(57)【要約】  飛行体（１０）であって、プロペラ（３２）及びプロペラ（３２）を駆動するモータ（３３）をそれぞれが有する複数のロータユニット（３０）と、複数のロータユニット（３０）に接続され、空気よりも密度の小さいガスが封入されたバルーン（２０）とを備える。複数のロータユニット（３０）のうちの少なくとも１つのロータユニット（３０）は、下方向の推力を発生する。
2017154520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ及び前記プロペラを駆動するモータを、それぞれが有する複数のロータユニットと、
前記複数のロータユニットに接続され、空気よりも密度の小さいガスが封入されたバルーンとを備え、
前記複数のロータユニットのうちの少なくとも１つのロータユニットは、下方向の推力を発生する
飛行体。
【請求項２】
前記複数のロータユニットのそれぞれは、前記プロペラが正転することで上方向の推力を発生し、前記プロペラが逆転することで、下方向の推力を発生する
請求項１記載の飛行体。
【請求項３】
さらに、前記複数のロータユニットの動作を制御する制御器を備え、
前記制御器は、
前記複数のロータユニットのうちの前記少なくとも１つのロータユニットの前記プロペラを逆転させることで、前記飛行体を、移動または平面視において回転させる
請求項２記載の飛行体。
【請求項４】
前記複数のロータユニットは、平面視において環状に並んで配置されており、
前記複数のロータユニットのうちの、前記少なくとも１つのロータユニットの前記プロペラが逆転し、かつ、他の少なくとも１つのロータユニットの前記プロペラが正転することで、前記飛行体の前記平面視における位置が移動する
請求項２または３記載の飛行体。
【請求項５】
前記複数のロータユニットは、
平面視において環状に並んで配置されており、
対向する位置に配置され、平面視において前記プロペラが右回りに回転することで下方向の推力を発生する一対の第一ロータユニットと、
対向する位置に配置され、前記平面視において前記プロペラが左回りに回転することで下方向の推力を発生する一対の第二ロータユニットとを含み、
前記一対の第一ロータユニットが下方向の推力を発生し、かつ、前記一対の第二ロータユニットが上方向の推力を発生することで、前記飛行体は、前記平面視において左回りに回転する
請求項２または３記載の飛行体。
【請求項６】
前記複数のロータユニットの全てが下方向の推力を発生することで、前記飛行体は下降する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項７】
さらに、前記少なくとも１つのロータユニットに下方向の推力を発生させるための指示を取得する指示取得部を有し、
前記指示取得部が前記指示を取得した場合、前記少なくとも１つのロータユニットは、下方向の推力を発生する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項８】
さらに、前記飛行体の状態を検出する検出部を備え、
前記指示取得部は、前記検出部による検出結果に応じた前記指示を取得する
請求項７記載の飛行体。
【請求項９】
前記複数のロータユニットのうちの少なくとも１つのロータユニットが下方向の推力を発生しているときに、前記複数のロータユニットのうちの他の１以上のロータユニットが上方向の推力を発生し、
前記上方向または前記下方向の推力を発生する前記ロータユニットを、回転速度の変化に対する推力の変化が少ない領域で制御する
請求項１〜８のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項１０】
前記バルーンは、前記バルーンの浮力だけで当該飛行体を浮上させる
請求項１〜９のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項１１】
前記バルーンは、前記複数のロータユニットの上下方向の高さに亘って、前記複数のロータユニットの側方を覆うよう配置される
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項１２】
前記バルーンには、当該バルーンを上下方向に貫通する複数の通気孔が形成され、
前記複数のロータユニットは、それぞれ、前記複数の通気孔のうちの互いに異なる通気孔内に配置されている
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数のロータユニットを備えた飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、それぞれがプロペラを有する複数のロータユニットを備えた飛行体が開示されている。この種の飛行体は、例えばマルチコプターまたはドローンと呼ばれている。【０００３】
特許文献２には、プロペラを有する１つのロータユニットと、ヘリウムガスが充填された浮力体とを備えた飛行体が開示されている。この文献の飛行体では、ドーナツ状に形成された浮力体が、１つのロータユニットの周囲を囲うように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０４６３５５号公報
【特許文献２】特開平０４−０２２３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の飛行体は、複数のロータユニットが露出している。また、特許文献２の飛行体は、大型のプロペラを有する１つのロータユニットで飛行するため、ロータユニットの重量を支える脚部、及び、飛行方向を制御するためのフィンが浮力体の外部に突出している。このため、例えば、これらの飛行体が飛行中に物体に接触すると、飛行するために必要なロータユニットまたはフィンなどが損傷するおそれがある。【０００６】
また、特許文献１の飛行体は、上昇のための推力は、複数のロータユニットのみが担うため、例えば、騒音の問題またはバッテリ切れの問題が生じやすい。また、特許文献２の飛行体は、浮力体による浮力を利用して上昇することができる一方で、例えば姿勢の制御が難しいという問題が生じ得る。【０００７】
本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、移動、回転または姿勢の制御を容易に行うことができる飛行体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示における飛行体は、プロペラ及びプロペラを駆動するモータを、それぞれが有する複数のロータユニットと、複数のロータユニットに接続され、空気よりも密度の小さいガスが封入されたバルーンとを備え、複数のロータユニットのうちの少なくとも１つのロータユニットは、下方向の推力を発生する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示における飛行体によれば、移動、回転または姿勢の制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態の飛行体の斜め下方から見た斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態の飛行体の平面図である。
【図３】図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す飛行体の断面図である。
【図４】図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す飛行体の断面図である。
【図５】図５は、実施の形態のバルーンの平面図である。
【図６】図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面を示すバルーンの断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、飛行体が上昇する場合における複数のロータユニットの動作の例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、飛行体が下降する場合における複数のロータユニットの動作の例を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、飛行体が左回転する場合における複数のロータユニットの動作の例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、飛行体が右回転する場合における複数のロータユニットの動作の例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、飛行体が横方向に移動する場合における複数のロータユニットの動作の第１の例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示す飛行体の移動時の姿勢を示す側面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、飛行体が横方向に移動する場合における複数のロータユニットの動作の第２の例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａに示す飛行体の移動時の姿勢を示す側面図である。
【図１１】図１１は、飛行体が横方向に移動する場合における複数のロータユニットの動作の第３の例を示す図である。
【図１２】図１２は、検出部を備える飛行体の構成概要を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、５つのロータユニットを備える飛行体の構成概要を示す平面図である。
【図１４】図１４は、飛行体が有する浮力と、ロータユニットの制御との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１２】
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１３】
（実施の形態）
［飛行体の概略構成］
実施の形態の飛行体１０について説明する。
【００１４】
図１は、実施の形態の飛行体の斜め下方から見た斜視図である。図２は、実施の形態の飛行体の平面図である。図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す飛行体の断面図である。図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す飛行体の断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、本実施の形態の飛行体１０は、緩衝体としての１つのバルーン２０と、４つのロータユニット３０とを備えている。また、図３及び図４に示すように、飛行体１０には、制御器４１、バッテリ４２、プロジェクタ４３、及びカメラ４４が、搭載機器として設けられている。更に、飛行体１０には、発光体４６が設けられている。
【００１６】
［バルーン］
次にバルーン２０について説明する。
【００１７】
図５は、実施の形態のバルーンの平面図である。図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面を示すバルーンの断面図である。
【００１８】
図３、図４及び図６に示すように、バルーン２０は、柔軟なシート状の材料（例えば、塩化ビニル）によって構成され、このシート状材料によって囲まれた閉空間であるガス空間２１を有する。図３、図４及び図６では、バルーン２０を構成するシート状材料の断面を太線で示している。バルーン２０の外側面を構成するシート状材料は、光を透過させる半透明の白色である。シート状の材料によって形成されたガス空間２１には、空気よりも密度の小さいガスが封入されている。本実施の形態では、ヘリウムガスがバルーン２０封入されている。
【００１９】
図５に示すように、バルーン２０は、上下方向（図５における紙面に垂直な方向）に延びる直線を対称軸とした回転対称性を有する形状に形成されている。この対称軸が、バルーン２０の中心軸Ｐとなる。図５に示すバルーン２０の形状は、９０°回転対称性を有している。つまり、バルーン２０は、中心軸Ｐまわりに９０°回転する毎に、回転する前と同じ形状となる。
【００２０】
図６に示すように、バルーン２０は、上下に扁平な形状である。また、バルーン２０は、側方から見て流線形状である。バルーン２０の高さは、バルーン２０の中心部から周縁部へ向かって次第に低くなる。具体的には、バルーン２０は、図６に示すバルーン２０の中心軸Ｐを通る断面の形状が、長軸が水平方向となって短軸が鉛直方向となる楕円形状である。つまり、このバルーン２０の断面の形状は、実質的に上下対称である。なお、このバルーン２０の断面形状は、厳密な楕円である必要はなく、一見して楕円形と認識できる形状であればよい。
【００２１】
バルーン２０には、ロータユニット３０と同数（本実施の形態では４つ）の通気孔２２が形成されている。図６に示すように、各通気孔２２は、断面が概ね円形の通路であって、バルーン２０を上下方向へ貫通している。各通気孔２２の中心軸Ｑは、バルーン２０の中心軸Ｐと実質的に平行である。
【００２２】
また、図６に示すように、各通気孔２２の中心軸Ｑは、バルーン２０の中心軸Ｐと周縁の中間位置よりも、バルーン２０の周縁側に配置される。具体的には、バルーン２０の中心軸Ｐから通気孔２２の中心軸Ｑまでの距離Ｓが、バルーン２０の中心軸Ｐからバルーン２０の周縁までの距離Ｒの半分よりも長い（Ｓ＞Ｒ／２）。このように、ロータユニット３０は、バルーン２０の周縁寄りの部分に配置される。このようにロータユニット３０を配置するのは、ロータユニット３０同士の間隔を十分に確保し、飛行体１０の飛行を安定させるためである。
【００２３】
通気孔２２は、上下方向の中央部において、その断面積（中心軸Ｑと直交する断面の面積）が最も小さい。また、通気孔２２は、上下方向の中央部から上端部へ向かって次第に断面積が拡大し、且つ上下方向の中央部から下端部へ向かって次第に断面積が拡大する形状を有する。
【００２４】
なお、通気孔２２の形状はこの形状に限定されず、例えば、上下方向の中央部がストレートな筒状であってもよい。つまり、通気孔２２の形状は、高さ方向の中央部が括れた柱状、または、上端部及び下端部の断面積が拡大した筒状である。
【００２５】
また、上述したように、バルーン２０は、バルーン２０の中心部から周縁部へ向かって高さが次第に低くなる形状を有する。このため、各通気孔２２は、バルーン２０の周縁部寄りの高さｈが、バルーン２０の中心部寄りの高さＨよりも低い。
【００２６】
図５に示すように、４つの通気孔２２は、バルーン２０の中心軸Ｐまわりに９０°間隔で配置されている。また、バルーン２０の中心軸Ｐから各通気孔２２の中心軸Ｑまでの距離は、一定である。つまり、各通気孔２２の中心軸Ｑは、バルーン２０の中心軸Ｐを中心とする１つのピッチ円ＰＣと実質的に直交する。
【００２７】
図５に示すように、バルーン２０の上面視における周縁は、通気孔２２と同数ずつ（本実施の形態では４つずつ）の基準曲線部２３と小曲率半径部２４とによって構成されている。バルーン２０の上面視における周縁では、基準曲線部２３と小曲率半径部２４とが交互に配置されている。小曲率半径部２４は、各通気孔２２の外側（即ち、バルーン２０の中心軸Ｐとは反対側）に１つずつ配置されている。基準曲線部２３は、隣り合う２つの小曲率半径部２４の間に配置されている。
【００２８】
基準曲線部２３と小曲率半径部２４とは、共に湾曲した曲線状に形成されている。各小曲率半径部２４の長さ方向（周方向）の中点は、その小曲率半径部２４に最も近い通気孔２２の中心軸Ｑとバルーン２０の中心軸Ｐの両方と直交する直線Ｌの上に位置している。
【００２９】
小曲率半径部２４の曲率半径は、基準曲線部２３の曲率半径よりも小さい。ただし、基準曲線部２３の曲率半径は、基準曲線部２３の全長に亘って一定である必要は無い。また、小曲率半径部２４の曲率半径は、小曲率半径部２４の全長に亘って一定である必要は無い。基準曲線部２３及び小曲率半径部２４の曲率半径が一定でない場合は、小曲率半径部２４の曲率半径の最大値が、基準曲線部２３の曲率半径の最小値よりも小さければよい。
【００３０】
図６に示すように、バルーン２０は、筒状の連結部材２５を備えている。この連結部材２５は、透明なシート状の材料で構成されており、円筒状（あるいは円管状）に形成されている。連結部材２５は、その中心軸がバルーン２０の中心軸Ｐと実質的に一致する姿勢で配置されている。この連結部材２５は、バルーン２０の内部において、その上端がバルーン２０の上部に接合され、その下端がバルーン２０の下部に接合されている。
【００３１】
筒状の連結部材２５は、その上端面が塞がれる一方、その下端面が開口している。このため、連結部材２５の内部空間は、バルーン２０の外部空間と連通している。連結部材２５の内部空間には空気が存在し、この内部空間の圧力は大気圧と実質的に等しい。
【００３２】
上述したように、バルーン２０は、上下方向に延びる中心軸Ｐを対称軸とした回転対称性を有する形状に形成されている。また、バルーン２０のガス空間２１に充填されたヘリウム等のガスは、ガス空間２１の全体に均一に存在する。このため、バルーン２０に充填されたガスによって得られる浮力の作用点（浮力中心）は、実質的にバルーン２０の中心軸Ｐ上に位置する。
【００３３】
本実施の形態では、バルーン２０の内容積（即ち、ガス空間２１の容積）は、バルーン２０に充填されたガスによって得られる浮力の大きさが、例えば、飛行体１０の総重量の近傍の値となるように設定されている。従って、飛行体１０は、複数のロータユニット３０が停止している状態であっても、浮上することができる。または、飛行体１０は、複数のロータユニット３０による比較的小さな上方向の推力で浮上することができる。
【００３４】
［ロータユニット］
次に、ロータユニット３０について説明する。
【００３５】
図２及び図３に示すように、ロータユニット３０は、フレーム３１と、プロペラ３２と、モータ３３とを備えている。
【００３６】
フレーム３１は、リング状に形成された部分と、中心からリング状の部分へ向かって延びるスポーク状の部分とによって構成されている。モータ３３は、フレーム３１の中心部に取付けられている。プロペラ３２は、モータ３３の出力軸に取付けられている。モータ３３の出力軸の回転軸（即ち、プロペラ３２の回転軸）は、フレーム３１の中心軸と実質的に一致している。なお、ロータユニット３０は、同一の回転軸において互いに逆回転する２枚のプロペラ３２を有してもよい。つまり、ロータユニット３０は、二重反転プロペラを有してもよい。
【００３７】
ロータユニット３０は、各通気孔２２に１つずつ配置されている。このロータユニット３０は、プロペラ３２の回転軸が実質的に鉛直方向となる姿勢で設置されている。プロペラ３２の回転軸は、通気孔２２の中心軸Ｑと実質的に一致している。ロータユニット３０は、通気孔２２の上下方向の中央部に配置されている。つまり、図３に示すように、ロータユニット３０は、バルーン２０の上下方向の中央面Ｍとオーバーラップするように配置される。この中央面Ｍは、バルーン２０の上下方向の中央に位置して、バルーン２０の中心軸Ｐと直交する平面である。ロータユニット３０のフレーム３１の外径は、通気孔２２の上下方向の中央部の内径と概ね等しい。
【００３８】
ロータユニット３０は、通気孔２２の内部にロータユニット３０の全高さが収まるように配置されている。つまり、複数のロータユニット３０のそれぞれは、上下方向の高さに亘って、当該ロータユニット３０の側方がバルーン２０によって覆われている。なお、上下方向とは、飛行体１０が傾いていない水平な姿勢における上下方向である。つまり、上下方向は、ロータユニット３０の回転軸方向に略平行である。
【００３９】
通気孔２２は、ロータユニット３０の上下方向の中心の位置から、上下方向のそれぞれにおいて、ロータユニット３０の半径以上の高さを有することがより好ましい。これにより、ロータユニット３０に対して衝撃が加えられたり、ロータユニット３０が故障したりすることで、ロータユニット３０のプロペラ３２の回転軸が飛行体１０に対して９０°回転した状態となったとしても、ロータユニット３０が通気孔２２の外に飛び出すことを低減できる。よって、バルーン２０は、ロータユニット３０の側方を、ロータユニット３０が物体に接触し難い程度に覆うことができる。
【００４０】
［搭載機器、発光体など］
上述したように、飛行体１０には、制御器４１、バッテリ４２、プロジェクタ４３、及びカメラ４４が、搭載機器として設けられている。また、飛行体１０には、発光体４６が設けられている。
【００４１】
図３に示すように、飛行体１０には、円板部材４０が設けられている。この円板部材４０は、連結部材２５の下端と直径が概ね等しい円板状の部材であって、連結部材２５の下端面を塞ぐように設置されている。円板部材４０は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）又はＡＢＳ樹脂等の樹脂材料により構成されていてもよいし、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属により構成されていてもよい。
【００４２】
撮影用のカメラ４４は、ジンバル４５を介して円板部材４０の下面に取付けられている。カメラ４４は、上空からの映像を撮影するためのものであって、斜め下方を向く姿勢で設置されている。ジンバル４５は、飛行体１０の姿勢が変化してもカメラ４４の向きを一定に保つための部材である。
【００４３】
制御器４１、バッテリ４２、及びプロジェクタ４３は、円板部材４０の上に設置されている。制御器４１は、複数のロータユニット３０の動作を制御する装置である。本実施の形態では、制御器４１は、無線操作装置から発信された指示信号を受信し、受信した指示信号に基づいて、ロータユニット３０、カメラ４４、プロジェクタ４３、及びＬＥＤの制御を行う。また、制御器４１は、カメラ４４が撮影した映像の送信等も行う。
【００４４】
なお、制御器４１は、無線操作装置から発信された指示信号を取得する指示取得部を有しており、指示取得部によって取得された指示信号に従って動作する。指示取得部は、無線操作装置から発信された指示信号のほか、例えばセンサ等から出力される信号も取得することができる。指示取得部については、図１１を用いて後述する。
【００４５】
なお、上記機能を有する制御器４１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信インタフェース、及び、Ｉ／Ｏポート等を備えるコンピュータによって実現される。
【００４６】
また、制御器４１は、互いに機能が異なる複数の制御部で構成されていてもよい。例えば、制御器４１は、複数のロータユニット３０を制御する飛行制御部と、カメラ４４等の他の機器を制御する機器制御部とを有してもよい。また、これら複数の制御部のそれぞれが、例えば、互いに別体のマイクロコントローラによって実現されてもよい。
【００４７】
バッテリ４２は、ロータユニット３０、制御器４１、プロジェクタ４３、及び発光体４６へ電力を供給する。プロジェクタ４３は、半透明の材料からなるバルーン２０の内面に映像を投影する。
【００４８】
発光体４６は、長尺状のフレキシブルプリント基板と、当該フレキシブルプリント基板に長手方向に並んで実装された多数の発光素子（例えばＬＥＤ素子）とによって構成されているテープＬＥＤである。この発光体４６は、ＬＥＤ素子が外側に向くようにらせん状に巻回されることで筒形に形成された状態で、連結部材２５の上下方向の中央部に配置されている。つまり、発光体４６は、連結部材２５の内面を覆うように設けられている。このため、発光体４６は、連結部材２５に対してかかるガス空間２１内の圧力を受けており、連結部材２５内部の空間が所定の筒状の形状を維持している。つまり、発光体４６は、連結部材２５が所定の筒状の空間よりも狭くならないように、連結部材２５の内方から、連結部材２５の、連結部材２５内方への移動を規制している。上述したように、連結部材２５は、透明の材料で構成されている。このため、発光体４６から発せられた光は、連結部材２５透過し、半透明の材料からなるバルーン２０の内面に当たる。
【００４９】
なお、発光体４６は、テープＬＥＤがらせん状に巻回されることで筒形に形成されているが、これに限らずに、筒形の形状を実現する部材と発光素子とが別々の部材であってもよい。つまり、筒形の形状を有する筒状部材と、ＬＥＤ素子が実装された基板との組み合わせにより、筒形の発光体を実現してもよい。
【００５０】
また、飛行体１０は、プロジェクタ４３、カメラ４４及び発光体４６のいずれか１つのみを備えてもよく、また、これらの全てを備えていなくてもよい。また、スピーカ、またはディスプレイパネルなど、他の種類の機器が飛行体１０に備えられてもよい。つまり飛行体１０は、ロータユニット３０等の、基本的な飛行機能を実現するための機器を備えていればよく、プロジェクタ４３またはカメラ４４等の、実質的には飛行に関与しない機器については、例えばユーザの要望に応じて適宜備えられればよい。
【００５１】
［飛行体の飛行姿勢］
上述したように、飛行体１０では、制御器４１及びバッテリ４２等の搭載機器が、連結部材２５の内部空間の下端部に配置されている。つまり、比較的重量の大きな搭載機器が、飛行体１０の下部に集中して設置されている。その結果、飛行体１０全体の重心は、バルーン２０に充填されたガスによって得られる浮力の作用点よりも下方に位置する。このため、ロータユニット３０が停止した状態でも、飛行体１０は、横転または上下反転等することなく、カメラ４４が下方を向いた姿勢に維持される。
【００５２】
また、比較的重量の大きな搭載機器は、ロータユニット３０よりも下方に配置されている。その結果、飛行体１０全体の重心は、ロータユニット３０の動作によって得られる浮力の作用点よりも下方に位置する。このため、ロータユニット３０の作動中においても、飛行体１０は、カメラ４４が下方を向いた姿勢に維持される。
【００５３】
［飛行体の移動及び姿勢の変更］
次に、飛行体１０の移動及び姿勢の制御と、各ロータユニット３０の動作との関係の具体例について、図７Ａ〜図１１を用いて説明する。
【００５４】
まず、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、飛行体１０の上昇及び下降の際の複数のロータユニット３０の動作の例を説明する。
【００５５】
図７Ａは、飛行体１０が上昇する場合における複数のロータユニット３０の動作の例を示す図であり、図７Ｂは、飛行体１０が下降する場合における複数のロータユニット３０の動作の例を示す図である。なお、図７Ａ及び図７Ｂでは、各ロータユニット３０の動作を明確に説明するために、バルーン２０の外形を点線で簡易的に図示し、カメラ４４等の他の要素の図示は省略されている。このことは、後述する図８Ａ〜図１０Ｂ、及び図１１についても同じである。
【００５６】
本実施の形態の飛行体１０は、平面視（上方（Ｚ軸プラス側）から見た場合、以下同じ）において環状に並んで配置された、４つのロータユニット３０を備えている。本実施の形態では、バルーン２０の中心軸Ｐを中心とする円環上に、各ロータユニット３０におけるプロペラ３２の回転軸が位置するように、各ロータユニット３０が配置されている。また、各ロータユニット３０が上方向の推力を発生する場合のプロペラ３２の回転方向は統一されていない。
【００５７】
具体的には、本実施の形態では、対向して配置された一対のロータユニット３０は、プロペラ３２が平面視において左回りに回転することで、上方向の推力を発生する。図７Ａ及びこれ以降の図では、これら一対のロータユニット３０のそれぞれを、他のロータユニット３０と区別するために、便宜上ロータユニット３０Ａと表記する。
【００５８】
また、４つのロータユニット３０のうちの、一対のロータユニット３０Ａ以外の一対のロータユニット３０は、プロペラ３２が平面視において右回りに回転することで、上方向の推力を発生する。図７Ａ及びこれ以降の図では、これら一対のロータユニット３０のそれぞれを、ロータユニット３０Ａと区別するために、便宜上ロータユニット３０Ｂと表記する。なお、ロータユニット３０Ａ及びロータユニット３０Ｂの一方は、第一ロータユニットの一例であり、他方は、第二ロータユニットの一例である。
【００５９】
また、各ロータユニット３０が上方向の推力を発生する場合のプロペラ３２の回転を「正転」と表現し、各ロータユニット３０が下方向の推力を発生する場合のプロペラ３２の回転を「逆転」と表現する。例えば、「ロータユニット３０Ａが正転する」という場合、ロータユニット３０Ａのプロペラ３２が左回りに回転することを意味する。また、「ロータユニット３０Ｂが正転する」という場合、ロータユニット３０Ｂのプロペラ３２が右回りに回転することを意味する。
【００６０】
本実施の形態の飛行体１０は、図７Ａに示すように、４つのロータユニット３０（一対のロータユニット３０Ａ及び一対のロータユニット３０Ｂ）が正転することで、４つのロータユニット３０のそれぞれは、下方向に風を吹き出す。これにより、４つのロータユニット３０は、上方向の推力を発生する。
【００６１】
なお、ロータユニット３０の回転方向と推力の方向との対応付けは、上記の対応付けには限定されない。例えば、ロータユニット３０Ａ及びロータユニット３０Ｂは、同一形状のプロペラ３２を備えることで、同じ回転方向で、同じ方向の推力を発生させてもよい。
【００６２】
また、例えば、対向して配置された一対のロータユニット３０のそれぞれにおいて、同じ回転方向で、逆方向の推力を発生させてもよい。つまり、対向して配置された一対のロータユニット３０のうちの一方が、平面視において右回転することで下方向の推力を発生し、当該一対のロータユニット３０のうちの他方が、平面視において左回転することで下方向の推力を発生してもよい。
【００６３】
ここで、本実施の形態では、バルーン２０には、空気よりも密度の小さいガス（本実施の形態ではヘリウムガス）が封入されており、飛行体１０は、バルーン２０の浮力のみ、または１以上のロータユニット３０のわずかな推力で浮上可能である。そのため、４つのロータユニット３０の単位時間当たりの回転数（回転速度）が比較的に小さい場合であっても、飛行体１０を迅速に上昇させることができる。これにより、例えば、バッテリ４２の消費量を抑制することができる。また、飛行体１０の上昇を伴う移動の際における騒音の問題が生じ難い。
【００６４】
より具体的には、図７Ａに示すように、４つのロータユニット３０のそれぞれが上方向の推力を発生する場合、一対のロータユニット３０Ａでは、プロペラ３２が左回転し、一対のロータユニット３０Ｂでは、プロペラ３２が右回転する。また、飛行体１０を単純に上昇させる場合、４つのロータユニット３０の回転速度は略一致する。この場合、飛行体１０におけるバルーン２０の中心軸Ｐ周りのトルクはほぼ打ち消され、飛行体１０の、中心軸Ｐ周りの回転は抑制される。その結果、各ロータユニット３０が発生するエネルギーは、効率よく飛行体１０の上昇に使用される。
【００６５】
なお、飛行体１０を上昇させる場合、例えば一対のロータユニット３０Ｂに上方向の推力を発生させ、かつ、一対のロータユニット３０Ａに下方向の推力を発生させてもよい。この場合、例えば、一対のロータユニット３０Ａによる下方向の推力により、バルーン２０の浮力を打ち消すことができる。これにより、比較的に広い範囲内で回転速度を制御することができる一対のロータユニット３０Ｂの上方向の推力により、飛行体１０を上昇させることができる。
【００６６】
また、本実施の形態の飛行体１０は、図７Ｂに示すように、４つのロータユニット３０が逆転することで、４つのロータユニット３０のそれぞれは、上方向に風を吹き出し、これにより、下方向の推力を発生する。これにより、飛行体１０を、バルーン２０が有する浮力に抗してスムーズに下降させることができる。
【００６７】
この場合、一対のロータユニット３０Ａでは、プロペラ３２が右回転し、一対のロータユニット３０Ｂでは、プロペラ３２が左回転する。また、飛行体１０を単純に下降させる場合、４つのロータユニット３０の回転速度は略一致する。この場合、飛行体１０におけるバルーン２０の中心軸Ｐ回りのトルクはほぼ打ち消され、飛行体１０の中心軸Ｐ周りの回転は抑制される。その結果、各ロータユニット３０が発生するエネルギーは、効率よく飛行体１０の下降に使用される。
【００６８】
なお、飛行体１０を上昇させる場合、または、飛行体１０の上昇を加速させる場合、正転させるロータユニット３０の数は１以上であればよい。また、飛行体１０を下降させる場合、逆転させるロータユニット３０の数は１以上であればよい。つまり、少なくとも１つのロータユニット３０が発生する上方向または下方向の推力により、飛行体１０の位置を、上方または下方に移動させることも可能である。
【００６９】
また、図７Ａ及び図７Ｂに示される複数のロータユニット３０それぞれの動作は、制御器４１から送信される制御信号に従って制御される。制御器４１が複数のロータユニット３０それぞれに送信する制御信号は、上述のように、例えば無線操作装置から発信された指示信号に応じて制御器４１によって生成される。このことは、後述する図８Ａ〜図１１を用いて説明される複数のロータユニット３０の動作についても同じである。
【００７０】
次に、図８Ａ及び図８Ｂを用いて、飛行体１０が回転する際の複数のロータユニット３０の動作の例を説明する。
【００７１】
図８Ａは、飛行体１０が左回転する場合における複数のロータユニット３０の動作の例を示す図であり、図８Ｂは、飛行体１０が右回転する場合における複数のロータユニット３０の動作の例を示す図である。
【００７２】
図８Ａに示す例では、一対のロータユニット３０Ａは、逆転することで下方向の推力を発生し、かつ、一対のロータユニット３０Ｂは、正転することで上方向の推力を発生している。
【００７３】
つまり、これら４つのロータユニット３０のそれぞれにおけるプロペラ３２は右回りに回転している。この場合、各プロペラ３２の回転の反作用により、飛行体１０には左回りのトルクが作用する。その結果、飛行体１０は左回りに回転する。また、このときの回転軸は、例えば平面視においてバルーン２０の内側に存在し、理想的には、バルーン２０の中心軸Ｐと一致する。つまり、飛行体１０は、平面視における位置の移動をほぼ伴わずに左回転することができる。
【００７４】
さらに、本実施の形態では、一対のロータユニット３０Ａは下方向の推力を発生し、一対のロータユニット３０Ｂは上方向の推力を発生する。そのため、一対のロータユニット３０Ａと一対のロータユニット３０Ｂとの間で、上下方向の推力の相殺が生じる。その結果、飛行体１０は、上下方向への移動を抑制しながら左回転することができる。
【００７５】
言い換えると、バルーン２０が浮力を有するため、一対のロータユニット３０Ａを、左回りのトルクを生じさせるように逆転（右回転）させることができる。このことが、飛行体１０の迅速な左回転と、飛行体１０の上下方向の移動の抑制とを可能にしている。
【００７６】
このように、本実施の形態の飛行体１０は、例えば、無線操作装置から左回転する旨の指示信号を受信した場合、その場で左回転することが可能である。
【００７７】
ここで、飛行体１０が、仮にバルーン２０を備えない場合、または、バルーン２０にヘリウムガス等の、空気よりも密度が小さな気体が封入されていない場合を想定する。この場合、例えば、一対のロータユニット３０Ｂを高速で正転（右回転）させ、かつ、一対のロータユニット３０Ｂを低速で正転（左回転）させることで、ホバリングしながら左回転させることは可能である。しかしながらこの場合、一対のロータユニット３０Ｂにより、右回りのトルクは生じ、このことは、飛行体１０の迅速な左回転を阻害する。この点、実施の形態の飛行体１０は、浮力を有するバルーン２０を備えるため、複数のロータユニット３０の全てを右回転にすること（一部のロータユニット３０に下方向の推力を発生させること）が可能である。これにより、飛行体１０に、ホバリングさせながら迅速に左回転させることができる。
【００７８】
また、飛行体１０に、ホバリングさせながら右回転させる場合も同様であり、図８Ｂに示すように、一対のロータユニット３０Ａを正転させることで上方向の推力を発生させ、かつ、一対のロータユニット３０Ｂを逆転させることで下方向の推力を発生させる。つまり、４つのロータユニット３０のそれぞれは左回転する。
【００７９】
これにより、飛行体１０には右回りのトルクが生じ、かつ、一対のロータユニット３０Ａと一対のロータユニット３０Ｂとの間で、上下方向の推力の相殺が生じる。その結果、浮力を有するバルーン２０を備える飛行体１０は、上下方向への移動を抑制しながら右回転することができる。
【００８０】
このように、本実施の形態の飛行体１０によれば、姿勢の制御（図８Ａ及び図８Ｂでは回転）を容易に行うことができる。
【００８１】
次に、図９Ａ〜図１０Ｂを用いて、飛行体１０が上下方向と交差する方向（横方向）への移動を行う際の複数のロータユニット３０の動作の例を説明する。
【００８２】
図９Ａは、飛行体１０が横方向に移動する場合における複数のロータユニット３０の動作の第１の例を示す図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す飛行体１０の移動時の姿勢を示す側面図である。
【００８３】
図９Ａに示す例では、左右方向（Ｙ軸方向）に並ぶ一対のロータユニット３０Ａのうちの左側のロータユニット３０Ａは、逆転することで下方向の推力を発生し、かつ、右側のロータユニット３０Ａは、正転することで上方向の推力を発生している。また、例えば、右側のロータユニット３０Ａによる推力は、左側のロータユニット３０Ａによる推力よりも大きい。その結果、図９Ｂに示すように、飛行体１０は左側が下、右側が上となるように傾いて左に移動する。
【００８４】
また、この場合、Ｘ軸方向に並ぶ一対のロータユニット３０Ｂのそれぞれは、正転することで上方向の推力を発生し、飛行体１０が図９Ｂに示すように傾くことで、これらロータユニット３０Ｂの推力の一部は、飛行体１０の左方向への移動のための推力として利用される。
【００８５】
なお、この場合、正転（左回転）する右側のロータユニット３０Ａは、逆転（右回転）する左側のロータユニット３０Ａよりも回転速度が大きくなるように制御される。これにより、一対のロータユニット３０Ａは、右回りのトルクを生じさせる。しかし、この右回りのトルクは、ともに正転（右回転）する一対のロータユニット３０Ｂにより生じる左回りのトルクによって打ち消すことが可能である。つまり、飛行体１０の、バルーン２０の中心軸Ｐ周りの回転を抑制しながら、飛行体１０を移動させることが可能である。
【００８６】
ここで、本例の場合、４つのロータユニット３０による推力とバルーン２０の浮力との合力は上方向の成分を持つ。しかし、飛行体１０は、進行方向に頭を下げた姿勢で進むため、空気抵抗により下方向の力を受けながら飛行する。そのため、飛行体１０を略水平方向に移動させることは可能である。また、例えば、上方向の推力を発生する右側のロータユニット３０Ａの回転速度を増加させることで、飛行体１０斜め上方に移動させることも可能である。
【００８７】
また、例えば、各ロータユニット３０を、図１０Ａに示すように動作させることで、飛行体１０を横方向に移動させることも可能である。
【００８８】
図１０Ａは、飛行体１０が横方向に移動する場合における複数のロータユニット３０の動作の第２の例を示す図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す飛行体１０の移動時の姿勢を示す側面図である。
【００８９】
図１０Ａに示す例では、Ｙ軸方向に並ぶ一対のロータユニット３０Ａのうちの右側のロータユニット３０Ａは、逆転することで下方向の推力を発生し、かつ、左側のロータユニット３０Ａは、正転することで上方向の推力を発生している。また、右側のロータユニット３０Ａによる推力は、左側のロータユニット３０Ａによる推力よりも大きい。その結果、飛行体１０は、図１０Ｂに示すように、左側が上、右側が下となるように傾いて左に移動する。
【００９０】
また、この場合、Ｘ軸方向に並ぶ一対のロータユニット３０Ｂのそれぞれは、逆転することで下方向の推力を発生し、飛行体１０が図１０Ｂのように傾くことで、これらロータユニット３０Ｂの推力の一部は、飛行体１０の左方向への移動のための推力として利用される。
【００９１】
なお、この場合、４つのロータユニット３０による推力の合力は、下方向の成分を持つ。しかし、飛行体１０は、進行方向に頭を上げた姿勢で進むため空気抵抗により上方向の力を受けながら飛行する。従って、この上方向の力とバルーン２０が有する浮力との合力によって、飛行体１０を浮上した状態に維持することが可能である。この場合、飛行体１０は略水平方向に移動することができる。また、例えば、下方向の推力を発生する右側のロータユニット３０Ａの回転速度を増加させることで、飛行体１０斜め下方に移動させることも可能である。
【００９２】
また、本例の場合、逆転（右回転）する右側のロータユニット３０Ａは、正転（左回転）する左側のロータユニット３０Ａよりも回転速度が大きくなるように制御される。これにより、一対のロータユニット３０Ａは、左回りのトルクを生じさせる。しかし、この左回りのトルクは、ともに逆転（左回転）する一対のロータユニット３０Ｂにより生じる右回りのトルクによって打ち消すことが可能である。つまり、飛行体１０の、バルーン２０の中心軸Ｐ周りの回転を抑制しながら、飛行体１０を移動させることが可能である。
【００９３】
また、図９Ａ〜図１０Ｂでは、飛行体１０が左（Ｙ軸マイナス方向）に移動する場合を図示し、その説明を行った。しかし、例えば、図９Ａ〜図１０Ｂにおいて、一対のロータユニット３０Ａの正転と逆転とを入れ替えれば、飛行体１０は右（Ｙ軸プラス方向）に移動する。そのため、飛行体１０が右に移動する場合における各ロータユニット３０の動作等の図示及びその説明は省略する。
【００９４】
また、本実施の形態の飛行体１０において、一組のロータユニット３０Ａ及びロータユニット３０Ｂに、上方向の推力を発生させ、かつ、残りのロータユニット３０Ａ及びロータユニット３０Ｂに、下方向の推力を発生させてもよい。このような制御によって、飛行体１０を横方向に移動させることも可能である。
【００９５】
図１１は、飛行体１０が横方向に移動する場合における複数のロータユニット３０の動作の第３の例を示す図である。
【００９６】
図１１に示す例では、奥側に位置するロータユニット３０Ａ及びロータユニット３０Ｂがともに正転することで、下方向の推力を発生し、手前側に位置するロータユニット３０Ａ及びロータユニット３０Ｂがともに逆転することで下方向の推力を発生している。これにより、下方向の推力を発生するロータユニット３０Ａ及びロータユニット３０Ｂの側が下になるように傾いて横方向に移動する。
【００９７】
このように、本実施の形態の飛行体１０は、少なくとも１つのロータユニット３０のプロペラ３２が逆転し、かつ、他の少なくとも１つのロータユニット３０のプロペラ３２が正転することで、飛行体１０の平面視における位置が移動する。
【００９８】
なお、図７Ａ〜図１１を用いて説明した飛行体１０の動作のそれぞれは一例であり、複数のロータユニット３０の正転及び逆転の組み合わせ、並びに、各ロータユニット３０のプロペラ３２の回転速度等に応じて、各種の姿勢制御及び移動制御を行うことができる。
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態の飛行体１０は、浮力を有するバルーン２０を備えることで、例えば、飛行体１０の浮上に必要な推力をバルーン２０によって賄うことができる。これにより、飛行体１０の上方への移動を効率よく行うことができる。また、必要に応じて１以上のロータユニット３０を逆転させることで、バルーン２０の浮力の少なくとも一部を打ち消すことができる。これにより、各ロータユニット３０の回転速度の制御範囲を拡大することができ、その結果、移動または姿勢の制御を容易に行うことができる。
【０１００】
［センサの検出結果に基づく制御］
本実施の形態では、飛行体１０は、無線操作装置から発信された指示信号に従って動作するとした。しかしながら飛行体１０は、無線操作装置からの指示信号に換えてまたは加えて、飛行体１０に備えられた検出部による検出結果に従って動作してもよい。
【０１０１】
図１２は、検出部８０を備える飛行体１０の構成概要を示すブロック図である。
【０１０２】
図１２に示す飛行体１０は、飛行体１０の状態を検出する検出部８０を備えている。検出部８０は、例えば加速度センサである。また、飛行体１０が備える制御器４１は、指示取得部７０を有している。指示取得部７０は、例えば、無線操作装置からの指示信号、及び、検出部８０から出力される信号を取得する。なお、図１２では、バッテリ４２等の他の要素の図示は省略されている。
【０１０３】
飛行体１０を、例えば屋外で飛行させている場合、突風が吹くことで、飛行体１０が急激に上昇する場合がある。この場合、検出部８０は、飛行体１０が急激に上昇している状態を検出し、当該状態を示す所定の信号を出力する。指示取得部７０は、当該所定の信号を受信する。この場合、制御器４１は、例えば、複数のロータユニット３０うちの少なくとも１つを逆転させる。または、その時点で逆転している１以上のロータユニット３０の回転速度を増加させる。その結果、飛行体１０に作用する下方向の推力が増加され、飛行体１０の上昇が抑制される。つまり、指示取得部７０は、検出部８０による検出結果に応じた指示を取得し、これに応じて、制御器４１は、少なくとも１つのロータユニット３０に下方向の推力を発生させる。
【０１０４】
なお、制御器４１は、その時点における複数のロータユニット３０の回転速度等に基づいて、飛行体１０の急激な上昇が正常な動作ではないと判断される場合に、飛行体１０の上昇を抑制するための制御を行ってもよい。また、例えば検出部８０が、その時点における複数のロータユニット３０の回転速度等の情報を取得し、取得した情報に基づいて飛行体１０の急激な上昇が正常な動作ではないと判断される場合に、所定の信号を出力してもよい。これにより、例えば、飛行体１０の急激な上昇が、無線操作装置からの指示信号に基づく正常な動作である場合に、その動作が阻害されることが防止される。
【０１０５】
また、検出部８０は、検出部８０が検出する飛行体１０の水平面に対する傾きが所定の値以上である場合、傾き方向等の情報を含む所定の信号を出力してもよい。この場合、指示取得部７０が当該所定の信号を受信した場合、制御器４１は、バルーン２０の中心軸Ｐから見た場合に上方に移動した部分に配置された１以上のロータユニット３０を逆転させる。これにより、当該１以上のロータユニット３０により下方向の推力が発生し、その結果、飛行体１０の傾きは抑制される。
【０１０６】
なお、制御器４１は、その時点における複数のロータユニット３０の回転速度等に基づいて、飛行体１０の傾きが正常な動作ではないと判断される場合に、飛行体１０の傾きを抑制するための制御を行ってもよい。また、例えば検出部８０が、その時点における複数のロータユニット３０の回転速度等の情報を取得し、取得した情報に基づいて飛行体１０の傾きが正常な動作ではないと判断される場合に、所定の信号を出力してもよい。これにより、例えば、飛行体１０の傾きが、無線操作装置からの指示信号に基づく正常な動作である場合に、その動作が阻害されることが防止される。
【０１０７】
また、検出部８０は、飛行体１０が備えるカメラ４４の撮像データを用いて、飛行体１０の状態（急激な移動等）を検出してもよい。この場合、カメラ４４が検出部８０の機能を備えてもよい。つまり、カメラ４４が検出部８０として機能してもよい。
【０１０８】
このように、飛行体１０は、飛行体１０の状態を検出する検出部８０を備えることで、突風または障害物との接触等に起因して、飛行体１０の位置または姿勢に予期せぬ変化が生じた場合に、自動的に飛行体１０の位置または姿勢の変化を抑制することができる。
【０１０９】
［効果等］
本実施の形態に係る飛行体１０は、プロペラ３２、及び、当該プロペラ３２を駆動するモータ３３をそれぞれが有する複数のロータユニット３０と、複数のロータユニット３０に接続されたバルーン２０とを備える。また、バルーン２０には、空気よりも密度の小さいガスが封入されており、複数のロータユニット３０のうちの少なくとも１つのロータユニット３０は、下方向の推力を発生する。
【０１１０】
この構成によれば、バルーン２０に充填されたガスによって得られる浮力と、ロータユニット３０が発生させる気流によって得られる浮力（上方向の推力）との両方を利用して、飛行体１０が飛行する。このため、ロータユニット３０の動作によって得られる浮力だけを利用して飛行する場合に比べ、ロータユニット３０の駆動に要する電力等のエネルギーを低く抑えることができる。これにより、例えば飛行体１０の飛行時間を延ばすことができる。
【０１１１】
ここで、飛行体１０は、バルーン２０が浮力を有することで、比較的に小さな推力で移動しやすいという特性を有する。その一方で、仮に、全てのロータユニット３０が上方向の推力のみを発生する場合、各ロータユニット３０の回転速度は、比較的に狭い範囲内で制御する必要がある。
【０１１２】
しかしながら、本実施の形態の飛行体１０では、少なくとも１つのロータユニット３０が下方向の推力を発生する。そのため、任意のタイミングで、バルーン２０による浮力の少なくとも一部を打ち消すように、少なくとも１つのロータユニット３０に下方向の推力を発生させることができる。これにより、他の１以上のロータユニット３０の回転速度の制御範囲が広がり、その結果、飛行体１０の位置、回転または姿勢の制御が容易になる。
【０１１３】
つまり、本実施の形態の飛行体１０によれば、バルーン２０の浮力を利用して効率よく飛行することができ、かつ、必要に応じて１以上のロータユニット３０に下方向の推力を発生させることで、位置、回転または姿勢の制御を容易に行うことができる。
【０１１４】
また、本実施の形態において、バルーン２０は、複数のロータユニット３０の上下方向の高さに亘って、複数のロータユニット３０の側方を覆うよう配置される。
【０１１５】
この構成によれば、飛行体１０が飛行中に物体と接触する場合は、ロータユニット３０ではなくバルーン２０が物体と接触する。つまり、飛行体１０は、飛行中に物体と接触する場合であっても、ロータユニット３０と物体との接触を回避できる。従って、本実施の形態によれば、飛行体１０が飛行中に物体に接触した場合でも、それに起因するロータユニット３０の損傷を未然に防ぐことができ、飛行体１０の安定した飛行を継続させることができる。
【０１１６】
また、飛行体１０が墜落した場合は、ガスが充填されたバルーン２０が地面などに当たることになり、バルーン２０が変形することによって衝撃が緩和される。このため、本実施の形態によれば、墜落に起因するロータユニット３０の損傷を未然に防ぐことができる。また、飛行体１０が墜落した場合であっても、ロータユニット３０や搭載機器ではなくバルーン２０が物体に接触することになるため、飛行体１０との接触によって、接触した物体を損傷させることを低減できる。
【０１１７】
また、本実施の形態において、バルーン２０には、バルーン２０を上下方向に貫通する複数の通気孔２２が形成され、複数のロータユニット３０は、それぞれ、複数の通気孔２２のうちの互いに異なる通気孔２２内に配置されている。
【０１１８】
これにより、例えば、各ロータユニット３０が吹き出す風が、他のロータユニット３０が吹き出す風に乱される可能性が低減される。また、例えば、障害物との衝突等に起因してバルーン２０の形状が歪んだ場合であっても、ロータユニット３０同士が干渉する可能性が低減される。
【０１１９】
より詳細には、バルーン２０では、所定位置に配置された複数のロータユニット３０全体を囲う領域だけでなく、複数のロータユニット３０の間の領域にも、ヘリウム等のガスを充填する空間が形成される。従って、本実施の形態によれば、バルーン２０の内容積を確保でき、バルーン２０の大型化を抑えることができる。
【０１２０】
また、複数のロータユニット３０を備えた飛行体１０では、飛行体１０を安定して飛行させるために、複数のロータユニット３０の間隔をある程度大きくすることが望ましい。一方、上述したように、本実施の形態のバルーン２０では、複数のロータユニット３０の間の領域にも、ヘリウム等のガスを充填するガス空間２１が存在する。従って、本実施の形態によれば、飛行体１０の大型化を抑えつつガスの充填量を確保でき、かつ、複数のロータユニット３０の間隔を確保できる。このため、飛行体１０の飛行状態を安定させることができる。
【０１２１】
また、本実施の形態において、複数のロータユニット３０のそれぞれは、プロペラ３２が正転することで上方向の推力を発生し、プロペラ３２が逆転することで、下方向の推力を発生する。
【０１２２】
つまり、各ロータユニット３０は、プロペラ３２の正転及び逆転で、発生する推力の向きを、下方向及び下方向の一方から他方に切り替えることができる。従って、例えば、飛行体１０の移動または姿勢の制御についての自由度が高い。
【０１２３】
また、本実施の形態の飛行体１０は、複数のロータユニット３０の動作を制御する制御器４１を備える。制御器４１は、複数のロータユニット３０のうちの少なくとも１つのロータユニット３０のプロペラ３２を逆転させることで、飛行体１０を、移動、または、平面視において回転させる。
【０１２４】
この構成によれば、複数のロータユニット３０それぞれの動作制御を、飛行体１０側で実行することがきる。そのため、例えば、無線操作装置から、移動すべき方向等を示す指示信号を、制御器４１に送信するだけで、飛行体１０の位置または姿勢を変更することができる。
【０１２５】
また、本実施の形態において、複数のロータユニット３０は、平面視において環状に並んで配置されている。また、複数のロータユニット３０のうちの、少なくとも１つのロータユニット３０のプロペラ３２が逆転し、かつ、他の少なくとも１つのロータユニット３０のプロペラ３２が正転することで、飛行体１０の平面視における位置が移動する。
【０１２６】
つまり、１以上のロータユニット３０に下方向の推力を発生させ、かつ、１以上のロータユニット３０に上方向の推力を発生させることで、バルーン２０の浮力を打ち消しながら、飛行体１０を傾かせることができる。これにより、１以上のロータユニット３０が発生する上方向または下方向の推力の一部を、横方向の移動のための推力として利用することができ、その結果、飛行体１０を安定的に横方向に移動させることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態において、複数のロータユニット３０は、平面視において環状に並んで配置されており、対向する位置に配置された一対のロータユニット３０Ａと、対向する位置に配置された一対のロータユニット３０Ｂとを備える。ロータユニット３０Ａは、プロペラ３２が右回りに回転することで下方向の推力を発生し、ロータユニット３０Ｂは、プロペラ３２が左回りに回転することで下方向の推力を発生する。この構成において、一対のロータユニット３０Ａが下方向の推力を発生し、かつ、一対のロータユニット３０Ｂが上方向の推力を発生する場合、一対のロータユニット３０Ａは右回りに回転し、かつ、一対のロータユニット３０Ｂも、右回りに回転する。
【０１２８】
つまり、合計４つのロータユニット３０におけるプロペラ３２の回転方向は全て右回りとなり、これにより生じる左回りのトルクによって、飛行体１０は、平面視において左回りに回転する。また、これら４つのロータユニット３０が発生する推力の合力を、上下方向においてゼロまたはその近傍の値にすることが可能である。これにより、飛行体１０の移動を抑制しつつ、飛行体１０を回転させることができる。
【０１２９】
また、本実施の形態において、複数のロータユニット３０の全てが下方向の推力を発生することで、飛行体１０は下降する。この場合、例えば、浮力を有するバルーン２０を備える飛行体１０を迅速に着陸させることができる。
【０１３０】
また、本実施の形態において、飛行体１０は、少なくとも１つのロータユニットに下方向の推力を発生させるための指示を取得する指示取得部７０を有する。この指示取得部７０が当該指示を取得した場合、当該少なくとも１つのロータユニット３０は、下方向の推力を発生する。なお、少なくとも１つのロータユニット３０に下方向の推力を発生させるための指示として、飛行体１０の移動または姿勢の変更のための指示であって、１以上のロータユニット３０に下方向の推力を発生させ、かつ、他の１以上のロータユニット３０に上方向の推力を発生させるための指示が例示される。
【０１３１】
これにより、例えばユーザが望むタイミングで、飛行体１０に、移動または回転等の動作をさせることができる。
【０１３２】
また、本実施の形態において、飛行体１０は、飛行体１０の状態を検出する検出部８０を備える。指示取得部７０は、検出部８０による検出結果に応じた指示を取得する。
【０１３３】
この構成によれば、制御器４１は、検出部８０による検出結果に基づいて、少なくとも１つのロータユニット３０に下方向の推力を発生させることができる。これにより、例えば、飛行体１０の急激な上昇または基準値以上の傾き等の異常の発生時に、自動的に当該異常な状態を解消させるように、飛行体１０を動作させることができる。
【０１３４】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記の実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。
【０１３５】
例えば、上記実施の形態では、飛行体１０が備えるロータユニット３０の数は４であるが、飛行体１０が備えるロータユニット３０の数は４に限定されない。飛行体は、複数のロータユニットを備え、かつ、そのうちの少なくとも１つのロータユニットが下方向への推力を発生可能であればよい。また、バルーンは、複数のロータユニットのいずれかが内部に配置される通気孔を複数有すればよい。例えば、飛行体がＮ個（Ｎは２以上の整数）のロータユニットを備える場合、バルーンはＮ個以上の通気孔を有すればよい。
【０１３６】
図１３は、５つのロータユニットを備える飛行体１０ａの構成概要を示す平面図である。
【０１３７】
図１３に示す飛行体１０ａは、空気よりも密度の小さなガスが封入されたバルーン２０ａと、平面視において環状に配置された４つのロータユニット３０とを備える。４つのロータユニット３０のそれぞれは、バルーン２０が有する通気孔２２内に配置されている。この構造において、飛行体１０ａは、上記実施の形態の飛行体１０と共通する。
【０１３８】
しかし、飛行体１０ａは、４つのロータユニット３０に囲まれる位置に、さらにロータユニット１３０を備えており、ロータユニット１３０は、バルーン２０の中央部分に設けられた通気孔２２ａ内に配置されている。
【０１３９】
ロータユニット１３０は、同一の回転軸において互いに逆回転する２枚のプロペラ（プロペラ１３１ａ及び１３１ｂ）を備えている。つまり、ロータユニット１３０は、二重反転プロペラを有している。従って、ロータユニット１３０は、推力を発生するようにプロペラ１３１ａ及び１３１ｂを回転させた場合であっても、飛行体１０ａを回転させるトルクを実質的に生じさせない。そのため、飛行体１０ａでは、上記実施の形態の飛行体１０と同じく、４つのロータユニット３０のそれぞれが発生するトルクを打ち消すよう４つのロータユニット３０を制御することで、飛行体１０ａの回転（平面視におけるバルーン２０ａの中心軸周りの回転）を抑制することができる。
【０１４０】
このように、飛行体１０ａの回転に影響しないロータユニット１３０を備えることで、例えば、ロータユニット１３０を、下方向の推力の発生のためだけに動作させることもできる。
【０１４１】
つまり、ロータユニット１３０を、バルーン２０ａの浮力を打ち消すため、及び、バルーン２０の浮力に抗して飛行体１０ａを下降させるためにのみ使用することができる。従って、例えば、バルーン２０ａに封入するガスの種類、量、または濃度等を調整することで、バルーン２０ａの浮力を比較的に大きくした場合であってもバルーン２０ａの浮力の打ち消しを容易に行うことができる。その結果、例えば、４つのロータユニット３０の動作を制御することによる、飛行体１０ａの位置、回転または姿勢の制御が容易化される。
【０１４２】
もちろん、ロータユニット１３０の推力の方向は、上方向及び下方向の一方から他方に切り替え可能であってもよい。この場合、例えば、飛行体１０ａの高速上昇等が可能となる。
【０１４３】
なお、飛行体１０ａにおいて、制御器４１及びバッテリ４２等の、ロータユニット３０及び１３０以外の要素は、バルーン２０ａに設けられた収容部（図示せず）にバランスよく配置される。これにより、飛行体１０ａの重心を平面視におけるバルーン２０ａの中心軸と略一致させることができる。
【０１４４】
また、上記実施の形態では、飛行体１０が備える複数のロータユニット３０の全てが、発生する推力の方向を上方向及び下方向の一方から他方に切り替え可能とした。しかし、例えば、飛行体１０が備える４つのロータユニット３０のうちの２つが上方向の推力のみを発生し、残りの２つのロータユニット３０が下方向の推力のみを発生してもよい。また、上述の飛行体１０ａについての説明の中で記載したように、１つのロータユニットが下方向の推力のみを発生する場合、残りの１以上のロータユニットは上方向の推力のみを発生してもよい。いずれの場合であっても、少なくとも１つのロータユニットが下方向の推力を発生することで、浮力を有するバルーンを備える飛行体の移動、回転または姿勢の制御の容易化が図られる。
【０１４５】
ここで、浮力を有するバルーンを備える飛行体における制御の容易化について、図１４を参照して説明する。
【０１４６】
図１４は、飛行体が有する浮力と、ロータユニットの制御との関係を示す図である。
【０１４７】
図１４の上部のグラフは、ロータユニットにおけるプロペラの回転数と発生する推力との関係の一例を示している。また、図１４におけるグラフの下には、飛行体が有する浮力の大きさと、上昇及び下降の際の回転数の制御範囲との大まかな関係が図示されている。
【０１４８】
なお、図１４及びその説明では、説明内容の明瞭化のために、飛行体が有する４つのロータユニットが同一動作を行うことで、飛行体の上昇及び下降を行う場合における各ロータユニットの制御について記載している。また、図１４のグラフの横軸は、各ロータユニットの回転速度であり、縦軸は、４つのロータユニットによる推力の合計値である。
【０１４９】
図１４に示されるグラフからわかるように、プロペラの回転速度（絶対値）が大きくなるほど、ロータユニットが発生する推力の変化が急になっている。
【０１５０】
この前提において、浮力を有するバルーンを備えない従来の飛行体の場合、上昇する際には、ロータユニットは、例えば下限が２０００ｒｐｍ以上の、比較的に高い回転速度の範囲で制御される。つまり、図１４のグラフにおける傾きが大きな範囲でロータユニットの回転速度が制御される。これにより、例えば、飛行体の上昇時に、回転速度の小さな変化で、ロータユニットの推力が大きく変化する場合がある。また、飛行体の下降時には、飛行体にかかる重力がそのまま下方向への推力として作用するため、ロータユニットは、低回転速度となるよう制御されるが、その制御範囲が狭くなる。これにより、例えば、狙った速度で飛行体を下降させようとする場合に、その速度への調整が困難である。
【０１５１】
一方、本実施の形態の飛行体１０のように、浮力を有するバルーンを備える飛行体では、上昇時におけるロータユニットは、従来の飛行体におけるロータユニットと比較すると、低い回転速度の範囲で制御される。
【０１５２】
例えば、図１４に示すように、バルーンによる浮力が、飛行体に作用する重力（つまり飛行体の重量）と同じである場合、上昇時において、ロータユニットの回転速度は、例えば、０ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度の範囲で制御される。つまり、図１４のグラフにおける傾きが小さな範囲でロータユニットの回転速度が制御される。そのため、従来の飛行体と比較すると、飛行体の上昇時における推力の調整が容易である。
【０１５３】
また、下降時には、ロータユニットは、例えば、−３０００ｒｐｍ〜０ｒｐｍ程度の範囲で制御される。つまり、従来の飛行体と比較すると、飛行体の下降時におけるロータユニットの回転速度についての制御範囲は広くなる。そのため、例えば、狙った速度で飛行体を下降させようとする場合に、その速度への調整が容易である。
【０１５４】
なお、バルーンによる浮力が小さい場合（図１４における「浮力小」の場合）であっても、図１４に示すように、上昇時におけるロータユニットの回転速度の範囲は、従来の飛行体と比較すると低い範囲である。そのため、従来の飛行体よりも、上昇時における推力の調整が容易である。従って、例えば、上記実施の形態の飛行体１０が備えるバルーン２０による浮力が、飛行体１０の重量よりも小さい場合であっても、飛行体１０の制御の容易化が図られる。
【０１５５】
また、バルーンによる浮力が飛行体の重量よりも大きい場合（図１４における、「浮力のみで上昇」の場合）、例えば、ロータユニットによる推力を発生させずに飛行体を上昇させることが可能である。また、この場合、例えば、図１４に示すように、上昇時において、プロペラを逆転させて、ロータユニットに下方向の推力を発生させることで、上昇速度の制御を行うことができる。なお、バルーンによる浮力が、飛行体の重量より大きい場合であっても、例えば、飛行体に、より高速に上昇させるために、上昇時においてロータユニットに上方向の推力を発生させてもよい。
【０１５６】
ここで、上記実施の形態の飛行体１０では、複数のロータユニット３０のうちの少なくとも１つのロータユニット３０が下方向の推力を発生しているときに、複数のロータユニット３０のうちの他の１以上のロータユニット３０が上方向の推力を発生することができる。この飛行体１０において、上方向または下方向の推力を発生するロータユニット３０を、図１４を用いて説明したように、回転速度の変化に対する推力の変化が少ない領域で制御してもよい。
【０１５７】
これにより、例えば、ロータユニット３０の回転数が大きく変化した場合であっても、推力の変化が抑制されるため、飛行体１０の移動等の制御が容易化される。
【０１５８】
また、飛行体１０が備えるバルーン２０は、バルーン２０の浮力だけで飛行体１０を浮上させてもよい。これにより、例えば、飛行体１０の、より高速な上昇が可能となり、かつ、下方向の推力を発生する１以上のロータユニット３０により下降（着地）させることも可能である。
【０１５９】
また、例えば、各通気孔２２の下端部に、各ロータユニット３０から吹き出される風の方向を変更するための可動式のフラップを設けてもよい。これにより、例えば、複数のロータユニット３０で生じるトルクにより、飛行体１０が平面視において回転する場合、その回転を抑制するように、各ロータユニット３０から吹き出る風の方向（推力の方向）を調整することができる。また、１以上のフラップの傾きを制御することで、飛行体１０の移動または回転等の動作を実現することもできる。
【０１６０】
また、本実施の形態において、連結部材２５の上端は、閉じられているが、当該上端が外部に開放されていてもよい。これにより、連結部材２５の内方の空間の上端及び下端が外部に開放されているため、連結部材２５の内方の空間の気体を流れやすくできる。このため、連結部材２５の内方の空間に配置される搭載機器を効率よく冷却することができる。なお、この場合、円板部材４０に複数の貫通孔や切り欠きを設けることでさらに気体が流れやすくする構成を取れば、連結部材２５の内方の空間の気体をさらに流れやすくできるためより効果的に搭載機器を冷却できる。
【０１６１】
また、例えば上記実施の形態の飛行体１０において、複数のロータユニット３０のそれぞれはバルーン２０に対して着脱可能であってもよい。これにより、例えば飛行体１０を搬送する際に、バルーン２０から複数のロータユニット３０を取り外し、バルーン２０を小さく折り畳むことが可能となる。その結果、搬送中の飛行体１０の荷姿を小型化できる。
【０１６２】
また、バルーン２０には、ロータユニット３０の数よりも多くの通気孔２２が形成されていてもよい。この場合は、ロータユニット３０が設けられない通気孔２２が存在することになる。このようなロータユニット３０が配置されない通気孔２２をバルーン２０に設けると、飛行体１０の上昇時と下降時に飛行体１０に作用する空気抵抗を低減することが可能となる。
【０１６３】
また、バルーン２０の通気孔２２に、通気孔２２を横断する保護ネットが設けられていてもよい。この場合、各通気孔２２では、ロータユニット３０の上方と下方のそれぞれに保護ネットが配置される。この保護ネットにより、例えば、通気孔２２内への異物の進入が抑制され、これにより、ロータユニット３０のプロペラ３２と異物との接触の可能性が低減される。
【０１６４】
なお、保護ネットが設けられた飛行体では、当該飛行体に設けられた通気孔は、物体の接触によりバルーン及び保護ネットが変形しても保護ネットがロータユニットに接しない程度の高さを有する構成としてもよい。これにより、物体が保護ネットに接触した場合であっても、物体がロータユニットに接触することを低減することができる。
【０１６５】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。
【０１６６】
したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０１６７】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本開示は、複数のロータユニットとバルーンとを備えた飛行体について有用である。
【符号の説明】
【０１６９】
１０、１０ａ  飛行体
２０、２０ａ  バルーン
２１  ガス空間
２２、２２ａ  通気孔
２３  基準曲線部
２４  小曲率半径部
２５  連結部材
３０、３０Ａ、３０Ｂ、１３０  ロータユニット
３１  フレーム
３２、１３１ａ、１３１ｂ  プロペラ
３３  モータ
４０  円板部材
４１  制御器
４２  バッテリ
４３  プロジェクタ
４４  カメラ
４５  ジンバル
４６  発光体
７０  指示取得部
８０  検出部
【図１】
2017154520.tif 000003
【図２】
2017154520.tif 000004
【図３】
2017154520.tif 000005
【図４】
2017154520.tif 000006
【図５】
2017154520.tif 000007
【図６】
2017154520.tif 000008
【図７Ａ】
2017154520.tif 000009
【図７Ｂ】
2017154520.tif 000010
【図８Ａ】
2017154520.tif 000011
【図８Ｂ】
2017154520.tif 000012
【図９Ａ】
2017154520.tif 000013
【図９Ｂ】
2017154520.tif 000014
【図１０Ａ】
2017154520.tif 000015
【図１０Ｂ】
2017154520.tif 000016
【図１１】
2017154520.tif 000017
【図１２】
2017154520.tif 000018
【図１３】
2017154520.tif 000019
【図１４】
2017154520.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月25日(2018.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体であって、
プロペラ及び前記プロペラを駆動するモータを、それぞれが有する複数のロータユニットと、
前記複数のロータユニットに接続され、空気よりも密度の小さいガスが封入されたバルーンと、
前記複数のロータユニットの動作を制御する制御器とを備え、
前記複数のロータユニットのそれぞれは、前記プロペラが正転することで上方向の推力を発生し、前記プロペラが逆転することで、下方向の推力を発生し、
前記制御器は、前記複数のロータユニットのうちの少なくとも１つのロータユニットの前記プロペラを逆転させることで、前記飛行体を、移動または平面視において回転させる
飛行体。
【請求項２】
前記複数のロータユニットは、平面視において環状に並んで配置されており、
前記複数のロータユニットのうちの、前記少なくとも１つのロータユニットの前記プロペラが逆転し、かつ、他の少なくとも１つのロータユニットの前記プロペラが正転することで、前記飛行体の前記平面視における位置が移動する
請求項１記載の飛行体。
【請求項３】
前記複数のロータユニットは、
平面視において環状に並んで配置されており、
対向する位置に配置され、平面視において前記プロペラが右回りに回転することで下方向の推力を発生する一対の第一ロータユニットと、
対向する位置に配置され、前記平面視において前記プロペラが左回りに回転することで下方向の推力を発生する一対の第二ロータユニットとを含み、
前記一対の第一ロータユニットが下方向の推力を発生し、かつ、前記一対の第二ロータユニットが上方向の推力を発生することで、前記飛行体は、前記平面視において左回りに回転する
請求項１記載の飛行体。
【請求項４】
前記複数のロータユニットの全てが下方向の推力を発生することで、前記飛行体は下降する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項５】
さらに、前記少なくとも１つのロータユニットに下方向の推力を発生させるための指示を取得する指示取得部を有し、
前記指示取得部が前記指示を取得した場合、前記少なくとも１つのロータユニットは、下方向の推力を発生する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項６】
さらに、前記飛行体の状態を検出する検出部を備え、
前記指示取得部は、前記検出部による検出結果に応じた前記指示を取得する
請求項５記載の飛行体。
【請求項７】
前記複数のロータユニットのうちの少なくとも１つのロータユニットが下方向の推力を発生しているときに、前記複数のロータユニットのうちの他の１以上のロータユニットが上方向の推力を発生し、
前記上方向または前記下方向の推力を発生する前記ロータユニットを、回転速度の変化に対する推力の変化が少ない領域で制御する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項８】
前記バルーンは、前記バルーンの浮力だけで当該飛行体を浮上させる
請求項１〜７のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項９】
前記バルーンは、前記複数のロータユニットの上下方向の高さに亘って、前記複数のロータユニットの側方を覆うよう配置される
請求項１〜８のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項１０】
前記バルーンには、当該バルーンを上下方向に貫通する複数の通気孔が形成され、
前記複数のロータユニットは、それぞれ、前記複数の通気孔のうちの互いに異なる通気孔内に配置されている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の飛行体。
【国際調査報告】
2017154520.tif 000021
2017154520.tif 000022
2017154520.tif 000023
2017154520.tif 000024