WO2021084872A1 - パラシュート装置、飛行装置、および飛翔体射出機構 - Google Patents
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Abstract
確実にパラシュートを開傘可能なパラシュート装置を提供する。 パラシュート装置(4)は、パラシュート(400)と、一端が開口し、他端が有底の筒状に形成され、その内部に前記パラシュートを収容するパラシュート収容部(40)と、一端が開口し他端が有底の筒状に形成され、前記パラシュートに連結された少なくとも一つの飛翔体(43)と、前記パラシュート収容部に固定され、前記飛翔体を保持し、保持した前記飛翔体を射出するための筒状の射出部(41)と、前記パラシュート収容部に固定され、ガスを発生するガス発生装置(44)と、前記ガス発生装置から発生した前記ガスを前記射出部の内部に導くガス導入路(45)とを有し、前記射出部は、前記射出部の開口した一方の端部(410)は前記飛翔体の内部に挿入され、前記射出部の開口した他方の端部(411)は前記ガス導入路と連通している。
Description
本発明は、パラシュート装置、飛行装置、および飛翔体射出機構に関し、例えば、遠隔操作および自律飛行が可能な、マルチロータの回転翼機型の飛行装置に取り付けられるパラシュート装置に関する。
近年、遠隔操作および自律飛行が可能な、マルチロータの回転翼機型の飛行装置(以下、単に「回転翼機」とも称する。)の産業分野への実用化が検討されている。例えば、運送業において、回転翼機(所謂ドローン)による荷物の輸送や旅客の輸送等が検討されている。
輸送用の回転翼機は、GPS(Global Positioning System)信号等によって自己の位置を特定しながら飛行する自律飛行機能を備えている。しかしながら、何らかの原因で回転翼機に異常が発生した場合、自律飛行ができなくなり、回転翼機の落下等の事故が発生するおそれがある。そのため、回転翼機の安全性の向上が望まれている。
特に、輸送用の回転翼機は、今後、より大きな荷物や、旅客を輸送できるように機体の大型化が進むと予想される。このような大型の回転翼機が何らかの原因で制御不能に陥って落下した場合、これまでの回転翼機に比べて、人や構造物に甚大な被害を与えるおそれがある。そのため、回転翼機の大型化を図る場合には、これまで以上に安全性を重視する必要がある。
そこで、本願発明者らは、回転翼機の安全性を向上させるために、例えば下記特許文献1に開示されているような飛翔体用のパラシュート装置を回転翼機に取り付けることを検討した。
しかしながら、従来の飛翔体用のパラシュートは、飛翔時に発生する気流によりパラシュートが開傘しやすいように設計されているため、上空において静止している状態から落下した場合、すぐに気流の効果が得られず、パラシュートが直ちに開傘しないおそれがあることが発明者らの検討により明らかとなった。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、飛行装置の飛行時または落下時における気流の効果がすぐに得られない場合であっても、確実にパラシュートを開傘可能なパラシュート装置を提供することにある。
本発明の代表的な実施の形態に係るパラシュート装置は、パラシュートと、一端が開口し、他端が有底の筒状に形成され、その内部に前記パラシュートを収容するパラシュート収容部と、一端が開口し他端が有底の筒状に形成され、前記パラシュートに連結された少なくとも一つの飛翔体と、前記パラシュート収容部に固定され、前記飛翔体を保持し、保持した前記飛翔体を射出するための筒状の射出部と、前記パラシュート収容部に固定され、ガスを発生するガス発生装置と、前記ガス発生装置から発生した前記ガスを前記射出部の内部に導くガス導入路とを有し、前記射出部の開口した一方の端部は、前記飛翔体の内部に挿入され、前記射出部の開口した他方の端部は、前記ガス導入路と連通していることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、飛行装置の飛行時または落下時における気流の効果がすぐに得られない場合であっても、確実にパラシュートを開傘可能なパラシュート装置を提供することが可能となる。
1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
〔1〕本発明の代表的な実施の形態に係るパラシュート装置(4)は、パラシュート(400)と、一端が開口し、他端が有底の筒状に形成され、その内部に前記パラシュートを収容するパラシュート収容部(40)と、一端が開口し他端が有底の筒状に形成され、前記パラシュートに連結された少なくとも一つの飛翔体(43)と、前記パラシュート収容部に固定され、前記飛翔体を保持し、保持した前記飛翔体を射出するための筒状の射出部(41)と、前記パラシュート収容部に固定され、ガスを発生するガス発生装置(44)と、前記ガス発生装置から発生した前記ガスを前記射出部の内部に導くガス導入路(45)とを有し、前記射出部の開口した一方の端部は、前記飛翔体の内部に挿入され、前記射出部の開口した他方の端部は、前記ガス導入路と連通していることを特徴とする。
〔2〕上記パラシュート装置(4)において、前記ガス発生装置は、前記ガスを発生するガス発生剤(441)と、前記パラシュート収容部の内側の底面(404a)に固定され、前記ガス発生剤を着脱不能に収容するハウジング(444)とを含み、前記ハウジングと前記パラシュート収容部の内側の底面とによって、前記ガス発生剤から発生した前記ガスが放出されるガス放出室(446)が形成され、前記ガス放出室と前記射出部の内部とは、前記ガス導入路を介して連通していてもよい。
〔3〕上記パラシュート装置(4)において、前記パラシュート収容部内において、前記パラシュートと前記飛翔体との間に、前記射出部に保持された前記飛翔体を囲む形態で配置されたカバー部材(47)を更に有していてもよい。
〔4〕上記パラシュート装置(4)において、前記パラシュート収容部の開口部を覆う蓋(49)を更に有していてもよい。
〔5〕上記パラシュート装置(4)において、前記飛翔体を複数有し、前記射出部および前記ガス導入路は、前記飛翔体毎にそれぞれ対応して設けられ、前記パラシュート収容部は、筒状の容器であって、前記ガス発生装置は、前記パラシュート収容部の開口部側から見たときの前記パラシュート収容部の中心部分(P)に配置され、複数の前記射出部は、前記パラシュート収容部の開口部側から見たときの前記中心部分を中心とした円の円周方向に等間隔に配置されていてもよい。
〔6〕本発明の代表的な実施の形態に係る飛行装置(1)は、機体ユニット(2)と、前記機体ユニットに接続され、推力を発生する推力発生部(3,3_1~3_n)と、前記推力発生部を制御する飛行制御部(14)と、飛行時の異常を検出する異常検出部(15)と、上記〔1〕乃至〔5〕の何れかに記載のパラシュート装置(4)と、前記異常検出部による異常の検出に応じて、前記飛翔体を前記射出部から射出させる落下制御部(16)とを備えることを特徴とする。
〔7〕本発明の代表的な実施の形態に係る飛翔体射出機構(50)は、パラシュート(400)に連結可能な飛翔体(43)と、一端が開口し、他端が有底の筒状に形成され、その内部に前記パラシュートを収容可能なパラシュート収容部(40)と、前記パラシュート収容部に固定され、前記飛翔体を保持し、保持した前記飛翔体を射出するための筒状の射出部(41)と、前記パラシュート収容部に固定され、ガスを発生するガス発生装置(44)と、前記ガス発生装置から発生した前記ガスを前記射出部の内部に導くガス導入路(45)とを有し、前記飛翔体は、一端が開口し他端が有底の筒状に形成され、前記射出部の開口した一方の端部(410)は、前記飛翔体の内部に挿入され、前記射出部の開口した他方の端部(411)は、前記ガス導入路と連通していることを特徴とする。
2.実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
≪実施の形態1≫
図1は、本実施の形態に係るパラシュート装置を搭載した飛行装置の外観を模式的に示す図である。図1に示される飛行装置1は、例えば、3つ以上のロータを搭載したマルチロータの回転翼機型の飛行装置であり、所謂ドローンである。
図1は、本実施の形態に係るパラシュート装置を搭載した飛行装置の外観を模式的に示す図である。図1に示される飛行装置1は、例えば、3つ以上のロータを搭載したマルチロータの回転翼機型の飛行装置であり、所謂ドローンである。
図1に示すように、飛行装置1は、機体ユニット2、推力発生部3_1~3_n(nは3以上の整数)、パラシュート装置4、報知装置5、およびアーム部6を備えている。
機体ユニット2は、飛行装置1の本体部分である。機体ユニット2は、後述のように、飛行装置1の飛行を制御するための各種機能部を収容している。なお、図1では、一例として円柱状の機体ユニット2を図示しているが、機体ユニット2の形状は特に制限されない。
推力発生部3_1~3_nは、推力を発生するロータである。なお、以下の説明において、各推力発生部3_1~3_nを特に区別しない場合には、単に、「推力発生部3」と表記する。
推力発生部3は、例えば、プロペラ30と、プロペラ30を回転させるモータ31とが筒状の筐体32に収容された構造を有している。筒状の筐体32の開口部には、プロペラ30との接触を防止するための網(例えば、樹脂材料や金属材料(ステンレス鋼等)等)が設けられていてもよい。
飛行装置1が備える推力発生部3の個数nは特に制限されないが、3つ以上であることが好ましい。例えば、飛行装置1は、3つの推力発生部3を備えたトライコプター、4つの推力発生部3を備えたクワッドコプター、6つの推力発生部を備えたヘキサコプター、および8つの推力発生部3を備えたオクトコプターなどの何れであってもよい。
なお、図1では、飛行装置1が4つ(n=4)の推力発生部3_1~3_4を搭載したクワッドコプターである場合を一例として図示している。
アーム部6は、機体ユニット2と各推力発生部3とを連結するための構造体である。アーム部6は、機体ユニット2から、例えば、機体ユニット2の中央部Oから放射状に突出して形成されている。各アーム部6の先端には、推力発生部3がそれぞれ取り付けられている。
報知装置5は、飛行装置1の外部に危険を知らせるための装置である。報知装置5は、例えば、LED(Light Emitting Diode)等から成る光源や音声発生装置(アンプおよびスピーカ等)を含んで構成されている。報知装置5は、後述する異常検出部15による異常の検出に応じて、飛行装置1が危険な状態であることを、光や音声によって外部に報知する。
なお、報知装置5は、機体ユニット2の外部に露出していてもよいし、光源から発生した光やスピーカから発生した音声等を外部に出力可能な形態で機体ユニット2の内部に収容されていてもよい。
パラシュート装置4は、飛行装置1に異常が発生し、落下のおそれがある場合に、飛行装置1の落下速度を緩やかにして、飛行装置1を安全に落下させるための装置である。パラシュート装置4は、例えば図1に示すように、機体ユニット2上に設置されている。なお、パラシュート装置4の具体的な構成については、後述する。
図2は、実施の形態に係るパラシュート装置4を搭載した飛行装置1の機能ブロック図である。
図2に示すように、機体ユニット2は、電源部11、センサ部12、モータ駆動部13_1~13_n(nは3以上の整数)、飛行制御部14、異常検出部15、落下制御部16、通信部17、および記憶部18を含む。
これらの機能部のうち、飛行制御部14、異常検出部15、および落下制御部16は、例えば、プロセッサ(例えばCPU:Central Processing Unit)およびメモリを含むプログラム処理装置(例えばマイクロコントローラ)によるプログラム処理によって実現される。
電源部11は、バッテリ22と電源回路23とを含む。バッテリ22は、例えば二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)である。電源回路23は、バッテリ22の出力電圧に基づいて電源電圧を生成し、上記機能部を構成する各ハードウェアに供給する回路である。電源回路23は、例えば複数のレギュレータ回路を含み、上記ハードウェア毎に適切な大きさの電源電圧を供給する。
センサ部12は、飛行装置1の状態を検知する機能部である。センサ部12は、飛行装置1の機体の傾きを検出する。センサ部12は、例えば、角速度センサ24、加速度センサ25、磁気センサ26、および角度算出部27を含む。
角速度センサ24は、角速度(回転速度)を検出するセンサである。例えば、角速度センサ24は、x軸、y軸、およびz軸の3つの基準軸に基づいて角速度を検出する3軸ジャイロセンサである。
加速度センサ25は、加速度を検出するセンサである。例えば、加速度センサ25は、x軸、y軸、およびz軸の3つの基準軸に基づいて加速度を検出する3軸加速度センサである。
磁気センサ26は、地磁気を検出するセンサである。例えば、磁気センサ26は、x軸、y軸、およびz軸の3つの基準軸に基づいて方位(絶対方向)を検出する3軸地磁気センサ(電子コンパス)である。
角度算出部27は、角速度センサ24および加速度センサ25の少なくとも一方の検出結果に基づいて、飛行装置1の機体の傾きを算出する。ここで、飛行装置1の機体の傾きとは、地面(水平方向)に対する機体(機体ユニット2)の角度のことである。
例えば、角度算出部27は、角速度センサ24の検出結果に基づいて、地面に対する機体の角度を算出してもよいし、角速度センサ24および加速度センサ25の検出結果に基づいて、地面に対する機体の角度を算出してもよい。なお、角速度センサ24や加速度センサ25の検出結果を用いた角度の算出方法は、公知の計算式を用いてもよい。
また、角度算出部27は、角速度センサ24および加速度センサ25の少なくとも一方の検出結果に基づいて算出した角度を、磁気センサ26の検出結果に基づいて補正してもよい。角度算出部27は、例えば、飛行制御部14等と同様に、マイクロコントローラによるプログラム処理によって実現される。
なお、センサ部12は、上述した角速度センサ24、加速度センサ25、および磁気センサ26に加えて、例えば、気圧センサ、風量(風向き)センサ、超音波センサ、GPS受信機、およびカメラ等を含んでもよい。
通信部17は、外部装置9と通信を行うための機能部である。ここで、外部装置9は、飛行装置1の動作を制御し、飛行装置1の状態を監視する送信機やサーバ等である。通信部17は、例えば、アンテナおよびRF(Radio Frequency)回路等によって構成されている。通信部17と外部装置9との間の通信は、例えば、ISMバンド(2.4GHz帯)の無線通信によって実現される。
通信部17は、外部装置9から送信された飛行装置1の操作情報を受信して飛行制御部14に出力するとともに、センサ部12によって計測された各種計測データ等を外部装置9へ送信する。また、通信部17は、異常検出部15によって飛行装置1の異常が検出された場合に、飛行装置1に異常が発生したことを示す情報を外部装置9に送信する。更に、通信部17は、飛行装置1が地上に落下した場合に、飛行装置1が落下したことを示す情報を外部装置9に送信する。
モータ駆動部13_1~13_nは、推力発生部3_n毎に設けられ、飛行制御部14からの指示に応じて、駆動対象のモータ31を駆動する機能部である。
なお、以下の説明において、各モータ駆動部13_1~13_nを特に区別しない場合には、単に、「モータ駆動部13」と表記する。
モータ駆動部13は、飛行制御部14から指示された回転数でモータ31が回転するように、モータ31を駆動する。例えば、モータ駆動部13は、ESC(Electronic Speed Controller)である。
飛行制御部14は、飛行装置1の各機能部を統括的に制御する機能部である。
飛行制御部14は、飛行装置1が安定して飛行するように推力発生部3を制御する。具体的には、飛行制御部14は、通信部17によって受信した外部装置9からの操作情報(上昇や下降、前進や後退等の指示)と、センサ部12の検出結果とに基づいて、機体が安定した状態で所望の方向に飛行するように、各推力発生部3のモータ31の適切な回転数を算出し、算出した回転数を各モータ駆動部13にそれぞれ指示する。
飛行制御部14は、飛行装置1が安定して飛行するように推力発生部3を制御する。具体的には、飛行制御部14は、通信部17によって受信した外部装置9からの操作情報(上昇や下降、前進や後退等の指示)と、センサ部12の検出結果とに基づいて、機体が安定した状態で所望の方向に飛行するように、各推力発生部3のモータ31の適切な回転数を算出し、算出した回転数を各モータ駆動部13にそれぞれ指示する。
飛行制御部14は、例えば風等の外部からの影響によって機体の姿勢が乱れた場合に、角速度センサ24の検出結果に基づいて、機体が水平になるように、各推力発生部3のモータ31の適切な回転数をそれぞれ算出し、算出した回転数を各モータ駆動部13にそれぞれ指示する。
また、例えば、飛行制御部14は、飛行装置1のホバリング時に飛行装置1のドリフトを防止するために、加速度センサ25の検出結果に基づいて各推力発生部3のモータ31の適切な回転数を算出し、算出した回転数を各モータ駆動部13にそれぞれ指示する。
また、飛行制御部14は、通信部17を制御して、外部装置9との間で上述した各種データの送受信を実現する。
記憶部18は、飛行装置1の動作を制御するための各種プログラムやパラメータ等を記憶するための機能部である。例えば、記憶部18は、フラッシュメモリおよびROM等の不揮発性メモリやRAM等から構成されている。
記憶部18に記憶される上記パラメータは、例えば、後述する残容量閾値28および傾き閾値29等である。
異常検出部15は、飛行時の異常を検出する機能部である。具体的には、異常検出部15は、センサ部12の検出結果と、バッテリ22の状態と、推力発生部3の動作状態とを監視し、飛行装置1が異常状態であるか否かを判定する。
ここで、異常状態とは、飛行装置1の自律飛行が不可能になるおそれがある状態を言う。例えば、推力発生部3が故障したこと、バッテリ22の残容量が所定の閾値よりも低下したこと、および機体(機体ユニット2)が異常に傾いたこと、の少なくとも一つが発生した状態を異常状態と言う。
異常検出部15は、推力発生部3の故障を検出した場合に、飛行装置1が異常状態であると判定する。ここで、推力発生部3の故障とは、例えば、飛行制御部14が指定した回転数でモータ31が回転しないこと、プロペラ30が回転しないこと、およびプロペラ30の破損したこと等を言う。
また、異常検出部15は、バッテリ22の残容量が所定の閾値(以下、「残容量閾値」とも称する。)28よりも低下したことを検出した場合に、飛行装置1が異常状態であると判定する。
ここで、残容量閾値28は、例えば、飛行制御部14が指示した回転数でモータが回転できなくなる程度の容量値とすればよい。残容量閾値28は、例えば、予め記憶部18に記憶されている。
また、異常検出部15は、飛行装置1(機体)の異常な傾きを検出した場合に、飛行装置1が異常であると判定する。例えば、異常検出部15は、角度算出部27によって算出した角度が所定の閾値(以下、「傾き閾値」とも称する。)29を超えている状態が所定期間継続した場合に、飛行装置1が異常状態であると判定する。
例えば、飛行装置1が前後方向に移動するときの角度(ピッチ角)や飛行装置1が左右方向に移動するときの角度(ロール角)を予め実験により取得する。傾き閾値29は、その実験によって得られた角度よりも大きい値に設定すればよい。傾き閾値29は、例えば、予め記憶部18に記憶されている。
落下制御部16は、飛行装置1の落下を制御するための機能部である。具体的には、落下制御部16は、異常検出部15によって飛行装置1が異常状態であることが検出された場合に、飛行装置1を安全に落下させるための落下準備処理を実行する。
具体的には、落下制御部16は、落下準備処理として以下に示す処理を実行する。すなわち、落下制御部16は、異常検出部15による異常の検出に応じて報知装置5を制御して、危険な状態であることを外部に報知する。また、落下制御部16は、異常検出部15による異常の検出に応じて各モータ駆動部13を制御して、各モータ31の回転を停止させる。更に、落下制御部16は、異常検出部15による異常の検出に応じて、パラシュートの開傘を指示する制御信号をパラシュート装置4に出力して、パラシュート400を開傘させる。
次に、実施の形態に係るパラシュート装置4について、具体的に説明する。
図3および図4は、実施の形態に係るパラシュート装置4の構成を模式的に示す図である。図3には、パラシュート装置4の上面図が示され、図4には、パラシュート装置4の図3のA-A面における部分断面図が示されている。なお、図3において、パラシュート400および蓋49の図示を省略している。
図3および図4は、実施の形態に係るパラシュート装置4の構成を模式的に示す図である。図3には、パラシュート装置4の上面図が示され、図4には、パラシュート装置4の図3のA-A面における部分断面図が示されている。なお、図3において、パラシュート400および蓋49の図示を省略している。
図3および図4に示すように、パラシュート装置4は、パラシュート400、パラシュート収容部40、射出部41、射出制御部42、飛翔体43、ガス発生装置44、ガス導入路45、連結索46、カバー部材47、蓋49を備えている。
図5は、パラシュート400が開いた状態を模式的に示す図である。
同図に示すように、パラシュート400は、傘体(キャノピー)460、および吊索461を含む。
同図に示すように、パラシュート400は、傘体(キャノピー)460、および吊索461を含む。
吊索461は、傘体460とパラシュート収容部40(パラシュート取り付け部447)とを連結する。傘体460は、連結索46によって飛翔体43と連結されている。例えば、図5に示すように、連結索46は、傘体460のエッジ(周縁)側において、傘体460に接続されている。より具体的には、各連結索46は、互いに離間して、傘体460の周縁部に接続されている。例えば、図5に示すように、開いた状態のパラシュート400(傘体460)を傘体460の頂点側から見たときの形状が円形状である場合には、各連結索46は、傘体460の円周方向に沿って、傘体460の周縁部に等間隔に接続されている。
なお、飛翔体43が1つだけ設けられる場合には、連結索46は、パラシュート400の周縁部のどこか一か所に接続されていればよい。この場合、連結索46が接続されるパラシュート400の周縁部上の位置については、特に制限されない。
連結索46は、例えば、金属材料(例えばステンレス鋼)、または、繊維材料(例えば、ナイロン紐)から構成されている。
ここで、飛行装置1を低速で落下させるために必要な傘体460の直径Dは、例えば、下記式(1)に基づいて算出することができる。式(1)において、mは飛行装置1の総重量、vは飛行装置1の落下速度、ρは空気密度、Cdは抵抗係数である。
例えば、飛行装置1の総重量m=250〔kg〕、抵抗係数Cd=0.9、空気密度ρ=1.3kg/mとしたとき、飛行装置1の落下速度vを5〔m/s〕とするために必要な傘体460の直径Dは、式(1)より14.6〔m〕と算出される。
例えば図4に示すように、パラシュート400は、その使用前において、傘体460が折り畳まれた状態でパラシュート収容部40に収容されている。
パラシュート収容部40は、パラシュート400を収容する容器である。図3および図4に示すように、パラシュート収容部40は、例えば、一端が開口し、他端が有底の筒状(例えば円筒状)に形成されている。
図1に示すように、パラシュート収容部40は、機体ユニット2の上面、すなわち飛行装置1の飛行時において地面と反対側に面する面に設定されている。例えば、パラシュート収容部40は、機体ユニットの上面において、機体ユニット2の中央部Oとパラシュート収容部40の中心軸Pとが重なるように設置されていることが好ましい。
パラシュート収容部40は、筒状の側壁部401と、側壁部401の一端側の開口を塞ぐように形成された底部402とを有する。パラシュート収容部40は、例えば、樹脂から構成されている。
側壁部401は、例えば、テーパ状の筒形状を有する。より具体的には、図1および図4に示すように、側壁部401は、上面の面積と下面の面積が異なる円錐台状の外形を有している。
底部402は、例えば、底面部403と、底面部403に接合されたベース部404とを含む。底面部403は、側壁部401とともに、パラシュート400、ガス発生装置44、および射出制御部42を収容するための収容空間405を画成している。
なお、側壁部401および底面部403は、例えば樹脂成形品として一体成形されていてもよいし、別個の部品として形成され、互いに接合されていてもよい。本実施の形態では、側壁部401と底面部403とが一体成形されているものとする。
ベース部404は、パラシュート装置4(パラシュート収容部40)を飛行装置1の機体ユニット2に固定するための部品である。ベース部404は、例えば、樹脂や金属(ステンレス鋼等)等から構成されている。ベース部404は、底面部403における収容空間405側と反対側の面に接合されている。ベース部404は、例えば雄ねじ等の固定部材によって機体ユニット2の上面に固定される。なお、ベース部404は、底面部403と一体に形成されていてもよい。
図4に示すように、パラシュート収容部40には、パラシュート収容部40(側壁部401)の開口部を覆う蓋49が設けられていてもよい。蓋49は、例えば、樹脂材料から形成されていてもよいし、薄膜部材であってもよい。蓋49は、側壁部401に設置された飛翔体43および射出部41が外部に露出しないように、パラシュート収容部40の開口部を全体的に覆って配置されることが好ましい。これにより、パラシュート収容部40の内部に雨や埃等が侵入することを防止することが可能となる。
図4に示すように、蓋49とパラシュート収容部40の開口部との間、すなわち蓋49と側壁部401の縁との間には、密封装置(ガスケット)490が設けられていてもよい。
蓋49は、例えば取り外し可能な金具491によって、側壁部401に固定されている。例えば、金具491は、射出部41から射出された飛翔体43が蓋49に接触したときに蓋49が容易に外れる程度の締結力よって、蓋49を側壁部401に固定している。
リード線48は、ガス発生装置44を点火するための電気配線である。リード線48は、例えば、ビニール線、すずめっき線、またはエナメル線等から構成されている。リード線48の一端は、ガス発生装置44に接続され、リード線48の他端は、射出制御部42に接続されている。
射出制御部42は、飛翔体43を射出部41から射出するための制御を行う回路である。図3および図4に示すように、射出制御部42は、例えば、パラシュート収容部40内の底部402(底面部403)の内側の面上に固定されている。射出制御部42は、例えば、機体ユニット2内の落下制御部16からパラシュート400の開傘を指示する制御信号を受信した場合に、点火信号を出力する電子回路である。点火信号がリード線48を介してガス発生装置44に入力されることにより、後述する点火薬442が点火して、ガス発生装置44からガスが発生する。後述するように、飛翔体43は、ガス発生装置44から発生したガスの圧力を受けることによって推力を得て、射出部41から射出される。
パラシュート装置4は、少なくとも1つの飛翔体43を備えている。例えば、パラシュート装置4は、3つ以上の飛翔体43を備えていることが好ましい。本実施の形態では、一例として、図1に示すように、パラシュート装置4が4つの飛翔体を備えている場合を例にとり説明する。なお、飛翔体43の具体的な構成については後述する。
上述したパラシュート収容部40と、射出部41、射出制御部42、飛翔体43、ガス発生装置44、ガス導入路45、カバー部材47、およびリード線48は、一つの飛翔体射出機構50を構成している。
射出部41は、飛翔体43を保持し、保持している飛翔体43を射出するための部品である。射出部41は、飛翔体43毎に設けられている。図1に示すように、パラシュート装置4は、4つの飛翔体43を別々に収容するために、4つの射出部41を備えている。
射出部41は、パラシュート収容部40に設けられている。具体的には、各射出部41は、側壁部401の内周面上に設けられている。例えば、図3および図4に示すように、各射出部41は、後述するカバー部材47を介して側壁部401の内周面上に設けられている。
ここで、射出部41は、パラシュート収容部40の中心軸Pに対して、射出部41の飛翔体43の射出方向(円筒状の射出部41の中心軸Qが延在する方向)における端部がパラシュート収容部40の中心軸Pから離れる方向に、傾斜している。
また、複数の射出部41は、パラシュート収容部40の開口部側から見たときのパラシュート収容部40の中心部分(例えば、パラシュート収容部40の中心軸P)を中心とした円の円周方向に等間隔に配置されている。例えば、パラシュート装置4が4つの射出部41を有している場合には、図3に示すように、各射出部41は、パラシュート収容部40の中心軸Pを中心とした円の円周方向に90°(=360°/4)間隔で配置される。
図4に示すように、射出部41は、筒状(例えば円筒状)に形成されている。射出部41の開口した一方の端部410は、飛翔体43の内部に挿入されている。射出部41の開口した他方の端部411は、ガス導入路45と連通している。また、射出部41の端部411は、例えばフランジ状に形成されており、飛翔体43の一端部を支持している。
具体的に、射出部41における端部411の開口部にガス導入路45の一方の先端が挿入されている。これにより、ガス導入路45と射出部41の内部空間とが連通する。
射出部41とガス導入路45との連結部分には、ガス導入路45から射出部41の内に導入されたガスが漏れないようにするための密封装置(ガスケット)414が設けられていてもよい。同様に、射出部41の端部410側には、ガス導入路45から射出部41の内に導入されたガスが飛翔体43の内周面と射出部41の外周面との隙間から漏れないようにするための密封装置(ガスケット)415が設けられていてもよい。
飛翔体43は、パラシュート400をパラシュート収容部40の外部に放出し、パラシュート400の開傘(展開)を補助するための装置である。飛翔体43は、例えば、樹脂材料や金属材料から構成されている。飛翔体43は、例えば、棒状に形成されている。より具体的には、図4に示すように、飛翔体43は、例えば一部が中空の円柱状(例えば中空の弾丸状)に形成されている。
飛翔体43は、パラシュート400と連結された状態で射出部41と係合されている。具体的には、飛翔体43は、飛翔体43の一方の端部側において連結索46を介してパラシュート400と接続されている。飛翔体43は、飛翔体43の他方の端部側において、射出部41が挿入されている。具体的には、飛翔体43は、飛翔体43の内部における底面430と射出部41の開口部410aが形成された端部410とが対面するように、射出部41がその内部に挿入されている。また、飛翔体43は、射出部41のフランジ状の端部411上に支持されている。
ここで、飛翔体43の底面430と射出部41の端部410とは、互いに接触していてもよいし、互いに離間して配置されていてもよい。
なお、パラシュート装置4の未使用時に飛翔体43が射出部41から落下することを防止するために、ピン(シアピン)416によって飛翔体43を射出部41に固定してもよい。例えば、図4に示すように、飛翔体43の側面に貫通孔を形成するとともに、射出部41に例えば非貫通孔を形成しておく。そして、飛翔体43側の貫通孔と射出部41側の非貫通孔とが重なった状態で、飛翔体43側の貫通孔と射出部41側の非貫通孔にピン416を挿入する。これにより、パラシュート装置4の未使用時には、飛翔体43が射出部41に固定される。
ここで、ピン416は、飛翔体43が射出するときに、ピン416に対して飛翔体43の射出方向に加わる力によって破壊可能に構成されている。これによれば、ピン416によって飛翔体43の射出を妨害するおそれがない。ピン416としては、例えば、アルミ合金、樹脂等を用いることが好ましい。
ガス導入路45は、ガス発生装置44から発生したガスを射出部41に導くための管である。ガス導入路45は、ガス発生装置44のガス放出口445から射出部41の端部411まで、パラシュート収容部40の底面部403および側壁部401の内周面に沿って延在している。
ガス導入路45は、例えばステンレス鋼等の金属材料や樹脂材料から構成されている。
カバー部材47は、飛翔体43および射出部41とパラシュート400との接触を防止するための部品である。カバー部材47は、パラシュート収容部40内において、パラシュート400と飛翔体43および射出部41との間に、射出部41に保持された飛翔体43を囲む形態で配置されている。カバー部材47は、例えば、樹脂材料やステンレス鋼等の金属材料から構成されている。
図3および図4に示すように、カバー部材47は、パラシュート収容部40の側壁部401の開口部側から底面部403側に向かって延在し、側壁部401上に固定されている。カバー部材47は、例えば、円周方向に開口部を有する円筒状に形成されている。カバー部材47の軸線方向から見たカバー部材47の断面形状は、U字状である。カバー部材47は、例えば、円周方向の開口部を塞ぐように側壁部401に固定されている。カバー部材47と側壁部401とは、飛翔体43、射出部41、およびガス導入路45を収容可能な収容空間を画成している。
各射出部41は、対応する各カバー部材47の内周面にそれぞれ固定されている。例えば、図4に示すように、射出部41のフランジ状の端部411の側面がカバー部材47の内周面に沿って接合されている。
ガス発生装置44は、飛翔体43を射出部41から射出するための推力の基になるガスを発生する装置である。ガス発生装置44は、パラシュート収容部40内に固定されている。例えば、図3および図4に示すように、ガス発生装置44は、パラシュート収容部40の開口部側から見たときのパラシュート収容部40の中心部分(中心軸P上)に配置され、パラシュート収容部40内の底部402上に固定されている。
図4に示すように、ガス発生装置44は、ハウジング444、ガス発生剤441、点火薬442、および封止部材443を有する。
ハウジング444は、ガス発生剤441を保持する。ハウジング444は、例えばドーム状に形成され、パラシュート収容部40の底部402とともに、ガス発生剤441から発生したガスが放出されるガス放出室446を形成する。具体的には、図4に示すように、ベース部404の底面404aとハウジング444の内壁面とによってガス放出室446が画成され、ガス放出室446の一部の領域にガス発生剤441および点火薬442が配置される。
ハウジング444は、パラシュート400をパラシュート収容部40に固定するためのパラシュート取り付け部447を更に有してもよい。具体的には、図4に示すように、パラシュート400の吊索461の一端がパラシュート取り付け部447に連結されることにより、パラシュート400とパラシュート収容部40とが連結される。
ハウジング444は、例えば、樹脂から構成されている。好ましくは、ハウジング444は、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber-Reinforced Plastics)等によって構成されている。なお、ハウジング444は、樹脂に限らず金属によって構成されていてもよい。
図4に示すように、ハウジング444は、ガス発生剤441および点火薬442をハウジング444の内側に収容した状態で、ガス放出室446を密封するように、ベース部404の底面404aに固定されている。
ガス発生剤441は、封止部材443によって表面の一部が覆われた状態で、ガス放出室446内に配置されている。封止部材443は、ガス発生剤441からガスが発生した場合に、発生したガスの圧力によって容易に破壊される材料によって構成されている。例えば、封止部材443は、ポリエステル等の薄膜である。
点火薬442は、ガス発生剤441を点火するための薬剤である。点火薬442は、リード線48の一端に形成されている。例えば、樹脂等を混ぜ込んだ液状の点火薬をリード線48の先端に塗り固めることにより、リード線48の一端に点火薬442を固定することができる。
点火薬442は、例えば、ハウジング444内において、点火薬442の一部がガス発生剤441と接触した状態(例えば、点火薬442の少なくとも一部がガス発生剤441に埋め込まれた状態)で固定されている。
点火薬442は、リード線48を介して射出制御部42と電気的に接続されている。点火薬442は、射出制御部42から出力された点火信号に応じて点火し、ガス発生剤441を化学的に反応させることにより、ガスを発生させる。
本実施の形態において、ガス発生剤441および点火薬442は、ハウジング444内に着脱不能に固定されている。すなわち、ガス発生剤441および点火薬442は、ハウジング444から着脱可能な形態、例えば交換可能なカートリッジとしてハウジング444に設けられているのではなく、ハウジング444と一体に形成されている。
ハウジング444には、ガス放出室446内に発生したガスを外部に放出するためのガス放出口445が形成されている。ガス放出口445は、射出部41毎に対応して形成されている。本実施の形態では、4つの射出部41が設けられているので、ハウジング444には、4つのガス放出口445が形成されている。各ガス放出口445には、対応するガス導入路45の一端が挿入されて固定されている。
これにより、ガス放出室446と各射出部41の内部空間とが、ガス導入路45を介して連通し、ガス発生装置44から発生したガスは漏れることなく各射出部41の内部空間に導かれる。
次に、本実施の形態に係るパラシュート装置4におけるパラシュート400の開傘の流れについて説明する。
例えば、パラシュート装置4を搭載した飛行装置1が飛行しているときに、強風によって飛行装置1の機体(機体ユニット2)の傾きが傾き閾値29を超えた状態が所定期間継続し、異常検出部15が異常状態であると判定した場合、飛行装置1側の落下制御部16が、パラシュート400の開傘を指示する制御信号をパラシュート装置4の射出制御部42に対して送信する。
射出制御部42は、パラシュート400の開傘を指示する制御信号を受信すると、リード線48を介してガス発生装置44に点火信号を出力する。具体的には、射出制御部42がリード線48に所定の電流を流して、リード線48の一端に形成されている点火薬442を点火させる。
点火薬442が点火することにより、点火薬442に接触しているガス発生剤441が化学的に反応し、ガスが発生する。ガスの圧力が高まると、ガスが封止部材443を破ってガス放出室446内に充満する。
その後、ガス放出室446内のガスは、各ガス放出口445から各ガス導入路45を通って各射出部41の内部に導入され、各射出部41の端部410側の開口部410aから放出される。各射出部41に保持されている飛翔体43は、射出部41の開口部410aから放出されたガスの圧力を受けて、射出部41の中心軸Qに沿った方向に移動し、蓋49をこじ開けてパラシュート収容部40の外部に射出される。
図6は、本実施の形態に係る飛行装置1のパラシュート400が開いた状態を模式的に示す図である。
各飛翔体43がパラシュート収容部40から射出されると、パラシュート400(傘体460)が連結索46を介して各飛翔体43によって引っ張られ、パラシュート400がパラシュート収容部40から放出される。その後、外部に放出されたパラシュート400の傘体460は、各飛翔体43によって更に引っ張られることにより、畳まれた状態から広げられる。これにより、図6に示すように、傘体460の内部に空気が入り込み、傘体460が開傘する。
各飛翔体43がパラシュート収容部40から射出されると、パラシュート400(傘体460)が連結索46を介して各飛翔体43によって引っ張られ、パラシュート400がパラシュート収容部40から放出される。その後、外部に放出されたパラシュート400の傘体460は、各飛翔体43によって更に引っ張られることにより、畳まれた状態から広げられる。これにより、図6に示すように、傘体460の内部に空気が入り込み、傘体460が開傘する。
上述したように、各飛翔体43は、射出部41の中心軸Qが延在する方向(軸線方向Q)に飛び出す。すなわち、各飛翔体43は、パラシュート収容部40の中心軸Pから離れる方向に飛行する。これにより、各飛翔体43は、真上に(パラシュート収容部40の中心軸Pと平行な方向に)射出する場合に比べて、放出されたパラシュート400の傘体460をその頂点部分からエッジ(周縁)側に効果的に引っ張ることができる。これにより、傘体460を速やかに広げて空気をはらみ易くすることができる。
以上、本実施の形態に係るパラシュート装置4は、一端が開口し、他端が有底の筒状に形成され、その内部にパラシュート400を収容するパラシュート収容部40と、一端が開口し他端が有底の筒状に形成され、パラシュート400に連結された少なくとも一つの飛翔体43と、パラシュート収容部40に固定され、飛翔体43を保持し、保持した飛翔体43を射出するための筒状の射出部41と、パラシュート収容部40に固定され、ガスを発生するガス発生装置44と、ガス発生装置44から発生したガスを射出部41の内部に導くガス導入路45とを有している。射出部41の開口した一方の端部410は、飛翔体43の内部に挿入され、射出部41の開口した他方の端部411は、ガス導入路45と連通している。
これによれば、上述したように、ガス発生装置44から発生したガスがガス導入路45を通って射出部41から放出されることにより、そのガスの圧力によって飛翔体43を射出部41から射出することができる。これにより、飛翔体43に連結されたパラシュート400の傘体460が飛翔体43によって引っ張られるので、傘体460が空気をはらみ易くなり、パラシュート400を直ちに開傘させることが可能となる。
したがって、飛行装置1のような、上空において静止している状態を保つことが可能な回転翼機が、落下時に気流の効果を得られない場合であっても、本実施の形態に係るパラシュート装置4を取り付けることにより、素早く確実にパラシュートを開傘させ、緩やかに落下させることが可能となる。
また、本実施の形態に係るパラシュート装置4において、射出部41は、飛翔体43の内部に射出部41の開口した端部410が挿入された状態で飛翔体43を保持している。換言すれば、飛翔体43は、ガスが放出される開口部410aが形成された射出部41の端部410(先端部)を覆って配置されている。
これによれば、例えば、弾丸のように飛翔体43を射出部41の内部に挿入する形態に比べて、射出部41やパラシュート収容部40のサイズを大きくすることなく、飛翔体43のサイズを大きくして重量を増加させ、飛翔体43の慣性体としての機能を高めることが容易となる。これにより、パラシュート装置4全体のサイズの増大を抑えつつ、パラシュート400をより開き易くすることが可能となる。
また、本実施の形態に係るパラシュート装置4において、ガス発生装置44は、ガスを発生するガス発生剤441と、パラシュート収容部40の内側の底面に固定され、ガス発生剤441を着脱不能に収容するハウジング444とを含む。パラシュート装置4において、ハウジング444とパラシュート収容部40の内側の底面404aとによって、ガス発生剤441から発生したガスが放出されるガス放出室446が形成され、ガス放出室446は、ガス導入路45を介して射出部41の内部とを連通している。
これによれば、ガス発生剤441をハウジング444から着脱可能なカートリッジとして形成する場合に比べて部品点数が少なくなるので、製造コストの削減が期待できる。
また、本実施の形態に係るパラシュート装置4は、パラシュート収容部40内において、パラシュート400と飛翔体43との間に、射出部41に保持された飛翔体43を囲む形態で配置されたカバー部材47を更に有する。
これによれば、パラシュート収容部40内においてパラシュート400が飛翔体43に接触することを防ぐことができるので、飛翔体43の射出時に、飛翔体43がパラシュート400に接触してパラシュート400が破損することを防止することができる。これにより、パラシュート装置4の信頼性を更に向上させることが可能となる。
これによれば、パラシュート収容部40内においてパラシュート400が飛翔体43に接触することを防ぐことができるので、飛翔体43の射出時に、飛翔体43がパラシュート400に接触してパラシュート400が破損することを防止することができる。これにより、パラシュート装置4の信頼性を更に向上させることが可能となる。
また、本実施の形態に係るパラシュート装置4は、パラシュート収容部40の開口部を覆う蓋49を更に有する。これによれば、パラシュート収容部40の内部に雨や埃等の異物が侵入することを防止できるので、パラシュート収容部40内に収容されているパラシュート400やガス発生装置44等の腐食等の劣化を防止することが可能となり、パラシュート装置4の信頼性を更に向上させることが可能となる。
また、本実施の形態に係るパラシュート装置4は飛翔体43を複数有し、射出部41およびガス導入路45は、飛翔体43毎にそれぞれ対応して設けられている。図3に示すように、複数の射出部41は、パラシュート収容部40の開口部から見たときの中心部分(P)を中心とした円の円周方向に等間隔に配置されている。
これによれば、パラシュート400の射出時に、傘体460を複数の方向から略均等な力で引っ張ることができるので、傘体460がより開き易くなり、パラシュート装置4の信頼性を更に高めることが可能となる。
≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施の形態において、パラシュート収容部40がテーパ状の筒形状(円錐台状)である場合を例示したが、これに限られず、テーパ状でない一般的な円筒形状であってもよいし、多角柱(例えば四角柱)状であってもよい。
1…飛行装置、2…機体ユニット、3,3_1~3_n…推力発生部、4…パラシュート装置、5…報知装置、6…アーム部、9…外部装置、11…電源部、12…センサ部、13,13_1~13_n…モータ駆動部、14…飛行制御部、15…異常検出部、16…落下制御部、17…通信部、18…記憶部、22…バッテリ、23…電源回路、24…角速度センサ、25…加速度センサ、26…磁気センサ、27…角度算出部、28…残容量閾値、29…傾き閾値、30…プロペラ、31…モータ、32…筐体、40…パラシュート収容部、41…射出部、42…射出制御部、43…飛翔体、44…ガス発生装置、45…ガス導入路、46…連結索、47…カバー部材、48…リード線、49…蓋、50…飛翔体射出機構、400…パラシュート、401…側壁部、402…底部、403…底面部、404…ベース部、404a…底面、405…収容空間、410,411…端部、410a…開口部、414,415…密封装置(ガスケット)、416…ピン(シアピン)、430…底面、441…ガス発生剤、442…点火薬、443…封止部材、444…ハウジング、445…ガス放出口、446…ガス放出室、447…パラシュート取り付け部、460…傘体(キャノピー)、461…吊索、490…密封装置(ガスケット)、491…金具、P…パラシュート収容部40の中心軸(中心部分)、Q…射出部41の中心軸。
Claims (7)
- パラシュートと、
一端が開口し、他端が有底の筒状に形成され、その内部に前記パラシュートを収容するパラシュート収容部と、
一端が開口し他端が有底の筒状に形成され、前記パラシュートに連結された少なくとも一つの飛翔体と、
前記パラシュート収容部に固定され、前記飛翔体を保持し、保持した前記飛翔体を射出するための筒状の射出部と、
前記パラシュート収容部に固定され、ガスを発生するガス発生装置と、
前記ガス発生装置から発生した前記ガスを前記射出部の内部に導くガス導入路と、を有し、
前記射出部の開口した一方の端部は、前記飛翔体の内部に挿入され、前記射出部の開口した他方の端部は、前記ガス導入路と連通している
パラシュート装置。 - 請求項1に記載のパラシュート装置において、
前記ガス発生装置は、
前記ガスを発生するガス発生剤と、
前記パラシュート収容部の内側の底面に固定され、前記ガス発生剤を着脱不能に収容するハウジングと、を含み、
前記ハウジングと前記パラシュート収容部の内側の底面とによって、前記ガス発生剤から発生した前記ガスが放出されるガス放出室が形成され、
前記ガス放出室と前記射出部の内部とは、前記ガス導入路を介して連通している
ことを特徴とするパラシュート装置。 - 請求項2に記載のパラシュート装置において、
前記パラシュート収容部内において、前記パラシュートと前記飛翔体との間に、前記射出部に保持された前記飛翔体を囲む形態で配置されたカバー部材を更に有する
ことを特徴とするパラシュート装置。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載のパラシュート装置において、
前記パラシュート収容部の開口部を覆う蓋を更に有する
ことを特徴とするパラシュート装置。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載のパラシュート装置において、
前記飛翔体を複数有し、
前記射出部および前記ガス導入路は、前記飛翔体毎にそれぞれ対応して設けられ、
前記パラシュート収容部は、筒状であって、
前記ガス発生装置は、前記パラシュート収容部の開口部側から見たときの前記パラシュート収容部の中心部分に配置され、
複数の前記射出部は、前記パラシュート収容部の開口部側から見たときの前記中心部分を中心とした円の円周方向に等間隔に配置されている
ことを特徴とするパラシュート装置。 - 機体ユニットと、
前記機体ユニットに接続され、推力を発生する推力発生部と、
前記推力発生部を制御する飛行制御部と、
飛行時の異常を検出する異常検出部と、
請求項1乃至5の何れか一項に記載のパラシュート装置と、
前記異常検出部による異常の検出に応じて、前記飛翔体を前記射出部から射出させる落下制御部と、を備える
ことを特徴とする飛行装置。 - パラシュートに連結可能な飛翔体と、
一端が開口し、他端が有底の筒状に形成され、その内部に前記パラシュートを収容可能なパラシュート収容部と、
前記パラシュート収容部に固定され、前記飛翔体を保持し、保持した前記飛翔体を射出するための筒状の射出部と、
前記パラシュート収容部に固定され、ガスを発生するガス発生装置と、
前記ガス発生装置から発生した前記ガスを前記射出部の内部に導くガス導入路と、を有し、
前記飛翔体は、一端が開口し他端が有底の筒状に形成され、
前記射出部の開口した一方の端部は、前記飛翔体の内部に挿入され、前記射出部の開口した他方の端部は、前記ガス導入路と連通している
飛翔体射出機構。
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