JP2020067155A

JP2020067155A - ジンバル機構

Info

Publication number: JP2020067155A
Application number: JP2018201352A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　陽一; Yoichi Suzuki; 陽一鈴木
Original assignee: Aeronext Inc
Current assignee: Aeronext Inc
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-04-30
Also published as: JP2023083624A

Abstract

【課題】飛行効率を向上し得る新たな構造を有る飛行体を提供すること。【解決手段】本発明による飛行体は、少なくとも第１方向に沿って進行可能な飛行体であって、機体部と、付属部とを備えている。機体部は、本体部と、揚力発生部とを有している。本体部は、第１方向に沿って延びる右側部及び左側部と、第１方向とは反対の方向である第２方向における右側部及び左側部夫々の端部同士を連結する連結部とを有している。これにより第１方向と直行する第３方向から見た場合に左側部と右側部と連結部とで囲まれる被囲空間が存在するように構成したこと。【選択図】図２

Description

本発明は、ジンバル機構に関する。

従来、カメラやセンサ等の情報収集機器、作業用アームや工具等の作業機器をさまざまな場所に設置したり、移動が可能な物（例えば、自動車や船舶、等）に搭載したりして、様々な作業や調査が行われている。

作業機器は、移動させながら使用したり、振動が起こり得る場所に設置や搭載をしたりする場合が多い。例えば、テレビ番組や映画の撮影で人がカメラを保持し動かす、インフラ点検のためにセンサを無人航空機に搭載して飛行させる、などといった場合がある。

作業において、前期作業機器が精密な動作を求められる場合には、作業機器は設置された環境による振動や揺動を受けないことが望ましい。また、特に人や移動が可能な物に保持させて使用する場合には、よりコンパクトであり、軽量であることが求められる。

特許文献１では、撮像装置の姿勢を安定化させながらも、コンパクトかつ軽量である事を特徴とするジンバル支持装置システムを提供する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１７９９３号公報

特許文献１においては、複数のモータを備えるジンバル支持装置構造を設けることによって、搭載する撮像装置の姿勢を容易に安定化させ、視軸振れを抑制できるよう構成している。これにより、良質な映像を得ることが出来る。さらに、部材を短くした設計や、バッテリー等をジンバルの稼働部外に設置する設計により、小型軽量化を実現している。

しかしながら、特許文献１において、システムを構成するジンバルは各々の回転軸上からは離れた構成となっており、上面から見た場合の外観形状の小型化は十分とは言えない。

また、モータの回転軸をさらに短くできる設計とすれば、剛性の点においても、小型化の点においても改善の余地があると考えられる。

そこで、本発明は、２軸ジンバルの構成において、１つのジンバルの回転軸上にもう片方のジンバルを設けることにより、小型且つ剛性の高いジンバル機構を提供することを一つの目的とする。

本発明は、２軸ジンバルの構成において、１つのジンバルの回転軸上にもう片方のジンバルを設けることにより、小型且つ剛性の高いジンバル機構を提供することを一つの目的とする。

本発明によれば、
フレーム部を第１回転方向に変位可能な第１ジンバルと、
前記フレーム部に設けられた第２ジンバルであって搭載部を第２回転方向に変位可能な第２ジンバルとを備えるジンバル機構であって、
前記第２ジンバルの位置は、前記第１ジンバルの回転軸上に位置している、
ジンバル機構が得られる。

本発明によれば、作業部を細かく制御可能なジンバル機構を提供し得る。

従来のジンバル機構を上から見た概念図である。本発明によるジンバル機構を上から見た概念図である。図１のジンバル機構を飛行体に搭載した状態を上面から見た概念図である。図２のジンバル機構を飛行体に搭載した状態を上面から見た概念図である。図３の飛行体の機能ブロック図である。図２のジンバル機構を側面から見た図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体は、以下のような構成を備える。
［項目１］
フレーム部を第１回転方向に変位可能な第１ジンバルと、
前記フレーム部に設けられた第２ジンバルであって搭載部を第２回転方向に変位可能な第２ジンバルとを備えるジンバル機構であって、
前記第２ジンバルの位置は、前記第１ジンバルの回転軸上に位置している、
ジンバル機構。
［項目２］
項目１に記載のジンバル機構であって、
前記フレーム部は略矩形形状を有しており、
前記第２ジンバルは、前記フレーム部の内側に設けられている、
ジンバル機構。
［項目３］
項目１又は項目２に記載のジンバル機構であって、
前記第１ジンバルと前記第２ジンバルとのそれぞれの回転軸は互いに直交する、
ジンバル機構。

＜本発明による実施の形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態による飛行体について、図面を参照しながら説明する。

図２に示されるように、本発明の実施によるジンバル機構は、前記第１ジンバル部１０の回転軸上に前記第２ジンバル部２０が設けられている。

＜本発明による実施の形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

構造や形状については一例に過ぎず、本発明の実施に必要な機能を有する部材であれば、どのようなものでもよい。

図２に示されるように、本実施の形態によるジンバル機構は、フレーム部４０を第１回転方向に変位可能な第１ジンバル１０と、フレーム部４０に設けられた第２ジンバル２０を備えており、第２ジンバル２０は、第１ジンバル１０の回転軸上に位置している。

第２ジンバル２０を第１ジンバル１０の回転軸上に設けることにより、上面から見た外観形状を小型化することが可能となり、それに伴って部材も短縮されるため、軽量化を図ることが出来る。

また、第２ジンバル２０と搭載部３０との距離が開くほど、第２ジンバル２０の回転の軸はぶれやすく、剛性が低くなる。本発明においては、第１ジンバル１０の回転軸上に搭載部３０を設けていた従来のジンバル機構と比較して、第２ジンバル２０と搭載部３０との距離が短縮されるため、ジンバル機構の剛性が向上する。

ジンバル機構の小型化及び軽量化は、ジンバル機構が搭載される機器の小型・軽量化につながるため、例えばカメラのスタビライザーとして使用する際には、それを保持するクレーンや人、ワイヤー等にかかる負荷が軽減する。

フレーム部４０は、第１ジンバル１０によって回動可能な形状であり、且つ、第２ジンバル２０が接続できる形状である。主に略矩形形状や略円形形状を有することが想定されるが、形状についてはこの限りではなく、例えば、第２ジンバル２０を完全に囲まないＬ字型やコの字型などでも構わない。

フレーム部４０が略矩形形状等の第２ジンバル２０を囲む形状である場合、第２ジンバル２０は、フレーム部４０の内側に設けられ、第１ジンバル１０との距離が近いことが望ましい。

第１ジンバル１０と第２ジンバル２０とのそれぞれの回転軸は互いに直交していても斜交していてもよい。

本発明におけるジンバル構造の使用の例として、図４及び図６に示されるような本体部の使用方法がある。図４においては、カメラのスタビライザー、図６においては作業機器を搭載するフレームを示している。

図４に示されるように、本発明におけるジンバル構造は、飛行体５０に搭載することも可能である。ここでは、説明を容易にするため小型の無人回転翼機を用いるが、あくまで例示に過ぎず、飛行体の形態を限定するものではない。例えば、有人機でも無人機でもよいし、飛行体が飛行船、固定翼機、回転翼機などであってもよい。

一般的に、飛行体に搭載する場合には、燃費や安全性等の観点から、地上等で使用する際よりも軽量化や小型化が重要となる。

もちろん、本発明によるジンバル構造が、飛行部と互いに変位可能に接続されていなくとも、カメラのスタビライザーや搭載作業機器の姿勢を安定させるためのジンバル機構として機能することは言うまでもない。

上述した飛行体は、例えば、図５に示される機能ブロックを有している。なお、図８の機能ブロックは最低限の参考構成である。

フライトコントローラは、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。

フライトコントローラは、図示しないメモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、１つ以上のステップを行うためにフライトコントローラが実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。

メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。

フライトコントローラは、飛行体の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θ_ｘ、θ_ｙ及びθ_ｚ）を有する飛行体の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために飛行体の推進機構（モータ等）を制御する。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。

フライトコントローラは、１つ以上の外部のデバイス（例えば、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。

例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。

送受信部は、センサ類で取得したデータ、フライトコントローラが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。

本実施の形態によるセンサ類は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。

本発明の飛行体は、宅配、監視、調査、撮影等における産業用の飛行体としての利用が期待できる。また、本発明の飛行体は、マルチコプター・ドローン等の飛行機関連産業において利用することができ、さらに、本発明は、カメラ等を搭載した空撮用の飛行体としても好適に使用することができる他、セキュリティ分野、農業、インフラ監視、有人アトラクション等の様々な産業にも利用することができる。

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

１０第１ジンバル部
１１第１回転軸
２０第２ジンバル部
２１第２回転軸
３０搭載部
３１本体部の回転軸
４０フレーム部
５０飛行体

Claims

フレーム部を第１回転方向に変位可能な第１ジンバルと、
前記フレーム部に設けられた第２ジンバルであって搭載部を第２回転方向に変位可能な第２ジンバルとを備えるジンバル機構であって、
前記第２ジンバルの位置は、前記第１ジンバルの回転軸上に位置している、
ジンバル機構。
請求項１に記載のジンバル機構であって、
前記フレーム部は略矩形形状を有しており、
前記第２ジンバルは、前記フレーム部の内側に設けられている、
ジンバル機構。
請求項１又は請求項２に記載のジンバル機構であって、
前記第１ジンバルと前記第２ジンバルとのそれぞれの回転軸は互いに直交する、
ジンバル機構。