JP7203933B1

JP7203933B1 - ドローン

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Publication number: JP7203933B1
Application number: JP2021191680A
Authority: JP
Inventors: 昭次柳沢; 正吉田; 裕仁吉野; 穣豊田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2023-01-13
Anticipated expiration: 2041-11-26
Also published as: JP2023078525A

Abstract

【課題】埃の舞い込みを抑制して撮像をすることが可能となるようなドローンを提供する。【解決手段】ドローンは、本体部と、本体部を支持する複数の脚部と、本体部に揚力または推進力を発生させるプロペラとを備え、その複数の脚部１５Ｆのうち少なくとも１つの脚部は、ドローンが着地または着床した状態において、その少なくとも１つの脚部単体で、ドローンの任意の方向への移動を許容する回転体を備える。【選択図】図１Ａ

Description

本開示はドローンに関する。

ドローンを利用して建物にクラック等の不具合が発生していないかを調査する試みがなされている。例えば、特許文献１には、床下や屋根裏などの建物内部の狭い空間内にカメラが搭載されたドローンを飛行させて画像を撮像し、撮像した画像を確認することで建物を調査する技術が開示されている。

特開２０２０－６９８３３号公報

しかしながら、床下や屋根裏などの狭隘空間には多くの埃が溜まっているため、従来技術１のような技術を用いて狭隘空間の画像を撮像しても、撮像画像に埃が映り込み、良好な画像が得られないという問題があった。

本開示はこのような問題を解決するためになされたものであり、実施形態の一側面は、埃の舞い込みを抑制して撮像をすることが可能となるようなドローンを提供することを目的とする。

実施形態によるドローンの一側面は、本体部と、前記本体部を支持する複数の脚部と、前記本体部に揚力または推進力を発生させるプロペラと、を備えたドローンであって、前記複数の脚部のうち少なくとも１つの脚部は、前記ドローンが着地または着床した状態において、前記少なくとも１つの脚部単体で、前記ドローンの任意の方向への移動を許容する回転体を備える。

実施形態によるドローンの一側面によれば、ドローンは、ドローンが着地または着床した状態においてプロペラの回転により発生する風の流れを一定の方向に限定しながら任意の移動することが可能であるので、プロペラの風により埃が舞う空間を限定することができる。したがって、埃の舞い込みを抑制して撮像をすることが可能となる。

実施形態によるドローンの斜視図である。実施形態によるドローンの底面図である。実施形態による脚部の一例を示す図である。実施形態による脚部の一例を示す図である。実施形態による脚部の一例を示す図である。ドローンおよびコントローラの構成例を示す図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本開示に係る種々の実施形態について説明する。なお、図面全体を通じて同一符号を付された構成要素は、同一又は類似の構成又は機能を有するものとする。

＜システム構成＞
図１Ａは本開示に係るドローン１の斜視図であり、図１Ａはドローン１の底面図である。ドローン１は、図５に示されているように、コントローラ２により送信された操縦信号に従って遠隔操作される。遠隔操作には、目視内飛行および目視外飛行が含まれる。遠隔操作によりドローン１は飛行または走行をするとともに、ドローン１のカメラ１３により撮像された画像がコントローラ２に送信される。

＜ドローンの構成＞
図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、ドローン１は、本体部１１、本体部１１の前方の左右両側に設けられたプロペラ１２ＦＬおよび１２ＦＲ、本体部１１の後方の左右両側に設けられたプロペラ１２ＲＬおよび１２ＲＲ、本体部１１の前方の中央に設けられた脚部１５Ｆ、並びに本体部１１の後方の左右両側に設けられた脚部１５ＲＬおよび１５ＲＲを備える。図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、脚部１５Ｆ、脚部１５ＲＬおよび１５ＲＲは、ドローン１が着地している際にドローン１を支持できるように、本体部１１の底部に備えられている。

図１Ａに示されているように、本体部１１の脚部が設けられた底部と反対側の上部に、ドローン１は、本体部１１の前方の左右両側に設けられたライト１４Ｌおよび１４Ｒ、並びに本体部１１の前方の中央に設けられたカメラ１３を更に備える。

（本体部）
本体部１１は、図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、平面視で中央に位置する中央部１１Ｃと、平面視で中央部１１Ｃから相異なる４つの径方向へ延伸するアーム１１Ａ１～１１Ａ４とを有する。なお、図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、アーム１１Ａ１～１１Ａ４の他に、支持アームを有していてもよい。中央部１１Ｃには、後述する制御部１６、ＥＳＣ（Electronic Speed Controller）１７、および不図示のバッテリが搭載される。各アームの先端からは、略鉛直方向に沿ってモータ軸が位置するように、モータ１８（図５を参照）が配置されている。各モータ１８の回転軸の先端にはプロペラ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬまたは１２ＲＲが固定されている。また、本体部１１は、４つのプロペラの外周を取り囲むような防護フレームを有する。このような本体部１１の形状は一例に過ぎず、飛行可能である限り本体部１１は種々の形状を取り得る。

（プロペラ）
プロペラ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬおよび１２ＲＲは、それぞれ１つのモータ１８（図５を参照）に機械的に接続されている。４つのモータ１８はそれぞれ１つのＥＳＣ（Electronic Speed Controller）１７（図５を参照）に電気的に接続されており、モータ１８の回転数が制御部１６の下でＥＳＣ１７により制御される。モータ１８が駆動されることによりプロペラ１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬおよび１２ＲＲが回転し、これにより揚力または推進力が得られ、飛行または走行をする方向が制御される。なお、反トルクを相殺できるように、プロペラ１２ＦＬと１２ＲＲの形状が同一であり、プロペラ１２ＦＲと１２ＲＬの形状が同一となっている。

（脚部）
脚部１５Ｆ、１５ＲＬ、１５ＲＲは、本体部１１の底部に設けられ、ドローン１が着地または着床した際にドローン１の本体部１１を支持する。脚部１５Ｆは、図１Ａおよび図１Ｂでは１つしか示されていないが、２つ以上であってもよい。脚部１５Ｆは、ドローン１が着地または着床した状態において、脚部１５Ｆ単体で、ドローン１の任意の方向への移動を許容するような回転体（１５Ｆ１；１５ＦＴ）を備える。回転体（１５Ｆ１；１５ＦＴ）を備えることにより、ドローン１は、ヨーイングや、ドローン１の真横方向（Left方向またはRight方向）への移動も可能となる。なお、ヨーイングとは、ドローン１の上下方向に伸びる軸（図１Ａおよび図１Ｂに示した、Front/Rear方向の軸およびLeft/Right方向の軸の両軸に直交するTop/Bottom軸に沿った方向）の軸周りの回動をいう。

一例として、脚部１５Ｆは、回転体として、図２に示されたような球状の球体１５Ｆ１を備える。より具体的には、脚部１５Ｆは、球体１５Ｆ１と、球体１５Ｆ１を回転可能に受容する球体保持部１５Ｆ２と、球体保持部１５Ｆ２を本体部に取り付けるための取付部１５Ｆ３とを有する。

球体１５Ｆ１は、例えばスチールまたはステンレスでできているが、他の材料によってできていてもよい。

球体保持部１５Ｆ２は、球体１５Ｆ１を回転可能に受容できるように凹部を有するカップ状となるように形成されており、凹部に球体１５Ｆ１が配置されることによって球体１５Ｆ１を回転可能に保持する。球体保持部１５Ｆ２は、ステンレスまたは樹脂などの部材によって形成可能である。球体１５Ｆ１を回転可能に保持するため、球体１５Ｆ１と球体保持部１５Ｆ２の間には若干の隙間が設けられている。これにより、ドローン１が床面または地面に脚部１５Ｆのみで支持されている場合、ドローン１は床面または地面上を任意の方向に移動することができる。

取付部１５Ｆ３は、ステンレス等の部材により形成可能である。取付部１５Ｆ３は、ドローン１の本体部１１の底面に取り外しができないように固定されていてもよいが、着脱可能に構成されていてもよい。例えば、取付部１５Ｆ３は、本体部１１と嵌合、係合または螺合により着脱可能に固定する構造を有していてもよい。図１Ａでは、螺子を用いて螺合により着脱可能に固定された例を示している。

他の例として、脚部１５Ｆは、回転体として、図３に示されたような車輪１５ＦＴを備えていてもよい。車輪１５ＦＴは、椅子やワゴン等のキャスターのように、水平軸（Left/Right軸）の軸周りおよび鉛直軸（Top/Bottom軸）の軸周りに回転可能な構造を有する。これにより、ドローン１が床面または地面に車輪１５ＦＴのみで支持されている場合、ドローン１は床面または地面上を任意の方向に移動することができる。

一例として、脚部１５ＲＬおよび１５ＲＲは、図４に示されたような略球状の形状を有する。より具体的には、ドローン１に制動力を付与するため、脚部１５ＲＬおよび１５ＲＲは、回転しないような構造を有し、例えば硬質のスポンジ等の制動力が得られる制動部材でできた球体の一部をカットした形状を有する。一定の制動力が得られれば、脚部１５ＲＬおよび１５ＲＲの形状または素材は任意である。

脚部１５Ｆのような着地または着床状態において任意の方向への自由な移動を可能とする脚部を備えるとともに、脚部１５ＲＬおよび１５ＲＲのような一定の制動力が得られる脚部を備えることにより、床下や屋根裏などの狭隘空間においてドローン１の移動を制御することが容易となる。

（無線部）
無線部１９は、コントローラ２から送信されたドローン１の操作信号を受信する。操作信号の例には、ドローン１の飛行姿勢に関する信号および飛行速度または走行速度に関する信号が含まれる。操作信号には、ライト１４のオン／オフに関する信号、カメラ１３のオン／オフに関する信号が含まれていてもよい。無線部１９は、受信した操作信号を制御部１６へ出力する。

無線部１９は、また、制御部から受信した撮像データをコントローラ２へ送信する。

（制御部）
制御部１６は不図示のプロセッサおよびメモリを備え、メモリに格納されたプログラムがプロセッサに読み出されて実行されることにより、制御部１６はドローン１の種々の動作を制御する。

例えば、無線部１９から受け付けた操作信号に基づいて、ドローン１の動作を制御する。より具体的には、鉛直方向に上昇させる旨の信号を受信した場合には、制御部１６は、４つのモータ１８を所定の等しい回転数で回転させるように、４つのＥＳＣに所定の制御信号を出力する。また、右方向に進行または旋回する旨の信号を受信した場合には、制御部１６は、プロペラ１２ＦＲまたはプロペラ１２ＲＲに対応したモータ１８の回転数がプロペラ１２ＦＬまたはプロペラ１２ＲＬに対応したモータ１８の回転数よりも低くなるように、４つのＥＳＣに所定の制御信号を出力する。また、左方向に進行または旋回する旨の信号を受信した場合には、制御部１６は、プロペラ１２ＦＬまたはプロペラ１２ＲＬに対応したモータ１８の回転数がプロペラ１２ＦＲまたはプロペラ１２ＲＲに対応したモータ１８の回転数よりも低くなるように、４つのＥＳＣに所定の制御信号を出力する。また、ドローン１を前傾させる旨の信号を受信した場合には、制御部１６は、プロペラ１２ＲＬおよびプロペラ１２ＲＲに対応したモータ１８の回転数がプロペラ１２ＦＬおよびプロペラ１２ＦＲに対応したモータ１８の回転数よりも高くなるように、４つのＥＳＣに所定の制御信号を出力する。

制御部１６は、また、ライト１４またはカメラ１３のオン／オフに関する信号を受信した場合には、その信号に従ってライト１４またはカメラ１３を動作させる。

制御部１６は、また、カメラ１３により撮像された撮像画像を受信し、受信した撮像画像をデジタル画像に変換して所定の画質調整を行い、画質調整後の画像データを無線部に出力する。所定の画質調整には、例えば、ＡＷＢ（ＡｕｔｏＷｈｉｔｅＢａｌａｎｃｅ）による色合い調整、ＡＥ（ＡｕｔｏＥｘｐｏｓｕｒｅ）による露出補正、ＡＦ（ＡｕｔｏＦｏｃｕｓ）によるフォーカス調整、シャープネス調整などの様々な画質調整が含まれる。

（ＥＳＣ；モータ）
ＥＳＣ（Electronic Speed Controller）１７は、典型的には各モータ（プロペラ）に対応して設けられており、図１Ａに示した４枚のプロペラを備えるドローン１の場合には４つのＥＳＣ１７が備えられる。各ＥＳＣ１７は、制御部１６から受信した制御信号に従って、対応するモータ１８を回転させる。

（カメラ）
カメラ１３は、例えば、例えば、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅｄＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサにより実現され、画像を撮像する。カメラ１３により撮像された撮像画像は制御部１６に出力される。カメラ１３は、平面視において、本体部１１の中央部１１Ｃから回転体（１５Ｆ１、１５ＦＴ）を備えている脚部１５Ｆを望む方向がカメラ１３の画角内に含まれるように配置されている。

（ライト）
ライト１４Ｌおよび１４Ｒは、例えばＬＥＤライトである。床下等の暗い空間を撮像する際に、ライト１４Ｌおよび１４Ｒによりその空間が照光される。

＜コントローラの構成＞
（操作部）
操作部２２は、ドローン１の操縦者による操縦を受け付けるインタフェースである。操作部２２は、例えば、不図示のレバーまたはボタンにより構成される。

（制御部；表示部）
制御部２１は不図示のプロセッサおよびメモリにより構成され、メモリに格納されたプログラムが実行されることにより制御部２１はコントローラ２の各部の動作を制御する。例えば、操作部２２の操作に応じて所定の制御信号を生成し、生成した制御信号を無線部２４へ供給する。

また、制御部２１は、無線部２４から、カメラ１３により撮像された画像データを受信し、受信した画像データを表示部２３に表示するように表示制御を行う。表示部２３は、例えば液晶パネルにより実現される。表示部２３は、図５に例示されているように、コントローラ２に設けられてもよいし、操縦者が装着する不図示のゴーグルまたはヘッドマウントディスプレイに設けられてもよい。

（無線部）
無線部２４は、制御部２１から受信した制御信号を送信する。また、無線部２４は、ドローン１の無線部１９から送信されたカメラ１３により撮像された画像データを受信して、受信した画像データを制御部２１へ出力する。

＜動作＞
以上のように構成されたドローン１によれば、埃が舞い上がることを抑制することができる。従来のドローンの場合、ドローンが着地している際にはドローンが滑らないように、ドローンの脚部に一定の摩擦力が生じるようになっている。そのため、ドローンが着地している場所（以下、「地点Ａ」という。）から他の床面または地面上の位置（以下、「地点Ｂ」という。）へ移動する際、ドローンに揚力を発生させてドローンを上昇させ、地点Ｂの上方まで移動させ、プロペラの回転数を落として地点Ｂに着地させるというプロセスを経る必要があった。プロペラの回転によりドローンの周囲に風の流れが万遍なく生じるので、埃がドローンの周囲に万遍なく舞い上がり、良好な画像を撮像することができなかった。

これに対し、本開示に係るドローン１によれば、ドローン１を地点Ａから地点Ｂに移動させる場合に、上記と異なるプロセスを経ることが可能となる。すなわち、ドローン１が地点Ａに存在する状態において、プロペラ１２ＦＬおよび１２ＦＲを回転させないでプロペラ１２ＲＬおよび１２ＲＲの回転数を上げて、ドローン１を前傾姿勢にする。その後、ドローン１を進行させたい方向と反対側のプロペラの回転数が相対的に高くなるようにプロペラの回転を制御する。そうすると、脚部１５Ｆが図２のような構造の場合、球体１５Ｆ１は任意の方向へ回転できるので、ドローン１を進行させたい方向へ移動させることができる。脚部１５Ｆが図３のような車輪１５ＦＴの場合であっても、車輪１５ＦＴが水平軸の軸周りおよび鉛直軸の軸周りに回転可能に構成されているので、ドローン１は床面または地面上を任意の方向に移動することができ、ドローン１を進行させたい方向へ移動させることができる。ドローン１が地点Ｂまたはその手前まで移動したらプロペラの回転を停止させる。脚部１５ＲＬおよび１５ＲＲのように回転しない制動部材が備えられているので、脚部１５ＲＬおよび１５ＲＲの着地により大きな制動力が得られる。このようなプロセスを経る場合、プロペラの回転により発生する風は、ドローンの進行方向と反対方向に向かって流れるように発生するだけであるので、埃が舞い上がる空間を限定させることが可能となる。加えて、カメラ１３は、脚部１５Ｆの上方にドローン１の前方を撮像するように配置されているので、カメラ１３の画角内に埃が舞い込んでくることを抑制することができる。したがって、埃の舞い込みを抑制して良好な画像を撮像することが可能となる。

なお、カメラ１３は脚部１５Ｆの上方に配置されている必要はない。例えば、本体部の中央部１１Ｃの上方の位置、または脚部１５ＲＬ若しくは１５ＲＲの上方の位置であってもよい。このような位置であっても、平面視において、本体部１１の中央部１１Ｃから回転体（１５Ｆ１、１５ＦＴ）を備えている脚部１５Ｆを望む方向がカメラ１３の画角内に含まれるようにカメラ１３が配置されていれば、従来技術に比して、埃の舞い込みを抑制した良好な画像を撮像することができる。

また、本開示に係るドローン１によれば、ドローン１を地点Ａから地点Ｂに移動させる場合に、ドローン１を離陸させる必要が無いので、モータを駆動する電力を抑制することができ、バッテリの持続時間を長くすることができる。

＜付記＞
以上で説明したドローンのいくつかの側面について、以下のとおりまとめる。

（付記１）
付記１のドローンは、本体部（１１）と、前記本体部を支持する複数の脚部（１５Ｆ、１５ＲＬ、１５ＲＲ）と、前記本体部に揚力または推進力を発生させるプロペラ（１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲ）と、を備えたドローンであって、前記複数の脚部のうち少なくとも１つの脚部（１５Ｆ；１５ＦＴ）は、前記ドローンが着地または着床した状態において、前記少なくとも１つの脚部単体で、前記ドローンの任意の方向への移動を許容する回転体（１５Ｆ１；１５ＦＴ）を備える。

（付記２）
付記２のドローンは、付記１のドローンであって、前記回転体は球体（１５Ｆ１）である。

（付記３）
付記３のドローンは、付記２のドローンであって、前記少なくとも１つの脚部は、前記球体を回転可能に受容する球体保持部（１５Ｆ２）を更に備える。

（付記４）
付記４のドローンは、付記１のドローンであって、前記回転体は水平軸の軸周りおよび鉛直軸の軸周りに回転可能な車輪（１５ＦＴ）である。

（付記５）
付記５のドローンは、付記１から４のいずれかのドローンであって、前記複数の脚部のうち少なくとも１つの他の脚部（１５ＲＬ、１５ＲＲ）は回転しない制動部材でできている。

（付記６）
付記６のドローンは、付記１から５のいずれかのドローンであって、画像を撮像するカメラ（１３）を更に備える。

（付記７）
付記７のドローンは、付記６のドローンであって、平面視において前記本体部（１１）の中央部（１１Ｃ）から前記少なくとも１つの脚部（１５Ｆ；１５ＦＴ）を望む方向が、前記カメラの画角内に含まれるように前記カメラが配置されている。

なお、以上で説明した実施形態に種々の変更を加えて特許請求の範囲に記載された発明を実施してもよい。

本開示に係るドローンは、床下や屋根裏などの建物の狭隘空間を飛行させて建物の不具合を調査するドローンとして利用することができる。

１ドローン、２コントローラ、１１本体部、１１Ａ１～１１Ａ４アーム、１１Ｃ中央部、１２（１２ＦＬ、１２ＦＲ、１２ＲＬ、１２ＲＲ）プロペラ、１３カメラ、１４（１４Ｌ、１４Ｒ）ライト、１５Ｆ脚部、１５Ｆ１球体（回転体）、１５Ｆ２球体保持部、１５Ｆ３取付部、１５ＦＴ車輪（回転体）、１５ＲＬ脚部、１５ＲＲ脚部、１６制御部、１７ＥＳＣ、１８モータ、１９無線部、２１制御部、２２操作部、２３表示部、２４無線部。

Claims

本体部と、
前記本体部の前方に設けられた少なくとも１つの前方脚部と、前記本体部の後方に設けられた２つの後方脚部とを含む、前記本体部を支持する複数の脚部と、
前記本体部に揚力または推進力を発生させるプロペラと、
を備えたドローンであって、
前記少なくとも１つの前方脚部は、前記ドローンが着地または着床した状態において、前記少なくとも１つの前方脚部単体で、前記ドローンの任意の方向への移動を許容する回転体を備え、
前記２つの後方脚部は、回転しない制動部材でできている、
ドローン。
前記回転体は球体である、請求項１に記載されたドローン。
前記少なくとも１つの前方脚部は、前記球体を回転可能に受容する球体保持部を更に備える、請求項２に記載されたドローン。
前記回転体は水平軸の軸周りおよび鉛直軸の軸周りに回転可能な車輪である、請求項１に記載されたドローン。
画像を撮像するカメラを更に備えた、請求項１から４のいずれか１項に記載されたドローン。
平面視において前記本体部の中央部から前記少なくとも１つの脚部を望む方向が、前記カメラの画角内に含まれるように前記カメラが配置されている、請求項５に記載されたドローン。