JP2016064768A - マルチコプター - Google Patents

Abstract

【課題】無人で飛行して所定の作業を遂行するマルチコプターについて、より広い活動範囲をカバー可能としながら複数地点での作業を同時に行えるようにする。
【解決手段】飛行制御手段を備えた本体部２Ａと本体部２Ａから放射状に延設された複数本のアーム４ａ，４ｂ，・・・４ｈとその各アームに配置されたモータ駆動のロータ６ａ，６ｂ，・・・６ｈとを備え、無人で飛行して所定の作業を遂行するマルチコプター１Ａにおいて、その機体の所定位置には１機以上の子機を搭載及び分離するための保持手段を構成する収納体２１ａ，２１ｂ，・・２１ｇを備えており、子機を搭載した状態で親機として飛行し、所定の位置で子機を分離して別個に飛行させる操作又は／及び設定が可能とされている、ことを特徴とするものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の回転翼を備えたマルチコプターに関し、殊に、無線操縦または自律制御により無人で飛行して所定の作業を遂行するマルチコプターに関する。

近年、本体から放射状に延びた複数本のアーム上に回転翼（ロータ）を各々備えた飛行体であるマルチコプターが普及しており、例えば４つ以上の回転翼を対称位置になるように各アームに配置したクアッドコプター（４ロータ）、ヘキサコプター（６ロータ）、オクトコプター（８ロータ）は、小型でも飛行安定性に優れて姿勢制御・動作制御が容易であることから、様々な用途に広く用いられている。

例えば、特開２０１２−２２８９４４号公報に記載のものは、横風安定板を設けることで屋外での使用における横風安定化を実現しており、また、特開２０１３−１８９０３６号公報に記載されているように、無線操縦やＧＰＳ測位手段を使用した自律制御により無人で飛行して、目的地において撮影や測定等の作業を行いながら取得したデータを基地局まで送信可能なものも周知である。

斯かるマルチコプターは、人や有人航空機が立ち入りにくい場所において必要な情報を遠隔的に取得するのに有用であり、例えば災害地における調査、火山観測、放射能汚染地域の調査、紛争地域での情報収集等、人が実行するには危険や困難を伴うような場所・地域における作業に最適である。また、最近では、マルチコプターを宅配物のキャリアーとして使用する試みも行われている。

しかし、現在普及しているマルチコプターは、その小型化、制御の容易さの確保等のために駆動源に電動モータを使用しているのが通常であるところ、内燃機関を駆動源としたものと比べて飛行時間が大幅に短いことから、その活動範囲が限定されやすく作業時間にも制約を受けるという問題がある。また、活動先が途中で複数箇所に分岐していたり同時に複数の作業を行う必要があったりする場合には、既存のマルチコプターでは有効且つ効率的な対応が困難であった。

特開２０１２−２２８９４４号 特開２０１３−１８９０３６号

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、無人で飛行して所定の作業を遂行するマルチコプターについて、より広い活動範囲をカバー可能としながら複数地点での作業を同時に行えるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、飛行制御手段を備えた本体部とその本体部から放射状に延設された複数本のアームとその各アームに配置されたモータ駆動のロータとを備えており、無人で飛行して所定の作業を遂行するマルチコプターにおいて、その機体の所定位置には１機以上の子機を搭載及び分離するための保持手段を備えており、子機を搭載した状態で親機として飛行し、所定の位置で子機を分離して別個に飛行させる操作又は／及び設定が可能とされている、ことを特徴とするものとした。

このように、親機として１機以上の子機を搭載しながら所定位置で子機を分離して飛行させることを可能としたことで、単独ではカバー困難な範囲まで子機がカバーできるとともに、１機以上の子機が親機とは別個の動作を行うものとして複数地点での作業を同時に行えるものとなる。

また、このマルチコプターにおいて、その子機は、本体部から放射状に延設された複数本のアームに各々ロータを備えたマルチコプターであって、その各アームが所定方向に折り畳まれた状態で、その本体部の所定位置にて前記保持手段で保持されて搭載されることを特徴としたものとすれば、子機を嵩張りにくいコンパクトな状態に折り畳んで搭載することでより多くの子機を保持可能なものとなる。

この場合、その保持手段は、その本体部の下面側から垂設またはその本体部を上下に貫通して配置されその内部に子機を収納・保持して、その下端側から下向きに放出・分離する方式の収納体を有しており、その収納体内にアームを折り畳んだ状態で子機が収納され、保持状態を解除することで子機が重力で下方に放出されて分離作業が完了する、ことを特徴としたものとすれば、親機の飛行中に子機を安全に分離可能として、そのまま飛行状態に移行させやすいものとなる。

さらに、上述したマルチコプターにおいて、所定の通信手段により分離した子機との間で通信を実行可能とされており、子機との間のデータ信号の送受信又は／及び管理者側と子機との間の通信の中継を実行可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、子機による広範囲の作業が一層確実に行いやすいものとなる。

さらにまた、上述したマルチコプターにおいて、その子機は保持手段を有して孫機を搭載可能とされ、その孫機を搭載した子機を搭載して前記親機として飛行可能とされており、親機から分離された子機が所定の位置で孫機を分離して飛行させる操作又は／及び設定が可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、さらに広範囲且つ多数の機体による作業が可能なものとなる。

加えて、上述したマルチコプターにおいて、その親機又は／及び子機の本体部の上面又は／及びアームの上面には、面状の太陽電池が配設されており、飛行中又は／及び待機中に発電するとともにバッテリの充電を行えるものとされている、ことを特徴としたものとすれば、子機を分離した親機や孫機を分離した子機が、分離位置で待機しながらソーラー発電による電力を通信に使用したりバッテリを充電したりすることが可能になるため、さらに広範囲の作業が可能なものとなる。

そして、上述したマルチコプターが親機として子機又は孫機を搭載した子機を搭載してなるマルチコプター複合体とすれば、これを用いることで一層広い活動範囲をカバー可能としながら、複数地点における作業を同時に行えるようになる。

親機として１機以上の子機を搭載しながら所定位置で子機を分離して別個に飛行させるものとした本発明によると、より広い活動範囲をカバー可能としながら複数地点での作業を同時に行えるものとなる。

（Ａ）は本発明における第１の実施の形態であるマルチコプターの平面図、（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。 （Ａ）は図１のマルチコプターに搭載可能な子機のアームを折り畳み状態にした正面図、（Ｂ）は（Ａ）の子機のアームを展開状態にした正面図である。 （Ａ）は図２の子機の応用例を折り畳み状態にした正面図、（Ｂ）は（Ａ）の子機の応用例を折り畳み状態にした正面図、（Ｃ）は図２の子機の変形例を折り畳み状態にした正面図である。 （Ａ）は図２の子機を円筒状の収納体に収納した状態の部分縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の子機が収納体から放出されてアームを展開した状態を示す平面図である。 （Ａ）は図３（Ａ）の子機を円筒状の収納体に収納した状態の部分縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の子機が収納体から放出されてアームを展開した状態を示す平面図である。 （Ａ）は図３（Ｂ）の子機を円筒状の収納体に収納した状態の部分縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の子機が収納体から放出されてアームを展開した状態を示す平面図である。 （Ａ）は本発明における第２の実施の形態であるマルチコプターの平面図、（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図７のマルチコプターの応用例における本体部の平面図である。 （Ａ）は図７のマルチコプターに搭載可能な子機を折り畳み状態にした平面図、（Ｂ）は（Ａ）の子機のアームを展開状態にした平面図である。 （Ａ）は図９の子機の変形例を折り畳み状態にした平面図、（Ｂ）は（Ａ）の子機のアームを展開状態にした平面図である。 （Ａ）は図１０の子機の変形例を折り畳み状態にした平面図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図、（Ｃ）は（Ａ）の子機のアームを展開状態にした平面図である。 （Ａ）は図１０の子機の他の変形例を折り畳み状態にした平面図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図、（Ｃ）は（Ａ）の子機のアームを展開状態にした平面図である。 （Ａ）は図９の子機を図７の親機に搭載した場合の収納状態を示す部分縦断面図、（Ｂ）は図１１の子機を図８（Ｂ）の親機に搭載した場合の収納状態を示す部分縦断面図、（Ｃ）は図１２の子機を図８（Ｂ）の親機に搭載した場合の収納状態を示す部分縦断面図である。 （Ａ）は図８（Ｂ）の収納体の変形例を示す部分底面図、（Ｂ）は図７の収納体の変形例に子機を搭載した場合の収納状態を示す部分縦断面図である。 （Ａ）はアームの折り畳み手段の一例を示す拡大部分図、（Ｂ）は他の折り畳み手段の一例を示す拡大部分図である。 （Ａ）は図４（Ａ）の保持手段において子機を保持・分離するための機構の一例を示す部分縦断面図、（Ｂ）は図１３（Ａ）の保持手段において子機を保持・分離するための機構の一例を示す部分縦断面図、（Ｃ）は図１４（Ｂ）の保持手段において子機を保持・分離するための機構の一例を示す部分縦断面図である。 （Ａ）は保持手段における連結構造の一例を示す拡大部分縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の横断面図である。 （Ａ）は本発明における第３の実施の形態としてのマルチコプターを２機連結した状態を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。 （Ａ）は図１８のマルチコプターを親機として子機と孫機を搭載した状態の正面図、（Ｂ）は親機に孫機３機を搭載した状態の正面図である。 図１９（Ａ）のマルチコプター複合体を分離した状態を示す正面図である。 図１９（Ａ）のマルチコプター複合体における連結構造の一例を示す拡大部分縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の横断面図である。 図１のマルチコプターによるマルチコプター複合体の運用例を示す説明図である。 図１９（Ａ）のマルチコプター複合体の運用例を示す説明図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

図１（Ａ）は、本発明における第１の実施の形態としてのマルチコプター１Ａの平面図を示しており、図（Ｂ）はその正面図を示している。このマルチコプター１Ａは、平面視８角形でタブレット状の本体部２Ａの各側面からアーム４ａ，４ｂ，４ｃ，・・，４ｈが水平方向に放射状に延設され、各先端側にロータ６ａ，６ｂ，６ｃ，・・，６ｈを有した電動モータ５ａ，５ｂ，５ｃ，・・，５ｈを設けてなる無人式のオクトコプターである。

その本体部２Ａには、図示しない蓄電手段（バッテリ）、通信手段、ＧＰＳ測位機能・姿勢制御機能・飛行ルート記憶機能等を有した飛行制御手段を備えて、無線遠隔操作による飛行に加え、予め設定したルートで自律的な飛行を行えるようになっており、測定手段・撮影手段等の作業目的に応じた各種作業装置を搭載できるとともに、これらで取得した各種データを記憶又は送信することも可能である。

そして、その本体部２Ａの下面側には、子機を保持するための保持手段を構成している７本の円筒状の収納体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・，２１ｇが垂設され、その内部にアームを縦方向に折り畳んだ状態の子機を各々収納することが可能とされているとともに、保持状態を解除することで重力により下端側から子機を下向きに放出して分離することも可能とされており、この点が本実施の形態における最大の特徴部分である。

図２（Ａ）は、図１のマルチコプター１Ａを親機として、その収納体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・，２１ｇ内に収納される子機としてのマルチコプター１０Ａが、ロータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを有した電動モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを先端に設けてなるアーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを縦方向に折り畳んだ状態を示しており、図（Ｂ）はアーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを展開した状態を示している。

このマルチコプター１０Ａも、本体部１２Ａ内において親機と同様に図示しない蓄電手段、通信手段、飛行制御手段等を備え、無線遠隔操作による飛行や予め設定したルートにて自律的な飛行を実施可能とされた無人のクアッドコプターであり、作業目的に応じた測定手段・撮影手段等の各種作業装置を搭載して、取得した各種データを記憶又は送信可能とされている点も同様である。

また、斯かるマルチコプター１０Ａは、親機であるマルチコプター１Ａよりも顕著にサイズが小さいことに加え、そのアーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが、先端側を仰角方向に上下動作可能な状態で基端側を本体部１２Ａに軸着されており、これらを上向きに折り畳むことで一層コンパクトになって、円筒状の親機の収納体２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・，２１ｇ内に収納できる状態となる。

図３（Ａ），（Ｂ）は、前述した子機としてのマルチコプター１０Ａの応用例を示している。図（Ａ）はアーム１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが上述したマルチコプター１０Ａとは逆向きに本体１０Ｂの下面側に折り畳まれる方式のマルチコプター１０Ｂであり、図（Ｂ）は上述したマルチコプター１０Ａの底面側に親機と連結するための連結金具１２１を備えて、マルチコプター１０Ａとは上下逆向きで収納・保持する方式のマルチコプター１０Ｃである。一方、図（Ｃ）のマルチコプター１０Ｄは、そのアーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが、折り畳み傘のように途中でさらに屈曲した状態で折り畳まれる方式である。

図４（Ａ）は、図２のマルチコプター１０Ａを、親機であるマルチコプター１Ａの収納体２１ａに収納した状態を示している。マルチコプター１Ａが飛行中にその保持状態を解除することにより、マルチコプター１０Ａは重力により筒状の収納体２１ａ下端側から放出され、図（Ｂ）に示すように、アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを所定の駆動手段で展開させて飛行可能な体勢になる。

図３（Ａ）のマルチコプター１０Ｂも同様であるものの、図５（Ａ）に示すように前述とは上下逆向きで収納体２１ａに収納され、保持状態を解除することで、図（Ｂ）に示すように収納体２１ａ下端側から放出される。この場合、各アーム１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを展開させる方式としては、所定の弾性反発手段で各ロータが干渉しない位置まで開いてから各ロータを回転させ、その揚力で各アーム１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの先端側を持ち上げることが想定される。

一方、図３（Ｂ）のマルチコプター１０Ｃは、マルチコプター１０Ａの本体部１２Ａの底面に連結金具１２１を追加しただけの構成であるが、図６（Ａ）に示すように、収納体２１ａ内に図４（Ａ）とは上下逆向きで収納される。この場合、連結金具１２１の係合を解除することで、図（Ｂ）に示すように各アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが所定の駆動手段で展開され、その後各ロータが回転を開始することで、図（Ｃ）に示すように上下反転して通常の向きになる点を特徴としている。

一方、図３（Ｃ）のマルチコプター１０Ｄは、折り畳んだ状態でその高さがマルチコプター１０Ａを折り畳んだ状態の約半分になる。そのため、図示は省略するが、１つの収納体において縦方向に複数機を収納することも可能である。尚、上述した子機としてのマルチコプター１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、各アームが展開位置に達した段階で、その位置にてロックが掛かり固定される方式とすることが好ましい。

図７（Ａ）は、本発明における第２の実施の形態であるマルチコプター１Ｂの平面図を示し、図（Ｂ）はその正面図を示している。このマルチコプター１Ｂは、上述したマルチコプター１Ａと基本的な構造は共通しているが、その子機の保持手段を構成している筒状の収納体２２ａが、本体部２Ｂの中央位置を上下に貫通している点を特徴としており、且つ、１本の収納体２２ａに複数の子機を収納して搭載するために、子機のアームが水平方向に折り畳まれて平板状（タブレット状）になる点も特徴となっている。

また、本実施の形態では子機のアームが水平方向に折り畳まれるが、収納状態で平面視円盤状になるとは限らず平面視方形状になることも想定されることから、図８（Ａ）に示すように本体部２Ｃを貫通する収納体２２ｂが角柱状であってもよく、さらに、図（Ｂ）に示すように角柱状の空間を縦方向に仕切った態様の収納体２２ｃとしても良い。

図９（Ａ）は、図７のマルチコプター１Ｂを親機としてその円筒状の収納体２２ａに収納するために、アーム２４ａ，２４ｂ，２４ｄ，２４ｅを水平方向に折り畳んだ状態のマルチコプター１０Ｅを示している。このマルチコプター１０Ｅは、円盤状の本体部２３Ａの外周面に密着するように弧状に湾曲したアーム２４ａ，２４ｂ，２４ｄ，２４ｅが、その基端側を本体部２３Ａの外周面に軸着されて水平方向に開閉動作するようになっている。

そして、図９（Ｂ）に示すように、親機から分離した後に本体部２３Ａの上面中央位置に配置したメインロータ２９Ａを回転駆動させることで、その反作用により本体部２３Ａが逆方向に回転し、その遠心力で各アーム２４ａ，２４ｂ，２４ｄ，２４ｅが展開してその位置で固定される構成となっている。即ち、子機であるマルチコプター１０Ｅは、このようなアームの折り畳み方式を採用したことで嵩が極めて小さくなることから、親機における収納容積を最小限にして最大限の子機数を搭載可能としたものである。

図１０（Ａ）は、前述したマルチコプター１０Ｅの変形例として、収納状態が平面視略四角形のタブレット状になるマルチコプター１０Ｆを示している。この例では、その本体部２３Ｂが平面視正方形とされているとともに、各アーム２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄが直線状であり、折り畳んだ状態で本体部２３Ｂの側面に各々密着するようになっており、図（Ｂ）に示すように、親機から分離された後でメインロータ２９Ｂを回転駆動させることでアームを展開する方式とされており、図８（Ａ），（Ｂ）の角柱状の収納体２２ｂ，２２ｃに収納することを想定している。

図１１（Ａ）は、前述したマルチコプター１０Ｆの変形例としてのマルチコプター１０Ｇの平面図を示し、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）はアーム展開時の平面図を示している。この変形例では、アーム２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが平行になる向きで折り畳まれ、全体として平面視略長方形のタブレット状になる点を特徴としており、これにより収納時の左右幅を小さく抑えることが可能となる。

図１２（Ａ）は、マルチコプター１０Ｆの他の変形例としてのマルチコプター１０Ｈの平面図を示し、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）はアーム展開時の平面図を示している。この変形例では、隣り合うアーム２７ａ，２７ｄ、アーム２７ｂ，２７ｃが互いに重なる向きで折り畳まれることで、前述のマルチコプター１０Ｇよりも長径側の幅が短くなる点を特徴としている。

図１３（Ａ）は、図９のマルチコプター１０Ｅを、図７のマルチコプター１Ｂに子機として搭載した場合の収納体２２ａの収納状態を縦断面図で示している。この場合、全体として略円盤状に折り畳まれてコンパクト化されたマルチコプター１０Ｅは、円筒状の収納体２２ａ内部で縦方向に重ねられて５機収納されており、極めて効率的な収納状態を実現している。尚、その収納にあたり、各子機を上面又は下面が開口した円筒状のケースに入れた状態にすることで、引掛かりを最小限にして分離作業を円滑にすることが可能となる。また、図示は省略するが、図８（Ａ）の角柱状の収納体２２ｂに、平面視方形の図１０のマルチコプター１０Ｆを収納する場合も前記同様である。

図１３（Ｂ）は、図１１のマルチコプター１０Ｇを、図８（Ｂ）の仕切られた収納体２２ｃ内に保持した場合の収納状態を示しており、図（Ｃ）は図１２のマルチコプター１０Ｈを収納体２２ｃ内に保持した場合の収納状態を示している。このように、タブレット状に折り畳んだ子機を縦方向に区画された収納体２２ｃに縦向きで並列的に収納することで、極めて効率的な収納状態が実現される。

一方、図１４（Ａ）の底面図に示すように、図８（Ｂ）の変形例としてその収納体２２ｃで３つに区画された個々の収納室と同じ形状・サイズの収納室を構成する収納体２２ｄを、本体部２Ｅの下面側に複数配置しても前記同様に効率的な収納を実現することができる。さらに、図（Ｂ）に示すように、図７に記載した収納体２２ａと同様の収納体２２ｅに、縦方向にアームを折り畳んでバドミントンの羽根のようにしてマルチコプター１０Ｉを重ね合わせながら収納してもよく、この場合、収納体２２ｅを図のように上から下に向かって内径が大きくなるようにすることで、収納及び分離作業を一層行いやすいものとなる。

図１５は、子機のアームを能動的に展開するための機構の一例を示したものである。図（Ａ）はアームの基端側にサーボモータ５０等のアクチュエータを配設し、通電によりアームを展開方向に動作及び固定させる方式であり、図（Ｂ）はアーム基端側にアームを展開方向に付勢するようにバネ６０を配設し、バネの反発力に抗してアームを折り畳んで収納体内に納め、収納体から脱出させることでアームを自動的に展開動作させる方式である。尚、図ではアームを水平方向に展開させる場合を示したが、縦方向に展開させる場合も同様である。また、上述したように、本体部を回転させることによる遠心力やロータの揚力を利用してアームを展開させる方式も可能であり、さらに、前述した方式を複数種類組み合わせても良い。

次に、上述した各実施の形態で子機の保持手段の一部を構成するものとして、収納体の内部で子機の掛止及び分離を行うための機構の一例について説明する。図１６（Ａ）は、親機であるマルチコプター１Ａの収納体２１ａの内部において、子機であるマルチコプター１０Ａをローラー７０ａ，７０ｂで左右から挟み込んで掛止・固定した状態であり、そのローラー７０ａ，７０ｂを矢印方向に回転させることで、マルチコプター１０Ａを下方向に押し出して分離する方式である。

図１６（Ｂ）は、親機であるマルチコプター１Ｂの収納体２２ａ内部で子機であるマルチコプター１０Ｅを複数段重ねたもののうち、最も下の段をローラー７０ｃ，７０ｄで左右から挟み込んで掛止・固定したものであって、そのローラー７０ｃ，７０ｄを矢印方向に回転させることにより、マルチコプター１０Ｅを下方向に押し出しながら下から順に分離する方式である。尚、図１６（Ａ），（Ｂ）のローラー挟み込みによる掛止・分離方式は、図１３（Ａ），（Ｂ）、図１４（Ａ）の子機収納方式にも適している。

図１６（Ｃ）は、図１４（Ｂ）の収納体２２ｅ内部で子機であるマルチコプター１０Ｉを複数重ねたものの下端側をゲート８０ａ，８０ｂで閉止し、これを開閉操作することで下から順に分離する方式であるが、マルチコプター１０Ｉの各アームが拡開方向にバネ等で付勢されていることで、テーパー状の空間を形成している内周面をアームの先端側で押圧していることから、各機体が分離方向に動作しやすくなっている。

図１７（Ａ）は、図３（Ａ）のマルチコプター１０Ｂ、図３（Ｂ）のマルチコプター１０Ｃの掛止金具１２１を、親機側に掛止するための機構を縦断面図で示しており、図（Ｂ）はその横断面図を示している。この掛止金具１２１は、キノコ状の部材からなり、その掛止時に親機側の掛止孔１３０に下から挿通された状態で、その小径部に鈎金具１３１が横から係合するようになっており、係合することで掛止金具１２１は脱抜不能な状態となって、掛止状態が固定・維持されるようになっている。

その鈎金具１３１は、バネ１３２で掛止方向に付勢されており、その先端側に形成した弧状の係合部が、掛止金具１２１の小径部に係合するようになっている。また、鈎金具１３１の大径部上面外周側は面取りが施されて全体として傘状を呈しており、掛止孔１３０に下から挿入する動作により、鈎金具１３１の係合部を表面で滑らせながら後退させ、所定深さまで挿入して大径部が通過することで、その小径部に係合部が係合するようになっている。

また、分離の際には、アクチュエータ１３３に通電することにより、鈎金具１３１が後退して掛止状態が解除される。さらに、掛止金具１２１の先端面には親機との間で電気的な接続を行うための接続孔が開口しており、掛止状態で親機側の接続端子１３４と接続するようになっている。尚、親機側と子機側の連結状態を堅固にするために、いずれか一方の当接面側に永久磁石、他方の当接面側に磁性体を配して磁力で吸着されるようにしてもよく、分離の際には磁性体側に配置した電磁コイルに通電することで永久磁石側と同一の極性を帯びるようにして、磁気反発で分離動作を促進するようにしてもよい。

図１８（Ａ）は、本発明における第３の実施の形態としてのマルチコプター１Ｃを、上下に２機連結してなるマルチコプター複合体１Ｃａの平面図を示し、図（Ｂ）はその正面図を示している。本実施の形態においては、親機に搭載される子機は親機と相似形とされているとともに、アームを折り畳まずに親機の下面側又は／及び上面側に連結しながら保持される点を特徴としている。

このマルチコプター複合体１Ｃａは、先端側にモータ駆動のロータを有したアーム３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを備えてなる無人式のクワッドコプターであるマルチコプター１Ｃを、上下に２機連結してオクトコプターとしたものであり、上下のロータが重ならないように、互いに中心軸線周りに４５°ずれた状態で連結されており、総てのロータを駆動させるオクトコプターとしての使用のほか、一方のみのロータを駆動させて一方を親機、他方を子機として使用することも可能である。

また、本実施の形態では、図１９に示すようにマルチコプター１Ｃよりも小型の相似形で主として子機としての使用を想定したマルチコプター１００と、このマルチコプター１００よりもさらに小型の相似形で主として孫機としての使用を想定したマルチコプター１０００を組み合わせて使用できる点も特徴としている。即ち、図（Ａ）に示すように、マルチコプター１Ｃを親機、マルチコプター１００を子機、マルチコプター１０００を孫機として連結してなるマルチコプター複合体１Ｃｂや、図（Ｂ）に示すように、マルチコプター１Ｃを親機、マルチコプター１０００の３機を子機として連結したマルチコプター複合体１Ｃｄ等、様々な組み合わせを想定したものとなっている。

さらに、本実施の形態おいては、親機と子機、子機と孫機を連結するための保持手段の一部をなす凹凸構造の組み合わせによる連結部の構成が、総ての機体において共通している点を特徴としている。即ち、図２０に示すように、マルチコプター１Ｃ，１００，１０００の各本体部２Ｆ，２Ｇ，２Ｈの上面中央位置に突設した連結凸体１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃは同一形状・同一サイズとされており、本体部２Ｆ，２Ｇ，２Ｈの下面中央位置を陥凹させてなる図示しない連結凹体１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃも、連結凸体１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃの形状に応じた同一形状・同一サイズとされており、総ての機体同士の組み合わせで中心軸線を一致させながら、縦方向に複数連結できるようになっている。

また、連結凸体１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃは、四角錐（ピラミッド状）の稜線を面取りした形状とされ、連結凹体１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃの内側形状も同様とされており、各機体においてこれら上下の組み合わせの水平方向の角度が互いに４５°ずれて設けられており、正確な向きで重ねなくてもその面取り形状で滑り動きながら自動的に向きが修正され、機体を上下に連結した状態では、正確に４５°ずれた角度位置となるため、上下のロータが平面視で重ならないようになっている。

図２１（Ａ）は、上述した連結部を構成する連結凹体１２３ａと連結凸体１２２ｂの連結状態における拡大した縦断面図を示している。図示したように、連結凸体１２２ｂの先端側には、上述した実施の形態における連結金具１２１とほぼ同様のキノコ状に形成された係合体１２３０を有しており、連結凹体１２３ａの上端側には図１７に示したものと同じ構造の連結機構を備えている。

即ち、図２１（Ａ）に示すように、図１７で説明した連結機構と同様に、連結時には係合体１２３０の小径部に鈎金具１３７の係合部が係合して掛止状態となり、分離時にはアクチュエータ１３９が作動して鈎金具１３７を後退させ、掛止状態を解除するようになっている。また、係合体１２３０の先端側には、上下の機体を電気的に接続するための接続端子１２３１が配設されており、連結凹部１２３ａ側の接続孔１３６に挿入することで接続される。

次に、本発明によるマルチコプターを用いた運用例を説明する。

図２２は、図１のマルチコプター１Ａを親機とし、３機のマルチコプター１０Ｂを子機として搭載したマルチコプター複合体の運用例を簡略図で示している。この例では、３機のマルチコプター１０Ｂに各々カメラを搭載してＡ，Ｂ，Ｃの３地点で同時にライブ映像を撮影して送信するものであるが、撮影場所が基地局から遠いことに加え複数の地点に分散しているため、後続距離が４０ｋｍ程度の１機のマルチコプター１Ａでは実行不可能な作業であるが、親機に３機の子機を搭載したことにより、これを実行可能としたものである。

先ず、親機に３機の子機を搭載したマルチコプター複合体として出発地点（基地局）から発進し、３０ｋｍ地点の空中で３機の子機を分離してそのまま飛行させてから、親機はその位置で着陸して待機する。そして、各子機はＧＰＳ測位手段等を使用しながら予め設定した作業地点Ａ，Ｂ，Ｃに到着すると、飛行しながら、又は着陸して目的物の撮影を行い、映像データを基地局に送信する。

その際、作業地点の地形や距離により基地局との通信が不充分な状態になる場合は、分離地点で待機している親機が子機と基地局の間の通信を中継する方式としている。このように、親機に搭載した複数の子機を途中で分離し、各々作業地点まで飛行させて個別的に作業させる方式としたことで、従来は地理的な条件により作業を行うことが不可能であった地点までカバーできるとともに、複数の地点で種々の作業を同時に実施可能なものとしている。また、斯かる運用は、親機として上述したマルチコプター１Ｂ，１Ｃにも適用することができ、子機として上述したマルチコプター１０Ａ〜１０００の総てに適用することができる。

図２３は、図１９（Ａ）のマルチコプター複合体１Ｃｂを用いて、所定の物品を目的地まで運搬・投下した後、出発地点まで帰還させる運用例を示している。仮に、マルチコプター１Ｃ単独の航続距離が５０ｋｍである場合、目的地が出発地点から３５ｋｍとすると、往復で７０ｋｍになるため１機のみでは帰還することができない状況である。

そこで、マルチコプター１Ｃを親機としてマルチコプター１００を子機、マルチコプター１０００を孫機として連結してマルチコプター複合体１Ｃｂとすることで、その作業を実行可能としたものである。即ち、子機・孫機を搭載して重量が増したマルチコプター複合体１Ｃｂの航続距離が４０ｋｍとすると、出発地点から１５ｋｍの分離地点Ａで子孫機を分離しながら親機はそのまま着陸して待機し、子孫機は出発地点から２５ｋｍの分離地点Ｂで孫機を分離して子機はそのまま着陸して待機する。

そして、孫機は出発地点から３５ｋｍの目標地点に到達し、保持していた運搬物を分離・投下してから、そのまま飛行して帰還の途につく。その後、孫機は分離地点Ｂで待機している子機の上に連結して子孫機を構成し、これが分離地点Ａまで飛行して、待機している親機の上に連結して親子孫機、即ちマルチコプター複合体１Ｃｂ（搭載順は逆）を構成し、これが出発地点まで飛行して帰還するものである。

このように、親機・子機・孫機が互いに分離可能な状態で連結してなるマルチコプター複合体１Ｃｂを、往路の途中で２回分離するとともに復路の途中で２回連結する方式としたことで、従来は帰還不能とされていた作業地点であっても、余裕を持って帰還することが可能なものとなる。また、この例においても親機や子機が孫機と基地局の間の通信を中継することが可能であることは言うまでもない。さらに、上述した運用は、マルチコプター１Ｃ，１００，１０００を用いた他の様々な組み合わせによっても実施可能である。

尚、上述した各運用において使用するマルチコプターの本体部又は／及びアームの上面に、面状の太陽電池を配設して飛行時及び待機時に発電しながら必要に応じて蓄電手段（バッテリ）を充電することが可能な構成とすれば、例えば待機時において、通信の中継においてソーラー発電による電力を使用したり帰還するのに足りない電力分を補充したりすることも可能となるため、さらにカバー範囲を広げることが可能なものとなる。

また、マルチコプターの本体部を内外液密構造にしながら水面で所定時間以上浮遊可能なものとすれば、待機地点が水上になるような場合でも待機・中継が可能になるとともに、その回収作業も比較的容易なものとなる。さらに、待機する親機や子機の外観を待機地点の状況に溶け込むような配色にしておくことで、他者に持ち去られるリスクを最小限に抑えることもできる。

以上、述べたように、無人で飛行して所定の作業を行うマルチコプターについて、本発明により、一層広い活動範囲をカバー可能としながら複数地点における作業を同時に行えるようになった。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｉ，１００，１０００ マルチコプター、１Ｃａ，１Ｃｂ，１Ｃｄ マルチコプター複合体、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｄ，２３Ａ，２３Ｂ 本体部、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｄ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ アーム、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 電動モータ、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ，６ｈ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ ロータ、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ 収納体

Claims (7)

1. 飛行制御手段を備えた本体部と、該本体部から放射状に延設された複数本のアームと、前記各アームに配置されたモータ駆動のロータとを備え、無人で飛行して所定の作業を遂行するマルチコプターにおいて、その機体の所定位置には１機以上の子機を搭載及び分離するための保持手段を備えており、前記子機を搭載した状態で親機として飛行し、所定の位置で前記子機を分離して別個に飛行させる操作又は／及び設定が可能とされている、ことを特徴とするマルチコプター。
2. 前記子機は、本体部から放射状に延設された複数本のアームに各々ロータを備えたマルチコプターであって、前記各アームが所定方向に折り畳まれた状態で、前記本体部の所定位置にて前記保持手段で保持されて搭載される、ことを特徴とする請求項１に記載したマルチコプター。
3. 前記保持手段は、前記本体部の下面側から垂設または前記本体部を上下に貫通して配置されその内部に前記子機を収納・保持してその下端側から下向きに放出・分離する方式の収納体を有しており、前記収納体内に前記アームを折り畳んだ状態で前記子機が収納され、保持状態を解除することで前記子機が重力で下方に放出されて分離作業が完了する、ことを特徴とする請求項２に記載したマルチコプター。
4. 所定の通信手段により分離した前記子機との間で通信を実行可能とされており、前記子機との間のデータ信号の送受信又は／及び管理者側と前記子機との間の通信の中継を実行可能とされている、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載したマルチコプター。
5. 前記子機は保持手段を有して孫機を搭載可能とされ、前記孫機を搭載した前記子機を搭載して前記親機として飛行可能とされており、前記親機から分離された前記子機が所定の位置で前記孫機を分離して飛行させる操作又は／及び設定が可能とされている、ことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載したマルチコプター。
6. 前記親機又は／及び前記子機の前記本体部の上面又は／及び前記アームの上面には面状の太陽電池が配設されており、飛行中又は／及び待機中に発電するとともにバッテリの充電が行えるものとされている、ことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載したマルチコプター。
7. 請求項１，２，３，４，５又は６に記載したマルチコプターが、前記親機として前記子機又は前記孫機を搭載した前記子機を搭載してなるマルチコプター複合体。

Images