JP2022058015A - プロペラガード - Google Patents

Abstract

【課題】鉛直方向に移動している飛行体が物体に衝突した際に飛行が停止することを抑制するプロペラガードを提供する。【解決手段】プロペラガード１０は、プロペラガード１０の最上面に設けられる上部フレーム１２と、上部フレーム１２よりも下方に設けられる下部フレーム１４と、プロペラガード１０の最下面に設けられる台座フレーム１５と、上部フレーム１２、下部フレーム１４、及び台座フレーム１５を連結させる連結フレーム１１と、を備え、下部フレーム１４の外縁は、上部フレーム１２及び台座フレーム１５の外縁の外側に位置する。【選択図】図１Ｃ

Description

本開示は、飛行体のプロペラを保護するプロペラガードに関するものである。

近年、インフラ構造物の点検に、複数のプロペラの回転によって飛行する飛行体（例え
ば、ドローン、マルチコプタなど）が用いられることがある。

非特許文献１には、地中に埋設された管路施設の点検に飛行体を用いる方法が開示され
ている。このような、周囲が壁面に囲まれた空間を飛行体が飛行する際には、壁面のよう
な物体に機体が衝突するとプロペラが破損し機体が墜落する可能性がある。そこで、プロ
ペラを保護するプロペラガードが機体に装着されることがある。

非特許文献２には、飛行体が物体に衝突した際に、プロペラの保護、及び物体に衝突し
ても飛行体が飛行バランスを喪失して制御不能にならないようにするためのプロペラガー
ドが提案されている。

谷戸善彦、他１名、「下水道管路等閉鎖性空間に対応可能なドローンの開発」、第２９回非開削技術研究発表会、２．１、２０１８年 金平徳之、他３名、「ドローンを利用した橋梁点検システムの開発」、川田技報、ｖｏｌ．３８、２０１９年

しかしながら、周囲が壁面に囲まれた空間を飛行体が垂直方向に移動する際には、非特
許文献２に提案されているプロペラガードでは、ガードフレームが突起物に接触して、飛
行体が移動できなくなるおそれ、及び飛行体がバランスを崩して落下してしまうおそれが
ある。

図１０は、マンホールの断面図である。図１０に示すように、マンホール５０は、地上
に設置されているマンホール蓋を開閉すると、円柱又は四角柱の構造物５１（例えば、鉄
筋コンクリート管）が地中の垂直方向に延びており、途中には作業者が地下へ降りていく
、又は地上へ上がるためのステップ５２が設置されている。

図１１は、マンホール５０のような、周辺が壁面に囲まれた空間を、プロペラガード付
き飛行体が移動する場合の課題を示す図である。図１１Ａに示すように、プロペラガード
を装着した飛行体１００を構造物内で上昇させようとすると、ステップ５２、マンホール
蓋の受枠５３などの突起物体にプロペラガードが引っかかり、上昇できなくなる場合があ
る。また、図１１Ｂに示すように、飛行体が下降している場合では、同様にステップ５２
、マンホール蓋の受枠５３などの突起物体にプロペラガードが引っかかり、移動が妨げら
れる場合がある。

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、鉛直方向に移動している飛行体が物体に
衝突した際に飛行が停止することを抑制できるプロペラガードを提供することにある。

一実施形態に係るプロペラガードは、飛行体のプロペラを囲うように構成されるプロペ
ラガードであって、当該プロペラガードの最上面に設けられる上部フレームと、前記上部
フレームよりも下方に設けられる下部フレームと、当該プロペラガードの最下面に設けら
れる台座フレームと、前記上部フレーム、前記下部フレーム、及び前記台座フレームを連
結させる連結フレームと、を備え、前記下部フレームの外縁は、前記上部フレーム及び前
記台座フレームの外縁の外側に位置することを特徴とする。

また、一実施形態に係るプロペラガードは、飛行体のプロペラを囲うように構成される
プロペラガードであって、当該プロペラガードの最上面に設けられる上部フレームと、前
記上部フレームよりも下方に設けられる中間フレームと、前記中間フレームよりも下方に
設けられる下部フレームと、当該プロペラガードの最下面に設けられる台座フレームと、
前記上部フレーム、前記中間フレーム、前記下部フレーム、及び前記台座フレームを連結
させる連結フレームと、を備え、前記中間フレームの外縁は、前記上部フレーム、前記下
部フレーム、及び前記台座フレームの外縁の外側に位置し、前記下部フレームの外縁は、
前記台座フレームの外縁の外側に位置することを特徴とする。

本開示によれば、鉛直方向に移動している飛行体が物体に衝突した際に飛行が停止する
ことを抑制できるプロペラガードを提供することができる。

第１の実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体の側面図の一例である。 第１の実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体の側面図の一例である。 第１の実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体の側面図の一例である。 第１の実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体の斜視図及びフレームの上面図の一例である。 第１の実施形態に係るプロペラガードのフレームの形状を正四角形状とする例を示す図である。 第１の実施形態に係るプロペラガードのフレームの形状を正八角形状とする例を示す図である。 第１の実施形態に係るプロペラガードのフレームの形状をプロペラの円周に対して弧を描く形状とする例を示す図である。 図１に示した距離Ｔ０の条件を説明する図である。 図１に示した距離Ｂ０の条件を説明する図である。 図１に示した距離Ｈ０の条件を説明する図である。 第１の実施形態に係る飛行体が鉛直上向きに移動時に壁面に接触した様子を示す図である。 第２の実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体の側面図の一例である。 第２の実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体が鉛直上向きに移動時に壁面に接触した様子を示す図である。 マンホールの断面図の一例である。 従来のプロペラガード付き飛行体の課題を示す図である。 従来のプロペラガード付き飛行体の課題を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面は本発明を十
分に理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに
限定されるものではない。また、図示の便宜上、各図面における縮尺は、実際とは異なっ
ている場合や、図面間で一致していない場合もある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体の側面図の一例である。
図１に示すプロペラガード付き飛行体（以下、単に「飛行体」と称する。）１は、プロペ
ラガード１０と、飛行体本体２０と、１以上のプロペラ３０と、を備える。飛行体１は、
鉛直方向の回転軸を有する１以上のプロペラによって飛行する。

プロペラガード１０は、プロペラ３０を囲うように構成され、プロペラ３０を保護する
。プロペラガード１０は、プロペラ３０だけでなく、図１Ａ及び図１Ｃに示すように飛行
体本体２０の全てを囲うように構成されていてもよいし、図１Ｂに示すように飛行体本体
２０の一部を囲うように構成されていてもよい。以下の図面においては、飛行体本体２０
の全てを囲うプロペラガード１０を示している。

図１Ａ及び図１Ｂに示す例では、プロペラガード１０は、連結フレーム１１と、上部フ
レーム１２と、中間フレーム１３と、下部フレーム１４と、台座フレーム１５と、を備え
る。また、連結フレーム１１及び中間フレーム１３の個数は1個に限定されるものではな
く、任意に定めることができる。連結フレーム１１及び中間フレーム１３の個数は、飛行
体１が物体に接触した際のプロペラガードの強度に影響する。したがって、例えば飛行体
１を速い速度で移動させることが想定される場合には、プロペラガード１０の強度を強め
るために、連結フレーム１１の個数、及び中間フレーム１３の個数を増やしてもよい。ま
た、図１Ｃに示すようにプロペラガード１０は、中間フレーム１３を備えていなくてもよ
い。以下では、プロペラガード１０が中間フレーム１３を備えるものとして説明する。

上部フレーム１２は、プロペラガード１０の最上面に設けられるフレームである。

中間フレーム１３は、上部フレーム１２よりも下方に、上部フレーム１２と略平行に設
けられるフレームである。中間フレーム１３は、上部フレーム１２及び下部フレーム１４
の間の任意の高さに設けることが可能である。

下部フレーム１４は、中間フレーム１３よりも下方に、上部フレーム１２と略平行に設
けられるフレームである。下部フレーム１４には、プロペラ３０のモーター３１が据え付
けられる。

台座フレーム１５は、下部フレーム１４よりも下方（プロペラガード１０の最下面）に
、上部フレーム１２と略平行に設置され、飛行体１の着陸時に地面などの物体に接するフ
レームである。台座フレーム１５は、飛行体１の着陸時に安定性を図り、飛行体１の底部
を保護する。飛行時のバランスを取るために、上部フレーム１２、中間フレーム１３、下
部フレーム１４、及び台座フレーム１５の中心点は、飛行体本体２０の中心軸上に位置さ
せることが望ましい。

連結フレーム１１は、上部フレーム１２、中間フレーム１３、下部フレーム１４、及び
台座フレーム１５を連結させるフレームである。連結フレーム１１は、上部フレーム１２
及び中間フレーム１３を連結させる第１連結部１１１と、中間フレーム１３及び下部フレ
ーム１４を連結させる第２連結部１１２と、下部フレーム１４及び台座フレーム１５を連
結させる第３連結部１１３と、を有する。

図２に、図１Ａに示した飛行体１の斜視図及び各フレームの上面図を示す。中間フレー
ム１３及び下部フレーム１４の形状は環状であるが、上部フレーム１２の形状は環状でな
くてもよい。また、台座フレーム１５の形状は、環状であってもよい。本明細書において
フレームの「外縁」とは、フレームが環状である場合には環状に沿った線を意味し、フレ
ームが環状でない場合には外側の端点を結んだ線を意味する。

図２に示す例では、上部フレーム１２、中間フレーム１３、及び下部フレーム１４の外
縁の形状を正八角形状としているが、これらのフレームをプロペラ３０の外周に位置でき
れば、円形状、任意の多角形状などの様々な形状とすることができる。水平方向移動時の
バランスをとるためには、フレームの外縁の形状は、点対称の構造が望ましい。例えば、
円形状、又は前後左右に対して線対称の形状が望ましい。なお、本明細書において「水平
方向」とは、鉛直方向に対して略直交する方向を意味する。

例えば、フレームの外縁の形状は、図３Ａに示す正四角形状、図３Ｂに示す正八角形状
などのように、前後左右のどの方向にもバランスがとれるような正偶数角形状が望ましい
。また、フレームの外縁の形状は、図３Ｃに示すように、複数のプロペラ３０の円周に対
して弧を描く形状（複数のプロペラ３０の外縁に沿った形状）としてもよい。この場合に
は飛行体本体２０の直径を最小にすることができる。

中間フレーム１３の外縁は、上部フレーム１２及び下部フレーム１４の外縁の外側に位
置する。すなわち、中間フレーム１３の外縁の面積は、上部フレーム１２の外縁の面積よ
りも大きく、下部フレーム１４の外縁の面積よりも大きい。また、下部フレーム１４の外
縁は、台座フレーム１５の外縁の外側に位置する。すなわち、下部フレーム１４の外縁の
面積は、台座フレーム１５の外縁の面積よりも大きい。
また、

再び図１を参照する。図１Ａ及び図１Ｂにおいては、距離Ｔ０は、中間フレーム１３の
外縁と、上部フレーム１２の外縁との間の距離である。距離Ｂ０は、中間フレーム１３の
外縁と、台座フレーム１５の外縁との間の距離である。距離Ｈ０は、上部フレーム１２の
外縁と、台座フレーム１５の外縁との間の距離である。

また、図１Ｃにおいては、距離Ｔ０は、下部フレーム１４の外縁と、上部フレーム１２
の外縁との間の距離である。距離Ｂ０は、下部フレーム１４の外縁と、台座フレーム１５
の外縁との間の距離である。距離Ｈ０は、上部フレーム１２の外縁と、台座フレーム１５
の外縁との間の距離である。

図４は、図１に示した距離Ｔ０の条件を説明する図である。距離Ｔ０は、飛行体１が鉛
直上向きに移動（上昇）する際の飛行空間において、進行方向に対して垂直方向に突出し
ている突出物体の最大長Ｓよりも大きくなるように設定される。突出物体が構造物５１の
壁面に設置されたステップ５２である場合、最大長Ｓは一般的に８ｃｍと規格されている
。Ｔ０≧Ｓとすることによって、飛行体１が鉛直上向きに移動時にプロペラガード１０が
突出物体に接触しても、プロペラガード１０が突出物体に対して第１連結部１１１に沿っ
てＤ１方向にスライドするため、飛行体１自体が停止することなく進行方向に進むことが
できる。

図５は、図１に示した距離Ｂ０の条件を説明する図である。距離Ｂ０は、飛行体１が鉛
直下向きに移動（下降）する際の飛行空間において、進行方向に対して垂直方向に突出し
ている突出物体の最大長Ｓよりも大きくなるように設定される。突出物体が構造物５１の
壁面に設置されたステップ５２である場合、最大長Ｓは一般的に８ｃｍと規格されている
。Ｂ０≧Ｓとすることによって、飛行体１が鉛直下向きに移動時にプロペラガード１０が
突出物体に接触しても、プロペラガード１０が突出物体に対して第３連結部１１３に沿っ
てＤ２方向にスライドするため、飛行体１自体が停止することなく進行方向に進むことが
できる。

図６は、図１に示した距離Ｈ０の条件を説明する図である。距離Ｈ０は、飛行体１が鉛
直上向き又は鉛直下向きに移動（上昇又は下降）する際の飛行空間において、進行方向に
対して垂直方向に隣接して突出しているステップ５２などの突出物体の最大間隔Ｌ１より
も大きくなるように設定される。突出物体が構造物５１の壁面に設置されたステップ５２
である場合、最大間隔Ｌ１は一般的に２０ｃｍと規格されている。図６に示す例では、ス
テップ５２の間隔Ｌ１は、マンホール蓋の受枠５３及びステップ５２の間隔Ｌ２よりも大
きいものとする。Ｌ２は、一般的には１６ｃｍ以下である。Ｈ０≧Ｌ１とすることによっ
て、飛行体１が飛行中に水平方向にブレを起こしても、突出物体の間に挟まることを防止
することができる。

このように、本実施形態によれば、飛行体１を用いて、マンホールのように周囲を壁面
に囲まれた空間を点検する場合に、プロペラガード１０が壁面の突起物などの突出物体に
衝突した際に、飛行が停止したり、バランスを崩して落下したりすることを抑制すること
ができる。

次に、プロペラガード１０と壁面との接触について検討する。飛行体１は飛行中に水平
方向にブレを起こして壁面などの物体に接触することがある。構造物５１が鉄筋コンクリ
ートなどで出来ている場合、表面は一様に滑らかではなく、細骨材などにより凹凸が発生
する。このような滑らかではない物体にプロペラガード１０が接触すると、プロペラガー
ド１０が引っかかるおそれがある。飛行体１が鉛直下向きに移動時に壁面に接触した場合
には、プロペラガード１０の水平方向に最も外側の縁が支点となり飛行体１が進行方向（
下降方向）に回転するが、飛行体１のバランスが崩れるため、飛行体１の自動制御により
水平に戻ろうとする制御と、プロペラ３０の下部からの風の吐き出しにより、壁面に吸い
付いて飛行バランスを喪失する可能性は少ない。

図７は、第１の実施形態に係る飛行体１が鉛直上向きに移動時に壁面に接触した様子を
示す図である。飛行体１が鉛直上向きに移動時に壁面に接触した場合には、飛行体１は進
行方向（上昇方向）に運動状態であるため、図７に示すようにプロペラガード１０の水平
方向に最も外側の縁Ｐ１が支点となって飛行体１がＲ方向に回転し、飛行バランスを喪失
し落下してしまうおそれがある。さらに、飛行体１は機体を空中に浮遊させるためにプロ
ペラ３０の上部から風を吸い込んで、下部から吐き出しているため、飛行体１の上部が壁
面に近づくと、プロペラ３０が発生した風により飛行体１が垂直の壁面に吸い付いてしま
うおそれがある。そこで、以下の実施形態では、さらにこの課題も解決することが可能な
プロペラガードについて説明する。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体の側面図の一例である。
図８に示す飛行体２は、プロペラガード１０ａと、飛行体本体２０と、１以上のプロペラ
３０と、を備える。プロペラガード１０ａは、連結フレーム１１と、上部フレーム１２と
、中間フレーム１３と、下部フレーム１４と、台座フレーム１５と、を備える。連結フレ
ーム１１は、上部フレーム１２及び中間フレーム１３を連結させる第１連結部１１１と、
中間フレーム１３及び下部フレーム１４を連結させる第２連結部１１２と、下部フレーム
１４及び台座フレーム１５を連結させる第３連結部１１３と、を有する。

プロペラガード１０ａが第１の実施形態に係るプロペラガード１０と相違する点は、図
７で示した支点Ｐ１となる中間フレーム１３の外縁と、プロペラ３０の回転軸との間の距
離を長くすることで、回転モーメントが弱くなるように構成した点である。プロペラガー
ド１０ａが中間フレーム１３を備えない場合には、支点Ｐ１となる下部フレーム１４と、
プロペラ３０の回転軸との間の距離を長くすることで、回転モーメントが弱くなるように
構成する。

図９は、飛行体２が鉛直上向きに移動時に壁面に接触した様子を示す図である。第２連
結部１１２が壁面に接触した場合、第２連結部１１２が支点となり、飛行体２に進行方向
の回転の力が加わるが、支点Ｐ１をプロペラ３０から遠方にすることによって回転モーメ
ントが弱くなるため、Ｒ方向に回転しなくなる。したがって、本実施形態によれば、飛行
体２が壁面のような物体に接触した場合であっても、飛行体２が回転して壁面に吸い付く
ことを防止することができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨及び範囲内で、多くの変
更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形
態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、
種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロック
を１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能であ
る。

１，２ 飛行体
１０，１０ａ プロペラガード
１１ 連結フレーム
１２ 上部フレーム
１３ 中間フレーム
１４ 下部フレーム
１５ 台座フレーム
２０ 飛行体本体
３０ プロペラ
３１ モーター
５０ マンホール
５１ 構造物
５２ ステップ
５３ マンホール蓋の受枠
１１１ 第１連結部
１１２ 第２連結部
１１３ 第３連結部

Claims (7)

1. 飛行体のプロペラを囲うように構成されるプロペラガードであって、
   当該プロペラガードの最上面に設けられる上部フレームと、
   前記上部フレームよりも下方に設けられる下部フレームと、
   当該プロペラガードの最下面に設けられる台座フレームと、
   前記上部フレーム、前記下部フレーム、及び前記台座フレームを連結させる連結フレー
   ムと、を備え、
   前記下部フレームの外縁は、前記上部フレーム及び前記台座フレームの外縁の外側に位
   置する、プロペラガード。
2. 前記上部フレーム又は前記下部フレームの外縁の形状は、円形状、正偶数角形状、又は
   前記プロペラの外縁に沿った形状である、請求項１に記載のプロペラガード。
3. 前記下部フレームの外縁と、前記上部フレームの外縁との間の距離は、前記飛行体が鉛
   直上向きに移動する際の飛行空間において、前記飛行体の進行方向に対して垂直方向に突
   出している突出物体の長さを考慮して決定され、
   前記下部フレームの外縁と、前記台座フレームの外縁との間の距離は、前記飛行体が鉛
   直下向きに移動する際の飛行空間において、前記飛行体の進行方向に対して垂直方向に突
   出している突出物体の長さを考慮して決定される、
   請求項１又は２に記載のプロペラガード。
4. 飛行体のプロペラを囲うように構成されるプロペラガードであって、
   当該プロペラガードの最上面に設けられる上部フレームと、
   前記上部フレームよりも下方に設けられる中間フレームと、
   前記中間フレームよりも下方に設けられる下部フレームと、
   当該プロペラガードの最下面に設けられる台座フレームと、
   前記上部フレーム、前記中間フレーム、前記下部フレーム、及び前記台座フレームを連
   結させる連結フレームと、を備え、
   前記中間フレームの外縁は、前記上部フレーム、前記下部フレーム、及び前記台座フレ
   ームの外縁の外側に位置し、
   前記下部フレームの外縁は、前記台座フレームの外縁の外側に位置する、プロペラガー
   ド。
5. 前記上部フレーム、前記中間フレーム、又は前記下部フレームの外縁の形状は、円形状
   、正偶数角形状、又は前記プロペラの外縁に沿った形状である、請求項４に記載のプロペ
   ラガード。
6. 前記中間フレームの外縁と、前記上部フレームの外縁との間の距離は、前記飛行体が鉛
   直上向きに移動する際の飛行空間において、前記飛行体の進行方向に対して垂直方向に突
   出している突出物体の長さを考慮して決定され、
   前記中間フレームの外縁と、前記台座フレームの外縁との間の距離は、前記飛行体が鉛
   直下向きに移動する際の飛行空間において、前記飛行体の進行方向に対して垂直方向に突
   出している突出物体の長さを考慮して決定される、
   請求項４又は５に記載のプロペラガード。
7. 前記上部フレームの外縁と、前記台座フレームの外縁との間の距離は、前記飛行体が鉛
   直上向き又は鉛直下向きに移動する際の飛行空間において、前記飛行体の進行方向に対し
   て垂直方向に突出している突出物体の間隔を考慮して決定される、請求項１から６のいず
   れか一項に記載のプロペラガード。

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