JP2018144732A

JP2018144732A - Flight device

Info

Publication number: JP2018144732A
Application number: JP2017043803A
Authority: JP
Inventors: 覚吉川; Satoru Yoshikawa; 雅尊平井; Masataka Hirai
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-20

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flight device that achieves both reduction in size and securing of a pay load by changing the shape during flight while maintaining stable flight attitude.SOLUTION: A flight device 10 comprises a base body 11, thrusters 14-17, arm driving parts 40, and an attitude control part 55. The base body 11 has a plurality of arm parts 13 extending outward. The thrusters 14-17 are provided at the respective tips of the arm parts 13 and generate propulsion power. The arm driving parts 40 multiply drive at least one of the arm parts 13 in a three-dimensional manner to change the mutual positional relation between the thrusters 14-17. The attitude control part 55 controls the propulsion power of the thrusters 14-17 on the basis of the mutual positional relation between the thrusters 14-17, which is changed by the arm driving parts 40.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、飛行装置に関する。 The present invention relates to a flying device.

近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。この飛行装置は、例えば橋梁やトンネルなどの設備や機器の点検を無人で実施できることから、立地や構造が厳しい条件下での利用が提案されている。一方、このような目的で用いられる飛行装置は、極端に狭い空間のような厳しい空間条件下でも飛行可能であるとともに、点検機材などの重量がかさむ物品について十分な運搬力いわゆるペイロードが求められる。そこで、飛行装置は、推進力を発生する複数のスラスタを備える形態が一般的である（特許文献１）。 In recent years, so-called drones have been widely used. This flight device can be used for inspection of facilities and equipment such as bridges and tunnels unmanned, and therefore is proposed to be used under severe conditions of location and structure. On the other hand, a flying device used for such a purpose is required to have a sufficient carrying power, that is, a payload, for an article that is heavy in weight such as inspection equipment, and can fly even under severe space conditions such as extremely narrow space. Therefore, a configuration in which a flying device includes a plurality of thrusters that generate propulsive force is common (Patent Document 1).

しかしながら、複数のスラスタを備える飛行装置の場合、十分なペイロードを達成するためにはスラスタを構成するプロペラの大型化が必要となる。プロペラが大型化すると、当然ながら全体的な寸法が大きくなり、狭い空間での飛行に支障をきたすという問題がある。つまり、飛行装置の場合、厳しい条件へ対応するための寸法の小型化とペイロードの確保とは、相反する条件となる。 However, in the case of a flying device having a plurality of thrusters, it is necessary to increase the size of the propellers that constitute the thrusters in order to achieve a sufficient payload. When the propeller is enlarged, the overall size is naturally increased, and there is a problem that the flight in a narrow space is hindered. In other words, in the case of a flying device, the size reduction to cope with severe conditions and the securing of the payload are contradictory conditions.

特表２０１３−５３１５７３号公報Special table 2013-53573 gazette

そこで、本発明の目的は、飛行中に安定した飛行姿勢を維持しつつ形状を変更することにより、寸法の小型化とペイロードの確保とを両立する飛行装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a flying device that achieves both a reduction in size and securing of a payload by changing the shape while maintaining a stable flight posture during flight.

請求項１記載の発明では、アーム駆動部は、それぞれスラスタが設けられている複数のアーム部のうち少なくとも１つを駆動する。具体的には、アーム駆動部は、アーム部をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向へ駆動する。ここで、ｚ軸は、基体の上昇および下降方向であるヨー軸に相当する。そして、ｘ軸およびｙ軸は、このｚ軸に対して垂直に設定されている。つまり、ｘ軸はロール軸に相当し、ｙ軸はピッチ軸に相当する。これにより、複数のスラスタは、アーム部の移動にともなって、相互間の位置関係が変更される。スラスタを制御する姿勢制御部は、この複数のスラスタの相互間における位置関係に基づいて発生する推進力を制御する。 According to the first aspect of the present invention, the arm drive unit drives at least one of the plurality of arm units each provided with a thruster. Specifically, the arm drive unit drives the arm unit in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. Here, the z-axis corresponds to the yaw axis that is the upward and downward direction of the substrate. The x axis and the y axis are set perpendicular to the z axis. That is, the x axis corresponds to the roll axis, and the y axis corresponds to the pitch axis. Thereby, the positional relationship between the plurality of thrusters is changed as the arm portion moves. The attitude control unit that controls the thrusters controls the propulsive force generated based on the positional relationship among the plurality of thrusters.

アーム駆動部は、飛行中にアーム部を駆動することにより、飛行装置としての形状を変更する。つまり、飛行装置は、アーム部が移動することにより、その形状が変化する。そして、姿勢制御部は、アーム部が移動したとき、アーム部に設けられているスラスタの位置関係に応じてスラスタの推進力を制御する。これにより、複数のスラスタから発生する推進力は、その大きさだけでなく、推進力の方向および応答性が変化する。その結果、飛行装置が飛行中であっても、姿勢が変更されるだけでなく、各スラスタの推進力、方向および応答性が制御されるので、安定した飛行姿勢が維持される。したがって、適用される条件に応じて適した形状に変更しながら安定した飛行姿勢を維持することができ、寸法の小型化とペイロードの確保とを両立することができる。 The arm driving unit changes the shape of the flying device by driving the arm unit during the flight. That is, the shape of the flying device changes as the arm portion moves. Then, when the arm unit moves, the posture control unit controls the thrust force of the thruster according to the positional relationship of the thrusters provided in the arm unit. Thereby, not only the magnitude | size but the direction and responsiveness of a thrust force change the thrust force which generate | occur | produces from several thrusters. As a result, even when the flying device is in flight, not only the posture is changed, but also the thrust force, direction, and responsiveness of each thruster are controlled, so that a stable flying posture is maintained. Accordingly, it is possible to maintain a stable flight posture while changing to a suitable shape according to the applied conditions, and to achieve both size reduction and securing of the payload.

第１実施形態による飛行装置をヨー軸方向の上方から見た模式図The schematic diagram which looked at the flight apparatus by 1st Embodiment from the upper direction of the yaw axis direction 図１の矢印ＩＩ方向から見た模式図Schematic view seen from the direction of arrow II in FIG. 第１実施形態による飛行装置のピッチ変更機構部を示す模式的な斜視図The typical perspective view showing the pitch change mechanism part of the flying device by a 1st embodiment. プロペラのピッチ角を示す断面図Sectional view showing pitch angle of propeller プロペラのピッチ角を示す断面図Sectional view showing pitch angle of propeller 第１実施形態による飛行装置をヨー軸方向の上方から見た模式図The schematic diagram which looked at the flight apparatus by 1st Embodiment from the upper direction of the yaw axis direction 第１実施形態による飛行装置の概略的な構成を示すブロック図The block diagram which shows schematic structure of the flying apparatus by 1st Embodiment. 消費電力と推進力との関係がプロペラのピッチによって変化することを説明するための概略図Schematic for explaining that the relationship between power consumption and propulsion varies with the propeller pitch 推進力の応答性を示す概略図であって、モータの回転数による推進力の変化、およびプロペラのピッチ角の変化による推進力の変化を示す図It is the schematic which shows the responsiveness of propulsion force, Comprising: The figure which shows the change of the propulsion force by the rotation speed of a motor, and the change of the propulsion force by the change of the pitch angle of a propeller 第２実施形態による飛行装置を図１の矢印ＩＩ方向から見た模式図Schematic view of the flying device according to the second embodiment as seen from the direction of arrow II in FIG. 第３実施形態による飛行装置をヨー軸方向の上方から見た模式図The schematic diagram which looked at the flight apparatus by 3rd Embodiment from the upper direction of the yaw axis 第４実施形態による飛行装置をヨー軸方向の上方から見た模式図The schematic diagram which looked at the flight apparatus by 4th Embodiment from the upper direction of the yaw axis direction 第５実施形態による飛行装置をヨー軸方向の上方から見た模式図Schematic view of the flying device according to the fifth embodiment as viewed from above in the yaw axis direction 第６実施形態による飛行装置をヨー軸方向の上方から見た模式図Schematic view of the flying device according to the sixth embodiment as viewed from above in the yaw axis direction

以下、飛行装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１および図２に示すように第１実施形態による飛行装置１０は、基体１１を備えている。基体１１は、本体１２およびアーム部１３を有している。本体１２は、基体１１の重心位置に設けられている。アーム部１３は、この本体１２から外側に突出している。第１実施形態の場合、基体１１は、本体１２の周方向へ４本のアーム部１３を有している。アーム部１３の本数は、２本以上であれば、４本に限らず任意に設定することができる。 Hereinafter, a plurality of embodiments of a flying device will be described based on the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the flying device 10 according to the first embodiment includes a base body 11. The base 11 has a main body 12 and an arm portion 13. The main body 12 is provided at the center of gravity of the base body 11. The arm portion 13 protrudes outward from the main body 12. In the case of the first embodiment, the base 11 has four arm portions 13 in the circumferential direction of the main body 12. The number of arm portions 13 is not limited to four and can be arbitrarily set as long as it is two or more.

飛行装置１０は、スラスタ１４〜１７を備えている。スラスタ１４〜１７は、いずれもアーム部１３の先端、すなわちアーム部１３の本体１２と反対側の端部にそれぞれ設けられている。これらのスラスタ１４〜１７は、いずれもモータ２１、駆動軸部材２２、プロペラ２３およびピッチ変更機構部３０を有している。モータ２１は、プロペラ２３を駆動する回転力を発生する。駆動軸部材２２は、モータ２１の図示しない回転子と一体に接続されている。これにより、モータ２１の回転は、駆動軸部材２２を通してプロペラ２３に伝達される。スラスタ１４〜１７は、モータ２１の駆動力でプロペラ２３が回転することによって推進力を発生する。 The flying device 10 includes thrusters 14 to 17. The thrusters 14 to 17 are all provided at the tip of the arm portion 13, that is, at the end of the arm portion 13 opposite to the main body 12. Each of these thrusters 14 to 17 has a motor 21, a drive shaft member 22, a propeller 23, and a pitch changing mechanism 30. The motor 21 generates a rotational force that drives the propeller 23. The drive shaft member 22 is integrally connected to a rotor (not shown) of the motor 21. Thereby, the rotation of the motor 21 is transmitted to the propeller 23 through the drive shaft member 22. The thrusters 14 to 17 generate a propulsive force when the propeller 23 is rotated by the driving force of the motor 21.

ピッチ変更機構部３０の一例を図３に基づいて説明する。なお、図３に示すピッチ変更機構部３０は、スラスタ１５に設けた一例であり、プロペラ２３のピッチを変更可能な構成であって、飛行装置１０のスラスタ１４〜１７に適用可能な構成であればこの例に限らない。ピッチ変更機構部３０は、サーボモータ３１、レバー部材３２、リンク部材３３および変更部材３４を有している。サーボモータ３１の回転は、レバー部材３２、リンク部材３３および変更部材３４を通してプロペラ２３に伝達される。このとき、サーボモータ３１の回転は、レバー部材３２、リンク部材３３および変更部材３４を経由することにより、駆動軸部材２２と垂直なプロペラ軸Ｐを中心とするプロペラ２３の回転に変換される。すなわち、サーボモータ３１が回転すると、駆動軸部材２２の先端に設けられたプロペラ２３は、プロペラ軸Ｐを中心に回転する。これにより、プロペラ２３は、図４に示す上昇時の推力を発生するピッチ角θ１と、図５に示す下降時の推力を発生するピッチ角θ２との間で変化する。このプロペラ２３のピッチ角θ１とピッチ角θ２との中間の位置は、プロペラ２３が回転しても推進力が発生しない中立位置となる。プロペラ２３のピッチ角θ２からピッチ角θ１へ向けて変化するとき、プロペラ２３のピッチは上昇方向の推進力が増加するプラス側へ変化する。一方、プロペラ２３のピッチがピッチ角θ１からピッチ角θ２へ向けて変化するとき、プロペラ２３のピッチは上昇方向の推進力が減少するマイナス側へ変化することになる。プロペラ２３のピッチの変化量は、サーボモータ３１の回転角度に対応する。 An example of the pitch changing mechanism 30 will be described with reference to FIG. 3 is an example provided in the thruster 15, and may be configured to change the pitch of the propeller 23 and applicable to the thrusters 14 to 17 of the flying device 10. It is not limited to this example. The pitch changing mechanism 30 includes a servo motor 31, a lever member 32, a link member 33, and a changing member 34. The rotation of the servo motor 31 is transmitted to the propeller 23 through the lever member 32, the link member 33 and the changing member 34. At this time, the rotation of the servo motor 31 is converted into the rotation of the propeller 23 about the propeller axis P perpendicular to the drive shaft member 22 through the lever member 32, the link member 33, and the changing member 34. That is, when the servo motor 31 rotates, the propeller 23 provided at the tip of the drive shaft member 22 rotates around the propeller shaft P. As a result, the propeller 23 changes between the pitch angle θ1 that generates the thrust at the time of rising shown in FIG. 4 and the pitch angle θ2 that generates the thrust at the time of falling shown in FIG. An intermediate position between the pitch angle θ1 and the pitch angle θ2 of the propeller 23 is a neutral position where no propulsive force is generated even when the propeller 23 rotates. When the propeller 23 changes from the pitch angle θ <b> 2 toward the pitch angle θ <b> 1, the pitch of the propeller 23 changes to the plus side where the upward driving force increases. On the other hand, when the pitch of the propeller 23 changes from the pitch angle θ1 toward the pitch angle θ2, the pitch of the propeller 23 changes to the minus side where the propulsive force in the upward direction decreases. The amount of change in the pitch of the propeller 23 corresponds to the rotation angle of the servo motor 31.

図１および図２に示すように飛行装置１０は、アーム駆動部４０を備えている。アーム駆動部４０は、本体１２とアーム部１３との接続部分に設けられている。アーム駆動部４０は、このアーム駆動部４０を支点としてアーム部１３をｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向へ複合的に駆動する。これにより、アーム駆動部４０は、アーム部１３の先端に設けられているスラスタ１４〜１７の相互間における位置関係を変更する。アーム駆動部４０は、複数のアーム部１３のうち少なくとも一つをｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向へ駆動する。第１実施形態の場合、アーム駆動部４０はすべてのアーム部１３と本体１２との間に設けられ、アーム部１３はアーム駆動部４０によって個別に駆動される。ここで、アーム部１３が駆動されるｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向のうちｚ軸は、飛行装置１０のヨー軸に相当する。また、ｘ軸はロール軸に相当し、ｙ軸はピッチ軸に相当する。このように、アーム駆動部４０は、スラスタ１４〜１７が設けられているアーム部１３をｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向へ複合的に駆動する。これにより、アーム部１３の先端に設けられているスラスタ１４〜１７は、他のアーム部１３に設けられているスラスタとの間の相互的な位置関係が変化する。アーム駆動部４０は、例えばサーボモータなどのアクチュエータを有しており、図２および図６に示すようにｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の三方向へアーム部１３を駆動する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the flying device 10 includes an arm driving unit 40. The arm drive unit 40 is provided at a connection portion between the main body 12 and the arm unit 13. The arm drive unit 40 drives the arm unit 13 in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction in combination with the arm drive unit 40 as a fulcrum. As a result, the arm driving unit 40 changes the positional relationship between the thrusters 14 to 17 provided at the tip of the arm unit 13. The arm drive unit 40 drives at least one of the plurality of arm units 13 in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. In the case of the first embodiment, the arm driving unit 40 is provided between all the arm units 13 and the main body 12, and the arm unit 13 is individually driven by the arm driving unit 40. Here, among the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction in which the arm unit 13 is driven, the z-axis corresponds to the yaw axis of the flying device 10. Further, the x axis corresponds to a roll axis, and the y axis corresponds to a pitch axis. As described above, the arm driving unit 40 drives the arm unit 13 provided with the thrusters 14 to 17 in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction in a composite manner. As a result, the mutual positional relationship between the thrusters 14 to 17 provided at the tip of the arm portion 13 and the thrusters provided in the other arm portions 13 changes. The arm drive unit 40 includes an actuator such as a servo motor, for example, and drives the arm unit 13 in three directions, that is, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, as shown in FIGS.

飛行装置１０は、図２に示すように制御部５０を備えている。制御部５０は、本体１２の内部に収容され、バッテリ５１と接続している。バッテリ５１は、制御部５０とともに本体１２に収容されている。制御部５０は、図７に示すように演算部５２を有している。演算部５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されており、飛行装置１０の全体を制御する。演算部５２は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、姿勢検出部５３、アーム制御部５４および姿勢制御部５５をソフトエア的に実現している。なお、姿勢検出部５３、アーム制御部５４および姿勢制御部５５は、ハードウェア的、またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現してもよい。 The flying device 10 includes a control unit 50 as shown in FIG. The control unit 50 is housed inside the main body 12 and connected to the battery 51. The battery 51 is accommodated in the main body 12 together with the control unit 50. The control part 50 has the calculating part 52 as shown in FIG. The calculation unit 52 is configured by a microcomputer having a CPU, a ROM, and a RAM, and controls the entire flying device 10. The calculation unit 52 executes the computer program stored in the ROM to realize the posture detection unit 53, the arm control unit 54, and the posture control unit 55 in software. Note that the posture detection unit 53, the arm control unit 54, and the posture control unit 55 may be realized by hardware or by cooperation of software and hardware.

姿勢検出部５３は、加速度センサ６１、角速度センサ６２、地磁気センサ６３、高度センサ６４およびＧＰＳセンサ６５などと接続している。加速度センサ６１は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の三次元の各方向において基体１１に加わる加速度を検出し、姿勢検出部５３へ出力する。角速度センサ６２は、三次元の各方向において基体１１に加わる角速度を検出し、姿勢検出部５３へ出力する。地磁気センサ６３は、地磁気を検出し、姿勢検出部５３へ出力する。高度センサ６４は、基体１１の高度を検出し、姿勢検出部５３へ出力する。ＧＰＳセンサ６５は、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を受信し、姿勢検出部５３へ出力する。姿勢検出部５３は、これらの各センサから出力された信号に基づいて基体１１の姿勢、飛行位置、飛行方向、飛行速度および飛行高度などを検出する。 The posture detection unit 53 is connected to an acceleration sensor 61, an angular velocity sensor 62, a geomagnetic sensor 63, an altitude sensor 64, a GPS sensor 65, and the like. The acceleration sensor 61 detects acceleration applied to the base 11 in each of the three-dimensional directions of the x axis, the y axis, and the z axis, and outputs the acceleration to the posture detection unit 53. The angular velocity sensor 62 detects the angular velocity applied to the base body 11 in each of the three-dimensional directions and outputs the angular velocity to the posture detection unit 53. The geomagnetic sensor 63 detects geomagnetism and outputs it to the posture detection unit 53. The altitude sensor 64 detects the altitude of the base 11 and outputs it to the attitude detection unit 53. The GPS sensor 65 receives a GPS (Global Positioning System) signal and outputs it to the attitude detection unit 53. The attitude detection unit 53 detects the attitude, flight position, flight direction, flight speed, flight altitude, and the like of the base body 11 based on signals output from these sensors.

制御部５０は、アーム駆動部４０と接続している。アーム制御部５４は、アーム駆動部４０のアクチュエータに信号を出力することにより、アーム駆動部４０を駆動する。これにより、アーム部１３は、アーム駆動部４０によってｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各方向へ複合的に駆動される。 The control unit 50 is connected to the arm driving unit 40. The arm control unit 54 drives the arm driving unit 40 by outputting a signal to the actuator of the arm driving unit 40. As a result, the arm unit 13 is driven in a composite manner by the arm driving unit 40 in the x-axis, y-axis, and z-axis directions.

制御部５０は、スラスタ１４〜１７のモータ２１およびサーボモータ３１と接続している。姿勢制御部５５は、スラスタ１４〜１７のモータ２１へ供給する電流や信号を制御するとともに、ピッチ変更機構部３０のサーボモータ３１を駆動する。これにより、姿勢制御部５５は、スラスタ１４〜１７から発生する推進力を制御する。姿勢制御部５５は、アーム駆動部４０によるアーム部１３の駆動によって変更されたスラスタ１４〜１７の相互間における位置関係に基づいて、各スラスタ１４〜１７から発生する推進力を制御する。姿勢制御部５５は、モータ２１の回転数やプロペラ２３のピッチを変更することにより、各スラスタ１４〜１７から発生する推進力を制御する。また、飛行装置１０が自立的に飛行するとき、姿勢制御部５５は、姿勢検出部５３で検出した基体１１の姿勢、飛行方向、飛行速度および飛行高度などに基づいてスラスタ１４〜１７から発生する推進力を制御することにより、基体１１の飛行を制御する。 The control unit 50 is connected to the motor 21 and the servo motor 31 of the thrusters 14 to 17. The attitude control unit 55 controls currents and signals supplied to the motors 21 of the thrusters 14 to 17 and drives the servo motor 31 of the pitch changing mechanism unit 30. Thereby, the attitude control unit 55 controls the propulsive force generated from the thrusters 14 to 17. The attitude control unit 55 controls the propulsive force generated from each of the thrusters 14 to 17 based on the positional relationship between the thrusters 14 to 17 changed by driving the arm unit 13 by the arm driving unit 40. The attitude control unit 55 controls the propulsive force generated from the thrusters 14 to 17 by changing the rotation speed of the motor 21 and the pitch of the propeller 23. When the flying device 10 flies autonomously, the attitude control unit 55 generates from the thrusters 14 to 17 based on the attitude of the base body 11 detected by the attitude detection unit 53, the flight direction, the flight speed, the flight altitude, and the like. By controlling the propulsive force, the flight of the base 11 is controlled.

第１実施形態による飛行装置１０の作動について説明する。
アーム駆動部４０は、上述のようにアーム部１３をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各方向へ複合的に駆動する。図２に示すようにアーム駆動部４０は、ｘ軸と平行な軸を中心にアーム部１３を回転駆動する。これにより、アーム部１３は、図２の矢印Ｄａに示す方向へｘ軸と垂直なｙ−ｚ平面を移動する。このとき、アーム部１３は、アーム駆動部４０を支点としてｙ−ｚ平面を旋回する。アーム駆動部４０がｙ軸と平行な軸を中心にアーム部１３を回転駆動する場合も同様である。また、図６に示すようにアーム駆動部４０は、ｚ軸と平行な軸を中心にアーム部１３を回転駆動する。これにより、アーム部１３は、図６の矢印Ｄｂに示す方向へｚ軸と垂直なｘ−ｙ平面を移動する。このとき、アーム部１３は、アーム駆動部４０を支点としてｘ−ｙ平面を旋回する。アーム駆動部４０は、これらｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各方向へ複合的にアーム部１３を回転駆動することにより、４本のアーム部１３に設けられているスラスタ１４〜１７の相互間における位置関係を三次元的に変更する。 The operation of the flying device 10 according to the first embodiment will be described.
As described above, the arm driving unit 40 drives the arm unit 13 in the x-axis, y-axis, and z-axis directions in a composite manner. As shown in FIG. 2, the arm drive unit 40 rotationally drives the arm unit 13 about an axis parallel to the x axis. As a result, the arm unit 13 moves in the yz plane perpendicular to the x-axis in the direction indicated by the arrow Da in FIG. At this time, the arm unit 13 turns on the yz plane with the arm driving unit 40 as a fulcrum. The same applies to the case where the arm drive unit 40 rotationally drives the arm unit 13 about an axis parallel to the y-axis. As shown in FIG. 6, the arm drive unit 40 rotationally drives the arm unit 13 about an axis parallel to the z axis. As a result, the arm unit 13 moves in the xy plane perpendicular to the z axis in the direction indicated by the arrow Db in FIG. At this time, the arm unit 13 turns on the xy plane with the arm driving unit 40 as a fulcrum. The arm driving unit 40 rotates the arm unit 13 in a composite manner in each of the x-axis, y-axis, and z-axis directions, thereby rotating the thrusters 14 to 17 provided in the four arm units 13 to each other. The positional relationship at is three-dimensionally changed.

アーム制御部５４は、飛行装置１０が待機中に限らず飛行中であってもアーム駆動部４０でアーム部１３を駆動する。そのため、複数のスラスタ１４〜１７は、飛行装置１０が飛行している間でも、相互間の位置関係が変化する。姿勢制御部５５は、飛行中に変更されたスラスタ１４〜１７の位置関係に基づいて、各スラスタ１４〜１７で発生する推進力を制御し、基体１１の安定した飛行姿勢を維持する。この場合、姿勢制御部５５は、各スラスタ１４〜１７で発生する推進力だけでなく、推進力が作用する方向、および各スラスタ１４〜１７で発生する推進力の応答性も制御する。 The arm control unit 54 drives the arm unit 13 by the arm driving unit 40 not only when the flying device 10 is on standby but also during flight. Therefore, the positional relationship between the plurality of thrusters 14 to 17 changes even while the flying device 10 is flying. The attitude control unit 55 controls the thrust generated by the thrusters 14 to 17 based on the positional relationship of the thrusters 14 to 17 changed during the flight, and maintains a stable flight attitude of the base body 11. In this case, the attitude control unit 55 controls not only the propulsive force generated by the thrusters 14 to 17 but also the direction in which the propulsive force acts and the responsiveness of the propulsive force generated by the thrusters 14 to 17.

図８は、スラスタ１４〜１７の消費電力と推進力との関係がプロペラ２３のピッチ角θによって変化することを示している。これにより、スラスタ１４〜１７の効率は、プロペラ２３のピッチ角θによって変化することがわかる。すなわち、スラスタ１４〜１７は、最適な効率が得られるプロペラ２３のピッチ角θが存在する。そのため、姿勢制御部５５は、できる限りプロペラ２３のピッチ角θを変更することなくモータ２１の回転数で推進力を制御することが好ましい。一方、基体１１の制御に対する応答性は、図９に示すようにプロペラ２３のピッチ角θを変更する方がモータ２１の回転数を変更するよりも高い。図９は、時期ｔにおいてモータ２１の回転数またはプロペラ２３のピッチ角θを変更したとき、スラスタ１４〜１７から発生する推進力の時間的な変化を示している。図９からも分かるように、基体１１の制御すなわちスラスタ１４〜１７で発生する推進力の変化は、プロペラ２３のピッチ角θを変更することによってモータ２１の回転数の変更よりも高い応答性で実施することができる。そこで、姿勢制御部５５は、求められる応答性に応じて、プロペラ２３のピッチ角θの変更による迅速性を重視した制御と、ピッチ角θを固定したモータ２１の回転数による効率を重視した制御とを組み合わせている。 FIG. 8 shows that the relationship between the power consumption and the propulsive force of the thrusters 14 to 17 changes according to the pitch angle θ of the propeller 23. Thereby, it can be seen that the efficiency of the thrusters 14 to 17 changes depending on the pitch angle θ of the propeller 23. In other words, the thrusters 14 to 17 have the pitch angle θ of the propeller 23 at which optimum efficiency is obtained. Therefore, it is preferable that the attitude control unit 55 controls the propulsive force with the rotational speed of the motor 21 without changing the pitch angle θ of the propeller 23 as much as possible. On the other hand, the response to the control of the base 11 is higher when the pitch angle θ of the propeller 23 is changed than when the rotational speed of the motor 21 is changed as shown in FIG. 9. FIG. 9 shows temporal changes in the propulsive force generated from the thrusters 14 to 17 when the rotational speed of the motor 21 or the pitch angle θ of the propeller 23 is changed at time t. As can be seen from FIG. 9, the control of the base 11, that is, the change in propulsive force generated by the thrusters 14 to 17 has a higher response than the change in the rotation speed of the motor 21 by changing the pitch angle θ of the propeller 23. Can be implemented. Therefore, the attitude control unit 55 emphasizes the speed by changing the pitch angle θ of the propeller 23 according to the required responsiveness, and controls the efficiency by the rotation speed of the motor 21 with the pitch angle θ fixed. Is combined.

第１実施形態では、アーム駆動部４０は、それぞれスラスタ１４〜１７が設けられている複数のアーム部１３のうち少なくとも１つを駆動する。これにより、複数のスラスタ１４〜１７は、アーム部１３の移動にともなって、相互間の位置関係が変更される。スラスタ１４〜１７を制御する姿勢制御部５５は、この複数のスラスタ１４〜１７の相互間における位置関係に基づいて発生する推進力を制御する。 In the first embodiment, the arm drive unit 40 drives at least one of the plurality of arm units 13 provided with the thrusters 14 to 17 respectively. Thereby, the positional relationship between the plurality of thrusters 14 to 17 is changed as the arm unit 13 moves. The attitude control unit 55 that controls the thrusters 14 to 17 controls the propulsive force generated based on the positional relationship among the plurality of thrusters 14 to 17.

アーム駆動部４０は、飛行中にアーム部１３を駆動することにより、飛行装置１０としての形状を変更する。つまり、飛行装置１０は、アーム部１３が移動することにより、飛行中にその形状が変化する。そして、姿勢制御部５５は、アーム部１３が移動したとき、アーム部１３に設けられているスラスタ１４〜１７の位置関係に応じてスラスタ１４〜１７の推進力を制御する。これにより、複数のスラスタ１４〜１７から発生する推進力は、その大きさだけでなく、推進力の方向および応答性が変化する。その結果、飛行装置１０が飛行中であっても、姿勢が変更されるだけでなく、各スラスタ１４〜１７の推進力、推進力の方向および応答性が制御されるので、安定した飛行姿勢が維持される。したがって、適用される条件に応じて適した形状に変更しながら安定した飛行姿勢を維持することができ、寸法の小型化とペイロードの確保とを両立することができる。 The arm driving unit 40 changes the shape of the flying device 10 by driving the arm unit 13 during the flight. That is, the shape of the flying device 10 changes during the flight as the arm unit 13 moves. Then, when the arm unit 13 moves, the posture control unit 55 controls the thrust of the thrusters 14 to 17 according to the positional relationship between the thrusters 14 to 17 provided in the arm unit 13. Thereby, not only the magnitude | size but the direction and responsiveness of a thrust force change the thrust force which generate | occur | produces from several thrusters 14-17. As a result, even when the flying device 10 is in flight, not only the attitude is changed, but also the thrust, the direction of the thrust, and the responsiveness of each thruster 14-17 are controlled, so that a stable flight attitude is achieved. Maintained. Accordingly, it is possible to maintain a stable flight posture while changing to a suitable shape according to the applied conditions, and to achieve both size reduction and securing of the payload.

また、第１実施形態では、スラスタ１４〜１７は、プロペラ２３のピッチを変更するピッチ変更機構部３０を有している。姿勢制御部５５は、スラスタ１４〜１７が発生する推進力を、プロペラ２３を駆動するモータ２１の回転数だけでなく、ピッチ変更機構部３０によるプロペラ２３のピッチ角θの変更によっても変化させている。プロペラ２３のピッチ角θを変化させることにより、スラスタ１４〜１７が発生する推進力は迅速に変化する。これにより、姿勢制御部５５による姿勢変化の応答性が向上する。したがって、応答性の向上にともなう飛行性能の向上を図ることができる。 In the first embodiment, the thrusters 14 to 17 have a pitch changing mechanism 30 that changes the pitch of the propeller 23. The attitude control unit 55 changes the propulsive force generated by the thrusters 14 to 17 not only by the number of rotations of the motor 21 that drives the propeller 23 but also by changing the pitch angle θ of the propeller 23 by the pitch changing mechanism unit 30. Yes. By changing the pitch angle θ of the propeller 23, the propulsive force generated by the thrusters 14 to 17 changes rapidly. Thereby, the responsiveness of the posture change by the posture control unit 55 is improved. Therefore, the flight performance can be improved along with the improvement of responsiveness.

（第２実施形態）
第２実施形態による飛行装置を図１０に示す。
第２実施形態の場合、アーム駆動部４０は、アーム部１３をｘ−ｙ平面においてアーム駆動部４０を支点に回転駆動する点で第１実施形態と共通している。一方、第２実施形態のアーム駆動部４０は、アーム部１３を図１０の矢印Ｄｃに示すようにｚ軸方向へ往復駆動する。すなわち、第２実施形態の場合、アーム駆動部４０は、アーム部１３を、ｚ軸と平行な軸を中心に回転駆動するとともに、ｚ軸方向へ直線的に往復駆動する。これにより、アーム部１３は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各方向へ三次元で複合的に駆動される。アーム駆動部４０は、ｚ軸方向における本体１２の全長にわたってアーム部１３を往復駆動してもよく、全長の一部でアーム部１３を往復駆動してもよい。 (Second Embodiment)
FIG. 10 shows a flying device according to the second embodiment.
In the case of the second embodiment, the arm driving unit 40 is common to the first embodiment in that the arm unit 13 is rotationally driven with the arm driving unit 40 as a fulcrum in the xy plane. On the other hand, the arm drive unit 40 of the second embodiment reciprocates the arm unit 13 in the z-axis direction as indicated by an arrow Dc in FIG. That is, in the case of the second embodiment, the arm drive unit 40 rotationally drives the arm unit 13 about an axis parallel to the z axis and linearly reciprocates in the z axis direction. As a result, the arm unit 13 is combined and driven in three dimensions in the x-axis, y-axis, and z-axis directions. The arm drive unit 40 may reciprocate the arm unit 13 over the entire length of the main body 12 in the z-axis direction, or may reciprocate the arm unit 13 over a part of the entire length.

第２実施形態では、アーム駆動部４０は、ｚ軸と平行な軸を中心とした回転およびｚ軸に沿った往復移動によってアーム部１３を駆動する。したがって、アーム駆動部４０は、飛行装置１０に要求される飛行形態にあわせてアーム部１３を駆動することができ、スラスタ１４〜１７の位置関係を変更することができる。 In the second embodiment, the arm drive unit 40 drives the arm unit 13 by rotation about an axis parallel to the z axis and reciprocation along the z axis. Therefore, the arm drive part 40 can drive the arm part 13 according to the flight form required for the flying device 10, and can change the positional relationship of the thrusters 14-17.

（第３実施形態）
第３実施形態による飛行装置を図１１に示す。
第３実施形態の場合、アーム駆動部４０は、アーム部１３を伸縮駆動する。すなわち、第３実施形態の場合、アーム駆動部４０は、アーム部１３を、図１１の矢印Ｄｄに示すようにｘ軸と平行な軸方向またはｙ軸と平行な軸方向へ直線的に往復駆動する。これにより、アーム部１３は、軸方向の全長が伸縮する。また、アーム駆動部４０は、このアーム駆動部４０を支点としてアーム部１３を回転駆動してもよい。さらに、アーム駆動部４０は、アーム部１３をｚ軸方向へ往復駆動してもよい。他にも、アーム駆動部４０は、矢印Ｄｅに示すように本体１２の側面と平行な方向へアーム部１３を駆動してもよい。これらのアーム駆動部４０の駆動を組み合わせることにより、アーム部１３は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各方向へ三次元で複合的に駆動される。 (Third embodiment)
FIG. 11 shows a flying device according to the third embodiment.
In the case of the third embodiment, the arm drive unit 40 drives the arm unit 13 to extend and contract. That is, in the case of the third embodiment, the arm drive unit 40 linearly reciprocates the arm unit 13 in the axial direction parallel to the x axis or the axial direction parallel to the y axis as shown by the arrow Dd in FIG. To do. Thereby, the arm part 13 expands and contracts in the entire axial length. The arm drive unit 40 may rotationally drive the arm unit 13 with the arm drive unit 40 as a fulcrum. Furthermore, the arm drive unit 40 may drive the arm unit 13 back and forth in the z-axis direction. In addition, the arm drive unit 40 may drive the arm unit 13 in a direction parallel to the side surface of the main body 12 as indicated by an arrow De. By combining the driving of these arm driving units 40, the arm unit 13 is driven in a complex manner in three dimensions in the x-axis, y-axis, and z-axis directions.

第３実施形態では、アーム駆動部４０は、伸縮によってアーム部１３の全長が変化する方向にアーム部１３を駆動する。したがって、アーム駆動部４０は、飛行装置１０に要求される飛行形態にあわせてアーム部１３を伸縮することができ、スラスタ１４〜１７の位置関係を変更することができる。 In 3rd Embodiment, the arm drive part 40 drives the arm part 13 in the direction where the full length of the arm part 13 changes by expansion-contraction. Therefore, the arm drive unit 40 can expand and contract the arm unit 13 in accordance with the flight form required for the flying device 10, and can change the positional relationship between the thrusters 14 to 17.

（第４実施形態）
第４実施形態による飛行装置を図１２に示す。
第４実施形態は、上述の第１実施形態〜第３実施形態によってスラスタ１４〜１７の相互間の位置関係が変更された飛行装置１０の制御に関する実施形態である。すなわち、第４実施形態は、姿勢制御部５５による制御の一例である。 (Fourth embodiment)
FIG. 12 shows a flying device according to the fourth embodiment.
The fourth embodiment is an embodiment relating to control of the flying device 10 in which the positional relationship between the thrusters 14 to 17 is changed by the first to third embodiments described above. That is, the fourth embodiment is an example of control by the attitude control unit 55.

アーム部１３が駆動され、スラスタ１４〜１７が図１２に示すような位置関係にあると仮定する。基体１１の姿勢は、テコの原理から、基体１１の重心から遠い位置に力が加わるほど小さな力で容易に変化する。すなわち、基体１１の姿勢は、重心に近いスラスタ１４〜１７よりも重心から遠いスラスタ１４〜１７の推進力を利用することにより迅速な変化が得られる。例えば、図１２の仮想軸Ｌｓを中心として基体１１を回転させるとき、スラスタ１６よりもスラスタ１４の推進力を用いた方が迅速な姿勢の変化が図られる。そこで、姿勢制御部５５は、アーム駆動部４０によって駆動されたアーム部１３の位置、すなわちスラスタ１４〜１７の位置関係を考慮して、姿勢変化に用いるスラスタ１４〜１７を選択する。このように、姿勢変化の応答性は、推進力を変化させるスラスタ１４〜１７の選択によって変化する。姿勢制御部５５は、スラスタ１４〜１７の位置関係に基づいて、例えば要求される姿勢変化の速度、あるいは許容される消費電力などを考慮して推進力を変化するスラスタ１４〜１７を設定する。
第４実施形態では、飛行装置１０の形態、および要求される性能に応じてスラスタ１４〜１７が選択される。したがって、精密な姿勢の維持と電力消費の低減とを図ることができる。 Assume that the arm unit 13 is driven and the thrusters 14 to 17 are in a positional relationship as shown in FIG. From the lever principle, the posture of the base body 11 easily changes with a small force as a force is applied to a position far from the center of gravity of the base body 11. That is, the posture of the base 11 can be changed quickly by using the thrust of the thrusters 14 to 17 farther from the center of gravity than the thrusters 14 to 17 near the center of gravity. For example, when the base 11 is rotated about the virtual axis Ls in FIG. 12, the posture can be changed more quickly by using the thrust force of the thruster 14 than by the thruster 16. Therefore, the posture control unit 55 selects the thrusters 14 to 17 used for posture change in consideration of the position of the arm unit 13 driven by the arm driving unit 40, that is, the positional relationship of the thrusters 14 to 17. Thus, the responsiveness of the posture change changes depending on the selection of the thrusters 14 to 17 that change the propulsive force. The attitude control unit 55 sets the thrusters 14 to 17 that change the propulsive force on the basis of the positional relationship between the thrusters 14 to 17 in consideration of, for example, a required attitude change speed or allowable power consumption.
In the fourth embodiment, the thrusters 14 to 17 are selected according to the form of the flying device 10 and the required performance. Therefore, it is possible to maintain a precise posture and reduce power consumption.

（第５実施形態）
第５実施形態による飛行装置を図１３に示す。
第５実施形態の飛行装置１０は、図１３に示すように上下に重ねられた２つの基体１１を備えている。このように上下に基体１１を重ねる場合、上下の基体１１でスラスタ１４〜１７が重なり合う位置関係となる。スラスタ１４〜１７が重なり合うとき、スラスタ１４〜１７のプロペラ２３が重なり合った部分の推進力は低下する。そこで、アーム駆動部４０は、基体１１が重ねて用いられるとき、スラスタ１４〜１７のプロペラ２３の重なり合いが最小限となるようにアーム部１３を駆動する。図１３に示す例の場合、アーム駆動部４０は、紙面と平行なｘ−ｙ平面でアーム部１３を駆動する。また、姿勢制御部５５は、プロペラ２３が重なり合う領域の変化によってもたらされる推進力の低下を補うために、各スラスタ１４〜１７の推進力を増加または減少して基体１１の姿勢の維持を図る。 (Fifth embodiment)
FIG. 13 shows a flying device according to the fifth embodiment.
As shown in FIG. 13, the flying device 10 of the fifth embodiment includes two base bodies 11 stacked one above the other. Thus, when the base | substrate 11 is piled up and down, it becomes the positional relationship in which the thrusters 14-17 overlap with the base body 11 up and down. When the thrusters 14 to 17 overlap, the propulsive force of the portion where the propeller 23 of the thrusters 14 to 17 overlaps decreases. Therefore, the arm driving unit 40 drives the arm unit 13 so that the overlapping of the propellers 23 of the thrusters 14 to 17 is minimized when the base body 11 is used in an overlapping manner. In the case of the example illustrated in FIG. 13, the arm driving unit 40 drives the arm unit 13 on an xy plane parallel to the paper surface. In addition, the attitude control unit 55 increases or decreases the propulsive force of each thruster 14 to 17 to maintain the attitude of the base body 11 in order to compensate for the decrease in the propulsive force caused by the change in the region where the propeller 23 overlaps.

第５実施形態では、アーム駆動部４０でアーム部１３を駆動することにより、スラスタ１４〜１７のプロペラ２３の重なり合いを最小限にする。そして、姿勢制御部５５は、プロペラ２３の重なり合いに応じてスラスタ１４〜１７の推進力を制御する。したがって、スラスタ１４〜１７の数が増加したり、基体１１の形態によってプロペラ２３の重なり合いが生じるとき、その重なり合いを低減することができるとともに、推進力の維持を図ることができる。 In the fifth embodiment, the arm drive unit 40 drives the arm unit 13 to minimize the overlap of the propellers 23 of the thrusters 14 to 17. Then, the attitude control unit 55 controls the thrust of the thrusters 14 to 17 according to the overlapping of the propellers 23. Therefore, when the number of the thrusters 14 to 17 increases or when the propeller 23 overlaps depending on the form of the base body 11, the overlap can be reduced and the propulsive force can be maintained.

（第６実施形態）
第６実施形態による飛行装置を図１４に示す。
第６実施形態の場合、アーム駆動部４０は、ｘ軸またはｙ軸に平行な軸を中心にアーム部１３を回転駆動する。すなわち、第６実施形態の場合、アーム駆動部４０は、アーム部１３を、図１４の矢印Ｄｆに示すようにアーム部１３の軸を中心に回転させる。これにより、アーム部１３の先端に設けられているスラスタ１４〜１７は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の各方向において三次元的な位置関係が変化する。
第６実施形態では、アーム駆動部４０は、アーム部１３の軸を中心にアーム部１３を回転駆動する。したがって、アーム駆動部４０は、飛行装置１０に要求される飛行形態にあわせてアーム部１３を駆動することができ、スラスタ１４〜１７の位置関係を変更することができる。 (Sixth embodiment)
FIG. 14 shows a flying device according to the sixth embodiment.
In the case of the sixth embodiment, the arm drive unit 40 rotationally drives the arm unit 13 about an axis parallel to the x axis or the y axis. That is, in the case of the sixth embodiment, the arm drive unit 40 rotates the arm unit 13 around the axis of the arm unit 13 as indicated by an arrow Df in FIG. As a result, the three-dimensional positional relationship of the thrusters 14 to 17 provided at the tip of the arm portion 13 changes in the x-axis, y-axis, and z-axis directions.
In the sixth embodiment, the arm drive unit 40 rotationally drives the arm unit 13 about the axis of the arm unit 13. Therefore, the arm drive part 40 can drive the arm part 13 according to the flight form required for the flying device 10, and can change the positional relationship of the thrusters 14-17.

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
Although the present disclosure has been described with reference to the embodiments, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiments and structures. The present disclosure includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element, more or less, are within the scope and spirit of the present disclosure.

図面中、１０は飛行装置、１１は基体、１３はアーム部、１４〜１７はスラスタ、２１はモータ、３０はピッチ変更機構部、５５は姿勢制御部を示す。 In the drawings, 10 is a flying device, 11 is a base, 13 is an arm unit, 14 to 17 are thrusters, 21 is a motor, 30 is a pitch changing mechanism unit, and 55 is an attitude control unit.

Claims

A base body (11) having a plurality of arm portions (13) extending outward;
Thrusters (14 to 17) that are respectively provided at the tips of the arm portions (13) and generate a propulsive force;
At least one of the arm portions (13) is driven in a composite manner in the z-axis direction coinciding with the yaw axis of the base body (11) and in the x-axis and y-axis directions perpendicular to the z-axis. Arm drive unit (40) for changing the positional relationship between the thrusters (14-17) of each other,
Attitude control unit (55) for controlling the propulsive force of the plurality of thrusters (14-17) based on the positional relationship among the plurality of thrusters (14-17) changed by the arm drive unit (40). )When,
A flying device comprising:

The posture control section (55) controls the propulsive force of the plurality of thrusters (14-17) based on the distance between the center of gravity of the base body (11) and the plurality of thrusters (14-17). The flying device according to 1.

The flying device according to claim 1 or 2, wherein the attitude control unit (5) controls the thrust of the thrusters (14-17) based on a distance between the plurality of thrusters (14-17).

The plurality of thrusters (14-17) includes a rotating propeller (23), a motor (21) for driving the propeller (23), and a pitch changing mechanism (30) for changing the pitch of the propeller (23). Have
The attitude control unit (55) controls the number of rotations of the motor (21) and the pitch change mechanism unit (30) to change the pitch of the propeller (23), thereby controlling the plurality of thrusters (14 to 17). The flying device according to any one of claims 1 to 3, which adjusts a propulsive force generated by (2).