JP6538765B2 - 飛行装置 - Google Patents
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Description
[実施の形態1の飛行装置の全体構成]
図1は本発明の実施の形態1における飛行装置を説明するための模式図である。図1(a)は上面図、図1(b)は側面図を表している。図1における飛行装置の本体としての浮遊体2を有している。浮遊体2は、ここでは長さ1m前後の風船上の物体であり、内部には空気より密度の低いガスが充填され、気嚢として機能する。
図1に示されるように浮遊体2の内部には重心移動装置10が設置されている。図2は、重心移動装置10を拡大して表した図である。図2を参照して、重心移動装置10は、円形の枠体12を有している。枠体12の円形の面は浮力中心Oを中心とする面であり、かつ、浮力中心Oを含む左右方向に垂直な面内、即ちxz平面上に配置される。
図4は本発明の実施の形態1の重心移動装置10内で、錘14が移動した状態を説明するための図である。図4の(a)では錘14をz軸上側に移動させた例を示している。この例では、モータ16aの駆動により、第1伸縮駆動体16が所定の長さ分巻き取られ、第1伸縮駆動体16の長さは少なくとも枠体12の半径から錘14の半径を引いた長さより短くなる。これに伴い、第2〜第4伸縮駆動体18〜22が所定の長さ分巻き出され、長い状態となる。その結果、第1伸縮駆動体16が巻き取られた分、錘14がz軸上方側に移動する。
図5及び図6は本発明の実施の形態1における飛行装置の側面側の断面を表す図である。即ち図5及び図6はxz面における断面を表し、それぞれ飛行装置の動きを説明するための図である。例えば、図5(a)に示されるように、錘14が浮力中心にある状態から、第2、第4伸縮駆動体を巻き取ることで錘14を下側斜め後ろに移動させると、飛行装置の重心が錘14に伴って移動する。その結果、錘14には、浮力中心Oに対して鉛直下側の位置に移動する力が働く。錘14は伸縮駆動体16〜22によって枠体12に接続され枠体12は浮遊体2に固定されている。従って、錘14の動きに伴って飛行装置全体の姿勢が変化する。ここでは、錘14の移動に伴い、飛行装置は前方先端が下がるようにピッチ方向に回転することとなる。
図7は、本発明の実施の形態1における制御について説明するためのブロック図である。図7に示されるように、姿勢検出器において検出された現在の姿勢に関する情報、及び、無線通信回路30において受信された目標姿勢に関する情報が制御装置32に入力される。制御装置32はこれに応じて、ヨー方向の移動角と、ピッチ方向の移動角とをそれぞれ算出する。算出されたヨー方向の移動角に応じて、モータ6a及び6bに制御信号が発せられる。この信号に従ってモータ6a、6bは回転し、それぞれの回転によりプロペラ4a及び4bが回転し、前後方向への移動又はヨー方向の回転が実行される。一方、ピッチ方向の移動角に応じた位置に錘14が方向するように、第1〜第4伸縮駆動体16〜22それぞれのモータ16a〜22aに制御信号が発せられ、伸縮駆動体16〜22が巻き取り、又は巻き出しされる。その結果、錘14が所望の方向に移動して、飛行装置がピッチ方向に回転する。
図8は、本発明の実施の形態1において制御装置32が実行する制御について説明するためのフローチャートである。図8に示される例は、ピッチ方向の回転のみ行う場合の例である。無線通信回路30が飛行装置の操作者からの操作信号を受信すると、制御装置32は無線通信回路30から目標姿勢θを取得すると共に、現在の飛行装置の姿勢を取得する(ステップS102)。
上記の実施の形態1ではモータ16a〜22aを設置し、伸縮駆動体16〜22を巻き取ることで、その長さを変更する場合について説明した。しかし、本発明において、錘14を移動させる駆動手段は、これに限られるものではない。例えば、伸縮駆動体16〜22及びモータ16a〜22aに替えて、形状記憶合金を伸縮駆動体として用いることができる。形状記憶合金を用いる場合にも、伸縮駆動体16〜22と同様の配置で、4つの形状記憶合金からなる伸縮駆動体を設置する。形状記憶合金は、電流が流され所定の温度に加熱されることにより記憶された記憶形状となる。この記憶形状の状態において、形状記憶合金の長さが、少なくとも枠体12の半径から錘14の半径を引いた長さより短くなるように構成する。
図11は本発明の実施の形態2における重心移動装置40について説明するための図である。図11の重心移動装置40は、実施の形態1の重心移動装置10に替えて用いられる。図11の重心移動装置40は、実施の形態1と同様に、浮力中心Oを含むxz平面に、枠体12の円形の面が配置されるように設置され、飛行装置のピッチ方向の回転をコントロールするものである。
実施の形態3の飛行装置は、実施の形態2の飛行装置と重心移動装置が異なる点を除き同一ものである。図14は本発明の実施の形態3における重心移動装置について説明するための模式図である。この重心移動装置60は、実施の形態2の重心移動装置40に替えて用いられるものである。重心移動装置60は、浮力中心Oを中心とする3次元空間内に錘を移動させることができる。
図16は本発明の実施の形態4における飛行装置について説明するための図である。図16において(a)はxy断面を上面から見た図、(b)はxz断面を横から見た図である。実施の形態4の飛行装置は、実施の形態2と同一の重心移動装置40を備えている。実施の形態4では重心移動装置40は浮遊体2内に内蔵されず、重心移動装置40の枠体12に、直接4つの気嚢70を有する。気嚢70は浮力中心Oを中心に、均等に配置されている。
図17は、本発明の実施の形態5における駆動装置について説明するための模式図である。図17において(a)は正面図であり、(b)は(a)の図を紙面左側から見た側面図である。また、図18は駆動装置の一部を拡大して表した模式図である。図17の駆動装置100、駆動装置100によって連結される物体同士の位置関係を変化させることができる装置である。従って、例えば、実施の形態1の浮遊体2の後部にヒレを設置したような構成の場合に、ヒレと浮遊体との連結部に設置し、ヒレと浮遊体との位置関係を変化させる装置として用いることができる、また、例えば、実施の形態1〜3の飛行装置のプロペラ4a、4b又は実施の形態4のプロペラ72に設置し、プロペラ4a、4b又は72の向きを変化させる装置として用いることができる。また、実施の形態1〜4に適用される場合に限らず、例えば、複数の浮遊体(又は気嚢)を連結する場合に、この連結部に設置し、隣接する浮遊体同士の位置関係を変化させる装置として用いることができる。また飛行装置の外側に設置し、飛行装置外部にある物体と飛行装置との位置関係を変化させる装置として用いることもできる。
図21は本発明の実施の形態6における駆動装置について説明するための模式図である。図21において(a)は正面図であり、(b)は(a)の図を紙面左側から見た側面図である。図22は図21の駆動装置120の一部を拡大して表した図である。図21の駆動装置120は、図17の駆動装置100に替えて用いることができる。
図26は本発明の実施の形態7における駆動装置について説明するための模式図である。図26において(a)は正面図であり、(b)は(a)の図を紙面左側から見た側面図である。図26の駆動装置130は、図21の駆動装置120に替えて用いることができる。
図28及び図29は、本発明の実施の形態8における駆動装置について説明するための模式図である。図28は、斜視図であり、図29の(a)は正面図、(b)は(a)の図を紙面左側から見た側面図である。本発明の実施の形態8における駆動装置140は、図26の駆動装置130に替えて用いることができる。図28の駆動装置140は、第1駆動体群の駆動体142aと第2駆動体群の駆動体142bとが互いに交互に、一列に配列されている点を除き、図26の駆動装置130と同一のものである。
図30は、本発明の実施の形態9における駆動装置について説明するための模式図であり、図30の(a)は正面図、(b)は(a)の図を紙面左側から見た側面図である。本発明の実施の形態9における駆動装置150は、図26の駆動装置130に替えて用いることができる。図30の駆動装置150は、第1、第2駆動体群の駆動体132a及び132bに替えて、板状の駆動体152aと152bとを有する点を除き、図26の駆動装置130と同一のものである。
4a、4b、72 プロペラ
6a、6b、16a〜22a、46、66、74 モータ
10、40、60 重心移動装置
12、62 枠体
14、44 錘
16〜22 伸縮駆動体
30 無線通信回路
32 制御装置
34 バッテリ
42、64 レール
48、58、68 シャフト
50、54 平歯車
52、56 タイヤ
70 気嚢
100、120、130、140、150、1301 駆動装置
102 第1構造物
104 第2構造物
102a、104a 接続面
106、122a、122b、132a、132b、142a、142b、152a、152b、1321a、1321b 駆動体
108 電源装置
110、124a、124b、134a、134b、144a、144b、154a、154b スイッチ
136 加圧装置
137a、137b 配管
138a、138b 弁
156a、156b 熱源
Claims (6)
- 駆動装置と、空気より軽い気体が充填された気嚢と、を備える飛行装置であって、
前記駆動装置は、
第1構造物と、
第2構造物と、
第1状態と第2状態とを有し、一端が前記第1構造物に接続され、他端が前記第2構造物に接続された柱状の駆動体と、
前記駆動体に、物理的刺激を与えて、前記駆動体の状態を前記第1状態又は前記第2状態に変化させる第1の駆動手段と、を備え、
前記第1状態は、前記第2状態よりも剛性が低く、前記第1構造物と前記第2構造物との位置関係によって、前記駆動体の形状が変化する状態であり、
前記第2状態は、記憶された形状である直線形状に維持され、前記第1構造物と前記第2構造物との相対的位置関係が維持される状態であり、
前記駆動体は、
前記第1構造物との接続部においては、長手方向が前記第1構造物の一平面に対して平行となるように接続され、かつ、前記第2構造物との接続部においては、長手方向が前記第2構造物の一平面に対して垂直となるように接続され、
前記第1の駆動手段は、
前記駆動体の状態を前記第1状態又は前記第2状態に切り替えることで、前記第1構造物と前記第2構造物との位置関係を変更し、
前記飛行装置は、
前記飛行装置の重心の位置を変化させるだけの重量を有し、前記飛行装置内を変位可能に配置された錘と、
前記飛行装置の浮力中心と前記飛行装置の上下方向の軸とを含む面内において、前記錘の前記飛行装置に対する相対位置を変位させる第2の駆動手段と、
前記第2の駆動手段により、前記錘の前記相対位置を制御して、前記飛行装置の重心の位置を所定領域内で変化させる制御手段と、
前記飛行装置の上下方向及び前後方向に垂直な方向である左右方向の側面に、左右対称に配置されたプロペラと、
を備え、
前記所定領域は、前記浮力中心を中心とし前記飛行装置の前後方向及び上下方向を軸として見た場合に、前後両方向の斜め下45度の方角より上側にある方角を含む領域であって、
前記駆動装置の前記第2構造物は、前記気嚢に設置され、
前記駆動装置の前記第1構造物は、前記プロペラに設置され、
前記駆動装置は、前記気嚢に対する前記プロペラの向きを変化させることを特徴とする飛行装置。 - 前記駆動体は、
前記第1構造物との接続部においては、長手方向が、前記第1構造物の一平面に対して平行な一方向に向くように接続された1又は2以上の第1駆動体と、
前記第1構造物との接続部においては、長手方向が、前記第1構造物の一平面に対して平行かつ前記一方向とは逆の方向に向くように接続された1又は2以上の第2駆動体と、を備え、
前記第1の駆動手段は、前記第1駆動体の状態を前記第1状態又は前記第2状態に変化させ、前記第2駆動体の状態を、前記第1駆動体とは独立して、前記第1状態又は前記第2状態に変化させることを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。 - 前記駆動体は、平板形状であることを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
- 前記第1の駆動手段は、前記駆動体に電流を流すことで、前記駆動体に物理的刺激を与えるものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の飛行装置。
- 前記第1の駆動手段は、前記駆動体を加熱することで、前記駆動体に物理的刺激を与えるものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の飛行装置。
- 前記第1の駆動手段は、前記駆動体を加圧することで、前記物理的刺激を与えるものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の飛行装置。
飛行装置。
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