JP2021084478A - 無人飛行体 - Google Patents
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Abstract
Description
タブレット型の外形形状を有する無人飛行体であって、
機体と、
機体を飛行させる飛行手段と
を備え、
前記無人飛行体は、前記機体の高さ方向に沿って上下に配置された上下一対の回転翼と、二つの回転翼を駆動する少なくとも一つのモータとで構成された揚力/推力発生部を備え、
前記飛行手段は、
前記回転翼の回転速度を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記回転翼の回転軸周りの全周領域のうちの所定の角度範囲の第1の領域で前記回転速度が増大し、前記全周領域のうちの前記第1の領域以外の第2の領域で前記回転速度が低下するように、前記回転翼の1回転毎に前記回転翼の回転速度を制御する、無人飛行体。
前記上下一対の回転翼において
上側の回転翼と下側の回転翼の回転方向は反対方向である、項目1に記載の無人飛行体。
前記上下一対の回転翼の少なくとも一方は、二つ以上の羽根体を含み、
前記二つ以上の羽根体は、前記回転翼の回転軸周りに不均等な間隔または非対称な位置で配置されている、項目1または2に記載の無人飛行体
(項目4)
前記機体の高さ方向と垂直な前記機体の幅方向における寸法が約10mm〜約30mmであり、前記機体の高さ方向における寸法が約5mm〜約10mmである、項目1〜3のいずれか一項に記載の無人飛行体。
前記上下一対の回転翼は、各々の回転軸が一致するように配置されている、項目1〜4のいずれか一項に記載の無人飛行体。
前記上側の回転翼の回転軸と前記下側の回転翼の回転軸とが所定距離離れて配置されている、項目1〜4のいずれか一項に記載の無人飛行体。
項目1〜6のいずれか一項に記載の無人飛行体を用いたタブレット型内視鏡。
タブレット型の外形形状を有する無人飛行体であって、
機体と、
機体を飛行させる飛行手段と
を備え、
前記無人飛行体は、前記機体の高さ方向に沿って上下に配置された上下一対の回転翼と、二つの回転翼を駆動する少なくとも一つのモータとで構成された揚力/推力発生部(揚力/推力発生機構)を備え、
前記飛行手段は、
前記回転翼の回転速度を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記回転翼の回転軸周りの全周領域のうちの所定の角度範囲の第1の領域で前記回転速度が増大し、前記全周領域のうちの前記第1の領域以外の第2の領域で前記回転速度が低下するように、前記回転翼の1回転毎に前記回転翼の回転速度を制御することにより、上記課題を解決したものである。
例えば、飛行手段は、揚力および推力を発生する機構(揚力/推力発生機構)としてデュオコプタ(2枚回転翼)を備えることが望ましい。
ここで、回転翼の構造は限定されるものではなく、任意の構造であり得る。
さらに、タブレット型無人飛行体の移動は、飛行による移動だけでなく、接地面や内壁に接触した状態での移動が可能であってもよい。これは特に無人飛行体をタブレット型内視鏡として用いる場合など非常に狭い領域を移動する場合に適用され得る。
図2は、図1に示す無人飛行体100の機体10に搭載されている飛行手段100aおよび観察ユニット10bの構成を概念的に示す図である。
本発明の無人飛行体100では、揚力/推力発生機構100bの具体的な構成は、任意であり得る。例えば、水平方向に移動しなくても揚力を発生することができる飛行体であるデュオコプタ(2つの回転翼)の揚力/推力発生機構が、本発明の無人飛行体100に採用し得る。本明細書において、飛行手段の1つの実施形態としてデュオコプタとして説示するが、本発明はこれに限定されない。例えば、デュオコプタには、揚力および推力を発生する上下方向に二つの回転翼110、120と、二つの回転翼110、120に対応する二つのモータ130、140とで構成された揚力/推力発生機構100bが搭載されている。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、上下方向に3以上の回転翼を有するものであってもよい。
本発明の無人飛行体100では、フライト制御手段150の具体的な構成は、任意であり得る。例えば、フライト制御手段150は、操作リモコンなどからの操作信号を観察ユニット10bの通信手段103を介して受信し、操作信号に基づいて各回転翼110、120のモータ130、140を駆動制御するものである。なお、フライト制御手段150は、操作信号を観察ユニット10bの通信手段103を介して受信するものに限らず、観察ユニット10bの通信手段103とは独立した飛行手段専用の通信装置から操作信号を受信してもよい。また、各回転翼110、120のモータ130、140の駆動制御は、モータ130、140に印加する駆動電圧を調整してその回転速度をモータ130、140毎に個別に制御するものでもよいし、二つのモータ130、140を一括して制御してもよい。また、飛行手段100aは、観察ユニット10bの電源105からフライト制御手段150を介してモータ130、140に駆動電圧が印加されるようになっていてもよいし、観察ユニット10bの電源105からフライト制御手段150とは別の回路を介してモータ130、140に駆動電圧が印加されるようになっていてもよい。
本発明の機体10を構成する筐体10aは、任意の材質であり得る。例えば、金属、プラスチック、セラミックやスポンジなど様々な材質であってよい。また、1つの材質だけでなく、複数の材質を複合したものであってもよい。好ましくは、飛行手段100aで浮揚させることを考慮して硬質プラスチックなど軽い材料を用いるのが好ましい。また、タブレット型内視鏡として使用する場合は、生体適合性の良い材料(例えば、ポリスルフォン)や抗菌性を有する材料であることが好ましい。
また、本発明の観察ユニット10bは、図2に示すように、対象物を照らす照明手段101と、対象物を撮影する撮像手段102と、機外の信号処理装置あるいは操作リモコン(図示せず)との間で通信を行うための通信手段103と、上記各手段を制御するユニット制御部104と、電源105とを備えている。
照明手段101は、任意の手段であり得る。照明手段101は、例えば、光源として小型化が可能な半導体発光素子を用いたものが望ましく、半導体発光素子には、LED(発光ダイオード)、有機EL素子、LD(レーザダイオード)などがある。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
撮像手段102は、対象物を撮影可能なものであればどのようなものでもよいが、照明手段101と同様、カメラとして小型化が可能な半導体撮像素子を用いたものが望ましく、このような半導体撮像素子には、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサがある。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
通信手段103は、撮像手段102から出力される撮像信号を機外の信号処理装置(図示せず)に送信する送信部と、機外の操作リモコンなどからの操作信号を受信する受信部とを有するものであればどのようなものでもよい。
ユニット制御手段104は、無人飛行体100の外部からの撮像指令信号に基づいて照明手段101および撮像手段102を制御可能であれば任意の手段であり得る。
電源105は、上記各手段、すなわち、飛行手段100a(フライト制御手段150)、照明手段101、撮像手段102、通信手段103、ユニット制御手段104に適切な電源電圧を供給可能なものであれば任意の電源であり得る。例えば、電源105は、バッテリと、バッテリの出力電圧を所定の電圧に変換する電源回路とを有している。ここで、バッテリは、リチウムイオン電池(例えば、リチウムイオンポリマー電池など)やニッケル水素電池などであるが、バッテリ105は、これらの二次電池に限定されるものではない。例えば、無線給電システム(無線で電力の供給を受ける受電手段を有するもの)であれば、無人飛行体から電源105の構成を削除し得る。
図3〜図6は、本発明の実施形態1による無人飛行体100を説明するための図である。図3(a)は、その外観を示す斜視図であり、図3(b)は、図3(a)に示す無人飛行体を矢印Aの方向から見た構造を示す平面図である。
ここで、筐体10aは、図3および図4に示すように、筒状体で構成された筐体本体11と、筐体本体11の下面開口を覆う下蓋12と、筐体本体11の上面開口を覆う上蓋13とを有する。筐体本体11を構成する筒状体は、外径の寸法に対する高さ寸法が小さいタブレット形状を有し、筐体10aは、筐体本体11の上下の開口に下蓋12および上蓋13を取り付けた状態で、外径の寸法に対する高さ寸法の比率が1/2〜1/6となるタブレット形状を有している。具体的には、外径の寸法(機体10の幅方向の寸法)は、約10mm〜約30mmの範囲であり、高さ寸法(機体10の高さ方向の寸法)は、約5mm〜約10mmの範囲の寸法である(図1(a)参照)。典型的には、筐体10aは外径の寸法は約20mmであり、高さ寸法は約6mmの円筒体であって重量は約0.8gである。また、モータは1個約0.65gを2個、回転翼が約0.2g、カメラが約0.16g、制御部が約0.2g、電池が約1.5g〜約2g、無人飛行体100の総重量は約3g〜5gである。
具体的には、飛行手段100aは、機体10に揚力および推力を発生させる揚力/推力発生機構(揚力/推力発生部)100bと、揚力/推力発生機構100bを制御するフライト制御手段(制御部)150とを有しており、揚力/推力発生機構100bにはデュオコプタの揚力/推力発生機構が用いられている。すなわち、揚力/推力発生機構100bは、二つの回転翼110、120と、これらを回転させる二つのモータ130、140とで構成されている。ここでは、回転翼110を回転させるモータ130と、回転翼120を回転させるモータ140とは個別に設けられている。なお、モータ130は、モータ筐体131と、モータ筐体131に回転自在に支持された回転軸部132とを有し、モータ140も同様に、モータ筐体141と回転軸部142とを有している。回転翼110、120の直径は、それぞれ約15mmである。揚力は、以下の式で計算される。
ここで、Fは静止揚力(gf)、Dは回転翼の直径(mm)、Pはプロペラピッチ(inch)、Nは回転数(rpm)、kはプロペラ係数を示す。なお、回転翼係数は回転翼固有の係数であって、翼の形状などによって変化するものである。すなわち、推力は回転翼の直径の3乗に比例する。従来のドローンのように平面上で4つの回転翼を用いる場合には、外径約20mmのタブレット形状の場合には、回転翼の外径は約10mm以下となる。それに対して、上下一対の回転翼(デュオコプタ)の場合には、約18mm程度の回転翼を上下にそれぞれ採用することが可能となり、ドローンに比べて格段に高い揚力を達成することが可能となる。本発明で使用する回転翼の回転数は約5万rpmであることから、揚力は約5.2gf得ることができる。その結果、無人飛行体の幅方向が約10mm〜約30mm、高さ寸法が約5mm〜約10mmで約3〜5gの機体を十分に浮遊させる力を得ることが可能となる。
次に観察ユニット10bを説明する。
図9〜図12は、本発明の実施形態2による無人飛行体200を説明するための図であり、図9(a)は、その外観を示す斜視図であり、図9(b)は、図9(a)に示す無人飛行体200を矢印Aの方向から見た構造を示す平面図である。なお、図中、図3における符号と同じ符号は、実施形態1におけるものと同じものを示す。
具体的には、飛行手段200aは、機体10に揚力および推力を発生させる揚力/推力発生機構200bと、揚力/推力発生機構200bを制御するフライト制御手段250とを有しており、揚力/推力発生機構200bにはデュオコプタの揚力/推力発生機構が用いられている。すなわち、揚力/推力発生機構200bは、二つの回転翼210、220と、これらを回転させる二つのモータ230、240とで構成されている。ここでは、回転翼210を回転させる第1モータ230と、回転翼220を回転させるモータ240とが個別に設けられている。なお、フライト制御手段250は実施形態1の無人飛行体100におけるフライト制御手段150と同一のものである。
10a 筐体
10b 観察ユニット
100、200 無人飛行体(タブレット型内視鏡)
100a、200a 飛行手段
110、120 回転翼
111〜113、121〜123 羽根体
130、140、230、240 モータ
150、250 フライト制御手段
Claims (7)
- タブレット型の外形形状を有する無人飛行体であって、
機体と、
機体を飛行させる飛行手段と
を備え、
前記無人飛行体は、前記機体の高さ方向に沿って上下に配置された上下一対の回転翼と、二つの回転翼を駆動する少なくとも一つのモータとで構成された揚力/推力発生部を備え、
前記飛行手段は、
前記回転翼の回転速度を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記回転翼の回転軸周りの全周領域のうちの所定の角度範囲の第1の領域で前記回転速度が増大し、前記全周領域のうちの前記第1の領域以外の第2の領域で前記回転速度が低下するように、前記回転翼の1回転毎に前記回転翼の回転速度を制御する、無人飛行体。 - 前記上下一対の回転翼において
上側の回転翼と下側の回転翼の回転方向は反対方向である、請求項1に記載の無人飛行体。 - 前記上下一対の回転翼の少なくとも一方は、二つ以上の羽根体を含み、
前記二つ以上の羽根体は、前記回転翼の回転軸周りに不均等な間隔または非対称な位置で配置されている、請求項1または2に記載の無人飛行体 - 前記機体の高さ方向と垂直な前記機体の幅方向における寸法が約10mm〜約30mmであり、前記機体の高さ方向における寸法が約5mm〜約10mmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の無人飛行体。
- 前記上下一対の回転翼は、各々の回転軸が一致するように配置されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の無人飛行体。
- 前記上側の回転翼の回転軸と前記下側の回転翼の回転軸とが所定距離離れて配置されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の無人飛行体。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の無人飛行体を用いたタブレット型内視鏡。
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