JP2013189036A - 測定用飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で飛行安定性に優れ、地上に落下しても機体や機体に搭載した各種機器が破損し難く、特に水上に落下した場合に、機体や各種機器が水没することがなく、各種機器に記録されたデータが消失することを防止でき、また、測定中に各種機器が様々な外乱を受け難く、精度の良い測定を行うことができると共に、取得したデータを円滑に基地局に送信することが可能で、測定の信頼性、各種データの送受信の確実性、安定性、各種機器及び測定データの保護の信頼性、実用性に優れた測定用飛行体の提供。
【解決手段】機体の底部中央に配設され静止画や動画を撮影する撮影部と、機体に配設され飛行位置測定及び環境測定を行う測定部と、機体に配設され測定部で測定した測定データを基地局に送信する送信部と、機体の外周部に配設され撮影部を囲繞する浮体と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のロータによって浮力、推進力を得ることができ、特に、上空からの写真撮影や各種測定に好適に用いることができる測定用飛行体に関するものである。

従来、垂直軸まわりに回転駆動される揚力発生用のロータを備えるヘリコプタ、すなわち垂直離着陸航空機については、定点保持や姿勢制御などの操作には熟練を要していた。また、ロータに故障等が発生した際に、安全に飛行を継続することや着陸を行うことは、極めて困難であった。
特に、近年では、航空写真の撮影、上空からの各種測量、農場などにおける農薬散布等のために遠隔操縦で作業が可能な産業用無人ヘリコプタが使用されており、強風時の飛行安定性、操作性や安全性の向上が強く望まれていた。
例えば、（特許文献１）には、上下方向の通風を可能とした機枠の周辺部に、複数の揚力発生用プロペラユニットを配設し、いずれか１つの揚力発生用プロペラユニットが作動不能となった際、他の異状のない揚力発生用プロペラユニットを、作動不能となった揚力発生用プロペラユニットに近付けることにより、機全体としての総合的な揚力の中心線を、機の重心を通る垂直線に接近もしくは一致させるようにしたことを特徴とする垂直離着陸航空機が開示されている。

しかし、（特許文献１）では、揚力発生用プロペラユニットが機枠の周辺部に配設されているため、面外への捩れや振動が発生し易く、揚力発生用プロペラユニットの位置がぶれて、揚力を鉛直上向きに安定して保持することが困難で、姿勢の安定性に欠けるという課題を有していた。
また、揚力発生用プロペラユニットのエンジンが機枠の環状レールに固定され、揚力発生用プロペラが機枠の外周よりも外方に突出しているので、飛行時に揚力発生用プロペラが木の枝、送電線、建物などの障害物に直接接触して破損し易く、耐久性、取扱い性、安全性に欠けるという課題を有していた。
そこで、本発明者等は、これらの課題を解決するために鋭意研究した結果、発明を完成し、（特許文献２）を出願した。
（特許文献２）は、機体の外周に放射状に配設された複数のアームと、複数のアームの長手方向の途中に配設されたロータと、各々のアームのロータの取付位置から少なくともロータのロータブレードの先端外周位置まで延設された延設部と、を備えたことを特徴とする飛行体である。

特開２００２−３７０６９６号 特開２０１１−４６３５５号

（特許文献２）の飛行体は、ロータの支点を固定して、揚力を鉛直上向きに安定保持することができ、ロータからの気流（ダウンフロー）を対称にして定点保持や姿勢制御を容易にし、操作性を向上させることができ、操縦に熟練を必要とせず、初心者でも簡便に操縦することができ、簡素な構成でロータや機体を障害物などから保護して破損を防止することができ、軽量で省エネルギー性、飛行安定性、取扱い性、安全性に優れるものであった。
しかし、地上に落下した場合などには、機体や機体に搭載した測定機器などの各種機器が破損するおそれがあり、特に水上に落下した際には、水没により機体や各種機器が破損したり、各種機器に記録されたデータが消失したりする可能性があるという課題を有していた。
また、機体に搭載した各種機器に対する外乱の影響などについては十分な検討が行われておらず、測定データの正確性に限界があるという課題を有していた。
さらに、飛行体は風で回転し、静止しないため、データの送受信が安定しないという課題を有していた。
このような点から、飛行の安定性、各種機器による測定データの信頼性、各種データの送受信の確実性、安定性、各種機器及び測定データの保護の信頼性につき、さらなる向上が強く望まれていた。

本発明は上記の要望に応えるもので、軽量で飛行安定性に優れ、地上に落下しても機体や機体に搭載した各種機器が破損し難く、特に水上に落下した場合に、機体や各種機器が水没することがなく、各種機器に記録されたデータが消失することを防止でき、また、測定中に各種機器が様々な外乱を受け難く、精度の良い測定を行うことができると共に、取得したデータを円滑に基地局に送信することが可能で、測定の信頼性、各種データの送受信の確実性、安定性、各種機器及び測定データの保護の信頼性、実用性に優れた測定用飛行体を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明の測定用飛行体は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の測定用飛行体は、機体に複数のロータが配設された測定用飛行体であって、前記機体の底部中央に配設され静止画や動画を撮影する撮影部と、前記機体に配設され飛行位置測定及び環境測定を行う測定部と、前記機体に配設され前記測定部で測定した測定データを基地局に送信する送信部と、前記機体の外周部に配設され前記撮影部を囲繞する浮体と、を備えた構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）機体に配設され静止画や動画を撮影する撮影部を有することにより、地上から近づけない場所でも空中から撮影して地上などの様子を確認することができるだけでなく、各種測定データと合わせてデータ取得位置を特定することや事故、災害などの発生状況と各種測定データとの関係を簡便かつ確実に把握することができ、データの信頼性、有効利用性に優れる。
（２）撮影部が、機体の底部中央に配設されることにより、視野が広く、一度に広範囲を撮影することができ、撮影の効率性に優れる。
（３）機体に配設され飛行位置測定及び環境測定を行う測定部を有することにより、環境測定データを飛行位置測定データと確実に結びつけて取得することができるので、環境測定データの処理が容易で、取得した環境測定データの分布状況を短時間で正確に知ることができ、的確な避難行動や対策などに繋げることが可能で、データの処理性、実用性に優れる。
（４）機体に配設され測定部で測定した測定データを基地局に送信する送信部を有することにより、飛行中に随時測定データを基地局に送信して利用することができ、遠隔の基地局でもリアルタイムで最新の情報を取得して、正確な状況を把握しながら素早く的確な指示を与えることができ、事故や災害などの被害を最小限に食止めることが可能で、データの信頼性、有効利用性、実用性に優れる。
（５）機体の外周部に配設された浮体を有することにより、浮体によって機体の外周部を保護し、落下時や衝突時のロータの破損を防止することができ、耐久性、安全性に優れる。
（６）機体の外周部に浮体が配設されているので、水上に落下した場合に、機体が水没することがなく、データの消失を防ぐことができ、データ保護の信頼性に優れると共に、容易に回収して再生利用することができ、環境保護性、省資源性に優れる。
（７）機体の外周部に配設された浮体で撮影部を囲繞することにより、水上に落下して浮体の底部が着水した場合でも、撮影部を水没から守ることができ、取扱い性、信頼性に優れる。
（８）複数のロータを有することにより、飛行に必要な推力を分散させて、個々のロータの推力を小さく抑えることができ、幾つかのロータが破損しても、飛行を続けることが可能で、飛行の信頼性に優れる。
（９）複数のロータを有するので、回転数によって個々のロータの揚力を調整するだけで機体の姿勢を制御することができ、ロータの角度制御機構が不要で、部品点数を低減して軽量化を図ることができ、量産性、省エネルギー性に優れると共に、複雑な制御が不要で、操作性、取扱い性に優れる。

ここで、機体の形状、寸法、材質などは適宜、選択することができる。機体は平板状などに形成してもよいし、フレームのみの枠状に形成してもよい。
ロータは、モータやエンジン等の駆動部のドライブシャフトにロータブレードが配設されたものである。ロータの数は複数個であればよいが、ロータを同一円周上に配置する場合は、４〜８個、好ましくは６〜８個が望ましい。ロータの数が６個より少なくなると、いずれかのロータが故障した時に、姿勢が不安定になり易く、操作性が低下する傾向が見られ、８個より大きくなると、測定用飛行体が大型化し、質量が増加し易く、省エネルギー性が低下する傾向が見られる。特に、ロータの数が４個より少なくなると、いずれかのロータが故障した時に、姿勢の維持や安定した飛行を行うことが困難になり、操作性が著しく低下して、好ましくない。
ロータの配置は、適宜、選択することができるが、同一円周上に等角度間隔で配置することが好ましい。揚力や推力を均一に分布させて、飛行時の姿勢を安定化させることができるためである。また、揚力や推力を大きくするために、同一のモータ（駆動部）に複数段のロータブレードを取付けてもよい。上下二段のロータブレードを取付ける場合、それらの回転方向は同方向でもよいし、逆方向（いわゆる二重反転ロータ）でもよい。

撮影部は、測定用飛行体の用途などに応じて、静止画又は動画のいずれか一方のみを撮影できるものを用いてもよいし、静止画又は動画を選択的に撮影できるものを用いてもよい。撮影部で撮影した画像は、送信部によって基地局に送信することができるが、画像を記憶するための記憶部を機体に搭載してもよい。記憶部としては、ＳＤメモリカードやメモリスティックなどの記憶媒体に記録するものでもよいし、ハードディスクに記録するものでもよい。また、ハードディスクの代りに、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）に記録するものを用いた場合、消費電力が少なく、軽量で耐振動性に優れるので好ましい。尚、撮影部と記憶部を別々に用意する代わりに、撮影部と記憶部が一体となったビデオカメラを使用することもできる。
また、撮影部は撮影方向（測定用飛行体の進行方向）と直交する水平回動軸周りに回動自在に配設することが好ましい。これにより、機体が傾いたり、揺れたりした場合でも真っ直ぐに進行方向を撮影することができ、ブレのない高品質な画像を得ることができるためである。尚、撮影部は機体の底部中央以外の位置にも適宜、配設することができる。

測定部は、測定用飛行体の用途などに応じて、各種の測定機器を搭載することができる。飛行位置測定に用いる測定機器としては、位置や標高を検知するためのＧＰＳ受信機、地上高さを検知するための気圧計（高度計）、ジャイロコンパス等を用いることができる。これらは単独で使用してもよいし、組合せて使用してもよい。また、環境測定に用いる機器も測定用飛行体の用途などに応じて、適宜、選択することができるが、主なものとして、温度計、湿度計、二酸化炭素濃度計、放射線測定器などを挙げることができる。
送信部は、測定部で測定した測定データを基地局に送信することができればよいが、データ送信時に、測定用飛行体の操縦に用いる周波数帯と異なる帯域を使用することにより、互いに干渉せず、動作の安定性に優れる。
浮体は機体の外周部に配設されるが、形状、数、配置などは、適宜、選択することができる。浮体の材質は水に浮くものであればよいが、発泡スチロール、発泡ポリオレフィン、中空状のポリプロピレンなどで形成したもの、チューブなどにヘリウムなどを注入したものなどが好適に用いられる。
尚、浮体は撮影部を囲繞して撮影部の水没を防ぐために、浮体の底面部が撮影部の底面部より下方に位置するように配置する必要がある。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定用飛行体であって、前記機体が、平板状に形成され、前記測定部及び前記送信部が配設される収容部と、前記収容部の外周で前記機体を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔の直径方向に渡設された支持フレームと、を備え、前記ロータが前記支持フレームの長手方向の中央部に配設され前記貫通孔の内部に収容された構成を有している。
この構成により、請求項１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）機体が、平板状に形成され、測定部及び送信部が配設される収容部を有するので、簡素な形状で機体に収容部を一体的に形成することができ、量産性、取扱い性に優れる。
（２）収容部の外周で機体を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有するので、機体を軽量化することができ、水に浮きやすく、機体や収容部に収容される測定部及び送信部を水没から守ることができ、データ保護の確実性に優れる。
（３）機体が、機体を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔と、貫通孔の直径方向に渡設された支持フレームと、を備え、ロータが支持フレームの長手方向の中央部に配設されるので、ロータの位置（支点）が固定され、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、十分な揚力と推力を得ることができ、姿勢の安定性、操縦性に優れる。
（４）ロータが支持フレームの長手方向の中央部に配設され貫通孔の内部に収容されることにより、ロータブレードが機体の外に露出することがないので、飛行時に機体が木の枝、送電線、建物などの障害物に接触したり、落下したりしても、ロータブレードが破損することがなく、飛行を続けることができ、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
（５）ロータが支持フレームの長手方向の中央部に配設されていることにより、気流（ダウンフロー）が支持フレームの直下を対称的に通過して合流するので、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易で、操作性に優れる。
（６）ロータが機体の貫通孔の内部に収容されているので、ロータブレードに手や指などが接触することを防止でき、怪我などのおそれがなく、安全性に優れる

ここで、機体の材質としては、発泡スチロールやポリプロピレンなどのように軽量で、ある程度の剛性を有するものが好適に用いられる。機体をポリプロピレンで形成する場合は、中空状にすることにより、軽量化を図ることができる。測定用飛行体は浮体を備えているが、機体を発泡スチロールや中空状のポリプロピレンなどで形成することにより、機体単独でも十分な浮力を得ることができ、浮体が破損した場合でも、水没を防ぐことができる。尚、機体単独で十分な浮力を有する場合は、機体が浮体を兼ねることができるので、別途、浮体を取付けなくてもよい。
収容部の位置は、適宜、選択することができるが、浮体や機体の底部が着水した時に水没しない高さに形成することが好ましい。

支持フレームの材質は、ロータを支持できるものであればよいが、軽量で適度な剛性と耐久性を有するものが好ましい。具体的には、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ジュラルミンなどの金属、カーボン繊維、グラスファイバーと合成樹脂の複合体などが好適に用いられる。また、支持フレームは、中実の棒状体、円筒や角筒等の中空のパイプ、Ｈ型鋼などで形成することができ、材質、質量、強度などに応じて、適宜、選択することができる。
機体と支持フレームとの固定方法は、適宜、選択することができるが、支持フレームの両端部を機体に形成した孔部や凹部に嵌合する方法が好適に用いられる。尚、飛行時や落下時などに支持フレームが回転したり、脱落したりしないように強固に固定する必要がある。
ロータを収容する貫通孔の高さ（機体の厚さ）は、ロータ全体が外部に露出することなく機体で覆われるように形成することが好ましい。尚、機体の厚さは均一である必要はなく、貫通孔を形成する部分以外は薄くして軽量化を図ってもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の測定用飛行体であって、前記機体が、発泡スチロールや発泡ポリオレフィンで形成された構成を有している。
この構成により、請求項１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）機体を発泡スチロールや発泡ポリオレフィンで形成することにより、軽量化を図り、ロータの推力を小さく抑えることができるので、駆動部も小型化することができ、省エネルギー性に優れる。
（２）機体を発泡スチロールや発泡ポリオレフィンで形成することにより、機体自身が浮力を有するので、浮体が破損した場合でも、機体の水没を確実に防止することができ、取扱い性、信頼性に優れる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の測定用飛行体であって、前記機体が、前記測定部及び前記送信部が配設される収容部と、前記収容部の外周に放射状に配設された複数のアーム部を有するフレームと、を備え、前記ロータが前記フレームの複数の前記アーム部の長手方向の途中に配設された構成を有している。
この構成により、請求項１に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）機体が、測定部及び送信部が配設される収容部と、収容部の外周に放射状に配設された複数のアーム部を有するフレームを備えているので、収容部の周囲をフレームで保護することができ、障害物などから収容部を保護でき、取扱い性に優れると共に、収容部を常に中心（重心）位置に保持することができ、姿勢制御が容易で飛行の安定性に優れる。
（２）ロータがフレームの複数のアーム部の長手方向の途中に配設されることにより、ロータの位置（支点）が固定され、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、姿勢の安定性に優れる。
（３）ロータがフレームの複数のアームの長手方向の途中に配設されていることにより、ロータブレードがアーム部の先端や浮体の外周よりも外方に突出することがないので、飛行時にアーム部（フレーム）や浮体よりも先にロータブレードが木の枝、送電線、建物などの障害物に接触し難く、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
（４）ロータがフレームの複数のアー部ムの長手方向の途中に配設されていることにより、気流（ダウンフロー）がアーム部の直下を対称的に通過して合流するので、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易で、操作性に優れる。

ここで、アーム部（フレーム）の材質や構造は支持フレームと同様なので説明を省略する。
アーム部の長さは、適宜、選択することができるが、隣接するロータのロータブレード同士が干渉しない範囲でなるべく短くして軽量化を図ることが好ましい。
尚、アーム部の数や配置は、ロータの数に応じて、適宜、選択することができるが、機体全体の重心位置を中心として放射状に配置することが好ましい。特に、機体の重心位置に対してアーム部を点対称に配置したり、機体の重心位置を通る水平軸に対してアーム部を線対称に配置したりすることにより、測定用飛行体が点対称或いは線対称な形状となり、飛行時に重心が安定し、飛行の安定性、姿勢制御の容易性に優れる。また、各々のアーム部に複数個のロータを取付けることも可能である。これにより、ロータの数を減らすことなく、アーム部の数を減らして軽量化を図ることができ、量産性に優れる。
尚、アーム部は直線状のほか、Ｙ字状、Ｘ字状、Ｔ字状、Ｖ字状、Ｕ字状等に形成してもよい。

隣接するアーム部の先端部を順次、直線状や円弧状等の連結部で連結し、フレームを多角形、円形、楕円形などの形状に形成することができる。特に、放射状に配置されるアーム部の先端部を円形の連結部で囲繞した場合、簡素な構成でロータを確実に保護することができ、量産性、耐久性、安全性に優れる。また、測定用飛行体全体として、揚力、推力が均一化され、姿勢が安定し易く、飛行の信頼性に優れる
尚、連結部の材質や構造はアーム部と同様のものが好適に用いられる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の測定用飛行体であって、前記測定部が、ＧＰＳ受信機、温度計、湿度計、気圧計、二酸化炭素濃度計、放射線測定器の少なくともいずれか１以上を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）測定部が、ＧＰＳ受信機、温度計、湿度計、気圧計、二酸化炭素濃度計、放射線測定器の少なくともいずれか１以上を備えることにより、多機能な測定を行うことができ、汎用性、実用性に優れる。
（２）測定部が、ＧＰＳ受信機と気圧計を備えた場合は、位置と標高に加え、地上高さを検知することができ、詳細な地形データとその他の環境測定データを関連付けて解析を行うことができ、データ解析の信頼性、データの有効利用性に優れる。
（３）測定部が、放射線測定器を備えた場合は、放射能汚染の可能性があり、人が近づけない場所でも、遠隔から操作して放射線測定を行うことができ、安全性に優れる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の測定用飛行体であって、前記測定部が収容される筐体が、前記温度計の取付位置を覆う遮蔽部と、前記遮蔽部の周囲に配置された複数の通気孔と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項５に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）測定部が収容される筐体が、温度計の取付位置を覆う遮蔽部と、遮蔽部の周囲に配置された複数の通気孔を有することにより、筐体内部に外気を流通させ、筐体内部の温度上昇を防いで正確な温度を測ることができ、温度測定の正確性に優れる。
（２）温度計を取付ける遮蔽部の周囲に通気孔を配置することにより、筐体の強度を維持しながら十分な通気性を確保することができ、耐久性、動作の安定性に優れる。
ここで、筐体としてはスチール製、アルミニウム製、ステンレス製などの金属製のものが好適に用いられる。通気孔の大きさ、数、配置については、適宜、選択することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の測定用飛行体であって、前記測定部が収容される筐体が、前記気圧計の取付位置をシールドするシールド部と、前記シールド部の周囲に配置された複数の通気孔と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項５に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）測定部が収容される筐体が、気圧計の取付位置をシールドするシールド部と、シールド部の周囲に配置された複数の通気孔を有することにより、外乱を防ぐと共に筐体内部への外気の流通を確保して正確な気圧を測定することができ、気圧測定の正確性に優れる。
ここで、シールド部は気圧計への外乱を防止できるものであればよい。筐体の材質として、鉄やステンレス等を用いることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の内いずれか１項に記載の測定用飛行体であって、前記送信部が、直交して配設された２本のアンテナを備えた構成を有している。
この構成により、請求項１乃至７の内いずれか１項に記載の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）送信部が、直交して配設された２本のアンテナを有することにより、機体が風で回転し、静止しない場合でも、いずれか一方のアンテナが陸上（基地局）のアンテナと平行になった時にデータを受信することができるので、円滑なデータ取得が可能で、データの送受信の安定性に優れる。

本発明の測定用飛行体によれば、以下の優れた効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）水上に落下した場合でも、機体や機体に搭載した各種機器が水没することがなく、容易に回収することができるだけでなく、各種機器の故障及びデータの消失を防止することができる環境保護性、省資源性、データ保護の信頼性に優れた測定用飛行体を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、以下のような効果が得られる。
（１）機体が軽量で水に浮きやすく、機体や収容部に収容される測定部及び送信部を水没から確実に守ることができるデータ保護の確実性に優れた測定用飛行体を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の効果に加え、以下のような効果が得られる。
（１）機体が軽量でロータの推力を小さく抑えることができ、駆動部も小型化することができる省エネルギー性に優れた測定用飛行体を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、以下のような効果が得られる。
（１）収容部の周囲をフレームで囲んで障害物などから保護することができ、取扱い性に優れ、収容部を常に中心（重心）位置に保持することができ、姿勢制御が容易で飛行の安定性に優れた測定用飛行体を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の効果に加え、以下のような効果が得られる。
（１）１台で多機能な測定を行うことができる汎用性、実用性、データの有効利用性に優れた測定用飛行体を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の効果に加え、以下のような効果が得られる。
（１）測定部を収容する筐体内部に外気を流通させ、筐体内部の温度上昇を防いで正確な温度を測ることができる温度測定の正確性に優れた測定用飛行体を提供することができる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項５に記載の効果に加え、以下のような効果が得られる。
（１）気圧測定時の外乱を防ぎ、外気の流通を確保して正確な気圧を測定することができる気圧測定の正確性に優れた測定用飛行体を提供することができる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至７の内いずれか１項に記載の効果に加え、以下のような効果が得られる。
（１）機体が風で回転し、静止しない場合でも、基地局での円滑なデータ取得が可能で、データの送受信の安定性に優れた測定用飛行体を提供することができる。

実施の形態１における測定用飛行体の模式平面図 実施の形態１における測定用飛行体の要部模式断面図 （ａ）実施の形態１における測定用飛行体の測定部が収容される筐体を示す模式斜視図 （ｂ）実施の形態１における測定用飛行体の測定部が収容される筐体の要部模式断面 実施の形態２における測定用飛行体の模式平面図 実施の形態２における測定用飛行体の要部模式断面図

以下、本発明の実施の形態における測定用飛行体について、図面を参照しながら説明する。尚、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における測定用飛行体の模式平面図であり、図２は実施の形態１における測定用飛行体の要部模式断面図である。
図１及び図２中、１は本発明の実施の形態１における測定用飛行体、２は後述する枠状のフレーム５によって形成された測定用飛行体２の機体、２ａは機体２の中心部（重心位置）に配設され測定部や送信部が収容される測定用飛行体１の収容部、２ｂは略半球状や略円錐状のドーム型に形成され収容部２ａに着脱自在に覆設されるカバー部、３は収容部２ａの底部の両側に配設された測定用飛行体１の一対の支脚（図２）、４は一対の支脚３，３の下端部を連結するように略楕円状に形成された測定用飛行体１のスキッド、５はアルミニウム製のパイプで枠状に形成された測定用飛行体１のフレーム、５ａは機体２の重心位置を中心として収容部２ａの外周の四方に放射状に固定されたフレーム５の基部、５ｂは開度が６０度〜１２０度となるように基部５ａから分岐して後述するロータ７が１つずつ配設されるフレーム５のアーム部、５ｃは隣接するアーム部５ｂ同士を先端で連結するように略円形に形設されたフレーム５の連結部、６はアーム部５ｂの長手方向の途中に固設された測定用飛行体１のモータなどの駆動部、７は駆動部６によって駆動される測定用飛行体１のロータ、７ａは駆動部６によって回転するロータ７のドライブシャフト、７ｂはドライブシャフト７ａに配設されたロータ７のロータブレード、９は機体２の外周部に配設され後述する撮影部１１を囲繞する浮輪状の浮体、１０はフレーム５の連結部５ｃと浮体９の要所を結束して固定する結束バンドなどの固定具、１１は機体２の底部中央（収容部２ａの下部）に配設され静止画や動画を撮影する測定用飛行体１の撮影部、１２は収容部２ａの底部の両側に垂設された撮影部１１の一対の保持部、１３は一対の保持部１２の間に回動自在に軸支され撮影部１１が取付けられた水平回動軸、１５は飛行位置測定及び環境測定を行う測定部や測定部で測定した測定データを基地局に送信する送信部などを収容して収容部２ａに配設された筐体（図２）である。

ロータ７の配置は、適宜、選択することができるが、本実施の形態では、図１に示すように、同一円周上に等角度間隔で配置した。揚力や推力を均一に分布させて、飛行時の姿勢を安定化させることができるためである。また、フレーム５の各部の長さは、適宜、選択することができるが、隣接するロータ７のロータブレード７ｂ同士が干渉しない範囲でなるべく短くして軽量化を図った。
フレーム５の基部５ａから分岐する２本のアーム部５ｂがなす角度は、ロータ７の数に応じて、適宜、選択することができるが、本実施の形態では、アーム部５ｂがなす角度を６０度〜１２０度とし、８個のロータ７を等角度間隔で効率的に配置して、軽量化を図ると共に、高い剛性を確保した。尚、アーム部５ｂがなす角度は、これに限定されるものではなく、基部５ａの長さとアーム部５ｂの長さとの比によって、適宜、選択することができる。
また、基部５ａとアーム部５ｂは、同等の太さに形成してもよいが、基部５ａを太くすることにより、収容部２ａへの固定安定性、剛性を高めることができ、耐久性に優れる。
本実施の形態では、放射状に配置されたアーム部５ｂの先端を円形の連結部５ｃで囲繞して簡素な構成で各々のロータ７を確実に保護できるようにし、量産性、耐久性、安全性を向上させた。これにより、測定用飛行体１全体として、揚力、推力を均一化させることができ、姿勢が安定化し、飛行の信頼性に優れる。尚、機体２の形状は適宜、選択することができ、それに応じて連結部５ｃを円形以外に楕円形状や多角形状などに形成することができる。
尚、アーム部５ｂの先端をロータ７の取付位置から少なくともロータブレード７ａの先端外周位置まで突出させることにより、気流（ダウンフロー）がアーム部５ｂの直下を対称的に通過して合流し、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易となる。

本実施の形態では、フレーム５をアルミニウム製のパイプで形成したが、フレーム５はこれに限定されるものではなく、機体２の寸法や質量、測定用飛行体１の用途などに応じて適宜、選択することができる。材質としては、アルミニウム以外のチタン、マグネシウム、ジュラルミン等の金属やカーボン繊維、グラスファイバーなどの合成樹脂との複合体も用いることができるが、軽量で適度な剛性と耐久性を有するものが好ましい。また、材質、質量、強度などに応じて、パイプに限らず、中実の棒状体やＨ型鋼などで形成してもよい。
また、本実施の形態では、ロータ７の数を８個にしたが、これに限定されるものではなく、ロータ７を同一円周上に配置する場合は、４〜８個、好ましくは６〜８個の中から、適宜、選択することができる。ロータ７の数が６個より少なくなると、いずれかのロータ７が故障した時に、姿勢が不安定になり易く、操作性が低下する傾向が見られ、８個より大きくなると、測定用飛行体１が大型化し、質量が増加し易く、省エネルギー性が低下する傾向が見られ、特に、ロータ７の数が４個より少なくなると、いずれかのロータ７が故障した時に、姿勢の維持や安定した飛行を行うことが困難になり、操作性が著しく低下することがわかったためである。
また、各々のアーム部５ｂに複数個のロータ７を取付け、ロータ７の数を減らすことなく、アーム部５ｂの数を減らして軽量化を図り、量産性を向上できる。さらに、揚力や推力を大きくするために、同一の駆動部６に複数段のロータブレード７ｂを取付けてもよい。上下二段のロータブレード７ｂを取付ける場合、それらの回転方向は同方向でもよいし、逆方向（いわゆる二重反転ロータ）でもよい。
尚、アーム部５ｂの配置は、本実施の形態に限定されるものではなく、ロータ７の数や配置等に応じて、Ｘ字型、Ｔ字型、Ｖ字型、Ｕ字型等の様々な形状に配置することができる。

浮体９は機体２の脚部３の外側乃至外周部に配設されるが、フレーム５の連結部５ｃに沿うようにリング状（ドーナツ状）に配置することにより、撮影部１１を囲繞することができると共に、フレーム５との固定を確実かつ強固に行うことができる。
本実施の形態では、チューブにヘリウムを注入した浮輪状の浮体９を用いた。これにより、測定用飛行体１の軽量化を図り、飛行性能を向上させることができると共に、水上に落下した際に機体２が水没することを防ぐことができる。また、浮体９の底面部が撮影部１１の底面部より下方に位置するので、撮影部１１の水没も防ぐことができる。
尚、浮体９は本実施の形態に限定されるものではなく、水に浮くものであればよい。例えば、発泡スチロールや中空状のポリプロピレンなどで浮体９を形成してもよい。
本実施の形態では、浮体９の断面形状を円形に形成したが、これに限定されるものではなく、楕円形や矩形などに形成してもよい。また、浮体９は機体２の外形形状に合わせて楕円形状や多角形状などに形成することができるが、必ずしも環状（一続き）に形成する必要はなく、直線状や円弧状などに形成した複数の浮体９を並べて配置してもよい。
尚、ロータ７の回転によって発生する気流（ダウンフロー）が干渉しないように、浮体９の寸法や取付け位置を選択することにより、推力のロスが発生することを防ぐことができ、飛行安定性、省エネルギー性に優れる。

撮影部１１で撮影した画像は、送信部によって基地局に送信することができるが、画像を記憶するための記憶部を機体２に搭載してもよい。記憶部としては、ＳＤメモリカードやメモリスティックなどの記憶媒体に記録するものでもよいし、ハードディスクに記録するものでもよい。また、ハードディスクの代りに、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）に記録するものを用いた場合、消費電力が少なく、軽量で耐振動性に優れるので好ましい。尚、撮影部１１と記憶部を別々に用意する代わりに、撮影部１１と記憶部が一体となったビデオカメラを使用することもできる。
また、撮影部１１は撮影方向（測定用飛行体１の進行方向）と直交する水平回動軸１３周りに回動自在に配設した。これにより、機体２が前後に傾いたり、揺れたりした場合でも真っ直ぐに進行方向を撮影することができ、ブレのない高品質な画像を得ることができる。尚、撮影部１１は機体２の底部中央以外の位置にも適宜、配設することができる。

次に、実施の形態１における測定用飛行体の測定部について説明する。
図３（ａ）は実施の形態１における測定用飛行体の測定部が収容される筐体を示す模式斜視図であり、図３（ｂ）は実施の形態１における測定用飛行体の測定部が収容される筐体の要部模式断面である。
図３中、１５は実施の形態１における測定用飛行体１の測定部や送信部（図示せず）が収容されるスチール製やアルミニウム製などの筐体、１６は筐体１５の底板部、１７は筐体１５の側壁部、１７ａは側壁部１７の内、後述する温度計２０の取付位置を覆う遮蔽部、１８は筐体１５の底板部１６の要所及び側壁部１７の内、遮蔽部１７ａ以外の場所に形成された筐体１５の複数の通気孔、１９ａ，１９ｂは筐体１５の側壁部１７から突出し直交して配設された送信部の２本のアンテナ、２０は筐体１５の側壁部１７の遮蔽部１７ａに取付けられた測定部の温度計、２１は筐体１５の底板部１６に形成されたシールド部２１ａに配設された測定部の気圧計、２２は筐体１５の内部に収容されたバッテリである。

温度計２０の取付位置が遮蔽部１７ａで覆われると共に、遮蔽部１７ａの周囲に複数の通気孔１８が配置されることにより、筐体１５内部に外気を流通させ、筐体１５内部の温度上昇を防いで正確な温度を測ることができる。
また、気圧計２１の取付位置がシールド部２１ａでシールドされ、シールド部２１ａの周囲に複数の通気孔１８が配置されることにより、外乱を防ぐと共に筐体１５内部への外気の流通を確保して正確な気圧を測定することができる。
尚、通気孔１８の大きさ、数、配置については、適宜、選択することができる。
送信部（図示せず）の２本のアンテナ１９ａ，１９ｂを直交して配設することにより、機体２が風で回転し、静止しない場合でも、いずれか一方のアンテナ１９ａ又は１９ｂが陸上（基地局）のアンテナと平行になった時にデータを受信することができ、基地局で円滑なデータ取得が可能となる。尚、２本のアンテナ１９ａ，１９ｂは送信部が直交していればよく、取付位置は適宜、選択することができる。

筐体１５には、測定用飛行体１の用途などに応じて、測定部として各種の測定機器を搭載することができる。飛行位置測定に用いる測定機器として、地上高さを検知するための気圧計２１（高度計）の他に、位置や標高を検知するためのＧＰＳ受信機等を搭載することができる。これらは単独で使用してもよいし、組合せて使用してもよい。また、環境測定に用いる機器も測定用飛行体１の用途などに応じて、適宜、選択することができるが、主なものとして、温度計２０の他に、湿度計、二酸化炭素濃度計、放射線測定器などを搭載することができる。

以上のように実施の形態１の測定用飛行体は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）機体に配設され静止画や動画を撮影する撮影部を有することにより、地上から近づけない場所でも空中から撮影して地上などの様子を確認することができるだけでなく、各種測定データと合わせてデータ取得位置を特定することや事故、災害などの発生状況と各種測定データとの関係を簡便かつ確実に把握することができ、データの信頼性、有効利用性に優れる。
（２）撮影部が、機体の底部中央に配設されることにより、視野が広く、一度に広範囲を撮影することができ、撮影の効率性に優れる。
（３）機体に配設され飛行位置測定及び環境測定を行う測定部を有することにより、環境測定データを飛行位置測定データと確実に結びつけて取得することができるので、環境測定データの処理が容易で、取得した環境測定データの分布状況を短時間で正確に知ることができ、的確な避難行動や対策などに繋げることが可能で、データの処理性、実用性に優れる。
（４）機体に配設され測定部で測定した測定データを基地局に送信する送信部を有することにより、飛行中に随時測定データを基地局に送信して利用することができ、遠隔の基地局でもリアルタイムで最新の情報を取得して、正確な状況を把握しながら素早く的確な指示を与えることができ、事故や災害などの被害を最小限に食止めることが可能で、データの信頼性、有効利用性、実用性に優れる。
（５）機体の外周部に配設された浮体を有することにより、浮体によって機体の外周部を保護し、落下時や衝突時のロータの破損を防止することができ、耐久性、安全性に優れる。
（６）機体の外周部に浮体が配設されているので、水上に落下した場合に、機体が水没することがなく、データの消失を防ぐことができ、データ保護の信頼性に優れると共に、容易に回収して再生利用することができ、環境保護性、省資源性に優れる。
（７）機体の外周部に配設された浮体で撮影部を囲繞することにより、水上に落下して浮体の底部が着水した場合でも、撮影部を水没から守ることができ、取扱い性、信頼性に優れる。
（８）複数のロータを有することにより、飛行に必要な推力を分散させて、個々のロータの推力を小さく抑えることができ、幾つかのロータが破損しても、飛行を続けることが可能で、飛行の信頼性に優れる。
（９）複数のロータを有するので、回転数によって個々のロータの揚力を調整するだけで機体の姿勢を制御することができ、ロータの角度制御機構が不要で、部品点数を低減して軽量化を図ることができ、量産性、省エネルギー性に優れると共に、複雑な制御が不要で、操作性、取扱い性に優れる。
（１０）機体が、測定部及び送信部が配設される収容部と、収容部の外周に放射状に配設された複数のアーム部を有するフレームを備えているので、収容部の周囲をフレームで保護することができ、障害物などから収容部を保護でき、取扱い性に優れると共に、収容部を常に中心（重心）位置に保持することができ、姿勢制御が容易で飛行の安定性に優れる。
（１１）ロータがフレームの複数のアーム部の長手方向の途中に配設されることにより、ロータの位置（支点）が固定され、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、姿勢の安定性に優れる。
（１２）ロータがフレームの複数のアームの長手方向の途中に配設されていることにより、ロータブレードがアーム部の先端や浮体の外周よりも外方に突出することがないので、飛行時にアーム部（フレーム）や浮体よりも先にロータブレードが木の枝、送電線、建物などの障害物に接触し難く、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
（１３）ロータがフレームの複数のアー部ムの長手方向の途中に配設されていることにより、気流（ダウンフロー）がアーム部の直下を対称的に通過して合流するので、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易で、操作性に優れる。
（１４）測定部が、ＧＰＳ受信機、温度計、湿度計、気圧計、二酸化炭素濃度計、放射線測定器の少なくともいずれか１以上を備えることにより、多機能な測定を行うことができ、汎用性、実用性に優れる。
（１５）測定部が、ＧＰＳ受信機と気圧計を備えた場合は、位置と標高に加え、地上高さを検知することができ、詳細な地形データとその他の環境測定データを関連付けて解析を行うことができ、データ解析の信頼性、データの有効利用性に優れる。
（１６）測定部が、放射線測定器を備えた場合は、放射能汚染の可能性があり、人が近づけない場所でも、遠隔から操作して放射線測定を行うことができ、安全性に優れる。
（１７）測定部が収容される筐体が、温度計の取付位置を覆う遮蔽部と、遮蔽部の周囲に配置された複数の通気孔を有することにより、筐体内部に外気を流通させ、筐体内部の温度上昇を防いで正確な温度を測ることができ、温度測定の正確性に優れる。
（１８）温度計を取付ける遮蔽部の周囲に通気孔を配置することにより、筐体の強度を維持しながら十分な通気性を確保することができ、耐久性、動作の安定性に優れる。
（１９）測定部が収容される筐体が、気圧計の取付位置をシールドするシールド部と、シールド部の周囲に配置された複数の通気孔を有することにより、外乱を防ぐと共に筐体内部への外気の流通を確保して正確な気圧を測定することができ、気圧測定の正確性に優れる。
（２０）送信部が、直交して配設された２本のアンテナを有することにより、機体が風で回転し、静止しない場合でも、いずれか一方のアンテナが陸上（基地局）のアンテナと平行になった時にデータを受信することができるので、円滑なデータ取得が可能で、データの送受信の安定性に優れる。

（実施の形態２）
図４は実施の形態２における測定用飛行体の模式平面図であり、図５は実施の形態２における測定用飛行体の要部模式断面図である。尚、実施の形態１と同様のものは同一の符号を付して説明を省略する。
図４及び図５において、実施の形態２における測定用飛行体１Ａが、実施の形態１における測定用飛行体１と異なる点は、機体２Ａが、発泡スチロールにより円板状に形成されている点と、収容部２ａの外周で機体２Ａを厚さ方向に貫通する複数の貫通孔２ｃが形成され、貫通孔２ｃの直径方向に棒状の支持フレーム５Ａが渡設されている点と、ロータ７が支持フレーム５Ａの長手方向の中央部に配設され貫通孔２ｃの内部に収容されている点である。
尚、図４及び図５中、２ｄは貫通孔２ｃの両側部に高さ方向に形成され支持フレーム５Ａの両端部が嵌合される嵌合溝である。

本実施の形態では、支持フレーム５Ａの両端部を貫通孔２ｃの両側部の嵌合溝２ｃに勘合させて固定したが、支持フレーム５Ａの固定方法はこれに限定されるものではなく、適宜、選択することができる。
また、本実施の形態では、機体２Ａの外周底部に浮体９を配設したが、機体２Ａの外周部を肉厚に形成することにより浮体を兼ねることができ、その場合は浮体９を省略することができる。

以上のように実施の形態２の測定用飛行体は構成されているので、実施の形態１の（１）乃至（９），（１４）乃至（２０）の作用と同様の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）機体が、平板状に形成され、測定部及び送信部が配設される収容部を有するので、簡素な形状で機体に収容部を一体的に形成することができ、量産性、取扱い性に優れる。
（２）収容部の外周で機体を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有するので、機体を軽量化することができ、水に浮きやすく、機体や収容部に収容される測定部及び送信部を水没から守ることができ、データ保護の確実性に優れる。
（３）機体が、機体を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔と、貫通孔の直径方向に渡設された支持フレームと、を備え、ロータが支持フレームの長手方向の中央部に配設されるので、ロータの位置（支点）が固定され、揚力を鉛直上向きに安定して保持することができ、十分な揚力と推力を得ることができ、姿勢の安定性、操縦性に優れる。
（４）ロータが貫通孔の内部に収容されているが、回転数によって個々のロータの揚力を調整して機体を傾斜させることにより、前進や方向転換のための推力をえることができ、複雑な制御が不要で、操作性に優れる。
（５）ロータが支持フレームの長手方向の中央部に配設され貫通孔の内部に収容されることにより、ロータブレードが機体の外に露出することがないので、飛行時に機体が木の枝、送電線、建物などの障害物に接触したり、落下したりしても、ロータブレードが破損することがなく、飛行を続けることができ、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
（６）ロータが支持フレームの長手方向の中央部に配設されていることにより、気流（ダウンフロー）が支持フレームの直下を対称的に通過して合流するので、姿勢が安定し易く、定点保持や姿勢制御が容易で、操作性に優れる。
（７）ロータが機体の貫通孔の内部に収容されているので、ロータブレードに手や指などが接触することを防止でき、怪我などのおそれがなく、安全性に優れる
（８）機体を発泡スチロールで形成することにより、軽量化を図り、ロータの推力を小さく抑えることができるので、駆動部も小型化することができ、省エネルギー性に優れる。
（９）機体を発泡スチロールで形成することにより、機体自身が浮力を有するので、浮体が破損した場合でも、機体の水没を確実に防止することができ、取扱い性、信頼性に優れる。

本発明は、軽量で飛行安定性に優れ、地上に落下しても機体や機体に搭載した各種機器が破損し難く、特に水上に落下した場合に、機体や各種機器が水没することがなく、各種機器に記録されたデータが消失することを防止でき、また、測定中に各種機器が様々な外乱を受け難く、精度の良い測定を行うことができると共に、取得したデータを円滑に基地局に送信することが可能で、測定の信頼性、各種データの送受信の確実性、安定性、各種機器及び測定データの保護の信頼性、実用性に優れた測定用飛行体を提供して、上空からの写真撮影や各種測定を遠隔から安全に行うことができる。

１，１Ａ 測定用飛行体
２，２Ａ 機体
２ａ 収容部
２ｂ カバー部
２ｃ 貫通孔
２ｄ 嵌合溝
３ 支脚
４ スキッド
５ フレーム
５ａ 基部
５ｂ アーム部
５ｃ 連結部
６ 駆動部
７ ロータ
７ａ ドライブシャフト
７ｂ ロータブレード
９ 浮体
１０ 固定具
１１ 撮影部
１２ 保持部
１３ 水平回動軸
１５ 筐体
１６ 底板部
１７ 側壁部
１７ａ 遮蔽部
１８ 通気孔
１９ａ，１９ｂ アンテナ
２０ 温度計
２１ 気圧計
２２ バッテリ

Claims (8)

1. 機体に複数のロータが配設された測定用飛行体であって、前記機体の底部中央に配設され静止画や動画を撮影する撮影部と、前記機体に配設され飛行位置測定及び環境測定を行う測定部と、前記機体に配設され前記測定部で測定した測定データを基地局に送信する送信部と、前記機体の外周部に配設され前記撮影部を囲繞する浮体と、を備えたことを特徴とする測定用飛行体。
2. 前記機体が、平板状に形成され、前記測定部及び前記送信部が配設される収容部と、前記収容部の外周で前記機体を厚さ方向に貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔の直径方向に渡設された支持フレームと、を備え、前記ロータが前記支持フレームの長手方向の中央部に配設され前記貫通孔の内部に収容されたことを特徴とする請求項１に記載の測定用飛行体。
3. 前記機体が、発泡スチロールや発泡ポリオレフィンで形成されたことを特徴とする請求項２に記載の測定用飛行体。
4. 前記機体が、前記測定部及び前記送信部が配設される収容部と、前記収容部の外周に放射状に配設された複数のアーム部を有するフレームと、を備え、前記ロータが前記フレームの複数の前記アーム部の長手方向の途中に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の測定用飛行体。
5. 前記測定部が、ＧＰＳ受信機、温度計、湿度計、気圧計、二酸化炭素濃度計、放射線測定器の少なくともいずれか１以上を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の測定用飛行体。
6. 前記測定部が収容される筐体が、前記温度計の取付位置を覆う遮蔽部と、前記遮蔽部の周囲に配置された複数の通気孔と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の測定用飛行体。
7. 前記測定部が収容される筐体が、前記気圧計の取付位置をシールドするシールド部と、前記シールド部の周囲に配置された複数の通気孔と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載の測定用飛行体。
8. 前記送信部が、直交して配設された２本のアンテナを備えたことを特徴とする請求項１乃至７の内いずれか１項に記載の測定用飛行体。

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