JP2021088256A - 無人航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】無人航空機の機体についてその強度と軽量化との両立を図る。【解決手段】水平回転翼をそれぞれ支持する複数のアーム部材と、樹脂層が単一方向に積層されてなる積層体である支持部材と、を備え、前記支持部材は中空形状に形成され、前記支持部材にはカーボン長繊維が配合され、前記複数のアーム部材は前記支持部材に直接または他の部材を介して接続されることを特徴とする無人航空機により解決する。【選択図】図８

Description

本発明は無人航空機技術に関する。

下記特許文献１には、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製の板材を組み合わせて構成された胴体を備える無人航空機が開示されている。

特開２０１８−０７００７９号公報

空中を移動する航空機は、その自重を減らすことが燃費の向上や最大積載量の増加につながる。一方、飛行の安全性を確保するためには、十分な強度を有する機体構造や機体材料を選択する必要がある。

上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、無人航空機の機体についてその強度と軽量化との両立を図ることにある。

上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、水平回転翼をそれぞれ支持する複数のアーム部材と、樹脂層が単一方向に積層されてなる積層体である支持部材と、を備え、前記支持部材は中空形状に形成され、前記支持部材にはカーボン長繊維が配合され、前記複数のアーム部材は前記支持部材に直接または他の部材を介して接続されることを特徴とする。

アーム部材が接続される支持部材には、無人航空機の全備重量を支持可能な強度が必要である。支持部材をカーボン長繊維が配合された樹脂層の積層体とし、さらにこれを中空形状に形成することにより、アーム部材の支持構造についてその強度と軽量化との両立を図ることが可能となる。

また、上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、水平回転翼をそれぞれ支持する複数のアーム部材と、樹脂層が単一方向に積層されてなる積層体である支持部材と、を備え、前記支持部材にはカーボン長繊維が配合され、前記支持部材は、板部および／または柱部により構成されたフレーム体であり、前記板部および／または柱部の少なくとも一部にはその内部に空洞が設けられ、前記空洞内には、板面を水平方向に向けた補強板が形成され、前記複数のアーム部材は前記支持部材に直接または他の部材を介して接続されることを特徴とする。

上記構成により、アーム部材の支持構造についてその強度と軽量化との両立を図ることが可能となる。また、アーム部材を支える支持部材には、飛行中に上下方向の曲げモーメントが加えられる。本発明では、板面を水平方向に向けた補強板が板部等の空洞内に形成されることにより、支持部材の上下方向の曲げモーメントに対する抵抗力が高められる。

このとき、前記補強板は、前記空洞内を平面視したときに三角形格子を形成するように配置されていることが好ましい。補強板を平面視三角形格子状に配置することにより、狭小な空洞であっても比較的高い密度で補強板を配置することが可能となる。

また、本発明の無人航空機おいて、前記カーボン長繊維は、複数の前記樹脂層のいずれかとこれに隣接する他の前記樹脂層との間に配合されていることが好ましい。例えばプリプレグ（炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた半硬化状態のシート）が積層された板材を組み立てて支持部材の形状にしたり、プリプレグを型材に貼りつけて支持部材の形状に成形したりするのではなく、支持部材の積層工程において樹脂層の間にカーボン長繊維を配合することにより、例えば３Ｄプリンタなどを利用してより簡便に支持部材を製造することが可能となる。

また、本発明の無人航空機においては、前記支持部材は、前記カーボン長繊維の主配向方向が水平となるように配置され、前記複数のアーム部材は、前記支持部材の、前記カーボン長繊維の主配向方向における両端に直接または他の部材を介して接続されることが好ましい。水平に配向されたカーボン長繊維の主配向方向における両端にアーム部材が接続されることにより、支持部材の上下方向の曲げモーメントに対する抵抗力が高められ、アーム部材をより安定して支持することが可能となる。

また、本発明の無人航空機は、前記支持部材が水平方向に貫通した穴部を有し、前記穴部の貫通方向を前記支持部材の長さ方向、該長さ方向に直交する方向を前記支持部材の幅方向というときに、前記支持部材は、その長さ方向における両端の開口面積が、前記穴部を幅方向に切断したときの最大断面積よりも小さい構成としてもよい。例えばアルミブロックの切削などでは成形困難な形状であっても、樹脂層の積層により支持部材を構成することにより、支持部材の形状の自由度が高められる。

以上のように、本発明の無人航空機によれば、無人航空機の機体についてその強度と軽量化との両立を図ることが可能となる。

実施形態にかかるマルチコプターの斜視図である。 アームが展開されたマルチコプターの平面図である アームが折り畳まれたマルチコプターの平面図である アームの接続構造を示す透視斜視図である。 第１アームおよび第２アームの展開および固定の手順を示す部分拡大図である。 固定具の構造を示す斜視図である。 コアフレームの斜視図である。 コアフレームに配合されたカーボン長繊維の配合位置および配向方向を示す模式図である。 コアフレームを構成する柱部および板部の内部構造を示す平面視透視図である。 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用いて説明する。以下に示す実施形態は、複数のロータを備える無人航空機であるマルチコプター１０についての例である。なお、以下の説明における「上」および「下」とは、各図に描かれた座標軸のＺ軸に平行な方向であって、Ｚ１側を上、Ｚ２側を下とする。「水平」とは同座標軸におけるＸ−Ｙ平面をいう。マルチコプター１０について「周方向」とは、マルチコプター１０を平面視したときの時計回りまたは反時計回り方向をいう。

［構成概要］
図１−図３は、本実施形態にかかるマルチコプター１０の外観を示す図である。図１はマルチコプター１０の斜視図、図２はマルチコプター１０の平面図である。図１および図２のマルチコプター１０はアーム１２が展開され、飛行準備が整った状態にある。図３は、運搬または保管のためにマルチコプター１０のアーム１２を折り畳んだ状態を示す平面図である。なお、以下の説明において、アーム１２について「展開する」とは、マルチコプター１０が飛行可能な状態にアーム１２を配置することをいい、アーム１２について「折り畳む」とは、アーム１２をマルチコプター１０の運搬または保管に適した状態に配置することをいう。

マルチコプター１０は、機体の中心部である胴部１１と、胴部１１から水平に延びる４本のアーム部材であるアーム１２と、各アーム１２の先端に取り付けられた水平回転翼であるロータ１３と、を有するクアッドコプターである。

胴部１１はその内部に制御機器やバッテリー等が収容されるケース体である。胴部１１の上面には持ち手であるハンドル１１１が一体化されており、マルチコプター１０を持ち運ぶ際の利便性が高められている。胴部１１の正面（前面）には姿勢安定化装置にマウントされたカメラ９３が取り付けられている。操縦者はカメラ９３で撮影した映像を手元で確認しながらマルチコプター１０を操縦することができる。また、胴部１１の左右の側面にはアーム１２が接続されるアルミ製のアームホルダ１１２が一基ずつ設けられている。

左右のアームホルダ１１２にはそれぞれ、一対のアーム１２である第１アーム４０および第２アーム５０が接続されている。すなわち本形態のアーム１２は二組の第１アーム４０および第２アーム５０により構成されており、これら各組が胴部１１の左右にそれぞれ接続されている。マルチコプター１０を飛行させる際にはこれらアーム１２は平面視Ｘ形状に展開される（図１および図２を参照）。マルチコプター１０を運搬または保管する際には、これらアーム１２は、第１アーム４０および第２アーム５０の各組が前後に一直線となるように折り畳まれる（図３を参照）。なお、本形態のロータ１３は、モータ１３１とその出力軸に装着された折り畳み式のプロペラ１３２により構成されており、マルチコプター１０を運搬または保管する際には、アーム１２を折り畳んだ上でプロペラ１３２も各アーム１２の軸線方向に沿うように折り畳まれる。これによりマルチコプター１０は全体として細長形状に折り畳まれる。

第１アーム４０および第２アーム５０の基端部とアームホルダ１１２とはヒンジ機構を構成しており、第１アーム４０および第２アーム５０はアームホルダ１１２との接続部を回転中心として互いに接近／離間する方向へ旋回することができる。

なお、本形態のアームホルダ１１２は胴部１１の前後方向における中心よりも前側に偏った位置に配置されている。本形態のマルチコプター１０は胴部１１から前方にカメラ９３が突き出した機体構造を採用しているため、機体の重心が胴部１１の中心よりも前側に存在する。アームホルダ１１２の位置が機体の重心から離れている場合、機体を水平に維持する際のロータ１３の負担が偏り、所定方向への舵が利きにくくなるおそれがある。本形態では、アームホルダ１１２を胴部１１の中心よりも前側に配置することにより、ロータ１３の負担の均衡を図っている。なお、胴部１１のハンドル１１１も機体の重心を考慮して胴部１１の中心よりも前側に配置されている。

第１アーム４０および第２アーム５０は、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製の円筒パイプ材である主軸部４１，５１と、主軸部４１，５１の基端部を保持するアルミ製の筒状部であるソケット部４２，５２と、を有している（ソケット部５２については図３を参照）。アームホルダ１１２にはソケット部４２，５２が接続されている。主軸部４１，５１の先端にはアルミ製のモータマウント１２１が装着され、ロータ１３はモータマウント１２１にねじ固定されている。また、主軸部４１，５１にはそれぞれ、着陸時の脚部であるランディングギア１２２と、操縦者との通信を行うアンテナを保持するアンテナホルダ９４とが装着されている。なお、本形態のアンテナホルダ９４には、操縦者からの操縦信号の受信やテレメトリー情報の送信を行う２．４ＧＨｚ帯のアンテナと、主にカメラ９３で取得した映像信号を転送する５ＧＨｚ帯のアンテナの２種類のアンテナを保持する。

［アームの展開構造］
以下、マルチコプター１０のアーム１２の展開構造について説明する。上でも述べたように、第１アーム４０および第２アーム５０とアームホルダ１１２とはヒンジ機構を構成しており、第１アーム４０および第２アーム５０は、アームホルダ１１２との接続部を回転中心として周方向に水平に旋回させることができる。マルチコプター１０を飛行させる際にはアーム１２を平面視Ｘ形状に展開し、その展開位置を固定具６０により固定する。また、マルチコプター１０を運搬または保管する際にはマルチコプター１０がその全体として細長形状となるようにアーム１２を折り畳む。

第１アーム４０は第２アーム５０側に突き出した凸部である位置決め片４３（図３参照）を有している。本形態の位置決め片４３はアルミ製の小片であり、第１アーム４０のソケット部４２に設けられている。位置決め片４３は、第１アーム４０と第２アーム５０とを所定の相対角度まで接近させたときに第２アーム５０の外面に接触する。固定具６０は、位置決め片４３が第２アーム５０と接触した状態で位置決め片４３と第２アーム５０とを分離不能に固定する。

本形態のマルチコプター１０は、第１アーム４０に第２アーム５０側に突き出した凸部（位置決め片４３）を設け、その位置決め片４３と第２アーム５０とを固定具６０で結合することにより、２本の可動アーム（第１アーム４０および第２アーム５０）の相対位置を一つの固定具６０で、かつ一度の結合作業で固定することが可能とされている。これにより、機体構造の複雑化や飛行準備の作業負担を抑えつつ、マルチコプター１０の可搬性およびスペース効率が高められている。

図４は、アーム１２の接続構造を示す透視斜視図である。胴部１１内には、アーム１２と胴部１１とを接続し、機体全体の重量を支える支持部材であるコアフレーム３０が配置されている。コアフレーム３０は略角筒形状の枠体であり、カーボン長繊維が配合された樹脂層が積層されてなる高剛性部材である。アームホルダ１１２はコアフレーム３０の左右の端面に接合されており、コアフレーム３０のカーボン長繊維はその主たる配向方向が左右となるように配合されている。

図５は、第１アーム４０および第２アーム５０の展開および固定の手順を示す部分拡大図である。図６は固定具６０の構造を示す斜視図である。以下、図５および図６を参照してアーム１２の展開構造についてより詳細に説明する。

図５（ａ）は、マルチコプター１０のアーム１２が折り畳まれている状態を示す図である。このとき第１アーム４０および第２アーム５０はその軸線ａが一直線となるように配置されている。なお、本形態の位置決め片４３はねじ４３１でソケット部４２に接合されている。

マルチコプター１０では、機体の運搬時や保管時に第１アーム４０と第２アーム５０とが一直線になるように折り畳むことで、これらアーム４０，５０の展開時におけるアーム４０，５０間のデッドスペース（図２参照）が開放される。これにより機体が占拠する空間がその全体として縮小される。例えば本形態のマルチコプター１０では機体が細長形状に折り畳まれ、（図３参照）その可搬性やスペース効率が高められる。ただし本発明の第１アームおよび第２アームの折り畳み方は本形態の方法には限られず、その無人航空機の運搬方法や保管方法に応じて適宜変更してよい。胴部に対する第１アームおよび第２アームの接続方法や、位置決め片および固定具の構造を工夫することにより、第１アームおよび第２アームの両方を胴部に対して前後・左右・上下の同方向に折り畳むことも可能と考えられる。

図５（ｂ）は、位置決め片４３が第２アーム５０に接触した状態を示す図である。本形態の位置決め片４３は、第１アーム４０および第２アーム５０の軸線ａが交わる角度θが略直角となる位置で第２アーム５０に接触する。これにより胴部１１に対するロータ１３配置の偏りが軽減され、マルチコプター１０の飛行動作がより安定する。

第２アーム５０のソケット部５２には、位置決め片４３が嵌入される凹部５２１が形成されている。本形態では第２アーム５０の外面に位置決め片４３を嵌入させることにより、位置決め片４３を第２アーム５０に接触させるとともに、第２アーム５０の外面の凹凸を軽減している。これにより、後述する一般的な構造の固定具６０を使って位置決め片４３と第２アーム５０とを固定することが可能とされている。

また、本形態の位置決め片４３は、第１アーム４０および第２アーム５０の両方が胴部１１に対してそれぞれ所定の角度に配置されたときに第２アーム５０に接触する。位置決め片４３によって第１アーム４０および第２アーム５０の相対角度を定めるだけでなく、同時に、胴部１１に対する第１アーム４０および第２アーム５０の延出方向も一に定めることにより、アーム１２をより速やかに、かつ高い精度で展開することができる。例えば、第１アーム４０および第２アーム５０をその上下方向における位置を違えて配置し、これらの回転中心を同軸に重ねる場合、第１アーム４０および第２アーム５０の相対角度を固定するだけでは胴部１１に対するこれらアーム４０，５０の延出方向は固定されない。本形態では第１アーム４０および第２アーム５０が同一水平面上に配置され、さらに位置決め片４３によりこれらアーム４０，５０の相対角度が固定されることで、胴部１１に対するアーム４０，５０の延出方向も一に定められる。

図５（ｃ）は、固定具６０により位置決め片４３と第２アーム５０とを固定した状態を示す図である。図６に示すように、本形態の固定具６０は、スリット６１１が設けられた筒部６１と、スリット６１１の幅を狭めるように筒部６１を締め付ける締結部であるねじ６２およびレバー６３と、を有するアルミ製のクランプ部材である。固定具６０の筒部６１は第２アーム５０に装着されている。筒部６１はその軸線方向における一端に、ねじ穴が形成された肉厚のリブであるクランプ部６１２を有しており、ねじ６２はクランプ部６１２のねじ穴に差し込まれている。なお、クランプ部６１２のねじ穴の雌ねじはスリット６１１を境界として下側の部分にのみ形成されてる。

図５（ｂ）の状態から、固定具６０をその筒内６１に位置決め片４３を収めるようにスライドさせ、ねじ６２を締め、レバー６３を倒してクランプ部６１２の上側の部分をさらに押し下げつつロックする。これにより筒部６１が締め付けられ、位置決め片４３と第２アーム５０とが分離不能に固定することができる。

本形態では位置決め片４３とこれを保持するソケット部４２がアルミ製であり、固定具６０もアルミ製の部材である。そのため、位置決め片４３が小片であっても第１アーム４０と第２アーム５０とは強固に固定される。

なお、本形態のソケット部４２，５２は同一の部品である。ソケット部５２には位置決め片４３は接合されないが、ソケット部５２には位置決め片４３のボルト４３１用のねじ穴が形成されている。また、ソケット部５２の凹部５２１に相当する凹部はソケット部４２にも設けられている。ソケット部４２の凹部は固定具６０のクランプ部６１２を逃がすスペースとして利用されている。ソケット部４２，５２を共通部品とすることによりマルチコプター１０の部品効率が高められている。

また、固定具６０はマルチコプター１０の運搬時や保管時にも第２アーム５０に装着したままにすることができる。これにより固定具６０をマルチコプター１０の機体とは別に管理したり持ち運んだりする手間がなくなり、固定具６０の紛失が防止されるだけでなく、飛行準備の作業負担も軽減される。特に、本形態では工具を用いることなく締結部（ねじ６２およびレバー６３）を操作できるため、飛行準備の作業負担がさらに軽減されている。

なお、本発明の固定具の形態は固定具６０のようなクランプ部材には限られない。例えば、固定具をその内周面に雌ねじが形成された筒状体とし、第２アーム５０のソケット部５２の外周面に雄ねじを形成し、固定具をその筒内に位置決め片４３を収めるように第２アーム５０に螺合することで位置決め片４３と第２アーム５０とを分離不能に固定することも考えられる。

［コアフレーム］
図７は本形態のコアフレーム３０の斜視図である。図８はコアフレーム３０に配合されたカーボン長繊維３６の配合位置および配向方向を示す模式図である。図９は、コアフレーム３０を構成する柱部３２および板部３３の内部構造を示す平面視透視図である。以下図７から図９を参照して本形態のコアフレーム３０の構造について説明する。

上でも述べたように、コアフレーム３０は、アーム１２と胴部１１とを接続（一体化）し、機体全体の重量を支える支持部材である。本形態のコアフレーム３０は、柱部３２および板部３３により構成された略角筒形状の枠体である。なお、柱部３２と板部３３は厳密には区別されず、枠体であるコアフレーム３０の骨格を構成する棒状の部分（柱部３２）や壁状の部分（板部３３）という程度の意味である。コアフレーム３０の上面３０ａおよび下面３０ｂにはそれぞれ、略矩形状の３つの開口３４１が左右に並べて設けられている。同様に、コアフレーム３０の左右の面３０ｃにもそれぞれ、略矩形状の３つの開口３４２が左右に並べて設けられている。コアフレーム３０の前後の面３０ｄにはその中央に円形の開口３４３が設けられている。また、コアフレーム３０の外面には、他の部材のボス等が嵌合される複数の凹部３９が形成されている。なお、ここでいう「枠体」とは、いわゆるフレーム体であり、外形や強度を確保するための骨格を残しつつ他の部分を省略した構造体である。

本形態のコアフレーム３０は、カーボン長繊維３６を配合可能な３Ｄプリンタを使って樹脂層を上下に積層することで成形されている。図８（ａ）は、コアフレーム３０内におけるカーボン長繊維３６の配合位置を示す側面視透視図である。図８（ａ）に示すように、本形態のコアフレーム３０では、その上面３０ａの近傍の層、および下面３０ｂの近傍の層にのみカーボン長繊維３６が配合されている。図８（ｂ）は、カーボン長繊維３６の配向方向を示す平面視透視図である。なお図８（ｂ）は、コアフレーム３０の上面３０ａ近傍に配合されたカーボン長繊維３６の配向方向を示しているが、コアフレーム３０の下面３０ｂ近傍に配合されるカーボン長繊維３６についてもその配向方向は同様である。図８（ｂ）に示すように、本形態のカーボン長繊維３６は、コアフレーム３０の上面３０ａに形成された開口３４１や、コアフレーム３０の前後左右の面３０ｃ，３０ｄに沿って水平に、その主配向方向が左右方向となるように配向している。そしてマルチコプター１０のアーム１２は、コアフレーム３０の左右の面３０ｄに、すなわちカーボン長繊維３６の主配向方向における両端の面に接続されている。なお、ここでいう「主配向方向」とは、配合されたカーボン長繊維３６の繊維方向のうち、その全体に占める割合が最も大きな方向をいう。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＡ−Ａ断面図の一部である。図８（ｃ）に示すように、本形態のカーボン長繊維３６は、コアフレーム３０の上面３０ａ近傍および下面３０ｂ近傍の層において、一の樹脂層３１とこれに隣接する他の樹脂層３１との間に配合されている。例えばプリプレグ（炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた半硬化状態のシート）が積層された板材を組み立ててコアフレーム３０の形状にしたり、プリプレグを型材に貼りつけてコアフレーム３０の形状に成形したりするのではなく、３Ｄプリンタによるコアフレーム３０の積層工程において樹脂層３１の間にカーボン長繊維３６を配合することにより、簡便にコアフレーム３０を製造することが可能とされている。

アーム１２が接続されるコアフレーム３０には、マルチコプター１０の全備重量を安定して支持可能な強度が必要である。本形態のマルチコプター１０は、コアフレーム３０を樹脂層３１の積層体とし、さらにこれを柱部３２および板部３３により構成された中空の枠体とすることにより、アルミ等の金属材料でこれを構成する形態に比べてアーム１２の支持構造を軽量化している。そして、コアフレーム３０にカーボン長繊維３６を配合し、その主配向方向における両端にアーム１２を接続することによりコアフレーム３０に必要な強度を確保している。なお、コアフレーム３０の形状は本形態の角筒形状には限られず、また、枠体にも限られない。コアフレーム３０の形状は、例えば、中空の立方体や直方体、円柱などであってもよく、その他、柱部や板部を組み合わせて構成された複雑な形状であってもよい。また、本形態ではカーボン長繊維３６の主配向方向における両端にアーム１２が接続されているが、曲げモーメントに対するコアフレーム３０の強度が十分である場合にはアーム１２の接続位置は任意である。

また、図９に示すように、柱部３２および板部３３は、その内部に空洞が設けられた中空体である。本形態ではこれによりコアフレーム３０のさらなる軽量化が図られている。そして、柱部３２および板部３３の空洞内には、板面を水平方向に向けた補強板３５が形成されている。補強板３５は、空洞内を平面視したときに三角形格子を形成するように配置されている。アーム１２を支持するコアフレーム３０には、飛行中に上下方向の曲げモーメントが加えられる。本形態のマルチコプター１０は、板面を水平方向に向けた補強板３５が柱部３２および板部３３の内部に形成されることにより、コアフレーム３０の上下方向の曲げモーメントに対する抵抗力が高められている。また、本形態では補強板３５を平面視三角形格子状に配置することにより、狭小な空洞であっても比較的高い密度で補強板を配置することが可能とされている。なお、補強板３５の構造は本形態の三角形格子には限られず、補強板３５の板面が水平方向に向けられることを条件として、例えば補強板３５をハニカム構造に配置したり、補強板３５を幾重にも平行に並べて配置したりしてもよい。

また、図７に示すように、コアフレーム３０は、左右に貫通した穴部である筒穴ｈを有している。筒穴ｈの貫通方向（左右）をコアフレーム３０の長さ方向、その長さ方向に直交する方向をコアフレーム３０の幅方向としたときに、コアフレーム３０は、その長さ方向における両端に形成された開口３４３の開口面積Ｃ１が、筒穴ｈを幅方向に切断したときの最大断面積Ｃ２よりも小さい。このように、例えばアルミブロックの切削加工などでは成形困難な形状であっても、樹脂層３１の積層によりコアフレーム３０を構成することにより、その形状の自由度が高められている。

［その他の機能構成］
図１０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の機能は、制御部であるフライトコントローラＦＣ、４基のロータ１３、操縦者（オペレータ端末９１）と通信を行う通信装置９２、外部装置である正面カメラ９３、および、これらに電力を供給する図示しないバッテリーにより構成されている。

フライトコントローラＦＣは制御装置２０を有している。本形態の制御装置２０は、中央処理装置であるＣＰＵ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とを有するマイクロコントローラである。制御装置２０は単体のマイクロコントローラには限られずいわゆるコンパニオンコンピュータとの組み合わせであってもよい。その他、制御装置２０を例えばＦＰＧＡ（field-programmable gate array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などで構成することも考えられる。

フライトコントローラＦＣはさらに、ＩＭＵ２１（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）、ＧＰＳ受信器２２、気圧センサ２３、下方に向けられたレーザ測距センサ２４、および電子コンパス２５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。

ＩＭＵ２１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。気圧センサ２３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である。本形態では気圧センサ２３に加え、レーザ測距センサ２４により対地高度も取得されている。これにより、気圧変化による飛行高度の誤差を補正することが可能とされている。本形態の電子コンパス２５には３軸地磁気センサが用いられている。電子コンパス２５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２２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２２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。

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１３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、本形態のプロペラ１３２は固定ピッチプロペラであり、制御装置２０はＥＳＣ（Electronic Speed Controller）を介してモータ１３１の回転数を制御することで操舵を行うが、例えば可変ピッチプロペラからなるロータを搭載し、ピッチ変更機構で個々のロータのピッチ角を変更することにより操舵を行う構成としてもよい。

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、オペレータ端末９１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。

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。逆にさらに機能を追加することも可能である。例えば、機体の水平位置を検出するセンサとして、上述のＧＰＳ受信器２２に加えオプティカルフローセンサを併用することで、ＧＰＳ信号の届かない屋内においてもマルチコプター１０を自律飛行させることが可能になる。その他、機体とその周辺物との位置関係を特定する超音波センサや深度カメラ、ライダ（ＬＩＤＡＲ：Light Detection and Ranging）などを備えることでマルチコプター１０の安全性や用途を広げることができる。また、例えば通信装置９２に３ＧやＬＴＥ、５Ｇモジュールを搭載することで、そのサービスエリア内であれば遠方からでもマルチコプター１０を操作することが可能になる。

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（無人航空機），１１：胴部，１１２：アームホルダ，１２：アーム（アーム部材），１３：ロータ（水平回転翼），ＦＣ：フライトコントローラ，３０：コアフレーム，３１：樹脂層，３２：柱部，３３：板部，３４１，３４２，３４３：開口，ｈ：筒穴（穴部），３５：補強板，３６：カーボン長繊維，３９：凹部，Ｃ１：開口面積，Ｃ２：断面積，９１：オペレータ端末，９２：通信装置

Claims (6)

1. 水平回転翼をそれぞれ支持する複数のアーム部材と、
   樹脂層が単一方向に積層されてなる積層体である支持部材と、を備え、
   前記支持部材は中空形状に形成され、
   前記支持部材にはカーボン長繊維が配合され、
   前記複数のアーム部材は前記支持部材に直接または他の部材を介して接続されることを特徴とする無人航空機。
2. 水平回転翼をそれぞれ支持する複数のアーム部材と、
   樹脂層が単一方向に積層されてなる積層体である支持部材と、を備え、
   前記支持部材にはカーボン長繊維が配合され、
   前記支持部材は、板部および／または柱部により構成された枠体であり、
   前記板部および／または柱部の少なくとも一部にはその内部に空洞が設けられ、
   前記空洞内には、板面を水平方向に向けた補強板が形成され、
   前記複数のアーム部材は前記支持部材に直接または他の部材を介して接続されることを特徴とする無人航空機。
3. 前記補強板は、前記空洞内を平面視したときに三角形格子を形成するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の無人航空機。
4. 前記カーボン長繊維は、複数の前記樹脂層のいずれかと、これに隣接する他の前記樹脂層との間に配合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無人航空機。
5. 前記支持部材は、前記カーボン長繊維の主配向方向が水平となるように配置され、
   前記複数のアーム部材は、前記支持部材の、前記カーボン長繊維の主配向方向における両端に直接または他の部材を介して接続されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無人航空機。
6. 前記支持部材は水平方向に貫通した穴部を有し、
   前記穴部の貫通方向を前記支持部材の長さ方向、該長さ方向に直交する方向を前記支持部材の幅方向というときに、前記支持部材は、その長さ方向における両端の開口面積が、前記穴部を幅方向に切断したときの最大断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の無人航空機。
   
   

Images