JP2016135660A - Aircraft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の回転翼を有する飛行体に関する。 The present invention relates to an aircraft having a plurality of rotor blades.
メインロータとテールロータを備える従来の回転翼機(ヘリコプタ)では、ロータの回転数や仰角などの複数の制御入力がそれぞれ連成しているため、制御モデルが複雑であり、制御が困難であった。これに対して、二重反転ロータ機構は、テールロータを必要としない。二重反転ロータ機構では、ヨー方向の反力を伴うことなく、推力を発生させることができる。 In a conventional rotary wing aircraft (helicopter) equipped with a main rotor and a tail rotor, the control model is complex and difficult to control because multiple control inputs such as the rotational speed and elevation angle of the rotor are coupled to each other. It was. In contrast, the counter rotating rotor mechanism does not require a tail rotor. The counter rotating rotor mechanism can generate a thrust without a reaction force in the yaw direction.
たとえば、特許文献1に記載された飛翔ロボットでは、二重反転ロータ機構を採用することにより、2つの回転翼で生じる反動トルクを打ち消している。また、この飛翔ロボットは、X方向まわり及びY方向まわりにおいて、機体の上部を機体の下部に対して傾斜させる傾斜調整機構を備えており、機体の重心を移動可能にしている。
For example, in the flying robot described in
一方、6枚のロータを備える飛行体が検討されている。たとえば、非特許文献1に記載された飛行体では、機体の中心を通る同一平面上に6枚のロータの中心が位置するよう、ロータが配置されている。非特許文献1に記載された別の形態では、機体の中心の上と下を通る平行な2つの平面のそれぞれに3枚のロータの中心が位置するよう、ロータが配置されている。非特許文献1に記載された各種の飛行体では、互いに直交する3つの平面のそれぞれに、一対のロータ(すなわち2枚のロータ)の回転面が位置している。
On the other hand, an aircraft including six rotors has been studied. For example, in the flying object described in Non-Patent
上記のように、従来の飛行体において、機構の簡易化や制御性の向上が試みられてきた。しかし、特許文献1に記載された飛行体では、姿勢と並進方向の移動とを独立に制御することは難しく、並進移動を行うためには姿勢を変動させなければならない。また、姿勢を変動させることが目的であっても、姿勢を変動させると並進方向の移動が生じてしまっていた。そのため、飛行体が狭所で移動する際に、移動に伴って意図しない姿勢変動が生じ、飛行体が障害物と衝突するおそれがあった。また、飛行体に搭載されたロボットが外界の構造物等との接触を伴う作業を行う際に、その構造物から受ける反力によって、飛行体が安定した飛行を維持できなくなるおそれがあった。非特許文献1に記載された飛行体では、制御が複雑になってしまう。
As described above, attempts have been made to simplify the mechanism and improve the controllability of the conventional aircraft. However, in the flying object described in
本発明は、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を容易に実現できる飛行体を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the flying body which can implement | achieve the exercise | movement which requires high maneuverability, such as a narrow work and contact with the external environment, easily.
本発明の一形態に係る飛行体は、複数のロータの回転軸線である第1軸線、第2軸線および第3軸線が、本体に対して定まった位置に配置された飛行体であって、第1軸線上に回転中心が配置されて逆のピッチを有し、第1軸線に直交する回転面をそれぞれ有する第1の一対のロータと、第2軸線上に回転中心が配置されて逆のピッチを有し、第2軸線に直交する回転面をそれぞれ有する第2の一対のロータと、第3軸線上に回転中心が配置されて逆のピッチを有し、第3軸線に直交する回転面をそれぞれ有する第3の一対のロータと、第1の一対のロータ、第2の一対のロータおよび第3の一対のロータの回転数をそれぞれ独立して制御可能な制御部と、を備え、第1軸線、第2軸線および第3軸線は、同一平面上に存在せず、互いに非平行である。 A flying object according to an aspect of the present invention is a flying object in which a first axis, a second axis, and a third axis, which are rotation axes of a plurality of rotors, are arranged at fixed positions with respect to a main body. A rotation center is disposed on one axis and has a reverse pitch, a first pair of rotors each having a rotation surface orthogonal to the first axis, and a rotation center is disposed on the second axis and a reverse pitch. And a second pair of rotors each having a rotation surface orthogonal to the second axis, and a rotation surface having a reverse pitch with a rotation center disposed on the third axis and having a rotation pitch orthogonal to the third axis. A first pair of rotors, and a control unit capable of independently controlling the rotation speeds of the first pair of rotors, the second pair of rotors, and the third pair of rotors, respectively, The axis, the second axis, and the third axis do not exist on the same plane and are non-flat. It is.
この飛行体によれば、3対すなわち6枚のロータは、同一平面上に存在しない3本の回転軸線上で放射状に配置される。第1の一対のロータは逆のピッチを有しており、制御部によって制御されて、それぞれ任意の回転数で第1軸線を中心に回転する。一方のロータの回転数をω1、他方のロータの回転数をω2とすると、第1軸線方向の推力Fは、回転数の二乗の和である(ω1 2+ω2 2)に比例する。第1軸線を中心とする回転方向のモーメントMは、回転数の二乗の差である(ω1 2−ω2 2)に比例する。すなわち、下記の式(1)が成立する。
式(1)より、この行列Tには逆行列が存在することがわかる。よって、第1軸線に関して、推力FとモーメントMは独立に制御可能である。これと同様に、第2軸線と第3軸線に関しても、推力とモーメントは独立に制御可能である。このように、同一平面上に存在せず非平行な第1軸線、第2軸線および第3軸線のそれぞれに関して、並進および回転の運動が独立に制御可能である。よって、飛行体は、6自由度で飛行可能であり、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を容易に実現できる。 From equation (1), it can be seen that an inverse matrix exists in this matrix T. Therefore, the thrust F and moment M can be controlled independently with respect to the first axis. Similarly, the thrust and moment can be controlled independently with respect to the second axis and the third axis. As described above, the translational and rotational motions can be independently controlled with respect to each of the first axis, the second axis, and the third axis that are not on the same plane and are non-parallel. Therefore, the flying object can fly with six degrees of freedom, and can easily realize a movement requiring high maneuverability such as working in a narrow place or contact with the outside world.
いくつかの形態において、第1軸線、第2軸線および第3軸線は、互いに垂直な方向に延びている。この場合、第1軸線、第2軸線および第3軸線は、直交座標系を構成する。いずれの回転軸線周りにおいても高速かつ高精度な制御が可能になる。 In some forms, the first axis, the second axis, and the third axis extend in directions perpendicular to each other. In this case, the first axis, the second axis, and the third axis constitute an orthogonal coordinate system. High-speed and high-precision control can be performed around any rotation axis.
いくつかの形態において、第1軸線、第2軸線および第3軸線のそれぞれは斜交座標系をなしている。この場合、全ロータが基準線周りの運動(特に、基準線方向の推力)に大きく寄与するため、基準線方向の運動に関して効率が高められる。 In some embodiments, each of the first axis, the second axis, and the third axis forms an oblique coordinate system. In this case, since all the rotors greatly contribute to the movement around the reference line (in particular, the thrust in the reference line direction), the efficiency with respect to the movement in the reference line direction is increased.
いくつかの形態において、第1軸線、第2軸線および第3軸線は、一点で交差している。この場合、推力およびモーメント(すなわちトルク)を得やすくなる。 In some forms, the first axis, the second axis, and the third axis intersect at one point. In this case, it becomes easy to obtain thrust and moment (that is, torque).
いくつかの形態において、第1軸線、第2軸線および第3軸線は本体を通っており、本体は、第1の一対のロータの間に位置し、かつ第2の一対のロータの間に位置し、かつ第3の一対のロータの間に位置している。この場合、飛行体の重心を6枚のロータの中央に位置させることができるので、簡易な制御が可能になる。しかも、効率が高められる。 In some forms, the first axis, the second axis, and the third axis pass through the body, the body is located between the first pair of rotors and between the second pair of rotors. And located between the third pair of rotors. In this case, since the center of gravity of the flying object can be positioned at the center of the six rotors, simple control becomes possible. Moreover, efficiency is increased.
本発明によれば、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exercise | movement which requires high mobility, such as a narrow work and contact with the external world, is realizable.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。以下の説明では、本発明が、無人航空機(Unmanned Aerial Vehicle、以下、UAVという)に適用される場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. In the following description, the case where the present invention is applied to an unmanned aerial vehicle (hereinafter referred to as UAV) will be described.
図1に示されるように、本実施形態の飛行体1は、中央に配置されたペイロード部(本体)2と、ペイロード部2に対して固定されて外方に延びる6本のフレーム3と、フレーム3の先端部に取り付けられた6枚のロータ10とを備える。すなわち飛行体1は、6枚のロータ10を備えるマルチロータ機(回転翼機)である。UAVである飛行体1は、回転および並進方向の運動を合わせた6自由度での運動成分を独立に発生可能になっている。したがって、飛行体1では、狭隘部での飛行や接触作業を伴う飛行が可能になっている。
As shown in FIG. 1, the
図1および図2(a)に示されるように、飛行体1のロータ10は、立方体の各面の中心に配置された第1ロータ11と、第2ロータ12と、第3ロータ13と、第4ロータ14と、第5ロータ15と、第6ロータ16とからなる。これらの第1ロータ11〜第6ロータ16の間に、ペイロード部2が配置されている。ロータ10の配置の詳細については、後述する。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2 (a), the
図3に示されるように、ペイロード部2には、飛行体1の各部を制御するための制御部20と、飛行体1の各部を駆動するための電源であるバッテリ21と、各部に電源を供給するための電源基板22とが搭載されている。各フレーム3の先端部には、第1ロータ11〜第6ロータ16のそれぞれを回転させるモータ31〜36が取り付けられている。ペイロード部2には、これらのモータ31〜36の回転数を制御するための、6個のモータアンプ30が搭載されている。各モータアンプ30には、電源基板22を介してバッテリ21から電源が供給される。各モータアンプ30は、制御部20によって制御されて、モータ31〜36が所定の回転数および回転方向で回転するように、モータ31〜36に電流を供給する。
As shown in FIG. 3, the
制御部20は、たとえばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、およびRAM(Random Access Memory)等のハードウェアと、ROMに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。制御部20は、たとえば地上で操作される送信機(図示せず)と無線で通信可能になっている。制御部20は、送信機からの指令を受け、飛行体1の現在の位置および姿勢に基づいて、所定(目標)の位置、姿勢または動作にて飛行体1を飛行させるよう、モータアンプ30を介してモータ31〜36のそれぞれを制御する。制御部20は、第1ロータ11、第2ロータ12、第3ロータ13、第4ロータ14、第5ロータ15および第6ロータ16の回転数をそれぞれ独立して制御可能である。なお、図3において、実線は電源系統を示し、破線は通信系統(制御系統)を示している。
The
ペイロード部2には、各種のセンサ類23が搭載されている。これらのセンサ類23は、飛行体1の位置および姿勢などを推定するための機器である。図3に示される例では、たとえば、ジャイロセンサ24、GPS(Global Positioning System)25および気圧センサ26が設けられている。これらのセンサ類23は、測定結果を示すデータを制御部20に出力する。制御部20は、センサ類23から出力されたセンサデータに基づき、たとえば適当な推定アルゴリズム等を用いて、飛行体1の現在の位置および姿勢を推定する。
上記した機器の他にも、ペイロード部2には、たとえばカメラやロボットアーム等の追加機器が搭載され得る。ペイロード部2に搭載される機器は、飛行体1に求められる飛行や作業に応じて、適宜変更され得る。ペイロード部2に搭載される機器の位置および重量によって、ペイロード部2の重量および重心の位置は変化し得る。飛行体1では、ペイロード部2の重量および重心の位置を考慮して、第1ロータ11〜第6ロータ16が回転制御される。
In addition to the above-described devices, the
次に、図4を参照して、制御部20における制御則の一例について説明する。制御部20は、飛行体1の目標位置および/または目標姿勢を取得する。また、制御部20は、ペイロード部2のセンサ類23から出力されるセンサデータに基づいて飛行体1の現在の位置および姿勢を取得する。制御部20は、力学計算を行うことにより、目標位置および/または目標姿勢を実現するための目標推力および目標トルクを算出する。図4において、FxはX軸方向の推力、FyはY軸方向の推力、FzはZ軸方向の推力を表す。MxはX軸周りのモーメント、MyはY軸周りのモーメント、MzはZ軸周りのモーメントを表す。
Next, an example of a control law in the
第1ロータ11〜第6ロータ16の回転数をそれぞれω1〜ω6とすると、どのようにロータを回転させたときに、どのような推力およびモーメントが得られるかは、伝達関数Tを用いて、下記の式(2)で表される。
第1ロータ11〜第6ロータ16の配置・構成に独自の工夫がなされた飛行体1では、伝達関数Tに逆行列が存在する。よって、目標の推力およびトルクに応じて、下記の式(3)を用いて、ロータの回転速度を算出することができる。
図1および図2に戻り、第1ロータ11〜第6ロータ16の配置および構成について詳細に説明する。飛行体1は、3本の回転軸線A1〜A3を有している。飛行体1では、3本の回転軸線A1〜A3は、互いに垂直な方向に延びている。
Returning to FIG. 1 and FIG. 2, the arrangement and configuration of the
より詳細には、第1ロータ11および第2ロータ12(第1の一対のロータ)は、立方体のZ軸方向に対向する2面に沿って配置されている。すなわち、第1ロータ11および第2ロータ12の回転面は、当該2面に平行である。第1ロータ11の回転中心11aと第2ロータ12の回転中心12aとは、第1軸線A1上に配置されている。第1軸線A1は、Z軸方向に平行である。第1軸線A1を構成する2本のフレーム3,3は、ペイロード部2に対して位置が定まるように固定されている。第1ロータ11および第2ロータ12の回転面は、第1軸線A1に直交している。
More specifically, the
第3ロータ13および第4ロータ14(第2の一対のロータ)は、立方体のY軸方向に対向する2面に沿って配置されている。すなわち、第3ロータ13および第4ロータ14の回転面は、当該2面に平行である。第3ロータ13の回転中心13aと第4ロータ14の回転中心14aとは、第2軸線A2上に配置されている。第2軸線A2は、Y軸方向に平行である。第2軸線A2を構成する2本のフレーム3,3は、ペイロード部2に対して位置が定まるように固定されている。第3ロータ13および第4ロータ14の回転面は、第2軸線A2に直交している。
The
第5ロータ15および第6ロータ16(第3の一対のロータ)は、立方体のX軸方向に対向する2面に沿って配置されている。すなわち、第5ロータ15および第6ロータ16の回転面は、当該2面に平行である。第5ロータ15の回転中心15aと第6ロータ16の回転中心16aとは、第3軸線A3上に配置されている。第3軸線A3は、X軸方向に平行である。第3軸線A3を構成する2本のフレーム3,3は、ペイロード部2に対して位置が定まるように固定されている。第5ロータ15および第6ロータ16の回転面は、第3軸線A3に直交している。
The
このように、第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3は、同一平面上には存在しておらず、互いに非平行である。さらには、第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3は、立方体の中心点で交差している。言い換えれば、第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3の交点から、各ロータ11〜16の回転中心11a〜16aまでの距離は、等しくなっている。第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3は、ペイロード部2の領域を通っている。ペイロード部2は、第1ロータ11および第2ロータ12の間に位置し、かつ、第3ロータ13および第4ロータ14の間に位置し、かつ、第5ロータ15および第6ロータ16の間に位置している。
Thus, the first axis A1, the second axis A2, and the third axis A3 do not exist on the same plane and are not parallel to each other. Furthermore, the first axis A1, the second axis A2, and the third axis A3 intersect at the center point of the cube. In other words, the distances from the intersections of the first axis A1, the second axis A2, and the third axis A3 to the rotation centers 11a to 16a of the
第1ロータ11および第2ロータ12は、逆のピッチを有している。第3ロータ13および第4ロータ14は、逆のピッチを有している。第5ロータ15および第6ロータ16は、逆のピッチを有している。これらのピッチの大きさは等しい。なお、これらのピッチの大きさは異なっていてもよいが、等しいピッチである方が、制御部20における計算が容易である。
The
そして、第1ロータ11および第2ロータ12は、制御部20によってモータ31およびモータ32が回転制御されることにより、第1軸線A1に関して反対方向に回転可能である。第3ロータ13および第4ロータ14は、制御部20によってモータ33およびモータ34が回転制御されることにより、第2軸線A2に関して反対方向に回転可能である。第5ロータ15および第6ロータ16は、制御部20によってモータ35およびモータ36が回転制御されることにより、第3軸線A3に関して反対方向に回転可能である。なお、第1ロータ11および第2ロータ12、第3ロータ13および第4ロータ14、第5ロータ15および第6ロータ16は、それぞれの軸線A1,A2,A3に関して同方向にも回転可能になっている。
The
本実施形態の飛行体1によれば、3対すなわち6枚のロータ11〜16は、同一平面上に存在しない3本の回転軸線A1,A2,A3上で放射状に配置される。第1ロータ11と第2ロータ12は逆のピッチを有しており、制御部20によって制御されて、それぞれ任意の回転数で第1軸線A1を中心に回転する。第1ロータ11の回転数をω1、第2ロータ12の回転数をω2とすると、第1軸線A1方向の推力Fは、回転数の二乗の和である(ω1 2+ω2 2)に比例する。第1軸線A1を中心とする回転方向のモーメントMは、回転数の二乗の差である(ω1 2−ω2 2)に比例する。すなわち、下記の式(1)が成立する。
式(1)より、この行列Tには逆行列が存在することがわかる。よって、第1軸線A1に関して、推力FとモーメントMは独立に制御可能である。これと同様に、第2軸線A2と第3軸線A3に関しても、推力とモーメントは独立に制御可能である。このように、同一平面上に存在せず非平行な第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3のそれぞれに関して、並進および回転の運動が独立に制御可能である。飛行体1では、従来の二重反転ロータを利用しているので、容易な制御が可能である。このように、飛行体1は、6自由度で飛行可能であり、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を容易に実現できる。また、飛行体1によれば、モデル化も容易であるため、制御系の構築が容易であり、高速かつ高精度な制御が可能になる。
From equation (1), it can be seen that an inverse matrix exists in this matrix T. Therefore, the thrust F and the moment M can be controlled independently with respect to the first axis A1. Similarly, the thrust and moment can be independently controlled with respect to the second axis A2 and the third axis A3. As described above, the translational and rotational motions of the first axis A1, the second axis A2, and the third axis A3 that are not on the same plane and are not parallel can be independently controlled. In the
飛行体1における具体的な駆動例について説明する。まず、単純なホバリングを行うには、Z軸方向の推力であるFzのみが、重力に打ち勝つために発生すればよい。よって、第1ロータ11と第2ロータ12を逆方向に同じ回転数で回転させることにより、ホバリングが可能になる。
A specific driving example in the flying
たとえばY軸方向に移動する場合には、上記のホバリング状態から、更に第3ロータ13と第4ロータ14を逆方向に同じ回転数で回転させれば、Y軸方向の推力Fyが発生して、並進移動が可能になる。
For example, when moving in the Y-axis direction, if the
たとえばX軸周りに回転する場合には、上記のホバリング状態で、第3ロータ13と第4ロータ14を同方向に同じ回転数で回転させれば、ロータの反力トルクによって、X軸周りの回転を行うことが可能になる。同時に、第5ロータ15と第6ロータ16のロータ対が鉛直方向(Z軸方向)を向くにつれ、第1ロータ11と第2ロータ12の回転数を低減させ、第5ロータ15と第6ロータ16の回転数を増大させる。このような制御によって、ホバリング状態を維持したまま、機体姿勢の変更が可能になる。
For example, when rotating around the X axis, if the
従来の飛行体では、4自由度(すなわち、鉛直方向の加速度と、ロール、ピッチおよびヨー方向の角加速度)の運動を操作して6自由度の状態を実現しようとしていたため、運動の自由度が少なく、所望の位置および姿勢を実現するのが難しかった。たとえば、狭隘部において水平状態で飛行している際、突風によって飛行体が流されそうになった場合、姿勢を維持するために姿勢を変化させる必要があった。姿勢変化の結果、飛行体が構造物に衝突するおそれがあった。また、飛行体を飛行させて接触作業を行う際、ツールを対象に接触させるために飛行体を対象に近づけると、接触に伴って生じる反力により飛行体の姿勢運動が拘束されるおそれがあった。その結果、飛行体の制御が困難になるおそれがあった。 In the conventional flying object, the motion of 4 degrees of freedom (that is, the acceleration in the vertical direction and the angular acceleration in the roll, pitch, and yaw directions) is operated to realize the state of 6 degrees of freedom. It was difficult to achieve a desired position and posture. For example, when flying in a narrow state in a horizontal state, if the flying object is likely to be swept away by a gust of wind, it is necessary to change the posture in order to maintain the posture. As a result of the attitude change, the flying object may collide with the structure. In addition, when performing contact work by flying the flying object, if the flying object is brought close to the object in order to bring the tool into contact with the object, the attitude movement of the flying object may be restrained by the reaction force generated by the contact. It was. As a result, the control of the flying object may be difficult.
この点、本実施形態の飛行体1では、狭隘部において水平状態で飛行している際(図6(a)参照)、突風によって飛行体1が流されそうになった場合でも(図6(b)参照)、姿勢を維持するために姿勢を変化させる必要はない。姿勢を維持できるため、飛行体1が構造物に衝突することが防止される(図6(c)参照)。さらには、飛行体1を飛行させて接触作業を行う際、ツール40を対象に接触させるために飛行体1を対象に近づけた場合でも(図7(a)参照)、接触に伴って生じる反力に応じて、飛行体1の姿勢が維持されるように調整することができる(図7(b)参照)。
In this regard, in the flying
本実施形態の飛行体1によれば、6自由度の入力で6自由度の運動を独立に制御可能であるため、6自由度の状態を実現しやすくなっている。
According to the flying
さらに、第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3は、直交座標系を構成しているため、いずれの回転軸線周りにおいても高速かつ高精度な制御が可能になっている。 Further, since the first axis A1, the second axis A2, and the third axis A3 form an orthogonal coordinate system, high-speed and high-precision control is possible around any rotation axis.
第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3が一点で交差しているため、推力およびモーメント(すなわちトルク)を得やすくなっている。 Since the first axis A1, the second axis A2, and the third axis A3 intersect at one point, it is easy to obtain a thrust and a moment (that is, torque).
ペイロード部2が6枚のロータ10の間に配置される構成によれば、飛行体1の重心をロータ10の中央に位置させることができるので、簡易な制御が可能である。しかも、効率が高められる。
According to the configuration in which the
本発明は、上記した飛行体1のように3本の軸線が必ずしも直交する必要はない。求められる推力の方向および/または回転の方向に応じて、斜交座標系上に3本の軸線を設置してもよい。図2(c)に示される飛行体1Aでは、第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3のそれぞれは、ペイロード部2を通るZ軸方向線(基準線)に対してcosθ=1/√3となる角度(θ≒54.7)をなして延びている。この場合、第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3は、斜交座標系を構成している。第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3の交点から、各ロータ11〜16の回転中心までの距離は、たとえば等しくなっている。また、Z軸方向線に対する、第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3の傾斜角度は、たとえば等しくなっている。
In the present invention, the three axes are not necessarily orthogonal to each other as in the above-described
このような構成を有する飛行体1Aにおいても、飛行体1と同様にして、同一平面上に存在せず非平行な第1軸線A1、第2軸線A2および第3軸線A3のそれぞれに関して、並進および回転の運動が独立に制御可能である。よって、飛行体1は、6自由度で飛行可能であり、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を実現できる。特に、全ロータ11〜16がZ軸方向線周りの運動(特に、鉛直方向の推力)に大きく寄与するため、鉛直方向の運動に関して効率が高められる。ペイロード部2のための空間が確保しやすくなっている。
In the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。飛行体1では、3本の軸線の交点から各ロータの回転中心までの距離が等しい場合について説明したが、各軸線上において、ロータ(もしくはプロペラ)の位置は自由に配置できる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. In the flying
6枚のロータ11〜16の間に本体であるペイロード部2が配置される場合に限られず、6枚のロータの外側に本体が配置されてもよく、6枚のロータのうち一対または二対のロータ間にのみ、本体が配置されてもよい。
The main body is not limited to the case where the
3本の回転軸線は、一点で交差しなくてもよい。2本の回転軸線のみが交差してもよいし、3本の回転軸線のすべてが、ねじれの関係になっていてもよい。 The three rotation axes need not intersect at one point. Only two rotation axes may intersect or all three rotation axes may be in a twisted relationship.
6枚のロータの他に、1枚または複数枚の補助的なロータまたは予備のロータが更に設けられてもよい。本発明は、UAVに適用される場合に限られず、有人航空機に適用されてもよい。 In addition to the six rotors, one or more auxiliary or spare rotors may be further provided. The present invention is not limited to being applied to UAV, and may be applied to manned aircraft.
1 飛行体
2 ペイロード部(本体)
10 ロータ
11 第1ロータ
11a 回転中心
12 第2ロータ
12a 回転中心
13 第3ロータ
13a 回転中心
14 第4ロータ
14a 回転中心
15 第5ロータ
15a 回転中心
16 第6ロータ
16a 回転中心
20 制御部
A1 第1軸線
A2 第2軸線
A3 第3軸線
1
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1軸線上に回転中心が配置されて逆のピッチを有し、前記第1軸線に直交する回転面をそれぞれ有する第1の一対のロータと、
前記第2軸線上に回転中心が配置されて逆のピッチを有し、前記第2軸線に直交する回転面をそれぞれ有する第2の一対のロータと、
前記第3軸線上に回転中心が配置されて逆のピッチを有し、前記第3軸線に直交する回転面をそれぞれ有する第3の一対のロータと、
前記第1の一対のロータ、前記第2の一対のロータおよび前記第3の一対のロータの回転数をそれぞれ独立して制御可能な制御部と、を備え、
前記第1軸線、前記第2軸線および前記第3軸線は、同一平面上に存在せず、互いに非平行である、飛行体。 A flying body in which a first axis, a second axis, and a third axis, which are rotation axes of a plurality of rotors, are arranged at fixed positions with respect to the main body
A first pair of rotors having a rotation center disposed on the first axis and having a reverse pitch and each having a rotation plane orthogonal to the first axis;
A second pair of rotors having a rotation center disposed on the second axis and having a reverse pitch, each having a rotation surface perpendicular to the second axis;
A third pair of rotors having a rotation center disposed on the third axis and having a reverse pitch, each having a rotation plane perpendicular to the third axis;
A control unit capable of independently controlling the rotation speeds of the first pair of rotors, the second pair of rotors, and the third pair of rotors,
The aircraft, wherein the first axis, the second axis, and the third axis do not exist on the same plane and are not parallel to each other.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6114865B1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-04-12 | エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドSz Dji Technology Co.,Ltd | MOBILE BODY, MOBILE BODY CONTROL METHOD, AND PROGRAM |
WO2019009424A1 (en) * | 2017-07-06 | 2019-01-10 | 久義 末福 | Aircraft and aircraft system using same |
EP3640135A1 (en) | 2018-10-17 | 2020-04-22 | Fujitsu Limited | Flying device |
WO2020115934A1 (en) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 株式会社プロドローン | Rotary wing aircraft |
JP2020131779A (en) * | 2019-02-14 | 2020-08-31 | 株式会社Ihi | Flight vehicle |
JP2021156885A (en) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | 株式会社三矢研究所 | Hanging board for inspection for high position |
US11275389B2 (en) | 2016-08-17 | 2022-03-15 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Systems and methods for operating unmanned aerial vehicles |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB128724A (en) * | 1918-06-24 | 1919-06-24 | Louis Raymond Accornero | Improvements in and relating to Aeroplanes. |
JPS52145998A (en) * | 1976-05-27 | 1977-12-05 | Toshishirou Kimura | Rotary wing type aeroplane |
JPS5717900U (en) * | 1980-07-04 | 1982-01-29 | ||
JP2002347698A (en) * | 2001-05-23 | 2002-12-04 | Ishigaki Foods Co Ltd | Vertical takeoff and landing aircraft |
JP2002370696A (en) * | 2001-06-14 | 2002-12-24 | Ishigaki Foods Co Ltd | Vertical takeoff and landing aircraft |
US20070023581A1 (en) * | 2004-07-16 | 2007-02-01 | La William H | Omnidirectional aircraft |
JP2008094278A (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-24 | Osaka Prefecture Univ | Double reversal rotation impeller machine |
JP2010058779A (en) * | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Tokyo Denki Univ | Flying robot |
CN101973394A (en) * | 2010-11-03 | 2011-02-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Six rotor-wing aircraft |
CN102785775A (en) * | 2012-08-08 | 2012-11-21 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Multi-rotor aircraft with rolling function |
JP2013129301A (en) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Ihi Aerospace Co Ltd | Small unmanned aircraft |
CN103387052A (en) * | 2013-07-23 | 2013-11-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Eight-rotor craft |
GB2528489A (en) * | 2014-07-23 | 2016-01-27 | Cassidian Ltd | Improvements in and relating to unmanned aerial vehicles |
US20170233072A1 (en) * | 2014-08-22 | 2017-08-17 | Korea Aerospace Research Institute | Drone having reconfigurable shape |
-
2015
- 2015-01-23 JP JP2015011721A patent/JP6536043B2/en active Active
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB128724A (en) * | 1918-06-24 | 1919-06-24 | Louis Raymond Accornero | Improvements in and relating to Aeroplanes. |
JPS52145998A (en) * | 1976-05-27 | 1977-12-05 | Toshishirou Kimura | Rotary wing type aeroplane |
JPS5717900U (en) * | 1980-07-04 | 1982-01-29 | ||
JP2002347698A (en) * | 2001-05-23 | 2002-12-04 | Ishigaki Foods Co Ltd | Vertical takeoff and landing aircraft |
JP2002370696A (en) * | 2001-06-14 | 2002-12-24 | Ishigaki Foods Co Ltd | Vertical takeoff and landing aircraft |
US20070023581A1 (en) * | 2004-07-16 | 2007-02-01 | La William H | Omnidirectional aircraft |
JP2008094278A (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-24 | Osaka Prefecture Univ | Double reversal rotation impeller machine |
JP2010058779A (en) * | 2008-09-05 | 2010-03-18 | Tokyo Denki Univ | Flying robot |
JP5392891B2 (en) * | 2008-09-05 | 2014-01-22 | 学校法人東京電機大学 | Flying robot |
CN101973394A (en) * | 2010-11-03 | 2011-02-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Six rotor-wing aircraft |
JP2013129301A (en) * | 2011-12-21 | 2013-07-04 | Ihi Aerospace Co Ltd | Small unmanned aircraft |
CN102785775A (en) * | 2012-08-08 | 2012-11-21 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Multi-rotor aircraft with rolling function |
CN103387052A (en) * | 2013-07-23 | 2013-11-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Eight-rotor craft |
GB2528489A (en) * | 2014-07-23 | 2016-01-27 | Cassidian Ltd | Improvements in and relating to unmanned aerial vehicles |
US20170233072A1 (en) * | 2014-08-22 | 2017-08-17 | Korea Aerospace Research Institute | Drone having reconfigurable shape |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6114865B1 (en) * | 2016-08-17 | 2017-04-12 | エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドSz Dji Technology Co.,Ltd | MOBILE BODY, MOBILE BODY CONTROL METHOD, AND PROGRAM |
JP2018027742A (en) * | 2016-08-17 | 2018-02-22 | エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドSz Dji Technology Co.,Ltd | Movable body, control method of movable body, and program |
US11275389B2 (en) | 2016-08-17 | 2022-03-15 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Systems and methods for operating unmanned aerial vehicles |
WO2019009424A1 (en) * | 2017-07-06 | 2019-01-10 | 久義 末福 | Aircraft and aircraft system using same |
JPWO2019009424A1 (en) * | 2017-07-06 | 2020-02-27 | 久義 末福 | Flying object and flying object system using the same |
US11679873B2 (en) | 2017-07-06 | 2023-06-20 | Hisayoshi SUEFUKU | Aircraft and aircraft system using same |
EP3640135A1 (en) | 2018-10-17 | 2020-04-22 | Fujitsu Limited | Flying device |
WO2020115934A1 (en) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 株式会社プロドローン | Rotary wing aircraft |
JP2020090237A (en) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 株式会社プロドローン | Rotor craft |
JP2020131779A (en) * | 2019-02-14 | 2020-08-31 | 株式会社Ihi | Flight vehicle |
JP7196668B2 (en) | 2019-02-14 | 2022-12-27 | 株式会社Ihi | flying object |
JP2021156885A (en) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | 株式会社三矢研究所 | Hanging board for inspection for high position |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6536043B2 (en) | 2019-07-03 |
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