【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超小型無人航空機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地上からの無線信号によって制御されるラジコン飛行機や、所定の飛行制御プログラムに基づいて自律飛行を行う小型の無人航空機が提案され、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。 また、近年においては、災害地における被害状況の調査や建物内の監視等を目的として、カメラや画像伝送装置を搭載した超小型無人航空機（以下、「ＭＡＶ（Ｍｉｃｒｏ Ａｉｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）」ということがある）の開発が進められている。
【０００３】
かかるＭＡＶの機体には、自律飛行制御に必要な各種電子部品を搭載する必要がある。 一方、災害地において人の通行が困難な空間にＭＡＶを侵入させるために、機体を小型化する（例えば、機体の横幅寸法や高さ寸法を数十ｃｍ程度に設定する）必要もある。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６０−２３６６７８号公報（第１頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自律飛行制御用の各種電子部品をＭＡＶの機体の胴体内部に搭載しようとすると、電子部品を収納するための空間を胴体内部に設ける必要があるため、機体全体が大型となってしまう。 また、自律飛行制御用の各種電子部品をＭＡＶの機体の胴体内部に搭載した場合には、機体重量が増加するため、電池や燃料の消費量が大きくなって飛行時間が制限されてしまう場合がある。
【０００６】
本発明の課題は、自律飛行可能な超小型無人航空機において、機体の小型化と、機体重量の大幅な軽減と、の双方を実現させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、主翼と、自律飛行制御用の電子部品と、を備える超小型無人航空機において、前記電子部品が実装されるとともに前記主翼の構造部材となる制御基板を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、自律飛行制御用の電子部品が実装される制御基板を、主翼の構造部材として機能させるので、従来から採用されていた主翼用構造部材（主翼の骨格を構成する複数の柱状部材等）を省くことができる。 この結果、機体重量を大幅に軽減することができる。 また、主翼内部の空間を、自律飛行制御用の電子部品を収納するための空間として有効に利用することができるので、機体の小型化を達成することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超小型無人航空機において、前記電子部品には、姿勢センサ、加速度センサ、圧力センサ、方位センサ、ＧＰＳ受信機、無線受信機及びＭＰＵが含まれ、これら電子部品が前記主翼に埋設されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超小型無人航空機において、前記電子部品及び前記制御基板を発泡材で被覆して前記主翼を形成したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
まず、図１及び図２を用いて、本実施の形態に係る超小型無人飛行機（以下、「ＭＡＶ」という）１の構成の概要について説明する。
【００１３】
ＭＡＶ１は、略円筒形状を呈する胴体２、胴体２の後端部に連設されるデルタ翼３、デルタ翼３の後方中央部に立設された垂直尾翼４、胴体２の前方に取り付けられたプロペラ５、デルタ翼３の内部に搭載された飛行制御装置１０、等を備えて構成されている。
【００１４】
デルタ翼３は、水平尾翼を兼ねる主翼であり、図１に示すように平面形状が略三角形状を呈するものである。 デルタ翼３には、飛行制御装置１０によって駆動制御されるエレボン（昇降舵兼補助翼）６が設けられている。 垂直尾翼４には、飛行制御装置１０によって駆動制御されるラダー（方向舵）７が設けられている。 ＭＡＶ１は、飛行制御装置１０によってプロペラ５を駆動制御するとともに、デルタ翼３に設けられたエレボン６や垂直尾翼４に設けられたラダー７を各々駆動制御して、所定の自律飛行を行う。
【００１５】
飛行制御装置１０は、自律飛行制御用の各種電子部品（ＭＰＵ１１、各種センサ２１〜２７、ＧＰＳ受信機３１等）と、これらを実装する制御基板５０とから構成されている（図３参照）。 飛行制御装置１０の制御基板５０の形状は、図１及び図２に示したデルタ翼３の形状に合わせて形成される。 そして、飛行制御装置１０の制御基板５０は、デルタ翼３内部の翼弦に相当する部分に配置されて、デルタ翼３の構造部材として機能する。
【００１６】
飛行制御装置１０を構成する制御基板５０は、絶縁性を有する発泡材で調製された翼型部品８によって覆われている。 このため、制御基板５０に実装された各種電子部品や各種センサ等は、この翼型部品８の内部に埋設された状態となっている。 翼型部品８を構成する発泡材としては、ポリスチレン、ポリプロピレン、発泡ＥＶＡ樹脂、発泡塩化ビニル樹脂、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、硬質ポリウレタン等の熱硬化性樹脂、等を採用することができる。 また、翼型部品８は、デルタ翼３の形状の型（モールド）を用いたモールド成形法により調製することができる。
【００１７】
次に、図３を用いて、本実施の形態に係るＭＡＶ１に搭載される飛行制御装置１０の構成について詳細に説明する。
【００１８】
飛行制御装置１０は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、フラッシュメモリ１２、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、３枚のセンサ用フレキシブル基板２１〜２３、２種類の圧力センサ２４、２５、磁気方位センサ２６、温度センサ２７、ＧＰＳ受信機３１、マイクロレシーバ３２、エレボン用サーボモータ４１、ラダー用サーボモータ４２、推進用モータ４３、制御基板５０等を備えて構成されている（図３参照）。
【００１９】
ＭＰＵ１１は、ＭＡＶ１全体を統合制御するものである。 フラッシュメモリ１２は、自律飛行制御に必要な各種制御プログラムや各種データが記録された読出し専用メモリであり、電気的に書換え可能とされている。 ＳＲＡＭ１３は、外部のＰＣ１００等から伝送された飛行パターンデータや、飛行中に得られる飛行履歴データ等を記録するためのメモリである。
【００２０】
ＭＰＵ１１は、フラッシュメモリ１２に記録された制御プログラムを実行することにより、各種センサ２１〜２７から出力される機体の姿勢・速度・高度・方位に係る情報や、ＧＰＳ受信機３１からの測位情報を受けて所定の航法演算を行う。 ＭＰＵ１１により出力された航法演算結果は、ＳＲＡＭ１３に一時的に記録される。 ＭＰＵ１１、フラッシュメモリ１２及びＳＲＡＭ１３は、制御基板５０に実装される。
【００２１】
センサ用フレキシブル基板２１、２２、２３には、機体の３軸（ロール軸（Ｘ軸）、ピッチ軸（Ｙ軸）、ヨー軸（Ｚ軸））回りの回転角速度の測定を行う姿勢センサとしてのジャイロ２１ａ、２２ａ、２３ａが設けられるとともに、これら３軸方向（前後、左右、上下）の加速度を測定する加速度センサ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂが設けられている（図３参照）。 これらセンサ用フレキシブル基板２１、２２、２３は、制御基板５０に実装される。
【００２２】
第１圧力センサ２４は、全圧と静圧の差（動圧）を測定することにより、機体の対気速度を測定するものである。 また、第２圧力センサ２５は、気圧を測定することにより、高度と気圧との関係に基づいて機体の高度を得るものである。 磁気方位センサ２６は、本発明における方位センサであり、磁気を用いて機体の方位を測定するものである。 温度センサ２７は、温度補正を行うものである。 これら第１圧力センサ２４、第２圧力センサ２５、磁気方位センサ２６及び温度センサ２７は、制御基板５０に実装される。
【００２３】
ＧＰＳ受信機３１はＧＰＳアンテナ３１ａを備えており、このＧＰＳアンテナ３１ａを介してＧＰＳ衛星からの電波を受信することにより、機体の水平面位置情報を取得する。 マイクロレシーバ３２は、本発明における無線受信機であり、地上から送信された信号を受信するアンテナ３２ａを備えている。 マイクロレシーバ３２は、アンテナ３２ａを介して地上からの指令信号を受信して、かかる指令信号をＭＰＵ１１に伝送する。 これらＧＰＳ受信機３１及びマイクロレシーバ３２は、制御基板５０に実装される。
【００２４】
エレボン用サーボモータ４１及びラダー用サーボモータ４２は、ＭＰＵ１１からの制御信号に基づいて、エレボン６及びラダー７（図１及び図２参照）を駆動制御する。 これらエレボン用サーボモータ４１及びラダー用サーボモータ４２は、制御基板５０に実装される。
【００２５】
推進用モータ４３は、ＭＰＵ１１からの制御信号に基づいて、プロペラ５（図１及び図２参照）を駆動制御する。 推進用モータ４３や、この推進用モータ４３からの駆動力をプロペラ５に伝達する伝達機構（図示されていないギアや駆動軸等）は、胴体２（図１及び図２参照）の内部に配置される。
【００２６】
制御基板５０は、合成樹脂や金属材料で調製された薄板状部材であり、前記したようにデルタ翼３の内部に配置されて、デルタ翼３の構造部材として機能するものである。 制御基板５０の平面形状は、デルタ翼３の平面形状に合わせて略三角形状に形成されている（図１及び図２参照）。
【００２７】
制御基板５０に各種電子部品を実装する際には、制御基板５０の左翼側の重量と右翼側との重量とがほぼ同一になるように電子部品を左右に振り分けて配置するようにする。
【００２８】
例えば、制御基板５０の略中央部にＭＰＵ１１を配置し、このＭＰＵ１１を中心にして左翼側と右翼側に、各種センサ類２１〜２６、ＧＰＳ受信機３１、マイクロレシーバ３２、エレボン用サーボモータ４１及びラダー用サーボモータ４２を振り分けて配置するようにする。 本実施の形態においては、エレボン用サーボモータ４１を、エレボン６の近傍部分（デルタ翼３の後方左右縁部）に配置するとともに、ラダー用サーボモータ４２を、ラダー７の近傍部分（デルタ翼３の後方中央縁部）に配置している。
【００２９】
なお、制御基板５０に実装される各種電子部品は、デルタ翼３の内部に埋設されるので、比較的大型の電子部品を採用すると埋設された部分が盛り上がり、デルタ翼３に作用する空気抵抗が大きくなる場合がある。 このため、比較的小型の電子部品を選定するのが好ましい。
【００３０】
例えば、ジャイロ２１ａ、２２ａ、２３ａとしては「ＡＤＸＲＳ３００」（製品番号：Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．社製）を、加速度センサ２１ｂ、２２ｂ、２３ｂとしては「ＴＢＤ」（製品番号：多摩川精機社製）を、圧力センサ２４（２５）としては「ＭＰＸＶ５００４ＧＣ６Ｕ」（製品番号：モトローラ社製）を、磁気方位センサ２６としては「ＭＩ−ＩＣ−２ＤＬ−ＬＧＡ」（製品番号：マクニカＩ＆Ｃカンパニー社製）を、ＧＰＳ受信機３１としては「ＧＨ−７９」（製品番号：古野電気社製）を、各々採用することができる。
【００３１】
また、推進用モータ４３、伝達機構（ギアや駆動軸等）及びプロペラ５から構成される推進装置としては、例えば「ＵＮ１５００」（製品番号：ユニオンモデル社製）のように、市販のホビー用電動ラジコン飛行機に搭載されている推進装置を採用することができる。
【００３２】
続いて、本実施の形態に係るＭＡＶ１の自律飛行制御動作について説明する。
【００３３】
まず、ＭＡＶ１の飛行制御装置１０の電源を投入する。 そして、地上のＰＣ１００（図３参照）のメモリに予め記録させておいた所定の飛行パターンデータを、飛行制御装置１０のＳＲＡＭ１３に伝送して記録させる。 次いで、ＭＡＶ１を手で把持した状態で、飛行制御装置１０の推進用モータ４３を駆動してプロペラ５を回転させ、所定の回転速度に達した段階で把持状態を解除してＭＡＶ１を発進させる。
【００３４】
発進したＭＡＶ１の飛行制御装置１０のＭＰＵ１１は、ＳＲＡＭ１３に記録された所定の飛行パターンデータを読み取る。 また、ＭＰＵ１１は、ＧＰＳ受信機３１を介して自機の水平面位置情報を、第１圧力センサ２４及び第２圧力センサ２５を介して自機の対気速度情報及び高度情報を、磁気方位センサ２６を介して自機の方位情報を、各々取得する。 そして、ＭＰＵ１１は、これらの情報に基づいて、所定の経路を飛行するのに必要な推力及び操舵量を算出し、推進用モータ４３の制御指令を出力するとともに、エレボン用サーボモータ４１及びラダー用サーボモータの操舵指令を出力する。 この結果、ＭＡＶ１の自律飛行が実現する。
【００３５】
また、ＭＡＶ１の飛行制御装置１０のＭＰＵ１１は、自律飛行中に、ジャイロ２１ａ、２２ａ、２３ａを介して自機の姿勢角に係る情報を取得するとともに、加速度計２１ｂ、２２ｂ、２３ｂを介して自機の前後、左右、上下の加速度情報を取得する。 そして、ＭＰＵ１１は、これら情報に基づいて制御指令や操舵指令の修正信号を生成し、自律飛行中の機体の姿勢を制御する。
【００３６】
また、ＭＡＶ１の飛行制御装置１０のＭＰＵ１１は、マイクロレシーバ３２を介して地上からの指令信号を受けた場合に、ＳＲＡＭ１３に記録された新たな飛行パターンデータを読み取って、新たな経路に沿った自律飛行を実現させることもできる。
【００３７】
以上説明した実施の形態に係るＭＡＶ１においては、自律飛行制御用の各種電子部品（ＭＰＵ１１、各種センサ２１〜２７、ＧＰＳ受信機３１等）が実装される制御基板５０を、デルタ翼３の構造部材として機能させることができるので、従来から採用されていた主翼用構造部材（主翼の骨格を構成する複数の柱状部材等）を省くことができる。 この結果、機体重量を大幅に軽減することができる。 また、デルタ翼３の内部の空間を、各種電子部品を収納するための空間として有効に利用することができるので、機体の小型化を達成することができる。
【００３８】
なお、以上説明した実施の形態においては、水平尾翼を兼ねるデルタ翼３を主翼として採用し、このデルタ翼３の内部に制御基板５０を配置した例を示したが、水平尾翼とは別に設けられる主翼（例えば、略矩形状の主翼）を採用し、この主翼の内部に制御基板を配置して、制御基板を主翼の構造部材として機能させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、自律飛行制御用の各種電子部品が実装される基板を、主翼の構造部材として機能させることができるので、機体重量を大幅に軽減することができる。 また、主翼内部の空間を、各種電子部品を収納するための空間として有効に利用することができるので、機体の小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超小型無人航空機の上面図である。
【図２】図１に示した超小型無人航空機の側面図である。
【図３】図１に示した超小型無人航空機に搭載される飛行制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１ ＭＡＶ（超小型無人航空機）
３ デルタ翼（主翼）
１１ ＭＰＵ（電子部品）
２１ａ〜２３ａ ジャイロ（姿勢センサ、電子部品）
２１ｂ〜２３ｂ 加速度センサ（電子部品）
２４、２５ 圧力センサ（電子部品）
２６ 磁気方位センサ（方位センサ、電子部品）
３１ ＧＰＳ受信機（電子部品）
３２ マイクロレシーバ（無線受信機、電子部品）
５０ 制御基板