JP2019142359A - 飛行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラの回転開始および回転停止に要する時間が短縮され、安全性の高い飛行装置を提供する。【解決手段】飛行装置１０は、基体１１、スラスタ１２、状態検出部、飛行制御部、ピッチ変更機構部１３およびピッチ制御部を備える。スラスタ１２は、基体１１に設けられ、回転するプロペラ１８を有し、プロペラ１８が回転することによって推進力を発生する。飛行制御部は、状態検出部で検出した基体１１の飛行状態に基づいて、スラスタ１２を制御する。ピッチ変更機構部１３は、スラスタ１２のプロペラ１８のピッチを変更する。ピッチ制御部は、プロペラ１８の回転開始時および回転停止時に、ピッチ変更機構部１３を通してプロペラ１８のピッチを予め設定された設定ピッチに変更する。【選択図】図２

Description

本発明は、飛行装置に関する。

近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。このような飛行装置は、滑走路が不要であり、数ｋｇ程度のペイロードを有しつつ、時速１００ｋｍを超える高速飛行が可能である。そこで、飛行装置は、例えばＡＥＤのような医療機器をはじめとする緊急を要する物品の運搬への応用が検討されている。緊急を要する物品を運搬する場合、可能な限り短時間での飛行が求められる。すなわち、例えば医療機器のように１秒が争われる物品の場合、物品を搭載してから離陸するまでの時間、および着陸してから物品を取得する時間は、できる限り短縮することが好ましい。

しかし、飛行装置のプロペラは、２０００ｒｐｍを超える回転数であることが多い。そのため、プロペラが回転しているとき、飛行装置へ接近すると、予期しない事故を招くおそれがある。そこで、ダクテッドファンのように、プロペラの周囲をダクトで覆うことにより、安全性の向上を図る必要がある。一方、ダクテッドファンは、オープンロータに比較して飛行効率が低い。そのため、飛行時間および航続距離が短くなったり、飛行速度の低下を招いたりするという問題がある。

特開２０１０−１３２２７３号公報

本発明の目的は、プロペラの回転開始および回転停止に要する時間が短縮され、安全性の高い飛行装置を提供することにある。

請求項１記載の飛行装置は、ピッチ制御部を備えている。ピッチ制御部は、ピッチ変更機構部を通してプロペラのピッチを制御する。ピッチ制御部は、プロペラが回転を開始する回転開始時、およびプロペラが回転を停止する回転停止時において、プロペラのピッチを予め設定された設定ピッチに制御する。これにより、プロペラのピッチは、回転開始または回転停止に最適化される。例えばプロペラが回転を開始するとき、プロペラのピッチを小さくすることにより、プロペラに加わる空気抵抗が小さくなる。その結果、プロペラは、回転開始が指示されてから早期に所望の回転数に到達する。一方、プロペラが回転を停止するとき、プロペラのピッチを大きくすることにより、プロペラに加わる空気抵抗が大きくなる。その結果、プロペラは、回転停止が指示されてから早期に停止する。したがって、プロペラの回転開始および回転停止に要する時間を短縮することができる。プロペラの回転開始および回転停止に要する時間が短縮されることにより、着陸時における早期の基体への接近が可能になるとともに、離陸時における待避までの期間が延長される。したがって、飛行時間を短縮しつつ、安全性の向上を図ることができる。

第１実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図 第１実施形態による飛行装置を示す概略図 第１実施形態による飛行装置を図２の矢印IIIから見た概略図 第１実施形態による飛行装置のスラスタを示す模式的な斜視図 第１実施形態による飛行装置のスラスタにおけるプロペラが折り畳まれた状態を示す概略図 第１実施形態による飛行装置のスラスタにおけるプロペラが展開された状態を示す概略図 第１実施形態による飛行装置において、プロペラの回転開始時における処理の流れを示す概略図 第１実施形態による飛行装置において、プロペラの回転停止時における処理の流れを示す概略図 第２実施形態による飛行装置のスラスタを示す模式図 第３実施形態による飛行装置のスラスタを示す模式図

以下、飛行装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図２および図３に示す飛行装置１０は、基体１１、スラスタ１２およびピッチ変更機構部１３を有している。基体１１は、本体１４および腕部１５を有している。本体１４は、飛行装置１０の重心またはその近傍に設けられている。腕部１５は、本体１４から放射状に延びている。スラスタ１２は、この基体１１の腕部１５の先端に設けられている。なお、飛行装置１０の基体１１は、本体１４から腕部１５が放射状に延びる構成に限らず、円環状に形成して周方向へ複数のスラスタ１２を設ける構成など、任意の構成とすることができる。スラスタ１２および腕部１５の数は、２つ以上であれば任意に設定することができる。

スラスタ１２は、いずれもモータ１６、軸部材１７およびプロペラ１８を有している。モータ１６は、プロペラ１８を駆動する駆動源である。モータ１６は、例えば基体１１に収容されているバッテリ１９などを電源として作動する。モータ１６の回転は、図示しない回転子と一体になった軸部材１７を通してプロペラ１８に伝達される。プロペラ１８は、モータ１６によって回転駆動される。

ピッチ変更機構部１３は、各スラスタ１２に設けられている。ピッチ変更機構部１３は、図４に示すようにスラスタ１２のモータ１６とプロペラ１８との間に設けられている。なお、図４に示すピッチ変更機構部１３は、一例であり、プロペラ１８のピッチを変更可能な構成であって、スラスタ１２に適用可能な構成であればこの例に限らない。ピッチ変更機構部１３は、サーボモータ２１、レバー部材２２、リンク部材２３および変更部材２４を有している。サーボモータ２１の回転は、レバー部材２２、リンク部材２３および変更部材２４を通してプロペラ１８に伝達される。このとき、サーボモータ２１の回転は、レバー部材２２、リンク部材２３および変更部材２４を経由することにより、軸部材１７と垂直なプロペラ軸Ｐを中心とするプロペラ１８の回転に変換される。プロペラ１８がプロペラ軸Ｐを中心に回転することにより、プロペラ１８の取り付け角度が変化し、プロペラ１８のピッチが変更される。プロペラ１８のピッチの変化量は、サーボモータ２１の回転角度に対応する。スラスタ１２は、モータ１６でプロペラ１８を駆動することによって推進力を発生する。このとき、スラスタ１２から発生する推進力の大きさおよび推進力の向きは、モータ１６の回転数およびプロペラ１８のピッチを変更することによって制御される。

飛行装置１０は、上記の構成に加え、図１に示すように制御ユニット３０を備えている。制御ユニット３０は、基体１１に収容されている。制御ユニット３０は、制御演算部３１、記憶部３２、状態検出部３３、飛行制御部３４およびピッチ制御部３５を備えている。制御演算部３１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御演算部３１は、バッテリ１９、ならびに各スラスタ１２のモータ１６およびサーボモータ２１と電気的に接続している。制御演算部３１は、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、状態検出部３３、飛行制御部３４およびピッチ制御部３５をソフトウェア的に実現している。これら状態検出部３３、飛行制御部３４およびピッチ制御部３５は、ソフトウェア的に限らず、ハードウェア的、あるいはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現してもよい。記憶部３２は、制御演算部３１と接続しており、例えば不揮発性のメモリなどを有している。記憶部３２は、制御演算部３１のＲＯＭおよびＲＡＭと共用してもよい。記憶部３２は、予め設定された飛行計画をデータとして記憶している。飛行計画は、飛行装置１０が飛行する飛行ルートや飛行高度が含まれている。

状態検出部３３は、基体１１の傾きや基体１１に加わる加速度などから基体１１の飛行状態を検出する。具体的には、状態検出部３３は、ＧＰＳセンサ４１、加速度センサ４２、角速度センサ４３、地磁気センサ４４および高度センサ４５などと接続している。ＧＰＳセンサ４１は、ＧＰＳ衛星から出力されるＧＰＳ信号を受信する。加速度センサ４２は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３次元の３つの軸方向において基体１１に加わる加速度を検出する。角速度センサ４３は、３次元の３つの軸方向において基体１１に加わる角速度を検出する。地磁気センサ４４は、３次元の３つの軸方向における地磁気を検出する。高度センサ４５は、天地方向つまりｚ軸方向における高度を検出する。状態検出部３３は、これらＧＰＳセンサ４１で受信したＧＰＳ信号、加速度センサ４２で検出した加速度、角速度センサ４３で検出した角速度および地磁気センサ４４で検出した地磁気などから基体１１の飛行姿勢、飛行方向および飛行速度を検出する。また、状態検出部３３は、ＧＰＳセンサ４１で検出したＧＰＳ信号と各種のセンサによる検出値から基体１１の飛行位置を検出する。さらに、状態検出部３３は、高度センサ４５で検出した高度から基体１１の飛行高度を検出する。このように、状態検出部３３は、基体１１の飛行姿勢、飛行速度、飛行位置および飛行高度など、基体１１の飛行に必要な情報を飛行状態として検出する。

状態検出部３３は、上記に加え、カメラ４６およびＬＩＤＡＲ（Light Detection And Ranging）４７などに接続してもよい。カメラ４６およびＬＩＤＡＲ４７は、基体１１の周囲における障害物を画像または距離の測定によって検出する。状態検出部３３は、カメラ４６およびＬＩＤＡＲ４７を用いて、飛行する基体１１の周囲に存在する構造物や天然物など、飛行の障害となるおそれのある物体を検出する。

飛行制御部３４は、基体１１の飛行状態を自動制御モードまたは手動制御モードによって制御する。自動制御モードは、操作者の操作によらず基体１１を自立的に飛行させる飛行モードである。自動制御モードのとき、飛行制御部３４は、記憶部３２に記憶されている飛行計画に沿って、基体１１の飛行を自動的に制御する。すなわち、飛行制御部３４は、この自動制御モードのとき、状態検出部３３で検出した基体１１の飛行状態などに基づいて、スラスタ１２の推進力を制御する。これにより、飛行制御部３４は、操作者の操作によらず、基体１１を飛行計画に沿って自動的に飛行させる。一方、手動制御モードは、操作者の操作にしたがって基体１１を飛行させる飛行モードである。手動制御モードのとき、操作者は、基体１１と遠隔に設けられた図示しない入力装置を用いて基体１１の飛行状態を制御する。飛行制御部３４は、図示しない入力装置から入力された操作に基づいてスラスタ１２の推進力を制御する。これにより、飛行制御部３４は、操作者の意思にあわせて基体１１の飛行を制御する。

ピッチ制御部３５は、プロペラ１８の回転開始時およびプロペラ１８の回転停止時に、プロペラ１８のピッチを予め設定された設定ピッチＰｓに制御する。すなわち、ピッチ制御部３５は、プロペラ１８の回転開始および回転停止という特定の時期において、プロペラ１８のピッチを、ピッチ変更機構部１３を通して設定ピッチＰｓに制御する。ピッチ制御部３５は、例えばスラスタ１２のプロペラ１８が回転から停止へ移行する回転停止時において、プロペラ１８のピッチを設定ピッチＰｓに制御する。具体的には、ピッチ制御部３５は、プロペラ１８の回転停止時において、設定ピッチＰｓを最大ピッチＰ１に設定する。そして、ピッチ制御部３５は、プロペラ１８のピッチを、ピッチ変更機構部１３を通してこの設定ピッチである最大ピッチＰ１に変更する。最大ピッチＰ１とは、プロペラ１８のピッチとして許容される最大値である。プロペラ１８のピッチは、プロペラ１８自身の強度や回転数などに応じて許容される最大値が決定される。ピッチ制御部３５は、プロペラ１８の回転停止時において、この許容される最大値である最大ピッチＰ１に変更する。このとき、最大ピッチＰ１は、飛行装置１０の飛行の制御で許容される最大のピッチよりも大きく設定することが好ましい。飛行の制御では、飛行装置１０の姿勢の過大な変化や飛行の安定性を確保するために、プロペラ１８のピッチは特定の上限が設定されている。プロペラ１８を停止する着陸後は、飛行の安全性を考慮する必要が低いことから、最大ピッチＰ１としてこの飛行の制御で許容される最大のピッチよりも大きく設定してもよい。このように着陸後におけるプロペラ１８のピッチを通常の飛行の制御で許容されるピッチよりも大きな最大ピッチＰ１とすることにより、プロペラ１８に加わる空気抵抗が増大する。その結果、飛行装置１０の着陸によるモータ１６への通電の停止からプロペラ１８の回転停止までに要する時間の短縮が図られる。なお、最大ピッチＰ２は固定の値ではなく、例えばプロペラ１８の回転数などに応じて変化する構成としてもよい。すなわち、プロペラ１８のピッチは、プロペラ１８に加わる空気抵抗が最大となるように、回転数や許容される強度などに応じて適宜変化する構成としてもよい。

また、最大ピッチＰ１は、プロペラ１８の回転によってスラスタ１２から降下方向の力が発生する向きに設定することが好ましい。つまり、ピッチ制御部３５は、スラスタ１２が降下方向の力を発生する向きに、プロペラ１８の最大ピッチＰ１を設定する。これにより、回転停止時においてプロペラ１８を最大ピッチＰ１に変更しても、スラスタ１２は基体１１を上昇させる方向の力を発生せず、プロペラ１８の回転が停止する際の基体１１の不安定化は低減される。但し、プロペラ１８の回転数や着陸時におけるスラスタ１２の出力によっては、上昇方向へ力を発生する向きに最大ピッチＰ１を設定してもスラスタ１２は基体１１が浮遊するほどの力が発生しないこともある。また、プロペラ１８を最大ピッチＰ１にすることにより、プロペラ１８はモータ１６への通電の停止から迅速に減速して停止する。そのため、プロペラ１８が回転しても、基体１１の姿勢の変化を生じるほどの力が生じる期間はほとんどない。このような場合、最大ピッチＰ１は、プロペラ１８の回転によってスラスタ１２から上昇方向の力が発生する向きに設定してもよい。

一方、ピッチ制御部３５は、例えばスラスタ１２のプロペラ１８が停止から回転へ移行する回転開始時において、プロペラ１８のピッチを設定ピッチＰｓに制御する。具体的には、ピッチ制御部３５は、プロペラ１８の回転開始時において、設定ピッチＰｓを始動ピッチＰ２に設定する。そして、ピッチ制御部３５は、プロペラ１８のピッチを、ピッチ変更機構部１３を通してこの始動ピッチＰ２に変更する。始動ピッチＰ２とは、回転停止時に設定する最大ピッチＰ１よりも小さなピッチである。プロペラ１８のピッチは、小さくなるほど回転時の抵抗が減少する。そのため、始動ピッチＰ２を最大ピッチＰ１よりも小さく設定することにより、プロペラ１８の回転開始時において、プロペラ１８に加わる抵抗は減少する。これにより、プロペラ１８を有するスラスタ１２の始動性が向上する。この場合、始動ピッチＰ２は、「０」に近い値にすることが好ましい。

スラスタ１２のプロペラ１８は、図５に示すように折り畳み可能に構成されている。これは、飛行装置１０の運搬時において、飛行装置１０の体格を小型化するとともに、プロペラ１８の破損を防止するためである。折り畳まれたプロペラ１８は、モータ１６が回転すると、プロペラ１８に加わる遠心力によって図６に示すように開き、推力を発生する形状に保持される。時間的に余裕がある場合、飛行装置１０の操作者は図５に示すように折り畳まれたプロペラ１８を、図６に示すような推力を発生する形状に展開する。一方、時間的に余裕がない場合、プロペラ１８が折り畳まれたままモータ１６が始動される。このように、プロペラ１８が折り畳まれたままモータ１６を始動する場合、プロペラ１８のピッチが大きいと、プロペラ１８の先端と基体１１との予期せぬ干渉を招くおそれがある。仮にプロペラ１８と基体１１とが干渉すると、プロペラ１８の破損につながる。また、プロペラ１８が展開された状態であっても、プロペラ１８のピッチが大きいと、プロペラ１８の回転開始時において、プロペラ１８の回転に負けてプロペラ１８と基体１１とが干渉するおそれがある。本実施形態のように回転開始時において始動ピッチＰ２を設定することにより、プロペラ１８と基体１１との干渉が回避される。

また、プロペラ１８の回転停止時において、モータ１６への通電をオフしても、プロペラ１８は惰性で回転を継続する。このとき、プロペラ１８は、長いときは数十秒の間、回転を継続することがある。プロペラ１８が回転しているとき、飛行装置１０への接近は危険であることから、飛行装置１０に搭載した物品の取り扱いはできない。そのため、例えば１秒を争うような物品の場合、飛行装置１０が着陸した後も、プロペラ１８が停止するまで搭載された物品を取り扱うことができない。本実施形態の場合、プロペラ１８の回転停止時において、ピッチ変更機構部１３は、プロペラ１８のピッチを大きくする。このようにプロペラ１８のピッチを大きくすることにより、プロペラ１８に加わる空気抵抗が増大し、モータ１６への通電の停止からプロペラ１８の停止までの期間が短縮される。この場合、プロペラ１８のピッチは、飛行装置１０の飛行時における制御に用いるピッチよりも大きな最大ピッチＰ１に設定される。これにより、安全性を確保しつつ、プロペラ１８の停止までの短縮が図られる。

以下、上記の構成による飛行装置１０の制御の流れについて説明する。
（回転開始時）
図７に基づいて回転開始時の制御を説明する。
飛行装置１０の飛行開始が指示されると（Ｓ１０１）、ピッチ制御部３５はスラスタ１２におけるプロペラ１８の設定ピッチＰｓを始動ピッチＰ２に設定する（Ｓ１０２）。これにより、ピッチ制御部３５は、ピッチ変更機構部１３のサーボモータ２１へ始動ピッチＰ２に相当する指令を出力する。その結果、サーボモータ２１は、プロペラ１８のピッチを始動ピッチＰ２に変更する。プロペラ１８が始動ピッチＰ２に変更されると、飛行制御部３４はモータ１６の回転開始を指示する（Ｓ１０３）。すなわち、飛行制御部３４は、モータ１６へ通電し、予め設定された回転数でモータ１６を駆動する。このとき、飛行制御部３４は、モータ１６の回転数Ｒを検出し（Ｓ１０４）、モータ１６の回転数Ｒが設定回転数Ｒ１を超えたか否かを判断する（Ｓ１０５）。設定回転数Ｒ１は、基体１１の性能に応じて任意に設定される。

飛行制御部３４は、モータ１６の回転数Ｒが設定回転数Ｒ１を超えたと判断すると（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、基体１１の飛行の制御を開始する（Ｓ１０６）。すなわち、飛行制御部３４は、自動制御モードであるとき、基体１１を離陸させ、飛行計画に沿った飛行を開始する。また、飛行制御部３４は、手動制御モードであるとき、操作者からの指示に基づいた飛行を開始する。一方、飛行制御部３４は、モータ１６の回転数Ｒが設定回転数Ｒ１を超えていないと判断すると（Ｓ１０５：Ｎｏ）、回転数Ｒが設定回転数Ｒ１に達するまで待機する。
以上の手順によって、ピッチ制御部３５は、回転開始時において、プロペラ１８のピッチを始動ピッチＰ２に設定する。

（回転停止時）
図８に基づいて回転停止時の制御を説明する。
飛行制御部３４は、基体１１が着陸したか否かを監視する（Ｓ２０１）。飛行制御部３４は、基体１１が着陸していないとき（Ｓ２０１：Ｎｏ）、着陸まで待機する。飛行制御部３４は、基体１１が着陸したと判断すると（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、モータ１６への電力の供給を停止する（Ｓ２０２）。これとともに、ピッチ制御部３５は、スラスタ１２におけるプロペラ１８の設定ピッチＰｓを最大ピッチＰ１に設定する（Ｓ２０３）。これにより、ピッチ制御部３５は、ピッチ変更機構部１３のサーボモータ２１へ最大ピッチＰ１に相当する指令を出力する。その結果、サーボモータ２１は、プロペラ１８のピッチを最大ピッチＰ１に変更する。プロペラ１８が最大ピッチＰ１に変更されると、飛行制御部３４は、モータ１６の回転数Ｒを検出し（Ｓ２０４）、モータ１６の回転数Ｒが設定回転数Ｒ２を下回ったか否かを判断する（Ｓ２０５）。設定回転数Ｒ２は、基体１１の性能に応じて任意に設定され、設定回転数Ｒ１と同一の値であってもよく、異なる値であってもよい。

飛行制御部３４は、モータ１６の回転数Ｒが設定回転数Ｒ２を下回ったと判断する（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）、着陸処理を終了する（Ｓ２０６）。なお、ピッチ制御部３５は、Ｓ２０６の着陸処理を終了するとき、プロペラ１８のピッチを「０」に設定してもよい。プロペラ１８のピッチを「０」にすることにより、再始動時におけるプロペラ１８の迅速な回転の立ち上がり、ならびにプロペラ１８と基体１１との干渉の低減が図られる。一方、飛行制御部３４は、モータ１６の回転数が設定回転数Ｒ２を下回っていないと判断すると（Ｓ２０５：Ｎｏ）、回転数Ｒが設定回転数Ｒ２を下回るまで待機する。
以上の手順によって、ピッチ制御部３５は、回転停止時において、プロペラ１８のピッチを最大ピッチＰ１に設定する。

以上説明した第１実施形態では、飛行装置１０はピッチ制御部３５を備えている。ピッチ制御部３５は、ピッチ変更機構部１３を通してプロペラ１８のピッチを制御する。これにより、プロペラ１８のピッチは、回転開始または回転停止に最適化される。したがって、プロペラ１８の回転開始および回転停止に要する時間を短縮することができる。プロペラ１８の回転開始および回転停止に要する時間が短縮されることにより、着陸時における早期の基体１１への接近が可能になるとともに、離陸時における待避までの期間が延長される。したがって、飛行時間の短縮を図りつつ、安全性の向上を図ることができる。

また、第１実施形態では、プロペラ１８の回転停止時においてプロペラ１８のピッチは最大ピッチＰ１に設定される。そのため、プロペラ１８の回転停止時において、プロペラ１８に加わる空気抵抗は大きくなる。これにより、モータ１６への通電を停止した後、プロペラ１８が有する運動エネルギーは空気抵抗によって消費される。その結果、プロペラ１８は、モータ１６への通電の停止の後、回転の停止までの期間が短縮される。したがって、基体１１の着陸後、プロペラ１８の迅速な停止が図られ、基体１１へ接近できるまでの期間を短縮することができる。

そして、プロペラ１８の最大ピッチＰ１は、プロペラ１８の回転によって降下方向の力が発生する向きに設定されている。これにより、プロペラ１８を最大ピッチＰ１に設定したとき、スラスタ１２から発生する力は基体１１を降下する向きとなる。したがって、基体１１の浮遊や不安定化が回避され、安全性を高めることができる。

第１実施形態では、プロペラ１８の回転開始時においてプロペラ１８のピッチは、最大ピッチＰ１よりも小さな始動ピッチＰ２に設定される。そのため、プロペラ１８の回転開始時において、プロペラ１８に加わる空気抵抗は小さくなる。これにより、プロペラ１８は、モータ１６への通電の開始から、飛行可能な回転数に達するまでの期間が短縮される。また、プロペラ１８のピッチを始動ピッチＰ２に設定することにより、プロペラ１８と基体１１との予期しない干渉が回避される。したがって、基体１１の離陸の準備後、速やかにプロペラ１８の回転数が上昇し、基体１１の離陸までの期間を短縮することができるとともに、安全性を高めることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による飛行装置を図９に示す。
第２実施形態による飛行装置１０のスラスタ１２は、図９に示すように制動部５１を有している。制動部５１は、各スラスタ１２に設けられている。制動部５１は、図９に示すように軸部材１７の径方向外側に設けられている。図９に示す第２実施形態の場合、制動部５１は、軸部材１７を挟んで両側に設けられている。制動部５１は、軸部材１７と接することにより、プロペラ１８に接続する軸部材１７の回転を止める。すなわち、制動部５１は、軸部材１７と接することにより、慣性で回転するプロペラ１８の運動エネルギーを熱エネルギーとして消費し、プロペラ１８の回転を停止させる。

制動部５１は、例えばプロペラ１８を駆動するモータ１６への通電が停止されたとき、飛行制御部３４からの指示によって作動する。これにより、モータ１６への通電が停止されると、プロペラ１８に接続する軸部材１７は制動部５１によって制動される。第１実施形態のようにプロペラ１８のピッチを最大ピッチＰ１としても、プロペラ１８の回転の停止に時間を要する場合がある。第２実施形態のように制動部５１を有することによって、プロペラ１８の停止までに要する期間のさらなる短縮が図られる。

この場合、ピッチ制御部３５は、制動部５１の作動と連動してプロペラ１８のピッチを変更する構成としてもよい。回転するプロペラ１８を制動部５１によって急激に停止させると、プロペラ１８は基体１１と干渉して破損するおそれがある。そこで、ピッチ制御部３５は、制動部５１による軸部材１７の制動力に応じてプロペラ１８のピッチを変更する。具体的には、制動部５１による制動力が大きく回転数の急激な低下が見込まれるとき、ピッチ制御部３５は、プロペラ１８のピッチを「０」に近く設定し、プロペラ１８に加わる空気力学的な力を低減する。これにより、プロペラ１８に加わる空気力学的な力と制動部５１から加わる機械的な制動力との均衡が図られる。

第２実施形態では、スラスタ１２は制動部５１を有している。これにより、プロペラ１８は、モータ１６への通電の停止とともに機械的に停止される。したがって、プロペラ１８の停止に必要な期間のさらなる短縮を図ることができる。また、第２実施形態では、制動部５１によるプロペラ１８の制動とピッチ制御部３５によるプロペラ１８のピッチの変更とが連動して制御される。したがって、急激な力の変化によるプロペラ１８の破損を低減しつつ、プロペラ１８の停止までの期間のさらなる短縮を図ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態による飛行装置を図１０に示す。
第３実施形態による飛行装置１０は、図１０に示すようにピッチ検出部６０を備えている。ピッチ検出部６０は、スラスタ１２に設けられ、プロペラ１８のピッチを検出する。ピッチ検出部６０は、例えば光学的にプロペラ１８の外部からプロペラ１８のピッチを検出する。すなわち、ピッチ検出部６０は、光を照射する照射部６１と、プロペラ１８で反射した光を取得する取得部６２とを有している。ピッチ検出部６０は、このプロペラ１８で反射した光からプロペラ１８のピッチを検出する。

ピッチ制御部３５は、ピッチ検出部６０で検出したプロペラ１８のピッチに基づいて、プロペラ１８のピッチをフィードバック制御する。すなわち、ピッチ制御部３５は、ピッチ検出部６０で検出したプロペラ１８のピッチを用いて、プロペラ１８のピッチを変更するサーボモータ２１の回転角度を制御する。これにより、プロペラ１８のピッチは、より精密に制御される。

プロペラ１８のピッチは、スラスタ１２が発生する力だけでなく、例えば遠心力のようにプロペラ１８に加わる力にも影響を与える。そのため、例えば第２実施形態のように制動部５１による制動とプロペラ１８のピッチの変更とを連動させる場合、プロペラ１８のピッチを変更する精度が低いと、プロペラ１８と基体１１との干渉を招き、破損の原因となるおそれがある。第３実施形態では、プロペラ１８のピッチを変更するサーボモータ２１を、ピッチ検出部６０で検出した実際のピッチに基づいて制御する。これにより、プロペラ１８のピッチはより精密に制御される。したがって、スラスタ１２から発生する推進力を高精度に制御することができるとともに、プロペラの破損を低減することができ、安全性を高めることができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
第２実施形態では、制動部５１は、軸部材１７との接触によってプロペラ１８の回転を停止する構成について説明した。しかし、制動部５１は、例えばモータ１６にプロペラ１８の回転とは逆方向へ回転するように電力を供給することにより、モータ１６およびプロペラ１８の制動を図る構成としてもよい。また、制動部５１は、機械的な摩擦力によってプロペラ１８を制動するのに代えて、モータ１６を発電機として例えばバッテリ１９に電力を回生することにより制動する構成としてもよい。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１０は飛行装置、１１は基体、１２はスラスタ、１３はピッチ変更機構部、１６はモータ、１７は軸部材、１８はプロペラ、３３は状態検出部、３４は飛行制御部、３５はピッチ制御部、５１は制動部、６０はピッチ検出部を示す。

Claims (9)

1. 基体（１１）と、
   前記基体（１１）に設けられ、回転するプロペラ（１８）を有し、前記プロペラ（１８）が回転することによって推進力を発生する複数のスラスタ（１２）と、
   前記基体（１１）の飛行状態を検出する状態検出部（３３）と、
   前記状態検出部（３３）で検出した前記基体（１１）の飛行状態に基づいて、前記スラスタ（１２）を制御する飛行制御部（３４）と、
   前記プロペラ（１８）のピッチを変更するピッチ変更機構部（１３）と、
   前記プロペラ（１８）の回転開始時および前記プロペラ（１８）の回転停止時に、前記ピッチ変更機構部（１３）を通して前記プロペラ（１８）のピッチを予め設定された設定ピッチに変更するピッチ制御部（３５）と、
   を備える飛行装置。
2. 前記ピッチ制御部（３５）は、前記プロペラ（１８）の回転停止時に、前記プロペラ（１８）のピッチを許容される最大に制御する請求項１記載の飛行装置。
3. 前記ピッチ制御部（３５）は、前記プロペラ（１８）のピッチを、前記プロペラ（１８）の回転によって降下方向の力が発生する向きに設定する請求項２記載の飛行装置。
4. 前記ピッチ制御部（３５）は、前記プロペラ（１８）の回転開始時に、前記プロペラ（１８）のピッチを、前記プロペラ（１８）の回転停止時よりも小さく設定する請求項１から３のいずれか一項記載の飛行装置。
5. 前記スラスタ（１２）は、前記プロペラ（１８）の回転を止める制動部（５１）を有する請求項１から４のいずれか一項記載の飛行装置。
6. 前記スラスタ（１２）は、前記プロペラ（１８）へ回転駆動力を伝達する軸部材（１７）を有し、
   前記制動部（５１）は、前記軸部材（１７）と接することにより前記プロペラ（１８）の回転を止める請求項５記載の飛行装置。
7. 前記スラスタ（１２）は、回転駆動力を発生するモータ（１６）を有し、
   前記制動部（５１）は、前記プロペラ（１８）の回転方向と逆方向へ前記モータ（１６）を駆動することにより前記プロペラ（１８）の回転を止める請求項５記載の飛行装置。
8. 前記ピッチ制御部（３５）は、前記制動部（５１）による前記プロペラ（１８）の制動と連動して前記プロペラ（１８）のピッチを制御する請求項５から７のいずれか一項記載の飛行装置。
9. 前記プロペラ（１８）のピッチを検出するピッチ検出部（６０）をさらに備え、
   前記ピッチ制御部（３５）は、前記ピッチ検出部（６０）で検出した前記プロペラ（１８）のピッチに基づいて、前記プロペラ（１８）のピッチをフィードバック制御する請求項１から８のいずれか一項記載の飛行装置。

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