JP6596617B1

JP6596617B1 - 無人航空機

Info

Publication number: JP6596617B1
Application number: JP2019540672A
Authority: JP
Inventors: 拓海大和
Original assignee: Rakuten Inc
Current assignee: Rakuten Group Inc
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: US11554856B2; EP3702279A4; EP3702279A1; JPWO2020136803A1; CN111629963A; CN111629963B; WO2020136803A1; US20210214075A1

Abstract

無人航空機は、水平方向の相対的位置が変動可能であって荷物（１６）を水平方向で囲んで落下を防止する複数の縦材（１４）を含む荷物キャリア（１２）と、水平方向の相対的位置が変動可能な複数の回転翼（１０）と、を有する。複数の縦材（１４）の相対的位置及び複数の回転翼（１０）の相対的位置は変動可能になっている。荷物キャリア（１２）は、複数の縦材（１４）の相対的位置によって、水平方向の形状が変動するようになっている。アクチュエータ（２２）による複数の回転翼（１０）の相対的位置の変動は、荷物キャリア（１２）の形状に連動する。

Description

本発明は、無人航空機に関する。

ドローンは、荷物を保持するための保持機構を備えており、着陸すると荷物が投下できるようになっている。大きな荷物を安定して運搬するには、回転翼を大きくするか、複数の回転翼を水平方向に大きく離すことが好ましく、ドローンが大型化する。

特開２０１７−１９６９４９号公報

大型のドローンは、飛行の安定性に優れているが、小回りが利きにくかったり、飛行や離着陸により広い空間が必要になったりするなど機動性が低いために、小さな荷物の運搬には不向きである。

本発明は、飛行の安定性と機動性の両立を目的とする。

（１）本発明に係る無人航空機は、水平方向の相対的位置が変動可能であって荷物を前記水平方向で囲んで落下を防止する複数の縦材を含む荷物キャリアと、前記水平方向の相対的位置が変動可能な複数の回転翼と、を有し、前記複数の縦材の前記相対的位置及び前記複数の回転翼の前記相対的位置は変動可能になっており、前記荷物キャリアは、前記複数の縦材の前記相対的位置によって、前記水平方向の形状が変動するようになっており、前記複数の回転翼の前記相対的位置の変動は、前記荷物キャリアの前記形状に連動することを特徴とする。

本発明によれば、複数の回転翼の相対的位置の変動が、荷物キャリアの形状に連動し、これにより、飛行の安定性と機動性の両立が可能になる。

（２）（１）に記載された無人航空機において、前記複数の縦材の前記相対的位置及び前記複数の回転翼の前記相対的位置を変動させるためのアクチュエータをさらに有してもよい。

（３）（２）に記載された無人航空機において、前記アクチュエータによって動かされる複数のアームをさらに有し、前記複数の縦材のそれぞれは、前記複数のアームの対応する１つに保持され、前記複数の回転翼のそれぞれは、前記複数のアームの対応する１つに保持されていることを特徴としてもよい。

（４）（３）に記載された無人航空機において、前記複数のアームのそれぞれは、前記複数の縦材の対応する少なくとも１つ及び前記複数の回転翼の対応する少なくとも１つの両方を保持することを特徴としてもよい。

（５）（４）に記載された無人航空機において、前記複数のアームのそれぞれは、前記水平方向に延びて伸縮可能であり、前記アクチュエータは、前記複数のアームのそれぞれを伸縮させるようになっていることを特徴としてもよい。

（６）（３）に記載された無人航空機において、前記複数のアームは、前記複数の縦材を保持する第１アーム群と、前記複数の回転翼を保持する第２アーム群と、を含み、前記アクチュエータは、前記第１アーム群をそれぞれ動かす第１アクチュエータと、前記第２アーム群をそれぞれ動かす第２アクチュエータと、を含むことを特徴としてもよい。

（７）（６）に記載された無人航空機において、前記第２アーム群のそれぞれは、前記第１アーム群の対応する１つと上下に重なって同じ方向に延びることを特徴としてもよい。

（８）（６）に記載された無人航空機において、前記第２アーム群は、それぞれ、前記第１アーム群のいずれとも異なる方向に延びることを特徴としてもよい。

（９）（６）から（８）のいずれか１項に記載された無人航空機において、前記複数の縦材は、内接する最大の矩形が相似形及び非相似形のいずれにもなるように、変動できることを特徴としてもよい。

（１０）（９）に記載された無人航空機において、前記複数の回転翼は、第１方向に沿って隣り合う第１の一対の回転翼と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って隣り合う第２の一対の回転翼と、を含み、前記矩形が前記第１方向に長い長方形にされたときに、前記第１の一対の回転翼の間隔は、前記第２の一対の回転翼の間隔よりも大きくされることを特徴としてもよい。

（１１）（６）から（１０）のいずれか１項に記載された無人航空機において、前記複数の回転翼の前記相対的位置の変動量は、前記複数の縦材の前記相対的位置の変動量に比例することを特徴としてもよい。

（１２）（６）から（１０）のいずれか１項に記載された無人航空機において、前記複数の回転翼は、前記荷物キャリアの前記形状から間隔をあけて外側に配置され、前記間隔の大きさは、前記荷物キャリアの前記形状の大きさに比例することを特徴としてもよい。

（１３）（６）から（１２）のいずれか１項に記載された無人航空機において、前記第１アーム群のそれぞれは、前記水平方向に延びて伸縮可能であり、前記第１アクチュエータは、前記第１アーム群のそれぞれを伸縮させるようになっていることを特徴としてもよい。

（１４）（６）から（１３）のいずれか１項に記載された無人航空機において、前記第２アーム群のそれぞれは、前記水平方向に延びて伸縮可能であり、前記第２アクチュエータは、前記第２アーム群のそれぞれを伸縮させるようになっていることを特徴としてもよい。

（１５）（６）から（１３）のいずれか１項に記載された無人航空機において、前記第２アクチュエータは、前記第２アーム群のそれぞれを少なくとも一か所で揺動させるようになっていることを特徴としてもよい。

（１６）（１５）に記載された無人航空機において、前記第２アクチュエータは、前記第２アーム群のそれぞれを水平方向に揺動させるようになっていることを特徴としてもよい。

（１７）（１５）に記載された無人航空機において、前記第２アクチュエータは、前記第２アーム群のそれぞれを垂直方向に揺動させるようになっていることを特徴としてもよい。

第１の実施形態に係る無人航空機の側面図である。図１に示す無人航空機の平面図である。図１に示す無人航空機のアームを伸ばした状態を示す側面図である。図２に示す無人航空機のアームを伸ばした状態を示す平面図である。第２の実施形態に係る無人航空機の側面図である。図５に示す無人航空機のアームを伸ばした状態を示す側面図である。第３の実施形態に係る無人航空機の平面図である。図７に示す無人航空機のアームを伸縮した状態を示す平面図である。第４の実施形態に係る無人航空機の側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る無人航空機の側面図である。図２は、図１に示す無人航空機の平面図である。無人航空機は、人が搭乗しない航空機であり、例えば、バッテリーで駆動されるドローンであってもよく、エンジンで駆動されてもよい。

無人航空機は、複数の回転翼１０（例えばプロペラ）を有し、下降気流を生じさせるようになっている。回転翼１０は、モータやバッテリー（図示せず）によって駆動される。無人航空機は、制御部、記憶部、通信部及びセンサ部を含む（図示せず）。

無人航空機は、荷物キャリア１２を有する。荷物キャリア１２は、複数の縦材１４を含む。複数の縦材１４は、荷物１６を水平方向で囲んで落下を防止する。荷物１６の荷重は、複数個所で複数の支持具１８（例えばアーム又は爪）によって支えられる。複数の支持具１８のそれぞれは、複数の縦材１４の対応する１つに固定されている。例えば、支持具１８は、複数の縦材１４に囲まれたスペースの方向に、縦材１４（例えばその下端）から延びている。対向する一対の縦材１４に、相互に対向する方向に延びる一対の支持具１８が固定されている。対向する一対の支持具１８は離れている。支持具１８が固定された縦材１４は、荷物１６の荷重を支えるようになっている。例えば、支持具１８は、荷物１６の端部のみを支える。

複数の回転翼１０のそれぞれは、複数のアーム２０の対応する１つに保持されている。複数の縦材１４のそれぞれは、複数のアーム２０の対応する１つに保持されている。複数のアーム２０のそれぞれは、複数の縦材１４の対応する少なくとも１つ及び複数の回転翼１０の対応する少なくとも１つの両方を保持する。

図３は、図１に示す無人航空機のアーム２０を伸ばした状態を示す側面図である。図４は、図２に示す無人航空機のアーム２０を伸ばした状態を示す平面図である。

複数のアーム２０のそれぞれは、水平方向に延びて伸縮可能である。したがって、複数の回転翼１０は、水平方向の相対的位置が変動可能になっている。また、荷物キャリア１２は、水平方向の相対的位置が変動可能になっている。支持具１８の水平方向の長さは、縦材１４が水平移動する長さよりも短い。縦材１４を水平移動させる（対向する縦材１４を相互に離れさせる）ことで、荷物１６を支持具１８から脱落させる（支持具１８に支持された荷物１６を投下する）ことができる。

複数のアーム２０は、アクチュエータ２２によって動かされる。アクチュエータ２２は、複数のアーム２０のそれぞれを伸縮させるようになっている。複数の回転翼１０は、アクチュエータ２２によって、相対的位置を変動することができるようになっている。複数の縦材１４は、アクチュエータ２２によって、相対的位置を変動することができるようになっている。荷物キャリア１２の形状は、複数の縦材１４の相対的位置によって変動する。荷物キャリア１２は、水平方向の形状が変動するようになっている。

複数の回転翼１０及び複数の縦材１４がいずれも複数のアーム２０に取り付けられているので、アクチュエータ２２による複数の回転翼１０の相対的位置の変動は、荷物キャリア１２の形状に連動する。複数の回転翼１０の相対的位置の変動量は、複数の縦材１４の相対的位置の変動量に比例する。これにより、飛行の安定性と機動性の両立が可能になる。例えば、小さい荷物１６を運搬するときには、複数の回転翼１０の相互の間隔が小さくなるので、小型化されて空気抵抗を減らすことができる。一方で、大きい荷物１６を運搬するときには、複数の回転翼１０の相互の間隔が大きくなるが、飛行時の姿勢を調整しやすくなり、空気抵抗を減らせる場合もある。

なお、本実施形態の変形例として、アクチュエータ２２を備えず、縦材１４の相対的位置及び複数の回転翼１０の相対位置を手動で変動させるようになっていてもよい。

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係る無人航空機の側面図である。図６は、図５に示す無人航空機のアームを伸ばした状態を示す側面図である。

複数の縦材２１４のそれぞれは、第１アーム２２０Ａの対応する１つに保持されている。第１アーム２２０Ａのそれぞれは、水平方向に延びて伸縮可能である。第１アクチュエータ２２２Ａが、第１アーム２２０Ａのそれぞれを伸縮させるようになっている。複数の縦材２１４は、内接する最大の矩形が相似形及び非相似形のいずれにもなるように、変動することができる。

複数の回転翼２１０のそれぞれは、第２アーム２２０Ｂの対応する１つに保持されている。第２アーム２２０Ｂのそれぞれは、水平方向に延びて伸縮可能である。第２アクチュエータ２２２Ｂが、第２アーム２２０Ｂのそれぞれを伸縮させるようになっている。第２アーム２２０Ｂのそれぞれは、第１アーム２２０Ａの対応する１つと上下に重なって同じ方向に延びる。

複数の回転翼２１０は、荷物キャリア２１２の形状（縦材２１４）から間隔Ｄ_Ａ，Ｄ_Ｂをあけて外側に配置されている。これにより、回転翼２１０の下降気流が荷物２１６に当たらないようになっている。間隔Ｄ_Ａ，Ｄ_Ｂの大きさは、荷物キャリア２１２の形状の大きさ（幅Ｗ_Ａ，Ｗ_Ｂ）に比例する。例えば、図６に示す大きな荷物２１６の幅Ｗ_Ｂが、図５に示す小さな荷物２１６の幅Ｗ_Ａのｎ倍であれば、間隔Ｄ_Ｂは間隔Ｄ_Ａのｎ倍になっていてもよい。その他の内容は、第１の実施形態で説明した内容が該当する。

［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に係る無人航空機の平面図である。複数の縦材３１４のそれぞれは、第１アーム３２０Ａの対応する１つに保持されている。第１アーム３２０Ａのそれぞれは、水平方向に延びて伸縮可能である。第１アーム３２０Ａは、それぞれ第１アクチュエータ３２２Ａによって動かされる。第１アクチュエータ３２２Ａは、第１アーム３２０Ａのそれぞれを伸縮させるようになっている。複数の縦材３１４は、内接する最大の矩形が相似形及び非相似形のいずれにもなるように、変動できる。図７に示す荷物３１６Ａは、平面形状が正方形である。

複数の回転翼３１０のそれぞれは、第２アーム３２０Ｂの対応する１つに保持されている。第２アーム３２０Ｂは、それぞれ、第１アーム３２０Ａのいずれとも異なる方向に延びる。第２アーム３２０Ｂは、それぞれ第２アクチュエータ３２２Ｂによって動かされる。第２アクチュエータ３２２Ｂは、第２アーム３２０Ｂのそれぞれを少なくとも一か所で揺動させるようになっている。第２アクチュエータ３２２Ｂは、第２アーム３２０Ｂのそれぞれを水平方向に揺動させるようになっている。

図８は、図７に示す無人航空機のアームを伸縮した状態を示す平面図である。複数の回転翼３１０は、第１方向Ｄ１に沿って隣り合う第１の一対の回転翼３１０Ａを含む。複数の回転翼３１０は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に沿って隣り合う第２の一対の回転翼３１０Ｂを含む。複数の縦材３１４に内接する最大の矩形が第１方向Ｄ１に長い長方形にされたときに、第１の一対の回転翼３１０Ａの間隔Ｃ_１は、第２の一対の回転翼３１０Ｂの間隔Ｃ_２よりも大きくされる。図８に示す荷物３１６Ｂは、平面形状が長方形である。その他の内容は、第１及び第２の実施形態で説明した内容が該当する。

［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態に係る無人航空機の側面図である。無人航空機は、機体を支持するためのランディングギア４２４及び荷物キャリア４１２を有する。荷物キャリア４１２は、複数の縦材４１４を含む。複数の縦材４１４は、荷物４１６を水平方向で囲んで落下を防止する。複数の縦材４１４は、相対的位置が変動可能になっている。

無人航空機は、複数の回転翼４１０を有する。複数の回転翼４１０のそれぞれは、複数のアーム４２０の対応する１つに保持されている。アクチュエータ４２２によって複数のアーム４２０が動かされる。アクチュエータ４２２は、アーム４２０のそれぞれを垂直方向に揺動させるようになっている。アーム４２０の垂直方向の揺動によって、回転翼４１０は、水平方向に第１位置Ｐ_１から第２位置Ｐ_２に変動する。つまり、複数の回転翼４１０は、水平方向の相対的位置が変動可能になっている。

例えば、第１位置Ｐ_１では複数の回転翼４１０が相互に最も離れており、荷物キャリア４１２が最も大きくなるように、複数の縦材４１４が相互に最も離れる。第２位置Ｐ_２では複数の回転翼４１０が相互に接近し、荷物キャリア４１２が小さくなるように、複数の縦材４１４が相互に接近する。なお、回転翼４１０は、図示しないリンク機構によって、アーム４２０が揺動しても回転軸が平行移動するようになっている。その他の内容は、第１から第３の実施形態で説明した内容が該当する。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

Claims

水平方向の相対的位置が変動可能であって荷物を前記水平方向で囲んで落下を防止する複数の縦材を含む荷物キャリアと、
前記水平方向の相対的位置が変動可能な複数の回転翼と、
を有し、
前記複数の縦材の前記相対的位置及び前記複数の回転翼の前記相対的位置は変動可能になっており、
前記荷物キャリアは、前記複数の縦材の前記相対的位置によって、前記水平方向の形状が変動するようになっており、
前記複数の回転翼の前記相対的位置の変動は、前記荷物キャリアの前記形状に連動することを特徴とする航空機。
請求項１に記載された航空機において、
前記複数の縦材の前記相対的位置及び前記複数の回転翼の前記相対的位置を変動させるためのアクチュエータをさらに有することを特徴とする航空機。
請求項２に記載された航空機において、
前記アクチュエータによって動かされる複数のアームをさらに有し、
前記複数の縦材のそれぞれは、前記複数のアームの対応する１つに保持され、
前記複数の回転翼のそれぞれは、前記複数のアームの対応する１つに保持されていることを特徴とする航空機。
請求項３に記載された航空機において、
前記複数のアームのそれぞれは、前記複数の縦材の対応する少なくとも１つ及び前記複数の回転翼の対応する少なくとも１つの両方を保持することを特徴とする航空機。
請求項４に記載された航空機において、
前記複数のアームのそれぞれは、前記水平方向に延びて伸縮可能であり、
前記アクチュエータは、前記複数のアームのそれぞれを伸縮させるようになっていることを特徴とする航空機。
請求項３に記載された航空機において、
前記複数のアームは、前記複数の縦材を保持する第１アーム群と、前記複数の回転翼を保持する第２アーム群と、を含み、
前記アクチュエータは、前記第１アーム群をそれぞれ動かす第１アクチュエータと、前記第２アーム群をそれぞれ動かす第２アクチュエータと、を含むことを特徴とする航空機。
請求項６に記載された航空機において、
前記第２アーム群のそれぞれは、前記第１アーム群の対応する１つと上下に重なって同じ方向に延びることを特徴とする航空機。
請求項６に記載された航空機において、
前記第２アーム群は、それぞれ、前記第１アーム群のいずれとも異なる方向に延びることを特徴とする航空機。
請求項６から８のいずれか１項に記載された航空機において、
前記複数の縦材は、水平方向で内接する最大の矩形が相似形及び非相似形のいずれにもなるように、変動できることを特徴とする航空機。
請求項９に記載された航空機において、
前記複数の回転翼は、第１方向に沿って隣り合う第１の一対の回転翼と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って隣り合う第２の一対の回転翼と、を含み、
前記矩形が前記第１方向に長い長方形にされたときに、前記第１の一対の回転翼の間隔は、前記第２の一対の回転翼の間隔よりも大きくされることを特徴とする航空機。
請求項６から８のいずれか１項に記載された航空機において、
前記複数の回転翼の前記相対的位置の変動量は、前記複数の縦材の前記相対的位置の変動量に比例することを特徴とする航空機。
請求項６から８のいずれか１項に記載された航空機において、
前記複数の回転翼は、前記荷物キャリアの前記形状から間隔をあけて外側に配置され、
前記間隔の大きさは、前記荷物キャリアの前記形状の大きさに比例することを特徴とする航空機。
請求項６から８のいずれか１項に記載された航空機において、
前記第１アーム群のそれぞれは、前記水平方向に延びて伸縮可能であり、
前記第１アクチュエータは、前記第１アーム群のそれぞれを伸縮させるようになっていることを特徴とする航空機。
請求項６から８のいずれか１項に記載された航空機において、
前記第２アーム群のそれぞれは、前記水平方向に延びて伸縮可能であり、
前記第２アクチュエータは、前記第２アーム群のそれぞれを伸縮させるようになっていることを特徴とする航空機。
請求項６から８のいずれか１項に記載された航空機において、
前記第２アクチュエータは、前記第２アーム群のそれぞれを少なくとも一か所で揺動させるようになっていることを特徴とする航空機。
請求項１５に記載された航空機において、
前記第２アクチュエータは、前記第２アーム群のそれぞれを水平方向に揺動させるようになっていることを特徴とする航空機。
請求項１５に記載された航空機において、
前記第２アクチュエータは、前記第２アーム群のそれぞれを垂直方向に揺動させるようになっていることを特徴とする航空機。