(57)【要約】      （修正有）【課題】回転翼と固定翼の双方を備える飛行体において、水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦の難しさを緩和し、回転翼と固定翼の双方を備える飛行体の構造や可動部を簡素化した飛行体を提供する。【解決手段】３以上の回転翼２０ａ〜２０ｃが取り付けられた機体１０と、前記機体に軸支された柔軟性を持つカイト翼３０と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の実効的な傾きを制御する制御部５０とを備えることを特徴とする飛行体。【選択図】図１
2019026236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に軸支された柔軟性を持つカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の傾きを制御する制御部とを備えることを特徴とする飛行体。
【請求項２】
前記カイト翼は、前記機体の重心を通る仮想的な第１軸に略垂直な方向に沿って延びる回転軸であって前記機体に固定された第２軸に軸支され、前記第１軸を通り前記第２軸を略垂直に横切る対称面について対称な形状であり、３以上の前記回転翼は、前記対称面に対称な位置関係、且つ前記重心を挟んで前記第１軸に沿う方向の両側にそれぞれ少なくとも１つずつ前記機体に取り付けられ、前記第２軸の両端に角度可変で接続された左右軸の先端と中心軸の先端が角度可変の第１接続部により接続されて前記中心軸と左右軸に適切な面積と張りで接続されたカイト翼を有し、前記制御部は、水平に対する前記第１軸の傾きに応じて前記中心軸が前記第２軸と略垂直にスライドすることにより前記左右軸間の角度を可変できると同時に、前記第２軸を中心とする前記カイト翼の形状と傾きを制御する、請求項１に記載の飛行体。
【請求項３】
前記中心軸のスライドに伴いカイト翼の揚力中心が移動し、当該飛行体の重心とカイト翼の揚力中心との位置関係を制御することで機体のピッチ軸の制御をして機体を滑空させることができる、請求項２に記載の飛行体。
【請求項４】
カイト翼の形状と傾きを連動して可変することで、前記中心軸の機体との角度変化よりもカイト翼の実効的な角度変化を大きくすることができる特徴を持つ、請求項１と請求項２に記載の飛行体。
【請求項５】
前記中心軸と左右軸を角度一定に固定したカイト翼を有し、前記第２軸を中心とする前記カイト翼の傾きを制御する、請求項１に記載の飛行体。
【請求項６】
前記中心軸と左右軸を角度独立に可変できるカイト翼を有する、請求項１に記載の飛行体。
【請求項７】
３以上の回転翼が取り付けられた機体を持つ飛行体の改造キットであって、前記機体に軸支されるカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の傾きを制御する制御部と、を含んで構成される改造キット。
【請求項８】
前記制御部は、垂直離着陸時に、前記中央軸と前記左右軸の角度の調整によりカイト翼の面積を離着陸に支障のないように調整することを特徴とする請求項１〜請求項４また請求項６の何れかに記載の飛行体。
【請求項９】
前記制御部は、水平飛行時に、前記中央軸と前記左右軸の角度の調整によりカイト翼の面積を離着陸に支障のないように調整することを特徴とする請求項１〜請求項４また請求項６の何れかに記載の飛行体。
【請求項１０】
３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に軸支されたカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の傾きを制御する制御部とを備える飛行体の制御方法であって、前記制御部は、前記飛行体が水平飛行する際に、水平に対して一定の傾きを維持するように前記カイト翼の実効的な傾きを制御することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に軸支されたカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の傾きを制御する制御部とを備える飛行体の制御プログラムであって、前記飛行体が水平飛行中において、水平に対して一定の傾きを維持するように前記カイト翼の傾きを制御する機能を前記制御部に実現させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項１２】
３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に軸支されたカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の傾きを制御する制御部とを備える飛行体の制御プログラムであって、前記飛行体が観測対象区域を水平飛行とＵターンによって省電力で航行する飛行経路を生成することを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、飛行体、飛行体の制御方法、及び、飛行体の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、代表的な飛行体の形状として、飛行機等の固定翼式飛行体とヘリコプター等の回転翼式飛行体とがある。【０００３】  固定翼式飛行体は、機体に取り付けられた主翼の揚力で浮上する飛行体である。すなわち、固定翼式飛行体は、略水平方向へ機体を推進する推進装置を有し、機体の前進時に、機体に取り付けられた主翼の周囲の気流が主翼上面と主翼下面の間に形成する差圧が揚力となる飛行体である。固定翼式飛行体は、エネルギー効率が良く、高速飛行が可能である点で有利である。ただし、離着陸に滑走路場を要するため、離着陸場の確保が難しいという不利益が有る。【０００４】  離着陸の滑走距離が短い固定翼式飛行体に類する機体としては、例えば特許文献１のように、膜状のカイトを主翼とすることで、低速での安定飛行が可能であり、また自立航行性に優れて操縦が容易で小型軽量に製作できる無線操縦小型飛行機を開示されている。【０００５】  回転翼式飛行体は、回転翼によって必要な揚力や推力の全部あるいは一部を得て飛行する飛行体である。回転翼式飛行体は、垂直離着陸可能であるため離着陸に場所をとらず、小回りが利く点で有利である。また、いわゆるマルチコプターは、最低限必要な可動部品がモーターとローターブレードのみであり、ギアなどの機械的な構成部品が少ないため、信頼性が高く、振動ノイズが少ない点で有利である。ただ、固定翼式飛行体に比べるとエネルギー消費が多く飛行速度が遅いため、飛行時間や航続距離が短い点で不利益が有る。【０００６】  そこで、固定翼式飛行体と回転翼式飛行体を組み合わせた飛行体が種々提案されている。【０００７】  例えば特許文献２には、固定翼および電動マルチローターを組み合わせた航空機が開示されている。この航空機は、航空機にマルチローターを組み合わせたものであり、離着陸時にマルチローターを用いて垂直離着陸を実現し、水平飛行時はローターを停止して固定翼動力係合固定翼機として設置されたローターにより水平飛行する。【０００８】  その他、ティルトローター方式の飛行体も実現されている。ティルトローター方式の飛行体は、回転翼軸の角度を変更可能として、回転翼により垂直浮上すること、及び、同じ回転翼の角度を変更して水平飛行を行うことが可能である。ティルトローター方式の飛行体は、固定翼式飛行体と回転翼式飛行体の特性を併せ持ち、回転翼式飛行体であるヘリコプターに比べて飛行速度、飛行時間及び航続距離を改善することができる。【０００９】  しかしながら、従来提案されてきた固定翼式飛行体と回転翼式飛行体を組み合わせた飛行体は、いずれも水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦が難しい。また、ティルトローター式の飛行体は、回転翼の方向を切り替える可動部が多く、構造が複雑になる傾向があった。【００１０】  特許文献３では、回転翼と主翼の双方を備える飛行体において水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦の難しさを緩和することを目的として、いわゆるマルチコプター的な機体に、主翼と制御部とを追加した構成で実現されている。従って、水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦は、マルチコプターと同様になる。そして、水平飛行時には主翼の角度を調整して主翼に発生する揚力を利用するため、回転翼の出力を低下すること可能であり、従来のマルチコプターに比べて飛行速度、飛行時間及び航続距離を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−３３７７２号公報
【特許文献２】特表２０１４−５２８３８２号公報
【特許文献３】特願２０１６−１５４８９３号  先行特許
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  しかしながら、特許文献３で提案された主翼を有するマルチコプターは、ホバリング時に周囲の風や自身のローター発生する気流を主翼が受けて飛行姿勢が乱される傾向や、対気速度が大きくなると主翼の揚力が大きくなりローターによる機体姿勢の制御が効かなく傾向があった。【００１３】  本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、主翼を有するマルチコプターのホバリング時の周囲の風や自身のローターの発生する気流の影響を緩和し、飛行可能な風速域を広げることを目的とする。また、望ましくは、回転翼と主翼の双方を備える飛行体で可搬性の向上も図る。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明の態様の１つは、３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に可動な軸に取り付けられた柔軟性を持ったシート状のものを主翼とするカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の形状と傾きを制御する制御部とを備えることを特徴とする飛行体である。【００１５】  このように構成された飛行体は、従来の３以上の回転翼が取り付けられたいわゆるマルチコプター的な機体に、カイト翼と制御部とを追加した構成で実現される。従って、水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦は、マルチコプターと同様になる。そして、水平飛行時にはカイト翼の形状と角度を調整してカイト翼に発生する揚力を利用するため、回転翼の出力を低下すること可能であり、従来のマルチコプターに比べて飛行速度、飛行時間及び航続距離を改善することができる。また、本発明に係る飛行体は、カイト翼とその制御部との追加で実現できるため、従来のマルチコプターに追加すべき構造や可動部が少なく、回転翼と固定翼の双方を備える飛行体としては構造や可動部が簡素である。【００１６】  本発明の選択的な態様の１つは、前記カイト翼は、前記機体の重心を通る仮想的な第１軸に略垂直な方向に沿って延びる回転軸であって前記機体に固定された第２軸に軸支され、前記第１軸を通り前記第２軸を略垂直に横切る対称面について対称な形状であり、３以上の前記回転翼は、前記対称面に対称な位置関係、且つ前記重心を挟んで前記第１軸に沿う方向の両側にそれぞれ少なくとも１つずつ前記機体に取り付けられ、前記第２軸の両端に角度可変で接続された左右軸の先端と中心軸の先端が角度可変の第１接続部により接続されて前記中心軸と左右軸に適切な面積と張りで接続されたカイト翼を有し、前記制御部は、水平に対する前記第１軸の傾きに応じて前記中心軸が前記第２軸と略垂直にスライドすることにより前記左右軸間の角度を可変できると同時に、前記第２軸を中心とする前記カイト翼の形状と傾きを制御する飛行体である。【００１７】  このように構成された飛行体においては、３以上の回転翼が取り付けられた機体に対するカイト翼の形状、取り付け位置や向きが具体的に特定される。すなわち、３以上の回転翼が取り付けられた機体に、カイト翼によって生じる揚力を効果的に作用させる構成が実現される。従って、水平飛行時における回転翼の出力を効果的に低下させることが可能な飛行体が実現される。【００１８】  更にこのように構成された飛行体においては、前記中心軸のスライドに伴いカイト翼の揚力中心が移動する。もし、回転翼が特定の状態（回転翼の不具合、停止、等）になった場合に、当該飛行体の重心とカイト翼の揚力中心との位置関係を制御することで機体のピッチ軸の制御が可能であり機体を滑空させることができ、飛行体の落下衝撃を緩和した不時着を実現することができる。【００１９】  更にこのように構成された飛行体においては、カイト翼の形状と傾きを連動して可変できるために、前記中心軸の機体との角度変化よりカイト翼の実効的な角度変化を大きくすることができることも飛行体の飛行可能な速度範囲を拡大することに有利である。【００２０】  本発明の選択的な態様の１つは、前記中心軸と左右軸を角度一定に���定したカイト翼を有し、前記第２軸を中心とする前記カイト翼の傾きを制御する飛行体である。【００２１】  このように構成された飛行体においては、３以上の回転翼が取り付けられた機体に、一定面積のカイト翼によって生じる揚力を最大限に作用させる構成が実現される。従って、水平飛行時における回転翼の出力を効果的に低下させることが可能な飛行体が実現される。【００２２】  本発明の選択的な態様の１つは、前記中心軸と左右軸を角度独立に可変できるカイト翼を有する飛行体である。【００２３】このように構成された飛行体においては、飛行速度とカイト翼の揚力を独立に制御することができるため、例えば無風時では最大限の揚力で飛行し、強風時には適当な揚力を得ながら機体の進入性を損なわずに向かい風でも飛行できる機体が実現される。【００２４】  本発明の他の態様の１つは、３以上の回転翼が取り付けられた機体を持つ飛行体の改造キットであって、前記機体に軸支されるカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の形状と傾きを制御する制御部とを含んで構成される改造キットである。【００２５】  すなわち、本発明は、３以上の回転翼が取り付けられた機体を持つ飛行体に追加する、カイト翼と制御部とを含む飛行体の改造キットとしても把握される。このような改造キットによれば、既存の３以上の回転翼が取り付けられたマルチコプターを本発明に係るカイト翼を有する飛行体に容易に改造可能であり、水平飛行時の回転翼の出力を低下し、飛行速度、飛行時間及び航続距離を改善することができる。【００２６】  本発明の他の態様の１つは、３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に軸支されたカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の形状や傾きを制御する制御部と、を備える飛行体の制御方法であって、前記制御部は、前記飛行体が水平飛行する際に、効率よく揚力を発生する迎角を維持するように前記カイト翼の形状と傾きを制御することを特徴とする制御方法である。【００２７】  すなわち、本発明は、３以上の回転翼が取り付けられた機体に軸支されたカイト翼の形状と傾きを制御する制御方法としても把握される。【００２８】  本発明の他の態様の１つは、３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に軸支されたカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の傾きを制御する制御部と、を備える飛行体の制御プログラムであって、前記飛行体が水平飛行中において、効率よく揚力を発生する迎角を維持するように前記カイト翼の形状と傾きを制御する機能を前記制御部に実現させることを特徴とする制御プログラムである。【００２９】  すなわち、本発明は、３以上の回転翼が取り付けられた機体に軸支されたカイト翼の形状と傾きを制御する制御部において実行される制御プログラムとしても把握される。【００３０】  本発明の他の態様の１つは、３以上の回転翼が取り付けられた機体と、前記機体に軸支されたカイト翼と、前記機体に対する相対的な前記カイト翼の傾きを制御する制御部と、ＧＰＳ等の位置情報を得るセンサを備えた飛行体であって、前記飛行体が水平飛行中において、効率よく揚力を発生する飛行経路を生成して飛行する自律航行の制御プログラムである。【００３１】  以上説明��た飛行体や改造キットは、他の機器や他の改造キットに組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、上述した制御方法は、他の方法の一環として実施される等の各種の態様を含む。また、上述した制御プログラムは、該制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、等としても実現可能である。
【発明の効果】
【００３２】  本発明によれば、回転翼と主翼となるカイト翼の双方を備える飛行体において、水平飛行と垂直離着陸とを遷移させる際に姿勢制御や操縦の難しさを緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態に係る飛行体の外観を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る飛行体の外観を示す正面図である。
【図３】第１の実施形態に係る飛行体の外観を示す平面図である。
【図４】第１の実施形態に係る飛行体のカイト翼の機体との角度変化を説明する側面図である。
【図５】第１の実施形態に係る飛行体のカイト翼の開閉を説明する平面図である。
【図６】水平飛行時における飛行体の形状を説明する図である。
【図７】制御部の機能の概略を説明するブロック図である。
【図８】自律航行する際の飛行経路を説明する図である。
【図９】３以外の数の回転翼を備える飛行体の例を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に係る飛行体の構造を説明する側面図である。
【図１１】第３の実施形態に係る飛行体の構造を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】  以下、下記の順序に従って本技術を説明する。
（Ａ）第１の実施形態：
（Ｂ）第２の実施形態：
（Ｃ）第３の実施形態：
（Ｄ）第４の実施形態：
【００３５】（Ａ）第１の実施形態：
図１〜図３は本実施形態に係る飛行体１００の外観を示す図であり、図１は斜視図、図２は正面図、図３が平面図である。図１〜図３には、３つの回転翼を有するいわゆるトライコプターにカイト翼及びカイト翼形状と傾角の制御部材を追加したタイプの飛行体１００を示してあるが、後述するように、４つ以上の回転翼を持つマルチコプターにカイト翼及びカイト翼傾角の制御部材を追加した飛行体としてもよい。なお、以下では図中に示す方向（前後左右上下）を用いて説明を行う場合がある。
【００３６】  飛行体１００は、概略、機体１０、３以上の複数の回転翼（図１においては３つの回転翼２０ａ〜２０ｃ）、カイト翼３０、カイト翼駆動部４０、制御部５０、及び、電源６０を備える。電源６０は、回転翼２０ａ〜２０ｃ、カイト翼駆動部４０及び制御部５０に対して直接又は間接的に電力を供給する。その他、図１〜図３に示す例では、着陸時に飛行体１００を着陸面上で所定の姿勢に支持する脚部１４ａ〜１４ｃを設けてある。
【００３７】  機体１０の形状及び構造は、様々なものを採用可能であるが、軽量であって後述する垂直離着陸や水平飛行の際の空気抵抗が少ないことが望ましく、人員や貨物を収容搬送する必要が無い場合は、例えば、線状の部材を組み合わせて骨組状の構造体とすることが考えられる。
【００３８】  カイト翼３０は柔軟性のある布等で作られた翼で、３１ａと３１ｂの左右軸と中心軸３３に翼端部と翼中央部がそれぞれ固定されている。おり、固定部分以外は風を受けてそれ自身の荷重が均等になるように柔軟に湾曲して翼型を作るものである。カイト翼３０は機体１０に軸支されている。軸３２の延長である第２軸Ａ２は、飛行体１００の重心ＧＣを通る仮想的な第１軸Ａ１に略垂直な方向に沿って延びる回転軸であり、機体１０に固定された軸孔部材１１の軸孔に軸回転自在に挿通されている。カイト翼３０が第２軸Ａ２を中心にして回転することで、その翼面と機体１０との相対的な角度を変化することができる。このように、カイト翼３０は、機体１０に固定されて機体１０との相対的な位置関係が変化しない第２軸Ａ２を介して機体１０に軸支されており、第２軸Ａ２を介して機体１０に対する相対的な傾きを変化できる構造になっている。
【００３９】  カイト翼３０は、第１軸Ａ１を通り第２軸Ａ２を略垂直に横切る面である対称面Ｍについて対称な形状となっている。図１に示す方向で言えば、カイト翼３０は対称面Ｍについて左右対称な形状である。図１〜図３に示すカイト翼３０としては、３１ａと３１ｂの左右軸と中心軸３３の固定部分以外は風を受けてそれ自身の荷重が均等になるように柔軟に湾曲して翼型を作るものである。
【００４０】  回転翼２０ａ〜２０ｃは、各回転翼が機体１０に加える上昇力の作用点が、対称面Ｍについて対称な位置関係となるように機体１０に取り付けられる。また、回転翼２０ａ〜２０ｃは、平面視において、回転翼２０ａ〜２０ｃを結ぶ仮想的な多角形（図１〜図３では三角形）が重心ＧＣを囲う位置関係で機体１０に取り付けられる。より好ましくは、回転翼２０ａ〜２０ｃを結ぶ仮想的な多角形の重心と重心ＧＣとが略一致する位置関係とする。これにより、回転翼２０ａ〜２０ｃは、上昇／下降／水平飛行等の飛行時に、機体１０のバランス保持が容易となる。
【００４１】  また、回転翼２０ａ〜２０ｃは、第１軸Ａ１に沿う方向において重心ＧＣを挟んで両側（前方と後方）に分散させて機体に取り付けられている。図１に示す例では、第１軸Ａ１に沿う方向において、重心ＧＣを挟んで前方の機体１０に回転翼２０ａ，２０ｂが取り付けられ、重心ＧＣを挟んで後方の機体１０に回転翼２０ｃが取り付けられている。このように、第１軸Ａ１に沿う方向において重心ＧＣを挟んで両側に分散させて回転翼を設けることで、垂直方向への移動と水平方向の移動との切り替えが可能になる。
【００４２】  重心ＧＣより前方に配設される回転翼２０ａ，２０ｂは、対称面Ｍを挟んで左右に離間させて対称配置されている。このように左右に離間して対称配置された回転翼２０ａ，２０ｂは、その回転方向を互いに逆方向にしてある。一方、重心ＧＣよりも後方に配設される回転翼２０ｃは、左右方向の略中央（対称面Ｍが横切る位置）に配設されている。左右方向略中央に配設された回転翼２０ｃは、回転翼２０ｃの傾きを自動調整するチルト機構１２を介して機体１０に取り付けられている。チルト機構１２は、チルトサーボ１３を有し、制御部５０の制御により、回転翼２０ｃの回転の反作用として回転速度に応じて発生する捩れ力を相殺する方向に自動的に角度を調整される。
【００４３】  回転翼２０ａ〜２０ｃは、回転翼２０ａ，２０ｂの回転面に沿う面を平面視した場合に、カイト翼３０と重複しない位置に設けられている。本実施形態では、回転翼２０ａ，２０ｂは、その回転面が機体１０の第１軸Ａ１と略平行となるように配設されている。従って、飛行体１００の平面視においてもカイト翼３０と回転翼２０ａ〜２０ｃとが互いに重複しない位置関係である。これにより、カイト翼３０及び回転翼２０ａ〜２０ｃの安定性が向上し、カイト翼３０が発生する揚力が安定し、回転翼２０ａ〜２０ｃの出力も安定する。
【００４４】  カイト翼駆動部４０は、第２軸Ａ２を回転軸とする中心軸３３と機体１０の間の角度を調整する。本実施形態では、図４に示すように、回転サーボ４１とリンク機構４２とでカイト翼駆動部４０を構成しており、回転サーボ４１及びリンク機構４２を介して機体１０と中心軸３３とを接続してある。図において、中心軸３３と左右軸３１ａと３２ｂは前方の先端部分で角度可変に接続されている。リンク機構４２により中心軸３３はスライドしながら回転軸Ａ２で回転する。
【００４５】図５に示すように中心軸３３がスライドすると先端で接続された左右軸３１ａと３２ｂの先端部も連動してスライドする。左右軸は軸３２両端にてＡ２軸回転自在でスライド可能に接続されており、その結果左右軸３１ａと３２ｂは角度が開閉することになる。すなわち、カイト翼駆動部４０によりカイト翼３０は機体１０との角度および左右軸３１ａと３１ｂの角度の両方を連動して変化させることになる。
【００４６】左右軸３１ａと３１ｂの角度に応じてカイト翼３０のたるみ具合が異なり、カイト翼３０は風を受けて形をつくるので、実効的な機体１０とカイト翼３０との角度も左右軸の角度に応じて異なる。図４においてリンク機構４２を実線で示す場合と二点鎖線で示した場合の中心軸３３の角度差はΔθＲとなる．一方，リンク機構４２が前記と同範囲で作動した時に実線と二点鎖線で示したカイト翼の実効的な角度差はΔθＫとなる．図４から明らかにΔθＫの方がΔθＲより大きい。
【００４７】中心軸３３は、制御部５０によって、水平に対する第１軸Ａ１の傾きに応じて、第２軸Ａ２を回転軸とする機体１０に対する相対的な傾きを制御される。
具体的には、カイト翼３０の実効的な角度が、水平に対して一定の傾きを維持するように傾きを制御される。この一定の傾きはカイト翼３０の形状等に応じて様々であるが、例えば，図６に示すように飛行体が左方向に水平飛行をする場合、カイト翼３０の湾曲の際上面を略水平に維持したときに所望の揚力が得られる形状の場合は、制御部５０はカイト翼３０の実効的な角度が略水平を維持するように中心軸３３をスライドさせカイト翼３０の形状と傾きを制御する。
【００４８】  次に、飛行体１００の飛行状態に応じたカイト翼駆動部４０及び回転翼２０ａ〜２０ｃの制御について説明する。
【００４９】  まず、離陸時は、図４に実線で示すように、カイト翼３０は左右軸３１ａと３１ｂの角度を最小にするように中心軸３３を前方一杯にスライドさせておようにカイト翼駆動部４０を制御する。この状態で各回転翼２０ａ〜２０ｃの出力をバランスさせつつ出力を上昇させると、飛行体１００全体がバランスを保ちつつ離陸上昇する。
【００５０】  次に、離陸後、水平飛行を行う際は、図６に示すように、回転翼２０ａ，２０ｂの出力を回転翼２０ｃの出力に比べて小さくして機体１０を前傾させ、その後、回転翼２０ａ，２０ｂと回転翼２０ｃの出力とをバランスさせることで、その前傾度合いを維持しつつ水平飛行を行うことができる。機体１０の傾きが大きい程、回転翼２０ａ〜２０ｃの推進力が含む水平分力の割合（垂直上方へ向かう分力に対する比率）が大きくなり、水平飛行速度が上昇する。
【００５１】  このとき、カイト翼３０は、その周囲を流れる風で揚力が発生するような水平方向に対して一定の傾きに維持されている。機体１０に対する角度としては、機体１０全体が前傾しているため、カイト翼３０はその尾部３３を機体１０に近づけるように後傾した状態となる。制御部５０は、一定時間置きに機体１０の傾きを検出し、その傾きに応じてカイト翼３０の傾きを調整する。このように、カイト翼３０に揚力が発生する傾きにカイト翼３０が自動的に調整されるため、従来の回転翼の揚力のみで水平飛行するマルチコプターに比べて、カイト翼３０の揚力の分だけ回転翼２０ａ〜２０ｃによる上昇力を低下させることができる。すなわち、回転翼２０ａ〜２０ｃによって生じる上昇力を低下できるため、その分、出力を低下させたり、水平方向の推力を高めたりすることができる。
【００５２】  図５に示すように、飛行体１００全体の重心ＧＣは機体１０の略中央にある。カイト翼３０の揚力中心ＬＣは中心軸３３のスライドとそれに応じたカイト翼の変形に伴って移動する。機体が略水平でホバリングを行う場合には，左右軸３１ａと３１ｂは実線で示すように角度は小さく翼面積も小さくなり、揚力中心ＬＣは重心ＧＣより前方にある。機体が水平飛行を行う場合には、左右軸３１ａと３１ｂは二点鎖線で示すように角度は大きく翼面積の大きくなり、揚力中心ＬＣは重心ＧＣより若干後方にある。
【００５３】これにより、飛行体１００が略水平でホバリングを行うときにはカイト翼は水平飛行する際に飛行体１００に加わる重力とカイト翼３０に生じる揚力とがほぼ相殺し合う構造が実現されることになり、回転翼２０ａ〜２０ｃの出力制御が容易になる。
【００５４】このように、機体１０の水平からの角度に応じて揚力中心ＬＣと重心ＧＣの位置関係を制御することができることは、もし回転翼２０ａ〜２０ｃが特定の状態（回転翼の不具合、停止、等）になった場合にも、機体１０の揚力中心ＬＣと重心ＧＣの位置関係を制御することにより機体１０のピッチ軸の制御が可能であることを示し、落下中に加わる空気抵抗を受けながら飛行体を滑空させ、落下速度の緩和と落下時の体勢の安定を図り、飛行体の落下衝撃を緩和して不時着を実現することができる。
【００５５】  図７は、制御部５０の機能の概略を説明するブロック図である。同図に示すように、制御部５０は、制御用コンピュータ５１、Ｒ／Ｃ受信機５２、３軸加速度センサ５３、３軸ジャイロセンサ５４、３軸地磁気センサ５５、気圧センサ５６、ＧＰＳ受信機５７を備えている。制御用コンピュータ５１は、内蔵するメモリに記録された制御プログラムにより回転翼２０ａ〜２０ｃの回転数やカイト翼３０の傾きを制御する。制御用コンピュータ５１の出力回路５１ａ〜５１ｅには、それぞれ回転翼２０ａ〜２０ｃのモータアンプＡｍｐ１〜Ａｍｐ３、回転翼２０ｃのヨー軸の傾きを調整するサーボＳｖ１、及び、カイト翼３０の傾きを調整するカイト翼駆動部４０の回転サーボ４１、がそれぞれ接続されている。
【００５６】  制御部５０は、主に３軸ジャイロセンサ５３の出力する角速度の積算により得られる角度情報を用いて機体１０のピッチ軸周りの水平方向に対する傾きを検出する。機体１０のピッチ軸は、上述した第２軸Ａ２に沿う方向に延びている。また、制御部５０は、３軸ジャイロセンサ５３のオフセット量を、３軸加速度センサ５４の出力する静的な傾き情報を用いて補正する。これにより、制御部５０は、機体１０のピッチ軸周りの傾きを正確に検出することができる。
【００５７】  制御部５０は、３軸ジャイロセンサ５３及び３軸加速度センサ５４を用いて取得する角度情報を用いて回転サーボ４１を制御する。その際、機体１０の水平方向に対する傾きである角度情報を、変換式や変換テーブル等を用いて回転サーボ４１の回転量を示す情報に変換して回転サーボ４１へ入力する。回転サーボ４１は、入力された回転量を示す情報に応じた角度を回転し、中心軸３３をスライドさせながら角度を可変して、その結果カイト翼３０の実効的な角度を可変する。
【００５８】  なお、飛行体１００は外部からラジオコントロールにより制御される構成としてもよく、この場合、制御部５０には、ラジオコントロール信号の搬送波に乗せて送信される制御信号を受信するためのＲ／Ｃ受信機５２を設ける。
【００５９】  更に、飛行体１００はＧＰＳ受信機５７により位置情報を得て自律航行する飛行体としてもよく、例えば図８に示すように観測対象区域７０を自律航行する飛行経路７１を本発明の飛行体が水平飛行時に省電力となる利点に合わせて、直進飛行とＵターンの繰り返しで自動生成する制御プログラムを制御部５０に持つとよい。
【００６０】  なお、上述した実施形態では回転翼の数が３つの場合を例に取り説明したが、飛行体１００としては、例えば図９に示すように、後方に二重反転の回転翼を持つクアッドコプター（図９（ａ））、四方に４つの回転翼を持つクアッドコプター（図９（ｂ））、三方向に二重反転の回転翼を持つヘキサコプター（図９（ｃ））、６つの回転翼を持つヘキサコプター（図９（ｄ））等であってもよい。これらの場合でも、飛行体にカイト翼及びカイト翼傾角の制御部材を取り付けることで、上述した実施形態と同様に、水平飛行と垂直離着陸との間で遷移させる際の姿勢制御や操縦の難しさを緩和し、回転翼と固定翼の双方を備える飛行体の構造や可動部の簡素化を図り、従来のマルチコプターに比べて飛行速度、飛行時間及び航続距離を改善できる。
【００６１】（Ｂ）第２の実施形態：
図１０は、本実施形態に係る飛行体２００の構造を説明する図である。同図に示す飛行体２００は、カイト翼の構造と制御部のリンク機構を除くと第１の実施形態に係る飛行体１００と同じため、飛行体１００と同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６２】  飛行体２００のカイト翼３０の骨組みとなる中心軸３３と左右軸３１ａと３１ｂの接続は固定されており、カイト翼の開閉はできない。カイト翼はリンク４３とリンク４４の２段リンク機構４０により中心軸３３が第２軸Ａ２を回転軸として傾けられる構造となっている。
【００６３】このため飛行体２００は、カイト翼の面積を最大限に取ることができ、第１の実施形態と同様にカイト翼の角度調整により水平飛行時に揚力を得て低消費電力で飛行できるというメリットがあるが、カイト翼の面積が変わらないため、風の影響を大きく受けるほか、垂直離着陸の際に、カイト翼の空気抵抗によって飛行体のふらつき等が生じる。
【００６４】（Ｃ）第３の実施形態：
図１１は、本実施形態に係る飛行体３００の構造を説明する図である。同図に示す飛行体３００は、カイト翼の形状を除くと第１の実施形態に係る飛行体１００と同様の構成であるため、カイト翼以外の構成には飛行体１００と同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】  飛行体３００の左右軸３１ａと３１ｂは，例えば螺旋状にネジを切った連結軸４５に接続されており、連結軸４５は例えばフェースギヤ４６と電動モータ４７により自在に回転でき、左右軸３１ａと３１ｂをスライドさせてカイト翼３０の面積を制御することができる。
【００６６】すなわち、電動モータ等で機体重量が増加するものの、カイト翼３０の面積と角度を独立に制御でき，例えば強風下での運用や、離着陸の安定性の向上が期待できる。
【００６７】（Ｄ）第４の実施形態：
以上説明した各実施形態に係る機体１０以外の部分は、既存のマルチコプターに後から取り付ける改造キットとして実現してもよい。すなわち、上述したカイト翼、機体に対するカイト翼の傾きを調整するカイト翼駆動部、カイト翼駆動部に制御信号を入力する制御部、及び、これらを既存のマルチコプターに取り付けるための取付具をまとめて改造キットとしてもよい。このような改造キットによって、本実施形態に記載のような傾き調整可能なカイト翼を持たない既存のマルチコプターも、後から本実施形態のような傾き調整可能なカイト翼を持つマルチコプターに改造することができる。
【００６８】  なお、本発明は上述した各実施形態に限られず、上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また，本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【符号の説明】
【００６９】１０…機体、１１…軸孔部材、１２…チルト機構、１３…チルトサーボ、１４ａ〜１４ｃ…脚部、２０ａ〜２０ｃ…回転翼、３０…カイト翼、３１ａ〜３１ｂ…左右軸、３２…連結軸、３３…中心軸、４０…カイト翼駆動部、４１…回転サーボ、４２…リンク機構、４３…リンク機構２、４４…リンク機構３、４５…連結軸、４６…フェースギヤ、４７…電動モータ、５０…制御部、５１…制御用コンピュータ、５１ａ〜５１ｅ…出力回路、５２…Ｒ／Ｃ受信機、５３…３軸ジャイロセンサ、５４…３軸加速度センサ、５５…３軸地磁気センサ、５６…気圧センサ、６０…電源、７０…観測対象区域、７１…飛行経路、１００…飛行体、２００…飛行体、３００…飛行体、Ａ１…第１軸、Ａ２…第２軸、ＧＣ…重心、ＬＣ…揚力中心、Ｍ…対称面
【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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【図１０】
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【図１１】
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