JP2006051841A - Small sized flying device - Google Patents

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Hiroshi Isshiki
浩 一色
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SURI KAISEKI KENKYUSHO KK
IHI Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain a high level of flying performance even for a flight in a gusty wind. <P>SOLUTION: One end part of a connecting rod 4 is rotatably mounted to four places of the front right and left positions and the rear right and left positions of a fuselage 1. One side part of a motor 5 for driving wings where rotary wings 2a, 2b, 2c, 2d are mounted to an output shaft 5a is mounted to the other end part of the connecting rod 4 projecting to the outward of the fuselage so that the output shaft 5a is orthogonal to the connecting rod 4. The downward back wash is generated by arranging and rotary-driving the rotary wings 2a, 2b, 2c, 2d in the vertical downward direction with the motor 5 for driving wings, and the vertical ascent, descent and hovering are performed by the reaction force. The flying device flies forward by obtaining lift force and propulsive force through the reaction of the back wash by inclining the back wash generation direction of the rotary wings 2a, 2b, 2c, 2d to the rear obliquely downward. The flying device is turned to the right and left direction by changing the balance of right and left propulsive force in this case. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、所要の目標位置まで飛行させて該目標位置の情報収集や、上記目標位置への小型機器の搬送等を行わせるために用いる小型飛行装置に関するものである。   The present invention relates to a small flight apparatus used for flying to a desired target position and collecting information on the target position, transporting a small device to the target position, and the like.

近年、屋内外の高所位置や災害現場等の人が容易に近づくことが困難な場所、あるいは、化学物質、微生物、放射性物質等での汚染が想定されるような場所の現場状況を調べる場合等に、大きさが数十センチメートル以下というような非常に小型の飛行装置(Micro Air Vehicle:MAV)に、カメラ、マイク、雰囲気ガス中の化学物質、微生物、放射性
物質等の有無を検出するための所要の分析装置等の機器を搭載して、該小型飛行装置を目標となる位置まで飛行させ、該小型飛行装置に搭載された機器により検出される現場の計測結果を基に、遠隔地より上記目標位置の情報収集を実施できるようにすることが考えられてきている。
In recent years, when investigating on-site conditions in places that are difficult for people to approach easily, such as indoor or outdoor high places or disaster sites, or where contamination with chemical substances, microorganisms, radioactive substances, etc. is assumed For example, a very small flying device (Micro Air Vehicle: MAV) with a size of several tens of centimeters or less is used to detect the presence of chemical substances, microorganisms, radioactive substances, etc. in cameras, microphones, and atmospheric gases. Equipped with the necessary analysis equipment and the like to fly the small flying device to the target position, and based on the field measurement results detected by the equipment mounted on the small flying device, Further, it has been considered that information collection of the target position can be performed.

ところで、飛行体とその周囲の流体との相互作用を、流体の慣性力と粘性力の比であるレイノルズ数との相関で整理すると、飛行体のサイズとレイノルズ数の大小はほぼ対応しており、従来一般に実用化されているメートルサイズの飛行体では、たとえば、通常の航空機のレイノルズ数が10〜10のオーダーを示すように、レイノルズ数が高くて(Re>10)慣性力が支配的となっているのに対し、上記のようなサイズが小さい小型飛行装置では、レイノルズ数が10〜10程度と低い値となり、周囲の気体(流体)との相互作用では、慣性力と共に粘性力の影響が大となる。又、上記小型飛行装置は、サイズが小さくて機体重量が軽いことから、気流等の影響を容易に受け易く、常に突風の中を飛行するような状態となる。更に、屋内での飛行や、屋外での気流中を飛行させるためには、垂直離着陸、急旋回、空中停止飛行(ホバリング)等の非常に高度な飛行性能が要求される。 By the way, when the interaction between the flying object and the surrounding fluid is organized by the correlation with the Reynolds number, which is the ratio of the inertial force and the viscous force of the fluid, the size of the flying object and the Reynolds number are almost corresponding. In the case of a metric-sized aircraft that has been put to practical use in the past, the Reynolds number is high (Re> 10 5 ), for example, so that the Reynolds number of an ordinary aircraft is on the order of 10 7 to 10 8. On the other hand, in a small-sized flying device having a small size as described above, the Reynolds number is as low as about 10 4 to 10 5. In the interaction with the surrounding gas (fluid), the inertial force At the same time, the influence of viscous force increases. Further, since the small flying device is small in size and light in weight, it is easily affected by air currents and is always in a state of flying in a gust of wind. Further, in order to fly indoors or in an air current outdoors, very high flight performance such as vertical takeoff and landing, sudden turn, and air stop flight (hovering) is required.

ところで、飛行性能として、垂直離着陸や空中停止飛行が可能な飛行体としては、ヘリコプターが広く一般に知られている。又、垂直離着陸機や飛行船も垂直離着陸や空中停止飛行が可能である。   By the way, helicopters are widely known as flying bodies capable of vertical take-off and landing and aerial stop flight as flight performance. Also, vertical take-off and landing aircraft and airships can be used for vertical take-off and landing and aerial stop flight.

上記垂直離着陸機としては、たとえば、胴体の左右位置に主翼を備え、且つ胴体の後部位置に左右の水平尾翼と垂直尾翼を備え、更に、上記主翼の先端部と水平尾翼の先端部に、エンジンを、それぞれ水平方向から垂直方向へ回動可能に取り付けると共に、該各エンジンにはプロペラ(回転翼)を取り付けてなる構成としたチルトエンジン形式の航空機が従来提案されている(たとえば、特許文献1参照)。   As the vertical take-off and landing aircraft, for example, the main wing is provided at the left and right positions of the fuselage, the left and right horizontal tails and the vertical tail are provided at the rear part of the fuselage, and the engine is provided at the tip of the main wing and the tip of the horizontal tail. A tilt engine type aircraft has been conventionally proposed in which each of the engines is attached so as to be rotatable from a horizontal direction to a vertical direction, and a propeller (rotary wing) is attached to each engine (for example, Patent Document 1). reference).

又、飛行船としては、たとえば、平面形状を円形とし且つ断面形状を楕円形として、内部にヘリウムを充填して空気静力学的な上昇体とすることができるようにしてある胴体を備え、該胴体の前部左右位置と後部左右位置に、プロペラ(回転翼)を備えてなる推進ユニットをそれぞれ設けると共に、該各推進ユニットは、プロペラ回転面を水平位置(プロペラ回転軸は垂直方向)から垂直位置(プロペラ回転軸は水平方向)の間で傾動できるようにしてなる構成として、上記各推進ユニットのプロペラをプロペラ回転面が水平位置となる状態で回転駆動することにより上昇を行わせ、又、各推進ユニットのプロペラを回転面が垂直となる状態で回転駆動することにより推進力を得るようにしたものが従来提案されている(たとえば、特許文献2参照)。   In addition, the airship includes a fuselage that has, for example, a circular planar shape and an elliptical cross-sectional shape, and is filled with helium to form an aerostatic riser. Propeller units with propellers (rotary blades) are provided at the front left and right positions and the rear left and right positions, respectively, and each of the propulsion units has a propeller rotation surface in a vertical position from a horizontal position (propeller rotation axis is vertical). (Propeller rotation shaft is in the horizontal direction) can be tilted between the propellers of each propulsion unit by rotating the propeller in a state where the propeller rotation surface is in a horizontal position. Conventionally, a propulsion unit has been proposed in which propulsion is obtained by rotationally driving a propeller of a propulsion unit in a state where the rotation surface is vertical (for example, Patent Document Reference).

更に、垂直離着陸ができる別の飛行体としては、人が乗る区画を備えた本体部の前後位置に、回転軸を上下方向に向けたロータ(回転翼)を備えると共に、上記本体部の左右位置に、チルト機構により回転軸を上下方向から前後方向へ角度変更可能としてあるロータ(回転翼)を備え、且つ上記前後と左右の各ロータを、1つのエンジンより複数段の差動装置(ディファレンシャルギヤ)及びクラッチを介し接続してある個別の出力部を経て伝達される動力によりそれぞれ回転駆動できるようにしてなる構成として、上記左右の各ロータを回転軸が上下方向になるよう配置した状態にて、該左右の各ロータと前後の各ロータを回転駆動させることにより上昇を行わせ、その後、上記左右の各ロータを回転軸が前後方向へ向くような姿勢にチルトさせた状態にて回転駆動することにより、前進飛行を行わせるようにするものも従来提案されている(たとえば、特許文献3参照)。   Furthermore, as another flying body capable of vertical takeoff and landing, a rotor (rotary wing) having a rotation axis directed in the vertical direction is provided at the front and rear positions of the main body section provided with a section on which a person rides, and the left and right positions of the main body section are provided. And a rotor (rotary blade) whose rotational axis can be changed from the vertical direction to the front-rear direction by a tilt mechanism, and each of the front, rear, left and right rotors is provided with a plurality of differential gears (differential gears) from one engine. ), And a structure in which each of the left and right rotors is arranged so that the rotation axis is in the vertical direction. The left and right rotors and the front and rear rotors are driven to rotate, and then the left and right rotors are tilted so that the rotation axis is directed in the front-rear direction. By rotated in a state in which is has been proposed conventionally others so as to perform forward flight (e.g., see Patent Document 3).

特開2002−205694号公報JP 2002-205694 A 特開2001−507306号公報JP 2001-507306 A 特開平4−173497号公報JP-A-4-173497

ところが、ヘリコプターは、垂直離着陸、空中停止飛行を行うことはできるが、前進や後進、あるいは、左右方向への旋回飛行は、通常、ロータ(回転翼)の回転軸を、胴体ごと進行方向へ傾けることで行わせるようにしてあるため、急旋回性能をあまり高めることができないという問題がある。このため、ヘリコプター型の機体構成では、前述した如きサイズが小さいと共に機体重量が軽くて、常に突風の中を飛行するような状態となる小型飛行装置に要求される非常に高度な飛行性能を満足させることは難しい。   However, helicopters can perform vertical take-off and landing and aerial stop flights, but in order to advance, reverse, or turn in the left-right direction, the rotor (rotary blade) rotation axis is usually tilted in the direction of travel along with the fuselage. Therefore, there is a problem that the rapid turning performance cannot be improved so much. For this reason, the helicopter type aircraft configuration satisfies the very high level of flight performance required for a small flying device that is small in size and light in weight as described above, and that always flies in gusts. It is difficult to let

又、特許文献1に示されたようなチルトエンジンを備えてなる型式の垂直離着陸型の航空機は、垂直離着陸時には、プロペラをプロペラ回転軸が垂直となるようにエンジンごと回動させるようにするが、通常の前進飛行時には他の一般の航空機と同様に、各翼に設けられている昇降舵や水平舵、補助翼をそれぞれ操作することによって、左右方向への旋回飛行や、飛行時における姿勢の制御を行うようにするものと考えられるため、急旋回性能をあまり高めることができない。このために、チルトエンジンを備えた垂直離着陸型航空機の機体構成によっても、前述の小型飛行装置に要求される飛行性能を満足させることは難しい。なお、特許文献1には、チルトエンジンを有する航空機の飛行方向の制御や、飛行時における機体姿勢の制御に関する具体的な記載はない。よって、特許文献1には、各主翼及び水平尾翼の先端部に設けられているチルトエンジンを、通常の前進飛行時においても個別に角度変更したり、出力をそれぞれ相違させることによって飛行方向の制御を行ったり、飛行時における機体姿勢の制御を行う考えは全く示されておらず、示唆されるものではない。   In addition, a vertical take-off and landing aircraft of the type provided with a tilt engine as disclosed in Patent Document 1 causes the propeller to rotate together with the engine so that the propeller rotation axis is vertical during vertical take-off and landing. During normal forward flight, as with other general aircraft, by operating the elevator, horizontal rudder, and auxiliary wing provided on each wing, it is possible to make a left-right turn flight and a posture during flight. Since it is considered that the control is performed, the rapid turning performance cannot be improved so much. For this reason, it is difficult to satisfy the flight performance required for the above-mentioned small flight apparatus even by the fuselage structure of a vertical take-off and landing aircraft equipped with a tilt engine. Note that Patent Document 1 does not specifically describe the control of the flight direction of an aircraft having a tilt engine and the control of the body posture during flight. Therefore, in Patent Document 1, the tilt engine provided at the tip of each main wing and horizontal tail is individually controlled to change the flight direction even during normal forward flight or by changing the output. The idea of performing or controlling the attitude of the aircraft during flight is not shown at all and is not suggested.

更に、特許文献2に記載された飛行船では、胴体内部に充填されるヘリウムの浮力によって機体の全重量を浮上させるためには、胴体の容積を機体重量に比して大きく設定する必要がある。このために、常に突風の中を飛行するような状態が想定される前述の小型飛行装置に、上記特許文献2に記載されたような機体構成を、たとえそのサイズを縮小化したとしても採用することは困難である。   Furthermore, in the airship described in Patent Document 2, it is necessary to set the volume of the fuselage larger than the fuselage weight in order to lift the total weight of the fuselage by the buoyancy of helium filled in the fuselage. For this reason, the airframe configuration described in Patent Document 2 is adopted for the above-described small flight apparatus that is assumed to always fly in a gust of wind even if its size is reduced. It is difficult.

したがって、上記小型飛行装置には、従来のヘリコプターや航空機、飛行船とは非常に異なる設計が必要とされるのが実状である。   Therefore, in fact, the above-mentioned small flying device requires a design that is very different from that of conventional helicopters, aircrafts, and airships.

特許文献3に記載されたものでは、本体部の前後位置に設けられた2つのロータは、その回転軸が上下方向に固定されているものであるため、該前後2つのロータは、飛行体の前進飛行時には、飛行体を前進させるための推進力の発生にはほとんど寄与しない。又、本体部の左右位置に設けられている2つのロータを90°チルトさせて前進させているときには、該左右の2つのロータは、飛行体の機体重量(全体重量)を浮揚させる揚力の発生には寄与せず、上記前後2つのロータにより飛行体の機体重量を支える揚力を発生させる必要がある。したがって、前後の2つのロータと、左右の2つのロータは、それぞれ揚力の発生用と、推進力の発生用にその用途がほぼ分けられることから効率が悪い。更には、上記左右の2つのロータは、エンジンに対して差動装置、クラッチを介して取り付けられた出力部によって回転されるようにしてあると同時に、該出力部の先端部に設けてあるチルト機構によりチルトできるようにしてあるものであることから、上記各チルト機構の構造が複雑化して重量が嵩むと考えられる。したがって、前述の小型飛行装置に対して、特許文献3に記載されたような機体構成を採用することは難しい。   In the one described in Patent Document 3, since the two rotors provided at the front and rear positions of the main body are fixed in the vertical direction, the two front and rear rotors are At the time of forward flight, it hardly contributes to the generation of propulsive force for advancing the flying object. In addition, when the two rotors provided at the left and right positions of the main body are moved forward by being tilted by 90 °, the two rotors on the left and right sides generate lift force that floats the aircraft weight (total weight) of the flying object. It is necessary to generate lift that supports the weight of the aircraft by the two front and rear rotors. Therefore, the two front and rear rotors and the two right and left rotors have low efficiency because their uses are almost divided into lift generation and propulsion generation, respectively. Further, the two left and right rotors are rotated by an output unit attached to the engine via a differential and a clutch, and at the same time, a tilt provided at the tip of the output unit. Since the mechanism can be tilted, it is considered that the structure of each tilt mechanism is complicated and the weight is increased. Therefore, it is difficult to adopt the airframe configuration described in Patent Document 3 for the above-described small flight device.

そこで、本発明者は、小型飛行装置に高度な飛行性能を付与するための工夫、研究を重ねた結果、胴体の水平姿勢を保持したままの垂直離着陸、急速旋回、空中停止飛行(ホバリング)等の高度な飛行性能を備えたトンボに着目した。トンボは、水平飛行時には、翼断面の平均迎角(水平面となす角)をほぼゼロとなるようにして、翼断面が上下往復運動と回転運動が重畳された運動をするように各翼を羽ばたかせており、一方、空中停止飛行時には、翼断面の平均迎角をほぼ90度として、すなわち、翼前縁を上にして、翼断面が前後往復運動と回転運動が重畳された運動をするように各翼を羽ばたかせており、このことから、水平飛行時と空中停止飛行時での違いは、翼断面の該翼断面に対する相対的な往復運動方向は変化せず、翼断面の平均迎角だけが相違しており、各翼の羽ばたきにより発生させる空気の流れの方向が、水平方向後向きと垂直方向下向きで相違している。   Therefore, the present inventor has devised and researched to give advanced flight performance to a small flying device, and as a result, vertical takeoff and landing while maintaining the horizontal attitude of the fuselage, rapid turn, aerial stop flight (hovering), etc. We focused on dragonflies with advanced flight performance. When flying horizontally, the dragonfly flapped each wing so that the average angle of attack of the wing cross section (angle formed with the horizontal plane) is almost zero, and the wing cross section moves in a manner that combines the vertical reciprocating motion and the rotational motion. On the other hand, when flying in mid-air, the average angle of attack of the wing cross-section is set to approximately 90 degrees, that is, the wing cross-section moves in a superimposed manner of the back-and-forth reciprocating motion and the rotational motion with the wing leading edge facing up. Therefore, the difference between horizontal flight and air suspension flight is that the relative reciprocating direction of the wing cross section relative to the wing cross section does not change, and the average angle of attack of the wing cross section However, the direction of the air flow generated by flapping of each wing is different between the backward in the horizontal direction and the downward in the vertical direction.

ところで、トンボの各翼は、3方向の自由度を持つジョイントにより胴体に連結されており、この自由度を生かして、自在に翼断面を上下や前後に動かしたり、回転できるものである。   By the way, each wing of the dragonfly is connected to the fuselage by a joint having a degree of freedom in three directions. By utilizing this degree of freedom, the wing cross section can be freely moved up and down, back and forth, and rotated.

このため、上記トンボの翼の胴体への取付部分の構造を模倣して、上下、前後、回転の3方向の自由度を持つ翼の駆動機構を採用することが考えられる。この場合、上記のような3方向の自由度を備えたユニバーサルジョイントは、ジンバルとモータ等を組み合わせることにより実現することは可能であると考えられるが、重量が過多になり、小型飛行装置に採用することは難しく、又、コスト的にも高価になると考えられる。   For this reason, it is conceivable to adopt a wing drive mechanism having three degrees of freedom in the vertical, forward, backward, and rotational directions by imitating the structure of the attachment portion of the dragonfly wing to the fuselage. In this case, the universal joint with the three degrees of freedom as described above can be realized by combining a gimbal and a motor, etc., but it becomes too heavy and adopted for a small flying device. It is difficult to do this, and it is considered to be expensive.

これらのことを鑑みて、本発明者は、トンボの翼の駆動部の運動をそっくりそのまま模倣するバイオミメティックな考え方ではなく、上記トンボの翼駆動部の優れた点のみを抽出してその構造的な考え方を取り入れるバイオモルフィックな考えに基づいて本発明をなした。   In view of these things, the present inventor is not a biomimetic idea that imitates the movement of the dragonfly wing drive unit as it is, but extracts only the excellent points of the dragonfly wing drive unit and extracts its structural The present invention has been made on the basis of a biomorphic idea that incorporates various ideas.

したがって、本発明の目的とするところは、高度な飛行性能を達成できて、屋内での飛行や、屋外での気流中にて常に突風の中を飛行するような状態であっても飛行できる小型飛行装置を提供しようとするものである。   Therefore, the object of the present invention is to achieve a high level of flight performance, and to be able to fly even in a state where it always flies in a gust of wind in an indoor flight or outdoor air flow. A flight device is to be provided.

本発明は、上記課題を解決するために、請求項1に係る発明に対応して、胴体の左右位置の複数個所に、回転翼を、それぞれ独立して前後方向姿勢から上下方向姿勢へ角度調整可能に設けて、各回転翼の回転速度を独立に制御できるようにしてなり、該各回転翼を所要の角度姿勢に保持しながらそれぞれ所要の回転速度で回転駆動して飛行できるようにしてなる構成とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention, corresponding to the first aspect of the invention, independently adjusts the angle of the rotor blades at a plurality of positions on the left and right sides of the fuselage from the front-rear posture to the vertical posture. The rotation speed of each rotor blade can be controlled independently, and the rotor blades can be driven to rotate at the required rotation speed while flying at the required angle posture. The configuration.

又、請求項2に係る発明に対応して、胴体の前部左右位置と後部左右位置の複数個所に、回転翼を、それぞれ独立して前後方向姿勢から上下方向姿勢へ角度調整可能に設けて、各回転翼の回転速度を独立に制御できるようにしてなり、該各回転翼を所要の角度姿勢に保持しながらそれぞれ所要の回転速度で回転駆動して飛行できるようにしてなる構成とする。   Corresponding to the invention according to claim 2, the rotor blades are provided at a plurality of positions in the front left-right position and the rear left-right position of the fuselage so that the angle can be independently adjusted from the front-rear direction to the vertical direction. The rotational speeds of the rotor blades can be controlled independently, and the rotor blades can be driven to rotate at the required rotational speeds while being held at the required angular postures.

更に、請求項3に係る発明に対応して、胴体の前部左右位置と後部左右位置の複数個所に、左右方向に延びるように連結ロッドを取り付けて、該連結ロッドを回転できるようにし、且つ該各連結ロッドに、出力軸に回転翼を取り付けた翼駆動用モータをそれぞれ取り付けて、上記連結ロッドを介して回転翼の角度姿勢を上下方向へ変更できるようにした構成とし、更に、かかる構成に、胴体の姿勢を検出するための姿勢センサと、該姿勢センサから入力される信号を基に各回転翼の上下方向の角度姿勢の制御と、各翼駆動用モータの回転速度の制御を行うコントローラを備えた構成とする。   Further, corresponding to the invention according to claim 3, connecting rods are attached so as to extend in the left-right direction at a plurality of positions in the front left and right positions and rear left and right positions of the fuselage so that the connecting rods can be rotated, and A blade drive motor having a rotor blade attached to the output shaft is attached to each connecting rod, and the angular posture of the rotor blade can be changed in the vertical direction via the connecting rod. In addition, the attitude sensor for detecting the attitude of the fuselage, the control of the angular attitude in the vertical direction of each rotor blade based on the signal input from the attitude sensor, and the control of the rotational speed of each blade drive motor The configuration includes a controller.

又、上述した各構成における胴体の所要個所に、前方から後方へ向かう気流中にて揚力を発生させることができるようにしてある固定翼を取り付けた構成とする。   In addition, a fixed wing that can generate lift in the airflow from the front to the rear is attached to a required portion of the fuselage in each configuration described above.

本発明の小型飛行装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
(1)胴体の左右位置、より具体的には、胴体の前部左右位置と後部左右位置に、複数の回転翼を、それぞれの回転翼ごとに回転速度と前後方向から上下方向への角度姿勢を独立して制御可能に設けるようにした構成としてあるので、上記各回転翼ごとに、後流発生方向の角度姿勢と、発生させる後流の強度をそれぞれ制御することができて、該各回転翼に作用する後流の反力の垂直方向上向きの成分と水平方向成分の大きさをそれぞれ調整できる。したがって、上記各回転翼より胴体にそれぞれ作用させる揚力の大きさと、推進力の大きさ及び方向を個別に制御できることから、気流により姿勢が前後左右方向に乱されそうになっても、容易に修正して水平姿勢を保持することができる。又、垂直離着陸や空中停止飛行等の高度な飛行性能を達成できる。
(2)更に具体的には、胴体の前部左右位置と後部左右位置の複数個所に、左右方向に延びるように連結ロッドを取り付けて、該連結ロッドを回転できるようにし、且つ該各連結ロッドに、出力軸に回転翼を取り付けた翼駆動用モータをそれぞれ取り付けて、上記連結ロッドを介して回転翼の角度姿勢を上下方向へ変更できるようにした構成とすることにより、上記連結ロッドの回転と、上記翼駆動用モータの回転速度の制御により、回転翼の上下方向の角度姿勢の変更と、回転速度の制御を行なうことができる。
(3)胴体の姿勢を検出するための姿勢センサと、該姿勢センサから入力される信号を基に回転翼の角度姿勢と、回転速度の制御を行うコントローラを備えた構成とすることにより、本発明の小型飛行装置の姿勢が崩れて所要方向に傾斜した場合には、傾斜した側と、その反対側に作用する揚力のバランスを変えるよう、各回転翼の後流発生方向の角度姿勢及び回転速度を変化させて姿勢を修正して、飛行姿勢を安定に保持することが可能となる。
(4)胴体の所要個所に、前後方向の気流中で揚力を発生する固定翼を取り付けた構成とすることにより、前進飛行時には、上記固定翼により揚力を発生させることができるため、その分、各回転翼より胴体に作用させるべき揚力の大きさを削減できることから、推進効率を向上させることが可能になる。
According to the small flight device of the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) A plurality of rotor blades at the left and right positions of the fuselage, more specifically at the front left and right positions and the rear left and right positions of the fuselage, and the rotational attitude and the angle orientation from the front and rear direction to the vertical direction for each rotor blade Since each of the rotor blades can control the angular orientation in the wake generation direction and the strength of the wake to be generated, each rotation blade can be controlled independently. The vertical component and the horizontal component of the wake reaction force acting on the wing can be adjusted. Therefore, since the magnitude of the lift force acting on the fuselage from each rotor blade and the magnitude and direction of the propulsive force can be individually controlled, even if the attitude is likely to be disturbed in the front-rear and left-right directions, it is easily corrected Thus, the horizontal posture can be maintained. Moreover, advanced flight performance such as vertical take-off and landing and air stop flight can be achieved.
(2) More specifically, connecting rods are attached so as to extend in the left-right direction at a plurality of positions in the front left and right positions and rear left and right positions of the fuselage so that the connecting rods can be rotated. In addition, a blade driving motor having a rotor blade attached to the output shaft is attached, and the angle posture of the rotor blade can be changed in the vertical direction via the connecting rod. And by changing the rotational speed of the blade driving motor, it is possible to change the vertical attitude of the rotary blade and to control the rotational speed.
(3) By adopting a configuration that includes a posture sensor for detecting the posture of the fuselage, and a controller that controls the angular posture of the rotor blades and the rotational speed based on a signal input from the posture sensor. When the attitude of the inventive small flying device collapses and tilts in the required direction, the angular attitude and rotation in the wake generation direction of each rotor blade is changed so as to change the balance of lift acting on the inclined side and the opposite side. It is possible to stably maintain the flying posture by changing the posture by changing the speed.
(4) Since a fixed wing that generates lift in the air flow in the front-rear direction is attached to a required portion of the fuselage, lift can be generated by the fixed wing during forward flight. Since the magnitude of the lift force that acts on the fuselage from each rotor blade can be reduced, the propulsion efficiency can be improved.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1(イ)(ロ)乃至図3は本発明の小型飛行装置の実施の一形態を示すもので、前後方向に、たとえば、十数センチメートル程度の長さ寸法を有する胴体1の左右両側部の複数個所、たとえば、前部左右位置と後部左右位置の4個所に、回転速度を独立して制御できるようにしてあるスクリュープロペラの如き回転翼2a,2b,2c,2dを、その回転軸方向が前後方向姿勢から上下方向姿勢へ姿勢変更(角度変更)できるようにそれぞれ設け、該各4つの回転翼2a,2b,2c,2dの角度姿勢及び回転速度をそれぞれ適宜制御することにより飛行できるようにする。   1 (a) (b) to FIG. 3 show an embodiment of a small-sized flying device of the present invention. In the front-rear direction, for example, both left and right sides of a fuselage 1 having a length of about a few tens of centimeters. Rotating blades 2a, 2b, 2c, 2d, such as screw propellers, whose rotational speeds can be controlled independently at a plurality of positions, for example, at four positions of the front left / right position and the rear left / right position, It is possible to fly by changing the angle of each of the four rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d and the rotation speed as appropriate so that the direction can be changed (angle change) from the front-rear direction to the vertical direction. Like that.

以下、詳述する。   Details will be described below.

上記胴体1の前部左右位置及び後部左右位置には、図2に示す如く、それぞれ一対の軸受3aと3bを左右別々に設けて、該各一対の軸受3a,3bに、左右方向に延びてそれぞれ胴体1の左右外方へ所要寸法突出するように配置した左右別々の連結ロッド4の各一端部を回転自在に支持させる。該各連結ロッド4の突出端部となる他端部には、それぞれ上記胴体1と平行に延びる出力軸5aに回転翼2a,2b,2c,2dを各々取り付けている翼駆動用モータ5の一側部を取り付けて、回転翼2a,2b,2c,2dが後向きの姿勢となるようにし、上記連結ロッド4を回転させることにより各翼駆動用モータ5が上下方向に回動して出力軸5aの角度姿勢、すなわち、各回転翼2a,2b,2c,2dの回転軸方向の角度姿勢を前後方向姿勢から上下方向姿勢へ、又、その逆に調整できるようにする。更に、上記各連結ロッド4には、左右一対の軸受3aと3bの間に位置する部分に、角度変更用ギア6をそれぞれ取り付け、且つ該各ギア6に噛合させたピニオン7を、各々独立させた角度制御用モータ8の出力軸8aにそれぞれ取り付ける。これにより、各角度制御用モータ8を駆動させてピニオン7を独立して回転させることで、上記角度変更用ギア6、連結ロッド4を介して各翼駆動用モータ5が、それぞれ独立して前後方向に沿う垂直面内で上下方向に回転(角度変更)できるようにしてある。したがって、上記角度制御用モータ8の回転数を適宜制御することにより、それぞれ対応する翼駆動用モータ5の出力軸5aに取り付けてある回転翼2a,2b,2c,2dの上下方向の角度姿勢(向き)をそれぞれ独立に変更できる。   As shown in FIG. 2, a pair of bearings 3a and 3b are separately provided on the left and right positions of the body 1 at the front left and right positions and the left and right positions at the rear, respectively, and extend in the left and right directions to the pair of bearings 3a and 3b. Respective one end portions of the left and right connecting rods 4 arranged so as to protrude to the left and right outer sides of the body 1 are supported rotatably. One end of the connecting rod 4 is a protruding end of the blade drive motor 5 in which the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are respectively attached to the output shaft 5a extending in parallel with the body 1. Side blades are attached so that the rotor blades 2a, 2b, 2c, 2d are in a rearward posture, and by rotating the connecting rod 4, each blade driving motor 5 is rotated in the vertical direction to output shaft 5a. That is, the angle posture in the rotation axis direction of each rotor blade 2a, 2b, 2c, 2d can be adjusted from the front-rear direction posture to the up-down direction posture and vice versa. Further, each connecting rod 4 is provided with an angle changing gear 6 at a portion located between the pair of left and right bearings 3a and 3b, and a pinion 7 meshed with each gear 6 is made independent. The angle control motor 8 is attached to the output shaft 8a. As a result, each angle control motor 8 is driven to rotate the pinion 7 independently, so that each blade driving motor 5 can be moved back and forth independently via the angle changing gear 6 and the connecting rod 4. It can be rotated in the vertical direction (angle change) within a vertical plane along the direction. Accordingly, by appropriately controlling the rotation speed of the angle control motor 8, the vertical postures of the rotary blades 2a, 2b, 2c, 2d attached to the output shaft 5a of the corresponding blade drive motor 5 ( Orientation) can be changed independently.

又、上記各翼駆動用モータ5は、回転数(回転速度)を個別に制御することができるようにしてあり、回転数を個別に制御することにより、それぞれ対応する各回転翼2a,2b,2c,2dの回転速度を独立して制御することができて、該各回転翼2a,2b,2c,2dの回転により発生させるスリップストリーム(後流)の強度を個別に調整できるようにしてある。なお、図1(イ)(ロ)及び図2に示すものでは、各回転翼2a,2b,2c,2dは、回転駆動により翼駆動用モータ5側より空気を吸入するものとしてある。   The blade driving motors 5 can individually control the rotational speed (rotational speed), and the rotational speeds of the blades can be controlled individually to control the corresponding rotary blades 2a, 2b, The rotational speeds of 2c and 2d can be controlled independently, and the strength of the slip stream (rear flow) generated by the rotation of the rotary blades 2a, 2b, 2c and 2d can be individually adjusted. . 1A and 1B and FIG. 2, each of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d is configured to suck air from the blade driving motor 5 side by rotational driving.

かかる構成としてあることにより、上記各翼駆動用モータ5により回転翼2a,2b,2c,2dを回転駆動させると、それぞれの回転翼2a,2b,2c,2dの後方領域には後流が発生し、このため、上記各回転翼2a,2b,2c,2dには、上記後流の反力がそれぞれ作用するようになる。よって、本発明の小型飛行装置全体では、上記4つの回転翼2a,2b,2c,2dにそれぞれ作用する後流の反力における垂直方向上向きの成分(分力)の合力が揚力(浮揚力)として作用し、又、上記4つの回転翼2a,2b,2c,2dにそれぞれ作用する後流の反力の水平方向成分(水平分力)が水平方向の推進力として作用することとなる。したがって、上記各回転翼2a,2b,2c,2dの回転軸方向の一方である後流発生方向の角度姿勢と、各回転翼2a,2b,2c,2dの回転速度を独立して調整することにより、上記各回転翼2a,2b,2c,2dごとに発生させる揚力と推進力のバランスを変更できるため、高度の飛行性能が実現されるようになる。   With this configuration, when the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are driven to rotate by the blade driving motors 5, wakes are generated in the rear regions of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d. For this reason, the wake reaction force acts on each of the rotor blades 2a, 2b, 2c and 2d. Therefore, in the entire small flying apparatus of the present invention, the resultant force of the upward component (component force) in the reaction force of the wake that acts on each of the four rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d is lift (levitation force). In addition, the horizontal component (horizontal component) of the reaction force of the wake that acts on each of the four rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d acts as a horizontal driving force. Therefore, the angle posture in the wake generation direction which is one of the rotation axis directions of the rotor blades 2a, 2b, 2c and 2d and the rotation speed of the rotor blades 2a, 2b, 2c and 2d are adjusted independently. Thus, the balance between the lift and propulsion generated for each of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d can be changed, so that a high degree of flight performance is realized.

すなわち、たとえば、角度制御用モータ8により翼駆動用モータ5を回動させて各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向を、図1(イ)に示す如く、それぞれ垂直方向下向きとなる姿勢とさせた状態にて、翼駆動用モータ5の駆動により各回転翼2a,2b,2c,2dを回転させると、後流はそれぞれ垂直方向下向きに発生されるようになる。
このため、該後流の反力は垂直方向上向きの成分のみとなって、水平分力は生じない。よって、気流のない領域にて、上記各翼駆動用モータ5によるそれぞれの回転翼2a,2b,2c,2dの回転速度を調整して、4つの回転翼2a,2b,2c,2dにてそれぞれ発生させる後流の反力の合力である本発明の小型飛行装置の揚力が、本発明の小型飛行装置の機体重量(全体重量)を上回るようにすれば、該小型飛行装置は、水平方向に移動されることなく垂直上昇するようになる。一方、上記本発明の小型飛行装置の揚力が機体重量を下回るようにすると、該小型飛行装置は垂直に降下させられるようになる。更に、上記本発明の小型飛行装置の揚力が機体重量と釣り合うようにすれば、本発明の小型飛行装置は空中停止飛行(ホバリング)を行うことができるようになる。
That is, for example, the blade driving motor 5 is rotated by the angle control motor 8 so that the wake generation direction of each of the rotating blades 2a, 2b, 2c, 2d is downward in the vertical direction as shown in FIG. When the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are rotated by driving the blade drive motor 5 in the state of the following posture, the wakes are generated downward in the vertical direction.
For this reason, the reaction force of the wake is only an upward component in the vertical direction, and no horizontal component force is generated. Therefore, in the region where there is no airflow, the rotational speeds of the rotor blades 2a, 2b, 2c, 2d by the blade driving motors 5 are adjusted, and the four rotor blades 2a, 2b, 2c, 2d are adjusted. If the lift of the small flying device of the present invention, which is the resultant force of the reaction force of the wake generated, exceeds the weight (overall weight) of the small flying device of the present invention, the small flying device It will rise vertically without being moved. On the other hand, when the lift of the above-described small-sized flying device is less than the weight of the aircraft, the small-sized flying device can be lowered vertically. Furthermore, if the lift of the above-described small flying device is balanced with the weight of the aircraft, the small flying device of the present invention can perform aerial stop flight (hovering).

又、たとえば、上記角度制御用モータ8により翼駆動用モータ5を回動させて各回転翼2a,2b,2c,2dの角度を変更すると、該各回転翼2a,2b,2c,2dの回転により発生する後流の方向が垂直方向下向きより傾くことから、該後流の反力には水平方向成分が生じることとなる。したがって、図1(ロ)に示す如く、上記4つの各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向を、いずれも図中矢印Bで示す後方よりもやや下向きとなるような姿勢とさせた状態にて、各翼駆動用モータ5の駆動により回転駆動させると、該4つの各回転翼2a,2b,2c,2dの発生する後流の反力が前方やや上向きに作用する。この際、上記発生される後流の反力の垂直分力の合力である揚力が本発明の小型飛行装置の機体重量と釣り合うように適宜調整することにより、水平分力の合力である推進力が前向きに作用するようになる。このことから、静かな気流中では、本発明の小型飛行装置は、一定高度を保持したまま、推進力の大きさに応じて前方へ飛行できるようになる。なお、上記のように本発明の小型飛行装置を前方へ飛行させる際には、胴体前部の回転翼2a,2bと、胴体後部の回転翼2c,2dは、基本的にはほぼ同様に回転駆動させればよいが、胴体後部の回転翼2c,2dは、それぞれ前方に位置する回転翼2a,2bの後流の中で運動することとなるので、左右の同じ側に設けられている前後の回転翼2aと2c、2bと2dでは干渉が生じる。したがって、この干渉の効果を加味できるよう、前後の回転翼2a,2bと2c,2dの回転速度を適宜調整させるようにするとよい。   Further, for example, when the blade driving motor 5 is rotated by the angle control motor 8 to change the angles of the rotating blades 2a, 2b, 2c, 2d, the rotating blades 2a, 2b, 2c, 2d are rotated. Since the direction of the wake generated by the tilt is inclined downward from the vertical direction, a horizontal component occurs in the reaction force of the wake. Therefore, as shown in FIG. 1 (b), the wake generation direction of each of the four rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d is set to be slightly downward from the rear indicated by the arrow B in the figure. In this state, when the blades are driven to rotate by driving the blade driving motors 5, the reaction forces of the wakes generated by the four rotating blades 2a, 2b, 2c, and 2d act slightly upward. At this time, the propulsive force which is the resultant force of the horizontal component force is appropriately adjusted so that the lift force which is a resultant force of the vertical component force of the reaction force of the wake generated as described above is balanced with the body weight of the small flying device of the present invention. Will act positively. From this, in a quiet air current, the small flight device of the present invention can fly forward according to the magnitude of the propulsive force while maintaining a constant altitude. When the small flying device of the present invention is to fly forward as described above, the rotor blades 2a and 2b at the front of the fuselage and the rotor blades 2c and 2d at the rear of the fuselage basically rotate in substantially the same manner. The rotor blades 2c and 2d at the rear of the fuselage may be driven in the wake of the rotor blades 2a and 2b positioned at the front, so that the front and rear provided on the same left and right sides. The rotor blades 2a and 2c, 2b and 2d cause interference. Therefore, the rotational speeds of the front and rear rotor blades 2a, 2b and 2c, 2d may be adjusted as appropriate so that this interference effect can be taken into account.

更に、上記のように本発明の小型飛行装置を一定高度を保持した状態で前方へ飛行させる際、胴体左側の前後の回転翼2a,2cの回転速度と、胴体右側の前後の回転翼2b,2dの回転速度とを相違させるようにすると、回転翼2a,2cより胴体左側に作用する推進力と、回転翼2b,2dより胴体右側に作用する推進力の大きさが相違するようになる。このため、静かな気流中においては、上記本発明の小型飛行装置を、作用する推進力がより小さい左右方向の一側へ旋回させることができるようになる。一方、飛行している小型飛行装置を左右方向のいずれか一側へ旋回させようとする乱れた気流中においては、小型飛行装置が旋回させられようとする側となる胴体1の左右いずれか一側に作用する推進力が、他側に作用する推進力よりも大きくなるように、左右の回転翼2a,2cと2b,2dとの回転速度を相違させるようにすれば、本発明の小型飛行装置が所定の飛行コースから外れるのを防止する効果を得ることができるようになる。   Further, when the small flying device of the present invention is caused to fly forward while maintaining a constant altitude as described above, the rotational speeds of the front and rear rotor blades 2a and 2c on the left side of the fuselage and the front and rear rotor blades 2b and 2b on the right side of the fuselage When the rotational speed of 2d is made different, the magnitude of the propulsive force acting on the left side of the fuselage from the rotary blades 2a and 2c and the magnitude of the propulsive force acting on the right side of the fuselage from the rotary vanes 2b and 2d are different. For this reason, in a quiet air current, the small flying device of the present invention can be turned to one side in the left-right direction where the acting thrust is smaller. On the other hand, in a turbulent airflow that attempts to turn the flying small flying device to one of the left and right directions, either the left or right of the fuselage 1 that is the side on which the small flying device is to be turned. If the rotational speeds of the left and right rotor blades 2a, 2c and 2b, 2d are made different from each other so that the propulsive force acting on the side becomes larger than the propulsive force acting on the other side, the small flight of the present invention An effect of preventing the device from coming off the predetermined flight course can be obtained.

上記のような各回転翼2a,2b,2c,2dの回転駆動による本発明の小型飛行装置の前方への飛行中や左右への旋回中に、各翼駆動用モータ5による上記各回転翼2a,2b,2c,2dの回転速度を増減させたり、角度制御用モータ8の駆動により翼駆動用モータ5と一緒に各回転翼2a,2b,2c,2dを上下方向に回動させてその後流発生方向の角度姿勢を適宜変更することにより、該各回転翼2a,2b,2c,2dによって発生させる後流の反力中の垂直分力の合力である揚力を、機体重量よりも大となるようにしたり、あるいは、機体重量を下回るようにすれば、本発明の小型飛行装置を、前方への飛行中や旋回中に徐々に上昇させたり、あるいは、徐々に降下させることもできるようになる。   Each of the rotor blades 2a by the respective blade driving motors 5 during the flight to the front of the small flying device of the present invention by the rotational driving of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d as described above or during the turning to the left and right. , 2b, 2c, 2d, and the rotational speeds of the rotary blades 2a, 2b, 2c, 2d are turned up and down together with the blade drive motor 5 by driving the angle control motor 8 By appropriately changing the angle orientation in the generation direction, the lift force, which is the resultant force of the vertical component force in the reaction force of the wake generated by each of the rotor blades 2a, 2b, 2c, 2d, becomes larger than the weight of the fuselage. If this is done, or if it is less than the weight of the fuselage, the small flight device of the present invention can be gradually raised or lowered during flight forward or during a turn. .

更に、図1(イ)に示したように、本発明の小型飛行装置にホバリング、垂直上昇あるいは垂直降下を行わせているときに、左右のいずれか一側の回転翼2a,2c又は2b,2dの後流発生方向の角度姿勢を、やや前方に傾斜させ、且つ他側の回転翼2b,2d又は2a,2cの後流発生方向の角度姿勢を、やや後方に傾斜させるようにすれば、胴体1の左側と右側に、互いに前後方向に逆向きの推進力を作用させることができるようになるため、本発明の小型飛行装置をその場で左右方向に回頭させることも可能になる。更に、左右両側の各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向を、すべてやや前方に傾斜させた姿勢とすれば、後進飛行させることも可能になる。   Further, as shown in FIG. 1 (a), when the small flying device of the present invention is hovered, vertically lifted or vertically lowered, the rotor blades 2a, 2c or 2b on either one of the left and right sides, If the angle posture in the wake generation direction of 2d is slightly inclined forward, and the angle posture in the wake generation direction of the other rotor blades 2b, 2d or 2a, 2c is slightly inclined backward, Since it becomes possible to apply reverse propulsive forces to the left and right sides of the fuselage 1 in the front-rear direction, the small flying device of the present invention can be turned in the left-right direction on the spot. Furthermore, if the wake generation directions of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d on the left and right sides are all inclined slightly forward, it is possible to fly backward.

ところで、本発明の小型飛行装置は、胴体1の前部左右位置及び後部左右位置に設けてある4つの回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度をそれぞれ独立して制御することにより、上述したような垂直上昇、垂直降下、ホバリング、垂直上昇や垂直降下やホバリングしながらのその場回頭、前進飛行、左右への旋回、前進あるいは旋回しながらの上昇や下降、後進飛行等の高度な飛行性能を達成できるものであるが、前述したように、サイズが小型としてあるために、実際の環境下を飛行する場合には、環境に存在する気流の影響を受けて常に乱流の中を飛行するような状態になる。このため、容易に姿勢が乱される虞があると共に、乱流の中を飛行することに伴い、所望する飛行コースから容易に逸脱する虞も懸念される。このような姿勢の乱れの修正や所望する飛行コースからの逸脱の修正を、作業者が無線制御等によってその都度行うことは困難である。そのため、本発明の小型飛行装置では以下のような制御機構を備えて、飛行の自律制御を行わせることができるようにしてある。   By the way, the small flying device of the present invention independently sets the angle posture and the rotational speed in the wake generation direction of the four rotor blades 2a, 2b, 2c and 2d provided at the front left and right positions and the rear left and right positions of the fuselage 1, respectively. Control, as described above, vertical ascent, vertical descent, hover, vertical turn, vertical descent and hovering, turn in place, forward flight, left and right turn, up and down while moving forward or turning However, as described above, when flying in an actual environment, it is affected by the air current that exists in the environment. It will always be in a state of flying in turbulent flow. For this reason, there is a concern that the posture may be easily disturbed, and there is also a concern that the flight course may easily deviate from the desired flight course when flying in the turbulent flow. It is difficult for an operator to correct such a posture disorder or a deviation from a desired flight course each time by wireless control or the like. For this reason, the small flight apparatus of the present invention is provided with the following control mechanism so that the flight can be controlled autonomously.

すなわち、図3に示す如く、胴体1の所要位置に、GPSや磁気センサと飛行速度計と飛行高度計からなる位置センサ等の位置センサ9、ジャイロ等の姿勢センサ10、障害物の検出を行うための衝突防止センサ11を設け、該各センサ9,10,11からの信号を基に、胴体1の前部左右位置及び後部左右位置の上記各回転翼2a,2b,2c,2dごとに対応するよう設けられている翼駆動用モータ5及び角度制御用モータ8の組に対し、それぞれ独立した制御指令を与えるコントローラ12を備える。   That is, as shown in FIG. 3, a position sensor 9 such as a position sensor comprising a GPS, a magnetic sensor, a flight speed meter and a flight altimeter, a posture sensor 10 such as a gyro, and an obstacle are detected at a required position of the fuselage 1. The anti-collision sensor 11 is provided, and based on the signals from the sensors 9, 10, 11, each of the rotor blades 2a, 2b, 2c, 2d at the front left / right position and the rear left / right position of the fuselage 1 is handled. The controller 12 is provided to give independent control commands to the set of the blade driving motor 5 and the angle control motor 8 provided as described above.

更に、胴体1の所要位置には、外部の図示しない制御装置より無線で発せられる本発明の小型飛行装置の使用目的に応じた飛行指令を受信して、上記コントローラ12に入力するための無線受信器13及び指令設定器14を設けるようにしてある。更に、上記コントローラ12より出力される本発明の小型飛行装置の現在位置や飛行状況等を、上記外部の制御装置へ無線で送信するための状態監視器15並びに無線送信器16を設けるようにしてある。   Further, a wireless reception for receiving a flight command corresponding to the purpose of use of the small flight apparatus of the present invention, which is issued by radio from an external control device (not shown), and inputting it to the controller 12 at a required position of the fuselage 1. A device 13 and a command setting device 14 are provided. Furthermore, a state monitor 15 and a wireless transmitter 16 are provided for wirelessly transmitting the current position, flight status, etc. of the small flight device of the present invention output from the controller 12 to the external control device. is there.

上記コントローラ12について詳述すると、その機能の一つとしては、先ず、姿勢制御機能がある。これは、上述したように本発明の小型飛行装置は、飛行中に乱流によって容易に姿勢が乱される虞があることから、上記コントローラ12は、搭載してある姿勢センサ10より入力される信号に基づいて、前後左右方向の傾斜を常時監視し、傾きが検出されると、該検出された傾きが解消されて水平姿勢に戻るように、前部左右位置及び後部左右位置の各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度を適宜変更すべく、翼駆動用モータ5及び角度制御用モータ8へ指令を与えるようにしてある。   The controller 12 will be described in detail. One of its functions is an attitude control function. As described above, since the attitude of the small flight device of the present invention may be easily disturbed by turbulence during flight, the controller 12 is input from the mounted attitude sensor 10. On the basis of the signal, the front / rear / left / right inclinations are constantly monitored, and when the inclination is detected, the rotor blades at the front left / right position and the rear left / right position are returned so that the detected inclination is canceled and the horizontal posture is restored. Commands are given to the blade drive motor 5 and the angle control motor 8 in order to appropriately change the angle posture and the rotational speed in the wake generation direction of 2a, 2b, 2c, and 2d.

具体的に説明すると、たとえば、姿勢センサ10の信号により左側が下がるように傾斜していることが検出されたときには、そのときの飛行状態における各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度に比して、胴体左側の前後の回転翼2a,2cによる揚力をやや増加させると共に、この揚力の増加に伴って所望の飛行コースより外れて上昇しないようにするために、胴体右側の前後の回転翼2b,2dによる揚力をやや減少させる。更に、このように胴体1の左右に作用する揚力のバランスを変化させても、所望の飛行コースから左右方向に逸脱しないようにすると共に、左側及び右側の各回転翼2a,2c及び2b,2dによる胴体1の左右に作用する推進力は変化させないようにするために、それぞれの回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度を、それぞれ対応する翼駆動用モータ5及び角度制御用モータ8により調整させるようにする。これにより、胴体1の左側と右側に作用する揚力のバランスを調整し、傾斜を修正して水平姿勢を保持することができるようにしてある。   Specifically, for example, when it is detected by the signal from the attitude sensor 10 that the left side is tilted downward, the wake of each rotor blade 2a, 2b, 2c, 2d in the current flight state is generated. To slightly increase the lift by the front and rear rotor blades 2a and 2c on the left side of the fuselage as compared to the angular orientation and rotation speed of the direction, and to prevent the lift from deviating from the desired flight course as this lift increases. In addition, the lift by the front and rear rotor blades 2b and 2d on the right side of the fuselage is slightly reduced. Furthermore, even if the balance of lift acting on the left and right sides of the fuselage 1 is changed in this way, the left and right rotors 2a, 2c and 2b, 2d are prevented from deviating from the desired flight course in the left-right direction. In order to prevent the propulsive force acting on the left and right of the fuselage 1 from being changed, the angle attitude and rotational speed in the wake generation direction of each rotor blade 2a, 2b, 2c, 2d are respectively corresponding to the blade drive motors. 5 and the angle control motor 8. Thereby, the balance of the lift force acting on the left side and the right side of the body 1 is adjusted, the inclination is corrected, and the horizontal posture can be maintained.

同様に、右側が下がるような傾斜が検出された場合や、前後方向の傾斜が検出された場合にも、それぞれ胴体1の下がった側と上がった側に存在する各回転翼2a,2b,2c,2dにて発生させる揚力のバランスを変化させることにより、傾斜を修正して水平姿勢を保持することができるようにしてある。   Similarly, when an inclination that the right side is lowered is detected, or when an inclination in the front-rear direction is detected, the rotor blades 2a, 2b, and 2c existing on the lower side and the upper side of the fuselage 1, respectively. , 2d, the inclination is corrected by changing the balance of the lift generated at 2d so that the horizontal posture can be maintained.

上記コントローラ12の別の機能としては、飛行制御機能がある。これは、本発明の小型飛行装置を所定の目標位置まで飛行させ、その後、所望の作業の終了後に初期位置又は所定の場所まで戻らせるためのものである。したがって、GPSや、GPS電波の届かないところでは磁気センサと飛行速度計と飛行高度計からなる位置センサ等の位置センサ9より入力される信号に基づいて本発明の小型飛行装置自体の位置(たとえば、三次元座標)を検出することができるようにしてある。又、外部の制御装置より無線受信器13、指令設定器14を介して飛行指令、たとえば、目標位置がGPS座標等により設定されると、上記検出された自己の初期位置(離陸位置)から目標位置に至るための方向、距離等を求めて、飛行コースを、たとえば、先ず、垂直に離陸して所要高さ位置まで垂直上昇した後、目標位置に向けて所要方位へ前進飛行するというような飛行コースを自動的に判断して設定できるようにしてある。これに伴い、該設定された飛行コースに沿って飛行するために要求される揚力及び推進力の変化に応じて、翼駆動用モータ5及び角度制御用モータ8へそれぞれ指令を与えて、該各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度を適宜独立に制御できるようにしてある。これにより、本発明の小型飛行装置は、上記設定された飛行コースに沿って上記目標位置まで飛行することができるようにしてある。   Another function of the controller 12 is a flight control function. This is to fly the small flight apparatus of the present invention to a predetermined target position, and then return to the initial position or the predetermined position after completion of the desired work. Therefore, the position of the small flying device of the present invention itself (for example, based on a signal input from a position sensor 9 such as a position sensor comprising a magnetic sensor, a flight speed meter, and a flight altimeter when GPS or GPS radio waves do not reach (for example, 3D coordinates) can be detected. Further, when a flight command, for example, a target position is set by a GPS coordinate or the like from an external control device via the wireless receiver 13 and the command setting unit 14, the target is detected from the detected initial position (takeoff position). Find the direction, distance, etc. to reach the position, for example, first take off vertically and then ascend vertically to the required height position, then fly forward to the required direction toward the target position The flight course can be automatically determined and set. Accordingly, commands are given to the wing drive motor 5 and the angle control motor 8 in accordance with changes in lift and propulsion required to fly along the set flight course, respectively. The angular posture and the rotational speed in the wake generation direction of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d can be appropriately controlled independently. Thereby, the small flight apparatus of the present invention can fly to the target position along the set flight course.

又、本発明の小型飛行装置は上記したように乱流によって飛行コースを容易に乱され易いことから、上記コントローラ12の飛行制御機能としては、本発明の小型飛行装置を上記のように所定の飛行コースに沿って飛行させる際に、GPS座標等の上記位置センサ9からの信号に基づいて本発明の小型飛行装置の現在の飛行位置を常時監視し、検出される現在の飛行位置が、上記所定の飛行コースからずれていることが検出された場合には、このずれを修正するように左右の各回転翼2a,2b,2c,2dの翼駆動用モータ5及び角度制御用モータ8へ適宜指令を与えて、左右方向へ旋回させたり、上昇あるいは下降を行わせることができるようにする。これにより、飛行コースが乱されても随時修正しながら本発明の小型飛行装置を目標位置まで飛行させることができる機能も有するようにしてある。   In addition, since the small flight device of the present invention is easily disturbed by the turbulent flow as described above, the flight control function of the controller 12 has the predetermined small flight device of the present invention as described above. When flying along a flight course, the current flight position of the small flight device of the present invention is constantly monitored based on the signal from the position sensor 9 such as GPS coordinates, and the detected current flight position is If it is detected that there is a deviation from a predetermined flight course, the right and left rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are appropriately controlled to the blade driving motor 5 and the angle control motor 8 so as to correct the deviation. A command is given so that it can be swung left and right, or raised or lowered. Thereby, even if a flight course is disturbed, it has a function which can fly the small flight apparatus of this invention to a target position, correcting it at any time.

更に、上記コントローラ12の飛行制御機能としては、目標位置における所定の目的が達成された後に、本発明の小型飛行装置を初期位置(離陸位置)あるいは予め設定された所定の位置まで戻るように帰還用の飛行コースを設定すると共に、該帰還用飛行コースに沿って上記したと同様の制御を行うことで飛行させることもできるようにしてある。   Further, as the flight control function of the controller 12, after a predetermined purpose at the target position is achieved, the small flight device of the present invention is returned to the initial position (takeoff position) or to a predetermined position set in advance. A flight course is set, and flight can be performed by performing the same control as described above along the return flight course.

上記コントローラ12の更に別の機能としては、飛行コース上に存在する障害物を自動的に回避する障害物回避機能も備えているものとしてある。これは、衝突防止センサ11より入力される信号に基づいてコントローラ12が進行方向前方を常に監視し、飛行コースの前方に障害物の存在が検出されると、翼駆動用モータ5及び角度制御用モータ8へ適宜指令を与えることにより、飛行方向を上下左右方向へ適宜変更して上記障害物を迂回させるようにしてある。このようにして障害物を避けた後は、コントローラ12の有する上記飛行制御機能に基づいて、目標位置に至る飛行コースあるいは帰還用飛行コースに戻させるようにすればよい。   As another function of the controller 12, an obstacle avoidance function for automatically avoiding an obstacle present on the flight course is provided. This is because the controller 12 always monitors the front in the traveling direction based on the signal input from the collision prevention sensor 11 and if the presence of an obstacle is detected in front of the flight course, the wing drive motor 5 and the angle control motor By appropriately giving instructions to the motor 8, the flight direction is changed appropriately in the vertical and horizontal directions to bypass the obstacle. After avoiding the obstacle in this way, it is only necessary to return to the flight course to the target position or the return flight course based on the flight control function of the controller 12.

上記衝突防止センサ11としては、たとえば、光フロー(Optic Flow)センサを採用すればよい。これは、ある移動体が移動しているときに該移動体より外部を視覚的に観測すると、得られる外部の像は、進行方向前方の一点より放射状に拡大し、移動体の上下左右位置では後方へ該移動体の速度と対応する速さで最も速く流れた後、進行方向後方の一点に集約されるように変化する。この際、上記移動体の進行方向の前方に位置している物体は、視界上における相対位置が変化せず、進行方向の前方からずれた位置に存在している物体は、その進行方向から上下左右へずれる方向に応じて、視界上では上下左右方向にその相対位置が変化すること、又、これらの進行方向前方からずれた位置に存在する物体は、進行方向からのずれが小さいほど、視界上における相対位置の変化率が大きくなる、という原理を利用して進行方向前方の障害物を検出できるようにしてある。   For example, an optical flow sensor may be employed as the collision prevention sensor 11. This is because, when a moving body is moving and the outside is visually observed, the external image obtained expands radially from one point in front of the traveling direction. After flowing fastest at a speed corresponding to the speed of the moving body to the rear, it changes so as to be concentrated at one point behind the traveling direction. At this time, the object positioned in front of the moving direction of the moving body does not change the relative position in the field of view, and the object existing in the position deviating from the front of the moving direction moves up and down from the moving direction. The relative position changes in the vertical and horizontal directions on the field of view depending on the direction of shifting to the left and right, and the object that exists at a position deviated from the front of the traveling direction is smaller in the field of view. Obstacles ahead in the direction of travel can be detected using the principle that the rate of change of the relative position on the top increases.

更に又、胴体1の図示しない所定位置には、本発明の小型飛行装置の使用目的に応じて、たとえば、遠隔地の情報収集を目的とする場合には、画像撮影用のCCDセンサ17aや、雰囲気ガス中に存在する物質を検出するための化学センサ17b、バイオセンサ17c等の各種センサや、搬送対象物の離脱操作や把持操作等を行わせるための把持装置(図示せず)のようなペイロード17を搭載できるようにしてある。該ペイロード17が、各種センサである場合には、図3に示す如く、該センサによる計測結果を、上記状態監視器15へ送り、上記コントローラ12より入力される本発明の小型飛行装置の現在位置や飛行状況等と一緒に無線送信器16を経て外部の制御装置へ無線で送信させるようにしてもよい。   Furthermore, at a predetermined position (not shown) of the fuselage 1, depending on the purpose of use of the small flight apparatus of the present invention, for example, for the purpose of collecting remote information, the CCD sensor 17a for image capturing, Various sensors such as a chemical sensor 17b and a biosensor 17c for detecting a substance present in the atmospheric gas, and a gripping device (not shown) for performing a detachment operation and a gripping operation of a transport object. The payload 17 can be mounted. When the payload 17 is various sensors, as shown in FIG. 3, the current position of the small flight apparatus according to the present invention is sent to the state monitor 15 and input from the controller 12 as shown in FIG. In addition, it may be transmitted wirelessly to an external control device via the wireless transmitter 16 together with the flight status and the like.

図1(イ)(ロ)に示す如く、胴体1の下部所要位置には、本発明の小型飛行装置を離着陸させるときに接地させるための脚18を設けるようにしてある。又、胴体1の所要位置には各モータ5,8や上記制御機構における各機器に電力供給を行なうためのバッテリー等の図示しない電源を搭載するようにしてある。各翼駆動用モータ5へ電力供給を行なうための給電ケーブル(図示せず)は、胴体1内より対応する連結ロッド4に沿わせるか、該連結ロッド4の内部を通して導くようにすればよい。   As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), legs 18 for grounding when the small flight apparatus of the present invention is taken off and landing are provided at the lower required position of the fuselage 1. A power source (not shown) such as a battery for supplying power to the motors 5 and 8 and the devices in the control mechanism is mounted at a required position of the body 1. A power supply cable (not shown) for supplying power to each blade driving motor 5 may be guided along the corresponding connecting rod 4 from inside the fuselage 1 or through the inside of the connecting rod 4.

なお、本発明の小型飛行装置は飛行体であることから、上記した各種構成要素は、いずれも軽量であることが重要になる。したがって、上記各種構成要素は、いずれも、要求される強度や機能が満たされる範囲内において軽い材質のものを適宜選択して用いるようにすればよい。   Since the small flying device of the present invention is a flying object, it is important that all of the various components described above are lightweight. Therefore, the various components described above may be appropriately selected and used from light materials within a range in which required strength and function are satisfied.

上記構成としてあるので、本発明の小型飛行装置を使用する場合は、作業者が所要の離陸位置まで搬送して地上や所要個所に載置した状態にて、外部の制御装置より無線にて目標位置までの飛行及び所要の目的、たとえば、ペイロード17として搭載してある各種センサによる上記目標位置の状況観測等を行うよう飛行指令を発すると、該指令が本発明の小型飛行装置の無線受信器13及び指令設定器14を経てコントローラ12に入力される。このようにコントローラ12へ指令が入力されると、該コントローラ12では、上記指定された目標位置までの飛行コースが設定され、この所定の飛行コースに沿って飛行できるような揚力及び推進力が得られるように各回転翼2a,2b,2c,2dの翼駆動用モータ5と角度制御用モータ8をそれぞれ駆動させるための指令が個別に発せられる。これにより、上記各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢が角度制御用モータ8により所要の方向に調整されると共に、翼駆動用モータ5により所要の回転速度で上記各回転翼2a,2b,2c,2dが回転駆動されることから、本発明の小型飛行装置は上記所定の飛行コースに沿って目標位置まで飛行するようになる。   Because of the above configuration, when using the small flight device of the present invention, the target is transmitted wirelessly from an external control device while being transported to the required take-off position and mounted on the ground or a required location. When a flight command is issued so as to perform flight to a position and a desired purpose, for example, observation of the status of the target position by various sensors mounted as a payload 17, the command is a wireless receiver of the small flight device of the present invention. 13 and the command setter 14 and input to the controller 12. When a command is input to the controller 12 in this way, the controller 12 sets a flight course up to the designated target position, and obtains lift and propulsion that can fly along the predetermined flight course. As shown, commands for driving the blade driving motor 5 and the angle control motor 8 of each of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are individually issued. As a result, the angle posture in the wake generation direction of each of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d is adjusted to a required direction by the angle control motor 8, and at the required rotation speed by the blade drive motor 5. Since the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are driven to rotate, the small flight device of the present invention flies to the target position along the predetermined flight course.

この飛行の際、乱流等により姿勢が乱れると、姿勢センサ10より入力される信号によりコントローラ12にて該姿勢の乱れが検出されて、この姿勢の乱れを修正するよう上記コントローラ12より各翼駆動用モータ5及び各角度制御用モータ8へ指令が発せられて、各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度が適宜調整されるため、本発明の小型飛行装置は常に水平姿勢を保持したまま飛行できるようになる。   During the flight, if the posture is disturbed due to turbulence or the like, the controller 12 detects the posture disturbance by a signal input from the posture sensor 10, and the controller 12 detects each wing to correct the posture disturbance. A command is issued to the drive motor 5 and each angle control motor 8 so that the angular posture and the rotational speed in the wake generation direction of each rotor blade 2a, 2b, 2c, 2d are appropriately adjusted. The flying device can always fly while maintaining a horizontal posture.

又、風の影響等により所定の飛行コースから逸脱すると、位置センサ9からの信号によりコントローラ12にて飛行コースからのずれが検出されて、この飛行コースからのずれを修正するよう上記コントローラ12より各翼駆動用モータ5及び各角度制御用モータ8へ指令が発せられて、各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度が適宜調整されて揚力や推進力が調整されるため、本発明の小型飛行装置は目標位置へ向けて飛行できるようになる。   Further, when the vehicle departs from a predetermined flight course due to the influence of wind or the like, the controller 12 detects a deviation from the flight course by a signal from the position sensor 9, and the controller 12 corrects the deviation from the flight course. A command is issued to each blade driving motor 5 and each angle control motor 8, and the angular posture and the rotational speed in the wake generation direction of each rotor blade 2a, 2b, 2c, 2d are appropriately adjusted to increase the lift force and propulsive force. Therefore, the small flight device of the present invention can fly toward the target position.

更に、飛行コース上に障害物がある場合には、衝突防止センサ11からの信号によりコントローラ12にて上記障害物が検出され、この障害物を迂回して飛行できるよう上記コントローラ12より各翼駆動用モータ5及び各角度制御用モータ8へ指令が発せられて、各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度が適宜調整されるため、本発明の小型飛行装置は障害物を避けて飛行できるようになる。   Further, when there is an obstacle on the flight course, the controller 12 detects the obstacle by a signal from the collision prevention sensor 11, and the controller 12 drives each wing so that the obstacle can be bypassed. A command is issued to the motor 5 and the angle control motor 8 so that the angle posture and the rotational speed in the wake generation direction of each rotor blade 2a, 2b, 2c, 2d are appropriately adjusted. The device will be able to fly around obstacles.

本発明の小型飛行装置が目標位置に達すると、ペイロード17に搭載したセンサによる上記目標位置の状況が計測されて、たとえば、上記センサをCCDセンサ17aとした場合には、上記目標位置の状況の映像が撮影でき、又、化学センサ17bとしたりバイオセンサ17cとした場合には、上記目標位置における雰囲気ガスの分析等を行わせて、該目標位置の映像や雰囲気中のガス成分の分析結果等を、状態監視器15、無線送信器16を介し外部の制御装置へ送信させることができるようになる。   When the small flight device of the present invention reaches the target position, the state of the target position is measured by a sensor mounted on the payload 17. For example, when the sensor is a CCD sensor 17 a, When an image can be taken and the chemical sensor 17b or the biosensor 17c is used, the atmosphere gas at the target position is analyzed, and the image of the target position and the analysis result of the gas component in the atmosphere, etc. Can be transmitted to the external control device via the state monitor 15 and the wireless transmitter 16.

その後、上記目標位置における目的の作業が終了すると、コントローラ12により離陸位置あるいは予め指定された所定位置まで帰還するための飛行コースに沿って飛行できるよう上記コントローラ12より各翼駆動用モータ5及び各角度制御用モータ8へ指令が発せられて、各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度が適宜調整されて発生される揚力及び推進力が調整されるため、本発明の小型飛行装置は上記離陸位置あるいは所定位置まで帰還させられるようになる。   Thereafter, when the target work at the target position is completed, the controller 12 causes the wing drive motor 5 and each of the wing drive motors 5 to fly along a takeoff position or a flight course for returning to a predetermined position specified in advance by the controller 12. A command is issued to the angle control motor 8, and the lift and propulsive force generated are adjusted by appropriately adjusting the angular posture and rotational speed in the wake generation direction of each rotor blade 2a, 2b, 2c, 2d. The small flight device of the present invention can be returned to the take-off position or a predetermined position.

このように、本発明の小型飛行装置によれば、前部左右位置及び後部左右位置に設けてある回転翼2a,2b,2c,2dを、それぞれ後流発生方向の角度姿勢及び回転速度を独立に制御して回転駆動させることができるようにしてあるため、該各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢及び回転速度をそれぞれ制御することにより、胴体1の前部左右位置及び後部左右位置に作用する揚力や推進力を独立して調整できる。このために、本発明の小型飛行装置は、そのサイズからレイノルズ数が10〜10程度と低いものであるため、メーターサイズの飛行体とは大幅に異なる流体との相互作用を受けて、常に乱流の中を飛行するような状況となるが、姿勢センサ10にて検出される姿勢の乱れを常時修正して水平姿勢に保持したまま、高度な飛行性能を達成することができる。 As described above, according to the small flight apparatus of the present invention, the rotary wings 2a, 2b, 2c, and 2d provided at the front left and right positions and the rear left and right positions can be made independent of the angular posture and the rotation speed in the wake generation direction. Therefore, by controlling the angular posture and the rotational speed in the wake generation direction of the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d, respectively, the front part of the fuselage 1 is controlled. Lift and propulsion acting on the left and right positions and the rear left and right positions can be adjusted independently. For this reason, since the small flight device of the present invention has a Reynolds number as low as about 10 4 to 10 5 due to its size, it receives interaction with a fluid that is significantly different from a meter-sized aircraft, Although the situation is such that the aircraft always flies in a turbulent flow, advanced flight performance can be achieved while the posture disturbance detected by the posture sensor 10 is constantly corrected and held in a horizontal posture.

更に目標位置と使用目的に関する飛行指令を与えることにより、上記目標位置までの自律飛行を行わせた後、該目標位置における所定の作業を行わせ、しかる後、離陸位置あるいは所定位置まで戻るように飛行させることができる。そのため、たとえば、災害発生現場や屋内における高所位置等、人が容易に近づけない個所の撮影を行ったり、該個所の雰囲気中に含まれるガスの成分を分析して、有害ガスの発生の有無を確認したりする等、遠隔地から上記目標位置の情報収集を行なうことが可能になる。   Further, by giving a flight command related to the target position and the purpose of use, after allowing autonomous flight to the target position, the predetermined operation at the target position is performed, and then the take-off position or the predetermined position is returned. You can fly. Therefore, for example, taking pictures of places where people cannot easily approach such as disaster occurrence sites and indoor high places, or analyzing the gas components contained in the atmosphere of the places, whether or not harmful gases are generated It is possible to collect information on the target position from a remote location.

更に、ペイロード17に把持装置を搭載しておけば、所要の搬送物を、目標位置として設定される人が容易に近付けない個所や、遠隔地まで搬送させたり、回収させたりすることも可能になる。   Furthermore, if a gripping device is mounted on the payload 17, it is possible to transport a required transported object to a place where a person set as a target position cannot easily approach or to a remote place or to collect it. Become.

次に、図4(イ)(ロ)は本発明の実施の他の形態を示すもので、図1(イ)(ロ)乃至図3に示したと同様の構成において、胴体1の所要位置に所要の翼弦長で左右方向に延びるようにしてある固定翼19を取り付けるようにしたものである。   Next, FIGS. 4 (a) and (b) show another embodiment of the present invention. In the same configuration as shown in FIGS. 1 (a) and (b) to FIG. A fixed wing 19 is attached so as to extend in the left-right direction with a required chord length.

詳述すると、上記固定翼19は、たとえば、胴体1の幅寸法と対応する中央部より左右両側へ上向き傾斜で所要寸法ずつ突出するよう延びる翼前縁部に沿う配置としてある横骨部材20と、該横骨部材20の長手方向所要間隔の複数個所(図では10個所)に一端部(前端部)を取り付けると共に、他端部が翼後縁部に達するよう配置した複数本の縦骨部材21からなる骨組み構造に、薄いプラスチックフィルムのようなフィルム(薄膜)22を張ってなる構成としてある。上記縦骨部材21は、上面をやや凸状となるように湾曲させた形状としてあり、上記骨組み構造に張られたフィルム22が、前後方向、すなわち、翼弦長の中央部がやや上方へ湾曲した形状となるようにすることにより、前方より後方へ流れる気流中では上記固定翼19により揚力を発生させることができるようにしてある。   More specifically, the fixed wing 19 includes, for example, a horizontal bone member 20 arranged along a wing leading edge extending so as to protrude by a required dimension with an upward inclination from the central portion corresponding to the width dimension of the fuselage 1 to the left and right sides. A plurality of longitudinal bone members which are arranged so that one end portion (front end portion) is attached to a plurality of places (10 places in the figure) of the longitudinal interval of the transverse bone member 20 and the other end portion reaches the wing trailing edge portion. In this structure, a frame (thin film) 22 such as a thin plastic film is stretched on a frame structure 21. The vertical bone member 21 has a shape with the upper surface curved so as to be slightly convex, and the film 22 stretched on the framework structure is curved in the front-rear direction, that is, the central portion of the chord length is slightly upward. By adopting such a shape, lift force can be generated by the fixed blade 19 in the airflow flowing from the front to the rear.

上記固定翼19は、角度制御用モータ8の駆動による翼駆動用モータ5と各回転翼2a,2b,2c,2dの上下方向の回動動作、及び、該各回転翼2a,2b,2c,2dの回転駆動に干渉しないようにすると共に、回転駆動される上記各回転翼2a,2b,2c,2dへ流入、流出される空気の流れを阻害しないように、たとえば、胴体1の前後方向ほぼ中央部の所要寸法上方位置に配置してある。更に、胴体1の上方に位置する上記骨組み構造の複数個所、たとえば、上記横骨部材20の幅方向中間部にて上記胴体1の幅寸法に対応した間隔を隔てた左右の2個所と、該各個所にそれぞれ前端部(一端部)が取り付けられている2本の縦骨部材21の後端部(他端部)の計4個所を、柱状部材23を介して胴体1の前後方向中間部の上側面にそれぞれ取り付けることにより、固定翼19を胴体1上に所要間隔を置いて設置するようにしてある。   The fixed blade 19 is configured to rotate the blade driving motor 5 and the rotary blades 2a, 2b, 2c, 2d in the vertical direction by driving the angle control motor 8, and the rotary blades 2a, 2b, 2c, For example, in the front-rear direction of the fuselage 1 so as not to interfere with the rotational drive of 2d and not to hinder the flow of air flowing into and out of the rotary blades 2a, 2b, 2c, 2d that are rotationally driven. It is arranged above the required dimension in the center. Further, a plurality of positions of the framework structure located above the body 1, for example, two left and right positions separated by an interval corresponding to the width dimension of the body 1 at the widthwise intermediate portion of the transverse bone member 20, A total of four locations of the rear end portions (the other end portions) of the two longitudinal bone members 21 each having a front end portion (one end portion) attached to each portion are connected to the intermediate portion in the front-rear direction of the body 1 via the columnar member 23. The fixed wings 19 are installed on the fuselage 1 at a required interval by being respectively attached to the upper side surfaces.

その他の構成は図1(イ)(ロ)乃至図3に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。   Other configurations are the same as those shown in FIGS. 1A and 1B to FIG. 3, and the same components are denoted by the same reference numerals.

本実施の形態によれば、図1(イ)(ロ)乃至図3に示した実施の形態と同様に使用することができて、高度な飛行性能を達成する効果を得ることができる。更に、本発明の小型飛行装置を前進飛行させるときには、上記固定翼19により揚力を発生させることができることから、この固定翼19にて生じる揚力の分、各回転翼2a,2b,2c,2dにて発生させるべき本発明の小型飛行装置の揚力、すなわち、該各回転翼2a,2b,2c,2dにて発生させる後流の反力の垂直分力をそれぞれ削減できる。したがって、水平飛行時に、上記固定翼19にて機体重量を支持し得る揚力を発生させることができれば、各回転翼2a,2b,2c,2dは、後流発生方向の角度姿勢を、図4(ロ)に示す如く、水平方向後ろ向きに設定することが可能になり、このため、水平飛行時の推進効率を向上させることができる。   According to the present embodiment, it can be used in the same manner as the embodiment shown in FIGS. 1 (a) to (b) to FIG. 3, and the effect of achieving high flight performance can be obtained. Furthermore, when the small flying device of the present invention is allowed to fly forward, lift can be generated by the fixed wing 19, so that the lift generated by the fixed wing 19 is applied to each of the rotary wings 2 a, 2 b, 2 c, 2 d. Thus, the lift of the small flying device of the present invention to be generated, that is, the vertical component of the reaction force of the wake generated by each of the rotor blades 2a, 2b, 2c, 2d can be reduced. Therefore, if the lift capable of supporting the weight of the aircraft can be generated by the fixed wing 19 during horizontal flight, the rotary wings 2a, 2b, 2c, and 2d have the angular posture in the wake generation direction as shown in FIG. As shown in (b), it is possible to set backward in the horizontal direction, so that the propulsion efficiency during horizontal flight can be improved.

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の小型飛行装置のサイズは適宜増減してもよい。胴体1は、たとえば、流線形のような本発明の小型飛行装置の飛行時に抵抗とならないような形状としてあれば、形状は自在に決定してもよい。   Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and the size of the small flight apparatus of the present invention may be increased or decreased as appropriate. As long as the fuselage 1 has a shape that does not become a resistance during flight of the small flight device of the present invention, such as a streamline, the shape may be freely determined.

回転翼2a,2b,2c,2dは、軽量で且つ回転駆動により本発明の小型飛行装置を飛行させるために必要とされる所要の揚力及び推進力を得られるようにしてあれば、羽根の枚数を3枚以上のものとしてもよい。又、上記回転翼2a,2b,2c,2dは、翼駆動用モータ5による回転駆動により、翼駆動用モータ5側より空気を吸入するものとして示したが、翼駆動用モータ5側へ空気を吹き出して後流を発生させるものとしてもよい。
この場合は、後流発生方向を垂直方向下向きとしたり、後方に向けるときには、各回転翼2a,2b,2c,2dをそれぞれ対応する翼駆動用モータ5の上側、又は、前側に配置するようにすればよい。更に、胴体左側の回転翼2a,2cと、胴体右側の回転翼2b,2dを、互いに逆ピッチの羽根を備えてなるものとしてもよい。この場合に、同じ方向へ後流を発生させるためには、胴体の左右の回転翼2a,2cと2b,2dを、互いに逆方向に回転駆動することになるため、各回転翼2a,2b,2c,2dを回転駆動させるときに作用するトルクの反力を、胴体1の左右位置で対応する回転翼2aと2b,2cと2d同士で打ち消し合わせて、好ましくない不平衡力の発生を抑制することが期待できる。
The rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are light in weight and the number of blades provided that the required lift and propulsion required to fly the small flight device of the present invention can be obtained by rotational driving. 3 or more may be used. The rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are shown as sucking air from the blade drive motor 5 side by the rotational drive by the blade drive motor 5, but the air is supplied to the blade drive motor 5 side. It is good also as what generates a wake by blowing.
In this case, when the wake generation direction is directed downward in the vertical direction or directed backward, the rotor blades 2a, 2b, 2c, and 2d are arranged on the upper side or the front side of the corresponding blade driving motor 5, respectively. do it. Furthermore, the rotor blades 2a and 2c on the left side of the fuselage and the rotor blades 2b and 2d on the right side of the fuselage may be provided with blades having opposite pitches. In this case, in order to generate the wake in the same direction, the left and right rotary blades 2a, 2c and 2b, 2d of the fuselage are rotationally driven in opposite directions, so that each rotary blade 2a, 2b, The reaction force of the torque acting when the 2c and 2d are rotationally driven is canceled by the corresponding rotary blades 2a and 2b and 2c and 2d at the left and right positions of the fuselage 1, thereby suppressing the occurrence of an undesirable unbalanced force. I can expect that.

図4の実施の形態における固定翼19は、軽量で且つ前進飛行時に所望の揚力を発生させることができるようにしてあれば、横骨部材20の本数を増やしたり、縦骨部材21の本数を増減させてもよい。更には、一枚板状のものとする等、横骨部材20と縦骨部材21とフィルム22とからなる構成以外のものとしてもよいと共に、形状を多少変更してもよい。更に、本発明の小型飛行装置の前進飛行時に前後方向に偏ることなく揚力を作用させることができるようにすれば、胴体1に対する固定翼19の取り付け位置及び取り付け手段は任意に設定してもよい。   As long as the fixed wing 19 in the embodiment of FIG. 4 is lightweight and can generate a desired lift during forward flight, the number of the transverse bone members 20 can be increased or the number of the longitudinal bone members 21 can be increased. It may be increased or decreased. Furthermore, it is good also as things other than the structure which consists of the transverse bone member 20, the longitudinal bone member 21, and the film 22, such as making it a sheet-like thing, and you may change a shape a little. Further, if the lift can be applied without being biased in the front-rear direction during the forward flight of the small flight apparatus of the present invention, the attachment position and attachment means of the fixed wing 19 with respect to the fuselage 1 may be arbitrarily set. .

各回転翼2a,2b,2c,2dの後流発生方向の角度姿勢を変更させる場合、翼駆動用モータ5に出力軸5aと直角方向に取り付けてある連結ロッド4を、角度制御用モータ8によりピニオン7、角度変更用ギア6を介して回転させるものとして示したが、本発明の小型飛行装置を飛行させるときに各回転翼2a,2b,2c,2dに所望される後流発生方向の角度姿勢を取らせることができるよう上記連結ロッド4を所要の角度範囲で回転させることができ、且つ機体重量を増加させることがなければ、連結ロッド4を回転させる機構としては、ラック、ピニオン機構や、所要のアクチュエータによる直接あるいはリンクを介した押し引き機構、その他のいかなる機構を採用してもよい。   When changing the angle posture in the wake generation direction of each rotor blade 2a, 2b, 2c, 2d, the connecting rod 4 attached to the blade drive motor 5 in the direction perpendicular to the output shaft 5a is connected by the angle control motor 8. Although shown as rotating through the pinion 7 and the angle changing gear 6, the angle of the wake generation direction desired for each of the rotor blades 2 a, 2 b, 2 c, 2 d when flying the small flight device of the present invention. If the connecting rod 4 can be rotated within a required angle range so that the posture can be taken and the weight of the machine body is not increased, a mechanism for rotating the connecting rod 4 includes a rack, a pinion mechanism, Any other mechanism such as a push / pull mechanism directly or via a link by a required actuator may be adopted.

位置センサ9は、本発明の小型飛行装置の位置を検出することができるものであれば、GPSや磁気センサと飛行速度計と飛行高度計からなる位置センサ以外にも、加速度センサ等、任意のものを採用してもよい。姿勢センサ10は、たとえば、GPS受信機及びアンテナを3台ずつ用いる等、ジャイロ以外のものを採用するようにしてもよい。衝突防止センサ11は、飛行方向の前方に位置する障害物を検出できれば、光フローセンサ以外にも、超音波や赤外線のエコーにより障害物を検出するセンサ等、任意の形式のものを採用してもよい。   As long as the position sensor 9 can detect the position of the small flight device of the present invention, the position sensor 9 is not limited to a position sensor composed of a GPS, a magnetic sensor, a flight speed meter, and a flight altimeter. May be adopted. The posture sensor 10 may employ a device other than the gyro, such as using three GPS receivers and three antennas. As long as the collision prevention sensor 11 can detect an obstacle located in front of the flight direction, an arbitrary type of sensor such as a sensor that detects an obstacle by an ultrasonic wave or an infrared echo other than the optical flow sensor is adopted. Also good.

本発明の小型飛行装置の飛行に支障を来たさないサイズ、重量としてあれば、ペイロード17は、本発明の小型飛行装置の所望の使用目的に応じて、任意のものとしてもよい。
したがって、本発明の小型飛行装置は、上記積載するペイロード17に応じた任意の使用目的に適用できる。
As long as the size and weight do not hinder the flight of the small flight device of the present invention, the payload 17 may be arbitrary depending on the desired use purpose of the small flight device of the present invention.
Therefore, the small flight device of the present invention can be applied to any purpose of use according to the payload 17 to be loaded.

更に、上記実施の形態ではコントローラ12は、姿勢制御機能、飛行制御機能、障害物回避機能を有するものとして説明したが、これらは基本的な機能であり、本発明の小型飛行装置に、別の小型飛行装置との通信装置を設けて、コントローラ12に、別の小型飛行装置と相互に連係した働きをさせるための機能を追加したり、飛行に関わる別の外部情報を収集するための別のセンサを追加して、該センサの信号に基づいて上記姿勢制御機能、飛行制御機能、障害物回避機能等にそれぞれ修正を加えることができるようにしたり、更に、上記ペイロード17に搭載する機器の制御機能を追加する等、任意の機能を併せ持つようにしてもよい。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Furthermore, in the above embodiment, the controller 12 has been described as having an attitude control function, a flight control function, and an obstacle avoidance function. However, these are basic functions, and the small flight device of the present invention has a different function. A communication device with a small flying device is provided, and the controller 12 is added with a function for interworking with another small flying device, or another device for collecting other external information related to the flight. A sensor is added so that the attitude control function, the flight control function, the obstacle avoidance function, etc. can be modified based on the signal of the sensor, and further, the device mounted on the payload 17 is controlled. You may make it have arbitrary functions, such as adding a function. Of course, various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の小型飛行装置の実施の一形態を示すもので、(イ)は垂直方向上向きの揚力を発生させている状態を示す概略斜視図、(ロ)は前進飛行する状態を示す概略側面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an embodiment of a small-sized flying device according to the present invention, in which (A) is a schematic perspective view showing a state in which a vertical upward lift is generated, and (B) is a schematic side view showing a state of forward flight. It is. 図1の装置の概略切断平面図である。FIG. 2 is a schematic cut plan view of the apparatus of FIG. 1. 図1の装置の制御機構を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the control mechanism of the apparatus of FIG. 本発明の実施の他の形態を示すもので、(イ)は垂直方向上向きの揚力を発生させている状態、(ロ)は前進飛行する状態をそれぞれ示す概略斜視図である。FIG. 7 is a schematic perspective view showing another embodiment of the present invention, in which (A) shows a state in which a vertical upward lift is generated, and (B) shows a state in which the aircraft flies forward.

符号の説明Explanation of symbols

1 胴体
2a,2b,2c,2d 回転翼
4 連結ロッド
5 翼駆動用モータ
5a 出力軸
8 角度制御用モータ
10 姿勢センサ
12 コントローラ
19 固定翼
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Body 2a, 2b, 2c, 2d Rotary blade 4 Connecting rod 5 Blade drive motor 5a Output shaft 8 Angle control motor 10 Attitude sensor 12 Controller 19 Fixed blade

Claims (5)

胴体の左右位置の複数個所に、回転翼を、それぞれ独立して前後方向姿勢から上下方向姿勢へ角度調整可能に設けて、各回転翼の回転速度を独立に制御できるようにしてなり、該各回転翼を所要の角度姿勢に保持しながらそれぞれ所要の回転速度で回転駆動して飛行できるようにしてなることを特徴とする小型飛行装置。   The rotor blades are provided at a plurality of positions in the left and right positions of the fuselage so that the angle of the rotor blades can be adjusted independently from the front-rear direction posture to the vertical direction posture, and the rotation speed of each rotor blade can be controlled independently. A small-sized flying device characterized in that the rotary wing can be rotated and driven at a required rotational speed while being held at a required angular posture. 胴体の前部左右位置と後部左右位置の複数個所に、回転翼を、それぞれ独立して前後方向姿勢から上下方向姿勢へ角度調整可能に設けて、各回転翼の回転速度を独立に制御できるようにしてなり、該各回転翼を所要の角度姿勢に保持しながらそれぞれ所要の回転速度で回転駆動して飛行できるようにしてなることを特徴とする小型飛行装置。   Rotor blades are provided at multiple positions in the front left and right positions and rear left and right positions of the fuselage so that the angle can be adjusted independently from the front and rear direction posture to the vertical direction posture, so that the rotation speed of each rotor blade can be controlled independently. A small-sized flying device characterized in that each of the rotor blades can be driven to rotate at a required rotational speed while being held at a required angular posture. 胴体の前部左右位置と後部左右位置の複数個所に、左右方向に延びるように連結ロッドを取り付けて、該連結ロッドを回転できるようにし、且つ該各連結ロッドに、出力軸に回転翼を取り付けた翼駆動用モータをそれぞれ取り付けて、上記連結ロッドを介して回転翼の角度姿勢を上下方向へ変更できるようにした構成を有することを特徴とする小型飛行装置。   At the front left and right positions of the fuselage and at the rear left and right positions, connecting rods are attached so as to extend in the left-right direction so that the connecting rods can be rotated, and the rotor blades are attached to the output shafts of the connecting rods. A small-sized flying device having a configuration in which the wing driving motor is attached to each other and the angular posture of the rotary wing can be changed in the vertical direction via the connecting rod. 胴体の姿勢を検出するための姿勢センサと、該姿勢センサから入力される信号を基に各回転翼の上下方向の角度姿勢の制御と、各翼駆動用モータの回転速度の制御を行うコントローラを備えた請求項3記載の小型飛行装置。   An attitude sensor for detecting the attitude of the fuselage, a controller for controlling the vertical attitude of each rotor blade based on a signal input from the attitude sensor, and controlling the rotational speed of each blade drive motor The small flight device according to claim 3 provided. 胴体の所要個所に、前方から後方へ向かう気流中にて揚力を発生させることができるようにしてある固定翼を取り付けた請求項1、2、3又は4記載の小型飛行装置。   The small flight apparatus according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein a fixed wing is attached to a required portion of the fuselage so that lift can be generated in an airflow from front to rear.
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