(57)【要約】【課題】火災現場における支援活動に利用可能な無人航空機を提供する。【解決手段】複数のロータを有する無人航空機であって、複数のロータをそれぞれ駆動する複数のモータと、複数のモータを制御する駆動制御部と、運搬対象の物資を格納する格納部と該物資を投射する投射機構とを有する投射装置と、投射装置の動作を制御すると共に、物資の投射の反力により当該無人航空機に生じる変位及び運動を抑制するための演算を行う投射制御部と、を備え、駆動制御部は、上記物資が投射された際に上記演算の結果に基づいて複数のモータを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロータを有する無人航空機であって、
前記複数のロータをそれぞれ駆動する複数のモータと、
前記複数のモータを制御する駆動制御部と、
運搬対象の物資を格納する格納部と前記物資を投射する投射機構とを有する投射装置と、
前記投射装置の動作を制御すると共に、前記物資の投射の反力により当該無人航空機に生じる変位及び運動を抑制するための第１の演算を行う投射制御部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記物資が投射された際に、前記第１の演算の結果に基づいて前記複数のモータを制御する、無人航空機。
【請求項２】
前記投射装置による物資の投射方向に視野を向け、前記物資を運搬すべき目標位置の画像を撮影する投射用撮影部であって、撮影された画像は遠隔操作装置に送信される、投射用撮影部と、
をさらに備える請求項１記載の無人航空機。
【請求項３】
前記無人航空機の表面温度を検出する温度センサと、
前記表面温度が所定値を超えた際に、当該無人飛行機を退避させるための第２の演算を行う退避制御部と、
をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記表面温度が前記所定値を超えた際に、前記第２の演算の結果に基づいて前記複数のモータを制御する、請求項１又は２に記載の無人航空機。
【請求項４】
前記駆動制御部は、遠隔操作に従って前記複数のモータを制御すると共に、前記演算が行われた場合には、該演算の結果を優先して前記複数のモータを制御する、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】
前記格納部は消火弾を格納し、前記投射機構は前記消火弾を投射する、請求項１乃至４のいずれかに記載の無人航空機。
【請求項６】
消火剤が充填された容器を保持し、該容器から前記消火剤を散布する散布装置をさらに備え、
前記投射制御部は、前記散布装置が前記消火剤を散布した際に散布の反力により当該無人航空機に生じる変位及び運動を抑制するための第３の演算を行い、
前記駆動制御部は、前記消火剤が散布された際に、前記第３の演算の結果に基づいて前記複数のモータを制御する、請求項１乃至４のいずれか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、無人航空機に関するものであり、特に、複数のロータ（回転翼）を有する無人航空機（回転翼無人機）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、消防活動におけるヘリコプターなど航空機の利用が進められている。例えば特許文献１には、消防員が消火救難活動を行うための耐火キャビンをヘリコプターから降下させて建物に接近させる技術が開示されている。また、特許文献２には、ヘリコプターから火災現場に投下されると消火剤を噴射する自動消火装置が開示されている。
【０００３】
近年では、遠隔操作又は自律制御によって飛行する無人航空機（ドローンと呼ばれることがある。）が知られている。無人航空機は、典型的には、複数のロータ（回転翼）を有するマルチコプターとして構成され、産業用を含む様々な分野において用いられる。マルチコプターは、シングルロータのヘリコプターに比べると、離発着が容易であり、操作の精度と飛行の安定性に優れているため、火災現場における活用も期待されている。
【０００４】
無人航空機に関連する技術として、非特許文献１には、飛行中のドローンからカラーボールを発射するマーキングシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８０２５１号公報
【特許文献２】特開２０１５−６３０２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】株式会社スカイロボット、「スカイマーカー（登録商標）」ウェブサイト、[On  Line]、[平成２９年２月１日検索]、インターネット＜URL: http://www.skyrobot.co.jp/skymarker.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、近年高層住宅が増加しているが、はしご車の届かない高層階における火災に対して、無人航空機を活用することが期待される。しかし、火災現場の火元付近においては強い上昇気流が発生しているため、一般に、飛行物体を建物に近づけることは困難である。そのため、航空機を消防活動に利用する場合には、上昇気流の影響を大きく受けない範囲で必要な動作を実行させる必要がある。
【０００８】
無人航空機を建物に近づけることなく消防活動を行うために、一例として、無人航空機から消火剤や必要な機材などを発射させることが考えられる。しかしながら、飛行物体から何らかの物体を発射すると、発射の反動により飛行物体の位置や姿勢が変化して、発射した物体を目標位置に到達させることができなかったり、飛行物体そのものの飛行状態が不安定になったりしてしまう。この点に関し、非特許文献１においては、後方噴射排気管を設けて、発射と同時に、後方に向けて圧縮空気を排気噴出させることにより、発射の反動を軽減する旨開示されている。しかしながら、後方噴射排気管といった機構を設けることにより、無人航空機が大型化してしまうおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は、火災現場における消防活動の支援に利用可能な無人航空機を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様である無人航空機は、複数のロータを有する無人航空機であって、複数のロータをそれぞれ駆動する複数のモータと、複数のモータを制御する駆動制御部と、運搬対象の物資を格納する格納部と物資を投射する投射機構とを有する投射装置と、投射装置の動作を制御すると共に、物資の投射の反力により当該無人航空機に生じる変位及び運動を抑制するための演算を行う投射制御部と、を備える。駆動制御部は、物資が投射された際に、演算の結果に基づいて複数のモータを制御してもよい。無人航空機は、投射装置による物資の投射方向に視野を向け、物資を運搬すべき目標位置の画像を撮影する投射用撮影部を備えてもよい。このとき、撮影された画像は遠隔操作装置に送信される。
【００１１】
本発明の別の態様である無人航空機は、複数のロータを備える無人航空機であって、複数のロータをそれぞれ駆動する複数のモータと、複数のモータの動作を制御する駆動制御部と、当該無人航空機の表面温度を検出する温度センサと、表面温度が所定値を超えた際に、当該無人飛行機を退避させるための演算を行う退避制御部と、を備える。駆動制御部は、表面温度が前記所定値を超えた際に、演算の結果に基づいて複数のモータを制御してもよい。
【００１２】
上記無人航空機において、駆動制御部は、遠隔操作に従って複数のモータを制御すると共に、演算が行われた場合に、該演算の結果を優先して複数のモータを制御してもよい。
【００１３】
上記無人航空機において、格納部は消火弾を格納し、投射機構はこの消火弾を投射しても良い。或いは、上記無人航空機は、消火剤が充填された容器を保持し、該容器から消火剤を散布する散布装置をさらに備えても良く、このとき、投射制御部は、散布装置が消火剤を散布した際に散布の反力により当該無人航空機に生じる変位及び運動を抑制するための第３の演算を行い、駆動制御部は、消火剤が散布された際に、第３の演算の結果に基づいて複数のモータを制御しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、運搬する物資を投射する投射装置を無人航空機に設け、物資が投射された際に、投射の反力により無人航空機に生じる変位及び運動を抑制するための演算結果に基づいて複数のロータを駆動するので、当該無人航空機を火災現場において必要な物資を目標位置に運搬する支援に利用することが可能となる。この場合において、ロータの駆動を制御することにより発射の反動を抑制するので、無人航空機の大型化を抑制することも可能である。
【００１５】
また、本発明によれば、無人航空機の表面温度を測定し、この温度が所定値を超えた際に、当該無人飛行機を退避させるための演算結果に基づいて複数のロータを駆動するので、火災現場における熱による損傷を防ぐことができ、当該無人航空機を物資の運搬や現場の撮影、各種データの収集等の支援に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無人航空機の概要を示す模式図である。
【図２】図１に示す無人航空機の外観図である。
【図３】図１に示す無人航空機の構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】図１に示す無人航空機を利用した火災現場における支援方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る無人航空機の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る無人航空機１の概要を示す模式図であり、図２は、無人航空機１の外観図であり、図３は、無人航空機１の構成を概略的に示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、無人航空機１は、火災現場における人命救助及び消防活動の支援に用いられ、ユーザが使用する遠隔操作装置（プロポ）２による遠隔操作、又は、自律制御により動作する。具体的には、無人航空機１は、火災が発生している建物３の近傍まで遠隔操作により飛行し、火災の状況に関する情報を収集し、建物３の内部の取り残された被救護者４に必要な物資５を届けるといった動作を行う。
【００１９】
図２に示すように、無人航空機１は、上から見た輪郭が六角形の箱型の部材である本体部１０と、本体部１０から外側に直線状に延びる６つのアーム１１と、各アーム１１の外側端部に１つずつ設けられた６つのモータ１２と、各モータ１２の上側に１つずつ設けられ当該モータ１２によって駆動される６つのロータ１３と、本体部１０の下側に設けられた脚部１４とを有する。６つのロータ１３は、本体部１０を中心とする仮想的な円上に略等間隔で配置されている。無人航空機１は、これらのロータ１３の回転によって生じる揚力及び推力により飛行（上昇、下降、水平移動、及び、方向転換等）するマルチコプターとして構成されている。これらの各部は、火災現場での使用に耐えうる耐熱性と、風や雨に対する耐久性と、消火剤に対する耐食性とを有する材料により形成されている。
【００２０】
また、本体部１０の下方には、運搬する物資５を格納すると共に、この物資５を目標位置に向けて投射する投射装置２６が設けられている。
【００２１】
図３に示すように、無人航空機１は、制御部２０と、通信部２１と、各種センサ２２と、位置検出部２３と、撮影部２４と、情報を記憶する記憶部２５と、投射装置２６と、投射用撮影部２７と、温度センサ２８と、スピーカ２９と、無人航空機１の各部に電力を供給する電源３０とを有する。これらの各部の少なくとも一部は、箱型の本体部１０の内部に収容され得る。
【００２２】
制御部２０は、例えば、小型のコンピュータとして構成され、モータ１２を含む無人航空機１の各部を制御する。詳細には、制御部２０は、駆動制御部２０ａと、投射制御部２０ｂと、退避制御部２０ｃとを含む。これらの各部の動作については後述する。
【００２３】
通信部２１は、ユーザが使用する遠隔操作装置２、並びに、他の無人航空機等との間で無線通信を行う。
【００２４】
各種センサ２２は、無人航空機１の各種の制御に必要な様々なセンサを含む。例えば、各種センサ２２には、高度センサ（気圧センサ）、方位センサ（電子コンパス）、加速度センサ、及び、ジャイロセンサ（角速度センサ）等が含まれる。
【００２５】
位置検出部２３は、無人航空機１の現在位置を検出する。例えば、位置検出部２３は、ＧＰＳ受信機を含む。
【００２６】
撮影部２４は、静止画像及び動画像を撮影可能な一般的なデジタルカメラとして構成されている。本実施形態において、撮影部２４は、投射装置２６の下面に設けられており、地上方向（本体部１０の下方向）の画像を撮影できるように構成されている。撮影部２４を介して撮影された画像は、記憶部２５に記録され、通信部２１を介して遠隔操作装置２に随時送信される。
【００２７】
投射装置２６は、運搬対象の物資５を格納する投射カートリッジ（格納部）と、該投射カートリッジを投射する機構（例えば、発射銃）とを有する。物資５としては、例えば、被救護者４に使用させる防火シート、防煙マスク、酸素ボンベ等の救助物資のほか、投射された後、所定時間が経過すると自動的に破裂して消火剤が飛散する消火弾等が挙げられる。
【００２８】
投射用撮影部２７は、動画像を撮影可能なデジタルカメラとして構成されている。投射用撮影部２７は、投射装置２６による物資の投射方向に視野を向け、物資を運搬すべき目標位置の画像を撮影できるように構成されている。投射用撮影部２７により撮影された画像は、通信部２１を介してリアルタイムに遠隔操作装置２に送信される。遠隔操作装置２の操作者は、遠隔操作装置２の表示部に表示された投射方向の動画像を見ながら、物資を目標位置に投射することができる。
【００２９】
温度センサ２８は、上記各種センサ２２とは別に、本体部１０の表面に設けられている。温度センサ２８の設置箇所は１箇所であってもよいし、複数箇所であってもよい。後者の場合、複数箇所における温度差により、周囲の環境の温度勾配を推定することとしてもよい。
【００３０】
スピーカ２９は、記憶部２５に予め記憶された音声データ、又は、遠隔操作装置２から送信された音声データに基づく音声を発生する。スピーカ２９としては、火災現場の騒音の中でも被救護者４に聞こえるように、大音量を発生可能な機器を用いることが好ましい。
【００３１】
次に、このように構成された無人航空機１の動作について説明する。まず、無人航空機１の一般的な動作について説明する。無人航空機１は、ユーザによる遠隔操作装置を用いた遠隔操作、又は、自律制御によって飛行する。具体的には、遠隔操作又は自律制御に基づく飛行指令、及び、各種センサ２２から入力される各種の値に基づいて駆動制御部２０ａがモータ１２を制御すると、当該モータ１２によって回転駆動されるロータ１３に作用する揚力及び推力により、無人航空機１は、上昇、下降、水平移動、及び、方向転換する。なお、６つのロータ１３は、例えば、隣接する２つのロータ１３の回転方向が相互に逆方向となり、且つ、本体部１０を介して対向する２つのロータ１３の回転方向が同方向となるように構成されている。
【００３２】
例えば、無人航空機１は、無人航空機１自体に作用する重力と、回転するロータ１３に作用する揚力を含む上向きの力とをバランスさせることによりホバリングし、６つのロータ１３の回転数を増加させて重力よりも上向きの力を大きくすることにより上昇し、ロータ１３の回転数を減少させて重力よりも上向きの力を小さくすることにより下降する。
【００３３】
また、例えば、無人航空機１は、６つのロータ１３のうち特定の方向側に位置する２つのロータ１３の回転数を、当該特定の方向の反対側に位置する２つのロータ１３の回転数よりも小さくすることにより、当該特定の方向に水平移動する。
【００３４】
また、例えば、無人航空機１は、６つのロータ１３のうち特定の方向に回転する３つのロータ１３の回転数を、当該特定の方向の反対方向に回転する３つのロータ１３の回転数よりも小さくすることにより、当該特定の方向に方向転換（水平回転）する。
【００３５】
次に、火災現場における消防活動の手順について説明する。一般に、消防活動は消防員により次の手順（１）〜（５）に沿って進められる。
【００３６】
（１）状況把握
火災現場の状況（場所、建物の構造、周囲の環境、火の大きさ、被救護者の有無など）を確認し、必要な活動を把握する。
【００３７】
（２）人命救助
図１に示すように、建物３の中に取り残された被救護者４がいる場合に、被救護者４を救助すると共に、即時の救助が困難なときには、被救護者４に対応を指導したり、必要な物資５を被救護者４のもとに運搬したりする。
【００３８】
（３）初動消火
被救護者４の近辺、及び被救護者４の救出ルートを確保するための消火活動を行う。
【００３９】
（４）鎮火
火災全体を鎮火するための消火活動を行う。
【００４０】
（５）安全確認
火災が鎮火した後、現場の安全性を検証するために現場を確認する。
【００４１】
次に、無人航空機１を利用した火災現場における消防活動の支援方法について説明する。図４は、無人航空機１を利用した火災現場における支援方法の一例を示すフローチャートである。
【００４２】
ステップＳ１０において、ユーザは、遠隔操作装置２により無人航空機１を遠隔操作し、火災現場まで飛行させて撮影を行わせる（消防活動の手順（１）の支援）。得られた画像は随時遠隔操作装置２に送信され、ユーザは、遠隔操作装置２において受信した画像を見ながら無人航空機１を操作し、必要な情報を取得する。
【００４３】
ここで、無人航空機１においては温度センサ２８が常に本体部１０の表面温度を測定しており、火元に接近しすぎるなどして表面温度が所定値を超えた場合、無人航空機１は自律的に退避動作を行う。詳細には、表面温度が所定値を超えた場合、退避制御部２０ｃが、進行方向に対して後退する方向に移動するように演算を行い、駆動制御部２０ａが、この演算結果に基づいてモータ１２を制御する。或いは、退避制御部２０ｃは、周囲の雰囲気においてより温度が低い方向に退避するように演算を行ってもよい。また、この間に遠隔操作装置２から遠隔操作が行われた場合であっても、駆動制御部２０ａは、退避制御部２０ｃの演算結果を優先してモータ１２を制御する。
このような退避動作は、上記手順（１）〜（５）を通して行われる。
【００４４】
ユーザは、建物３内に被救護者４が取り残されていることを発見した場合（図１参照）、無人航空機１に運搬させる物資５を選定する。物資５は、被救護者４の置かれている状況で必須の物、無人航空機１の投射飛距離に照らして投射可能な物、といった観点から選定される。このとき、無人航空機１が既に必要な物資５を搭載している場合には、そのままステップＳ２０に移行してもよい。また、必要な物資５を搭載していない場合には、当該物資５を積みに無人航空機１を一旦戻してもよい。
【００４５】
ステップＳ２０において、ユーザは、無人航空機１に物資５を運搬させ、被救護者４の近傍に投射させる（消防活動の手順（２）の支援）。詳細には、ユーザは、投射用撮影部２７により撮像されたリアルタイムの映像を見ながら、物資５を被救護者４の近傍に投射可能な距離まで無人航空機１を移動させ、照準を定めた上で投射装置２６に投射カートリッジを発射させる。
【００４６】
この際、無人航空機１は投射の反力を受けるため、そのままでは大きく揺れたり、意図しない方向に移動したりしてしまう。そこで、投射制御部２０ｂは、投射の反力により当該無人航空機１に生じるであろう変位及び運動を抑制するための演算を行い、投射カートリッジの発射と同時に演算結果を駆動制御部２０ａに出力する。これに応じて、駆動制御部２０ａがこの演算結果に基づいてモータ１２を制御する。また、この間に遠隔操作装置２から遠隔操作が行われた場合であっても、駆動制御部２０ａは、投射制御部２０ｂの演算結果を優先してモータ１２を制御する。なお、投射カートリッジを発射する際の運動量が無人航空機１を制御可能な運動量よりも小さくなるように、投射カートリッジの重量及び発射速度を設定することが望ましい。このような設定とすることで、投射の際に無人航空機１を安定して制御することが可能となる。また、駆動制御部２０ａにおいて、投射の反力を抑制するための制御手法としては、ＰＩＤ制御などの線形制御よりも、非線形制御が望ましい。特に、スライディングモード制御などの非線形ロバスト制御を採用するとよい。これにより、投射カートリッジを発射したときの反力を、例えば、無人航空機１の変位が１ｍ以内に収まるように制御することができる。
【００４７】
ここで、空間浮遊型宇宙ロボットが運動中に１ｋｇの物体を捕捉した場合のシミュレーション結果として、システムの非線形性を考慮したスライディングモード制御によるフィードバック制御方式の採用により、ＰＩＤ制御などの一般的な方式に対して姿勢の変動が２０％程度（即ち、８０％の低減）と、大幅に低減させることが可能とのデータが示されている（参考：野波健蔵、田宏奇「スライディングモード制御」コロナ社、第２２８〜２３１頁）。このことからも、本実施形態においてスライディングモード制御を採用することは、急激な負荷の変化に対するロバスト性や安定性の実現に有効であることがわかる。
【００４８】
なお、無人航空機１が建物３内に進入することができる場合には、物資５を投射せずに被救護者４に接近し、物資５を渡すこととしてもよい。また、物資５の使用方法や避難方法などを伝えるメッセージをスピーカ２９から発してもよい。
【００４９】
ステップＳ３０において、ユーザは、無人航空機１に消火剤を投射させる（消防活動の手順（３）の支援）。消火剤としては、例えば、投射された後、所定時間が経過すると自動的に破裂して消火剤が飛散する消火弾が用いられ、投射カートリッジに必要な数だけ搭載される。なお、ここで用いられる消火剤は、被救護者近辺や被救護者の救出ルートを確保することを目的とするとき、大量である必要はない。無人航空機の機動力の高さとペイロードの上限を考慮すれば、火災現場の初動活動に無人航空機を活用することは有効である。また、投射カートリッジの投射方法は、ステップＳ２０と同様である。このときも、投射制御部２０ｂは、投射の反力による変位及び運動を抑制するための演算を行い、駆動制御部２０ａはこの演算結果に基づいてモータ１２を制御する。
【００５０】
ステップＳ４０において、ユーザは、無人航空機１を火災現場から一旦退避させる。消防活動の手順（４）においては、大掛かりな消火活動が行われるため、無人航空機１が建物３内に入ることは困難であることが多い。
【００５１】
鎮火の後、ステップＳ５０において、ユーザは、無人航空機１を建物３内に進入させ、撮影を行わせると共に、温度やＣＯ濃度等の各種測定を行わせる（消防活動の手順（５）の支援）。得られた画像や測定データは、安全性の検証と、その後の現場検証に利用される。測定項目は特に限定されず、必要な測定項目に応じたセンサ（例えばＣＯセンサ）は、予め無人航空機１に搭載しておく。
【００５２】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、投射機能を備えた無人航空機１を用いることにより、火災現場に取り残された被救護者４に必要な物資５を確実に届けることが可能となる。
【００５３】
また、本発明の第１の実施形態によれば、物資５を格納した投射カートリッジを投射する際に、非線形制御を行うことにより投射の反力を抑制するので、無人航空機１の意図しない変位や運動を抑制することができ、安定した飛行状態を担保することが可能となる。ここで、無人航空機に単に投射機能を設けたとしても、投射の反力を抑制するための制御を行わない場合、又は、そのような制御が一般的な線形制御（ＰＩＤ制御）に留まる場合には、反力により機体が大きく揺れてしまったり、反力の影響があまり大きくならない範囲で投射することにより物資を目標地点まで到達させることができなくなったりするおそれがある。それに対し、上述したように、本実施形態においては非線形制御により投射の反力を抑制するため、十分な発射速度で投射カートリッジを投射することができ、安定した状態で、物資を目標地点まで確実に到達させることが可能となる。
【００５４】
また、本発明の第１の実施形態によれば、上述した制御の下で複数のロータを駆動することにより投射の反力を抑制するので、後方への噴射機構といった構成を追加する必要がなくなり、無人航空機の大型化を抑制することができる。
【００５５】
また、本発明の第１の実施形態によれば、無人航空機１は表面温度が所定値を超えた場合には自動的に退避動作を取るので、火災現場にも無理なく無人航空機１を投入して、状況把握や物資の運搬等の支援を行うことが可能となる。
【００５６】
なお、上記実施形態においては、投射カートリッジを投射する際の投射の反力を抑制するための制御手法として、スライディングモード制御などの非線形制御を採用することとしたが、飛行全般においても非線形制御を採用することにより、無人航空機１を安定して飛行させることが可能である。
【００５７】
例えば、辛振玉、野波健蔵「小型無人ヘリコプタ用小型姿勢安定化装置の開発」（第４７回自動制御連合講演会講演論文集、第４７巻第２５７号第２６３１〜２６３７頁（２００４年１１月２６日、千葉）、日本機械学会））には、ヘリコプタ本体が旋回して移動する際の外力（即ち、旋回による遠心力及び連続的な加速度）を受けたときのＭＡＲＧ（磁気、角速度、重力）センサの姿勢決定誤差を考慮したＲＴＫ（Real  Time  Kinematic）−ＧＰＳを用いた実験により、外力による姿勢誤差を検証すると共にこれを修正できたことが示されている。
【００５８】
また、辛振玉、野波健蔵、等「小型無人ヘリコプタのモデルベース最適姿勢制御および位置制御」（日本機械学会論文集（Ｃ編）、第７０巻第６９７号第２６３１〜２６３７頁（２００４年９月））においては、完全自律小型無人ヘリコプタに関して、ＭＩＭＯ（Multi-Input  Multi-output）モデルを用い、連成項を考慮した最適制御（ＬＱ）による有効性と制御性能の実験及びシミュレーションを行ったところ、正確な線形モデルベースの制御により、制御帯域を広くすることで、より正確な姿勢サーボ制御と位置制御ができ、また、姿勢サーボ制御系と位置決め制御系の二重構造とした階層制御系構成を適用することにより、ヘリコプタの姿勢角を抑制することで非線形効果を抑制できるという結論が得られている
【００５９】
さらに、中澤大輔、野波健蔵、等「規範モデル追従型モデル予測制御による小型無人ヘリコプタの軌道追従制御」（日本機械学会論文集（Ｃ編）、第７４巻第７４６号第２５０４〜２５１１（２００８年１０月））には、小型無人ヘリコプタの並進方向の誘導制御に規範モデル追従型モデル予測制御を適用すると共に、高度制御に規範モデル追従型ＬＱＩ制御を適用し、実験により制御性能を評価したところ、追従誤差±０．５００ｍ程度の高精度な目標値追従性能を有する並進飛行制御が実現され、高度変化を伴う飛行制御に関しても、強風下においても良好な制御性能が達成できることが示されている。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本発明の第２の実施形態に係る無人航空機の構成は全体として上記第１の実施形態と同様であり、当該無人航空機の運用方法が上記第１の実施形態と異なる。即ち、上記第１の実施形態では、ステップＳ３０（図４参照）において、無人航空機１から消火剤を建物内３に投射することとしたが、無人航空機１を建物３内に直接進入させて消火活動を行っても良い。この場合、無人航空機１に、投射装置２６の代わりに又は投射装置２６と共に、消火剤が充填された容器を保持し、該容器から消火剤を散布する散布装置を搭載しておく。ユーザは、無人航空機１を建物３内に誘導して消火剤を散布させる遠隔操作を行うが、この際、無人航空機１において、制御部２０が消火剤散布の反力による変位及び運動を抑制するための演算を行い、この演算結果に基づいてモータ１２を制御しても良い。消火剤の散布後、ユーザは、無人航空機１を退避させる遠隔操作を行う。
【００６１】
また、第２の実施形態の変形例として、無人航空機１の無事回収を前提としない場合には、所定の条件の下で消火剤を自動散布する散布装置を無人航空機１に搭載しても良い。具体的には、所定時間が経過すると消火剤の容器が破裂して消火剤が飛散するタイマー方式、所定温度を超えると同様に消火剤が飛散する温度制御方式、一定以上の衝撃が加わると同様に消火剤が飛散する方式等が挙げられる。この場合、ユーザは、無人航空機１を建物３内に誘導した後、タイマー設定など散布装置の方式に応じた遠隔操作を行い、その後遠隔操作を停止する。本変形例によれば、無人航空機１の退避が困難な火災現場においても、消火剤を目標地点に確実に散布することが可能となる。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る無人航空機の外観図である。図５に示すように、本実施形態に係る無人航空機は、上記第１の実施形態と同様の無人航空機１に対し、投射装置２６（図２参照）の代わりに小型の無人航空機６を備えたものである。
【００６３】
無人航空機６は、無人航空機１と同様に複数のロータを備え、遠隔操作装置を用いた遠隔操作、又は、自律制御によって飛行する。また、無人航空機６には、火災現場において用いられる物資や消火剤等が積み込まれる物資運搬部７が設けられている。このような無人航空機６は、遠隔操作によりリリース可能な連結部８により、無人航空機１に連結されている。なお、図５においては、１つの無人航空機１に対して１つの無人航空機６を連結した状態を示しているが、無人航空機１に複数の連結部８を設けることにより複数の無人航空機６を連結させても良い。
【００６４】
次に、無人航空機１、６を用いた火災現場における支援方法について説明する。本実施形態においては、物資運搬部７に救護用の物資や消火剤を積み込み、無人航空機６を無人航空機１に連結した状態で、無人航空機１に無人航空機６を運搬させる。図１に示すように、建物３内に被救護者４が取り残されている場合には、無人航空機１を建物３の近傍まで飛行させた後で連結部８をリリースし、遠隔操作により無人航空機６のみを建物３内に進入させ、物資を被救護者４に届ける。また、消火活動を行う場合には、同様に無人航空機６のみを建物３内に進入させ、消火剤を散布させる。これらの場合、無人航空機６は回収しなくても良く、無人航空機６をリリースした後、無人航空機１を火災現場から退避させる。
【００６５】
本実施形態によれば、遠隔操作により無人航空機６を建物３内に誘導するので、目標地点まで物資を確実に届け、或いは、目標地点に消火剤を確実に散布することが可能となる。また、比較的大型の無人航空機１により無人航空機６を運搬するので、気流の影響やバッテリー切れ等を懸念することなく、無人航空機６を安定して火災現場まで運ぶことができる。従って、無人航空機６の小型化や軽量化、さらにはコスト削減も可能となる。
【００６６】
なお、無人航空機１により無人航空機６を運搬する方式は、図５に示す連結方式に限定されない。例えば、大型の無人航空機の内部に収納庫を設け、この収納庫に複数の小型無人航空機を収納する方式であっても良い。
【００６７】
なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変更が可能である。例えば、上述した実施形態における各部材の形状、数、又は配置等は適宜変更される。例えば、本発明の実施形態に係る無人航空機が有するロータの数は６つに限定されず、５つ以下又は７つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１、６  無人航空機
２  遠隔操作装置（プロポ）
３  建物
４  被救護者
５  物資
７  物資運搬部
８  連結部
１０  本体部
１１  アーム
１２  モータ
１３  ロータ
１４  脚部
２０  制御部
２０ａ  駆動制御部
２０ｂ  投射制御部
２０ｃ  退避制御部
２１  通信部
２２  各種センサ
２３  位置検出部
２４  撮影部
２５  記憶部
２６  投射装置
２７  投射用撮影部
２８  温度センサ
２９  スピーカ
３０  電源
【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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