(57)【要約】【課題】機体をヨー軸周りに安定して旋回させることができる飛翔機を提供する。【解決手段】飛翔機１０は、機体１２と、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄと、複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄと、円盤１８と、円盤モータ２０とを備える。複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄは、機体１２の前後左右に配置されている。複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄは、機体１２に固定され、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄを機体１２の垂直方向を中心に回転させる。円盤１８は、機体１２の中心部に配置されている。円盤モータ２０は、機体１２に固定され、円盤１８を機体１２の垂直方向を中心に回転させる。【選択図】図１
2020062951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、
前記機体の前後左右に配置された複数のプロペラと、
前記機体に固定され、前記複数のプロペラを前記機体の垂直方向を中心に回転させる複数のプロペラモータと、
前記機体の中心部に配置された円盤と、
前記機体に固定され、前記円盤を前記機体の垂直方向を中心に回転させる円盤モータと、
を備える飛翔機。
【請求項２】
前記円盤の回転方向と反対方向に前記機体が旋回するように前記円盤モータを制御する制御部を備える、
請求項１に記載の飛翔機。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数のプロペラの回転数が維持されるように前記複数のプロペラモータを制御したまま、前記円盤の回転方向と反対方向に前記機体が旋回するように前記円盤モータを制御する、
請求項２に記載の飛翔機。
【請求項４】
前記複数のプロペラは、前記機体の上側に配置され、
前記円盤は、前記機体の下側に配置されている、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の飛翔機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示する技術は、飛翔機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機体の前後左右に配置された複数のプロペラと、複数のプロペラを機体の垂直方向を中心に回転させる複数のプロペラモータを備えた飛翔機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−７４８０４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１３５６６０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、上記飛翔機では、複数のプロペラの回転数に差を生じさせることにより、機体がヨー軸周りに旋回する。しかしながら、このようなヨー軸周りの旋回時に機体を一定の高度に保つためには、複数のプロペラ間の推力比を大きくする必要がある。このため、ヨー軸周りの旋回時に機体が不安定になる虞がある。
【０００５】
なお、特許文献１、２には、機体の中央部にプロペラを有する飛翔機が開示されているが、ヨー軸周りの旋回時に機体を安定させることは検討されていない。
【０００６】
そこで、本願の開示する技術は、一つの側面として、機体をヨー軸周りに安定して旋回させることができる飛翔機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】
上記目的を達成するために、本願の開示する技術によれば、機体と、複数のプロペラと、複数のプロペラモータと、円盤と、円盤モータとを備える飛翔機が提供される。複数のプロペラは、機体の前後左右に配置されている。複数のプロペラモータは、機体に固定され、複数のプロペラを機体の垂直方向を中心に回転させる。円盤は、機体の中心部に配置されている。円盤モータは、機体に固定され、円盤を機体の垂直方向を中心に回転させる。
【発明の効果】
【０００８】
本願の開示する技術によれば、機体をヨー軸周りに安定して旋回させることができる
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る飛翔機の斜視図である。
【図２】図１の飛翔機の上面図である。
【図３】図１の飛翔機の下面図である。
【図４】図１の飛翔機の側面図である。
【図５】図１の飛翔機の電気的な構成を示すブロック図である。
【図６】図１の飛翔機が対象面に沿って飛翔する第一例を示す図である。
【図７】図１の飛翔機が対象面に沿って飛翔する第二例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本願の開示する技術の一実施形態を説明する。
【００１１】
図１〜図４に示される本実施形態に係る飛翔機１０は、所謂、ドローンと称されるものである。この飛翔機１０は、機体１２と、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄと、複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄと、円盤１８と、円盤モータ２０と、制御部２２と、検出器２４とを備える。
【００１２】
機体１２は、機体１２の中央部を形成する本体部２６と、この本体部２６から延びる複数のアーム２８Ａ〜２８Ｄとを有する。本体部２６は、一例として、上面視で正方形状を成している。アーム２８Ａは、本体部２６から機体１２の左前方に向けて延びており、アーム２８Ｂは、本体部２６から機体１２の右前方に向けて延びている。また、アーム２８Ｃは、本体部２６から機体１２の右後方に向けて延びており、アーム２８Ｄは、本体部２６から機体１２の左後方に向けて延びている。
【００１３】
なお、図１〜図４におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれ機体１２のピッチ軸、ロール軸、ヨー軸に相当する。また、Ｘ軸の矢印が示す方向は、機体１２の右方に相当し、Ｙ軸の矢印が示す方向は、機体１２の前方に相当し、Ｚ軸の矢印が示す方向は、機体１２の上方に相当する。
【００１４】
複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄは、複数のアーム２８Ａ〜２８Ｄの先端部の上面にそれぞれ固定されている。複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄは、機体１２の垂直方向に延びる出力軸３０をそれぞれ有している。機体１２の垂直方向は、Ｚ軸と平行な方向である。出力軸３０は、機体１２の上方へ向けて延びている。
【００１５】
複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄは、複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄの出力軸３０にそれぞれ固定されている。複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄ及び複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄは、複数のアーム２８Ａ〜２８Ｄの先端部に設けられることにより、機体１２の前後左右に配置されている。この複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄ及び複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄは、機体１２の上側に配置されている。
【００１６】
複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄは、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄを機体１２の垂直方向を中心にそれぞれ回転させる。より具体的には、プロペラモータ１６Ａ、１６Ｃは、プロペラ１４Ａ、１４Ｃを同じ方向に回転させ、プロペラモータ１６Ｂ、１６Ｄは、プロペラ１４Ｂ、１４Ｄをプロペラ１４Ａ、１４Ｃとは反対方向に回転させる。
【００１７】
円盤モータ２０は、本体部２６の下面に固定されている。円盤モータ２０は、機体１２の垂直方向に延びる回転軸３２を有している。回転軸３２は、機体１２の下方へ向けて延びている。円盤１８は、機体１２の垂直方向を板厚方向として配置されており、円盤１８の中心部には、回転軸３２の先端部が固定されている。円盤１８は、機体１２の中心部に配置されており、円盤１８の回転中心は、機体１２のヨー軸上に位置する。円盤１８は、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの回転時の風を受けない大きさで形成されている。
【００１８】
円盤１８及び円盤モータ２０は、機体１２の下側に配置されている。円盤モータ２０は、円盤１８を機体１２の垂直方向を中心に双方向（上面視で右回り又は左回り）に回転させる。円盤１８が回転すると、円盤１８の回転方向と反対方向の力（反力）が機体１２に作用し、機体１２が円盤１８の回転方向と反対方向に旋回する
【００１９】
なお、機体１２に作用する推力Ｔは、以下の式（１）で求められる。また、機体１２の旋回時のトルクＮは、以下の式（２）で求められる。
Ｔ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４・・・（１）
Ｎ＝τ１−τ２＋τ３−τ４＋τ５・・・（２）
ただし、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの推力である。また、τ１、τ２、τ３、τ４は、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄのトルクであり、τ５は、円盤１８のトルクである。τ１及びτ２は打ち消し合い、τ３及びτ４は打ち消し合うため、機体１２には、円盤１８のトルクが作用する。
【００２０】
制御部２２は、例えば演算装置及び記憶装置等を有する電子回路（コンピュータ）によって実現される。制御部２２は、一例として、本体部２６の上面に固定されている。この制御部２２は、後述するように、複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄ及び円盤モータ２０を制御する機能を有する。
【００２１】
検出器２４は、本体部２６の上方に配置されている。本体部２６には、本体部２６の上方に延びるステー３４が固定されており、検出器２４は、ステー３４の上端部に固定されている。この検出器２４は、例えば、機体１２の前方に位置する垂直な対象面の状態を検出するためのものであり、機体１２の前方を向いて配置されている。この検出器２４には、例えば、カメラや光センサ等の各種検出装置が適用される。
【００２２】
続いて、本実施形態に係る飛翔機１０の電気的な構成と併せて飛翔機１０の動作を説明する。
【００２３】
図５に示されるように、飛翔機１０は、受信部４０、ジャイロセンサ４２、加速度センサ４４、気圧センサ４６、複数のＥＳＣ４８Ａ〜４８Ｄ（Electrical Speed Controller）、及び、モータアンプ５０を備える。また、飛翔機１０は、操作機５２と共に使用される。
【００２４】
操作機５２は、操作部５４及び送信部５６を有しており、操作者による操作部５４の操作に応じた信号を送信部５６から送信する。受信部４０は、送信部５６から送信された信号を受信し、受信した信号を制御部２２に出力する。ジャイロセンサ４２は、機体１２の角速度に応じた信号を制御部２２に出力し、加速度センサ４４は、機体１２の加速度に応じた信号を制御部２２に出力する。気圧センサ４６は、機体１２の周辺の気圧に応じた信号を制御部２２に出力する。
【００２５】
制御部２２は、受信部４０、ジャイロセンサ４２、加速度センサ４４、及び、気圧センサ４６から出力された信号に基づいて、複数のＥＳＣ４８Ａ〜４８Ｄ及びモータアンプ５０にそれぞれ制御信号を出力する。複数のＥＳＣ４８Ａ〜４８Ｄは、制御部２２から出力された制御信号に対応する回転数で複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄが回転するように、複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄを作動させる。また、モータアンプ５０は、制御部２２から出力された制御信号に対応する回転数で、かつ、この制御信号に対応する回転方向に円盤１８が回転するように、円盤モータ２０を作動させる。
【００２６】
図６には、対象面の一例である橋桁６０の側面６０Ａに沿って飛翔機１０が水平に移動する例が示されている。図６に示される例では、側面６０Ａの状態を検出器２４によって検出するために、操作者は、機体１２が側面６０Ａに正対した状態で飛翔機１０が水平に移動するように操作機５２を操作している。ところが、このように飛翔機１０が水平に移動する際に、外乱等の影響により機体１２にヨー軸周りの力が作用する場合がある。
【００２７】
そこで、このような場合、制御部２２は、円盤１８が回転して機体１２が側面６０Ａに正対した状態に保たれるように円盤モータ２０を制御する。つまり、制御部２２は、機体１２に上面視で右回りの方向に力が作用する場合には、円盤１８が左回りに回転するように、円盤モータ２０を制御する。また、制御部２２は、機体１２に上面視で左回りの方向に力が作用する場合には、円盤１８が右回りに回転するように、円盤モータ２０を制御する。
【００２８】
このように円盤１８が回転すると、円盤１８の回転方向と反対方向の力（反力）が機体１２に作用し、機体１２が円盤１８の回転方向と反対方向に旋回する。これにより、機体１２が側面６０Ａに正対した状態に保たれる。
【００２９】
また、上述のように、円盤１８が回転する際に、制御部２２は、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの回転数が維持されるように複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄを制御する。これにより、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの推力が維持されるので、機体１２の高度も一定に保たれる。以上より、機体１２が橋桁６０の側面６０Ａに正対した状態で飛翔機１０が一定の高度を保ちながら水平に移動する。
【００３０】
図７には、対象面の一例である建物７０の第一側面７０Ａ及び第二側面７０Ｂに沿って飛翔機１０が水平に移動する例が示されている。建物７０の第一側面７０Ａと第二側面７０Ｂとは例えば直角を成している。
【００３１】
図７に示される例では、第一側面７０Ａ及び第二側面７０Ｂの状態を検出器２４によって順に検出するために、操作者は、機体１２が第一側面７０Ａ及び第二側面７０Ｂにそれぞれ正対した状態で飛翔機１０が水平に移動するように操作機５２を操作している。ところが、機体１２が第一側面７０Ａ及び第二側面７０Ｂにそれぞれ正対した状態にするには、飛翔機１０が第一側面７０Ａから第二側面７０Ｂに移動する際に、機体１２をヨー軸周りに旋回させる必要がある。
【００３２】
そこで、飛翔機１０が第一側面７０Ａから第二側面７０Ｂに移動する際に、制御部２２は、円盤１８が回転して機体１２が第一側面７０Ａ及び第二側面７０Ｂにそれぞれ正対した状態に保たれるように円盤モータ２０を制御する。つまり、飛翔機１０が第一側面７０Ａから第二側面７０Ｂに移動するときに、制御部２２は、円盤１８が右回りに回転するように、円盤モータ２０を制御する。このように円盤１８が右回りに回転すると、円盤１８の回転方向と反対方向である左回りの力が機体１２に作用し、機体１２が左回りに旋回する。これにより、飛翔機１０が第二側面７０Ｂに沿って移動するときに、機体１２が第二側面７０Ｂに正対した状態に保たれる。
【００３３】
また、上述のように、円盤１８が回転する際に、制御部２２は、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの回転数が維持されるように複数のプロペラモータ１６Ａ〜１６Ｄを制御する。これにより、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの推力が維持されるので、機体１２の高度も一定に保たれる。以上より、機体１２が建物７０の第一側面７０Ａ及び第二側面７０Ｂにそれぞれ正対した状態で飛翔機１０が一定の高度を保ちながら水平に移動する。
【００３４】
なお、飛翔機１０が第二側面７０Ｂから第一側面７０Ａに移動する際も上記と同様である。すなわち、飛翔機１０が第二側面７０Ｂから第一側面７０Ａに移動するときに、制御部２２は、円盤１８が左回りに回転するように、円盤モータ２０を制御する。このように円盤１８が左回りに回転すると、円盤１８の回転方向と反対方向である右回りの力が機体１２に作用し、機体１２が右回りに旋回する。これにより、飛翔機１０が第一側面７０Ａに沿って移動するときに、機体１２が第一側面７０Ａに正対した状態に保たれる。
【００３５】
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
【００３６】
以上詳述したように、本実施形態に係る飛翔機１０によれば、機体１２の中心部に円盤１８が配置されている。そして、この円盤１８が回転すると、円盤１８の回転方向と反対方向の力（反力）が機体１２に作用するので、機体１２を円盤１８の回転方向と反対方向に旋回させることができる。また、機体１２の旋回時に円盤１８を複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄとは独立して回転させるので、機体１２の旋回時には、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの推力を維持できる。これにより、機体１２をヨー軸周りに安定して旋回させることができる。
【００３７】
また、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄは、機体１２の上側に配置され、円盤１８は、機体１２の下側に配置されている。したがって、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄ及び円盤１８の配置スペースを容易に確保できるので、飛翔機１０の形状の自由度を確保できると共に、飛翔機１０を小型化できる。
【００３８】
次に、本実施形態の変形例を説明する。
【００３９】
上記実施形態において、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの個数は、四個であるが、四個以外でも良い。
【００４０】
また、上記実施形態において、円盤１８は、機体１２の下側に配置されているが、円盤１８の回転中心が機体１２のヨー軸上に位置するのであれば、円盤１８は、どの位置に配置されても良い。
【００４１】
また、上記実施形態において、飛翔機１０は、検出器２４を備えるが、検出器２４は省かれても良い。
【００４２】
また、上記実施形態において、制御部２２は、円盤１８を回転させて機体１２を旋回させる際に、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの回転数を維持するが、複数のプロペラ１４Ａ〜１４Ｄの回転数を調整して円盤１８の回転に伴う機体１２の旋回を補助しても良い。
【００４３】
以上、本願の開示する技術の一実施形態を説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【００４４】
なお、上述の本願の開示する技術の一実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００４５】
（付記１）
機体と、
前記機体の前後左右に配置された複数のプロペラと、
前記機体に固定され、前記複数のプロペラを前記機体の垂直方向を中心に回転させる複数のプロペラモータと、
前記機体の中心部に配置された円盤と、
前記機体に固定され、前記円盤を前記機体の垂直方向を中心に回転させる円盤モータと、
を備える飛翔機。
（付記２）
前記円盤の回転方向と反対方向に前記機体が旋回するように前記円盤モータを制御する制御部を備える、
付記１に記載の飛翔機。
（付記３）
前記制御部は、前記複数のプロペラの回転数が維持されるように前記複数のプロペラモータを制御したまま、前記円盤の回転方向と反対方向に前記機体が旋回するように前記円盤モータを制御する、
付記２に記載の飛翔機。
（付記４）
前記複数のプロペラは、前記機体の上側に配置され、
前記円盤は、前記機体の下側に配置されている、
付記１〜付記３のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記５）
前記円盤の回転中心は、前記機体のヨー軸上に位置する、
付記１〜付記４のいずれか一項に記載の飛翔機。
（付記６）
前記円盤モータは、前記円盤を双方向に回転させる、
付記１〜付記５のいずれか一項に記載の飛翔機。
【符号の説明】
【００４６】
１０  飛翔機
１２  機体
１４Ａ〜１４Ｄ  プロペラ
１６Ａ〜１６Ｄ  プロペラモータ
１８  円盤
２０  円盤モータ
２２  制御部
２４  検出器
【図１】
2020062951.tif 000003
【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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