JP7089735B2

JP7089735B2 - Unmanned aerial vehicle

Info

Publication number: JP7089735B2
Application number: JP2018012196A
Authority: JP
Inventors: 紀代一菅木
Original assignee: Prodrone Co Ltd
Current assignee: Prodrone Co Ltd
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2038-01-29
Also published as: JP2019130927A

Description

本発明は、無人航空機技術に関する。 The present invention relates to unmanned aerial vehicle technology.

近年、無人航空機の姿勢制御や自律飛行に用いられるセンサ類およびソフトウェアの改良が進み、無人航空機の性能や操作性が飛躍的に向上した。特に複数基の固定ピッチプロペラで飛行するマルチコプターは、ヘリコプターに比べローター構造が簡単であり、設計およびメンテナンスが容易であることから、広範な産業分野における種々のミッションへの応用が検討されている。 In recent years, improvements in sensors and software used for attitude control and autonomous flight of unmanned aerial vehicles have progressed, and the performance and operability of unmanned aerial vehicles have dramatically improved. In particular, multicopters that fly with multiple fixed-pitch propellers have a simpler rotor structure than helicopters, and are easier to design and maintain, so their application to various missions in a wide range of industrial fields is being considered. ..

特開２０１１－１２３００６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-123006

マルチコプターなどの航空機は、空中を移動するというその性質から、地上に置かれる車両に比べて機体の位置を安定させることが難しいという課題がある。例えば、構造物の壁面検査や塗装などをマルチコプターを使って行う場合、機体と壁面との間隔を一定に保ちながら一定の速度でこれを飛行させる必要がある。このような操縦には極めて高度な操縦技能が必要とされる。特に、橋桁やビルの近傍には乱流が発生しやすく、これを操縦技能のみで克服することは現実的でない。そして、マルチコプターは水平移動するときや風などの外乱を相殺するときには機体（ロータの回転面）を傾ける必要がある。これら壁面等への車輪の押しつけ、移動、さらには外乱の対処を機体の傾斜だけで同時にこなすことは容易ではない。 Aircraft such as multicopters have the problem that it is difficult to stabilize the position of the aircraft compared to vehicles placed on the ground due to the nature of moving in the air. For example, when performing wall surface inspection or painting of a structure using a multicopter, it is necessary to fly it at a constant speed while keeping the distance between the aircraft and the wall surface constant. Such maneuvering requires extremely high maneuvering skills. In particular, turbulence is likely to occur near bridge girders and buildings, and it is not realistic to overcome this with maneuvering skills alone. The multicopter needs to tilt the airframe (rotating surface of the rotor) when moving horizontally or when offsetting disturbances such as wind. It is not easy to push the wheels against these walls, move them, and deal with disturbances at the same time by just tilting the aircraft.

上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、作業対象である構造物の垂直面と機体との距離を安定して維持可能な無人航空機を提供することにある。 In view of the above problems, an object to be solved by the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle capable of stably maintaining a stable distance between a vertical surface of a structure to be worked on and an airframe.

上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、水平回転翼と、前記水平回転翼の排気流を受けてその風向を変化させる羽板部材である前進制御部と、胴部から水平方向外側に張り出すように配置された複数の回転体と、を備え、前記複数の回転体が前記胴部から張り出した方向を前方、その反対方向を後方とし、前後方向に水平に直交する方向を左右方向、前後方向に垂直に交わる方向を上下方向としたときに、前記前進制御部は、前記排気流を受けてその風向を後方へ変化させることが可能であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the unmanned aircraft of the present invention has a horizontal rotary blade, a forward control unit which is a blade member that changes the wind direction by receiving the exhaust flow of the horizontal rotary blade, and an outer side in the horizontal direction from the body portion. It is provided with a plurality of rotating bodies arranged so as to project to the front, the direction in which the plurality of rotating bodies project from the body is the front, the opposite direction is the rear, and the directions horizontally orthogonal to the front-rear direction are left and right. When the direction perpendicular to the direction and the front-rear direction is the vertical direction, the forward control unit is characterized in that it can receive the exhaust flow and change its wind direction backward.

羽板部材である前進制御部が水平回転翼の排気流を受けてその風向を後方へ変化させることにより、前進制御部には前方への成分を含む推力が発生する。水平回転翼の回転面を傾けるのではなく、前進制御部が生じさせた推力で機体を前進させることにより、機体の水平を保ったまま構造物の壁面などの垂直面に回転体を押しつけることができるとともに、水平回転翼の用途をピッチ（エレベータ）以外の制御に絞ることができる。 When the forward control unit, which is a blade member, receives the exhaust flow of the horizontal rotary blade and changes its wind direction backward, a thrust including a forward component is generated in the forward control unit. By advancing the airframe with the thrust generated by the forward control unit instead of tilting the rotating surface of the horizontal rotary blade, it is possible to press the rotating body against a vertical surface such as the wall surface of the structure while keeping the airframe horizontal. At the same time, the use of horizontal rotary blades can be narrowed down to controls other than pitch (elevator).

また、前記前進制御部は軸部を中心として該軸部回りに回動可能であり、前記前進制御部は、所定の配置角度において、該前進制御部が受けた前記排気流の風向を後方へ変化させることが好ましい。 Further, the forward control unit can rotate around the shaft portion around the shaft portion, and the forward control unit moves the wind direction of the exhaust flow received by the forward control unit backward at a predetermined arrangement angle. It is preferable to change it.

前進制御部が可動部材であることにより、前方への推力の発生／停止やその強弱を調節することが可能となり、壁面等に対して回転体をより効率的に押しつけることが可能となる。 Since the forward control unit is a movable member, it is possible to generate / stop the thrust forward and adjust the strength thereof, and it is possible to more efficiently press the rotating body against the wall surface or the like.

また、本発明の無人航空機は、複数の前記前進制御部を備え、前記複数の前進制御部は、前記胴部を平面視したときに、該胴部の中心を前後に通る直線を対称の軸として、線対称となる位置および向きに配置されていることが好ましい。 Further, the unmanned aerial vehicle of the present invention includes a plurality of the forward control units, and the plurality of forward control units have axes symmetrical with respect to a straight line passing through the center of the body in a plan view. It is preferable that the aircraft is arranged in a line-symmetrical position and orientation.

複数基の前進制御部を使って前方への推力を発生させることにより、推力の向きや強弱をより柔軟に調節することが可能となる。また、これら前進制御部を左右対称に配置することにより、前進制御部を使った機体の操縦をより容易に、より直感的に行うことが可能となる。 By generating forward thrust using a plurality of forward control units, it is possible to more flexibly adjust the direction and strength of the thrust. Further, by arranging these forward control units symmetrically, it becomes possible to more easily and intuitively control the aircraft using the forward control unit.

また、本発明の無人航空機は、慣性計測装置と、高度センサと、飛行制御手段と、を備え、前記前進制御部は、前記胴部の前後方向における略中心または中心よりも後方に配置され、前記飛行制御手段は、意図しない機体の傾きを前記慣性計測装置が検知したときに、そのときの飛行高度を維持しつつ、機体を水平に復旧させるよう前記水平回転翼の出力を自動調節する構成としてもよい。 Further, the unmanned aircraft of the present invention includes an inertial measurement unit, an altitude sensor, and a flight control means, and the forward control unit is arranged substantially at the center or behind the center in the front-rear direction of the body portion. When the inertial measurement unit detects an unintended tilt of the aircraft, the flight control means automatically adjusts the output of the horizontal rotary blade so as to restore the aircraft horizontally while maintaining the flight altitude at that time. May be.

前進制御部が水平回転翼の排気流を受けてその風向を後方に変化させると、前進制御部の下面側に生じた負圧は、前方への推力を発生させるとともに、排気流に対する抵抗によって下方への推力も発生させる。これら推力の合力は前進制御部を前斜め下へ牽引する。このとき、前進制御部が胴部の前後方向における略中心または中心より後ろ側に配置されていると、合力に引っ張られた前進制御部、およびその軸部に生じたモーメントは、胴部の機首（前方端部）側よりも機尾（後方端部）側の位置を下げるように作用する。飛行制御手段は、この姿勢変化に対して機体の水平と飛行高度を維持すべく、相対的に機首側よりも機尾側の揚力を高めるように水平回転翼を制御する。水平回転翼がこのように制御されることで、機体にはさらに前方への推力が生じる。これにより回転体が壁面等により強力に押しつけられる。 When the forward control unit receives the exhaust flow of the horizontal rotor and changes its wind direction backward, the negative pressure generated on the lower surface side of the forward control unit generates thrust forward and downwards due to resistance to the exhaust flow. It also generates thrust to. The resultant force of these thrusts pulls the forward control unit diagonally forward and downward. At this time, if the forward control unit is arranged approximately at the center of the body in the front-rear direction or behind the center, the moment generated in the forward control unit pulled by the resultant force and its shaft portion is the machine of the body. It acts to lower the position on the aft (rear end) side rather than the neck (front end) side. The flight control means controls the horizontal rotor so as to increase the lift on the aft side rather than the nose side in order to maintain the level and flight altitude of the aircraft against this attitude change. By controlling the horizontal rotor in this way, further forward thrust is generated in the airframe. As a result, the rotating body is strongly pressed against the wall surface or the like.

また、前記複数の回転体は駆動源により回転可能であることが好ましい。 Further, it is preferable that the plurality of rotating bodies can be rotated by a drive source.

回転体が駆動輪であることにより、回転体を駆動して構造物の面上を走行することが可能となる。そして、本発明では前進制御部により回転体が壁面等に押しつけられるため、水平回転翼の用途を機体の姿勢制御のみに絞ることができる。 Since the rotating body is a driving wheel, it is possible to drive the rotating body and travel on the surface of the structure. Further, in the present invention, since the rotating body is pressed against the wall surface or the like by the forward control unit, the use of the horizontal rotary blade can be limited to the attitude control of the machine body.

また、前記複数の回転体は、前記胴部から前方および上方に張り出していることが好ましい。 Further, it is preferable that the plurality of rotating bodies project forward and upward from the body portion.

複数の回転体が胴部から前方および上方に張り出すことにより、垂直面だけでなく、構造物の天井面との距離を一定に保ちながら移動することも可能となる。 By projecting the plurality of rotating bodies forward and upward from the body portion, it is possible to move not only on the vertical surface but also while keeping the distance from the ceiling surface of the structure constant.

また、前記複数の回転体を第１回転体組としたときに、前記第１回転体組の後方には、前記胴部から上方に張り出した他の複数の回転体である第２回転体組が配置されており、前記機体は、棒状体が平面視６角形以上の偶数の辺を有する多角形状に組まれた枠体であるフレームを有しており、前記第１回転体組は、前記フレームの一の辺を構成する前記棒状体の両端に取り付けられており、前記第２回転体組は、前記一の辺の反対側の辺を構成する前記棒状体の両端に取り付けられていることが好ましい。 Further, when the plurality of rotating bodies are used as the first rotating body set, the second rotating body set, which is another plurality of rotating bodies protruding upward from the body portion, is behind the first rotating body set. The body of revolution has a frame in which the rod-shaped body is assembled in a polygonal shape having even sides of hexagons or more in a plan view. The rod-shaped body constituting one side of the frame is attached to both ends of the rod-shaped body, and the second rotating body assembly is attached to both ends of the rod-shaped body constituting the opposite side of the one side. Is preferable.

６以上の偶数の辺を有する多角形の一の辺の両端とその反対側の辺の両端に第１回転体組および第２回転体組を取り付けることにより、矩形状のフレームを用いる場合に比べ、機体の外形寸法を小さく抑えることができるとともに、天井面に対して少なくとも４点で支持されることで、天井面に対する作業をより安定して行うことが可能となる。 Compared to the case of using a rectangular frame, by attaching the first rotating body set and the second rotating body set to both ends of one side of a polygon having 6 or more even sides and the opposite side. The external dimensions of the machine can be kept small, and the work on the ceiling surface can be performed more stably by being supported at at least four points on the ceiling surface.

また、前記前進制御部は、その板厚方向の断面形状が、該断面の長手方向における一端側の板厚が厚く他端側の肉厚が薄い、翼形状であり、前記前進制御部は、前記一端側が前記他端側よりも上に配置されることが好ましい。 Further, the forward control unit has a wing shape in which the cross-sectional shape in the plate thickness direction is thick on one end side and thin on the other end side in the longitudinal direction of the cross section. It is preferable that the one end side is arranged above the other end side.

前進制御部を翼形状にした場合、前進制御部の上面が排気流を受けてこれを後方に流すと、前進制御部の下面には負圧が生じる。この負圧を利用することにより、前方への推力を効果的に生じさせることができる。 When the forward control unit has a wing shape, when the upper surface of the forward control unit receives an exhaust flow and flows backward, a negative pressure is generated on the lower surface of the forward control unit. By utilizing this negative pressure, a forward thrust can be effectively generated.

また、本発明の無人航空機は、複数の前記水平回転翼を備え、前記複数の水平回転翼は、上下に同軸配置された二つの前記水平回転翼を一組として、複数組設けられている構成としてもよい。 Further, the unmanned aerial vehicle of the present invention includes a plurality of the horizontal rotor blades, and the plurality of horizontal rotor blades are provided with a plurality of sets of the two horizontal rotor blades arranged coaxially in the vertical direction. May be.

水平回転翼を上下に重ねて配置することにより、機体の水平寸法の大型化を抑えつつ、揚力を高めることができる。 By arranging the horizontal rotors on top of each other, it is possible to increase the lift while suppressing the increase in the horizontal dimensions of the airframe.

また、本発明の無人航空機は、前記水平回転翼の排気流を受けてその風向を右方向または左方向に変化させる羽板部材である回転制御部をさらに備え、前記回転制御部は軸部を中心として該軸部回りに回動可能であり、前記回転制御部は、前記胴部の前後方向における中心よりも前側または後ろ側に配置されている構成としてもよい。 Further, the unmanned aircraft of the present invention further includes a rotation control unit which is a blade member that changes the wind direction to the right or left in response to the exhaust flow of the horizontal rotary blade, and the rotation control unit has a shaft portion. The rotation control unit may be configured to be rotatable around the shaft portion as a center, and the rotation control unit may be arranged on the front side or the rear side of the center in the front-rear direction of the body portion.

羽板部材である回転制御部により機体のヨー制御を行うことにより、機体を傾けることなくヨー方向への外乱に対処することが可能となる。 By controlling the yaw of the airframe by the rotation control unit which is a blade member, it is possible to deal with the disturbance in the yaw direction without tilting the airframe.

また、本発明の無人航空機は、複数の前記回転制御部を備え、前記複数の回転制御部は、前記胴部を平面視したときに、該胴部の中心を対称の中心として、点対称となる位置および向きに配置されていることが好ましい。 Further, the unmanned aircraft of the present invention includes a plurality of the rotation control units, and the plurality of rotation control units are point-symmetrical with the center of the body as the center of symmetry when the body is viewed in a plane. It is preferable that they are arranged in such a position and orientation.

複数基の前進制御部を用いて機体のヨー制御を行うことにより、ヨー方向への推力の強弱をより柔軟に調節することが可能となる。また、これら回転制御部を点対称に配置することにより、回転制御部を使ったヨー操作をより容易に、より直感的に行うことが可能となる。 By controlling the yaw of the airframe using a plurality of forward control units, it is possible to more flexibly adjust the strength of the thrust in the yaw direction. Further, by arranging these rotation control units point-symmetrically, it becomes possible to perform yaw operation using the rotation control unit more easily and more intuitively.

このように、本発明の無人航空機によれば、作業対象である構造物の垂直面と機体との距離を安定して維持することが可能となる。 As described above, according to the unmanned aerial vehicle of the present invention, it is possible to stably maintain the distance between the vertical surface of the structure to be worked on and the airframe.

実施形態にかかるマルチコプターの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance of the multicopter which concerns on embodiment. 図１のマルチコプターの平面図である。It is a top view of the multicopter of FIG. 図１のマルチコプターをＡ方向から見た側面図である。It is a side view which looked at the multicopter of FIG. 1 from the A direction. マルチコプターの壁面走行の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of the wall running of a multicopter. 前進制御部の回動動作を示す側面視透視図である。It is a side view perspective view which shows the rotation operation of the forward control part. 前進制御部による推力発生原理を示す側面視模式図である。It is a side view schematic diagram which shows the thrust generation principle by a forward control part. 飛行制御手段により前進推力が増強される原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the principle that the forward thrust is enhanced by a flight control means. マルチコプターの機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of a multicopter. 回転制御部を備えるマルチコプターの平面視模式図である。It is a plan view schematic diagram of a multicopter including a rotation control unit. フレームの変形例を示す平面視模式図である。It is a plan view schematic diagram which shows the deformation example of a frame.

以下、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、橋梁やビルなどの構造物の壁面（垂直面・天井面）に塗料や薬剤を塗布するマルチコプターについての例である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The following embodiment is an example of a multicopter in which a paint or a chemical is applied to a wall surface (vertical surface / ceiling surface) of a structure such as a bridge or a building.

（構成概要）
図１は本実施形態の無人航空機であるマルチコプター１０の外観を示す斜視図である。図２はマルチコプター１０の平面図である。図３は、図１のマルチコプター１０を矢示Ａ方向から見た側面図である。以下の説明における「上下」、「鉛直」、および「縦」とは、各図に描かれた座標軸のＺ軸に平行な方向を意味しており、Ｚ_１側を「上」、Ｚ_２側を「下」とする。「水平」とは、同座標軸に示されるＸＹ平面に平行な面を意味している。また、マルチコプター１０について「側方」とは、マルチコプター１０から水平方向外側に向かう方向を意味している。マルチコプター１０の側方のうち、「前後」とは、同座標軸のＸ軸に平行な方向を意味しており、Ｘ_１側を「前」、Ｘ_２側を「後ろ」とする。同様に、「左右」とは、同座標軸のＹ軸に平行な方向を意味しており、Ｙ_１側を「右」、Ｙ_２側を「左」とする。また、本発明でいう「水平回転翼」とは、回転軸の軸線方向が鉛直に延び、回転面の面方向が水平となる回転翼をいう。 (Outline of configuration)
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the multicopter 10 which is an unmanned aerial vehicle of the present embodiment. FIG. 2 is a plan view of the multicopter 10. FIG. 3 is a side view of the multicopter 10 of FIG. 1 as viewed from the direction of arrow A. In the following description, "up and down", "vertical", and "vertical" mean the directions parallel to the Z axis of the coordinate axes drawn in each figure, and the Z ₁ side is "up" and the Z ₂ side. Is "below". "Horizontal" means a plane parallel to the XY plane shown on the same axis. Further, with respect to the multicopter 10, "lateral" means a direction toward the outside in the horizontal direction from the multicopter 10. Of the sides of the multicopter 10, "front and back" means a direction parallel to the X axis of the same coordinate axis, and the X ₁ side is "front" and the X ₂ side is "back". Similarly, "left and right" means a direction parallel to the Y axis of the same coordinate axis, and the Y ₁ side is "right" and the Y ₂ side is "left". Further, the "horizontal rotary wing" as used in the present invention means a rotary wing in which the axial direction of the rotation axis extends vertically and the surface direction of the rotation surface becomes horizontal.

本例のマルチコプター１０は、主に、機体の胴部であるフレーム１２、水平回転翼であるロータ６０、ロータ６０の排気流の風向を制御する羽板部材である風向制御部８０、フレーム１２からその前後および上方に張り出した回転体である車輪７０、壁面の塗装機器である液剤タンク１９１、ポンプ装置１９２、およびローラ１９３により構成されている。 The multicopter 10 of this example mainly has a frame 12 which is a body of the machine, a rotor 60 which is a horizontal rotary blade, a wind direction control unit 80 which is a blade member for controlling the wind direction of the exhaust flow of the rotor 60, and a frame 12. It is composed of a wheel 70 which is a rotating body protruding from the front and rear and above the wheel 70, a liquid agent tank 191 which is a wall painting device, a pump device 192, and a roller 193.

（フレーム）
本例のフレーム１２は、円筒形の棒状体である複数のパイプ１２１、これらパイプ１２１を連結する継手部材１２２、フレーム１２の中央に配置されたセンターハブ１２３、おなじくフレーム１２の中央に配置されたタンク台１２４、および、フレーム１２の底部に取り付けられ、フレーム１２から下方に突き出した着陸脚１２５を有している。フレーム１２を構成する各部材には、軽量かつ高強度なＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製のパイプ材または板材が用いられており、これにより機体の積載量が最大化されている。なお、本発明の棒状体には、本実施形態のパイプ１２１のほか、棒材や、細長い板材などを用いることもできる。棒状体の材料もＣＦＲＰには限定されないが、軽量かつ高強度な材料を用いることが望ましい。 (flame)
The frame 12 of this example is arranged in the center of a plurality of pipes 121 which are cylindrical rod-shaped bodies, a joint member 122 connecting these pipes 121, a center hub 123 arranged in the center of the frame 12, and the same frame 12. It has a tank base 124 and a landing gear 125 that is attached to the bottom of the frame 12 and projects downward from the frame 12. Lightweight and high-strength CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) pipe material or plate material is used for each member constituting the frame 12, thereby maximizing the load capacity of the machine body. As the rod-shaped body of the present invention, in addition to the pipe 121 of the present embodiment, a rod material, an elongated plate material, or the like can also be used. The rod-shaped material is not limited to CFRP, but it is desirable to use a lightweight and high-strength material.

センターハブ１２３は、板面を上下に向けて平行に並べて配置された２枚の平板材で構成されている。センターハブ１２３には後述するフライトコントローラＦＣなどが取り付けられている。タンク台１２４は一枚の平板材からなり、タンク台１２４は、センターハブ１２３の下方に、センターハブ１２３と平行に配置されている。タンク台１２４には液剤タンク１９１やポンプ装置１９２などが取り付けられている。センターハブ１２３とタンク台１２４は、これらの平面視四隅を縦に貫通するパイプ１２１により結合されている。 The center hub 123 is composed of two flat plate members arranged side by side in parallel with the plate surfaces facing up and down. A flight controller FC or the like, which will be described later, is attached to the center hub 123. The tank base 124 is made of a single flat plate material, and the tank base 124 is arranged below the center hub 123 in parallel with the center hub 123. A liquid agent tank 191, a pump device 192, and the like are attached to the tank stand 124. The center hub 123 and the tank base 124 are connected by a pipe 121 that vertically penetrates these four corners in a plan view.

フレーム１２は、パイプ１２１が平面視８角形に組まれた外枠部１２ａと、センターハブ１２３およびタンク台１２４から前後および左右に水平に延びるパイプ１２１であるアーム部１２ｂ，１２ｃと、タンク台１２４を支持する補強部１２ｄと、を有している。センターハブ１２３から延びるアーム部１２ｂは外枠部１２ａに連結されており、タンク台１２４から延びるアーム部１２ｃは、それらの先端近傍に縦に配置されたパイプ１２１を介して、アーム部１２ｂの各パイプ１２１の先端近傍と連結されている。また、補強部１２ｄは、アーム部１２ｂが連結された外枠部１２ａの４辺とは異なる４辺に連結されている。着陸脚１２５は、アーム部１２ｃの各パイプ１２１の先端と、タンク台１２４の底面に取り付けられている。 The frame 12 includes an outer frame portion 12a in which the pipe 121 is assembled in an octagonal plan view, arm portions 12b and 12c which are pipes 121 extending horizontally from the center hub 123 and the tank base 124 to the front, back, left and right, and the tank base 124. It has a reinforcing portion 12d and a support for supporting the above. The arm portion 12b extending from the center hub 123 is connected to the outer frame portion 12a, and the arm portions 12c extending from the tank base 124 are each of the arm portions 12b via pipes 121 vertically arranged near their tips. It is connected to the vicinity of the tip of the pipe 121. Further, the reinforcing portion 12d is connected to four sides different from the four sides of the outer frame portion 12a to which the arm portion 12b is connected. The landing gear 125 is attached to the tip of each pipe 121 of the arm portion 12c and the bottom surface of the tank base 124.

（ロータ）
本例のロータ６０は、ブラシレスモータの出力軸に固定ピッチプロペラが装着されたものである。ロータ６０は、フレーム１２のアーム部１２ｂ，１２ｃを構成する各パイプ１２１に取り付けられている。アーム部１２ｂ，１２ｃに取り付けられた各ロータ６０は、それぞれ上下に同軸に配置されている。本例のマルチコプター１０は、同軸に配置された２基のロータ６０を一組として、４組、計８基のロータ６０を有するオクタコプターである。本例のマルチコプター１０は、２基のロータ６０が同軸に配置されることで、機体の水平寸法の大型化を抑えつつ、機体の揚力が高められている。 (Rotor)
In the rotor 60 of this example, a fixed pitch propeller is attached to the output shaft of the brushless motor. The rotor 60 is attached to each pipe 121 constituting the arm portions 12b and 12c of the frame 12. Each rotor 60 attached to the arm portions 12b and 12c is vertically arranged coaxially. The multicopter 10 of this example is an octacopter having two rotors 60 arranged coaxially as one set and four sets of eight rotors 60 in total. In the multicopter 10 of this example, the lift of the airframe is increased while suppressing the increase in the horizontal dimension of the airframe by arranging the two rotors 60 coaxially.

なお、本例のマルチコプター１０は、液剤タンク１９１などの重量物を運搬する揚力を得るため多数のロータ６０を備えているが、本発明の水平回転翼の数は無人航空機の用途に応じて適宜変更してよい。本例よりもロータ６０の数を減らして、ヘキサコプタ（６基）、クアッドコプタ（４基）、トライコプタ（３基）の構成としてもよく、逆に本例よりもロータ６０の数を増やしてもよい。また、ロータ６０のプロペラは常に固定ピッチプロペラである必要はなく、可変ピッチプロペラを採用してもよい。例えば、可変ピッチプロペラのメインロータ一基とテールロータの構成や、一組の二重反転プロペラのみの構成とすることも可能である。 The multicopter 10 of this example is provided with a large number of rotors 60 in order to obtain lift for carrying heavy objects such as a liquid agent tank 191. However, the number of horizontal rotary blades of the present invention depends on the use of the unmanned aerial vehicle. It may be changed as appropriate. The number of rotors 60 may be reduced from this example to form a hexacopter (6 units), a quadcopter (4 units), and a tricopter (3 units), or conversely, the number of rotors 60 may be increased from this example. .. Further, the propeller of the rotor 60 does not always have to be a fixed pitch propeller, and a variable pitch propeller may be adopted. For example, it is possible to configure one main rotor and tail rotor of the variable pitch propeller, or to configure only one set of counter-rotating propellers.

（車輪）
マルチコプター１０は、外枠部１２ａに取り付けられた４つの車輪７０を有している。本例の車輪７０にはＣＦＲＰ製の円板材が使用されており、円板材に肉抜きが施されることで、リム、スポーク、およびハブに相当する形状が形成されている。これら車輪７０はいずれも、軸線が左右方向に平行になる向きに配置されている。 (Wheel)
The multicopter 10 has four wheels 70 attached to the outer frame portion 12a. A CFRP disc material is used for the wheel 70 of this example, and the disc material is lightened to form a shape corresponding to a rim, spokes, and a hub. All of these wheels 70 are arranged so that their axes are parallel to each other in the left-right direction.

本例の車輪７０は、フレーム１２の前側に同軸配置され、フレーム１２から前方および上方に張り出した一対の車輪７０である第１回転体組７０ａと、フレーム１２の後ろ側に同軸配置され、フレーム１２から後方および上方に張り出した一対の車輪７０である第２回転体組７０ｂと、により構成されている。 The wheels 70 of this example are coaxially arranged on the front side of the frame 12 and coaxially arranged on the rear side of the frame 12 with the first rotating body set 70a which is a pair of wheels 70 protruding forward and upward from the frame 12. It is composed of a second rotating body set 70b, which is a pair of wheels 70 protruding rearward and upward from 12.

また、本例の各車輪７０は、駆動源であるモータ７１を有する駆動輪である。これにより、車輪７０を使って壁面を走行することが可能とされている。なお、各車輪７０が駆動源を備えることは必須ではなく、壁面走行をロータ６０と前進制御部８０ａで行うようにしてもよい。なお、本例では各車輪７０の駆動源にＤＣモータを採用することで、駆動源から車輪７０への動力伝達機構が単純化されるとともに、車輪７０の回転速度や正転・逆転の制御が容易化されているが、必要であればモータ７１に代えてエンジンを搭載してもよい。 Further, each wheel 70 of this example is a drive wheel having a motor 71 as a drive source. This makes it possible to travel on the wall surface using the wheels 70. It is not essential that each wheel 70 is provided with a drive source, and the wall surface traveling may be performed by the rotor 60 and the forward control unit 80a. In this example, by adopting a DC motor as the drive source of each wheel 70, the power transmission mechanism from the drive source to the wheel 70 is simplified, and the rotation speed of the wheel 70 and the control of forward / reverse rotation are controlled. Although it is simplified, an engine may be mounted instead of the motor 71 if necessary.

図４はマルチコプター１０の壁面走行の様子を示す模式図である。本例のマルチコプター１０は、これら第１回転体組７０ａおよび第２回転体組７０ｂを備えることにより、構造物Ｃの垂直面ＶＳだけでなく、天井面ＨＳとの距離を一定に保ちながら移動することも可能とされている。なお、本例の第２回転体組７０ｂはフレーム１２から後方にも張り出しているが、フレーム１２から上方にさえ張り出していれば同様の機能を得ることはできる。 FIG. 4 is a schematic view showing a state of running on the wall surface of the multicopter 10. By providing the first rotating body set 70a and the second rotating body set 70b, the multicopter 10 of this example moves while keeping the distance from not only the vertical surface VS of the structure C but also the ceiling surface HS constant. It is also possible to do. Although the second rotating body assembly 70b of this example also projects rearward from the frame 12, the same function can be obtained as long as it projects upward from the frame 12.

また、本例のマルチコプター１０では、外枠部１２ａの前縁の辺を構成するパイプ１２１の両端に第１回転体組７０ａが設けられており、外枠部１２ａの後縁の辺を構成するパイプ１２１の両端に第２回転体組７０ｂが設けられている。これにより、矩形状のフレームを使用する場合に比べ、機体の外形寸法が小さく抑えられている。 Further, in the multicopter 10 of this example, the first rotating body set 70a is provided at both ends of the pipe 121 constituting the side of the leading edge of the outer frame portion 12a, and constitutes the side of the trailing edge of the outer frame portion 12a. A second rotating body set 70b is provided at both ends of the pipe 121. As a result, the external dimensions of the airframe are kept smaller than when a rectangular frame is used.

なお、本発明の「回転体」は本例の車輪７０の形態には限られない。本発明の「回転体」は、構造物の垂直面や天井面に接する少なくと周面部分が回転可能なものであればよく、例えばクローラや履帯などとよばれる無限軌道や、固定されたリムに装着されたベルトを回転させる機構であってもよい。 The "rotating body" of the present invention is not limited to the form of the wheel 70 of this example. The "rotating body" of the present invention may be any one that can rotate at least the peripheral surface portion in contact with the vertical surface or the ceiling surface of the structure, for example, an endless track called a crawler or a crawler, or a fixed rim. It may be a mechanism for rotating the belt attached to the.

（風向制御部）
図５は風向制御部８０の一種である前進制御部８０ａの回動動作を示す側面視透視図である。前進制御部８０ａは、ロータ６０の排気流ｆを受けてその風向を後方へ変化させる羽板部材である。図５の前進制御部８０ａは、マルチコプター１０の左側の前進制御部８０ａを図１の矢示Ａ方向から見たものである。図５（ａ）は、前進制御部８０ａの初期位置を示す図である。初期位置にある前進制御部８０ａは、先端ｔを鉛直下方に向けて配置される。図５（ｂ）は、前進制御部８０ａの先端ｔが後方に傾けられた状態を示す図である。 (Wind direction control unit)
FIG. 5 is a side perspective perspective view showing a rotational operation of the forward control unit 80a, which is a type of the wind direction control unit 80. The forward control unit 80a is a feather plate member that receives the exhaust flow f of the rotor 60 and changes its wind direction rearward. The forward control unit 80a in FIG. 5 is a view of the forward control unit 80a on the left side of the multicopter 10 as viewed from the direction of arrow A in FIG. FIG. 5A is a diagram showing an initial position of the forward control unit 80a. The forward control unit 80a at the initial position is arranged with the tip t facing vertically downward. FIG. 5B is a diagram showing a state in which the tip t of the forward control unit 80a is tilted backward.

初期位置にある前進制御部８０ａは排気流ｆの流れを阻害せず、排気流ｆの風向への影が最小限に抑えられている。前進制御部８０ａの先端ｔが後ろ側に向けられることにより、すなわち、前進制御部８０ａの先端ｔが鉛直下方よりも後方に向けられ、かつ前進制御部８０ａの上面が水平とならない角度範囲において、前進制御部８０ａはロータ６０の排気流ｆを後方に変化させる。 The forward control unit 80a at the initial position does not obstruct the flow of the exhaust flow f, and the shadow of the exhaust flow f on the wind direction is minimized. By directing the tip t of the forward control unit 80a to the rear side, that is, in an angle range in which the tip t of the forward control unit 80a is directed to the rear rather than vertically below and the upper surface of the forward control unit 80a is not horizontal. The forward control unit 80a changes the exhaust flow f of the rotor 60 backward.

前進制御部８０ａがロータ６０の排気流ｆを後方へ変化させることにより、前進制御部８０ａには前方への成分を含む推力が生じる。本例のマルチコプター１０は、この推力を利用することにより、機体（ロータ６０の回転面）を傾けることなく、機体の水平を保ったまま構造物Ｃの垂直面ＶＳに第１回転体組７０ａを押しつけることが可能とされている。 When the forward control unit 80a changes the exhaust flow f of the rotor 60 backward, a thrust including a forward component is generated in the forward control unit 80a. By utilizing this thrust, the multicopter 10 of this example uses the first rotating body set 70a on the vertical surface VS of the structure C while maintaining the horizontality of the machine body (rotating surface of the rotor 60) without tilting the machine body (rotating surface of the rotor 60). It is possible to press.

本例の前進制御部８０ａは矩形の板面を有する平板部材であり、アーム部１２ｂから垂下された軸受部８２に回動可能に支持されている。軸受部８２には前進制御部８０ａの軸部８２１を回動させるサーボモータ８１が固定されており（図１参照）、本例の前進制御部８０ａはサーボモータ８１により軸部８２１を中心として回動する。これにより、前進制御部８０ａによる前方への推力の発生／停止やその強弱を調節することが可能とされており、垂直面ＶＳに対して第１回転体組７０ａをより効率的に押しつけることが可能とされている。 The forward control unit 80a of this example is a flat plate member having a rectangular plate surface, and is rotatably supported by a bearing portion 82 suspended from the arm portion 12b. A servomotor 81 for rotating the shaft portion 821 of the forward control unit 80a is fixed to the bearing portion 82 (see FIG. 1), and the forward control unit 80a of this example is rotated around the shaft portion 821 by the servomotor 81. Move. This makes it possible for the forward control unit 80a to generate / stop the forward thrust and adjust its strength, so that the first rotating body set 70a can be pressed more efficiently against the vertical surface VS. It is possible.

本例の前進制御部８０ａは、フレーム１２を平面視したときに、フレーム１２の中心を前後に通る直線Ｌを対称の軸として線対称となる位置および向きに配置されている（図２参照）。つまり前進制御部８０ａは左右対称に配置されている。より具体的には、本例のマルチコプター１０は２基の前進制御部８０ａを備えており、これら前進制御部８０ａは、アーム部１２ｂに支持された左右のロータ６０の下にそれぞれ配置されている。本例のマルチコプター１０は、これら２基の前進制御部８０ａを用いて前方への推力を生じさせることにより、推力の向きや強弱をより柔軟に調節することが可能とされている。また、これら前進制御部８０ａが左右対称に配置されていることにより、前進制御部８０ａを使った機体の操縦をより容易に、より直感的に行うことが可能とされている。 The forward control unit 80a of this example is arranged at a position and orientation that are line-symmetrical with the straight line L passing through the center of the frame 12 in the front-rear direction as the axis of symmetry when the frame 12 is viewed in a plan view (see FIG. 2). .. That is, the forward control units 80a are arranged symmetrically. More specifically, the multicopter 10 of this example includes two forward control units 80a, and these forward control units 80a are arranged under the left and right rotors 60 supported by the arm unit 12b, respectively. There is. The multicopter 10 of this example is capable of more flexibly adjusting the direction and strength of the thrust by generating a forward thrust using these two forward control units 80a. Further, since these forward control units 80a are arranged symmetrically, it is possible to more easily and intuitively control the aircraft using the forward control unit 80a.

本例の前進制御部８０ａは、その軸線が水平に、かつ左右方向に平行となる向きに配置されており、また、マルチコプター１０の前後方向における略中心に配置されている。
ここで、前進制御部８０ａは、左右対称に設けられてさえいれば、軸線が水平に配置されていなくても、また、軸線が左右方向に平行ではない向きに配置されていても、上記効果と同様の効果を得ることができる。さらに、前進制御部８０ａは常に２基である必要はなく、例えばフレーム１２の前側または後ろ側のロータ６０の下に一基のみ設けられていても前進効果を得ることはできる。 The forward control unit 80a of this example is arranged so that its axis is horizontal and parallel to the left-right direction, and is arranged substantially at the center of the multicopter 10 in the front-rear direction.
Here, as long as the forward control unit 80a is provided symmetrically, the above effect may be obtained even if the axes are not arranged horizontally or even if the axes are arranged in a direction that is not parallel to the left-right direction. The same effect as can be obtained. Further, it is not always necessary to have two forward control units 80a, and for example, even if only one forward control unit 80a is provided under the rotor 60 on the front side or the rear side of the frame 12, the forward movement effect can be obtained.

図６は、本例の前進制御部８０ａによる推力発生原理を示す側面視模式図である。図６（ａ）は前進制御部８０ａ表面の圧力分布を示す図である。図６（ｂ）は、前進制御部８０ａに生じる推力を示す図である。 FIG. 6 is a schematic side view showing the principle of thrust generation by the forward control unit 80a of this example. FIG. 6A is a diagram showing the pressure distribution on the surface of the forward control unit 80a. FIG. 6B is a diagram showing the thrust generated in the forward control unit 80a.

前進制御部８０ａは、その板厚方向（軸部８２１の軸線方向に直交する方向）の断面形状が、その断面の長手方向における一端側の板厚が厚く他端側の肉厚が薄い翼形状であり、肉厚の厚い一端側が他端側よりも上となるように配置されている。 The forward control unit 80a has a wing shape in which the cross-sectional shape in the plate thickness direction (direction orthogonal to the axial direction of the shaft portion 821) has a thick plate thickness on one end side and a thin wall thickness on the other end side in the longitudinal direction of the cross section. The thick one end side is arranged so as to be higher than the other end side.

前進制御部８０ａの断面が翼形状であることにより、前進制御部８０ａの上側となる面が排気流ｆを後方に流すと、前進制御部８０ａの下側となる面には、排気流ｆに対する前進制御部８０ａの迎え角ｄに応じた負圧が生じる。負圧は前方への推力Ｆ_１を成分として含む合力Ｆを生じさせる。この推力Ｆ_１を利用することにより、マルチコプター１０を効果的に前進させることができる。 Since the cross section of the forward control unit 80a has a wing shape, when the surface on the upper side of the forward control unit 80a causes the exhaust flow f to flow backward, the surface on the lower side of the forward control unit 80a with respect to the exhaust flow f. A negative pressure is generated according to the angle of attack d of the forward control unit 80a. The negative pressure produces a resultant force F containing a forward thrust F ₁ as a component. By utilizing this thrust F ₁ , the multicopter 10 can be effectively advanced.

なお、本例の前進制御部８０ａは、断面が翼形状であることにより推力Ｆ_１の発生効率が高められているが、前進制御部８０ａは他の形状としてもよい。水平回転翼の排気流を後方に変化させることができる羽板部材であれば、例えば厚みが均一な平板であっても、一応は前方への推力を発生させることはできる。 Although the forward control unit 80a of this example has a wing-shaped cross section to increase the efficiency of generating thrust F1, the forward control unit 80a may have _another shape. As long as it is a feather plate member capable of changing the exhaust flow of the horizontal rotary blade rearward, for example, even if it is a flat plate having a uniform thickness, it is possible to generate a forward thrust for the time being.

また、本例の前進制御部８０ａは、構造的にはその先端ｔを前方側へ向けるように回動させることも可能である。前進制御部８０ａをこのように回動させたときには、マルチコプター１０には後方への推力が発生する。また、前進制御部８０ａの回動機構は必須ではなく、図５（ｂ）の前進制御部８０ａのように、先端ｔが後方に傾けられた状態で固定されていてもよい。 Further, the forward control unit 80a of this example can be structurally rotated so that its tip t is directed to the front side. When the forward control unit 80a is rotated in this way, a backward thrust is generated in the multicopter 10. Further, the rotation mechanism of the forward control unit 80a is not essential, and the tip t may be fixed in a state of being tilted backward as in the forward control unit 80a of FIG. 5 (b).

このように、本例のマルチコプター１０は、前進制御部８０ａが生じさせた推力Ｆ_１で機体を前進させることにより、機体の水平を保ったまま構造物Ｃの垂直面ＶＳに第１回転体組７０ａを押しつけることができ、垂直面ＶＳと機体との距離を安定して維持することが可能とされている。 As described above, the multicopter 10 of this example is the _first rotating body on the vertical surface VS of the structure C while keeping the airframe horizontal by advancing the airframe by the thrust F1 generated by the forward control unit 80a. The set 70a can be pressed, and the distance between the vertical surface VS and the airframe can be stably maintained.

なお、本例の前進制御部８０ａはロータ６０の真下に配置されているが、前進制御部８０ａはロータ６０の排気流を受ける位置にあればよく、前進制御部８０ａとロータ６０との位置関係は本例のものには限られない。 Although the forward control unit 80a of this example is arranged directly under the rotor 60, the forward control unit 80a may be located at a position where the exhaust flow of the rotor 60 is received, and the positional relationship between the forward control unit 80a and the rotor 60 is sufficient. Is not limited to this example.

（塗装機器）
本例のマルチコプター１０は壁面の塗装に用いられるものであるため、塗装機器（液剤タンク１９１、ポンプ装置１９２、およびローラ１９３）が搭載されているが、本発明の無人航空機の用途は塗装には限定されない。例えば、塗装機器に代えてカメラを搭載して壁面の撮影を行ってもよく、ハンマーで壁面の打音検査を行うユニットを搭載してもよい。その他、壁面に何らかの装置や器具を取り付けたり、壁面にマークや点・線を描いたり、壁面に赤外線、レーザ、超音波、電磁波などを照射することも考えられる。 (Painting equipment)
Since the multicopter 10 of this example is used for painting a wall surface, painting equipment (liquid tank 191, pump device 192, and roller 193) is mounted, but the use of the unmanned aerial vehicle of the present invention is for painting. Is not limited. For example, instead of the painting device, a camera may be mounted to take a picture of the wall surface, or a unit for inspecting the tapping sound of the wall surface with a hammer may be mounted. In addition, it is conceivable to attach some kind of device or instrument to the wall surface, draw marks, dots or lines on the wall surface, or irradiate the wall surface with infrared rays, lasers, ultrasonic waves, electromagnetic waves, or the like.

（飛行機能）
図８はマルチコプター１０の機能構成を示すブロック図である。マルチコプター１０の飛行機能は、主に、フライトコントローラＦＣ、受信器３２、ロータ６０、ロータ６０の回転数を制御するＥＳＣ６０１（Electric Speed Controller）、およびこれらに電力を供給するバッテリー９０により構成されている。以下、マルチコプター１０の基本的な飛行機能について説明する。 (Flight function)
FIG. 8 is a block diagram showing a functional configuration of the multicopter 10. The flight function of the multicopter 10 mainly consists of a flight controller FC, a receiver 32, a rotor 60, an ESC601 (Electric Speed Controller) that controls the rotation speed of the rotor 60, and a battery 90 that supplies power to these. There is. Hereinafter, the basic flight functions of the multicopter 10 will be described.

各ロータ６０は、上でも述べたように、ブラシレスモータ（以下、単に「モータ」という。）と、その出力軸に装着された固定ピッチプロペラとにより構成されている。ＥＳＣ６０１は、ロータ６０のモータに接続されており、フライトコントローラＦＣから指示された速度でロータ６０を回転させる。 As described above, each rotor 60 is composed of a brushless motor (hereinafter, simply referred to as “motor”) and a fixed pitch propeller mounted on the output shaft thereof. The ESC601 is connected to the motor of the rotor 60 and rotates the rotor 60 at a speed instructed by the flight controller FC.

フライトコントローラＦＣは、マイクロコントローラである制御装置２０を備えている。制御装置２０は、中央処理装置であるＣＰＵ２１、ＲＡＭやＲＯＭ・フラッシュメモリなどの記憶装置からなるメモリ２２を有している。 The flight controller FC includes a control device 20 which is a microcontroller. The control device 20 has a CPU 21 which is a central processing unit, and a memory 22 including a storage device such as a RAM and a ROM / flash memory.

フライトコントローラＦＣはさらに、ＩＭＵ２５（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）、ＧＰＳ受信器２６、高度センサ２７、および電子コンパス２８を含む飛行制御センサ群Ｓを有しており、これらは制御装置２０に接続されている。 The flight controller FC further has a flight control sensor group S including an IMU 25 (Inertial Measurement Unit), a GPS receiver 26, an altitude sensor 27, and an electronic compass 28, which are connected to the control device 20. Has been done.

ＩＭＵ２５はマルチコプター１０の機体の傾きを検出するセンサであり、主に３軸加速度センサおよび３軸角速度センサにより構成されている。本例の高度センサ２７には気圧センサが用いられている。高度センサ２７は、検出した気圧高度からマルチコプター１０の海抜高度（標高）を算出する。高度センサ２７の態様としてはこの他にも、例えばレーザや赤外線、超音波などを利用した測距センサを地表に向けて対地高度を得る方法が考えられる。本例の電子コンパス２８には３軸地磁気センサが用いられている。電子コンパス２８はマルチコプター１０の機首の方位角を検出する。ＧＰＳ受信器２６は、正確には航法衛星システム（ＮＳＳ：Navigation Satellite System）の受信器である。ＧＰＳ受信器２６は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ:Global Navigation Satellite System）または地域航法衛星システム（ＲＮＳＳ:Regional Navigational Satellite System）から現在の経緯度値を取得する。フライトコンローラＦＣは、これら飛行制御センサ群Ｓにより、機体の傾きや回転のほか、飛行中の経緯度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報を取得することが可能とされている。 The IMU 25 is a sensor that detects the inclination of the body of the multicopter 10, and is mainly composed of a 3-axis acceleration sensor and a 3-axis angular velocity sensor. A barometric pressure sensor is used for the altitude sensor 27 of this example. The altitude sensor 27 calculates the altitude above sea level (elevation) of the multicopter 10 from the detected barometric altitude. As another aspect of the altitude sensor 27, for example, a method of aiming a distance measuring sensor using a laser, infrared rays, ultrasonic waves, or the like toward the ground surface to obtain the altitude above ground level can be considered. A 3-axis geomagnetic sensor is used in the electronic compass 28 of this example. The electronic compass 28 detects the azimuth angle of the nose of the multicopter 10. The GPS receiver 26 is, to be exact, a receiver of a navigation satellite system (NSS). The GPS receiver 26 acquires the current latitude and longitude value from the Global Navigation Satellite System (GNSS) or the Regional Navigational Satellite System (RNSS). With these flight control sensor groups S, the Flight Control Sensor FC can acquire the position information of the aircraft including the latitude and longitude, altitude, and azimuth of the nose in addition to the tilt and rotation of the aircraft. Has been done.

なお、本例の飛行制御センサ群Ｓは屋外用の構成とされているが、マルチコプター１０は屋内を飛行するものであってもよい。例えば、無線信号を送出するビーコンを施設内に所定間隔で配置し、これらビーコンから受信した信号の電波強度からマルチコプター１０と各ビーコンとの相対的な距離を計測し、その施設内におけるマルチコプター１０の位置を特定することが考えられる。または、マルチコプター１０に別途カメラを搭載し、カメラで撮影した周囲の映像から画像認識により施設内の特徴箇所を検出し、これに基づいて施設内における位置を特定することも可能である。同様に、レーザや赤外線、超音波などを利用した測距センサを別途搭載して、施設内の床面（または天井面）や壁面とマルチコプター１０との距離を計測し、その施設内におけるマルチコプター１０の位置を特定してもよい。 Although the flight control sensor group S of this example is configured for outdoor use, the multicopter 10 may fly indoors. For example, beacons that transmit wireless signals are placed in a facility at predetermined intervals, the relative distance between the multicopter 10 and each beacon is measured from the radio wave strength of the signals received from these beacons, and the multicopter in the facility is measured. It is conceivable to specify the position of 10. Alternatively, it is also possible to mount a camera separately on the multicopter 10 and detect a featured portion in the facility by image recognition from the surrounding image taken by the camera, and specify the position in the facility based on this. Similarly, a distance measuring sensor using laser, infrared rays, ultrasonic waves, etc. is separately installed to measure the distance between the floor surface (or ceiling surface) or wall surface in the facility and the multicopter 10, and the multicopter in the facility. The position of the copter 10 may be specified.

制御装置２０は、マルチコプター１０の飛行時における姿勢や基本的な飛行動作を制御するプログラムである飛行制御プログラムＦＳを有している。飛行制御プログラムＦＳは、飛行制御センサ群Ｓから取得した情報を基に個々のロータ６０の回転数を調節し、機体の姿勢や位置の乱れを補正しながらマルチコプター１０を飛行させる。 The control device 20 has a flight control program FS, which is a program for controlling the attitude and basic flight operations of the multicopter 10 during flight. The flight control program FS adjusts the rotation speed of each rotor 60 based on the information acquired from the flight control sensor group S, and flies the multicopter 10 while correcting the disturbance of the attitude and position of the aircraft.

ここで、飛行制御プログラムＦＳは、意図しない機体の傾きをＩＭＵ２５が検知したときに、そのときの飛行高度を維持しつつ、機体を水平に復旧させるようロータ６０の出力を自動調節する。 Here, when the IMU 25 detects an unintended tilt of the airframe, the flight control program FS automatically adjusts the output of the rotor 60 so as to restore the airframe horizontally while maintaining the flight altitude at that time.

図７は、飛行制御プログラムＦＳにより機体の前進推力が増強される原理を説明する模式図である。上でも述べたように、本例の前進制御部８０ａは、マルチコプター１０の前後方向における略中心に配置されている。前進制御部８０ａがロータ６０の排気流ｆを受けてその風向を後方に変化させると、前進制御部８０ａの下面側に生じた負圧は、前方への推力Ｆ_１を発生させるとともに、排気流ｆに対する抵抗により下方への推力Ｆ_２も発生させる。これら推力の合力Ｆは前進制御部８０ａを前斜め下へ引っ張ることとなる（図６（ｂ），図７（ａ））。 FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the principle that the forward thrust of the airframe is enhanced by the flight control program FS. As described above, the forward control unit 80a of this example is arranged substantially at the center of the multicopter 10 in the front-rear direction. When the forward control unit 80a receives the exhaust flow f of the rotor 60 and changes its wind direction backward, the negative pressure generated on the lower surface side of the forward control unit 80a generates _a forward thrust F1 and the exhaust flow. _The downward thrust F2 is also generated by the resistance to f. The resultant force F of these thrusts pulls the forward control unit 80a diagonally forward and downward (FIGS. 6 (b) and 7 (a)).

合力Ｆに引っ張られた前進制御部８０ａ、およびその軸部８２１に生じたモーメントは、フレーム１２の機首（前方端部）側よりも機尾（後方端部）側の位置を下げるように作用する（図７（ｂ））。飛行制御プログラムＦＳは、この姿勢変化に対して機体の水平と飛行高度を維持すべく、相対的に機首側よりも機尾側の揚力を高めるようにロータ６０を制御する。ロータ６０がこのように制御されると、機体にはさらに前方への推力が生じ（図７（ｃ））、これにより第１回転体組７０ａは構造物Ｃの垂直面ＶＳにより強固に押しつけられる。なお、図７（ｂ）では説明の便宜上、機体が傾いた様子を描いているが、実際には図７（ｂ）の状態になる前に姿勢は水平に戻される。 The moment generated in the forward control unit 80a pulled by the resultant force F and its shaft portion 821 acts to lower the position on the aft (rear end) side of the frame 12 rather than the nose (front end) side. (Fig. 7 (b)). The flight control program FS controls the rotor 60 so as to increase the lift on the aft side rather than the nose side in order to maintain the level and flight altitude of the aircraft against this attitude change. When the rotor 60 is controlled in this way, a further forward thrust is generated in the airframe (FIG. 7 (c)), whereby the first rotating body assembly 70a is firmly pressed by the vertical surface VS of the structure C. .. Although the aircraft is shown tilted in FIG. 7 (b) for convenience of explanation, the attitude is actually returned to the horizontal position before the state shown in FIG. 7 (b) is reached.

このように、本例のマルチコプター１０によれば、ＩＭＵ２５と高度センサ２７とを有する一般的なフライトコントローラＦＣが備える標準的な機能により、作業対象である垂直面ＶＳと機体との距離をより安定させることができる。 As described above, according to the multicopter 10 of this example, the distance between the vertical surface VS to be worked and the aircraft can be further increased by the standard function of the general flight controller FC having the IMU 25 and the altitude sensor 27. Can be stabilized.

制御装置２０はさらに、マルチコプター１０を自律飛行させるプログラムである自律飛行プログラムＡＰを有している。そして、制御装置２０のメモリ２２には、マルチコプター１０の目的地や経由地の経緯度、飛行中の高度や速度などが指定されたパラメータである飛行計画ＦＰが登録されている。自律飛行プログラムＡＰは、送信機３１からの指示や所定の時刻などを開始条件として、飛行計画ＦＰに従ってマルチコプター１０を自律的に飛行させることができる。 The control device 20 further has an autonomous flight program AP, which is a program for autonomously flying the multicopter 10. Then, in the memory 22 of the control device 20, a flight plan FP, which is a designated parameter such as the latitude and longitude of the destination and the waypoint of the multicopter 10, the altitude and the speed during flight, is registered. The autonomous flight program AP can autonomously fly the multicopter 10 according to the flight plan FP, with an instruction from the transmitter 31 or a predetermined time as a starting condition.

このように、本例のマルチコプター１０は高度な飛行制御機能を備えた無人航空機である。本発明の無人航空機の機能は本例の形態には限定されず、例えば飛行制御センサ群Ｓから一部のセンサが省略された機体や、自律飛行機能を備えず手動操縦のみにより飛行可能な機体を用いることもできる。 As described above, the multicopter 10 of this example is an unmanned aerial vehicle equipped with an advanced flight control function. The function of the unmanned aerial vehicle of the present invention is not limited to the form of this example. Can also be used.

（壁面走行機能）
本実施形態では、構造物Ｃの面上におけるマルチコプター１０の移動は、基本的にオペレータが送信機３１を使って手動で行うことを想定している。その他、例えば、構造物Ｃの面上におけるマルチコプター１０の走行経路や速度などのパラメータを予め制御装置２０に設定し、自動的または半自動的にマルチコプター１０を壁面走行させる機能を実装してもよい。 (Wall running function)
In the present embodiment, it is assumed that the operator basically manually moves the multicopter 10 on the surface of the structure C by using the transmitter 31. In addition, for example, even if parameters such as the traveling path and speed of the multicopter 10 on the surface of the structure C are set in advance in the control device 20, a function of automatically or semi-automatically traveling the multicopter 10 on the wall surface may be implemented. good.

（風向制御部駆動機能）
本実施形態では、風向制御部８０（前進制御部８０ａ）の制御は自動で行われる。具体的には、低速での進退動作は前進制御部８０ａで行われ、高速に移動するときには機体が傾けられる。当然、前進制御部８０ａの操縦を手動で行うようにしてもよい。 (Wind direction control unit drive function)
In the present embodiment, the wind direction control unit 80 (forward control unit 80a) is automatically controlled. Specifically, the advance / retreat operation at a low speed is performed by the forward control unit 80a, and the aircraft is tilted when moving at a high speed. Of course, the forward control unit 80a may be operated manually.

（風向制御部の変形例）
図９は風向制御部８０の変形例を示す平面視模式図である。本変形例のマルチコプター１０は、前進制御部８０ａに加え、ロータ６０の排気流ｆを受けてその風向を右方向または左方向に変化させる羽板部材である回転制御部８０ｂを備えている。 (Modification example of wind direction control unit)
FIG. 9 is a schematic plan view showing a modified example of the wind direction control unit 80. In addition to the forward control unit 80a, the multicopter 10 of this modification includes a rotation control unit 80b, which is a feather plate member that receives the exhaust flow f of the rotor 60 and changes its wind direction to the right or left.

回転制御部８０ｂは、フレーム１２上の配置や向きが前進制御部８０ａと異なっているだけで、その形状や、サーボモータ８１により回動可能である点は前進制御部８０ａと同じである。本変形例の回転制御部８０ｂはフレーム１２の前側と後ろ側に配置されており、その軸線は水平に、かつ前後方向に平行となる向きに配置されている。 The rotation control unit 80b is the same as the forward control unit 80a in that the arrangement and orientation on the frame 12 are different from those of the forward control unit 80a, but the shape and the point that the rotation control unit 80b can be rotated by the servomotor 81. The rotation control units 80b of this modification are arranged on the front side and the rear side of the frame 12, and their axes are arranged horizontally and in a direction parallel to the front-rear direction.

本変形例のマルチコプター１０は、前進制御部８０ａに加えて回転制御部８０ｂを備えていることにより、前方（および後方）への移動だけでなく、ヨー方向の制御を風向制御板８０で行うことが可能とされている。さらに本変形の回転制御部８０ｂの配置によればロール（エルロン）操作も可能となる。これにより、機体（ロータ６０の回転面）を傾けることなく、機体の水平を保ったまま風などの外乱に対処することが可能とされている。 Since the multicopter 10 of this modification includes the rotation control unit 80b in addition to the forward control unit 80a, the wind direction control plate 80 not only moves forward (and backward) but also controls the yaw direction. It is possible. Further, according to the arrangement of the rotation control unit 80b of this deformation, the roll (ileron) operation is also possible. This makes it possible to deal with disturbances such as wind while keeping the airframe horizontal without tilting the airframe (rotating surface of the rotor 60).

また、本変形例の回転制御部８０ｂは、フレーム１２を平面視したときに、フレーム１２の中心ｐを対称の中心として、点対称となる位置および向きに配置されている。より具体的には、本変形例のマルチコプター１０は２基の回転制御部８０ｂを備えており、これら回転制御部８０ｂは、アーム部１２ｂに支持された前後のロータ６０の下にそれぞれ配置されている。 Further, the rotation control unit 80b of this modification is arranged at a position and orientation that are point-symmetrical with the center p of the frame 12 as the center of symmetry when the frame 12 is viewed in a plane. More specifically, the multicopter 10 of this modification includes two rotation control units 80b, and these rotation control units 80b are arranged under the front and rear rotors 60 supported by the arm unit 12b, respectively. ing.

本変形例のマルチコプター１０は、これら２基の回転制御部８０ｂを用いて機体のヨー制御を行うことにより、ヨー方向への推力の強弱をより柔軟に調節することが可能とされている。また、これら回転制御部８０ｂが点対称に配置されていることにより、回転制御部８０ｂを使ったヨー操作をより容易に、より直感的に行うことが可能とされている。なお、回転制御部８０ｂが複数基搭載されていることや、これら回転制御部８０ｂが点対称に配置されていることは必須ではない。回転制御部８０ｂは、フレーム１２の前後方向における中心よりも前側または後ろ側に偏った位置に少なくとも一基配置されていれば、一定の効果を得ることはできる。 The multicopter 10 of this modification is capable of more flexibly adjusting the strength of the thrust in the yaw direction by controlling the yaw of the airframe using these two rotation control units 80b. Further, since these rotation control units 80b are arranged point-symmetrically, it is possible to more easily and more intuitively perform yaw operation using the rotation control unit 80b. It is not essential that a plurality of rotation control units 80b are mounted and that these rotation control units 80b are arranged point-symmetrically. If at least one rotation control unit 80b is arranged at a position biased toward the front side or the rear side of the center in the front-rear direction of the frame 12, a certain effect can be obtained.

（フレームの変形例）
図１０はフレーム１２の変形例を示す平面視模式図である。図１０のフレーム１２の外枠部１２ａは平面視６角形に形成されている。本変形例のマルチコプター１０は、外枠部１２ａの前縁の辺を構成するパイプ１２１の両端に第１回転体組７０ａ設けられており、外枠部１２ａの後縁の辺を構成するパイプ１２１の両端に第２回転体組７０ｂ設けられている。これにより、矩形状のフレームを用いる場合に比べ、機体の外形寸法が小さく抑えられている。すなわち、外枠部１２ａの形状が平面視６角形以上の偶数の辺を有する多角形状に組まれていれば、第１回転体組７０ａをそのフレームの一の辺を構成する棒状体の両端に取り付け、第２回転体組７０ｂをその反対側の辺を構成する棒状体の両端に取り付けることで、機体の外形寸法の縮小効果を得ることができる。 (Example of frame modification)
FIG. 10 is a schematic plan view showing a modified example of the frame 12. The outer frame portion 12a of the frame 12 in FIG. 10 is formed in a hexagonal shape in a plan view. In the multicopter 10 of this modification, the first rotating body set 70a is provided at both ends of the pipe 121 forming the side of the leading edge of the outer frame portion 12a, and the pipe constituting the side of the trailing edge of the outer frame portion 12a. A second rotating body set 70b is provided at both ends of the 121. As a result, the external dimensions of the machine body are kept smaller than when a rectangular frame is used. That is, if the shape of the outer frame portion 12a is assembled into a polygonal shape having an even number of sides of a hexagon or more in a plan view, the first rotating body set 70a is attached to both ends of the rod-shaped body constituting one side of the frame. By attaching and attaching the second rotating body assembly 70b to both ends of the rod-shaped body constituting the opposite side, the effect of reducing the external dimensions of the machine body can be obtained.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態のマルチコプター１０は、構造物Ｃの垂直面ＶＳと天井面ＨＳの両面をその作業対象としているが、第２回転体組７０ｂを設けず、垂直面ＶＳのみを対象としてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the multicopter 10 of the above embodiment targets both the vertical surface VS and the ceiling surface HS of the structure C as the work target, but the second rotating body assembly 70b is not provided and only the vertical surface VS is targeted. good.

１０マルチコプター（無人航空機），１２胴部・フレーム，１２ａ外枠部，１２１パイプ（棒状体），ＦＣフライトコントローラ，ＦＳ飛行制御プログラム（飛行制御手段），Ｓ飛行制御センサ群，２５ＩＭＵ（慣性計測装置），２７高度センサ，６０ロータ（水平回転翼），７０車輪，７０ａ第１回転体組，７０ｂ第２回転体組，７１モータ（駆動源），８０風向制御部，８０ａ前進制御部，８０ｂ回転制御部，８１サーボモータ，８２軸受部，８２１軸部，ｆ排気流，ＨＳ水平面，ＶＳ垂直面，Ｃ構造物

10 Multicopter (unmanned aircraft), 12 Body / frame, 12a outer frame, 121 pipe (bar), FC flight controller, FS flight control program (flight control means), S flight control sensor group, 25 IMU (inertia) Measuring device), 27 altitude sensor, 60 rotor (horizontal rotary blade), 70 wheels, 70a first rotating body assembly, 70b second rotating body assembly, 71 motor (drive source), 80 wind direction control unit, 80a forward control unit, 80b rotation control unit, 81 servo motor, 82 bearing unit, 821 shaft unit, f exhaust flow, HS horizontal plane, VS vertical plane, C structure

Claims

Horizontal rotor and
A forward control unit, which is a blade member that changes the wind direction by receiving the exhaust flow of the horizontal rotary blade,
Multiple rotating bodies arranged so as to project horizontally outward from the body,
Inertial measurement unit and
Equipped with flight control means ,
When the direction in which the plurality of rotating bodies project from the body is the front, the opposite direction is the rear, the direction horizontally orthogonal to the front-back direction is the left-right direction, and the direction in which the plurality of rotating bodies vertically intersect in the front-back direction is the up-down direction.
The forward control unit can receive the exhaust flow and change its wind direction backward .
The plurality of rotating bodies can be rotated by a drive source, and can be rotated.
The flight control means is an unmanned aerial vehicle characterized in that when the inertial measurement unit detects an unintended tilt of the airframe, the output of the horizontal rotor is automatically adjusted so as to restore the airframe horizontally .

The forward control unit can rotate around the shaft portion around the shaft portion, and can rotate around the shaft portion.
The unmanned aerial vehicle according to claim 1, wherein the forward control unit changes the wind direction of the exhaust flow received by the forward control unit backward at a predetermined arrangement angle.

It is equipped with a plurality of the forward control units.
The plurality of forward control units are characterized in that they are arranged at positions and orientations that are line-symmetrical with a straight line passing through the center of the body portion in the front-rear direction as an axis of symmetry when the body portion is viewed in a plan view. The unmanned aerial vehicle according to claim 2.

Equipped with an altitude sensor
The forward control unit is arranged substantially at the center or behind the center in the front-rear direction of the body portion.
When the inertial measurement unit detects an unintended tilt of the aircraft, the flight control means automatically adjusts the output of the horizontal rotary wing so as to restore the aircraft horizontally while maintaining the flight altitude at that time. The unmanned aircraft according to claim 2 or claim 3.

The unmanned aerial vehicle according to any one of claims 1 to 4 , wherein the plurality of rotating bodies project forward and upward from the fuselage.

When the plurality of rotating bodies are used as the first rotating body set, a second rotating body set which is another plurality of rotating bodies protruding upward from the body portion is arranged behind the first rotating body set. Has been
The airframe has a frame in which the rod-shaped body is a frame body assembled in a polygonal shape having even-numbered sides of a hexagon or more in a plan view.
The first rotating body set is attached to both ends of the rod-shaped body constituting one side of the frame.
The unmanned aerial vehicle according to claim 5 , wherein the second rotating body assembly is attached to both ends of the rod-shaped body constituting the side opposite to the one side.

The forward control unit has a wing shape in which the cross-sectional shape in the plate thickness direction is thick on one end side and thin on the other end side in the longitudinal direction of the cross section.
The unmanned aerial vehicle according to any one of claims 1 to 6 , wherein the forward control unit is arranged so that one end side thereof is above the other end side.

Equipped with multiple horizontal rotors
6 . Unmanned aerial vehicle.

Further, a rotation control unit, which is a blade member that receives the exhaust flow of the horizontal rotary blade and changes the wind direction to the right or left, is further provided.
The rotation control unit can rotate around the shaft portion around the shaft portion, and can rotate around the shaft portion.
The unmanned aerial vehicle according to any one of claims 1 to 8 , wherein the rotation control unit is arranged on the front side or the rear side of the center of the body portion in the front-rear direction.

It is equipped with a plurality of the rotation control units.
The ninth aspect of the present invention is characterized in that the plurality of rotation control units are arranged at positions and orientations that are point-symmetrical with the center of the body as the center of symmetry when the body is viewed in a plan view. The unmanned aircraft listed.