JP2017218061A - 飛行体システムおよび飛行体制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータよりも張り出した位置に作業装置が配置されたとしても飛行体の姿勢を一定に保つことができる飛行体システムを提供する。【解決手段】飛行体システム３００は、飛行体１００と、ケーブル１１０と、制御装置２００とを備える。ケーブル１１０は、飛行体１００に接続されている。制御装置２００は、ケーブル１１０の張力Ｔｃに基づく第１モーメントＭｃを制御する。第１モーメントＭｃは飛行体１００に作用する。飛行体１００は、少なくとも１つのロータ１０ａ、１０ｂと、ベース部３０と、張出部５０と、作業装置２０と、ケーブル接続部４０とを有する。制御装置２００は、第１モーメントＭｃと、作業装置２０の重力に基づく第２モーメントＭｅとが釣り合うように制御する。第２モーメントＭｅは飛行体１００に作用する。第１モーメントＭｃおよび第２モーメントＭｅの各々は、所定点Ｃのまわりのモーメントを示す。【選択図】図３

Description

本発明は、飛行体システムおよび飛行体制御方法に関する。

高速道路や橋梁の老朽化が進んでおり、また、一般のマンションのような建築物においても定期報告が義務化されていることから、建築物の目視検査のニーズが高まっている。建築物の目視検査の際には、足場または大型クレーンを用いることが多いが、コストや検査時間がかかるため、より簡便な目視検査方法が求められている。また、天井または橋梁裏等の目視検査の際には、足場または大型クレーンの使用が困難な場合が多く、カメラのような作業装置を搭載した小型ヘリコプタの使用が検討されている（例えば、特許文献１）。

そこで、天井または橋梁裏等の目視検査の際にバッテリー搭載のヘリコプタを使用しているが、バッテリーの電源容量に限界があるため、ヘリコプタ飛行時間に制限がある。バッテリーの電源容量の限界の対策の一つは、電源容量に余裕のある地上の基地局からヘリコプタに電源ケーブルをつないで、ヘリコプタに継続的に給電することである。

特許文献１に記載の飛行体システムでは、飛行体に作用する外力（例えば、ケーブルの張力）に基づいて、飛行体の位置を制御している。したがって、飛行体にケーブルが接続されている場合においても、飛行体の目標位置への飛行制御の応答性が良好に保たれている。

特開２０１４−１６９０３８号公報

また、ロータよりも張り出した位置で作業装置が作業を行う飛行体システムが求められている。作業装置がロータよりも張り出した位置に配置された場合、作業装置に作用する重力によってモーメントが発生する。作業装置に作用する重力によるモーメントが発生した場合、二つのロータの推力差によってモーメントを発生させることによって飛行体の姿勢を制御することが行われる。しかし、特に固定ピッチのプロペラを用いてロータの回転速度を変化させることで推力を変化させる場合、効率の良い推力範囲が狭いため、大きな推力差を発生させることは現実的でない。したがって、作業装置がロータよりも張り出した位置に配置された場合、作業装置に作用する重力によってモーメントが発生するモーメントによって飛行体の姿勢を一定に保つことが困難である。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的はロータよりも張り出した位置に作業装置が配置されたとしても飛行体の姿勢を一定に保つことができる飛行体システムおよび飛行体制御方法を提供することにある。

本発明の第１の観点によれば、飛行体システムは、飛行体と、ケーブルと、制御装置とを備える。前記ケーブルは、前記飛行体に接続されている。前記制御装置は、前記ケーブルの張力に基づく第１モーメントを制御する。前記第１モーメントは前記飛行体に作用する。前記飛行体は、少なくとも１つのロータと、ベース部と、張出部と、作業装置と、ケーブル接続部とを有する。前記ベース部は、前記少なくとも１つのロータが取り付けられている。前記張出部は、前記ベース部から張り出している。前記作業装置は、前記張出部に取り付けられている。前記作業装置は、作業対象物に対して作業する。前記ケーブル接続部は、前記ケーブルが接続されている。前記作業装置は、前記ベース部に設定された所定点に対して、前記ロータよりも外側に配置される。前記制御装置は、前記第１モーメントと、前記作業装置の重力に基づく第２モーメントとが釣り合うように制御する。前記第２モーメントは前記飛行体に作用する。前記第１モーメントおよび前記第２モーメントの各々は、前記所定点のまわりのモーメントを示す。

本発明の飛行体システムにおいて、前記制御装置は、前記第１モーメントと前記第２モーメントとが釣り合うように前記ケーブルの前記張力を制御することが好ましい。

本発明の飛行体システムにおいて、前記制御装置は、前記第１モーメントと前記第２モーメントとが釣り合うように、作用線と前記所定点との最短距離を制御することが好ましい。前記作用線は、前記ケーブルの前記張力に対応することが好ましい。

本発明の飛行体システムにおいて、前記ケーブル接続部は、本体部と、移動部とを有することが好ましい。前記本体部は、前記ケーブルが接続されていることが好ましい。前記移動部は、前記本体部を移動させることが好ましい。前記制御装置は、前記第１モーメントと前記第２モーメントとが釣り合うように、前記移動部に前記本体部を移動させることが好ましい。

本発明の飛行体システムにおいて、前記移動部は、前記本体部を前記ベース部に沿ってスライドすることが好ましい。

本発明の飛行体システムにおいて、前記移動部は、第１アームと、第１アーム回動部とを有することが好ましい。前記第１アームは、前記本体部に接続することが好ましい。前記第１アーム回動部は、前記第１アームに接続することが好ましい。前記第１アーム回動部は、前記第１アームを回動させることが好ましい。

本発明の飛行体システムにおいて、前記作業装置は、前記ベース部に対して移動することが好ましい。

本発明の飛行体システムにおいて、前記張出部は、第２アームと、第２アーム回動部とを有することが好ましい。前記第２アームは、前記作業装置が取り付けられていることが好ましい。前記第２アーム回動部は、前記第２アームに接続することが好ましい。前記第２アーム回動部は、前記第２アームを回動させることが好ましい。

本発明の飛行体システムにおいて、前記制御装置は、前記ロータと前記ベース部とを１つの剛体とみなしたときの前記剛体の質量中心に前記所定点を設定することが好ましい。

本発明の第２の観点によれば、飛行体制御方法は、ケーブルが接続された飛行体を用意するステップと、前記飛行体が飛行を開始するステップと、第１モーメントと第２モーメントとが釣り合うように前記第１モーメントを制御するステップとを包含する。前記飛行体は、少なくとも１つのロータと、ベース部と、張出部と、作業装置と、ケーブル接続部を有する。前記ベース部は、前記少なくとも１つのロータが取り付けられている。前記張出部は、前記ベース部から張り出している。前記作業装置は、前記張出部に取り付けられている。前記作業装置は、作業対象物に対して作業する。前記ケーブル接続部は、前記ケーブルが接続されている。前記作業装置は、前記ベース部に設定された所定点に対して、前記ロータよりも外側に配置される。前記第１モーメントは、前記ケーブルの張力に基づく前記飛行体に作用するモーメントを示す。前記第２モーメントは、前記作業装置の重力に基づく前記飛行体に作用するモーメントを示す。前記第１モーメントおよび前記第２モーメントの各々は、前記所定点のまわりのモーメントを示す。

本発明によれば、ロータよりも張り出した位置に作業装置が配置されたとしても飛行体の姿勢を一定に保つことができる。

本発明の実施形態１に係る飛行体システムを示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る飛行体の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係る飛行体システムを示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る飛行体システムのブロック図である。 本発明の実施形態２に係る飛行体システムを示す模式図である。 本発明の実施形態３に係る飛行体システムを示す模式図である。 本発明の実施形態３に係る飛行体システムのブロック図である。 本発明の実施形態４に係る飛行体システムを示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

［実施形態１］
図１を参照して、本発明の実施形態１に係る飛行体システム３００および飛行体制御方法について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る飛行体システム３００を示す模式図である。

飛行体システム３００は、飛行体１００と、ケーブル１１０と、制御装置２００とを備える。

飛行体１００は、例えば、ヘリコプタである。飛行体１００は、ロータ１０ａと、ロータ１０ｂと、ベース部３０と、張出部５０と、作業装置２０と、ケーブル接続部４０とを有する。

ロータ１０ａは、プロペラ１２ａと、モータ１４ａとを有する。プロペラ１２ａは、モータ１４ａの駆動によって回転する。同様に、ロータ１０ｂは、プロペラ１２ｂと、モータ１４ｂとを有する。プロペラ１２ｂは、モータ１４ｂの駆動によって回転する。

ベース部３０には、ロータ１０ａとロータ１０ｂとが取り付けられている。ベース部３０は、例えば、フレームである。

張出部５０は、ベース部３０から張り出している。張出部５０は、例えば、アームである。

ケーブル接続部４０には、ケーブル１１０が接続されている。ケーブル接続部４０は、ベース部３０に取り付けられている。ベース部３０と張出部５０とは、例えば、異なる部材である。なお、ベース部３０と張出部５０とは、一体成型された同じ部材であってもよい。

作業装置２０は、張出部５０に取り付けられている。したがって、作業装置２０は、ロータ１０ｂよりも張り出した位置に配置されている。作業装置２０は、例えば、エンドエフェクタである。エンドエフェクタは、例えば、マニピュレーターである。作業装置２０は、作業対象物に対して作業する。作業装置２０は、例えば、剥離しそうなコンクリートを検査時に前もって落とす。作業装置２０は、ロータ１０ｂよりも張り出した位置に配置されているため、コンクリートの破片が飛んだとしても、破片がロータ１０ｂに当たってロータ１０ｂが変形することを抑制することができる。したがって、飛行体１００は安定した姿勢で飛行することができる。

ケーブル１１０は、飛行体１００に接続されている。ケーブル１１０は、例えば、電線ケーブルである。電線ケーブルでは、例えば、飛行体１００に電力を供給する、または飛行体１００に信号を伝達する。ケーブル１１０は、飛行体１００の飛行中は、ケーブル１１０の自重により垂下している。

飛行体１００が安定した姿勢で飛行するためには、第１モーメントＭｃと、第２モーメントＭｅとが釣り合うことが重要である。第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅの各々は所定点Ｃのまわりのモーメントを示す。第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅの各々は飛行体１００に作用する。第１モーメントＭｃは、ケーブル１１０の張力に基づく。第２モーメントＭｅは、作業装置２０の重力に基づく。

所定点Ｃは、ベース部３０に設定された点である。作業装置２０は、所定点Ｃに対して、ロータ１０ａおよびロータ１０ｂよりも外側に配置されている。所定点Ｃは、例えば、ロータ（ロータ１０ａおよびロータ１０ｂ）と、ベース部３０とを１つの剛体とみなしたときの剛体の質量中心に設定される。本実施形態では、ロータ１０ａとロータ１０ｂとの中間点に所定点Ｃが設定されている。すなわち、所定点Ｃからロータ１０ａまでの距離と、所定点Ｃからロータ１０ｂまでの距離とは等しい。なお、所定点Ｃは、ロータ（ロータ１０ａおよびロータ１０ｂ）と、ベース部３０と、張出部５０とを１つの剛体とみなしたときの剛体の質量中心に設定されてもよい。

制御装置２００は、ケーブル１１０の張力に基づく第１モーメントＭｃを制御する。詳しくは、制御装置２００は、第１モーメントＭｃと、作業装置２０の重力に基づく第２モーメントＭｅとが釣り合うように制御する。したがって、ロータ１０ｂよりも外側に作業装置２０が配置されたとしても飛行体１００の姿勢を一定に保つことができる。その結果、作業装置２０を用いて容易に作業を行うことができる。

制御装置２００は、制御部２３０と、長さ調整器２５０と、張力制御器２１０と、外力情報取得装置２４０と、電源Ｅとを有する。

長さ調整器２５０は、長さ調整器２５０から繰り出されているケーブル１１０の長さを調整する。例えば、長さ調整器２５０は、プーリーを含む。プーリーにはケーブル１１０が巻き付けられている。プーリーが回転することによって、ケーブル１１０を巻き取ったり、繰り出したりする。その結果、長さ調整器２５０は、長さ調整器２５０から繰り出されているケーブル１１０の長さを調整する。

張力制御器２１０は、制御装置２００におけるケーブル１１０の張力を制御する。具体的には、張力制御器２１０は、長さ調整器２５０のプーリーを変位させることによってケーブル１１０の張力を制御する。具体的には、張力制御器２１０は、アイドラープーリーを含む。張力制御器２１０は、アイドラープーリーのケーブル１１０への押しつけ量を変化させることによってケーブル１１０の張力を制御する。

制御部２３０は、長さ調整器２５０と、張力制御器２１０とを制御する。制御部２３０は、ケーブル１１０の張力に基づく第１モーメントＭｃを制御する。詳しくは、制御装置２００は、第１モーメントＭｃと、作業装置２０の重力に基づく第２モーメントＭｅとが釣り合うように制御する。

外力情報取得装置２４０は、例えば、制御装置２００におけるケーブル１１０の張力を取得する。

飛行体１００と電源Ｅとは、ケーブル１１０を介して連結されている。電源Ｅは、ケーブル１１０を通じて、飛行体１００に電力を供給する。

図１および図２を参照して、本発明の実施形態１に係る飛行体１００の制御方法を説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る飛行体１００の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１０２〜Ｓ１１２の処理が実行されることによって飛行体の制御が行われる。

ステップＳ１０２：ケーブル１１０が接続された飛行体１００を用意する。処理は、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４：飛行体１００が飛行を開始する。処理は、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６：制御装置２００は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うように、第１モーメントＭｃを制御する。処理は、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８：飛行体１００を移動させ、作業装置２０を作業箇所に接近させる。処理は、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０：作業箇所において作業装置２０が作業を行う。処理は、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２：飛行体１００を着陸させる。処理は、終了する。

図３を参照して、制御装置２００の第１モーメントＭｃの制御について説明する。図３は、本発明の実施形態１に係る飛行体システム３００を示す模式図である。図３において、重力Ｆｅは、作業装置２０に加わる重力を示す。張力Ｔｒは、制御装置２００における張力を示す。張力Ｔｃは、ケーブル接続部４０における張力を示す。オフセットＲｅは、作業装置２０に対するオフセットを示す。オフセットＲｃは、ケーブル接続部４０に対するオフセットを示す。

飛行体１００を安定した姿勢で飛行させるためには、第１モーメントＭｃと、第２モーメントＭｅとが釣り合うことが必要である。制御部２３０は、第１モーメントＭｃを制御することによって、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うように制御する。すなわち、制御部２３０は、以下の式１を満たすように、第１モーメントＭｃを制御する。

Ｍｃ＝Ｍｅ （式１）

制御部２３０は、質量ｍｅと、重力加速度ｇとに基づいて、第２モーメントＭｅを算出する。すなわち、制御部２３０は、第２モーメントＭｅを、以下の式２によって算出する。

Ｍｅ＝ＦｅＲｅ＝ｍｅｇＲｅ （式２）

質量ｍｅは、作業装置２０の質量であり、ｇは重力加速度である。

第１モーメントＭｃは、以下の式３によって求められる。

Ｍｃ＝ＴｃＲｃ （式３）

制御部２３０は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣りあうために必要な張力Ｔｃを算出する。具体的には、制御部２３０は、張力Ｔｃを以下の式４によって算出する。なお、本明細書において、式４によって算出された張力Ｔｃを、必要張力Ｔｃ１と記載することがある。

Ｔｃ＝Ｍｃ／Ｒｃ＝ｍｅｇＲｅ／Ｒｃ （式４）

制御部２３０は、制御装置２００における張力Ｔｒに基づいて、ケーブル接続部４０における張力Ｔｃを算出する。具体的には、制御部２３０は、ケーブル接続部４０における張力Ｔｃを、以下の式５によって算出する。なお、本明細書において、式５によって算出された張力Ｔｃを、実測張力Ｔｃ２と記載することがある。

Ｔｃ＝Ｔｒ＋ρｇＬｃ （式５）

密度ρは、ケーブル１１０の密度であり、長さＬｃは、長さ調整器２５０から繰り出されているケーブル１１０の長さである。ここで、張力Ｔｒは、外力情報取得装置２４０によって取得された張力である。なお、張力Ｔｃは、ケーブル接続部４０において直接的に取得するようにしてもよい。

制御部２３０は、必要張力Ｔｃ１と実測張力Ｔｃ２との差分を示す差分張力Ｔｃ３を算出する。すなわち、制御部２３０は、差分張力Ｔｃ３を、以下の式６によって算出する。

Ｔｃ３＝Ｔｃ１−Ｔｃ２ （式６）

制御部２３０は、差分張力Ｔｃ３に基づいて、張力Ｔｒを制御する。具体的には、差分張力Ｔｃ３＞０の場合、すなわち、必要張力Ｔｃ１＞実測張力Ｔｃ２の場合、制御部２３０は、差分張力Ｔｃ３に基づき、張力制御器２１０が張力Ｔｒを大きくするように、張力制御器２１０を制御する。一方、差分張力Ｔｃ３＜０の場合、すなわち、必要張力Ｔｃ１＜実測張力Ｔｃ２の場合、制御部２３０は、差分張力Ｔｃ３に基づき、張力制御器２１０が張力Ｔｒを小さくするように、張力制御器２１０を制御する。また、差分張力Ｔｃ３＝０の場合、すなわち、必要張力Ｔｃ１＝実測張力Ｔｃ２の場合、第１モーメントＭｃと、第２モーメントＭｅとは釣りあっているので、制御部２３０は、張力制御器２１０が張力Ｔｒを維持するように、張力制御器２１０を制御する。

図４を参照して、本発明の実施形態１に係る飛行体システム３００についてさらに説明する。図４は、本発明の実施形態１に係る飛行体システム３００のブロック図である。角度目標値θｒｅｆは、水平面に対する飛行体１００の角度の目標値を示す。推力合計目標値Ｆｒｅｆは、モータ１４に必要な推力の合計の目標値を示す。角度目標値θｒｅｆと推力合計目標値Ｆｒｅｆは、例えば、送信器をユーザーが操作することによって入力される。

図４に示すように、飛行体システム３００は、飛行体１００と、ケーブル１１０と、制御装置２００とを備える。

制御装置２００は、制御部２３０と、張力制御器２１０と、外力情報取得装置２４０と、長さ調整器２５０と、電源Ｅとを有する。制御部２３０は、角度制御部２３１と、モータ速度決定部２３２と、モーメント制御部２３３とを有する。角度制御部２３１は、角度目標値θｒｅｆとセンサ情報とを元にフィードバック制御を行う。その結果、角度制御部２３１は、ロータ１０の推力差を用いて出力するモーメントＭｒｅｆを算出する。センサ情報は、飛行体１００に搭載したセンサから得ても良いし、外部に設置したセンサから得ても良い。例えば慣性計測装置を用いてセンサ情報を取得する。あるいは、例えばレーザー測域センサを用いた自己位置推定手法によりセンサ情報を取得する。あるいは、例えば、カメラ画像から画像処理を行ってセンサ情報を取得する。

モータ速度決定部２３２は、各モータ１４に必要とされる推力から各モータ１４のモータ速度ωｒｅｆを算出する。

モーメント制御部２３３は、第１モーメントＭｃと、第２モーメントＭｅとが釣り合うように制御する。具体的には、モーメント制御部２３３は、張力制御器２１０を制御することによって、第１モーメントＭｃと、第２モーメントＭｅとが釣り合うように、ケーブル１１０の張力Ｔｃを制御する。

張力制御器２１０は、制御装置２００におけるケーブル１１０の張力を制御する。具体的には、張力制御器２１０は、長さ調整器２５０のプーリーを変位させることによってケーブル１１０の張力を制御する。

モータ速度決定部２３２から出力されたモータ速度ωｒｅｆに基づいて、モータ１４は駆動する。その結果、モータ１４は、プロペラ１２に対して推力Ｆ１および推力Ｆ２を発生させる。推力Ｆ１は、ロータ１０ａの推力を示し、推力Ｆ２は、ロータ１０ｂの推力を示す。

なお、角度目標値θｒｅｆと推力合計目標値Ｆｒｅｆは、制御部２３０がセンサ情報に基づいて算出しても良い。

以上、図１〜図４を参照して説明したように、飛行体システム３００において、制御装置２００は、ケーブル１１０に基づく飛行体１００に作用する第１モーメントＭｃを制御する。このため、作業装置２０に基づくモーメントと釣りあうように第１モーメントを変化させることができる。したがって、ロータ１０よりも張り出した位置に作業装置２０が配置されたとしても、ロータ１０の推力差で発生させるモーメントを小さく抑えることができるため、各ロータ１０の推力を同程度に保ち、プロペラ１２の効率の良い範囲を使用することができる。その結果、作業装置２０が張り出していても、安定した飛行を行い、作業を行うことができる。

また、制御装置２００は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うようにケーブル１１０の張力Ｔｃを制御する。したがって、ロータ１０の推力差で発生させるモーメントを小さく抑えることができ、各ロータ１０の推力を同程度に保ち、プロペラ１２の効率の良い範囲を使用することができる。その結果、作業装置２０が張り出していても、安定した飛行を行い、作業を行うことができる。

［実施形態２］
図５を参照して、本発明の実施形態２に係る飛行体システム３００について説明する。図５は、本発明の実施形態２に係る飛行体システム３００を示す模式図である。ケーブル接続部４０が本体部４２と、移動部４４とを有する点を除いて、図１の飛行体システム３００と同様の構成であるため、重複部分については説明を省略する。図５において、作用線Ｌ１は、ケーブル１１０の張力Ｔｃに対応する作用線を示す。オフセットＲｃは、作用線Ｌ１と、所定点Ｃとの最短距離を示す。

図５に示すように、ケーブル接続部４０は、本体部４２と、移動部４４とを有する。本体部４２には、ケーブル１１０が接続されている。移動部４４は、本体部４２を移動させる。移動部４４は、例えば、スライダである。移動部４４は、本体部４２をベース部３０に沿ってスライドする。本実施形態では、移動部４４は、本体部４２を水平方向にスライドする。

図１の飛行体システム３００では、以下の式３において、制御装置２００は、張力Ｔｃを制御することによって第１モーメントＭｃを制御していた。

Ｍｃ＝ＴｃＲｃ （式３）

本実施形態では、制御装置２００は、オフセットＲｃを制御することによって第１モーメントＭｃを制御する。

制御装置２００は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うように、作用線Ｌ１と、所定点Ｃとの最短距離を制御する。すなわち、制御装置２００は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うように、オフセットＲｃを制御する。詳しくは、制御装置２００は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うように、移動部４４に本体部４２を移動させる。

具体的には、第１モーメントＭｃを小さくさせる場合、制御装置２００は、移動部４４に本体部４２を所定点Ｃに近づく方向（右方向）に移動させる。その結果、オフセットＲｃが小さくなり、第１モーメントＭｃが小さくなる。

一方、第１モーメントＭｃを大きくさせる場合、制御装置２００は、移動部４４に本体部４２を所定点Ｃから遠ざかる方向（左方向）に移動させる。その結果、オフセットＲｃが大きくなり、第１モーメントＭｃが大きくなる。

このように、制御装置２００は、移動部４４に本体部４２を移動させることによって、オフセットＲｃを制御し、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとを釣り合させる。したがって、ロータ１０の推力差で発生させるモーメントを小さく抑えることができ、各ロータ１０の推力を同程度に保ち、プロペラ１２の効率の良い範囲を使用することができる。その結果、作業装置２０が張り出していても、安定した飛行を行い、作業を行うことができる。

［実施形態３］
図６を参照して、本発明の実施形態３に係る飛行体システム３００について説明する。図６は、本発明の実施形態３に係る飛行体システム３００を示す模式図である。移動部４４が、第１アーム４６と、第１アーム回動部４８とを有する点を除いて、図５の飛行体システム３００と同様の構成であるため、重複部分については説明を省略する。図６において、長さＬａは、第１アーム４６の長さを示す。角度θａは、作用線Ｌ１および所定点Ｃを結ぶ最短距離の線と、第１アーム４６との成す角度を示す。本実施形態では、角度θａは、ベース部３０と、第１アーム４６との成す角度に等しい。

図６に示すように、移動部４４は、第１アーム４６と、第１アーム回動部４８とを有する。第１アーム４６は、本体部４２に接続する。第１アーム回動部４８は、例えば、モータである。第１アーム回動部４８は、第１アーム４６に接続する。第１アーム回動部４８は、第１アーム４６を回動させる。

ここで、オフセットＲｃは以下の式７を満たす。

Ｒｃ＝Ｌａｃｏｓθａ （式７）

本実施形態では、制御装置２００は、角度θａを制御することよって、オフセットＲｃを制御する。その結果、制御装置２００は、第１モーメントＭｃを制御する。本実施形態では、第１アーム４６の本体部４２側にセンサーを設けることにより第１モーメントＭｃを取得してもよい。あるいは、第１アーム回動部４８の出力を第１モーメントＭｃとして取得してもよい。

制御装置２００は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うように、作用線Ｌ１と、所定点Ｃとの最短距離を制御する。すなわち、制御装置２００は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うように、オフセットＲｃを制御する。詳しくは、制御装置２００は、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとが釣り合うように、移動部４４に本体部４２を移動させる。

具体的には、第１モーメントＭｃを小さくさせる場合、制御装置２００は、移動部４４に本体部４２を角度θａが小さくなる方向（反時計回り）に回動させる。詳しくは、制御装置２００は、第１アーム回動部４８を駆動し第１アーム４６を反時計回りに回動させる。その結果、オフセットＲｃが小さくなり、第１モーメントＭｃが小さくなる。

一方、第１モーメントＭｃを大きくさせる場合、制御装置２００は、移動部４４に本体部４２を角度θａが大きくなる方向（時計回り）に回動させる。詳しくは、制御装置２００は、第１アーム回動部４８を駆動し第１アーム４６を時計回りに回動させる。その結果、オフセットＲｃが大きくなり、第１モーメントＭｃが大きくなる。

このように、制御装置２００は、第１アーム回動部４８を駆動し第１アーム４６を回動させることによって、オフセットＲｃを制御し、第１モーメントＭｃと第２モーメントＭｅとを釣り合させる。したがって、ロータ１０の推力差で発生させるモーメントを小さく抑えることができ、各ロータ１０の推力を同程度に保ち、プロペラ１２の効率の良い範囲を使用することができる。その結果、作業装置２０が張り出していても、安定した飛行を行い、作業を行うことができる。

また、張力Ｔｃと、オフセットＲｃとを両方制御することによって第１モーメントＭｃを制御することが好ましい。

飛行体システム３００において、張力Ｔｃを強くする方向には制御しやすいが、弱くする方向には制御が難しい。特に、張力Ｔｃをケーブル１１０に作用する重力以下にはできない。

また、飛行体１００がバランス良く飛行するためには、以下の式８に示される出力Ｆｓｕｍが必要となる。

Ｆｓｕｍ＝Ｆｅ＋Ｔｃ＋ｍｈｇ （式８）

ｍｈは、飛行体１００から作業装置２０を除いた質量を示す。

出力Ｆｓｕｍを少なくするために、張力Ｔｃは小さい方が好ましい。したがって、オフセットＲｃは、ケーブル１１０の長さＬｃが短い間は最大としておく。そして、ケーブル１１０が繰り出されることによってケーブル１１０の自重が大きくなると、まずは、張力制御器２１０によって張力Ｔｒの調整が行われる、すなわち、張力Ｔｃの調整が行われる。そして、制御装置２００における張力Ｔｒが規定値以下となると、すなわち、張力制御器２１０による張力Ｔｒの調整の限界になると、オフセットＲｃを調整することによって第１モーメントＭｃの制御が行われる。

図７を参照して、本発明の実施形態３に係る飛行体システム３００についてさらに説明する。図７は、本発明の実施形態３に係る飛行体システム３００のブロック図である。モーメント制御部２３３が、第１アーム回動部４８を制御する点を除いて、図４の飛行体システム３００と同様の構成であるため、重複部分については説明を省略する。

モーメント制御部２３３は、第１モーメントＭｃと、第２モーメントＭｅとが釣り合うように、オフセットＲｃを制御する。具体的には、モーメント制御部２３３は、第１アーム回動部４８を駆動させることによって、第１アーム４６を回動させ、第１モーメントＭｃと、第２モーメントＭｅとが釣り合うように、オフセットＲｃを制御する。

［実施形態４］
図８を参照して、本発明の実施形態４に係る飛行体システム３００について説明する。図８は、本発明の実施形態４に係る飛行体システム３００を示す模式図である。作業装置２０がベース部３０に対して移動する点を除いて、図６の飛行体システム３００と同様の構成であるため、重複部分については説明を省略する。

図８に示すように、張出部５０は、第２アーム５２と、接続アーム５４と、ヒンジ５６と、第２アーム回動部５８とを有する。第２アーム５２には、ヒンジ５６を介して作業装置２０が取り付けられている。第２アーム回動部５８は、接続アーム５４を介してベース部３０に接続している。第２アーム回動部５８は、第２アーム５２に接続している。第２アーム回動部５８は、第２アーム５２を回動させる。また、第１アーム回動部４８は、接続アーム５４を回動させる。したがって、作業装置２０は、ベース部３０に対して移動する。

本実施形態において、作業装置２０は、ベース部３０に対して移動する。したがって、ロータ１０ａおよびロータ１０ｂの位置を変更することなく、作業装置２０を移動させることによって作業装置２０の作業位置を容易に変更することができる。

作業装置２０を移動した際、オフセットＲｅは変動する。すなわち、第２モーメントＭｅは変動する。制御装置２００は、第２モーメントＭｅの変動に応じて、第２モーメントＭｅと釣り合うように、第１モーメントＭｃを制御する。したがって、ロータ１０の推力差で発生させるモーメントを小さく抑えることができ、各ロータ１０の推力を同程度に保ち、プロペラ１２の効率の良い範囲を使用することができる。その結果、作業装置が張り出していても、安定した飛行を行い、作業を行うことができる。

以上、図面（図１〜図８）を参照しながら本発明の実施形態を説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である（例えば、下記に示す（１）〜（４））。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質や形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（１）図１〜図８を参照して説明したように、飛行体１００は、ロータ１０
を２つ有していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、飛行体１００は、ロータ１０を１つまたは３つ以上有してもよい。

（２）図１〜図８を参照して説明したように、飛行体１００は、ヘリコプタであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は飛行船のような飛行体全般に適用され得る。

（３）図１〜図８を参照して説明したように、ケーブル１１０は、飛行体１００に電力を供給していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ケーブル１１０が供給するのは、気体または液体であってもよい。気体は、例えば、空気である。液体は、例えば、水、補修材、接着剤または塗料である。

（４）図１〜図８を参照して説明したように、ケーブル１１０は、垂下していたが、本発明はこれに限定されない。ケーブル１１０が斜め向きになってもよい。ケーブル１１０を斜め向きにすることによって、張力Ｔｃの向きを変更することができる。

１０ａ、１０ｂ ロータ
２０ 作業装置
３０ ベース部
４０ ケーブル接続部
４２ 本体部
４４ 移動部
４６ 第１アーム
４８ 第１アーム回動部
５０ 張出部
５２ 第２アーム
５８ 第２アーム回動部
１００ 飛行体
１１０ ケーブル
２００ 制御装置
３００ 飛行体システム
Ｃ 所定点
Ｌ１ 作用線
Ｍｃ 第１モーメント
Ｍｅ 第２モーメント
Ｒｃ オフセット
Ｒｅ オフセット
Ｔｃ 張力
Ｔｒ 張力

Claims (10)

1. 飛行体と、
   前記飛行体に接続されたケーブルと、
   前記ケーブルの張力に基づく第１モーメントを制御する制御装置と
   を備え、
   前記第１モーメントは前記飛行体に作用し、
   前記飛行体は、
   少なくとも１つのロータと、
   前記少なくとも１つのロータが取り付けられているベース部と、
   前記ベース部から張り出している張出部と、
   前記張出部に取り付けられ、作業対象物に対して作業する作業装置と、
   前記ケーブルが接続されているケーブル接続部と
   を有し、
   前記作業装置は、前記ベース部に設定された所定点に対して、前記ロータよりも外側に配置され、
   前記制御装置は、前記第１モーメントと、前記作業装置の重力に基づく第２モーメントとが釣り合うように制御し、
   前記第２モーメントは前記飛行体に作用し、
   前記第１モーメントおよび前記第２モーメントの各々は、前記所定点のまわりのモーメントを示す、飛行体システム。
2. 前記制御装置は、前記第１モーメントと前記第２モーメントとが釣り合うように前記ケーブルの前記張力を制御する、請求項１に記載の飛行体システム。
3. 前記制御装置は、前記第１モーメントと前記第２モーメントとが釣り合うように、前記ケーブルの前記張力に対応する作用線と前記所定点との最短距離を制御する、請求項２に記載の飛行体システム。
4. 前記ケーブル接続部は、
   前記ケーブルが接続されている本体部と、
   前記本体部を移動させる移動部と
   を有し、
   前記制御装置は、前記第１モーメントと前記第２モーメントとが釣り合うように、前記移動部に前記本体部を移動させる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の飛行体システム。
5. 前記移動部は、前記本体部を前記ベース部に沿ってスライドする、請求項４に記載の飛行体システム。
6. 前記移動部は、
   前記本体部に接続する第１アームと、
   前記第１アームに接続し、前記第１アームを回動させる第１アーム回動部と
   を有する、請求項４に記載の飛行体システム。
7. 前記作業装置は、前記ベース部に対して移動する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の飛行体システム。
8. 前記張出部は
   前記作業装置が取り付けられている第２アームと、
   前記第２アームに接続し、前記第２アームを回動させる第２アーム回動部と
   を有する、請求項７に記載の飛行体システム。
9. 前記制御装置は、前記ロータと前記ベース部とを１つの剛体とみなしたときの前記剛体の質量中心に前記所定点を設定する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の飛行体システム。
10. ケーブルが接続された飛行体を用意するステップと、
    前記飛行体が飛行を開始するステップと、
    第１モーメントと第２モーメントとが釣り合うように前記第１モーメントを制御するステップと
    を包含し、
    前記飛行体は、
    少なくとも１つのロータと、
    前記少なくとも１つのロータが取り付けられているベース部と、
    前記ベース部から張り出している張出部と、
    前記張出部に取り付けられ、作業対象物に対して作業する作業装置と、
    前記ケーブルが接続されているケーブル接続部と
    を有し、
    前記作業装置は、前記ベース部に設定された所定点に対して、前記ロータよりも外側に配置され、
    前記第１モーメントは、前記ケーブルの張力に基づく前記飛行体に作用するモーメントを示し、
    前記第２モーメントは、前記作業装置の重力に基づく前記飛行体に作用するモーメントを示し、
    前記第１モーメントおよび前記第２モーメントの各々は、前記所定点のまわりのモーメントを示す、飛行体制御方法。

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