JP7466890B2 - 受動型案内機構および飛行体着陸システム - Google Patents

Description

本発明は、受動型案内機構および飛行体着陸システムに関する。

従来、遠隔操作や自動制御で飛行可能に設けられたドローンや無人飛行機などの飛行体は、専用の着陸台や、地面、車両の上面、建物の屋上など、平面上で離着陸するものが一般的である（例えば、特許文献１または２参照）。

特開２０１９－０８９４６１号公報 特開２０１８－１９０３６２号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載のような平面上で離着陸する一般的な飛行体では、着陸する際、プロペラなどの推力を減ずる必要があるため、外乱への対応が難しいことや、地面効果の問題もあることから、制御が不安定になりやすく、所望の位置に素早く案内して着陸させるのが難しいという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、所望の位置にスムーズに案内することができる受動型案内機構、および、所望の位置にスムーズに案内して着陸することができる飛行体着陸システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る受動型案内機構は、互いに間隔を開けて並べて配置され、それぞれの一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられた１対の案内レールと、一方の案内レールと他方の案内レールとを連結する連結部材を有し、前記一方の案内レールは、その一方の先端またはその近傍で、各案内レールを含む平面に対して垂直方向に伸びる第１の軸を中心として回転可能に支持され、前記他方の案内レールは、その一方の先端またはその近傍で、各案内レールを含む平面に対して垂直方向に伸びる第２の軸を中心として回転可能に支持され、前記連結部材は、一方の端部が、各案内レールを含む平面に対して垂直な第３の軸を中心として回転可能に、前記一方の案内レールに接続され、他方の端部が、各案内レールを含む平面に対して垂直な第４の軸を中心として回転可能に、前記他方の案内レールに接続されており、前記第１の軸、前記第２の軸、前記第３の軸、および前記第４の軸が回り対偶から成る４節リンク機構を成し、前記第３の軸と前記第４の軸とを結ぶ線が、前記第１の軸と前記第２の軸とを結ぶ線と同じ長さであり、かつ平行に移動するよう構成されていることを特徴とする。

本発明に係る受動型案内機構は、被案内物が各案内レールの一方の先端側から各案内レールの間に入ってきたとき、被案内物が一方の案内レールの内側に衝突すると、一方の案内レールが第１の軸を中心として外側に向かって回転するため、被案内物の進行方向と一方の案内レールとの成す角度を小さくすることができる。また、被案内物が他方の案内レールの内側に衝突すると、他方の案内レールが第２の軸を中心として外側に向かって回転するため、被案内物の進行方向と他方の案内レールとの成す角度を小さくすることができる。これにより、被案内物が各案内レールに衝突しても、侵入方向とは反対側に跳ね返されることなく、各案内レールの一方の先端側から他方の先端側に向かって入りやすくすることができる。また、連結部材および４節リンク機構により、被案内物を各案内レールに衝突させながら、徐々に初期位置での各案内レールの中間位置に寄せることができ、案内する範囲を狭めることができる。このように、本発明に係る受動型案内機構は、被案内物を各案内レールの他方の先端側の所望の位置にスムーズに案内することができる。

また、本発明に係る受動型案内機構は、各案内レールが一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられているため、被案内物が各案内レールの一方の先端側から各案内レールの間に入りやすい。各案内レールは、それぞれの一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられていれば、いかなる形状を成していてもよく、例えば、それぞれの一方の先端部がなめらかな曲線を成し、他方の先端部が互いに平行を成すよう直線状に形成されていてもよい。また、一方の先端部が直線状を成していてもよく、各案内レール全体が直線状を成していてもよい。また、各案内レールは、上下方向に間隔を開けて配置されていてもよく、左右方向に間隔を開けて配置されていてもよい。

本発明に係る受動型案内機構は、移動する物体を所望の位置に案内するよう構成されていてもよく、自身が移動して、静止した物体を所望の位置に案内するよう構成されていてもよい。本発明に係る受動型案内機構は、例えば、飛行体を所望の位置に着陸させるための案内機構や、物体を取り込んで把持するためのロボットアームやグリッパなどとして利用することができる。

本発明に係る受動型案内機構で、前記一方の案内レールおよび前記他方の案内レールは、所定の面に対して面対称に配置された初期位置から、それぞれ前記第１の軸および前記第２の軸を中心として所定の回転角度の範囲で、正方向および逆方向に回転可能に設けられていることが好ましい。この場合、第１の軸および第２の軸の回転角度の範囲により、各案内レールの他方の先端の移動範囲を制限することができ、案内する範囲を所望の範囲に制限することができる。

本発明に係る受動型案内機構は、各案内レールを前記初期位置に向かって付勢するよう構成されていることが好ましい。この場合、回転移動した各案内レールを、常に初期位置に戻すことができる。このため、被案内物を、初期位置での各案内レールの中間位置に寄せることができ、案内する範囲を狭めることができる。

本発明に係る受動型案内機構は、前記一方の案内レールが前記初期位置から前記他方の案内レールとは反対側に回転するとき、および、前記他方の案内レールが前記初期位置から前記一方の案内レールとは反対側に回転するとき、それぞれ前記一方の案内レールの回転力および前記他方の案内レールの回転力を吸収するためのダンパーを有していてもよい。この場合、ダンパーにより、各案内レールに衝突した被案内物による衝撃を吸収することができ、各案内レールや被案内物の破損を防ぐことができる。また、被案内物の衝突方向のエネルギーを吸収して跳ね返りを抑え、被案内物が各案内レールの一方の先端側から他方の先端側に向かって入りやすくすることができる。

本発明に係る受動型案内機構は、前記第１の軸を中心とした前記一方の案内レールの前記初期位置からの回転角度と、前記第２の軸を中心とした前記他方の案内レールの前記初期位置からの回転角度とが等しくなるよう、各案内レールが連結されていることが好ましい。この場合、被案内物が一方の案内レールに衝突したとき、一方の案内レールが外側に回転すると共に、他方の案内レールが内側に回転するため、一方の案内レールに衝突した被案内物が、すぐに他方の案内レール側に衝突し、各案内レールを反対側に回転させることができる。また、被案内物が他方の案内レールに衝突したときも同様に、他方の案内レールが外側に回転すると共に、一方の案内レールが内側に回転するため、他方の案内レールに衝突した被案内物が、すぐに一方の案内レール側に衝突し、各案内レールを反対側に回転させることができる。これにより、被案内物を各案内レールに衝突させながら、徐々に初期位置での各案内レールの中間位置に寄せることができ、案内する範囲を狭めることができる。

本発明に係る受動型案内機構で、前記連結部材は、各案内レールを含む平面から垂直方向に所定の距離をあけて配置されていることが好ましい。この場合、各案内レールの間を通過する被案内物が、連結部材にあたるのを防ぐことができる。

本発明に係る受動型案内機構は、各案内レールに対して前記連結部材を移動可能に支持する連結支持部材を有することが好ましい。この場合、各案内レールおよび連結部材を、安定して回転させたり移動させたりすることができる。

本発明に係る飛行体着陸システムは、本発明に係る受動型案内機構と、上部に、各案内レールの前記一方の先端側から各案内レールの間に挿入可能に設けられた吊下部を有する飛行体と、各案内レールの他方の先端側に配置され、各案内レールの間に前記吊下部を通して各案内レールの前記一方の先端側から前記他方の先端側に案内された前記飛行体を着陸可能に設けられた着陸手段とを、有することを特徴とする。また、本発明に係る飛行体着陸システムは、互いに間隔を開けて並べて配置され、それぞれの一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられた１対の案内レールを有し、一方の案内レールは、その一方の先端またはその近傍で、各案内レールを含む平面に対して垂直方向に伸びる第１の軸を中心として回転可能に支持され、他方の案内レールは、その一方の先端またはその近傍で、各案内レールを含む平面に対して垂直方向に伸びる第２の軸を中心として回転可能に支持されている受動型案内機構と、上部に、各案内レールの前記一方の先端側から各案内レールの間に挿入可能に設けられた吊下部を有する飛行体と、各案内レールの他方の先端側に配置され、各案内レールの間に前記吊下部を通して各案内レールの前記一方の先端側から前記他方の先端側に案内された前記飛行体を着陸可能に設けられた着陸手段とを、有することを特徴としてもよい。

本発明に係る飛行体着陸システムは、以下のようにして、飛行体を着陸させることができる。すなわち、各案内レールの一方の先端側から、各案内レールの下方に向かって飛行体を飛行させ、飛行体の上部に設けられた吊下部を、各案内レールの一方の先端側から各案内レールの間に挿入させる。このとき、受動型案内機構により、飛行体を各案内レールの他方の先端側にスムーズに案内することができ、着陸手段により飛行体を着陸させることができる。

本発明に係る飛行体着陸システムは、飛行体の下方に十分な空間があくよう各案内レールを配置することにより、地面効果の影響をほとんど無視できるほど小さくすることができる。また、地面効果の影響がほとんどないため、比較的狭い空間でも、飛行体を安定して着陸させることができる。本発明に係る飛行体着陸システムで、各案内レールは、少なくとも下方および一端側の延長方向に空間をあけることができる場所であれば、どのような場所に設置されてもよい。各案内レールは、例えば、工場や家屋、ビルなどの天井や軒下に設置されてもよく、クレーン等で吊されていてもよい。

本発明に係る飛行体着陸システムで、前記着陸手段は、１対の着陸レールを有し、各案内レールの前記他方の先端側に案内された前記飛行体の前記吊下部を、各着陸レールの間に案内すると共に、各着陸レールの間に前記吊下部が挿入された状態で、各着陸レールの所定の位置で前記飛行体を吊り下げ可能に構成されていることが好ましい。

この着陸レールを有する場合、各着陸レールの間に吊下部を挿入することにより、挿入時の飛行体の付勢力だけで、または、飛行体に各着陸レールの一端側から他端側に向かう力を与えるだけで、飛行体を各着陸レールに沿って容易に着陸位置まで移動させることができる。このため、各着陸レールの間に吊下部を挿入させた後は、細かい飛行制御が不要であり、場合によっては、飛行体のプロペラ等の推進手段を停止することも可能になる。

この場合、各着陸レールの着陸位置は、所定の一点でもよく、各着陸レールの長さ方向に沿った所定の長さの範囲であってもよい。また、飛行体が、着陸位置で必ずしも停止する必要はない。また、この場合、例えば、飛行体の下部に荷物などを取り付けて運搬する際に好適に利用することができる。飛行体が着陸位置に吊り下げられたとき、飛行体の下方に空間があるため、飛行体の下部に荷物を取り付けたり、飛行体の下部に取り付けられた荷物を下ろしたりする作業を容易に行うことができる。このとき、例えば、着陸位置に吊り下げられた飛行体の下方にベルトコンベアを設置することにより、次々と飛来する飛行体から下ろされる荷物をベルトコンベアで搬送したり、ベルトコンベアで搬送されてきた荷物を、順番に飛行体の下部に取り付けて個々に運搬させたりすることもできる。

本発明によれば、所望の位置にスムーズに案内することができる受動型案内機構、および、所望の位置にスムーズに案内して着陸することができる飛行体着陸システムを提供することができる。

本発明の実施の形態の受動型案内機構を示す斜視図である。 本発明の実施の形態の受動型案内機構を示す正面図である。 本発明の実施の形態の受動型案内機構を示す右側面図である。 本発明の実施の形態の受動型案内機構を示す平面図である。 本発明の実施の形態の受動型案内機構の、各案内レールが回転した状態を示す平面図である。 本発明の実施の形態の受動型案内機構および飛行体着陸システムを示す斜視図である。 本発明の実施の形態の飛行体着陸システムの、各案内レールに向かって飛行体が飛行する状態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図である。 本発明の実施の形態の飛行体着陸システムの、各案内レールの間に飛行体が挿入した状態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図である。 本発明の実施の形態の飛行体着陸システムの、各案内レールの他方の先端側に飛行体を案内した状態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図である。 本発明の実施の形態の飛行体着陸システムの、飛行体の進入試験の試験方法を示す平面図である。 図１０に示す飛行体の進入試験の、（ａ）本発明の実施の形態の飛行体着陸システム、（ｂ）各案内レールが回転しない比較例の、進入速度および進入角度θと、進入の成否との関係を示すグラフである。 図１０に示す飛行体の進入試験の、（ａ）本発明の実施の形態の飛行体着陸システム、（ｂ）各案内レールが回転しない比較例の、衝突位置ｙおよび進入角度θと、進入の失敗率（Failure Rate）との関係を示すグラフである。 図１０に示す飛行体の進入試験の、進入時間の測定方法を示す平面図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図６は、本発明の実施の形態の受動型案内機構を示している。
図１乃至図６に示すように、受動型案内機構１０は、１対のレール部材１１とレール支持部材１２と連結部材１３と連結支持部材１４とを有している。

１対のレール部材１１は、互いに間隔を開けて並べて配置され、それぞれの一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられた１対の案内レール２１ａ，２１ｂを有している。各案内レール２１ａ，２１ｂは、それぞれの一方の先端部が一方の先端に向かって互いに外側に開くようなめらかな曲線を成し、他方の先端部が互いに平行を成すよう直線状に形成されている。なお、各案内レール２１ａ，２１ｂは、それぞれの一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられていれば、いかなる形状を成していてもよく、例えば、一方の先端部が直線状を成していてもよく、各案内レール２１ａ，２１ｂの全体が直線状を成していてもよい。また、各案内レール２１ａ，２１ｂは、上下方向に間隔を開けて配置されていてもよく、左右方向に間隔を開けて配置されていてもよい。

各レール部材１１は、各案内レール２１ａ，２１ｂを含む平面に対して垂直方向に所定の幅を有するよう、その垂直方向に伸びる面部材２２を有している。また、一方のレール部材１１は、その案内レール２１ａの一方の先端で、各案内レール２１ａ，２１ｂを含む平面に対して垂直方向に伸びる第１の軸２３を中心として回転可能に設けられている。他方のレール部材１１は、その案内レール２１ｂの一方の先端で、各案内レール２１ａ，２１ｂを含む平面に対して垂直方向に伸びる第２の軸２４を中心として回転可能に設けられている。一方の案内レール２１ａおよび他方の案内レール２１ｂは、各案内レール２１ａ，２１ｂを含む平面に対して垂直な面に対して面対称に配置された初期位置から、正方向および逆方向に回転可能に設けられている。

各レール部材１１は、それぞれの案内レール２１ａ，２１ｂの他方の先端から外側に向かって垂直に伸びる第１補強部２５ａと、一方の先端から、直線状の他方の先端部に対して平行に第１補強部２５ａまで伸びる第２補強部２５ｂと、第２補強部２５ｂの中央付近からそれぞれの案内レール２１ａ，２１ｂに向かって、第１補強部２５ａに対して平行に伸びる第３補強部２５ｃとを有している。また、各レール部材１１は、その他にも、面部材２２などを補強するための補強部材を有している。

図６に示すように、レール支持部材１２は、各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端を回転可能に支持するよう、各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端から外側に向かって伸びて設けられている。レール支持部材１２は、各案内レール２１ａ，２１ｂが回転したときでも、各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端の位置が動かないよう、各案内レール２１ａ，２１ｂを支持している。

図１乃至図６に示すように、連結部材１３は、直線状を成し、一方のレール部材１１の第１補強部２５ａと第２補強部２５ｂとの接続位置と、他方のレール部材１１の第１補強部２５ａと第２補強部２５ｂとの接続位置とを連結している。連結部材１３は、一方の端部が、各案内レール２１ａ，２１ｂを含む平面に対して垂直な第３の軸２６を中心として回転可能に、第１補強部２５ａと第２補強部２５ｂとを介して一方の案内レール２１ａに接続されている。また、連結部材１３は、他方の端部が、各案内レール２１ａ，２１ｂを含む平面に対して垂直な第４の軸２７を中心として回転可能に、第１補強部２５ａと第２補強部２５ｂとを介して他方の案内レール２１ｂに接続されている。連結部材１３は、各案内レール２１ａ，２１ｂを含む平面に垂直方向に、面部材２２とは反対側に各案内レール２１ａ，２１ｂから所定の距離をあけて配置されている。

連結支持部材１４は、各案内レール２１ａ，２１ｂに対して連結部材１３を移動可能に支持するよう、連結部材１３の各案内レール２１ａ，２１ｂとは反対側に設けられている。連結支持部材１４は、連結部材１３の中央部に取り付けられたスライド部材２８と、スライド部材２８をスライド可能に設けられた円弧状支持部２９とを有している。円弧状支持部２９は、各案内レール２１ａ，２１ｂの回転に伴って連結部材１３が移動するときの、スライド部材２８の軌跡に沿って設けられている。これにより、連結支持部材１４は、スライド部材２８がなめらかにスライド移動するよう構成されている。連結支持部材１４は、レール支持部材１２に対して固定され、連結部材１３を支持している。

図４および図５に示すように、受動型案内機構１０は、第１の軸２３、第２の軸２４、第３の軸２６、および第４の軸２７が回り対偶から成る４節リンク機構を成している。受動型案内機構１０は、第３の軸２６と第４の軸２７とを結ぶ線が、第１の軸２３と第２の軸２４とを結ぶ線と同じ長さであり、かつ平行に移動するよう構成されている。また、受動型案内機構１０は、第１の軸２３を中心とした一方の案内レール２１ａの初期位置からの回転角度と、第２の軸２４を中心とした他方の案内レール２１ｂの初期位置からの回転角度とが等しくなるよう構成されている。

受動型案内機構１０は、各案内レール２１ａ，２１ｂが回転したときに互いにぶつかるまでの範囲や、円弧状支持部２９でのスライド部材２８のスライド範囲により、各案内レール２１ａ，２１ｂの回転範囲が規定されている。これにより、各案内レール２１ａ，２１ｂは、初期位置からその規定された回転角度の範囲で、それぞれ第１の軸２３および第２の軸２４を中心として正方向および逆方向に回転可能になっている。

次に、作用について説明する。
受動型案内機構１０は、被案内物が各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端側から各案内レール２１ａ，２１ｂの間に入ってきたとき、被案内物が一方の案内レール２１ａの内側に衝突すると、一方の案内レール２１ａが第１の軸２３を中心として外側に向かって回転するため、被案内物の進行方向と一方の案内レール２１ａとの成す角度を小さくすることができる。また、被案内物が他方の案内レール２１ｂの内側に衝突すると、他方の案内レール２１ｂが第２の軸２４を中心として外側に向かって回転するため、被案内物の進行方向と他方の案内レール２１ｂとの成す角度を小さくすることができる。これにより、被案内物が各案内レール２１ａ，２１ｂに衝突しても、侵入方向とは反対側に跳ね返されることなく、各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端側から他方の先端側に向かって入りやすくすることができる。

また、受動型案内機構１０は、被案内物が一方の案内レール２１ａに衝突したとき、一方の案内レール２１ａが外側に回転すると共に、他方の案内レール２１ｂが内側に回転するため、一方の案内レール２１ａに衝突した被案内物が、すぐに他方の案内レール２１ｂ側に衝突し、各案内レール２１ａ，２１ｂを反対側に回転させることができる。また、被案内物が他方の案内レール２１ｂに衝突したときも同様に、他方の案内レール２１ｂが外側に回転すると共に、一方の案内レール２１ａが内側に回転するため、他方の案内レール２１ｂに衝突した被案内物が、すぐに一方の案内レール２１ａ側に衝突し、各案内レール２１ａ，２１ｂを反対側に回転させることができる。これにより、被案内物を各案内レール２１ａ，２１ｂに衝突させながら、徐々に初期位置での各案内レール２１ａ，２１ｂの中間位置に寄せることができ、案内する範囲を狭めることができる。このように、受動型案内機構１０は、被案内物を各案内レール２１ａ，２１ｂの他方の先端側の所望の位置にスムーズに案内することができる。

また、受動型案内機構１０は、各案内レール２１ａ，２１ｂが一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられているため、被案内物が各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端側から各案内レール２１ａ，２１ｂの間に入りやすい。また、連結部材１３が各案内レール２１ａ，２１ｂから所定の距離をあけて配置されているため、各案内レール２１ａ，２１ｂの間を通過する被案内物が、連結部材１３にあたるのを防ぐことができる。また、レール支持部材１２および連結支持部材１４により、各案内レール２１ａ，２１ｂおよび連結部材１３を、安定して回転させたり移動させたりすることができる。

受動型案内機構１０は、移動する物体を所望の位置に案内するよう構成されていてもよく、自身が移動して、静止した物体を所望の位置に案内するよう構成されていてもよい。受動型案内機構１０は、例えば、飛行体を所望の位置に着陸させるための案内機構や、物体を取り込んで把持するためのロボットアームやグリッパなどとして利用することができる。

なお、受動型案内機構１０は、各案内レール２１ａ，２１ｂを初期位置に向かって付勢するよう構成されていてもよい。この場合、回転移動した各案内レール２１ａ，２１ｂを、常に初期位置に戻すことができる。このため、被案内物を、初期位置での各案内レール２１ａ，２１ｂの中間位置に寄せることができ、案内する範囲を狭めることができる。

また、受動型案内機構１０は、一方の案内レール２１ａが初期位置から他方の案内レール２１ｂとは反対側に回転するとき、および、他方の案内レール２１ｂが初期位置から一方の案内レール２１ａとは反対側に回転するとき、それぞれ一方の案内レール２１ａの回転力および他方の案内レール２１ｂの回転力を吸収するためのダンパーを有していてもよい。この場合、ダンパーにより、各案内レール２１ａ，２１ｂに衝突した被案内物による衝撃を吸収することができ、各案内レール２１ａ，２１ｂや被案内物の破損を防ぐことができる。また、被案内物の衝突方向のエネルギーを吸収して跳ね返りを抑え、被案内物が各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端側から他方の先端側に向かって入りやすくすることができる。

図６乃至図１３は、本発明の実施の形態の飛行体着陸システムを示している。
図６乃至図９に示すように、飛行体着陸システム３０は、飛行体３１と受動型案内機構１０と着陸手段３２とを有している。

飛行体３１は、上部に、上方に伸びるよう設けられた吊下部４１を有している。吊下部４１は、飛行体３１から上方に伸びるよう設けられたアーム４１ａと、アーム４１ａの先端に設けられた係合部４１ｂとを有している。係合部４１ｂは、飛行体３１の進行方向に沿って細長く、進行方向の先端が尖った形状を成している。具体的な一例では、飛行体３１は、ドローンから成っているが、飛行機など、飛行可能なものであれば、いかなるものであってもよい。また、飛行体３１は、遠隔操作で飛行可能であっても、自動制御で飛行可能であってもよい。

受動型案内機構１０は、各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端側から各案内レール２１ａ，２１ｂの間に、飛行体３１の吊下部４１を挿入可能に設けられている。受動型案内機構１０は、吊下部４１が各案内レール２１ａ，２１ｂの間に挿入された飛行体３１を、各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端側から他方の先端側に案内するよう設けられている。

図６に示すように、着陸手段３２は、１対の着陸レール４２を有している。各着陸レール４２は、各案内レール２１ａ，２１ｂの他方の先端側に、各案内レール２１ａ，２１ｂとの間に間隔をあけて、各案内レール２１ａ，２１ｂの伸長方向に沿って伸びるよう、互いに間隔を開けて並べて配置されている。各着陸レール４２は、一端側（各案内レール２１ａ，２１ｂの側）の先端部が、各案内レール２１ａ，２１ｂに向かって互いの間隔が広がるよう設けられている。着陸手段３２は、各案内レール２１ａ，２１ｂの他方の先端側に案内された飛行体３１の吊下部４１を、各着陸レール４２の間に案内するよう設けられている。また、着陸手段３２は、各着陸レール４２の間に吊下部４１が挿入された状態で、各着陸レール４２の所定の位置で飛行体３１を吊り下げて着陸可能に構成されている。

具体的な一例では、各案内レール２１ａ，２１ｂおよび各着陸レール４２は、左右方向に間隔を開けて配置されているが、左右方向に限らず、上下方向などに間隔を開けて配置されていてもよい。また、各案内レール２１ａ，２１ｂおよび各着陸レール４２は、少なくとも下方および各案内レール２１ａ，２１ｂの一端側の延長方向に空間をあけることができる場所であれば、どのような場所に設置されてもよい。各案内レール２１ａ，２１ｂおよび各着陸レール４２は、例えば、工場や家屋、ビルなどの天井や軒下に設置されてもよく、クレーン等で吊されていてもよい。

次に、作用について説明する。
飛行体着陸システム３０は、以下のようにして、飛行体３１を着陸させることができる。すなわち、図７に示すように、各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端側から、各案内レール２１ａ，２１ｂの下方に向かって飛行体３１を飛行させ、図８に示すように、飛行体３１の上部に設けられた吊下部４１を、各案内レール２１ａ，２１ｂの一方の先端側から各案内レール２１ａ，２１ｂの間に挿入させる。このとき、飛行体３１の係合部４１ｂが、進行方向に向かって先端が尖った形状を成しているため、飛行体３１を各案内レール２１ａ，２１ｂの間に挿入しやすい。また、図９に示すように、受動型案内機構１０により、飛行体３１の吊下部４１を各案内レール２１ａ，２１ｂに衝突させながら、徐々に各案内レール２１ａ，２１ｂの中間位置に寄せて、飛行体３１を各案内レール２１ａ，２１ｂの他方の先端側にスムーズに案内することができる。

飛行体着陸システム３０は、各案内レール２１ａ，２１ｂの間から各案内レール２１ａ，２１ｂの他方の先端側に案内された飛行体３１の吊下部４１を、各着陸レール４２の間に案内することができ、着陸手段３２により飛行体３１を着陸させることができる。飛行体着陸システム３０は、飛行体３１の吊下部４１を各着陸レール４２の間に挿入した時の飛行体３１の付勢力だけで、または、飛行体３１に各着陸レール４２の一端側から他端側に向かう力を与えるだけで、飛行体３１を各着陸レール４２に沿って容易に着陸位置まで移動させることができる。このため、各着陸レール４２の間に吊下部４１を挿入させた後は、細かい飛行制御が不要であり、場合によっては、飛行体３１のプロペラ等の推進手段を停止することも可能になる。

飛行体着陸システム３０は、飛行体３１の下方に十分な空間があくよう各案内レール２１ａ，２１ｂおよび各着陸レール４２を配置することにより、地面効果の影響をほとんど無視できるほど小さくすることができる。また、地面効果の影響がほとんどないため、比較的狭い空間でも、飛行体３１を安定して着陸させることができる。

飛行体着陸システム３０は、例えば、飛行体３１の下部に荷物などを取り付けて運搬する際に好適に利用することができる。飛行体３１が着陸位置に吊り下げられたとき、飛行体３１の下方に空間があるため、飛行体３１の下部に荷物を取り付けたり、飛行体３１の下部に取り付けられた荷物を下ろしたりする作業を容易に行うことができる。このとき、例えば、着陸位置に吊り下げられた飛行体３１の下方にベルトコンベアを設置することにより、次々と飛来する飛行体３１から下ろされる荷物をベルトコンベアで搬送したり、ベルトコンベアで搬送されてきた荷物を、順番に飛行体３１の下部に取り付けて個々に運搬させたりすることもできる。

なお、各着陸レール４２の着陸位置は、所定の一点でもよく、各着陸レール４２の長さ方向に沿った所定の長さの範囲であってもよい。また、飛行体３１が、着陸位置で必ずしも停止する必要はない。また、各着陸レール４２は、各案内レール２１ａ，２１ｂとは反対側の他端から、飛行体３１を離陸可能に構成されていてもよい。この場合、飛行体３１を、着陸位置で吊り下げられた状態から、各着陸レール４２の他端側に向かって移動させることにより、スムーズに離陸させることができる。

［飛行体の進入試験］
図６乃至図９に示す飛行体着陸システム３０を使用して、飛行体３１を各着陸レール４２の間に案内する進入試験を行った。試験では、図１０に示すように、飛行体３１を、ランダムな角度および速度で１００回、各案内レール２１ａ，２１ｂの一端側から進入させ，その軌跡をモーションキャプチャ（商品名「OptiTrack」）で記録した。なお、比較のため、第１の軸２３、第２の軸２４、第３の軸２６、および第４の軸２７が回転しないようにして、各案内レール２１ａ，２１ｂを初期位置で固定した状態での進入試験も、同様にして行った。

試験には、飛行体３１として、ドローン（DJI社製「Mavic Air」）の上部に、180 mmの長さのアーム４１ａと係合部４１ｂとを有する吊下部４１を取り付けたものを用いた。ドローンは、長さが168 mm、幅が184 mm、高さが64 mm、質量が430 gであり、飛行体３１の重量は、501.8 gである。また、受動型案内機構１０として、各案内レール２１ａ，２１ｂ、第１補強部２５ａ、第２補強部２５ｂ、第３補強部２５ｃ、連結部材１３、連結支持部材１４が、アクリル系樹脂を用いて３Ｄプリンターにより製造され、面部材２２が、1 mm厚のＰＥＴ板から成るものを用いた。受動型案内機構１０は、各案内レール２１ａ，２１ｂの一端側の開口幅が270 mm、他端側の開口幅が30 mm、各案内レール２１ａ，２１ｂの一端からのテーパー部の範囲が120 mm、各案内レール２１ａ，２１ｂの一端から他端までの範囲（奥行き）が280 mm、面部材２２の幅が112 mm、各案内レール２１ａ，２１ｂの一端の開口角度が45°、各レール部材１１の重量がそれぞれ120 gである。

飛行体３１の進入速度および図１０に示す進入角度θと、進入の成否との関係を求め、図１１に示す。図１１（ｂ）に示すように、各案内レール２１ａ，２１ｂが回転しない比較例では、35°＜θ＜40°の範囲で、進入成功率が大きく低下しているのに対し、図１１（ａ）に示すように、受動型案内機構１０を用いたものは、進入成功率が非常に高いことが確認された。なお、受動型案内機構１０を用いたものも比較例も、進入角度θが35°までは進入成功率が非常に高く、差異はほとんど認められないことが確認された。

次に、図１０に示す衝突位置ｙ（初期位置での開口の中心線から各案内レール２１ａ，２１ｂへの衝突位置までの距離）および進入角度θと、進入の失敗率（Failure Rate）との関係を、図１２に示す。図１２（ｂ）に示すように、比較例では、衝突位置ｙが15 mm～60 mmの範囲では、進入角度θが40°以上のときは 100％失敗し、進入角度θが35°以上40°未満のときでも、50％以上が失敗することが確認された。また、衝突位置ｙが60 mm～90 mmの範囲では、進入角度θが35°以上40°未満のときの失敗率は 100％であることが確認された。これに対し、図１２（ａ）に示すように、受動型案内機構１０を用いたものは、衝突位置ｙが30 mm～60 mmの範囲で、進入角度θが40°以上のときの失敗率は 100％であったが、衝突位置ｙが15 mm～90 mm の範囲で、進入角度θが35°以上40°未満のときの失敗率は 0％であり、飛行体３１の進入可能角度範囲が広いことが確認された。なお、図１２（ａ）に示す受動型案内機構１０を用いたもののうち、衝突位置ｙが15 mm～45 mmの範囲で、進入角度θが30°未満のときに失敗例が認められるが、これらの失敗例は、各案内レール２１ａ，２１ｂに衝突した飛行体３１が上方に飛び出したものである。

次に、進入時間の測定を行った。図１３に示すように、進入時間は、各案内レール２１ａ，２１ｂの一端側の開口の手前100 mmの位置から、各案内レール２１ａ，２１ｂの一端側の開口から他端側に410 mmの位置（各案内レール２１ａ，２１ｂの他端側に抜けた位置）を通過するまでの時間とした。測定の結果、比較例では、進入に成功したものの進入時間の平均は、0.65秒であったのに対し、受動型案内機構１０を用いたものでは、進入に成功したものの進入時間の平均は、0.66秒であり、進入時間はほとんど変わらないことが確認された。なお、ドローンを1.5 mの高さから、垂直に地面に着陸させたときの平均着陸時間（試行回数50回）は、4.94秒であった。

１０ 受動型案内機構
１１ レール部材
２１ａ、２１ｂ 案内レール
２２ 面部材
２３ 第１の軸
２４ 第２の軸
２５ａ 第１補強部
２５ｂ 第２補強部
２５ｃ 第３補強部
１２ レール支持部材
１３ 連結部材
２６ 第３の軸
２７ 第４の軸
１４ 連結支持部材
２８ スライド部材
２９ 円弧状支持部

３０ 飛行体着陸システム
３１ 飛行体
４１ 吊下部
４１ａ アーム
４１ｂ 係合部
３２ 着陸手段
４２ 着陸レール

Claims (10)

1. 互いに間隔を開けて並べて配置され、それぞれの一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられた１対の案内レールと、
   一方の案内レールと他方の案内レールとを連結する連結部材を有し、
   前記一方の案内レールは、その一方の先端またはその近傍で、各案内レールを含む平面に対して垂直方向に伸びる第１の軸を中心として回転可能に支持され、
   前記他方の案内レールは、その一方の先端またはその近傍で、各案内レールを含む平面に対して垂直方向に伸びる第２の軸を中心として回転可能に支持され、
   前記連結部材は、一方の端部が、各案内レールを含む平面に対して垂直な第３の軸を中心として回転可能に、前記一方の案内レールに接続され、他方の端部が、各案内レールを含む平面に対して垂直な第４の軸を中心として回転可能に、前記他方の案内レールに接続されており、
   前記第１の軸、前記第２の軸、前記第３の軸、および前記第４の軸が回り対偶から成る４節リンク機構を成し、前記第３の軸と前記第４の軸とを結ぶ線が、前記第１の軸と前記第２の軸とを結ぶ線と同じ長さであり、かつ平行に移動するよう構成されていることを
   特徴とする受動型案内機構。
2. 前記一方の案内レールおよび前記他方の案内レールは、所定の面に対して面対称に配置された初期位置から、それぞれ前記第１の軸および前記第２の軸を中心として所定の回転角度の範囲で、正方向および逆方向に回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の受動型案内機構。
3. 各案内レールを前記初期位置に向かって付勢するよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の受動型案内機構。
4. 前記一方の案内レールが前記初期位置から前記他方の案内レールとは反対側に回転するとき、および、前記他方の案内レールが前記初期位置から前記一方の案内レールとは反対側に回転するとき、それぞれ前記一方の案内レールの回転力および前記他方の案内レールの回転力を吸収するためのダンパーを有していることを特徴とする請求項２または３記載の受動型案内機構。
5. 前記第１の軸を中心とした前記一方の案内レールの前記初期位置からの回転角度と、前記第２の軸を中心とした前記他方の案内レールの前記初期位置からの回転角度とが等しくなるよう、各案内レールが連結されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の受動型案内機構。
6. 前記連結部材は、各案内レールを含む平面から垂直方向に所定の距離をあけて配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受動型案内機構。
7. 各案内レールに対して前記連結部材を移動可能に支持する連結支持部材を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の受動型案内機構。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の受動型案内機構と、
   上部に、各案内レールの前記一方の先端側から各案内レールの間に挿入可能に設けられた吊下部を有する飛行体と、
   各案内レールの他方の先端側に配置され、各案内レールの間に前記吊下部を通して各案内レールの前記一方の先端側から前記他方の先端側に案内された前記飛行体を着陸可能に設けられた着陸手段とを、
   有することを特徴とする飛行体着陸システム。
9. 互いに間隔を開けて並べて配置され、それぞれの一方の先端に向かって互いの間隔が広がるよう設けられた１対の案内レールを有し、一方の案内レールは、その一方の先端またはその近傍で、各案内レールを含む平面に対して垂直方向に伸びる第１の軸を中心として回転可能に支持され、他方の案内レールは、その一方の先端またはその近傍で、各案内レールを含む平面に対して垂直方向に伸びる第２の軸を中心として回転可能に支持されている受動型案内機構と、
   上部に、各案内レールの前記一方の先端側から各案内レールの間に挿入可能に設けられた吊下部を有する飛行体と、
   各案内レールの他方の先端側に配置され、各案内レールの間に前記吊下部を通して各案内レールの前記一方の先端側から前記他方の先端側に案内された前記飛行体を着陸可能に設けられた着陸手段とを、
   有することを特徴とする飛行体着陸システム。
10. 前記着陸手段は、１対の着陸レールを有し、各案内レールの前記他方の先端側に案内された前記飛行体の前記吊下部を、各着陸レールの間に案内すると共に、各着陸レールの間に前記吊下部が挿入された状態で、各着陸レールの所定の位置で前記飛行体を吊り下げ可能に構成されていることを特徴とする請求項８または９記載の飛行体着陸システム。