JP2020147054A - 回転翼航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で人を輸送可能な回転翼航空機を提供する。【解決手段】機外から操縦可能な回転翼航空機１０であって、複数の水平回転翼３０を有する機体部Ｂと、人が搭乗可能なゴンドラ部Ｐと、を備え、前記ゴンドラ部の底部７４は前記複数の水平回転翼よりも低い位置に配置され、前記複数の水平回転翼のうち軸間距離が最長となる一対の水平回転翼（以下、基準回転翼という）の軸間距離は、上下方向における前記基準回転翼の回転面の位置から前記ゴンドラ部の底部までの距離よりも長いことを特徴とする回転翼航空機。【選択図】図１

Description

本発明は回転翼航空機に関し、特に、乗客を輸送する無人航空機技術に関する。

下記特許文献１には、乗客が搭乗するキャビンと折り畳み式のロータアームとを備えるマルチコプターが開示されている。

米国特許出願公開第２０１７／０１８３０８１（Ａ１）号明細書

近年、様々な事業分野への無人航空機の応用が進められている。現在の主流となっている無人航空機である小型のマルチコプターは、一般に、各ロータがＤＣモータとこれに装着された固定ピッチプロペラとにより構成されており、制御部であるフライトコントローラが個々のロータの回転数を調節することで機体の姿勢制御および操舵を行う。このようなマルチコプターはその制御機能の多くがソフトウェアで実現されているため、機械的要素が少なく、機体設計の自由度やメンテナンス性に優れている。

例えば乗客を輸送する無人航空機（いわゆるパッセンジャードローン）など、重量物を運搬する無人航空機をマルチコプターで実現しようとする場合、部品の耐久性や、安全性、可搬性、保管時のスペース効率、航続時間の制約など、種々の課題の要求度合が小型のマルチコプターよりも高くなる。機体が大型化・複雑化するほどこのような課題の困難性は高くなる。

このような問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構造で人を輸送可能な回転翼航空機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、機外から操縦可能であり、複数の水平回転翼を有する機体部と、人が搭乗可能なゴンドラ部と、を備え、前記ゴンドラ部の底部は前記複数の水平回転翼よりも低い位置に配置され、前記複数の水平回転翼のうち軸間距離が最長となる一対の水平回転翼（以下、基準回転翼という）の軸間距離は、上下方向における前記基準回転翼の回転面の位置から前記ゴンドラ部の底部までの距離よりも長いことを要旨とする。

推力源である水平回転翼の位置と搭乗者の重心位置とが上下に離れている場合、その距離が長くなるほど搭乗者が生じさせるモーメントは大きくなる。かかるモーメントは飛行中の機体の姿勢を乱し、また必要な姿勢変化を妨げる要因になる。本発明の回転翼航空機は、水平回転翼（基準回転翼）の回転面の位置からゴンドラ部の底部までの距離が水平回転翼の軸間距離よりも短くされていることにより、上記モーメントによる機体の姿勢への影響が緩和される。

また、搭乗者が水平回転翼よりも高い位置に搭乗する場合、搭乗者の衣服や髪、持ち物などが水平回転翼に吸い込まれないよう、搭乗者を水平回転翼から隔離するキャビンタイプの客室（上記特許文献１の図１に示されるような客室）が必要となる。本発明の回転翼航空機では、ゴンドラ部の底部が水平回転翼よりも低い位置に配置されるため、このような事故を未然に防止することができる。これにより、簡易な構造のゴンドラ部を採用することが可能となる。

また、本発明において、前記ゴンドラ部は、人が搭乗する空間が外気から遮断されていない構造としてもよい。ゴンドラ部の搭乗空間を機外に露出させることにより、キャビンタイプの客室に比べてゴンドラ部を小型化・軽量化することができる。また、扉の開閉が必要な客室に比べ、人の乗り降りをスムーズに行うことができる。

また、本発明において、前記ゴンドラ部は、人が搭乗可能な床面または座面と、上下に延びる複数の柱部と、を有し、前記床面または前記座面は、前記複数の柱部で囲まれた中に配置され、該複数の柱部に固定されていることが好ましい。人の搭乗に必要となる最小限の部品でゴンドラ部を構成することにより、ゴンドラ部のサイズや重量を最小化することができる。

また、本発明の回転翼航空機は、前記複数の柱部が前記機体部の不可動部に固定され、飛行中に前記機体部が傾いたときには前記ゴンドラ部もこれに連動して傾く構造にしてもよい。機体部とゴンドラ部とが固定されている場合、飛行中にゴンドラ部が振り子状に揺れ続けることが抑えられる一方、機体部はゴンドラ部のモーメントの影響を直に受けることとなる。本発明の回転翼航空機は、水平回転翼（基準回転翼）の回転面の位置からゴンドラ部の底部までの距離が水平回転翼の軸間距離よりも短くされており、これにより上記モーメントによる姿勢への影響が緩和される。そのため機体部とゴンドラ部とが直接固定される構造を採用した場合でも、安定して飛行を行うことができる。

また、本発明において、前記機体部は、前記複数の水平回転翼を支持する複数のアームと、前記複数のアームを支持するハブ部である胴部と、を有し、前記複数の柱部は前記胴部に支持されることが好ましい。このとき、前記複数の柱部は上下に伸縮可能であることがより好ましい。柱部を例えばテレスコピック構造にすることで、回転翼航空機の可搬性や保管時のスペース効率を改善することができる。

また、本発明において、前記機体部は、前記複数の水平回転翼を支持する複数のアームと、前記複数のアームを支持するハブ部である胴部と、を有し、前記アームは、前記胴部との接続部を回転中心として上下に旋回可能であることが好ましい。アームを折り畳み式にすることにより、回転翼航空機の可搬性や保管時のスペース効率を改善することができる。

また、前記ゴンドラは、人が起立可能な床面を有し、前記ゴンドラ部の底部は前記床面であってもよい。

また、本発明の回転翼航空機は、前記ゴンドラ部内に向けられた映像表示手段、前記ゴンドラ部内に向けられた撮影手段、前記ゴンドラ部内に向けられた音声出力手段、および／または、前記ゴンドラ部内に配置された音声入力手段を備えることが好ましい。これにより回転翼航空機の操縦者またはそのチームは、搭乗者と会話したり搭乗者の様子を確認したりしながら機体を操縦することが可能となる。

また、本発明の回転翼航空機は、前記ゴンドラに搭乗した人に装着させるヘルメットをさらに備え、前記ヘルメットは、音声入力手段および音声出力手段を有することが好ましい。搭乗者が装着するヘルメット内に音声入力手段と音声出力手段とを設けることにより、搭乗者は回転翼航空機の操縦者等の第三者と、水平回転翼の風切り音等のノイズを抑えつつ会話することができる。

このように、本発明の回転翼航空機によれば、簡易な構造で人を輸送することが可能となり、例えば部品の耐久性や、可搬性、保管時のスペース効率、必要な航続時間の確保など、パッセンジャードローンの実運用にあたっての様々な課題のハードルを下げることができる。

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。 マルチコプターに要救助者が搭乗したときの様子を示す斜視図である。 マルチコプターの平面図および正面図である。 マルチコプターのアームおよびゴンドラ部を折り畳んだ状態を示す斜視図である。 アームが折り畳まれたときの接続部およびアームホルダの状態を示す平面図および正面図である。 アームが水平に展開されたときの接続部およびアームホルダの状態を示す平面図および正面図である。 アームを水平に展開するときの補助構造を示す模式図である。 マルチコプターの機能構成を示すブロック図である。

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。以下に説明するマルチコプター１０は水平回転翼である複数のロータ３０を備える回転翼航空機である。マルチコプター１０は機外から操縦される無人航空機であり、要救助者を一人ずつピックアップして近くの安全な場所へ避難させることをその目的としている。なお、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向けられ、回転面が水平面となる回転翼をいう。回転軸や回転面を多少傾けたものであっても、その推力が主に上方への成分で構成されるものであれば本発明の「水平回転翼」に含まれる。

また、以下の説明における「上下」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。「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、「水平」とは、同座標軸に示されるＸＹ平面方向を意味している。

（構成概要）
図１は、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に要救助者が搭乗したときの様子を示す斜視図である。図１および図２に示されるように、マルチコプター１０は、要救助者の搭乗部であるゴンドラ部Ｐと、ロータ３０の揚力によりゴンドラ部Ｐを吊り上げる機体部Ｂと、により構成されている。なお、図２では図示を省略しているが、要救助者は機体部Ｂまたはゴンドラ部Ｐに接続された安全帯を着用している。

（機体部）
本形態の機体部Ｂは、４基のロータ３０を支持する４本のアーム４０と、これらのアーム４０を支持するハブ部である胴部５０と、を有している。アーム４０は胴部５０から前後左右に水平に延びており、ロータ３０は各アーム４０の先端に固定されている。胴部５０は、胴部５０に取り付けられた電装類を保護するボディカバー５９を有している。

アーム４０は円筒パイプからなる軸体であるアームパイプ４１を有しており、ロータ３０はその先端に取り付けられている。ロータ３０は、モータ３１（図８参照）と、モータ３１の出力軸に装着された折畳式固定ピッチプロペラ３２（以下、単に「プロペラ３２」という）とにより構成されている。本形態のモータ３１はアームパイプ４１の先端に被せられたモータカバー３３に覆われている。各アームパイプ４１の根元部分には、ロータ３０の回転速度を制御するＥＳＣ３６（electronic speed control）（図８参照）が収容されたＥＳＣケース４２が取り付けられている。

（ゴンドラ部）
ゴンドラ部Ｐは、パイプ材や平板材を組み合わせて構成されたケージ（檻）状の搭乗部である。ゴンドラ部Ｐのパイプ材や平板材にはＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）や金属材料が用いられており、ゴンドラ部Ｐは要救助者一人分の体重を十分な余裕をもって支持することができる。

ゴンドラ部Ｐは、要救助者が起立した姿勢で搭乗する床面７４と、上下に延びる４本の柱部７１とを有している。床面７４は、これら柱部７１に囲まれた中に配置されており、柱部７１に固定されている。

図１および図２に示されるように、本形態のゴンドラ部Ｐは、要救助者が搭乗する空間が外気から遮断されておらず、機外に露出している。本形態のマルチコプター１０はこのような簡易な構造のゴンドラ部Ｐを備えていることにより、例えば搭乗空間を壁で完全に覆うキャビンタイプの客室を備える構成に比べ、搭乗部が顕著に小型化・軽量化されている。また、乗り降りに際して扉の開閉が必要となるキャビンタイプの客室に比べ、本形態のゴンドラ部Ｐは要救助者がスムーズに乗り降りすることができる。

本形態の柱部７１は４本の円筒パイプにより構成されている。柱部７１はその上端部が胴部５０に固定されており、下端部は床面７４の四隅に固定されている。右側の２本の柱部７１および左側の２本の柱部７１は、それぞれ、前後に延びる円筒パイプである補強部７２で連結されている。また、前側の２本の柱部７１は、タブレット端末Ｔを支持する左右に延びる円筒パイプであるタブレットアーム７３で連結されている。補強部７２またはタブレットアーム７３で連結された各柱部７１は、これら補強部７２およびタブレットアーム７３を介して互いのたわみを制限し合い、これによりゴンドラ部Ｐの剛性が高められている。

タブレット端末Ｔは、ゴンドラ部Ｐの内側に向けられた撮影手段であるカメラ８１、映像表示手段であるディスプレイ８２、および、音声出力手段であるスピーカー８３を有している。また、左前の柱部７１には、搭乗者の顔の位置にマイク８４が取り付けられている。これにより例えばマルチコプター１０の操縦者や救助スタッフは、要救助者の状態や被災現場の状況、他の要救助者の有無などを要救助者に質問したり、離陸前に要救助者に対して安全確保のための指示をしたり、飛行中の要救助者の様子を確認したりすることができる。特にカメラ８１は、安全帯が指示通り適切に装着されていることを確認したり、飛行中の要救助者の意識の有無、表情、顔色など把握する上で有意である。

なお、図２に示されるように、要救助者がヘルメットを装着可能な状態にあるときには、ヘルメットに設けられたスピーカー８３およびマイク８４を使用してもよい。これにより搭乗者はロータ３０の風切り音等のノイズを避けつつ、マルチコプター１０の操縦者や救助スタッフと会話することが可能となる。

本形態の床面７４は、略正方形の板面を上下に向けて上下に平行に並べて配置された２枚のプレート７４１の上面である。これらプレート７４１にはマルチコプター１０のスキッド７５が接続されている。

また、本形態のマルチコプター１０は要救助者を起立した姿勢で搭乗させる構成とされているが、例えば要救助者を座らせて輸送する座面を柱部７１に固定してもよい。その他、床面７４をより広く設けて要救助者を横たえて搭乗させる構成も考えられる。

（機体構造）
図３は、マルチコプター１０の機体構造の特徴を示す図である。図３（ａ）はマルチコプター１０の平面図である。図３（ｂ）はマルチコプター１０の正面図であり、ロータ３０（後述する基準回転翼３０ａ）の軸間距離Ｌ_１と、ロータ３０の回転面から床面７４までの距離Ｌ_２との関係を示している。

本形態のマルチコプター１０は、ゴンドラ部Ｐが機体部Ｂの下に配置されている。マルチコプター１０が有するロータ３０のうち軸間距離が最長となる一対のロータ３０を基準回転翼３０ａとよぶものとして、基準回転翼３０ａである左右のロータ３０の軸間距離Ｌ_１は、上下方向におけるロータ３０ａの回転面の位置からゴンドラ部Ｐの底部である床面７４までの距離Ｌ_２よりも長い。なお、本形態のロータ３０は機体部Ｂの中心からの距離がどれも等しく、前後のロータ３０の軸間距離も左右のロータ３０の軸間距離も同じである。そのため前後のロータ３０を基準回転翼３０ａとしてもよい。

推力源であるロータ３０の位置と搭乗者の重心位置とが上下に離れている場合、その距離が長くなるほど搭乗者が生じさせるモーメントは大きくなる。かかるモーメントは飛行中のマルチコプター１０の姿勢を乱し、またマルチコプター１０が移動するために必要な機体部Ｂの姿勢変化を妨げる要因となる。本形態のゴンドラ部Ｐは、柱部７１が機体部Ｂの不可動部に移動不能に固定されており、飛行中に機体部Ｂが傾いたときにはゴンドラ部Ｐもこれに連動して傾く。本形態のマルチコプター１０は固定ピッチのプロペラ３２を有しており、機体を水平に飛行させる際には機体部Ｂを傾ける必要がある。一方、ゴンドラ部Ｐとその搭乗者の重量は、傾いた機体部Ｂの姿勢を水平に戻す方向へ作用する。

本形態のマルチコプター１０は、ロータ３０（基準回転翼３０ａ）の回転面の位置からゴンドラ部Ｐの床面７４までの距離が基準回転翼３０ａの軸間距離よりも短くされていることにより、上記モーメントによるマルチコプター１０の姿勢への影響が抑えられている。なお、ゴンドラ部Ｐは常にその全体が機体部Ｂの下に配置されている必要はなく、ゴンドラ部Ｐの底部である床面７４がロータ３０よりも低い位置に配置されていれば上述の姿勢安定化効果の少なくとも一部は得られる。

搭乗者がロータ３０よりも高い位置に搭乗する場合、搭乗者の衣服や髪、持ち物などがロータ３０に吸い込まれないよう、搭乗者をロータ３０から完全に隔離するキャビンタイプの客室が必要となる。本形態のマルチコプター１０では、ゴンドラ部Ｐがロータ３０よりも下に配置されているためこのような事故は生じない。これにより搭乗空間が外気にされされる簡易な構造のゴンドラ部Ｐを採用することが可能とされている。

本形態では、ゴンドラ部Ｐが機体部Ｂに固定されていることにより、マルチコプター１０の飛行中にゴンドラ部Ｐが振り子状に揺れ続けることが抑えられる。その一方、機体部Ｂはゴンドラ部Ｐのモーメントの影響を直に受けることとなる。上でも述べたように、本形態のマルチコプター１０は、ロータ３０（基準回転翼３０ａ）の回転面の位置からゴンドラ部Ｐの床面７４までの距離が基準回転翼３０ａの軸間距離よりも短くされており、これにより上記モーメントによる姿勢への影響が軽減されている。そのため本形態のマルチコプター１０のように機体部Ｂとゴンドラ部Ｐとが直接固定される構造を採用した場合でも、マルチコプター１０を安定して飛行させることができる。

なお、機体部Ｂとゴンドラ部Ｐの接続構造は本形態のものには限られず、例えばマルチコプター１０を前進させる垂直回転翼を機体部Ｂに別途搭載してもよく、機体部Ｂの傾きを吸収してゴンドラ部Ｐの姿勢を一定に維持する姿勢安定化機構を介してゴンドラ部Ｐを支持してもよい。その他、水平飛行時の機体部Ｂの傾きを抑える方法として、例えば各ロータ３０のプロペラ３２を可変ピッチプロペラにしたりすることが考えられる。

このように本形態のマルチコプター１０は、その用途を要救助者の速やかな輸送に特化し、人の搭乗部であるゴンドラ部Ｐを必要最小限の部品で簡易な構造にすることにより、例えば部品の耐久性や、可搬性、保管時のスペース効率、必要な航続時間の確保など、パッセンジャードローンの実運用にあたっての様々な課題を現実的に解消可能としている。

（折り畳み構造）
本形態のマルチコプター１０は、そのアーム４０およびゴンドラ部Ｐをコンパクトに折り畳むことができる。これによりマルチコプター１０の運搬時や保管時におけるスペース効率が高められる。図４は、マルチコプター１０のアーム４０およびゴンドラ部Ｐを折り畳んだ状態を示す斜視図である。

マルチコプター１０のアーム４０は、胴部５０との接続部４５を回転中心としてその先端を上下に旋回させることができる。マルチコプター１０を運搬または保管するときには、アーム４０の先端を下に向けるように折り畳み、マルチコプター１０を使用するときにはアーム４０を水平に展開する。また、ゴンドラ部Ｐはテレスコピック構造の柱部７１を有しており、柱部７１を上下に伸縮させることができる。また、本形態のマルチコプター１０はプロペラ３２も折畳式プロペラであり、マルチコプター１０の運搬・保管の都度取り外す必要がない。

胴部５０は、略８角形の板面を有する２枚のプレートであるセンタープレート５１を有している。これら２枚のプレートはその板面を上下に向けて上下に平行に並べて配置されている。センタープレート５１の内側には、柱部７１の上端部が固定される円筒形状の固定具である４つの柱部ホルダ５２と、接続部４５を回転可能に支持する固定具である４つのアームホルダ５３とが固定されている。アームホルダ５３は平面視コの字型に形成された軸受部材である。センタープレート５１にはアームホルダ５３の配置箇所に切欠き５１１が設けられており、これにより接続部４５はセンタープレート５１に接触することなく回転することができる。

図５は、アーム４０が折り畳まれたときの接続部４５およびアームホルダ５３の状態を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。図６は、アーム４０が水平に展開されたときの接続部４５およびアームホルダ５３の状態を示す平面図（ａ）および正面図（ｂ）である。

胴部５０のアームホルダ５３と、アーム４０の接続部４５とは、アーム４０の先端を上下に旋回可能に支持するヒンジ機構と、水平に展開されたアーム４０の位置を固定するロック機構とを構成している。

アームホルダ５３および接続部４５には、ピン９１，９２が挿通されるピン穴が形成されている。図５に示されるように、アームホルダ５３のピン穴５３１は、接続部４５のピン穴４５１に重ねられる。これらピン穴５３１，４５１にピン９１が挿通されることにより、接続部４５はピン穴４５１を回転中心として回転可能に支持される。

図６に示されるように、アームホルダ５３のピン穴５３２は、アーム４０が水平に展開されたときに接続部４５のピン穴４５２に重ねられる。これらピン穴５３２，４５２にピン９２が挿通されることによりアーム４０は水平に展開された状態でその位置が固定される。

（アームの展開補助構造）
図７は、折り畳まれたアーム４０を水平に展開するときの作業者の負担を軽減する構造を示す模式図である。

アーム４０は、その支持するロータ３０の動力源であるバッテリー３７が装着されるバッテリー保持部であるバッテリーケース４３を有している。そして、アーム４０の回転中心Ａをその軸線方向から見たときに、回転中心Ａを通る鉛直線Ｖにより区分けされる２つの領域のうち、胴部５０の中心側の領域（図７視左側）を回転中心Ａの背部としたときに、バッテリーケース４３に装着されたバッテリー３７の重心位置Ｇは、アーム４０の旋回により移動する軌道Ｒ上の一部において、回転中心Ａの背部に配置される。

本形態のアーム４０は、バッテリー３７の重心位置Ｇがアーム４０の長手方向（図７視上下方向）における回転中心Ａの位置よりもアーム４０の後端側にある。そのため、バッテリー３７の重心位置Ｇはバッテリー３７の旋回軌道Ｒ上の少なくとも一部においてアーム４０の回転中心Ａの背部を通る。アーム４０が旋回する角度範囲のうち、バッテリー３７の重心位置Ｇが回転中心Ａの背部に配置される範囲では、バッテリー３７の重量がアーム４０の先端を持ち上げるように作用する。これにより作業者はバッテリー３７の重量を利用してアーム４０を持ち上げることができる。

また、本形態のバッテリーケース４３には複数のバッテリー３７が装着される。本形態のマルチコプター１０では、バッテリー３７の総重量が大きくなるほど作業者は容易にアーム４０を持ち上げることが可能となる。なお、本形態のマルチコプター１０は作業者が人力でアーム４０を水平展開する仕様とされているが、例えばサーボや油圧機構などを用いた昇降装置を使ってアーム４０を持ち上げる場合にも、昇降装置に要求される性能要件を下げることができる。

また、本形態のアーム４０は、アームパイプ４１とバッテリーケース４３とを接続するリフト部４４を有している。リフト部４４を回転中心Ａの軸線に沿う方向から見たときに、つまりリフト部４４を図７に示される方向から見たときに、リフト部４４は、バッテリー３７の重心位置Ｇと回転中心Ａとの距離ｒを長くするように、つまりバッテリー３７の重心位置Ｇを回転中心Ａから遠ざけるようにバッテリーケース４３を支持している。バッテリー３７の重心位置Ｇと回転中心Ａとの距離ｒを長くすることにより、バッテリー３７の重量によるモーメントを大きくすることができる。これにより作業者はより容易にアーム４０を持ち上げることが可能となる。

本形態のバッテリーケース４３は、作業者がバッテリー３７を容易に着脱できるように、アーム４０を折り畳んだときにバッテリーケース４３の開口が作業者側を向くように配置されている。ここで、例えばアーム４０が折り畳まれているときのバッテリーケース３７の初期位置を、本形態においてアーム４０が水平展開されたときのバッテリーケース３７の位置（図７において破線で示されるバッテリー３７の位置）に変更すれば、アーム４０が折り畳まれた状態から水平に展開されるまでの全範囲において作業者の負担を軽減することができる。なおその場合、バッテリーケース４３とセンタープレート５１との干渉を防ぐため、例えばセンタープレート５１の切欠き５１１をより大きくしたり、切欠き５１１が極端に大きくなることを防ぐようにバッテリーケース４３の構造を変更したり、リフト部４４の形状を変更したりする必要がある。

マルチコプター１０は要救助者を輸送するいわゆるパッセンジャードローンであり、比較的大型の無人航空機である。ロータ３０を含むアーム４０は一本で１０ｋｇ程度の重量があり、さらに、一本のアーム４０に装着されるバッテリー３７も１０ｋｇ程度の重量がある。マルチコプター１０は緊急時に用いられる機体であり、出動時には少人数で速やかに離陸準備を行えることが好ましい。本形態のマルチコプター１０は、マルチコプター１０の一部であるバッテリー３７の重量を利用してアーム４０の展開を補助することにより、救助スタッフの人数が限られている場合でも、現場において速やかにマルチコプター１０の離陸準備を整えることができる。

また、本形態のアーム４０は、ロータ３０、ＥＳＣ３６、およびバッテリーケース４３を備えている。これによりロータ３０がアーム４０を単位としてユニット化されており、機体設計時にロータ３０数の増減を簡便に行うことが可能とされている。

（機能構成）
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。本形態のマルチコプター１０は、制御部であるフライトコントローラＦＣ、ロータ３０、および、操縦者（オペレータ端末６１）との通信を行う通信装置６２を備えている。また、操縦者と救助スタッフは、要救助者側のカメラ８１等のコミュニケーションツールＣ１と通信可能なコミュニケーションツールＣ２であるカメラ８６、ディスプレイ８７、スピーカー８８、およびマイク８９を備えている。

フライトコントローラＦＣはその主構成として制御装置２０を備えている。制御装置２０は、中央処理装置であるＣＰＵ２１と、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とを有している。

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、気圧センサ２７、電子コンパス２８、およびレーザ測距センサ２９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。

ＩＭＵ２５はマルチコプター１０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。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。気圧センサ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）を特定する高度センサである。電子コンパス２８には３軸地磁気センサが用いられており、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。また、本形態のマルチコプター１０は機体から下に向けられたレーザ測距センサ２９を有しており、これにより地面や床面からの対地高度を取得することができる。

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。

なお、本形態の飛行制御センサ群Ｓは一例であり、フライトコンローラＦＣを構成するセンサ類は本形態の組み合わせには限られない。例えば、気圧センサ２７を省略した構成や、レーザ測距センサ２９を視差や赤外線・超音波など他の方式の測距センサにすることが考えられる。また、ＧＰＳ受信器２６が電波を受信不能な場所では、機体の水平移動をオプティカルフローセンサや画像認識等で検知することが考えられる。その他、レーザ測距センサ２９を追加して、上下前後左右の周辺物との距離を測定し、その距離からマルチコプター１０の空間位置を特定することも可能である。

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ＥＳＣ３６を介して個々のロータ３０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。なお、本形態のマルチコプター１０では固定ピッチプロペラのロータ３０が採用されているが、例えば可変ピッチプロペラを備えるロータを採用し、そのピッチ角を個々に制御して飛行動作を制御することもできる。また、ロータ３０の駆動源もモータ３１には限られず、例えば機体部Ｂにエンジンを固定し、その駆動力を動力伝達機構で各ロータ３０に分岐させることも考えられる。

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等の座標、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、オペレータ端末６１からの指示を開始条件として、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。自律飛行プログラムＡＰは、例えば要救助者のピックアップ後にマルチコプター１０を離陸地点に戻すときや、要救助者が複数人いて同じ経路を繰り返し飛行させる場合などに用いられる。

このように、本形態のマルチコプター１０は高度な飛行制御機能を備えた無人航空機である。ただし、本発明の無人航空機はマルチコプター１０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。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。

１０：マルチコプター（回転翼航空機），ＦＣ：フライトコントローラ，ＦＳ：飛行制御プログラム，Ｓ：飛行制御センサ群，３０：ロータ（水平回転翼），３０ａ：基準回転翼，Ｌ１：軸間距離，Ｌ２：基準回転翼からゴンドラ部底部までの長さ，３１：モータ，３２：プロペラ，３６：ＥＳＣ（スピードコントローラ），３７：バッテリー，Ｇ：重心，Ｂ：機体部，４０：アーム，４１：アームパイプ，４２：ＥＳＣケース，４３：バッテリーケース（バッテリー支持部），４４：リフト部，４５：接続部，４５１：ピン穴，４５２：ピン穴，５０：胴部，５１：センタープレート，５３：アームホルダ，５３１：ピン穴，５３２：ピン穴，６１：オペレータ端末，６２：通信装置，Ｐ：ゴンドラ部，７１：柱部，７２：補強部，７３：タブレットアーム，７４：床面（底部），Ｔ：タブレット端末，Ｃ１，Ｃ２：コミュニケーションセット，８１，８６：カメラ（撮影手段），８２，８７：ディスプレイ（映像表示手段），８３，８８：スピーカー（音声出力手段），８４，８９：マイク（音声入力手段），９１：ピン，９２：ピン

上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、機外から操縦可能であり、複数の水平回転翼を有する機体部と、人が搭乗可能なゴンドラ部と、前記ゴンドラ部内に向けられた撮影手段と、音声出力手段と、を備えることを要旨とする。これにより回転翼航空機の操縦者またはそのチームは、搭乗者の様子を確認しながら機体を操縦することが可能となる。

このとき、前記ゴンドラ部の底部は前記複数の水平回転翼よりも低い位置に配置され、前記複数の水平回転翼のうち軸間距離が最長となる一対の水平回転翼（以下、基準回転翼という）の軸間距離は、上下方向における前記基準回転翼の回転面の位置から前記ゴンドラ部の底部までの距離よりも長いことが好ましい。推力源である水平回転翼の位置と搭乗者の重心位置とが上下に離れている場合、その距離が長くなるほど搭乗者が生じさせるモーメントは大きくなる。かかるモーメントは飛行中の機体の姿勢を乱し、また必要な姿勢変化を妨げる要因になる。上記構成の回転翼航空機は、水平回転翼（基準回転翼）の回転面の位置からゴンドラ部の底部までの距離が水平回転翼の軸間距離よりも短くされていることにより、上記モーメントによる機体の姿勢への影響が緩和される。

また、本発明の回転翼航空機は、前記ゴンドラ部内に向けられた映像表示手段、前記ゴンドラ部内に向けられた前記音声出力手段、および／または、前記ゴンドラ部内に配置された音声入力手段を備えることが好ましい。これにより回転翼航空機の操縦者またはそのチームは、搭乗者と会話したり搭乗者の様子を確認したりしながら機体を操縦することが可能となる。

上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、機外から操縦可能であり、複数のロータを有する機体部と、人が搭乗可能なゴンドラ部と、前記ゴンドラ部内に向けられた撮影手段と、音声出力手段と、を備え、前記ゴンドラ部は前記複数のロータよりも下に配置され、前記ゴンドラ部は扉を備えず、要救助者が搭乗する空間が機外に露出していることを要旨とする。これにより回転翼航空機の操縦者またはそのチームは、搭乗者の様子を確認しながら機体を操縦することが可能となる。また、ゴンドラ部の搭乗空間を機外に露出させることにより、キャビンタイプの客室に比べてゴンドラ部を小型化・軽量化することができる。また、扉の開閉が必要な客室に比べ、人の乗り降りをスムーズに行うことができる。

このとき、前記複数のロータのうち軸間距離が最長となる一対のロータ（以下、基準回転翼という）の軸間距離は、上下方向における前記基準回転翼の回転面の位置から前記ゴンドラ部の底部までの距離よりも長いことが好ましい。推力源であるロータの位置と搭乗者の重心位置とが上下に離れている場合、その距離が長くなるほど搭乗者が生じさせるモーメントは大きくなる。かかるモーメントは飛行中の機体の姿勢を乱し、また必要な姿勢変化を妨げる要因になる。上記構成の回転翼航空機は、ロータ（基準回転翼）の回転面の位置からゴンドラ部の底部までの距離がロータの軸間距離よりも短くされていることにより、上記モーメントによる機体の姿勢への影響が緩和される。

また、搭乗者がロータよりも高い位置に搭乗する場合、搭乗者の衣服や髪、持ち物などがロータに吸い込まれないよう、搭乗者をロータから隔離するキャビンタイプの客室（上記特許文献１の図１に示されるような客室）が必要となる。本発明の回転翼航空機では、ゴンドラ部の底部がロータよりも低い位置に配置されるため、このような事故を未然に防止することができる。これにより、簡易な構造のゴンドラ部を採用することが可能となる。

また、本発明の回転翼航空機は、前記複数の柱部が前記機体部の不可動部に固定され、飛行中に前記機体部が傾いたときには前記ゴンドラ部もこれに連動して傾く構造にしてもよい。機体部とゴンドラ部とが固定されている場合、飛行中にゴンドラ部が振り子状に揺れ続けることが抑えられる一方、機体部はゴンドラ部のモーメントの影響を直に受けることとなる。本発明の回転翼航空機は、ロータ（基準回転翼）の回転面の位置からゴンドラ部の底部までの距離がロータの軸間距離よりも短くされており、これにより上記モーメントによる姿勢への影響が緩和される。そのため機体部とゴンドラ部とが直接固定される構造を採用した場合でも、安定して飛行を行うことができる。

また、本発明において、前記機体部は、前記複数のロータを支持する複数のアームと、前記複数のアームを支持するハブ部である胴部と、を有し、前記複数の柱部は前記胴部に支持されることが好ましい。このとき、前記複数の柱部は上下に伸縮可能であることがより好ましい。柱部を例えばテレスコピック構造にすることで、回転翼航空機の可搬性や保管時のスペース効率を改善することができる。

また、本発明において、前記機体部は、前記複数のロータを支持する複数のアームと、前記複数のアームを支持するハブ部である胴部と、を有し、前記アームは、前記胴部との接続部を回転中心として上下に旋回可能であることが好ましい。アームを折り畳み式にすることにより、回転翼航空機の可搬性や保管時のスペース効率を改善することができる。

また、本発明の回転翼航空機は、前記ゴンドラに搭乗した人に装着させるヘルメットをさらに備え、前記ヘルメットは、音声入力手段および音声出力手段を有することが好ましい。搭乗者が装着するヘルメット内に音声入力手段と音声出力手段とを設けることにより、搭乗者は回転翼航空機の操縦者等の第三者と、ロータの風切り音等のノイズを抑えつつ会話することができる。

上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、機外から操縦可能であり、水平回転翼を含む複数のロータを有する機体部と、人が搭乗可能なゴンドラ部と、前記ゴンドラ部内に向けられた撮影手段と、音声出力手段と、を備え、前記ゴンドラ部は前記複数のロータよりも下に配置され、前記ゴンドラ部は扉を備えず、要救助者が搭乗する空間が機外に露出していることを要旨とする。これにより回転翼航空機の操縦者またはそのチームは、搭乗者の様子を確認しながら機体を操縦することが可能となる。また、ゴンドラ部の搭乗空間を機外に露出させることにより、キャビンタイプの客室に比べてゴンドラ部を小型化・軽量化することができる。また、扉の開閉が必要な客室に比べ、人の乗り降りをスムーズに行うことができる。

Claims (13)

1. 機外から操縦可能な回転翼航空機であって、
   複数の水平回転翼を有する機体部と、
   人が搭乗可能なゴンドラ部と、を備え、
   前記ゴンドラ部の底部は前記複数の水平回転翼よりも低い位置に配置され、
   前記複数の水平回転翼のうち軸間距離が最長となる一対の水平回転翼（以下、基準回転翼という）の軸間距離は、上下方向における前記基準回転翼の回転面の位置から前記ゴンドラ部の底部までの距離よりも長いことを特徴とする回転翼航空機。
2. 前記ゴンドラ部は、人が搭乗する空間が外気から遮断されていないことを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機。
3. 前記ゴンドラ部は、
   人が搭乗可能な床面または座面と、
   上下に延びる複数の柱部と、を有し、
   前記床面または前記座面は、前記複数の柱部で囲まれた中に配置され、該複数の柱部に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転翼航空機。
4. 前記複数の柱部は前記機体部の不可動部に固定され、
   飛行中に前記機体部が傾いたときには、前記ゴンドラ部もこれに連動して傾くことを特徴とする請求項３に記載の回転翼航空機。
5. 前記機体部は、
   前記複数の水平回転翼を支持する複数のアームと、
   前記複数のアームを支持するハブ部である胴部と、を有し、
   前記複数の柱部は前記胴部に支持されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の回転翼航空機。
6. 前記複数の柱部は上下に伸縮可能であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の回転翼航空機。
7. 前記機体部は、
   前記複数の水平回転翼を支持する複数のアームと、
   前記複数のアームを支持するハブ部である胴部と、を有し、
   前記アームは、前記胴部との接続部を回転中心として上下に旋回可能であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転翼航空機。
8. 前記ゴンドラ部は人が起立可能な床面を有し、
   前記ゴンドラ部の底部は前記床面であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転翼航空機。
9. 前記ゴンドラ部内に向けられた映像表示手段を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の回転翼航空機。
10. 前記ゴンドラ部内に向けられた撮影手段を有することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の回転翼航空機。
11. 前記ゴンドラ部内に向けられた音声出力手段を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の回転翼航空機。
12. 前記ゴンドラ部内に配置された音声入力手段を有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の回転翼航空機。
13. 前記ゴンドラに搭乗した人に装着させるヘルメットをさらに備え、
    前記ヘルメットは、音声入力手段および音声出力手段を有することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の回転翼航空機。

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