(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023148303
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】飛行装置
(51)【国際特許分類】
B64C 27/08 20230101AFI20231005BHJP
B64C 39/02 20060101ALI20231005BHJP
【FI】
B64C27/08
B64C39/02
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022056243
(22)【出願日】2022-03-30
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-08-23
(71)【出願人】
【識別番号】320011199
【氏名又は名称】株式会社石川エナジーリサーチ
(74)【代理人】
【識別番号】100147913
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 義敬
(74)【代理人】
【識別番号】100091605
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 敬
(74)【代理人】
【識別番号】100197284
【弁理士】
【氏名又は名称】下茂 力
(72)【発明者】
【氏名】石川 満
(57)【要約】
【課題】飛行中における回転作業を安定的に行うことができる飛行装置を提供する。
【解決手段】飛行装置10は、機体ベース部11と、機体ベース部11が浮遊するための推力を発生させるロータ12と、機体ベース部11に対して回転可能に取り付けられた回転加工部13と、ロータ12の回転速度を制御する演算制御部14と、を具備する。飛行装置10によれば、動力調整機構16により機体ベース部11へのトルクの伝達が抑制され、飛行時の姿勢を安定化できる。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
機体ベース部と、
前記機体ベース部が浮遊するための推力を発生させるロータと、
前記機体ベース部に対して回転可能に取り付けられた回転加工部と、
前記ロータの回転速度を制御する演算制御部と、を具備することを特徴とする飛行装置。
【請求項2】
モータと、動力調整機構と、を更に具備し、
前記モータは、前記回転加工部を回転させ、
前記動力調整機構は、前記回転加工部と前記モータとの間に配設され、前記モータから前記回転加工部に伝達するトルクを制限することを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
【請求項3】
前記回転加工部は、ドリルであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の飛行装置。
【請求項4】
前記演算制御部は、空中の一地点に留まった状態のまま、対象物体に対して前記回転加工部を動作させることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の飛行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、飛行装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、無人で空中を飛行することが可能な飛行装置が知られている。このような飛行装置は、垂直軸回りに回転駆動するロータの推力で、空中を飛行することが可能とされている。
【0003】
飛行装置の適用分野としては、例えば、輸送分野、測量分野および撮影分野等が考えられる。このような分野に飛行装置を適用させる場合は、測量機器や撮影機器を飛行装置に備え付ける。飛行装置を係る分野に適用させることで、人が立ち入れない地域に飛行装置を飛行させ、そのような地域の輸送、撮影および測量を行うことができる。係る飛行装置に関する発明は、例えば、特許文献1に記載されている。
【0004】
特許文献1を参照すると、機体に複数のアーム部が配備されており、各アーム部の外側端部に、モータと回転翼が設置されている。また、係る飛行装置は、中心部に機体ベースが配置され、この機体ベースから周囲にアームが伸び、アームの先端部にモータおよびロータが配置されている。
【0005】
また、係る飛行装置を、各種分野に適用させる発明が、特許文献2に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2018-122674号公報
【特許文献2】特開2020-069833号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記した特許文献1に記載された飛行装置では、飛行装置を用いて作業を効率的に行う観点から改良の余地があった。
【0008】
具体的には、飛行装置の適用分野の一つして、飛行装置を用いて高所作業、例えば治具を回転させる作業を行うことが考えられる。しかしながら、何ら対策を施さずに、飛行装置を用いて回転作業を行った場合、回転作業に伴う反トルクが飛行装置に作用し、飛行装置の飛行動作の安定性が阻害される課題があった。
【0009】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、飛行中における回転作業を安定的に行うことができる飛行装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部が浮遊するための推力を発生させるロータと、前記機体ベース部に対して回転可能に取り付けられた回転加工部と、前記ロータの回転速度を制御する演算制御部と、を具備することを特徴とする。
【0011】
また、本発明の飛行装置では、モータと、動力調整機構と、を更に具備し、前記モータは、前記回転加工部を回転させ、前記動力調整機構は、前記回転加工部と前記モータとの間に配設され、前記モータから前記回転加工部に伝達するトルクを制限することを特徴とする。
【0012】
また、本発明の飛行装置では、前記回転加工部は、ドリルであることを特徴とする。
【0013】
また、本発明の飛行装置では、前記演算制御部は、空中の一地点に留まった状態のまま、対象物体に対して前記回転加工部を動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部が浮遊するための推力を発生させるロータと、前記機体ベース部に対して回転可能に取り付けられた回転加工部と、前記ロータの回転速度を制御する演算制御部と、を具備することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、回転加工部を備えていることにより、空中に浮遊している状態に於いて回転加工を行うことができ、各種作業の効率化および安全化を推進できる。
【0015】
また、本発明の飛行装置では、モータと、動力調整機構と、を更に具備し、前記モータは、前記回転加工部を回転させ、前記動力調整機構は、前記回転加工部と前記モータとの間に配設され、前記モータから前記回転加工部に伝達するトルクを制限することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、動力調整機構により機体ベース部へのトルクの伝達が抑制され、飛行時の姿勢を安定化できる。
【0016】
また、本発明の飛行装置では、前記回転加工部は、ドリルであることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、回転加工部としてのドリルにより、例えば、蜂の巣を突き崩すことができ、蜂の巣を安全に破壊除去することができる。
【0017】
また、本発明の飛行装置では、前記演算制御部は、空中の一地点に留まった状態のまま、対象物体に対して前記回転加工部を動作させることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、例えば、対象物体である蜂の巣を、操作者が接近することなく破壊することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】本発明の実施形態に係る飛行装置を示す側面図である。
【
図2】本発明の実施形態に係る飛行装置の接続構成を示すブロック図である。
【
図3】本発明の実施形態に係る飛行装置の使用状況を示す側面図である。
【
図4】本発明の実施形態に係る飛行装置の使用状況を示す背面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図を参照して本実施形態に係る飛行装置10を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【0020】
【0021】
図1を参照して、飛行装置10は、機体ベース部11と、ロータ12と、回転加工部13と、ロータ12の回転速度を制御する演算制御部14(
図2参照)と、を主要に具備する。飛行装置10は、単に飛行のみを行う装置ではなく、飛行しつつ回転加工部13を回転することにより、所定の作業が行われる。係る作業として、例えば、後述する蜂の巣の除去等が挙げられる。
【0022】
飛行装置10としては、バッテリでロータモータ18を回転させる電動式ドローン、エンジンで充電されたバッテリでロータモータ18を回転させるシリーズ型ハイブリッドドローン、または、バッテリおよびエンジンで個別にロータモータ18を回転させるパラレル型ハイブリッドドローンを採用することができる。
【0023】
機体ベース部11は、金属または合成樹脂等から成り、飛行装置10の本体部を構成する。機体ベース部11に、後述する電池ユニット22、演算制御部14等が収納される。
【0024】
ロータ12は、機体ベース部11の周囲に配置され、機体ベース部11が浮遊するための推力を発生させる。ロータ12は、例えば、機体ベース部11を取り囲むように4つが配設される。ここで、機体ベース部11から外側に向かって伸びるアームの端部にロータモータ18が配設され、ロータモータ18がロータ12を回転させる。
【0025】
モータ15は、機体ベース部11の上部に配設され、回転加工部13を回転させるための回転駆動力を発生させる。
【0026】
回転加工部13は、機体ベース部11に対して回転可能に取り付けられ、所定の回転作業を行うことができる形状を呈している。回転加工部13は、機体ベース部11の上部に配設され、前方に向かって伸びる略棒状の部材である。一例として、回転加工部13の前端にはドリル17が配設されている。このようにすることで、ドリル17により、所定の物体の除去又は破壊を行うことができる。回転加工部13およびドリル17の材料としては、例えば、鉄などの金属が採用される。
【0027】
回転加工部13は、水平面に対して傾斜するように、機体ベース部11に対して取り付けられている。具体的には、回転加工部13は、前方に向かって上方に傾斜するように、機体ベース部11の上面に取り付けられている。このようにすることで、ロータ12が回転することにより発生する推力を用いて、回転加工部13の先端に取り付けられたドリル17を、後述する対象物体23に対して効果的に押しつけることができる。
【0028】
動力調整機構16は、モータ15と動力調整機構16との間に配設される。動力調整機構16は、モータ15から回転加工部13に伝達されるトルクを制限する。即ち、回転加工部13に作用するトルクが一定未満であれば、動力調整機構16は、モータ15が回転することにより発生するトルクを、回転加工部13に伝達する。一方、回転加工部13に作用するトルクが一定以上であれば、動力調整機構16は、モータ15が回転することにより発生するトルクを、回転加工部13に伝達しない。動力調整機構16としては、例えば、モータ15から回転加工部13に伝達されるトルクの大きさを、一定以下に制限するトルクリミッタを採用できる。このようにすることで、動力調整機構16により、機体ベース部11への反力としてのトルクの伝達が抑制され、飛行時の姿勢を安定化できる。係る事項は、
図3を参照して後述する。
【0029】
図2は、飛行装置10の接続構成を示すブロック図である。飛行装置10は、演算制御部14と、センサ19と、通信装置20と、電池ユニット22と、出力制御装置21と、ロータモータ18等と、を主要に有している。更に、飛行装置10は、飛行中に作業を行うための構成機器として、モータ15、動力調整機構16および回転加工部13を有する。
【0030】
ここでは、電池ユニット22から発生する電力で各モータを回転させる電動型の飛行装置10を例示している。
【0031】
センサ19は、飛行装置10自体およびその周囲の状況をセンシングする。具体的には、センサ19としては、飛行装置10が傾斜する角度を計測するジャイロセンサ、飛行装置10の向きを計測するコンパス、飛行装置10の位置を計測するGPSセンサ(Glo bal Positioning System)、飛行装置10の高度を計測する気圧センサ、飛行装置10の移動速度等を計測する加速度センサ、の何れかまたは複数が採用される。センサ19で計測された各物理量を示す情報は、演算制御部14に伝送される。
【0032】
通信装置20は、地上で飛行装置10を操作する操作者が有する図示しない地上通信装置との間で、情報を送受信することができる。操作者が地上通信装置を操作することで、飛行装置10の高度、進行方向および移動速度等を操作することができる。また、操作者の操作により、モータ15を動作させることができる。
【0033】
演算制御部14は、CPU(Central Processing Unit)から成る演算装置、およびRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)から成る記憶装置を有しており、飛行装置10全体の動作を制御する。
【0034】
出力制御装置21は、電力変換回路等を有し、電池ユニット22から供給された電力を、飛行装置10を飛行させるのに適した電力に変換した後に、各々のロータモータ18に供給する。飛行装置10の空中での姿勢を変更する際には、演算制御部14の指示に基づいて、出力制御装置21が、ロータモータ18等に供給する電力を変化させる。
【0035】
図3の模式図に基づいて、更に前述した各図も参照しつつ、飛行装置10の飛行中に於いて作業を行う状況を説明する。ここでは、当該作業の一例として、対象物体23の除去を例示する。対象物体23は、例えば、家屋24に形成された蜂の巣であり、より具体的には、雀蜂の巣である。
【0036】
対象物体23が雀蜂の巣である場合、対象物体23は高所に形成されることがあり、作業者が対象物体23を除去しようとすると、転落の危険を伴う。また、雀蜂は蜂の中でも極めて凶暴であり、毒性の高い毒を持つので、対象物体23を除去しようとする作業者の危険性は極めて高い。本実施形態では、このような危険性に鑑み、飛行装置10を用いて対象物体23を除去する。操作者は、対象物体23から充分に離れた箇所から、無線的に飛行装置10を操作する。
【0037】
飛行装置10により対象物体23は解除する場合、先ず、操作者は図示しないコントローラを操作することで、飛行装置10を飛行させる。この際、操作者は、安全を確保するために、対象物体23から充分に離れた箇所から、飛行装置10を操作する。
【0038】
その後、操作者の操作指示により、飛行装置10は対象物体23に接近する。飛行装置10のドリル17が、対象物体23に接近したら、操作者はモータ15により回転加工部13を回転させる。
【0039】
このようにすることで、対象物体23に接触している部分のドリル17が回転し、これにより対象物体23が破壊除去される。この際、飛行装置10の飛行状態は、空中の一地点に留まったホバリング状態のまま、対象物体23に対して回転加工部13を動作させても良い。また、対象物体23に対してドリル17を適度に押しつけるために、飛行装置10が対象物体23に接近する側に移動するように、ロータ12を回転させることもできる。更に、除去作業が続行している間は、演算制御部14は、センサ19からの入力情報に基づいて、飛行装置10の空中における位置姿勢が所定のものとなるように、各々のロータ12の回転速度を調整する。
【0040】
回転加工部13のドリル17が、対象物体23に接しつつ回転することにより、回転加工部13にはトルクが発生する。このトルクが大きすぎると、飛行装置10自体を回転させようとする大きな反作用が発生し、これにより飛行装置10の空中に於ける位置姿勢を適正に制御できない恐れがある。
【0041】
そこで本実施形態では、モータ15と回転加工部13との間に動力調整機構16を配設している。動力調整機構16は、回転加工部13に一定以上のトルクが作用した際に、モータ15からの回転力を、回転加工部13に伝達させない。このようにすることで、飛行装置10本体に与えられる反作用の大きさを制限し、対象物体23を破壊除去する作業の途中に於いて、飛行装置10の位置姿勢を安定化させている。
【0042】
よって、本実施形態では、回転加工部13としてのドリル17により、例えば、蜂の巣を突き崩すことができ、蜂の巣を安全に破壊することができる。更には、対象物体23である蜂の巣を、操作者が接近することなく破壊することができる。
【0043】
図4は、前述した作業を行っている際の、飛行装置10の状況を示す背面図である。ここでは、左方側のロータ12をロータ121と称し、右方側のロータ12をロータ122と称する。
【0044】
回転加工部13およびドリル17を回転させることにより作業を行うと、機体ベース部11を当該回転方向とは反対の方向に回転させようとする反力が生じる。本実施形態では、回転加工部13とモータ15との間に、動力調整機構16を介装しているが、係る場合であっても、当該反力は生じる。ここでは、当該反力が作用する方向を、点線の矢印で示している。
【0045】
このような場合、前述した演算制御部14は、センサ19からの出力に基づいて、反力を相殺するための制御を実行する。即ち、演算制御部14は、ロータ122の回転を、ロータ121よりも高速にする。これにより、ロータ122から発生する推力が、ロータ121から発生する推力よりも大きくなり、前述した反力を減少させる。よって、ドリル17を回転させることにより作業を行った場合でも、飛行装置10の空中における位置姿勢を正確に制御できる。
【0046】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、前述した各形態は相互に組み合わせることが可能である。
【0047】
前述した実施形態では、回転加工部13による作業として、対象物体23の破壊除去を採用したが、他の作業を行うこともできる。例えば、回転加工部13による作業として、螺入、螺刻、締結、物体の回転等を採用することもできる。
【符号の説明】
【0048】
10 飛行装置
11 機体ベース部
12 ロータ
13 回転加工部
14 演算制御部
15 モータ
16 動力調整機構
17 ドリル
18 ロータモータ
19 センサ
20 通信装置
21 出力制御装置
22 電池ユニット
23 対象物体
24 家屋
【手続補正書】
【提出日】2022-05-18
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
機体ベース部と、
前記機体ベース部が浮遊するための推力を発生させるロータと、
前記機体ベース部に対して回転可能に取り付けられた回転加工部と、
前記ロータの回転速度を制御する演算制御部と、
前記回転加工部を回転させるモータと、
前記モータから前記回転加工部に伝達するトルクを制限することにより、空中に留まった状態の前記機体ベース部に作用するトルクの伝達を抑制する動力調整機構と、を具備することを特徴とする飛行装置。
【請求項2】
前記回転加工部は、前記機体ベース部から離れる側に向かって上方に伸びることを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
【請求項3】
前記回転加工部は、ドリルであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の飛行装置。
【請求項4】
前記演算制御部は、空中の一地点に留まった状態のまま、対象物体に対して前記回転加工部を動作させることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の飛行装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部が浮遊するための推力を発生させるロータと、前記機体ベース部に対して回転可能に取り付けられた回転加工部と、前記ロータの回転速度を制御する演算制御部と、前記回転加工部を回転させるモータと、前記モータから前記回転加工部に伝達するトルクを制限することにより、空中に留まった状態の前記機体ベース部に作用するトルクの伝達を抑制する動力調整機構と、を具備することを特徴とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部が浮遊するための推力を発生させるロータと、前記機体ベース部に対して回転可能に取り付けられた回転加工部と、前記ロータの回転速度を制御する演算制御部と、前記回転加工部を回転させるモータと、前記モータから前記回転加工部に伝達するトルクを制限することにより、空中に留まった状態の前記機体ベース部に作用するトルクの伝達を抑制する動力調整機構と、を具備することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、回転加工部を備えていることにより、空中に浮遊している状態に於いて回転加工を行うことができ、各種作業の効率化および安全化を推進できる。更に、本発明の飛行装置によれば、動力調整機構により機体ベース部へのトルクの伝達が抑制され、飛行時の姿勢を安定化できる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正書】
【提出日】2022-07-07
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
機体ベース部と、
前記機体ベース部が浮遊するための推力を発生させるロータと、
前記機体ベース部に対して回転可能に取り付けられた回転加工部と、
前記ロータの回転速度を制御する演算制御部と、
前記回転加工部を回転させるモータと、
前記モータから前記回転加工部に伝達するトルクを制限することにより、空中に留まった状態の前記機体ベース部に作用するトルクの伝達を抑制する動力調整機構と、を具備し、
前記回転加工部は、前記機体ベース部から上側前方に向かって伸びる略棒状の部材であり、
前記動力調整機構により前記回転加工部に伝達されるトルクを制限しつつ、前記回転加工部の先端側部分を対象物体に押しつけながら、前記回転加工部を回転させることにより、前記対象物体を破壊して除去することを特徴とする飛行装置。
【請求項2】
前記回転加工部は、ドリルであることを特徴とする請求項1に記載の飛行装置。
【請求項3】
前記演算制御部は、空中の一地点に留まった状態のまま、前記対象物体に対して前記回転加工部を動作させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の飛行装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
本発明の飛行装置は、機体ベース部と、前記機体ベース部が浮遊するための推力を発生させるロータと、前記機体ベース部に対して回転可能に取り付けられた回転加工部と、前記ロータの回転速度を制御する演算制御部と、前記回転加工部を回転させるモータと、前記モータから前記回転加工部に伝達するトルクを制限することにより、空中に留まった状態の前記機体ベース部に作用するトルクの伝達を抑制する動力調整機構と、を具備し、前記回転加工部は、前記機体ベース部から上側前方に向かって伸びる略棒状の部材であり、前記動力調整機構により前記回転加工部に伝達されるトルクを制限しつつ、前記回転加工部の先端側部分を対象物体に押しつけながら、前記回転加工部を回転させることにより、前記対象物体を破壊して除去することを特徴とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
本発明の飛行装置によれば、回転加工部を備えていることにより、空中に浮遊している状態に於いて回転加工を行うことができ、各種作業の効率化および安全化を推進できる。更に、本発明の飛行装置によれば、動力調整機構により機体ベース部へのトルクの伝達が抑制され、飛行時の姿勢を安定化できる。更に、本発明の飛行装置によれば、回転加工部としてのドリルにより、例えば、蜂の巣を突き崩すことができ、蜂の巣を安全に破壊除去することができる。更に、本発明の飛行装置によれば、例えば、対象物体である蜂の巣を、操作者が接近することなく破壊することができる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】削除
【補正の内容】