JP2009248853A - ヘリコプター用防振懸架装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 産業用無人ヘリコプターに搭載される測量用の計測機器やカメラに対する飛行中における振動を低減し、計測データの精度を向上させることが可能であり、構造がシンプルなヘリコプター用防振懸架装置を提供する。
【解決手段】 ヘリコプターの機体に着脱自在に取り付けられる機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂと、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂとを備え、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂに、縦方向の振動を吸収・減衰するインシュレータ２８を設置し、インシュレータ２８を上方から圧縮する方向となるように搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂを取り付け、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂを、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂに対し、インシュレータ２８を間に挟み込むように介在させた状態で取り付ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ヘリコプター用防振懸架装置に係わり、例えば、ラジオコントロールによって無人飛行を行う産業用無人ヘリコプターを利用して、地形などの航空測量を行う場合に、機体に搭載される測量装置やカメラなどの計測機器を支持するのに好適なヘリコプター用防振懸架装置に関する。

近年、地震や津波、火山の噴火、水害、地すべり、がけ崩れなどの自然災害の発生を予知し、災害発生リスクの高い地域において未然に対策を講じるべく、地形を精密に測量し、三次元データを取得することが行われている。このような地形調査は、航空機を利用した写真測量、レーザー測量などが公知であるが、特に航空機による測量は、ラジオコントロールの無人ヘリコプターの利用も試みられ、低い高度で、より精度の高い、より安全な計測が模索されている。また、無人ヘリコプターを利用する他の用途として、機体にテレビカメラ、スチルカメラを搭載し、有人飛行では危険な火山の噴火口や、災害現場の撮影も行われている。

一方で、産業用無人ヘリコプターは、エンジンやロータの回転に伴って、様々な周波数帯の振動が発生するため、搭載されている測量用の計測機器やカメラに対しての振動対策が必要不可欠である。産業用無人ヘリコプターを利用して前述した地形の測量を行なう場合は、レーザスキャナ、ＧＰＳ（全地球測位システム）、ジャイロを内臓したＩＭＵ（慣性航法装置〜モーションセンサーともいう）、パーソナルコンピュータなどを搭載し、飛行時にこれらの各センサーが得られるデータを基に、三次元データの取得が行われるが、これらの搭載物のうちモーションセンサーは振動の影響を受けやすく、十分な振動対策を採る事が求められる。つまり、モーションセンサーは内臓されたジャイロによって角速度を検出し、ヘリコプターの姿勢、位置、速度、方位を算出する際のデータを取得する装置であるが、飛行中におけるヘリ特有の高周波振動は、特にモーションセンサーの検出範囲を超える大きな角速度を計測機器にもたらすこととなり、結果的に得られる計測データの大きな誤差要因となる。

また、産業用無人ヘリコプターは、操舵や風などの影響を受けやすく、飛行中の姿勢変化（ローリング方向、ピッチング方向、ヘディング方向）は、前述した高周波振動と同様に計測時の大きな誤差要因となる。このため、計測精度の向上には飛行中における計測機器への姿勢変化の影響を緩和する必要がある。

従来、このような計測用などのヘリコプターにおける振動対策、姿勢変化緩和のための装置として、特開平６−１２５４９０号公報記載のカメラ防振装置が公知である。同公報記載の発明は、弓状のサブフレーム、カメラ支持台、防振ゴム等によって防振部を構成し、この防振ゴムを、カメラを支持するサブフレーム、カメラ支持台等との間に介在させることによって、ラジコンヘリコプターの機体からの振動をカメラ本体に直接伝わらないようにして減衰させ、カメラのブレを防止するようになっている。
特開平６−１２５４９０号公報

しかしながら、前述した特開平６−１２５４９０号公報記載の発明では、ヘリコプターの機体側に取り付けられる機体取付けアームと、カメラなどを機体の下方に懸垂支持するサブフレームとの間に防振ゴムが介在されているが、この場合は、防振ゴムに引張力が生じる状態で設置されているため、防振ゴムの劣化を招きやすいとともに、搭載可能な荷重についても低く抑えざるを得ないという課題があった。また、同発明では、カメラのブレを補正するために、機体の揺れを検出するジャイロ、サーボモータを備えており、その結果、構造の複雑化、全体としての重量増を招き、特に積載量に制限のある無人ヘリコプターの場合は用途が限定されることもあった。さらに、最近ではカメラ、撮影レンズ側にブレ補正装置を内臓している場合も多く、その必要性も徐々に薄れてきている。

本発明はこのような諸事情に鑑みてなされたもので、特にラジオコントロールなどの産業用無人ヘリコプターに搭載される測量用の計測機器（レーザスキャナ、ＧＰＳ、慣性航法装置、記録装置）やカメラに対して飛行中における振動を低減し、計測データの精度を向上させることが可能であり、構造がシンプルなヘリコプター用防振懸架装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ヘリコプターの機体に着脱自在に取り付けられる機体連結フレームと、搭載物支持フレームとを備え、該機体連結フレームに、縦方向の振動を吸収・減衰するインシュレータを設置し、該インシュレータを上方から圧縮する方向となるように搭載物支持フレームを取り付け、該搭載物支持フレームを、前記機体連結フレームに対し、該インシュレータを間に挟み込むように介在させた状態で取り付けることにより、機体の振動を該インシュレータによって減衰させるようにしたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１において、前記機体連結フレームと搭載物支持フレームとの間に設置されるインシュレータは搭載物の重心位置に基づいて、硬度・弾性係数を個別に定めていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、ヘリコプターの機体に着脱自在に取り付けられる機体連結フレームと、搭載物支持フレームとを備え、該機体連結フレームと搭載物支持フレームとの間に、横方向の揺れを吸収・減衰するスタビライザーを設置してなることを特徴とする。

上述のように、請求項１記載の発明によれば、ヘリコプターに取り付けられる機体連結フレームと、搭載物支持フレームとの間に、縦方向の振動を吸収・減衰するインシュレータを両方のフレームとの間に挟み込むように介在させた状態で取りている。これにより、機体の振動はインシュレータによって減衰され、搭載物支持フレームに直接伝達されるのを防止することができ、搭載物支持フレームに取り付け支持されている計測機器によって検出される角速度などの計測データの精度を高めることが可能である。

特に、請求項２記載の発明によれば、機体連結フレームと搭載物支持フレームとの間に設置されるインシュレータは搭載物の重心位置に基づいて、硬度・弾性係数を個別に定め、機体に生じる振動数に応じ、搭載物が共振を起こさないように設定することにより、搭載物に対する防振性を向上させることが可能である。

また、請求項３記載の発明によれば、機体連結フレームと搭載物支持フレームとの間に、横方向の揺れを吸収・減衰するスタビライザーを設置している。これによって、飛行中における機体のローリング方向、ピッチング方向、ヘディング方向などの姿勢変化に対し、機体連結フレームと搭載物支持フレームとの間にスタビライザーを介することにより計測機器への動揺が緩和されるため、取得される計測データの精度向上に寄与する。

以下、本発明に係るヘリコプター用防振懸架装置の好適な実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の一つの実施形態に係るヘリコプター用防振懸架装置によって地形計測用の機器を産業用の無人ヘリコプターに搭載した状態を示す概略図である。同図に示されるように、無人ヘリコプター１の下部には、レーザスキャナ、ＧＰＳ（全地球測位システム）、ジャイロを内臓したＩＭＵ、パーソナルコンピュータなどの計測機器２が搭載されるが、これらの計測機器２のうち、ＩＭＵ（モーションセンサー）には角速度を検出するジャイロが内臓されており、ヘリコプターのエンジンやロータによって発生する高周波振動は、検出される角速度に誤差をもたらすことから、計測機器２には防振対策が必要となる。そこで、本実施形態の防振懸架装置は、以下の構成を採用している。

図２は計測機器２を無人ヘリコプター１に搭載する場合に使用される本実施形態の防振懸架装置１０を示す斜視図、図３は防振懸架装置１０の分解斜視図、図４〜図９は、それぞれ正面図（前部側から視た図）、右側面図、平面図、左側面図、背面図（後部側から視た図）、底面図である。また、図１０は防振懸架装置１０を無人ヘリコプター１に取り付ける場合の概略斜視図、図１１は防振懸架装置１０によって懸架支持される計測機器２の取付状態を示す概略斜視図である。

図２及び図３に示されるように、防振懸架装置１０は、１対の機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂと、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂ等とを主要な構成部材としている。機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂ間には、両者を結ぶ架設バー１６が架け渡され、図６に示されるように平面視Ｈ形に形成されている。

また、図２、図３等に示される様に、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂの前端部には、先細の略テーパ状の挿入部１８Ａ，１８Ｂが形成され、これらの挿入部１８Ａ，１８Ｂを、図１０（Ａ）に示される無人ヘリコプター１の機体側の取付枠３に形成されている係止孔４Ａ，４Ｂに挿入し、防振懸架装置１０を機体に対し位置決めすることができるようになっている。加えて、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂの後端部には、左右一対の蝶ネジ２０Ａ，２０Ｂを、ねじ込むことができるネジ孔２２Ａ，２２Ｂが設けられている。

防振懸架部１０は機体に対し、以下のように取り付けられる。
まず、図１０（Ｂ）に示されるように、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂの挿入部１８Ａ，１８Ｂを、取付枠３に形成されている係止孔４Ａ，４Ｂに挿入することによって、防振懸架装置１０全体を取付枠３に対して位置決めする。そして、この状態を保持しながら、蝶ネジ２０Ａ，２０Ｂのネジを、取付枠３のネジ孔５Ａ，５Ｂにねじ込んだ後、さらに機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂの横側のネジ孔２２Ａ，２２Ｂにネジ留めする。これによって、防振懸架部１０を取付枠３に固定する際の作業量を大幅に低減することができ、結果的に計測機器２の機体への取付け、取外しを迅速、且つ確実に行うことが可能である。

図２及び図３に示されるように、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂの前部及び後部には、それぞれ受け部２４，２４・・が水平側に張り出すように設けられている。一方、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂの前部及び後部には、各受け部２４と対応する位置に押圧部２６，２６・・が設けられ、これらの押圧部２６，２６・・は受け部２４上のインシュレータ２８，２８・・に対し、上方から圧縮する方向に取り付けられている。つまり、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂと、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂとの間に、振動を減衰するインシュレータ２８，２８・・が挟み込まれた状態で介在しており、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂは機体に対し、インシュレータ２８，２８・・を介して取り付けられていることとなる。搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂとの間には、計測機器２を懸架支持する取付プレート３０が架け渡されている。

４つのインシュレータ２８，２８・・は、懸架支持する計測機器２の重心位置、重量、機体側に生ずる周波数などに応じて、共振の生じない硬度や弾性係数を選択する。また、４つのインシュレータ２８，２８・・の中においても、個別に硬度、弾性係数を定め、搭載される計測機器２の重量配分が最適化するようにする。インシュレータ２８，２８・・としては、硬質ゴム、積層ゴムなどの弾性材料を用いることができる。

取付プレート３０の両側には、ピン３２Ａ，３２Ｂが上方に向かって植設されているとともに、このピン３２Ａ，３２Ｂは、シリコーンゴム製のスタビライザー３４Ａ，３４Ｂに穿設された孔３６に貫通して取り付けられている。スタビライザー３４Ａ，３４Ｂの長辺部分は架設バー１６に沿って固定され、これによって、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂと一体となっている取付プレート３０の横方向の揺れは、ピン３２Ａ，３２Ｂを介してスタビライザー３４Ａ，３４Ｂへと伝達され、スタビライザー３４Ａ，３４Ｂの持つ吸収力を利用して減衰するようになっている。スタビライザー３４Ａ，３４Ｂの材質としてはシリコーンゴムの他、振動に対する減衰作用を有するその他の樹脂などを用いることも可能である。また、油圧ダンパー、板バネなど、減衰作用を有するその他の弾性体を利用してもよい。

図１１に示されるように、取付プレート３０の平面部には、無人ヘリコプター１の搭載物を固定する長孔３６、孔３８が穿設され、これらの長孔３６、孔３８に対しボルト４０Ａ，４０Ｂを通し、計測機器２のネジ部４２Ａ，４２Ｂにボルト４０Ａ，４０Ｂを締結することによって、計測機器２が防振懸架装置１０に取り付けられる。無人ヘリコプター１の取付枠３に取り付けられた防振懸架装置１０は、図１に示されるように、無人ヘリコプター１の下面側に位置し、計測機器２を懸架支持することができるようになっている。

前述のように構成した本実施形態の防振懸架装置１０の作用は以下の通りである。
飛行中の無人ヘリコプター１には、エンジンやロータの回転に伴って様々な周波数帯の振動が発生するが、本実施形態の防振懸架装置１０では、無人ヘリコプター１の機体側の取付枠３に、直接、取り付けられる機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂに対し、インシュレータ２８，２８・・を介して搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂが取り付けられているために、搭載されている計測機器２に対し、ヘリコプター１のエンジンなどから高周波域の振動が直接、伝達されるのを防止することができる。これによって、計測機器２のモーションセンサーのジャイロによって検出される角速度の精度を高めることが可能となる。また、インシュレータ２８，２８・・は、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂと搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂとの間に、挟み込まれた状態で取り付けられ、計測機器２の荷重は、圧縮荷重としてインシュレータ２８，２８・・に生じるため、インシュレータ２８，２８・・の耐久性、耐荷重性が大幅に向上している。

加えて、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂと搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂとの間に、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂの横方向の姿勢変化を緩和するスタビライザー３４Ａ，３４Ｂを設けている。このため、無人ヘリコプター１の旋回時などに生ずるローリング方向、ピッチング方向、ヘディング方向などの姿勢変化に対し、機体連結フレーム１２Ａ，１２Ｂから伝達される姿勢変化に伴う力が、搭載物支持フレーム１４Ａ，１４Ｂへ伝達される際に、スタビライザー３４Ａ，３４Ｂによって大幅に減殺することが可能となった。

本実施形態の防振懸架装置１０を使用して、無人ヘリコプターによって行った地形データの計測を行ったところ、以下の結果が得られた。
１．インシュレータを機体後部側に２個だけ備え、スタビライザーを有しない懸架装置では、モーションセンサーの検出範囲をはるかに超えた角速度となり、正しい計測データは取得できなかった。
２．インシュレータの数は本実施形態と同様であるが、スタビライザーを有しない懸架装置でも高周波振動の抑制は可能であることが確認された。一方で、正確な計測データを得るにはヘリコプターの速度を上げて姿勢制御の操舵を減らして風による影響を少なくし、できるだけ直線的に飛行する必要があった。低速になると、ヨウ、ピッチ、ロール方向の揺れが大きくなり、結果的にモーションセンサーの検出範囲を超える状態となったが、飛行状況に配慮すれば一定の効果があることは明らかとなった。
３．上記に対し、本実施形態の防振懸架装置１０では低速飛行の場合でも、安定的に正確な計測データの取得が可能となったことが確認された。

以上説明したように、本発明の防振懸架装置によれば、無人ヘリコプター１に搭載される測量用の計測機器２に対し、誤差要因となる飛行中における高周波振動を低減することが可能となり、計測データの精度の向上に寄与する。また、姿勢制御用のモータなどが不要であり、構造がシンプルで且つ高い防振効果を有する。

なお、本実施形態では、無人ヘリコプターに適用した場合について説明したが、有人ヘリコプターに搭載される計測機器の防振用の懸架措置としても利用可能である。

以上説明したように、本発明によれば、産業用無人ヘリコプターに搭載される測量用の計測機器に生じる飛行中の高周波振動、動揺を大幅に低減することができ、得られる計測データの精度を向上させることが可能である。

本発明の一つの実施形態に係るヘリコプター用防振懸架装置によって地形計測用の機器を産業用の無人ヘリコプターに搭載した状態を示す概略図である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置を示した斜視図である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置の分解斜視図である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置の正面図（前部側から視た図）である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置の右側面図である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置の平面図である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置の左側面図である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置の背面図（後部側から視た図）である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置の底面図である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置を無人ヘリコプターに取り付ける場合の概略斜視図である。 同じく、本発明の一つの実施形態に係る防振懸架装置によって懸架支持される計測機器の取付状態を示す概略斜視図である。

符号の説明

１ 無人ヘリコプター
２ 計測機器
３ 取付枠
４Ａ ４Ｂ 係止孔
５Ａ ５Ｂ ネジ孔
１０ 防振懸架装置
１２Ａ １２Ｂ 機体連結フレーム
１４Ａ １４Ｂ 搭載物支持フレーム
１６ 架設バー
１８Ａ １８Ｂ 挿入部
２０Ａ ２０Ｂ 蝶ネジ
２２Ａ ２２Ｂ ネジ孔
２４ 受け部
２６ 押圧部
２８ インシュレータ
３０ 取付プレート
３２Ａ ３２Ｂ ピン
３４Ａ ３４Ｂ スタビライザー
３６ 長孔
３８ 孔
４０Ａ ４０Ｂ ボルト
４２Ａ ４２Ｂ ネジ部

Claims (3)

1. ヘリコプターの機体に着脱自在に取り付けられる機体連結フレームと、搭載物支持フレームとを備え、該機体連結フレームに、縦方向の振動を吸収・減衰するインシュレータを設置し、該インシュレータを上方から圧縮する方向となるように搭載物支持フレームを取り付け、該搭載物支持フレームを、前記機体連結フレームに対し、該インシュレータを間に挟み込むように介在させた状態で取り付けることにより、機体の振動を該インシュレータによって減衰させるようにしたことを特徴とするヘリコプター用防振懸架装置。
2. 前記機体連結フレームと搭載物支持フレームとの間に設置されるインシュレータは搭載物の重心位置に基づいて、硬度・弾性係数を個別に定めていることを特徴とする請求項１に記載のヘリコプター用防振懸架装置。
3. ヘリコプターの機体に着脱自在に取り付けられる機体連結フレームと、搭載物支持フレームとを備え、該機体連結フレームと搭載物支持フレームとの間に、横方向の揺れを減衰するスタビライザーを設置してなることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘリコプター用防振懸架装置。

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