가방이 필요없는 공륙양용(空陸兩用​) 드론

- 팀원소개 : 금오공과대학교 기계시스템공학과 학부생

- 역할 : 송은지 (3D 모델링 및 ppt 제작)

         권재언 (회로설계 및 아두이노 코딩)

         김진효 (선행기술조사 및 캘리브레이션)

- 주제 : 가방이 필요없는 공륙양용(空陸兩用) 드론

- 사이즈 : 267mm × 267mm × 148.8mm (펼친 상태) 

           ​157.5mm × 157.5mm × 110mm (접힌 상태)

- 무게 : 약 1kg

- 출력시간 : 6대의 3d프린터로 출력하여 약 200시간 소요

- 전자장치 및 사용부품 : 변속기(Speed controller ESC), 브러쉬리스 모터(Brushless Motor), 전력 분배기(Power divider), 아두이노 2종(Arduino Uno, Arduino Promicro), 180도 각도제어 서보모터(Servo moter), 기울기 센서(gyroscope sensor), 블루투스 모듈(bluetooth module), 와이파이 모듈(Wifi module), 점퍼케이블, 회로기판 등을 제외한 모든 부품 3D프린팅 출력부품으로 제작

​1. 제작동기 및 목적

무선 전파로 조종 할 수 있는 무인 비행기인 드론(Drone)은 군사 용도로 처음 생겨났지만 최근에는 고공 촬영, 배달, 나아가 값이 저렴한 키덜트(kidult) 제품으로도 재탄생되어 다방면으로 활용 되고 있습니다.

이에 따라 드론의 우수한 보관성과 휴대성이 필요하게 되었고, 이를 위한 드론용 가방도 함께 제작 되고 있습니다. 하지만 적게는 수 만원부터 많게는 수십만 원을 호가하는 가방을 별도로 구매해야 한다는 단점이 있어 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방안들이 고안되고 있는 실정입니다.

따라서 본 ‘CREANO팀’은 이러한 문제점을 개선하고자 휴대용 접이식 드론을 제작하기로 하였습니다. 접이식 드론을 제작하게 되면 별도의 가방 구매가 필요치 않아 비용 절감의 효과가 있고, 드론을 휴대할 시, 가방을 함께 들고 다니지 않아도 되며 드론을 넣었다 뺐다 해야 하는 번거로움을 줄일 수 있는 장점을 얻을 수 있습니다.

또한 저희 팀은 접이식 드론의 메커니즘(mechanism)을 활용하여 드론의 프로펠러 부분을 회전시켜 지상에서도 운행할 수 있도록 제작하여 공중과 지상, 어디에서든 이용할 수 있는 공륙양용(空陸兩用) 드론을 제작하게 되었습니다.

이 제작품을 3D Printer로 이용하게 되면 각 부품을 모델링하여 즉시 제작 할 수 있기 때문에 최초 고안을 할 시 제작의 효율성이 뛰어나며, 작품의 손쉬운 유지보수가 가능하므로 이와 같은 경진대회를 활용하여 프로젝트를 진행하게 되었습니다.

2. 본 작품의 특징 및 주요기능

① 드론의 다리(바퀴 부분), 날개(프로펠러 부분)등을 모두 접을 수 있게 제작하여 가방이 필요 없도록 하겠다는 초기 목표에 맞춰 각 부분들을 모두 접은 후 윗부분의 덮개의 손잡이로 들고 다닐 수 있는 컴팩트(compact)한 가방의 형태로 제작되었습니다. 접은 부분들은 커버(cover)의 안쪽에 위치하게 설계하여 드론을 떨어트렸을 때 등의 유사시의 충격에 대비하여 안전성을 높여주도록 제작하였습니다.

② 본 제작품은 3D 프린터를 활용하여 각각의 부품을 제작하여 결합하는 형식으로 관절마다 접히게 제작한 것은 물론, 프로펠러가 달린 부분을 회전시킬 수 있도록 제작하여 기존의 드론처럼 위쪽만을 향하게 하는 것이 아닌 옆쪽을 보도록 회전시켜 동일 구조로 작동을 시키게 되면 지상에서도 운행이 가능하도록 제작하여 하늘과, 지상 모두에서 이용할 수 있는 실용적이고 활용성 높은 드론을 제작하였습니다.

따라서 지상에서 움직이게 하기 위하여 드론의 바퀴 부분을 볼 마우스의 볼 부분의 형상에서 모티브를 얻어 제작하게 되었습니다. 볼캐스터 바퀴를 사용함으로써 제자리에서 360도 회전 및 촬영이 가능하도록 설계하였습니다. 이 또한 접을 수 있게 제작되었으며 네 부분에 각각 바퀴를 달아 안전성도 추구하도록 하였습니다.

③ 드론의 윗부분의 덮개는 탈부착 식으로 제작하여 편의에 따라 떼어내어 드론의 크기를 줄여 드론의 수납도 용이하게 하였으며, 덮개를 부착한 채로 비행을 할 시에 공기의 흐름을 방해하지 않도록 윗부분에 삼각형 무늬로 구멍을 뚫어 제작하여 실용성과 디자인 적인 측면 모두를 고려하였습니다.

- 공중을 포함한 지상에서도 운행이 가능

- 편의성 및 기능성 증대

- 가방이 필요없는 구조, 높은 경제성

- 접이식 구조, 휴대성 및 공간 절약

- 다양한 커버 교체 가능, 다양성 증대

- 직접 코딩한 드론으로, 다양한 기능 추가 가능

3. 제작과정

4. 제작과정에서의 애로사항

드론이 비행하기 전, 브러쉬리스 모터의 회전력에 의한 진동 떄문에 부품 파손이 있었습니다. 이에 따라 전체적인 드론의 무게를 감소시키되, 강성을 보강하여 공진을 피하는 설계변경이 필요하였습니다. 따라서 다수의 모델링 수정 작업을 진행하였고, 새로운 부품 출력 및 조립을 한 후 약 100회의 비행을 통한 테스트를 진행함으로써 해결하였습니다. 이러한 과정에서 3D프린팅의 강점인 빠른 수정과 출력을 잘 이용하여 문제를 해결할 수 있었습니다. 

5. 본 아이디어의 우수성

드론을 사용하기 위해서는 드론을 안전하게 넣어서 이동시킬 가방이 필수적이라 할 수 있습니다. 하지만 적게는 수만원부터 많게는 수십만원을 호가하는 가방을 별도로 구매해야한다는 문제점에 아이디어를 얻어, 가방없이 드론을 이동시킬 때, 드론이 어딘가에 부딪히는 등의 파손이 발생하지 않도록 각 부분들을 접은 후 손잡이를 달아 드론 자체가 가방이 되어 들고 다닐 수 있는 형태로 제작하였습니다. 따라서 본 작품으로 인하여 가방을 사는 비용을 크게 절감할 수 있으며, 가방을 따로 들고다니는 번거로움에서 벗어날 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 하늘과 지상에서 모두 이용할 수 있도록 제작되었기 때문에 필요에 따라 하늘에서 비행을, 지상에서 운행을 할 수 있어 하나의 드론으로 두 가지 기능을 얻을 수 있기에 매우 효율적이라 할 수 있습니다.

6. 향후계획 및 발전가능성

1) 드론의 대중화로 저렴한 가격대의 드론시장 활성화 ---> 경제성, 편의성을 통한 소비자의 니즈를 충족

2) 3D 프린팅의 장점을 활용하여 소비자가 원하는 다양한 디자인의 커버를 제작하여 활용 가능 및 손쉬운 유지보수

3) 향후 재난지역탐사 등 다양한 목적을 위해 공중과 지상에서 모두 운용할 수 있는 공륙양용(空陸兩用) 기능 적용가능