JP2021160436A - 飛行体の制御方法、飛行体、情報処理装置及び情報処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】飛行体の制御方法、飛行体、情報処理装置及び情報処理システムを提供する。【解決手段】飛行体と、飛行体を制御する情報処理装置とを備え、飛行体は、揚力を発生する複数のロータを備え、飛行体の制御方法は、揚力を発生する複数のロータの回転速度から機体重心の位置を推定し、推定した前記機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する。【選択図】図４

Description

本開示は、飛行体の制御方法、飛行体、情報処理装置及び情報処理システムに関する。

ＵＡＶ（無人航空機：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の飛行体の開発が行われている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１９−１０９４２号公報

例えば、ＵＡＶ等の飛行体を物流に用いる場合、搭載物の影響によって機体の重心が移動し、その結果飛行が不安定になる可能性がある。

本開示の一側面は、飛行が不安定になることを抑制することが可能な飛行体の制御方法、飛行体、情報処理装置及び情報処理システムを提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る飛行体の制御方法は、揚力を発生する複数のロータの回転速度から機体重心の位置を推定し、推定した機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する。

本開示の一側面に係る飛行体は、揚力を発生する複数のロータと、複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する制御部と、を備える。

本開示の一側面に係る情報処理装置は、揚力を発生する複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する。

本開示の一側面に係る情報処理システムは、飛行体と、飛行体を制御する情報処理装置とを備え、飛行体は、揚力を発生する複数のロータを備え、情報処理装置は、複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する。

飛行体の概略構成の例を示す図である。 飛行体の機能ブロックの例を示す図である。 機体重心の位置を概念的に示す平面図である。 飛行体において実行される処理の例を示すフローチャートである。 飛行体において実行される処理の例を示すフローチャートである。 情報処理システムの概略構成の例を示す図である。 管制装置の機能ブロックの例を示す図である。

以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部分には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
１． 第１実施形態
１．１ 飛行体の概略構成の例
１．２ 機体重心の位置の推定手法の例
１．３ 機体重心の位置に基づく制御の例
１．４ 飛行体の制御方法の例
２． 第２実施形態
３． 効果

１． 第１実施形態
１．１ 飛行体の概略構成の例
図１を参照して、第１実施形態に係る飛行体の概略構成について説明する。図１は、飛行体の概略構成の例を示す図である。図１に例示される飛行体１００は、垂直離着陸機（ＶＴＯＬ：Vertical Take-Off and Landing Aircraft）である。図において、ＸＹＺ座標系が示される。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、水平方向に対応する。Ｚ軸方向は、鉛直方向に対応する。機体が水平姿勢の場合、Ｘ軸方向は機体前後方向に、Ｙ軸方向は機体左右方向に、Ｚ軸方向は機体上下方向にそれぞれ対応する。

飛行体１００は、内部コントローラ１０５と、ロータ１５１〜ロータ１５５と、主翼１５６と、垂直尾翼１５７と、アーム１５９と、貨物搭載部１７０とを備える。飛行体１００の機体を、機体１０を称し図示する。飛行体１００には、カメラ１０１が搭載される。図１に示される例では、カメラ１０１は、機体１０の前方部分において、機体１０の外部に配置される。ただし、カメラ１０１の位置は特に限定されない。カメラ１０１は、飛行体１００の前方を含む周囲画像を撮像する。画像は、例えば、飛行体１００の飛行制御に供される。

内部コントローラ１０５は、例えば、飛行制御及び外部通信等を行う制御装置である。内部コントローラ１０５は、種々の部品が実装された基板（制御基板）として、飛行体１００内に設けられる。なお、内部コントローラ１０５の他に、図示しないバッテリ等も、内部コントローラ１０５と一緒に飛行体１００内に設けられてよい。内部コントローラ１０５のさらなる詳細については、後に図２を参照して改めて説明する。

ロータ１５１〜ロータ１５４は、推力を発生する。この例では、ロータ１５１〜ロータ１５４は、機体前後方向に延在する一対のアーム１５９の先端部において、アーム１５９の上側に設けられる。ただし、ロータ１５１〜１５４は、アーム１５９の下側に設けられてもよいし、上側及び下側の両側にそれぞれ設けられてもよい。「ロータ」は、広義には、回転運動を生じる機関（内燃、外燃、モーター等の電動機）とプロペラとから構成される推進器を指し、狭義には、プロペラを指すものであるが、とくに説明がある場合を除き、ここでは、ロータとして、モータ及びプロペラを含む態様を説明する。すなわち、ロータ１５１は、モータ１５１ａ及びプロペラ１５１ｂを含む。ロータ１５２は、モータ１５２ａ及びプロペラ１５２ｂを含む。ロータ１５３は、モータ１５３ａ及びプロペラ１５３ｂを含む。ロータ１５４は、モータ１５４ａ及びプロペラ１５４ｂを含む。ロータ１５１〜ロータ１５４は、プロペラ１５１ｂ〜プロペラ１５４ｂの回転軸が機体上下方向となるように設けられる。モータ１５１ａ〜モータ１５４ａによってプロペラ１５１ｂ〜プロペラ１５４ｂが回転し、機体上方に向かう推力（揚力）が発生する。いくつかのロータは互いに逆回転制御されてよく、また、各ロータの回転速度は個別に制御されてよい。各ロータの回転速度に差異を持たせることによって、回転速度の大きいロータから回転速度の小さいロータに向かう方向に飛行体１００が移動する。

ロータ１５５は、推進を発生する。この例では、ロータ１５５は、モータ１５５ａ及びプロペラ１５５ｂを含む。具体的に、ロータ１５５は、プロペラ１５５ｂの回転軸が機体前後方向となるように設けられる。モータ１５５ａによってプロペラ１５５ｂが回転し、機体前方に向かう推力（推進力）が発生する。なお、ロータ１５５は、プロペラ１５５ｂの回転軸が機体上下方向となるように可動に構成されてよい。これにより、ロータ１５５は、ロータ１５１〜ロータ１５４と同様の機能を発揮しうる。プロペラ１５５ｂは二重反転プロペラであってよく、その場合、各プロペラに対応する複数のモータ１５５ａを有してよい。これにより、プロペラの回転による反動で生じるヨー回転が相殺される。

なお、例示される飛行体１００は、揚力を発生するロータとして、ロータ１５１〜ロータ１５４の４つのロータ（あるいはロータ１５５を含む５つのロータ）を備えているが、それよりも多い数のロータを飛行体１００は備えてよい。

主翼１５６は、飛行体１００の前方飛行時に、揚力を発生する。この例では、主翼１５６は、機体１０の中央から機体左右方向に延在する一対の翼部である。機体１０の迎角は、主翼１５６につながる図示しない動翼、及び、動翼につながるサーボモータ等によって制御されてよい。

垂直尾翼１５７は、飛行体１００の前方飛行時に、飛行を安定化する。この例では、垂直尾翼１５７は、機体上下方向に延在する一対の翼部である。機体の方位は、垂直尾翼１５７につながる図示しない動翼、及び、動翼につながるサーボモータ等によって制御されてよい。

貨物搭載部１７０には、搭載物が搭載される。搭載物の例は、貨物である。貨物の例は、飛行体１００が物流の用途に用いられる場合には、物流対象となる物資等である。図１に示される例では、貨物搭載部１７０は、搭載物を収容する収容空間であり、機体１０の内部に設けられる。ただし、搭載物の態様はとくに限定されない。例えば、搭載物の一部又は全部が機体１０の外部に位置していてよい。搭載物は、ロープ等の部材を介して機体１０に吊るされてもよい。

なお、図１には、飛行体１００の構成要素として、ウィングレット及びランディングギアも例示される。ウィングレットは、主翼１５６の両端から機体上下方向に延在する一対の翼部であり、飛行体１００の前方飛行時に、翼端渦の発生を低減してエネルギー消費を抑制する。ランディングギアは、機体下方に向かって突出するＵ字形状（コの字形状）の棒状部材であり、着陸時にＵ字形状の底部が地面等に当接して飛行体１００を支持する。

図２は、飛行体１００の機能ブロックの例を示す図である。飛行体１００は、先に図１を参照して説明した内部コントローラ１０５及び貨物搭載部１７０の他に、飛行機構１５０及び警告部１８０を含む。飛行機構１５０は、飛行体１００の飛行に用いられる機構であり、例えば先に図１を参照して説明したロータ１５１〜ロータ１５５、主翼１５６及び垂直尾翼１５７を含む。

内部コントローラ１０５は、通信部１１０と、検出部１２０と、制御部１３０と、駆動制御部１４０と、記憶部１６０とを含む。ただしいくつかの要素が内部コントローラ１０５の外部に設けられてもよい。

通信部１１０は、飛行体１００の外部装置との通信を行う。外部装置の例は、カメラ１０１及び後に図６及び図７を参照して説明する管制装置３００である。例えば、通信部１１０は、カメラ１０１から撮像画像データを受信したり、管制装置３００から制御データを受信したりする。

検出部１２０は、飛行体１００のさまざまな状態を検出する。例えば、検出部１２０は、カメラ１０１の画像、図示しないジャイロセンサ、加速度センサ等によって、機体１０の水平方向に対する傾きを検出してよい。検出部１２０は、検出部１２０は、カメラ１０１の画像、図示しない高度センサ（例えば気圧センサ）等によって、飛行体１００の高度を検出してよい。また、検出部１２０は、飛行機構１５０の状態を検出してよい。例えば、検出部１２０は、図示しない回転速度センサ等によって、ロータ１５１〜ロータ１５５の回転速度を検出してよい。

制御部１３０は、飛行体１００を制御する。制御部１３０に制御の例は、飛行制御であり、飛行体１００を離陸させる制御（離陸制御）、飛行体１００を目的地までの移動させる制御（移動制御）、飛行体１００を着陸させる制御（着陸制御）及び飛行時の機体１０の姿勢の制御（姿勢制御）等を含む。制御部１３０は、２種類の飛行モードで飛行体１００を飛行させる。第１のモードを、ＭＣ（Multi Copter）モードと称する。第２のモードを、ＦＷ（Fixed Wing）モードと称する。

ＭＣモードは、ロータ１５１〜ロータ１５４を回転させて飛行するモードである。ロータ１５５は回転させなくてよい。ＭＣモードでは、先に図１を参照して説明したように、ロータ１５１〜ロータ１５４の揚力によって飛行体１００が鉛直方向（高さ方向）に移動し、また、ロータ１５１〜ロータ１５４の回転方向及び回転速度の制御によって飛行体１００が水平方向に移動する。

ＭＣモードにおいて、制御部１３０は、機体１０を水平姿勢に維持する姿勢制御（水平姿勢制御）を行ってよい。たとえば制御部１３０は、検出部１２０の検出結果から機体１０の水平方向に対する傾きを算出し、その傾きが小さくなるように、制御部１３０がロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度を制御する。回転速度の制御は、回転速度の指示値（指示回転速度）を調節することによって行われる。

ＭＣモードにおいて、制御部１３０は、飛行体１００をホバリング制御してよい。ホバリング制御では、検出部１２０によって検出された機体１０の高度が一定に維持されるように、制御部１３０がロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度を制御する。

ＦＷモードは、ロータ１５５、主翼１５６及び垂直尾翼１５７を用いて飛行するモードである。ロータ１５１〜ロータ１５４は回転させなくてよい。ＦＷモードでは、先に図１を参照して説明したように、ロータ１５５の推進力によって、飛行体１００が前方方向（Ｘ軸正方向）に移動する。ＦＭモードでは、ＭＣモードよりも、飛行体１００が前方方向に高速に飛行する。さらに、ロータ１５１〜ロータ１５４が回転しなくてもよい分、エネルギー消費量が低減される。

制御部１３０は、ＭＣモード及びＦＭモードのいずれにおいても、先に述べた離陸制御、移動制御及び着陸制御を行ってよい。なお、着陸制御においては、ＭＣモード及びＦＭモード以外に、飛行体１００に備えられた図示しないパラシュートなどの他の手段を用いた着陸が行われてもよい。制御部１３０は、飛行中の任意のタイミングで、飛行体１００の飛行モードを、ＭＣモードとＦＭモードとの間で切替えて（遷移させて）よい。典型的には、制御部１３０は、出発地においてＭＣモードで離陸させ、その後飛行体１００をＦＷモードに切替えて目的地まで移動させ、目的地において再び飛行体１００をＭＣモードに切替えて着陸させる。

駆動制御部１４０は、制御部１３０の制御に従い、飛行機構１５０を制御する。例えば、駆動制御部１４０は、制御部１３０から提供される制御信号に基づいて、アクチュエータ等を駆動させるための制御信号を生成し、当該信号を飛行機構１５０に提供する。また、駆動制御部１４０は、上述のパラシュートの展開のためのサーボ駆動も制御する。制御部１３０は、駆動制御部１４０を介して飛行機構１５０を制御してよい。なお、駆動制御部１４０の機能は、制御部１３０に組み込まれていてもよい。

飛行機構１５０は、飛行体１００の飛行に用いられる機構である。飛行機構１５０の例は、先に図１を参照して説明したロータ１５１〜ロータ１５５、主翼１５６及び垂直尾翼１５７である。

記憶部１６０は、飛行体１００で用いられる各種情報を記憶する。例えば、記憶部１６０は、ロータ１５１〜ロータ１５５の位置情報を記憶する。記憶部１６０は、機体１０の空力中心の位置情報も記憶してよい。これらの記憶情報は、例えば、飛行体１００を機体上下方向からみたときの（飛行体１００を平面視したときの）、ロータ１５１〜ロータ１５５の位置及び空力中心の位置である。位置情報は、例えば飛行体１００の設計データ、実測データ等に基づいて取得され、記憶部１６０に格納されてよい。

警告部１８０は、所定の警告を発する。所定の警告は、後述する機体重心の位置が重心限界範囲外に位置していることを飛行体１００のユーザ等に知らせるための警告動作である。警告動作は、機体重心の位置に関する情報の出力（提示）を含んでよい。警告動作は、音の出力、ランプの点灯、映像の提示、データ送信等によって行われてよい。この場合、警告部１８０は、スピーカ、ランプ、ディスプレイ、通信装置等によって構成される。このような態様に限らず、ユーザが認識可能なさまざまな態様での警告が、警告部１８０によって発せられてよい。警告は、機体１０に設けられた警告部１８０以外に、例えば通信部１１０を介して外部装置（例えば後述の図６及び図７に示される管制装置３００）において発せられてもよい。

先に述べたように、飛行体１００は、例えば、物流の用途に用いられてよい。この場合、飛行体１００は、貨物搭載部１７０に貨物等の搭載物（以下、単に「貨物」という場合もある。）が搭載された状態で飛行することになる。ここで、貨物が搭載されることによって、機体１０の重心位置が移動し、それによって飛行体１００の飛行が影響を受ける可能性がある。

そこで、本実施形態では、制御部１３０が、機体１０の重心（以下、「機体重心」という場合もある。）の位置に基づいて飛行体１００を制御する。機体重心の位置は、搭載物が無い場合の機体重心の位置及び搭載物がある場合の機体重心の位置のいずれでもよい。

具体的に、制御部１３０は、ロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度から機体重心の位置を推定する。より具体的に、制御部１３０は、ロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度と、先に述べたロータ１５１〜１５４の位置情報とに基づいて、機体重心の位置を推定する。回転速度は、回転速度の指示値（指示回転速度）であってもよいし、検出部１２０によって検出される実際の回転速度であってもよい。機体重心の位置の推定手法の例を、図３を参照して説明する。

１．２ 機体重心の位置の推定手法の例
図３は、飛行体１００の概略構成を示す平面図である。図３は、飛行体１００の大凡の形状を機体上下方向から見た（平面視した）図であり、機体重心の位置を概念的に示す。

まず、制御部１３０は、ロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度から、ロータ１５１〜ロータ１５４の推力を算出し、算出した推力を質量に換算する。この算出及び換算は、飛行体１００をホバリング制御しているときに行われてよい。ホバリング制御時は、ロータ１５１〜ロータ１５４の推力は揚力となる。ロータ１５１〜ロータ１５４の推力の算出には、例えば、回転速度から推力を導出するアルゴリズム（数式等）、回転速度と推力とを対応付けた参照テーブル等が用いられてよい。推力から質量への換算は、例えば飛行体１００がホバリング状態であり推力と質量とが釣り合ってことを利用して行われる。

得られたロータ１５１〜ロータ１５４の質量と、ロータ１５１〜１５４の位置情報（この例ではＸＹ座標情報）とが、図３に示される。ロータ１５１の位置が「ｘ_１」及び「ｙ_１」として、質量が「ｍ_１」としてそれぞれ図示される。ロータ１５２の位置が「ｘ_２」及び「ｙ_２」として、質量が「ｍ_２」としてそれぞれ図示される。ロータ１５３の位置が「ｘ_３」及び「ｙ_３」として、質量が「ｍ_３」としてそれぞれ図示される。ロータ１５４の位置が「ｘ_４」及び「ｙ_４」として、質量が「ｍ_４」としてそれぞれ図示される。

図３において、機体重心を、機体重心Ｇと称し図示する。機体重心Ｇの位置が「ｘ_Ｇ」及び「ｙ_Ｇ」としてそれぞれ図示される。この場合、制御部１３０は、例えば以下の式に従って機体重心Ｇの位置を算出する。
ｘ_Ｇ＝（ｘ_１ｍ_１＋ｘ_２ｍ_２＋ｘ_３ｍ_３＋ｘ_４ｍ_４）／（ｍ_１＋ｍ_２＋ｍ_３＋ｍ_４）
ｙ_Ｇ＝（ｙ_１ｍ_１＋ｙ_２ｍ_２＋ｙ_３ｍ_３＋ｙ_４ｍ_４）／（ｍ_１＋ｍ_２＋ｍ_３＋ｍ_４）

例えば以上のようにして、制御部１３０は、ロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度から、より具体的には回転速度及び位置情報を用いて、機体重心Ｇの位置を推定する。

１．３ 機体重心の位置に基づく制御の例
引き続き図３を参照し、機体重心Ｇの位置に基づく制御部１３０の制御の例を説明する。例えば、制御部１３０は、機体重心Ｇが、所定範囲内に位置するか否かに基づいて、飛行体１００を制御してよい。所定範囲の例は、飛行体１００の飛行に許容される機体重心Ｇの範囲である。所定範囲は、飛行体１００の設計データ、実験データ等に基づいて定められてよい。図３において、そのような所定範囲を、重心限界範囲ＧＲと称し図示する。この例では、重心限界範囲ＧＲは、機体前後方向及び機体左右方向に範囲を有する四角形で示される。機体前後方向における重心限界範囲ＧＲの範囲を、前後方向限界範囲Ｒｙと称し図示する。機体左右方向における重心限界範囲ＧＲの範囲を、左右方向限界範囲Ｒｘと称し図示する。

図３には、機体１０の空力中心ＡＣも図示される。空力中心ＡＣは、飛行体１００の設計データ、実験データ等に基づいて定められてよい。重心限界範囲ＧＲは、機体１０の空力中心ＡＣよりも機体前方に位置していてよい。これにより、とくに飛行体１００を前方移動させるＦＷモードにおいて飛行が安定する機体重心Ｇの範囲を、機体重心Ｇとして設定することができる。このように設定された重心限界範囲ＧＲを用いる場合、機体重心Ｇの位置と空力中心ＡＣの位置とに基づく制御が行われる。なお、重心限界範囲ＧＲは図３に示されるような四角形に限らずさまざまな形状を有してよい。四角形以外の重心限界範囲ＧＲの例は、円形、楕円形、長方形等である。

制御部１３０は、機体前後方向のみにおける機体重心Ｇの位置に基づいて飛行体１００を制御してよい。この場合、制御部１３０は、機体重心Ｇと、前後方向限界範囲Ｒｙ（空力中心ＡＣの位置ともいえる）との比較結果に基づいて飛行体１００を制御する。制御部１３０は、機体左右方向のみにおける機体重心Ｇの位置に基づいて飛行体１００を制御してもよい。この場合、制御部１３０は、機体重心Ｇと、左右方向限界範囲Ｒｘ（空力中心ＡＣの位置ともいえる）との比較結果に基づいて飛行体１００を制御する。制御部１３０は、機体前後方向における機体重心Ｇの位置及び機体左右方向における機体重心Ｇの位置の両方に基づいて飛行体１００を制御してもよい。この場合、制御部１３０は、機体重心Ｇと、重心限界範囲ＧＲとの比較結果に基づいて飛行体１００を制御する。

より具体的な飛行制御の例を説明する。制御部１３０は、機体重心Ｇが重心限界範囲ＧＲ外に位置する場合、飛行体１００に警告を発生させてよい。例えば、警告部１８０が、先に説明した警告を発する。このような警告とともに、あるいは、警告に代えて、制御部１３０は、飛行体１００を着陸させてよい。着陸の際に、機体１０に特定の動作を行わせるようにしてもよい。動作の例は、翼を数回振るといった動作である。

警告は、先にも述べたように、機体重心Ｇの位置が重心限界範囲ＧＲ外に位置していることを飛行体１００のユーザ等に知らせるための警告動作であり、機体重心Ｇの位置に関する情報の出力（提示）を含みうる。機体重心Ｇの位置に関する情報は、機体重心Ｇが重心限界範囲ＧＲに対していずれの方向にずれているのか及び／又はどの程度ずれているのか、といった情報を含んでよい。このような情報は、貨物搭載部１７０に貨物等を搭載する際に役立てられる。

制御部１３０は、機体重心Ｇの位置に基づいて、ＭＣモード及びＦＷモードのいずれかのモードで飛行体１００を飛行させてよい。例えば、飛行体１００がＭＣモードで飛行しているときの機体重心Ｇの位置が重心限界範囲ＧＲ内に位置する場合、制御部１３０は、飛行体１００の飛行モードをＭＣモードからＦＷモードに切替えてよい。ＭＣモードで飛行しているとき機体重心Ｇの位置の推定手法については、先に説明したとおりである。

また、飛行体１００がＦＷモードで飛行しているときの機体重心Ｇの位置が重心限界範囲ＧＲ内に位置する場合、制御部１３０は、飛行体１００の飛行モードをＦＷモードからＭＣモードに切替えてよい。ＦＷモードで飛行しているときの機体重心Ｇの推定手法の例を述べると、例えば、制御部１３０は、ＦＷモード時にロータ１５１〜ロータ１５４を回転させ、それに起因して検出部１２０によって検出される飛行体１００の上下方向の移動情報（加速度、高度等）に基づいて、ロータ１５１〜ロータ１５４の推力を算出する。算出した推力を質量に換算すれば、先に説明したように機体重心Ｇの位置が推定される。

１．４ 飛行体の制御方法の例
図４は、飛行体１００において実行される処理の例（飛行体の制御方法）を示すフローチャートである。この処理は、貨物搭載部１７０に貨物等が搭載されていない状態で実行されてもよいし、貨物搭載部１７０に貨物等が搭載されている状態で実行されてもよい。

ステップＳ１において、ＭＣモードにてホバリングが開始される。具体的に、先に説明したように、制御部１３０が、ロータ１５１〜ロータ１５４を回転させ、ＭＣモードで飛行体１００をホバリングさせる。

ステップＳ２において、センサ値が取得される。具体的に、検出部１２０が飛行体１００の状態を検出し、制御部１３０が検出部１２０の検出結果を取得する。

ステップＳ３において、機体の姿勢が算出される。具体的に、制御部１３０が、先のステップＳ２で取得したセンサ値に基づいて、機体１０の姿勢（水平方向に対する傾きの大きさ等）を算出する。

ステップＳ４において、機体の姿勢が、水平か否かが判断される。例えば、制御部１３０が、先のステップＳ３で算出した機体１０の機体の傾きの大きさ（水平方向に対する角度等）が所定値未満である場合に、機体１０の姿勢が水平であると判断し、所定値以上の場合には機体１０の姿勢が水平でないと判断する。機体１０の姿勢が水平である場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ６に処理が進められる。そうでない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ５に処理が進められる。

ステップＳ５において、ロータに対する指示値が修正・設定される。具体的に、制御部１３０が、機体１０が水平姿勢に近づくように、ロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度の指示値を修正し、設定する。

ステップＳ６において、回転速度が取得される。例えば、制御部１３０が、先のステップＳ４において機体１０の姿勢が水平と判断されたときのロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度の指示値を取得する。指示値に代えて、検出部１２０によって検出された回転速度（実測値）が取得されてもよい。

ステップＳ７において、推力が推定される。具体的に、制御部１３０が、先のステップＳ６で取得した指示値から、ロータ１５１〜ロータ１５４の推力を推定する。

ステップＳ８において、重心位置が推定される。具体的に、制御部１３０が、先のステップＳ７で推定したロータ１５１〜ロータ１５４の推力を用いて、機体重心Ｇ（図３）の位置を推定する。

ステップＳ９において、重心位置と重心限界範囲とが比較される。具体的に、制御部１３０が、先のステップＳ８で推定した機体重心Ｇの位置と、例えば重心限界範囲ＧＲ（図３）とを比較する。

ステップＳ１０において、重心位置が重心限界範囲内であるか否かが判断される。具体的に、制御部１３０が、先に図３を参照して説明したように、機体重心Ｇの位置が例えば重心限界範囲ＧＲ内（前後方向限界範囲Ｒｙ内又は左右方向限界範囲Ｒｘ内でもよい）にあるか否かを判断する。機体重心Ｇの位置が重心限界範囲内の場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に処理が進められる。そうでない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ１２に処理が進められる。

ステップＳ１１において、ＦＷモードに遷移される。具体的に、制御部１３０が、飛行体１００の飛行モードをＭＣモードからＦＷモードに切替える。

ステップＳ１２において、警告・着陸が行われる。具体的に、警告部１８０による警告とともに、あるいは警告部１８０による警告に代えて、制御部１３０が、飛行体１００をＭＣモードのまま着陸させる。

ステップＳ１１又はステップＳ１２の処理が完了した後、フローチャートの処理は終了する。例えばこのような処理によって、飛行体１００の重心位置を考慮した飛行制御が可能になる。

図５は、飛行体１００において実行される別の処理の例（飛行体の制御方法）を示すフローチャートである。

ステップＳ２１において、ＦＷモードにて飛行が行われる。具体的に、先に説明したように、制御部１３０が、ロータ１５４を回転させ、ＦＷモードで飛行体１００を飛行させる。

ステップＳ２２において、ロータが駆動される。具体的に、制御部１３０が、ロータ１５１〜ロータ１５３の回転速度を指示し、ロータ１５１〜ロータ１５３を回転させる。

ステップＳ２３において、回転速度が取得される。すなわち、制御部１３０が、ロータ１５１〜ロータ１５３の回転速度の指示値を取得する。

ステップＳ２４〜ステップＳ２７の処理は、先に説明した図４のステップＳ７〜ステップＳ１０の処理と同様である。すなわち、推力が推定され、機体重心の位置が推定され、機体重心の位置と重心限界範囲とが比較され、機体重心の位置が重心限界範囲内であるか否かが判断される。機体重心の位置が重心限界範囲内の場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、ステップＳ２８に処理が進められる。そうでない場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）、ステップＳ２９に処理が進められる。

ステップＳ２８において、ＭＣモードに遷移される。具体的に、制御部１３０が、飛行体１００の飛行モードをＦＷモードからＭＣモードに切替える。

ステップＳ２９において、飛行体１００が着陸する。ここでの着陸は、ＭＣモードを用いないさまざまな手法で行われてよい。例えば、制御部１３０は、ＦＷモードのまま、胴体着陸（飛行経路上の土地、あるいはあらかじめ用意された緊急退避場所まで移動）するように、飛行体１００を制御してよい。制御部１３０は、先に述べたようなパラシュート等の他の手段を用いて着陸するように、飛行体１００を制御してもよい。

ステップＳ２８又はステップＳ２９の処理が完了した後、フローチャートの処理は終了する。例えばこのような処理によっても、飛行体１００の重心位置を考慮した飛行制御が可能になる。

２． 第２実施形態
図６は、第２実施形態に係る情報処理システムの概略構成を示す図である。図６に示される情報処理システム１は、飛行体１００と、管制装置３００を備える。飛行体１００については、これまで説明したとおりである。

管制装置３００は、飛行体１００との通信（片方向通信を含みうる）により、飛行体１００をリモート制御する装置（情報処理装置）である。この例では、管制装置３００として、外部コントローラ３０１及び外部コントローラ３０２が併用される。

外部コントローラ３０１は、飛行体１００との間で、第１の通信を行う。第１の通信は、例えば、飛行体１００の飛行制御を可能にする。通信距離は例えば４００〜５００ｍであり、２．４ＧＨｚ帯の周波数を用いた無線通信が採用されてよい。外部コントローラ３０１は、飛行体１００の制御に特化した専用のコントローラであってよい。第１の通信の通信領域（通信範囲）を、領域Ｒ１と称し図示する。通信経路を、通信経路Ｐ１と称し図示する。

外部コントローラ３０２は、第２の通信及び第３の通信を行う。第２の通信は、例えば、飛行制御に加えて、テレメトリデータ収集を可能にする。第２の通信の通信距離は、第１の通信距離よりも長く、例えば２ｋｍ程度であり、２．４ＧＨｚ帯域の周波数を用いた無線通信が採用されてよい。無線通信規格の例はＺｉｇＢｅｅ（登録商標）である。外部コントローラ３０２は、ＰＣ等の汎用のコンピュータであってよい。第２の通信の通信領域を、領域Ｒ２と称し図示する。通信経路を、通信経路Ｐ２と称し図示する。領域Ｒ２は、領域Ｒ１を内側に含みうる。

第３の通信は、例えば、飛行制御及びテレメトリデータ収集に加えて、映像データ取得を可能にする。第３の通信の通信距離は、第２の通信距離よりも長く、例えば２ｋｍ以上であり、ネットワークＮ及びサーバ４００を用いた通信が採用されてよい。ネットワークＮ及びサーバ４００の例は、インターネット及びネットワークサーバである。管制装置３００とネットワークＮとの接続には、セルラー通信等の無線通信が用いられてよい。飛行体１００とネットワークＮとの接続についても同様である。第３の通信の通信領域を、領域Ｒ３と称し図示する。通信経路を、通信経路Ｐ３と称し図示する。領域Ｒ３は、領域Ｒ２を内側に含みうる。

情報処理システム１においては、飛行体１００が進行方向（矢印ＡＲ１）に進み管制装置３００から遠ざかるにつれて、用いられる通信手段（通信経路）の組み合わせが変化する。飛行体１００が領域Ｒ１の内側に位置しているときには、第１〜第３の通信（通信経路Ｐ１〜通信経路Ｐ３）が用いられてよい。飛行体１００が領域Ｒ１の外側且つ領域Ｒ２の内側に位置しているときには、第２及び第３の通信（通信経路Ｐ２及び通信経路Ｐ３）が用いられてよい。飛行体１００が領域Ｒ２の外側且つ領域Ｒ３の内側に位置しているときには、第３の通信（通信経路Ｐ３）が用いられてよい。

図７は、管制装置３００の概略構成の例を示すブロック図である。管制装置３００は、通信部３１０と、制御部３２０と、入力部３３０と、出力部３４０と、記憶部３５０とを含む。

通信部３１０は、飛行体１００等の外部装置と通信を行う。例えば、通信部３１０は、飛行体１００の飛行に用いられる上述の情報を飛行体１００に送信したり、飛行体１００の飛行状況に関する情報を飛行体１００から受信したりする。

制御部３２０は、管制装置３００の全体制御を行う。例えば、制御部３２０は、ユーザ操作に基づいて、飛行体１００の飛行に用いられる上述の各種設定を行い、通信部３１０を介して当該設定情報を飛行体１００に送信する。

本実施形態において、制御部３２０は、先に図２を参照して説明した制御部１３０による飛行体１００の制御と同様の制御を行ってよい。その場合、制御部１３０の処理に必要な種々の情報（検出部１２０の検出結果等）は、飛行体１００の通信部１１０から管制装置３００の通信部３１０から送られ、制御部３２０によって用いられる。

入力部３３０は、ユーザによる入力を取得する。例えば、入力部３３０は、タッチパネル、キーボード、マウス、ボタン等の入力機構を備えており、ユーザがこれらの入力機構に対して各種操作を行った場合、入力部３３０は当該操作に基づいて入力情報を生成し、制御部３２０に対して入力情報を提供する。

出力部３４０は、各種出力を制御する。例えば、出力部３４０は、ディスプレイ、スピーカ、ランプ等の出力機構を備えており、制御部３２０からの制御信号に基づいて各種情報をディスプレイに表示させたり、各種音をスピーカによって発生させたりする。出力部３４０は、警告部１８０（図２）が発する警告と同様の警告を発するように構成されてもよい。

記憶部３５０は、各種情報を記憶する。例えば、記憶部３５０は、飛行体１００の飛行状況に関する情報、飛行体１００の飛行に用いられる各種設定情報等を記憶する。

以上のように、情報処理システム１によれば、管制装置３００によって、飛行体１００の外部から、飛行体１００を制御することができる。とくに、管制装置３００が制御部１３０（図２）の機能を備えている場合には、制御部１３０と同様に、飛行体１００の重心位置を考慮した飛行制御が可能になる。

３． 効果
以上説明した飛行体の制御方法は、例えば次のように特定される。図１〜図４等を参照して説明したように、飛行体１００の制御方法は、揚力を発生する複数のロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度から機体重心Ｇの位置を推定し（ステップＳ８）、推定した機体重心Ｇの位置に基づいて飛行体１００を制御する（ステップＳ９〜Ｓ１２）。

上記の制御方法によれば、推定した機体重心Ｇの位置を考慮した飛行制御が行われるので、機体重心Ｇの位置を考慮しない飛行制御が行われる場合よりも、飛行体１００の飛行が不安定になることを抑制することが可能になる。

図３等を参照して説明したように、機体前後方向における機体重心Ｇの位置と重心限界範囲ＧＲの前後方向限界範囲Ｒｙとの比較結果に基づいて飛行体１００を制御してよい（ステップＳ９）。このように機体前後方向における機体重心Ｇの位置を考慮することで、例えば機体１０の前後姿勢がより安定化された飛行制御が可能になる。例えば、重心限界範囲ＧＲは、機体１０の空力中心ＡＣよりも機体前方に設定されてよい。これにより、とくに飛行体１００が垂直尾翼１５７の揚力を用いて飛行するＦＷモードにおいて、飛行が不安定になることを抑制することができる。

図３等を参照して説明したように、機体左右方向における機体重心Ｇの位置と重心限界範囲ＧＲの左右方向限界範囲Ｒｘとの比較結果に基づいて前記飛行体を制御してよい（ステップＳ９）。このように機体左右方向における機体重心Ｇの位置を考慮することで、例えば機体１０の左右姿勢がより安定化された飛行制御が可能になる。

機体重心Ｇの位置が重心限界範囲ＧＲ外に位置する場合、警告を発するように飛行体１００を制御してよい（ステップＳ１０及びステップＳ１２）。これにより、例えば機体重心Ｇの位置がずれていることをユーザに知らせることができる。警告は、機体重心Ｇの位置に関する情報の出力を含んでよい。このような情報は、ユーザが貨物搭載部１７０に貨物等を搭載する際に役立てることができる。

機体重心Ｇの位置が重心限界範囲ＧＲ外に位置する場合、着陸するように飛行体１００を制御してよい（ステップＳ１０及びステップＳ１２）。これにより、機体重心Ｇの位置がずれた状態での飛行を回避することができる。

図４及び図５等を参照して説明したように、推定した機体重心Ｇの位置に基づいて、ＭＣモード及びＦＷモードのいずれかのモードで飛行体１００を飛行させてよい（ステップＳ１０、ステップＳ１１、ステップＳ２７及びステップＳ２８）。これにより、機体重心Ｇの位置に応じたモードで飛行体１００を飛行させることができる。

ＭＣモードでは、揚力を発生する複数のロータ１５１〜ロータ１５４を用いて飛行体１００を飛行させてよい。ＦＷモードでは、推進力を発生するロータ１５５及び主翼１５６（さらには垂直尾翼１５７）を用いて飛行体１００を飛行させてよい。このような２つのモードを、機体重心Ｇの位置に応じて使い分けて、飛行体１００を飛行させることができる。

ＭＣモードで飛行体１００を飛行させているときに機体重心Ｇの位置を推定し（ステップＳ１及びステップＳ８）、機体重心Ｇの位置が重心限界範囲ＧＲ内に位置する場合、ＦＷモードで飛行体１００を飛行させてよい（ステップＳ１０及びステップＳ１１）。これにより、ＦＷモードで安定した飛行が可能になる。

ＦＷモードで飛行体１００を飛行させているときに機体重心Ｇの位置を推定し（ステップＳ２１及びステップＳ２５）、機体重心Ｇの位置が重心限界範囲ＧＲ内に位置する場合、ＭＣモードで飛行体１００を飛行させてよい（ステップＳ２７及びステップＳ２８）。これにより、ＭＣモードで安定した飛行が可能になる。

飛行体１００がホバリング状態にあるときの回転速度を取得してよい（ステップＳ１及びステップＳ６）。このようにホバリング状態の回転速度から機体重心Ｇの位置を推定することができる。

図３等を参照して説明したように、取得した回転速度に加えて複数のロータ１５１〜ロータ１５４の位置情報を用いて機体重心Ｇの位置を推定してよい（ステップＳ８）。このように、複数のロータの回転速度と位置情報とを用いて機体重心Ｇの位置を推定することができる。

図３等を参照して説明したように、複数のロータ１５１〜ロータ１５４の位置情報は、機体上下方向からみたときの（機体１０を平面視したときの）ロータ１５１〜ロータ１５４の位置を含んでよい。例えばこのような位置情報を用いて機体重心Ｇの位置を推定することができる。

回転速度は、回転速度の指示値（指示回転速度）であってよい。これにより、ロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度を検出部１２０等によって実際に測定（検出）しなくとも、機体重心Ｇの位置を推定することができる。

飛行体１００（の例えば貨物搭載部１７０）に搭載物を搭載した状態で、回転速度を取得してよい（ステップＳ６）。これにより、搭載物が搭載された飛行体１００の飛行が不安定になることを抑制することができる。

図１及び図２等に例示される飛行体１００も、本開示の一態様である。すなわち、飛行体１００は、揚力を発生する複数のロータ１５１〜ロータ１５４と、複数のロータ１５１〜１５４の回転速度から推定される機体重心Ｇの位置に基づいて飛行体１００を制御する制御部１３０と、を備える。このような制御部１３０を備える飛行体１００によっても、上記の制御方法と同様に、飛行体１００の飛行が不安定になることを抑制することができる。

図６及び図７等に例示される管制装置３００も、本開示の一態様である。すなわち、管制装置３００は、揚力を発生する複数のロータ１５１〜１５４の回転速度から推定される機体重心Ｇの位置に基づいて飛行体１００を制御する、情報処理装置の一態様である。管制装置３００によっても、上記の制御方法と同様に、飛行体１００の飛行が不安定になることを抑制することができる。

図６等に例示される情報処理システム１も、本開示の一態様である。すなわち、情報処理システム１は、飛行体１００と、飛行体１００を制御する管制装置３００（情報処理装置）とを備え、飛行体１００は、揚力を発生する複数のロータ１５１〜ロータ１５４を備え、管制装置３００は、複数のロータ１５１〜ロータ１５４の回転速度から推定される機体重心Ｇの位置に基づいて飛行体１００を制御する。情報処理システム１によっても、上記の制御方法と同様に、飛行体１００の飛行が不安定になることを抑制することができる。

なお、本開示に記載された効果は、あくまで例示であって、開示された内容に限定されない。他の効果があってもよい。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の技術的範囲は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、異なる実施形態及び変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

また、本明細書に記載された各実施形態における効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、他の効果があってもよい。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
揚力を発生する複数のロータの回転速度から機体重心の位置を推定し、
推定した前記機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する、
飛行体の制御方法。
（２）
機体前後方向における前記機体重心の位置と所定範囲との比較結果に基づいて前記飛行体を制御する、
（１）に記載の飛行体の制御方法。
（３）
前記所定範囲は、機体の空力中心よりも機体前方に設定される、
（２）に記載の飛行体の制御方法。
（４）
機体左右方向における前記機体重心の位置と所定範囲との比較結果に基づいて前記飛行体を制御する、
（１）〜（３）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（５）
推定した前記機体重心の位置が所定範囲外に位置する場合、警告を発するように前記飛行体を制御する、
（１）〜（４）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（６）
前記警告は、前記機体重心の位置に関する情報の出力を含む、
（５）に記載の飛行体の制御方法。
（７）
推定した前記機体重心の位置が所定範囲外に位置する場合、着陸するように前記飛行体を制御する、
（１）〜（６）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（８）
推定した前記機体重心の位置に基づいて、第１のモード及び第２のモードのいずれかのモードで前記飛行体を飛行させる、
（１）〜（７）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（９）
前記第１のモードでは、前記揚力を発生する前記複数のロータを用いて前記飛行体を飛行させ、
前記第２のモードでは、推進力を発生するロータ及び主翼を用いて前記飛行体を飛行させる、
（８）に記載の飛行体の制御方法。
（１０）
前記第１のモードで前記飛行体を飛行させているときの前記回転速度から前記機体重心の位置を推定し、当該機体重心の位置が所定範囲内に位置する場合、第２のモードで前記飛行体を飛行させる、
（９）に記載の飛行体の制御方法。
（１１）
前記第２のモードで前記飛行体を飛行させているときの前記回転速度から前記機体重心の位置を推定し、当該機体重心の位置が所定範囲内に位置する場合、第１のモードで前記飛行体を飛行させる、
（９）に記載の飛行体の制御方法。
（１２）
前記飛行体がホバリング状態にあるときの前記回転速度を取得する、
（１）〜（１１）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（１３）
取得した前記回転速度に加えて前記複数のロータの位置情報を用いて前記機体重心の位置を推定する、
（１）〜（１２）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（１４）
前記複数のロータの位置情報は、機体上下方向からみたときの前記複数のロータの位置を含む、
（１）〜（１３）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（１５）
前記回転速度は、回転速度の指示値である、
（１）〜（１４）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（１６）
前記飛行体に搭載物を搭載した状態で、前記回転速度を取得する、
（１）〜（１５）のいずれかに記載の飛行体の制御方法。
（１７）
揚力を発生する複数のロータと、
前記複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する制御部と、
を備える、
飛行体。
（１８）
揚力を発生する複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する、情報処理装置。
（１９）
飛行体と、前記飛行体を制御する情報処理装置とを備え、
前記飛行体は、揚力を発生する複数のロータを備え、
前記情報処理装置は、前記複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて前記飛行体を制御する、
情報処理システム。

１ 情報処理システム
１０ 機体
１００ 飛行体
１０１ カメラ
１０５ 内部コントローラ
１１０ 通信部
１２０ 検出部
１３０ 制御部
１４０ 駆動制御部
１５０ 飛行機構
１５１ ロータ
１５２ ロータ
１５３ ロータ
１５４ ロータ
１５５ ロータ
１５１ａ モータ
１５１ｂ プロペラ
１５２ａ モータ
１５２ｂ プロペラ
１５３ａ モータ
１５３ｂ プロペラ
１５４ａ モータ
１５４ｂ プロペラ
１５５ａ モータ
１５５ｂ プロペラ
１５６ 主翼
１５７ 垂直尾翼
１５９ アーム
１６０ 記憶部
１７０ 貨物搭載部
１８０ 警告部
３００ 管制装置（情報処理装置）
３０１ 外部コントローラ
３０２ 外部コントローラ
３１０ 通信部
３２０ 制御部
３３０ 入力部
３４０ 出力部
３５０ 記憶部
ＡＣ 空力中心
Ｇ 機体重心
ＧＲ 重心限界範囲
Ｒｙ 前後方向限界範囲
Ｒｘ 左右方向限界範囲

Claims (19)

1. 揚力を発生する複数のロータの回転速度から機体重心の位置を推定し、
   推定した前記機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する、
   飛行体の制御方法。
2. 機体前後方向における前記機体重心の位置と所定範囲との比較結果に基づいて前記飛行体を制御する、
   請求項１に記載の飛行体の制御方法。
3. 前記所定範囲は、機体の空力中心よりも機体前方に設定される、
   請求項２に記載の飛行体の制御方法。
4. 機体左右方向における前記機体重心の位置と所定範囲との比較結果に基づいて前記飛行体を制御する、
   請求項１に記載の飛行体の制御方法。
5. 推定した前記機体重心の位置が所定範囲外に位置する場合、警告を発するように前記飛行体を制御する、
   請求項１に記載の飛行体の制御方法。
6. 前記警告は、前記機体重心の位置に関する情報の出力を含む、
   請求項５に記載の飛行体の制御方法。
7. 推定した前記機体重心の位置が所定範囲外に位置する場合、着陸するように前記飛行体を制御する、
   請求項１に記載の飛行体の制御方法。
8. 推定した前記機体重心の位置に基づいて、第１のモード及び第２のモードのいずれかのモードで前記飛行体を飛行させる、
   請求項１に記載の飛行体の制御方法。
9. 前記第１のモードでは、前記揚力を発生する前記複数のロータを用いて前記飛行体を飛行させ、
   前記第２のモードでは、推進力を発生するロータ及び主翼を用いて前記飛行体を飛行させる、
   請求項８に記載の飛行体の制御方法。
10. 前記第１のモードで前記飛行体を飛行させているときに前記機体重心の位置を推定し、当該機体重心の位置が所定範囲内に位置する場合、第２のモードで前記飛行体を飛行させる、
    請求項９に記載の飛行体の制御方法。
11. 前記第２のモードで前記飛行体を飛行させているときに前記機体重心の位置を推定し、当該機体重心の位置が所定範囲内に位置する場合、第１のモードで前記飛行体を飛行させる、
    請求項９に記載の飛行体の制御方法。
12. 前記飛行体がホバリング状態にあるときの前記回転速度を取得する、
    請求項１に記載の飛行体の制御方法。
13. 取得した前記回転速度に加えて前記複数のロータの位置情報を用いて前記機体重心の位置を推定する、
    請求項１に記載の飛行体の制御方法。
14. 前記複数のロータの位置情報は、機体上下方向からみたときの前記複数のロータの位置を含む、
    請求項１に記載の飛行体の制御方法。
15. 前記回転速度は、回転速度の指示値である、
    請求項１に記載の飛行体の制御方法。
16. 前記飛行体に搭載物を搭載した状態で、前記回転速度を取得する、
    請求項１に記載の飛行体の制御方法。
17. 揚力を発生する複数のロータと、
    前記複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する制御部と、
    を備える、
    飛行体。
18. 揚力を発生する複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて飛行体を制御する、情報処理装置。
19. 飛行体と、前記飛行体を制御する情報処理装置とを備え、
    前記飛行体は、揚力を発生する複数のロータを備え、
    前記情報処理装置は、前記複数のロータの回転速度から推定される機体重心の位置に基づいて前記飛行体を制御する、
    情報処理システム。

Images