JP2023140797A - 飛行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アームの内側端部を強固に機体に接続することができる飛行装置を提供する。【解決手段】飛行装置１０は、機体１１と、アーム１２と、ロータ１３と、とを具備する。アーム１２は、第１アーム部１２１と、第２アーム部１２２と、を有する。第１アーム部１２１は、一端側にロータ１３に配設され、他端側が機体１１に接続される。第２アーム部１２２は、一端側が第１アーム部１２１に接続し、他端側が機体１１の第１アーム部１２１が接続する部分よりも下方側に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、飛行装置に関する。

従来から、無人で空中を飛行することが可能な飛行装置が知られている。このような飛行装置は、垂直軸回りに回転するロータの推力で、空中を飛行することを可能としている。

かかる飛行装置の適用分野としては、例えば、輸送分野、測量分野および撮影分野等が考えられる。このような分野に飛行装置を適用する場合は、測量機器や撮影機器を飛行装置に備え付ける。飛行装置をかかる分野に適用させることで、人が立ち入れない地域に飛行装置を飛行させ、そのような地域の輸送、撮影および測量を行うことができる。このような飛行装置に関する発明は、例えば、特許文献１に記載されている。

また、係る飛行装置では、機体から外側に向かって伸びるアームの先端に、ロータが取り付けられる。そして、ロータが回転することで発生する揚力により、飛行装置は空中に浮遊する。

特開２０１２－５１５４５号公報

しかしながら、前述した飛行装置においては、アームの機体に対する取り付け構成において改善の余地があった。

具体的には、一般的にはアームは略棒状を呈しており、その内側端部が機体に接続され、外側端部にロータが取り付けられる。よって、アームの内側端部と機体との接続強度が十分でなければ、飛行時において当該接続部からアームが不用意に変形し、飛行時の位置姿勢を正確に制御することが簡単ではない課題が発生する。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アームを強固に機体に接続することができる飛行装置を提供することにある。

本発明の飛行装置は、機体と、アームと、ロータと、を具備し、前記アームは、第１アーム部と、第２アーム部と、を有し、前記第１アーム部は、一端側に前記ロータが配設され、他端側が前記機体に接続し、前記第２アーム部は、一端側が前記第１アーム部に接続し、他端側が、前記機体の前記第１アーム部が接続する部分よりも下方側に接続することを特徴とする。

また、本発明の飛行装置では、前記第１アーム部は、外側の端部である第１端部と、内側の端部である第２端部および第３端部と、を有し、前記第２アーム部は、外側の端部である第４端部と、内側の端部である第５端部と、を有し、前記第２アーム部の前記第５端部は、前記第１アーム部の前記第２端部および前記第３端部よりも、下方側に配置されることを特徴とする。

また、本発明の飛行装置では、前記第１アーム部は、前記第２端部および前記第３端部を回転中心として、前記機体に対して回転可能に接続され、前記第２アーム部の前記第５端部は、前記機体に対して着脱可能に接続されることを特徴とする。

また、本発明の飛行装置では、前記第２アーム部は、長さ方向の寸法を変更できる調節部を有することを特徴とする。

また、本発明の飛行装置では、前記第２アーム部の一端側は、前記第１アーム部の途中部分に接続することを特徴とする。

また、本発明の飛行装置では、前記ロータの回転面は、外側に向かって上方に傾斜することを特徴とする。

また、本発明の飛行装置では、前記第１アーム部に取り付けられる翼部と、を更に具備することを特徴とする。

本発明の飛行装置は、機体と、アームと、ロータと、を具備し、前記アームは、第１アーム部と、第２アーム部と、を有し、前記第１アーム部は、一端側に前記ロータが配設され、他端側が前記機体に接続し、前記第２アーム部は、一端側が前記第１アーム部に接続し、他端側が、前記機体の前記第１アーム部が接続する部分よりも下方側に接続することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、第２アーム部により第１アーム部を補強することができ、飛行時においてアームが不用意に変形することを抑止し、飛行時における機体の位置姿勢を正確に制御することができる。

また、本発明の飛行装置では、前記第１アーム部は、外側の端部である第１端部と、内側の端部である第２端部および第３端部と、を有し、前記第２アーム部は、外側の端部である第４端部と、内側の端部である第５端部と、を有し、前記第２アーム部の前記第５端部は、前記第１アーム部の前記第２端部および前記第３端部よりも、下方側に配置されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、アーム部の内側端部が、第２端部、第３端部および第５端部により三点支持される。これにより、アーム部の内側端部を機体に対して強固に取り付けることができる。

また、本発明の飛行装置では、前記第１アーム部は、前記第２端部および前記第３端部を回転中心として、前記機体に対して回転可能に接続され、前記第２アーム部の前記第５端部は、前記機体に対して着脱可能に接続されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、収納時において機体に対してアーム部を曲折することができ、装置全体をコンパクトな状態で格納および搬送することができる。

また、本発明の飛行装置では、前記第２アーム部は、長さ方向の寸法を変更できる調節部を有することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、調節部により第２アーム部の長さを変更することで、アームの水平面に対する角度を変更することができる。

また、本発明の飛行装置では、前記第２アーム部の一端側は、前記第１アーム部の途中部分に接続することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、第２アーム部の途中部分を第１アーム部により補強することができ、アーム全体の剛性を大きくすることができる。

また、本発明の飛行装置では、前記ロータの回転面は、外側に向かって上方に傾斜することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、ロータが回転することにより発生する推力が、上方内側を向き、これにより飛行時の姿勢を安定化させることができる。

また、本発明の飛行装置では、前記第１アーム部に取り付けられる翼部と、を更に具備することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、飛行時において翼部により揚力を得ることができ、飛行に要するエネルギを低減できる。

本発明の実施形態に係る飛行装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置を示す図であり、各部位の接続構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置のロータおよびアームを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置のアームを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置のロータおよびアームを示す側面図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置の、収納時におけるロータおよびアームを示す斜視図である。 本発明の他形態に係る飛行装置を上方から見た斜視図である。 本発明の他形態に係る飛行装置を下方から見た斜視図である。 本発明の他形態に係る飛行装置の収納状態を示す斜視図である。 本発明の更なる他形態に係る飛行装置を示す斜視図である。 本発明の更なる他形態に係る飛行装置の収納状態を示す斜視図である。

以下、図を参照して本形態の飛行装置の構成を説明する。以下の説明では、同一の構成を有する部位には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明では上下前後左右の各方向を用いるが、これらの各方向は説明の便宜のためである。更に、以下の説明では、機体１１から離れる方向を外側と称し、機体１１に接近する方向を内側と称することもある。

図１は、飛行装置１０を示す斜視図である。

飛行装置１０は、機体１１と、アーム１２と、ロータ１３と、を主要に具備する。飛行装置１０は、ドローンとも称される。飛行装置１０は、バッテリからの給電により回転するモータのみを駆動源とする電動型ドローンでも良いし、エンジンおよびモータを駆動源とするハイブリッドドローンでも良い。ハイプリッドドローンとしては、シリーズハイブリッドドローンまたはパラレルハイブリッドドローンを採用できる。シリーズハイブリッドドローンは、エンジンにより発電機を駆動し、発電機から給電を受けたモータがロータ１３を回転させる。パラレルハイブリッドドローンは、当該モータによりロータ１３を回転させる電気的駆動系とは別に、エンジンにより機械的にロータ１３を回転させる機械的駆動系を有する。

機体１１は、飛行装置１０を構成する各機器を支える本体である。ここでは、アルミニウムやマグネシウム等から成る棒状部材により、機体１１が構成される。具体的には、機体１１は、上段フレーム部１１１、中段フレーム部１１２および下段フレーム部１１３を有する。上段フレーム部１１１および中段フレーム部１１２は、上方から見て略正方形状を呈する枠状部材である。下段フレーム部１１３は、上方から見て略円環を呈する部材である。上段フレーム部１１１、中段フレーム部１１２および下段フレーム部１１３は、縦方向に伸びる棒状部材により、相互に接続される。下段フレーム部１１３から、下方に向かって４つの脚部１１４が伸びる。脚部１１４は、飛行装置１０が着陸状態の際に、地面に接する部分である。機体１１の内部に、後述する、電池ユニット２５等が収納される。

アーム１２は、機体１１から周囲に向かって伸びる部材である。アーム１２は、機体１１と同様に、アルミニウムまたはマグネシウム等の金属材料から成る。アーム１２は、機体１１から四方に向かって伸びる。アーム１２の具体構成は、図３Ａ等を参照して詳述する。

ロータ１３は、アーム１２の先端側に配設される。ロータ１３が回転することにより上向きの推力が発生し、当該推力により飛行装置１０は空中を浮遊する。

図２は、飛行装置１０を示す図であり、各部位の接続構成を示すブロック図である。

飛行装置１０は、制御装置２１と、電池ユニット２５と、出力制御装置２３と、ロータモータ１７と、センサ１８と、通信装置２２と、を主要に有する。ここでは、飛行装置１０が電動型ドローンである場合を示しているが、飛行装置１０がハイブリッドドローンである場合は、別途に、エンジンおよび発電機が備えられる。

制御装置２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する。制御装置２１は、センサ１８および通信装置２２からの入力に基づいて、飛行装置１０を構成する各機器の挙動、例えば、各々のロータ１３の回転数を制御する。

電池ユニット２５は、例えば、充電可能なリチウムイオンバッテリである。電池ユニット２５から放電された電力は、出力制御装置２３に供給される。

出力制御装置２３は、個々のロータ１３に対応して設けられる。出力制御装置２３としては、電池ユニット２５から供給される直流電力を、所定の周波数の交流電力に変換するインバータを採用できる。

ロータモータ１７は、前述したロータ１３に対応して設けられる。ロータモータ１７は、出力制御装置２３から供給される電力により、前述したロータ１３を回転させる。

センサ１８は、例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ、気圧センサ、超音波センサ、ＧＰＳ等を含むセンサである。

通信装置２２は、無線的または有線的に、操作者が操作するコントローラと接続される。操作者がコントローラを操作すると、当該操作を示すコマンドが通信装置２２に送信される。制御装置２１は、通信装置２２が受け付けたコマンドに基づいて、それぞれのロータモータ１７の回転を調整し、飛行装置１０の位置姿勢を制御する。

飛行装置１０の動作を簡単に説明する。飛行装置１０は、着陸状態、離陸状態、ホバリング状態、昇降状態または水平移動状態で稼働される。

着陸状態では、飛行装置１０は接地している。この状態では、ロータ１３は回転しない。

離陸状態では、飛行装置１０は、ロータ１３の回転により発生する推力により、接地面から離れて上昇する。

ホバリング状態では、飛行装置１０は、制御装置２１およびセンサ１８からの入力情報に基づいて、電池ユニット２５からの電力を、出力制御装置２３を経由してロータモータ１７に供給し、ロータモータ１７を回転させ、飛行装置１０を空中の所定位置に浮遊させる。制御装置２１は、飛行装置１０が所定の高度および姿勢を維持できるように、各出力制御装置２３を制御することで、ロータモータ１７の回転速度を所定のものにしている。

昇降状態では、制御装置２１は、ロータモータ１７の回転数を制御することで、飛行装置１０を上昇または下降させる。この際も、制御装置２１は、飛行装置１０が所定の高度および姿勢を維持できるように、各出力制御装置２３を制御することで、各々のロータ１３の回転速度を所定のものにしている。

水平移動状態では、制御装置２１は、出力制御装置２３を制御することで、各々のロータモータ１７の回転数を制御することにより、飛行装置１０を傾斜状態にし、飛行装置１０を水平方向に移動させる。

図３Ａは、飛行装置１０のロータ１３およびアーム１２を示す斜視図である。図３Ｂは、飛行装置１０のアーム１２を示す斜視図である。

図３Ａを参照して、上段フレーム部１１１と中段フレーム部１１２との間に板状フレーム部１１５が架設されている。板状フレーム部１１５は板状の金属板から成る。板状フレーム部１１５は、２つが略平行となるように配設されている。

アーム１２は、板状フレーム部１１５から左方に向かって伸びる。アーム１２は、第１アーム部１２１と、第２アーム部１２２と、を有する。

第１アーム部１２１は、一端側である左端側にロータ１３に配設され、他端側である右端側が機体１１の板状フレーム部１１５に接続される。また、第１アーム部１２１を上方から見た場合、アルファベットのＡの形状を呈することから、第１アーム部１２１はＡアームと称されることもある。

ロータ１３は、第１アーム部１２１の外側端部に配設される。ロータ１３は、上段ロータ１３１と下段ロータ１３２とを有する。上段ロータ１３１と下段ロータ１３２とは、上方から見て重畳するように配置される。上段ロータ１３１と下段ロータ１３２とは逆方向に回転する。上段ロータ１３１および下段ロータ１３２を有することで、大きな推力を得ることができる。

第２アーム部１２２は、一端側である外側端部が第１アーム部１２１に接続する。第２アーム部１２２の他端側である内側端部は、機体１１の第１アーム部１２１が接続する部分よりも下方側に接続する。具体的には、第２アーム部１２２の内側端部は、脚部１１４の途中部分に接続する。係る構成により、第２アーム部１２２により第１アーム部１２１を補強することができ、飛行時においてアーム１２が不用意に変形することを抑止し、飛行時における機体１１の位置姿勢を正確に制御することができる。

図３Ｂを参照して、アーム１２を構成する第１アーム部１２１および第２アーム部１２２を詳述する。

第１アーム部１２１は、外側の端部である第１端部１２１１と、内側の端部である第２端部１２１２および第３端部１２１３と、を有する。第１端部１２１１の上面および下面に、前述した上段ロータ１３１、下段ロータ１３２およびこれらを回転させるロータモータ１７が配設される。第２端部１２１２および第３端部１２１３は、第１アーム部１２１の右端に配置された略棒状部位の端部である。第１アーム部１２１は、第２端部１２１２および第３端部１２１３を回転中心として、板状フレーム部１１５に対して回転可能に接続される。ここで、回転可能に接続する構成としては、接続する部材に貫通孔を設け、当該貫通孔に回転軸を挿入する構成を採用することができる。係る構成は、他の部材同士の接続部においても同様である。

第２アーム部１２２は、外側の端部である第４端部１２２１と、内側の端部である第５端部１２２２と、を有する。第２アーム部１２２の第５端部１２２２は、第１アーム部１２１の第２端部１２１２および第３端部１２１３よりも、下方側に配置される。かかる構成により、アーム１２の内側端部が、第２端部１２１２、第３端部１２１３および第５端部１２２２により三点支持される。よって、アーム１２の内側端部を機体１１に対して強固に取り付けることができる。

第２アーム部１２２の第４端部１２２１は、第１アーム部１２１の途中部分に、回転可能に接続する。係る構成により、第２アーム部１２２の途中部分を、第１アーム部１２１により補強することができ、アーム１２全体の剛性を大きくすることができる。

更に、第２アーム部１２２の第５端部１２２２は、図３Ａに示した脚部１１４に対して、簡易に着脱可能に接続されている。例えば、第２アーム部１２２の第５端部１２２２は、操作者が簡単に着脱できる、ネジ構造などの簡易な締結手段により、脚部１１４に接続される。よって、飛行装置１０の収納時において、機体１１に対してアーム１２を容易に曲折することができ、装置全体をコンパクトな状態で格納および搬送することができる。

第２アーム部１２２は、長さ方向の寸法を変更できる調節部１２２３を有する。調節部１２２３は、例えばネジ構造により、第２アーム部１２２の上方部分と下方部分とを伸縮可能に接続する。調節部１２２３により第２アーム部１２２の長さを変更可能にすることで、第１アーム部１２１の水平面に対する角度を簡易に変更することができる。

図４は、飛行装置１０のロータ１３およびアーム１２を示す側面図である。図４では、ロータ１３が回転することにより推力が発生する方向を矢印で示している。

回転面１３３は、ロータ１３が回転することより形成される仮想的な面である。回転面１３３は、外側に向かって上方に傾斜するように配置されている。ロータ１３の回転面１３３が、第２アーム部１２２の延在方向に対して平行に設置されていれば、ロータ１３および第２アーム部１２２の両方が、左方に向かって上方に傾斜するように配置される。回転面１３３および第２アーム部１２２が水平面から傾斜する傾斜角θは、ロータ１３が回転することにより発生する推力および飛行装置１０の重量等を勘案し、飛行装置１０の飛行時における姿勢を安定的にできる範囲とされる。

ロータ１３の回転面１３３を傾斜配置することで、ロータ１３が回転することにより発生する推力が、上方内側を向き、これにより飛行時の姿勢を安定化させることができる。即ち、飛行装置１０の飛行時における姿勢が、風等の外乱に起因して若干変動した場合であっても、ロータ１３から発生する推力が上方内側を向くことで、飛行装置１０の空中における姿勢が自己補正され、飛行装置１０の飛行時の安定性を向上させることができる。

更に、回転面１３３および第２アーム部１２２の傾斜角θは、調節部１２２３を調整することで容易に変更できる。具体的には、調節部１２２３を操作し、第１アーム部１２１を長くすることで、傾斜角θを大きくできる。一方、調節部１２２３を逆方向に操作し、第１アーム部１２１を短くすることで、傾斜角θを小さくできる。

図５は、飛行装置１０の、収納時におけるロータ１３およびアーム１２を示す斜視図である。

アーム１２を収納する際には、先ず、第２アーム部１２２の第５端部１２２２を、脚部１１４から取り外す。その後、第２端部１２１２および第３端部１２１３を回転中心として、アーム１２を上方内側に向かって曲折する。これにより、アーム１２およびロータ１３が外側に向かって張り出すことがなく、飛行装置１０を、全体的にコンパクトな状態で、収納および搬送することができる。

図６Ａは、他形態に係る飛行装置１０を上方から見た斜視図である。図６Ｂは、他形態に係る飛行装置１０を下方から見た斜視図である。ここに示す飛行装置１０の構成等は、図１に示したものと基本的には同様であり、翼部１４を備えている点が異なる。

図６Ａを参照して、翼部１４は、アーム１２の上側に取り付けられた略板状の部材である。前述したように、機体１１から周囲に向かってアーム１２が伸びており、各々のアーム１２に翼部１４が取り付けられている。翼部１４を有することで、飛行時において翼部１４により揚力を得ることができ、飛行装置１０の飛行に要するエネルギを低減できる。

図６Ｂを参照して、翼部１４は、複数の翼接続部１５を介して、アーム１２の上方に取り付けられている。翼接続部１５は、アーム１２から上方に向かって伸びる柱状の部材である。

図７は、他形態に係る飛行装置１０の収納状態を示す斜視図である。

前述したように、アーム１２は機体１１に対して折り畳み可能に接続されている。よって、アーム１２を曲折させることにより、アーム１２と共に翼部１４も曲折状態となる。よって、飛行装置１０に翼部１４を備えた場合であっても、飛行装置１０をコンパクトな収納状態にすることができる。

図８は、更なる他形態に係る飛行装置１０を示す斜視図である。

図８に示した飛行装置１０の形態は、図６Ａ等に示したものと基本的には同様であり、翼部１４が取り付けられる形態が異なる。

ここでは、翼部１４は、翼部１４１ないし翼部１４４を有する。翼部１４１、翼部１４２、翼部１４３および翼部１４４は、夫々がアーム１２の上方側に取り付けられている。

翼部１４１および翼部１４２は、飛行装置１０の前方側で、左右方向に連続する１つの板状部材を形成している。同様に、翼部１４３および翼部１４４は、飛行装置１０の後方側で左右方向に連続する１つの板状部材を形成している。翼部１４１ないし翼部１４４は、翼接続部１５を介して、アーム１２の上方側に接続されている。また、翼接続部１５の長さを変化させることで、翼部１４１ないし翼部１４４の、前方に向かって上方に傾斜する傾斜角を変化させ、発生する揚力を変化させることができる。

係る構成により、飛行装置１０が前方に向かって飛行した際に、翼部１４により大きな揚力を得ることができ、飛行装置１０の飛行に要するエネルギを低減できる。

図９は、更なる他形態に係る飛行装置１０の収納状態を示す斜視図である。機体１１に対して、アーム１２を内側下方に曲折させることで、アーム１２および翼部１４が収納状態となる。また、翼部１４１ないし翼部１４４は、左右方向に沿って細長い矩形形状を呈することから、アーム１２に対して傾斜している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、前述した各形態は相互に組み合わせることが可能である。

１０ 飛行装置
１１ 機体
１１１ 上段フレーム部
１１２ 中段フレーム部
１１３ 下段フレーム部
１１４ 脚部
１１５ 板状フレーム部
１２ アーム
１２１ 第１アーム部
１２１１ 第１端部
１２１２ 第２端部
１２１３ 第３端部
１２２ 第２アーム部
１２２１ 第４端部
１２２２ 第５端部
１２２３ 調節部
１３ ロータ
１３１ 上段ロータ
１３２ 下段ロータ
１３３ 回転面
１４ 翼部
１４１ 翼部
１４２ 翼部
１４３ 翼部
１４４ 翼部
１５ 翼接続部
１７ ロータモータ
１８ センサ
２１ 制御装置
２２ 通信装置
２３ 出力制御装置
２５ 電池ユニット

Claims (7)

1. 機体と、アームと、ロータと、を具備し、
   前記アームは、第１アーム部と、第２アーム部と、を有し、
   前記第１アーム部は、一端側に前記ロータが配設され、他端側が前記機体に接続し、
   前記第２アーム部は、一端側が前記第１アーム部に接続し、他端側が、前記機体の前記第１アーム部が接続する部分よりも下方側に接続することを特徴とする飛行装置。
2. 前記第１アーム部は、外側の端部である第１端部と、内側の端部である第２端部および第３端部と、を有し、
   前記第２アーム部は、外側の端部である第４端部と、内側の端部である第５端部と、を有し、
   前記第２アーム部の前記第５端部は、前記第１アーム部の前記第２端部および前記第３端部よりも、下方側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
3. 前記第１アーム部は、前記第２端部および前記第３端部を回転中心として、前記機体に対して回転可能に接続され、
   前記第２アーム部の前記第５端部は、前記機体に対して着脱可能に接続されることを特徴とする請求項２に記載の飛行装置。
4. 前記第２アーム部は、長さ方向の寸法を変更できる調節部を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の飛行装置。
5. 前記第２アーム部の一端側は、前記第１アーム部の途中部分に接続することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の飛行装置。
6. 前記ロータの回転面は、外側に向かって上方に傾斜することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の飛行装置。
7. 前記第１アーム部に取り付けられる翼部と、を更に具備することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の飛行装置。
   
   
   
   
   

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