CN109641664B - 具备气囊装置的小型飞行体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可以缓和在下落而与地面等发生碰撞时的冲击的小型飞行体。该小型飞行体是具有气囊装置、最大长度为2m以下的小型飞行体，该小型飞行体能够通过无线电操纵而飞行或通过自动操纵而自主飞行，上述小型飞行体具有包含控制器和电池的主体部、以及构架、推进器、发动机及接收发送天线，上述气囊装置具有气体供给机构、传感器、控制装置及气囊，并被安装于上述主体部，上述气体供给机构具备通过破坏封闭构件使其开口而释放出内部的加压气体的储气瓶、包含使上述储气瓶的封闭构件开口的电点火器的破坏机构、及用于将上述储气瓶内的加压气体导入气囊而使其膨胀的导入机构。
Description
技术领域
本发明涉及具备气囊装置的小型飞行体。
背景技术
可以通过无线电操纵进行飞行或通过自动操纵进行自主飞行的小型飞行体(所谓的无人机)已在各种领域中被使用，例如，已被用于对包括人员难以进入的灾害现场、火山、山、森林、沙漠、海洋、湖泊、河流、各种建筑物等的区域从低空进行拍摄的用途等。
在用于这样的拍摄用途的情况下，会在无人机上安装摄像机等价格昂贵的拍摄装置、数据的发送装置等，但在由于某种事故而导致无人机发生坠落并与地面、树木、建筑物等发生碰撞的情况下，除了无人机本身以外，上述拍摄装置、及所记录的珍贵数据也存在受损的隐患。另外，还存在导致无人机坠落的地点的器具、或在落下地点有人的情况下导致人受伤的隐患。进一步，在坠落于湖泊等的情况下，还存在沉入水中而导致拍摄装置等无法回收的隐患。
如日本特开平8-192797号公报、日本特表2009-514740号公报、及日本特开2009-208674号公报等中记载的那样，关于大型飞行体，已有配备气囊 (气球)、降落伞等的发明。
发明内容
本发明的课题在于提供一种在落下而与地面等碰撞时，可缓和对落下地点的器具、人的损伤、以及无人机自身受到的冲击的小型飞行体。
本发明提供一种小型飞行体，其是具有气囊装置、最大长度为2m以下的小型飞行体，该小型飞行体能够通过无线电操纵而飞行或通过自动操纵而自主飞行，
上述小型飞行体具有包含控制器和电池的主体部、以及构架、推进器、发动机及接收发送天线，
上述气囊装置具有气体供给机构及气囊，所述气囊装置被安装于上述主体部，
并且，上述主体部和上述气囊装置的任意具有传感器和控制装置，
上述气体供给机构具备：通过破坏封闭构件使其开口而释放出内部的加压气体的储气瓶、包含使上述储气瓶的封闭构件开口的电点火器的破坏机构、及用于将上述储气瓶内的加压气体导入气囊而使其膨胀的导入机构。
本发明的小型飞行体由于具备气囊装置，因此，在由于某种事故而导致无人机发生坠落并与地面、树木、建筑物等发生碰撞的情况下，可以通过使气囊膨胀展开来缓和碰撞时的冲击。由此，即使在小型飞行体上安装有价格昂贵的拍摄装置、数据的发送装置等的情况下，也可以对它们加以保护而防止受到损伤。另外，即使在落下地点存在器具、或者万一有人的情况下，也可以减轻损害。
附图说明
[图1]安装有气囊装置的小型飞行体的主视图。
[图2]为图1的一侧视图。
[图3]气囊装置中使用的气体供给机构的长轴方向剖面图。
[图4]作为与图3不同的实施方式的气体供给机构的长轴方向剖面图。
[图5]气囊处于展开状态的小型飞行体的平面图。
[图6]其他实施方式的气囊处于展开状态的小型飞行体的主视图。
[图7]为从图6的下侧(从气囊侧)观察的平面图，为便于理解位置关系，气囊中观察不到的部分也以实线进行了显示。
[图8]为另一其他实施方式的气囊展开状态下从下侧(从气囊侧)观察的平面图，为便于理解位置关系，气囊中观察不到的部分也以实线进行了显示。
符号说明
1小型飞行体
2主体部
4a、4b构架
5a、5b发动机
6a、6b推进器
35、135气体供给机构
40、140三通管
45储气瓶
50电点火器
51～54、55a、55b气囊
具体实施方式
本发明的小型飞行体是能够通过无线电操纵而飞行或通过自动操纵而自主飞行的最大长度为2m以下的小型飞行体，通常被称为无人机。最大长度为小型飞行体的最长部分的长度，例如在图1中为两个推进器6a、6b之间的长度。
小型飞行体具有包含控制器和电池的主体部、以及构架、推进器、发动机及接收发送天线，此外，根据机种不同而具有不同的必要部件。控制器和电池可以被容纳在主体部内，也可以是露出的。构架可以直接或间接地安装于主体，也可以与主体构成为一体。
对接收发送天线而言，可以是兼具接收及发送这两种功能的天线，也可以是仅用于接收的天线，也可以分别具备接收天线和发送天线这两者。控制器可以接受来自天线的信号而控制发动机的旋转等，另外还可以反馈发动机的转速以及其它的小型飞行体的状态。
图1、图2所示的是小型飞行体1的一个实施方式，其具有：包含控制器和电池的主体部2，从主体部对称地延伸的构架4a、4b，安装在这些构架的前端的发动机5a、5b，及由这些发动机驱动的推进器6a、6b。天线未图示。
在图1、图2所示的小型飞行体1中，构架为2根，但也可以在2～10根的范围内或具有其以上的数量，也可以具有与构架数目相同的发动机、推进器。就构架而言，例如可以以主体部2为中心、或者在图示的例子中分别从主体部2的四个角部出发，向放射方向对称地延伸。
进一步，在图1、图2所示的小型飞行体1中，具有安装于主体部2的橇(skid)式的撑地架(起落装置)7a、7b。起落装置7a、7b可以为车轮等其它形状的撑地架，也可以为不具有撑地架、而是利用构架来代替了的那些。
在一个实施方式中，在本发明的小型飞行体的主体部或构架安装有拍摄装置。例如，在小型飞行体1中，可以在主体部2或构架4a、4b中的任一者、或跨两者，并根据需要使用其它安装部件而安装有摄像机、相机等拍摄装置。然而，并不限定于这些，在小型飞行体1中也可以安装有其它物品，另外也可以是用作运输用途的物品。
容纳气囊装置的壳体10被安装在了主体部2的底面2a，但也可以安装在4个侧面3中的任意侧面。进一步，除这些以外，还可以安装在顶面2b，还可以是它们的组合。另外，也可以使用其它安装部件将壳体10安装至7a、 7b的起落装置。
作为壳体10，可以使用与汽车中搭载的容纳了气囊、充气机的模块壳体相同的那些。在一个实施方式中，气囊装置具有气体供给机构、传感器、控制装置及折叠起来的气囊，气体供给机构、传感器、控制装置分别经由导体与电源(电池)实现了电连接。
就电池而言，可以使用容纳于壳体10内的电池，也可以使用小型飞行体1的主体部2内的电池。这些电池可以为电池或可充电电池，还可以为太阳能电池等，可以以可装卸的方式构成。
需要说明的是，传感器和控制装置中只要有至少一者安装于小型飞行体 1的主体部2即可。另外，控制装置的功能可以作为小型飞行体1的控制器的功能的一部分而纳入。
作为图3所示的气体供给机构，可以使用与日本特开2015-62545号公报的图3所示的加压气体供给机构相同的气体供给机构(第1气体供给机构)35。在第1气体供给机构35中包含由铝、不锈钢等材料制成的三通管40，三通管40包括两端开口的主管41，和从主管41的周面向垂直方向、即向与主管41正交的方向分支出的一条支管42。
在一个实施方式中，主管41的一端开口部41a侧与储气瓶45的包含封闭构件47的开口部分连接。主管41与储气瓶45可以通过焊接而连接，但也可以通过将储气瓶45旋入主管41的一端开口部41a等而连接。
在储气瓶45的内部空间46，加压填充有氩、氦、氮、二氧化碳等不可燃气体。气体的填充量为至少可使所使用的气囊完全膨胀的量。在一个实施方式中，储气瓶45的开口部被圆形的封闭构件47所封闭。封闭构件47受到内部空间46的压力而变形为碗状。
在一个实施方式中，主管41的另一端开口部41b与破坏机构连接。破坏机构可以包含电点火器50和飞翔体55，所述电点火器50具备点火药，所述飞翔体55用于受到由电点火器50工作而产生的燃烧产物的火焰、冲击波而直向前进从而破坏封闭构件47并使其开口。
作为电点火器50，可以使用与在公知的气囊装置的气体发生器中使用的电点火器相同的那些。作为点火药，由于灵敏度高，因此优选使用ZPP(包含锆和高氯酸钾的混合物)、THPP(包含氢化钛和高氯酸钾的混合物)的那些。需要说明的是，根据需要，也可以在电点火器50与飞翔体55之间的空间70 中容纳气体发生剂。
电点火器50只要是包含由金属及树脂制成的点火器保持部52、和被点火器保持部52包围而被保持的点火器主体51的那些即可。就电点火器50 而言，可以通过铆接而与主管41的另一端开口部41b连接，也可以通过将点火器保持部52旋入另一端开口部41b内等方式而连接。
在一个实施方式中，飞翔体55包括：圆板部56、从圆板部56的中心垂直设置的轴部57、在轴部57的前端形成的箭头部(锐角部)58。除了箭头部 58以外，锐角部也可以是将棒的前端部相对于轴向倾斜地进行切割而成的那些(例如：竹矛状的那些)。
飞翔体55在主管41内被配置为使得圆板部56位于电点火器50侧、箭头部58位于封闭构件47侧，箭头部58的前端被配置得相对于与主管41连接的支管42的开口部42a而言位于封闭构件47侧。即，箭头部58比开口部42a更接近封闭构件47。
将箭头部58的前端与封闭构件47之间的距离设为L1，将圆板部56与开口部42a之间的距离设为L2。在一个实施方式中，飞翔体55在主管41内以满足L1<L2的关系的方式配置。箭头部58的前端仅移动距离L1而与封闭构件47碰撞时，圆板部56仅移动相同的距离L1，但由于为L1<L2的关系，因此圆板部56相比于支管42的开口部42a而言位于电点火器50侧。即，飞翔体55的配置被调整为使得在工作时，圆板部56处于未到达开口部42a 的位置。
如果在箭头部58的前端与封闭构件47碰撞之前圆板部56就已到达支管42的开口部42a并与其抵接，则存在箭头部58的前端部不与封闭构件47 的中心点发生碰撞的隐患，但由于为L1<L2的关系，因此不存在上述隐患。另外，也不存在开口部42a被圆板部56封闭的隐患。
为了使得在工作时可以利用飞翔体55切实地破坏封闭构件47，优选使飞翔体55在受到由电点火器50的工作引起的冲击波后可以在主管41内直向前进，且箭头部58的前端可与封闭构件47的中心点碰撞，但只要可实现破坏，也可以是能够与中心点附近碰撞的方式。
为了实现这样的运转，优选将圆板部56的外径调整为近似于主管41的内径(使圆板部56的外径<主管41的内径、且近似)，由此可对主管41赋予作为引导构件的功能。
进一步，通过在引导圆板部56的功能的基础上，进行配置使得飞翔体 55满足上述L1<L2的关系，可易于利用飞翔体55破坏封闭构件47。
需要说明的是，为了使得不工作时飞翔体55不在轴向上移动，可以在主管41的内周面在轴向上隔着间隔形成2个凸部43、凸部44，并配置为使得圆板部56位于它们之间。就凸部43、凸部44而言，由于其突起高度小，因此在装配时可以从另一端开口部41b侧以较小的力压入而将飞翔体55***至主管41，在工作时，飞翔体55(圆板部56)的移动不受到妨碍。
此外，也可以使用弹簧等弹性构件在工作前预先将飞翔体55推向点火器50侧，在工作后也可利用弹簧的力而使得飞翔体返回点火器50侧。或者，也可以不使用飞翔体55，而是在主管41内部的空间71容纳气体发生剂而作为破坏机构使用。
支管42与导入机构60连接。导入机构60将来自储气瓶的加压气体导入气囊。
在一个实施方式中，如图3所示，导入机构60包含挠性管62以及设置于挠性管62的端部的管头61。管头61通过旋入支管42中而与主管41连接。挠性管62为由树脂或橡胶等挠性材料制成的管，并与气囊连接。
在本发明的另外的实施方式中，小型飞行体具有多个导入机构，并具有与这些多个导入机构数目相同的气囊。在一例中，也可以代替图3所示的第 1气体供给机构35而使用图4所示的第2气体供给机构135。
图4所示的第2气体供给机构135包含由铝、不锈钢等材料制成的三通管140，三通管140包含：主管141、以及从主管141的周面向垂直方向、即与主管141正交的方向分支的第1支管142和第2支管143这两根支管。在图示的例子中，第1支管142和第2支管143被配置于主管141的直径方向上相对的位置。
第1支管142与第1导入机构60a连接。如图4所示，第1导入机构 60a包含第1挠性管62a以及设置于第1挠性管62a的端部的第1管头61a。
第1管头61a通过旋入第1支管142而与主管141连接。第1挠性管 62a为由树脂或橡胶等挠性材料制成的管，并与气囊连接。
第2支管143与第2导入机构60b连接。如图4所示，第2导入机构 60b包含第2挠性管62b以及设置于第2挠性管62b的端部的第2管头61b。
第2管头61b通过旋入第2支管143而与主管141连接。第2挠性管 62b为由树脂或橡胶等挠性材料制成的管，并与气囊连接。其余的构成与图 3的第1气体供给机构35相同。
图3所示的第1气体供给机构35使一个气囊膨胀展开，而图4所示的第2气体供给机构135使两个气囊膨胀展开。
另外，也可以代替第1气体供给机构35、第2气体供给机构135而使用具有3根支管(第1支管、第2支管及第3支管)及与它们关联的多个构件、并可以使3个气囊膨胀展开的第3气体供给机构。
或者，也可以代替第2气体供给机构135、第3气体供给机构而使用使第1气体供给机构35的挠性管62为二通或三通形式、并分别与两个气囊或三个气囊连接的机构。
在本发明的小型飞行体的主体部或气囊装置中，具有未图示的传感器。该传感器用于与主体部或气囊装置具有的未图示的控制装置进行联动而使气囊装置工作，可以使用：检测在小型飞行体1进入无法正常飞行的状态而落下时的落下速度的速度传感器、检测小型飞行体1的飞行时的角度的角度传感器等公知的传感器。
需要说明的是，除了传感器以外，也可以使其能够根据操纵者的指示而使气囊装置工作。就控制装置(CPU)而言，可以使用在汽车等中搭载的公知的气囊装置中使用的那些。另外，也可以像上述那样，将控制装置作为小型飞行体1的控制器的一部分。
作为气囊，可以使用在搭载于汽车等中的公知的气囊装置中使用的气囊，但与这些公知的气囊装置的气囊不同的是，不具有用于排出气体的放气孔。
对气囊的膨胀展开时的形状没有特别的限制，可以根据小型飞行体1的结构及形状而适当选择。可以形成为例如：球状、圆板状(平面形状为圆形)、椭圆板状(平面形状为椭圆形)、多边板状态(平面形状为多边形)、梨形状、棒状、救生圈状、船形、将两个以上的上述各形状的气囊在一个部位或两个部位以上进行连接的形状(例如，如游艇的双体船、三体船这样的形状)等。
在本发明的小型飞行体1中，可以根据需要在主体部或构架安装降落伞装置。上述降落伞装置作为气囊装置的辅助性装置使用，用于使小型飞行体1落下时的落下速度减速。因此，在工作时展开的降落伞的直径，优选为与主体部2同等程度的大小、或主体部2和从主体部2起的构架4a、4b的1/3 左右的长度范围的大小。降落伞装置的工作例如可以利用上述控制装置而与气囊装置联动，还可以利用其它途径的无线电进行指示。
下面，利用图5～图8，对在小型飞行体1中气囊装置工作时的运转进行说明。
图5为使用了具有3个气囊51、52、53的气囊装置的实施方式，但气囊也可以仅为气囊51，也可以为气囊52、53这两个。图5示出了气囊51、52、53这3个均展开的状态。
在壳体10内的气囊装置中，打开电源的开关，使传感器、控制装置、加压气体供给机构(电点火器)处于可工作的状态。在气囊仅为气囊51时，可以使用图3所示的气体供给机构35，在气囊为气囊52、53这两个时，可以使用图4所示的气体供给机构135，在气囊为气囊51～53这三个时，可以使用第3气体供给机构。
在下文中，以气囊仅为气囊51时为中心进行说明。
在小型飞行体1处于因故障等原因而坠落并与地面等碰撞这样的状态时，传感器检测到异常而向控制装置发送信号，根据控制装置的指令，第1 气体供给机构35(或第2气体供给机构135、第3气体供给机构)的电点火器 50工作。
由于会由电点火器50的工作而导致点火药的燃烧产物(火焰、冲击波等) 产生、与飞翔体55的圆板部56碰撞，因此飞翔体55在主管41内直向前进而与封闭构件47的中心发生碰撞，封闭构件47切实地被破坏。封闭构件47 被破坏而开口时，储气瓶45内填充的加压气体排出而进入三通管40，从支管42流入气囊51内而使其膨胀展开。
在使用了第2气体供给机构135时，使气囊52、53膨胀展开，在使用了第3气体供给机构时，使气囊51～53膨胀展开。
需要说明的是，虽然在图3、图4中在封闭构件47的破坏中使用了飞翔体55，但也可以如上述那样是使用了气体发生剂、或具有进行仅利用电点火器50的破坏(如日本特开2003-25951公报的图1所示那样)的结构的气体供给机构。
从传感器检测到异常，到电点火器50工作而使气囊51膨胀为止的时间可以为数十毫秒～数秒。但是，优选根据小型飞行体1的形状、大小，进一步根据主要希望缓和冲击的部位而调整气囊51的膨胀时间。例如，工作时间优选为30毫秒以上、更优选为50毫秒以上、进一步优选为80毫秒以上，另外，优选为2秒以下、更优选为1.5秒以下、进一步优选为1.2秒以下。
因此，由于小型飞行体1在与地面等碰撞时的冲击得到缓和，因此，可减轻小型飞行体1自身的损伤，除此以外，也可防止拍摄装置等的损伤。另外，在坠落到海洋、湖泊、河流等中时，可使小型飞行体1自身保持漂浮的状态。
在使用了第2气体供给机构135、第3气体供给机构时，由于可以使气囊52、53或气囊51～53膨胀展开，因此，冲击缓和效果、浮力进一步提高。需要说明的是，在气囊为1个的情况下和多个的情况下，气囊的总容量可以相同、也可以不同。
在图6、图7所示的实施方式中，作为气囊而使用了使膨胀展开时的平面形状呈圆板的气囊54。在图8所示的实施方式中，作为气囊而使用了将膨胀展开时的平面形状呈双体船的两个躯干那样的形状的气囊55a、55b通过连接部55c连接而成的气囊。此外，也可以使用以包裹主体部2的方式膨胀展开的气囊。
工业实用性
本发明的小型飞行体也能够用于各种场所的空中拍摄、农药喷洒、货物的运输等。
Claims (4)
1.小型飞行体，其是具有气囊装置、最大长度为2m以下的小型飞行体，该小型飞行体能够通过无线电操纵而飞行或通过自动操纵而自主飞行，
所述小型飞行体具有包含控制器和电池的主体部、以及构架、推进器、发动机及接收发送天线，
所述气囊装置具有气体供给机构及两个气囊，且被安装于所述主体部，
并且，所述主体部和所述气囊装置的任意中具有传感器和控制装置，
所述气体供给机构具备：
通过破坏封闭构件使其开口而释放出内部的加压气体的储气瓶、
包含使所述储气瓶的封闭构件开口的电点火器的破坏机构、及
用于将所述储气瓶内的加压气体导入气囊而使其膨胀的导入机构，
其中，所述破坏机构包含主管以及从所述主管的周面向垂直方向分支的两个支管，即第1支管和第2支管，
所述第1支管与第1导入机构连接，所述第1导入机构包含与所述第1支管连接的第1管头以及与所述第1管头连接的第1挠性管，
所述第1挠性管的与所述第1管头连接的端部相反的端部与一个气囊连接，
所述第2支管与第2导入机构连接，所述第2导入机构包含与所述第2支管连接的第2管头以及与所述第2管头连接的第2挠性管，
所述第2挠性管的与所述第2管头连接的端部相反的端部与另一个气囊连接。
2.小型飞行体，其是具有气囊装置、最大长度为2m以下的小型飞行体，该小型飞行体能够通过无线电操纵而飞行或通过自动操纵而自主飞行，
所述小型飞行体具有包含控制器和电池的主体部、以及构架、推进器、发动机及接收发送天线，
所述气囊装置具有气体供给机构及三个气囊，且被安装于所述主体部，
并且，所述主体部和所述气囊装置的任意中具有传感器和控制装置，
所述气体供给机构具备：
通过破坏封闭构件使其开口而释放出内部的加压气体的储气瓶、
包含使所述储气瓶的封闭构件开口的电点火器的破坏机构、及
用于将所述储气瓶内的加压气体导入气囊而使其膨胀的导入机构，
其中，所述破坏机构包含主管以及从所述主管的周面向垂直方向分支的三个支管，即第1支管、第2支管和第3支管，
所述第1支管与第1导入机构连接，所述第1导入机构包含与所述第1支管连接的第1管头以及与所述第1管头连接的第1挠性管，
所述第1挠性管的与所述第1管头连接的端部相反的端部与一个气囊连接，
所述第2支管与第2导入机构连接，所述第2导入机构包含与所述第2支管连接的第2管头以及与所述第2管头连接的第2挠性管，
所述第2挠性管的与所述第2管头连接的端部相反的端部与另一个气囊连接，
所述第3支管与第3导入机构连接，所述第3导入机构包含与所述第3支管连接的第3管头以及与所述第3管头连接的第3挠性管，
所述第3挠性管的与所述第3管头连接的端部相反的端部与再另一个气囊连接。
3.小型飞行体，其是具有气囊装置、最大长度为2m以下的小型飞行体，该小型飞行体能够通过无线电操纵而飞行或通过自动操纵而自主飞行，
所述小型飞行体具有包含控制器和电池的主体部、以及构架、推进器、发动机及接收发送天线，
所述气囊装置具有气体供给机构及两个或三个气囊，且被安装于所述主体部，
并且，所述主体部和所述气囊装置的任意中具有传感器和控制装置，
所述气体供给机构具备：
通过破坏封闭构件使其开口而释放出内部的加压气体的储气瓶、
包含使所述储气瓶的封闭构件开口的电点火器的破坏机构、及
用于将所述储气瓶内的加压气体导入气囊而使其膨胀的导入机构，
其中，所述破坏机构包含主管以及从所述主管的周面向垂直方向分支的一个支管，
所述一个支管与导入机构连接，所述导入机构包含与所述一个支管连接的管头以及与所述管头连接的挠性管，
所述挠性管分支为二通或三通，分别与两个气囊或三个气囊连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的小型飞行体，其中，在所述主体部或所述构架安装有拍摄装置。
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