JP2020026270A - 回転翼機 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行効率を向上し得る飛行体を提供すること。【解決手段】接続部１６の中心Ｃは、回転翼機１０の機体に発生する揚力の中心Ｕと一致している。接続部１６の中心Ｃとは、接続部１６に対する支持棒２１及び第１搭載部の重力の作用点である。揚力の中心Ｕとは、回転翼機１０に対する揚力の作用点のことであって、接続部１６における回転中心である。このように回転翼機１０に発生する揚力の中心Ｕが接続部の中心Ｃに位置しているので、回転翼機１０の機体が傾いた場合であっても、接続部の中心Ｃを中心にして支持棒２１及び第１搭載部が回転するから、揚力の中心Ｕの周りには、カメラ２８などの重量物による回転モーメントが生じない。これにより、複数の回転翼を有する回転翼機が水平方向に進行する場合に、進行方向前方及び後方の各回転翼の回転数の差を従来よりも小さくすることが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、本発明は、複数の回転翼を有する回転翼機に関する。

例えばスポーツやコンサートといった各種イベント、或いはビルやマンションといった建築設備の調査等において、ドローン又はマルチコプターと呼ばれる回転翼機を用いた空撮が行われることがある。この種の回転翼機は空撮用途以外にも、荷物の運搬などの分野にも応用されつつある。特許文献１には、複数の回転翼を有する回転翼機と、回転翼機の中心部から鉛直下方に設置される支持部と、支持部の鉛直下方の端部に設置される搭載部と、搭載部の底部に接続される繋留ロープからなり、搭載部の鉛直下方の端部に繋留ロープの一端が接続され、繋留ロープの他端が地上に係止される空撮用回転翼機システムが開示されている。

特開２０１３−７９０４３号公報

回転翼機１は、図１３に示すような姿勢で、各回転翼Ｐを同じ回転数（正確には単位時間当たりの回転数、以下において同じ）で回転させて上方に浮上する。このとき、例えば回転数レベルの上限を１０と仮定すると、上昇時の回転数レベルを６（図中括弧書きの数字、以下において同じ）とする。回転翼機１は所望の高度に至ると、各回転翼Ｐによる揚力と機体にかかる重力とが釣り合う程度に回転数を下げることで、空中停止（ホバリング）する。このとき回転数レベルを例えば５とする。回転翼機１は、水平方向に移動する場合には、進行方向に向かって前方にある回転翼Ｐの回転数を下げ（例えば回転数レベル３）、進行方向に向かって後方にある回転翼Ｐの回転数を上げる（例えば回転数レベル７）。これにより、図１４に示すように、回転翼機１は、進行方向に向って前下がりに傾いた姿勢を維持したまま、矢印ａ方向に移動する。回転翼機１の機体が傾いているときには、例えばカメラなどの重量物Ｇによる回転モーメントＭが揚力の中心Ｕの周りに生じるため、この回転モーメントＭを打ち消して同じ姿勢を維持するべく、進行方向前方にある回転翼Ｐよりも後方にある回転翼Ｐの回転数を多くする必要がある。

特許文献１（特に図７、８）においては、関節部材Ｒを設けることによって、回転翼機１の姿勢に関わらず重量物Ｇが回転翼機１の鉛直下方に位置するように調整可能な仕組みが開示されている。しかし、このような仕組みを採用したとしても、図１４に示すように、重量物Ｇを支持する関節部材Ｒと揚力の中心Ｕとが完全に一致しているわけではないため、やはり揚力の中心Ｕ周りの回転モーメントＭが少なからず生じてしまう。よって、例えば進行方向前方にある回転翼Ｐの回転数レベルを４にして進行方向後方にある回転翼Ｐの回転数レベル６にするといったように、両回転翼の回転数に多少の差を設けなければならない。

このように回転翼機１が水平方向に進行するために進行方向前方及び後方の回転翼Ｐの回転数に差を設けた場合には、水平方向に移動する期間にわたって、進行方向後方の回転翼Ｐの出力を高い状態で維持しなければならないため、例えばモータの発熱等による故障が発生するなど、各種の問題が考えられる。

そこで、本発明は、複数の回転翼を有する回転翼機が水平方向を含む方向に進行する場合に、進行方向前方及び後方の各回転翼の回転数の差を従来よりも小さくすることを目的とする。

本発明によれば、飛行部と、本体部と、前記飛行部及び前記本体部を所定の範囲で搖動可能に接続する接続部とを備えた回転翼機であって、
前記飛行部は、複数の回転翼と、前記複数の回転翼を支持するアーム部とを備えており、
前記本体部は、上下方向に延びる棒状部と、当該棒状部の上端及び下端に夫々設けられた第１搭載部及び第２搭載部とを備えており、
前記接続部は、進行方向と直交する水平軸周りに前記本体部を搖動可能にする第１接続部と、前記水平軸と直交し且つ前記水平軸に沿ってみた場合に前記進行方向と所定の仰角をなす斜交軸周りに前記支持棒を搖動可能にする第２接続部とを有している、
回転翼機が得られる。

本発明の一実施形態に係る回転翼機の構成を示す斜視図。 同実施形態に係る回転翼機の側面図。 同実施形態に係る回転翼機の平面図。 揚力の中心を説明する概念図。 同実施形態に係る回転翼機の姿勢変化を示す側面図。 同実施形態に係る回転翼機における力学的な関係を説明する概念図。 本発明の変形例に係る回転翼機の側面図。 同変形例に係る回転翼機の姿勢変化を示す側面図。 本発明の別の変形例に係る回転翼機の構成を示す斜視図。 本発明のさらに別の変形例に係る回転翼機の斜視図。 同変形例に係る回転翼機の平面図。 同変形例に係る回転翼機の側面図。 従来の回転翼機の側面図。 従来の回転翼機が水平移動するときの側面図。 関節部材を有する従来の回転翼機が水平移動するときの側面図。 本発明の第２の実施の形態による回転翼機を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による回転翼機を示す他の図である。 本発明の第２の実施の形態による回転翼機を示す他の図である。 本発明の第２の実施の形態による回転翼機を示す変形例です。

本発明による回転翼機は以下の構成を備える。
［構成１］
飛行部と、本体部と、前記飛行部及び前記本体部を所定の範囲で搖動可能に接続する接続部とを備えた回転翼機であって、
前記飛行部は、複数の回転翼と、前記複数の回転翼を支持するアーム部とを備えており、
前記本体部は、上下方向に延びる棒状部と、当該棒状部の上端及び下端に夫々設けられた第１搭載部及び第２搭載部とを備えており、
前記接続部は、進行方向と直交する水平軸周りに前記本体部を搖動可能にする第１接続部と、前記水平軸と直交し且つ前記水平軸に沿ってみた場合に前記進行方向と所定の仰角をなす斜交軸周りに前記本体部を搖動可能にする第２接続部とを有している、
回転翼機。
［構成１］
構成１に記載の回転翼機であって、
前記水平軸と前記斜交軸との交点は、前記複数の回転翼が回転することによって機体に発生する揚力の略中心位置にあることを特徴とする
回転翼機。
［構成２］
構成１に記載の回転翼機であって、
前記水平軸と前記斜交軸との交点は、前記本体部の重心にあることを特徴とする
回転翼機。
［構成３］
構成１乃至構成３のいずれかに記載の回転翼機であって、
前記第１搭載部の位置は、前記本体部から後方にずれており、
前記第２搭載部の位置は、前記本体部から前方にずれている、
回転翼機。
［構成４］
構成１乃至構成４のいずれかに記載の回転翼機であって、
前記飛行部を進行方向に傾けるようにして進行方向に移動し
前記仰角は、少なくとも進行方向への飛行時に前記斜交軸が水平となり得る角度である、
回転翼機。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転翼機１０の構成を示す斜視図であり、図２は、回転翼機１０を図１における矢印Ｘ方向から見たときの側面図であり、図３は、回転翼機１０を図１における矢印Ｙ方向から見たときの平面図である。本実施形態では、複数の回転翼を有する回転翼機として、４ロータータイプのマルチコプターを例に挙げて説明する。

回転翼機１０の中心部１５は、上方から見たときに回転翼機１０の中心に設けられている。中心部１５の側面からは、４本のアーム部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄが等間隔となるように、つまり隣り合う各アーム部の長手方向がなす角度が９０度となるように、四方向に延伸している。アーム部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄはそれぞれ、回転翼部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを支持する手段である。アーム部１４Ａ及び回転翼部１１Ａ、アーム部１４Ｂ及び回転翼部１１Ｂ、アーム部１４Ｃ及び回転翼部１１Ｃ、アーム部１４Ｄ及び回転翼部１１Ｄは、いずれも同じ構成であるため、以下ではアーム部１４Ａ及び回転翼部１１Ａの構成を例に挙げて説明する。なお、本実施形態では、アーム部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄは、それぞれ回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと干渉しないように、それらの可動範囲を避けるようにして、下に凸の屈曲した形状になっているが、回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと干渉しないのであれば必ずしも図１に例示した形状にする必要はない。

アーム部１４Ａの中心部１５から遠いほうの先端部分には、回転翼部１１Ａが取り付けられている。回転翼部１１Ａは、回転翼１２Ａ及び動力部１３Ａを備えている。回転翼１２Ａは、動力部１３Ａからの出力を回転翼機１０の推進力へと変換するための手段である。なお、図に例示した回転翼１２Ａは２枚羽根であるが、３枚以上の羽を有するものであってもよい。動力部１３Ａは、例えば電気モータ又は内燃エンジンなどの動力発生手段である。本実施形態では、動力部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄとして、回転方向が異なる電気モータ（右回転モータ及び左回転モータ）を２つずつ用いるものとし、動力部１３Ａ、１３Ｃが左回転モータであり、動力部１３Ｂ、１３Ｄが右回転モータである。動力部１３Ａはアーム部１４Ａに固定されており、動力部１３Ａの回転軸は回転翼１２Ａに固定されている。図３に示すように、各回転翼部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄの回転軸は、上方から見たときに中心部１５を中心とする同心円上に等間隔に配置されている。

第１搭載部２５は、物体を搭載する手段であり、例えば空撮を行うためのカメラ２８と、そのカメラの向きを変える駆動機構（図示せず）と、カメラ２８及び駆動機構を制御する制御装置（図示せず）等の物体を搭載している。制御装置によって、カメラ２８の撮影動作や、カメラ２８を左右に回転させるパン動作或いはカメラ２８を上下に傾けるチルト動作などが制御される。さらに、回転翼機１０においては、動力部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、カメラ２８及び制御装置などを駆動させるための電源と、ラジオコントロール用の受信機と、回転翼機１０の姿勢を把握するための水平器など（いずれも図示せず）も必要に応じて搭載されるが、これらは第１搭載部２５に搭載されていてもよいし、前述した中心部１５に設けられたスペースに搭載されていてもよい。また、制御装置もこの中心部１５に設けられたスペースに搭載されていてもよい。

中心部１５の下面には接続部１６が固定されている。接続部１６は、第１搭載部２５が回転翼機１０の機体に対して所定の範囲で移動可能となるように、支持棒２１及び中心部１５を介して第１搭載部２５をアーム部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに接続する手段である。接続部１６は、例えばボールジョイントなどの関節機構であり、第１搭載部２５及び支持棒２１を回転可能に支持している。本実施形態では、接続部１６は、回転翼機１０の下方のほぼ半円球の範囲内であって、アーム部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに接触しない範囲内で、第１搭載部２５及び支持棒２１が回転可能となるように、これらを支持している。支持棒２１の上端には接続部１６が固定されており、その下端には第１搭載部２５が固定されている。支持棒２１及び第１搭載部２５は、回転翼機１０の姿勢に関わらず、重力の作用によって回転翼機１０から鉛直方向下方に懸垂された状態に維持される。

操縦者は、操作部を備えたラジオコントロール用の送信機を操作して、回転翼機１０の操縦を行う。回転翼機１０の制御装置は、送信機から送信された無線信号を受信機が受信すると、その無線信号に基づいて動力部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄやカメラ２８等の、回転翼機１０の各部の制御を行う。

ここで、図４に示すように、接続部１６の中心Ｃは、４つの回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが回転することによって回転翼機１０の機体に発生する揚力の中心Ｕと一致している。ここで、接続部１６の中心Ｃとは、支持棒２１、第１搭載部２５及びその第１搭載部２５に搭載された物体にかかる重力の、接続部１６に対する作用点であって、接続部１６における回転中心である。また、揚力の中心Ｕとは、回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転によって発生する揚力の、回転翼機１０に対する作用点のことである。より具体的に説明すると、各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの短手方向の幅をｄとしたとき、それぞれの回転翼の幅方向における上端からｄ／ｎの位置に、各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄによる揚力が作用する（ｎは例えば３）。そして、各回転翼翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの幅方向における上端からｄ／ｎの位置を通る平面上であって、且つ、図３に示した各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転軸が通る同心円の中心が、揚力の中心Ｕである。

このように回転翼機１０の機体に発生する揚力の中心Ｕが、重量物（支持棒２１、第１搭載部２５、及びその第１搭載部２５に搭載された物体）の重力の作用点であって且つ回転中心である接続部１６に位置しているので、回転翼機１０の機体が傾いた場合であっても、揚力の中心Ｕに対しては重量物による鉛直方向下方の重力が作用するだけであって、揚力の中心Ｕの周りには重量物の重力による回転モーメントが生じない。

次に、図５を用いて、回転翼機１０の姿勢の変化について説明する。操縦者は送信機の操作部を用いて、回転翼機１０を上昇させる操作を行うと、この操作に応じた制御装置の制御によって、動力部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの回転数が増加し、動力部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄに取り付けられた回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数も増加する。これにより、回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは回転翼機１０の上昇に必要な揚力を徐々に生じさせる。揚力が回転翼機１０にかかる重力を超えると、図５（Ａ）に示すように、回転翼機１０は空中に浮き始め、矢印Ａ方向に浮上する。このとき、例えば回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数のレベルの上限を１０と仮定すると、この上昇時における各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数レベルは例えば６であり、いずれも同じ回転数である。

そして、回転翼機１０が所望の高度に到着すると、操縦者は送信機を操作して、回転翼機１０が空中停止（ホバリング）するように、回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数を調整する。つまり、このときの回転数は、各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転による揚力と回転翼機１０にかかる重力とが釣り合う程度の回転数であり、例えば回転数レベル５である。

次に回転翼機１０が水平方向に移動する場合には、操縦者は送信機を操作して、進行方向に向かって後方にある回転翼１２Ｂ、１２Ｃの回転数を、進行方向に向かって前方にある回転翼１２Ａ、１２Ｄの回転数よりも多くする。このとき例えば、後方にある回転翼１２Ｂ、１２Ｃの回転数レベルを６とし、前方にある回転翼１２Ａ、１２Ｄの回転数レベルを４とする。これにより、後方にある回転翼１２Ｂ、１２Ｃによる揚力が前方にある回転翼１２Ａ、１２Ｄによる揚力に比べて大きくなり、回転翼１２Ｂ、１２Ｃの位置が回転翼１２Ａ、１２Ｄの位置よりも高くなる。よって、図５（Ｂ）に示すように、回転翼機１０の機体が進行方向に向かって前下がりに傾いた姿勢となる。

このような姿勢になると直ちに操縦者は送信機を操作して、各回転翼Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数を、所望の速度で水平方向に移動するような回転数に調整する。例えばこのときの各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数レベルをいずれも５とする。従来は、進行方向前方にある回転翼の回転数よりも進行方向後方にある回転翼の回転数を多くした状態でなければ、機体の姿勢を維持できず、水平移動が実現できなかったが、本実施形態では、各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数を同じにしたまま、図５（Ｃ）に示すように回転翼機１０を矢印Ｂ方向に移動させることができる。

図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、回転翼機１０の機体が進行方向に向って前下がりに傾いた姿勢になったとき、支持棒２１以下にある重量物の重力が接続部１６に作用するが、前述したとおり、この接続部１６に対する上記重力の作用点（接続部１６の中心Ｃ）は揚力の中心Ｕと一致している。このため、揚力の中心Ｕの周りには、支持棒２１以下の重量物の重力による回転モーメントは生じない。従って、各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数を同じにしたままでよい。

このことを力学的に解説する。図６に示すように、揚力の中心Ｕ（接続部の中心Ｃ）に作用する力は、支持棒２１、第１搭載部２５及びカメラ２８等の搭載物による重力ｍｇと、回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転による揚力Ｆである。重力ｍｇの向きは鉛直方向下方であり、揚力Ｆの向きは、各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２の幅方向における上端からｄ／ｎの位置を通る平面に直交する上方向である。揚力Ｆを、重力ｍｇの向きに平行な方向の分力Ｆ１と、重力ｍｇの向きに垂直な方向の分力Ｆ２とに分解すると、分力Ｆ１は重力ｍｇと釣り合い、分力Ｆ２は回転翼機１０の水平方向の推進力となる。この分力Ｆ１、Ｆ２によって、回転翼機１０は高度を維持したまま水平方向に移動する。

以上に説明したように本実施形態によれば、回転翼機１０が水平方向に進行する場合に、進行方向前方及び後方の各回転翼の回転数の差を従来よりも小さくすること、例えばその差をゼロにすることができる。

進行方向前方及び後方の各回転翼の回転数の差を従来よりも小さくすると、次のような利点がある。まず、回転翼機１０が水平方向に移動する期間にわたって、進行方向後方の回転翼の出力を進行方向前方の出力よりも相当に高い状態（従来生じていた回転モーメントＭを打ち消すだけの高出力）で維持する必要がないため、その動力部がモータであった場合には発熱等による故障の可能性が小さくなるし、また、従来よりも出力性能の低い、ダウングレードされた動力部を利用する余地が生まれる。このように動力部のダウングレードを図ることが許容されるならば、回転翼機の機体全体の軽量化やコストダウンも可能となり、その結果、燃費の向上や経済的なメリットを享受できる。

また、従来のように進行方向前方及び後方の各回転翼の回転数に差を設けた場合には、進行方向前方の回転翼の回転数は相対的に少なくなり、且つ、後方の動力部の出力は高くしたとしてもその出力の一部は回転モーメントの解消に充てなければならないので、結果として、全回転翼の平均的な回転数はあまり多くならない。このため、回転翼機の進行速度はあまり速くならないし、また、回転翼機によって搬送可能な重量物の重量もあまり重くはできない。これに対して、本実施形態によれば、動力部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの出力を回転モーメントの解消に充てずに済み、その出力を回転翼機の推進力に充てる割合を従来よりも高めることができる。よって、回転翼機の進行速度の向上に寄与するし、また、より重い荷物を搬送することも可能となる。

また、回転翼機で荷物を運搬して目的地上方の空中でその荷物を切り離して目的地に落下させるような運搬用途の場合、従来の構成では、荷物を回転翼機から切り離した瞬間に、荷物の重量に相当する分だけ回転モーメントＭが一気に小さくなり、さらに、進行方向前方及び後方で回転数レベルに差があるので、回転翼機の機体の挙動が極めて不安定になる。これに対し、本実施形態によれば回転モーメントが生じておらず、また、進行方向前方及び後方で回転数レベルの差もないので、荷物を切り離したとしても回転モーメントが変化する余地はなく、上記のような問題は生じない。

［変形例］
上記の第１の実施の形態を次のように変形してもよい。
［変形例１］
回転翼機の機体の重心を移動させる重心移動機構を備えるようにしてもよい。図７は、変形例１に係る回転翼機１０Ａの側面図であり、図８は、回転翼機１０Ａの姿勢変化を示す側面図である。接続部１６Ａは、当該接続部１６Ａから見て第１搭載部２５とは反対側に配置された第２搭載部２６を、第１搭載部２５とともにアーム部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに接続する。第２搭載部２６は、第１搭載部２５に支持棒２１及び支持棒２２を介して連結されている。第２搭載部２６には、電源、受信機、制御装置又は水平器などのほか、測位用の信号（例えばＧＰＳ信号）を受信するアンテナなどが搭載されていてもよい。支持棒２１及び支持棒２２は、一方向に延びる１本の棒状部材であり、アーム部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ及び回転翼部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに干渉しない範囲で、ボールジョイント等の接続部１６Ａを中心として、機体に対して搖動可能になっている。

さらに、第１搭載部２５、第２搭載部２６及び支持棒２１、２２は、接続部１６Ａに設けられた例えばラックピニオン機構等によって、その接続部１６Ａに対して上下動が可能になっている。この上下動の機構により第１搭載部２５及び第２搭載部２６が下方（矢印ｆ方向）に下がると、接続部１６Ａから見て第１搭載部２５側の重量のほうが第２搭載部２６側の重量よりも重い状態になる。これにより、回転翼機１０Ａの機体の重心の位置が下がる。この場合、回転翼機１０の姿勢に関わらず、重力の作用によって、回転翼機１０の鉛直方向下方に第１搭載部２５が位置し且つ回転翼機１０の鉛直方向上方に第２搭載部２６が位置した状態を維持することができる。一方、この上下動の機構により第１搭載部２５及び第２搭載部２６が上方（矢印ｅ方向）に上がると、接続部１６Ａから見て第２搭載部２６側の重量のほうが第１搭載部２５側の重量よりも重い状態になり、回転翼機１０Ａの機体の重心の位置が上がることになる。つまり、接続部１６Ａ、第１搭載部２５、第２搭載部２６及び支持棒２１、２２は回転翼機の機体の重心を移動させる重心移動機構を構成している。

本変形例１によれば、上記実施形態と同様の制御によって、図８に示すように、各回転翼１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転数を同じにしたまま、回転翼機１０Ａを水平方向に移動させることができる。さらに、第２搭載部２６に測位用の信号（例えばＧＰＳ信号）を受信するアンテナを搭載した場合、接続部１６Ａから見て第１搭載部２５側の重量を第２搭載部２６側の重量よりも重い状態にすると、そのアンテナの向きは常に一定に維持できるので（つまりアンテナは常に鉛直方向上方に向く）、アンテナの指向性や利得を一定に維持することができる。さらに、第１搭載部２５、第２搭載部２６及び支持棒２１、２２を接続部１６Ａに対して上下動させることで回転翼機１０Ａの重心の位置を変えることができるが、このような重心変更は、いずれかの回転翼部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが故障した場合に回転翼機１０の姿勢を維持するうえで有効である。具体的には、故障して停止した回転翼部に回転翼機１０Ａの機体の重心を近づけるようにして、機体の重心移動および機体の姿勢変化を行うようにすると、残った回転翼部だけで飛行を継続することが可能となる。

［変形例２］
上述した実施形態や変形例１では、第１搭載部２５又は第２搭載部２６が接続部１６、１６Ａを中心として重力の作用で自由に回転移動できるようになっていたが、これらの移動をモータや補助プロペラのような動力部を用い、操縦者の操作に応じて能動的に制御してもよい。例えば上記実施形態の場合、支持棒２１が接続部１６を起点としてアーム部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに対して可変になるような駆動機構と、その駆動機構を駆動するモータとを回転翼機１０に設ける。操縦者は送信機を操作して、回転翼機１０が所望の高度に到着すると、進行方向後方にある回転翼１２Ｂ、１２Ｃの回転数を進行方向前方にある回転翼１２Ａ、１２Ｄの回転数よりも多くすることで回転翼機１０の姿勢を進行方向前下がりに傾かせ、さらにその傾きに合わせて、上記駆動機構を利用して第１搭載部２５が接続部１６の鉛直方向下方に位置するように制御する。この制御は操縦者の手動で行ってもよいし、回転翼機１０の制御装置が所定の制御アルゴリズムに基づき回転翼機１０の傾きに応じて自動的に行ってもよい。また、第１搭載部２５に、上方から見たとき互いに直交する２方向に推進力を発生させる補助プロペラを２つ設け、その補助プロペラによる推進力で第１搭載部２５の位置を制御してもよい。
以上のように、接続部は、第１搭載部が重力によって移動可能となるようにアーム部に接続してもよいし、第１搭載部が動力部によって移動可能となるようにアーム部に接続してもよい。

［変形例３］
変形例１において、接続部１６Ａから見て第１搭載部２５側の重量と第２搭載部２６側の重量とを同じにしておけば、図９に示すように、回転翼機１０Ａが水平方向に移動する際に、支持棒２１及び支持棒２２の姿勢を水平に保つことができる。この場合において、例えば第２搭載部２６にカメラ２８を搭載しておくと、カメラ２８の撮像方向は回転翼機１０の進行方向になるので、例えば回転翼１２Ａなどがカメラ２８の撮像範囲に入って邪魔になる可能性を低減することができる。また、支持棒２１及び支持棒２２の姿勢が垂直の場合に比べ、支持棒２１及び支持棒２２の姿勢を水平の場合には、水平方向に進行するときの機体の空気抵抗を小さくすることが可能となる。

［変形例４］
回転翼機の構造は、実施形態に例示したものに限らず、例えば図１０〜１２に示すような構造であってもよい。変形例４に係る回転翼機１０Ｂは、回転翼部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを支持するアーム部１４１が上方から見たときに矩形の形状となるように構成されている。接続部１６Ｂは、水平なｘ軸周りに回転可能となるようにアーム部１４１に回転軸１６２１で接続された枠体１６１と、ｘ軸に直交する水平なｙ軸周りに回転可能となるように枠体１６１にピン１６１１で接続された枠体１６２とを備えている。アーム部１４１と枠体１６１との間には、枠体１６１のｘ軸周りの回転運動を抑制するダンパ１７１が設けられており、枠体１６１と枠体１６２との間には、枠体１６２のｙ軸周りの回転運動を抑制するダンパ１７２が設けられている。このダンパ１７１、１７２は、枠体１６１、１６２が回転運動して第１搭載部２５が急激に変位することで回転翼機１０Ｂの姿勢が不安定にならないように、その変位に要する時間を長くするための手段である。

［変形例５］
本発明は、回転翼機が水平方向に進行する場合に限らず、水平方向を含む方向（つまり水平方向のベクトル成分を持つ方向）に進行する場合にも適用可能である。つまり、図６で説明した重力ｍｇの向きに平行な方向の分力Ｆ１が、重力ｍｇよりも大きい又は小さい場合であっても、進行方向前方及び後方の各回転翼の回転数の差を従来よりも小さくすることができる。

［変形例６］
電源は回転翼機に搭載する必要はなく、例えば地上に電源を設置し、その電源から延びる電源ケーブルを回転翼機に接続して電力供給を行ってもよい。また、高度１５ｍ程度の高度であれば、非接触電力伝送の受信機を中心部、第１搭載部又は第２搭載部に設置し、地上から回転翼機に無線で給電してもよい。

（第２の実施の形態）
上本発明の第２の実施の形態について、図１６乃至図１８を参照して説明する。なお、以下における説明では、同一又は類似の要素については同一の参照符号を付しその詳細な説明を省略する。

図１６に示されるように、第２の実施の形態による回転翼機もまた、飛行部と、本体部と、飛行部及び本体部を所定の範囲で搖動可能に接続する接続部とを備えている。回転翼機は、主として進行方向（Ｘ方向）に飛行する。

飛行部は、回転翼１１Ａ、１１Ｂ（１１Ｃ、１１Ｄは図示せず）と、これらに動力を供給する動力部（モータ）１３Ａ、１３Ｂ（１３Ｃ、１３Ｄは図示せず）と、動力部１３Ａ、１３Ｂを支持するアーム部１４Ａ、１４Ｂ（１４Ｃ、１４Ｄは図示せず）とを備えている。

本体部は、上下方向に延びる支持棒と、当該支持棒の上端及び下端に夫々設けられた第１搭載部及び第２搭載部とを備えている。支持棒は下方に延びる下側の支持棒２１と上側に延びる上側の支持棒２２とを有している。第１搭載部にはカメラ２８Ｔが搭載されており、第２搭載部にはカメラ２８Ｂが搭載されている。

本実施の形態による接続部は、第１接続部１６Ｐと、第２接続部１６Ｒとを有する所謂２軸ジンバル構造を有している。第１接続部１６Ｐは、ピッチ方向（水平軸周りに）に本体部を搖動可能に接続する。第２接続部１６Ｒは、進行方向（Ｘ軸）と仰角θをなす斜交軸Ｐ周りに本体部を搖動可能にする。

本実施の形態による水平軸と斜交軸との交点は、回転翼１１Ａ、１１Ｂ（１１Ｃ、１１Ｄは図示せず）回転翼１１Ａ、１１Ｂ（１１Ｃ、１１Ｄは図示せず）によつて生じる揚力の中心と略一致する。より詳しくは、交点の位置は、が回転することによって機体に発生する揚力の当該回転翼機に対する作用点であって各回転翼の短手方向の幅内の位置を通る平面上であって、且つ各複数の回転翼の回転軸が通る円の中心の位置にある作用点と略一致する位置にある。更に、本実施の形態による上記の交点は、本体部の重心Ｇと略一致する。

また、図示されるように、カメラ２８Ｔの位置は、本体部から後方にずれており、カメラ２８Ｂの位置は、本体部から前方にずれている。これにより、前後方向において互いにカウンタウェイトとして機能するとともに、進行方向への飛行時に回転翼が視野内に入りにくくなる。

図１７に示されるように、回転翼機は、飛行部を進行方向に傾けるようにして進行方向に移動させる。この時、斜交軸Ｐは水平方向と平行になるときがある。即ち、図１６に示される仰角θは、少なくとも進行方向への飛行時に斜交軸Ｐが水平となり得る角度であり、換言すれば、進行方向への飛行時に斜交軸が少なくとも水平方向をとれる瞬間があるように設定される。詳しくは、仰角θは、１０度から３５度が望ましく、進行方向への飛行速度を重視する場合には２５度乃至３５度が望ましく、飛行速度が低速の場合には１０度乃至１５度が望ましい。

図１８に示されるように、より進行方向の飛行速度を増加させた場合、斜交軸は水平方向と俯角をなすこととなる。

このように、初期状態（垂直上昇時）において、予め斜交軸を進行方向と仰角をなすようにしておくことにより、飛行時において、適切な姿勢を維持しやすくなるとともに、特に、第２接続部１６Ｒの有効角が増加するため、佐生光速度の引き上げが可能となる。また、接続部にモータを使用する場合には当該モータの出力を小さなもので構成することができる。

＜変形例＞
上述した第２の実施の形態は、例えば、図１９のような変形例として構成してもよい。図示されるように本変形例における回転翼機は、カメラ２８Ｔが本体部の軸上にある（即ち、後方にずれていない）。カメラ２８Ｂは前方に位置している方が回転翼の映り込み等を抑えることができ、かつ、上下のカメラ２８Ｔ、２８Ｂで取得した画像を合成する場合にはできるだけ互いの位置が同軸に近い方が好ましいためである。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…回転翼機、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ…回転翼部、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ…回転翼、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ…動力部、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４１…アーム部、１５…中心部、１６、１６Ａ、１６Ｂ…接続部、１６１、１６２…枠体、２１、２２…支持棒、２５…第１搭載部、２６…第２搭載部、２８…カメラ

Claims (5)

1. 飛行部と、本体部と、前記飛行部及び前記本体部を所定の範囲で搖動可能に接続する接続部とを備えた回転翼機であって、
   前記飛行部は、複数の回転翼と、前記複数の回転翼を支持するアーム部とを備えており、
   前記本体部は、上下方向に延びる棒状部と、当該棒状部の上端及び下端に夫々設けられた第１搭載部及び第２搭載部とを備えており、
   前記接続部は、進行方向と直交する水平軸周りに前記本体部を搖動可能にする第１接続部と、前記水平軸と直交し且つ前記水平軸に沿ってみた場合に前記進行方向と所定の仰角をなす斜交軸周りに前記本体部を搖動可能にする第２接続部とを有している、
   回転翼機。
2. 請求項１に記載の回転翼機であって、
   前記水平軸と前記斜交軸との交点は、前記複数の回転翼が回転することによって機体に発生する揚力の略中心位置にあることを特徴とする
   回転翼機。
3. 請求項１に記載の回転翼機であって、
   前記水平軸と前記斜交軸との交点は、前記本体部の重心にあることを特徴とする
   回転翼機。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の回転翼機であって、
   前記第１搭載部の位置は、前記本体部から後方にずれており、
   前記第２搭載部の位置は、前記本体部から前方にずれている、
   回転翼機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回転翼機であって、
   前記飛行部を進行方向に傾けるようにして進行方向に移動し
   前記仰角は、少なくとも進行方向への飛行時に前記斜交軸が水平となり得る角度である、
   回転翼機。