(57)【要約】      （修正有）【課題】構造物の面に対して機体を安全に接近させることができ、かつ、構造物の面と機体との位置関係を一定に保ったまま構造物の面上を移動可能な無人航空機を提供する。【解決手段】筐体の外形を構成する枠体と、駆動源を有し平行に配置された一対の車輪である駆動輪と、前記枠体内に配置された水平回転翼と、を備え、前記駆動輪は、該駆動輪の車輪径の少なくとも一部が、前記枠体よりも上方または側方に張り出しており、前記水平回転翼は、前記枠体の姿勢を保ったまま、所定の角度範囲内において回転面を傾斜可能であることを特徴とする無人航空機により解決する。【選択図】図１
2018144627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の外形を構成する枠体と、
駆動源を有し平行に配置された一対の車輪である駆動輪と、
前記枠体内に配置された水平回転翼と、を備え、
前記駆動輪は、該駆動輪の車輪径の少なくとも一部が、前記枠体よりも上方または側方に張り出しており、
前記水平回転翼は、前記枠体の姿勢を保ったまま、所定の角度範囲内において回転面を傾斜可能であることを特徴とする無人航空機。
【請求項２】
前記駆動輪は、該駆動輪の車輪径の少なくとも一部が、前記枠体よりも上方および側方に張り出していることを特徴とする請求項１に記載の無人航空機。
【請求項３】
進行方向を自在に変更可能なキャスターをさらに備え、
前記キャスターは、前記枠体の上方または側方に張り出しており、
前記駆動輪および前記キャスターで前記枠体を構造物の面に対して支持可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無人航空機。
【請求項４】
前記水平回転翼を支持する回転翼支持部をさらに備え、
前記回転翼支持部は、平面視十字形に延びた軸部である支持軸を有しており、
前記枠体は前記支持軸を保持する軸穴が形成された軸受部を有しており、
前記支持軸は、前記軸穴内において上下に遊動可能であることを特徴とする請求項１に記載の無人航空機。
【請求項５】
前記枠体の外形は、立方体形状または直方体形状に組まれた枠材により構成されており、
前記枠体は、該枠体の上面の各辺を構成する前記枠材と、該枠体の下面の各辺を構成する前記枠材との間に、第三の水平面の各辺を構成する枠材である中枠を有しており、
前記中枠は、前記枠体内におけるその固定位置を上下に変更可能であり、
前記軸受部は前記中枠に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の無人航空機。
【請求項６】
前記枠体の外形は、立方体形状または直方体形状に組まれた枠材により構成されており、
前記枠体は、平行に配置された２本の前記枠材にその長手方向の両端が固定された枠材である可動軸を有しており、
前記可動軸は、前記２本の枠材の長手方向に沿ってその固定位置をスライド可能であることを特徴とする請求項１に記載の無人航空機。
【請求項７】
前記可動軸は、前記枠体の上面の各辺を構成する前記枠材に固定された第１可動軸と、該枠体の下面の各辺を構成する前記枠材に固定された第２可動軸と、を有しており、
前記第１可動軸には撮影用機器または計測用機器である点検用機器が取り付けられており、
前記第２可動軸には動力源である蓄電池が取り付けられており、
前記蓄電池は、前記第２可動軸の長手方向に沿ってその取り付け位置をスライド可能であることを特徴とする請求項１に記載の無地航空機。
【請求項８】
前記枠体の外形は、立方体形状または直方体形状に組まれた枠材により構成されており、
前記キャスターは、前記枠体の下面の各辺を構成する前記枠材である下枠に取り付けられ、該下枠から側方に張り出しており、
前記下枠は下方に突出した脚部を有していることを特徴とする請求項３に記載の無人航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人航空機技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用無人ヘリコプターに代表される小型の無人航空機は、機体が高価で入手困難なうえ、安定して飛行させるためには操作に熟練が必要とされるものであった。しかし近年、無人航空機の姿勢制御や自律飛行に用いられるセンサ類およびソフトウェアの改良、低価格化が進み、これにより無人航空機の操作性が飛躍的に向上した。特に小型のマルチコプターについては、ヘリコプターに比べてローター構造が簡単であり、設計およびメンテナンスが容易であることから、趣味目的だけでなく、広範な産業分野における種々のミッションへの応用が試行されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２３００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マルチコプターなどの無人航空機は、空中を飛行するというその性質から、地上を走行する車両などと比べて位置を安定させることが難しいという課題がある。例えば、橋梁やビルなどの表面検査を行うにあたり、高所作業車のバケットやゴンドラに乗った作業員に代えてマルチコプターを採用する場合を考える。この場合、構造物の検査面と機体との間隔を一定に保ちながら、検査面に沿って無人航空機を一定の速度で飛行させる必要がある。このような操縦には極めて高度な操縦技能が要求される。特に、橋桁の下やビルの壁面近傍では乱流が生じやすく、これを操縦技能で克服することは現実的でない。
【０００５】
上記課題に対しては、マルチコプターの機体よりも大きな直径の車輪を機体の両側に平行に取り付け、これら車輪を検査面に押しつけながら飛行することにより、検査面と機体との間隔を一定に保つ方法が検討されている。しかし、マルチコプターなどの無人航空機は、移動時や、風などの外乱を相殺するときには、機体（ロータの回転面）を傾斜させる必要がある。検査面への車輪の押しつけ、機体の移動、さらには外乱への対処を、機体の傾斜だけで同時にこなすことは容易ではない。
【０００６】
上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、構造物の面に対して機体を安全に接近させることができ、かつ、構造物の面と機体との位置関係を一定に保ったまま構造物の面上を移動可能な無人航空機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、筐体の外形を構成する枠体と、駆動源を有し平行に配置された一対の車輪である駆動輪と、前記枠体内に配置された水平回転翼と、を備え、前記駆動輪は、該駆動輪の車輪径の少なくとも一部が、前記枠体よりも上方または側方に張り出しており、前記水平回転翼は、前記枠体の姿勢を保ったまま、所定の角度範囲内において回転面を傾斜可能であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の無人航空機は、構造物の天井面や垂直面に水平回転翼の推力で駆動輪を押しつけ、その面上を駆動輪で走行（以下、無人航空機のこのような動作を「壁面走行」ともいう。）することにより、構造物の面と機体との位置関係を一定に保ったまま構造物の面上を移動することができる。また、本発明の水平回転翼は、筐体の外形を構成する枠体内に配置されているから、枠体がロータガードとして作用し、機外の構造物に水平回転翼が接触することが防止される。さらに、水平回転翼がその回転面を枠体内で傾斜可能であることにより、本発明の無人航空機は、枠体の姿勢を維持したまま構造物の垂直面に駆動輪を押しつけることが可能となるだけでなく、壁面走行中の枠体の姿勢を乱すことなく風などの外乱を相殺することが可能となる。
【０００９】
また、前記駆動輪は、該駆動輪の車輪径の少なくとも一部が、前記枠体よりも上方および側方に張り出していることが好ましい。
【００１０】
駆動輪が枠体よりも上方および側方に張り出していることにより、一対の駆動輪を構造物の天井面および垂直面の両方に用いることが可能となる。また、機体構造を効率化して部品点数を抑えることにより、機体の軽量化および生産コストの削減を図ることができる。
【００１１】
また、本発明の無人航空機は、進行方向を自在に変更可能なキャスターをさらに備え、前記キャスターは、前記枠体の上方または側方に張り出しており、前記駆動輪および前記キャスターで前記枠体を構造物の面に対して支持可能であることが好ましい。
【００１２】
構造物の面上で機体を旋回させるときには、その面に接している駆動輪等の摩擦抵抗が問題となる。進行方向を自在に変更可能なキャスターを備え、構造物の面に対して駆動輪とキャスターとで機体を支持することにより、駆動輪が機械的なステアリング機構を備えていない場合でも、構造物の面上において機体をスムーズに旋回させることができる。
【００１３】
また、本発明の無人航空機は、前記水平回転翼を支持する回転翼支持部をさらに備え、前記回転翼支持部は、平面視十字形に延びた軸部である支持軸を有しており、前記枠体は前記支持軸を保持する軸穴が形成された軸受部を有しており、前記支持軸は、前記軸穴内において上下に遊動可能であることが好ましい。
【００１４】
平面視十字形の支持軸が枠体の軸受部に保持され、それら軸受部の軸穴内で支持軸が上下に遊動可能であることにより、支持軸を介して回転翼支持部に支持された水平回転翼はそのピッチ角およびロール角を支持軸の遊動可能範囲内において変更することができる。つまり、水平回転翼は、壁面走行中の枠体の姿勢に影響を与えることなく、この範囲内において独立してエルロン動作およびエレベータ動作を行うことができる。
【００１５】
また、前記枠体の外形は、立方体形状または直方体形状に組まれた枠材により構成されており、前記枠体は、該枠体の上面の各辺を構成する前記枠材と、該枠体の下面の各辺を構成する前記枠材との間に、第三の水平面の各辺を構成する枠材である中枠を有しており、前記中枠は、前記枠体内におけるその固定位置を上下に変更可能であり、前記軸受部は前記中枠に設けられていることが好ましい。
【００１６】
固定位置を上下に変更可能な中枠に軸受部が設けられることにより、水平回転翼のサイズや性質に応じて、枠体内における水平回転翼の配置をより柔軟に調節することが可能となる。
【００１７】
また、前記枠体の外形は、立方体形状または直方体形状に組まれた枠材により構成されており、前記枠体は、平行に配置された２本の前記枠材にその長手方向の両端が固定された枠材である可動軸を有しており、前記可動軸は、前記２本の枠材の長手方向に沿ってその固定位置をスライド可能であることが好ましい。
【００１８】
枠体が、その取り付け位置を変更可能な可動軸を有していることにより、カメラやセンサ類などの追加的な装置類、または蓄電池など機体の一部を構成する装置を、枠体内の所望の位置に配置することが可能となる。
【００１９】
また、前記可動軸は、前記枠体の上面の各辺を構成する前記枠材に固定された第１可動軸と、該枠体の下面の各辺を構成する前記枠材に固定された第２可動軸と、を有しており、前記第１可動軸には撮影用機器または計測用機器である点検用機器が取り付けられており、前記第２可動軸には動力源である蓄電池が取り付けられており、前記蓄電池は、前記第２可動軸の長手方向に沿ってその取り付け位置をスライド可能であることが好ましい。
【００２０】
構造物の点検のための機器を枠体内に配置した場合、その機器の重量により機体の重心位置が乱れ、飛行の妨げとなるおそれがある。枠体が第１可動軸および第２可動軸を有し、第１可動軸に点検用機器を取り付け、第２可動軸には蓄電池を取り付けることにより、枠体内における蓄電池の位置を調節することで機体の重心位置を補正することが可能となる。
【００２１】
また、前記枠体の外形は、立方体形状または直方体形状に組まれた枠材により構成されており、前記キャスターは、前記枠体の下面の各辺を構成する前記枠材である下枠に取り付けられ、該下枠から側方に張り出しており、前記下枠は下方に突出した脚部を有している構成としてもよい。
【００２２】
キャスターが例えば旋回可能なフォークで車輪が支持された旋回キャスターなどであり、そのキャスターが枠体の下枠から側方に張り出すように取り付けられている場合、着陸時には、車輪の自重によりキャスターが下枠よりも下方に垂れ下がることとなる。下枠から下方に突出した脚部を枠体に設けることにより、キャスターが着陸の妨げとなることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２３】
このように、本発明の無人航空機によれば、構造物の面に対して機体を安全に接近させることができ、かつ、構造物の面と機体との位置関係を一定に保ったまま構造物の面上を移動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態にかかる無人航空機であるマルチコプターの外観を示す斜視図である。
【図２】マルチコプターの平面図である。
【図３】図１のマルチコプターをＡ方向から見た側面図である。
【図４】マルチコプターが構造物の天井面および垂直面の撮影を行う様子を示す模式図である。
【図５】マルチコプターの可動軸の構成を示す透視図である。
【図６】マルチコプターの回転翼支持部およびロータを示す透視図である。
【図７】支軸部および軸受部の部分拡大図である。
【図８】図７（ｂ）に示される支持軸が上下に傾斜した様子を示す側面図である。
【図９】マルチコプターの機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、橋梁やビルなどの構造物の表面検査に使用される本発明の無人航空機の例である。
【００２６】
（構成概要）
図１は本実施形態の無人航空機であるマルチコプター１００の外観を示す斜視図である。図２は同マルチコプター１００の平面図である。図３は、図１のマルチコプター１００をＡ方向から見た側面図である。以下の説明における「上下」、「鉛直」、および「縦」とは、各図に描かれた座標軸表示のＺ軸に平行な方向を意味している。同様に、「水平」とは、同座標軸表示に示されるＸＹ平面に平行な面を意味している。また、マルチコプター１００について「側方」とは、マルチコプター１００から水平方向外側に向かう方向を意味している。また、以下の説明では、同座標軸表示のＸ軸に平行な方向のうち、Ｘ１側をマルチコプター１００の「前」、Ｘ２側をマルチコプター１００の「後ろ」とする。
【００２７】
図１から図３に示すように、マルチコプター１００は直方体形状の枠体５００を有しており、枠体５００はマルチコプター１００の筐体の外形を構成している。
【００２８】
枠体５００の内部には水平回転翼である４基のロータＲが配置されており、マルチコプター１００は、これらロータＲの回転数を制御することにより空中を自在に飛行する。なお、本発明でいう「水平回転翼」とは、回転軸の軸線方向が鉛直に延び、回転面の面方向が水平となる回転翼をいう。ロータＲは、枠体５００に半固定された回転翼支持部６００に支持されており、これによりロータＲは、枠体５００の姿勢を維持したまま、所定の角度範囲内において回転面を傾斜させることができる。
【００２９】
また、枠体５００には、駆動輪Ｄと２つのキャスター４１０，４２０が取り付けられている。駆動輪Ｄは、平行に配置された一対のタイヤ１６３を有しており、これらのタイヤ１６３はそれぞれ、駆動源であるサーボモータ１６２を備えている。キャスター４１０，４２０は、旋回可能なフォークで車輪が支持された旋回キャスターである。駆動輪Ｄおよびキャスター４１０，４２０は、枠体５００よりも上方および前方に張り出しており、構造物の天井面や、マルチコプター１００の前方の垂直面に枠体５００よりも先に当接する。枠体５００内には、構造物の天井面および垂直面を撮影可能なカメラ３００が配置されている。
【００３０】
図４は、マルチコプター１００が構造物の天井面および垂直面の撮影を行う様子を示す模式図である。図４に示すように、上記構成を備えるマルチコプター１００は、構造物Ｃの天井面ＨＳまたは垂直面ＶＳに対してロータＲの推力で駆動輪Ｄおよびキャスター４１０，４２０を押しつけ、その面上を駆動輪Ｄで走行する。これにより、構造物Ｃの面と機体との位置関係を一定に保ったまま構造物Ｃの面上を移動するができる（以下、マルチコプター１００のこのような動作を「壁面走行」ともいう。）。
【００３１】
また、本実施形態のロータＲは、マルチコプター１００筐体の外形を構成する枠体５００内に配置されており、枠体５００がロータガードとして作用することから、構造物Ｃの面にロータＲが接触することが未然に防止されている。さらに、ロータＲがその回転面を枠体５００内で傾斜可能であることにより、マルチコプター１００は、枠体５００の姿勢を維持したまま構造物Ｃの垂直面ＶＳに駆動輪Ｄを押しつけることが可能となるだけでなく、壁面走行中の枠体５００の姿勢を乱すことなく風などの外乱を相殺することが可能とされている。
【００３２】
（枠体の構造）
本実施形態の枠体５００には、その枠材としてＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製のパイプ材が用いられている。枠体５００の枠材には、本実施形態のパイプ材のほか、棒材や、細長い板材などを用いることもできる。枠材の材料もＣＦＲＰには限定されないが、軽量かつ高強度な材料を用いることが望ましい。
【００３３】
枠体５００は、枠体５００の上面の各辺を構成する４本のパイプ材である上枠５１０と、枠体５００の下面の各辺を構成する４本のパイプ材である下枠５２０とを有しており、これら上枠５１０および下枠５２０の間には、第三の水平面の各辺を構成する４本のパイプ材である中枠５４０が設けられている。そして、上枠５１０、下枠５２０、および中枠５４０の各頂点に相当する部分は、鉛直に配置された４本のパイプ材である縦枠５３０が配置されている。枠体５００は、これら上枠５１０、下枠５２０、および中枠５４０が縦枠５３０に固定されることにより、全体として直方体形状の外形をなしている。また、中枠５４０は、その固定位置を枠体５００内において上下に変更することができる。
【００３４】
枠体５００はさらに、上枠５１０に固定された可動軸である第１可動軸５７１と、下枠５２０に固定された可動軸である第２可動軸５７２と、を有している。第１可動軸５７１にはカメラ３００が取り付けられており、第２可動軸５７２には蓄電池であるバッテリー１９０が取り付けられている。バッテリー１９０はマルチコプター１００の動力源である。
【００３５】
図５は、マルチコプター１００の可動軸の構成を示す透視図である。図５に示すように、本実施形態の第１可動軸５７１は、上枠５１０を構成する４本のパイプ材のうち、座標軸表示のＸ軸に平行な２本のパイプ材に対して垂直に配置されており、これら２本のパイプ材にその長手方向の両端が固定されている。第１可動軸５７１は、これら２本のパイプ材の長手方向（Ｘ軸方向）に沿ってその固定位置をスライドさせることができる。
【００３６】
本実施形態の第２可動軸５７２は、下枠５２０を構成する４本のパイプ材のうち、座標軸表示のＸ軸に平行な２本のパイプ材に対して垂直に配置されており、これら２本のパイプ材にその長手方向の両端が固定されている。第２可動軸５７２も第１可動軸５７１と同様に、これら２本のパイプ材の長手方向（Ｘ軸方向）に沿ってその固定位置をスライドさせることができる。さらに、第２可動軸５７２に取り付けられたバッテリー１９０は、第２可動軸５７２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿ってその取り付け位置をスライドさせることができる。
【００３７】
このように本実施形態の枠体５００は、固定位置を変更可能な可動軸である第１可動軸５７１および第２可動軸５７２を有していることにより、カメラ３００のような撮影用機器やその他の計測用機器を含む構造物の点検用機器、さらには、バッテリー１９０などマルチコプター１００の機体の一部を構成する装置を、枠体５００内の所望の位置に配置することが可能とされている。
【００３８】
カメラ３００などの点検用機器を枠体５００内に配置した場合、その機器の重量によりマルチコプター１００の重心位置が乱れ、飛行の妨げとなるおそれがある。本実施形態のマルチコプター１００では、第１可動軸５７１にカメラ３００が取り付けられており、第２可動軸５７２にはバッテリー１９０が取り付けられている。そのため、カメラ３００を構造物Ｃの撮影に好適な位置に配置する一方で、枠体５００内におけるバッテリー１９０の配置を調節することで、機体の重心位置を補正することができる。
【００３９】
また、図１および図３に示すように、枠体５００の下枠５２０には、下枠５２０の四隅から下方に突出した脚部５２１が設けられている。本実施形態のマルチコプター１００では、下枠５２０にキャスター４１０が取り付けられており、キャスター４１０は下枠５２０から前方に張り出している。そのため、マルチコプター１００の着陸時には、キャスター４１０の自重によりキャスター４１０が下枠５２０よりも下方に垂れ下がることとなる。この場合でも、下枠５２０が脚部５２１を備えていることにより、キャスター４１０が着陸の妨げとなることが防止される。
【００４０】
直方体形状（または立方体形状）に形成された枠体５００は、重量バランスがよく姿勢を維持しやすいという利点と、内部に点検用機器を配置するスペースを確保しやすいという利点がある。特に本実施形態のマルチコプター１００は構造物Ｃの点検用機器としてカメラ３００を備えており、構造物Ｃの面とカメラ３００との間隔を撮影に適した距離に調節することができる。一方、枠体５００の形状は直方体形状や立方体形状には限られない。枠体５００の形状は、ロータＲが吸排気を行う流路を確保可能であり、構造物Ｃの面に対して枠体５００を駆動輪Ｄ（およびキャスター４１０，４２０などの補助輪）で支持可能であり、また、ロータＲを構造物Ｃの面から保護可能な形状であれば、他の形状を採用してもできる。
【００４１】
（駆動輪およびキャスター）
図３に表されるように、本実施形態の駆動輪Ｄは、その車輪径の全体が枠体５００よりも上方および側方に張り出している。より具体的には、駆動輪Ｄを構成するタイヤ１６３は、上枠５１０のうち、枠体５００の前面を構成するパイプ材に取り付けられており、枠体５００の前方に向かって斜め上方に張り出している。そのため、マルチコプター１００が構造物Ｃの天井面ＨＳや、マルチコプター１００の前方にある垂直面ＶＳに接近したときに、タイヤ１６３は、枠体５００よりも先にこれら天井面ＨＳおよび垂直面ＶＳに当接する。すなわち、一対の駆動輪Ｄを、構造物Ｃの天井面ＨＳおよび垂直面ＶＳにおける共通の駆動手段として用いることができる。これによりマルチコプター１００の機体構造が効率化され、部品点数が抑えられることにより、機体の軽量化および生産コストの削減が図られている。なお、天井面ＨＳ用と垂直面ＶＳ用とで別々の駆動輪Ｄを備えることも当然可能である。
【００４２】
キャスター４１０，４２０は、上でも述べたように、旋回可能なフォークで車輪が支持された旋回キャスターである。そのため、キャスター４１０，４２０は、構造物Ｃの面上でその進行方向を自在に変更することができる。キャスター４１０は、下枠５２０を構成するパイプ材のうち、枠体５００の前面を構成するパイプ材に取り付けられており、枠体５００から前方に張り出している。キャスター４２０は、上枠５１０を構成するパイプ材のうち、枠体５００の背面（後ろ側の面）を構成するパイプ材に取り付けられており、枠体５００から上方に張り出している。
【００４３】
マルチコプター１００は、構造物Ｃの天井面ＨＳに対しては、駆動輪Ｄ、およびキャスター４２０の三点で枠体５００を支持する。そして、マルチコプター１００の前方の垂直面ＶＳに対しては、駆動輪Ｄおよびキャスター４１０の三点で枠体５００を支持する。本実施形態では、構造物Ｃの各面に対して枠体５００を三点で支持することにより機体構造を効率化し、機体を軽量化している。一方、キャスター４１０およびキャスター４２０を２基ずつ設けて、各面に対して枠体５００を四点で支持することも可能である。
【００４４】
本実施形態のタイヤ１６３およびキャスター４１０，４２０の周面はゴムなどの弾性素材により構成されている。これにより、これらタイヤ１６３等と構造物Ｃの面との摩擦抵抗が高められ、構造物Ｃの面上におけるスリップが抑えられるとともに駆動力が高められている。
【００４５】
一方、構造物Ｃの面上で機体を旋回させるときには、これらタイヤ１６３およびキャスター４１０，４２０の摩擦抵抗が問題となる。特に、本実施形態の駆動輪Ｄは機械的なステアリング機構を備えておらず、各タイヤ１６３の回転数や回転方向を調節することで機体を旋回させる。マルチコプター１００は、このような駆動輪Ｄの補助輪としてキャスター４１０，４２０を採用しており、これにより、構造物Ｃの面上における機体のスムーズな旋回が可能とされている。
【００４６】
なお、キャスター４１０，４２０は旋回キャスターには限られず、例えばボールキャスタを用いることによっても同様の効果を得ることができる。なお、構造物Ｃの面上における旋回性能が損なわれることに特に問題がなければ、キャスター４１０，４２０に代えて車輪の向きを変更不能な固定キャスターを用いることもできる。この場合、すべての車輪を駆動輪Ｄとしてもよく、別途ステアリング機構を設けてもよい。また、駆動輪Ｄやキャスター４１０，４２０はその全体が枠体５００の外側に配置される必要はなく、その車輪径の少なくとも一部が枠体５００の上方または側方に張り出していればよい。
【００４７】
（回転翼支持部）
図６は、マルチコプター１００の回転翼支持部６００およびロータＲを示す透視図である。
【００４８】
本実施形態の回転翼支持部６００は、主に、中央ハブ６１０、アーム６３０、支持軸６２０、および保護カバー６５０により構成されている。ロータＲは各アーム６３０の先端部に配置されている。
【００４９】
中央ハブ６１０は、ロータＲを支持するアーム６３０の傾きを支持軸６２０に伝達する接続部である。中央ハブ６１０は、基部６１１、並びに、基部６１１に固定された複数のクランプ部６１２および軸受部６１３により構成されている。基部６１１は、板面を水平にして上下に並べられた平面視略矩形の二枚の平板部材である。クランプ部６１２および軸受部６１３はこれら二枚の平板部材の間に配置されている。クランプ部６１２は略円筒形状の締め具であり、筒内に挿入されたアーム６３０の基端部を締め付けて固定する。軸受部６１３は、基部６１１に対して垂直に配置された平板部材である。各軸受部６１３には、支持軸６２０の外径と直径を同じくする円形の貫通孔が形成されている。支持軸６２０は、その基端部が軸受部６１３の貫通孔に挿通され、軸受部６１３に接着固定される。アーム６３０と支持軸６２０とが中央ハブ６１０で一体化されていることにより、各ロータＲの回転数が変化してアーム６３０が傾いたときには、支持軸６２０もこれに連動して傾くこととなる。
【００５０】
支持軸６２０は、中央ハブ６１０から平面視十字形（図２参照）に延出した４本の軸体であり、その各先端部は中枠５４０に設けられた軸受部５８０に支持されている。軸受部５８０は、中枠５４０を構成する各パイプ材の略中心に設けられている。アーム６３０は、中央ハブ６１０から平面視Ｘ形（図２参照）に延出した４本の軸体である。これら支持軸６２０およびアーム６３０には、枠体５００の枠材と同じパイプ材が用いられている。
【００５１】
保護カバー６５０は中央ハブ６１０の上面にかぶせられている。保護カバー６５０内には後述する制御装置１２０等が収容されている。
【００５２】
図７は支軸部６２０と軸受部５８０の部分拡大図である。図７（ａ）は、図１の破線Ｂで囲んだ部分をＡ方向から見た図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の支軸部６２０および軸受部５８０の側面図である。図８は、図７（ｂ）に示される支持軸６２０が上下に遊動する様子を示す側面図である。
【００５３】
図７に示すように、軸受部５８０には、上下方向に長く形成された長孔である軸穴５８１が形成されており、支軸部６２０は軸穴５８１に挿通されている。支軸部６２０は、その先端部に設けられた拡径部であるフランジ６２１により長手方向への移動が係止される。
【００５４】
図７（ａ）に示すように、軸穴５８１の上下方向の長さＬは、支軸部６２０の外径ｄよりも大きいため、支軸部６２０の上または下には必然的に隙間ｐが生じる。支持軸６２０は、隙間ｐの範囲内において軸穴５８１内で上下に遊動することができる。すなわち、支持軸６２０を介してアーム６３０に支持されたロータＲは、支持軸６２０の遊動可能範囲内においてそのピッチ角およびロール角を変化させることができる。つまり、ロータＲは、壁面走行中の枠体５００の姿勢に影響を与えることなく、この範囲内において独立してエルロン動作およびエレベータ動作を行うことができる。これにより、マルチコプター１００は、枠体５００の姿勢を維持したまま構造物Ｃの垂直面ＶＳに駆動輪Ｄを押しつけることが可能となるだけでなく、壁面走行中の枠体５００の姿勢を乱すことなく風などの外乱を相殺することが可能とされている。その他、例えば、構造物Ｃの水平面ＨＳが完全な水平面ではなく、多少傾いている場合であっても、ロータＲの水平を維持することができるという効果もある。
【００５５】
また、本実施形態の軸受部５８０は、枠体５００の中枠５４０に設けられている。固定位置を上下に変更可能な中枠５４０に軸受部５８０が設けられることにより、ロータＲのサイズや性質に応じて、枠体５００内におけるロータＲの配置をより柔軟に調節することができる。
【００５６】
例えば、天井面ＨＳと垂直面ＶＳとの接続部は乱流が特に激しく、また、ロータＲは、垂直面ＶＳに阻まれることで前方からの吸気量が低下する。このときに、構造物Ｃの天井面ＨＳとロータＲとの距離を可能な限り大きくするよう中枠５４０の位置を調節することにより、天井面ＨＳと垂直面ＶＳとの接続部におけるロータＲの吸気量の低下を軽減することができる。これにより、壁面走行時における天井面ＨＳから垂直面ＶＳへの移行、および垂直面ＶＳから天井面ＨＳへの移行をスムーズに行うことができる。なお、軸受部５８０が中枠５４０に設けられることは必須ではなく、例えば下枠５２０に軸受部５８０を設けてもよい。
【００５７】
水平回転翼を構造物の面に可能な限り近づけ、水平回転翼の吸気側に生じる負圧で構造物の面に機体を吸着させる無人航空機の場合、構造物の面から水平回転翼を遠ざけるとその吸着力が著しく低下し、壁面走行の安定性が損なわれる。一方、本実施形態のマルチコプター１００は、ロータＲの負圧で機体を構造物Ｃに吸着させるというよりも、ロータＲの推力で構造物Ｃに機体を押しつけるという思想に基づいている。そして、外乱に対しては、ロータＲが枠体５００から独立してその回転面を傾斜可能であることにより対処している。すなわち、ロータＲを構造物Ｃの面から遠ざけても、壁面走行時の安定性を確保することができる。
【００５８】
本実施形態のマルチコプター１００は簡易な構造の回転翼支持部６００でロータＲの独立動作を許容しているが、本発明の回転翼支持部は回転翼支持部６００の態様には限定されない。本発明の回転翼支持部は、枠体５００の姿勢を保ったまま、所定の角度範囲内においてロータＲを傾斜させることができればよく、例えば適度な硬度のゴム部材でロータＲを枠体５００に半固定したり、枠体５００が２軸または３軸の電動ジンバルを備え、これにより中央ハブ６１０やアーム６３０を支持することでロータＲの所定量の傾きを吸収したりする構成も考えられる。
【００５９】
（カメラ）
本実施形態のマルチコプター１００は、構造物Ｃの点検用機器としてカメラ３００を備えている。マルチコプター１００が備える点検用機器はカメラ３００には限られず、その用途に応じて、他の計測用機器を備えてもよい。
【００６０】
（飛行機能）
図９はマルチコプター１００の機能構成を示すブロック図である。マルチコプター１００の飛行機能は、主に、フライトコントローラＦＣ、受信器１３０、ロータＲ、ロータＲごとに備えられたＥＳＣ１４１（Electric Speed Controller）、およびこれらに電力を供給するバッテリー１９０により構成されている。以下、マルチコプター１００の基本的な飛行機能について説明する。
【００６１】
各ロータＲは、モータ１４２と、その出力軸に装着されたブレード１４３とにより構成されている。ＥＳＣ１４１は、ロータＲのモータ１４２に接続されており、フライトコントローラＦＣから指示された速度でモータ１４２を回転させる。
【００６２】
フライトコントローラＦＣは、操縦者（オペレータ端末２００）からの操縦信号を受信する受信器１３０が接続されたマイクロコントローラである制御装置１２０を備えている。制御装置１２０は、中央処理装置であるＣＰＵ１２１、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリなどの記憶装置であるメモリ１２２、および、ＥＳＣ１４１を介して各モータ１４２の回転数を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ１２３を有している。
【００６３】
フライトコントローラＦＣはさらに、飛行制御センサ群１３２およびＧＰＳアンテナ１３３（以下、これらを総称して「センサ等」ともいう。）を備えており、これらは制御装置１２０に接続されている。ＧＰＳアンテナ１３３は、正確には航法衛星システム（ＮＳＳ）の受信器である。ＧＰＳアンテナ１３３は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）または地域航法衛星システム（ＲＮＳＳ）から現在の経緯度値および時刻情報を取得する。本実施形態におけるマルチコプター１００の飛行制御センサ群１３２には、３軸加速度センサおよび３軸角速度センサを有するＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）、気圧センサ（高度センサ）、地磁気センサ（方位センサ）などが含まれている。制御装置１２０は、これらセンサ等により、機体の傾きや回転のほか、飛行中の緯度経度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報を取得することができる。
【００６４】
制御装置１２０のメモリ１２２には、マルチコプター１００の飛行時における姿勢や基本的な飛行動作を制御するアルゴリズムが実装されたプログラムである飛行制御プログラムＦＣＰが記憶されている。飛行制御プログラムＦＣＰは、操縦者からの指示に従い、センサ等から取得した情報を基に、個々のロータＲの回転数を調節し、機体の姿勢や位置の乱れを補正しながらマルチコプター１００を飛行させる。
【００６５】
マルチコプター１００の操縦は、操縦者がオペレータ端末２００を用いて手動で行うほか、マルチコプター１００の飛行経路や速度、高度などのパラメータである飛行計画ＦＰを自律飛行プログラムＡＰＰに予め登録しておき、マルチコプター１００を目的地へ自律的に飛行させることも可能である（以下、このような自律飛行のことを「オートパイロット」という。）。
【００６６】
このように、本実施形態におけるマルチコプター１００は高度な飛行制御機能を備えている。ただし、本発明における無人航空機はマルチコプター１００の形態には限定されず、例えばセンサ等から一部のセンサが省略された機体や、オートパイロット機能を備えず手動操縦のみにより飛行可能な機体を用いることもできる。
【００６７】
（壁面走行機能）
駆動輪Ｄは、サーボモータ１６２と、その出力軸に連結されたタイヤ１６３とにより構成されている。サーボモータ１６２は受信器１３０に接続されており、操縦者（オペレータ端末２００）からの操縦指示に従ってタイヤ１６３を駆動する。サーボモータ１６２の駆動電力はバッテリー１９０から供給される。各サーボモータ１６２は制御装置を内蔵しており、操縦者に指示された回転方向・回転速度に追従するようその出力を自動補正する。マルチコプター１００が駆動輪Ｄを備えることにより、操縦者は、マルチコプター１００を構造物Ｃの面上において所望の速度で走行させ、また、旋回させることが可能とされている。
【００６８】
本実施形態では、構造物Ｃの面上におけるマルチコプター１００の移動は、基本的に操縦者が手動で行うことを想定しているが、構造物Ｃの面上におけるマルチコプター１００の走行経路や速度などのパラメータを設定して、自動的または半自動的にマルチコプター１００を壁面走行させる機能を実装してもよい。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、本記実施形態のマルチコプター１００は複数のロータＲを備えているが、反トルクの相殺手段を別途備えることで水平回転翼が一基だけの機体とすることも可能である。また、本発明の「駆動輪」には、タイヤだけでなく、クローラや履帯などとよばれる無限軌道を用いることもできる。
【符号の説明】
【００７０】
１００  マルチコプター（無人航空機）
５００  枠体
５１０  上枠（上面の各辺を構成する枠材）
５２０  下枠（下面の各辺を構成する枠材）
５２１  脚部
５３０  縦枠
５４０  中枠（第三の水平面を構成するパイプ材）
５７１  第１可動軸（可動軸）
５７２  第２可動軸（可動軸）
５８０  軸受部
５８１  軸穴
６００  回転翼支持部
６１０  中央ハブ
６２０  支持軸
６３０  アーム
４１０  垂直面用キャスター（キャスター）
４２０  天井面用キャスター（キャスター）
２００  オペレータ端末
ＦＣ  フライトコントローラ
ＦＣＰ  飛行制御プログラム
Ｒ  ロータ（水平回転翼）
１４２  モータ
１４３  ブレード
１９０  バッテリー（蓄電池）
Ｄ  駆動輪
１６２  サーボモータ
１６３  タイヤ
３００  カメラ（撮影用機器（点検用機器））
Ｃ  構造物
ＨＳ  天井面
ＶＳ  垂直面
【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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