JP7011475B2 - 飛行装置および飛行体 - Google Patents
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Description
従来、この種の飛行体は、複数のプロペラと、各プロペラを駆動する複数のモータと、モータに電力を供給するバッテリとを備え、各モータの回転数を個別に制御することで飛行装置の移動方向、移動速度、姿勢などを制御するように構成されている。
また、滞空時間を長く確保するために大容量のバッテリを飛行体に搭載することが考えられるが、バッテリはその容量が大きくなるほどバッテリの重量が重くなるため、飛行装置の可搬重量が低下し、飛行装置に搭載するカメラなどの機器が制約される不利がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、滞空時間および可搬重量を確保する上で有利な飛行装置および飛行体を提供することにある。
また、本発明は、前記飛行体は、前記プロペラおよび前記回転駆動部を支持する機体を有し、前記機体に前記各回転駆動部に接続された分岐管が設けられ、前記圧縮空気供給用ホースは、前記コンプレッサと前記分岐管とを接続していることを特徴とする。
また、本発明は、前記分岐管毎に圧縮空気供給弁が設けられ、前記各圧縮空気供給弁の開度を制御する弁制御部とが設けられていることを特徴とする。
したがって、従来のようにモータに電力を供給する重量が重いバッテリを省略できるため、飛行体の軽量化を図れ、飛行体の滞空時間および可搬重量を確保する上で有利となる。
また、本発明によれば、飛行装置は、回転駆動部への圧縮空気の供給を連続して行なうことができるため、飛行体を用いたカメラによる撮影など、飛行体を用いた各種作業を長時間にわたって効率よく行なう上で有利となる。
また、本発明によれば、各回転駆動部に確実に圧縮空気を供給でき、飛行体の姿勢制御、移動制御を確実に行なう上で有利となる。
また、本発明によれば、飛行体の構成を簡素化でき、飛行体の軽量化を図る上でより有利となり、飛行体の滞空時間および可搬重量を確保する上でより有利となる。
図1に示すように、飛行装置10は、飛行体12と、圧縮空気供給用ホース14と、制御用通信ケーブル16と、カメラ用通信ケーブル18と、電力供給用ケーブル20と、電源装置22と、コンプレッサ24と、操作制御部26などを含んで構成されている。
図2、図3、図4、図6、図7に示すように、飛行体12は、機体28と、4つのプロペラ30(回転翼)と、回転駆動部32と、飛行制御部34と、圧縮空気供給部36と、カメラ38と、カメラ制御部40とを含んで構成されている。
なお、本実施の形態では、飛行体12が4つのプロペラ30を備える場合について説明するが、プロペラ30の数は、機体28が安定して飛行するために、3つ以上であればよい。
図2に示すように、機体28は、平面視した状態で、中央に位置するフレーム2802と、アーム2804とを含んで構成されている。
フレーム2802の外周部には、フレーム2802の周方向に90度の間隔をおいて突出する4つの突出部2806が設けられ、アーム2804は隣り合う突出部2806の間に位置するフレーム2802の箇所から突設され、したがって、アーム2804は4つ設けられている。
図6に示すように、回転駆動部32は各プロペラ30に対応して設けられ、プロペラ30を回転駆動するものである。
回転駆動部32は、タービン42と、動力伝達機構44とを含んで構成されている。
タービン42は、タービンケース4202と、羽根車4204を含んで構成されている。
タービンケース4202は、アーム2804の先部で支持され、タービンケース4202の一端には、後述する分岐管46、圧縮空気供給弁48が連結され、タービンケース4202の他端は下方に向けられている。
羽根車4204は、2つの軸受部4206、4208を介してタービンケース4202の内部に回転可能に支持された出力軸4210と、出力軸4210の周方向に間隔をおいて設けられた複数の羽根体4212とを備え、タービンケース4202内を流れる圧縮空気により高速回転する。
動力伝達機構44は、タービンケース4202から突出する出力軸4210に取着された第1傘歯車4402、プロペラ30のシャフト3002の下端に取着された第2傘歯車4404、それら第1、第2傘歯車4402、4404を連結する歯車機構4406とを含んで構成され、高速回転する出力軸4210の回転力が動力伝達機構44を介してシャフト3002に伝達され、プロペラ30が高速回転する。
なお、圧縮空気流の中心に羽根車4204の軸心を配置して羽根車4204を回転させる方式のものや、圧縮空気流を羽根車4204の個々の羽根体4212に衝突させて羽根車4204を回転させる方式のものなど、回転駆動部32には流体エネルギーを回転力に変換する従来公知の様々な構造が採用可能である。
カメラ38は、パン、チルト、ズーム機能を備えており、カメラ制御部40の制御によって撮像する方向や倍率(画角)が制御される。
なお、カメラ38の数やカメラ38の配置位置は限定されるものではない。
例えば、複数のカメラ38をそれらの撮影方向が異なるように設けることで、同時に異なる方向の撮影を行なうようにしてもよい。また、複数のカメラ38を設けると、一部のカメラ38が故障しても飛行装置10の周囲の状況を確実に撮像できるため有利である。
図1に示すように、圧縮空気供給用ホース14は、弾性を有しスパイラル状に巻き癖が付けられており、圧縮空気供給用ホース14に張力が加わっていない状態では、圧縮空気供給用ホース14の弾性により螺旋状に積み重ねられ、全長が最も短かい収納状態に復帰するように構成されている。
したがって、図4に示すように、圧縮空気供給用ホース14は、飛行体12の上昇によって張力が加わることで伸長し、図1に示すように、飛行体12が下降することにより張力が減ることで収縮する。そのため、圧縮空気供給用ホース14は、飛行体12の昇降に応じて伸縮することでたるみが生じにくく、圧縮空気供給用ホース14が絡むことが防止されるように図られている。
飛行制御部34による飛行体12の制御は、GPS測位装置やジャイロセンサなどの従来公知の様々なセンサを用いて行なわれ、飛行制御部34として従来公知の様々な構成が使用可能である。
本実施の形態では、圧縮空気供給部36は、コンプレッサ24と、分岐管46と、圧縮空気供給用ホース14と、圧縮空気供給弁48と、弁制御部50とを含んで構成されている。
圧縮空気供給用ホース14は、コンプレッサ24と分岐管46とを接続している。
圧縮空気供給弁48は電磁弁で構成され、各分岐管46に設けられ、開度が制御されることで回転駆動部32(タービンケース4202)への圧縮空気の供給量を制御するものである。
したがって、弁制御部50によって、回転駆動部32(タービンケース4202)に供給される圧縮空気の噴射量が個別に制御される。
すなわち、飛行制御部34から弁制御部50を介して各回転駆動部32に供給される圧縮空気の噴射量が個別に制御されることで、各タービン42の回転量、すなわち、各プロペラ30の回転量が個別に制御され、これにより、飛行体12の姿勢制御、飛行体12の移動制御などが行われる。
カメラ用通信ケーブル18は、後述する操作制御部26と、カメラ制御部40とを接続するものであり、カメラ制御部40に供給すべき制御情報の通信を行ない、また、操作制御部26に供給すべきカメラ38の画像情報の通信を行なう。
制御用通信ケーブル16、カメラ用通信ケーブル18、電力供給用ケーブル20は、それらの径が、圧縮空気供給用ホース14に比較して小さい寸法で形成され、また、柔軟性を有している。
図5に示すように、制御用通信ケーブル16、カメラ用通信ケーブル18、電力供給用ケーブル20はあたかも1本のケーブルの如き束ねられている。この束ねる構造には従来公知の様々な構造が採用可能であり、例えば、制御用通信ケーブル16、カメラ用通信ケーブル18、電力供給用ケーブル20を撚り合わせてもよく、あるいは、所定の寸法毎に束線バンドにより束ねるなど任意である。
本実施の形態では、圧縮空気供給用ホース14の外周に、束ねられた制御用通信ケーブル16、カメラ用通信ケーブル18および電力供給用ケーブル20がスパイラル状に巻回されている。
したがって、飛行体12の飛行に伴い圧縮空気供給用ホース14が伸縮した場合に、これらのケーブル20,16,18が絡むことが防止される。
図8に示すように、本実施の形態では、操作制御部26は、コンピュータ52によって構成されている。
コンピュータ52は、CPU5202と、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたROM5204、RAM5206、ハードディスク装置5208、キーボード5210、マウス5212、ジョイスティック5214、ディスプレイ5216、インターフェース5218などを有している。
ROM5204は制御プログラムなどを格納し、RAM5206はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置5208は、飛行制御部34、カメラ制御部40と制御情報の授受や画像情報の受信を行なうための制御プログラムなどを格納している。
キーボード5210、マウス5212、ジョイスティック5214は、操作者による操作入力を受け付けるものである。
本実施の形態では、キーボード5210、マウス5212、ジョイスティック5214の何れかを操作することで、あるいは、それらの操作を組み合わせることにより飛行制御部34を介して飛行体12の飛行が遠隔制御され、また、カメラ38のパン、チルト、ズームが遠隔制御される。
ディスプレイ5216はデータを表示出力するものである。
本実施の形態では、飛行体12のカメラ38の画像情報に基づいた飛行体12周囲の状況を撮像した映像がディスプレイに表示される。
インターフェース5218は、外部機器とデータ、信号の授受を行うためのものであり、本実施の形態では、インターフェース5218は、制御用通信ケーブル16、カメラ用通信ケーブル18を介して飛行制御部34、カメラ制御部40と接続されている。
以下では、飛行体12が空中を飛行しながらカメラ38で地上の様子や空中の様子の撮影を行なう場合について説明する。
まず、図1に示すように、地面に、コンプレッサ24、電源装置22、操作制御部26、飛行体12を設置する。
飛行体12とコンプレッサ24とを圧縮空気供給用ホース14で接続し、飛行体12と電源装置22を電力供給用ケーブル20で接続し、飛行体12と操作制御部26とを制御用通信ケーブル16、カメラ用制御ケーブル18で接続する。
飛行体12はまだ地上に設置されているため、圧縮空気供給用ホース14は、圧縮空気供給用ホース14の外周に電力供給用ケーブル20、制御用通信ケーブル16、カメラ用制御ケーブル18が巻回された状態で収縮状態となっている。
作業者は、操作制御部26のディスプレイ5216に表示されるカメラ38からの画像情報に基づいて操作制御部26のキーボード5210やジョイスティック5214を操作し、カメラ制御部40を介して各カメラ38のパン、チルト、ズームを制御しつつ、飛行体12の位置、姿勢を制御し、カメラ38による撮影を行なう。
この際、電力供給用ケーブル20、制御用通信ケーブル16、カメラ用制御ケーブル18が巻回された圧縮空気供給用ホース14は、飛行体12の高さに追従して伸長あるいは収縮し、たるみが生じない状態を維持する。
これにより、圧縮空気供給用ホース14は、元の収納状態に復帰し、一連の撮影作業が終了する。
この場合、機体28に液体を蓄えるタンク、タンクからの液体をノズルを散布するノズル、ノズルにタンクからの液体を圧送するポンプなどを設ければよい。
また、散布する液体は、塗料、モルタル、農薬剤、殺虫剤、消火剤、水であってもよい。
塗料を散布する場合、散布対象物は、建築物の壁面や屋根である。
モルタルを散布する場合、散布対象物は、構造物の壁部や屋上である。
この場合、モルタルの硬化を促進する凝結剤をモルタルに予め混合しておくことで、モルタルの吹付け、硬化を迅速に行なえ、緊急な対応を必要とする工事現場において有利となる。
農薬剤や殺虫剤を散布する場合、散布対象物は、例えば、農地や有害な虫が存在する建物の箇所である。
消火剤を散布する場合、散布対象物は、火災現場である。
水を散布する場合、散布対象物は、例えば、洗浄を必要とする建物や構造物の壁面や屋上である。
したがって、従来のようにプロペラ30を回転駆動するモータと、モータに電力を供給するバッテリとを設ける場合に比較して、重量が重いバッテリを省略できる。
そのため、飛行体12の軽量化を図れるため、飛行体12の滞空時間および可搬重量を確保する上で有利となる。
また、バッテリを充電する必要が無いため、バッテリをいちいち充電する手間や充電に要する時間を節約できるため、飛行体12の取り扱いの向上を図る上で有利となる。
また、プロペラ30を回転駆動するための電力が不要となるため、省電力化を図る上で有利となる。
また、高価なバッテリを省略できるため、飛行装置10,飛行体12の製造コストを低減する上で有利となることは無論のこと、バッテリのように充電回数に応じて劣化するおそれがないため、バッテリの交換が不要となることからランニングコストを低減する上でも有利となる。
しかしながら、操作制御部26と飛行制御部34およびカメラ38とを無線回線で接続し、また、飛行体12の機体28にバッテリを搭載しこのバッテリから飛行制御部34、弁制御部50、カメラ制御部40に電力を供給するようにしてもよい。
この場合、バッテリは、プロペラ30を駆動するモータへ電力を供給する必要がないため、バッテリは、飛行制御部34、弁制御部50、カメラ制御部40に供給する比較的小さな電力を供給できればよいから、バッテリは小容量で軽い重量のもので足りる。
そのため、第1、第2の実施の形態よりも多少飛行体12の重量が増えるものの、従来のようにモータを駆動する大容量のバッテリを搭載する場合に比較して飛行体12の軽量化を図る上で有利となる。
また、操作制御部26と飛行制御部34およびカメラ38とを無線回線で接続すると共に、第1、第2の実施の形態と同様に、飛行体12と電源装置22とを電力供給用ケーブル20で接続し、電力供給用ケーブル20を介して飛行制御部34、弁制御部50、カメラ制御部40に電力を供給するようにしてもよい。
この場合は、飛行体12の機体28からバッテリを省略できるため、飛行体12の軽量化を図る上でより有利となる。
12 飛行体
14 圧縮空気供給用ホース
24 コンプレッサ
28 機体
30 プロペラ
32 回転駆動部
46 分岐管
48 圧縮空気供給弁
50 弁制御部
Claims (3)
- 複数のプロペラと前記各プロペラに対応して設けられ前記プロペラを回転駆動する回転駆動部とを有し、前記回転駆動部は圧縮空気が供給されることで前記プロペラを回転駆動する飛行体と、
地上に配置された前記回転駆動部に圧縮空気供給用ホースを介して圧縮空気を供給するコンプレッサと、
を備え、
前記圧縮空気供給用ホースは、スパイラル状に巻き癖が付けられ、前記圧縮空気供給用ホースに張力が加わっていない状態で、前記圧縮空気供給用ホースはその弾性により螺旋状に積み重ねられ、全長が最も短かい収納状態となる、
ることを特徴とする飛行装置。 - 前記飛行体は、前記プロペラおよび前記回転駆動部を支持する機体を有し、
前記機体に前記各回転駆動部に接続された分岐管が設けられ、
前記圧縮空気供給用ホースは、前記コンプレッサと前記分岐管とを接続している、
ことを特徴とする請求項1記載の飛行装置。 - 前記分岐管毎に圧縮空気供給弁が設けられ、前記各圧縮空気供給弁の開度を制御する弁制御部が設けられている、
ことを特徴とする請求項2記載の飛行装置。
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