JP2009166689A - 無人ヘリコプターの薬剤散布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無人ヘリコプターが降下して着地する際、薬剤散布装置が地面等に衝突することを回避し、薬剤散布装置の破損を防ぐことができる無人ヘリコプターの薬剤散布装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 無人ヘリコプター１の下部に設けたフレーム５３の両側に、先端に薬剤散布部６２を取り付けたブーム５４を前記フレーム５３に対して上下回動可能に支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプター１の薬剤散布装置１５であって、前記ブーム５４より機体左右内側斜め下方に突出した当接体３２と、機体左右中央より鉛直下方に昇降可能に設けられた接地体３０と、該接地体３０の上昇により前記当接体３２を下方へ回動するアーム３７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無人ヘリコプター（遠隔操縦式ヘリコプター）に装着する薬剤散布装置に関する。特に、薬剤を散布する薬剤散布部と、機体外側に張り出し、該薬剤散布部が取り付けられるブームとが備わった薬剤散布装置の技術に関する。

従来、薬液を散布する薬剤散布部と、機体外側に張り出し、該薬剤散布部が取り付けられるブームと、を備える、無人ヘリコプターの薬剤散布装置の技術は公知となっている。
例えば、特許文献１には、無人ヘリコプターに取り付けて使用し、薬液を貯留するための薬液タンクと、薬液圧送手段と、該無人ヘリコプターの機体より左右外側方向に延設したブームと、該ブームに設けた薬剤散布部となる複数のノズルと、を具備する薬剤散布装置が開示されている。
特開２００５−２９７７９０号公報

しかし、特許文献１に開示されている薬剤散布装置は、散布作業終了後等に無人ヘリコプターが降下して着地する際、作業者が未熟な場合や凸凹の多い地面等に着地する場合に、ブーム及び／又は薬剤散布部（アトマイザー）が地面等に衝突して薬剤散布装置が破損してしまうことがある。
すなわち、無人ヘリコプターを凸部または凹部に着地させたりした時にブームが地面等に衝突すると、ブームが変形するだけでなく薬剤散布部も破損してしまい、続けて散布作業ができないことがある。

本発明は以上の状況に鑑み、無人ヘリコプターが降下して着地する際、薬剤散布装置が地面等に衝突することを回避し、薬剤散布装置の破損を防ぐことができる無人ヘリコプターの薬剤散布装置を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上のとおりであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、無人ヘリコプターの下部に設けたフレームの両側に、先端に薬剤散布部を取り付けたブームを前記フレームに対して上下回動可能に支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプターの薬剤散布装置であって、前記ブームより機体左右内側斜め下方に突出した当接体と、機体左右中央より鉛直下方に昇降可能に設けられた接地体と、該接地体の上昇により前記当接体を下方へ回動するアームと、を備えるものである。

請求項２においては、無人ヘリコプターの下部に設けたフレームの両側に、先端に薬剤散布部を取り付けたブームを前記フレームに対して上下回動可能に支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプターの薬剤散布装置であって、前記ブームの回動基部側より下方に突設する接地体を備えるものである。

請求項３においては、前記ブームとフレームの間に、前記ブームを下方へ回動するように付勢部材を備えるものである。

請求項４においては、無人ヘリコプターの下部に設けたフレームの両側に、先端に薬剤散布部を取り付けたブームを前記フレームに対して上下回動可能に支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプターの薬剤散布装置であって、機体下部に設けられた機体下方に存在する物体との距離を検知する距離センサーと、前記フレームと前記ブームとの間にブームを上方に回動するアクチュエーターと、前記距離センサーの検知値が設定値となるとアクチュエーターを駆動させる制御手段と、を備えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、無人ヘリコプターが降下して着地する時に、接地体が先に地面等に接地し、アームを介してブームが機体上方向に回動される。このため、薬剤散布装置が地面等に衝突することを回避し、薬剤散布装置の破損を防ぐことができる。

請求項２においては、無人ヘリコプターが降下して着地する時に、接地体が先に地面等に接地し、ブームが機体上方向に回動される。このため、薬剤散布装置が地面等に衝突することを回避し、薬剤散布装置の破損を防ぐことができる。また、薬剤散布装置を上昇させる構成を簡単に構成できる。

請求項３においては、エンジンの振動や無人ヘリコプターの飛行等による振動で、ブームが振動したり、上方へ回動したりすることを防止でき、散布作業が安定して行える。

請求項４においては、作業者が操作することなく、無人ヘリコプターの飛行時に機体が設定高度以下となると自動的にブームが機体上方向に回動され、また、下方に木や建物等の障害物等が存在し設定高度以下となった場合でも自動的にブームが機体上方向に回動されるため、未然にブームの衝突、ひいては薬剤散布部の破損を回避できる。

次に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る薬剤散布装置を備える無人ヘリコプターの正面図、図２は同じく側面図、図３は着地時の薬剤散布装置の構成を示した正面図、図４は着地時の別実施例に係る薬剤散布装置の構成を示した正面図、図５は着地時の別実施例に係る薬剤散布装置の構成を示した部分拡大正面図、図６は薬剤散布部の部分断面図、図７は他の実施例に係る薬剤散布部の部分断面図、図８は従来の薬剤散布装部の部分断面図、図９は別実施例に係る無人ヘリコプターの薬剤散布装置の動きを示した正面図である。

先ず、全実施例に係る薬剤散布装置１５を備える無人ヘリコプター１の全体構成について、図１及び図２を用いて説明する。

無人ヘリコプター１は、図１及び図２に示すように、メインロータ３と、テールロータ４と、薬剤散布装置１５と、エンジン（図示省略）とを備える。

メインロータ３は、無人ヘリコプター１の機体（以下、単に「機体」という。）上部に設けられ、前記エンジンにより駆動回転される。
そして、メインロータ３は、その回転速度、および、メインロータ３の翼面とメインロータ３の回転軸とが成す傾きを変更することが可能に構成されている。
すなわち、メインロータ３は、機体に与える揚力を変化させて機体を空中に浮揚させ、機体の上昇または下降を行う。
また、メインロータ３は、回転軸を機体の前後方向または左右方向に傾けることにより、機体を前後方向または左右方向に移動するための力を付与することが可能に構成されている。

テールロータ４は、機体後部に設けられ、前記エンジンにより駆動回転される。
そして、テールロータ４は、その回転速度、および、テールロータ４の翼面とテールロータ４の回転軸（図示省略）とが成す傾きを変更することが可能に構成されている。
すなわち、テールロータ４は、メインロータ３の回転により機体に作用する反動トルク（機体をメインロータ３が回転する方向の逆方向に回転させようとする力）を打ち消す力の大きさを変化させて、機体を右旋回または左旋回させる、あるいは機首の方向を略一定の方向に保持する。

薬剤散布装置１５は、図１及び図２に示すように、フレーム５３と、薬液タンク５１と、ポンプ（図示省略）と、薬剤散布部６２（アトマイザー）と、ブーム５４とを備える。また、薬剤散布部の数は、本実施例に限定するものではない。

フレーム５３は、薬剤散布装置１５を構成する部品を機体に固定する部材であり、機体下部に着脱可能に設けられている。

ブーム５４は、薬剤散布部６２を取り付けるための棒状部材であり、機体下側部から機体略水平（左右）外方向に延出されて機体外側に張り出している。ブーム５４は、それぞれ基部（機体内側端）が回動角度調節部４０を介して、フレーム５３の左右両端（機体外側端）に上下回動可能に支持されて、機体上方向に回動して収納されるように構成されている。
すなわち、図１及び図２に示すように、無人ヘリコプター１の薬剤散布時は、ブーム５４が機体左右外側に張り出した姿勢とされる。
無人ヘリコプター１の着地直後は、ブーム５４が機体上方向に回動した収納姿勢（図３及び図４に示す実線）とされる。

次に、一実施例に係る薬剤散布装置１５について、図１から図５を用いて説明する。

ここで、従来の薬剤散布装置１５を備える無人ヘリコプター１の問題点について概説する。また、左右略対称に構成されるため、正面視右側（左翼側）のブーム５４及び薬剤散布部６２を例に挙げ概説する。

従来の薬剤散布装置１５を備える無人ヘリコプター１は、ブーム５４が、フレーム５３の左右両端（機体外側端）から側方に突出するように支持されている。このため、無人ヘリコプター１が降下して着地する際、地面２０に凹凸があったり、周囲に背の高い草や樹木やその他障害物があると、ブーム５４が地面２０に衝突し、ブーム５４が変形するだけでなく薬剤散布部６２も破損してしまうことがある。
そこで、本発明は図１及び図２に示すように、無人ヘリコプター１の下部に設けたフレーム５３の両側に、先端に薬剤散布部６２を取り付けたブーム５４を前記フレーム５３に対して上下回動可能支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプター１の薬剤散布装置１５であって、前記ブーム５４より機体左右内側斜め下方に突出した当接体３２と、機体左右中央より鉛直下方に昇降可能に設けられた接地体３０と、該接地体３０の上昇により前記当接体３２を下方へ回動するアーム３１とを備え、着地時にブーム５４が上方に回動するように構成している。
即ち、機体下部に左右水平方向にフレーム５３が架設され、該フレーム５３の左右両側に回動角度調節部４０が配置される。該回動角度調節部４０は正面視で機体左右両側に配置される薬液タンク５１の下方に配設される。該回動角度調節部４０はブラケット４１に前後方向に枢支軸４２を支持し、該枢支軸４２にブーム５４の一端を取り付けている。該ブーム５４の先端に薬剤散布部６２が配設される。該枢支軸４２から当接体３２が機体左右中心側斜め下方に延設され、ブーム５４と一体的に取り付けられて回動可能とされている。
また、前記フレーム５３の左右中途部より下方へ支持ステー３８が突設され、該支持ステー３８の下部に枢支軸３６を介してアーム３１の中途部が上下回動自在に枢支される。さらに、枢支軸３６の上方の支持ステー３８に枢支軸３９を設け、該枢支軸３９に上アーム３７の一端が枢支されている。該アーム３１の外側端部にはローラ３３が回転自在に支持されて、前記当接体３２の上面側に当接可能に配置して当接時に転動可能としている。
前記アーム３１の内側端には枢支軸３５を介して棒状の接地体３０の上部が枢支される。該接地体３０の枢支軸３５の上側には前記上アーム３７の先端が枢支軸３４を介して枢支されている。こうして、接地体３０は機体左右中央において鉛直下方に突出して配置され、上アーム３７とアーム３１は平行に配置される。なお、上アーム３７及びアーム３１の内側（機体左右中央側）の枢支孔は長孔により構成されている。また、枢支軸３５は左右アーム３１の端部と接地体３０の上部を枢支する。上アーム３７は左右両側に設けることも一側のみ設ける構成であってもよい。

以上のような構成において、無人ヘリコプター１の薬剤散布装置１５は、無人ヘリコプター１が着地するときには、機体下側付近に設けられた着地用脚１０が地面２０に着地する前に、機体左右中央から鉛直下方に突出して設けられた接地体３０の下端が、地面２０に当接する。この当接により、接地体３０は上方に持ち上げられ、上アーム３７及びアーム３１が枢支軸３６を中心に回動する。該アーム３１の回動により他端に設けたローラ３３が当接体３２の上面に当接して該当接体３２を下方へ回動させる。この回動により、当接体３２と一体的に設けたブーム５４が回動角度調節部４０の枢支軸４２を中心に上方へ回動され、その先端に設けた薬剤散布部６２が上方に持ち上げられる（図３及び図４の実線を参照）。このため、ブーム５４及び薬剤散布部６２が地面２０等に衝突せず破損を回避できる。
なお、前記接地体３０が鉛直方向を維持しながら上下昇降可能とするために、前記上アーム３７を設ける代わりに、図５に示すように、前記フレーム５３の下部に鉛直直線状の溝を備えるガイド４５を固設し、前記接地体３０を前記ガイド４５の溝に嵌合して、離着陸する時にガイド４５に沿って上下方向に摺動するように構成することもできる。
こうして、接地体３０の下端が、凹凸地形に当接する際、該接地体３０が前記ガイド４５の溝に沿って機体上方に摺動することにより、接地体３０を鉛直上方向に移動させることができる。このため、左右対称にブーム５４及び薬剤散布部６２を上方に回避できる。
また、無人ヘリコプター１が離陸して接地体３０が地面から離れると、ブーム５４と薬剤散布部６２はそれ自身の重量により下方に回動し、アーム３１及び接地体３０もその重量により前記と逆方向に回動する。
また、前記当接体３２またはブーム５４とフレーム５３の間に、前記ブーム５４を下方へ回動するように付勢部材としてスプリング等の弾性体４７を備える。この弾性体４７を配置することで、エンジンの振動や無人ヘリコプター１の飛行等による振動で、ブーム５４が振動したり、上方へ回動したりすることを防止でき、散布作業が安定して行えるようになる。
また、無人ヘリコプター１の下部に設けたフレーム５３の両側に、先端に薬剤散布部６２を取り付けたブーム５４を前記フレーム５３に対して上下回動可能支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプター１の薬剤散布装置１５であって、前記ブーム５４の回動基部側より下方に突設する接地体３０ａを備える構成とすることもできる。
即ち、前記接地体３０ａは図４に示すように、ブーム５４の回動基部側から下方に突設する。この場合、接地体３０ａは左右両側に設けられ、下端にはローラ４３を回転自在に設けている。該ローラ４３はゴムタイヤ等で構成することで、接地時のショックを軽減できる。また、ブーム５４が下方へ回動するように回動角度調節部４０の枢支軸に弾性体として捩じりバネを配置する構成とすることもできる。こうして、前記同様に無人ヘリコプター１が着陸するときには、接地体３０ａが地面に当接し、ブーム５４は上方に回動されることになる。

次に、図９に示すブーム５４を下降時等で上昇回動させる他の実施例を左右一側について説明する。回動角度調節部４０において、フレーム５３とブーム５４との間に、該ブーム５４を上昇回動させるアクチュエーター１０２が配設されている。つまり、ブラケット４１またはフレーム５３に、モータまたはシリンダ等より構成されるアクチュエーター１０２が固設され、該アクチュエーター１０２の出力手段にブーム５４の基部が連動連結されている。具体的にアクチュエーター１０２をモータとした場合、ブラケット４１に枢支される枢支軸４２にブーム５４の基部が固設され、該枢支軸４２の一端にアクチュエーター（モータ）１０２の出力軸が連動連結され、該アクチュエーター１０２の作動によりブーム５４を上下回動可能としている。また、アクチュエーター１０２をシリンダとした場合、アクチュエーター（シリンダ）１０２は、一端がフレーム５３に回動可能に支持され、他端がブーム５４に回動可能に支持されて、アクチュエーター（シリンダ）１０２の伸縮作動によりブーム５４を上下回動可能としている。
また、機体下部に地面２０や木等の機体下方の物体との距離を検出する距離センサー１０１が設けられている。具体的には、機体下部に配設されるフレーム５３の左右中央に距離センサー１０１が配設され、該距離センサー１０１により機体と下方の物体との距離を検知できるようにしている。該距離センサー１０１は、例えば超音波、レーザー等を使用したものが挙げられる。

前記アクチュエーター１０２及び前記距離センサー１０１は制御手段１０３と接続され、該制御手段１０３は距離センサー１０１の検知信号によりアクチュエーター１０２を制御する。
つまり、無人ヘリコプター１が飛行時に、着陸のために降下する場合などで、距離センサー１０１からの検知値が設定値（設定距離）以下となる、つまり無人ヘリコプター１の機体が設定高度以下となると、アクチュエーター１０２を駆動させてブーム５４を所定角度上昇回動させる。即ち、ブーム５４を「収納位置」（図９に示す二点鎖線）の姿勢とする。
また、無人ヘリコプター１が離陸時に、上昇する場合などで、距離センサー１０１からの検知値が設定値（設定距離）以上となる、つまり無人ヘリコプター１の機体が設定高度以上となると、アクチュエーター１０２を前記と逆に駆動させてブーム５４を所定角度下降回動させる。即ち、ブーム５４を「散布位置」（図９に示す実線）の姿勢とする。

このような構成により、距離センサー１０１が地面２０等との距離に応じてアクチュエーター１０２を下降駆動もしくは上昇駆動させることにより、ブーム５４を「散布位置」または「収納位置」に自動的に切り替えることができるため、作業者が操作することなく、未然にブーム５４の衝突、ひいては薬剤散布部６２の破損を回避できる。

次に、薬剤散布部６２について、正面視右側（左翼側）のブーム５４及び薬剤散布部６２を例に挙げ図１、図２及び、図６から図８を用い概説する。

図１及び図８に示すように、従来、薬剤散布部６２は、ブーム５４の左右両端部に支持アーム９０が固設され、支持アーム９０上部にモータカバー８１により保護されたモータが設けられている。前記支持アーム９０より下方に突出するように配置された駆動軸８３に、下層円盤８５ｂがナット９５により相対回動不能に固設されており、下方に拡開する傘型カバー８０内に給液管９１が導入される。

薬剤散布部６２には前記傘型カバー８０に覆われるようにして、前記駆動軸８３の下部に固着された下層円盤８５ｂと、該下層円盤８５ｂの上部に複数のドーナッツ状の上層円盤８５ａとが、前記駆動軸８３に沿って重層された重層円盤８５が設けられている。

前記下層円盤８５ｂに対して上層円盤８５ａ及び最上層に配置された押板８２とがビス８７によって螺着されており、これによって重層円盤８５全体が駆動軸８３によって駆動回転される。

前記傘型カバー８０の下方には該傘型カバー８０に覆われるように重層円盤８５が設けられている。該重層円盤８５の重ねられた円盤の間には、薬液が拡散できるように隙間が設けられている。このため、薬剤散布部６２に供給された薬液は、傘型カバー８０上部にある薬液供給ノズル９２により重層円盤８５の中心付近に導入され、該重層円盤８５がモータの動力によって駆動回転されることにより、該重層円盤８５の円周部に設けられた重層円盤８５間の隙間に導入され、該隙間から外側へ遠心力により放出される。前記の構成により、薬液供給ノズル９２より吐出された薬液は、滴径が小さくなり、薬剤散布部６２より薬液が放出される構成となっている。
このような従来の薬剤散布装置１５は、散布中に地面２０等に直接薬剤散布部６２が接触した際、モータの駆動回転を急激に停止させることとなる。このため、モータの焼損を引起し、続けて散布作業ができないことがある。加えて、着地地点等がなだらかな場合であっても、草等が繁茂していると、薬剤散布部６２内の駆動軸８３と該駆動軸８３に沿って重層した重層円盤８５とを薬剤散布部６２下部で固定するナット９５の突起付近に草等が絡まることがあり、続けて散布作業ができないことがある。

そこで、図６に示すように、本実施例の無人ヘリコプター１の薬剤散布装置１５は、前記の薬剤散布部６２の構成に加え、駆動軸８３の下部にベアリング９７を介して下層円盤８５ｂの下方に、上部に拡開する半球状の椀状カバー９９が取り付けられている。該椀状カバー９９の外径は重層円盤８５の外径と略同じとしている。
つまり、前記駆動軸８３の下端にはベアリング９７の内輪をボルト９６にて固設し、ベアリング９７の外輪に椀状カバー９９が固設されている。故に、椀状カバー９９は駆動軸８３に対して回転自在となり、着陸する時に重層円盤８５が惰性で回転したり、誤って接地時にモータが回転しても、地面２０等に椀状カバー９９が接触すると、椀状カバー９９のみ回転が停止し、草等を巻き込むことがない。そして、例え椀状カバー９９が接地した状態でモータが駆動回転されてもモータの焼損を回避することができる。加えて、椀状カバー９９が半球状に構成していることにより、該椀状カバー９９が地面２０等に当接しても、接地面積が小さいため、衝撃が小さく、接地時に重層円盤８５は高い位置となり、土等が付着することもなくなる。

次に、図１、図２及び図７を用いて薬剤散布部６２の他の実施例について説明する。前記薬剤散布部６２の構成におけるナット９５の代わりに樹脂製のノブナット９８で固定する構成としている。ナット９５をノブナット９８にすることにより、草等が絡み付き難くなり、ノブナット９８を樹脂製にすることで、薬剤散布部６２の重量を軽くすることができる。

本発明の一実施例に係る薬剤散布装置を備える無人ヘリコプターの正面図。 同じく側面図。 着地時の薬剤散布装置の構成を示した正面図。 着地時の別実施例に係る薬剤散布装置の構成を示した正面図。 着地時の別実施例に係る薬剤散布装置の構成を示した部分拡大正面図。 薬剤散布部の部分断面図。 他の実施例に係る薬剤散布部の部分断面図。 従来の薬剤散布装部の部分断面図。 別実施例に係る無人ヘリコプターの薬剤散布装置の動きを示した正面図。

符号の説明

１ 無人ヘリコプター
３０ 接地体
３１ 回転部材
３２ 当接体
４０ 回動角度調節部
５４ ブーム
６２ 薬剤散布部
１０１ 距離センサー
１０２ アクチュエーター

Claims (4)

1. 無人ヘリコプターの下部に設けたフレームの両側に、先端に薬剤散布部を取り付けたブームを前記フレームに対して上下回動可能に支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプターの薬剤散布装置であって、
   前記ブームより機体左右内側斜め下方に突出した当接体と、
   機体左右中央より鉛直下方に昇降可能に設けられた接地体と、
   該接地体の上昇により前記当接体を下方へ回動するアームと、を備える
   ことを特徴とする無人ヘリコプターの薬剤散布装置。
2. 無人ヘリコプターの下部に設けたフレームの両側に、先端に薬剤散布部を取り付けたブームを前記フレームに対して上下回動可能に支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプターの薬剤散布装置であって、
   前記ブームの回動基部側より下方に突設する接地体を備える
   ことを特徴とする無人ヘリコプターの薬剤散布装置。
3. 前記ブームとフレームの間に、前記ブームを下方へ回動するように付勢部材を備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無人ヘリコプターの薬剤散布装置。
4. 無人ヘリコプターの下部に設けたフレームの両側に、先端に薬剤散布部を取り付けたブームを前記フレームに対して上下回動可能に支持して側方へ突出し、空中より薬剤を散布する無人ヘリコプターの薬剤散布装置であって、
   機体下部に設けられた機体下方に存在する物体との距離を検知する距離センサーと、
   前記フレームと前記ブームとの間にブームを上方に回動するアクチュエーターと、
   前記距離センサーの検知値が設定値となるとアクチュエーターを駆動させる制御手段と、を備える
   ことを特徴とする無人ヘリコプターの薬剤散布装置。

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