JP2005193727A - 飛翔ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、操縦操作を加えなくても水平状態または所期の傾斜角を自動保持できる飛翔ロボットを実現することである。
【解決手段】 傾斜角を重力加速度の成分をとらえて検出する加速度センサと、該傾斜角方向への角速度を検出する角速度センサを設け、前記加速度センサの出力信号を加減する加速度信号基準調整回路と前記角速度センサの出力信号を加減する角速度信号基準調整回路の出力信号を加算または加算増幅して一つにした信号が０または所定の値となるように傾斜角を修正することにより、飛翔ロボットを水平または所期の傾斜角に自動保持する。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、媒質中に浮遊するか、もしくは媒質中で傾斜自由に支持された飛翔ロボットに関するものである。

ラジコンヘリコプターのように媒質中に浮遊したり、回転軸受や球面ピボット軸受により傾斜自由に支持された、飛翔ロボットの傾斜角を水平または所定の傾斜角に保持するには、従来、各種の傾斜角センサで傾斜角を計測し、該傾斜角が水平または所定の角度となるように該飛翔ロボットを制御していた。

しかし、傾斜角をほんのわずかの時間しか自動保持することができないため、傾斜角がずれた場合は人間が該飛翔ロボットの飛翔状況を見ながら該傾斜角を修正する操作を頻繁に行わなければならなかった。そして、該傾斜角の修正操作は経験や勘に頼るところが多く、熟練した者でないと該飛翔ロボットを水平または所定の角度となるように維持することができなかった。

人間が入り込めない狭い場所や人間にとって危険な場所の状況察知用などの飛翔ロボットおいては、従来のように人間が該飛翔ロボットの動きを見ながら操縦するということができないため、傾斜角の修正操作を頻繁に行うことなく該飛翔ロボットを水平または所定の角度となるように維持することが必要となる。

従来の飛翔ロボットにおいて、傾斜角センサで傾斜角を計測して傾斜角を制御するにも拘わらず該飛翔ロボットを水平または所定の角度に保持できない大きな原因として、飛翔ロボットの姿勢が外乱によって目標の傾斜角からずれて傾いた時、該姿勢角を水平または所定の傾斜角に戻す際、傾斜角が目標値になった時に角速度が０にならず、該飛翔ロボットがまだ有限の角速度を持っているということが挙げられる。

傾斜角が目標値になった時に飛翔ロボットが角速度を持っていると、その角速度で目標の傾斜角を通り過ぎてしまい、傾斜角が反対側にずれた時点でふたたび修正されることになる。

そのため、飛翔ロボットの傾斜角が振動的変化を繰り返し、なかなか水平または所定の傾斜角にできない。

そして、任意の傾斜角外乱に対して傾斜角が目標値に戻らないうちに次の外乱が加わったりすると、傾斜角が大きく変わり、極端な場合には修正操作が間に合わず、該飛翔ロボットが墜落してしまう。

このため、傾斜角が水平または目標の傾斜角に自動的に保持され、外乱が加わってもすぐに元に戻る新しい飛翔ロボットの開発が必要である。

勿論、該飛翔ロボットは、目標の傾斜角を変える指令を送った場合には、直ちに追従しなければならない。

このように、機体の傾斜角を自動保持する飛翔ロボットとしては、たとえば、２００２年精密工学会春季大会学術講演会講演論文集１９４頁に示されているように、バイモルフ振動型角速度センサを用いて姿勢角変化の角速度を検出し、該角速度信号を積分して姿勢角を示す角変位信号を得、その角速度信号と積分して得た角変位信号を加算増幅した信号をもとに、揚力源である複数の回転翼の回転数を制御し、水平を維持する飛翔ロボットが考えられている。

発明が解決しようとする課題

しかし、この従来の飛翔ロボットにおいては、積分して得た角変位信号が徐々にドリフトしてしまうため、たとえば、飛翔ロボットを水平に固定したまま、該角変位信号が水平を示す値となるように飛翔ロボットの回転翼の回転数を制御しても、前記角変位信号がドリフトした分だけ傾斜角が変化してしまうという問題点があった。

また、積分して得た角変位信号を短時間に限って信頼するにしても、積分開始時の飛翔ロボットの絶対傾斜角を検出できないため、たとえば水平状態を人間が目視で確認して積分を開始せざるを得ず、結局、該飛翔ロボットを人間が目視しないと傾斜角を水平に維持することができなかった。

以上に述べたように、従来の飛翔ロボットにおいては、傾斜角を測定して飛翔ロボットの傾斜角を制御するにしろ、角速度を測定して該角速度信号とそれを積分して得た角変位信号を併用して傾斜角を制御するにしろ、操縦に熟練した人間が該飛翔ロボットを見て、傾斜角の補正や角変位積分の開始などの指示をこまかに与えない限り、飛翔ロボットを目標の傾斜角に維持することはできなかった。

すなわち、飛翔ロボットに目標傾斜角を指令として与え、該目標傾斜角に飛翔ロボットの傾斜角を長時間自動維持することは到底できなかった。

課題を解決するための手段

以上に示した課題を解決するため、本発明の飛翔ロボットにおいては、機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を有し、該機体の水平基準面が水平面に対してなす傾斜角を重力加速度の成分をとらえて検出する加速度センサと、該傾斜角方向への角速度を検出する角速度センサを有し、前記加速度センサの出力信号に任意の信号を加減する加速度信号基準調整回路と、前記角速度センサの出力信号に任意の信号を加減する角速度信号基準調整回路を有し、前記加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と前記角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、該加算増幅回路により得た加速度センサの出力信号と角速度センサの出力信号を回路演算して一つにした信号の大きさが０または所定の値となるように、前記機体の傾斜角を修正すべく、傾斜角修正機構に駆動指令信号を送る傾斜角調整回路を有し、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになす。

より具体的には、機体の水平基準面内に設けたｘ、ｙ軸まわりの傾斜角を、ｙ、ｘ方向の重力加速度成分をとらえて検出する加速度センサと、該ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサを有し、該ｘ、ｙ軸に関して対向する位置にそれぞれ２個ずつ合計４個の、機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を兼ねた回転翼を有し、前記ｘ、ｙ方向の加速度を検出する加速度センサの出力信号に任意の信号を加減するｘ、ｙ方向加速度信号基準調整回路と、前記ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサの出力信号に任意の信号を加減するｘ、ｙ軸回り角速度信号基準調整回路を有し、前記ｙ方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記ｘ軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、ｘ軸に関して対向する位置に配置した２個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該２個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、また、前記ｘ方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記ｙ軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、ｙ軸に関して対向する位置に配置した２個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該２個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、前記４個の回転翼の回転数の増減により、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになす。

または、機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を有し、該機体の水平基準面内に設けたｘ、ｙ軸まわりの傾斜角を、ｙ、ｘ方向の重力加速度成分をとらえて検出する加速度センサと、該ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサを有し、該ｘ、ｙ軸に関して対向する位置にそれぞれ２個ずつ合計４個の回転翼を前記浮揚装置とは別に有し、前記ｘ、ｙ方向の加速度を検出する加速度センサの出力信号に任意の信号を加減するｘ、ｙ方向加速度信号基準調整回路と、前記ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサの出力信号に任意の信号を加減するｘ、ｙ軸回り角速度信号基準調整回路を有し、前記ｙ方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記ｘ軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、ｘ軸に関して対向する位置に配置した２個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該２個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、また、前記ｘ方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記ｙ軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、ｙ軸に関して対向する位置に配置した２個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該２個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、前記４個の回転翼の回転数の増減により、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになす。

図１は本発明の飛翔ロボットの実施形態を示す構成図である。機体１に加速度センサ２と角速度センサ３を取り付けてある。加速度センサ２は、機体１の水平基準面が鉛直軸に対してなす傾斜角を重力加速度の成分をとらえて検出する。また、角速度センサ３は、該傾斜角方向の角速度を検出する。

加速度信号基準調整回路４は前記加速度センサ２の出力信号に任意の信号を加えるかもしくは前記加速度センサ２の出力信号から任意の信号を差し引く回路、角速度信号基準調整回路５は前記角速度センサ３の出力信号に任意の信号を加えるかもしくは前記角速度センサ３の出力信号から任意の信号を差し引く回路である。前記加速度センサ２や前記角速度センサ３の出力信号の増幅信号に任意の信号を加減してもよい。

加速度信号基準調整回路４を経た前記加速度センサ２の出力信号および角速度信号基準調整回路５を経た前記角速度センサ３の出力信号は、それぞれ増幅回路６、７により適切な増幅率で増幅し、両信号を加算または加算増幅する加算増幅回路８に導く。

該加算増幅回路８により加速度センサ２の出力信号と角速度センサ３の出力信号を回路演算して一つにした信号の大きさが０または所定の値となるように、該物体の傾斜角を調整する機構を駆動する傾斜角調整回路９に指令を与える。

１０は浮揚装置であり、任意の個数の回転翼、気球、ガス噴射体などを抽象的に示している。これらを任意に組み合わせた浮揚装置でもよい。

傾斜角調整回路９から、浮揚装置１０に揚力のバランスを変えて傾斜角を調整する傾斜角制御機構１１に、駆動信号を送り、傾斜角を制御する。図に示すように、傾斜角制御機構１１が１１ａ、１１ｂ、・・・など複数に分かれていてもよい。

図１においては、加速度センサ２と角速度センサ３を各１個ずつ描いてあるが、機体の立体的な傾斜角を制御するには、２方向の傾斜角、たとえば、ピッチ角とロール角の両方を検知し、制御する必要がある。したがって、加速度センサ２、角速度センサ３、加速度信号基準調整回路４、角速度信号基準調整回路５、増幅回路６、７、加算増幅回路８、姿勢角調整回路９は２方向に対応した２式の装備が必要である。

加速度センサ２、角速度センサ３には、１個のセンサで、直交する２軸以上の方向の加速度や角速度を検出できるものもある。その場合には、加速度センサ２、角速度センサ３は１個でよいことは言うまでもない。

飛翔ロボットの姿勢が水平に戻るようにするには、飛翔ロボットの機体１を水平に静止させ、前記加速度センサ２の出力を反映する加算増幅回路８への入力が０となるように加速度信号基準調整回路４を調整し、同時に、前記角速度センサ３の出力を反映する加算増幅回路８への入力も０となるように角速度信号基準調整回路５を調整しておく。

加速度信号基準調整回路４の調整は、図示していない操縦機のジョイスティック、ハンドル、ボタン、つまみなどを操作し、該操作に対応させて加速度信号基準調整回路４の調整値を送信することにより行う。

前記のように加速度信号基準調整回路４および角速度信号基準調整回路５を調整しておけば、入力加速度も入力角速度も０ならば、加速度センサ２および角速度センサ３から加算増幅回路８へ入る信号は０となる。

また、０以外の加速度や角速度が加速度センサ２および／または角速度センサ３により検出された場合は、加算増幅回路８へ入力信号が伝わり、加算増幅回路８への加速度センサ２および角速度センサ３からの入力信号が０に戻るように、機体１に傾斜角の修正動作を加える信号を傾斜角調整回路９に送る。

傾斜角または角速度のどちらかが残存していても機体１が傾斜するので、加算増幅回路８への加速度センサ２および角速度センサ３からの入力信号が０となるように機体１の傾斜角を修正すれば、結果的に傾斜角および角速度が０に修正される。

前記のように入力加速度も入力角速度も０ならば、加速度センサ２および角速度センサ３から加算増幅回路８へ入る信号が０となるように加速度信号基準調整回路４および角速度信号基準調整回路５を調整した後、加算増幅回路８へ所定のバイアス入力を加えるようにし、加算増幅回路８への入力が前記のバイアス入力に等しくなるように機体１に傾斜角の修正動作を加える信号を傾斜角調整回路９に送り、機体１の傾斜角を修正するようにしてもよい。

傾斜角調整回路９からは機体１の傾斜角を修正する傾斜角制御機構１１へ駆動信号を送る。図１は、浮揚装置１０の浮揚バランスを調整して傾斜角を調整する場合を想定しており、浮揚装置１０がヘリコプターのように主回転翼を持つ場合には、たとえば、傾斜角制御機構１１として前記主回転翼の回転面の角度を修正する機構を設け、該傾斜角制御機構１１を駆動する。

浮揚装置１０が回転翼を複数個持つ場合には、各回転翼の回転数を加減すればよく、浮揚装置１０の回転翼自体が傾斜角制御機構１１となる。

浮揚装置１０とは別に、傾斜角調整用の複数個の回転翼を傾斜角制御機構１１として設けてもよい。たとえば、ヘリコプターのような主回転翼や二重反転回転翼を浮揚装置として用い、前記主回転翼や二重反転回転翼のほかに傾斜角調整用の複数個の回転翼を設けてもよい。

浮揚装置１０と直接関係しない傾斜角調整機構９を設けてもよく、その場合には、姿勢角調整回路７から該傾斜角調整機構９に駆動信号を送る。たとえば、重心を移動する機構や姿勢を変化させる気体噴射機構を用いた傾斜角制御機構１１を設けてもよい。

飛翔ロボットの機体１を所定の傾斜角で静止保持し、前記加速度センサ２から加算増幅回路８に入る信号が０となるように加速度信号基準調整回路４を調整し、前記角速度センサ３から加算増幅回路８へ入る信号が０となるように角速度信号基準調整回路５を調整しておけば、該加速度センサ２および該角速度センサ３から加算増幅回路８へ入る信号が０となるように機体１に傾斜角の修正動作を加えるための信号を傾斜角調整回路９に送ることにより、機体１を前記所定の傾斜角に保持することもできる。

機体１を水平に維持する場合と同様に、傾斜角が所定の角度、すなわち、入力加速度が所定の値で、入力角速度が０の時に、加速度センサ２および角速度センサ３から加算増幅回路８へ入る信号が０となるように加速度信号基準調整回路４および角速度信号基準調整回路５を調整した後、加算増幅回路８へ所定のバイアス入力を加えるようにし、加算増幅回路８への入力が前記のバイアス入力に等しくなるように機体１に傾斜角の修正動作を加える信号を傾斜角調整回路９に送り、機体１の傾斜角を修正してもよい。

加速度センサ２が、入力加速度が０の時に所定の信号が出力され、加速度が加わるとその分だけ信号が変化するタイプの加速度センサの場合や、加速度信号に搬送波が乗っている場合も、該入力加速度０の時の信号を相殺するように、加速度信号基準調整回路４により加速度センサ２の出力を補正すればよい。

すなわち、機体１を水平に制御する場合には、機体１を水平に静止させる時、該加速度信号基準調整回路４の出力が０になるように、また、機体１を所定の傾斜角に制御する場合には、機体１を該所定の傾斜角で静止させる時、該加速度信号基準調整回路４の出力が０になるように、該加速度信号基準調整回路４を調整する。

角速度センサ３が、入力角速度が０の時に所定の信号が出力され、角速度が加わるとその分だけ信号が変化するタイプの角速度センサの場合も、同様に該入力角速度が０の時に角速度信号基準調整回路５の出力が０になるように補正する。

以上に説明したように、加速度信号基準調整回路４の設定により機体１の傾斜角目標値を変えることができるので、有線または無線制御により加速度信号基準調整回路４の設定を任意にコントロールできるようにすれば、機体１の傾斜角を任意の角度に変更でき、加速度信号基準調整回路４の設定を任意の条件に維持すれば、機体１の傾斜角は一定に保持される。

図１のアンテナ１２および受信機１３は無線による傾斜角の制御を想定して描いてあり、図示していない操縦機のジョイスティック、ハンドル、ボタン、つまみなどの操作量に対応して発せられる傾斜角設定信号を受信する。

前記受信機１３で受信した傾斜角設定信号に基づいて加速度信号基準調整回路４を調整するが、傾斜角設定信号がディジタル信号の場合や加速度信号基準調整回路４に直接加えられない信号の場合は、受信機１３と加速度信号基準調整回路４との間にインターフェイス回路１４を置く。インターフェイス回路１４が必要に応じてコンピュータやディジタル／アナログ変換回路を含んでもよいことは言うまでもない。

また、インターフェイス回路１４に設けるコンピュータを使用するか、別のコンピュータを設けて、傾斜角制御に必要な以上に説明した破線１５で示した回路全体や受信機１３をコントロールするようにしてもよい。

１６はバッテリーであり、加速度センサ２、角速度センサ３、加速度信号基準調整回路４、角速度信号基準調整回路５、増幅回路６、７、加算増幅回路８、傾斜角調整回路９、浮揚装置１０、傾斜角制御機構１１、受信機１３、インターフェイス回路１４などに必要な電力を供給する。なお、図中では、バッテリー１６から前記各センサ、機構、回路などへの配線の記入は省略してある。

図１では無線制御の場合を示したが、有線で制御してもよいことは言うまでもない。図２に有線制御の場合の実施形態を示す。少なくとも、加速度センサ２、角速度センサ３、浮揚装置１０、傾斜角制御機構１１を機体１７に搭載すればよく、加速度信号基準調整回路４、角速度信号基準調整回路５、増幅回路６、７、加算増幅回路８、傾斜角調整回路９は接続線１８を介して機体１から離れた操縦位置に置く。勿論、重量や大きさに支障がなければ、前記加速度信号基準調整回路４、角速度信号基準調整回路５、増幅回路６、７、加算増幅回路８、傾斜角調整回路９の一部または全部を機体１７に搭載してもよい。

接続線１８の長さは任意であり、両端にコネクタ１９ａ、１９ｂを設けることも任意である。２０は操縦位置に置く回路の基板または筐体である。

加速度信号基準調整回路４を操縦位置に置く場合は、該加速度信号基準調整回路４を直接調整して目標傾斜角を設定できるようにするか、図示していない操縦機を設け、ジョイスティック、ハンドル、ボタン、つまみなどの操作量に対応して加速度信号基準調整回路４の傾斜角設定がなされるようにする。

傾斜角設定信号を加速度信号基準調整回路４に付与する際、コンピュータを介在させてもよい。

機体１を水平または所定の傾斜角に保つための、加速度センサ２、角速度センサ３、加速度信号基準調整回路４、角速度信号基準調整回路５、増幅回路６、７、加算増幅回路８、傾斜角調整回路９、浮揚装置１０、傾斜角制御機構１１、インターフェイス回路１４各部の動作は、図１の場合と同様である。給電は外部電源を用いて行ってもよく、図１と同様にバッテリーを用いて行ってもよい。

ところで、本発明に用いる加速度センサ２は、該加速度センサ２が傾斜した時に、該傾斜角に対応して該加速度センサ２にはたらく重力加速度の成分を検出できるセンサである必要がある。すなわち、傾斜角を検出できる加速度センサでなければならない。

図３は、加速度センサ２に重力加速度ｇが加わる時の加速度成分を示しており、加速度成分ａ_ｈが加速度センサ２に検出される。水平面に対する加速度センサ２の傾斜角をφとすれば、加速度成分ａ_ｈは、ａ_ｈ＝ｇｓｉｎφの関係にあるので、ａ_ｈを検出することによりφが求まる。φが小さい角度範囲では、ａ_ｈ＝ｇφとなる。

次に、本発明の飛翔ロボットの具体的な実施例について説明する。図４は、本発明の実施例の、２回転翼回転ピボット支持の飛翔ロボットである。

モータ２１ａおよび２１ｂによって駆動する全翼長が約１３５ｍｍ、翼弦長が約１４ｍｍ、質量約１ｇのスチロール製の回転翼２２ａおよび２２ｂが機体２３に取り付けてある。モータ２１ａおよび２１ｂは直流モータである。

機体２３には回転軸受２４を設け、軸２５の回りに自在に回転し得るように支持してある。回転軸受２４の穴２６の直径は軸２５の直径より十分大きく、回転翼２２ａおよび２２ｂを回転させる時、回転軸受２４の穴２６と軸２５との相対位置関係により機体２３が浮上するのが確認できるようにしてある。軸２５は押さえ２７によって基台２８に固定した。

機体２３に水平面内の回転トルクが働くのを防ぐため、モータ２１ａおよび２１ｂは逆方向に回転させる。矢印２９ａ、２９ｂは回転翼２２ａ、２２ｂの回転方向、回転翼２２ａ、２２ｂの回りに描いた円３０ａ、３０ｂは回転翼２２ａ、２２ｂの回転範囲を示す。

機体２３には回転軸受２４の回りの傾斜角を検出する加速度センサ３１として米国Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社製ＡＤＸＬ２０２、角速度を検出する角速度センサ３２として株式会社村田製作所製バイモルフ振動型角速度センサのジャイロスターＥＮＣ−０３を取り付けた。３３は基板である。

そして、外部に加速度信号基準調整回路３４、角速度信号基準調整回路３５、増幅回路３６、３７、加算増幅回路３８、傾斜角調整回路３９を設けた。４０は外部に置いた基板または筐体である。

機体２３上に取り付けた加速度センサ３１、角速度センサ３２やモータ２１ａおよび２１ｂへの給電と、外部に置いた基板または筐体４０内の回路との接続は接続線４１によって行った。４２ａ、４２ｂはコネクタである。

加速度センサ３１は加速度入力が０の時に出力が０となるセンサであるため、加速度信号基準調整回路３４は、目標とする傾斜角を指定するために用いた。したがって、たとえば、機体２３を水平に保ちたい場合は、機体２３を水平に静止させる時、加速度信号基準調整回路３４の出力が０になるように調整した。また、機体２３を所定の傾斜角に保ちたい場合は、機体２３を該傾斜角で静止させる時、加速度信号基準調整回路３４の出力が０になるように調整した。

一方、角速度センサ３２は角速度入力０の時に所定の電圧が出力され、角速度が加わるとその分だけ出力電圧が変化するタイプの角速度センサなので、角速度信号基準調整回路３５は、角速度センサ３２に角速度入力が加わらない時、該角速度信号基準調整回路３５の出力が０になるように調整した。

加速度信号基準調整回路３４と角速度信号基準調整回路３５の出力は、それぞれ増幅回路３６、３７により適切な倍率で増幅した。そして、前記回転翼２２ａおよび２２ｂを定常回転させて機体２３を浮上させるために必要なモータ２１ａおよび２１ｂの駆動信号を加え、加算増幅回路３８に入れた。４３は回転翼２２ａおよび２２ｂを定常回転させて機体２３を浮上させるため、モータ２１ａおよび２１ｂに駆動信号を加える回路である。

加算増幅回路３８の出力信号は傾斜角調整回路３９へ入れた。傾斜角調整回路３９は、加算増幅回路３８からの出力信号に基づいて、前記回転翼２２ａおよび２２ｂを回転させるためのモータ２１ａおよび２１ｂの駆動信号を調整して該回転翼２２ａおよび２２ｂの回転速度を変え、機体２３の傾斜角を調整する。

すなわち、該回転翼２２ａおよび２２ｂのうち傾斜して下がった方の回転翼の回転数を上げ、他方の回転数を下げることにより、加速度信号基準調整回路３４の出力および角速度信号基準調整回路３５の出力が０に戻るように制御する。

機体２３が水平静止状態の時、または、所定の傾斜角傾けた時に加速度信号基準調整回路３４の出力が０、または、増幅回路３６の出力が０となるように加速度信号基準調整回路３４を調整しておけば、機体２３は増幅回路３６と増幅回路３７の出力の和が０に戻るように制御されるため、機体２３は、前記の加速度信号基準調整回路３４の出力が０、または、増幅回路３６の出力が０となるように設定された傾斜角に、角速度も０になるように制御される。

なお、回転翼２２ａおよび２２ｂを図４では２枚羽の回転翼としたが、各回転翼の羽の枚数は任意である。

図５は、図４に示した飛翔ロボットの傾斜角制御の回路図の実施例である。図中の点Ａ、Ｂは上段の回路図が下段の回路図に点Ａ、Ｂでつながることを示している。

加速度センサ３１、角速度センサ３２に接続する加速度信号基準調整回路３４、角速度信号基準調整回路３５、増幅回路３６、３７、加算増幅回路３８、傾斜角調整回路３９、機体２３を浮上させるための定常的な駆動信号を加える回路４３は、図中に破線で囲って示した部分である。

増幅回路３６、３７の出力により回転翼２２ａおよび２２ｂの両方を制御するため、加算増幅回路３８は３８ａ、３８ｂの２回路、傾斜角調整回路３９は３９ａ、３９ｂの２回路、機体２３を浮上させるための定常的な駆動信号を加える回路４３は４３ａ、４３ｂの２回路設けてある。

演算増幅器４８〜５５には新日本無線株式会社製のＮＪＭ４５８０を用いた。加速度センサ３１の回路のコンデンサ５６ａ、５６ｂ、ダイオード５７、角速度センサ３２の回路の電解コンデンサ５８、ダイオード５９、加速度信号基準調整回路３４の抵抗６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、可変抵抗６５、コンデンサ６６、角速度信号基準調整回路３５の抵抗６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、可変抵抗６８、コンデンサ６９、増幅回路３６の抵抗７１ａ、７１ｂ、増幅回路３７の抵抗７２ａ、７２ｂ、回転翼２２ａを定常回転させる駆動信号を加える回路４３ａの抵抗７３、可変抵抗７４、回転翼２２ｂを定常回転させる駆動信号を加える回路４３ｂの抵抗７５、可変抵抗７６、加算増幅回路３８ａの抵抗７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄ、加算増幅回路３８ｂの抵抗７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ、傾斜角調整回路３９ａの抵抗８０、トランジスタ８１、傾斜角調整回路３９ｂの抵抗８２、トランジスタ８３、回転翼２２ａを回転させるためのモータ２１ａのコンデンサ８４、ダイオード８５、および回転翼２２ｂを回転させるためのモータ２１ｂのコンデンサ８６、ダイオード８７は、それぞれの回路が良好に動作するように適宜選定して用いた。

電源は、端子８８に＋３Ｖ、端子８９に＋５Ｖ、端子９０に−５Ｖ、端子９１に＋５Ｖ、端子９２に−５Ｖを加えた。

本飛翔ロボットの傾斜角を自動保持するには、まず、モータ２１ａおよび２１ｂに駆動信号を加える回路４３ａ、４３ｂの可変抵抗７４、７６を調整し、回転翼２２ａおよび２２ｂを定常回転させて機体２３を浮上させる。

次に、該機体２３を水平状態または所定の傾斜角に、任意の方法により、静止させる。その状態で、加速度信号基準調整回路３４の出力信号が０となるように、したがって、増幅回路３６を経て加算増幅回路３８ａおよび加算増幅回路３８ｂに入る信号が０となるように、該加速度信号基準調整回路３４の可変抵抗６５を調整する。

また、前記のごとく飛翔ロボットの機体２３を水平状態または所定の傾斜角に静止保持した状態で、角速度信号基準調整回路３５の出力信号も０となるように、したがって、増幅回路３７を経て加算増幅回路３８ａおよび加算増幅回路３８ｂに入る信号も０となるように、該角速度信号基準調整回路３５の可変抵抗６８を調整する。

傾斜角調整回路３９ａおよび３９ｂは、傾斜角と角速度が反映された加算増幅回路３８ａおよび加算増幅回路３８ｂの出力に応じて、飛翔ロボットの機体２３が設定した水平状態または傾斜角になるように、回転翼２２ａおよび２２ｂの回転速度を変更する駆動信号をモータ２１ａおよび２１ｂに送る。

たとえば、設定した飛翔ロボットの傾斜角に対し、回転翼２２ａが下がる方向に傾いた時は、回転翼２２ａ駆動用のモータ２１ａの速度が上がり、反対側の回転翼２２ｂ駆動用のモータ２１ｂの速度が下がるようにモータ速度を変更する信号を出力し、回転翼２２ａが上がる方向に傾いた時は回転翼２２ａ駆動用のモータ２１ａの速度が下がり、反対側の回転翼２２ｂ駆動用のモータ２１ｂの速度が上がるようにモータ速度を変更する信号を出力する。

該傾斜角調整回路３９ａおよび３９ｂからのモータ駆動信号によりモータ２１ａとモータ２１ｂの回転速度を変えると、該回転速度に応じて回転翼２２ａと回転翼２２ｂの揚力が変わり、傾斜角が修正される。

したがって、時間を経ても機体２３は最初に設定した水平状態または所定の傾斜角を自動的に保持する。図６は、図４に示した飛翔ロボットの機体２３の傾斜角が図５に示した回路により自動保持されることを実証したグラフである。端子８８、８９、９０、９１、９２に外部電源から給電し、水平保持を設定した結果、傾斜角を測定した約２時間の間、機体２３の傾斜角は±３°以内に自動保持された。このように、半無限の時間、設定した傾斜角を維持できる。

なお、回転翼２２ａおよび２２ｂの回転方向を図４に示したように反対方向としておけば、反動トルクが相殺され、機体２３の鉛直軸まわりの回転が引き起こされないで済む。

図７は、本発明の別の実施例であり、４回転翼の飛翔ロボットである。図５に示した傾斜角制御の回路を直交する２方向に対して設けた。

図示のようにｘ、ｙ、ｚ軸をとり、十字状の骨組で示した機体９５上にモータ９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄにより駆動される４つの回転翼９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄを設ける。回転翼９７ａ、９７ｃはｘ軸を挟んで配置し、回転翼９７ｂ、９７ｄはｙ軸を挟んで配置してある。矢印９８ａ、９８ｂ、９８ｃ、９８ｄは回転翼９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄの回転方向を示している。また、回転翼９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄの回りに描いた円９９ａ、９９ｂ、９９ｃ、９９ｄは回転翼９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄの回転範囲を示す。モータ９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄには直流モータを使用した。

傾斜角を検出する加速度センサ１０２として米国Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ社製ＡＤＸＬ２０２、ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサ１０３ａ、１０３ｂとして株式会社村田製作所製バイモルフ振動型角速度センサのジャイロスターＥＮＣ−０３を取り付けた。

加速度センサ１０２および角速度センサ１０３ａ、１０３ｂは機体９５上の基板１０４に取り付けた。保持具は省略して描いてある。

１０５はセンサ部のカバー、１０６は無線用のアンテナ、１０７は姿勢制御用の回路を納めた制御基板、１０８は電池である。

使用した加速度センサ１０２としては、重力加速度の直交ｘ、ｙ２方向の成分を検出してｙ、ｘ軸回りの傾斜角成分を検出できるものを使用した。

制御基板１０７には、ｘ方向加速度信号用の加速度信号基準調整回路、増幅回路、ｙ方向加速度信号用の加速度信号基準調整回路、増幅回路、ｘ軸回りの角速度信号用の角速度信号基準調整回路、増幅回路、ｙ軸回りの角速度信号用の角速度信号基準調整回路、増幅回路、複数の加算増幅回路、複数の傾斜角調整回路、受信機を設けた。

前記受信機はアンテナ１０６と接続してあり、該受信機により外部の操縦者からの該飛翔ロボットの傾斜角設定信号を受信し、該傾斜角が制御目標値となるように、加速度信号基準調整回路を調整する。

図示していないが、飛翔ロボットには、必要に応じてカメラ、ガスセンサなどの検知機器を搭載する。その場合には、該カメラ、ガスセンサを使用するための回路や該カメラの画像情報や該ガスセンサの検出情報を操縦者側に送信するための送信機も設ける。

電池１０８は、加速度センサ１０２、角速度センサ１０３ａ、１０３ｂ、制御基板１０７上の前記各回路および受信機に給電する。電池１０８は任意の電池の組合せでもよい。なお、配線の記入は省略した。

図２と同様に、制御基板１０７を機体９５から切り離して別置きとし、加速度センサ１０２、角速度センサ１０３ａ、１０３ｂとの間を機体９５の飛翔を妨げない柔らかい接続線で接続し、外部電源から給電したり、傾斜角の制御目標値を設定してもよい。その場合は受信機、送信機やアンテナ１０６は不要である。

図８は図７に示した飛翔ロボットの姿勢制御回路の構成を示す図である。加速度センサ１０２内のｘ軸方向の加速度すなわちｙ軸回りの傾斜角を検出する加速度センサ１０２ａ、ｙ軸方向の加速度すなわちｘ軸回りの傾斜角を検出する加速度センサ１０２ｂ、制御基板１０７に設けたｘ方向加速度信号用の加速度信号基準調整回路１１１ａ、増幅回路１１３ａ、ｙ方向加速度信号用の加速度信号基準調整回路１１１ｂ、増幅回路１１３ｂ、ｘ軸回りの角速度を検出する角速度センサ１０３ａ、制御基板１０７に設けたｘ軸回りの角速度信号用の角速度信号基準調整回路１１２ａ、増幅回路１１４ａ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサ１０３ｂ、制御基板１０７に設けたｙ軸回りの角速度信号用の角速度信号基準調整回路１１２ｂ、増幅回路１１４ｂ、回転翼９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄを定常回転させる駆動信号を加える回路１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、前記の増幅回路１１３ｂ、増幅回路１１４ａ、回転翼を定常回転させる駆動信号を加える回路１１５ａの出力を加算増幅する加算増幅回路１１６ａ、増幅回路１１３ａ、増幅回路１１４ｂ、回転翼を定常回転させる駆動信号を加える回路１１５ｂの出力を加算増幅する加算増幅回路１１６ｂ、増幅回路１１３ｂ、増幅回路１１４ａ、回転翼を定常回転させる駆動信号を加える回路１１５ｃの出力を加算増幅する加算増幅回路１１６ｃ、増幅回路１１３ａ、増幅回路１１４ｂ、回転翼を定常回転させる駆動信号を加える回路１１５ｄの出力を加算増幅する加算増幅回路１１６ｄ、傾斜角調整回路１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄを図示のように接続した。

加速度信号基準調整回路１１１ａ、１１１ｂは、加速度センサ１０２ａ、１０２ｂからの出力を所定の値に調整する回路である。機体９５を水平に維持したい場合は、機体９５を水平に静止させた状態で、該加速度信号基準調整回路１１１ａ、１１１ｂの出力または増幅回路１１３ａ、１１３ｂの出力が０になるように調整する。また、傾いた所定の傾斜角に機体９５を保ちたい時は、該所定の傾斜角に機体９５を静止させた状態で、該加速度信号基準調整回路１１１ａ、１１１ｂの出力または増幅回路１１３ａ、１１３ｂの出力が０になるように調整する。

角速度信号基準調整回路１１２ａ、１１２ｂは、角速度センサ１０３ａ、１０３ｂの出力を所定の値に調整する回路である。使用した角速度センサ１０３ａ、１０３ｂは、角速度入力０の時に所定の信号が出力され、角速度が加わるとその分だけ信号が変化するタイプの角速度センサなので、機体９５を静止させた状態で、角速度信号基準調整回路１１２ａ、１１２ｂを調整して前記の角速度入力０の時の信号を相殺し、該角速度信号基準調整回路１１２ａ、１１２ｂの出力または増幅回路１１４ａ、１１４ｂの出力が０になるようにした。

傾斜角調整回路１１７ａ、１１７ｃは、ｘ軸回りの傾斜角と角速度が反映された加算増幅回路１１６ａ、１１６ｃの出力に応じて、飛翔ロボットの機体９５が水平または設定した傾斜角になるように、回転翼９７ａ、９７ｃを駆動するモータ９６ａ、９６ｃに駆動信号を発する。

たとえば、設定した飛翔ロボットのｘ軸回りの傾斜角に対し、回転翼９７ａが下がる方向に傾いた時は、回転翼９７ａ駆動用のモータ９６ａの速度が上がり、回転翼９７ｃ駆動用のモータ９６ｃの速度が下がるようにモータ駆動電圧を変更する信号を出力し、回転翼９７ａが上がる方向に傾いた時は回転翼９７ａ駆動用のモータ９６ａの速度が下がり、回転翼９７ｃ駆動用のモータ９６ｃの速度が上がるようにモータ駆動電圧を変更する信号を出力する。

該傾斜角調整回路１１７ａ、１１７ｃからのモータ駆動電圧変更信号により回転翼９７ａと回転翼９７ｃの回転速度を変えると、それに応じて回転翼９７ａと回転翼９７ｃの揚力が変わり、ｘ軸回りの傾斜角が修正される。

回転翼９７ａおよび９７ｃの回転方向を図７に示したように同方向としておけば、片方の回転を増し、他方の回転を減ずる時に反動トルクの合計値がほとんど変わらない。したがって、傾斜角を修正する動作により機体９５のｚ軸回りの回転が引き起こされないで済む。

一方、傾斜角調整回路１１７ｂ、１１７ｄは、ｙ軸回りの傾斜角と角速度が反映された加算増幅回路１１６ｂ、１１６ｄの出力に応じて、飛翔ロボットの機体９５が水平または設定した傾斜角になるように、回転翼９７ｂ、９７ｄを駆動するモータ９６ｂ、９６ｄに駆動信号を発する。

たとえば、設定した飛翔ロボットのｙ軸回りの傾斜角に対し、回転翼９７ｂが下がる方向に傾いた時は、回転翼９７ｂ駆動用のモータ９６ｂの速度が上がり、回転翼９７ｄ駆動用のモータ９６ｄの速度が下がるようにモータ駆動電圧を変更する信号を出力し、回転翼９７ｂが上がる方向に傾いた時は回転翼９７ｂ駆動用のモータ９６ｂの速度が下がり、回転翼９７ｄ駆動用のモータ９６ｄの速度が上がるようにモータ駆動電圧を変更する信号を出力する。

該傾斜角調整回路１１７ｂ、１１７ｄからのモータ駆動電圧変更信号により回転翼９７ｂと回転翼９７ｄの回転速度を変えると、それに応じて回転翼９７ｂと回転翼９７ｄの揚力が変わり、ｙ軸回りの傾斜角が修正される。

回転翼９７ｂおよび９７ｄの回転方向を図７に示したように同方向としておけば、片方の回転を増し、他方の回転を減ずる時に反動トルクの合計値がほとんど変わらない。したがって、傾斜角を修正する動作により機体９５のｚ軸回りの回転が引き起こされないで済む。

以上のようにすれば、ｘ、ｙ２軸回りの傾斜角自動維持制御ができるため、飛翔ロボットの機体９５を水平または所定の傾斜角に自動維持できる。

また、回転翼９７ａおよび９７ｃの回転方向に対し、回転翼９７ｂおよび９７ｄの回転方向を逆方向とし、反動トルクを打ち消しておけば、機体９５のｚ軸回りの回転が引き起こされないで済む。

なお、回転翼９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄを図７では２枚羽の回転翼としたが、各回転翼の羽の枚数が任意であることは言うまでもない。

また、図７および図８により説明した本発明の飛翔ロボットでは、回転翼の個数を４個としたが、回転翼の個数は３個以上であれば任意であり、加算増幅回路１１６ａ、１１６ｂ、・・・および傾斜角調整回路１１７ａ、１１７ｂ、・・・を適宜必要な数だけ設けて傾斜角を補正すればよい。

ところで、図７に示した本発明の飛翔ロボットでは、回転翼９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄを浮揚装置を兼ねて使用しているが、別に浮揚装置を設け、該回転翼９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄを傾斜角の保持を主目的に使用してもよいことは明らかである。

図９は、傾斜角調整のための回転翼１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄのほかに、二重反転する主回転翼１３２、１３３を浮揚装置として別に有する本発明の飛翔ロボットの実施例である。図９では浮揚のための装備のみを示し、加速度センサ、角速度センサ、傾斜角調整のための各種回路などは省略してあるが、図８と同様な回路を用いれば、機体１３４を水平または所期の傾斜角に自動保持することができる。

回転翼１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄを常時回転させ、浮揚力を一部補助することが任意であることは言うまでもない。

図１０は、傾斜角調整のための回転翼１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄのほかに、主回転翼１４２を浮揚装置として別に有する本発明の飛翔ロボットの実施例である。主回転翼１４２の軸回りに反動トルクによって機体１４３が回転するのを防止するため、機体回転抑止回転翼１４４を設けてある。図１０でも、浮揚のための装備のみを示し、加速度センサ、角速度センサ、傾斜角調整のための各種回路などは省略してあるが、図８と同様な回路を用いれば、機体１４３を水平または所期の傾斜角に自動保持することができる。

この場合も、回転翼１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄを常時回転させ、浮揚力を一部補助することが任意であることは言うまでもない。

図１１は、傾斜角調整のための回転翼１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄのほかに、気球１５２を浮揚装置として別に有する飛翔ロボットの実施例である。図１１でも、浮揚のための装備のみを示し、加速度センサ、角速度センサ、傾斜角調整のための各種回路などは省略してあるが、図８と同様な回路を用いれば、機体１５３を水平または所期の傾斜角に自動保持することができる。

この場合も、回転翼１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄを常時回転させ、浮揚力を一部補助することが任意であることは言うまでもない。

発明の効果

以上に説明したように、本発明の飛翔ロボットにおいては、該飛翔ロボットの傾斜角が、操縦者が該飛翔ロボットを見ながらこまめに操縦しなくても、水平状態または指令として与える設定傾斜角に自動的に保持される。

傾斜角を制御するのに、加速度センサと角速度センサを用い、傾斜角と角速度という２つのセンシング情報により傾斜角を制御するが、両センサからの出力を予め加算増幅器で１つの信号に合成してから、該合成信号を制御情報として傾斜角調整に用いるため、傾斜を復元するのに用いる傾斜角制御機構への駆動指令を極めて簡明にでき、飛翔ロボットが外乱によって傾斜した時の復元をスムーズに短時間で行える。

回転翼を定常速度で回転させる信号を一緒に加える場合を含め、加算増幅器で合成した単一の信号により、回路により各回転翼の目標回転数を一義的に決定して、傾斜角と角速度という２つの物理量を同時に目標値に近づけることができるため、制御アルゴリズムがきわめて簡明になる。

回路が単純であることから装備を小型軽量にできるため、飛翔ロボットの揚力が小さくて済み、該飛翔ロボットを小型化できる。また、バッテリーによって飛翔させる場合には使用可能時間を長くすることができる。そして、同じ揚力を有する飛翔ロボットを想定すると、搭載物積載可能重量を増すことができる。

従来は、操縦者が飛翔ロボットの位置や傾斜角を目視しながら、勘に頼ってこまめに傾斜角を調整しなければ、飛翔ロボットの傾斜角を安定に保つことができず、かなりの熟練を積まないと飛翔ロボットをうまく操縦することができなかったのに対し、本発明の飛翔ロボットは、強制的に機体の傾斜を変更する指令を与えないかぎり、水平姿勢または任意の傾斜姿勢を自動的に保持するので、容易に操縦することができる。

放射性物資、有害なガスや液体の漏洩や散逸など、事故や災害によって、狭い場所や危険な場所に人間が取り残されることがある。そうした場合、すぐに救助や復旧が必要となるが、順序としては、まず何が原因で何が起こり、今どうなっているのか、その状況を早く正確に把握することが重要である。人間が入っても大丈夫なのか、火災や爆発のおそれはないか、誰かが倒れたり、閉じ込められたりしていないか、等の状況を把握しなければ、その先何もできない。このような場合の状況察知に本発明の飛翔ロボットを用いれば、地上の地形に拘わらず目標の場所に急行でき、任意の視点で状況を察知できるという利点がある。

事故や災害時のみならず、人間が入り込めない狭い場所や人間に危険な場所の状況を察知したい用途は色々想定される。たとえば、無人運転装置の保守、監視、建物内の防犯監視などが考えられる。これらの用途においては、固定カメラだと特定の場所しか見ることができないのに対して、本発明の飛翔ロボットを用いれば視点を変えて見ることができるという利点がある。

本発明の飛翔ロボットは、上記のように、人間が入り込めない狭い場所や人間にとって危険な場所で、人間が該飛翔ロボットを見ながら操縦することのできない場合に適用すれば、とくに有用である。

また、熟練しなくても操縦できるため、ホビー用や広告用などに活用することもできる。

飛翔ロボットを防水構造にすれば、液体中で傾斜角を維持することも可能であり、水中探査ロボットに使用することも可能である。

本発明の飛翔ロボットの実施形態を示す構成図である。

本発明の飛翔ロボットの別の実施形態を示す構成図である。

加速度センサにより傾斜角検出を行う原理を説明する図である。

本発明の飛翔ロボットの実施例である。

図４に示した本発明の飛翔ロボットの傾斜角制御のための回路図である。

図４に示した本発明の飛翔ロボットによる傾斜角制御の実証結果である。

本発明の飛翔ロボットの別の実施例である。

図７に示した本発明の飛翔ロボットにおける傾斜角制御のための回路構成図である。

本発明の飛翔ロボットの別の実施例である。

本発明の飛翔ロボットの別の実施例である。

本発明の飛翔ロボットの別の実施例である。

符号の説明

１ 機体
２ 加速度センサ
３ 角速度センサ
４ 加速度信号基準調整回路
５ 角速度信号基準調整回路
６ 増幅回路
７ 増幅回路
８ 加算増幅回路
９ 傾斜角調整回路
１０ 浮揚装置
１１ 傾斜角制御機構
１２ アンテナ
１３ 受信機
１４ インターフェイス回路
１６ バッテリー
１７ 接続線
２１ａ、２１ｂ モータ
２２ａ、２２ｂ 回転翼
２３ 機体
２４ 回転軸受
２５ 軸
２８ 基台
３１ 加速度センサ
３２ 基板
３３ 角速度センサ
３４ 加速度信号基準調整回路
３５ 角速度信号基準調整回路
３６ 増幅回路
３７ 増幅回路
３８ａ、３８ｂ 加算増幅回路
３９ａ、３９ｂ 傾斜角調整回路
４０ａ、４０ｂ 傾斜角制御回路
４３ａ、４３ｂ 回転翼を定常回転させるのに必要なモータの駆動信号を加える回路
４８〜５５ 演算増幅器
８１ トランジスタ
８３ トランジスタ
９５ 機体
９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄ モータ
９７ａ、９７ｂ、９７ｃ、９７ｄ 回転翼
１０２ 加速度センサ
１０３ａ、１０３ｂ 角速度センサ
１０７ 制御基板
１０８ 電池
１１１ａ、１１１ｂ 加速度信号基準調整回路増幅回路
１１２ａ、１１２ｂ 角速度信号基準調整回路
１１３ａ、１１３ｂ、１１４ａ、１１４ｂ 増幅回路
１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ 回転翼を定常回転させるのに必要なモータの駆動信号を加える回路
１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ 加算増幅回路
１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ 傾斜角調整回路
１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ 回転翼
１３２、１３３ 二重反転する主回転翼
１３４ 機体
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ 回転翼
１４２ 主回転翼
１４３ 機体
１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ 回転翼
１５２ 気球
１５３ 機体

Claims (3)

1. 機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を有し、該機体の水平基準面が水平面に対してなす傾斜角を重力加速度の成分をとらえて検出する加速度センサと、該傾斜角方向への角速度を検出する角速度センサを有し、前記加速度センサの出力信号に任意の信号を加減する加速度信号基準調整回路と、前記角速度センサの出力信号に任意の信号を加減する角速度信号基準調整回路を有し、前記加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と前記角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、該加算増幅回路により得た加速度センサの出力信号と角速度センサの出力信号を回路演算して一つにした信号の大きさが０または所定の値となるように、前記機体の傾斜角を修正すべく、傾斜角修正機構に駆動指令信号を送る傾斜角調整回路を有し、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになしたことを特徴とする飛翔ロボット
2. 機体の水平基準面内に設けたｘ、ｙ軸まわりの傾斜角を、ｙ、ｘ方向の重力加速度成分をとらえて検出する加速度センサと、該ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサを有し、該ｘ、ｙ軸に関して対向する位置にそれぞれ２個ずつ合計４個の、機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を兼ねた回転翼を有し、前記ｘ、ｙ方向の加速度を検出する加速度センサの出力信号に任意の信号を加減するｘ、ｙ方向加速度信号基準調整回路と、前記ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサの出力信号に任意の信号を加減するｘ、ｙ軸回り角速度信号基準調整回路を有し、前記ｙ方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記ｘ軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、ｘ軸に関して対向する位置に配置した２個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該２個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、また、前記ｘ方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記ｙ軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、ｙ軸に関して対向する位置に配置した２個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該２個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、前記４個の回転翼の回転数の増減により、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになしたことを特徴とする飛翔ロボット
3. 機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を有し、該機体の水平基準面内に設けたｘ、ｙ軸まわりの傾斜角を、ｙ、ｘ方向の重力加速度成分をとらえて検出する加速度センサと、該ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサを有し、該ｘ、ｙ軸に関して対向する位置にそれぞれ２個ずつ合計４個の回転翼を前記浮揚装置とは別に有し、前記ｘ、ｙ方向の加速度を検出する加速度センサの出力信号に任意の信号を加減するｘ、ｙ方向加速度信号基準調整回路と、前記ｘ、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサの出力信号に任意の信号を加減するｘ、ｙ軸回り角速度信号基準調整回路を有し、前記ｙ方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記ｘ軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、ｘ軸に関して対向する位置に配置した２個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該２個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、また、前記ｘ方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記ｙ軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、ｙ軸に関して対向する位置に配置した２個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該２個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、前記４個の回転翼の回転数の増減により、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになしたことを特徴とする飛翔ロボット

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