(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体を通る鉛直線の周囲に配置された６枚のロータと、
前記６枚のロータの回転数をそれぞれ独立して制御可能な制御部と、を備え、
前記６枚のロータは、前記鉛直線に対して鋭角に傾斜する回転軸線をそれぞれ有すると共に、前記鉛直線がそれぞれの間に配置された第１の一対のロータと、第２の一対のロータと、第３の一対のロータとからなり、
前記６枚のロータの回転面は、同一平面上には配置されておらず、
前記第１の一対のロータ、前記第２の一対のロータおよび前記第３の一対のロータは、それぞれ、前記本体側に傾斜した回転軸線を有する内向きロータと、前記本体とは反対側に傾斜した回転軸線を有する外向きロータとを含み、前記内向きロータおよび前記外向きロータは逆のピッチを有し、
前記内向きロータと前記外向きロータとが、前記鉛直線の周囲において交互に配置されている、飛行体。
【請求項２】
前記第１の一対のロータ、前記第２の一対のロータおよび前記第３の一対のロータにおいて、前記内向きロータの傾斜角と前記外向きロータの傾斜角とは等しく、前記内向きロータの回転面と前記外向きロータの回転面とは、平行な２平面上に配置されている、請求項１に記載の飛行体。
【請求項３】
前記６枚のロータの回転中心は、同一平面上に配置されている、請求項１または２に記載の飛行体。
【請求項４】
前記６枚のロータの回転中心は、正六角形の頂点上に配置されている、請求項３に記載の飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の回転翼を有する飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
メインロータとテールロータを備える従来の回転翼機（ヘリコプタ）では、ロータの回転数や仰角などの複数の制御入力がそれぞれ連成しているため、制御モデルが複雑であり、制御が困難であった。特許文献１に記載されるように、モデル化を容易にした構造として、マルチロータ機が知られている。このマルチロータ機では、回転面が同一平面上に配置された４枚から１０枚のロータが設けられている。
【０００３】
また、非特許文献１に記載された飛行体では、機体の中心を通る同一平面上に６枚のロータの中心が位置するよう、ロータが配置されている。非特許文献１に記載された別の形態では、機体の中心の上と下を通る平行な２つの平面のそれぞれに３枚のロータの中心が位置するよう、ロータが配置されている。非特許文献１に記載された各種の飛行体では、互いに直交する３つの平面のそれぞれに、一対のロータ（すなわち２枚のロータ）の回転面が位置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２０１１／００１７８６５号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Bill Crowther, Alexander Lanzon,Martin Maya-Gonzalez, and David Langkamp, University of Manchester, KinematicAnalysis and Control Design for a Nonplanar Multirotor Vehicle, Journal ofGuidance, Control, and Dynamics, Vol. 34, No. 4, 1157-1171, July-August 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたマルチロータ機では、姿勢制御の容易性という観点では改良が図られているものの、姿勢と並進方向の変動が連成しているという問題は未解決であった。すなわち、従来の回転翼機では、姿勢と並進方向の移動とを独立に制御することは難しく、並進移動を行うためには姿勢を変動させなければならない。また、姿勢を変動させることが目的であっても、姿勢を変動させると並進方向の移動が生じてしまっていた。そのため、飛行体が狭所で移動する際に、移動に伴って意図しない姿勢変動が生じ、飛行体が障害物と衝突するおそれがあった。また、飛行体に搭載されたロボットが外界の構造物等との接触を伴う作業を行う際に、その構造物から受ける反力によって、飛行体が安定した飛行を維持できなくなるおそれがあった。非特許文献１に記載された飛行体では、重力方向へ寄与する推力が少なく、効率が悪かった。
【０００７】
本発明は、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を実現でき、さらには重力方向へ寄与する推力を増大させて効率の良い飛行体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係る飛行体は、本体を通る鉛直線の周囲に配置された６枚のロータと、６枚のロータの回転数をそれぞれ独立して制御可能な制御部と、を備え、６枚のロータは、鉛直線に対して鋭角に傾斜する回転軸線をそれぞれ有すると共に、鉛直線がそれぞれの間に配置された第１の一対のロータと、第２の一対のロータと、第３の一対のロータとからなり、６枚のロータの回転面は、同一平面上には配置されておらず、第１の一対のロータ、第２の一対のロータおよび第３の一対のロータは、それぞれ、本体側に傾斜した回転軸線を有する内向きロータと、本体とは反対側に傾斜した回転軸線を有する外向きロータとを含み、内向きロータおよび外向きロータは逆のピッチを有し、内向きロータと外向きロータとが、鉛直線の周囲において交互に配置されている。
【０００９】
この飛行体によれば、６枚のロータは制御部によって制御されて、それぞれ任意の回転数で回転する。６枚のロータの回転軸線は、鉛直線に対して鋭角に傾斜している。よって、各ロータの回転数を調整することにより、鉛直方向に揚力を発生させるのみならず、水平方向の移動や回転を制御することが可能である。しかも、６枚のロータの回転面は同一平面上には配置されておらず、ロータの傾斜（傾斜の方向や大きさ）は様々にばらついている。よって、飛行体の重心の位置の変化、または、外界から受ける荷重や反力に対して対応しやすい。結果として、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を実現できる。さらには、鉛直線に対して回転軸線が鋭角に傾斜したロータによれば、重力方向へ寄与する推力が増大し、効率が良くなっている。さらに、鉛直線の周囲において交互に配置された内向きロータと外向きロータとを任意の回転数で逆向きに回転させることにより、確実かつ容易に、高い機動性を必要とする運動を実現できる。
【００１１】
いくつかの形態において、第１の一対のロータ、第２の一対のロータおよび第３の一対のロータにおいて、内向きロータの傾斜角と外向きロータの傾斜角とは等しく、内向きロータの回転面と外向きロータの回転面とは、平行な２平面上に配置されている。この場合、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸に関して、並進および回転の運動が独立に制御可能である。よって、飛行体は、６自由度で飛行可能になる。
【００１２】
いくつかの形態において、６枚のロータの回転中心は、同一平面上に配置されている。この場合、制御系がシンプルになるので、設計および実装が容易になる。
【００１３】
いくつかの形態において、６枚のロータの回転中心は、正六角形の頂点上に配置されている。この場合、制御系がさらにシンプルになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る飛行体の概略構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１の飛行体におけるロータの配置を模式的に示す図である。
【図３】本体であるペイロード部の構成を示すブロック図である。
【図４】制御部における制御則の一例を示す図である。
【図５】ロータの傾斜角に対する飛行時の効率と水平方向への移動のしやすさを示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、従来の飛行体による狭隘部での飛行状態の一例を示す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、従来の飛行体による接触作業時の飛行状態の一例を示す図である。
【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、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。以下の説明では、本発明が、無人航空機（Unmanned  Aerial  Vehicle、以下、ＵＡＶという）に適用される場合について説明する。
【００１７】
図１に示されるように、本実施形態の飛行体１は、中央に配置されたペイロード部（本体）２と、ペイロード部２に対して固定されて外方に延びる６本のフレーム３と、フレーム３の先端部に取り付けられた６枚のロータ１０とを備える。すなわち飛行体１は、６枚のロータ１０を備えるマルチロータ機（回転翼機）である。ＵＡＶである飛行体１は、回転および並進方向の運動を合わせた６自由度での運動成分を独立に発生可能になっている。したがって、飛行体１では、狭隘部での飛行や接触作業を伴う飛行が可能になっている。
【００１８】
図１および図２に示されるように、飛行体１のロータ１０は、ペイロード部２を通る鉛直線Ｎの周囲に配置された第１ロータ１１と、第２ロータ１２と、第３ロータ１３と、第４ロータ１４と、第５ロータ１５と、第６ロータ１６とからなる。これらの第１ロータ１１〜第６ロータ１６の間に、ペイロード部２が配置されている。このように、飛行体１は、ヘキサコプタ型の飛行体である。ロータ１０の配置の詳細については、後述する。
【００１９】
図３に示されるように、ペイロード部２には、飛行体１の各部を制御するための制御部２０と、飛行体１の各部を駆動するための電源であるバッテリ２１と、各部に電源を供給するための電源基板２２とが搭載されている。各フレーム３の先端部には、第１ロータ１１〜第６ロータ１６のそれぞれを回転させるモータ３１〜３６が取り付けられている。ペイロード部２には、これらのモータ３１〜３６の回転数を制御するための、６個のモータアンプ３０が搭載されている。各モータアンプ３０には、電源基板２２を介してバッテリ２１から電源が供給される。各モータアンプ３０は、制御部２０によって制御されて、モータ３１〜３６が所定の回転数および回転方向で回転するように、モータ３１〜３６に電流を供給する。
【００２０】
制御部２０は、たとえばＣＰＵ（Central  Processing  Unit)、ＲＯＭ(Read  Only  Memory)、およびＲＡＭ(Random  Access  Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。制御部２０は、たとえば地上で操作される送信機（図示せず）と無線で通信可能になっている。制御部２０は、送信機からの指令を受け、飛行体１の現在の位置および姿勢に基づいて、所定（目標）の位置、姿勢または動作にて飛行体１を飛行させるよう、モータアンプ３０を介してモータ３１〜３６のそれぞれを制御する。制御部２０は、第１ロータ１１、第２ロータ１２、第３ロータ１３、第４ロータ１４、第５ロータ１５および第６ロータ１６の回転数をそれぞれ独立して制御可能である。なお、図３において、実線は電源系統を示し、破線は通信系統（制御系統）を示している。
【００２１】
ペイロード部２には、各種のセンサ類２３が搭載されている。これらのセンサ類２３は、飛行体１の位置および姿勢などを推定するための機器である。図３に示される例では、たとえば、ジャイロセンサ２４、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）２５および気圧センサ２６が設けられている。これらのセンサ類２３は、測定結果を示すデータを制御部２０に出力する。制御部２０は、センサ類２３から出力されたセンサデータに基づき、たとえば適当な推定アルゴリズム等を用いて、飛行体１の現在の位置および姿勢を推定する。
【００２２】
上記した機器の他にも、ペイロード部２には、たとえばカメラやロボットアーム等の追加機器が搭載され得る。ペイロード部２に搭載される機器は、飛行体１に求められる飛行や作業に応じて、適宜変更され得る。ペイロード部２に搭載される機器の位置および重量によって、ペイロード部２の重量および重心の位置は変化し得る。飛行体１では、ペイロード部２の重量および重心の位置を考慮して、第１ロータ１１〜第６ロータ１６が回転制御される。
【００２３】
次に、図４を参照して、制御部２０における制御則の一例について説明する。制御部２０は、飛行体１の目標位置および／または目標姿勢を取得する。また、制御部２０は、ペイロード部２のセンサ類２３から出力されるセンサデータに基づいて飛行体１の現在の位置および姿勢を取得する。制御部２０は、力学計算を行うことにより、目標位置および／または目標姿勢を実現するための目標推力および目標トルクを算出する。図４において、ＦｘはＸ軸方向の推力、ＦｙはＹ軸方向の推力、ＦｚはＺ軸方向の推力を表す。ＭｘはＸ軸周りのモーメント、ＭｙはＹ軸周りのモーメント、ＭｚはＺ軸周りのモーメントを表す。
【００２４】
第１ロータ１１〜第６ロータ１６の回転数をそれぞれω１〜ω６とすると、どのようにロータを回転させたときに、どのような推力およびモーメントが得られるかは、伝達関数Ｔを用いて、下記の式（１）で表される。
【数１】
0006536042.tif 000002
【００２５】
第１ロータ１１〜第６ロータ１６の配置・構成に独自の工夫がなされた飛行体１では、伝達関数Ｔに逆行列が存在する。よって、目標の推力およびトルクに応じて、下記の式（２）を用いて、ロータの回転速度を算出することができる。
【数２】
0006536042.tif 000003
【００２６】
図１および図２に戻り、第１ロータ１１〜第６ロータ１６の配置および構成について詳細に説明する。鉛直線Ｎの周囲に配置された６枚のロータ１１〜１６は、水平面に沿って延びる六角形の頂点上に配置されている。より詳細には、６枚のロータ１１〜１６の回転中心、すなわち、第１ロータ１１の回転中心１１ａ、第２ロータ１２の回転中心１２ａ、第３ロータ１３の回転中心１３ａ、第４ロータ１４の回転中心１４ａ、第５ロータ１５の回転中心１５ａおよび第６ロータ１６の回転中心１６ａは、同一平面上に配置されており、正六角形の頂点上に配置されている。
【００２７】
なお、６枚のロータ１１〜１６は、正六角形の頂点上に配置される必要性はなく、対向する一対の辺（平行な２辺）のみが長い六角形の頂点上に配置されてもよい。６枚のロータ１１〜１６は、必ずしも同一平面上に配置されなくてもよく、Ｚ軸方向にオフセットされていてもよい。６枚のロータ１１〜１６あるいは回転中心１１ａ〜１６ａが所定の水平方向線に関して対称性を有するように配置されると、制御系がシンプルになり、設計および実装が容易である。
【００２８】
図２（ｂ）に示されるように、鉛直上方から見て反時計回りに、第１ロータ１１、第２ロータ１２、第３ロータ１３、第４ロータ１４、第５ロータ１５および第６ロータ１６が配置されている。対角線上に位置する第１ロータ１１および第４ロータ１４（第１の一対のロータ）の間に、鉛直線Ｎが配置されている。対角線上に位置する第２ロータ１２および第５ロータ１５（第２の一対のロータ）の間に、鉛直線Ｎが配置されている。対角線上に位置する第３ロータ１３および第６ロータ１６（第３の一対のロータ）の間に、鉛直線Ｎが配置されている。
【００２９】
すなわち、６枚のロータ１１〜１６は、鉛直線Ｎに関してそれぞれ対称な位置に配置された、第１の一対のロータ１１，１４と、第２の一対のロータ１２，１５と、第３の一対のロータ１３，１６とからなる。６枚のロータ１１〜１６のそれぞれは、鉛直線Ｎに対して鋭角に傾斜する回転軸線Ａ１〜Ａ６を有する。
【００３０】
第１の一対のロータ１１，１４に関して説明する。第１ロータ１１の回転軸線である第１軸線Ａ１は、ペイロード部２側に傾斜角θだけ傾斜している（０°＜θ＜９０°）。一方、第４ロータ１４の回転軸線である第４軸線Ａ４は、ペイロード部２とは反対側に傾斜角θだけ傾斜している。言い換えれば、第１ロータ１１は、その回転面が内向きとされた内向きロータである。第４ロータ１４は、その回転面が外向きとされた外向きロータである。第１軸線Ａ１と第４軸線Ａ４は互いに平行であり、第１ロータ１１の回転面と第４ロータ１４の回転面とは、平行な２平面上に配置されている。
【００３１】
第２の一対のロータ１２，１５に関して説明する。図２（ａ）に示されるように、第２ロータ１２の回転軸線である第２軸線Ａ２は、ペイロード部２とは反対側に傾斜角θだけ傾斜している。一方、第５ロータ１５の回転軸線である第５軸線Ａ５は、ペイロード部２側に傾斜角θだけ傾斜している。言い換えれば、第２ロータ１２は、その回転面が外向きとされた外向きロータである。第５ロータ１５は、その回転面が内向きとされた内向きロータである。第２軸線Ａ２と第５軸線Ａ５は互いに平行であり、第２ロータ１２の回転面と第５ロータ１５の回転面とは、平行な２平面上に配置されている。
【００３２】
第３の一対のロータ１３，１６に関して説明する。第３ロータ１３の回転軸線である第３軸線Ａ３は、ペイロード部２側に傾斜角θだけ傾斜している。一方、第６ロータ１６の回転軸線である第６軸線Ａ６は、ペイロード部２とは反対側に傾斜角θだけ傾斜している。言い換えれば、第３ロータ１３は、その回転面が内向きとされた内向きロータである。第６ロータ１６は、その回転面が外向きとされた外向きロータである。第３軸線Ａ３と第６軸線Ａ６は互いに平行であり、第３ロータ１３の回転面と第６ロータ１６の回転面とは、平行な２平面上に配置されている。
【００３３】
飛行体１において、内向きロータである第１ロータ１１、第３ロータ１３および第５ロータ１５と、外向きロータである第２ロータ１２、第４ロータ１４および第６ロータ１６とは、鉛直線Ｎの周囲において交互に配置されている。隣り合う２枚のロータの回転中心間の距離は、長さＬであり、上記した正六角形の一辺の長さに相当する。
【００３４】
鉛直線Ｎを中間に配置して対向する一対のロータにおいて、傾斜角θは等しくなっているが、傾斜する方向は、鉛直線Ｎに関して反対になっている。一対のロータにおいて傾斜する方向が異なっていることにより、６枚のロータ１１〜１６の回転面は、同一平面上には配置されていない。
【００３５】
次に、ロータ１１〜１６のピッチおよび回転方向について説明する。第１ロータ１１および第４ロータ１４は、逆のピッチを有している。第２ロータ１２および第５ロータ１５は、逆のピッチを有している。第３ロータ１３および第６ロータ１６は、逆のピッチを有している。これらのピッチの大きさは等しい。なお、これらのピッチの大きさは異なっていてもよいが、等しいピッチである方が、制御部２０における計算が容易である。
【００３６】
そして、第１ロータ１１および第４ロータ１４は、制御部２０によってモータ３１およびモータ３４が回転制御されることにより、それぞれの回転軸線Ａ１，Ａ４に関して反対方向に回転可能である。第２ロータ１２および第５ロータ１５は、制御部２０によってモータ３２およびモータ３５が回転制御されることにより、それぞれの回転軸線Ａ２，Ａ５に関して反対方向に回転可能である。第３ロータ１３および第６ロータ１６は、制御部２０によってモータ３３およびモータ３６が回転制御されることにより、それぞれの回転軸線Ａ３，Ａ６に関して反対方向に回転可能である。なお、第１ロータ１１および第４ロータ１４、第２ロータ１２および第５ロータ１５、第３ロータ１３および第６ロータ１６は、それぞれの回転軸線Ａ１〜Ａ６に関して同方向にも回転可能になっている。
【００３７】
次に、飛行体１におけるロータの回転数の決定方法について説明する。各ロータ１１〜１６が、回転軸線方向の推力（Ｆ＝Ｋｆ・ω２）、回転軸線周りのモーメント（Ｍ＝Ｋτ・ω２）を生じるとすると、各ロータ１１〜１６の回転数ω１〜ω６から、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向の推力および軸周りのモーメントを算出するための伝達関数Ｔ（上記の式（１）参照）は、下記の式（３）で表される。
【数３】
0006536042.tif 000004
【００３８】
ここで、Ｋｆは推力係数であり、Ｋτは反トルク係数である。これらの係数は、それぞれロータ１１〜１６の形状に依存して決まる定数である。Ｌは上記した距離Ｌ（図２（ｂ）参照）である。Ｓはｓｉｎθであり、Ｃはｃｏｓθである。上記の式（３）において、右辺第一項は推力による成分を意味し、右辺第二項は反動トルクによる成分を意味する。ｓｉｎθ≠０かつｃｏｓθ≠０を満たす範囲内において、右辺第一項については、明らかに１〜５行目の要素が独立である。また右辺第二項については、４，５行目の要素はそれぞれ第一項の５，２行目に従属であるが、６行目の要素は独立である。よって、飛行体１について、ｒａｎｋ（Ｔ）＝６が成り立つ。よって、Ｔには逆行列が存在するため、任意の出力（推力およびモーメント）について入力（ロータの回転数）を一意に定めることができる。すなわち、飛行体１は、姿勢変化を伴わずに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の並進運動を行うことができる。
【００３９】
飛行体１における具体的な駆動例について説明する。基本的に、所望の運動に対する各ロータの回転数（回転速度）は、上記式（１）〜（３）に基づいて計算することができる。その一例を示すと、Ｚ軸方向の推力であるＦｚのみが、重力に打ち勝つために発生すればよい。上記の式（１）、（２）において、（ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６）＝（Ωｎ，．．．，Ωｎ）とすると、上記の式（３）から、鉛直成分（鉛直方向推力）Ｆｚのみ、Ｆｚ＝６ＫｆＣΩｎとなり、他の成分はゼロとなる。このことから、すべてのロータ１１〜１６を同じ回転数で回転させれば、ホバリングが可能になる。
【００４０】
たとえばＹ軸方向に移動する場合には、（ω１，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６）＝（Ωｎ−ｘ，Ωｎ＋２ｘ，Ωｎ−ｘ，Ωｎ−ｘ，Ωｎ＋２ｘ，Ωｎ−ｘ）とすると、上記の式（３）から、鉛直成分（鉛直方向推力）Ｆｚは、Ｆｚ＝６ＫｆＣΩｎ、Ｙ軸方向推力ＦＹは、ＦＹ＝４ＫｆＳｘとなり、他の成分はゼロとなる。よって、第２ロータ１２と第５ロータ１５を高い回転数で回転させて、他のロータは、その分、低い回転数で回転させると、ホバリング状態を維持したまま、姿勢を変えずにＹ軸方向に移動可能になる。
【００４１】
図５を参照して、飛行体１における傾斜角θと特性の関係について説明する。飛行体１では、ロータ１１〜１６の傾斜角θが変わると、飛行時の効率および水平方向への移動のしやすさ（運動性能）が変化する。図５に示されるように、傾斜角θが大きくなるにつれて、飛行時の効率は低下するが、その一方で、水平方向への移動のしやすさが増大する。このような、傾斜角θに応じた特性の変化を考慮して、傾斜角θを適宜決定することができる。
【００４２】
本実施形態の飛行体１によれば、６枚のロータ１１〜１６は制御部２０によって制御されて、それぞれ任意の回転数で回転する。６枚のロータ１１〜１６の回転軸線Ａ１〜Ａ６は、鉛直線Ｎに対して鋭角に傾斜している。よって、各ロータ１１〜１６の回転数を調整することにより、鉛直方向に揚力を発生させるのみならず、水平方向の移動や回転を制御することが可能である。しかも、６枚のロータ１１〜１６の回転面は同一平面上には配置されておらず、ロータ１１〜１６の傾斜（傾斜の方向や大きさ）は様々にばらついている。よって、飛行体１の重心の位置の変化、または、外界から受ける荷重や反力に対して対応しやすくなっている。結果として、狭所作業や外界との接触等といった、高い機動性を必要とする運動を実現できる。さらには、回転軸線Ａ１〜Ａ６が鋭角に傾斜したロータ１１〜１６を備えるため、重力方向へ寄与する推力が増大しており、効率が良くなっている。また、６枚のロータ１１〜１６が鉛直線Ｎの周囲に配置されているため、ペイロード部２における構造面での制約が少なく、しかも、着陸性に優れている。たとえば、従来の飛行体では着陸機構や撮像機などを搭載しにくかったが、飛行体１では、着陸機構を設けることが容易になっており、しかも撮像機などを搭載することも容易である。
【００４３】
一対のロータのうち、内向きロータ（具体的には第１ロータ１１、第３ロータ１３、第５ロータ１５）と外向きロータ（具体的には第２ロータ１２、第４ロータ１４、第６ロータ１６）とを任意の回転数で逆向きに回転させることにより、確実かつ容易に、高い機動性を必要とする運動を実現できる。
【００４４】
内向きロータの傾斜角θと外向きロータの傾斜角θとは等しく、内向きロータの回転面と外向きロータの回転面とは、平行な２平面上に配置されている。よって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸に関して、並進および回転の運動が独立に制御可能であり、飛行体１は、６自由度で飛行可能になる。
【００４５】
従来のヘキサコプタでは、Ｔのランクが４（傾斜角θ＝０に相当）であり、４自由度（すなわち、鉛直方向の加速度と、ロール、ピッチおよびヨー方向の角加速度）の運動を操作して６自由度の状態を実現しようとしていたため、運動の自由度が少なく、所望の位置および姿勢を実現するのが難しかった。たとえば、従来の飛行体では、狭隘部において水平状態で飛行している際、突風によって飛行体が流されそうになった場合、姿勢を維持するために姿勢を変化させる必要があった。姿勢変化の結果、飛行体が構造物に衝突するおそれがあった。また、飛行体を飛行させて接触作業を行う際、ツールを対象に接触させるために飛行体を対象に近づけると、接触に伴って生じる反力により飛行体の姿勢運動が拘束されるおそれがあり、その結果、飛行体の制御が困難になるおそれがあった。
【００４６】
この点、本実施形態の飛行体１では、狭隘部において水平状態で飛行している際（図６（ａ）参照）、突風によって飛行体１が流されそうになった場合でも（図６（ｂ）参照）、姿勢を維持するために姿勢を変化させる必要はない。姿勢を維持できるため、飛行体１が構造物に衝突することが防止される（図６（ｃ）参照）。さらには、飛行体１を飛行させて接触作業を行う際、ツール４０を対象に接触させるために飛行体１を対象に近づけた場合でも（図７（ａ）参照）、接触に伴って生じる反力に応じて、飛行体１の姿勢が維持されるように調整することができる（図７（ｂ）参照）。
【００４７】
本実施形態の飛行体１によれば、６自由度の入力で６自由度の運動を独立に制御可能であるため、６自由度の状態を実現しやすくなっている。
【００４８】
さらに、６枚のロータ１１〜１６の回転中心１１ａ〜１６ａは同一平面上に配置されているため、制御系がシンプルになっている。よって、設計および実装が容易である。
【００４９】
６枚のロータ１１〜１６の回転中心１１ａ〜１６ａは正六角形の頂点上に配置されているため、制御系がさらにシンプルになっている。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。ロータ１１〜１６の傾斜角θは、それぞれ異なっていてもよい。ロータ１１〜１６の回転面が同一平面上にないという条件を満たす限り、ロータ１１〜１６をどのように傾斜させてもよい。
【００５１】
６枚のロータの他に、１枚または複数枚の補助的なロータまたは予備のロータが更に設けられてもよい。本発明は、ＵＡＶに適用される場合に限られず、有人航空機に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  飛行体
２  ペイロード部（本体）
１０  ロータ
１１  第１ロータ（内向きロータ）
１１ａ  回転中心
１２  第２ロータ（外向きロータ）
１２ａ  回転中心
１３  第３ロータ（内向きロータ）
１３ａ  回転中心
１４  第４ロータ（外向きロータ）
１４ａ  回転中心
１５  第５ロータ（内向きロータ）
１５ａ  回転中心
１６  第６ロータ（外向きロータ）
１６ａ  回転中心
２０  制御部
Ａ１  第１軸線
Ａ２  第２軸線
Ａ３  第３軸線
Ａ４  第４軸線
Ａ５  第５軸線
Ａ６  第６軸線
Ｎ  鉛直線
θ  傾斜角
【図１】
0006536042.tif 000005
【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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