JP6579523B2 - 飛行機能付加装置およびロータユニット - Google Patents

Description

本発明は、無人航空機技術に関する。

近年、無人航空機の姿勢制御や自律飛行に用いられるセンサ類およびソフトウェアの改良、低価格化が進み、これにより無人航空機の操作性が飛躍的に向上した。特に小型のマルチコプターについては、ヘリコプターに比べてローター構造が簡単であり、設計およびメンテナンスが容易であることから、趣味目的だけでなく、広範な産業分野における種々のミッションへの応用が試行されている。

特開２００５−３１９９７０号公報

例えば、上記マルチコプターを使って重量物やサイズの大きな物を運搬することを考える。一機のマルチコプターではこれを持ち上げることができない場合、より高出力のロータを備える大型のマルチコプターを使うか、または複数のマルチコプターを使う必要がある。ここで、後者の方法には、マルチコプターの数を適宜変更することで、運搬物の重量やサイズに合わせて揚力を柔軟に調節することができるという長所がある。一方、単にマルチコプターの数を増やしただけでは、これらを互いに連携させて飛行させることはできない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、複数のロータユニットを搬送物に装着し、これらロータユニットの動作を連携させることで搬送物を飛行可能とする飛行機能付加装置、およびそのロータユニットを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の飛行機能付加装置は、複数のロータユニットにより構成され、前記各ロータユニットは、駆動源および該駆動源に接続されたプロペラを有するロータと、該ロータユニットをその装着対象に固定する結合部と、を有しており、前記複数のロータユニットのうちの一つをマスタユニット、該マスタユニットにリンクされた他のロータユニットをスレーブユニットとしたときに、前記マスタユニットは、慣性計測装置と、前記各ロータユニットの推力が前記装着対象の姿勢を変化させる方向を特定する構成取得手段と、前記各スレーブユニットのモータ回転数を制御する協調駆動手段と、を有していることを特徴とする。

本発明では、装着対象に複数のロータユニットが取り付けられ、マスタユニットの構成取得手段により、各ロータユニットの推力が装着対象の姿勢を変化させる方向が特定される。そして、マスタユニットの有する協調駆動手段により、これらロータユニットのモータ回転数が一元的に管理される。すなわち、本発明の飛行機能付加装置によれば、装着対象を機体フレームとするマルチコプターを構成することができる。さらに、本発明の飛行機能付加装置は、装着対象の重量やサイズに合わせてスレーブユニットの数を適宜変更することで、その揚力を柔軟に調節することができる。

また、本発明では、装着対象の形状やサイズが変われば、装着対象の重心位置やロータユニットの配置構成も変化する。一方、飛行中の装着対象の姿勢を維持し、装着対象のエレベータ、エルロン、ラダー操作を行うためには、各ロータユニットの推力が装着対象の姿勢に作用する方向が特定されている必要がある。本発明では、マスタユニットの構成取得手段によりこれが自動的に特定されるため、装着対象ごとにフライトソフトウェアのパラメータを手動で調整する手間が省かれ、様々な装着対象に効率的に飛行機能を付加することが可能となる。

また、前記各スレーブユニットは慣性計測装置を有し、前記マスタユニットは、前記各スレーブユニットの慣性計測装置の検出値または該検出値の加工値を取得可能であることが好ましい。

スレーブユニットにも慣性計測装置を搭載し、その検出値をマスタユニットが取得可能であることにより、マスタユニットが各スレーブユニットの位置や姿勢の変化をより正確に把握することが可能となる。これにより飛行機能付加装置による装着対象の飛行精度を高めることができる。

また、前記装着対象が硬質の物品である場合には、前記構成取得手段が、前記マスタユニットを含む前記各ロータユニットおよび／またはこれらロータユニットの組み合わせを、前記装着対象の姿勢に変化が生じるモータ回転数で試験駆動することで、前記各ロータユニットの推力が前記装着対象の姿勢を変化させる方向を特定することができる。

上でも述べたように、本発明では装着対象の形状や大きさが変われば、装着対象の重心位置やロータユニットの配置構成も変化する。ここで、装着対象が硬質の物品であるときには、いずれか一つのロータユニットの位置や姿勢の変化は、装着対象を介して他のロータユニットの位置や姿勢の変化としても表れる。そこで、装着対象の飛行に先立ち、各ロータユニットやこれらの組み合わせを順次試験駆動し、そのときの装着対象の姿勢の変化を検出することで、各ロータユニットの推力が装着対象の姿勢を変化させる方向を特定することができる。また、これにより、メインロータの位置を中心とする各スレーブユニットのおおまかな配置方向や、装着対象の重心位置を推測することもできる。

また、前記マスタユニットが、該マスタユニットの周囲の画像を撮影可能な撮影手段と、該撮影手段で撮影した画像から前記各スレーブユニットを検出する画像認識手段と、を有し、前記構成取得手段は、前記画像内の前記各スレーブユニットの位置から、前記マスタユニットの位置を中心とするこれらスレーブユニットの配置方向を特定する構成としてもよい。

飛行に先立ち、マスタユニットの周囲を撮影した画像から各ロータユニットを検出することにより、ロータユニットの配置構成を特定することができる。これにより、構成取得手段は、各ロータユニットの推力が装着対象の姿勢を変化させる方向を特定または予測することができ、併せて各ロータユニットについて上記試験駆動を行う場合には、ロータユニットの実際の配置構成に基づいてより綿密な試験を行ったり、試験の一部を省略したりすることが可能となる。

また、前記マスタユニットはさらに、方位センサ、高度センサ、およびＧＰＳアンテナを有することが好ましい。

マスタユニットがこれらセンサ類を備えることにより、飛行中の経緯度、高度、および機首の方位角を含むマスタユニットの位置情報を絶対的な指標に基づいて特定することが可能となる。これにより、装着対象を自律的に飛行させることが可能となる。

また、前記複数のロータユニットは、前記プロペラが平面視時計回りに回転するＣＷユニットと、前記プロペラが平面視反時計回りに回転するＣＣＷユニットとにより構成されており、前記ＣＷユニットおよびＣＣＷユニットは、前記装着対象に対して該装着対象の周方向に沿って交互に配置される構成としてもよい。

複数のロータユニットにより装着対象をラダー操作するときには、これらロータユニットのプロペラの回転方向が特定されている必要がある。また、装着対象のエルロン、エレベータ操作時にプロペラの反トルクを相殺しながらこれを安定して行うためには、ＣＷユニットとＣＣＷユニットとが周方向に交互に配置されていると都合がよい。飛行機能付加装置を構成するＣＷユニットおよびＣＣＷユニットを予め装着対象の周方向に沿って交互に配置することにより、一般的なマルチコプターと同様の制御方法で装着対象を飛行させることが可能となる。

または、前記各ロータユニットのロータは、互いに反対方向に回転する一対のプロペラが軸線方向に並べられた二重反転ロータであってもよい。

各ロータユニットのロータを、単独で反トルクを相殺可能な二重反転ロータとすることにより、例えばトライコプターのように奇数のロータユニットを用いる構成であっても、反トルクを処理するための特別な機構を別途実装する必要がない。これにより、飛行機能付加装置の揚力をロータユニット一基単位で調節することが可能となり、装着対象の重量やサイズに合わせたより柔軟な揚力の調節が可能となる。

また、上記課題を解決するため、本発明のロータユニットは、上記飛行機能付加装置のマスタユニットであり、前記マスタユニットは前記スレーブユニットとしても動作可能であることを特徴とする。

マスタユニットがスレーブユニットとしても動作可能であることにより、単一機種のロータユニットで飛行機能付加装置を構成することが可能となる。これにより、ロータユニットの装着時にマスタ・スレーブの機種を意識する必要がなくなり、また、ロータユニットの装着後に、マスタユニットを自由に変更することが可能となる。

このように、本発明の飛行機能付加装置およびロータユニットによれば、複数のロータユニットの動作を連係させてその装着対象を飛行させることが可能となる。

第１実施形態にかかるロータユニットＲの外観を示す斜視図である。 ４基のロータユニットＲからなる飛行機能付加装置Ｆが、第１実施形態の装着対象であるテーブル９１に取り付けられた様子を示す斜視図である。 飛行機能付加装置Ｆの各ロータユニットＲの回転方向を示す平面模式図である。 マスタユニット１０の機能構成を模式的に表すブロック図である。 スレーブユニット５０の機能構成を模式的に表すブロック図である。 構成取得プログラムＣＡによるロータユニットＲの試験駆動の様子を示す平面模式図である。 飛行機能付加装置Ｆがイス９３に取り付けられた様子を示す斜視図である。 第２実施形態にかかるロータユニットＲｂの外観を示す斜視図である。 ３基のロータユニットＲｂからなる飛行機能付加装置Ｆｂが、第２実施形態の装着対象であるデスク９２に取り付けられた様子を示す斜視図である。 第３実施形態にかかるロータユニットＲｃ（マスタユニット１０ｃ）の外観を示す斜視図である。 マスタユニット１０ｃの機能構成を模式的に表すブロック図である。

以下、本発明の飛行機能付加装置およびロータユニットの実施形態について図面を用いて説明する。

［第１実施形態］
（構成概要）
図１は、第１実施形態にかかるロータユニットＲの外観を示す斜視図である。図２は、４基のロータユニットＲからなる飛行機能付加装置Ｆが、本例の装着対象であるテーブル９１に取り付けられた様子を示す斜視図である。

図１に示すように、ロータユニットＲは、略紡錘形状の本体部１１、本体部１１の外面から本体部１１の径方向外側に延びる棒状のアーム部１２、および、アーム部１２の先端に設けられたクランプ部１３を有している。本例の本体部１１は、中空の容器体であるケース１１ａと、本体部１１ａの上方に配置されたスピナーキャップ１１ｂとにより構成されている。クランプ部１３は、ロータユニットＲをテーブル９１に固定する結合部である。本例のクランプ部１３には、装着対象の円管部や平板部を好適に締め付け可能な構造のものが採用されているが、本発明の結合部はクランプ部１３の形態には限定されず、ロータユニットをその装着対象に強固に固定できるものであれば、その形状や構造、装着対象に対する結合手段は問わない。

また、ロータユニットＲは、駆動源であるモータ２７１、およびモータ２７１の出力軸に装着された固定ピッチプロペラ２７２（以下、単に「プロペラ２７２」という。）からなるロータ２７を備えている。モータ２７１はケース体１１ａに収容されている。また、プロペラ２７２の翼根部にはスピナーキャップ１１ａが被せられている。

図２に示すように、本例の飛行機能付加装置Ｆは、４基のロータユニットＲにより構成されている。飛行機能付加装置ＦのロータユニットＲは、マスタユニット１０とスレーブユニット５０とに大別される。マスタユニット１０は、これら複数のロータユニットＲのうちの一基である。マスタユニット１０は、これらロータユニットＲのモータ回転数（スロットル）を一元的に制御し、飛行機能付加装置Ｆを一体として動作させるユニットである。スレーブユニット５０は、マスタユニット１０以外のロータユニットＲである。スレーブユニット５０は、マスタユニット１０に指示された速度でロータ２７を回転させるユニットである。

本例のマスタユニット１０は各スレーブユニット５０と無線通信可能にリンクされている。なお、ここでいう「リンク」とは、通信相手を指定したロータユニットＲのペアリングを意味しており、無線による仮想的なケーブルでマスタユニット１０と各スレーブユニット５０とを接続することをいう。マスタユニット１０とスレーブユニット５０との通信方法は無線には限られず、これらを通信ケーブルで有線接続してもよい。

図３は、飛行機能付加装置Ｆの各ロータユニットＲの回転方向を示す平面模式図である。飛行機能付加装置ＦのロータユニットＲは、プロペラ２７２が平面視時計回りに回転するＣＷユニット（マスタユニット１０および図３視左上のスレーブユニット５０）と、プロペラ２７２が平面視反時計回りに回転するＣＣＷユニット（図３視右上および左下のスレーブユニット５０）と、により構成されている。これらＣＷユニットおよびＣＣＷユニットは、テーブル９１の周方向に沿って交互に配置されている。

テーブル９１をラダー制御するときには、各ロータユニットＲのプロペラ２７２の回転方向が特定されている必要がある。また、テーブル９１のエルロン、エレベータ操作時に、プロペラ２７２の反トルクを相殺しながらこれを安定して行うためには、ＣＷユニットとＣＣＷユニットとが周方向に交互に配置されていると都合がよい。本例では、飛行機能付加装置Ｆを構成するＣＷユニットおよびＣＣＷユニットが予めテーブル９１の周方向に沿って交互に配置されていることにより、一般的なマルチコプターと同様の制御方法でテーブル９１を飛行させることが可能とされている。

（マスタユニットの機能構成）
図４は、マスタユニット１０の機能構成を模式的に表すブロック図である。マスタユニット１０は、主に、飛行機能付加装置Ｆの制御部であるフライトコントローラＦＣ、オペレータ（操縦端末３１）からの操縦信号を受信する受信器３２、ロータ２７、ロータ２７の駆動回路であるＥＳＣ２６（Electric Speed Controller）、およびこれらに電力を供給するバッテリー２９により構成されている。以下、マスタユニット１０の基本的な飛行機能について説明する。

上でも述べたように、ロータ２７は、駆動源であるモータ２７１と、モータ２７１に装着されたプロペラ２７２とにより構成されている。ＥＳＣ２６はモータ２７１に接続されており、フライトコントローラＦＣから指示された速度でモータ２７１の回転数を制御する。

フライトコントローラＦＣはマイクロコントローラである制御装置２０を備えている。制御装置２０は、中央処理装置であるＣＰＵ２１、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリなどの記憶装置であるメモリ２２、および、ＥＳＣ２６にＰＷＭ信号を送出するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ２５を有している。

フライトコントローラＦＣはさらに、飛行制御センサ群２３およびＧＰＳアンテナ２４（以下、これらを総称して「センサ等」ともいう。）を備えており、これらは制御装置２０に接続されている。ＧＰＳアンテナ２４は、正確には航法衛星システム（ＮＳＳ）の受信器である。ＧＰＳアンテナ２４は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）または地域航法衛星システム（ＲＮＳＳ）から現在の経緯度値および時刻情報を取得する。本例におけるマスタユニット１０の飛行制御センサ群２３には、３軸加速度センサおよび３軸角速度センサを有するＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２３１、気圧センサ（高度センサ）、３軸地磁気センサ（方位センサ）などが含まれている。制御装置２０は、これらセンサ等により、マスタユニット１０の傾きや回転のほか、飛行中の緯度経度、高度、および機首の方位角を含む位置情報を取得することができる。

制御装置２０のメモリ２２には、飛行機能付加装置Ｆが装着されたテーブル９１（以下、単に「テーブル９１」ともいう。）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協調駆動プログラムＣＤが記憶されている。協調駆動プログラムＣＤは、オペレータ（操縦端末３１）の操縦信号に従い、センサ等から取得した情報を基に各ロータユニットＲのモータ回転数を調節し、テーブル９１の姿勢や飛行位置の乱れを補正しながらテーブル９１を飛行させる。

ここで、協調駆動プログラムＣＤは、後述する構成取得プログラムＣＡにより特定した各ロータユニットＲの構成に基づき、マスタユニット１０のロータ２７にＰＷＭ信号を入力するとともに、各スレーブユニット５０のロータ２７を駆動するＰＷＭ信号、または、ＰＰＭ信号、ＰＣＭ信号など、ＰＷＭ信号に変換可能な制御信号も生成する。そしてこれらの信号を通信装置３５から各スレーブユニット５０に送信する。これにより、各ロータユニットＲの駆動を連係させ、飛行機能付加装置Ｆの全体を単位とする飛行動作を実現する。

飛行機能付加装置Ｆの操縦は、オペレータが操縦端末３１を用いて手動で行うほか、自律飛行プログラムＡＰにマスタユニット１０の飛行経路や速度、高度のパラメータ、および規定動作のコマンドからなる飛行計画ＦＰを登録し、飛行機能付加装置Ｆを自律的に飛行させることも可能である（以下、このような自律飛行のことを「オートパイロット」という。）。

このように、本実施形態におけるマスタユニット１０は高度な飛行制御機能を備えている。ただし、本発明におけるマスタユニットはマスタユニット１０の形態には限定されず、ＩＭＵ２３１と協調駆動プログラムＣＤに相当する機能を備えることを要件として、例えばセンサ等から一部のセンサが省略されたものや、オートパイロット機能を備えず手動操縦のみにより飛行可能なものを用いることも可能である。

（スレーブユニットの機能構成）
図５は、スレーブユニット５０の機能構成を模式的に表すブロック図である。なお、以下の説明では、マスタユニット１０の各構成と同様の構成については、マスタユニット１０と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、スレーブユニット１０の外観は、マスタユニット１０と同様である（図１参照）。

スレーブユニット５０は、主に、マスタユニット１０からの制御信号を受信する通信装置３６、ロータ２７の駆動回路であるＥＳＣ２６、およびこれらに電力を供給するバッテリー２９により構成されている。

スレーブユニット５０のロータ２７もマスタユニット１０と同様に、駆動源であるモータ２７１と、モータ２７１に装着されたプロペラ２７２とにより構成されている。ＥＳＣ２６はモータ２７１に接続されており、通信装置３６から入力された制御信号に従ってモータ２７１の回転数を制御する。

また、本例のスレーブユニット５０はＩＭＵ２３１を備えている。ＩＭＵ２３１が検出したスレーブユニット５０の変位量は、通信装置３６を介してマスタユニット１０にフィードバックされる。

なお、本例の飛行機能付加装置Ｆでは、マスタユニット１０とスレーブユニット５０とが別々の機種として構成されているが、図４および図５に示されるように、マスタユニット１０は、スレーブユニット５０が備える全ての機能を備えている。そのため、マスタユニット１０はスレーブユニット５０としても動作可能である。そこで、飛行機能付加装置Ｆの全てのロータユニットＲをマスタユニット１０の機種で構成し、設定によりその中からマスタユニット１０とするロータユニットＲを選択することにより、単一機種のロータユニットＲで飛行機能付加装置Ｆを構成することができる。これにより、ロータユニットＲの装着時にマスタ・スレーブの機種を意識する必要がなくなり、また、ロータユニットＲの装着後に、マスタユニット１０を自由に変更することが可能となる。

（構成取得手段）
図６は、構成取得プログラムＣＡによるロータユニットＲの試験駆動の様子を示す平面模式図である。

飛行中のテーブル９１の姿勢維持や、テーブル９１のエレベータ・エルロン・ラダー操作（以下、このような操作を総称して「操舵制御」という。）を実現するためには、各ロータユニットＲの推力がテーブル９１の姿勢を変化させる方向が特定されている必要がある。すなわち、テーブル９１を操舵制御するときの各ロータユニットＲのモータ回転数のバランス（以下、このようなバランスを「スロットルバランス」という。）が特定されている必要がある。一方、本発明では、装着対象の形状や大きさが変われば、装着対象の重心位置やロータユニットＲの装着位置も変化する。

そして、本例のマスタユニット１０は、構成取得プログラムＣＡによりテーブル９１の操舵制御時のスロットルバランスを自動的に特定する。上述の協調駆動プログラムＣＤは、構成取得プログラムＣＡにより特定されたスロットルバランスに基づいて、各ロータユニットＲのモータ回転数を調節し、飛行機能付加装置Ｆの全体を単位としてテーブル９１の姿勢維持や操舵制御を行う。なお、ここでいう「テーブル９１の姿勢」とは、テーブル９１の傾きや周方向の向きをいう。ここで、テーブル９１の周方向の向きは飛行機能付加装置Ｆの機首方向（ヘディング）として表れるが、機首とする方向は任意に設定することができる。例えば、飛行機能付加装置Ｆをクアッドプラス構成と定めて、画一的にマスタユニット１０のアーム１２の延出方向の反対側（図６の矢示Ｈ方向）を機首方向としてもよく、手動・自動で他の方向に設定してもよい。

具体的には、本例の構成取得プログラムＣＡは、飛行に先立って、マスタユニット１０を含む各ロータユニットＲおよびその組み合わせを、テーブル９１の姿勢に変化が生じるモータ回転数で試験駆動し、テーブル９１の姿勢の変化から、テーブル９１の操舵制御の可否およびその制御方法を特定する。

本例のテーブル９１は硬質の物品であり、いずれか一つのロータユニットＲの位置や姿勢の変化は、テーブル９１を介して他のロータユニットＲの位置や姿勢の変化としても表れる。そこで、各ロータユニットＲやこれらの組み合わせを順次自動的に試験駆動し、そのときのテーブル９１の姿勢の変化（マスタユニット１０のＩＭＵ２３１の傾き）を検出することで、各ロータユニットＲのスロットルバランスを特定することができる。また、これにより、メインロータ１０の位置を中心とする各スレーブユニット５０のおおまかな配置方向や、テーブル９１の重心位置を特定することもできる。

以下、図６を参照してより具体的に説明する。以下の説明では、マスタユニット１０をユニットＡとし、各スレーブユニット５０を、ユニットＡから時計回りにユニットＢ、Ｃ、Ｄとする。また、テーブル９１の重心ｇはテーブル９１の中央にあるものとする。

本例の構成取得プログラムＣＡは、ユニットＡから時計回りに一基ずつ、テーブル９１の姿勢に変化が生じるまで各ユニットのスロットル（モータ回転数）を上げていき、ユニットＡのＩＭＵ２３１の検出値から、そのときのユニットＡの傾斜方向を取得する。本例では、ユニットＡを試験駆動するとユニットＡの頂部はａ方向に傾くこととなる。同様に、ユニットＢを試験駆動するとユニットＡの頂部はｂ方向に、ユニットＣを試験駆動するとｃ方向に、ユニットＤを試験駆動するとｄ方向に傾くこととなる。このように、飛行に先立って各ロータユニットＲを試験駆動することで、各ロータユニットＲの推力がテーブルの姿勢をどのように変化させるのかを実際に即して特定することができる。

本例ではテーブル９１の重心ｇがテーブル９１の中心にあり、各ロータユニットＲが重心ｇを通るように線対称・点対称に配置されており、さらに、各ロータユニットＲの回転方向も予め分かっているため、上述の試験駆動のみでも一応の飛行準備は整う。一方、装着対象の重心位置が偏っていたり、各ロータユニットＲの配置が不規則であったりする場合には、各ロータユニットを単体で試験駆動するだけでなく、これらロータユニットの組み合わせについても試験駆動することにより、装着対象の操舵制御の可否およびその制御方法を特定することができる。

このように、本例の飛行機能付加装置Ｆでは、テーブル９１に４基のロータユニットＲが取り付けられ、マスタユニット１０が有する構成取得プログラムＣＡによりテーブル９１の操舵制御時におけるスロットルバランスが特定される。そして、マスタユニット１０の有する協調駆動プログラムＣＤにより、これらロータユニットＲの動作が一元的に管理される。すなわち、飛行機能付加装置Ｆにより、テーブル９１を機体フレームとするマルチコプターが構成される。さらに、本例の飛行機能付加装置Ｆは、装着対象の重量やサイズに合わせてスレーブユニット５０の数を適宜変更することで、揚力を柔軟に調節することができる。

また、上でも述べたように、本例のスレーブユニット５０はＩＭＵ２３１を有しており、マスタユニット１０はスレーブユニット５０のＩＭＵ２３１の検出値を取得することができる。これにより、マスタユニット１０がスレーブユニット５０の実際の変位量を把握することができ、協調駆動プログラムＣＤによるテーブル９１の飛行精度が高められている。

（変形例）
図７は、本発明の装着対象であるイス９３に本例の飛行機能付加装置Ｆが取り付けられた様子を示す斜視図である。本例のマスタユニット１０は、各ロータユニットＲを試験駆動してこれにより操舵制御時のスロットルバランスを特定する。そのため、例えば図７のイス９３のように、ロータユニットＲが異なる高さに配置されるような特殊な装着対象の場合でも、その姿勢を維持し、操舵制御を行うためのスロットルバランスを特定することができる。

［第２実施形態］
（構成概要）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態にかかるロータユニットＲｂの外観を示す斜視図である。図９は、３基のロータユニットＲｂからなる飛行機能付加装置Ｆｂが、本例の装着対象であるデスク９２に取り付けられた様子を示す斜視図である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同様の構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図８に示すように、本例のロータユニットＲｂは、略紡錘形状の本体部１１、本体部１１の外面から本体部１１の径方向外側に延びる棒状のアーム部１２、および、アーム部１２の先端に設けられたクランプ部１３を有している。

（二重反転ロータ）
ロータユニットＲｂは、駆動源であるモータ２７１、およびモータ２７１に装着されたプロペラ２７２からなるロータ２７を２基備えている。これら２基のロータ２７は、互いに反対方向に回転する一対のプロペラ２７２が軸線方向に並べられた二重反転ロータである。

各ロータユニットＲｂのロータ２７が、単独で反トルクを相殺可能な二重反転ロータであることにより、図９に示す飛行機能付加装置Ｆｂのように奇数のロータユニットＲｂを用いる構成であっても、反トルクを処理するための特別な機構を実装する必要がない。これにより、飛行機能付加装置Ｆｂの揚力をロータユニットＲｂ一基単位で調節することが可能となり、装着対象の重量やサイズに合わせたより柔軟な揚力の調節が可能とされている。

なお、飛行機能付加装置Ｆｂを構成するマスタユニット１０ｂおよびスレーブユニット５０ｂの基本的な機能は、ロータ２７が二重反転プロペラであることを除き、飛行機能付加装置Ｆのマスタユニット１０およびスレーブユニット５０と同様である。

［第３実施形態］
（構成概要）
以下、本発明の第３実施形態について説明する。図１０は、第３実施形態にかかるロータユニットＲｃ（マスタユニット１０ｃ）の外観を示す斜視図である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同様の構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、本例のロータユニットＲｃは、略紡錘形状の本体部１１、本体部１１の外面から本体部１１の径方向外側に延びる棒状のアーム部１２、および、アーム部１２の先端に設けられたクランプ部１３を有している。また、ロータユニットＲｃは、駆動源であるモータ２７１、およびモータ２７１に装着されたプロペラ２７２からなるロータ２７を備えている。

本例のロータユニットＲｃは、第１実施形態のロータユニットＲと同様に、テーブル９１の周方向に沿って線対称・点対称に４基装着されているものとし、その回転方向も第１実施形態のロータユニットＲと同様であるものとする。

そして、マスタユニット１０ｃの本体部１１には、モータ４１を駆動源として、マスタユニット１０ｃの周方向における全周、および上下方向の所定角度範囲において、撮影方向を変更可能な撮影手段である可動カメラ４０が設けられている。

（構成取得手段）
図１１は、マスタユニット１０ｃの機能構成を模式的に表すブロック図である。マスタユニット１０ｃの飛行制御に関する機能は第１実施形態のマスタユニット１０と同様であるため、その説明を省略する。マスタユニット１０ｃとマスタユニット１０の違いは、マスタユニット１０ｃが上記可動カメラ４０を備えること、および、構成取得プログラムＣＡが画像認識プログラムＩＲを有していることにある。画像認識プログラムＩＲは、可動カメラ４０で撮影した画像からロータユニットＲｃを検出するプログラムである。

マスタユニット１０ｃは、飛行に先立ち、可動カメラ４０でマスタユニット１０ｃの全周を撮影し、その画像から各ロータユニットＲｃを検出する。これにより、マスタユニット１０ｃの位置を中心とする各スレーブユニット（マスタユニット１０ｃ以外のロータユニットＲｃ）の配置方向を特定することができる。

ここで、例えば各ロータユニットＲｃの本体部１１外面に、画像認識プログラムＩＲで検出可能なマーカを設けることで、各ロータユニットＲｃをより正確かつ容易に検出することが可能となり、検出されたマーカのサイズから、マスタユニット１０ｃと各スレーブユニットとの距離を特定することもできる。また、可動カメラ４０としてステレオカメラを用いることによっても、マスタユニット１０ｃと各スレーブユニットとの距離を特定することができる。その他、例えば、伝搬損失による電波強度の減衰量から電波発信源との距離を推定可能な近距離無線通信プロトコルに対応した受信器をマスタユニット１０ｃに搭載し、各スレーブユニットには同プロトコルに対応した送信器を搭載することで、マスタユニット１０ｃの受信器で検出した電波強度からマスタユニット１０ｃと各スレーブユニットとの距離を推定することも可能である。

装着対象の重心位置が不明である場合、各ロータユニットＲｃの位置関係を特定するだけでは、装着対象の姿勢制御や操舵制御を行うには不十分であるが、これに加えて各ロータユニットＲｃの試験駆動を行うことで、より正確なスロットルバランスを特定することが可能となる。また、装着対象の形状やその重心位置、各ロータユニットＲｃの配置に制限を設けることにより、各ロータユニットＲｃの位置関係を特定するだけ飛行準備が整う場合もあるものと考えられる。

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。例えば上記各実施形態のロータユニットでは、プロペラの駆動源としてモータが用いられていたが、これはエンジンであってもよい。

Ｆ，Ｆｂ，Ｆｃ 飛行機能付加装置
Ｒ，Ｒｂ，Ｒｃ ロータユニット，ＣＷユニット，ＣＣＷユニット
１０，１０ｂ，１０ｃ マスタロータ
１３ クランプ部（結合部）
ＦＣ フライトコントローラ
ＣＤ 協調駆動プログラム（協調駆動手段）
ＣＡ 構成取得プログラム（構成取得手段）
ＩＲ （画像認識手段）
２３ 飛行制御センサ群（方位センサ、高度センサ）
２３１ ＩＭＵ（慣性計測装置）
２４ ＧＰＳアンテナ
２７ ロータ，二重反転ロータ
２７１ モータ（駆動源）
２７２ プロペラ
３５ 通信装置
４０ 可動カメラ（撮影手段）
５０，５０ｂ スレーブユニット
３６ 通信装置
９１ テーブル（装着対象）
９２ デスク（装着対象）
９３ イス（装着対象）

Claims (8)

1. 複数のロータユニットを有する飛行機能付加装置であって、
   前記各ロータユニットは、駆動源および該駆動源に接続されたプロペラを有するロータと、該ロータユニットをその装着対象に固定する結合部と、を有しており、
   前記複数のロータユニットのうちの一つをマスタユニット、該マスタユニットにリンクされた他のロータユニットをスレーブユニットとしたときに、
   前記マスタユニットは、慣性計測装置と、前記各スレーブユニットのモータ回転数を制御する協調駆動手段と、を有し、
   前記飛行機能付加装置はさらに、前記装着対象に対する固定位置が該飛行機能付加装置にとって予め明らかでない前記各ロータユニットについて、これらロータユニットの推力が前記装着対象の姿勢を変化させる方向を特定する構成取得手段を有することを特徴とする飛行機能付加装置。
2. 前記各スレーブユニットは慣性計測装置を有し、
   前記マスタユニットは、前記各スレーブユニットの慣性計測装置の検出値または該検出値の加工値を取得可能であることを特徴とする請求項１に記載の飛行機能付加装置。
3. 前記装着対象は硬質の物品であり、
   前記構成取得手段は、前記マスタユニットを含む前記各ロータユニットおよび／またはこれらロータユニットの組み合わせを、前記装着対象の姿勢に変化が生じるモータ回転数で試験駆動し、該装着対象の姿勢の変化から、前記各ロータユニットの推力が前記装着対象の姿勢を変化させる方向を特定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛行機能付加装置。
4. 前記マスタユニットは、該マスタユニットの周囲の画像を撮影可能な撮影手段と、該撮影手段で撮影した画像から前記各スレーブユニットを検出する画像認識手段と、を有し、
   前記構成取得手段は、前記画像内の前記各スレーブユニットの位置から、前記マスタユニットの位置を中心とするこれらスレーブユニットの配置方向を特定することを特徴とする請求項１に記載の飛行機能付加装置。
5. 前記マスタユニットはさらに、方位センサ、高度センサ、およびＧＰＳアンテナを有することを特徴とする請求項１に記載の飛行機能付加装置。
6. 前記複数のロータユニットは、前記プロペラが平面視時計回りに回転するＣＷユニットと、前記プロペラが平面視反時計回りに回転するＣＣＷユニットとにより構成されており、
   前記ＣＷユニットおよびＣＣＷユニットは、前記装着対象に対して該装着対象の周方向に沿って交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載の飛行機能付加装置。
7. 前記各ロータユニットのロータは、互いに反対方向に回転する一対のプロペラが軸線方向に並べられた二重反転ロータであることを特徴とする請求項１に記載の飛行機能付加装置。
8. 請求項７に記載のマスタユニットであり、
   前記マスタユニットは前記スレーブユニットとしても動作可能であることを特徴とするロータユニット。
   

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