JP2020097978A - ジョイント部材、ガード部材及びドローン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ジョイント部材において、棒状部材同士の連結及び切り離しを容易とする。【解決手段】３本以上の棒状部材を連結するジョイント１であって、棒状部材が挿入される筒部１ａと、一部又は全ての筒部１ａに設けられると共に、棒状部材の挿入方向において、棒状部材を移動可能とする可動部１ｅとを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ジョイント部材、ガード部材及びドローン装置に関する。

例えば、特許文献１には、ジョイント部材により棒状部材が連結されて形成されたガード部材が開示されている。特許文献１のジョイント部材は、開口を複数有しており、各開口に棒状部材が挿入されることで、各棒状部材が一定の角度を形成するように固定することが可能である。上記ジョイント部材を用いることで、ガード部材は、多面体形状を形成している。ドローン装置においてこのようなガード部材を備えることにより、ドローン本体を衝撃等から保護することが可能である。

特開２０１８−５８５６２号公報

特許文献１に開示されたドローン装置は、ドローン本体を囲うガード部材を備えるため、全体として大型となり、運搬が容易ではない。したがって、ガード部材を分割して運搬することが考えられる。しかしながら、ジョイント部材が一定の角度及び位置において棒状部材を固定しているため、組み立て時や分割時においてジョイント部材同士が干渉し、ジョイント部材に対して棒状部材の取り付け又は取り外しを行うことが容易でない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ジョイント部材において、棒状部材同士の連結及び切り離しを容易とすることを目的とする。

本発明の一態様は、上記課題を解決するためのジョイント部材に係る第１の手段として、３本以上の棒状部材を接続するジョイントであって、前記棒状部材が挿入される筒部と、一部又は全ての前記筒部に設けられると共に、前記棒状部材の挿入方向において、前記棒状部材を移動可能とする可動部とを有する、という構成を採用する。

ジョイント部材に係る第２の手段として、上記第１の手段において、前記筒部を３個有し、３個の前記筒部は、一方向から見て三角形を形成するように固定される、という構成を採用してもよい。

ガード部材に係る第１の手段として、請求項１又は２記載のジョイント部材と、前記ジョイント部材により連結されることにより多面体形状を形成する棒状部材とを備え、前記可動部が設けられた筒部から前記棒状部材を分離することにより、２以上のパーツに分割可能である、という構成を採用してもよい。

ドローン装置に係る第１の手段として、請求項３に記載のガード部材と、前記ガード部材の内側に設けられるドローン本体とを備え、前記ガード部材は、前記ドローン本体が固定される固定部を有し、前記固定部を含むパーツと、前記固定部を含まないパーツとに分割可能である、という構成を採用してもよい。

ドローン装置に係る第２の手段として、前記ガード部材は、全ての固定部を含むパーツと、前記固定部を含まない複数のパーツとに分割可能である、という構成を採用してもよい。

本発明によれば、ジョイント部材に可動部が設けられていることにより、ジョイント部材に対して棒状部材が挿入方向に移動可能とされている。これにより、複数の棒状部材同士を連結する際に、該ジョイント部材に一端が挿入された棒状部材を移動させることで、他端を別のジョイント部材に挿入することが容易となる。すなわち、本発明によれば、棒状部材同士の連結及び切り離しを容易とすることができる。

本発明の一実施形態に係る可動ジョイント部材を備えるドローン装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る可動ジョイント部材を含むガード部材の部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る可動ジョイント部材の正面図である。 本発明の一実施形態における可動部の模式断面図である。 本発明の一実施形態に係る固定ジョイント部材の正面図である。 本発明の一実施形態に係る可動ジョイント部材を備えるドローン装置の変形例を示す斜視図である。

本実施形態に係る可動ジョイント部材１が適用されるドローン装置１００について説明する。図１は、本実施形態に係る可動ジョイント部材１を備えるドローン装置１００の斜視図である。

ドローン装置１００は、ドローン本体１１０と、ガード部材１２０とを備えている。ドローン本体１１０は、支持部１１１と、４つのモータ１１２と、４つのプロペラ１１３と、制御部（不図示）とを備えるマルチコプタ型の自律飛行装置である。支持部１１１は、平行に並べられた２本の柱状部材と、２本の柱状部材の双方に跨るように配置される長尺状のフレーム材とによりＨ字状に構成されている。この支持部１１１は、４つのモータ１１２と４つのプロペラ１１３と制御部とを支持している。

モータ１１２は、それぞれ支持部１１１の柱状部材の端部に取り付けられており、不図示の配線により制御部と接続されている。プロペラ１１３は、モータ１１２の回転軸に接続され、モータ１１２により回転される。制御部は、所定のプログラムに基づいてモータ１１２の駆動を制御する。また、ドローン本体１１０は、現在位置の取得を行うためのＧＰＳ受信機や、障害物を検出する赤外線センサ等を備えていてもよい。これにより、上記機器から得られる情報に基づいて安全に目的地まで自律飛行可能である。

ガード部材１２０は、ドローン本体１１０の周囲を囲う多面体形状の緩衝部材であり、ジンバル機構１２１と、多数のフレーム部材１２２（棒状部材）と、可動ジョイント部材１と、固定ジョイント部材２とを備えている。

ジンバル機構１２１は、ドローン本体１１０の支持部１１１に保持固定されるドローン保持部１２３と、略円環状のジンバル１２４とを備えている。ドローン保持部１２３は、長尺状の部材であり、長手方向の中央部にドローン本体１１０が固定される。
ドローン保持部１２３は、長手方向がジンバル１２４の半径方向に位置するように配置されており、その両端はジンバル１２４の内周面に回転可能に固定される。つまり、ドローン保持部１２３は、その長手方向を中心軸としてジンバル１２４に対して回転可能である。
ジンバル１２４は、ドローン保持部１２３の上記回転軸と直交する半径方向を回転軸として回転可能に、後述するジンバル固定部１２５に固定されている。すなわち、ジンバル機構１２１によって、ドローン本体１１０は、ガード部材１２０の内側において２軸方向に回転可能である。

フレーム部材１２２は、それぞれ同一の長さの直線的な部材である。フレーム部材１２２の材料としては、衝突による衝撃を吸収可能な弾性と強度を有していることが好ましく、例えば炭素繊維やプラスチック、木材、アルミニウム、ジュラルミン等が挙げられる。
フレーム部材１２２は、それぞれ可動ジョイント部材１又は固定ジョイント部材２により他のフレーム部材１２２と連結されることで、五角形と六角形とを組み合わせた多面体状構造（フラーレン構造）を形成する。また、この多面体状構造体の中心を挟んで対向する２箇所において、ジンバル固定部１２５が形成されている。ジンバル固定部１２５は、フレーム部材１２２により形成される五角形のそれぞれの角から該五角形の中心に向けてフレーム部材１２２が配置されることで構成され、該五角形の中心にドローン保持部１２３を固定する。

このようなガード部材１２０は、図１に２点鎖線で示すように、分割パーツＡ、Ｂ、Ｃの３つのパーツに分割可能とされている。分割パーツＡは、ガード部材１２０において、ジンバル１２４と接続されていない部位、すなわち、ジンバル固定部１２５が設けられていない部位である。分割パーツＢは、分割パーツＡと隣接し、対向する２つのジンバル固定部１２５を含む略環状の部位である。分割パーツＣは、分割パーツＢを挟んで分割パーツＡと対向すると共に、ジンバル固定部１２５が設けられていない部位である。これらの分割パーツＡ、Ｂ、Ｃは、隣接するパーツとの連結部において、フレーム部材１２２が可動ジョイント部材１により連結されている。また、ガード部材１２０は、分割パーツ同士の連結部以外のフレーム部材１２２について、固定ジョイント部材２により連結されている。

ドローン装置１００は、不図示のカメラを備えており、ドローン本体１１０が飛行中に該カメラによって周囲を撮影することができる。このようなドローン装置１００は、例えば建造物内において人間が進入困難な場所等において飛行し、周囲の状況を撮影することが可能である。

また、ドローン装置１００は、プロペラ１１３を回転させることにより揚力を得て飛行する。ドローン装置１００は、建造物内を飛行時において、壁面等に衝突すると、ガード部材１２０に力が加わり、ジンバル機構１２１が回転することによって、ドローン本体１１０に衝撃が伝達されることを防止することができる。また、ドローン装置１００の落下時においても、同様にガード部材１２０が地面と衝突するため、ドローン本体１１０への衝撃を抑制できる。

続いて、図２〜図４を参照して、本発明の実施形態に係る可動ジョイント部材１について説明する。図２は、本実施形態に係る可動ジョイント部材１を含むガード部材１２０の部分拡大図である。また、図３は、本実施形態に係る可動ジョイント部材１の正面図である。また、図４は、本実施形態における可動部１ｅの模式断面図である。

可動ジョイント部材１は、図２に示すように、３つのフレーム部材１２２を連結する部材である。可動ジョイント部材１は、図３に示すように、３つの中空の筒状部材１ａ（筒部）が三角形を形成するように、両端がそれぞれ他の筒状部材１ａの端部に固定されることで構成されている。筒状部材１ａには、内部にフレーム部材１２２の端部領域を収容する挿入領域１ｂが形成されている。また、筒状部材１ａは、図４に示すように、挿入領域１ｂの先端部に挿入開口１ｃが形成されている。

挿入領域１ｂは、略円柱状の空間であり、図３に示すように、３本のフレーム部材１２２のそれぞれが異なる方向から挿入される。このような３つの挿入領域１ｂは、図３に示すように、１つの可動ジョイント部材１への全てのフレーム部材１２２の挿入方向に対して垂直な方向（以下、正面方向と称する）から見て、両端が他の挿入領域１ｂと重なっており、三角形を形成している。すなわち、図３において、正面方向から見て、第１の筒状部材１ａの先端部が第２の筒状部材１ａの後端部の上に重なり、第２の筒状部材１ａの先端部が第３の筒状部材１ａの後端部の上に重なり、第３の筒状部材１ａの先端部が第１の筒状部材１ａの後端部の上に重なる。

また、可動ジョイント部材１は、３つの筒状部材１ａを接合する接続部１ｄを有している。接続部１ｄは、筒状部材１ａの両端部を、それぞれ他の筒状部材１ａの端部に角度を形成するように固定している。つまり、接続部１ｄは、第１の筒状部材１ａの先端部と第２の筒状部材１ａの後端部とを接合し、第２の筒状部材１ａの先端部と第３の筒状部材１ａの後端部とを接合し、第３の筒状部材１ａの先端部が第１の筒状部材１ａの後端部とを接合する。

筒状部材１ａの材料としては、加工しやすく、衝突による衝撃に対する強度を有していることが好ましく、例えばＡＢＳ樹脂や、ＡＥＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、マレージング鋼、ジュラルミン等が挙げられる。
接続部１ｄを構成する材料としては、筒状部材１ａの材料と同様の材料を用いればよい。これにより、接続部１ｄは筒状部材１ａと共に樹脂により一体形成することができる。
一方、接続部１ｄを筒状部材と異なる、絶縁性の高いセラミックにより構成し、筒状部材１ａ同士の絶縁性を高めてもよい。接続部１ｄを、高い絶縁性を有する材料で構成することで、フレーム部材１２２に数千ボルト程度の電圧が印加された場合にも、可動ジョイント部材１内で電気的に断線させることができる。

また、可動ジョイント部材１は、３個の筒状部材１ａのうちの１個又は２個の挿入開口１ｃに挿入されて固定された可動部１ｅを有している。可動部１ｅは、略筒状とされ、例えば金属により構成されている。ガード部材１２０の組み立て時において、可動部１ｅには、フレーム部材１２２の端部が挿入される。

このような可動部１ｅは、図４に示すように、インナ１ｆと、アウタ１ｇと、ゴム部材１ｈとを備えている。インナ１ｆは、一端の外周に筒状部材１ａに挿入されるネジ山が形成され、他端の外周にアウタ１ｇに挿入されるネジ山が形成された筒状の部材である。また、インナ１ｆは、内側にフレーム部材１が挿入されている。アウタ１ｇは、インナ１ｆが挿入されるナット部材である。また、アウタ１ｇは、フレーム部材１２２が挿入されていると共に、中央部の孔が一端側で縮径されており、フレーム部材１２２のみが上記一端側より露出する。ゴム部材１ｈは、インナ１ｆの端部と接触した状態でアウタ１ｇ内に挿入された円環状の部材である。このゴム部材１ｈは、内側にフレーム部材１２２が挿入されており、インナ１ｆによりアウタ１ｇに対して押し込まれることにより軸方向において圧縮されて縮径し、フレーム部材１２２を固定する。
このような可動部１ｅは、フレーム部材１２２が挿入された状態で、組み立て時においては、フレーム部材１２２が移動可能とされている。そして、インナ１ｆに対してアウタ１ｇが螺合されることで、アウタ１ｇ内のゴム部材１ｈがインナ１ｆにより押し込まれて変形し、フレーム部材１２２を締め付けて固定する。

図５は、本実施形態に係る固定ジョイント部材２の正面図である。固定ジョイント部材２は、図５に示すように、筒状部材２ａと、筒状部材２ａの内側に形成された挿入領域２ｂと、筒状部材２ａの端部である挿入開口２ｃと、筒状部材２ａ同士が接続される接続部２ｄとを有している。固定ジョイント部材２において、筒状部材２ａ、挿入領域２ｂ、挿入開口２ｃ及び接続部２ｄは、筒状部材１ａ、挿入領域１ｂ、挿入開口１ｃ及び接続部１ｄと同一の構造とされる。すなわち、固定ジョイント部材２は、可動ジョイント部材１において可動部１ｅが設けられていない形状とされる。

このようなドローン装置１００は、ガード部材１２０が分割パーツＡ、Ｂ、Ｃに分割された状態で搬送される。このとき、分割パーツＢには、ドローン本体１１０及びドローン本体１１０とガード部材１２０とを連結する各パーツが取り付けられた状態とされる。そして、ドローン装置１００を駆動させる場所において、作業者により分割パーツＢに対して分割パーツＡ、Ｃを連結させ、ガード部材１２０が組み立てられる。

本実施形態に係る可動ジョイント部材１によれば、可動部１ｅにおいて、フレーム部材１２２を挿入方向に移動可能とすると共に、アウタ１ｇをインナ１ｆに螺合することでフレーム部材１２２を固定する。すなわち、可動部１ｅが設けられた筒状部材１ａに挿入されたフレーム部材１２２は、挿入方向において移動可能となる。したがって、分割パーツＡ、Ｂ、Ｃを連結する際に、フレーム部材１２２の一端が可動ジョイント部材１に挿入されることにより、該フレーム部材１２２の他端の位置を移動させることが可能となり、他端を固定ジョイント部材２へと挿入することが容易となる。すなわち、可動ジョイント部材１を用いることにより、フレーム部材１２２の連結及び切り離しが容易となる。したがって、このような可動ジョイント部材１を設けたガード部材１２０を分割することが可能となり、ガード部材１２０の運搬が容易となる。

さらに、可動ジョイント部材１を用いることにより、フレーム部材１２２の着脱が容易となり、ドローン装置１００の稼働によりフレーム部材１２２が損傷した際等に、フレーム部材１２２の取り替えが容易となる。

さらに、本実施形態に係る可動ジョイント部材１によれば、筒状部材１ａは、正面方向から見て三角形を形成するように配置された状態で固定されている。これにより、フレーム部材１２２が力を受けた際に、可動ジョイント部材１は、１本のフレーム部材１２２に対して、２点で支持することができるため、フレーム部材１２２から可動ジョイント部材１にかかる応力を分散させることができる。したがって、本実施形態に係る可動ジョイント部材１を用いることで、ガード部材１２０の強度を損なうことなく、フレーム部材１２２の連結及び切り離しが容易となる。

また、本実施形態に係るガード部材１２０によれば、ドローン本体１１０が取り付けられる２つのジンバル固定部１２５を含む分割パーツＢと、ジンバル固定部１２５を含まない分割パーツＡ、Ｃとに分割可能とされている。すなわち、ドローン装置１００を運搬する際に、ドローン本体１１０を取り付けた状態でガード部材１２０を分割することが可能である。したがって、ドローン装置１００を駆動させる場所において、ガード部材１２０を組み立てることが容易である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせなどは一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態においては、ガード部材１２０を分割パーツＡ、Ｂ、Ｃに分割するものとしたが、本発明はこれに限定されない。図６は、本実施形態に係るドローン装置１００の変形例を示す斜視図である。この図６に示すように、分割パーツＢ１をさらに分割パーツＢ１、Ｂ２の２個に分割するものとしてもよい。この場合、分割パーツＢ１、Ｂ２は、それぞれジンバル固定部１２５が設けられた部位とされる。このようなドローン装置１００の運搬時には、４つの分割パーツＡ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃに分割した状態とされる。なお、分割パーツＢ１、Ｂ２のいずれかには、ジンバル機構１２１が取り付けられた状態としてもよい。そして、ドローン装置１００を駆動させる場所において、分割パーツＢ１、Ｂ２にジンバル機構１２１を取り付けた後、４つの分割パーツＡ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃをそれぞれ連結する。このような構成とすることにより、ガード部材１２０をより小さく分割することができ、運搬がより容易となる。

上記実施形態においては、可動部１ｅは、ゴム部材１ｈにフレーム部材１２２が挿入される構成により、フレーム部材１２２を移動可能としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、可動部１ｅは、ネジ溝が形成された円筒状の孔部と、ネジ山が形成されると共にフレーム部材１２２の端部が挿入される挿入部とを有するものとしてもよい。この場合、挿入部が孔部へと挿入された状態で、フレーム部材１２２と共に挿入部をネジ溝に沿う方向に回転させることで、フレーム部材１２２を挿入方向に移動させることが可能となる。

上記実施形態においては、可動ジョイント部材１と、固定ジョイント部材２とを用いてフレーム部材１２２を連結するものとしたが、本発明はこれに限定されない。フレーム部材１２２は、可動ジョイント部材１のみにより連結されるものとしてもよい。また、上記実施形態においては、１つの筒状部材１ａのみに可動部１ｅを設けるものとしたが、可動ジョイント部材１における全ての筒状部材１ａに対して可動部１ｅを設けるものとしてもよい。

１ 可動ジョイント部材
１ａ 筒状部材
１ｂ 挿入領域
１ｃ 挿入開口
１ｄ 接続部
１ｅ 可動部
１ｆ インナ
１ｇ アウタ
１ｈ ゴム部材
２ 固定ジョイント部材
２ａ 筒状部材
２ｂ 挿入領域
２ｃ 挿入開口
２ｄ 接続部
１００ ドローン装置
１１０ ドローン本体
１１１ 支持部
１１２ モータ
１１３ プロペラ
１１４ 制御部
１２０ ガード部材
１２１ ジンバル機構
１２２ フレーム部材
１２３ ドローン保持部
１２４ ジンバル
１２５ ジンバル固定部
Ａ、Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ 分割パーツ

Claims (5)

1. ３本以上の棒状部材を連結するジョイント部材であって、
   前記棒状部材が挿入される筒部と、
   一部又は全ての前記筒部に設けられると共に、前記棒状部材の挿入方向において、前記棒状部材を移動可能とする可動部と
   を有するジョイント部材。
2. 前記筒部を３個有し、
   ３個の前記筒部は、一方向から見て三角形を形成するように固定される請求項１記載のジョイント部材。
3. 請求項１又は２に記載のジョイント部材と、
   前記ジョイント部材により連結されることにより多面体形状を形成する棒状部材とを備え、
   前記可動部が設けられた筒部から前記棒状部材を分離することにより、２以上のパーツに分割可能であるガード部材。
4. 請求項３に記載のガード部材と、
   前記ガード部材の内側に設けられるドローン本体とを備え、
   前記ガード部材は、前記ドローン本体が固定される固定部を有し、前記固定部を含むパーツと、前記固定部を含まないパーツとに分割可能であるドローン装置。
5. 前記ガード部材は、全ての前記固定部を含むパーツと、前記固定部を含まない複数のパーツとに分割可能である請求項４記載のドローン装置。

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