JP2018001849A - マルチコプターの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチコプターの操縦の複雑さを軽減しつつ、操るという醍醐味を得ることができるマルチコプターの制御方法を提供すること【解決手段】本発明は、操縦者が操作するコントローラから複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターに向けて、マルチコプターのヨーまたはロールを制御するための第１制御信号、およびマルチコプターのピッチを制御するための第２制御信号を送信してマルチコプターを制御する方法であって、コントローラから第１制御信号が送信された場合、その際の第１制御信号に含まれる第１操作量に応じた制御としてヨーまたはロールのいずれかを選択することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチコプターを操縦する際に適用されるマルチコプターの制御方法に関する。

複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターは、それぞれの回転翼の出力（例えば、回転数）を制御することによって様々な姿勢によって飛行を行うことができる。例えば、４つの回転翼を有するクワッドコプターにおいては、機体を中心として前方左右の２つの回転翼および後方左右の２つの回転翼のそれぞれの出力バランスによって姿勢が制御される。

具体的には、前方２つの回転翼と後方２つの回転翼との出力バランスを調整することでピッチ方向の制御が行われ、前後方向への飛行体勢が制御される。また、左側２つの回転翼と右側２つの回転翼との出力バランスを調整することでロール方向の制御が行われ、左右方向への飛行姿勢が制御される。さらに、左前および右後ろの２つの回転翼と右前および左後ろの２つの回転翼との出力バランスを調整することでヨー方向の制御が行われ、回転方向の飛行体勢が制御される。このようなマルチコプターを飛行させる場合、操縦者はコントローラを操作して様々な飛行姿勢を選択し、所望の方向へマルチコプターを飛行させていく。

マルチコプターのコントローラとして一般的なのは、２つの可動スティックを備えたスティック型コントローラである。例えば、操縦者は、左側スティックを前後に動かして上昇、下降を制御し、左右に動かして左右ヨーを制御する。また、右側スティックを前後に動かして前進、後退を制御し、左右に動かして左右ロールを制御する。

特許文献１では、マルチコプターのコントローラとして、タッチスクリーンを有する端末を利用する技術が開示されている。操縦者はタッチスクリーンを傾けたり、タッチスクリーンを指で触れたりすることでマルチコプターの飛行姿勢を選択するようにしている。

特開２０１２−１９８８８３号公報

マルチコプターの制御では、操縦者が操作するコントローラから送信される制御信号を用いてマルチコプターの上下、前後、ヨーおよびピッチのそれぞれに対応した４チャンネルの制御が必要である。操縦者は、マルチコプターを思い通りに操縦するため、これらの飛行姿勢を状況に応じて瞬時にコントロールしなければならない。例えば、マルチコプターを前方に飛行させながらターンさせたい場合、操縦者はピッチを制御するとともに、目的の弧を描くようにヨーおよびロールのコントロールを同期させる必要がある。このような操作は非常に複雑であり、習得には多くの時間を要する。

一方、特許文献１に記載されるように、タッチスクリーンを有する端末を利用して容易にターンを描く飛行を行うモードでは、ターンの瞬間曲率半径の円を描くようにマルチコプターのピッチ、ロールおよびヨーが演算され、所望の曲線経路を辿るように姿勢が自動的に制御される。

しかしながら、このように所望の曲線経路を辿るような姿勢制御では、操縦者が行った操作量から演算されるターン半径の経路上を飛行するように自動的に制御されてしまう。つまり、マルチコプターの飛行中に操縦者がタッチスクリーン端末を所定の方向に傾けると、その傾斜量からターン半径を設定し、そのターン半径になる円の経路上を外れないように姿勢が自動的に制御される。このような制御は操縦者にとって楽ではあるものの、マルチコプターを操るという醍醐味に欠ける。

本発明は、マルチコプターの操縦の複雑さを軽減しつつ、操るという醍醐味を得ることができるマルチコプターの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、操縦者が操作するコントローラから複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターに向けて、マルチコプターのヨーまたはロールを制御するための第１制御信号、およびマルチコプターのピッチを制御するための第２制御信号を送信してマルチコプターを制御する方法であって、コントローラから第１制御信号が送信された場合、その際の第１制御信号に含まれる第１操作量に応じた制御としてヨーまたはロールのいずれかを選択することを特徴とする。

このような構成によれば、操縦者がコントローラを操作してマルチコプターを制御しようとした際、第１制御信号の第１操作量に応じてヨーまたはロールのいずれかの制御が選択される。これにより、操縦者の１つの操作に基づく第１操作量であっても、ロールおよびヨーのいずれかの操作を切り替えて制御することができる。

本発明のマルチコプターの制御方法において、第１操作量に応じて第１領域および第２領域を設けておき、第１操作量が第１領域であった場合、第１操作量に応じてロールまたはヨーの一方を選択し、第１操作量が第２領域であった場合、第１操作量に応じてロールまたはヨーの他方を選択するように制御してもよい。これにより、第１操作量の設定された範囲に対応してロールおよびヨーのいずれかの操作を切り替えて制御することができる。

本発明のマルチコプターの制御方法において、第１制御信号によってヨーの制御が選択されている場合、第２制御信号によってピッチを制御してマルチコプターを前進させる場合と後進させる場合とでヨーの回転方向を反対にする制御を行ってもよい。これにより、マルチコプターを前進させながら左右ターンする場合の操作感覚と、後退させながら左右ターンする場合の操作感覚とを合致させることができる。

本発明は、操縦者が操作するコントローラから複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターに向けて、マルチコプターのヨーまたはロールを制御するための第１制御信号、およびマルチコプターのピッチを制御するための第２制御信号を送信してマルチコプターを制御する方法であって、コントローラから第１制御信号が送信された場合、その際の第１制御信号に含まれる第１操作量に応じた制御としてヨーおよびロールのそれぞれの制御量を調整することを特徴とする。

このような構成によれば、操縦者がコントローラを操作してマルチコプターを制御しようとした際、第１制御信号の第１操作量に応じてヨーおよびロールのそれぞれの制御量が調整される。これにより、操縦者の１つの操作に基づく第１操作量であっても、ロールおよびヨーを第１操作量に応じたバランスで制御することができる。

本発明のマルチコプターの制御方法において、第１操作量から所定の関数によって演算された値によって第１操作量に応じたヨーおよびロールのそれぞれの制御量を調整するよう制御してもよい。これにより、操縦者の１つの操作に基づく第１操作量から所定の関数によって得られた値によって、ロールおよびヨーの制御量のバランスが調整される。

本発明のマルチコプターの制御方法において、第１制御信号によってヨーおよびロールのそれぞれの制御量を調整する場合、第２制御信号によってピッチを制御してマルチコプターを前進させる場合と後進させる場合とで、ヨーの回転方向を反対にし、ロールの回転方向は反対にしないよう制御してもよい。これにより、マルチコプターを前進させながら左右ターンする場合の操作感覚と、後退させながら左右ターンする場合の操作感覚とを合致させることができる。

本発明は、操縦者が操作するコントローラから複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターに向けて、マルチコプターのヨーを制御するための第１制御信号、およびマルチコプターのピッチを制御するための第２制御信号を送信してマルチコプターを制御する方法であって、第１制御信号によってヨーを制御し、第２制御信号によってピッチを制御する場合、マルチコプターを前進させる場合と後進させる場合とでヨーの回転方向を反対にする制御を行うことを特徴とする。

このような構成によれば、マルチコプターを前進させながら左右ターンする場合の操作感覚と、後退させながら左右ターンする場合の操作感覚とを合致させることができる。

本発明のマルチコプターの制御方法において、コントローラからマルチコプターに向けてマルチコプターの高さを制御するための第３制御信号を送信する場合、第３制御信号に含まれる値に応じてマルチコプターの高さを段階的に制御してもよい。これにより、第３制御信号によってマルチコプターの高さを予め定められた高さに維持しておくことができ、飛行操作中に操縦者が高さをコントロールする手間を省くことができる。

本発明によれば、マルチコプターの操縦の複雑さを軽減しつつ、操るという醍醐味を得ることができるマルチコプターの制御方法を提供することが可能になる。

（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係るマルチコプター用コントローラを例示する模式図である。 コントローラの構成を例示するブロック図である。 マルチコプターの構成を例示するブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は、マルチコプターの姿勢を例示する模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、マルチコプターの上昇および下降の制御を例示する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、マルチコプターの前進および後退の制御を例示する模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、マルチコプターの左右制御を例示する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、マルチコプターのターン制御を例示する模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は、マルチコプターのターンについて例示する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ターンの制御を説明する模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、マルチコプターのヨーの角速度の決定について例示する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、マルチコプターのヨーおよびロールの制御について例示する図である。 （ａ）および（ｂ）は、ロール補正を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）は、制御切り替えの例を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ホイール操作量に応じたロールおよびヨーの切り替えの例（その１）について説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、ホイール操作量に応じたロールおよびヨーの切り替えの例（その２）について説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、マルチコプターの前進および後退でのヨーの制御を例示する模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（マルチコプター用コントローラの構成）
図１（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係るマルチコプター用コントローラを例示する模式図である。図１（ａ）にはマルチコプター１００の操縦の様子が示され、図１（ｂ）にはマルチコプター用コントローラ（以下、単に「コントローラ」と言う。）１が示される。

図１（ａ）に示すように、マルチコプター１００は、機体１１０に複数の回転翼１２０が設けられた無人飛行体である。例えば、４つの回転翼１２０を有するクワッドコプターは、機体１１０の前方左右に２つの回転翼１２０、および後方左右に２つの回転翼１２０の出力バランスによって、離着陸、ホバリング、前方および後方飛行、左右飛行、回転、ターンなどの各種の飛行姿勢をとることができる。

このようなマルチコプター１００は、操縦者２００によるコントローラ１の操作によって制御される。すなわち、操縦者２００がコントローラ１を操作すると、マルチコプター１００に向けて無線通信で制御信号ＣＳが送信される。マルチコプター１００には受信部２０が設けられており、この制御信号ＣＳをマルチコプター１００の受信部２０で受信することにより、操縦者２００の指示する飛行姿勢にマルチコプター１００が制御される。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係るコントローラ１は、本体筐体１０と、ホイール部１１、トリガー部１２、往復スイッチ部１３および送信部１４を備える。このコントローラ１は、いわゆるホイール型コントローラである。このようなコントローラ１によって、操縦者２００はマルチコプター１００をラジオコントロール自動車のような感覚で操縦することができる。

コントローラ１の本体筐体１０には、操縦者２００が片手で握ることで本体筐体１０を支持するためのグリップ部１０Ｇが設けられる。通常は左手でグリップ部１０Ｇを握り、右手でホイール部１１を操作する。なお、ホイール部１１の配置を左右反転させることで、右手でグリップ部１０Ｇを握り、左手でホイール部１１を操作する仕様にすることもできる。

ホイール部１１は、例えば円筒型の回転スイッチであり、操縦者２００によって左右に回転操作可能に設けられる。操縦者２００はホイール部１１の回転操作を選択することでマルチコプター１００の回転系の制御を行うことができる。本実施形態においては、ホイール部１１の回転操作に応じてマルチコプター１００のヨーまたはロールのいずれかを制御できるよう構成される。

ホイール部１１には、操作していない状態（例えば、手を離した状態）でバネ作用によって中立位置に戻る機能が設けられていてもよい。ホイール部１１の操作において、左回転の操作量をＭ１１、右回転の操作量をＭ１２と言うことにする。

トリガー部１２は指で進退操作可能なレバー型スイッチである。操縦者２００は、グリップ部１０Ｇを握る手の指（例えば、人差し指）でトリガー部１２を進退操作することができる。トリガー部１２には、操作していない状態（例えば、手を離した状態）でバネ作用によって中立位置に戻る機能が設けられていてもよい。トリガー部１２の操作において、手前に引いた場合の操作量をＭ２１、先に押した場合の操作量をＭ２２と言うことにする。

往復スイッチ部１３は一方向および他方向に往復操作できるスイッチである。往復スイッチ部１３は、例えばグリップ部１０Ｇの上方に配置され、グリップ部１０Ｇを握る手の指（例えば、親指）で操作できるようになっている。

往復スイッチ部１３は、中間位置を基準として操作するタイプであっても、所定の基準位置（例えば、最も上または下の位置）を基準として操作するタイプであってもよい。また、往復スイッチ部１３には、往復スイッチ部１３を操作していない状態（例えば、手を離した状態）でバネ作用により中立位置に戻る機能が設けられていてもよい。往復スイッチ部１３の一方向への操作量をＭ３１、他方向への操作量をＭ３２と言うことにする。

送信部１４は、操縦者２００の操作に応じた制御信号ＣＳをマルチコプター１００へ無線通信によって送信する部分である。制御信号ＣＳは、例えばアンテナから放出される例えば電波によってマルチコプター１００へ送信される。

送信部１４から送信される制御信号ＣＳには、第１制御信号ＣＳ１、第２制御信号ＣＳ２および第３制御信号ＣＳ３が含まれる。第１制御信号ＣＳ１は、ホイール部１１の操作に応じてマルチコプター１００のヨーまたはロールのいずれかを制御するための信号である。第２制御信号ＣＳ２は、トリガー部１２の操作に応じてマルチコプター１００のピッチを制御するための信号である。第３制御信号ＣＳ３は、往復スイッチ部１３の操作に応じてマルチコプター１００の高さを制御するための信号である。

このうち第１制御信号ＣＳ１は、ホイール部１１の操作に応じてマルチコプター１００のヨーを制御するためのヨー制御信号ＣＳＹおよびロールを制御するためのロール制御信号ＣＳＲのいずれかを含む。

本実施形態に係るコントローラ１においては、このヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲのいずれかを、トリガー部１２の操作量Ｍ２１、Ｍ２２に応じて選択して送信する。すなわち、送信部１４は、操縦者２００によってホイール部１１が操作された場合、その際のトリガー部１２の操作量Ｍ２１、Ｍ２２に応じてヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲのいずれかを送信する。

一例として、送信部１４は、ホイール部１１が操作された際にトリガー部１２が操作されていなかった場合（操作量Ｍ２１、Ｍ２２がゼロの場合）、ホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じてロール制御信号ＣＳＲを送信する。また、送信部１４は、ホイール部１１が操作された際にトリガー部１２が操作されていた場合（操作量Ｍ２１、Ｍ２２がゼロでない場合）、ホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じてヨー制御信号ＣＳＹを送信する。これにより、トリガー部１２を操作していない時はホイール部１１によってマルチコプター１００のロールを制御でき、トリガー部１２を操作している時はホイール部１１によってマルチコプター１００のヨーを制御できることになる。

他の一例として、トリガー部１２の操作量（例えば、操作量Ｍ２１）に応じて第１領域、第２領域および第３領域を設けておき、送信部１４はトリガー部１２の操作量が第１領域、第２領域および第３領域のどの領域かに応じて制御信号ＣＳを送信する。

例えば、トリガー部１２の操作量Ｍ２１が第１領域であった場合、送信部１４はロール制御信号ＣＳＲを送信し、トリガー部１２の操作量Ｍ２１が第２領域であった場合、ヨー制御信号ＣＳＹを送信し、トリガー部１２の操作量Ｍ２１が第３領域であった場合、第２制御信号ＣＳ２およびヨー制御信号ＣＳＹを送信する。これにより、トリガー部１２の操作量（例えば、引き量）によって異なる制御を行うことができる。

ここで、送信部１４からヨー制御信号ＣＳＹに含まれるヨーの制御量として、ホイール部１１の回転角度から所定の関数によって演算された値を用いてもよい。この関数の設定によって、ホイール部１１の回転角度とヨーの制御量との関係が決定される。

また、送信部１４は、第２制御信号ＣＳ２およびヨー制御信号ＣＳＹを送信する間、マルチコプター１００のロールの制御量の補正を行うロール補正信号を送信して、ヨーおよびロールによって生じるマルチコプター１００の速度変化を補償するようにしてもよい。この際、コントローラ１は、マルチコプター１００から送信される速度に関する情報を受けて速度変化を補償する際にフィードバックをかける。ロール補正信号の詳細については後述する。

また、往復スイッチ部１３が中立位置を有する場合、送信部１４は、往復スイッチ部１３の所定方向への操作から中立位置への復帰までの時間が所定時間以内であった場合に、マルチコプター１００を予め定められた高さに制御するための第３制御信号ＣＳ３を送信するようにしてもよい。この動作の詳細については後述する。

このようなコントローラ１によって、操縦者２００は、トリガー部１２の引き具合等によってマルチコプター１００の進行方向のスピードをコントロールし、ホイール部１１の左右回転操作によってマルチコプター１００の左右ターンをコントロールすることができる。すなわち、飛行するマルチコプター１００であってもラジオコントロール自動車のような感覚で操縦を楽しむことができる。

また、操縦者２００は１つのホイール部１１の操作であっても、トリガー部１２の操作量に応じてヨーおよびロールのいずれかの操作を切り替えて制御することができる。つまり、操縦者２００は、マルチコプター１００の回転系の動作に関して、トリガー部１２の操作に応じてホイール部１１での操作対象の切り替え（ヨーとロールとの切り替え）を行うことができる。これにより、マルチコプター１００の姿勢制御が簡素化され、操縦の複雑さが軽減される。

（コントローラおよびマルチコプターのブロック構成）
図２は、コントローラの構成を例示するブロック図である。
図３は、マルチコプターの構成を例示するブロック図である。
図２に示すように、コントローラ１の本体筐体１０の内部には、送信部１４、中央演算部（ＣＰＵ）１５、可変抵抗部（ＶＲ）１１１、１２１および１３１、アナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）１１２、１２２および１３２が設けられる。なお、コントローラ１には図示しないバッテリ、電源スイッチ、調整トリガー、インジケータ、表示パネルなども設けられる。

ホイール部１１を回転操作すると、この回転操作による操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じて可変抵抗部１１１の抵抗値が変化する。この抵抗値はアナログデジタル変換部１１２によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１５に送られる。

トリガー部１２を進退操作すると、この進退操作による操作量Ｍ２１、Ｍ２２に応じて可変抵抗部１２１の抵抗値が変化する。この抵抗値はアナログデジタル変換部１２２によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１５に送られる。

往復スイッチ部１３を往復操作すると、この往復操作による操作量Ｍ３１、Ｍ３２に応じて可変抵抗部１３１の抵抗値が変化する。この抵抗値はアナログデジタル変換部１３２によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１５に送られる。

ＣＰＵ１５は所定のプログラムに沿って各部を制御するとともに信号処理を行う。例えば、ＣＰＵ１５は、アナログデジタル変換部１１２、１２２および１３２から送られたデジタル信号を結合して制御信号ＣＳを生成する。

送信部１４は、ＣＰＵ１５で処理された制御信号ＣＳを変調して、電波によってマルチコプター１００へ送信する。送信部１４は、例えば２．４ＧＨｚ帯の電波、近距離無線通信規格、赤外線を利用して、変調した制御信号ＣＳを送信する。

図３に示すように、マルチコプター１００の機体１１０の内部には、受信部２０、中央演算部（ＣＰＵ）２５、センサ２６、２７および２８、モータドライバ（Ｍ／Ｄ）２３１、２３２、２３３および２３４が設けられる。なお、機体１１０には図示しないバッテリ、電源スイッチ、インジケータなども設けられる。機体１１０には図示しないカメラが搭載されていてもよい。

受信部２０は、コントローラ１の送信部１４から送信された電波を受信して制御信号ＣＳへ復調する。復調された制御信号ＣＳはＣＰＵ２５に送られる。センサ２６は、例えば６軸のジャイロセンサである。センサ２７は、例えば気圧センサである。センサ２８は、例えば超音波センサである。センサ２６、２７および２８の検出信号はＣＰＵ２５に送られ、マルチコプター１００の姿勢制御（例えば、自律制御）の演算に用いられる。なお、センサ２６、２７および２８は上記に限定されない。

ＣＰＵ２５は、受信部２０から送られた制御信号ＣＳ、センサ２６、２７および２８から送られた検出信号を用いて各モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４の出力を制御するための値（モータ制御信号）を演算する。

ＣＰＵ２５で演算されたモータ制御信号はモータドライバ（Ｍ／Ｄ）２３１、２３２、２３３および２３４に送られる。各モータドライバ（Ｍ／Ｄ）２３１、２３２、２３３および２３４は、ＣＰＵ２５から送られたモータ制御信号に基づきそれぞれに接続された各モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４へ与える信号（電流、電圧および周波数の少なくともいずれか）を出力する。

各モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４の出力が調整されることで、各モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４によって回転する回転翼１２０の出力のバランスが調整され、マルチコプター１００の飛行姿勢が制御される。また、マルチコプター１００は、各センサ２６、２７および２８の検出信号に基づいて姿勢の自律制御が行われる。

先に説明したように、本実施形態に係るコントローラ１では、トリガー部１２の操作量Ｍ２１、Ｍ２２に応じて第１制御信号ＣＳ１のヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲのいずれかが送信部１４より送信される。このヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲの選択をＣＰＵ１５のプログラム処理によって行い、選択されたヨー制御信号ＣＳＹまたはロール制御信号ＣＳＲを他の信号と結合して制御信号ＣＳとする。送信部１４は制御信号ＣＳの第１制御信号ＣＳ１に含まれる信号として、トリガー部１２の操作量Ｍ２１、Ｍ２２に応じて選択されたヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲのいずれかを送信することになる。

この場合、ＣＰＵ１５は、ホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２をヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲのどちらを対応付けるのかを示す識別信号を制御信号ＣＳ内に含める処理を行う。これにより、同じホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２であっても、制御対象としてヨーを制御するのか、ロールを制御するのかの判別を行うことができる。

また、制御信号ＣＳには上記の識別信号を含めず、ホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じた第１制御信号ＣＳ１を制御信号ＣＳに含めてマルチコプター１００に送信し、マルチコプター１００のＣＰＵ２５で実行されるプログラムによって、ヨーを制御するか、ロールを制御するかを判別してもよい。

この場合、コントローラ１の送信部１４は、ヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲを区別せずにホイール部１１の操作量に応じた第１制御信号ＣＳ１を送信する機能を有していればよい。

そして、マルチコプター１００のＣＰＵ２５は、受信した制御信号ＣＳに含まれる第２制御信号ＣＳ２に含まれるトリガー部１２の操作量Ｍ２１、Ｍ２２に応じて、第１制御信号ＣＳ１に含まれるホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じた信号によってヨーを制御するか、ロールを制御するかの判別を行う。

また、本実施形態に係るコントローラ１では、コントローラ１から第１制御信号ＣＳ１が送信された場合、その際の第１制御信号ＣＳ１に含まれるホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じた制御としてヨーまたはロールのいずれかを選択するようにしてもよい。

この場合、ＣＰＵ１５は、ホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じてヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲのどちらを対応付けるのかを示す識別信号を制御信号ＣＳ内に含める処理を行う。これにより、ホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じて制御対象としてヨーを制御するか、ロールを制御するかの判別を行うことができる。

また、制御信号ＣＳには上記の識別信号を含めず、ホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じた第１制御信号ＣＳ１を制御信号ＣＳに含めてマルチコプター１００に送信し、マルチコプター１００のＣＰＵ２５で実行されるプログラムによって、ヨーを制御するか、ロールを制御するか、操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じて判別してもよい。

ホイール部１１の操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じたヨーおよびロールの制御として、操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じたヨーおよびロールのそれぞれの制御量の調整を行ってもよい。この場合、ヨーおよびロールのそれぞれの制御量を示す識別信号を制御信号ＣＳに含めてもよいし、制御信号ＣＳに識別信号を含めずにマルチコプター１００のＣＰＵ２５で実行されるプログラムによってヨーおよびロールのそれぞれの制御量を調整してもよい。

また、本実施形態に係るコントローラ１では、第１制御信号ＣＳ１によってヨーを制御する場合、マルチコプター１００を前進させる場合と後進させる場合とでヨーの回転方向を反対にする制御を行ってもよい。また、この制御をマルチコプター１００のＣＰＵ２５で実行されるプログラムによって行ってもよい。

（マルチコプターの制御方法）
次に、本実施形態に係るマルチコプター１００の制御方法について説明する。
図４（ａ）〜（ｄ）は、マルチコプターの姿勢を例示する模式図である。
本実施形態に係るマルチコプター１００の制御方法を説明するにあたり、図４（ａ）〜（ｄ）に示す模式図によってマルチコプター１００の姿勢を表すものとする。すなわち、図４（ａ）に示すように、マルチコプター１００の機体１１０を前方が鋭角となった五角形で表し、複数の回転翼１２０を二点鎖線で表す。また、マルチコプター１００の前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とする。したがって、マルチコプター１００のピッチはＹ軸回りの回転となり、ヨーはＺ軸回りの回転となり、ロールはＸ軸回りの回転となる。

マルチコプター１００をＺ軸に沿って上方から見た様子を表す際には図４（ｂ）に示す模式図で表すものとする。機体１１０の前方を示すために機体１１０の前方部１１０ａを黒色で示す。マルチコプター１００をＸ軸に沿って後方から見た様子を表す際には図４（ｃ）に示す模式図で表すものとする。機体１１０をＹ軸に沿って側方から見た様子を表す際には図４（ｄ）に示す模式図で表すものとする。

（上昇下降制御）
図５（ａ）および（ｂ）は、マルチコプターの上昇および下降の制御を例示する模式図である。
マルチコプター１００の上昇および下降を行うには、図５（ａ）に示すコントローラ１の往復スイッチ部１３を操作して、第３制御信号ＣＳ３を送信部１４からマルチコプター１００に送る。

例えば、往復スイッチ部１３を上方に押し上げると、図５（ｂ）に示すように、マルチコプター１００は上昇する。一方、往復スイッチ部１３を下方に押し下げると、図５（ｂ）に示すように、マルチコプター１００は下降する。

マルチコプター１００の上昇の量は、往復スイッチ部１３を押し上げた操作量Ｍ３１に応じて決定され、下降の量は、往復スイッチ部１３を押し下げた操作量Ｍ３２に応じて決定される。

往復スイッチ部１３が中立位置を有する場合、往復スイッチ部１３を上方へ押し上げている間、マルチコプター１００の上昇を続け、下方へ押し下げている間、マルチコプター１００の下降を続けるように制御してもよい。往復スイッチ部１３が中立位置に復帰することで上昇および下降の停止が行われる。

また、往復スイッチ部１３を中立位置から一方向へ操作し、中立位置へ復帰するまでの時間が所定時間以内になる操作（以下、「クリック操作」と言う。）によって制御してもよい。

例えば、往復スイッチ部１３を上方に１回クリック操作する毎に所定の高さ上昇させたり、下方に１回クリック操作する毎に所定の高さ下降させたりしてもよい。さらに、マルチコプター１００が着陸している状態で、往復スイッチ部１３を例えば上方に１回クリック操作すると、自動的に所定高さまで離陸してホバリングさせるようにしてもよい。また、マルチコプター１００が飛行やホバリングしている状態で、往復スイッチ部１３を例えば下方に１回クリック操作すると、自動的に着陸させるようにしてもよい。

また、往復スイッチ部１３の選択位置を段階的に切り替えられるようにしてもよい。この場合、往復スイッチ部１３の選択位置に応じた高さにマルチコプター１００の高さが設定される。例えば、往復スイッチ部１３を一番下の位置にすると、マルチコプター１００は着陸し（高さゼロ）、往復スイッチ部１３を下から一段目の位置にすると、マルチコプター１００は予め設定された第１の高さまで上昇してその高さで維持される。また、往復スイッチ部１３を下から二段目の位置にすると、マルチコプター１００は予め設定された第２の高さまで上昇してその高さで維持される。このように、往復スイッチ部１３の選択位置によって自動的に予め設定された高さに維持されることで、操縦者２００はマルチコプター１００の高さコントロールをする必要がなく、前進、後退およびターンの動作に集中することができる。

（前進後退制御）
図６（ａ）〜（ｃ）は、マルチコプターの前進および後退の制御を例示する模式図である。
マルチコプター１００の前進および後退を行うには、図６（ａ）に示すコントローラ１のトリガー部１２を操作して、第２制御信号ＣＳ２を送信部１４からマルチコプター１００に送る。

例えば、トリガー部１２を手前に引くと、図６（ｂ）に示すように、マルチコプター１００は前方部１１０ａを下げるようにピッチし、前進する。一方、トリガー部１２を押すと、図６（ｃ）に示すように、マルチコプター１００は前方部１１０ａが上がるようにピッチし、後退する。

マルチコプター１００の前進の量（ピッチ角度）は、トリガー部１２を引いた操作量Ｍ２１に応じて決定され、後退の量（ピッチ角度）は、トリガー部１２を押した操作量Ｍ２２に応じて決定される。操作量Ｍ２１およびＭ２２が多いほどピッチ角度が大きくなり、マルチコプター１００の前進および後退の速度は速くなる。

（左右制御）
図７（ａ）および（ｂ）は、マルチコプターの左右制御を例示する模式図である。
マルチコプター１００の左右制御を行うには、図７（ａ）に示すコントローラ１のホイール部１１を操作して、第１制御信号ＣＳ１（ロール制御信号ＣＳＲ）を送信部１４からマルチコプター１００に送る。

例えば、マルチコプター１００がホバリングしている状態で、ホイール部１１を左右いずれかに回転させると、図７（ｂ）に示すように、マルチコプター１００は左右いずれかにロールして左右方向に移動する。すなわち、ホイール部１１を左に回転させるとマルチコプター１００は左下がりにロールし、左方向へ進む。一方、ホイール部１１を右に回転させるとマルチコプター１００は右下がりにロールし、右方向へ進む。

マルチコプター１００の左右へ進む量（ロール角度）は、ホイール部１１を回転した操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じて決定される。操作量Ｍ１１、Ｍ１２が多いほどロール角度が大きくなり、マルチコプター１００の左右方向への移動速度は速くなる。

（ターン制御）
図８（ａ）〜（ｃ）は、マルチコプターのターン制御を例示する模式図である。
マルチコプター１００のターン制御を行うには、図８（ａ）に示すコントローラ１のホイール部１１およびトリガー部１２の両方を操作して、第１制御信号ＣＳ１（ヨー制御信号ＣＳＹ）および第２制御信号ＣＳ２を送信部１４からマルチコプター１００に送る。

例えば、マルチコプター１００がホバリングしている状態でトリガー部１２を手前に引くと、図８（ｂ）に示すように、マルチコプター１００は前方部１１０ａを下げるようにピッチし、前進する。そして、前進飛行している状態でホイール部１１を左右いずれかに回転すると、図８（ｃ）に示すように、マルチコプター１００は左右いずれかにヨー回転する。

つまり、ホイール部１１を回転させる際、トリガー部１２が操作されていない場合には、図７に示すようにホイール部１１の回転に応じてロールを発生させるが、トリガー部１２が操作されている場合には、ホイール部１１の回転に応じてヨーを発生させるよう制御の切り替えを行う。

なお、マルチコプター１００のＣＰＵ２５は、マルチコプター１００の飛行中にヨーを発生させる場合、このヨーに応じてロールを自動的に発生させるプログラム処理を行っている。これにより、マルチコプター１００が前進飛行している間はホイール部１１の操作によってヨーとともにロールが発生し、これによってマルチコプター１００はバンクしながら弧を描くようにターンすることになる。

マルチコプター１００のヨーの量（ヨー角度）は、ホイール部１１を回転した操作量Ｍ１１、Ｍ１２に応じて決定される。操作量Ｍ１１、Ｍ１２が多いほどヨー角度が大きくなり、マルチコプター１００は急旋回することになる。一方、操作量Ｍ１１、Ｍ１２が少ないほどヨー角度が小さくなり、マルチコプター１００はゆっくりと旋回することになる。

なお、図８では、マルチコプター１００を前進飛行させながらターンする例を示したが、トリガー部１２を先に押しながらホイール部１１を回転させることで、マルチコプター１００を後退飛行させながらターンすることも可能である。

図９（ａ）〜（ｄ）は、マルチコプターのターンについて例示する模式図である。
図９（ａ）〜（ｄ）には、マルチコプター１００が前方に飛行している状態から左方向へターンする際の様子が表される。
先ず、図９（ａ）に示すように、コントローラ１のトリガー部１２を引くことで操作量Ｍ２１に応じたピッチが発生し、マルチコプター１００は前方へ飛行していく。

次に、コントローラ１のトリガー部１２を引いた状態（前方飛行の状態）で、図９（ｂ）に示すように、ホイール部１１を左に回転させる。この際、トリガー部１２が操作された状態であるため、ホイール部１１の操作量Ｍ１１に応じたヨーが発生し、マルチコプター１００はＺ軸回りに左回転する。また、この際、マルチコプター１００のＣＰＵ２５によるプログラム処理で、発生したヨーの角度に応じてロールの角度が演算され、マルチコプター１００にはロールも発生する。これによって、マルチコプター１００は左へとターンを開始する。

次に、コントローラ１のホイール部１１を回転させる操作量Ｍ１１を調整する。例えば、図９（ｃ）に示すように、ホイール部１１の操作量Ｍ１１を増加させると、マルチコプター１００のヨーの角度およびロールの角度が増加して、旋回の半径が小さくなる。

そして、所望のターンを完了した際にはホイール部１１の回転を戻す。これにより、図９（ｄ）に示すようにマルチコプター１００のターンが完了する。

（ターンの制御例）
次に、ターンの制御例について説明する。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、ターンの制御を説明する模式図である。
図１０（ａ）に示すように、マルチコプター１００のターンは、Ｙ軸回りの回転（ピッチ角度θｐ）、Ｚ軸回りの回転（ヨー角度θｙ）、Ｘ軸回りの回転（ロール角度θｒ）のそれぞれの制御によって実行される。

図１０（ｂ）に示すように、コントローラ１のトリガー部１２を引くことで、マルチコプター１００には操作量Ｍ２１に応じたピッチ角度θｐが発生する。さらに、図１０（ｃ）に示すように、トリガー部１２を引いた状態で、ホイール部１１を回転させることで、マルチコプター１００には操作量Ｍ１１に応じたヨー角度θｙが発生する。ここで、ホイール部１１の回転角はθｗであり、ヨーの角速度はＶｚである。

図１１（ａ）および（ｂ）は、マルチコプターのヨーの角速度の決定について例示する図である。
図１１（ａ）には、ホイール部１１の回転角θｗとヨーの角速度のＶｚとの関係を示す関数ｆ１が表される。この関数ｆ１を用いることで、マルチコプター１００のヨーの角速度Ｖｚは、ホイール部１１の回転角θｗに対応して設定される。なお、図１１（ａ）に示す関数ｆ１は、ホイール部１１の回転角θｗの１次関数になっているが、２次関数など他の関数であってもよい。関数ｆ１の特性によって、ターン特性を変えることができる。

図１１（ｂ）には、ホイール部１１の回転角θｗと、マルチコプター１００の飛行速度Ｖｘと、ヨーの角速度のＶｚとの関係を示す関数ｆ２が表される。この関数ｆ２を用いることで、マルチコプター１００のヨーの角速度Ｖｚは、ホイール部１１の回転角θｗおよびマルチコプター１００の飛行速度Ｖｘに対応して設定される。関数ｆ２の特性によって、ターン特性を変えることができる。

（ヨーおよびロールの制御例）
次に、ヨーおよびロールの制御例について説明する。
図１２（ａ）〜（ｃ）は、マルチコプターのヨーおよびロールの制御について例示する図である。
マルチコプター１００のターンを行う場合、図１２（ａ）に示すようなヨーの発生（ヨー角度θｙ）と、図１２（ｂ）に示すようなロールの発生（ロール角度θｒ）とを連動させる。図１２（ｃ）には、ヨーとロールとの関係を示す関数ｆ３が表される。関数ｆ３を用いることで、マルチコプター１００のロール角度θｒは、ヨー角度θｙに対応して設定される。この関数ｆ３では、ヨー角度θｙとロール角度θｒとが比例関係になっている。

例えば、図９（ｂ）に示すターンの開始においては、マルチコプター１００のヨー角度θｙが小さいため、関数ｆ３に基づき設定されるロール角度θｒも小さくなっている。図９（ｃ）に示すターンの途中においては、旋回半径が小さいことからヨー角度θｙが大きくなる。このため、関数ｆ３に基づき設定されるロール角度θｒも大きくなる。

このようなヨーおよびロール制御によって、操縦者２００はマルチコプター１００の飛行中にホイール部１１を左右に回転させるだけで、所望のターンを行うことができるようになる。

（ロール補正制御）
次に、ターン最中のロール補正制御について説明する。
マルチコプター１００のターンが始まると、ヨーとともにロールが発生する。ターン最中のロール角度θｒは、先に説明したように、例えばヨー角度θｙの関数ｆ３によって決定される。この際、機体１１０が傾くことで所定方向の速度成分に速度差が発生する。そこで、この速度差に応じてロール角度θｒの補正を行うようにしてもよい。

ターン最中のロールの補正を行うためのロール補正信号は、コントローラ１の送信部１４からマルチコプター１００に向けて送信してもよいし、マルチコプター１００のＣＰＵ２５で演算してもよい。コントローラ１の送信部１４からロール補正信号を送信する場合には、マルチコプター１００で検出した速度に関する情報をコントローラ１へ送信する機能と、この情報をコントローラ１で受信する機能を設けておく。そして、マルチコプター１００から送信された速度に関する情報をコントローラ１で受けて、コントローラ１でフィードバックをかけて送信部１４からロール補正信号を送信すればよい。

図１３（ａ）および（ｂ）は、ロール補正を例示する図である。
図１３（ａ）に示すように、マルチコプター１００がターンしている間、所定のサンプリング時間毎にマルチコプター１００の速度成分を検出する。ここで、ターン中の時刻ｔでサンプリングした機体１１０の進行方向（ターン接線方向）Ｄ１の速度を第１速度Ｖ１とする。

ターン中の次の時刻ｔ＋１でサンプリングした機体１１０の速度のうち、先の時刻ｔでの進行方向Ｄ１の速度成分を第２速度Ｖ２とする。マルチコプター１００のターンが進むことで、第１速度Ｖ１に対して第２速度Ｖ２は遅くなる。第１速度Ｖ１−第２速度Ｖ２を減速度αとする。減速度αはサンプリング時刻ごとに計算できるので、時刻ｔでの減速度をαｔ、時刻ｔ＋１での減速度をαｔ＋１とする。時刻ｔと時刻ｔ＋１との減速度の変化量をβｔとすると、βｔ＝（αｔ＋１）−（αｔ）となる。

図１３（ｂ）には、減速度の変化量βと、補正後のロール角度θｒ２との関係を示す関数ｆ４が表される。関数ｆ４は、例えばθｒ２＝−Ａβｔ＋θｒである。なお、Ａは所定の係数である。つまり、減速度の変化量βがゼロの場合（第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２との速度差がない場合）、ロール角度はθｒのままである。一方、変化量βが大きくなるほどロール角度は小さくなるよう補正される。これにより、ターンによって急激に速度変化が発生することを抑制することができる。

例えば、ターンの開始とともにホイール部１１を急激に回転させて急旋回を試みようとした場合、マルチコプター１００は失速してしまう可能性がある。そこで、上記のようなロール補正制御を行うことで、急激な速度変化が抑制され、失速を回避することが可能になる。

上記に示した本実施形態に係るマルチコプター１００の制御方法では、ターンを行うときに、操縦者２００のターン操作から決められた半径の円上を辿るような自動的な制御ではなく、操縦者２００のコントローラ１の操作量からピッチおよびヨーの量（角度）をマルチコプター１００に送るだけである。

マルチコプター１００のＣＰＵ２５は、コントローラ１から指示された制御信号ＣＳに基づきピッチ角度θｐおよびヨー角度θｙを決定し、ヨー角度θｙからロール角度θｒを決定して各回転翼１２０の出力を制御する。

したがって、様々な状況（気圧、風速、気流の乱れ等の外乱、モータ性能の個体差、バッテリ状態など）によっては同じ操作量であっても同じ弧でターンが実行されるとは限らない。したがって、操縦者２００はマルチコプター１００の飛行状態を常に見ながらホイール部１１およびトリガー部１２の操作量をコントロールして所望のターンを描くように操縦する必要がある。これにより、操縦者２００は自動的な制御では得られない操縦の醍醐味を味わうことができる。

（トリガー操作量と制御切り替え）
次に、トリガー部１２の操作量と制御の切り替えの例について説明する。
図１４（ａ）および（ｂ）は、トリガー操作量による制御切り替えの例を説明する図である。
この制御切り替えの例では、図１４（ａ）に示すように、予めトリガー部１２の操作量に応じて第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３を設定しておく。第１領域Ｒ１は、トリガー部１２の中立位置から僅かに引いた領域である。第２領域Ｒ２は、トリガー部１２を第１領域Ｒ１よりも大きく引いた領域である。第３領域Ｒ３は、トリガー部１２を第２領域Ｒ２よりも大きく引いた領域である。

図１４（ｂ）には、各領域に対応した制御信号の有効および無効の状態が示される。図１４（ｂ）において「○」印は有効、「×」印は無効を意味する。「有効」とは、制御するための信号が送信部１４から送信される、または制御するための信号がＣＰＵ２５で演算されることを意味し、「無効」とは、制御するための信号が送信部１４から送信されない、または制御するための信号がＣＰＵ２５で演算されないことを意味する。

例えば、トリガー部１２の操作量が第１領域Ｒ１の場合、ピッチを制御するための第２制御信号ＣＳ２およびヨーを制御するためのヨー制御信号ＣＳＹは無効であり、ロールを制御するためのロール制御信号ＣＳＲのみ有効となる。すなわち、トリガー部１２が操作されていないか、または僅かな引き量の場合には、ピッチおよびヨーは発生せず、ロールのみ制御可能になる。したがって、ホイール部１１を回転操作することでマルチコプター１００をロールさせて左右方向に移動させることができる。つまり、トリガー部１２の操作量が第１領域Ｒ１の場合、ホイール部１１の回転操作はロール制御に利用される。

次に、トリガー部１２の操作量が第２領域Ｒ２の場合、ヨー制御信号ＣＳＹは有効であり、ロール制御信号ＣＳＲは無効となる。ピッチを制御するための第２制御信号ＣＳ２は、仕様によって有効および無効が決定される。

例えば、第２制御信号ＣＳ２が無効になる仕様では、トリガー部１２を引いてもピッチは発生せず、ヨーのみ制御可能になる。したがって、ホイール部１１を回転操作することでマルチコプター１００にヨーを発生させて、Ｚ軸回りに回転させることができる。つまり、トリガー部１２の操作量が第２領域Ｒ２であって第２制御信号ＣＳ２が無効の場合、ホイール部１１の回転操作はヨー制御に利用される。

一方、第２制御信号ＣＳ２が有効になる仕様では、トリガー部１２を引いた量に応じてピッチが発生する。したがって、トリガー部１２の引いた量に応じて僅かにピッチが発生し、マルチコプター１００は前方に移動するとともに、ホイール部１１の回転操作に応じてヨーが発生して、Ｚ軸回りに回転することになる。つまり、トリガー部１２の操作量が第２領域Ｒ２であって第２制御信号ＣＳ２が有効の場合、マルチコプター１００は前方にゆっくりと移動しながらホイール部１１の回転操作に応じてＺ軸回りに回転することになる。

次に、トリガー部１２の操作量が第３領域Ｒ３の場合、ピッチを制御するための第２制御信号ＣＳ２、ヨー制御信号ＣＳＹおよびロール制御信号ＣＳＲが全て有効となる。すなわち、トリガー部１２の操作量に応じてピッチが発生し、ホイール部１１の操作量に応じてヨーおよびロールが発生する。したがって、トリガー部１２の操作量が第３領域Ｒ３の場合、マルチコプター１００はトリガー部１２の操作量に応じて前方に移動しつつ、ホイール部１１の回転操作に応じてヨーおよびロールが発生してバンクしながらターンしていくことになる。

このように、トリガー部１２の操作量が第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３のいずれにあるかによって制御信号の有効および無効の状態を設定することで、１つのホイール部１１での回転操作による制御対象を切り替えることが可能になる。したがって、操縦者２００による複雑な操縦操作が軽減される。

なお、上記の例ではトリガー部１２を中立位置から手前に引いた領域を第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２および第３領域Ｒ３に分けたが、中立位置から先に押した領域を区分けしてもよい。また、手前および先にかかわらず、トリガー部１２の可動範囲について領域を区分けしてもよい。

（ホイール操作量に応じたロールおよびヨーの切り替え制御）
次に、ホイール部１１の操作量に応じたロールおよびヨーの切り替えの例について説明する。
図１５（ａ）〜（ｃ）は、ホイール操作量に応じたロールおよびヨーの切り替えの例（その１）について説明する図である。なお、説明の便宜上、図１５（ａ）にはホイール部１１のみが模式的に示される。

図１５（ａ）に示すように、この切り替え制御の例では、予めホイール部１１の操作量に応じて領域Ａ、領域Ｂを設定しておく。領域Ａは、ホイール部１１の中立位置ＣＰから僅かに回転させた領域である。領域Ｂは、ホイール部１１を領域Ａよりも大きく回転させた領域である。なお、ホイール部１１を中立位置ＣＰから右回転させた際の領域Ａを領域Ａ（Ｒ）、左回転させた際の領域Ａを領域Ａ（Ｌ）とする。また、ホイール部１１を中立位置ＣＰから右回転させた際の領域Ｂを領域Ｂ（Ｒ）、左回転させた際の領域Ｂを領域Ｂ（Ｌ）とする。

ホイール部１１の回転角度が領域Ａの範囲内にある場合、マルチコプター１００の制御として例えばロール制御が選択される。これにより、マルチコプター１００には、ホイール部１１の操作量に応じたロールが発生する。例えば、ホイール部１１の回転角度が領域Ａ（Ｒ）にある場合、図１５（ｂ）の右図に示すようにマルチコプター１００は右へロールする。一方、ホイール部１１の回転角度が領域Ａ（Ｌ）にある場合、図１５（ｂ）の左図に示すようにマルチコプター１００は左へロールする。

ホイール部１１の回転角度が領域Ｂの範囲内にある場合、マルチコプター１００の制御として例えばヨー制御が選択される。これにより、マルチコプター１００には、ホイール部１１の操作量に応じたヨーが発生することになる。例えば、ホイール部１１の回転角度が領域Ｂ（Ｒ）にある場合、図１５（ｃ）の矢印ＹＲに示すようにマルチコプター１００はＺ軸回りに右回転する。一方、ホイール部１１の回転角度が領域Ｂ（Ｌ）にある場合、図１５（ｃ）の矢印ＹＬに示すように、マルチコプター１００はＺ軸回りに左回転する。

このような制御を適用すると、例えばトリガー部１２を操作せずマルチコプター１００がホバリングしている状態でホイール部１１を回転させることで、操縦者２００はホイール部１１の回転角度によってロール制御とヨー制御とを自在に選択することができる。

すなわち、操縦者２００はマルチコプター１００をロールさせたい場合にホイール部１１を領域Ａの範囲内で回転させる。領域Ａ（Ｒ）ではホイール部１１の操作量に応じたロール量で右に移動し、領域Ａ（Ｌ）ではホイール部１１の操作量に応じたロール量で左に移動する。これにより、ホバリングしているマルチコプター１００はホイール部１１の回転角度に応じて左右にロールして移動する。

また、操縦者２００はマルチコプター１００をＺ軸回りに回転させたい場合にはホイール部１１を領域Ｂの範囲内で回転させる。領域Ｂ（Ｒ）ではホイール部１１の操作量に応じたヨーの角速度で右回転し、領域Ｂ（Ｌ）ではホイール部１１の操作量に応じたヨーの角速度で左回転することになる。これにより、ホバリングしているマルチコプター１００はホイール部１１の回転角度に応じて左右に回転（Ｚ軸回りに回転）する。

なお、ホイール部１１の操作量に応じたヨーおよびロールの制御として、ヨーおよびロールのそれぞれの制御量の調整（バランス調整）を行ってもよい。また、ホイール部１１が領域Ａの範囲内にある場合にはロールのみを制御し、ヨーは発生させず、領域Ｂの範囲内にある場合にはロールとヨーの両方を発生させるよう制御してもよい。

図１５（ａ）に示す例では領域Ａ、Ｂの２つの領域を設定したが、３つ以上の領域を設定してもよい。各領域に対応してヨーおよびロールのそれぞれの制御量のバランスを変えるようにすればよい。また、上記では、ホイール部１１の回転角度が領域Ａの場合に主としてロールを制御し、領域Ｂの場合に主としてヨーを制御する例を示したが、領域Ａの場合に主としてヨーを制御し、領域Ｂの場合に主としてロールを制御するようにしてもよい。

図１６（ａ）および（ｂ）は、ホイール操作量に応じたロールおよびヨーの切り替えの例（その２）について説明する図である。なお、説明の便宜上、図１６（ａ）にはホイール部１１のみが模式的に示される。
図１６（ａ）に示すように、この切り替え制御の例では、予めホイール部１１の回転角θｗに応じてロールおよびヨーのそれぞれの制御量を所定の関数またはテーブルによって調整する。なお、ここではホイール部１１を中立位置ＣＰから右回転させる場合を説明するが、中立位置ＣＰから左回転させる場合も回転方向が変わること以外同様である。

図１６（ｂ）には、回転角θｗに応じたロールおよびヨーのそれぞれの制御量の関数ｆ（Ｒ）、ｆ（Ｙ）の例が示される。図１６（ｂ）において横軸は回転角θｗ（ｄｅｇ）、縦軸はロールおよびヨーの制御量（ロールの制御量はロール角度、ヨーの制御量はヨーの角速度）である。このように、回転角θｗに応じてロール角度およびヨーの角速度が関数によって決定される。関数ｆ（Ｒ）、ｆ（Ｙ）を変更することで、回転角θｗに応じたロールおよびヨーのそれぞれのバランスを適宜設定することができる。

関数ｆ（Ｒ）は回転角θｗに対応したロールの制御量を示す。関数ｆ（Ｙ）は回転角θｗに対応したヨーの制御量を示す。ホイール部１１の回転角θｗが０からθ_１までは回転角θｗに比例してロール角が増加する。θ_１以降、θ_４まではロール角は一定である。また、θ_２未満ではロールのみ発生し、ヨーは発生しない。回転角θｗがθ_２以上になるとヨーが発生する。θ_２からθ_３までは回転角θｗに応じてヨーの角速度が増加する。θ_３を超えるとヨーの角速度は減少する。回転角θｗがθ_４以上になると、マルチコプター１００の横流れを防止するためにロール角が再び上昇する。

このように、関数ｆ（Ｒ）、ｆ（Ｙ）によって回転角θｗに応じたロールおよびヨーのそれぞれの制御量を決定することで、ホイール部１１の回転に連動したロールおよびヨーの所望の動作を実現できることになる。

上記のように、本実施形態では、ホイール部１１の回転動作の制御としてロールおよびヨーの制御の切り替えとして、トリガー部１２の操作量に応じて切り替える場合（以下、「第１切り替え制御」とも言う。）と、ホイール部１１の操作量に応じて切り替える場合（以下、「第２切り替え制御」とも言う。）とを例示した。第１切り替え制御および第２切り替え制御は、独立して行ってもよいし、また、所定の条件によっていずれかを選択して行ってもよい。

例えば、トリガー部１２が第１領域Ｒ１にある場合は第２切り替え制御を選択し、トリガー部１２が第１領域Ｒ１以外にある場合は第１切り替え制御を選択することが考えられる。また、例えば、トリガー部１２の操作量にかかわらず第２切り替え制御を選択するようにしてもよい。

第１切り替え制御および第２切り替え制御の選択は、図示しないスイッチ等によって操縦者２００の任意で切り替えられるようになっていてもよいし、トリガー部１２の操作量やマルチコプター１００の飛行速度等の所定の条件によって自動的に切り替えられるようになっていてもよい。操縦者２００は、図示しないスイッチ等によって第１切り替え制御および第２切り替え制御の個別の選択と、自動的な切り替えとを選ぶことができるようになっていてもよい。

（前進および後退でのヨーの制御）
次に、マルチコプター１００の前進および後退でのヨーの制御の切り替えの例について説明する。
図１７（ａ）〜（ｄ）は、マルチコプターの前進および後退でのヨーの制御を例示する模式図である。
この制御では、マルチコプター１００を前進させる場合と後進させる場合とでヨーの回転方向を反対にしている。なお、図１７（ａ）から（ｄ）ではホイール部１１を右回転させる場合を例とするが、左回転させる場合も回転方向以外は同様である。

先ず、マルチコプター１００を所定の高さに設定（離陸した状態）で図１７（ａ）に示すようにトリガー部１２を引くと（操作量Ｍ２１）、マルチコプター１００は操作量Ｍ２１に応じて前方に傾き、前進飛行する。

次に、前進飛行させながらホイール部１１を右に回転させると（操作量Ｍ１１）、マルチコプター１００は操作量Ｍ１１に応じて右に旋回する（図１７（ｂ）参照）。この際、マルチコプター１００にはＺ軸回りに右回転のヨーが発生するとともに、前進方向に向いて右側へ傾くロールが発生する。つまり、ホイール部１１の回転方向（ここでは右回転）に合わせてヨーおよびロールともに右回転することになる。

次に、図１７（ｃ）のように、トリガー部１２を押すと（操作量Ｍ２２）、マルチコプター１００は操作量Ｍ１２に応じて後方に傾き、後退飛行する。

後退飛行させながらホイール部１１を右に回転させると（操作量Ｍ１１）、本実施形態に係る制御では、ヨーのみ前進の場合と逆に回転させる。すなわち、図１７（ｄ）に示す例では、マルチコプター１００が後退飛行している状態でホイール部１１を右回転させると、Ｚ軸回りに左回転のヨーを発生させる。なお、この際、ロールの方向は前進の場合と同じ方向である。これにより、マルチコプター１００は後進方向に左にターンすることになる。

ここで、もし、マルチコプター１００を後退飛行させている状態でホイール部１１の回転方向と同じ方向のヨーを発生させると、操縦者２００から見たマルチコプター１００の動きがホイール部１１の回転方向とは反対になる。

例えば、マルチコプター１００を後退飛行させながらホイール部１１を右に回転させ、Ｚ軸回りに右回転（ホイール部１１の回転方向と同じ方向）のヨーが発生した場合、マルチコプター１００は図１７の二点鎖線矢印で示すように操縦者２００から見て左側にターンすることになる。これは、マルチコプター１００のピッチが前進と後退とで反対になるため、同じ方向にヨー回転させても前進と後進とでターン方向が逆になるためである。

このような動きは操縦者２００にとって違和感があり、操縦を分かりにくくする原因の一つとなる。そこで、本実施形態に係る制御のように、マルチコプター１００を前進させる場合と後退させる場合とでヨーの回転方向を反対にする。これによって、マルチコプター１００の前進および後退飛行させながらホイール部１１を回転させた場合の動きが、ラジオコントロールカーを前進および後退走行させた場合の動きと同様になり、違和感なく自然な操縦を行うことができるようになる。

このマルチコプター１００の前進および後退でのヨー方向の切り替え制御は、コントローラ１から送信する第１制御信号ＣＳ１に含まれるヨー制御信号ＣＳＹの回転方向を前進および後退に応じて切り替えてもよいし、マルチコプター１００のＣＰＵ２５で実行されるプログラムによってヨー方向の切り替えを行ってもよい。また、このマルチコプター１００の前進および後退でのヨーの制御は、先に説明した第１切り替え制御に加えて適用してもよいし、第２切り替え制御に加えて適用してもよい。

以上説明したように、実施形態に係るコントローラ１およびマルチコプター１００の制御方法によれば、マルチコプター１００の操縦の複雑さを軽減しつつ、操るという醍醐味を得ることができる。

なお、上記に本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、本実施形態に係るマルチコプター１００の制御方法は、スティック型コントローラによっても実現することができる。スティック型コントローラは２つの可動スティックを備えている。したがって、２つの可動スティックのうちの１つをホイール部１１に対応させ、他の１つをトリガー部１２に対応させることで、本実施形態に係るマルチコプター１００の制御方法を適用することができる。

また、本実施形態では４つの回転翼１２０を有するクワッドコプターを例として説明したが、４つ以外の回転翼１２０を有するマルチコプター１００であっても適用可能である。また、ターン制御において各種の関数ｆ１〜ｆ４を使用する場合、関数ｆ１〜ｆ４のそれぞれの特性を複数セット用意しておき、操縦者２００の好みによって切り替えられるようにしてもよい。これにより、マルチコプター１００のターン特性のセッティングを行うことができる。

また、前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

１…コントローラ
１０…本体筐体
１０Ｇ…グリップ部
１１…ホイール部
１２…トリガー部
１３…往復スイッチ部
１４…送信部
１５…ＣＰＵ
２０…受信部
２５…ＣＰＵ
２６，２７，２８…センサ
１００…マルチコプター
１１０…機体
１１０ａ…前方部
１１１，１２１，１３１…可変抵抗部
１１２，１２２，１３２…アナログデジタル変換部
１２０…回転翼
２００…操縦者
２３１，２３２，２３３，２３４…モータドライバ
ＣＳ…制御信号
ＣＳ１…第１制御信号
ＣＳ２…第２制御信号
ＣＳ３…第３制御信号
ＣＳＲ…ロール制御信号
ＣＳＹ…ヨー制御信号
Ｄ１…進行方向
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４…モータ
Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ３１，Ｍ３２…操作量
Ｒ１…第１領域
Ｒ２…第２領域
Ｒ３…第３領域
Ｖ１…第１速度
Ｖ２…第２速度
Ｖｘ…飛行速度
Ｖｚ…角速度
ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４…関数
α…減速度
β…変化量
θｐ…ピッチ角度
θｒ，θｒ２…ロール角度
θｗ…回転角
θｙ…ヨー角度

Claims (8)

1. 操縦者が操作するコントローラから複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターに向けて、前記マルチコプターのヨーまたはロールを制御するための第１制御信号、および前記マルチコプターのピッチを制御するための第２制御信号を送信して前記マルチコプターを制御する方法であって、
   前記コントローラから前記第１制御信号が送信された場合、その際の前記第１制御信号に含まれる第１操作量に応じた制御として前記ヨーまたは前記ロールのいずれかを選択することを特徴とするマルチコプターの制御方法。
2. 前記第１操作量に応じて第１領域および第２領域を設けておき、
   前記第１操作量が前記第１領域であった場合、前記第１操作量に応じて前記ロールまたは前記ヨーの一方を選択し、
   前記第１操作量が前記第２領域であった場合、前記第１操作量に応じて前記ロールまたは前記ヨーの他方を選択する、請求項１記載のマルチコプターの制御方法。
3. 前記第１制御信号によって前記ヨーの制御が選択されている場合、前記第２制御信号によって前記ピッチを制御して前記マルチコプターを前進させる場合と後進させる場合とで前記ヨーの回転方向を反対にする制御を行う、請求項１または２に記載のマルチコプターの制御方法。
4. 操縦者が操作するコントローラから複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターに向けて、前記マルチコプターのヨーまたはロールを制御するための第１制御信号、および前記マルチコプターのピッチを制御するための第２制御信号を送信して前記マルチコプターを制御する方法であって、
   前記コントローラから前記第１制御信号が送信された場合、その際の前記第１制御信号に含まれる第１操作量に応じた制御として前記ヨーおよび前記ロールのそれぞれの制御量を調整することを特徴とするマルチコプターの制御方法。
5. 前記第１操作量から所定の関数によって演算された値によって前記第１操作量に応じた前記ヨーおよび前記ロールのそれぞれの制御量を調整する、請求項４記載のマルチコプターの制御方法。
6. 前記第１制御信号によって前記ヨーおよび前記ロールのそれぞれの制御量を調整する場合、前記第２制御信号によって前記ピッチを制御して前記マルチコプターを前進させる場合と後進させる場合とで、前記ヨーの回転方向を反対にし、前記ロールの回転方向は反対にしないよう制御を行う、請求項４または５に記載のマルチコプターの制御方法。
7. 操縦者が操作するコントローラから複数の回転翼によって無人飛行するマルチコプターに向けて、前記マルチコプターのヨーを制御するための第１制御信号、および前記マルチコプターのピッチを制御するための第２制御信号を送信して前記マルチコプターを制御する方法であって、
   前記第１制御信号によって前記ヨーを制御し、前記第２制御信号によって前記ピッチを制御する場合、前記マルチコプターを前進させる場合と後進させる場合とで前記ヨーの回転方向を反対にする制御を行うことを特徴とするマルチコプターの制御方法。
8. 前記コントローラから前記マルチコプターに向けて前記マルチコプターの高さを制御するための第３制御信号を送信する場合、前記第３制御信号に含まれる値に応じて前記マルチコプターの高さを段階的に制御する、請求項１〜７のいずれか１つに記載のマルチコプターの制御方法。

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