JP7706087B2 - プロペラガード - Google Patents

Description

本開示は、プロペラガードに関する。

球状の保護部材に収容された無人飛行体上に配置された３６０度撮影可能な点検カメラ部を用いて橋梁を点検するための動画撮影を行う第１工程と、橋梁の近傍を無人飛行体が飛行している様子を無人飛行体から離れた遠方から動画撮影する第２工程と、第１工程において撮影された点検映像と、第２工程において撮影された飛行映像とを同期させた状態で後から映像同期表示部に表示する第３工程と、を備えることを特徴とする橋梁検査方法が知られている（特許文献１参照）。

特許第６６８４５０７号公報

本開示は、上述した従来の事情に鑑みて、鉛直方向に移動している飛行体が物体に接触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。

本開示は、本体から放射方向に延出する少なくとも３本以上の水平リブと、前記水平リブの先端を連結する最外環リブと、前記水平リブに固定されて略鉛直方向の駆動軸にプロペラが固定されるモータと、前記本体に対し鉛直方向上側に配置される連結環リブと、を備える飛行体の前記プロペラを囲うプロペラガードであって、前記連結環リブを中心に放射方向に配置され、前記連結環リブに上端部が固定されるとともに下端部が前記最外環リブに固定され、前記連結環リブから前記最外環リブに向かって傾斜角度が徐々に大きくなるバンパーを備え、前記バンパーは、回転自在に支持されて回転半径の少なくとも一部分を前記バンパーの外側に突出し、傾斜方向に配置される複数のローラを有し、前記バンパーの外側は、前記飛行体の本体に対向する側とは反対側である、プロペラガードを提供する。

本開示は、本体から放射方向に延出する少なくとも３本以上の水平リブと、前記水平リブの先端を連結する最外環リブと、前記水平リブに固定されて略鉛直方向の駆動軸にプロペラが固定されるモータと、前記本体に対し鉛直方向上側に配置される連結環リブと、を備える飛行体の前記プロペラを囲うプロペラガードであって、前記連結環リブを中心に放射方向に配置され、前記連結環リブに上端部が固定されるとともに下端部が前記最外環リブに固定され、前記連結環リブから前記最外環リブに向かって傾斜角度が徐々に大きくなるバンパーと、隣接するバンパー同士の隙間を覆い、前記本体と前記連結環リブとの間に配置されるＴＯＦセンサのビーム照射範囲を包囲する開口部を有したメッシュ部材と、を備える、プロペラガードを提供する。

本開示によれば、鉛直方向に移動している飛行体が物体に接触した際に飛行が停止することを抑制できる。

実施の形態１に係るプロペラガードを備える飛行体の側面図 図１に示す飛行体の一部分を省略して斜め下から見た斜視図 図１に示した飛行体の平面図 バンパーを側面より見た模式図 バンパーの側面図 凸部を形成したバンパーの側面図 バンパーの分解斜視図 ＴＯＦセンサのビーム照射範囲を模式的に表した飛行体の斜視図 メッシュ部材の斜視図 上昇時の飛行体がステップに接触したときの説明図 開口部を有するメッシュ部材を備えた飛行体が引っ掛かりを回避する過程を表した説明図 開口部を模式的に表した正面図 種々の構造物に対して飛行体が引っ掛かりを回避する過程を表した説明図

（本開示の一形態を得るに至った経緯）
例えば橋梁検査では、球状の保護部材に収容された無人飛行体に配置された点検カメラ部を用いて橋梁を点検するための撮影を行うことがある。球状の保護部材は、３辺のフレーム部材で構成される複数の三角形を球状に配置することで形成され、無人飛行体を覆う。球状の保護部材は、適度な柔軟性を有する。保護部材は、各接合部（角部）に適度な柔軟性を有する材質を設けることで、飛行中に無人飛行体が橋梁に衝突した場合であっても、橋梁を傷つけてしまうことを防ぐことができる。しかしながら、例えばマンホール内部を点検飛行する無人飛行体（いわゆるドローン）は、マンホールの首部を通過する際にステップあるいは受枠などの構造物に引っ掛かり、飛行が停止することがある。

以下、鉛直方向に移動している飛行体が物体に接触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の例について説明する。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るプロペラガードを具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るプロペラガード１１を備える飛行体１３の側面図である。実施の形態１に係るプロペラガード１１を備える飛行体１３について、先ず、その構成の概略を説明する。

飛行体１３は、駆動基板を含む本体１５と、その本体１５から放射方向に延出する少なくとも３本以上の水平リブ１７（図２参照）とを有する。実施の形態１において、水平リブ１７は、例えば４本であるが、上述したように３本以上であれば４本に限定されない。本体１５から延出したそれぞれの水平リブ１７の先端は、水平面内で環状となる第１最外環リブ１９の内径側に連結される。第１最外環リブ１９は、平面視が八角形の環状リブとなる（図３参照）。第１最外環リブ１９は、飛行体１３の最外形における水平断面が八角形状となる。

第１最外環リブ１９の上方には、第１最外環リブ１９と同一形状を有する第２最外環リブ２１が縦リブ２３により間隔を有して固定される。第１最外環リブ１９と第２最外環リブ２１とは、平面視で重なる。実施の形態１において、最外環リブは、第１最外環リブ１９と第２最外環リブ２１とにより二段構造で構成されるが、後述するプロペラ２７との干渉回避スペースが確保できれば一段構造であってもよい。

図２は、図１に示す飛行体１３の一部分を省略して斜め下から見た斜視図である。それぞれの水平リブ１７には、延在方向の略半分の位置に、モータ２５が固定される。つまり、４つのモータ２５が配置される。それぞれのモータ２５は、駆動軸が略鉛直方向となって上側に突出する。駆動軸には、プロペラ２７が固定される。実施の形態１において、モータ２５の配置数に対応するようにプロペラ２７は４枚翼であるが、モータ２５の配置数およびプロペラ２７の翼数はこれらの値に限定されない。

実施の形態１では、４つの水平リブ１７が設けられ、それぞれの水平リブ１７に対応してプロペラ２７が配置される。実施の形態１では、部品点数が少なく、制御が比較的容易な４つのプロペラ２７を備えるクワッドコプター（ドローンの一例）を例に説明するが、この他、飛行体１３は、３つのプロペラ２７を備えるトライコプター（ドローンの一例）、６つのプロペラ２７を備えるヘキサコプター（ドローンの一例）、８つのプロペラ２７を備えるオクトコプター（ドローンの一例）であってもよい。

クワッドコプターは、隣り合うプロペラ２７を互いに逆回転とすることにより反転トルクであるヨー軸まわりのジャイロモーメントを打ち消している。本体１５には、重力、揚力、推力、抗力が加わる。クワッドコプターでは、プロペラ２７の回転で揚力と推力を発生させる。無風状態では、揚力と推力の合計が重力とつり合えば、本体１５は水平に静止状態（ホバリング状態）となる。４つのプロペラ２７の回転速度を同じように全て上げれば、揚力と推力との合計が重力を超えて本体１５が上昇する。逆に４つのプロペラ２７の回転速度を全て下げれば、揚力と推力との合計が重力よりも小さくなり本体１５が下降する。

この飛行体１３では、４つのプロペラ２７が配置される放射方向の放射中心に、合成揚力、合成推力が作用する。実施の形態１において、この放射中心を飛行体１３の本体中心２９と称すことにする。

図１に示すように、本体１５の上方には、複数の起立リブ３１を介してフライトコントローラ３３が設けられている。フライトコントローラ３３の上方には、起立リブ３５により基板３７が支持される。この基板３７には、本体中心２９から４方向の放射方向がビーム方向となる４つのセンサ（例えばＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサ３９）が配置されている。基板３７の上方には、起立リブ４１を介してカメラ４３（図３参照）が配置されている。カメラ４３は、本体中心２９を通る鉛直方向に光学系の光軸がほぼ同軸で配置されている。それぞれの水平リブ１７には鉛直方向下側に脚軸４５が垂設される。この他、本体１５の下面には、第２カメラ４７、距離センサ４９、通信装置５１などが配置されている。なお、距離センサ４９は、例えば超音波センサや距離センサが用いられる。

図３は、図１に示した飛行体１３の平面図である。飛行体１３は、本体１５に対し鉛直方向の上側に、連結環リブ５３が配置される。連結環リブ５３は、円形のリング状で形成される。連結環リブ５３は、放射方向に設けられたプロペラガード１１の構成部材である複数のバンパー５５のそれぞれの放射中心側で、それぞれのバンパー５５の上端部５７を連結する。実施の形態１において、バンパー５５は、例えば８本となっているが、８本に限定されなくてもよい。連結環リブ５３は、それぞれのバンパー５５の上端部５７を連結するとともに、それぞれのバンパー５５により担持された状態となり、本体１５の上方に離間して配置される。プロペラガード１１のバンパー５５は、連結環リブ５３を中心に放射方向に配置され、連結環リブ５３に上端部５７が固定されるとともに、図１に示すように、下端部５９が第２最外環リブ２１に固定される。

図４は、バンパー５５を側面より見た模式図である。それぞれのバンパー５５は、連結環リブ５３から第２最外環リブ２１に向かって傾斜角度θが徐々に大きくなるように形成されている。ここで、「徐々に大きくなる」とは、連続的に傾斜角度が増加する曲線状の屈曲形状と、段階的に傾斜角度が増加する折線状の屈曲形状との双方の概念を含む用語である。プロペラガード１１は、飛行体１３の鉛直方向に沿う上昇時、物体との接触を考慮すれば、角部のない曲線状の屈曲形状であることがより好ましい。

図４において、直交するＸＹ軸の原点から半径Ｒの仮想円を描いたとき、図４に示した側面視によるバンパー５５の曲線は、始端Ｐｓ（上端）がＹ軸が－Ｘ方向（紙面左方向）に移動した線に相当する縦軸Ｙ１の交点となる。始端Ｐｓにおける水平線ＨＬに対する接線６１の傾斜角度θ１は例えば２１°程度、終端Ｐｅにおける水平線ＨＬに対する接線６１の傾斜角度θ２は例えば８０°程度に設定される。バンパー５５の曲線は、始端Ｐｓ１となる半径Ｒの円弧のＹ軸から距離Ｌの点における傾斜角度θ３よりも、始端Ｐｓから同じ距離Ｌの点における傾斜角度θ４が大きくなる。つまり、本体中心２９から同距離Ｌの位置では、半径Ｒの曲線よりもバンパー５５の傾斜角度θが大きくなり、滑りやすくなる。

なお、バンパー５５の曲線は、円弧に限らない。例えば本体中心２９を通る鉛直線が長軸となる楕円曲線とすることができる。この場合、飛行体１３の外殻形状は、本体中心２９を通る鉛直線が長軸となる回転楕円体の表面形状となる。この回転楕円体の表面形状は、本体中心２９から同距離の球面形状に比べ、上述同様に傾斜角度θが大きくなるので、飛行体上昇時、物体にバンパー５５が接触しても、容易に滑りやすくなる。

実施の形態１において、複数のバンパー５５は、図３に示すように、円周方向に等間隔で、８方向の放射方向に配置される。それぞれのバンパー５５は、図３に示す連結環リブ５３の外径円にバンパー５５が交わる点における接線６１の方向が厚みｔとなる板状に形成される。バンパー同士の間に形成される離間スペースの下方には、１つおきにプロペラ２７が配置される。８本のバンパー５５を有したプロペラガード１１は、飛行体１３のプロペラ２７を全体的に覆い被さるようにして囲う。

実施の形態１において、プロペラガード１１は、飛行体１３の上側半分を覆い、上昇時の引っ掛かりを抑制するように作用するが、同様の構成を上下反転させて、飛行体１３の下側半分を覆えば、下降時の引っ掛かりも同様に抑制できる。以下、プロペラガード１１は、上昇時の作用と構成を代表例として主に説明する。

図５は、バンパー５５の側面図である。バンパー５５には、傾斜方向に複数のローラ６３が配置される。ローラ６３は、回転半径の少なくとも一部分をバンパー５５の外側に突出する。

ローラ６３は、バンパー５５の傾斜方向下側で密に、バンパー５５の傾斜方向上側で疎となるように配置されている。ここで、「密」とは、物体に対向するバンパー接触面における単位面積当たりのローラ外周長さの密度が高いことを言う。つまり、隣接するローラの外周同士が近い距離で隣接する状態のことを言う。また、「疎」とは、物体に対向するバンパー接触面における単位面積当たりのローラ外周長さの密度が低いことを言う。つまり、隣接するローラの外周同士が遠い距離で隣接する状態のことを言う。したがって、隣接するローラの中心軸同士の間のピッチ（間隔）が大きくても、ローラ外径が大きければ、密（ローラ６３の外周が接近する状態）にできる。逆に、隣接するローラの中心軸間のピッチ（間隔）が小さくても、ローラ外径が小さければ、疎（ローラ６３の外周が離間する状態）となる。つまり、隣接するローラの外周同士の距離によって疎密が決まる。

実施の形態１において、ローラ６３は、バンパー５５の傾斜方向下側に向かうにしたがって大径となるように構成されている。一例として、ローラ６３は、連結環リブ５３から５個目までが外径８ｍｍの小ローラ６５となる。ローラ６３は、連結環リブ５３から６個目から８個目までが外径１０ｍｍの中ローラ６７となる。ローラ６３は、連結環リブ５３から９個目から１４個目までが外径１２ｍｍの大ローラ６９となる。

図６は、凸部７１を形成したバンパー５５の側面図である。バンパー５５は、隣接するローラ同士の間に凸部７１が形成されていてもよい。凸部７１は、ローラ外径よりも低い位置で半径方向外側に突出する。凸部７１は、角部のない滑らかな曲線で山形に隆起した形状で形成される。隆起の高さは、ローラ６３の外径サイズに応じ設定することができる。すなわち、上述した一例による小ローラ間では隆起の高さを小さくし、中ローラ間では隆起の高さを少し大きくし、大ローラ間では隆起の高さをさらに大きくすることができる。なお、図６では、バンパー５５の内周を直線形状としているが、凹部を設けてフレームを波形形状にしてもよい。波形形状とすることで、図６と比べフレームの幅を細くすることができ、軽量化を図ることができる。

図７は、バンパー５５の分解斜視図である。バンパー５５は、板状の一対のバンパーフレーム７３と、バンパーフレーム７５とを、板厚方向で貼り合わせることにより組み立てられる。一方のバンパーフレーム７３には、バンパー５５の放射方向に直交する方向（すなわち、板厚方向）の支軸７７が、バンパー５５の延在方向に間隔を有して複数固定される。それぞれの支軸７７には、円環状のローラ６３の内穴が挿入されて取り付けられる。支軸７７にローラ６３の装着された一方のバンパーフレーム７３は、他方のバンパーフレーム７５に形成された軸孔７９に支軸７７が嵌合されて、バンパーフレーム７５と接着剤等により一体に固定して組み立てられる。なお、ローラ６３は、支軸７７よりも短い短軸８１により支持され、バンパーフレーム７５に軸端を当接して脱落が規制されてもよい。バンパー５５の固定は、支軸７７と軸孔７９とが熱溶着や超音波溶接により行われてもよい。

バンパー５５の材質としては、軽量で高強度の例えばＡＢＳが用いられる。ローラ６３の材質としては、軽量で円滑性を有する例えばＰＴＦＥが用いられる。なお、バンパー５５、ローラ６３の材質はこれに限定されない。

図８は、ＴＯＦセンサ３９のビーム照射範囲８３を模式的に表した飛行体１３の斜視図である。プロペラガード１１は、バンパー５５に加え、メッシュ部材８５を備えて構成することができる。メッシュ部材８５は、隣接するバンパー同士の隙間を覆う網目を有した構造材である。飛行体１３では、８本のバンパー５５が放射状に配置されるので、それぞれのバンパー同士の間に１枚ずつ合計８枚のメッシュ部材８５が用いられる。

飛行体１３には、本体１５と連結環リブ５３との間に、上述のＴＯＦセンサ３９が配置される。ＴＯＦセンサ３９は、ＴＯＦ方式による測定方式に用いられる。ＴＯＦ方式による測定では、ＴＯＦセンサ３９からパルス投光されたレーザビームが、ＴＯＦセンサ内の受光素子に戻ってくるまでの時間を計測し、その時間を距離に換算する。メッシュ部材８５は、ＴＯＦセンサ３９のビーム照射範囲８３を包囲する開口部８７を有している。

図９は、メッシュ部材８５の斜視図である。メッシュ部材８５の開口部８７は、対角８９が上下に配置される四辺形に形成される。メッシュ部材８５は、開口部８７の周囲に、同じく四辺形もしくは三角形の種々のサイズの開口が網目状となって形成されるが、開口部８７が最も大きな開口面積を有する。この開口部８７は、後述するように、飛行体１３がマンホール９１の首部９３を通過する際に、構造物（例えばステップあるいは受枠９７など）に接触して引っ掛かることを抑制するように働く。

なお、飛行体１３は、脚軸４５の先端と、第１最外環リブ１９との間に、ワイヤ９９（図８参照）が所定の張力で張架されている。ワイヤ９９は、４本の脚軸４５の先端同士を環状（四角形状）に接続する。また、ワイヤ９９は、それぞれの脚軸４５の先端から第１最外環リブ１９の近接する１辺の両端にＶ字状に張架される。ワイヤ９９は、飛行体１３の下降時に、飛行体１３の下方より相対的に接近する構造物（例えばステップあるいは受枠９７など）が、脚軸同士の間、脚軸４５と第１最外環リブ１９との間に進入して引っ掛かることを抑制する。上述したように、飛行体１３は、上側半分を覆うバンパー５５に加え、同様の構成を上下反転させて、下側半分を覆うバンパー５５を備えれば、このワイヤ９９は不要となる。飛行体１３は、ワイヤ９９を備えることにより、下側半分を覆うバンパー５５を備えた場合に比べ、軽量化を安価に実現させることができる。

次に、上述した実施の形態１に係るプロペラガードの作用を説明する。

実施の形態１に係るプロペラガード１１は、飛行体１３のプロペラ２７を囲うように構成される。具体的には、プロペラガード１１は、飛行体１３の本体１５から放射方向に延出する少なくとも３本以上の水平リブ１７と、水平リブ１７の先端を連結する第２最外環リブ２１と、本体１５に対し鉛直方向上側に配置される連結環リブ５３と、連結環リブ５３を中心に放射方向に配置され、連結環リブ５３に上端部５７が固定されるとともに下端部５９が最外環リブに固定され、連結環リブ５３から最外環リブに向かって傾斜角度が徐々に大きくなるバンパー５５と、を備える。なお、飛行体１３は、水平リブ１７に固定されて略鉛直方向の駆動軸にプロペラ２７が固定されるモータ２５を備える。

図１０は、上昇時の飛行体１３がステップ９５に接触したときの説明図である。飛行体１３は、鉛直上向きに上昇する際の飛行空間において、進行方向に対して垂直方向に突出している突出物体（例えばステップ９５）に意図せずバンパー５５が接触する場合がある。突出物体がステップ９５である場合、最大突出長Ｓは一般的に８ｃｍと規格されている。この場合、飛行体１３は、本体中心２９よりも外側のバンパー５５にステップ９５が接する。飛行体１３は、バンパー５５が、ステップ９５に対して最外環リブに向かって滑るため、飛行体自体が停止することなく進行方向に進むことができる。

それぞれのバンパー５５は、第２最外環リブ２１に向かって傾斜角度θが徐々に大きくなる。プロペラガード１１は、飛行体１３の上側半分を覆い、上昇時の引っ掛かりを抑制するように作用する。

飛行体１３は、本体１５から放射方向に延出する水平リブ１７に、プロペラ２７を有したモータ２５が固定される。実施の形態１に係る飛行体１３であるクワッドコプターは、４つのプロペラ２７を有する。この飛行体１３では、４つのプロペラ２７が配置される放射方向の放射中心に、合成揚力、合成推力が作用する。

飛行体１３は、平面視において、本体中心２９に近い位置ほど、上昇時に衝突した物体からの反力による影響を受けにくい。これに対し、飛行体１３は、本体中心２９から外側に離れた位置ほど、上昇時に衝突した物体からの反力による影響を受けやすい。このため、本体中心２９に近い位置では引っ掛からなかった物体でも、本体中心２９から外側に離れた位置に当たると、梃子の原理で合成揚力の作用が小さくなることから、引っ掛かりやすい傾向にある。つまり、容易に前後方向の傾き（Ｐｉｔｃｈ）や、横方向の傾き（Ｒｏｌｌ）が生じやすくなる。これらピッチやロールが生じると、プロペラ２７の下部からの風の吐き出しと、プロペラ２７の上部からの吸い込みにより、壁面に吸い付いて飛行バランスを瞬時に喪失する可能性がある。

そこで、プロペラガード１１のバンパー５５は、本体中心２９から放射方向外側に離れた位置で、傾斜角度θ２が可能な限り大きく（９０度に近づいて）形成される。飛行体１３は、本体中心２９から外側に離れた位置で物体にバンパー５５が接触しても、容易に滑ることにより引っ掛かりにくくなる。また、滑ることにより、物体から受ける反力も低減するので、飛行バランスを喪失しにくくなる。例えば、マンホール内部を点検飛行する飛行体１３がマンホール９１の首部９３を通過する際に、構造物(ステップや受枠９７など)に接触しても引っ掛からず、通過することができる。その結果、鉛直方向に移動している飛行体１３が物体に衝突した際に飛行が停止することを抑制することができる。

また、プロペラガード１１において、バンパー５５は、放射方向に直交する支軸７７で回転自在に支持されて回転半径の少なくとも一部分をバンパー５５の外側に突出し、傾斜方向に配置される複数のローラ６３を有する。

このプロペラガード１１では、バンパー５５にローラ６３が取り付けられる。ローラ６３は、放射方向に直交する支軸７７で回転自在となる。実施の形態１において、放射方向は、円周方向に等間隔の８方向となる。つまり、隣接するバンパー５５に挟まれる角度は４５°となる。放射方向に直交する方向とは、平面視において、連結環リブ５３の外径円にバンパー５５が交わる点における接線方向である。

ローラ６３は、回転半径の少なくとも一部分がバンパー５５の外側に突出する。ローラ６３は、バンパー５５の傾斜方向に複数が並べられている。飛行体１３は、上昇時に、物体に接触しても、ローラ６３が接触して回転することにより、極めて容易に滑って引っ掛かりにくくなる。また、容易に滑ることで、物体から受ける反力もさらに低減するので、飛行バランスをより喪失しにくくなる。

また、プロペラガード１１において、複数のローラ６３のうち隣接するローラ同士の間の距離は、バンパー５５の傾斜方向下側より、バンパー５５の傾斜方向上側の方が大きい。例えば、複数のローラ６３のうち隣接するローラ同士の間の距離は、バンパー５５の傾斜方向下側で密に、バンパー５５の傾斜方向上側で疎になる。

このプロペラガード１１では、ローラ６３が、バンパー５５の傾斜方向下側で密になり、バンパー５５の傾斜方向上側で疎になる。プロペラガード１１では、本体中心２９から外側に離れる傾斜方向下側で、ローラ６３が密となることにより、上昇時に衝突した物体がローラ６３に当たる確率が高くなる。飛行体１３の上昇時に、物体がローラ６３に当たれば、バンパー５５に直接当たる場合に比べ、滑り摩擦をより小さくでき、物体からの反力による影響をより受けにくくすることができる。また、物体からの反力の影響を受けにくいバンパー５５の傾斜方向上側ではローラ６３を疎とすることにより、飛行体１３の軽量化を図ることができる。

また、プロペラガード１１において、ローラ６３は、バンパー５５の傾斜方向下側に向かうにしたがって大径となる。

このプロペラガード１１では、バンパー１つの質量が、ローラ板とローラ受軸の合計となる。ローラ受軸が占める質量の割合が大きい場合、小径のローラ６３を密に配列するよりも、大径のローラ６３を密に配列する方が質量を軽減できる。プロペラガード１１では、バンパー５５の傾斜方向下側に向かうにしたがって大径となるローラ６３を配置することにより、バンパー５５の傾斜方向下側でローラ６３を密にしながら、飛行体１３の軽量化を図ることが可能となる。

また、プロペラガード１１において、バンパー５５は、隣接するローラ同士の間に、ローラ外径よりも低い位置で外側に突出する凸部７１が形成される。

このプロペラガード１１では、バンパー５５のローラ同士の間に、凸部７１（こぶ）が形成される。凸部７１は、ローラ外径よりも低い位置で、バンパー５５の外側に突出する。つまり、物体は、凸部７１よりも先にローラ６３に接触する。凸部７１は、引っ掛かりの生じにくい例えば凸曲面で形成される。

バンパー５５では、ローラ間に隙間があると、物体の形状によっては、ローラ間に挟まり、引っ掛かる可能性がある。あるいは、物体がローラ間の隙間にあたり、そこが支点となり、飛行体１３が大きく回転してしまう可能性がある。

バンパー５５では、ローラ間の隙間に凸部７１を設けることにより、物体がローラ間の凸部７１にあたり、ローラ６３へ案内されるようになっている。飛行体１３は、上昇時に、物体がローラ間に進入しても、凸部７１にあたってローラ６３へ誘導されるので、上述と同様の作用により、容易に滑って引っ掛かりにくくなる。その結果、物体がローラ間に挟まり、飛行体１３が回転することを抑制できる。

また、第１最外環リブ１９と、脚軸４５の先端との間を張架させるワイヤ９９を設けている。

このワイヤ９９により、飛行体１３がマンホール９１の首部９３を下降していく際に、構造物に脚軸４５が接触しても引っ掛からず、通過することができる。

また、実施の形態１に係るプロペラガード１１は、飛行体１３のプロペラ２７を囲うように構成される。具体的には、プロペラガード１１は、飛行体１３の本体１５から放射方向に延出する少なくとも３本以上の水平リブ１７と、水平リブ１７の先端を連結する第２最外環リブ２１と、本体１５に対し鉛直方向上側に配置される連結環リブ５３と、連結環リブ５３を中心に放射方向に配置され、連結環リブ５３に上端部５７が固定されるとともに下端部５９が最外環リブに固定されるバンパー５５と、隣接するバンパー同士の隙間を覆い、本体１５と連結環リブ５３との間に配置されるセンサ（例えばＴＯＦセンサ３９）のビーム照射範囲８３を包囲する開口部８７を有したメッシュ部材８５と、を備える。なお、飛行体１３は、水平リブ１７に固定されて略鉛直方向の駆動軸にプロペラ２７が固定されるモータ２５を備える。

それぞれのバンパー５５は、第２最外環リブ２１に向かって傾斜角度θが徐々に大きくなる。プロペラガード１１は、飛行体１３の上側半分を覆い、上昇時の引っ掛かりを抑制するように作用する。

飛行体１３は、本体１５から放射方向に延出する水平リブ１７に、プロペラ２７を有したモータ２５が固定される。実施の形態１に係る飛行体１３であるクワッドコプターは、４つのプロペラ２７を有する。この飛行体１３では、４つのプロペラ２７が配置される放射方向の放射中心に、合成揚力、合成推力が作用する。

飛行体１３は、平面視において、本体中心２９に近い位置ほど、上昇時に衝突した物体からの反力による影響を受けにくい。これに対し、飛行体１３は、本体中心２９から外側に離れた位置ほど、上昇時に衝突した物体からの反力による影響を受けやすい。このため、本体中心２９に近い位置では引っ掛からなかった物体でも、本体中心２９から外側に離れた位置に当たると、梃子の原理で合成揚力の作用が小さくなることから、引っ掛かりやすい傾向にある。つまり、容易に前後方向の傾き（Ｐｉｔｃｈ）や、横方向の傾き（Ｒｏｌｌ）が生じやすくなる。これらピッチやロールが生じると、プロペラ２７の下部からの風の吐き出しと、プロペラ２７の上部からの吸い込みにより、壁面に吸い付いて飛行バランスを瞬時に喪失する可能性がある。

そこで、プロペラガード１１のバンパー５５は、本体中心２９から放射方向外側に離れた位置で、傾斜角度θが可能な限り大きく（９０度に近づいて）形成される。飛行体１３は、本体中心２９から外側に離れた位置で物体にバンパー５５が接触しても、容易に滑ることにより引っ掛かりにくくなる。また、滑ることにより、物体から受ける反力も低減するので、飛行バランスを喪失しにくくなる。例えば、マンホール内部を点検飛行する飛行体１３がマンホール９１の首部９３を通過する際に、構造物(ステップや受枠９７など)に接触しても引っ掛からず、通過することができる。その結果、鉛直方向に移動している飛行体１３が物体に衝突した際に飛行が停止することを抑制することができる。

図１１は、開口部８７を有するメッシュ部材８５を備えた飛行体１３が引っ掛かりを回避する過程を表した説明図である。これに加え、プロペラガード１１は、隣接するバンパー同士の隙間を覆うメッシュ部材８５を備える。メッシュ部材８５は、本体１５と連結環リブ５３の中間部に設置されるＴＯＦセンサ３９の視野範囲がほぼ開口部８７となる。すなわち、メッシュ部材８５は、開口部８７が設けられことにより、ＴＯＦセンサ３９からの照射ビームや反射ビームを遮らないように形成されている。

プロペラガード１１は、メッシュ部材８５が設けられることにより、バンパー同士の間に形成される隙間に、構造物が入り込みにくくなり、第２最外環リブ２１への引っ掛かりが抑制され、通過することができる。その結果、鉛直方向に移動している飛行体１３が物体に衝突した際に飛行が停止することを抑制することができる。

また、プロペラガード１１において、開口部８７は、対角８９が上下に配置される四辺形に形成される。

図１２は、開口部８７を模式的に表した正面図である。このプロペラガード１１では、開口部８７が、ＴＯＦセンサ３９からの照射ビームや反射ビーム（すなわち、視野範囲）を遮らないように、ある程度の大きさで（マージンをとって）開口されている。このため、開口部８７には、比較的小さな構造物（ステップ９５の角部等）が入り込む可能性がある。

そこで、開口部８７は、対角８９が上下に配置される四辺形に形成されている。四辺形は、例えば菱形である。菱形の開口部８７では、下側２辺１０１が下側の対角８９に向かって徐々に接近して交わる。例えば、飛行体１３の上昇時に、図１１に示すように、ステップ９５の角部がメッシュ部材８５の開口部８７に進入すると仮定する。すると、飛行体１３の上昇に伴って、下側２辺１０１がステップ９５の角部を相対的にガイドする。これにより、ステップ９５は、そのまま開口部８７に嵌った状態にならず、下側２辺１０１を滑りながら開口部８７の外側へと相対的に押し出されて（実際には、飛行体１３がステップ９５から離反する）排出される。その結果、飛行体１３は、ステップ９５から脱出することができる。以上の説明は、飛行体１３の上昇時であるが、下降時においても、メッシュ部材８５の開口部８７にステップ９５が嵌った場合、同じ要領（上側２辺１０３）で飛行体１３はステップ９５からの脱出が可能となる。

図１３は、種々の構造物に対して飛行体１３が引っ掛かりを回避する過程を表した説明図である。バンパー５５、メッシュ部材８５を備えるプロペラガード１１は、飛行体１３が上昇する際、マンホール９１の段部１０５や、マンホール蓋の受枠９７などに対しても、上述同様のバンパー５５による滑り、開口部８７による押し出し作用により、引っ掛かりを抑制することができる。その結果、目視外飛行による自動飛行時においても、飛行体自体が物体に引っ掛かりにくくなり、停止することなく進行方向に進むことができる。

したがって、実施の形態１に係るプロペラガード１１によれば、鉛直方向に移動している飛行体１３が物体に接触した際に飛行が停止することを抑制できる。

以上、図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことはいうまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本開示は、鉛直方向に移動している飛行体が物体に接触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として有用である。

１１ プロペラガード
１３ 飛行体
１５ 本体
１７ 水平リブ
１９ 第１最外環リブ
２１ 第２最外環リブ
２５ モータ
２７ プロペラ
３９ ＴＯＦセンサ
５３ 連結環リブ
５５ バンパー
５７ 上端部
５９ 下端部
６３ ローラ
７１ 凸部
７７ 支軸
８３ ビーム照射範囲
８５ メッシュ部材
８７ 開口部
８９ 対角
θ 傾斜角度

Claims (7)

1. 飛行体のプロペラを囲うように構成されるプロペラガードであって、
   前記飛行体の本体から放射方向に延出する水平リブと、
   前記水平リブの先端を連結する最外環リブと、
   前記本体に対し鉛直方向上側に配置される連結環リブと、
   前記連結環リブを中心に放射方向に配置され、前記連結環リブに上端部が固定されるとともに下端部が前記最外環リブに固定され、前記連結環リブから前記最外環リブに向かって傾斜角度が徐々に大きくなるバンパーと、を備え、
   前記バンパーは、回転自在に支持されて回転半径の少なくとも一部分を前記バンパーの外側に突出し、傾斜方向に配置される複数のローラを有し、
   前記バンパーの外側は、前記飛行体の本体に対向する側とは反対側である、
   プロペラガード。
2. 前記複数のローラのうち隣接するローラ同士の間の距離は、前記バンパーの傾斜方向下側より前記バンパーの傾斜方向上側の方が大きい、
   請求項１に記載のプロペラガード。
3. 前記ローラは、前記バンパーの傾斜方向下側に向かうにしたがって大径となる、
   請求項２に記載のプロペラガード。
4. 前記バンパーは、隣接するローラ同士の間に、ローラ外径よりも低い位置で外側に突出する凸部が形成され、
   前記外側は、前記バンパーにおいて前記飛行体の本体に対向する側とは反対側である、
   請求項１に記載のプロペラガード。
5. 飛行体のプロペラを囲うように構成されるプロペラガードであって、
   前記飛行体の本体から放射方向に延出する水平リブと、
   前記水平リブの先端を連結する最外環リブと、
   前記本体に対し鉛直方向上側に配置される連結環リブと、
   前記連結環リブを中心に放射方向に配置され、前記連結環リブに上端部が固定されるとともに下端部が前記最外環リブに固定され、前記連結環リブから前記最外環リブに向かって傾斜角度が徐々に大きくなるバンパーと、を備え、
   前記最外環リブと前記飛行体の脚部の先端との間を張架させるワイヤをさらに設けた、
   プロペラガード。
6. 飛行体のプロペラを囲うように構成されるプロペラガードであって、
   前記飛行体の本体から放射方向に延出する少なくとも３本以上の水平リブと、
   前記水平リブの先端を連結する最外環リブと、
   前記本体に対し鉛直方向上側に配置される連結環リブと、
   前記連結環リブを中心に放射方向に配置され、前記連結環リブに上端部が固定されるとともに下端部が前記最外環リブに固定される複数のバンパーと、
   隣接する前記バンパー同士の隙間を覆い、前記本体と前記連結環リブとの間に配置されるセンサのビーム照射範囲を包囲する開口部を有したメッシュ部材と、を備える、
   プロペラガード。
7. 前記開口部は、対角が上下に配置される四辺形に形成される、
   請求項６に記載のプロペラガード。

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