KR200432955Y1 - 무인항공기를 이용한 약제 살포장치 - Google Patents

무인항공기를 이용한 약제 살포장치 Download PDF

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Abstract

무인 항공기(헬리곱터)에 살포장치를 탑재하여 실생활에 유용하게 사용될 수 있는 무인 항공기를 이용한 액제 살포장치가 개시된다. 본 고안에 따른 약제 살포장치는 무인항공기의 양 측면에 프레임에 의해 거치되면서 무선 조종기에 의해 배출구가 개폐되는 약제통과, 약제통에 연결되어 무인항공기의 하부로 경사지게 모이는 공급관 및 집진통과, 집진통의 하부와 주름관으로 연결되어 약제가 분출되는 분사노즐을 갖는 노즐바아를 포함한다. 이때, 노즐바아를 항공기 진행방향의 반대로 선회시키는 각도조절수단이 더 포함된다. 그리고 주름관에는 마찬가지로 속도감응식 정량공급밸브가 더 내장된다. 또한, 약제를 강제 이송시키는 가압펌프가 집진통에 내장된다.

Description

무인항공기를 이용한 약제 살포장치{An apparatus for Medicine sprinkle using the radio-controlled air plane}
도 1은 종래기술에 따른 무인항공 농약 살포기를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 약제 살포장치를 나타낸 사시도이고,
도 3은 도 2에 도시된 약제 살포장치를 보인 정면도이고,
도 4는 도 3의 A-A선을 따라 도시한 단면도이고,
도 5는 도 3에 도시된 각도조절수단의 일부를 나타낸 사시도이고,
도 6 및 도 7은 각도조절수단의 사용상태를 나타낸 측면도이며, 그리고
도 8은 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 약제 살포장치의 사용방법을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
40 : 무인항공기 100 : 약제 살포장치
110 : 프레임 120 : 약제통
124 : 공급관 130 : 집진통
140 : 주름관 150 : 노즐바아
152 : 분사노즐 160 : 가압펌프
170 : 정량공급밸브 180 : 각도조절수단
181 : 서브모터 182 : 감속기
183 : 작동바아
본 고안은 농업용 액제 살포장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인 항공기(헬리곱터)에 살포장치를 탑재하여 실생활에 유용하게 사용될 수 있는 무인 항공기를 이용한 액제 살포장치에 관한 것이다.
일반적으로 현재 농촌에서 수행되고 있는 농약 및 비료의 살포방식은 농약을 물에 희석시켜 분무기에 담아 농민이나 작업자가 직접 살포하거나 길다란 비닐봉지에 농약을 담아 양끝에서 비닐봉지를 잡고 살포하는 방식으로 수행되고 있다.
그러나 이러한 종래의 살포방식은 다수의 인력이 농약에 중독되어 건강을 해칠 수 있는 문제가 있고, 농촌 인력이 격감되고 있는 현재 살포인력을 용이하게 구할 수 없다는 문제점이 있으며, 농약을 살포하는 과정에서 농작물을 밟고 지나 다녀야 하기 때문에 농작물의 피해가 발생되는 문제가 있었다.
또한, 농약을 분무기와 호스를 이용하여 살포하는 방식은 농민이나 작업자가 직접 끌고 들어가서 살포해야 하기 때문에 작업성이 저하되는 문제와 작업이 불편한 문제가 있는 것이다.
한편, 상기의 문제를 해결하기 위해 비행기 및 헬리곱터와 같은 유인 항공기에 농약 및 비료를 살포할 수 있도록 농기계를 장착하여 수행하고 있으나, 이는 일반 농민들이 사용하기에는 가격이 너무 부담이 되어 현실성이 떨어지고, 대규모 영 농단지에는 적합하다 하더라도 우리나라와 같은 협소한 면적을 경작하는 농가에는 적합하지 못하며 한국적 농촌현실이 경작지에 많은 장애물(전봇대, 전선, 나무 등)에 따른 안전이 보장되지 않으며, 항공기 속도에 따른 약량의 조절이 불가하여 약해를 입는 등 안정성이 보장되지 않았다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 국내 등록실용신안 제343358호(무인항공 농약 살포기)가 개시된 바 있다.
공지된 무인항공 농약 살포기는 도 1에서 보는 바와 같이 살포제가 액상 또는 분말상으로 저장되어 이를 용이하게 공급하기 위한 저장 분무기(10)와, 상기 저장 분무기(10)에 의해 공급되는 농약 및 비료를 용이하게 이동시키는 고압이동호스(20)와, 상기 고압이동호스(20)를 통해 이동된 농약 및 비료를 농지에 배출시키기 위해 고압이동호스(20)의 끝단부에 설치된 다수의 분사노즐(30)과, 엔진, 모터 및 마이크로 제어판이 탑재되어 작업자 또는 작동자의 신호에 따라 구동하는 소형의 무인 항공기(40)로 구성되되, 상기 무인항공기(40)의 하단부에는 고압이동호스(20)가 안정적으로 부착될 수 있도록 부착걸이(41)가 구비되어 있다.
그리고 저장 분무기(10)의 측부에는 농민 또는 작업자가 고압이동호스(20)를 원활하게 풀거나 감기도록 작동하는 조절수단(50)이 더 구비되어 있다.
이와 같은 종래의 무인 농약 살포기는 단순히 무인항공기에 농약살포 분사노즐만 부착한 것으로, 노즐로 약제를 공급해 주는 고압이동호스가 지상에서 연결되는 방식이다. 다시 말해 기존의 호스와 노즐을 무인 항공기가 이리 저리 끌고 다닌다고 생각하면 되는 것이다. 이러한 종래의 무인항공 농약 살포장치는 원거리를 비행하면서 길고 무거운 고압이동호스를 끌고 다녀야 하기 때문에 비행 자체가 어려울 수 있는 문제점이 있어, 실시 가능 여부가 불확실한 발명이라 할 수 있겠다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 무인항공기에 약제통을 탑재시키고, 이 약제통에서 노즐로 분사되는 구조를 갖되, 분사노즐이 항공기의 전진 및 후진에 따라 반대 방향으로 선회되면서 약제를 살포하는 무인항공기를 이용한 약제 살포장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안은,
무인항공기의 양 측면에 프레임에 의해 거치되면서 무선 조종기에 의해 배출구가 개폐되는 약제통;
약제통에 연결되어 무인항공기의 하부로 경사지게 모이는 공급관 및 집진통;
집진통의 하부와 주름관으로 연결되어 약제가 분출되는 분사노즐을 갖는 노즐바아;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기를 이용한 약제 살포장치를 제공한다.
여기에서, 프레임에는 노즐바아를 무인항공기 진행방향의 반대로 선회시키는 각도조절수단이 더 설치될 수 있으며, 각도조절수단은 프레임의 하부면상에 장착되면서 무선조종기의 속도조종스틱에 의해 작동되는 서브모터와, 서브모터에 장착되는 감속기 및 리미트장치와, 감속기에 일단이 결합되면서 타단이 노즐바아에 굴곡지게 결합되는 작동바아로 구성됨이 바람직하다.
또는, 주름관에는 속도감응식 정량공급밸브가 내장될 수도 있다.
또는, 집진통에는 가압펌프가 내장될 수도 있다.
그리고 노즐바아는 주름과의 하단에 연결되어 양측으로 경사지게 분기되는 메인노즐과, 메인노즐의 양단 및 중간에 형성되는 하나 이상의 분사노즐로 구성됨이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 무인항공기를 이용한 약제 살포장치에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 약제 살포장치를 나타낸 사시도이다.
본 발명은 도 2에서 보는 바와 같이 무선조종기(도시되지 않음)에 의해 비행이 조작되는 무선항공기(헬리곱터)(40)에 이 무선항공기(40)의 하부면상에 장착되는 약제 살포장치(100)를 포함한다.
무선조종기에 의해 비행되는 무선항공기(40)는 일반적으로 널리 사용되는 것으로, 이착륙과, 비행중 전후진 및 본 발명에 의해 새로이 추가되는 약제살포기능이 포함된다. 그리고 무선항공기(40)에는 비행에 관련된 전자제어시스템(도시되지 않음)이 통상적으로 구비된다.
도 3은 도 2에 도시된 약제 살포장치를 보인 정면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명에서의 약제 살포장치(100)는 약제통(120)과, 집진통(130)과, 주름과(140)과, 노즐바아(150)를 포함한다.
약제통(120)은 무인항공기(40)의 측면에 배치되되, 항공기(40)의 수평을 위해 항공기(40)의 좌우측에 각각 동일한 용량의 통이 장착됨이 바람직하다.
이러한 약제통(120)은 상부가 개방되고, 그 개방부를 개폐시키는 마개(121)가 구비되며, 개방부에는 투입되는 약제를 1차적으로 여과시키는 제1필터(도시되지 않음)가 부착된다.
그리고 약제통(120)의 하부면상에는 약제통(120)내의 약제를 선택적으로 배출시키는 배출밸브(123)가 형성된다. 이때, 배출밸브(123)는 무선조종기에서 약제살포기능에 해당되는 조작버튼에 의해 열고 닫히게 된다. 바람직하게는 배출밸브(123)와 약제통(120)의 접점 부위(약제통의 배출구)에는 약제통(120)내의 약제를 2차적으로 여과시키는 제2필터(도시되지 않음)가 부착된다.
이와 같이 형성된 약제통(120)은 무인항공기(40)의 하부면상에 장착되는 수평프레임(110)의 양단부에 고정된다. 바람직하게는, 프레임(110)의 양단부에는 각각의 약제통(120)을 고정하기 위한 보조프레임(111)이 더 구비되고, 이 보조프레임(111)에 약제통(120)이 견고히 장착된다.
프레임(110)의 중앙부 하측에는 집진통(130)이 프레임(110)에 고정된 체로 장착된다. 이러한 집진통(130)은 항공기(40) 좌우측의 약제통(120)에서 연결되는 약제 공급관(124)이 연결되는 곳으로, 각각의 약제통(120)에서 배출된 약제가 집진통(130)으로 모인후, 집진관(130)에서 합쳐져 하측으로 하강하게 된다.
즉, 공급관(124)은 그 일단이 배출밸브(123)와 연결되며, 타단이 집진통(130)으로 연결되는 것이다. 이때, 집진통(130)은 자중에 의해 약제가 원활히 배출되게 하기 위해 약제통(120)의 배출밸브(123)보다 낮은 곳에 위치함이 바람직하다.
그리고 집진통(130)의 하부에는 집진통(130)과 연통되는 주름관(140)이 연결되고, 주름관(140)의 하부에는 노즐바아(150)가 연결된다.
주름관(140)은 집진통(130)내의 약제가 노즐바아(150)측으로 이동되는 통로역할을 수행하면서 노즐바아(150)가 선회될 때에 쉽게 꺽여지면서 신축가능한 역할을 갖도록 하기 위함이다. 이때, 주름관(140)의 하부측에는 정량공급밸브(170)가 내장된다.
정량공급밸브(170)는 주름관(140)내에 장착되어, 항공기(40)에서 살포되는 약제의 양을 실질적으로 조절하는 밸브로써, 무인항공기(40)의 속도에 감응되게 설계된다. 즉, 정량공급밸브(170)는 별도의 조작스위치가 있는 것이 아니라 무인항공기(40)에 구비되는 전자제어시스템에서 체크되는 지면속도(V)에 따라 유동적으로 변하게 된다.
정량공급밸브(170)의 작동원리에 대해 좀더 자세하게 설명하면, 노즐바아(150)에서 살포되는 약제는 무인항공기(40)의 속도가 일정할때에는 동일한 지역에 동일한 약제가 살포되게 된다. 그러나 무인항공기(40)의 속도가 변하게 되면, 지면에 대한 사간대비 이동거리가 달라지기 때문에 다른 속도로 이동된 지면에 살포되는 약제가 동일한 양으로 살포되지 않게 된다. 따라서 무인항공기(40)의 속도가 느리거나 빠르게 이동될때에도 속도에 따라 지면대비 동일한 양의 약제가 살포되게 하기 위해 속도감응식으로 정량공급밸브(170)를 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 정량공급밸브(170)는 무인항공기(40)가 정지되어 있으면, 정량공급밸브(170)가 닫히게 되고, 서서히 움직이게 되면, 정량공급밸브(170) 역시 서서히 열리게 되어 조금씩 공급되고, 무인항공기(40)의 속도가 빨라지게 되면, 정량공급밸브(170)는 더 많이 열리게 된다.
도 4는 본 발명의 정량공급밸브를 상세하게 나타낸 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 4를 참고하면, 정량공급밸브(170)의 구성은 전자제어시스템과 연결되어 속도감응식으로 작동되는 소형 제1서브모터(171)와, 제1서브모터(171)에 장착되는 제1감속기(172)와, 제1감속기(172)에 내장되는 제1리미트장치(도시되지 않음)와, 제1감속기(172)에 결합되면서 주름관(140)내로 연장되는 회전축(173)과, 회전축(173)에 결합되면서 주름관(140)에 내장되어 회전되는 밸브체(174)로 구성된다. 여기에서, 밸브체(174)는 구형상을 갖는 것으로, 그 상하방향으로 통로가 관통되어 약제가 유동되는 통상의 구형 밸브체가 사용된다.
한편, 정량공급밸브(170)의 하부에는 살포되는 약제를 마지막으로 여과시키는 제3필터(도시되지 않음)가 부착된다.
주름관(140)의 하단에 연결되는 노즐바아(150)는 다수의 분사노즐(152)이 포크형상으로 구성된 것으로, 주름관(140)의 하단에서 양갈래로 벌어지는 메인노즐(151)과, 메인노즐(151)의 양단부 및 중간에 복수개의 분사노즐(152)이 일체로 연통되게 형성된다. 이때, 메인노즐(151)은 약제의 흐름을 원활하게 하기 위해 하측으로 경사지게 형성됨이 바람직하다.
이와 같이 형성된 약제 살포장치(100)는 약제의 원활한 살포를 위해 부가적으로 가압펌프(160)를 더 필요로 할 수 있다.
가압펌프(160)는 집진통(130)내에 모인 약제를 하측의 주름관(140)으로 강력하게 밀어주는 강제 이송 역할을 수행하는 것으로, 흔히 유체의 이동이에 사용되는 펌프가 사용된다. 이와 같은 가압펌프(160)는 약제통(120)에서 집진통(130)까지의 높이차가 낮을때 사용될 수 있는 것으로, 약제의 위치에너지가 작아 자중에 의해 낙하되지 않을 때 사용되는 것이다.
또한, 본 고안에 따른 약제 살포장치(100)는 노즐바아(150)를 선회시킬 수 있는 각도조절수단(180)이 더 포함 될 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 각도조절수단의 일부를 나타낸 사시도이다.
각도조절수단(180)은 무인항공기(40)가 비행중일때 약제를 살포하면, 무인항공기(40)의 프로펠러 풍력에 의해 약제가 휘날리는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 노즐바아(150)가 하측을 향하고 있기 때문에 무인항공기(40)가 전진 및 후진될때에 분사노즐(152)에서 살포되는 약제가 맞바람에 의해 균일하게 살포되지 못하게 되는 문제점도 발생될 수 있기 때문이다.
따라서 각도조절수단(180)에 의해 무인항공기(40)의 비행방향과 반대방향으로 노즐바아(150)를 선회시켜 프로펠러의 풍력이나, 비행방향에 의한 맞바람에 의해 약제가 휘날리는 것을 최대한 억제할 수 있게 된다. 또한 무인항공기(40)와 작물간의 높이를 충분히 유지시켜 무인항공기(40)의 하향풍에 의한 작물의 피해를 최소화 할 수 있다.
이러한 각도조절수단(180)은 프레임(110)의 하부면상에 장착되는 제2서브모터(181)와, 제2서브모터(181)에 장착되면서 노즐바아(150)에 힌지결합되는 작동바아(183)를 포함한다. 이때, 제2서브모터(181)에는 제2서브모터(181)의 분당 회전수(rpm)를 줄여주는 통상의 제2감속기(182)와, 시계방향이나 시계반대방향으로 일정한 각도만큼 회전될 수 있게 하는 통상의 제2리미트장치(도시되지 않음)가 더 포함된다. 그리고 제2감속기(182)에 장착되는 작동바아(183)의 선단 및 이에 대응되는 제2감속기(182)는 1:1 동력전달을 위해 도 5에서 보는 바와 같이 기어결합(185a,185b)으로 구성됨이 바람직 할 것이다. 또한, 작동바아(183)는 작동바아(183)가 선회될때에 공급관(124)의 간섭을 피하기 위해 어느 일측방향으로 만곡되게 형성됨이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 각도조절수단(180)에 의해 선회되는 노즐바아(150)의 전후방 선회각도는 -80° ~ 80°의 범위가 설정된다.
도 6 및 도 7은 각도조절수단의 사용상태를 나타낸 측면도이다.
예를 들어 작동바아(183)가 도 6 및 도 7에서 보는 바와 같이 공급관(124)을 기준으로 우측을 지나치도록 연결된다면 작동바아(183)는 우측으로 거의 ">"자 형상으로 형성되어 시계방향으로 선회될때에 공급관(124)과 부딪히는 것을 방지할 수 있게 된다.
여기에서, 각도조절수단(180)의 작동은 무선조종기의 속도조절스틱(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 즉, 무선조종기에는 항공기를 전방으로 또는 후방으로 이동시키게 하는 스틱이 구비되는데, 이 스틱은 항공기를 전후방으로 조종할 뿐만 아니라 항공기의 속도도 제어할 수 있다. 따라서 각도조절수단(180)은 스틱이 조작되어 항공기가 이동됨과 동시에 항공기의 진행방향에 반대방향으로 선회되며, 조작에 의한 항공기의 속도에 비례하여 각도조절이 이루어지게 된다.
이처럼 노즐바아(150)가 속도에 따라 선회각도가 조절되게 하는 이유는 무인항공기(40)의 속도에 따라 분사노즐(152)에서 형성되는 맞바람의 세기가 다르기 때문에 속도가 빨라질수록 노즐바아(150)의 각도를 더욱 크게 하여 무인항공기(40)의 속도가 최고조일때 노즐바아(150)의 선회각도가 거의 비행 반대방향으로 돌아가게 된다.
하기에는 전술한 바와 같이 형성된 무인항공기를 이용한 약제 살포장치(100)의 사용 및 작동방법에 대해 간략하게 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 약제 살포장치의 사용방법을 나타낸 도면이다.
도 8을 참고하면, 먼저, 본 고안에 따른 살포장치(100)를 사용하기 위해서는 두개의 약제통(120)에 같은 용량의 약제를 채워 넣는다.
약제가 충진되면, 무인항공기(40)의 시동을 걸고, 무인항공기(40)를 이륙시킨다.
이륙시킨 무인항공기(40)를 약제 살포지역의 상공으로 이동시킨후, 전진하면서 무선조종기의 약제살포 스위치를 온(ON)시킨다.
약제살포 스위치의 조작과 함께 약제통(120)하부의 배출밸브(123)가 열리면서 약제통(120)내의 약제들이 공급관(124)을 타고 집진통(130)으로 이동된다.
집진통(130)으로 모인 약제는 서로 섞이면서 가압펌프(160)에 의해 하측의 주름관(140)으로 강제 이송된다.
주름관(140)을 타고 강제 이송되던 약제는 무인항공기(40)의 속도에 따라 감응되는 정량공급밸브(170)에 의해 하측으로 정량 이동되면서 메인노즐(151)을 통해 각각의 분사노즐(152)에서 살포된다.
이때, 약제의 살포는 속도감응식 각도조절수단(180)에 의해 후방으로 선회된채로 살포되되, 전진 속도에 비례되는 각도만큼 선회되어 약제가 살포되게 된다.
한편, 전진하면서 약제를 살포한 뒤에는 무인항공기(40)를 먼곳으로 선회시켜 다시 전진시키면서 약제를 살포하는 것이 아니라 살포 마지막 지점에서 그대로 멈추어 수평이동한 후, 무인항공기(40)를 후진시키면서 살포하게 된다.
이처럼 무인항공기(40)를 수평이동시켜 후진하면서 살포하는 이유는, 무인항공기(40)의 비행 유류비를 절약하려는 의도도 있지만, 멀리 돌아서 재 살포하는 경우 정확한 살포지역을 찾기도 어렵고 방대하지 않은 우리나라 실정을 감안한다면, 짧은 거리를 살포하기 위해 이동하는 거리보다 선회하기 위해 리턴하는 이동거리가 더 많게 되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 무인항공기(40)를 수평이동시켜 후진시키면, 속도감응식 각도조절수단(180)이 반대로 작동하여 노즐바아(150)를 무인항공기(40)의 전방으로 선회시켜 무인항공기(40)의 진행방향에 반대방향으로 약제를 살포시키게 된다.
전술한 바와 같이 본 고안에 따른 무인항공기를 이용한 약제 살포장치는 속도감응식 정량공급밸브 및 각도조절수단에 의해 약제의 효율적인 살포가 가능하게 착안되었다.
따라서 넓은 지역의 약제 살포나, 또는 우리나라 지형에 맞게 좁은 지역의 약제 살포시에 더욱 효율적으로 약제를 살포할 수 있게 된다.
상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 무인항공기의 양 측면에 프레임에 의해 거치되면서 무선 조종기에 의해 배출구가 개폐되는 약제통;
    상기 약제통에 연결되어 상기 무인항공기의 하부로 경사지게 모이는 공급관 및 집진통;
    상기 집진통의 하부와 주름관으로 연결되어 약제가 분출되는 분사노즐을 갖는 노즐바아;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기를 이용한 약제 살포장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임에는 상기 노즐바아를 상기 무인항공기 진행방향의 반대로 선회시키는 각도조절수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 무인항공기를 이용한 약제 살포장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 각도조절수단은 상기 프레임의 하부면상에 장착되면서 상기 무선조종기의 속도조종스틱에 의해 작동되는 제2서브모터와, 상기 제2서브모터에 장착되는 제2감속기 및 제2리미트장치와, 상기 제2감속기에 일단이 결합되면서 타단이 상기 노즐바아에 굴곡지게 결합되는 작동바아로 구성됨을 특징으로 하는 무인항공기를 이용한 약제 살포장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 주름관에는 속도감응식 정량공급밸브가 내장되는 것을 특징으로 하는 무인항공기를 이용한 약제 살포장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 정량공급밸브는 상기 주름관의 외측면상에 장착되는 속도감응식 제1서브모터 및 제1감속기와, 상기 제1감속기에 결합되어 상기 주름관내로 연장되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 선택적으로 회전되면서 상기 주름관을 개폐시키는 밸브체로 구성됨을 특징으로 하는 무인항공기를 이용한 약제 살포장치.
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