(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機軸の方向としての機軸方向に延びる胴体と、
前記胴体の前記機軸方向の一方側に設けられた第１プロペラと、
前記胴体の前記機軸方向の他方側に設けられた第１乃至第４主翼と、
前記第１プロペラと前記第１乃至第４主翼との間に、前記機軸を中心とする放射状に９０度ピッチで配置された第１乃至第４操舵翼と、
前記胴体に設けられた第１乃至第４サーボ機構と、
本無人航空機が水平飛行をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置と
を具備し、
前記第１乃至第４主翼は、前記機軸を中心とする放射状に９０度ピッチで配置され、
前記第１乃至第４操舵翼は、前記第１乃至第４サーボ機構にそれぞれ固定され、
前記第１乃至第４操舵翼は、前記第１乃至第４主翼に対して前記機軸まわりの回転位相が４５度ずれて配置され、
本無人航空機が水平飛行をするとき、
前記第１主翼が前記胴体から右斜め下に延びるように前記胴体の右下側に配置され、
前記第２主翼が前記胴体から左斜め下に延びるように前記胴体の左下側に配置され、
前記第３主翼が前記胴体から左斜め上に延びるように前記胴体の左上側に配置され、
前記第４主翼が前記胴体から右斜め上に延びるように前記胴体の右上側に配置され、
前記第１操舵翼が垂直となるように前記胴体の下側に配置され、
前記第２操舵翼が水平となるように前記胴体の左側に配置され、
前記第３操舵翼が垂直となるように前記胴体の上側に配置され、
前記第４操舵翼が水平となるように前記胴体の右側に配置される
無人航空機。
【請求項２】
前記機軸方向から見たときに、前記第１乃至第４操舵翼と前記第１乃至第４主翼とが重ならないように配置された
請求項１の無人航空機。
【請求項３】
前記一方側に設けられた第２プロペラを更に具備し、
前記第１プロペラ及び前記第２プロペラは、共通の回転軸まわりに互いに逆方向に回転する
請求項２の無人航空機。
【請求項４】
前記第１プロペラ及び前記第２プロペラを駆動する電動モータを更に具備する
請求項３の無人航空機。
【請求項５】
本無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段を更に具備し、
前記飛行制御装置は、前記少なくとも一つに基づいて、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項４の無人航空機
【請求項６】
前記飛行制御装置は、本無人航空機が所望の飛行経路に沿って水平飛行をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項５の無人航空機。
【請求項７】
前記飛行制御装置は、本無人航空機が所望の空中位置に定点保持をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項５又は６の無人航空機。
【請求項８】
前記少なくとも一つを示す信号を送信する無線通信装置を更に具備する
請求項５乃至７のいずれかに記載の無人航空機。
【請求項９】
画像を取得するカメラを更に具備し、
前記無線通信装置は、前記画像を示す信号を送信する
請求項８の無人航空機。
【請求項１０】
前記画像をパターン認識処理する画像処理装置を更に具備し、
前記画像には情報収集対象が写っており、
前記飛行制御装置は、前記画像のパターン認識処理結果に基づいて、前記カメラが前記情報収集対象の写った画像を取得し続けるように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項９の無人航空機。
【請求項１１】
前記カメラは、前記機軸に対する放射方向を向くように設けられ、
前記飛行制御装置は、前記カメラが本無人航空機の下方を向いた状態で本無人航空機が水平飛行をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度、及び姿勢を制御する
請求項９又は１０の無人航空機。
【請求項１２】
前記カメラは、前記一方側から前記他方側を見る方向を向くように設けられ、
前記飛行制御装置は、前記カメラが本無人航空機の下方を向いた状態で本無人航空機が空中で定点保持をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度、及び姿勢を制御する
請求項９又は１０の無人航空機。
【請求項１３】
前記一方側に設けられた第２プロペラを更に具備し、
前記第１プロペラ及び前記第２プロペラは、共通の回転軸まわりに互いに逆方向に回転する
請求項１の無人航空機。
【請求項１４】
前記第１プロペラを駆動する電動モータを更に具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項１５】
本無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段を更に具備し、
前記飛行制御装置は、前記少なくとも一つに基づいて、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項１の無人航空機。
【請求項１６】
本無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角、姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段と、
前記少なくとも一つを示す信号を送信する無線通信装置と
を更に具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項１７】
画像を取得するカメラと、
前記画像を示す信号を送信する無線通信装置と
を更に具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項１８】
情報収集対象が写った画像を取得するカメラと、
前記画像をパターン認識処理する画像処理装置と
を更に具備し、
前記飛行制御装置は、前記画像のパターン認識処理結果に基づいて、前記カメラが前記情報収集対象の写った画像を取得し続けるように、本無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する
請求項１の無人航空機。
【請求項１９】
前記機軸に対する放射方向を向くように設けられた第１カメラを更に具備し、
前記飛行制御装置は、前記第１カメラが本無人航空機の下方を向いた状態で本無人航空機が水平飛行をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度、及び姿勢を制御する
請求項１の無人航空機。
【請求項２０】
前記一方側から前記他方側を見る方向を向くように設けられた第２カメラを更に具備し、
前記飛行制御装置は、前記第２カメラが本無人航空機の下方を向いた状態で本無人航空機が空中で定点保持をするように、本無人航空機の位置、速度、加速度、及び姿勢を制御する
請求項１又は１９の無人航空機。
【請求項２１】
前記第１乃至第４主翼の端部に接して、前記機軸を中心とする円筒状に配置された円筒翼を更に具備する
請求項１の無人航空機。
【請求項２２】
無人航空機と、
ヒューマンインターフェースと
を具備し、
前記無人航空機は、
機軸の方向としての機軸方向に延びる胴体と、
前記胴体の前記機軸方向の一方側に設けられた第１プロペラと、
前記胴体の前記機軸方向の他方側に設けられた第１乃至第４主翼と、
前記第１プロペラと前記第１乃至第４主翼との間に、前記機軸を中心とする放射状に９０度ピッチで配置された第１乃至第４操舵翼と、
前記胴体に設けられた第１乃至第４サーボ機構と、
前記無人航空機が水平飛行をするように、前記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置と、
無線通信装置と、
カメラと
を備え、
前記第１乃至第４主翼は、前記機軸を中心とする放射状に９０度ピッチで配置され、
前記第１乃至第４操舵翼は、前記第１乃至第４サーボ機構にそれぞれ固定され、
前記第１乃至第４操舵翼は、前記第１乃至第４主翼に対して前記機軸まわりの回転位相が４５度ずれて配置され、
前記無人航空機が水平飛行をするとき、
前記第１主翼が前記胴体から右斜め下に延びるように前記胴体の右下側に配置され、
前記第２主翼が前記胴体から左斜め下に延びるように前記胴体の左下側に配置され、
前記第３主翼が前記胴体から左斜め上に延びるように前記胴体の左上側に配置され、
前記第４主翼が前記胴体から右斜め上に延びるように前記胴体の右上側に配置され、
前記第１操舵翼が垂直となるように前記胴体の下側に配置され、
前記第２操舵翼が水平となるように前記胴体の左側に配置され、
前記第３操舵翼が垂直となるように前記胴体の上側に配置され、
前記第４操舵翼が水平となるように前記胴体の右側に配置され、
前記ヒューマンインターフェースは、
無線通信部と、
前記無人航空機を遠隔操作するための入力部と、
前記カメラが取得した画像を表示する表示装置と
を備える
無人航空機システム。
【請求項２３】
第１無人航空機と、
第２無人航空機と、
ヒューマンインターフェースと
を具備し、
前記第１無人航空機及び前記第２無人航空機の各々は、
機軸の方向としての機軸方向に延びる胴体と、
前記胴体の前記機軸方向の一方側に設けられた第１プロペラと、
前記胴体の前記機軸方向の他方側に設けられた第１乃至第４主翼と、
前記第１プロペラと前記第１乃至第４主翼との間に、前記機軸を中心とする放射状に９０度ピッチで配置された第１乃至第４操舵翼と、
前記胴体に設けられた第１乃至第４サーボ機構と、
前記各々が水平飛行をするように、前記各々の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置と、
無線通信装置と
を備え、
前記第１乃至第４主翼は、前記機軸を中心とする放射状に９０度ピッチで配置され、
前記第１乃至第４操舵翼は、前記第１乃至第４サーボ機構にそれぞれ固定され、
前記第１乃至第４操舵翼は、前記第１乃至第４主翼に対して前記機軸まわりの回転位相が４５度ずれて配置され、
前記各々が水平飛行をするとき、
前記第１主翼が前記胴体から右斜め下に延びるように前記胴体の右下側に配置され、
前記第２主翼が前記胴体から左斜め下に延びるように前記胴体の左下側に配置され、
前記第３主翼が前記胴体から左斜め上に延びるように前記胴体の左上側に配置され、
前記第４主翼が前記胴体から右斜め上に延びるように前記胴体の右上側に配置され、
前記第１操舵翼が垂直となるように前記胴体の下側に配置され、
前記第２操舵翼が水平となるように前記胴体の左側に配置され、
前記第３操舵翼が垂直となるように前記胴体の上側に配置され、
前記第４操舵翼が水平となるように前記胴体の右側に配置され、
前記ヒューマンインターフェースは、無線通信部を備え、
前記第１無人航空機は、前記第２無人航空機と前記ヒューマンインターフェースとの通信を中継する
無人航空機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人航空機及び無人航空機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、垂直離着陸、胴体をほぼ水平にした通常巡航、及び空中静止が可能な無人航空機を開示している。この無人航空機は、一対の可動式主翼を備える。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１３３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、定点保持及び高速移動に適した無人航空機及び無人航空機システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００６】
本発明による無人航空機は、機軸の方向としての機軸方向に延びる胴体（１０）と、上記胴体の上記機軸方向の一方側に設けられた第１プロペラ（１３Ａ）と、上記胴体の上記機軸方向の他方側に設けられた第１乃至第４主翼（１１Ａ〜１１Ｄ、１１Ａ’〜１１Ｄ ’）とを具備する。上記第１乃至第４主翼は、上記機軸を中心とする放射状に配置される。
【０００７】
複数の主翼が放射状に配置されているため、主翼一枚あたりの翼面積が小さい場合でも水平飛行時の揚力が確保され、空力的な対称性により定点保持時の風の影響が小さくなる。
【０００８】
上記無人航空機は、上記第１プロペラと上記第１乃至第４主翼との間に、上記機軸を中心とする放射状に配置された第１乃至第４操舵翼（１２Ａ〜１２Ｄ）と、上記胴体に設けられた第１乃至第４サーボ機構（１７Ａ〜１７Ｄ）とを更に具備することが好ましい。上記第１乃至第４操舵翼は、上記第１乃至第４サーボ機構にそれぞれ固定される。
【０００９】
上記機軸方向から見たときに、上記第１乃至第４操舵翼と上記第１乃至第４主翼とが重ならないように配置されることが好ましい。
【００１０】
上記無人航空機は、上記一方側に設けられた第２プロペラ（１３Ｂ）を更に具備することが好ましい。上記第１プロペラ及び上記第２プロペラは、共通の回転軸まわりに互いに逆方向に回転する。
【００１１】
上記無人航空機は、上記第１プロペラ及び上記第２プロペラを駆動する電動モータ（１４）を更に具備することが好ましい。
【００１２】
上記無人航空機は、上記無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段（２１〜２４、２７、２８）と、上記少なくとも一つに基づいて、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置（２７）とを更に具備することが好ましい。
【００１３】
上記飛行制御装置は、上記無人航空機が所望の飛行経路に沿って水平飛行をするように、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御することが好ましい。
【００１４】
上記飛行制御装置は、上記無人航空機が所望の空中位置に定点保持をするように、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御することが好ましい。
【００１５】
上記無人航空機は、上記少なくとも一つを示す信号を送信する無線通信装置（２５）を更に具備することが好ましい。
【００１６】
上記無人航空機は、画像を取得するカメラ（１５、１６）を更に具備することが好ましい。上記無線通信装置は、上記画像を示す信号を送信する。
【００１７】
上記無人航空機は、上記画像をパターン認識処理する画像処理装置（２６）を更に具備することが好ましい。上記画像には情報収集対象（５０、６０）が写っている。上記飛行制御装置は、上記画像のパターン認識処理結果に基づいて、上記カメラが上記情報収集対象の写った画像を取得し続けるように、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。
【００１８】
上記カメラは、上記機軸に対する放射方向を向くように設けられることが好ましい。
【００１９】
上記カメラは、上記一方側から上記他方側を見る方向を向くように設けられることが好ましい。
【００２０】
上記無人航空機は、上記第１プロペラを駆動する電動モータ（１４）を更に具備することが好ましい。
【００２１】
上記無人航空機は、上記無人航空機の位置、速度、加速度、姿勢角、姿勢角速度の少なくとも一つを検出する手段（２１〜２４、２７、２８）と、上記少なくとも一つを示す信号を送信する無線通信装置（２５）とを更に具備することが好ましい。
【００２２】
上記無人航空機は、画像を取得するカメラ（１５、１６）と、上記画像を示す信号を送信する無線通信装置（２５）とを更に具備することが好ましい。
【００２３】
上記無人航空機は、情報収集対象（５０、６０）が写った画像を取得するカメラ（１５、１６）と、上記画像をパターン認識処理する画像処理装置（２６）と、上記画像のパターン認識処理結果に基づいて、上記カメラが上記情報収集対象の写った画像を取得し続けるように、上記無人航空機の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する飛行制御装置（２７）とを更に具備することが好ましい。
【００２４】
上記無人航空機は、上記機軸に対する放射方向を向くように設けられた第１カメラ（１５）を更に具備することが好ましい。
【００２５】
上記無人航空機は、上記一方側から上記他方側を見る方向を向くように設けられた第２カメラ（１６）を更に具備することが好ましい。
【００２６】
本発明による無人航空機は、機軸の方向としての機軸方向に延びる胴体（１０）と、上記胴体の上記機軸方向の一方側に設けられた第１プロペラ（１３Ａ）と、上記胴体の上記機軸方向の他方側に設けられ、上記機軸を中心とする放射状に配置された複数の主翼（１１Ａ〜１１Ｄ）と、上記第１プロペラと上記複数の主翼との間に配置された複数の操舵翼（１２Ａ〜１２Ｄ）とを具備する。
【００２７】
上記無人航空機は、上記複数の主翼の端部に接して、上記機軸を中心とする円筒状に配置された円筒翼（１１Ｘ）を更に具備することが好ましい。
【００２８】
本発明による無人航空機システムは、無人航空機と、ヒューマンインターフェース（３０）とを具備する。上記無人航空機は、機軸の方向としての機軸方向に延びる胴体（１０）と、上記胴体の上記機軸方向の一方側に設けられた第１プロペラ（１３Ａ）と、上記胴体の上記機軸方向の他方側に設けられた第１乃至第４主翼（１１Ａ〜１１Ｄ、１１Ａ’〜１１Ｄ ’）と、無線通信装置（２５）と、カメラ（１５、１６）とを備える。上記第１乃至第４主翼は、上記機軸を中心とする放射状に配置される。上記ヒューマンインターフェースは、無線通信部と、上記無人航空機を遠隔操作するための入力部（３３）と、上記カメラが取得した画像を表示する表示装置（３１）とを備える。
【００２９】
本発明による無人航空機システムは、第１無人航空機と、第２無人航空機と、ヒューマンインターフェース（３０）とを具備する。上記第１無人航空機及び上記第２無人航空機の各々は、機軸の方向としての機軸方向に延びる胴体（１０）と、上記胴体の上記機軸方向の一方側に設けられた第１プロペラ（１３Ａ）と、上記胴体の上記機軸方向の他方側に設けられた第１乃至第４主翼（１１Ａ〜１１Ｄ、１１Ａ’〜１１Ｄ ’）と、無線通信装置（２５）とを備える。上記第１乃至第４主翼は、上記機軸を中心とする放射状に配置される。上記第２無人航空機は、無線通信部を備える。上記第１無人航空機は、上記第２無人航空機と上記ヒューマンインターフェースとの通信を中継する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、定点保持及び高速移動に適した無人航空機及び無人航空機システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
添付図面を参照して、本発明による無人航空機及び無人航空機システムを実施するための最良の形態を以下に説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無人航空機１の下面図である。無人航空機１は、無人航空機１の機軸方向に延びる胴体１０と、胴体１０の機軸方向一方側としての前部に設けられたプロペラ１３Ａ及び１３Ｂと、胴体１０の機軸方向他方側としての後部に設けられた主翼１１Ａ乃至１１Ｄと、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂを駆動する電動モータ１４と、胴体１０に設けられた操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄと、胴体１０のほぼ中央に設けられたカメラ１５と、胴体１０の後部に設けられたカメラ１６を備える。主翼１１Ｃは主翼１１Ｂの陰に隠れ、主翼１１Ｄは主翼１１Ａの陰に隠れ、操舵翼１２Ｃは胴体１０の陰に隠れている。主翼１１Ａ乃至１１Ｄは、胴体１０に固定されている。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂと、主翼１１Ａ乃至１１Ｄとの間に配置される。カメラ１５は、機軸に対する放射方向（垂直方向）を向く。カメラ１６は、胴体１０の前部から後部を見る方向（無人航空機１の後方）を向く。
【００３３】
操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂと、主翼１１Ａ乃至１１Ｄとの間に配置される。そのため、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄがプロペラ１３Ａ及び１３Ｂの風下側近傍に配置され、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄの舵効きが向上する。
【００３４】
電動モータ１４は、エンジンと比較して軽量であるため、無人航空機１が軽量化され、無人航空機１の可搬性が優れている。また、電動モータ１４は、整備性及び静粛性がエンジンよりも優れている。
【００３５】
図２は、無人航空機１を機軸方向前方から見た正面図を示す。無人航空機１は、機軸に対する四面対称形状を有する。主翼１１Ａ乃至１１Ｄは、機軸を中心とする放射状に、９０度ピッチで配置されている。主翼１１Ａ乃至１１Ｄの各々は、胴体１０から機軸を中心とする放射方向に延びている。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、機軸を中心とする放射状に、９０度ピッチで配置されている。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄの各々は、機軸を中心とする放射方向に延びている。操舵翼１２Ａ乃至操舵翼１２Ｄが主翼１１Ａ乃至主翼１１Ｄに対して機軸まわりの回転位相が４５度ずれて配置されているため、機軸方向から見たときに主翼１１Ａ乃至１１Ｄと操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄとは重ならない。プロペラ１３Ａ及びプロペラ１３Ｂは、機軸に平行な共通の回転軸まわりに互いに逆方向に回転する。したがって、電動モータ１４として二重反転式電動モータを用いることが好ましい。
【００３６】
無人航空機１は、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂと、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂの風下側に配置された操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄとにより、姿勢制御や加速度制御のための回転力を得る。
【００３７】
操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄが主翼１１Ａ乃至１１Ｄに対して機軸まわりの回転位相がずれて配置されているため、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄで発生する後流が主翼１１Ａ乃至１１Ｄに当りにくい。
【００３８】
二重反転式電動モータとしての電動モータ１４を用いてプロペラ１３Ａ及び１３Ｂを互いに逆方向に回転させることで、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂの反動トルクが相殺される。したがって、無人航空機１のロール姿勢角（機軸まわりの回転角）の制御が安定化される。
【００３９】
なお、無人航空機１が備えるプロペラを一つにすることも可能である。プロペラを一つにすることで電力消費が抑えられる。この場合、主翼１１Ａ乃至１１Ｄにねじりをつけてプロペラの反動トルクを相殺することが好ましい。
【００４０】
図３は、無人航空機１の制御系２０を示すブロック図である。無人航空機１の制御系２０は、カメラ１５及び１６と、位置センサ２１と、速度センサ２２と、加速度センサ２３と、姿勢角センサ２４と、姿勢角速度センサ２８と、無線通信装置２５と、画像処理装置２６と、飛行制御装置２７と、電動モータ１４と、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂと、胴体１０に設けられたサーボ機構１７Ａ乃至１７Ｄと、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄを備える。サーボ機構１７Ａ乃至１７Ｄは、サーボ軸１８Ａ乃至１８Ｄをそれぞれ備える。操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄは、図４に例示されるように、サーボ軸１８Ａ乃至１８Ｄにそれぞれ固定されている。サーボ機構１７Ａ乃至１７Ｄは、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄをそれぞれ回動させる。
【００４１】
図５に示すように、無人航空機１は、水平飛行による高速移動が可能である。
【００４２】
図２を参照して、無人航空機１が水平飛行をするとき、胴体１０（機軸）がほぼ水平となる。このとき、主翼１１Ａが胴体１０から右斜め下に延びるように胴体１０の右下側に配置され、主翼１１Ｂが胴体１０から左斜め下に延びるように胴体１０の左下側に配置され、主翼１１Ｃが胴体１０の左斜め上に延びるように胴体１０の左上側に配置され、主翼１１Ｄが胴体１０の右斜め上に延びるように胴体１０の右上側に配置される。操舵翼１２Ａが垂直となるように胴体１０の下側に配置され、操舵翼１２Ｂが水平となるように胴体１０の左側に配置され、操舵翼１２Ｃが垂直となるように胴体１０の上側に配置され、操舵翼１２Ｄが水平となるように胴体１０の右側に配置される。カメラ１５は、無人航空機１の下方を向く。カメラ１６は、無人航空機１の飛行方向に対して後方を向く。
【００４３】
無人航空機１が水平飛行をするとき、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂが無人航空機１を胴体１０の後部から前部を見る方向に推進させる推進力を発生し、主翼１１Ａ乃至１１Ｄの各々が揚力を発生する。そして、操舵翼１２Ａ及び１２Ｃにより無人航空機１のヨー角が制御され、操舵翼１２Ｂ及び１２Ｄにより無人航空機１のピッチ角が制御され、操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄにより無人航空機１のロール角が制御される。
【００４４】
一対の主翼しか持たない航空機は、バンクしてから右又は左に旋回する必要がある。主翼１１Ａ乃至１１Ｄを備える無人航空機１は、旋回性能が優れている。
【００４５】
無人航空機１は、自律的に水平飛行を行う機能を有するため、使用者の負担が軽減される。以下、この機能について説明する。
【００４６】
図３を参照して、無線通信装置２５は、水平飛行指令信号を受信する。水平飛行指令信号は、例えば、目的位置、飛行速度、及び飛行経路を示す。飛行制御装置２７は、無人航空機１が飛行経路に沿って飛行速度で目的位置に向かって水平飛行するように、無人航空機１の位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。より具体的には、飛行制御装置２７は、水平飛行指令信号と、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４及び姿勢角速度センサ２８が検出する無人航空機１の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度に基づいて、電動モータ１４及びサーボ機構１７Ａ〜１７Ｄを介してプロペラ１３Ａ及び１３Ｂの回転数及び操舵翼１２Ａ〜１２Ｄの操舵角を制御する。
【００４７】
図６に示すように、無人航空機１は、空中での定点保持（ホバリング）が可能である。無人航空機１が定点保持を行うとき、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂが上になり、主翼１１Ａ乃至１１Ｄが下になるように、胴体１０（機軸）がほぼ垂直となる。このとき、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂが揚力を発生する。カメラ１５は、ほぼ水平方向を向く。カメラ１６は、無人航空機１の下方を向く。
【００４８】
主翼１１Ａ乃至１１Ｄが機軸を中心とする放射状に配置されているため、主翼一枚あたりの翼面積が小さい場合でも水平飛行時の揚力が確保され、空力的な対称性により定点保持時の風の影響が小さくなる。
【００４９】
無人航空機１は、自律的に定点保持を行う機構を有するため、使用者の負担が軽減される。以下、この機能について説明する。
【００５０】
図３を参照して、無線通信装置２５は、定点保持指令信号を受信する。定点保持指令信号は、例えば、目標位置を示す。飛行制御装置２７は、無人航空機１が目標位置を保持するように、無人航空機１の位置、速度、加速度、及び姿勢を制御する。より具体的には、飛行制御装置２７は、定点保持指令信号と、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４及び姿勢角速度センサ２８が検出する無人航空機１の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度に基づいて、電動モータ１４及びサーボ機構１７Ａ〜１７Ｄを介してプロペラ１３Ａ及び１３Ｂの回転数及び操舵翼１２Ａ〜１２Ｄの操舵角を制御する。
【００５１】
図７に示すように、無人航空機１は、垂直離陸及び垂直着陸が可能である。無人航空機１は、定点保持の時と同様の姿勢で、垂直に離陸し、垂直に着陸する。無人航空機１は、着陸している状態において、主翼１１Ａ乃至１１Ｄにより接地する。
【００５２】
操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄが、プロペラ１３Ａ及び１３Ｂと、主翼１１Ａ乃至１１Ｄとの間に配置されるため、垂直離着陸時に地面付近で乱された流れが操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄに及ぼす影響が低減される。
【００５３】
垂直離着陸機能により、無人航空機１は定点離陸及び定点着陸が可能である。さらに、無人航空機１の接地場所の制限が緩和され、離着陸に要する時間が短縮される。
【００５４】
図８を参照して、本実施形態に係る無人航空機システムを説明する。無人航空機システムは、無人航空機１としての無人航空機１Ａと、無人航空機１としての無人航空機１Ｂと、ヒューマンインターフェース３０とを備える。
【００５５】
ヒューマンインターフェース３０は、表示装置３１と、使用者が操作する入力部３３と、図示されない無線通信部を備える。ヒューマンインターフェース３０は、入力部３３に対する使用者の操作に基づいて、上述の水平飛行指令信号及び定点保持指令信号のような指令信号を無人航空機１Ａ及び１Ｂに送信する。無人航空機１Ａ及び１Ｂの各々は、指令信号に基づいて飛行する。更に、無人航空機１Ａ及び１Ｂの各々の無線通信装置２５は、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４及び姿勢角速度センサ２８が検出した位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度を示す信号や、カメラ１５及び１６が取得した画像を示す信号をヒューマンインターフェース３０に送信する。ここで、カメラ１５及び１６が取得する画像は、静止画像であっても、動画像であってもよい。表示装置３１は、ヒューマンインターフェース３０の無線通信部が無人航空機１Ａ及び無人航空機１Ｂから受信した信号に基づいて、画像、位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度を表示画面３２に表示する。
【００５６】
したがって、無人航空機１及び無人航空機システムは、偵察や監視に好適に用いられる。
【００５７】
さらに、無人航空機１Ａが、ヒューマンインターフェース３０と無人航空機１Ｂとの通信を中継することで、遠隔地の偵察や監視も可能である。
【００５８】
ヒューマンインターフェース３０は、図８に示すように使用者が携行してもよく、建物に設置されていてもよく、車両、船舶、有人航空機のような移動体に設置されていてもよい。
【００５９】
無人航空機１Ａ及び１Ｂは、情報収集対象の画像を取得し続ける機能を有する。この機能を以下に説明する。
【００６０】
図９を参照して、無人航空機１Ｂのカメラ１５（又はカメラ１６）は、不審者のいる建物５０が写った画像を取得する。図８を参照して、無人航空機１Ｂの無線通信装置２５は、画像を示す信号をヒューマンインターフェース３０に送信する。ヒューマンインターフェース３０の無線通信部が信号を受信し、表示装置３１は信号が示す画像を表示画面３２に表示する。使用者は入力部３３を操作して、表示画面３２に表示された画像に写った建物５０を情報収集対象として指定する。ヒューマンインターフェース３０の無線通信部は、画像に写った建物５０に基づく情報収集対象指定信号を無人航空機１Ｂに送信する。再び図９を参照して、無人航空機１Ｂが備える無線通信装置２５は、情報収集対象指定信号を受信する。無人航空機１Ｂの画像処理装置２６は、情報収集対象指定信号に基づいて、カメラ１５が取得した画像に対してパターン認識処理を行い、画像に写った建物５０をパターン認識する。無人航空機１Ｂの飛行制御装置２７は、パターン認識処理の結果に基づいて、カメラ１５が建物５０の写った画像を取得し続けるように、無人航空機１Ｂの位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。
【００６１】
図１０を参照して、無人航空機１Ａが備えるカメラ１５（又はカメラ１６）は、不審者の乗った船舶６０が写った画像を取得する。無人航空機１Ｂの場合と同様に、無人航空機１Ａが備える飛行制御装置２７は、カメラ１５が船舶６０の写った画像を取得し続けるように、無人航空機１Ａの位置、速度、加速度及び姿勢を制御する。
【００６２】
したがって、無人航空機１及び無人航空機システムによれば、定点偵察及び定点監視が容易になる。
【００６３】
なお、飛行制御装置２７によって検出される無人航空機１の位置、速度、加速度、姿勢角及び姿勢角速度が上述のように用いられてもよい。飛行制御装置２７は、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４、姿勢角速度センサ２８、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の位置を検出してもよい。飛行制御装置２７は、位置センサ２１、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４、姿勢角速度センサ２８、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の速度を検出してもよい。飛行制御装置２７は、位置センサ２１、速度センサ２２、姿勢角センサ２４、姿勢角速度センサ２８、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の加速度を検出してもよい。飛行制御装置２７は、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角速度センサ２８、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の姿勢角を検出してもよい。飛行制御装置２７は、位置センサ２１、速度センサ２２、加速度センサ２３、姿勢角センサ２４、カメラ１５及び１６の一つからの信号に基づく演算により無人航空機１の姿勢角速度を検出してもよい。
【００６４】
（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る無人航空機１’の下面図である。無人航空機１’は、主翼１１Ａ乃至１１Ｄと操舵翼１２Ａ乃至１２Ｄとが、それぞれ主翼１１Ａ’乃至１１Ｄ’と操舵翼１２Ａ’乃至１２Ｄ’とで置きかえられている以外、無人航空機１と同様である。主翼１１Ａ’乃至１１Ｄ’は、胴体１０の後部に設けられる。操舵翼１２Ａ’乃至１２Ｄ’は、主翼１１Ａ’乃至１１Ｄ’の後縁にそれぞれ設けられている。
【００６５】
図１２は、無人航空機１’を機軸方向前方から見た正面図を示す。無人航空機１’は、機軸に対する四面対称形状を有する。主翼１１Ａ’乃至１１Ｄ’は、機軸を中心とする放射状に、９０度ピッチで配置されている。主翼１１Ａ’乃至１１Ｄ’の各々は、胴体１０から機軸を中心とする放射方向に延びている。
【００６６】
（第３の実施形態）
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る無人航空機１’’を機軸方向前方から見た正面図を示す。無人航空機１’’は、円筒翼１１Ｘが追加されている以外、無人航空機１と同様である。円筒翼１１Ｘは、主翼１１Ａ乃至１１Ｄの端部に接して、機軸を中心とする円筒状に配置されている。主翼１１Ａ乃至１１Ｄに加えて、円筒翼１１Ｘも揚力を発生する。円筒翼１１Ｘにより、定点保持時の耐風特性が向上する。
【００６７】
無人航空機１’及び１’’は、上述の無人航空機システムの一部として使用可能である。
【００６８】
無人航空機１、１’及び１’’が備える主翼の数を、３枚とすることも、５枚以上とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る無人航空機の下面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る無人航空機の正面図である。
【図３】図３は、無人航空機の制御系を示すブロック図である。
【図４】図４は、無人航空機の操舵翼取付け部の部分拡大図である。
【図５】図５は、水平飛行中の無人航空機を示す。
【図６】図６は、定点保持中の無人航空機を示す。
【図７】図７は、垂直離着陸中の無人航空機を示す。
【図８】図８は、第１の実施形態に係る無人航空機システムを示す。
【図９】図９は、無人航空機の取得画像保持機能を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、無人航空機の取得画像保持機能を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係る無人航空機の下面図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係る無人航空機の正面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施形態に係る無人航空機の正面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１（１Ａ、１Ｂ）、１’、１’’…無人航空機
１０…胴体
１１Ａ〜１１Ｄ、１１Ａ’〜１１Ｄ ’…主翼
１１Ｘ…円筒翼
１２Ａ〜１２Ｄ、１２Ａ’〜１２Ｄ ’…操舵翼
１３Ａ、１３Ｂ…プロペラ
１４…電動モータ
１５、１６…カメラ
１７Ａ〜１７Ｄ…サーボ機構
１８Ａ〜１８Ｄ…サーボ軸
２０…制御系
２１…位置センサ
２２…速度センサ
２３…加速度センサ
２４…姿勢角センサ
２８…姿勢角速度センサ
２５…無線通信装置
２６…画像処理装置
２７…飛行制御装置
３０…ヒューマンインターフェース
３１…表示装置
３２…表示画面
３３…入力部
５０…建物
６０…船舶
【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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【図１２】
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【図１３】
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