JP7244955B2 - 飛行体及び飛行体の飛行方法 - Google Patents

Description

本発明は、飛行体及び飛行体の飛行方法に関する。

近年、様々な用途に利用されるドローン（Ｄｒｏｎｅ）や無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの回転翼機（以下、単に「飛行体」と総称する）を利用した様々なサービスが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

また、このよう飛行体のうち、荷物を搭載するための搭載部を備えたものが特許文献２に開示されている飛行体が存在する。

特開２０１７－１５６９７号公報 特開２０１７－１５９７５１号公報

上述した荷物を運ぶ場合、特許文献２に記載の技術では、構造が複雑なことに加えて、下降時の横風対策等がなされておらず、安全性に問題がある。

そこで、本発明は、より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供することを一つの目的とする。

本発明によれば、
推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備える飛行体であって、
前記アーム部の第１位置と当該第１位置よりも後方に位置する第２位置とを移動自在に設けられた搭載部を更に備える
飛行体が得られる。

本発明によれば、より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供し得る。

本発明による飛行体の斜視図である。 図１の飛行体の上面図である。 図１の飛行体の側面図である。 図１の飛行体の初期状態を示す図である。 図１の飛行体の上昇時の状態を示す図である。 図１の飛行体の飛行時の状態を示す図である。 図１の飛行体の目的地上空における状態を示す図である。 図１の飛行体の目的地上空における状態を示す他の図である。 図１の飛行体の下降時の状態を示す図である。 図１の飛行体の下降時の状態を示す他の図である。 図１の飛行体の飛行部の機能ブロックを示す図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体及び飛行体の飛行方法は、以下のような構成を備える。
［項目１］
推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備える飛行体であって、
前記アーム部の第１位置と当該第１位置よりも後方に位置する第２位置とを移動自在に設けられた搭載部を更に備える
飛行体。
［項目２］
項目１に記載の飛行体であって、
前記第１位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
飛行体。
［項目３］
項目１又は項目２に記載の飛行体であって、
前記固定翼部は、二枚の固定翼の対で構成されており、
前記第１位置は、当該固定翼の対の間に位置している、
飛行体。
［項目４］
項目１乃至項目３のいずれかに記載の飛行体であって、
前記第２位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
飛行体。
［項目５］
項目１乃至項目４のいずれかに記載の飛行体であって、
前記飛行部と前記アーム部とを独立して変位可能に連結する連結部を更に備えている、
飛行体。
［項目６］
項目５に記載の飛行体であって、
前記飛行部と前記アーム部とを連結する連結部は、ジンバルである、
飛行体。
［項目７］
項目１乃至項目６のいずれかに記載の飛行体の飛行方法であって、
初期状態において、前記搭載部を第１位置にセットし搭載対象物を搭載させるとともに、前記飛行部が上端となるように前記アーム部を垂直方向に立てるステップと、
前記飛行部を駆動させ、当該駆動部が進行方向前端となるように上昇させるステップと、
所定の高さにおいて、前記飛行部を略９０度水平方向にむけて変位させ、前記アーム部が水平方向に延びるように飛行させるステップと、
目的地上空において前記脚部が下端となるように前記アーム部を垂直方向に立てつつ、前記搭載部を前記第１位置から前記第２位置に変位させるステップと、
前記脚部が下端となるように下降するステップと、を備える、
飛行体の飛行方法。

＜実施の形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態による飛行体及び飛行体の飛行方法について、図面を参照しながら説明する。

＜本発明による実施の形態の詳細＞
図１に示されるように、本発明の実施の形態による飛行体１は、推力を発生させるための複数の回転翼１６を備えた飛行部１０と、脚部２０と、飛行部１０及び脚部２０を連結するアーム部３０と、アーム部３０の略中央に設けられた固定翼部（上側固定翼４０、下側固定翼４２）とを備えている。

なお、図示されている飛行体１は、本発明の構造の説明を容易にするため簡略化されて描かれており、例えば、制御部等の詳しい構成は図示していない。

また、図中の軸は、絶対軸を表している。Ｚ軸（Ｚ方向）は垂直方向であり、Ｘ軸及びＹ軸は共に水平方向である。

＜構造の詳細＞
本実施の形態による飛行部１０は、プロペラ１６と、当該プロペラ１６を回転させるモータ１４と、モータ１４を支持するモータアーム１２とを備えている。本実施の形態による飛行部１０は、プロペラ１６、モータ１４、モータアーム１２のセットは十字状に４つ有している。

プロペラ１６は、モータ１４からの出力を受けて回転する。プロペラ１６が回転することによって、飛行体１を出発地から離陸させ、水平移動させ、目的地に着陸させるための推進力が発生する（飛行の詳細は後述する）。なお、プロペラは、右方向への回転、停止及び左方向への回転が可能である。

プロペラ１６は、任意の羽根（回転子）の数（例えば、１、２、３、４、またはそれ以上の羽根）でよい。羽根の形状は、平らな形状、曲がった形状、よじれた形状、テーパ形状、またはそれらの組み合わせ等の任意の形状が可能である。

なお、羽根の形状は変化可能である（例えば、伸縮、折りたたみ、折り曲げ等）。羽根は対称的（同一の上部及び下部表面を有する）または非対称的（異なる形状の上部及び下部表面を有する）であってもよい。

羽根はエアホイル、ウイング、または羽根が空中を移動される時に動的空気力（例えば、揚力、推力）を生成するために好適な幾何学形状に形成可能である。羽根の幾何学形状は、揚力及び推力を増加させ、抗力を削減する等の、羽根の動的空気特性を最適化するために適宜選択可能である。

モータ１４は、プロペラ１６の回転を生じさせるものであり、例えば、駆動ユニットは、電気モータ又はエンジン等を含むことが可能である。羽根は、モータによって駆動可能であり、時計方向に及び／または反時計方向に、モータの回転軸（例えば、モータの長軸）の周りに回転する。

羽根は、すべて同一方向に回転可能であるし、独立して回転することも可能である。羽根のいくつかは一方の方向に回転し、他の羽根は他方方向に回転する。羽根は、同一回転数ですべて回転することも可能であり、夫々異なる回転数で回転することも可能である。回転数は移動体の寸法（例えば、大きさ、重さ）や制御状態（速さ、移動方向等）に基づいて自動又は手動により定めることができる。

モータアーム１２は、それぞれ対応するモータ１４及びプロペラ１６を支持している部材である。モータアーム１２には、回転翼機の飛行状態、飛行方向等を示すためにＬＥＤ等の発色体を設けることとしてもよい。本実施の形態によるモータアーム１２は、カーボン、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム等またはこれらの合金又は組合わせ等から適宜選択される素材で形成することが可能である。

本実施の形態において、飛行部１０（図１参照）とアーム部３０とは、ジンバル６０を介して連結されている。これにより、飛行部１０とアーム部３０とは、独立して変位可能となる。

即ち、飛行部１０の向きをアーム部３０の向きとは別個独立に制御することが可能となることから、アーム部３０の向きは飛行部３０の向きの影響を受けないジンバル６０は、少なくとも二軸（X軸及びＺ軸）方向に変位可能なジンバル６０である。

アーム部３０は、２本の直線形状を有しており、夫々、一端は飛行部１０に接続され他端は脚部２０に接続されている。

図２に示されるように、本実施の形態による搭載部５０は、アーム部３０に設けられている。搭載部５０は、図２（ａ）及び図３（ａ）に示される第１位置から、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示される第２位置に向けて、アーム部３０に沿って移動可能に構成されている。

本実施の形態による搭載部５０は、レール状に形成されたアーム部３０をガイドさせるようにして、第１位置と第２位置とを変位可能にする。なお、移動の方法は他の方法であってもよく、第１位置及び第２位置への固定及びこれらの位置間の移動制御が可能な方法であれば、どのようなものでもよい。

本実施の形態における第１位置は、進行方向（Ｙ方向）において固定翼部４０と少なくとも一部が重複する位置にある。これにより、推力中心と搭載対象物５２の重心とを近接させることができ、飛行が安定する。

第１位置の場所については、搭載対象物の重量、形状に素材等に応じて適宜変更することができる。

固定翼部（上側固定翼４０及び下側固定翼４２）は、アーム部３０に夫々連結されている。本実施の形態による飛行体は、ジンバルを介して回転翼機に複葉機を接続した概念のものであるが、複葉機でなくてもよい。

続いて、図４乃至図１０を参照して本実施の形態による飛行体の飛行方法を説明する。

図４は、飛行体の初期状態を示す図である。搭載対象物５２は、搭載部５０に搭載されている。搭載部５０は、第１位置に位置している。図中の重心マークは飛行体の重心（Ｃｅｎｔｅｒ Ｏｆ Ｇｒａｖｉｔｙ：ＣＯＧ）を表している。

初期状態において、飛行体は脚部２０が地面に接した状態で直立している。換言すると、初期状態において、飛行体は、アーム部３０を垂直方向に立てるようにしてセットされる。

なお、初期状態において、飛行体が倒れないようにするために、補助アームや補助脚等を使用することとしてもよい。

飛行体は、図４に示される状態から、飛行部１０のプロペラ１６を回転させることによって上向きの推力を得て、図５に示されるように、浮上し上昇する（上昇姿勢）。

図６に示されるように、飛行体は、所定の高さまで上昇すると、飛行部１０を略９０度水平方向にむけて変位させ、機体の向きを変える（水平姿勢）。

この状態においてはあたかもプロペラ飛行機と同様の原理で水平方向に推進することが可能となる。かかる構成によれば、目的地上空まで高速に移動することが可能となる。

図７及び図８に示されるように、目的地上空に到着すると、プロペラ１６の回転速度を低下させつつ機体が垂直になるようにして（下降姿勢）、ホバリング状態に移行する。即ち、機体の向きを水平方向から垂直方向に戻す。この際、第１位置にあった搭載部５０は第２位置に移動し、それに伴い搭載対象物５２も移動する（図中の矢印Ｍ参照）。搭載対象物の移動に伴い、重心Ｇも脚部側にずれることとなる。

図９は、目的地上空から目的地まで下降する様子を表す図である。搭載対象物５２は第２位置に移動が完了し、重心Ｇも初期の位置から移動している。

なお、水平姿勢の状態で搭載対象物５２を第２位置に移行してしまうと、搭載対象物５２の重量によっては、下降姿勢に移行した際に、アーム部３０全体が振り子のように振れてしまうため、搭載対象物５２の移行は、下降姿勢に移行が開始され始めた後が好ましく、より安全には、完全に下降姿勢となった状態で移行することが好ましい。

本実施の形態においては、図１０に示されるように、下降の際に横風等が吹いた場合であっても、ジンバル６０によって、飛行部が自在に変位するため、横に流されることがない。

上述した回転翼機は、図１１に示される機能ブロックを有している。なお、図１１の機能ブロックは最低限の参考構成である。フライトコントローラは、所謂処理ユニットである。処理ユニットは、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。

処理ユニットは、図示しないメモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、１つ以上のステップを行うために処理ユニットが実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。

メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。

処理ユニットは、回転翼機の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θ_ｘ、θ_ｙ及びθ_ｚ）を有する回転翼機の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために回転翼機の推進機構（モータ等）を制御する。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。

処理ユニットは、１つ以上の外部のデバイス（例えば、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。

例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。

送受信部は、センサ類で取得したデータ、処理ユニットが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。

本実施の形態によるセンサ類は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。

本発明の回転翼機は、中長距離における宅配業務専用の飛行体としての利用、及び広域の監視業務、山岳領域の偵察・救助業務における産業用の回転翼機としての利用が期待できる。また、本発明の回転翼機は、マルチコプター・ドローン等の飛行機関連産業において利用することができ、さらに、本発明に、カメラ等を搭載し空撮任務も遂行可能な飛行体としても好適に使用することができる他、セキュリティ分野、農業、インフラ監視等の様々な産業にも利用することができる。

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

１ 飛行体
１０ 飛行部
１２ モータアーム
１４ モータ
１６ プロペラ
２０ 脚部
３０ アーム部
４０ 上側固定翼
４２ 下側固定翼
５０ 搭載部
５２ 搭載物
６０ ジンバル

Claims (7)

1. 推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部に設けられ、且つ、前記複数の回転翼の後流下に配置される固定翼部とを備える飛行体であって、
   前記アーム部の第１位置と当該第１位置よりも後方に位置する第２位置とを前記アーム部に沿って移動自在に設けられた搭載部を更に備える、
   飛行体。
2. 請求項１に記載の飛行体であって、
   前記第１位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
   飛行体。
3. 請求項１又は請求項２に記載の飛行体であって、
   前記固定翼部は、二枚の固定翼の対で構成されており、
   前記第１位置は、当該固定翼の対の間に位置している、
   飛行体。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の飛行体であって、
   前記第２位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
   飛行体。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の飛行体であって、
   前記飛行部と前記アーム部とを独立して変位可能に連結する連結部を更に備えている、
   飛行体。
6. 請求項５に記載の飛行体であって、
   前記飛行部と前記アーム部とを連結する連結部は、ジンバルである、
   飛行体。
7. 推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部に設けられ、且つ、前記複数の回転翼の後流下に配置される固定翼部と、前記アーム部の第１位置と当該第１位置よりも後方に位置する第２位置とを前記アーム部に沿って移動自在に設けられた搭載部と、を備える飛行体の飛行方法であって、
   初期状態において、前記搭載部を第１位置にセットし搭載対象物を搭載させるとともに、前記飛行部が上端となるように前記アーム部を垂直方向に立てるステップと、
   前記飛行部を駆動させ、当該駆動部が進行方向前端となるように上昇させるステップと、
   所定の高さにおいて、前記飛行部を略９０度水平方向にむけて変位させ、前記アーム部が水平方向に延びるように飛行させるステップと、
   目的地上空において前記脚部が下端となるように前記アーム部を垂直方向に立てるステップと、
   目的地上空において前記搭載部を前記第１位置から前記第２位置に変位させるステップと、
   前記脚部が下端となるように下降するステップとを含む、
   飛行体の飛行方法。
   

Images