JP2019214256A - 無人航空機の防振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】無人航空機の着陸時に無人航空機に入力する衝撃を低減することができ、もって無人航空機が転倒したり破損したりするのを抑制する。【解決手段】無人航空機の着陸時に無人航空機の脚部に入力する衝撃を低減する防振構造であって、脚部２１に取り付けられ、衝撃入力時に弾性変形することにより衝撃を低減するゴム足４１と、ゴム足４１の内部空間４７に封入する空気を衝撃入力時に圧縮することにより衝撃を低減する空気ばねとを備える。脚部２１は、機体本体に固定され、ゴム足４１を保持する固定脚部３１と、固定脚部３１の下端部に上下方向スライド可能に連結された可動脚部５１とを備える。可動脚部５１は、ゴム足４１の下方に配置されるゴム足接触部５３を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、無人航空機の防振構造に関する。

近年、農薬散布や空中撮影といった分野で所謂ドローンなどと称される小型の無人航空機の活用が広がっており、今後も、建築、土木または輸送など、利用分野の拡大が予想される。

特開２０１７−１９３２０８公報

無人航空機は、飛行ユニットおよびセンサー・カメラ等の作動機器の組み合わせからなる精密機器である。しかしながら精密機器は衝撃加重に対し脆弱である。したがって無人航空機の着陸時、衝撃吸収が十分に行われないことにより、転倒や破損が問題になっている。これを避けるため、人によるハンドキャッチ着陸が推奨されるが、人によらない無人での着陸信頼性の確保が望まれる。

本発明は以上の点に鑑みて、無人航空機の着陸時に無人航空機に入力する衝撃を低減することができ、もって無人航空機が転倒したり破損したりするのを抑制することができる無人航空機の防振構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の防振構造は、無人航空機の着陸時に前記無人航空機の脚部に入力する衝撃を低減する防振構造であって、前記無人航空機の脚部に取り付けられ、前記衝撃の入力時に弾性変形することにより前記衝撃を低減するゴム足と、前記ゴム足の内部空間に封入する空気を前記衝撃の入力時に圧縮することにより前記衝撃を低減する空気ばねとを備えることを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載の防振構造において、前記脚部は、前記無人航空機の機体本体に固定され、前記ゴム足を保持する固定脚部と、前記固定脚部の下端部に上下方向スライド可能に連結された可動脚部とを備え、前記可動脚部は、前記ゴム足の下方に配置されるゴム足接触部を備え、前記無人航空機の飛行時、前記可動脚部は前記スライドのストローク下限に位置し、前記ゴム足接触部は前記ゴム足との間に間隙を形成することにより前記ゴム足の下端開口部を大気開放し、前記無人航空機の着陸時、前記可動脚部は前記衝撃を受けて上方へスライドし、このとき前記ゴム足接触部が前記ゴム足と接触し前記ゴム足を弾性変形させるとともに、前記ゴム足の下端開口部を閉塞して前記ゴム足の内部空間に空気を封入することを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載の防振構造において、前記ゴム足は、前記内部空間に封入した一部の空気を大気側へ放出する空気逃がし穴を備えることを特徴とする。

また、実施の態様として、上記記載の防振構造において、前記ゴム足は、前記内部空間と前記空気逃がし穴との間に、圧力損失を発生せるオリフィス流路を備えることを特徴とする。

更にまた、実施の態様として、上記記載の防振構造において、前記オリフィス流路は、前記ゴム足の内周面に螺旋状の溝として設けられていることを特徴とする。

本発明では、無人航空機の脚部にゴム足が設けられるとともにゴム足の内部に空気ばねが設けられているため、これらゴム足および空気ばねが発揮する緩衝作用により、無人航空機の着陸時に無人航空機に入力する衝撃を低減することが可能とされる。また、ゴム足に空気逃がし穴やオリフィス流路を設けることにより、空気ばねのばね特性を調整することが可能とされる。

本発明の実施の形態に係る防振構造を備える無人航空機の説明図 同防振構造の断面斜視図 同防振構造の断面図 （Ａ）および（Ｂ）とも同防振構造の作動状態を示す断面図 本発明の他の実施の形態に係る防振構造の断面斜視図 本発明の他の実施の形態に係る防振構造の断面斜視図 同防振構造に備えられるゴム足の単体断面図

図１に示すように、実施の形態に係る無人航空機１は、機体本体１１および機体本体１１に連結された脚部２１を備える小型の無人航空機である。機体本体１１は、受信機、フライトコントローラー、プロペラ、モーター、バッテリーなど無人航空機を飛行させ制御するための機器を搭載しており、図では機体本体１１のフレーム部１２と所要数のプロペラ１３とを示している。一方、脚部２１は無人航空機１の離着陸時に機体本体１１を保護すべく機体本体１１を安定的に支持するものであって、同一構造の脚部２１が無人航空機１の平面上３箇所ないし４箇所以上に亙って例えば各プロペラ１３の直下位置などに設けられている。機体本体１１には、センサーやカメラなど各種の作動機器（図示せず）が搭載される。無人航空機１は無人マルチコプターもしくは無人回転翼機とも称され、また、所謂ドローンなどとも称される。

図２および図３に示すように、脚部２１は、機体本体１１の下面に固定される固定脚部３１と、固定脚部３１の下端部外周に保持されたゴム足４１と、固定脚部３１の下端部に上下方向スライド可能に連結された可動脚部５１とを備えている。

固定脚部３１は、筒状ないしシリンダ状を呈し、機体本体１１のフレーム部１２の下面に下方へ向けて固定されている。

ゴム足４１は、所定のゴム状弾性体によって筒状に成形され、当該ゴム足４１を固定脚部３１に取り付けるための環状の取付部４２を備え、この取付部４２の下側に下方へ向けて、作動時（衝撃吸収時）に弾性変形することにより緩衝作用を発揮する薄肉筒状の可撓部４３が一体に設けられている。

このうち、取付部４２は、その内周面に設けた突起状の係合部４４が固定脚部３１の外周面に設けた溝状の係合部３２に係合することにより固定脚部３１に取り付けられているが、その取付け手段としては、係合無しの圧入や接着もしくは締結バンドによる固定などであっても良い。

可撓部４３は、その下方から押圧荷重が加えられたとき外周方向へ膨らむように弾性変形しやすいよう、その下端先端部４５が先窄まりの形状とされている。

可動脚部５１は、固定脚部３１の内周側にスライド可能に差し込まれるロッド状の部品とされ、その上端部に設けた円盤状ないしピストン状の係合部５２が固定脚部３１の内周面に設けた段差状の係合部３３に係合することにより固定脚部３１に対し抜け止めされている。

また、可動脚部５１の下端部には、ゴム足４１の下方に配置され、ゴム足４１に対し接離可能に接触する円盤状のゴム足接触部５３が設けられている。

このゴム足接触部５３は、定常時、図示するようにゴム足４１の下端先端部４５との間に上下方向の間隙ｃを形成することによりゴム足４１の下端開口部４６を大気開放している。また、ゴム足接触部５３はその作動時、図４（Ａ）に示すようにゴム足４１の下端先端部４５と接触し、ゴム足４１の下端開口部４６を閉塞してゴム足４１の内部空間４７に空気（図示せず）を封入する。したがってここに、封入される空気による空気ばね６１が設けられ、ゴム足４１は空気袋として作用する。

上記構成の無人航空機１における防振構造においては、その定常時（無人航空機１の飛行時）、図２および図３に示したように脚部２１は接地しておらず、可動脚部５１はその自重によりスライドストロークの下限に位置している。したがってゴム足接触部５３とゴム足４１の下端先端部４５との間に間隙ｃが形成され、ゴム足４１の下端開口部４６が大気開放されている。

そして、この状態から、無人航空機１が着陸しようとして脚部２１が接地し脚部２１に衝撃加重が入力すると図４（Ａ）に示すように、可動脚部５１が衝撃加重を受けて上方へスライドし、ゴム足接触部５３がゴム足４１の下端先端部４５と接触し、ゴム足４１の下端開口部４６を閉塞し、ゴム足４１の内部空間４７に空気を封入する。

また、この状態から更に衝撃加重が入力すると図４（Ｂ）に示すように、可動脚部５１が更に上方へスライドし、ゴム足接触部５３がゴム足４１の下端先端部４５を押圧してゴム足４１の可撓部４３を弾性変形させ、同時に、ゴム足４１の内部空間４７に封入した空気を圧縮して、空気ばね６１によるばね作用を発揮させる。

したがって、ゴム足４１が衝撃加重の入力時に弾性変形することにより緩衝作用が発揮されるとともに、空気ばね６１が衝撃加重の入力時に圧縮されることにより緩衝作用が発揮されるため、着陸時の衝撃加重を有効に低減することが可能とされる。

尚、図４（Ｂ）の状態から無人航空機１が離陸すると、可動脚部５１が自重によりゆっくりと図３の状態へ復帰する。したがって再度の着地に備えることができる。また、復帰動によりゴム足４１の下端開口部４６が再度大気開放されるため、ゴム足４１の内部空間４７へ侵入するダスト類があったとしてもこれを飛行中に下端開口部４６から排出することができる。

上記実施の形態に係る防振構造は、その構成を以下のように付加・変更することが考えられる。

（１）図５に示すように、固定脚部３１の下端部と可動脚部５１のゴム足接触部５３との間に、可動脚部５１をスライドストロークの下限位置へ復帰動させる復帰ばね７１を介装する。これによれば、可動脚部５１をスライドストロークの下限位置へ確実に復帰動させることができる。

（２）図５に示すように、ゴム足４１の可撓部４３に、内部空間４７に封入した一部の空気を大気側へ放出する空気逃がし穴４８を設ける。これによれば、穴４８の大小や形成数などによって、空気ばね６１のばね特性を調節することができる。

（３）図５に示すように、固定脚部３１の上端部に、この固定脚部３１を機体本体１１へ着脱可能に連結するための雌ねじ等よりなる連結部３４を設ける。これによれば、脚部２１が交換可能とされるため、脚部２１を別仕様の防振構造を備える脚部と容易に交換することができる。

（４）上記実施の形態に係る防振構造において、筒状ないしシリンダ状を呈する固定脚部３１の内部空間を密閉構造とすれば、ここに第２の空気ばねが設定されることになる。したがってこの場合、図５に示すように固定脚部３１の周面にも、その内部空間３６に封入した一部の空気を大気側へ放出する空気逃がし穴３５を設けることが考えられる。また、固定脚部３１の内部に空気ばねを設定しない場合は、空気逃がし穴３５の開口面積を大きく設定することにより内部空間３６を大気開放する。

（５）図６および図７に示すように、固定脚部３１の外周面に気密的に接触するゴム足４１の取付部４２の内周面に、空気の通過時に圧力損失を発生させる溝状のオリフィス流路を設け、このオリフィス流路４９を介してゴム足４１の内部空間４７とゴム足４１の取付部４２に設けた空気逃がし穴４８とを連通させる。これによれば、オリフィス流路４９において発生する圧力損失によって緩衝効果を高めることができ、また、オリフィス流路４９の流路長さや流路断面積を変更することにより、発生する圧力損失の大きさを調節することができる。

オリフィス流路４９の流路長さを長く設定するには図７に示すように、オリフィス流路４９を螺旋状の溝として形成するのが好適である。また、螺旋状の溝を多条ねじの形状としたり、或いは正方向ねじおよび逆方向ねじを互いに交差させる形状としたりすることも考えられる。

（６）固定脚部３１と可動脚部５１の間に軸受（図示せず）を介装する。これによれば、固定脚部３１に対する可動脚部５１のスライドストロークを円滑化することができる。

（７）固定脚部３１および可動脚部５１の材質としては、金属系であっても良いが、特にこれを樹脂系の材質とする。これによれば、固定脚部３１および可動脚部５１、延いては脚部２１全体の重量を軽減することができる。

１ 無人航空機
１１ 機体本体
１２ フレーム部
１３ プロペラ
２１ 脚部
３１ 固定脚部
３２，３３，４４，５２ 係合部
３４ 連結部
３５，４８ 空気逃がし穴
３６，４７ 内部空間
４１ ゴム足
４２ 取付部
４３ 可撓部
４５ 下端先端部
４６ 下端開口部
４９ オリフィス流路
５１ 可動脚部
５３ ゴム足接触部
６１ 空気ばね
７１ 復帰ばね
ｃ 間隙

Claims (5)

1. 無人航空機の着陸時に前記無人航空機の脚部に入力する衝撃を低減する防振構造であって、
   前記無人航空機の脚部に取り付けられ、前記衝撃の入力時に弾性変形することにより前記衝撃を低減するゴム足と、
   前記ゴム足の内部空間に封入する空気を前記衝撃の入力時に圧縮することにより前記衝撃を低減する空気ばねとを備えることを特徴とする無人航空機の防振構造。
2. 請求項１記載の防振構造において、
   前記脚部は、前記無人航空機の機体本体に固定され、前記ゴム足を保持する固定脚部と、前記固定脚部の下端部に上下方向スライド可能に連結された可動脚部とを備え、
   前記可動脚部は、前記ゴム足の下方に配置されるゴム足接触部を備え、
   前記無人航空機の飛行時、前記可動脚部は前記スライドのストローク下限に位置し、前記ゴム足接触部は前記ゴム足との間に間隙を形成することにより前記ゴム足の下端開口部を大気開放し、
   前記無人航空機の着陸時、前記可動脚部は前記衝撃を受けて上方へスライドし、このとき前記ゴム足接触部が前記ゴム足と接触し前記ゴム足を弾性変形させるとともに、前記ゴム足の下端開口部を閉塞して前記ゴム足の内部空間に空気を封入することを特徴とする無人航空機の防振構造。
3. 請求項１または２記載の防振構造において、
   前記ゴム足は、前記内部空間に封入した一部の空気を大気側へ放出する空気逃がし穴を備えることを特徴とする無人航空機の防振構造。
4. 請求項３記載の防振構造において、
   前記ゴム足は、前記内部空間と前記空気逃がし穴との間に、圧力損失を発生せるオリフィス流路を備えることを特徴とする無人航空機の防振構造。
5. 請求項４記載の防振構造において、
   前記オリフィス流路は、前記ゴム足の内周面に螺旋状の溝として設けられていることを特徴とする無人航空機の防振構造。

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