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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Fluggerät und Flugverfahren dafür.
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[Stand der Technik]
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In den letzten Jahren wurden verschiedene Dienstleistungen unter Verwendung eines Drehflüglers wie einer Drohne oder eines unbemannten Luftfahrzeugs (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) (im Folgenden einfach „Fluggerät“ genannt) erbracht, der für verschiedene Zwecke eingesetzt wird. (Siehe z.B. Patentdokument 1).
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Unter diesen Fluggeräten befindet sich ferner ein in Patentdokument 2 offenbartes Fluggerät, das ein Montageteil zum Montieren einer Last enthält.
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[Literatur zum Stand der Technik]
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[Patentliteratur]
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- Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2017-15697
- Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2017-159751
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[Beschreibung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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Beim Tragen der oben genannten Last bei der im Patentdokument 2 beschriebenen Technologie ist nicht nur die Struktur kompliziert, sondern es gibt auch keine Maßnahme, um mit einem Seitenwind beim Absteigen fertig zu werden, und es besteht dort ein Sicherheitsproblem.
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Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, ein Fluggerät mit einer einfacheren Struktur und Sicherheitsmaßnahmen zur Verfügung zu stellen.
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[Technische Lösung]
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Nach der vorliegenden Offenbarung könnte sie Folgendes bereitstellen
- ein Fluggerät, umfassend:
- ein Flugteil mit einer Mehrzahl von Drehflügeln zum Erzeugen von Schub;
- ein Beinteil;
- ein Armteil, welches das Flugteil und das Beinteil verbindet; und
- ein Festflügelteil, das im Wesentlichen in der Mitte des Armteils vorgesehen ist,
- wobei der Flugkörper ferner ein Montageteil enthält, das so installiert ist, dass es zwischen einer ersten Position des Armteils und einer zweiten Position, die sich hinter der ersten Position befindet, beweglich ist.
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[Vorteilhafte Wirkungen]
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Nach der vorliegenden Offenbarung kann ein Fluggerät mit einer einfacheren Struktur und Sicherheitsmaßnahmen bereitgestellt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fluggeräts gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine Draufsicht des Fluggeräts von 1.
- 3 ist eine Seitenansicht des Fluggeräts von 1.
- 4 ist eine Ansicht, die einen Ausgangszustand des Fluggeräts von 1 veranschaulicht.
- 5 ist eine Ansicht, die einen Zustand zum Zeitpunkt vom Aufstieg des Fluggeräts von 1 veranschaulicht.
- 6 ist eine Ansicht, die einen Zustand zum Zeitpunkt vom Flug des Fluggeräts von 1 veranschaulicht.
- 7 ist eine Ansicht, die einen Zustand über einem Ziel des Fluggeräts von 1 veranschaulicht.
- 8 ist eine weitere Ansicht, die einen Zustand über einem Zielhimmel des Fluggeräts von 1 veranschaulicht.
- 9 ist eine Ansicht, die einen Zustand zum Zeitpunkt vom Abstieg des Flugkörpers von 1 veranschaulicht.
- 10 ist eine weitere Ansicht, die einen Zustand zum Zeitpunkt vom Abstieg des Flugkörpers von 1 veranschaulicht.
- 11 ist ein Diagramm, das die Funktionsblöcke des Flugteils des Flugkörpers von 1 veranschaulicht.
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[Detaillierte Beschreibung der Erfindung]
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Der Inhalt der Ausführungsfonn der vorliegenden Offenbarung wird aufgelistet und beschrieben. Ein Fluggerät und ein Flugverfahren dafür gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hat die folgende Konfiguration.
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[Gegenstand 1]
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Ein Fluggerät, das enthält: ein Flugteil mit einer Mehrzahl von Drehflügeln zum Erzeugen von Schub, ein Beinteil, ein Armteil, welches das Flugteil und das Beinteil verbindet, und ein Festflügelteil, das im Wesentlichen in der Mitte des Armteils vorgesehen ist,
wobei das Fluggerät ferner ein Montageteil enthält, das so installiert ist, dass es zwischen einer ersten Position des Armteils und einer zweiten Position, die sich hinter der ersten Position befindet, beweglich ist.
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[Gegenstand 2]
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Das Fluggerät nach Gegenstand 1,
wobei sich die erste Position zumindest mit dem Festflügelteil in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung überlappt.
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[Gegenstand 3]
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Das Fluggerät nach Gegenstand 1 oder Gegenstand 2,
wobei das Festflügelteil so eingerichtet ist, dass es ein Paar von zwei Festflügeln aufweist, und
wobei sich die erste Position zwischen dem Paar der Festflügel befindet.
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[Gegenstand 4]
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Das Fluggerät nach einem der Gegenstände 1 bis 3,
wobei sich die zweite Position zumindest mit dem Festflügelteil in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung überlappt.
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[Gegenstand 5]
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Das Fluggerät nach einem der Gegenstände 1 bis 4,
ferner enthaltend ein Verbindungsteil zum Verbinden des Flugteils und des Armteils derart, dass sie unabhängig voneinander verschiebbar sind.
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[Gegenstand 6]
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Das Fluggerät nach Gegenstand 5,
wobei das Verbindungsteil, welches das Flugteil und das Armteil verbindet, ein Kardanring ist.
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[Gegenstand 7]
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Ein Flugverfahren eines Fluggeräts nach einem der Gegenstände 1 bis 6, umfassend:
- einen Schritt zum Einstellen des Montageteils in der ersten Position und Montieren eines zu montierenden Objekts in einem Ausgangszustand, und zum Vertikalstellen des Armteils derart, dass sich das Flugteil an einem oberen Ende befindet;
- einen Schritt zum Antreiben des Flugteils derart, dass die Antriebseinheit so aufsteigt, dass sie zum vorderen Ende in einer Fahrtrichtung wird;
- einen Schritt zum Fliegen des Flugteils in einer vorbestimmten Höhe durch Verschieben des Flugteils in horizontaler Richtung um etwa 90 Grad derart, dass sich das Armteil in der horizontalen Richtung erstreckt;
- einen Schritt zum Vertikalstellen des Armteils oberhalb eines Ziels derart, dass sich das Beinteil an einem unteren Ende befindet, und Verschieben des Montageteils von der ersten Position in die zweite Position; und
- einen Schritt zum Absteigen derart, dass sich das Beinteil an dem unteren Ende befindet.
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<Details von Ausführungsformen>
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Nachfolgend werden ein Fluggerät und ein Flugverfahren des Fluggeräts gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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<Details von Ausführungsformen gemäß der Offenbarung>
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Wie in 1 dargestellt, enthält ein Fluggerät 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Flugteil 10 mit einer Mehrzahl von Drehflügeln 16 zum Erzeugen von Schub, ein Beinteil 20, ein Armteil 30, welches das Flugteil 10 und das Beinteil 20 verbindet, und ein Festflügelteil (oberer Festflügel 40, unterer Festflügel 42), das im Wesentlichen in der Mitte des Armteils 30 vorgesehen ist.
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Es soll auch angemerkt werden, dass das veranschaulichte Fluggerät 1 in einer vereinfachten Weise dargestellt ist, um die Beschreibung des Aufbaus der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern. Beispielsweise sind die detaillierten Konfigurationen der Steuereinheit und dergleichen nicht veranschaulicht.
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Außerdem stellt die Achse in der Figur eine absolute Achse dar. Die Z-Achse (Z-Richtung) ist eine vertikale Richtung, und sowohl die X-Achse als auch die Y-Achse sind horizontale Richtungen.
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<Details vom Aufbau>
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Das Flugteil 10 nach der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Propeller 16, einen Motor 14, der den Propeller 16 dreht, und einen Motorarm 12, der den Motor 14 trägt. Das Flugteil 10 nach der vorliegenden Ausführungsform hat vier Gruppen von einem Propeller 16, einem Motor 14 und einem Motorarm 12 in Kreuzform.
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Der Propeller 16 dreht sich, indem er die Leistung vom Motor 14 erhält. Wenn sich der Propeller 16 dreht, wird eine Vortriebskraft erzeugt, um das Fluggerät 1 von einem Startpunkt aus zu starten, es horizontal zu bewegen und an einem Ziel zu landen (Einzelheiten des Fluges werden später beschrieben). Es ist zu beachten, dass sich der Propeller nach rechts drehen, anhalten und nach links drehen kann.
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Der Propeller 16 kann eine beliebige Anzahl von Blättern (Rotoren) haben (z.B. 1, 2, 3, 4 oder mehr Blätter). Die Form des Blattes kann jede beliebige Form sein, wie z.B. eine flache Form, eine gebogene Form, eine verdrehte Form, eine konisch zulaufende Form oder eine Kombination daraus.
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Darüber hinaus kann die Form des Blattes verändert werden (z.B. einziehbar, faltbar, biegsam usw.). Die Blätter können symmetrisch (mit den gleichen Ober- und Unterseiten) oder asymmetrisch (mit unterschiedlich geformten Ober- und Unterseiten) sein.
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Das Blatt kann so geformt sein, dass es eine geometrische Form hat, vorzugsweise zum Erzeugen dynamischer aerodynamischer Kräfte (z.B. Auftrieb, Schub), wenn sich eine Tragfläche, ein Flügel oder ein Blatt durch die Luft bewegt. Die geometrische Form des Blattes kann so gewählt sein, dass die dynamischen Lufteigenschaften des Blattes optimiert sind, wie z.B. Erhöhen von Auftrieb und Schub und Verringern des Luftwiderstandes.
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Der Motor 14 bewirkt die Drehung des Propellers 16. Eine Antriebseinheit kann zum Beispiel einen Elektromotor oder einen Motor enthalten. Das Blatt kann durch den Motor angetrieben werden und sich um eine Drehachse des Motors (z.B. die Längsachse des Motors) im Uhrzeigersinn und/oder gegen den Uhrzeigersinn drehen.
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Alle Blätter können sich in der gleichen Richtung drehen, oder es ist auch möglich, dass sie sich unabhängig voneinander drehen. Einige der Blätter drehen sich in eine Richtung und die anderen Blätter in die andere Richtung. Alle Blätter können mit der gleichen Drehgeschwindigkeit oder auch mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten gedreht werden. Die Anzahl der Drehungen kann automatisch oder manuell auf der Grundlage der Abmessungen (z.B. Größe, Gewicht) oder des Steuerzustands (Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung usw.) des sich bewegenden Körpers bestimmt werden.
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Der Motorarm 12 ist ein Element, das den entsprechenden Motor 14 und Propeller 16 trägt. Der Motorarm 12 kann einen farbigen Anzeigekörper wie z.B. eine LED enthalten, um den Flugzustand, die Flugrichtung usw. des Drehflüglers anzuzeigen. Der Motorarm 12 kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus einem Material gebildet sein, das aus Kohlenstoff, rostfreiem Stahl, Aluminium, Magnesium usw. oder aus Legierungen oder Kombinationen davon gewählt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind das Flugteil 10 (siehe 1) und das Armteil 30 über einen Kardanring 60 verbunden. Dadurch können das Flugteil 10 und das Armteil 30 unabhängig voneinander verschoben werden.
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Das heißt, da die Ausrichtung des Flugteils 10 unabhängig von der Ausrichtung des Armteils 30 gesteuert werden kann, ist der Kardanring 60, der von der Ausrichtung des Armteils 30 und der Ausrichtung des Flugteils 30 nicht beeinflusst wird, ein Kardanring 60, der um mindestens zwei Achsen (X-Achse und Z-Achse) drehbar ist.
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Das Armteil 30 hat zwei lineare Formen, wobei jeweils ein Ende mit dem Flugteil 10 und das andere Ende mit dem Beinteil 20 verbunden ist.
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Wie in 2 dargestellt, ist das Montageteil 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an dem Armteil 30 vorgesehen. Das Montageteil 50 ist so eingerichtet, dass es entlang des Armteils 30 von der ersten in 2a und 3a gezeigten Position in Richtung der zweiten in 2b und 3b gezeigten Position beweglich ist.
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Das Montageteil 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist durch die Führung des schienenförmig ausgebildeten Armteils 30 zwischen der ersten Position und der zweiten Position verschiebbar. Es ist zu beachten, dass das Bewegungsverfahren ein anderes Verfahren sein kann und jedes Verfahren verwendet werden kann, wenn das Verfahren Fixieren an der ersten Position und an der zweiten Position und Bewegungssteuerung zwischen diesen Positionen erlaubt.
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Die erste Position in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Position, die sich in Fahrtrichtung (Y-Richtung) zumindest teilweise mit dem Festflügelteil 40 überlappt. Dadurch können der Schubmittelpunkt und der Schwerpunkt des montierten Objekts 52 einander nähergebracht werden, und der Flug wird stabilisiert.
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Was den Ort der ersten Position anbelangt, so kann er sich je nach Gewicht, Form und Material usw. des zu montierenden Objekts in geeigneter Weise ändern.
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Jedes der Festflügelteile (der obere Festflügel 40 und der untere Festflügel 42) ist mit dem Armteil 30 verbunden. Der Flugkörper nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein Konzept, bei dem ein Doppeldecker über einen Kardanring mit einem Drehflügler verbunden ist, aber es muss kein Doppeldecker sein.
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Als nächstes wird ein Flugverfahren des Fluggeräts gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 4 bis 10 beschrieben.
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4 ist ein Diagramm, das einen Ausgangszustand des Fluggeräts veranschaulicht. Das montierte Objekt 52 ist auf dem Montageteil 50 montiert. Das Montageteil 50 befindet sich an der ersten Position. Die Schwerpunktmarkierung in der Figur stellt den Schwerpunkt (Center of Gravity, COG) des Fluggeräts dar.
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Im Ausgangszustand steht das Fluggerät aufrecht mit den Beinen 20 in Kontakt mit dem Boden. Mit anderen Worten ist das Fluggerät im Ausgangszustand so eingestellt, dass das Armteil 30 in vertikaler Richtung steht.
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Im Ausgangszustand kann ein Hilfsarm, ein Hilfsbein oder dergleichen verwendet werden, um Fallen des Fluggeräts zu verhindern.
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Ausgehend von dem in 4 dargestellten Zustand erhält das Fluggerät durch Drehen des Propellers 16 des Flugteils 10 einen Aufwärtsschub und steigt auf und steigt (Aufstiegshaltung) wie in 5 dargestellt.
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Wie in 6 dargestellt, wird, wenn das Fluggerät auf eine vorbestimmte Höhe aufgestiegen ist, das Flugteil 10 um ca. 90 Grad in horizontaler Richtung verschoben, um die Ausrichtung des Fluggeräts zu verändern (horizontale Haltung).
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In diesem Zustand ist es möglich, mit einem ähnlichen Prinzip wie bei einem Propellerflugzeug in horizontaler Richtung zu treiben. Nach dieser Konfiguration ist es möglich, sich mit hoher Geschwindigkeit über das Ziel zu bewegen.
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Wie in 7 und 8 dargestellt, senkt das Fluggerät, wenn es über dem Ziel ankommt, die Drehzahl des Propellers 16 ab, stellt seinen Körper vertikal (absteigende Haltung) und geht in den Schwebezustand über. Das heißt, die Ausrichtung des Flugkörpers von der horizontalen Richtung in die vertikale Richtung wird zurückgeführt. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich das Montageteil 50, das sich in der ersten Position befand, in die zweite Position, und das montierte Objekt 52 bewegt sich entsprechend (siehe Pfeil M in den Figuren). Wenn sich das montierte Objekt bewegt, verschiebt sich auch der Schwerpunkt G zur Beinseite.
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9 ist ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem das Gerät von oberhalb des Zieles zum Ziel absteigt. Das montierte Objekt 52 wurde in die zweite Position bewegt und der Schwerpunkt G hat sich ebenfalls von der Ausgangsposition bewegt.
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Wird das montierte Objekt 52 je nach Gewicht des montierten Objekts 52 in die zweite Position in der horizontalen Haltung gebracht, schwingt das gesamte Armteil 30 beim Übergang in die absteigende Haltung wie ein Pendel. Daher wird das montierte Objekt 52 vorzugsweise überführt, nachdem das Fluggerät mit dem Eintritt in die absteigende Haltung beginnt, und es ist bevorzugt, in den Zustand einzutreten, in dem es sich vollständig in der absteigenden Haltung befindet, um noch sicherer zu sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 10 dargestellt, wird auch, wenn Seitenwind oder dergleichen im Abstieg bläst, das Flugteil durch den Kardanring 60 so frei verschoben, dass es nicht seitwärts abfließt.
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Der oben beschriebene Drehflügler hat z.B. einen Funktionsblock wie in 11 dargestellt. Außerdem ist der Funktionsblock von 11 ein minimaler Referenzaufbau. Eine Flugsteuereinrichtung ist eine sogenannte Verarbeitungseinheit. Die Verarbeitungseinheit kann einen oder mehrere Prozessoren haben, wie z.B. einen programmierbaren Prozessor (z.B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)).
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Die Verarbeitungseinheit hat einen Speicher, der nicht gezeigt ist, und es ist möglich, auf den Speicher zuzugreifen. Der Speicher speichert Logik, Code und/oder Programmbefehle, die von der Verarbeitungseinheit ausgeführt werden können, um einen oder mehrere Schritte auszuführen.
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Der Speicher kann z.B. ein trennbares Medium wie eine SD-Karte oder ein Direktzugriffsspeicher (RAM) oder ein externes Speichergerät umfassen. Von Kameras und Sensoren erhaltene Daten können direkt in den Speicher übertragen und gespeichert werden. Zum Beispiel werden Standbild-/dynamische Bilddaten, die von einer Kamera oder dergleichen aufgenommen wurden, in einem eingebauten Speicher oder einem externen Speicher aufgezeichnet werden.
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Die Verarbeitungseinheit umfasst ein Steuermodul, das so eingerichtet ist, dass es den Zustand des Drehflüglers steuert. Das Steuermodul kann zum Beispiel einen Antriebsmechanismus (wie einen Motor) steuern, um die räumliche Anordnung, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Drehflüglers mit sechs Freiheitsgraden (Translationsbewegungen x, y und z sowie Rotationsbewegungen θx, θy und θz) einzustellen. Das Steuermodul kann einen oder mehrere der Zustände eines Montageteils und von Sensoren steuern.
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Die Verarbeitungseinheit kann mit einem Sende-/Empfangsteil kommunizieren, das so eingerichtet ist, dass es Daten an/von ein/em oder mehrere/n externe/n Geräte/n (z.B. einem Endgerät, einem Anzeigegerät oder einer anderen Fernsteuerung) sendet und/oder empfängt. Der Sender/Empfänger kann jedes geeignete Kommunikationsmittel wie z.B. drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation verwenden.
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Zum Beispiel kann das Sende-/Empfangsteil ein lokales Netzwerk (LAN), ein Weitverkehrsnetzwerk (WAN), Infrarot-, Drahtlos-, WiFi-, Punkt-zu-Punkt (P2P) - Netzwerk, Telekommunikationsnetzwerk, Cloudkommunikation und/oder dergleichen verwenden.
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Das Sende-/Empfangsteil kann durch Sensoren erlangte Daten, durch die Verarbeitungseinheit erzeugte Verarbeitungsergebnisse, vorbestimmte Steuerdaten, Benutzerbefehle von einem Endgerät oder einer Fernsteuerung und/oder dergleichen empfangen und/oder senden.
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Sensoren gemäß der vorliegenden Ausführungsform können Trägheitssensoren (Beschleunigungssensoren, Kreiselsensoren), GPS-Sensoren, Näherungssensoren (z.B. LiDAR) oder Vision/Bild-Sensoren (z.B. Kameras) sein.
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Es ist zu erwarten, dass der Drehflügler der vorliegenden Offenbarung als Drehflügler für den ausschließlichen Hauslieferdienst auf mittleren bis langen Strecken und als industrielle Drehflügelmaschine in einer großräumigen Überwachungsoperation und einer Aufklärungs- und Rettungsoperation in einem Berggebiet eingesetzt wird. Darüber hinaus kann der Drehflügler der vorliegenden Offenbarung in flugzeugbezogenen Branchen wie Multikoptern und Drohnen eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung in geeigneter Weise als ein Flugzeug verwendet werden, das mit einer Kamera oder ähnlichem ausgerüstet und in der Lage ist, Luftbildaufnahmen durchzuführen, und er kann auch in verschiedenen Branchen wie dem Sicherheitsbereich, der Landwirtschaft und der Infrastrukturüberwachung eingesetzt werden.
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Die oben beschriebene Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel, um das Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern, und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung zu beschränken. Die vorliegende Offenbarung kann modifiziert und verbessert werden, ohne von ihrem Kern abzuweichen, und selbstverständlich enthält die vorliegende Offenbarung die entsprechenden Äquivalente.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluggerät
- 10
- Flugteil
- 12
- Motorarm
- 14
- Motor
- 16
- Propeller
- 20
- Beinteil
- 30
- Armteil
- 40
- oberer Festflügel
- 42
- unterer Festflügel
- 50
- Montageteil
- 52
- montiertes Objekt/zu montierendes Objekt
- 60
- Kardanring
