JP7464884B2 - プロペラガード - Google Patents

Description

本開示は、飛行体のプロペラを保護するプロペラガードに関する。

近年、インフラ構造物の点検に、複数のプロペラの回転によって飛行する飛行体（例えば、ドローン、マルチコプタなど）が用いられることがある。

非特許文献１には、地中に埋設された管路施設の点検に飛行体を用いる方法が開示されている。このような、周囲が壁面に囲まれた空間を飛行体が飛行する際には、壁面のような物体に機体が衝突するとプロペラが破損し機体が墜落する可能性がある。そこで、プロペラを保護するプロペラガードが機体に装着されることがある。

非特許文献２には、飛行体が物体に衝突した際に、プロペラの保護、及び物体に衝突しても飛行体が飛行バランスを喪失して制御不能にならないようにするためのプロペラガードが提案されている。

谷戸善彦、他１名、「下水道管路等閉鎖性空間に対応可能なドローンの開発」、第２９回非開削技術研究発表会、２．１、２０１８年 金平徳之、他３名、「ドローンを利用した橋梁点検システムの開発」、川田技報、ｖｏｌ．３８、２０１９年

しかしながら、周囲が壁面に囲まれた空間を飛行体が垂直方向に移動する際には、非特許文献２に提案されているプロペラガードでは、ガードフレームが突起物に接触して、飛行体が移動できなくなるおそれ、及び飛行体がバランスを崩して落下してしまうおそれがある。

図４は、マンホール５０の断面図である。図４に示すように、マンホール５０は、地上に設置されているマンホール蓋を開閉すると、円柱又は四角柱の構造物５１（例えば、鉄筋コンクリート管）が地中の垂直方向に延びており、途中には作業者が地下へ降りていく、又は地上へ上がるためのステップ５２が設置されている。

図５Ａ，５Ｂは、マンホール５０のような、周辺が壁面に囲まれた空間を、プロペラガード付き飛行体１００が移動する場合の課題を示す図である。図５Ａに示すように、プロペラガードを装着した飛行体１００を構造物５１内で上昇させようとすると、ステップ５２、マンホール蓋の受枠５３などの突起物体にプロペラガードが引っかかり、上昇できなくなる場合がある。また、図５Ｂに示すように、飛行体が下降している場合では、同様にステップ５２、マンホール蓋の受枠５３などの突起物体にプロペラガードが引っかかり、移動が妨げられる場合がある。

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、飛行体が物体に衝突した際に飛行が停止することを抑制できるプロペラガードを提供することにある。

一実施形態に係るプロペラガードは、プロペラを備える飛行体に装着され、前記プロペラを保護するプロペラガードであって、前記プロペラガードの最上面に設けられる第１フレームと、前記プロペラガードの最下面に設けられる第２フレームと、前記第１フレームと前記第２フレームとを連結し、外側に湾曲した湾曲フレームとを備え、前記連結フレームは、側面視において、前記第１フレームと一端が連結し、下側に湾曲した第１湾曲部と、上側に湾曲した第２湾曲部とが連結した第１変曲点と、一端が前記第２湾曲部と連結し、下側に湾曲した第３湾曲部と、前記第２フレームと一端が連結し、上側に湾曲した第４湾曲部とが連結した第２変曲点と、を備える。

本開示によれば、飛行体が物体に衝突した際に飛行が停止することを抑制できるプロペラガードを提供することができる。

一実施形態に係るプロペラガードを備える飛行体の側面図の一例である。 図１に示す湾曲フレームの外縁の一例を示す図である。 図１に示す湾曲フレームの外縁の他の一例を示す図である。 マンホールの断面図の一例である。 従来のプロペラガードを備える飛行体の課題を示す図である。 従来のプロペラガードを備える飛行体の課題を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面は本発明を十分に理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、図示の便宜上、各図面における縮尺は、実際とは異なっている場合や、図面間で一致していない場合もある。

図１は、本開示の一実施形態に係るプロペラガード１０を備える飛行体（以下、単に「飛行体」と称する。）１の構成の一例を示す図であり、飛行体１の側面図である。図１に示す飛行体１は、プロペラガード１０と、飛行体本体２０と、１以上のプロペラ３０と、を備える。飛行体１は、鉛直方向の回転軸を有する１以上のプロペラによって飛行する。

プロペラガード１０は、飛行体１に装着された状態で、プロペラ３０を囲うように構成され、プロペラ３０を保護する。プロペラガード１０は、プロペラ３０だけでなく、図１に示すように飛行体本体２０の全てを囲うように構成されていてもよい。プロペラガード１０は、飛行体本体２０の一部を囲うように構成されていてもよい。

図１に示す例では、プロペラガード１０は、連結フレーム１１と、上部フレーム１２と、中間フレーム１３と、下部フレーム１４と、台座フレーム１５と、湾曲フレーム１８とを備える。連結フレーム１１、中間フレーム１３及び湾曲フレーム１８の個数は１個に限定されるものではなく、任意に定めることができる。連結フレーム１１、中間フレーム１３及び湾曲フレーム１８の個数は、プロペラガード１０の強度に影響する。したがって、例えば飛行体１を速い速度で移動させることが想定される場合には、プロペラガード１０の強度を強めるために、連結フレーム１１の個数、中間フレーム１３の個数、及び湾曲フレーム１８の個数を増やしてもよい。

第１フレームとしての上部フレーム１２は、プロペラガード１０の最上面に設けられるフレームである。上部フレーム１２は、プロペラ３０の回転面（図１においては、紙面左右方向に延在する面）に沿って設けられる。

中間フレーム１３は、上部フレーム１２よりも下方に、上部フレーム１２と略平行に設けられるフレームである。すなわち、中間フレーム１３は、プロペラ３０の回転面に沿って設けられる。中間フレーム１３は、上部フレーム１２及び下部フレーム１４の間の任意の高さに設けることが可能である。

下部フレーム１４は、中間フレーム１３よりも下方に、上部フレーム１２と略平行に設けられるフレームである。すなわち、下部フレーム１４は、プロペラ３０の回転面に沿って設けられる。下部フレーム１４には、プロペラ３０のモーター３１が据え付けられる。

上部フレーム１２、中間フレーム１３及び下部フレーム１４にプロペラ３０の回転先端の軌跡を投影した場合に、当該軌跡は、上部フレーム１２、中間フレーム１３及び下部フレーム１４の外縁に含まれる。したがって、上部フレーム１２、中間フレーム１３及び下部フレーム１４は、プロペラ３０を囲み、プロペラ３０を物体の衝突などから保護する。

第２フレームとしての台座フレーム１５は、プロペラガード１０の最下面に設けられるフレームである。台座フレーム１５は、下部フレーム１４よりも下方（プロペラガード１０の最下面）に、上部フレーム１２と略平行に設置され、飛行体１の着陸時に地面などの物体に接するフレームである。台座フレーム１５は、飛行体１の着陸時に安定性を図り、飛行体１の底部を保護する。飛行時のバランスを取るために、上部フレーム１２、中間フレーム１３、下部フレーム１４、及び台座フレーム１５の中心点は、飛行体本体２０の中心軸上に位置させることが望ましい。

連結フレーム１１は、上部フレーム１２、中間フレーム１３、下部フレーム１４、及び台座フレーム１５を連結させるフレームである。連結フレーム１１は、上部フレーム１２及び中間フレーム１３を連結させる第１連結部１１１と、中間フレーム１３及び下部フレーム１４を連結させる第２連結部１１２と、下部フレーム１４及び台座フレーム１５を連結させる第３連結部１１３と、を有する。なお、本実施形態においては、上部フレーム１２と下部フレーム１４との間に中間フレーム１３が設けられる例を示しているが、これに限られるものではない。プロペラガード１０は、中間フレーム１３を設けず、上部フレーム１２と下部フレーム１４とが連結フレーム１１により連結された構成であってもよい。

湾曲フレーム１８は、連結フレーム１１の外側に設けられ、水平方向外向き（プロペラガード１０からみて飛行体本体２０が存在しない方向）に湾曲した構造（形状）を有するフレームである。湾曲フレーム１８は、第１フレームとしての上部フレーム１２と、第２フレームとしての台座フレーム１５とを連結する。なお、図１においては、湾曲フレーム１８が上部フレーム１２と台座フレーム１５とを連結する１つの部材で構成される例を示しているが、これに限られるものではない。湾曲フレーム１８は、複数の部材から構成されてもよい。

図２は、湾曲フレーム１８の外縁の一例を示す図であり、飛行体１の側面から湾曲フレーム１８の外縁を見た図である。

図２に示す例では、湾曲フレーム１８は、側面視において（飛行体１の側面から見て）、外縁が湾曲した形状を有する。具体的には、湾曲フレーム１８は、一端が第１フレームとしての上部フレーム１２と連結し、下側に（台座フレーム１５側に向かって）湾曲した第１湾曲部１８１と、上側に（上部フレーム１２側に向かって）湾曲した第２湾曲部１８２とが連結した第１変曲点１８３を備える。また、湾曲フレーム１８は、一端が第２湾曲部１８２と連結し、下側に湾曲した第３湾曲部１８４と、第２フレームとしての台座フレーム１５と連結し、上側に湾曲した第４湾曲部１８５とが連結した第２変曲点１８６とを備える。

なお、湾曲フレーム１８の構成は、図２に示す構成に限られるものではない。例えば、図３において破線で示すように、湾曲フレーム１８は、一端が上部フレーム１２に連結され、上側に湾曲した第１湾曲部１８７と、一端が台座フレーム１５に連結され、下側に湾曲した第２湾曲部１８８とが連結された変曲点１８９を備える構成（変曲点が１つである構成）であってもよい。このように、本実施形態に係る湾曲フレーム１８は、外縁が外側に湾曲した構成を有する。

本実施形態においては、図２，３に示すように、湾曲フレーム１８が外側に湾曲した構成であることにより、飛行体１が、飛行する空間内の突起物に接触しても、飛行できなくなったり、バランスを崩して落下したりする可能性を低減することができる。その理由について、図３を参照して説明する。

図５Ａ，５Ｂを参照して説明したように、垂直方向に延在する構造物５１のような、周囲を壁面に囲まれた空間を飛行体１が構造物５１の延在方向に沿って飛行する場合、ステップ５２のような、飛行体１の飛行方向と交差する方向に突出した突出物体にプロペラガード１０が接触することがある。プロペラガード１０が突出物体に接触しても突出物体に引っ掛からないようにするためには、突出物体に対する湾曲フレーム１８の外縁の勾配がある程度大きいことが必要である。突出物体に対する湾曲フレーム１８の外縁の勾配がある程度大きければ、湾曲フレーム１８が突出物体と接触しても飛行体１の飛行方向にスライドして、プロペラガード１０が突出物体に引っ掛からないようにすることができる。

湾曲フレーム１８が、図３に示すような、１つの変曲点１８９を備える構成の場合、図３において破線矢印で示す距離Ｂ０と距離Ｔ１とを十分に長くすれば、突起物体への引っ掛かりが起こりにくくすることができる。ここで、距離Ｂ０は、飛行体１が下方向に向かって飛行している場合に、湾曲フレーム１８の最も外側の点から、飛行体１の下側の突出物体に接触してもプロペラガード１０が引っ掛からずにスライドすることができる湾曲フレーム１８上の点までの水平方向の距離である。また、距離Ｔ１は、飛行体１が上方向に向かって飛行している場合に、湾曲フレーム１８の最も外側の点から、飛行体１の上側の突出物体に接触してもプロペラガード１０が引っ掛からずにスライドすることができる湾曲フレーム１８上の点までの水平方向の距離である。

なお、距離Ｂ０および距離Ｔ１を大きくすると、プロペラガード１０の直径が水平方向に大きくなってしまう。そこで、図３に示すように、変曲点１８９を設けることで、水平方向の長さを抑制することができる。

さらに、湾曲フレーム１８が、図２を参照して説明したような、２つの変曲点（第１変曲点１８３及び第２変曲点１８６）を備える構成の場合、湾曲フレーム１８と上部フレーム１２との連結部分近傍において、図３において破線で示す湾曲フレーム１８と比較して、飛行体１の飛行方向（紙面上下方向）に対して垂直方向（紙面左右方向）に向かって突出する突出物体に対する勾配を大きくすることができる。そのため、飛行体１が上方向に向かって飛行している場合に、湾曲フレーム１８と上部フレーム１２との連結部分近傍において、突出物体への引っ掛かりが起こりにくくなる。また、湾曲フレーム１８と台座フレーム１５との連結部分近傍において、図３において破線で示す湾曲フレーム１８と比較して、飛行体１の飛行方向（紙面上下方向）に対して垂直方向（紙面左右方向）に向かって突出する突出物体に対する勾配を大きくすることができる。そのため、飛行体１が下方向に向かって飛行している場合に、湾曲フレーム１８と台座フレーム１５との連結部分近傍において、突出物体への引っ掛かりが起こりにくくなる。

このように、図２に示す２つの変曲点（第１変曲点及び第２変曲点）を備える湾曲フレーム１８の構成によれば、１つの変曲点１８９を備える構成と比較して、図３において実線矢印で示すように、湾曲フレーム１８と上部フレーム１２との連結部分近傍まで距離Ｔ１を延ばし、また、湾曲フレーム１８と台座フレーム１５との連結部分近傍までＢ０を伸ばすことができる。そのため、図２に示す２つの変曲点（第１変曲点及び第２変曲点）を備える湾曲フレーム１８の構成によれば、突出物体への引っ掛かりがより起こりにくくなる。

また、通常、構造物５１の壁面はコンクリート等で構成されている。そのため、構造物５１の壁面の表面は、滑らかではなく、細骨材等による凹凸が存在する。この構造物５１の壁面の凹凸にプロペラガード１０が引っ掛かる場合がある。この場合、飛行体１は、機体を空中に浮遊させるためにプロペラ３０の上部から風を吸い込んで、下部から吐き出しているため、プロペラガード１０と構造物５１の壁面との接触点が支点となって飛行体１が構造物５１の壁面に向かって回転して飛行体１が構造物５１の壁面に吸い付き、落下してしまうおそれがある。

本実施形態においては、湾曲フレーム１８の最も外側に位置し、構造物５１の壁面に接触する可能性の高い、第２湾曲部１８２と第３湾曲部１８４との連結部分、あるいは、第１湾曲部１８７と第２湾曲部１８８との連結部分近傍を、概ね垂直に、かつ、平面状に設計することができる。そのため、構造物５１の壁面への引っ掛かりも生じにくくなる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１，１００ 飛行体
１０ プロペラガード
１１ 連結フレーム
１２ 上部フレーム
１３ 中間フレーム
１４ 下部フレーム
１５ 台座フレーム
１８ 湾曲フレーム
２０ 飛行体本体
３０ プロペラ
１１１ 第１連結部
１１２ 第２連結部
１１３ 第３連結部
１８１，１８７ 第１湾曲部
１８２，１８８ 第２湾曲部
１８３ 第１変曲点
１８４ 第３湾曲部
１８５ 第４湾曲部
１８６ 第２変曲点
１８９ 変曲点
５０ マンホール
５１ 構造物
５２ ステップ
５３ マンホール蓋の受枠

Claims (1)

1. プロペラを備える飛行体に装着され、前記プロペラを保護するプロペラガードであって、
   前記プロペラガードの最上面に設けられる第１フレームと、
   前記プロペラガードの最下面に設けられる第２フレームと、
   前記第１フレームと前記第２フレームとを連結し、外側に湾曲した連結フレームとを備え、
   前記連結フレームは、側面視において、前記第１フレームと一端が連結し、下側に湾曲した第１湾曲部と、上側に湾曲した第２湾曲部とが連結した第１変曲点と、一端が前記第２湾曲部と連結し、下側に湾曲した第３湾曲部と、前記第２フレームと一端が連結し、上側に湾曲した第４湾曲部とが連結した第２変曲点と、を備える、プロペラガード。
   

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