인장스프링을 이용한 모터 직접 구동형 곤충 모방 날갯짓 비행체의 동작 시험 = Basic Functional Test of an Insect-Mimicking Flying Robot With Directly Motor-Driven Flapping Wings

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 인장스프링을 이용한 곤충 모방 모터 직접 구동형 날갯짓 비행체를 제안하고 날갯짓 비행체의 동작을 위한 제어시스템 보드를 설계 및 제작하였다. 제안된 날갯짓 비행체는 프레임, DC 모터, 스퍼 기어, 피니언 기어, 날개 프레임, 날개, 인장스프링으로 구성된다. 비행체의 부품들의 관성모멘트, 기어비, 회전 스프링 상수를 이용하여 비행체의 공진주파수를 유도할 수 있고, 인장스프링의 오프셋 길이를 조절하여 공진주파수 값을 변경할 수 있다. 제어보드는 마이크로컨트롤러, IMU, 전압 레귤레이터로 구성된다. 날갯짓 비행체 구동을 위한 제어 신호는 기본적으로 사인파의 형태 신호이며, PWM으로 구동된다. 제어보드는 양쪽 날개 구동 신호에 진폭을 서로 다르게 변화시키거나, 오프셋을 주어 날갯짓 중심을 옮기거나, 날갯짓의 업스트로크와 다운스트로크의 속도를 변화시켜, 롤, 피치, 요를 각각 제어한다. 실험을 통하여 롤, 피치, 요 제어입력 신호에 맞추어 PWM 제어 신호가 바뀌는 것을 확인하였다. 제안된 날갯짓 비행체에 제어보드와 모터드라이버를 연결하여 기본 추력이 발생되는 것과 롤, 피치 명령에 따라 모멘트가 발생되어 기체의 자세가 바뀌는 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we proposed an insect-mimicking motor-directly driven Flapping Wing Micro Air Vehicle (FWMAV) using extension springs and designed and manufactured a control system board for the operation of the FWMAV. The proposed FWMAV consists of a frame, DC motor, spur gear, pinion gear, wing frame, wings, and extension springs. The resonant frequency of the FWMAV can be determined using the moment of inertia, gear ratio, and rotational spring constant. The resonance frequency can be changed by adjusting the offset length of the tension spring. The control board consists of a microcontroller, IMU, and voltage regulator. The control signal for driving the flapping device is basically a sine wave signal and is driven by PWM. The control board controls roll, pitch, and yaw by changing the amplitude of both wing drive signals differently, moving the center of wing flapping by giving an offset, or changing the speed of the upstroke and downstroke of wing flapping. Through experiments, it was confirmed that the PWM control signals are changed according to the roll, pitch, and yaw control input signals. By connecting the control board and motor driver to the proposed FWMAV, it was confirmed that basic thrust for hovering was generated. And also it was checked that moments for attitude control were generated according to roll and pitch commands, changing the FWMAV's attitude.

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