(57)【要約】【課題】風雨においても安定して飛行可能な無人飛行体を提供する。【解決手段】主に揚力を発生させるための主回転翼１２と、主回転翼１２の羽よりも小さい羽を有し、主に主回転翼１２での飛行を補助するための補助回転翼１４，２２と、主回転翼１２および補助回転翼１４，２２の回転を制御する制御部１００と、を有する、無人飛行体。【選択図】図１
2020006801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に揚力を発生させるための主回転翼と、
前記主回転翼の羽よりも小さい羽を有し、主に前記主回転翼での飛行を補助するための補助回転翼と、
前記主回転翼および前記補助回転翼の回転を制御する制御部と、を有する、無人飛行体。
【請求項２】
前記主回転翼を回転させるアウターローター型のモーターと、
前記モーターの上方および側方を囲う防水カバーとをさらに備え、
前記補助回転翼は、鉛直方向において前記防水カバーと前記モーターとの間に設置される第１補助回転翼である、請求項１に記載の無人飛行体。
【請求項３】
前記モーターの下方を囲う下部防水カバーと、
前記下部防水カバーに設けた通気孔から圧縮した気体を前記モーターに対して噴出する圧縮気体供給源と、をさらに有する、請求項２に記載の無人飛行体。
【請求項４】
前記補助回転翼は、前記主回転翼よりも外周側に配置される第２補助回転翼であり、
前記制御部は、前記主回転翼の回転速度の変化率よりも、前記第２補助回転翼の回転速度の変化率を高く制御する、請求項１に記載の無人飛行体。
【請求項５】
前記第２補助回転翼の回転速度を制御するための制御信号の振幅を調整する振幅調整部をさらに有し、
前記振幅調整部は、前記主回転翼の回転速度を制御するための第１信号に基づいて、前記第２補助回転翼の回転速度を制御するための第２信号を出力する、請求項４に記載の無人飛行体。
【請求項６】
前記主回転翼を回転させる動力源がエンジンであり、
前記第２補助回転翼を回転させる動力源が電動モーターである、請求項４または５に記載の無人飛行体。
【請求項７】
前記補助回転翼の数が、前記主回転翼と同数、または前記主回転翼よりも多い、請求項１ないし６のいずれかに記載の無人飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人命救助に用いることが可能な無人飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆるドローンと称される無人飛行体の普及が進んでいる。また近年、このような無人飛行体を人命救助に利用しようとする試みが行われている（たとえば特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２１３９５１号公報
【特許文献２】特開２０１７−０７４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、無人飛行体のモーターは、高回転・高トルクを実現するためにアウターロータ型を採用している。アウターロータ型のモーターは、発熱量が多く、その放熱のため、また軽量化のために、アウタケースには通気開口部が多く設けられる。そのため、従来の無人飛行体では、外部からモーターに雨滴や水滴が付着する場合があり、雨天や海での人命救助に使用できない場合があった。
【０００５】
また、一般に、無人飛行体は加速度センサーにより無人飛行体の姿勢を検出し、制御部から回転翼に対して加速度センサーの検出結果に応じた制御信号を送信することで、各回転翼の回転速度を個々に制御して姿勢制御を行っている。しかしながら、回転翼の回転に慣性が働いているため、制御信号を発信しても直ぐに回転翼を所望の回転速度に変更することができず、強風下（たとえば風速５ｍ／秒以上）において姿勢が不安定となり、人命救助のために無人飛行体を使用できない場合があった。
【０００６】
本発明は、風雨でも安定して飛行可能な無人飛行体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】
【０００７】
本発明に係る無人飛行体は、主に揚力を発生させるための主回転翼と、前記主回転翼の羽よりも小さい羽を有し、主に前記主回転翼での飛行を補助するための補助回転翼と、前記主回転翼および前記補助回転翼の回転を制御する制御部と、を有する。
上記無人飛行体において、前記主回転翼を回転させるアウターローター型のモーターと、前記モーターの上方および側方を囲う防水カバーとをさらに備え、前記補助回転翼は、鉛直方向において前記防水カバーと前記モーターとの間に設置される第１補助回転翼であるように構成することができる。
上記無人飛行体において、前記モーターの下方を囲う下部防水カバーと、前記下部防水カバーに設けた通気孔から圧縮した気体を前記モーターに対して噴出する圧縮気体供給源と、をさらに有するように構成することができる。
上記無人飛行体において、前記補助回転翼は、前記主回転翼よりも外周側に配置される第２補助回転翼であり、前記制御部は、前記主回転翼の回転速度の変化率よりも、前記第２補助回転翼の回転速度の変化率を高く制御するように構成することができる。
上記無人飛行体において、前記第２補助回転翼の回転速度を制御するための制御信号の振幅を調整する振幅調整部をさらに有し、前記振幅調整部は、前記主回転翼の回転速度を制御するための第１信号に基づいて、前記第２補助回転翼の回転速度を制御するための第２信号を出力するように構成することができる。
上記無人飛行体において、前記主回転翼を回転させる動力源がエンジンであり、前記第２補助回転翼を回転させる動力源が電動モーターであるように構成することができる。
上記無人飛行体において、前記補助回転翼の数が、前記主回転翼と同数、または前記主回転翼よりも多いように構成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、風雨でも安定して飛行可能な無人飛行体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る無人飛行体を示す平面図である。
【図２】第１実施形態に係る無人飛行体を示す底面図である。
【図３】図１のIII-III線に沿うモーター装置の断面図である。
【図４】第２実施形態に係るモーター装置の断面図である。
【図５】第３実施形態に係る無人飛行体を示す平面図である。
【図６】第３実施形態に係る無人飛行体の制御信号回路を示す回路図である。
【図７】第３実施形態における制御信号の振幅制御を説明するための図である。
【図８】第３実施形態における制御信号の振幅強度と回転翼の回転数との関係を説明するための図である。
【図９】第４実施形態に係る無人飛行体を示す平面図である。
【図１０】他の実施形態に係る無人飛行体を示す平面図である。
【図１１】他の実施形態に係る無人飛行体を示す平面図である。
【図１２】他の実施形態に係る無人飛行体を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本実施形態に係る無人飛行体を、図に基づいて説明する。本発明は、人命救助、特に海難救助に利用することを目的としており、無人飛行体に浮き輪などの救助物資を搭載し、要救助者付近まで無人飛行体を飛行させて救助物資を提供することで人命救助を行うことを想定している。上述したように、従来の無人飛行体では、放熱性・軽量化のためにアウタケースに通気開口部が設けられ、雨滴や水滴などがモーターに付着してしまうとモーターが故障してしまう場合があるため、無人飛行体を雨天や海で使用することができない場合があった。また、従来の無人飛行体では、強風下（たとえば風速５ｍ／秒以上）において主回転翼の動作だけでは無人飛行体の姿勢が安定せずに墜落して要救助者付近まで飛行できないおそれもあった。そこで、発明者は鋭意研究し、風雨においても安定して飛行可能な無人飛行体に係る本発明を完成させるに至った。
【００１１】
《第１実施形態》
図１は、第１実施形態に係る無人飛行体１を示す平面図である。図１に示すように、本実施形態に係る無人飛行体１は、本体１０と、４本のアーム１１ａ〜１１ｄと、４個の主回転翼１２ａ〜１２ｄと、４個のモーター装置２０ａ〜２０ｄとを備える。なお、以下においては、４本のアーム１１ａ〜１１ｄ、４個の主回転翼１２ａ〜１２ｄおよび４個のモーター装置２０ａ〜２０ｄを単にアーム１１、主回転翼１２およびモーター装置２０とも称す。
【００１２】
本体１０は、制御部１００、無線通信部２００、およびバッテリ（不図示）を備える箱体である。本体１０は、軽量であり、かつ、厳しい環境下（風雨、塩水、日射、低温・高温）においても使用できるよう、高強度・耐久性を備えた樹脂材料（例えばガラス繊維や炭素繊維等で強化された樹脂）からなる。
【００１３】
制御部１００は、加速度センサーと、モーター装置２０の動作を制御するためのプログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、このＲＯＭに格納されたプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、アクセス可能な記憶装置として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）と、を備える。また、制御部１００は、無線通信部２００を介して外部から受信した指令に基づいて、各モーター装置２０の主回転翼の回転速度をそれぞれ制御することで、無人飛行体１を指令に基づいて飛行させることもできる。さらに、制御部１００は、加速度センサーにより無人飛行体１の姿勢を検出し、風などにより無人飛行体１の姿勢が変化した場合には、各モーター装置２０における各主回転翼１２の回転速度をそれぞれ制御することで、無人飛行体１の姿勢を安定化させることもできる。
【００１４】
４本のアーム１１ａ〜１１ｄは、本体１０の側面上部に放射状に設けられた棒状部材である。詳細には、４本のアーム１１ａ〜１１ｄは、本体１０の中心に対し等間隔（９０°間隔）に設けられている。アーム１１は、本体１０から外方に延出され、主回転翼１２の回転によって下方に生じる風が本体１０にぶつかって揚力が低下することを防止する。アーム１１は、本体１０と同様の樹脂材料からなる。
【００１５】
主回転翼１２は、回転により無人飛行体１に揚力を与えるためのものであり、１つの回転軸に対して対向する２枚の羽を備える。主回転翼１２の羽は、消費電力に対して生じる揚力が大きくなるように、一定以上の大きさを有している。なお、羽の枚数は、重量と必要な揚力・回転翼の回転数等のバランスを考慮して適宜設定することができ、例えば３枚以上であってもよい。主回転翼１２は、それぞれアーム１１の先端付近の上方に設けられており、主回転翼１２の回転軸は本体１０の中心に対し回転対称の位置関係にある。
【００１６】
主回転翼１２は、回転の反作用によって無人飛行体１が本体１０の中心周りに回転することを防止している。すなわち、主回転翼（１２ａ，１２ｃ）が正方向に回転して反作用により生じる本体１０中心周りのトルクをキャンセルし、主回転翼（１２ｂ，１２ｄ）が逆方向に回転して反作用により生じる本体１０中心周りのトルクをキャンセルしている。
【００１７】
図２は、図１に示す無人飛行体１を示す底面図である。また、図３は、図１のIII-III線に沿うモーター装置２０の断面図である。図２および図３に示すように、モーター装置２０ａ〜２０ｄは、モーター２１ａ〜２１ｄ、第１補助回転翼２２ａ〜２２ｄ、防水カバー２３ａ〜２３ｄ、回転軸２４ａ〜２４ｄをそれぞれ備える。なお、以下においては、モーター２１ａ〜２１ｄ、第１補助回転翼２２ａ〜２２ｄ、防水カバー２３ａ〜２３ｄおよび回転軸２４ａ〜２４ｄを単にモーター２１、第１補助回転翼２２、防水カバー２３および回転軸２４とも称す。
【００１８】
モーター２１は、主回転翼１２および第１補助回転翼２２に回転の動力を与えるものであり、メンテナンスフリーの観点からは、摩耗部品のないモータ（例えばブラシレスモータ）を用いることが好ましい。モーター２１は、それぞれ４本のアーム１１の先端付近に設けられており、回転軸２４を介して主回転翼１２および第１補助回転翼２２の中心に接合されている。
【００１９】
モーター２１は、制御部１００により独立して回転方向および回転速度を変えることができ、これにより揚力が調整される。主回転翼１２の揚力のバランスによって、無人飛行体１の高度・機体の傾き・機体方向が制御される。
【００２０】
本実施形態において、モーター２１は、高回転・高トルクを実現するためにアウターローター型のモーターを採用している。アウターローター型のモーターは発熱量が多く、モーター２１では、従来のように、アウタケースに通気開口部が多く設けられている。これにより、モーター２１の放熱性と軽量化を実現している。
【００２１】
第１補助回転翼２２は、図３に示すように、防水カバー２３の内側であって、鉛直方向においてモーター２１と防水カバー２３との間に配置される。第１補助回転翼２２は、モーター２１で生じた熱を放熱するための冷却ファンとしての機能を有し、第１補助回転翼２２を回転させることで、図３に示すように、モーター２１の下方の空気がモーター２１内部（モーター２１のアウタケースに設けられた通気開口部）を通過してモーター２１で生じた熱を奪う。そして、モーター２１の熱により温められた空気は、図３に示すように、第１補助回転翼２２の回転で生じた気流により、モーター２１の側面を通って、モーター装置２０の外側へと排出される。なお、図３において、破線は気流を示してしている（後述する図４も同じ）。
【００２２】
モーター装置２０内部において上記気流が形成されるように、モーター２１、第１補助回転翼２２および防水カバー２３の大きさや配置間隔が適宜決定されている。なお、図３に示す例では、モーター２１で生じた熱を吸収した空気がモーター２１の側面を通ってモーター装置２０の外側へと排出されるように気流を形成する構成を例示したが、このような構成に限定されず、たとえば、第１補助回転翼２２の羽の向きを反対にすることで、気流の方向を図３に示す例とは反対にすることができる。この場合、モーター２１の上方から下方へと空気を送風することで、モーター２１で生じた熱を吸収した空気がモーター２１の下方からモーター装置２０の外側へと排出させることとなる。
【００２３】
第１補助回転翼２２は、主回転翼１２ａ〜１２ｄと同様に、回転軸２４に接合している。そのため、回転軸２４が回転することで、主回転翼１２および第１補助回転翼２２が同方向に同じ回転速度で回転する。
【００２４】
なお、主回転翼１２および第１補助回転翼２２の個数は、例示した４個に限られず、３個または５個以上であってもよいが、５個以上の場合、偶数個（例えば、６個または８個）であることが好ましい。偶数個であれば、正方向に回転する回転翼と逆方向に回転する回転翼を同数個ずつ設けることができるので、トルクを打ち消すための制御が容易となるからである。偶数個の回転翼を設ける場合も、本体１０の中心に関して等間隔で回転対称に配置し、回転方向が正方向と逆方向の回転翼を交互に配置することが好ましい。
【００２５】
防水カバー２３は、モーター２１の上方および側方を囲い、雨滴や水滴がモーター２１に接触しモーター２１が故障してしまうことを防止する。また、本実施形態では、防水カバー２３の上部主面の中心位置に、回転軸２４を挿通するための挿通孔が空いている。なお、防水カバー２３は、本体１０と同様の樹脂材料から形成することができる。
【００２６】
以上のように、第１実施形態に係る無人飛行体１では、モーター装置２０が防水カバー２３を備えるため、雨天において、モーター２１が雨で濡れてしまうことを防止することができる。また、防水カバー２３によりモーター２１で生じた熱が防水カバー２３内部にこもってしまうことを防止するために、防水カバー２３とモーター２１との間に第１補助回転翼２２を配置することで、防水カバー２３内部に気流を形成し、モーター２１で生じた熱を防水カバー２３外部へと放出することができるようにしている。また、防水カバー２３や第１補助回転翼２２は、既存製品に取り付けや、既存製品から取り外しも可能となっており、これにより、安価に本実施形態に係る無人飛行体１を提供することができる。さらに、第１実施形態では、モーター２１自体を防水構造とするものではなく、市販されている安価な非防水性のモーターを用いて、モーターの防水性を実現することができるため、安価に無人飛行体１を製造することができる。その結果、雨天においても安定して飛行することができる無人飛行体１を安価に提供することが可能となる。
【００２７】
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係る無人飛行体１ａについて説明する。図４は、第２実施形態に係る無人飛行体１ａのモーター装置２０の断面図である。第２実施形態に係る無人飛行体１ａは、図４に示すように、下部防水カバー２５、圧縮気体供給源２６、および保持部材２８を備えること以外は、第１実施形態に係る無人飛行体１と同様の構成を有し、同様に動作する。
【００２８】
第２実施形態において、下部防水カバー２５は、モーター２１の下部に取り付けられており、モーター２１の下方からモーター２１に水滴や雨滴が付着してしまうことを防止する。また、下部防水カバー２５は、中央位置に空気を通気させるための通気孔が開けられており、下部防水カバー２５の下側に、圧縮気体供給源２６が配置されている。具体的には、圧縮気体供給源２６が、下部防水カバー２５の下側に配置されるように、防水カバー２３に固定された保持部材２８が、圧縮気体供給源２６を保持し、下部防水カバー２５の下側位置に固定する。なお、本実施形態では、外部から雨滴や水滴がモーター２１に混入しないように、圧縮気体供給源２６と下部防水カバー２５との接合部分は密封されている。また、圧縮気体供給源２６は、図４に示すように、開閉弁（ノズルを含む）２７を上部に有し、開閉弁２７を開くことで、圧縮気体をモーター２１に向けて噴射する。これにより、圧縮気体供給源２６から噴射された圧縮気体が、下部防水カバー２５の通気孔を通過し、モーター２１の下方からモーター２１の内部を通過してモーター２１の上方へと排出され、モーター２１で生じた熱を放熱することができる。
【００２９】
なお、圧縮気体供給源２６により供給される圧縮気体は、特に限定されず、たとえば乾燥圧縮空気や乾燥圧縮窒素とすることができる。また、開閉弁２７の開閉は、制御部１００の制御によりアクチュエーター（不図示）が実行する構成とすることもできるし、無人飛行体１を飛行させる前に人が手で開く構成とすることもできる。
【００３０】
上述したように、本発明に係る無人飛行体は、人命救助に利用することを目的としており、特に水難救助においては、無人飛行体が５分間程度飛行することで十分に役に立つ場合がある。このような理由から、圧縮気体供給源２６として炭酸飲料用のペットボトルを用い、当該ペットボトルに５分間程度噴射可能な量の圧縮した窒素を封入する構成とすることもできる。そして、無人飛行体１ａを飛行させる際に、人の手で圧縮気体供給源２６の開閉弁２７を開けることで、５分間程度、安定して無人飛行体１ａを飛行させることができる。また、このように無人飛行体１ａを構成することで、圧縮気体供給源２６の容器をペットボトルで再利用することができ、また、開閉弁２７を開閉するための機構が不要となるため、無人飛行体１ａを安価かつ軽量に製造することができる。
【００３１】
以上のように、第２実施形態に係る無人飛行体１ａは、モーター装置２０が下部防水カバー２５を備える構成のため、雨天に加えて、水難救助においても無人飛行体１ａを使用することが可能となる。特に、下部防水カバー２５と圧縮気体供給源２６との接合部を密閉することで、モーター装置２０に雨滴や水滴が付着することを有効に防止することができるとともに、圧縮気体供給源２６から供給される圧縮気体をモーター２１の内部を通過するように供給することでモーター２１で生じた熱を放熱することもできる。
【００３２】
≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態に係る無人飛行体１ｂについて説明する。図５は、第３実施形態に係る無人飛行体１ｂを示す平面図である。図５に示すように、第３実施形態に係る無人飛行体１ｂは、モーター装置２０に代えて、主回転翼１２ａ〜１２ｄをそれぞれ回転させる第１モーター１３ａ〜１３ｄと、第２補助回転翼１４ａ〜１４ｄと、第２補助回転翼１４ａ〜１４ｄをそれぞれ回転させる第２モーター１５ａ〜１５ｄと、を備えること以外は、第１実施形態に係る無人飛行体１と同様の構成を有し、同様に動作する。なお、以下においては、第１モーター１３ａ〜１３ｄ、第２補助回転翼１４ａ〜１４ｄ、および第２モーター１５ａ〜１５ｄを、単に、第１モーター１３、第２補助回転翼１４、および第２モーター１５とも称す。
【００３３】
第１モーター１３ａ〜１３ｄ（以下、単に第１モーター１３ともいう）は、主回転翼１２ａ〜１２ｄの回転軸をそれぞれ回転させるモーターである。第１モーター１３は、電気モーターであり、制御部１００から送信される制御信号に基づいて駆動する。なお、第１モーター１３は、第１実施形態または第２実施形態と同様に、第１補助回転翼２２、防水カバー２３、および下部防水カバー２５を備える構成とすることもできる。
【００３４】
第２補助回転翼１４ａ〜１４ｄ（以下、単に補助回転翼１４ともいう）は、無人飛行体１ｂの姿勢を制御するための回転翼である。第２補助回転翼１４の羽は、図５に示すように、主回転翼１２の羽に対して小さく形成されており、第２補助回転翼１４は主回転翼１２よりも外周側に配置される。第２補助回転翼１４は、第２補助回転翼１４ａ〜１４ｄごとに設けられた第２モーター１５ａ〜１５ｄ（以下、単に第２モーター１５ともいう）によりそれぞれ回転駆動される。第２モーター１５は、電動モーターであり、制御部１００から送信される制御信号に基づいて駆動する。
【００３５】
図６は、第３実施形態に係る無人飛行体１ｂの制御信号の回路図である。図６に示すように、制御部１００は、電気回線および第１ＥＳＣ１６ａ〜１６ｄを介して、主回転翼１２ａ〜１２ｄを回転する第１モーター１３ａ〜１３ｄにそれぞれ接続している。ここで、ＥＳＣ（ＥＳＣ：Electronic Speed Controller）とは、制御部１００からの制御信号（ＰＷＭ信号）に従って、バッテリーからの直流（ＤＣ）入力を三相交流に変換し、モーターの速度を制御するための装置である。本実施形態では、制御部１００から、第１モーター１３ａ〜１３ｄごとに、第１モーター１３ａ〜１３ｄをそれぞれの回転速度で回転させるための制御信号が出力される。
【００３６】
また、本実施形態において、制御部１００は、図６に示すように、第１モーター１３に送信する制御信号を分岐して、振幅調整器１７ａ〜１７ｄ（以下、単に振幅調整器１７ともいう）にも出力する。すなわち、制御部１００は、第１モーター１３に送信する制御信号と同じ振幅強度の制御信号を振幅調整器１７ａ〜１７ｄに出力する。
【００３７】
ここで、振幅調整器１７は、制御部１００から送信された制御信号の振幅を調整するための装置である。図６に示すように、振幅調整器１７は、振幅調整制御装置１８と接続しており、振幅調整制御装置１８が有する関係式に基づいて、入力された制御信号（ＰＷＭ信号）の振幅を調整し、振幅を調整した制御信号（ＰＷＭ信号）を出力する。具体的には、振幅調整制御装置１８は、図７に示すような関係式を有しており、振幅調整器１７に入力された制御信号の振幅強度に応じて、出力する制御信号の振幅強度を変化させる。より具体的には、振幅調整制御装置１８は、制御部１００から入力された制御信号の振幅強度が所定値Ｉｍ未満である場合には、主回転翼１２を回転させるために第１ＥＳＣ１６に入力される制御信号と、第２補助回転翼１４を回転させるために第２ＥＳＣ１９に入力される制御信号とを、同じ振幅強度となるように調整する。一方、振幅調整制御装置１８は、制御部１００から入力された制御信号の振幅強度が所定値Ｉｍ以上である場合には、主回転翼１２を回転させるために第１ＥＳＣ１６に入力される制御信号の振幅強度よりも、第２補助回転翼１４を回転させるために第２ＥＳＣ１９に入力される制御信号の振幅強度が大きくなるように、制御信号の振幅強度を調整する。なお、所定値Ｉｍは、特に限定されないが、たとえば制御部１００から入力される制御信号の振幅強度の最大値の半分の値とすることができる。
【００３８】
たとえば、図７に示す例において、制御部１００から入力された制御信号の振幅強度がＩ２である場合、主回転翼１２を回転させるための第１ＥＳＣ１６には、振幅調整器１７を介さず、制御部１００から出力された制御信号の振幅強度Ｉ２と同じ振幅強度Ｏ２（Ｏ２＝Ｉ２）の制御信号がそのまま入力される。これに対して、制御部１００から入力された制御信号の振幅強度が、所定値Ｉｍ以上のＩ２（Ｉ２＞Ｉｍ）でである場合に、第２補助回転翼１４を回転させるための第２ＥＳＣ１９には、振幅調整器１７を介して、制御部１００から入力された制御信号の振幅強度Ｉ２よりも大きい振幅強度Ｏ３（Ｏ３＞Ｉ２）の制御信号が入力される。その結果、図８に示すように、第２補助回転翼１４は、主回転翼１２よりも高いトルクで迅速に回転することが可能となり、主回転翼１２よりも回転数が高くなる。なお、図８は、図７における制御信号の振幅強度Ｉ１〜Ｉ３と主回転翼１２および第２補助回転翼１４の回転数との関係を示すグラフである。図７に示すように、制御信号の振幅強度がＩ１〜Ｉ３である場合には、主回転翼１２の回転軸を回転させる第１モーター１３に対して、第２補助回転翼１４の回転軸を回転させる第２モーター１５に出力される制御信号の信号強度が高くなり、また、主回転翼１２に比べて第２補助回転翼１４の大きさが小さく形成されていることから、図８に示すように、主回転翼１２の回転数に対して、第２補助回転翼１４の回転数が多くなる。
【００３９】
なお、本実施形態では、制御部１００から出力される制御信号はＰＷＭ信号で出力される。そのため、振幅調整器１７に入力される制御信号もＰＷＭ信号となり、振幅調整器１７は、制御信号（ＰＷＭ信号）のデューティー比を制御することで、制御信号の振幅強度を調整することとなる。
【００４０】
そして、振幅調整器１７で振幅が調整された制御信号は、第２ＥＳＣ１９ａ〜１９ｄに出力され、第２ＥＳＣ１９ａ〜１９ｄにおいて、振幅が調整された制御信号に基づいて、バッテリーからの直流電流が三相交流電流に変換された後、第２モーター１５ａ〜１５ｄに入力され、各制御信号の振幅強度に基づく回転速度で、第２モーター１５ａ〜１５ｄの回転がそれぞれ行われる。
【００４１】
たとえば、第３実施形態に係る無人飛行体１ｂの実施例として、主回転翼１２の羽の長さを２５〜１００ｃｍとし、第１モーター１３の海面での揚力を５〜５０ｋｇとし、第２補助回転翼１４の羽の長さを１２〜６０ｃｍ（ただし主回転翼１２よりも短い）とし、第２モーター１５の海面での揚力を１〜２０ｋｇとすることができる。このような実施例で、発明者が第３実施形態に係る無人飛行体１ｂを試作したところ、２０ｍ／秒の強風下においても飛行が可能な無人飛行体を製造することができた。
【００４２】
以上のように、第３実施形態に係る無人飛行体１ｂでは、主回転翼１２による飛行を補助するための第２補助回転翼１４を備える。第２補助回転翼１４の羽は主回転翼１２の羽よりも小さく構成されており、また、第２補助回転翼１４は主回転翼１２よりも大きな振幅強度で回転制御が行われる。これにより、たとえ強風により無人飛行体１ｂの姿勢が崩れた場合でも、無人飛行体１ｂの姿勢に応じて、第２補助回転翼１４を迅速かつ高トルクで回転させることができ、無人飛行体１ｂの姿勢を安定化させることができる。すなわち、主回転翼１２は揚力を得るために羽の大きさを大きくする必要があり、羽の大きさを大きくした場合には羽の回転の慣性が強く働くため、強風により無人飛行体１ｂの姿勢が崩れた場合に、無人飛行体１ｂの姿勢に応じて主回転翼１２の回転速度を迅速に変更することができず、無人飛行体１ｂが墜落してしまう場合もあった。これに対して、第３実施形態に係る無人飛行体１ｂでは、第２補助回転翼１４の羽の大きさを主回転翼１２の羽の大きさよりも小さく構成し、かつ、第２補助回転翼１４を主回転翼１２よりも大きな振幅強度で回転制御することで、強風により無人飛行体１ｂの姿勢が崩れた場合でも、無人飛行体１ｂの姿勢に応じて、第２補助回転翼１４を迅速に回転させることができ、無人飛行体１ｂの姿勢を安定化させることができる。
【００４３】
なお、図７に示す例では、制御部１００から入力される制御信号の信号強度がＩｍ以上かつＩ１未満である場合に比べて、制御部１００から入力される制御信号の信号強度がＩ１以上かつＩ３未満である場合に、出力される制御信号の振幅強度が大きくなるように、振幅調整が行われる。これは、無人飛行体１ｂの姿勢が小さく変化した場合には、第２補助回転翼１４の補助が少なくても主回転翼１２の回転制御により無人飛行体１ｂの姿勢を安定化させることができる一方、たとえば強風により無人飛行体１ｂの姿勢が大きく崩れた場合には、第２補助回転翼１４の補助を大きくすることで無人飛行体１ｂの姿勢を安定化させることができるためである。
【００４４】
≪第４実施形態≫
次に、第４実施形態に係る無人飛行体１ｃについて説明する。図９は、第４実施形態に係る無人飛行体１ｃの概要を示す平面図である。図９に示すように、第４実施形態に係る無人飛行体１ｃは、４個の主回転翼１２ａ〜１２ｄを４個の第１モーター１３ａ〜１３ｄで回転させる構成に代えて、４個の主回転翼１２ａ〜１２ｄを１個のエンジン３００を用いて回転させること以外は、第３実施形態に係る無人飛行体１ｂと同様の構成を有し、同様に動作する。
【００４５】
図９に示すように、エンジン３００は、本体１０ａ内部に配置される。エンジン３００は、シャフトとタイミングベルト（不図示）を介して、４個の主回転翼１２ａ〜１２ｄに連結している。これにより、エンジン３００を駆動することで、主回転翼１２ａ〜１２ｄは同じ回転速度で回転する。なお、本体１０ａ中心周りのトルクをキャンセルするために、本実施形態においても、主回転翼（１２ａ，１２ｃ）が正方向に回転し、主回転翼（１２ｂ，１２ｄ）が逆方向に回転するように、主回転翼１２ａ〜１２ｄとタイミングベルトとが連結している。
【００４６】
また、第４実施形態では、１個のエンジン３００に４個の主回転翼１２ａ〜１２ｄが連結するため、主回転翼１２ａ〜１２ｄの回転速度を個々に制御することができず、主回転翼１２ａ〜１２ｄは無人飛行体１ｃを上下方向に移動させる機能のみを有することとなる。そのため、第４実施形態に係る無人飛行体１ｃでは、第２補助回転翼１４ａ〜１４ｄの回転を個々に制御することで、無人飛行体１ｃの水平方向の移動をも制御することができる。
【００４７】
また、第２補助回転翼１４の羽は、第３実施形態と同様に、主回転翼１２の羽に対して小さく形成されるとともに、第２補助回転翼１４の回転は、電動モーターである第２モーター１５で個々に制御されるため、たとえば強風により無人飛行体１ｃの姿勢が崩れた場合も、無人飛行体１ｃの姿勢に応じて迅速に第２補助回転翼１４を回転させることができ、無人飛行体１ｃの姿勢を安定化させることができる。特に、第２補助回転翼１４の回転は電動モーターである第２モーター１５で行うことことで、エンジンを用いる場合と比べて、細やかで、かつ、迅速な回転制御が可能となり、無人飛行体１ｃの姿勢をより有効に安定化させることができる。
【００４８】
以上のように、第４実施形態に係る無人飛行体１ｃは、４個の主回転翼１２ａ〜１２ｄを１個のエンジン３００で駆動するとともに、４個の第２補助回転翼１４を４個の第２モーター１５で個々に回転させることで、強風下においても、上下方向における十分な揚力を得ることができるとともに、水平方向における移動や姿勢制御を迅速かつ細やかに制御することができ、強風下においても安定して飛行することができる。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５０】
たとえば、上述した第３実施形態および第４実施形態では、図５および図９に示すように、４個の第２補助回転翼１４ａ〜１４ｄと４個の第２モーター１５ａ〜１５ｄを備える構成を例示したが、図１０に示すように、１２個の第２補助回転翼１４ａ〜１４ｌと１２個の第２モーター１５ａ〜１５ｌとを備える構成としてもよい。また、上述した第３実施形態および第４実施形態では、主回転翼１２と第２補助回転翼１４とが同じアーム１１上に放射線状に配置される構成を例示したが、図１１に示すように、主回転翼１２と第２補助回転翼１４とを異なるアーム１１上に配置する構成とすることもできる。また、図１１に示す例においては、４個の第２補助回転翼１４ａ〜１４ｄと４個の第２モーター１５ａ〜１５ｄとを備える構成を例示しているが、図１２に示すように、図１１に示す例において、１２個の第２補助回転翼１４ａ〜１４ｌと１２個の第２モーター１５ａ〜１５ｌとを備える構成としてもよい。第２補助回転翼１４および第２モーター１５の数を増やすことで、無人飛行体１ｄ，１ｆをより安定して飛行させることが可能となる。
【００５１】
また、上述した第２実施形態では、外部から雨滴や水滴が混入しないように、圧縮気体供給源２６と下部防水カバー２５との接合部分を密閉する構成を例示したが、この構成に限定されず、圧縮気体供給源２６と下部防水カバー２５とを離して配置する構成としてもよい。また、外部から雨滴や水滴が混入しないように、下部防水カバー２５を形成することで、圧縮気体供給源２６を備えない構成としてもよい。
【００５２】
さらに、上述した第３実施形態では、振幅調整制御装置１８が、制御部１００から入力された制御信号の振幅強度を、第２ＥＳＣ１９に出力する制御信号の振幅強度に調整するための関係式を有し、当該関係式に基づいて、制御信号の振幅強度を調整する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、振幅調整制御装置１８が、制御部１００から入力された制御信号の振幅強度と、第２ＥＳＣ１９に出力する制御信号の振幅強度との関係を示すテーブルを有し、当該テーブルに基づいて、制御信号の振幅強度を調整する構成とすることができる。
【００５３】
加えて、上述した第４実施形態では、エンジン３００が４個の主回転翼１２ａ〜１２ｄを回転させる構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、エンジン３００をモーターに供給する電力の発電に用い、主回転翼１２および第２補助回転翼１４をモーターで駆動する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１，１ａ〜１ｆ…無人飛行体
１０，１０ａ…本体  
１００…制御部
２００…無線通信部
３００…エンジン
１１…アーム
１２…主回転翼
１３…第１モーター
１４…第２補助回転翼
１５…第２モーター
１６…第１ＥＳＣ
１７…振幅調整器
１８…振幅調整制御装置
１９…第２ＥＳＣ
２０…モーター装置
２１…モーター
２２…第１補助回転翼
２３…防水カバー
２４…回転軸
２５…下部防水カバー
２６…圧縮気体供給源
２７…開閉弁（ノズルを含む）
２８…保持部材
【図１】
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【図２】
2020006801.tif 000004
【図３】
2020006801.tif 000005
【図４】
2020006801.tif 000006
【図５】
2020006801.tif 000007
【図６】
2020006801.tif 000008
【図７】
2020006801.tif 000009
【図８】
2020006801.tif 000010
【図９】
2020006801.tif 000011
【図１０】
2020006801.tif 000012
【図１１】
2020006801.tif 000013
【図１２】
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