JP2015212139A - プロペラ保護用の取外し可能なバンパを有する回転翼無人機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、クアッドリコプター・タイプの無人機用に新規のタイプの保護具を提案することである。【解決手段】無人機（１０）は、無人機本体（１２）と、プロペラ（１８）を駆動する複数の推進ユニット（１６）とを備える。取外し可能な側方バンパ（２２）がプロペラの回転領域を越えて延在し、各バンパは、同じ側の推進ユニットに連結アーム（２４）によって連結され、各アームは、モータの胴部（２６）上に装着するためのクランプをそれらの端部に有する１対の弾性変形可能な細長いブレードを備える。中央領域に加えられる横向きの外力の作用の下で、２つのブレードを互いに近付く方向に変形させて装着／取外し位置に向かわせることができ、その装着／取外し位置では、梃子作用によってクランプを開き、それによって、バンパ・アームを推進ユニットに固定し、また逆に、単に横向きの力を連結アームに印加することによって、胴部からクランプを切り離すことによりバンパを装着する／取り外す。【選択図】図１

Description

本発明は、クアッドリコプター（quadricopter：４翼ヘリコプター）などの回転翼無人機（drone：ドローン）に関する。その種の無人機は、無人機本体と、それぞれのモータにより駆動されるプロペラをそれぞれ有する複数の推進ユニットとを備える。各推進ユニットは、それぞれのアームの先端に搭載されて、無人機本体に連結される。そのような無人機の典型例は、パリのＰａｒｒｏｔ ＳＡ社のＡＲ．Ｄｒｏｎｅ２．０である。

無人機の機動中、特に、無人機が比較的限られた空間内で使用されているとき、障害物にぶつかって受ける恐れのある衝撃からプロペラを防護し、また逆に、無人機が人や物体に近付きそれに触れる場合に、その人や物体がこれらプロペラに接触するのを防止することが望ましい。

当然ながら、無人機は、プロペラの回転を邪魔されたことによるであろうモータのあらゆる回転異常を検出し、それによって、モータへの動力供給を即座に停止してそれ以上の状況の悪化を回避することのできる手段を備えている。しかし、無人機が障害物をちょっと擦っただけのように、軽い衝撃の場合、この極端な解決策は過剰になり得る。

これらの理由により、無人機は、一般に、プロペラと同じ高さに装着され、これらプロペラの回転領域を越えて水平面内に延在する保護フェアリングを備える。クアッドリコプターの場合、特に上記のＡＲ．Ｄｒｏｎｅ２．０の場合、このフェアリングは、成型発泡プラスチック材から製作され、無人機を全側面で取り囲む単体の冠の形態であり、プロペラが回転する４つの領域に対応する、一体に組み合わされた４つのリングを有する。このユニットは、無人機本体用の保護外殻と一体であり、また、使用者が、危険のない開放空間で保護具なしに無人機を操縦することを望むとき、完全に取り外すことができる。

特許文献１は、取外し可能な保護フェアリングを備える、同様なタイプのクアッドリコプターを開示する。

取外し可能または不可能なさらに別の構成の保護フェアリングが、特許文献２、特許文献３または特許文献４に記載されている。

成型フェアリングの形態の保護具は、バンパとして極めて有効である。他方、それに欠点がない訳ではない。

第１に、無人機にこの保護フェアリングを装備すると、フェアリングによる質量の付加と無人機の速い変位に対してフェアリングが加える抗力の増加との両方に起因して、無人機の空力性能が、特に水平面内で、顕著に低下する。それ故、使用者は、しばしば、保護フェアリングなしに無人機を操作することを選択し、その結果、プロペラによる衝撃の危険性を伴う。

第２に、フェアリングを取り外したとき、フェアリングは、一体に組み込まれた４つのリングを有し無人機本体の保護外殻に連結されているその形状ゆえに、大きくて扱いにくい。さらに、使用者の意向で２つの保護／非保護構成を可能にするためには、使用者は、保護フェアリング、すなわち４つのリングを有する外殻を含む保護フェアリングと、および非保護構成の無人機本体に装着することを意図した外殻のみとの両方を持ち運ばなければならない。

米国特許出願公開第２０１４／０９９８５３Ａ１号 独国実用新案第２０ ２０１３ １０１ １７０Ｕ１号 中国公開特許第１０２３８１４７１Ａ号 欧州特許出願公開第１ ２４５ ２５７Ａ２号

したがって、下記の全ての要件を満足することによって今まで提案されたものよりさらに機能的である、クアッドリコプター・タイプの回転翼無人機用の保護手段を得る必要が依然として存在する。すなわち、
− 取外し可能特性、それによって、使用者が保護具あり／なしの無人機構成にすることを選択することができること、
− 工具を使用せずに保護具を簡単に着脱できること、
− 保護具が装着されたときに無人機の性能に負担を掛けないような最小限の質量、したがって、保護具の剛性および強靭性を低下させることなしに、機械的構造およびシステムを厳密に最小限に抑えること、
− 最低限の大きさ、それによって、使用者が保護具を使用していないが手の届く範囲内に置いておくとき使用者の邪魔にならないこと、
− 保護構成の無人機の運動の速度を落とさないように、保護具の存在による付加抗力を最小限に低減させること、
− 回転翼の揚力への影響の最小化、すなわち、プロペラの下方に位置する部品の表面を、空力特性を擾乱しないように可能な限り減少させる必要があること
である。

本発明の目的は、それら全ての目標を達成することができる、クアッドリコプター・タイプの無人機用の新規のタイプの保護具である。

本発明は、上記の目的のために、無人機本体と、無人機本体から離れてそれぞれの支持アームの先端に装着された複数の推進ユニットであって、各推進ユニットが、プロペラを駆動するモータを備え、垂直胴部を備える推進ユニット・ケースを有する、複数の推進ユニットと、プロペラを保護するための取外し可能な手段とを、特に上記の特許文献１からそれ自体は既知の方式で、具備するような無人機を提案する。

本発明の特徴は、
− プロペラを保護する取外し可能な手段が、水平面内でプロペラの回転領域を越えて延在する取外し可能な側方バンパを備え、各バンパが、無人機の同じ側に位置する推進ユニットに、それぞれの連結アームによって連結され、
− 各連結アームが、その近位端に、推進ユニットの胴部への装着用のクランプを備え、
− 装着用のクランプが、平行な母線に沿う両辺を有し軸方向に延在する、近位側に形成されたノッチによって切れ目の入った弾性変形可能な円筒形チューブを備え、その装着用のクランプのチューブの内径が、推進ユニットの胴部の直径より小さく、
− 装着用のクランプが弾性変形される装着／取外し位置でのノッチの横幅が、プロペラ・ユニットの胴部の直径より大きく、それによって、クランプを胴部の周りに挿入し、次いでクランプによって胴部を緊締してバンパ・アームを推進ユニットに固定することが可能になり、逆に、クランプを胴部から分離させることによってバンパを取り外すことが可能になる
ことである。

様々な有利な従属的特徴によれば、
− 各連結アームが、１対の弾性変形可能で細長いブレードまたはロッドを備え、ブレードまたはロッドが、一方の、無人機本体の方に向いているバンパの領域でブレードがバンパに連結される、連結アームの遠位端と、他方の、ブレードが装着用のクランプに連結される、連結アームの近位端との間で、互いに離隔して共通の方向に延在し、
− ２つのブレードが、ブレードの中央領域に加えられるアームを互いに近付ける方向の横向きの外力の作用の下で、前記装着／取外し位置に向かって弾性変形するようになされており、装着／取外し位置では、両ブレードを互いに近付けることにより、ブレードの近位端で、梃子作用によって、ノッチの両辺を離れさせる方向にクランプ・チューブに応力を生じさせ、次いで、アームに加える横向きの力を緩めて、胴部周りにクランプを緊締させ、それによってバンパ・アームを推進ユニットに固定し、また逆に、単に横向きの力を連結アームに印加することによって、胴部からクランプを分離することによりバンパを装着し／取り外し、
− ブレードの断面が矩形であり、断面の最大寸法が、推進ユニットのプロペラの回転軸に平行に配向され、
− １対のブレードおよび装着用のクランプを備える連結アームが、プラスチック材から製作される単体部品であり、
− クランプの円筒形チューブの断面が、弾性ヒンジを形成する中央部分の両側に延在する２つの分枝を備えるＣ字形を有し、ブレードが、Ｃ字のそれぞれの分枝に分枝の中央領域で連結され、
− 無人機が、無人機本体の両側に２つずつ配置された４つの推進ユニットを備えるクアッドリコプターであり、無人機が、無人機本体に対して対称に配置された２つの取外し可能な側方バンパを備え、各バンパが、無人機本体の同じ側に配置されたそれぞれの推進ユニットに連結するための２つのアームを備える。

本発明による保護バンパを備える無人機の透視図である。 特に無人機に連結し固定する手段を示す、分離状態で示したバンパの透視図である。 特に連結アームおよび固定クランプの構造を示す、図２のバンパの部分拡大上視図である。

ここで、本発明の例示的実施形態が、添付図面を参照して説明される。それら諸図面を通して、同じ参照符号は、同一または機能的に同様な構成要素を示す。

図１には、中央に無人機本体１２を有し、その無人機本体から４本の支持アーム１４が放射状に延在する、クアッドリコプター・タイプの無人機１０が示される。各支持アーム１４には、その遠位端に、支持アーム１４の上方の水平面内に延在するプロペラ１８を回転させるモータを備える推進ユニット１６が装備されている。その下側部分で、推進ユニット１６は、無人機が停止したときそれによって地上に静止することができる着地用Ｕ形具（footing stirrup:フッティングスターラップ）２０に続いている。

プロペラを確実に保護するために、無人機は、無人機本体１２に対して対称に配置された取外し可能な２つの側方バンパ２２を備える。バンパは、細長い形状を有し、水平面内で、プロペラ１８の回転の領域を越えて延在し、それによって主として側方の衝突に対する保護を確実に行い、したがって、無人機が誤って側方に運動した場合に、障害物があればそれとプロペラ１８との間にバンパ２２が介在することになり、それらプロペラ１８を保護する。また、バンパ２２が障害物と接触すると、無人機を側方に跳ね返す効果があり、無人機を障害物から離間させるように働く。

バンパ２２の前方での範囲は、無人機の前方カメラ（それは広角カメラである）の視野に入らないように制限され、後方では、バンパ２２は、後方のプロペラの一部分を覆う僅かに丸くなった部分で延出してもよく、それによって、無人機が後ろ向きに動いた場合に後方のプロペラを保護する。

２つのバンパ２２のそれぞれは、同じ側に位置する２つの推進ユニット１６に、対応する１対の連結アーム２４を介して連結され、連結アーム２４の近位端（無人機本体１２から最も近い）が、推進ユニット１６の協働部分２６、たとえばその推進ユニット１６のケースの垂直円筒形胴部上に嵌っている。

図２は、一方のバンパ２２の構造（他方は対称である）、特に、連結アーム２４の構造、およびそれらが推進ユニットの胴部に装着される手段の構造をより詳細に示す。

有利には、連結アーム２４のそれぞれは、実質的に平行な２本のブレードまたはロッド２８を含み、それらブレードまたはロッド２８は、一方の、無人機本体の方に向いているバンパの領域でそれらブレードまたはロッド２８がバンパ自体に連結される遠位端３０と、推進ユニットの胴部への装着用のクランプを形成する手段３２を備える近位端との間に延在する。この装着用クランプは、近位側（推進ユニットの方へ向いた側）のノッチ３６によって切れ目の入った円筒形チューブ３４を備え、このノッチは、チューブ３４の平行な垂直母線に対応する両辺によって形成される。

ブレード２８は、有利には、その最大寸法が垂直方向、すなわちプロペラ軸に平行に配向された矩形断面からなり、その結果、バンパが無人機に装着されたときプロペラ１８の下に来るそれらブレードの存在が、プロペラの空力特性を乱す可能性が小さくなり、したがって、無視し得る揚力損失しか誘起しない。

バンパ２２自体は、たとえば、発泡ポリプロピレンから製作され、比較的大体積だが低質量の部品を製作することを可能にし、また、連結アーム２４は、たとえばＡＢＳなど、弾性変形可能なプラスチック材料から製作された単体部品であり、ブレード２８および装着用クランプ３２の円筒形チューブ３４によって形成されるユニットは、一体成型要素である。

図３は、連結アームの構造、およびブレード２８の締め付けによって装着用クランプ３２を操作する方法を、上視図でより明確に示す。

装着用クランプ３２は、上視図で、内径ＤのＣ字形断面を有し、内径Ｄは、クランプ３２がその上に配置される推進ユニットの円筒形胴部２６の直径より僅かに小さい。Ｃ字形断面は、弾性ヒンジを形成する中心部分４０から延在する２つの分枝３８を備える。クランプ３２の変形を可能にするために、両分枝３８は、各分枝３８の中央領域４４で、それぞれのブレード２８の近位端４２に連結されている。それぞれのブレード２８の反対側の遠位端４６はバンパ２２に連結され、それによって、それらは、機械的に、単体ユニットを構成する。

装着用クランプ３２の操作は、以下のように行われる。

クランプを開くために、使用者は、ブレード２８の中央領域５０のそれぞれに、それらの共通軸Δに向かって互いに近付く方向に横向きの外力４８を印加する。ブレード２８を構成する材質の弾性変形可能な特性によって、それらブレード２８が、２８’の破線に示すように変形させられ、その結果、分枝３８の中央領域４４に加わる梃子作用によって、それら分枝３８を３８’の破線に示すように変形させ、その結果、それら分枝３８の自由端間の間隔をｅ_１からｅ_２へ増加させる。ブレード２８を完全に締め付けると（すなわち、それらブレードがその内面で互いに接触すると）、分枝３８の自由端間の間隔ｅ_２が推進ユニットの胴部２６の直径より大きくなり、それによって、工具を使用せずに、装着用クランプ３２を難なく取り付けまたは取り外すことができ、それぞれの連結アーム２４を推進ユニット１６に固定することができるように、全体が設計される。推進ユニット１６の胴部２６の周りにクランプ３２の位置を定めた後、２つのブレード２８を解放すると、分枝３８が互いに近付くように作用し、直径Ｄが胴部の外径より僅かに小さいことに起因して、分枝３８が胴部２６を隙間なく緊締する。

Claims (6)

1. 無人機本体（１２）と、
   前記無人機本体から離れてそれぞれの支持アーム（１４）の先端に装着された複数の推進ユニット（１６）であって、各推進ユニットが、プロペラ（１８）を駆動するモータを備え、垂直胴部（２６）を備えるプロペラ・ユニット・ケースを有する、複数の推進ユニット（１６）と、
   前記プロペラを保護するための取外し可能な手段と
   を具備するクアッドリコプター・タイプの回転翼無人機（１０）であって、
   前記プロペラを保護する前記取外し可能な手段は、水平面内で前記プロペラの回転領域を越えて延在する取外し可能な側方バンパ（２２）を備え、各バンパは、前記無人機の同じ側に位置する前記推進ユニットに、それぞれの連結アーム（２４）によって連結され、
   各連結アームは、その近位端（４２）に、前記推進ユニットの胴部への装着用のクランプ（３２）を備え、
   前記装着用のクランプ（３２）は、平行な母線に沿う両辺を有し軸方向に延在する、近位側に形成されたノッチ（３６）によって切れ目の入った弾性変形可能な円筒形チューブ（３４）を備え、前記装着用のクランプの前記チューブの内径（Ｄ）は、前記推進ユニットの胴部の直径より小さく、
   前記装着用のクランプ（３２）が弾性変形される装着／取外し位置での前記ノッチ（３６）の横幅（ｅ_２）は、前記プロペラ・ユニットの胴部の直径より大きく、それによって、前記クランプを前記胴部の周りに挿入し、次いで前記クランプによって前記胴部を緊締して前記バンパ・アームを前記推進ユニットに固定することが可能になり、逆に、前記クランプを前記胴部から分離することによって前記バンパを取り外すことが可能になる、無人機。
2. 各連結アームが、１対の弾性変形可能なブレード（２８）またはロッドを備え、前記ブレード（２８）または前記ロッドが、一方の、前記無人機本体の方に向いている前記バンパの領域（３０）で前記ブレード（２８）が前記バンパに連結される、前記連結アームの遠位端（４６）と、他方の、前記ブレード（２８）が前記装着用のクランプ（３２）に連結される、前記連結アームの近位端（４２）との間で、互いに離隔して共通の方向（Δ）に延在し、
   前記２つのブレードが、前記ブレードの中央領域（５０）に加えられる前記アームを互いに近付ける方向の横向きの外力（４８）の作用の下で、前記装着／取外し位置に向かって弾性変形するようになされており、前記装着／取外し位置では、両ブレードを互いに近付けることにより（２８’）、前記ブレードの近位端で、梃子作用によって、前記ノッチ（３６）の前記両辺を離れさせる方向に前記クランプ・チューブに応力を生じさせ、次いで、前記アームに加える前記横向きの力を緩めて、前記胴部周りに前記クランプを緊締させ、それによって前記バンパ・アームを前記推進ユニットに固定し、また逆に、単に横向きの力を前記連結アームに印加することによって、前記胴部から前記クランプを分離することにより前記バンパを装着する／取り外す、
   請求項１に記載の無人機。
3. 前記ブレード（２８）の断面が矩形であり、前記断面の最大寸法が、前記推進ユニットのプロペラの回転軸に平行に配向される、請求項２に記載の無人機。
4. 前記対のブレード（２８）および前記装着用のクランプ（３２）を備える前記連結アームが、プラスチック材から製作される単体部品である、請求項２に記載の無人機。
5. 前記クランプの前記円筒形チューブの断面が、弾性ヒンジを形成する中央部分（４０）の両側に延在する２つの分枝（３８）を備えるＣ字形を有し、前記ブレードが、前記分枝の中央領域（４４）で前記Ｃ字のそれぞれの前記分枝に連結される、請求項２に記載の無人機。
6. 前記無人機が、前記無人機本体（１２）の両側に２つずつ配置された４つの推進ユニット（１６）を備えるクアッドリコプターであり、前記無人機が、前記無人機本体に対して対称に配置された２つの取外し可能な側方バンパ（２２）を備え、各バンパが、前記無人機本体の同じ側に配置されたそれぞれの前記推進ユニット（１６）に連結するための２つのアーム（２４）を備える、請求項１に記載の無人機。

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