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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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최근 무인항공기는 기동성과 효율성을 바탕으로 산업 전반에 걸쳐 활용성이 부각되고 있다. 본래 군용(정찰, 감시목적)으로 개발되었던 무인항공기는 대중적인 취미생활은 물론 상업분야의 판도를 바꿀 수 있는 무인 운송 수단의 하나로 각광받고 있다. 선진국을 중심으로 무인항공기를 물류운송 수단으로 사용하기 위한 시제품 개발 연구가 활발히 이루어지고 있다. 현재까지 개발된 물류용 무인항공기는 규격화된 물건만 잡을 수 있도록 개발되어 특정 크기 및 형상의 물건만 이송이 가능하다. 또한 기존 연구개발 단계의 포획장치는 대부분 gripper 형태로 grip이 용이한 대상에 국한되고 무인항공기 동체의 단면적을 초과하는 대상을 포획하기에는 어려움이 있다. 따라서 무인항공기의 활용범위를 넓히기 위해서는 대상의 부피와 형태에 구애받지 않는 무인항공기 탑재용 다목적 전개형 포획장치 개발이 필수적이다.
본 논문에서는 다양한 부피와 형태의 대상을 포획할 수 있는 장치를 제안하였다. 포획장치의 포획 대상으로 규격화된 물건이 아닌 임의의 크기 및 형상의 물건을 선정하였다. 포획 대상의 중량은 무인항공기의 사양에 따라 결정되기 때문에, 실험을 위해 사용된 쿼드콥터 (Phantom3, DJI)의 사양에 적합한 포획대상을 선정하였다. 대상을 포획하기 위해 투망의 작동 원리를 응용한 포획장치를 설계 및 제작하고, 제안된 포획장치의 전개 특성을 연구하였다. 포획장치의 linkage arm은 최소 60 mm, 최대 200 mm 전개 가능하도록 설계되었고, 실험 모델은 3D 프린터를 사용하여 제작되었다. 각각의 linkage arm 사이에는 토션 스프링이 장착되어 구속해제 시 자동으로 전개되며, 이를 제어하기 위한 kevlar wire가 관통되어 있다. 즉, linkage arm은 토션 스프링의 복원력에 의해 전개되며, 수납 시에는 중량 대비 인장강도가 우수한 kevlar wire를 ree12에 감아 안정적인 제어가 가능하다. 또한 kevlar wire를 anchor가 상·하 운동을 할 수 있도록 reel1에 구속하였다. 상기 포획장치를 구동시키기 위해 하나의 서보모터로 두 종류의 reel을 제어할 수 있는 포획장치 제어메커니즘을 제안하였다. 서보모터는 linkage arm 내부에 장착된 토션 스프링, anchor의 무게, 대상의 무게를 고려하여 필요한 토크를 계산하여 선정되었다. 전산모사 해석을 통해 대상을 포획할 수 있는 anchor를 설계하고 이에 대한 구조적 안정성을 확인하였다. 지상에서의 포획 성능 분석을 위해, 제안된 메커니즘을 통합 제작하고 포획 실험을 수행하였다. 또한 무인항공기가 안정적으로 호버링을 유지하는 상황에서의 포획 가능성을 확인하였고, 무인항공기 운용 환경에서의 포획 실험을 수행하였다.
본 논문에서는 다양한 부피와 형태의 대상을 포획할 수 있는 장치를 제안하였다. 포획장치의 포획 대상으로 규격화된 물건이 아닌 임의의 크기 및 형상의 물건을 선정하였다. 포획 대상의 중량은 무인항공기의 사양에 따라 결정되기 때문에, 실험을 위해 사용된 쿼드콥터 (Phantom3, DJI)의 사양에 적합한 포획대상을 선정하였다. 대상을 포획하기 위해 투망의 작동 원리를 응용한 포획장치를 설계 및 제작하고, 제안된 포획장치의 전개 특성을 연구하였다. 포획장치의 linkage arm은 최소 60 mm, 최대 200 mm 전개 가능하도록 설계되었고, 실험 모델은 3D 프린터를 사용하여 제작되었다. 각각의 linkage arm 사이에는 토션 스프링이 장착되어 구속해제 시 자동으로 전개되며, 이를 제어하기 위한 kevlar wire가 관통되어 있다. 즉, linkage arm은 토션 스프링의 복원력에 의해 전개되며, 수납 시에는 중량 대비 인장강도가 우수한 kevlar wire를 ree12에 감아 안정적인 제어가 가능하다. 또한 kevlar wire를 anchor가 상·하 운동을 할 수 있도록 reel1에 구속하였다. 상기 포획장치를 구동시키기 위해 하나의 서보모터로 두 종류의 reel을 제어할 수 있는 포획장치 제어메커니즘을 제안하였다. 서보모터는 linkage arm 내부에 장착된 토션 스프링, anchor의 무게, 대상의 무게를 고려하여 필요한 토크를 계산하여 선정되었다. 전산모사 해석을 통해 대상을 포획할 수 있는 anchor를 설계하고 이에 대한 구조적 안정성을 확인하였다. 지상에서의 포획 성능 분석을 위해, 제안된 메커니즘을 통합 제작하고 포획 실험을 수행하였다. 또한 무인항공기가 안정적으로 호버링을 유지하는 상황에서의 포획 가능성을 확인하였고, 무인항공기 운용 환경에서의 포획 실험을 수행하였다.
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