JP2022024172A - Flight body and flying method for flight body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、飛行体及び飛行体の飛行方法に関する。 The present invention relates to an air vehicle and a flight method of the air vehicle.
近年、様々な用途に利用されるドローン(Drone)や無人航空機(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)などの回転翼機(以下、単に「飛行体」と総称する)を利用した様々なサービスが提供されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, various services using rotary wing aircraft (hereinafter, simply collectively referred to as "aircraft") such as drones and unmanned aerial vehicles (UAVs) used for various purposes have been provided. (See, for example, Patent Document 1).
また、このよう飛行体のうち、荷物を搭載するための搭載部を備えたものが特許文献2に開示されている飛行体が存在する。 Further, among such flying objects, there are flying bodies disclosed in Patent Document 2 having a mounting portion for loading luggage.
上述した荷物を運ぶ場合、特許文献2に記載の技術では、構造が複雑なことに加えて、下降時の横風対策等がなされておらず、安全性に問題がある。 When carrying the above-mentioned luggage, the technique described in Patent Document 2 has a complicated structure and does not take measures against crosswinds when descending, which causes a problem in safety.
そこで、本発明は、より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供することを一つの目的とする。 Therefore, one object of the present invention is to provide an air vehicle having a more basic structure and safety measures.
本発明によれば、
推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備える飛行体であって、
前記アーム部の第1位置と当該第1位置よりも後方に位置する第2位置とを移動自在に設けられた搭載部を更に備える
飛行体が得られる。
According to the present invention
A flight unit provided with a plurality of rotor blades for generating thrust, a leg unit, an arm unit connecting the flight unit and the leg unit, and a fixed wing unit provided substantially in the center of the arm unit. An air vehicle to prepare for
An air vehicle further provided with a mounting portion that is movably provided between a first position of the arm portion and a second position located behind the first position can be obtained.
本発明によれば、より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供し得る。 According to the present invention, it is possible to provide an air vehicle having a more basic structure and safety measures.
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及び飛行体の飛行方法は、以下のような構成を備える。
[項目1]
推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備える飛行体であって、
前記アーム部の第1位置と当該第1位置よりも後方に位置する第2位置とを移動自在に設けられた搭載部を更に備える
飛行体。
[項目2]
項目1に記載の飛行体であって、
前記第1位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
飛行体。
[項目3]
項目1又は項目2に記載の飛行体であって、
前記固定翼部は、二枚の固定翼の対で構成されており、
前記第1位置は、当該固定翼の対の間に位置している、
飛行体。
[項目4]
項目1乃至項目3のいずれかに記載の飛行体であって、
前記第2位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
飛行体。
[項目5]
項目1乃至項目4のいずれかに記載の飛行体であって、
前記飛行部と前記アーム部とを独立して変位可能に連結する連結部を更に備えている、
飛行体。
[項目6]
項目5に記載の飛行体であって、
前記飛行部と前記アーム部とを連結する連結部は、ジンバルである、
飛行体。
[項目7]
項目1乃至項目6のいずれかに記載の飛行体の飛行方法であって、
初期状態において、前記搭載部を第1位置にセットし搭載対象物を搭載させるとともに、前記飛行部が上端となるように前記アーム部を垂直方向に立てるステップと、
前記飛行部を駆動させ、当該駆動部が進行方向前端となるように上昇させるステップと、
所定の高さにおいて、前記飛行部を略90度水平方向にむけて変位させ、前記アーム部が水平方向に延びるように飛行させるステップと、
目的地上空において前記脚部が下端となるように前記アーム部を垂直方向に立てつつ、前記搭載部を前記第1位置から前記第2位置に変位させるステップと、
前記脚部が下端となるように下降するステップと、を備える、
飛行体の飛行方法。
The contents of the embodiments of the present invention will be described in a list. The flying object and the flying method of the flying object according to the embodiment of the present invention have the following configurations.
[Item 1]
A flight unit provided with a plurality of rotor blades for generating thrust, a leg unit, an arm unit connecting the flight unit and the leg unit, and a fixed wing unit provided substantially in the center of the arm unit. An air vehicle to prepare for
An air vehicle further comprising a mounting portion provided so as to be movable between a first position of the arm portion and a second position located behind the first position.
[Item 2]
The flying object according to
The first position at least overlaps with the fixed wing portion in the front-rear direction.
Flying body.
[Item 3]
The flying object according to
The fixed wing portion is composed of a pair of two fixed wings.
The first position is located between the pair of fixed wings.
Flying body.
[Item 4]
The flying object according to any one of
The second position at least overlaps with the fixed wing portion in the front-rear direction.
Flying body.
[Item 5]
The flying object according to any one of
Further, a connecting portion for independently and displaceably connecting the flight portion and the arm portion is provided.
Flying body.
[Item 6]
The flying object according to item 5.
The connecting portion connecting the flight portion and the arm portion is a gimbal.
Flying body.
[Item 7]
The flight method of the flying object according to any one of
In the initial state, the mounting portion is set in the first position to mount the mounted object, and the arm portion is vertically erected so that the flying portion is at the upper end.
A step of driving the flight unit and raising the drive unit so as to be the front end in the traveling direction.
At a predetermined height, the flight portion is displaced toward the horizontal direction by approximately 90 degrees, and the arm portion is made to fly so as to extend in the horizontal direction.
A step of displacing the mounting portion from the first position to the second position while standing the arm portion in the vertical direction so that the leg portion is at the lower end in the sky above the target ground.
A step of descending so that the leg portion is at the lower end is provided.
How to fly an air vehicle.
<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及び飛行体の飛行方法について、図面を参照しながら説明する。
<Details of the embodiment>
Hereinafter, an air vehicle and a flight method of the air vehicle according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<本発明による実施の形態の詳細>
図1に示されるように、本発明の実施の形態による飛行体1は、推力を発生させるための複数の回転翼16を備えた飛行部10と、脚部20と、飛行部10及び脚部20を連結するアーム部30と、アーム部30の略中央に設けられた固定翼部(上側固定翼40、下側固定翼42)とを備えている。
<Details of Embodiments According to the Present Invention>
As shown in FIG. 1, the
なお、図示されている飛行体1は、本発明の構造の説明を容易にするため簡略化されて描かれており、例えば、制御部等の詳しい構成は図示していない。
It should be noted that the illustrated
また、図中の軸は、絶対軸を表している。Z軸(Z方向)は垂直方向であり、X軸及びY軸は共に水平方向である。 The axis in the figure represents an absolute axis. The Z axis (Z direction) is the vertical direction, and both the X axis and the Y axis are the horizontal direction.
<構造の詳細>
本実施の形態による飛行部10は、プロペラ16と、当該プロペラ16を回転させるモータ14と、モータ14を支持するモータアーム12とを備えている。本実施の形態による飛行部10は、プロペラ16、モータ14、モータアーム12のセットは十字状に4つ有している。
<Details of structure>
The
プロペラ16は、モータ14からの出力を受けて回転する。プロペラ16が回転することによって、飛行体1を出発地から離陸させ、水平移動させ、目的地に着陸させるための推進力が発生する(飛行の詳細は後述する)。なお、プロペラは、右方向への回転、停止及び左方向への回転が可能である。
The
プロペラ16は、任意の羽根(回転子)の数(例えば、1、2、3、4、またはそれ以上の羽根)でよい。羽根の形状は、平らな形状、曲がった形状、よじれた形状、テーパ形状、またはそれらの組み合わせ等の任意の形状が可能である。
The
なお、羽根の形状は変化可能である(例えば、伸縮、折りたたみ、折り曲げ等)。羽根は対称的(同一の上部及び下部表面を有する)または非対称的(異なる形状の上部及び下部表面を有する)であってもよい。 The shape of the blade can be changed (for example, expansion / contraction, folding, bending, etc.). The blades may be symmetrical (having the same upper and lower surfaces) or asymmetric (having different shaped upper and lower surfaces).
羽根はエアホイル、ウイング、または羽根が空中を移動される時に動的空気力(例えば、揚力、推力)を生成するために好適な幾何学形状に形成可能である。羽根の幾何学形状は、揚力及び推力を増加させ、抗力を削減する等の、羽根の動的空気特性を最適化するために適宜選択可能である。 The blades can be formed into an air wheel, wing, or geometry suitable for generating dynamic aerodynamic forces (eg, lift, thrust) as the blades move through the air. The geometry of the blades can be appropriately selected to optimize the dynamic air characteristics of the blades, such as increasing lift and thrust and reducing drag.
モータ14は、プロペラ16の回転を生じさせるものであり、例えば、駆動ユニットは、電気モータ又はエンジン等を含むことが可能である。羽根は、モータによって駆動可能であり、時計方向に及び/または反時計方向に、モータの回転軸(例えば、モータの長軸)の周りに回転する。
The
羽根は、すべて同一方向に回転可能であるし、独立して回転することも可能である。羽根のいくつかは一方の方向に回転し、他の羽根は他方方向に回転する。羽根は、同一回転数ですべて回転することも可能であり、夫々異なる回転数で回転することも可能である。回転数は移動体の寸法(例えば、大きさ、重さ)や制御状態(速さ、移動方向等)に基づいて自動又は手動により定めることができる。 The blades can all rotate in the same direction or can rotate independently. Some of the blades rotate in one direction and the other blades rotate in the other direction. The blades can all rotate at the same rotation speed, or can rotate at different rotation speeds. The rotation speed can be automatically or manually determined based on the dimensions (for example, size, weight) and control state (speed, moving direction, etc.) of the moving body.
モータアーム12は、それぞれ対応するモータ14及びプロペラ16を支持している部材である。モータアーム12には、回転翼機の飛行状態、飛行方向等を示すためにLED等の発色体を設けることとしてもよい。本実施の形態によるモータアーム12は、カーボン、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム等またはこれらの合金又は組合わせ等から適宜選択される素材で形成することが可能である。
The
本実施の形態において、飛行部10(図1参照)とアーム部30とは、ジンバル60を介して連結されている。これにより、飛行部10とアーム部30とは、独立して変位可能となる。
In the present embodiment, the flight unit 10 (see FIG. 1) and the
即ち、飛行部10の向きをアーム部30の向きとは別個独立に制御することが可能となることから、アーム部30の向きは飛行部30の向きの影響を受けないジンバル60は、少なくとも二軸(X軸及びZ軸)方向に変位可能なジンバル60である。
That is, since the orientation of the
アーム部30は、2本の直線形状を有しており、夫々、一端は飛行部10に接続され他端は脚部20に接続されている。
The
図2に示されるように、本実施の形態による搭載部50は、アーム部30に設けられている。搭載部50は、図2(a)及び図3(a)に示される第1位置から、図2(b)及び図3(b)に示される第2位置に向けて、アーム部30に沿って移動可能に構成されている。
As shown in FIG. 2, the mounting
本実施の形態による搭載部50は、レール状に形成されたアーム部30をガイドさせるようにして、第1位置と第2位置とを変位可能にする。なお、移動の方法は他の方法であってもよく、第1位置及び第2位置への固定及びこれらの位置間の移動制御が可能な方法であれば、どのようなものでもよい。
The mounting
本実施の形態における第1位置は、進行方向(Y方向)において固定翼部40と少なくとも一部が重複する位置にある。これにより、推力中心と搭載対象物52の重心とを近接させることができ、飛行が安定する。
The first position in the present embodiment is at a position where at least a part of the fixed
第1位置の場所については、搭載対象物の重量、形状に素材等に応じて適宜変更することができる。 The location of the first position can be appropriately changed according to the material and the like in the weight and shape of the object to be mounted.
固定翼部(上側固定翼40及び下側固定翼42)は、アーム部30に夫々連結されている。本実施の形態による飛行体は、ジンバルを介して回転翼機に複葉機を接続した概念のものであるが、複葉機でなくてもよい。
The fixed wing portions (upper fixed
続いて、図4乃至図10を参照して本実施の形態による飛行体の飛行方法を説明する。 Subsequently, a flight method of the flying object according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 10.
図4は、飛行体の初期状態を示す図である。搭載対象物52は、搭載部50に搭載されている。搭載部50は、第1位置に位置している。図中の重心マークは飛行体の重心(Center Of Gravity:COG)を表している。
FIG. 4 is a diagram showing an initial state of the flying object. The mounting
初期状態において、飛行体は脚部20が地面に接した状態で直立している。換言すると、初期状態において、飛行体は、アーム部30を垂直方向に立てるようにしてセットされる。
In the initial state, the flying object stands upright with the
なお、初期状態において、飛行体が倒れないようにするために、補助アームや補助脚等を使用することとしてもよい。 In addition, in order to prevent the flying object from falling in the initial state, an auxiliary arm, an auxiliary leg, or the like may be used.
飛行体は、図4に示される状態から、飛行部10のプロペラ16を回転させることによって上向きの推力を得て、図5に示されるように、浮上し上昇する(上昇姿勢)。
From the state shown in FIG. 4, the flying object obtains an upward thrust by rotating the
図6に示されるように、飛行体は、所定の高さまで上昇すると、飛行部10を略90度水平方向にむけて変位させ、機体の向きを変える(水平姿勢)。
As shown in FIG. 6, when the flying object rises to a predetermined height, the flying
この状態においてはあたかもプロペラ飛行機と同様の原理で水平方向に推進することが可能となる。かかる構成によれば、目的地上空まで高速に移動することが可能となる。 In this state, it is possible to propel in the horizontal direction as if it were a propeller airplane. According to such a configuration, it becomes possible to move at high speed to the target ground sky.
図7及び図8に示されるように、目的地上空に到着すると、プロペラ16の回転速度を低下させつつ機体が垂直になるようにして(下降姿勢)、ホバリング状態に移行する。即ち、機体の向きを水平方向から垂直方向に戻す。この際、第1位置にあった搭載部50は第2位置に移動し、それに伴い搭載対象物52も移動する(図中の矢印M参照)。搭載対象物の移動に伴い、重心Gも脚部側にずれることとなる。
As shown in FIGS. 7 and 8, when the propeller arrives in the sky above the target ground, the
図9は、目的地上空から目的地まで下降する様子を表す図である。搭載対象物52は第2位置に移動が完了し、重心Gも初期の位置から移動している。
FIG. 9 is a diagram showing a state of descending from the sky above the destination to the destination. The
なお、水平姿勢の状態で搭載対象物52を第2位置に移行してしまうと、搭載対象物52の重量によっては、下降姿勢に移行した際に、アーム部30全体が振り子のように振れてしまうため、搭載対象物52の移行は、下降姿勢に移行が開始され始めた後が好ましく、より安全には、完全に下降姿勢となった状態で移行することが好ましい。
If the mounted
本実施の形態においては、図10に示されるように、下降の際に横風等が吹いた場合であっても、ジンバル60によって、飛行部が自在に変位するため、横に流されることがない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, even when a crosswind or the like blows during descent, the
上述した回転翼機は、図11に示される機能ブロックを有している。なお、図11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、所謂処理ユニットである。処理ユニットは、プログラマブルプロセッサ(例えば、中央処理ユニット(CPU))などの1つ以上のプロセッサを有することができる。 The rotary wing aircraft described above has the functional block shown in FIG. The functional block in FIG. 11 has a minimum reference configuration. The flight controller is a so-called processing unit. The processing unit can have one or more processors such as a programmable processor (eg, a central processing unit (CPU)).
処理ユニットは、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処理ユニット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。 The processing unit has a memory (not shown), and the memory can be accessed. The memory stores the logic, code, and / or program instructions that the processing unit can execute to perform one or more steps.
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。 The memory may include, for example, a separable medium such as an SD card or random access memory (RAM) or an external storage device. The data acquired from the cameras and sensors may be directly transmitted and stored in the memory. For example, still image / moving image data taken by a camera or the like is recorded in the built-in memory or an external memory.
処理ユニットは、回転翼機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θx、θy及びθz)を有する回転翼機の空間的配置、速度、および/または加速度を調整するために回転翼機の推進機構(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。 The processing unit includes a control module configured to control the state of the rotorcraft. For example, the control module adjusts the spatial arrangement, velocity, and / or acceleration of a rotorcraft with 6 degrees of freedom (translation x, y and z, and rotational motion θ x , θ y and θ z ). Controls the propulsion mechanism (motor, etc.) of the rotorcraft. The control module can control one or more of the states of the mounting unit and the sensors.
処理ユニットは、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。 The processing unit is capable of communicating with a transmitter / receiver configured to transmit and / or receive data from one or more external devices (eg, terminals, display devices, or other remote controls). The transmitter / receiver can use any suitable communication means such as wired communication or wireless communication.
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。 For example, the transmitter / receiver uses one or more of a local area network (LAN), wide area network (WAN), infrared, wireless, WiFi, point-to-point (P2P) network, telecommunications network, cloud communication, and the like. be able to.
送受信部は、センサ類で取得したデータ、処理ユニット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。 The transmitter / receiver can transmit and / or receive one or more of data acquired by sensors, processing results generated by a processing unit, predetermined control data, user commands from a terminal or a remote controller, and the like. ..
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。 Sensors according to this embodiment may include inertial sensors (acceleration sensors, gyro sensors), GPS sensors, proximity sensors (eg, riders), or vision / image sensors (eg, cameras).
本発明の回転翼機は、中長距離における宅配業務専用の飛行体としての利用、及び広域の監視業務、山岳領域の偵察・救助業務における産業用の回転翼機としての利用が期待できる。また、本発明の回転翼機は、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、本発明に、カメラ等を搭載し空撮任務も遂行可能な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、インフラ監視等の様々な産業にも利用することができる。 The rotary wing aircraft of the present invention can be expected to be used as an air vehicle dedicated to home delivery operations over medium and long distances, and as an industrial rotary wing aircraft in wide area monitoring operations and reconnaissance / rescue operations in mountainous areas. Further, the rotary wing aircraft of the present invention can be used in airplane-related industries such as multicopters and drones, and further, the present invention is suitably suitable as an air vehicle equipped with a camera or the like and capable of performing aerial photography missions. In addition to being able to be used, it can also be used in various industries such as security, agriculture, and infrastructure monitoring.
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。 The embodiments described above are merely examples for facilitating the understanding of the present invention, and are not intended to limit the interpretation of the present invention. It goes without saying that the present invention can be modified and improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes its equivalents.
1 飛行体
10 飛行部
12 モータアーム
14 モータ
16 プロペラ
20 脚部
30 アーム部
40 上側固定翼
42 下側固定翼
50 搭載部
52 搭載物
60 ジンバル
1 Flying
Claims (7)
前記アーム部の第1位置と当該第1位置よりも後方に位置する第2位置とを前記アーム部に沿って移動自在に設けられた搭載部を更に備える、
飛行体。 A flight unit provided with a plurality of rotor blades for generating thrust, a leg unit, an arm unit connecting the flight unit and the leg unit, and a fixed wing unit provided substantially in the center of the arm unit. An air vehicle to prepare for
Further, a mounting portion is further provided in which a first position of the arm portion and a second position located behind the first position are movably provided along the arm portion.
Flying body.
前記第1位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
飛行体。 The flying object according to claim 1.
The first position at least overlaps with the fixed wing portion in the front-rear direction.
Flying body.
前記固定翼部は、二枚の固定翼の対で構成されており、
前記第1位置は、当該固定翼の対の間に位置している、
飛行体。 The flying object according to claim 1 or 2.
The fixed wing portion is composed of a pair of two fixed wings.
The first position is located between the pair of fixed wings.
Flying body.
前記第2位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
飛行体。 The flying object according to any one of claims 1 to 3.
The second position at least overlaps with the fixed wing portion in the front-rear direction.
Flying body.
前記飛行部と前記アーム部とを独立して変位可能に連結する連結部を更に備えている、
飛行体。 The flying object according to any one of claims 1 to 4.
Further, a connecting portion for independently and displaceably connecting the flight portion and the arm portion is provided.
Flying body.
前記飛行部と前記アーム部とを連結する連結部は、ジンバルである、
飛行体。 The flying object according to claim 5.
The connecting portion connecting the flight portion and the arm portion is a gimbal.
Flying body.
初期状態において、前記搭載部を第1位置にセットし搭載対象物を搭載させるとともに、前記飛行部が上端となるように前記アーム部を垂直方向に立てるステップと、
前記飛行部を駆動させ、当該駆動部が進行方向前端となるように上昇させるステップと、
所定の高さにおいて、前記飛行部を略90度水平方向にむけて変位させ、前記アーム部が水平方向に延びるように飛行させるステップと、
目的地上空において前記脚部が下端となるように前記アーム部を垂直方向に立てつつ、前記搭載部を前記第1位置から前記第2位置に変位させるステップと、
前記脚部が下端となるように下降するステップとを含む、
飛行体の飛行方法。
The flight method of the flying object according to any one of claims 1 to 6.
In the initial state, the mounting portion is set in the first position to mount the mounted object, and the arm portion is vertically erected so that the flying portion is at the upper end.
A step of driving the flight unit and raising the drive unit so as to be the front end in the traveling direction.
At a predetermined height, the flight portion is displaced toward the horizontal direction by approximately 90 degrees, and the arm portion is made to fly so as to extend in the horizontal direction.
A step of displacing the mounting portion from the first position to the second position while standing the arm portion in the vertical direction so that the leg portion is at the lower end in the sky above the target ground.
Including a step of descending so that the leg portion is at the lower end.
How to fly an air vehicle.
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