JP2022126002A - Flight body, posture control device of loaded object, method - Google Patents

Flight body, posture control device of loaded object, method Download PDF

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Reona Mochizuki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for suppressing change in a posture of a loaded object due to change in a posture of a flight body.
SOLUTION: A rotation mechanism is a mechanism in which joints are arranged so that a link 1 and a link 2 are connected to each other by a joint 10, the link 2 and a link 3 are connected to each other by a joint 12, the link 3 and a link 6 are connected to each other by a joint 15, a link 4 is connected to a joint 11 on the link 1 by a joint 13 on a link B, a link 5 is connected to a joint 14 on the link 2 by a joint 16 on a link 6, a straight line connecting the joints 10 and 11 and a straight line connecting the joints 12 and 13 are parallel to each other, a straight line connecting the joints 12 and 14 and a straight line connecting the joints 15 and 16 are parallel to each other, a straight line connecting the joints 10 and 12 and a straight line connecting the joints 11 and 13 are parallel to each other, and a straight line connecting the joints 12 and 15 and a straight line connecting the joints 14 and 16 are parallel to each other, wherein a flight body is connected to the link 1, and a loaded object is connected to the link 6.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

積載物の位置、姿勢の制御、および飛行体の制御に関する。 It relates to payload position, attitude control, and air vehicle control.

近年ドローンと呼ばれる、飛行体を用いた配送を実現するための開発が進められている。
ドローンの多くは、機体の中心部付近に、制御用のコンピュータやバッテリ、センサーなどを備える構成である。飛行において重量のある構成物を機体の中心付近に置いたほうが、慣性モーメントが少なくなり、機体の運動に有利である。また、加速度センサーなど、飛行体の中心に置いたほうが制御、センシングにおいて有利である。
In recent years, development is underway to realize delivery using flying objects called drones.
Most drones are equipped with control computers, batteries, sensors, etc. near the center of the aircraft. In flight, placing a heavy component near the center of the airframe reduces the moment of inertia, which is advantageous for the movement of the airframe. In addition, it is advantageous in terms of control and sensing to place an acceleration sensor or the like at the center of the aircraft.

特開2019-059480JP 2019-059480

飛行体に積載物を取り付ける際の問題点や懸念事項は次のとおりである。積載物を飛行体に取り付けることで、重心が変化し、飛行体の飛行性能に悪影響を及ぼす。飛行体が姿勢を変化させることで、飛行体に接続した積載物の姿勢も変化してしまう。積載物の重さや形状は、積載物に応じて異なるため、専用の重心設計をした飛行体を用いるのは非効率である。そのため、前記積載物の姿勢変化を打ち消すための機構が必要である。 Problems and concerns in attaching payloads to air vehicles include: Attaching a payload to an aircraft changes the center of gravity and adversely affects the flight performance of the aircraft. When the flying object changes its attitude, the attitude of the payload connected to the flying object also changes. Since the weight and shape of the payload differ depending on the payload, it is inefficient to use an aircraft with a dedicated center-of-gravity design. Therefore, a mechanism for canceling out the change in posture of the load is required.

ドローンにジンバル機構を備え、ドローンと積載物をジンバル機構で接続することで、ドローンの姿勢変化による吊り荷の姿勢変化を打つ消す方法がある。しかし、ジンバル機構の回転中心が、ドローンの姿勢変化の回転中心と一致しない場合には、吊り荷の自重によってドローンを回転させる力が生じてしまい、ドローンはその力を打ち消すための姿勢変化をさせる力を発生させる必要が生じる。また、飛行体の姿勢変化によって積載物の位置も変化してしまうため、積載物の位置を制御する必要がある場合に、飛行体の制御が複雑になってしまう。 There is a method of canceling out the attitude change of the suspended load due to the attitude change of the drone by equipping the drone with a gimbal mechanism and connecting the drone and the load with the gimbal mechanism. However, if the rotation center of the gimbal mechanism does not match the rotation center of the drone's attitude change, the weight of the suspended load will generate a force to rotate the drone, and the drone will change its attitude to cancel that force. A force needs to be generated. In addition, since the position of the payload changes as the attitude of the aircraft changes, the control of the aircraft becomes complicated when it is necessary to control the position of the payload.

一般的に、ドローンの回転中心は機体の内部に位置していることが多いため、上記の問題を解消するためには、機体の中心に空間を有し、ジンバル機構を備えることができるような特殊な機体が必要である。(特許文献1) In general, the center of rotation of a drone is often located inside the fuselage. A special body is required. (Patent document 1)

そこで、本願発明では、飛行体に積載する積載物の飛行体の位置と姿勢に対する位置と姿勢を制御する機構を備えることで、重心位置の変化と荷物の姿勢変化を抑え、飛行効率、安定性を向上する。 Therefore, in the present invention, by providing a mechanism for controlling the position and attitude of the cargo to be loaded on the aircraft with respect to the position and attitude of the aircraft, changes in the position of the center of gravity and the attitude of the cargo are suppressed, and flight efficiency and stability are improved. improve.

リンク機構によって回転基準に対する回転体の回転中心を、機構構成物の外部に設定する。 The rotation center of the rotating body with respect to the rotation reference is set outside the mechanism structure by the link mechanism.

リンクXとリンクAとはジョイントXAで接続され、
リンクAとリンクBとはジョイントABで接続され、
リンクBとリンクYとはジョイントBYで接続され、
リンクCはリンクX上のジョイントXCとリンクB上のジョイントBCで接続され、
リンクDはリンクA上のジョイントADとリンクY上のジョイントDYで接続され、
ジョイントXAとXCを結ぶ直線とジョイントABとBCを結ぶ直線が平行であり、
ジョイントABとADを結ぶ直線とジョイントBYとDYを結ぶ直線が平行であり、
ジョイントXAとABを結ぶ直線とジョイントXCとBCを結ぶ直線が平行であり、
ジョイントABとBYを結ぶ直線とジョイントADとDYを結ぶ直線が平行であるようにジョイントが配置された機構であって、
リンクXに回転基準が接続され、あるいは、リンクXが回転基準であり、
リンクYに回転体が接続され、あるいは、リンクYが回転体である回転機構。
Link X and link A are connected by joint XA,
Link A and link B are connected by joint AB,
Link B and link Y are connected by joint BY,
Link C is connected by joint XC on link X and joint BC on link B,
Link D is connected by joint AD on link A and joint DY on link Y,
The straight line connecting joints XA and XC is parallel to the straight line connecting joints AB and BC, and
The straight line connecting joints AB and AD is parallel to the straight line connecting joints BY and DY,
The straight line connecting joints XA and AB is parallel to the straight line connecting joints XC and BC, and
A mechanism in which joints are arranged so that a straight line connecting joints AB and BY and a straight line connecting joints AD and DY are parallel,
a rotation reference is connected to link X, or link X is a rotation reference, and
A rotation mechanism in which a rotating body is connected to the link Y, or the link Y is a rotating body.

ジョイントXAとXCと回転体の回転中心Oのリンク機構としての位置関係が、ジョイントABとBCとBYのリンク機構としての位置関係と同じである。 The positional relationship of the joints XA and XC and the rotation center O of the rotating body as a link mechanism is the same as the positional relationship of the joints AB, BC and BY as a link mechanism.

平行リンク機構を用いることで、回転の中心を空中の点に設定することができる。 By using a parallel link mechanism, the center of rotation can be set at a point in the air.

リンクXは飛行体に接続される、あるいは、リンクXとは飛行体であって、
リンクYは積載物に接続される、あるいは、リンクYとは積載物である。
Link X is connected to an air vehicle, or Link X is an air vehicle,
Link Y is connected to the payload, or Link Y is the payload.

前記回転機構の一つを第1の回転機構、もう一つを第2の回転機構とし、各構成要素を第1のリンクX、第2のリンクXのように呼ぶ。 One of the rotating mechanisms will be referred to as a first rotating mechanism, the other as a second rotating mechanism, and each constituent element will be referred to as a first link X, a second link X, and so on.

第1のリンクYに第2のリンクXが接続された回転機構とする。ここで、第1のリンクYが第2のリンクXであると考えてもよい。また、第1の回転機構の回転軸と第2の回転機構の回転軸は、その方向を一致させない。 The rotation mechanism is such that the second link X is connected to the first link Y. Here, it may be considered that the first link Y is the second link X. Also, the directions of the rotation axis of the first rotation mechanism and the rotation axis of the second rotation mechanism do not match.

第1の回転機構のジョイントXAとXCと回転体の回転中心Oのリンク機構としての位置関係が、第1の回転機構のジョイントABとBCとBYのリンク機構としての位置関係と同じであり、
第2の回転機構のジョイントXAとXCと回転体の回転中心Oのリンク機構としての位置関係が、第2の回転機構のジョイントABとBCとBYのリンク機構としての位置関係と同じである回転機構。
The positional relationship of the joints XA and XC of the first rotating mechanism and the rotation center O of the rotating body as a link mechanism is the same as the positional relationship of the link mechanism of the joints AB, BC and BY of the first rotating mechanism,
Rotation where the positional relationship of the joints XA and XC of the second rotating mechanism and the rotation center O of the rotating body as a link mechanism is the same as the positional relationship of the joints AB, BC and BY of the second rotating mechanism as a link mechanism mechanism.

積載物がリンクYに対して、回転可能に接続されてもよい。例えば、リンクYを基準とした回転中心Oを通る回転軸で回転体が回転可能としてもよい。 A payload may be rotatably connected to the link Y. For example, the rotating body may be rotatable about a rotation axis passing through the rotation center O with the link Y as a reference.

リンクXあるいはリンクYあるいはその両方について、水平方向への移動を可能としてもよい。 Either link X or link Y or both may be allowed to move horizontally.

リンクXに対してリンクYを回転させることができるように、アクチュエーターを備えてもよい。いずれかのジョイントを回転させる、あるいは、いずれかのリンクを傾けることができるようにすれば、回転機構によってリンクXに対してリンクYを回転させることができる。 An actuator may be provided so that link Y can be rotated with respect to link X. By rotating any joint or tilting any link, the rotation mechanism can rotate link Y with respect to link X.

リンクXの回転に対してリンクYが回転しないように制御する。リンクXの回転を相殺するようにリンクYを回転させる。 Controls so that link Y does not rotate when link X rotates. Rotate link Y to offset the rotation of link X.

回転の中心を、回転機構を構成する物体の外部に備えることが可能となるため、飛行体に接続した場合には、回転体の回転中心を飛行体の内部の点に位置させることが可能となる。そのため、中心がセンサーなどで占有されている飛行体においても、積載物の飛行体に対する回転の中心を飛行体の回転中心に合わせることが可能となる。
Since the center of rotation can be provided outside the object that constitutes the rotation mechanism, when connected to an aircraft, the center of rotation of the rotor can be positioned at a point inside the aircraft. Become. Therefore, even in a flying object whose center is occupied by a sensor or the like, it is possible to match the center of rotation of the load with respect to the flying object to the center of rotation of the flying object.

回転機構の構成図Configuration diagram of rotation mechanism 回転中心をずらした形態Form with shifted center of rotation 2軸の回転機構の構成例Configuration example of a two-axis rotation mechanism 2軸の回転機構の構成例2Configuration example 2 of a two-axis rotation mechanism リンクの一部を省略する例Example of omitting part of a link 片側を軸受けやモーターで接続する例Example of connecting one side with a bearing or motor 飛行体への適用例1Application example 1 to flying object 飛行体への適用例2Application example 2 to an aircraft 飛行体への適用例3Application example 3 to an air vehicle 姿勢制御システム構成例Attitude control system configuration example テイルシッタードローンへの適用例Example of application to tail sitter drone リンクの配置変更例Example of changing the placement of links

図1に本願回転機構の基本的な構成を示す。 FIG. 1 shows the basic configuration of the rotation mechanism of the present application.

リンクX1とリンクA2とはジョイントXA10で接続され、
リンクA2とリンクB3とはジョイントAB12で接続され、
リンクB3とリンクY6とはジョイントBY15で接続され、
リンクC4はリンクX1上のジョイントXC11とリンクB3上のジョイントBC13で接続され、
リンクD5はリンクA2上のジョイントAD14とリンクY6上のジョイントDY16で接続される。
Link X1 and link A2 are connected by joint XA10,
Link A2 and link B3 are connected by joint AB12,
Link B3 and link Y6 are connected by joint BY15,
Link C4 is connected by joint XC11 on link X1 and joint BC13 on link B3,
Link D5 is connected by joint AD14 on link A2 and joint DY16 on link Y6.

ここで、ジョイントは、それぞれが平行な回転軸で接続されたリンクを回転可能である。いわゆる回り対偶と考えてもよい。 Here, the joints are capable of rotating links that are connected by parallel axes of rotation. It can be considered as a so-called rotating pair.

ジョイントの回転軸と垂直な平面でジョイントを見たとき、
ジョイントXA10とXC11を結ぶ直線とジョイントAB12とBC13を結ぶ直線が平行であり、
ジョイントAB12とAD14を結ぶ直線とジョイントBY15とDY16を結ぶ直線が平行であり、
ジョイントXA10とAB12を結ぶ直線とジョイントXC11とBC13を結ぶ直線が平行であり、
ジョイントAB12とBY15を結ぶ直線とジョイントAD14とDY16を結ぶ直線が平行であるようにジョイントを配置したリンク機構とする。ジョイントの位置は、奥行き方向に位置が変化しても、リンク機構においては等価である。
When looking at the joint in a plane perpendicular to the joint's axis of rotation,
The straight line connecting joints XA10 and XC11 and the straight line connecting joints AB12 and BC13 are parallel,
The straight line connecting joints AB12 and AD14 is parallel to the straight line connecting joints BY15 and DY16,
The straight line connecting joints XA10 and AB12 and the straight line connecting joints XC11 and BC13 are parallel,
The link mechanism is such that the joints are arranged so that the straight line connecting the joints AB12 and BY15 and the straight line connecting the joints AD14 and DY16 are parallel. The position of the joint is equivalent in the link mechanism even if the position changes in the depth direction.

このような構成とすることによって、リンクY6はリンクX1に対して回転中心Oで回転することが可能となる。回転中心Oにジョイントなど回転させるための構成要素を配置することなくリンクY6を回転中心O周りに回転させることができる。ここで、リンクY6の回転軸は、ジョイントの回転軸と平行となる。図1の(a)と(b)に回転の様子の一例を示す。ただし、ここではリンクXがリンクYに対して回転中心O周りに回転しているように図示している。 With such a configuration, the link Y6 can rotate about the rotation center O with respect to the link X1. The link Y6 can be rotated around the rotation center O without arranging a component for rotation such as a joint at the rotation center O. Here, the rotation axis of link Y6 is parallel to the rotation axis of the joint. An example of the state of rotation is shown in (a) and (b) of FIG. However, here, the link X is illustrated as rotating around the rotation center O with respect to the link Y.

図1に例示した構成に限らず、各ジョイントの位置の条件を満たす任意の変形をしてもよい。例えば、リンクD5をリンクC4よりも上側に配置してもよい。リンクA2とリンクC4の位置が入れ替わってもよい。 The configuration is not limited to that illustrated in FIG. 1, and any modification that satisfies the positional conditions of each joint may be used. For example, link D5 may be arranged above link C4. The positions of link A2 and link C4 may be interchanged.

また、このときの回転中心Oの位置は、ジョイントの回転軸と垂直な平面でジョイントを見たとき、ジョイントXA10とXC11と回転中心Oの位置関係とジョイントAB12とBC13とBY15の位置関係と同じになるような回転中心Oの位置となる。すなわち、ジョイントAB12とBC13に対するジョイントBY15の位置を設計することで、任意の位置の回転中心Oを得ることができる。 Also, the position of the rotation center O at this time is the same as the positional relationship between joints XA10 and XC11 and the rotation center O, and the positional relationship between joints AB12, BC13, and BY15 when the joint is viewed on a plane perpendicular to the joint's rotation axis. The position of the rotation center O is such that That is, by designing the position of joint BY15 with respect to joints AB12 and BC13, it is possible to obtain rotation center O at an arbitrary position.

リンクC4とリンクD5をジョイントCD17で接続してもよい。このとき、ジョイントAB12とAD14を結ぶ直線とジョイントBC13とCD17を結ぶ直線が平行となるようにする。このように、余剰となるジョイントを加えることで耐荷重性の向上が期待できる。また、図8のような構成としたとき、左右対称の構成とできて、バランス面などで有利である。 Link C4 and link D5 may be connected by joint CD17. At this time, the straight line connecting the joints AB12 and AD14 and the straight line connecting the joints BC13 and CD17 are made parallel. In this way, an improvement in load resistance can be expected by adding redundant joints. In addition, when the configuration as shown in FIG. 8 is used, the configuration can be left-right symmetrical, which is advantageous in terms of balance and the like.

リンク同士の干渉を避けるように各リンクの配置を奥行方向、回転軸方向にずらして配置してもよい。図12の例では、リンクB3とリンクD5が干渉しないように、奥側と手前側に配置し、リンクY6を挟み込むような配置としている。こうすることで、リンクB3とリンクD5の可動範囲が広くとれるので、結果として回転機構の回転可能な範囲を大きくとれる。また、回転機構のサイズを縮小することができる。 Each link may be shifted in the depth direction and the rotation axis direction so as to avoid interference between the links. In the example of FIG. 12, the link B3 and the link D5 are arranged on the back side and the front side so as not to interfere with each other, and are arranged so as to sandwich the link Y6. By doing so, the movable range of the link B3 and the link D5 can be widened, and as a result, the rotatable range of the rotation mechanism can be widened. Also, the size of the rotating mechanism can be reduced.

図1では、それぞれのリンクを直線で構成したが、ジョイントの位置関係が前記の条件を満たしていれば、その形状は問わない。したがって、リンク同士の干渉を避けて、可動範囲を広くとるために曲げた構成にしたり、奥行方向の位置にジョイントを配置してもよい。 In FIG. 1, each link is composed of a straight line, but as long as the positional relationship of the joints satisfies the above conditions, the shape thereof does not matter. Therefore, in order to avoid interference between the links and to widen the range of motion, the links may be bent, or joints may be arranged at positions in the depth direction.

図2のように、ジョイントBY15、ジョイントDY16の位置を、ずらすことで回転中心Oの位置を変化させることができる。これによって、例えば飛行体100の底面にリンクX1を接続した際に、回転中心Oを底面よりも上に配置することができる。 As shown in FIG. 2, the position of the rotation center O can be changed by shifting the positions of the joint BY15 and the joint DY16. As a result, for example, when the link X1 is connected to the bottom surface of the aircraft 100, the center of rotation O can be arranged above the bottom surface.

この回転機構をさらに、もう一軸について回転させることで、リンクY6を回転機構の回転軸と回転機構を回転させる回転軸との2軸で回転させることができる。例えば、図1においては、リンクX1をジョイントXA10とXC11を結ぶ直線と平行な軸で回転させる。ここで、リンクX1を回転させる回転軸を回転中心Oを通る軸とすることで、リンクY6を回転中心O周りに2方向に回転させることができる。リンクX1と回転基準の接続方法の例は、回転基準に対してリンクX1が、前記リンクX1の回転軸に回転可能なようにモーターや軸受けなどで接続する。 By further rotating this rotating mechanism about another axis, the link Y6 can be rotated about two axes, the rotating shaft of the rotating mechanism and the rotating shaft that rotates the rotating mechanism. For example, in FIG. 1, link X1 is rotated about an axis parallel to the straight line connecting joints XA10 and XC11. Here, by setting the rotation axis for rotating the link X1 as an axis passing through the rotation center O, the link Y6 can be rotated around the rotation center O in two directions. As an example of a method of connecting the link X1 and the rotation reference, the link X1 is connected to the rotation reference by a motor or a bearing so as to be rotatable on the rotation shaft of the link X1.

リンクY6がジョイントBY15とDY16を結ぶ直線に平行な軸に回転可能に、回転部を備えてもよい。例えば、リンクY6と回転体とをBY15とDY16を結ぶ直線に平行な軸に回転可能なようにモーターや軸受けなどで接続する。 A rotating portion may be provided so that the link Y6 can rotate about an axis parallel to the straight line connecting the joints BY15 and DY16. For example, the link Y6 and the rotating body are connected by a motor or a bearing so as to be rotatable on an axis parallel to the straight line connecting BY15 and DY16.

リンクY6と回転体とをジンバルで接続してもよい。ここでのジンバルとは、一般的な、例えばカメラの振れを防止するために用いられるような、回転軸がモーターで構成されるような通常のジンバルでよい。このような構成とすることで、回転体を、回転基準の姿勢変化のよってその位置と姿勢を変化させないように制御可能となり、さらに、回転基準の向きや傾きの変化に影響せず、回転体自身の向きや傾きを変化させることができる。 A gimbal may be used to connect the link Y6 and the rotor. The gimbal here may be a general gimbal whose rotating shaft is composed of a motor, for example, which is used to prevent camera shake. With such a configuration, it is possible to control the rotating body so that its position and attitude do not change due to changes in the attitude of the rotation reference. It can change its orientation and tilt.

回転体がリンクY6に対して平行移動できるように接続してもよい。リンクY6に対して回転体が平行移動できるようにすることで、回転体に対する振動を吸収したり、回転体の位置の調整が可能となる。 The rotating body may be connected so as to be able to move parallel to the link Y6. By allowing the rotating body to move parallel to the link Y6, it is possible to absorb vibrations of the rotating body and to adjust the position of the rotating body.

リンクY6と回転体あるいはリンクX1と回転基準少なくともいずれかを防振部材で接続してもよい。防振部材の一例は、ゴムやダンパーなどである。 At least one of the link Y6 and the rotating body or the link X1 and the rotation reference may be connected by a vibration isolating member. An example of the anti-vibration member is rubber, a damper, or the like.

前記回転機構を2つ用いることで、2軸での回転を制御することができる。 By using two rotation mechanisms, it is possible to control rotation on two axes.

説明のために前記回転機構の1つを第1の回転機構、もう1つを第2の回転機構とし、各構成要素を第1のリンクX、第2のリンクXのように呼ぶ。 For the sake of explanation, one of the rotating mechanisms will be referred to as a first rotating mechanism, the other as a second rotating mechanism, and each constituent element will be referred to as a first link X, a second link X, and so on.

第1のリンクYに第2のリンクXが接続された回転機構とする。ここで、第1のリンクYが第2のリンクXであると考えてもよい。また、第1の回転機構の回転軸と第2の回転機構の回転軸は、その方向を一致させない。例えば、第1の回転機構と第2の回転機構の回転軸を直交させる。 The rotation mechanism is such that the second link X is connected to the first link Y. Here, it may be considered that the first link Y is the second link X. Also, the directions of the rotation axis of the first rotation mechanism and the rotation axis of the second rotation mechanism do not match. For example, the rotation axes of the first rotation mechanism and the second rotation mechanism are orthogonal.

また、第1と第2の回転機構それぞれについて、ジョイントの回転軸と垂直な平面でジョイントを見たとき、
第1の回転機構のジョイントXAとXCと回転体の回転中心Oのリンク機構としての位置関係が、第1の回転機構のジョイントABとBCとBYのリンク機構としての位置関係と同じであり、
第2の回転機構のジョイントXAとXCと回転体の回転中心Oのリンク機構としての位置関係が、第2の回転機構のジョイントABとBCとBYのリンク機構としての位置関係と同じである回転機構とすることによって、第1の回転機構と第2の回転機構の回転軸が、回転中心Oを通るため、第2のリンクYを回転中心O周りに2方向に回転させることができる。
Also, for each of the first and second rotation mechanisms, when the joints are viewed on a plane perpendicular to the rotation axis of the joints,
The positional relationship of the joints XA and XC of the first rotating mechanism and the rotation center O of the rotating body as a link mechanism is the same as the positional relationship of the link mechanism of the joints AB, BC and BY of the first rotating mechanism,
Rotation where the positional relationship of the joints XA and XC of the second rotating mechanism and the rotation center O of the rotating body as a link mechanism is the same as the positional relationship of the joints AB, BC and BY of the second rotating mechanism as a link mechanism By using the mechanism, the rotation axes of the first rotation mechanism and the second rotation mechanism pass through the rotation center O, so that the second link Y can be rotated around the rotation center O in two directions.

図3に2つの回転機構を組み合わせる際の例を示す。 Fig. 3 shows an example of combining two rotating mechanisms.

図3の(a)は第1の回転機構の回転軸方向(z軸)から見たリンクを図示したものである。図3の(b-1)と(b-2)は第2の回転機構の回転軸方向(x軸)に見たリンクを図示したものである。第2の回転軸の接続例として、図3の(b-1)のように第1のリンクY300の上部に第2のリンクX301を接続する。第2のリンクX301を上部に備える構成とすることで、第2のリンクX301を回転中心Oに近づけることができるため、回転機構のサイズを抑えることができる。 FIG. 3(a) illustrates the link viewed from the rotation axis direction (z-axis) of the first rotation mechanism. (b-1) and (b-2) of FIG. 3 illustrate the link seen in the rotation axis direction (x-axis) of the second rotation mechanism. As a connection example of the second rotating shaft, a second link X301 is connected to the top of the first link Y300 as shown in FIG. 3(b-1). Since the second link X301 can be brought closer to the rotation center O by providing the second link X301 at the top, the size of the rotation mechanism can be reduced.

当然図3の(b-2)のように、第2のリンクX301を第1のリンクY300の下部に接続してもよい。ただし、第2の回転機構の回転中心を回転中心Oにするために、ジョイントAB312とBC313を結ぶ直線とジョイントBYの垂直距離を大きくとる必要があり、回転機構のサイズが大きくなる場合がある。第2のリンクX301は例示した位置に限らず、任意の位置で取り付けてよい。 As a matter of course, the second link X301 may be connected to the bottom of the first link Y300 as shown in (b-2) of FIG. However, in order to set the rotation center of the second rotation mechanism to the rotation center O, it is necessary to secure a large vertical distance between the straight line connecting the joints AB312 and BC313 and the joint BY, which may increase the size of the rotation mechanism. The second link X301 is not limited to the illustrated position, and may be attached at any position.

第1の回転機構の回転軸と第2の回転機構の回転機構を直交させることによって、第2のリンクY306を第1の回転機構と第2の回転機構の回転軸が交わる点を回転中心として、2方向に回転させることができる。これにより、本回転機構は2軸のジンバルと同等の機能を有することができる。 By making the rotation axis of the first rotation mechanism and the rotation mechanism of the second rotation mechanism orthogonal, the second link Y306 rotates around the point where the rotation axes of the first rotation mechanism and the second rotation mechanism intersect. , can be rotated in two directions. As a result, this rotation mechanism can have a function equivalent to that of a two-axis gimbal.

図4に別の構成例を示す。図4の(b-1)は第1の回転機構を第2の回転機構の横に設置したものである。図3の構成と比較して、例えば、第2の回転機構のリンクB303と第1の回転機構との干渉を避けるために、第2の回転機構のジョイントXA301とAB312の間隔を大きくとる必要がない。そのため、回転機構の高さ、長さを抑えることができる。図4において、第2のジョイントXA310をさらに回転中心Oに近づけることもできる。例えば、第1のリンクY300と第2のリンクX301の接続位置をさらに上部に配置する。図4の例では、第1のリンクY300を上方に延長することもできる。 Fig. 4 shows another configuration example. FIG. 4(b-1) shows the first rotating mechanism installed next to the second rotating mechanism. Compared to the configuration of FIG. 3, for example, in order to avoid interference between the link B303 of the second rotating mechanism and the first rotating mechanism, it is necessary to secure a large space between the joints XA301 and AB312 of the second rotating mechanism. do not have. Therefore, the height and length of the rotation mechanism can be suppressed. In FIG. 4, the second joint XA310 can also be brought closer to the center of rotation O. For example, the connecting position of the first link Y300 and the second link X301 is arranged further up. In the example of FIG. 4, the first link Y300 can also be extended upward.

図4の(b-2)は、第1の回転機構と同じ回転軸にリンクY400を回転させる第3の回転機構をさらに備え、第2の回転機構を両側で支える形としたものである。図4の(b-1)と比較して、接続箇所が増えるので、耐荷重の面で有利である。また、左右対称の構成とできるためバランス面でも有利である。図4の(b-1)と(b-2)は第1と第3の回転機構について、リンクY以外の図示を省略している。 FIG. 4(b-2) further includes a third rotating mechanism for rotating the link Y400 on the same rotating shaft as the first rotating mechanism, and supports the second rotating mechanism on both sides. Compared to (b-1) in FIG. 4, the number of connection points increases, which is advantageous in terms of load resistance. In addition, it is advantageous in terms of balance because it can have a symmetrical configuration. In (b-1) and (b-2) of FIG. 4, illustration of the first and third rotating mechanisms other than the link Y is omitted.

第1の回転機構と第3の回転機構は、第2の回転機構によって接続されて同じ量だけ回転することとなるが、第1と第3の回転機構の対応するリンクの少なくともいずれかを1つのリンクとしてつなげてもよい。第1と第3の回転機構のリンクYの回転量に差が生じるような場合を防ぎ、第2の回転機構をねじるような力が加わることを防ぐ。 The first rotating mechanism and the third rotating mechanism are connected by the second rotating mechanism to rotate by the same amount, but at least one of the corresponding links of the first and third rotating mechanisms is rotated by one. may be connected as one link. To prevent a difference in the amount of rotation of the link Y between the first and third rotating mechanisms, and to prevent a twisting force from being applied to the second rotating mechanism.

図5のように、図4の(b-2)における、第1と第3の回転機構のリンクの一部を省略することができる。例えば、第1のリンクB3を省略し、代わりにリンクC4をリンクD5とジョイントCD17で接続し、第3のリンクDを省略する。このとき、ジョイントCD17は第3のジョイントXA510とAD514を結ぶ直線と平行となるようにする。このとき、1つの回転機構を第1と第3の回転機構で構成しているものと考えてもよい。 As shown in FIG. 5, part of the links of the first and third rotating mechanisms in (b-2) of FIG. 4 can be omitted. For example, the first link B3 is omitted, instead link C4 is connected to link D5 at joint CD17, and the third link D is omitted. At this time, the joint CD17 is made parallel to the straight line connecting the third joints XA510 and AD514. At this time, it may be considered that one rotating mechanism is composed of the first and third rotating mechanisms.

図6のように、第2のリンク機構の片側を回転基準と、モーターや軸受け601など通常の回転可能な接続方法で接続してもよい。この際、回転軸は第1の回転機構の回転軸と同じとする。 As shown in FIG. 6, one side of the second linkage may be connected to a rotational reference with a conventional rotatable connection method such as a motor or bearing 601 . At this time, the rotating shaft is assumed to be the same as the rotating shaft of the first rotating mechanism.

本願回転機構を飛行体に適用する場合の例について、マルチコプター型のドローンを飛行体100として、ドローンに積載物101を搭載する場合を例にして説明する。ここで、飛行体を回転基準、積載物を回転体とする。ここで説明する構成は飛行体100、積載物101以外についても適用可能である。 An example of applying the rotation mechanism of the present application to a flying object will be described by taking a multicopter type drone as the flying object 100 and mounting a payload 101 on the drone. Here, it is assumed that the flying object is a rotation reference and the load is a rotating object. The configuration described here can also be applied to objects other than the flying object 100 and the payload 101. FIG.

飛行体100は、フライトコントローラー51、受信機52、モーター、プロペラ53を備える一般的なマルチロータータイプのドローンとして考える。自律飛行させる場合は受信機52は無くてもよい。 Air vehicle 100 is considered as a general multi-rotor type drone comprising flight controller 51 , receiver 52 , motors and propellers 53 . For autonomous flight, the receiver 52 may be omitted.

図7に飛行体100に回転機構を備える例を示す。既存の飛行体に本願回転機構を適用する場合、本願回転機構は、飛行体の底面、側面、上部などに接続することとなる。図7は飛行体100の側面に、リンクX1がx軸方向に回転可能に接続した例である。回転機構は、z軸方向にリンクY6を回転させることとなる。飛行体100の回転中心は、飛行体100の内部の点Oとする。 FIG. 7 shows an example in which the flying object 100 is provided with a rotation mechanism. When the rotation mechanism of the present application is applied to an existing aircraft, the rotation mechanism of the present application is connected to the bottom, side, top, etc. of the aircraft. FIG. 7 shows an example in which the link X1 is connected to the side surface of the aircraft 100 so as to be rotatable in the x-axis direction. The rotation mechanism rotates the link Y6 in the z-axis direction. A point O inside the flying object 100 is assumed to be the center of rotation of the flying object 100 .

図7のようにリンクX1の回転軸は飛行体の回転中心Oを通るように接続する。これにより、リンクX1を回転させることによって、飛行体100のx軸方向の回転に対する、積載物101の回転を相殺することが可能となる。図7の各ジョイントはz軸方向に接続したリンクを回転可能とする。図7のx-y平面で見たとき、ジョイントBY15とDY16と回転中心Oが一直線上に位置するように、ジョイントBY15とDY16を配置する。これにより、飛行体のz軸の回転に対する、積載物の回転を相殺することが可能となる。 As shown in Fig. 7, the rotation axis of link X1 is connected so as to pass through the rotation center O of the aircraft. As a result, by rotating the link X1, it is possible to offset the rotation of the payload 101 against the rotation of the aircraft 100 in the x-axis direction. Each joint in FIG. 7 makes the links connected in the z-axis direction rotatable. The joints BY15 and DY16 are arranged so that the joints BY15 and DY16 and the rotation center O are aligned with each other when viewed on the x-y plane in FIG. This makes it possible to offset the rotation of the payload with respect to the z-axis rotation of the aircraft.

図8は、飛行体100に回転機構を備える別の例である。リンクX1を左側と右側とに分けて、飛行体100の両側にリンクX1を接続する構成となる。図8の例では、飛行体の左側にリンクA2が接続されたリンクX1が接続され、右側にリンクC4が接続されたリンクX1を接続する。2つのリンクX1はx軸方向の同軸で回転可能とする。 FIG. 8 is another example in which the flying object 100 is provided with a rotation mechanism. The link X1 is divided into a left side and a right side, and the link X1 is connected to both sides of the aircraft 100. FIG. In the example of FIG. 8, the link X1 connected to the link A2 is connected to the left side of the aircraft, and the link X1 connected to the link C4 is connected to the right side. The two links X1 are coaxial in the x-axis direction and rotatable.

図7の構成と比較して、図8の構成は飛行体との接続箇所が増えるため耐荷重の面で有利である。また、左右対称の構成とできるためバランス面でも有利である。 Compared with the configuration of FIG. 7, the configuration of FIG. 8 is advantageous in terms of load resistance because the number of connection points with the aircraft increases. In addition, it is advantageous in terms of balance because it can have a symmetrical configuration.

図9にリンクX1の接続方法についての別の例を示す。リンクX1はx軸方向に回転中心Oを通る軸で回転可能に接続される。ここで、ジョイントXA10とXC11がリンクX1の回転軸上にない位置に設置することができる。この場合、リンクY6の回転中心を回転中心Oとするために、x-y平面で見たときのジョイントAB12とBC13とBY15の位置関係とジョイントXA10とXC11と回転中心Oの位置関係が同じになるようにする。図7のように、片側のみを接続する場合についても同様の構成とできる。 FIG. 9 shows another example of how the link X1 is connected. The link X1 is rotatably connected about an axis passing through the rotation center O in the x-axis direction. Here, joints XA10 and XC11 can be installed at positions that are not on the axis of rotation of link X1. In this case, in order to make the rotation center of link Y6 the rotation center O, the positional relationship between joints AB12, BC13, and BY15 and the positional relationship between joints XA10, XC11, and rotation center O when viewed on the x-y plane should be the same. to As shown in FIG. 7, the same configuration can be used when only one side is connected.

図9の構成では(a)と(b)のように、リンクX1の形状を変えることで、サイズの異なる飛行体100への適用が可能となる。そのため、適用先の飛行体100に応じて、リンクX1のみを取り換えるだけで回転機構の付け替えが可能となる。または、リンクX1のx軸方向の長さを可変とすることで種々のサイズの飛行体100に取り付け可能とできる。ジョイントBY15とDY16の位置を可変とすることによって、回転中心Oの位置を変えることができ、適用の際の自由度がより向上する。 The configuration of FIG. 9 can be applied to flying objects 100 of different sizes by changing the shape of the link X1 as shown in (a) and (b). Therefore, depending on the flying object 100 to which it is applied, the rotation mechanism can be replaced by simply replacing the link X1. Alternatively, by making the length of the link X1 in the x-axis direction variable, it can be attached to flying objects 100 of various sizes. By making the positions of the joints BY15 and DY16 variable, the position of the rotation center O can be changed, and the degree of freedom in application is further improved.

図8と図9とでは、主にリンクA2とリンクC4の可動範囲が異なる。飛行体など、適用先の構成物の機能などを阻害しないように図8の構成と図9の構成を使い分けることができる。 8 and 9 mainly differ in the movable range of link A2 and link C4. The configuration in FIG. 8 and the configuration in FIG. 9 can be used properly so as not to impede the function of the component to which the system is applied, such as an aircraft.

図7と図8と図9の例では、積載物101を飛行体100の下部に備える形態を図示したが、積載物101は飛行体100の上部に取り付けてもよい。その場合は、回転機構を上下逆に取り付けたような構成としてよい。飛行体100の上部に積載物101を配置することで、例えば、天井をセンシングする場合のように飛行体の上方にセンサーなどを近づけたいときに有効である。 In the examples of FIGS. 7, 8, and 9, the configuration in which the payload 101 is provided on the lower portion of the aircraft 100 is illustrated, but the payload 101 may be attached to the upper portion of the aircraft 100. FIG. In that case, a configuration in which the rotation mechanism is attached upside down may be employed. Arranging the payload 101 above the flying object 100 is effective, for example, when a sensor or the like is to be brought close to the upper part of the flying object, such as when sensing the ceiling.

回転機構の駆動方法について説明する。 A method of driving the rotation mechanism will be described.

それぞれの回転機構のいずれかのジョイントをモーターなどによって駆動させるものとしてよい。また、ジョイントのいずれかに、ジョイントの回転量、回転角度を計測するセンサーを備えることで、回転体の姿勢を制御するためのシステムが、回転基準に対する回転体の姿勢を算出することができる。センサーの一例はロータリーエンコーダーである。モーターとしてサーボモーターのように目標角度に回転させるようなアクチュエーターを用いた場合は、その目標量を回転量として扱うこともできる。 Either joint of each rotation mechanism may be driven by a motor or the like. Further, by providing a sensor for measuring the amount of rotation and the rotation angle of the joint in any of the joints, the system for controlling the attitude of the rotating body can calculate the attitude of the rotating body with respect to the rotation reference. An example of a sensor is a rotary encoder. If an actuator, such as a servomotor, is used as the motor to rotate to a target angle, the target amount can be treated as the amount of rotation.

アクチュエーターによって駆動可能なアームによって、それぞれの回転機構のいずれかのリンクを動かすようにしてもよい。 Any link of each rotating mechanism may be moved by an arm drivable by an actuator.

回転機構を複数用いる構成においては、回転体と接続するリンクYもしくは、回転体を動かすように力を加えることで、その動きは回転中心O周りの回転運動となる。回転体が接続されたリンクのいずれかを2方向に駆動させることができれば、回転体の回転を回転軸O周りに制御することが可能となる。 In a configuration using a plurality of rotating mechanisms, by applying a link Y connected to the rotating body or by applying a force to move the rotating body, the movement becomes rotational movement around the rotation center O. If one of the links to which the rotating body is connected can be driven in two directions, the rotation of the rotating body can be controlled around the rotation axis O.

アームによる駆動をする場合の構成例を図1に示す。リンクX1、もしくは回転基準にアーム30を駆動するアクチュエーター31を搭載し、リンクC4と駆動用リンク32で接続する。 Fig. 1 shows a configuration example for driving by an arm. The actuator 31 that drives the arm 30 is mounted on the link X1 or the rotation reference, and is connected to the link C4 by the link 32 for driving.

2軸方向に回転する場合には、アーム30と駆動用リンク32とリンクC4との接続に球面対偶や回り滑り対偶を用いるなど、回転軸方向への位置変化にも対応させることで、例えば、図3のように1つの回転機構が別の回転機構によって回転する場合においても、アクチュエーター31を第1のリンクX1もしくは回転基準に設置することができる。 When rotating in two axial directions, a spherical pair or a rotating sliding pair is used to connect the arm 30, the drive link 32, and the link C4. Even when one rotation mechanism is rotated by another rotation mechanism as shown in FIG. 3, the actuator 31 can be installed on the first link X1 or the rotation reference.

回転機構によるリンクYの回転量は、ジョイントに回転量を取得するセンサーを備えて取得してもよい。また、アームの回転に対するリンクYの回転量を算出してもよい。アームの長さと回転量と各ジョイント間の距離情報から、算出可能である。 The amount of rotation of the link Y by the rotation mechanism may be obtained by providing a sensor for obtaining the amount of rotation in the joint. Also, the amount of rotation of the link Y relative to the rotation of the arm may be calculated. It can be calculated from the length of the arm, the amount of rotation, and distance information between the joints.

一例として、アーム30の回転中心をジョイントXA10とXC11を結ぶ直線上に配置し、駆動用リンクをXA10-XC11と平行にした場合アームの回転量がそのままリンクY6の回転量となるため計算負荷が少なくて済む。 As an example, if the rotation center of arm 30 is placed on the straight line connecting joints XA10 and XC11, and the drive link is parallel to XA10-XC11, the amount of rotation of the arm will be the amount of rotation of link Y6 as it is, so the calculation load will be reduced. less.

図1における駆動用リンク32のジョイント間の長さを変化させる構成としてもよい。駆動用リンク32を伸縮可能にしたり、ジョイントの位置をスライダーで移動できるようにしてもよい。この場合、アーム30は固定するか、アーム30を無くして駆動用リンク32をリンクX1に接続するようにしてもよい。 A configuration in which the length between the joints of the drive link 32 in FIG. 1 is changed may be employed. The drive link 32 may be extendable, or the position of the joint may be moved by a slider. In this case, the arm 30 may be fixed, or the arm 30 may be removed and the drive link 32 may be connected to the link X1.

回転体の姿勢制御について説明する。 Attitude control of the rotating body will be described.

姿勢制御システム50は、回転基準の姿勢変化に対して、回転体が一定の姿勢を保つように制御する。例えば、飛行体100の傾き変化に対して積載物101が水平状態を維持するように、積載物101を飛行体100に対して回転させる。水平に制御する以外にも、回転体が水平に対してその時々の目標姿勢になるように制御してもよい。 The attitude control system 50 controls the rotating body so that it maintains a constant attitude with respect to the attitude change of the rotation reference. For example, the payload 101 is rotated with respect to the flying object 100 so that the payload 101 maintains a horizontal state with respect to the inclination change of the flying object 100 . In addition to the horizontal control, the rotating body may be controlled so that it assumes the target attitude at that time with respect to the horizontal.

姿勢制御システム50は、各種センサーを用いて、回転基準、あるいは回転体の姿勢を算出することができる。回転基準と回転体のいずれかの姿勢が算出できれば、回転機構による回転量から、さらにもう一方の姿勢を算出することができる為、両方に姿勢算出手段を備える必要は必ずしもない。一般的に、加速度センサや角速度センサを用いることで姿勢を算出することができるが、姿勢制御システム50が姿勢を取得できればその手段は問わない。飛行体100に備える姿勢算出手段54によって算出した飛行体100の姿勢を姿勢制御システム50が受け取る構成としてもよい。 The attitude control system 50 can use various sensors to calculate the rotation reference or the attitude of the rotating body. If the orientation of either the rotation reference or the rotating body can be calculated, the orientation of the other can be calculated from the amount of rotation by the rotation mechanism. In general, the attitude can be calculated using an acceleration sensor or an angular velocity sensor, but any means can be used as long as the attitude control system 50 can acquire the attitude. The attitude control system 50 may receive the attitude of the flying object 100 calculated by the attitude calculating means 54 provided in the flying object 100 .

飛行体100が無線操縦される場合のように、回転基準の姿勢が、受信機52で受信した目標姿勢や目標回転速度に基づき制御される場合、姿勢制御システム50が受信機52の目標姿勢や目標回転速度を取得可能な構成とすることで、回転基準の姿勢を算出可能となる。特に目標姿勢を受信する場合は、回転体に対する回転基準の姿勢が、受信した目標姿勢になるように回転機構による回転をさせるアクチュエーターを制御すればよい。 When the attitude of the rotation reference is controlled based on the target attitude and the target rotational speed received by the receiver 52, as in the case where the flying object 100 is radio-controlled, the attitude control system 50 controls the target attitude and the target rotation speed of the receiver 52. By adopting a configuration in which the target rotation speed can be obtained, it becomes possible to calculate the orientation of the rotation reference. In particular, when receiving a target orientation, it is only necessary to control an actuator that causes a rotation mechanism to rotate so that the rotation reference orientation with respect to the rotator becomes the received target orientation.

また、受信機52をフライトコントローラー51に接続するような飛行体の場合、信号線を姿勢制御システム50につなぐのが容易であるため、エンドユーザーによる姿勢制御システム50の組み込みが容易となる。 In addition, in the case of an aircraft in which the receiver 52 is connected to the flight controller 51, it is easy to connect the signal line to the attitude control system 50, so that the end user can easily incorporate the attitude control system 50.

飛行体100に適用した場合のシステム構成の例を図10に示す。飛行体100は、飛行制御を行うフライトコントローラー51と受信機52を備える。フライトコントローラー51は、プログラマブルプロセッサ(例えば、中央演算処理装置(CPU))などの1つ以上のプロセッサを有することができる。一般的なコンピューターと考えてもよい。また、フライトコントローラー51は、飛行体100の姿勢を算出する手段54を備える。一例は、加速度センサーや角速度センサーを含む一般的な構成としてよい。姿勢算出手段54は、少なくとも飛行体100の傾きを算出することができるものとする。受信機52は、操作者から飛行体100の傾きを指示するための信号をフライトコントローラー51に伝える。フライトコントローラー51は信号に基づき飛行体の姿勢を目標姿勢となるように各プロペラ53の回転速度を制御して、機体を傾けることで飛行体100を移動させる。自律制御する場合は、受信機52の代わりに自律制御用の制御装置を接続し指示信号をフライトコントローラー51に伝える構成としてもよいし、フライトコントローラー51に自律制御機能を備えるようにしてもよい。 FIG. 10 shows an example of a system configuration when applied to an aircraft 100. As shown in FIG. The aircraft 100 includes a flight controller 51 and a receiver 52 for flight control. Flight controller 51 may have one or more processors, such as programmable processors (eg, central processing units (CPUs)). You can think of it as a general computer. The flight controller 51 also comprises means 54 for calculating the attitude of the aircraft 100 . An example may be a general configuration including an acceleration sensor and an angular rate sensor. It is assumed that the attitude calculation means 54 can calculate at least the inclination of the flying object 100 . The receiver 52 transmits to the flight controller 51 a signal for instructing the inclination of the aircraft 100 from the operator. Based on the signal, the flight controller 51 controls the rotation speed of each propeller 53 so that the attitude of the flying object becomes the target attitude, and moves the flying object 100 by tilting the airframe. In the case of autonomous control, a control device for autonomous control may be connected instead of the receiver 52 to transmit an instruction signal to the flight controller 51, or the flight controller 51 may be provided with an autonomous control function.

姿勢制御システム50は、制御用コンピューター55と姿勢算出手段57と回転機構による回転をさせるためのアクチュエーター56を備える。制御用コンピューター55はプログラマブルプロセッサ(例えば、中央演算処理装置(CPU))などの1つ以上のプロセッサを有することができる。一般的なコンピューターと考えてもよい。また、制御用コンピューター55は、フライトコントローラー51の一部として考えてもよく、積載物10の姿勢を制御する機能をフライトコントローラー51に組み込んでもよい。姿勢制御システム50の姿勢算出手段57は少なくとも積載物101の傾きを算出することができる。一例は、加速度センサーや角速度センサーを含む一般的な構成としてよい。また、飛行体100の姿勢算出手段54を用いてもよく、飛行体100の姿勢算出手段54が出力するセンサーの情報や傾き情報を姿勢制御システム50が受け取る構成としもよい。もしくはフライトコントローラー51が姿勢算出手段54から受け取った信号もしくは傾き情報、もしくはフライトコントローラー51が算出した傾き情報を姿勢制御システム50に伝えてもよい。姿勢制御システム50は、飛行体100の姿勢情報と回転機構で回転させている積載物101の回転量から積載物101の姿勢を算出できる。 The attitude control system 50 includes a control computer 55, attitude calculation means 57, and an actuator 56 for rotating by a rotating mechanism. Control computer 55 may have one or more processors, such as programmable processors (eg, central processing units (CPUs)). You can think of it as a general computer. Further, the control computer 55 may be considered as part of the flight controller 51, and the function of controlling the attitude of the payload 10 may be incorporated into the flight controller 51. The attitude calculation means 57 of the attitude control system 50 can at least calculate the inclination of the load 101 . An example may be a general configuration including an acceleration sensor and an angular rate sensor. Further, the attitude calculation means 54 of the flying object 100 may be used, and the attitude control system 50 may receive the sensor information and the inclination information output by the attitude calculation means 54 of the flying object 100 . Alternatively, the signal or tilt information received by the flight controller 51 from the attitude calculation means 54 or the tilt information calculated by the flight controller 51 may be transmitted to the attitude control system 50 . The attitude control system 50 can calculate the attitude of the payload 101 from the attitude information of the aircraft 100 and the amount of rotation of the payload 101 rotated by the rotation mechanism.

駆動用アクチュエーター56は、目標の角度や位置まで駆動させる機能を備える。飛行体100の姿勢算出手段54を用いる場合は、各アクチュエーターの駆動量から飛行体100に対する積載物101の姿勢を算出することができるため、これらの情報をもとに積載物101の姿勢が算出可能である。姿勢制御システム50の制御用コンピューター55は、姿勢算出手段57から受け取った積載物101の傾きに基づき、その傾きが一定に保たれるように、例えば積載物が水平に保たれるように駆動用アクチュエーターの駆動量を制御する。 The drive actuator 56 has a function of driving to a target angle and position. When using the attitude calculation means 54 of the flying object 100, the attitude of the payload 101 with respect to the flying object 100 can be calculated from the drive amount of each actuator. It is possible. Based on the tilt of the load 101 received from the attitude calculation means 57, the control computer 55 of the attitude control system 50 controls the drive so that the tilt is kept constant, for example, the load is kept horizontal. Controls the drive amount of the actuator.

姿勢制御システム50は、飛行体100の傾きの変化速度、すなわち角速度の情報を姿勢算出手段54から取得し、駆動用アクチュエーターの駆動速度を変化させてもよい。 The attitude control system 50 may acquire information on the change speed of the inclination of the flying object 100, that is, the angular velocity, from the attitude calculation means 54, and change the driving speed of the driving actuators.

また、飛行体100のフライトコントローラー51や受信機52、自律制御を制御するコンピューターから、飛行体100の目標姿勢情報や、未来の飛行体の姿勢情報を受け取ることで、飛行体の姿勢変化に対する、回転体の回転制御の遅れを軽減させるようにしてもよい。前記情報を用いた回転体の姿勢制御に対してフィードフォワード制御を加えるようにしてもよい。 In addition, by receiving target attitude information of the flying object 100 and attitude information of the future flying object from the flight controller 51 and receiver 52 of the flying object 100 and the computer that controls the autonomous control, A delay in rotation control of the rotor may be reduced. Feedforward control may be added to the attitude control of the rotating body using the information.

飛行体100に対する積載物101の姿勢の制御は、一般的なジンバルに用いられている制御方法を用いることができる。回転軸をモーターとして、モーターを駆動してジンバルに取り付けられたカメラを水平に保つ制御の場合は、モーターの代わりに本願回転機構を駆動させるアクチュエーターを駆動させるようにすればよい。 For controlling the attitude of the payload 101 with respect to the flying object 100, a control method used for general gimbals can be used. In the case of controlling a camera mounted on a gimbal horizontally by driving the rotating shaft as a motor, an actuator for driving the rotation mechanism of the present application may be driven instead of the motor.

図7、もしくは図8もしくは図9の構成例をテイルシッター型の飛行体のように、ホバリング時と移動時とで機体の傾きが大きく変化する場合への適用例について示す。 7, 8, or 9 is shown as an example of application to a case where the tilt of the airframe changes greatly between hovering and moving, such as a tail-sitter type flying object.

図11の例に示すように、飛行体100が回転中心Oで飛行時の姿勢がx軸方向に90°変化する場合、本願回転機構が、x軸方向に回転可能に飛行体100に接続することで、ホバリング時(a)と移動時(b)双方の飛行体の姿勢に対して、積載物101を水平に保つ制御が可能となる。 As shown in the example of FIG. 11, when the flying object 100 changes its attitude during flight at the rotation center O by 90° in the x-axis direction, the rotation mechanism of the present application is connected to the flying object 100 so as to be rotatable in the x-axis direction. This makes it possible to keep the payload 101 horizontal with respect to both the attitudes of the flying object during hovering (a) and during movement (b).

ジョイントXA10-AB12間とジョイントXC11-BC13間の長さを飛行中に変更可能な構成としてもよい。図11の例では、飛行時100に飛行体底面とリンクB3の距離が長くなるため、その距離を縮めることで飛行時のサイズを抑えることができる。 The length between joints XA10-AB12 and between joints XC11-BC13 may be changed during flight. In the example of FIG. 11, the distance between the bottom surface of the flying object and the link B3 is long at flight time 100, so the size during flight can be suppressed by shortening the distance.

回転機構の各ジョイント位置は変更可能な構成としてよい。一例は、ジョイント間のリンクの長さを変更可能とする。長さを変更可能な構成の一例は、リンクのジョイントを、動きをロック可能なスライダー上に配置する。別の一例は、リンクの一部をねじで構成して、ねじの締める程度によってジョイントの間隔を調整可能としてもよい。ジョイント間の距離を変更可能なように、ジョイント間をおねじとめねじで接続すると考えてもよい Each joint position of the rotation mechanism may be configured to be changeable. One example is to allow the length of links between joints to vary. One example of a variable length configuration places the joints of the links on sliders whose movement can be locked. As another example, a part of the link may be configured with a screw so that the distance between the joints can be adjusted according to the degree of tightening of the screw. You can think of connecting the joints with male and female threads so that the distance between the joints can be changed.

ジョイント位置の候補を複数用意して、回転基準への接続時に、回転基準のサイズや回転中心Oの位置に応じて使用するジョイント位置を選択して回転機構を組み立て可能としてもよい。例えば、各リンクにジョイントとなる穴を複数設けて置き、飛行体のサイズや回転中心Oの位置に応じて使用する穴を選択し、ねじやリベットなどでリンク同士が穴を中心に回転可能に接続する。 A plurality of joint position candidates may be prepared, and when connecting to the rotation reference, the joint position to be used may be selected according to the size of the rotation reference and the position of the rotation center O to assemble the rotation mechanism. For example, multiple joint holes are provided in each link, the hole to be used is selected according to the size of the aircraft and the position of the rotation center O, and the links can rotate around the hole with screws and rivets. Connecting.

特に、ジョイントABに対するジョイントBY、ジョイントADに対するジョイントDYの位置を変更可能とすることで、回転機構の回転中心Oの位置が変更可能となるため、様々な飛行体に適用可能となる。飛行体の付け替えも可能となる。 In particular, by making it possible to change the position of the joint BY with respect to the joint AB and the position of the joint DY with respect to the joint AD, the position of the rotation center O of the rotation mechanism can be changed, so that it can be applied to various flying objects. It is also possible to replace the aircraft.

積載物100の向きをリンクYに対して変更可能なようにしてもよい。例えば、リンクYと積載物101を通常のジンバルで接続する。このような構成により、積載物の移動は、飛行体の移動によって制御され、積載物の向きはジンバルで制御することが可能となる。 The orientation of the load 100 with respect to the link Y may be changed. For example, link Y and payload 101 are connected by a normal gimbal. With such a configuration, the movement of the payload can be controlled by the movement of the vehicle, and the orientation of the payload can be gimbal-controlled.

また、積載物101とリンクYを防振可能な部材で接続してもよい。または、リンクXと飛行体100を防振可能な部材で接続してもよい。 Moreover, the load 101 and the link Y may be connected by a vibration-proof member. Alternatively, the link X and the flying object 100 may be connected by a vibration-isolating member.

本願回転機構については、全てのジョイントを回り対偶で構成できるため、例えば、ボールジョイントのような球面対偶を使用する構成と比較して耐荷重の面で有利である。 In the rotation mechanism of the present application, since all joints can be configured with rotating pairs, for example, it is advantageous in terms of load capacity compared to a configuration that uses spherical pairs such as ball joints.

本願回転機構については、一般的なジンバルと比較して、カメラなどの回転させる対象、本願においては回転基準、飛行体がジンバル内部に収まるような構成にしなくてもよいので、全体のサイズを抑えることができる。 Regarding the rotation mechanism of the present application, compared to general gimbals, the object to be rotated such as the camera, the rotation reference in the present application, and the flying object do not need to be configured to fit inside the gimbal, so the overall size can be reduced. be able to.

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であり、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 above-described embodiments are examples for facilitating understanding of the present invention, and are not intended to limit and interpret the present invention. It goes without saying that the present invention can be modified and improved without departing from its spirit, and that equivalents thereof are included in the present invention.

本願実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、本願実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。 The function of one component in the embodiment of the present application may be distributed as multiple components, or the functions of multiple components may be integrated into one component. Also, at least part of the configuration of the embodiment of the present application may be replaced with a known configuration having similar functions.

ドローンによる荷物の運搬やカメラによる撮影、センサーなどの計測装置といった、積載物の姿勢を水平に保ちたい場合に利用可能である。 It can be used when you want to keep the posture of the load horizontal, such as carrying luggage with a drone, shooting with a camera, and measuring devices such as sensors.

三次元マッピングなどのセンシングでの利用においては、機体の傾きによる計測装置の傾きを考慮したセンシング位置の補正をする必要がなくなるため、計算処理の簡単化と誤差の削減が可能となる。
When used for sensing such as 3D mapping, there is no need to correct the sensing position in consideration of the tilt of the measurement device due to the tilt of the aircraft, so calculation processing can be simplified and errors can be reduced.

0 回転中心O
1 リンクX
2 リンクA
3 リンクB
4 リンクC
5 リンクD
6 リンクY
10 ジョイントXA
11 ジョイントXC
12 ジョイントAB
13 ジョイントBC
14 ジョイントAD
15 ジョイントBY
16 ジョイントDY
17 ジョイントCD
30 アーム
31 アクチュエーター
32 駆動用リンク
33 回転機構
50 姿勢制御システム
51 フライトコントローラー
52 受信機
53 モーター・プロペラ
54 姿勢算出手段
55 制御用コンピューター
56 駆動用アクチュエーター
57 姿勢算出手段
100 飛行体
101 積載物
300 第2の回転機構を接続する第1の回転機構のリンクY
301 第2のリンクX
302 第2のリンクA
303 第2のリンクB
304 第2のリンクC
305 第2のリンクD
306 第2のリンクY
310 第2のジョイントXA
311 第2のジョイントXC
312 第2のジョイントAB
313 第2のジョイントBC
314 第2のジョイントAD
315 第2のジョイントBY
316 第2のジョイントDY
317 第2のジョイントCD
400 第3の回転機構のリンクY
501 第1の回転機構と第3の回転機構のリンクX
502 第3のリンクA
505 第3のリンクD
510 第3のジョイントXA
514 第3のジョイントAD
516 第3のジョイントDY
601 軸受け、もしくはモーター
602 回転基準への接続部材


0 Center of rotation O
1 link X
2 Link A
3 Link B
4 Link C
5 Link D
6 Link Y
10 Joint XA
11 Joint XC
12 Joint AB
13 Joint BC
14 Joint AD
15 Joint BY
16 Joint DY
17 Joint CD
30 arms
31 Actuator
32 drive link
33 Rotation Mechanism
50 Attitude Control System
51 Flight Controller
52 Receiver
53 Motor Propeller
54 Attitude calculation means
55 Control computer
56 Drive Actuator
57 Attitude calculation means
100 aircraft
101 Cargo
300 Link Y of the first rotating mechanism connecting the second rotating mechanism
301 Second Link X
302 Second Link A
303 Second link B
304 Second Link C
305 Second Link D
306 Second Link Y
310 2nd Joint XA
311 2nd Joint XC
312 2nd joint AB
313 2nd joint BC
314 2nd Joint AD
315 SECOND JOINT BY
316 2nd joint DY
317 Second Joint CD
400 Link Y of the third rotating mechanism
501 Link X of the first rotating mechanism and the third rotating mechanism
502 Third Link A
505 Third Link D
510 3rd Joint XA
514 3rd Joint AD
516 3rd Joint DY
601 bearing or motor
602 Connection member to rotation reference


Claims (4)

リンクXとリンクAとはジョイントXAで接続され、
リンクAとリンクBとはジョイントABで接続され、
リンクBとリンクYとはジョイントBYで接続され、
リンクCはリンクX上のジョイントXCとリンクB上のジョイントBCで接続され、
リンクDはリンクA上のジョイントADとリンクY上のジョイントDYで接続され、
ジョイントXAとXCを結ぶ直線とジョイントABとBCを結ぶ直線が平行であり、
ジョイントABとADを結ぶ直線とジョイントBYとDYを結ぶ直線が平行であり、
ジョイントXAとABを結ぶ直線とジョイントXCとBCを結ぶ直線が平行であり、
ジョイントABとBYを結ぶ直線とジョイントADとDYを結ぶ直線が平行であるようにジョイントが配置された機構であって、
リンクXに回転基準が接続され、あるいは、リンクXが回転基準であり、
リンクYに回転体が接続され、あるいは、リンクYが回転体である回転機構。
Link X and link A are connected by joint XA,
Link A and link B are connected by joint AB,
Link B and link Y are connected by joint BY,
Link C is connected by joint XC on link X and joint BC on link B,
Link D is connected by joint AD on link A and joint DY on link Y,
The straight line connecting joints XA and XC is parallel to the straight line connecting joints AB and BC, and
The straight line connecting joints AB and AD is parallel to the straight line connecting joints BY and DY,
The straight line connecting joints XA and AB is parallel to the straight line connecting joints XC and BC, and
A mechanism in which joints are arranged so that a straight line connecting joints AB and BY and a straight line connecting joints AD and DY are parallel,
a rotation reference is connected to link X, or link X is a rotation reference, and
A rotation mechanism in which a rotating body is connected to the link Y, or the link Y is a rotating body.
請求項1に記載の第1の前記回転機構と第2の前記回転機構を備え、
前記第1の回転機構の前記リンクYに前記第2の回転機構の前記リンクXが接続され、
前記第2の回転機構の前記リンクYに前記回転体が接続される回転機構。
comprising the first rotation mechanism and the second rotation mechanism according to claim 1,
the link X of the second rotation mechanism is connected to the link Y of the first rotation mechanism;
A rotating mechanism in which the rotating body is connected to the link Y of the second rotating mechanism.
前記回転基準とは飛行体であり、前記回転体とは積載物である、請求項1の請求項2いずれかの回転機構。 3. The rotating mechanism of claim 1, wherein the rotating reference is an aircraft, and the rotating body is a payload. 前記積載物とは計測装置である、請求項3の回転機構。
4. The rotating mechanism of claim 3, wherein the load is a measuring device.
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