JP7417244B2

JP7417244B2 - 飛行体

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Publication number: JP7417244B2
Application number: JP2019189143A
Authority: JP
Inventors: 陽一鈴木
Original assignee: Aeronext Inc
Current assignee: Aeronext Inc
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2024-01-18
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: JP2024023880A; JP2021062794A

Description

本発明は、飛行体に関する。

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：ＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅ）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、
本体部と、
一以上の推力手段が設けられた推力部と、
前記本体部と前記推力部とを所定範囲において変位可能に接続する接続部と、
前記本体部又は前記推力部の少なくともいずれか一方に設けられた翼部と、を備える、
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。

本発明の実施例１に係る飛行体の図である。図示される飛行体は水平飛行時の状態である。本発明の実施例１に係る飛行体の図である。図示される飛行体は着陸時の状態である。本発明の実施例１に係る飛行体の図である。図示される飛行体は着陸時の状態である。本発明の実施例１に係る飛行体の図である。図示される飛行体は着陸時の状態である。本発明の実施例２に係る飛行体の図である。図示される飛行体は水平飛行時の状態である。本発明の実施例２に係る飛行体の図である。図示される飛行体は着陸時の状態である。図１又は図５に示す飛行体の飛行部の機能ブロックを示す図である。本発明の変形例に係る飛行体の説明図である（その１）。本発明の変形例に係る飛行体の説明図である（その２）。

本実施の形態による発明は、以下の構成を備える。
［項目１］
本体部と、
一以上の推力手段が設けられた推力部と、
前記本体部と前記推力部とを所定範囲において変位可能に接続する接続部と、
前記本体部又は前記推力部の少なくともいずれか一方に設けられた翼部と、を備える、
飛行体。
［項目２］
項目１に記載の飛行体であって、
少なくとも水平飛行時において前記推力部と前記本体部との相対的な位置関係が固定される第１状態と、少なくとも下降時において前記推力部と前記本体部との相対的な位置関係は前記接続部を介して変位可能にされる第２状態と、を遷移可能に制御する制御部とを更に備える、
飛行体。
［項目３］
項目２に記載の飛行体であって、
前記第１状態において、前記推力手段は進行方向を向いており、
前記第２状態において、前記推力手段は垂直方向と斜交する方向を向いている、
飛行体。
［項目４］
項目３に記載の飛行体であって、
前記推力部は、夫々に推力を発生させる回転翼部を有する両端部を有しており、
前記接続部は、前記本体部の前部と、前記推力部の略中央とを接続している、
飛行体。
［項目５］
項目４に記載の飛行体であって、
前記本体部は、両翼部を有しており、
前記両翼部は、後方に傾斜する前端部を有しており、
前記両端部は、前記接続部を起点として前記前端部に沿うように変位可能である、
飛行体。
［項目６］
項目４に記載の飛行体であって、
前記両端部は、夫々翼部を有しており、
前記両翼部は、後方に傾斜する前端部を有しており、
前記推力手段は、前記前端部に設けられている、
飛行体。
［項目７］
項目１乃至項目６の何れか一項に記載の飛行体であって、
前記本体部には、当該飛行体を支持する支持脚機構が設けられる、
飛行体。
［項目８］
項目１乃至項目７の何れか一項に記載の飛行体であって、
前記変位の方向には、少なくともヨー方向が含まれる、
飛行体。
［項目９］
項目８に記載の飛行体であって、
前記変位の方向は、ヨー方向のみである、
飛行体。
［項目１０］
項目２乃至項目９の何れか一項に記載の飛行体であって、
荷物を前方から後方に移動可能に構成された格納部を備え、
少なくとも第１状態においては、前記荷物が前方に位置している、
飛行体。
［項目１１］
項目１０に記載の飛行体であって、
少なくとも着陸時において、前記荷物を後方に位置させる、
飛行体。

次に、図を参照して、本発明の実施の形態による飛行体について説明する。

＜構造＞
図１及び図２に示されるように、本実施の形態による飛行体１は、本体部１０と、推力部２０と、接続部３０と、翼部４０と、制御部（不図示）と、を備えている。推力部２０は、一以上の推力手段が設けられる。本実施形態では、推力部２０は、接続部３０を中心として左右二基のモータ２１を推力手段として備える。モータ２１は、後述するプロペラ２２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。

接続部３０は、本体部１０と推力部２０とを所定範囲において変位可能に接続する。本実施形態では、接続部３０には、一軸回りに揺動自在なジンバルが採用される。

制御部は、第１状態と第２状態とを遷移可能に制御する。第１状態とは、少なくとも水平飛行時において推力部２０と本体部１０との相対的な位置関係が固定される状態である。第２状態とは、少なくとも下降時において推力部２０と本体部１０との相対的な位置関係が接続部３０を介して変位可能にされる状態である。

翼部４０は、本体部１０又は推力部２０の少なくともいずれか一方に設けられる。すなわち、翼部４０は、本体部１０に設けられる場合（実施例１）と、推力部２０に設けられる場合（実施例２）とがあり、以下これらについて説明する。

（実施例１）
推力部２０は、夫々に推力を発生させるプロペラ２２（回転翼部）を有する両端部２３を有している。プロペラ２２は、モータ２１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２１の回転軸（例えば、モータの長軸）の周りに回転する。

接続部３０は、本体部１０の前部と、推力部２０の略中央とを接続している。本体部１０は、両翼部４０を有している。両翼部４０は、後方に傾斜する前端部４０Ａを有している。両端部２３は、接続部３０を起点として前端部４０Ａに沿うように変位可能である。

＜飛行の形態＞
以下、図１乃至図４を参照して、本実施の形態による飛行体の離陸、飛行及び着陸の際の飛行体の形態について説明する。

図１に示されるように、着陸時の状態（初期状態）から上昇しようとする場合、プロペラ２２は上向き（＝上方向に推進力が生じる向き）にされている。上昇する場合には、図示される状態でモータ２１を回転させる。飛行体１の上昇時及びホバリング時においては、図１に示される状態でそのまま垂直上昇を行う。

ホバリング時から水平飛行に移行が完了すると、飛行体１は第１状態に遷移する。第１状態では、推力部２０と本体部１０との相対的な位置関係が固定される。図１に示すように、第１状態においては、モータ２１が進行方向（前方）を向いている。モータ２１の向きを前方に向けることによって、飛行体１は、前方へ進むための推進力を得ることができるようになる。

なお、目的地上空などに到着した場合には、再度ホバリングを行うために図１と同様の姿勢に変位する。そして、その状態で飛行体１は下降し着陸を行う。下降時においては、飛行体１は第１状態から図３に示す第２状態に遷移する。第２状態においては、推力部２０と本体部１０との相対的な位置関係は接続部３０を介して変位可能とされる。また、第２状態においては、モータ２１が垂直方向と斜交する方向を向いている。すなわち、第２状態においては、本体部１０は着陸面に垂直なままで、モータ２１のみが傾くことになる。このため、風が吹いていても機体の姿勢保持と機体位置の制御を両立させることができる。

また、第２状態においては、推力部２０が前方に移動するので、推力部２０の移動に伴い、重心Ｇが後方にずれることとなる。このため、機体の姿勢を安定させることができる。さらに、モータ２１が垂直方向と斜交する方向を向くことで、前方へ進むための推進力の垂直方向成分を図１に示す状態よりも小さくすることができ、降下速度を上昇させることができる。加えて、モータ２１の回転数を必要以上に下げることなく飛行体１を着陸させることができる。このため、上昇気流対策を図りつつモータ２１の最低回転数を上げることができる。

（実施例２）
次に、図３及び図４を参照して、本発明の第２実施形態に係るガス発生器について説明する。なお、第１実施形態と下２桁が同じ符号の部位は、特に示すことがない限り、第１実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略することがある。次に、図５及び図６を参照して、実施例２に係る飛行体について説明する。なお、実施例１と下２桁が同じ符号の部位は、特に示すことがない限り、実施例１で説明したものと同様であるので、説明を省略することがある。

両端部１２３は、夫々翼部１４０を有している。両翼部１４０は、後方に傾斜する前端部１４０Ａを有している。推力手段２１は、前端部１４０Ａに設けられている。

本体部１１０には、飛行体２を支持する支持脚機構１５０が設けられる。本体部１１０には、支持脚機構１５０を本体部１１０に対して展開又は収納するための開口１６０が形成される。開口１６０は、支持脚機構１５０が本体部１１０に対して展開された状態にあるときに、接続部３０から下方へ向かって末広がりに拡大された形状を有する。

飛行体２は、荷物Ｌを前方から後方に移動可能に構成された格納部１７０を備える。少なくとも第１状態においては、荷物Ｌが前方に位置している。第１状態とは、少なくとも水平飛行時において推力部２０と本体部１０との相対的な位置関係が固定される状態である。第１状態において、モータ２１は進行方向（前方）を向いている。

飛行体２は、少なくとも着陸時において、荷物Ｌを後方に位置させる。これにより、重心Ｇが後方にずれることとなる。

上述した回転翼機は、図７に示される機能ブロックを有している。なお、図７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。

上述した実施例では、変位の方向がヨー方向（Ｙ軸回り）のみである例について述べた。本発明はこれに限らず、変位の方向には、少なくともヨー方向が含まれていれば良い。すなわち、ヨー方向に加えて、ロール方向やピッチ方向に変位させても良い。

上述した実施例では、接続部３０として、一軸回りに揺動自在なジンバルを採用する例を示した。しかし、本発明はこれに限らない。例えば、接続部３０として、二軸、三軸回りに揺動自在なジンバルを採用しても良い。

上述した実施例では、翼部４０が、本体部１０に設けられる場合（実施例１）と、推力部２０に設けられる場合（実施例２）とがあり、これらについて説明したが、勿論、本体部１０と推力部２０の両方に翼部４０を設けてもよい。

（変形例）
図８に示すように、両端部２３を部分的に可動させても良い。すなわち、両端部２３のうちの紙面左側部分２３Ｌを翼部４０に固定し、紙面右側部分２３Ｒのみがヨー方向（Ｙ軸回り）に可動する構成であっても良い。この構成によれば、図９に示すように、紙面右側部分２３Ｒに設けたモータ２１を回転させるとともに、紙面左側部分２３Ｌに設けたモータ２１の回転を停止させることで、飛行体は風下にたなびくようにホバリングが可能となる。

１、２飛行体
１０、１１０本体部
２０推力部
２１モータ（推力手段）
２２プロペラ（回転翼部）
２３、１２３両端部
４０翼部
４０Ａ、１４０Ａ前端部
１４０両翼部
１５０支持脚機構
１７０格納部
Ｌ荷物

Claims

本体部と、
一以上の推力手段が設けられた推力部と、
前記本体部と前記推力部とを所定範囲において変位可能に接続する接続部と、
前記本体部又は前記推力部の少なくともいずれか一方に設けられた翼部と、を備え、
前記翼部は、機首方向に分割可能な構成であって、
前記接続部は、前記翼部を前記機首方向に分割するように変位させる、
飛行体。
本体部と、
一以上の推力手段が設けられた推力部と、
前記本体部と前記推力部とを所定範囲において変位可能に接続する接続部と、
前記本体部又は前記推力部の少なくともいずれか一方に設けられた翼部と、を備え、
前記本体部は、機首方向に分割可能な構成であって、
前記接続部は、前記本体部を機首方向に分割するように変位させる、
飛行体。
請求項１または２のいずれかに記載の飛行体であって、
少なくとも水平飛行時において前記推力部と前記本体部との相対的な位置関係が固定される第１状態と、少なくとも下降時において前記推力部と前記本体部との相対的な位置関係は前記接続部を介して変位可能にされる第２状態と、を遷移可能に制御する制御部とを更に備える、
飛行体。
請求項３に記載の飛行体であって、
前記第１状態において、前記推力手段は進行方向を向いており、
前記第２状態において、前記推力手段は垂直方向と斜交する方向を向いている、
飛行体。
請求項４に記載の飛行体であって、
前記推力部は、夫々に推力を発生させる回転翼部を有する両端部を有しており、
前記接続部は、前記本体部の前部と、前記推力部の略中央とを接続している、
飛行体。
請求項５に記載の飛行体であって、
前記両端部は、夫々翼部を有しており、
前記両翼部は、後方に傾斜する前端部を有しており、
前記推力手段は、前記前端部に設けられている、
飛行体。
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の飛行体であって、
前記本体部には、当該飛行体を支持する支持脚機構が設けられる、
飛行体。
飛行体。
請求項３乃至請求項７の何れか一項に記載の飛行体であって、
荷物を前方から後方に移動可能に構成された格納部を備え、
少なくとも第１状態においては、前記荷物が前方に位置している、
飛行体。
請求項８に記載の飛行体であって、
少なくとも着陸時において、前記荷物を後方に位置させる、
飛行体。