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従来のドローンは中央より放射状に複数突出させた片持ち梁の先端にモーターと露出したプロペラを装着し、簡便なプロペラガードを装着した形式がほとんどです。これでは人に傷害を与えますし、墜落すると甚大な損傷を受けます。それゆえドローンは危険であるとして、飛行が禁止されたり、厳しく規制されてしまい、技術開発の抑制や将来の有用なドローンビジネスの機会を損なってきました。
従来の片持ち梁形式は構造強度的に不利で、特に大型化には適しません。フレーム部材を連続ピラミッド状に連結させたスペースフレーム（専門的には立体トラスといいます）が空間構造として最も優れていることは知られています。弊社ではこのスペースフレームの内部空間にモータープロペラを装着したドローンを実用化しました。ドローン全体が強度のあるフレームのプロペラガードで、人にぶつかっても傷害を与えません。万が一、墜落しても機器部品の損傷は少なくて済みます。スペースフレームはローコスト、超軽量、高強度の機体で、大型になるほど有利です。
ドローンは本当に危険なのでしょうか。ドローンが車にぶつかるとキズがつきますし、人にぶつかると怪我を与えてしまいます。 怪我は高くつくきますし、取り返しがつかないことになります。マニュアル操縦でも自動操縦でも飛ぶのものは落ちるときは落ちます。ドローンは落ちると壊れます。大破すると損害は大きいのです。やっぱり、ドローンは危険ということでますます厳しく規制されてしまいます。ほとんどのドローンにはプロペラガードは付けていませんし、付いていても軽量化の為、壊れやすい貧弱なものです。プロペラガードが丈夫であればぶつかっても怪我しないし、落下しても破損を防げるのですが、丈夫なプロペラガードは重くなるので付けられません。高速回転する刃物のようプロペラが露出したまま飛ばさざるを得ないのが現状なのです。
多数のスポーク状の片持梁フレームは構造的に不利。飛込台の様に先端に加重がかかると曲げ応力が発生、撓わんで、振動も起ります。モノコックでも片持ちであれば同様に弱い。片持梁フレームは大型化に適さない。
スペースフレームは専門的には立体トラス構造といわれます。空中を飛翔するスペースフレームの始まりはワーレントラスの複葉機です。宇宙ステーションはスペースフレームで出来ています。スペースフレームはフレームの接合部のみに荷重がかかるので曲げ応力が発生せず、軸力のみですので部材は細くても丈夫なので軽量となります。
スペースフレームは軸力だけがかかるので高価なカーボンパイプである必要はありません。ぶつかる恐れのある外周部材はカーボン材で内部フレーム材は木製、フレームの接合部材はアルミとすることで、超軽量、高強度でローコストなドローン機体が実現しました。
小川は一本の木でも渡ることができる。しかし深い谷では太い丸太を繋げても強度が出ない。従来のドローンは複数の放射状に突出したパイプの先にモーター＆プロペラが装着されている。これは橋というより、飛び込み台の板のようなもの。構造的にもっとも不利な形状といえる。カーボンパイプにしても１ｍがせいぜいです。
このような片持ち梁構造の限界を超える構造として部材を三角に組合せて連続させたトラス構造があります。このトラス構造の橋をトラス橋といい、大きな河川に掛けられています。更に部材をピラミット状の立体に組み合わせ平面的に連続させた構造を立体トラス構造といいます。スペースフレームともいいます。このスペースフレームは無限の可能性があり、ドローンはスペースフレーム構造を採用することで無限の可能性を得ることができました。
物流用ドローン「ストーク」
作業用ドローン「ヒコーロボ」
スペースフレームはプロペラガードをつけた従来型のドローンと比べてはるかに軽量ですので空撮用であれば大容量のバッテリーが搭載可能で長時間の空撮が実現します。宅配用であれば遠距離搬送や重量物の搬送が可能になります。
スペースフレームはフレームに囲まれた多くの内部空間があります。そこは安全な搬送品の収納スペースとなります。一度に多種のボックスを搭載し、多くの地点に搬送することができます。
スペースフレームの外周フレームは強靭で、空中構築物のあらゆる面に接触することができますので、コントロールが容易で、正確で効率の良い作業ができます。
ドローンに適するスペースフレームはグリッドが正方形の直交トラスと斜方トラスがあります。プロペラを同一面に配するのには正方形が適し、プロペラを上下2層に配置するには斜方トラスが適しています。グリッドはプロペラの径に依ります。21インチでは580㎜グリッド、28インチ：775㎜、32インチ：88㎜、40インチ：1100㎜グリッドとなります。グリッドの配列は2×2で4モーター、3×3で8モーター、4×4で12モーターになります。最少は21インチプロペラで2×2の4モーターの場合、約120㎝矩形で約8kgの揚力となります。最大は40インチプロペラで4×4の12モーターの場合、約440㎝矩形で約180kgの揚力となります。折り畳みや、分離が容易で2.2ｍ×4.4ｍ×1.2ｍとなり２ｔ車で運搬可能です。
フレーム部品はプロペラのサイズに合わせて21吋(58㎝) 34吋（90㎝)、40吋(106㎝)の３シリーズが用意されています。フレーム形状はプロペラの枚数により２×２型(４枚プロペラ)、３×３型（８枚プロペラ）、４×４型（１２枚プロペラ）が用意されています。フレームは数種類のフレーム部品をネジで接合するだけで完成。現場で容易に部品の交換が出来ます。センターボードにバッテリー、フライトコントローラ、ＧＰＳなどを装着して完成です。
飛んでいるものは落下します。動いているものは衝突します。万一墜落しても安心、安全でなければなりません。しかるにドローンのプロペラは高速回転する刃物です。丈夫なプロペラガードが必須です。フライトコントローラやＧＰＳ、各種センサーは高価な精密です。落下してクラッシュするとその被害は甚大です。リポバッテリーも落下による大きな衝撃で発火する恐れがあります。
次世代ドローンのプラットホームを目指して開発
大型ドローンの場合、運搬時にその大きさが問題となります。乗用車のワゴンタイプでもせいぜい1ｍ×2ｍ×1ｍ程度です。普通車ワンボックスであれば 1.5ｍ×2.5ｍ×1.2ｍが積載可能と思われます。２ｔトラックであれば 2.4ｍ×5.4ｍ×2.4ｍは容易に搬送できます。スペースフレームドローンは折り畳むことで、普通車ワンボックスで搬送できる荷姿です。21インチ8ローターの場合、折り畳むと0.9ｍ×1.8ｍ×0.9ｍで１人で持ち上げられワンボックスで運搬が可能です。40インチ12ローターの場合でも2.1ｍ×4.8ｍ×1.2ｍで２人で持ち上げ2ｔトラックで運搬可能です。
現行法では総重量が２５㎏未満までは機体の検査は不要で、２５㎏以上は検査を受ける必要があります。
従来のドローンのフレームには大きな曲げ力が掛るので高価な太いカーボンパイプが使われていますが、スペースフレームは曲げ力がかからないので細い部材で十分です。カーボンパイプでなくともアルミパイプや木製丸棒で十分な強度を保持しています。それらを適材適所に採用したハイブリット構造がローコストで実用的です。
テクノシステム株式会社は、スペースフレームを長年、研究開発し「テクノトラス」として事業化いました。スポーツ、商業、生産施設など、多くの大空間施設の実績あり。鋼構造、アルミ、木構造があります。それらの技術を活かしてスペースフレームドローンを開発しました。
連続ピラミッド状に連結させたスペースフレームは構造的に最も優れ、高強度、超軽量、ローコスト。大型に適し、空輸や作業用ドローンとして揚重25kｇを実用化。ペーロード100kｇも開発中です。
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スペースフレームドローン「ヒコーロボ」の研究開発販売事業
テクノトラスの研究開発
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建築用スペースフレーム ：「テクノトラス」、「あすかトラス」
ドローン用スペースフレーム：「ストーク」、「ヒコーロボ」