WO2023007910A1

WO2023007910A1 - 無人航空機

Info

Publication number: WO2023007910A1
Application number: PCT/JP2022/020517
Authority: WO
Inventors: 繁福留; 慎祐小椋
Original assignee: 株式会社Acsl
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2023-02-02
Also published as: JP2023018908A; JP7029838B1

Abstract

翼体が展開可能であり、無人航空機の重量の増加を抑えた無人航空機を提供する。　航空機本体１０１と、上方に向いた複数のロータ１０４Ａ、１０４Ｂと、航空機本体１０１に接続された左右の翼体部１０５と、を備え、翼体部１０５は、翼体部１０５が航空機本体１０１から下方に向けて延びる第１の垂下状態と、航空機本体１０１から横方向に向けて延びる第２の展開状態との間で移行可能であり、翼体部１０５は、無人航空機１００が前進する際に受ける空気の力により、第１の垂下状態から第２の展開状態に移行するように構成されている無人航空機１００が提供される。

Description

無人航空機

　本発明は、無人航空機に関する。

　無人航空機として、例えば、特許文献１に記載されているような、上方を向けて設けられた回転翼と、横方向に延びる固定翼とを有する無人航空機が知られている。また、特許文献１には、離着陸時に固定翼が周囲の樹木や建造物などに接触することを防止するために、離着陸時には固定翼を上方に折りたたみ可能とした構成が開示されている。

特開２０２０－１６８９１１号公報

　ここで、特許文献１に記載されている無人航空機では、アクチュエータにより固定翼の展開及び折り畳みを行っている。しかしながら、このようにアクチュエータを搭載すると、無人航空機の重量が増加し、飛行の際の消費電力が大きくなってしまうという問題があった。
　本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、翼体が展開可能であり、無人航空機の重量の増加を抑えた無人航空機を提供することを目的としている。

　本発明の一態様は、航空機本体と、上方に向いた複数の回転翼と、航空機本体に接続された左右の翼体部と、を備えた無人航空機であって、翼体部は、翼体部の少なくとも一部が航空機本体から下方に向けて延びる第１の状態と、航空機本体から横方向に向けて延びる第２の状態との間で移行可能であり、翼体部は、無人航空機が前進する際に受ける空気の力により、第１の状態から第２の状態に移行するように構成されている、無人航空機を提供するものである。
　本発明の一態様において、第１の状態において、翼体部は後方に向かって間隔が狭まるように設けられている。
　本発明の一態様において、翼体部は、着地時に接地する接地部を先端に有し、無人航空機は、第１の状態で接地部が接地して着陸する。
　本発明の一態様において、回転翼は、第２の状態において平面視で翼体部と重ならないように配置されている。
　本発明の一態様において、複数の回転翼は、前方の対となる回転翼と、後方の対となる回転翼とを含み、後方の対となる回転翼は、前方の対となる回転翼よりも上方に位置している。
　本発明の一態様において、翼体部は、第２の状態において翼体部が航空機本体の前後方向に対して、前方側が上方に傾斜するように設けられている。
　本発明の一態様において、さらに、翼体部を第１の状態又は第２の状態で保持する保持機構を備える。

　本発明によれば、翼体が展開可能であり、無人航空機の重量の増加を抑えた無人航空機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から下方に向かって延びた第１の垂下状態である無人航空機を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から下方に向かって延びた第１の垂下状態である無人航空機を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から下方に向かって延びた第１の垂下状態である無人航空機を示す側面図である。本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から横方向に向かって延びた第２の展開状態である無人航空機を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から横方向に向かって延びた第２の展開状態である無人航空機を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタであって、着陸脚部が航空機本体から横方向に向かって延びた第２の展開状態である無人航空機を示す側面図である。図１に示す無人航空機の飛行制御システムを示す図である。図１に示す無人航空機の情報処理ユニットのハードウェア構成を示す図である。無人航空機により所定の目的地まで自立飛行する流れを示すフローチャートである。前進を開始した無人航空機を示す正面図である。前進を開始した無人航空機を示す側面図である。水平飛行中の無人航空機を示す側面図である。

　以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下に説明する具体的態様に限定されるわけではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の態様を取り得る。例えば、無人航空機のシステム構成も、図に示されるものに限らず同様の動作が可能であれば任意の構成を取ることができる。例えば通信回路の機能を飛行制御部に統合する等、複数の構成要素が実行する動作を単独の構成要素により実行してもよいし、あるいは主演算部の機能を複数の演算部に分散する等、単独の構成要素が実行する動作を複数の構成要素により実行してもよい。また、無人航空機１００のメモリ内に記憶される各種データは、それとは別の場所に記憶されていてもよいし、各種メモリに記録される情報も、１種類の情報を複数の種類に分散して記憶してもよいし、複数の種類の情報を１種類にまとめて記憶してもよい。

　図１～図６は、本発明の一実施形態に係る無人航空機（マルチコプタ）の一例であるマルチコプタを示す。図１～図３は、翼体部が航空機本体から下方に向かって延びた第１の垂下状態を示し、図４～図６は、翼体部が航空機本体から横方向に向かって延びた第２の展開状態を示す。図１及び図４は、無人航空機の平面図であり、図２及び図５は、無人航空機の正面図であり、図３及び図６は、無人航空機の側面図である。図１及び図４における下方が無人航空機の前方であり、上方が無人航空機の後方である。また、図３及び図６における左方が無人航空機の前方であり、右方が無人航空機の後方である。なお、図１、図２、図４、図５には、ロータの回転範囲を破線で示している。なお、以下の説明でいう無人航空機の上下方向とは、ロータの回転軸の方向を基準としている。

　図１～図３に示すように、無人航空機１００は、航空機本体１０１と、航空機本体１０１から四方向に向かって延びる４つのアーム１０２Ａ、１０２Ｂと、アーム１０２Ａ、１０２Ｂの先端に接続され、飛行制御部からの制御信号により駆動される４つのモータ１０３と、各々のモータ１０３の駆動により回転して揚力を発生させる４つのロータ（回転翼）１０４Ａ、１０４Ｂと、着陸時に無人航空機を支える一対の翼体部１０５とを備える。モータ１０３、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂ、及びアーム１０２Ａ、１０２Ｂの数は、それぞれ、３、４などのような３以上の数とすることもできる。飛行制御部からの制御信号により４つのモータ１０３が回転させられ、それにより４つのロータ１０４Ａ、１０４Ｂの各々の回転数を制御することにより、上昇、下降、前後左右への飛行、旋回等、無人航空機１００の飛行が制御される。

　航空機本体１０１は、後述する情報処理ユニットや、測位装置、高度センサ、バッテリー、アンテナなどを保持する筐体である。

　アーム１０２Ａ、１０２Ｂは、前方に向かって左右に広がるように延びる一対の前方アーム１０２Ａと、後方に向かって左右に広がるように延びる一対の後方アーム１０２Ｂと、を含む。図３に示すように、前方アーム１０２Ａは、前方に向かって下方に傾斜して延びており、後方アーム１０２Ｂは、後方に向かって上方に傾斜して延びている。これにより、後方アーム１０２Ｂの先端に設けられた後方の対となるロータ１０４Ｂは、前方アーム１０２Ａの先端に設けられた前方の対となるロータ１０４Ａ、１０４Ｂよりも上方に位置する。ロータ１０４Ａ、１０４Ｂは、上方に向くように（回転軸が上下方向に延びるように）設けられている。なお、ここでいう上方とは、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂが前後左右に傾斜した状態で斜め上方に向いている状態も含む。また、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂ及びモータ１０３は、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂの回転軸が前後左右方向に傾斜させることができるように、アーム１０２Ａ、１０２Ｂに取り付けられていてもよい。

　翼体部１０５は、図１～図３に示すように下方に向かって延びる第１の垂下状態と、図４～図６に示すように横方向に向かって延びる第２の展開状態との間で回動可能に航空機本体１０１に取り付けられている。翼体部１０５は、翼体部１０５の自重により下方に向かって延びる第１の垂下状態と、無人航空機１００が前進する際の空力により横方向に向かって延びる第２の展開状態との間で移行することができる。

　翼体部１０５は先端に接地部１０５Ａが形成されている。図６に示すように、翼体部１０５は、翼体部１０５が水平になった状態で前後方向の垂直断面形状が翼型となっている。ここでいう翼型とは、航空機本体１０１が前進する際に、空気により揚力が生じるような形状である。翼体部１０５の先端の接地部１０５Ａは、第１の垂下状態において水平に前後方向に延びており、下縁が湾曲形状になっている。なお、本実施形態では、翼体部１０５が翼型であるが、これに限らず、空気中を滑空できるような形状であれば、例えば、平坦な形状等であってもよい。翼体部１０５は、軽量であるのが好ましく、例えば、プラスチックなどにより中空に形成されている。

　図２に示すように、第１の垂下状態において、一対の翼体部１０５は下方に向かって延びている。なお、ここでいう下方とは、垂直方向下方に限らず、一対の翼体部１０５が下方に向かって横方向に広がるように傾斜している場合も含む。

　また、第１の垂下状態において、一対の翼体部１０５は後方に向かって間隔が狭まるように航空機本体１０１に接続されている。また、第１の垂下状態において、無人航空機１００の重心が翼体部１０５の前後方向中央近傍に位置するように、一対の翼体部１０５は設けられている。

　また、図６に示すように、第２の展開状態において、一対の翼体部１０５は、横方向に延びている。なお、ここでいう横方向とは、翼体部１０５が上下方向や前後方向に傾斜した状態で横方向に延びる場合も含む。また、一対の翼体部１０５は、無人航空機１００が水平になった状態で、無人航空機１００の前後方向に対して前方側が上方に位置するように傾斜するように航空機本体１０１に接続されている。

　翼体部１０５は、航空機本体１０１の前後方向中間部の両側に接続されている。図４に示すように、翼体部１０５は、第２の展開状態において、平面視においてロータ１０４Ａ、１０４Ｂと重ならないように配置されている。ここで、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂと重ならないとはロータ１０４Ａ、１０４Ｂの各翼の軌跡（破線で囲まれる領域）と、翼体部１０５とが上下に重ならないことをいう。
　なお、翼体部１０５の回動軸は航空機本体１０１内に前後方向に延びるように設けられている。

　次に、図１に示す無人航空機の飛行制御システムの構成について説明する。図７は、図１に示す無人航空機の飛行制御システムを示す図である。無人航空機１００の飛行制御システム２００は、制御ユニット２０１、制御ユニット２０１に電気的に接続されたモータ１０３、モータ１０３に機械的に接続されたロータ１０４Ａ、１０４Ｂ、制御ユニット２０１に電気的に接続された一対のエンコーダ２２０、測位装置２２１、高度センサ２２２、コンパス２２３、及び、ＩＭＵ２２４を有する。

　制御ユニット２０１は、無人航空機１００の飛行制御を行うための情報処理や、そのための電気信号の制御を行うための構成であり、典型的には基板上に各種の電子部品を配置して配線することによってそのような機能の実現に必要な回路を構成したユニットである。制御ユニット２０１は、さらに、情報処理ユニット２３０、通信回路２３１、制御信号生成部２３２、スピードコントローラ２３３、インターフェイス２３４から構成される。

　一対のエンコーダ２２０は、航空機本体１０１に対する左右の翼体部１０５の回転角度をそれぞれ検出する。
　測位装置２２１は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）センサのような無人航空機１００の飛行位置の座標を感知するナビゲーションのためのセンサである。測位装置２２１は、好適には、三次元的な座標を感知する。なお、測位装置２２１が取得する座標は、緯度、経度及び高度からなる。

　高度センサ２２２は、例えば、気圧計などからなり、気圧に基づき無人航空機の高度を推定する。
　コンパス２２３は、いわゆる方位磁針であり、北を基準とした無人航空機１００の前方の角度を検知する。

　ＩＭＵ２２４は、慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）であり、加速度センサにより並進運動を、角速度センサ（ジャイロ）により回転運動を検出する。さらに、ＩＭＵ２２４は、加速度センサにより検出された並進運動（加速度）を積分することにより、速度を算出することができ、さらに、速度を積分することにより移動距離（位置）を算出することができる。また、同様に、角速度センサにより検出された回転運動（角速度）を積分することにより、角度（姿勢）を算出することができる。

　通信回路２３１は、例えば、アンテナに接続されている。アンテナは、無人航空機１００を操縦したり制御するための情報や各種データを含む無線信号を受信したり、テレメトリ信号を含む無線信号を無人航空機１００から送信する。

　通信回路２３１は、アンテナを通じて受信した無線信号から、無人航空機１００のための操縦信号、制御信号や各種データなどを復調して情報処理ユニット２３０に入力したり、無人航空機１００から出力されるテレメトリ信号などを搬送する無線信号を生成するための電子回路であり、典型的には無線信号処理ＩＣである。なお、例えば、操縦信号の通信と、制御信号、各種データの通信とを別の周波数帯の異なる通信回路で実行するようにしてもよい。例えば、手動での操縦を行うためのコントローラ（プロポ）の送信器と９５０ＭＨｚ帯の周波数で通信し、データ通信を２ＧＨｚ帯／１．７ＧＨｚ帯／１．５ＧＨｚ帯／８００ＭＨｚ帯の周波数で通信するような構成を採ることも可能である。

　制御信号生成部２３２は、情報処理ユニット２３０によって演算により得られた制御指令値データを、電圧を表わすパルス信号（ＰＷＭ信号など）に変換する構成であり、典型的には、発振回路とスイッチング回路を含むＩＣである。スピードコントローラ２３３は、制御信号生成部２３２からのパルス信号を、モータ１０３を駆動する駆動電圧に変換する構成であり、典型的には、平滑回路とアナログ増幅器である。図示していないが、無人航空機１００は、リチウムポリマーバッテリやリチウムイオンバッテリ等のバッテリデバイスや各要素への配電系を含む電源系を備えている。

　インターフェイス２３４は、情報処理ユニット２３０と測位装置２２１、高度センサ２２２、コンパス２２３などの機能要素との間で信号の送受信ができるように信号の形態を変換することにより、それらを電気的に接続する構成である。なお、説明の都合上、図面においてインターフェイスは１つの構成として記載しているが、接続対象の機能要素の種類によって別のインターフェイスを使用することが通常である。また、接続対象の機能要素が入出力する信号の種類によってはインターフェイス２３４が不要な場合もある。また、図７において、インターフェイス２３４が媒介せずに接続されている情報処理ユニット２３０であっても、接続対象の機能要素が入出力する信号の種類によってはインターフェイスが必要となる場合もある。

　また、情報処理ユニット２３０と制御信号生成部２３２とにより、無人航空機１００の飛行を制御する飛行制御部が構成される。飛行制御部は、飛行計画経路データが記憶されており、これに基づき、所定の飛行経路に沿って無人航空機１００が飛行するように、モータ１０３の駆動を制御する。

　飛行計画経路データは、無人航空機１００の飛行計画経路を表すデータであり、典型的には、飛行計画経路上に存在する一連の複数のウェイポイントの集合のデータである。飛行計画経路は、典型的には、それらの複数のウェイポイントを順番に結んだ直線の集合であるが、ウェイポイントの所定範囲内においては所定の曲率の曲線とすることもできる。飛行計画経路データは、複数のウェイポイントにおける飛行速度を定めるデータを含んでいてもよい。飛行計画経路データは、典型的には自律飛行において飛行計画経路を定めるために使用されるが、非自律飛行において飛行時のガイド用として使用することもできる。飛行計画経路データは、典型的には、飛行前に無人航空機１００に入力されて記憶される。

　飛行制御部は、測位装置２２１、高度センサ２２２、コンパス２２３、及びＩＭＵ２２４により測定された自己位置及び姿勢に基づき、飛行計画経路データの飛行計画経路に沿うように無人航空機の飛行を制御する。具体的には、各種センサにより、無人航空機１００の自己位置、ヘディング、姿勢、速度等を判断し、に基づき無人航空機１００の現在の飛行位置及びヘディングなどを判断し、操縦信号、飛行計画経路（目標）、速度制限、高度制限等の目標値と比較することにより各ロータ１０４Ａ、１０４Ｂに対する制御指令値を演算し、制御指令値を示すデータを制御信号生成部１３２に出力する。制御信号生成部１３２は、その制御指令値を電圧を表わすパルス信号に変換して各スピードコントローラ２３３に送信する。各スピードコントローラ２３３は、そのパルス信号を駆動電圧へと変換して各モータ１０３に印加し、これにより各モータ１０３の駆動を制御して各ロータ１０４Ａ、１０４Ｂの回転数を制御することにより無人航空機１００の飛行が制御される。

　図８は、図１に示す無人航空機の情報処理ユニットのハードウェア構成を示す図である。情報処理ユニット２３０は、ＣＰＵ２３０ａと、ＲＡＭ２３０ｂと、ＲＯＭ２３０ｃと、外部メモリ２３０ｄと、入力部２３０ｅと、出力部２３０ｆと、通信部２３０ｇとを含む。ＲＡＭ２３０ｂ、ＲＯＭ２３０ｃ、外部メモリ２３０ｄ、入力部２３０ｅ、出力部２３０ｆ、及び、通信部２３０ｇはバス２３０ｈを介してＣＰＵ２３０ａに接続されている。

　ＣＰＵ２３０ａは、システムバス２３０ｈに接続される各デバイスを統括的に制御する。
　ＲＯＭ２３０ｃや外部メモリには、ＣＰＵ２３０ａの制御プログラムであるＢＩＯＳやＯＳ、コンピュータが実行する機能を実現するために必要な各種プログラムやデータ等が記憶されている。

　ＲＡＭ２３０ｂは、ＣＰＵ２３０ａの主メモリや作業領域等として機能する。ＣＰＵ２３０ａは、処理の実行に際して必要なプログラム等をＲＯＭ２３０ｃや外部メモリ２３０ｄからＲＡＭ２３０ｂにロードして、ロードしたプログラムを実行することで各種動作を実現する。

　外部メモリ２３０ｄは、例えば、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＵＳＢメモリ等から構成される。
　入力部２３０ｅは、ユーザ等から操作指示等を受け付ける。入力部２３０ｅは、例えば、入力ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、ワイヤレスリモコン、マイクロフォン、カメラ等の入力デバイスから構成される。

　出力部２３０ｆは、ＣＰＵ２３０ａで処理されるデータや、ＲＡＭ２３０ｂ、ＲＯＭ２３０ｃや外部メモリ２３０ｄに記憶されるデータを出力する。出力部２３０ｆは、例えば、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬパネル、プリンタ、スピーカ当の出力デバイスから構成される。

　通信部２３０ｇは、ネットワークを介して、又は、直接外部機器と接続・通信するためのインターフェイスである。通信部２３０ｇは、例えば、シリアルインタフェース、ＬＡＮインターフェイス等のインターフェイスから構成される。

　飛行制御部は、ＲＯＭ２３０ｃや外部メモリ２３０ｄに記憶された各種プログラムが、ＣＰＵ２３０ａ、ＲＡＭ２３０ｂ、ＲＯＭ２３０ｃ、外部メモリ２３０ｄ、入力部２３０ｅ、出力部２３０ｆ、通信部２３０ｇ等を資源として使用することで実現される。

　本実施形態では、情報処理ユニット２３０及び制御信号生成部２３２を飛行制御部として機能させているが、情報処理ユニット２３０とは別個にこれらシステムを搭載する等して無人航空機に備えられる構成としてもよい。また、自己位置推定システム又はその構成要素は、１つの物理的な装置として構成される必要はなく、複数の物理的な装置から構成されてもよい。また、自己位置推定システムを、無人航空機とは別体の地上局のコンピュータ、ＰＣ、スマートフォン、タブレット端末等の任意の適切な装置、クラウド・コンピューティングシステム、又はそれらの組み合わせ等として構成してもよい。また、自己位置推定システムの各部の機能は、無人航空機が備える１つ又は複数の装置及び無人航空機とは別体の１つ又は複数の装置のうちのいずれか１つで又は複数で分散して実行される構成としてもよい。
　また、本実施形態では、無人航空機１００は、翼体部１０５を下方に向かって延びる第１の垂下状態で保持するための第１の保持機構と、翼体部１０５を横方向に向かって延びる第２の展開状態で保持するための第２の保持機構とを有する。第１の保持機構及び第２の保持機構としては、翼体部１０５が垂下した状態または横方向に延びた状態になると、翼体部１０５の航空機本体１０１に対する回動する際の抵抗が大きくなるような構成を採用することができる。
　また、第１の保持機構としては、例えば、航空機本体１０１から翼体部１０５内にピンを挿入し、翼体部１０５の回動を拘束する機構や、翼体部１０５内に磁性体を配置しておき、航空機本体１０１内に設けられた電磁石によりこの磁性体を吸着する構成などを採用することができる。同様に、第２の保持機構としては、例えば、航空機本体１０１から翼体部１０５内にピンを挿入し、翼体部１０５の回動を拘束する機構や、翼体部１０５内に磁性体を配置しておき、航空機本体１０１内に設けられた電磁石によりこの磁性体を吸着する構成などを採用することができる。
　なお、これら第１の保持機構及び第２の保持機構は、必須の構成ではなく、省略することも可能である。

　以下、上記の無人航空機により所定の目的地まで自立飛行する流れを説明する。図９は、無人航空機により所定の目的地まで自立飛行する流れを示すフローチャートである。
　飛行制御部には、予め飛行計画経路データが記憶されている。

　無人航空機１００は、翼体部１０５は下方に向かって延びた第１の垂下状態となっており、翼体部１０５の接地部１０５Ａが地面に接地することにより、無人航空機１００は着地している。着陸脚部１０５が下方に向かって延びた第１の垂下状態において、着陸脚部１０５の接地部１０５Ａは航空機本体１０１の自重を支持する。なお、本実施形態では、着陸脚部１０５の接地部１０５Ａは航空機本体１０１の全重量を支持するが、他の接地脚を設け、一部のみを支持する構成としてもよい。このような状態で、飛行制御部は、モータ１０３を回転駆動させて、無人航空機１００の姿勢を保ちながら上昇する（Ｓ１）。

　そして、飛行制御部は、所定の時間間隔で高度センサ２２２により無人航空機の高度を検知する（Ｓ２）。高度センサ２２２により測定された高度が予め設定された所定の高さまで到達していない場合（Ｓ３においてＮＯ）には、飛行制御部は無人航空機１００がさらに上昇するように制御する。

　そして、高度センサ２２２により測定された高度が予め設定された所定の高さまで到達している場合（Ｓ３においてＹＥＳ）には、飛行制御部は無人航空機１００を水平に前進させる（Ｓ４）。無人航空機１００を前進させる際には、飛行制御部は後方アーム１０２Ｂに設けられたロータ１０４Ｂの回転速度を早くする。これにより、航空機本体１０１が前傾姿勢となり、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂにより前方上方の推進力が生じる。
　図１０は、前進を開始した無人航空機を示す正面図であり、図１１は前進を開始した無人航空機を示す側面図である。無人航空機１００が前進を開始すると、無人航空機１００には前方から後方に向かって、図１０及び図１１に矢印Ａで示すように空気が吹き付けることになる。そして、図１０及び図１１に示すように、翼体部１０５が、第１の垂下状態で後方に向かって幅が狭まるように設けられているため、前方から空気が吹き付けられることにより、翼体部１０５には側方に向かう空気流による付勢力Ｂが作用する。さらに、翼体部１０５が翼状に形成されているため、翼体部１０５には翼体部１０５の上面に垂直な方向に揚力Ｃが発生する。このように翼体部１０５に、空気流による付勢力Ｂ及び揚力が発生すると、翼体部１０５は側方に向かって回動する。

　また、飛行制御部は、前進を開始すると所定の時間間隔でエンコーダ２２０により左右の翼体部１０５の回転角度を検出する。検出の結果、翼体部１０５が第２の展開状態まで到達していないと飛行制御部が判定した場合（Ｓ５においてＮＯ）には、飛行制御部は引き続き前進を続ける。なお、エンコーダ２２０により検出された回転角度が長時間にわたり、第２の展開状態に到達しない場合には、発生する揚力及び付勢力が不十分である可能性があるので、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂの回転数を上げてもよい。
　そして、検出の結果、翼体部１０５が第２の展開状態まで到達したと飛行制御部が判定した場合（Ｓ５においてＹＥＳ）には、飛行制御部は、目的地に向かって水平飛行を開始する（Ｓ６）。なお、水平飛行とは厳密に水平に飛行する場合のみならず、上昇又は下降しながら横方向に飛行する場合も含み、鉛直方向の移動よりも水平方向の移動を目的とした飛行状態をいう。なお、翼体部１０５が第２の展開状態まで到達すると、第２の保持機構により翼体部１０５が横方向に延びた状態に保持される。
　図１２は、水平飛行中の無人航空機を示す側面図である。水平飛行中には、翼体部１０５は横方向に延びる第２の展開状態となっており、翼体部１０５には揚力が発生する。そして、水平飛行中には、ＩＭＵ２２４により検知された無人航空機１００の姿勢が、翼体部１０５が前後方向に水平となるようにフィードバック制御する。これにより、低消費電力で水平飛行することが可能になる。

　また、水平飛行しながら、飛行制御部は所定の時間間隔で測位装置２２１により無人航空機１００の自己位置を検知する。そして、無人航空機１００の自己位置が目的地の近傍に到達しているかどうかを判定する（Ｓ７）。なお、無人航空機１００の自己位置が目的地の近傍に到達しているかは、例えば、目的地と、無人航空機１００の自己位置との距離が所定の閾値以下となっているかどうかにより、判定することができる。そして、無人航空機１００の自己位置が目的地の近傍に到達していないと判定された場合（Ｓ７においてＮＯ）には、水平飛行を続ける。

　これに対して、無人航空機１００が目的の近傍に到達した場合（Ｓ７においてＹＥＳ）には、飛行制御部はホバリングするような制御を開始する（Ｓ８）。無人航空機１００がホバリングを開始すると、翼体部１０５に作用する揚力が無くなる。このため、翼体部１０５は、自重及びロータ１０４Ａ、１０４Ｂにより発生するダウンフォースにより下方に向かって付勢される。これにより、翼体部１０５が下方内側に向かって回動する。
　また、飛行制御部は、前進を開始すると所定の時間間隔でエンコーダ２２０により左右の翼体部１０５の回転角度を検出する。検出の結果、翼体部１０５が第１の垂下状態まで到達していないと飛行制御部が判定した場合（Ｓ９においてＮＯ）には、飛行制御部は引き続きホバリングを続ける。なお、エンコーダ２２０により検出された回転角度が長時間にわたり、第１の垂下状態に到達しない場合には、付勢力が不十分である可能性があるので、飛行制御部は無人航空機１００が後進するように制御してもよい。無人航空機１００が後進する際には、航空機本体１０１が後傾し、翼体部１０５の上面に空気が強く当たることになり、翼体部１０５に下方に向かって作用する付勢力が大きくなる。
　そして、検出の結果、翼体部１０５が第１の垂下状態まで到達したと飛行制御部が判定した場合（Ｓ９においてＹＥＳ）には、飛行制御部はロータ１０４Ａ、１０４Ｂの回転を制御し、着地地点の直上に位置するように水平方向位置を微調整しながら、無人航空機１００が下降させる（Ｓ１０）。なお、翼体部１０５が第１の垂下状態に到達すると、翼体部１０５は第１の保持機構により下方に向かって延びた状態で保持される。そして、高度センサ２２２により測定された高度の変化がなくなるなどにより、翼体部１０５の接地部１０５Ａが着地したことを検知すると（Ｓ１１）、飛行制御部はロータ１０４Ａ、１０４Ｂを停止する。
　以上により、無人航空機１００が目的地まで自立飛行することができる。
　本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
　本実施形態によれば、航空機本体１０１と、上方に向いた複数のロータ１０４Ａ、１０４Ｂと、航空機本体１０１に接続された左右の翼体部１０５と、を備え、翼体部１０５は、翼体部１０５が航空機本体１０１から下方に向けて延びる第１の垂下状態と、航空機本体１０１から横方向に向けて延びる第２の展開状態との間で移行可能であり、翼体部１０５は、無人航空機１００が前進する際に受ける空気の力により、第１の垂下状態から第２の展開状態に移行するように構成されている無人航空機が提供される。
　このような構成によれば、翼体部１０５が前進する際に受ける空気の力により第１の垂下状態から第２の展開状態に移行するため、翼体部１０５を回動させるためのアクチュエータが不要となり、これにより、無人航空機の重量の増加を抑えることができる。
　また、本実施形態によれば、第１の垂下状態において、翼体部１０５は後方に向かって間隔が狭まるように設けられている。
　これにより、無人航空機１００が前進すると、空気により翼体部１０５に第２の展開状態に向かって移行するような付勢力が作用し、これにより翼体部１０５を空気の力により第２の展開状態に移行させることができる。
　また、本実施形態によれば、翼体部１０５は、着地時に接地する接地部１０５Ａを先端に有し、無人航空機１００は、第１の垂下状態で接地部１０５Ａが接地して着陸する。
　これにより、翼体部１０５とは別にスキッドなどの脚部を設ける必要がなくなり、水平飛行時における空気抵抗を減らすことができ、消費電力を抑えることができる。
　また、本実施形態によれば、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂは、第２の展開状態において平面視で翼体部１０５と重ならないように配置されている。
　このような構成によれば、水平飛行時にロータ１０４Ａ、１０４Ｂにより送られた風が翼体部１０５に当たることがなく、翼体部１０５が第１の垂下状態に戻ることを防止できる。
　また、本実施形態によれば、複数のロータ１０４Ａ、１０４Ｂは、前方の対となるロータ１０４Ａと、後方の対となるロータ１０４Ｂとを含み、後方の対となるロータ１０４Ｂは、前方の対となるロータ１０４Ａよりも上方に位置している。

　水平飛行する際には、ロータ１０４Ａ、１０４Ｂによる前方への推進力を大きくするため、無人航空機を前傾姿勢とすることになる。この際、後方の対となるロータ１０４Ｂが前方の対となるロータ１０４Ａよりも上方に設けられていることにより、前傾姿勢において前方の対となるロータ１０４Ａと、後方の対となるロータ１０４Ｂとがより、上下方向により大きく離間することになり、前方の対となるロータ１０４Ａの後流の影響を減らすことができる。
　また、本実施形態によれば、翼体部１０５は、第２の展開状態において翼体部１０５が航空機本体１０１の前後方向に対して、前方側が上方に傾斜するように設けられている。
　このような構成によれば、無人航空機１００が水平飛行する際に、翼体部１０５が水平となり、翼体部１０５の抵抗を減らし、揚力を発生させることができる。また、水平飛行からホバリングに移行しても、翼体部１０５が第２の展開状態から戻らない場合に、無人航空機１００を後進させることにより、空気により翼体部１０５に下方に向かう力が作用し、翼体部１０５を確実に第１の垂下状態に戻すことができる。
　また、本実施形態によれば、無人航空機１００は、さらに、翼体部１０５を第１の垂下状態及び第２の展開状態で保持する保持機構を備える。
　このような構成によれば、翼体部１０５が下降する際に、翼体部１０５が第１の保持機構により第１の垂下状態に保持され、安全に着陸することができる。また、翼体部１０５が水平飛行する際に、第２の保持機構により第２の展開状態に保持され、安全に水平飛行することができる。
　なお、本実施形態では、翼体部１０５の先端に接地部１０５Ａを設け、離着陸時には翼体部１０５を第１の垂下状態にし、接地部１０５Ａを設置させて離着陸していたが、本発明はこれに限られない。例えば、翼体部１０５とは別にスキッドを設け、スキッドを接地させて離着陸を行ってもよい。この場合、離陸時には上昇時に空気抵抗となるため翼体部１０５を第１の垂下状態とすることが好ましいが、着陸時には翼体部１０５を第２の展開状態としたまま着陸してもよい。

１００　　無人航空機
１０１　　航空機本体
１０２Ａ　前方アーム
１０２Ｂ　後方アーム
１０３　　モータ
１０４Ａ、１０４Ｂ　ロータ
１０５　　翼体部（着陸脚部）
１０５Ａ　接地部
１３２　　制御信号生成部
２００　　飛行制御システム
２０１　　制御ユニット
２２０　　エンコーダ
２２１　　測位装置
２２２　　高度センサ
２２３　　コンパス
２３０　　情報処理ユニット
２３０ａ　ＣＰＵ
２３０ｂ　ＲＡＭ
２３０ｃ　ＲＯＭ
２３０ｄ　外部メモリ
２３０ｅ　入力部
２３０ｆ　出力部
２３０ｇ　通信部
２３０ｈ　バス
２３０ｈ　システムバス
２３１　　通信回路
２３２　　制御信号生成部
２３３　　スピードコントローラ
２３４　　インターフェイス

Claims

　航空機本体と、
　上方に向いた複数の回転翼と、
　前記航空機本体に接続された左右の翼体部と、を備えた無人航空機であって、
　前記翼体部は、前記翼体部の少なくとも一部が前記航空機本体から下方に向けて延びる第１の状態と、前記航空機本体から横方向に向けて延びる第２の状態との間で移行可能であり、
　前記翼体部は、前記無人航空機が前進する際に受ける空気の力により、前記第１の状態から前記第２の状態に移行するように構成されている、
　無人航空機。
　前記第１の状態において、前記翼体部は後方に向かって間隔が狭まるように設けられている、
　請求項１に記載の無人航空機。
　前記翼体部は、着地時に接地する接地部を先端に有し、
　前記無人航空機は、前記第１の状態で前記接地部が接地して着陸する、
　請求項１又は２に記載の無人航空機。
　前記回転翼は、前記第２の状態において平面視で前記翼体部と重ならないように配置されている、
　請求項１～３の何れか１項に記載の無人航空機。
　前記複数の回転翼は、前方の対となる回転翼と、後方の対となる回転翼とを含み、
　前記後方の対となる回転翼は、前記前方の対となる回転翼よりも上方に位置している、
　請求項１～４の何れか１項に記載の無人航空機。
　前記翼体部は、前記第２の状態において前記翼体部が前記航空機本体の前後方向に対して、前方側が上方に傾斜するように設けられている、
　請求項１～５の何れか１項に記載の無人航空機。
　さらに、
　前記翼体部を前記第１の状態又は前記第２の状態で保持する保持機構を備える、
　請求項１～６の何れか１項に記載の無人航空機。