KR101285546B1 - 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치 - Google Patents

무인기용 브레이크 슬립 조절 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치에 관한 것으로서, 그 구성은, 액추에이터 연결대(150); 상기 액추에이터 연결대(150)와 간격을 두고 배치되되, 상기 액추에이터 연결대(150)와의 간격 내에서 슬라이드 가능하도록 마련되는 브레이크 연결대(140); 상기 액추에이터 연결대(150)와 상기 브레이크 연결대(140) 사이를 탄성 지지하는 스프링(110);을 포함하며, 상기의 구성에 따르면, 무인기의 활주 중에 브레이크 락킹을 방지하고, 정밀 제어와 조종 없이도 브레이크 슬립을 유지하며, 필요시에 브레이크 락킹에 필요한 제동력을 제공함으로써, 무인기의 활주 및 착륙의 안정성을 증가시키는 효과가 있다.

Description

무인기용 브레이크 슬립 조절 장치{Apparatus for Brake Slip Control of Unmanned Aerial Vehicle}
본 발명은 무인기의 활주 중에 정밀 제어와 조종 없이도 브레이크 슬립을 유지하여 브레이크 락킹을 방지하고, 필요시에는 브레이크를 락킹하기 위한 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치에 관한 것이다.
비행기의 브레이크 제동에 있어서, 조종사가 탑승하는 비행기의 경우에는 비행기의 규모, 성능에 따라 조종사의 힘에 의한 단순한 방식에서부터 ABS 방식까지 다양하게 사용되고 있다.
그러나 조종사가 탑승하지 않는 무인기(원격조종비행기)의 경우는 원격조종 신호에 의해 작동되는 전기 액추에이터의 출력으로 브레이크를 제동하게 된다. 무인기가 대형인 경우 ABS 방식을 사용할 수 있으나, 중량이 수백kg 이하의 무인기에 ABS를 적용할 경우 중량증가와 계통의 복잡성으로 사용치 않고 있는 실정이다.
일반적으로 적용되는 브레이크 제동 방식은, 도 5에 도시한 바와 같이, 전기 액추에이터의 출력을 직접 브레이크에 전달하거나 유압펌프에 전달하여 브레이크를 제동하는 단순한 계통으로 구성된다.
이 경우 액추에이터는 동일 출력으로 움직이고 작동거리에 따라 브레이크 접촉 시작, 슬립, 락킹 구간이 발생되며, 브레이크의 슬립은 액추에이터 작동거리가 매우 짧은 구간에서 이루어지고, 이후 락킹이 발생하게 된다.
이러한 브레이크 슬립 및 락킹은 브레이크 마모상태, 습도, 타이어 접지력 등에 따라 발생지점 및 구간이 일정치 않아 원격조종신호에 의한 제어에 큰 어려움이 있다.
또한, 무인기 활주 중에 속도를 줄이기 위해 브레이크를 제동하였을 때 브레이크 락킹으로 바퀴가 구르지 않으면 조향 기능을 상실하게 되고 활주로 이탈로 이루어져 무인기 파손의 위험성이 상존하고 있다.
결론적으로 브레이크 슬립구간에 대응하는 액추에이터 작동거리(위치)가 매우 짧아 원격제어 및 조종이 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제1999-0071030호('제동능력이 향상된 ABS 장치', 1999.9.15)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 무인기의 활주 중에 브레이크 락킹을 방지하고, 정밀 제어와 조종 없이도 브레이크 슬립을 유지하며, 필요시에 브레이크 락킹에 필요한 제동력을 제공함으로써, 무인기의 활주 및 착륙의 안정성을 증가시키는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 액추에이터 연결대(150); 상기 액추에이터 연결대(150)와 간격을 두고 배치되되, 상기 액추에이터 연결대(150)와의 간격 내에서 슬라이드 가능하도록 마련되는 브레이크 연결대(140); 상기 액추에이터 연결대(150)와 상기 브레이크 연결대(140) 사이를 탄성 지지하는 스프링(110);을 포함하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 브레이크 연결대(140)의 외주면에 장착되어, 상기 스프링(110)을 지지하는 스프링 반발력 조절판(120);을 더 포함하되, 상기 스프링 반발력 조절판(120)의 장착 위치가 조절 가능하도록 마련되어 있어, 상기 스프링(110)의 반발력 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 액추에이터 연결대(150)와 상기 브레이크 연결대(140) 사이의 간격이 조절 가능하도록 마련되어 있어, 상기 스프링(110)의 작동 간격 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 액추에이터 연결대(150)는, 상기 스프링(110)이 지지되는 지지판(151)과, 상기 지지판(151)의 중앙에서 외부로 돌출되고, 내부에 나사산이 형성된 관통공(152)이 형성되어 있는 돌출부(153)를 포함하고, 상기 브레이크 연결대(140)는, 일단에 상기 돌출부(153)가 수용되는 수용홈(141)이 형성되어 있고, 타단에 상기 수용홈(141)과 대응하는 위치에 노출홈(142)이 형성되어 있고, 상기 수용홈(141)과 상기 노출홈(142)을 연결하는 연결공(144)이 형성되어 있으며, 일단이 상기 관통공(152) 내의 나사산과 치합하며, 상기 연결공(144)을 관통하여, 상기 노출홈(142)을 통하여 볼트머리가 노출되어 있는 스프링 작동 간격 조절 볼트(130);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 액추에이터 연결대(150)는 액추에이터(200)에 연결되고, 상기 브레이크 연결대(140)는 브레이크(400)와 연결된 유압펌프에 연결되어, 상기 액추에이터의 힘을 전달받아 상기 유압펌프(300)에 선택적인 힘을 전달하여 상기 브레이크(400)에 슬립 및 락킹 제동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치를 제공한다.
본 발명의 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
원격 제어로 작동되는 액추에이터(200)의 출력을 브레이크(400)에 직접 전달하지 않고, 스프링(110) 반발력으로 브레이크(400)를 작동하게 함으로써, 브레이크(400)의 슬립 제어가 가능하며, 액추에이터(200)의 작동 거리에 의해 브레이크 연결대(140)가 접촉되어 엑추에이터의 출력이 브레이크(400) 제동력으로 모두 전달되어 브레이크(400)를 락킹할 수 있다.
또한, 액추에이터(200)의 출력을 슬립 조절 장치(100)의 스프링(110) 반발력에 의한 전달 구간과 브레이크 연결대(140) 접촉에 의한 전달 구간으로 구분하여 브레이크(400)에 제동력이 전달됨에 따라, 스프링(110) 반발력 구간에 비례한 브레이크(400) 슬립 구간을 확보하여 정밀 제어와 조종 없이도 브레이크(400) 슬립을 유지할 수 있다
이렇게, 무인기의 활주 중에 브레이크(400) 락킹을 방지하고, 정밀 제어와 조종 없이도 브레이크(400) 슬립을 유지하며, 필요시에 브레이크(400) 락킹에 필요한 제동력을 제공함으로써, 무인기의 활주 및 착륙의 안정성을 증가시킬 수 있다.
나아가, 장치의 단순화, 소형, 경량으로 인하여 저렴하고 경제적이며, 기존 브레이크(400) 계통에 쉽게 장착하여 ABS와 유사한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치를 도시한 브레이크 계통도.
도 2는 도 1의 슬립 조절 장치를 도시한 외형도 및 단면도.
도 3은 브레이크 동작 구간별 슬립 조절 장치의 작동을 설명하기 위한 도면.
도 4는 슬립 조절 장치의 작동 원리를 도시한 도면.
도 5는 종래 브레이크 제동 방식을 도시한 계통도 및 브레이크 제동력을 도시한 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 액추에이터(200)와 유압펌프(300) 사이에 장착되어, 브레이크(400) 제동력을 선택적으로 전달한다.
즉, 원격제어 신호 및 전원에 따라 전기 액추에이터(200)가 동작하며, 액추에이터(200)의 로드가 슬립 조절 장치(100)를 밀고, 슬립 조절 장치(100)는 유압펌프(300)에 선택적인 힘을 전달하여 브레이크(400)에 슬립 및 락킹 제동력을 전달하게 된다.
이러한 슬립 조절 장치(100)의 외관과 단면도를 도 2에 도시하였다.
도 2에 도시한 바와 같이, 슬립 조절 장치(100)는 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140)와 스프링(110)과 스프링 반발력 조절판(120)과 스프링 작동 간격 조절 볼트(130)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
액추에이터 연결대(150)는 지지판(151)과 돌출부(153)와 로드 연결부(155)를 포함한다.
지지판(151)은 원판 형상이고, 둘레를 따라 돌출된 단턱(151a)이 형성되어 있어, 단턱(151a)의 내측으로 스프링(110)이 지지된다.
스프링(110)이 지지되어 있는 지지판(151)의 중앙에는 외부로 돌출된 돌출부(153)가 형성되어 있으며, 돌출부(153)에는 내부에 나사산이 형성되어 있는 관통공(152)이 형성되어 있다.
지지판(151)의 돌출부(153)가 형성된 반대측에는 액추에이터(200)의 로드가 연결되는 로드 연결부(155)가 형성되어 있다. 로드 연결부(155)는 서로 간격을 둔 두 개의 플레이트로 구성되고, 두 개의 사이에 액추에이터(200) 로드가 삽입되어 연결된다.
브레이크 연결대(140)는 액추에이터 연결대(150)와 간격을 두고 배치되되, 액추에이터 연결대(150)와의 간격 내에서 슬라이드 가능하도록 마련된다.
이러한 브레이크 연결대(140)의 일단에는 돌출부(153)가 수용되는 수용홈(141)이 형성되어 있는데, 수용홈(141)은 돌출부(153)의 높이보다 깊게 형성되는 것이 바람직하다.
브레이크 연결대(140)의 타단에는 수용홈(141)과 대응하는 위치에 노출홈(142)이 형성되어 있다.
노출홈(142)의 외측으로는 펌프 연결부(143)가 형성되어 있는데, 펌프 연결부(143)도 로드 연결부(155)와 마찬가지로 서로 간격을 둔 두 개의 플레이트로 구성되고, 두 개의 사이에 유압펌프(300)의 로드가 삽입되어 연결된다.
수용홈(141)과 노출홈(142)을 연결하는 연결공(144)이 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140) 사이의 간격이 조절 가능하도록 마련되어 있어, 하기에서 설명할 스프링(110)의 작동 간격 조절이 가능하도록 마련되는데, 본 실시예에서는 스프링 작동 간격 조절 볼트(130)가 마련되어 있다.
즉, 스프링 작동 간격 조절 볼트(130)는 일단이 관통공(152) 내의 나사산과 치합하고, 수용홈(141) 내에 배치되며, 연결공(144)을 관통하여 노출홈(142)을 통하여 볼트머리가 외부로 노출되어 있다.
이렇게 구성된 스프링 작동 간격 조절 볼트(130)를 조이거나 풀면, 돌출부(153)가 수용홈(141) 내로 더 삽입되거나 수용홈(141) 외부로 더 노출됨으로서, 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140) 사이의 간격이 조절 가능하다.
이러한 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140) 사이에는 엑추에이터의 출력을 흡수하여 브레이크(400)에 낮은 제동력을 전달하기 위한 스프링(110)이 탄성 지지된다.
즉, 브레이크 연결대(140)의 외주면에는 스프링(110)을 지지하는 링 형상의 스프링 반발력 조절판(120)이 장착되는데, 스프링 반발력 조절판(120)과 지지판(151) 사이에 스프링(110)이 지지되어 있다.
이러한 스프링 반발력 조절판(120)에는 둘레를 따라 돌출된 단턱(120a)이 형성되어 있어, 단턱(120a)의 내측으로 스프링(110)이 지지된다.
또한, 스프링 반발력 조절판(120)은 브레이크 연결대(140)에 장착되는 장착 위치가 조절 가능하도록 마련되는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 본 실시예에서는 브레이크 연결대(140)의 외주면에 제1나사산(145)이 형성되어 있고, 스프링 반발력 조절판(120)의 내측면에는 제1나사산(145)과 치합되는 제2나사산이 형성되어 있다.
따라서, 스프링 반발력 조절판(120)을 돌리면, 브레이크 연결대(140)의 외주면을 따라 이동이 가능하므로 스프링 반발력 조절판(120)의 장착 위치가 용이하게 조절됨으로써, 스프링(110)의 반발력 조절이 가능하다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치의 브레이크(400) 동작 구간별 작동을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
① 브레이크(400) 풀림상태에서는 액추에이터(200) 동작에 따른 출력(Fa1)이 브레이크(400) 제동력(Fs1)과 같은 상태이고, 브레이크(400)의 패드가 접촉되지 않아 액추에이터(200)에 걸리는 힘은 작으며, 슬립 조절 장치(100)의 간격(d1)은 유지하고 있는 상태이다.
② 브레이크(400)의 패드가 접촉되는 시점으로서, 제동력(Fs2)과 액추에이터(200) 출력(Fa2)이 동일하게 증가하고, 액추에이터 연결대(150)의 이동거리(ℓ1)와 유압펌프(300) 연결대의 이동거리(ℓ0)가 같으며, 슬립 조절 장치(100)의 간격(d2)은 여전히 유지하고 있어 제동력(Fs2)이 스프링(110)의 반발력보다 작은 상태이다.
③ 브레이크(400) 패드가 접촉되어 슬립이 이루어지고 있는 구간으로서, 액추에이터(200)가 동작하여 액추에이터 연결대(150)의 이동거리(ℓ3)는 증가하였으나 유압펌프(300) 연결대의 이동거리(ℓ2)는 조금 증가하고, 슬립 조절 장치(100) 간격(d3)이 줄어들어 액추에이터(200) 출력(Fa3)이 스프링(110)에서 흡수되고 스프링(110) 반발력을 제동력(Fs3)으로 전달하고 있는 상태이다. 또한, 슬립 조절 장치(100) 간격(d)이 허용하는 거리 내에서 액추에이터(200) 작동 거리, 출력이 변경 되어도 제동력(Fs3)은 브레이크(400) 슬립 범위를 유지하는 상태이다.
④ 슬립 조절 장치(100) 간격(d)이 허용하는 거리를 초과하여 액추에이터(200)가 동작됨에 따라 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140)가 접촉하여 슬립 조절 장치(100) 간격(d)이 “0”이 되고, 액추에이터(200) 출력(Fa4)이 제동력(Fs4)으로 100% 전달되어 브레이크(400) 락킹 및 최대 제동력을 유지하는 상태이다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치의 작동 원리를 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
① 슬립 구간으로서 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140)가 접촉되지 않고, 스프링(110) 작동 간격이 유지되고 있는 상태에서는 액추에이터(200) 출력(Fa)이 제동력(Fs)으로 모두 전달되지 않고, 스프링(110)이 액추에이터(200) 출력(Fa) 일부를 흡수하고, 스프링(110) 반발력이 제동력(Fs)으로 전달된다.
② 락킹 구간으로서 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140)가 접촉되면, 액추에이터(200) 출력(Fa)이 제동력(Fs)으로 100% 전달된다.
③ 스프링 반발력 조절판(120)을 돌리면, 브레이크 연결대(140)의 외주면을 따라 이동이 가능하므로 스프링 반발력 조절판(120)의 장착 위치가 조절가능하며, 이러한 스프링 반발력 조절판(120)의 장착 위치 변경은 결과적으로 스프링(110) 반발력의 변경되어 전달되는 제동력 범위를 조절하게 된다.
④ 스프링 작동 간격 조절 볼트(130)를 조이거나 풀면, 돌출부(153)가 수용홈(141) 내로 더 삽입되거나 수용홈(141) 외부로 더 노출됨으로서, 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140) 사이의 간격이 조절 가능하다.
이렇게, 스프링 작동 간격 조절 볼트(130)를 조절하여 액추에이터 연결대(150)와 브레이크 연결대(140) 간의 거리 간격을 변경하여 브레이크(400) 슬립 구간의 거리를 조절하게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치는 원격 제어로 작동되는 액추에이터(200)의 출력을 브레이크(400)에 직접 전달하지 않고, 스프링(110) 반발력으로 브레이크(400)를 작동하게 함으로써, 브레이크(400)의 슬립 제어가 가능하며, 액추에이터(200)의 작동 거리에 의해 브레이크 연결대(140)가 접촉되어 엑추에이터의 출력이 브레이크(400) 제동력으로 모두 전달되어 브레이크(400)를 락킹할 수 있다.
또한, 액추에이터(200)의 출력을 슬립 조절 장치(100)의 스프링(110) 반발력에 의한 전달 구간과 브레이크 연결대(140) 접촉에 의한 전달 구간으로 구분하여 브레이크(400)에 제동력이 전달됨에 따라, 스프링(110) 반발력 구간에 비례한 브레이크(400) 슬립 구간을 확보하여 정밀 제어를 할 수 있고, 조종 없이도 브레이크(400) 슬립을 유지할 수 있다
이렇게, 무인기의 활주 중에 브레이크(400) 락킹을 방지하고, 정밀 제어 가능하며, 조종 없이도 브레이크(400) 슬립을 유지하며, 필요시에 브레이크(400) 락킹에 필요한 제동력을 제공함으로써, 무인기의 활주 및 착륙의 안정성을 증가시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치는 장치의 단순화, 소형, 경량으로 인하여 저렴하고 경제적이며, 기존 브레이크(400) 계통에 쉽게 장착하여 ABS와 유사한 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100 : 슬립 조절 장치 110 : 스프링
120 : 스프링 반발력 조절판 130 : 스프링 작동 간격 조절 볼트
140 : 브레이크 연결대 141 : 수용홈
142 : 노출홈 143 : 펌프 연결부
144 : 연결공 150 : 액추에이터 연결대
151 : 지지판 152 : 관통공
153 : 돌출부 155 : 로드 연결부
200 : 액추에이터 300 : 유압펌프
400 : 브레이크

Claims (5)

  1. 액추에이터 연결대(150);
    상기 액추에이터 연결대(150)와 간격을 두고 배치되되, 상기 액추에이터 연결대(150)와의 간격 내에서 슬라이드 가능하도록 마련되는 브레이크 연결대(140);
    상기 액추에이터 연결대(150)와 상기 브레이크 연결대(140) 사이를 탄성 지지하는 스프링(110);을 포함하며,
    상기 액추에이터 연결대(150)와 상기 브레이크 연결대(140) 사이의 간격이 조절 가능하도록 마련되어 있어, 상기 스프링(110)의 작동 간격 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브레이크 연결대(140)의 외주면에 장착되어, 상기 스프링(110)을 지지하는 스프링 반발력 조절판(120);을 더 포함하되,
    상기 스프링 반발력 조절판(120)의 장착 위치가 조절 가능하도록 마련되어 있어, 상기 스프링(110)의 반발력 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터 연결대(150)는,
    상기 스프링(110)이 지지되는 지지판(151)과,
    상기 지지판(151)의 중앙에서 외부로 돌출되고, 내부에 나사산이 형성된 관통공(152)이 형성되어 있는 돌출부(153)를 포함하고,
    상기 브레이크 연결대(140)는,
    일단에 상기 돌출부(153)가 수용되는 수용홈(141)이 형성되어 있고,
    타단에 상기 수용홈(141)과 대응하는 위치에 노출홈(142)이 형성되어 있고,
    상기 수용홈(141)과 상기 노출홈(142)을 연결하는 연결공(144)이 형성되어 있으며,
    일단이 상기 관통공(152) 내의 나사산과 치합하며, 상기 연결공(144)을 관통하여, 상기 노출홈(142)을 통하여 볼트머리가 노출되어 있는 스프링 작동 간격 조절 볼트(130);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터 연결대(150)는 액추에이터(200)에 연결되고,
    상기 브레이크 연결대(140)는 브레이크(400)와 연결된 유압펌프에 연결되어,
    상기 액추에이터의 힘을 전달받아 상기 유압펌프(300)에 선택적인 힘을 전달하여 상기 브레이크(400)에 슬립 및 락킹 제동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 무인기용 브레이크 슬립 조절 장치.
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