特許 7265669 電波高度計、無人回転翼機

(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】2023-04-18

(45)【発行日】2023-04-26

(54)【発明の名称】電波高度計、無人回転翼機

(51)【国際特許分類】

   B64D 45/00 20060101AFI20230419BHJP

   B64C 25/06 20060101ALI20230419BHJP

   B64C 27/08 20230101ALI20230419BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20230419BHJP

   B64D 27/24 20060101ALI20230419BHJP

   B64U 10/20 20230101ALI20230419BHJP

   B64U 50/19 20230101ALI20230419BHJP

   B64U 60/50 20230101ALI20230419BHJP

   B64U 80/82 20230101ALI20230419BHJP

   G01S 7/03 20060101ALI20230419BHJP

【ＦＩ】

B64D45/00 A

B64C25/06

B64C27/08

B64C39/02

B64D27/24

B64U10/20

B64U50/19

B64U60/50

B64U80/82

G01S7/03 240

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022089539

(22)【出願日】2022-06-01

【審査請求日】2023-02-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000231073

【氏名又は名称】日本航空電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121706

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128705

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 幸雄

(74)【代理人】

【識別番号】100147773

【弁理士】

【氏名又は名称】義村 宗洋

(72)【発明者】

【氏名】佐野 崇

【審査官】長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１５５０２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０４０５６５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３１９４９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００７９５０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｄ ４５／００

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｃ ２７／０８

Ｂ６４Ｄ ２７／２４

Ｂ６４Ｃ ２５／０６

Ｇ０１Ｓ ７／０３

Ｂ６４Ｕ １０／２０

Ｂ６４Ｕ ５０／１９

Ｂ６４Ｕ ６０／５０

Ｂ６４Ｕ ８０／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貨物を運搬するために使用され且つ固定翼を持たず且つ垂直離着陸可能な無人回転翼機に搭載された電波高度計であって、
前記無人回転翼機は、複数の回転翼と、前記複数の回転翼を駆動するための複数の電動機と、前記複数の電動機のそれぞれに電気エネルギーを供給するための電池と、前記無人回転翼機の飛行を制御するためのフライトコントローラーと、前記複数の電動機と前記電池と前記フライトコントローラーを搭載する機体と、前記機体に固定された不動の着陸脚を含み、
前記着陸脚は、地面と接触するための接地部と、前記接地部と前記機体とを繋ぐフレーム部を含み、
前記電波高度計は、電波を放射するための送信アンテナと、前記電波の反射波を受信するための第１受信アンテナと、前記送信アンテナから放射した前記電波と前記第１受信アンテナによって受信した前記反射波を比較することによって前記無人回転翼機の絶対高度を特定するための処理器と、前記送信アンテナと前記処理器とを繋ぐ第１ケーブルと、前記第１受信アンテナと前記処理器とを繋ぐ第２ケーブルを含み、
前記接地部が地面と接触している状態において、前記送信アンテナは地面と面しており、且つ、前記送信アンテナの最大放射方向は鉛直方向と平行であり、
前記無人回転翼機の最大ピッチ角をθとして、前記送信アンテナの半値角は２θ以上であり、
前記送信アンテナは、前記接地部、または、前記接地部の近傍に位置する前記フレーム部の部位に固定されており、
前記第１受信アンテナは、前記機体または前記着陸脚に固定されており、
前記無人回転翼機に搭載される前記貨物の位置は、前記機体より下であり且つ前記送信アンテナより上であり且つ前記複数の回転翼が作るダウンウォッシュを妨げない、所定の範囲に限定されている
ことを特徴とする電波高度計。

【請求項2】

請求項１に記載の電波高度計において、
前記第１受信アンテナは、前記接地部、または、前記接地部の近傍に位置する前記フレーム部の部位に固定されている
ことを特徴とする電波高度計。

【請求項3】

請求項１に記載の電波高度計において、
前記電波高度計は、さらに、前記電波の前記反射波を受信するための第２受信アンテナと、前記第２受信アンテナと前記処理器とを繋ぐ第３ケーブルを含み、
前記第１受信アンテナおよび前記第２受信アンテナは、前記所定の範囲の外側に位置しており、
前記接地部が地面と接触している状態において、鉛直方向から前記無人回転翼機を見たとき、前記第１受信アンテナと前記第２受信アンテナを結ぶ線は前記所定の範囲を横切っており、
前記第１受信アンテナおよび前記第２受信アンテナは、前記機体に固定されている
ことを特徴とする電波高度計。

【請求項4】

貨物を運搬するために使用され且つ電波高度計を搭載しており且つ固定翼を持たず且つ垂直離着陸可能な無人回転翼機であって、
前記無人回転翼機は、複数の回転翼と、前記複数の回転翼を駆動するための複数の電動機と、前記複数の電動機のそれぞれに電気エネルギーを供給するための電池と、前記無人回転翼機の飛行を制御するためのフライトコントローラーと、前記複数の電動機と前記電池と前記フライトコントローラーを搭載する機体と、前記機体に固定された不動の着陸脚を含み、
前記着陸脚は、地面と接触するための接地部と、前記接地部と前記機体とを繋ぐフレーム部を含み、
前記電波高度計は、電波を放射するための送信アンテナと、前記電波の反射波を受信するための第１受信アンテナと、前記送信アンテナから放射した前記電波と前記第１受信アンテナによって受信した前記反射波を比較することによって前記無人回転翼機の絶対高度を特定するための処理器と、前記送信アンテナと前記処理器とを繋ぐ第１ケーブルと、前記第１受信アンテナと前記処理器とを繋ぐ第２ケーブルを含み、
前記接地部が地面と接触している状態において、前記送信アンテナは地面と面しており、且つ、前記送信アンテナの最大放射方向は鉛直方向と平行であり、
前記無人回転翼機の最大ピッチ角をθとして、前記送信アンテナの半値角は２θ以上であり、
前記送信アンテナは、前記接地部、または、前記接地部の近傍に位置する前記フレーム部の部位に固定されており、
前記第１受信アンテナは、前記機体または前記着陸脚に固定されており、
前記無人回転翼機に搭載される前記貨物の位置は、前記機体より下であり且つ前記送信アンテナより上であり且つ前記複数の回転翼が作るダウンウォッシュを妨げない、所定の範囲に限定されている
ことを特徴とする無人回転翼機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、貨物を運搬するために使用され且つ固定翼を持たず且つ垂直離着陸可能な無人回転翼機に搭載される電波高度計の送信アンテナの位置に関する。

【背景技術】

【0002】

先行技術文献を挙げるまでもなく、貨物を運搬するために使用され且つ固定翼を持たず且つ垂直離着陸可能な無人回転翼機として、所謂ドローン（drone）、マルチコプター（multicopter）などが既によく知られており、電波高度計を搭載したドローンあるいはマルチコプターも既によく知られている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

固定翼を持たず且つ垂直離着陸可能な無人回転翼機は、進行方向に前傾しながら、水平方向に移動する。したがって、前傾姿勢の無人回転翼機から鉛直方向において地面に向けて電波を放射するために、無人回転翼機に搭載された電波高度計の送信アンテナの半値角は大きいことが望まれる。しかし、送信アンテナの半値角が大きい場合、無人回転翼機に搭載された貨物が電波で照射され、受信アンテナが貨物からの反射波を受信する蓋然性が大きい。この場合、無人回転翼機の絶対高度を正しく測定できない。

【0004】

本開示は、貨物を運搬するために使用され且つ固定翼を持たず且つ垂直離着陸可能な無人回転翼機に搭載される電波高度計の送信アンテナの位置の最適化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】

【0005】

ここで述べる技術事項は、特許請求の範囲に記載された発明を明示的にまたは黙示的に限定するためではなく、さらに、本開示によって利益を受ける者（例えば出願人と権利者である）以外の者によって課されるそのような限定を容認する可能性の表明でもなく、単に、本開示の要点を容易に理解するために記載される。他の観点からの本開示の概要は、例えば、この特許出願の出願時の特許請求の範囲から理解できる。
本開示の或る一つの態様では、電波高度計の送信アンテナは無人回転翼機の着陸脚の接地部またはその近傍に固定されており、無人回転翼機における貨物の搭載位置は送信アンテナより上に限定されている。

【発明の効果】

【0006】

電波高度計の送信アンテナが貨物の下に位置するので、貨物が送信アンテナからの電波で照射される可能性は無い。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】無人回転翼機の正面図。

【図2】無人回転翼機の平面図。

【図3】無人回転翼機の下面図。

【図4】無人回転翼機の飛行中の様子。

【図5】無人回転翼機の飛行中の様子。

【発明を実施するための形態】

【0008】

実施形態において、無人回転翼機１は、図１～３に示すように、貨物を運搬するために使用され且つ固定翼を持たず且つ垂直離着陸可能な無人回転翼機であり、例えば、ドローンあるいはマルチコプターである。

【0009】

無人回転翼機１は、複数の回転翼１０と、複数の回転翼１０を駆動するための複数の電動機２０と、複数の電動機２０のそれぞれに電気エネルギーを供給するための電池３０と、無人回転翼機１の飛行を制御するためのフライトコントローラー４０と、複数の電動機２０と電池３０とフライトコントローラー４０を搭載する機体５０と、機体５０に固定された不動の着陸脚６０を含む。回転翼１０の数は好ましくは３以上であり、各図に示す実施形態では、無人回転翼機１はクワッドコプター（quadcopter）であるので回転翼１０の数は４である。回転翼１０に含まれる翼状物体の数は、多くの場合、２であるが、この限りではない。電動機２０は例えばブラシレスＤＣモーター（brushless direct current motor）である。電池３０は例えばリチウムイオンポリマー二次電池である。フライトコントローラー４０は、各種センサ（例えば、加速度センサ、角速度センサ、地磁気センサ、障害物検知センサ、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサ）とプロセッサが統合された構成を持っており、電動機２０の回転数を制御するＥＳＣ（Electric Speed Controller；各図にて図示せず）を制御することによって、機体５０の姿勢と速度などを制御する。プロセッサは、各種センサからのデータを用いた演算を実施することによって外部機器を制御するためのハードウェアであり、演算装置、レジスタ、周辺回路、必要に応じて、キャッシュメモリなどを含む。機体５０は、この例では直方体状の本体と本体から四方に伸びる４個の腕部を持っているが、この限りではない。各図に示す例では、４個の腕部の先端のそれぞれに１個の電動機２０が取り付けられている。着陸脚６０は、地面と接触するための接地部６１と、接地部６１と機体５０とを繋ぐフレーム部６３を含む。接地部６１は石突であってもスキッド（skid）であってもよい。

【0010】

電波高度計７０は、電波を放射するための送信アンテナ７１と、電波の反射波を受信するための第１受信アンテナ７２と、送信アンテナ７１から放射した電波と第１受信アンテナ７２で受信した反射波を比較することによって無人回転翼機１の絶対高度を特定するための処理器７９と、送信アンテナ７１と処理器７９とを繋ぐ第１ケーブル７５と、第１受信アンテナ７２と処理器７９とを繋ぐ第２ケーブル７６を含む。電波高度計７０の計測方式は、通例、ＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）方式またはパルス（Pulse）方式である。接地部６１が地面と接触している状態において、送信アンテナ７１は地面に面しており、且つ、送信アンテナ７１の最大放射方向は鉛直方向と平行である。無人回転翼機１の最大ピッチ角がθである場合、送信アンテナ７１の半値角は２θ以上であることが望ましい。処理器７９は、機体５０に取り付けられている。

【0011】

送信アンテナ７１は、接地部６１、または、接地部６１の近傍に位置するフレーム部６３の部位に固定されている。各図に示す実施形態では、送信アンテナ７１は、接地部６１に近いフレーム部６３の下端部に取り付けられたステー（stay）９０に固定されている。無人回転翼機１に搭載される貨物の位置は、所定の範囲８０に限定されている。所定の範囲８０は、機体５０より下であり且つ送信アンテナ７１より上であり且つ複数の回転翼１０が作るダウンウォッシュ（downwash）を妨げない、ことを満たす。ここで、「ダウンウォッシュを妨げる」とは、無人回転翼機１の浮上および飛行を困難にする程度に、複数の回転翼１０が作る下降気流を阻害することをいう。

【0012】

要するに、電波高度計７０の送信アンテナ７１は貨物が搭載される所定の範囲８０の下に位置するから、貨物が送信アンテナ７１からの電波で照射される可能性は無い。貨物からの反射波が生じないので、貨物からの反射波を原因とする、無人回転翼機１の絶対高度の計測の失敗は生じない。

【0013】

第１受信アンテナ７２は、機体５０または着陸脚６０に固定される。前者の場合、貨物が反射波を妨げることを防止するために、機体５０の腕部の先端に固定されるのが望ましい。後者の場合、図示しないが、第１受信アンテナ７２は、好ましくは、接地部６１、または、接地部６１の近傍に位置するフレーム部６３の部位に固定される。例えば、第１受信アンテナ７２は、ステー９０に固定されることによって、送信アンテナ７１の隣に位置してもよい。

【0014】

図４，５に示すように、電波高度計７０は、さらに、送信アンテナ７１からの電波の反射波を受信するための第２受信アンテナ７３と、第２受信アンテナ７３と処理器７９とを繋ぐ第３ケーブル７７を含んでもよい。この場合、第１受信アンテナ７２および第２受信アンテナ７３は機体５０に固定されている。第１受信アンテナ７２および第２受信アンテナ７３は、所定の範囲８０の外側に位置しており、且つ、接地部６１が地面と接触している状態において、鉛直方向から無人回転翼機１を見たとき、第１受信アンテナ７２と第２受信アンテナ７３を結ぶ線は所定の範囲８０を横切っている。このような構成によると、図４，５に示すように無人回転翼機１の進行方向が１８０度異なる場合であっても、第１受信アンテナ７２と第２受信アンテナ７３のいずれかが、貨物の影響を受けることなく良好に反射波を受信することができる。

【0015】

＜補遺＞
例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者は本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行い、その要素を均等物で置き換えることができることを理解するであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定のシステム、デバイス、またはそのコンポーネントを本発明の教示に適合させるために、多くの修正を加えることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものとする。

【0016】

さらに、「第１」、「第２」などの用語の使用は順序や重要性を示すものではなく、「第１」、「第２」などの用語は要素を区別するために使用される。本明細書で使用される用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものでは決してない。用語「含む」とその語形変化は、本明細書および/または添付の請求の範囲で使用される場合、言及された特徴、ステップ、操作、要素、および/またはコンポーネントの存在を明らかにするが、一つまたは複数の他の特徴、ステップ、操作、要素、コンポーネント、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除しない。「および/または」という用語は、それがもしあれば、関連するリストされた要素の一つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。請求の範囲および明細書において、特に明記しない限り、「接続」、「結合」、「接合」、「連結」、またはそれらの同義語、およびそのすべての語形は、例えば互いに「接続」または「結合」されているか互いに「連結」している二つの間の一つ以上の中間要素の存在を必ずしも否定しない。請求の範囲および明細書において、「任意」という用語は、それがもしあれば、特に明記しない限り、全称記号∀と同じ意味を表す用語として理解されるべきである。例えば、「任意のＸについて」という表現は「すべてのＸについて」あるいは「各Ｘについて」と同じ意味を持つ。

【0017】

特に断りが無い限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されている用語などの用語は、関連技術および本開示の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、明示的に定義されていない限り、理想的にまたは過度に形式的に解釈されるものではない。

【0018】

本発明の説明において、多くの技法およびステップが開示されていることが理解されるであろう。これらのそれぞれには個別の利点があり、それぞれ他の開示された技法の一つ以上、または場合によってはすべてと組み合わせて使用することもできる。したがって、煩雑になることを避けるため、本明細書では、個々の技法またはステップのあらゆる可能な組み合わせを説明することを控える。それでも、明細書および請求項は、そのような組み合わせが完全に本発明および請求項の範囲内であることを理解して読まれるべきである。

【0019】

以下の請求項において手段またはステップと結合したすべての機能的要素の対応する構造、材料、行為、および同等物は、それらがあるとすれば、他の要素と組み合わせて機能を実行するための構造、材料、または行為を含むことを意図する。

【0020】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更と変形が許される。選択され且つ説明された実施形態は、本発明の原理およびその実際的応用を解説するためのものである。本発明は様々な変更あるいは変形を伴って様々な実施形態として使用され、様々な変更あるいは変形は期待される用途に応じて決定される。そのような変更および変形のすべては、添付の請求の範囲によって規定される本発明の範囲に含まれることが意図されており、公平、適法および公正に与えられる広さに従って解釈される場合、同じ保護が与えられることが意図されている。

【符号の説明】

【0021】

１ 無人回転翼機
１０ 回転翼
２０ 電動機
３０ 電池
４０ フライトコントローラー
５０ 機体
６０ 着陸脚
６１ 接地部
６３ フレーム部
７０ 電波高度計
７１ 送信アンテナ
７２ 第１受信アンテナ
７３ 第２受信アンテナ
７５ ケーブル
７６ ケーブル
７７ ケーブル
７９ 処理器
８０ 所定の範囲
９０ ステー

【要約】

【課題】貨物を運搬するために使用され且つ固定翼を持たず且つ垂直離着陸可能な無人回転翼機に搭載される電波高度計の送信アンテナの位置の最適化を提供する。
【解決手段】
無人回転翼機１は機体５０に固定された不動の着陸脚６０を含み、着陸脚６０は、地面と接触するための接地部６１と、接地部６１と機体５０とを繋ぐフレーム部６３を含む。電波高度計７０は、電波を放射するための送信アンテナ７１を含む。送信アンテナ７１は、無人回転翼機１の接地部６１または接地部６１の近傍に位置するフレーム部６３の部位に固定されている。無人回転翼機１に搭載される貨物の位置は、機体５０より下であり且つ送信アンテナ７１より上であり、且つ、複数の回転翼１０が作るダウンウォッシュを妨げない、所定の範囲８０に限定されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】