JP2019142441A

JP2019142441A - 飛行体

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Publication number: JP2019142441A
Application number: JP2018030795A
Authority: JP
Inventors: 秀雄村上; Hideo Murakami; 佳孝皆川; Yoshitaka Minagawa; 公司村岡; Koji Muraoka; 文俊横川; Fumitoshi Yokogawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-02-23
Also published as: US20210114728A1; EP3756996A1; WO2019163524A1; CN111741896A; US11505317B2; EP3756996A4; JP6994406B2; CN111741896B

Abstract

【課題】重心位置を任意に移動可能とすることで、より現実の飛行環境に近い状態を模擬する飛行体を提供する。【解決手段】飛行体１０（ドローン１０）は、プロペラ駆動部１４を機体１２に備え、プロペラ駆動部１４の駆動下に空中を飛行する。ドローン１０は、機体１２の上部に設けられドローン１０全体の総合重心位置ＴＧを移動可能な重心移動装置１６を有する。ドローン１０は、総合重心位置ＴＧを取得して、重心移動装置１６の動作を制御することで、総合重心位置ＴＧを目標位置に移動させる移動コントローラ４８を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、空中を飛行する飛行体に関する。

特許文献１及び２には、複数のプロペラ駆動部を機体に備え、プロペラの回転により揚力を得て空中を飛行する飛行体が開示されている。また、これらの飛行体は、機体の下方に重量部が変位可能に連結されることで、風等の外乱を受けた場合に飛行中の姿勢を適宜制御して安定飛行するように構成されている。

特開２０１６−６８６９２号公報国際公開第２０１６／１８５５７２号

ところで、飛行体は、様々な環境の中で飛行を行うことから、その開発においては、現実に近い飛行環境を模擬した飛行試験を実施することが望まれる。しかしながら、様々な飛行環境を用意して飛行体の試験を行うと、開発コストが大幅に増加することになる。

また、最近の飛行体の開発では、飛行体に重量物を積載する、又は飛行体に人を搭乗させる等の試行がなされており、この場合、飛行中に重心位置が移動する際の、飛行体の飛行状態を検査することが重要となる。

本発明は、上記の実情を鑑みてなされたものであって、簡単な構成で重心位置を任意に移動可能とすることで、より現実の飛行環境に近い状態を模擬して、飛行試験等を良好に実施することができる飛行体を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、揚力発生装置を機体に備え、前記揚力発生装置の駆動下に空中を飛行可能な飛行体であって、前記機体の上部又は下部に設けられ前記飛行体全体の総合重心位置を移動可能な重心移動装置と、前記総合重心位置を取得して、前記重心移動装置の動作を制御することで、前記総合重心位置を目標位置に移動させる移動制御部と、を備えることを特徴とする。

この場合、前記移動制御部は、前記重心移動装置の動作制御により、初期状態で前記総合重心位置を前記飛行体の中心位置に配置させる構成であるとよい。

また、前記移動制御部は、平面視で、前記総合重心位置の移動範囲を、前記飛行体の最外郭以内に設定していることが好ましい。

さらに、前記揚力発生装置は、前記機体に複数設けられ、前記移動制御部は、平面視で、前記総合重心位置の移動範囲を、前記複数の揚力発生装置の中心を結んだ仮想線以内に設定していてもよい。

或いは、前記揚力発生装置は、前記機体に複数設けられ、前記移動制御部は、平面視で、前記総合重心位置の移動範囲を、前記複数の揚力発生装置における前記飛行体の中心位置に最も近い近接点を結んだ仮想線以内に設定していてもよい。

そして、前記移動制御部は、前記総合重心位置が前記飛行体の中心位置から離れるに従って遅くなるように該総合重心位置の移動速度を調整する構成とすることができる。

また、前記移動制御部は、前記総合重心位置が前記飛行体の中心位置に近づくに従って速くなるように該総合重心位置の移動速度を調整する構成とすることができる。

また或いは、前記揚力発生装置は、前記機体に複数設けられ、前記移動制御部は、平面視で、前記総合重心位置の移動限界を前記飛行体の最外郭に設定すると共に、前記複数の揚力発生装置の中心を結んだ第１仮想線と、前記複数の揚力発生装置における前記飛行体の中心位置に最も近い近接点を結んだ第２仮想線と、を設定し、且つ前記移動制御部は、前記移動限界と前記第１仮想線の間の第１領域における前記総合重心位置の移動速度を第１速度Ｖ１、前記第１仮想線と前記第２仮想線の間の第２領域における前記総合重心位置の移動速度を第２速度Ｖ２、及び前記第２仮想線の内側の第３領域における前記総合重心位置の移動速度を第３速度Ｖ３とした場合に、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３となるように前記移動速度を調整することができる。

上記構成に加えて、前記移動制御部は、前記移動速度の調整の実施又は非実施を切り替え可能であるとよい。

ここで、前記重心移動装置は、前記機体に設けられたレールに沿って錘を移動させるスライド機構であることが好ましい。

或いは、前記重心移動装置は、前記機体に設けられた複数のアームと、一のアームと他のアームの間を回動可能に連結する関節部とを備え、前記アームに固定された錘を移動させるロボットアームであってもよい。

本発明によれば、飛行体は、重心移動装置及び移動制御部を備えるという簡単な構成で、重心移動装置の重心移動に伴う飛行体の姿勢変化をユーザに確認させることができる。すなわち、移動制御部は、飛行体の飛行中に、飛行体全体の重心（総合重心位置）がどこにあるのかを認識し、重心移動装置の動作制御により総合重心位置を目標位置に移動させる。これにより現実の飛行環境で外乱を受けた際の重心の変化が容易に模擬される。従って、この飛行体を使用することで、様々な飛行試験を良好に実施することができる。

また、重心移動装置が機体の上部に設けられている場合には、開発予定の飛行体として人を搭乗させる搭乗型を再現することができる。つまり、実際に人が搭乗しなくても、人が搭乗した時（体重移動等による姿勢変化）と同等の飛行体の飛行状態を模擬することが可能となる。或いは、重心移動装置が機体の下部に設けられている場合には、開発予定の飛行体として重量物（荷物）を積載させる積載型を再現することができる。つまり、実際に重量物を積載しなくても、重量物を積載した時（荷物移動等による重心位置変化）と同等の飛行体の飛行状態を模擬することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る飛行体の全体構成を示す斜視図である。飛行体の各構成を示すブロック図である。総合重心位置の移動範囲及び速度制御の領域を示す概略平面図である。移動コントローラの機能を示すブロック図である重心移動時の移動コントローラの処理フローを示すフローチャートである。図６Ａは、第１変形例に係る機体及びスライド機構を示す概略平面図である。図６Ｂは、第２変形例に係る機体及びスライド機構を示す概略平面図である。本発明の第２実施形態に係る飛行体の全体構成を示す斜視図である。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る飛行体１０（以下、ドローン１０ともいう）は、図１に示すように、機体１２に揚力発生装置であるプロペラ駆動部１４を複数備え、各プロペラ駆動部１４を個別に回転駆動することで揚力を得て空中を飛行する。なお、ドローン１０は、人が搭乗可能な搭乗型や重量物が積載可能な積載型に構成され得る。

このドローン１０は、開発等において、機体１２が外乱を受けた際の影響を確認する試験に適用することが可能である。すなわち、ドローン１０は、重心移動装置１６を機体１２に備え、ドローン１０全体の重心位置（以下、総合重心位置ＴＧという）をユーザの任意に移動させる。これによりドローン１０の試験において、ドローン１０が外乱を受けた際の総合重心位置ＴＧの変化が良好に再現され、その際のドローン１０の挙動（姿勢や位置の変化、姿勢の復帰等）を確認することができる。なお、総合重心位置ＴＧとは、機体１２と、機体１２の搭載体（重心移動装置１６、錘５４）と、を加えた重心の位置であり、ドローン１０が他の搭載体を備える場合はその搭載体も加味されるものである。

具体的に、本実施形態に係るドローン１０は、全体的に直方形状の機体１２に形成される。以下、説明の便宜のため、ドローン１０の長手方向一端側を前端といい、長手方向他端側を後端という。なお、ドローン１０は、プロペラ駆動部１４の駆動下に、３次元空間の様々な方向（上昇、下降、前方向、後方向、両側方向）に飛行可能なことは勿論である。

機体１２は、本体部１８と、本体部１８の側面から延出する複数の延出フレーム２０と、複数の延出フレーム２０に設けられる上記のプロペラ駆動部１４と、を有する。本実施形態において、延出フレーム２０は、箱状の本体部１８の４角からそれぞれ上下一対で突出しており、合計８つ設けられている。上下一対の延出フレーム２０は、相互間に設けられた図示しない支持フレームによって固定支持されている。

プロペラ駆動部１４は、１つの延出フレーム２０に対し１つずつ設けられ、全体では合計８つ設けられている。なお、ドローン１０に設けられるプロペラ駆動部１４の数や配置は、特に限定されず、例えば、８つの延出フレーム２０のうち上側の延出フレーム２０のみに、プロペラ駆動部１４が１つずつ（合計４つ）設けられた構成でもよい。

上下一対の延出フレーム２０に設けられる上下のプロペラ駆動部１４は、各延出フレーム２０の非対向面から相互に離間する方向に突出している。このプロペラ駆動部１４は、プロペラ２２と、プロペラ２２を回転させるモータ２４と、モータ２４を駆動制御するＥＳＣ２６（図２参照）と、を備える。

プロペラ２２は、直線状に延在する細長い板状に形成され、その長手方向中心部がモータ２４の軸部（不図示）に固定されている。複数のプロペラ２２は、軸部の回転と一体に回転しプロペラ２２の全長を直径とする回転面２２ａ（図３参照）を形成する。各回転面２２ａは、互いに同じ方向（延出フレーム２０の面方向に平行する上下方向）を臨んでいる。

モータ２４は、ロータである軸部を延出フレーム２０の延在方向と直交方向に突出させ、図示しないステータにより軸部を回転自在に保持している。モータ２４の種類は、特に限定されず、例えば、ブラシ付きＤＣモータを適用することができる。

図２に示すように、ＥＳＣ２６は、本体部１８内に設けられたドローン１０の制御部４２（フライトコントローラ４６）に信号伝達可能に接続されている。ＥＳＣ２６は、フライトコントローラ４６の速度指令に基づき、モータ２４に供給する電力を制御して（例えば、ブラシ付きＤＣモータの場合は直流電圧から適宜の時間幅のパルスを生成して）、モータ２４を回転駆動させる。

ここで、同方向に延出する上下一対の延出フレーム２０に固定される上下のプロペラ駆動部１４は、ドローン１０が安定飛行する際に、フライトコントローラ４６により相互に逆方向に回転が制御される。例えば、上側のプロペラ２２を時計回りに回転させる場合には、下側のプロペラ２２を反時計回りに回転させる。

図１に戻り、同方向に延出する上下の延出フレーム２０は、プロペラ駆動部１４の設置箇所からさらに突出する保護フレーム２８を固定保持している。４つの保護フレーム２８は、プロペラ２２よりも外側に突出し、その突出端には上下方向に所定長さ（本体部１８の厚みよりも長い寸法）を有するバー３０が設けられている。４つのバー３０の上下位置の各々には、各バー３０の間を周回するようにワイヤ３２が張られている。すなわち、４つのバー３０及びワイヤ３２は、ドローン１０と外部との境界である最外郭を構成し、ドローン１０の飛行中に、周囲の壁にプロペラ２２や本体部１８が衝突することを防止する。

一方、本体部１８は、延出フレーム２０が固定される箱状のハウジング３４を有する。ハウジング３４の内部には、図２に示すように、プロペラ駆動部１４や重心移動装置１６を動作させる電気系統の装置等が設けられている。具体的に、本体部１８は、ドローン１０の飛行状態を検出するセンサ群３６、外部との間で情報通信を行う送受信モジュール３８、電力供給用のバッテリ４０、及びプロペラ駆動部１４及び重心移動装置１６の動作を制御する制御部４２を備える。

センサ群３６は、ドローン１０の飛行状態を検出し、その検出情報を制御部４２に出力する複数種類の検出器を含む。例えば、センサ群３６の検出器としては、ジャイロセンサ（角加速度センサ、角速度センサ）、ＧＰＳ装置、加速度センサ、速度センサ、距離センサ、高度センサ、カメラ等があげられる。すなわち、センサ群３６が出力する検出情報には、ドローン１０の姿勢（角加速度、又は角速度）、位置情報、加速度、速度、下方距離、高度等がある。

送受信モジュール３８は、ドローン１０の外部との間で無線通信回線を構築し、外部との間で情報の送受信を行う。例えば、送受信モジュール３８は、検査装置４４と情報通信して、検査装置４４からドローン１０の飛行指令や重心移動指令を受信する。そして、制御部４２の制御下に、飛行中に総合重心位置ＴＧの移動を行い、その際の飛行状態を測定（検出情報を取得）すると、測定結果の情報を検査装置４４に送信する。

また、バッテリ４０は、プロペラ駆動部１４（ＥＳＣ２６）、重心移動装置１６、センサ群３６の各検出器、送受信モジュール３８及び制御部４２に接続されており、動作に必要な電力を適宜供給する。

制御部４２は、プロセッサ、メモリ、入出力インターフェースを有するコンピュータとして構成されている。制御部４２は、主にドローン１０の飛行を制御するフライトコントローラ４６と、主に重心移動装置１６を制御する移動コントローラ４８（移動制御部）と、を備える。さらに制御部４２は、センサ群３６の検出情報を抽出して測定結果を生成（すなわち、ドローン１０の飛行状態を測定）する測定制御部５０を備える。なお、フライトコントローラ４６、移動コントローラ４８及び測定制御部５０は、ハウジング３４内の制御基板に一体的に設けられるだけでなく、個別に設けられてもよい。

フライトコントローラ４６は、外部から受信した飛行指令に基づき、複数（８つ）のプロペラ駆動部１４の回転駆動を個別に制御して、ドローン１０を飛行させる。また、フライトコントローラ４６は、ドローン１０の飛行中にセンサ群３６の検出情報を取得し、検出情報に応じて飛行状態（姿勢や位置）を自律的に制御する。なお、フライトコントローラ４６は、飛行内容をメモリに予め記憶しておくことで、外部の飛行指令によらず自動的に飛行を行う構成としてもよい。

また、移動コントローラ４８は、外部から受信した重心移動指令に基づき、重心移動装置１６の動作を制御する。なお、移動コントローラ４８も、重心移動内容をメモリに予め記憶しておくことで、外部の重心移動指令によらず自動的に重心移動を行う構成としてもよい。

図１に戻り、重心移動装置１６は、ドローン１０の本体部１８の上面に設置されている。本実施形態において、重心移動装置１６は、本体部１８の上面に固定されたスライド機構５２（リニアステージ）と、スライド機構５２によって変位する錘５４と、で構成されている。

重心移動装置１６は、本体部１８の上方の所定高さ位置において２次元平面方向（上側の延出フレーム２０に設けられたプロペラ２２の回転面２２ａと平行な面方向）に沿ってスライダを移動して、ドローン１０の総合重心位置ＴＧを変位させる。なお、重心移動装置１６の設置位置は、特に限定されず、例えば、本体部１８の下面に取り付けられてもよい。

詳細には、スライド機構５２は、本体部１８に固定される一対（２本）の固定レール５６と、一対の固定レール５６上を移動可能な１本の可動レール５８と、を有する。一対の固定レール５６は、プロペラ２２の回転面２２ａを臨む平面視で、ドローン１０の両側方向（短手方向）に沿って固定される一方で、１本の可動レール５８は、本体部１８の前後方向（長手方向）に沿って延在している。すなわち、可動レール５８は、固定レール５６に対し直交方向に設けられている。

一対の固定レール５６は、相互に所定間隔離れた位置で平行に延在し、且つドローン１０の短手方向の最外郭（ワイヤ３２）付近に達する長さに形成されている。一対の固定レール５６の各々（又は一方）には、第１ボールネジ機構６０が設けられている。第１ボールネジ機構６０は、駆動モータ６０ａと、駆動モータ６０ａの回転に伴い回転するリードネジ６０ｂと、可動レール５８の下部を支持すると共にリードネジ６０ｂの回転下に直線移動するテーブル（不図示）と、を有する。各第１ボールネジ機構６０の駆動モータ６０ａは、本体部１８内に設けられた移動コントローラ４８の制御下に同時且つ同速度で回転駆動することで、可動レール５８を短手方向に沿って直線移動させ、所望位置に配置させる。

一方、可動レール５８は、プロペラ２２よりも若干上方に配置され、ドローン１０の長手方向の最外郭（ワイヤ３２）付近まで延在している。可動レール５８も、固定レール５６と同様に、駆動モータ６２ａ、リードネジ６２ｂ、テーブル６２ｃによって構成される第２ボールネジ機構６２が設けられている。そして、第２ボールネジ機構６２のテーブル６２ｃが上記の錘５４を固定支持している。第２ボールネジ機構６２の駆動モータ６２ａは、本体部１８内に設けられた移動コントローラ４８の制御下に回転駆動することで、錘５４を長手方向に沿って直線移動させ、所望の位置に配置させる。

錘５４は、ドローン１０の総合重心位置ＴＧを容易に変化させることが可能な適宜の重量及びサイズに設計されるとよい。錘５４は、スライド機構５２の駆動下に、機体１２の上方の所定高さ位置を２次元平面方向に移動する。なお、錘５４を移動させるスライド機構５２は、上記の第１及び第２ボールネジ機構６０、６２に限定されず、種々の機構を採用し得る。例えば、スライド機構５２は、リニアモータ、エアシリンダ、油圧シリンダ等を利用したものでもよい。

ドローン１０は、重心移動装置１６を制御して、初期状態（飛行開始初期時や安定飛行時）で、総合重心位置ＴＧが直方形状のドローン１０の中心位置ＯＤに存在するように基準位置を設定している。移動コントローラ４８は、重心移動において、例えば基準位置から重心移動指令に含まれる目標位置に総合重心位置ＴＧが移動するように重心移動装置１６の動作（第１及び第２ボールネジ機構６０、６２による錘５４の移動）を行う。この際、重心移動装置１６は、総合重心位置ＴＧの移動限界を規定し、また制御部４２（移動コントローラ４８）は、総合重心位置ＴＧの移動速度を適切に調整する機能を有する。

次に、図３を参照して、ドローン１０の総合重心位置ＴＧの移動範囲及び速度制御について詳述する。総合重心位置ＴＧは、重心移動装置１６の設置状態や移動コントローラ４８の制御により、その移動限界Ｍ_limが規定される。そして、移動限界Ｍ_limの内側が総合重心位置ＴＧの移動範囲６４となる。この総合重心位置ＴＧの移動範囲６４は、プロペラ２２の回転面２２ａを臨む平面視で、ドローン１０の最外郭を結んだ範囲内に設定される。

つまり、本実施形態に係るドローン１０では、平面視で、長方形状に周回するワイヤ３２に概ね重なるラインが移動限界Ｍ_limとなり、その内側が総合重心位置ＴＧの移動範囲６４となる。なお、ドローン１０の最外郭は、ワイヤ３２が設けられていない場合、機体１２の側方に設けられたフレームにより規定可能であり、或いは平面視でプロペラ２２が側方に露出されている場合には、プロペラ２２の回転面２２ａの外接円を結ぶラインとなり得る。

また、移動コントローラ４８は、速度を変化させる境界となる仮想枠線６６（仮想線）を設定している。仮想枠線６６は、１又は複数設定可能であり、本実施形態では第１仮想線６６ａ及び第２仮想線６６ｂを設定している。第１仮想線６６ａは、平面視で、ドローン１０の中心位置ＯＤから等距離離れている複数のプロペラ２２の回転面２２ａの中心ＰＯ（つまりモータ２４の軸部）を結ぶラインである。なお、ドローン１０は、中心位置ＯＤからの距離が異なるプロペラ２２が存在する場合には、中心位置ＯＤに最も近い複数のプロペラ２２の中心ＰＯを結ぶラインを第１仮想線６６ａとする。

さらに、第２仮想線６６ｂは、平面視で、ドローン１０の中心位置ＯＤから等距離離れている複数のプロペラ２２の回転面２２ａにおいて最も近い近接点ＰＮを結ぶラインに設定される。近接点ＰＮは、プロペラ２２の回転面２２ａにおいて中心位置ＯＤに対し最小距離にある点と言い換えることができる。なお、ドローン１０は、中心位置ＯＤからの距離が異なるプロペラ２２が存在する場合にも、中心位置ＯＤに最も近い複数のプロペラ２２の近接点ＰＮを結ぶラインを第２仮想線６６ｂとする。

上記の移動限界Ｍ_lim、第１及び第２仮想線６６ａ、６６ｂによって、総合重心位置ＴＧの移動範囲６４には、外側から内側に向かって順に３つの領域（第１〜第３領域６７、６８、６９）が設定される。すなわち平面視で、第１領域６７は、外側の移動限界Ｍ_limと内側の第１仮想線６６ａの間であり、第２領域６８は、第１仮想線６６ａと第２仮想線６６ｂの間であり、第３領域６９は、第２仮想線６６ｂの内側である。

移動コントローラ４８は、この第１〜第３領域６７、６８、６９において、総合重心位置ＴＧの移動速度を調整して移動させる。具体的には第１領域６７の移動速度を第１速度Ｖ１、第２領域６８の移動速度を第２速度Ｖ２、第３領域６９の移動速度を第３速度Ｖ３とした場合に、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３の関係が成り立つように重心移動装置１６の動作を制御する。これにより、総合重心位置ＴＧは、中心位置ＯＤに近い第３領域６９において移動速度が速く、中心位置ＯＤから遠い第１領域６７において移動速度が遅くなる。

一例として、第２速度Ｖ２は第１速度Ｖ１に対して１．５倍以上速く設定され、第３速度Ｖ３は第２速度Ｖ２に対して１．５倍以上速く設定されるとよい。なお、第１〜第３速度Ｖ１〜Ｖ３は、相対的な速度比として予め設定され、重心移動指令に含まれる速度に関わる情報に基づき速度を適宜配分する構成でもよい。

以上の総合重心位置ＴＧの移動を実現するために、移動コントローラ４８は、メモリに記憶されたプログラム（不図示）を読み出し及び実行することで、図４に示す機能ブロックを内部に構築する。すなわち、移動コントローラ４８の内部には、速度調整切替部７０、重心位置測定部７２、重心移動速度設定部７４及び駆動制御部７６が形成される。

速度調整切替部７０は、総合重心位置ＴＧの移動において、移動速度を調整する制御を行うか否かを切り替える。例えば、重心移動指令７８には、ユーザ（検査者）によって設定された移動速度を調整するか否かの調整情報７８ａが含まれており、速度調整切替部７０は、この調整情報７８ａに基づき移動速度の調整の実施と非実施を切り替える。なおドローン１０は、重心移動の速度調整を切り替えるための物理スイッチ（不図示）を備え、飛行前における物理スイッチのＯＮ／ＯＦＦに基づき、移動速度の調整の実施と非実施を切り替える構成でもよい。

重心位置測定部７２は、重心移動の実施時に、ドローン１０の総合重心位置ＴＧの測定を行う。例えば、重心位置測定部７２は、重心移動装置１６（第１及び第２ボールネジ機構６０、６２）の図示しないエンコーダのフィードバック信号を取得し、テーブル６２ｃ（錘５４）の現在位置に関わる情報（現在位置情報ＡＬ）を得る。そして、重心位置測定部７２は、錘５４の現在位置情報ＡＬに基づき、総合重心位置ＴＧを算出する。一例として、重心位置測定部７２は、錘５４の現在位置情報ＡＬに対応するマップ情報７２ａを保有しており、現在位置情報ＡＬとマップ情報７２ａから総合重心位置ＴＧを抽出することがあげられる。また重心位置測定部７２は、ジャイロセンサの角加速度等の検出情報を用いて、ドローン１０の姿勢を演算し、総合重心位置ＴＧを算出又は補正してもよい。

なお、移動コントローラ４８は、重心移動を実施する前の初期状態で総合重心位置ＴＧがドローン１０の中心位置ＯＤに存在しない場合に、重心移動装置１６を動作させて総合重心位置ＴＧを中心位置ＯＤ（基準位置）に配置してもよい。これにより、中心位置ＯＤから総合重心位置ＴＧを変位させた際のドローン１０の挙動を良好に測定することができる。

重心移動速度設定部７４は、予め設定された上述の第１及び第２仮想線６６ａ、６６ｂに基づき、第１〜第３領域６７、６８、６９における総合重心位置ＴＧの移動速度を設定する。例えば、重心移動速度設定部７４は、重心移動指令７８に総合重心位置ＴＧの目標位置７８ｂが含まれる場合に、現在位置（現在位置情報ＡＬ）からの移動経路（移動量及び移動方向）を算出し、その移動経路が通る第１〜第３領域６７、６８、６９の第１〜第３速度Ｖ１〜Ｖ３を設定する。

また例えば、重心移動指令７８に総合重心位置ＴＧの目標位置７８ｂに加えて、トータルの移動時間７８ｃが含まれる場合には、現在位置からの移動経路を算出し、さらに移動時間７８ｃに基づき第１〜第３領域６７、６８、６９の第１〜第３速度Ｖ１〜Ｖ３を設定する。或いは、重心移動速度設定部７４は、第１〜第３領域６７、６８、６９の第１〜第３速度Ｖ１〜Ｖ３を速度の上限値とし、指令された移動速度が上限値を超えないように各領域の移動速度を制限する構成でもよい。

駆動制御部７６は、重心移動速度設定部７４が設定した移動経路と移動速度に基づき重心移動装置１６の駆動内容を生成し、この駆動内容に基づきスライド機構５２の駆動を制御する。例えば、駆動内容は、スライド機構５２のテーブル６２ｃの目標制御位置を所定時間毎に算出したものであり、駆動制御部７６は、この目標制御位置に沿うように、第１及び第２ボールネジ機構６０、６２の各駆動モータ６０ａ、６２ａの回転速度を算出して、回転指令ＲＣを出力するとよい。

本実施形態に係るドローン１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、図５中のフローチャートを参照して、ドローン１０の飛行中に重心移動を行う際の処理フローについて例示する。

ドローン１０は、使用時（飛行状態の検査時）に、検査装置４４から飛行指令を受信して、制御部４２のフライトコントローラ４６により飛行指令に沿った飛行制御を行う。フライトコントローラ４６は、複数のプロペラ駆動部１４の各々の回転速度及び回転方向を制御することで、ドローン１０を任意の方向及び速度で飛行させ、また任意の３次元空間位置で待機（ホバリング）させる。

そして、ドローン１０は、検査装置４４から重心移動指令７８を受信すると、移動コントローラ４８により重心移動処理フローを実施する。重心移動処理フローでは、まず移動コントローラ４８の速度調整切替部７０が、重心移動指令７８に含まれる調整情報７８ａに基づき移動速度の調整の実施又は非実施を設定する（ステップＳ１）。

次に、重心位置測定部７２が、現在のドローン１０の総合重心位置ＴＧを測定する（ステップＳ２）。なお、移動コントローラ４８は、総合重心位置ＴＧの現在位置情報ＡＬを定常的に監視して、起動停止時等でも総合重心位置ＴＧを直ぐに認識する構成でもよい。

その後、移動コントローラ４８は、総合重心位置ＴＧの移動速度の調整を行うか否かを判定し（ステップＳ３）、移動速度を調整する場合にはステップＳ４に進み、移動速度を調整しない場合にはステップＳ４を飛ばす。

ステップＳ４において、重心移動速度設定部７４は、重心移動指令７８に含まれる目標位置７８ｂ、総合重心位置ＴＧの現在位置情報ＡＬ、及び第１〜第３領域６７、６８、６９の第１〜第３速度Ｖ１〜Ｖ３に基づき、総合重心位置ＴＧの移動経路と移動速度を算出及び設定する。これにより、総合重心位置ＴＧが通る領域に応じて適宜の移動速度が設定される。

そして、駆動制御部７６は、総合重心位置ＴＧの移動経路（又は移動速度を調整する場合には設定された移動速度）に基づき、重心移動装置１６の駆動内容を生成し、スライド機構５２を駆動制御する（ステップＳ５）。これにより、重心移動装置１６は、錘５４を変位させることで、総合重心位置ＴＧを目標位置７８ｂに移動させる。

最後に、移動コントローラ４８は、重心移動指令７８に含まれる重心移動が終了したか否かを判定する（ステップＳ６）。例えば、重心移動指令７８に次の重心移動の実施が記述されている場合、又は次の重心移動指令７８を受信している場合は、ステップＳ１に戻って同様の処理を繰り返す。また、次の重心移動の予定が特にない場合には、重心移動処理フローを終了する。そして、時間をおいて重心移動指令７８を受信した場合には、再びステップＳ１から処理を開始する。

また、ドローン１０の測定制御部５０は、移動コントローラ４８と連動し、総合重心位置ＴＧの移動前、移動中及び移動後等においてセンサ群３６から検出情報を取得及び記憶して測定結果を生成する。そして制御部４２は、測定した測定結果を適宜のタイミングで検査装置４４に送信する。これにより、検査装置４４は、測定結果を取得してこの測定結果を適宜処理することができる。

第１実施形態に係るドローン１０は、上述した構成によって以下の効果を奏する。

ドローン１０は、重心移動装置１６及び移動コントローラ４８を備えるという簡単な構成で、重心移動装置１６の重心移動に伴うドローン１０の姿勢変化をユーザに確認させることができる。すなわち、移動コントローラ４８は、ドローン１０の飛行中に、ドローン１０全体の重心がどこにあるのかを認識し、重心移動装置１６の動作制御により総合重心位置ＴＧを目標位置７８ｂに移動させる。これにより現実の飛行環境で外乱を受けた際の重心の変化が容易に再現される。従って、ドローン１０は、様々な飛行試験を良好に実施させることができる。

また、重心移動装置１６が機体１２の上部に設けられている場合には、開発予定のドローン１０として人を搭乗させる搭乗型を再現することができる。つまり、実際に人が搭乗しなくても、人が搭乗した時（体重移動等による姿勢変化）と同等のドローン１０の飛行状態を模擬することが可能となる。或いは、重心移動装置１６が機体１２の下部に設けられている場合には、開発予定のドローン１０として重量物（荷物）を積載させる積載型を再現することができる。つまり、実際に重量物を積載しなくても、重量物を積載した時（荷物移動等による重心位置変化）と同等のドローン１０の飛行状態を模擬することが可能となる。

さらに、ドローン１０は、総合重心位置ＴＧをドローン１０の中心位置ＯＤに配置することで、ドローン１０の飛行中の姿勢を安定化することができる。そして、この中心位置ＯＤから総合重心位置ＴＧを移動させることで、安定姿勢から外乱を受けた際の重心移動を簡単且つ精度よく再現することができる。

ドローン１０は、総合重心位置ＴＧの移動範囲６４をドローン１０の最外郭以内に設定することで、広い範囲で総合重心位置ＴＧが移動した場合の飛行状態を試験させることができる。

またさらに、ドローン１０は、重心移動速度設定部７４により内側から外側に向かって総合重心位置ＴＧの移動速度を段階的に遅くなるように重心移動の動作を調整するので、総合重心位置ＴＧの移動中でも飛行姿勢を安定化させることができる。これにより、安全性の高い飛行試験を実施することが可能となる。

しかも、ドローン１０は、総合重心位置ＴＧの移動速度の調整についての実施又は非実施を切り替え可能としている。これにより、例えば、飛行姿勢に配慮しつつ総合重心位置ＴＧを移動させる場合等の飛行試験、及び総合重心位置ＴＧが急激に移動する場合等の飛行試験を良好に切り替えて実施することができる。

また、重心移動装置１６がスライド機構５２であることで、ドローン１０は、重心移動の実施時に、レーンに沿った方向に錘５４をスムーズに変位して総合重心位置ＴＧの移動を行うことができる。さらに、スライド機構５２は、錘５４をワイヤ３２の内側に位置させることができ、ドローン１０の衝突時等に重心移動装置１６に直接衝撃が付与されることを抑制することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、総合重心位置ＴＧの移動速度の調整は、第１〜第３領域６７、６８、６９を設定して、内側の領域に対し外側の領域を段階的に遅くすることに限定されない。例えば、総合重心位置ＴＧの移動速度は、内側の領域に対し外側の領域で速くなるように設定してもよい。

また、ドローン１０は、移動速度を変化する領域を定めなくてもよい。例えば、総合重心位置ＴＧがドローン１０の中心位置ＯＤから離れるに従って総合重心位置ＴＧの移動速度を遅くなるように設定することもできる。つまり、移動コントローラ４８は、総合重心位置ＴＧの位置に応じて移動速度をリニア（線形的）に変化させる。この場合でも、総合重心位置ＴＧを中心位置ＯＤから離れた位置で移動させた際に、飛行姿勢を保ち易くすることができる。よって、一層安全性の高い飛行試験を実施することができる。

また、例えば、総合重心位置ＴＧがドローン１０の中心位置ＯＤに近づくに従って総合重心位置ＴＧの移動速度を速くなるように設定することもできる。つまり、移動コントローラ４８は、総合重心位置ＴＧの位置に応じて移動速度をリニア（線形的）に変化させる。この場合でも、総合重心位置ＴＧを中心位置ＯＤに近づく位置で移動させた際に、素早く飛行姿勢を保ち易くすることができる。よって、一層安全性の高い飛行試験を実施することができる。

さらに、重心移動装置１６は、総合重心位置ＴＧの重心移動において種々の移動を実施してよい。例えば、重心移動装置１６は、ドローン１０の中心位置ＯＤから総合重心位置ＴＧを３次元空間の所定方向に移動させる他に、総合重心位置ＴＧを往復移動又は短周期で振動させる、本体部１８の周辺を周回させる等の動作を行ってもよい。

図６Ａに示す第１変形例のように、ドローン１０の機体１２Ａは、４つのプロペラ駆動部１４Ａを有し、平面視で正方形状に形成されてもよい。この場合でも、重心移動装置１６を設置することで、総合重心位置ＴＧを良好に移動させることができる。要するに、重心移動装置１６を設置するドローン１０の平面形状は、特に限定されず、上記以外にも、略円形状又は他の多角形状に形成されてよい。なお図６Ａ中に示すように、重心移動装置１６（スライド機構５２Ａ）も、１本の固定レール５６及び可動レール５８とで構成されてよい。

さらに例えば、図６Ｂに示す第２変形例のように、重心移動装置１６（スライド機構５２Ｂ）は、平面視で機体１２Ａの最外郭の対角線に沿って錘５４を移動させる構成でもよい。錘５４の移動において、重心移動装置１６は、ドローン１０の最外郭に移動限界を規定しておくことで、可動レール５８が最外郭を超えて変位した場合でも、総合重心位置ＴＧが最外郭を超えないように移動を制限することが好ましい。

そして、平面視における総合重心位置ＴＧの移動範囲６４（移動限界Ｍ_lim）は、ドローン１０の最外郭に限定されず、平面視で最外郭よりも内側に設定されてもよい。例えば図３を参照して、移動コントローラ４８は、平面視で、総合重心位置ＴＧの移動範囲６４を、複数のプロペラ駆動部１４の回転面２２ａの中心を結んだ仮想線（第１仮想線６６ａ）以内に設定してもよい。このように総合重心位置ＴＧの移動範囲６４を設定することで、ドローン１０の飛行を安定化しつつ、ある程度の範囲で総合重心位置ＴＧが移動した場合の飛行状態を試験させることができる。

或いは図３を参照して、移動コントローラ４８は、平面視で、総合重心位置ＴＧの移動範囲６４を、複数のプロペラ駆動部１４におけるドローン１０の中心位置ＯＤに最も近い近接点ＰＮを結んだ仮想線（第２仮想線６６ｂ）以内に設定してもよい。これにより、ドローン１０は、飛行をより安定化しつつ、狭い範囲で総合重心位置ＴＧが移動した場合の飛行状態を試験させることができる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態に係るドローン１０Ａ（飛行体）は、図７に示すように、重心移動装置１６としてロボットアーム８０を備える点で、第１実施形態に係るドローン１０と異なる。なお、重心移動装置１６以外の構成は、上記のドローン１０と基本的に同様の構成であり、以下、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

具体的には、ロボットアーム８０は、複数のアーム８２（第１〜第３アーム８２ａ〜８２ｃ）と、アーム８２を支持する基台８４と、を備えると共に、各アーム８２の間及びアーム８２と基台８４の間を相互に回転可能に連結する複数の関節部８６を備える。具体的に、関節部８６は、基台８４と第１アーム８２ａを連結する第１関節部８６ａ、第１アーム８２ａと第２アーム８２ｂを連結する第２関節部８６ｂ、及び第２アーム８２ｂと第３アーム８２ｃを連結する第３関節部８６ｃを含む。

複数のアーム８２のうち第３アーム８２ｃは、基台８４に対して最も離間可能に構成され、また錘５４を保持するハンド部に構成されている。つまり第２実施形態において、錘５４は、第１〜第３アーム８２ａ〜８２ｃの移動によって３次元位置が変位する。

複数の関節部８６のうち第１関節部８６ａは、回転面２２ａを臨む平面視で、基台８４の平面方向に沿って３６０°回転可能且つ基台８４の平面から半円を描くように第１アーム８２ａを移動可能としている。第１〜第３関節部８６ａ〜８６ｃの各々には、図示しないサーボモータが設けられ、各サーボモータは、基台８４の内部に設けられた移動コントローラ４８によって回動が制御される。

ドローン１０Ａは、上記のように構成されたロボットアーム８０でも、第１実施形態に係る重心移動装置１６と同様に、総合重心位置ＴＧを自由に移動させることができる。特に、ロボットアーム８０は、３次元空間内においてより多様な移動経路を通るように総合重心位置ＴＧを移動させることができる。

１０、１０Ａ…飛行体（ドローン）１２…機体
１４…プロペラ駆動部１６…重心移動装置
３２…ワイヤ４２…制御部
４６…フライトコントローラ４８…移動コントローラ
５２…スライド機構５４…錘
５６…固定レール５８…可動レール
６４…移動範囲６６ａ…第１仮想線
６６ｂ…第２仮想線６７…第１領域
６８…第２領域６９…第３領域
８０…ロボットアーム８２…アーム
８６…関節部ＯＤ…中心位置
ＰＮ…近接点ＰＯ…中心
ＴＧ…総合重心位置

Claims

揚力発生装置を機体に備え、前記揚力発生装置の駆動下に空中を飛行可能な飛行体であって、
前記機体の上部又は下部に設けられ前記飛行体全体の総合重心位置を移動可能な重心移動装置と、
前記総合重心位置を取得して、前記重心移動装置の動作を制御することで、前記総合重心位置を目標位置に移動させる移動制御部と、を備える
ことを特徴とする飛行体。
請求項１記載の飛行体において、
前記移動制御部は、前記重心移動装置の動作制御により、初期状態で前記総合重心位置を前記飛行体の中心位置に配置させる
ことを特徴とする飛行体。
請求項１又は２記載の飛行体において
前記移動制御部は、平面視で、前記総合重心位置の移動範囲を、前記飛行体の最外郭以内に設定している
ことを特徴とする飛行体。
請求項１又は２記載の飛行体において、
前記揚力発生装置は、前記機体に複数設けられ、
前記移動制御部は、平面視で、前記総合重心位置の移動範囲を、前記複数の揚力発生装置の中心を結んだ仮想線以内に設定している
ことを特徴とする飛行体。
請求項１又は２記載の飛行体において、
前記揚力発生装置は、前記機体に複数設けられ、
前記移動制御部は、平面視で、前記総合重心位置の移動範囲を、前記複数の揚力発生装置における前記飛行体の中心位置に最も近い近接点を結んだ仮想線以内に設定している
ことを特徴とする飛行体。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の飛行体において、
前記移動制御部は、前記総合重心位置が前記飛行体の中心位置から離れるに従って遅くなるように該総合重心位置の移動速度を調整する
ことを特徴とする飛行体。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の飛行体において、
前記移動制御部は、前記総合重心位置が前記飛行体の中心位置に近づくに従って速くなるように該総合重心位置の移動速度を調整する
ことを特徴とする飛行体。
請求項１又は２記載の飛行体において、
前記揚力発生装置は、前記機体に複数設けられ、
前記移動制御部は、平面視で、前記総合重心位置の移動限界を前記飛行体の最外郭に設定すると共に、前記複数の揚力発生装置の中心を結んだ第１仮想線と、前記複数の揚力発生装置における前記飛行体の中心位置に最も近い近接点を結んだ第２仮想線と、を設定し、
且つ前記移動制御部は、前記移動限界と前記第１仮想線の間の第１領域における前記総合重心位置の移動速度を第１速度Ｖ１、前記第１仮想線と前記第２仮想線の間の第２領域における前記総合重心位置の移動速度を第２速度Ｖ２、及び前記第２仮想線の内側の第３領域における前記総合重心位置の移動速度を第３速度Ｖ３とした場合に、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３となるように前記移動速度を調整する
ことを特徴とする飛行体。
請求項６〜８のいずれか１項に記載の飛行体において、
前記移動制御部は、前記移動速度の調整の実施又は非実施を切り替え可能である
ことを特徴とする飛行体。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の飛行体において、
前記重心移動装置は、前記機体に設けられたレールに沿って錘を移動させるスライド機構である
ことを特徴とする飛行体。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の飛行体において、
前記重心移動装置は、前記機体に設けられた複数のアームと、一のアームと他のアームの間を回動可能に連結する関節部とを備え、前記アームに固定された錘を移動させるロボットアームである
ことを特徴とする飛行体。