JP6902307B1 - 移動手段を有する搭載部を備える飛行体及び搭載部 - Google Patents

Abstract

【課題】荷物の到着位置精度を向上し得る飛行体を提供すること。【解決手段】本発明の飛行体は、搭載物を保持する搭載部を備え、前記搭載部を紐状部材を介して保持し、前記搭載部を側方から見た時、前記搭載部の上端から下端の間に設けられた回転翼を含む移動手段を有する。さらに、前記４つ以上の回転翼の回転軸の一部は、互いに異なる方向に延伸している。さらに、前記４つ以上の回転翼のうちの少なくとも１つの回転軸と水平方向の軸となす角度が、前記回転軸と鉛直方向の軸となす角度よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、移動手段を有する搭載部を備える飛行体及び搭載部に関する。

近年、ドローン（Ｄｒｏｎｅ）や無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの飛行体（以下、「飛行体」と総称する）を用いた宅配サービスの実用化が進められている。一般的にマルチコプターと呼ばれる、複数のプロペラを備えた飛行体（以下、マルチコプターと総称する）は、一般的な固定翼機のように離着陸用の滑走路を必要としないため、比較的狭い土地での運用が可能となり、宅配などの運送サービスを行う場合に、好適である。

マルチコプターによる運送においては、運送する荷物の搭載方法や切り離し方法について様々な方法が検討されており、飛行体の本体部に荷物を接続し、着陸後に接続を解除することで切り離しを行う方法が周知されている。

既存のマルチコプターでは、荷物の接続や解除を人の手によって行うケースが多い。この場合、荷物の配達先に人を配置する必要があり、運用コストが上昇する。また、人が飛行体に近付いたり触れたりする可能性がある。マルチコプターは精密機器であり、また動作時にはプロペラが高速回転する為、怪我や機体の故障などの危険を伴う場合があるため、荷物の解除を人が行う機会は減らすことが望ましい。このような状況を鑑みて、特許文献１においては、飛行体と荷物を紐状部材でつなぎ、荷物と紐状部材との接続を人の手を介さずに解除することが可能な荷物の切り離し機構が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２０２０／００９４９６２号

特許文献１では、飛行体と荷物とをケーブルで接続し、ケーブルを繰り出すことによって荷物を降下させ、荷物だけを地面に降ろすことができる配達システムが開発されている。

荷物を降ろす間、飛行体は、地面効果の影響を低減したり、地上の人や構造物への接触の可能性を減らしたりするため、高い位置でホバリングを行うことが好ましい。しかし、屋外では、風が強く吹くエリアや季節が存在する。繰り出すケーブルの長さによっては、荷物の着地位置が大きくずれる場合も想定され、荷物を狭い敷地やポートにピンポイントで着陸させることは困難となる。

そこで、本発明は、荷物とケーブルの間に搭載部を設け、その搭載部が空中で水平方向に移動可能な移動手段を備えることにより、少ない重量増加で、荷物の到着位置精度を向上し得る飛行体を提供することを一つの目的とする。

本発明によれば、搭載物を保持する搭載部を備え、前記搭載部を紐状部材を介して保持し、前記搭載部を側方から見た時、前記搭載部の上端から下端の間に設けられた回転翼を含む移動手段を有する飛行体及び搭載部を提供することができる。

本発明によれば、荷物の到着位置精度を向上し得る飛行体及び搭載部を提供し得る。

荷下ろし時の本発明による飛行体を側面から見た模式図である。 図１の飛行体の一部上面図である。 図１の飛行体の一部側面図である。 図３の飛行体が荷下ろしを終えたあとの図である。 本発明における飛行体を側面から見た模式図である。 図５の飛行体の飛行中の図である。 図５の飛行体を上面から見た図である。 図１の飛行体の機能ブロック図である。 本発明における飛行体と搭載部の構成例を側面から見た模式図である。 本発明における飛行体が搭載部を保持している時の側面図である。 図１０の飛行体が搭載部を降下させるときの図である。 ポート付近に到達した図１０の搭載部を拡大した側面図である。 図１２の搭載部の正面図である。 図１３の搭載部が荷下ろしを行う時の図である。 図１３の搭載部が荷下ろしを行う時の図である。 図１３の搭載部が荷下ろしを終えた後の図である。 図１３のポートが落下防止部材を上部に突き出した時の図である。 図１７のポートを上面から見た図である。 本発明による搭載部の移動手段の構成例を示す模式図である。 本発明による搭載部の移動手段の構成例を示す他の模式図である。 本発明による飛行体の内部構造の一部を示した図である。 本発明による飛行体の内部構造の一部を示した他の図である。 本発明による飛行体が備える角度補正部を側面から見た図である。 本発明による飛行体が備える角度補正部を底面から見た図である。 本発明による搭載部の角度が補正される前の側面図である。 図２２の搭載部の角度が補正された時の側面図である。 本発明による配送システムの構成例の上面図である。 本発明による配送システムの構成例の他の上面図である。 本発明による配送システムの構成例の他の上面図である。 本発明による配送システムの構成例の側面図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による移動手段を有する搭載部を備える飛行体及び搭載部は、以下のような構成を備える。
［項目１］
飛行体であって、
搭載物を保持する搭載部を備え、
前記搭載部を紐状部材を介して保持し、
前記搭載部を側方から見た時、前記搭載部の上端から下端の間に設けられた回転翼を含む移動手段を有する、
ことを特徴とする飛行体。
［項目２］
前記回転翼の回転軸の一部は、互いに異なる方向に延伸している、
ことを特徴とする項目１に記載の飛行体。
［項目３］
前記回転翼のうちの少なくとも１つの回転翼の回転軸と水平方向の軸とがなす角度が、前記回転軸と鉛直方向の軸とがなす角度よりも小さい、
ことを特徴とする項目１または２に記載の飛行体。
［項目４］
前記回転翼は４つ以上の偶数個が備えられており、
前記搭載部に対して対角に配置された２つ回転翼の回転軸は互いに同じ方向に延伸しており、
前記搭載部の周囲で隣り合う回転翼の回転軸は互いに異なる方向に延伸している、
ことを特徴とする項目１ないし３のいずれかに記載の飛行体。
［項目５］
前記紐状部材は、所定の位置から２本以上に枝分かれし、前記搭載部に２点以上で接続される、
ことを特徴とする項目１ないし４のいずれかに記載の飛行体。
［項目６］
前記搭載部は、吊り下げ機構に接続された前記紐状部材により吊られている、
ことを特徴とする項目１ないし５のいずれかに記載の飛行体。
［項目７］
前記吊り下げ機構は、前記飛行体の重心または前記搭載部から伸びる紐状部材の直上から、少なくとも前記飛行体の前後方向にオフセットした位置に搭載される、
ことを特徴とする項目６に記載の飛行体。
［項目８］
前記紐状部材は、前記オフセットした位置から滑車を介して前記搭載部まで延伸する、
ことを特徴とする項目７に記載の飛行体。
［項目９］
前記搭載部は、前記搭載物と共に機体から切り離される、
ことを特徴とする項目１ないし８のいずれかに記載の飛行体。
［項目１０］
搭載物を保持する搭載部であって、
前記搭載部を側方から見た時、前記搭載部の上端から下端の間に設けられた回転翼を含む移動手段を有し、
前記回転翼の回転軸の一部は、互いに異なる方向に延伸している、
ことを特徴とする搭載部。
［項目１１］
前記回転翼のうちの少なくとも１つの回転翼の回転軸と水平方向の軸とがなす角度が、前記回転軸と鉛直方向の軸とがなす角度よりも小さい、
ことを特徴とする項目１０に記載の搭載部。
［項目１２］
前記回転翼は４つ備えられており、
前記搭載部に対して対角に配置された２つ回転翼の回転軸は互いに同じ方向に延伸しており、
前記搭載部の周囲で隣り合う回転翼の回転軸は互いに異なる方向に延伸している、
ことを特徴とする項目１０または１１に記載の搭載部。

＜本発明による実施形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態による移動手段を有する搭載部を備える飛行体及び搭載部について、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施の形態の詳細＞

図１に示されるように、本発明の実施の形態による飛行体は、飛行を行う飛行体１００と、配送対象となる搭載物１１を保持可能な搭載部１０と、飛行体１００及び搭載部１０に接続され、繰り出し及び巻取りが可能な紐状部材２０と、を含んで構成される。

配送する搭載物を搭載した飛行体１００は、離陸地点から離陸を行い、目的地（例えば、ポート３０など）まで飛行する。目的地に到達した飛行体１００は、荷下ろしのため、ホバリングを行う。その後、図３及び図４に示されるように、飛行体１００は、紐状部材２０を繰り出して搭載部１０および搭載物１１を降下させ、搭載部１０が所定の位置まで降下したところで搭載部１０が搭載物１１を切り離し、配送が完了する。搭載物１１を切り離した搭載部１０は、紐状部材２０の巻き揚げにより再び飛行体１００付近まで上昇する。紐状部材２０が所定の位置まで上昇したところで、飛行体１００は次の目的地に向かい移動を開始する。

図５に示されるように、本発明の実施の形態による飛行体１００は飛行を行うために少なくとも本体部、プロペラ１１０及びモータ１１１からなる複数の回転翼部、回転翼部を支えるモータマウントやフレーム等の要素を含む飛行部を備えており、それらを動作させるためのエネルギー（例えば、二次電池や燃料電池、化石燃料等）を搭載していることが望ましい。

なお、図示されている飛行体１００は、本発明の構造の説明を容易にするため簡略化されて描かれており、例えば、制御部等の詳しい構成は図示していない。

飛行体１００は図の矢印Ｄの方向(−Ｙ方向)を前進方向としている(詳しくは後述する)。

なお、以下の説明において、以下の定義に従って用語を使い分けることがある。前後方向：＋Ｙ方向及び−Ｙ方向、上下方向(または鉛直方向)：＋Ｚ方向及び−Ｚ方向、左右方向(または水平方向)：＋Ｘ方向及び−Ｘ方向、進行方向(前方)：−Ｙ方向、後退方向(後方)：＋Ｙ方向、上昇方向(上方)：＋Ｚ方向、下降方向(下方)：−Ｚ方向

プロペラ１１０は、モータ１１１からの出力を受けて回転する。プロペラ１１０が回転することによって、飛行体１００を出発地から離陸させ、移動させ、目的地に着陸させるための推進力が発生する。なお、プロペラ１１０は、右方向への回転、停止及び左方向への回転が可能である。

本発明の飛行体が備えるプロペラ１１０は、１以上の羽根を有している。任意の羽根（回転子）の数（例えば、１、２、３、４、またはそれ以上の羽根）でよい。また、羽根の形状は、平らな形状、曲がった形状、よじれた形状、テーパ形状、またはそれらの組み合わせ等の任意の形状が可能である。なお、羽根の形状は変化可能である（例えば、伸縮、折りたたみ、折り曲げ等）。羽根は対称的（同一の上部及び下部表面を有する）または非対称的（異なる形状の上部及び下部表面を有する）であってもよい。羽根はエアホイル、ウイング、または羽根が空中を移動される時に動的空気力（例えば、揚力、推力）を生成するために好適な幾何学形状に形成可能である。羽根の幾何学形状は、揚力及び推力を増加させ、抗力を削減する等の、羽根の動的空気特性を最適化するために適宜選択可能である。

また、本発明の飛行体が備えるプロペラは、固定ピッチ、可変ピッチ、また固定ピッチと可変ピッチの混合などが考えられるが、これに限らない。

モータ１１１は、プロペラ１１０の回転を生じさせるものであり、例えば、駆動ユニットは、電気モータ又はエンジン等を含むことが可能である。羽根は、モータによって駆動可能であり、モータの回転軸（例えば、モータの長軸）の周りに回転する。

羽根は、すべて同一方向に回転可能であるし、独立して回転することも可能である。羽根のいくつかは一方の方向に回転し、他の羽根は他方方向に回転する。羽根は、同一回転数ですべて回転することも可能であり、夫々異なる回転数で回転することも可能である。回転数は移動体の寸法（例えば、大きさ、重さ）や制御状態（速さ、移動方向等）に基づいて自動又は手動により定めることができる。

飛行体１００は、フライトコントローラやプロポ等により、風速と風向に応じて、各モータの回転数や、飛行角度を決定する。これにより、飛行体は上昇・下降したり、加速・減速したり、方向転換したりといった移動を行うことができる。

飛行体１００は、事前または飛行中に設定されるルートやルールに準じた自律的な飛行や、プロポを用いた操縦による飛行を行うことができる。

上述した飛行体１００は、図８に示される機能ブロックを有している。なお、図８の機能ブロックは最低限の参考構成である。フライトコントローラは、所謂処理ユニットである。処理ユニットは、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。処理ユニットは、図示しないメモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、１つ以上のステップを行うために処理ユニットが実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。

処理ユニットは、回転翼機の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θ_ｘ、θ_ｙ及びθ_ｚ）を有する回転翼機の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために回転翼機の推進機構（モータ等）を制御する。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。

処理ユニットは、１つ以上の外部のデバイス（例えば、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。送受信部は、センサ類で取得したデータ、処理ユニットが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。

本実施の形態によるセンサ類は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。

図５及び図６に示されるように、本発明の実施の形態における飛行体１００が備えるプロペラ１１０の回転面は、進行時に進行方向に向かい前傾した角度となる。前傾したプロペラ１１０の回転面により、上方への揚力と、進行方向への推力とが生み出され、これにより飛行体１００が前進する。

飛行体１００は、搭載する処理ユニットやバッテリー、搭載物等を内包可能な本体部を備えている。本体部は、飛行部と固定して接続されており、本体部は飛行部の姿勢変化に伴い、その姿勢が変化する。飛行体１００の移動中、長時間維持されることが期待される巡航時の飛行体１００の姿勢における、本体部の形状を最適化し、速度を向上させることで、効率的に飛行時間を短縮する。

本体部は、飛行や離着陸に耐え得る強度を持つ外皮を備えていることが望ましい。例えば、プラスチック、ＦＲＰ等は、剛性や防水性があるため、外皮の素材として好適である。これらの素材は、飛行部に含まれるフレーム１２０（アーム含む）と同じ素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。

また、飛行部が備えるモータマウント、フレーム１２０、及び本体部は、夫々の部品を接続して構成してもよいし、モノコック構造や一体成形を利用して、一体となるように成形してもよい（例えば、モータマウントとフレーム１２０を一体に成形する、モータマウントとフレーム１２０と本体部すべてを一体に成形する、等）。部品を一体とすることで、各部品のつなぎ目を滑らかにすることが可能となるため、ブレンデッドウィングボディやリフティングボディといった飛行体が持つ、抗力の軽減や燃費の向上が期待できる。

飛行体１００の形状は、指向性を持っていてもよい。例えば、図６及び図２１及び図２２のように、飛行体１００が無風下における巡航時の姿勢において抗力の少ない流線形の本体部等、飛行体の機首が風に正対した際に飛行効率を向上させる形状が挙げられる。

搭載部１０は、少なくとも、搭載物１１を保持する機能を有している（搭載物保持および切り離し方法については後述する）。また、搭載物１１に所定の姿勢をとらせるため、搭載部１０や飛行部は、１つ以上の回動軸を備えていてもよい。これにより、搭載物１１は飛行体１００の姿勢とは独立して姿勢を変位させることが可能となる。

図９に示されるように、搭載部１０は、紐状部材２０に接続される。紐状部材２０は、ワイヤー、電線、釣り糸、ロープ、テープ等の、可撓性をもつ長尺の素材である。素材は、例示したものに限定されず、搭載部および搭載物を吊り上げることが可能な強度を持ち、スプールに巻かれる、解かれるといった動作をスムーズに行うことが可能であればよい。例えば、電線ケーブルを用いた場合、飛行体１００から搭載部１０に給電することができる。

飛行時は、搭載部１０が所定の位置（例えば、図５に示されるようにカバー内部に収納される位置など）となるように紐状部材２０が巻き取られており、搭載部１０は、紐状部材２０の繰り出しや巻き揚げによって昇降することが可能である。

飛行体１００は、紐状部材２０のほかに、搭載部１０を保持する機能を有していてもよい。例えば、図５のように、飛行時の搭載部１０が飛行体１００のカバー内部に位置する構成の場合には、カバー下部に扉の開閉機構を設ける方法がある。フライトコントローラからの制御信号に応じて、搭載部１０が昇降する間は扉を開き、搭載部１０がカバー内部に到達した後は扉を閉めることで、搭載部１０が扉に下側から支えられる状態となるため、紐状部材２０にテンションがかからない状態でも、搭載部１０が保持される。これにより、紐状部材２０や、紐状部材２０が接続する巻き揚げ機などへの負荷が低減される。また、飛行体１００と搭載部１０とは、１軸以上の軸方向に回動可能に接続し、搭載部１０が飛行体１００の姿勢とは独立して姿勢制御可能とするものとしてもよい。この場合、紐状部材２０をたわませておくことで、回動する余裕を持たせることが可能となる。

図１２−図１６に示されるように、搭載部１０は、自身が接続される飛行体１００の飛行時に搭載物１１が意図せず落下しないように保持するための搭載物保持機構１２を備える。また、搭載物保持機構１２は、配送先において搭載物１１を切り離す機能を有している。例えば、四方に搭載物の底面を支える爪を設け、切り離し時には爪を下方に倒したり、外側に引き込んだりすることで搭載物１１の支えをなくし、切り離す方法がある。

その他、搭載部１０による搭載物保持及び切り離し方法の例を列挙して記載するが、以下の例は方法を限定する物ではなく、搭載物１１の保持や切り離しが行える方法であればよい。また、搭載部１０ごと目的地に切り離される場合には、搭載部１０が切り離し機構を備える必要はなく、例えば搭載部１０に紐状部材２０との接続を解放する構成を有するなどしてもよい。
（１）磁着や吸着による保持。例えば、磁着の場合は、搭載部１０に磁力発生装置を設け、搭載物１１に被磁着物（例えば、金属など）を設けることで磁着及び解除を行ってもよいし、吸着の場合は、搭載部１０にエアの吸い込みや吸盤などにより吸着及び解除を行ってもよい。。
（２）締め具等の圧力による保持。例えば、搭載部１０にバンドやバルーン等により構成される締め具を備え、締め具による圧力の増減により保持及び切り離しを行ってもよい。
（３）扉による保持。例えば搭載部１０の下部に開閉可能な扉を設け、扉の開閉により保持及び切り離しを行ってもよい。

搭載部１０への物品の搭載は、搭載部下面、上面、側面の少なくともいずれか１方から差し入れ可能とすることが望ましい。また、目的地において搭載物を切り離す際は、搭載部下方に切り離されることが望ましい。例えば、飛行体１００に搭載部１０が格納された状態で物品を搭載する場合、側面から差し入れ可能とすることで、飛行体より低い位置からのぞき込んだり、飛行体を高所に設置したりせずとも差し入れを行えるため、搭載部への物品の差し入れが簡便となる。

搭載部１０は、少なくとも空中でＸＹ方向に移動可能な移動手段１３を備えている。図９及び図１０に示されるように、複数の回転翼を備えることにより、風等に流されて、指定の場所から搭載部１０が離れることを防ぎ、搭載物１１の着荷位置精度が向上する。また、搭載部が自己位置を制御し、所定の範囲に留まることで、紐状部材２０に吊られた搭載部１０が大きく揺動することによる飛行体の安定性低下を防ぐことも可能である。

移動手段１３が回転翼である場合、回転翼の接続位置は、搭載部１０を側方から見たとき、回転翼の少なくとも一部が、搭載物の上端から下端の間に存在するよう設けられることが望ましい。例えば、回転翼が２個の場合は、上面から見たときに回転翼が搭載物を挟むように配置される。回転翼が３個以上の場合は、図１９及び図２０のように、回転翼によって搭載物を囲むように配置される。搭載物の上下端の範囲内に回転翼を設けることにより、回転翼により押し引きされる場所が搭載部１０の重心の近傍となるため、搭載部１０のふらつき等を防ぐことが可能となる。例えば、搭載物の上端より更に上方に回転翼が設けられる場合には、搭載部１０の重心から上に離れた場所を押し引きされることとなり、搭載部１０の揺動が発生する可能性がある。好ましくは、回転翼の接続位置は、側方から見たとき、搭載物の重心または略重心に一致する位置に設けるとよい。

また、搭載部１０が備える移動手段１３の出力をより大きなものとした場合、飛行体の直下から離れる動きが可能となる。住宅やマンション等の側面に目的地（受け取りポート等）があるケースでは、搭載部１０が飛行体１００の直下にしか移動しない場合、飛行体１００が建造物に近付く必要がある。建造物に近付くほど、障害物との衝突の可能性が上がるほか、上昇気流や下降気流等により気流が乱れたエリアに飛行体が進入し、飛行体が不安定となる可能性が上がる。衝突や機体の安定性低下は、故障や墜落などの事故につながる場合もあるため、避けることが好ましい。搭載部１０が飛行体の直下から離れることができる場合には、図１−図４のように、飛行体１００を障害物や気流が乱れたエリアから離れた場所に待機させたまま、搭載部１０だけが目的地に近付くことが可能となる。

一般的に、固定ピッチの回転翼機が上昇気流に進入した際、ハンチング等の現象が起こることが知られている。この現象により飛行体は不安定となる。しかし、本発明による搭載部１０は、搭載部１０の重量の少なくとも一部または全部が飛行体１００により支えられているため、同様の現象は起こらない。更に、飛行体１００に比べ、搭載部１０は軽量であるため、万が一建造物等に接触しても、飛行体１００が接触した場合と比較して被害が小さくなる。

搭載部１０が備える移動手段が、回転翼である場合には、図１９に示されるように、回転翼の回転軸２２は鉛直成分を含む方向に延伸しても良いし、図２０に示されるように、水平成分を含む方向に延伸してもよい。回転軸２２が鉛直成分を多く含む方向に延伸するとき（すなわち、回転軸２２と鉛直方向のＺ軸となす角度が、回転軸２２と水平方向のＸ軸またはＹ軸となす角度よりも小さいとき）、搭載部１０は飛行体に自重を支えられると同時に、自重を浮き上がらせる力を生む。そのため、飛行体１００にかかる負荷は軽減される。一方、回転軸２２が水平成分を多く含む方向に延伸するとき（すなわち、回転軸２２と水平方向のＸ軸またはＹ軸となす角度が、回転軸２２と鉛直方向のＺ軸となす角度よりも小さいとき）、搭載部は自重を浮き上がらせる力を殆ど生まない。そのため、回転翼の生む力の多くを移動する力（推進力）とし、搭載部１０の移動が早くなる。

なお、搭載部１０が備える回転翼の詳細な構成について、先述の飛行体１００が備える回転翼と重複する構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明は省略する。

搭載部１０が備える回転翼の回転軸２２は、回動可能に設けられていてもよい。例えば、飛行体１００への格納時及び通常の搭載部降下時には、回転軸２２を水平方向に延伸する姿勢とし、回転翼の生む力をＸＹ方向の移動に用いる。飛行体１００に異常が発生し、飛行体から搭載部が切り離される際には、回転軸２２を鉛直成分を含む方向に延伸する姿勢とし、回転翼の生む力を搭載部１０が飛行するために用いることが可能となる。

また、搭載部１０が備える回転翼の回転軸２２を水平方向に延伸する場合には、飛行体１００の推進時に、飛行体の推力の一部として搭載部１０が備える回転翼を利用してもよい。これにより、搭載部１０の備える回転翼やモータがデッドウェイトとならず、また、飛行体の進行速度の上昇も期待できる。

搭載部１０が備える回転翼は、可変ピッチプロペラを用いてもよい。固定ピッチプロペラが、モータ等の回転数の制御により位置制御を行うのと比較して、プロペラのピッチ変更により位置制御を行う方が、応答性能が高いため、より精密な位置調整が可能となる。

搭載部１０と飛行体１００とをつなぐ紐状部材２０は、軽量化の観点から、１本であることが望ましい。しかし、搭載部を１点で吊る場合、搭載物の重心の偏りや荷崩れなどによって、搭載部が傾くことがある。搭載部の傾きを減少させるためには、図２３に示されるように、紐状部材を所定の位置から２本以上に枝分かれさせ、搭載部を２点以上で吊ることが望ましい。また、３点以上で吊るす場合には、搭載物に重心の偏りなどがあっても搭載部の傾きが抑えられるため、荷物の水平が保ちやすくなる。

紐状部材１本（点）で接続された場合は、風や振動により搭載部１０が回転しながら上昇した際に、意図しない向きで飛行体１００に接近し、飛行体に接触したり、格納されるべき空間に進入できなかったりすることが考えられる。紐状部材を２本（点）以上に枝分かれさせた場合、一度降下した搭載部１０を、再度飛行体付近へと上昇させたとき、搭載部１０が好適な向きとするための方向補正が容易となる。

搭載部１０の向きの補正方法の一例として、図２３−２６に示されるような角度調整部２４を用いる方法がある。飛行体１００に備えられた角度調整部２４の底面にスリット２５を設けることで、２本に枝分かれした紐状部材２０がスリット２５に引き込まれていく際に、枝分かれした紐状部材２０が、上面視においてスリット２５に対して直角に近い角度で進入した場合、紐状部材２０は張力により広がろうとする力をスリット２５により抑え込まれることとなる。更に奥まで引き込まれるにつれ、紐状部材２０が広がろうとする力が強くなり、スリット２５に対して平行となるように回転する。これにより、意図しない方向を向いた搭載部１０を所定の向きに調整することが可能となる。調整の強度や速度は、スリットの幅や、枝分かれした２本の紐状部材２０の取り付け角度により調整される。また、紐状部材２０が３本以上に枝割れしている場合には、スリット２５の形状は枝分かれした紐状部材２０を上方から見た形に合わせた形状となり得る。

搭載部１０の向き補正の方法として、他に、搭載部１０が巻き揚げられる間も移動手段１３を用いて自己位置の制御を行う方法や、飛行体１００が接近してくる搭載部１０の向きを監視し、飛行体の向き（ヨー方向）を調整する方法、搭載部１０が備えるフレームやアームに接触することで位置の調整を促すガイド部材を用いる方法などが挙げられるが、この限りではない。

図１０及び図１１に示されるように、紐状部材２０の一端は、紐状部材２０の繰り出しや巻き揚げが可能な、ウインチやリール、ホイスト等の機構（以下、吊り下げ機構２１と総称する）に接続される。もう一端は、搭載部１０に接続される。

吊り下げ機構２１は、モータやエンジン、圧縮空気等を用いて動作する。これらの動力源は、飛行体１００の飛行のために用いられるエネルギー（例えば、二次電池や燃料電池、化石燃料等）と同じものを用いてもよいし、ウインチの動作用に別途設けてもよい。また、ウインチによる搭載部の上下方向制御は、飛行体１００、搭載部１０、ポートの少なくとも１つによって行われる。

飛行体１００における吊り下げ機構２１の搭載位置は、一般的に、搭載部１０より上方に設けられている（例えば図５）。しかし、巡航時に、飛行体１００から見て一方向に進行する時間が長い飛行体１００（例えば、宅配サービスに用いる飛行体など）の場合、飛行体１００の上方に吊り下げ機構２１を設けることで、飛行体１００の本体部の全高が増し、巡航時の空気抵抗が増加する可能性がある。そのため、図２１及び図２２のように、吊り下げ機構２１を飛行時の空気抵抗を増加させにくい、飛行体１００の重心または搭載部１０から伸びる紐状部材２０の直上から、少なくとも前後方向（Ｙ方向）にオフセットした位置に搭載することがより望ましい。吊り下げ機構２１の搭載位置は、搭載する飛行体１００の巡航姿勢やカバー形状などから、空力や抗力の大きさを考慮し、適切な位置に決定される。

また、吊り下げ機構２１から伸びる紐状部材２０は、１個以上の滑車２３にかかることで、飛行体１００の構成部材等に接触することなく、搭載部１０に接続される。特に、吊り下げ機構２１が搭載部１０と紐状部材２０の接続位置より下方に設けられる構成では、滑車２３を２個以上用いることで、紐状部材２０が搭載部１０に接触する事を防ぐ。

本発明における飛行体が用いる吊り下げ機構２１は、飛行体１００に加えてさらに搭載部１０に設けられていてもよい。搭載部１０と搭載物１１を紐状部材で接続し、昇降を行わせることにより、飛行体１００と搭載部１０との距離が離れた場合にも、精密な昇降制御が可能となる。

搭載部１０の目的地のひとつとなるポートは、これまでに、地面や屋上に設けられるパットやポート、建物の窓やバルコニーに設けられるポートなどが周知技術として知られている。庭のある住宅や施設においては敷地内にポートを設けることは容易である。本発明による配送システムにおいても、周知のポートを利用することが可能である。しかし、個人所有の庭などがない住居（例えば、地上２階以上のマンションの部屋や、ビル内のオフィスなど）に配送を行う場合には、窓やバルコニーを利用した個別配送が望まれる。

図１−図４に示されるように、本発明におけるポート３０は、荷物が置かれる、または接続されることで受け取りを行う荷受け部３１と、荷受け部３１を建築物２００とは独立して回動させる回動部３３からなる。ポート３０は建築物２００のバルコニーやベランダ、窓、外壁など、建物外の上空からアクセスしやすい位置に設けられることが望ましい。ポート３０は、移動可能でもよいが、転倒などの可能性を減らし、信頼性を向上させるため、建築物２００に固定して設けられていることが望ましい。また、荷受け部３１と回動部３３との距離を離す場合には、荷受け部及び回動部と接続して支える支持部３２を備えてもよい。

図２及び図２７−図２９に示されるように、ポート３０は少なくとも、荷受けを行わない待機モードと、飛行体などから荷物を受け取る荷受けモードを備えている。待機モード時は、荷受け部３１が建築物２００に接近した状態である。望ましくは、建物にいる人が荷受け部に置かれた荷物を容易に降ろせたり、風が吹いたときに影響を受けにくかったりする位置である。荷受けモード時は、回動部３３の回動により、荷受け部３１又は支持部３２が略水平方向に回動し、荷受け部が待機モード時に比べて建築物から離れた位置に移動する。

回動部３３が備える回動軸は、少なくともＺ軸成分を含んだ方向に延伸し、荷受け部３１又は支持部３２を回動可能にする。回動は、手回しハンドル等を用いて手動で行ったり、電動モータ、エンジンなどを用いて自動で行ったりしてもよい。自動化される場合には、飛行体の到着予定時刻や接近のサイン等の情報から、所定のタイミングで回動を行い、荷受けを行う。

建築物２００の壁面付近は、壁面に衝突した風が、正面（衝突面）においては上昇気流や下降気流を生み、側面においては強い水平方向の風を生む。荷受けモード時の荷受け部３１は、強い風の流れよりも外側に、より離れて存在することが望ましい。しかし、荷受け部３１を建築物２００から離す場合には支持部３２がより長尺となる。支持部の強度や製造コスト、バルコニーや窓の面積等から、最適な構成を決定する。例えば、図２８に示されるように、建築物２００の躯体等、強度の高い部材に設けてもよい。

荷受け部３１は、飛行体が着陸したり、荷物１１を置いたりするとができる平らな面形状を備えていてもよいし、荷物を受けるためのアームや、ロボットハンド等を備えていてもよい。また、荷物が飛行体などから紐状の部材に吊るされて降下するシステムの場合には、荷物１１や紐を掴んで接続する接続機構を備え、接続機構より上方に紐状の部材を切断する機能を持たせることで、飛行体や搭載部などに荷物の切り離し機構を設けなくてよくなり、飛行体の重量増加を抑制できる。

荷受け部３１が荷物を置くことができる形状からなる場合、置かれた荷物が風などで移動したり、落下したりすることを防ぐ機能を備えることが望ましい。荷受け部の構成例について、以下に列挙して記載する。
（１）荷受け部の周囲に可動式の壁や柵を設ける。
（２）荷受け部の床面に段差や角度をつける。
（３）負圧により吸引する。
（４）磁着や粘着、面ファスナー等を利用して一時的に固定する。
（５）荷受け部の周囲に常設の壁や柵を設ける。
図１７及び図１８のように、柵や壁などの落下防止部材３４を備える場合には、落下防止部材３４が常に高く設けられていると、飛行体１００の着陸動作や荷物１１を置く動作の障害となる可能性があるため、伸縮や開閉などの機構を用いて、平面より上方に突出する長さを調整できることが望ましい。また、短い距離を落下させてよい荷物の場合には、落下防止部材を可動させず、囲まれた空間に落下させるものとしてもよい。

図３０に示されるように、ポート３０は、荷物１１を受け取ったのち、バルコニー２１０の内側や、室内などの人が荷物の受け取りをしやすい場所や、荷物が安全に保管できる場所に荷物１１を引き入れる機能（例えば、エレベーターやコンベア等）を有していてもよい。これにより、受け取った荷物の紛失を防ぐだけでなく、人の荷物へのアクセスがより容易となる。また、荷物１１が引き入れられたのち、荷受け部３１は再度荷受けを行うことが出来る状態となり、荷受けの効率が向上する。

支持部３２は、荷物１１などが置かれることにより加わる重さや、風により加わる圧力に耐え得る強度である。素材や形状については、受ける荷物の重さや、設置場所の条件から、適する構成が選択される。例えば、板状部材を用いる場合には、部材に複数の穴をあけ、空気の通過場所を作ることで風によって受ける圧力を低減することが可能である。

また、パイプを組み合わせて構成される場合（例えば、トラス構造など）、パイプの断面形状を正円でなく楕円や対称翼形状などとすることで、一定の方向からの風から受ける圧力を減少させる。

＜第２の実施の形態の詳細＞
本発明による第２の実施の形態の詳細において、第１の実施の形態と重複する構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明は省略する。

搭載部１０は、自機のみで飛行を行う機能を有していてもよい。例えば、飛行体１００に異常が起きた際、搭載部１０を切り離し、搭載部１０に飛行させることで、飛行体の総重量が軽くなり、墜落の際の衝撃を低減することが可能である。

搭載部１０が備える回転翼の回転軸が回動可能である場合、平時は図２０のように回転軸を水平方向に延伸する姿勢とし、飛行体から搭載部が切り離される際には図１９のように回転軸を鉛直方向に延伸する姿勢とすることで、平時はＸＹ軸方向の移動を効率よく行いながら、緊急時などには自機のみでの飛行が可能となる。

各実施の形態における飛行体の構成は、複数を組み合わせて実施することが可能である。飛行体の製造におけるコストや、飛行体が運用される場所の環境や特性に合わせて、適宜好適な構成を検討することが望ましい。

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

１０ 搭載部
１１ 搭載物（荷物）
１２ 搭載物保持機構
１３ 搭載部移動手段
２０ 紐状部材
２１ 吊り下げ機構
２２ 回動軸
２３ 滑車
２４ 角度補正部
２５ スリット
３０ ポート
３１ 荷受け部
３２ 支持部
３３ 回動部
３４ 落下防止部材
１００ 飛行体
１１０ａ〜１１０ｄ プロペラ
１１１ａ〜１１１ｄ モータ
１２０ フレーム
１３０ 着陸脚
１００ ダンパー
２００ 建築物
２１０ バルコニー

Claims (11)

1. 飛行体であって、
   搭載物を保持する搭載部を備え、
   前記搭載部を紐状部材を介して保持し、
   前記搭載部を側方から見た時、前記搭載部の上端から下端の間に設けられた回転翼を含む移動手段を有し、
   全ての前記回転翼は、前記搭載部の周囲に設けられ、全ての回転軸と水平方向の軸とがなす角度が、前記全ての回転軸と鉛直方向の軸とがなす角度よりも小さく、
   前記搭載部の周囲で隣り合う回転翼の回転軸は互いに異なる方向に延伸している、
   ことを特徴とする飛行体。
2. 全ての前記回転翼の前記回転軸は、前記水平方向の２軸により構成される水平面に沿って延伸している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の飛行体。
3. 前記回転翼は４つ以上の偶数個が備えられており、
   前記搭載部に対して対角に配置された２つ回転翼の回転軸は互いに同じ方向に延伸しており、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の飛行体。
4. 前記紐状部材は、所定の位置から２本以上に枝分かれし、前記搭載部に２点以上で接続される、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の飛行体。
5. 前記搭載部は、吊り下げ機構に接続された前記紐状部材により吊られている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の飛行体。
6. 前記吊り下げ機構は、前記飛行体の重心または前記搭載部から伸びる紐状部材の直上から、少なくとも前記飛行体の前後方向にオフセットした位置に搭載される、
   ことを特徴とする請求項５に記載の飛行体。
7. 前記紐状部材は、前記オフセットした位置から滑車を介して前記搭載部まで延伸する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の飛行体。
8. 前記搭載部は、前記搭載物と共に機体から切り離される、
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の飛行体。
9. 搭載物を保持する搭載部であって、
   前記搭載部を側方から見た時、前記搭載部の上端から下端の間に設けられた回転翼を含む移動手段を有し、
   全ての前記回転翼は、前記搭載部の周囲に設けられ、全ての回転軸と水平方向の軸とがなす角度が、前記全ての回転軸と鉛直方向の軸とがなす角度よりも小さく、
   前記搭載部の周囲で隣り合う回転翼の回転軸は互いに異なる方向に延伸している、
   ことを特徴とする搭載部。
10. 全ての前記回転翼の前記回転軸は、前記水平方向の軸により構成される水平面に沿って延伸している、
    ことを特徴とする請求項９に記載の搭載部。
11. 前記回転翼は４つ以上の偶数個が備えられており、
    前記搭載部に対して対角に配置された２つ回転翼の回転軸は互いに同じ方向に延伸している、
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の搭載部。
    

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