JP6900086B1 - 飛行装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】軽量であり且つ剛性が高い機体ベース部を有する飛行装置を提供する。【解決手段】飛行装置10は、機体ベース部14と、機体ベース部14に搭載された動力部と、機体ベース部14から外側に向かって伸びるアーム部11と、アーム部11に取り付けされたロータ12と、を具備する。機体ベース部14は、複数に分割された分割機体ベース部14を有し、分割機体ベース部14は、その中間部外側に形成されてアーム部11の内側端部49が取りつけられるアーム取付部32と、その両端に形成されて他の分割機体ベース部14と接続される接続部45と、を有する。機体ベース部14の周方向一端には、外側から接続手段34を挿入できる挿入部351が形成され、機体ベース部14の周方向他端には、接続手段34が螺入される螺入口371が形成される。【選択図】図3

Description

本発明は、飛行装置に関し、特に、軽量化および高剛性化が図られた機体ベース部を有する飛行装置に関する。
従来から、無人で空中を飛行することが可能な飛行装置が知られている。このような飛行装置は、垂直軸回りに回転駆動するロータの推力で、空中を飛行することが可能とされている。
飛行装置の適用分野としては、例えば、輸送分野、測量分野および撮影分野等が考えられる。このような分野に飛行装置を適用させる場合は、測量機器や撮影機器を飛行装置に備え付ける。飛行装置を係る分野に適用させることで、人が立ち入れない地域に飛行装置を飛行させ、そのような地域の輸送、撮影および測量を行うことができる。係る飛行装置に関する発明は、例えば、特許文献1に記載されている。
特許文献1を参照すると、機体に複数のアーム部が配備されており、各アーム部の外側端部に、モータと回転翼が設置されている。また、係る飛行装置は、中心部に機体ベースが配置され、この機体ベースから周囲にアームが伸び、アームの先端部にモータおよびロータが配置されている。
特開2018−122674号公報
しかしながら、上記した特許文献1に記載された飛行装置では、機体の軽量化等の観点から改良の余地があった。
即ち、飛行装置の消費エネルギの低減および連続飛行時間の延長のためには、飛行装置の軽量化が必須である。しかしながら、飛行装置を軽量化するべく機体ベースの材料として軽金属や合成樹脂材料を採用した場合、機体ベースの剛性が不足し、飛行時の姿勢制御を正確に行うことができない等の課題が発生する。即ち、飛行装置の軽量化と高剛性化を高いレベルで両立することは簡単では無かった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽量であり且つ剛性が高い機体ベース部を有する飛行装置を提供することにある。
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部に搭載された動力部と、前記機体ベース部から外側に向かって伸びるアーム部と、前記アーム部に取り付けされたロータと、を具備し、前記機体ベース部は、周方向に沿って複数に分割された分割機体ベース部を有し、前記分割機体ベース部は、その中間部外側に形成されて前記アーム部の内側端部が取りつけられるアーム取付部と、その両端に形成されて他の前記分割機体ベース部と接続される接続部と、を有し、前記分割機体ベース部の前記周方向一端には、半径方向外側から接続手段を挿入できる挿入部が形成され、前記分割機体ベース部の前記周方向他端には、前記接続手段が螺入される螺入口が形成されることを特徴とする。
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部に搭載された動力部と、前記機体ベース部から外側に向かって伸びるアーム部と、前記アーム部に取り付けされたロータと、を具備し、前記機体ベース部は、周方向に沿って複数に分割された分割機体ベース部を有し、前記分割機体ベース部は、その中間部外側に形成されて前記アーム部の内側端部が取りつけられるアーム取付部と、その両端に形成されて他の前記分割機体ベース部と接続される接続部と、を有し、前記分割機体ベース部の周方向端部を半径方向内側に向かって突出させることで内側突出部が形成され、前記分割機体ベース部どうしを接続する接続手段を、前記内側突出部の半径方向外側および半径方向内側に配置することを特徴とする。
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部に搭載された動力部と、前記機体ベース部から外側に向かって伸びるアーム部と、前記アーム部に取り付けされたロータと、を具備し、前記機体ベース部は、周方向に沿って複数に分割された分割機体ベース部を有し、前記分割機体ベース部は、その中間部外側に形成されて前記アーム部の内側端部が取りつけられるアーム取付部と、その両端に形成されて他の前記分割機体ベース部と接続される接続部と、を有し、前記分割機体ベース部の前記周方向一端には、半径方向外側から接続手段を挿入できる挿入部が形成され、前記分割機体ベース部の前記周方向他端には、前記接続手段が螺入される螺入口が形成されることを特徴とする。従って、本発明の飛行装置によれば、接続手段を介して簡易に分割機体ベース部どうしを接続することができる。
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部に搭載された動力部と、前記機体ベース部から外側に向かって伸びるアーム部と、前記アーム部に取り付けされたロータと、を具備し、前記機体ベース部は、周方向に沿って複数に分割された分割機体ベース部を有し、前記分割機体ベース部は、その中間部外側に形成されて前記アーム部の内側端部が取りつけられるアーム取付部と、その両端に形成されて他の前記分割機体ベース部と接続される接続部と、を有し、前記分割機体ベース部の周方向端部を半径方向内側に向かって突出させることで内側突出部が形成され、前記分割機体ベース部どうしを接続する接続手段を、前記内側突出部の半径方向外側および半径方向内側に配置することを特徴とする。従って、本発明の飛行装置によれば、分割機体ベース部どうしを接続する接続手段を、内側補強部の幅方向外側および幅方向内側に配置することで、分割機体ベース部どうしの接続強度を大きく確保できる。
本発明の実施形態に係る飛行装置を示す図であり、(A)は飛行装置を下方から見た斜視図であり、(B)は飛行装置を上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置の接続構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置の機体ベース部を示す図であり、(A)は斜視図であり、(B)は断面図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置の機体ベース部を部分的に示す図であり、(A)および(B)は斜視図である。 本発明の実施形態に係る飛行装置の機体ベース部を部分的に示す斜視図である。
以下、図を参照して本実施形態に係る飛行装置10を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明では、上下前後左右の各方向を用いるが、左右とは図1において後方から飛行装置10を見た場合の左右である。
図1は、飛行装置10を示す図であり、図1(A)は飛行装置10を下方から見た斜視図であり、図1(B)は飛行装置10を上方から見た斜視図である。
図1(A)を参照して、飛行装置10は、機体ベース部14と、機体ベース部14に搭載されたここでは図示しない動力部と、機体ベース部14の周辺部から周囲に向かって伸びるアーム部11と、アーム部11の外側端部に配置されたロータモータ17およびロータ12と、を主要に具備している。飛行装置10は、機体ベース部14に搭載された動力部から発生する駆動力を用いて、ロータ12を所定の回転速度で回転させ、空中を飛行することを可能としている。ここで、動力部としては、エンジンおよびモータの何れか一方または両方が採用される。
飛行装置10としては、バッテリでロータモータ17を回転させる電動式ドローン、エンジンで充電されたバッテリでロータモータ17を回転させるシリーズ型ハイブリッドドローン、または、バッテリおよびエンジンで個別にロータモータ17を回転させるパラレル型ハイブリッドドローンを採用することができる。
図1(B)を参照して、機体ベース部14は、飛行装置10の中央に配置され、ここでは図示しないエンジン、バッテリ、発電機、制御装置、各種センサ、燃料タンク等が収納されている。また、機体ベース部14の上方開口は蓋部13により覆われている。
機体ベース部14の下部には、着陸時に地面に接する第1脚部26および第2脚部27が配設されている。
図2は、飛行装置10の接続構成を示すブロック図である。飛行装置10は、動作制御装置21と、センサ18と、通信装置22と、エンジン20と、発電ユニット23と、電池ユニット25と、出力制御装置24と、ロータモータ17等と、を有している。
ここでは、エンジン20の駆動力で発電ユニット23を発電させ、この発電ユニット23から発生する電力で各モータを回転させ、これにより上記したロータ12を回転させる所謂シリーズ・ハイブリッド型の飛行装置10を例示している。
センサ18は、飛行装置10自体およびその周囲の状況をセンシングする。具体的には、センサ18としては、飛行装置10が傾斜する角度を計測するジャイロセンサ、飛行装置10の向きを計測するコンパス、飛行装置10の位置を計測するGPSセンサ(Glo bal Positioning System)、飛行装置10の高度を計測する気圧センサ、飛行装置10の移動速度等を計測する加速度センサ、の何れかまたは複数が採用される。センサ18で計測された各物理量を示す情報は、動作制御装置21に伝送される。
通信装置22は、地上で飛行装置10を操作する操作者が有する図示しない地上通信装置との間で、情報を送受信することができる。操作者が地上通信装置を操作することで、飛行装置10の高度、進行方向および移動速度等を操作することができる。また、操作者は、通信装置22から発せられた情報を図示しない地上通信装置で受信することで、飛行装置10で得られた測量データや映像データを得ることができる。
動作制御装置21は、CPU(Central Processing Unit)から成る演算装置、およびRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)から成る記憶装置を有しており、飛行装置10全体の動作を制御する。
エンジン20の駆動動作は、動作制御装置21で制御されており、エンジン20と駆動的に接続されている発電ユニット23が発電した電力は、出力制御装置24に供給される。
出力制御装置24は、電力変換回路等を有し、発電ユニット23から供給された電力を、飛行装置10を飛行させるのに適した電力に変換した後に、ロータモータ17に供給する。飛行装置10の空中での姿勢を変更する際には、動作制御装置21の指示に基づいて、出力制御装置24が、ロータモータ17等に供給する電力を変化させる。ここで、発電ユニット23から出力制御装置24に供給された電力の一部は、充電電池である電池ユニット25を充電するために用いられ、電池ユニット25から供給される電力でロータモータ17等を回転させても良い。
図3は、飛行装置10の機体ベース部14を抜き出して示す図であり、図3(A)は斜視図であり、図3(B)は図3(A)の切断面線A−Aに於ける断面図である。
図3(A)を参照して、機体ベース部14は、上面視おいて略円環形状を呈している。また、機体ベース部14は、上端で開口する略円形の上方開口部43と、下端で開口する略円形の下方開口部44とを有する。
更に、機体ベース部14は、複数に分割された、第1分割機体ベース部28、第2分割機体ベース部29、第3分割機体ベース部30および第4分割機体ベース部31を有する。第1分割機体ベース部28、第2分割機体ベース部29、第3分割機体ベース部30および第4分割機体ベース部31は、夫々が、略1/4円環形状を呈しており、これらを相互に組み付けることで、機体ベース部14が全体として略円環形状を呈している。
第1分割機体ベース部28と第2分割機体ベース部29とは接続部45で接続され、第2分割機体ベース部29と第3分割機体ベース部30とは接続部46で接続され、第3分割機体ベース部30と第4分割機体ベース部31とは接続部47で接続され、第4分割機体ベース部31と第1分割機体ベース部28とは接続部48で接続されている。接続部45、接続部46、接続部47および接続部48では、ネジなどの締結手段により接続を行っており、係る構造は図4等を参照して説明する。
内側補強部40は、機体ベース部14の上方開口部43の終端部を、内側に向かって庇状に突出させた部位である。内側補強部40は、接続部45、接続部46、接続部47、接続部48に形成されている。内側補強部40を設けることで、機体ベース部14の機械的強度を更に向上することができる。
第1分割機体ベース部28、第2分割機体ベース部29、第3分割機体ベース部30および第4分割機体ベース部31は、同一の形状を呈している。このようにすることで、単一の金型を用いて成形される一種類の部材を、4つ組み合わせることで、機体ベース部14を製造することができ、機体ベース部14の製造に要する費用および労力を低減することができる。
第1分割機体ベース部28、第2分割機体ベース部29、第3分割機体ベース部30および第4分割機体ベース部31は、ダイカスト金型により形成されたマグネシウムまたはマグネシウム合金から成る。機体ベース部14が、比重が小さい軽金属であるマグネシウム等からなることで、機体ベース部14の剛性を所定以上に確保しつつ、飛行装置10全体としての軽量化を図ることができる。よって、飛行装置10が飛行する際に消費するエネルギを低減し、飛行装置10の連続飛行時間を延長することができる。
図3(B)を参照して、上方開口部43の開口面積および幅は、下方開口部44の開口面積および幅よりも大きく形成されている。上方開口部43の開口面積および幅が大きいことで、機体ベース部14の内部に上方から、バッテリ、散布液等を容易に収納することができる。更に、下方開口部44の開口面積および幅が小さいことで、機体ベース部14の機械的強度を大きく確保することができる。
図4は、飛行装置10の機体ベース部14を部分的に示す図であり、図4(A)は第4分割機体ベース部31と第1分割機体ベース部28とが接続される接続部48の構成を装置内側から見た斜視図であり、図4(B)は同箇所を装置外側から見た斜視図である。
図4(A)を参照して、第1分割機体ベース部28は、アーム取付部32と、端部49と、端部51と、を有する。アーム取付部32は、その中間部外側に形成されて図1に示したアーム部11の内側端部が取りつけられる。端部49は第1分割機体ベース部28の左方側端部に形成され、端部50は第1分割機体ベース部28の右方側端部に形成される。
第4分割機体ベース部31も、第1分割機体ベース部28と同様に、アーム取付部32と、右方側端部に配置された端部50と、左方側端部に配置された端部52と、を有する。
接続部48は、第1分割機体ベース部28の端部49と、第4分割機体ベース部31の端部50とが接合される部位である。
第1分割機体ベース部28の端部49を内側に向かって突出させることで、内側突出部411が形成されている。また、第4分割機体ベース部31の端部50を内側に向かって突出させることで内側突出部412が形成されている。内側突出部411および内側突出部412は、機体ベース部14の軽量化のために、肉抜き形状を呈している。また、第1分割機体ベース部28の内側突出部411の端面と、第4分割機体ベース部31の端部50の端面とは、略同一形状を呈している。
接続部48において、内側突出部411の、左方を向く端面には、螺入口371、螺入口372および螺入口373が形成されている。螺入口371は内側突出部411の半径方向外側に形成され、螺入口372および螺入口373は内側突出部411の半径方向内側に形成されている。螺入口371、螺入口372および螺入口373は、夫々、後述するネジ341、ネジ342およびネジ343の先端部が螺入される。
第1分割機体ベース部28の中央部分を外側に向かって膨出させることで膨出部39が形成されている。アーム取付部32は膨出部39の外側端部に形成されている。膨出部39を形成することで、アーム取付部32の強度を充分に大きくすることが可能となる。また、膨出部39の外側端面を開口することで貫通孔38(図4(B))が形成されている。貫通孔38には、電力を供給するためのハーネス等が配置される。
更に、第1分割機体ベース部28では、円周方向両端部に内側補強部40が形成され、円周方向中央部に膨出部39が形成されている。係る構成により、円周方向の全域に渡り、膨出部39または内側補強部40による補強の効果を得ることができ、第1分割機体ベース部28の剛性、ひいては機体ベース部14の全体的な剛性を強化することができる。
図4(B)を参照して、第4分割機体ベース部31の右方端である端部50に形成される内側突出部412には、挿入部351、挿入部352および挿入部353が形成されている。挿入部351、挿入部352および挿入部353は、内側突出部412を貫通する略円形の孔である。挿入部351、挿入部352および挿入部353の位置は、前述した、螺入口371、螺入口372および螺入口373の位置と一致している。
挿入部351は内側突出部412の半径方向外側に形成された孔部であり、挿入部352および挿入部353は内側突出部412の半径方向内側に形成された孔部である。
接続手段であるネジ341(図4(A))は、挿入部351(図4(B))から挿入され、螺入口371(図4(A))に螺入される。ネジ342(図4(A))は、挿入部352(図4(B))から挿入され、螺入口372(図4(A))に螺入される。ネジ343(図4(A))は、挿入部353(図4(B))から挿入され、螺入口373(図4(A))に螺入される。
また、図4(B)を参照して、端部50の近傍の第4分割機体ベース部31の外周面を内側に向かって溝状に窪ませることで溝部53が形成されている。溝部53を形成することで、挿入部351にネジ341を挿入することが可能となる。
上記した構成は、他の第2分割機体ベース部29および第3分割機体ベース部30、接続部45、接続部46および接続部47に関しても同様である。
図5は、他の形態に係る飛行装置10の機体ベース部14を部分的に示す斜視図である。図5に示す機体ベース部14の基本構成は図3に示したものと同様であり、補強部材42および下部補強部材36を有している点が異なる。
ここでは、接続部48に補強部材42が配置されている。補強部材42は、所定形状に曲折加工された鋼板や樹脂板から成り、前方部分が第4分割機体ベース部31に内側から固定され、後方部分が第1分割機体ベース部28に内側から固定されている。補強部材42を固定する構造としては、締結、接着等を採用することができる。補強部材42を接続部48に取りつけることで、接続部48を補強することができる。更に、補強部材42は、軽量化のために、肉抜き形状とされている。
同様に、接続部45、接続部46および接続部47にも補強部材42が固定されている。
また、補強部材42どうしの間に下部補強部材36が配置されている。下部補強部材36は、所定形状に成形された鋼板または樹脂板から成り、両端が補強部材42の下部に固定され、中間部が第4分割機体ベース部31等に固定されている。下部補強部材36を設けることで、機体ベース部14の剛性を更に向上することができる。
前述した本実施形態により、以下のような主要な効果を奏することができる。
図3(A)を参照して、本発明の飛行装置10によれば、機体ベース部14が、複数に分割された第1分割機体ベース部28等を有し、更に、第1分割機体ベース部28等は、その中間部外側に形成されてアーム部11の内側端部が取りつけられるアーム取付部32と、その両端に形成されて他の第2分割機体ベース部29と接続される接続部45等と、を有することで、例えばマグネシウム等の軽量な軽金属から機体ベース部14を構成し、飛行装置10の重量を低減することができる。
更に、図4(A)等に示したように、接続手段34であるネジ341等を介して、簡易に第1分割機体ベース部28等を相互に接続することができる。
更に、図4(B)等に示したように、モータに電流を供給するためのハーネスを、貫通孔38を経由して引き回すことができる。
更に、図4(A)を参照して、アーム取付部32を、第1分割機体ベース部28等の膨出部39に取りつけることで、両者の接続部45分の機械的強度を充分に確保することができる。
更に、図4(A)を参照して、第1分割機体ベース部28等どうしを接続するネジ341等の接続手段34を、内側突出部41の幅方向外側および幅方向内側に配置することで、第1分割機体ベース部28等どうしの接続強度を大きく確保できる。
更に、図4(A)を参照して、内側突出部41が肉抜き形状を呈することで、飛行装置10の軽量化を図ることができる。
更に、図3(A)を参照して、庇状に突出させた内側補強部40を形成することで、第1分割機体ベース部28等の強度を更に大きく確保できる。
更に、図5を参照して、第1分割機体ベース部28等の接続部45に、補強部材42を配置することで、第1分割機体ベース部28等どうしの接続強度を大きく確保できる。
更に、図3(A)を参照して、第1分割機体ベース部28ないし第4分割機体ベース部31が同様の形状を呈することで、一種類の金型で形成された部材を組み合わせることにより機体ベース部14を構成することができる。よって、機体ベース部14の製造に要する費用を低減できる。
更に、図3(B)を参照して、上方開口部43を比較的に大きく形成することで、容器等の収容物を機体ベース部14の内部に容易に収納することができる。更に、下方開口部44を比較的に小さく形成することで、機体ベース部14の機械的強度を大きく確保することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、前述した各形態は相互に組み合わせることが可能である。
図4(A)を参照して、接続部48に於ける接続構造として、ネジ等による締結以外の接続構造、例えば接着や溶接等を採用することもできる。
10 飛行装置
11 アーム部
12 ロータ
13 蓋部
14 機体ベース部
17 ロータモータ
18 センサ
20 エンジン
21 動作制御装置
22 通信装置
23 発電ユニット
24 出力制御装置
25 電池ユニット
26 第1脚部
27 第2脚部
28 第1分割機体ベース部
29 第2分割機体ベース部
30 第3分割機体ベース部
31 第4分割機体ベース部
32 アーム取付部
34 接続手段
341 ネジ
342 ネジ
343 ネジ
351 挿入部
352 挿入部
353 挿入部
36 下部補強部材
371 螺入口
372 螺入口
373 螺入口
38 貫通孔
39 膨出部
40 内側補強部
41 内側突出部
411 内側突出部
412 内側突出部
42 補強部材
43 上方開口部
44 下方開口部
45 接続部
46 接続部
47 接続部
48 接続部
49 端部
50 端部
51 端部
52 端部
53 溝部


Claims (9)

  1. 機体ベース部と、
    前記機体ベース部に搭載された動力部と、
    前記機体ベース部から外側に向かって伸びるアーム部と、
    前記アーム部に取り付けされたロータと、を具備し、
    前記機体ベース部は、周方向に沿って複数に分割された分割機体ベース部を有し、
    前記分割機体ベース部は、その中間部外側に形成されて前記アーム部の内側端部が取りつけられるアーム取付部と、その両端に形成されて他の前記分割機体ベース部と接続される接続部と、を有し、
    前記分割機体ベース部の前記周方向一端には、半径方向外側から接続手段を挿入できる挿入部が形成され、
    前記分割機体ベース部の前記周方向他端には、前記接続手段が螺入される螺入口が形成されることを特徴とする飛行装置。
  2. 前記アーム取付部には貫通孔が形成されることを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
  3. 前記分割機体ベース部の中間部を外側に向かって膨出させることで膨出部が形成され、
    前記アーム取付部は、前記膨出部に形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の飛行装置。
  4. 機体ベース部と、
    前記機体ベース部に搭載された動力部と、
    前記機体ベース部から外側に向かって伸びるアーム部と、
    前記アーム部に取り付けされたロータと、を具備し、
    前記機体ベース部は、周方向に沿って複数に分割された分割機体ベース部を有し、
    前記分割機体ベース部は、その中間部外側に形成されて前記アーム部の内側端部が取りつけられるアーム取付部と、その両端に形成されて他の前記分割機体ベース部と接続される接続部と、を有し、
    前記分割機体ベース部の周方向端部を半径方向内側に向かって突出させることで内側突出部が形成され、
    前記分割機体ベース部どうしを接続する接続手段を、前記内側突出部の半径方向外側および半径方向内側に配置することを特徴とする飛行装置。
  5. 前記内側突出部は肉抜き形状を呈することを特徴とする請求項4に記載の飛行装置。
  6. 前記分割機体ベース部の周方向端部において、内側に向かって庇状に突出させた内側補強部を形成することを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載の飛行装置。
  7. 前記分割機体ベース部どうしが接続される前記接続部を内側から補強する補強部材を、更に有することを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載の飛行装置。
  8. 前記機体ベース部は、第1分割機体ベース部、第2分割機体ベース部、第3分割機体ベース部および第4分割機体ベース部と、を有し、
    前記第1分割機体ベース部、前記第2分割機体ベース部、前記第3分割機体ベース部および前記第4分割機体ベース部は、同様の形状を呈することを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載の飛行装置。
  9. 前記機体ベース部は、上方開口部と、下方開口部と、を有し、
    前記上方開口部を、前記下方開口部よりも大きく形成することを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
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