JP6454317B2 - マルチコプタ - Google Patents

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Description

この発明はマルチコプタに関し、より特定的には薬剤散布等に用いられるマルチコプタに関する。
この種の従来技術の一例が特許文献1において開示されている。
特許文献1には、相互に反対方向に回転する一対の回転翼(ロータ)と、該回転翼を駆動する原動機とを備え、一対の回転翼を同一平面上に並列配置し、一対の回転翼間の中間下部に原動機を配置した無線操縦用の飛行式作業機(マルチコプタ)が開示されている。この飛行式作業機は、薬剤タンク、薬剤供給装置および散布管をさらに備える。散布管は、一対の回転翼の下方において左右に延びるように設けられ、散布管の左右両外側端は閉じられ、散布管の下端面には所定間隔を開けて多数の噴口が左右方向に沿って形成されている。そして、薬剤タンクから薬剤供給装置を介して散布管に供給された薬剤は、散布管の噴口から下方に向けて吐出される。
特開平10−86898号公報
特許文献1に示すようなマルチコプタによる薬剤(除草剤などの液剤や農薬)散布では、ロータが発生する下降気流(以後、「ダウンウォッシュ」という)が、薬剤散布の特性に大きく影響する。具体的には、複数のロータが発生するダウンウォッシュは、ロータの回転方向および回転速度に応じて、ロータ先端から発生する渦や外部風による風力(流速)の非対称性などを生み出し、圃場の対象物に対する薬剤の付着むらが発生することがある。また、メインロータとテールロータとを有する無人ヘリコプタに比べてマルチコプタでの薬剤散布では、機体重量が小さいので、ダウンウォッシュの風力が弱くなり、自然風によって薬剤が飛散しやすくなるため、圃場の対象物に対する薬剤付着量が少なくなることがある。
それゆえにこの発明の主たる目的は、圃場の対象物に対する薬剤の付着むらの発生を抑制しかつ対象物に対する薬剤の付着量を確保できる、マルチコプタを提供することである。
上述の目的を達成するために、平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置される4×N(Nは2以上の整数)個のロータと、それぞれ各ロータを支持する4×N個のロータ支持部と、各ロータ支持部を支持する主支持部と、薬剤を吐出するための複数のノズルを含む散布装置とを備え、平面視において、4×N個のロータは、中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、第1線の左右両側に、同数のロータが配置され、側面視において、各ノズルの吐出口は、4×N個のロータより下方に位置し、第1線の左右両側において平面視で、各ロータ先端の回転軌跡の円弧および接線と、最前方のロータの回転軸および最後方のロータの回転軸を通る線とによって形成される第1領域内に、各ノズルの吐出口は設けられる、マルチコプタが提供される。
この発明では、4×N(Nは2以上の整数)個のロータが、平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置され、かつ中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、さらに、第1線の左右両側に、同数のロータが配置される。これによって、マルチコプタの第1線の左右両側でロータが発生するダウンウォッシュを同様にでき、圃場の対象物に対する薬剤の付着むらの発生を抑制できる。また、2つの第1領域内が、ダウンウォッシュの強風エリアとなり、さらに、8個以上の多くのロータを用いることによって、ダウンウォッシュ自体を強くできる。したがって、ロータより下方に位置する各ノズルの吐出口を、第1領域内に設けることによって、圃場の上空から薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて強い圧力で散布することができ、薬剤の飛散を抑制して圃場の対象物に対する薬剤の付着量を確保できる。
好ましくは、平面視において、各ノズルの吐出口は、各ロータの回転軸に重ならないように設けられる。各ノズルの吐出口を、平面視において各ロータの回転軸と重ならないように、すなわちダウンウォッシュの強風エリアとはならない各ロータの回転軸の下方を除いて設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて良好に散布することができる。
また好ましくは、各ノズルの吐出口は、ロータ支持部の下方を除いて設けられる。各ノズルの吐出口を、ダウンウォッシュの強風エリアとはならないロータ支持部の下方を除いて設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて良好に散布することができる。
さらに好ましくは、それぞれ各ロータを駆動する4×N個の駆動源をさらに含み、駆動源とロータとは同軸上に設けられ、各ノズルの吐出口は、駆動源の下方を除いて設けられる。各ノズルの吐出口を、ダウンウォッシュの強風エリアとはならない駆動源の下方を除いて設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて良好に散布することができる。
好ましくは、第1線の左右両側において平面視で、各ロータの回転軸を結んで形成される第2領域内に、各ノズルの吐出口は設けられる。第1領域内の第2領域内は、ダウンウォッシュのより強いエリアとなるので、各ノズルの吐出口を第2領域内に設けることによって、薬剤をより強いダウンウォッシュに乗せて散布することができ、薬剤の飛散を抑制して圃場の対象物に対する薬剤の付着量をさらに確保できる。
また好ましくは、4×N個のロータは、4つのシングルロータと、2組の同軸二重反転ロータとを含み、平面視において、4つのシングルロータおよび2組の同軸二重反転ロータは、それぞれの回転中心を結ぶと6角形が形成されるように配置され、平面視において、シングルロータは、第1線と第1線に直交するように左右方向に延びる第2線とによって区画される領域に1つずつ配置され、平面視において、2組の同軸二重反転ロータは、第2線上に配置される。2組の同軸二重反転ロータを含む8つ以上のロータを用いることによって、より強いダウンウォッシュを発生させ、その強いダウンウォッシュに乗せて薬剤を散布することができる。
さらに好ましくは、平面視において、各ノズルの吐出口は、第2線上に配置される。第2線上は、ダウンウォッシュのさらに強いエリアとなるので、各ノズルの吐出口が、第2線上に設けられることによって、薬剤をさらに強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
好ましくは、平面視において、各ノズルの吐出口は、各同軸二重反転ロータの回転軌跡内に配置される。各同軸二重反転ロータの回転軌跡内は、ダウンウォッシュの一層強いエリアとなるので、各ノズルの吐出口が、各同軸二重反転ロータの回転軌跡内に設けられることによって、薬剤を一層強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
また好ましくは、平面視において、同軸二重反転ロータの回転軸から第1線までの距離は、シングルロータの回転軸から中心点までの距離よりも長い。同軸二重反転ロータの回転軸から第1線までの距離をシングルロータの回転軸から中心点までの距離よりも長くすることによって、薬剤を散布できる幅を広くすることができる。
さらに好ましくは、4×N個のロータは、8つのシングルロータを含み、平面視において、8つのシングルロータは、それぞれの回転中心を結ぶと8角形が形成されるように配置され、平面視において、シングルロータは、第1線と第1線に直交するように左右方向に延びる第2線とによって区画される領域に2つずつ配置される。8つ以上のシングルロータを用いることによって、各ロータのロータ径を小さくできるとともに、各ロータに要求される推力を比較的小さくできる。
好ましくは、第1線の左右両側において、側面視で最前方のシングルロータと最後方のシングルロータとの回転軸間であって、かつ前後方向にみてシングルロータの回転軌跡が重なる第3領域が形成され、各ノズルの吐出口は、第1線の左右両側において平面視で第3領域内に設けられる。第1領域内の第3領域、その中でも第2領域と第3領域とが重複するエリアは、ダウンウォッシュのさらに強いエリアとなるので、各ノズルの吐出口を、第1領域内の第3領域、特に第2領域と第3領域とが重複するエリアに設けることによって、薬剤をさらに強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
また好ましくは、平面視において、各ノズルの吐出口は、第2線上以外に配置され、各ノズルの吐出口は、前進時と後進時とでその向きおよび/または位置を変更可能に設けられる。一般に、マルチコプタの進行方向に対して後側の領域の方が前側の領域よりもダウンウォッシュが強い。したがって、圃場の上空で前後方向の向きを変えずに前進時および後進時に薬剤を散布するマルチコプタにおいて、各ノズルの吐出口を第2線上以外に配置する場合、前進時と後進時とでノズルの吐出口の向きおよび/または位置を変更可能とすることによって、風や進行方向に対する前側の領域と後側の領域とのダウンウォッシュの違いに配慮して薬剤を吐出でき、強いダウンウォッシュに薬剤を乗せて前進時と後進時とで同様に散布することができる。
さらに好ましくは、それぞれ各ロータを駆動する4×N個の駆動源をさらに含み、4×N個のロータは、シングルロータを含み、シングルロータは、駆動源の下部近傍に設けられる。ノズルの吐出口とシングルロータとの垂直方向における距離が小さい方が、ノズルの吐出口から噴出された薬剤は、拡散する前にダウンウォッシュに乗りやすい。したがって、シングルロータを駆動源の下部近傍に設けると、ノズルの吐出口がシングルロータに近くなるようにノズルを配置し易く、ノズルの吐出口から噴出された薬剤を、拡散する前にダウンウォッシュに乗せ易くなる。また、ダウンウォッシュが強い同軸二重反転ロータを含む場合には、同軸二重反転ロータとの相乗効果で、圃場の対象物に対する薬剤の付着量を増やすことができる。
また、平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置される4組の同軸二重反転ロータと、それぞれ各同軸二重反転ロータを支持する8個のロータ支持部と、各ロータ支持部を支持する主支持部と、薬剤を吐出するための複数のノズルを含む散布装置とを備え、平面視において、4組の同軸二重反転ロータは、中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、かつそれぞれの回転中心を結ぶと4角形が形成されるように配置され、平面視において、同軸二重反転ロータは、第1線と第1線に直交するように左右方向に延びる第2線とによって区画される領域に1組ずつ配置され、各ノズルの吐出口は、側面視において4組の同軸二重反転ロータより下方に位置し、かつ平面視において各同軸二重反転ロータの回転軸を結んだ第4領域内に設けられる、マルチコプタが提供される。
この発明では、4組の同軸二重反転ロータを用いることによって、強いダウンウォッシュを発生させ、その強いダウンウォッシュに乗せて薬剤を散布することができる。また、第4領域は、ダウンウォッシュの強いエリアとなるので、各ノズルの吐出口を、第4領域内に設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
好ましくは、複数のノズルの吐出口は、第1線に対して線対称となるように配置される。この場合、圃場の対象物に対する薬剤の付着むらの発生をさらに抑制できる。
また好ましくは、平面視において、第4領域と各同軸二重反転ロータの回転軌跡とが重なる第5領域内に、各ノズルの吐出口は設けられる。第5領域は、ダウンウォッシュの一層強いエリアとなるので、各ノズルの吐出口を、第5領域内に設けることによって、薬剤を一層強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
好ましくは、ノズルの吐出口は、第2線に対して線対称になるように第2線の前後両側に、それぞれ2個以上配置され、複数のノズルは、当該マルチコプタの進行方向に対して後側のノズルから薬剤を吐出可能に設けられる。上述のように、マルチコプタの進行方向に対して後側の領域の方が前側の領域よりもダウンウォッシュが強い。したがって、圃場の上空で前後方向の向きを変えずに前進時および後進時に薬剤を散布するマルチコプタにおいて、計4個以上のノズルを配置する場合には、ノズルの吐出口を、第2線に対して線対称になるように第2線の前後両側に、それぞれ2個以上配置し、かつ、複数のノズルを、マルチコプタの進行方向に対して後側のノズルから薬剤を吐出可能に設けることができる。これによって、進行方向に対して後側のノズルから薬剤を吐出するように切り替えることができ、強いダウンウォッシュに薬剤を乗せて前進時と後進時とで同様に散布することができる。
この発明によれば、圃場の対象物に対する薬剤の付着むらの発生を抑制しかつ対象物に対する薬剤の付着量を確保できる。
この発明の一実施形態に係るマルチコプタを示す斜視図である。 図1の実施形態に係るマルチコプタを示し、(a)は平面図解図、(b)は正面図解図、(c)は側面図解図である。 図1の実施形態に係るマルチコプタのロータの回転方向、強風エリアおよびノズルの吐出口の位置等を示す図解図である。 図1の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方0cm(ロータ下面)の高さにおける流速分布を示す図解図である。 図1の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方10cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図1の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方30cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図1の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方50cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図1の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方70cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図1の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方90cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 この発明の他の実施形態に係るマルチコプタを示す斜視図である。 図10の実施形態に係るマルチコプタを示し、(a)は平面図解図、(b)は正面図解図、(c)は側面図解図である。 図10の実施形態に係るマルチコプタのロータの回転方向、強風エリアおよびノズルの吐出口の位置等を示す図解図である。 図10の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方0cm(ロータ下面)の高さにおける流速分布を示す図解図である。 図10の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方10cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図10の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方30cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図10の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方50cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図10の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方70cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図10の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方90cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 この発明のその他の実施形態に係るマルチコプタを示す斜視図である。 図19の実施形態に係るマルチコプタを示し、(a)は平面図解図、(b)は正面図解図、(c)は側面図解図である。 図19の実施形態に係るマルチコプタのロータの回転方向、強風エリアおよびノズルの吐出口の位置等を示す図解図である。 図19の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方0cm(ロータ下面)の高さにおける流速分布を示す図解図である。 図19の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方10cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図19の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方30cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図19の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方50cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図19の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方70cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。 図19の実施形態に係るマルチコプタのダウンウォッシュによるロータ下方90cmの高さにおける流速分布を示す図解図である。
以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。
図1および図2を参照して、この発明の一実施形態のマルチコプタ10は、主支持部12を含む。主支持部12は、円板状のハブ部14と、6つの円柱状のスポーク部16,18,20,22,24,26とを含む。スポーク部16〜26は、ハブ部14の側面において周方向に略等間隔(略60度間隔)をあけて設けられ、かつ放射状に延びるように形成される。
スポーク部16および18の先端部の下方にはそれぞれ、駆動源28および30が設けられ、スポーク部20の先端部の上方および下方にはそれぞれ、駆動源32aおよび32bが設けられ、スポーク部22および24の先端部の下方にはそれぞれ、駆動源34および36が設けられ、スポーク部26の先端部の上方および下方にはそれぞれ、駆動源38aおよび38bが設けられる。この実施形態では、駆動源28,30,32a,32b,34,36,38aおよび38bとしては、モータが用いられる。
駆動源28および30がそれぞれ、シングルロータユニット40および42を駆動し、駆動源32aおよび32bが、同軸二重反転ロータユニット44を駆動し、駆動源34および36がそれぞれ、シングルロータユニット46および48を駆動し、駆動源38aおよび38bが、同軸二重反転ロータユニット50を駆動する。
1個のロータを備えるシングルロータユニット40,42,46および48はそれぞれ、ロータ支持部40a,42a,46aおよび48aと、シングルロータ40b,42b,46bおよび48bとを含む。ロータ支持部40a,42a,46aおよび48aはそれぞれ、スポーク部16,18,22および24の先端部の下方において上下方向に延び、駆動源28,30,34および36によって回転駆動される。シングルロータ40b,42b,46bおよび48bはそれぞれ、ロータ支持部40a,42a,46aおよび48aの下端部に支持され、ロータ支持部40a,42a,46aおよび48aとともに回転する。ここで、シングルロータ40b,42b,46bおよび48bはそれぞれ、駆動源28,30,34および36の下部近傍において駆動源28,30,34および36と同軸上に設けられる。ロータ支持部40a,42a,46a,48a、および後述するロータ支持部44a,44b,50a,50bは、支持するロータの回転軸としても機能する。
2個のロータを備える同軸二重反転ロータユニット44は、1組のロータ支持部44aおよび44bと、1組の同軸二重反転ロータ44cおよび44dとを含む。ロータ支持部44aは、スポーク部20の先端部の上方において上下方向に延び、駆動源32aによって回転駆動される。同軸二重反転ロータ44cは、ロータ支持部44aの上端部に支持され、ロータ支持部44aとともに回転する。ロータ支持部44bは、スポーク部20の先端部の下方において上下方向に延び、駆動源32bによって回転駆動される。同軸二重反転ロータ44dは、ロータ支持部44bの下端部に支持され、ロータ支持部44bとともに回転する。同様に、2個のロータを備える同軸二重反転ロータユニット50は、1組のロータ支持部50aおよび50bと、1組の同軸二重反転ロータ50cおよび50dとを含む。ロータ支持部50aは、スポーク部26の先端部の上方において上下方向に延び、駆動源38aによって回転駆動される。同軸二重反転ロータ50cは、ロータ支持部50aの上端部に支持され、ロータ支持部50aとともに回転する。ロータ支持部50bは、スポーク部26の先端部の下方において上下方向に延び、駆動源38bによって回転駆動される。同軸二重反転ロータ50dは、ロータ支持部50bの下端部に支持され、ロータ支持部50bとともに回転する。ここで、駆動源32a,32b,38aおよび38bはそれぞれ、同軸二重反転ロータ44c,44d,50cおよび50dと同軸上に設けられる。
したがって、ロータ支持部40a,42a,44a,44b,46a,48a,50aおよび50bはそれぞれ、駆動源28,30,32a,32b,34,36,38aおよび38bを介して、主支持部12によって支持される。また、シングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50dはそれぞれ、駆動源28,30,34,36,32a,32b,38aおよび38bによって駆動される。シングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50dの形状および寸法は、同じである。
上述のように、マルチコプタ10は、4つのシングルロータ40b,42b,46bおよび48bと、2組の同軸二重反転ロータ44c,44dおよび50c,50dとを含み、所謂ヘキサコプタとして構成される。
図2および図3を参照して、平面視において、これらの8個のロータは、中心点P1を囲むように相互に間隔をおいて配置され、中心点P1を通って前後方向に延びる第1線L1に対して回転方向も含めて線対称に配置され、第1線L1の左右両側に、同数のロータが配置される。
具体的には、平面視において、4つのシングルロータ40b,42b,46bおよび48bと、2組の同軸二重反転ロータ44c,44dおよび50c,50dとは、それぞれの回転中心を結ぶと6角形が形成されるように配置される。中心点P1は、当該6角形の重心である。平面視において、シングルロータ40b,42b,46bおよび48bは、第1線L1と第1線L1に直交するように左右方向に延びる第2線L2とによって区画される4つの領域に1つずつ配置され、2組の同軸二重反転ロータ44c,44dおよび50c,50dは、第2線L2上に配置される。この実施形態では、平面視で、第2線L2は中心点P1を通る。より具体的には、平面視において、最前方のシングルロータ40bと42bのそれぞれの回転軸が、第2線L2より前方において第1線L1に対して線対称に配置され、最後方のシングルロータ46bと48bのそれぞれの回転軸が、第2線L2より後方において第1線L1に対して線対称に配置され、2組の同軸二重反転ロータ44c,44dおよび50c,50dのそれぞれの回転軸が、第2線L2上に配置される。図3において白抜き矢印で示すように、平面視において、シングルロータ40b,46bおよび同軸二重反転ロータ44d,50cは反時計廻りに回転され、シングルロータ42b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,50dは時計廻りに回転される。したがって、シングルロータ40b,42b,46b,48bについては、マルチコプタ10の中心点P1に対して対称位置にあるロータ同士が同じ回転方向となる。
また、マルチコプタ10は、圃場に薬剤を散布するための散布装置52、無線信号を送受信するためのアンテナ54、およびマルチコプタ10の動作を制御するための制御装置(図示せず)を備える。ここで言う薬剤とは、除草剤、肥料、水などの液状または粒状の圃場に散布するものを意味する。アンテナ54は、主支持部12の中央部から上方に延び、制御装置は、主支持部12内に収容される。散布装置52は、薬剤を収容するタンク56と、複数のアーム状の配管58,60と、薬剤を吐出するための複数のノズル62,64と、タンク56内の薬剤を各ノズル62,64に圧送するポンプ66とを含み、主支持部12の下方に設けられる。タンク56は、ハブ部14の中央部から下方に延びる支持部68によって支持される。配管58,60は、それぞれ略L字状に形成され、タンク56の側面から放射状かつ第2線L2に沿って互いに正反対方向に延びる。ノズル62,64はそれぞれ、配管58,60の先端部に設けられる。ポンプ66は、タンク56の側面に設けられる。図2に示すように、各ノズル62,64の吐出口62a,64aは、平面視において第2線L2上に位置し、側面視において上記8個のロータより下方に位置する。したがって、タンク56内に収容された薬剤は、配管58,60を介して、ノズル62,64の吐出口62a,64aから下方に向かって吐出される。
ここで、図4〜図9に、マルチコプタ10のダウンウォッシュによる流速分布の解析結果を示す。図4にはロータ下方0cm(ロータ下面)の高さ、図5にはロータ下方10cmの高さ、図6にはロータ下方30cmの高さ、図7にはロータ下方50cmの高さ、図8にはロータ下方70cmの高さ、図9にはロータ下方90cmの高さにおける下方向への風速分布を示す。ここでいうロータは、シングルロータ42bである。解析条件として、マルチコプタ10が前方かつ水平方向に飛行速度20km/hで飛行している状態を想定した。図4〜図9において、下方向への風速の大小を白黒の濃淡で示し、色が濃くなるほど風速が大きくなる、すなわちダウンウォッシュが強くなることを示す。後述する図13〜図18および図22〜図27においても同様である。
図1〜図3を参照して説明する。第1線L1の左側において平面視で、シングルロータ42b、同軸二重反転ロータ44c(44d)およびシングルロータ46bのそれぞれの先端の回転軌跡S1,S2,S3の円弧を円弧T1,T2,T3とする。回転軌跡S1とS2との共通の接線を接線U1とし、回転軌跡S2とS3との共通の接線を接線U2とする。最前方のシングルロータ42bの回転軸および最後方のシングルロータ46bの回転軸を通る直線を線U3とする。図4に示すように、円弧T1,T2,T3と接線U1,U2と線U3とによって形成される第1領域R1(図3の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。同様に、第1線L1の右側において平面視で、シングルロータ40b、同軸二重反転ロータ50c(50d)およびシングルロータ48bのそれぞれの先端の回転軌跡S4,S5,S6の円弧を円弧T4,T5,T6とする。回転軌跡S4とS5との共通の接線を接線U4とし、回転軌跡S5とS6との共通の接線を接線U5とする。最前方のシングルロータ40bの回転軸および最後方のシングルロータ48bの回転軸を通る直線を線U6とする。円弧T4,T5,T6と接線U4,U5と線U6とによって形成される第1領域R2(図3の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、第1領域R1,R2内に設けられることが好ましい。
また、図4〜図6に示すように、第1線L1の左側において平面視で、シングルロータ42b、同軸二重反転ロータ44c(44d)およびシングルロータ46bのそれぞれの回転軸を結んで形成される第2領域R3(図3の斜線部)が、ダウンウォッシュのより強い強風エリアとなる。同様に、第1線L1の右側において平面視で、シングルロータ40b、同軸二重反転ロータ50c(50d)およびシングルロータ48bのそれぞれの回転軸を結んで形成される第2領域R4(図3の斜線部)が、ダウンウォッシュのより強い強風エリアとなる。また、図4〜図9をみると、図4において第2領域R3,R4に位置するダウンウォッシュは、下方に進むにつれてマルチコプタ10の後方に移動しながら周囲が強風で囲まれたエリアを形成し、さらに下方に進むにつれて強風で囲まれたエリアが小さくなっていくことから、第2領域R3,R4から薬剤を吐出した場合、平面視でマルチコプタ10の外方に薬剤が飛散するのを抑制し、マルチコプタ10の飛行経路の下方に確実に薬剤を散布できることがわかる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、第2領域R3,R4内に設けられることがより好ましい。
さらに、図4に示すように、第1線L1の左側において平面視で、同軸二重反転ロータ44c(44d)の回転軌跡S2(図3参照)内が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。同様に、第1線L1の右側において平面視で、同軸二重反転ロータ50c(50d)の回転軌跡S5(図3参照)内が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、回転軌跡S2,S5内に設けられることが好ましい。
また、図4,図6および図7に示すように、平面視で同軸二重反転ロータ44c(44d)の回転軸および同軸二重反転ロータ50c(50d)の回転軸を通る直線上が、ダウンウォッシュのさらに強い強風エリアとなる。言い換えれば、平面視で第2線L2上が、ダウンウォッシュのさらに強い強風エリアとなる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、第2線L2上(特に、第1領域R1,R2内における)に設けられることが好ましい。
図4および図5に示すように、平面視でシングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50dの回転軸の位置、すなわち、ロータ支持部40a,42a,46a,48a,44a,44b,50a,50bの下方は、ダウンウォッシュの強風エリアではない。また、駆動源28,30,34,36,32a,32b,38a,38bの下方は、ダウンウォッシュの強風エリアではない。したがって、ノズル62,64の吐出口62a,64aは、平面視においてシングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50dの回転軸の位置に重ならないように、すなわち、ロータ支持部40a,42a,46a,48a,44a,44b,50a,50bの下方を除いて、設けられることが好ましい。また、ノズル62,64の吐出口62a,64aは、駆動源28,30,34,36,32a,32b,38a,38bの下方を除いて、設けられることが好ましい。
また、ノズル62,64の吐出口62a,64aは、第1線L1に対して線対称となるように配置されることが好ましい。
図3を参照して、最も好ましくは、平面視で、ノズル62の吐出口62aは、回転軌跡S2内であって同軸二重反転ロータ44c(44d)の回転軸より中心点P1側かつ第2線L2上に位置する領域R5内に設けられる。領域R5は、第1領域R1,第2領域R3のいずれにも含まれる。平面視で、ノズル64の吐出口64aは、回転軌跡S5内であって同軸二重反転ロータ50c(50d)の回転軸より中心点P1側かつ第2線L2上に位置する領域R6内に設けられる。領域R6は、第1領域R2,第2領域R4のいずれにも含まれる。この実施形態では、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、領域R5,R6内の位置R5a,R6aに設けられる。
マルチコプタ10によれば、8個のロータ(シングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50d)が、平面視において中心点P1を囲むように相互に間隔をおいて配置され、かつ前後方向に延びる第1線L1に対して回転方向も含めて線対称に配置され、さらに、第1線L1の左右両側に、同数のロータ(左側に、シングルロータ42b,46bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d、右側に、シングルロータ40b,48bおよび同軸二重反転ロータ50c,50d)が配置される。これによって、マルチコプタ10の第1線L1の左右両側でロータ(シングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50d)が発生するダウンウォッシュを同様にでき、圃場の対象物に対する薬剤の付着むらの発生を抑制できる。また、2つの第1領域R1,R2内が、ダウンウォッシュの強風エリアとなり、さらに、8個という多くのロータ(シングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50d)を用いることによって、ダウンウォッシュ自体を強くできる。したがって、シングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50dより下方に位置する各ノズル62,64の吐出口62a,64aを、第1領域R1,R2内に設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて強い圧力で散布することができ、薬剤の飛散を抑制して圃場の対象物に対する薬剤の付着量を確保できる。
各ノズル62,64の吐出口62a,64aを、平面視において各ロータ(シングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50d)の回転軸と重ならないように、すなわちダウンウォッシュの強風エリアとはならない各ロータ(シングルロータ40b,42b,46b,48bおよび同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50d)の回転軸の下方を除いて設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて良好に散布することができる。
各ノズル62,64の吐出口62a,64aを、ダウンウォッシュの強風エリアとはならないロータ支持部40a,42a,46a,48a,44a,44b,50a,50bの下方を除いて設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて良好に散布することができる。
各ノズル62,64の吐出口62a,64aを、ダウンウォッシュの強風エリアとはならない駆動源28,30,34,36,32a,32b,38a,38bの下方を除いて設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて良好に散布することができる。
第1領域R1,R2内の第2領域R3,R4内は、ダウンウォッシュのより強いエリアとなるので、各ノズル62,64の吐出口62a,64aを第2領域R3,R4内に設けることによって、薬剤をより強いダウンウォッシュに乗せて散布することができ、薬剤の飛散を抑制して圃場の対象物に対する薬剤の付着量をさらに確保できる。
ノズル62,64の吐出口62a,64aとシングルロータ40b,42b,46b,48bとの垂直方向における距離が小さい方が、ノズル62,64から噴出された薬剤は、拡散する前にダウンウォッシュに乗りやすい。したがって、シングルロータ40b,42b,46b,48bを駆動源28,30,34,36の下部近傍に設けると、ノズル62,64の吐出口62a,64aがシングルロータ40b,42b,46b,48bに近くなるようにノズル62,64を配置し易く、ノズル62,64から噴出された薬剤を、拡散する前にダウンウォッシュに乗せ易くなる。また、ダウンウォッシュが強い同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50dとの相乗効果で、圃場の対象物に対する薬剤の付着量を増やすことができる。
上述の様々な効果は、後述するマルチコプタ10aにおいても奏することができる。
2組の同軸二重反転ロータ44c,44dおよび50c,50dを含む8つのロータを用いることによって、より強いダウンウォッシュを発生させ、その強いダウンウォッシュに乗せて薬剤を散布することができる。
第2線L2上は、ダウンウォッシュのさらに強いエリアとなるので、各ノズル62,64の吐出口62a,64aが、第2線L2上に設けられることによって、薬剤をさらに強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
同軸二重反転ロータ44c(44d)の回転軌跡S2内および同軸二重反転ロータ50c(50d)の回転軌跡S5内は、ダウンウォッシュの一層強いエリアとなるので、各ノズル62,64の吐出口62a,64aが回転軌跡S2,S5内に設けられることによって、薬剤を一層強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
ノズル62,64の吐出口62a,64aを、第1線L1に対して線対称となるように配置することによって、圃場の対象物に対する薬剤の付着むらの発生をさらに抑制できる。この効果は、後述するマルチコプタ10a,10bにおいても奏することができる。
図10および図11を参照して、この発明の他の実施形態のマルチコプタ10aは、主支持部100を含む。主支持部100は、円板状のハブ部102と、8つの円柱状のスポーク部104,106,108,110,112,114,116,118とを含む。スポーク部104〜118は、ハブ部102の側面において周方向に略等間隔(略45度間隔)をあけて設けられ、かつ放射状に延びるように形成される。
スポーク部104〜118の先端部の下方にはそれぞれ、駆動源120〜134が設けられる。この実施形態では、駆動源120,122,124,126,128,130,132,134としては、モータが用いられる。
駆動源120〜134がそれぞれ、シングルロータユニット136〜150を駆動する。
1個のロータを備えるシングルロータユニット136,138,140,142,144,146,148,150はそれぞれ、ロータ支持部136a,138a,140a,142a,144a,146a,148a,150aと、シングルロータ136b,138b,140b,142b,144b,146b,148b,150bとを含む。ロータ支持部136a〜150aはそれぞれ、スポーク部104〜118の先端部の下方において上下方向に延び、駆動源120〜134によって回転駆動される。シングルロータ136b〜150bはそれぞれ、ロータ支持部136a〜150aの下端部に支持され、ロータ支持部136a〜150aとともに回転する。ここで、シングルロータ136b〜150bはそれぞれ、駆動源120〜134の下部近傍において駆動源120〜134と同軸上に設けられる。ロータ支持部136a〜150aは、支持するロータの回転軸としても機能する。
このように、ロータ支持部136a〜150aはそれぞれ、駆動源120〜134を介して、主支持部100によって支持される。また、シングルロータ136b〜150bはそれぞれ、駆動源120〜134によって駆動される。シングルロータ136b〜150bの形状および寸法は、同じである。
上述のように、マルチコプタ10は、8個のシングルロータ136b〜150bを含み、所謂オクトコプタとして構成される。
図11および図12を参照して、平面視において、8個のシングルロータ136b〜150bは、中心点P2を囲むように相互に間隔をおいて配置され、中心点P2を通って前後方向に延びる第1線L3に対して回転方向も含めて線対称に配置され、第1線L3の左右両側に、同数のロータが配置される。
具体的には、平面視において、8つのシングルロータ136b〜150bは、それぞれの回転中心を結ぶと8角形が形成されるように配置される。中心点P2は、当該8角形の重心である。平面視において、シングルロータ136b〜150bは、第1線L3と第1線L3に直交するように左右方向に延びる第2線L4とによって区画される4つの領域に2つずつ配置される。すなわち、シングルロータ136bと138bが同じ領域に配置され、同様に、シングロータ140bと142b、シングルロータ144bと146b、シングルロータ148bと150bが、それぞれ、同じ領域に配置される。平面視において、最前方のシングルロータ134bと136bのそれぞれの回転軸が、第2線L4より前方において第1線L3に対して線対称に配置され、最後方のシングルロータ142bと144bのそれぞれの回転軸が、第2線L4より後方において第1線L3に対して線対称に配置される。また、平面視において、第2線L4は、シングルロータ138bおよび140bのそれぞれの回転軸を結ぶ線分の中点と、シングルロータ146bおよび148bのそれぞれの回転軸を結ぶ線分の中点と、中心点P2とを通る。図12において白抜き矢印で示すように、平面視において、シングルロータ136b,140b,144bおよび148bは時計廻りに回転され、シングルロータ138b,142b,146bおよび150bは反時計廻りに回転される。したがって、シングルロータ136b〜150bについて、マルチコプタ10aの中心点P2に対して対称位置にあるロータ同士が同じ回転方向となる。
また、マルチコプタ10aは、圃場に薬剤を散布するための散布装置52、無線信号を送受信するためのアンテナ54、およびマルチコプタ10aの動作を制御するための制御装置(図示せず)を備える。これらについては、マルチコプタ10に含まれるものと同様であるので、その重複する説明は省略する。図11に示すように、散布装置52に含まれる各ノズル62,64の吐出口62a,64aは、平面視において第2線L4上に位置し、側面視においてシングルロータ136b〜150bより下方に位置する。
ここで、図13〜図18に、マルチコプタ10aのダウンウォッシュによる流速分布の解析結果を示す。図13にはロータ下方0cm(ロータ下面)の高さ、図14にはロータ下方10cmの高さ、図15にはロータ下方30cmの高さ、図16にはロータ下方50cmの高さ、図17にはロータ下方70cmの高さ、図18にはロータ下方90cmの高さにおける下方向へ風速分布を示す。ここでいうロータは、シングルロータ136bである。解析条件として、マルチコプタ10aが前方かつ水平方向に飛行速度20km/hで飛行している状態を想定した。
図10〜図12を参照して説明する。第1線L3の左側において平面視で、シングルロータ136b,138b,140b,142bのそれぞれの先端の回転軌跡S7,S8,S9,S10の円弧を円弧T7,T8,T9,T10とする。回転軌跡S7とS8との共通の接線を接線U7とし、回転軌跡S8とS9との共通の接線を接線U8とし、回転軌跡S9とS10との共通の接線を接線U9とする。最前方のシングルロータ136bの回転軸および最後方のシングルロータ142bの回転軸を通る直線を線U10とする。図13に示すように、円弧T7,T8,T9,T10と接線U7,U8,U9と線U10とによって形成される第1領域R7(図12の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。同様に、第1線L3の右側において平面視で、シングルロータ144b,146b,148b,150bのそれぞれの先端の回転軌跡S11,S12,S13,S14の円弧を円弧T11,T12,T13,T14とする。回転軌跡S11とS12との共通の接線を接線U11とし、回転軌跡S12とS13との共通の接線を接線U12とし、回転軌跡S13とS14との共通の接線を接線U13とする。最前方のシングルロータ150bの回転軸および最後方のシングルロータ144bの回転軸を通る直線を線U14とする。円弧T11,T12,T13,T14と接線U11,U12,U13と線U14とによって形成される第1領域R8(図12の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、第1領域R7,R8に設けられることが好ましい。
また、図13に示すように、第1線L3の左側において平面視で、シングルロータ136b,138b,140b,142bのそれぞれの回転軸を結んで形成される第2領域R9(図12の斜線部)が、ダウンウォッシュのより強い強風エリアとなる。同様に、第1線L3の右側において平面視で、シングルロータ144b,146b,148b,150bのそれぞれの回転軸を結んで形成される第2領域R10(図12の斜線部)が、ダウンウォッシュのより強い強風エリアとなる。また、図13〜図18をみると、図13において第2領域R9,R10に位置するダウンウォッシュは、下方に進むにつれてマルチコプタ10aの後方に移動しながら周囲が強風で囲まれたエリアを形成し、さらに下方に進むにつれて強風で囲まれたエリアが小さくなっていくことから、第2領域R9,R10から薬剤を吐出した場合、平面視でマルチコプタ10aの外方に薬剤が飛散するのを抑制し、マルチコプタ10aの飛行経路の下方に確実に薬剤を散布できることがわかる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、第2領域R9,R10内に設けられることがより好ましい。
さらに、図13〜図18に示すように、第1線L3の左側において、側面視で最前方のシングルロータ136bと最後方のシングルロータ142bとの回転軸間であって、かつ前後方向にみてシングルロータ136b,138b,140b,142bの回転軌跡S7,S8,S9,S10が重なる第3領域R11(図12の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。同様に、第1線L3の右側において、側面視で最前方のシングルロータ150bと最後方のシングルロータ144bとの回転軸間であって、かつ前後方向にみてシングルロータ144b,146b,148b,150bの回転軌跡S11,S12,S13,S14が重なる第3領域R12(図12の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、第3領域R11,R12内に設けられることが好ましい。
図13および図14に示すように、平面視でシングルロータ136b〜150bの回転軸の位置、すなわち、ロータ支持部136a〜150aの下方は、ダウンウォッシュの強風エリアではない。また、駆動源120〜134の下方は、ダウンウォッシュの強風エリアではない。したがって、ノズル62,64の吐出口62a,64aは、平面視においてシングルロータ136b〜150bの回転軸の位置に重ならないように、すなわち、ロータ支持部136a〜150aの下方を除いて、設けられることが好ましい。また、ノズル62,64の吐出口62a,64aは、駆動源120〜134の下方を除いて、設けられることが好ましい。
また、ノズル62,64の吐出口62a,64aは、第1線L3に対して線対称となるように配置されることが好ましい。
図12を参照して、この実施形態では、ノズル62の吐出口62aは、第2線L4上かつ第3領域R11内の位置R13に設けられ、ノズル64の吐出口64aは、第2線L4上かつ第3領域R12内の位置R14に設けられる。位置R13は、第1領域R7,第2領域R9,第3領域R11のいずれにも含まれ、位置R14は、第1領域R8,第2領域R10,第3領域R12のいずれにも含まれる。
マルチコプタ10aによれば、8つのシングルロータ136b〜150bを用いることによって、各ロータのロータ径を小さくできるとともに、各ロータに要求される推力を比較的小さくできる。なお、ロータ径とは、ロータ先端の回転軌跡Sである円の直径を意味する。
第1領域R7,R8内の第3領域R11,R12、その中でも第2領域R9,R10と第3領域R11,R12とが重複するエリアは、ダウンウォッシュのさらに強いエリアとなるので、各ノズル62,64の吐出口62a,64aを、第1領域R7,R8内の第3領域R11,R12、特に第2領域R9,R10と第3領域R11,R12とが重複するエリアに設けることによって、薬剤をさらに強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
さらに、図19および図20を参照して、この発明のその他の実施形態のマルチコプタ10bは、主支持部200を含む。主支持部200は、円板状のハブ部202と、4つの円柱状のスポーク部204,206,208,210とを含む。スポーク部204〜210は、ハブ部202の側面において周方向に略等間隔(略90度間隔)をあけて設けられ、かつ放射状に延びるように形成される。
スポーク部204の先端部の上方および下方にはそれぞれ、駆動源212aおよび212bが設けられ、スポーク部206の先端部の上方および下方にはそれぞれ、駆動源214aおよび214bが設けられ、スポーク部208の先端部の上方および下方にはそれぞれ、駆動源216aおよび216bが設けられ、スポーク部210の先端部の上方および下方にはそれぞれ、駆動源218aおよび218bが設けられる。この実施形態では、駆動源212a,212b,214a,214b,216a,216b,218a,218bとしては、モータが用いられる。
駆動源212aおよび212bが、同軸二重反転ロータユニット220を駆動し、駆動源214aおよび214bが、同軸二重反転ロータユニット222を駆動し、駆動源216aおよび216bが、同軸二重反転ロータユニット224を駆動し、駆動源218aおよび218bが、同軸二重反転ロータユニット226を駆動する。
2個のロータを備える同軸二重反転ロータユニット220は、1組のロータ支持部220aおよび220bと、1組の同軸二重反転ロータ220cおよび220dとを含む。ロータ支持部220aは、スポーク部204の先端部の上方において上下方向に延び、駆動源212aによって回転駆動される。同軸二重反転ロータ220cは、ロータ支持部220aの上端部に支持され、ロータ支持部220aとともに回転する。ロータ支持部220bは、スポーク部204の先端部の下方において上下方向に延び、駆動源212bによって回転駆動される。同軸二重反転ロータ220dは、ロータ支持部220bの下端部に支持され、ロータ支持部220bとともに回転する。
同様に、2個のロータを備える同軸二重反転ロータユニット222は、1組のロータ支持部222aおよび222bと、1組の同軸二重反転ロータ222cおよび222dとを含む。2個のロータを備える同軸二重反転ロータユニット224は、1組のロータ支持部224aおよび224bと、1組の同軸二重反転ロータ224cおよび224dとを含む。2個のロータを備える同軸二重反転ロータユニット226は、1組のロータ支持部226aおよび226bと、1組の同軸二重反転ロータ226cおよび226dとを含む。同軸二重反転ロータユニット222,224,226は、同軸二重反転ロータユニット220と同様に構成されるので、その重複する説明は省略する。ここで、駆動源212a,212b,214a,214b,216a,216b,218a,218bはそれぞれ、同軸二重反転ロータ220c,220d,222c,222d,224c,224d,226c,226dと同軸上に設けられる。ロータ支持部220a,220b,222a,222b,224a,224b,226a,226bは、支持するロータの回転軸としても機能する。
したがって、ロータ支持部220a,220b,222a,222b,224a,224b,226a,226bはそれぞれ、駆動源212a,212b,214a,214b,216a,216b,218a,218bを介して、主支持部200によって支持される。また、同軸二重反転ロータ220c,220d,222c,222d,224c,224d,226c,226dはそれぞれ、駆動源212a,212b,214a,214b,216a,216b,218a,218bによって駆動される。同軸二重反転ロータ220c,220d,222c,222d,224c,224d,226c,226dの形状および寸法は、同じである。
上述のように、マルチコプタ10bは、4組の同軸二重反転ロータ220c,220d、222c,222d、224c,224dおよび226c,226d(計8個のロータ)を含み、所謂クアッドコプタとして構成される。
図20および図21を参照して、平面視において、4組の同軸二重反転ロータ220c,220d、222c,222d、224c,224dおよび226c,226dは、中心点P3を囲むように相互に間隔をおいて配置され、中心点P3を通って前後方向に延びる第1線L5に対して回転方向も含めて線対称に配置される。
具体的には、平面視において、4組の同軸二重反転ロータ220c,220d、222c,222d、224c,224dおよび226c,226dは、それぞれの回転中心を結ぶと4角形が形成されるように配置される。中心点P3は、当該4角形の重心である。平面視において、4組の同軸二重反転ロータ220c,220d、222c,222d、224c,224dおよび226c,226dは、第1線L5と第1線L5に直交するように左右方向に延びる第2線L6とによって区画される4つの領域に1組ずつ配置される。平面視において、同軸二重反転ロータ220c,220dの回転軸と同軸二重反転ロータ226c,226dの回転軸とは、第2線L6より前方において第1線L5に対して線対称に配置され、同軸二重反転ロータ222c,222dの回転軸と同軸二重反転ロータ224c,224dの回転軸とは、第2線L6より後方において第1線L5に対して線対称に配置される。また、平面視において、第2線L6は、同軸二重反転ロータ220c(220d)および222c(222d)のそれぞれの回転軸を結ぶ線分の中点と、同軸二重反転ロータ224c(224d)および226c(226d)のそれぞれの回転軸を結ぶ線分の中点と、中心点P3とを通る。図21において白抜き矢印で示すように、平面視において、同軸二重反転ロータ220c,222d,224c,226dは時計廻りに回転され、同軸二重反転ロータ220d,222c,224d,226cは反時計廻りに回転される。したがって、同軸二重反転ロータ220c,220d,222c,222d,224c,224d,226c,226dについて、マルチコプタ10bの中心点P3に対して対称位置にあるロータ同士が同じ回転方向となる。
また、マルチコプタ10bは、圃場に薬剤を散布するための散布装置52、無線信号を送受信するためのアンテナ54、およびマルチコプタ10bの動作を制御するための制御装置(図示せず)を備える。これらについては、マルチコプタ10に含まれるものと同様であるので、その重複する説明は省略する。図20に示すように、散布装置52に含まれる各ノズル62,64の吐出口62a,64aは、平面視において第2線L6上に位置し、側面視において同軸二重反転ロータ220c,220d、222c,222d、224c,224dおよび226c,226dより下方に位置する。
ここで、図22〜図27に、マルチコプタ10bのダウンウォッシュによる流速分布の解析結果を示す。図22にはロータ下方0cm(ロータ下面)の高さ、図23にはロータ下方10cmの高さ、図24にはロータ下方30cmの高さ、図25にはロータ下方50cmの高さ、図26にはロータ下方70cmの高さ、図27にはロータ下方90cmの高さにおける下方向への風速分布を示す。ここでいうロータは、同軸二重反転ロータ220dである。解析条件として、マルチコプタ10bが前方かつ水平方向に飛行速度20km/hで飛行している状態を想定した。
図19〜図21を参照して説明する。平面視で、同軸二重反転ロータ220c(220d),222c(222d),224c(224d),226c(226d)のそれぞれの先端の回転軌跡S15,S16,S17,S18の円弧を円弧T15,T16,T17,T18とする。第1線L5からより遠方に位置する回転軌跡S15とS16との共通の接線を接線U15とする。第2線L6からより遠方に位置する回転軌跡S16とS17との共通の接線を接線U16とする。第1線L5からより遠方に位置する回転軌跡S17とS18との共通の接線を接線U17とする。第2線L6からより遠方に位置する回転軌跡S18とS15との共通の接線を接線U18する。図21に示すように、円弧T15,T16,T17,T18と接線U15,U16,U17,U18とによって形成される領域R15(図21の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。図22および図23に示すように、平面視において、領域R15(図21の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aは、領域R15内に設けられることが好ましい。
また、図22〜図27に示すように、平面視において、各同軸二重反転ロータ220c(220d)、222c(222d)、224c(224d)および226c(226d)の回転軸を結んだ第4領域R16(図21の斜線部)が、ダウンウォッシュの強い強風エリアとなる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aは、第4領域R16内に設けられることが好ましい。
さらに、図22および図23に示すように、平面視において、第4領域R16と各同軸二重反転ロータ220c(220d)、222c(222d)、224c(224d)および226c(226d)の回転軌跡S15,S16,S17およびS18とが重なる第5領域R17,R18,R19およびR20(図21の斜線部)が、ダウンウォッシュのより強い強風エリアとなる。また、図22〜図27をみると、図22において第5領域R17〜R20に位置するダウンウォッシュは、下方に進むにつれて後方に移動しながら強風を維持することから、第5領域R17〜R20から薬剤を吐出した場合、マルチコプタ10bの飛行経路の下方に確実に薬剤を散布できることがわかる。したがって、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、第5領域R17,R20内に設けられるか、第5領域R18,R19内に設けられることがより好ましい。
ノズル62,64の吐出口62a,64aは、第1線L5に対して線対称となるように配置されることが好ましい。
図21を参照して、この実施形態では、平面視で、ノズル62,64の吐出口62a,64aはそれぞれ、第4領域R16内において第1線L5に対して線対称となるように、位置R21,R22に設けられる。
このようなマルチコプタ10bによれば、4組の同軸二重反転ロータ220c,220d、222c,222d、224c,224dおよび226c,226dを用いることによって、強いダウンウォッシュを発生させ、その強いダウンウォッシュに乗せて薬剤を散布することができる。また、第4領域R16は、ダウンウォッシュの強いエリアとなるので、各ノズル62,64の吐出口62a,64aを、第4領域R16内に設けることによって、薬剤を強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
第5領域R17〜R20は、ダウンウォッシュの一層強いエリアとなるので、各ノズル62,64の吐出口62a,64aを、第5領域R17〜R20内に設けることによって、薬剤を一層強いダウンウォッシュに乗せて散布することができる。
マルチコプタ10bのようにロータが4組の同軸二重反転ロータ220c,220d、222c,222d、224c,224dおよび226c,226dのみからなる場合、各同軸二重反転ロータが発生するダウンウォッシュは他の同軸二重反転ロータが発生するダウンウォッシュの影響をあまり受けない。そのため、各ノズル62,64の吐出口62a,64aが、同軸二重反転ロータ220d,222d,224dおよび226dのいずれかの回転軸の直下に配置されると、各ノズル62,64の吐出口62a,64aから吐出された薬剤は、それぞれの真上に位置する1組の同軸二重反転ロータが発生する強いダウンウォッシュの中心から散布されることによって、薬剤の飛散を抑制して圃場の対象物に対する薬剤の付着量をより確保できる。
なお、マルチコプタ10,10aにおいて、各ノズルの吐出口は、平面視において第2線上以外に配置され、各ノズルの吐出口は、前進時と後進時とでその向きおよび/または位置を変更可能に設けられてもよい。
一般に、マルチコプタの進行方向に対して後側の領域の方が前側の領域よりもダウンウォッシュが強い。したがって、圃場の上空で前後方向の向きを変えずに前進時および後進時に薬剤を散布するようにマルチコプタ10,10aを構成し、各ノズルの吐出口を第2線上以外に配置する場合、前進時と後進時とでノズルの吐出口の向きおよび/または位置を変更可能とすることによって、風や進行方向に対して前側の領域と後側の領域とのダウンウォッシュの違いに配慮して薬剤を吐出でき、強いダウンウォッシュに薬剤を乗せて前進時と後進時とで同様に散布することができる。ノズルの吐出口が2つの第1領域内または2つの第2領域内にそれぞれ1個設けられる場合に特に効果的である。
図1に示すマルチコプタ10では、2つのノズル62,64が用いられたが、これに限定されず、4つのノズルが用いられてもよい。この場合、図3を参照して、平面視で、2つのノズルの吐出口は、第2領域R3に設けられ、他の2つのノズルの吐出口は、第2領域R4内に設けられることが好ましい。さらに好ましくは、2つのノズルの吐出口はそれぞれ、第2領域R3内であって、第2線L2の前後両側に配置される。また、他の2つのノズルの吐出口はそれぞれ、第2領域R4内であって、第2線L2の前後両側に配置される。
図10に示すマルチコプタ10aでは、2つのノズル62,64が用いられたが、これに限定されず、4つのノズルが用いられてもよい。この場合、図12を参照して、平面視で、2つのノズルの吐出口は、第1領域R7に設けられ、他の2つのノズルの吐出口は、第1領域R8内に設けられることが好ましい。さらに好ましくは、2つのノズルの吐出口はそれぞれ、回転軌跡S8内であってシングルロータ138bの回転軸より第1線L3側の領域R13a内、および回転軌跡S9内であってシングルロータ140bの回転軸より第1線L3側の領域R13b内に設けられる。領域R13a,R13bは、第1領域R7,第2領域R9,第3領域R11のいずれにも含まれる。また、他の2つのノズルの吐出口はそれぞれ、回転軌跡S13内であってシングルロータ148bの回転軸より第1線L3側の領域R14a内、および回転軌跡S12内であってシングルロータ146bの回転軸より第1線L3側の領域R14b内に設けられる。領域R14a,R14bは、第1領域R8,第2領域R10,第3領域R12のいずれにも含まれる。
マルチコプタ10,10aでは、前後方向に延びる第1線に対して線対称となるように、第1線の左右両側のダウンウォッシュの強いエリアに、同数のノズルの吐出口が配置されることが好ましい。
図19に示すマルチコプタ10bでは、2つのノズル62,64が用いられたが、これに限定されず、4つのノズルが用いられてもよい。この場合、図21を参照して、平面視で、4つのノズルの吐出口はそれぞれ、第5領域R17〜R20内に設けられることが好ましい。また、平面視で、4つのノズルの吐出口はそれぞれ、同軸二重反転ロータ220c(220d)の回転軸の直下の位置R23、同軸二重反転ロータ222c(222d)の回転軸の直下の位置R24、同軸二重反転ロータ224c(224d)の回転軸の直下の位置R25、および同軸二重反転ロータ226c(226d)の回転軸の直下の位置R26に設けられてもよい。
マルチコプタ10bでは、前後方向に延びる第1線L5に対して線対称となるように、第5領域R17〜R20に、同数のノズルの吐出口が配置されることが好ましい。
また、マルチコプタ10,10a,10bにおいて、ノズルの吐出口は、第2線に対して線対称になるように第2線の前後両側に、それぞれ2個以上配置され、複数のノズルは、マルチコプタ10,10a,10bの進行方向に対して後側のノズルから薬剤を吐出可能に設けられてもよい。
上述のように、マルチコプタの進行方向に対して後側の領域の方が前側の領域よりもダウンウォッシュが強い。したがって、圃場の上空で前後方向の向きを変えずに前進時および後進時に薬剤を散布するようにマルチコプタ10,10a,10bを構成し、計4個以上のノズルを配置する場合には、ノズルの吐出口を、第2線に対して線対称になるように第2線の前後両側に、それぞれ2個以上配置し、かつ、複数のノズルを、マルチコプタ10,10a,10bの進行方向に対して後側のノズルから薬剤を吐出可能に設けることができる。これによって、進行方向に対して後側のノズルから薬剤を吐出するように切り替えることができ、強いダウンウォッシュに薬剤を乗せて前進時と後進時とで同様に散布することができる。
マルチコプタ10,10a,10bのそれぞれにおいて、その中心点P1,P2,P3に同軸二重反転ロータがさらに設けられてもよい。
マルチコプタ10,10aに含まれるロータユニットを、全て同軸二重反転ロータユニットとしてもよい。すなわち、マルチコプタ10に含まれるロータを、6組の同軸二重反転ロータとしてもよい。また、マルチコプタ10aに含まれるロータを、8組の同軸二重反転ロータとしてもよい。
マルチコプタ10aにおいて、ノズルの吐出口近傍のロータを、4組の同軸二重反転ロータとしてもよい。たとえば、図12を参照して、2つのノズル62,64の吐出口62a.64aがそれぞれ位置R13,R14に設けられたときや、4つのノズルの吐出口がそれぞれ、領域R13a,R13b,R14a,R14bに設けられたときには、第2線L4近傍のロータを4組の同軸二重反転ロータとする。また、4つのノズルの吐出口が、第3領域R11,R12のそれぞれの両端部に設けられたときには、第1線L3近傍のロータを4組の同軸二重反転ロータとする。この場合、薬剤をより強いダウンウォッシュに乗せて良好に散布することができる。
マルチコプタ10,10aのそれぞれにおいて、含まれるすべてのロータの寸法を同じにしたが、これに限定されず、ノズルの吐出口近傍のロータのロータ径を、他のロータのロータ径より大きくしてもよい。この場合、薬剤をより強いダウンウォッシュに乗せて良好に散布することができる。
マルチコプタ10において、第2線L2上の2組の同軸二重反転ロータ44c,44dおよび50c,50dをいずれも、中心点P1より前方または後方に配置してもよい。
マルチコプタ10において、平面視で、同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50dのそれぞれの回転軸(ロータ支持部44a,44b,50a,50b)から第1線L1までの距離を、シングルロータ40b,42b,46b,48bのそれぞれの回転軸(ロータ支持部40a,42a,46a,48a)から中心点P1までの距離よりも長くしてもよい。この場合、薬剤を散布できる幅を広くすることができる。
また、マルチコプタ10において、平面視で、同軸二重反転ロータ44c,44d,50c,50dのそれぞれの回転軸から第1線L1までの距離を、シングルロータ40b,42b,46b,48bのそれぞれの回転軸から中心点P1までの距離よりも短くしてもよい。
この発明は、前後方向の向きを変えずに前進および後進するマルチコプタだけではなく、機体の向きを変えて往復飛行するマルチコプタにも適用できる。
上述の実施形態では、ロータ支持部はロータの回転軸としても機能したが、これに限定されない。ロータ支持部とロータの回転軸とを別部材として構成してもよい。
上述の実施形態では、シングルロータユニットおよびそれを駆動する駆動源は、主支持部のスポーク部の先端部の下方に設けられたが、これに限定されず、主支持部のスポーク部の先端部の上方に設けられてもよい。
上述の実施形態において、平面視で、第2線は必ずしも中心点を通らなくてもよい。
この発明は、平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置される4×N(Nは2以上の整数)個のロータを備え、平面視において、4×N個のロータは、中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、第1線の左右両側に同数のロータが配置される、任意のマルチコプタに適用できる。
10,10a,10b マルチコプタ
12,100,200 主支持部
28,30,32a,32b,34,36,38a,38b,120,122,124,126,128,130,132,134,212a,212b,214a,214b,216a,216b,218a,218b 駆動源
40b,42b,46b,48b,136b,138b,140b,142b,144b,146b,148b,150b シングルロータ
44c,44d,50c,50d,220c,220d,222c,222d,224c,224d,226c,226d 同軸二重反転ロータ
40a,42a,44a,44b,46a,48a,50a,50b,136a,138a,140a,142a,144a,146a,148a,150a,220a,220b,222a,222b,224a,224b,226a,226b ロータ支持部
52 散布装置
62,64 ノズル
62a,64a 吐出口
L1,L3,L5 第1線
L2,L4,L6 第2線
S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15,S16,S17,S18 回転軌跡
T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,T9,T10,T11,T12,T13,T14,T15,T16,T17,T18 円弧
U1,U2,U4,U5,U7,U8,U9,U11,U12,U13,U15,U16,U17,U18 接線
U3,U6,U10,U14 線
R1,R2,R7,R8 第1領域
R3,R4,R9,R10 第2領域
R11,R12 第3領域
R16 第4領域
R17,R18,R19,R20 第5領域
R5,R6,R13a,R13b,R14a,R14b,R15 領域
R5a,R6a,R13,R14,R21,R22,R23,R24,R25,R26 位置
P1,P2,P3 中心点

Claims (14)

  1. 平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置される4×N(Nは2以上の整数)個のロータと、
    それぞれ前記各ロータを支持する4×N個のロータ支持部と、
    前記各ロータ支持部を支持する主支持部と、
    薬剤を吐出するための複数のノズルを含む散布装置とを備え、
    平面視において、前記4×N個のロータは、前記中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、
    前記第1線の左右両側に、同数の前記ロータが配置され、
    側面視において、前記各ノズルの吐出口は、前記4×N個のロータより下方に位置し、
    前記第1線の左右両側において平面視で、前記各ロータ先端の回転軌跡の円弧および接線と、最前方の前記ロータの回転軸および最後方の前記ロータの回転軸を通る線とによって形成される第1領域内に、前記各ノズルの吐出口は設けられ、
    前記4×N個のロータは、4つのシングルロータと、2組の同軸二重反転ロータとを含み、
    平面視において、前記4つのシングルロータおよび前記2組の同軸二重反転ロータは、それぞれの回転中心を結ぶと6角形が形成されるように配置され、
    平面視において、前記シングルロータは、前記第1線と前記第1線に直交するように左右方向に延びる第2線とによって区画される領域に1つずつ配置され、
    平面視において、前記2組の同軸二重反転ロータは、前記第2線上に配置される、マルチコプタ。
  2. 平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置される4×N(Nは2以上の整数)個のロータと、
    それぞれ前記各ロータを支持する4×N個のロータ支持部と、
    前記各ロータ支持部を支持する主支持部と、
    薬剤を吐出するための複数のノズルを含む散布装置とを備え、
    平面視において、前記4×N個のロータは、前記中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、
    前記第1線の左右両側に、同数の前記ロータが配置され、
    側面視において、前記各ノズルの吐出口は、前記4×N個のロータより下方に位置し、
    前記第1線の左右両側において平面視で、前記各ロータ先端の回転軌跡の円弧および接線と、最前方の前記ロータの回転軸および最後方の前記ロータの回転軸を通る線とによって形成される第1領域内に、前記各ノズルの吐出口は設けられ、
    前記4×N個のロータは、8つのシングルロータを含み、
    平面視において、前記8つのシングルロータは、それぞれの回転中心を結ぶと8角形が形成されるように配置され、
    平面視において、前記シングルロータは、前記第1線と前記第1線に直交するように左右方向に延びる第2線とによって区画される領域に2つずつ配置され、
    前記第1線の左右両側において、側面視で最前方の前記シングルロータと最後方の前記シングルロータとの回転軸間であって、かつ前後方向にみて前記シングルロータの回転軌跡が重なる第3領域が形成され、
    前記各ノズルの吐出口は、前記第1線の左右両側において平面視で前記第3領域内に設けられる、マルチコプタ。
  3. 平面視において、前記各ノズルの吐出口は、前記各ロータの回転軸に重ならないように設けられる、請求項1または2に記載のマルチコプタ。
  4. 前記各ノズルの吐出口は、前記ロータ支持部の下方を除いて設けられる、請求項1から3のいずれかに記載のマルチコプタ。
  5. それぞれ前記各ロータを駆動する4×N個の駆動源をさらに含み、
    前記駆動源と前記ロータとは同軸上に設けられ、
    前記各ノズルの吐出口は、前記駆動源の下方を除いて設けられる、請求項1からのいずれかに記載のマルチコプタ。
  6. 前記第1線の左右両側において平面視で、前記各ロータの回転軸を結んで形成される第2領域内に、前記各ノズルの吐出口は設けられる、請求項1からのいずれかに記載のマルチコプタ。
  7. 平面視において、前記各ノズルの吐出口は、前記第2線上に配置される、請求項に記載のマルチコプタ。
  8. 平面視において、前記各ノズルの吐出口は、前記各同軸二重反転ロータの回転軌跡内に配置される、請求項または7に記載のマルチコプタ。
  9. 平面視において、前記同軸二重反転ロータの回転軸から前記第1線までの距離は、前記シングルロータの回転軸から前記中心点までの距離よりも長い、請求項8に記載のルチコプタ。
  10. 平面視において、前記各ノズルの吐出口は、前記第2線上以外に配置され、
    前記各ノズルの吐出口は、前進時と後進時とでその向きおよび/または位置を変更可能に設けられる、請求項1から6のいずれかに記載のマルチコプタ。
  11. それぞれ前記各ロータを駆動する4×N個の駆動源をさらに含み
    記シングルロータは、前記駆動源の下部近傍に設けられる、請求項1または2に記載のマルチコプタ。
  12. 平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置される4組の同軸二重反転ロータと、
    それぞれ前記各同軸二重反転ロータを支持する8個のロータ支持部と、
    前記各ロータ支持部を支持する主支持部と、
    薬剤を吐出するための複数のノズルを含む散布装置とを備え、
    平面視において、前記4組の同軸二重反転ロータは、前記中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、かつそれぞれの回転中心を結ぶと4角形が形成されるように配置され、
    平面視において、前記同軸二重反転ロータは、前記第1線と前記第1線に直交するように左右方向に延びる第2線とによって区画される領域に1組ずつ配置され、
    前記各ノズルの吐出口は、側面視において前記4組の同軸二重反転ロータより下方に位置し、かつ平面視において前記各同軸二重反転ロータの回転軸を結んだ第4領域内に設けられ、
    平面視において、前記第4領域と前記各同軸二重反転ロータの回転軌跡とが重なる第5領域内に、前記各ノズルの吐出口は設けられる、マルチコプタ。
  13. 平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置される4×N(Nは2以上の整数)個のロータと、
    それぞれ前記各ロータを支持する4×N個のロータ支持部と、
    前記各ロータ支持部を支持する主支持部と、
    薬剤を吐出するための複数のノズルを含む散布装置とを備え、
    平面視において、前記4×N個のロータは、前記中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、
    前記第1線の左右両側に、同数の前記ロータが配置され、
    側面視において、前記各ノズルの吐出口は、前記4×N個のロータより下方に位置し、
    前記第1線の左右両側において平面視で、前記各ロータ先端の回転軌跡の円弧および接線と、最前方の前記ロータの回転軸および最後方の前記ロータの回転軸を通る線とによって形成される第1領域内に、前記各ノズルの吐出口は設けられ、
    前記ノズルの吐出口は、前記第1線に直交するように左右方向に延びる第2線に対して線対称になるように前記第2線の前後両側に、それぞれ2個以上配置され、
    前記複数のノズルは、当該マルチコプタの進行方向に対して後側の前記ノズルから前記薬剤を吐出可能に設けられる、マルチコプタ。
  14. 平面視において中心点を囲むように相互に間隔をおいて配置される4組の同軸二重反転ロータと、
    それぞれ前記各同軸二重反転ロータを支持する8個のロータ支持部と、
    前記各ロータ支持部を支持する主支持部と、
    薬剤を吐出するための複数のノズルを含む散布装置とを備え、
    平面視において、前記4組の同軸二重反転ロータは、前記中心点を通って前後方向に延びる第1線に対して回転方向も含めて線対称に配置され、かつそれぞれの回転中心を結ぶと4角形が形成されるように配置され、
    平面視において、前記同軸二重反転ロータは、前記第1線と前記第1線に直交するように左右方向に延びる第2線とによって区画される領域に1組ずつ配置され、
    前記各ノズルの吐出口は、側面視において前記4組の同軸二重反転ロータより下方に位置し、かつ平面視において前記各同軸二重反転ロータの回転軸を結んだ第4領域内に設けられ、
    前記ノズルの吐出口は、前記第2線に対して線対称になるように前記第2線の前後両側に、それぞれ2個以上配置され、
    前記複数のノズルは、当該マルチコプタの進行方向に対して後側の前記ノズルから前記薬剤を吐出可能に設けられる、マルチコプタ。
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