JP2699263B2 - 無線操縦小型飛行機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地上側から電波で操縦
される無線操縦小型飛行機であって、上空からの地表・
海面の地形・風景及び交通状況・火災・噴火・水害・遭
難等の現場の撮影・観察・捜索・無線中継等の為に使用
される。又送電線工事の地形調査・パイロットロープの
延線、小型物品の運搬等の作業の為に使用される。更に
ホビーの飛行機として使われる無線操縦小型飛行機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、これらの撮影・観察・作業の為の
飛行機としては、有人の飛行機・ヘリコプタが使用され
る場合と、プロペラを前方に取付け、主翼として胴体か
ら左右に水平に長く延びた無人の無線操縦小型飛行機あ
るいは無線操縦の小型ヘリコプタが使用される場合とが
ある。前者の有人の飛行機・ヘリコプタでは、有人の為
飛行機の大きさが大きくなり、飛行場からの離発着とな
り、現場への飛行・撮影・観察・作業するには費用がか
なり嵩むものである。又天候が悪い場合、低空での飛行
は難しいものであり、現場の詳細な観察・撮影が困難な
場合が多い。又飛行機事故は人身事故となり、大きな損
傷・損害を生じるものであった。次に、後者の前方プロ
ペラによる推進方式の無線操縦小型飛行機では、胴体か
ら水平に左右に長く延びた剛性のある主翼で揚力を得る
ものであり、この飛行機ではある程度以上の飛行速度で
なければ空中に浮かぶことができない。飛行速度が速い
ため鮮明な画像・一定場所の観察ができず、撮影・観察
・施工等において不充分となる。低空での撮影・作業は
飛行速度が速いので操縦が難しいばかりか撮影・作業そ
のものも、困難である。プロペラが機体前方にあるた
め、人・建物との接触・衝突によって人身事故、大きな
損傷を発生させる。更に風等の影響を受け易くバンクし
易く安定した水平飛行が維持しにくいものであった。
又、無線操縦小型ヘリコプタでは、操縦が難しく、熟練
を要し、操縦操作ミスで落下事故、接触事故を起し易い
ものである。又接触・落下・衝突事故が起きると、大き
い回転するロータの為に、大きな人身事故・損害を与え
るものである。更に、ロータの振動が激しく、正確な撮
影・作業が難しい等の問題点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、低速での
安定飛行が可能であり、撮影・観察・作業が容易に行
え、又自立航行性に優れて操縦が容易で小型軽量に製作
でき、更に機体がバンクしてもカメラ撮影の支障になら
ないようにでき、接触・衝突があっても大きな人身事故
・損傷を発生させず、悪い天候・地形においても低空飛
行させることができるという無線操縦小型飛行機を提供
することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決した本
発明の構成は、 １）頭部と垂直尾翼と水平尾翼とを細長の胴体で連結し
た機体の上方に膜状のカイト翼を胴体に対し所要の角度
をもって取付け、同カイト翼と胴体との間にプロペラを
装置し、頭部に撮影・作業用の機器を収容する収容空間
を設け、同頭部を胴体に脱着自在に取付け、頭部の底面
及び上面を収容空間と連通するように開口し、同上面開
口に脱着自在の蓋を取付けた無線操縦小型飛行機 ２）頭部と胴部とを空気通路となる小さい隙間を形成す
るように弾性体を挟んで脱着自在に連結した請求項１記
載の無線操縦小型飛行機 ３）頭部の底面開口から下方を視界するカメラ装置を頭
部の収容空間内に設けるとともに、同カメラ装置を胴体
長手方向の水平軸とこれに直交する水平軸の二つの水平
軸まわりに回転自在とし、カメラ装置を上記水平二軸ま
わりに回動させる回動手段を備えた請求項１又は２記載
の無線操縦小型飛行機 ４）機体にバンク角センサーを設け、同バンク角センサ
ーのバンク角信号を入力して機体のバンク角だけ胴体長
手方向の水平軸まわりにカメラ装置を回転するように回
動手段を制御する自動バンク修正回路を設けた請求項３
記載の無線操縦小型飛行機にある。

【０００５】

【作用】本発明は、推進プロペラで推進力を得、カイト
翼で揚力を発生して、飛行できるようにした。ここで揚
力を発生させる翼として、膜状のカイト翼を使用したこ
とで、従来の胴体から水平に延びた細長の剛性ある主翼
のものに比べ、軽量でありながら大きい揚力を得ること
ができ、機体の重量を軽くし、許容搭載重量ペイロード
を大きくできるものとした。又、低速でも高い揚力を得
ることができるので、時速１５KM程度の低速飛行が安定
して行える。又、カイト翼と機体との間に推進プロペラ
を配置したことによって、飛行機が人間・建物・等に接
触・衝突してもカイト翼と機体とが人間・建物等との直
接接触を防ぎ、回転しているプロペラで人・建物等を損
傷させることが少なくなる。カイト翼を使用しているの
で、機体がバンクしてもカイト翼に強い回復モーメント
が発生し、水平に戻り、安定性に優れている。更に、機
体がバンクするとバンク角センサーが働いてカメラを逆
方向に回転させ、カメラを所定姿勢に戻し、カメラの視
野する方向を一定にでき、撮影・観察を容易且つ正確に
できるようにする。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は実施例の側面図、図２は実施例の平面図、
図３は実施例の正面図、図４は実施例の垂直尾翼を示す
説明図、図５は実施例の水平尾翼を示す説明図、図６は
実施例の頭部の縦断側面図、図７は実施例の頭部の縦断
正面図、図８は実施例の分解状態を示す説明図、図９は
実施例の制御システムを示す回路ブロック図である。

【０００７】図中、１は機体、２は頭部、３は胴体、４
は胴体３の後端に設けた垂直尾翼、５は迎角を変えられ
るエレベータと称される水平尾翼、６はカイト翼、７は
プロペラ、８は同プロペラを回転させる原動機、９はカ
メラ装置、１０は同カメラ装置を回転させる回動装置、
１１は飛行機側の機体制御部、１２は飛行機側のカメラ
制御部、１３は地上側操縦制御部、１４は地上側カメラ
制御部である。又図中、２ａは頭部２の内部の機器収容
空間、２ｂは頭部２の底部の開口、２ｃは頭部２の上面
の脱着自在な点検蓋、２ｄは胴体３との取付開口縁、２
ｅは同取付開口縁に取付けた連結ピンである。３ａは胴
体３の前部の機器収容空間、３ｂは頭部２の取付開口縁
２ｄと連結される胴体３の前端の開口縁、３ｃは同開口
縁に取付けられた連結ピン２ｅの係止金具、３ｄは胴体
３に取付けられた車輪、３ｅは連結ピン２ｅのまわりに
取付けた緩衝ゴム、３ｆは頭部２と胴体３との取付の隙
間で空気路となっている。４ａは垂直尾翼４の固定垂直
尾翼、４ｂは同固定垂直尾翼の上方及び後方に揺動自在
に取付けられたラダーと称される可動垂直尾翼、４ｃは
同可動垂直尾翼４ｂを揺動自在に取付ける蝶番金具、４
ｄは可動垂直尾翼４ｂを可動させるロッド、４ｅは同ロ
ッドの取付金具、４ｆはロッド４ｄを動かすサーボモー
タである。５ａは水平尾翼５の回動枢軸、５ｂは水平尾
翼５の一端に取付けられたアーム、５ｃはリンク、５ｄ
はロッド、５ｅは同ロッドを動かすサーボモータであ
る。６ａはカイト翼６の平面形状菱形の主翼シート、６
ｂは前方で上方に湾曲し、後方に略直線状に固定垂直尾
翼４ａの前縁まで延びた中央主桁、６ｃはカイト翼６の
前縁を保持する側桁、６ｄは左右の側桁６ｃ間に張り渡
される梁、６ｅは同梁を胴体３に支持する支柱である。

【０００８】７ａはプロペラのプロペラガイド、７ｂは
プロペラシャフト、８ａは燃料タンク、８ｂは燃料タン
ク８ａを胴体３に取付ける取付アーム、９ａはカメラ装
置９の装置フレーム、９ｂはカメラレンズ、１０ａは頭
部２の開口２ｂの上方の機器収容空間２ａに揺動自在に
取付けたロ字状揺動フレーム、１０ｂは装置フレーム９
ａを揺動フレーム１０ａ内で揺動自在に枢着する枢軸、
１０ｃは装置フレーム９ａを枢軸１０ｂまわりに回転さ
せるリンク、１０ｄは同リンクを動かすサーボモータ、
１０ｅは揺動フレーム１０ａを回動するリンク、１０ｆ
は同リンクを動かすサーボモータ、１０ｇは固定フレー
ムである。１１ａはＧＰＳ回路、１１ｂは気圧高度計、
１１ｃは対空速度計、１１ｄは磁方位計、１１ｅはバン
ク角センサー、１１ｆはモデム、１１ｇは電波で飛行情
報を送る発信機、１１ｈは原動機８の出力を変えるスロ
ットルサーボ、１１ｉはトリム、１１ｊは受信機、１２
ａは操縦用ＣＣＤカメラ、１２ｂは同ＣＣＤカメラの画
像情報を電波で発信する発信機、１２ｃはＯＮ・ＯＦＦ
サーボ、１２ｄはズームサーボ、１２ｅは信号受信機で
ある。１３ａは地上側操縦制御部１３の受信部、１３ｂ
はモデム、１３ｃはパソコン、１３ｄは飛行機の飛行制
御のスロットル・ラダー・エレベータに制御信号を発生
させる機体制御コントローラー、１３ｅは信号発信機、
１３ｆは飛行機の位置を示す位置表示ディスプレイ、１
３ｇは操縦用ＣＣＤカメラ１２ａの映像を出力する飛行
映像ディスプレイ、１３ｈは監視員である。１４ａは地
上側カメラ制御部１４の電波の受信機、１４ｂはカメラ
装置９の映像を出力する作業映像ディスプレイ、１４ｃ
は録画ビデオ装置、１４ｄは信号発信機、１４ｅはカメ
ラ操縦士、１４ｆはカメラ操作制御部である。

【０００９】以下、本実施例の動作について説明する。
本実施例は、送電線工事の為に、ルートの調査・設計す
るためにカメラ装置９を頭部２の機器収容空間２ａ内に
取付け、カメラ装置９のカメラを頭部２の底部の開口２
ｂから下方の地上へ向けている。滑走できる地上に置
き、手で機体１を持って原動機８を作動させ、原動機８
でプロペラ７を所定回転数で回転させ、充分なプロペラ
推力を発生した時点で機体１から手を離し、又はプロペ
ラ推力で地上を車輪３ｄで滑走させ、カイト翼６で揚力
を発生させて上昇させる。カイト翼６は膜状の主翼シー
ト６ａで形成されているので、軽量で且つ広い面積を有
することで軽量で大きな揚力を得ることができ、低速で
機体１を浮かす揚力を発生でき、低速で上昇し、又低速
で航行できる。又、水平尾翼５をその回動枢軸５ａまわ
りに反時計方向に回転させると、迎角が小さくなって水
平尾翼５の揚力は減少し、機首上げのピッチングモーメ
ントが発生し、機首が上がってカイト翼６による揚力が
大きく増大して機体１は上昇する。

【００１０】機体１を旋回させるときは、可動垂直尾翼
４ｂを回転させることで、可動垂直尾翼４ｂに旋回モー
メントを発生させて機体１を旋回させる。機体１のバン
クに対しては、カイト翼６が傾いて復元モーメントが発
生して機体１は水平に回復し、安定した水平飛行が行え
る。又、機体１にバンクが発生すれば、バンク角センサ
ー１１ｅがバンク角を検出し、バンク角自動修正回路１
０ｈに入力し、変動のあったバンク角の角度、カメラ装
置９を逆方向に回転させるようにサーボモータ１０ｄを
作動させる。これによって、機体１がバンクしても同じ
地上の場所を撮影できるようにしている。

【００１１】機体１の飛行方向・旋回・速度・上昇下降
の操作は、地上の監視員１３ｈが位置表示ディスプレイ
１３ｆ，飛行映像ディスプレイ１３ｇを見ながら、機体
制御コントローラー１３ｄを操作することで、その信号
が信号発信機１３ｅによって電波となって送られ、飛行
機側の受信機１１Ｊで受信され、トリム１１ｉを介して
スロットルサーボ１１ｈ，サーボモータ４ｆ，サーボモ
ータ５ｅを作動し、ロッド４ｄ，５ｄを動かし、可動垂
直尾翼４ｂを蝶番金具４ｃまわりに左右に所要角度回動
させ、又水平尾翼５を回動枢軸５ａまわりに回転させ、
所要の迎角にする。又、機体１からのＧＰＳによる位置
情報はＧＰＳ回路１１ａから、又機体１の高度情報は気
圧高度計１１ｂから、又機体１の対空速度は対空速度計
１１ｃから、機体１の方位は磁方位計１１ｄから入力さ
れ、モデム１１ｆを介して発信機１１ｇで電波として地
上側へ送る。カメラ操作は、地上のカメラ操縦士１４ｅ
が作業映像ディスプレイ１４ｂを見ながら、カメラ操作
制御部１４ｆを操作してカメラの垂直移動・水平移動、
サーボＯＮ・ＯＦＦ、ズームの制御信号を発生し、それ
らの信号を信号発信機１４ｄから電波で発信し、機体１
の信号受信機１２ｇで受信し、機体１のカメラ装置９の
サーボモータ１０ｄ、サーボモータ１０ｆ、ＯＮ・ＯＦ
Ｆサーボ１２ｅ、ズームサーボ１２ｆを作動し、カメラ
を所望の状態に設定する。又、機体１のカメラ装置９、
操縦用ＣＣＤカメラ１２ａの映像データは発信機１２ｂ
によって電波で発信され、地上側の受信機１４ａで受け
られ、パソコン１３ｃでコンピュータ処理されて飛行映
像ディスプレイ１３ｇ及び位置表示ディスプレイ１３ｆ
に出力される。又、カメラ装置９による地上映像は、発
信機１２ｂで電波で地上側のカメラ制御部１４へ送ら
れ、カメラ制御部１４の受信機１４ａで受けられ、作業
映像ディスプレイ１４ｂに出力し、又必要に応じ録画ビ
デオ装置１４ｃで録画する。

【００１２】次に、本実施例の無線操縦方法について説
明する。飛行機側の機体制御部１１の各部はコンピュー
タ・メモリ・電子回路を使ってサーボモータ４ｆ，５
ｅ，１０ｄ，１０ｆ，カメラ９等を制御するものであ
り、飛行前において飛行する目標地点・飛行目標の飛行
順番・天候・地形・危険地上敷設・飛行禁止域等の情報
が地上において、飛行機側のコンピュータ・メモリに入
力される。飛行機側のコンピュータで目標地への最適飛
行経路とその経路における飛行速度・高度・方位を計算
して予め決定する。この後、飛行機側から地上側へ飛行
機のバッテリーの状態・燃料の状態・飛行経路等の飛行
機側の情報が伝えられる。

【００１３】地上側から、地上側の基地の機能が正常で
あるときは地上の基地の識別情報が入った正常信号を送
り続ける。飛行機側はＧＰＳ回路１１ａによって算出さ
れた飛行機の現在位置・バッテリーの状態・燃料の状態
・対空速度計１１ｃによって算出された飛行速度・気圧
高度計１１ｂの高度の情報を電波で地上側へ送り続け
る。又飛行経路の情報は時間とともにメモリに記憶され
る。もし、地上側からの正常信号が飛行機側で受信でき
なくなった場合は、飛行機はＧＰＳ回路１１ａによって
算出された経路位置情報のうち最新の位置情報をメモリ
から呼び出して現在位置を推定し、逆経過で離陸点のス
タート点に戻るように自動制御され、離陸点の上空で待
機飛行を行なう。地上の基地の機能が回復すれば再出発
又は新たな指示を地上側から与える。これもなければ地
上に着陸させる。ＧＰＳ回路１１ａが故障又は障害で使
用できないときは、磁気方位計１１ｄを待ってスタート
点に戻って地上の上空で待機させる。この上記の状態
は、飛行機側が受信する電波に識別情報が入っていない
場合でも行なわれ、電波の混信・誤り電波で誘導されな
いようにしている。

【００１４】

【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、膜状のカ
イト翼を主翼として使用したことで、軽量で大きな揚力
を発生させることができ、又カイト翼を使うことでバン
ク角の回復力が大きく安定した水平飛行が行える。これ
によって、低速での安定飛行を可能とし、操縦を容易と
し且つ低空飛行も容易となって撮影・施工が正確に効率
良く行えるものとした。又、推進プロペラがカイト翼と
胴体との間にあるので、プロペラが人・物に直接触れる
ことが少なくなり、衝突・落下時の事故損傷・人身事故
を少なくできる。機体のバンク角に対して、バンク角セ
ンサーと自動バンク修正回路とが作動し、カメラ装置の
傾きを元の所定角度に戻すことを自動的に行うので、カ
メラ装置の撮影場所を外さないように安定した撮影を可
能とする。又、機体が頭部と胴体とカイト翼と尾翼とで
分解自在のものは運搬・製作が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の側面図である。

【図２】実施例の平面図である。

【図３】は実施例の正面図である。

【図４】実施例の垂直尾翼を示す説明図である。

【図５】実施例の水平尾翼を示す説明図である。

【図６】実施例の頭部の縦断側面図である。

【図７】実施例の頭部の縦断正面図である。

【図８】実施例の分解状態を示す説明図である。

【図９】実施例の制御システムを示す回路ブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 機体 ２ 頭部 ３ 胴体 ４ 垂直尾翼 ５ 水平尾翼 ６ カイト翼 ７ プロペラ ８ 原動機 ９ カメラ装置 １０ 回動装置 １１ 機体制御部 １２ カメラ制御部 １３ 操縦制御部 １４ カメラ制御部 ２ａ 機器収容空間 ２ｂ 開口 ２ｃ 点検蓋 ２ｄ 取付開口縁 ２ｅ 連結ピン ３ａ 機器収容空間 ３ｂ 開口縁 ３ｃ 係止金具 ３ｄ 車輪 ３ｅ 緩衝ゴム ３ｆ 隙間 ４ａ 固定垂直尾翼 ４ｂ 可動垂直尾翼 ４ｃ 蝶番金具 ４ｄ ロッド ４ｅ 取付金具 ４ｆ サーボモータ ５ａ 回動枢軸 ５ｂ アーム ５ｃ リンク ５ｄ ロッド ５ｅ サーボモータ ６ａ 主翼シート ６ｂ 中央主桁 ６ｃ 側桁 ６ｄ 梁 ６ｅ 支柱 ７ａ プロペラガイド ７ｂ プロペラシャフト ８ａ 燃料タンク ８ｂ 取付アーム ９ａ 装置フレーム ９ｂ カメラレンズ １０ａ 揺動フレーム １０ｂ 枢軸 １０ｃ リンク １０ｄ サーボモータ １０ｅ リンク １０ｆ サーボモータ １０ｇ 固定フレーム １１ａ ＧＰＳ回路 １１ｂ 気圧高度計 １１ｃ 対空速度計 １１ｄ 磁方位計 １１ｅ バンク角センサー １１ｆ モデム １１ｇ 発信機 １１ｈ スロットルサーボ １１ｉ トリム １１ｊ 受信機 １２ａ ＣＣＤカメラ １２ｂ 発信機 １２ｃ ＯＮ・ＯＦＦサーボ １２ｄ ズームサーボ １２ｅ 信号受信機 １３ａ 受信部 １３ｂ モデム １３ｃ パソコン １３ｄ 機体制御コントローラー １３ｅ 信号発信機 １３ｆ 位置表示ディスプレイ １３ｇ 飛行映像ディスプレイ １３ｈ 監視員 １４ａ 受信機 １４ｂ 作業映像ディスプレイ １４ｃ 録画ビデオ装置 １４ｄ 信号発信機 １４ｅ カメラ操縦士 １４ｆ カメラ操作制御部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頭部と垂直尾翼と水平尾翼とを細長の胴
   体で連結した機体の上方に膜状のカイト翼を胴体に対し
   所要の角度をもって取付け、同カイト翼と胴体との間に
   プロペラを装置し、頭部に撮影・作業用の機器を収容す
   る収容空間を設け、同頭部を胴体に脱着自在に取付け、
   頭部の底面及び上面を収容空間と連通するように開口
   し、同上面開口に脱着自在の蓋を取付けた無線操縦小型
   飛行機。
2. 【請求項２】 頭部と胴部とを空気通路となる小さい隙
   間を形成するように弾性体を挟んで脱着自在に連結した
   請求項１記載の無線操縦小型飛行機。
3. 【請求項３】 頭部の底面開口から下方を視界するカメ
   ラ装置を頭部の収容空間内に設けるとともに、同カメラ
   装置を胴体長手方向の水平軸とこれに直交する水平軸の
   二つの水平軸まわりに回転自在とし、カメラ装置を上記
   水平二軸まわりに回動させる回動手段を備えた請求項１
   又は２記載の無線操縦小型飛行機。
4. 【請求項４】 機体にバンク角センサーを設け、同バン
   ク角センサーのバンク角信号を入力して機体のバンク角
   だけ胴体長手方向の水平軸まわりにカメラ装置を回転す
   るように回動手段を制御する自動バンク修正回路を設け
   た請求項３記載の無線操縦小型飛行機。