WO2022172987A1 - 作業システムおよび機体の制御方法 - Google Patents

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WO2022172987A1
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fuselage
rotor
aircraft
thrust
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幸佑 野平
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株式会社Liberaware
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F3/00—Ground installations specially adapted for captive 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
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • 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
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/60—Tethered aircraft

Definitions

  • the present disclosure relates to a work system and a control method for an aircraft.
  • Patent Literature 1 discloses a system that introduces an unmanned flying object through a pipeline, has a configuration for connecting a cable to the unmanned flying object, and suppresses bending of the cable.
  • Patent Document 1 it is difficult to control the attitude of the unmanned air vehicle due to the control of cable deflection. As a result, it becomes difficult to work while maintaining the machine body in a stable posture.
  • the present disclosure has been made in view of such a background, and aims to provide a work system and a control method of the machine body that can further stabilize the attitude of the machine body during work using the machine body. .
  • a thrust generating section In order to solve the above problems, according to the present disclosure, a thrust generating section, a fuselage that supports the thrust generating section, a mooring body that is connected to the fuselage and extends upward, suspends and supports the fuselage, wherein, in a state in which the airframe is suspended by the mooring body, the thrust generating section generates a downward force on the airframe, or an upward force smaller than the gravity generated on the airframe.
  • a control method for a machine body that performs work, wherein the machine body includes a thrust generating section supported by the machine body, a thrust generating section connected to the machine body, and extending upward to suspend and support the machine body. and a mooring body, wherein in a state in which the airframe is suspended by the mooring body, the thrust generating section generates a downward force on the airframe, or a force smaller than the gravity generated on the airframe.
  • the posture of the aircraft can be made more stable during work using the aircraft.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a work system 1 according to one embodiment of the present invention
  • FIG. It is a figure for demonstrating an example of rotation control about the yaw axis by the rotor blade 3 which concerns on the same embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a modified example of the working system 1;
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a work system 1 according to this embodiment.
  • the work system 1 according to the present embodiment can be used for work in various applications such as various inspections and repairs of structures, equipment, pipes, etc., and confirmation of instruments in factories and the like.
  • the working system 1 includes a machine body 2, a rotor 3, an anchoring body 5, and a camera 6.
  • the configuration of the work system 1 shown in FIG. 1 is an example, and even if it has a structure, shape and size different from those of the machine body 2 and rotor blades 3 shown in FIG. As long as it has a configuration corresponding to the blade 3, it can be included in the scope of the present invention.
  • the airframe 2 consists of a support frame 21 and an auxiliary frame 22.
  • Auxiliary frame 22 is connected to support frame 21 .
  • the auxiliary frame 22 is connected so as to extend from each of the support frames 21 in the front-rear direction.
  • Such auxiliary frame 22 includes arms 23 .
  • the rotor blade 3 is supported by the arm 23.
  • the arm 23 according to this embodiment is also connected to the support frame 21 .
  • the material constituting the airframe 2 is not particularly limited, and may be, for example, carbon fiber resin, glass fiber resin, magnesium, magnesium alloy, aluminum, aluminum alloy, steel, titanium, or other materials.
  • the support frame 21 loads and supports components related to the control and power of the rotor blades 3 of the fuselage 2, such as circuit boards, flight controllers, sensors, or batteries (not shown).
  • the support frame 21 may be mounted with a control circuit including a flight controller. Electric power is supplied from the battery to the motor 4 and sensors, and the flight controller controls the number of revolutions of the motor 4 and the like.
  • the auxiliary frame 22 constitutes the fuselage 2, is connected to the support frame 21, and supports the rotor blades 3.
  • the auxiliary frame 22 extends in the front-rear direction from the end of the support frame 21 in the front-rear direction, and extends laterally in the width direction from the middle.
  • the auxiliary frame 22 can function as a propeller guard for the rotor blade 3, for example.
  • a rotary blade 3 is provided between the end of the auxiliary frame 22 and the support frame 21 of the arm 23 .
  • the arm 23 is provided with a motor mount 231
  • the motor mount 231 is provided with the motor 4 that powers the rotor 3
  • the rotor 3 is attached to the motor 4 .
  • the arms 23 and the rotor blades 3 are provided at four locations on the front, rear, left, and right, but the present invention is not limited to this example. Depending on the structure, shape, equipment, size, etc. of the airframe 2, the number of arms 23 and rotor blades 3 provided may be changed as appropriate.
  • the camera 6 may be provided on the support frame 21 at the connecting portion between the support frame 21 and the auxiliary frame 22 on the front side of the body 2 .
  • the camera 6 can be provided at any position on the support frame 21 other than the position shown in FIG.
  • the camera 6 may be, for example, various imaging devices such as a stereo camera, a night vision camera, an infrared camera, and a thermography, in addition to general imaging devices.
  • the working system 1 has a tether 5.
  • the tether 5 is connected to the fuselage 2 and extends upward to suspend and support the fuselage 2.
  • the anchoring body 5 can be composed of a main portion 50 and branch portions 51 .
  • the main portion 50 and the branch portion 51 can be connected at the connection portion 52 .
  • the mooring body 5 shown in FIG. 1 is merely an example, and the specific form of the mooring body 5 is not particularly limited as long as it is connected to the fuselage 2, extends upward, and supports the fuselage 2 by hanging it.
  • the main portion 50 and the branch portion 51 may be integrated, or the mooring body 5 may be composed of only the main portion 50 and connected to the central portion of the fuselage 2 .
  • the upper part of the main part 50 is supported by a support (not shown).
  • the support may be, for example, a structure such as a hook that secures the main part 50, or a movable structure such as a crane or other aircraft.
  • the main section 50 may be configured to be movable in the horizontal direction HZ1.
  • the upper part of the main part 50 may be supported by a guide rail or the like that is movable in the horizontal direction HZ1, so that the mooring body 5 can be moved in the horizontal direction HZ1.
  • the main portion 50 may be provided so as to be movable in the vertical direction UD1. That is, when the main section 50 moves in the vertical direction UD1, the body 2 can also move in the vertical direction UD1.
  • the upper portion of the main portion 50 may be wound up or sent out by a support such as a crane, thereby allowing the main portion 50 to move in the vertical direction UD1.
  • the main portion 50 may be movable in the vertical direction UD1 by expanding and contracting the main portion 50 itself.
  • Connecting portions 221 are provided at the four corners of the auxiliary frame 22 of the body 2 respectively. Each of the connecting portions 221 is connected to each of the branch portions 51 . As a result, the mooring body 5 suspends and supports the airframe 2 .
  • the material constituting the anchoring body 5 is not particularly limited. However, as will be described later, from the viewpoint of ensuring the stability of the attitude of the airframe 2, it is preferable that the anchoring body 5 be made of a material having poor stretchability.
  • the tether 5 can be, for example, a bar, plate, cable, rope, or the like made of fiber, metal, hard plastic, or the like.
  • the rotor blade 3 according to this embodiment is an example of a thrust generating section.
  • the rotor 3 according to the present embodiment generates thrust DF1 downward, unlike a general unmanned flying object such as a multi-copter consisting of an airframe and rotors. Therefore, the system according to the present embodiment does not use a mechanism for generating lift on an airframe such as an unmanned air vehicle. That is, the system configuration according to the present embodiment is different from the conventional configuration in which a cable or the like is connected to an unmanned flying object.
  • the rotor blade 3 rotates to generate an airflow from the bottom to the top, thereby generating downward thrust.
  • the downward thrust means that the directional component of the thrust includes a vertically downward component.
  • a downward force is applied to the fuselage 2 by the rotor blades 3 generating a downward thrust.
  • tension is generated in the mooring body 5, so if the movement of the mooring body 5 in the vertical direction UD1 is restricted, the airframe 2 is fixed in a state in which downward thrust is obtained. In such a situation, it is assumed that the mooring body 5 is moved in the vertical direction UD1. For example, when the tether 5 moves downward, the fuselage 2 moves downward because the tether 5 relaxes.
  • the unmanned flying object compared to the above-described configuration in which a cable is connected to a general unmanned flying object, the unmanned flying object tries to maintain its attitude by lift force, so the cable acts on the airframe of the unmanned flying object. do not have. Therefore, the attitude may become unstable depending on the performance of the aircraft and the flight environment.
  • the system according to this embodiment due to the tension by the mooring body 5 and the downward thrust of the rotor blades 3 of the airframe 2 , a force balance in the opposite direction (pulling direction) is generated in the airframe 2 . Therefore, it is possible to stably hold the airframe 2 even in the floating state of the airframe 2 .
  • the airframe 2 may be one whose movement is controlled based on input from a control terminal such as a propo, similar to an unmanned flying object such as a so-called drone, or a program or the like. It may be one that performs autonomous movement according to.
  • the attitude of the airframe 2 may be controlled by a flight controller based on inputs obtained from appropriate sensors.
  • the attitude control of the airframe 2 may be performed by adjusting the thrust obtained from the lift generating section, or may be performed by moving the mooring body 5 vertically or horizontally. or both.
  • the feedback control of the attitude may control the number of revolutions of each rotor 3, Moreover, the movement of the anchoring body 5 in the horizontal direction or the vertical direction may be controlled. As a result, even if the attitude of the airframe 2 is tilted due to the influence of wind or drift, the horizontal movement of the airframe 2 can be suppressed, and the attitude can be maintained more reliably.
  • the number of rotor blades 3 that generate downward thrust is not particularly limited, the number of rotor blades 3 is preferably four or more in order to further stabilize the attitude of the airframe 2 . Further, the thrust generating section may be implemented by a mechanism other than the rotating blades.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of rotation control about the yaw axis by the rotor blades 3 according to this embodiment. As shown in FIG. 2, it is possible to rotate the fuselage 2 around the yaw axis by making each of the four rotor blades 3a, 3b, 3c, and 3d rotate in different directions.
  • the rotation directions of the rotor blades 3a and 3d are counterclockwise CCW1 and CCW2, and the rotation directions of the rotor blades 3b and 3c (first rotor blades) are clockwise CW1 and CW2.
  • the rotation directions of the rotor blades 3b and 3c are clockwise, and the rotation directions of the rotor blades 3a and 3d are counterclockwise.
  • the rotation direction of the rotor blades 3b and 3c may be counterclockwise, and the rotation direction of the rotor blades 3a and 3d may be clockwise.
  • the fuselage 2 is suspended and supported by the mooring body 5, and the rotor blades 3 of the fuselage 2 generate downward thrust, A force in the vertical tensile direction can be applied to the .
  • a force in the vertical tensile direction can be applied to the .
  • the body 2 is moved vertically or the like, it is possible to instantaneously maintain a stable posture.
  • the posture of the machine body 2 with respect to the work target can be maintained with high accuracy.
  • the configuration according to the present embodiment is more effective in controlling a small airframe 2 for photographing, inspection, etc. in a confined or narrow space.
  • the thrust generation section is configured to generate a downward force (thrust force DF1) on the fuselage while the fuselage is suspended by the mooring body.
  • a force (thrust force DF2) smaller than the gravity G generated in the airframe may be generated upward (see FIG. 3). In that case, the burden on the tether 5 can be reduced. Even in this case, the force generated by the thrust generating section upwards with respect to the fuselage is smaller than the gravity generated on the fuselage. It can be held stably.
  • the mooring body 5 may be configured to include a cable connected to the electric winch.
  • the length of the cable can be adjusted by winding and unwinding the electric winch.
  • the cable can move up and down to change the height of the aircraft.
  • the installation position of the electric winch is not particularly limited, and may be inside or outside the flight environment.
  • one or more pulleys may be installed above the fuselage and the cables may be connected via the pulleys.
  • an electric winch may be provided below the fuselage.
  • the electric winch may be one in which control such as winding and unwinding is executed based on an input from a control terminal such as a propo, or may be one that is autonomously controlled according to a program or the like. It is preferable that a single control device can simultaneously control the fuselage and the electric winch, so that the position of the fuselage can be controlled more efficiently.
  • the anchoring body 5 may be provided with a rotary joint 7.
  • the rotary joint 7 has a rotatable structure, and the rotation (torsion) of the anchoring body 5 connected to one side of the rotary joint 7 (for example, the lower side in FIG. 3) causes the other side of the rotary joint 7 (for example, the It is designed not to be transmitted to the anchoring body 5 connected to the upper side of FIG. 3).
  • the position of the rotary joint 7 is not particularly limited and can be provided at any position, but it is preferably provided in the main portion 50 near the connecting portion 52 .
  • the anchoring body 5 may be provided with a weight 8.
  • the fuselage and the mooring body 5 are less likely to be affected by air currents, and stability is improved. Further, even when the weight 8 is provided, since the fuselage is supported by the mooring body 5, there is almost no effect on battery consumption when controlling the fuselage.
  • the position of the weight 8 may be above or below the rotary joint 7 , and may be integrated with the rotary joint 7 .
  • the position of the weight 8 is not particularly limited, and the weight 8 may be provided at one or a plurality of positions at the main portion 50 of the anchoring body 5, each branch portion 51, the connection portion 52, or any position on the fuselage. good.
  • the aircraft may be provided with a light 9 that emits light.
  • the position and direction of the light 9 are not particularly limited, it is preferably arranged so as to illuminate the photographing direction and photographing range of the camera 6 .
  • a light 9 is provided so as to illuminate the front of the fuselage in correspondence with the camera 6 that photographs the front of the fuselage.
  • the light 9 is positioned above the camera 6 in the illustrated example, it may be positioned below, on the left side, or on the right side of the camera 6 .
  • the system 1 may also include a communication cable for data communication between the aircraft and external devices (eg, control terminal, control terminal, etc.).
  • the external device and the machine body are connected by wire, and data can be exchanged via the communication cable.
  • This data may include, for example, control signals sent from the control device to the aircraft to control the aircraft, images (still images and moving images) captured by the camera 6 of the aircraft, data acquired by various sensors, and the like.
  • the communication cable may be provided integrally with the tether 5 .
  • a communication cable 53 provided integrally with the main portion 50 of the mooring body 5 may be branched at a connection portion 52 and connected to the control board of the fuselage. good.
  • the system 1 may include a power cable that supplies power to the aircraft from an external power source.
  • the power cable may be provided integrally with the tether 5 in the same manner as the communication cable 53 described above.
  • the power cable may be integrated with the communication cable 53 or may be provided separately.
  • a thrust generator a fuselage that supports the thrust generating unit; a tether that is connected to the fuselage and extends upward to suspend and support the fuselage; with In a state in which the airframe is suspended by the mooring body, the thrust generating unit generates a downward force on the airframe, or an upward force that is smaller than the gravity generated on the airframe.
  • the tether is horizontally movable, moving the fuselage in the horizontal direction by moving the anchoring body in the horizontal direction in a state in which the thrust generating unit generates a downward or upward force; A working system according to item 1.
  • the thrust generating unit is a rotary blade, the rotor has at least one first rotor that rotates clockwise and at least one second rotor that rotates counterclockwise when the rotation is controlled; Rotating the fuselage about an axis perpendicular to a horizontal plane by controlling the number of rotations of the first rotor blade and the number of rotations of the second rotor blade to differ; 3. Work system according to item 1 or 2. (Item 4) The aircraft moves vertically in accordance with the vertical movement of the mooring body. The working system according to any one of items 1-3. (Item 5) 5.
  • a control method for a machine that performs work The aircraft is a thrust generator supported by the fuselage; a tether that is connected to the fuselage and extends upward to suspend and support the fuselage; with In a state in which the airframe is suspended by the mooring body, the thrust generating unit causes the airframe to generate a downward force, or generates an upward force smaller than the gravity generated in the airframe; Airframe control method.

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Abstract

【課題】機体を用いた作業において機体の姿勢をより安定させることが可能な、作業システムを提供すること。 【解決手段】本開示に係る作業システムは、回転翼３と、回転翼３を支持する機体２と、機体２と接続され上方に伸び、機体２を吊り下げて支持する繋留体５と、を備え、機体２が繋留体５により吊り下げられている状態において、回転翼３は、機体２に対して下方に力を生じさせる、または、前記機体に生じる重力よりも小さい力を上方に生じさせる。

Description

作業システムおよび機体の制御方法
　本開示は、作業システムおよび機体の制御方法に関する。
　狭所や隘所、屋内や屋外などの様々な環境における構造物を対象に効率よく作業を行うために、ドローンと呼ばれる無人飛行体が使用されることがある。例えば、特許文献１には、管路から無人飛行体を導入し、無人飛行体にケーブルを接続する構成を備え、ケーブルの撓みを抑制するシステムが開示されている。
特開２０１９－１６７０４４号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ケーブルの撓みの制御により無人飛行体の姿勢の制御が困難となる。そうすると、機体を安定的な姿勢に保ちながら作業をすることが難しくなる。
　本開示は、このような背景を鑑みてなされたものであり、機体を用いた作業において機体の姿勢をより安定させることが可能な、作業システムおよび機体の制御方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示によれば、推力発生部と、前記推力発生部を支持する機体と、前記機体と接続され上方に伸び、前記機体を吊り下げて支持する繋留体と、を備え、前記機体が繋留体により吊り下げられている状態において、前記推力発生部は、前記機体に対して下方に力を生じさせる、または、前記機体に生じる重力よりも小さい力を上方に生じさせる、作業システムが提供される。
　また、本開示によれば、作業を行う機体の制御方法であって、前記機体は、前記機体により支持される推力発生部と、前記機体と接続され上方に伸び、前記機体を吊り下げて支持する繋留体と、を備え、前記機体が繋留体により吊り下げられている状態において、前記推力発生部により前記機体に対して下方に力を生じさせる、または、前記機体に生じる重力よりも小さい力を上方に生じさせる、機体の制御方法が提供される。
　その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。
　本発明によれば、機体を用いた作業において機体の姿勢をより安定させることができる。
本発明の一実施形態に係る作業システム１の構成を示す斜視図である。 同実施形態に係る回転翼３によるヨー軸まわりの回転制御の一例を説明するための図である。 作業システム１の変形例の構成を示す斜視図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。
＜実施の形態の詳細＞
　以下、本発明の一実施形態に係る作業システム１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る作業システム１の構成を示す斜視図である。本明細書において、図１に示すＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、それぞれ作業システム１における機体２の前後方向、幅方向および高さ方向を意味する。本実施形態に係る作業システム１は、例えば、構造物、設備、配管等に対する種々の検査、修理、または工場等における計器の確認等、様々な用途における作業に用いられ得る。
　図１に示すように、本実施形態に係る作業システム１は、機体２と、回転翼３と、繋留体５と、カメラ６とを備える。なお、図１に示す作業システム１の構成は一例であり、図１に示す機体２および回転翼３とは異なる構造、形状およびサイズを有するものであっても、以下に説明する機体２および回転翼３に対応する構成を有していれば、本発明の範疇に含まれうる。
　より具体的には、機体２は、支持フレーム２１と、補助フレーム２２とからなる。補助フレーム２２は、支持フレーム２１に接続される。具体的には、補助フレーム２２は、支持フレーム２１の前後方向のそれぞれから伸びるように接続される。かかる補助フレーム２２は、アーム２３を含む。図１に示すように、回転翼３はアーム２３に支持される。すなわち、回転翼３は機体２に支持される。なお、本実施形態に係るアーム２３は、支持フレーム２１とも接続している。機体２を構成する素材は特に限定されず、例えば、炭素繊維樹脂、ガラス繊維樹脂、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄鋼、チタンその他の材料であり得る。
　支持フレーム２１は、図示しない回路基板、フライトコントローラ、センサまたはバッテリ等、機体２の回転翼３の制御および動力に係る部品を積載して支持する。例えば、支持フレーム２１には、フライトコントローラを含む制御回路が実装されてもよい。かかるバッテリからモータ４およびセンサ類に電力が供給され、フライトコントローラによりモータ４の回転数等の制御が行われる。
　補助フレーム２２は、機体２を構成し、支持フレーム２１に接続され、回転翼３を支持する。図１に示す例では、補助フレーム２２は、支持フレーム２１の前後方向端部から前後方向に伸び、途中から幅方向において左右に延伸する構成を有している。補助フレーム２２は、例えば、回転翼３のプロペラガードとしての機能を発揮しうる。
　アーム２３の、補助フレーム２２の端部と支持フレーム２１との間に、回転翼３が設けられる。図１に示す例では、アーム２３にはモータマウント２３１が設けられ、モータマウント２３１に回転翼３に動力を与えるモータ４が設けられ、回転翼３はモータ４に取り付けられる。
　なお、アーム２３および回転翼３は、本実施形態においては、前後左右の４箇所に設けられているが、本発明はかかる例に限定されない。機体２の構造、形状、装備およびサイズ等に応じて、アーム２３および回転翼３の設けられる数は適宜変更されうる。
　また、機体２の前方側の支持フレーム２１と補助フレーム２２との接続部分において、支持フレーム２１に、カメラ６が設けられてもよい。カメラ６は、図１に示す位置の他に、支持フレーム２１の任意の箇所に設けることができる。カメラ６は、例えば、一般的な撮像装置の他に、ステレオカメラ、暗視カメラ、赤外線カメラ、サーモグラフィ等、様々な撮像装置であってよい。
　また、図１に示すように、本実施形態に係る作業システム１は、繋留体５を有する。繋留体５は、機体２と接続され上方に伸び、機体２を吊り下げて支持する。図１に示すように、繋留体５は、主部５０と、枝部５１とにより構成され得る。主部５０と枝部５１とは、接続部５２において接続され得る。なお、図１に示す繋留体５はあくまで一例であり、機体２と接続され上方に伸び、機体２を吊り下げて支持する構成であれば、繋留体５の具体的な態様は特に限定されない。例えば、主部５０と枝部５１は一体となっているものであってもよいし、繋留体５が主部５０のみで構成され、機体２の中央部分と接続するものであってもよい。
　主部５０の上方は、図示せぬ支持体により支持される。支持体は、例えば、主部５０を固定するフック等の構造物や、クレーンや他の飛行体等の移動可能な構造物であってもよい。主部５０は、水平方向ＨＺ１に移動可能なように構成されていてもよい。例えば、主部５０の上部は、水平方向ＨＺ１に移動可能なガイドレール等により支持され、それにより繋留体５が水平方向ＨＺ１に移動可能となるような構成であってもよい。
　また、主部５０は、上下方向ＵＤ１に移動可能に設けられてもよい。すなわち、主部５０が上下方向ＵＤ１に移動することで、機体２も併せて上下方向ＵＤ１に移動可能となる。例えば、主部５０の上部がクレーン等の支持体により巻き取られたり送り出されたりすることにより、主部５０が上下方向ＵＤ１に移動可能であってもよい。また、主部５０自体が伸縮することにより、主部５０が上下方向ＵＤ１に移動可能であってもよい。
　機体２の補助フレーム２２の四隅には、それぞれ接続部２２１が設けられる。かかる接続部２２１のそれぞれは、枝部５１のそれぞれと接続する。これにより、繋留体５は機体２を吊り下げて支持する。
　繋留体５を構成する素材は特に限定されない。ただし、後述するように、機体２の姿勢の安定性を確保する観点から、繋留体５は、伸縮性が乏しい素材により構成されることが好ましい。繋留体５は、例えば、繊維、金属または硬質プラスチック等からなる棒材、板材、ケーブルまたはロープ等であり得る。
　本実施形態に係る回転翼３は、推力発生部の一例である。本実施形態に係る回転翼３は、例えば機体と回転翼からなる一般的なマルチコプター等の無人飛行体とは異なり、下方に推力ＤＦ１を発生させる。そのため、無人飛行体のような機体に揚力を発生させる機構は、本実施形態に係るシステムでは用いられていない。すなわち、従来のような無人飛行体にケーブル等を接続したような構成と本実施形態に係るシステムの構成とは異なる。
　本実施形態に係る回転翼３は、回転により下方から上方へと気流を発生させ、下方への推力を発生する。なお、下方への推力とは、推力の方向成分が、鉛直下方の成分を含むことを意味する。回転翼３が下方への推力を発生させることで、機体２に対して下方への力が生じる。そうすると、繋留体５に張力が生じるため、繋留体５の上下方向ＵＤ１の移動が制限されている場合、機体２は下方への推力を得た状態で固定される。かかる状況において、繋留体５の上下方向ＵＤ１の移動を行うとする。例えば、繋留体５が下方へ移動した場合、繋留体５が弛緩するため、機体２は下方に移動する。その際、機体２には重力のみならず下方への推力が作用するため、機体２の下方への加速度が自由落下に比べて大きくなり、すぐに所望の位置へ移動することができる。また、所望の位置へ移動した後も、下方への力が回転翼３により機体２に対して与えられるため、移動後の衝撃によるバタつきが生じにくく、機体２をすぐに安定的な姿勢へと制御することができる。
　特に、上述したような、一般的な無人飛行体にケーブルを接続した構成と比較すると、無人飛行体は揚力により姿勢を保持しようとするため、ケーブルは無人飛行体の機体に対して作用していない。そのため、機体の性能や飛行環境により姿勢が不安定となる可能性がある。一方で、本実施形態に係るシステムでは、繋留体５による張力と、機体２の回転翼３の下方への推力とにより、反対方向（引張方向）への力の釣り合いが機体２に生じる。そのため、空中において、機体２の浮遊状態においても、機体２を安定的に保持することが可能となる。
　なお、本実施形態に係る機体２は、例えばいわゆるドローンのような無人飛行体と同様に、プロポ等の操縦用端末の入力に基づいて移動が制御されるものであってもよいし、プログラム等に従って自律移動を行うものであってもよい。かかる機体２の姿勢は、適宜センサから得られる入力に基づいてフライトコントローラが制御するものであってもよい。また、機体２の姿勢制御は、揚力発生部から得られる推力の調整により行われるものであってもよいし、また、繋留体５を上下方向や水平方向に移動させることによって行われてもよいし、その両方であってもよい。具体的には、機体２の水平方向に対する姿勢が０度となるように目標値を定める場合、姿勢のフィードバック制御は、回転翼３の各々の回転数を制御するものであってもよいし、また、繋留体５の水平方向や上下方向の移動を制御するものであってもよい。これにより、風やドリフトの影響により機体２の姿勢が傾いてしまっても、機体２の水平方向の移動を抑制し、姿勢をより確実に維持することが可能となる。
　なお、下方へ推力を発生させる回転翼３の数は特に限定されないが、機体２の姿勢をより安定させる点から、回転翼３の数は４つ以上であることが好ましい。また、推力発生部としては、回転翼以外の機構により実現されるものであってもよい。
　また、機体２を水平面に沿って回転（いわゆる水平面に直交するヨー軸まわりの回転）させる場合は、繋留体５をねじることによって実現してもよいし、回転翼３の回転の制御により実現されてもよい。図２は、本実施形態に係る回転翼３によるヨー軸まわりの回転制御の一例を説明するための図である。図２に示すように、４つの回転翼３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのうち、それぞれの回転方向を異ならせることによって、機体２をヨー軸まわりに回転させることが可能である。具体的には、回転翼３ａ、３ｄ（第２の回転翼）の回転方向を反時計回りＣＣＷ１、ＣＣＷ２とし、回転翼３ｂ、３ｃ（第１の回転翼）の回転方向を時計回りＣＷ１、ＣＷ２とし、第１の回転翼と第２の回転翼の各々の回転数を異ならせる制御を行うことで、機体２をヨー軸まわりに回転することが可能である。なお、図２に示した例では、回転翼３ｂ、３ｃの回転方向を時計回りとし、回転翼３ａ、３ｄの回転方向を反時計回りとしたが、これらの回転方向はそれぞれ反対であってもよい。すなわち、回転翼３ｂ、３ｃの回転方向が反時計回りとし、回転翼３ａ、３ｄの回転方向を時計回りとしてもよい。
　かかる構成により、単純に繋留体５をねじることで機体２を回転させるよりも、より精度高く機体２の向き等を決めることが可能である。
　このように、本開示の一実施形態に係る作業システム１においては、繋留体５により機体２を吊り下げて支持しつつ、機体２の回転翼３が下方に推力を発生することで、機体２に上下引張方向の力を作用させることができる。これにより、機体２を上下方向等に移動させる場合であっても、瞬間的に安定な姿勢に保持することができる。また、機体２自身がヨー軸まわりの回転を可能とすることで、作業対象に対する機体２の姿勢を精度高く保持することができる。閉所や狭所において撮影、点検等を行うような小型の機体２の制御において、本実施形態に係る構成は、より効果を奏するものである。
　以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、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、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
　上記実施形態では、機体が繋留体により吊り下げられている状態において、推力発生部が機体に対して下方に力（推力ＤＦ１）を生じさせる構成としていたが、これに限られず、推力発生部が、機体に生じる重力Ｇよりも小さい力（推力ＤＦ２）を上方に生じさせる構成としてもよい（図３参照）。その場合、繋留体５に掛かる負担を軽減することができる。なお、この場合であっても、推力発生部が機体に対して上方に生じさせる力は機体に生じる重力よりも小さいため、繋留体５は弛緩せず、上記実施形態と同様に、機体２を安定的に保持することができる。
　また、繋留体５は、電動ウィンチに接続されたケーブルを含む構成であってもよい。この場合、電動ウィンチの巻き取り、繰り出し操作により、ケーブルの長さを調整することができる。その場合、ケーブルが上下動して、機体の高さを変更することができる。なお、電動ウィンチの設置位置は特に限定されず、飛行環境の内部であっても外部であってもよい。また、機体の上方に１以上の滑車を設置し、当該滑車を介してケーブルを接続するようにしてもよい。その場合、電動ウィンチが機体よりも下方に設けられていてもよい。電動ウィンチは、プロポ等の操縦用端末の入力に基づいて巻き取り、繰り出し等の制御が実行されるものであってもよいし、プログラム等に従って自律的に制御されるものであってもよい。１台の操縦装置で、機体の制御と、電動ウィンチの制御を同時に実行可能であることが好ましく、これによれば、より効率的に機体の位置を制御することができる。
　図３に示すように、繋留体５に回転ジョイント７を設けてもよい。回転ジョイント７は、回転自在な構成となっており、回転ジョイント７の一方側（例えば図３の下側）に接続される繋留体５の回転（捩れ）が、回転ジョイント７の他方側（例えば図３の上側）に接続される繋留体５に伝わらないようになっている。このような構成により、例えば機体がヨー軸周りに回転した場合でも、繋留体５が捩れないので捩れ方向の反力等の影響を受けることがなく、機体の制御が容易となる。回転ジョイント７の位置は特に限定されず任意の位置に設けることができるが、接続部５２付近の主部５０に設けることが好ましい。
　また、図３に示すように、繋留体５に重り８を設けてもよい。重り８を設けることで、機体及び繋留体５が、気流の影響を受けにくくなり、安定性が向上する。また、重り８を設けた場合でも、繋留体５によって機体を支持しているため、機体を制御する際のバッテリの消費量にはほとんど影響がない。重り８の位置は、回転ジョイント７の上側でも下側でもよく、回転ジョイント７と一体であってもよい。なお、重り８の位置は特に限定されず、繋留体５の主部５０、各枝部５１、接続部５２、あるいは機体の何れかの位置に、１つ、もしくは複数の位置にそれぞれ設けてもよい。
　また、図３に示すように、機体には光を発するライト９を設けてもよい。ライト９の位置及び向きは特に限定されないが、カメラ６の撮影方向、撮影範囲を照らすように配置されることが好ましい。図示例では機体の前方を撮影するカメラ６に対応して、機体の前方を照らすようにライト９が設けられている。ライト９は、図示例ではカメラ６の上側に位置しているが、カメラ６の下側、左側、右側の何れの位置にあってもよい。
　また、本システム１は、機体と外部の装置（例えば操縦端末、制御端末等）との間でデータ通信するための通信ケーブルを含んでいてもよい。これにより、外部の装置と機体とが有線接続され、通信ケーブルを介してデータを授受することができる。このデータには、例えば、機体を操縦するために操縦装置から機体に送信される操縦信号、機体のカメラ６で撮影した画像（静止画、動画）、各種センサで取得したデータ等が含まれ得る。そして通信ケーブルは、繋留体５と一体に設けてもよい。具体的には例えば、図３に示すように、繋留体５の主部５０と一体に設けられた通信ケーブル５３が接続部５２で分岐して、機体の制御基板に接続されるようにしてもよい。
　同様に、本システム１は、外部の電源から機体に電力を供給する電力ケーブルを含んでいてもよい。この場合、機体にバッテリを設ける必要がなく軽量化を図ることができたり、飛行中にバッテリ不足になることを防止したりすることができる。電力ケーブルは、上記通信ケーブル５３と同様に、繋留体５と一体に設けてもよい。電力ケーブルは、通信ケーブル５３と一体化してもよいし、別々に設けてもよい。なお、電力ケーブル及び通信ケーブル５３には繋留体５が機体を支持する際の張力が作用しないように配置することが好ましい。　
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（項目１）
　推力発生部と、
　前記推力発生部を支持する機体と、
　前記機体と接続され上方に伸び、前記機体を吊り下げて支持する繋留体と、
を備え、
　前記機体が繋留体により吊り下げられている状態において、前記推力発生部は、前記機体に対して下方に力を生じさせる、または、前記機体に生じる重力よりも小さい力を上方に生じさせる、
作業システム。
（項目２）
　前記繋留体は、水平方向に移動可能であり、
　前記推力発生部により下方または上方に力を生じさせた状態で、前記繋留体を水平方向に移動させることにより、前記機体を水平方向に移動させる、
　項目１に記載の作業システム。
（項目３）
　前記推力発生部は回転翼であり、
　前記回転翼は、回転が制御される際に、時計回りで回転する少なくとも１の第１の回転翼と、反時計回りで回転する少なくとも１の第２の回転翼を有し、
　前記第１の回転翼の回転数と、前記第２の回転翼の回転数とを異ならせる制御を行うことにより、水平面に直交する軸を中心として前記機体を回転させる、
　項目１または２に記載の作業システム。
（項目４）
　前記機体は、前記繋留体の上下方向の移動に応じて、上下方向に移動する、
　項目１～３のいずれか１項に記載の作業システム。
（項目５）
　前記繋留体に、機体のヨー軸周りに回転自在な回転ジョイントが設けられている、項目１～４のいずれか１項に記載の作業システム。
（項目６）
　前記繋留体に、重りが設けられている、項目１～５のいずれか１項に記載の作業システム。
（項目７）
　外部の装置と前記機体との間でデータ通信するための通信ケーブル、及び、前記機体に電力を供給する電力ケーブルの少なくとも何れかが、前記繋留体と一体に設けられている、項目１～６のいずれか１項に記載の作業システム。
（項目８）
　作業を行う機体の制御方法であって、
　前記機体は、
　前記機体により支持される推力発生部と、
　前記機体と接続され上方に伸び、前記機体を吊り下げて支持する繋留体と、
を備え、
　前記機体が繋留体により吊り下げられている状態において、前記推力発生部により、前記機体に対して下方に力を生じさせる、または、前記機体に生じる重力よりも小さい力を上方に生じさせる、
　機体の制御方法。
　　１　　作業システム
　　２　　機体
　　３　　回転翼
　　４　　モータ
　　５　　繋留体

Claims (8)

  1. 　推力発生部と、
    　前記推力発生部を支持する機体と、
    　前記機体と接続され上方に伸び、前記機体を吊り下げて支持する繋留体と、
    を備え、
    　前記機体が繋留体により吊り下げられている状態において、前記推力発生部は、前記機体に対して下方に力を生じさせる、または、前記機体に生じる重力よりも小さい力を上方に生じさせる、
    作業システム。
  2. 　前記繋留体は、水平方向に移動可能であり、
    　前記推力発生部により下方または上方に力を生じさせた状態で、前記繋留体を水平方向に移動させることにより、前記機体を水平方向に移動させる、
    　請求項１に記載の作業システム。
  3. 　前記推力発生部は回転翼であり、
    　前記回転翼は、回転が制御される際に、時計回りで回転する少なくとも１の第１の回転翼と、反時計回りで回転する少なくとも１の第２の回転翼を有し、
    　前記第１の回転翼の回転数と、前記第２の回転翼の回転数とを異ならせる制御を行うことにより、水平面に直交する軸を中心として前記機体を回転させる、
    　請求項１または２に記載の作業システム。
  4. 　前記機体は、前記繋留体の上下方向の移動に応じて、上下方向に移動する、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の作業システム。
  5. 　前記繋留体に、機体のヨー軸周りに回転自在な回転ジョイントが設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載の作業システム。
  6. 　前記繋留体に、重りが設けられている、請求項１～５のいずれか１項に記載の作業システム。
  7. 　外部の装置と前記機体との間でデータ通信するための通信ケーブル、及び、前記機体に電力を供給する電力ケーブルの少なくとも何れかが、前記繋留体と一体に設けられている、請求項１～６のいずれか１項に記載の作業システム。
  8. 　作業を行う機体の制御方法であって、
    　前記機体は、
    　前記機体により支持される推力発生部と、
    　前記機体と接続され上方に伸び、前記機体を吊り下げて支持する繋留体と、
    を備え、
    　前記機体が繋留体により吊り下げられている状態において、前記推力発生部により、前記機体に対して下方に力を生じさせる、または、前記機体に生じる重力よりも小さい力を上方に生じさせる、
    　機体の制御方法。
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