JP2020059387A - Unmanned flying body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無人飛行体に関するものである。 The present invention relates to an unmanned aerial vehicle.
近年、複数のロータを備えることにより垂直離着陸可能な無人飛行体が様々な分野で利用されるようになってきている(例えば特許文献1参照)。このような無人飛行体は、マルチコプターやドローンと呼ばれており、例えば、カメラを搭載して遠隔操縦可能とすることによって、人が立ち入れない場所を空撮して情報を得ることに利用できる。 In recent years, an unmanned aerial vehicle capable of vertical takeoff and landing by providing a plurality of rotors has come to be used in various fields (for example, refer to Patent Document 1). Such unmanned aerial vehicles are called multicopters and drones.For example, by installing a camera and enabling remote control, it is used to obtain information by aerial photography of places where people can not enter. it can.
無人飛行体の利用が進むにつれ、より速い飛行速度やより長い航続距離に対する要望が強くなってきている。 With the increasing use of unmanned aerial vehicles, there is an increasing demand for faster flight speeds and longer cruising ranges.
しかし、無人飛行体の動力源に一般的に用いられている電池の性能が制約となって、無人飛行体において速い飛行速度と長い航続距離とを両立することは困難である。 However, it is difficult to achieve both a high flight speed and a long cruising range in an unmanned aerial vehicle because the performance of a battery generally used as a power source of the unmanned aerial vehicle is a limitation.
本発明の主な目的は、速い飛行速度と長い航続距離とを両立可能な無人飛行体を提供することである。 A main object of the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle capable of achieving both high flight speed and long cruising range.
前記の目的を達成するために、本発明に係る無人飛行体は、機体本体と、機体本体の左右方向の両側に、機体本体の前後方向の中心軸に対して対称に設けられた一対のフロントアームと、一対のフロントアームから中心軸に対して対称に分岐した一対のリアアームと、一対のフロントアーム及び一対のリアアームのそれぞれに設けられた浮上用ロータと、一対のフロントアームにおける一対のリアアームの分岐箇所よりも後方で且つ一対のリアアームよりも機体本体の近くに設けられ、水平成分の推力を生じる推進用ロータと、を備えている。 In order to achieve the above-mentioned object, an unmanned aerial vehicle according to the present invention comprises an airframe body and a pair of fronts provided symmetrically with respect to a longitudinal center axis of the airframe body on both left and right sides of the airframe body. An arm, a pair of rear arms symmetrically branched from the pair of front arms with respect to the central axis, a levitation rotor provided on each of the pair of front arms and the pair of rear arms, and a pair of rear arms of the pair of front arms. A propulsion rotor that is provided rearward of the branch point and closer to the main body of the vehicle than the pair of rear arms, and that generates a thrust of a horizontal component.
本発明に係る無人飛行体によると、リアアームをフロントアームから分岐させ、当該分岐箇所よりも後方で且つリアアームよりも機体本体の近くに、水平成分の推力を生じる推進用ロータが設けられている。このため、推進用ロータをリアアーム又はリアアームに設けられた浮上用ロータに対し離間させることができるので、推進用ロータによる空気加速がリアアーム又はリアアームに設けられた浮上用ロータによって阻害されにくくなる。従って、水平方向の推力を効率的に生成することができるので、速い飛行速度と長い航続距離とを両立することが可能となる。 According to the unmanned aerial vehicle of the present invention, the rear arm is branched from the front arm, and the propulsion rotor that generates the thrust of the horizontal component is provided behind the branch point and closer to the body of the vehicle than the rear arm. Therefore, since the propulsion rotor can be separated from the rear arm or the levitation rotor provided on the rear arm, air acceleration by the propulsion rotor is less likely to be hindered by the rear arm or the levitation rotor provided on the rear arm. Therefore, since the horizontal thrust can be efficiently generated, it is possible to achieve both a high flight speed and a long cruising range.
本発明に係る無人飛行体において、一対のフロントアーム及び一対のリアアームの各断面は、流線型であってもよい。 In the unmanned aerial vehicle according to the present invention, the cross sections of the pair of front arms and the pair of rear arms may be streamlined.
このようにすると、推進用ロータによって水平方向の速度成分を得た場合に、フロントアーム及びリアアームに揚力を生じさせることができる。従って、浮上用ロータによるエネルギー消費を低減することができるので、より長い航続距離を実現することができる。 With this configuration, lift force can be generated in the front arm and the rear arm when the horizontal velocity component is obtained by the propulsion rotor. Therefore, the energy consumption of the levitation rotor can be reduced, and a longer cruising range can be realized.
本発明に係る無人飛行体において、一対のフロントアーム及び一対のリアアームは、機体本体から離れるに従って細くなっていてもよい。 In the unmanned aerial vehicle according to the present invention, the pair of front arms and the pair of rear arms may become thinner as the distance from the main body of the vehicle increases.
このようにすると、フロントアームにおける機体本体への取付部分、及び、リアアームにおけるフロントアームへの取付部分の強度を維持しつつ、フロントアーム及びリアアームを軽量化して、より速い飛行速度とより長い航続距離とを実現することができる。 By doing so, the weight of the front arm and the rear arm can be reduced while maintaining the strength of the portion of the front arm that is attached to the aircraft body and the portion of the rear arm that is attached to the front arm, resulting in a faster flight speed and a longer cruising range. And can be realized.
本発明によると、速い飛行速度と長い航続距離とを両立可能な無人飛行体を提供することことができる。 According to the present invention, it is possible to provide an unmanned air vehicle capable of achieving both a high flight speed and a long cruising range.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る無人飛行体について説明する。尚、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。 Hereinafter, an unmanned air vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The scope of the present invention is not limited to the following embodiments and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Further, in the following drawings, in order to make each configuration easy to understand, the scale and the number of each structure may be different from the actual structure.
また、以下の説明においては、「水平」は、地面(あるいは海面)に対して実質的に平行な方向を意味し、「垂直」は、地面(あるいは海面)に対して実質的に垂直な方向を意味する。 In the following description, "horizontal" means a direction substantially parallel to the ground (or sea level), and "vertical" means a direction substantially vertical to the ground (or sea level). Means
また、本実施形態は、主として垂直成分の推力を生じる浮上用ロータと、主として水平成分の推力を生じる推進用ロータとを有する無人飛行体を対象とし、特に断りのない限り、浮上用ロータによって上昇する方向を「上」、その反対方向を「下」、推進用ロータによって前進する方向を「前」、その反対方向を「後」、機体本体を「前」から見て左手側を「左」、機体本体を「前」から見て右手側を「右」と呼ぶ。 Further, the present embodiment is intended for an unmanned aerial vehicle having a levitation rotor that mainly generates vertical component thrust and a propulsion rotor that mainly generates horizontal component thrust, and is lifted by the levitation rotor unless otherwise specified. Direction is "up", the opposite direction is "down", the direction of forward movement by the propulsion rotor is "front", the opposite direction is "rear", and the left side is "left" when the aircraft body is viewed from "front". The right-hand side of the machine body when viewed from “front” is called “right”.
図1は、本実施形態に係る無人飛行体を前方から見た斜視図、図2は、同無人飛行体を後方から見た斜視図、図3は、同無人飛行体を上方から見た平面図である。 FIG. 1 is a perspective view of an unmanned aerial vehicle according to the present embodiment as seen from the front, FIG. 2 is a perspective view of the unmanned aerial vehicle as seen from the rear, and FIG. 3 is a plan view of the unmanned aerial vehicle as seen from above. It is a figure.
図1〜図3に示すように、本実施形態の無人飛行体100は、機体本体10と、フロントアーム11A、11Bと、リアアーム12A、12Bとを備えている。機体本体10の内部は中空構造となっており、当該内部に飛行制御システム、電池、計測機器等が搭載されている。機体本体10は、搭載機器から生じた熱を放出するために、前部に空気流入口10aを有し、後部に空気流出口10bを有している。
As shown in FIGS. 1 to 3, the unmanned
フロントアーム11A、11Bは、機体本体10の左右方向の両側に、機体本体10の前後方向の中心軸(以下、機体中心軸という)に対して対称に設けられている。フロントアーム11A、11Bは、機体中心軸に対し例えば45°程度の角度をなすように斜め前方に略直線状に延びている。
The
リアアーム12A、12Bは、フロントアーム11A、11Bの途中から、機体中心軸に対して対称に分岐している。リアアーム12A、12Bは、機体中心軸に対し例えば25°程度の角度をなすように斜め後方に略直線状に延びている。すなわち、フロントアーム11Aとリアアーム12A、及び、フロントアーム11Bとリアアーム12Bは、それぞれ例えば110°程度の角度をなす。
The
尚、フロントアーム11A、11Bにおける機体本体10への取付箇所からリアアーム12A、12Bの分岐箇所までの部分は、十分な強度を確保するために、他の部分と比べて太く形成してもよい。
In addition, in order to secure sufficient strength, a portion of the
フロントアーム11A、11B、リアアーム12A、12Bの各先端上部には、浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dが浮上用モータ14A、14B、14C、14Dと共に設けられている。浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dは、例えば2枚の羽根を有する。浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dの各回転面は、同一の平面内に位置していてもよい。また、当該平面内において、浮上用ロータ13A、13B、13C、13D(浮上用モータ14A、14B、14C、14D)の各回転軸は、略正方形の各頂点に配置されていてもよい。
The
また、図1〜図3に示すように、機体本体10の左右方向の両側におけるフロントアーム11A、11Bの取付箇所よりも上側には、機体中心軸に対して対称に短アーム15A、15Bが設けられている。短アーム15A、15Bの各先端前部には、推進用ロータ16A、16Bが推進用モータ17A、17Bと共に設けられている。推進用ロータ16A、16Bの回転軸は、機体中心軸に対し略平行に設定されている。推進用ロータ16A、16Bは、例えば3枚の羽根を有する。推進用ロータ16A、16Bは、浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dと比べて、小型のものであってもよい。推進用ロータ16A、16Bを作動させることにより、無人飛行体100は水平方向の速度成分を生じる。
Further, as shown in FIGS. 1 to 3,
尚、フロントアーム11A、11Bの中央付近の下部、及び、機体本体10の後方下部にはそれぞれ、支持脚18が取り付けられている。
図1〜図3に示すように、本実施形態においては、リアアーム12A、12Bはフロントアーム11A、11Bの途中から分岐して設けられており、推進用ロータ16A、16Bは、フロントアーム11A、11Bにおけるリアアーム12A、12Bの分岐箇所よりも後方で且つリアアーム12A、12Bよりも機体本体10の近くに設けられている。このため、推進用ロータ16A、16Bをリアアーム12A、12B又はリアアーム12A、12Bに設けられた浮上用ロータ13C、13Dに対し離間させることができる。これにより、推進用ロータ16A、16Bによる空気加速がリアアーム12A、12B又は浮上用ロータ13C、13Dによって阻害されにくくなる。従って、水平方向の推力を効率的に生成することができるので、速い飛行速度と長い航続距離とを両立することが可能となる。
As shown in FIGS. 1 to 3, in this embodiment, the
また、リアアームが機体本体に直接取り付けらた、いわゆるX型ドローンと比較して、本実施形態のようにリアアーム12A、12Bをフロントアーム11A、11Bの途中から分岐して設けると、次のような効果が得られる。すなわち、水平成分の飛行速度を有する場合、フロントアーム11A、11Bによってリアアーム12A、12B(特にフロントアーム11A、11B近傍部分)に対する空気抵抗を低減することができる。このため、より速い飛行速度とより長い航続距離とを実現することができる。
Further, as compared with a so-called X-shaped drone in which the rear arm is directly attached to the body of the vehicle, when the
また、機体本体の左右方向の両側に機体中心軸に対して垂直に設けた一対のアームをそれぞれ、機体中心軸に平行に前方及び後方に分岐させた、いわゆるH型ドローンと比較しても、本実施形態の方が次のような利点を有する。すなわち、H型ドローンでは、機体中心軸に平行に同一方向に延びるアームの合計長さが大きくなり、機体本体の左右方向から受ける風の影響等に起因して飛行安定性が悪くなる。それに対して、本実施形態では、各アームの延びる方向が異なるため、風の影響等を受けにくく飛行安定性が向上する。 Also, comparing with a so-called H-shaped drone, which has a pair of arms provided on both sides in the left-right direction of the machine body perpendicular to the machine body central axis, and is branched forward and backward parallel to the machine body central axis, The present embodiment has the following advantages. That is, in the H-type drone, the total length of the arms extending in the same direction parallel to the center axis of the machine becomes large, and flight stability deteriorates due to the influence of the wind from the left and right directions of the machine body. On the other hand, in the present embodiment, the extending direction of each arm is different, so that it is less susceptible to the influence of wind and the like, and flight stability is improved.
また、本実施形態において、機体本体10は、図3に示すように、上から見て流線型を有している。すなわち、機体本体10の前方側の先端は丸く、後方側の後端はとがった形状を有している。これにより、機体本体10の空気抵抗を低減でき、より速い飛行速度とより長い航続距離とを実現することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態において、フロントアーム11A、11B、リアアーム12A、12Bの各断面は、流線型である。すなわち、フロントアーム11A、11B、リアアーム12A、12Bの前方側の先端は丸く、後方側の後端はとがった形状を有している。これにより、推進用ロータ16A、16Bによって水平方向の速度成分を得た場合に、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bに揚力を生じさせることができる。従って、浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dによるエネルギー消費を低減することができるので、より長い航続距離を実現することができる。
Further, in the present embodiment, the cross sections of the
図4は、フロントアーム11A、11Bにおける機体本体10への取付箇所近傍の断面形状の一例を示す図である。図4に示すように、フロントアーム11A、11Bの前方側の先端は丸く、後方側の後端はとがった形状を有している。また、図4に示すように、フロントアーム11A、11Bの先端位置が後端位置よりも高くなるように、機体中心軸J0に対してフロントアーム11A、11Bの断面中心軸J1がなす角度θを例えば10°程度に設定してもよい。このようにすると、例えば水平方向の速度成分が10m/s程度になるように浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dにも水平成分の推力を発生させるために、機体本体10の機首を10°程度下げたとしても、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bに揚力を生じさせることができる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a cross-sectional shape of the
また、本実施形態において、フロントアーム11A、11Bは、機体本体10から離れるに従って細くなっている。同様に、リアアーム12A、12Bも、フロントアーム11A、11B(つまり機体本体10)から離れるに従って細くなっている。これにより、フロントアーム11A、11Bにおける機体本体10への取付部分、及び、リアアーム12A、12Bにおけるフロントアーム11A、11Bへの取付部分の強度を維持しつつ、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bを軽量化して、より速い飛行速度とより長い航続距離とを実現することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態において、推進用ロータ16A、16Bを作動させることによって、無人飛行体100が水平方向の速度成分を生じている場合には、浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dの回転速度を低減してもよい。これにより、浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dによるエネルギー消費を低減することができるので、より長い航続距離を実現することができる。
Further, in the present embodiment, when the unmanned
また、本実施形態において、機体本体10、フロントアーム11A、11B、リアアーム12A、12B、及び無人飛行体100の他の構成要素は、炭素繊維やアルミニウム等の軽量の材料から形成されていてもよい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態において、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bは、内部に中空構造を有していてもよい。このようにすると、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bを軽量化して、より速い飛行速度とより長い航続距離とを実現することができる。また、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bの中空内部構造を利用して、機体本体10の内部に収容されている飛行制御システムや電池と、浮上用モータ14A、14B、14C、14Dとを電気的に接続することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態において、機体本体10、フロントアーム11A、11B、及びリアアーム12A、12Bは、例えば炭素繊維を用いて一体的に形成されていてもよい。一方、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bへの浮上用モータ14A、14B、14C、14Dの取り付け、機体本体10への短アーム15A、15Bの取り付け、短アーム15A、15Bへの推進用モータ17A、17Bの取付には、例えばネジ等を用いてもよい。
Further, in the present embodiment, the
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は前述の実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。すなわち、前述の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention. That is, the above description of the embodiments is merely exemplary in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
例えば、本実施形態では、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bの各先端に浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dを設けた。しかし、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bは、浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dの取付箇所からさらに延伸していてもよい。これにより、当該延伸部分によって、浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dを保護することが可能となる。
For example, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bの各先端上部に浮上用ロータ13A、13B、13C、13Dを1つずつ設けた。しかし、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bの各先端下部にも浮上用ロータを浮上用モータと共に設けてもよい。これにより、無人飛行体100の垂直方向の推力を増大させることができる。
In addition, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bは、流線型断面を有していた。しかし、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bの断面形状を流線型にせず、別途、揚力を生じる翼を機体本体10に設けてもよい。
Further, in this embodiment, the
また、本実施形態では、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bを機体本体10から離れるに従って細くした。しかし、アーム材料の強度や密度等に応じて、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bを一定の太さにしたり、部分的に細くしたりすることも可能である。
Further, in the present embodiment, the
また、フロントアーム11A、11B及びリアアーム12A、12Bがそれぞれ延びる方向(取付角度)や、フロントアーム11A、11Bにおけるリアアーム12A、12Bの分岐位置は、本実施形態の例示に限定されず、無人飛行体100に要求される飛行速度及び航続距離等に応じて任意に設定可能である。
Further, the directions in which the
また、本実施形態では、機体本体10の左右方向の両側に短アーム15A、15Bを設け、短アーム15A、15Bの各先端に推進用ロータ16A、16Bを設けた。しかし、推進用ロータによる空気加速がリアアーム12A、12B又は浮上用ロータ13C、13Dによって阻害されない範囲において、推進用ロータの取付位置及び取付数は特に限定されない。例えば、本実施形態では、短アーム15A、15Bの各先端前部に、推進用ロータ16A、16Bを1つずつ設けたが、短アーム15A、15Bの各先端後部にも推進用ロータを推進用モータと共に設けてもよい。これにより、無人飛行体100の水平方向の推力を増大させることができる。
Further, in this embodiment, the
また、本実施形態では、推進用ロータ16A、16Bの回転軸を、機体中心軸に対し略平行に設定した。しかし、推進用ロータ16A、16Bによる空気加速のリアアーム12A、12B又は浮上用ロータ13C、13Dとの干渉をより低減するために、或いは、機体姿勢のバランスの観点で、推進用ロータ16A、16Bの回転軸を、機体中心軸に対し水平方向及び/又は垂直方向に傾けてもよい。すなわち、推進用ロータ16A、16Bが、垂直成分の推力を生じてもよい。
Further, in the present embodiment, the rotation axes of the
100 無人飛行体
10 機体本体
10a 空気流入口
10b 空気流出口
11A、11B フロントアーム
12A、12B リアアーム
13A、13B、13C、13D 浮上用ロータ
14A、14B、14C、14D 浮上用モータ
15A、15B 短アーム
16A、16B 推進用ロータ
17A、17B 推進用モータ
18 支持脚
100 unmanned
Claims (3)
前記機体本体の左右方向の両側に、前記機体本体の前後方向の中心軸に対して対称に設けられた一対のフロントアームと、
前記一対のフロントアームの途中から前記中心軸に対して対称に分岐した一対のリアアームと、
前記一対のフロントアーム及び前記一対のリアアームのそれぞれに設けられた浮上用ロータと、
前記一対のフロントアームにおける前記一対のリアアームの分岐箇所よりも後方で且つ前記一対のリアアームよりも前記機体本体の近くに設けられ、水平成分の推力を生じる推進用ロータと、
を備えている、
無人飛行体。 With the body of the aircraft,
A pair of front arms provided symmetrically with respect to the center axis of the machine body in the front-rear direction, on both left and right sides of the machine body,
A pair of rear arms that are symmetrically branched from the middle of the pair of front arms with respect to the central axis;
A levitation rotor provided on each of the pair of front arms and the pair of rear arms,
A propulsion rotor that is provided rearward of a branch point of the pair of rear arms in the pair of front arms and closer to the machine body than the pair of rear arms, and that generates a thrust component of a horizontal component;
Is equipped with,
Unmanned aerial vehicle.
前記一対のフロントアーム及び前記一対のリアアームの各断面は、流線型である、
無人飛行体。 The unmanned aerial vehicle according to claim 1,
Each cross section of the pair of front arms and the pair of rear arms is streamlined,
Unmanned aerial vehicle.
前記一対のフロントアーム及び前記一対のリアアームは、前記機体本体から離れるに従って細くなる、
無人飛行体。 The unmanned aerial vehicle according to claim 1 or 2,
The pair of front arms and the pair of rear arms become thinner as they move away from the body of the machine.
Unmanned aerial vehicle.
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