(57)【要約】【課題】ジョイント部材において、強度及び安全性を向上させる。【解決手段】ｎ本の棒状部材を連結するジョイント部材１であって、先端部に棒状部材を挿入可能な挿入開口１ｃを有するｎ個の筒部１ａと、ｎ−２番目の筒部の先端部とｎ−１番目の筒部１ａの後端部とを接合し、ｎ−１番目の筒部１ａの先端部とｎ番目の筒部１ａの後端部とを接合し、ｎ番目の筒部１ａの先端部と１番目の筒部１ａの後端部とを接合する接続部１ｄと、を備える。ただし、ｎは３以上の自然数。【選択図】図４
2018058562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ本の棒状部材を連結するジョイント部材であって、
先端部に前記棒状部材を挿入可能な挿入開口を有するｎ個の筒部と、
ｎ−２番目の前記筒部の先端部とｎ−１番目の前記筒部の後端部とを接合し、ｎ−１番目の前記筒部の先端部とｎ番目の前記筒部の後端部とを接合し、ｎ番目の前記筒部の先端部と１番目の前記筒部の後端部とを接合する接続部と、
を備えることを特徴とするジョイント部材。
ただし、ｎは３以上の自然数。
【請求項２】
前記筒部を３個有し、
３個の前記筒部は、前記接続部により、一方向から見て三角形を形成するように固定されることを特徴とする請求項１記載のジョイント部材。
【請求項３】
前記筒部は、前記棒状部材同士を絶縁する絶縁領域を有することを特徴とする請求項１または２記載のジョイント部材。
【請求項４】
前記接続部は、前記絶縁領域とされることを特徴とする請求項３記載のジョイント部材。
【請求項５】
複数の棒状部材を連結するジョイント部材であって、
前記棒状部材同士を絶縁する絶縁領域を有することを特徴とするジョイント部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のジョイント部材と、
前記ジョイント部材により連結される複数の棒状部材と、を備えることを特徴とするガード部材。
【請求項７】
請求項６に記載のガード部材を備えることを特徴とするドローン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジョイント部材、ガード部材及びドローン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ジンバル機構と、多面体を形成する外側フレームと、内側フレームとを有し、制御システムにより制御される垂直離着陸飛行機（ドローン）が開示されている。特許文献１の開示する垂直離着陸飛行機によれば、障害物に接触した際に、外側フレームと、ジンバル機構とにより衝撃を吸収するため、障害物に接触しても飛行を継続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１９８７７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１における垂直離着陸飛行機では、外側フレームが梁（棒状部材）と、梁同士を連結するジョイント部材とにより構成されている。このため、梁同士が連結された領域は強度が周囲と比較して小さく、垂直離着陸飛行機は、落下時や、障害物との接触時の衝撃のような外力が加わった際に、ジョイント部材から梁が外れるおそれがある。また、外側フレームが電線等に接触することにより、外側フレーム全体に電流が流れ、電線がショートする可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ジョイント部材において、強度及び安全性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の第１態様に係るｎ本の棒状部材を連結するジョイント部材は、先端部に棒状部材を挿入可能な挿入開口を有するｎ個の筒部と、ｎ−２番目の筒部の先端部とｎ−１番目の筒部の後端部とを接合し、ｎ−１番目の筒部の先端部とｎ番目の筒部の後端部とを接合し、ｎ番目の筒部の先端部と１番目の筒部の後端部とを接合する接続部と、を備える。ただし、ｎは３以上の自然数。
【０００７】
上記実施形態に係るジョイント部材は、上記筒部を３個有し、３個の上記筒部は、上記接続部により、一方向から見て三角形を形成するように固定されてもよい。
【０００８】
上記実施形態に係るジョイント部材は、上記ｎ本の棒状部材同士を絶縁する絶縁領域を有してもよい。
【０００９】
上記接続部が、上記絶縁領域であってもよい。
【００１０】
本発明の第２態様に係る複数の棒状部材を連結するジョイント部材は、上記棒状部材同士を絶縁する絶縁領域を有する。
【００１１】
本発明の第３態様に係るガード部材は、上記ジョイント部材と上記ジョイント部材により連結される複数の棒状部材とを備える。
【００１２】
本発明の第４態様に係るドローン装置は、ガード部材を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の上記態様によれば、ジョイント部材の筒部は、両端が他の筒部と２か所において他の筒部と重ねて固定されている。すなわち、上記態様に係るジョイント部材は、１本の棒状部材について２支点で支持することができる。これにより、ジョイント部材は、応力を分散することができ、高い強度を得ることができる。したがって、ジョイント部材において強度及び安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るジョイント部材を備えるドローン装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るジョイント部材を含むガード部材の部分拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るジョイント部材の正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るジョイント部材の側面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るジョイント部材の絶縁層の設け方の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態に係るジョイント部材１が適用されるドローン装置１００について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。図１は、本実施形態に係るジョイント部材１を備えるドローン装置１００の斜視図である。
【００１６】
ドローン装置１００は、ドローン本体１１０と、ガード部材１２０とを備えている。ドローン本体１１０は、支持部１１１と、４つのモータ１１２と、４つのプロペラ１１３と、制御部（不図示）とを備えるマルチコプタ型の自律飛行装置である。支持部１１１は、平行に並べられた２本の柱状部材と、２本の柱状部材の双方に跨るように配置される長尺状のフレーム材とによりＨ字状に構成されている。この支持部１１１は、４つのモータ１１２と４つのプロペラ１１３と制御部とを支持している。
【００１７】
モータ１１２は、それぞれ支持部１１１の柱状部材の端部に取り付けられており、不図示の配線により制御部と接続されている。プロペラ１１３は、モータ１１２の回転軸に接続され、モータ１１２により回転される。制御部は、所定のプログラムに基づいてモータ１１２の駆動を制御する。また、ドローン本体１１０は、現在位置の取得を行うためのＧＰＳ受信機や、障害物を検出する赤外線センサ等を備えていてもよい。これにより、上記機器から得られる情報に基づいて安全に目的地まで自律飛行可能である。
【００１８】
ガード部材１２０は、ドローン本体１１０の周囲を囲う多面体形状の緩衝部材であり、ジンバル機構１２１と、多数のフレーム部材１２２（棒状部材）と、ジョイント部材１とを備えている。
【００１９】
ジンバル機構１２１は、ドローン本体１１０の支持部１１１に保持固定されるドローン保持部１２３と、略円環状のジンバル１２４とを備えている。ドローン保持部１２３は、長尺状の部材であり、長手方向の中央部にドローン本体１１０が固定される。
ドローン保持部１２３は、長手方向がジンバル１２４の半径方向に位置するように配置されており、その両端はジンバル１２４の内周面に回転可能に固定される。つまり、ドローン保持部１２３は、その長手方向を中心軸としてジンバル１２４に対して回転可能である。
ジンバル１２４は、ドローン保持部１２３の上記回転軸と直交する半径方向を回転軸として回転可能に、後述するジンバル固定部１２５に固定されている。すなわち、ジンバル機構１２１によって、ドローン本体１１０は、ガード部材１２０の内側において２軸方向に回転可能である。
【００２０】
フレーム部材１２２は、それぞれ同一の長さの直線的な部材である。フレーム部材１２２の材料としては、衝突による衝撃を吸収可能な弾性と強度を有していることが好ましく、例えば炭素繊維やプラスチック、木材、アルミニウム、ジュラルミン等が挙げられる。
フレーム部材１２２は、ジョイント部材１により他のフレーム部材１２２と連結されることで、五角形と六角形とを組み合わせた多面体状構造（フラーレン構造）を形成する。また、この多面体状構造体の中心を挟んで対向する２箇所において、ジンバル固定部１２５が形成されている。ジンバル固定部１２５は、フレーム部材１２２により形成される五角形のそれぞれの角から該五角形の中心に向けてフレーム部材１２２が配置されることで構成され、該五角形の中心にドローン保持部１２３を固定する。
【００２１】
ドローン装置１００は、不図示のカメラを備えており、ドローン本体１１０が飛行中に該カメラによって周囲を撮影することができる。このようなドローン装置１００は、例えば建造物内において人間が進入困難な場所等において飛行し、周囲の状況を撮影することが可能である。
【００２２】
また、ドローン装置１００は、プロペラ１１３を回転させることにより揚力を得て飛行する。ドローン装置１００は、建造物内を飛行時において、壁面等に衝突すると、ガード部材１２０に力が加わり、ジンバル機構１２１が回転することによって、ドローン本体１１０に衝撃が伝達されることを防止することができる。また、ドローン装置１００の落下時においても、同様にガード部材１２０が地面と衝突するため、ドローン本体１１０への衝撃を抑制できる。
【００２３】
［第１実施形態］
続いて、図２〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るジョイント部材１について説明する。図２は、本実施形態に係るジョイント部材１を含むガード部材１２０の部分拡大図である。また、図３は、本実施形態に係るジョイント部材１の正面図である。また、図４は、本実施形態に係るジョイント部材１の側面図である。
【００２４】
ジョイント部材１は、図２に示すように、３つのフレーム部材１２２を連結する部材である。ジョイント部材１は、図３に示すように、３つの中空の筒状部材１ａ（筒部）が三角形を形成するように、両端がそれぞれ他の筒状部材１ａの端部に固定されることで構成されている。筒状部材１ａには、内部にフレーム部材１２２の端部領域を収容する挿入領域１ｂが形成されている。また、筒状部材１ａは、図４に示すように、挿入領域１ｂの先端部に挿入開口１ｃが形成されている。
【００２５】
挿入領域１ｂは、略円柱状の空間であり、図３に示すように、３本のフレーム部材１２２のそれぞれが異なる方向から挿入される。このような３つの挿入領域１ｂは、図３に示すように、１つのジョイント部材１への全てのフレーム部材１２２の挿入方向に対して垂直な方向（以下、正面方向と称する）から見て、両端が他の挿入領域１ｂと重なっており、三角形を形成している。すなわち、図３において、正面方向から見て、第１の筒状部材１ａの先端部が第２の筒状部材１ａの後端部の上に重なり、第２の筒状部材１ａの先端部が第３の筒状部材１ａの後端部の上に重なり、第３の筒状部材１ａの先端部が第１の筒状部材の後端部の上に重なる。
また、筒状部材１ａは、接着剤が注入された後にフレーム部材１２２が挿入されることで、フレーム部材１２２を固定可能である。
【００２６】
また、ジョイント部材１は、３つの筒状部材１ａを接合する接続部１ｄを有している。接続部１ｄは、筒状部材１ａの両端部を、それぞれ他の筒状部材１ａの端部に角度を形成するように固定している。つまり、接続部１ｄは、第１の筒状部材１ａの先端部と第２の筒状部材１ａの後端部とを接合し、第２の筒状部材１ａの先端部と第３の筒状部材１ａの後端部とを接合し、第３の筒状部材１ａの先端部が第１の筒状部材１ａの後端部とを接合する。
【００２７】
筒状部材１ａの材料としては、加工しやすく、衝突による衝撃に対する強度を有していることが好ましく、例えばＡＢＳ樹脂や、ＡＥＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、マレージング鋼、ジュラルミン等が挙げられる。
接続部１ｄを構成する材料としては、筒状部材１ａの材料と同様の材料を用いればよい。これにより、接続部１ｄは筒状部材１ａと共に樹脂により一体形成することができる。
一方、接続部１ｄを筒状部材と異なる、絶縁性の高いセラミックにより構成し、筒状部材１ａ同士の絶縁性を高めてもよい。接続部１ｄを、高い絶縁性を有する材料で構成することで、フレーム部材１２２に数千ボルト程度の電圧が印加された場合にも、ジョイント部材１内で電気的に断線させることができる。これにより、例えば、ガード部材１２０が電線等に接触することによりフレーム部材１２２に電流が流れた場合であっても、電線がショートすることを防ぐことができる。またそれにより、ドローン装置１００に高圧電流が流れ制御不能となることを防ぐことができる。
【００２８】
本実施形態に係るジョイント部材１によれば、筒状部材１ａは、正面方向から見て三角形を形成するように配置された状態で固定されている。これにより、フレーム部材１２２が力を受けた際に、ジョイント部材１は、１本のフレーム部材１２２に対して、２点で支持することができるため、フレーム部材１２２からジョイント部材１にかかる応力を分散させることができる。したがって、ジョイント部材１に強い応力が掛かってもジョイント部材１が破損することを防ぐことができ、ガード部材１２０の強度及び安全性を向上させることができる。
【００２９】
また、本実施形態に係るジョイント部材１によれば、全体の体積を大きくすることなく、挿入領域１ｂを深くすることが可能であり、フレーム部材１２２を深く差し込み、十分に固定することが可能である。したがって、本実施形態に係るジョイント部材１は、フレーム部材１２２が外れにくい構造を有するため、強度及び安全性を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態に係るジョイント部材１によれば、接続部１ｄが絶縁性の高い材料により構成されている。これにより、フレーム部材１２２同士を電気的に断線させることができ、例えば、ドローン装置１００の飛行中に、ガード部材１２０が電線に接触した場合に、ジョイント部材によって、電流が流れたフレーム部材１２２から、他のフレーム部材１２２を電気的に断線することが可能である。したがって、電線がショートすることを防ぐことができ、さらにドローン装置１００に高圧電流が流れ制御不能となることを防ぐことができる。
【００３１】
さらに、ジョイント部材１とフレーム部材１２２とを備えるガード部材１２０は、フレーム部材１２２をジョイント部材１に差し込むことのみにより、複数のフレーム部材１２２を正確な位置に連結させることができるため、フレーム部材１２２同士の位置決め等の手間がなく、組立が容易である。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るジョイント部材１Ａについて、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態に係るジョイント部材１Ａの正面図である。なお、同一の構成については、第１実施形態と同一の符号を付している。
【００３２】
本実施形態に係るジョイント部材１Ａは、図５に示すように、３本のフレーム部材１２２が異なる方向から中心点Ｏに向けて挿入される部材である。ジョイント部材１Ａは、略球形の中心部から径方向外側に向けて突出した突出部１ｅが３箇所に形成されている。この突出部１ｅには、フレーム部材１２２が挿入される空間である挿入領域１ｆが内部に形成されており、先端に挿入領域１ｆの挿入開口（不図示）が形成されている。このようなジョイント部材１Ａは、高い絶縁性を有するセラミックにより全体が構成されており、全体が絶縁領域となっている。
【００３３】
本実施形態に係るジョイント部材１Ａは、全体が絶縁されているため、ジョイント部材１Ａと接続されたフレーム部材１２２に電流が流れた場合に、他のフレーム部材１２２に電流が流れることを防ぐことができる。したがって、ガード部材１２０において電流がショートすることがなく、ジョイント部材１Ａを備えるガード部材１２０の安全性を向上させることができる。
【００３４】
さらに、本実施形態に係るジョイント部材１Ａは、中心点Ｏに向けて３本のフレーム部材１２２がそれぞれ異なる方向から挿し込まれる構造とされている。これにより、ジョイント部材１Ａは、構造が単純となり、セラミックによる造形が容易である。
【００３５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせなどは一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３６】
上記第１実施形態においては、絶縁性を高める場合に接続部１ｄと筒状部材１ａとが別の素材で構成される場合を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、接続部１ｄと筒状部材１ａとがセラミックにより一体として形成されるものとしてもよい。この場合、接続部１ｄと筒状部材１ａとの接続が強固となるため、ジョイント部材１はより高い強度を保持することができる。
【００３７】
また、上記第１実施形態においては、接続部１ｄで絶縁領域を形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、挿入領域１ｂに絶縁性の高いオイルを充填する、または絶縁性の高い接着剤によりフレーム部材１２２を固定することで、絶縁領域を形成することも可能である。この場合、接続部１ｄと筒状部材１ａとの接続が強固となるため、ジョイント部材１はより高い強度を保持することができる。
【００３８】
また、上記第２実施形態においては、ジョイント部材１Ａは、全体が絶縁性の高いセラミックにより形成されており、全体が絶縁領域とされているが、本発明はこれに限定されない。ジョイント部材１Ａは、突出部１ｅの根元の領域に絶縁性の高い部材が埋設される構成を採用することも可能である。
【００３９】
また、上記第１及び第２実施形態においては、３本のフレーム部材１２２を連結するジョイント部材１、１Ａについて説明したが、本発明はこれに限定されない。ジョイント部材１、１Ａは、４本以上のフレーム部材１２２を連結する構造とすることも可能である。例えば、第１実施形態に係るジョイント部材１において、４本のフレーム部材１２２を連結する場合、筒状部材１ａを正面方向から見て四角形となるように、筒状部材１ａが固定されればよい。
つまり、例えば、ジョイント部材がｎ個（ｎは３以上の自然数）の筒状部材を含む場合、接続部が、ｎ−２番目の筒状部材の先端部とｎ−１番目の筒状部材の後端部とを接合し、ｎ−１番目の筒状部材の先端部とｎ番目の筒状部材の後端部とを接合し、ｎ番目の筒状部材の先端部と１番目の筒状部材の後端部とを接合し、最終的に全ての筒状部材が２点支持される閉ループを構成していればよい。
【００４０】
上記第１及び第２実施形態において、絶縁層を形成するために用いられる絶縁性の高い部材としては、アルミナ系、炭化ケイ素系、窒化ケイ素系またはジルコニア系のセラミック等の１１ｋＶ／ｍｍ以上の絶縁性能を有する素材が挙げられる。また、上記の絶縁性の高い部材による絶縁層の厚さを変更することにより、低圧（交流６００Ｖ以下のもの、直流７５０Ｖ以下のもの）、高圧（交流６００Ｖを超え７０００Ｖ以下のもの、直流７５０Ｖを超え７０００Ｖ以下のもの）及び特別高圧（交流７０００Ｖを超えるもの、交流７０００Ｖを超えるもの）のそれぞれについて、絶縁性を高めることが可能である。具体的には、例えば、１１ｋＶ／ｍｍの絶縁性能を有する素材を用いる場合、低圧の電圧では、１ｍｍ程度の厚さの絶縁層を形成し、高圧の電圧では、７ｍｍ以上の厚さの絶縁層を形成することで絶縁性能を担保することができる。さらに、特別高圧の電圧の場合には、ガード部材１２０に印加される可能性のある電圧の大きさに応じて、絶縁層の厚さや素材を変更することで、絶縁層の絶縁性能を担保することが可能である。
【００４１】
また、上記第１及び第２実施形態において、ガード部材１２０がジオデシック構造の一種であるフラーレン構造としたが、本発明はこれに限定されない。ガード部材１２０は、その他のジオデシック構造を採用することも可能である。また、ガード部材１２０が本発明に係るジョイント部材を有していれば、ジオデシック構造以外の構造を採用することも可能である。
【００４２】
また、ドローン本体１１０は、支持部１１１がＨ字状としたが、本発明はこれに限定されない。ドローン本体１１０は、設計を任意に変更することが可能であり、支持部１１１が、フレーム材を交差させることにより構成されるＸ字状の構造としてもよい。また、ドローン本体１１０のモータ１１２及びプロペラ１１３の数は限定されず、例えばモータ１１２及びプロペラ１１３が、６個、８個設けられる構成も採用することができる。
【００４３】
さらに、ガード部材１２０は、ジンバル機構１２１を有しており、ドローン本体１１０を２軸方向にて回転可能に支持する構造としたが、本発明はこれに限定されない。ドローン本体１１０の支持部１１１とドローン保持部１２３との接続部も回転可能とすることにより、ドローン本体１１０を３軸方向にて回転可能に支持する構造とすることもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ジョイント部材
１ａ  筒状部材
１Ａ  ジョイント部材
１ｂ  挿入領域
１ｃ  挿入開口
１ｄ  接続部
１ｅ  突出部
１ｆ  挿入領域
１００  ドローン装置
１１０  ドローン本体
１１１  支持部
１１２  モータ
１１３  プロペラ
１１４  制御部
１２０  ガード部材
１２１  ジンバル機構
１２２  フレーム部材
１２３  ドローン保持部
１２４  ジンバル
１２５  ジンバル固定部
【図１】
2018058562.tif 000003
【図２】
2018058562.tif 000004
【図３】
2018058562.tif 000005
【図４】
2018058562.tif 000006
【図５】
2018058562.tif 000007