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技術 飛行体及び飛行体の飛行方法

出願人 株式会社エアロネクスト
発明者 鈴木陽一
出願日 2020年6月23日 (6ヶ月経過) 出願番号 2020-107730
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-152378
状態 特許登録済
技術分野 飛行船・気球・飛行機
主要キーワード 参考構成 空気特性 進行方向前端 下降姿勢 搭載対象物 上昇姿勢 よじれた 中長距離
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年9月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題

より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供すること。

解決手段

本発明による飛行体は、推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備えている。飛行体は、アーム部の第1位置と当該第1位置よりも後方に位置する第2位置とを移動自在に設けられた搭載部を更に備えている。飛行体は、目的地上空で、搭載部を第1位置から第2位置に変位させ下降する。

概要

背景

近年、様々な用途に利用されるドローン(Drone)や無人航空機UAV:UnmannedAerial Vehicle)などの回転翼機(以下、単に「飛行体」と総称する)を利用した様々なサービスが提供されている(例えば、特許文献1参照)。

また、このよう飛行体のうち、荷物を搭載するための搭載部を備えたものが特許文献2に開示されている飛行体が存在する。

概要

より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供すること。本発明による飛行体は、推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備えている。飛行体は、アーム部の第1位置と当該第1位置よりも後方に位置する第2位置とを移動自在に設けられた搭載部を更に備えている。飛行体は、目的地上空で、搭載部を第1位置から第2位置に変位させ下降する。

目的

本発明は、より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備える飛行体であって、前記アーム部の第1位置と当該第1位置よりも後方に位置する第2位置とを前記アーム部に沿って移動自在に設けられた搭載部を更に備える、飛行体。

請求項2

請求項1に記載の飛行体であって、前記第1位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、飛行体。

請求項3

請求項1又は請求項2に記載の飛行体であって、前記固定翼部は、二枚の固定翼の対で構成されており、前記第1位置は、当該固定翼の対の間に位置している、飛行体。

請求項4

請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の飛行体であって、前記第2位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、飛行体。

請求項5

請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の飛行体であって、前記飛行部と前記アーム部とを独立して変位可能に連結する連結部を更に備えている、飛行体。

請求項6

請求項5に記載の飛行体であって、前記飛行部と前記アーム部とを連結する連結部は、ジンバルである、飛行体。

請求項7

請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の飛行体の飛行方法であって、初期状態において、前記搭載部を第1位置にセットし搭載対象物を搭載させるとともに、前記飛行部が上端となるように前記アーム部を垂直方向に立てるステップと、前記飛行部を駆動させ、当該駆動部が進行方向前端となるように上昇させるステップと、所定の高さにおいて、前記飛行部を略90度水平方向にむけて変位させ、前記アーム部が水平方向に延びるように飛行させるステップと、目的地上空において前記脚部が下端となるように前記アーム部を垂直方向に立てつつ、前記搭載部を前記第1位置から前記第2位置に変位させるステップと、前記脚部が下端となるように下降するステップとを含む、飛行体の飛行方法。

技術分野

0001

本発明は、飛行体及び飛行体の飛行方法に関する。

背景技術

0002

近年、様々な用途に利用されるドローン(Drone)や無人航空機UAV:UnmannedAerial Vehicle)などの回転翼機(以下、単に「飛行体」と総称する)を利用した様々なサービスが提供されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

また、このよう飛行体のうち、荷物を搭載するための搭載部を備えたものが特許文献2に開示されている飛行体が存在する。

先行技術

0004

特開2017−15697号公報
特開2017−159751号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上述した荷物を運ぶ場合、特許文献2に記載の技術では、構造が複雑なことに加えて、下降時の横風対策等がなされておらず、安全性に問題がある。

0006

そこで、本発明は、より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供することを一つの目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明によれば、
推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備える飛行体であって、
前記アーム部の第1位置と当該第1位置よりも後方に位置する第2位置とを移動自在に設けられた搭載部を更に備える
飛行体が得られる。

発明の効果

0008

本発明によれば、より基本的な構造でかつ安全対策のとられた飛行体を提供し得る。

図面の簡単な説明

0009

本発明による飛行体の斜視図である。
図1の飛行体の上面図である。
図1の飛行体の側面図である。
図1の飛行体の初期状態を示す図である。
図1の飛行体の上昇時の状態を示す図である。
図1の飛行体の飛行時の状態を示す図である。
図1の飛行体の目的地上空における状態を示す図である。
図1の飛行体の目的地上空における状態を示す他の図である。
図1の飛行体の下降時の状態を示す図である。
図1の飛行体の下降時の状態を示す他の図である。
図1の飛行体の飛行部の機能ブロックを示す図である。

実施例

0010

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体及び飛行体の飛行方法は、以下のような構成を備える。
項目1]
推力を発生させるための複数の回転翼を備えた飛行部と、脚部と、当該飛行部及び当該脚部を連結するアーム部と、当該アーム部の略中央に設けられた固定翼部とを備える飛行体であって、
前記アーム部の第1位置と当該第1位置よりも後方に位置する第2位置とを移動自在に設けられた搭載部を更に備える
飛行体。
[項目2]
項目1に記載の飛行体であって、
前記第1位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
飛行体。
[項目3]
項目1又は項目2に記載の飛行体であって、
前記固定翼部は、二枚の固定翼の対で構成されており、
前記第1位置は、当該固定翼の対の間に位置している、
飛行体。
[項目4]
項目1乃至項目3のいずれかに記載の飛行体であって、
前記第2位置は、前後方向において前記固定翼部と少なくとも重複する、
飛行体。
[項目5]
項目1乃至項目4のいずれかに記載の飛行体であって、
前記飛行部と前記アーム部とを独立して変位可能に連結する連結部を更に備えている、
飛行体。
[項目6]
項目5に記載の飛行体であって、
前記飛行部と前記アーム部とを連結する連結部は、ジンバルである、
飛行体。
[項目7]
項目1乃至項目6のいずれかに記載の飛行体の飛行方法であって、
初期状態において、前記搭載部を第1位置にセットし搭載対象物を搭載させるとともに、前記飛行部が上端となるように前記アーム部を垂直方向に立てるステップと、
前記飛行部を駆動させ、当該駆動部が進行方向前端となるように上昇させるステップと、
所定の高さにおいて、前記飛行部を略90度水平方向にむけて変位させ、前記アーム部が水平方向に延びるように飛行させるステップと、
目的地上空において前記脚部が下端となるように前記アーム部を垂直方向に立てつつ、前記搭載部を前記第1位置から前記第2位置に変位させるステップと、
前記脚部が下端となるように下降するステップと、を備える、
飛行体の飛行方法。

0011

<実施の形態の詳細>
以下、本発明の実施の形態による飛行体及び飛行体の飛行方法について、図面を参照しながら説明する。

0012

<本発明による実施の形態の詳細>
図1に示されるように、本発明の実施の形態による飛行体1は、推力を発生させるための複数の回転翼16を備えた飛行部10と、脚部20と、飛行部10及び脚部20を連結するアーム部30と、アーム部30の略中央に設けられた固定翼部(上側固定翼40、下側固定翼42)とを備えている。

0013

なお、図示されている飛行体1は、本発明の構造の説明を容易にするため簡略化されて描かれており、例えば、制御部等の詳しい構成は図示していない。

0014

また、図中の軸は、絶対軸を表している。Z軸(Z方向)は垂直方向であり、X軸及びY軸は共に水平方向である。

0015

<構造の詳細>
本実施の形態による飛行部10は、プロペラ16と、当該プロペラ16を回転させるモータ14と、モータ14を支持するモータアーム12とを備えている。本実施の形態による飛行部10は、プロペラ16、モータ14、モータアーム12のセットは十字状に4つ有している。

0016

プロペラ16は、モータ14からの出力を受けて回転する。プロペラ16が回転することによって、飛行体1を出発地から離陸させ、水平移動させ、目的地着陸させるための推進力が発生する(飛行の詳細は後述する)。なお、プロペラは、右方向への回転、停止及び左方向への回転が可能である。

0017

プロペラ16は、任意の羽根回転子)の数(例えば、1、2、3、4、またはそれ以上の羽根)でよい。羽根の形状は、平らな形状、曲がった形状、よじれた形状、テーパ形状、またはそれらの組み合わせ等の任意の形状が可能である。

0018

なお、羽根の形状は変化可能である(例えば、伸縮、折りたたみ、折り曲げ等)。羽根は対称的(同一の上部及び下部表面を有する)または非対称的(異なる形状の上部及び下部表面を有する)であってもよい。

0019

羽根はエアホイルウイング、または羽根が空中を移動される時に動的空気力(例えば、揚力、推力)を生成するために好適な幾何学形状に形成可能である。羽根の幾何学形状は、揚力及び推力を増加させ、抗力を削減する等の、羽根の動的空気特性を最適化するために適宜選択可能である。

0020

モータ14は、プロペラ16の回転を生じさせるものであり、例えば、駆動ユニットは、電気モータ又はエンジン等を含むことが可能である。羽根は、モータによって駆動可能であり、時計方向に及び/または反時計方向に、モータの回転軸(例えば、モータの長軸)の周りに回転する。

0021

羽根は、すべて同一方向に回転可能であるし、独立して回転することも可能である。羽根のいくつかは一方の方向に回転し、他の羽根は他方方向に回転する。羽根は、同一回転数ですべて回転することも可能であり、夫々異なる回転数で回転することも可能である。回転数は移動体の寸法(例えば、大きさ、重さ)や制御状態(速さ、移動方向等)に基づいて自動又は手動により定めることができる。

0022

モータアーム12は、それぞれ対応するモータ14及びプロペラ16を支持している部材である。モータアーム12には、回転翼機の飛行状態飛行方向等を示すためにLED等の発色体を設けることとしてもよい。本実施の形態によるモータアーム12は、カーボンステンレスアルミニウムマグネシウム等またはこれらの合金又は組合わせ等から適宜選択される素材で形成することが可能である。

0023

本実施の形態において、飛行部10(図1参照)とアーム部30とは、ジンバル60を介して連結されている。これにより、飛行部10とアーム部30とは、独立して変位可能となる。

0024

即ち、飛行部10の向きをアーム部30の向きとは別個独立に制御することが可能となることから、アーム部30の向きは飛行部30の向きの影響を受けないジンバル60は、少なくとも二軸(X軸及びZ軸)方向に変位可能なジンバル60である。

0025

アーム部30は、2本の直線形状を有しており、夫々、一端は飛行部10に接続され他端は脚部20に接続されている。

0026

図2に示されるように、本実施の形態による搭載部50は、アーム部30に設けられている。搭載部50は、図2(a)及び図3(a)に示される第1位置から、図2(b)及び図3(b)に示される第2位置に向けて、アーム部30に沿って移動可能に構成されている。

0027

本実施の形態による搭載部50は、レール状に形成されたアーム部30をガイドさせるようにして、第1位置と第2位置とを変位可能にする。なお、移動の方法は他の方法であってもよく、第1位置及び第2位置への固定及びこれらの位置間の移動制御が可能な方法であれば、どのようなものでもよい。

0028

本実施の形態における第1位置は、進行方向(Y方向)において固定翼部40と少なくとも一部が重複する位置にある。これにより、推力中心と搭載対象物52の重心とを近接させることができ、飛行が安定する。

0029

第1位置の場所については、搭載対象物の重量、形状に素材等に応じて適宜変更することができる。

0030

固定翼部(上側固定翼40及び下側固定翼42)は、アーム部30に夫々連結されている。本実施の形態による飛行体は、ジンバルを介して回転翼機に複葉機を接続した概念のものであるが、複葉機でなくてもよい。

0031

続いて、図4乃至図10を参照して本実施の形態による飛行体の飛行方法を説明する。

0032

図4は、飛行体の初期状態を示す図である。搭載対象物52は、搭載部50に搭載されている。搭載部50は、第1位置に位置している。図中の重心マークは飛行体の重心(Center Of Gravity:COG)を表している。

0033

初期状態において、飛行体は脚部20が地面に接した状態で直立している。換言すると、初期状態において、飛行体は、アーム部30を垂直方向に立てるようにしてセットされる。

0034

なお、初期状態において、飛行体が倒れないようにするために、補助アーム補助脚等を使用することとしてもよい。

0035

飛行体は、図4に示される状態から、飛行部10のプロペラ16を回転させることによって上向きの推力を得て、図5に示されるように、浮上し上昇する(上昇姿勢)。

0036

図6に示されるように、飛行体は、所定の高さまで上昇すると、飛行部10を略90度水平方向にむけて変位させ、機体の向きを変える(水平姿勢)。

0037

この状態においてはあたかもプロペラ飛行機と同様の原理で水平方向に推進することが可能となる。かかる構成によれば、目的地上空まで高速に移動することが可能となる。

0038

図7及び図8に示されるように、目的地上空に到着すると、プロペラ16の回転速度を低下させつつ機体が垂直になるようにして(下降姿勢)、ホバリング状態移行する。即ち、機体の向きを水平方向から垂直方向に戻す。この際、第1位置にあった搭載部50は第2位置に移動し、それに伴い搭載対象物52も移動する(図中の矢印M参照)。搭載対象物の移動に伴い、重心Gも脚部側にずれることとなる。

0039

図9は、目的地上空から目的地まで下降する様子を表す図である。搭載対象物52は第2位置に移動が完了し、重心Gも初期の位置から移動している。

0040

なお、水平姿勢の状態で搭載対象物52を第2位置に移行してしまうと、搭載対象物52の重量によっては、下降姿勢に移行した際に、アーム部30全体が振り子のように振れてしまうため、搭載対象物52の移行は、下降姿勢に移行が開始され始めた後が好ましく、より安全には、完全に下降姿勢となった状態で移行することが好ましい。

0041

本実施の形態においては、図10に示されるように、下降の際に横風等が吹いた場合であっても、ジンバル60によって、飛行部が自在に変位するため、横に流されることがない。

0042

上述した回転翼機は、図11に示される機能ブロックを有している。なお、図11の機能ブロックは最低限の参考構成である。フライトコントローラは、所謂処理ユニットである。処理ユニットは、プログラマブルプロセッサ(例えば、中央処理ユニット(CPU))などの1つ以上のプロセッサを有することができる。

0043

処理ユニットは、図示しないメモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、1つ以上のステップを行うために処理ユニットが実行可能であるロジック、コード、および/またはプログラム命令を記憶している。

0044

メモリは、例えば、SDカードランダムアクセスメモリ(RAM)などの分離可能媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。

0045

処理ユニットは、回転翼機の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、6自由度(並進運動x、y及びz、並びに回転運動θx、θy及びθz)を有する回転翼機の空間的配置、速度、および/または加速度を調整するために回転翼機の推進機構(モータ等)を制御する。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの1つ以上を制御することができる。

0046

処理ユニットは、1つ以上の外部のデバイス(例えば、端末表示装置、または他の遠隔制御器)からのデータを送信および/または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。

0047

例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワークWAN)、赤外線無線、WiFi、ポイントツーポイント(P2P)ネットワーク電気通信ネットワーククラウド通信などのうちの1つ以上を利用することができる。

0048

送受信部は、センサ類で取得したデータ、処理ユニットが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの1つ以上を送信および/または受け取ることができる。

0049

本実施の形態によるセンサ類は、慣性センサ加速度センサジャイロセンサ)、GPSセンサ近接センサ(例えば、ライダー)、またはビジョンイメージセンサ(例えば、カメラ)を含み得る。

0050

本発明の回転翼機は、中長距離における宅配業務専用の飛行体としての利用、及び広域の監視業務山岳領域の偵察救助業務における産業用の回転翼機としての利用が期待できる。また、本発明の回転翼機は、マルチプター・ドローン等の飛行機関連産業において利用することができ、さらに、本発明に、カメラ等を搭載し空撮任務遂行可能な飛行体としても好適に使用することができる他、セキュリティ分野、農業インフラ監視等の様々な産業にも利用することができる。

0051

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

0052

1飛行体
10飛行部
12モータアーム
14モータ
16プロペラ
20 脚部
30アーム部
40 上側固定翼
42 下側固定翼
50 搭載部
52搭載物
60 ジンバル

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