(57)【要約】【課題】地面走行に費やすエネルギー効率が高い回転翼機を実現する。【解決手段】本発明の回転翼機（１０）は、ローター面（Ｒ）において、ローター（１ａ〜１ｄ）は、回転軸（４）に対して非対称に配置されているとともに、ローターユニット（１）の重心（Ｇ）は、回転軸（４）から、ローター面（Ｒ）の法線に対し垂直な方向に離れて位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローター面が同一になるように１つまたは複数のローターが配置されたローターユニットと、
上記ローターの回転駆動出力を制御する出力制御部と、
車輪部と、
上記ローターユニットと上記車輪部とを接続する接続部とを備え、
上記ローターユニットの推力により地面を走行することが可能な回転翼機であって、
上記接続部は、回転軸を備え、上記ローターユニットは、上記回転軸を中心に、ローター面の向きが走行方向から鉛直方向までの間で変化するように回転動作し、
上記ローター面において、
上記ローターは、上記回転軸に対して非対称に配置されているとともに、
上記ローターユニットの重心は、上記回転軸から、ローター面の法線に対し垂直な方向に離れて位置しており、
上記ローター面の向きは、
上記ローターの回転駆動が停止したとき、走行方向に指向し、
上記ローターが回転駆動しているとき、上記ローターユニットの推力に応じて、上記回転軸周りに回転し、走行方向から鉛直方向側へ指向することを特徴とする回転翼機。
【請求項２】
上記ローター面の向きは、
上記ローターの回転駆動が停止したとき、上記ローターユニットの重心が上記回転軸の鉛直方向の下側の位置にある状態で、走行方向に指向し、
上記ローターが回転駆動しているとき、上記ローターユニットの推力により生じる上記回転軸を中心とした上記ローターユニットの回転力に応じて、走行方向から鉛直方向側へ指向することを特徴とする請求項１に記載の回転翼機。
【請求項３】
上記車輪部が壁面に接触し、かつ上記ローター面の向きが走行方向から鉛直方向側へ指向した状態で、ローターユニットの推力により壁面を走行することを特徴とする請求項１または２に記載の回転翼機。
【請求項４】
上記ローターユニットは、複数のローターを備えたマルチローターユニットであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の回転翼機。
【請求項５】
上記出力制御部は、上記複数のローターそれぞれの回転駆動出力を一括制御することを特徴とする請求項４に記載の回転翼機。
【請求項６】
上記出力制御部は、上記複数のローターそれぞれの回転駆動出力を個別に制御することを特徴とする請求項４に記載の回転翼機。
【請求項７】
上記出力制御部は、上記複数のローターのうち一部のローターの回転駆動方向が他のローターの回転駆動方向と逆方向になるように制御することを特徴とする請求項６に記載の回転翼機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転翼機に関する。
【背景技術】
【０００２】
古くからＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle）、またはＤｒｏｎｅと呼ばれる無人航空機の開発、製品化が進められてきた。そして、近年になり、センサの小型化、通信、制御機器の小型化、高性能化などにより、ＵＡＶは、民間での製品化が活発になっている。
【０００３】
近年製品化されているＵＡＶは、複数のローターからなるマルチコプタータイプが多い。それゆえ、ＵＡＶは、空中にて位置を静止させる安定したホバリング飛行が可能であり、空中での静止位置からの姿勢制御が容易なことが大きな利点である。
【０００４】
ＵＡＶの用途としては、機体に搭載したカメラによる空撮、少量の貨物の運搬などが挙げられる。また、ＵＡＶは、人が立ち入ることが困難な災害現場での状況確認への応用、または高所、山奥に多いインフラ設備（橋梁、電線、トンネル等）のカメラによる外観検査などのインフラ点検への応用が提案され、実用化が進められている。
【０００５】
このような用途に対して、マルチコプタータイプのＵＡＶを用いるためには、長時間の安定した飛行が要求される。このような飛行の安定性は、壁付近にてＵＡＶが飛行するに際し、特に要求される。マルチコプタータイプのＵＡＶが壁付近にて飛行しているとき、マルチコプターの気流は、壁により乱れが発生しやくなる。そして、この気流の乱れにより、ＵＡＶは、バランスを崩した際に壁に衝突するおそれがある。
【０００６】
マルチコプタータイプのＵＡＶの壁付近での安定飛行に関する技術は、例えば非特許文献１に開示されている。非特許文献１に開示された技術では、マルチコプタータイプのＵＡＶの両側に、自由回転する車輪が設けられている。この車輪は、壁や天井に対しＵＡＶ本体を保護するバンパーを兼ねており、ＵＡＶ本体よりも寸法が大きい。非特許文献１に開示されたＵＡＶは、壁や天井付近を飛行するとき、上記車輪を壁面や天井面に押し当てることによって、ＵＡＶ本体が壁や天井に接触することなく安定飛行することができる。また、車輪が自由回転するため、ＵＡＶは、壁面や天井面に押し当てた状態を維持して車輪を移動させることによって、壁面や天井面を安定して走行することが可能になる。また、ＵＡＶは、車輪が地面に接触しているとき、マルチコプターのローターの推進力により車輪を移動させることによって、地面を走行することが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"パロット社のミニドローンRolling Spiderは、地上から天井まで自在に駆け巡ります！"、［online］、［平成27年6月18日検索］、インターネット〈URL：http://www.parrot.com/jp/products/rolling-spider/〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のマルチコプタータイプのＵＡＶの多くは、飛行中、複数のローターの出力バランスを制御しローター面を鉛直上方向から僅かに傾いた方向に指向することによって、進行方向を制御している。上述したように、非特許文献１に開示されたＵＡＶは、車輪を備えたことにより、地面、壁面、天井面等を走行することが可能である。非特許文献１に開示されたＵＡＶは、従来のマルチコプタータイプのＵＡＶと同様に、基本的に、ローター面が飛行に適した鉛直方向に指向した構成になっている。そして、車輪によって地面を走行するに際し、非特許文献１に開示されたＵＡＶは、ローター面が鉛直上方向から僅かに傾いた方向に指向することにより、地面走行に必要な水平方向の駆動力を得ている。
【０００９】
しかし、非特許文献１に開示されたＵＡＶでは、鉛直方向に対するローター面の傾斜角度が極めて小さいため、ローターにより発生する駆動力のうち大部分は、鉛直方向の成分の力である。その結果、地面走行に必要な水平方向の成分の力は小さくなってしまう。すなわち、非特許文献１に開示されたＵＡＶでは、車輪により地面を走行するに際し、ローターにより発生する駆動力のうち鉛直方向の力が無駄となる。このため、地面走行に費やすエネルギー効率が悪いという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、地面走行に費やすエネルギー効率が高い回転翼機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る回転翼機は、ローター面が同一になるように１つまたは複数のローターが配置されたローターユニットと、上記ローターの回転駆動出力を制御する出力制御部と、車輪部と、上記ローターユニットと上記車輪部とを接続する接続部とを備え、上記ローターユニットの推力により地面を走行することが可能な回転翼機であって、上記接続部は、回転軸を備え、上記ローターユニットは、上記回転軸を中心に、ローター面の向きが走行方向から鉛直方向までの間で変化するように回転動作し、上記ローター面において、上記ローターは、上記回転軸に対して非対称に配置されているとともに、上記ローターユニットの重心は、上記回転軸から、ローター面の法線に対し垂直な方向に離れて位置しており、上記ローター面の向きは、上記ローターの回転駆動が停止したとき、走行方向に指向し、上記ローターが回転駆動しているとき、上記ローターユニットの推力に応じて、上記回転軸周りに回転し、走行方向から鉛直方向側へ指向することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、地面走行に費やすエネルギー効率が高いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る本回転翼機の構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は斜視図であり、（ｃ）は正面図であり、（ｄ）は側面図である。
【図２】従来の回転翼機の地面走行時の姿勢を概略的に示した側面図である。
【図３】ローターの回転軸と水平方向とのなす角度と、ローターにより発生する駆動力に対する回転翼機の走行に使われるエネルギーの効率（エネルギー効率）との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態１に係る回転翼機の姿勢を模式的に示した側面図であり、（ａ）は地面走行時の姿勢を示し、（ｂ）は壁面接触時の姿勢を示し、（ｃ）は壁面走行時の姿勢を示す。
【図５】本発明の実施形態２に係る本回転翼機の構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は斜視図であり、（ｃ）は正面図であり、（ｄ）は側面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る回転翼機のシステム構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る回転翼機の姿勢制御を説明するための図であり、（ａ）は地面走行時の姿勢を示し、（ｂ）は、地面走行姿勢から飛行姿勢へ遷移する遷移姿勢を示し、（ｃ）は、飛行姿勢を示す。
【図８】本発明の実施形態４に係る回転翼機の姿勢制御を説明するための図であり、（ａ）は地面走行時の姿勢を示し、（ｂ）は、地面走行姿勢から飛行姿勢へ遷移する遷移姿勢を示し、（ｃ）は、飛行姿勢を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る回転翼機１０の構成を示し、図１の（ａ）は上面図であり、図１の（ｂ）は斜視図であり、図１の（ｃ）は正面図であり、図１の（ｄ）は側面図である。
【００１５】
図１の（ａ）〜（ｄ）に示されるように、回転翼機１０は、ローターユニット１、車輪部２、及びローターユニット１と車輪部２とを接続する接続部３と、を備えている。回転翼機１０は、車輪部２が設けられているので、ローターユニット１の推力により地面を走行することができる。また、回転翼機１０は、ローターユニット１の推力によって、空中を飛行することも可能である。
【００１６】
以下では、地面走行及び空中飛行の両方が可能な回転翼機１０について説明する。しかし、本実施形態に係る回転翼機１０は、少なくとも地面走行が可能な構成であればよい。
【００１７】
ローターユニット１は、４つのローター１ａ〜１ｄを備えている。これらローター１ａ〜１ｄは、同一のローター面Ｒになるように配置されている。ここでいう「ローター面Ｒ」とは、ローター１ａ〜１ｄのプロペラの回転により風が発生する面のことをいう。「ローター面Ｒ」は、ローター１ａ〜１ｄのプロペラの回転軸に対して垂直な面であるともいえる。
【００１８】
車輪部２は、回転翼機１０が地面を走行するために設けられており、互いに平行に並んだ２つの車輪本体２ａを備えている。地面に対して垂直な鉛直方向において、これら車輪本体２ａの寸法は、ローターユニット１の寸法よりも大きくなっている。
【００１９】
また、接続部３は、回転軸４を備えている。ローターユニット１は、この回転軸４を介して、車輪部２に接続している。回転軸４は、２つの車輪本体２ａ間を連結する車軸として機能している。ここで、回転翼機１０が地面を走行する方向をＸ方向とし、回転軸４が伸びる方向をＹ方向とし、地面に対して垂直な鉛直方向をＺ方向とする。なお、Ｘ方向は、回転軸４が伸びる方向（Ｙ方向）及び鉛直方向（Ｚ方向）の両方の方向に対し垂直な方向であるといえる。
【００２０】
ローターユニット１は、回転軸４を中心に回転可能になるように車輪部２に接続している。これにより、ローターユニット１は、回転軸４を中心に、ローター面Ｒの向きがＸ方向からＺ方向までの間で変化するように回転動作する。ここでいう「ローター面Ｒの向き（指向方向）」とは、ローター面Ｒの法線方向のことをいう。換言すれば、ローターユニット１を構成するローター１ａ〜１ｄのプロペラの回転軸の方向である。このローター面Ｒの方向は、ローター１ａ〜１ｄにより発生する推進力の方向である。
【００２１】
本実施形態に係る回転翼機１０は、ローター面Ｒに対して垂直な方向（ローター１ａ〜１ｄのプロペラの回転軸方向）から見たローターユニット１と回転軸４との位置関係に特徴を有する。図１の（ｃ）に示されるように、ローター面Ｒにおいて、ローター１ａ〜１ｄは、回転軸４に対して非対称に配置されている。また、ローターユニット１の重心Ｇは、回転軸４から、ローター面Ｒの法線に対し垂直な方向に離れて位置している。
【００２２】
図２は、従来の回転翼機１００の地面走行時の姿勢を概略的に示した側面図である。図２に示されるように、従来の回転翼機１００では、ローター１０１ａ・１０１ｂを有する４つのローターを備えたローターユニット１０１は、回転軸１０４を介して、車輪部１０２に接続している。そして、ローター１０１ａ・１０１ｂを含む４つのローターは、回転軸４に対して対称に配置されている。また、ローターユニット１０１の重心Ｇは、回転軸１０４に対して、ローター面の向きにローターとは反対側にズレた場所に位置している。このように、従来の回転翼機１００では、ローターユニット１０１が重心Ｇからローター面Ｒの法線方向にズレた位置で回転軸１０４に接続している。このため、ローターユニット１０１が回転駆動していないとき、回転軸１０４の真下に重心Ｇが位置し、ローターユニット１０１は、ローター面が地面と平行な状態で安定するようになっている。
【００２３】
図２に示されるように、従来の回転翼機１００では、回転駆動によりローターユニット１０１をある程度傾けて、ローター１０１ａ・１０１ｂを有する４つのローターの出力の一部を水平方向の加速に利用している。ローターユニット１０１のローター面がＺ方向から僅かに傾いた方向に指向した状態にてローターを回転駆動している。そして、この回転駆動により発生する空気の流れによって、回転翼機１００に推進力Ｆが発生する。そして、地面走行に必要な推力として推進力ＦのＸ方向の成分Ｆｘを得ている。Ｚ方向に対するローター面の傾斜角度が極めて小さいため、Ｘ方向の成分ＦｘよりもＺ方向の成分Ｆｚの方が大きくなる。その結果、ローターユニット１０１により発生する推進力（駆動力）Ｆのうち大部分は、鉛直方向の成分Ｆｚの力となり、地面走行に必要なＸ方向の成分Ｆｘは小さくなってしまう。
【００２４】
図３は、ローターの回転軸と水平方向（Ｘ方向）とのなす角度と、ローターにより発生する駆動力に対する回転翼機の走行に使われるエネルギーの効率（エネルギー効率）との関係を示すグラフである。ここで、ローターの回転軸の方向は、ローターにより発生する推進力の方向であるといえる。
【００２５】
図３のグラフから、地面走行に必要なエネルギー効率に及ぼす影響として、ローターにより発生する推進力の鉛直方向の成分Ｆｚによってローターユニットの見かけの重量が減少し転がり抵抗が小さくなる影響は僅かであることがわかる。この影響以上に、地面走行に必要なエネルギー効率は、ローターの回転軸と水平方向（Ｘ方向）とのなす角度に影響することがわかる。
【００２６】
図３に示されるように、ローターの推進力の方向（すなわちローターの回転軸の方向）と水平方向とのなす角度が０に近づくに従い、トータルのエネルギー効率が圧倒的に良くなる。それゆえ、より効率的な地面走行を実現するためには、ローターの推進力の方向（すなわち、ローター面の方向）と水平方向とが可能な限り一致していることが好ましい。また、ローターの推進力の方向と水平方向とが一致する場合、地面走行だけでなく、ローターユニットの回転軸周りの回転に対してもエネルギー効率がよい。
【００２７】
従来の回転翼機１００においてローターの推進力の方向と水平方向とが一致させるためには、ローター１０１ａ・１０１ｂを含む４つのローターの出力バランスを制御することによりローター面の傾きを制御する必要がある。
【００２８】
ここで、本実施形態に係る回転翼機１０によれば、ローター面Ｒにおいて、ローター１ａ〜１ｄは、回転軸４に対して非対称に配置されている。また、ローター面Ｒにおいて、ローターユニット１の重心Ｇは、回転軸４から、ローター面Ｒの法線に対し垂直な方向に離れて位置している。このため、ローターユニット１が回転駆動していないとき、ローターユニット１のローター面Ｒの法線は、回転しＸ方向に指向し、重心Ｇは、回転軸４から鉛直下方向に離れて位置する。また、回転翼機１０におけるローター面Ｒの向きは、ローター１ａ〜１ｄが回転駆動しているとき、ローターユニット１の推力に応じて、回転軸４周りに回転し、Ｘ方向からＺ方向側へ指向する。なお、ローター面Ｒの法線の方向は、ローターユニット１の推力方向であるといえる。
【００２９】
このようにローター面Ｒの法線がＸ方向に指向している状態にてローター１ａ〜１ｄを回転駆動すると、回転翼機１０は地面走行する。それゆえ、地面走行に費やすエネルギー効率が高い回転翼機１０を実現することができる。
【００３０】
ここで、ローターユニット１は、回転軸４を中心に回転自由に車輪部２に接続されている。ローター面Ｒの法線の向きは、ローター１ａ〜１ｄの出力と重力とのバランスによって調整される。
【００３１】
図４は、本実施形態に係る回転翼機１０の姿勢を模式的に示した側面図であり、図４の（ａ）    は地面走行時の姿勢を示し、図４の（ｂ）は壁面接触時の姿勢を示し、図４の（ｃ）は壁面走行時の姿勢を示す。
【００３２】
ローター面Ｒの法線の向きは、ローター１ａ〜１ｄの回転駆動が停止したとき、Ｘ方向に指向している。このとき、ローターユニット１の重心Ｇは、回転軸４のＺ方向の下側の位置にある。そして、図４の（ａ）に示されるように、回転翼機１０が地面を走行しているとき、ローター面Ｒの向きが略Ｘ方向と一致するように、ローター１ａ〜１ｄの回転駆動が制御される。このとき、ローターユニット１の推力Ｆは、略Ｘ方向を向いている。
【００３３】
そして、回転翼機１０が壁や障害物に接触したとき、ローター１ａ〜１ｄの回転出力を大きくする。これにより、ローターユニット１の推力Ｆが大きくなる。そして、図４の（ｂ）に示されるように、ローターユニット１の推力Ｆが大きくなるに従い、ローターユニット１のローター面Ｒの向きは、回転軸４周りに回転し傾斜する。そして、図４の（ｃ）に示されるように、ローターユニット１の推力Ｆがさらに大きくなると、ローター面Ｒの向きがＺ方向に近づく。その結果、ローターユニット１の推力ＦにＺ方向の成分が発生し、回転翼機１０は、壁面や障害物を走行することが可能となる。
【００３４】
回転翼機１０では、ローター面Ｒにおいて、ローター１ａ〜１ｄは、回転軸４に対して非対称に配置されているとともに、ローターユニット１の重心Ｇは、回転軸４から、ローター面Ｒの法線に対し垂直な方向に離れて位置しているので、ローターユニット１の推力に応じた自動的なローター面Ｒの向きの制御が可能となる。それゆえ、ローターユニット１の容易な回転制御によって、地面から障害物や壁の乗り越えも含めた走行が可能となる。
【００３５】
また、回転翼機１０では、ローターユニット１は、４つのローター１ａ〜１ｄを備えたマルチローターユニットである。そして、回転翼機１０には、４つのローター１ａ〜１ｄの回転駆動出力を制御する出力制御部（不図示）が内蔵されている。この出力制御部がローター１ａ〜１ｄ間での回転駆動出力のバランスを調節することにより、ローター面Ｒの指向方向が制御されている。このようにローターユニット１がマルチローターユニットであることによって、回転翼機１０に発生する回転トルクをキャンセルすることができる。
【００３６】
なお、図１の（ａ）〜（ｄ）に示された構成では、ローターユニット１は、４つのローター１ａ〜１ｄを備えていた。しかし、本実施形態に係る回転翼機１０において、ローターユニット１のローターの数は、４つに限定されず、少なくとも地面走行を可能とするローターの数であればよい。
【００３７】
ただし、回転翼機１０に発生する各ローターの軸を中心とする回転トルクを打ち消すために、ローターユニット１のローターの数は、偶数であることが望ましい。これにより、地面走行時にＸ方向の加速度を変化させても、ローターの位置による出力バランスを維持することで、ローターの推力の向きをほぼ水平に維持することが可能となる。これにより、地面走行時の加速の際もエネルギーのロスを抑えることが可能となる。例えば、ローターの数は、６つであってもよいし、８つであってもよい。
【００３８】
本実施形態に係る回転翼機１０では、ローターユニット１が接続する回転軸４は、車輪部２の車軸として機能していた。しかし、ローターユニット１が接続する回転軸４は、車輪部２の車軸とは別に設けられていてもよい。
【００３９】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図５は、本実施形態に係る回転翼機１０Ａの構成を示し、図５の（ａ）は上面図であり、図５の（ｂ）は斜視図であり、図５の（ｃ）は正面図であり、図５の（ｄ）は側面図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４０】
本実施形態に係る回転翼機１０Ａは、ローターユニット１Ａが１つのメインローター１ｅを備えている点が、上記実施形態１と異なる。
【００４１】
図５の（ａ）〜（ｄ）に示されるように、本実施形態に係る回転翼機１０Ａは、ローター面Ｒにおいて、ローター１ｅは、回転軸４に対して非対称に配置されている。また、ローターユニット１Ａの重心Ｇは、メインローター１ｅの軸上にあり、回転軸４から、ローター面Ｒの法線に対し垂直な方向に離れて位置している。
【００４２】
このため、ローターユニット１Ａが回転駆動していないとき、ローターユニット１Ａのローター面Ｒの法線は、回転しＸ方向に指向する。また、回転翼機１０Ａにおけるローター面Ｒの向きは、ローター１ｅが回転駆動しているとき、ローターユニット１Ａの推力に応じて、回転軸４周りに回転し、Ｘ方向からＺ方向側へ指向する。
【００４３】
このようにローター面Ｒの法線がＸ方向に指向している状態にてローター１ｅを回転駆動すると、回転翼機１０Ａは地面走行する。それゆえ、地面走行に費やすエネルギー効率が高い回転翼機１０Ａを実現することができる。
【００４４】
また、本実施形態に係る回転翼機１０Ａのローターユニット１Ａは、サブローター３ｆを備えている。このサブローター３ｆは、メインローター１ｅの軸を中心に発生するトルクをキャンセルするための補助的なローターである。
【００４５】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、図６及び図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４６】
本実施形態では、回転翼機の制御システムについて説明する。図６は、本実施形態に係る回転翼機のシステム構成を示すブロック図である。なお、図６では、ローターユニットが４つのローターを備えた回転翼機のシステム構成が示されている。
【００４７】
本実施形態に係る回転翼機のシステム１０Ｓ（出力制御部）は、ローターユニットのローターの回転駆動出力を制御し、その制御により、回転翼機の姿勢や地面走行速度を制御する。システム１０Ｓは、図６に示されるように、上位制御ＣＰＵ５と、フライトコントローラ６と、４つのＥＳＣ７と、４つのモーター８と、ジャイロ／加速度センサ９と、センサ１１と、カメラ１２と、含む構成となっている。各モーター８は、各ローターを回転駆動するものであり、各ＥＳＣ(Electric Speed Controller)７は、各モーター８を制御する。ジャイロ／加速度センサ９は、回転翼機自体の姿勢を検知するセンサである。センサ１１は周辺環境の障害物の検知や、自己位置認識、検査対象の検知等を行うために、利用用途に応じて付加される。カメラ１２は、外部の環境を検知するために設けられている。また、通信ユニット１３は、回転翼機と通信可能な情報端末からの指令を検知し、例えば、回転翼機と無線接続するスマートフォンのアプリからの指令を受信する。
【００４８】
フライトコントローラ６は、ＥＳＣ７に接続されており、各ローターにより発生する推力を調整する。また、フライトコントローラ６は、ジャイロ／加速度センサ９にも接続されている。システム１０Ｓは、ジャイロ／加速度センサ９から回転翼機の姿勢を検知する。そして、ジャイロ／加速度センサ９による検知結果に基づき、フライトコントローラ６が各ローターにより発生する推力を調整することによって、回転翼機の姿勢を制御する。また、本実施形態に係る回転翼機には、ＥＳＣ７及び各制御機器に必要な電源として、バッテリーが搭載されている。
【００４９】
また、上位制御ＣＰＵ５は、フライトコントローラ６、並びにセンサ１１及びカメラ１２に接続されている。システム１０Ｓは、センサ１１及びカメラ１２による検知結果に基づき、上位制御ＣＰＵ５が外部状況を判断し、フライトコントローラ６へ回転翼機の姿勢の指令を送ることによって、回転翼機の自己位置制御を行う。
【００５０】
ここで、システム１０Ｓは、各ローターの回転駆動出力を一括制御する構成であってもよい。「一括制御」とは、１つの制御値を用いて各ローターの回転駆動力を制御することをいう。これにより、システム１０Ｓの構成の複雑化を防止することができる。
【００５１】
上記一括制御の具体的な例として、複数のローターの回転駆動出力をマイコン制御することが挙げられる。このような制御において、マイコンは、外部からのリモコン操作や人口知能等の指令を受けて１つの制御値を調整する。そして、その制御値に対応する回転駆動出力を各ローターに与える制御を行う。例えば、制御値が複数のローター間の出力比率である場合、制御値が２倍と設定されれば、ローター間の出力比率を一括して２倍にするような制御を行う。
【００５２】
次に、システム１０Ｓによる回転翼機の姿勢制御について、図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態に係る回転翼機の姿勢制御を説明するための図であり、図７の（ａ）は地面走行時の姿勢を示し、図７の（ｂ）は、地面走行姿勢から飛行姿勢へ遷移する遷移姿勢を示し、図７の（ｃ）は、飛行姿勢を示す。
【００５３】
システム１０Ｓが各ローターの回転駆動出力を一括制御する場合、４つのローター１ａ〜１ｄの回転駆動出力値に対応してローター面Ｒの指向方向が決定される。ローター１ａ〜１ｄにより発生する推力Ｆは、鉛直方向（Ｚ方向）の成分Ｆｚ、及びＸ方向の成分Ｆｘに分解される。ここで、地面とローター面Ｒとのなす角度をθとすると、
Ｆｘ＝Ｆ×ｃｏｓθ
Ｆｚ＝Ｆ×ｓｉｎθ
となる。
【００５４】
また、回転翼機１０Ｂの重力は、回転翼機１０Ｂの質量をｍとすると、ｍｇとなる。
【００５５】
推力Ｆが十分に弱い場合、図７の（ａ）に示されるように、角度θは略０°である。そして、推力Ｆの値も小さいため、成分Ｆｚが回転翼機１０Ｂに及ぼす影響は、回転翼機１０Ｂの重力ｍｇよりも小さい。それゆえ、回転翼機１０Ｂは、車輪部２が地面に接した状態で、Ｘ方向の成分Ｆｘを受けて地面を走行することになる。
【００５６】
そして、ローター１ａ〜１ｄの回転駆動出力が大きくなるに従い、推力Ｆの鉛直方向の成分Ｆｚが大きくなる。そして、図７の（ｂ）に示されるような、地面走行姿勢から飛行姿勢へ遷移する遷移姿勢では、成分Ｆｚの大きさ（Ｆ×ｓｉｎθ）＝ｍｇとなる。
【００５７】
そして、さらにローター１ａ〜１ｄの回転駆動出力が大きくなると、成分Ｆｚが回転翼機１０Ｂに及ぼす影響が、回転翼機１０Ｂの重力ｍｇよりも大きくなる（Ｆ×ｓｉｎθ＞ｍｇ）。その結果、図７の（ｃ）に示されるように、回転翼機１０Ｂは、地面から斜め方向に飛行する。
【００５８】
ここで、Ｆ×ｓｉｎθ＞ｍｇのときに、回転翼機１０Ｂが壁面に接触している場合、Ｘ方向の成分Ｆｘがキャンセルされる。その結果、回転翼機１０Ｂは、車輪部２が壁面に接した状態で、Ｆｓｉｎθ−ｍｇの力を受けて壁面を走行することになる。
【００５９】
また、システム１０Ｓは、ローター１ａ〜１ｄそれぞれの回転駆動出力を個別に制御する構成であってもよい。ローター１ａ〜１ｄそれぞれの回転駆動出力を個別に制御することにより、４つのローター１ａ〜１ｄの回転駆動出力値とローター面Ｒの指向方向とを自由に設定することができる、それゆえ、４つのローター１ａ〜１ｄの回転駆動出力値及びそれに対応するローター面の指向方向の設定自由度が向上する。また、ローター１ａ〜１ｄそれぞれの回転駆動出力を個別に制御するので、地面走行時の方向転換や空中での姿勢制御も可能となる。
【００６０】
〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６１】
本実施形態に係る回転翼機１０Ｃは、ローターユニットの各ローターの推力の向きを個別に反転させる機構を有する点が、上記実施形態１〜３と異なる。このような機構は、例えば、上記実施形態３にて説明したシステム１０Ｓがローター１ａ〜１ｄそれぞれの回転駆動出力を個別に制御することにより実現される。
【００６２】
図８に示されるように、回転翼機１０Ｃでは離陸直前に、ローター１ａ〜１ｄのうち一部のローター１ａ及び１ｄの回転駆動方向が他のローター１ｂ及び１ｃの回転駆動方向と逆方向になるように制御される。これにより、回転軸４よりも上側に配されたローター１ａ及び１ｄの推力の向きと、回転軸４よりも下側に配されたローター１ｂ及び１ｃの推力の向きとは、互いに逆方向になる。これにより、例えば、回転翼機１０Ｃは、水平方向に滑走する必要なく、垂直に離陸することが可能になる。
【００６３】
ローター１ａ及び１ｄの回転駆動出力とローター１ｂ及び１ｃの回転駆動出力とが同じ値である場合、ローター１ａ及び１ｄにより発生した推力は−Ｆである一方、ローター１ｂ及び１ｃにより発生した推力はＦとなる。その結果、回転翼機１０Ｃでは、ローター１ａ〜１ｄにより発生した推力が０に維持されつつ、ローター面Ｒの指向方向が変化する（図８の（ａ）及び（ｂ）参照）。この過程で、ローター１ａ〜１ｄにより発生した推力のＸ方向の成分は０であるので、回転翼機１０Ｃは、地面を走行することなく静止したままである。
【００６４】
そして、ローター面Ｒの指向方向が地面に対して垂直な方向に近くなったとき（ローター面Ｒが地面と平行になったとき）、ローター１ａ及び１ｄの回転駆動方向をローター１ｂ及び１ｃの回転駆動方向と同じ方向に制御する。このとき、ローター１ａ及び１ｄにより発生した推力、並びにローター１ｂ及び１ｃにより発生した推力は、ともにＦとなる。そして、ローター面Ｒの指向方向が地面に対して垂直になるように維持したまま、推力Ｆを大きくすることにより、回転翼機１０Ｃは、地面での静止位置から直上へ飛行することができる。それゆえ、本実施形態に係る回転翼機１０Ｃでは、地面走行状態から飛行状態に遷移するまでの滑走が不要となる。その結果、地面上に回転翼機１０Ｃの滑走領域がなくても離陸させることが可能となる。また、回転翼機１０Ｃの重力＝推力Ｆとなるように制御することにより、回転翼機１０Ｃは、空中でホバリングすることが可能になる。
【００６５】
また、回転翼機１０Ｃは、地面走行中に、回転駆動方向を逆方向にしてローター１ａ〜１ｄにより発生する推力の方向を反転させることができる。これにより、回転翼機１０Ｃの本体の向きを変えることなく、瞬時に減速動作を行うことができる。このため、地面走行中での、回転翼機１０Ｃの障害物や壁への衝突を防止することができる。
【００６６】
さらに、回転翼機１０Ｃの後退動作が容易になるので、回転翼機１０Ｃの自己位置の速やかな微修正が可能になる。
【００６７】
また、上述した例では、ローターユニットの各ローターの推力の向きを個別に反転させる機構は、ローター１ａ〜１ｄそれぞれの回転駆動方向を変えることによって実現されていた。しかし、これに限定されることなく、ローターユニットの各ローターの推力の向きを個別に反転させる機構は、ローター１ａ〜１ｄのピッチを可変とすることによっても実現できる。
【００６８】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る回転翼機１０は、ローター面Ｒが同一になるように１つまたは複数のローター１ａ〜１ｄが配置されたローターユニット１と、上記ローター１ａ〜１ｄの回転駆動出力を制御する出力制御部（システム１０Ｓ）と、車輪部２と、上記ローターユニット１と上記車輪部２とを接続する接続部３とを備え、上記ローターユニット１の推力により地面を走行することが可能な回転翼機１０であって、上記接続部３は、回転軸４を備え、上記ローターユニット１は、上記回転軸４を中心に、ローター面Ｒの向きが走行方向から鉛直方向までの間で変化するように回転動作し、上記ローター面Ｒにおいて、上記ローター１ａ〜１ｄは、上記回転軸４に対して非対称に配置されているとともに、上記ローターユニット１の重心Ｇは、上記回転軸４から、ローター面Ｒの法線に対し垂直な方向に離れて位置しており、上記ローター面Ｒの向きは、上記ローター１ａ〜１ｄの回転駆動が停止したとき、走行方向（Ｘ方向）に指向し、上記ローター１ａ〜１ｄが回転駆動しているとき、上記ローターユニット１の推力に応じて、上記回転軸４周りに回転し、走行方向（Ｘ方向）から鉛直方向（Ｙ方向）側へ指向する構成である。なお、「上記接続部は、回転軸を備え、上記ローターユニットは、上記回転軸を中心に、ローター面の向きが走行方向から鉛直方向までの間で変化するように回転動作する」は、「上記接続部は、回転軸を備え、該回転軸を中心に、上記ローター面の向きは、走行方向から鉛直方向までの回転自由度で回転する」と表現することができる。
【００６９】
上記の構成によれば、上記ローターの回転駆動が停止した状態で、上記ローター面の向きは走行方向に指向しているので、ローターの回転駆動が停止した状態からローターを回転駆動すると、回転翼機は地面走行する。それゆえ、上記の構成によれば、地面走行に費やすエネルギー効率が高い回転翼機を実現することができる。
【００７０】
なお、ローターユニット１は、回転軸４を中心に回転自由に車輪部２に接続されている。それゆえ、ローター面Ｒの法線の向きは、ローター１ａ〜１ｄの出力と重力とのバランスによって調整される。
【００７１】
本発明の態様２に係る回転翼機１０は、上記態様１において、上記ローター面Ｒの向きは、上記ローター１ａ〜１ｄの回転駆動が停止したとき、上記ローターユニット１の重心Ｇが上記回転軸４の鉛直方向（Ｙ方向）の下側の位置にある状態で、走行方向（Ｘ方向）に指向し、上記ローター１ａ〜１ｄが回転駆動しているとき、上記ローターユニット１の推力により生じる上記回転軸４を中心とした上記ローターユニット１の回転力に応じて、走行方向（Ｘ方向）から鉛直方向（Ｙ方向）側へ指向する構成であることが好ましい。
【００７２】
上記の構成によれば、上記ローターの回転駆動が停止した状態では、上記ローター面の向きは、上記ローターユニットの重心が上記回転軸の鉛直方向の下側の位置にある状態で走行方向に指向している。それゆえ、上記の構成によれば、ローターの回転駆動が停止した状態からローターを回転駆動すると、回転翼機は地面走行する。それゆえ、上記の構成によれば、地面走行に費やすエネルギー効率が高い回転翼機を実現することができる。
【００７３】
本発明の態様３に係る回転翼機１０は、上記態様１または２において、上記車輪部２が壁面に接触し、かつ上記ローター面Ｒの向きが走行方向（Ｘ方向）から鉛直方向（Ｙ方向）側へ指向した状態で、ローターユニット１の推力により壁面を走行することが好ましい。
【００７４】
上記の構成によれば、効率よく壁面を走行することが可能な回転翼機を実現できる。
【００７５】
本発明の態様４に係る回転翼機１０は、上記態様１〜３において、上記ローターユニット１は、複数のローター１ａ〜１ｄを備えたマルチローターユニットである構成であることが好ましい。
【００７６】
上記の構成によれば、上記ローターユニットは、複数のローターを備えたマルチローターユニットであるので、例えば、回転翼機に発生する回転トルクをキャンセルすることができる。
【００７７】
本発明の態様５に係る回転翼機１０は、上記態様４において、上記出力制御部（システム１０Ｓ）は、上記複数のローター１ａ〜１ｄそれぞれの回転駆動出力を一括制御する構成であってもよい。
【００７８】
上記の構成によれば、上記出力制御部は、上記複数のローターそれぞれの回転駆動出力を一括制御する構成であるので、出力制御部の構成の複雑化を防止することができる。
【００７９】
また、本発明の態様６に係る回転翼機１０は、上記態様４において、上記出力制御部（システム１０Ｓ）は、上記複数のローター１ａ〜１ｄそれぞれの回転駆動出力を個別に制御する構成であってもよい。
【００８０】
上記の構成によれば、上記出力制御部は、上記複数のローターそれぞれの回転駆動出力を個別に制御する構成であるので、ローターの回転駆動出力値及びそれに対応するローター面の指向方向の設定自由度が向上する。
【００８１】
本発明の態様７に係る回転翼機１０は、上記態様６において、上記出力制御部（システム１０Ｓ）は、上記複数のローター１ａ〜１ｄのうち一部のローター１ａ及び１ｄの回転駆動方向が他のローター１ｂ及び１ｃの回転駆動方向と逆方向になるように制御する構成であることが好ましい。
【００８２】
上記の構成によれば、上記一部のローターにより生じた推力の向きと、上記他のローターにより生じた推力の向きとは、互いに逆方向になる。これにより、上記の構成によれば、例えば、回転翼機１０Ｃは、滑走せずに離陸することが可能になる。
【００８３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１                                  ローターユニット
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ                ローター
１ｅ                                  メインローター（ローター）
２                                    車輪部
３                                    接続部
４                                    回転軸
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１００  回転翼機
１０Ｓ                                システム（出力制御部）
【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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