JP2017214037A - ドローンの安全飛行システム - Google Patents

Abstract

【課題】機体そのものが損傷や故障等により制御不能になった際でも周囲の安全を保証でき、常に安定した飛行位置及び軌道での長時間の飛行を可能とする、ドローンの安全飛行システムを提供することを課題とする。【解決手段】ドローンの安全飛行システムであって、ドローン１の飛行軌道上に張設されたガイドライン２と、このガイドライン２に沿ってドローン１を飛行させる誘導手段３と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ドローン飛行時の安全性を高めるための安全飛行システムに関わる。

近年、スマートフォンやインターネットといったテクノロジーの発展を背景に、ドローンが世界的に普及している。ドローンとは、遠隔操作や自動制御によって無人で飛行できる航空機であり、マルチコプターとも呼ばれる。利用用途も幅広くなってきており、人間にとって苛酷な環境での災害救助や自然環境のリサーチといった実用的なものから、空中でのレース競技などエンターテイメント性のある活用方法まで様々である。

しかし無人飛行であるがゆえに、ＧＰＳ受信環境の悪化による飛行位置の安定性の低下や、飛行の長時間化によるバッテリー容量の限界から生じる不意の墜落といった問題点が指摘されている。

この問題を解決するため、特許文献１では、機体の外部に電源供給のための地上局を設け、これと機体をケーブルで繋ぐことにより、バッテリー容量に左右されることなく長時間の連続した飛行が可能なマルチコプターが提案されている。

また、特許文献２では、下部に設けた繋留ロープの一端を地上の三脚等に係止することで、安定した姿勢の維持が可能な空撮用回転翼機が提案されている。また、繋留ロープに設けられた巻き上げ機により、弛まない様に緊張状態を維持することが可能となっている。

特開２０１５−２１７９０１ 特開２０１３−７９０３４

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の発明は、機体そのものが損傷や故障等により制御不能になった際に、不意の墜落等により、人体に危害を加える恐れがある。また、機体の下部に電源ケーブルや繋留ロープを設ける構造であることから、風の影響等を受けた際に、飛行位置や軌道が不安定になる。

本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、機体そのものが損傷や故障等により制御不能になった際でも周囲の安全を保証でき、常に安定した飛行位置及び軌道での長時間の飛行を可能とする、ドローンの安全飛行システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るドローンの安全飛行システムは、ドローンの飛行軌道上に張設されたガイドラインと、このガイドラインに沿ってドローンを飛行させる誘導手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ガイドラインを用いてドローンを誘導することで、機体そのものが損傷や故障等により制御不能になった際でも周囲の安全を保証できる。

本発明の好ましい形態では、前記誘導手段は、前記ガイドラインに沿って飛行するドローンの飛行姿勢を保持する、姿勢保持機構を含むことを特徴とする。このように姿勢保持機構を含む構成とすることで、飛行位置及び軌道の安定性が向上する。

前記ドローンは、機体部分を構成するドローン本体と、複数の回転翼機とを備え、前記姿勢保持機構は、前記ガイドラインに沿って移動可能なライン保持部と、このライン保持部から下方に伸びる吊り下げ部と、この吊り下げ部の下部とドローン本体とを連結する連結部と、を備えていることを特徴とする。このように構成することで、ドローンとガイドラインとの距離を一定に保つことができるため、回転翼機等のガイドラインへの接触を防ぐことが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記吊り下げ部および前記連結部の少なくとも一方に、回動継手が設けられていることを特徴とする。このようにすることで、安全飛行システムにおいてドローンを自在に回動させることができ、ドローンにカメラを搭載した際に、あらゆる方向を撮影することが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記ガイドラインは上下方向に張設され、前記姿勢保持機構は、ドローン本体を上下方向に貫通する貫通孔を備え、この貫通孔に前記ガイドラインが挿通されていることを特徴とする。このようにすることで、貫通孔を介して地面と垂直方向にガイドラインを挿通することができるため、用途に応じて地面と垂直方向での飛行が可能となる。

本発明に係るドローンの安全飛行方法は、ドローンを飛行させる軌道上にガイドラインを張設し、このガイドラインとドローンとの間に設ける誘導手段により、ガイドラインに沿ってドローンを飛行させることを特徴とする。

本発明によれば、機体そのものが損傷や故障等により制御不能になった際でも周囲の安全を保証でき、常に安定した飛行位置及び軌道での長時間の飛行を可能とする、ドローンの安全飛行システムを提供することができる。

本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムの概要斜視図である。 本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムの姿勢保持機構の部分拡大断面図である。 本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムのドローンにカメラを搭載した状態の概要斜視図である。 本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムのガイドライン及び誘導手段の摩耗防止構造を示す拡大断面図である。 本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムの使用例である。 本発明の実施形態２に係るドローンの安全飛行システムの概要斜視図である。 本発明の実施形態２に係るドローンの安全飛行システムの姿勢保持機構の部分拡大断面図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図１〜図５を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムの概要を示す斜視図である。

このドローンの安全飛行システムは、ドローン１を水平方向に飛行させるための軌道上に張設されたガイドライン２と、このガイドライン２に沿ってドローン１を誘導するための誘導手段３とを備えている。

ドローン１は、機体部分を構成するドローン本体１ａと、ドローン本体１ａの上部に放射状に配置された複数（図示例では４つ）の回転翼機１ｂとを備えている。ドローン本体１ａの下部には一対の脚部１ｃ、１ｃが設けられ、その一対の脚部１ｃ、１ｃ間の空間が機器等の搭載部１ｄとして利用できる構成となっている。

誘導手段３は、姿勢保持機構として、ガイドライン２に沿って移動可能なＴ字状のライン保持部３ａと、このライン保持部３ａから鉛直下方に伸びる棒状の吊り下げ部３ｂと、この吊り下げ部３ｂの下部とドローン１の上面とを連結する長方形板状の連結部３ｃと、を備えている。

連結部３ｃの上面中央には、２軸の回動手段を備えた回動継手４が取り付けられている。また、ライン保持部３ａは、ほぼ水平方向に延びるガイドライン挿通孔３ｄを備え、このガイドライン挿通孔３ｄにガイドライン２が挿通されている。

ガイドライン２は、ドローン１の飛行軌道及び飛行距離を決定するロープ状の部材であり、素材としては金属や耐摩耗性の化学繊維等が好適に用いられる。

図２は、本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムの姿勢保持機構の部分拡大断面図である。図２(ａ)は、回動継手４の回動手段を２軸にした場合であり、垂直回動軸４ａ、水平回動軸４ｂを備えている。図２(ｂ)は、回動継手４の内部に球面軸受け４ｃを用いた場合である。これらの例により、水平及び垂直方向への自在な回動を可能としている。このように、回動継手４の回動手段は、ドローン１の使用状況及び用途に応じて適宜変更可能であり、垂直回動軸４ａ、水平回動軸４ｂの何れかのみを備える場合も考えられる。

図３は、本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムのドローン本体１ａの下部に備えられた搭載部１ｄに、カメラ５を搭載した状態の概要を示す斜視図である。図中では、カメラ５のレンズは正面を向いているが、搭載部１ｄの設計を適宜変更し、下方向や斜め方向等を向くようにすることも可能である。また、一対の脚部１ｃ、１ｃの長さは、カメラ５の大きさに応じて適宜変更可能である。

図４は、本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムのガイドライン２及び誘導手段３の摩耗防止構造を示す拡大断面図である。図４(ａ)は、ドローン１の自重により最も圧力がかかる上部にのみ回転コロ６を備えた例を示す図である。図４(ｂ)は、上部に加え、左右方向の両側にも回転コロ６を備えた例を示す図である。図４(ｃ)は、３箇所の回転コロ６を、ガイドライン２の周方向に等間隔になるように配置した例を示す図である。このように、回転コロ６の配置は、ドローン１の使用状況及び用途に応じて自由に変更可能である。

図５は、本発明の実施形態１に係るドローンの安全飛行システムの使用例である。ガイドライン２は、その両端を一対の支持台７、７に取り付けることにより張設されている。搭載部１ｄにカメラを搭載したドローン１が、姿勢保持機構によりガイドライン２に吊り下げられ、ガイドライン２に沿って飛行することで、ガイドライン２の長さと同距離での往復飛行が可能となり、安定した飛行位置及び軌道での撮影が可能となる。

本実施形態のように、誘導手段３を用いて、ドローン１をガイドラインに沿って飛行させることで、ドローン１が損傷や故障等により制御不能になった際でも墜落を防止することが可能となる。

また、誘導手段３は、ライン保持部３ａの底面から鉛直下方に伸びる棒状の吊り下げ部３ｂを備えることにより、ドローン１とガイドライン２との距離を一定に保つことができるため、回転翼機１ｂ等のガイドライン２への接触を防ぐことが可能となる。吊り下げ部３ｂは、回転翼機１ｂ等のガイドライン２への接触防止機能を有効に発揮させるためには、金属やプラスチック等を素材とする剛体棒であることが好ましいが、適宜の弾力性を備えていても良い。

また、ドローン１下部の搭載部１ｄにカメラ５を搭載した際に、回動継手４によりあらゆる方向を撮影することが可能となる。

また、誘導手段３の、ガイドライン２との接触部に、摩耗防止構造として１又は２以上の回転コロ６を備えることにより、ドローン１をガイドライン２に沿って飛行させた際に、ガイドライン２及び誘導手段３の双方の摩擦による摩耗を低減し、長時間の飛行が可能となる。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係るドローンの安全飛行システムの概要斜視図である。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を簡略化する。

この実施形態に係るドローン１も、図６に示すように、機体部分を構成するドローン本体１ａと、ドローン本体１ａの上部に放射状に配置された複数（図示例では４つ）の回転翼機１ｂとを備えている。ドローン本体１ａの下部には一対の脚部１ｃ、１ｃが設けられている。なお、この実施形態２に係るガイドライン２は上下方向に張設されている。

図７は、本発明の実施形態２に係るドローンの安全飛行システムの姿勢保持機構の部分拡大断面図である。ドローン本体を上下方向に貫通する貫通孔８を備え、この貫通孔８に前記ガイドライン２が挿通されている。貫通孔８は連結部３ｃの中央部に設けられている。そして、この貫通孔８の直上には筒状部材９が設けられ、この筒状部材９の内側に複数の回転コロ６が設けられている。これらの回転コロ６は、ガイドライン２の外周部分を３点支持する形態で配置されている。

本実施形態のように、ドローン本体１ａに対し、地面と垂直方向に伸びるガイドライン２が挿通されていることで、地面と垂直方向での飛行が可能となり、ドローン１が損傷や故障等により制御不能になった際でも、落下位置が一箇所に限定され、安全である。また、実施形態１と同様に、安定した飛行位置及び軌道で、ガイドライン２の長さと同距離での往復飛行が可能となる。

なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、実施形態１及び２では、地面と水平及び垂直方向での飛行手段を例示したが、ガイドライン２を適宜傾斜させることで、あらゆる角度での飛行が可能である。

また、実施形態１及び２では、ガイドライン２を１本のみ使用した場合を例示したが、安全飛行システムの増設や、誘導手段のガイドライン挿通孔３ｄの形状変更により、ガイドライン２を２本以上使用し、安定性及び安全性を高めることも可能である。実施形態１に限っては、１つの吊り下げ部３ｂの一端を二又以上に分割することで、ガイドライン挿通孔３ｄを増設し、ガイドライン２を２本以上使用することも可能である。

本発明の使用例として、図６でカメラを用いた撮影を挙げたが、カメラ以外にも、例えばセンサーを組み込むことでインフラ整備等に役立てることも可能である。インフラ整備の例としては、橋の下の直線フライトで橋の裏側の調査、トンネル内のフライトでコンクリート部分の破損調査、ビル、橋げた、ダム等含めて上下の移動での建造物調査等、ガイドラインに沿って精度の高い軌道で飛行することで、正確な測定を行い、正確な情報を取得することが可能である。

１ ドローン
１ａ ドローン本体
１ｂ 回転翼機
１ｃ 一対の脚部
１ｄ 搭載部
２ ガイドライン
３ 誘導手段
３ａ ライン保持部
３ｂ 吊り下げ部
３ｃ 連結部
３ｄ ガイドライン挿通孔
４ 回動継手
４ａ 垂直回動軸
４ｂ 水平回動軸
４ｃ 球面軸受け
５ カメラ
６ 回転コロ
７ 支持台
８ 貫通孔
９ 筒状部材

Claims (7)

1. ドローンの飛行軌道上に張設されたガイドラインと、このガイドラインに沿ってドローンを飛行させる誘導手段と、を備えていることを特徴とする、ドローンの安全飛行システム。
2. 前記誘導手段は、前記ガイドラインに沿って飛行するドローンの飛行姿勢を保持する姿勢保持機構を含むことを特徴とする、請求項１に記載のドローンの安全飛行システム。
3. 前記ドローンは、機体部分を構成するドローン本体と、複数の回転翼機とを備え、前記姿勢保持機構は、前記ガイドラインに沿って移動可能なライン保持部と、このライン保持部から下方に伸びる吊り下げ部と、この吊り下げ部の下部とドローン本体とを連結する連結部と、を備えていることを特徴とする、請求項２に記載のドローンの安全飛行システム。
4. 前記吊り下げ部および前記連結部の少なくとも一方に、回動継手が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のドローンの安全飛行システム。
5. 前記ライン保持部は、前記ガイドラインとの接触部に、ガイドラインの周方向に間隔をおいて配置される１又は２以上の回転コロを備えていることを特徴とする、請求項３又は４に記載のドローンの安全飛行システム。
6. 前記ガイドラインは上下方向に張設され、前記姿勢保持機構は、ドローン本体を上下方向に貫通する貫通孔を備え、この貫通孔に前記ガイドラインが挿通されていることを特徴とする、請求項２に記載のドローンの安全飛行システム。
7. ドローンを飛行させる軌道上にガイドラインを張設し、このガイドラインとドローンとの間に設ける誘導手段により、ガイドラインに沿ってドローンを飛行させる、ドローンの安全飛行方法。