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特表2022-521272衝突耐性のある推進力およびコントローラを備えた無人航空機
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-06
(54)【発明の名称】衝突耐性のある推進力およびコントローラを備えた無人航空機
(51)【国際特許分類】
B64C 17/00 20060101AFI20220330BHJP
B64C 27/08 20060101ALI20220330BHJP
B64C 39/02 20060101ALI20220330BHJP
B64D 27/24 20060101ALI20220330BHJP
B64C 11/34 20060101ALI20220330BHJP
【ＦＩ】
B64C17/00
B64C27/08
B64C39/02
B64D27/24
B64C11/34
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021549185
(86)(22)【出願日】2020-02-19
(85)【翻訳文提出日】2021-09-30
(86)【国際出願番号】 EP2020054399
(87)【国際公開番号】W WO2020169686
(87)【国際公開日】2020-08-27
(31)【優先権主張番号】19158413.5
(32)【優先日】2019-02-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521367385
【氏名又は名称】フライアビリティ・エスエイ
(74)【代理人】
【識別番号】100088605
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 公延
(74)【代理人】
【識別番号】100130384
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 孝文
(72)【発明者】
【氏名】シドティ・アントニノ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァルセシーニ・マシュー
(72)【発明者】
【氏名】パブクシディス・アレクサンドル
(72)【発明者】
【氏名】ダレル・ルドヴィク
(72)【発明者】
【氏名】ブリオ・アドリアン
(57)【要約】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）（１）は、マルチプロペラ推進システム（２）と、マルチプロペラ推進システム（２）を囲む外側保護ケージ（４）と、自律電源（７）と、感知システム（６）と、感知システム（６）に接続され、感知システムから測定信号を受信する制御システム（５）と、を含む。制御システムは、マルチプロペラ推進システム（２）に電気的に接続され、推進システムのモータ（１０）を制御する。感知システムは、少なくとも、マルチプロペラ推進システムの向きおよび変位を測定するように構成された向きセンサおよび変位センサを含む。マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された少なくとも２つのプロペラ（８）を含み、各プロペラは、プロペラブレード（９）に連結されたステータおよびロータを有するモータ（１０）を含む。制御システム（５）は、少なくとも１つのマイクロプロセッサ（１５）と、少なくとも１つの不揮発性メモリ（１６）と、を含み、不揮発性メモリ内の少なくとも１つの制御プログラム（１７）は、ＶＴＯＬ ＵＡＶの飛行またはホバリングのためにマルチプロペラ推進システムを制御するためにマイクロプロセッサ（１５）によって実行可能である。制御システムは、障害物（２６）との接触点（Ｐ）から遠位の少なくとも１つのプロペラ（８”）における推力を逆転させると共に、その接触点（Ｐ）から近位プロペラのモータ（１０）を制御して揚力を発生させるように構成された、向きを安定させるためのプログラム（１８）を含み、遠位および近位プロペラの推力は、ＵＡＶに揚力を及ぼして、それに対する重力（Ｇ）を打ち消し、かつ、前記接触点（Ｐ）の周りに回転モーメント（Ｍ）を加えてＵＡＶの位置を安定させるか、または慣性に起因するトルクを打ち消すように、制御される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）（１）であって、マルチプロペラ推進システム（２）と、
前記マルチプロペラ推進システム（２）を囲む外側保護ケージ（４）と、
自律電源（７）と、
感知システム（６）と、
前記感知システムから測定信号を受信するために前記感知システム（６）に接続された制御システム（５）と、を含み、
前記制御システムは、前記マルチプロペラ推進システム（２）に電気的に接続され、前記推進システムのモーター（１０）を制御し、
前記感知システムは、少なくとも、前記マルチプロペラ推進システムの向きおよび変位を測定するように構成された向きセンサおよび変位センサを含み、
前記マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された少なくとも２つのプロペラ（８）を含み、
各プロペラは、プロペラブレード（９）に連結されたステータおよびロータを有するモータ（１０）を含み、
前記制御システム（５）は、少なくとも１つのマイクロプロセッサ（１５）と、少なくとも１つの不揮発性メモリ（１６）と、を含み、前記不揮発性メモリ内の少なくとも１つの制御プログラム（１７）は、前記ＶＴＯＬ ＵＡＶの飛行またはホバリングのために前記マルチプロペラ推進システムを制御するように、前記マイクロプロセッサ（１５）によって実行可能であり、
前記制御システムは、障害物（２６）との接触点（Ｐ）から遠位の少なくとも１つのプロペラ（８”）における推力を逆転させると共に、前記接触点（Ｐ）から近位プロペラのモータ（１０）を制御して揚力を発生させるように構成された、向きを安定させるためのプログラム（１８）を含み、遠位プロペラおよび前記近位プロペラの推力は、前記ＵＡＶに揚力を及ぼして、それに対する重力（Ｇ）を打ち消し、かつ、前記接触点（Ｐ）の周りに回転モーメント（Ｍ）を加えて前記ＵＡＶの位置を安定させるか、または慣性に起因するトルクを打ち消すように、制御されることを特徴とする、ＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項2】
前記マルチプロペラ推進システムは、矩形構成に配列されたプロペラを含む、請求項１に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項3】
前記マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された複数対（８ａ、８ｂ）のプロペラを含む、請求項１または２に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項4】
対の前記プロペラは、鏡像対称に配列されている、請求項３に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項5】
前記プロペラブレード（９）は、時計回りおよび反時計回り両方の回転方向において同じ空気力学特性を有するように対称である、請求項１から４のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項6】
一対の同軸プロペラの前記プロペラは、独立して制御されるように構成された方法で前記制御システムに接続されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項7】
前記プロペラのうちの少なくともいくつかは可逆であり、時計回り方向または反時計回り方向に回転するように前記制御システムによって制御され得、または、代わりに、前記プロペラのうちの少なくともいくつかは、前記プロペラによって生成される推力の量および推力の方向に応じて、依然として同じ方向に回転しながらそれらのブレードのピッチを変えることによって可逆である、請求項１から６のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項8】
前記マルチプロペラ推進システム、前記電源、および前記制御システムは、サスペンション要素（１１）を介して前記外側保護ケージに連結された内側支持構造体（３）上に装着されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項9】
前記外側保護ケージは、前記マルチプロペラ推進システムを囲むケージを形成するコネクタ（１４）によって互いに接続された複数のビーム（１３）を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項10】
前記外側保護ケージは、前記マルチプロペラ推進システム（２）の周りにほぼ球形の形状を形成する、請求項９に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項11】
前記感知システムは、前記ＶＴＯＬ ＵＡＶの向きおよび速度の変化を測定するために、少なくとも１つのジャイロスコープおよび少なくとも１つの加速度計を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項12】
前記感知システムは、外部物体からの前記ＶＴＯＬ ＵＡＶの距離を検出し、任意選択的に前記外部物体に対する前記ＵＡＶの速度を計算するように構成された、光学センサ、超音波センサ、またはマイクロ波センサを含み得る、少なくとも１つの距離センサを含む、障害物感知システム（２０）を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項13】
前記感知システムは、前記外側保護ケージ（４）と外部物体（２６）との接触を検出するように構成された少なくとも１つの近接センサを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項14】
前記マルチプロペラ推進システムは、正方形または矩形構成（Ｒｅ）で離間して配列された４つのプロペラ（８）または四対（８ａ、８ｂ）のプロペラを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項15】
非同軸的に離間して配列された複数のプロペラは、本質的に同じ平面（Ｂ）内で回転する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項16】
前記モータおよび前記プロペラは、それらが生成する推力を、ｋ＝１秒当たりのそれらのホバリング推力の８～５０倍の割合で変化させるように構成されている、請求項１から１５のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【請求項17】
１つ以上のプロペラが、それぞれ、前記プロペラを囲むダクト内に装着されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【0001】
本発明は、保護外側ケージ、ならびに、外部物体との接触によって引き起こされる外乱を低減し、ＵＡＶが他の障害物に有意な速度で衝突するのを防止することを可能にする推進システムおよびコントローラ、を備えたＶＴＯＬ（垂直離着陸）無人航空機（以下、「ＵＡＶ」とも呼ぶ）に関する。
【0002】
本発明の特定の実施形態の技術的利点は、障害物、構造物、物体、人間などに近接した飛行を含むさまざまな適用において、ＵＡＶのロバスト性を向上させるか、またはＵＡＶの新たな用途を容易にすることを可能にすることができる。このような適用は、例えば、屋外または屋内のインフラの点検または監視、資産の監督などである。
【0003】
ＶＴＯＬ航空機は、一般に、重力に逆らう上向きの力（揚力）を生成する推進システム（例えば、１つ以上のプロペラ）のおかげで飛行する。このような輸送機関は、低速飛行（ホバリング飛行）、垂直離陸または垂直着陸が可能であり、一般に、安定した向きのままであるか、または横向きに移動するために、それらの向きまたは方向を制御する制御システムを有する。航空機が安定した向きにないとき、例えば、その推進システムが主として上向きでない力を発生させる場合、航空機は、急速に揚力を失うか、または推進システムが力を発生させる方向に向かって速度を得る場合がある。
【0004】
ＵＡＶは、一般に、ホバリング飛行時に安定した向きのままであるように、または横向きに移動するためにわずかに傾斜するように、制御される。ホバリング飛行では、コントローラは一般に、一定の高度を維持するためにドローンにかかる重力を相殺するホバリング推力を加える。推力は、各プロペラによって生成される各力ベクトルを合計した結果として得られる力である。一般的には、コントローラは、傾斜している間はホバリング推力よりも大きな推力を加え、推力が傾いているにもかかわらず重力を相殺し、横向きに移動する間、同じ高度を維持する（図１参照）。
【0005】
ドローンの向きを制御して、例えば安定した向きに戻すために、制御システムは、一般に、各プロペラによって生成される相対的な力を変化させることによって、典型的には、下に傾斜した側のプロペラによってより多くの力（Ｆ２）を生成すること（図２）によって、ドローンの角速度および向きに影響を与えるトルクを加えている。
【0006】
障害物に接近して飛行するように設計された航空機は、典型的には推進システムおよび制御システムを囲む保護外側ケージを備えていることが多い。これらの保護ケージは、航空機が障害物に衝突したり、地面に落下したときに、外部物体が、回転するプロペラまたは制御表面などの傷つきやすい部品を損傷したり、衝突エネルギーを吸収したりするのを防止する。これらは一般に、推進システムによって生成される揚力にあまり影響を与えずに、開口部により空気流が構造物を通過できるように、形成される。
【0007】
航空機が障害物に接触した場合、保護外側ケージがＵＡＶの損傷を防ぐことができる。しかしながら、障害物との接触は、航空機の向きを乱し得る比較的大きな外部トルクおよび力を引き起こす可能性があり、これにより、ＵＡＶは、（重力の引く力により）高度を失うか、または推進システムが指す方向に向けて著しく速度を上げる場合があり、それは、ＵＡＶを、さらなる障害物に高速で衝突する危険にさらす。
【0008】
ＵＡＶの向きが乱されたときに破滅的な衝突が起こるリスクを減らそうとして、標準的なコントローラは、ＵＡＶが著しく速度を上げる前に、できるだけ早くＵＡＶを安定した向きに戻すためにトルクを生成するが、そのような回復は、別の障害物との第２の衝突が通常起こり、破滅的な衝突を発生させる、雑然とした空間では、不可能である可能性が高い。
【0009】
場合によっては、航空機が障害物に接触した場合、例えば、障害物の接触力、摩擦、粘着性または形状、周囲のかぎ状のもの（hooks）などにより、航空機が障害物に接触したままになることがある。この場合、ＵＡＶは障害物にヒンジ式に付着し、障害物との接触点の周りを回転する。標準的なコントローラは、自由空間でドローンを安定した向きに戻すトルクを生成するように設計されているが、多くの場合、この状況に対処できない。ＵＡＶが障害物にヒンジ式に付着している場合、通常、標準的なコントローラはヒンジにより反対方向に望ましくないトルクを生成し（図３ａ）、これは航空機の向きをさらに乱す可能性があり、最終的には衝突につながる（図３ｂ）。
【0010】
上記を鑑み、本発明の目的は、前述した欠点を克服し、障害物との衝突の状況下で安定した飛行および迅速な修正措置を可能とし、衝突のリスクを低減する、ＶＴＯＬ ＵＡＶを提供することである。
【0011】
多用途で機敏なＶＴＯＬ ＵＡＶを提供することは有利である。
【0012】
限られたスペース内で、また障害物の間を、安全で制御しやすい方法で飛行できるＶＴＯＬ ＵＡＶを提供することは有利である。
【0013】
本発明の目的は、請求項１に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶを提供することによって達成されている。
【0014】
本明細書には垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）が開示され、これは、マルチプロペラ推進システムと、マルチプロペラ推進システムを囲む外側保護ケージと、自律電源と、感知システムと、感知システムから測定信号を受信するために感知システムに接続された制御システムと、を含む。制御システムは、マルチプロペラ推進システムに電気的に接続され、推進システムのモータを制御する。感知システムは、少なくとも、マルチプロペラ推進システムの向きおよび変位を測定するように構成された向きセンサおよび変位センサを含む。マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された少なくとも２つのプロペラを含み、各プロペラは、プロペラブレードに連結されたステータおよびロータを有するモータを含む。制御システムは、少なくとも１つのマイクロプロセッサと、少なくとも１つの不揮発性メモリと、を含み、不揮発性メモリ内の少なくとも１つの制御プログラムは、ＶＴＯＬ ＵＡＶの飛行またはホバリングのためにマルチプロペラ推進システムを制御するように、マイクロプロセッサによって実行可能である。
【0015】
制御システムは、障害物との接触点（Ｐ）から遠位の少なくとも１つのプロペラにおける推力を逆転させると共に、その接触点（Ｐ）から近位プロペラのモータを制御して揚力を生成するように構成された、向きを安定させるためのプログラムを含み、遠位および近位プロペラの推力は、ＵＡＶに揚力を及ぼして、それに対する重力（Ｇ）を打ち消し、かつ、前記接触点（Ｐ）の周りで回転モーメント（Ｍ）を加えてＵＡＶの位置を安定させるか、または慣性に起因するトルクを打ち消すように、制御される。
【0016】
推力の逆転は、プロペラの回転方向の変更、または可変ピッチプロペラブレードのピッチの変更のいずれかによって得ることができる。さらに別の実施形態では、推力は、一対のプロペラの第２のプロペラのスイッチをオンにし、かつ一対のプロペラの第１のプロペラのスイッチをオフにするか、または第１のプロペラにおける推力を減少させることによって、逆転され得、第１および第２のプロペラは、それぞれ反対の方向に推力を生成するように構成される。通常飛行中、第２のプロペラは静止していてよく、一方、第１のプロペラは飛行のための揚力推力（lift thrust）を生成する。後者の実施形態では、プロペラは必ずしも可逆である必要はなく、それぞれが単一方向に回転するように構成され得る。
【0017】
有利な実施形態では、マルチプロペラ推進システムは、矩形構成に配列されたプロペラを含む。
【0018】
有利な実施形態では、マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された複数対のプロペラを含む。
【0019】
有利な実施形態では、対のプロペラは、鏡像対称に配列される。
【0020】
有利な実施形態では、プロペラブレードは、時計回りおよび反時計回り両方の回転方向において同じ空気力学特性を有するように対称である。
【0021】
有利な実施形態では、一対の同軸プロペラのプロペラは、独立して制御されるように構成された方法で制御システムに接続される。
【0022】
有利な実施形態では、前記プロペラのうちの少なくともいくつかは可逆であり、プロペラによって生成される推力の量および推力の方向に応じて、時計回り方向または反時計回り方向に回転するように、制御システムによって制御され得る。代替的な変形例では、前記プロペラのうちの少なくともいくつかは、可変ピッチのブレードを有し、依然として同じ方向に回転しながらそれらのブレードのピッチを変えることによって可逆である。
【0023】
変形例では、前記プロペラのうちの少なくともいくつかがダクト内に封入され、有利な揚力および空気力学特性を提供する。
【0024】
有利な実施形態では、マルチプロペラ推進システム、電源、および制御システムは、サスペンション要素を介して外側保護ケージに連結された内側支持構造体上に装着される。
【0025】
有利な実施形態では、外側保護ケージは、マルチプロペラ推進システムを囲むケージを形成するコネクタによって互いに接続された複数のビームを含む。
【0026】
有利な実施形態では、外側保護ケージは、（ＵＡＶの意図された用途および目的に応じて）マルチプロペラ推進システムの周りに、ほぼ球形、正方形、卵形、ディスク形、またはさまざまな他の形状を形成する。
【0027】
有利な実施形態では、感知システムは、ＶＴＯＬ ＵＡＶの向きおよび速度の変化を測定するために、少なくとも１つのジャイロスコープおよび少なくとも１つの加速度計を含む。
【0028】
有利な実施形態では、感知システムは、外部物体からのＶＴＯＬ ＵＡＶの距離を検出し、任意選択的に外部物体に対するＵＡＶの速度を計算するように構成された、光学センサ、超音波センサ、またはマイクロ波センサを含み得る、少なくとも１つの距離センサを含む、障害物感知システムを含む。
【0029】
有利な実施形態では、感知システムは、外側保護ケージと外部物体との接触を検出するように構成された少なくとも１つの近接センサを含む。
【0030】
有利な実施形態では、マルチプロペラ推進システムは、正方形または矩形構成（Ｒｅ）で離間して配列された４つのプロペラまたは四対のプロペラを含む。
【0031】
有利な実施形態では、非同軸的に離間して配列された複数のプロペラは、本質的に同じ平面内で回転する。
【0032】
有利な実施形態では、非同軸的に離間して配列された複数のプロペラは、２つ以上の平面内で回転し、いくつかのプロペラが互いに重なり合うことができる。
【0033】
本発明は、いくつかのプロペラと、１つ以上のプロペラによって生成された推力方向を迅速に逆転することができるモータコントローラと、に依存する推進システムの使用、ならびに、障害物にヒンジ式に付着した場合であっても、コントローラがＶＴＯＬ ＵＡＶを安定した向きに戻すトルクを生成することを可能にする方法を提案する。
【0034】
ＵＡＶにおいてプロペラにより生成される推力方向を逆転させることが知られており、ＷＯ２０１５１０５５５４では、一対のプロペラの推力を逆転させて地上でのローリングモードを可能にし、ＵＳ９６５０１３５では、プロペラの推力を逆転させてＵＡＶを逆さまの向きで飛行させることができる。しかしながら、本発明は、これまで提案されていなかった、障害物との飛行中の衝突に対処するための新しい制御スキームを提供する。
【0035】
コントローラは、向き、角速度、手動パイロット入力、加速度または他の測定もしくは状態推定を使用して、ドローンを安定させる力を生成するプロペラおよびモータコントローラにコマンドを適用することができる。ＶＴＯＬ ＵＡＶは動的システムであり、コントローラは、（回転軸に直交する、プロペラブレードの平面に対する）傾斜角に依存し、かつＵＡＶの構成、プロペラの数、およびプロペラに対する接触場所に依存する、静的コマンドを適用し、その後、ＶＴＯＬ ＵＡＶの現在の運動を考慮に入れた動的コマンドを追加することができる。静的コマンドの効果は、ＶＴＯＬ ＵＡＶをさまざまな傾斜角度で静的に保持することによって観察され得る。その後、任意の動的コマンドが、ＶＴＯＬ ＵＡＶの運動を考慮するために、これらのコマンドに追加され得、例えば、ＰＩＤ（比例積分微分）コントローラで一般的に使用されるような、微分成分、またはＶＴＯＬ ＵＡＶの角速度に比例するコマンドを追加する。
【0036】
ＵＡＶの向きの識別は、向きセンサ、例えば、ジャイロスコープ、加速度計、慣性測定装置（ＩＭＵ）、磁力計、距離センサ、画像（vision）、地平線検出など、またはセンサの組み合わせを用いて行うことができる。ＶＴＯＬ ＵＡＶの中心を通り、安定した向きに関してＵＡＶが周囲を回転する傾斜軸（ヨー軸に対応する）が識別され得、上方に傾斜したＵＡＶの側において、傾斜軸から遠位にあるプロペラまたはプロペラ群は、ＵＡＶの上向き方向に沿って向けられている場合は正の、また、ＵＡＶの下向き方向に沿って向けられている場合は負の、結果として生じる力Ｆ１を生成するように、制御される。下方に傾斜したＵＡＶの側において、傾斜軸から遠位にあるプロペラまたはプロペラ群は、結果として生じる力Ｆ２を発生させるように、制御される。傾斜角３０°～１５０°で、負の力Ｆ１は、プロペラの１つ以上の回転方向を逆転させることによって、制御され得る。図１２は、さまざまな接触点のための傾斜軸を示し、さまざまなマルチロータ構成についてＦ１およびＦ２を生成するために使用されるプロペラ群を示す。
【0037】
標準コントローラは、Ｆ１およびＦ２に対する正のコマンドを生成し（図３ａおよび図４ａ）、したがって、一般に、ヒンジ点Ｐの周りにトルクＭａを生成し（図４ｂ）、これは、ＵＡＶをその安定した向きからさらに離れるように動かすが、本発明の実施形態によるＵＡＶは、力Ｆ１およびＦ２（図７および図１１ａ）を加え、これは、ＵＡＶをその安定した向きに戻すトルクＭを生成する（図１１ｂ）。
【0038】
ヒンジ点Ｐの周りのトルクは、推進システム、重力および慣性項に関連するさまざまな項で構成される。正のトルクが安定化すると仮定すると、ホバリング飛行に典型的な正のＦ１およびＦ２は常に負の寄与を生じ、重力は９０°の傾斜角度まで安定していることが分かる。衝突前の速度による慣性項は常に不安定である。
【0039】
【数1】
【0040】
普遍性を失うことなく、システムが安定するための十分条件は、ヒンジ点の周りのトルクが常に正（安定）であり、ＶＴＯＬ ＵＡＶの初速度および慣性に関連する定数よりも高いことである。この関係は、Ｆ１および／またはＦ２が負であるのが有利であることを明確に示している。また、迅速な修正措置に有利な、一般的には高い推力対重量比は、このような状態では望ましくないことを示す。
【0041】
定数ｒｔは、プロペラの質量中心からの距離と保護フレームの基準長との比である。これは、常に正の数で、プロペラがどのくらい保護フレームの近くに配置されているかを示す。
【0042】
障害物との衝突はしばしば動的な状況を発生させるので、推力振幅を変化させるためのコマンドに迅速に反応することができるモータおよびモータコントローラを使用することは有利である。
【0043】
回転方向を変更する際の遅れは動的な状況で不安定な挙動を引き起こす可能性があるため、回転方向を迅速に変更することができるモータおよびモータコントローラを使用することが有利である。
【0044】
生成する推力を、ｋ＝１秒当たりの公称ホバリング推力（力）の８～５０倍の割合で変化させることができる、モータおよびプロペラを使用することが有利である。例えば、プロペラ当たりの公称推力が４Ｎの場合、推進システムは、１秒当たり４×８＝３２Ｎ～１秒当たり４×５０＝２００Ｎの割合でその推力を変化させることができなければならない。
【0045】
時計回りまたは反時計回りのどちらにも回転する場合、両方向に力を生成することができるプロペラを使用することが有利である。ブレードが回転軸に直交する平面Ｂの周りで対称となるプロペラを、プロペラがいずれの方向に回転しても同じ力を生成するようにして使用することが有利である。
【0046】
一方向にのみ回転しながら両方向に推力を加えることができる、可変のピッチ角を有するプロペラを使用することが有利である。
【0047】
下向きの力を生成するように最適化されたいくつかのプロペラを使用することが有利であり、一方、他のプロペラは、上向きの力を生成するように最適化され、これにより、所望の方向に力を加えることができる反応性を増大させる。本実施形態では、反対方向の力を生成する前にプロペラが方向転換するのを待つのではなく、命令された設定点に近い回転速度からプロペラが加速を開始することを可能にする。また、この実施形態は、動力効率を向上させることができる、上向き揚力のために最適化されたプロペラを使用することを可能にする。プロペラがいずれの方向に回転しても同じ力を生成するように、ブレードが回転軸に直交する平面Ｂの周りで対称であるいくつかのプロペラで構成されることが、この実施形態にとって依然として有利である。
【0048】
ＵＡＶが障害物と接触していない状況で本発明の実施形態によるＵＡＶを使用することは、ＵＡＶの迅速な安定を可能にすると共に、高度の損失および望ましくない方向の加速度を低減するので有利である。
【0049】
本発明のさらなる目的および有利な特徴は、特許請求の範囲、詳細な説明および添付の図面から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1a】従来の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）の概略的な簡略図であり、ＵＡＶに作用する推進力および重力を図示している。
【図1b】従来の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）の概略的な簡略図であり、ＵＡＶに作用する推進力および重力を図示している。
【図2】従来の垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）の概略的な簡略図であり、ＵＡＶに作用する推進力および重力を図示している。図１ａおよび図１ｂに類似した図であり、ＵＡＶの向きを修正するためにＵＡＶにトルクを加える推進力を図示している。
【図5a】本発明の一実施形態によるＶＴＯＬ ＵＡＶの図である。
【図5b】本発明の一実施形態によるＶＴＯＬ ＵＡＶの図である。
【図5c】本発明の一実施形態によるＶＴＯＬ ＵＡＶの図である。
【図5d】本発明の一実施形態によるＶＴＯＬ ＵＡＶの図である。
【図8】本発明の一実施形態によるＵＡＶの感知および制御システムの概略ブロック図である。
【図12】種々のマルチロータ構成で推力Ｆ１、Ｆ２を生成するために使用される、種々の接触点およびプロペラ群に対する傾斜軸を概略的に示す。
【0051】
図５ａ～図１０ｄを参照すると、本発明の実施形態によるＶＴＯＬ ＵＡＶ１は、外側保護ケージ４の内側に装着された内側支持構造体３によって支持されたマルチプロペラ推進システム２を含む。外側保護ケージ４は、コネクタ１４によって互いに接続された複数のビーム１３から形成され得、これらのビームは、組み合わせてほぼ球形の外側保護ケージを形成し、任意選択的に平坦化された部分または開口部を有する、例えば三角形のフレームモジュール１２を形成する。本発明の範囲内では、ＵＡＶの意図された用途および目的に応じて、他の外側ケージ形状および形態、例えば、ほぼ正方形、卵形、ディスク形、およびさまざまな他の形状、が提供され得る。
【0052】
ＶＴＯＬ ＵＡＶ１は、マルチプロペラ推進システム２と共に内側支持構造体３によって支持され得る、例えば充電式バッテリの形態の、電源７と、制御システム５と、感知システム６と、をさらに含む。しかしながら、感知システムの要素は、例えば位置センサまたはカメラ２３のように、一部が外側保護ケージ４上に装着されてもよい。本発明の実施形態によるＶＴＯＬ ＵＡＶ１ａは、さらなる構成要素、特に、内側支持構造体３上および／または外側保護ケージ４上に装着された画像取得および照明システム２３を含むことができる。
【0053】
感知システム９は、特に、位置、向き、および変位感知システム１９と、障害物感知システム２０と、を含むことができる。位置、向き、および変位感知システム１９は、特に、ＵＡＶ１の向きおよび加速度および加速方向を測定することができる１つ以上のジャイロスコープおよび１つ以上の加速度計を含むことができる。加速度計はまた、ＵＡＶと障害物との衝突を検出することができる。
【0054】
さらに、ジャイロスコープおよび／または加速度計およびモータフィードバックまたはモータコマンドを使用して、ドローンに加えられるトルクまたは力を推定することができ、これにより、ＵＡＶの外側保護ケージ４と障害物との間の接触を検出するか、または接触点（Ｐ）を示すことができる。
【0055】
障害物感知システム２０は、特に、外部物体からのＵＡＶの距離を決定し、任意選択的に前記障害物に向かう変位の速度を決定するように構成された、距離センサ、例えば光学および／または超音波センサを含むことができる。マイクロ波またはミリ波センサのような他の距離センサも使用することができる。
【0056】
障害物感知システムはまた、ＵＡＶの外側保護ケージ４と障害物との間の接触を検出することができる、磁気近接センサ、例えばホール効果センサ、または容量センサおよび／もしくは圧電センサを含んでもよい。
【0057】
上述した各種センサは、当技術分野ではそれ自体既知であり、形成される測定に応じて、外側保護ケージ４または内側支持構造体３上に装着され得る。
【0058】
さらに、感知システムは、光学センサ、距離センサ、ＷｉＦｉまたは電波に基づく全地球測位システム（ＧＰＳ）および局所測位システムを含むナビゲーション感知システムを含むことができ、このような全地球および局所ナビゲーションシステムもそれ自体周知である。
【0059】
制御システム５および電源７は、好ましくは、内側支持構造体３上に直接装着される。内側支持構造体３は、有利には、サスペンション要素１１を介して外側保護ケージ４に連結され得、サスペンション要素は、例えば、さまざまな構成の弾性ポッドまたはスプリングを含み得、任意選択的に、例えば、内側支持構造体３と外側保護ケージ４との間の弾性運動を減衰させるための、さまざまなショックアブソーバーに見られるような減衰機構をさらに含む。
【0060】
制御システム５は、少なくとも１つのマイクロプロセッサ１５と、制御プログラム１７が記憶された少なくとも１つの不揮発性メモリ１６と、を含む電子回路を含む。制御プログラムは、少なくとも、感知システム６から受信した入力に応じてマイクロプロセッサ１５によって実行される、向きを安定させるためのプログラム１８を含む。
【0061】
感知システム６の各種センサは、制御システムの電子回路に接続され、測定信号を制御システムに送信し、制御システムは、マルチプロペラ推進システムに接続されて、マルチプロペラ推進システムのモータ１０を制御するための制御信号を送信する。
【0062】
マルチプロペラ推進システムは、離間して非同軸的に配列された複数のプロペラ８を含む。
【0063】
好ましい実施形態では、４つのプロペラが矩形配列Ｒｅで配列されており、４つのプロペラは、プロペラの回転軸Ａに直交する実質的に同一の平面Ｂ内に配列され得る。プロペラは、安定性とヨー軸周りの制御を改善するために、平面Ｂに対してわずかな傾斜角度（典型的には１°～５°）を有することができる。プロペラは、いくつかのプロペラが互いに重なり合うことができるように、プロペラの回転軸Ａに直交する複数の平面内に配列されてもよい。
【0064】
図６ａ、図６ｂおよび図７に示され、図９に概略的に示された実施形態では、クワッド配列（quad arrangement）の４つの単一プロペラ８があり、プロペラブレードは、本質的に、同一の平面Ｂまたはオフセットした平面内で整列され得、例えば、隣り合うプロペラのブレードが重なり合うことを可能にする。
【0065】
プロペラは、例えば図７に示すような実施形態において、プロペラの効率および推力を増加させるのに役立つ空気ダクト２１によって囲まれ得る。
【0066】
【0067】
この実施形態では、プロペラの対８ａ、８ｂはまた、離間して非同軸的に、正方形または矩形の形態Ｒｅで配列される。
【0068】
有利な実施形態では、対８ａ、８ｂのプロペラは、ロータ軸が整列し、モータおよびブレードが鏡像対称になるように、同軸的に配列され得る。
【0069】
各プロペラ８、８ａ、８ｂは、ステータとロータとを含むモータ１０によって回転駆動されるプロペラブレード９を含み、好適な実施形態では、ロータがプロペラブレード９に直接連結される。
【0070】
プロペラブレード９は、有利な実施形態では、対称的なブレード形状を含み得、プロペラブレードは、同様の空気力学特性を有して時計回りおよび反時計回りの両方の方向に回転し得る。しかしながら、多くの用途では、ブレード回転の可逆性が制御の場合にのみ使用されることを考慮すると、非対称形状を有するプロペラブレードを設けることが可能であり、通常および一般の飛行モードは、プロペラブレードの特定の回転方向に基づく。
【0071】
上述の実施形態は、離間して非同軸的に配列された１組の単一プロペラ８を有するマルチプロペラ推進システムに特に有利であるが、図５ａ～図５ｇに示される実施形態では、各対８ａ、８ｂのプロペラは、一方向にのみ回転するように構成され得る。飛行中、片側（例えば底側）のプロペラのみが回転していてよく、反対側（例えば上側）のプロペラは静止していてもよい。障害物と衝突すると、先に静止していた上側のプロペラを駆動し、底側の飛行プロペラのスイッチをオフにするかまたはその推力を減少させることによって、遠位側の対のプロペラにおいて、推力を逆転させることができる。したがって、推力を逆転させるために、対または複数のプロペラのうちの１つのスイッチをオンにし、残りのスイッチをオフにするか、または減速させる。後者の実施形態では、モータは可逆である必要はない。
【0072】
しかしながら、好ましくは、図５ａ～図５ｇに示す実施形態では、各対８ａ、８ｂのプロペラブレード９は、時計回りおよび反時計回りの両方の方向に（すなわち可逆的に）回転され、さまざまな可能な飛行モードにおいて大きな柔軟性を提供し、かつ、高いペイロードを運搬し、それにもかかわらず高度な飛行制御と機敏性を提供することができる。
【0073】
モータ１０は、有利には、ロータの角度位置を検出するために、例えばステータに装着されたホール効果センサまたは光学エンコーダの形態の、ロータ位置センサを含み得る。これは、ロータの方向の特に急速な変化を可能にする。ロータの正確な位置を知らなければ、ロータ方向の逆転の制御は、より困難であり、信頼性が低い。
【0074】
図５ａ～図５ｇに示され、図１０ａ～図１０ｄに概略的に示されている実施形態では、一対の同軸プロペラのプロペラ８はそれぞれ、モータ１０と、プロペラブレード９と、を含み、好適な実施形態では、プロペラブレード９は鏡像対称に装着され、ロータ軸Ａが整列している。対の２つのプロペラ８ａ、８ｂは、種々のモードで、同一方向に推力を生成する方向に回転する両方のプロペラを含む第１のモード、または、対のプロペラがそれぞれ反対の方向に推力を生成する方法で、同時に動作され得る。
【0075】
さらなる動作モードは、対のプロペラのうちの１つのみが回転し、一方向または反対方向に推力を生成するものである。モータに適用される制御に応じて、対のプロペラのそれぞれによって生成される推力は、個別に制御され、互いに独立して変化して、ドローンの非常に精密で安定した制御を可能にする非常に迅速な応答を可能にすることができる。
【0076】
図９に概略的に示された変形例では、非同軸配列、例えばトライ、クワッド、ペンタまたはヘキサ形態（tri, quad, penta or hexa formation）で配列された、離間したプロペラが、制御され得、障害物２６と接触したときに、接触点Ｐから遠位のプロペラ８”が、（モータのロータの回転方向を変えることによって）逆転した推力Ｆ１の方向を有して、接触点Ｐの周りで回転モーメントＭを生成することができ、これは、動的衝突の場合、重力Ｇによって生成される回転モーメントおよび接触点Ｐの周りの回転の慣性モーメントを考慮して、接触点Ｐに近い近位プロペラ８’の推力によって生成される回転モーメントを相殺する。したがって、遠位プロペラ８”および近位プロペラ８’の相対推力が、それに応じて制御されて、ＵＡＶを安定させることができる。９０°を超える傾斜角度の場合、接触点に近いプロペラの推力Ｆ２の方向は、逆転されるように制御することもできる（図１１ａにも示されている）。ＵＡＶの飛行方向、または物体を静的に押すときのＵＡＶの一般的な推力方向との関連で、遠位プロペラ８”は、ＵＡＶの後端部のプロペラに対応し、近位プロペラ８’は、ＵＡＶの前端部のプロペラに対応する。
【0077】
また、遠位プロペラ８”の推力を逆転させることによる回転モーメントＭの制御は、接触点Ｐの周りでのＵＡＶの静止位置もしくは保持位置を生成するために、または特定の用途において有用であり得る障害物２６に対するＵＡＶの傾斜角度αを変更するために、またはより安定した静止位置もしくは保持位置を可能にする位置で角度αを調整するために使用され得る。
【0078】
図１１ａ～図１１ｂに示すように、垂直線に対する（ロータブレード９の平面Ｂに垂直である）推力軸Ｔの傾斜角度αに応じて、ＵＡＶを静止位置に保持するために各プロペラにより加えられる推力Ｆ１、Ｆ２の量は、特に３０°～１５０°の範囲の、傾斜角度αに依存する。力Ｆ１およびＦ２ならびに回転モーメントＭは、ＵＡＶの構成、推進システムの数、および推進システムに対する接触場所に応じて、（図１１ａ～図１１ｂのグレー領域によって図示されるように）それらの厳密な値が変動し得る。
【0079】
図５ａ～図５ｇおよび図８に示す実施形態では、遠位の対のプロペラ８ａ”、８ｂ”によって生成される合成推力Ｆ１ａ＋Ｆ１ｂは、近位の対８ａ’、８ｂ’によって生成される合成推力Ｆ２ａ＋Ｆ２ｂと比べて変動され得、図９に示す場合と同様に、遠位の対８ａ”、８ｂ”は、全体的に負の推力を生成し得るが、近位のプロペラ対８ａ’、８ｂ’は、正の推力を生成し、接触点Ｐの周りでの回転モーメントＭは、重力Ｇによって生成される回転モーメントを考慮して、障害物２６に接する静止保持位置について、または衝突時の慣性モーメントを補償するために、調整され得る。この実施形態では、プロペラの対のプロペラ８ａ”、８ａ’のうちの１つは、飛行中、特に衝突が予想される飛行中に、静止していてよい。また、プロペラ８ｂ’、８ｂ”は上向きの揚力に最適化され得る。あるいは、下向きの推力を生成するプロペラ８ａ”、８ａ’のうちの１つは、特に衝突が予想されるときに、下向きの推力の小さな振幅を発生させるように回転していてよい。ＵＡＶ１の回転の原因となる障害物２６との衝突時に、ＵＡＶの飛行のための揚力を生成するプロペラ８ｂ”と比較して推力を生成しないかまたは下向きの推力を生成するプロペラ８ａ”は、非常に迅速に下向きの推力を生成するように動作されて（その対の他方のプロペラ８ｂ”はスイッチをオフにされ得）、障害物２６とＵＡＶの衝突時の慣性によって示される回転モーメントを相殺するためにＵＡＶの回転モーメントＭを操作する際のプロペラ８ａ”、８ｂ”の反応性を著しく増大させることができる。
【0080】
逆推力を生成するための対のプロペラの準備ができた状態は、ＵＡＶのオペレータによって手動で制御されてもよいし、感知システムによって自動的に制御されてもよく、それによって、ＵＡＶ１が障害物２６からある特定の距離以内にあるとき、プロペラ対８ａ、８ｂは、例えば、対のプロペラのうちの１つのスイッチをオフにすることによって、または、対のプロペラのうちの１つを、ＵＡＶの飛行のための揚力を生成する対の他方のプロペラよりも低い振幅の逆推力で回転させることによって、逆推力を迅速に生成するための、準備ができた状態で動作するように構成されてもよい。
【0081】
図５ａ～図５ｇ、図６ａ、図６ｂおよび図７に示すようなプロペラ対のクワッド配列では、離間して配列されたプロペラのそれぞれ、または離間して配列されたプロペラ対のそれぞれは、感知システム６から入力される信号ならびに所望の飛行モードおよび制御に応じて、ＵＡＶの飛行またはホバリングのためにピッチ、ヨーおよびロール軸の周りのＵＡＶの所望の向きを維持するように、独立して推力を生成するように動作される。
【0082】
〔特徴部のリスト〕
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）１
マルチプロペラ推進システム２
非同軸的に離間して配列されたプロペラ
非同軸的に離間して配列されたプロペラの対
クワッド配列
プロペラ８
プロペラブレード９
対称のブレード
モータ１０
ロータ
ステータ
ロータ位置センサ
ホールセンサ
内側支持構造体３
サスペンション１１
プロペラダクト２１
外側保護ケージ４
フレームモジュール１２
ビーム１３
コネクタ１４
制御システム５
マイクロプロセッサ１５
メモリ１６
制御プログラム１７
向きを安定させるプログラム１８
感知システム６
向き感知システム１９
ジャイロスコープ
加速度計
障害物感知システム２０
距離センサ
光学センサ
超音波センサ
電磁レーダ
磁気近接センサ
位置感知システム２２
電源７
バッテリ
重心Ｃｇ
接触点Ｐ
Ｇ 重力
Ｆ プロペラ推進力
Ｍ 力のモーメント（トルク）
Ｔ 推力（重心Ｇにおける推進システムの合成力）
障害物２６
垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）１
マルチプロペラ推進システム２
非同軸的に離間して配列されたプロペラ
非同軸的に離間して配列されたプロペラの対
クワッド配列
プロペラ８
プロペラブレード９
対称のブレード
モータ１０
ロータ
ステータ
ロータ位置センサ
ホールセンサ
内側支持構造体３
サスペンション１１
プロペラダクト２１
外側保護ケージ４
フレームモジュール１２
ビーム１３
コネクタ１４
制御システム５
マイクロプロセッサ１５
メモリ１６
制御プログラム１７
向きを安定させるプログラム１８
感知システム６
向き感知システム１９
ジャイロスコープ
加速度計
障害物感知システム２０
距離センサ
光学センサ
超音波センサ
電磁レーダ
磁気近接センサ
位置感知システム２２
電源７
バッテリ
重心Ｃｇ
接触点Ｐ
Ｇ 重力
Ｆ プロペラ推進力
Ｍ 力のモーメント（トルク）
Ｔ 推力（重心Ｇにおける推進システムの合成力）
障害物２６
【0083】
〔実施の態様〕
（１） 垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）（１）であって、
マルチプロペラ推進システム（２）と、
前記マルチプロペラ推進システム（２）を囲む外側保護ケージ（４）と、
自律電源（７）と、
感知システム（６）と、
前記感知システムから測定信号を受信するために前記感知システム（６）に接続された制御システム（５）と、を含み、
前記制御システムは、前記マルチプロペラ推進システム（２）に電気的に接続され、前記推進システムのモーター（１０）を制御し、
前記感知システムは、少なくとも、前記マルチプロペラ推進システムの向きおよび変位を測定するように構成された向きセンサおよび変位センサを含み、
前記マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された少なくとも２つのプロペラ（８）を含み、
各プロペラは、プロペラブレード（９）に連結されたステータおよびロータを有するモータ（１０）を含み、
前記制御システム（５）は、少なくとも１つのマイクロプロセッサ（１５）と、少なくとも１つの不揮発性メモリ（１６）と、を含み、前記不揮発性メモリ内の少なくとも１つの制御プログラム（１７）は、前記ＶＴＯＬ ＵＡＶの飛行またはホバリングのために前記マルチプロペラ推進システムを制御するように、前記マイクロプロセッサ（１５）によって実行可能であり、
前記制御システムは、障害物（２６）との接触点（Ｐ）から遠位の少なくとも１つのプロペラ（８”）における推力を逆転させると共に、前記接触点（Ｐ）から近位プロペラのモータ（１０）を制御して揚力を発生させるように構成された、向きを安定させるためのプログラム（１８）を含み、遠位プロペラおよび前記近位プロペラの推力は、前記ＵＡＶに揚力を及ぼして、それに対する重力（Ｇ）を打ち消し、かつ、前記接触点（Ｐ）の周りに回転モーメント（Ｍ）を加えて前記ＵＡＶの位置を安定させるか、または慣性に起因するトルクを打ち消すように、制御されることを特徴とする、ＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（２） 前記マルチプロペラ推進システムは、矩形構成に配列されたプロペラを含む、実施態様１に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（３） 前記マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された複数対（８ａ、８ｂ）のプロペラを含む、実施態様１または２に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（４） 対の前記プロペラは、鏡像対称に配列されている、実施態様３に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（５） 前記プロペラブレード（９）は、時計回りおよび反時計回り両方の回転方向において同じ空気力学特性を有するように対称である、実施態様１から４のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１） 垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人航空機（ＵＡＶ）（１）であって、
マルチプロペラ推進システム（２）と、
前記マルチプロペラ推進システム（２）を囲む外側保護ケージ（４）と、
自律電源（７）と、
感知システム（６）と、
前記感知システムから測定信号を受信するために前記感知システム（６）に接続された制御システム（５）と、を含み、
前記制御システムは、前記マルチプロペラ推進システム（２）に電気的に接続され、前記推進システムのモーター（１０）を制御し、
前記感知システムは、少なくとも、前記マルチプロペラ推進システムの向きおよび変位を測定するように構成された向きセンサおよび変位センサを含み、
前記マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された少なくとも２つのプロペラ（８）を含み、
各プロペラは、プロペラブレード（９）に連結されたステータおよびロータを有するモータ（１０）を含み、
前記制御システム（５）は、少なくとも１つのマイクロプロセッサ（１５）と、少なくとも１つの不揮発性メモリ（１６）と、を含み、前記不揮発性メモリ内の少なくとも１つの制御プログラム（１７）は、前記ＶＴＯＬ ＵＡＶの飛行またはホバリングのために前記マルチプロペラ推進システムを制御するように、前記マイクロプロセッサ（１５）によって実行可能であり、
前記制御システムは、障害物（２６）との接触点（Ｐ）から遠位の少なくとも１つのプロペラ（８”）における推力を逆転させると共に、前記接触点（Ｐ）から近位プロペラのモータ（１０）を制御して揚力を発生させるように構成された、向きを安定させるためのプログラム（１８）を含み、遠位プロペラおよび前記近位プロペラの推力は、前記ＵＡＶに揚力を及ぼして、それに対する重力（Ｇ）を打ち消し、かつ、前記接触点（Ｐ）の周りに回転モーメント（Ｍ）を加えて前記ＵＡＶの位置を安定させるか、または慣性に起因するトルクを打ち消すように、制御されることを特徴とする、ＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（２） 前記マルチプロペラ推進システムは、矩形構成に配列されたプロペラを含む、実施態様１に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（３） 前記マルチプロペラ推進システムは、非同軸的に離間して配列された複数対（８ａ、８ｂ）のプロペラを含む、実施態様１または２に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（４） 対の前記プロペラは、鏡像対称に配列されている、実施態様３に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（５） 前記プロペラブレード（９）は、時計回りおよび反時計回り両方の回転方向において同じ空気力学特性を有するように対称である、実施態様１から４のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【0084】
（６） 一対の同軸プロペラの前記プロペラは、独立して制御されるように構成された方法で前記制御システムに接続されている、実施態様１から５のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（７） 前記プロペラのうちの少なくともいくつかは可逆であり、時計回り方向または反時計回り方向に回転するように前記制御システムによって制御され得、または、代わりに、前記プロペラのうちの少なくともいくつかは、前記プロペラによって生成される推力の量および推力の方向に応じて、依然として同じ方向に回転しながらそれらのブレードのピッチを変えることによって可逆である、実施態様１から６のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（８） 前記マルチプロペラ推進システム、前記電源、および前記制御システムは、サスペンション要素（１１）を介して前記外側保護ケージに連結された内側支持構造体（３）上に装着されている、実施態様１から７のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（９） 前記外側保護ケージは、前記マルチプロペラ推進システムを囲むケージを形成するコネクタ（１４）によって互いに接続された複数のビーム（１３）を含む、実施態様１から８のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１０） 前記外側保護ケージは、前記マルチプロペラ推進システム（２）の周りにほぼ球形の形状を形成する、実施態様９に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（７） 前記プロペラのうちの少なくともいくつかは可逆であり、時計回り方向または反時計回り方向に回転するように前記制御システムによって制御され得、または、代わりに、前記プロペラのうちの少なくともいくつかは、前記プロペラによって生成される推力の量および推力の方向に応じて、依然として同じ方向に回転しながらそれらのブレードのピッチを変えることによって可逆である、実施態様１から６のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（８） 前記マルチプロペラ推進システム、前記電源、および前記制御システムは、サスペンション要素（１１）を介して前記外側保護ケージに連結された内側支持構造体（３）上に装着されている、実施態様１から７のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（９） 前記外側保護ケージは、前記マルチプロペラ推進システムを囲むケージを形成するコネクタ（１４）によって互いに接続された複数のビーム（１３）を含む、実施態様１から８のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１０） 前記外側保護ケージは、前記マルチプロペラ推進システム（２）の周りにほぼ球形の形状を形成する、実施態様９に記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【0085】
（１１） 前記感知システムは、前記ＶＴＯＬ ＵＡＶの向きおよび速度の変化を測定するために、少なくとも１つのジャイロスコープおよび少なくとも１つの加速度計を含む、実施態様１から１０のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１２） 前記感知システムは、外部物体からの前記ＶＴＯＬ ＵＡＶの距離を検出し、任意選択的に前記外部物体に対する前記ＵＡＶの速度を計算するように構成された、光学センサ、超音波センサ、またはマイクロ波センサを含み得る、少なくとも１つの距離センサを含む、障害物感知システム（２０）を含む、実施態様１から１１のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１３） 前記感知システムは、前記外側保護ケージ（４）と外部物体（２６）との接触を検出するように構成された少なくとも１つの近接センサを含む、実施態様１から１２のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１４） 前記マルチプロペラ推進システムは、正方形または矩形構成（Ｒｅ）で離間して配列された４つのプロペラ（８）または四対（８ａ、８ｂ）のプロペラを含む、実施態様１から１３のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１５） 非同軸的に離間して配列された複数のプロペラは、本質的に同じ平面（Ｂ）内で回転する、実施態様１から１４のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１２） 前記感知システムは、外部物体からの前記ＶＴＯＬ ＵＡＶの距離を検出し、任意選択的に前記外部物体に対する前記ＵＡＶの速度を計算するように構成された、光学センサ、超音波センサ、またはマイクロ波センサを含み得る、少なくとも１つの距離センサを含む、障害物感知システム（２０）を含む、実施態様１から１１のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１３） 前記感知システムは、前記外側保護ケージ（４）と外部物体（２６）との接触を検出するように構成された少なくとも１つの近接センサを含む、実施態様１から１２のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１４） 前記マルチプロペラ推進システムは、正方形または矩形構成（Ｒｅ）で離間して配列された４つのプロペラ（８）または四対（８ａ、８ｂ）のプロペラを含む、実施態様１から１３のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１５） 非同軸的に離間して配列された複数のプロペラは、本質的に同じ平面（Ｂ）内で回転する、実施態様１から１４のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【0086】
（１６） 前記モータおよび前記プロペラは、それらが生成する推力を、ｋ＝１秒当たりのそれらのホバリング推力の８～５０倍の割合で変化させるように構成されている、実施態様１から１５のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１７） １つ以上のプロペラが、それぞれ、前記プロペラを囲むダクト内に装着されている、実施態様１から１６のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
（１７） １つ以上のプロペラが、それぞれ、前記プロペラを囲むダクト内に装着されている、実施態様１から１６のいずれかに記載のＶＴＯＬ ＵＡＶ。
【図1a】
【図1b】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図5d】
【図5e】
【図5f】
【図5g】
【図6a】
【図6b】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10a】
【図10b】
【図10c】
【図10d】
【図11a】
【図11b】
【図12】
【国際調査報告】