特許 7217543 例えば回転中にプロペラのブレードのピッチ角を変化させる、２自由度アクチュエータを形成するシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-26

(45)【発行日】2023-02-03

(54)【発明の名称】例えば回転中にプロペラのブレードのピッチ角を変化させる、２自由度アクチュエータを形成するシステム

(51)【国際特許分類】

   B64C 11/44 20060101AFI20230127BHJP

【ＦＩ】

B64C11/44

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020526196

(86)(22)【出願日】2018-11-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-04

(86)【国際出願番号】 IB2018058962

(87)【国際公開番号】W WO2019097425

(87)【国際公開日】2019-05-23

【審査請求日】2021-11-12

(31)【優先権主張番号】62/585,576

(32)【優先日】2017-11-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】520150290

【氏名又は名称】フライボティックス ソシエテアノニム

【氏名又は名称原語表記】Ｆｌｙｂｏｔｉｘ ＳＡ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】ブアブダラ，サミール

【審査官】川村 健一

(56)【参考文献】

【文献】仏国特許出願公開第２８５１９３２（ＦＲ，Ａ１）

【文献】特表２０１１－５２１８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第９１５６５４８（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特開２００１－０２６２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０９５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０２４７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｃ １１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２自由度アクチュエータにおいて、前記アクチュエータは、副アクチュエータ（１０５、１０６、１０７）を支える少なくとも主アクチュエータ（１０３）を含み、前記主アクチュエータは、主軸（Ａ）の周りの主回転部分（１０３）を含み、及び前記副アクチュエータは、副軸（Ｂ）の周りで回転する副回転部分（１０５、１０６、１０７）を含み、前記副軸は、前記主軸に対して実質的に垂直であり、前記アクチュエータは、前記主及び副アクチュエータに対して固定されたコイル（１０２）と、前記コイル内で前記主アクチュエータと一緒に回転し、前記主軸（Ａ）に中心づけられた磁石（１０４）とを含み、ここで、前記磁石は、直径方向に磁化され、前記コイルの内径の約３分の２の直径を有し、及び前記副軸の周りで回転でき、それにより、前記副軸の周りでの前記副回転部分の回転を生じ、前記副回転部分の位置は、前記コイルの磁場によって設定されることを特徴とする、２自由度アクチュエータ。

【請求項2】

請求項１に記載の２自由度アクチュエータにおいて、前記副回転部分はシャフト（１０７）を含むことを特徴とする、２自由度アクチュエータ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の２自由度アクチュエータにおいて、モータ（２０３）を含むことを特徴とする、２自由度アクチュエータ。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の２自由度アクチュエータにおいて、少なくとも１つのエネルギー源（２０４）を含むことを特徴とする、２自由度アクチュエータ。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の２自由度アクチュエータにおいて、前記アクチュエータを制御するために電子的手段（１０８）を含むことを特徴とする、２自由度アクチュエータ。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の少なくとも１つのアクチュエータを含むことを特徴とする、航空機。

【請求項7】

請求項６に記載の航空機において、前記シャフト（１０７）が２つのブレード（１００、１０１）を支えることを特徴とする、航空機。

【請求項8】

請求項６又は７に記載の航空機において、請求項１～５のいずれか１項に記載の２つのアクチュエータを含むことを特徴とする、航空機。

【請求項9】

請求項８に記載の航空機において、前記２つのアクチュエータの前記主軸（１０３）は、実質的に平行又は同軸であることを特徴とする、航空機。

【請求項10】

請求項９に記載の航空機において、防護物（３０２、５０２）を含むことを特徴とする、航空機。

【請求項11】

請求項１０に記載の航空機において、前記防護物（３０２、５０２）は、前記アクチュエータが装着されるチューブ（３０１、５０１）を備えるリングを含むことを特徴とする、航空機。

【請求項12】

請求項６～１１のいずれか１項に記載の航空機において、ビジョン手段（５０３、５０４）又は検出器のようなペイロードを含むことを特徴とする、航空機。

【請求項13】

請求項１２に記載の航空機において、前記ビジョン手段は、少なくとも光学カメラ（５０３）又はサーマルカメラ（５０４）を含むことを特徴とする、航空機。

【請求項14】

請求項１～５のいずれか１項に記載の少なくとも１つのアクチュエータを含む装置において、さらに、前記副アクチュエータに取り付けられた機能ヘッド（６００）を含むことを特徴とする、装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の装置において、前記機能ヘッドは、カメラ又はレーザ又はミラー又は切削ヘッド、又は塗装ヘッドであることを特徴とする、装置。

【請求項16】

遠隔制御装置（５０７）によって制御されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の２自由度アクチュエータ。

【請求項17】

航空機の上方、下方及びヨーの動きのためのコレクティブコントロール、並びに前方、後方、横、ロール及びピッチの動きのためのサイクリックブレードピッチコントロールによって、少なくとも２つのブレードを備えるロータを少なくとも含む、ヘリコプター又はドローンなどの航空機を制御する方法において、前記サイクリックコントロールは、請求項１～５のいずれか１項に記載の、前記ブレードに作用する２自由度アクチュエータを使用することによって実施され、及び前記コレクティブコントロールは、前記航空機の前記ロータを加速又は減速することによって達成されることを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、Ｓａｍｉｒ ＢＯＵＡＢＤＡＬＬＡＨ名義の２０１７年１１月１４日出願の先の米国仮特許出願第ＵＳＳＮ６２／５８５，５７６号の優先権を主張し、その先願の内容全体を参照することにより本出願に援用する。

【0002】

本発明の主な分野は、２自由度（ＤｏＦ）アクチュエータである。

【0003】

より具体的には、本発明は、異なる適用例で使用される、そのようなアクチュエータの分野に関する。本説明では、説明に役立つ主な例及び実施形態は、ヘリコプター及びドローンなどの航空機（ａｉｒｃｒａｆｔｓ）の分野での適用例に関するが、これは、本出願に詳細に説明するような本発明の教示に関して、限定とみなされるべきではない。

【0004】

より具体的には、本発明の実施形態は、例えば航空機のマルチブレードロータ用の２自由度アクチュエータであって、主アクチュエータによって主回転軸の周りで回転駆動される少なくとも２つのブレードと、それぞれのブレードの長手方向軸の周りで前記ブレードを互いに回転させるように構成される副アクチュエータとを備え、ロータのアジマスに依存する各ブレードに対する所与の振幅の予め決められたサイクリックピッチを得るために、主軸の周りでのロータのアジマスに基づいて、副アクチュエータを駆動するように動作可能に構成される同期手段を備える、２自由度アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0005】

複数の同一平面回転翼を含む、クワッドロータヘリコプターシステム、又は他のマルチロータシステムが、非常に機敏で単純且つ信頼性が高いことが知られている。しかしながら、それらは、ひとたび小型化されると空気力学的に非効率的になり、それにより、飛行時間が実質的に短くなる。

【0006】

別の種類の回転翼航空機は、いわゆる同軸ヘリコプターを含み、これは、コンパクトで、効率的に小型化でき、飛行時間を維持する。

【0007】

従来のフルスケールのヘリコプターは、複雑なスウォシュプレート機構を使用して、サイクリック且つコレクティブなブレードピッチコントロールを達成する。しかしながら、スウォシュプレート機構は、壊れやすく、保守集約的に及び信頼性が低くなるため、小型化することが困難である。従って、例えば小規模のヘリコプター又はドローン及び他の同様の航空機（ｆｌｙｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｓ）を製造するために、スウォシュプレート機構を効率的に適用することはできない。

【0008】

欧州特許第２０２８０９９号明細書には、軸に配置されている２つの駆動ギアを駆動する２つの同軸の電動機を備える可変ピッチプロペラが説明されている。このシステムは、コレクティブに、プロペラブレードに作用する。

【0009】

米国特許第４６４８３４５号明細書には、ロータのハブに隣接するリング内に位置決めされた複数の電磁石を使用する、電子制御式のサイクリック且つコレクティブなピッチコントロールによるプロペラシステムが説明されている。

【0010】

国際公開第２０１４１６０５２６Ａ３号パンフレットには、超小型飛翔体（ｍｉｃｒｏ ａｉｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ）用の受動ロータ制御機構が説明されている。１つのロータにおける伝統的なサイクリックコントロールのふるまい及び利益は、単純な劣駆動（ｕｎｄｅｒ－ａｃｔｕａｔｅｄ）受動機構で満たされ得る。開示の技術を用いる飛翔体は、平均ロータ速度を調整することによって上昇推力を維持し、及び電動機トルクの協調した律動によってコントロールモーメントを生成する。

【発明の概要】

【0011】

本発明の目標は、公知の駆動システム及び方法を改良することにある。

【0012】

本発明のさらなる目標は、例えばドローンなどの航空機に関する適用例における、単純で、効率的に小型化できるシステムを提供することにある。

【0013】

本発明のさらなる目標は、単純なシステムを使用することによって、公知のクワッドロータシステムと従来のヘリコプターの利点を組み合わせて、サイクリックブレードピッチコントロールを達成することにある。

【0014】

本発明の別の目的は、回転中、プロペラのブレードのピッチ角を変化させるシステムである。

【0015】

本発明の別の目的は、プロペラの複数のブレードのピッチ角をサイクリックに変化させるシステムである。

【0016】

本発明の別の目的は、必ずしも正弦曲線のようではなく、プロペラの複数のブレードのピッチ角をサイクリックに変化させるシステムである。

【0017】

本発明の別の目的は、スウォシュプレートや複雑な機械が全くない、プロペラの複数のブレードのピッチ角をサイクリックに変化させるシステムである。

【0018】

本発明の別の目的は、プロペラの複数のブレードのピッチをサイクリックに同時に変化させる電子制御システムである。

【0019】

本発明の別の目的は、航空機を６自由度（ＤｏＦ）で正確に操縦するための操縦及び推進システムである。

【0020】

本発明の別の目的は、飛翔体の回転運動を平行移動運動から切り離すことができる、回転翼航空機、例えばヘリコプター又は空中ドローン（ａｅｒｉａｌ ｄｒｏｎｅ）である。当然ながら、本発明は、これらの適用例及びモデルに限定されない。

【0021】

本発明によれば、これら及び他の目標は、本明細書で説明され、図面に示され、及び添付の特許請求の範囲で定義されるような、本発明の非限定的な実施形態によって達成される。

【0022】

実施形態では、本発明は、例えば航空機の２ブレードロータ用の２自由度アクチュエータに関し、前記アクチュエータは、副アクチュエータを支える少なくとも主アクチュエータを含み、主アクチュエータは、主軸（Ａ）の周りの主回転部分を含み、及び副アクチュエータは、副軸（Ｂ）の周りで回転する副回転部分を含み、副軸は前記主軸に対して実質的に垂直であり、アクチュエータは、前記主及び副アクチュエータに対して固定されるコイルと、主アクチュエータと一緒に回転し且つコイル内で副アクチュエータと一緒に傾く磁石とを含み、磁石は、直径方向に磁化され、且つ副軸の周りで回転でき、それにより、副軸の周りでの副回転部分の回転を生じ、副回転部分の位置は、コイルの磁場によって設定されている。

【0023】

実施形態では、副回転部分は、シャフトなどの軸を含む。

【0024】

実施形態では、２自由度アクチュエータは、モータ、例えば電動機を含む。

【0025】

実施形態では、２自由度アクチュエータは、少なくとも１つのエネルギー源を含む。エネルギー源は、バッテリー、例えば充電式バッテリー又は別の等価のエネルギー源とし得る。

【0026】

実施形態では、２自由度アクチュエータは、アクチュエータを制御するために電子的手段を含む。制御は、少なくともコイルの励磁と、磁石に対する磁場の影響とによって行われる。

【0027】

実施形態では、本発明は、本明細書で定義するような少なくとも１つのアクチュエータを含む航空機に関する。

【0028】

実施形態では、航空機は、好ましくは２つのブレードを含む。

【0029】

実施形態では、航空機は、本明細書で定義するような２つのアクチュエータを含む。

【0030】

実施形態では、２つのアクチュエータの主軸は、実質的に平行又は同軸である。

【0031】

実施形態では、航空機は、防護物を含み得る。防護物は、任意の適切な形状（円形、卵形など）を含み得る。

【0032】

防護物は、アクチュエータが装着されるチューブを備えるリングを含み得る。チューブは、等価の変形例においては、チューブ以外の別の形状を有してもよい。

【0033】

実施形態では、航空機は、ビジョン（ｖｉｓｉｏｎ）手段又は検出器のようなペイロードを含み得る。ペイロード又はビジョン手段は、少なくとも光学カメラ又はサーマルカメラ又はそれら双方を含み得る。これは、他のセンサー、例えば：容量、ドップラー、光電子などの技術を使用する、距離又は近接センサーを含み得る。

【0034】

実施形態では、本発明は、本明細書で定義するような少なくとも１つのアクチュエータを含む装置に関し、ここで、装置は、さらに、副アクチュエータに取り付けられた機能性ヘッドを含む。機能ヘッドは、カメラ若しくはレーザ若しくはミラー若しくは切削ヘッド若しくは塗装ヘッドとし得るか、又は別の機能を有し得る。

【0035】

実施形態では、本発明は、本明細書で説明するような２自由度アクチュエータ、又は本明細書で説明するような航空機、又は本明細書で説明するような装置と、遠隔制御装置との組み合わせに関する。

【0036】

実施形態では、本発明は、航空機の上方、下方及びヨーの動きに関するコレクティブコントロール、並びに前方、後方、横、ロール及びピッチの動きに関するサイクリックブレードピッチコントロールによって、少なくとも２つのブレードを備えるロータを少なくとも含む、ヘリコプター又はドローンなどの航空機を制御する方法に関し、サイクリックコントロールは、本明細書で説明するようなブレードに作用する２自由度アクチュエータを使用して実施され、及びコレクティブコントロールは、航空機のロータを加速又は減速することによって達成される。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1A】図１Ａは、本発明の実施形態の斜視図を示す。

【図1B】図１Ｂは、本発明の実施形態による本発明の原理の切断図を示す。

【図1C】図１Ｃは、本発明の実施形態による本発明の原理の斜視的な切断図を示す。

【図1D】図１Ｄは、本発明の実施形態による本発明の原理の斜視的な切断図を示す。

【図2】図２は、本発明の実施形態の斜視図を示す。

【図3】図３は、本発明の実施形態の斜視図を示す。

【図4】図４は、本発明の実施形態の原理を示す。

【図5】図５は、本発明の実施形態の斜視図を示す。

【図6】図６は、本発明の実施形態の斜視図を示す。

【図7】図７は、本発明の実施形態の斜視図を示す。

【図8】図８は、本発明の実施形態の斜視図を示す。

【図9】図９は、本発明の実施形態の斜視図を示す。

【図10A】図１０Ａは、本発明の実施形態の斜視的な上面図を示す。

【図10B】図１０Ｂは、本発明の実施形態の斜視的な側面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0038】

実施形態では、本発明は、いくつかの要素の好ましい相乗的な組み合わせを行うことに由来する：
ａ．２ブレードプロペラのピッチをサイクリックに同時に変化させるためのシステム（ＣＰＣ）。
ｂ．（ａ）で説明する２つのＣＰＣシステムを含む、航空機を６自由度で推進及び操縦するためのシステム（ＳＰＳ）。
ｃ．システムが、（ｂ）で説明するＳＰＳシステムを、飛翔体（ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ）用途、例えばドローン、又はヘリコプターに具現化する。空中ドローン航空機（「ＡＤＡ：Ａｅｒｉａｌ Ｄｒｏｎｅ Ａｉｒｃｒａｆｔ」）は、平行移動運動から回転運動を切り離すことができる。つまり、ドローンのローリング又はピッチングは、必ずしも、ドローンの線形平行移動を意味しない。
ｄ．空中ドローン動作は、システムＡＤＡ、ＳＰＳ及びＣＰＣのシステム用に特別に開発された制御アルゴリズムによって管理される。

【0039】

プロペラサイクリックコントロール（ＣＰＣ）
従来のヘリコプターでは、推進力は主ロータによって保証されているが、操縦は、スウォシュプレート及び尾部ロータを用いて行われる。スウォシュプレートは、一般に、２つの主機能を有する：飛翔体（ヘリコプター）の上下の動きのためのコレクティブブレード－ピッチコントロール、及びヘリコプターの前後の動きのためのサイクリックブレード－ピッチコントロール。実施形態では、本発明は、サイクリックコントロールとコレクティブコントロールの分離に基づいて、スウォシュプレートのないシステムを提示する。サイクリックコントロールは、２自由度アクチュエータを使用するおかげで実施される一方、コレクティブコントロールは、単純に及び好ましくは、ロータを加速又は減速することによって達成される。

【0040】

図１Ａ～図１Ｄは、プロペラサイクリックコントロールシステムの取り得る実施形態の原理を示す。システムは、主ロータ（２０３）、一般に電動機を含み、主ロータは、シャフト１０３が、ブレード１００及び１０１と、ロータに取り付けられた部分：すなわち磁石１０４、機械的部分１０５及び１０６、並びにシャフト１０７とを含むロータをスピンさせる（モーションＡ）ように、駆動する。

【0041】

軸方向に巻き付けられた空心コイル１０２及び磁石１０４を含む副アクチュエータが、ブレードの長手方向の傾き（モーションＢ）を制御する。部分１０６はシャフト１０３に固定されている。磁石１０４は部分１０５に固定されている。部分１０５は、シャフト１０７の長手方向軸の周りで部分１０６に対して傾き得る。部分１０４及び１０５は、実質的に垂直方向の主軸の周りで回転し（「モーションＡ」）、且つ主軸に対して実質的に直角の副軸の周りで傾き得る（「モーションＢ」）。

【0042】

図１Ｂ～図１Ｄは、図１Ａに示すシステムの断面図を示す。部分１０８は、シャフト１０３の角度位置（「アジマス」）を検出できるようにするセンサー１０９及び１１０を含むプリント回路基板（「ＰＣＢ」）を表す。部分１１１は、コイル１０２に対する機械的支持体である。

【0043】

好ましくは、主ロータ２０３は、ロータを実質的に垂直方向の主軸の周りでスピンさせる（モーションＡ）。ブレードは、それらが同時に、及び主軸に対して実質的に直角の横軸の周りで同じ方向に回転する（モーションＢ）ように、副アクチュエータによって駆動される。所望のサイクリックピッチ（例えば正弦曲線）は、例えばセンサー１０９／１１０によって検出される主軸の周りでのロータ（シャフト１０３）のアジマス（角度位置）に依存する、副アクチュエータの好適な制御によって、得られ得る。コイル１０２への適切な電流注入、及び結果として磁場が生じることによって、直径方向に磁化される磁石１０４が駆動されて（すなわち傾けられて）、シャフト１０７の軸の周りの部分１０５へ傾く動きを伝え、それゆえ、ブレードにピッチ／モーションＢを生じる。この傾く動きは、特に、シャフト１０７と部分１０６との間に配置された軸受１０６’を介して可能である。この構成は、磁石１０４のピッチ回転に対するプッシュ－プルの影響によって最大トルクを与え、これがブレード１００、１０１へ伝えられる。

【0044】

一般に磁気、光学、又は同様のセンサー１０９、１１０の組み合わせは、主ロータの回転を検出するために使用されて、副アクチュエータに、正しいアジマスに及び正しい振幅で作用する（傾く）ように指令し得る。センサーの組み合わせはまた、ブレードの長手方向の傾斜角を検出するために使用される。

【0045】

好ましくは、ロータが回転する度に、サイクリックブレードピッチコントロールアルゴリズム（「ＣＰＣＡ」）は、ＡＤＡドローン安定化アルゴリズム（「ＡＤＡＡ」）によって指令されたアジマスにおいて及び振幅でコイルを励磁し得る。生成されたコイルの磁場は、直径方向に磁化された磁石を、シャフト１０７の長手方向軸の周りで傾けさせ、その磁場をコイルの磁場と位置合わせさせようとする。

【0046】

一例として、ロータのちょうど半回転後、ＣＰＣＡアルゴリズムは、電流を逆方向にすることによってコイルを反対方向に励磁させる。このように、磁石は、ロータが回転する度に、指令された：アジマス、方向及び振幅で傾く。

【0047】

推進及び操縦するためのシステム（ＳＰＳ）の例示的な実施形態
概して単一ロータ、タンデムロータ、クワッドロータ及びマルチ－ロータに及ぶ、ヘリコプター及びドローンのいくつかの構成が存在する。本発明は、６ＤｏＦ推進及び操縦システムにおいて２つのプロペラサイクリックコントロール（ＣＰＣ）システムを組み合わせる。２つのＣＰＣシステムは、図２に示す実施形態に、ヘッドトゥーテールで（「反対向きに（ｔｅｔｅ－ｂｅｃｈｅ）」）レイアウトされている。

【0048】

図２は、６ＤｏＦで空中ドローンを推進及び操縦するためのシステム１５０の取り得る実施形態を示す。図１Ａ及び図１Ｂに示すような２つのプロペラサイクリックコントロール（ＣＰＣ）システム２０２を、ブレード１００、１０１、シャフト１０３（図１Ａ及び図１Ｂ）を回転させるモータ２０３、及び支持板（例えば金属、プラスチック又はカーボン、又はそれらからの混合物の）などのいくつかの構造要素２００及び２０１と組み合わせる。これは、次の図３に示すようなドローンなどの飛翔体において使用され得るユニットを形成する。

【0049】

空中ドローン航空機（ＡＤＡ）の例示的な実施形態
空中ドローン航空機（ＡＤＡ）３００は、上記の図２に開示されているような少なくとも１つの（ＳＰＳ）システム１５０を含み、例示的な実施形態として図３に示すように、外部リング３０２に機械的に連結されている。リング３０２は、ブレード１００、１０１を保護するだけでなく、カメラ、バッテリー及びいくつかのセンサーなどの様々な構成要素用の支持体、又は本明細書で後述するような所望通りの他の要素の働きもする。バッテリー（充電式バッテリーなど）が、参照符号２０４によって特定され、及びシステム１５０の中央に配置される（図２は、バッテリー２０４のないシステム１５０を示す）。

【0050】

従来の回転翼航空機では、回転運動及び平行移動運動は、本質的に結合されている。実際、飛翔体がピッチ又はロールするとき、飛翔体を縦方向又は横方向に平行移動させる。いくつかの適用例では、この結合は望ましくない可能性がある。この結合を回避するために、本発明による航空機（ＡＤＡ）は、必ずしも平行移動することなく、ロール又はピッチを達成するように構成される。これは、図２／３のＳＰＳシステムのヘッドトゥーテール（「反対向き」）のレイアウトと、システム１５０を形成する２つのＣＰＣシステム間での空中ドローンの重心の中心位置決めとの組み合わせによって、並びに適切なセンサー及び制御アルゴリズムを使用することによって、得られる。このように、推力の水平分力は互いに補償し合い、及びシステムは、傾く動きにかかわらず、スポット（ｓｐｏｔ）に留まる。ＡＤＡ３００の動きは、適切な制御アルゴリズムによって制御される。これは、スポットでホバリングしている間、自由自在に設定し且つ航空機の飛行姿勢を制御する独特の能力を提供する。

【0051】

図３は、取り得る実施形態での空中ドローン航空機（ＡＤＡ）を示す。部分３０１は、例えば外部リング３０２をプレート２００／２０１（図２参照）に連結するための、チューブなどの構造要素である。部分３０２は、人や物体にぶつかることからプロペラ１００、１０１を保護する構造要素である。部分３０２は、一般に、一例として発泡体又はカーボンから作製される。

【0052】

図４は、ＳＰＳシステム及びＡＤＡシステムの自由な力の図の概略図である。２つの推力の垂直成分が重量を補償する一方で、２つの推力の水平分力が互いに補償し合う。適切な制御システムを使用して、ＳＰＳシステム及びＡＤＡシステムのスポットでの傾きが達成される。

【0053】

推進及び操縦のためのシステム（ＳＰＳ）の他の例示的な実施形態
図５及び図６は、推進及び操縦のためのシステム（ＳＰＳ）４００の別の実施形態を示す。このシステムは、基本的に、上述したものと同様であり、且つ図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明したものと同じ特徴を含む。図２の実施形態に対する１つの違いは、各ユニットのシャフト１０３が同軸に配置されていることである。これにより、非常にコンパクトな構成にする。

【0054】

フレームがモータ２０３を適所に保持し、このフレームは、主に、４つのピラー４０１、及び各端部に２つのクロス（ｃｒｏｓｓｅｓ）４０２を含み、安定的な構造を構築する。クロス４０２はまた、モータ及び本発明の傾斜システムの制御に使用されるＰＣＢ１０８を保持する。

【0055】

ピラー４０１の端部には４つのアパーチャ４０３があり、これについて後で説明する。

【0056】

図６は、図５と同じ実施形態を示すが、バッテリー２０４を備え、バッテリーは、構造体の中央に挿入され、且つ適切な手段、例えばクリップ４０４（バッテリー２０４の他方の側に１つあり、図６には示されていない）によって保持されている。当然ながら、適切な接続手段は、バッテリーの導入によって、バッテリー２０４のエネルギーをモータ２０３及び傾斜システムへもたらすことができるように、提供される。

【0057】

ＡＤＡの他の実施形態
図７は、本発明による空中ドローン航空機５００の別の実施形態を示す。このドローン５００は、リング５０２内でチューブ５０１によって保持される、図５及び図６のＳＰＳ４００を含む。チューブ５０１の両端部は、リングに取り付けられ、及びＳＰＳ４００は、ひとたびＳＰＳ４００がリング５０２内で適切な位置になると、チューブをクランプするために使用されるアパーチャ４０３を介してチューブで固定される。当然ながら、この原理は、図３に示す構造にも適用可能である。

【0058】

リングは、合成／プラスチック材料、発泡体、カーボン繊維及び／又はそれらからの混合物で作製される。一実施形態では、リングは、補強手段、例えばカーボンリングを含み得る。

【0059】

図７の実施形態はまた、防護物５０５によって遮蔽されている光学カメラ５０３、サーマルカメラ５０４を含む。当然ながら、一方のカメラのみが使用されてもよく、及びこれらの手段は、本明細書で開示する全ての実施形態に適用可能である。

【0060】

図８は、底部から見た図７のＡＤＡ４００を示す。

【0061】

図９は、ＡＤＡの別の実施形態を示す。例えば、これは、図７及び図８のＡＤＡ５００とし得、ここに、グリッド又はワイヤメッシュ５０６が保護のために追加されている。このグリッドはまた、ＡＤＡの剛性に関与し得る。当然ながら、そのようなグリッド５０６は、図３及び本明細書では具体的に示されないが本明細書の範囲に入る他の実施形態のＡＤＡにおいて使用され得る。

【0062】

ＡＤＡドローン技術の適用例としての例示的な実施形態
上記及び本明細書で提示したドローンシステム（ＡＤＡ）における例示的な実施形態は、限定されるものではないが：空中写真、調査、ペイロードデリバリー、監視、空撮、地図作製、エンターテイメントのような適用例において、使用され得る。多くの他の既存の航空機とは異なり、スポット特徴での傾きによって、カメラ又はペイロードが使用されるときに、ジンバルシステムを取り付ける必要性を取り除く。

【0063】

限定されるものではないが、特にドローンの分野ではよくあることだが、航空機は、例えばユーザによって、遠隔制御され得る。従って、遠隔制御システム（５０７、図９参照）及び能力が、本発明の実施形態において、適切なアンテナ／送信手段（遠隔制御及び／又はデータ送信に使用される、５０８、５０９、図９参照）、遠隔制御装置（５０７）、リモートビジョン及び／又は例えば本発明によるアクチュエータが装着される装置の部分／センサーを使用する仮想現実（ＶＲ）によって提供され得、装置（航空機など）を所望の位置へ案内する（目標として、又は安全着陸若しくは緊急着陸のために）ＧＰＳ能力、距離評価手段（光学センサー又は距離センサーなど）が、障害物にぶつかるのを回避するために、装置に設けられてもよい。また、システムにパターンが記憶されて、アクチュエータの予め決められた機能を規定し得る。航空機への適用例の場合では、パターンは、ある点へ到達するための予め決められた飛行とし得、パターンは、（例えば）ＧＰＳ座標によって決定されたルートを辿り、これが次に、航空機の自動又は半自動飛行制御に変わる。

【0064】

具体的に説明されないが、本発明は、電子的手段、例えばチップ（又はＩＣ、例えば１０９、１１０）などを含み、そこに、適切な監視及び制御に見合った必要なプログラム／コード／ルーチンが記憶される及び／又は無線／遠隔管理によってアクセス可能であることが、当業者には明らかである。他の電子部品、例えばワイヤ、エネルギー源、アンテナ５０８、５０９なども、特に、遠隔制御された物体として、本発明のシステムを動作させるために必要であるとして存在し、全て、本明細書及び発明の範囲内にある。

【0065】

好ましくは、本明細書で説明するシステムの部分は、軽量且つ剛性の材料で作製される。例えば、非限定的な例として、アクチュエータ１０３、１０５～１０７、２００、２０１、２０２又は支持体３０１、４０１、４０２、４０３、５０１、５０６を形成する部分は、金属（例えばアルミニウム又は別の軽金属／材料）で作製され、ブレード１００、１０１、防護物３０２、５０２、５０５は合成材料で作製される。カーボンも、必要に応じて、システムのいずれかの部分のために、単独で、又は他の材料と組み合わせられて、使用され得る。

【0066】

制御アルゴリズムの実施形態
ＡＤＡドローンの良好な動作を保証するために必要ないくつかの制御アルゴリズムがある。主なものは：正しいアジマスでのサイクリックブレードピッチコントロール（ＣＰＣＡ）；ＡＤＡドローン６ＤｏＦ安定化（ＡＤＡＡ）；スポット制御アルゴリズムでの傾き（ＴＯＳＡ）である。

【0067】

サイクリックブレードピッチコントロールアルゴリズム（ＣＰＣＡ）は、以下のステップを実行する：
１．ＡＤＡドローンのフレームに対する主ロータ角度位置を連続的に検出する。
２．所望のＡＤＡＡ制御入力に依存して、ＣＰＣＡは、１回のロータの回転で少なくとも２回コイル１０２を励磁させる。

【0068】

当然ながら、本明細書で説明するアクチュエータの適用例に依存して、本発明の実施形態において他の制御アルゴリズムが使用されてもよい。また、コイル１０２を励磁する信号は、正弦曲線信号としてもよく、又は正弦曲線ではない別の形状を有してもよく、又は対称的若しくは非対称的としてもよく、又はそれらの組み合わせとしてもよい。

【0069】

本発明の実施形態及び特徴は、説明に役立つ例として与えられ、限定とみなされるべきではない。本発明の原理は、いずれの運搬手段にも、特に、飛翔体、例えばサイズに制限なく、ドローン、ヘリコプター又は同様の航空機に適用され得る。

【0070】

また、本明細書で与えられる主な例及び実施形態は、ドローン及び飛行する航空機に関するが、本発明は、この適用例に限定されない。本発明による２自由度のアクチュエータ又は支持体の原理は、カメラ及び他の同様の装置などの機能性ヘッド、レーザ及びレーザヘッド、ミラー、切削ヘッド（例えばジェット式切削ヘッド）、塗装ヘッド、光学又は照明手段などのための支持体などの他の適用例においても使用され得る。図１０Ａ及び図１０Ｂは、適用例として上記で挙げた機能を実行できる機能性ヘッド６００を備える装置の原理を示す。アクチュエータは、本明細書で説明し且つ図１Ａ～１Ｄに示したものであり、及びブレード１００、１０１は、所望の機能性ヘッド６００によって置き換えられている。それゆえ、上述の説明は、対応して、この実施形態に適用される。ヘッド６００は、それ自体が機能性ヘッドとしても、又はヘッドの支持体としてもよい。

【0071】

例示的な実施形態は、本明細書で開示するシステム及び方法の構造、機能、製造、及び使用の原理の全面的な理解をもたらすために説明された。これらの実施形態の１つ以上の例を添付図面に示す。当業者は、本明細書で具体的に説明され且つ添付図面に示されたシステム及び方法は、非限定的な例示的な実施形態であること、並びに本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義されるわけではないことを理解する。１つの例示的な実施形態に関連して図示又は説明される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせられてもよい。そのような修正例及び変形例は、本発明の範囲内に含まれるものとする。従来の方法及びシステムでのいくつかの問題が本明細書で述べられ、並びに本明細書で開示した方法及びシステムは、これらの問題の１つ以上に取り組み得る。これらの問題を説明することによって、当分野でのそれらの知識に関する承認を意図するものではない。いくつかの方法及びシステムは、異なる実施形態に関して本明細書で説明されているが、本発明の範囲はそのように限定されないことを当業者は理解する。さらに、本発明は、いくつかの実施形態と併せて説明されたが、多くの代替例、修正例及び変形例が、当業者に明らかになるであろうこと又は明らかであることは明白である。従って、本発明の趣旨及び範囲内にあるそのような全ての代替例、修正例、等価物及び変形例を含むものとする。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】