(57)【要約】【課題】水平方向の位置を変更する場合の応答性を向上する。【解決手段】飛行体システム１００は、第１飛行体１と、ホース２と、第２飛行体３とを備える。第２飛行体３は、ワインダ３１を備える。ホース２は、一方端が第１飛行体１に固定され、他方端がワインダ３１に固定される。ワインダ３１は、ホース２の巻き取り及び巻き解きを実行する。ホース２は、第１飛行体１を懸架する。第１飛行体１は、複数の第１ロータ１１と、少なくとも１つの第２ロータ１２とを備える。第１ロータ１１は、第１方向Ｄ１の推力を発生する。第２ロータ１２は、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２の推力を発生する。第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の各々は、ホース２による張力Ｔが第１飛行体１に作用する方向と直交する。【選択図】図２
2019180762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向の推力を発生する複数の第１ロータと、
前記第１方向と交差する第２方向の推力を発生する少なくとも１つの第２ロータと
を備える飛行体であって、
前記飛行体は、可撓性部材によって懸架され、
前記第１方向及び前記第２方向の各々は、前記可撓性部材による付勢力が前記飛行体に作用する方向と直交する方向を示す、飛行体。
【請求項２】
前記第２方向は、前記第１方向と直交する方向を示す、請求項１に記載の飛行体。
【請求項３】
前記第１ロータの推力によって前記飛行体の姿勢角度を制御する制御装置を更に備え、
前記制御装置は、前記第１ロータの推力と前記第２ロータの推力とによって前記飛行体の位置を制御する、請求項１又は請求項２に記載の飛行体。
【請求項４】
被吐出剤の吐出方向を調整する調整機構を更に備え、
前記制御装置は、前記調整機構を介して前記被吐出剤の吐出方向を制御し、
前記可撓性部材は、前記被吐出剤を前記飛行体に供給する、請求項３に記載の飛行体。
【請求項５】
カメラと、
前記カメラを支持するジンバルと
を更に備え、
前記制御装置は、前記カメラが所定位置の画像情報を生成するように、前記飛行体の姿勢角度、前記飛行体の位置、及び前記ジンバルの角度を制御し、
前記飛行体の姿勢角度と前記ジンバルの角度とは、前記カメラの向きを規定する、請求項３又は請求項４に記載の飛行体。
【請求項６】
前記第１ロータは、前記第１ロータの推力によって前記飛行体に作用するトルクのトルクアームが所定長以上になるように、前記第１方向の推力を発生する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の飛行体。
【請求項７】
第１飛行体と、
ワインダと、
一方端が前記第１飛行体に固定され、他方端が前記ワインダに固定される可撓性部材と
を備え、
前記可撓性部材は、前記第１飛行体を懸架し、
前記ワインダは、前記可撓性部材の巻き取り及び巻き解きを実行し、
前記第１飛行体は、
第１方向の推力を発生する複数の第１ロータと、
前記第１方向と交差する第２方向の推力を発生する少なくとも１つの第２ロータと
を備え、
前記第１方向及び前記第２方向の各々は、前記可撓性部材による付勢力が前記第１飛行体に作用する方向と直交する、飛行体システム。
【請求項８】
第２飛行体を更に備え、
前記ワインダは、前記第２飛行体に固定される、請求項７に記載の飛行体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体、及び飛行体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のヘリコプタは、ロープによって建物に懸架される。ヘリコプタは、４つのロータを備える。４つのロータの各々は上向きの推力を発生する。ヘリコプタは、４つのロータの推力を制御することによって水平方向に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１９０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のヘリコプタは、４つのロータの各々が上向きの推力を発生するため、水平方向の位置を変更する場合に応答性が充分ではない可能性がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、水平方向の位置を変更する場合の応答性を向上可能な飛行体、及び飛行体システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る飛行体は、複数の第１ロータと、少なくとも１つの第２ロータとを備える。前記第１ロータは、第１方向の推力を発生する。前記第２ロータは、前記第１方向と交差する第２方向の推力を発生する。前記飛行体は、可撓性部材によって懸架される。前記第１方向及び前記第２方向の各々は、前記可撓性部材による付勢力が前記飛行体に作用する方向と直交する。
【０００７】
本発明に係る飛行体は、前記第２方向が前記第１方向と直交する方向を示すことが好ましい。
【０００８】
本発明に係る飛行体は、前記第１ロータの推力によって前記飛行体の姿勢角度を制御する制御装置を更に備えることが好ましい。前記制御装置は、前記第１ロータの推力と前記第２ロータの推力とによって前記飛行体の位置を制御することが好ましい。
【０００９】
本発明に係る飛行体は、被吐出剤の吐出方向を調整する調整機構を更に備えることが好ましい。前記制御装置は、前記調整機構を介して前記被吐出剤の吐出方向を制御することが好ましい。前記可撓性部材は、前記被吐出剤を前記飛行体に供給することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る飛行体は、カメラと、前記カメラを支持するジンバルとを更に備えることが好ましい。前記制御装置は、前記カメラが所定位置の画像情報を生成するように、前記飛行体の姿勢角度、前記飛行体の位置、及び前記ジンバルの角度を制御することが好ましい。前記飛行体の姿勢角度と前記ジンバルの角度とは、前記カメラの向きを規定することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る飛行体は、前記第１ロータの推力によって前記飛行体に作用するトルクのトルクアームが所定長以上となるように、前記第１ロータが前記第１方向の推力を発生することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る飛行体システムは、第１飛行体と、ワインダと、可撓性部材とを備える。前記可撓性部材は、一方端が前記第１飛行体に固定され、他方端が前記ワインダに固定される。前記可撓性部材は、前記第１飛行体を懸架する。前記ワインダは、前記可撓性部材の巻き取り及び巻き解きを実行する。前記第１飛行体は、複数の第１ロータと、少なくとも１つの第２ロータとを備える。前記第１ロータは、第１方向の推力を発生する。前記第２ロータは、前記第１方向と交差する第２方向の推力を発生する。前記第１方向及び前記第２方向の各々は、前記可撓性部材による付勢力が前記第１飛行体に作用する方向と直交する。
【００１３】
本発明に係る飛行体システムは、前記第２飛行体を更に備えることが好ましい。前記ワインダは、前記第２飛行体に固定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の飛行体、及び飛行体システムによれば、水平方向の位置を変更する場合の応答性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る飛行体システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る第１飛行体の構成の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る第２飛行体の構成の一例を示す図である。
【図４】第１飛行体の位置を規定する座標系の一例を示す図である。
【図５】第１飛行体の傾き角の一例を示す図である。
【図６】第１飛行体の第１ロータ及び第２ロータの推力を制御する制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】第１飛行体の第１ロータの推力を制御する制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態に係る第１飛行体の構成の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施形態に係る第１飛行体の構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面（図１〜図９）を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００１７】
まず、図１を参照して本発明の実施形態に係る飛行体システム１００の構成について説明する。図１は、飛行体システム１００の構成を示す図である。図１に示すように、飛行体システム１００は、第１飛行体１と、ホース２と、第２飛行体３とを備える。
【００１８】
第１飛行体１は、複数のロータを有する。第１飛行体１は、消火剤を消火対象物ＰＥに向けて吐出する。消火剤は、例えば水である。消火剤は、泡でもよいし、粉でもよい。なお、第１飛行体１には、オペレータは搭乗しない。換言すれば、第１飛行体１は、無人の飛行体である。第１飛行体１は、「飛行体」の一例に相当する。
【００１９】
ホース２は、可撓性を有する部材で形成される。ホース２は、第１飛行体１を懸架し、第１飛行体１に電力及び消火剤を供給する。ホース２の一方端は、第１飛行体１に固定され、ホース２の他方端は第２飛行体３に固定される。一方端は、例えば下端であり、他方端は例えば上端である。ホース２は、「可撓性部材」の一例に相当する。
【００２０】
「ホース２が第１飛行体１を懸架する」とは、ホース２から第１飛行体１に作用する力の鉛直方向成分が、第１飛行体１に作用する重力と逆方向に作用することを意味する。更に具体的には、ホース２から第１飛行体１に作用する力の鉛直方向成分の大きさが、第１飛行体１に作用する重力の大きさの半分以上であることを意味する。なお、ホース２の強度を確保するために、ワイヤーをホース２に沿って設けてもよい。
【００２１】
第２飛行体３は、第１飛行体１と離間する側のホース２の端部に接続されている。換言すれば、第２飛行体３は、ホース２を介して第１飛行体１を懸架する。第２飛行体３は、例えばヘリコプタである。第２飛行体３には、オペレータが搭乗してもよいし、搭乗しなくてもよい。換言すれば、第２飛行体３は、有人の飛行体でもよいし、無人の飛行体でもよい。本発明の実施形態では、第２飛行体３が、有人の飛行体である場合について説明する。
【００２２】
以上、図１を参照して説明したように、本発明の実施形態では、ホース２が第１飛行体１を懸架するため、第１飛行体１の消費電力を低減できる。更に、ホース２が第１飛行体１に電力を供給するため、第１飛行体１の飛行可能時間を増加できる。「飛行可能時間」とは、連続して飛行できる時間を示す。
【００２３】
また、ホース２は、電力と消火剤とを第１飛行体１に供給する。よって、第１飛行体１はバッテリを備える必要がない。また、第１飛行体１は消火剤を貯留するタンクを備える必要がない。したがって、第１飛行体１を軽量化できる。
【００２４】
なお、本発明の実施形態では、第１飛行体１がホース２によって懸架されるが、本発明はこれに限定されない。第１飛行体１が可撓性部材によって懸架されればよい。第１飛行体１がロープによって懸架されてもよいし、第１飛行体１がケーブルによって懸架されてもよい。
【００２５】
また、本発明の実施形態では、ホース２が第１飛行体１を懸架し、ホース２が第１飛行体１に電力及び消火剤を供給するが、本発明はこれに限定されない。ホース２が第１飛行体１を懸架すればよい。ホース２が第１飛行体１に電力及び消火剤の一方を供給してもよいし、ホース２が第１飛行体１に電力及び消火剤を供給しなくてもよい。
【００２６】
また、本発明の実施形態では、飛行体システム１００の第１飛行体１が消火剤を消火対象物ＰＥに向けて吐出するが、本発明はこれに限定されない。飛行体システム１００が、第１飛行体１と、ホース２と、第２飛行体３とを備えればよい。飛行体システム１００の第１飛行体１が、例えば建造物の壁面のサーモグラフィーを取得してもよい。この場合には、サーモグラフィーによってコンクリートの劣化を診断できる。この場合の第１飛行体１の構成については、後述にて図８を参照して説明する。
【００２７】
また、本発明の実施形態では、ホース２の上端が第２飛行体３に固定されるが、本発明はこれに限定されない。ホース２が第１飛行体１を懸架すればよい。ホース２の上端が、例えば建物の屋上に固定されてもよい。
【００２８】
次に、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る第１飛行体１の構成について説明する。図２は、第１飛行体１の構成を示す斜視図である。図２に示すように、第１飛行体１は、基体１０、第１ロータ１１、第２ロータ１２、モータＭ、吐出方向調整機構１３及び通信装置１４を備える。
【００２９】
基体１０は、第１ロータ１１、第２ロータ１２、モータＭ、吐出方向調整機構１３及び通信装置１４を支持する。基体１０は、ホース２の下方側端部に固定されている。基体１０は、直方体状に形成される。基体１０の長手方向の中心軸は、略水平方向に沿う。基体１０の上面の長手方向の中心に、ホース２の下方側端部が固定される。
【００３０】
第１ロータ１１は、第１方向Ｄ１の推力を発生する。第１方向Ｄ１は、ホース２による張力Ｔが第１飛行体１に作用する方向と直交する方向を示す。例えば、第１方向Ｄ１は、基体１０の前後方向を示す。第１ロータ１１は、第１飛行体１に推力を付与する。第１ロータ１１は、第１ロータ１１１、第１ロータ１１２、第１ロータ１１３及び第１ロータ１１４を備える。第１ロータ１１１〜第１ロータ１１４の各々は、モータＭによって駆動される。第１ロータ１１１及び第１ロータ１１３は、基体１０の一方側側面に配置され、第１ロータ１１２及び第１ロータ１１４は、基体１０の他方側側面に配置される。一方側側面は、手前側の側面を示し、他方側側面は、奥側の側面を示す。
【００３１】
第１ロータ１１１及び第１ロータ１１２は、基体１０の左右方向の一方側端部に配置され、第１ロータ１１３及び第１ロータ１１４は、基体１０の左右方向の他方側端部に配置される。一方側端部は、右側端部を示し、他方側端部は、左側端部を示す。
【００３２】
トルクアームＴＡ１は、所定長ＴＡ０以上である。トルクアームＴＡ１は、第１ロータ１１１及び第１ロータ１１２の各々の推力によって第１飛行体１に作用するトルクのトルクアームを示す。また、トルクアームＴＡ２は、所定長ＴＡ０以上である。トルクアームＴＡ２は、第１ロータ１１３及び第１ロータ１１４の各々の推力によって第１飛行体１に作用するトルクのトルクアームを示す。所定長ＴＡ０は、例えば長さＬ１の１／４である。長さＬ１は、基体１０の左右方向の長さを示す。
【００３３】
第２ロータ１２は、第２方向Ｄ２の推力を発生する。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と交差する方向を示す。具体的には、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交する方向を示す。また、第２方向Ｄ２は、ホース２による張力Ｔが第１飛行体１に作用する方向と直交する方向を示す。張力Ｔは、具体的には、第１飛行体１に略上方向に作用する。張力Ｔは、「付勢力」の一例に相当する。第２方向Ｄ２は、基体１０の左右方向を示す。第２ロータ１２は、第１飛行体１に推力を付与する。第２ロータ１２は、第２ロータ１２１と、第２ロータ１２２とを備える。第２ロータ１２１及び第２ロータ１２２の各々は、モータＭによって駆動される。
【００３４】
第２ロータ１２１は、基体１０の一方側側面に配置され、第２ロータ１２２は、基体１０の他方側側面に配置される。一方側側面は、右側側面を示し、他方側側面は、左側側面を示す。
【００３５】
吐出方向調整機構１３は、ノズル１３１を備える。ノズル１３１は、消火剤の吐出方向を規定する。ノズル１３１は、例えば、円筒状に形成され、ホース２から供給された消火剤を吐出する。消火剤は、「被吐出剤」の一例に相当する。
【００３６】
吐出方向調整機構１３は、ノズル１３１の先端を上下方向Ｄ３及び左右方向Ｄ４に調整する。吐出方向調整機構１３は、例えば、モータ（図示省略）によってノズル１３１の先端を上下方向Ｄ３に調整し、別のモータ（図示省略）によってノズル１３１の先端を左右方向Ｄ４に調整する。
【００３７】
通信装置１４は、制御装置と通信する。具体的には、通信装置１４は、制御装置と無線通信する。なお、通信装置１４が、制御装置と有線通信してもよい。
通信装置１４が制御装置と有線通信する場合には、通信線はホース２に沿って配置される。また、通信装置１４は、制御装置からの指示情報を、モータＭ及び吐出方向調整機構１３に伝送する。制御装置については、後述にて図３を参照して詳細に説明する。
【００３８】
以上、図１及び図２を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第１飛行体１は、第１方向Ｄ１の推力を発生する第１ロータ１１と、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２の推力を発生する第２ロータ１２とを備える。第１ロータ１１は、第１ロータ１１１〜第１ロータ１１４を備える。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と交差する方向を示す。また、第２方向Ｄ２は、ホース２による張力Ｔが第１飛行体１に作用する方向と直交する方向を示す。よって、第１ロータ１１の推力及び第２ロータ１２の推力によって水平方向の位置を制御できる。すなわち、第１ロータ１１の推力によって前後方向の位置を制御し、第２ロータ１２の推力によって左右方向の位置を制御できる。したがって、水平方向の位置を変更する場合の応答性を向上できる。この点については、後述にて図６を参照して詳細に説明する。
【００３９】
また、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交する方向を示す。したがって、水平方向の位置を変更する場合の応答性を更に向上できる。
【００４０】
また、第１ロータ１１は、第１ロータ１１の推力によって第１飛行体１に作用するトルクのトルクアームＴＡ１及びトルクアームＴＡ２の各々が所定長ＴＡ０以上になるように、第１方向Ｄ１の推力を発生する。したがって、第１ロータ１１の推力によって第１飛行体１の姿勢角度を更に応答性良好に制御できる。「姿勢角度」については、後述にて図５を参照して詳細に説明する。
【００４１】
なお、本発明の実施形態では、第１ロータ１１が４つのロータ（第１ロータ１１１〜第１ロータ１１４）を備えるが、本発明はこれに限定されない。第１ロータ１１が複数のロータを備えればよい。例えば、第１ロータ１１が２つのロータから構成されてもよいし、第１ロータ１１が３つのロータから構成されてもよい。また、第１ロータ１１が５つ以上のロータから構成されてもよい。
【００４２】
また、本発明の実施形態では、第２ロータ１２が２つのロータ（第２ロータ１２１及び第２ロータ１２２）を備えるが、本発明はこれに限定されない。第２ロータ１２が少なくとも１つのロータを備えればよい。第２ロータ１２が、例えば１つのロータから構成されてもよい。また、第２ロータ１２が、例えば３つ以上のロータから構成されてもよい。
【００４３】
また、本発明の実施形態では、吐出方向調整機構１３が消火剤の吐出方向を調整するが、本発明はこれに限定されない。吐出方向調整機構１３が被吐出剤の吐出方向を調整すればよい。「被吐出剤」は、例えば農薬を含む。また、「被吐出剤」は、液体であってもよいし、紛体であってもよいし、気体であってもよい。
【００４４】
次に、図１〜図３を参照して、本発明の実施形態に係る第２飛行体３の構成について説明する。図３は、第２飛行体３の構成を示す図である。図３に示すように、第２飛行体３は、ワインダ３１、タンク３２、ポンプ３３及び制御装置３４を備える。
【００４５】
ワインダ３１は、ホース２の巻き取り及び巻き解きを実行する。ホース２は、一方側端部がワインダ３１に接続され、他方側端部が第１飛行体１に固定されている。ホース２の一方側端部と他方側端部との間には、支点ＰＨが配置される。支点ＰＨは、ホース２を介して第１飛行体１を懸架する。そして、支点ＰＨと第１飛行体１との間のホース２には張力Ｔが作用する。支点ＰＨは、例えば、第２飛行体３の床面に配置される。支点ＰＨには、例えば、滑車（図示省略）が配置され、ワインダ３１がホース２をスムーズに巻き取り及び巻き解きできるように構成される。
【００４６】
タンク３２は、消火剤ＦＥを貯留する。タンク３２に貯留された消火剤ＦＥは、ポンプ３３によってホース２を介して第１飛行体１に供給される。
【００４７】
ポンプ３３は、ホース２を介して消火剤ＦＥを第１飛行体１に圧送する。具体的には、ポンプ３３は、タンク３２に貯留された消火剤ＦＥを、ホース２を介して第１飛行体１に圧送する。ポンプ３３は、タンク３２の下端位置の近傍に接続される。
【００４８】
制御装置３４は、ワインダ３１、第１ロータ１１、第２ロータ１２及び吐出方向調整機構１３を制御する。具体的には、制御装置３４は、第１ロータ１１の推力ＦＡによって第１飛行体１の姿勢角度を制御する。また、制御装置３４は、第１ロータ１１の推力ＦＡ及び第２ロータ１２の推力ＦＢによって第１飛行体１の位置を制御する。制御装置３４は、「飛行体」の一部を構成する。
【００４９】
更に、制御装置３４は、ワインダ３１によるホース２の巻き取り及び巻き解きを制御する。また、制御装置３４は、図２に示す吐出方向調整機構１３を介して消火剤ＦＥの吐出方向を制御する。本発明の実施形態では、図３に示す第１ロータ１１の推力ＦＡは、推力Ｆ１１と、推力Ｆ１２とから構成される。推力Ｆ１１は、第１ロータ１１１の推力と第１ロータ１１２の推力とを合成した推力を示す。推力Ｆ１２は、第１ロータ１１３の推力と第１ロータ１１４の推力とを合成した推力を示す。
【００５０】
制御装置３４は、ユーザーＵからの操作を受け付ける。具体的には、制御装置３４は、ユーザーＵから第１飛行体１の位置の指示と、第１飛行体１の姿勢角度の指示とを受け付ける。また、制御装置３４は、ユーザーＵから消火剤ＦＥの吐出方向の指示を受け付ける。
【００５１】
以上、図１〜図３を参照して説明したように、本発明の実施形態では、制御装置３４は、第１ロータ１１の推力ＦＡによって第１飛行体１の姿勢角度を制御し、第１ロータ１１の推力ＦＡと第２ロータ１２の推力ＦＢとによって第１飛行体１の位置を制御する。よって、第１飛行体１の姿勢角度と第１飛行体１の位置とを応答性良好に制御できる。この点については、後述にて図６を参照して詳細に説明する。
【００５２】
また、第２飛行体３は、ホース２の巻き取り及び巻き解きを行うワインダ３１を備える。したがって、第２飛行体３の高さを一定にした状態で、第１飛行体１の高さを容易に変更できる。
【００５３】
また、第２飛行体３は、消火剤ＦＥを貯留するタンク３２と、ホース２を介して消火剤ＦＥを第１飛行体１に圧送するポンプ３３とを備える。そこで、第１飛行体１にタンク及びポンプを配置する必要がない。よって、第１飛行体１を軽量化できる。したがって、第１飛行体１の消費電力を更に低減できる。その結果、第１飛行体１の飛行可能時間を更に増加できる。
【００５４】
また、制御装置３４が、吐出方向調整機構１３を介して消火剤ＦＥの吐出方向を制御する。したがって、消火剤ＦＥを所望する方向に吐出できる。
【００５５】
なお、本発明の実施形態では、制御装置３４が第２飛行体３に配置されるが、本発明はこれに限定されない。制御装置３４がユーザーによって操作可能に配置されればよい。制御装置３４は、例えば、地上に居るユーザーが把持してもよい。
【００５６】
次に、図１〜図４を参照して、第１飛行体１の位置を規定する座標系について説明する。図４は、第１飛行体１の位置を規定する座標系を示す図である。図４に示すように、支点ＰＨは、座標系の原点に位置している。本発明の実施形態では、支点ＰＨと第１飛行体１との間のホース２の中心線は直線であるとして説明する。
【００５７】
第１飛行体１の位置を規定する座標系は、直交座標系と極座標系とを含む。直交座標系は、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸とから構成される。Ｘ軸とＺ軸とは、水平面に平行である。Ｙ軸は、鉛直方向に平行である。Ｙ軸の正方向は、上方向を示す。
【００５８】
極座標系は、Ｙ軸と角αと角βとから構成される。角αは、ホース２を示す直線とＹ軸とのなす角を示す。ホース２を示す直線は、支点ＰＨと点Ｈとを通る直線を示す。点Ｈは、第１飛行体１がホース２に固定される点を示す。角βは、Ｙ軸とホース２を示す直線とを含む平面ＦＰが、Ｘ軸となす角を示す。平面ＦＰは、Ｙ軸と点Ｈとを含む平面を示す。角αは、次の式（１）を満たし、角βは、次の式（２）を満たす。なお、以下の説明において、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、点Ｈの座標を示す。
α＝ａｒｃｔａｎ（（Ｘ2＋Ｚ2）1/2／−Ｙ）      （１）
β＝ａｒｃｃｏｓ（Ｘ／（Ｘ2＋Ｚ2）1/2）      （２）
【００５９】
次に、第１飛行体１の運動方程式を規定する局所座標系について説明する。まず、第１座標系について説明する。第１座標系の原点は、点Ｈであり、第１座標系は、互いに直交するＰＡ軸とＱＡ軸とＲＡ軸とから構成される。ＰＡ軸の正方向は、ホース２による張力Ｔが第１飛行体１に作用する方向を示す。ＱＡ軸は、平面ＦＨ内においてＰＡ軸と直交する。平面ＦＨは、点Ｈを含みＸ−Ｚ平面と平行な平面を示す。ＲＡ軸は、ＰＡ軸及びＱＡ軸の各々に直交し、第１座標系は右手系を構成する。
【００６０】
次に、図１〜図５を参照して、第１飛行体１の傾き角γについて説明する。図５は、第１飛行体１の傾き角γを示す図である。図５に示すように、第２座標系の原点は、点Ｈであり、第２座標系は、互いに直交するＰＢ軸とＱＢ軸とＲＢ軸とから構成される。ＰＢ軸は、ＰＡ軸と平行である。ＱＢ軸は、第１ロータ１１１〜１１４の推力ＦＡの方向と平行である。ＲＢ軸は、ＰＢ軸及びＱＢ軸の各々に直交し、第２座標系は右手系を構成する。傾き角γは、ＱＢ軸とＱＡ軸とのなす角を示す。傾き角γは、「姿勢角度」の一例に相当する。
【００６１】
図５に示すように、傾き角γは、ＱＢ軸の正方向が、ＱＡ軸の正方向に対してなす角度を示す。
【００６２】
第１飛行体１のＱＢ軸方向（角α方向）の運動方程式は、次の式（３）で表される。
【数１】
2019180762.tif 000003
ここで、長さＬは、ホース２の長さを示す。具体的には、図４に示す支点ＰＨと点Ｈとの間の距離を示す。質量ｍは、第１飛行体１の質量を示す。加速度ｇは、重力加速度を示す。推力ＦＮは、第１ロータ１１によるＱＢ軸の正方向の推力を示す。
【００６３】
第１飛行体１のＲＢ軸方向（角β方向）の運動方程式は、次の式（４）で表される。
【数２】
2019180762.tif 000004
ここで、推力ＦＴは、第２ロータ１２によるＲＢ軸の正方向の推力を示す。
【００６４】
第１飛行体１の傾き角γ方向の運動方程式は、次の式（５）で表される。
【数３】
2019180762.tif 000005
ここで、慣性モーメントＩは、第１飛行体１の傾き角γ方向の慣性モーメントを示す。モーメントΔＦγは、第１飛行体１に対して傾き角γ方向に作用するモーメントを示す。モーメントΔＦγは、推力Ｆ１１とトルクアームＴＡ１との積と、推力Ｆ１２とトルクアームＴＡ２との積とによって規定される。
【００６５】
次に、図１〜図６を参照して、第１ロータ１１及び第２ロータ１２の推力を制御する制御装置３４の構成について説明する。図６は、制御装置３４の構成を示すブロック図である。
【００６６】
図６に示すように、制御装置３４は、推力Ｆ１と推力Ｆ２と推力Ｆ３と推力Ｆ４と推力Ｆ５と推力Ｆ６とを制御する。推力Ｆ１は、第１ロータ１１１の推力を示す。推力Ｆ２は、第１ロータ１１２の推力を示す。推力Ｆ３は、第１ロータ１１３の推力を示す。推力Ｆ４は、第１ロータ１１４の推力を示す。推力Ｆ５は、第２ロータ１２１の推力を示す。推力Ｆ６は、第２ロータ１２２の推力を示す。
【００６７】
更に具体的には、制御装置３４は、目標値αｒｅｆ、目標値βｒｅｆ及び目標値γｒｅｆに基づいて、推力Ｆ１、推力Ｆ２、推力Ｆ３、推力Ｆ４、推力Ｆ５及び推力Ｆ６を制御する。目標値αｒｅｆは、角α方向に対する目標値を示す。目標値βｒｅｆは、角β方向に対する目標値を示す。目標値γｒｅｆは、傾き角γ方向に対する目標値を示す。目標値αｒｅｆ、目標値βｒｅｆ及び目標値γｒｅｆは、例えば、ユーザーＵが指示する。
【００６８】
制御装置３４は、角α方向の位置偏差に対してＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御を行い、操作量ｕＱＡを求める。操作量ｕＱＡは、軸ＱＡ方向（角α方向）の操作量を示す。また、操作量ｕＱＡに重力補償量ＧＣを加算して操作量ｕＱＡＭを求める。重力補償量ＧＣは、次の式（６）で表される。
ＧＣ＝ｍｇＬｓｉｎα      （６）
すなわち、角α方向は、重力に逆らって第１飛行体１を上昇させる方向である（図４参照）。そこで、重力補償量ＧＣは、第１飛行体１に作用する重力の角α方向の成分を補償する。
【００６９】
制御装置３４は、角β方向の位置偏差に対してＰＩＤ制御を行い、操作量ｕＲＡを求める。操作量ｕＲＡは、軸ＲＡ方向（角β方向）の操作量を示す。
【００７０】
そして、操作量ｕＱＡＭ及び操作量ｕＲＡから次の式（７）を用いて、操作量ｕＱＢと操作量ｕＲＢとを算出する。操作量ｕＱＢは、軸ＱＢ方向の操作量を示し、操作量ｕＲＢは、軸ＲＢ方向の操作量を示す。式（７）の右辺に示す行列は、傾き角γ方向の回転を示す回転行列である。
【数４】
2019180762.tif 000006
【００７１】
制御装置３４は、傾き角γ方向の偏差に対してＰＩＤ制御を行い、操作量ｕγを求める。
【００７２】
操作量ｕＱＢと操作量ｕＲＢと操作量ｕγとから次の式（８）を用いて出力目標値ｕ１１、出力目標値ｕ１２、出力目標値ｕ２１及び出力目標値ｕ２２を算出する。
【数５】
2019180762.tif 000007
式（８）の右辺に示す行列は、分配行列である。出力目標値ｕ１１は、第１ロータ１１１を駆動するモータＭの出力と第１ロータ１１２を駆動するモータＭの出力との合計に対応する。出力目標値ｕ１２は、第１ロータ１１３を駆動するモータＭの出力と第１ロータ１１４を駆動するモータＭの出力との合計に対応する。出力目標値ｕ２１は、第２ロータ１２１を駆動するモータＭの出力に対応する。出力目標値ｕ２２は、第２ロータ１２２を駆動するモータＭの出力に対応する。
【００７３】
以上、図１〜図６を参照して説明したように、本発明の実施形態では、制御装置３４は、第１ロータ１１の推力ＦＡ（推力Ｆ１１及び推力Ｆ１２）によって第１飛行体１の姿勢角度（傾き角γ）を制御する。また、制御装置３４は、第１ロータ１１の推力ＦＡと第２ロータ１２の推力ＦＢとによって第１飛行体１の位置（角α及び角β）を制御する。よって、第１飛行体１の姿勢角度と第１飛行体１の位置とを応答性良好に制御できる。
【００７４】
また、制御装置３４は、ユーザーＵが指示する傾き角γで第１飛行体１を停止させることができる。以下に、その理由について詳細に説明する。ユーザーＵが指示する傾き角γで第１飛行体１を停止させるためには、図４に示す平面ＦＰ内において第１飛行体１に作用する力が釣り合い、且つ、図４に示す平面ＦＨ内において第１飛行体１に作用する力が釣り合う必要がある。
【００７５】
平面ＦＰ内において第１飛行体１に作用する力が釣り合うために、次の式（９）が成立する。
ｕＱＡ＝ｍｇｓｉｎα      （９）
また、平面ＦＨ内において第１飛行体１に作用する力が釣り合うために、次の式（１０）が成立する。
ｕＲＡ＝０      （１０）
【００７６】
式（９）及び式（１０）を式（７）に代入すると、次の式（１１）が得られる。
【数６】
2019180762.tif 000008
【００７７】
第１飛行体１が第２ロータ１２を備えない場合には、操作量ｕＲＢはゼロである。そこで、（ｓｉｎαｓｉｎγ）がゼロである。よって、角α及び傾き角γの少なくとも一方がゼロである。したがって、角αがゼロではない場合には、傾き角γはゼロである。すなわち、傾き角γがゼロである場合に限って、第１飛行体１を停止させることができる。
【００７８】
一方、第１飛行体１が第２ロータ１２を備える場合には、第２ロータ１２が操作量ｕＲＢを出力できる。よって、ユーザーＵが指示する傾き角γで式（１１）を成立させることができる。したがって、制御装置３４は、ユーザーＵが指示する傾き角γで第１飛行体１を停止させることができる。
【００７９】
次に、図１〜図７を参照して、第１ロータ１１の推力を制御する制御装置３４の構成について説明する。図７は、第１ロータ１１の推力を制御する制御装置３４の構成を示すブロック図である。換言すれば、図７は、第１飛行体１が第２ロータ１２を備えない場合における制御装置３４の構成を示す。すなわち、制御装置３４は、第１ロータ１１の推力のみを制御する。
【００８０】
第１飛行体１が第２ロータ１２を備えない場合には、図７に示すように、第１飛行体１の角β方向の位置は、傾き角γの値を介して角βを制御する２重ループの構造で制御される。
【００８１】
２重ループの制御系は、外側ループの応答性を内側ループの応答性以上に速くすることはできない。そこで、外側ループを直接制御できる１重ループの制御系と比較して応答性が良くない。すなわち、図７に示す制御系は、図６に示す制御系と比較して応答性が低い。
【００８２】
以上、図１〜図７を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第２ロータ１２が角βを直接的に制御することができる。よって、角βを１重ループで制御できる。したがって、第１飛行体１が第２ロータ１２を備えない場合と比較して、応答性を向上できる。
【００８３】
次に、図１〜図３及び図８を参照して、本発明の実施形態に係る第１飛行体１の構成について更に説明する。図８は、第１飛行体１の構成の一例を示す斜視図である。図２に示す第１飛行体１が吐出方向調整機構１３を備えるのに対して、図８に示す第１飛行体１は、ジンバル１５とサーモカメラ１６とを備える点で相違している。以下、図２に示す第１飛行体１と相違する点について主に説明する。
【００８４】
図８に示すように、第１飛行体１は、ジンバル１５とサーモカメラ１６とを備える。ジンバル１５は、基体１０に固定される。ジンバル１５は、サーモカメラ１６を支持する。ジンバル１５は、サーモカメラ１６のレンズの向きを、例えば、モータ（図示省略）によって上下方向Ｄ３に調整し、別のモータ（図示省略）によって左右方向Ｄ４に調整する。
【００８５】
サーモカメラ１６は、サーモグラフィーを撮影し、サーモグラフィーを示す画像情報を生成する。サーモカメラ１６は、例えば、建造物の壁面のサーモグラフィーを撮影する。サーモカメラ１６は、「カメラ」の一例に相当する。
【００８６】
図３に示す制御装置３４は、サーモカメラ１６が所定位置の画像情報を生成するように、第１飛行体１の姿勢角度（傾き角γ）、第１飛行体１の位置（角α及び角β）、及びジンバル１５の角度を制御する。第１飛行体１の姿勢角度（傾き角γ）とジンバル１５の角度とは、サーモカメラ１６の向きを規定する。ジンバル１５の角度は、上下方向Ｄ３の角度と左右方向Ｄ４の角度とを含む。
【００８７】
以上、図１〜図３及び図８を参照して説明したように、本発明の実施形態では、制御装置３４は、サーモカメラ１６が所定位置の画像情報を生成するように、第１飛行体１の姿勢角度（傾き角γ）、第１飛行体１の位置（角α及び角β）及びジンバル１５の角度を制御する。よって、例えば、コンクリート壁のユーザーが所望する位置のサーモグラフィーを撮影できる。したがって、コンクリート壁の劣化を診断できる。
【００８８】
なお、本発明の実施形態では、第１飛行体１がサーモカメラ１６を備えるが、本発明はこれに限定されない。第１飛行体１がカメラを備えればよい。例えば、カメラがコンクリート壁の画像を撮影してもよい。また、例えば、カメラがコンクリート壁の動画像を撮影してもよい。カメラは、例えば、デジタルカメラであることが好ましい。
【００８９】
次に、図１〜図３及び図９を参照して、本発明の実施形態に係る第１飛行体１の構成について更に説明する。図９は、第１飛行体１の構成の一例を示す斜視図である。図２に示す第１飛行体１の第１ロータ１１１〜第１ロータ１１４が基体１０の上下方向にオフセットしていないのに対して、図９に示す第１飛行体１の第１ロータ１１１、１１２と第１ロータ１１３、１１４とが基体１０の上下方向にオフセットしている点で相違している。以下、図２に示す第１飛行体１と相違する点について主に説明する。
【００９０】
図９に示すように、基体１０は矩形平板状に形成される。第１ロータ１１１〜第１ロータ１１４は同一方向を向いている。第１ロータ１１１と第１ロータ１１２とは、基体１０の上端に配置され、第１ロータ１１３と第１ロータ１１４とは、基体１０の下端に配置される。また、第１ロータ１１１と第１ロータ１１３とは、基体１０の左端に配置され、第１ロータ１１２と第１ロータ１１４とは、基体１０の右端に配置される。すなわち、第１ロータ１１１は、基体１０の左上隅に配置される。第１ロータ１１２は、基体１０の右上隅に配置される。第１ロータ１１３は、基体１０の左下隅に配置される。第１ロータ１１４は、基体１０の右下隅に配置される。
【００９１】
第２ロータ１２は、基体１０の側面に配置される。具体的には、第２ロータ１２１は、基体１０の右側の側面に配置され、第２ロータ１２２は、基体１０の左側の側面に配置される。
【００９２】
以上、図１〜図３及び図９を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第１ロータ１１１〜第１ロータ１１４の各々が、平板状の基体１０の４隅に配置されている。したがって、第１ロータ１１１〜第１ロータ１１４の各々の推力を制御することによって、基体１０の下端を上端に対して手前側又は奥側に回転させることができる。すなわち、第１飛行体１のピッチ角を制御できる。
【００９３】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である（例えば、下記に示す（１）〜（５））。図面は、理解し易くするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合がある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の構成から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００９４】
（１）図１を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第２飛行体３がホース２を介して第１飛行体１を懸架するが、本発明はこれに限定されない。ホース２が第１飛行体１を懸架すればよい。例えば、ホース２の第１飛行体１と離間する側の端部が建物に固定されてもよい。この場合には、ワインダが、建物に固定されることが好ましい。この場合には、簡素な構成で、第１飛行体１を消火対象物ＰＥに近付けることができる。
【００９５】
（２）図１及び図２を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第１飛行体１が４つの第１ロータ（第１ロータ１１１〜第１ロータ１１４）を備えるが、本発明はこれに限定されない。第１飛行体１が複数の第１ロータを備えればよい。例えば、第１飛行体１が２つの第１ロータを備えてもよいし、第１飛行体１が３つの第１ロータを備えてもよい。更に、例えば、第１飛行体１が５つ以上の第１ロータを備えてもよい。
【００９６】
（３）図１及び図２を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第１飛行体１が２つの第２ロータ（第２ロータ１２１、第２ロータ１２２）を備えるが、本発明はこれに限定されない。第１飛行体１が第２ロータを備えればよい。例えば、第１飛行体１が１つの第２ロータを備えてもよい。また、例えば、第１飛行体１が３つ以上の第２ロータを備えてもよい。
【００９７】
（４）図１及び図２を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交する方向を示すが、本発明はこれに限定されない。第２方向Ｄ２が、第１方向Ｄ１と交差する方向であればよい。
【００９８】
（５）図１〜図３を参照して説明したように、本発明の実施形態では、第２飛行体３がタンク３２、ポンプ３３及び制御装置３４を備えるが、本発明はこれに限定されない。第２飛行体３がホース２を介して第１飛行体１を懸架すればよい。例えば、制御装置は、地上にいるユーザーが把持してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、飛行体、及び飛行体システムの分野に利用可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１００    飛行体システム
１  第１飛行体（飛行体）
１０  基体
１１、１１１、１１２、１１３、１１４  第１ロータ
１２、１２１、１２２  第２ロータ
１３  吐出方向調整機構
１３１  ノズル
１４  通信装置
１５  ジンバル
１６  サーモカメラ
Ｍ  モータ
２  ホース
３  第２飛行体
３１  ワインダ
３２  タンク
３３  ポンプ
３４  制御装置（飛行体の一部）
Ｄ１  第１方向
Ｄ２  第２方向
ＴＡ１、ＴＡ２  トルクアーム
ＰＥ  消火対象物
ＦＥ  消火剤
ＰＡ、ＱＡ、ＲＡ  軸
ＰＢ、ＱＢ、ＲＢ  軸
α  角
β  角
γ  傾き角
【図１】
2019180762.tif 000009
【図２】
2019180762.tif 000010
【図３】
2019180762.tif 000011
【図４】
2019180762.tif 000012
【図５】
2019180762.tif 000013
【図６】
2019180762.tif 000014
【図７】
2019180762.tif 000015
【図８】
2019180762.tif 000016
【図９】
2019180762.tif 000017