JP3217820U - ドローン - Google Patents

Abstract

【課題】 風圧の影響を抑えてある程度の風雨の環境下でも飛行を可能にすると共にカメラを外部に露出して画像撮影を行うことができ、配達物を確実に配送できるドローンを提供する。
【解決手段】 機体本体部１と、該機体本体中心部から水平放射状に伸びる複数のロータアーム２と、該ロータアームの先端に固定される複数の電動モータ３と、該電動モータに接続される複数のプロペラ４と、該機体本体部の底面から下方に突出した複数の脚部５とからなるドローン１０において、機体本体部は円盤状に形成され、脚部は該機体本体部の底面に下方に向けて先端部が丸みを帯びた円錐状に突出して形成されるように構成される。
【選択図】 図１

Description

本考案は、リモートコントローラを用いて複数のプロペラにより空中を自由に飛行するマルチコプターやドローンと呼ばれ主に撮影用や配送用に用いられ、風圧の影響を抑えて飛行可能な無人小型飛行体に関する。本考案の説明においては無人小型飛行体を「ドローン」と称することにする。

ドローンは、複数のローターがそれぞれ独立して隣り合うローター同士が異なる方向に回転し、回転数の制御で上下左右に自由に飛行が可能で近年操縦性が格段に向上されている。一般にドローンは風速５〜６メートルまでは飛行が可能とされているが、特に風圧を受けた場合のドローンの制御には多くの経験と熟練が必要となり、ドローンの落下事故の多くはこの風圧を受けたことに起因するものである。

また、ドローンは空中を自在に飛行させることができるため高性能カメラを搭載して高架や橋梁、ビルの壁面などの高所や危険個所の点検のために利用されたり、配達物を配送する搬送用として利用されている。これらの点検にはカメラによる鮮明な画像撮影が必要となるためドローンの揺れを軽減することが求められている。ドローンに搭載するカメラは利便性を高めたパン、チルトの機能を有した雲台カメラを搭載することが増えているが、高性能カメラを搭載していてもドローンが飛行中に受ける突風等の風圧によって揺れたり移動したりすることがあり、それによってカメラの視野から撮影すべき対象物が消えてしまったり焦点距離がずれてしまうことが発生する。また配達物を確実に配送することが求められる。そこでドローンの飛行運転においては風圧の影響を最小限に抑えることが求められる。

円盤状飛行体の公知技術として特許文献１、２があるが、これらの文献は滑走路を必要としない垂直に離着陸できる人が乗用する飛行機を開示するものである。また、風圧による不安定飛行を抑制する先行文献として、薬剤タンクの上部を機体の上面に露出させ機体の重心を高く設定することによって飛行中に発生する特に風圧に基づく振り子運動の発生を抑制することにより、飛行中の機体の姿勢を安定させ落下事故等の発生を防ぎ操縦に際しての多くの経験や熟練を必ずしも必要としない遠隔操縦式無人飛行体（特許文献３）や、カメラ等を備えるロボットアームが、飛行体本体の移動や揺れを検出するセンサの検出値に基づき、外乱が加わる際の飛行体本体の移動や揺れに応じてカメラ等を逆位相で動かし、カメラ等を外乱が加わる前の位置および姿勢に維持するドローン飛行体（特許文献４）が存在する。

特許文献１、２は無線操縦される無人小型飛行体であるドローンに関するものではなく、特許文献３は薬剤タンクの上部を機体の上面に露出させ機体の重心を高く設定することにより風圧による不安定飛行を抑制するものであり、特許文献４はロボットアームが揺れを検出するセンサの検出値に基づきカメラ等を逆位相で動かしカメラ等を外乱が加わる前の位置および姿勢に維持することにより風圧による不安定飛行を抑制するものである。

しかし、特許文献３、４は機体の重心を高く設定する、あるいは揺れを検出するセンサの検出値に基づきカメラ等を逆位相で動かすことにより風圧による不安定飛行を抑制するものであるため構造が複雑となりその製造にはコストがかかる等の問題点がある。本考案はドローンの形状を風圧に耐え得る流線型の円盤状に形成するという簡易な構成により風圧による不安定飛行を抑制するものであり、カメラ撮影や配達物の配送を安全に実行可能なドローンを実現するものである。

特開２００７−９１１８７号公報 特開２００９−１４３５１３号公報 特開２０１７−２４４８８号公報 特開２０１７−１９３３３１号公報

本考案は、風圧の影響を抑えてある程度の風雨の環境下でも飛行を可能にすると共にカメラを外部に露出して画像撮影を行うことができ、配達物を確実に配送できるドローンを提供することを課題とする。

本考案は、機体本体部１と、該機体本体中心部から水平放射状に伸びる複数のロータアーム２と、該ロータアームの先端に固定される複数の電動モータ３と、該電動モータに接続される複数のプロペラ４と、該機体本体部の底面から下方に突出した複数の脚部５とからなるドローン１０において、機体本体部は円盤状に形成され、脚部は該機体本体部の底面に下方に向けて先端部が丸みを帯びた円錐状に突出して形成されている。

本考案の機体本体部１は、内部のロータアーム２が交差する中央部に基部６を配置し、外面の適宜部位に透明窓７を形成し、底面の中央部付近に所定サイズの開口部８を形成し、該開口部の上側に開口部の形成位置及びサイズに対応して配置され開口部を開閉する開閉手段２０を備えている。また開閉手段２０はスライド式開閉シャッターであり、プラスチック製の板状体と布又は皮革製の帯状体とが交互に連結され折り曲げ可能なスライド部材２１と、該スライド部材を適正にスライドさせるためにスライド部材の長さ方向に設置されるスライド部材ガイド部２２と、スライド部材を巻き取り／巻き戻しするスライド部材巻取部２３とを備え、電動モータで回転する巻取部によってガイド部にガイドされてスライド部材を巻き取り／巻き戻しすることにより開口部８を開閉するように構成される。

本考案の機体本体部１は、開閉手段２０に加えて、前記開口部８を開閉手段により開口して搭載物が外部に突出するまで延伸する伸縮手段３０を備えている。伸縮手段３０は、取付け部３１を介して基部６に取り付けられ、先端部に搭載物を装着する搭載物取付け部３２を取り付けたパンタグラフ状に伸縮するクロスアーム式であって、それぞれ鋏状に交叉するアーム３３により伸縮自在に形成され、搭載物取付け部３２、伸縮手段先端の両側端部のアーム交叉部３４、中央部のアーム交叉部３５のいずれかに取り付けられる紐状又は帯状体の巻上げ部材３６を電動モータで回転する基部の底面付近に設置される巻上げ部材巻取部３７によって巻き上げ／巻き降ろしすることにより伸縮するように構成される。

本考案は、透明窓７を通して撮影可能なカメラＣ１及び／又は機体本体部から外部に露出して撮影可能なカメラＣ２を着脱可能に搭載する。外部に露出して撮影可能なカメラＣ２は搭載物取付け部３２に取り付けられるカメラ取付け部３８に対して装着／離脱可能に装着される。本考案は基部６の底面に配置される引掛け部３９又は前記伸縮手段先端部の搭載物取付け部３２に着脱可能に装着される配送物収納ボックス４０を搭載する。

本考案のドローンは、機体本体部を円盤状とし、脚部を底面から下方に向けて先端部が丸みを帯びた円錐状に突出して流線形に形成するので、風圧の影響を最小限に抑えることによって飛行中の機体の姿勢を安定させ、落下事故等の発生を防ぎ、操縦に際しての多くの経験や熟練を必ずしも必要としない。

本考案は、開口部開閉手段と、開口部が開口された際に先端部が機体本体の外側に下降する伸縮手段を備えているので、搭載するカメラを外部に露出して揺れを抑制した鮮明な画像撮影を行うことができる。また医薬品や封書等の配送物収納ボックスを着脱可能に装着しているので、収納ボックスに医薬品や封書等の配送物を収納してドローンを目的地に飛行させて開口部を開口して配送物を落下して依頼主に配送することができる。

本考案に係るドローンを模式的に示した概略正面図である。 本考案に係るドローンを模式的に示した概略底面図である。 本考案に係る機体本体の主要部を示した拡大部分断面正面図である。 本考案に係る開閉手段を示した拡大部分断面正面図である。 本考案に係る伸縮手段及びカメラの搭載状態を示した拡大部分断面正面図である。 本考案に係るドローンに配送物収納ボックスを搭載した状態を示す拡大部分断面正面図である。

以下に、本考案に係るドローン（以下、単に「ドローン」という）の一実施例について添付図面を参照しながら説明する。ドローン１０は、図１、図２に示すように、機体本体部（以下、「機体本体」ともいう）１と、機体本体中心部から水平放射状に伸びる複数のロータアーム２と、ロータアームの先端に固定される複数の電動モータ３と、電動モータに接続される複数のプロペラ４と、機体本体部の底面から下方に突出した複数の脚部５とを備えており、機体本体部１は円盤状に形成され、脚部５は機体本体部の底面に下方に向けて先端部が丸みを帯びた円錐状に突出して形成されている

機体本体１は正面視が楕円状で平面視が円形状の流線形の円盤状であり、ロータアーム２は筒状体で内部にバッテリからの配線が施されている。電動モータ３は隣り合う同士が異なる方向に回転するようにし、それぞれが独立して制御される。プロペラ４は高強度プラスチックからなり垂直方向への推進力を働かせるように取付けられる。なお、ロータアーム、電動モータ、プロペラの数は、図ではそれぞれ４個としているが、ドローン搭載物の荷重に応じて５〜６個とすることもできる。脚部５の先端部は丸みを帯びた円錐状、あるいは先端部が尖った円錐状の流線形に形成されている。脚部はドローンを着地させた際に機体本体を地面から一定の高さに支持すると共にドローンを離着陸時に安定させるものであり、脚部は４本に限定されることはなく３本又は４本以上形成することもできる。

図面上において図示は省略しているが、機体本体の適宜部位にはフライトコントローラ、ＧＰＳ、姿勢制御装置、無線通信部等のドローンの機能を発揮するための各種機器類やバッテリ等が配置されている。また後述する開閉手段、伸縮手段等の駆動制御部などが配置されている。ドローンの構成は周知のものであり詳しい説明は省略する。

機体本体内部には、図２、３、４に示すようにロータアーム２が交差する中央部に基部６が配置され、外面の適宜部位に透明窓７が、底面の中央部付近に所定サイズの開口部８が形成されている。開口部の上側には開口部の形成位置及びサイズに対応して開口部を覆うように配置して、開口部を開閉する開閉手段２０を備えている。

基部６は、複数のプロペラが接続されるロータアームを連結すると共に上記した各種機器類やバッテリ等を収容するための収容部とすることができる。透明窓７は主としてカメラ撮影用として利用されるもので、機体本体の例えば天頂面、底面、側面等の外面の適宜部位に任意数取り付けられる。なお、ドローンには図示しないリモートコントローラ（以下、単に「リモコン」という）が付属しており、ドローンの飛行はリモコンにより無線制御され自由にコントロールされる。

開閉手段（以下、「開閉シャッター」ともいう）２０は、左右にスライドするスライド式開閉シャッターであり、開口部の上側をスライドするスライド部材２１と、スライド部材のスライドを案内するスライド部材ガイド部２２と、スライド部材巻取部２３とを備えている。スライド部材２１はプラスチック製の板状体と布又は皮革製の帯状体とが交互に連結され折り曲げ可能に形成されており、プラスチック製の板状体と布又は皮革製の帯状体とは接着剤やネジ止め等の適宜手段によって連結されている。

スライド部材ガイド部２２は開口部８の外周端部外側であってスライド部材の長さ方向両端部に亘って設置される。そのためスライド部材ガイド部によってスライド部材の巻き取り／巻き戻し動作は確実かつスムーズに実行されることになる。スライド部材巻取部２３は開口部が開口状態になるまでスライド部材を一方向（図４では右方向）に巻き取り、カメラ撮影等が終了してカメラ等が機体本体内に収容された後にスライド部材を逆方向（図４では左方向）に巻き戻して開口部を閉塞する。

スライド部材巻取部２３を電動モータにより回転させて、スライド部材がガイド部にガイドされながら巻き取り／巻き戻しされることにより機体本体の開口部が開閉する。電動モータは無線操縦により始動して回転する。なお、開閉手段は機体本体底面の開口部の中央部から左右両側に向けて開閉するようにスライド部材を２個設け、両側に巻取部を設置して開閉するように構成することもできる。また、開閉手段はスライド式開閉シャッターに限定されることはなく、両側のフラップが下方に観音開きとなるような構成等適宜手段を用いることができる。

なお、図では開口部を機体本体の底面に形成して開閉シャッターを底面に配置しているが、ドローンに搭載する対象によっては開口部及び開閉シャッターを機体本体の天頂面等に形成することもできる。外部に露出してカメラ撮影する場合は撮影方向によっては電動モータやプロペラなどが障害となる場合があるためカメラ位置の高さ等に留意する必要がある。

機体本体部１は、図３、５に示すように上記した開閉手段２０に加えて伸縮手段３０を備えることができる。伸縮手段は基部６に形成される取付け部３１に取り付けられ、伸縮手段の先端部には搭載物を装着する搭載物取付け部３２が取り付けられている。伸縮手段は開閉手段２０により開口部が開口して搭載物が機体本体から外部に突出して露出するまで延伸下降し搭載物が機体本体に収容されると収縮上昇する。なお、図５では先端側にはカメラ取付け部３８を取り付けて取付け部に対して装着又は離脱可能にカメラＣ２が取り付けられている。

伸縮手段３０は、図５に示すようにパンタグラフ状に伸縮するクロスアーム式であり、それぞれ鋏状に交叉するアーム３３によって伸縮可能に構成されている。各アームは、それぞれ長手方向中央部に嵌合孔が形成され長手方向両端部に接続孔が形成されており、それぞれのアームがこれら嵌合孔、接続孔に対して回動自在に嵌合した状態で装着されている。隣接する各アーム体同士は対をなすボルト・ナットにより回動自在に接続して順次パンタグラフ状に連結されている。

伸縮手段３０には紐状又は帯状体の巻上げ部材３６が取り付けら、巻上げ部材は巻上げ部材巻取部３７によって巻き上げ／巻き降ろしされる。巻上げ部材の先端部は搭載物取付け部３２、伸縮手段先端の両側端部のアーム交叉部３４又は中央部のアーム交叉部３５のいずれかに取り付けられている。巻上げ部材巻取部３７は基部の底面付近に設置され、電動モータで回転して巻上げ部材３６を巻き上げ／巻き降ろしする。この動作によって伸縮手段は上方向に収縮し、下方向に向け延伸するようになっている。伸縮手段の収縮、延伸により搭載物取付け部３２が昇降することになる。

なお、それぞれが鋏状に交叉する各アーム間に延伸方向に反発するバネを設けることによって伸縮手段の巻き降ろし動作が容易となり昇降動作が円滑になされる。また伸縮手段はパンタグラフ状に伸縮するクロスアーム式手段に限定されることはなく、紐状部材による吊り下げ／吊り上げ手段、二重パイプ構成のピストンのように伸縮する手段、歯車と歯車の凸部が嵌合する複数の孔を形成した棒体とにより構成され歯車の回転により伸縮する手段等適宜手段を用いることができる。

ドローンは、図３に示すように機体本体１の外面の所定部位に設けられた透明窓７を通して撮影可能なカメラＣ１（以下、「固定カメラＣ１」という）と、図５に示すように機体本体部から外部に露出して撮影可能なカメラＣ２（以下、「昇降カメラＣ２」という）の双方を機体本体に着脱可能に搭載することができる。また固定カメラＣ１のみ又は昇降カメラＣ２のみを搭載してもよい。

固定カメラＣ１は透明窓７を利用して撮影され、図３では透明窓を機体本体の横面に形成しているが、透明窓は機体本体の天頂面や開口部に接触しない底面の適宜部位に任意数形成することもできる。固定カメラＣ１は機体本体内部の適宜部位に装着及び離脱可能に取り付けて透明窓を介して撮影できるので撮影対象によっては伸縮手段が不要となり簡易な構成でカメラ搭載が可能となる。

機体本体から外部に露出して撮影可能なカメラＣ２は、伸縮手段先端部の搭載物取付け部３２に取り付けられるカメラ取付け部３８に対して装着／離脱可能に装着されている。また、カメラＣ２はカメラ取付け部に対して３６０度回動可能に取り付けられており、カメラの撮影方向を自由に設定可能である。カメラＣ２は開閉シャッターにより開口部が開口され、伸縮手段３０により機体本体から外部に突出して撮影が可能となる。

カメラＣ１、Ｃ２は、本考案においてパン、チルトの機能を有した高性能の雲台カメラ等を搭載することができ風圧によってカメラが揺れても鮮明な画像撮影を行うことが可能となる。なお、本考案では被撮影対象物に対して焦点距離のずれを抑制して最適アングルで鮮明な画像の撮影が可能になる公知のカメラを使用するためカメラの構成の詳しい説明は省略する。

カメラを機体本体に搭載して飛行準備が完了したら、リモコンにより無線制御してドローンを飛行させる。固定カメラＣ１によって撮像された画像をリモコンのディスプレイ部により確認することができるので、操縦者（利用者）は、ディスプレイ部に表示される画像を通してドローンの飛行位置を明確に知ることができる。

撮影対象付近にドローンが到達したら、操縦者はリモコンを操作して開閉シャッターにより開口部を開口し、伸縮手段により昇降カメラＣ２を下降させて外部から撮影を行う。この際、カメラ操作部を作動して撮影方向等を制御することができる。このようにドローンはリモコンにより無線制御されながら飛行してカメラによる撮影を行うことができる。なお、固定カメラＣ１による撮影も可能である。

撮影が終了すると、操縦者はリモコンを操作して伸縮手段を上昇（収縮）させて昇降カメラＣ２を機体本体内部に収容し、開口部を閉塞してドローンを帰還させる。カメラにより撮影された画像処理はリモコンのモニター画像でもできるが、ドローンが帰還した後に機体本体からカメラを取り外して撮影された画像を処理することができる。

図６に示すように、ドローンは機体本体内に配送物収納ボックス４０を搭載することができる。配送物収納ボックスは基部６の底面に取り付けられる引掛け部３９に着脱可能に装着される。また配送物収納ボックスは図５に示した伸縮手段先端部の搭載物取付け部３２にカメラに代えて着脱可能に装着することができる。配送物収納ボックスには医薬品や封書等の配達物が収納されている。

引掛け部３９は、縦棒と横棒をアングル状に形成して、縦棒と横棒の交差部を支点にして横棒が横方向と縦方向の４５度回動可能に構成されており、配送物収納ボックスを横棒に引掛けた状態でドローンを目的地に飛行させて搬送し、開閉シャッターにより開口部を開口して横棒を縦方向に回動させ収納ボックスを落下して依頼主に医薬品等の配達物を配送することができる。なお、引掛け部は電動モータの回転により回動する。落下地点（配達先）はＧＰＳにより設定確認できるが、リモコンの固定カメラＣ１のモニター画面を見ながら確認することができる。

なお、ドローンに搭載する機器類としてはカメラ（ビデオカメラを含む）、配送物収納ボックスに限られず、有害小動物の駆除用薬剤や農薬等を収容する収容ボックスを搭載可能である。薬剤等を収容ボックスに収容して噴霧器を伸縮手段によって外部に突出して散布することも可能である。

開閉シャッター、伸縮手段、カメラ取付け部、引掛け部、カメラ等の駆動機構（図示しない）は回転部や巻取部等に接続されたギア等から構成され電動モータにより回転する。電動モータは無線操縦により始動して回転する。これら開閉シャッター等の電源としてドローンに搭載されるバッテリを利用してもよい。またこれら開閉シャッター等もドローンと同様に無線操縦されるがドローンとは別系統のリモコンにより無線制御される。作動スイッチによりモータ部の作動及び停止を制御して、モータ部の回転により開閉シャッター等を任意に制御することができる。

本考案のドローンは、カメラを搭載して風圧の影響を抑えて飛行が可能でカメラの揺れを抑制して画像撮影を行うことができ、医薬品その他の配達物を配送することができる。また機体本体内に農薬等を収容して噴霧器を機体本体から外部に突出させて農薬散布等を可能にする。

１０ ドローン
１ 機体本体部
２ ロータアーム
３ 電動モータ
４ プロペラ
５ 脚部
６ 基部
７ 透明窓
８ 開口部
２０ 開閉手段
２１ スライド部材
２２ スライド部材ガイド部
２３ スライド部材巻取部
３０ 伸縮手段
３１ 取付け部
３２ 搭載物取付け部
３３ アーム
３４ 端部のアーム交叉部
３５ 中央部のアーム交叉部
３６ 巻上げ部材
３７ 巻上げ部材巻取部
３８ カメラ取付け部
３９ 引掛け部
４０ 配送物収納ボックス
Ｃ１、Ｃ２ カメラ

Claims (8)

1. 機体本体部と、該機体本体中心部から水平放射状に伸びる複数のロータアームと、該ロータアームの先端に固定される複数の電動モータと、該電動モータに接続される複数のプロペラと、該機体本体部の底面から下方に突出した複数の脚部とからなるドローンにおいて、
   前記機体本体部は円盤状に形成され、前記脚部は該機体本体部の底面に下方に向けて先端部が丸みを帯びた円錐状に突出して形成されることを特徴とするドローン。
2. 前記機体本体部は、内部のロータアームが交差する中央部に基部を配置し、外面の適宜部位に透明窓を形成し、底面の中央部付近に所定サイズの開口部を形成し、該開口部の上側に開口部の形成位置及びサイズに対応して配置され開口部を開閉する開閉手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のドローン。
3. 前記開閉手段はスライド式開閉シャッターであり、プラスチック製の板状体と布又は皮革製の帯状体とが交互に連結され折り曲げ可能なスライド部材と、該スライド部材を適正にスライドさせるためにスライド部材の長さ方向に設置されるスライド部材ガイド部と、スライド部材を巻き取り／巻き戻しするスライド部材巻取部とを備え、電動モータで回転する巻取部によってガイド部にガイドされてスライド部材を巻き取り／巻き戻しすることにより開口部を開閉するように構成される、ことを特徴とする請求項２記載のドローン。
4. 前記機体本体部は、前記開閉手段に加えて、前記開口部を開閉手段により開口して搭載物が外部に突出するまで延伸する伸縮手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３に記載のドローン。
5. 前記伸縮手段は、取付け部を介して前記基部に取り付けられ、先端部に搭載物を装着する搭載物取付け部を取り付けたパンタグラフ状に伸縮するクロスアーム式であって、それぞれ鋏状に交叉するアームにより伸縮自在に形成され、搭載物取付け部、伸縮手段先端の両側端部のアーム交叉部、中央部のアーム交叉部のいずれかに取り付けられる紐状又は帯状体の巻上げ部材を電動モータで回転する基部の底面付近に設置される巻上げ部材巻取部によって巻き上げ／巻き降ろしすることにより伸縮するように構成される、ことを特徴とする請求項４に記載のドローン。
6. 前記透明窓を通して撮影可能なカメラ及び／又は機体本体部から外部に露出して撮影可能なカメラを着脱可能に搭載することを特徴とする請求項２〜５に記載のドローン。
7. 前記外部に露出して撮影可能なカメラは、前記搭載物取付け部に取り付けられるカメラ取付け部に対して装着／離脱可能に装着されることを特徴とする請求項６に記載のドローン。
8. 前記基部の底面に配置される引掛け部又は前記伸縮手段先端部の搭載物取付け部に着脱可能に装着される配送物収納ボックスを搭載することを特徴とする請求項２〜５に記載のドローン。
   
   

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