(57)【要約】      （修正有）【課題】長時間の連続した飛行を可能にするとともに操作の安定性や安全性を確保することができるマルチコプターを提供する。【解決手段】マルチコプター１０は、機体１２を浮揚させる複数の回転翼１４と、回転翼１４に駆動力を供給する複数のモータと、機体１２の位置制御を司る制御装置と、機体１２に外部から電源の供給を行う電源ケーブルと操作情報の入力を行う操作情報ケーブルを収束した集合ケーブル３６を備え、集合ケーブルに想定値以上の荷重が作用したときに電源の供給が制御され、機体１２の軟着陸を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体を浮揚させる複数の回転翼と、
前記回転翼に駆動力を供給する複数のモータと、
前記機体の位置制御を司る制御装置と、
前記複数のモータに地上局から電源の供給を行う第１のケーブルと、
前記制御装置に前記地上局から操作情報の入力を行う第２のケーブルを備え、
前記第１のケーブルおよび前記第２のケーブルが、両ケーブルの一端が接続される前記地上局と他端が接続される前記機体との間において前記一端よりも下方にたわむ部分を有する、
マルチコプター。
【請求項２】
前記第１のケーブルまたは前記第２のケーブルの少なくとも何れかに想定値以上の荷重が作用した場合に前記機体を下降させることを特徴とする、
請求項１に記載のマルチコプター。
【請求項３】
前記機体の水平位置が想定範囲を超えた場合に前記機体の位置を下降させることを特徴とする、請求項１または２に記載のマルチコプター。
【請求項４】
前記機体を落下衝撃から保護するエアバッグもしくは前記機体の落下速度を緩和するパラシュートの何れかを備え、
前記第１のケーブルまたは前記第２のケーブルの少なくとも何れかに想定荷重以上の荷重が作用した場合もしくは前記機体の水平位置が想定範囲を超えた場合に前記エアバッグまたは前記パラシュートのうち少なくとも何れか一方が作動することを特徴とする、
請求項２または３に記載のマルチコプター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上から電源を供給することで長時間の飛行を可能にしたマルチコプターに関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチコプターは、放射状に配置される複数の回転翼の回転力バランスを調整することにより自在に飛行することができる。マルチコプターは無線により遠隔操作されるが、多くの場合、搭載されたＧＰＳやジャイロセンサーの働きによる機体制御によって自律飛行が可能である。マルチコプターは空中の定点に長時間滞留することができるという利点があり、カメラを搭載して空撮に用いられることが多い(例えば、特許文献１を参照のこと。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７９０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように空撮において非常に利便性の高いマルチコプターではあるが、一方では、飛行の長時間化によるバッテリーの重量増加の問題、また逆にバッテリー容量の限界による飛行時間の制限等の問題も指摘されている。また、マルチコプターの操作はプロポを用いた無線操作が基本であり、周波数変調方式を採用しているため、同一エリア内に同じ周波数帯域を使用する機種が複数台あっても電波干渉なく操作が可能なシステムであるが、近年のＷｉＦｉの普及により、周波数帯域の稠密利用の問題が顕著になってきている。さらに大都市部では電波出力が極度に高いエリアが点在しており、小出力機器のマスキングの問題も考慮しなければならないなど、無線操作を巡る様々な問題点が指摘されている。またＧＰＳによる自律飛行時に電波障害等が生じた場合には、位置を補正するためにマルチコプターが予想もつかない方向に機体が移動し、最悪に場合には落下することも十分に起こり得る問題として対応していかなければならない。
【０００５】
本発明は、これらの問題の解決を図るべくなされたものであり、長時間の連続した飛行を可能にするとともに操作の安定性や安全性を確保することができるマルチコプターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、機体を浮揚させる複数の回転翼と、前記回転翼に駆動力を供給する複数のモータと、前記機体の位置制御を司る制御装置と、前記複数のモータに地上局から電源の供給を行う第１のケーブルと、前記制御装置に前記地上局から操作情報の入力を行う第２のケーブルを備え、前記第１のケーブルおよび前記第２のケーブルが、両ケーブルの一端が接続される前記地上局と他端が接続される前記機体との間において前記一端よりも下方にたわむ部分を有するマルチコプターである。
【０００７】
本発明のマルチコプターは、機体の外部にある地上局から電源を供給できるように構成されており、機体にバッテリーを搭載する必要がないため、従来のマルチコプターに比べて重量が大幅に軽減される。また、機体の外部から電源を供給することにより、従来の充電式のバッテリーを搭載したマルチコプターでは不可能であった長時間の飛行が可能になる。
【０００８】
ケーブルにはたわみ部分が設定されていることから、機体と地上局の間で引っ張り荷重が作用しないため、ケーブルを付加したことによる姿勢変化や操縦安定性への影響を極力排除することができ、機体を安定した姿勢に維持することができる。
【０００９】
本発明のマルチコプターは、前記第１のケーブルまたは前記第２のケーブルの少なくとも何れかに想定値以上の荷重が作用した場合に前記機体を下降させるように構成することもできる。
【００１０】
ケーブルの長さを調整することにより飛行が可能な安全圏を設定することができる。機体が安全圏を超えて飛行しようとするとケーブルに引っ張り荷重が作用し、これが想定値を超えた場合に給電が制御されて機体が下降し、安全圏外への飛び出し事故を未然に防止することができる。
【００１１】
本発明のマルチコプターは、前記機体の水平位置が想定範囲を超えた場合に前記機体の位置を下降させるように構成することもできる。
【００１２】
機体にはＧＰＳが搭載されており、現在位置を常時把握することができるので、機体の飛行が可能な安全圏を水平位置で設定することもできる。
【００１３】
本発明のマルチコプターは、前記機体を落下衝撃から保護するエアバッグもしくは前記機体の落下速度を緩和するパラシュートの何れかを備え、前記第１のケーブルまたは前記第２のケーブルの少なくとも何れかに想定荷重以上の荷重が作用した場合もしくは前記機体の水平位置が想定範囲を超えた場合に前記エアバッグまたは前記パラシュートのうち少なくとも何れか一方が作動するように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のマルチコプターは、ケーブルを通じて機体の外部から電源の供給を行うことから、バッテリー容量に左右されることなく長時間の連続した飛行が可能である。またケーブルの長さを調整することにより飛行が可能な安全圏を設定することができ、これを超えようとするとケーブルに想定値以上の荷重が加わって給電が制御されるため、安全圏外への飛び出し事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マルチコプターの飛行システムを示す概念図
【図２】ケーブルの構造を示す概念図
【図３】マルチコプターの通常飛行時の状態を示す概念図
【図４】マルチコプターの非常時の状態を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態については、添付した図面を参照しながら説明する。マルチコプター１０は、機体フレーム１２、複数の回転翼１４、各回転翼１４に対応するモータ１６、制御装置１８、ＧＰＳ装置２０、パラシュート装置２２、ケーブルコネクタ２４、安全装置２６を備えている。
【００１７】
ケーブルコネクタ２４には、電気ケーブル３０、操作情報ケーブル３２、アースケーブル３４が接続される。電気ケーブル３０、操作情報ケーブル３２、アースケーブル３４は一つの集合ケーブル３６に収束されている。集合ケーブル３６の一端は地上局と接続されている。集合ケーブル３６のうち電気ケーブル３０は地上に置かれた発電機３８と接続され、操作情報ケーブル３２は同じく地上に置かれたパソコン４０と接続されている。操作情報ケーブル３２にはＬＡＮケーブルや光ケーブル等を用いることができる。アースケーブル３４は、例えば機材を運搬するトラック４２の金属部分と接続される。マルチコプター１０の回転翼１４はある条件下においては静電気の発生源となり、マルチ１０に搭載されている機器類にとって重大な事故を招く原因となる。アースケーブル３４を接地させておくことにより、このような事故を未然に防止することができる。
【００１８】
集合ケーブル３６はトラック４２の荷台に設置されているドラム４４に巻回して収納されており、使用時には必要な長さだけドラム４４から巻き出してケーブル長を調整する。集合ケーブル３６は一端４６がトラック４２に設置されたアーム４８によってある程度の高さにまで持ち上げられ
ており、他端５０がマルチコプター１０と接続される。集合ケーブル３６には一端４６の高さよりより下方に撓んだ部分５２が生じるようにドラム４４からの巻き出し長さを調整する。
【００１９】
マルチコプター１０には飛行の安全を確保するための安全装置２６が設けられている。安全装置２６は集合ケーブル３６と機体フレーム１２との間に設けられており、集合ケーブル３６に想定値を超える荷重が作用した場合に制御装置１８を通じてモータ１６への給電量を減少させ、機体を下降させる制御を行う。これにより機体が安全圏外に飛び出ようとするときには、集合ケーブル３６に引張力が作用し、安全装置２６が作動して安全圏内に自動的に着地する。
【００２０】
パラシュート装置２２は非常時に軟着陸用のパラシュートを作動させる。機体が比較的大きな速度で安全圏外に飛び出した場合、集合ケーブル３６に過大な引張力が作用し、ケーブルコネクタ２４が切断される。マルチコプター１０には飛行用のバッテリーは搭載されていないため、ケーブルコネクタ２４の切断により電気ケーブル３０を通じた外部からの給電が遮断され、その結果、浮揚力が維持できなくなり機体は落下する。このときパラシュート装置２２が自動的に作動し、マルチコプター自体を落下の衝撃から保護するとともに落下地点の近くにいる人や物への被害を最小限に食い止める。
【００２１】
パソコン４０にはマルチコプター１０の操作に関するソフトウェアがインストールされている。またマルチコプター１０にカメラを搭載している場合などに空撮した画像や動画のデータをリアルタイムで収集、保存するためのソフトウェアもインストールされている。マルチコプター１０の操作は全てパソコン４０からの操作情報の入力によって行うことができる。操作コマンドはＬＡＮケーブル３２を通じてマルチコプター１０に搭載されている制御装置１８に送信される。マルチコプター１０で空撮された画像データ等はＬＡＮケーブル３２を通じてパソコン４０に送信される。
【００２２】
図３は飛行中のマルチコプター１０を示している。マルチコプター１０は搭載したＧＰＳ受信装置２０により自機の位置を補足しながら自律飛行を行う。このとき、電気ケーブル３０、ＬＡＮケーブル３２、アースケーブル３４がマルチコプター１０と接続されており、さらにヒューズも取り付けられている。
【００２３】
マルチコプター１０の自律飛行中にＧＰＳに外乱が発生した場合、マルチコプター１０は自機の位置について実際の位置とは違った演算結果を導き出すことがある。この場合、設定した位置との間に差があるとマルチコプター１０はこの差を埋めるために自律的に移動を開始する。差が大きければ大きいほどマルチコプター１０の移動速度は早くなり、場合によっては視界から消えてしまうこともあり得る。しかし、マルチコプター１０は各種のケーブル類で地上の機器類と接続されているため、ケーブルの長さ以上の遠方には移動することができない。マルチコプター１０の移動によってケーブルが引っ張られたときに、ケーブルに所定荷重以上の衝撃荷重が加わったときには、最初にヒューズ４６が外れ、マルチコプター１０へ給電が強制的に遮断される。次に、パラシュート装置２２が作動してパラシュート４６が開き、マルチコプター１０を軟着陸させる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  マルチコプター
１２  機体フレーム
１４  回転翼
１６  モータ
１８  制御装置
２０  ＧＰＳ装置
２２  パラシュート装置
２４  ケーブルコネクタ
２６  安全装置
３０  電気ケーブル
３２  操作情報ケーブル
３４  アースケーブル
３６  集合ケーブル
３８  発電機
４０  パソコン
４２  トラック
４４  ドラム
４６  パラシュート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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