지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론{DRONE WHICH CAN MOVE ON GROUND AND RISE BY ITSELF}
본 발명은 무선 조종에 의해 움직이는 드론에 관한 것이다.
일반적으로, 드론(Drone)은 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종 가능한 비행기나 헬리콥터 형태의 무인항공기(UAV : unmanned aerial vehicle / uninhabited aerial vehicle)의 총칭이다. 드론은 군사용으로서, 연습사격의 표적으로 사용되거나 정찰·감시와 대잠공격 등을 위해 사용되고 있다. 2010년대를 전후하여서는 군사적 용도 외 다양한 민간 분야에도 활용되고 있다. 드론의 구조에 있어서, 통상적으로 로터가 몸체에서 돌출된 경우가 많다. 로터는 몸체가 공중으로 떠오르게 하는 추진력을 발생시키는 구성으로서, 주로 프로펠러를 채용하고 있다. 따라서 로터는 몸체 내에 위치할 수는 없고 외부로 돌출된다. 이러한 로터의 존재는 드론을 휴대, 보관하는 등에 있어서 공간을 많이 차지하게 하는 요인이 된다. 로터는 외부로 돌출되어 있기에 주변 물건과의 간섭에 의해 파손되기도 쉽다. 또한, 드론은 지면에서 상승하여 비행하는 것으로서, 지면에서의 이동은 원활하지 못한 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은, 휴대, 보관 시에는 로터가 접혀져 있다가 작동 시에는 자력으로 작동 위치로 상승할 수 있게 하는, 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 일 목적은, 로터가 접힌 상태에서 지면에서 수평 이동할 수 있게 하는, 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론은, 구름 부재를 구비하는 메인 프레임; 상기 메인 프레임에 스윙 가능하게 설치되는 서브 프레임; 상기 서브 프레임에 설치되는 로터; 및 상기 로터의 회전 방향이 달라지도록 상기 로터에 공급되는 전류의 극성을 변환하여, 상기 구름 부재가 지면에 의해 구르게 하거나, 상기 구름 부재가 지면 위로 상승하게 하는 제어 유닛을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 메인 프레임은, 상부 프레임과 측부 프레임을 포함하고, 상기 서브 프레임은, 상기 상부 프레임에 스윙 가능하게 결합되어, 상기 측부 프레임에 나란한 제1 상태와 상기 상부 프레임에 나란한 제2 상태 간에 스윙 가능하게 구성될수 있다. 여기서, 상기 측부 프레임은, 수용 공간을 한정하도록 구성되고, 상기 서브 프레임은, 상기 제1 상태에서 상기 수용 공간에 위치할 수 있다. 여기서, 상기 측부 프레임은, 복수 개로 구비되고, 상기 서브 프레임은, 상기 복수 개의 측부 프레임 각각에 대응하도록 복수 개로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 서브 프레임은, 4개로 구성되고, 상기 로터는, 상기 4개의 서브 프레임에 대응하여 4개로 구비되며, 상기 4개의 로터는, 한 쌍의 정 피치 프롭과, 한 쌍의 역 피치 프롭을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 구름 부재는, 상기 메인 프레임의 저면에 설치되는 홀더; 및 상기 홀더에 구름 가능하게 설치되는 구름 볼을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 서브 프레임이 상기 제2 상태에서 상기 제1 상태로 스윙 됨에 따라 상기 서브 프레임이 상기 측부 프레임에 고정되게 하는 고정 모듈이 더 구비될 수 있다. 여기서, 상기 고정 모듈은, 상기 측부 프레임에 설치되는 금속편; 및 상기 서브 프레임에 설치되며 상기 금속편에 대응하는 자석을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 고정 모듈은, 상기 측부 프레임에 설치되어, 상기 금속편을 탄성적으로 지지하는 탄성체를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론에 의하면, 휴대, 보관 시에는 로터가 접혀져 있다가 작동 시에는 자력으로 작동 위치로 상승할 수 있게 된다. 그에 의해, 휴대, 보관 시에 드론의 부피를 최소화할 수 있다. 또한, 로터가 외부로 돌출됨에 의해 파손될 가능성을 줄일 수 있다. 또한, 드론은 로터가 접힌 상태에서 지면에서 수평 이동할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)의 제1 상태를 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)이 제2 상태로 전환된 모습을 보인 사시도이다.
도 3은 도 1의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)을 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 5는 도 1의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)의 제어에 관한 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)의 제1 상태를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)이 제2 상태로 전환된 모습을 보인 사시도이다. 본 도면들을 참조하면, 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)은, 메인 프레임(110), 서브 프레임(130), 로터(150), 및 고정 모듈(170)을 가질 수 있다. 메인 프레임(110)은 드론(100)의 뼈대를 이루는 구성이다. 메인 프레임(110)은 상부 프레임(111)과, 측부 프레임(121)을 가질 수 있다. 상부 프레임(111)은 메인 프레임(110)의 상부 영역을 차지하는 부분이다. 상부 프레임(111)은, 구체적으로, 상부 로드(112), 상부 코너 부재(113), 장착 보드(115), 및 상부 스톱퍼(117)를 가질 수 있다. 여기서, 상부 로드(112), 상부 코너 부재(113), 장착 보드(115) 등은 탄소 섬유로 제작되어, 가벼우면서도 충분한 강도를 가질 수 있다. 상부 로드(112)는 상기 상부 영역의 경계선을 이루도록 배치되는 구성이다. 상부 로드(112)는, 파이프 형태로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 상부 프레임(111)은 대체로 4각 형태를 가지므로, 상부 로드(112)는 총 4개가 구비된다. 상부 코너 부재(113)는 상부 프레임(111)의 코너에 위치하여, 이웃하는 상부 로드(112)를 연결하는 구성이다. 본 실시예에서 상부 코너 부재(113)는 총 4개의 상부 로드(112)에 대응하여 역시 총 4개가 구비된다. 장착 보드(115)는 상부 코너 부재(113)에 결합되는 플레이트이다. 장착 보드(115)는 4개의 상부 로드(112)가 한정하는 영역 내에 위치할 수 있다. 장착 보드(115)의 저면에는 로터(150)를 구동하기 위한 배터리, 제어기판, 통신기(미도시) 등이 장착될 수 있다. 상부 스톱퍼(117)는 서브 프레임(130)의 회전을 제한하는 구성이다. 이를 위해, 상부 스톱퍼(117)는 장착 보드(115)의 단부에서 돌출되는 부분일 수 있다. 상부 스톱퍼(117)에 의해, 서브 프레임(130)은 제2 상태(도 2 참조)에서 도면상 반시계 방향으로 더이상 스윙되지 않는다. 측부 프레임(121)은 메인 프레임(110)의 측부 영역을 차지하는 부분이다. 측부 프레임(121)은, 구체적으로, 제1 측부 로드(122), 제2 측부 로드(123), 측부 코너 부재(125)를 가질 수 있다. 여기서, 제1 측부 로드(122), 제2 측부 로드(123), 및 측부 코너 부재(125)는 탄소 섬유로 제작되어, 가벼우면서도 충분한 강도를 가질 수 있다. 또한, 측부 프레임(121)은 다각형을 이루도록 여러 면에 걸쳐 형성될 수 있다. 본 실시예에서 측부 프레임(121)은 4개의 측면을 형성하도록 구성된다. 제1 측부 로드(122)는 상부 로드(112)의 배열 방향과 교차하는, 구체적으로 예를 들어 수직한 방향을 따라 배치되는 것일 수 있다. 제1 측부 로드(122)는 상부 로드(112)와 마찬가지로 파이프 형태를 가질 수 있다. 제1 측부 로드(122)의 상단은 상부 코너 부재(113)에 연결될 수 있다. 제1 측부 로드(122)는 총 4개의 상부 코너 부재(113)에 대응하여 역시 총 4개로 구비될 수 있다. 제2 측부 로드(123)는 제1 측부 로드(122)의 배열 방향과 교차하는 방향, 예를 들어 수직한 방향을 따라 배치되는 것일 수 있다. 그에 의해, 제2 측부 로드(123)는 상부 로드(112)와 평행하게 배열될 수 있다. 제2 측부 로드(123)는 역시 총 4개의 상부 로드(112)에 대응하여 총 4개로 구비될 수 있다. 제2 측부 로드(123)는 제1 측부 로드(122)와 마찬가지로 파이프 형태를 가질 수 있다. 측부 코너 부재(125)는 제1 측부 로드(122)와 제2 측부 로드(123)를 연결하는 구성이다. 측부 코너 부재(125)는 상부 코너 부재(113)와 대체로 유사한 구성을 가질 수 있다. 이상의 제1 측부 로드(122), 제2 측부 로드(123), 및 측부 코너 부재(125)에 의해 한정되는 공간은 수용 공간(A)이라 칭해질 수 있다. 본 실시예에서 수용 공간(A)은 개구된 영역이나, 뒤편이 막힌 리세스된(recessed) 영역으로 형성될 수도 있다. 서브 프레임(130)은 메인 프레임(110), 구체적으로 상부 로드(112)에 스윙 방향(S)을 따라 스윙 가능하게 설치되는 것이다. 그에 의해, 서브 프레임(130)의 스윙 축은 상부 로드(112)를 따르게 된다. 서브 프레임(130)은 측부 프레임(121)에 나란한 제1 상태(도 1 참조)와 상부 프레임(111)에 나란한 제2 상태(도 2 참조) 간에 스윙될 수 있다. 서브 프레임(130)은 복수 개의 측부 프레임(121) 각각에 대응하여 복수 개로 구비될 수 있다. 각 서브 프레임(130)은 제1 상태에서 각 측부 프레임(121)의 수용 공간(A)에 위치한다. 서브 프레임(130)은, 구체적으로, 베이스(131), 덕트(133), 장착대(135), 및 연결대(137)를 가질 수 있다. 베이스(131)는 상부 로드(112)에 연결되는 부분이다. 구체적으로, 베이스(131)는 상부 로드(112)를 회전 가능하게 수용하는 회전 튜브(131a)를 가질 수 있다. 여기서, 회전 튜브(131a)는 서로 이격된 한 쌍으로 구비될 수 있다. 덕트(133)는 베이스(131)에 연결되는 관체이다. 덕트(133)는 로터(150)의 후류로 갈수록 단면적이 좁아지는 형태를 가질 수 있다. 덕트(133)의 가장 자리(133a)는 서브 프레임(130)이 제1 상태에서 도면상 시계 방향으로 더 이상 회전되지 않게 제1 측부 로드(122)에 걸리는 역할을 한다. 따라서 가장 자리(133a)는, 상부 스톱퍼(117)에 대응하여, 측부 스톱퍼라 칭해질 수 있다. 상기 측부 스톱퍼는 상부 스톱퍼(117)처럼 덕트(133)에서 부분적으로 돌출되게 형성될 수도 있다. 장착대(135)는 덕트(133) 내에 위치하며, 로터(150)가 설치되는 부재이다. 장착대(135)는 대체로 원판 형태를 가질 수 있다. 연결대(137)는 장착대(135)를 덕트(133)에 연결하는 부분이다. 연결대(137)는 기준 바(137a)와, 보강 바(137b)를 가질 수 있다. 기준 바(137a)는 측부 프레임(121)의 하부 영역 측에서 장착대(135)로 연장되는 것이다. 그에 대비하여, 보강 바(137b)는 한 쌍의 회전 튜브(131a)에 대응한 위치에서 장착대(135)로 연장되는 것이다. 이때 보강 바(137b)는 한 쌍을 이루며, 기준 바(137a) 보다 두꺼운 것이다. 로터(150)는 서브 프레임(130), 구체적으로 장착대(135)에 설치된다. 로터(150)는 4개의 서브 프레임(130)에 각 1개씩 설치될 수 있다. 로터(150)는 제1 상태에서 대체로 수용 공간(A) 내에 위치한다. 고정 모듈(170)은, 서브 프레임(130)이 제2 상태에서 제1 상태로 다운 스윙될 때 서브 프레임(130)을 측부 프레임(121)에 고정하는 구성이다. 고정 모듈(170)은 금속편(171), 자석(173), 탄성체(175), 및 하우징(177)을 가질 수 있다. 금속편(171)은 제2 측부 로드(123)에 설치되어 외부로 노출될 수 있다. 자석(173)은 금속편(171)에 대응하여 덕트(133)의 저면에 설치될 수 있다. 탄성체(175)는 제2 측부 로드(123)에 설치되어 금속편(171)을 탄성적으로 지지한다. 하우징(177)은 제2 측부 로드(123)에 설치되며, 탄성체(175)를 내장하고 금속편(171)의 일부 역시 내장할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 로터(150)에 전원이 인가되면, 로터(150)는 메인 프레임(110)의 중심에서 외부로 나가는 방향으로 추력을 발생시킨다. 그 추력은 서브 프레임(130)이 상부 로드(112)를 중심으로 하는 스윙 방향(S)으로 스윙하게 하여 서브 프레임(130) 및 로터(150)를 제2 상태로 전환되게 한다. 그에 따라 로터(150)의 상승은 자력(自力)으로 달성된다고 할 수 있다. 이때, 서브 프레임(130)이 스윙 방향(S)으로 스윙되는 중에, 서브 프레임(130)의 베이스(131)는 상부 스톱퍼(117))에 걸리게 된다. 이는 서브 프레임(130)이 제2 상태를 넘어서서 스윙되지 않게 한다. 로터(150)가 작동을 계속함에 따라, 로터(150)를 통과한 후류는 공중에서 지상을 향한 방향으로 배출된다. 이는 드론(100)이 상승할 수 있는 추진력을 제공한다. 그 결과, 드론(100)은 공중으로 날아오르게 된다. 로터(150)에 대한 전원 인가가 종료되면, 로터(150) 및 서브 프레임(130)은 자중에 의해 다운 스윙하게 된다. 이때, 덕트(133)에 설치된 자석(173)이 제2 측부 로드(123)에 설치된 금속편(171)과 가까워짐에 따라, 양자 간에는 자기적 결합력이 발생된다. 그에 의해, 서브 프레임(130) 및 로터(150)는 수용 공간(A)에 위치하는 제1 상태에서 안정적으로 유지된다. 덕트(133)가 제2 측부 로드(123)에 결합되는 과정에서, 금속편(171)은 탄성체(175)에 지지되므로 덕트(133)가 금속편(171)에 가하는 충격이 흡수된다. 그에 의해, 덕트(133)가 제2 측부 로드(123)를 충격하여 제2 측부 로드(123)나 덕트(133)가 파손될 가능성이 최소화된다. 또한, 하우징(177)에 탄성체(175) 및 금속편(171)이 수용됨에 의해, 이들은 하나의 유니트로서 제2 측부 로드(123)에 설치될 수 있다. 나아가, 서브 프레임(130)이 다운 스윙되는 중에, 덕트(133)의 측부 스톱퍼(133a)는 제1 측부 로드(122)에 걸리게 된다. 이는 서브 프레임(130)이 제1 상태를 넘어서서 스윙되지 않게 한다. 이상의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)의 분해 조립 과정에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 1의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)의 분해 사시도이다. 본 도면을 참조하면, 메인 프레임(110)은, 상부 프레임(111)과 측부 프레임(121)로 분해될 수 있다. 상부 프레임(111)은 다시, 4개의 상부 로드(112), 역시 4개의 상부 코너 부재(113), 그리고 1 개의 장착 보드(115)로 분해될 수 있다. 상부 코너 부재(113)에는 2개의 인접한 상부 로드(112)가 끼워지는 2개의 상부 삽입홀(113a)이 형성된다. 2개의 상부 삽입홀(113a)은 장착 보드(115)와 평행한 평면에 배치될 수 있다. 상부 코너 부재(113)는 또한 제1 측부 로드(122)가 삽입되는 측부 삽입홀(113b)을 가질 수 있다. 측부 삽입홀(113b)은 2개의 상부 삽입홀(113a)이 이루는 평면에 대해 수직한 방향으로 배열될 수 있다. 상부 코너 부재(113)의 상면에는 결합 돌기(113c)가 형성될 수 있다. 결합 돌기(113c)에 대응하여, 장착 보드(115)에는 결합 홈(115a)이 형성될 수 있다. 측부 코너 부재(125)의 구성은 상부 코너 부재(113)의 구성과 대체로 동일하다. 따라서 측부 코너 부재(125)에 대한 구체적 설명은 생략한다. 로터(150)는 프롭(151)과, 모터(153)를 가질 수 있다. 여기서, 프롭(151)은 총 4개로 구비될 수 있다. 이때, 4개 중 2개는 정 피치(방향)를 갖는다면, 나머지 2개는 역 피치(방향)을 갖도록 조합될 수 있다. 그에 의해, 4개의 프롭(151)의 회전에 의한 균형을 맞출 수 있게 된다. 이러한 구성에 의하면, 상부 로드(112)는 상부 코너 부재(113)의 상부 삽입홀(113a)에 끼워져서 상부 코너 부재(113)와 결합된다. 제1 측부 로드(122)의 일 단부는 상부 코너 부재(113)의 측부 삽입홀(113b)에 끼워져서 상부 코너 부재(113)에 결합 된다. 제1 측부 로드(122)의 타 단부는 측부 코너 부재(125)에 끼워진다. 제2 측부 로드(123) 역시 측부 코너 부재(125)에 끼워진다. 장착 보드(115)는 4개의 상부 코너 부재(113)에 올려진 상태에서, 결합 돌기(113c)가 결합 홈(115a)에 구속됨으로써, 장착 보드(115)가 상부 코너 부재(113)에 결합 된다. 이로써 메인 프레임(110)에 대한 조립이 완료된다. 조립 과정은 간단한 끼움 방식에 의해 이루어지므로, 도구가 필요하지 않다. 서브 프레임(130)을 메인 프레임(110)에 조립하기 위해서는, 위에서 상부 로드(112)가 상부 코너 부재(113)에 끼워지기 전에 회전 튜브(131a)에 상부 로드(112)를 끼우면 된다. 로터(150)는 서브 프레임(130)의 장착대(135)에 장착된다. 다음으로, 드론(100)의 수평 이동을 위한 구성에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 도 1의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)을 다른 방향에서 바라본 사시도이다. 본 도면을 참조하면, 메인 프레임(110)은 구름 부재(127)를 더 가질 수 있다. 구름 부재(127)는 드론(100)이 지면 위에서 수평 이동할 때, 지면과 접촉하여 지면에 대해 구르는 구성이다. 구름 부재(127)는, 홀더(127a)와 구름 볼(127b)을 가질 수 있다. 홀더(127a)는 측부 코너 부재(125)의 저면에 부착될 수 있다. 구름 볼(127b)은 홀더(127a)에 수용된 채로, 지면과 접촉하여 구르는 볼이다. 도 5는 도 1의 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론(100)의 제어에 관한 블록도이다. 본 도면을 참조하면, 드론(100)은 제어 유닛(190), 신호 수신부(191), 배터리(195)를 더 가질 수 있다. 제어 유닛(190)은 신호 수신부(191)와 배터리(195), 및 로터(150)에 대한 전반적인 제어를 담당하는 구성이다. 신호 수신부(191)는 드론(100) 사용자가 조작하는 리모컨으로부터 모드 신호를 수신하는 구성이다. 배터리(195)는 로터(150), 구체적으로 모터(153, 도 3)에 직류 전류를 공급하기 위해, 전류를 저장하는 구성이다. 이러한 구성에 의해, 제어 유닛(190)는 신호 수신부(191)로부터 두 가지 작동 모드 중에 어느 하나에 해당하는 모드 신호를 입력받게 된다. 구체적으로, 사용자가 리모컨을 조작하여, 신호 수신부(191)에 상기 어느 하나의 신호를 전송하기 때문이다. 상기 어느 하나의 신호가 상승 모드 신호라면, 제어 유닛(190)은 설정된 상태로 배터리(195)의 전류가 로터(150)의 모터(153)에 공급되게 한다. 그에 의해, 모터(153)의 추력은 메인 프레임(110)의 중심을 향한 방향으로 발생한다. 이는 서브 프레임(130)이 상승 방향으로 스윙되며(도 2 참조), 드론(100)이 떠오를 수 있게 한다. 만약, 상기 어느 하나의 신호가 지상 이동 모드 신호라면, 제어 유닛(190)은 설정된 상태와 반대의 극성으로 배터리(195)의 전류가 모터(153)에 공급되게 한다. 그에 의해, 모터(153)의 추력은 메인 프레임(110)의 중심에서 멀어지는 방향으로 발생한다. 이는 서브 프레임(130)이 메인 프레임(110)에 붙으려 하게 하여(도 1 참조), 드론(100)이 지면에서 수평 이동할 수 있게 한다. 사용자가 리모컨을 조작하여 수평 이동의 방향을 입력하면, 제어 유닛(190)은 신호 수신부(191)를 통해 그에 관한 방향 신호를 입력받는다. 상기 방향 신호에 대응하여, 제어 유닛(190)은 4개의 로터(150) 중 어느 하나에 전류 공급을 중단하여 드론(100)의 이동 방향을 바꿀 수 있다. 상기와 같은 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100: 지면 이동 및 자력 상승 가능한 드론 110: 메인 프레임
111: 상부 프레임 112: 상부 로드
113: 상부 코너 부재 115: 장착 보드
121: 측부 프레임 122: 제1 측부 로드
123: 제2 측부 로드 125: 측부 코너 부재
127: 구름 부재 130: 서브 프레임
131: 베이스 133: 덕트
135: 장착대 150: 로터
170: 고정 모듈 171: 금속편
173: 자석 175: 탄성체
177: 하우징 |
