JP2020066370A - 飛行体用安全装置、および、飛行体用安全装置を備えた飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】動作時の揺れを従来よりも低減することができる飛行体用安全装置と、この飛行体用安全装置を備えた飛行体を提供する。【解決手段】射出装置８０は、アクチュエータ８８と、パラグライダー１と、ブレークコード引張装置１０とを備えている。アクチュエータ８８は、モータ８４と、凹部８２および凹部８２と一体的に形成されたピストンヘッド８３を有するピストン８１と、ピストン８１を収容しピストン８１の推進方向を規制するハウジング８６とを備えている。モータ８４には回転軸８４ａが設けられており、回転軸８４ａの先端部には、歯車８５（ギア）が設けられている。歯車８５は、ラック８９の溝部と噛み合っており、モータ８４が駆動して回転軸８４ａを回転させることで同方向に回転運動し、ラック８９が設けられたピストン８１をハウジング８６の開口部へと移動させることができるようになっている。【選択図】図２

Description

本発明は、飛行体用安全装置、および、飛行体用安全装置を備えた飛行体に関するものである。

近年、自律制御技術および飛行制御技術の発展に伴って、飛行体の産業上における利用が加速しつつある。この飛行体の一例として、ドローンが挙げられる。ドローンは、例えば複数の回転翼を同時にバランスよく回転させることによって飛行し、上昇および下降は回転翼の回転数の増減によって行い、前進および後進は回転翼の回転数の増減を介して機体を傾けることによって成し得るものである。

一方で、上記のような飛行体の落下事故のリスクが危険視されており、飛行体の普及の妨げとなっている。こうした落下事故のリスクを低減するために、安全装置としてパラシュートまたはパラグライダー等の被展開体の射出装置およびエアバッグ装置などが製品化されつつある。例えば、特許文献１には、バネの反発力を利用して、筒内でピストン部を動作させ、このピストン部の動作によって揚力発生部材（被展開体の布部）を開口部から外部へ射出し、開傘させる無人航空機（飛行体）が開示されている。

特開２０１８−４３４６７号公報

しかしながら、上記従来の飛行体における飛行体用安全装置では、駆動源にばねを用いており、射出時にはばねの反動で飛行体および飛行体用安全装置自体が大きく揺れてしまうことがあった。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、動作時の揺れを従来よりも低減することができる飛行体用安全装置と、この飛行体用安全装置を備えた飛行体を提供することを目的とする。

（１） 本発明の飛行体用安全装置は、飛行体本体に取付可能な飛行体用安全装置であって、空中に射出されることによって展開可能な被展開体と、前記被展開体を空中に向けて射出するための射出装置と、一端が前記被展開体に連結されているとともに、他端が前記飛行体本体または前記飛行体用安全装置に連結されている連結部材と、を備え、前記射出装置は、開口部が一端部側に設けられた格納部と、前記格納部内に設けられ、前記被展開体が載置される発射台を前記格納部の開口部側に有しているとともに、前記格納部の内壁に沿って移動可能な移動部材と、前記移動部材を前記開口部側に向けて移動させることで前記被展開体を射出する駆動力を発生させるモータと、を有していることを特徴とする。

ここで、被展開体は、展開した状態において揚力または浮力が発生することで飛行体を減速させることができるものであれば如何なる形態のものでもよく、前記被展開体としては、例えば丸型パラシュート、多角形型パラシュート、パラフォイル、ロガロ型パラグライダー、ロガロ型パラシュート、トライアングル型パラグライダー、トライアングル型パラシュート等が挙げられる。前記揚力発生部材とは、展開状態において揚力または浮力が発生するものであり、前記被展開体の一つであるパラグライダー、トライアングル型パラシュート、ロガロ型パラシュートの布部（キャノピー）などが具体例として挙げられる。なお、上述のパラグライダーの中には、ラムエアを利用して翼形状を保つために、パラグライダーは、エアインテークのあるものが主流であるが、無いもの（シングルサーフェスなど）も存在する。安定した飛行を行うためには、エアインテーク付のパラグライダーがより好ましい。さらに、プロペラ等の推進装置をつけて、強制的に推進力を得て飛行できるパラグライダーでもよい。

（２） 上記（１）の飛行体用安全装置においては、前記モータは、前記モータの駆動力が伝達されて軸周りに回転運動をする回転軸を有したものであって、前記移動部材の一部に、複数の溝部を有したラックが形成され、前記回転軸の一部に、前記回転軸の回転にならって回転するとともに前記ラックの溝部と噛み合う歯車が設けられており、前記モータが駆動した場合において、前記歯車の回転運動を前記移動部材の直線運動に変化させることが好ましい。

（３） 別の観点として、上記（１）の飛行体用安全装置においては、前記モータが直線運動をするリニアモータであってもよい。

（４） 本発明の飛行体は、動作時の揺れを従来よりも低減することができる飛行体用安全装置と、この飛行体用安全装置を備えた飛行体を得ることができる。

本発明の飛行体用安全装置によれば、動作時の揺れをバネ式の飛行体用安全装置よりも低減することができるだけでなく、軽量化することも可能である。また、本発明の飛行体用安全装置を備えた飛行体によれば、産業用の大型飛行体に適用しても、十分に本発明の飛行体用安全装置が奏する効果を達成することができる。

本発明の第１実施形態における飛行体に搭載されたパラグライダーが展開した状態を示す正面図である。 図１におけるパラグライダーの射出装置を示す断面図であって、作動前の状態の図である。 図１の飛行体におけるパラグライダーの射出装置の制御構成を含むブロック図である。 図１におけるパラグライダーの射出装置の作動途中の状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図４に基づいて説明する。

図１に示したように、飛行体３０は、飛行体本体３１と、飛行体本体３１に結合され、当該飛行体本体３１を推進させる１つ以上の推進機構（例えばプロペラ等）３２と、飛行体本体３１の下部に設けられた複数の脚部３３と、被展開体であるパラグライダーの射出装置８０（飛行体用安全装置の一例）とを備えている。

図１において、パラグライダー１は、空気をはらむことにより全体で翼型を成すキャノピー２と、キャノピー２から下方に向かって延びて飛行体３０に連結される複数の吊下索３とを備えている。

キャノピー２は、図１に示したように、パラグライダー１を前方から見た場合、飛行体３０の上方で左右方向に略円弧形状に広がるように形成されている。また、吊下索３（ライン）は、４本ずつ左右対称となるように、キャノピー２から飛行体３０へと延設されている。なお、吊下索３は、一端が飛行体３０に付設された装置に連結されていてもよい。

左右一対のブレークコード４は、飛行体３０の操縦を行うものであり、一端部がキャノピー２の後端縁部分に４本ずつ対称的に途中から枝分かれして設けられ、他端部の１本ずつが後述する各ブレークコード引張装置１０のリール１４に接続されている。

なお、緊急時にパラグライダーの射出装置８０が展開した飛行体３０では、左右のブレークコード４の操作により、キャノピー２を変形させて受ける風圧抵抗を変えることで、旋回、上昇、または下降の操縦が行われるようになっている。例えば、飛行体３０を右旋回させる場合は、右側のブレークコード４を引いてキャノピー２右側部の抵抗を増大させることにより、キャノピー２右側速度を減速させて方向転換を行うようになる。また、飛行体３０を着陸させる場合は、左右のブレークコード４を引いてキャノピー２全体の抵抗を増大させることにより、下降速度を減速させて着陸を行うようになる。なお、ブレークコード４の引き操作とは、後述するブレークコード引張装置１０のリール１４にブレークコード４を巻き取る操作のことである。

作動前のパラグライダーの射出装置８０は、図２に示したように、アクチュエータ８８と、パラグライダー１と、ブレークコード引張装置１０とを備えている。アクチュエータ８８は、たとえば電力で駆動するモータ８４と、凹部（凹状部材）８２および当該凹部８２と一体的に形成されたピストンヘッド８３（発射台）を有するピストン８１（移動部材）と、ピストン８１を収容し当該ピストン８１の推進方向を規制する有底筒状のハウジング８６（格納部）とを備えている。なお、通常時（展開前）のパラグライダーの射出装置８０のパラグライダー１と吊下索３とは、円筒状のハウジング８６内において折り畳まれて収納されており、緊急時において飛行体３０の制御部６（図３参照）から異常信号を受信したアクチュエータ８８（図２参照）などの起動によりハウジング８６内から外部に射出された後、図１に示したように展開され、使用されるものである。

また、図２に示したように、ハウジング８６の内壁とピストンヘッド８３の外周部との間には、隙間（クリアランス）である連通部Ｓ１が形成されている。ピストン８１が移動する（図２の矢印方向に射出される）場合には、ハウジング８６の内壁とピストンヘッド８３との間の空間Ｓが負圧になるが、空間Ｓに連通部Ｓ１から空気が流入するので、このときの負圧を低減し、ピストン８１の移動をスムーズにすることができる。

モータ８４は、凹部８２内において、モータ支持台９０の上部に設けられている。モータ８４には回転軸８４ａが設けられており、回転軸８４ａの先端部には、歯車８５（ギア）が設けられている。歯車８５は、ラック８９の溝部と噛み合っており、図２の状態において、モータ８４が駆動して回転軸８４ａを時計回りに高速回転させることで同方向に回転運動し、ラック８９が設けられたピストン８１をハウジング８６の開口部へと瞬時に移動させることができるようになっている。

このような構成において、ピストン８１の推進によりパラグライダー１を直接押し出して展開させることができる。なお、ハウジング８６の開口端部は初期状態で蓋８７により閉じられており、パラグライダー１の押し出しにより上記開口端部から外れるようになっている。

ブレークコード引張装置１０は、図２に示すように、支持台１１と、サーボモータ１２と、リールシャフト１３と、リール１４と、を備え、左右のブレークコード４に対応するように、一対設けられている。

支持台１１は、飛行体３０のハウジング８６内において、飛行体本体３１上部に固定されている。サーボモータ１２は、支持台１１の一端側の側部に固定されており、リールシャフト１３の一端部と一体化している出力軸を有している。リール１４は、リールシャフト１３を中心に回転可能に支持されているものである。これらの構成により、各ブレークコード引張装置１０は、サーボモータ１２によって、左右の各リール１４に左右のブレークコード４を巻き取る操作、または、各リール１４から左右のブレークコード４を繰り出す操作を適宜行うことができる。

また、図３に示したように、この飛行体３０は、障害物検知部５、制御部６、バッテリ７、制御部６から送信された情報を記憶する記憶部８、コントローラ４０からの操作信号を受信し、飛行体３０の情報をコントローラ４０に送信する送受信部９などを備えている。

障害物検知部５は、飛行体３０の高度を検出し、検出した高度情報である高度検出信号を制御部６に出力するようになっている。また、障害物検知部５は、飛行体本体３１または障害物検知部５から所定距離内に存在する障害物を検知した場合、障害物検知信号を制御部６に出力するとともに、飛行体本体３１と障害物との距離を検出し、検出した距離情報である距離検出信号を制御部６に出力するようになっている。また、障害物検知部５は、飛行体３０の異常を検出し、検出した情報に基づいて、異常信号を制御部６に出力するようになっている。なお、障害物検知部５としては、必要に応じて、加速度センサ、ジャイロセンサ、気圧センサ、ＧＰＳ（全地球測位システム）、レーザーセンサ、超音波センサ、赤外線センサ、ミリ波レーダー、サブミリ波レーダー、速度センサ、および風向検知センサのうち少なくとも１つ以上を含むものであることが好ましい。

制御部６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータであって、必要に応じて作動信号を送信して左右のブレークコード引張装置１０を制御するものであり、例えば、左右のブレークコード引張装置１０の各サーボモータ１２をそれぞれ作動または停止させる信号を出力するようになっている。また、制御部６は、障害物検知部５からリアルタイムで障害物検知信号、距離検出信号、高度検出信号（飛行体３０の高度の情報を含む）を受信し、これらの受信した各信号に応じて左右のブレークコード引張装置１０を作動させるか否かの判断を行うようになっている。たとえば、制御部６は、障害物検知信号を受信した場合、または、受信した距離検出信号に含まれる距離の情報が所定の距離以下であった場合において、左右のブレークコード引張装置１０に制御信号を送信し、左右のブレークコード引張装置１０のうちいずれか一方を作動させて飛行体３０を障害物から回避する制御、または、左右のブレークコード引張装置１０どちらも作動させてブレークコードを引っ張り、飛行体３０と障害物との衝突の衝撃を緩和する制御などを行う。また、制御部６は、飛行体３０に異常が発生したことを障害物検知部５が検知した際、障害物検知部５から異常信号を受信し、受信した異常信号に応じて、アクチュエータ８８におけるモータ８４を作動させるようになっている。

コントローラ４０は、操作者によって飛行体３０を操作するためのものであり、操作者の入力に基づいて操作信号を送受信部９に送信するものである。これにより、通常時の飛行体３０の操作だけでなく、緊急時においてブレークコード引張装置１０を操作することもできる。また、コントローラ４０は、送受信部９から飛行体３０の飛行状態（異常状態を含む）などの各種情報を受信することができる。

続いて、パラグライダーの射出装置８０の動作について説明する。

まず、飛行中に飛行体３０が緊急事態に陥った場合、障害物検知部５が異常状態を検知し、異常信号を制御部６に送信する。異常信号を受信した制御部６は、パラグライダーの射出装置８０のモータ８４に動作信号を送信する。この動作信号を受信したモータ８４は、モータ８４内の駆動部を作動させ、歯車８５を回転させ、ピストン８１を移動させる。具体的には、モータ８４が駆動した場合、図２に示した初期状態から図４に示した作動途中の状態を経て、パラグライダー１を飛行体３０のハウジング８６内から外部へ射出し、図１に示した状態となる。なお、モータ８４が作動するのに合わせて、ブレークコード引張装置１０は、ブレークコード４を繰り出し可能な状態にする。たとえば、ブレークコード４の繰り出し方向にリール１４を回転させるためにサーボモータ１２を作動させるか、もしくは、リール１４の回転をフリー状態にして、パラグライダー１の射出力（モータ８４の駆動力）を利用して、ブレークコード４を引っ張り出すような状態にする。

続いて、パラグライダー１の展開後は、徐々に飛行体３０の高度を下げつつ、コントローラ４０からの操作信号に基づいて、また、制御部６からの制御信号に基づいて、ブレークコード引張装置１０はブレークコード４を引っ張ったり繰り出したりして、飛行体３０を自動操舵し、安全な場所に軟着陸させたり、障害物と衝突しそうな場合には障害物から自動回避したり、仮に衝突する場合に備えて衝突の衝撃を自動緩和させたりする。

本実施形態の飛行体３０によれば、動作時の揺れをバネ式の飛行体用安全装置を備えた飛行体よりも低減することができるだけでなく、軽量化することも可能である。また、ブレークコード４を巻き取るまたは繰り出すことによって、ブレークコード４の引っ張り具合を自動調整可能である。これにより、飛行体３０は、障害物と衝突しそうな場合には障害物を自動回避することができ、仮に障害物に衝突したとしても衝突前に下降速度を十分に減速させることができるので、衝突の衝撃を自動緩和させることができる。特に、本実施形態の飛行体３０によれば、着陸直前時においては、下降速度を十分に減速させることができるので、軟着陸することが可能となり、着陸場所との衝突の衝撃を自動緩和できる。また、飛行体３０によれば、産業用の大型飛行体に適用しても、十分に上記各効果を達成することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

たとえば、上記実施形態において、歯車８５およびラック８９（いわゆるラック・アンド・ピニオン）を用いたが、これらの代わりに、図２上方向に直線運動することが可能な電磁石を用いたリニアモータ（シャフトモータを含む）によって、または、モータを利用してボールねじを駆動して、ピストンを図２の上方向に瞬時に移動させるもの、などを用いてもよい。

また、上記実施形態において、パラグライダーの射出装置は、ブレークコード引張装置が左右のブレークコードに対応して２つ設けられているが、１つのブレークコード引張装置で左右のブレークコードを巻き取るように構成したものであってもよい。

１ パラグライダー
２ キャノピー
３ 吊下索
４ ブレークコード
５ 障害物検知部
６ 制御部
７ バッテリ
８ 記憶部
９ 送受信部
１０ ブレークコード引張装置
１１ 支持台
１２、１１２ サーボモータ
１３ リールシャフト
１４、１１４ リール
３０、１３０、１５１ 飛行体
３１ 飛行体本体
３２ 推進機構
３３ 脚部
４０ コントローラ
８０ パラグライダーの射出装置
８１ ピストン
８２ 凹部
８３ ピストンヘッド
８４ モータ
８４ａ 回転軸
８５ 歯車
８６ ハウジング
８７ 蓋
８８ アクチュエータ
８９ ラック
９０ モータ支持台
Ｓ 空間
Ｓ１ 連通部

Claims (4)

1. 飛行体本体に取付可能な飛行体用安全装置であって、
   空中に射出されることによって展開可能な被展開体と、
   前記被展開体を空中に向けて射出するための射出装置と、
   一端が前記被展開体に連結されているとともに、他端が前記飛行体本体または前記飛行体用安全装置に連結されている連結部材と、
   を備え、
   前記射出装置は、
   開口部が一端部側に設けられた格納部と、
   前記格納部内に設けられ、前記被展開体が載置される発射台を前記格納部の開口部側に有しているとともに、前記格納部の内壁に沿って移動可能な移動部材と、
   前記移動部材を前記開口部側に向けて移動させることで前記被展開体を射出する駆動力を発生させるモータと、
   を有していることを特徴とする飛行体用安全装置。
2. 前記モータは、前記モータの駆動力が伝達されて軸周りに回転運動をする回転軸を有したものであって、
   前記移動部材の一部に、複数の溝部を有したラックが形成され、
   前記回転軸の一部に、前記回転軸の回転にならって回転するとともに前記ラックの溝部と噛み合う歯車が設けられており、
   前記モータが駆動した場合において、前記歯車の回転運動を前記移動部材の直線運動に変化させることを特徴とする請求項１に記載の飛行体用安全装置。
3. 前記モータが直線運動をするリニアモータであることを特徴とする請求項１に記載の飛行体用安全装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の飛行体用安全装置を備えた飛行体。

Images