WO2021140555A1

WO2021140555A1 - 飛行体の制御装置および飛行体の制御方法

Info

Publication number: WO2021140555A1
Application number: PCT/JP2020/000114
Authority: WO
Inventors: 優 ▲高▼木
Original assignee: 株式会社Ａ．Ｌ．Ｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-07-15

Abstract

【課題】搭乗者が飛行体の旋回操作を容易に行うことが可能である飛行体の制御装置および飛行体の制御方法を提供する。【解決手段】本技術に係る飛行体の制御装置は、飛行体の旋回操作部に対する入力により生成される入力信号を取得する取得部と、前記入力信号に基づいて前記飛行体のヨー軸回りの回転の角速度を決定する角速度決定部と、前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて、前記飛行体の旋回時におけるロール軸まわりの姿勢角度を算出する姿勢角度算出部と、算出された前記姿勢角度に応じて前記飛行体の姿勢を制御する姿勢制御部と、を備える。

Description

飛行体の制御装置および飛行体の制御方法

　本発明は、飛行体の制御装置および飛行体の制御方法、特に、搭乗者が搭乗可能であって地上から浮上して移動する飛行体の制御装置および飛行体の制御方法に関する。

　搭乗者を乗せて浮上して移動することが可能な飛行体は、陸路を移動する自動二輪車等の移動体が、陸路を移動する際に他の移動体との関係で受けることになる移動に対する制約を受けることなく移動することが可能であることから、新たな移動手段として実現されることが期待されている。

　例えば、特許文献１において、搭乗者を乗せた状態で、プロペラの回転によって地上から５０ｃｍ乃至１００ｃｍ程度の高さに浮上して移動する、いわゆるホバーバイクとも称される飛行体に関する技術が開示されている。

特開２０１９－１４３９６号公報

　かかる飛行体を搭乗者が運転する際には、飛行体が備えるべき技術的な性能である、搭乗者の運転フィーリングや乗り心地の向上を図ることが求められる。特許文献１に開示された技術では、飛行体の旋回においてピッチ、ロールおよびヨーの回転を考慮した操作が求められる。そのため、搭乗者にとって煩雑である。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、搭乗者が飛行体の旋回操作を容易に行うことが可能である飛行体の制御装置および飛行体の制御方法を提供することを課題とするものである。

　本開示によれば、飛行体の旋回操作部に対する入力により生成される入力信号を取得する取得部と、前記入力信号に基づいて前記飛行体のヨー軸回りの回転の角速度を決定する角速度決定部と、前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて、前記飛行体の旋回時におけるロール軸まわりの姿勢角度を算出する姿勢角度算出部と、算出された前記姿勢角度に応じて前記飛行体の姿勢を制御する姿勢制御部と、を備える、飛行体の制御装置が提供される。

　また、本開示によれば、飛行体の旋回操作部に対する入力により生成される入力信号を取得することと、前記入力信号に基づいて前記飛行体のヨー軸回りの回転の角速度を決定することと、前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて、前記飛行体の旋回時におけるロール軸まわりの姿勢角度を算出することと、算出された前記姿勢角度に応じて前記飛行体の姿勢を制御することと、を含む、飛行体の制御方法が提供される。

　本開示の技術によれば、搭乗者が飛行体の旋回操作を容易に行うことができる。

本開示の一実施形態に係る飛行体の構成例を示す斜視図である。同実施形態に係る飛行体の構成例を示す側視図である。同実施形態に係る飛行体の構成例を簡略化した側視図である。同実施形態に係る飛行体のハードウェア構成例を示すブロック図である。同実施形態に係る制御装置の構成の概略を説明するブロック図である。同実施形態に係る制御装置のプロセッサの、姿勢制御機能に係る構成の一例を示すブロック図である。同実施形態に係る飛行体の旋回動作の一例を説明するための概略図である。同実施形態に係る飛行体のロール軸まわりの姿勢角度を説明するための図である。同実施形態に係る飛行体における処理の例を示すフローチャートである。

　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

　図１は、本開示の一実施形態に係る飛行体１の構成例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る飛行体１の構成例を示す側視図である。図３は、本実施形態に係る飛行体１の構成例を簡略化した側視図である。

　図１～図３に示すように、飛行体１は、搭乗者が搭乗可能であって地上から５０ｃｍ乃至１００ｃｍ程度の高さに浮上して水平方向に移動することが可能な、いわゆるホバーバイクとも称される移動手段である。なお、各図に示す各座標軸について、Ｌは飛行体１（機体２）の前後方向（前側が正）、Ｗは飛行体１（機体２）の幅方向（左方向が正）、Ｈは飛行体１（機体２）の上下方向（上側が正）を示す。

　飛行体１は、機体２と、鞍部３０と、把持部４と、動力部５の一例であるエンジン５０と、第１回転翼部６（６Ａ、６Ｂ）と、第２回転翼部７（７Ａ～７Ｄ）と、第３回転翼部８（８Ａ～８Ｄ）と、排気システム９と、を備える。なお、第１回転翼部６、第２回転翼部７および第３回転翼部８は回転翼部の一例である。また、鞍部３０と、把持部４と、ステップ３１とにより、搭乗部３が構成される。なお、飛行体１はその他の構成要素も備えうるものであり、該構成要素については後述する。

　機体２は、飛行体１の上部において前後方向Ｌに伸びて形成される。機体２は、例えば、炭素繊維強化樹脂、ガラス繊維強化樹脂、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン合金またはマグネシウム合金等の、比較的比重が小さく、かつ強度の高い素材から形成され得る。

　機体２の前後方向Ｌにおける中央部の上側には、鞍部３０および把持部４が設けられる。

　搭乗部３は、機体２の一部であり、各回転翼部と接続される。搭乗部３は、搭乗者が搭乗するための部分である。鞍部３０は、搭乗者が飛行体１の機体２に跨って搭乗する座席に相当する。搭乗者が安定して着座できるように、鞍部３０は、下方側に突出するような形状を成してもよい。図示する例では、ステップ３１は、平面方向において、鞍部３０よりも幅方向に突出し、かつ後述する各回転翼部よりも内方側になるように設けられる。かかるステップ３１には、例えば、搭乗者が飛行体１を操作するための装置が適宜設けられていてもよい。

　把持部４は、鞍部３０に跨った搭乗者が掴まるために設けられる。すなわち、把持部４は、機体２の、搭乗部３の前側に設けられる。把持部４の形状は図示するような形状に限定されない。把持部４には、搭乗者が飛行体１を操作するための操作部やインタフェース等が設けられてもよい。

　例えば、上記操作部の一例として、把持部４には旋回操作部が設けられてもよい。例えば、旋回操作部は把持部４に設けられる接触入力型のデバイスであってもよい。かかるデバイスは、例えば、ボタン、スイッチ、レバー、タッチパネル等のデバイスであってもよい。搭乗者はかかるデバイスに対して入力操作を行うことで、入力操作により生成される入力信号が後述する制御装置１０に送出され、飛行体１は入力操作の内容および入力量等に応じて旋回し得る。この場合、例えば、把持部４は機体２に移動不能に固定されていてもよい。

　また、かかる旋回操作部は、機体２に対して回動可能に設けられる操舵装置であってもよい。例えば、図１等で示す把持部４は、機体２に対して上下方向に沿う方向を回動軸とするステアリング（ハンドル）のように、回動可能に設けられていてもよい。かかる把持部４が操舵装置である場合、把持部４（操舵装置）の回動方向および／または回動角に応じて生成される入力信号が制御装置１０に送出され、飛行体１は、かかる入力信号に応じて旋回し得る。

　なお、旋回操作に係る入力信号の生成手段は、その他の例として、例えば上述した旋回操作部が搭乗部に設けられる入力用センサであってもよい。この場合、入力用センサにより得られるセンサ信号が入力信号となる。具体例としては、例えば鞍部３０に、搭乗者が鞍部３０に接触している位置や接触部分の圧力を検出する入力用センサが設けられ、該入力用センサにより検出される搭乗者の位置に係る信号が入力信号として制御装置１０に送出されてもよい。かかる入力用センサにより前方に向かって鞍部３０の右側において搭乗者が位置していると推定されれば、右方向への旋回操作が行われ得る。このように、搭乗者が旋回したい方向に鞍部３０における身体の位置を調整することで、直感的な旋回操作が実現され得る。

　また、入力用センサは、ステップ３１に設けられていてもよい。例えば、左右のステップ３１にそれぞれ搭乗者の足等による圧力を検知する入力用センサが設けられてもよい。この場合、例えば、前方に向かって右側のステップ３１にかかる圧力が左側のステップ３１にかかる圧力よりも大きい場合、右方向への旋回操作が行われ得る。このように、搭乗者が旋回したい方向にステップ３１に対する荷重を入力情報として用いることで、直感的な旋回操作が実現され得る。

　なお、上述した旋回操作は一例であり、旋回操作を実現する手段は上述した方法に限定されない。

　動力部５の一例であるエンジン５０は、機体２の下側であって、鞍部３０の下方に設けられる。エンジン５０は、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン等が挙げられ、エンジン５０の機構は特に限定されない。

　第１回転翼部６は、機体２を浮上させるための揚力を発生させる揚力発生翼部の一例である。第１回転翼部６Ａ、６Ｂは、動力部５の前後に一対設けられる。図１及び図２に示す例では、動力部５の前後において、機体２の前方及び後方を構成するテーパ形状のカウルの下方に設けられる。かかるフレーム形状により、第１回転翼部６に多くの気体をスムーズに取り込むことができる。

　第１回転翼部６は、揚力を発生させるためのプロペラ６１と、かかるプロペラ６１を収容し、上下端に通気口を有する筒状のダクト６０とを備える。例えプロペラ６１は、例えば上下方向に重ね合わせられた１対のブレード群が、それぞれ反対方向に回転する、いわゆる二重反転プロペラである。上側のプロペラと下側のプロペラはそれぞれ反対の方向に回転する。また、前後の第１回転翼部６の間では、上側のプロペラ同士はそれぞれ反対の方向に回転し得る。下側のプロペラ同士も同様である。なお、第１回転翼部６は一重プロペラであってもよい。この場合、第１回転翼部６Ａと第１回転翼部６Ｂは、それぞれの反トルクが打ち消されるように、プロペラは反対方向に回転する。

　かかるプロペラ６１の回転により、上方から下方へと気流が生じる。かかる気流により機体２に揚力が発生し、機体２を浮上させることができる。また後述するが、かかる機体２をピッチ方向（幅方向Ｗを回転軸とする回転方向）またはロール方向（前後方向Ｌを回転軸とする回転方向）に傾斜させることで、第１回転翼部６により水平方向の推力が発生する。これにより、飛行体１を推進させることができる。

　また、第１回転翼部６のダクトの上下端の通気口の少なくともいずれか（上端側が好ましい）には、ルーバーが設けられていてもよい。例えば図１に示すように、ルーバーは、短冊状であり、幅方向に配設され、前後方向Ｌを中心軸として外側から中心側にかけて下方に傾斜するように設けられてもよい。かかるルーバーにより、ダクト内への異物の侵入を抑制しすることができる。また、ルーバーが設けられることで、ダクトの内部から何かが飛散した際においても、ルーバーが飛散物の障害となり得る。また、上方から流入する気体の流れを整えることができる。また、ルーバーが設けられることにより、飛行体１に搭乗する搭乗者からプロペラが見えにくくなるので、搭乗者の恐怖感が和らぎ得る。

　また、第１回転翼部６のダクトの一部に、可変のフラップ機構が設けられていてもよい。かかるフラップ機構により流入または流出する気体の流動量および／または流動方向を制御することができる。これにより、飛行体１の飛行制御をより精緻に行うことができる。

　第２回転翼部７は、機体２に推力を与えるための推力発生翼部の一例である。特に、第２回転翼部７は、機体２に対して主に機体２の上下方向Ｈに推力を与え得る。第２回転翼部７Ａは機体２の前方左側に、第２回転翼部７Ｂは機体２の後方左側に、第２回転翼部７Ｃは機体２の前方右側に、第２回転翼部７Ｄは機体２の後方右側に設けられる。第２回転翼部７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄは、機体２の前後において、第１回転翼部６の幅方向Ｗに配設される。すなわち、第２回転翼部７は、前後の第１回転翼部６にそれぞれ一対ずつ設けられる。

　第２回転翼部７は、機体２の上下方向Ｈに気体を流通させるリング状のケーシングと、該ケーシングの内側において推力を発生させるプロペラ７１と、を備える。該ケーシングは、上端部および下端部にそれぞれ流通口が設けられる。該プロペラ７１は、例えば二重反転プロペラであってもよいし、一重プロペラであってもよい。また、該プロペラ７１は、後述する制御装置１０またはモータドライバ１３等により、回転方向やプロペラのピッチ角を適宜変更してもよい。これにより、第２回転翼部７は、機体２の上下方向Ｈの少なくともいずれかの方向に沿った推力を発生させることができる。なお、第２回転翼部７は、通常機体２の上方への推力を発生させるが、下方への推力を発生させてもよい。かかる第２回転翼部７は、例えば、飛行体１の第１回転翼部６による浮上時の補助的な役割として用いられたり、飛行体１の姿勢を制御したり、飛行体１をピッチ軸（幅方向Ｗに沿う方向の軸）まわりおよび／またはロール軸（前後方向Ｌに沿う方向の軸）まわりに回転させる制御をするために用いられる。

　第３回転翼部８は、機体２に推力を与えるための推力発生翼部の一例である。特に、第２回転翼部７は、機体２に対して主に機体２の前後方向Ｌに推力を与え得る。第３回転翼部８Ａは機体２の前方左側に、第３回転翼部８Ｂは機体２の後方左側に、第３回転翼部８Ｃは機体２の前方右側に、第３回転翼部８Ｄは機体２の後方右側に設けられる。より具体的には、第３回転翼部８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、機体２の前後において、第１回転翼部６の幅方向Ｗに配設される。すなわち、第３回転翼部８は、前後の第１回転翼部６にそれぞれ一対ずつ設けられる。

　第３回転翼部８は、機体２の前後方向Ｌに気体を流通させる筒状ダクトと、該ダクトの内側において推力を発生させるプロペラ８１と、を備える。該ダクトは、前後方向Ｌの端部にそれぞれ流通口が設けられる。該プロペラ８１は、例えば二重反転プロペラであってもよいし、一重プロペラであってもよい。また、該プロペラ８１は、後述する制御装置１０またはモータドライバ１３等により、回転方向やプロペラ８１のブレードのピッチ角を適宜変更してもよい。これにより、第３回転翼部８は、機体２の前後方向Ｌの少なくともいずれかの方向に沿った推力を発生させることができる。なお、第３回転翼部８は、通常機体２の前方への推力を発生させるが、後方への推力を発生させてもよい。かかる第３回転翼部８は、例えば、飛行体１の速度を変化させたり、飛行体１をヨー軸（上下方向Ｈに沿う方向の軸）まわりに回転させる制御をするために用いられる。

　排気システム９は、エンジン５０から排出される排気ガスを処理するシステムである。かかる排気システム９として、例えば公知の排気デバイス等が使用できる。排気システム９は、鞍部３０の下方に設けられる。図２に示す例では、エンジン５０の下部に排気システム９が設けられている。

　次に、図４を用いて、飛行体１の構成要素について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る飛行体１のハードウェア構成例を示すブロック図である。なお、既に上述した構成要素については説明を省略する。また、図４に示す破線は、飛行体１（機体２）の前部、中央部、後部を区画する仮想の境界線である。すなわち、鞍部３０等が設けられている領域が、機体２の搭乗部３に相当する。また、図４に示す矢印Ｌは、機体２の前方向を示す矢印である。

　図４に示すように、機体２の中央部には、鞍部３０、把持部４、動力部５が設けられ、さらに、排気システム９、制御装置１０、バッテリ１１が設けられ得る。

　動力部５は、エンジン５０の他に、ガソリンタンク５１、ジェネレータ５２、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）５３を備えてもよい。ガソリンタンク５１は、エンジン５０に供給するガソリンを貯蔵するものである。ジェネレータ５２はエンジン５０を動力源として得られる動力により電力を発電する機能を有する。かかるジェネレータ５２はＰＣＵ５３により制御され、発電された電力は、例えばバッテリ１１に蓄電される。ＰＣＵ５３は、バッテリ１１の電力管理を行う機能を有する。なお、バッテリ１１として、ジェネレータ５２により発電された電力を蓄電するバッテリとは別に、独立したバッテリが設けられてもよい。例えば、ジェネレータ５２が発電して蓄電したバッテリは機体２の制御装置１０を構成する基板やセンサ類用として、独立したバッテリはモータ１２の動力用として用いられてもよい。

　機体２の前部および後部には、第１回転翼部６、第２回転翼部７および第３回転翼部８の他に、モータ１２およびモータドライバ１３が、第２回転翼部７および第３回転翼部８のそれぞれに対して設けられる。

　本実施形態においては、第１回転翼部６には、エンジン５０により発生する動力が、不図示の動力軸等を介して伝達される。一方、第２回転翼部７及び第３回転翼部８には、各々に対して設けられたモータ１２から直接動力軸等を介して動力が伝達される。

　なお、本実施形態では、モータ１２は第２回転翼部７及び第３回転翼部８に付随する形でそれぞれ設けられるとしたが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、モータ１２は機体２の中央部の、鞍部３０の下部に設けられてもよい。この場合、モータ１２は動力部５の一例である。モータ１２の数は特に限定されず、例えば、モータ１２の数は第２回転翼部７及び第３回転翼部８の数に対応して設けられてもよい。

　図５は、本実施形態に係る制御装置１０の構成の概略を説明するブロック図である。図示のように、制御装置１０は、プロセッサ１０Ａ、メモリ１０Ｂ、及びセンサ１０Ｃを主要構成として備える。

　プロセッサ１０Ａは、本実施の形態では例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）で構成され、飛行体１の各構成要素の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御や、プログラムの実行に必要な処理等を行う。

　メモリ１０Ｂは、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶装置、及びフラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｃ　Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶装置を備える。このメモリ１０Ｂは、プロセッサ１０Ａの作業領域として使用される一方、制御装置１０が実行可能であるロジック、コード、あるいはプログラム命令といった各種の設定情報等が格納される。

　センサ１０Ｃは、本実施の形態では、力センサ、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳ衛星から電波を受信するＧＰＳセンサ、近接センサ、光学式または超音波式の測距センサ、ビジョン／イメージセンサ（カメラ）、大気圧を測定する気圧センサ、温度を測定する温度センサといった各種のセンサによって構成される。

　制御装置１０は、第１回転翼部６、第２回転翼部７および第３回転翼部８の動作を制御する。具体的には、制御装置１０は把持部４に備えられた操作部から得られた入力信号や、センサ１０Ｃから得られた信号に基づいて、エンジン５０や、モータ１２の出力を制御する。これにより、各回転翼部の回転数等が制御され、飛行体１の浮上や飛行が行われる。なお、制御装置１０の設けられる位置は、機体２の中央部等に限定されない。

　また、本実施形態に係る制御装置１０は、旋回操作部から取得した入力信号等を基に、機体２の姿勢を制御する機能を有する。

　図６は、本実施形態に係る制御装置１０のプロセッサ１０Ａの、姿勢制御機能に係る構成の一例を示すブロック図である。図６に示すように、プロセッサ１０Ａは、取得部１０Ａ１、角速度決定部１０Ａ２、姿勢角度算出部１０Ａ３および姿勢制御部１０Ａ４を備える。

　取得部１０Ａ１は、飛行体１の旋回操作部（例えば把持部４）に対する入力により生成される入力信号を取得する機能を有する。かかる入力信号は、例えば、移動する飛行体１のヨー軸回りの回転の角速度に対応する信号であってもよい。また、かかる入力信号は、飛行体１の旋回移動における旋回半径の大きさに対応する信号であってもよい。かかる入力信号は、後述する角速度決定部１０Ａ２に出力される。

　また、取得部１０Ａ１は、飛行体１の前方向への推進速度に係る情報を取得し得る。推進速度は、例えば、センサ１０Ｃに積載されるＧＰＳセンサや加速度センサ等に基づいて生成され得る。かかる情報は、例えば、角速度決定部１０Ａ２および／または姿勢角度算出部１０Ａ３に出力される。

　角速度決定部１０Ａ２は、入力信号に応じて飛行体１のヨー軸回りの回転の角速度を決定する機能を有する。

　ここで、本実施形態に係る飛行体１の旋回移動の動作の一例について説明する。図７は、本実施形態に係る飛行体１の旋回動作の一例を説明するための概略図である。図７に示すように、飛行体１が推進速度Ｖｆを維持したまま旋回半径ＲＡにより規定される円弧に沿って旋回する場合、飛行体１は旋回中心から旋回半径ＲＡの位置を維持したまま、所定の角速度ωで旋回移動する。上方から飛行体１を見ると、飛行体１はヨー軸回りＹＲに所定の回転速度で回転する。この回転速度が角速度ωに相当する。つまり、ヨー軸回りの回転の角速度を決定することで、飛行体１の旋回動作による移動予定位置が決定される。

　例えば、決定される角速度は、上述したように旋回操作部に対する入力操作の操作量に応じたものであってもよい。すなわち、搭乗者の入力操作に応じて、角速度が決定されてもよい。また、決定される角速度は、旋回半径の大きさに応じて決まるものであってもよい。この場合は、搭乗者の入力操作に応じて予め旋回半径の大きさが決定される。すると、角速度決定部１０Ａ２は、飛行体１の推進速度と、入力信号に含まれる情報である旋回半径の大きさとに基づいて、角速度を算出してもよい。つまり、図７に示すように、旋回半径の大きさに応じて決まる円弧上を飛行体１が移動する際の、飛行体１の旋回中心からみた角速度ωを算出することが、ヨー軸回りの回転の角速度を算出することに相当する。

　このようにして決定された角速度に係る情報は、姿勢角度算出部１０Ａ３に出力される。また、角速度に係る情報は、モータドライバ１３への指令値に変換されたうえで、モータドライバ１３に出力される。モータドライバ１３に出力された指令値に基づき、第３回転翼部８の出力が制御される。上述したように、第３回転翼部８は、飛行体１をヨー軸まわりに回転させる制御をするために用いられる。

　姿勢角度算出部１０Ａ３は、飛行体１のヨー軸まわりの回転の角速度と、飛行体１の推進速度とに基づいて、飛行体１の旋回時におけるロール軸まわりの姿勢角度を算出する。

　図８は、本実施形態に係る飛行体１のロール軸まわりの姿勢角度を説明するための図である。図８には、飛行体１の第１回転翼部６が前方（または後方）から見た場合の、旋回時の飛行体１の様子が示されている。第１回転翼部６は、ダクト上方に向けて力Ｆを生じさせている。この場合、姿勢角度θは図８に示すように、第１回転翼部６がロール軸方向（すなわち飛行体１の前後方向を回転軸として傾く方向）に傾く角度である。そうすると、力Ｆは、飛行体１の幅方向Ｗの成分Ｆｘと飛行体１の上下方向Ｈの成分Ｆｚに分解される。この成分Ｆｘが飛行体１の旋回時の向心力であり、成分Ｆｚが飛行体１を浮揚させるための揚力である。

　かかる向心力Ｆｘ（図７では向心力ＣＦ）は、例えば、Ｆｘ＝ｍＶｆ^２／ＲＡで示す公式から算出することが可能である。ここで、ｍは飛行体１の質量であり、ＲＡは旋回半径である。かかる式は、例えば、Ｆｘ＝ｍＲＡω^２というように、飛行体１のヨー軸回りの回転の角速度ωを用いて表現することもできる。

　姿勢角度算出部１０Ａ３は、例えば、第１回転翼部６が出力する力Ｆと、旋回動作に必要な向心力Ｆｘから、姿勢角度θを算出してもよい。また、姿勢角度算出部１０Ａ３は、旋回動作に必要な向心力Ｆｘと飛行体１を所定の高さに浮揚させるための揚力Ｆｚとから、姿勢角度θを算出してもよい。

　姿勢角度算出部１０Ａ３により算出された姿勢角度や向心力に係る情報は、姿勢制御部１０Ａ４に出力される。

　姿勢制御部１０Ａ４は、算出された姿勢角度に応じて飛行体の姿勢を制御する機能を有する。例えば、図８で示す姿勢角度θの姿勢となるように飛行体１をロール軸まわりに回転させる場合に、姿勢制御部１０Ａ４は、第２回転翼部７の推力を調整するよう制御する。具体的には、姿勢制御部１０Ａ４は、モータドライバ１３に対して上記推力を調整するための指令値を出力する。左右における第２回転翼部７のそれぞれの上下方向の推力を調整することで、飛行体１をロール軸まわりに傾けることができる。

　なお、飛行体１をロール軸まわりに回転させる場合、第１回転翼部６から得られる上下方向成分の揚力Ｆｚが低下し得る。そのため、例えば姿勢制御部１０Ａ４は、エンジン５０を介して、第１回転翼部６の出力を調整する制御を行ってもよい。その際、向心力Ｆｘも変化するため、再度姿勢角度算出部１０Ａ３が適切な姿勢角度を算出し、姿勢制御部１０Ａ４がその姿勢角度に応じて適宜各回転翼部の出力を調整してもよい。

　以上、本実施形態に係るプロセッサ１０Ａの機能構成について説明した。このように、本実施形態に係る飛行体１は、搭乗者による単純な入力により生成される入力信号に基づいて、所望する旋回操作を実現するための飛行体１の姿勢を制御することができる。

　次に、本実施形態に係る飛行体１における処理の一例について説明する。図９は、本実施形態に係る飛行体１における処理の例を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、飛行体１の旋回時における姿勢の制御に係る処理の流れを示す。

　まず、取得部１０Ａ１は、旋回操作に係る入力信号や飛行体１の推進速度に係る情報を取得する（ＳＱ１０１）。次に、角速度決定部１０Ａ２は、かかる入力信号をもとに飛行体１のヨー軸まわりの回転の角速度を決定する（ＳＱ１０３）。

　次いで、姿勢角度算出部１０Ａ３は、上述した角速度と推進速度とに基づいて、飛行体の旋回時におけるロール軸回りの姿勢角度を算出する（ＳＱ１０５）。そして、姿勢制御部１０Ａ４は、算出された姿勢角度に応じて飛行体の姿勢を制御する（ＳＱ１０７）。

　かかる処理は、飛行体１の進行中において適宜繰り返し実行され得る。

　以上説明したように、本実施形態に係る飛行体１は、旋回するための向心力を発生させるため、把持部４等に設けられる旋回操作部に対する入力に基づいて、旋回時におけるロール軸まわりの飛行体１の姿勢が制御される。旋回操作部は、ステアリングやボタン等の単純な入力によるものであり得る。これにより、前後方向、左右方向および高さ方向への移動自由度がある飛行体１であっても、単純な操作により容易に旋回動作を行うことが可能となる。

　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

　例えば、図１～図３に開示した飛行体１における各回転翼部のレイアウトは一例にすぎず、本明細書に開示された各構成要素およびその均等物により構成される飛行体であれば、本技術の範疇に含まれる。また、飛行体１の姿勢制御は、上記実施形態では第２回転翼部７の推力を調整する等して実施されるものとしたが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、第２回転翼部７以外の他のバランサー等の手段により、飛行体１のロール軸まわりの回転が制御されてもよい。

　本明細書において説明した制御装置による一連の処理は、ソフトウェア、ハードウェア、及びソフトウェアとハードウェアとの組合せのいずれを用いて実現されてもよい。本実施形態に係る制御装置１０の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、ＰＣ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。

　また、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしも図示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。

　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（項目１）
　飛行体の旋回操作部に対する入力により生成される入力信号を取得する取得部と、
　前記入力信号に基づいて前記飛行体のヨー軸回りの回転の角速度を決定する角速度決定部と、
　前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて、前記飛行体の旋回時におけるロール軸まわりの姿勢角度を算出する姿勢角度算出部と、
　算出された前記姿勢角度に応じて前記飛行体の姿勢を制御する姿勢制御部と、
　を備える、飛行体の制御装置。
（項目２）
　前記飛行体は、複数の回転翼部を備え、
　前記姿勢制御部は、前記姿勢角度に基づいて前記回転翼部の各々が発生させる推力を調整する、項目１に記載の飛行体の制御装置。
（項目３）
　前記姿勢角度算出部は、前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて算出される旋回半径から前記飛行体に与えるべき向心力を算出し、
　前記姿勢制御部は、前記姿勢角度および算出された前記向心力に基づいて、前記回転翼部の各々が発生させる推力を調整する、項目３に記載の飛行体の制御装置。
（項目４）
　前記飛行体は、
　　前後方向に伸びる機体と、
　　前記機体に設けられる搭乗部と、
　を備え、
　前記複数の回転翼部は、
　　前記機体の、前記搭乗部の前後に少なくとも一対設けられ、前記機体を浮上させる揚力を発生させる第１回転翼部と、
　　前記第１回転翼部に配設され、前記機体の上下方向の推力を発生させる第２回転翼部と、
　を含み、
　前記姿勢制御部は、前記第２回転翼部の推力を調整することで前記飛行体の機体の姿勢を制御する、項目２または３に記載の飛行体の制御装置。
（項目５）
　前記飛行体は、
　　前後方向に伸びる機体と、
　　前記機体に設けられる搭乗部と、
　　前記機体の、前記搭乗部の前側に設けられる把持部と、
　を備え、
　前記把持部は、前記旋回操作部を含む、項目１～４のいずれか１項に記載の飛行体の制御装置。
（項目６）
　前記旋回操作部は、前記把持部に固定して設けられる接触入力型のデバイスを含む、項目５に記載の飛行体の制御装置。
（項目７）
　前記旋回操作部は、前記機体に対して回動可能に設けられる操舵装置を含み、
　前記入力信号は、前記操舵装置の回動方向および／または回動角に応じた信号である、項目５または６に記載の飛行体の制御装置。
（項目８）
　前記旋回操作部は、前記搭乗部に設けられる入力用センサを含み、
　前記入力信号は、前記入力用センサにより得られるセンサ信号である、項目５～７のいずれか１項に記載の飛行体の制御装置。
（項目９）
　飛行体の旋回操作部に対する入力により生成される入力信号を取得することと、
　前記入力信号に基づいて前記飛行体のヨー軸回りの回転の角速度を決定することと、
　前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて、前記飛行体の旋回時におけるロール軸まわりの姿勢角度を算出することと、
　算出された前記姿勢角度に応じて前記飛行体の姿勢を制御することと、
　を含む、飛行体の制御方法。

１　　飛行体
２　　機体
３　　搭乗部
４　　把持部
５　　動力部
６　　第１回転翼部
７　　第２回転翼部
８　　第３回転翼部
９　　排気システム
１０　　制御装置
１０Ａ１　　取得部
１０Ａ２　　角速度決定部
１０Ａ３　　姿勢角度算出部
１０Ａ４　　姿勢制御部

Claims

　飛行体の旋回操作部に対する入力により生成される入力信号を取得する取得部と、
　前記入力信号に基づいて前記飛行体のヨー軸回りの回転の角速度を決定する角速度決定部と、
　前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて、前記飛行体の旋回時におけるロール軸まわりの姿勢角度を算出する姿勢角度算出部と、
　算出された前記姿勢角度に応じて前記飛行体の姿勢を制御する姿勢制御部と、
　を備える、飛行体の制御装置。
　前記飛行体は、複数の回転翼部を備え、
　前記姿勢制御部は、前記姿勢角度に基づいて前記回転翼部の各々が発生させる推力を調整する、請求項１に記載の飛行体の制御装置。
　前記姿勢角度算出部は、前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて算出される旋回半径から前記飛行体に与えるべき向心力を算出し、
　前記姿勢制御部は、前記姿勢角度および算出された前記向心力に基づいて、前記回転翼部の各々が発生させる推力を調整する、請求項２に記載の飛行体の制御装置。
　前記飛行体は、
　　前後方向に伸びる機体と、
　　前記機体に設けられる搭乗部と、
　を備え、
　前記複数の回転翼部は、
　　前記機体の、前記搭乗部の前後に少なくとも一対設けられ、前記機体を浮上させる揚力を発生させる第１回転翼部と、
　　前記第１回転翼部に配設され、前記機体の上下方向の推力を発生させる第２回転翼部と、
　を含み、
　前記姿勢制御部は、前記第２回転翼部の推力を調整することで前記飛行体の機体の姿勢を制御する、請求項２または３に記載の飛行体の制御装置。
　前記飛行体は、
　　前後方向に伸びる機体と、
　　前記機体に設けられる搭乗部と、
　　前記機体の、前記搭乗部の前側に設けられる把持部と、
　を備え、
　前記把持部は、前記旋回操作部を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の飛行体の制御装置。
　前記旋回操作部は、前記把持部に固定して設けられる接触入力型のデバイスを含む、請求項５に記載の飛行体の制御装置。
　前記旋回操作部は、前記機体に対して回動可能に設けられる操舵装置を含み、
　前記入力信号は、前記操舵装置の回動方向および／または回動角に応じた信号である、請求項５または６に記載の飛行体の制御装置。
　前記旋回操作部は、前記搭乗部に設けられる入力用センサを含み、
　前記入力信号は、前記入力用センサにより得られるセンサ信号である、請求項５～７のいずれか１項に記載の飛行体の制御装置。
　飛行体の旋回操作部に対する入力により生成される入力信号を取得することと、
　前記入力信号に基づいて前記飛行体のヨー軸回りの回転の角速度を決定することと、
　前記回転の角速度と、前記飛行体の推進速度とに基づいて、前記飛行体の旋回時におけるロール軸まわりの姿勢角度を算出することと、
　算出された前記姿勢角度に応じて前記飛行体の姿勢を制御することと、
　を含む、飛行体の制御方法。