JP2018030431A - 無人飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行時の姿勢の安定性を向上させた無人飛行体を提供する。【解決手段】無人飛行体１０の飛行本体部１１の下側には、飛行時には支持脚１８よりも下側に突出される下部ロッド３０が設けられ、飛行本体部１１が傾く方向へ作用する回転モーメントを打ち消すように飛行本体部１1へモーメントを作用させる。したがって、飛行時における飛行本体部１１の傾きが抑制され、姿勢を安定させることができる。下部ロッド３０は、着陸時には支持脚１８と共に接地する位置に短縮されるように伸縮可能とされている。【選択図】図１

Description

本発明は無人飛行体に関する。

近年、無人飛行体に撮影装置等の機材を搭載して、人間による接近や立ち入りが困難な場所における観測や検査等を行うことが提案されている（特許文献１参照）。無人飛行体を用いることにより、観測対象や検査対象物に容易に接近できるが、風等の影響により、無人飛行体の姿勢が不安定になり、観測や検査等を安定して行うことが難しい。

特開２０１６−８８１２１号公報

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、飛行時の姿勢の安定性を向上させた無人飛行体を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る無人飛行体は、揚力発生部を含む飛行本体部と、前記飛行本体部の下側に設けられ、着陸時に接地する脚と、前記飛行本体部の下側に設けられ、飛行時には前記脚よりも下側に突出され、着陸時には前記脚と共に接地する位置に短縮されるように伸縮可能とされた下部ロッドと、を備えている。

請求項１に係る無人飛行体は、飛行本体部の下側に下部ロッドが設けられている。下部ロッドは、飛行時には着陸時に接地する脚よりも下側に突出されており、飛行本体部が傾く方向へ作用する回転モーメントを打ち消すように飛行本体部へモーメントを作用させる。したがって、飛行時における飛行本体部の傾きが抑制され、姿勢を安定させることができる。また、下部ロッドは、飛行時には着陸時に接地する脚よりも下側に突出されているので、下側に突出されていない場合と比較して、比較的大きなモーメントを発生させることができ、下部ロッドを軽量にすることができる。

また、着陸時には、下部ロッドは、脚と共に接地する位置に短縮されるように伸縮可能とされているので、脚及び下部ロッドが接地し、着陸時に下部ロッドが脚の接地の妨げになることを回避することができる。

請求項２の発明に係る無人飛行体は、前記下部ロッドは、飛行時に自重で伸張し、着陸時に接地部に押されて短縮する、ことを特徴とする。

請求項２に係る無人飛行体の下部ロッドは、飛行時に自重で伸張し、着陸時に接地部に押されて短縮するので、伸縮を電動等により行う場合と比較して、簡易な構成にすることができる。

請求項３の発明に係る無人飛行体は、前記飛行本体部よりも上側へ突出して立設された長尺の立設部材、を更に備えている。

請求項３に係る無人飛行体は、立設部材を有している。立設部材は、飛行本体部よりも上側へ突出して立設され、長尺とされている。

このように、立設部材を設けることにより、観測や検査等の対象物の上側に障害物があって、対象物に上からのアクセスが困難な場合でも、対象物に下側からアクセスすることができる。そして、飛行本体部を対象物の下側に配置したまま、立設部材により対象物の上側へアクセスすることができる。

請求項４に係る無人飛行体は、前記立設部材は中空のロッドである、ことを特徴とする。

このように、立設部材を中空のロッドで形成することにより、立設部材の軽量化を図ることができ、転倒モーメントを小さくすることができる。

請求項５に係る無人飛行体は、前記立設部材と前記下部ロッドとは、互いに前記飛行本体部の重心を挟んだ位置から上下方向に延出されている、ことを特徴とする。

ここで、飛行本体部の重心を挟んだ位置とは、飛行本体部の重心の真上及び真下で挟む場合の他、立設部材と下部ロッドの内の一方が重心に対して偏心している場合には、他方は一方に対して重心を挟んで反対側に偏心していることを意味する。

このように、立設部材と下部ロッドを上下方向に延出させることにより、立設部材の受ける回転モーメントを下部ロッドの相殺モーメントにより、バランスよく打ち消して、無人飛行体の飛行姿勢を安定させることができる。

請求項６に係る無人飛行体は、前記立設部材の上部には、下部向きの撮影を可能な撮影機器が設置されている、ことを特徴とする。

このように、立設部材の上部に撮影機器を設置することにより、立設部材と飛行本体部との間に対象物を配置して、該対象物の上部を撮影することができる。

請求項７に係る無人飛行体は、前記立設部材の上部には、ガスセンサが設置されている、ことを特徴とする。

このように、立設部材の上部にガスセンサを設置することにより、立設部材と飛行本体部との間に対象物を配置して、該対象物の上部からガスセンサをアクセスさせて、ガス漏れ等を検知することができる。

本発明に係る無人飛行体によれば、飛行時の姿勢の安定性を向上させることができる。

本実施形態に係る無人飛行体の概略斜視図である。 本実施形態に係る無人飛行体の着陸時における概略側面図である。 本実施形態に係る無人飛行体の飛行時における概略側面図である。 本実施形態に係る無人飛行体にモーメントが作用した状態を説明する図である。 本実施形態に係る無人飛行体が対象物の上側にアクセスした状態を示す概略斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１には、本実施形態に係る無人飛行体１０の概略構成が示されている。本実施形態に係る無人飛行体１０は、主要な構成として、ベース部１２、枠部１４、揚力発生部１６、支持脚１８、上部ロッド２０、及び、下部ロッド３０を備えている。

ベース部１２は、円板状とされ、不図示の通信アンテナや制御装置が搭載されている。ベース部１２の重心Ｇは、円の中心部に設定されており、後述する飛行本体部１１の重心と一致している。

揚力発生部１６は、ベース部１２から径方向外側に突出する４本のアーム部１６Ａ、アーム部１６Ａに設置されたプロペラ部１６Ｂ、及び、プロペラ部１６Ｂを作動させるモータが収納されたモータ部１６Ｃ、を有している。アーム部１６Ａは中空の棒で構成されており、アーム部１６Ａの内側に制御用の配線等が収納されている。アーム部１６Ａの先端は、枠部１４の角部に取り付けられている。

枠部１４は、ベース部１２及び揚力発生部１６を囲むように配置され、平面視で、４つのプロペラ部１６Ｂに対応する部分を角部とする正方形状とされている。枠部１４の側面及び上面には、保護網１５が設置されている。保護網１５により、上方及び側方からの異物が、ベース部１２及び揚力発生部１６へ侵入することを防止している。本実施形態では、ベース部１２、揚力発生部１６、及び枠部１４を含んで飛行本体部１１が構成されている。本実施形態の飛行本体部１１は、枠部１４の内側に配置されている部材、及び枠部１４で構成されている。なお、本実施形態では、枠部１４を飛行本体部１１に含めているが、枠部１４を飛行本体部１１に含めなくてもよい。

支持脚１８は、枠部１４に固定されており、枠部１４よりも下側に突出している。支持脚１８は、着陸時に無人飛行体１０を接地面Ｕ上に支持する(図２参照）。

上部ロッド２０は、中空の棒状とされ、図２に示されるように、ベース部１２の重心Ｇから距離Ｇ１だけ径方向外側へオフセットした位置で上側へ突出するように立設されている。上部ロッド２０の上端には、機材である撮影機器としてのカメラ２２が設置されている。カメラ２２は、下向きの撮影ができるようになっている。なお、カメラ２２の光軸Ｌの向きは、カメラ２２のレンズの光軸Ｌが斜め下向きになるように設置され、カメラ２２により、飛行本体部１１の上面の少なくとも一部が撮影できる向きであることが好ましい。飛行本体部１１の上方で、上部ロッド２０の上端よりも下側には、上部ロッド２０との間に、対象物（調査、検査、観察等の対象物）を配置可能な空間ＳＰが形成されている。上部ロッド２０の飛行本体部１１からの突出長さＤ１（本実施形態では、保護網１５の上面から上部ロッド２０の上端までの長さ）は、飛行本体部１１の上面から支持脚１８の下端までの長さＤ２（本実施形態では、保護網１５の上面から支持脚１８の下端までの長さ）よりも長く設定されている。

下部ロッド３０は、重心Ｇを挟んで、上部ロッド２０と水平方向において反対側に径方向外側へＧ１と等距離のＧ２オフセットした位置で下側へ突出されている。即ち、上部ロッド２０と下部ロッド３０は、重心Ｇを挟んだ対象位置から上下方向に各々延出されている。下部ロッド３０は、図３に示されるように、下から順に、第１ロッド部３２、第２ロッド部３４、第３ロッド部３６、及び第４ロッド部３８の４本のロッドで構成されている。第１ロッド部３２、第２ロッド部３４、第３ロッド部３６、及び第４ロッド部３８は、中空の棒状とされ、第１ロッド部３２の外径及び内径が最も小さく、上方のロッドの外径及び内径が順次大きくなっている。そして、第４ロッド部３８の内部に第３ロッド部３６が収納可能とされ、第３ロッド部３６の内部に第２ロッド部３４が収納可能とされ、第２ロッド部３４の内部に第１ロッド部３２が収納可能とされている。

第１ロッド部３２の下端には、接地面上に接地する接地部３１が形成されている。接地部３１は、第１ロッド部３２の外径よりも大径とされている。図３に示されるように、第１ロッド部３２の上端には、外径が第１ロッド部３２の外周から径方向外側に突出した大径部３２Ａが形成されている。第２ロッド部３４の下端には、大径部３２Ａの外径よりも小径、且つ第１ロッド部３２の外径よりも大径の内径を有するリング３４Ｂが固定されている。リング３４Ｂは、第２ロッド部３４内に挿入された第１ロッド部３２の大径部３２Ａに当たり、第１ロッド部３２の第２ロッド部３４からの抜け出しを阻止している。

同様に、第２ロッド部３４、第３ロッド部３６の上端には、外径が外周から径方向外側に突出した大径部３４Ａ、３６Ａ、が形成されている。また、第３ロッド部３６、第４ロッド部３８の下端には、第２ロッド部３４、第３ロッド部３６の抜けだしを各々阻止するように大径部３４Ａ、３６Ａの外径よりも小径の内径を有するリング３６Ｂ、３８Ｂが固定されている。

図２及び図３に示されるように、第１ロッド部３２は、第２ロッド部３４内に収納された収納位置Ｐ１と、第１ロッド部３２の大径部３２Ａが第２ロッド部３４のリング３４Ｂに当接し第１ロッド部３２が第２ロッド部３４から外へ出た伸長位置Ｐ２と、の間を移動可能とされている。同様に、第２ロッド部３４は、第３ロッド部３６内に収納された収納位置Ｑ１と、第２ロッド部３４の大径部３４が第３ロッド部３６のリング３６Ｂに当接し第２ロッド部３４が第３ロッド部３６から外へ出た伸長位置Ｑ２と、の間を移動可能とされている。また、第３ロッド部３６は、第４ロッド部３８内に収納された収納位置Ｒ１と、第３ロッド部３６の大径部３６が第４ロッド部３８のリング３８Ｂに当接し第３ロッド部３６が第４ロッド部３８から外へ出た伸長位置Ｒ２と、の間を移動可能とされている。

第１ロッド部３２、第２ロッド部３４、及び第３ロッド部３６は、離陸時に自重により、収納位置Ｐ１、Ｑ１、Ｒ１から伸長位置Ｐ２、Ｑ２、Ｒ２へ移動する。したがって、無人飛行体１０の飛行中には、第１ロッド部３２、第２ロッド部３４、及び第３ロッド部３６は、伸長位置Ｐ２、Ｑ２、Ｒ２に配置される。以下、この状態における下部ロッド３０の状態を「伸張状態３０Ａ」と称する。伸張状態３０Ａの時に、下部ロッド３０の全長はＬ１となる。

無人飛行体１０が着陸すると、第１ロッド部３２、第２ロッド部３４、及び第３ロッド部３６は、着陸面に押されて短縮し、短縮状態３０Ｂとなる（図２参照）。無人飛行体１０が平坦な地面に着陸すると、下部ロッド３０は、収納位置Ｐ１、Ｑ１、Ｒ１に配置される。下部ロッド３０の全長はＬ２となる。全長がＬ１のとき、下部ロッド３０は、支持脚１８よりも下側に突出されている。全長Ｌ１のときにおける、飛行本体部１１からの下部ロッド３０の突出長さをＣ１とする。

なお、無人飛行体１０が平坦でない凹凸を有する地面に着陸した場合には、短縮状態３０Ｂにおける下部ロッド３０の全長はＬ２よりも長い場合もあり、短い場合もある。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態では、橋梁床版Ｂの下に沿って架け渡されているガス管５０の調査を例に説明する。図３に示されるように、ガス管５０は、橋梁床版Ｂの下に支持部材５２により吊り下げられ、橋梁床版Ｂの下に沿って架け渡されている。

無人飛行体１０は、着陸状態では、図２に示されるように、支持脚１８及び下部ロッド３０の接地部３１が接地して、飛行本体部１１を支持している。このとき、下部ロッド３０は、短縮状態３０Ｂとなっている。

無人飛行体１０は、離陸すると、図３に示されるように、下部ロッド３０が伸張状態３０Ａとなる。上部ロッド２０の飛行本体部１１からの突出長さＤ１は、飛行本体部１１の上面から支持脚１８の下端までの長さＤ２よりも長く、転倒モーメントの影響を受けやすい。しかし、図４に示すように、上部ロッド２０に対して転倒モーメントＭ１が作用しても、伸張状態３０Ａとなった下部ロッド３０に転倒モーメントＭ１を相殺する相殺モーメントＭ２が作用する。したがって、無人飛行体１０の傾きが抑制され、飛行姿勢を安定させることができる。

無人飛行体１０を離陸させた後、ガス管５０に対して、無人飛行体１０を下側からアクセスさせる。そして、図３及び図５に示されるように、上部ロッド２０の先端に取り付けたカメラ２２を、鉛直方向ではガス管５０よりも上に配置し、水平方向ではガス管５０が飛行本体部１１と重なり合う位置に配置する。即ち、ガス管５０を空間ＳＰに配置する。この状態で、ガス管５０の上表面の画像をカメラ２２で取り込み、ガス管５０の上側の状態の調査や検査をすることができる。

本実施形態の無人飛行体１０は、下部ロッド３０を有しているので、前述のように上部ロッド２０の転倒モーメントＭ１を相殺する相殺モーメントＭ２を発生させることにより、無人飛行体１０の飛行姿勢を安定させることができる。また、下部ロッド３０は、伸縮可能とされており、飛行時には伸張状態３０Ａとなる。したがって、伸張しない同じ重さの部材を飛行本体部１１に設けた場合と比較して、大きなモーメントを発生させ。したがって、同じ大きさの相殺モーメントを発生させるための下部ロッド３０を軽量にすることができる。また、下部ロッド３０は、自重で伸張されるので、簡易な構造で飛行中の伸張状態３０Ａを実現することができる。

さらに、下部ロッド３０は、着陸時には、支持脚１８と共に接地するように短縮するので、着陸時に下部ロッド３０が支持脚１８の接地の妨げになることを回避することができる。なお、本実施形態では、支持脚１８を設けたが、支持脚１８を設けず、着陸時に支持脚１８に代えて枠部１４を接地させてもよい。この場合には、枠部１４が本発明の脚となり、ベース部１２、揚力発生部１６が本発明の飛行本体部を構成する。

なお、本実施形態では、下部ロッド３０について、自重により伸張させたり、接地面に押されて短縮させたりしたが、電動で伸縮させてもよい。本実施形態のように非電動とすることにより、電動で伸縮させる場合と比較して、電気の消費を抑えることができる。また、下部ロッド３０の非電動の伸縮機構については、本実施形態で説明したものに限定されず、他の伸縮機構を採用することもできる。

また、本実施形態の無人飛行体１０は、飛行本体部１１から上に立設する上部ロッド２０を備えているので、観測や検査等の対象物（本実施形態ではガス管５０）の上側に障害物（本実施形態では橋梁床版Ｂ）があって上からのアクセスが困難な場合でも、対象物の下側からアクセスして、飛行本体部１１を対象物の下側に配置したまま、上部ロッド２０により対象物の上側へアクセスすることができる。また、当該上部ロッド２０は、中空のロッドなので、軽量化を図ることができる。

また、上部ロッド２０と下部ロッド３０は、飛行本体部１１の重心Ｇを挟んで対象位置から上下方向に延出されているので、上部ロッド２０の受ける回転モーメントＭ１を、下部ロッド３０の相殺モーメントＭ２により、バランスよく打ち消して、無人飛行体１０の飛行姿勢を安定させることができる。なお、本実施形態では、重心Ｇからの上部ロッド２０と下部ロッド３０の距離Ｇ１、Ｇ２を等距離としたが、必ずしも距離Ｇ１、Ｇ２は等距離である必要はない。重心Ｇを挟んで反対側に配置されていることにより、上部ロッド２０の受ける回転モーメントＭ１を、下部ロッド３０の相殺モーメントＭ２によりバランス良く打ち消すことができる。

また、本実施形態の下部ロッド３０の先端の接地部３１に、重りを取り付けて、相殺モーメントを大きくすることもできる。

また、本実施形態の下部ロッド３０の飛行本体部１１からの突出長さＣ１は、飛行安定性を考慮して、上部ロッド２０の飛行本体部１１からの突出長さＤ１以上であることが好ましい。

なお、本実施形態では、上部ロッド２０の上端にカメラ２２を設置して、対象物を撮影したが、他の機器、例えば、ガスセンサや超音波センサを、カメラ２２に代えて、またはカメラ２２と共に設置してもよい。

また、本実施形態では、上部ロッド２０を備えた例について説明したが、上部ロッド２０は備えていなくてもよい。この場合でも、下部ロッド３０により、転倒モーメントが発生した場合に相殺モーメントを発生させることにより、無人飛行体１０の飛行姿勢を安定させることができる。

１０ 無人飛行体
１１ 飛行本体部
１６ 揚力発生部
１８ 支持脚（脚）
２０ 上部ロッド（立設部材）
２２ カメラ（撮影機器）
３０ 下部ロッド
Ｇ 重心

Claims (7)

1. 揚力発生部を含む飛行本体部と、
   前記飛行本体部の下側に設けられ、着陸時に接地する脚と、
   前記飛行本体部の下側に設けられ、飛行時には前記脚よりも下側に突出され、着陸時には前記脚と共に接地する位置に短縮されるように伸縮可能とされた下部ロッドと、
   を備えた、無人飛行体。
2. 前記下部ロッドは、飛行時に自重で伸張し、着陸時に接地部に押されて短縮する、ことを特徴とする請求項１に記載の無人飛行体。
3. 前記飛行本体部よりも上側へ突出して立設された長尺の立設部材、を更に備えた、請求項１または請求項２に記載の無人飛行体。
4. 前記立設部材は中空のロッドである、ことを特徴とする請求項３に記載の無人飛行体。
5. 前記立設部材と前記下部ロッドとは、互いに前記飛行本体部の重心を挟んだ位置から上下方向に延出されている、ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の無人飛行体。
6. 前記立設部材の上部には、下向きの撮影を可能な撮影機器が設置されている、ことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の無人飛行体。
7. 前記立設部材の上部には、ガスセンサが設置されている、ことを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の無人飛行体。
   

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