JP6905401B2

JP6905401B2 - 飛行装置

Info

Publication number: JP6905401B2
Application number: JP2017128944A
Authority: JP
Inventors: 覚吉川; 加藤　直也; 直也加藤; 真司安藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: JP2019010968A

Description

本発明は、飛行装置に関する。

近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。このような飛行装置は、一般に無線もしくは有線による遠隔操作を用いて操作者の目視によって操縦されたり、予め設定された飛行経路に沿って自立的に飛行したりする。この他にも、飛行装置の特性を活用して例えば橋梁などの高所の設備を検査する場合、目視可能な範囲を超えることもあることから、レーダやカメラなどの周辺環境を認識しながらの自立的な飛行も行なわれる。一方、設備内など条件によっては、位置を把握するためのＧＰＳ（Global Positioning System）信号を受信できないことから、手動による操作も必要となる。そのため、飛行装置は、１つの飛行オペレーションの間に、手動または自動を切り替えながら操作することが求められる。

しかしながら、飛行装置の制御は、操作者の遠隔操作による手動飛行モードと、自立的な自動飛行モードとが独立している。そのため、手動飛行モードから自動飛行モードへの切り替え時、または自動飛行モードから手動飛行モードへの切り替え時は、制御が急激に変化し、飛行装置の動作が不安定になるという問題がある。また、飛行装置を自動飛行モードで制御するとき、飛行装置は性能を最大限活かして応答性の高い最適値で制御することができる。これに対し、飛行装置を手動飛行モードで制御するとき、応答性の高い最適値を用いると、過敏な応答によってかえって操作性が悪化する。そのため、操作する操作者の技量に応じて応答性を低下させる必要があり、飛行装置の本来の性能を活用できないという問題がある。

特開２０１７−７５８８号公報

そこで、本発明の目的は、手動飛行モードと自動飛行モードとの切り替え時においても、動作の安定を図るとともに、本来の性能を発揮する飛行装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、手動飛行モードと自動飛行モードに加え、半自動飛行モードに切り替える制御切替部を備えている。手動飛行モードでは、本体の飛行は、遠隔の入力器から入力された入力情報に基づいて生成される手動制御信号によって制御される。自動飛行モードでは、本体の飛行は、飛行認識部で認識した周辺環境および飛行情報取得部で取得した飛行情報に基づいて生成される自動制御信号によって自立的に制御される。半自動飛行モードでは、本体の飛行は、これら手動飛行モードにおける手動制御信号と自動飛行モードにおける自動制御信号とを任意の重み付けで合成した半自動制御信号によって制御される。これにより、飛行装置の操作モードが手動飛行モードと自動飛行モードとの間で移行するとき、半自動飛行モードを挟むことができる。この半自動飛行モードでは、手動制御信号と自動制御信号とが任意の重み付けで合成されている。そのため、手動飛行モードにおける制御と自動飛行モードにおける制御とは、半自動飛行モードが介在することで、制御の急激な変化が緩和される。したがって、手動飛行モードと自動飛行モードとの切り替え時においても、動作の安定を図ることができる。また、手動飛行モードと自動飛行モードとの切り替え時において動作が安定することから、１つの飛行オペレーションの間に手動飛行モードと自動飛行モードとを任意に切り替え可能である。そのため、一方の飛行モードに拘束されることがない。したがって、飛行装置の本来の性能を発揮した飛行を実施することができる。

一実施形態による飛行装置の構成の概略を示すブロック図一実施形態による飛行装置を示す模式図一実施形態による飛行装置の模式図であって、図２の矢印III方向から見た図一実施形態による飛行装置において、スラスタのピッチ変更機構部を示す模式的な斜視図一実施形態による飛行装置において、半自動飛行モードのときに出力される半自動制御信号を説明するための概略図一実施形態による飛行装置において、手動飛行モードにおける処理を示す模式図一実施形態による飛行装置において、自動飛行モードにおける処理を示す模式図一実施形態による飛行装置において、半自動飛行モードにおける処理を示す模式図

以下、一実施形態による飛行装置を図面に基づいて説明する。
図２および図３に示す一実施形態による飛行装置１０は、本体１１および入力器１２を備えている。本体１１は、基体１３およびスラスタ１４を有している。一実施形態の場合、基体１３とスラスタ１４との間は、基体１３から放射状に延びる腕部１５で接続されている。腕部１５は、スラスタ１４を支持している。なお、スラスタ１４は、基体１３に支持可能な構成であれば、腕部１５に限らず、任意の構成で基体１３に支持することができる。また、本体１１に設けるスラスタ１４の数は、一実施形態のように４つに限らず、２つ以上であれば任意の数に設定することができる。

スラスタ１４は、それぞれ駆動部としてのモータ１６、プロペラ１７、およびピッチ変更機構部２０を有している。モータ１６は、プロペラ１７を駆動する駆動源であり、例えば基体１３に収容されているバッテリ２１などを電源とする。プロペラ１７は、モータ１６の図示しない回転子と一体になった回転軸部材２２とともに回転する。ピッチ変更機構部２０は、図４に示すようにスラスタ１４のモータ１６とプロペラ１７との間に設けられている。なお、図４に示すピッチ変更機構部２０は、一例であり、プロペラ１７のピッチを変更可能な構成であって、本体１１のスラスタ１４に適用可能な構成であればこの例に限らない。

ピッチ変更機構部２０は、サーボモータ２３、レバー部材２４、リンク部材２５および変更部材２６を有している。サーボモータ２３の回転は、レバー部材２４、リンク部材２５および変更部材２６を通してプロペラ１７に伝達される。このとき、サーボモータ２３の回転は、レバー部材２４、リンク部材２５および変更部材２６を経由することにより、回転軸部材２２と垂直なプロペラ軸Ｐを中心とするプロペラ１７の回転に変換される。プロペラ１７がプロペラ軸Ｐを中心に回転することにより、プロペラ１７の取り付け角度が変化し、プロペラ１７のピッチが変更される。プロペラ１７のピッチの変化量は、サーボモータ２３の回転角度に対応する。スラスタ１４は、モータ１６でプロペラ１７を駆動することによって、推進力を発生する。このとき、スラスタ１４から発生する推進力の大きさおよび推進力の向きは、モータ１６の回転数およびプロペラ１７のピッチを変更することによって変更される。

図２および図３に示す入力器１２は、いわゆるプロポと称され、本体１１から離れた別体で設けられている。入力器１２は、飛行装置１０を操作する操作者によって入力された指示を無線によって本体１１へ送信する。入力器１２は、図２および図３の上下左右に動かすことができる操作スティック３１および操作スティック３２を有している。この操作スティック３１および操作スティック３２には、本体１１のラダー、エレベータ、エルロンおよびスロットルの操作が割り当てられている。入力器１２は、操作スティック３１および操作スティック３２に入力された操作に基づいて入力情報を生成する。入力器１２は、生成した入力情報を、送信部３３から本体１１へ送信する。

飛行装置１０は、上記の構成に加え、図１に示すように制御ユニット４０を備えている。制御ユニット４０は、本体１１に収容され、バッテリ２１と電気的に接続されている。また、制御ユニット４０は、スラスタ１４のモータ１６およびサーボモータ２３と電気的に接続されている。制御ユニット４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭで構成されるマイクロコンピュータ４１を有している。制御ユニット４０は、マイクロコンピュータ４１においてＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、飛行認識部４２、飛行情報取得部４３、制御信号生成部４４、飛行制御部４５および制御切替部４６をソフトウェア的に実現している。これら飛行認識部４２、飛行情報取得部４３、制御信号生成部４４、飛行制御部４５および制御切替部４６は、ソフトウェア的に限らず、ハードウェア的、あるいはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現してもよい。

制御ユニット４０は、記憶部４７および受信部４８に接続している。記憶部４７は、例えば不揮発性メモリを有している。記憶部４７は、予め設定された飛行ルートなど、飛行装置１０の飛行の継続に必要な情報を飛行計画として記憶する。記憶部４７は、マイクロコンピュータ４１のＲＯＭおよびＲＡＭと共用してもよい。受信部４８は、本体１１に設けられ、入力器１２から送信される入力情報を受信する。受信部４８は、受信した入力情報を制御ユニット４０へ出力する。

飛行認識部４２は、例えばカメラ５１やＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）５２などに接続している。飛行認識部４２は、カメラ５１で取得した画像およびＬＩＤＡＲ５２で取得した情報から、飛行する本体１１の周辺環境を認識する。すなわち、飛行認識部４２は、本体１１の周辺に存在する構造物や天然物など、飛行の障害となるおそれのある物体を認識する。飛行認識部４２は、カメラ５１やＬＩＤＡＲ５２に限らず、レーザレーダや一般的なレーダ、またはこれらの組み合わせによって本体１１の周辺環境を認識する構成としてもよい。

飛行情報取得部４３は、本体１１の傾きや本体１１に加わる加速度などから本体１１の飛行情報を検出する。具体的には、飛行情報取得部４３は、ＧＰＳセンサ５３、加速度センサ５４、角速度センサ５５、地磁気センサ５６および高度センサ５７などと接続している。ＧＰＳセンサ５３は、ＧＰＳ衛星から出力されるＧＰＳ信号を受信する。加速度センサ５４は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３次元の３つの軸方向において本体１１に加わる加速度を検出する。角速度センサ５５は、３次元の３つの軸方向において本体１１に加わる角速度を検出する。地磁気センサ５６は、３次元の３つの軸方向における地磁気を検出する。高度センサ５７は、天地方向における高度を検出する。飛行情報取得部４３は、これらＧＰＳセンサ５３で受信したＧＰＳ信号、加速度センサ５４で検出した加速度、角速度センサ５５で検出した角速度および地磁気センサ５６で検出した地磁気などから本体１１の飛行姿勢および飛行速度を取得する。飛行情報取得部４３は、ＧＰＳセンサ５３で受信したＧＰＳ信号と各種のセンサによる検出値から本体１１の飛行位置を取得する。また、飛行情報取得部４３は、高度センサ５７で検出した高度から本体１１の飛行高度を取得する。このように、飛行情報は、本体１１の飛行姿勢、飛行速度、飛行位置および飛行高度などが含まれている。

制御信号生成部４４は、手動制御信号、自動制御信号または半自動制御信号を生成する。一実施形態の飛行装置１０は、手動飛行モード、自動飛行モードまたは半自動飛行モードのいずれかによって飛行が制御される。手動飛行モードは、操作者による入力器１２の操作によって本体１１を飛行させる飛行モードである。自動飛行モードは、操作者の操作によらず本体１１を自立的に飛行させる飛行モードである。半自動飛行モードは、これら手動飛行モードと自動飛行モードとの中間的な飛行モードである。

制御信号生成部４４は、操作者の操作によって本体１１を飛行させる手動飛行モードのとき、入力器１２に入力された入力情報に基づいて手動制御信号を生成する。また、制御信号生成部４４は、操作者の操作によらず本体１１を自立的に飛行させる自動飛行モードのとき、記憶部４７に記憶されている飛行計画、飛行認識部４２で認識した本体１１の周辺環境、および飛行情報取得部４３で取得した本体１１の飛行情報などから自動制御信号を生成する。さらに、制御信号生成部４４は、中間的な半自動飛行モードのとき、半自動制御信号を生成する。半自動制御信号は、手動飛行モードにおける手動制御信号と自動飛行モードにおける自動制御信号とを任意の重み付けで合成することによって生成される。具体的には、図５に示すように、制御信号生成部４４は、半自動飛行モードのとき、入力情報に基づいて生成した手動制御信号と、周辺環境および飛行情報から生成された自動制御信号とを合成する。すなわち、制御信号生成部４４は、入力器１２へ入力された操作者の操作に基づく入力情報から手動制御信号を生成するとともに、この手動制御信号に飛行計画および飛行情報に基づく自動制御信号を任意の重み付けで合成する。これにより、制御信号生成部４４は、半自動飛行モードのとき半自動制御信号を生成する。なお、制御信号生成部４４は、図５に示す２次関数的な重み付けに限らず、１次関数的な重み付け、複雑な関数による重み付け、あるいは段階的に変化する重み付けを行なってもよい。

制御信号生成部４４は、図５に示すように手動飛行モードから自動飛行モードへ移行するとき、または逆に自動飛行モードから手動飛行モードへ移行するとき、半自動制御信号における手動制御信号と自動制御信号との重み付けを時間とともに徐々に変更する。すなわち、本体１１の飛行制御が手動飛行モードから自動飛行モードへ移行するとき、制御信号生成部４４は、モードの移行開始から終了までの間に、手動制御信号と自動制御信号との重み付けを時間とともに徐々に変更する。

飛行制御部４５は、スラスタ１４が発生する推進力を調整して、本体１１の飛行を制御する。具体的には、飛行制御部４５は、制御信号生成部４４で生成された手動制御信号、自動制御信号または半自動制御信号のいずれかに基づいてスラスタ１４が発生する推進力を調整する。飛行制御部４５は、各スラスタ１４を構成するモータ１６およびサーボモータ２３を制御する。飛行制御部４５は、モータ１６の回転数を調整したり、サーボモータ２３の回転角度を調整したりすることにより、スラスタ１４が発生する推進力を調整する。飛行制御部４５は、モータ１６の回転数、サーボモータ２３の回転角度のいずれか一方、または両方を変更することにより、スラスタ１４が発生する推進力を調整する。

スラスタ１４が発生する推進力は、モータ１６の回転数およびプロペラ１７のピッチによって変化する。すなわち、モータ１６の回転数が増加すると、スラスタ１４が発生する推進力が増加する。同様に、スラスタ１４が発生する推進力は、プロペラ１７のピッチを変更することによっても変化する。すなわち、モータ１６の回転数が一定であっても、プロペラ１７のピッチを変更することによって、スラスタ１４が発生する推進力は変化する。飛行制御部４５は、モータ１６の回転数の変更とプロペラ１７のピッチつまりサーボモータ２３の回転角度の変更とを組み合わせることによって、スラスタ１４が発生する推進力を調整する。一実施形態の場合、飛行制御部４５は、４つのスラスタ１４が発生する推進力をそれぞれ変更することによって、本体１１の飛行方向、飛行速度および飛行姿勢などを任意に制御する。

制御切替部４６は、飛行制御部４５による本体１１の飛行制御を、手動飛行モード、自動飛行モード、または半自動飛行モードのいずれかに切り替える。本体１１の飛行モードを手動飛行モードから自動飛行モードへ移行するとき、制御切替部４６は、この移行において半自動飛行モードを挿入する。同様に、本体１１の飛行モードを自動飛行モードから手動飛行モードへ移行するとき、制御切替部４６は、この移行において半自動飛行モードを挿入する。このように、制御切替部４６は、手動飛行モードと自動飛行モードとの相互の移行時において、半自動飛行モードを経由するように制御する。

飛行モードの切り替え時期は、自動または手動のいずれであってもよい。例えば、記憶部４７に記憶されている飛行計画に沿って本体１１が飛行する場合、飛行計画に飛行モードの切り替え時期を設定し、設定された飛行モードの切り替え時期になると制御切替部４６が飛行モードを自動で切り替える構成とすることができる。また、操作者が入力器１２を通して任意の時期に飛行モードの切り替えを手動で入力することにより、この操作者の入力にしたがって制御切替部４６が飛行モードを切り替える構成としてもよい。このように、自動または手動で飛行モードが切り替えられるとき、制御切替部４６は半自動飛行モードを挿入する。

次に、上記の構成による飛行装置１０の各飛行モードにおける作動について説明する。
（手動飛行モード）
図６に基づいて手動飛行モード時の飛行装置１０の作動について説明する。
手動飛行モードのとき、操作者は本体１１の飛行を操作するために入力器１２の操作スティック３１および操作スティック３２に入力する。入力器１２は、操作スティック３１および操作スティック３２の操作量に基づいて入力情報を生成し、送信部３３から本体１１へ送信する。本体１１は、受信部４８で入力器１２から送信された入力情報を受信する。制御信号生成部４４は、受信した入力情報に基づいて、手動制御信号を生成する。制御信号生成部４４は、入力情報に対して、例えば入力器１２の特性に応じた感度の調整や波形の補正を加えることにより手動制御信号を生成する。この手動飛行モードのとき、飛行認識部４２で認識された周辺環境および飛行情報取得部４３で取得された飛行情報は、手動制御信号の生成に加味されない。これにより、本体１１は、入力器１２への入力のみにしたがって飛行が制御される。

飛行制御部４５は、制御信号生成部４４で生成された手動制御信号に基づいて、スラスタ１４の推進力を調整する。すなわち、飛行制御部４５は、生成された手動制御信号に基づいて、スラスタ１４ごとに推進力を設定する。スラスタ１４の推進力は、モータ１６の回転数、およびプロペラ１７のピッチつまりサーボモータ２３の回転角度によって決定される。したがって、飛行制御部４５は、スラスタ１４におけるモータ１６の回転数、およびサーボモータ２３の回転角度を設定する。そして、飛行制御部４５は、設定した回転数に応じた制御信号をモータ１６へ出力するとともに、回転角度に応じた制御信号をサーボモータ２３へ出力する。

このように、手動飛行モードのとき、スラスタ１４のモータ１６およびサーボモータ２３は、操作者による入力器１２への入力に応じて制御される。本体１１は、各スラスタ１４の推進力が制御されることにより、操作者の操作に応じて飛行姿勢、飛行速度および飛行高度などが変化する。

（自動飛行モード）
図７に基づいて自動飛行モード時の飛行装置１０の作動について説明する。
自動飛行モードのとき、操作者は本体１１の飛行を操作するための操作を行なわない。制御信号生成部４４は、予め設定された飛行計画に基づいて、本体１１が目標とする飛行位置、飛行姿勢、飛行速度および飛行高度に到達するように目標値を設定する。具体的には、制御信号生成部４４は、記憶部４７に記憶されている飛行計画に基づいて、飛行位置、飛行姿勢、飛行速度および飛行高度の目標値を設定する。制御信号生成部４４は、この設定した目標値に対して、飛行認識部４２で認識した周辺環境、および飛行情報取得部４３で取得した飛行情報を加味して、自動制御信号を生成する。このとき、制御信号生成部４４は、目標値に現在の飛行位置、飛行姿勢、飛行速度および飛行高度に基づくＰＩＤ制御を加えることによって自動制御信号を生成する。これにより、制御信号生成部４４が生成する自動制御信号は、最新の飛行情報に含まれる現在位置、飛行姿勢、飛行速度および飛行高度、ならびに周辺環境を考慮して、目標となる飛行位置、飛行姿勢、飛行速度および飛行高度へ到達するための制御値を含むことになる。これにより、本体１１は、入力器１２への入力によらず自立的に飛行が制御される。

飛行制御部４５は、生成された自動制御信号に基づいて、スラスタ１４の推進力を調整する。すなわち、飛行制御部４５は、生成された自動制御信号に基づいて、スラスタ１４ごとに推進力を設定する。飛行制御部４５は、スラスタ１４におけるモータ１６の回転数、およびサーボモータ２３の回転角度を設定する。そして、飛行制御部４５は、設定した回転数に応じた制御信号をモータ１６へ出力するとともに、回転角度に応じた制御信号をサーボモータ２３へ出力する。
このように、自動飛行モードのとき、スラスタ１４のモータ１６およびサーボモータ２３は、入力器１２の入力によらず飛行計画に基づく目標値と現在の飛行情報に応じて自立的に制御される。

（半自動飛行モード）
図８に基づいて半自動飛行モード時の飛行装置１０の作動について説明する。
制御切替部４６は、本体１１の飛行モードが手動飛行モードから自動飛行モードへ移行するとき、または自動飛行モードから手動飛行モードへ移行するとき、それらの移行中に半自動飛行モードを挿入する。例えば操縦者が入力器１２を用いて本体１１を操作しているとき、操作者の指示にしたがって任意の時期に自動飛行モードへ移行する。このモードが移行するとき、制御切替部４６は、手動飛行モードから自動飛行モードへ瞬時に切り替えるのではなく、半自動飛行モードを挿入してモードを切り替える。逆に、操作者が自動飛行モードから手動飛行モードに切り替えるときも、制御切替部４６は、自動飛行モードから手動飛行モードへ瞬時に切り替えるのではなく、半自動飛行モードを挿入してモードを切り替える。

このように手動飛行モードと自動飛行モードとの相互間で飛行モードが切り替わる際に挿入される半自動飛行モードのとき、手動飛行モードにおける手動制御信号と自動飛行モードにおける自動制御信号とが合成される。手動制御信号の生成は、手動飛行モードにおける制御信号生成部４４の処理と同一である。また、自動制御信号の生成は、自動飛行モードにおける制御信号生成部４４の処理と同一である。

半自動飛行モードのとき、制御信号生成部４４は、手動制御信号と自動制御信号とを合成する。このとき、制御信号生成部４４は、手動制御信号と自動制御信号との重み付けを任意に調整する。具体的には、図５でも説明したように、制御信号生成部４４は、時間に応じて重み付けを徐々に変更する。すなわち、制御信号生成部４４は、手動制御信号と自動制御信号との比率、つまり手動制御信号：自動制御信号を、０：１００〜１００：０の範囲で任意に変更する。例えば手動飛行モードから自動飛行モードへ移行するとき、制御信号生成部４４は、手動制御信号：自動制御信号を１００：０から０：１００へ徐々に変更する。この場合、制御信号生成部４４は、数秒程度をかけて手動制御信号と自動制御信号との比率を徐々に変更する。逆に、自動飛行モードから手動飛行モードへ移行するとき、制御信号生成部４４は、手動制御信号：自動制御信号を０：１００から１００：０へ徐々に変更する。この手動制御信号：自動制御信号が変更されている期間は、半自動飛行モードに相当する。

飛行制御部４５は、生成された自動制御信号に基づいて、スラスタ１４の推進力を調整する。すなわち、飛行制御部４５は、生成された半自動制御信号に基づいて、スラスタ１４ごとに推進力を設定する。飛行制御部４５は、スラスタ１４におけるモータ１６の回転数、およびサーボモータ２３の回転角度を設定する。そして、飛行制御部４５は、設定した回転数に応じた制御信号をモータ１６へ出力するとともに、回転角度に応じた制御信号をサーボモータ２３へ出力する。
このように、半自動飛行モードのとき、スラスタ１４のモータ１６およびサーボモータ２３は、手動制御信号による入力器１２による入力に基づく制御と、入力器１２からの入力によらない飛行計画に基づく自立的な制御とが合成されて制御される。

次に、飛行装置１０の応答性の変更について説明する。
飛行制御部４５は、手動飛行モード、自動飛行モードまたは半自動飛行モードに合わせて、本体１１の飛行条件の変更時における応答性を変更している。すなわち、本体１１の飛行条件の応答性は、各飛行モードに応じて可変される。ここで、飛行制御部４５が変更する本体１１の飛行条件とは、飛行姿勢、飛行位置、飛行速度および飛行高度を含んでいる。
飛行制御部４５は、自動飛行モードのとき、手動飛行モードおよび半自動飛行モードのときよりも、本体１１の飛行条件の変更時における応答性を高めている。具体的には、飛行制御部４５は、自動飛行モードにおいて、スラスタ１４が発生する推進力を制御するとき、駆動部の駆動力の変更すなわちモータ１６の回転数の変更よりも、プロペラ１７のピッチの変更すなわちサーボモータ２３の回転角度の変更を優先する。一方、飛行制御部４５は、手動飛行モードおよび半自動飛行モードにおいて、スラスタ１４が発生する推進力を制御するとき、プロペラ１７のピッチの変更すなわちサーボモータ２３の回転角度の変更よりも、駆動部の駆動力の変更すなわちモータ１６の回転数の変更を優先している。

ピッチ変更機構部２０を有するスラスタ１４の場合、このスラスタ１４が発生する推進力は、モータ１６の回転数、またはプロペラ１７のピッチの変更のいずれか一方または両方によって変更される。すなわち、モータ１６の回転数が増減することにより、プロペラ１７の回転数が変化し、スラスタ１４が発生する推進力が変化する。通常、モータ１６の回転数が増加すると、スラスタ１４が発生する推進力は増加する。また、プロペラ１７のピッチが変化することにより、プロペラ１７で発生する揚力が変化し、スラスタ１４が発生する推進力が変化する。このように、スラスタ１４が発生する推進力は、モータ１６の回転数とプロペラ１７のピッチとに依存している。

ここで、モータ１６の回転数の変化またはプロペラ１７のピッチの変化と本体１１の飛行条件の変化との関係について検討すると、モータ１６の回転数の変化による本体１１の飛行条件の変化は、プロペラ１７のピッチの変化による本体１１の飛行条件の変化に比較して緩慢である。つまり、本体１１の姿勢や高度などは、モータ１６の回転数を変化させるよりも、プロペラ１７のピッチを変化させた方が迅速に変化する。したがって、本体１１の飛行条件の変化の応答性は、プロペラ１７のピッチの変化の方がモータ１６の回転数の変化よりも高い。

この特性を考慮すると、プロペラ１７のピッチの変化を利用して本体１１の飛行条件を変化させる場合、迅速な姿勢変化など応答性の高さから精密な飛行条件の変化が得られる反面、入力に対して過敏に反応する傾向がある。そのため、操作者が入力器１２を通して本体１１を操作する場合、プロペラ１７のピッチの変化を重視すると、操作者の熟練度によって本体１１は過剰な挙動を示し、飛行条件が不安定化することがある。一方、自動飛行モードのように自立的に本体１１が飛行する場合、プロペラ１７のピッチの変化を利用した高い応答性を利用することで、本体１１は飛行計画に沿って精密な飛行の制御が可能になる。

これに対し、モータ１６の回転数の変化を利用して本体１１の飛行条件を変化させる場合、緩慢な姿勢変化など応答性の低い飛行条件の変化となる反面、入力に対して過剰な反応が抑えられる。そのため、操作者が入力器１２を通して本体１１を操作する場合、モータ１６の回転数の変化を利用すると、本体１１は緩やかな挙動を示し、飛行条件が安定化しやすい。一方、自動飛行モードのように自立的に本体１１が飛行する場合、モータ１６の回転数の変化を利用すると、応答性が低く、本体１１が持つ本来の能力を十分に発揮することができず、飛行計画に沿った精密な飛行も困難になる。

このように、プロペラ１７のピッチの変化による飛行条件の変化と、モータ１６の回転数の変化による飛行条件の変化との間には、一長一短がある。そこで、飛行制御部４５は、これらの特性を考慮して、操作者によって入力器１２が操作される手動飛行モードおよび半自動飛行モードのとき、モータ１６の回転数の変化による制御を優先する。一方、飛行制御部４５は、操作者によって入力器１２が操作されない自動飛行モードのとき、プロペラ１７のピッチの変化による制御を優先する。これにより、飛行モードに合わせて本体１１の操作性を最適化することができる。

以上説明したように、一実施形態では、手動飛行モードと自動飛行モードに加え、半自動飛行モードに切り替える制御切替部４６を備えている。これにより、飛行装置１０の操作モードが手動飛行モードと自動飛行モードとの間で移行するとき、半自動飛行モードを挟むことができる。この半自動飛行モードでは、手動制御信号と自動制御信号とが任意の重み付けで合成されている。そのため、手動飛行モードにおける制御と自動飛行モードにおける制御とは、半自動飛行モードが介在することで、制御の急激な変化が緩和される。したがって、手動飛行モードと自動飛行モードとの切り替え時においても、動作の安定を図ることができる。また、手動飛行モードと自動飛行モードとの切り替え時において動作が安定することから、１つの飛行オペレーションの間に手動飛行モードと自動飛行モードとを任意に切り替え可能である。そのため、一方の飛行モードに拘束されることがない。したがって、飛行装置１０の本来の性能を発揮した飛行を実施することができる。

一実施形態では、手動飛行モードと自動飛行モードとの相互間でのモード移行時の半自動飛行モードにおいて、制御信号生成部４４は半自動制御信号を構成する手動制御信号と自動制御信号との重み付けを時間とともに徐々に変更する。そのため、手動飛行モードにおいて操作者が入力器１２に入力する入力情報と、制御信号生成部４４が生成する自動制御信号とは、半自動飛行モードの間に整合が図られる。これにより、手動飛行モードまたは自動飛行モードへの移行完了時において、手動制御信号と自動制御信号との間での急激な変化は生じない。したがって、モードの変更時における手動制御信号と自動制御信号との差にともなう急激な飛行条件の変化が生じず、本体１１の安定した飛行を維持することができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば、上記の一実施形態では、飛行認識部４２、飛行情報取得部４３、制御信号生成部４４、飛行制御部４５および制御切替部４６を本体１１に設ける例について説明した。しかし、これら飛行認識部４２、飛行情報取得部４３、制御信号生成部４４、飛行制御部４５および制御切替部４６は、本体１１に限らず、一部または全部を入力器１２もしくは本体１１と別個に設ける構成としてもよい。例えば飛行認識部４２は、本体１１とは別に設け、本体１１を外部から撮影することにより周辺環境を認識してもよい。同様に、飛行情報取得部４３も、本体１１と分離してもよい。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１０は飛行装置、１１は本体、１２は入力器、１４はスラスタ、１６はモータ（駆動部）、１７はプロペラ、２０はピッチ変更機構部、４２は飛行認識部、４３は飛行情報取得部、４４は制御信号生成部、４５は飛行制御部、４６は制御切替部を示す。

Claims

推進力を発生する複数のスラスタ（１４）を有する本体（１１）と、
前記本体（１１）とは別体に設けられ、前記本体（１１）の操作を入力する入力器（１２）と、
前記本体（１１）の周辺環境を認識する飛行認識部（４２）と、
前記本体（１１）の飛行情報を取得する飛行情報取得部（４３）と、
前記入力器（１２）から入力された入力情報に基づく手動制御信号、前記飛行認識部（４２）で認識した周辺環境および前記飛行情報取得部（４３）で取得した飛行情報に基づく自動制御信号、および前記手動制御信号と前記自動制御信号とを任意の重み付けで合成した半自動制御信号を生成する制御信号生成部（４４）と、
前記制御信号生成部（４４）で生成された前記手動制御信号、前記自動制御信号または前記半自動制御信号に基づいて、前記スラスタ（１４）が発生する推進力を調整して前記本体（１１）の飛行を制御する飛行制御部（４５）と、
前記飛行制御部（４５）による前記本体（１１）の飛行の制御を、前記手動制御信号に基づいて前記本体（１１）の飛行を前記入力器（１２）へ入力された操作に応じて制御する手動飛行モード、前記自動制御信号に基づいて前記本体（１１）の飛行を自立的に制御する自動飛行モード、または前記半自動制御信号に基づいて前記本体（１１）の飛行を制御する半自動飛行モードのいずれかに切り替える制御切替部（４６）と、
を備え、
前記スラスタ（１４）は、駆動力を発生する駆動部（１６）、前記駆動部（１６）によって回転駆動されるプロペラ（１７）、および前記プロペラ（１７）のピッチを変更するピッチ変更部（２０）を有し、
前記制御切替部（４６）は、前記手動飛行モードから前記自動飛行モードへの移行時、または前記自動飛行モードから前記手動飛行モードへの移行時に、前記半自動飛行モードを経由するとともに、
前記制御信号生成部（４４）は、合成される前記半自動制御信号の前記手動制御信号と前記自動制御信号との重み付けを時間とともに徐々に変更し、
前記飛行制御部（４５）は、前記手動飛行モード、前記自動飛行モード、または前記半自動飛行モードに合わせて、前記本体（１１）の飛行条件の変更時における応答性を変更し、
前記飛行制御部（４５）は、前記自動飛行モードのとき、前記手動飛行モードまたは前記半自動飛行モードのときよりも、前記本体（１１）の飛行条件の変更時における応答性を高め、
前記飛行制御部（４５）は、前記自動飛行モードのとき、前記スラスタ（１４）の推進力の制御を、前記駆動部（１６）の駆動力の変更よりも、前記ピッチ変更部（２０）による前記プロペラ（１７）のピッチの変更を優先する飛行装置。
推進力を発生する複数のスラスタ（１４）を有する本体（１１）と、
前記本体（１１）とは別体に設けられ、前記本体（１１）の操作を入力する入力器（１２）と、
前記本体（１１）の周辺環境を認識する飛行認識部（４２）と、
前記本体（１１）の飛行情報を取得する飛行情報取得部（４３）と、
前記入力器（１２）から入力された入力情報に基づく手動制御信号、前記飛行認識部（４２）で認識した周辺環境および前記飛行情報取得部（４３）で取得した飛行情報に基づく自動制御信号、および前記手動制御信号と前記自動制御信号とを任意の重み付けで合成した半自動制御信号を生成する制御信号生成部（４４）と、
前記制御信号生成部（４４）で生成された前記手動制御信号、前記自動制御信号または前記半自動制御信号に基づいて、前記スラスタ（１４）が発生する推進力を調整して前記本体（１１）の飛行を制御する飛行制御部（４５）と、
前記飛行制御部（４５）による前記本体（１１）の飛行の制御を、前記手動制御信号に基づいて前記本体（１１）の飛行を前記入力器（１２）へ入力された操作に応じて制御する手動飛行モード、前記自動制御信号に基づいて前記本体（１１）の飛行を自立的に制御する自動飛行モード、または前記半自動制御信号に基づいて前記本体（１１）の飛行を制御する半自動飛行モードのいずれかに切り替える制御切替部（４６）と、
を備え、
前記スラスタ（１４）は、駆動力を発生する駆動部（１６）、前記駆動部（１６）によって回転駆動されるプロペラ（１７）、および前記プロペラ（１７）のピッチを変更するピッチ変更部（２０）を有し、
前記制御切替部（４６）は、前記手動飛行モードから前記自動飛行モードへの移行時、または前記自動飛行モードから前記手動飛行モードへの移行時に、前記半自動飛行モードを経由するとともに、
前記制御信号生成部（４４）は、合成される前記半自動制御信号の前記手動制御信号と前記自動制御信号との重み付けを時間とともに徐々に変更し、
前記飛行制御部（４５）は、前記手動飛行モード、前記自動飛行モード、または前記半自動飛行モードに合わせて、前記本体（１１）の飛行条件の変更時における応答性を変更し、
前記飛行制御部（４５）は、前記自動飛行モードのとき、前記手動飛行モードまたは前記半自動飛行モードのときよりも、前記本体（１１）の飛行条件の変更時における応答性を高め、
前記飛行制御部（４５）は、前記手動飛行モードまたは前記半自動飛行モードのとき、前記スラスタ（１４）の推進力の制御を、前記ピッチ変更部（２０）による前記プロペラ（１７）のピッチの変更よりも、前記駆動部（１６）の駆動力の変更を優先する飛行装置。