JP6446415B2

JP6446415B2 - 飛行装置

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Publication number: JP6446415B2
Application number: JP2016162795A
Authority: JP
Inventors: 武典松江; 川崎　宏治; 宏治川崎; 正己黒坂; 道弘松浦; 覚吉川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2036-08-23
Also published as: JP2017061298A

Description

本発明は、飛行装置に関する。

従来、いわゆるドローンと称される飛行装置は、地面や機器の搭載面から離陸し、特定の姿勢を維持しながら飛行する。この飛行装置は、車輪を備えることにより、地上や設備の床面に沿って移動を確保することも提案されている（特許文献１）。

ところで、飛行装置は、空中を飛行可能であることから、床面に限らず、垂直に近い壁面や天井面などに沿うことも可能である。例えば、トンネルの内壁に沿って飛行装置を移動可能であれば、トンネルの内壁は飛行装置を用いて検査することができる。しかしながら、特許文献１の場合、床面に沿った移動が可能とするだけであり、壁面や天井面、あるいは段差を含む面などの複雑な対象面の移動が困難であるという問題がある。

特表２０１３−５３１５７３号公報

そこで、本発明の目的は、壁面や天井面、あるいは段差を含む面などの複雑な対象面についても姿勢を維持したまま移動する飛行装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、接触力検出部は、飛行ユニットに設けられた接触部が対象面との接触によって加わる力を検出する。姿勢制御部は、接触部にそれぞれ設けられている接触力検出部で検出した力に基づいて、検出した力が等しくなるように飛行ユニットの姿勢を制御する。これにより、飛行ユニットは、複数の接触部に加わる力が等しくなるように姿勢が制御される。そのため、飛行ユニットは、対象面に対して、接触部ごとに加わる力に偏りのない姿勢となる。その結果、飛行ユニットは、対象面に沿った姿勢を維持する。したがって、飛行ユニットは、壁面や天井面などの複雑な対象面に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。

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の構成を示す模式図第１実施形態による飛行装置が対象面に沿っている状態を示す模式図第１実施形態による飛行装置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が対象面に沿って移動する状態を示す模式図第１実施形態による飛行装置が対象面に沿って移動する状態を示す模式図第２実施形態による飛行装置の構成を示す模式図第２実施形態による飛行装置が対象面に沿っている状態を示す模式図第２実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図第２実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図第３実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図第４実施形態による飛行装置が対象面に沿っている状態を示す模式図第５実施形態による飛行装置の構成を示す模式図第６実施形態による飛行装置の構成を示す模式図

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に示すように第１実施形態による飛行装置１０は、飛行ユニット１１を備えている。飛行ユニット１１は、機体本体１２、スラスタ１３および基体部１４を備えている。機体本体１２は、飛行ユニット１１の骨格を構成している。スラスタ１３は、この機体本体１２に設けられている。第１実施形態の場合、飛行ユニット１１は、４つのスラスタ１３を有している。スラスタ１３は、それぞれモータ１５およびプロペラ１６を有している。スラスタ１３は、プロペラ１６をモータ１５で回転駆動することにより、推進力を発生する。飛行装置１０は、図３に示すように対象面１７に沿って移動する。すなわち、飛行装置１０は、設備の床面、壁面および天井面などの各種の面を対象面１７として、この対象面１７に沿って移動する。

基体部１４は、制御ユニット１８および検査部１９を有している。制御ユニット１８は、４つのスラスタ１３をはじめとする飛行装置１０の全体を制御する。検査部１９は、例えばカメラなどを有しており、飛行装置１０が検査の対象とする対象面１７の可視的な検査などを実施する。なお、検査部１９は、カメラなどのように可視的な検査に限らず、例えば赤外線のように不可視的な検査や、超音波のような音響的な検査など、任意な手段によって検査を行なう構成とすることができる。また、飛行装置１０は、検査部１９に限らず、例えば物品を運搬するための容器など、任意の装備を設けることができる。

制御ユニット１８は、図１に示すように姿勢計測部２１および演算部２２などを有している。姿勢計測部２１は、変化検出部に相当し、例えば３軸の加速度センサ２３、３軸の角速度センサ２４、３軸の地磁気センサ２５、および高度センサ２６などを有しており、飛行ユニット１１を含む飛行装置１０の飛行姿勢や飛行位置を検出する。演算部２２は、例えば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。

飛行装置１０は、図２および図３に示すようにアクチュエータ３１を備えている。アクチュエータ３１は、いずれも機体本体１２に設けられており、スラスタ１３で発生する推進力の向きを変更する。すなわち、推進力を発生するスラスタ１３は、アクチュエータ３１でその取り付け角度が変更される。制御ユニット１８は、アクチュエータ３１の取り付け角度を変更することにより、スラスタ１３が発生する推進力の向きを制御し、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。制御ユニット１８は、複数のスラスタ１３およびアクチュエータ３１を個別または総括して制御する。なお、図２に示す例の場合、飛行装置１０は、２つのスラスタ１３を駆動する２つのアクチュエータ３１を備えている。しかし、アクチュエータ３１は、１つのスラスタ１３を個別に駆動する構成としてもよい。この場合、飛行装置１０は、４つのアクチュエータ３１を備えることになる。

飛行装置１０は、接触部としてのタイヤ３３を備えている。タイヤ３３は、機体本体１２に設けられている。第１実施形態の場合、飛行装置１０は、４つのタイヤ３３を備えている。これら４つのタイヤ３３は、対象面１７と接することにより、飛行ユニット１１を含む飛行装置１０の移動を案内する。

制御ユニット１８は、図１に示すように姿勢制御部としての姿勢制御部４１を有している。姿勢制御部４１は、例えば演算部２２でコンピュータプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現されている。なお、姿勢制御部４１は、ソフトウェア的に限らず、ハードウェア的またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現する構成としてもよい。姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１で検出した飛行ユニット１１の飛行姿勢の変化を取得する。そして、姿勢制御部４１は、この取得した飛行姿勢の変化が予め設定した変化許容値Ｌを超えたか否かを判断する。姿勢制御部４１は、この変化許容値Ｌを超えているとき、飛行姿勢の変化が変化許容値Ｌより小さくなるように飛行ユニット１１の目標姿勢を制御する。具体的には、姿勢制御部４１は、飛行姿勢の変化が変化許容値Ｌより小さくなるように、飛行ユニット１１が目標とする飛行姿勢を目標姿勢として設定する。姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１で検出した最新の飛行姿勢と、既に取得した直前の飛行姿勢とから飛行姿勢の変化量を飛行姿勢変化量として算出する。そして、この飛行姿勢変化量が変化許容値Ｌを超えているとき、飛行姿勢変化量が変化許容値Ｌよりも小さくなるように飛行ユニット１１の目標姿勢を設定する。姿勢制御部４１は、設定された目標姿勢に基づいて、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を駆動する。これにより、飛行ユニット１１の飛行姿勢は変化する。このように、姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１で検出した飛行ユニット１１の飛行姿勢に基づいて、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御し、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。

次に、上記の構成による飛行装置１０における飛行姿勢の制御の流れを図４に基づいて説明する。
制御ユニット１８は、飛行装置１０の飛行が開始されると、ガイドモードであるか否かを判断する（Ｓ１０１）。すなわち、制御ユニット１８は、床面、壁面および天井面などの対象面１７に沿って飛行するガイドモードであるか、または通常の飛行を行なう通常モードであるかを判断する。姿勢制御部４１は、Ｓ１０１において制御ユニット１８でガイドモードであると判断されると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、姿勢計測部２１から飛行姿勢に関するデータを取得する（Ｓ１０２）。姿勢計測部２１は、加速度センサ２３で飛行ユニット１１に加わる加速度、角速度センサ２４で飛行ユニット１１に加わる角速度、および地磁気センサ２５で飛行ユニット１１における地磁気を検出する。また、姿勢計測部２１は、高度センサ２６で飛行ユニット１１の高度を検出する。姿勢制御部４１は、これら加速度センサ２３、角速度センサ２４、地磁気センサ２５、および高度センサ２６で検出されたデータを取得する。

姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１から取得した加速度、角速度、地磁気および高度に関するデータから飛行ユニット１１の最新の飛行姿勢Ｓｎを算出する（Ｓ１０３）。飛行姿勢Ｓｎは、加速度、角速度、地磁気および高度などの関数として予め設定された条件に基づいて算出される。姿勢制御部４１は、Ｓ１０３において最新の飛行姿勢Ｓｎを算出すると、この最新の飛行姿勢Ｓｎの前回に算出した前回の飛行姿勢Ｓｂが記憶されているか否かを判断する（Ｓ１０４）。姿勢制御部４１は、飛行装置１０の飛行開始から飛行装置１０の飛行姿勢を算出する。そのため、飛行装置１０が飛行を開始した直後に、飛行姿勢の初回の算出を行なう場合を除き、制御ユニット１８の演算部２２を構成する図示しないＲＡＭには前回の飛行姿勢Ｓｂが記憶されている。姿勢制御部４１は、Ｓ１０４において、この前回の飛行姿勢Ｓｂが算出され、すでに記憶されているかを判断する。姿勢制御部４１は、Ｓ１０４において前回の飛行姿勢Ｓｂが記憶されていないと判断すると（Ｓ１０４：Ｎｏ）、算出した最新の飛行姿勢Ｓｎを制御ユニット１８の図示しないＲＡＭに記憶してＳ１０２へリターンする。

姿勢制御部４１は、前回の飛行姿勢Ｓｂが記憶されていると判断すると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、前回の飛行姿勢Ｓｂを取得する（Ｓ１０５）。すなわち、姿勢制御部４１は、制御ユニット１８の図示しないＲＡＭから前回の飛行姿勢Ｓｂを取得する。姿勢制御部４１は、Ｓ１０３で算出した最新の飛行姿勢Ｓｎと、Ｓ１０５で取得した前回の飛行姿勢Ｓｂとから、飛行姿勢変化量ΔＳを算出する（Ｓ１０６）。具体的には、姿勢制御部４１は、ΔＳ＝｜Ｓｎ−Ｓｂ｜として、飛行姿勢変化量ΔＳを算出する。

姿勢制御部４１は、Ｓ１０６で算出した飛行姿勢変化量ΔＳが、変化許容値Ｌを超えたか否かを判断する（Ｓ１０７）。すなわち、姿勢制御部４１は、飛行姿勢変化量ΔＳと変化許容値Ｌとの間に、ΔＳ＞Ｌの関係が成立しているか否かを判断する。姿勢制御部４１は、飛行姿勢変化量ΔＳが変化許容値Ｌを超えているとき（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、飛行ユニット１１の目標姿勢を変更する（Ｓ１０８）。すなわち、姿勢制御部４１は、飛行姿勢変化量ΔＳが変化許容値Ｌを超えているとき、この飛行姿勢変化量ΔＳが変化許容値Ｌよりも小さくなるように飛行ユニット１１の目標姿勢を変更する。具体的には、姿勢制御部４１は、算出した飛行姿勢変化量ΔＳ、および最新の飛行姿勢Ｓｎに基づいて目標姿勢を設定し、設定した目標姿勢に向けて複数のスラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御する。すなわち、姿勢制御部４１は、目標姿勢に基づいてスラスタ１３の回転数、およびアクチュエータ３１の取り付け角度などを制御する。このスラスタ１３およびアクチュエータ３１の制御量は、飛行姿勢変化量ΔＳおよび最新の飛行姿勢Ｓｎに相関する。したがって、姿勢制御部４１は、あらかじめ設定されている変化許容値Ｌ、Ｓ１０３で算出した最新の飛行姿勢Ｓｎ、およびＳ１０６で算出した飛行姿勢変化量ΔＳを用いて、スラスタ１３およびアクチュエータ３１の目標姿勢として制御量を設定し、この目標姿勢に基づく制御量に応じて飛行姿勢を変更する。また、姿勢制御部４１は、Ｓ１０３で算出した最新の飛行姿勢Ｓｎを制御ユニット１８のＲＡＭに記憶する（Ｓ１０９）。

姿勢制御部４１は、Ｓ１０８で変更した目標姿勢に基づいて、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する（Ｓ１１０）。姿勢制御部４１は、Ｓ１０７において、飛行姿勢変化量ΔＳが変化許容値Ｌを超えていないと判断したとき（Ｓ１０７：Ｎｏ）、Ｓ１１０へ移行し、飛行ユニット１１の飛行姿勢の制御を継続する。また、制御ユニット１８は、ガイドモードでない、つまり通常モードであると判断すると（Ｓ１０１：Ｎｏ）、Ｓ１１０へ移行し、飛行ユニット１１の飛行姿勢の制御を継続する。

以上のような処理によって、飛行装置１０は、飛行を継続している間、飛行姿勢が制御される。
このような処理を行なう第１実施形態の飛行装置１０は、図５の（Ａ）から（Ｆ）に示すように対象面１７として、床面だけでなく、壁面および天井面に沿って飛行する。すなわち、飛行装置１０は、図５の（Ａ）から（Ｃ）に示すように対象面１７としてほぼ垂直な壁面に沿って上方へ移動する。そして、飛行装置１０は、図５の（Ｄ）から（Ｆ）に示すように、壁面から天井面に姿勢を変化させながら対象面１７に沿って移動する。このとき、スラスタ１３は、飛行ユニット１１を対象面１７に向けて推進力を発生する。この場合、飛行ユニット１１のタイヤ３３は、対象面１７に接触している。なお、タイヤ３３は、対象面１７に接していなくてもよい。

また、図６の（Ａ）から（Ｉ）に示すように壁面などの対象面１７に段差５０がある場合、飛行装置１０は、この段差５０を乗り越えるように飛行姿勢を適宜変更する。すなわち、飛行装置１０は、図６の（Ａ）から（Ｃ）に示すように対象面１７に沿って段差５０まで移動すると、（Ｄ）から（Ｆ）に示すようにその姿勢を変化させる。そして、飛行装置１０は、段差５０を乗り越えた後、図６の（Ｇ）から（Ｉ）に示すように姿勢を変化させたまま対象面１７に沿って移動する。このように、飛行装置１０は、対象面１７の段差５０を乗り越えることができる。

以上、説明した第１実施形態では、姿勢計測部２１は、飛行ユニット１１の姿勢の変化を検出する。姿勢制御部４１は、この姿勢計測部２１で検出した飛行ユニット１１の姿勢の変化から、この姿勢の変化が予め設定した変化許容値Ｌを超えたか否かを判断する。そして、姿勢制御部４１は、姿勢の変化が変化許容値Ｌよりも小さくなるまで飛行ユニット１１の姿勢を変更する。これにより、飛行ユニット１１の姿勢は、飛行する対象面１７に沿って飛行姿勢の変化が変化許容値Ｌよりも小さくなるように維持される。そのため、飛行ユニット１１は、必要以上に大きな姿勢の変化が生じない。したがって、飛行ユニット１１は、壁面や天井面、あるいは段差５０などを含む複雑な対象面１７に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。

（第２実施形態）
図７および図８に示すように第２実施形態による飛行装置１０は、第１実施形態の飛行装置１０の構成に加え、接触力検出部としての接触力センサ７１を備えている。また、制御ユニット１８は、距離検出部としての距離センサ７２を有している。距離センサ７２は、飛行ユニット１１の機体本体１２に設けられている。距離センサ７２は、飛行ユニット１１と対象面１７との間の距離を検出し、制御ユニット１８の演算部２２へ出力する。距離センサ７２は、例えばレーザ光などの光照射や超音波などを用いて、対象面１７までの距離を非接触で検出する。

接触力センサ７１は、接触部としてのタイヤ３３またはその近傍に設けられている。接触力センサ７１は、タイヤ３３と対象面１７との間の接触力を検出する。接触力センサ７１は、タイヤ３３のそれぞれに対応して設けられている。第２実施形態のように４つのタイヤ３３を有する飛行装置１０の場合、４つの接触力センサ７１が設けられている。これにより、接触力センサ７１は、タイヤ３３のそれぞれに加わる接触力を個別に検出する。接触力センサ７１は、検出した接触力を電気信号として制御ユニット１８へ出力する。

制御ユニット１８は、図９に示すように接触力センサ７１および距離センサ７２に接続している。姿勢制御部４１は、接触力センサ７１からそれぞれ接触力のデータを取得する。そして、姿勢制御部４１は、この取得した接触力のデータ、および距離センサ７２から取得した対象面１７までの距離のデータから対象面１７に接地するように飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。姿勢制御部４１は、対象面１７に接地した後、すべての接触力センサ７１で検出した接触力が等しくなるように飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。飛行ユニット１１の飛行姿勢が対象面１７に沿っているとき、４つのタイヤ３３に加わる力は均等になる。そのため、飛行ユニット１１の飛行姿勢が対象面１７に沿って安定しているとき、４つの接触力センサ７１で検出した接触力は等しくなる。一方、飛行ユニット１１の飛行姿勢が対象面１７に沿って不安定なとき、４つの接触力センサ７１で検出した接触力は不均一となる。そこで、姿勢制御部４１は、飛行ユニット１１の飛行姿勢が対象面１７に沿って安定するように、４つの接触力センサ７１で検出する接触力を均等化させる。つまり、姿勢制御部４１は、４つの接触力センサ７１で検出した接触力のばらつきが予め設定した許容範囲に収まるようにスラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御して、飛行ユニット１１の姿勢を制御する。言い換えると、姿勢制御部４１は、４つの接触力センサ７１で検出した接触力が等しくなるようにスラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御する。ここで、上述の許容範囲は、例えば接触力のばらつきの偏差が数％〜数十％以内などのように、適用する飛行ユニット１１に応じて任意に設定することができる。このように、姿勢制御部４１は、接触力センサ７１で検出した接触力に基づいて、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御し、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。このとき、姿勢制御部４１は、距離センサ７２で取得した対象面１７までの距離も利用して飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御してもよい。また、姿勢制御部４１は、姿勢計測部２１で検出した飛行ユニット１１の飛行姿勢を用いて、飛行ユニット１１の飛行姿勢を補正してもよい。

次に、第２実施形態による飛行装置１０における飛行姿勢の制御の流れを図１０に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通する処理については、説明を省略する。
制御ユニット１８は、飛行装置１０の飛行が開始されると、ガイドモードであるか否かを判断する（Ｓ２０１）。姿勢制御部４１は、Ｓ２０１においてガイドモードであると判断されると（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、接触力を検出する（Ｓ２０２）。すなわち、姿勢制御部４１は、４つの接触力センサ７１から４つのタイヤ３３に加わる接触力を取得する。

姿勢制御部４１は、Ｓ２０２で接触力を検出すると、４つの接触力センサ７１で検出した接触力のばらつきを算出する（Ｓ２０３）。そして、姿勢制御部４１は、算出した接触力のばらつきが許容範囲に収まっているか否かを判断する（Ｓ２０４）。姿勢制御部４１は、接触力のばらつきが許容範囲に収まっていると判断すると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、飛行ユニット１１の目標姿勢を維持したまま飛行ユニット１１の飛行を継続する（Ｓ２０５）。一方、姿勢制御部４１は、算出した接触力のばらつきが許容範囲に収まっていないと判断すると（Ｓ２０４：Ｎｏ）、飛行ユニット１１の目標姿勢を変更する（Ｓ２０６）。すなわち、姿勢制御部４１は、４つの接触力センサ７１で検出した接触力が等しくなるように、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御し、飛行ユニット１１の目標姿勢を変更する。

第２実施形態では、接触力センサ７１は、飛行ユニット１１に設けられたタイヤ３３が対象面１７との接触によって加わる力を検出する。姿勢制御部４１は、タイヤ３３にそれぞれ設けられている接触力センサ７１で検出した力に基づいて、検出した力が等しくなるように飛行ユニット１１の姿勢を制御する。これにより、飛行ユニット１１は、複数のタイヤ３３に加わる力が等しくなるように姿勢が制御される。そのため、飛行ユニット１１は、対象面１７に対して、タイヤ３３ごとに加わる力に偏りのない姿勢となる。その結果、飛行ユニット１１は、対象面１７に沿った姿勢を維持する。したがって、飛行ユニット１１は、壁面や天井面などの複雑な対象面１７に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。また、第２実施形態では、姿勢制御部４１は、接触力センサ７１の出力値を用いて飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御している。そのため、姿勢制御部４１は、接触力センサ７１の出力値を要素として、スラスタ１３およびアクチュエータ３１を制御する。したがって、処理が簡略化され、応答性の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第２実施形態の変形であり、処理の流れが第２実施形態と異なっている。以下、第３実施形態による飛行装置１０の処理の流れを図１１に基づいて説明する。なお、第２実施形態と共通する処理については、説明を省略する。
制御ユニット１８は、飛行装置１０の飛行が開始されると、ガイドモードであるか否かを判断する（Ｓ３０１）。姿勢制御部４１は、Ｓ３０１においてガイドモードであると判断されると（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、接触力を検出する（Ｓ３０２）。姿勢制御部４１は、Ｓ３０２で接触力を検出すると、４つの接触力センサ７１で検出した接触力のばらつきを算出する（Ｓ３０３）。そして、姿勢制御部４１は、算出した接触力のばらつきが許容範囲に収まっているか否かを判断する（Ｓ３０４）。姿勢制御部４１は、接触力のばらつきが許容範囲に収まっていると判断すると（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、飛行ユニット１１の目標姿勢を維持したまま飛行ユニット１１の飛行を継続する（Ｓ３０５）。

一方、姿勢制御部４１は、算出した接触力のばらつきが許容範囲に収まっていないと判断すると（Ｓ３０４：Ｎｏ）、飛行ユニット１１の制御を停止する（Ｓ３０６）。すなわち、姿勢制御部４１は、接触力のばらつきが許容範囲を超えるとき、通常のアルゴリズムに沿った飛行姿勢の制御を停止する。そして、姿勢制御部４１は、通常の飛行姿勢の制御を停止した後、飛行ユニット１１の目標姿勢を設定する（Ｓ３０７）。すなわち、姿勢制御部４１は、通常のアルゴリズムと無関係な飛行姿勢を、目標姿勢として強制的に設定する。この目標姿勢は、例えば飛行ユニット１１の進行方向に対して垂直な軸を中心に９０°以上回転した位置などのように、それまでの飛行姿勢と大きく異なる姿勢となるように予め設定されている。飛行ユニット１１は、対象面１７に沿って飛行しているとき、段差５０などの障害物に遭遇することがある。このとき、飛行ユニット１１の飛行姿勢は、段差５０などの障害物によって変化をともなう。そのため、姿勢制御部４１は、飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。

第３実施形態の場合、姿勢制御部４１は、接触力センサ７１で検出する接触力が等しくなるように制御する。ところが、この段差５０などの障害物が大きいとき、接触力を制御するだけでは段差５０などの障害物を迅速に回避できないおそれがある。そこで、第３実施形態では、段差５０などの障害物によって接触力のばらつきが許容範囲を超えるような大きな飛行姿勢の変化が生じる場合、姿勢制御部４１は飛行ユニット１１の制御を停止する。その上で、姿勢制御部４１は、通常のアルゴリズムに沿った飛行姿勢の制御とは大きく異なる目標姿勢を設定する。姿勢制御部４１は、Ｓ３０７で設定した目標姿勢に基づいて飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する（Ｓ３０８）。姿勢制御部４１は、目標姿勢に基づいて飛行ユニット１１の飛行姿勢を変更すると、通常のアルゴリズムによる飛行姿勢の制御に復帰した後（Ｓ３０９）、処理を継続する。

第３実施形態では、姿勢制御部４１は、接触力のばらつきが許容範囲を超える場合、通常のアルゴリズムによる飛行姿勢の制御とは大きく異なる目標姿勢を設定する。これにより、対象面１７に段差５０などの大きな変化が生じるとき、飛行ユニット１１の飛行姿勢は通常の制御とは異なる目標姿勢に強制的に変更される。そのため、飛行ユニット１１は、飛行姿勢が大きく変化し、段差５０などの障害物を迅速に回避する。したがって、飛行ユニット１１の移動速度の向上を図ることができる。

（第４、第５実施形態）
図１２に示すように第４実施形態の飛行装置１０は、タイヤ３３の外径が大きく設定されている。具体的には、第３実施形態による飛行装置１０のタイヤ３３は、プロペラ１６を含むスラスタ１３の外形的な寸法よりも大きく設定されている。そのため、飛行装置１０に設けられているスラスタ１３のプロペラ１６は、飛行装置１０の姿勢にかかわらず、対象面１７に接触しない。すなわち、飛行装置１０は、大きなタイヤ３３によって対象面１７に接触し、これに内包される大きさであるスラスタ１３のプロペラ１６が対象面１７に接しない。
したがって、第４実施形態では、プロペラ１６を含むスラスタ１３の損傷を低減することができる。

第５実施形態の飛行装置は、図１３に示すように接触部としてオムニホイール８１を備えている。第５実施形態による飛行装置１０は、オムニホイール８１を備えることにより、姿勢にかかわらず対象面１７にオムニホイール８１が接する。例えば、飛行装置１０が対象面１７として天井に沿って移動する場合でも、飛行ユニット１１のスラスタ１３が発生する推進力でオムニホイール８１が天井に押し付けられる。また、例えば、飛行装置１０が壁面と壁面との間の隙間に沿って移動する場合でも、スラスタ１３の発生する推進力でいずれか一方または両方の壁面にオムニホイール８１が接する。さらに、オムニホイール８１を備える飛行装置１０は、オムニホイール８１の回転自由度の高さによって、自由な方向への移動が容易になる。
したがって、第５実施形態では、オムニホイール８１と対象面１７との接触を常に維持することができ、姿勢の自由度および対象面１７に沿った飛行ユニット１１の移動の自由度を高めることができる。

（第６実施形態）
図１４に示すように第６実施形態による飛行装置１０は、第２実施形態の接触力センサ７１に代えて複数の距離センサ７２を備えている。第６実施形態の場合、飛行装置１０は、４つの距離センサ７２を備えている。なお、距離センサ７２は、２つ以上の複数であればよく、４つに限るものではない。

姿勢制御部４１は、距離センサ７２を用いて検出した対象面１７までの距離に基づいて、この飛行ユニット１１から対象面１７までの距離が予め設定された範囲内に収まるように飛行ユニット１１の飛行姿勢を制御する。この場合、姿勢制御部４１は、４つの距離センサ７２で検出した対象面１７までの距離を用いて、飛行ユニット１１の姿勢を制御する。これにより、飛行ユニット１１は、飛行中において、対象面１７までの距離が所定の範囲内に収まり、大きな姿勢の変化を招かない。したがって、飛行ユニット１１は、壁面や天井面などの複雑な対象面１７に沿って姿勢を維持したまま移動することができる。また、第５実施形態では、非接触の距離センサ７２を用いることにより、タイヤ３３などの接触部に相当する構成がない状態、つまり飛行ユニット１１が対象面１７から浮遊した状態でも、飛行ユニット１１は飛行姿勢が維持される。したがって、より空間的な制約が厳しい場合でも、飛行ユニット１１の安定した姿勢での飛行を維持することができる。

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、機体本体１２に４つのタイヤ３３またはオムニホイール８１を設ける例について説明した。しかし、飛行装置１０の移動を案内するタイヤ３３やオムニホイール８１などの接触部は、機体本体１２に少なくとも２つ設ければよく、４つに限るものではない。当然、接触部は、５つ以上であってもよい。また、個別に説明した複数の実施形態は、組み合わせて適用してもよい。例えば第６実施形態のように距離センサ７２で距離を検出することによる移動と、第２実施形態および第３実施形態のように接触力センサ７１で接触力を検出することによる移動とを組み合わせたり、第６実施形態の移動から連続して第２実施形態および第３実施形態の移動に切り替えたりする構成でもよい。

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。
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は飛行ユニット、１３はスラスタ、１７は対象面、２１は姿勢計測部（変化検出部）、３３はタイヤ（接触部）、４１は姿勢制御部（姿勢制御部）、７１は接触力センサ（接触力検出部）、７２は距離センサ（距離検出部）、８１はオムニホイール（接触部）を示す。

Claims

複数のスラスタ（１３）を有し、前記スラスタ（１３）で発生する推進力を制御することにより、飛行姿勢が変化する飛行ユニット（１１）と、
前記飛行ユニット（１１）に設けられ、前記飛行ユニット（１１）の周辺の対象面（１７）に接する２つ以上の接触部（３３、８１）と、
前記接触部（３３、８１）のそれぞれに設けられ、前記接触部（３３、８１）と前記対象面（１７）との接触によって加わる力を接触力として検出する接触力検出部（７１）と、
前記接触力検出部（７１）で検出したそれぞれの前記接触力が等しくなるように前記飛行ユニット（１１）の姿勢を制御する姿勢制御部（４１）と、
を備える飛行装置。
前記姿勢制御部（４１）は、２つ以上の前記接触部（３３、８１）について前記接触力検出部（７１）で検出した前記接触力のばらつきが予め設定した許容範囲に収まるように前記飛行ユニット（１１）の姿勢を制御する請求項１記載の飛行装置。
前記姿勢制御部（４１）は、２つ以上の前記接触部（３３、８１）について前記接触力検出部（７１）で検出した前記接触力のばらつきが予め設定した許容範囲より大きくなると、前記飛行ユニット（１１）の姿勢を予め設定された目標姿勢に制御する請求項１記載の飛行装置。