JP5260781B1 - 無人ヘリコプタ - Google Patents

Abstract

【課題】農薬散布などに用いられる産業用の無人ヘリコプタの機体を、大きなペイロード空間を確保しつつ小型且つコンパクトに構成し、運用性の向上を図る。
【解決手段】管材を主材として形成された機体フレーム５上の中央にメインマストとサーボとモータとを備えたギアボックスモータユニット６、その前後にモータコントロールボックス７とサーボコントロールボックス８を各々配置し、各ユニットを機体フレーム５上に固定して支持させ、機体フレーム５の外側にバッテリーユニット１０，１０をそれぞれ配置し、両バッテリーユニット１０，１０を機体フレーム５の左右の管材に連結して一体に固定して支持させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠隔制御或いは自律制御によって飛行する無人ヘリコプタの機体の構造に関する。

農薬の散布などに利用される産業用の無人ヘリコプタは、農薬の散布に必要なペイロード（積載容量）を確保するため、出力が大きなエンジンを装備して、全長が３ｍ程度の大きさに機体が形成され、機体の下側には薬液や粒剤の散布装置を取り付けることができるように構成されている（例えば特許文献１参照）。

また、近時の小型電動モータとバッテリーの高性能化に伴い、屋外で飛行操縦を楽しむ、いわゆるスポーツヘリとしての遠隔操縦ヘリコプタ（以下、Ｒ／Ｃヘリという）では、電動モータを装備した構成のものが商品化され、広く利用されている。

特開２００９−１９６４８６号公報

前記構成の無人ヘリコプタは、通常、所定の場所で保管され、農薬散布を行う際に、散布装置とともに機体を運搬車両の荷台に積載して農薬散布場所まで運搬し、農薬散布場所で運搬車両から降ろし、機体に散布装置を組み付けて農薬散布の運行が行われるが、機体が大型であることから、保管や荷台への設置スペースを広くとり、また、移動させたり荷台に積み降ろしたりする作業がし難く、取り扱いの便宜が悪いという問題があった。

また、産業用の無人ヘリコプタにおいても、ガソリンエンジンに代わる駆動源として電動モータの採用が検討されているが、この場合に、前記電動モータを装備したスポーツヘリと同様な機体構成、つまり、メインマストの直下である機体の底部にバッテリーを配置して機体を構成したのでは、ペイロード空間を大きく確保できないとともに散布装置の取り付けにも支障が生じ、バッテリーの交換もし難くなるという問題がある。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、農薬散布などに用いられる産業用の無人ヘリコプタにおいて、動力源として電動モータを装備した機体を、大きなペイロード空間を確保しつつ小型且つコンパクトに構成し、機体の取り扱いやバッテリー交換の便宜を良好にして運用性の向上を図ることを課題とする。

前記課題を解決するため本発明の無人ヘリコプタは、
機体の左右両側にそれぞれ配置された機体の前後方向に平行に延びた複数の管材を当該機体の左右両側間に架け渡された管材連結板に一体に固定して機体フレームを構成し、
この機体フレーム上の中央にメインマストとサーボとモータとを備えたギアボックスモータユニット、当該ギアボックスモータユニットの前後にそれぞれモータの制御回路を収納したモータコントロールボックスとサーボの制御回路を収納したサーボコントロールボックスを各々配置し、これら各ユニットを前記機体フレームの左右の管材に懸架して一体に固定することより機体フレーム上に支持させるとともに、
前記ギアボックスユニットの左右両側であって機体フレームの外側にバッテリーユニットをそれぞれ配置し、両バッテリーユニットをその側面部に設けられた連結具を機体フレームの左右の管材に連結して一体に固定することにより機体フレームの両側に支持させた構成を有することを特徴とする。
すなわち、本願発明の無人ヘリコプタは、機体フレームが、四隅部に管材取り付け孔部が形成された管材連結板を機体の前後方向に沿って適宜な間隔を開けて並置し、両管材連結板の左右下側の管材取り付け孔部に円筒パイプからなる下部管材、左右上側の管材取り付け孔部に円筒パイプからなる上部管材を各々挿通し、且つ各管材の外周面を各管材取り付け孔部に嵌着固定して、両管材連結板間に架け渡して機体の左右両側でそれぞれ上下平行に配置された上部管材と下部管材を両管材連結板に一体に固定して構成され、
機体を構成するメインマストとサーボとモータを備えたギアボックスモータユニットが、その下部にネジ穴を設けて構成され、
モータの制御回路を収納したモータコントロールボックスが、その筐体に前記下部管材が挿通する孔部を有する接続片を一体に設けて構成され、
サーボの制御回路を収納したサーボコントロールボックスが、その筐体に前記下部管材が挿通する孔部を有する接続片を一体に設けて構成され、
前記機体フレームの左右の上部管材間に前記ギアボックスモータユニットが収容され、当該ギアボックスモータユニットの下部に設けたネジ穴に両管材連結板に複数形成された孔部から固定ネジを留め付けて両管材連結板間にギアボックスモータユニットが一体に固定され、
前記モータコントロールボックスの接続片の孔部に、前記機体フレームの一方の管材連結板から突出した左右の下部管材を通し、それぞれの接続片を下部管材の外周面に固定ネジで留め付けて左右の下部管材間にモータコントロールボックスが固定され、
前記サーボコントロールボックスの接続片の孔部に、前記機体フレームの他方の管材連結板から突出した左右の下部管材を通し、それぞれの接続片を下部管材の外周面に固定ネジで留め付けて左右の下部管材間にモータコントロールボックスが固定されているとともに、
前記ギアボックスユニットの左右両側であって機体フレームの外側にバッテリーユニットをそれぞれ配置し、両バッテリーユニットを、その側面部に設けられた連結具を機体フレームの左右の上下の管材に連結して一体に固定することにより機体フレームの両側に支持させた構成を有することを特徴とする。

また、前記構成の無人ヘリコプタは、同軸上で互いに逆回転する上下のメインロータを有する同軸反転式Ｒ／Ｃヘリであることを特徴とする。

本発明の無人ヘリコプタによれば、管材を主材として枠状に組み付けた機体フレームに機体を構成する各ユニットを一体に取り付けて機体フレーム上に支持させるとともに、機体の両脇に張り出すように一対のバッテリーユニットを配置し、両バッテリーユニットを機体フレームの左右両側に一体に取り付けて機体が構成されているので、機体の下部を全てペイロード用の空間として利用することができ、ペイロード空間を狭小化することなく、機体を小型且つコンパクトにすることができる。
また、バッテリーユニットは、メインマストが装備されたギアボックスユニットの左右両側の位置で、機体の両側に張り出して取り付けてあるので、交換のための着脱作業が容易であり、また、無人ヘリコプタの操縦性能を低下させる虞もない。無人ヘリコプタが、同軸上で互いに逆回転する上下のメインロータを有する同軸反転式のものであれば、シングルロータ式のものよりも機体の全長を短くすることができ、機体の構成がよりコンパクトになる。
このように、大きなペイロード空間を確保しつつ、無人ヘリコプタの機体が小型且つコンパクトに構成されることで、農薬散布などで必要とされている機能性を低下させることなく、機体の移送や荷台への積み降ろしなどの取り扱いの便宜が向上し、産業用途として用いられる無人ヘリコプタの運用性を改善することができる。

本発明の一実施形態の無人ヘリコプタの正面図と側面図である。 無人ヘリコプタのカウルを取り外した状態の機体の前側斜視図と後側斜視図である（図中手前側に位置する機体左側のバッテリーユニットは機体フレームの取り付け部が見えるように傾けた状態にしてある）。 バッテリーユニットを取り外した機体の構成部材を展開して示した外観図である。 バッテリーユニットを取り外した機体の拡大外観斜視図である。 機体フレームの拡大外観図である。 機体フレームから一方のバッテリーユニットを分離させた状態の外観図である。

本発明の好適な一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の無人ヘリコプタの一実施形態の外観を示しており、図示されるように、この無人ヘリコプタ１は同軸上で互いに逆回転する上下のメインロータを有する同軸反転式のＲ／Ｃヘリに本発明を適用したものである。同図において、符番２は前側カウル、３は後側カウル、１１は後述するバッテリーユニットである。

図２は前後のカウル２，３を取り外した状態の無人ヘリコプタ１の機体の前後の斜視図、図３はバッテリーユニットを取り外した機体の拡大外観斜視図、図４は機体を構成する部材を展開した外観図であり、各図に示されるように、機体４は、機体４の左右両側にそれぞれ配置した管材を一体に連結して構成された機体フレーム５に、機体４を構成するギアボックスモータユニット６、モータコントロールボックス７、サーボコントロールボックス８、スキッド９、バッテリーユニット１０などのユニット化された各部材を一体に取り付けて構成してある。

詳しくは、機体フレーム５は、図５に示されるように、機体４の左右両側でそれぞれ上下に適宜な間隔を開けて上下平行に配置される、外径３０ｍｍ，肉厚３ｍｍ程度のアルミニウム製のパイプからなる一対の上部管材５１，５１及び下部管材５２，５２と、上下左右の四隅部に管材取り付け孔部５３ａ，５３ａ，５３ｂ，５３ｂが各々形成されたアルミ形材からなる二つの管材連結板５３，５３と、同じくアルミ形材からなる左右両端に端部に管材取り付け孔部５４ａ，５４ａが形成された二つの管材連結板５４，５４と、一端に管材取り付け孔部５５ａ、他端にカウル固定部５５ｂを有するカウル固定板５５，５５との各部材を組み合わせて形成してある。管材連結板５３，５３の上部面内には、ギアボックスモータユニット６を固定するための固定ネジが挿通する孔部５３ｃが複数形成してある。

機体フレーム５は、機体４の前後方向に沿って適宜な間隔を開けて管材連結板５３，５３を並置した状態で、その左右下側の管材取り付け孔部５３ａ，５３ａに左右の下部管材５２，５２、左右上側の管材取り付け孔部５３ｂ，５３ｂに左右の上部管材５１，５１を各々挿通して両管材連結板５３，５３に架け渡し、且つ各管材５１，５１，５２，５２の外周面を、固定ネジなどで各管材取り付け孔部５３ａ，５３ａ，５３ｂ，５３ｂに嵌着固定するとともに、両管材連結板５３，５３の外側で、管材連結板５４，５４の管材取り付け孔部５４ａ，５４ａに左右の下部管材５２，５２を通して左右の下部管材５２，５２間に管材連結板５４，５４を架け渡し、両下部管材５２，５２の外周面を固定ネジなどで管材取り付け孔部５４ａ，５４ａに嵌着固定して構成してある。
カウル固定板５５，５５は、両管材連結板５３，５３の内側で、左右の上部管材５１，５１に管材取り付け孔部５５ａ，５５ａを通し、カウル固定部５５ｂを鉛直上方に向けた状態で、固定ネジなどで管材取り付け孔部５５ａを上部管材５１の外周面に嵌着固定して取り付けてある。

ギアボックスモータユニット６は、互いに逆方向に回転する軸部を同軸上に設けたマスト６１の前記両軸部に上下のロータヘッド６２，６２をそれぞれ取り付け、両ロータヘッド６２，６２のメインロータ６２ａ，６２ａの迎え角を変化させる上下のスワッシュプレート６３，６３を、それぞれスワッシュリンケージ６４を介して接続して構成されているとともに、両スワッシュプレート６３，６３を作動させるエレベータやエルロンなどのサーボ６５や前記マスト６１の両回転軸部と連結した上下のロータヘッド６２，６２を回転させる電動モータ６６、電動モータ６６を冷却するモータファンを内部に収納したダクト付きモータカバー６７などの駆動装置類を当該ユニットの底板６８上に一体に取り付けて構成してある。

モータコントロールボックス７は、アルミ製の扁平な筐体内に前記電動モータ６６の制御回路を収納し、筐体の左右側面に機体フレーム５の下部管材５２が挿通する孔部７１ａを有する接続片７１，７１をそれぞれ一体に設けて構成してある。
サーボコントロールボックス８は、アルミ製の筐体内に前記各サーボ６５の制御回路を収納し、筐体底部の左右縁部に機体フレーム５の下部管材５２が挿通する孔部８１ａを有する接続片８１，８１をそれぞれ一体に設けて構成してある。なお、送信器を操作して送信出力される、制御信号の受信装置もサーボコントロールボックス８に収納される。
また、スキッド９は、その上部に、機体フレーム５の管材連結板５４，５４との取り付け部９１，９１を設けて構成してある。

バッテリーユニット１０は、方形箱型の筐体内に、図示されない給電ケーブルを商用電源端子に接続して電気を蓄電する蓄電回路を収納して構成し、前記筐体の一側の側面には、機体フレーム５の下部管材５２の外周面に係合する係合片１０ｂ，１０ｂと、上部管材５１の外周面に嵌着するヒンジ接続した半割りリング形の接続部材１０ｃとからなる連結具１０ａを一体に設けてある。

機体４の組み立ては、先ずギアボックスモータユニット６を、機体フレーム５の上方からその左右の上部管材５１，５１の間に懸架して収容するとともに、管材連結板５３，５３それぞれ複数形成された孔部５３ｃに図示されない固定ネジを通し、各固定ネジをギアボックスモータユニット６の下部に設けられたネジ穴（図示せず）に螺合して、両管材連結板５３，５３に固定ネジで留め付けて一体に固定する。

次いで、モータコントロールボックス７を、その左右側面に突設した接続片７１，７１の孔部７１ａに、機体フレーム５の一方の管材連結板５３から機体４の後方へ突出した左右の下部管材５２，５２を通し、各接続片７１を下部管材５２の外周面に固定ネジで留め付けて左右の下部管材５２，５２間に固定する。同様に、サーボコントロールボックス８を、その底部の左右縁部に突設した接続片８１，８１の孔部８１ａに、機体フレーム５の他方の管材連結板５３から機体４の前方へ突出した左右の下部管材５２，５２を通し、両接続片８１を下部管材５２の外周面に固定ネジで留め付けて左右の下部管材５２，５２間に固定する。両コントロールボックス７，８を取り付けた後、それぞれに収納された制御回路と、前記駆動装置類との電気配線の接続が行われる。

さらに、スキッド９を機体フレーム５の下側にあてがい、その上部に設けた取り付け部９１，９１を管材連結板５４，５４に固定ネジなどで固定する。
次いで、図６に示されるように、前記ギアボックスユニット６の側方の機体フレーム５の外側にバッテリーユニット１０をあてがい、バッテリーユニット１０の筐体に設けられた連結具１０ａの係合片１０ｂ，１０ｂを機体フレーム５の下部管材５２の外周面に係合させるとともに、接続部材１０ｃを上部管材５１の外周面に嵌着し、固定ネジで接続部材１０ｃを留め付けて上下の管材５１，５２間に固定する。

そして、機体フレーム５の左右両側にバッテリーユニット１０，１０が固定され、バッテリーユニット１０，１０と、前記モータコントロールボックス７やサーボコントロールボックス８、各サーボ６５などの電装部品との電気配線の接続を行った後、前後のカウル２，３を機体４の前後両側から装着し、カウル固定板５５，５５のカウル固定部５５ｂ，５５ｂに両カウル２，３を固定ネジなどで固定して連結することにより機体４の組み立てが完了する。なお、機体フレーム５に各ユニットを取り付ける順番は、上記機体４の組み立て手順に限定されない。

このように構成される本形態の無人ヘリコプタ１は、送信機の操作信号を受信装置で受信し、操作信号に基づいて駆動源である電動モータ６６を駆動するとともに各サーボ６５を作動させることで、遠隔操縦により飛行させることができる。

本形態では、機体４を構成する各ユニットを機体フレーム５上に支持させるとともに、機体４の両脇に張り出すように一対のバッテリーユニット１０，１０を配置し、両バッテリーユニット１０，１０を機体フレーム５の左右両側に一体に取り付けて機体４が構成されているので、機体４の下部を全てペイロード用の空間として利用することができ、しかも、機体４は、メインマスト６１に沿って互いに逆回転する上下のメインロータ６２，６２を備えた同軸反転式であるため、テールロータが不要となって機体４の全長が短くなり、ペイロード空間を狭小にすることなく、機体４を小型且つコンパクトに構成することができる。
また、バッテリーユニット１０，１０は、メインマスト６１が装備されたギアボックスユニット６の左右両側の位置で機体４の両側に張り出して取り付けてあるので、交換のための着脱作業が容易であり、また、無人ヘリコプタ１の操縦性能を低下させる虞もない。

なお、図示した形態は一例であり、本発明は他の適宜な形態の電動式の無人ヘリコプタに適用することが可能である。本発明は産業用の無人ヘリコプタに好適であるが、電動モータを装備するスポーツヘリに適用してもよい。実施例では同軸反転式のＲ／Ｃヘリに本発明を適用したが、シングルロータ式のＲ／Ｃヘリや、自律制御によって飛行するヘリコプタにも適用可能である。

１ 無人ヘリコプタ、２，３ カウル、４ 機体、５ 機体フレーム、５１ 上部管材、５２ 下部管材、５３，５４ 管材連結板、５５ カウル固定板、６ ギアボックスモータユニット、７ モータコントロールボックス、８ サーボコントロールボックス、９ スキッド，１０ バッテリーユニット

Claims (2)

1. 機体フレーム（５）が、四隅部に管材取り付け孔部（５３ａ，５３ａ，５３ｂ，５３ｂ）が形成された管材連結板（５３，５３）を機体（４）の前後方向に沿って適宜な間隔を開けて並置し、両管材連結板（５３，５３）の左右下側の管材取り付け孔部（５３ａ，５３ａ）に円筒パイプからなる下部管材（５２，５２）、左右上側の管材取り付け孔部（５３ｂ，５３ｂ）に円筒パイプからなる上部管材（５１，５１）を各々挿通し、且つ各管材の外周面を各管材取り付け孔部に嵌着固定して、両管材連結板（５３，５３）間に架け渡して機体（４）の左右両側でそれぞれ上下平行に配置された上部管材（５１）と下部管材（５２）を両管材連結板（５３，５３）に一体に固定して構成され、
   機体を構成するメインマストとサーボとモータを備えたギアボックスモータユニット（６）が、その下部にネジ穴を設けて構成され、
   モータの制御回路を収納したモータコントロールボックス（７）が、その筐体に前記下部管材（５２）が挿通する孔部（７１ａ）を有する接続片（７１，７１）を一体に設けて構成され、
   サーボの制御回路を収納したサーボコントロールボックスが、その筐体に前記下部管材（５２）が挿通する孔部（８１ａ）を有する接続片（８１，８１）を一体に設けて構成され、
   前記機体フレーム（５）の左右の上部管材（５１，５１）間に前記ギアボックスモータユニット（６）が収容され、当該ギアボックスモータユニット（６）の下部に設けたネジ穴に両管材連結板（５３，５３）に複数形成された孔部（５３ｃ）から固定ネジを留め付けて両管材連結板（５３，５３）間にギアボックスモータユニット（６）が一体に固定され、
   前記モータコントロールボックス（７）の接続片（７１，７１）の孔部（７１ａ）に、前記機体フレーム（５）の一方の管材連結板（５３）から突出した左右の下部管材（５２，５２）を通し、それぞれの接続片（７１、７１）を下部管材（５２，５２）の外周面に固定ネジで留め付けて左右の下部管材（５２，５２）間にモータコントロールボックス（７）が固定され、
   前記サーボコントロールボックス（８）の接続片（８１，８１）の孔部（８１ａ）に、前記機体フレーム（５）の他方の管材連結板（５３）から突出した左右の下部管材（５２，５２）を通し、それぞれの接続片（８１、８１）を下部管材（５２，５２）の外周面に固定ネジで留め付けて左右の下部管材（５２，５２）間にモータコントロールボックス（８）が固定されているとともに、
   前記ギアボックスユニット（６）の左右両側であって機体フレーム（５）の外側にバッテリーユニット（１０，１０）をそれぞれ配置し、両バッテリーユニット（１０，１０）を、その側面部に設けられた連結具（１０ａ）を機体フレーム（５）の左右の上下の管材（５１，５２）に連結して一体に固定することにより機体フレーム（５）の両側に支持させた構成を有する無人ヘリコプタ。
2. 同軸上で互いに逆回転する上下のメインロータを有する同軸反転式遠隔操縦ヘリコプタである請求項１に記載の無人ヘリコプタ。
   
   
   

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