特許 6409503 観測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6409503

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】観測装置

(51)【国際特許分類】

   B64C 27/28 20060101AFI20181015BHJP

   B64D 47/08 20060101ALI20181015BHJP

   B64D 27/24 20060101ALI20181015BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20181015BHJP

【ＦＩ】

   B64C27/28

   B64D47/08

   B64D27/24

   B64C39/02

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-220637(P2014-220637)

(22)【出願日】2014年10月29日

(65)【公開番号】特開2016-88121(P2016-88121A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年8月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】松江 武典

(72)【発明者】

【氏名】川崎 宏治

(72)【発明者】

【氏名】松浦 道弘

(72)【発明者】

【氏名】黒坂 正己

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 雅幸

【審査官】 長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０００１００１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００８３９４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００４４４９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０１−１０１２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２８３６２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５０８０３０４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２２６８９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１２５３６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１６２１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０２９９１６７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１２９８２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１９５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０３４８６１３９（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−２０６０１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｃ ２７／２８

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｄ ２７／２４

Ｂ６４Ｄ ４７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

飛行体（１００）と、
該飛行体に取り付けられ、所定の画角内に存在する対象を観測する観測部（２００）と、を備えた観測装置であって、
前記飛行体は、
前記観測部が取り付けられる基体（１１０，１７０）と、
揚力を発生させる２つ以上のスラスタ（１４０）と、
前記スラスタによって生じる推進力の向きを前記基体に対して可変とするアクチュエータ（１２０）と、
地表面に対する前記基体の姿勢を検出する慣性計測部（１５０）と、
前記慣性計測部によって検出される前記基体の姿勢に基づいて前記スラスタおよびアクチュエータを制御する制御部（１６０）と、を有し、
前記スラスタは、第１スラスタ（１４１）、第２スラスタ（１４２）、第３スラスタ（１４３）、および第４スラスタ（１４４）を含み、
前記第１スラスタと前記第２スラスタは、第１軸部（１３１、１３３）にそれぞれ固定され、前記第３スラスタと前記第４スラスタとは、第２軸部（１３２、１３４）にそれぞれ固定され、
前記アクチュエータは、前記基体に対して前記第１軸部を回転させる第１アクチュエータ（１２１）と、前記基体に対して前記第２軸部を回転させる第２アクチュエータ（１２２）とを含み、前記第１アクチュエータによる前記第１軸部の回転により、前記第１スラスタおよび前記第２スラスタによる推進力の向きを前記基体に対して可変とし、前記第２アクチュエータによる前記第２軸部の回転により、前記第３スラスタおよび前記第４スラスタによる推進力の向きを前記基体に対して可変とするものであり、
前記観測部は、前記基体に対して相対的に動かないように固定して取り付けられ、
前記飛行体は、前記スラスタの各々の推進力と、前記推進力の方向と、の組み合わせによって、地表面に対して任意の姿勢で飛行することを特徴とする観測装置。

【請求項2】

前記観測部は、前記基体、前記スラスタ、前記アクチュエータ、前記慣性計測部および前記制御部が前記観測部の画角内に入らないように取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の観測装置。

【請求項3】

前記第１軸部（１３１，１３３）および前記第２軸部（１３２，１３４）は、回転軸が互いに平行になるように形成され、それぞれ、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを介して前記基体に取り付けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の観測装置。

【請求項4】

前記観測部は、前記第１軸部と前記第２軸部との間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の観測装置。

【請求項5】

前記スラスタは、プロペラ部（１４０ａ）と、該プロペラ部を回転させて推進力を発生させるモータ部（１４０ｂ）と、を有し、
前記第１軸部および前記第２軸部は、前記回転軸に沿った直線状を成し、
前記モータ部は、前記回転軸上に固定されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の観測装置。

【請求項6】

前記スラスタは、プロペラ部（１４０ａ）と、該プロペラ部を回転させて推進力を発生させるモータ部（１４０ｂ）と、を有し、
前記第１軸部および前記第２軸部は、それぞれ、前記回転軸に沿った軸上部材（１３３ａ，１３４ａ）と、前記回転軸からずれた位置に形成された軸外部材（１３３ｂ，１３４ｂ）とが一体的に形成されて成り、
前記モータ部は、前記プロペラ部の回転中心が前記第１軸部あるいは第２軸部の前記回転軸上に位置するように、前記軸外部材に固定されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の観測装置。

【請求項7】

前記第１スタスタと前記第３スラスタのプロペラ部の回転方向と、前記第２スラスタと前記第４スラスタの回転方向とは、互いに逆向きである同軸反転型であることを特徴とする請求項５又は６に記載の観測装置。

【請求項8】

異なる前記スラスタが、鉛直方向において異なる高度にある状態でホバリングしている場合において、鉛直方向の下部に位置する前記スラスタの推進力は、上部に位置する前記スラスタの推進力よりも小さくされることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の観測装置。

【請求項9】

異なる前記スラスタが、鉛直方向において異なる高度にある状態でホバリングしている場合において、前記スラスタの推進力は、全ての前記スラスタが地表面に平行な水平面内に位置している場合に較べて、大きくされることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の観測装置。

【請求項10】

前記スラスタを駆動するためのバッテリ（３００）を備え、
前記バッテリは、前記アクチュエータによって前記スラスタと一体的に変位することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の観測装置。

【請求項11】

前記スラスタは、プロペラ部（１４０ａ）と、該プロペラ部を回転させて推進力を発生させるモータ部（１４０ｂ）と、を有し、
前記バッテリは、前記モータ部を挟んで前記プロペラ部の反対側に固定されることを特徴とする請求項１０に記載の観測装置。

【請求項12】

前記飛行体は、着陸時において前記スラスタおよび前記観測部が地表面に接触しないためのガード部（４００，４２０，４３０）を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の観測装置。

【請求項13】

前記飛行体に固定され、着地に際して前記飛行体を地表面で支持する降着装置（５００）を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の観測装置。

【請求項14】

前記降着装置は、車輪（５１０）と、地表面との摩擦を生じさせるストッパ（５２０）と、を有し、
前記飛行体が地表面に沿って移動する際には前記車輪のみを接地させ、前記飛行体が移動の状態から静止する際には前記ストッパによる地表面との摩擦により静止することを特徴とする請求項１３に記載の観測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、観測機器を具備して飛行しながら対象の観測を行う観測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、無人飛行体（Unmanned Air Vehicle ：ＵＡＶ）に観測機器を搭載して、例えば災害現場や人間が立ち入ることが困難な危険箇所の状態を観測することが行われている。ＵＡＶに搭載される観測機器の代表的なものには空撮用のカメラがある。

【0003】

例えば、特許文献１には、飛行体に撮像部とＧＰＳ装置とが搭載された航空写真装置が提案されている。この航空写真装置では、撮像部による画像の取得とともにＧＰＳ装置による測定位置の取得が可能になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−６２７８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に提案されたような航空写真装置では、飛行体よりも高い位置に存在する対象を撮影することはできない。

【0006】

また、この航空写真装置では、飛行体が地面に対して姿勢を保持した状態で、飛行体に吊架された撮像部（カメラ）の向きを変えることによって、撮影対象を捉えるように構成されている。しかしながら、このような構成では、カメラの向きによっては、飛行体がカメラの画角内に入ってしまい、撮影範囲が制限されてしまう虞がある。

【0007】

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、任意の方向にある観測対象をホバリングしながら観測可能な観測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

【0009】

上記目的を達成するために、本発明は、飛行体（１００）と、該飛行体に取り付けられ、所定の画角内に存在する対象を観測する観測部（２００）と、を備えた観測装置であって、飛行体は、観測部が取り付けられる基体（１１０，１７０）と、揚力を発生させる２つ以上のスラスタ（１４０）と、スラスタによって生じる推進力の向きを基体に対して可変とするアクチュエータ（１２０）と、地表面に対する基体の姿勢を検出する慣性計測部（１５０）と、慣性計測部によって検出される基体の姿勢に基づいてスラスタおよびアクチュエータを制御する制御部（１６０）と、を有し、スラスタは、第１スラスタ（１４１）、第２スラスタ（１４２）、第３スラスタ（１４３）、および第４スラスタ（１４４）を含み、第１スラスタと第２スラスタは、第１軸部（１３１）にそれぞれ固定され、第３スラスタと第４スラスタとは、第２軸部（１３２）にそれぞれ固定され、アクチュエータは、基体に対して第１軸部を回転させる第１アクチュエータ（１２１）と、基体に対して第２軸部を回転させる第２アクチュエータ（１２２）とを含み、第１アクチュエータによる第１軸部の回転により、第１スラスタおよび第２スラスタによる推進力の向きを基体に対して可変とし、第２アクチュエータによる第２軸部の回転により、第３スラスタおよび第４スラスタによる推進力の向きを基体に対して可変とするものであり、観測部は、基体に対して相対的に動かないように固定して取り付けられ、飛行体は、スラスタの各々の推進力と、推進力の方向と、の組み合わせによって、地表面に対して任意の姿勢で飛行することを特徴としている。

【0010】

これによれば、この観測装置は、推進力の向きが基体に対して可変であるスラスタを有しているから、全てのスラスタが地表面に平行な面内に位置していなくても、ホバリングに必要な揚力を生じるような向きにスラスタの推進力を向けることができる。よって、この観測装置は、基体が地表面に対して傾いた状態でホバリングを維持し、且つ、移動することができる。

【0011】

換言すれば、この観測装置では、観測部が任意の方向を向いた状態で静止することができる。したがって、観測部が基体に対して固定されていても、任意の方向を観測することができる。

【0012】

また、この観測装置では、観測部は基体に固定されているから、従来のように、観測対象の方向を向くための可動部を要しない。したがって、基体と観測部との接続を簡素化することができる。また、これに伴って観測装置自体の重量を軽減することができる。

【0013】

特に、アクチュエータを介して基体に取り付けられ、回転軸が互いに平行になるように形成された第１軸部（１３１，１３３）および第２軸部（１３２，１３４）を有し、第１軸部および第２軸部には、それぞれ１つ以上のスラスタが固定され、スラスタは、第１軸部および第２軸部がアクチュエータにより回転軸まわりに回転することによって、推進力の向きを基体に対して可変とするように構成されていると良い。

【0014】

これによれば、スラスタは回転軸まわりに回転するように構成されているから、飛行体全体が、ホバリングの状態を維持しつつ回転軸に直交する面内で３６０度回転することができる。この機動に加えて、従来構成において可能なロール（あるいはピッチ）およびヨーを組み合わせることによって、観測部を、立体角４πステラジアンいずれの方向にも向けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態における観測装置の概略構成を示す斜視図である。

【図2】慣性計測部および制御部の構成を示すブロック図である。

【図3】飛行体とカメラの画角との位置関係を示す図である。

【図4】水平飛行モードにおけるホバリングを示す図である。

【図5】水平飛行モードにおけるロールを示す図である。

【図6】水平飛行モードにおけるピッチを示す図である。

【図7】水平飛行モードにおけるヨーを示す図である。

【図8】垂直飛行モードへ移行する前の、水平飛行モードにおけるホバリングを示す図である。

【図9】水平飛行モードから垂直飛行モードへ移行する初期動作を示す図である。

【図10】水平飛行モードから垂直飛行モードへ移行する途中の動作を示す図である。

【図11】垂直飛行モードへ移行後におけるホバリングを示す図である。

【図12】垂直飛行モードにおけるホバリングを示す図である。

【図13】垂直飛行モードにおけるロールを示す図である。

【図14】垂直飛行モードにおけるピッチを示す図である。

【図15】垂直飛行モードにおけるヨーを示す図である。

【図16】水平飛行モードにおけるヨーを示す図である。

【図17】垂直飛行モードにおけるヨーを示す図である。

【図18】水平飛行モードにおける並進移動を示す図である。

【図19】垂直飛行モードにおける並進移動を示す図である。

【図20】変形例１におけるバッテリの設置位置を示す斜視図である。

【図21】変形例２における観測装置の概略構成を示す斜視図である。

【図22】変形例２における観測装置の概略構成を示す斜視図である。

【図23】変形例３における観測装置の概略構成を示す斜視図である。

【図24】第２実施形態における観測装置の概略構成を示す斜視図である。

【図25】軸部の概略構成を示す図である。

【図26】ガード部を有する観測装置の一例を示す斜視図である。

【図27】ガード部を有する観測装置の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。また、飛行体に固定された座標系として、ｘ軸と、ｘ軸に直交するｙ軸と、ｘ軸およびｙ軸に対して一次独立なｚ軸を定義する。この座標系は、地表面に対して固定ではなく、飛行体の姿勢に依存して変動する。

【0017】

（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る観測装置の概略構成について説明する。

【0018】

本実施形態における観測装置は、多回転翼式の無人飛行体（Unmanned Air Vehicle ：ＵＡＶ）にカメラが搭載され、おもに空撮を目的として利用される装置である。カメラが捉える光の波長は、可視光領域に限定されるものではなく、より長波長の赤外線や、より短波長のＸ線などを対象としてもよい。

【0019】

図１に示すように、観測装置１０は、飛行を主な機能とする飛行体１００と、撮影を主な機能とする観測部としてのカメラ２００とを備えている。

【0020】

飛行体１００は、基体１１０と、２つのアクチュエータ１２０と、２つの軸部１３０と、４つのスラスタ１４０と、慣性計測部１５０と、制御部１６０とを有するクアッドコプターである。なお、図１には図示していないが、飛行体１００には、後述のアクチュエータ１２０、スラスタ１４０、慣性計測部１５０、制御部１６０およびカメラ２００の電源用にバッテリも搭載されている。

【0021】

基体１１０はｙ軸方向に延設された棒材である。基体１１０はプラスチック材や金属材を採用することができる。基体１１０は飛行体１００全体を支持する骨格であり、後述のアクチュエータ１２０、慣性計測部１５０および制御部１６０が固定されている。また、カメラ２００は基体１１０に固定されている。棒状の基体１１０の両端にアクチュエータ１２０が固定され、慣性計測部１５０および制御部１６０は、基体１１０の重心に集約配置されている。また、本実施形態では、バッテリも基体１１０の重心に集約配置されている。

【0022】

アクチュエータ１２０は、第１アクチュエータ１２１および第２アクチュエータ１２２から構成されている。これらは、それぞれ棒状の基体１１０の両端に固定されている。本実施形態におけるアクチュエータ１２０は、後述の軸部１３０をｘ軸まわりに回転させるために駆動する装置である。以降、第１アクチュエータ１２１および第２アクチュエータ１２２を総称してアクチュエータ１２０と表記する。

【0023】

軸部１３０は、第１アクチュエータ１２１に接続された第１軸部１３１と、第２アクチュエータ１２２に接続された第２軸部１３２と、により構成されている。本実施形態における軸部１３０は、回転軸、すなわちｘ軸に沿った直線状を成している。第１軸部１３１および第２軸部１３２は、互いに平行に、ｘ軸に沿って延設されており、それぞれがアクチュエータ１２０によってｘ軸まわりに３６０度回転できるようになっている。以降、軸部１３０の回転角をチルト角という。以降、第１軸部１３１および第２軸部１３２、第２実施形態に記載する第１軸部１３３および第２軸部１３４を総称して軸部１３０と表記する。

【0024】

スラスタ１４０は、プロペラ部１４０ａとモータ部１４０ｂとを有し、モータ部１４０ｂが駆動することによってプロペラ部１４０ａが回転して推進力を生じる。スラスタ１４０はｘ軸に直交する方向に推進力が向くように軸部１３０に固定されている。スラスタ１４０はアクチュエータ１２０の動作によって軸部１３０がｘ軸まわりに回転することで、基体１１０に対して推進力の向きが変更可能とされている。軸部１３０はｘ軸まわりに回転するので、推進力の主な向きを示すベクトルは、ｙｚ平面内で回転する。また、スラスタ１４０は、プロペラ部１４０ａの回転数を変更可能に構成されており、回転数に対応した推進力を発揮できるようになっている。すなわち、プロペラ部１４０ａの回転数が大きくなるにしたがって推進力が向上する。

【0025】

なお、軸部１３０の駆動部分にはスリップリングが用いられており、慣性計測部１５０および制御部１６０とスラスタ１４０とを繋ぐ信号ケーブルや、バッテリとスラスタ１４０とを繋ぐ電源ケーブルが、スラスタ１４０のｘ軸まわりでの回転を妨げることはない。

【0026】

本実施形態におけるスラスタ１４０は、４つのスラスタ、すなわち、第１スラスタ１４１、第２スラスタ１４２、第３スラスタ１４３、第４スラスタ１４４とから構成されている。第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２は、第１アクチュエータ１２１に対して対称に、第１軸部１３１の端部に固定されており、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４は、第２アクチュエータ１２２に対して対称に、第２軸部１３２の端部に固定されている。４つのスラスタ１４０はｘｙ平面内に配置されている。そして、図１に示すｚ軸の正の方向から飛行体１００を正面視すると、第１スラスタ１４１、第２スラスタ１４２、第３スラスタ１４３、第４スラスタ１４４は反時計回りに配置されている。以降、第１スラスタ１４１〜第４スラスタ１４４を総称してスラスタ１４０と表記する。

【0027】

慣性計測部１５０は、一般の航空機等に用いられるような、３軸のジャイロと３軸の加速度センサを含んで構成されており、飛行体１００の姿勢、角速度および加速度を検出する部分である。ジャイロとしては、回転円盤を有する機械式ジャイロスコープを用いても良いが、サニャック効果を利用するレーザーリングジャイロスコープを用いることによって高精度化と軽量化が可能である。また、加速度センサとしては、機械的変位測定方式のほか、光学的な方式やピエゾ抵抗を利用した半導体方式を採用しても良い。

【0028】

慣性計測部１５０は、図２に示すように、制御部１６０に通信可能に接続されており、飛行体１００の姿勢に関する情報を制御部１６０に出力する。慣性計測部１５０として、ジャイロおよび加速度センサの他、全地球測位システム（ＧＰＳ）や圧力センサ、流量センサ、磁気センサ、スタートラッカ等のデバイスを有していると飛行体１００の姿勢さらには高度を高精度で計測することができる。なお、図２では、慣性計測部１５０をＩＭＵと表記し、信号の流れを矢印で表している。

【0029】

制御部１６０は、慣性計測部１５０から出力される情報に基づいて飛行体１００の姿勢を推定し、推定された姿勢と外部からの命令に基づいてアクチュエータ１２０の駆動、ひいてはチルト角、およびスラスタ１４０におけるモータ部１４０ｂの出力を制御する部分である。制御部１６０は、図２に示すように、姿勢算出部１６１と、チルト角速度取得部１６２と、姿勢推定部１６３と、を有している。

【0030】

姿勢算出部１６１は、慣性計測部１５０により得られる飛行体１００の回転の角速度および並進の加速度に基づいて、飛行体１００の地表面に対する姿勢を算出する部分である。

【0031】

チルト角速度取得部１６２は、アクチュエータ１２０を介して軸部１３０の回転角速度を取得する部分である。また、チルト角速度取得部１６２は、外部から指定された目標とするチルト角の角速度も取得する。

【0032】

姿勢推定部１６３は、姿勢算出部１６１により算出された飛行体１００の現在の姿勢と、チルト角速度取得部１６２により取得された目標とするチルト角の角速度と、に基づいて飛行体１００の目標とする姿勢を推定する部分である。ここで、目標とするチルト角の角速度とは、外部から指定された姿勢に遷移するために要する角速度であり、慣性計測部１５０により得られる飛行体１００の回転の角速度と、チルト角速度取得部１６２により得られる目標とするチルト角の角速度との差分として計算される。なお、目標とする姿勢とは、観測装置１０に対して外部から命令される所望の姿勢、あるいは、現在の姿勢から所望の姿勢に至るまでの途中の姿勢である。

【0033】

本実施形態における姿勢推定部１６３は、目標とする姿勢に対応した座標軸を姿勢推定部１６３の内部に設定し、設定された座標軸が地表面に対して所定の相対位置になるように、アクチュエータ１２０およびモータ部１４０ｂをＰＩＤ制御する。なお、アクチュエータ１２０およびモータ部１４０ｂの制御の方式は必ずしもＰＩＤ制御に限定されるわけではなく、一般的に知られたフィードバック制御方式を採用することができる。

【0034】

カメラ２００は所定の画角を有する撮像装置であり、例えば可視光の波長帯において動画もしくは静止画の撮像を行う。カメラ２００は基体１１０に固定されており、基体１１０に対する相対位置は変化しないようになっている。換言すれば、従来のように、観測対象の方向を向くための可動部を有していない。したがって、基体１１０とカメラ２００との接続を簡素化することができる。また、これに伴って観測装置１０自体の重量を軽減することができる。

【0035】

カメラ２００には、画角、すなわち撮影可能な視野が存在する。画角はフィルムや撮像素子の撮像面の形状や、レンズ等の光学系によって決定する。本実施形態におけるカメラ２００は、飛行体１００を構成する要素が画角内に入らないように構成されている。つまり、撮影の際に飛行体１００が写り込まないようになっている。具体的には、図３に示すように、カメラ２００は、レンズの光軸がｚ軸に沿うように配置され、プロペラ部１２０ａの移動範囲に画角が被らないようになっている。なお、プロペラ部１４０ａの移動範囲は図３に示す破線部分である。本実施形態におけるプロペラ部１４０ａは、軸部１３０の回転に伴ってスラスタ１４０が回転するため、プロペラ部１４０ａの移動範囲は略球状になる。カメラ２００の画角はこの移動範囲を避けているため、各スラスタ１４０のチルト角がいずれの角度をとっても、カメラ２００にプロペラ部１４０ａが写り込むことなく、対象を観測することができる。

【0036】

また、本実施形態におけるカメラ２００は、ｙ軸方向において、第１軸部１３１と第２軸部１３２の間に配置されている。以降記載するように、飛行体１００がｘ軸のまわりに回転する場合には、その回転軸が第１軸部１３１と第２軸部１３２の間に位置する。このため、カメラ２００を、第１軸部１３１と第２軸部１３２の間に配置することによって、カメラ２００の撮像面をできるだけ飛行体１００の回転軸に近づけることができる。したがって、撮像時のパンニングの量を抑制することができる。

【0037】

次に、図４〜図１９を参照して、観測装置１０の具体的な機動について説明する。なお、図４〜図１９では、図１に示す構造を簡略化して図示しており、慣性計測部１５０、制御部１６０およびカメラ２００の図示は省略している。また、各スラスタ１４０の推進力を矢印の向きと大きさで示している。

【0038】

本実施形態における観測装置１０は、少なくとも水平飛行モードおよび垂直飛行モードの２つの飛行モードを有している。そして、水平飛行モードから垂直飛行モードへの移行の途中でも、その姿勢を維持したまま空中で静止することができる。よって、観測部としてのカメラ２００を全立体角に対して向けることができる。なお、水平飛行モードとは、ｘｙ平面、すなわち基体１１０および軸部１３０が存在する面、が地表面に対して略平行になっている状態で飛行するモードである。垂直飛行モードとは、ｘｙ平面が地表面に対して略垂直になっている状態で飛行するモードである。以下、それぞれの機動について説明する。

【0039】

＜水平飛行モードにおける機動＞
まず、水平飛行モードにおけるホバリングについて説明する。図４に示すように、４つのスラスタ１４０の推進力がｚ方向を向くように、アクチュエータ１２０によって軸部１３０の回転角が制御されている。また、全てのスラスタ１４０の推進力を同一とするため、スラスタ１４０のプロペラ部１４０ａの回転数は互いに略同一となっている。一方で、プロペラ部１４０ａの回転方向について、第１スラスタ１４１と第３スラスタ１４３における回転方向と、第２スラスタ１４２と第４スラスタ１４４における回転方向は、互いに逆向きとされている。これは、プロペラ部１４０ａの回転に起因するカウンタートルクを相殺するためである。各スラスタ１４０を上記した状態にすることによって、ｘｙ平面が地表面と略平行になるように、飛行体１００の姿勢を維持することができる。なお、プロペラ部１４０ａの回転数、すなわち推進力は、互いに完全同一とは限らない。各スラスタ１４０の推進力は、観測装置１０自体の重心まわりの力のモーメントが釣り合うように調整される。

【0040】

次いで、水平飛行モードにおけるロールについて説明する。本実施形態において、水平飛行時のロールは、基体１１０の延設方向まわり、すなわちｙ軸まわりに回転する機動である。換言すれば、飛行体１００を、ｙ軸を回転軸として傾ける機動である。例えば、図５に示すように、ｘｙ平面が地表面と略平行になった状態から、第１スラスタ１４１および第４スラスタ１４４の推進力を、第２スラスタ１４２および第３スラスタ１４３よりも大きくすると、飛行体１００にはｙ軸まわりの力のモーメントが生じる。上記のように各スラスタ１４０の推進力を制御することによって、飛行体１００のロールを実現することができる。なお、推進力の大小関係を逆にすれば、ロールによる回転方向が逆になる。

【0041】

次いで、水平飛行モードにおけるピッチについて説明する。本実施形態において、水平飛行時のピッチは、軸部１３０の延設方向まわり、すなわちｘ軸まわりに回転する機動である。換言すれば、飛行体１００を、ｘ軸を回転軸として傾ける機動である。例えば、図６に示すように、ｘｙ平面が地表面と略平行になった状態から、第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２の推進力を、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４よりも大きくすると、飛行体１００にはｘ軸まわりの力のモーメントが生じる。上記のように各スラスタ１４０の推進力を制御することによって、飛行体１００のピッチを実現することができる。なお、推進力の大小関係を逆にすれば、ピッチによる回転方向が逆になる。

【0042】

次いで、水平飛行モードにおけるヨーについて説明する。本実施形態において、水平飛行時のヨーは、ｚ軸まわりに回転する機動である。この機動における飛行体１００は、自身が傾くことなく、ｚ軸を回転軸として方位を変える。ヨーを実現するには、例えば、図７に示すように、ｘｙ平面が地表面と略平行になった状態において、第２スラスタ１４２および第４スラスタ１４４の推進力を、第１スラスタ１４１および第３スラスタ１４３よりも大きくする。この状態では、第２スラスタ１４２および第４スラスタ１４４のプロペラ部１４０ａの回転に起因するカウンタートルクが、第１スラスタ１４１および第３スラスタ１４３よりも大きくなる。これにより、飛行体１００にはｚ軸まわりの力のモーメントが生じる。上記のように各スラスタ１４０の推進力を制御することによって、飛行体１００のヨーを実現することができる。なお、推進力の大小関係を逆にすれば、ヨーによる回転方向が逆になる。

【0043】

＜水平飛行モードから垂直飛行モードへの移行＞
水平飛行モードから垂直飛行モードへの移行は、アクチュエータ１２０による軸部１３０の回転によって実現する。本実施形態における観測装置１０は、従来のクアッドコプターの構成に加えて、チルト角を変更することによってスラスタ１４０の推進力の向きを基体１１０に対して変位させることができるため、水平飛行モードから垂直飛行モードへの移行が可能となっている。なお、チルト角について、説明に用いる図８〜図１１において、紙面反時計回りを正とし、時計回りを負とする。また、水平飛行モードにおけるホバリング状態でのチルト角をゼロとする。すなわち、スラスタ１４０の推進力がｚ方向を向いている状態がチルト角ゼロに相当する。

【0044】

図８は、水平飛行モードでホバリング中における観測装置１０をｘ方向から正面視した図である。なお、紙面下方向きが鉛直下方向に相当する。水平飛行モードでのホバリング中は、上記したように、スラスタ１４０はｚ方向に推進力が生じる向きに設定されている。

【0045】

例えば、飛行体１００の姿勢を、紙面における反時計回り（正の回転方向）に回転して垂直飛行モードに移行させる旨の命令を受けたと仮定する。このとき、制御部１６０はチルト角およびスラスタ１４０におけるモータ部１４０ｂの出力を制御して飛行体１００の姿勢を変位させる。

【0046】

具体的には、機動開始時点において、先ず水平飛行モードにおけるピッチ機動を行ってｘ軸を回転軸とする回転運動を行う。すなわち、図６に示すように、ｘｙ平面が地表面と略平行になった状態から、第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２の推進力を、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４よりも大きくする。これにより、飛行体１００にはｘ軸まわりの力のモーメントが生じてピッチ機動を開始する。

【0047】

飛行体１００が傾斜した後は、第１軸部１３１を回転させて第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２のチルト角を鉛直方向に対して正とする。また、第２軸部１３２を回転させて第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４のチルト角を鉛直方向に対して負とする。これにより、飛行体１００には正の回転方向に力のモーメントが作用してピッチを継続する。

【0048】

なお、機動開始時点の動作について、図９に示すように、第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２の推進力のベクトルを紙面反時計回りに傾けることによってピッチ機動を開始してもよい。つまり、第１軸部１３１を回転させて第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２のチルト角を正とする。一方、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４の推進力のベクトルを紙面時計回りに傾ける。つまり、第２軸部１３２を回転させて第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４のチルト角を負とする。ここで、第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２のチルト角の絶対値は、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４のチルト角の絶対値よりも小さく設定されている。

【0049】

チルト角の変更によって各スラスタ１４０の推進力はｚ軸に対して傾きを持つ。すなわち、推進力はｚ軸に沿う揚力と、ｙ軸の沿う力とに分解できる。第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２のチルト角は、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４のチルト角よりも小さいから、第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２が生じさせる揚力は、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４が生じさせる揚力よりも大きい。したがって、飛行体１００には正の回転方向に力のモーメントが作用する。

【0050】

以上記載のように、水平飛行モードの状態から傾斜を開始するが、制御部１６０は、飛行体１００が回転を開始した後も、アクチュエータ１２０に対して軸部１３０を回転させる旨の指示を継続する。図１０は、水平飛行モードから垂直飛行モードへ移行する途中の状態を示したものであり、飛行体１００が地表面に対して４５度傾いた状態を図示している。図１０に示すように、第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２は、鉛直方向、すなわち重力の方向に対して僅かに正にチルトし、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４は、鉛直方向に対して僅かに負にチルトしている。これにより、飛行体１００には正の向きに力のモーメントが作用して、飛行体１００全体が正の回転方向に回転する機動を継続する。

【0051】

図１１に示すように、飛行体１００の基体１１０が鉛直方向の沿うまで回転すると、制御部１６０は、アクチュエータ１２０に対して、チルト角を固定するように指示する。すなわち、全てのスラスタ１４０のチルト角を−９０度で固定する。つまり、各スラスタ１４０の推進力はｙ軸方向に沿う。これにより回転に寄与する力のモーメントが生じることなく、揚力のみによって飛行体１００がホバリングした状態となる。このようにして水平飛行モードから垂直飛行モードへの移行を完了する。

【0052】

水平飛行モードから垂直飛行モードに移行する場合の各スラスタ１４０の推進力の大きさについて、チルト角に依存して変化するように構成することが好ましい。水平飛行モードに対して、各スラスタ１４０がチルトすると、スラスタ１４０の相互位置の変化による気流の干渉や、スラスタ１４０と基体１１０、慣性計測部１５０、制御部１６０およびバッテリとの相対的な位置関係の変化による気流の乱れが発生する。このため、飛行体１００が地表面に対して傾斜した状態では、水平飛行モードに比べて推進力を大きくしておくことが好ましい。具体的には、予め、実効的な推進力のチルト角依存性を計測しておき、ホバリングに必要な各スラスタ１４０の推進力を、チルト角に対して補正するように構成する。そして、水平飛行モードから垂直飛行モードへの移行時において、各スラスタ１４０のチルト角に応じてスラスタ１４０の推進力を補正値でフィードフォワードする。これにより、水平飛行モードから垂直飛行モードへの移行時において、飛行体１００の高度を低下させることなく姿勢の変更が可能である。

【0053】

＜垂直飛行モードにおける機動＞
まず、垂直飛行モードにおけるホバリングについて説明する。図１２に示すように、４つのスラスタ１４０の推進力がｙ方向を向くように、アクチュエータ１２０によって軸部１３０の回転角、すなわちチルト角が制御されている。また、全てのスラスタ１４０の推進力を同一とするため、スラスタ１４０のプロペラ部１４０ａの回転数は互いに同一となっている。一方で、カウンタートルクを相殺するため、プロペラ部１４０ａの回転方向について、第１スラスタ１４１と第３スラスタ１４３における回転方向と、第２スラスタ１４２と第４スラスタ１４４における回転方向は、互いに逆向きとされている。各スラスタ１４０を上記した状態にすることによって、ｘｙ平面が地表面と略垂直になるように、飛行体１００の姿勢を維持することができる。

【0054】

垂直飛行モードにおけるホバリングでは、鉛直上方に位置するスラスタ（本実施形態では、第１スラスタ１４１と第２スラスタ１４２）の推進力を、鉛直下方に位置するスラスタ（本実施形態では第３スラスタ１４３と第４スラスタ１４４）の推進力よりも大きくしておくと飛行体１００の姿勢がより安定する。これは、鉛直下方側のスラスタ１４３，１４４が、飛行体１００に吊架された状態となるためである。

【0055】

次いで、垂直飛行モードにおけるロールについて説明する。本実施形態において、垂直飛行時のロールは、飛行体１００がｚ軸まわりに回転する機動である。例えば、図１３に示すように、ｘｙ平面が地表面と略垂直になった状態から、第２スラスタ１４２および第３スラスタ１４３の推進力を、第１スラスタ１４１および第４スラスタ１４４よりも大きくすると、飛行体１００にはｚ軸まわりの力のモーメントが生じる。上記のように各スラスタ１４０の推進力を制御することによって、飛行体１００のロールを実現することができる。なお、推進力の大小関係を逆にすれば、ロールによる回転方向が逆になる。

【0056】

次いで、垂直飛行モードにおけるピッチについて説明する。本実施形態において、垂直飛行時のロールは、飛行体１００がｘ軸まわりに回転する機動である。例えば、図１４に示すように、ｘｙ平面が地表面と略垂直になった状態から、第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２を鉛直方向に対して僅かに正にチルトさせ、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４を鉛直方向に対して僅かに負にチルトさせた状態を維持する。これにより、飛行体１００には正の向きに力のモーメントが作用して、飛行体１００全体が正の回転方向に回転するピッチを実現することができる。なお、チルト角の正負を逆にすれば、ピッチによる回転方向が逆になる。

【0057】

次いで、垂直飛行モードにおけるヨーについて説明する。本実施形態において、垂直飛行時のヨーは、ｙ軸まわりに回転する機動である。この機動における飛行体１００は、ｘｙ平面が地表面に対して略垂直の状態で、ｙ軸を回転軸として方位を変える。ヨーを実現するには、例えば、図１５に示すように、ｘｙ平面が地表面と略垂直になった状態において、第２スラスタ１４２および第４スラスタ１４４の推進力を、第１スラスタ１４１および第３スラスタ１４３よりも大きくする。この状態では、第２スラスタ１４２および第４スラスタ１４４のプロペラ部１４０ａの回転に起因するカウンタートルクが、第１スラスタ１４１および第３スラスタ１４３よりも大きくなる。これにより、飛行体１００にはｙ軸まわりの力のモーメントが生じる。上記のように各スラスタ１４０の推進力を制御することによって、飛行体１００のヨーを実現することができる。なお、推進力の大小関係を逆にすれば、ヨーによる回転方向が逆になる。

【0058】

＜任意の姿勢における機動＞
水平飛行モードから垂直飛行モードへ移行して、飛行体１００の基体１１０が鉛直方向の沿う状態となった後も、チルト角を鉛直方向に固定せず、第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２を鉛直方向に対して僅かに正にチルトさせ、第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４を鉛直方向に対して僅かに負にチルトさせた状態を維持するようにアクチュエータ１２０を駆動すれば、飛行体１００はそのまま正の向きに回転、すなわち垂直飛行モードにおけるピッチ機動を継続して、ｘ軸に対して３６０度回転するピッチが可能である。

【0059】

また、図１０に示すような状態、すなわち、飛行体１００が地表面に対して４５度傾斜した状態で、全てのスラスタ１４０のチルト角を−４５度で固定して互いに同一の推進力になるようにすると、その傾斜姿勢を維持してホバリングすることが可能である。なお、飛行体１００の地表面に対する傾斜角は４５度に限定されない。本実施形態における飛行体１００はｘ軸に対して３６０度のピッチが可能であるから、地表面に対して任意の角度で姿勢を維持してホバリングが可能である。

【0060】

このような状態においても、水平飛行モードにおけるヨー機動と同様に、各スラスタ１４０の回転数に差をつけることによって、カウンタートルクに起因して飛行体１００はヨーを行うことができる。すなわち、飛行体１００はｚ軸が鉛直方向の対して傾いた状態で回転する歳差運動を行うことができる。したがって、図１に示すような、基体１１０に固定されたカメラ２００によって、全立体角（４πステラジアン）を対象にして観測が可能である。

【0061】

＜その他の機動＞
水平飛行モードおよび垂直飛行モードにおけるヨーについて、スラスタ１４０のチルト角を調整することによって、より大きなトルクでヨーを実現することができる。

【0062】

図７を用いて説明した水平飛行モードにおけるヨー機動に加えて、図１６に示すように、第１軸部１３１を負にチルトし、第２軸部１３２を正にチルトする。これによれば、各スラスタ１４０のカウンタートルクに加えて、推進力のｙ軸に沿った分力がｚ軸まわりの力のモーメントとして作用するため、図７を用いて説明したヨーに較べて、より大きなヨートルクを得ることができる。

【0063】

また、図１５を用いて説明した垂直飛行モードにおけるヨー機動に加えて、図１７に示すように、第１軸部１３１を負にチルトし、第２軸部１３２を正にチルトする。これによれば、各スラスタ１４０のカウンタートルクに加えて、推進力のｚ軸に沿った分力がｙ軸まわりの力のモーメントとして作用するため、図１５を用いて説明したヨーに較べて、より大きなヨートルクを得ることができる。

【0064】

さらに、水平飛行モードおよび垂直飛行モードにおける並進移動について、スラスタ１４０のチルト角を調整することによって、簡単に並進を実現することができる。

【0065】

図４を用いて説明した水平飛行モードにおけるホバリング機動に加えて、図１８に示すように、第１軸部１３１を負にチルトし、第２軸部１３２を負にチルトする。これにより、スラスタ１４０による推進力の分力がｙ軸方向の成分を持つため、飛行体１００はｙ軸方向に並進する。なお、チルト角の正負を逆にすれば、並進方向を逆にすることができる。

【0066】

また、図１２を用いて説明した垂直飛行モードにおけるホバリング機動に加えて、図１９に示すように、第１軸部１３１を負にチルトし、第２軸部１３２を負にチルトする。これにより、スラスタ１４０による推進力の分力がｚ軸方向の成分を持つため、飛行体１００はｚ軸方向に並進する。なお、チルト角の正負を逆にすれば、並進方向を逆にすることができる。

【0067】

（変形例１）
上記した実施形態では、バッテリが、慣性計測部１５０、制御部１６０およびカメラ２００と同様、飛行体１００の重心位置に集約配置される例について記載した。バッテリは観測装置１０の質量のうち多くを占めるため、飛行体１００は、バッテリが重心位置に配置されていることによって安定した飛行することができる。しかしながら、バッテリが配置される位置は重心位置に限定されるものではない。

【0068】

例えば、図２０に示すように、バッテリ３００が軸部１３０に固定され、アクチュエータ１２０による軸部１３０のチルトに伴って、スラスタ１４０と相対位置を変えずに回転するような構成しても良い。換言すれば、バッテリ３００がスラスタ１４０と一体的に変位するように構成しても良い。

【0069】

これによれば、電源ケーブル３１０がアクチュエータ１２０を経由しないから、電源ケーブル３１０が軸部１３０のチルトによる負荷を受けにくくすることができる。また、バッテリ３００が飛行体１００の重心位置に配置される形態に較べて、電源ケーブル３１０の長さを短くすることができるので、電源ケーブル３１０の電気抵抗値を抑制でき、消費電力を低減することができる。

【0070】

バッテリ３００は、軸部１３０に固定されてスラスタ１４０とともに変位するように構成すれば上記効果を奏することができるが、図２０に示すように、モータ部１４０ｂを挟んでプロペラ部１４０ａの反対側に固定されることが好ましい。

【0071】

スラスタ１４０は、推進力を生み出すために、プロペラ部１４０ａを回転させて空気を推進力と反対側に押し出す。推進力はこの空気を押し出す力に対する反作用である。本実施形態におけるスラスタ１４０は、プロペラ部１４０ａが回転することによって空気をモータ部１４０ｂ側に押し出す。バッテリ３００がモータ部１４０ｂを挟んでプロペラ部１４０ａの反対側に固定されることにより、押し出される側の空気の気流の乱れを抑制することができる。

【0072】

（変形例２）
飛行体１００は、図２１に示すように、着陸時にスラスタ１４０が地表面と接触しないようにするためのガード部４００を有していることが好ましい。ガード部４００は、支持部４１０を介して飛行体１００に固定されている。該ガード部４００は、着陸時において、スラスタ１４０が地表面に接触する前に地表面に接触してスラスタ１４０を保護するようになっている。

【0073】

本変形例におけるガード部４００は、ｙ方向に延設された板状を成している。ガード部４００および支持部４１０は、スラスタ１４０におけるプロペラ部１４０ａの移動範囲に干渉しない位置に取り付けられている。また、ガード部４００および支持部４１０は、カメラ２００の画角から外れる位置に取り付けられている。

【0074】

なお、ガード部４００は、例えば、図２２に示すように、ガード部４００が支持部４１０を介して軸部１３０に取り付けられていても良い。このような構成では、軸部１３０のチルトに伴ってスラスタ１４０と一体的に変位する。図２２では、軸部１３０のチルト角はゼロ度である。つまり、図２２は水平飛行モードにおけるガード部４００の位置を示している。この場合、ガード部４００はｙ軸に沿って延設されている。そして、図１２に示すような垂直飛行モードに移行した場合、軸部１３０のチルト角は−９０度となり、これに伴ってガード部４００はｚ軸に沿って延設された状態となる。よって、ガード部４００は、垂直飛行モードであっても、着陸時においてスラスタ１４０が地表面に接触する前に地表面に接触してスラスタ１４０を保護することができる。

【0075】

（変形例３）
飛行体１００は、図２３に示すように、変形例２にて示したガード部４００に替えて、あるいはガード部４００に加えて、降着装置５００を有していても良い。降着装置５００は、飛行体１００を地表面で支持する装置である。本変形例における降着装置５００は、車輪５１０とストッパ５２０とを有している。

【0076】

車輪５１０は、支持部４１０を介して飛行体１００に取り付けられており、例えばｘ軸まわりに回転するようになっている。このため、飛行体１００が接地している場合には、スラスタ１４０の推進力をｙ軸方向に向けることによって、地表面に沿って移動することができる。

【0077】

ストッパ５２０は、支持部４１０を介して、車輪５１０とはｘｙ平面に面対称の位置に取り付けられている。本変形例におけるストッパ５２０は、ｚ軸方向に突出した突起状の部材である。車輪５１０で接地する場合に対して、飛行体を１８０度反転させた状態として着陸すれば、ストッパ５２０の先端を接地した状態で着陸できる。ストッパ５２０を接地させて着陸した場合は、着陸後に観測装置１０が意図しない移動をしないようにできる。

【0078】

また、垂直飛行モードにて着陸する場合には、支持部４１０および車輪５１０の全体が地表面に接地するように着陸できる。なお、垂直飛行モードにおいて、車輪５１０のみが接地するように、ｘ軸を回転軸として傾けることによって、車輪５１０による走行も可能である。

【0079】

本変形例における降着装置５００は、車輪５１０とストッパ５２０とを有するものであるが、降着装置５００は、水上を想定したフロートや、雪上を想定したスキーであっても良い。

【0080】

（第２実施形態）
第１実施形態における観測装置１０は、飛行体１００の構成要素として、棒状の基体１１０と直線状を成す軸部１３０（第１軸部１３１および第２軸部１３２）とを備える例について示した。これに対して、本実施形態における観測装置２０は、図２４に示すように、Ｈ字状の基体１７０と、非直線状の軸部１３０（第１軸部１３３および第２軸部１３４）とを備える。なお、スラスタ１４０、慣性計測部１５０、制御部１６０、カメラ２００およびバッテリ３００については、第１実施形態および変形例１〜３に記載したものと同一であるため、詳しい記載を省略する。

【0081】

また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向について、第１実施形態と同様に、水平飛行モードにおいてはｘｙ平面が地表面と略平行となるように記載しており、第１実施形態にて記載した機動に合わせている。具体的には、例えば、水平飛行モードにおけるロールはｙ軸まわりに回転する機動であり、ピッチはｘ軸まわりに回転する機動であり、ヨーはｚ軸まわりに回転する機動である。そして、水平飛行モードから垂直飛行モードへ移行は、ｘ軸まわりに回転することによって実現する。

【0082】

基体１７０は、図２４に示すように、互いに平行な２枚の平板１７１と、２枚の平板１７１の間に介在して２枚の平板１７１の相対位置を固定する支柱１７２とを有している。本実施形態における平板１７１はｘ軸方向に互いに対向しており、ｙ軸方向に延びて配置されている。２本の支柱１７２はｘ軸方向に延びて２枚の平板１７１を結んでいる。そして、慣性計測部１５０、制御部１６０、カメラ２００は支柱１７２の略中央に集約配置されている。

【0083】

軸部１３０は、図２４に示すように、ｘ軸に沿って互いに平行に形成された第１軸部１３３と第２軸部１３４を有している。軸部１３０は、基体１７０における平板１７１に、スリップリングを介して接続されている。軸部１３０はｘ軸に沿う回転軸まわりに回転可能になっており、平板１７１に取り付けられたアクチュエータ１２１，１２２によってチルトする。第１軸部１３３には第１スラスタ１４１および第２スラスタ１４２が固定され、第２軸部１３４には第３スラスタ１４３および第４スラスタ１４４が固定されている。

【0084】

本実施形態における第１軸部１３３および第２軸部１３４は、それぞれ、軸上部材１３３ａ，１３４ａと軸外部材１３３ｂ，１３４ｂとを有している。例えば、図２５に示すように、第１軸部１３３は、アクチュエータ１２１の駆動の作用を受けて回転する第１軸部１３３の回転軸上に形成された軸上部材１３３ａと、回転軸から外れた位置に形成された軸外部材１３３ｂとを有している。軸上部材１３３ａと軸外部材１３３ｂは一体的に形成された矩形状を成しており、アクチュエータ１２１の駆動に伴って、ｘ軸に沿う回転軸まわりに回転運動する。なお、図２５は第１軸部１３３の概略構成を示した図であるが、第２軸部１３４についても同様に、軸上部材１３４ａと軸外部材１３４ｂとを有している。

【0085】

スラスタ１４０におけるモータ部１４０ｂは軸外部材１３３ｂ，１３４ｂに固定されており、プロペラ部１４０ａの回転中心、換言すれば回転円の中心が軸部１３０の回転軸上に位置するようになっている。これによれば、軸部１３０が単純な棒状である場合に較べて、軸部１３０がチルトした場合のプロペラ部１４０ａの移動範囲を最小にすることができる。プロペラ部１４０ａの移動範囲が最小になると、カメラ２００の画角内にプロペラ部１４０ａが写り込みにくくすることができる。

【0086】

なお、軸部１３０の形状は、図２４および図２５に示したような略矩形状であることに限定されない。少なくとも軸部１３０の回転軸から外れた位置に軸外部材を有しており、プロペラ部１４０ａの回転中心が軸部１３０の回転軸上に位置するように、スラスタ１４０が軸外部材に固定されていれば、上記効果を奏することができる。

【0087】

各機動については第１実施形態と同様であるから、詳しい記載を省略する。また、第１実施形態における変形例１〜３に記載した、バッテリ３００を配置する位置、ガード部および降着装置については、第２実施形態にも適用可能である。

【0088】

例えば、図２６に示すように、この観測装置２０を構成する飛行体１００が、２枚の平板１７１のｙ軸方向の両端にＹ字状に成型されたガード部４２０を、計４つ有している。ひとつのガード部４２０は、ｙ軸方向に延びた先が二又に分かれており、ｙｚ平面に沿う別の方向に延びている。すなわち、４つのガード部４２０は、合計で８方向に延び、８つの先端を有している。

【0089】

なお、このガード部４２０は降着装置も兼ねる。具体的には、水平飛行モードにて着陸する際には、ｘｙ平面に沿う同一面に存在する４つの先端が接地する。一方、垂直飛行モードにて着陸する際には、ｙｘ平面に沿う同一面に存在する４つの先端が接地する。

【0090】

この観測装置２０においても、スラスタ１４０はアクチュエータ１２０によりチルトする。すなわち、プロペラ１４０ａは略球状の移動範囲を持っている。ガード部４２０は、プロペラ１４０ａの移動範囲が、８つの先端を頂点とする直方体の内部に収まるように形成されており、どのような姿勢で着陸しても、プロペラ１４０ａが地表面に激突することがないようになっている。

【0091】

もう一つの例は、図２７に示すように、飛行体１００が、直方体状の枠を形成するようなガード部４３０を有している。このガード部４３０は平板１７１と一体的に形成されている。直方体の８つの頂点は、プロペラ１４０ａの移動範囲が、８つの先端を頂点とする直方体の内部に収まるようにされており、どのような姿勢で着陸しても、プロペラ１４０ａが地表面に激突することがないようになっている。図２７に示す例でも、ガード部４３０は降着装置を兼ねている。

【0092】

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

【0093】

上記した各実施形態では、主に４つのスラスタ１４０を有するクアッドコプターについて記載したが、スラスタ１４０の数は限定されるものではない。少なくとも２つのスラスタ１４０を有し、推進力の向きが基体１１０，１７０に対して可変であるように構成されていればよい。そのような構成では、飛行体１００を地表面に対して傾いた状態でホバリングさせることができる。具体的には、双発のツインコプターや、６発のヘキサコプターにも本発明を適用することができる。

【0094】

また、上記した各実施形態では、プロペラ部１４０ａを回転させて推進するスラスタ１４０を例に示したが、推進の手段はプロペラ方式に限定されるものではなく、ダクテッドファンやロケットエンジンを採用することもできる。

【0095】

また、スラスタ１４０としてプロペラ方式を採用する場合において、上記した各実施形態では、モータ部１４０ｂの１つの回転軸に対して１つのプロペラ部１４０ａが回転する方式を例に示したが、これに限定されない。２つのプロペラ部１４０ａがモータ部１４０ｂの１つの回転軸上に存在して、互いに逆回転する同軸反転型のスラスタ１４０を採用してもよい。これによれば、１つのスラスタ１４０あたりのカウンタートルクの影響を抑制することができるので、ホバリング時における姿勢の安定性を向上することができる。また、ヨー機動の制御を容易にすることができる。

【0096】

また、上記した各実施形態では、棒状やＨ字状の基体１１０，１７０を例に示したが、基体の形状も上記例に限定されるものではない。例えば、円形の基体を採用することもできる。また、ｚ軸方向に揚力を生じさせる翼状の基体を採用すれば、軸部１３０のチルト角を略９０度あるいは略−９０度で固定した状態で航空機のように飛行することができる。

【符号の説明】

【0097】

１０…観測装置，１００…飛行体，１１０…基体，１２０…アクチュエータ，１３１…第１軸部，１３２…第２軸部，１４０…スラスタ，１５０…慣性計測部，１６０…制御部，２００…カメラ（観測部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】