WO2017051732A1 - 飛行装置 - Google Patents

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WO2017051732A1
WO2017051732A1 PCT/JP2016/076653 JP2016076653W WO2017051732A1 WO 2017051732 A1 WO2017051732 A1 WO 2017051732A1 JP 2016076653 W JP2016076653 W JP 2016076653W WO 2017051732 A1 WO2017051732 A1 WO 2017051732A1
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WO
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unit
flight
attitude
posture
control unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/076653
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English (en)
French (fr)
Inventor
武典 松江
川崎　宏治
正己 黒坂
道弘 松浦
覚 吉川
Original Assignee
株式会社日本自動車部品総合研究所
株式会社デンソー
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U20/00—Constructional aspects of UAVs
    • B64U20/80—Arrangement of on-board electronics, e.g. avionics systems or wiring
    • B64U20/87—Mounting of imaging devices, e.g. mounting of gimbals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60F—VEHICLES FOR USE BOTH ON RAIL AND ON ROAD; AMPHIBIOUS OR LIKE VEHICLES; CONVERTIBLE VEHICLES
    • B60F5/00—Other convertible vehicles, i.e. vehicles capable of travelling in or on different media
    • B60F5/02—Other convertible vehicles, i.e. vehicles capable of travelling in or on different media convertible into aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64C13/00—Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02—Initiating means
    • B64C13/16—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • B64C13/18—Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors using automatic pilot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C37/00—Convertible aircraft
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B64U10/14—Flying platforms with four distinct rotor axes, e.g. quadcopters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U60/00—Undercarriages
    • B64U60/60—Undercarriages with rolling cages

Definitions

  • the present disclosure relates to a flying device.
  • the flying device can fly in the air, it is possible to follow not only the floor surface but also a wall surface or ceiling surface that is close to the vertical. For example, if the flying device can be moved along the inner wall of the tunnel, the inner wall of the tunnel can be inspected using the flying device.
  • Patent Document 1 there is a problem that only movement along the floor surface is possible, and it is difficult to move a complicated target surface such as a wall surface, a ceiling surface, or a surface including a step.
  • An object of the present disclosure is to provide a flying device that moves while maintaining a posture on a complicated target surface such as a wall surface, a ceiling surface, or a surface including a step.
  • the change detection unit detects a change in the attitude of the flying unit.
  • the attitude control unit determines whether or not the change in attitude exceeds a preset change allowable value from the change in attitude of the flying unit detected by the change detection unit. Then, the posture control unit changes the target posture of the flying unit until the change in posture becomes smaller than the allowable change value.
  • position of a flight unit is maintained so that the change of a flight attitude
  • the contact force detection unit detects the force applied by the contact unit provided in the flight unit by contact with the target surface.
  • the attitude control unit controls the attitude of the flying unit so that the detected forces are equal based on the forces detected by the contact force detection units provided in the contact units.
  • the posture of the flying unit is controlled so that the forces applied to the plurality of contact portions are equal.
  • the flying unit has a posture in which the force applied to each contact portion is not biased with respect to the target surface.
  • the flying unit maintains a posture along the target surface. Therefore, the flying unit can move while maintaining its posture along a complicated target surface such as a wall surface or a ceiling surface.
  • the distance detection unit detects the distance from the flight unit to the target surface in a non-contact manner.
  • the attitude control unit controls the attitude of the flying unit based on the distance from the flying unit to the target surface detected by the distance sensor so that the distance is within a preset range.
  • the flight unit is maintained within the range in which the distance to the target surface is set in advance. Therefore, the flight unit maintains a flight posture along the outer shape of the target surface. Therefore, the flying unit can move while maintaining its posture along a complicated target surface such as a wall surface or a ceiling surface.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the flying device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the flying device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which the flying device according to the first embodiment is along the target surface.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a flow of processing in the flying device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which the flying device according to the first embodiment moves along the target surface.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in which the flying device according to the first embodiment moves along the target surface.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the flying device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a state in which the flying device according to the second embodiment is along the target surface.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the flying device according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a flow of processing in the flying device according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a flow of processing in the flying device according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a state in which the flying device according to the fourth embodiment is along the target surface.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of the flying device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of the flying device according to the sixth embodiment.
  • the flying device 10 includes a flying unit 11.
  • the flying unit 11 includes a body body 12, a thruster 13, and a base body 14.
  • the airframe body 12 constitutes the skeleton of the flight unit 11.
  • the thruster 13 is provided in the machine body 12.
  • the flight unit 11 has four thrusters 13. Each thruster 13 has a motor 15 and a propeller 16.
  • the thruster 13 generates a propulsive force by rotating the propeller 16 with a motor 15.
  • the flying device 10 moves along the target surface 17 as shown in FIG. That is, the flying device 10 moves along the target surface 17 using various surfaces such as a floor surface, a wall surface, and a ceiling surface of the facility as the target surface 17.
  • the base unit 14 includes a control unit 18 and an inspection unit 19.
  • the control unit 18 controls the entire flying device 10 including the four thrusters 13.
  • the inspection unit 19 includes, for example, a camera and performs a visual inspection or the like of the target surface 17 to be inspected by the flying device 10.
  • the inspection unit 19 is not limited to a visual inspection such as a camera, but is configured to perform an inspection by an arbitrary means such as an invisible inspection such as infrared rays or an acoustic inspection such as ultrasonic waves. It can be.
  • the flying device 10 is not limited to the inspection unit 19 and may be provided with arbitrary equipment such as a container for carrying an article.
  • the control unit 18 includes an attitude measurement unit 21 and a calculation unit 22 as shown in FIG.
  • the attitude measurement unit 21 corresponds to a change detection unit, and includes, for example, a triaxial acceleration sensor 23, a triaxial angular velocity sensor 24, a triaxial geomagnetic sensor 25, an altitude sensor 26, and the like.
  • the flight posture and flight position of the flight device 10 including the flight device 10 are detected.
  • the calculating part 22 is comprised with the microcomputer which has CPU, ROM, and RAM, for example.
  • the flying device 10 includes an actuator 31 as shown in FIGS.
  • the actuators 31 are all provided in the machine body 12 and change the direction of the propulsive force generated by the thruster 13. That is, the mounting angle of the thruster 13 that generates a propulsive force is changed by the actuator 31.
  • the control unit 18 controls the flight posture of the flight unit 11 by changing the mounting angle of the actuator 31 to control the direction of the propulsive force generated by the thruster 13.
  • the control unit 18 controls the plurality of thrusters 13 and the actuators 31 individually or collectively.
  • the flying device 10 includes two actuators 31 that drive the two thrusters 13.
  • the actuator 31 may be configured to individually drive one thruster 13.
  • the flying device 10 includes four actuators 31.
  • the flying device 10 includes a tire 33 as a contact portion.
  • the tire 33 is provided on the machine body 12.
  • the flying device 10 includes four tires 33. These four tires 33 are in contact with the target surface 17 to guide the movement of the flying device 10 including the flying unit 11.
  • the control unit 18 has an attitude control unit 41 as an attitude control unit as shown in FIG.
  • the posture control unit 41 is realized by software, for example, by executing a computer program by the calculation unit 22.
  • the attitude control unit 41 is not limited to software, and may be configured to be realized by hardware or by cooperation of software and hardware.
  • the attitude control unit 41 acquires a change in the flight attitude of the flight unit 11 detected by the attitude measurement unit 21. Then, the attitude control unit 41 determines whether or not the acquired change in flight attitude exceeds a preset change allowable value L.
  • the attitude control unit 41 controls the target attitude of the flying unit 11 so that the change in the flying attitude becomes smaller than the allowable change value L when the allowable change value L is exceeded.
  • the attitude control unit 41 sets the flight attitude targeted by the flight unit 11 as the target attitude so that the change in the flight attitude becomes smaller than the allowable change value L.
  • the attitude control unit 41 calculates a flight attitude change amount as a flight attitude change amount from the latest flight attitude detected by the attitude measurement unit 21 and the flight attitude just acquired.
  • the target posture of the flying unit 11 is set so that the flying posture change amount becomes smaller than the allowable change value L.
  • the attitude control unit 41 drives the thruster 13 and the actuator 31 based on the set target attitude. Thereby, the flight posture of the flight unit 11 changes. In this way, the attitude control unit 41 controls the thruster 13 and the actuator 31 based on the flight attitude of the flight unit 11 detected by the attitude measurement unit 21 to control the flight attitude of the flight unit 11.
  • the control unit 18 determines whether or not the guide mode is set (S101). That is, the control unit 18 determines whether it is a guide mode for flying along the target surface 17 such as a floor surface, a wall surface, and a ceiling surface, or a normal mode for performing normal flight. If the control unit 18 determines that the guide mode is in the guide mode in S101 (S101: Yes), the attitude control unit 41 acquires data related to the flight attitude from the attitude measurement unit 21 (S102).
  • the attitude measurement unit 21 detects acceleration applied to the flight unit 11 by the acceleration sensor 23, angular velocity applied to the flight unit 11 by the angular velocity sensor 24, and geomagnetism in the flight unit 11 by the geomagnetic sensor 25. In addition, the attitude measurement unit 21 detects the altitude of the flying unit 11 with the altitude sensor 26.
  • the posture control unit 41 acquires data detected by the acceleration sensor 23, the angular velocity sensor 24, the geomagnetic sensor 25, and the altitude sensor 26.
  • the attitude control unit 41 calculates the latest flight attitude Sn of the flight unit 11 from the data related to acceleration, angular velocity, geomagnetism, and altitude acquired from the attitude measurement unit 21 (S103).
  • the flight attitude Sn is calculated based on conditions set in advance as functions such as acceleration, angular velocity, geomagnetism, and altitude.
  • the attitude control unit 41 determines whether or not the previous flight attitude Sb calculated last time of the latest flight attitude Sn is stored (S104).
  • the attitude control unit 41 calculates the flight attitude of the flying device 10 from the start of flight of the flying device 10.
  • the previous flight posture Sb is stored in the RAM (not shown) constituting the calculation unit 22 of the control unit 18 except when the flight device 10 performs the first flight posture calculation immediately after the flight starts. .
  • the attitude control unit 41 determines whether or not the previous flight attitude Sb has been calculated and stored. If the attitude control unit 41 determines in S104 that the previous flight attitude Sb is not stored (S104: No), the latest flight attitude Sn calculated is stored in a RAM (not shown) of the control unit 18 and the process returns to S102. .
  • the attitude control unit 41 determines that the previous flight attitude Sb is stored (S104: Yes), it acquires the previous flight attitude Sb (S105). That is, the attitude control unit 41 acquires the previous flight attitude Sb from the RAM (not shown) of the control unit 18.
  • the attitude control unit 41 determines whether or not the flight attitude change amount ⁇ S calculated in S106 has exceeded the allowable change value L (S107). That is, the attitude control unit 41 determines whether or not the relationship ⁇ S> L is established between the flight attitude change amount ⁇ S and the allowable change value L.
  • the attitude control unit 41 changes the target attitude of the flying unit 11 when the flight attitude change amount ⁇ S exceeds the allowable change value L (S107: Yes) (S108). That is, when the flight attitude change amount ⁇ S exceeds the allowable change value L, the attitude control unit 41 changes the target attitude of the flying unit 11 so that the flight attitude change amount ⁇ S becomes smaller than the allowable change value L. .
  • the attitude control unit 41 sets a target attitude based on the calculated flight attitude change amount ⁇ S and the latest flight attitude Sn, and controls the plurality of thrusters 13 and actuators 31 toward the set target attitude. To do. That is, the attitude control unit 41 controls the rotation speed of the thruster 13 and the attachment angle of the actuator 31 based on the target attitude.
  • the control amounts of the thruster 13 and the actuator 31 correlate with the flight attitude change amount ⁇ S and the latest flight attitude Sn. Therefore, the attitude control unit 41 uses the preset allowable change value L, the latest flight attitude Sn calculated in S103, and the flight attitude change amount ⁇ S calculated in S106, and the target attitude of the thruster 13 and the actuator 31.
  • the control amount is set as follows, and the flight posture is changed according to the control amount based on the target posture.
  • the attitude control unit 41 stores the latest flight attitude Sn calculated in S103 in the RAM of the control unit 18 (S109).
  • the attitude control unit 41 controls the flight attitude of the flight unit 11 based on the target attitude changed in S108 (S110).
  • the attitude control unit 41 determines in S107 that the flight attitude change amount ⁇ S does not exceed the allowable change value L (S107: No)
  • the attitude control unit 41 proceeds to S110 and continues to control the flight attitude of the flight unit 11.
  • the control unit 18 determines that the mode is not the guide mode, that is, the normal mode (S101: No)
  • the control unit 18 proceeds to S110 and continues the control of the flight posture of the flight unit 11.
  • the flying posture of the flying device 10 is controlled while continuing the flight.
  • the flying device 10 of the first embodiment that performs such processing flies not only on the floor surface but also on the wall surface and the ceiling surface as the target surface 17 as shown in FIGS. 5 (A) to 5 (F). . That is, the flying device 10 moves upward along a substantially vertical wall surface as the target surface 17 as shown in FIGS. Then, as shown in FIGS. 5D to 5F, the flying device 10 moves along the target surface 17 while changing the posture from the wall surface to the ceiling surface. At this time, the thruster 13 generates a propulsive force toward the flight unit 11 toward the target surface 17. In this case, the tire 33 of the flight unit 11 is in contact with the target surface 17. Note that the tire 33 may not be in contact with the target surface 17.
  • the flying device 10 when there is a step 50 on the target surface 17 such as a wall surface, the flying device 10 appropriately changes the flight posture so as to get over this step 50. That is, when the flying device 10 moves to the step 50 along the target surface 17 as shown in FIGS. 6A to 6C, the flying device 10 changes its posture as shown in FIGS. And after flying over the level
  • the attitude measurement unit 21 detects a change in the attitude of the flying unit 11.
  • the attitude control unit 41 determines from the change in attitude of the flying unit 11 detected by the attitude measurement unit 21 whether the change in attitude exceeds a preset allowable change value L. Then, the attitude control unit 41 changes the attitude of the flying unit 11 until the change in attitude becomes smaller than the allowable change value L. Thereby, the attitude of the flying unit 11 is maintained so that the change of the flying attitude becomes smaller than the allowable change value L along the flying target surface 17. Therefore, the flight unit 11 does not change its posture more than necessary. Therefore, the flying unit 11 can move while maintaining the posture along the complicated target surface 17 including the wall surface, the ceiling surface, or the step 50.
  • the flying device 10 includes a contact force sensor 71 as a contact force detector in addition to the configuration of the flying device 10 of the first embodiment.
  • the control unit 18 has a distance sensor 72 as a distance detection unit.
  • the distance sensor 72 is provided on the airframe body 12 of the flight unit 11.
  • the distance sensor 72 detects the distance between the flight unit 11 and the target surface 17 and outputs the distance to the calculation unit 22 of the control unit 18.
  • the distance sensor 72 detects the distance to the target surface 17 in a non-contact manner using, for example, light irradiation such as laser light or ultrasonic waves.
  • the contact force sensor 71 is provided in the tire 33 as a contact portion or in the vicinity thereof.
  • the contact force sensor 71 detects a contact force between the tire 33 and the target surface 17.
  • the contact force sensor 71 is provided corresponding to each of the tires 33.
  • four contact force sensors 71 are provided. Thereby, the contact force sensor 71 individually detects the contact force applied to each of the tires 33.
  • the contact force sensor 71 outputs the detected contact force to the control unit 18 as an electrical signal.
  • the control unit 18 is connected to a contact force sensor 71 and a distance sensor 72 as shown in FIG.
  • the posture control unit 41 acquires contact force data from the contact force sensor 71.
  • the attitude control unit 41 controls the flight attitude of the flying unit 11 so as to contact the target surface 17 from the acquired contact force data and the distance data acquired from the distance sensor 72 to the target surface 17.
  • the attitude control unit 41 controls the flight attitude of the flight unit 11 so that the contact forces detected by all the contact force sensors 71 are equal after contacting the target surface 17.
  • the forces applied to the four tires 33 are equal. Therefore, when the flying posture of the flying unit 11 is stable along the target surface 17, the contact forces detected by the four contact force sensors 71 are equal.
  • the attitude control unit 41 equalizes the contact forces detected by the four contact force sensors 71 so that the flight attitude of the flight unit 11 is stabilized along the target surface 17. That is, the attitude control unit 41 controls the attitude of the flying unit 11 by controlling the thruster 13 and the actuator 31 so that the variation in the contact force detected by the four contact force sensors 71 falls within a preset allowable range. In other words, the attitude control unit 41 controls the thruster 13 and the actuator 31 so that the contact forces detected by the four contact force sensors 71 are equal.
  • the attitude control unit 41 controls the thruster 13 and the actuator 31 based on the contact force detected by the contact force sensor 71 to control the flight attitude of the flight unit 11.
  • the attitude control unit 41 may control the flight attitude of the flight unit 11 using the distance to the target surface 17 acquired by the distance sensor 72.
  • the attitude control unit 41 may correct the flight attitude of the flight unit 11 using the flight attitude of the flight unit 11 detected by the attitude measurement unit 21.
  • the control unit 18 determines whether or not the guide mode is set (S201).
  • the posture control unit 41 detects the contact force (S202). That is, the attitude control unit 41 acquires contact forces applied to the four tires 33 from the four contact force sensors 71.
  • the posture control unit 41 when detecting the contact force in S202, calculates variations in the contact force detected by the four contact force sensors 71 (S203). Then, the posture control unit 41 determines whether or not the calculated variation in the contact force is within an allowable range (S204). When the attitude control unit 41 determines that the variation in the contact force is within the allowable range (S204: Yes), the flight unit 11 continues to fly while maintaining the target attitude of the flight unit 11 (S205). On the other hand, when the attitude control unit 41 determines that the calculated variation in the contact force is not within the allowable range (S204: No), the attitude control unit 41 changes the target attitude of the flying unit 11 (S206). That is, the attitude control unit 41 controls the thruster 13 and the actuator 31 so that the contact forces detected by the four contact force sensors 71 are equal, and changes the target attitude of the flying unit 11.
  • the contact force sensor 71 detects the force applied by the tire 33 provided in the flight unit 11 due to contact with the target surface 17.
  • the attitude control unit 41 controls the attitude of the flying unit 11 based on the forces detected by the contact force sensors 71 provided on the tires 33 so that the detected forces are equal.
  • the posture of the flying unit 11 is controlled so that the forces applied to the plurality of tires 33 are equal. Therefore, the flying unit 11 has a posture with no bias in the force applied to the target surface 17 for each tire 33.
  • the flying unit 11 maintains a posture along the target surface 17. Therefore, the flying unit 11 can move while maintaining the posture along the complicated target surface 17 such as a wall surface or a ceiling surface.
  • the attitude control unit 41 controls the flight attitude of the flight unit 11 using the output value of the contact force sensor 71. Therefore, the posture control unit 41 controls the thruster 13 and the actuator 31 using the output value of the contact force sensor 71 as an element. Therefore, the processing is simplified and the responsiveness can be improved.
  • the third embodiment is a modification of the second embodiment, and the process flow is different from that of the second embodiment.
  • the flow of processing of the flying device 10 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. Note that description of processing that is common to the second embodiment is omitted.
  • the posture control unit 41 determines whether or not the calculated variation in the contact force is within an allowable range (S304).
  • the attitude control unit 41 determines that the variation in the contact force is within the allowable range (S304: Yes)
  • the flight unit 11 continues to fly while maintaining the target attitude of the flight unit 11 (S305).
  • the posture control unit 41 determines that the variation in the calculated contact force is not within the allowable range (S304: No)
  • the control of the flying unit 11 is stopped (S306). That is, the attitude control unit 41 stops the flight attitude control according to the normal algorithm when the variation in the contact force exceeds the allowable range.
  • the attitude control unit 41 sets the target attitude of the flight unit 11 after stopping the control of the normal flight attitude (S307). That is, the attitude control unit 41 forcibly sets a flight attitude unrelated to a normal algorithm as a target attitude.
  • This target posture is set in advance so as to be a posture greatly different from the previous flying posture, such as a position rotated by 90 ° or more about an axis perpendicular to the traveling direction of the flying unit 11. .
  • the flying unit 11 may encounter an obstacle such as a step 50 when flying along the target surface 17. At this time, the flight posture of the flight unit 11 is changed by an obstacle such as the step 50. Therefore, the attitude control unit 41 controls the flight attitude of the flight unit 11.
  • the attitude control unit 41 controls the contact force detected by the contact force sensor 71 to be equal.
  • the posture control unit 41 stops the control of the flight unit 11.
  • the attitude control unit 41 sets a target attitude that is significantly different from the flight attitude control according to the normal algorithm.
  • the attitude control unit 41 controls the flight attitude of the flight unit 11 based on the target attitude set in S307 (S308). If the attitude control unit 41 changes the flight attitude of the flight unit 11 based on the target attitude, the attitude control unit 41 returns to the control of the flight attitude by the normal algorithm (S309), and then continues the process.
  • the attitude control unit 41 sets a target attitude that is significantly different from the flight attitude control by the normal algorithm.
  • the flight posture of the flight unit 11 is forcibly changed to a target posture different from the normal control. Therefore, the flight unit 11 changes its flight posture greatly and avoids obstacles such as the step 50 quickly. Therefore, the moving speed of the flying unit 11 can be improved.
  • the outer diameter of the tire 33 is set large.
  • the tire 33 of the flying device 10 according to the third embodiment is set to be larger than the external dimensions of the thruster 13 including the propeller 16. Therefore, the propeller 16 of the thruster 13 provided in the flying device 10 does not contact the target surface 17 regardless of the attitude of the flying device 10. That is, the flying device 10 contacts the target surface 17 with the large tire 33, and the propeller 16 of the thruster 13 having a size contained therein does not contact the target surface 17. Therefore, in the fourth embodiment, damage to the thruster 13 including the propeller 16 can be reduced.
  • the flying device of the fifth embodiment includes an omni wheel 81 as a contact portion.
  • the flying device 10 according to the fifth embodiment includes the omni wheel 81 so that the omni wheel 81 contacts the target surface 17 regardless of the posture. For example, even when the flying device 10 moves along the ceiling as the target surface 17, the omni wheel 81 is pressed against the ceiling by the propulsive force generated by the thruster 13 of the flying unit 11. Further, for example, even when the flying device 10 moves along the gap between the wall surfaces, the omni wheel 81 is in contact with one or both wall surfaces by the thrust generated by the thruster 13. Further, the flying device 10 including the omni wheel 81 can be easily moved in a free direction due to the high degree of freedom of rotation of the omni wheel 81. Therefore, in the fifth embodiment, the contact between the omni wheel 81 and the target surface 17 can always be maintained, and the freedom of posture and the freedom of movement of the flying unit 11 along the target surface 17 can be increased. .
  • the flying device 10 As shown in FIG. 14, the flying device 10 according to the sixth embodiment includes a plurality of distance sensors 72 instead of the contact force sensor 71 of the second embodiment. In the case of the sixth embodiment, the flying device 10 includes four distance sensors 72.
  • the distance sensor 72 may be two or more and is not limited to four.
  • the attitude control unit 41 Based on the distance to the target surface 17 detected using the distance sensor 72, the attitude control unit 41 adjusts the flight unit 11 so that the distance from the flight unit 11 to the target surface 17 falls within a preset range. Control flight attitude. In this case, the attitude control unit 41 controls the attitude of the flying unit 11 using the distance to the target surface 17 detected by the four distance sensors 72. Thereby, during the flight, the flight unit 11 has a distance to the target surface 17 within a predetermined range and does not cause a significant change in posture. Therefore, the flying unit 11 can move while maintaining the posture along the complicated target surface 17 such as a wall surface or a ceiling surface.
  • the non-contact distance sensor 72 even in a state where there is no configuration corresponding to the contact portion such as the tire 33, that is, in a state where the flying unit 11 floats from the target surface 17.
  • the flight posture is maintained. Therefore, even when the spatial restrictions are severe, the flight of the flying unit 11 in a stable posture can be maintained.

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Abstract

飛行ユニット（１１）は、複数のスラスタ（１３）を有し、前記スラスタ（１３）で発生する推進力を制御することにより飛行姿勢が変化する。飛行装置（１０）は、前記飛行ユニット（１１）の姿勢の変化を検出する変化検出部（２１）と、前記変化検出部（２１）で検出した前記飛行ユニット（１１）の姿勢の変化が、予め設定した変化許容値を超えると、前記飛行ユニット（１１）の姿勢変化後の目標とする目標姿勢を、前記変化許容値より小さくなるように変更する姿勢制御部（４１）と、を備える。

Description

飛行装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年９月２５日に出願された日本出願２０１５－１８８１６３号と、２０１６年８月２３日に出願された日本出願２０１６－１６２７９５号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、飛行装置に関する。
　従来、いわゆるドローンと称される飛行装置は、地面や機器の搭載面から離陸し、特定の姿勢を維持しながら飛行する。この飛行装置は、車輪を備えることにより、地上や設備の床面に沿って移動を確保することも提案されている（特許文献１）。
　ところで、飛行装置は、空中を飛行可能であることから、床面に限らず、垂直に近い壁面や天井面などに沿うことも可能である。例えば、トンネルの内壁に沿って飛行装置を移動可能であれば、トンネルの内壁は飛行装置を用いて検査することができる。しかしながら、特許文献１の場合、床面に沿った移動が可能とするだけであり、壁面や天井面、あるいは段差を含む面などの複雑な対象面の移動が困難であるという問題がある。
特表２０１３－５３１５７３号公報
　本開示の目的は、壁面や天井面、あるいは段差を含む面などの複雑な対象面についても姿勢を維持したまま移動する飛行装置を提供することにある。
　本開示の第一の態様において、変化検出部は、飛行ユニットの姿勢の変化を検出する。姿勢制御部は、この変化検出部で検出した飛行ユニットの姿勢の変化から、この姿勢の変化が予め設定した変化許容値を超えたか否かを判断する。そして、姿勢制御部は、姿勢の変化が変化許容値よりも小さくなるまで飛行ユニットの目標姿勢を変更する。これにより、飛行ユニットの姿勢は、飛行する対象面に沿って飛行姿勢の変化が変化許容値よりも小さくなるように維持される。そのため、飛行ユニットは、必要以上に大きな姿勢の変化が生じない。したがって、飛行ユニットは、壁面や天井面、あるいは段差面などの複雑な対象面に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。
　本開示の第二の態様において、接触力検出部は、飛行ユニットに設けられた接触部が対象面との接触によって加わる力を検出する。姿勢制御部は、接触部にそれぞれ設けられている接触力検出部で検出した力に基づいて、検出した力が等しくなるように飛行ユニットの姿勢を制御する。これにより、飛行ユニットは、複数の接触部に加わる力が等しくなるように姿勢が制御される。そのため、飛行ユニットは、対象面に対して、接触部ごとに加わる力に偏りのない姿勢となる。その結果、飛行ユニットは、対象面に沿った姿勢を維持する。したがって、飛行ユニットは、壁面や天井面などの複雑な対象面に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。
　本開示の第三の態様において、距離検出部は、飛行ユニットから対象面までの距離を非接触で検出する。姿勢制御部は、距離センサで検出した飛行ユニットから対象面までの距離に基づいて、この距離が予め設定された範囲内となるように飛行ユニットの姿勢を制御する。これにより、飛行ユニットは、対象面までの距離が予め設定された範囲内に維持される。そのため、飛行ユニットは、対象面の外形に沿った飛行姿勢を維持する。したがって、飛行ユニットは、壁面や天井面などの複雑な対象面に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図であり、 図２は、第１実施形態による飛行装置の構成を示す模式図であり、 図３は、第１実施形態による飛行装置が対象面に沿っている状態を示す模式図であり、 図４は、第１実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図であり、 図５は、第１実施形態による飛行装置が対象面に沿って移動する状態を示す模式図であり、 図６は、第１実施形態による飛行装置が対象面に沿って移動する状態を示す模式図であり、 図７は、第２実施形態による飛行装置の構成を示す模式図であり、 図８は、第２実施形態による飛行装置が対象面に沿っている状態を示す模式図であり、 図９は、第２実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図であり、 図１０は、第２実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図であり、 図１１は、第３実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図であり、 図１２は、第４実施形態による飛行装置が対象面に沿っている状態を示す模式図であり、 図１３は、第５実施形態による飛行装置の構成を示す模式図であり、 図１４は、第６実施形態による飛行装置の構成を示す模式図である。
　以下、飛行装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
　　　（第１実施形態）
　図２および図３に示すように第１実施形態による飛行装置１０は、飛行ユニット１１を備えている。飛行ユニット１１は、機体本体１２、スラスタ１３および基体部１４を備えている。機体本体１２は、飛行ユニット１１の骨格を構成している。スラスタ１３は、この機体本体１２に設けられている。第１実施形態の場合、飛行ユニット１１は、４つのスラスタ１３を有している。スラスタ１３は、それぞれモータ１５およびプロペラ１６を有している。スラスタ１３は、プロペラ１６をモータ１５で回転駆動することにより、推進力を発生する。飛行装置１０は、図３に示すように対象面１７に沿って移動する。すなわち、飛行装置１０は、設備の床面、壁面および天井面などの各種の面を対象面１７として、この対象面１７に沿って移動する。
　基体部１４は、制御ユニット１８および検査部１９を有している。制御ユニット１８は、４つのスラスタ１３をはじめとする飛行装置１０の全体を制御する。検査部１９は、例えばカメラなどを有しており、飛行装置１０が検査の対象とする対象面１７の可視的な検査などを実施する。なお、検査部１９は、カメラなどのように可視的な検査に限らず、例えば赤外線のように不可視的な検査や、超音波のような音響的な検査など、任意な手段によって検査を行なう構成とすることができる。また、飛行装置１０は、検査部１９に限らず、例えば物品を運搬するための容器など、任意の装備を設けることができる。
　制御ユニット１８は、図１に示すように姿勢計測部２１および演算部２２などを有している。姿勢計測部２１は、変化検出部に相当し、例えば３軸の加速度センサ２３、３軸の角速度センサ２４、３軸の地磁気センサ２５、および高度センサ２６などを有しており、飛行ユニット１１を含む飛行装置１０の飛行姿勢や飛行位置を検出する。演算部２２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。
　飛行装置１０は、図２および図３に示すようにアクチュエータ３１を備えている。アクチュエータ３１は、いずれも機体本体１２に設けられており、スラスタ１３で発生する推進力の向きを変更する。すなわち、推進力を発生するスラスタ１３は、アクチュエータ３１でその取り付け角度が変更される。制御ユニット１８は、アクチュエータ３１の取り付け角度を変更することにより、スラスタ１３が発生する推進力の向きを制御し、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。制御ユニット１８は、複数のスラスタ１３およびアクチュエータ３１を個別または総括して制御する。なお、図２に示す例の場合、飛行装置１０は、２つのスラスタ１３を駆動する２つのアクチュエータ３１を備えている。しかし、アクチュエータ３１は、１つのスラスタ１３を個別に駆動する構成としてもよい。この場合、飛行装置１０は、４つのアクチュエータ３１を備えることになる。
　飛行装置１０は、接触部としてのタイヤ３３を備えている。タイヤ３３は、機体本体１２に設けられている。第１実施形態の場合、飛行装置１０は、４つのタイヤ３３を備えている。これら４つのタイヤ３３は、対象面１７と接することにより、飛行ユニット１１を含む飛行装置１０の移動を案内する。
　制御ユニット１８は、図１に示すように姿勢制御部としての姿勢制御部４１を有している。姿勢制御部４１は、例えば演算部２２でコンピュータプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現されている。なお、姿勢制御部４１は、ソフトウェア的に限らず、ハードウェア的またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現する構成としてもよい。姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１で検出した飛行ユニット１１の飛行姿勢の変化を取得する。そして、姿勢制御部４１は、この取得した飛行姿勢の変化が予め設定した変化許容値Ｌを超えたか否かを判断する。姿勢制御部４１は、この変化許容値Ｌを超えているとき、飛行姿勢の変化が変化許容値Ｌより小さくなるように飛行ユニット１１の目標姿勢を制御する。具体的には、姿勢制御部４１は、飛行姿勢の変化が変化許容値Ｌより小さくなるように、飛行ユニット１１が目標とする飛行姿勢を目標姿勢として設定する。姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１で検出した最新の飛行姿勢と、既に取得した直前の飛行姿勢とから飛行姿勢の変化量を飛行姿勢変化量として算出する。そして、この飛行姿勢変化量が変化許容値Ｌを超えているとき、飛行姿勢変化量が変化許容値Ｌよりも小さくなるように飛行ユニット１１の目標姿勢を設定する。姿勢制御部４１は、設定された目標姿勢に基づいて、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を駆動する。これにより、飛行ユニット１１の飛行姿勢は変化する。このように、姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１で検出した飛行ユニット１１の飛行姿勢に基づいて、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御し、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。
　次に、上記の構成による飛行装置１０における飛行姿勢の制御の流れを図４に基づいて説明する。
　制御ユニット１８は、飛行装置１０の飛行が開始されると、ガイドモードであるか否かを判断する（Ｓ１０１）。すなわち、制御ユニット１８は、床面、壁面および天井面などの対象面１７に沿って飛行するガイドモードであるか、または通常の飛行を行なう通常モードであるかを判断する。姿勢制御部４１は、Ｓ１０１において制御ユニット１８でガイドモードであると判断されると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、姿勢計測部２１から飛行姿勢に関するデータを取得する（Ｓ１０２）。姿勢計測部２１は、加速度センサ２３で飛行ユニット１１に加わる加速度、角速度センサ２４で飛行ユニット１１に加わる角速度、および地磁気センサ２５で飛行ユニット１１における地磁気を検出する。また、姿勢計測部２１は、高度センサ２６で飛行ユニット１１の高度を検出する。姿勢制御部４１は、これら加速度センサ２３、角速度センサ２４、地磁気センサ２５、および高度センサ２６で検出されたデータを取得する。
　姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１から取得した加速度、角速度、地磁気および高度に関するデータから飛行ユニット１１の最新の飛行姿勢Ｓｎを算出する（Ｓ１０３）。飛行姿勢Ｓｎは、加速度、角速度、地磁気および高度などの関数として予め設定された条件に基づいて算出される。姿勢制御部４１は、Ｓ１０３において最新の飛行姿勢Ｓｎを算出すると、この最新の飛行姿勢Ｓｎの前回に算出した前回の飛行姿勢Ｓｂが記憶されているか否かを判断する（Ｓ１０４）。姿勢制御部４１は、飛行装置１０の飛行開始から飛行装置１０の飛行姿勢を算出する。そのため、飛行装置１０が飛行を開始した直後に、飛行姿勢の初回の算出を行なう場合を除き、制御ユニット１８の演算部２２を構成する図示しないＲＡＭには前回の飛行姿勢Ｓｂが記憶されている。姿勢制御部４１は、Ｓ１０４において、この前回の飛行姿勢Ｓｂが算出され、すでに記憶されているかを判断する。姿勢制御部４１は、Ｓ１０４において前回の飛行姿勢Ｓｂが記憶されていないと判断すると（Ｓ１０４：Ｎｏ）、算出した最新の飛行姿勢Ｓｎを制御ユニット１８の図示しないＲＡＭに記憶してＳ１０２へリターンする。
　姿勢制御部４１は、前回の飛行姿勢Ｓｂが記憶されていると判断すると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、前回の飛行姿勢Ｓｂを取得する（Ｓ１０５）。すなわち、姿勢制御部４１は、制御ユニット１８の図示しないＲＡＭから前回の飛行姿勢Ｓｂを取得する。姿勢制御部４１は、Ｓ１０３で算出した最新の飛行姿勢Ｓｎと、Ｓ１０５で取得した前回の飛行姿勢Ｓｂとから、飛行姿勢変化量ΔＳを算出する（Ｓ１０６）。具体的には、姿勢制御部４１は、ΔＳ＝｜Ｓｎ－Ｓｂ｜として、飛行姿勢変化量ΔＳを算出する。
　姿勢制御部４１は、Ｓ１０６で算出した飛行姿勢変化量ΔＳが、変化許容値Ｌを超えたか否かを判断する（Ｓ１０７）。すなわち、姿勢制御部４１は、飛行姿勢変化量ΔＳと変化許容値Ｌとの間に、ΔＳ＞Ｌの関係が成立しているか否かを判断する。姿勢制御部４１は、飛行姿勢変化量ΔＳが変化許容値Ｌを超えているとき（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、飛行ユニット１１の目標姿勢を変更する（Ｓ１０８）。すなわち、姿勢制御部４１は、飛行姿勢変化量ΔＳが変化許容値Ｌを超えているとき、この飛行姿勢変化量ΔＳが変化許容値Ｌよりも小さくなるように飛行ユニット１１の目標姿勢を変更する。具体的には、姿勢制御部４１は、算出した飛行姿勢変化量ΔＳ、および最新の飛行姿勢Ｓｎに基づいて目標姿勢を設定し、設定した目標姿勢に向けて複数のスラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御する。すなわち、姿勢制御部４１は、目標姿勢に基づいてスラスタ１３の回転数、およびアクチュエータ３１の取り付け角度などを制御する。このスラスタ１３およびアクチュエータ３１の制御量は、飛行姿勢変化量ΔＳおよび最新の飛行姿勢Ｓｎに相関する。したがって、姿勢制御部４１は、あらかじめ設定されている変化許容値Ｌ、Ｓ１０３で算出した最新の飛行姿勢Ｓｎ、およびＳ１０６で算出した飛行姿勢変化量ΔＳを用いて、スラスタ１３およびアクチュエータ３１の目標姿勢として制御量を設定し、この目標姿勢に基づく制御量に応じて飛行姿勢を変更する。また、姿勢制御部４１は、Ｓ１０３で算出した最新の飛行姿勢Ｓｎを制御ユニット１８のＲＡＭに記憶する（Ｓ１０９）。
　姿勢制御部４１は、Ｓ１０８で変更した目標姿勢に基づいて、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する（Ｓ１１０）。姿勢制御部４１は、Ｓ１０７において、飛行姿勢変化量ΔＳが変化許容値Ｌを超えていないと判断したとき（Ｓ１０７：Ｎｏ）、Ｓ１１０へ移行し、飛行ユニット１１の飛行姿勢の制御を継続する。また、制御ユニット１８は、ガイドモードでない、つまり通常モードであると判断すると（Ｓ１０１：Ｎｏ）、Ｓ１１０へ移行し、飛行ユニット１１の飛行姿勢の制御を継続する。
　以上のような処理によって、飛行装置１０は、飛行を継続している間、飛行姿勢が制御される。
　このような処理を行なう第１実施形態の飛行装置１０は、図５の（Ａ）から（Ｆ）に示すように対象面１７として、床面だけでなく、壁面および天井面に沿って飛行する。すなわち、飛行装置１０は、図５の（Ａ）から（Ｃ）に示すように対象面１７としてほぼ垂直な壁面に沿って上方へ移動する。そして、飛行装置１０は、図５の（Ｄ）から（Ｆ）に示すように、壁面から天井面に姿勢を変化させながら対象面１７に沿って移動する。このとき、スラスタ１３は、飛行ユニット１１を対象面１７に向けて推進力を発生する。この場合、飛行ユニット１１のタイヤ３３は、対象面１７に接触している。なお、タイヤ３３は、対象面１７に接していなくてもよい。
　また、図６の（Ａ）から（Ｉ）に示すように壁面などの対象面１７に段差５０がある場合、飛行装置１０は、この段差５０を乗り越えるように飛行姿勢を適宜変更する。すなわち、飛行装置１０は、図６の（Ａ）から（Ｃ）に示すように対象面１７に沿って段差５０まで移動すると、（Ｄ）から（Ｆ）に示すようにその姿勢を変化させる。そして、飛行装置１０は、段差５０を乗り越えた後、図６の（Ｇ）から（Ｉ）に示すように姿勢を変化させたまま対象面１７に沿って移動する。このように、飛行装置１０は、対象面１７の段差５０を乗り越えることができる。
　以上、説明した第１実施形態では、姿勢計測部２１は、飛行ユニット１１の姿勢の変化を検出する。姿勢制御部４１は、この姿勢計測部２１で検出した飛行ユニット１１の姿勢の変化から、この姿勢の変化が予め設定した変化許容値Ｌを超えたか否かを判断する。そして、姿勢制御部４１は、姿勢の変化が変化許容値Ｌよりも小さくなるまで飛行ユニット１１の姿勢を変更する。これにより、飛行ユニット１１の姿勢は、飛行する対象面１７に沿って飛行姿勢の変化が変化許容値Ｌよりも小さくなるように維持される。そのため、飛行ユニット１１は、必要以上に大きな姿勢の変化が生じない。したがって、飛行ユニット１１は、壁面や天井面、あるいは段差５０などを含む複雑な対象面１７に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。
　　　（第２実施形態）
　図７および図８に示すように第２実施形態による飛行装置１０は、第１実施形態の飛行装置１０の構成に加え、接触力検出部としての接触力センサ７１を備えている。また、制御ユニット１８は、距離検出部としての距離センサ７２を有している。距離センサ７２は、飛行ユニット１１の機体本体１２に設けられている。距離センサ７２は、飛行ユニット１１と対象面１７との間の距離を検出し、制御ユニット１８の演算部２２へ出力する。距離センサ７２は、例えばレーザ光などの光照射や超音波などを用いて、対象面１７までの距離を非接触で検出する。
　接触力センサ７１は、接触部としてのタイヤ３３またはその近傍に設けられている。接触力センサ７１は、タイヤ３３と対象面１７との間の接触力を検出する。接触力センサ７１は、タイヤ３３のそれぞれに対応して設けられている。第２実施形態のように４つのタイヤ３３を有する飛行装置１０の場合、４つの接触力センサ７１が設けられている。これにより、接触力センサ７１は、タイヤ３３のそれぞれに加わる接触力を個別に検出する。接触力センサ７１は、検出した接触力を電気信号として制御ユニット１８へ出力する。
　制御ユニット１８は、図９に示すように接触力センサ７１および距離センサ７２に接続している。姿勢制御部４１は、接触力センサ７１からそれぞれ接触力のデータを取得する。そして、姿勢制御部４１は、この取得した接触力のデータ、および距離センサ７２から取得した対象面１７までの距離のデータから対象面１７に接地するように飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。姿勢制御部４１は、対象面１７に接地した後、すべての接触力センサ７１で検出した接触力が等しくなるように飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。飛行ユニット１１の飛行姿勢が対象面１７に沿っているとき、４つのタイヤ３３に加わる力は均等になる。そのため、飛行ユニット１１の飛行姿勢が対象面１７に沿って安定しているとき、４つの接触力センサ７１で検出した接触力は等しくなる。一方、飛行ユニット１１の飛行姿勢が対象面１７に沿って不安定なとき、４つの接触力センサ７１で検出した接触力は不均一となる。そこで、姿勢制御部４１は、飛行ユニット１１の飛行姿勢が対象面１７に沿って安定するように、４つの接触力センサ７１で検出する接触力を均等化させる。つまり、姿勢制御部４１は、４つの接触力センサ７１で検出した接触力のばらつきが予め設定した許容範囲に収まるようにスラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御して、飛行ユニット１１の姿勢を制御する。言い換えると、姿勢制御部４１は、４つの接触力センサ７１で検出した接触力が等しくなるようにスラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御する。ここで、上述の許容範囲は、例えば接触力のばらつきの偏差が数％～数十％以内などのように、適用する飛行ユニット１１に応じて任意に設定することができる。このように、姿勢制御部４１は、接触力センサ７１で検出した接触力に基づいて、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御し、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。このとき、姿勢制御部４１は、距離センサ７２で取得した対象面１７までの距離も利用して飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御してもよい。また、姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１で検出した飛行ユニット１１の飛行姿勢を用いて、飛行ユニット１１の飛行姿勢を補正してもよい。
　次に、第２実施形態による飛行装置１０における飛行姿勢の制御の流れを図１０に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通する処理については、説明を省略する。
　制御ユニット１８は、飛行装置１０の飛行が開始されると、ガイドモードであるか否かを判断する（Ｓ２０１）。姿勢制御部４１は、Ｓ２０１においてガイドモードであると判断されると（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、接触力を検出する（Ｓ２０２）。すなわち、姿勢制御部４１は、４つの接触力センサ７１から４つのタイヤ３３に加わる接触力を取得する。
　姿勢制御部４１は、Ｓ２０２で接触力を検出すると、４つの接触力センサ７１で検出した接触力のばらつきを算出する（Ｓ２０３）。そして、姿勢制御部４１は、算出した接触力のばらつきが許容範囲に収まっているか否かを判断する（Ｓ２０４）。姿勢制御部４１は、接触力のばらつきが許容範囲に収まっていると判断すると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、飛行ユニット１１の目標姿勢を維持したまま飛行ユニット１１の飛行を継続する（Ｓ２０５）。一方、姿勢制御部４１は、算出した接触力のばらつきが許容範囲に収まっていないと判断すると（Ｓ２０４：Ｎｏ）、飛行ユニット１１の目標姿勢を変更する（Ｓ２０６）。すなわち、姿勢制御部４１は、４つの接触力センサ７１で検出した接触力が等しくなるように、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御し、飛行ユニット１１の目標姿勢を変更する。
　第２実施形態では、接触力センサ７１は、飛行ユニット１１に設けられたタイヤ３３が対象面１７との接触によって加わる力を検出する。姿勢制御部４１は、タイヤ３３にそれぞれ設けられている接触力センサ７１で検出した力に基づいて、検出した力が等しくなるように飛行ユニット１１の姿勢を制御する。これにより、飛行ユニット１１は、複数のタイヤ３３に加わる力が等しくなるように姿勢が制御される。そのため、飛行ユニット１１は、対象面１７に対して、タイヤ３３ごとに加わる力に偏りのない姿勢となる。その結果、飛行ユニット１１は、対象面１７に沿った姿勢を維持する。したがって、飛行ユニット１１は、壁面や天井面などの複雑な対象面１７に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。また、第２実施形態では、姿勢制御部４１は、接触力センサ７１の出力値を用いて飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御している。そのため、姿勢制御部４１は、接触力センサ７１の出力値を要素として、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御する。したがって、処理が簡略化され、応答性の向上を図ることができる。
　　　（第３実施形態）
　第３実施形態は、第２実施形態の変形であり、処理の流れが第２実施形態と異なっている。以下、第３実施形態による飛行装置１０の処理の流れを図１１に基づいて説明する。なお、第２実施形態と共通する処理については、説明を省略する。
　制御ユニット１８は、飛行装置１０の飛行が開始されると、ガイドモードであるか否かを判断する（Ｓ３０１）。姿勢制御部４１は、Ｓ３０１においてガイドモードであると判断されると（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、接触力を検出する（Ｓ３０２）。姿勢制御部４１は、Ｓ３０２で接触力を検出すると、４つの接触力センサ７１で検出した接触力のばらつきを算出する（Ｓ３０３）。そして、姿勢制御部４１は、算出した接触力のばらつきが許容範囲に収まっているか否かを判断する（Ｓ３０４）。姿勢制御部４１は、接触力のばらつきが許容範囲に収まっていると判断すると（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、飛行ユニット１１の目標姿勢を維持したまま飛行ユニット１１の飛行を継続する（Ｓ３０５）。
　一方、姿勢制御部４１は、算出した接触力のばらつきが許容範囲に収まっていないと判断すると（Ｓ３０４：Ｎｏ）、飛行ユニット１１の制御を停止する（Ｓ３０６）。すなわち、姿勢制御部４１は、接触力のばらつきが許容範囲を超えるとき、通常のアルゴリズムに沿った飛行姿勢の制御を停止する。そして、姿勢制御部４１は、通常の飛行姿勢の制御を停止した後、飛行ユニット１１の目標姿勢を設定する（Ｓ３０７）。すなわち、姿勢制御部４１は、通常のアルゴリズムと無関係な飛行姿勢を、目標姿勢として強制的に設定する。この目標姿勢は、例えば飛行ユニット１１の進行方向に対して垂直な軸を中心に９０°以上回転した位置などのように、それまでの飛行姿勢と大きく異なる姿勢となるように予め設定されている。飛行ユニット１１は、対象面１７に沿って飛行しているとき、段差５０などの障害物に遭遇することがある。このとき、飛行ユニット１１の飛行姿勢は、段差５０などの障害物によって変化をともなう。そのため、姿勢制御部４１は、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。
　第３実施形態の場合、姿勢制御部４１は、接触力センサ７１で検出する接触力が等しくなるように制御する。ところが、この段差５０などの障害物が大きいとき、接触力を制御するだけでは段差５０などの障害物を迅速に回避できないおそれがある。そこで、第３実施形態では、段差５０などの障害物によって接触力のばらつきが許容範囲を超えるような大きな飛行姿勢の変化が生じる場合、姿勢制御部４１は飛行ユニット１１の制御を停止する。その上で、姿勢制御部４１は、通常のアルゴリズムに沿った飛行姿勢の制御とは大きく異なる目標姿勢を設定する。姿勢制御部４１は、Ｓ３０７で設定した目標姿勢に基づいて飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する（Ｓ３０８）。姿勢制御部４１は、目標姿勢に基づいて飛行ユニット１１の飛行姿勢を変更すると、通常のアルゴリズムによる飛行姿勢の制御に復帰した後（Ｓ３０９）、処理を継続する。
　第３実施形態では、姿勢制御部４１は、接触力のばらつきが許容範囲を超える場合、通常のアルゴリズムによる飛行姿勢の制御とは大きく異なる目標姿勢を設定する。これにより、対象面１７に段差５０などの大きな変化が生じるとき、飛行ユニット１１の飛行姿勢は通常の制御とは異なる目標姿勢に強制的に変更される。そのため、飛行ユニット１１は、飛行姿勢が大きく変化し、段差５０などの障害物を迅速に回避する。したがって、飛行ユニット１１の移動速度の向上を図ることができる。
　　　（第４、第５実施形態）
　図１２に示すように第４実施形態の飛行装置１０は、タイヤ３３の外径が大きく設定されている。具体的には、第３実施形態による飛行装置１０のタイヤ３３は、プロペラ１６を含むスラスタ１３の外形的な寸法よりも大きく設定されている。そのため、飛行装置１０に設けられているスラスタ１３のプロペラ１６は、飛行装置１０の姿勢にかかわらず、対象面１７に接触しない。すなわち、飛行装置１０は、大きなタイヤ３３によって対象面１７に接触し、これに内包される大きさであるスラスタ１３のプロペラ１６が対象面１７に接しない。
　したがって、第４実施形態では、プロペラ１６を含むスラスタ１３の損傷を低減することができる。
　第５実施形態の飛行装置は、図１３に示すように接触部としてオムニホイール８１を備えている。第５実施形態による飛行装置１０は、オムニホイール８１を備えることにより、姿勢にかかわらず対象面１７にオムニホイール８１が接する。例えば、飛行装置１０が対象面１７として天井に沿って移動する場合でも、飛行ユニット１１のスラスタ１３が発生する推進力でオムニホイール８１が天井に押し付けられる。また、例えば、飛行装置１０が壁面と壁面との間の隙間に沿って移動する場合でも、スラスタ１３の発生する推進力でいずれか一方または両方の壁面にオムニホイール８１が接する。さらに、オムニホイール８１を備える飛行装置１０は、オムニホイール８１の回転自由度の高さによって、自由な方向への移動が容易になる。
　したがって、第５実施形態では、オムニホイール８１と対象面１７との接触を常に維持することができ、姿勢の自由度および対象面１７に沿った飛行ユニット１１の移動の自由度を高めることができる。
　　　（第６実施形態）
　図１４に示すように第６実施形態による飛行装置１０は、第２実施形態の接触力センサ７１に代えて複数の距離センサ７２を備えている。第６実施形態の場合、飛行装置１０は、４つの距離センサ７２を備えている。なお、距離センサ７２は、２つ以上の複数であればよく、４つに限るものではない。
　姿勢制御部４１は、距離センサ７２を用いて検出した対象面１７までの距離に基づいて、この飛行ユニット１１から対象面１７までの距離が予め設定された範囲内に収まるように飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。この場合、姿勢制御部４１は、４つの距離センサ７２で検出した対象面１７までの距離を用いて、飛行ユニット１１の姿勢を制御する。これにより、飛行ユニット１１は、飛行中において、対象面１７までの距離が所定の範囲内に収まり、大きな姿勢の変化を招かない。したがって、飛行ユニット１１は、壁面や天井面などの複雑な対象面１７に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。また、第５実施形態では、非接触の距離センサ７２を用いることにより、タイヤ３３などの接触部に相当する構成がない状態、つまり飛行ユニット１１が対象面１７から浮遊した状態でも、飛行ユニット１１は飛行姿勢が維持される。したがって、より空間的な制約が厳しい場合でも、飛行ユニット１１の安定した姿勢での飛行を維持することができる。
　　　（その他の実施形態）
　以上説明した複数の実施形態では、機体本体１２に４つのタイヤ３３またはオムニホイール８１を設ける例について説明した。しかし、飛行装置１０の移動を案内するタイヤ３３やオムニホイール８１などの接触部は、機体本体１２に少なくとも２つ設ければよく、４つに限るものではない。当然、接触部は、５つ以上であってもよい。また、個別に説明した複数の実施形態は、組み合わせて適用してもよい。例えば第６実施形態のように距離センサ７２で距離を検出することによる移動と、第２実施形態および第３実施形態のように接触力センサ７１で接触力を検出することによる移動とを組み合わせたり、第６実施形態の移動から連続して第２実施形態および第３実施形態の移動に切り替えたりする構成でもよい。
　以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
 

Claims (5)

  1. 　複数のスラスタ（１３）を有し、前記スラスタ（１３）で発生する推進力を制御することにより飛行姿勢が変化する飛行ユニット（１１）と、
    　前記飛行ユニット（１１）の姿勢の変化を検出する変化検出部（２１）と、
    　前記変化検出部（２１）で検出した前記飛行ユニット（１１）の姿勢の変化が、予め設定した変化許容値を超えると、前記飛行ユニット（１１）の姿勢変化後の目標とする目標姿勢を、前記変化許容値より小さくなるように変更する姿勢制御部（４１）と、
    　を備える飛行装置。
  2. 　複数のスラスタ（１３）を有し、前記スラスタ（１３）で発生する推進力を制御することにより、飛行姿勢が変化する飛行ユニット（１１）と、
    　前記飛行ユニット（１１）に設けられ、前記飛行ユニット（１１）の周辺の対象面（１７）に接する２つ以上の接触部（３３、８１）と、
    　前記接触部（３３、８１）のそれぞれに設けられ、前記接触部（３３、８１）と前記対象面（１７）との接触によって加わる力を接触力として検出する接触力検出部（７１）と、
    　前記接触力検出部（７１）で検出したそれぞれの前記接触力が等しくなるように前記飛行ユニット（１１）の姿勢を制御する姿勢制御部（４１）と、
    　を備える飛行装置。
  3. 　前記姿勢制御部（４１）は、２つ以上の前記接触部（３３、８１）について前記接触力検出部（７１）で検出した前記接触力のばらつきが予め設定した許容範囲に収まるように前記飛行ユニット（１１）の姿勢を制御する請求項２記載の飛行装置。
  4. 　前記姿勢制御部（４１）は、２つ以上の前記接触部（３３、８１）について前記接触検出部（７１）で検出した前記接触力のばらつきが予め設定した許容範囲より大きくなると、前記飛行ユニット（１１）の姿勢を予め設定された目標姿勢に制御する請求項２記載の飛行装置。
  5. 　複数のスラスタ（１３）を有し、前記スラスタ（１３）で発生する推進力を制御することにより飛行姿勢が変化する飛行ユニット（１１）と、
    　前記飛行ユニット（１１）に設けられ、前記飛行ユニット（１１）から前記飛行ユニット（１１）の周辺の対象面（１７）までの距離を前記対象面（１７）と接することなく検出する非接触の距離検出部（７２）と、
    　前記距離検出部（７２）で検出した前記対象面（１７）までの距離に基づいて、前記飛行ユニット（１１）から前記対象面（１７）までの距離が予め設定された範囲内になるように前記飛行ユニット（１１）の姿勢を制御する姿勢制御部（４１）と、
    　を備える飛行装置。
     
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