에 고장이 발생한 경우 상기 제1 회전안정화부를 구동시켜 상기 본체의 자세를 안정화시킴으로써 텀블링 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 기 설정된 요축에 대한 각속도 값과 실제 요축에 대한 각속도 값 사이의 오차가 최소화되도록 상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어할 수 있다.
이 때, 상기 제1 회전안정화부는 상기 본체의 상면 상에 배치되고, 프로펠러, 상기 프로펠러의 하측에 배치되어 상기 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터 및 상기 프로펠러의 상측에 배치되어 상기 프로펠러의 회전에 의한 추력이 발생되는 것을 방지하기 위한 차폐요소를 포함할 수 있다. 상기 모터의 회전축은 상기 본체의 요축과 일렬로 정렬되며, 상기 제1 회전안정화부는 상기 프로펠러의 회전 시 발생하는 수평 방향의 바람의 힘을 이용하여 상기 드론을 회전시킬 수 있다.
또는, 상기 제1 회전안정화부는 상기 본체의 내측에 배치되고, 플라이휠 및 상기 플라이휠의 하측에 배치되어 상기 플라이휠에 회전력을 제공하는 모터를 포함하고, 상기 모터의 회전축은 상기 본체의 요축과 평행하게 놓이도록 설정되고, 상기 제1 회전안정화부는 상기 플라이휠의 회전 시 발생하는 반작용의 힘을 이용하여 상기 드론을 회전시킬 수 있다.
아울러, 드론 추락 방지 시스템은, 상기 드론의 본체의 하면 상에 배치되는 제2 회전안정화부를 더 포함하고, 상기 제2 회전안정화부는 프로펠러 및 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터를 포함하고, 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 동시에 상기 본체에 대한 추력을 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 드론 및 드론 추락 방지 시스템은 비행 중 드론에 고장이 발생하여 상기 드론이 추락하는 경우 발생되는 텀블링을 방지하여 추락하는 드론의 자세를 안정화 시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 드론 및 드론 추락 방지 시스템은 비행 중 드론에 고장이 발생하여 상기 드론이 추락하는 경우 추락 속도를 지연시켜 드론을 연착시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 드론 및 드론 추락 방지 시스템은 비행 중 드론에 고장이 발생하여 상기 드론이 추락하는 경우 추락 속도를 지연시켜 낙하산 전개에 필요한 시간을 확보할 수 있다.
일 실시예에 따른 드론 및 드론 추락 방지 시스템은 비행 중 드론에 고장이 발생하여 상기 드론이 추락하는 경우 병진운동을 위한 추진력을 추가로 발생시킴으로써 고도를 유지시킬 수 있다.
도1은 일 실시예에 따른 제1 회전안정화부를 포함하는 드론을 나타낸다.
도2는 일 실시예에 따른 제1 회전안정화부의 작동 원리를 나타낸다.
도3은 변형 실시예에 따른 제1 회전안정화부를 포함하는 드론을 나타낸다.
도4는 변형 실시예에 따른 제1 회전안정화부의 작동 원리를 나타낸다.
도5는 일 실시예에 따른 제2 회전안정화부를 포함하는 드론을 나타낸다.
도6은 일 실시예에 따른 드론의 동작 순서를 나타낸다.
도7 및 도8은 일 실시예에 따른 드론의 실시 효과를 나타낸다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 드론 및 드론 추락 방지 시스템의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 드론 및 드론 추락 방지 시스템의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 드론 및 드론 추락 방지 시스템의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 일 실시예에 따른 제1 회전안정화부를 포함하는 드론을 나타내며, 도2는 일 실시예에 따른 제1 회전안정화부의 작동 원리를 나타낸다. 도3은 변형 실시예에 따른 제1 회전안정화부를 포함하는 드론을 나타내며, 도4는 변형 실시예에 따른 제1 회전안정화부의 작동 원리를 나타낸다. 도5는 일 실시예에 따른 제2 회전안정화부를 포함하는 드론을 나타내며, 도6은 일 실시예에 따른 드론의 동작 순서를 나타낸다. 도7 및 도8은 일 실시예에 따른 드론의 실시 효과를 나타낸다.
도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 드론(10)은, 본체(100), 본체(100)의 외측에 구비되고 추력을 발생시키는 추진부(200), 본체(100)의 상면 상에 배치되어 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 제1 회전안정화부(300) 및 제1 회전안정화부(300)의 구동을 제어하는 제어부(400)를 포함하고, 상기 제어부(400)는 추진부(200)에 고장이 발생한 경우 제1 회전안정화부(300)를 구동시켜 본체(100)의 자세를 안정화시킴으로써 텀블링(Tumbling) 현상을 방지할 수 있다.
즉, 제어부(400)는 기 설정된 요축에 대한 각속도 값과 실제 요축에 대한 각속도 값 사이의 오차가 최소화되도록 제1 회전안정화부(300)의 구동을 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(400)의 제어 로직으로서 PID 제어가 사용될 수 있다.
구체적으로, 제1 회전안정화부(300)는, 본체(100)의 상면 상에 배치되고, 프로펠러(310), 프로펠러(310)의 하측에 배치되어 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터(320) 및 프로펠러의 상측에 배치되어 프로펠러의 회전에 의한 추력이 발생되는 것을 방지하기 위한 차폐요소(330)를 포함할 수 있다. 이 경우, 모터(320)의 회전축은 본체(100)의 요축과 일렬로 정렬되어야 한다.
이와 같은 구성을 포함하는 일 실시예에 따른 제1 회전안정화부(300)는, 도2를 참조하면, 프로펠러(310)의 회전 시 발생하는 수평 방향의 바람의 힘을 이용하여 드론을 회전시킬 수 있다. 즉, 도2의 (a)와 같이, 프로펠러(310)가 시계 방향으로 회전할 경우, 바람의 힘(F)에 의하여 양의 방향으로 본체의 요축에 대하여 회전력을 발생시킬 수 있다. 또한, 도2의 (b)와 같이, 프로펠러(310)가 반시계 방향으로 회전할 경우, 바람의 힘(F')에 의하여 음의 방향으로 본체의 요축에 대하여 회전력을 발생시킬 수 있다.
또는, 도3을 참조하면, 드론은 변형 실시예에 따른 제1 회전안정화부(300')를 포함할 수도 있다. 이 경우, 본체, 추진부 및 제어부는 상기에서 설명한 구성과 모두 동일하며, 제1 회전안정화부(300')만이 변형된 것이다.
상기 제1 회전안정화부(300')는 본체(100)의 내측에 배치되고, 플라이휠(310') 및 플라이휠의 하측에 배치되어 플라이휠에 회전력을 제공하는 모터(320')를 포함할 수 있다.
이 때, 모터(320')의 회전축은 본체의 요축과 평행하게 놓이도록 설정될 수 있다. 즉, 변형 실시예에 따른 제1 회전안정화부(300')의 경우, 상기에서 설명한 일 실시예에 따른 제1 회전안정화부(300)와 달리 반드시 모터의 회전축이 본체의 요축과 일렬로 정렬될 필요는 없으며, 모터의 회전축이 본체의 요축과 평행하게 놓일 수만 있다면 본체의 내측에서 자유롭게 배치될 수 있는 것이다.
도4를 참조하면, 상기 제1 회전안정화부(300')는 플라이휠(310', Flywheel)의 회전 시 발생하는 반작용의 힘을 이용하여 드론을 회전시킬 수 있다.
또한, 도5를 참조하면, 상기 드론(10)은, 본체(100)의 하면 상에 배치되는 제2 회전안정화(500)를 더 포함하고, 제2 회전안정화부(500)는 프로펠러(510) 및 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터(520)를 포함할 수 있다. 즉, 제2 회전안정화부(500)는 일 실시예에 따른 제1 회전안정화부(300)와 달리 차폐요소를 구비하고 있지 않다. 따라서, 상기 제2 회전안정화부(500는 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 동시에 본체에 대한 추력을 발생시킬 수 있다.
이와 같은 제2 회전안정화부(500)의 구성을 통하여 회전모멘텀을 발생시키는 동시에 병진운동을 위한 추진력을 발생시킬 수 있으며, 그에 따라, 제2 회전안정화부(500)에 의하여 추가된 추진력을 이용하여 고장에 의하여 부족해진 고도 유지를 위한 추력으로 활용 가능할 수 있다.
아울러, 드론(10)은, 복수 개의 추진부를 포함하고, 제어부(400)는 복수 개의 추진부 중 어느 하나의 추진부에 고장이 발생한 경우, 본체를 기준으로 고장이 발생한 추진부와 대칭하게 배치된 다른 하나의 추진부의 구동을 정지시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 드론(10)은, 본체에 수용된 낙하산(미도시) 또는 에어백(미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 포함하는 드론의 동작 순서를 나타낸면 도6과 같다.
즉, 복수 개의 추진부 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우, 드론의 자세 정보와 센서 값을 통하여 추진부의 고장을 감지할 수 있다. 고장이 감지된 경우, 고장이 발생한 추진부의 전력을 차단하고, 상기 고장이 발생한 추진부와 대칭하여 대응되게 배치된 추진부의 전력을 차단할 수 있다. 그 후, 드론에 발생하는 텀블링 상을 방지하기 위하여 제어부는 회전안정화부를 구동시킬 수 있다. 상기 회전안정화부의 작동에 의하여 드론의 본체의 요축에 대한 각속도가 일정한 값으로 유지될 수 있으며, 그에 따라, 드론은 수평 자세를 유지할 수 있다. 아울러, 드론의 롤축 및 피치축에 대해서도 자세 안정 여부를 확인한 후, 드론이 지상에 착륙하기 전에 낙하산 또는 에어백을 전개시킬 수 있다. 또는, 명령 고도를 천천히 감소시켜 드론의 연착륙을 유도할 수도 있다.
이와 같은 회전안정화부의 작동에 의한 드론의 추락 방지 효과는 도7 및 도8의 실험 데이터를 통하여 확인할 수 있다.
도7을 참조하면, 제어부가 회전안정화부에 연착륙 명령을 입력하여 제어할 경우 고장이 발생한 드론의 고도는 점진적으로 낮아짐으로써 연착륙될 수 있다. 반면, 도8을 참조하면, 제어부가 회전안정화부에 별도의 연착륙 명령을 입력하지 않고 자세 제어만 수행할 경우, 고장이 발생한 드론의 고도가 일정 수준을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
상기에서 설명한 구성을 포함하는 드론은 비행 중 고장이 발생하여 추락하는 경우 발생되는 텀블링을 방지하여 추락하는 드론의 자세를 안정화 시킬 수 있으며, 추락 속도를 지연시켜 드론을 연착시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 드론은 추락 속도를 지연시켜 낙하산 전개에 필요한 시간을 확보할 수 있고, 병진운동을 위한 추진력을 추가로 발생시킴으로써 고도를 일정 수준으로 유지시킬 수도 있다.
일 실시예에 따른 드론 추락 방지 시스템은, 드론에 선택적으로 탈부착될 수 있으며, 드론에 고장이 발생하여 추락하는 경우 상기 드론의 움직임을 제어할 수 있다. 상기 드론 추락 방지 시스템은, 드론의 본체의 내측 또는 본체의 상면 상에 배치되어 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 제1 회전안정화부 및 제1 회전안정화부의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 드론에 고장이 발생한 경우 제1 회전안정화부를 구동시켜 본체의 자세를 안정화시킴으로써 텀블링 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 기 설정된 요축에 대한 각속도 값과 실제 요축에 대한 각속도 값 사이의 오차가 최소화되도록 제1 회전안정화부의 구동을 제어할 수 있다.
이 때, 제1 회전안정화부는 본체의 상면 상에 배치되고, 프로펠러, 프로펠러의 하측에 배치되어 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터 및 프로펠러의 상측에 배치되어 프로펠러의 회전에 의한 추력이 발생되는 것을 방지하기 위한 차폐요소를 포함할 수 있다. 이 경우, 모터의 회전축은 본체의 요축과 일렬로 정렬되며, 제1 회전안정화부는 프로펠러의 회전 시 발생하는 수평 방향의 바람의 힘을 이용하여 드론을 회전시킬 수 있다.
또는, 제1 회전안정화부는 본체의 내측에 배치되고, 플라이휠 및 플라이휠의 하측에 배치되어 플라이휠에 회전력을 제공하는 모터를 포함하고, 이 경우, 모터의 회전축은 본체의 요축과 평행하게 놓이도록 설정되고, 제1 회전안정화부는 플라이휠의 회전 시 발생하는 반작용의 힘을 이용하여 드론을 회전시킬 수 있다.
아울러, 상기 드론 추락 방지 시스템은, 드론의 본체의 하면 상에 배치되는 제2 회전안정화부를 더 포함하고, 제2 회전안정화부는 프로펠러 및 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터를 포함하고, 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 동시에 본체에 대한 추력을 발생시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 본체;
    상기 본체의 외측에 구비되고, 추력을 발생시키는 추진부;
    상기 본체에 배치되어 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 제1 회전안정화부; 및
    상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 추진부에 고장이 발생한 경우 상기 제1 회전안정화부를 구동시켜 상기 본체의 자세를 안정화시킴으로써 텀블링 현상을 방지하는, 드론.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 기 설정된 요축에 대한 각속도 값과 실제 요축에 대한 각속도 값 사이의 오차가 최소화되도록 상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어하는, 드론.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 회전안정화부는,
    상기 본체의 상면 상에 배치되고,
    프로펠러;
    상기 프로펠러의 하측에 배치되어 상기 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터; 및
    상기 프로펠러의 상측에 배치되어 상기 프로펠러의 회전에 의한 추력이 발생되는 것을 방지하기 위한 차폐요소;
    를 포함하고,
    상기 모터의 회전축은 상기 본체의 요축과 일렬로 정렬되는, 드론.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 회전안정화부는 상기 프로펠러의 회전 시 발생하는 수평 방향의 바람의 힘을 이용하여 상기 드론을 회전시키는, 드론.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 회전안정화부는,
    상기 본체의 내측에 배치되고,
    플라이휠; 및
    상기 플라이휠의 하측에 배치되어 상기 플라이휠에 회전력을 제공하는 모터;
    를 포함하고,
    상기 모터의 회전축은 상기 본체의 요축과 평행하게 놓이도록 설정되는, 드론.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 회전안정화부는 상기 플라이휠의 회전 시 발생하는 반작용의 힘을 이용하여 상기 드론을 회전시키는, 드론.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 본체의 하면 상에 배치되는 제2 회전안정화부;
    를 더 포함하고,
    상기 제2 회전안정화부는,
    프로펠러; 및
    프로펠러에 회전력을 제공하는 모터;
    를 포함하여, 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 동시에 상기 본체에 대한 추력을 발생시킬 수 있는, 드론.
  8. 제7항에 있어서,
    복수 개의 추진부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 복수 개의 추진부 중 어느 하나의 추진부에 고장이 발생한 경우, 상기 본체를 기준으로 고장이 발생한 추진부와 대칭하게 배치된 다른 하나의 추진부의 구동을 정지시키는, 드론.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 본체에 수용된 낙하산 또는 에어백;
    을 더 포함하는, 드론.
  10. 드론에 선택적으로 탈부착될 수 있으며, 상기 드론에 고장이 발생하여 추락하는 경우 상기 드론의 움직임을 제어할 수 있는 드론 추락 방지 시스템에 있어서,
    상기 드론의 본체의 내측 또는 상기 본체의 상면 상에 배치되어 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 제1 회전안정화부; 및
    상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 드론에 고장이 발생한 경우 상기 제1 회전안정화부를 구동시켜 상기 본체의 자세를 안정화시킴으로써 텀블링 현상을 방지하는, 드론 추락 방지 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 기 설정된 요축에 대한 각속도 값과 실제 요축에 대한 각속도 값 사이의 오차가 최소화되도록 상기 제1 회전안정화부의 구동을 제어하는, 드론 추락 방지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 회전안정화부는,
    상기 본체의 상면 상에 배치되고,
    프로펠러;
    상기 프로펠러의 하측에 배치되어 상기 프로펠러에 회전력을 제공하는 모터; 및
    상기 프로펠러의 상측에 배치되어 상기 프로펠러의 회전에 의한 추력이 발생되는 것을 방지하기 위한 차폐요소;
    를 포함하고,
    상기 모터의 회전축은 상기 본체의 요축과 일렬로 정렬되며, 상기 제1 회전안정화부는 상기 프로펠러의 회전 시 발생하는 수평 방향의 바람의 힘을 이용하여 상기 드론을 회전시키는, 드론 추락 방지 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 회전안정화부는,
    상기 본체의 내측에 배치되고,
    플라이휠; 및
    상기 플라이휠의 하측에 배치되어 상기 플라이휠에 회전력을 제공하는 모터;
    를 포함하고,
    상기 모터의 회전축은 상기 본체의 요축과 평행하게 놓이도록 설정되고,
    상기 제1 회전안정화부는 상기 플라이휠의 회전 시 발생하는 반작용의 힘을 이용하여 상기 드론을 회전시키는, 드론 추락 방지 시스템.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 드론의 본체의 하면 상에 배치되는 제2 회전안정화부;
    를 더 포함하고,
    상기 제2 회전안정화부는,
    프로펠러; 및
    프로펠러에 회전력을 제공하는 모터;
    를 포함하고, 상기 본체의 요축(Yaw)에 대한 각속도를 발생시키는 동시에 상기 본체에 대한 추력을 발생시킬 수 있는, 드론 추락 방지 시스템.
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