JP6374681B2 - 飛行装置 - Google Patents

Description

本発明は、固着装置を有する飛行装置に関する。

プラントの配管、原子力発電所の外観と内部、被災建物の内部といった、人間が容易に確認できない場所の調査に飛行ロボット（ＭＡＶ）が有効である。
屋内探査には、機体が小型・軽量で、火災などの事故を起こしづらい電動式のＭＡＶが適している。電動式のＭＡＶは搭載できるバッテリの重さに限界があり、１０〜１５分程度の時間しか飛行することができない。定点観測のためにホバリングを行うと、飛行時間がその半分になる。ＭＡＶを屋内探査に用いるには、より長時間の探査が行える必要がある。

ＭＡＶの探査時間が短いのは、揚力を得るためにモータで大きな電力を消費しているのが原因である。搭載している機器の消費電力はモータの消費電力と比べて小さい。したがって、プロペラを回す時間を短くすることで探査時間を延ばすことができる。特に、ホバリングの時間を短くすることで、探査時間を大きく延ばすことができる。
そこで、プロペラを回さずに空中静止して観測するのに適したＭＡＶが、本発明者らにより開発されている。そのＭＡＶは、磁石により鉄骨などの吸着対象に吸着し、吸着装置から伸びるワイヤを巻取り装置により繰り出して、吊り下がることが可能である（例えば、非特許文献１参照）。

No.13-2 Proceedings of the 2013 JSME Conference on Robotics and Mechatronics、 Tsukuba、 Japan、 May 22-25、2013

しかしながら、非特許文献１に記載のＭＡＶは、観測対象を観測後、前後左右方向に離れた他の観測対象を観測するには、磁石を吸着対象から脱着させてから、プロペラを回して他の観測対象の上方まで飛行する必要があった。このため、飛行に電力を消費し、探査時間が短くなるという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、飛行する動力を止めた状態でも前後左右上下方向に移動可能で、それによりエネルギー消費を抑制できる飛行装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る飛行装置は、前後左右上下方向に移動可能な飛行本体と、複数の固着装置とを有し、各固着装置は、固着対象に固着および離脱可能な固着部材と、前記飛行本体を吊り下げるための前記固着部材に先端が取り付けられた紐と、前記飛行本体に設けられて前記紐を巻取り、繰出しおよび固定可能な巻取り装置とを、有することを特徴とする。

本発明に係る飛行装置は、複数の固着装置の固着部材により複数の固着対象に固着し、各固着対象から吊り下がることができる。各巻取り装置により各紐を繰り出したり巻き取ったり固定したりすることで、各紐の長さを変え、各固着対象を結ぶ領域内で移動することができる。複数の観測対象が各固着対象を結ぶ領域の下方に位置するように固着対象を選択すれば、各観測対象の上方の任意の高さの位置まで移動することができる。これにより、飛行本体の飛行する動力を止めてエネルギー消費を抑制し、探査時間を延ばすことができる。固着部材を固着対象から離脱させれば、容易に回収可能である。

本発明において、紐は、細長く、飛行装置を吊下げ可能であって、巻取り、繰出しおよび固定可能であれば、糸、ピアノ線、ロープ、ワイヤ、ケーブル、チェーン、テープ、その他から成ってもよい。巻取り装置による紐の巻取りは、巻取り装置の動力で行っても、バネにより行ってもよい。紐の繰出しは、巻取り装置の動力で行っても、飛行装置の推進力で行っても、飛行装置の自重で行ってもよい。紐の固定は、バネによりテンションがかかるよう弾力的に固定されることが好ましい。固着装置は、２個以上、何個であってもよいが、前後左右上下方向の移動と姿勢制御のために５個有することが好ましい。

本発明に係る飛行装置において、前記固着装置は３個以上から成り、前記固着部材は前記飛行本体にそれぞれ異なる方向に向けて設けられていることが好ましい。この場合、３つ以上の固着対象を結ぶ領域内で、各巻取り装置により各紐を繰り出したり巻き取ったりして前後左右上下方向に移動することができる。固着部材がそれぞれ異なる方向に向けられているため、各固着部材をそれぞれ離れた固着対象に固着させて、観測領域を広く設定するのが容易である。

本発明に係る飛行装置において、前記固着部材は先端部材と筒状の後端部材とを有し、前記先端部材は筒体の後端開口から突出するオルタネイト式の押しボタンの操作により前記筒体の先端開口から永久磁石を進退可能な構成を有し、前記後端部材は内部に前記先端部材の後端側を挿入可能であって前記後端側を挿入したとき前記押しボタンを押付け可能な内底部を有し、前記紐は前記先端部材に先端側が取り付けられ、前記後端部材の内部を通って前記巻取り装置に後端側が巻取り可能に取り付けられていることが好ましい。

この場合、永久磁石が先端部材の筒体の先端開口から後退した状態で、先端部材の押しボタンを後端部材の内底部に押し付ければ、永久磁石を筒体の先端開口から突出させて、永久磁石により鉄骨などの固着対象に吸着することができる。再度、押しボタンを後端部材の内底部に押し付ければ、永久磁石を筒体の先端開口から後退させ、固着対象から離脱することができる。紐は、後端部材の内部で案内されるため、絡まりにくい。

前記固着部材は永久磁石、電磁石、吸盤、粘着パッド、接着剤、静電吸着部材または爪部材から成ることができる。固着部材には、固着対象に固着および離脱可能な種々の手段を採用することができる。

本発明によれば、飛行する動力を止めた状態でも前後左右上下方向に移動可能で、それによりエネルギー消費を抑制できる飛行装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の飛行装置の動作を示す説明図である。 固着装置の構成を示す説明図である。 固着装置の先端部材の動作を示す説明図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態の飛行装置１は、飛行本体２と複数の固着装置３ａ〜３ｅとを有している。飛行本体２は、飛行ロボット（ＭＡＶ）から成る。飛行本体２は、電池駆動で4つの回転翼により離陸・推進可能な電動クアッドロータを有し、リモートコントローラの操作により前後左右上下方向に飛行して移動可能である。

固着装置３ａ〜３ｅは、２個以上、何個でもよいが、以下、５個の例で説明する。図２に示すように、各固着装置３ａ〜３ｅは、固着部材４と、紐５と、巻取り装置６とを有している。固着部材４は、先端部材７と筒状の後端部材８とを有している。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、先端部材７は、コイルバネ７ａで付勢されて筒体１１の後端開口１１ａから突出するオルタネイト式の押しボタン１２の操作により、筒体１１の先端開口１１ｂから永久磁石１３を進退可能な構成を有している。これにより、永久磁石１３は、鉄骨などの固着対象に固着および離脱可能となっている。後端部材８は、内部に先端部材７の後端側を挿入可能であって後端側を挿入したとき押しボタン１２を押付け可能な突出した内底部８ａを有している。固着部材４は、飛行本体２にそれぞれ異なる方向に向けて設けられている。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、固着部材４は、永久磁石１３が先端部材７の筒体１１の先端開口１１ｂから後退した状態で、先端部材７の押しボタン１２を後端部材８の内底部８ａに押し付ければ、永久磁石１３を筒体１１の先端開口１１ｂから突出させて、永久磁石１３により鉄骨などの固着対象に吸着することができる。再度、押しボタン１２を後端部材８の内底部８ａに押し付ければ、永久磁石１３を筒体１１の先端開口１１ｂから後退させ、固着対象から離脱することができる。

紐５は、先端部材７の筒体１１の先端部に二股に分かれた先端側が取り付けられ、後端部材８の内部を通って巻取り装置６に後端側が巻取り可能に取り付けられている。紐５は、例えば、細くて軽く、強度が強いポリエチレン製の糸またはピアノ線から成る。紐５は、後端部材８の内部で案内されるため、絡まりにくくなっている。

巻取り装置６は、後端部材８の後端および飛行本体２に固定されている。巻取り装置６は、電池駆動の電動アクチュエータ６ａにより回転可能なローラ６ｂを有している。ローラ６ｂは、周縁部に紐５の後端側が巻取り可能に取り付けられ、周縁部で紐５を巻き取るようになっている。ローラ６ｂは、リモートコントローラの操作により正逆回転および固定が可能となっている。これにより、巻取り装置６は、紐５を巻取り、繰出しおよび任意の長さで固定可能である。

次に、作用について説明する。
飛行装置１は、５個の固着装置３ａ〜３ｅの固着部材４により、鉄骨製の梁や壁などの複数の固着対象に吸着し、各固着対象から吊り下がることができる。図１に示すように、まず、電動クアッドロータの4つの回転翼を回転させ、飛行して固着対象の壁に近づく（図１（ａ））。次に、壁に近い固着装置３ａの先端部材７を壁に押し付けて後端の押しボタン１２を操作し、先端開口１１ｂから突出した永久磁石１３を壁に吸着させる。ローラ６ｂを回転させて紐５を繰り出しながら、飛行装置１を壁から離す方向に移動させ、前述と同様の操作で、反対側の壁に他の固着装置３ｂの永久磁石１３を吸着させる（図１（ｂ））。

残る固着装置３ｃ〜３ｅの永久磁石１３を他の壁に前述と同様の操作で吸着させた後、各固着装置３ａ〜３ｅのローラ６ｂを回転停止させて紐５の長さを固定し、回転翼を停止させる（図１（ｃ））。５個の固着装置３ａ〜３ｅを協調させて各ローラ６ｂを回転させ、各紐５を繰り出したり巻き取ったりして各紐５の長さを変えれば、電動クアッドロータを停止させた状態でも、５つの固着対象を結ぶ領域内で前後左右上下方向に移動することができる（図１（ｄ））。

飛行装置１は、各固着装置３ａ〜３ｅの固着部材４がそれぞれ異なる方向に向けられているため、固着対象に固着するとき、各固着部材４をそれぞれ離れた固着対象に固着させて、観測領域を広く設定することができる。

飛行装置１は、複数の固着装置３ａ〜３ｅにより固着対象に固着したとき、電動クアッドロータを作動させてもよい。この場合、２本以上の紐５で自重の一部を支えることで、少ない推力でホバリングすることができ、位置・姿勢の制御が容易である。３本以上の紐５で自重の一部を支えた場合、紐５の数と紐５の向き、張り方に応じて制御できる自由度が変わる。紐５で制御できない分の自由度は、少ない推力を発生させることで制御可能である。さらに、７本以上の紐５で支えれば、電動クアッドロータの推力を用いずに風などの外力があっても位置・姿勢を制御可能である。

複数の観測対象が各固着対象を結ぶ領域の下方に位置するように固着対象を選択すれば、各観測対象の上方の任意の高さの位置まで移動することができる。これにより、飛行本体２の飛行する動力を止めてエネルギー消費を抑制し、探査時間を延ばすことができる。飛行装置１は、複数の固着装置３ａ〜３ｅにより複数の固着対象に吸着して各紐５で吊り下がり、巻取り装置６により各紐５の長さを変えることで移動できるため、飛行やホバリングが困難な強風下でも移動が可能である。固着部材４を固着対象から離脱させれば、容易に回収して、飛行装置１を再利用可能である。

固着装置３ａ〜３ｅにより固着対象に固着した後、観測対象を観察するだけでなく、軽量な物体やケーブル類を、運搬することもできる。特に、人間では容易に届かない場所に、繰り返し、物を運搬することが可能になる。

なお、固着部材４が永久磁石１３を用いる例で説明したが、固着部材４は電磁石、吸盤、粘着パッド、接着剤、静電吸着部材、爪部材、その他、固着対象に対して固着および離脱可能な他の手段を用いてもよく、それらの手段を２以上用いてもよい。

１ 飛行装置
２ 飛行本体
３ａ〜３ｅ 固着装置
４固着部材
５ 紐
６ 巻取り装置
７ 先端部材
８ 後端部材
１１ 筒体
１２ 押しボタン
１３ 永久磁石

Claims (4)

1. 前後左右上下方向に移動可能な飛行本体と、複数の固着装置とを有し、
   各固着装置は、固着対象に固着および離脱可能な固着部材と、前記飛行本体を吊り下げるための前記固着部材に先端が取り付けられた紐と、前記飛行本体に設けられて前記紐を巻取り、繰出しおよび固定可能な巻取り装置とを、
   有することを特徴とする飛行装置。
   
2. 前記固着装置は３個以上から成り、前記固着部材は前記飛行本体にそれぞれ異なる方向に向けて設けられていることを、特徴とする請求項１記載の飛行装置。
3. 前記固着部材は先端部材と筒状の後端部材とを有し、前記先端部材は筒体の後端開口から突出するオルタネイト式の押しボタンの操作により前記筒体の先端開口から永久磁石を進退可能な構成を有し、前記後端部材は内部に前記先端部材の後端側を挿入可能であって前記後端側を挿入したとき前記押しボタンを押付け可能な内底部を有し、前記紐は前記先端部材に先端側が取り付けられ、前記後端部材の内部を通って前記巻取り装置に後端側が巻取り可能に取り付けられていることを、特徴とする請求項１または２記載の飛行装置。
4. 前記固着部材は永久磁石、電磁石、吸盤、粘着パッド、接着剤、静電吸着部材または爪部材から成ることを、特徴とする請求項１、２または３記載の飛行装置。