(57)【要約】【課題】本発明の目的は、横風が機体に及ぼす影響が低減される無人航空機及び無人航空機システムを提供することである。【解決手段】無人航空機１は、機軸７０に沿って延びる胴体１０と、胴体１０に取り付けられ、機軸７０に平行な方向７７に風を送るプロペラ１３と、プロペラ１３の風下側に配置された操舵翼１２Ａ〜１２Ｄと、ダクト１９とを具備する。ダクト１９は、機軸７０に直交する方向から見たときにプロペラ１３及び操舵翼１２Ａ〜１２Ｄがダクト１９からはみ出さないようにプロペラ１３及び操舵翼１２Ａ〜１２Ｄを囲む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機軸に沿って延びる胴体と、
前記胴体に取り付けられ、前記機軸に平行な第１方向に風を送るプロペラと、
前記プロペラの風下側に配置された複数の操舵翼と、
ダクトと
を具備し、
前記ダクトは、前記機軸に直交する方向から見たときに前記プロペラ及び前記複数の操舵翼が前記ダクトからはみ出さないように前記プロペラ及び前記複数の操舵翼を囲む
無人航空機。
【請求項２】
機体側方面が全て円形曲面である
請求項１の無人航空機。
【請求項３】
前記複数の操舵翼の各々は、翼断面形状を有する
請求項１又は２の無人航空機。
【請求項４】
前記胴体から放射状に延びる複数の固定翼を更に具備し、
前記複数の固定翼は前記プロペラの風上側に配置され、
前記ダクトは、前記複数の固定翼を囲むように前記複数の固定翼に固定される
請求項１乃至３のいずれかに記載の無人航空機。
【請求項５】
前記複数の固定翼及び前記複数の操舵翼は、前記機軸に対して回転対称である
請求項４の無人航空機。
【請求項６】
前記プロペラ及び前記複数の操舵翼を用いて本無人航空機の姿勢及び加速度を制御する飛行制御装置を更に具備する
請求項１乃至５のいずれかに記載の無人航空機。
【請求項７】
本無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段を更に具備し、
前記飛行制御装置は、前記少なくとも一つに基づいて、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項６の無人航空機。
【請求項８】
前記飛行制御装置は、本無人航空機が所望の飛行経路に沿って水平飛行をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項７の無人航空機。
【請求項９】
前記飛行制御装置は、本無人航空機が所望の空中位置に定点保持をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項７又は８の無人航空機。
【請求項１０】
前記少なくとも一つを示す信号を送信する無線通信装置を更に具備する
請求項７乃至９のいずれかに記載の無人航空機。
【請求項１１】
画像を取得するカメラを更に具備し、
前記無線通信装置は、前記画像を示す信号を送信する
請求項１０の無人航空機。
【請求項１２】
前記画像をパターン認識処理する画像処理装置を更に具備し、
前記画像には情報収集対象が写っており、
前記飛行制御装置は、前記画像のパターン認識処理結果に基づいて、前記カメラが前記情報収集対象の写った画像を取得し続けるように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項１１の無人航空機。
【請求項１３】
前記カメラは、前記機軸に対する放射方向を向くように設けられた
請求項１１又は１２の無人航空機。
【請求項１４】
前記カメラは、前記第１方向を向くように設けられた
請求項１１又は１２の無人航空機。
【請求項１５】
前記プロペラを駆動する電動モータを更に具備する
請求項１乃至１４のいずれかに記載の無人航空機。
【請求項１６】
本無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段と、
前記少なくとも一つに基づいて、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置と
を更に具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項１７】
本無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段と、
前記少なくとも一つを示す信号を送信する無線通信装置と
を更に具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項１８】
画像を取得するカメラと、
前記画像を示す信号を送信する無線通信装置と
を更に具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項１９】
情報収集対象が写った画像を取得するカメラと、
前記画像をパターン認識処理する画像処理装置と、
前記画像のパターン認識処理結果に基づいて、前記カメラが前記情報収集対象の写った画像を取得し続けるように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置と
を具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項２０】
前記機軸に対する放射方向を向くように設けられた第１カメラを更に具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項２１】
前記第１方向を向くように設けられた第２カメラを更に具備する
請求項１又は２０の無人航空機。
【請求項２２】
機体側方面が全て円形曲面である
無人航空機。
【請求項２３】
無人航空機と、
ヒューマンインターフェースと
を具備し、
前記無人航空機は、
機軸に沿って延びる胴体と、
前記胴体に取り付けられ、前記機軸に平行な第１方向に風を送るプロペラと、
前記プロペラの風下側に配置された複数の操舵翼と、
ダクトと、
無線通信装置と、
カメラと
を備え、
前記ダクトは、前記機軸に直交する方向から見たときに前記プロペラ及び前記複数の操舵翼が前記ダクトからはみ出さないように前記プロペラ及び前記複数の操舵翼を囲み、
前記ヒューマンインターフェースは、
無線通信部と、
前記無人航空機を遠隔操作するための入力部と、
前記カメラが取得した画像を表示する表示装置と
を備える
無人航空機システム。
【請求項２４】
第１無人航空機と、
第２無人航空機と、
ヒューマンインターフェースと
を具備し、
前記第１無人航空機及び前記第２無人航空機の各々は、
機軸に沿って延びる胴体と、
前記胴体に取り付けられ、前記機軸に平行な第１方向に風を送るプロペラと、
前記プロペラの風下側に配置された複数の操舵翼と、
ダクトと、
無線通信装置と
を備え、
前記ダクトは、前記機軸に直交する方向から見たときに前記プロペラ及び前記複数の操舵翼が前記ダクトからはみ出さないように前記プロペラ及び前記複数の操舵翼を囲み、
前記ヒューマンインターフェースは無線通信部を備え、
前記第１無人航空機は、前記第２無人航空機と前記ヒューマンインターフェースとの通信を中継する
無人航空機システム。
【請求項２５】
無人航空機と、
ヒューマンインターフェースと
を具備し、
前記無人航空機は、
無線通信装置と、
カメラと
を備え、
前記無人航空機は機体側方面が全て円形曲面であり、
前記ヒューマンインターフェースは、
無線通信部と、
前記無人航空機を遠隔操作するための入力部と、
前記カメラが取得した画像を表示する表示装置と
を備える
無人航空機システム。
【請求項２６】
第１無人航空機と、
第２無人航空機と、
ヒューマンインターフェースと
を具備し、
前記第１無人航空機及び前記第２無人航空機の各々は、
無線通信装置を備え、
機体側方面が全て円形曲面であり、
前記ヒューマンインターフェースは無線通信部を備え、
前記第１無人航空機は、前記第２無人航空機と前記ヒューマンインターフェースとの通信を中継する
無人航空機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人航空機及び無人航空機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の無人飛行機は、胴体前部と、胴体後部と、エンジンと、複数のプロペラを含むローター組立体と、ステーターと、ダクトと、複数の尾翼とを備える。胴体後部の前端部は、胴体前部の後端部に固定される。胴体前部及び胴体後部は、実質的に機体の中心線に沿って配置される。エンジンは胴体前部に格納される。ローター組立体はエンジンに連結される。ステーターは、胴体後部の外方に向かって延在している。ダクトは、ローター組立体及びステーターを取り囲むようにステーターに固定されている。ステーターは、プロペラが発生した空気の渦流をダクト内で整流してプロペラのトルクとバランスをとる。複数の尾翼は、ピッチングモーメント、ヨーモーメント、及びローリングモーメントを生じさせる。複数の尾翼は、胴体後部とダクトの間のステーターより後方に固定される。複数の尾翼は、ダクトから突き出ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２９３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、横風が機体に及ぼす影響が低減される無人航空機及び無人航空機システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００６】
本発明による無人航空機（１、１Ａ、１Ｂ）は、機軸（７０）に沿って延びる胴体（１０）と、前記胴体に取り付けられ、前記機軸に平行な第１方向（７７）に風を送るプロペラ（１３）と、前記プロペラの風下側に配置された複数の操舵翼（１２Ａ〜１２Ｄ）と、ダクト（１９）とを具備する。前記ダクトは、前記機軸に直交する方向から見たときに前記プロペラ及び前記複数の操舵翼が前記ダクトからはみ出さないように前記プロペラ及び前記複数の操舵翼を囲む。
【０００７】
操舵翼がダクトに囲まれているため、横風が機体に及ぼす影響が低減される。
【０００８】
上記無人航空機において、機体側方面が全て円形曲面であることが好ましい。
【０００９】
前記複数の操舵翼の各々は、翼断面形状を有することが好ましい。
【００１０】
上記無人航空機は、前記胴体から放射状に延びる複数の固定翼（１１Ａ〜１１Ｄ）を更に具備することが好ましい。前記複数の固定翼は前記プロペラの風上側に配置される。前記ダクトは、前記複数の固定翼を囲むように前記複数の固定翼に固定される。
【００１１】
前記複数の固定翼及び前記複数の操舵翼は、前記機軸に対して回転対称であることが好ましい。
【００１２】
上記無人航空機は、前記プロペラ及び前記複数の操舵翼を用いて上記無人航空機の姿勢及び加速度を制御する飛行制御装置（２７）を更に具備することが好ましい。
【００１３】
上記無人航空機は、上記無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段（２１〜２４、２７、２８）を更に具備することが好ましい。前記飛行制御装置は、前記少なくとも一つに基づいて、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。
【００１４】
前記飛行制御装置は、上記無人航空機が所望の飛行経路に沿って水平飛行をするように、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御することが好ましい。
【００１５】
前記飛行制御装置は、上記無人航空機が所望の空中位置に定点保持をするように、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御することが好ましい。
【００１６】
上記無人航空機は、前記少なくとも一つを示す信号を送信する無線通信装置（２５）を更に具備することが好ましい。
【００１７】
上記無人航空機は、画像を取得するカメラ（１５、１６）を更に具備することが好ましい。前記無線通信装置は、前記画像を示す信号を送信する。
【００１８】
上記無人航空機は、前記画像をパターン認識処理する画像処理装置（２６）を更に具備することが好ましい。前記画像には情報収集対象（５０、６０）が写っており、前記飛行制御装置は、前記画像のパターン認識処理結果に基づいて、前記カメラが前記情報収集対象の写った画像を取得し続けるように、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。
【００１９】
前記カメラは、前記機軸に対する放射方向（７８）を向くように設けられることが好ましい。
【００２０】
前記カメラは、前記第１方向を向くように設けられることが好ましい。
【００２１】
上記無人航空機は、前記プロペラを駆動する電動モータ（１４）を更に具備することが好ましい。
【００２２】
上記無人航空機は、上記無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段（２１〜２４、２７、２８）と、前記少なくとも一つに基づいて、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置（２７）と
を更に具備することが好ましい。
【００２３】
上記無人航空機は、上記無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段（２１〜２４、２７、２８）と、前記少なくとも一つを示す信号を送信する無線通信装置（２５）とを更に具備することが好ましい。
【００２４】
上記無人航空機は、画像を取得するカメラ（１５、１６）と、前記画像を示す信号を送信する無線通信装置（２５）とを更に具備することが好ましい。
【００２５】
上記無人航空機は、情報収集対象（５０、６０）が写った画像を取得するカメラ（１５、１６）と、前記画像をパターン認識処理する画像処理装置（２６）と、前記画像のパターン認識処理結果に基づいて、前記カメラが前記情報収集対象の写った画像を取得し続けるように、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置（２７）とを更に具備することが好ましい。
【００２６】
上記無人航空機は、前記機軸に対する放射方向（７８）を向くように設けられた第１カメラ（１５）を更に具備することが好ましい。
【００２７】
上記無人航空機は、前記第１方向を向くように設けられた第２カメラ（１６）を更に具備することが好ましい。
【００２８】
本発明による無人航空機は、機体側方面が全て円形曲面である。
【００２９】
機体側方面が全て円形曲面であるため、横風が機体に及ぼす影響が低減される。
【００３０】
本発明による無人航空機システムは、無人航空機と、ヒューマンインターフェース（３０）とを具備する。前記無人航空機は、機軸（７０）に沿って延びる胴体（１０）と、前記胴体に取り付けられ、前記機軸に平行な第１方向に風を送るプロペラ（１３）と、前記プロペラの風下側に配置された複数の操舵翼（１２Ａ〜１２Ｄ）と、ダクト（１９）と、無線通信装置（２５）と、カメラ（１５、１６）とを備える。前記ダクトは、前記機軸に直交する方向から見たときに前記プロペラ及び前記複数の操舵翼が前記ダクトからはみ出さないように前記プロペラ及び前記複数の操舵翼を囲む。前記ヒューマンインターフェースは、無線通信部と、前記無人航空機を遠隔操作するための入力部（３３）と、前記カメラが取得した画像を表示する表示装置（３１）とを備える。
【００３１】
本発明による無人航空機システムは、第１無人航空機と、第２無人航空機と、ヒューマンインターフェース（３０）とを具備する。前記第１無人航空機及び前記第２無人航空機の各々は、機軸（７０）に沿って延びる胴体（１０）と、前記胴体に取り付けられ、前記機軸に平行な第１方向に風を送るプロペラ（１３）と、前記プロペラの風下側に配置された複数の操舵翼（１２Ａ〜１２Ｄ）と、ダクト（１９）と、無線通信装置（２５）とを備える。前記ダクトは、前記機軸に直交する方向から見たときに前記プロペラ及び前記複数の操舵翼が前記ダクトからはみ出さないように前記プロペラ及び前記複数の操舵翼を囲む。前記ヒューマンインターフェースは無線通信部を備える。前記第１無人航空機は、前記第２無人航空機と前記ヒューマンインターフェースとの通信を中継する。
【００３２】
本発明による無人航空機システムは、無人航空機と、ヒューマンインターフェース（３０）とを具備する。前記無人航空機は、無線通信装置（２５）と、カメラ（１５、１６）とを備える。前記無人航空機は機体側方面が全て円形曲面である。前記ヒューマンインターフェースは、無線通信部と、前記無人航空機を遠隔操作するための入力部（３３）と、前記カメラが取得した画像を表示する表示装置（３１）とを備える。
【００３３】
本発明による無人航空機システムは、第１無人航空機と、第２無人航空機と、ヒューマンインターフェース（３０）とを具備する。前記第１無人航空機及び前記第２無人航空機の各々は、無線通信装置（２５）を備え、機体側方面が全て円形曲面である。前記ヒューマンインターフェースは無線通信部を備える。前記第１無人航空機は、前記第２無人航空機と前記ヒューマンインターフェースとの通信を中継する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、横風が機体に及ぼす影響が低減される無人航空機及び無人航空機システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る無人航空機の正面図である。
【図２】図２は、無人航空機の側面図である。
【図３】図３は、操舵翼の断面図である。
【図４】図４は、固定翼の断面図である。
【図５】図５は、無人航空機の制御系を示すブロック図である。
【図６】図６は、水平飛行中の無人航空機を示す。
【図７】図７は、定点保持中の無人航空機を示す。
【図８】図８は、垂直離着陸中の無人航空機を示す。
【図９】図９は、第１の実施形態に係る無人航空機システムを示す。
【図１０】図１０は、無人航空機の取得画像保持機能を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、無人航空機の取得画像保持機能を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
添付図面を参照して、本発明による無人航空機及び無人航空機システムを実施するための形態を以下に説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無人航空機１の正面図である。無人航空機１は、胴体１０と、固定翼１１Ａ乃至１１Ｄと、円筒形状のダクト１９を備える。固定翼１１Ａ乃至１１Ｄは、胴体１０から放射状に延びている。ダクト１９は、固定翼１１Ａ乃至１１Ｄに固定される。
【００３８】
図２は、無人航空機１の側面図である。無人航空機１は、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄと、プロペラ１３と、カメラ１５及び１６と、サーボ軸１８Ａ乃至１８Ｄと、降着装置４０を備える。操舵翼１２Ｂ及びサーボ軸１８Ｂは、操舵翼１２Ｄの陰に隠れている。胴体１０は、機軸７０に沿って延びており、プロペラ１３を駆動する電動モータ１４を備える。プロペラ１３は、胴体１０に取り付けられ、機軸７０に平行な方向７７に風を送って推進力を発生する。方向７７は、無人航空機１の後方を向いている。プロペラ１３は、ダクト１９内の機軸７０方向後方側に配置される。固定翼１１Ａ乃至１１Ｄは、プロペラ１３の風上側において、機軸７０を中心とする放射状に９０度ピッチで配置されている。固定翼１１Ａ乃至１１Ｄは、ダクト１９内の気流を整流する。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、プロペラ１３の風下側において、機軸７０を中心とする放射状に９０度ピッチで配置されている。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄがプロペラ１３の風下側近傍に配置されるため、舵効きが優れている。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄはそれぞれ固定翼１１Ａ乃至１１Ｄと機軸７０を中心とする周方向位置が一致している。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、それぞれサーボ軸１８Ａ乃至１８Ｄに固定されている。サーボ軸１８Ａ及び１８Ｃは、機軸７０に直交する第１直線（不図示）に沿って設けられ、第１直線まわりに回動する。サーボ軸１８Ｂ及び１８Ｄは、機軸７０に直交する第２直線（不図示）に沿って設けられ、第２直線まわりに回動する。機軸７０、第１直線、及び第２直線は一点で直交する。ダクト１９の中心軸は、機軸７０に一致する。ダクト１９は、機軸７０に直交する方向から見たときに固定翼１１Ａ乃至１１Ｄ、プロペラ１３、及び操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄがダクト１９からはみ出さないように固定翼１１Ａ乃至１１Ｄ、プロペラ１３、及び操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄを囲んでいる。カメラ１５及びカメラ１６は、ダクト１９に内蔵されている。カメラ１５は、方向７８を向くように設けられている。方向７８は、機軸７０に対する放射方向（無人航空機１の機体側方）である。カメラ１５は、固定翼１１Ａと機軸７０を中心とする周方向位置が一致している。カメラ１６は、方向７７（無人航空機１の機体後方）を向くように設けられている。ダクト１９の後方端に降着装置４０が設けられている。
【００３９】
無人航空機１には電動モータ１４が採用されている。電動モータは、エンジンに比べて以下の点で有利である。電動モータは機械的構成が単純なため、小型化及び軽量化が容易である。したがって、無人航空機１の可搬性を高めることが容易である。電動モータの出力は電気的に調整可能である。したがって、プロペラ１３が発生する推力の微調整が可能である。電動モータは騒音が少ない。したがって、無人航空機１は静粛性に優れている。電動モータは、引火性を持つ燃料を使用しないため安全である。電動モータは、特別な起動操作が不要であり、電源をオンにするだけで容易に起動可能である。
【００４０】
図３を参照して、操舵翼１２Ａは、中心面７２に対して対称な形状を有する。中心面７２は、操舵翼１２Ａの操舵角が中立位置にあるとき、機軸７０を含む。操舵翼１２Ａは、図３に示すような翼断面形状を有する。操舵翼１２Ｂ乃至１２Ｄの各々も、操舵翼１２Ａと同様の形状を有する。翼断面形状を有するため、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは失速しにくい。そのため、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄの操舵角範囲を大きくとることが可能である。
【００４１】
図４を参照して、固定翼１１Ａは、中心面７１に対して対象な形状を有する。中心面７１は、機軸７０を含む。固定翼１１Ａは、図４に示すように翼断面形状を有することが好ましい。固定翼１１Ｂ乃至１１Ｄの各々も、固定翼１１Ａと同様の形状を有する。なお、固定翼１１Ａ乃至１１Ｄは、平板形状を有していてもよい。固定翼１１Ａ乃至１１Ｄが翼断面形状を有する場合、無人航空機１の水平飛行時に固定翼１１Ａ乃至１１Ｄが発生する揚力が大きくなる。固定翼１１Ａ乃至１１Ｄが平板形状を有する場合、無人航空機１の製造コストが低くなる。
【００４２】
ダクト１９も、機軸７０を含む平面で切った断面において翼断面形状を有することが好ましい。なお、ダクト１９は、機軸７０を含む平面で切った断面が矩形形状を有していてもよい。ダクト１９が翼断面形状を有する場合、無人航空機１の水平飛行時にダクト１９が発生する揚力が大きくなる。ダクト１９の断面が矩形形状を有する場合、無人航空機１の製造コストが低くなる。
【００４３】
図５は、無人航空機１の制御系２０を示すブロック図である。無人航空機１の制御系２０は、カメラ１５及び１６と、位置センサ２１と、速度センサ２２と、加速度センサ２３と、姿勢角センサ２４と、姿勢角速度センサ２８と、無線通信装置２５と、画像処理装置２６と、飛行制御装置２７と、電動モータ１４と、プロペラ１３と、ダクト１９に設けられたサーボ機構１７Ａ乃至１７Ｄと、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄを備える。サーボ機構１７Ａ乃至１７Ｄは、サーボ軸１８Ａ乃至１８Ｄをそれぞれ備える。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、図２に示されるように、サーボ軸１８Ａ乃至１８Ｄにそれぞれ固定されている。サーボ機構１７Ａ乃至１７Ｄは、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄをそれぞれ回動させる。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄの操舵角は、互いに独立に制御可能である。飛行制御装置２７は、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄが失速しないように、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄの操舵角範囲を制限する。
【００４４】
図６に示すように、無人航空機１は、水平飛行による高速移動が可能である。
【００４５】
図１を参照して、無人航空機１が水平飛行をするとき、胴体１０（機軸）がほぼ水平となる。このとき、固定翼１１Ａが垂直（鉛直）となるように胴体１０の下側に配置され、固定翼１１Ｂが水平となるように胴体１０の左側に配置され、固定翼１１Ｃが垂直となるように胴体１０の上側に配置され、固定翼１１Ｄが水平となるように胴体１０の右側に配置される。カメラ１５は、無人航空機１の下方を向く。カメラ１６は、無人航空機１の飛行方向に対して後方を向く。
【００４６】
無人航空機１が水平飛行をするとき、プロペラ１３が推進力を発生し、固定翼１１Ｂ、固定翼１１Ｄ、及びダクト１９の各々が揚力を発生する。そして、操舵翼１２Ａ及び１２Ｃにより無人航空機１のヨー角が制御され、操舵翼１２Ｂ及び１２Ｄにより無人航空機１のピッチ角が制御され、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄにより無人航空機１のロール角が制御される。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、プロペラ１３の反動トルクを相殺するためにも使用され得る。
【００４７】
無人航空機１が水平飛行をするとき、一様流がダクト１９、及び、固定翼１１Ａ乃至１１Ｄに当たる。固定翼１１Ａ乃至１１Ｄは、一様流に当たりやすいようにダクト１９内の前方側に配置されることが好ましい。無人航空機１は、ダクト１９、固定翼１１Ｂ、及び固定翼１１Ｄが一様流に対して迎角を有する姿勢で水平飛行する。一方、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、ダクト１９によって一様流から保護されている。したがって、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄの舵効き低下が防止される。
【００４８】
なお、固定翼１１Ａ乃至１１Ｄ及び操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄが機軸７０に対して９０度回転対称であるため、無人航空機１は、固定翼１１Ａ乃至１１Ｄのいずれが下側になった状態でも水平飛行が可能である。
【００４９】
無人航空機１は、自律的に水平飛行を行う機能を有するため、使用者の負担が軽減される。以下、この機能について説明する。
【００５０】
図５を参照して、無線通信装置２５は、水平飛行指令信号を受信する。水平飛行指令信号は、例えば、目的位置、飛行速度、及び飛行経路を示す。飛行制御装置２７は、無人航空機１が飛行経路に沿って飛行速度で目的位置に向かって水平飛行するように、無人航空機１の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。より具体的には、飛行制御装置２７は、水平飛行指令信号と、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４及び姿勢角速度センサ２８が検出する無人航空機１の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度に基づいて、電動モータ１４及びサーボ機構１７Ａ乃至１７Ｄを介してプロペラ１３の回転数及び操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄの操舵角を制御する。
【００５１】
図７に示すように、無人航空機１は、空中での定点保持（ホバリング）が可能である。無人航空機１が定点保持を行うとき、主翼１１Ａ乃至１１Ｄが上になり、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄが下になるように、胴体１０（機軸）がほぼ垂直（鉛直）になる。このとき、プロペラ１３が揚力を発生する。カメラ１５は、ほぼ水平方向を向く。カメラ１６は、無人航空機１の下方を向く。
【００５２】
固定翼１１Ａ乃至１１Ｄ、プロペラ１３、及び操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄがダクト１９に囲まれているため、無人航空機１は定点保持時に横風の影響を受けにくい。固定翼１１Ａ乃至１１Ｄ、プロペラ１３、及び操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄがダクト１９に囲まれているため、無人航空機１の機体側方面を全て円形曲面にすることが容易である。機体側方面を全て円形曲面にすることで、無人航空機１は横風の影響を更に受けにくくなる。
【００５３】
無人航空機１は、自律的に定点保持を行う機能を有するため、使用者の負担が軽減される。以下、この機能について説明する。
【００５４】
図５を参照して、無線通信装置２５は、定点保持指令信号を受信する。定点保持指令信号は、例えば、目標位置を示す。飛行制御装置２７は、無人航空機１が目標位置を保持するように、無人航空機１の位置、速度、加速度、及び姿勢を制御する。より具体的には、飛行制御装置２７は、定点保持指令信号と、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４及び姿勢角速度センサ２８が検出する無人航空機１の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度に基づいて、電動モータ１４及びサーボ機構１７Ａ乃至１７Ｄを介してプロペラ１３の回転数及び操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄの操舵角を制御する。
【００５５】
図８に示すように、無人航空機１は、垂直離陸及び垂直着陸が可能である。無人航空機１は、定点保持の時と同様の姿勢で、垂直に離陸し、垂直に着陸する。無人航空機１は、着陸している状態において、降着装置４０により接地する。
【００５６】
垂直離着陸機能により、無人航空機１は定点離陸及び定点着陸が可能である。さらに、無人航空機１の接地場所の制限が緩和され、離着陸に要する時間が短縮される。
【００５７】
図９を参照して、本実施形態に係る無人航空機システムを説明する。無人航空機システムは、無人航空機１としての無人航空機１Ａと、無人航空機１としての無人航空機１Ｂと、ヒューマンインターフェース３０とを備える。
【００５８】
ヒューマンインターフェース３０は、表示装置３１と、使用者が操作する入力部３３と、図示されない無線通信部を備える。ヒューマンインターフェース３０は、入力部３３に対する使用者の操作に基づいて、上述の水平飛行指令信号及び定点保持指令信号のような指令信号を無人航空機１Ａ及び１Ｂに送信する。無人航空機１Ａ及び１Ｂの各々は、指令信号に基づいて飛行する。更に、無人航空機１Ａ及び１Ｂの各々の無線通信装置２５は、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４及び姿勢角速度センサ２８が検出した位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度を示す信号や、カメラ１５及び１６が取得した画像を示す信号をヒューマンインターフェース３０に送信する。ここで、カメラ１５及び１６が取得する画像は、静止画像であっても、動画像であってもよい。表示装置３１は、ヒューマンインターフェース３０の無線通信部が無人航空機１Ａ及び無人航空機１Ｂから受信した信号に基づいて、画像、位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度を表示画面３２に表示する。
【００５９】
したがって、無人航空機１及び無人航空機システムは、偵察や監視に好適に用いられる。
【００６０】
さらに、無人航空機１Ａが、ヒューマンインターフェース３０と無人航空機１Ｂとの通信を中継することで、遠隔地の偵察や監視も可能である。
【００６１】
ヒューマンインターフェース３０は、図９に示すように使用者が携行してもよく、建物に設置されていてもよく、車両、船舶、有人航空機のような移動体に設置されていてもよい。
【００６２】
無人航空機１Ａ及び１Ｂは、情報収集対象の画像を取得し続ける機能を有する。この機能を以下に説明する。
【００６３】
図１０を参照して、無人航空機１Ｂのカメラ１５（又はカメラ１６）は、不審者のいる建物５０が写った画像を取得する。図９を参照して、無人航空機１Ｂの無線通信装置２５は、画像を示す信号をヒューマンインターフェース３０に送信する。ヒューマンインターフェース３０の無線通信部が信号を受信し、表示装置３１は信号が示す画像を表示画面３２に表示する。使用者は入力部３３を操作して、表示画面３２に表示された画像に写った建物５０を情報収集対象として指定する。ヒューマンインターフェース３０の無線通信部は、画像に写った建物５０に基づく情報収集対象指定信号を無人航空機１Ｂに送信する。再び図１０を参照して、無人航空機１Ｂが備える無線通信装置２５は、情報収集対象指定信号を受信する。無人航空機１Ｂの画像処理装置２６は、情報収集対象指定信号に基づいて、カメラ１５が取得した画像に対してパターン認識処理を行い、画像に写った建物５０をパターン認識する。無人航空機１Ｂの飛行制御装置２７は、パターン認識処理の結果に基づいて、カメラ１５が建物５０の写った画像を取得し続けるように、無人航空機１Ｂの位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。
【００６４】
図１１を参照して、無人航空機１Ａが備えるカメラ１５（又はカメラ１６）は、不審者の乗った船舶６０が写った画像を取得する。無人航空機１Ｂの場合と同様に、無人航空機１Ａが備える飛行制御装置２７は、カメラ１５が船舶６０の写った画像を取得し続けるように、無人航空機１Ａの位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。
【００６５】
したがって、無人航空機１及び無人航空機システムによれば、定点偵察及び定点監視が容易になる。
【００６６】
なお、飛行制御装置２７によって検出される無人航空機１の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度が上述のように用いられてもよい。飛行制御装置２７は、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４、姿勢角速度センサ２８、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の位置を検出してもよい。飛行制御装置２７は、位置センサ２１、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４、姿勢角速度センサ２８、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の速度を検出してもよい。飛行制御装置２７は、位置センサ２１、速度センサ２２、姿勢角センサ２４、姿勢角速度センサ２８、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の加速度を検出してもよい。飛行制御装置２７は、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角速度センサ２８、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の姿勢角を検出してもよい。飛行制御装置２７は、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の姿勢角速度を検出してもよい。
【００６７】
なお、本実施形態において固定翼の数が４の場合を説明したが、固定翼の数は４に限定されない。また、水平飛行時にダクト１９のみで十分な揚力が得られる場合、固定翼１１Ａ乃至１１Ｄはなくてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１（１Ａ、１Ｂ）…無人航空機
１０…胴体
１１Ａ〜１１Ｄ…固定翼
１２Ａ〜１２Ｄ…操舵翼
１３…プロペラ
１４…電動モータ
１５、１６…カメラ
１７Ａ〜１７Ｄ…サーボ機構
１８Ａ〜１８Ｄ…サーボ軸
１９…ダクト
４０…降着装置
２０…制御系
２１…位置センサ
２２…速度センサ
２３…加速度センサ
２４…姿勢角センサ
２８…姿勢角速度センサ
２５…無線通信装置
２６…画像処理装置
２７…飛行制御装置
３０…ヒューマンインターフェース
３１…表示装置
３２…表示画面
３３…入力部
５０…建物
６０…船舶
７０…機軸
７１…中心面
７２…中心面
７７、７８…方向
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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