JP2018111329A

JP2018111329A - 無人飛行体

Info

Publication number: JP2018111329A
Application number: JP2017001128A
Authority: JP
Inventors: 拓史千葉; Takuji Chiba
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: JP6732666B2

Abstract

【課題】壁状構造物に近接した位置を飛行したとしても飛行姿勢を安定させることができる無人飛行体を提供することにある。【解決手段】本発明の無人飛行体１０は、飛行を遠隔操作可能とする無人の飛行体本体２０と、飛行体本体２０に取り付けられた伸縮手段３０と、壁状構造物７０に対する飛行体本体２０の相対的な位置を計測する計測手段４０と、計測手段４０による計測データに応じて、飛行体本体２０と壁状構造物７０との間で任意の距離を保つように伸縮手段３０を伸縮させる伸縮制御手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、小型の無人ヘリコプタや無人飛行機など、遠隔操作によって飛行する無人飛行体に関する。

従来より、この種の無人飛行体としては、例えば、特許文献１に示すものが知られている。特許文献１に示す無人飛行体は、機体と、この機体から放射状をなして延びる複数のアームと、各アームに取り付けられ互いに等間隔で配置されたモータ及びこれによって水平回転するプロペラからなる複数のロータとを備えている。また、この無人飛行体は、遠隔操作手段によって送信された操作者による手動操作に対応した操作命令信号を受信することによって遠隔操作が可能とされている。

この無人飛行体によれば、操作者の手動操作によって、無人飛行体のロータの回転数や傾斜角度、傾斜方向を変更し、垂直離着陸、ホバリング及び任意の方角への水平飛行、飛行速度の制御が可能となっている。

しかし、上記構成の無人飛行体は、操作者が手動操作するものであるため、無人飛行体を壁状構造物に近接した位置で飛行させるときの位置・姿勢の制御が難しく、無人飛行体が壁状構造物に衝突し、ひいては墜落するおそれがある。

また、無人飛行体は、壁状構造物に近接した位置で飛行すると、無人飛行体のロータが回転することによって発生する気流の乱れによって無人飛行体の飛行姿勢が安定しないおそれがある。

また、無人飛行体は、水平飛行する場合、飛行方向に対して傾斜しなければならないため、無人飛行体を壁状構造物に近づけようとしても無人飛行体が壁状構造物に対して安定した姿勢を保つことができない。

特開２０１６−１９９１４４号公報

本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、壁状構造物に近接した位置を飛行したとしても飛行姿勢を安定させることができる無人飛行体を提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するために、本発明の無人飛行体は、飛行を遠隔操作可能とする無人の飛行体本体と、前記飛行体本体に取り付けられた伸縮手段と、前記壁状構造物に対する前記飛行体本体の相対的な位置を計測する計測手段と、前記計測手段による計測データに応じて、前記飛行体本体と前記壁状構造物との間で任意の距離を保つように伸縮手段を伸縮させる伸縮制御手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明において好ましくは、前記計測手段は、前記壁状構造物に接触した前記伸縮手段の伸縮量を計測することによって、前記壁状構造物に対する前記飛行体本体の相対的な位置を計測する伸縮量計測手段を備えてなるものである。

また、本発明において好ましくは、前記計測手段は、前記伸縮手段が前記壁状構造物に対して接触したか否かを検出する接触センサを備えてなるものである。

また、本発明において好ましくは、前記伸縮制御手段は、前記壁状構造物に前記伸縮手段が接触したことを接触センサからの検出信号により判定し、前記伸縮手段の伸縮を開始させる判定手段を備えてなるものである。

本発明の無人飛行体によれば、計測手段によって計測された壁状構造物に対する飛行体本体の相対的な位置に応じて伸縮制御手段で制御される伸縮手段の伸縮によって飛行体本体と壁状構造物との間を任意の距離に保つことができるため、無人飛行体が壁状構造物に近接した位置を飛行したときの飛行姿勢を安定させることができる。

本発明の実施形態に係る無人飛行体が壁状構造物に近接した位置を飛行している状態を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る無人飛行体のブロック図である。本発明の実施形態に係る無人飛行体が壁状構造物に近接した位置を飛行している状態を示す側面図である。本発明の実施形態に係る無人飛行体が離陸してから着陸するまでの様子を示す説明図である。

次に、本発明の実施形態に係る無人飛行体１０について、図面に基づき詳細に説明する。

図１ないし図３に示すように、本実施形態に係る無人飛行体１０は、垂直離着陸及び任意の方角への水平飛行が可能な小型の無人の飛行体本体２０と、この飛行体本体２０に取り付けられた伸縮手段３０と、壁状構造物７０に対する飛行体本体２０の相対的な位置を計測する計測手段４０と、飛行体本体２０と壁状構造物７０との間で任意の距離を保つように伸縮手段３０を伸縮させる伸縮制御手段５０とを備える。また、この無人飛行体１０は、遠隔操作手段６０によって送信された操作者による手動操作に対応した操作命令信号６１を受信することによって遠隔操作が可能とされている。

本実施形態に係る無人飛行体１０が近接する壁状構造物７０としては、例えば、コンクリート構造物の壁面が挙げられる。

本実施形態に係る飛行体本体２０は、機体２１と、この機体２１から放射状をなして延びる複数のアーム２２と、各アーム２２に取り付けられ互いに等間隔で配置されたモータ及びこれによって水平回転されるプロペラからなる複数のロータ２３とを備え、ロータ２３の回転数や傾斜方向によって、垂直離着陸、ホバリング及び任意の方角への水平飛行、飛行速度の制御が可能とされている。

また、飛行体本体２０の機体２１には、図２に示すように、駆動制御手段２４や通信手段２５等が搭載されている。駆動制御手段２４は、各ロータ２３の駆動を制御することによって飛行体本体２０の姿勢を安定化させるものである。通信手段２５は、遠隔操作手段６０から送信される操作命令信号６１を受信し、駆動制御手段２４の制御に反映させる。

伸縮手段３０は、筒状部材３１と、この筒状部材３１の内周を長さ方向に往復運動可能に配置されるロッド３２とを備えている。本実施形態に係る伸縮手段３０として用いられるものとしては、例えば、筒状部材３１とロッド３２が互いに螺合され、電動モータによる筒状部材３１の回転運動を軸方向往復運動に変換する電動シリンダが挙げられる。

ロッド３２は、その一端（以下、先端という）３３が飛行体本体２０の外側に位置するとともに、後述する接触センサ４１が取り付けられている。そして、ロッド３２が筒状部材３１に対して長さ方向へ相対変位（ストローク）することによって、ロッド３２の先端３３が接触センサ４１を介して壁状構造物７０に接触可能とされている。

計測手段４０は、壁状構造物７０に対する無人飛行体１０の相対的な位置を計測するものであり、本実施形態に係る無人飛行体１０には、計測手段４０として、接触センサ４１及び判定手段４３と、スケール４２とが搭載されている。ここで、壁状構造物７０に対する無人飛行体１０の相対的な位置とは、具体的に壁状構造物７０の側面空間における無人飛行体１０の水平方向位置をいう。なお、本実施形態におけるスケール４２は、請求項に記載の伸縮量計測手段に相当する。

接触センサ４１は、ロッド３２の先端３３に取り付けられるものであって、壁状構造物７０に対する伸縮手段３０の接触荷重の検出信号を出力し、この検出信号を判定手段４３に出力する。

判定手段４３は、接触センサ４１からの検出信号に基づいて、伸縮手段３０のロッド３２の先端３３に取り付けられた接触センサ４１が壁状構造物７０に接触したか否かを判断する。

スケール４２は、伸縮手段３０におけるロッド３２のストローク量を計測し、このストローク量を壁状構造物７０と無人飛行体１０との間の距離データとして計測し、計測データを伸縮制御手段５０に送信する。このスケール４２から計測されたロッド３２のストローク量が大きいほど、壁状構造物７０と無人飛行体１０との距離が遠くなる。ここで、本実施形態に係るスケール４２として用いられるものとしては、例えば、磁気式のリニアエンコーダや、光学式リニアエンコーダが挙げられる。

伸縮制御手段５０は、スケール４２及び接触センサ４１から送信された壁状構造物７０と無人飛行体１０との間の距離データに基づいて、伸縮手段３０におけるロッド３２を筒状部材３１から突出又は収納させることで壁状構造物７０と無人飛行体１０との間で任意の距離を保つように伸縮手段３０を制御する。

遠隔操作手段６０は、通信手段６２と、操作者による操作を受け付ける不図示の操作レバー等とを備える。そして、遠隔操作手段６０は、操作者が操作レバーを操作することによって通信手段６２を介し、無人飛行体１０の通信手段２５に操作命令信号６１を送信する。

次に、本発明の実施形態に係る無人飛行体１０の動作について、図４を参照して詳細に説明する。

まず、図４に示す（Ａ）の位置から遠隔操作手段６０の操作命令信号６１により無人飛行体１０が垂直飛行することで離陸し、伸縮手段３０のロッド３２が飛行方向前方を向くようにして、図４に示す（Ｂ）の位置に水平飛行しながら壁状構造物７０に近づく。このとき、無人飛行体１０に取り付けられた伸縮手段３０のロッド３２は、飛行体本体２０に対して外側に位置するとともに、筒状部材３１からの突出長さが既知の任意の長さに固定されている。

無人飛行体１０が壁状構造物７０へ向けて飛行していくと、やがてロッド３２の先端３３の接触センサ４１が、壁状構造物７０と接触し、検出信号を出力する。

次に、伸縮手段３０のロッド３２の先端３３に取り付けられた接触センサ４１からの接触荷重の検出信号の入力によって、判定手段４３が壁状構造物７０と伸縮手段３０が接触したと判定する。

次に、判定手段４３によってスケール４２による計測動作がトリガされ、伸縮手段３０のロッド３２の先端３３が接触センサ４１を介して壁状構造物７０に接触した状態で、スケール４２が伸縮手段３０のロッド３２のストローク量を計測する。このストローク量から壁状構造物７０と無人飛行体１０との間の距離を計測し、この計測結果は、伸縮制御手段５０に送信される。

次に、スケール４２から送信された計測結果に基づいて、伸縮制御手段５０が伸縮手段３０におけるロッド３２を伸張又は収縮させる。例えば、壁状構造物７０からの飛行体本体２０の相対距離を予め設定した伸縮手段３０の突出長さより離間させる必要がある場合に伸縮制御手段５０が伸縮手段３０におけるロッド３２を伸張させる。

なお、本実施形態に係る無人飛行体１０では、スケール４２及び接触センサ４１から送信された計測結果に基づいて伸縮制御手段５０が伸縮手段３０を伸縮させた後に、壁状構造物７０の状態等を確認する不図示の検査装置によって壁状構造物７０の表面の状態等を確認してもよい。検査装置としては、例えば、壁状構造物７０の表面の状態を確認するカメラが挙げられる。

無人飛行体１０による所要の作業が終わったら、図４に示す（Ｂ）の位置から（Ｃ）の位置に向けて無人飛行体１０が離れるように飛行する。このとき、伸縮手段３０のロッド３２と壁状構造物７０との接触荷重の検出信号の出力値がゼロになることによって、無人飛行体１０が壁状構造物７０から離れたことを確認することができる。このため、無人飛行体１０を壁状構造物７０から離れた位置で（Ａ）の位置へ向けて安全に着陸させることができる。

以上により、本実施形態に係る無人飛行体１０によれば、壁状構造物７０に対して伸縮手段３０を接触させることで、無人飛行体１０が壁状構造物７０に近接した位置を飛行したとしても飛行姿勢を安定させることができる。

また、本実施形態に係る無人飛行体１０によれば、接触センサ４１から検出信号が出力されたことをもって、無人飛行体１０が壁状構造物７０から所定の距離に達したことを計測することができるため、無人飛行体１０が壁状構造物７０に近接した位置を飛行した際に、壁状構造物７０に衝突することがなくなる。

また、本実施形態に係る無人飛行体１０によれば、スケール４２によって壁状構造物７０と無人飛行体１０との間の距離を計測しつつ、この計測結果に応じて壁状構造物７０と飛行体本体２０との間で任意の距離を保つよう、伸縮制御手段５０が伸縮手段３０におけるロッド３２を伸縮させることができる。

なお、本実施形態に係る無人飛行体１０の機器構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、遠隔操作手段６０に伸縮制御手段５０を搭載することによって、遠隔操作手段６０が伸縮手段３０を制御してもよい。

１０無人飛行体
２０飛行体本体
２１機体
２２アーム
２３ロータ
２４駆動制御手段
２５通信手段
３０伸縮手段
３１筒状部材
３２ロッド
３３先端
４０計測手段
４１接触センサ
４２スケール
４３判定手段
５０伸縮制御手段
６０遠隔操作手段
６１操作命令信号
６２通信手段
７０壁状構造物

Claims

飛行を遠隔操作可能とする無人の飛行体本体と、
前記飛行体本体に取り付けられた伸縮手段と、
前記壁状構造物に対する前記飛行体本体の相対的な位置を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測データに応じて、前記飛行体本体と前記壁状構造物との間で任意の距離を保つように伸縮手段を伸縮させる伸縮制御手段とを備えることを特徴とする無人飛行体。
請求項１に記載の無人飛行体において、
前記計測手段は、前記壁状構造物に接触した前記伸縮手段の伸縮量を計測することによって、前記壁状構造物に対する前記飛行体本体の相対的な位置を計測する伸縮量計測手段を備えることを特徴とする無人飛行体。
請求項１又は２に記載の無人飛行体において、
前記計測手段は、前記伸縮手段が前記壁状構造物に対して接触したか否かを検出する接触センサを備えることを特徴とする無人飛行体。
請求項３に記載の無人飛行体において、
前記伸縮制御手段は、前記壁状構造物に前記伸縮手段が接触したことを接触センサからの検出信号により判定し、前記伸縮手段の伸縮を開始させる判定手段を備えることを特徴とする無人飛行体。