(57)【要約】【課題】軽量でより簡単な構成のマイクロ空中輸送手段を提供する。【解決手段】胴体１と、胴体１の前部に載置されるフラッピング動力伝達機構２と、ハチドリのような小さい自然のフライヤの飛行に似せて８の字形状のフラッピング動作経路となるように創成するフラッピング動力伝達機構２により駆動されかつ取り付けられた可撓翼フレーム３と、胴体１の尾部に取り付けられた尾翼４と、を有し、可撓翼フレーム３が、炭素繊維製の一対の前縁アーム部材３１に、パリレン箔製の翼皮３２を回転可能に設けることにより形成したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体と、
当該胴体に載置されたフラッピング動力伝達機構と、
当該フラッピング動力伝達機構にそれぞれ取り付けられた一対の前縁アーム部材、及び、当該一対の前縁アーム部材にそれぞれ回動可能に取り付けられ、右翼部及び左翼部を有する翼皮、を有する可撓翼フレームと、
前記胴体の尾部に固着された尾翼と、を有し、
前記フラッピング動力伝達機構の動作によって、前記前縁アーム部材を第１周波数で垂直方向にレシプロ的にフラップすると共に、前記翼皮の各先端部で前記第１周波数の２倍の第２周波数に発展させ、前記翼皮の始端から終端まで一貫したレシプロ的な流れ様式で振動させるように、小さい自然なフライヤに生体模倣的に前記各翼皮の先端部で８の字形状動作経路を形成するようにしたことを特徴とするマイクロ空中輸送手段。
【請求項２】
前記フラッピング動力伝達機構は、４本リンクが結合した動力伝達システムである請求項１に記載のマイクロ空中輸送手段。
【請求項３】
前記フラッピング動力伝達機構は、前記一対の前縁アーム部材と回動可能に連結されたものであり、前記胴体に載置されるベース部と、当該ベース部に載置されたモータと、前記ベース部に回転可能に取り付けられ、前記モータによって有効に駆動される減速ギア機構と、当該減速ギア機構にそれぞれ回動可能に連結され、かつ、前記減速ギア機構により有効に駆動される一対の駆動リンクと、前記ベース部にそれぞれ回動可能に載置され、かつ、前記駆動リンクにより垂直にレシプロ運動される各前記駆動リンクに内側部が回動可能に連結された一対の付勢リンクと、を有し、
各前記付勢リンクの外側部が、前記各前縁アーム部材を有効にレシプロ的にフラッピングするように前記各前縁アーム部材に連結されている、請求項２に記載のマイクロ空中輸送手段。
【請求項４】
各前記前縁アーム部材は、炭素繊維製である、請求項１に記載のマイクロ空中輸送手段。
【請求項５】
前記翼皮は、パリレン又はポリ−パラ−キシリレン製である、請求項１に記載のマイクロ空中輸送手段。
【請求項６】
前記翼皮は、当該翼皮と一体的に形成された複数のリブを有する請求項１に記載のマイクロ空中輸送手段。
【請求項７】
前記翼皮は、少なくとも一対のリブを有し、前記各リブは、前記各前縁アーム部材に並列的に配置され、前記各リブと、前記リブに並列的に配置される前記各アーム部材との間のなす角が鋭角となるようにした、請求項１に記載のマイクロ空中輸送手段。
【請求項８】
前記翼皮は、前記可撓翼フレームに振動波を滑らかに伝達するに適した波形状に形成されている請求項１に記載のマイクロ空中輸送手段。
【請求項９】
前記翼皮は、前記可撓翼フレームのレシプロ的なフラッピング運動を許容するように、前記可撓翼フレーム及び前記胴体における前面部に対応する部分に形成された開口部を有する請求項１に記載のマイクロ空中輸送手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は、８の字形状のフラッピング動作経路を有する生体模倣のマイクロ空中輸送手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、羽ばたき機の羽運動が開示されている。この羽ばたき機は、出力軸に載置された複数対の羽を有し、各羽は、実質的に駆動モータの一側に沿って突出する、無限大記号状のカーブしたパターンに沿って運動する。
【０００３】
しかし、この先行技術は、下記の問題を有している。
【０００４】
１．複数対の羽を運動させるには、２つのモータと２つのギアボックスを必要とし、羽ばたき機の全重量を増大させることになり、このため、羽ばたき機やマイクロ空中輸送手段（ＭＡＶ：micro-aerial-vehicle）の小型化が限界に達している。
【０００５】
２．一対の翼運動（７２、７４）は、各一対の翼（７６、７８；８０、８２）で行われるようになっており、１つの羽ばたき機を構成するには、全体で４つの翼が必要となるので、製品重量、組み付けの複雑さ、及び、保守上の問題を増大さる。
【０００６】
本発明の発明者は、この先行技術の欠点を見出し、より軽量でより簡単な構成のマイクロ空中輸送手段を発明するに至った。
【特許文献１】米国特許６，２２７，４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、軽量でより簡単な構成のマイクロ空中輸送手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するために、本発明は、胴体と、当該胴体の前部に載置されるフラッピング動力伝達機構と、例えば、ハチドリのような小さい自然のフライヤの飛行に似せて８の字形状のフラッピング動作経路を創成する前記フラッピング動力伝達機構により駆動されかつ取付けられた可撓翼フレームと、前記胴体の尾部に取り付けられた尾翼と、を有し、前記可撓翼フレームが、炭素繊維製の一対の前縁アーム部材に、パリレン箔製の翼皮を枢動可能あるいは回動可能に設けることにより形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、フラッピング動力伝達機構が、前縁アーム部材を、小さい自然なフライヤを生体模倣して８の字形状のフラッピング動作経路で動作せせるので、前記前縁アーム部材に取付けられた各翼皮の先端部で、垂直方向にレシプロ的にフラップする第１周波数が、その２倍の第２周波数に発展し、前記翼皮の始端から終端まで一貫したレシプロ的な流れ様式で振動させることができる。また、炭素繊維製などの一対の前縁アーム部材に、パリレン箔製などの翼皮を回動可能に設けたので、フラッピング動力伝達機構により前縁アーム部材を上下レシプロ的に動作させると、可撓翼フレームが前記８の字形状のフラッピング動作経路となり、昇降力と推進力を両方とも共に強化することができ、軽量でより簡単な構成のマイクロ空中輸送手段となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１〜５に示すように、本発明のマイクロ空中輸送手段（即ち、micro aerial vehicle；ＭＡＶ）は、胴体１と、胴体１の前部に載置されたフラッピング動力伝達機構２と、フラッピング動力伝達機構２に回動可能に取り付けられた可撓翼フレーム３と、胴体１の尾部に固着された尾翼４と、を有している。
【００１２】
胴体１は、簡単な構成の長尺な梁又はロッドであり、軽い材料、例えば、炭素繊維、アルミニウム、チタン合金又は軽量のプラスチック材料などにより構成されている。ただし、本発明では、これらのみに制限されるものではない。
【００１３】
フラッピング動力伝達機構２（又はフラッピング手段）は、自由度（ＤＯＦ）が１のフラッピング運動となるように形成され、胴体１の前部に載置され、可撓翼フレーム３の下方に配置されているが、これは、可撓翼フレーム３の駆動、可撓翼フレーム３の翼先端部での８の字状のフラッピング動作経路の創成、本発明のマイクロ空中輸送手段の推力と上昇力を生じさせるためのものである。
【００１４】
図２と図３に示すように、フラッピング動力伝達機構２は、軽い材料でできている４本のリンクを結合した動力伝達システムであって、以下の構成要素を有している。つまり、胴体１の前部に取り付けられたベース部２０と、胴体１上に固定されたバッテリ（図示せず）に電気的に連結されたモータ２１と、モータ２１に同軸的に連結された駆動ギア２２と、駆動ギア２２によって回動される内側ギア２３、及び、モータ２１の回転を減速するために内側ギア２３に同軸的に取り付けられたピニオン２３１を介して内側ギア２３により回動される外側ギア２４から構成された減速ギア機構と、外側ギア２４に同軸的に連結されたカム２４１と、カム２４１に下部リンク端２５１、２６１がそれぞれ回動可能に取り付けられた一対の駆動リンク２５、２６と、リンク中心部２７１、２８１がそれぞれベース部２０の対向端部に回動可能に取り付けられた一対の付勢リンク２７、２８と、を有している。そして、付勢リンク２７、２８のリンク内側部２７２、２８２は、駆動リンク２５、２６の上端部２５２、２６２にそれぞれ回動可能に取り付けられ、付勢リンク２７、２８のリンク外側部２７３、２８３は、それぞれ可撓翼フレーム３の一対の前縁アーム部材３１、３１に回動可能に取り付けられている。これによりモータ２１が始動されると、可撓翼フレーム３の一対の前縁アーム部材３１、３１が、フラッピング動力伝達機構２の４本のリンクを結合した動力伝達システムによって、垂直にレシプロ的にフラッピングする。
【００１５】
可撓翼フレーム３は、フラッピング動力伝達機構２にそれぞれ連結されて駆動される一対の前縁アーム部材３１と、一対の前縁アーム部材３１（特に図４参照）に回動可能に取り付けられ、可撓翼フレーム３の最先端から可撓翼フレーム３の後端に向って後方あるいは横方向に突出する（右翼部と左翼部からなる）翼皮３２と、翼皮３２に一体的に形成され、各前縁アーム部材３１に並列的に形成された少なくとも一対のリブ３５と、を有している。各前縁アーム部材３１は、丸棒またはロッド（図４参照）のようなもので形成することが好ましい。各リブ３５は、各リブ３５とその並列的に形成された前縁アーム部材３１とのなす角が、（例えば３０度という）鋭角にしているが、この角度に限定されるものではない。
【００１６】
正面の開口部３４は、可撓翼フレーム３の中心部分若しくは根元部分３３の前部に形成され、フラッピング動力伝達機構２の上下レシプロ的動作を許容し、８の字形状のフラッピング動作を行うとき、翼皮３２の「膠着状態（deadlocking）」が生じるのを防止する。ここに、８の字形状のフラッピング動作とは、図５に示すように、可撓翼フレーム３の１点を「Ｐ」としたときの点Ｐの軌跡動作である。
【００１７】
前縁アーム部材３１は、炭素繊維、軽量プラスチック、例えば、アルミニウム又はチタン合金のような金属的材料で構成することが好ましい。翼皮３２は、パリレン（又はポリ−パラ−キシリレン）箔又は他の可撓性の薄膜で構成してもよい。
【００１８】
本発明のフラッピング動力伝達機構２における４本リンクのレシプロ的な運動により、可撓翼フレーム３の一対の前縁アーム部材３１は、前縁アーム部材３１に回動可能に取り付けられた翼皮３２をフラッピングするように上下動を繰り返し、垂直にレシプロ的に運動する。
【００１９】
したがって、本発明のマイクロ空中輸送手段は、下記のように分析されるフラッピング運動を実行することになる。
【００２０】
１．前縁アーム部材３１は、第１周波数（つまり、例えば、１５．６Ｈｚ〜２１．７Ｈｚのフラッピング周波数）で、垂直にレシプロ的にフラッピングすると、翼皮３２は、各翼先端部で第１周波数の２倍の第２周波数（つまり、振動数）に発展し、始端から終端まで一貫してレシプロ的な流れ様式で振動されるようになる。
【００２１】
２．翼皮３２と一体的に形成されている各リブ３５は、フラッピングのストローク中の昇降力を強化することになり、空気での反りに対する鳥の羽の羽枝として連結されたシャフトのような重要な役割を果たす。
【００２２】
３．翼皮３２のパリレン箔は、枢動又は回転可能に前縁アーム部材３１（図４参照）に取り付けられているので、瞬間的に翼の迎え角が、可撓翼フレーム３の調和的で正弦波的なフラッピング運動に対応して同時に変化し、これにより遅延失速、捕獲軌跡及び回転循環の不安定な流れメカニズムでも、十分な昇降力や推進力を生じさせることになる。
【００２３】
羽ばたきの周波数は、本発明の翼構造の実際の振動数（例えば、８５Ｈｚ）より小さい、例えば、１５．６Ｈｚ〜２１．７Ｈｚの範囲とすると、これにより、可撓翼フレームが受けるダメージを防止し、本発明の可撓翼フレームのダメージも防止する。
【００２４】
本発明の翼皮３２は、本発明の８の字状フラッピング動作を強化するため、翼の最先端から後縁の方に、かつ、翼の先端から翼の中心の根元部の方に、振動波（又はしなやかな波）の流れが滑らかに移動するように、図６に示すように、波形状に形成することが好ましい。
【００２５】
ノーズコーン１０は、本発明のマイクロ空中輸送手段の飛行中、風抵抗を減らすために、胴体１の前端部分に形成することが好ましい（図６参照）。
【００２６】
また、尾翼４は、図７に示すように修正してもよく、あるいは輸送手段の性能を向上させるために更に修正することができる。
【００２７】
本発明は、自然のハチドリを想像的に模倣し、「８」の字状のフラッピングのパターンとなるマイクロ空中輸送手段を提供する。本発明の８の字状のフラッピングのパターンは、水平８の字状パターンより、むしろ垂直にレシプロ的に指向され、これにより、昇降力と推進力を両方とも共に強化する。
【００２８】
本発明は、優れた飛行性能を示すが、この輸送手段の重量や大きさは、２１．６cmの翼幅で、５．９グラムと低く（軽く）、手のひらサイズと同程度で、大幅に小型化されている。したがって、本発明によりマイクロ空中輸送手段の小型化は、その飛行性能を低下させることなく、達成されることになる。
【００２９】
本発明は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、更に修正することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の斜視図である。
【図２】本発明のフラッピング動力伝達機構における分解斜視図である。
【図３】本発明のフラッピング動力伝達機構における組み立て状態の斜視図である。
【図４】図１の第４−４線から見た断面図である。
【図５】本発明におけるフラッピング右翼部の翼先端部の8の字状動作経路を示す側面図である。
【図６】本発明の波状翼とノーズコーンを有する実施形態を示す図である。
【図７】本発明の修正された尾翼を有する実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…胴体、
２…フラッピング動力伝達機構、
２０…ベース部、
２１…モータ、
２３…内部ギア、
２４…外部ギア、
２５，２６…駆動リンク、
２７，２８…付勢リンク、
２７２，２８２…付勢リンクの内側部、
２７３，２８３…付勢リンクの外側部、
３…可撓翼フレーム、
３１…前縁アーム部材、
３２…翼皮、
３４…開口部、
３５…リブ、
４…尾翼。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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