JP2021502920A - 例えば回転中にプロペラのブレードのピッチ角を変化させる、2自由度アクチュエータを形成するシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、Samir BOUABDALLAH名義の2017年11月14日出願の先の米国仮特許出願第USSN62/585,576号の優先権を主張し、その先願の内容全体を参照することにより本出願に援用する。
a.2ブレードプロペラのピッチをサイクリックに同時に変化させるためのシステム(CPC)。
b.(a)で説明する2つのCPCシステムを含む、航空機を6自由度で推進及び操縦するためのシステム(SPS)。
c.システムが、(b)で説明するSPSシステムを、飛翔体(aerial vehicle)用途、例えばドローン、又はヘリコプターに具現化する。空中ドローン航空機(「ADA:Aerial Drone Aircraft」)は、平行移動運動から回転運動を切り離すことができる。つまり、ドローンのローリング又はピッチングは、必ずしも、ドローンの線形平行移動を意味しない。
d.空中ドローン動作は、システムADA、SPS及びCPCのシステム用に特別に開発された制御アルゴリズムによって管理される。
従来のヘリコプターでは、推進力は主ロータによって保証されているが、操縦は、スウォシュプレート及び尾部ロータを用いて行われる。スウォシュプレートは、一般に、2つの主機能を有する:飛翔体(ヘリコプター)の上下の動きのためのコレクティブブレード−ピッチコントロール、及びヘリコプターの前後の動きのためのサイクリックブレード−ピッチコントロール。実施形態では、本発明は、サイクリックコントロールとコレクティブコントロールの分離に基づいて、スウォシュプレートのないシステムを提示する。サイクリックコントロールは、2自由度アクチュエータを使用するおかげで実施される一方、コレクティブコントロールは、単純に及び好ましくは、ロータを加速又は減速することによって達成される。
概して単一ロータ、タンデムロータ、クワッドロータ及びマルチ−ロータに及ぶ、ヘリコプター及びドローンのいくつかの構成が存在する。本発明は、6DoF推進及び操縦システムにおいて2つのプロペラサイクリックコントロール(CPC)システムを組み合わせる。2つのCPCシステムは、図2に示す実施形態に、ヘッドトゥーテールで(「反対向きに(tete−beche)」)レイアウトされている。
空中ドローン航空機(ADA)300は、上記の図2に開示されているような少なくとも1つの(SPS)システム150を含み、例示的な実施形態として図3に示すように、外部リング302に機械的に連結されている。リング302は、ブレード100、101を保護するだけでなく、カメラ、バッテリー及びいくつかのセンサーなどの様々な構成要素用の支持体、又は本明細書で後述するような所望通りの他の要素の働きもする。バッテリー(充電式バッテリーなど)が、参照符号204によって特定され、及びシステム150の中央に配置される(図2は、バッテリー204のないシステム150を示す)。
図5及び図6は、推進及び操縦のためのシステム(SPS)400の別の実施形態を示す。このシステムは、基本的に、上述したものと同様であり、且つ図1A及び図1Bを参照して説明したものと同じ特徴を含む。図2の実施形態に対する1つの違いは、各ユニットのシャフト103が同軸に配置されていることである。これにより、非常にコンパクトな構成にする。
図7は、本発明による空中ドローン航空機500の別の実施形態を示す。このドローン500は、リング502内でチューブ501によって保持される、図5及び図6のSPS400を含む。チューブ501の両端部は、リングに取り付けられ、及びSPS400は、ひとたびSPS400がリング502内で適切な位置になると、チューブをクランプするために使用されるアパーチャ403を介してチューブで固定される。当然ながら、この原理は、図3に示す構造にも適用可能である。
上記及び本明細書で提示したドローンシステム(ADA)における例示的な実施形態は、限定されるものではないが:空中写真、調査、ペイロードデリバリー、監視、空撮、地図作製、エンターテイメントのような適用例において、使用され得る。多くの他の既存の航空機とは異なり、スポット特徴での傾きによって、カメラ又はペイロードが使用されるときに、ジンバルシステムを取り付ける必要性を取り除く。
ADAドローンの良好な動作を保証するために必要ないくつかの制御アルゴリズムがある。主なものは:正しいアジマスでのサイクリックブレードピッチコントロール(CPCA);ADAドローン6DoF安定化(ADAA);スポット制御アルゴリズムでの傾き(TOSA)である。
1.ADAドローンのフレームに対する主ロータ角度位置を連続的に検出する。
2.所望のADAA制御入力に依存して、CPCAは、1回のロータの回転で少なくとも2回コイル102を励磁させる。
Claims (17)
- 例えば航空機の2ブレードロータ用の2自由度アクチュエータにおいて、前記アクチュエータは、副アクチュエータ(105、106、107)を支える少なくとも主アクチュエータ(103)を含み、前記主アクチュエータは、主軸(A)の周りの主回転部分(103)を含み、及び前記副アクチュエータは、副軸(B)の周りで回転する副回転部分(105、106、107)を含み、前記副軸は、前記主軸に対して実質的に垂直であり、前記アクチュエータは、前記主及び副アクチュエータに対して固定されたコイル(102)と、前記コイル内で前記主アクチュエータと一緒に回転する磁石(104)とを含み、ここで、前記磁石は、直径方向に磁化され、及び前記副軸の周りで回転でき、それにより、前記副軸の周りでの前記副回転部分の回転を生じ、前記副回転部分の位置は、前記コイルの磁場によって設定されることを特徴とする、2自由度アクチュエータ。
- 請求項1に記載の2自由度アクチュエータにおいて、前記副回転部分はシャフト(107)を含むことを特徴とする、2自由度アクチュエータ。
- 請求項1又は2に記載の2自由度アクチュエータにおいて、モータ(203)を含むことを特徴とする、2自由度アクチュエータ。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の2自由度アクチュエータにおいて、少なくとも1つのエネルギー源(204)を含むことを特徴とする、2自由度アクチュエータ。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の2自由度アクチュエータにおいて、前記アクチュエータを制御するために電子的手段(108)を含むことを特徴とする、2自由度アクチュエータ。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の少なくとも1つのアクチュエータを含むことを特徴とする、航空機。
- 請求項6に記載の航空機において、前記シャフト(107)が2つのブレード(100、101)を支えることを特徴とする、航空機。
- 請求項6又は7に記載の航空機において、請求項1〜5のいずれか1項に記載の2つのアクチュエータを含むことを特徴とする、航空機。
- 請求項8に記載の航空機において、前記2つのアクチュエータの前記主軸(103)は、実質的に平行又は同軸であることを特徴とする、航空機。
- 請求項9に記載の航空機において、防護物(302、502)を含むことを特徴とする、航空機。
- 請求項10に記載の航空機において、前記防護物(302、502)は、前記アクチュエータが装着されるチューブ(301、501)を備えるリングを含むことを特徴とする、航空機。
- 請求項6〜11のいずれか1項に記載の航空機において、ビジョン手段(503、504)又は検出器のようなペイロードを含むことを特徴とする、航空機。
- 請求項12に記載の航空機において、前記ビジョン手段は、少なくとも光学カメラ(503)又はサーマルカメラ(504)を含むことを特徴とする、航空機。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の少なくとも1つのアクチュエータを含む装置において、さらに、前記副アクチュエータに取り付けられた機能ヘッド(600)を含むことを特徴とする、装置。
- 請求項14に記載の装置において、前記機能ヘッドは、カメラ又はレーザ又はミラー又は切削ヘッド、又は塗装ヘッドであることを特徴とする、装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の2自由度アクチュエータ、又は請求項6〜13のいずれか1項に記載の航空機、又は請求項14又は15に記載の装置と、遠隔制御装置(507)との組み合わせ。
- 航空機の上方、下方及びヨーの動きのためのコレクティブコントロール、並びに前方、後方、横、ロール及びピッチの動きのためのサイクリックブレードピッチコントロールによって、少なくとも2つのブレードを備えるロータを少なくとも含む、ヘリコプター又はドローンなどの航空機を制御する方法において、前記サイクリックコントロールは、請求項1〜5のいずれか1項に記載の、前記ブレードに作用する2自由度アクチュエータを使用することによって実施され、及び前記コレクティブコントロールは、前記航空機の前記ロータを加速又は減速することによって達成されることを特徴とする、方法。
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