JP7048131B1 - 無人航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】着陸脚による消費電力の増大を抑制できる無人航空機を提供する。
【解決手段】無人航空機１００は、航空機本体１０１と、上方に向いた複数のロータ１０４Ａ、１０４Ｂと、航空機本体１０１に接続された左右の着陸脚部１０５を、備え、着陸脚部１０５は、先端に設けられた接地部１０５Ａと、翼体部１０５Ｂと、を含み、着陸脚部１０５が、下方に向けて延びる第１の垂下状態と、横方向に向けて延びる第２の展開状態との間で移行可能であり、着地時に、着陸脚部１０５は第１の垂下状態にあり、接地部１０５Ａが接地して航空機本体１０１の自重を少なくとも部分的に支持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無人航空機に関する。

従来より、例えば、特許文献１に記載されているように、本体部と、本体部から外方に向かって延びる複数のアームにそれぞれ取り付けられた複数のプロペラと、本体部から下方に向かって延びる着陸脚（スキッド）とを備えた無人航空機が広く知られている。

このような無人航空機は、離着陸時には着陸脚により接地し、飛行時には各プロペラの駆動を制御することにより、垂直飛行及び水平飛行することができる。

特開２０２１－５７０７８号公報

上記のような着陸脚は、無人航空機の離着陸時のみに使用されるものであり、荷重となり、消費電力を増大させてしまう。特に、水平飛行時には、着陸脚は空気抵抗の原因となり、消費電力をより増大させてしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、着陸脚による消費電力の増大を抑制できる無人航空機を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、航空機本体と、上方に向いた複数の回転翼と、航空機本体に接続された左右の脚部を、備え、脚部は、先端に設けられた接地部と、翼体部と、を含み、脚部の少なくとも一部が、下方に向けて延びる第１の状態と、横方向に向けて延びる第２の状態との間で移行可能であり、着地時に、脚部は第１の状態にあり、接地部が接地して航空機本体の自重を少なくとも部分的に支持する、無人航空機を提供するものである。

本発明の一態様において、回転翼は、第２の状態において平面視で翼体部と重ならないように配置されている。

本発明の一態様において、数の回転翼は、前方の対となる回転翼と、後方の対となる回転翼とを含み、後方の対となる回転翼は、前方の対となる回転翼よりも上方に位置している。

本発明の一態様において、脚部は、第２の状態において翼体部が航空機本体の前後方向に対して、前方が上側に傾斜するように設けられている。

本発明の一態様において、さらに、脚部の少なくとも一部を航空機本体に対して回動させるためのアクチュエータと、複数の回転翼、及び、アクチュエータの駆動を制御する飛行制御部と、を備え、飛行制御部は、無人航空機が水平に飛行する水平飛行モードでは、脚部の少なくとも一部が第２の状態になるようにアクチュエータを制御し、無人航空機が離陸する離陸モード及び／又は無人航空機が着陸する着陸モードでは、脚部の少なくとも一部が第１の状態になるようにアクチュエータを制御する。

本発明の一態様において、さらに、さらに、無人航空機の位置を特定する測位装置、及び、無人航空機の高さを測定する高度計を備え、飛行制御部は、測位装置により測定された位置、及び／又は、高度計により測定された高さに基づき、水平飛行モードと、離陸モード又は着陸モードとを切り換える。

本発明によれば、着陸脚による消費電力の増大を抑制できる無人航空機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から下方に向かって延びた第１の垂下状態である無人航空機を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から下方に向かって延びた第１の垂下状態である無人航空機を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から下方に向かって延びた第１の垂下状態である無人航空機を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から横方向に向かって延びた第２の展開状態である無人航空機を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から横方向に向かって延びた第２の展開状態である無人航空機を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から横方向に向かって延びた第２の展開状態である無人航空機を示す側面図である。 図１に示す無人航空機の飛行制御システムを示す図である。 図１に示す無人航空機の情報処理ユニットのハードウェア構成を示す図である。 無人航空機により所定の目的地まで自立飛行する流れを示すフローチャートである。 水平飛行中の無人航空機を示す側面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下に説明する具体的態様に限定されるわけではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の態様を取り得る。例えば、無人航空機のシステム構成も、図に示されるものに限らず同様の動作が可能であれば任意の構成を取ることができる。例えば通信回路の機能を飛行制御部に統合する等、複数の構成要素が実行する動作を単独の構成要素により実行してもよいし、あるいは主演算部の機能を複数の演算部に分散する等、単独の構成要素が実行する動作を複数の構成要素により実行してもよい。また、無人航空機１００のメモリ内に記憶される各種データは、それとは別の場所に記憶されていてもよいし、各種メモリに記録される情報も、１種類の情報を複数の種類に分散して記憶してもよいし、複数の種類の情報を１種類にまとめて記憶してもよい。

図１～図６は、本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタを示す。図１～図３は、着陸脚部が航空機本体から下方に向かって延びた第１の垂下状態を示し、図４～図６は、着陸脚部が航空機本体から横方向に向かって延びた第２の展開状態を示す。図１及び図４は、無人航空機の平面図であり、図２及び図５は、無人航空機の正面図であり、図３及び図６は、無人航空機の側面図である。図１及び図４における下方が無人航空機の前方であり、上方が無人航空機の後方である。また、図３及び図６における左方が無人航空機の前方であり、右方が無人航空機の後方である。なお、図１、図２、図４、図５には、ロータの回転範囲を破線で示している。なお、以下の説明でいう無人航空機の上下方向とは、ロータの回転軸の方向を基準としている。

図１～図３に示すように、無人航空機１００は、航空機本体１０１と、航空機本体１０１から四方向に向かって延びる４つのアーム１０２Ａ、１０２Ｂと、アーム１０２Ａ、１０２Ｂの先端に接続され、飛行制御部２４０からの制御信号により駆動される４つのモータ１０３と、各々のモータ１０３の駆動により回転して揚力を発生させる４つのロータ（回転翼）１０４Ａ、１０４Ｂと、着陸時に無人航空機を支える一対の着陸脚部１０５とを備える。モータ１０３、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂ、及びアーム１０２Ａ、１０２Ｂの数は、それぞれ、３、４などのような３以上の数とすることもできる。飛行制御部２４０からの制御信号により４つのモータ１０３が回転させられ、それにより４つのロータ１０４Ａ、１０４Ｂの各々の回転数を制御することにより、上昇、下降、前後左右への飛行、旋回等、無人航空機１００の飛行が制御される。

航空機本体１０１は、後述する情報処理ユニットや、測位装置、高度センサ、バッテリー、アンテナなどを保持する筐体である。

アーム１０２Ａ、１０２Ｂは、前方に向かって左右に広がるように延びる一対の前方アーム１０２Ａと、後方に向かって左右に広がるように延びる一対の後方アーム１０２Ｂと、を含む。図３に示すように、前方アーム１０２Ａは、前方に向かって下方に傾斜して延びており、後方アーム１０２Ｂは、後方に向かって上方に傾斜して延びている。これにより、後方アーム１０２Ｂの先端に設けられた後方の対となるロータ１０４Ｂは、前方アーム１０２Ａの先端に設けられた前方の対となるロータ１０４Ａ、１０４Ｂよりも上方に位置する。ロータ１０４Ａ、１０４Ｂは、上方に向くように（回転軸が上下方向に延びるように）設けられている。なお、ここでいう上方とは、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂが前後左右に傾斜した状態で斜め上方に向いている状態も含む。また、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂ及びモータ１０３は、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂの回転軸が前後左右方向に傾斜させることができるように、アーム１０２Ａ、１０２Ｂに取り付けられていてもよい。

着陸脚部１０５は、図１～図３に示すように下方に向かって延びる第１の垂下状態と、図４～図６に示すように横方向に向かって延びる第２の展開状態との間で回動可能に航空機本体１０１に取り付けられている。着陸脚部１０５は、航空機本体１０１内に設けられたアクチュエータ２２０を駆動することにより、第１の垂下状態と第２の展開状態との間で移行することができる。

着陸脚部１０５は翼体部１０５Ｂを有し、先端に接地部１０５Ａが形成されている。図６に示すように、翼体部１０５Ｂは、着陸脚部１０５が水平になった状態で前後方向の垂直断面形状が翼型となっている。ここでいう翼型とは、航空機本体１０１が前進する際に、空気により揚力が生じるような形状である。着陸脚部１０５の先端の接地部１０５Ａは、第１の垂下状態において水平に前後方向に延びており、下縁が湾曲形状になっている。なお、本実施形態では、翼体部１０５Ｂが翼型であるが、これに限らず、空気中を滑空できるような形状であれば、例えば、平坦な形状等であってもよい。

図２に示すように、第１の垂下状態において、一対の着陸脚部１０５は下方に向かって延びている。なお、ここでいう下方とは、垂直方向下方に限らず、一対の着陸脚部１０５が下方に向かって横方向に広がるように傾斜している場合も含む。

また、第１の垂下状態において、一対の着陸脚部１０５は後方に向かって間隔が狭まるように航空機本体１０１に接続されている。また、第１の垂下状態において、無人航空機１００の重心が着陸脚部１０５の前後方向中央近傍に位置するように、一対の着陸脚部１０５は設けられている。

また、図６に示すように、第２の展開状態において、一対の着陸脚部１０５は、横方向に延びている。なお、ここでいう横方向とは、着陸脚部１０５が上下方向や前後方向に傾斜した状態で横方向に延びる場合も含む。また、一対の着陸脚部１０５は、無人航空機１００が水平になった状態で、無人航空機１００の前後方向に対して前方側が上方に位置するように傾斜するように航空機本体１０１に接続されている。

着陸脚部１０５は、航空機本体１０１の前後方向中間部の両側に接続されている。図４に示すように、着陸脚部１０５は、第２の展開状態において、平面視においてロータ１０４Ａ、１０４Ｂと重ならないように配置されている。ここで、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂと重ならないとはロータ１０４Ａ、１０４Ｂの各翼の軌跡（破線で囲まれる領域）と、着陸脚部１０５とが上下に重ならないことをいう。
なお、着陸脚部１０５の回動軸は航空機本体１０１内に前後方向に延びるように設けられている。

次に、図１に示す無人航空機の飛行制御システムの構成について説明する。図７は、図１に示す無人航空機の飛行制御システムを示す図である。無人航空機１００の飛行制御システム２００は、制御ユニット２０１、制御ユニット２０１に電気的に接続されたモータ１０３、モータ１０３に機械的に接続されたロータ１０４Ａ、１０４Ｂ、制御ユニット２０１に電気的に接続された一対のアクチュエータ２２０、測位装置２２１、高度センサ２２２、コンパス２２３、及び、ＩＭＵ２２４を有する。

制御ユニット２０１は、無人航空機１００の飛行制御を行うための情報処理や、そのための電気信号の制御を行うための構成であり、典型的には基板上に各種の電子部品を配置して配線することによってそのような機能の実現に必要な回路を構成したユニットである。制御ユニット２０１は、さらに、情報処理ユニット２３０、通信回路２３１、制御信号生成部２３２、スピードコントローラ２３３、インターフェイス２３４から構成される。

測位装置２２１は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）センサのような無人航空機１００の飛行位置の座標を感知するナビゲーションのためのセンサである。測位装置２２１は、好適には、三次元的な座標を感知する。なお、測位装置２２１が取得する座標は、緯度、経度及び高度からなる。

高度センサ２２２は、例えば、気圧計などからなり、気圧に基づき無人航空機の高度を推定する。
コンパス２２３は、いわゆる方位磁針であり、北を基準とした無人航空機１００の前方の角度を検知する。

ＩＭＵ２２４は、慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）であり、加速度センサにより並進運動を、角速度センサ（ジャイロ）により回転運動を検出する。さらに、ＩＭＵ２２４は、加速度センサにより検出された並進運動（加速度）を積分することにより、速度を算出することができ、さらに、速度を積分することにより移動距離（位置）を算出することができる。また、同様に、角速度センサにより検出された回転運動（角速度）を積分することにより、角度（姿勢）を算出することができる。

通信回路２３１は、例えば、アンテナに接続されている。アンテナは、無人航空機１００を操縦したり制御するための情報や各種データを含む無線信号を受信したり、テレメトリ信号を含む無線信号を無人航空機１００から送信する。

通信回路２３１は、アンテナを通じて受信した無線信号から、無人航空機１００のための操縦信号、制御信号や各種データなどを復調して情報処理ユニット２３０に入力したり、無人航空機１００から出力されるテレメトリ信号などを搬送する無線信号を生成するための電子回路であり、典型的には無線信号処理ＩＣである。なお、例えば、操縦信号の通信と、制御信号、各種データの通信とを別の周波数帯の異なる通信回路で実行するようにしてもよい。例えば、手動での操縦を行うためのコントローラ（プロポ）の送信器と９５０ＭＨｚ帯の周波数で通信し、データ通信を２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／１．５ＧＨｚ帯／８００ＭＨｚ帯の周波数で通信するような構成を採ることも可能である。

制御信号生成部２３２は、情報処理ユニット２３０によって演算により得られた制御指令値データを、電圧を表わすパルス信号（ＰＷＭ信号など）に変換する構成であり、典型的には、発振回路とスイッチング回路を含むＩＣである。スピードコントローラ２３３は、制御信号生成部２３２からのパルス信号を、モータ１０３を駆動する駆動電圧に変換する構成であり、典型的には、平滑回路とアナログ増幅器である。図示していないが、無人航空機１００は、リチウムポリマーバッテリやリチウムイオンバッテリ等のバッテリデバイスや各要素への配電系を含む電源系を備えている。

インターフェイス２３４は、情報処理ユニット２３０と測位装置２２１、高度センサ２２２、コンパス２２３などの機能要素との間で信号の送受信ができるように信号の形態を変換することにより、それらを電気的に接続する構成である。なお、説明の都合上、図面においてインターフェイスは１つの構成として記載しているが、接続対象の機能要素の種類によって別のインターフェイスを使用することが通常である。また、接続対象の機能要素が入出力する信号の種類によってはインターフェイス２３４が不要な場合もある。また、図７において、インターフェイス２３４が媒介せずに接続されている情報処理ユニット２３０であっても、接続対象の機能要素が入出力する信号の種類によってはインターフェイスが必要となる場合もある。

また、情報処理ユニット２３０と制御信号生成部２３２とにより、無人航空機１００の飛行を制御する飛行制御部２４０が構成される。飛行制御部２４０は、飛行計画経路データが記憶されており、これに基づき、所定の飛行経路に沿って無人航空機１００が飛行するように、モータ１０３やアクチュエータ２２０の駆動を制御する。

飛行計画経路データは、無人航空機１００の飛行計画経路を表すデータであり、典型的には、飛行計画経路上に存在する一連の複数のウェイポイントの集合のデータである。飛行計画経路は、典型的には、それらの複数のウェイポイントを順番に結んだ直線の集合であるが、ウェイポイントの所定範囲内においては所定の曲率の曲線とすることもできる。飛行計画経路データは、複数のウェイポイントにおける飛行速度を定めるデータを含んでいてもよい。飛行計画経路データは、典型的には自律飛行において飛行計画経路を定めるために使用されるが、非自律飛行において飛行時のガイド用として使用することもできる。飛行計画経路データは、典型的には、飛行前に無人航空機１００に入力されて記憶される。

飛行制御部２４０は、測位装置２２１、高度センサ２２２、コンパス２２３、及びＩＭＵ２２４により測定された自己位置及び姿勢に基づき、飛行計画経路データの飛行計画経路に沿うように無人航空機の飛行を制御する。具体的には、各種センサにより、無人航空機１００の自己位置、ヘディング、姿勢、速度等を判断し、に基づき無人航空機１００の現在の飛行位置及びヘディングなどを判断し、操縦信号、飛行計画経路（目標）、速度制限、高度制限等の目標値と比較することにより各ロータ１０４Ａ、１０４Ｂに対する制御指令値を演算し、制御指令値を示すデータを制御信号生成部１３２に出力する。制御信号生成部１３２は、その制御指令値を電圧を表わすパルス信号に変換して各スピードコントローラ２３３に送信する。各スピードコントローラ２３３は、そのパルス信号を駆動電圧へと変換して各モータ１０３に印加し、これにより各モータ１０３の駆動を制御して各ロータ１０４Ａ、１０４Ｂの回転数を制御することにより無人航空機１００の飛行が制御される。

本実施形態では、飛行制御部２４０には、離陸時及び着陸時における無人航空機１００が主に上下方向に移動する際の離陸モード及び着陸モードと、無人航空機１００が主に水平方向に飛行する際の水平飛行モードとが設定されている。飛行制御部２４０は、離陸モード及び着陸モードでは、アクチュエータ２２０を起動して、着陸脚部１０５を下方に向かって延びる第１の垂下状態とし、水平飛行モードでは、アクチュエータ２２０を起動して、着陸脚部１０５を横方向に向かって延びる第２の展開状態とする。

図８は、図１に示す無人航空機の情報処理ユニットのハードウェア構成を示す図である。情報処理ユニット２３０は、ＣＰＵ２３０ａと、ＲＡＭ２３０ｂと、ＲＯＭ２３０ｃと、外部メモリ２３０ｄと、入力部２３０ｅと、出力部２３０ｆと、通信部２３０ｇとを含む。ＲＡＭ２３０ｂ、ＲＯＭ２３０ｃ、外部メモリ２３０ｄ、入力部２３０ｅ、出力部２３０ｆ、及び、通信部２３０ｇはバス２３０ｈを介してＣＰＵ２３０ａに接続されている。

ＣＰＵ２３０ａは、システムバス２３０ｈに接続される各デバイスを統括的に制御する。
ＲＯＭ２３０ｃや外部メモリには、ＣＰＵ２３０ａの制御プログラムであるＢＩＯＳやＯＳ、コンピュータが実行する機能を実現するために必要な各種プログラムやデータ等が記憶されている。

ＲＡＭ２３０ｂは、ＣＰＵ２３０ａの主メモリや作業領域等として機能する。ＣＰＵ２３０ａは、処理の実行に際して必要なプログラム等をＲＯＭ２３０ｃや外部メモリ２３０ｄからＲＡＭ２３０ｂにロードして、ロードしたプログラムを実行することで各種動作を実現する。

外部メモリ２３０ｄは、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＵＳＢメモリ等から構成される。
入力部２３０ｅは、ユーザ等から操作指示等を受け付ける。入力部２３０ｅは、例えば、入力ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、ワイヤレスリモコン、マイクロフォン、カメラ等の入力デバイスから構成される。

出力部２３０ｆは、ＣＰＵ２３０ａで処理されるデータや、ＲＡＭ２３０ｂ、ＲＯＭ２３０ｃや外部メモリ２３０ｄに記憶されるデータを出力する。出力部２３０ｆは、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬパネル、プリンタ、スピーカ当の出力デバイスから構成される。

通信部２３０ｇは、ネットワークを介して、又は、直接外部機器と接続・通信するためのインターフェイスである。通信部２３０ｇは、例えば、シリアルインタフェース、ＬＡＮインターフェイス等のインターフェイスから構成される。

飛行制御部２４０は、ＲＯＭ２３０ｃや外部メモリ２３０ｄに記憶された各種プログラムが、ＣＰＵ２３０ａ、ＲＡＭ２３０ｂ、ＲＯＭ２３０ｃ、外部メモリ２３０ｄ、入力部２３０ｅ、出力部２３０ｆ、通信部２３０ｇ等を資源として使用することで実現される。

本実施形態では、情報処理ユニット２３０及び制御信号生成部２３２を飛行制御部２４０として機能させているが、情報処理ユニット２３０とは別個にこれらシステムを搭載する等して無人航空機に備えられる構成としてもよい。また、自己位置推定システム又はその構成要素は、１つの物理的な装置として構成される必要はなく、複数の物理的な装置から構成されてもよい。また、自己位置推定システムを、無人航空機とは別体の地上局のコンピュータ、ＰＣ、スマートフォン、タブレット端末等の任意の適切な装置、クラウド・コンピューティングシステム、又はそれらの組み合わせ等として構成してもよい。また、自己位置推定システムの各部の機能は、無人航空機が備える１つ又は複数の装置及び無人航空機とは別体の１つ又は複数の装置のうちのいずれか１つで又は複数で分散して実行される構成としてもよい。

以下、上記の無人航空機により所定の目的地まで自立飛行する流れを説明する。図９は、無人航空機により所定の目的地まで自立飛行する流れを示すフローチャートである。
飛行制御部２４０には、予め飛行計画経路データが記憶されている。

無人航空機１００は、離陸時には着地しており、この状態で飛行制御部２４０は離陸モードに設定されている（Ｓ１）。これにより、着陸脚部１０５は下方に向かって延びた第１の垂下状態となっており、着陸脚部１０５の接地部１０５Ａが地面に接地することにより、無人航空機１００は着地している。着陸脚部１０５が下方に向かって延びた第１の垂下状態において、着陸脚部１０５の接地部１０５Ａは航空機本体１０１の自重を支持する。なお、本実施形態では、着陸脚部１０５の接地部１０５Ａは航空機本体１０１の全重量を支持するが、他の接地脚を設け、一部のみを支持する構成としてもよい。このような状態で、飛行制御部２４０は、モータ１０３を回転駆動させて、無人航空機１００の姿勢を保ちながら上昇する（Ｓ２）。

そして、飛行制御部２４０は、所定の時間間隔で高度センサ２２２により無人航空機の高度を検知する（Ｓ３）。高度センサ２２２により測定された高度が予め設定された所定の高さまで到達していない場合（Ｓ４においてＮＯ）には、飛行制御部２４０は無人航空機１００がさらに上昇するように制御する。

そして、高度センサ２２２により測定された高度が予め設定された所定の高さまで到達している場合（Ｓ４においてＹＥＳ）には、飛行制御部２４０は水平飛行モードに移行する（Ｓ５）。

飛行制御部２４０は、水平飛行モードに移行すると、まず、アクチュエータ２２０を駆動して着陸脚部１０５を第２の展開状態にする（Ｓ６）。これにより、着陸脚部１０５が横方向に延びた状態となる。

そして、無人航空機１００は水平飛行を開始する（Ｓ７）。なお、水平飛行とは厳密に水平に飛行する場合のみならず、上昇又は下降しながら横方向に飛行する場合も含み、鉛直方向の移動よりも水平方向の移動を目的とした飛行状態をいう。図１０は、水平飛行中の無人航空機を示す側面図である。水平飛行中には、後方アーム１０２Ｂに設けられたロータ１０４Ｂの回転速度を早くする。これにより、図１０に示すように、無人航空機１００は前傾姿勢となる。そして、水平飛行中には、ＩＭＵ２２４により検知された無人航空機１００の姿勢が、着陸脚部１０５の翼体部１０５Ｂが前後方向に水平となるようにフィードバック制御する。そして、無人航空機１００が前傾姿勢となることにより、より大きな前方への推進力が作用する。無人航空機１００が前進すると、翼体部１０５Ｂにより揚力を受ける。これにより、低消費電力で水平飛行することが可能になる。

また、水平飛行しながら、飛行制御部２４０は所定の時間間隔で測位装置２２１により無人航空機１００の自己位置を検知する（Ｓ８）。そして、無人航空機１００の自己位置が目的地の近傍に到達しているかどうかを判定する（Ｓ９）。なお、無人航空機１００の自己位置が目的地の近傍に到達しているかは、例えば、目的地と、無人航空機１００の自己位置との距離が所定の閾値以下となっているかどうかにより、判定することができる。そして、無人航空機１００の自己位置が目的地の近傍に到達していないと判定された場合（Ｓ９においてＮＯ）には、水平飛行を続ける。

これに対して、無人航空機１００が目的の近傍に到達した場合（Ｓ９においてＹＥＳ）には、飛行制御部２４０は着陸モードに移行する（Ｓ１０）。飛行制御部２４０は着陸モードに移行すると、アクチュエータ２２０を駆動して、着陸脚部１０５を第１の垂下状態に変更し（Ｓ１１）、航空機本体１０１が水平になるように、各ロータ１０４Ａ、１０４Ｂの回転を制御する。

そして、飛行制御部２４０はロータ１０４Ａ、１０４Ｂの回転を制御し、着地地点の直上に位置するように水平方向位置を微調整しながら、無人航空機１００が下降させる（Ｓ１２）。そして、高度センサ２２２により測定された高度の変化がなくなるなどにより、着陸脚部１０５の接地部１０５Ａが着地したことを検知すると（Ｓ１３）、飛行制御部２４０はロータ１０４Ａ、１０４Ｂを停止する。
以上により、無人航空機１００が目的地まで自立飛行することができる。

なお、本実施形態では、Ｓ９において、無人航空機１００の自己位置に基づき、水平飛行モードから着陸モードに移行しているが、これに限らず、無人航空機１００の自己位置及び高さが所定の範囲になった場合に、水平飛行モードから着陸モードに移行してもよい。また、水平飛行中に無人航空機１００の高さが所定の高さ以下になった場合には、安全のため、着陸モードに移行してもよい。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、航空機本体１０１と、上方に向いた複数のロータ１０４Ａ、１０４Ｂと、航空機本体１０１に接続された左右の着陸脚部１０５を、備え、着陸脚部１０５は、先端に設けられた接地部１０５Ａと、翼体部１０５Ｂと、を含み、着陸脚部１０５が、下方に向けて延びる第１の垂下状態と、横方向に向けて延びる第２の展開状態との間で移行可能であり、着地時に、着陸脚部１０５は第１の垂下状態にあり、接地部１０５Ａが接地して航空機本体１０１の自重を少なくとも部分的に支持する、無人航空機を提供するものである。

このような構成によれば、水平飛行時には、翼体部１０５Ｂを横方向に向けて延びる第２の展開状態にすることにより、無人航空機１００が前進すると揚力を受けることができ、これにより消費電力の増大を抑制することができる。さらに、離着陸時には、翼体部１０５Ｂを下方に向けて延びる第１の状態とすることにより、離着陸の抵抗となることがなく、離着陸時の消費電力を抑制することができる。さらに、着地時には着陸脚部１０５が航空機本体１０１を支持する脚部として機能するため、翼体と別に脚部を設ける必要がない。

また、本実施形態によれば、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂは、第２の展開状態において平面視で翼体部１０５Ｂと重ならないように配置されている。

このような構成によれば、水平飛行時にロータ１０４Ａ、１０４Ｂにより送られた風が翼体部１０５Ｂに当たることがなく、飛行性能を確保することができる。

また、本実施形態によれば、複数のロータ１０４Ａ、１０４Ｂは、前方の対となるロータ１０４Ａと、後方の対となるロータ１０４Ｂとを含み、後方の対となるロータ１０４Ｂは、前方の対となるロータ１０４Ａよりも上方に位置している。

水平飛行する際には、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂによる前方への推進力を大きくするため、無人航空機を前傾姿勢とすることになる。この際、後方の対となるロータ１０４Ｂが前方の対となるロータ１０４Ａよりも上方に設けられていることにより、前傾姿勢において前方の対となるロータ１０４Ａと、後方の対となるロータ１０４Ｂとがより、上下方向により大きく離間することになり、前方の対となるロータ１０４Ａの後流の影響を減らすことができる。

また、本実施形態によれば、着陸脚部１０５は、第２の展開状態において翼体部１０５Ｂが航空機本体１０１の前後方向に対して、前方側が上方に傾斜するように設けられている。

このような構成によれば、無人航空機１００が水平飛行する際に、翼体部１０５Ｂが水平となり、翼体部１０５Ｂの抵抗を減らし、揚力を発生させることができる。

また、本実施形態によれば、無人航空機１００は、着陸脚部１０５を回動させるためのアクチュエータ２２０と、複数のロータ１０４Ａ、１０４Ｂ、及び、アクチュエータ２２０の駆動を制御する飛行制御部２４０と、を備え、飛行制御部２４０は、無人航空機１００が水平に飛行する水平飛行モードでは、着陸脚部１０５が第２の展開状態になるようにアクチュエータ２２０を制御し、無人航空機１００が離陸及び着陸する離陸モード及び着陸モードでは、着陸脚部１０５が第１の垂下状態になるようにアクチュエータ２２０を制御する。

このような構成によれば、離着陸をする際には、着陸脚部１０５を第１の垂下状態とし、着陸脚部１０５が上昇又は下降の抵抗となることを抑制し、水平飛行する際には、着陸脚部１０５を第２の展開状態とし、飛行距離に対する電力消費を少なくすることができる。

また、本実施形態によれば、無人航空機１００は、さらに、無人航空機１００の位置を特定する測位装置２２１、及び、無人航空機の高さを測定する高度センサ２２２を備え、飛行制御部２４０は、測位装置２２１により測定された位置、及び／又は、高度センサ２２２により測定された高さに基づき、水平飛行モードと、離陸モード及び着陸モードとを切り換える。

このような構成によれば、無人航空機１００の自律飛行の際に、水平飛行モードと、離離モード及び着陸モードとを確実に切り替えることができる。

なお、本実施形態では、着陸脚部１０５の全体が翼形状の翼体部１０５Ｂとして形成され、翼体部１０５Ｂ全体が航空機本体１０１に対して回動可能としているが、翼体部１０５Ｂの途中部に回動軸を設け、翼体部１０５Ｂの先端部のみが回動可能に構成してもよい。

１００ 無人航空機
１０１ 航空機本体
１０２Ａ 前方アーム
１０２Ｂ 後方アーム
１０４Ａ、１０４Ｂ ロータ
１０５ 着陸脚部
１０５Ａ 接地部
１０５Ｂ 翼体部
１３２ 制御信号生成部
２００ 飛行制御システム
２０１ 制御ユニット
２２０ アクチュエータ
２２１ 測位装置
２２２ 高度センサ
２２３ コンパス
２３０ 情報処理ユニット
２３０ａ ＣＰＵ
２３０ｂ ＲＡＭ
２３０ｃ ＲＯＭ
２３０ｄ 外部メモリ
２３０ｅ 入力部
２３０ｆ 出力部
２３０ｇ 通信部
２３０ｈ システムバス
２３０ｈ バス
２３１ 通信回路
２３２ 制御信号生成部
２３３ スピードコントローラ
２３４ インターフェイス
２４０ 飛行制御部

Claims (5)

1. 航空機本体と、
   上方に向いた複数の回転翼と、
   前記航空機本体に接続された左右の脚部を、備え、
   前記脚部は、
   先端に設けられた接地部と、
   翼体部と、を含み、
   前記脚部の少なくとも一部が、下方に向けて延びる第１の状態と、横方向に向けて延びる第２の状態との間で移行可能であり、
   着地時に、前記脚部は前記第１の状態にあり、前記接地部が接地して前記航空機本体の自重を少なくとも部分的に支持し、
   前記複数の回転翼は、前方の対となる回転翼と、後方の対となる回転翼とを含み、
   前記後方の対となる回転翼は、前記前方の対となる回転翼よりも上方に位置している、
   無人航空機。
2. 前記回転翼は、前記第２の状態において平面視で前記翼体部と重ならないように配置されている、
   請求項１に記載の無人航空機。
3. 前記脚部は、前記第２の状態において前記翼体部が前記航空機本体の前後方向に対して、前方が上側に傾斜するように設けられている、
   請求項１又は２に記載の無人航空機。
4. さらに、
   前記脚部の少なくとも一部を前記航空機本体に対して回動させるためのアクチュエータと、
   前記複数の回転翼、及び、前記アクチュエータの駆動を制御する飛行制御部と、を備え、
   前記飛行制御部は、前記無人航空機が水平に飛行する水平飛行モードでは、前記脚部の少なくとも一部が前記第２の状態になるように前記アクチュエータを制御し、前記無人航空機が離陸する離陸モード及び／又は前記無人航空機が着陸する着陸モードでは、前記脚部の少なくとも一部が前記第１の状態になるように前記アクチュエータを制御する、
   請求項１～３の何れか１項に記載の無人航空機。
5. さらに、
   前記無人航空機の位置を特定する測位装置、及び、前記無人航空機の高さを測定する高度計を備え、
   前記飛行制御部は、前記測位装置により測定された位置、及び／又は、高度計により測定された高さに基づき、前記水平飛行モードと、前記離陸モード又は着陸モードとを切り換える、
   請求項４に記載の無人航空機。

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