WO2022145045A1 - 飛行体の制御方法 - Google Patents

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鈴木陽一
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株式会社エアロネクスト
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    • 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
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    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B64U30/29—Constructional aspects of rotors or rotor supports; Arrangements thereof
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms

Definitions

  • the present invention it is possible to provide a method for controlling an airframe, which controls the airframe direction of the airframe so as to face a direction in which the flight efficiency is higher than that in the immediately preceding state, based on predetermined information.
  • the set direction is a direction in which flight efficiency is maximized when wind is received from a predetermined direction with respect to the flying object. How to control the aircraft.
  • the setting direction is a direction in which flight efficiency is maximized when the front part of the airframe of the airframe is made to face the wind. How to control the aircraft.
  • the method for controlling an air vehicle according to item 1. Control the direction of the aircraft based on the wind information that affects the aircraft. How to control the aircraft.
  • [Item 7] The method for controlling an air vehicle according to item 6.
  • the airframe direction is controlled according to the wind direction acquired from the weather vane. How to control the aircraft.
  • [Item 11] The method for controlling an air vehicle according to any one of items 5 to 9. By also referring to an external wind direction information database, the airframe direction is controlled based on the wind information that affects the airframe. How to control the aircraft.
  • [Item 12] The method for controlling an air vehicle according to item 1. When hovering, the airframe controls the airframe direction of the airframe so that the wind resistance to the airframe is small. How to control the aircraft.
  • the airframe controls the airframe direction of the airframe so that the wind resistance to the airframe becomes small when ascending and descending. How to control the aircraft.
  • An airframe direction control unit that controls the airframe direction of the airframe based on the result of the calculation, A flying object.
  • the control unit of the flying object Flight control means to fly in the direction of travel, Sensor means for acquiring predetermined information affecting the flight, A calculation means for calculating a direction in which flight efficiency is higher than in the immediately preceding state based on the predetermined information regardless of the traveling direction. It functions as an airframe direction control means for controlling the airframe direction of the airframe based on the result of the calculation. Flight control program.
  • It is a flight control server device configured to be able to communicate via a network.
  • Control means to control the flight of an aircraft A flight control means for flying the flying object in the direction of travel, Sensor means for acquiring predetermined information affecting the flight, A calculation means for calculating a direction in which flight efficiency is higher than in the immediately preceding state based on the predetermined information regardless of the traveling direction. It functions as an airframe direction control means for controlling the airframe direction of the airframe based on the result of the calculation. Flight control program.
  • a flight control system including an air vehicle and a flight control server device configured to be able to communicate with the air vehicle via a network. The flight control server provides the flying object with information necessary for flying in the direction of travel.
  • Flight control system including an air vehicle and a flight control server device configured to be able to communicate with the air vehicle via a network.
  • the flying object flies in the direction of travel and
  • the flight control server sends a signal for controlling the aircraft direction of the aircraft so as to face a direction in which the flight efficiency is higher than that of the immediately preceding state based on predetermined information regardless of the traveling direction.
  • the illustrated flying object 100 is drawn in a simplified manner for facilitating the explanation of the structure of the present invention, and for example, the detailed configuration of the control unit and the like is not shown.
  • the propeller 110 rotates by receiving the output from the motor 111.
  • the rotation of the propeller 110 generates a propulsive force for taking off the flying object 100 from the starting point, moving it, and landing it at the destination.
  • the propeller 110 can rotate to the right, stop, and rotate to the left.
  • the propeller 110 included in the flying object of the present invention has one or more blades. Any number of blades (rotors) (eg, 1, 2, 3, 4, or more blades) may be used. Further, the shape of the blade can be any shape such as a flat shape, a curved shape, a twisted shape, a tapered shape, or a combination thereof. The shape of the blade can be changed (for example, expansion / contraction, folding, bending, etc.). The blades may be symmetrical (having the same upper and lower surfaces) or asymmetric (having differently shaped upper and lower surfaces). The blades can be formed into an air wheel, wing, or geometry suitable for generating dynamic aerodynamic forces (eg, lift, thrust) as the blades move through the air. The geometry of the blades can be appropriately selected to optimize the dynamic air characteristics of the blades, such as increasing lift and thrust and reducing drag.
  • rotors e. 1, 2, 3, 4, or more blades
  • shape of the blade can be any shape such as a flat shape,
  • the propeller included in the flying object of the present invention may have a fixed pitch, a variable pitch, or a mixture of a fixed pitch and a variable pitch, but the propeller is not limited to this.
  • the motor 111 causes the rotation of the propeller 110, and for example, the drive unit can include an electric motor, an engine, or the like.
  • the vanes are driveable by the motor and rotate around the axis of rotation of the motor (eg, the major axis of the motor).
  • the flight body 100 can perform autonomous flight according to routes and rules set in advance or during flight, and flight by maneuvering using a radio.
  • the flying object 100 includes a main body portion 10 capable of containing a processing unit to be mounted, a battery, a mounted object, and the like.
  • the main body 10 is fixedly connected to the flight unit 20, and the attitude of the main body 10 changes as the attitude of the flight unit 20 changes.
  • the main body 10 has an outer skin that is strong enough to withstand flight and takeoff and landing.
  • plastic, FRP, and the like are suitable as materials for the outer skin because they have rigidity and waterproofness. These materials may be the same material as the frame 21 (including the arm) included in the flight unit 20, or may be a different material.
  • ⁇ Wind speed that is not related to the moving speed of the flying object True wind speed
  • ⁇ Wind direction of the wind that is not related to the moving direction of the flying object True wind direction Wind (wind that can be acquired by the wind speed / direction meter mounted on the air vehicle): Relative wind / wind speed that is the resultant force of the moving speed of the air vehicle and the true wind speed (wind speed that can be acquired by the wind speed meter mounted on the air vehicle).
  • Relative wind speed ⁇ Wind direction of the resultant force that combines the moving direction of the flying object and the true wind direction Wind speed that can be obtained by the wind direction meter mounted on the flying object
  • the shape of the flying object 100 has directivity.
  • FIGS. 13 to 15 there are shapes such as a wing-shaped main body that positively generates lift, which improves flight efficiency when the nose of the flying object faces the wind.
  • flying objects which have a shape that exerts an effect by facing the wind in the cruising posture, respond to the speed of the flying object by advancing in the -Y direction when flying under no wind. Since the flying object receives a relative wind equal to the forward speed from the nose direction, it is in a suitable state for exerting the effect of the shape of the flying object.
  • the nose does not always face the wind because winds of various wind directions and speeds blow depending on the terrain.
  • an in-flight aircraft receives a crosswind, it flies without reducing flight efficiency by pointing the nose so that it faces the direction of the resultant force of the relative wind force generated by the forward speed and the crosswind force. It becomes possible to do.
  • control is performed so that the nose approaches the attitude facing the nose with respect to the acquired relative wind direction of the air vehicle. For example, under no wind, the relative wind to the flying object traveling in the direction 0 at 10 m / s blows from the direction 0, so that the nose moves in the direction 0 at this time. Further, since the relative wind to the flying object in an environment where a crosswind of 10 m / s is blowing from the direction 3 to the flying object traveling in the direction 0 at 10 m / s is blown from the direction 1.5, the nose is directed to the direction 1. It shall be directed to .5.
  • the true wind direction, the traveling direction of the flying object, and the nose direction of the flying object have the relationship as shown in Fig. 5.
  • the method of acquiring the wind direction and speed is to use the anemometer and anemometer mounted on the aircraft, to derive the wind direction and speed from the rotation speed of the motor used by the aircraft for flight, and to acquire observation data from the outside.
  • an appropriate method should be selected according to the conditions of the route. For example, when the inland wind flies over complicated terrain, it is desirable to immediately acquire the data of the flight point by the equipment installed in the aircraft, but the wind such as offshore flies in a simple environment. When doing so, it may be possible to fly without any shortage by using the wind tendency derived from the accumulated data in the past or by acquiring the data transmitted from the ground. If the aircraft is not equipped with equipment for acquiring wind direction and speed, the weight of the aircraft will be reduced accordingly.
  • the flight efficiency may deteriorate by facing the nose in the direction of the resultant force of the wind. For example, if the nose of the flying object is turned in the directions 3 to 9 when receiving a strong tail wind from the direction 6, the attitude will be inappropriate when heading in the traveling direction 0.
  • a tailwind mode may be provided to prevent continued flight in an inappropriate attitude.
  • flight efficiency can be improved by facing the nose of the flying object in the direction of the relative wind.
  • the aircraft with the least drag is controlled to direct the nose in the direction of the relative wind.
  • it is less affected by crosswinds and the like, and the force consumed to face the wind is reduced, so that the flight efficiency is improved.
  • the rotation control unit can increase or decrease the area in the side view by adjusting the angle of the plate shape, expanding the bag-shaped part, contracting, expanding and contracting the frame, and the like.
  • the configuration of the flying object in each embodiment can be implemented by combining a plurality of them. It is desirable to consider an appropriate configuration according to the cost of manufacturing the flying object and the environment and characteristics of the place where the flying object is operated.

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Abstract

【課題】を提供すること。 【解決手段】　所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を向くように前記飛行体の機体方向を制御する方法を提供する。かかる構成によれば指向性を持つ飛行体が、積極的に揚力を利用したり、抗力を減少させたりといった効果を発揮するために、飛行中の相対風向風速に対して好適な姿勢で飛行可能な飛行制御方法を提供すること。かかる構成によれば、風向きと機体方向を調整することにより最適な飛行姿勢を得ることができ、燃費が向上しつつ安全性を高めることができる。

Description

飛行体の制御方法
　本発明は、飛行体の制御飛行方法に関する。
　近年、ドローン（Ｄｒｏｎｅ）や無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ　Ａｅｒｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの飛行体（以下、「飛行体」と総称する）を用いたサービスの実用化に向けた研究や実証実験が進められている。一般的にマルチコプターと呼ばれる、固定ピッチプロペラを複数備え、機体を傾けることで移動を行う飛行体（以下、マルチコプターと総称する）は、一般的な固定翼機のように離着陸用の滑走路を必要としないため、比較的狭い土地での運用が可能となり、宅配や救助など行う場合に、好適である。
　しかし、マルチコプターの機体形状は、主翼の生む揚力を用いて飛行する一般的な固定翼機等に比べて燃費が劣る他、本体部によって生まれる抗力が考慮されていない。このような状況を鑑みて、特許文献１においては、回転翼の負荷を軽減する飛行体が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２０２０／０００１９９５号
　特許文献１では、回転翼の回転軸と、本体部の基準平面の法線との間の角度を５から３０度の間とすることで、本発明の回転翼航空機が前進するときに正の迎角を形成し、本体部が生む揚力により、回転翼の負荷を軽減し、飛行可能時間の向上を目的とする機体（以下、従来機体と総称する）が開発されている。
　マルチコプターは、空中に留まっている間は常にエネルギーを消費し続ける。従来機体はエネルギー消費を軽減し、飛行可能時間を向上させる。この効果は、指向性のある飛行体が風に対して適切な角度で対峙して飛行することで発揮されるものであるが、マルチコプターは、固定翼機のように常に風に正対する飛行方法を取らずとも飛行することが可能であるため、非効率となる角度で飛行を行い、効果を発揮できないもしくは、エネルギー消費が増加してしまう可能性がある。
　また、屋外での飛行を行う場合には、飛行体が進むことにより受ける風以外に、様々な方向から風を受けることとなる。例えば、無風時と強い横風を受ける時とでは、同速度で同方向に進む場合であっても、飛行体が機首を向けるべき方向が異なることは明らかである。
　そこで、本発明は、指向性を持つ飛行体が、積極的に揚力を利用したり、抗力を減少させたりといった効果を発揮するために、飛行中の相対風向風速に対して好適な姿勢で飛行可能な飛行制御方法を提供することを一つの目的とする。
　本発明によれば、所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を向くように前記飛行体の機体方向を制御する、飛行体の制御方法を提供することができる。
　本発明によれば、飛行体の飛行効率向上する飛行方法を提供し得る。
巡航時における本発明による飛行体を側面から見た概念図である。 図１の飛行体の機能ブロック図である。 図１の飛行体のホバリング時の側面図である。 図１の飛行体のホバリング時の上面図である。 一般的な翼型を示した図である。 図５の翼型の揚力特性を示したグラフである。 図５の翼型の抵抗特性を示したグラフである。 本発明による飛行体の構成例の、巡航時の側面図である。 図８の飛行体のホバリング時の側面図である。 図８の飛行体のホバリング時の上面図である。 図８の飛行体の本体形状を示した模式図である。 図１１の形状の揚力特性を示したグラフである。 図１１の形状の抵抗特性を示したグラフである。 本発明による飛行体の構成例の、巡航時の側面図である。 図１４の飛行体のホバリング時の側面図である。 従来機体が巡航している時の側面図である。 従来機体の側面図である。 図１７の機体がホバリングしている時の側面図である。 従来機体がホバリングしている時の上面図である。 図１９の機体がホバリングしている時の側面図である。 従来機体がホバリングしている時の上面図である。
　本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体の飛行方法は、以下のような構成を備える。
［項目１］
　所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を向くように前記飛行体の機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目２］
　項目１に記載の飛行体の制御方法であって、
　前記飛行体は進行方向に飛行するものであり、
　前記進行方向に関わらず、前記飛行体の機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目３］
　項目１又は項目２のいずれかに記載の飛行体の制御方法であって、
　前記飛行効率が上がる方向は、前記飛行体の機体に関して予め設定された設定方向であり、
　前記機体方向を前記設定方向となるように制御する、
飛行体の制御方法。
［項目４］
　項目３に記載の飛行体の制御方法であって、
　前記設定方向は、前記飛行体に対して所定方向から風を受けたときに飛行効率が最大化される方向である、
飛行体の制御方法。
［項目５］
　項目４に記載の飛行体の制御方法であって、
　前記設定方向は、前記風に対して前記飛行体の機体前部を正対させたときに飛行効率が最大化される方向である、
飛行体の制御方法。
［項目６］
　項目１に記載の飛行体の制御方法であって、
　飛行体が影響を受ける風の情報に基づいて、前記機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目７］
　項目６に記載の飛行体の制御方法であって、
　前記飛行体への相対風向を取得する取得し、
　取得した前記相対風向に基づいて前記機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目８］
　項目６に記載の飛行体の制御方法であって、
　前記飛行体への相対風向及び相対風速を取得し、
　取得した前記相対風速及び前記相対風向に基づいて前記機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目９］
　項目５に記載の飛行体の制御方法であって、
　飛行体が影響を受ける風の情報は、前記飛行体の進行方向の速度と、飛行体周囲の風向又は風速の少なくともいずれか一方と、の双方に基づいて算出される情報である、
飛行体の制御方法。
［項目１０］
　項目５乃至項目８のいずれかに記載の飛行体の制御方法であって、
　前記飛行体は風向計を備えており、
　前記風向計から取得した風向に応じて前記機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目１１］
　項目５乃至項目９のいずれかに記載の飛行体の制御方法であって、
　外部の風向情報データベースをも参照することにより、前記飛行体が影響を受ける風の情報に基づいて、前記機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目１２］
　項目１に記載の飛行体の制御方法であって、
　前記飛行体はホバリング時において、機体に対する風の抵抗が小さくなるように前記飛行体の機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目１３］
　項目１に記載の飛行体の制御方法であって、
　前記飛行体は昇降時において、機体に対する風の抵抗が小さくなるように前記飛行体の機体方向を制御する、
飛行体の制御方法。
［項目１４］
　前後方向と左右方向とで非対称な形状を有する飛行体の制御方法であって、
　前記飛行体の進行方向は、前記前後方向とは異なる方向となるように制御する、
飛行体の制御方向。
［項目１５］
　進行方向に飛行する飛行体の制御方法であって、
　前記飛行体への相対風向を取得し、
　前記相対風向に基づいて、前記飛行体の機首方向を変更するように制御する、
飛行体の制御方向。
［項目１６］
　飛行体を進行方向に飛行させる飛行制御部と、
　前記飛行に影響を及ぼす所定の情報を取得するセンサ部と、
　前記進行方向に関わらず、前記所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を演算する演算部と、
　前記演算の結果に基づいて前記飛行体の機体方向を制御する機体方向制御部と、
を備える、飛行体。
［項目１７］
　飛行体の制御部を、
　進行方向に飛行させる飛行制御手段、
　前記飛行に影響を及ぼす所定の情報を取得するセンサ手段、
　前記進行方向に関わらず、前記所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を演算する演算手段、
　前記演算の結果に基づいて前記飛行体の機体方向を制御する機体方向制御手段、として機能させる、
飛行制御プログラム。
［項目１８］
　ネットワークを介して通信可能に構成された飛行制御サーバ装置であって、
　飛行体の飛行を制御する制御手段、
　前記飛行体を進行方向に飛行させる飛行制御手段、
　前記飛行に影響を及ぼす所定の情報を取得するセンサ手段、
　前記進行方向に関わらず、前記所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を演算する演算手段、
　前記演算の結果に基づいて前記飛行体の機体方向を制御する機体方向制御手段、として機能させる、
飛行制御プログラム。
［項目１９］
　飛行体と、当該飛行体とネットワークを介して通信可能に構成された飛行制御サーバ装置とを含む飛行制御システムであって、
　前記飛行制御サーバは、前記飛行体に対して、進行方向の飛行に必要な情報を提供し、
　前記飛行体は、前記進行方向に関わらず、所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を向くように前記飛行体の機体方向を制御する、
飛行制御システム。
［項目２０］
　飛行体と、当該飛行体とネットワークを介して通信可能に構成された飛行制御サーバ装置とを含む飛行制御システムであって、
　前記飛行体は、進行方向の飛行し、
　前記飛行制御サーバは、前記進行方向に関わらず、所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を向くように前記飛行体の機体方向を制御するための信号を当該飛行隊に提供する、
飛行制御システム。
＜本発明による実施形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態による飛行体の飛行方法について、図面を参照しながら説明する。
　＜第１の実施の形態の詳細＞
　図１に示されるように、本発明の実施の形態による飛行体１００は飛行を行うために少なくとも本体部１０、プロペラ１１０及びモータ１１１からなる複数の回転翼部、回転翼部を支えるモータマウントやフレーム２１等の要素を含む飛行部２０を備えており、それらを動作させるためのエネルギー（例えば、二次電池や燃料電池、化石燃料等）を搭載していることが望ましい。
　なお、図示されている飛行体１００は、本発明の構造の説明を容易にするため簡略化されて描かれており、例えば、制御部等の詳しい構成は図示していない。
　飛行体１００は図の矢印Ｄの方向(－Ｙ方向)を前進方向としている(詳しくは後述する)。
　なお、以下の説明において、以下の定義に従って用語を使い分けることがある。前後方向：＋Ｙ方向及び－Ｙ方向、上下方向(または鉛直方向)：＋Ｚ方向及び－Ｚ方向、左右方向(または水平方向)：＋Ｘ方向及び－Ｘ方向、進行方向(前方)：－Ｙ方向、後退方向(後方)：＋Ｙ方向、上昇方向(上方)：＋Ｚ方向、下降方向(下方)：－Ｚ方向
　また、飛行体の進行方向については、図〇に示す通り定義する。特筆しない限り、飛行体の目的地は０方向であり、矢印Ｄの方向である。
　プロペラ１１０は、モータ１１１からの出力を受けて回転する。プロペラ１１０が回転することによって、飛行体１００を出発地から離陸させ、移動させ、目的地に着陸させるための推進力が発生する。なお、プロペラ１１０は、右方向への回転、停止及び左方向への回転が可能である。
　本発明の飛行体が備えるプロペラ１１０は、１以上の羽根を有している。任意の羽根（回転子）の数（例えば、１、２、３、４、またはそれ以上の羽根）でよい。また、羽根の形状は、平らな形状、曲がった形状、よじれた形状、テーパ形状、またはそれらの組み合わせ等の任意の形状が可能である。なお、羽根の形状は変化可能である（例えば、伸縮、折りたたみ、折り曲げ等）。羽根は対称的（同一の上部及び下部表面を有する）または非対称的（異なる形状の上部及び下部表面を有する）であってもよい。羽根はエアホイル、ウイング、または羽根が空中を移動される時に動的空気力（例えば、揚力、推力）を生成するために好適な幾何学形状に形成可能である。羽根の幾何学形状は、揚力及び推力を増加させ、抗力を削減する等の、羽根の動的空気特性を最適化するために適宜選択可能である。
　また、本発明の飛行体が備えるプロペラは、固定ピッチ、可変ピッチ、また固定ピッチと可変ピッチの混合などが考えられるが、これに限らない。
　モータ１１１は、プロペラ１１０の回転を生じさせるものであり、例えば、駆動ユニットは、電気モータ又はエンジン等を含むことが可能である。羽根は、モータによって駆動可能であり、モータの回転軸（例えば、モータの長軸）の周りに回転する。
　羽根は、すべて同一方向に回転可能であるし、独立して回転することも可能である。羽根のいくつかは一方の方向に回転し、他の羽根は他方方向に回転する。羽根は、同一回転数ですべて回転することも可能であり、夫々異なる回転数で回転することも可能である。回転数は移動体の寸法（例えば、大きさ、重さ）や制御状態（速さ、移動方向等）に基づいて自動又は手動により定めることができる。
　飛行体１００は、フライトコントローラやプロポ等により、風速と風向に応じて、各モータの回転数や、飛行角度を決定する。これにより、飛行体は上昇・下降したり、加速・減速したり、方向転換したりといった移動を行うことができる。
　飛行体１００は、事前または飛行中に設定されるルートやルールに準じた自律的な飛行や、プロポを用いた操縦による飛行を行うことができる。
　上述した飛行体１００は、図１に示される機能ブロックを有している。なお、図１の機能ブロックは最低限の参考構成である。フライトコントローラは、所謂処理ユニットである。処理ユニットは、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。処理ユニットは、図示しないメモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、１つ以上のステップを行うために処理ユニットが実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。
　処理ユニットは、回転翼機の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θｘ、θｙ及びθｚ）を有する回転翼機の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために回転翼機の推進機構（モータ等）を制御する。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。
　処理ユニットは、１つ以上の外部のデバイス（例えば、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。送受信部は、センサ類で取得したデータ、処理ユニットが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。
　本実施の形態によるセンサ類は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。
　本発明の実施の形態における飛行体１００が備えるプロペラ１１０の回転面は、進行時に進行方向に向かい前傾した角度となる。前傾したプロペラ１１０の回転面により、上方への揚力と、進行方向への推力とが生み出され、これにより飛行体１００が前進する。
　飛行体１００は、搭載する処理ユニットやバッテリー、搭載物等を内包可能な本体部１０を備えている。本体部１０は、飛行部２０と固定して接続されており、本体部１０は飛行部２０の姿勢変化に伴い、その姿勢が変化する。飛行体１００の移動中、長時間維持されることが期待される巡航時の飛行体１００の姿勢における、本体部１０の形状を最適化し、速度を向上させることで、効率的に飛行時間を短縮する。
　本体部１０は、飛行や離着陸に耐え得る強度を持つ外皮を備えていることが望ましい。例えば、プラスチック、ＦＲＰ等は、剛性や防水性があるため、外皮の素材として好適である。これらの素材は、飛行部２０に含まれるフレーム２１（アーム含む）と同じ素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。
　また、飛行部２０が備えるモータマウント、フレーム２１、及び本体部１０は、夫々の部品を接続して構成してもよいし、モノコック構造や一体成形を利用して、一体となるように成形してもよい（例えば、モータマウントとフレーム２１を一体に成形する、モータマウントとフレーム２１と本体部１０すべてを一体に成形する、等）。部品を一体とすることで、各部品のつなぎ目を滑らかにすることが可能となるため、ブレンデッドウィングボディやリフティングボディといった飛行体が持つ、抗力の軽減や燃費の向上が期待できる。
　以下の説明においては、飛行体に対して吹く風について、以下の定義に従って用語を使い分けることがある。
・飛行体の移動速度にかかわらない風の速度：真風速
・飛行体の移動方向にかかわらない風の風向：真風向
・飛行体の移動速度、移動方向、真風速、真風向を合わせた合力の風（飛行体が搭載する風速・風向計により取得可能な風）：相対風
・飛行体の移動速度と、真風速とを合わせた合力の風速（飛行体が搭載する風速計により取得可能な風速）：相対風速
・飛行体の移動方向と、真風向とを合わせた合力の風向（飛行体が搭載する風向計により取得可能な風速）：相対風向
　飛行体１００の形状は、指向性を持っている。例えば、図１－図４のように、飛行体１００が無風下における巡航時の姿勢において抗力の少ない流線形の本体部や、図１０－図１２のように抗力の少ない雫型のフレーム部や、図１３－図１５のように積極的に揚力を生み出す翼型形状の本体部等、飛行体の機首が風に正対した際に飛行効率を向上させる形状が挙げられる。
　これらの、巡航姿勢において風と正対することで効果を発揮する形状を持つ飛行体は、無風下での飛行においては、飛行体が－Ｙ方向に向かって前進することにより、その速度に応じて、飛行体は機首方向から前進速度と等しい相対風を受けることとなるため、飛行体の形状の効果を発揮するために好適な状態となる。
　しかし、屋外を飛行する際には、地形によって様々な風向・風速の風が吹くため、常に機首が風と正対するとは限らない。進行中の飛行体が横風を受けた場合は、前進する速度によって発生する相対風の力と、横風の力との合力方向に正対するように機首を向けることで飛行効率を下げることなく飛行することが可能となる。
　また、海上や草原などの障害物がなく風向・風速が単純な環境においては風が一方から吹くことが多いが、都市部などにおいては様々な方角から様々な強さの風が吹くため、夫々の方向の風の風速と、飛行体の進行速度と、から、適切な機首方向を導き出す必要がある。
　風向・風速計を搭載した飛行体においては、取得した飛行体の相対風向に対して、機首が正対する姿勢に近付くよう、制御する。例えば、無風下においては１０ｍ／ｓで方向０に進む飛行体に対する相対風は、方向０から吹くため、このとき、機首は方向０に向け、方向０に進む。また、１０ｍ／ｓで方向０に進む飛行体に対して、方向３から１０ｍ／ｓの横風が吹いている環境における飛行体に対する相対風は、方向１．５から吹くため、機首は方向１．５に向けるものとする。
　真風速と飛行体の進行速度が釣り合う場合、真風向・飛行体の進行方向・飛行体の機首方向は図５のような関係になる。
　風向・風速の取得方法は、飛行体が搭載する風向計・風速計を利用する、飛行体が飛行に用いているモータの回転数等から風向・風速を計算により導き出す、外部から観測データを取得するなどの方法がある。取得方法は、航路の状況に応じて、適切な方法が選択されるべきである。例えば、内陸の風が複雑な地形を飛行する際には自機が搭載する設備により、飛行している地点のデータを即時に取得することが望ましいが、沖合などの風が単純な環境を飛行する際には、過去の蓄積データから導き出される風の傾向を利用したり、地上から送信されるデータを取得したりすることでも不足無く飛行可能となる場合がある。風向・風速を取得するための設備を飛行体に搭載しない場合、その分飛行体は軽量化される。
　風向によっては、風の合力方向に機首を正対させることで、飛行効率が悪化する恐れがある。例えば、方向６からの強い追い風を受けた場合に、飛行体の機首を方向３～９に向けてしまうと、進行方向０へ向かうにあたり適切でない姿勢となる。適切でない姿勢で飛行を続けることが無いよう、追い風モードを設けてもよい。
　追い風モードの制御は、例えば、以下のような条件で機首を方向０に向ける。（１）飛行体の機首が方向４または方向８より方向６に向いた時　（２）飛行体が備える風向計が、方向５～７を示した時
　主に飛行体の正面（－Ｙ）方向に前進する際に飛行効率を向上するよう設計された飛行体について説明してきたが、飛行効率を向上する方向が異なる飛行体においては、風の合力方向に対して機首を正対させるのではなく、その他の飛行効率を向上させ得る部分を正対させるよう制御される。
　また、監視や警備など、一か所に留まった飛行（ホバリング）を行う業務においても、飛行体の機首を相対風の方向に正対させることで飛行効率を向上させ得る。飛行体の機首を風に正対させたとき、最も抗力が少なくなる飛行体においては、相対風の方向に機首を向けるよう制御する。機首方向以外からの風に対抗してホバリングする場合に比べ、横風等による影響を受けにくくなり、風に対向するために消費する力が減少するため、飛行効率が向上する。
　＜第２の実施の形態の詳細＞
　本発明による第２の実施の形態の詳細において、第１の実施の形態と重複する構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明は省略する。
　図６乃至図９に示されるように飛行体は、風上に特定の面（例えば、機首）を正対させるため、ヨー方向の回転を制御する形状としてもよい。
　飛行体の機首を風上に向ける場合には、飛行体の重心より前方に比較して、重心より後方を、側面視における面積が広い形状とすることにより、機首方向以外からの風を受けたとき、広い面積で風を受ける飛行体後方が風に押されて風下側となり、飛行体前方である機首は風上側を向くことなる。
　また、相対風向に応じた飛行体の向きの制御が必要な時と不要な時に、その効果の有無を切り替えるため、飛行体後方の空気抵抗を増減可能としてもよい。例えば、板状の回転制御部を、ＸＹ平面に平行な姿勢から、ＺＹ平面に平行となる角度へ近付けていくことで、飛行体が機首を風上に向ける力は強くなる。このように、回転制御部の角度を変更することで、ヨー方向の制御の強さを変更することが可能である。
ヨー方向の制御の強さは、飛行体側面における上下方向の面積が大きく影響するため、側面視における面積を増減させることで調節が可能である。例えば、回転制御部は、板形状の角度調整・袋状パーツの膨張、収縮・フレームの伸縮などにより側面視における面積の増減が可能である。
　各実施の形態における飛行体の構成は、複数を組み合わせて実施することが可能である。飛行体の製造におけるコストや、飛行体が運用される場所の環境や特性に合わせて、適宜好適な構成を検討することが望ましい。
　上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。
１０　　　本体部
１１　　　動翼
１２　　　翼弦線
１３　　　キャンバーライン
２０　　　飛行部
２１　　　フレーム
３０　　　搭載部
３１　　　接続部
１００　　飛行体
１１０ａ～１１０ｈ　　プロペラ
１１１ａ～１１１ｈ　　モータ

 

Claims (20)

  1. 　所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を向くように前記飛行体の機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  2. 　請求項１に記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行体は進行方向に飛行するものであり、
    　前記進行方向に関わらず、前記飛行体の機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  3. 　請求項１又は請求項２のいずれかに記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行効率が上がる方向は、前記飛行体の機体に関して予め設定された設定方向であり、
    　前記機体方向を前記設定方向となるように制御する、
    飛行体の制御方法。
  4. 　請求項３に記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記設定方向は、前記飛行体に対して所定方向から風を受けたときに飛行効率が最大化される方向である、
    飛行体の制御方法。
  5. 　請求項４に記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記設定方向は、前記風に対して前記飛行体の機体前部を正対させたときに飛行効率が最大化される方向である、
    飛行体の制御方法。
  6. 　請求項１に記載の飛行体の制御方法であって、
    　飛行体が影響を受ける風の情報に基づいて、前記機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  7. 　請求項６に記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行体への相対風向を取得する取得し、
    　取得した前記相対風向に基づいて前記機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  8. 　請求項６に記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行体への相対風向及び相対風速を取得し、
    　取得した前記相対風速及び前記相対風向に基づいて前記機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  9. 　請求項５に記載の飛行体の制御方法であって、
    　飛行体が影響を受ける風の情報は、前記飛行体の進行方向の速度と、飛行体周囲の風向又は風速の少なくともいずれか一方と、の双方に基づいて算出される情報である、
    飛行体の制御方法。
  10. 　請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行体は風向計を備えており、
    　前記風向計から取得した風向に応じて前記機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  11. 　請求項５乃至請求項９のいずれかに記載の飛行体の制御方法であって、
    　外部の風向情報データベースをも参照することにより、前記飛行体が影響を受ける風の情報に基づいて、前記機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  12. 　請求項１に記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行体はホバリング時において、機体に対する風の抵抗が小さくなるように前記飛行体の機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  13. 　請求項１に記載の飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行体は昇降時において、機体に対する風の抵抗が小さくなるように前記飛行体の機体方向を制御する、
    飛行体の制御方法。
  14. 　前後方向と左右方向とで非対称な形状を有する飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行体の進行方向は、前記前後方向とは異なる方向となるように制御する、
    飛行体の制御方向。
  15. 　進行方向に飛行する飛行体の制御方法であって、
    　前記飛行体への相対風向を取得し、
    　前記相対風向に基づいて、前記飛行体の機首方向を変更するように制御する、
    飛行体の制御方向。
  16. 　飛行体を進行方向に飛行させる飛行制御部と、
    　前記飛行に影響を及ぼす所定の情報を取得するセンサ部と、
    　前記進行方向に関わらず、前記所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を演算する演算部と、
    　前記演算の結果に基づいて前記飛行体の機体方向を制御する機体方向制御部と、
    を備える、飛行体。
  17. 　飛行体の制御部を、
    　進行方向に飛行させる飛行制御手段、
    　前記飛行に影響を及ぼす所定の情報を取得するセンサ手段、
    　前記進行方向に関わらず、前記所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を演算する演算手段、
    　前記演算の結果に基づいて前記飛行体の機体方向を制御する機体方向制御手段、として機能させる、
    飛行制御プログラム。
  18. 　ネットワークを介して通信可能に構成された飛行制御サーバ装置であって、
    　飛行体の飛行を制御する制御手段、
    　前記飛行体を進行方向に飛行させる飛行制御手段、
    　前記飛行に影響を及ぼす所定の情報を取得するセンサ手段、
    　前記進行方向に関わらず、前記所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を演算する演算手段、
    　前記演算の結果に基づいて前記飛行体の機体方向を制御する機体方向制御手段、として機能させる、
    飛行制御プログラム。
  19. 　飛行体と、当該飛行体とネットワークを介して通信可能に構成された飛行制御サーバ装置とを含む飛行制御システムであって、
    　前記飛行制御サーバは、前記飛行体に対して、進行方向の飛行に必要な情報を提供し、
    　前記飛行体は、前記進行方向に関わらず、所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を向くように前記飛行体の機体方向を制御する、
    飛行制御システム。
  20. 　飛行体と、当該飛行体とネットワークを介して通信可能に構成された飛行制御サーバ装置とを含む飛行制御システムであって、
    　前記飛行体は、進行方向の飛行し、
    　前記飛行制御サーバは、前記進行方向に関わらず、所定の情報に基づいて、直前の状態よりも飛行効率が上がる方向を向くように前記飛行体の機体方向を制御するための信号を当該飛行隊に提供する、
    飛行制御システム。

     
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