本发明涉及一种无人航空器、无人航空器的飞行控制机构及使用它们的方法。更详细而言，本发明涉及一种用于控制无人航空器在以管状空间内部、矩形状空间内部等封闭性空间内部为起点、可能与某些边界面碰撞的环境下飞行的飞行控制机构、或具备该飞行控制机构的无人航空器及使用它们的方法。

背景技术：

下水道管路的使用寿命大致为50年，预计达到使用寿命的设施将在未来飞速增加。为了进行高效的维护管理，掌握下水道管路状态必不可少。

目前，下水道管路状态的调查方法可使用调查员潜入管内通过直接目视进行调查的方法、将与地面电缆连接的电视摄像机配置于管内而拍摄的方法、将与地面电缆连接的电视摄像机搭载于自走式车辆并配置于管内一边行驶一边拍摄的方法等。但是，在调查员直接目视的方法中，存在在下水道管路内产生有毒气体对人体造成影响的危险性或突然降雨时的浸水导致的危险性等各种问题，另外，在将电视摄像机配置于管内的方法中，也存在不能得到足够的调查速度或在下水道管路内的水位上升时难以控制车辆等问题。

另外，不限于下水道管路，在可能发生与壁面或天花板等某些边界面的碰撞的环境下使无人驾驶飞机飞行时，也存在因与该边界面的碰撞而损害无人航空器的可控制性或机身有时因为场合出现损伤的可能性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－087917号公报(日本)

专利文献2：日本特开2017－226259号公报(日本)

专利文献3：日本特开2018－001967号公报(日本)

技术实现要素：

发明所要解决的问题

因此，本发明的课题在于提供一种用于通过控制与边界面的碰撞来控制无人航空器的飞行的飞行控制机构、具备该机构的无人航空器及使用它们的方法。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述课题，本发明提供一种无人航空器的飞行控制机构，其具备：第一先行碰撞部件；第二先行碰撞部件；保持部件，其将第一及第二先行碰撞部件分开地保持在无人航空器的机身上方，通过以机身内或机身上的规定位置为中心向机身的侧方侧旋转而相对于机身可倾斜，并且根据第一及第二先行碰撞部件中一方与边界面碰撞而旋转。

也可以是，一种飞行控制机构，其中，上述保持部件构成为根据第一及第二先行碰撞部件中一方与边界面碰撞而旋转，根据机身的上升而使第一及第二先行碰撞部件双方与边界面接触。

在上述飞行控制机构中，第一及第二先行碰撞部件也可以是旋转部件，能够以在第一及第二旋转部件与边界面接触的状态下，在无人航空器飞行时第一及第二旋转部件旋转的方式构成飞行控制机构。

另外，本发明提供一种无人航空器，其前后分开地具备多个上述飞行控制机构，构成为通过在使各飞行控制机构中的第一及第二先行碰撞部件与边界面接触的状态下飞行，来沿着边界面飞行。

上述无人航空器能够作为具备至少四个旋转翼、驱动旋转翼的驱动装置、以及生成用于使驱动装置驱动旋转翼的控制信号的控制信号生成部的无人航空器而构成。

上述无人航空器也可以是如下无人航空器：具备两组由左右分开的两个旋转翼构成的旋转翼组作为至少四个旋转翼，与各组对应地具备飞行控制机构，以便在各组中，在机身未倾斜的状态下使规定位置定位成比该组中包含的两个旋转翼的位置靠下方。

上述控制信号也可以包含姿势控制信号，上述无人航空器也可以是如下无人航空器：构成为通过姿势控制信号使驱动装置驱动旋转翼，在无人航空器倾斜时降低旋转翼的一部分转速，由此控制无人航空器的姿势。

在上述无人航空器中，上述驱动装置也可以具备对各旋转翼分别赋予动力的多个马达，各马达也可以构成为在重力势高于自己赋予动力的旋转翼的位置对旋转翼赋予动力。

上述无人航空器还可以具备推力产生螺旋桨，可以构成为通过至少四个旋转翼的旋转而飘浮，同时通过推力产生螺旋桨的旋转而推进。

上述无人航空器还可以具备拍摄相机(撮影カメラ)，可以构成为通过拍摄相机在封闭性空间的内部进行拍摄，同时驱动旋转翼而在封闭性空间的内部飞行。

上述无人航空器还可以具备行进方向拍摄相机和行进方向拍摄数据发送器，可以构成为一边通过行进方向拍摄相机拍摄行进方向，并且将所得的行进方向拍摄数据从行进方向拍摄数据发送器向外部发送一边飞行。

另外，本发明提供一种方法，其中，无人航空器的飞行控制机构具备：第一先行碰撞部件；第二先行碰撞部件；保持部件，其将第一及第二先行碰撞部件分开地保持在无人航空器的机身上方，通过以机身内或机身上的规定位置为中心向机身的侧方侧旋转而相对于机身可倾斜，并且根据第一及第二先行碰撞部件中一方与边界面碰撞而旋转，根据机身的上升而使第一及第二先行碰撞部件双方与边界面接触，其中，所述方法通过使前后分开地具备多个无人航空器的飞行控制机构的无人航空器以使各飞行控制机构中的第一及第二先行碰撞部件与边界面接触的状态飞行，由此使无人航空器沿着边界面飞行。

发明效果

根据本发明，通过控制无人航空器的飞行，至少降低了在可能发生与边界面的碰撞的环境下使无人航空器飞行时的、伴随碰撞而产生的机身的损伤或可控制性降低等风险。

附图说明

图1a是本发明的一实施方式的无人航空器的立体图。

图1b是从z的正方向观察图1a的无人航空器的图。

图1c是从y的正方向观察图1a的无人航空器的图。

图1d是从行进方向的后方侧观察图1a的无人航空器的立体图。

图1e是从z的负方向侧观察图1a的无人航空器的立体图。

图1f是从z的负方向侧且与图1e不同的方向观察图1a的无人航空器的立体图。

图2是表示保持先行碰撞部件(车轮、滚轮等旋转部件)的保持部件和安装有保持部件的保持部件安装部件的图。

图3a是表示拆下了先行碰撞部件的状态的保持部件的图。

图3b是表示沿图3a中a所示的箭头方向观察时的保持部件、安装于保持部件的先行碰撞部件(车轮、滚轮等旋转部件)及先行碰撞部件用轴部的图。

图4是表示安装了除车轮、滚轮等旋转部件外的先行碰撞部件的保持部件的图。

图5a是表示保持部件安装于机身以便以低于对应的旋翼组(ロータの組)的位置为中心而旋转时的位置关系的图。

图5b是表示图5a所示的保持部件相对于机身倾斜时的位置关系的图。

图5c是表示在飞行中发生图5b所示的倾斜时作用于各旋翼的力和由此产生的机身的旋转方向的图。

图5d是表示机身通过力对图5c所示的旋翼的作用而倾斜时的位置关系的图。

图5e是表示使用图5a～图5d说明的机身的倾斜原理的概念图。

图6a是表示保持部件安装于机身以便以高于对应的旋翼组的位置为中心而旋转时的位置关系的图。

图6b是表示图6a所示的保持部件相对于机身倾斜时的位置关系的图。

图6c是表示在飞行中发生图6b所示的倾斜时作用于各旋翼的力和由此产生的机身的旋转方向的图。

图6d是表示机身通过力对图6c所示的旋翼的作用而倾斜时的位置关系的图。

图6e是表示使用图6a～图6d说明的机身的倾斜原理的概念图。

图7a是表示比较例的旋翼和马达部件的位置关系的立体图。

图7b是从x的正方向观察图7a的旋翼和马达部件的图。

图7c是表示沿图7b中的a－a面切断图7a中的马达部件的截面及各马达部件的图。

图8是表示本实施方式的旋翼和马达部件的位置关系的立体图。

图9是表示图1a的无人航空器的功能构成的框图。

图10是表示能够使图1a的无人航空器飞行的下水道管路设施的结构的图。

图11是表示在图10的下水道管路设施内的管状空间的内部飞行的图1a的无人航空器的图。

图12a是表示图11所示的先行碰撞部件在飞行中与下水道管路的内壁碰撞的情形的图。

图12b是表示保持部件根据图12a所示的碰撞而旋转，该保持部件保持的另一先行碰撞部件也根据机身的上升而与内壁碰撞的情形的图。

图12c是表示在图12b所示的保持部件倾斜后，机身也倾斜的情形的图。

图13a是表示图11所示的先行碰撞部件在飞行中与下水道管路的内壁(在与图12a所示的碰撞位置不同的位置)碰撞的情形的图。

图13b是表示保持部件根据图13a所示的碰撞而旋转，该保持部件保持的另一先行碰撞部件也根据机身的上升而与内壁碰撞的情形的图。

图14是表示图1a的无人航空器绕x轴旋转(侧倾旋转(ロール回転))而倾斜的情形的图。

图15是表示由前方相机拍摄的下水道管路内的图像的一例的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一实施方式的无人航空器、无人航空器的飞行控制机构及使用它们的方法进行说明。其中，本发明的无人航空器、无人航空器的飞行控制机构及使用它们的方法不限于以下说明的具体方式，需留意在本发明的范围内能够适当地变更。例如，本发明的无人航空器无需是自律飞行型的无人航空器，无人航空器的功能结构也不限于图9所示的结构，只要能进行同样的动作就不进行限定，例如可以将通信部的功能整合到主运算部等、通过单独的构成要素执行多个构成要素应执行的动作，或者，也可以将主运算部的功能分散到多个运算部等、通过多个构成要素执行图示的单独的构成要素应执行的动作。无人航空器的自律控制程序可以记录在硬盘驱动器等记录器件中并由主运算部读取并执行(图示的自律控制程序可以分解成多个程序模块，其它任意程序也可以由主运算部等执行。)，也可以由使用微机等的嵌入式系统执行同样的动作。本发明的无人航空器、无人航空器的飞行控制机构无需具备以下实施方式所示的全部构成要素(例如，在通过图1b中的旋翼13～16的控制来控制无人航空器的推进的情况下，无需具备推力产生螺旋桨25，如果未进行自律控制而完全通过来自外部的控制使无人航空器飞行，则也无需具备自律控制程序或各种数据库。)，另外，本发明的方法也无需具备全部所示的方法步骤。用于使无人航空器浮起的旋转翼也不限于图1b等所示的四个旋翼13～16，可以为4以上的任意的旋转翼。用于产生推力的螺旋桨也不限于图1d等所示的推力产生螺旋桨25，可以为任意螺旋桨。另外，本发明的无人航空器的飞行控制机构能够用于控制旋转翼机、固定翼机等任意无人航空器，本发明的无人航空器也不限于旋转翼机。无人航空器的机身尺寸也任意。在以下实施例中示出了无人航空器在封闭性空间内拍摄飞行的一例，但不限于封闭性空间，也可以在任意环境下飞行，而且，可以以任意目的使本发明的无人航空器飞行，飞行控制机构也不限于封闭性空间内，可以在任意环境下使用。此外，封闭性空间无需完全封闭，只要是至少局部封闭的、至少局部限制无人航空器的飞行的空间即可。例如，如以下实施方式所示，经由人孔(マンホール)与外部连接的下水道管路内的管状空间也是封闭性空间，或者高速道路的隧道也是封闭性空间。由保持部件保持的先行碰撞部件的数量不限于两个，可以任意，安装于机身的飞行控制机构的数量也任意。此外，保持部件可以由例如金属、塑料等形成，只要能够发挥作为保持部件的功能，也可以由弹性体等任意材料形成。其它部件或构成要素只要能够发挥本发明的功能，则也可以由任意材料构成。

无人航空器的结构

图1a～图1f中示出了本发明的一实施方式的无人航空器的外观。图1a是立体图，图1b是从图1a的z的正方向观察到的图，图1c是从y的正方向观察到的图，图1d是从行进方向的后方侧观察到的立体图，图1e、图1f是从图1a的z的负方向侧(但是，互不相同的方向)观察到的立体图。无人航空器1被设计成总宽度(图1a中y方向的宽度)约250mm、总长度(图1a中x方向的宽度)约550mm的尺寸，以便在一例中，能够在口径400mm左右的封闭性空间内飞行，具备主体部2(收纳于防水壳体3。)、通过来自主体部2的控制信号驱动的五个马达17～21(参照图9。)、通过马达17～20各自的驱动而旋转并使无人航空器1浮起的四个旋翼(旋转翼)13～16(从z的正方向观察，旋翼13、16沿顺时针方向旋转，从z的正方向观察，旋翼14、15沿逆时针方向旋转等、相邻的旋翼彼此沿相反方向旋转。)、通过马达21的驱动而旋转并产生无人航空器1的推力的推力产生螺旋桨25、调查相机22、前方相机23、以及超声波传感器24，各构成要素使用框架4整合。

无人航空器1还前后(将图1a的x的正方向设为前方。另外，将图1a的y的正方向设为左方向，将y的负方向设为右方向。)分开地具备保持部件9和保持部件10，上述保持部件9将先行碰撞部件(车轮、滚轮等旋转部件)5、6分开地保持在无人航空器1的机身上方(z轴的正方向)，通过以机身内或机身上的规定位置为中心向机身的侧方侧(y的正方向侧或负方向侧。其中，无需完全平行于y方向，只要是与x方向交叉的方向即可。)旋转而相对于机身可倾斜，上述保持部件10同样保持先行碰撞部件(车轮、滚轮等旋转部件)7、8且同样相对于机身可倾斜。如图1e所示，保持部件9通过保持部件安装部件11安装于防水壳体3(图1e)，保持部件10也同样通过保持部件安装部件12安装于防水壳体3(图1f)。此外，安装于机身的保持部件的数量任意，例如，可以拆下保持部件9、10中一方，也可以仅将一个保持部件安装于机身的重心26附近而使用，或者，还可以安装三个以上的保持部件而使用。此外，在本实施例中，将图1a所示的无人航空器1的构成要素中，除保持部9、10及由它们保持的先行碰撞部件5～8、还有在先行碰撞部件5～8是车轮、滚轮等旋转部件的情况下先行碰撞部件用轴部5a～8a或先行碰撞部件安装部件9b－1、9b－2、10b－1、10b－2以外的部件称为“机身”。

图2中示出了保持先行碰撞部件5、6的保持部件9和安装有保持部件9的保持部件安装部件11。保持先行碰撞部件7、8的保持部件10和安装有保持部件10的保持部件安装部件12的结构也可以同样。如图1e、图1f所示，保持部件安装部件11、12固定于防水壳体3。在保持部件9上设置有孔9a，通过将保持部件安装部件11的保持部件用轴部11a插入该孔9a中(参照图1e。图2中，保持部件用轴部11a沿着纸面延伸，在沿纸面垂直方向延伸的状态下，将该轴部11a插入孔9a中。)，将保持部件9安装于机身。保持部件9以保持部件用轴部11a为旋转轴(固定轴)，通过以孔9a的位置为中心向机身的侧方侧旋转而相对于机身可倾斜。为了防止保持部件9脱离保持部件安装部件11，也可以在安装了保持部件9之后，对于保持部件用轴部11a等进一步嵌入防脱离用部件(堵头等)。此外，此处的“旋转”不限于向一方向侧的旋转，可以是双方向侧(一例中，图1a的y方向的正负方向侧。)的旋转，也可以不是360度的完全旋转(之后的“旋转”也同样。)。如图1e所示，保持部件9通过保持部件安装部件11安装于防水壳体3，同时如图1a所示从设置于框架4的孔中向机身上方(z的正方向)露出，但是因为在孔的侧方侧的边界位置(旋转停止位置4a、4b)阻止旋转运动，所以保持部件9的旋转运动被限制为旋转至规定的最大角度。关于保持部件10，也同样通过保持部件安装部件12安装于防水壳体3，同时从设置于框架4的孔中向机身上方(z的正方向)露出，因为在孔的侧方侧的边界位置(旋转停止位置4c、4d。参照图1d)阻止旋转运动，所以保持部件10的旋转运动也被限制为旋转至规定的最大角度(保持部件9、10的旋转的最大角度也可以互不相同。)。

将拆下了先行碰撞部件5、6的状态的保持部件9示于图3a。拆下了先行碰撞部件7、8的状态的保持部件10也可以同样。在保持部件9上设置有先行碰撞部件安装部件9b－1、9b－2。将沿图3a中的a所示的箭头方向观察时的保持部件9、安装于保持部件9的先行碰撞部件5及先行碰撞部件用轴部5a示于图3b。在此，车轮、滚轮等旋转部件即先行碰撞部件5固定于先行碰撞部件用轴部5a，通过将先行碰撞部件用轴部5a插入设置于保持部件9的先行碰撞部件安装部件9b－1的孔9c－1中(如图2所示，也可以贯通。保持部件用轴部11a向上述孔9a的插入也同样)(图3b中，先行碰撞部件用轴部5a沿着纸面延伸，在沿纸面垂直方向延伸的状态下，将该轴部5a插入孔9c－1中。)，由此，由保持部件9保持。此外，在此所述的“保持”并不要求先行碰撞部件5完全固定于保持部件9，只要防止先行碰撞部件5完全脱离保持部件9而自由移动即可(其它保持部件或其它先行碰撞部件也同样。)。在图3b的结构中，先行碰撞部件(旋转部件)5和先行碰撞部件用轴部5a成为一体，在被保持部件9保持的状态下能够以先行碰撞部件用轴部5a为旋转轴而旋转。为了防止先行碰撞部件5脱离保持部件9，也可以在如上述将先行碰撞部件5安装于保持部件9之后，对于先行碰撞部件用轴部5a进一步嵌入防脱离用部件(堵头等)。保持部件9保持先行碰撞部件6的方式或保持部件10保持先行碰撞部件7、8的方式也可以同样。

此外，也可以使用车轮、滚轮等旋转部件以外的部件作为先行碰撞部件5～8。作为一例，将使用固定于保持部件的先行碰撞部件的例子示于图4。图4中，先行碰撞部件5、6作为固定于保持部件9的部件而构成，由低摩擦塑料材料等形成。即使使用这种结构的先行碰撞部件、保持部件，也能实现后述无人航空器的飞行控制。其中，因为先行碰撞部件一边在边界面上滑动一边(例如像雪橇那样)行进，所以先行碰撞部件优选由与边界面之间的摩擦小的原料形成。保持部件10保持先行碰撞部件7、8的方式也可以同样。在先行碰撞部件5～8因在与边界面接触的状态下一边滑动一边行进而磨损的情况下，优选将先行碰撞部件5～8换成新的部件。

调查相机22是用于在无人航空器1在封闭性空间的内部飞行时拍摄静止图像或动态图像的相机，在一例中，可以使用goprosession(タジマモーターコーポレーション，田岛汽车股份有限公司)等市售相机。前方相机23是用于无人航空器1在封闭性空间的内部飞行时拍摄行进方向的静止图像或动态图像的相机，拍摄的静止图像或动态图像的数据被随时发送到外部装置(具备显示器的计算机等)，操作员能够一边确认数据一边操作无人航空器1。超声波传感器24是用于检测前方的障碍物等的传感器，能够通过在无人航空器1在封闭性空间的内部飞行时沿行进方向发射超声波、接收反射波来测定与障碍物等的距离。调查相机22和前方相机23也可以是红外线相机或紫外线相机等相机。

在机身未倾斜的状态下，保持部件9、10的上述旋转中心位置优选位于比与各保持部件对应的旋翼组的位置靠下方(图1a的z的负方向)。下面，使用图5a～图5e对其原因进行说明。此外，为了简化说明，下面，使用将保持部件9(10)的旋转中心位置和旋翼13(15)、14(16)的旋转中心位置设于同一平面(图1a的yz平面)的(图1a的x坐标相等)的模型进行说明(图6a～图6e的比较例中也同样)，但是即使在并非该情况的情况下，也能根据基本同样的原理对动作进行说明。

将在机身未倾斜的状态下保持部件以低于对应的旋翼组的(图1a的z的负方向侧)位置为中心可旋转地安装时的位置关系示于图5a(从图1a的x的正方向观察。)。下面，使用保持部件9和与其对应的旋翼13、14组进行说明，但是在保持部件10和与其对应的旋翼15、16组中也能根据同样的原理对动作进行说明。下面，使相对于机身不倾斜的状态下的保持部件的中心线和对应的组的两个旋翼各自的中心线之间的各自的距离相等(图5a中l(l))，另外，也使从保持部件9(10)的分支部位到两侧的先行碰撞部件5(7)、6(8)的距离相等(图5a中d)，但即使在各自的距离不相等的情况下，也能根据基本同样的原理对动作进行说明。

如图5b所示，由于某种原因，使保持部件9相对于机身向侧方侧倾斜。如果旋翼13、14在该状态下继续旋转，则如图5c中箭头所示，力f作用(做功)于旋翼13、14。此外，图5c中，为了便于说明，使图5b所示的结构整体倾斜并描绘，但是保持部件9和机身之间的相对倾斜并不会从图5b的结构改变。另外，为了简化，作用于旋翼13、14的力分别相等，但是即使在作用于旋翼13、14的力因转速的不同等而不同的情况下，也能根据基本同样的原理对动作进行说明。

此时，旋翼14和保持部件9的中心线的“距离”(旋翼14的旋转中心和保持部件9的中心线之间的垂直于该中心线的方向的距离)为b，与此相对，旋翼13和保持部件9的中心线的“距离”(旋翼13的旋转中心和保持部件9的中心线之间的垂直于该中心线的方向的距离)为a，因为a大于b(图5a中的从保持部件9的旋转中心即保持部件安装部件11上的位置到旋翼13、14各自的旋转中心的距离、角度的大小相等。即使在偏离这种结构的结构的情况下，也能根据基本同样的原理对动作进行说明。)，所以使机身整体沿图5c中的r所示的箭头方向旋转的力(扭矩)做功。该力是沿消除保持部件9相对于机身的倾斜的方向做功的力，如图5d所示，通过机身沿与保持部件9的倾斜同样的方向倾斜，消除保持部件9和机身之间的相对倾斜的至少一部分。如果概念性描绘包括保持部件9的安装位置(保持部件安装部件11的位置)在内的保持部件9和旋翼13、14的位置关系，则能够理解如图5e所示消除上述相对倾斜的至少一部分的原理。在保持部件10中，通过以低于(图1a的z的负方向侧)对应的旋翼15、16组的位置的位置为中心可旋转地安装，能够根据同样的原理消除保持部件10和机身之间的相对倾斜的至少一部分。

接着，作为比较例，将在机身未倾斜的状态下保持部件以高于(图1a的z的正方向侧)对应的旋翼组的位置为中心可旋转地安装时的位置关系示于图6a(从图1a的x的正方向观察。)。下面，使用保持部件9和与其对应的旋翼13、14组进行说明，但是在保持部件10和与其对应的旋翼15、16组中也能根据同样的原理对动作进行说明。下面，使相对于机身不倾斜的状态下的保持部件的中心线和对应的组的两个旋翼各自的中心线之间的各自的距离相等(图6a中l(l))，但即使在各自的距离不相等的情况下，也能根据基本同样的原理对动作进行说明。

如图6b所示，由于某种原因，使保持部件9相对于机身向侧方侧倾斜。如果旋翼13、14在该状态下继续旋转，则如图6c中箭头所示，力f作用(做功)于旋翼13、14。此外，在图6c中，为了便于说明，使图6b所示的结构整体倾斜并描绘，但是保持部件9和机身之间的相对倾斜并不会从图6b的结构改变。另外，为了简化，使作用于旋翼13、14的力分别相等，但是即使在作用于旋翼13、14的力因转速的不同等而不同的情况下，也能根据基本同样的原理对动作进行说明。

此时，旋翼14和保持部件9的中心线的“距离”(旋翼14的旋转中心和保持部件9的中心线之间的垂直于该中心线的方向的距离)为c，与此相对，旋翼13和保持部件9的中心线的“距离”(旋翼13的旋转中心和保持部件9的中心线之间的垂直于该中心线的方向的距离)为d，因为c大于d(使图6a中的从保持部件9的旋转中心即保持部件安装部件11上的位置到旋翼13、14各自的旋转中心的距离、角度的大小相等。即使在偏离这种结构的结构的情况下，也能根据基本同样的原理对动作进行说明。)，所以使机身整体沿图6c中的r所示的箭头方向旋转的力(扭矩)做功。该力是沿增大保持部件9相对于机身的倾斜的方向做功的力，如图6d所示，通过机身向与保持部件9的倾斜相反的方向倾斜，保持部件9和机身之间的相对倾斜增大。如果概念性描述包括保持部件9的安装位置(保持部件安装部件11的位置)在内的保持部件9和旋翼13、14的位置关系，则能够理解如图6e所示上述相对倾斜增大的原理。在保持部件10中，通过以高于(图1a的z的正方向侧)对应的旋翼15、16组的位置的位置为中心可旋转地安装于机身，保持部件10和机身之间的相对倾斜根据同样的原理增大。为了消除相对倾斜，优选采用与图5a对应的结构，但是应留意本发明即使采用与图6a对应的结构也能实施。

如图1c所示，马达17、19分别位于旋翼13、15上(重力势高的位置)，构成为分别驱动旋翼13、15。马达18、20(参照图9。)也同样分别位于旋翼14、16上，构成为分别驱动这些旋翼。对采用这种结构的优点，与图7a～图7c所示的马达位于旋翼下的比较例进行比较而说明。其中，需留意本发明的无人航空器、无人航空器的飞行控制机构及使用它们的方法即使采用该比较例的旋翼和马达的位置关系也能实施。

图7a是表示比较例的旋翼和马达部件的位置关系的立体图，图7b是从图7a中的x的正方向观察图7a的旋翼和马达部件时的图，图7c是表示沿图7b中的a－a面切断图7a中的马达部件而得到的截面及各马达部件的图。旋翼13、14、15、16固定于马达部件27a的棒状突起部(参照图7c。)(参照图7b。)，以棒状突起部为旋转轴旋转。旋翼13、14、15、16通过旋转沿图7a中的箭头方向(z的正方向)受力，沿相同方向拉伸马达部件27a。如图7c所示，马达部件27a和马达部件27b彼此嵌合，双方并未粘接。因此，在沿z的正方向拉伸马达部件27a的情况下，可能脱离马达部件27b。为了防止该脱离，在比较例的结构中使用马达部件27c作为紧固件(参照图7b、图7c。)。如图7c所示，通过(在将马达部件27a和马达部件27b嵌合后)将马达部件27c嵌入设置于马达部件27a的槽部27a－1，能够防止马达部件27a从马达部件27b脱离，但是在维护马达时需要拆下马达部件27c。

将本实施方式的旋翼和马达部件的位置关系示于图8的立体图。在旋翼13、14、15、16位于马达部件27a、27b下这一点和未使用马达部件27c这一点上与比较例不同，除此以外的结构与比较例同样。旋翼13、14、15、16固定于马达部件27a的棒状突起部(参照图7c。)(参照图7b。)，以棒状突起部为旋转轴旋转。旋翼13、14、15、16通过旋转沿图8中的箭头方向(z的正方向)受力，沿相同方向按压马达部件27a。由此，因为马达部件27a被马达部件27b按压，所以无需防止马达部件27a从马达部件27b脱离。因此，在图8的结构中无需马达部件27c，马达的维护容易。

图9是表示图1a的无人航空器的功能构成的框图。无人航空器1的主体部2具备主运算部28a、信号转换部28b(将包含主运算部28a、信号转换部28b的运算部称为控制信号生成部29。)、调速器(esc：electricspeedcontroller)30～34、负责与外部的各种数据信号的收发的通信天线35及通信部(由处理器、临时存储器等构成)36、包含gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)传感器、姿势传感器、高度传感器、方位传感器等各种传感器的传感器部37、由记录自律飞行程序38a、各种数据库38b等的硬盘驱动器等记录器件构成的记录装置39、以及包含锂聚合物电池或锂离子电池等电池器件或向各要素的配电系统的电源系统40，该主运算部28a由处理器、临时存储器等构成并进行各种运算，该信号转换部28b将负责通过主运算部28a进行的运算得到的控制指令值数据转换为脉冲信号(pwm：pulsewidthmodulation信号，脉冲宽度调制信号)等的处理，由处理器、临时存储器等构成，该调速器将由控制信号生成部29生成的脉冲信号转换为向马达17～21的驱动电流。

另外，根据功能用途，无人航空器1也可以具备任意功能部、信息等。作为一例，在无人航空器1根据飞行计划进行自律飞行的情况下，将飞行的开始位置、目的位置、从开始位置出发而到达目的位置应经由的检查点位置(纬度、经度、高度)的集合即飞行计划路径、或速度限制、高度限制等飞行中应遵守的各种规则即表示飞行计划的数据即飞行计划信息记录到记录装置39中，通过主运算部28a读取飞行计划信息并执行自律控制程序38a，由此使得无人航空器1根据飞行计划飞行。具体而言，根据从传感器部37的各种传感器得到的信息确定无人航空器1的当前位置、速度等，通过与飞行计划中确定的飞行计划路径、速度限制、高度限制等目标值进行比较，由主运算部28a运算针对旋翼13～16、推力产生螺旋桨25的控制指令值，由信号转换部28b将表示控制指令值的数据转换为脉冲信号(控制信号的生成)发送到调速器30～34，调速器30～34将各个脉冲信号转换为驱动电流并分别输出到马达17～21，控制马达17～21的驱动来控制旋翼13～16、推力产生螺旋桨25的旋转速度等，由此来控制无人航空器1的飞行。作为一例，针对提升无人航空器1的高度的控制指令，旋翼13～16的转速增加(在降低高度的情况下减少)，针对沿前进方向(图1a的x的正方向)加速无人航空器1的控制指令，推力产生螺旋桨25的转速增加(在减速的情况下减少)，针对使无人航空器1进行基于图1a的绕x轴的侧倾旋转(从x的正方向观察，逆时针方向)的倾斜的控制指令，进行降低旋翼14、16的转速并维持旋翼13、15的转速等控制。此外，通过减小旋翼13、14的转速并增加旋翼15、16的转速(如果减速则进行相反的控制)等控制旋翼13～16的转速，也能实现无人航空器1的前进方向的加速(减速)，也可以不使用推力产生螺旋桨25而使无人航空器1飞行。此外，也能实现通过使旋翼13～16的转速全部相等(进行仅使四个旋翼13～16全部的转速同等地增减的控制)而使无人航空器1浮起、着陆(或者着水)，控制推力产生螺旋桨25的转速来控制前进方向(图1a的x的正方向)的速度等单纯的控制。无人航空器1实际飞行的飞行路径(各时刻的无人航空器1的机身位置等)或各种传感器数据等飞行记录信息在飞行中被随时记录在各种数据库38b中。

作为自律飞行型无人航空器的一例，市场上有ミニサーベイヤーacsl－pf1(株式会社自律控制系统研究所)、snap(vantagerobotics社)、ar.drone2.0(parrot社)、bebopdrone(parrot社)等。

此外，在无人航空器1在来自外部的控制下飞行的情况下，无人航空器1通过通信天线35及通信部36接收从操作员的控制器装置等接收的表示控制指令值的数据，通过信号转换部28b将该数据转换为脉冲信号(控制信号的生成)，以下同样，使用调速器30～34、马达17～21控制旋翼13～16、推力产生螺旋桨25的旋转速度来进行飞行控制。即使在该情况下，通过主运算部28a读取从传感器部37的各种传感器中的姿势传感器(陀螺仪传感器、磁传感器)得到的表示无人航空器1的姿势信息的数据并执行自律控制程序38a，比较来自姿势传感器的数据和姿势的目标值等来运算姿势控制的指令值并进行姿势控制等(在该情况下，根据从外部控制器装置等接收的表示控制指令值的数据和表示姿势控制的指令值的数据，主运算部28a通过执行自律控制程序38a来运算最终的控制指令值。通过由信号转换部28b将表示控制指令值的数据转换为脉冲信号，生成包含姿势控制信号的控制信号。)，也能将部分自律控制和来自外部的控制相组合。在以下说明的拍摄飞行中，无人航空器1基本根据来自外部控制器装置等的控制信号飞行，仅对姿势进行自律控制，但是通过进行完全自律控制飞行或完全外部控制飞行的无人航空器1也可实现同样的拍摄飞行。

无人航空器在封闭性空间内部的拍摄飞行

下面，作为无人航空器1在封闭性空间内部的拍摄飞行的一例，使用图10～图14对下水道管路内的拍摄飞行进行说明。其中，如上述，本发明的无人航空器、无人航空器的飞行控制机构及使用它们的方法的用途不限于这种拍摄飞行，也可以在任意环境下、以任意目的使用本发明的无人航空器、无人航空器的飞行控制机构及使用它们的方法。

将能够使图1a的无人航空器飞行的下水道管路设施的结构示于图10。设置于地表面41的人孔42a与下水道管路43连通，通过在下水道管路43沿图5中的右方向行进而到达另一人孔42b(图10中，描绘为下水道管路43在中途的两部位被切断，但这仅是为了便于表现，实际上形成为比图示长的连续的下水道管路43。)。封闭性空间的边界面由下水道管路43的内壁44规定，另外，在下水道管路43内沿图10中的右方向每隔规定距离有一连接部45。

在通过无人航空器1进行下水道管路43的拍摄飞行时，首先，使无人航空器1进入人孔42a并下降至下水道管路43的深度。在一例中，将保持台设置于具有与人孔42a、42b的深度相同程度的长度的杆的前端，将无人航空器1载置于保持台并将杆插入人孔42a中，由此使无人航空器1下降。在使用自律飞行型无人航空器1的情况下，预先将人孔42a的位置或下水道管路43的深度等作为飞行计划路径记录在记录装置39中，可以通过主运算部28a读取包含飞行计划路径的数据的飞行计划信息并执行自律控制程序38a，来使无人航空器1自律飞行并导向下水道管路43的一端(图10中下水道管路43的左侧端。下面，拍摄飞行的开始位置s。)，或者，也可以通过将控制信号从外部控制器装置发送到无人航空器1并操作，来将无人航空器1导向拍摄飞行的开始位置s。

无人航空器1从拍摄飞行的开始位置朝向图10中的右方向(将该方向设为图1a中的x的正方向即行进方向)开始拍摄飞行(图11)。在操作员通过外部控制器进行手动控制的情况下，无人航空器1接收指示前进的控制信号而沿行进方向飞行，同时通过调查相机22和前方相机23在下水道管路43内拍摄静止图像或动态图像。此外，在下水道管路43内通常有水46，其水位随时变动，但是根据伴随旋翼13～16的旋转的水面效果也可得到浮起力(即使在无水46的情况下，从内壁44也可得到同样的效果。)。

由调查相机22拍摄的静止图像或动态图像的数据被记录在调查相机22的内置存储器中，由前方相机23拍摄的静止图像或动态图像的数据被记录在前方相机23的内置存储器中，并且被通信部36随时从通信天线35发送到操作员的外部计算机。操作员使用接收到的数据将前方相机23拍摄的静止图像或动态图像显示在外部计算机具备的显示器上，在一边确认一边进行外部控制器对无人航空器1的操作(在外部控制器和通信天线35之间的通信质量并不充分的情况下，优选预先将无线电中继台设置于下水道管路43内等。gps信号的接收也同样能够经由无线电中继台等进行。)。在一例中，以映在显示的静止图像或动态图像中的连接部45为目标，一边掌握无人航空器1的行进距离一边进行操作。

在拍摄飞行中，由于基于外部控制器的手动控制的精度上的问题或姿势的自律控制的精度上的问题等某些原因，无人航空器1有时过度上升而与下水道管路43的内壁44碰撞。将此时的情形示于图12a。由无人航空器1的保持部件9保持的先行碰撞部件6(车轮、滚轮等旋转部件。)与下水道管路43和内壁44的边界面47接触，图12a中f所示的箭头方向的力从内壁44作用于先行碰撞部件6。该力作为使保持部件9沿图12a中r所示的箭头方向(以保持部件用轴部11a为固定的旋转轴)旋转的力发挥作用。

保持部件9如上述旋转，如果机身进一步上升，则如图12b所示，由保持部件9保持的旋转部件5、6双方与边界面47接触。由保持部件10保持的旋转部件7、8也根据同样的原理与边界面47接触(根据边界面的形状，一部分旋转部件有时不与边界面47接触。)。在此，在机身未倾斜的状态下保持部件9以低于对应的旋翼组13、14的(图1a的z的负方向侧)位置为中心可旋转地安装，同样，如果在机身未倾斜的状态下保持部件10以低于对应的旋翼组15、16的(图1a的z的负方向侧)位置为中心可旋转地安装，则如使用图5a～图5e说明的那样，机身沿与保持部件9、10的倾斜同样的方向倾斜(图12c)。在该状态下，例如，如果使无人航空器1沿图12c中的x方向飞行(本说明书中的“飞行”也包含这样在无人航空器的构成要素与边界面接触的状态下该无人航空器一边飘浮一边移动。)，则旋转部件5～8中与边界面47接触的旋转部件旋转(参照图3b)，同时无人航空器1沿着边界面47飞行。其中，如图12c所示，也可以不使机身倾斜，即使在机身不倾斜的状态下，无人航空器1也能沿着边界面47飞行，或者如使用图6a～图6e说明的那样，即使机身沿相反方向倾斜，无人航空器1也能沿着边界面47飞行。如果先行碰撞部件5～8不是车轮、滚轮等旋转部件，而是例如使用图4说明的那样相对于保持部件固定的部件，则先行碰撞部件5～8中与边界面47接触的部件就会滑动，同时无人航空器1沿着边界面47飞行。

此外，在图12a～图12c的例子中，假定边界面47在先行碰撞部件碰撞的区域内向一方向倾斜而进行了说明，但是即使先行碰撞部件在边界面47上的平坦区域或沿双方向对称倾斜的区域等内碰撞，也能根据基本同样的原理使无人航空器1沿着边界面47飞行。作为一例，在先行碰撞部件5与图13a所示的边界面47上的区域接触时，力从内壁44沿图13a中的f所示的箭头方向作用于先行碰撞部件5，保持部件9沿图13a中的r所示的箭头方向旋转，如果机身进一步上升，则如图13b所示，由保持部件9保持的先行碰撞部件5、6双方与边界面47接触。由保持部件10保持的先行碰撞部件7、8也根据同样的原理与边界面47接触(根据边界面的形状，一部分旋转部件有时不与边界面47接触。)。下面，根据同样的原理，无人航空器1能够沿着边界面47飞行。如果先行碰撞部件是车轮、滚轮等旋转部件，则能一边使与边界面47接触的旋转部件旋转一边使无人航空器1沿着边界面47飞行，如果是使用图4说明的部件，则能使该部件在边界面47上滑动，同时使无人航空器1沿着边界面47飞行。

此外，如上述，除了先行碰撞部件与边界面47碰撞的情况以外，即使在除此以外的情况下，有时由于拍摄飞行中手动控制或姿势的自律控制的精度的问题等某些理由，无人航空器1也会倾斜。作为一例，将无人航空器1绕图1a的x轴旋转(侧倾旋转)而倾斜的情形示于图14。在先行碰撞部件不与边界面47接触的情况下等，为了使机身的姿势恢复水平，也考虑通过增加旋翼13、15的转速而使机身的低侧(y的正方向侧)上升，但是在该情况下机身上升而无人航空器1可能与内壁44上表面碰撞。如使用图12a～图13b说明的那样，无需一边使无人航空器1沿着与内壁44的边界面47飞行一边特别防止碰撞，但是在避开与边界面47的接触的同时使无人航空器1飞行的情况下，优选通过降低旋翼14、16的转速而使机身的高侧(y的负方向侧)下降，从而使姿势恢复水平。典型地，如上述，通过主运算部28a读取从姿势传感器得到的表示无人航空器1的姿势信息的数据并执行自律控制程序38a而进行这种姿势控制，但是也可以通过从外部控制器装置发送表示姿势的控制指令值的控制信号(包含指示与图14的倾斜相反方向的侧倾旋转的姿势控制信号的控制信号)，无人航空器1接收该控制信号，由主运算部28a执行自律控制程序38a而进行。相对于任意旋转引起的无人航空器1的倾斜，绕y轴(俯仰)、绕z轴(偏航)的旋转等也可以同样通过降低一部分旋翼的转速而恢复姿势。

通过无人航空器1到达下水道管路43的另一端(图10中下水道管路43的右侧端。下面，拍摄飞行的结束位置g。)，结束拍摄飞行。通过将在前端设置有保持台的杆插入人孔42b中，将无人航空器1载置于保持台而提升等，回收无人航空器1。与向拍摄飞行的开始位置s的导入同样，也可以通过自律飞行从结束位置g提升无人航空器1。从回收的无人航空器1上拆下调查相机22，通过观察记录在该存储器中的静止图像或动态图像，能够确认下水道管路43或内壁44等的状态。

图15中示出了由前方相机拍摄的下水道管路内的图像的一例。也考虑通过搭载前方相机23的无人航空器1的拍摄飞行得到同样的图像。操作员能够一边观察图15所示的前方相机23拍摄的第一人称视角下的静止图像或动态图像，一边通过外部控制器装置操作无人航空器1。在拍摄飞行后，从回收的无人航空器1上拆下调查相机22，通过观察记录在存储器中的静止图像或动态图像，能够确认内壁44的裂纹或连接部45的填料的偏移等下水道管路43的状态。

产业上的可利用性

本发明能够用于上水道管路内、下水道管路内、排水路内、高速道路的隧道内、高速道路的排水管内、洞道内、管道内、管身内、输气管道内等任意封闭性空间内的拍摄调查。另外，不限于封闭性空间，也能在任意空间内以任意目的在使无人航空器飞行时使用。

符号说明

1无人航空器；2主体部；3防水壳体；4框架；4a～4d旋转停止位置；5～8先行碰撞部件；5a～8a先行碰撞部件用轴部；9、10保持部件；9a、10a孔；9b－1、9b－2、10b－1、10b－2先行碰撞部件安装部件；9c－1、9c－2、10c－1、10c－2孔；11、12保持部件安装部件；11a、12a保持部件用轴部；13～16旋翼；17～21马达；22调查相机；23前方相机；24超声波传感器；25推力产生螺旋桨；26重心；27a马达部件；27b马达部件；27c马达部件；27a－1槽；28a主运算部；28b信号转换部；29控制信号生成部；30～34调速器；35通信天线；36通信部；37各种传感器；38a自律控制程序；38b各种数据库；39记录装置；40电源系统；41地表面；42a、42b人孔；43下水道管路；44内壁；45连接部；46水；47边界面。

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