JP2010514627A - 自動ヘリコプタ - Google Patents

Abstract

遊戯用または群れでの監視システム用の自律的ヘリコプタであって、該ヘリコプタは、完全自動飛行制御手段を備え、また、その飛行は、その高度自動制御装置によって安定し、自動化されており、該自動制御装置は二つの光学受信器（１４）、光学発信器（１３）、光学受信器（１４）からの信号の二つの処理チャネル、及び、二つのプロペラ（１１）、（１２）を受信した信号の和に比例する速度に制御する二つのモータ（１６）を備え、二つの光学受信器（１４）の信号の差によって制御される方向決定装置によって障害物を回避し、二つの揚力提供用プロペラの軸の前方にその重心をずらすことによって一定速度で前進する。
【選択図】図４

Description

本発明は、極めて低コストの玩具または無人機として使用され、その飛行が、搭載された自動制御装置によって自律化され、また場合によっては遠隔操縦装置に組み合わされた、動力飛行体の概念及び実現に関するものである。

従来技術では、飛行が自律的である遠隔操縦可能な飛行玩具は提示されていない。

例えば、遠隔操縦される模型ヘリコプタの操縦には巧妙さが要求され、特に閉じられた空間での子供によるその使用については考慮されていない。

複数の移動軸の制御、ヘリコプタの方向決定に関する操縦は、いずれも、人間工学および直感的に操作するには困難である。

本発明の目的は、任意の遠隔操縦手段から来る命令の不在時の飛行が、静的及び一定の高度で停滞する飛行玩具、または、都市環境での軍事観察用の無人機を実現することにある。

動力飛行体には、無線や赤外線などのあらゆる種類の遠隔操縦が存在する。
それらは、動力化された玩具に向けて、特に加速命令または方向命令を出す。

これらの命令は、機体によって、それ自体の瞬間的な位置に応じて解釈される。
ユーザが玩具の操縦に成功するためには、これらの制約を考慮しなければならない。
この制約は、子供にはあまり受け入れられることではない。
機体が操縦者から遠ざかるとき右に回転させることは直感的であり、機体が操縦者の方へ戻るとき、操縦は逆である。

遠隔操縦は、反応性に欠けており、それは飛行体の慣性も風の作用も考慮しない。

従来技術としては、国際公開第２００６／０７６７４３号パンフレットがあり、同軸の光学発信器及び光学受信器を備える地面からの距離検出システムによって高度を一定に保持する二重反転プロペラ付きの飛行玩具が記載されている。

米国特許出願公開第２００６／０２３１６７７号明細書には、反転プロペラ及び二つの方向決定プロペラを備えるヘリコプタが記載されている。

これらの二つの文献を組み合わせても、本発明は実現されない。

国際公開第２００４／０２７４３４号パンフレットには、自動操縦するために重心の位置を制御する光学画像センサを備えるヘリコプタが記載されている。この文献は、請求項１の範囲からはずれている。

本発明は、これらの問題点を解決することを目的とし、飛行が自律的である飛行体を実現する。
−直感による遠隔操縦に組み合わせて、人間工学にかなった玩具を実現する。
−センサ及び信号装置または通信装置に組み合わせて、軍事用の監視及び探知無人機を実現する。

本発明によると、飛行体すなわちヘリコプタの高度は、コマンドの不在時に一定の高度で安定している。

本発明によると、ヘリコプタは、残留した永久回転の補正システムを備える。

本発明によると、ヘリコプタの高度は、その地面への距離を調節する自動制御手段によって安定している。

本発明によると、ヘリコプタは、ヘリコプタの方向を障害物のない方向に決定する自動制御手段によって障害物を回避する。

本発明の製品によると、ヘリコプタは、その方向決定に作用する自動制御手段によって、永久的には回転しない。

本発明によると、ヘリコプタは、揚力またはプロペラの前方方向に水平成分を発生させる平衡手段によって、その軸線を規則的に前進する。

図面は、本発明の様々な実施例及び実施態様を示している。

二つの別個の反転プロペラを備えるヘリコプタの概念を示す正面図である。 二つの別個の反転プロペラを備えるヘリコプタの概念を示す側面図である。 逆方向に係合された二つの反転プロペラを備えるヘリコプタの概念を示す側面図である。 モータの制御用のセンサの信号処理の概念を示す側面図および平面図である。 この処理の電子概念図である。

図１は、二つの反転プロペラ１１及び１２を備えるヘリコプタの正面図を示しており、該プロペラは、各々がモータ１６、及び光学受信器１４を介して、発信される信号を処理する増幅装置１５によって対称的に動力化及び制御され、該信号は光学発信器１３によって地面の方向へ放出される光の後方散乱に比例する。

図２は、同様に、側面から、前記プロペラ１１及び１２、増幅装置１５及びセンサ１４によって制御されるモータ１６の一つ、及び光学発信器１３、さらにまた、自律的な給電を確実にするバッテリ２８、飛行を安定化させる尾部２９を示している。

本発明のこの実施態様によると、重心Ｇは、ヘリコプタの鉛直対称平面内に位置し、わずかに前方にずれており、したがって、揚力は前方方向の水平成分を有する。

本発明のこの実施態様によると、ヘリコプタは、各プロペラ１１、１２に、限定するものではないが例えば赤外線の光学発信器１３、限定するものではないが例えば赤外線の光学受信器１４を備え、各々、地面に向かって、前方へ４５°及び地面へ４５°の方向を向いている。

本発明によると、光学受信器１４は、フィルタリングシステムに組み合わされ、地面によって後方散乱された光を識別するものとなる。
この識別器は、例えば、光学発信器の光学波長を優先し、他を濾過する光学的性質のフィルタ、または電子的性質の、最適な周波数に組み合わされた変調によるフィルタである。

本発明によると、後方散乱された光に比例する信号は、増幅装置１５によって処理及び増幅され、次に、歯車１７に噛み合うモータ１６の比例制御に変換される。

本発明の基本概念によると、モータの速度は、後方散乱された振幅数とその導関数の和に比例し、したがって、高度を一定に保持し、高度振動を緩和する。

本発明の第二の概念によると、ヘリコプタの前方右部に配置された１３、１４及び１５に組み合わされたモータ１６は、プロペラ１１を時計回りの方向に回転制御する。

対称的に、前方左側に配置されたセンサ及びモータは、プロペラ１２の回転を反時計回りに制御する。

このように、例えば、前方右側に検出された障害物は、信号の受信増加、及び、時計回りに回転するプロペラ１１の加速によって現れる。
反応として、ヘリコプタは、反時計回りの方向に回転し、したがって、その軌道を変更して、前記障害物を回避する。

そのようにして、壁、人物、段差は、障害物として認識され、回避される。

その結果として、ヘリコプタの玩具の応用に、家庭内の脆弱な物体の安全性を保証する独自の手段を備えることができ、また、子供が軌道上に介在するとき軌道を変更し、この軌道が適切なときはヘリコプタがその軌道に従う独自の遠隔操縦方法が生まれた。

その結果として、軍事分野では、地上に後方散乱される光線同士の干渉によって、これらのヘリコプタの群れは広がる傾向があり、この広がった群れが万が一の場合、無線信号または視覚信号によって、例えばスナイパーのようなあらゆる疑わしい熱源を信号化することができる。

この態様では、熱の検出は、従来技術によるセンサによって行われ、無線発信器により検出が伝送され、そのとき、検出ヘリコプタは、ヘリコプタに搭載することができる光学的フラッシュ放出によって信号化される。
このようにして、検出ヘリコプタは、点滅標識器のように、疑わしい熱源の標示器となる。

上記のことから、自動飛行する自律的ヘリコプタの第一の実施態様が実現される。

図３の第二の実施態様では、ヘリコプタは、揚力提供用の単一の前方モータ１６しか備えていないが、また、方向決定モータ３２、及び、回転が接続されている二つのプロペラの速度を逆にするギア３１を備える。

本発明によると、ヘリコプタの前進は、常に、二つのプロペラの軸から前方にずれた重心に関係する。

本発明によると、伝播方向は、動力化されたプロペラ３２によって修正され、制御される。

本発明によると、図４は、ヘリコプタの平面図と側面図を示しており、障害物及び高度検出信号は、常に、前方右側４４及び前方左側４５に各々配置された受信器に組み合わされた発信器によって放出され、それらは、各々、前方右側及び前方左側で、横方向に４５°及び地面に向かって４５°で送信し、受信する。

本発明によると、揚力提供用モータ４６の制御は、アナログ加算器４１により処理され、方向決定モータ４２の制御は、微分器４３により処理される。

本発明によると、モータ４２は、信号４４が信号４５を上回るとすぐに、ヘリコプタを反時計回りの方向へ回転させる。

この概念によって、ヘリコプタは、上記の態様のように正確に機能する。

図４は、信号４４及び４５の処理の概略を示しており、
−アナログ加算器４１は、演算増幅器５１６、二つの抵抗加算器５１１及び５１２、高度振動の緩和用の微分フィルタ５１３及び５１４、及び利得用抵抗器５１５によって形成されており、全体がモータ４６に給電しており、
−微分器４３は、二つの微分フィルタ５２４、５２３及び二つの利得制御抵抗器５２５及び５２６を備え、モータ４２に給電し、
−また、回路は、積算器として働く、ヘリコプタの自動回転の補正装置５３０を備えることもできる。
ヘリコプタの回転は、二つの心棒５３４に装着された、ヘリコプタの尾部の垂直安定板によって制御される、３つの状態を有する断続装置５３１を閉じることによって検出される。
−ヘリコプタの永久回転の場合、閉じられた断続装置は、コンデンサ５３２の端子で電圧を変更しようとし、それによって、緩慢に電圧源５３０の位相をオフセットしようし、その電圧源は装置５２５にオフセット電圧を放出する。

このオフセット電圧は、モータ４２を制御して、ヘリコプタの残留永久回転を全て無効にし、そのようにして、右及び左の処理チャネルの全ての平衡欠陥を補正する作用をもつ。

本発明の別の実施例によると、ヘリコプタは従来の構造であって、単一の水平方向のメインローターと、単一の鉛直方向のテールローターを備え、自動回転に対抗し、互いの速度は比例関数によって関係付けられる。

本発明によると、メインローターの速度は、地面によって後方散乱された信号の振幅の和の関数であり、テールローターの速度は、地面によって後方散乱された信号の振幅間の差に応じて変更される。

１１ 反転プロペラ
１２ 反転プロペラ
１３ 光学発信器
１４ 光学受信器
１５ 増幅装置
１６ モータ
１７ 歯車
２８ バッテリ
２９ 尾部
３１ ギア
３２ 方向決定モータ
４１ アナログ加算器
４２ 方向決定モータ
４３ 微分器
４４ 前方右側
４５ 前方左側
４６ 揚力提供用モータ
５１１ 抵抗加算器
５１２ 抵抗加算器
５１３ 微分フィルタ
５１４ 微分フィルタ
５１５ 利得用抵抗器
５１６ 演算増幅器
５２３ 微分フィルタ
５２４ 微分フィルタ
５２５ 利得制御抵抗器
５２６ 利得制御抵抗器
５３０ 電圧源
５３１ 断続装置
５３２ コンデンサ
５３４ 心棒

国際公開第２００６／０７６７４３号パンフレット 米国特許出願公開第２００６／０２３１６７７号明細書 国際公開第２００４／０２７４３４号パンフレット

Claims (3)

1. 遊戯用または群れでの監視及び探知用のヘリコプタの形状の動力飛行体であり、
   −その飛行は、その高度自動制御装置によって安定し、自動化されており、該自動制御装置は、少なくとも二つの光学受信器、少なくとも一つの光学発信器、光学受信器からの信号の少なくとも二つの処理チャネル、及び、少なくとも二つのプロペラを受信した信号の和に比例する速度に制御する少なくとも二つのモータを備え、
   −二つの光学受信器の信号の差によって制御される方向決定装置によって障害物を回避し、
   −二つの揚力提供用プロペラの軸の前方にその重心をずらすことによって一定速度で前進する、
   ことを特徴とする動力飛行体。
2. 地面によって後方散乱された信号の和に応じて一つまたは複数の揚力提供用プロペラを制御する自動性によって一定の高度で安定することを特徴とする、請求項１に記載のヘリコプタの形状の動力飛行体。
3. センサ及び積算器によって操縦される残留永久回転補正システムによって安定回転することを特徴とする、請求項２に記載のヘリコプタの形状の動力飛行体。

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