JP6979729B2 - 飛行体 - Google Patents
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Description
複数のプロペラと、前記複数のプロペラを個別に回転駆動する複数のプロペラ駆動モーターと、前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アームが結合されてなるフレームと、を有する飛行体であって、
前記飛行体の飛行を制御するためのセンサーを有し、
前記複数のプロペラで囲まれたエリア内において前記各プロペラ駆動モーターから最も遠い位置に姿勢制御時の機体の回転中心があり、
前記センサーが、前記回転中心近傍に配置されていることを最も主要な特徴とする。
図1乃至図5において、ドローンは、4か所の上下にローターとも呼ばれるプロペラ101−1a、101−1b、101−2a、101−2b、101−3a、101−3b、101−4a、101−4bを有する。これらのプロペラは、ドローンを飛行させるための部品であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、2段構成のプロペラが4組、合計8機備えられている。4組のプロペラの回転中心は平面視において長方形の角に位置している。プロペラ101−2a、101−2b、101−4a、101−4b側がドローンの進行方向前側になっている。
次に、図6乃至図9も併せて参照しながら、本実施形態に係るドローンのフレーム構成および胴体50の構成を詳細に説明する。本明細書において、「胴体」とは、ドローンの動作を制御する制御部品や駆動電源となるバッテリーやセンサー類などを搭載する部分で、ヘリコプターや飛行機の胴体に相当する。胴体やフレーム、プロペラ、プロペラ駆動モーターを含むドローン全体を本明細書では「機体」という。ドローンは、その骨格となるフレームを有し、フレームは、互いに一体に結合され、かつ、前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アームで構成されている。複数の支持アームで構成されるフレームは、上下に対をなしていて、上下のフレームが所定の間隔をおいて一体に結合されている。
上下一対の第2支持アーム11,21の先端部で支持されているプロペラ101−1a、101−1bは、プロペラガード41によって囲まれ、プロペラガード41内で回転する。プロペラガード41は、上下一対の円環状の枠と、これらの枠を一定の間隔をおいて平行に結合する柱状の介在部材と、上下の枠の中心位置にあるハブと、上下それぞれの枠とハブとを結合する複数のスポークと、を有してなる。上下のハブは、その中心をプロペラ101−1a、101−1bの回転中心に一致させて第2支持アーム11,21の先端部に結合されている。
平面視において、4組の各プロペラ101−1a、101−1bと、101−2a、101−2bと、101−3a、101−3bおよび101−4a、101−4bの回転中心を結ぶ線は横長の長方形になっている。前後に並ぶ左側のプロペラガード43,44と、前後に並ぶ右側のプロペラガード41,42との間には空間がある。すなわち上記空間は複数の上記プロペラ101−1a〜101−4bで囲まれる空間である。上記空間の内側に、上側の支持アーム10,11,12および下側の支持アーム20,21,22とで立体空間が画されている。
前記上側のフレームを構成する二つの第2支持アーム11,12には、GPSセンサー60,60が上向きに取り付けられている。GPSセンサー60,60は、例えば高精度位置検出機アンテナおよび高精度位置検出機モジュールにより構成されている。GPSセンサー60,60は、ドローンの絶対位置を計測し、計測した位置が例えばプログラム通りの位置であるかどうかを判定し、位置がずれていれば正しい位置になるように前記各駆動モーターの回転を制御する。
以上説明した飛行体およびそのフレームの構成によれば、以下のような冷却効果を得ることができる。
図10に、本願発明に係るドローン100を農業用ドローンとして薬剤散布に使用する場合のシステム全体の例を模式的に示す。操縦器401は、使用者402の操作によりドローン100に指令を送信し、また、ドローン100から受信した情報、例えば、位置、薬剤量、バッテリー残量、カメラ映像等の情報を表示することができる。操縦器401は、コンピューター・プログラムを稼働する一般的なタブレット端末等の携帯情報機器によって実現されてよい。
図11は、本願発明に係る薬剤散布用ドローンの実施例の制御機能を表したブロック図である。フライトコントローラー501は、ドローン全体の制御を司る構成要素であり、具体的にはCPU、メモリー、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピューターであってよい。フライトコントローラー501は、操縦器401から受信した入力情報、および、後述の各種センサーから得た入力情報に基づき、ESC(Electronic Speed Control)等の制御手段を介して、モーター102−1a、102−1b、102−2a、102−2b、102−3a、102−3b、102−4a、102―4bの回転数を制御して、ドローン100の飛行を制御する。
図2、図3に示す姿勢制御時の機体の回転中心Pは、既に説明したとおり、平面視において4組のプロペラの回転中心を結んだ長方形の対角線の交点であり、上下のプロペラ間隔の中心に位置している。したがって、姿勢制御時の機体の回転中心Pは、各プロペラの駆動モーターから最も遠い位置にあり、各駆動モーターおよび各プロペラの回転によって生じる振動の影響を最も受けにくい位置にある。
11 第2支持アーム
12 第2支持アーム
13 補強梁
20 第1支持アーム
21 第2支持アーム
22 第2支持アーム
23 補強梁
50 胴体
55 バッテリー
60 GPSセンサー
152 バッテリー受け部材
153 バッテリー装着空間
505 6軸ジャイロセンサー
530 弛緩センサー
Claims (11)
- 複数のプロペラと、前記複数のプロペラを個別に回転駆動する複数のプロペラ駆動モーターと、前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アームが結合されてなるフレームと、を有する飛行体であって、
前記飛行体の飛行を制御するためのセンサーと、
駆動電源であるバッテリーを固定するバッテリー受部材と、を有し、
前記フレームは上下に対をなし、上下の前記フレームが柱によって結合され、前記フレームを構成する前記複数の支持アームによって前記複数のプロペラ駆動モーターが支持され、
前記複数のプロペラで囲まれたエリア内において前記各プロペラ駆動モーターから最も遠い位置に姿勢制御時の機体の回転中心があり、
前記センサーが、前記バッテリー受部材に固定されて前記回転中心近傍に配置されている飛行体。 - 前記バッテリーは、前記バッテリー受部材の一面側に配置され、前記センサーは、前記バッテリー受部材の他面側に配置されている請求項1記載の飛行体。
- 前記センサーは、機体の姿勢を制御するためのセンサーと機体の位置を検出するセンサーを含む請求項1または2記載の飛行体。
- 前記機体の姿勢を制御するためのセンサーは、6軸ジャイロセンサーである請求項3記載の飛行体。
- 前記6軸ジャイロセンサーは、互いに直交する3軸方向の加速度センサーと前記3軸を中心とした回転の角速度センサーである請求項4記載の飛行体。
- 前記機体の位置を検出するセンサーは、GPSセンサーである請求項3記載の飛行体。
- 前記機体の位置を検出するセンサーは、機体の位置を高精度で検出する高精度位置検出機である請求項3記載の飛行体。
- 前記飛行体の重心位置は、前記姿勢制御時の機体の回転中心よりも下側または前記回転中心と同じ高さにある請求項1乃至7のいずれかに記載の飛行体。
- 前記フレームと一体に胴体が結合され、前記胴体に前記センサーが搭載されている請求項1乃至8のいずれかに記載の飛行体。
- 前記フレームは、両端部においてそれぞれ前記プロペラ駆動モーターを支持する一つの第1支持アームと、前記第1支持アームの長さ方向の途中から斜めに対称形に伸びる二つの第2支持アームと、前記二つの第2支持アームを長さ方向の途中で連結する補強梁とを有し、
前記第2支持アームの各先端部で、前記第1支持アームで支持しているプロペラ駆動モーターとは別のプロペラ駆動モーターを支持している請求項1乃至9のいずれかに記載の飛行体。 - 前記胴体が前記上下のフレームの間で前記上下のフレームと一体に結合されている請求項9記載の飛行体。
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