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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-04
(45)【発行日】2023-01-13
(54)【発明の名称】ドローン
(51)【国際特許分類】
   B64C 37/00 20060101AFI20230105BHJP
   B64C 27/08 20230101ALI20230105BHJP
   B64C 25/42 20060101ALI20230105BHJP
   B64C 25/06 20060101ALI20230105BHJP
   B64C 25/36 20060101ALI20230105BHJP
   B64D 47/08 20060101ALI20230105BHJP
【FI】
B64C37/00
B64C27/08
B64C25/42
B64C25/06
B64C25/36
B64D47/08
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2021191680
(22)【出願日】2021-11-26
【審査請求日】2021-11-26
(73)【特許権者】
【識別番号】521495161
【氏名又は名称】柳沢 昭次
(74)【代理人】
【識別番号】110003166
【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】柳沢 昭次
(72)【発明者】
【氏名】吉田 正
(72)【発明者】
【氏名】吉野 裕仁
(72)【発明者】
【氏名】豊田 穣
【審査官】塚本 英隆
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-032338(JP,A)
【文献】特開2021-046110(JP,A)
【文献】特開2017-124758(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B64C 37/00
B64C 27/08
B64C 25/42
B64C 25/06
B64C 25/36
B64D 47/08
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【請求項6】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示はドローンに関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2020-69833号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【発明の効果】
【0007】
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。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1A】実施形態によるドローンの斜視図である。
図1B】実施形態によるドローンの底面図である。
図2】実施形態による脚部の一例を示す図である。
図3】実施形態による脚部の一例を示す図である。
図4】実施形態による脚部の一例を示す図である。
図5】ドローンおよびコントローラの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
<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。
【0011】
<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。
【0012】
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。
【0013】
(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。
【0014】
(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。
【0015】
(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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
(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。
【0024】
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。
【0025】
(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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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(Auto White Balance)による色合い調整、AE(Auto Exposure)による露出補正、AF(Auto Focus)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。
【0029】
(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。
【0030】
(カメラ)
カメラ13は、例えば、例えば、CCD(Charged Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)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。
【0031】
(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。
【0032】
<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。
【0033】
(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。
【0034】
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。
【0035】
(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。
【0036】
<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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
<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。
【0041】
(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。
【0042】
(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。
【0043】
(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。
【0044】
(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。
【0045】
(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。
【0046】
(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。
【0047】
(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。
【0048】
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。
【産業上の利用可能性】
【0049】
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。
【符号の説明】
【0050】
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、17 ESC、18 モータ、19 無線部、21 制御部、22 操作部、23 表示部、24 無線部。
【要約】      (修正有)
【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
図1A
図1B
図2
図3
図4
図5