JP2022150020A - Unmanned aircraft and control method thereof - Google Patents

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健蔵 野波
Kenzo Nonami
智 鈴木
Satoshi Suzuki
徳久 三宅
Norihisa Miyake
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Abstract

To provide an unmanned aircraft which is easily downsized and has high flight performance.SOLUTION: An unmanned aircraft having a kite wing 2 attached at a predetermined angle relative to an aircraft body 1 comprises: front edge pipes 23, 24 that are arranged in bilateral symmetry and turnably provided about a front side portion, relative to an airframe main shaft 10 of the kite wing 2; and propellers 121, 122, 131, 132 disposed on the airframe body 1. The kite wing 2 is flexible and supported by the front edge pipes 23, 24, and opened and closed according to turning of the front edge pipes 23, 24. At least one propeller is arranged to be positioned inside the kite wing 2, in plan view of the kite wing 2 in a fully open state.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、物品の運搬、測量、風景の空撮、上空からの災害状況の調査、橋梁やビル壁面などの点検、農薬や肥料の散布、警備など、さまざまな用途に使用することが可能な、無人航空機およびその制御方法に関する。 The present invention can be used for various purposes such as transportation of goods, surveying, aerial photography of scenery, investigation of disaster situations from the sky, inspection of bridges and building walls, spraying of pesticides and fertilizers, and security. , to an unmanned aerial vehicle and its control method.

従来より、小型の無人航空機が、上述したようなさまざまな用途に用いられている。無人航空機としては、いわゆるマルチコプタと呼ばれる回転翼型の無人航空機をはじめとして、シングルロータあるいはタンデムロータなどのヘリコプタ型、あるいは胴体から左右に延びる主翼を備えた固定翼型の無人航空機などのタイプがある。これらの無人航空機は総称してドローンと呼ばれることが一般的であり、近年その普及には目覚ましいものがあるが、いずれのタイプも、それぞれ長所、短所がある。 Traditionally, small unmanned aerial vehicles have been used for a variety of applications such as those described above. Unmanned aerial vehicles include rotary wing type unmanned aerial vehicles called multicopters, helicopter types such as single rotors and tandem rotors, and fixed wing type unmanned aerial vehicles with main wings extending left and right from the fuselage. . These unmanned aerial vehicles are generally collectively called drones, and their spread has been remarkable in recent years, but each type has advantages and disadvantages.

例えば、回転翼型のマルチコプタは、比較的航続時間が短く、搬送重量が小さいなどの短所がある反面、滑走路等を必要とせずに離着陸可能であるなどの利点がある。また、固定翼型の無人航空機は、航続距離を長く出来るという長所がある反面、離着陸に滑走路等の広い場所を必要とするほか、飛行中は一定以上の速度で航行する必要があるため、低速での飛行やホバリング(空中で静止して一定位置を保つ)を行うことが困難、といったことが欠点となる。 For example, rotary wing type multicopters have disadvantages such as a relatively short cruising time and a small carrying weight, but they have advantages such as being able to take off and land without requiring a runway or the like. In addition, while fixed-wing unmanned aerial vehicles have the advantage of being able to travel longer distances, they require a large space such as a runway for takeoff and landing, and they also need to travel at a certain speed or higher during flight. The drawback is that it is difficult to fly at low speeds and hover (holding a stationary position in the air).

また、固定翼型と回転翼型マルチコプタとを組み合わせることで垂直離着陸を可能とした、いわゆるVTOL(Vertical Take-Off and Landing)型の無人航空機も、市場に現れている。このタイプの無人航空機は、後掲の非特許文献1、あるいは非特許文献2などにみられるようなものであり、離着陸時は回転翼型、水平飛行時は固定翼型の機体として動作することが基本である。このため、離着陸に滑走路等の広い場所を必要とせずに、航続距離を長く取ることが出来る。 Also, a so-called Vertical Take-Off and Landing (VTOL) type unmanned aerial vehicle that enables vertical take-off and landing by combining a fixed wing type and a rotary wing type multicopter has appeared on the market. This type of unmanned aerial vehicle is as seen in Non-Patent Document 1 or Non-Patent Document 2, etc., and operates as a rotary-wing airframe during takeoff and landing, and as a fixed-wing airframe during horizontal flight. is the basis. For this reason, a long cruising range can be obtained without requiring a large space such as a runway for takeoff and landing.

さらに、通常の固定翼型とは異なるタイプの無人航空機として、主翼の代わりにハンググライダーの帆状の翼を備えた言わば凧にも似た形の、カイト型と呼ばれるものがある。このカイト型は、通常の固定翼機と比較して低速での安定飛行が可能であり、航続時間も比較的長くとることが可能である。また、通常の固定翼機では難しい不整地を滑走路として用いた離発着が可能で翼の破損などの可能性も低い、といった特徴は有するものの、ある程度の滑走路を必要とするものである。 Furthermore, as a type of unmanned aerial vehicle that is different from the usual fixed-wing type, there is an unmanned aerial vehicle called a kite-type, which has sail-like wings of a hang glider instead of the main wings. Compared to normal fixed-wing aircraft, this kite-type aircraft is capable of stable flight at low speeds and has a relatively long cruising time. In addition, although it has the characteristics of being able to take off and land on rough terrain, which is difficult for ordinary fixed-wing aircraft, and the possibility of wing damage is low, it requires a certain amount of runway.

特許文献1(請求項1や段落0004など)には、このようなカイト型の小型飛行機として、「頭部と垂直尾翼と水平尾翼とを細長の胴体で連結した機体の上方に膜状のカイト翼を胴体に対し所要の角度をもって取付け、同カイト翼と胴体との間にプロペラを装置」し、さらに、「頭部に撮影・作業用の機器を収容する収容空間を設け、同頭部を胴体に脱着自在に取付け、頭部の底面及び上面を収容空間と連通するように開口し、同上面開口に着脱自在の蓋を取付けた」無線操縦小型飛行機が提案されている。また、この特許文献1(段落0014など)には、開示された無線操縦小型飛行機が、「膜状のカイト翼を主翼として使用したことで、軽量で大きな揚力を発生させることができ、安定した水平飛行が行え、低速での安定飛行を可能とし、操縦を容易とした」ものであることが記載されている。特許文献1によれば、「カイト翼と胴体との間」に装置されたプロペラは、機体の推進力を発生するものであって、「推進プロペラで推進力を得、カイト翼で揚力を発生して、飛行できるようにした」ものである。そして、特許文献1の無線操縦小型飛行機は、水平尾翼の回転により、上昇、下降を、また、垂直尾翼の回転により、左右の旋回を、それぞれ実現している。 Patent Document 1 (claim 1, paragraph 0004, etc.) describes such a kite-type small airplane as follows: "A film-like kite is provided above an airframe in which a head, a vertical stabilizer, and a horizontal stabilizer are connected by an elongated body. Attach the wing to the fuselage at the required angle, install a propeller between the kite wing and the fuselage. A radio-controlled small airplane has been proposed, which is detachably attached to the fuselage, has openings on the bottom and top of the head so as to communicate with the accommodation space, and attaches a detachable cover to the top opening. In addition, in this patent document 1 (paragraph 0014, etc.), the disclosed radio-controlled small airplane "uses a membrane-like kite wing as the main wing, so that it can generate a light weight and a large lift, and is stable. It is capable of level flight, stable flight at low speed, and easy maneuverability." According to Patent Document 1, the propeller installed "between the kite wings and the fuselage" generates the thrust of the airframe. and made it possible to fly.” The radio-controlled small airplane of Patent Document 1 achieves ascent and descent by rotation of the horizontal stabilizer, and turns left and right by rotation of the vertical stabilizer.

このように、無人航空機には種々の形態があるが、それぞれに一長一短がある。このため、複数の異なる機構を組み合わせることで、長所を残しつつ短所の解消を図ることが考えられている。 As described above, there are various forms of unmanned aerial vehicles, each of which has advantages and disadvantages. Therefore, by combining a plurality of different mechanisms, it is considered to eliminate the disadvantages while maintaining the advantages.

例えば、特許文献2には、カイト翼と3つの回転翼とを組み合わせた無人航空機が示されている。この無人航空機は、「3以上の回転翼が取り付けられたいわゆるマルチコプタ的な機体に、カイト翼と制御部を追加した構成」を有するものであって(段落0015など)、「主翼を有するマルチコプタのホバリング時の風や自身のロータの発生する気流の影響を緩和し、飛行可能な風速域を広げることを目的」としており(段落0013など)、「機体に可動な軸に取り付けられた柔軟性を持ったシート状のものを主翼とするカイト翼と、機体に対するカイト翼の形状と傾きを制御」可能としたものである(段落0014など)。3つの回転翼は「カイト翼が発生する揚力が安定し、回転翼の出力も安定する」ように、カイト翼の真下ではなく、「平面視した場合に、カイト翼と重複しない位置」すなわち平面図において、カイト翼と重ならず、カイト翼よりも外側に配置された構造となっている(段落0043など)。特許文献2の無人航空機は、カイト翼の形状を制御するにあたっては、左右対称のカイト翼の中心軸に沿ってカイト翼先端部の位置をスライドさせることで、カイト翼の左右縁部同士の成す角度と、機体本体に対するカイト翼の中心軸の角度とを変化させる(段落0045など)。そして、特許文献2においては、この機体によれば、カイト翼に発生する揚力を利用して回転翼の出力を低下させ、従来のマルチコプタに比べて飛行速度、飛行時間、航続距離の改善が可能である、とされている。 For example, Patent Literature 2 shows an unmanned aerial vehicle that combines a kite wing and three rotor blades. This unmanned aerial vehicle has "a configuration in which a kite wing and a control unit are added to a so-called multi-copter-like airframe with three or more rotor blades" (paragraph 0015, etc.), and is "a multi-copter with main wings. The purpose is to mitigate the effects of the wind during hovering and the airflow generated by its own rotor, and to expand the wind speed range that can be flown” (Paragraph 0013, etc.), and “The flexibility attached to the movable shaft of the aircraft It is possible to "control the shape and inclination of the kite wing, which has a sheet-like object as the main wing, and the kite wing with respect to the airframe" (paragraph 0014, etc.). In order to stabilize the lift generated by the kite wings and stabilize the output of the rotor blades, the three rotor blades are positioned not directly under the kite wings, but in a position where they do not overlap with the kite wings when viewed from above. In the figure, the structure is arranged outside the kite wings without overlapping with the kite wings (paragraph 0043, etc.). In the unmanned aerial vehicle of Patent Document 2, in controlling the shape of the kite wing, the position of the tip of the kite wing is slid along the central axis of the symmetrical kite wing, so that the left and right edges of the kite wing form each other. The angle and the angle of the central axis of the kite wing with respect to the airframe body are changed (paragraph 0045, etc.). In Patent Document 2, according to this aircraft, the lift generated by the kite wings is used to reduce the output of the rotor blades, and flight speed, flight time, and cruising distance can be improved compared to conventional multicopters. It is said that

また、特許文献3にも、プロペラとカイト翼とを組み合わせた移動装置が示されている。これは、「推力を得るためのプロペラと、浮力を得るためのカイト部とを有した移動装置であって、所定の高度に装置が達した場合に、カイト部を展開し、プロペラの回転を停止または減速する」ものであって、カイト部は、リーディングロッドと呼ばれる左右縁部を中心軸のまわりに回動させることによって展開する構造が開示されている(請求項1、段落0006、段落0020など)。この移動装置は、一定範囲内の空中に飛行しながら滞在することで、長時間にわたって空中から地上の撮影を行うことを目的としたものである(段落0015など)。この装置によれば、バッテリーの電力を有効活用し、長時間の飛行が可能である(段落0005、0015など)、とされている。 Further, Patent Document 3 also discloses a moving device in which a propeller and a kite blade are combined. This is a "mobile device having a propeller for obtaining thrust and a kite section for obtaining buoyancy. When the device reaches a predetermined altitude, the kite section is deployed and the propeller rotation is It is disclosed that the kite part deploys by rotating the left and right edges called the leading rod around the central axis (claim 1, paragraph 0006, paragraph 0020). Such). This mobile device is intended to take pictures of the ground from the air for a long time by staying in the air within a certain range while flying (Paragraph 0015, etc.). According to this device, the electric power of the battery is effectively used, and it is possible to fly for a long time (paragraphs 0005, 0015, etc.).

特許第2699263号公報Japanese Patent No. 2699263 特開2019-26236号公報JP 2019-26236 A 特開2019-127155号公報JP 2019-127155 A

野波健蔵:回転翼系ロボティクス、日本ロボット学会誌、Vol.34、No.2、pp.74-80(2016)Kenzo Nonami: Rotorwing Robotics, Journal of the Robotics Society of Japan, Vol.34, No.2, pp.74-80 (2016) 浦久保孝光:VTOL型ドローンの研究開発―次世代ドローンの実現に向けて、システム/制御/情報、Vol.60、No.10、pp.437-442(2016)Takamitsu Urakubo: Research and Development of VTOL Drones - Toward the Realization of Next-Generation Drones, System/Control/Information, Vol.60, No.10, pp.437-442 (2016)

ところで、特許文献2に記載の無人航空機は、前述したように、カイト翼と3つの回転翼とを組み合わせた無人航空機であり、機体に対するカイト翼の形状と傾きを制御可能としたものである。しかし、特許文献2に記載の無人航空機は、カイト翼の形状を制御するにあたって、左右対称のカイト翼の中心軸に沿ってカイト翼先端部の位置をスライドさせることで、カイト翼の左右縁部同士の成す角度と、機体本体に対するカイト翼の中心軸の角度とを変化させる構造を用いている(図4など)。このため、機構が複雑になるだけでなく、カイト翼の形状と傾きを変化させることにより機体全体としての重心位置や機体が飛行中に受ける揚力の中心位置が変化するため、制御も複雑にならざるを得ないという問題がある。また、3つの回転翼はカイト翼の真下ではなく、平面図で見た場合(平面視し投影面内で見た場合)にカイト翼とは重ならないように、カイト翼よりも外側に配置されているため、特許文献2に記載の無人航空機には、機構全体として大型化を免れないという問題がある。 By the way, the unmanned aerial vehicle described in Patent Document 2 is an unmanned aerial vehicle that combines a kite wing and three rotary wings, as described above, and is capable of controlling the shape and inclination of the kite wing with respect to the airframe. However, in the unmanned aerial vehicle described in Patent Document 2, in controlling the shape of the kite wing, by sliding the position of the tip of the kite wing along the center axis of the symmetrical kite wing, the right and left edges of the kite wing A structure is used in which the angle between the wings and the angle of the center axis of the kite wings with respect to the airframe body are changed (Fig. 4, etc.). This not only complicates the mechanism, but also makes control more complicated by changing the shape and inclination of the kite wings, which changes the position of the center of gravity of the aircraft as a whole and the position of the center of lift that the aircraft receives during flight. There is an unavoidable problem. In addition, the three rotor blades are not placed directly under the kite wings, but are arranged outside the kite wings so that they do not overlap with the kite wings when viewed in plan (when viewed in plan and viewed within the projection plane). Therefore, the unmanned aerial vehicle described in Patent Document 2 has a problem that the size of the mechanism as a whole cannot be avoided.

また、特許文献3に記載の無人航空機は、前述したように、プロペラとカイト翼とを組み合わせたものであって、カイト部は、2つ折りにした状態から、リーディングロッドと呼ばれる左右縁部を中心軸のまわりに回動させることによって展開する。この構造は、カイト翼が2つ折りになっている状態では横風の影響を大きく受けるという問題があるほか、基本的に2つ折りの全閉状態と平面状に展開した全開状態の何れかの状態以外では利用し難い、という問題がある。 Further, the unmanned aerial vehicle described in Patent Document 3 is a combination of a propeller and a kite wing, as described above. It deploys by rotating it around its axis. This structure has a problem that it is greatly affected by crosswinds when the kite wings are folded in two, and basically it is not in either the fully closed state when it is folded in two or the fully opened state when it is flattened. There is a problem that it is difficult to use.

以上に示したように、回転翼型のマルチコプタと固定翼型の、それぞれの長所を組み合わせる際に、両者を単純に組み合わせて具備する形とするだけでは、例えば機構的な無駄が生じたり、制御が複雑になったり、あるいは本来有していた別の長所を損なう、といった可能性がある。したがって、本発明は、回転翼型のマルチコプタの有する、垂直離着陸、低速飛行といった長所を生かしつつ損ねることなく、その短所である航続時間の短さ、搬送重量の少なさを解消することを大目的としている。 As described above, when combining the respective advantages of the rotary wing type multi-copter and the fixed wing type, simply combining the two will result in mechanical waste, for example, and control problems. complication, or detract from other inherent advantages. Therefore, the main object of the present invention is to solve the drawbacks of the rotary wing type multicopter, such as vertical take-off and landing and low-speed flight, while maintaining its drawbacks of short cruising time and low transport weight. and

さらに、本発明は、小型で、かつなるべく簡便な機構で、極力容易に制御でき、折り畳んだ際にも横風等の影響を受け難く、さらにカイト翼を全閉とした状態から全開に展開した状態までの間を、例えば実効的な翼面積が連続的に変化するようにしながら飛行を実行することが可能な無人航空機の提供を目的としている。また、本発明は、様々な飛行速度での飛行が可能な無人航空機を提供することを目的としている。 Furthermore, the present invention uses a compact and simple mechanism, can be controlled as easily as possible, is not easily affected by crosswinds when folded, and has the kite wings deployed from a fully closed state to a fully opened state. To provide an unmanned aerial vehicle capable of executing flight while continuously changing the effective wing area, for example, until Another object of the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle capable of flying at various flight speeds.

別な言い方をすれば、本発明は、前述した各種の無人航空機の有する長所、短所に鑑みてなされたものであり、その目的は、航続距離、航続時間、あるいは搬送重量を極力大きくしつつ、離着陸に滑走路等の広い場所を必要としない無人航空機であって、かつ、固定翼機と比較して低速での安定飛行が可能な無人航空機を提供することにある。そして、本発明は、小型化が容易で飛行性能の高い無人航空機を提供することを目的としている。 In other words, the present invention has been made in view of the advantages and disadvantages of the above-mentioned various unmanned aerial vehicles, and its object is to maximize the cruising range, cruising time, or carrying weight, To provide an unmanned aerial vehicle which does not require a large space such as a runway for takeoff and landing, and which is capable of stable flight at low speed compared to fixed-wing aircraft. Another object of the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle that can be easily miniaturized and has high flight performance.

本発明は、機体本体に対して所定の角度を持って取り付けられたカイト翼を有する無人航空機において、
前記カイト翼の中央主軸に対して、左右対称に配置されるとともに前側の部位を中心として回動可能に設けられた開閉骨組部材と、
前記機体本体に設けられた少なくとも3つのプロペラと、を備え、
前記カイト翼は、可撓性を有し前記開閉骨組部材により支持され、前記開閉骨組部材の回動により開閉され、
少なくとも1つの前記プロペラが、全開状態にある前記カイト翼を平面視した場合に、前記カイト翼の内側に位置するよう配置されていること、
を特徴とする無人航空機である。
The present invention relates to an unmanned aerial vehicle having a kite wing attached at a predetermined angle to the body of the aircraft,
an opening/closing frame member arranged symmetrically with respect to the central main axis of the kite wing and rotatable around a front portion;
at least three propellers provided on the fuselage body,
The kite wings are flexible and supported by the opening/closing frame member, and are opened and closed by rotation of the opening/closing frame member,
at least one propeller is arranged to be positioned inside the kite wing when the kite wing is in a fully open state and viewed from above;
It is an unmanned aerial vehicle characterized by

また、本発明は、機体本体に対して所定の角度を持って取り付けられたカイト翼を有する無人航空機の制御方法において、
前記無人航空機は、
前記カイト翼の中央主軸に対して、左右対称に配置されるとともに前側の部位を中心として回動可能に設けられた開閉骨組部材と、
前記機体本体に設けられた少なくとも3つのプロペラと、を備え、
前記カイト翼は、可撓性を有し前記開閉骨組部材により支持され、前記開閉骨組部材の回動により開閉され、
少なくとも1つの前記プロペラが、全開状態にある前記カイト翼を平面視した場合に、前記カイト翼の内側に位置するよう配置されており、
少なくとも上昇モード、水平飛行モード、及び、下降モードでの制御が可能であり、
前記上昇モードでは、前記カイト翼を縮小し、前記少なくとも3つのプロペラにより上昇のための推力を発生させ、
前記水平飛行モードでは、前記カイト翼を展開し、
前記下降モードでは、前記少なくとも3つのプロペラにより下降のための推力を発生させること、
を特徴とする無人航空機の制御方法である。
Further, the present invention provides a control method for an unmanned aerial vehicle having a kite wing attached at a predetermined angle to the airframe body,
The unmanned aerial vehicle is
an opening/closing frame member arranged symmetrically with respect to the central main axis of the kite wing and rotatable around a front portion;
at least three propellers provided on the fuselage body,
The kite wings are flexible and supported by the opening/closing frame member, and are opened and closed by rotation of the opening/closing frame member,
at least one of the propellers is arranged to be positioned inside the kite wing when the kite wing is in a fully open state and viewed from above;
capable of control in at least a climb mode, a level flight mode, and a descent mode;
in the climb mode, retracting the kite wings and generating thrust for ascent by the at least three propellers;
in the horizontal flight mode, deploying the kite wings;
generating thrust for descent by the at least three propellers in the descent mode;
A control method for an unmanned aerial vehicle characterized by:

本発明によれば、小型化が容易で飛行性能の高い無人航空機を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an unmanned aerial vehicle that can be easily miniaturized and has high flight performance.

本発明の第一実施例に係る無人航空機の側面図。1 is a side view of an unmanned aerial vehicle according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第一実施例に係る無人航空機の平面図。1 is a plan view of an unmanned aerial vehicle according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第一実施例に係る無人航空機の正面図。1 is a front view of an unmanned aerial vehicle according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第一実施例に係る無人航空機の翼先端部の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of the wing tip portion of the unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention; (a)は本発明の第一実施例に係る無人航空機のカイト翼の開状態を示す説明図、(b)は同じく無人航空機のカイト翼の閉状態を示す説明図。(a) is an explanatory view showing the open state of the kite wing of the unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention, and (b) is an explanatory view showing the closed state of the kite wing of the unmanned aerial vehicle. 本発明の第一実施例に係る無人航空機の翼開閉駆動機構の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of the wing opening/closing drive mechanism of the unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention; (a)は開閉駆動機構の変形例を示す説明図、(b)は(a)の開閉機構における前縁パイプと前縁パイプ駆動リンクの動作の様子を模式化して示す説明図。(a) is an explanatory view showing a modification of the opening/closing drive mechanism, and (b) is an explanatory view schematically showing the operation of the leading edge pipe and the leading edge pipe drive link in the opening/closing mechanism of (a). 本発明の第二実施例に係る無人航空機の側面図。FIG. 4 is a side view of an unmanned aerial vehicle according to a second embodiment of the present invention; 本発明の第二実施例に係る無人航空機の平面図FIG. 2 is a plan view of an unmanned aerial vehicle according to a second embodiment of the present invention; 本発明の第二実施例に係る無人航空機の正面図Front view of an unmanned aerial vehicle according to a second embodiment of the present invention 本発明の第二実施例に係る無人航空機の制御シーケンス図Control sequence diagram of the unmanned aerial vehicle according to the second embodiment of the present invention 本発明の第一実施例及び第二実施例に係る無人航空機の飛行中の翼面積と速度との関係を示すグラフ。4 is a graph showing the relationship between wing area and speed during flight of the unmanned aerial vehicle according to the first and second embodiments of the present invention; 本発明の第二実施例に係る無人航空機の制御装置のブロック図。FIG. 4 is a block diagram of a control device for an unmanned aerial vehicle according to a second embodiment of the present invention;

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の一つの実施例(第一実施例)に係る無人航空機の側面図、図2は同じく第一実施例に係る無人航空機の平面図、及び、図3は同じく正面図である。ここで、以降に説明する図1~図10において、各符号に付帯した引き出し線として直線が用いられている。また、各引き出し線は、一端の矢尻や黒丸などによって、符号に対応する部分を指示している。 An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings. FIG. 1 is a side view of an unmanned aerial vehicle according to one embodiment (first embodiment) of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the unmanned aerial vehicle according to the same first embodiment, and FIG. 3 is a front view of the same. . Here, in FIGS. 1 to 10 described below, straight lines are used as lead lines attached to each symbol. In addition, each lead line indicates the part corresponding to the code by an arrowhead or a black dot at one end.

この無人航空機は、物流、点検、測量、撮影、災害支援など、さまざまな用途への適用が可能なものである。図1~図3等に示す機体本体1は、前後方向に延びる機体主軸10(一点鎖線で示す)を有するとともに、支柱11を備えている。この支柱11の上端にはカイト翼2の中央主軸パイプ21が、機体本体1と一定の迎角(所定の角度)を成すように固定されている。また、機体本体1は、車輪ではなく脚19により地上で支持される。なお、機体本体1を、車輪(図示略)により支持してもよい。 This unmanned aerial vehicle can be applied to various uses such as distribution, inspection, surveying, photography, and disaster relief. The fuselage body 1 shown in FIGS. 1 to 3 and the like has a fuselage main shaft 10 (indicated by a dashed line) extending in the longitudinal direction, and is provided with a strut 11 . A central main shaft pipe 21 of the kite wing 2 is fixed to the upper end of the strut 11 so as to form a constant angle of attack (predetermined angle) with the airframe body 1 . Further, the airframe body 1 is supported on the ground by legs 19 instead of wheels. Note that the airframe body 1 may be supported by wheels (not shown).

ここで、図1~図3は、XYZの直交座標により方向を示している。各座標軸のうち、X軸の方向は、機体本体1の前後方向に一致しており、機体本体1の前方がX軸に係る正の向きに対応している。また、Y軸の方向は、機体本体1の左右方向に一致しており、機体本体1の後方から前方を見て右側がY軸に係る正の向きに対応している。さらに、Z軸の方向は、機体本体1の上下方向に一致しており、機体本体1の下方がZ軸に係る正の向きに対応している。また、図1及び図2の座標中における白抜きの丸印は、対応する座標の負の側から正の側を見ていることを意味しており、図3の座標中における黒塗りの丸印は、対応する座標の正の側から負の側を見ていることを示している。 Here, FIGS. 1 to 3 show directions by XYZ orthogonal coordinates. Of the coordinate axes, the direction of the X-axis coincides with the longitudinal direction of the body 1, and the front of the body 1 corresponds to the positive direction of the X-axis. Also, the direction of the Y-axis coincides with the left-right direction of the airframe body 1, and the right side of the airframe body 1 viewed from the rear to the front corresponds to the positive direction of the Y-axis. Furthermore, the direction of the Z-axis coincides with the vertical direction of the airframe body 1, and the lower side of the airframe body 1 corresponds to the positive direction of the Z-axis. The white circles in the coordinates in FIGS. 1 and 2 mean that the positive side is viewed from the negative side of the corresponding coordinates, and the black circles in the coordinates in FIG. Marks indicate looking from the positive side to the negative side of the corresponding coordinates.

図4は、この中央主軸パイプ21の先端部の拡大図であって、中央主軸パイプ21の先端部には、ヒンジプレート22が固定されている。ヒンジプレート22に対して垂直な軸回りに、2本の前縁パイプ(開閉骨組部材)23、24がそれぞれ回転軸23s、24sの回りに回動可能に取り付けられている。 FIG. 4 is an enlarged view of the tip of the central spindle pipe 21. A hinge plate 22 is fixed to the tip of the central spindle pipe 21. As shown in FIG. Around an axis perpendicular to the hinge plate 22, two front edge pipes (opening/closing frame members) 23 and 24 are rotatably attached around rotation axes 23s and 24s, respectively.

カイト翼2は、例えばヨットの帆に用いられる帆布と同様に可撓性を有する素材を用いて作られており、その翼形状は、いわゆる凧型すなわち概線対称の直交対角線四角形である(図2等)。直交対角線四角形のうち互いに隣り合う2つの長辺の部分は袋状に縫製されており、この袋状の部分に、前縁パイプ23、24を入れることによりカイト翼2が構成され、前記の回動(回転軸23s、24sの回りの回動)によりカイト翼2の開閉が行われる。 The kite wing 2 is made of a flexible material similar to the sail cloth used for sails of yachts, for example, and its wing shape is a so-called kite shape, that is, a generally linearly symmetrical orthogonal diagonal quadrilateral (Fig. 2 etc.). Two adjacent long side portions of the orthogonal diagonal quadrilateral are sewn into a bag-like shape, and the front edge pipes 23 and 24 are inserted into these bag-like portions to form the kite wing 2. The kite wings 2 are opened and closed by movement (rotation around the rotation shafts 23s and 24s).

図5には、カイト翼2を縮小して閉じた状態(図5(b))のカイト翼形状と、カイト翼2を展開して開いた状態(図5(a))のカイト翼形状を示している。カイト翼2は、前縁パイプ23、24の回動により、この2つの状態の間で任意の翼形状を採ることが可能である。また、カイト翼2の開閉を行うことにより、カイト翼2の平面図における形状(Z方向の負から正の側に平面視し投影面内で見た形状)が変化するが、カイト翼2は開閉位置に関わらず左右対称形状を保つ。このため、その図心位置である揚力中心は機体主軸10上に常に位置し、機体前後方向(X方向)の移動距離は、前縁パイプ23、24の長さに対して比較的少ない。本実例では、例えば、カイト翼2を全開とした際の前縁パイプ23と中央主軸パイプ21との成す頂角を60度とした場合、移動距離(揚力中心の移動距離)はパイプ長の約14%となる。また、カイト翼2は、その中央主軸パイプ21が支柱11に対して固定されているため、カイト翼2の開閉に伴う機体本体1全体としての重心位置は変化しない。 Figure 5 shows the kite wing shape when the kite wing 2 is contracted and closed (Fig. 5(b)) and the kite wing shape when the kite wing 2 is expanded and opened (Fig. 5(a)). showing. The kite wing 2 can take any wing shape between these two states by turning the leading edge pipes 23 and 24 . In addition, by opening and closing the kite wings 2, the shape of the kite wings 2 in plan view (the shape viewed from the negative side to the positive side in the Z direction and viewed in the projection plane) changes, but the kite wings 2 are Maintains symmetrical shape regardless of open/close position. Therefore, the center of lift, which is the centroid position, is always located on the main axis 10 of the fuselage, and the moving distance in the longitudinal direction (X direction) of the fuselage is relatively small compared to the length of the leading edge pipes 23 and 24 . In this example, for example, when the vertical angle formed by the leading edge pipe 23 and the central main shaft pipe 21 when the kite wings 2 are fully opened is 60 degrees, the moving distance (moving distance of the lift center) is about the length of the pipe. 14%. In addition, since the kite wing 2 has its central main shaft pipe 21 fixed to the strut 11, the position of the center of gravity of the airframe body 1 as a whole does not change as the kite wing 2 opens and closes.

図6は、前縁パイプ駆動機構に関する部分を取り出した図であり、これを用いて前縁パイプ23、24の回動を行う機構について説明する。前縁パイプ駆動リンク231、232は、同一の長さを有しており、その一端で互いに回転軸23bの回りに回動可能に取り付けられている。同様に、前縁パイプ駆動リンク241、242は、同一の長さを有しており、その一端で互いに回転軸24bの回りに回動可能に取り付けられている。 FIG. 6 is a view showing a portion related to the leading edge pipe drive mechanism, and using this, the mechanism for rotating the leading edge pipes 23 and 24 will be described. The leading edge pipe drive links 231, 232 have the same length and are attached at one end to each other so as to be rotatable about the rotation axis 23b. Similarly, the leading edge pipe drive links 241, 242 have the same length and are rotatably attached to each other at one end about the axis of rotation 24b.

中央主軸パイプ21には、駆動アセンブリ27が固定されており、駆動アセンブリ27には互いに噛合する歯車230、240が回転可能に取り付けられている。前縁パイプ駆動リンク231の他端は、歯車230に固定されており、駆動アセンブリ27ならびに中央主軸パイプ21に対して回転軸23cの回りに回動可能に取り付けられている。また、前縁パイプ駆動リンク232の他端は、前縁パイプ23に対して回転軸23aの回りに回動可能に取り付けられている。同様に、前縁パイプ駆動リンク241の他端は、歯車240に固定されており、該駆動アセンブリ27ならびに中央主軸パイプ21に対して回転軸24cの回りに回動可能に取り付けられている。また、前縁パイプ駆動リンク242の他端は、前縁パイプ24に対して回転軸24aの回りに回動可能に取り付けられている。 A drive assembly 27 is fixed to the central spindle pipe 21, and gears 230, 240 that mesh with each other are rotatably mounted on the drive assembly 27. As shown in FIG. The other end of leading edge pipe drive link 231 is fixed to gear 230 and is rotatably attached to drive assembly 27 as well as central main shaft pipe 21 about axis of rotation 23c. The other end of the leading edge pipe drive link 232 is attached to the leading edge pipe 23 so as to be rotatable around the rotary shaft 23a. Similarly, the other end of leading edge pipe drive link 241 is fixed to gear 240 and is rotatably mounted relative to drive assembly 27 and center spindle pipe 21 about axis of rotation 24c. Further, the other end of the leading edge pipe drive link 242 is attached to the leading edge pipe 24 so as to be rotatable around the rotary shaft 24a.

ここで、これまでに説明した回動軸23a、23b、23c、24a、24b、24c、および23s、24sの位置関係は以下のようになっている。回転軸23cと回転軸23sとの間の距離と、回転軸23aと回転軸23sとの間の距離は同一であって、これを例えばLL(図示略)とする。また、回転軸24cと回転軸24sとの間の距離と、回転軸24aと回転軸24sとの間の距離は同一であり、これも同じくLLである。また、回動軸23a、23b、23c、24a、24b、24c、および23s、24sは、それぞれZ方向に向けて平行に配置されており、以って左右対称な2つの平面4リンク機構が構成されている。 Here, the positional relationship of the rotation shafts 23a, 23b, 23c, 24a, 24b, 24c and 23s, 24s described so far is as follows. The distance between the rotating shaft 23c and the rotating shaft 23s is the same as the distance between the rotating shaft 23a and the rotating shaft 23s, which is LL (not shown), for example. Also, the distance between the rotating shaft 24c and the rotating shaft 24s is the same as the distance between the rotating shaft 24a and the rotating shaft 24s, which is also LL. In addition, the rotating shafts 23a, 23b, 23c, 24a, 24b, 24c, and 23s, 24s are arranged in parallel in the Z direction, thereby forming two symmetrical planar four-link mechanisms. It is

さらに、駆動アセンブリ27内には電動モータ(図示略)が配設され、その回転軸は歯車230に固定されており、電動モータを回転することによって歯車230ならびに歯車240が互いに反対方向に同一角度回動する。これにより、該電動モータを駆動することによって、前縁パイプ駆動リンク231、232、241、242が回動され、それにより前縁パイプ23、24が駆動されて、結果として図5(a)、(b)に示すようにカイト翼2の開閉が行われる。 Further, an electric motor (not shown) is disposed within the drive assembly 27, and its rotating shaft is fixed to the gear 230. By rotating the electric motor, the gears 230 and 240 rotate in opposite directions at the same angle. Rotate. Accordingly, by driving the electric motor, the leading edge pipe drive links 231, 232, 241, 242 are rotated, thereby driving the leading edge pipes 23, 24, resulting in FIG. The kite wings 2 are opened and closed as shown in (b).

なお、図6は、あくまでも駆動アセンブリ27を概略的に示すものであり、歯車230、240と前縁パイプ駆動リンク231、241との連結位置等の具体的構成は、前縁パイプ駆動リンク231、241が回動軸23c、24cを支点に回動変位しながら、歯車230、240の回転に対して円滑に追従できるよう、適宜決定することが可能である。 6 only schematically shows the drive assembly 27, and the specific configuration such as the connecting positions of the gears 230, 240 and the leading edge pipe drive links 231, 241 is the leading edge pipe drive link 231, It can be determined appropriately so that 241 can smoothly follow the rotation of the gears 230 and 240 while rotating about the rotating shafts 23c and 24c.

また、ここでは一対の歯車230、240を用いた駆動機構について説明したが、これに代えてリンクあるいはワイヤを用いた機構など、歯車と同様の効果を奏するものを用いても良い。変形した一例(変形例)として、図7(a)にスライド方式の機構を示す。この機構においては、中央主軸パイプ21に対して、その主軸の軸方向に沿って並進動作可能に、スライド式駆動機構28が係合されている。 Also, although the drive mechanism using a pair of gears 230 and 240 has been described here, instead of this, a mechanism using a link or a wire, etc., which has the same effect as the gears, may be used. As a modified example (modification), a slide-type mechanism is shown in FIG. 7(a). In this mechanism, a slide drive mechanism 28 is engaged with the central spindle pipe 21 so as to be capable of translational movement along the axial direction of the spindle.

スライド式駆動機構28には、中央主軸パイプ21に対して対称に回転軸23e、24eが配置されている。前縁パイプ駆動リンク233、243は同一の長さを有している。これらのうち、前縁パイプ駆動リンク233は、その一端を前縁パイプ23に対して固定された回転軸23dの回りに回動可能に、また他端をスライド式駆動機構28上の回転軸23eの回りに回動可能に取り付けられている。 Rotation shafts 23 e and 24 e are arranged symmetrically with respect to the central main shaft pipe 21 in the slide type drive mechanism 28 . Leading edge pipe drive links 233, 243 have the same length. Of these, the leading edge pipe drive link 233 has one end rotatable around a rotary shaft 23d fixed to the leading edge pipe 23 and the other end attached to a rotary shaft 23e on the slide type drive mechanism 28. is rotatably mounted around the

また、前縁パイプ駆動リンク243は、その一端を前縁パイプ24に対して固定された回転軸24dの回りに回動可能に、また他端をスライド式駆動機構28上の回転軸24eの回りに回動可能に取り付けられている。さらに、回転軸23d、23e、24d、24e、23s、24sは互いにZ方向に向けて平行に配置されており、回転軸23dと23eとの距離、回転軸24dと24eとの距離、回転軸23dと23sの距離、回転軸24dと24sの距離は、いずれも同一である。このとき、図示しないモータを用い、中央主軸パイプ21の主軸に沿ってスライド式駆動機構28を並進動作させることにより、前縁パイプ駆動リンク233、243の端部位置が移動し(黒塗りの矢印Aで示す)、これによって回転軸23d、24dの位置が変位して、前縁パイプ23、24がそれぞれ駆動されて、結果として図7(b)に併記したように、カイト翼2の開閉が行われる。図7(b)は、図7(a)のスライド式駆動機構28における前縁パイプ23、24と前縁パイプ駆動リンク233、243の動作の様子を合成し、模式化して示している。 One end of the leading edge pipe drive link 243 is rotatable around the rotary shaft 24d fixed to the leading edge pipe 24, and the other end is rotatable around the rotary shaft 24e on the slide type drive mechanism 28. rotatably mounted on the Further, the rotation axes 23d, 23e, 24d, 24e, 23s, and 24s are arranged parallel to each other in the Z direction. and 23s, and the distances between the rotation axes 24d and 24s are the same. At this time, a motor (not shown) is used to translate the sliding drive mechanism 28 along the main axis of the central main shaft pipe 21, thereby moving the end positions of the leading edge pipe drive links 233 and 243 (black arrows A), thereby displacing the positions of the rotating shafts 23d and 24d, driving the leading edge pipes 23 and 24, respectively, and as a result, opening and closing the kite wings 2 as shown in FIG. 7(b). done. FIG. 7(b) synthetically shows the state of operation of the leading edge pipes 23, 24 and the leading edge pipe drive links 233, 243 in the slide type drive mechanism 28 of FIG. 7(a) in a schematic form.

図1~図3に戻り、該無人航空機には、機体本体1に対して2本のアーム12、13が、それぞれ機体主軸10の両側の下方に、機体主軸10に対して直角かつ水平に張り出す形で固定されている。このアーム12、13の左右先端部分には、モータを介して駆動されるプロペラ(回転翼)121、122、131、132がそれぞれ固定されており、これらのプロペラ121、122、131、132は鉛直または概鉛直軸のまわりに回転することによって推力(以下では「推進力」ともいう)を発生する。すなわち、本実施例の無人航空機に採用されている飛行のための機構は、4つのプロペラを備えたクアッドコプタ型のドローンに相当する機構である。 Returning to FIGS. 1 to 3, the unmanned aerial vehicle has two arms 12 and 13 extending horizontally and perpendicularly to the main body axis 10 on both sides of the main body axis 10. It is fixed in a way that it sticks out. Propellers (rotary blades) 121, 122, 131, 132 driven by motors are fixed to the left and right ends of the arms 12, 13, respectively. Alternatively, it generates thrust (hereinafter also referred to as "propulsion") by rotating around a substantially vertical axis. That is, the flight mechanism employed in the unmanned aerial vehicle of this embodiment is a mechanism corresponding to a quadcopter drone having four propellers.

ここで、以下では、説明が煩雑になるのを防ぐため、プロペラの符号「121、122、131、132」の記載を適宜省略する。そして、「プロペラ」の用語は、基本的には「プロペラ121、122、131、132」の意味で用いるが、これとは異なる意味で用いる場合には、その都度符号を付したり、説明を補足したりする。 Here, in the following description, the reference numerals “121, 122, 131, 132” of the propellers are omitted as appropriate in order to avoid complicating the description. The term "propeller" is basically used to mean "propellers 121, 122, 131, 132". Supplement.

前記した前縁パイプ23、24の駆動によりカイト翼2の開閉を行うと、ヨットの帆と同様な素材の帆布により構成されたカイト翼2の張りが変化し、帆布にたわみが生ずる。機体本体1が停止している場合には、カイト翼2を閉じた際に帆布が重力により前縁パイプ23、24、中央主軸パイプ21よりも下方に垂下する可能性があり、これを防止することが必要である。 When the front edge pipes 23 and 24 are driven to open and close the kite wing 2, the tension of the kite wing 2, which is made of a canvas material similar to that of the sail of a yacht, changes and the sail cloth bends. When the body 1 is stopped, when the kite wings 2 are closed, there is a possibility that the sail cloth will hang downward from the leading edge pipes 23, 24 and the central main shaft pipe 21 due to gravity, and this is prevented. It is necessary.

また、機体本体1が概水平方向に飛行している場合には、カイト翼2は空気の流れを受けて揚力を発生するが、この際、効率的に揚力を発生するためには翼の断面を適正な形状にすることが必要である。 Further, when the airframe body 1 is flying in a substantially horizontal direction, the kite wings 2 receive the air flow and generate lift. must be properly shaped.

これらのことを考慮して、図3に一点鎖線で示すように、中央主軸パイプ21と前縁パイプ23との中間に一本乃至複数本の翼中間リブ25を設けるとともに、中央主軸パイプ21と前縁パイプ24との中間に一本乃至複数本の翼中間リブ26を設ける。これらの翼中間リブ25、26は、カイト翼2に対して縫い付ける等の方法で固定されても良い。もしくは、これらの翼中間リブ25、26は、前縁パイプ23、24の駆動と同様なリンク機構等の手段を用いることにより、それぞれ中央主軸パイプ21と前縁パイプ23との中間や、中央主軸パイプ21と前縁パイプ24との中間に構成され(接続され)ていてもよい。 Taking these things into consideration, one or more blade intermediate ribs 25 are provided between the central main shaft pipe 21 and the leading edge pipe 23, as indicated by the dashed line in FIG. One or more wing intermediate ribs 26 are provided intermediate the leading edge pipe 24 . These intermediate wing ribs 25, 26 may be fixed to the kite wing 2 by a method such as sewing. Alternatively, these blade intermediate ribs 25 and 26 can be provided between the central main shaft pipe 21 and the leading edge pipe 23 or between the central main shaft pipe 21 and the leading edge pipe 23 by using a means such as a link mechanism similar to that for driving the leading edge pipes 23 and 24. It may be configured (connected) intermediate the pipe 21 and the leading edge pipe 24 .

該翼中間リブ25、26は、例えばハンググライダー等においてバテンと呼ばれる翼形状の整形部材に相当する機能を有し、カイト翼2の断面形状が概ね上方に凸となった曲線を形成するように作用する。このように、該翼中間リブ25、26の形状は、直線状の場合のほか、直線状では無い場合が含まれる。そして、該翼中間リブ25、26は、カイト翼2が展開状態から閉じる際(縮小状態に変化する際)に、それぞれ中央主軸パイプ21と前縁パイプ23の両者を含む平面の上方、中央主軸パイプ21と前縁パイプ24との両者を含む平面の上方、に少なくともその一部が変位するように構成される。 The intermediate wing ribs 25 and 26 have a function corresponding to a wing-shaped shaping member called a batten in, for example, a hang glider or the like. works. In this way, the shape of the intermediate blade ribs 25, 26 may be straight or non-linear. When the kite blade 2 is closed from the deployed state (when it changes to the contracted state), the wing intermediate ribs 25 and 26 are positioned above the plane containing both the central main shaft pipe 21 and the leading edge pipe 23, respectively. It is arranged to be at least partially displaced above a plane containing both the pipe 21 and the leading edge pipe 24 .

さらに、該無人航空機には、機体本体1の左右方向すなわちヨー軸回りの安定性を向上させるための垂直尾翼15と、機体本体1の上下方向すなわちピッチング軸回りの安定性を向上させるための水平尾翼16が設けられており、垂直尾翼15には方向舵(符号省略)が、また水平尾翼16には昇降舵(符号省略)が、それぞれ取り付けられている。 Further, the unmanned aerial vehicle includes a vertical stabilizer 15 for improving the stability of the fuselage body 1 in the lateral direction, that is, about the yaw axis, and a horizontal tail fin 15 for improving the stability of the fuselage body 1 in the vertical direction, that is, about the pitching axis. A tail 16 is provided. A rudder (reference numerals omitted) is attached to the vertical stabilizer 15, and an elevator (reference numerals omitted) is attached to the horizontal stabilizer 16, respectively.

次に、該無人航空機によって飛行を行う場合の手順、すなわち制御シーケンスについて説明する。まず、離陸に当たっては、図5(b)に示すようにカイト翼2を閉じて畳み込む。そして、カイト翼2を、図5(b)に示すように無人航空機を平面視した場合に、前記4つのプロペラをカイト翼2の外側に露出させて、プロペラの回転によって発生する気流を極力妨げない状態とする。さらに、前記4つのプロペラを回転して、揚力を発生させてマルチコプタと同様に概垂直に上昇を開始する。このときの制御状態は、無人航空機を上昇させる上昇モードである。 Next, a procedure for flight by the unmanned aerial vehicle, that is, a control sequence will be described. First, for takeoff, the kite wings 2 are closed and folded as shown in FIG. 5(b). When the unmanned aerial vehicle is viewed from above as shown in FIG. 5(b), the kite wings 2 are arranged so that the four propellers are exposed to the outside of the kite wings 2 to block the airflow generated by the rotation of the propellers as much as possible. no state. Furthermore, the four propellers are rotated to generate lift and start to rise substantially vertically like a multi-copter. The control state at this time is a climb mode for raising the unmanned aerial vehicle.

図5(b)に示す状態では、機体本体1の前方に配置されたプロペラ121、122の全体が、カイト翼2の外側に位置して露出している。さらに、図5(b)に示す状態では、機体本体1の後方に配置されたプロペラ131、132の大部分(ここではプロペラ131、132の先端軌跡C2が描く円の面積の80%以上程度)が、カイト翼2の外側に露出している。 In the state shown in FIG. 5(b), the entire propellers 121 and 122 arranged in front of the airframe body 1 are positioned outside the kite wings 2 and exposed. Furthermore, in the state shown in FIG. 5(b), most of the propellers 131 and 132 arranged behind the fuselage body 1 (here, about 80% or more of the area of the circle drawn by the tip trajectory C2 of the propellers 131 and 132) is exposed outside the kite wing 2.

その後、概ね水平飛行を行う高度まで上昇した段階で、図5(a)に示すように、カイト翼2を展開し、水平飛行に遷移する。図5(a)に示す状態では、機体本体1の後方に配置されたプロペラ131、132が、カイト翼2を平面視した場合に、カイト翼2の内側に位置して隠れている。さらに、図5(a)に示す状態では、機体本体1の前方に配置されたプロペラ121、122の大部分(ここではプロペラ121、122の先端軌跡が描く円C1の面積の半分程度)が、カイト翼2の内側に位置している。このときの制御状態は、無人航空機を水平飛行させる水平飛行モードである。水平飛行は、水平方向の推進力を発生させるためのプロペラ170を、プロペラ121、122、131、132とは別に具備して、これにより行っても良く、あるいは前記クアッドコプタが備える4つのプロペラを用いて行っても良い。 After that, when the kite has ascended to an altitude at which it can fly substantially horizontally, as shown in FIG. In the state shown in FIG. 5(a), the propellers 131 and 132 arranged at the rear of the airframe body 1 are positioned inside the kite wing 2 and hidden when the kite wing 2 is viewed from above. Furthermore, in the state shown in FIG. 5(a), most of the propellers 121 and 122 placed in front of the fuselage body 1 (here, about half the area of the circle C1 drawn by the loci of the tips of the propellers 121 and 122) are It is located inside the kite wing 2. The control state at this time is a horizontal flight mode in which the unmanned aerial vehicle flies horizontally. Horizontal flight may be achieved by providing a propeller 170 separate from the propellers 121, 122, 131, 132 for generating horizontal thrust, or by using the four propellers provided by the quadcopter. you can go

水平飛行を継続して、所定の着陸場所に近づいたら、カイト翼2を縮小し、折り畳んで閉じるとともに、前記4つのプロペラの回転により推力を発生させながら、概垂直に下降を開始し(制御状態を下降モードに遷移させ)、着陸する。以上のような制御シーケンスに基づいて飛行を行うことにより、離着陸の際に滑走路等のスペースを必要とせずに飛行させることが可能となる。 After continuing horizontal flight and approaching a predetermined landing site, the kite wings 2 are contracted, folded and closed, and the four propellers rotate to generate thrust while starting to descend substantially vertically (control state to descent mode) and land. By performing flight based on the control sequence as described above, it is possible to fly without requiring a space such as a runway during takeoff and landing.

ここで、水平飛行中にカイト翼2を開閉するのに際し、カイト翼2を全閉状態(最も縮小した状態)から全開状態(最も展開した状態)、或いは、カイト翼2を全開状態から全開状態へ急激に変化させることが可能である。しかし、飛行中に急激にカイト翼2の状態を変化させた場合には、飛行の安定性に影響が生じる可能性も考えられる。このため、カイト翼2の状態を、全閉状態と全開状態との間において、複数段階で変化させたり、連続的に滑らかに変化させたりしてもよい。そして、カイト翼2を、開閉の途中(開閉途中)の状態で停止させることができるようにしてもよい。 Here, when opening and closing the kite wings 2 during horizontal flight, the kite wings 2 are changed from the fully closed state (the most contracted state) to the fully opened state (the most extended state), or the kite wings 2 are changed from the fully opened state to the fully opened state. It is possible to change abruptly to However, if the state of the kite wing 2 is suddenly changed during flight, it is conceivable that the flight stability may be affected. Therefore, the state of the kite wings 2 may be changed in a plurality of stages between the fully closed state and the fully opened state, or may be changed continuously and smoothly. The kite wings 2 may be stopped in the middle of opening/closing (during opening/closing).

そして、このようなカイト翼2の開閉制御を水平飛行中に行うことで、飛行の安定性を踏まえて、カイト翼2の開度を変更することが可能となる。さらに、カイト翼2の開度の変更を、無人航空機の飛行速度に応じて行うことで(速度対応翼面積制御を行うことで)、飛行の安定性を向上することが可能となる。ここで、カイト翼2に係る開度の変更は、前述した駆動アセンブリ27(図6)における歯車230、240の回転量の調整や、スライド式駆動機構28のスライド量の調整により行うことが可能である。 By performing such opening/closing control of the kite wings 2 during horizontal flight, it is possible to change the opening degree of the kite wings 2 based on flight stability. Furthermore, by changing the degree of opening of the kite wings 2 according to the flight speed of the unmanned aerial vehicle (by performing speed-dependent wing area control), it is possible to improve flight stability. Here, the opening degree of the kite wings 2 can be changed by adjusting the amount of rotation of the gears 230 and 240 in the drive assembly 27 (FIG. 6) described above and by adjusting the amount of sliding of the sliding drive mechanism 28. is.

また、無人航空機における飛行の安定性は、カイト翼2の開度ではなく、カイト翼2の迎角を変化させる(変更する)ことによっても確保することが可能である。そして、迎角の変化のためには、水平尾翼16の後端に備えられた昇降舵(Elevator)の角度(開度)を変化させて行うことが可能である。 Further, the flight stability of the unmanned aerial vehicle can also be ensured by changing (changing) the angle of attack of the kite wings 2 instead of the opening of the kite wings 2 . The angle of attack can be changed by changing the angle (opening) of an elevator provided at the rear end of the horizontal stabilizer 16 .

<発明を実施するためのもう一つの形態(第二実施例)>
上記に説明した本発明の一実施例(第一実施例)に対する拡張として、図8~図10等に基づき他の実施例(第二実施例)を説明する。なお、第一実施例と同様の部分については同一符号を付し、説明は適宜省略する。
<Another form for carrying out the invention (second embodiment)>
As an extension of the embodiment (first embodiment) of the present invention described above, another embodiment (second embodiment) will be described with reference to FIGS. 8 to 10 and the like. The same reference numerals are given to the same parts as in the first embodiment, and the description thereof will be omitted as appropriate.

第二実施例においては、前記クアッドコプタ部の4つのプロペラ(回転翼)を、該4つのプロペラが取り付けられている前記2本のアーム12、13の主軸回りに回動させることで、プロペラの回転軸を垂直乃至概垂直方向と水平乃至概水平方向の間で変更可能とする機構構成、すなわち該4つのプロペラの回転軸をティルトさせる構成が採用されている。そして、この第二実施例の無人航空機においては、4つのプロペラが、第一実施例と同様な機体本体1の上下方向(Z方向)を向く姿勢と、機体本体1の前後方向(X方向)を向く姿勢との間でティルト可能である。 In the second embodiment, the four propellers (rotating blades) of the quadcopter section are rotated around the main axes of the two arms 12 and 13 to which the four propellers are attached, thereby rotating the propellers. A mechanism configuration that allows the axis to be changed between a vertical or approximately vertical direction and a horizontal or approximately horizontal direction, that is, a configuration that tilts the rotation shafts of the four propellers is adopted. In the unmanned aerial vehicle of the second embodiment, the four propellers face the vertical direction (Z direction) of the airframe body 1 as in the first embodiment, and the longitudinal direction (X direction) of the airframe body 1. It is possible to tilt between the posture facing the

図8~図10等に示す第二実施例においては、クアッドコプタ部の4つのプロペラを前記アーム12、13の主軸回りにティルト可能とした点以外については、図1~図6等に示した第一実施例と同一である。したがって、該4つのプロペラの回転軸を概水平に回動させた状態において、図8~図10に示される形となるのに対して、該4つのプロペラの回転軸を概垂直に回動させた状態においては、それぞれ図1~図6等に示される形となる。なお、以下では該4つのプロペラの回転軸をアーム12、13の主軸回りに回動させる機構を、回転翼のティルト機構と呼ぶものとする。該ティルト機構の駆動方法については、電動モータ等を用いることにより、公知の技術を用いて容易に実現可能であるが、その概要については後記する。 In the second embodiment shown in FIGS. 8 to 10, etc., the four propellers of the quadcopter section can be tilted around the main axes of the arms 12 and 13, and the second embodiment shown in FIGS. It is the same as one embodiment. 8 to 10 when the rotating shafts of the four propellers are rotated substantially horizontally, whereas the shape shown in FIGS. 1 to 6, etc., respectively. In the following description, a mechanism for rotating the rotation shafts of the four propellers around the main shafts of the arms 12 and 13 is called a rotor blade tilt mechanism. A method of driving the tilt mechanism can be easily realized using a known technique by using an electric motor or the like, and the outline thereof will be described later.

次に、第二実施例の無人航空機によって飛行を行う場合の手順、すなわち制御シーケンスについて、図11を用いて説明する。図11は、第二実施例に係る無人航空機におけるプロペラ、カイト翼2、ティルト機構の動作、及び、無人航空機の状態を、タイミングチャートにより概略的に示している。図11の横軸は時間を示しており、縦軸において、プロペラの回転と停止、カイト翼2の開閉、ティルト機構の動作状態(水平飛行状態か垂直飛行状態か)を示している。 Next, the procedure for flying the unmanned aerial vehicle of the second embodiment, that is, the control sequence will be described with reference to FIG. FIG. 11 schematically shows the operations of the propeller, the kite wing 2, and the tilt mechanism in the unmanned aerial vehicle according to the second embodiment, and the state of the unmanned aerial vehicle in a timing chart. The horizontal axis in FIG. 11 indicates time, and the vertical axis indicates the rotation and stoppage of the propeller, the opening and closing of the kite wings 2, and the operation state of the tilt mechanism (horizontal flight state or vertical flight state).

まず、離陸に当たっては、無人航空機は、図1に示すように前記4つのプロペラの回転軸を概ね垂直に維持するとともに、図5(b)を援用して示すようにカイト翼2を縮小し、閉じて畳み込んだ状態として、前記4つのプロペラを回転し、揚力を発生させてマルチコプタと同様に概垂直に上昇を開始する。このときの無人航空機の状態は、図11における最下段の「状態」に左端から示すように、例えば地上で「停止」した状態から「離陸」の状態となる。そして、このときの制御状態は、前述した第一実施例と同様に、無人航空機を上昇させる上昇モードである。 First, when taking off, the unmanned aerial vehicle maintains the rotation axes of the four propellers substantially vertically as shown in FIG. In the closed and folded state, the four propellers are rotated to generate lift and begin to ascend almost vertically like a multi-copter. The state of the unmanned aerial vehicle at this time is, for example, from a state of "stopping" on the ground to a state of "taking off", as shown from the left end in "State" at the bottom of FIG. The control state at this time is the climb mode for raising the unmanned aerial vehicle, as in the first embodiment described above.

その後、無人航空機は、概ね水平飛行を行う高度まで上昇した段階で、図11の「ティルト」に示すように、前記ティルト機構を駆動して前記4つのプロペラをアーム12、13の主軸回りに回動させ、図8~10に示すように該プロペラの回転軸を概水平に位置決めする。これとともに、無人航空機は、カイト翼2を展開して、水平飛行に遷移する。このため、水平飛行の実行は、前記4つのプロペラを用いて行うことが可能であり、水平方向の推進力を発生させるためのプロペラを、プロペラ121、122、131、132と別に具備する必要は無い。 After that, when the unmanned aerial vehicle has ascended to an altitude at which it can fly substantially horizontally, the tilt mechanism is driven to rotate the four propellers around the main axes of the arms 12 and 13, as shown in "Tilt" in FIG. to position the propeller's axis of rotation generally horizontally as shown in FIGS. 8-10. Along with this, the unmanned aerial vehicle deploys the kite wings 2 and transitions to horizontal flight. Therefore, horizontal flight can be performed using the four propellers, and there is no need to provide propellers for generating horizontal propulsion force separately from the propellers 121, 122, 131, and 132. None.

なお、このときの無人航空機の状態は、水平飛行移行時の遷移モードである第1遷移モードであり、図11における「遷移(第1遷移)」の状態に対応する。また、このときの制御状態は、第1遷移モードから、前述した第一実施例と同様に無人航空機を水平飛行させる水平飛行モードへ移行した状態である。 The state of the unmanned aerial vehicle at this time is the first transition mode, which is the transition mode when transitioning to level flight, and corresponds to the state of "transition (first transition)" in FIG. Also, the control state at this time is a state in which the transition from the first transition mode to the horizontal flight mode in which the unmanned aerial vehicle flies horizontally as in the first embodiment described above.

さらに水平飛行を継続して、所定の着陸場所に近づいたら、図11の「カイト翼」に示すように、カイト翼2を縮小し、折り畳んで閉じる。そして、前記ティルト機構を駆動して前記4つのプロペラをアーム12、13の主軸回りに回動させ、再び図1に示すように前記4つのプロペラの回転軸を概垂直に位置決めして、更に前記4つのプロペラの回転により推力を発生させながら、概垂直に下降を開始し(制御状態を下降モードに遷移させ)、着陸する。 After continuing level flight and approaching a predetermined landing site, the kite wings 2 are contracted, folded and closed as shown in FIG. 11, "Kite wings". Then, the tilt mechanism is driven to rotate the four propellers around the main shafts of the arms 12 and 13, the rotation shafts of the four propellers are positioned substantially vertically again as shown in FIG. While generating thrust by rotating the four propellers, the aircraft starts to descend substantially vertically (changes the control state to the descending mode) and lands.

このときの無人航空機の状態は、図11における最下段の「状態」における「遷移(第2遷移)」から「着陸」の状態に対応する。そして、この場合の無人航空機の状態は、下降モード移行時の遷移モードである第2遷移モードである。また、このときの制御状態は、第2遷移モードから、「着陸」へ移行した状態である。 The state of the unmanned aerial vehicle at this time corresponds to the state from "transition (second transition)" to "landing" in the bottom "state" in FIG. The state of the unmanned aerial vehicle in this case is the second transition mode, which is the transition mode when shifting to the descent mode. Also, the control state at this time is a state of transition from the second transition mode to "landing".

以上のような制御シーケンスに基づいて飛行を行うことにより、水平飛行専用のプロペラを設置せずに水平飛行ならびに垂直昇降が可能となり、離着陸の際にも滑走路等のスペースを必要とせずに飛行させることが可能となる。 By performing flight based on the control sequence described above, horizontal flight and vertical elevation are possible without installing a propeller dedicated to horizontal flight. It is possible to

ここで、図11においては、離陸時にティルト機構の回動が完了した後にカイト翼2の展開動作を行う制御シーケンスとしているが、ティルト機構の回動の開始、終了のタイミングと、カイト翼2の展開動作の開始、終了のタイミングとは、必ずしも図11のタイムチャート(シーケンス図)に示す形だけでなくとも良い。例えばティルト機構の回動を開始して、ティルト角度が所定の角度に達した段階でカイト翼2の展開を開始する、あるいはこの順序を逆にする(カイト翼2を展開してからティルト機構の回動を開始する)、さらには両者を同時に動作させる等の方法を採っても良い。また、着陸時において、カイト翼2を閉じる動作とティルト機構の回動動作のタイミングについても同様に、図11のタイムチャートに示される形だけに従う方法でなくとも良い。 Here, in FIG. 11, the control sequence is such that the kite wing 2 deploys after the rotation of the tilt mechanism is completed at takeoff. The timing of starting and ending the deployment operation does not necessarily have to be in the form shown in the time chart (sequence diagram) of FIG. For example, start rotating the tilt mechanism and start deploying the kite wings 2 when the tilt angle reaches a predetermined angle, or reverse this order (deploy the kite wings 2 and then start the tilt mechanism). start rotating), or operate both at the same time. Similarly, the timing of the operation of closing the kite wings 2 and the pivoting operation of the tilt mechanism during landing does not have to follow only the form shown in the time chart of FIG.

なお、本発明の第一実施例(図1~図3等に示す実施例)の場合、すなわち前記ティルト機構を具備しない場合については、例えば離陸時において水平方向の推進力を発生させるタイミングとカイト翼2を展開するタイミングに関して以上(図8~図10に示す第二実施例)と同様のことが言え、適宜制御シーケンスを選択することが可能である。 In the case of the first embodiment of the present invention (the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, etc.), that is, when the tilt mechanism is not provided, for example, the timing for generating the horizontal propulsion force at the time of takeoff and the kite The same can be said about the timing of deploying the wings 2 (the second embodiment shown in FIGS. 8 to 10), and it is possible to select the appropriate control sequence.

また、第二実施例においては、4つのプロペラの全てがティルトするようになっているが、これに限定されるものではなく、例えば、前方のプロペラ121、122のみといったように、一部のプロペラのみがティルトするようにしてもよい。この場合、例えば、前方のプロペラ121、122のみをティルトさせて、第一実施例でも説明したような迎角の変化が生じるようにすること、ならびに機体の水平方向への飛行のための推進力を発生させることが可能である。このようにすることで、ティルト機構の有効活用が可能となる。また、カイト翼2の迎角を変化させるにあたり、水平尾翼16の昇降舵に頼る必要がなくなる。なお、プロペラ121、122と水平尾翼16の昇降舵の双方を利用して、迎角を変化させることも可能である。 Also, in the second embodiment, all four propellers are tilted, but this is not a limitation. may tilt only. In this case, for example, only the front propellers 121 and 122 are tilted so that the angle of attack changes as described in the first embodiment, and the propulsive force for horizontal flight of the airframe can be generated. By doing so, it becomes possible to effectively utilize the tilt mechanism. In addition, when changing the angle of attack of the kite wing 2, there is no need to rely on the elevator of the horizontal stabilizer 16. It is also possible to change the angle of attack by using both the propellers 121 and 122 and the elevator of the horizontal stabilizer 16 .

<発明を実施するための更なる様態(翼面積と速度との関係について)>
次に、前記した本発明の第一実施例ならびに第二実施例の無人航空機の形態、ならびにこれらの無人航空機の離陸から着陸までの制御方法において、特に離着陸時以外の飛行中におけるカイト翼2の開閉に係る制御方法の一つの様態について、図12に基づき説明する。ここで図12は、横軸に飛行速度vを、縦軸に翼面積Sを取り、一定の揚力Lを発生させるための飛行速度vと翼面積Sとの関係を、空気密度ρおよび揚力係数CLは一定との前提のもとでグラフ化したものである。なお、揚力係数CLは翼の仰角により変化するものであるが、本実施例においては、カイト翼2の開閉に伴って翼の仰角は変化しない機構構造となっているため、翼面積Sを変化させても揚力係数CLは変化せず、図12の飛行速度vと翼面積Sとの関係のグラフを用いることが出来る。
<Further aspects for carrying out the invention (relationship between wing area and speed)>
Next, in the configuration of the unmanned aerial vehicle of the first and second embodiments of the present invention and the control method of these unmanned aerial vehicles from takeoff to landing, the kite wing 2 during flight other than during takeoff and landing will be described. One aspect of the control method for opening/closing will be described with reference to FIG. 12 . Here, FIG. 12 plots the flight speed v on the horizontal axis and the wing area S on the vertical axis. The graph is based on the assumption that CL is constant. The lift coefficient CL varies depending on the elevation angle of the wing. The lift coefficient CL does not change even if it is changed, and the graph of the relationship between the flight speed v and the wing area S in FIG. 12 can be used.

このグラフに示されるように、水平飛行中において、飛行中に機体本体1が受ける揚力は、流体力学、航空工学の知見に基づけば、平面視した場合における翼の面積が大きいほど大きく、また飛行速度に関してはその2乗に概ね比例して大きくなる。したがって、第一実施例や第二実施例のようなカイト開閉機構を有することで、飛行速度を大きくしたい場合にはそれに対応して翼の面積を小さくするとともに、飛行速度を小さくしたい場合にはそれに対応して翼の面積を大きくし、発生する揚力に寄与するカイト翼2の有効面積を変化させ、以って機体に作用する揚力の変動を制御し、安定的かつ必要な速度による飛行を実現することが出来る。このことは、飛行中にカイト翼2を全開した状態から適切な開度まで閉じ、翼面積を小さくすることによって、翼が受ける空気抵抗を低減することで、従来の開閉を行う機能を有しないカイト翼を備えた無人航空機に比較して、高速での飛行を実現するべく制御を行うことが可能と言うことができる。 As shown in this graph, based on the knowledge of fluid dynamics and aeronautical engineering, the larger the wing area in plan view, the greater the lift force received by the airframe body 1 during horizontal flight. The velocity increases approximately in proportion to its square. Therefore, by having the kite opening and closing mechanism as in the first embodiment and the second embodiment, the area of the wing is reduced correspondingly when the flight speed is desired to be increased, and when the flight speed is desired to be decreased, the Correspondingly, the area of the wing is increased and the effective area of the kite wing 2, which contributes to the generated lift, is changed to control the fluctuation of the lift acting on the airframe and to achieve stable flight at the required speed. It can be realized. This means that the kite wings 2 are closed during flight from a fully opened state to an appropriate degree of opening, and by reducing the wing area, the air resistance received by the wings is reduced. Compared to an unmanned aerial vehicle with kite wings, it can be said that control can be performed to achieve high-speed flight.

次に、以上に説明した本発明の第一実施例や第二実施例に係る無人航空機に適用可能な制御装置50について図13により説明する。なお、図13において、各符号に付帯した引き出し線として直線の矢印が用いられている。また、各引き出し線は、一端の矢尻をブロック内に到達させることで対応するブロックを指示している。これに対し、図13において信号を表す片方向或いは両方向の矢印は、端部がブロックの輪郭線上に止まり、ブロック内に入り込まないことによって、引き出し線と区別されている。 Next, the control device 50 applicable to the unmanned aircraft according to the first and second embodiments of the present invention described above will be described with reference to FIG. In FIG. 13, a straight arrow is used as a lead line attached to each symbol. Also, each leader line points to the corresponding block by having one end of the arrowhead reach the block. On the other hand, the one-way or two-way arrow representing the signal in FIG. 13 is distinguished from the leader line by the fact that the ends stop on the outline of the block and do not enter the block.

該制御装置50はマイクロプロセッサなどに代表される制御用計算機51を中心に構成されており、無線送受信機52を用いて、地上の操作者との飛行関連コマンドの通信、現在飛行位置などの飛行状態の通信、あるいは画像の伝送などが行われる。 The control device 50 is mainly composed of a control computer 51 represented by a microprocessor or the like, and uses a wireless transmitter/receiver 52 to communicate flight-related commands with an operator on the ground, and control flight information such as the current flight position. Communication of status, transmission of images, and the like are performed.

該無人航空機の飛行制御に関して、飛行位置はGPS受信機53から取得した情報、ならびに、ジャイロセンサ54、加速度センサ55、地磁気センサ56、気圧高度センサ57などから取得した情報に基づいて算出する。また、該無人航空機に搭載されたカメラシステム58により飛行中の機体からの映像を撮影し、無線送受信機52を介して地上の操作者に伝送する。なお、カメラシステム58はモータにより駆動されるジンバル機構が付設されており、これにより撮影の方向を変更可能である。 Regarding the flight control of the unmanned aerial vehicle, the flight position is calculated based on the information obtained from the GPS receiver 53 and the information obtained from the gyro sensor 54, acceleration sensor 55, geomagnetic sensor 56, barometric altitude sensor 57, and the like. In addition, a camera system 58 mounted on the unmanned aerial vehicle captures an image from the aircraft during flight, and transmits the image to an operator on the ground via the wireless transmitter/receiver 52 . The camera system 58 is provided with a gimbal mechanism driven by a motor, so that the direction of photographing can be changed.

また、プロペラはそれぞれに接続されているモータにより駆動され、各々のモータは電子速度制御系ESC(Electric Speed Controller)を介して駆動制御される。制御用計算機51からの駆動指令は、ESCおよびモータのユニット621、622、631、632に与えられ、それぞれプロペラの回転速度の制御を行うことによって、三次元の任意方向への並進と回転の駆動を行う。また、各プロペラの回転速度は、ESCおよびモータのユニット621、622、631、632を介して制御用計算機51に取り込み、モニタリングすることが可能である。さらに、制御用計算機51からのカイト翼駆動指令を、翼開閉駆動系61に送ることで、離陸時、着陸時におけるカイト翼2の開閉動作を行うことが可能である。ここで、図13では、ESCおよびモータのユニット621、622、631、632を、ESC・モータ1(621)、ESC・モータ2(622)、ESC・モータ3(631)、及び、ESC・モータ4(632)として示している。 The propellers are driven by motors connected to them, and the motors are driven and controlled via an electronic speed control system ESC (Electric Speed Controller). A drive command from the control computer 51 is given to the ESC and motor units 621, 622, 631, 632, and by controlling the rotational speed of the propeller, translation and rotation can be driven in any three-dimensional direction. I do. Also, the rotational speed of each propeller can be read into the control computer 51 via the ESC and motor units 621, 622, 631, 632 and monitored. Furthermore, by sending a kite wing drive command from the control computer 51 to the wing opening/closing drive system 61, the kite wing 2 can be opened and closed during takeoff and landing. Here, in FIG. 13, the ESC and motor units 621, 622, 631, and 632 are divided into ESC/motor 1 (621), ESC/motor 2 (622), ESC/motor 3 (631), and ESC/motor. 4 (632).

また、前記したように、離陸時、着陸時のみならず、飛行中にカイト翼2の開閉を行うことで飛行速度の変更に対応することが可能であるが、この際の開閉動作についても同様に翼開閉駆動系61を用いて行うことが出来る。なお、カイト翼2の開閉状態、すなわち前縁パイプ23、24の開閉角度は翼開閉駆動系61により制御用計算機51に取り込み、確認することが可能である。さらに同様に、方向舵および昇降舵の制御は、必要に応じて方向舵駆動系65、昇降舵駆動系66により行うことが出来る。 In addition, as described above, it is possible to respond to changes in flight speed by opening and closing the kite wings 2 not only during takeoff and landing, but also during flight. can be performed using the blade opening/closing drive system 61. The opening/closing state of the kite wings 2, that is, the opening/closing angles of the leading edge pipes 23 and 24, can be read into the control computer 51 by the blade opening/closing drive system 61 and confirmed. Further similarly, control of the rudder and elevator can be provided by the rudder drive system 65 and the elevator drive system 66 as required.

また、図8~図10に示す第二実施例においては、プロペラをアーム12、13の主軸回りに回動させるティルト動作を行う必要があるが、これは制御用計算機51からティルト駆動系64に対して駆動指令を出力することにより行うことが出来る。さらに、第二実施例においては、ティルト駆動の状態を制御用計算機51に取り込み、確認することが可能である。 Further, in the second embodiment shown in FIGS. 8 to 10, it is necessary to perform a tilting operation to rotate the propellers around the main shafts of the arms 12 and 13. This is transmitted from the control computer 51 to the tilt drive system 64. This can be done by outputting a drive command to the motor. Furthermore, in the second embodiment, it is possible to import the tilt drive state into the control computer 51 and check it.

なお、図1~図3等に示す第一実施例においては、本ティルト駆動系64は削除して良い。また、第一実施例や第二実施例の無人航空機によって飛行を行う場合の手順、すなわち制御シーケンスを実行するプログラムは、制御用計算機51の記憶部(図示せず)に格納される。ここで、翼開閉駆動系61、ティルト駆動系64、方向舵駆動系65、及び、昇降舵駆動系66における「駆動系」の意味は、それぞれの機械的動作を行う構成と、電気的・電子的な制御を行う構成を総称したものである。 Incidentally, in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, etc., the tilt drive system 64 may be omitted. Further, the procedure for flying the unmanned aerial vehicle of the first and second embodiments, ie, the program for executing the control sequence, is stored in the storage unit (not shown) of the control computer 51 . Here, the meaning of the "drive system" in the wing opening/closing drive system 61, the tilt drive system 64, the rudder drive system 65, and the elevator drive system 66 is the configuration for performing each mechanical operation, and the electrical/electronic It is a general term for configurations that perform various controls.

以上説明したように、本発明は、前掲の特許文献1に記載されているようなカイト翼を有する無人航空機に於いて、カイト翼を開閉した際に、翼によって構成される平面とその機体本体1に対する相対的な関係が変化しないように開閉を行うことが可能なカイト翼2を備えるとともに、このカイト翼2を最も展開した状態において、平面視した場合にカイト翼と重なる位置、すなわちカイト翼2の下側に、マルチコプタ型の無人航空機が備えるのと同様の構成で概垂直方向を回転軸とする複数のプロペラを配置したことを特徴とするものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention provides an unmanned aerial vehicle having kite wings, such as that described in Patent Document 1, when the kite wings are opened and closed, the plane formed by the wings and the airframe body thereof The kite wing 2 is provided with a kite wing 2 that can be opened and closed so that the relative relationship with respect to 1 does not change. 2, it is characterized by arranging a plurality of propellers with a substantially vertical rotation axis in a configuration similar to that of a multicopter-type unmanned aerial vehicle.

そして、本発明によれば、第一実施例及び第二実施例のいずれにおいても、カイト翼2を最も展開して開いた状態において、平面視した場合にカイト翼2と重なる位置、すなわちカイト翼2の下側に複数のプロペラを配置していることから、機体としての大きさは、カイト翼2を全開にした状態が最も大きくなり、機体全体としてのサイズを必要最小限にして小型化を図ることが出来る、という効果が得られる。一方で、カイト翼2を閉じた状態においては、同じく平面視した場合にプロペラはカイト翼2とは重なる位置には無く、プロペラの発生する空気流がカイト翼2と干渉して影響を受ける、などの問題を回避可能である。 According to the present invention, in both the first embodiment and the second embodiment, when the kite wings 2 are fully deployed and opened, the position where the kite wings overlap the kite wings 2 when viewed from above, that is, the kite wings Since multiple propellers are arranged on the lower side of 2, the size of the fuselage is the largest when the kite wing 2 is fully opened. It is possible to obtain the effect of being able to plan. On the other hand, when the kite wings 2 are closed, the propeller does not overlap the kite wings 2 when viewed from above, and the airflow generated by the propeller interferes with the kite wings 2 and is affected. It is possible to avoid problems such as

また、本発明の一つの拡張(第二実施例)としては、上記した開閉可能なカイト翼2と、複数のプロペラを配置したことに加えてさらに該複数のプロペラを無人航空機の機体本体1の主軸方向(機体主軸10の方向)、すなわち概水平飛行方向に対して直角で、かつ概水平の軸の周りに、回転動可能とする機構を設けたことを特徴としている。 In addition, as one extension (second embodiment) of the present invention, in addition to arranging the kite wings 2 that can be opened and closed and a plurality of propellers, the plurality of propellers are further arranged on the main body 1 of the unmanned aerial vehicle. It is characterized by the provision of a mechanism that enables rotational movement in the direction of the main axis (the direction of the main axis 10 of the fuselage), that is, around a substantially horizontal axis that is perpendicular to the direction of substantially horizontal flight.

そして、本発明の第二実施例によれば、専ら水平方向の飛行のために用いられる推進用プロペラの代わりに、4つのプロペラ121、122、131、132を作用させることが可能となり、以って専ら水平方向の飛行のために用いられる推進用プロペラの設置を要しない形とし得る。或いは、推進用プロペラを備えた場合であっても、この推進用プロペラを、出力の小さなものとすることが出来る、との効果が得られる。 Then, according to the second embodiment of the invention, instead of the propulsion propeller used exclusively for horizontal flight, it is possible to operate four propellers 121, 122, 131, 132, and so on. It can be configured so that it does not require the installation of propulsion propellers that are used exclusively for horizontal flight. Alternatively, even if a propeller for propulsion is provided, it is possible to obtain the effect that the propeller for propulsion can have a small output.

さらに、本発明の制御方法は、上記した第一実施例及び第二実施例のいずれの機構に対しても、離陸および着陸の際にはカイト翼2を閉じて畳み込んだ形態とし、複数のプロペラを用いてマルチコプタと同様に垂直に離着陸を行い、垂直離陸動作から水平飛行に遷移する際にはカイト翼2の展開を行ってカイト翼2を開いた状態とし、水平飛行から垂直着陸動作に遷移する際にはカイト翼2の折り畳みを行ってカイト翼2を閉じた状態とすることを特徴としている。 Further, in the control method of the present invention, the kite wing 2 is closed and folded during takeoff and landing, and a plurality of The propeller is used to take off and land vertically like a multicopter, and when transitioning from vertical takeoff to horizontal flight, the kite wing 2 is deployed to open the kite wing 2, and from horizontal flight to vertical landing. It is characterized in that the kite wings 2 are folded to a closed state when transitioning.

そして、本発明の制御方法によれば、上記した第一実施例及び第二実施例のいずれの機構に対しても、機械的な構成を有効に活用して無人飛行を実現することが可能となる。 Further, according to the control method of the present invention, it is possible to realize unmanned flight by effectively utilizing the mechanical configuration for any of the mechanisms of the first embodiment and the second embodiment. Become.

また、本発明の第二実施例に係る制御方法によれば、垂直離陸飛行から水平飛行に遷移する際に(図11)、カイト翼2の展開に引き続いて回転動機構(ティルト機構)を駆動し、プロペラを前方に傾斜させて水平飛行に対する推進力を発生させる一方、水平飛行から垂直着陸飛行に遷移する際に、カイト翼2の折り畳みに先立って、前方を向いたプロペラが上方を向くように戻し、カイト翼2を閉じた状態で垂直着陸を行うように制御することかできる。 Further, according to the control method according to the second embodiment of the present invention, when the vertical take-off flight transitions to the horizontal flight (Fig. 11), the rotation mechanism (tilt mechanism) is driven following the deployment of the kite wings 2. , the propellers are tilted forward to generate thrust for horizontal flight, while the forward-facing propellers are directed upward prior to the folding of the kite wings 2 when transitioning from horizontal flight to vertical landing flight. , and can be controlled to make a vertical landing with the kite wings 2 closed.

さらに、本発明の第一実施例及び第二実施例に無人航空機によれば、カイト翼2の開閉は、全開と全閉だけではなく、その中間の状態も取り得るため、カイト翼2の翼面積を連続的に可変とすることが出来る。そして、特に水平飛行中に、飛行速度に応じてカイトの展開、折り畳みの中間の状態に、カイト翼2の開度を適宜制御することが可能である。さらに、本発明の第一実施例及び第二実施例に係る無人航空機は、飛行の目的や環境の条件、所望する飛行速度等に合わせた翼形態を適応的に選択して飛行を行うことが出来る、という効果も有する。 Furthermore, according to the unmanned aerial vehicles of the first and second embodiments of the present invention, the kite wings 2 can be opened and closed not only fully open and fully closed, but also in an intermediate state. The area can be made continuously variable. Then, especially during horizontal flight, it is possible to appropriately control the opening of the kite wings 2 to the intermediate state between the deployment and folding of the kite according to the flight speed. Furthermore, the unmanned aerial vehicle according to the first and second embodiments of the present invention can fly by adaptively selecting the wing configuration according to the purpose of flight, environmental conditions, desired flight speed, etc. It also has the effect of being able to

また、本発明によれば、さらに、カイト翼2によって構成される平面がカイト翼2を開閉した際に変化しないこと(カイト翼2が支柱11に対しては角度を変えないこと)、ならびにこのカイト翼2の翼面の機体本体1に対する相対的な関係が変化しないように開閉を行うことが可能なカイト翼2を備えることができる。そして、このことによって、カイト翼2の開閉状態に関わらず、機体全体の重心位置が変化せず一定の位置にあるようになり、カイト翼2の開閉の前後における機体の安定性を確保しやすい、という効果を得ることが出来る。また、カイト翼2の開閉によって飛行中に翼が受ける揚力は変化するが、揚力中心は大きくは変化しないため、飛行の安定性についても比較的確保しやすい、という効果を得ることが出来る。 Further, according to the present invention, the plane formed by the kite wings 2 does not change when the kite wings 2 are opened and closed (the kite wings 2 do not change their angle with respect to the strut 11), and this A kite wing 2 can be provided that can be opened and closed so that the relative relationship of the wing surface of the kite wing 2 to the fuselage body 1 does not change. As a result, regardless of whether the kite wings 2 are open or closed, the center of gravity of the entire fuselage does not change and stays in a fixed position, making it easier to ensure the stability of the fuselage before and after opening and closing the kite wings 2. , can be obtained. In addition, although the lift force received by the wings during flight changes due to the opening and closing of the kite wings 2, the center of lift does not change significantly, so it is relatively easy to ensure flight stability.

以上を纏めれば、本発明によれば、回転翼型のマルチコプタの有する、垂直離着陸、低速飛行といった長所を生かしつつ損ねることなく、その短所である航続時間の短さ、搬送重量の少なさを解消し、かつ小型で簡便な機構で、容易に制御でき、カイト翼2を全閉とした状態から全開に展開した状態までの間を、実効的な翼面積が連続的に変化するようにしながら飛行を実行することが可能である。そして、本発明によれば、様々な飛行速度での飛行が可能である。 In summary, according to the present invention, the advantages of a rotary wing type multicopter, such as vertical take-off and landing and low-speed flight, can be utilized without impairing them, while their disadvantages, such as short cruising time and low transport weight, can be overcome. It can be easily controlled with a small and simple mechanism, and the effective wing area is continuously changed from the fully closed state to the fully opened state. It is possible to carry out flight. And according to the present invention, flight at various flight speeds is possible.

さらに、本発明によれば、必要な場合には、第二実施例のように、垂直離着陸のためのプロペラをティルト可能とすることによって、これを水平飛行の推力発生用プロペラと共用にすることが出来る。そして、本発明の第二実施例に係る無人航空機によれば、軽量化、エネルギ効率向上、航続距離の拡大などが可能な無人航空機を提供することが出来る、という効果を奏する。 Furthermore, according to the present invention, if necessary, the propeller for vertical take-off and landing can be tilted, as in the second embodiment, so that it can be shared with the propeller for generating thrust for horizontal flight. can be done. Further, according to the unmanned aerial vehicle according to the second embodiment of the present invention, it is possible to provide an unmanned aerial vehicle capable of reducing weight, improving energy efficiency, and extending cruising range.

以上、本発明の複数の実施例について説明したが、これ以外にも本発明の実施には様々な様態が可能であり、プロペラの個数は4つで無くとも、例えば3つや、6つなどでも良い。そして、プロペラの回転により発生する反トルクをバランスさせることや、ヨー(ラダー)、ピッチング(エレベータ)、ロール(エルロン)、及び、スロットルといった動作に係る自由度を確保することができれば、プロペラの個数は、偶数であっても、奇数であってもよい。 A plurality of embodiments of the present invention have been described above, but the present invention can be implemented in various other modes. good. And if it is possible to balance the counter torque generated by the rotation of the propeller and secure the degree of freedom related to the operation such as yaw (rudder), pitching (elevator), roll (aileron), and throttle, the number of propellers may be even or odd.

また、垂直尾翼15は必ずしも方向舵を備えなくとも良く、また水平尾翼16は必ずしも昇降舵を備えなくとも良い。さらに、前記したティルト機構を有する第二実施例の無人航空機の場合においても、さらに機体本体1の上側などに、機体主軸10と並行あるいは該並行に回転軸を配置した水平飛行専用のプロペラを具備しても良い。 Further, the vertical stabilizer 15 does not necessarily have to have a rudder, and the horizontal stabilizer 16 does not necessarily have to have an elevator. Furthermore, even in the case of the unmanned aerial vehicle of the second embodiment having the tilt mechanism described above, a propeller dedicated to horizontal flight is provided on the upper side of the airframe main body 1 or the like, with a rotating shaft parallel to or parallel to the airframe main axis 10. You can

なお、本発明の実施にあたって、無人航空機を飛行させるための方法としては、地上からの操縦による方法、予め計画した飛行経路に沿って自律飛行を行う方法、さらに飛行中に機体に搭載したセンサ等を用いて環境の状況を認識し、周辺の地図を作製しながら自己位置を認識して飛行を実現する知的制御による方法など、さまざまな方法が考えられるが、いずれの方法による場合であっても、本発明の制御シーケンスを適用可能である。 In carrying out the present invention, methods for flying an unmanned aerial vehicle include a method of controlling from the ground, a method of autonomous flight along a pre-planned flight route, and sensors mounted on the aircraft during flight. Various methods are conceivable, such as a method based on intelligent control that recognizes the environment situation using , and realizes flight by recognizing its own position while creating a map of the surroundings. can also apply the control sequence of the present invention.

本発明に係る無人航空機は、以上に説明した特徴を有しており、例えば、荷物を搭載して飛行し、遠隔地への配送を行う、といった物流の用途においては、迅速かつ安定した配送の実現、構造物の検査あるいは災害救助等の用途においては、点検もしくは確認個所毎の必要性に応じた飛行速度の選択、というように、それぞれの用途に応じた飛行を柔軟に実現することが可能である。 The unmanned aerial vehicle according to the present invention has the features described above, and is suitable for rapid and stable delivery in logistics applications such as flying with cargo on board and delivering it to a remote location. In applications such as realization, inspection of structures, and disaster relief, it is possible to flexibly realize flight according to each application, such as selecting the flight speed according to the need for each inspection or confirmation point. is.

1 機体本体
2 カイト翼
10 機体主軸
11 支柱
12、13 アーム
15 垂直尾翼
16 水平尾翼
19 脚
21 中央主軸パイプ(中央主軸)
22 ヒンジプレート
23、24 前縁パイプ(開閉骨組部材)
25、26 翼中間リブ
27 前縁パイプの駆動アセンブリ
28 スライド式駆動機構(第一実施例の変形例)
50 制御装置
51 制御用計算機
52 無線送受信機
53 GPS受信機
54 ジャイロセンサ
55 加速度センサ
56 地磁気センサ
54 気圧高度センサ
58 カメラシステム
621、622、631、632 ESC・モータ
61 翼開閉駆動系
64 ティルト駆動系
65 方向舵駆動系
66 昇降舵駆動系
121、122、131、132、170 プロペラ
230、240 歯車
231、232、241、242 前縁パイプ駆動リンク
233、243 前縁パイプ駆動リンク(別方式(第一実施例の変形例))
1 Aircraft body
2 kite wings
10 machine spindle
11 Posts
12, 13 arms
15 Vertical Stabilizer
16 horizontal stabilizer
19 legs
21 Central spindle pipe (central spindle)
22 hinge plate
23, 24 Front edge pipe (opening/closing frame member)
25, 26 wing middle rib
27 Leading Edge Pipe Drive Assembly
28 Slide drive mechanism (modification of first embodiment)
50 control unit
51 Control computer
52 Radio Transceiver
53 GPS receiver
54 Gyro sensor
55 Accelerometer
56 Geomagnetic sensor
54 barometric altitude sensor
58 camera system
621, 622, 631, 632 ESC/motor
61 Wing open/close drive system
64 tilt drive system
65 Rudder drive system
66 Elevator drive system
121, 122, 131, 132, 170 Propeller
230, 240 gear
231, 232, 241, 242 Leading Edge Pipe Drive Link
233, 243 Leading Edge Pipe Drive Link (Another Method (Modified Example of First Embodiment))

Claims (6)

機体本体に対して所定の角度を持って取り付けられたカイト翼を有する無人航空機において、
前記カイト翼の中央主軸に対して、左右対称に配置されるとともに前側の部位を中心として回動可能に設けられた開閉骨組部材と、
前記機体本体に設けられた少なくとも3つのプロペラと、を備え、
前記カイト翼は、可撓性を有し前記開閉骨組部材により支持され、前記開閉骨組部材の回動により開閉され、
少なくとも1つの前記プロペラが、全開状態にある前記カイト翼を平面視した場合に、前記カイト翼の内側に位置するよう配置されていること、
を特徴とする無人航空機。
In an unmanned aerial vehicle having a kite wing attached at a predetermined angle to the airframe body,
an opening/closing frame member arranged symmetrically with respect to the central main axis of the kite wing and rotatable around a front portion;
at least three propellers provided on the fuselage body,
The kite wings are flexible and supported by the opening/closing frame member, and are opened and closed by rotation of the opening/closing frame member,
at least one propeller is arranged to be positioned inside the kite wing when the kite wing is in a fully open state and viewed from above;
An unmanned aerial vehicle characterized by
前記少なくとも3つのプロペラが、前記機体本体の上下方向を向く姿勢と、前記機体本体の前後方向を向く姿勢との間でティルト可能であること、
を特徴とする請求項1に記載の無人航空機。
The at least three propellers are tiltable between an orientation in which the airframe body is oriented in the vertical direction and an orientation in which the airframe body is oriented in the longitudinal direction;
3. The unmanned aerial vehicle of claim 1, wherein:
機体本体に対して所定の角度を持って取り付けられたカイト翼を有する無人航空機の制御方法において、
前記無人航空機は、
前記カイト翼の中央主軸に対して、左右対称に配置されるとともに前側の部位を中心として回動可能に設けられた開閉骨組部材と、
前記機体本体に設けられた少なくとも3つのプロペラと、を備え、
前記カイト翼は、可撓性を有し前記開閉骨組部材により支持され、前記開閉骨組部材の回動により開閉され、
少なくとも1つの前記プロペラが、全開状態にある前記カイト翼を平面視した場合に、前記カイト翼の内側に位置するよう配置されており、
少なくとも上昇モード、水平飛行モード、及び、下降モードでの制御が可能であり、
前記上昇モードでは、前記カイト翼を縮小し、前記少なくとも3つのプロペラにより上昇のための推力を発生させ、
前記水平飛行モードでは、前記カイト翼を展開し、
前記下降モードでは、前記少なくとも3つのプロペラにより下降のための推力を発生させること、
を特徴とする無人航空機の制御方法。
In a control method for an unmanned aerial vehicle having kite wings attached at a predetermined angle to the airframe body,
The unmanned aerial vehicle is
an opening/closing frame member arranged symmetrically with respect to the central main axis of the kite wing and rotatable around a front portion;
at least three propellers provided on the fuselage body,
The kite wings are flexible and supported by the opening/closing frame member, and are opened and closed by rotation of the opening/closing frame member,
at least one of the propellers is arranged to be positioned inside the kite wing when the kite wing is in a fully open state and viewed from above;
capable of control in at least a climb mode, a level flight mode, and a descent mode;
in the climb mode, retracting the kite wings and generating thrust for ascent by the at least three propellers;
in the horizontal flight mode, deploying the kite wings;
generating thrust for descent by the at least three propellers in the descent mode;
A control method for an unmanned aerial vehicle, characterized by:
前記少なくとも3つのプロペラが、前記機体本体の上下方向を向く姿勢と、前記機体本体の前後方向を向く姿勢との間でティルト可能であり、
第1遷移モード、及び、第2遷移モードでの制御が可能であり、
前記第1遷移モードでは、
前記少なくとも3つのプロペラを、前記機体本体の上下方向を向く姿勢から、前記機体本体の前後方向を向く姿勢に変化させ、
前記カイト翼を展開し、
前記第2遷移モードでは、
該カイト翼を縮小し、
前記少なくとも3つのプロペラを、前記機体本体の前後方向を向く姿勢から、前記機体本体の上下方向を向く姿勢に変化させること、
を特徴とする請求項3に記載の無人航空機の制御方法。
wherein the at least three propellers are tiltable between an orientation in which the airframe body is oriented in the vertical direction and an orientation in which the airframe body is oriented in the longitudinal direction;
Control is possible in the first transition mode and the second transition mode,
In the first transition mode,
changing the attitude of the at least three propellers from facing the vertical direction of the airframe body to facing the longitudinal direction of the airframe body;
deploying the kite wings;
In the second transition mode,
shrinking the kite wings,
changing the attitude of the at least three propellers from facing the longitudinal direction of the airframe body to facing the vertical direction of the airframe body;
The method for controlling an unmanned aerial vehicle according to claim 3, characterized by:
前記水平飛行モードにおいて、飛行速度に応じて前記カイト翼の開度の変更を行うこと、
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無人航空機の制御方法。
changing the opening degree of the kite wings according to the flight speed in the horizontal flight mode;
The method for controlling an unmanned aerial vehicle according to claim 1 or 2, characterized by:
ティルト可能な前記プロペラのうちの一部のプロペラのみティルトさせること、
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無人航空機の制御方法。
tilting only some propellers of the propellers capable of tilting;
The method for controlling an unmanned aerial vehicle according to claim 1 or 2, characterized by:
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