JP6696653B2 - Unmanned aerial vehicle - Google Patents
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Description
本発明は無人航空機技術に関する。 The present invention relates to unmanned aerial vehicle technology.
従来、産業用無人ヘリコプターに代表される小型の無人航空機は、機体が高価で入手困難なうえ、安定して飛行させるためには操作に熟練が必要とされるものであった。しかし近年、無人航空機の姿勢制御や自律飛行に用いられるセンサ類およびソフトウェアの改良が大きく進み、これにより無人航空機の操作性が著しく向上するとともに、高性能な機体を安価に入手できるようになった。こうした背景から現在、特に小型のマルチコプターについては、趣味目的だけでなく、広範な産業分野における種々のミッションへの応用が試行されている。 Conventionally, a small unmanned aerial vehicle represented by an industrial unmanned helicopter is expensive and difficult to obtain, and requires skill to operate in order to stably fly. However, in recent years, there have been major improvements in the sensors and software used for attitude control and autonomous flight of unmanned aerial vehicles, which has significantly improved the operability of unmanned aerial vehicles and made it possible to obtain high-performance aircraft at low cost. .. From such a background, application of not only small multicopters but also various missions in a wide range of industrial fields is being tried, not only for hobby purposes.
下記特許文献1および2には、ロータの全長を覆うことでロータガードとして作用するアームやフレームを備えるマルチコプターが開示されている。
The following
一般的なマルチコプターでは、複数のアームが機体の中心から放射状に延び、それらアームの先端にロータが配置される構造が多く採用されている。これらアームやロータは機体の水平寸法の大半を占めており、運搬時および保管時のスペース効率を下げる要因となっている。特に、多数のロータを同一水平面上に並べる構成では、プロペラ同士が接触しないようにアームを長くとる必要があり、機体の水平寸法が大きくなりやすい。その他、アームに装着されるロータガードもマルチコプターのスペース効率を下げる要因となる。特に、上記特許文献1および2のマルチコプターのようにアームやフレームでロータの全長を覆う場合、機体の水平寸法が著しく増大し、スペース効率の問題がより深刻なものとなる。一方、マルチコプターを運搬・保管する都度アームやロータガードを取り外したり機体を分解したりすることは煩雑であり、飛行時の組立てミスを招くおそれもある。
In a general multi-copter, a structure in which a plurality of arms extend radially from the center of the body and a rotor is arranged at the tips of the arms is often adopted. These arms and rotors occupy most of the horizontal dimension of the airframe, which is a factor that reduces space efficiency during transportation and storage. In particular, in a configuration in which a large number of rotors are arranged on the same horizontal plane, it is necessary to lengthen the arm so that the propellers do not come into contact with each other, and the horizontal size of the machine body tends to increase. In addition, the rotor guard attached to the arm also reduces the space efficiency of the multicopter. In particular, when the entire length of the rotor is covered with an arm or a frame like the multicopters of
上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、スペース効率および可搬性のよい無人航空機を提供することにある。 In view of the above problems, the problem to be solved by the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle with good space efficiency and portability.
上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、水平回転翼を有するロータと、前記ロータを支持するアームと、を備え、前記アームの先端部は、上下に並べて配置された同方向に延びる2本の棒体により構成され、前記各棒体は、それぞれ別の前記ロータを支持しており、前記各棒体が支持する前記ロータは、互いの回転面が向き合うように配置され、前記2本の棒体の一方にはロータガードの一端が、他方には該ロータガードの他端が接続され、前記ロータガードは、前記水平回転翼を上下方向に囲むように配置されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an unmanned aerial vehicle of the present invention includes a rotor having horizontal rotors, and an arm that supports the rotor, and a tip portion of the arm extends in the same direction arranged vertically. The rotor is composed of two rods, each rod supports another rotor, and the rotors supported by the rods are arranged so that their rotation surfaces face each other. One end of a rotor guard is connected to one of the rods of the book, and the other end of the rotor guard is connected to the other, and the rotor guard is arranged so as to surround the horizontal rotor in the up-down direction. To do.
例えばオクタコプターのように多数のロータを備える無人航空機では、機体の水平寸法を小さくするために、ロータを二重反転プロペラにしてアームの本数を減らすことがある。しかし、1本のアームの上下面にロータを配置する場合、これらロータの距離が近くなることでロータ1基あたりの推力効率が下がるという課題がある。本発明では、上下に配置されたロータが別々の棒体に配置されることで、1本のアームの上下面にロータを配置する構成よりもロータの距離を離して配置することができる。また、本発明の無人航空機のロータと同数のロータが同一水平面上に配置される構成に比べ、機体を平面視したときのアームの本数を半分に抑えることができる。これにより、ロータの推力効率の低下を軽減しつつ、機体の水平寸法を縮小することが可能となる。 In an unmanned aerial vehicle having a large number of rotors such as an octacopter, a rotor may be a counter-rotating propeller to reduce the number of arms in order to reduce the horizontal size of the airframe. However, when arranging the rotors on the upper and lower surfaces of one arm, there is a problem that the thrust efficiency per rotor is reduced due to the close distance between these rotors. According to the present invention, the rotors arranged above and below are arranged on separate rods, so that the rotors can be arranged at a distance larger than that of the structure in which the rotors are arranged on the upper and lower surfaces of one arm. Further, the number of arms when the aircraft is viewed in plan can be reduced to half compared to the configuration in which the same number of rotors as the rotors of the unmanned aerial vehicle of the present invention are arranged on the same horizontal plane. As a result, it is possible to reduce the horizontal size of the airframe while reducing the decrease in thrust efficiency of the rotor.
そして、アームの先端部が2本の棒体で構成されることにより、これら2本の棒体の内側の面(2本の棒体の互いに向き合う側の面)にロータを配置すること、つまり、各棒体に支持されるロータをその回転面が互いに向き合うにように配置することができる。これにより、2本の棒体の外側の面には他の部材や装置を配置可能なスペースが生まれる。さらに、これら棒体にロータガードの端部を接続することで、両ロータの水平回転翼を一のロータガードで上下方向に囲むことができる。 Since the tip of the arm is composed of two rods, the rotor is arranged on the inner surfaces of these two rods (the surfaces of the two rods facing each other). The rotors supported by the rods can be arranged so that their rotation surfaces face each other. This creates a space on the outer surface of the two rods where other members or devices can be placed. Furthermore, by connecting the end portions of the rotor guards to these rods, the horizontal rotor blades of both rotors can be vertically surrounded by one rotor guard.
また、前記ロータガードは、前記アームとの接続部を中心として水平方向に旋回可能であることが好ましい。 Further, it is preferable that the rotor guard is capable of turning in a horizontal direction around a connecting portion with the arm.
ロータガードを水平方向に旋回させ、アーム(2本の棒体)の側面に沿うようにロータガードを折り畳むことにより、ロータガードを取り外すことなく機体の水平寸法を縮小することができる。 By rotating the rotor guard in the horizontal direction and folding the rotor guard along the side surfaces of the arm (two rods), the horizontal dimension of the machine body can be reduced without removing the rotor guard.
このとき、前記ロータガードは細長い線状の枠体であることが好ましく、また、前記アームには複数の前記ロータガードが取り付けられることが好ましい。 At this time, it is preferable that the rotor guard is an elongated linear frame body, and a plurality of rotor guards are attached to the arm.
ロータガードを細長い線状の枠体とすることでロータガードを軽量化することができる。そして各アームにこれを複数備えることで、無人航空機の使用環境に応じてロータガードの安全性能を調節することが可能となる。例えば、プロペラの保護のみを目的とする場合には、周辺物の主な形状に対して最も効率的な数のロータガードを設ければよく、不測の事態における通行人等の安全の確保するためにはロータガードの死角を減らすように適宜その数を増やせばよい。 The rotor guard can be reduced in weight by forming the rotor guard into an elongated linear frame body. By providing each arm with a plurality of arms, the safety performance of the rotor guard can be adjusted according to the operating environment of the unmanned aerial vehicle. For example, if the purpose is only to protect the propeller, it is sufficient to provide the most efficient number of rotor guards for the main shape of the surrounding objects, in order to ensure the safety of passersby in the event of an unexpected situation. In order to reduce the blind spot of the rotor guard, the number may be increased appropriately.
また、前記アームは、その基端部または中ほどから、水平方向に旋回可能であることが好ましい。 Further, it is preferable that the arm can be horizontally swung from the base end portion or the middle thereof.
アームが水平方向に折り曲げ可能であることにより、アームを都度取り外すことなく無人航空機をコンパクトに運搬・保管することが可能となる。特に、ロータガードも折り畳み可能であれば、ロータガードを取り外す手間も省くことができる。特に、ロータが互いの回転面を向き合わせて配置されているときには、アーム折り畳み後の機体の垂直寸法も小さく抑えることができる。 Since the arm can be bent in the horizontal direction, it becomes possible to carry and store the unmanned aerial vehicle compactly without removing the arm each time. In particular, if the rotor guard is also foldable, the labor of removing the rotor guard can be saved. In particular, when the rotors are arranged such that their surfaces of rotation face each other, the vertical dimension of the machine body after folding the arms can also be kept small.
このとき、前記水平回転翼は、ブレードを時計回りまたは反時計回りに折り曲げて保管可能な折り畳み式プロペラであることが好ましい。 At this time, the horizontal rotor is preferably a foldable propeller that can be stored by bending the blade clockwise or counterclockwise.
また、本発明の無人航空機は、複数の前記アームを備え、前記各アームの基端部およびその近傍部は1本の棒体として構成され、前記複数のアームは、これらアームをすべて同じ方向に水平旋回させて折り畳んだときに、前記各アームの前記2本の棒体の間に、隣接する他の前記アームの基端部またはその近傍部が収まる位置関係にあることが好ましい。 Further, the unmanned aerial vehicle of the present invention is provided with a plurality of the arms, the base end portion of each of the arms and the vicinity thereof are configured as one rod body, and the plurality of arms are arranged in the same direction. It is preferable that, when the arms are horizontally swiveled and folded, the two rods of each of the arms have a positional relationship in which a base end portion of another adjacent arm or a portion in the vicinity thereof can be accommodated.
アームの基端部を1本の棒体で構成し、すべてのアームを折り畳んだときに、隣接する一方のアームの基端部が他方のアームの2本の棒体の間に収まるように各アームを配置することにより、機体をよりコンパクトに折り畳むことが可能となる。 The base end of the arm is composed of one rod, and when all the arms are folded, each of the bases of one adjacent arm fits between the two rods of the other arm. By arranging the arms, it becomes possible to fold the body more compactly.
以上のように、本発明の無人航空機によれば、機体のスペース効率および可搬性を高めることが可能となる。 As described above, according to the unmanned aerial vehicle of the present invention, it is possible to improve space efficiency and portability of the airframe.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下に示す実施形態は、複数のロータを備える無人航空機であるマルチコプター10についての例である。なお、以下の説明における「上」および「下」、「垂直」とは、図1および図2に描かれた座標軸表示のZ軸に平行な方向であって、Z1側を上とする。また、「水平(方向)」とは同座標軸表示におけるX−Y平面(方向)をいう。マルチコプター10について「周方向」とは、マルチコプター10を平面視したときの時計回りまたは反時計回り方向をいう。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiment described below is an example of the
[機体概要]
図1および図2は、本実施形態(以下、「本例」ともいう。)にかかるマルチコプター10の外観を示す斜視図である。図1は、マルチコプター10の飛行時の状態を示す図である。図2は、マルチコプター10の運搬時および保管時の状態を示す図である。
[Airframe overview]
1 and 2 are perspective views showing the appearance of a multi-copter 10 according to this embodiment (hereinafter, also referred to as "this example"). FIG. 1 is a diagram showing a state of the
マルチコプター10は、水平回転翼であるプロペラ42を有するロータR、およびロータRを支持するアーム70を備えている。各アーム70の基端部(根元)は、シェルカバー19に覆われた図示しない骨格部であるセンターフレームに固定されている。本例ではセンターフレームに4本のアーム70が接続されており、これらアーム70は、マルチコプター10の周方向に沿って等間隔に配置され、機体の中心から放射状に延びている。
The
各アーム70の先端部は上下に並べて配置された同方向に延びる2本の棒体72,73により構成されている。2本の棒体72,73はそれぞれ別のロータRを支持しており、これらロータRは互いの回転面が向き合うように配置されている。
The tip of each
棒体72,73の先端には、細長い線状の枠体であるロータガード78が2本設けられている。ロータガード78は、その一端が上側の棒体72の先端に、他端が下側の棒体73の先端に接続されており、プロペラ42を上下方向に囲むように展開される。
Two
本例のセンターフレームには、アーム70の他、2台のバッテリー60と、レーザスキャナ90が固定されている。また、シェルカバー19の内側にはマルチコプター10の制御装置やセンサ部品等が収容されている。なお、本例のマルチコプター10は測量用の機体例であるためレーザスキャナ90が搭載されているが、本発明の無人航空機の用途は特に制限されない。つまりレーザスキャナ90は省略してもよい。
In addition to the
図2に示されるように、本例のマルチコプター10は、アーム70、ロータガード78、およびプロペラ42の全てが折り畳み可能であり、マルチコプター10の運搬時・保管時には、これらを取り外すことなく機体の水平寸法を縮小することが可能とされている。
As shown in FIG. 2, in the
[アームの構成]
以下、図3から図5を参照してアーム70の構造について説明する。図3(a)は展開されたアーム70の側面図である。図3(b)は折り畳まれたアーム70の側面図である。図4は、図3(a)および図3(b)に示されるアーム70の平面図である。図5は、図3(a)の側面視断面図である。なお、以下の説明では、マルチコプター10が有する4本のアーム70のうちの1本を例にその構造を述べるが、後述するセンサハウジング749に保持されるセンサの種類を除き、他のアーム70についてもその基本的な構造は同一である。また、以下の説明において、「基端側」とは図3から図5に描かれた矢印に平行な方向のうち矢示b側をいい、「基端部」とは基端側の端部をいう。同様に、「先端側」とは矢示t側をいい、「先端部」とは先端側の端部をいう。
[Arms configuration]
Hereinafter, the structure of the
(構成概要)
本例のアーム70は、基幹部70a、関節部70b、およびフォーク部70cを有している。基幹部70aとは、アーム70の基端部を含む1本の棒体71により構成される部分である。フォーク部70cとは、アーム70の先端側に配置された2本の棒体72,73、および、これら棒体72,73と棒体71とを連結する連結部材74を含む部分である。関節部70bとは、基幹部70aとフォーク部70cとの接続部であり、フォーク部70cを水平方向に折り曲げ可能とするジョイント部である。なお、これら基幹部70a、関節部70b、およびフォーク部70cは便宜上の括りであり、その境界を厳密に切り分ける必要はない。基幹部70aはセンターフレームに固定された部分、フォーク部70cは二股に分岐した部分、関節部70bはこれらのジョイント部、程度の意味である。
(Structure overview)
The
(基幹部および関節部)
基幹部70aを構成する棒体71は、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)製の円筒パイプ材である。棒体71は、その基端部が上述のセンターフレームに移動不能に固定されており、その先端部はアダプタ部材741を介して連結部材74に接続されている。本例ではこのアダプタ部材741と、後述する基幹側接続部74aとが関節部70bを構成している。
(Basic and joint parts)
The
(フォーク部)
上でも述べたように、本例のフォーク部70cは、アーム70の先端部を構成する2本の棒体72,73と連結部材74とを有している。
(Fork part)
As described above, the
フォーク部70cの一部である連結部材74は、CFRP製の平板材と樹脂製の板状部材とを組み立てて形成された継手部である。
The connecting
連結部材74は、基幹側接続部74aと分岐側接続部74bとを有している。基幹側接続部74aは棒体71が接続される部分であり、板面を上下に向けたCFRP製の2枚の平板材が上下に平行に並べられることで構成されている。分岐側接続部74bは棒体72,73が接続される部分であり、基端側から先端側に向かって上下に二股に分岐し、側面視略U字型に形成されている。分岐側接続部74bの側面にはCFRP製の平板材が使用され、分岐側接続部74bの上下面には樹脂製の板状部材が使用されている。分岐側接続部74bの先端には、棒体72,73が接続されるアダプタ部材742,743(図5参照)が固定されている。
The connecting
分岐側接続部74bの側面には、分岐側接続部74bから下方に延びる脚部であるランディングギア79が結合されている。ランディングギア79は、CFRP製の平板材を角管形状に組み立てることで形成されている。ランディングギア79の下端には、ランディングギア79の他の部位よりも下方に張り出すことで地面や床面との衝突を緩和し、ランディングギア79の欠けや割れを防止する、ゴム製の当りブロック791が設けられている。
A
フォーク部70cの一部である2本の棒体72,73は、上下に並べて配置された同方向に延びる棒体であり、主にCRFP製の円筒パイプ材により構成されている。各棒体72,73のパイプ材の先端には、クランプ761でパイプ材に結合された樹脂製の平板部材であるモータマウント76が取り付けられている。モータマウント76にはロータRがねじ固定されている。フォーク部70cの棒体72,73はそれぞれ別のロータRを支持しており、これらロータRは、互いの回転面が向き合うように配置されている。
The two
本例のマルチコプター10では、上下に配置されたロータRが別々の棒体72,73に支持されているため、例えば1本のアームの上下面にロータを配置する構成よりも、これらロータRの距離を離して配置することができる。また、マルチコプター10のロータRと同数のロータが同一水平面上に配置される構成に比べ、機体を平面視したときのアームの本数が半分に抑えられている。これにより、ロータRの1基あたりの推力効率の低下を軽減しつつ、マルチコプター10の水平寸法を縮小することが可能とされている。
In the
なお、上述の効果は、棒体72,73が支持する両方のロータRの回転面を上に向けた場合でも得ることができる。一方、本例ではこれらロータRが2本の棒体72,73の内側の面(2本の棒体72,73の互いに向き合う側の面)に支持され、その回転面が互いに向き合うように配置されていることで、アーム70を折り畳んだときに機体の垂直寸法を小さく抑えることが可能とされている。
The above-mentioned effect can be obtained even when the rotation surfaces of both rotors R supported by the
また本例のマルチコプター10では、アーム70がすべて折り畳まれたときに、互いに隣接する一方のアーム70の基幹部70aおよび関節部70b(基幹側接続部74a)が、他方のアーム70のフォーク部70cの間に配置される(図2参照)
In addition, in the
アーム70の基端側の部分を1本の棒体(基幹部70a,基幹側接続部74a)として構成し、隣接するアーム70のフォーク部70cを構成する2本の棒体との上下方向における位置を異ならせることにより、折り畳まれたアーム70同士の干渉が防止され、機体をよりコンパクトに折り畳むことが可能とされている。
The base end side portion of the
また、図5に示されるように、連結部材74の分岐側接続部74bの内部には、ロータRが有するブラシレスモータ41(以下、単に「モータ41」という。)の駆動回路であるESC411(Electric Speed Controller)が収容されている。ESC411が生じさせる高周波ノイズは他のセンサ部品の検出精度に影響を及ぼすことがある。本例のように連結部材74の中にESC411が配置されることで、センターフレームに搭載されたセンサ部品から離れた位置にESC411を配置することができ、ESC411のノイズによる影響が軽減されている。
Further, as shown in FIG. 5, the ESC 411 (Electric), which is a drive circuit of the brushless motor 41 (hereinafter, simply referred to as “
また、分岐側接続部74bの下面を構成する板状部材には、オプティカルフローセンサ33を保持するセンサハウジング749が一体成形されている。本例のマルチコプター10では、機体の周方向において互いに点対称となる位置にある一対のアーム70は、そのセンサハウジング749にオプティカルフローセンサ33が、他の一対のアーム70のセンサハウジング749にはレーザ測距センサ35が保持されている。なお、センサハウジング749に収容するセンサの種類は任意であり特に制限されない。本例の分岐側接続部74bの上下面は樹脂製の板状部材であり形状の自由度が高い。分岐側接続部74bの上下面における任意の位置にセンサハウジングを設け、そこに任意のセンサを配置することにより、センサの取付け位置の自由度が高められるとともに、センサを用いた機能拡張の可能性が広げられる。さらには、分岐側接続部74bの上下面に設けられるものはセンサハウジングには限られず、例えばパラシュート装置の接続部等であってもよい。
Further, a
このことは、樹脂部材であるモータマウント76についても同様である。モータマウント76の上下面のうち、ロータRを支持する側の反対側の面には任意の用途を持たせることが可能である。
The same applies to the
なお、本例のマルチコプター10は、アーム70に連結部材74を使用することで連結部材74に付随する追加的な性能を得ているが、連結部材74は本発明の無人航空機の必須の要素ではなく、例えば2本の棒体72,73の基端部がセンターフレームに直接固定される構成とすることもできる。
It should be noted that the
(ロータガード)
ロータガード78は、CFRP製の小径のパイプ材を継ぎ合わせて形成された枠体である。棒体72,73の先端には、ロータガード78を支持するハブ部789が設けられている。ロータガード78は、その一端が上側の棒体72に、他端が下側の棒体73に接続されており、棒体72,73のロータR(プロペラ42)を上下方向に囲むように展開される。
(Rotor guard)
The
本例のマルチコプター10では、アーム70の先端部が2本の棒体72,73で構成されており、これら2本の棒体72,73の内側の面(2本の棒体72,73の互いに向き合う側の面)にそれぞれロータRが配置されている。これに加え、ロータガード78の端部がこれら棒体72,73に接続されることにより、両ロータRのプロペラ42を一のロータガード78で上下方向に囲むことが可能とされている。
In the
また、各ロータガード78はハブ部789を中心として水平方向に旋回可能である。マルチコプター10を運搬・保管するときには、フォーク部70cの側面に平行に沿うようにロータガード78を折り畳むことで、ロータガード78をコンパクトに収納することができる。
Further, each
各アーム70はそれぞれ2本のロータガード78を有している。これらロータガード78は、フォーク部70cの側面に平行に折り畳まれたときの配置角度を0°としたときに、135°まで展開することができる。ロータガード78を135°に展開したときには、ロータガード78が有する固定片781が、ハブ部789の図示しない軸体に嵌まり込み、ロータガード78の位置が固定される。また、棒体72,73には、折り畳まれたロータガード78を保持するクリップ782が設けられている。
Each
なお、本例のアーム70は2本のロータガード78を有しているが、一のアーム70が備えるロータガード78の本数は2本には限定されず、マルチコプター10の使用環境に応じて適宜調節可能である。例えば、プロペラ42の保護のみを目的とする場合には、周辺物の主な形状に対して最も効率的な数のロータガード78を設ければよく、不測の事態における通行人等の安全確保を目的とする場合には、ロータガード78の死角を減らすよう適宜その数を増やせばよい。
Although the
また、本例のロータガード78には、軽量で、かつ、折り畳みに適しているという理由で、細長い線状の枠体が採用されているが、本発明のロータガードの形態は本例のものには限定されない。本発明のロータガードは、棒体72,73のロータR(プロペラ42)を上下方向に囲むものであることを条件として、例えば幅広の着脱式のロータガードであってもよい。さらには、ロータガードは本発明の無人航空機の必須の要素ではなく、不要であれば省略することもできる。
Further, the
そして、図3等に示されるように、本例のマルチコプター10は、ロータRを支持する2本の棒体72,73がプロペラ42の直径よりも短い。本例のマルチコプター10では、アーム70にはロータRの保護機能をあえてもたせず、ロータRの支持とロータRの保護とを分離している。これにより機体の水平寸法の肥大化が避けられており、また、ロータRの保護が必要でないときにはこれを容易に省略することが可能とされている。
Then, as shown in FIG. 3 and the like, in the
(プロペラ)
ロータRのプロペラ42は、ブレードを時計回りまたは反時計回りに折り曲げることができる折り畳み式プロペラである。
(propeller)
The
このように、本例のマルチコプター10では、アーム70が水平方向に折り畳み可能であるとともに、ロータガード78とプロペラ42も折り畳み可能な構造を有している。これにより、マルチコプター10を運搬・保管するときには、アーム70の構成部材を一切取り外すことなく、簡便に、そのスペース効率および可搬性を高めることが可能とされている。
Thus, in the
なお、上述のアーム70、ロータガード78、およびプロペラ42の折り畳み構造はマルチコプター10のスペース効率や可搬性を向上させるうえで極めて有意であるが、これらは選択可能な要素であり、これら折り畳み構造のうちのいずれか、または全てを省略することも可能である。
Although the folding structure of the
[機能構成]
図6はマルチコプター10の機能構成を示すブロック図である。マルチコプター10の機能は、制御部であるフライトコントローラFC、複数のロータR、ロータRを構成するブラシレスモータ41の駆動回路であるESC411、操縦者(オペレータ端末51)と通信を行う通信装置52、測量用の外部装置であるレーザスキャナ90、および、これらに電力を供給するバッテリー80により構成されている。
[Function configuration]
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of the
フライトコントローラFCはマイクロコントローラである制御装置20を有している。制御装置20は、中央処理装置であるCPU21と、RAMやROM・フラッシュメモリなどの記憶装置からなるメモリ22とを有している。
The flight controller FC has a
フライトコントローラFCはさらに、IMU31(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)、GPS受信器32、気圧センサ34、および電子コンパス36を含む飛行制御センサ群Sを有しており、これらは制御装置20に接続されている。
The flight controller FC further has a flight control sensor group S including an IMU 31 (Inertial Measurement Unit), a
IMU31はマルチコプター10の機体の傾きを検出するセンサであり、主に3軸加速度センサおよび3軸角速度センサにより構成されている。気圧センサ34は、検出した気圧高度からマルチコプター10の海抜高度(標高)を算出する高度センサである。本例の電子コンパス36には3軸地磁気センサが用いられている。電子コンパス36はマルチコプター10の機首の方位角を検出する。GPS受信器32は、正確には航法衛星システム(NSS:Navigation Satellite System)の受信器である。GPS受信器32は、全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)または地域航法衛星システム(RNSS:Regional Navigational Satellite System)から現在の経緯度値を取得する。
The
本例のマルチコプター10は、その水平位置を検出するセンサとして、上述のGPS受信器32に加え、オプティカルフローセンサ33を併用している。オプティカルフローセンサ33はアーム70のセンサハウジング749から地表に向けられ、地表の撮影画像をパターン認識することで機体の移動を検知する。これにより、水平位置の特定精度が高められるだけでなく、GPS信号の届かない屋内でもマルチコプター10を飛行させることが可能とされている。また、本例のマルチコプター10は、その飛行高度を検出するセンサとして、上述の気圧センサ34に加え、レーザ測距センサ35を併用している。レーザ測距センサ35はアーム70のセンサハウジング749から地表に向けられ、対地高度を取得する。これにより、気圧変化による飛行高度の誤差を補正することが可能とされている。
The
その他、本例のマルチコプター10には、機体の前方にある周辺物を検知し、その距離等を測る深度カメラ37および超音波センサ38が設けられている。本例ではこれら深度カメラ37および超音波センサ38の用途は特に特定されない。
In addition, the
フライトコンローラFCは、これら飛行制御センサ群Sにより、機体の傾きや回転のほか、飛行中の経緯度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報を取得することが可能とされている。 With the flight control sensor group S, the flight controller FC can acquire the position information of the aircraft including the longitude and latitude of the aircraft, the altitude, and the azimuth of the nose, in addition to the tilt and rotation of the aircraft. Has been done.
制御装置20は、マルチコプター10の飛行時における姿勢や基本的な飛行動作を制御するプログラムである飛行制御プログラムFSを有している。飛行制御プログラムFSは、飛行制御センサ群Sから取得した情報を基に個々のロータRの回転数を調節し、機体の姿勢や位置の乱れを補正しながらマルチコプター10を飛行させる。
The
制御装置20はさらに、マルチコプター10を自律飛行させるプログラムである自律飛行プログラムAPを有している。そして、制御装置20のメモリ22には、マルチコプター10の目的地や経由地の経緯度、飛行中の高度や速度などが指定されたパラメータである飛行計画FPが登録されている。自律飛行プログラムAPは、オペレータ端末51からの指示や所定の時刻などを開始条件として、飛行計画FPに従ってマルチコプター10を自律的に飛行させることができる。
The
このように、本例のマルチコプター10は高度な飛行制御機能を備えた無人航空機である。ただし、本発明の無人航空機はマルチコプター10の形態には限定されず、例えば飛行制御センサ群Sから一部のセンサが省略された機体や、自律飛行機能を備えず手動操縦のみにより飛行可能な機体を用いることもできる。
As described above, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
10:マルチコプター(無人航空機),FC:フライトコントローラ,S:飛行制御センサ群,33:オプティカルフローセンサ,35:レーザ測距センサ,R:ロータ,
41:ブラシレスモータ,411:ESC,42:プロペラ(水平回転翼,折り畳み式プロペラ),70:アーム,70a:基幹部,70b:関節部,70c:フォーク部,71:1本の棒体,72,73:2本の棒体,74:連結部材,74a:基幹側接続部,74b:分岐側接続部,741−743:アダプタ部材,749:センサハウジング,76:モータマウント,761:クランプ,78:ロータガード,781:固定片,782:固定クリップ,789:ハブ部,79:ランディングギア
10: Multicopter (unmanned aerial vehicle), FC: Flight controller, S: Flight control sensor group, 33: Optical flow sensor, 35: Laser ranging sensor, R: Rotor,
41: Brushless motor, 411: ESC, 42: Propeller (horizontal rotor, folding type propeller), 70: Arm, 70a: Core part, 70b: Joint part, 70c: Fork part, 71: One rod, 72 , 73: two rods, 74: connecting member, 74a: backbone side connecting part, 74b: branch side connecting part, 741-743: adapter member, 749: sensor housing, 76: motor mount, 761: clamp, 78 : Rotor guard, 781: Fixed piece, 782: Fixed clip, 789: Hub part, 79: Landing gear
Claims (7)
前記ロータを支持するアームと、
前記アームとは別体の部材であり、周辺物に接近したときに前記ロータに先がけて該周辺物に突き当たることで前記ロータが該周辺物に接触することを阻止するロータガードと、を備え、
前記アームの先端部は、上下に並べて配置された同方向に延びる2本の棒体により構成され、
前記各棒体の先端側には、それぞれ別の前記ロータが互いの回転面を向かい合わせるように支持されており、
前記2本の棒体の一方に前記ロータガードの一端が、他方に該ロータガードの他端が接続されることで、前記ロータガードは前記水平回転翼を上下方向に囲むように配置されることを特徴とする無人航空機。 A rotor having horizontal rotors,
An arm supporting the rotor,
A member that is a separate member from the arm, and includes a rotor guard that prevents the rotor from contacting the peripheral object by hitting the peripheral object in advance when approaching the peripheral object, and
The tip portion of the arm is composed of two rod bodies arranged in the vertical direction and extending in the same direction,
On the tip side of each of the rods, the different rotors are supported so that their rotation surfaces face each other ,
One end of the rotor guard on one of the two rods are, in Rukoto is other to connect the other end of the rotor guard, the rotor guard being arranged to surround the horizontal rotor blade in the vertical direction Unmanned aerial vehicle characterized by.
前記各アームの基端部およびその近傍部は1本の棒体として構成され、
前記複数のアームは、これらアームをすべて同じ方向に水平旋回させて折り畳んだときに、前記各アームの前記2本の棒体の間に、隣接する他の前記アームの基端部またはその近傍部が収まる位置関係にあることを特徴とする請求項5に記載の無人航空機。
A plurality of said arms,
The base end portion of each arm and the vicinity thereof are configured as one rod body,
When the arms are horizontally swiveled in the same direction and folded, the plurality of arms are arranged between the two rod bodies of the respective arms, and a base end portion of another adjacent arm or a portion in the vicinity thereof. The unmanned aerial vehicle according to claim 5 , characterized in that
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