JP6714911B2

JP6714911B2 - ティルトウイング形態無人飛行機

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Publication number: JP6714911B2
Application number: JP2016044820A
Authority: JP
Inventors: 雅俊浜中
Original assignee: Kyoto University NUC
Current assignee: Kyoto University NUC
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-03-08
Also published as: JP2017159751A

Description

本発明は、少なくとも前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる４発ティルトウイング形態無人飛行機に関するものである。

特開２００９−１４３２６８号公報（特許文献１）には、人によって運転される４発ティルトウイング形態飛行機の飛行制御システムが開示されている。また特開２０１４−２３１２５３号公報（特許文献２）には、宇宙研究開発機構が開発した４発ティルトウイング形態無人飛行機の飛行制御システムが開示されている。この４発ティルトウイング形態無人飛行機は、機体の前方に設けられた２つの電動プロペラを有する前方主翼と、機体の後方に設けられた２つの電動プロペラを有する後方主翼を有している。そして機体内には、前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、後方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、後方電動源を備えた後方主翼回動機構と、電動プロペラ、前方電動源及び後方電動源の電源となる蓄電器を備えている。

また前方主翼が回動する２発ティルトウイング形態無人飛行機としては、カナディアＣＬ−８４の模型（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｙｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ／ｗａｔｃｈ？ｖ＝５５Ｆ−ＮｋｎＰｖｚ０）が販売されて試験されている。この２発ティルトウイング形態無人飛行機でも、前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構を備えている。

特開２００９−１４３２６８号公報特開２０１４−２３１２５３号公報

ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｙｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ／ｗａｔｃｈ？ｖ＝５５Ｆ−ＮｋｎＰｖｚ０

特許文献２に示される４発ティルトウイング形態無人飛行機は、研究レベルのものである。また非特許文献１の２発ティルトウイング形態無人飛行機も研究レベルのものである。そのため従来のティルトウイング形態無人飛行機は、上空からの撮影等の用途には使用できるものの荷物の搬送には不向きであった。

本発明の目的は、蓄電器を駆動電源とする場合において、荷物を搬送するのに適したティルトウイング形態無人飛行機を提供することにある。

本発明が改良の対象とするティルトウイング形態無人飛行機は、機体と、機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、機体の後方に設けられた後方主翼と、前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、電動プロペラ及び前方電動源の電源となる蓄電器を備えている。本発明のティルトウイング形態無人飛行機は、機体内に、前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室を構成する。

このようにすると、荷物を機体の外部をあまり露出させることなく、荷物室を機体内に構成することができるので、前方主翼を前進飛行角度にした状態で、空気抵抗を小さい状態にして荷物を搬送することができる。

またティルトウィング形態無人飛行機が４発であれば、後方主翼に２以上電動プロペラをさらに備え、後方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、後方電動源を備えた後方主翼回動機構をさらに備え、前方主翼回動機構と後方主翼回動機構との間に荷物室が構成される。これにより、荷物室を機体内に配置して、空気抵抗をなるべく小さくすることができる。

また、機体内には、前方主翼よりも前方側に前方電動源が配置され、後方主翼よりも後方側に後方電動源が配置されているようにしてもよい。これによって、一層の荷物室の拡張を図ることができる。

前方主翼回動機構及び後方主翼回動機構は、それぞれ回転モータによって回転駆動されるネジ部材と、該ネジ部材に螺合されたナット部材と、ネジ部材の回転によって直線移動するナット部材に回動可能に設けられたスライダと、スライダがスライド可能に嵌合されるスリットを備え一端が回動可能に固定された回動リンクとからなり、回動リンクの一端の回転を利用して主翼回動軸を回動させるように構成することができる。

またティルトウイング形態無人飛行機は、着陸して電動プロペラの駆動を停止した後に、前方主翼回動機構及び後方主翼回動機構により前方主翼及び前記後方主翼をさらに回動させると、前記荷物を荷物室から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を機体内に備えていてもよい。この場合、荷物保持搬出機構は、前方電動源及び後方電動源を駆動源として搬出動作をするように構成されているのが好ましい。このようにすると荷物の搬出を自動化することができる。また荷物保持搬出機構のための駆動源を別個に用意する必要がないので、部品点数を減らして、無人飛行機の重量を軽くすることができる。その結果、飛行距離を伸ばすことができる。

また荷物保持搬出機構は、前方電動源によって駆動される前方クランクと後方電動源によって駆動される後方クランクとを備え、前方クランク及び後方クランクは、搬出動作を開始する前までは自由端において荷物を支え、搬出動作が開始されると固定端を中心にして互いに離れる方向に回動するように構成されているのが好ましい。荷物保持搬出機構をこのように構成すると、簡単な構造で荷物保持搬出機構を構成することができる。

また荷物保持搬出機構は、前方電動源と前方クランクの間に前方クランクに回転力を加えるように構成されたカム機構を備えており、後方電動源と後方クランクの間に後方クランクに回転力を加えるように構成された後方カム機構を備えていてもよい。これにより簡単な構造で確実に荷物の保持搬出を実現することができる。

さらに荷物保持搬出機構は、荷物を荷物室から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を機体内に備え、前方主翼及び後方主翼が垂直飛行角度にあるときに、斜め下方に延伸して荷物が自重で滑り落ちるスロープを形成するように構成されているのが好ましい。荷物保持搬出機構をこのように構成すると、マンションのベランダのような高所に荷物置き場を設定しても、スロープを利用して荷物をベランダに搬出することが可能になる。

荷物保持搬出機構は、荷物を荷物室から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を機体内に備え、前方主翼及び後方主翼が垂直飛行角度にあるときに、斜め下方に延びるかまたは斜め上方縮んで荷物置き場にある荷物を引き上げるクレーン機能を有しているのが好ましい。荷物保持搬出機構をこのように構成すると、マンションのベランダ等の高所を荷物積み場または荷物置き場として、クレーン機能を利用して荷物を搬入及び搬出することが可能になる。

専用の電動源によってスロープ及びクレーンを駆動する場合には、スロープ及びクレーンを伸ばすときに、スロープ及びクレーンから遠い側に位置する電動プロペラの回転を反転させれば、機体を安定化させることができる。

また機体内には、前方主翼及び後方主翼が前進飛行角度にあるときには、機体の内部に３つ以上の車輪を収納し、前方主翼及び後方主翼が前進飛行角度から垂直飛行角度に変化するときに機体の外部に３つ以上の車輪を引き出すように動作し、前方主翼及び後方主翼が垂直飛行角度から前進飛行角度に変化するときに機体の内部に３つ以上の車輪を収納するように動作する車輪移動機構を備えてもよい。そして車輪移動機構は、前方電動源及び後方電動源を駆動源として動作するように構成されているのが好ましい。このようにすると車輪移動機構のための駆動源を別個に用意する必要がないので、部品点数を減らして、無人飛行機の重量を軽くすることができる。その結果、飛行距離を伸ばすことができる。

また車輪移動機構は、３つ以上の車輪が収納位置にあるとき及び３つ以上の車輪が引き出し位置にあるときに、３つ以上の車輪を支持する脚部を固定状態にするストッパ機構を備えているのが好ましい。このようなストッパ機構を設けると、電力を使用することなく、固定状態を維持できるので、節電効果が得られる。

なおスロープ、クレーン及び車輪は、２以上電動プロペラが前方主翼にだけ設けられている場合にも、当然にして設けることができる。

（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明のティルトウィング形態無人飛行機の第１の実施の形態における翼回動機構、荷物保持搬出機構及び車輪移動機構の構成を模式的に示す正面図及び平面図であり、電動プロペラ及びその駆動機構、垂直尾翼、飛行制御装置等の本発明の要部と関わりの薄い部分は省略して示す（以下の各図も同様）。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図１の実施の形態における翼回動機構に備えられたロック機構を表す拡大正面図である。（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、図１の実施の形態における荷物保持搬出機構の動作を説明するために他の機構を省略して図１の実施の形態を示す正面図である。（ａ）（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、図１の実施の形態における車輪移動機構を表す拡大正面図である。本発明の４発ティルトウィング形態無人飛行機の第２の実施の形態を示す図１と同様の図である。本発明の４発ティルトウィング形態無人飛行機の第３の実施の形態を示す図１と同様の図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、図６の実施の形態におけるクレーンの荷物自動分離機構を表す非保持時の斜視図、保持時の斜視図、結束されて荷物を保持している状態の結束具の底面図、及び結束具を斜め下方から見た斜視図である。

以下、図面を参照しつつ本発明のティルトウィング形態無人飛行機の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
図１（ａ）及び（ｂ）に示す実施の形態の４発ティルトウイング形態無人飛行機は、機体１０と、機体１０の前方（図１視左方）に、機体１０の左右方向［図１（ｂ）視上下方向］に突出して設けられた左右一対の前方主翼１２、１２（先端近くは省略して示す）と、機体１０の後方に、機体１０左右方向に突出して設けられた左右一対の後方主翼１４、１４（先端近くは省略して示す）とを備えている。一対の前方主翼１２、１２はそれぞれ１つずつの２つの電動プロペラ（図示せず）を有し、同様に、一対の後方主翼１４、１４はそれぞれ１つずつの２つの電動プロペラ（図示せず）を有する。

前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４は、前進飛行角度と垂直飛行角度との間で、それぞれ前方主翼回動軸１３及び後方主翼回動軸１５を中心に回動する。前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４は、前方主翼回動軸１３及び後方主翼回動軸１５にそれぞれ固定されており、前方主翼回動軸１３及び後方主翼回動軸１５はそれぞれ機体１０に回動可能に支持されている。その結果、前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４はそれぞれ、機体１０について相対的に、前方主翼回動軸１３及び後方主翼回動軸１５を中心に回動することができる。

前方主翼１２、１２を回動させるための前方主翼回動機構は、前方主翼１２よりもさらに前方に配置された前方電動モータ１６と、前方電動モータ１６の駆動軸に固定されて後方に向かって延び、外周面にネジが切られているネジ部材である雄ネジ軸１８と、内周面に雄ネジ軸１８に螺合するネジが切られており、雄ネジ軸１８の軸線回りの回動に従って雄ネジ軸１８の軸方向に沿って直線移動するナット２０と、ナット２０から左右両方向に突出した２本の棒状であるカムフォロワ２２、２２と、カムフォロワ２２、２２それぞれを案内するための溝が長手方向に設けられた溝カム２４、２４とからなり、機体１０に内蔵されている。溝カム２４、２４の一端は前方主翼１２、１２の回動軸１３に固定されている。従って溝カム２４、２４の一端は、前方主翼１２及び回動軸１３と一体に回動する。

同様に、後方主翼回動機構は後方電動モータ２６と、前方に向かって延びる雄ネジ軸２８と、雄ネジ軸２８と螺合するナット３０と、ナット３０から突出した２本のカムフォロワ３２、３２と、カムフォロワ３２、３２をそれぞれ案内する溝カム３４、３４とからなり、溝カム３４、３４の一端は後方主翼１４、１４の回動軸１３にそれぞれ固定されている。

各主翼回動機構には、各主翼の角度を前進飛行角度又は垂直飛行角度に固定するためのロック機構が付設されている。図２において、前方主翼１２に固定された回動軸１３には、溝カム２４の一端が固定され、溝カム２４の溝２５はカムフォロワ２２を案内する。回動軸１３の上方の回動軸１３の外周面に近接する位置に、ソレノイド１７が機体１０に固定されている。ソレノイド１７は、プランジャ１９が下方に向かって突出する姿勢で機体１０に固定される。回動軸１３の外周面には、プランジャ１９がぴったり嵌まり込む形状及びサイズに形成された穴である垂直飛行角度用ロック穴２１及び前進飛行角度用ロック穴２３が穿設されており、それぞれプランジャ１９が嵌まり込むことにより、前方主翼１２を所定の角度にロックすることができる。すなわち図２（ａ）では、ソレノイド１７のプランジャ１９が垂直飛行角度用ロック穴２１に嵌まり込むことにより前方主翼１２が垂直飛行角度にロックされ、図２（ｂ）では、ソレノイド１７のプランジャ１９が前進飛行角度用ロック穴２３に嵌まり込むことにより前方主翼１２が前進飛行角度にロックされている。ソレノイド１７は非通電時にプランジャ１９が突出する。

なお、上記のようなソレノイド１７と回転軸に設けられたロック穴２１，２３との組み合わせによるロック機構と同様の構成に係るロック機構が、以下に述べる荷物保持搬出機構及び車輪移動機構にも設けられているが、説明は省略する。

また図２（ａ）及び（ｂ）より、主翼の回動する動作も明らかである。すなわち図２（ａ）に示されているように、ナット２０が雄ネジ軸１８の前端にあるときには、前方主翼１２は垂直飛行角度をとっている。この状態から前方電動モータ１６を駆動して雄ネジ軸１８を回動させてナット２０が雄ネジ軸１８の後端に向かって移動すると、カムフォロワ２２を案内する溝カム２４が回動し、これに従って前方主翼１２も図視反時計回り方向に回動して、図２（ｂ）のような前進飛行角度に変化する。前方電動モータ１６を反転させてナット２９を図２（ａ）の位置に戻すと、前方主翼１２も垂直飛行角度に戻される。

電動プロペラ、前方電動モータ１６及び後方電動モータ２６の電源となる蓄電器は、前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４に内蔵された扁平型のリチウムイオン電池である（図示せず）。機体１０の前方主翼回動機構と後方主翼回動機構との間には、荷物Ｃを収納する荷物室３６が構成されている。

本実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機は、前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４が前進飛行角度にあるときには、荷物Ｃを荷物室３６内に保持し、前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４が垂直飛行角度に変化した後に、荷物Ｃを荷物室３６から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を機体１０内に備えている。

荷物保持搬出機構は、前方電動モータ１６及び後方電動モータ２６を駆動源としている。荷物保持搬出機構は、左右一対の前方クランク３８、３８と、前方クランク軸４０と、左右一対の後方クランク４２、４２と、後方クランク軸４４と、従動プーリ４６と、タイミングベルト４８と、駆動プーリ５０と、カム５２とから構成される。左右一対の前方クランク３８、３８は、前方主翼１２、１２の下方に配置され、前後方向に延びて荷物Ｃの前端近くを上面で保持する自由端側の水平部分３８Ａと、水平部分３８Ａの前端から上方に延びて上端近くがカムフォロワ３２、３２に当接する固定端側の垂直部分３８Ｂとからなり、図１（ａ）で見た状態でＬ字形を呈している。前方クランク軸４０は、右方向に延びて、両端が一対の前方クランク３８，３８の垂直部分の中間に固定されており、一対の前方クランク３８，３８を機体１０に対して軸回りに回動可能に支持する。左右一対の後方クランク４２、４２は、後方主翼１４、１４の下方且つやや前方に配置され、前後方向に延びて荷物Ｃの後端近くを上面で保持する自由端側の水平部分４２Ａと、水平部分４２Ａの後端から上方に延びる固定端側の垂直部分４２Ｂとからなり、図１（ａ）で見た状態でＬ字型を呈している。後方クランク軸４４は、左右方向に延びて、一対の後方クランク４２、４２の上端が固定されており、一対の後方クランク４２、４２を機体１０に対して軸回りに回動可能に支持する。そして荷物保持搬出機構は、後方クランク軸４４と軸を共通にして後方クランク軸４４に固定された従動プーリ４６と、従動プーリ４６に架け渡されたタイミングベルト４８と、タイミングベルト４８がクロス掛けされた駆動プーリ５０と、駆動プーリ５０に固定され、先端近くがカムフォロワ３２に当接するカム５２とを備えている。

前方クランク３８、３８及び後方クランク４２、４２はそれぞれ、前方クランク軸４０及び後方クランク軸４４を中心に回動して、荷物Ｃを荷物室３６内に保持する保持角度と、荷物Ｃを荷物室３６から搬出する搬出角度との間で角度が変化する。前方クランク３８、３８及び後方クランク４２、４２はそれぞれ、荷物Ｃを荷物室３６内に保持する保持角度に向かう方向に回動するように付勢されており（付勢機構は図示していない）、すなわち前方クランク３８は前方クランク軸４０を中心に図１（ａ）で見て反時計回り方向に回動するように、逆に後方クランク４２、４２は後方クランク軸４４を中心に図１（ａ）で見て時計回り方向に回動するように、それぞれ図示しない付勢機構により付勢されている。

図３（ａ）は図１と同じ状態の荷物保持搬出機構を示している。ナット２０、３０が雄ネジ軸１８、２８の前端近くに位置しているとき、主翼１２（及び１４）は垂直飛行角度にあり、荷物室３６内の荷物Ｃは前方クランク３８及び後方クランク４２により保持されている。保持状態は、図３（ｂ）に示すように、電動モータ１６、２６が雄ネジ軸１８、２８を回動させてナット２０、３０が後方に向かって移動し、雄ネジ軸１８、２８の前後方向の中心近くまで達して、主翼１２（及び１４）が前進飛行角度に移行しても未だ維持される。この状態からさらにナット２０、３０が移動すると、カムフォロワ２２、３２がそれぞれ前方クランク３８の上端及びカム５２にだんだんと近付く。図３（ｃ）に示すように、ナット２０、３０が雄ネジ軸１８、２８の後端近くに達した状態では、前方クランク３８はカムフォロワ２２に押されて前方クランク軸４０を中心に図視の時計回り方向に回動し、その自由端側の水平部分が荷物Ｃの下面から外れて、搬出状態に変化する。また後方クランク４２は、カム５２の回動により、駆動プーリ５０が図視の時計回りに回動し、クロス掛けされたタイミングベルト４８が走行して、従動プーリ４６が回動して、後方クランク４２が後方クランク軸４４を中心に図視時計回り方向に回動する。その結果、自由端側の水平部分が荷物Ｃの下面から外れて、搬出状態に変化する。このとき、主翼１２（及び１４）は、図３（ｃ）に示すように前進飛行角度を超えて回動するが、特に問題はない。

搬出状態から保持状態に戻す際には、雄ネジ軸１８、２８を逆回転させてナット２０、３０を前方に向かう方向に移動させると、カムフォロワ２２、３２の押圧が外れて前方クランク３８及び後方クランク４２は付勢機構による付勢により回動し、図３（ｂ）及び（ａ）の保持状態に復帰することができる。

このように、本実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機の荷物保持搬出機構は、飛行中は荷物Ｃを保持し、着陸後は電動モータ１６、２６を駆動して荷物Ｃを自動的に搬出することができる。すなわち第１の実施の形態の荷物保持搬出機構は、前方電動モータ１６及び後方電動モータ２６を駆動源として搬出動作をするように構成されて荷物の搬出を自動化することができる。また荷物保持搬出機構のための駆動源を別個に用意する必要がないので、部品点数を減らして、無人飛行機の重量を軽くすることができる。その結果、飛行距離を伸ばすことができる。

さらにまた、この荷物保持搬出機構の前方クランク３８及び後方クランク４２は、図３（ａ）に示すような垂直飛行時に搬出動作を開始するのではなく、着陸するまで自由端において荷物Ｃを支え、前方電動モータ１６及び後方電動モータ２６が作動して図３（ｃ）のように搬出動作が開始されると固定端の前方クランク軸４０、後方クランク軸４４を中心にして互いに離れる方向に回動するように構成され、簡単な構造で荷物保持搬出機構を構成することができる。

さらに、図１（ａ）に示すように、本実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機は、機体１０内の前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４の下方の位置に、前後それぞれの車輪移動機構を備えている。車輪移動機構は、前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４が前進飛行角度にあるときには、機体１０の内部に、左右一対の前方車輪５４、５４及び左右一対の後方車輪５６、５６の４つの車輪を収納し、前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４が前進飛行角度から垂直飛行角度に変化するときに機体１０の外部に前方車輪５４、５４及び後方車輪５６、５６を引き出すように動作し、前方主翼１２、１２及び後方主翼１４、１４が垂直飛行角度から前進飛行角度に変化するときに機体１０の内部に前方車輪５４、５４及び後方車輪５６、５６を収納するように動作する。

本実施の形態における車輪移動機構は、前方電動モータ１６及び後方電動モータ２６を駆動源として動作する。このようにすると車輪移動機構のための駆動源を別個に用意する必要がないので、部品点数を減らして、無人飛行機の重量を軽くすることができる。その結果、飛行距離を伸ばすことができる。

前方車輪５４、５４及び後方車輪５６、５６はそれぞれ左右一対の前方脚５８、５８及び後方脚６０、６０の下端に取り付けられており、前方脚５８、５８及び後方脚６０、６０の各上端はそれぞれ前方脚軸６２及び後方脚軸６４に固定されている。前方脚軸６２及び後方脚軸６４は、機体１０に対して軸回りに回動可能であり、従って前方脚５８、５８及び後方脚６０、６０も前方脚軸６２及び後方脚軸６４を中心に、それぞれ角度を変えることができる。

前方脚軸６２及び後方脚軸６４にはそれぞれリンク６６の下端が接続されている。前方脚軸６２及び後方脚軸６４とリンク６６との間には、前述した機体１０と各軸との間のロック機構（第１のロック機構）とは別に、前方脚軸６２及び後方脚軸６４とリンク６６との間の回動をロックし又はロック解除する第２のロック機構が設けられており、このロック機構を制御することにより、前方脚軸６２及び後方脚軸６４とリンク６６とをロックした状態か、あるいは相互に自由に回動できるロックを解除した状態か、いずれかの状態を選択することができる。

また前方脚軸６２及び後方脚軸６４には、図視の状態で反時計回り方向、すなわち前方車輪５４、後方車輪５６を機体１０の外部に引き出す方向に回転するように付勢する付勢機構が設けられている（図示せず）。リンク６６の他端は溝カム６８の図１（ａ）において右端に相互に回動可能に接続されている。溝カム６８には長手方向に長孔７０が設けられ、長孔７０をカムフォロワ２２、３２が貫通している。カムフォロワ２２、３２はナット２０、３０と一体に雄ネジ軸１８、２８の軸線に沿う方向に移動するので、前方電動モータ１６及び後方電動モータ２６を駆動することにより、前方車輪５４、後方車輪５６の引き出し及び収納を行うことができる。

次に車輪移動機構の作用について、図４を参照しつつ説明する。図４（ａ），（ｂ）及び（ｃ）において、前述の第２のロック機構は、リンク６６に固定されたソレノイド７２と、前方脚軸６２及び後方脚軸６４の外周面に穿設され、ソレノイド７２から突出するプランジャ７４が嵌まり込むロック穴７６とからなる。図４（ａ）及び（ｂ）において、ソレノイド７２のプランジャ７４はロック穴７６に嵌まり込んでおり、前方脚軸６２とリンク６６とは相互に固定されて、前方脚５８とリンク６６とがほぼ直線上に並んでいる。これに対して図４（ｃ）ではソレノイド７２のプランジャ７４は引っ込められており、前方脚軸６２とリンク６６とのロックが解除されて、相互に回動可能な状態である。図４（ｃ）においてはリンク６６と前方脚５８とは直線を構成せず、前方脚軸６２において折れ曲がった形状を呈している。

図４（ａ）（ｂ）及び（ｃ）それぞれの状態を確認すると、図４（ａ）では、ナット２０が雄ネジ軸１８の前端近くにあり、前方主翼１２が垂直飛行角度を採っている。このとき車輪移動機構の溝カム６８は、長孔７０が雄ネジ軸１８に重なる姿勢である。図４（ａ）の位置からナット２０が後方へ移動していくと、長孔７０は雄ネジ軸１８の約半分の長さなので、カムフォロワ２２が長孔７０の後端に突き当たり、溝カム６８を押して、前方脚軸６２が時計回り方向に回動し、図４（ｂ）のように前方車輪５４が機体１０内に収納される。図４（ａ）の位置から、第２のロック機構を解除、すなわちソレノイド７２のプランジャ７４を引っ込めた状態で、ナット２０を移動させると、前方脚軸６２はリンク６６の回動に拘わらず車輪が引き出された状態が維持される。なお図４（ａ）から図４（ｂ）に移行する際には、前方脚軸６２を機体１０に対して固定する第１のロック機構は解除されており、逆に図４（ａ）から図４（ｃ）への移行の間は、第１のロック機構は前方脚軸６２をロックして、前方車輪５４が無人飛行機を支持できるようにしていることは言うまでもない。

なお、車輪移動機構における図２に示した機構と同様の第１のロック機構は、前方車輪５４、後方車輪５６が収納位置にあるとき及び引き出し位置にあるときに、前方車輪５４、後方車輪５６を支持する前方脚５８、後方脚６０を固定状態にするストッパ機構として作用する。第１のロック機構を構成するソレノイドは、非通電時にプランジャが突出してロック状態を維持するので、その間は電力を使用するこなく、固定状態を維持でき、これにより節電効果が得られる。もしも前方脚５８、後方脚６０に大きな荷重がかかる可能性のある場合には、第１のロック機構とは別のより堅牢な機械的なストッパ機構が追加的に設けられてもよく、又は第１のロック機構の機能を代行するようにしてもよい。

第１の実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機は、主翼１２、１４が前進飛行角度にロックされ、前方クランク３８、後方クランク４２が荷物保持状態にロックされ、前方車輪５４、後方車輪５６が収納状態でロックされて目的地まで前進飛行し［図２（ｂ）］、目的地の上空で垂直飛行に切り替わるべく、ナット２０、３０が雄ネジ軸１８、２８の中間から前端近くに移動し、主翼１２、１４が垂直飛行角度に変化すると同時に、前方脚軸６２及び後方脚軸６４の第１のロックが解除され、前方車輪５４、後方車輪５６が機体１０から引き出され、前方脚軸６２及び後方脚軸６４は引き出された位置で再度第１のロックがかかり、第２のロックは解除される［図１（ａ）、図２（ａ）、図４（ｂ）］。

ナット２０、３０が雄ネジ軸１８、２８の後端近くまで移動すると、前方クランク３８及び後方クランク４２の自由端が相互に離反して、荷物Ｃの搬出状態となり、荷物Ｃが荷物室３６から搬出される［図３（ｃ）］。このとき前方脚軸６２及び後方脚軸６４の第２のロックは解除されているので、前方車輪５４、後方車輪５６は引き出されて機体１０を支持したままである［図４（ｃ）］。

次にナット２０、３０が雄ネジ軸１８、２８の前端近くに戻されるが、このとき前方クランク３８及び後方クランク４２は付勢機構により荷物保持状態に戻されてロックされ［図３（ａ）］、前方車輪５４、後方車輪５６は第１のロックがなされたままで図４（ａ）の状態に戻って第２のロック機構がロックされる。同時に前方主翼１２、後方主翼１４が垂直飛行角度に戻ってロックされて［図１（ａ）、図２（ａ）］、適当な高度まで達したら前方主翼１２、後方主翼１４のロックが解除されて、ナット２０、３０が雄ネジ軸１８、２８の中間に移動して、前進飛行角度でロックされ、前進飛行する［図２（ｂ）］。同時に、前方車輪５４、後方車輪５６も前方脚軸６２、後方脚軸６４の第１のロックを解除して、付勢によって機体１０内に収納される。

以上説明したように、第１の実施の形態の４発ティルトウイング形態の無人飛行機は、機体１０内に、前方主翼１２よりも前方側に前方電動モータ１６を配置し、後方主翼１４よりも後方側に後方電動モータ２６を配置し、前方主翼回動機構と後方主翼回動機構との間に荷物Ｃを収納する荷物室３６を構成した。

このような構成により、荷物Ｃを機体１０の外部にできる限り露出させることなく、荷物室３６を機体１０内に構成することができるので、前方主翼１２及び後方主翼１４を前進飛行角度にした状態で、空気抵抗を最小に抑えつつ荷物Ｃを搬送することができる。

なお他の実施の形態は、電動プロペラが前方主翼に左右２発設けられ、後方主翼には電動プロペラが設けられていない２発ティルトウイング形態無人飛行機であり、後方主翼回動機構が存在せず、前方主翼回動機構よりも後方に荷物室が構成されている以外は、第１の実施の形態と同様の構成を有する。

このような実施の形態においても、荷物を機体の外部をあまり露出させることなく、荷物室を機体内に構成することができるので、前方主翼を前進飛行角度にした状態で、空気抵抗を小さい状態にして荷物を搬送することができる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機の主要部の構成を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。第２の実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機は、前方主翼及び後方主翼（図示せず）が垂直飛行角度にあるときに、斜め下方に延伸して荷物Ｃが自重で滑り落ちるスロープ８０を形成するように構成された荷物保持搬出機構を有している。

機体８２の荷物室８４の底面は、荷物Ｃを載置したまま延伸可能なスロープ８０から構成されている。スロープ８０は、第１の実施の形態と同様の機構により後方主翼の角度を変えるための駆動源となる後方電動モータ８６により動作する。すなわち、後方電動モータ８６の駆動軸８８に取り付けられたマイクロクラッチ付のプーリ９０に巻き付けられたワイヤを巻き出すことによりスロープ８０を延ばして荷物Ｃをスロープ８０の先端から地面やベランダ等に搬出することができる。スロープ８０を縮める場合には、後方電動モータ８６を逆回転して、マイクロクラッチを繋いだプーリ９０にワイヤを巻き取らせる。スロープ８０が荷物室８４の底面に収納されたら、プーリ９０のマイクロクラッチを切った上で後方電動モータ８６を作動させて、垂直飛行角度にロックされていた主翼の角度を変化させ、前進飛行に移行する。

このような荷物保持搬出機構を有する第２の実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機によると、例えばマンションのベランダのような高所に荷物置き場を設定しても、スロープ８０を利用して荷物Ｃをベランダに搬出することが可能になる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機の要部の構成を図６に示す。第３の実施の形態の４発ティルトウィング形態無人飛行機の荷物保持搬出機構は、前方主翼及び後方主翼が垂直飛行角度にあるときに、斜め下方に延びるかまたは斜め上方に縮んで荷物置き場にある荷物を引き上げるクレーン９２を有する。

クレーン９２は、第２の実施の形態におけるスロープ８０と同様に、後方主翼の角度を変えるための駆動源である後方電動モータの駆動軸に取り付けられたマイクロクラッチ付のプーリ（図示せず）を利用して伸縮させることができる。

クレーン９２の角度は、やはり後方電動モータの駆動軸を回動することにより変更可能である。また第３の実施の形態では、荷物Ｃを機体９４よりも前方に吊り下げたときに、バランサー替わりに、４発のうちの２発の後方プロペラ９６の向きを上下逆にして下向きの力を発生させてバランスを取るようにする。このとき機体９４は前方プロペラ９８の揚力によってのみ浮揚されている。

荷物保持搬出機構をこのように構成すると、マンションのベランダ等の高所を荷物積み場または荷物置き場として、クレーン９２を利用して荷物Ｃを搬入及び搬出することが可能になる。

図７は第３の実施の形態のクレーンの先に備えられた荷物自動分離機構を示す。図７（ａ）に示すように、クレーン９２の先から延びる糸１００は４つに枝分かれしており、そのうち１本に結束具１０２、残り３本に鉄球１０４が接続されており、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、荷物Ｃの底面において結束具１０２と鉄球１０４とが結束されることにより、荷物Ｃが保持されている。結束具１０２は、図７（ｄ）に示すように正方形の基板１０６と、基板１０６から延びる４つの側面のうちの３つに中心にスリットが設けられ、スリットが設けられていない側面の中心に糸１００が接続された四角柱状の鉄球係止部１０８と、鉄球係止部１０８の端縁と荷物置き場の面との間に、少なくとも鉄球１０４が通過可能なスペースを空けるための支柱１１０とからなる。

図７（ｄ）に示すように、結束具１０２は、底面が正方形の直方体状である荷物Ｃの底面において、３つの鉄球１０４を鉄球係止部１０８の３つのスリットそれぞれに係止することにより、図７（ｂ）のような４本に枝分かれした糸１００による吊り下げを実現することができる。荷物Ｃを支柱１１０で支持して荷物置き場の面に載置して、さらに糸１００を弛緩させると、鉄球係止部１０８の３つのスリットから鉄球１０４が外れて、鉄球係止部１０８の端縁と荷物置き場の面との間を通って鉄球係止部１０８の外側へ抜けることが可能となり、４本の枝分かれした糸１００相互の結束が解かれる。この状態で、糸１００を上昇させると荷物Ｃの底面から結束具１０２及び鉄球１０４が引き出されて、荷物Ｃのみが荷物置き場に残される。支柱１１０の先端の面は、荷物Ｃを安定させるために、平板を備える等面積を拡大するようにしてもよい。

上記第２の実施の形態及び第３の実施の形態では、荷物保持搬出機構が、主翼を回動させる電動モータにより、スロープ８０及びクレーン９２を駆動しているが、スロープ８０及びクレーン９２を専用の電動源によって駆動してもよいのは勿論である。専用の電動源を設ければ、上記第２の実施の形態及び第３の実施の形態において、スロープ８０及びクレーン９２を伸ばすと、梃子原理が働いて、荷物の重量が重い場合には、機体の姿勢が不安定になる場合がある。このような場合には、スロープ８０及びクレーン９２から遠い側に位置する電動プロペラの回転を反転させれば、機体を安定化させることができる。

なお上記のスロープ、クレーン及び車輪は、２以上電動プロペラが前方主翼にだけ設けられている場合にも、当然にして設けることができる。

以上のように本発明によれば、蓄電器を駆動電源とする場合において、荷物を搬送するのに適したティルトウイング形態無人飛行機を提供することができる。

１０機体
１２前方主翼
１３前方主翼回転軸
１４後方主翼
１５後方主翼回転軸
１６前方電動モータ
１８、２８雄ネジ軸
２０、３０ナット
２２、３２カムフォロワ
２４、３４溝カム
２６後方電動モータ
３６荷物室
３８前方クランク
４０前方クランク軸
４２後方クランク
４４後方クランク軸
４６従動プーリ
４８タイミングベルト
５０駆動プーリ
５２カム
５４前方車輪
５６後方車輪
５８前方車輪脚
６０後方車輪脚
６２前方車輪軸
６４後方車輪軸
６６リンク
６８溝カム
Ｃ荷物

Claims

機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記後方主翼に２以上電動プロペラをさらに備え、
前記後方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、後方電動源を備えた後方主翼回動機構をさらに備え、
前記前方主翼回動機構と前記後方主翼回動機構との間に前記荷物室が構成されており、
前記機体内には、前記前方主翼よりも前方側に前記前方電動源が配置され、前記後方主翼よりも後方側に前記後方電動源が配置されていることを特徴とするティルトウイング形態無人飛行機。
機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記後方主翼に２以上電動プロペラをさらに備え、
前記後方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、後方電動源を備えた後方主翼回動機構をさらに備え、
前記前方主翼回動機構と前記後方主翼回動機構との間に前記荷物室が構成されており、
前記前方主翼回動機構及び前記後方主翼回動機構は、それぞれ回転モータによって回転駆動されるネジ部材と、該ネジ部材に螺合されたナット部材と、前記ネジ部材の回転によって直線移動する前記ナット部材に回動可能に設けられたスライダと、前記スライダがスライド可能に嵌合されるスリットを備えて一端が回動可能に固定された回動リンクとからなり、前記回動リンクの前記一端の回転を利用して主翼回動軸を回動させるように構成されているティルトウイング形態無人飛行機。
機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記後方主翼に２以上電動プロペラをさらに備え、
前記後方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、後方電動源を備えた後方主翼回動機構をさらに備え、
前記前方主翼回動機構と前記後方主翼回動機構との間に前記荷物室が構成されており、
着陸して前記電動プロペラの駆動を停止した後に、前記前方主翼回動機構及び前記後方主翼回動機構により前記前方主翼及び前記後方主翼をさらに回動させると、前記荷物を前記荷物室から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を前記機体内に備え、
前記荷物保持搬出機構は、前記前方電動源及び前記後方電動源を駆動源として前記搬出動作をするように構成されているティルトウイング形態無人飛行機。
前記荷物保持搬出機構は、前記前方電動源によって駆動される前方クランクと前記後方電動源によって駆動される後方クランクとを備え、
前記前方クランク及び前記後方クランクは、前記搬出動作を開始する前までは自由端において前記荷物を支え、前記搬出動作が開始されると固定端を中心にして互いに離れる方向に回動するように構成されている請求項３に記載のティルトウイング形態無人飛行機。
前記荷物保持搬出機構は、前記前方電動源と前記前方クランクの間に前記前方クランクに回転力を加えるように構成された前方カム機構を備えており、前記後方電動源と前記後方クランクの間に前記後方クランクに回転力を加えるように構成された後方カム機構を備えている請求項４に記載のティルトウイング形態無人飛行機。
機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記荷物を前記荷物室から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を前記機体内に備え、
前記荷物保持搬出機構は、前記前方主翼及び前記後方主翼が前記垂直飛行角度にあるときに、斜め下方に延伸して前記荷物が自重で滑り落ちるスロープを形成するように構成されているティルトウイング形態無人飛行機。
機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記後方主翼に２以上電動プロペラをさらに備え、
前記後方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、後方電動源を備えた後方主翼回動機構をさらに備え、
前記前方主翼回動機構と前記後方主翼回動機構との間に前記荷物室が構成されており、
前記荷物を前記荷物室から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を前記機体内に備え、
前記荷物保持搬出機構は、前記前方主翼及び前記後方主翼が前記垂直飛行角度にあるときに、斜め下方に延びるかまたは斜め上方に縮んで荷物置き場にある前記荷物を引き上げるクレーン機能を有しているティルトウイング形態無人飛行機。
前記荷物保持搬出機構は、専用の電動源によって駆動されるように構成され、
前記荷物保持搬出機構が動作中においては、前記機体の姿勢を安定化させるように、前記荷物が位置する側とは反対側に位置する前記電動プロペラが回転を反転することを特徴とする請求項６または７に記載のティルトウイング形態無人飛行機。
機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記後方主翼に２以上電動プロペラをさらに備え、
前記後方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、後方電動源を備えた後方主翼回動機構をさらに備え、
前記前方主翼回動機構と前記後方主翼回動機構との間に前記荷物室が構成されており、
前記機体内には、前記前方主翼及び前記後方主翼が前記前進飛行角度にあるときには、前記機体の内部に３つ以上の車輪を収納し、前記前方主翼及び前記後方主翼が前記前進飛行角度から前記垂直飛行角度に変化するときに前記機体の外部に前記３つ以上の車輪を引き出すように動作し、前記前方主翼及び前記後方主翼が前記垂直飛行角度から前記前進飛行角度に変化するときに前記機体の内部に前記３つ以上の車輪を収納するように動作する車輪移動機構を備えており、
前記車輪移動機構は、前記前方電動源及び前記後方電動源を駆動源として動作するように構成されているティルトウイング形態無人飛行機。
前記車輪移動機構は、前記３つ以上の車輪が収納位置にあるとき及び前記３つ以上の車輪が引き出し位置にあるときに、前記３つ以上の車輪を支持する脚部を固定状態にするストッパ機構を備えている請求項９に記載のティルトウイング形態無人飛行機。
機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記荷物を前記荷物室から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を前記機体内に備え、
前記荷物保持搬出機構は、前記前方主翼が前記垂直飛行角度にあるときに、斜め下方に延伸して前記荷物が自重で滑り落ちるスロープを形成するように構成されているティルトウイング形態無人飛行機。
機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記荷物を前記荷物室から搬出する搬出動作をする荷物保持搬出機構を前記機体内に備え、
前記荷物保持搬出機構は、前記前方主翼が前記垂直飛行角度にあるときに、斜め下方に延びるかまたは斜め上方に縮んで荷物置き場にある前記荷物を引き上げるクレーン機能を有しているティルトウイング形態無人飛行機。
機体と、
前記機体の前方に設けられた２以上の電動プロペラを有する前方主翼と、
前記機体の後方に設けられた後方主翼と、
前記前方主翼を前進飛行角度と垂直飛行角度との間で回動させる、前方電動源を備えた前方主翼回動機構と、
前記電動プロペラ及び前記前方電動源の電源となる蓄電器を備えたティルトウイング形態無人飛行機であって、
前記機体内には、前記前方主翼回動機構よりも後方に荷物を収納する荷物室が構成されており、
前記機体内には、前記前進飛行角度にあるときには、前記機体の内部に３つ以上の車輪を収納し、前記前方主翼が前記前進飛行角度から前記垂直飛行角度に変化するときに前記機体の外部に前記３つ以上の車輪を引き出すように動作し、前記前方主翼が前記垂直飛行角度から前記前進飛行角度に変化するときに前記機体の内部に前記３つ以上の車輪を収納するように動作する車輪移動機構を備えており、
前記車輪移動機構は、前記前方電動源を駆動源として動作するように構成されているティルトウイング形態無人飛行機。
前記車輪移動機構は、前記３つ以上の車輪が収納位置にあるとき及び前記３つ以上の車輪が引き出し位置にあるときに、前記３つ以上の車輪を支持する脚部を固定状態にするストッパ機構を備えている請求項１３に記載のティルトウイング形態無人飛行機。