(57)【要約】  機体主部と、平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、その象限中心の周りの複数個の象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、機体主部を支持するフレーム（１１）と、複数個の象限のそれぞれに、フレーム（１１）に設けられた回転軸によって配置された主プロペラ（３１，３２，３３，３４）と、複数個の象限の中に選択される第１象限において、フレーム（１１）に設けられた回転軸によって配置され、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラ（３５，３６，３７，３８）とを備え、第１象限に隣接する他の象限における主プロペラの回転方向は、反対方向である。
2018084261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体主部と、
平面パターンにおいて前記機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの複数個の象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームと、
前記複数個の象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラと、
前記複数個の象限の中に選択された第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラと
を備え、前記第１象限に隣接する他の象限における前記主プロペラの回転方向は、反対方向であることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体。
【請求項２】
前記象限の数が４個であり、第３象限における前記主プロペラの回転方向は前記第１象限と同じ方向であり、第２及び第４象限における前記主プロペラの回転方向は前記第１象限とは反対方向であることを特徴とする請求項１に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項３】
前記第２象限又は前記第３象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項４】
前記第２〜第４象限のそれぞれにおいて、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項５】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラ及び前記補助プロペラの回転面に垂直な断面において、互いの回転面が垂直方向に離間し、かつ前記回転面の半径より小さい範囲で重なり合うように、前記主プロペラ及び前記補助プロペラが配置されることを特徴とする請求項４に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項６】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラの回転軸が同心であることを特徴とする、請求項４に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項７】
前記第１及び第２象限のそれぞれにおける前記主プロペラ及び前記補助プロペラを同時に傾斜させる第１チルト部材と、
前記第３及び第４象限のそれぞれにおける前記主プロペラ及び前記補助プロペラを同時に傾斜させる第２チルト部材と
を更に備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項８】
前記主プロペラは、前記補助プロペラに対して前記機体主部側に設けられることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項９】
前記主プロペラと前記補助プロペラの回転を、前記第１〜第４象限毎に独立に制御するコントローラを前記機体主部に備えることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラの回転を互いに独立に制御することを特徴とする請求項９に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記機体主部の姿勢に基づいて、前記第１〜第４象限のそれぞれにおける前記主プロペラと前記補助プロペラの回転の制御及び切り替えを行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１２】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラの駆動動力系と前記補助プロペラの駆動動力系が互いに独立していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１３】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラが、互いに重畳しない位相で回転することを特徴とする請求項４〜１２のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１４】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラの間に、前記主プロペラと回転方向の等しい第３プロペラを更に備えることを特徴とする請求項４〜１３のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１５】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させるステップと、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させるステップと
を含むことを特徴とする垂直離着陸可能飛行体の制御方法。
【請求項１６】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させる飛行制御部と、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させるライン制御部と
を備えることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体のコントローラ。
【請求項１７】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させる命令と、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させる命令と
を含む一連の命令による処理をコンピュータに実行させることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体の制御プログラムを格納した記録媒体。
【請求項１８】
機体と、
前記機体の中央部に固定され、前記機体の前進により揚力を発生させる主翼と、
前記機体の前進方向に推進力を発生させる主プロペラと、
前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラと
を備え、前記主プロペラ及び前記補助プロペラの回転面に垂直な断面において、互いの回転面が垂直方向に離間し、かつ前記回転面の半径より小さい範囲で重なり合うように、前記主プロペラ及び前記補助プロペラが配置される飛行体。
【請求項１９】
前記主プロペラ及び前記補助プロペラが、前記機体の機首部、前記主翼の前記前進方向側、及び前記主翼の前記前進方向の反対側の中の少なくとも一つに配置されることを特徴とする請求項１８に記載の飛行体。
【請求項２０】
前記機体の後部に設けられた尾翼を更に備え、
前記主プロペラ及び前記補助プロペラが、前記尾翼の前記前進方向側、及び前記主翼の前記前進方向の反対側の中の少なくとも一つに配置されることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直離着陸可能飛行体、飛行体、垂直離着陸可能飛行体のコントローラ、制御方法及び制御プログラムを格納した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
無人マルチコプターとしてのドローンの開発が進み、各国政府が許可基準の策定等の方針を進めている。しかしながら、マルチコプターが急速に普及する一方、マルチコプター等の垂直離着陸可能飛行体の墜落事故も増加している。このため、墜落の可能性を最大限低減する飛行体が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記問題点を鑑み、墜落の可能性を低減することができる垂直離着陸可能飛行体、飛行体、垂直離着陸可能飛行体のコントローラ、制御方法及び制御プログラムを格納した記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は、機体主部と、平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、その象限中心の周りの複数個の象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、機体主部を支持するフレームと、複数個の象限のそれぞれに、フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラと、複数個の象限の中に選択される第１象限において、フレームに設けられた回転軸によって配置され、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを備える垂直離着陸可能飛行体であることを要旨とする。第１の態様に係る垂直離着陸可能飛行体において、第１象限に隣接する他の象限における主プロペラの回転方向は、反対方向であることを特徴とする。象限の個数が奇数個の場合は、１箇所だけ隣の象限と主プロペラの回転方向が同じ方向となる。【０００５】
本発明の第２の態様は、機体と、機体の中央部に固定され、機体の前進により揚力を発生させる主翼と、機体の前進方向に推進力を発生させる主プロペラと、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラとを備え、主プロペラ及び補助プロペラの回転面に垂直な断面において、互いの回転面が垂直方向に離間し、かつ回転面の半径より小さい範囲で重なり合うように、主プロペラ及び補助プロペラが配置される飛行体であることを要旨とする。【０００６】
本発明の第３の態様は、平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、その象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、機体主部を支持するフレームの第１〜第４象限のそれぞれに、フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させる飛行制御部と、第１象限における揚力が不足した場合、第１象限において、フレームに設けられた回転軸によって配置され、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させるライン制御部とを備える垂直離着陸可能飛行体のコントローラであることを要旨とする。【０００７】
本発明の第４の態様は、平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、その象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、機体主部を支持するフレームの第１〜第４象限のそれぞれに、フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させるステップと、第１象限における揚力が不足した場合、第１象限において、フレームに設けられた回転軸によって配置され、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させるステップとを含む垂直離着陸可能飛行体の制御方法であることを要旨とする。【０００８】
本発明の第４の態様で述べた垂直離着陸可能飛行体の制御方法を実現するためのプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体をコンピュータシステムによって読み込ませることにより、本発明の垂直離着陸可能飛行体の制御方法を実行することができる。すなわち、本発明の第４の態様は、平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、その象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、機体主部を支持するフレームの第１〜第４象限のそれぞれに、フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させる命令と、第１象限における揚力が不足した場合、第１象限において、フレームに設けられた回転軸によって配置され、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させる命令とを含む一連の命令による処理をコンピュータに実行させる垂直離着陸可能飛行体の制御プログラムを格納した記録媒体であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、墜落の可能性を低減することができる垂直離着陸可能飛行体、飛行体、垂直離着陸可能飛行体のコントローラ、制御方法及び制御プログラムを格納した記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成を説明する模式的な上面図である。
【図２】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体が備えるプロペラの一例を説明する拡大斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系の一例を説明するブロック図である。
【図４】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のフライトコントローラを説明するブロック図である。
【図５】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の各飛行動作の状態を説明するモデルである。
【図６】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の故障モードに対するフロー解析を説明するモデルである。
【図７】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のプロペラ故障時における飛行動作を説明するモデルである。
【図８】一般的な同軸２重反転式のオクトコプターの故障モードに対するフロー解析を説明するモデルである。
【図９】不適切なプロペラ配置のＸ字型のクアッドコプターの各飛行動作の状態を説明するモデルである。
【図１０】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系の他の例を説明するブロック図である。
【図１１】第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第２モードにおける制御方法の一例を説明するフローチャートである。
【図１２】第１実施形態の第１変形例に係る垂直離着陸可能飛行体を説明する模式的な上面図である。
【図１３】第１実施形態及び第１実施形態の第１変形例に係る垂直離着陸可能飛行体の平面パターンにおける寸法を比較する図である。
【図１４】第１実施形態の第２変形例に係る垂直離着陸可能飛行体を説明する模式的な上面図である。
【図１５】第１実施形態の第３変形例に係る垂直離着陸可能飛行体を説明する模式的な上面図である。
【図１６】第２実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成を説明する模式的な上面図である。
【図１７】一般的なヘキサコプターのプロペラ故障時における飛行動作を説明するモデルである。
【図１８】第２実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のプロペラ配置の他の例を説明するモデルである。
【図１９】第２実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のプロペラ配置の他の例を説明するモデルである。
【図２０】第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成を説明する模式的な上面図である。
【図２１】第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体が備えるプロペラの一例を説明する拡大斜視図である。
【図２２】第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系を説明するブロック図である。
【図２３】第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系の他の例を説明するブロック図である。
【図２４】第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系を説明するブロック図である。
【図２５】第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のフライトコントローラを説明するブロック図である。
【図２６】第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第１モードにおける制御方法の一例を説明するフローチャートである。
【図２７】第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第２モードにおける制御方法の一例を説明するフローチャートである。
【図２８】第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系を説明するブロック図である。
【図２９】第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体が備えるプロペラの一例を説明する拡大斜視図である。
【図３０】第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のフライトコントローラを説明するブロック図である。
【図３１】第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第１モードにおける制御方法の一例を説明するフローチャートである。
【図３２】第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第２モードにおける制御方法の一例を説明するフローチャートである。
【図３３】第５実施形態の変形例に係る垂直離着陸可能飛行体が備えるモータの構造を説明する図である。
【図３４】第１〜５実施形態の説明に用いた同軸２重同回転プロペラ配置の模式的な側面図である。
【図３５】一般的な同軸２重反転プロペラ配置の模式的な側面図である。
【図３６】一般的な単独プロペラ配置の模式的な側面図である。
【図３７】第６実施形態に係るデンスプロペラ配置の一例を示す模式的な側面図である。
【図３８】比較例によるデンスプロペラ配置の模式的な側面図である。
【図３９】第６実施形態に係るデンスプロペラ配置の他の例を示す模式的な側面図である。
【図４０】第６実施形態に係るデンスプロペラ配置の他の例を示す模式的な側面図である。
【図４１】第６実施形態に係るデンスプロペラ配置の他の例を示す模式的な側面図である。
【図４２】第６実施形態に係るデンスプロペラ配置の他の例を示す模式的な側面図である。
【図４３】第６実施形態に係るデンスプロペラ配置の他の例を示す模式的な側面図である。
【図４４】第６実施形態の実施例に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の一例を説明する模式的な上面図である。
【図４５】第６実施形態の実施例に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する模式的な上面図である。
【図４６】第６実施形態の実施例に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する模式的な上面図である。
【図４７】第６実施形態の実施例に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する模式的な上面図である。
【図４８】第６実施形態の実施例に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する模式的な上面図である。
【図４９】第６実施形態の実施例に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する模式的な上面図である。
【図５０】第６実施形態の実施例に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する模式的な上面図である。
【図５１】第６実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系の一例を説明するブロック図である。
【図５２】第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の一例を説明する模式的な上面図である。
【図５３】第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のチルトによる前進状態を説明する側面図である。
【図５４】第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のチルトによるホバリング状態を説明する側面図である。
【図５５】第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のチルトによる後進状態を説明する側面図である。
【図５６】第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のフライトコントローラを説明するブロック図である。
【図５７】第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する上面図である。
【図５８】第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する上面図である。
【図５９】図５８に示した垂直離着陸可能飛行体のチルトによる前進状態を説明する側面図である。
【図６０】図５８に示した垂直離着陸可能飛行体のチルトによるホバリング状態を説明する側面図である。
【図６１】図５８に示した垂直離着陸可能飛行体のチルトによる後進状態を説明する側面図である。
【図６２】図５８に示した垂直離着陸可能飛行体のフライトコントローラのチルト制御部を説明するブロック図である。
【図６３】第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の一例を説明する上面図である。
【図６４】第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する上面図である。
【図６５】第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する上面図である。
【図６６】第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する上面図である。
【図６７】第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の基本的な構成の他の例を説明する上面図である。
【図６８】第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系の一例を説明するブロック図である。
【図６９】第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の制御系の他の例を説明するブロック図である。
【図７０】一般の飛行機においてデンスプロペラを適用できる位置を示す模式的な斜視図である。
【図７１】三角翼を有する一般の飛行機においてデンスプロペラを適用できる位置を示す模式的な斜視図である。
【図７２】一般の垂直離着陸型飛行機においてデンスプロペラを適用できる位置を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第９実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の関係や比率などは実際のものとは異なる場合がある。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。また、以下に示す第１乃至第９実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。
【００１２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、図１に示すように、機体主部１０と、中央部において機体主部１０を支持するフレーム（１１，１２，１３，１４）と、フレーム（１１〜１４）に配置された８つのプロペラ（ローター）３１，３２，……，３８とを備えるオクトコプターである。フレーム（１１〜１４）は、平面パターンにおいて機体主部１０の内部に象限中心Ｇを定義し、象限中心Ｇの周りの第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、機体主部１０を支持する。プロペラ３１〜３８は、上向きの揚力を発生する回転方向をそれぞれ有する。なお、図１において、プロペラ３１〜３８を、それぞれの回転面として模式的に図示する。
【００１３】
プロペラ３１〜３８は、例えば、下層に位置する主プロペラ３１〜３４と、主プロペラ３１〜３４のそれぞれの上層に位置する補助プロペラ３５〜３８との２組のプロペラに分類される。なお、本発明における「主プロペラ」「補助プロペラ」は、便宜上の名称の選択に過ぎず、「主プロペラ」を「補助プロペラ」、「補助プロペラ」を「主プロペラ」と互いに置き換えて呼んでも構わない。主プロペラ（第１プロペラ）３１〜３４は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれに、フレーム（１１〜１４）に設けられた回転軸によって配置されている。補助プロペラ（第２プロペラ）３５〜３８は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれに、フレーム（１１〜１４）に設けられた回転軸によって配置されている。第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、補助プロペラ３５〜３８は、主プロペラ３１〜３４と同一回転方向を有する。
【００１４】
具体的には、第１象限Ｑ１に配置された主プロペラ３１及び補助プロペラ３５と、第３象限Ｑ３に配置された主プロペラ３３及び補助プロペラ３７は、フレーム（１１〜１４）の上方から見て時計回り（ＣＷ）の回転方向をそれぞれ有する。一方、第２象限Ｑ２に配置された主プロペラ３２及び補助プロペラ３６と、第４象限Ｑ４に配置された主プロペラ３４及び補助プロペラ３８は、反時計回り（ＣＣＷ）の回転方向をそれぞれ有する。即ち、第１象限Ｑ１及び第３象限Ｑ３の回転方向は、第２象限Ｑ２及び第４象限Ｑ４の回転方向と反対方向である。
【００１５】
図１において、主プロペラ３１及び補助プロペラ３５、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６、主プロペラ３３及び補助プロペラ３７、並びに、主プロペラ３４及び補助プロペラ３８のそれぞれは、理解を容易にするために、互いに異なる回転軸及び回転面を有するように模式的に表示される。しかしながら実際には、主プロペラ３１及び補助プロペラ３５、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６、主プロペラ３３及び補助プロペラ３７、並びに、主プロペラ３４及び補助プロペラ３８のそれぞれは、回転軸が互いに同心となるように配置され、２層構造を有している。このように、４象限のそれぞれにおいて、互いに同一の回転軸及び回転方向を有する２つのプロペラが配置され、各象限における回転方向は、それぞれ隣接する象限と反対方向である。
【００１６】
例えば第２象限Ｑ２について図２に示すように、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６の各ブレードは、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６のそれぞれがフレーム（１１〜１４）の上方から見てＣＣＷに回転するときにフレーム（１１〜１４）の上向きの揚力を発生するように、ピッチ角が調整されている。同様に、象限中心Ｇに関して第２象限Ｑ２の反対側に位置する第４象限Ｑ４について、主プロペラ３４及び補助プロペラ３８の各ブレードは、主プロペラ３４及び補助プロペラ３８のそれぞれがＣＣＷに回転するときにフレーム（１１〜１４）の上向きの揚力を発生するように、ピッチ角が調整されている。
【００１７】
一方、第１象限Ｑ１の主プロペラ３１及び補助プロペラ３５と、第３象限Ｑ３の主プロペラ３３及び補助プロペラ３７の各ブレードは、主プロペラ３１及び補助プロペラ３５と、主プロペラ３３及び補助プロペラ３７とのそれぞれがＣＷに回転するときにフレーム（１１〜１４）の上向きの揚力を発生するように、ピッチ角が調整されている。
【００１８】
図２に示す例において、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６は、例えばそれぞれ２枚のブレードを有するが、プロペラ３１〜３８が有するブレードの枚数は、３以上であってもよい。ブレードの枚数を増加させることにより、回転により発生する揚力を増加させることができる。また、主プロペラ３１〜３４と、補助プロペラ３５〜３８とのそれぞれは、上下２層の間で異なる枚数のブレードを有していてもよい。また、上下２層の間で直径の異なるプロペラを有していてもよい。
【００１９】
フレーム（１１〜１４）は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、象限中心Ｇ側から外側方向に放射状に延伸する複数のビーム部１１，１２，１３，１４を有するエアフレームである。このため、フレーム（１１〜１４）は、機体主部１０と一体に形成された構成を有していてもよい。機体主部１０は、例えば、電源及び処理回路等の電子部品を収容する筐体として機能する。ビーム部１１〜１４のそれぞれは、例えば筒状であり、配線等を収容する。ビーム部１１〜１４のそれぞれは、例えば、平面パターンとしてフレーム（１１〜１４）の重心を通る放射状の線に長手方向の中心線が一致するように配置される。平面パターンにおいてフレーム（１１〜１４）の重心は、例えば象限中心Ｇである。フレーム（１１〜１４）は、重心を通るフレーム（１１〜１４）に垂直な中心軸に関して２回又は４回の回転対称性を有し得る。
【００２０】
第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、プロペラ３１〜３８のそれぞれを回転させる複数のモータ２１〜２８を更に備える。具体的には、モータ２１〜２８は、主プロペラ３１〜３４をそれぞれ回転させる第１モータ２１〜２４と、補助プロペラ３５〜３８をそれぞれ回転させる第２モータ２５〜２８との２組のモータに分類される。プロペラ３１〜３８のそれぞれがモータ２１〜２８の各シャフト（回転軸）に直接的に接続される場合、第１モータ２１及び第２モータ２５、第１モータ２２及び第２モータ２６、第１モータ２３及び第２モータ２７、並びに第１モータ２４及び第２モータ２８のそれぞれは、シャフトが互いに同心となるように配置される。
【００２１】
プロペラ３１〜３８は、それぞれ対応するモータ２１〜２８により互いに独立して回転することが可能である。即ち、プロペラ３１〜３８のそれぞれは、互いに独立した駆動動力系により回転する。モータ２１〜２８としては、例えば、入力電力に対する出力効率が高いブラシレスＤＣモータ、ブラシ付きＤＣモータ、ＡＣ又はＤＣサーボモータ等を採用可能である。
【００２２】
図２に示すように、下層の第１モータ２２及び主プロペラ３２は、ビーム部１２の先端部における下側に取り付けられ、上層の第２モータ２６及び補助プロペラ３６は、上側に取り付けられる。同様に、第１象限Ｑ１について、下層の第１モータ２１及び主プロペラ３１は、ビーム部１１の先端部における下側に取り付けられ、上層の第２モータ２５及び補助プロペラ３５は、上側に取り付けられる。第３象限Ｑ３について、下層の第１モータ２３及び主プロペラ３３は、ビーム部１３の先端部における下側に取り付けられ、上層の第２モータ２７及び補助プロペラ３７は、上側に取り付けられる。第４象限Ｑ４について、下層の第１モータ２４及び主プロペラ３４は、ビーム部１４の先端部における下側に取り付けられ、上層の第２モータ２８及び補助プロペラ３８は、上側に取り付けられる。
【００２３】
第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、図３に示すように、指令部４、フライトコントローラ（ＦＣ）５及び複数のエレクトロニックスピードコントローラ（ＥＳＣ）６１，６２，……，６８を更に備える。指令部４、ＦＣ５及びＥＳＣ６１〜６８は、例えば機体主部１０の内側に収容される。
【００２４】
指令部４は、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の飛行動作を示す指令信号をＦＣ５に出力する回路である。飛行動作は、上昇、降下、前進、後進、左移動、右移動、左旋回、右旋回等を含む。指令部４は、例えば、ユーザの操作に応じて指令信号を無線送信する送信機から指令信号を受信する受信機であり得る。指令部４又はＦＣ５は、複数の航法衛星から受信した信号に基づいて、緯度、経度及び高度を示す位置情報を取得する全地球航法測位システム（ＧＮＳＳ）受信機を備えてもよい。指令部４は、ＧＮＳＳ受信機により取得された位置情報に基づいて、予め設定された飛行経路を飛行する指令信号を自動的に生成するようにしてもよい。或いは、指令部４は、垂直離着陸可能飛行体を有人の飛行体として、乗員の操作を受け付け、操作に応じた指令信号をＦＣ５に出力するようにしてもよい。
【００２５】
ＦＣ５は、例えば図４に示すように、センサ部５１及び制御回路５６を備える。センサ部５１は、例えば、加速度センサ５２、角速度センサ５３、方位センサ５４、高度センサ５５、及び障害物センサ５７を備える。加速度センサ５２は、互いに直交する３軸方向、即ちロール軸、ピッチ軸及びヨー軸方向の加速度を検出する。角速度センサ５３は、互いに直交する３軸周りの角速度を検出することにより地表面に対するフレーム（１１〜１４）の姿勢を検出する。方位センサ５４は、地磁気を検出することによりフレーム（１１〜１４）の方位を検出する。高度センサ５５は、気圧を検出することにより高度を検出する。障害物センサ５７は、飛行経路における固定障害物あるいは移動障害物を検出する。センサ部５１は、加速度センサ５２、角速度センサ５３、方位センサ５４、高度センサ５５、及び障害物センサ５７により、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の速度、姿勢、方位、高度等の飛行状態を検出する。
【００２６】
制御回路５６は、例えば、プロセッサ、メモリ及び入出力インターフェースを備える、マイクロコントローラ等のコンピュータから構成される。制御回路５６のプロセッサは、例えば、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。プロセッサは、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路により実現されてもよい。例えば、プロセッサは、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）等を有していてもよい。
【００２７】
制御回路５６は、指令部４から入力された指令信号及びセンサ部５１により検出された飛行状態に応じて、ＥＳＣ６１〜６８を制御する飛行制御部５６１及びライン制御部５６２を機能的又は物理的なハードウェア資源として備える。飛行制御部５６１は、指令部４から入力された指令信号からフレーム（１１〜１４）の目標状態を設定し、センサ部５１により検出される飛行状態との差分から目標状態を達成するようなプロペラ３１〜３８の各回転数を示す制御信号を生成する論理回路である。飛行制御部５６１は、生成した制御信号をＥＳＣ６１〜６８に出力する。
【００２８】
ライン制御部５６２は、例えばＥＳＣ６１〜６８に対する制御信号のラインを切り替えることにより、ＥＳＣ６１〜６８から制御信号の出力先を設定する論理回路である。ライン制御部５６２は、例えば、４象限のそれぞれにおける複数のＥＳＣに対して同一の制御信号を出力する第１モードと、４象限のそれぞれにおいて、複数のＥＳＣの何れかに対して制御信号を出力する第２モードとを有することができる。
【００２９】
ライン制御部５６２は、第１モードにおいて、第１象限Ｑ１用の第１ＥＳＣ６１及び第２ＥＳＣ６５、第２象限Ｑ２用の第１ＥＳＣ６２及び第２ＥＳＣ６６、第３象限Ｑ３用の第１ＥＳＣ６３及び第２ＥＳＣ６７、並びに、第４象限Ｑ４用の第１ＥＳＣ６４及び第２ＥＳＣ６８毎に同一の制御信号を出力する。
【００３０】
ライン制御部５６２は、第２モードにおいて、第１ＥＳＣ６１及び第２ＥＳＣ６５の何れか、第１ＥＳＣ６２及び第２ＥＳＣ６６の何れか、第１ＥＳＣ６３及び第２ＥＳＣ６７の何れか、並びに、第１ＥＳＣ６４及び第２ＥＳＣ６８の何れかに、制御信号をそれぞれ出力する。このように、ＦＣ５は、８つのモータ２１〜２８のそれぞれが独立して駆動可能なように、ＥＳＣ６１〜６８のそれぞれに対する制御信号を生成する。このため、ＦＣ５とＥＳＣ６１〜６８のそれぞれとの間は、互いに独立した配線により接続されている。
【００３１】
ＥＳＣ６１〜６８のそれぞれは、ＦＣ５から制御信号を入力し、制御信号が示す回転数で各モータ２１〜２８を駆動させる駆動信号を生成し、各モータ２１〜２８に出力するモータ駆動回路である。即ち、ＦＣ５は、ＥＳＣ６１〜６８をそれぞれ介して、プロペラ３１〜３８の回転を制御する。ＥＳＣ６１〜６８は、下層の第１モータ２１〜２４を駆動する第１ＥＳＣ６１〜６４と、上層の第２モータ２５〜２８を駆動する第２ＥＳＣ６５〜６８との２組に分類される。
【００３２】
―飛行動作―
以下、図５に示すモデルを参照して、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の各飛行動作時の状態を説明する。中央の状態（ａ）は、垂直離着陸可能飛行体が空中で停止するホバリングである。第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれに示される「１．０ＣＷ」等の数字及び符号は、上層及び下層のプロペラによる揚力と回転方向を意味する。各揚力は、状態（ａ）における１つのプロペラの揚力を１．０とする比として表され、ＦＣによる制御状態の目安を意味し、実際の揚力とは異なる場合がある。
【００３３】
図５の状態（ａ）では、ＦＣは、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおける揚力を互いに等しくなるように制御する。このときの各象限における上層及び下層のプロペラによる揚力は、例えばそれぞれ１．０とする。各象限における揚力の和は２．０であるため、ロール軸及びピッチ軸周りが安定する。また、ＣＷのプロペラによる揚力の和は４であり、ＣＣＷのプロペラによる揚力の和４と等しい。このため、機体はヨー軸周りに関して安定し、機体はホバリングする。
【００３４】
状態（ｂ）は前進である。状態（ｂ）では、前方の第１象限Ｑ１及び第２象限Ｑ２のそれぞれにおける上層及び下層の各プロペラの揚力が０．８、後方の第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおける上層及び下層の各プロペラの揚力が１．２である。このため、前方の揚力が相対的に小さくなり、機体の前方が相対的に下がり、機体は下向きにピッチングする。左方の第１象限Ｑ１及び第４象限Ｑ４の揚力、右方の第２象限Ｑ２及び第３象限Ｑ３の揚力、ＣＷのプロペラによる揚力、並びにＣＣＷのプロペラによる揚力のそれぞれの和は、全て４（＝0.8＋0.8＋1.2＋1.2）である。このため、機体はロール軸及びヨー軸周りに関して安定し、結果として前進する。
【００３５】
状態（ｃ）は左移動である。左方の第１象限Ｑ１及び第４象限Ｑ４の各揚力の和は３．２（＝0.8＋0.8＋0.8＋0.8）、右方の第２象限Ｑ２及び第３象限Ｑ３の各揚力の和は４．８（＝1.2＋1.2＋1.2＋1.2）である。このため、機体の左方が相対的に下がり、機体は左向きにローリングする。前方の第１象限Ｑ１及び第２象限Ｑ２の揚力、後方の第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４の揚力、ＣＷのプロペラによる揚力、並びにＣＣＷのプロペラによる揚力のそれぞれの和は、全て４である。このため、機体はピッチ軸及びヨー軸周りに関して安定し、結果として左移動する。
【００３６】
状態（ｄ）は右移動である。右移動は、左移動の状態（ｃ）からヨー軸周りに１８０°回転した状態に実質的に等しいため、詳細な説明を省略する。状態（ｅ）は後進である。後進は、前進の状態からヨー軸周りに１８０°反転した状態に実質的に等しいため、後進についても詳細な説明を省略する。
【００３７】
状態（ｆ）は左旋回である。ＣＷのプロペラが配置される第１象限Ｑ１及び第３象限Ｑ３の各揚力の和は、４．４（＝1.1＋1.1＋1.1＋1.1）である。ＣＣＷのプロペラが配置される第２象限Ｑ２及び第４象限Ｑ４の各揚力の和は、３．６（＝0.9＋0.9＋0.9＋0.9）である。揚力は回転数に応じた値となるため、機体はプロペラの反トルクによりＣＣＷにヨーイングし、左旋回する。なお、前後方向及び左右方向において揚力はバランスしているため、機体はロール軸及びピッチ軸周りに関して安定している。
【００３８】
状態（g）は右旋回である。ＣＷのプロペラが配置される第１象限Ｑ１及び第３象限Ｑ３の各揚力の和は、３．６（＝0.9＋0.9＋0.9＋0.9）である。ＣＣＷのプロペラが配置される第２象限Ｑ２及び第４象限Ｑ４の各揚力の和は、４．４（＝1.1＋1.1＋1.1＋1.1）である。このため、機体はＣＷにヨーイングし、右旋回する。前後方向及び左右方向において揚力はバランスしているため、機体はロール軸及びピッチ軸周りに関して安定している。
【００３９】
状態（ａ）〜（ｇ）において、各揚力の総和は全て８．０であるため機体の高度は一定となる。各象限における揚力の比を維持した状態で揚力の総和を増減することにより、機体は上昇及び下降することができる。以上のように、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、縦横無尽に飛行することが可能である。
【００４０】
―故障フロー解析―
以下、図６に示すモデルを参照して、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のプロペラの故障に関するフロー解析について説明する。図６は、各故障モードにおいて、機体がホバリングしている状態を説明する図である。なお、以下において、「プロペラの故障」は、何らかの原因によってプロペラの回転による揚力が発生されなくなった状態を意味する。
【００４１】
先ず、モード（Ａ）は、故障したプロペラがない通常のモードである。上述のように、モード（Ａ）では、機体は問題なく自在に飛行することが可能である。機体がバランスして飛行するための条件は２つある。第１条件は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおける揚力が互いに等しいことであり、これによりロール軸及びピッチ軸周りに関してバランスする。第２条件は、ＣＷ及びＣＣＷのそれぞれのプロペラによる揚力が互いに等しいことであり、これによりヨー軸周りに関してバランスする。
【００４２】
モード（Ｂ）は、第１象限Ｑ１の２つのＣＷのプロペラのうち一方が故障したモードである。第１象限Ｑ１において、一方のプロペラが故障して揚力が不足するため、ＦＣは、第１象限Ｑ１の揚力を増大させるように他方のプロペラの回転数を増加させる。このとき、ＦＣの制御信号は、第１象限Ｑ１の２つプロペラに対して出力される。第１象限Ｑ１において打ち消し線が付された「２．０ＣＷ」は、故障したプロペラがＦＣの制御信号に応じて発生すべき仮想の揚力を意味しているが、実際にはプロペラは故障しているため揚力は０となる。第１象限Ｑ１の他方のプロペラの揚力が２．０となることにより、第１条件及び第２条件が満たされ、機体はバランスする。
【００４３】
モード（Ｃ）は、モード（Ｂ）から更に、第２象限Ｑ２の２つのＣＣＷのプロペラのうち一方が故障し、合計２つのプロペラが故障したモードである。モード（Ｃ）においても、ＦＣは、揚力が不足した第２象限Ｑ２の揚力を増大させるため、他方のプロペラの回転数を増加させる。第２象限Ｑ２の他方のプロペラの揚力が２．０となることにより、第１条件及び第２条件が満たされ、機体はバランスする。
【００４４】
モード（Ｄ）は、モード（Ｃ）から更に、第４象限Ｑ４の２つのＣＣＷのプロペラのうち一方が故障し、合計３つのプロペラが故障したモードである。モード（Ｄ）においても、ＦＣは、揚力が不足した第４象限Ｑ４の揚力を増大させるため、他方のプロペラの回転数を増加させる。第４象限Ｑ４の他方のプロペラの揚力が２．０となることにより、第１条件及び第２条件が満たされ、機体はバランスする。
【００４５】
モード（Ｅ１）及び（Ｅ２）のそれぞれは、モード（Ｄ）から更に、第３象限Ｑ３の２つのＣＷのプロペラのうち一方が故障し、合計４つのプロペラが故障したモードである。これらのモード（Ｅ１）及び（Ｅ２）においても、ＦＣは、揚力が不足した第３象限Ｑ３の揚力を増大させるため、他方のプロペラの回転数を増加させる。第３象限Ｑ３の他方のプロペラの揚力が２．０となることにより、第１条件及び第２条件が満たされ、機体はバランスする。
【００４６】
なお、モード（Ｅ１）から更に１つのプロペラが故障したモード（Ｆ１）、及び、モード（Ｅ２）から更に１つのプロペラが故障したモード（Ｆ２）では、それぞれ第１条件が満たされなくなるため機体は墜落してしまう。
【００４７】
以上のように、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体によれば、最大４つのプロペラの故障を許容することができる。即ち、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、最大４つのプロペラが故障した場合であって、離陸から着陸までの１００％の時間で安定した飛行を継続することができることが確認できる。
【００４８】
―故障モードにおける飛行動作―
以下、図７に示すモデルを参照しながら、例として上述の３つのプロペラが故障したモード（Ｄ）において、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体が各飛行動作を可能なことを説明する。
【００４９】
状態（ａ）において、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて一方のプロペラが故障しており、故障していない他方のプロペラによって、揚力が回復されている。各象限における揚力の和が互いに等しく、ＣＷ及びＣＣＷのそれぞれのプロペラによる揚力の和が互いに等しいため、上述の第１条件及び第２条件が満たされている。
【００５０】
状態（ｂ）では、前方の第１象限Ｑ１及び第２象限Ｑ２のそれぞれにおける揚力が１．６、後方の第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおける揚力の和が２．４である。このため機体は下向きにピッチングする。また、ＣＷ及びＣＣＷのそれぞれのプロペラによる揚力の和は、共に４であるため、機体はロール軸及びヨー軸周りに関して安定し、結果として前進する。
【００５１】
状態（ｃ）では、左方の第１象限Ｑ１及び第４象限Ｑ４のそれぞれの揚力は１．６、右方の第２象限Ｑ２及び第３象限Ｑ３のそれぞれの揚力は２．４である。このため、機体の左方が相対的に下がり、機体は左向きにローリングする。ＣＷ及びＣＣＷのそれぞれのプロペラによる揚力の和は、共に４であるため、機体はピッチ軸及びヨー軸周りに関して安定し、結果として左移動する。
【００５２】
状態（ｄ）については、状態（ｃ）から機体がヨー軸周りに１８０°回転した状態に実質的に等しいため、詳細な説明を省略する。状態（ｅ）については、機体が前進の状態からヨー軸周りに１８０°反転した状態に実質的に等しいため、後進についても詳細な説明を省略する。
【００５３】
状態（ｆ）では、ＣＷのプロペラによる揚力が４．４、ＣＣＷのプロペラによる揚力が３．６である。揚力は回転数に応じた値となるため、機体はプロペラの反トルクによりＣＣＷにヨーイングし、左旋回する。なお、前後方向及び左右方向において揚力はバランスしているため、機体はロール軸及びピッチ軸周りに関して安定している。
【００５４】
状態（g）はで、ＣＷのプロペラによる揚力が３．６、ＣＣＷのプロペラによる揚力が４．４である。このため、機体はＣＷにヨーイングし、右旋回する。前後方向及び左右方向において揚力はバランスしているため、機体はロール軸及びピッチ軸周りに関して安定している。
【００５５】
以上の結果は、実際に作製された第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体と同様の構成を有するマルチコプターを用いて発明者らにより既に実証されている。以上から、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、３つの象限のそれぞれにおいて一方のプロペラが故障した場合であっても、縦横無尽に飛行することが可能なことが確認された。
【００５６】
−比較例−
以下、図８に示すモデルを参照して、Ｘ字型の機体を有する一般的な同軸２重反転（逆回転）式のオクトコプターのプロペラの故障に関するフロー解析について説明する。同軸２重反転式のオクトコプターは、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体と異なり、各象限においてＣＷ及びＣＣＷの２つのプロペラが配置される。
【００５７】
先ず、モード（Ａ）は、故障したプロペラがない通常のモードである。全てのプロペラの揚力が等しいため、機体の中央を象限中心とする第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおける揚力が互いに等しい。このため、ロール軸及びピッチ軸周りが安定する。また、ＣＷのプロペラによる揚力及びＣＣＷのプロペラによる揚力の和は４であるため、機体はヨー軸周りに関して安定し、機体はバランスする。
【００５８】
モード（Ｂ）は、第１象限Ｑ１の２つのプロペラのうちＣＷのプロペラが故障したモードである。第１象限Ｑ１において、ＣＷのプロペラが故障して揚力が不足するため、ＣＣＷのプロペラの揚力が増大される。具体的には、ＦＣは、プロペラの故障を検知しないため、ロール軸及びピッチ軸に関して機体が安定するように、各象限における揚力を調整し、ヨー軸に関して機体が安定するようにＣＷ及びＣＣＷのプロペラによる揚力を調整する。結果として、第１象限Ｑ１のＣＣＷの揚力２．０のとき、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおけるＣＣＷの揚力は０．６６、ＣＷの揚力は１．３３のとき、機体は安定する。第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、ＣＣＷに対するＣＷの揚力の比であるＣＣＷ／ＣＷは１／２であるが、ＦＣは、何れのプロペラが故障しているか認識しないため、全象限においてＣＣＷ／ＣＷ＝１／２となるように制御する。よって、故障のため実現されないが、第１象限Ｑ１のＣＷのプロペラに関して、揚力が４．０となるような制御信号がＦＣから出力されている。
【００５９】
なお、モード（Ｂ）では、ヨー軸周りに関して安定させるために常にＣＣＷ／ＣＷの調整を行う必要がある飛行動作が多い。このため、有人飛行の際にはヨー軸周りに関する不安定さのために乗り心地が悪化するという問題がある。また、各飛行動作時において、第１象限Ｑ１のＣＷのプロペラ用のモータに過大な電流が流れる可能性があり、バッテリーの消耗により予定の航続距離を達成できない可能性が高くなってしまう。
【００６０】
モード（Ｃ１）は、モード（Ｂ）から更に、第２象限Ｑ２のＣＣＷのプロペラが故障し、合計２つのプロペラが故障したモードである。モード（Ｃ１）においても、ＦＣは、第２象限Ｑ２の揚力を回復するため、第２象限Ｑ２のＣＷのプロペラの揚力を増大させる。これにより、各象限における揚力と、ＣＷ及びＣＣＷのプロペラによる揚力とのバランスが可能である。モード（Ｃ１）においても、ヨー軸周りに関して安定させるために常にＣＣＷ／ＣＷの調整を行う必要がある飛行動作が多い。このため、有人飛行の際にはヨー軸周りに関する不安定さのために乗り心地が悪化するという問題がある。
【００６１】
モード（Ｃ２）は、モード（Ｂ）から更に、第２象限Ｑ２のＣＷのプロペラが故障し、合計２つのプロペラが故障したモードである。モード（Ｃ２）では、前方の第１象限Ｑ１及び第２象限Ｑ２において、ＣＷのプロペラが存在せず、それぞれ１つのＣＣＷのプロペラが位置する。モード（Ｃ２）において、機体が上方にピッチングして後進する場合、前方の第１象限Ｑ１及び第２象限Ｑ２の揚力が後方の第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４よりも大きい必要がある。すると、必ずＣＣＷの揚力の和がＣＷの揚力の和より大きくなり、機体はＣＷにヨーイングしてしまう。ＣＷのプロペラが不足するため機体のヨーイングを停止させることができず、結果として機体は墜落してしまう。後進動作ができないということは、前進の後にホバリング状態に移行することができないことを意味し、問題である。
【００６２】
更に、前方の２象限にＣＷのプロペラがないため、安定した状態で機体をＣＣＷ方向にヨーイングすることが不可能である。ここで、ＣＣＷ／ＣＷが０又は無限大（∞）のとき、理論上電流が∞となるモータが必ず存在する。モード（Ｃ２）では、ＣＣＷ／ＣＷ＝０となる飛行動作が多いため、ＣＷのプロペラ用のモータに異常な高電流が流れることが多くなる。これにより、バッテリーの消耗が促進され、予定の航続距離を達成できない可能性がある。
【００６３】
モード（Ｄ１）は、モード（Ｃ１）から更に、第４象限Ｑ４のＣＣＷのプロペラが故障し、合計３つのプロペラが故障したモードである。モード（Ｄ１）では、ＣＷにヨーイングする場合、機体が傾いてしまうため、安定した状態でＣＷにヨーイングすることが不可能である。また、ＣＣＷ／ＣＷ＝∞となる飛行動作が多いため、ＣＣＷのプロペラ用のモータに異常な高電流が流れることが多くなる。これにより、バッテリーの消耗が促進され、予定の航続距離を達成できない可能性が高くなってしまう。
【００６４】
モード（Ｅ１）は、モード（Ｄ１）から更に、第３象限Ｑ３のＣＷのプロペラが故障し、合計４つのプロペラが故障したモードである。モード（Ｅ１）では、一般的なクアッドコプター（クワッドコプター）と同一のプロペラ配置である。即ち、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいてプロペラの回転方向が、隣接する象限と反対方向である。このため、モード（Ｅ１）では、機体の縦横無尽な飛行に支障がないことが明らかである。しかしながら、このモード（Ｅ１）は第１象限Ｑ１のＣＷ、第２象限Ｑ２のＣＣＷ、第４象限Ｑ４のＣＣＷが壊れる場合で、発生する確率は非常に小さい稀なケースである。
【００６５】
モード（Ｅ２）は、モード（Ｄ１）から更に、第３象限Ｑ３のＣＣＷのプロペラが故障し、合計４つのプロペラが故障したモードである。モード（Ｅ２）では、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のうち、ＣＣＷのプロペラが配置されるのが第１象限Ｑ１のみである。よって、安定した状態で飛行動作を行うことができず、墜落することが明らかである。
【００６６】
以上から、ＣＣＷ／ＣＷが０または∞となるモード（Ｃ２）、（Ｄ１）及び（Ｄ２）は容易に墜落する。安定して飛行できるモード（Ｅ１）となる確率は非常に小さい。すなわち、故障したプロペラを検出しない同軸２重反転式のオクトコプターでは、ほとんどの場合１つ又は２つのプロペラの故障を許容できるのみである。同軸２重反転式のオクトコプターは、第１象限Ｑ１でＣＷ、第２象限Ｑ２でＣＣＷ、第３象限Ｑ３でＣＷ及び第４象限Ｑ４でＣＣＷのプロペラのグループと、Ｑ１でＣＣＷ、Ｑ２でＣＷ、Ｑ３でＣＣＷ及びＱ４でＣＷのプロペラのグループを足し合わせたものと考えることができるので、もし故障を検出できる場合には、１つのグループに属するプロペラが故障したときは、そのグループに属する４枚のプロペラ全てを止めてしまえば安定した飛行ができることになる。モード（Ｄ１）では都合よく同じグループのプロペラが３枚故障した場合なので、故障を検出していれば安定して飛行させることはできるが、同じグループのプロペラだけ都合よく壊れる確率は非常に低く現実的ではない。モード（Ｂ）及び（Ｃ１）であれば、墜落せずに飛行を行うことが可能であるが、上述の通りヨー軸周りに関して不安定となる問題は残る。更に、目標とする揚力が過大となる場合、ＥＳＣ及びモータの故障の可能性がある。
【００６７】
−プロペラ配置の検討−
次に、図９に示すモデルを用いて、Ｘ字型のクアッドコプターにおける不適切なプロペラ配置を説明する。図９に示すモデルにおいて、互いに隣接する第１象限Ｑ１及び第４象限Ｑ４のそれぞれにＣＷのプロペラが配置され、互いに隣接する第２象限Ｑ２及び第３象限Ｑ３のそれぞれにＣＣＷのプロペラが配置される。
【００６８】
図９に示すモデルでは、左右方向においてＣＷ及びＣＣＷのプロペラが偏って配置されるため、左又は右移動の際にヨーイングしてしまい、結果として墜落してしまう。同様に、安定した状態で左又は右旋回が不可能である。このように、前後方向及び左右方向においてＣＷ及びＣＣＷのプロペラが偏って配置されると安定した状態での飛行が困難となる。
【００６９】
このため、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、隣接する象限と回転方向が反対方向となるようにプロペラが配置されることが必要である。但し、上述の同軸２重反転式のオクトコプターのように、プロペラの故障を検知する手段がない場合、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれに、ＣＷ及びＣＣＷの各プロペラが配置されることにより、飛行が不安定となる可能性がある。
【００７０】
これに対して、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体では、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、隣接する象限と回転方向が反対方向の主プロペラ３１〜３４と、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラ３５〜３８が配置されるため、プロペラの故障に対する冗長性が向上され、墜落の可能性を低減することができる。
【００７１】
更に、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体では、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４毎に合計４系統の制御信号を生成すればよい。同軸２重反転式のオクトコプターでは、上層及び下層のプロペラを独立して制御する必要があるため、合計８系統の制御信号を生成する必要がある。よって、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体によれば、制御回路５６の処理負荷を低減し、消費電力を低減することができる。
【００７２】
―第１モードの制御方法―
上述のように、飛行制御部５６１は、目標状態を達成するような制御信号を生成し、ＥＳＣ６１〜６８に出力する。このとき、飛行制御部５６１は、第１ＥＳＣ６１及び第２ＥＳＣ６５、第１ＥＳＣ６２及び第２ＥＳＣ６６、第１ＥＳＣ６３及び第２ＥＳＣ６７、並びに、第１ＥＳＣ６４及び第２ＥＳＣ６８のそれぞれに合計４系統の制御信号を生成する。よって、ＦＣ５は、プロペラ３１〜３８の数に応じて８系統の制御信号を生成する場合と比べて、処理負荷が低いため、計算時間を短縮できる他、故障の可能性を低減することができる。
【００７３】
ＥＳＣ６１，６５、ＥＳＣ６２，６６、ＥＳＣ６３，６７及びＥＳＣ６４，６８のそれぞれは、一方が故障した場合であっても、他方の制御信号の入力に影響しない。このため、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、プロペラの故障に対する信頼性が向上され、安定した飛行を継続することができる。
【００７４】
なお、第１モードの制御方法を実現するには、図１０に示すように、第１ＥＳＣ６１及び第２ＥＳＣ６５、第１ＥＳＣ６２及び第２ＥＳＣ６６、第１ＥＳＣ６３及び第２ＥＳＣ６７、並びに、第１ＥＳＣ６４及び第２ＥＳＣ６８のそれぞれは、同一の制御信号が入力されるようにＦＣ５に接続されてもよい。したがって、第２モードが不要であれば、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のＦＣ５は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４用の４系統の制御信号を生成すればよいため、４つのプロペラを有するクアッドコプター用の汎用のＦＣを使用可能である。
【００７５】
―第２モードの制御方法―
以下、図１１のフローチャートを参照して、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のＦＣ５による、第２モードにおける制御方法の一例を説明する。以下の説明では、第１象限Ｑ１に主として例示的に説明するが、他の第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４に関しても同様の処理であるため説明を省略する。
【００７６】
先ず、初期設定として、ライン制御部５６２は、例えば、下層の主プロペラ３１〜３４を選択的に使用して飛行するように、制御信号の出力先として、第１ＥＳＣ６１〜６４を設定する。下層の主プロペラ３１〜３４は、上層の補助プロペラ３５〜３８に比べて、下方にビーム部１１〜１４やプロペラ等の阻害物がないため効率的に揚力を発生することができる。
【００７７】
ステップＳ１１において、飛行制御部５６１は、フレーム（１１〜１４）の目標状態とセンサ部５１により検出された飛行状態との差分から、第１象限Ｑ１の主プロペラ３１による揚力が不足しているか否かを判定する。飛行制御部５６１は、例えば、目標姿勢に対して第１象限Ｑ１のビーム部１１側が下がってフレーム（１１〜１４）が傾いた姿勢となり、補助プロペラ３５の回転数を増加しても姿勢が回復されない場合に、揚力が不足していると判定する。或いは、ＣＷの主プロペラ３１の故障によりＣＷの反トルクが不足し、フレーム（１１〜１４）が目標姿勢に対してヨーイングしている場合に、揚力が不足していると判定されてもよい。揚力が不足すると判定される場合、ステップＳ１２に処理を進め、揚力が不足していないと判定される場合、ステップＳ１１の処理を繰り返す。
【００７８】
ステップＳ１２において、ライン制御部５６２は、飛行制御部５６１において生成された制御信号の出力先を第１ＥＳＣ６１から第２ＥＳＣ６５に変更し、制御信号の出力ラインを切り替える。よって、第１ＥＳＣ６１に入力されていた制御信号は、第２ＥＳＣ６５に入力されるようになり、第１モータ２１の駆動がオフにされ、第２モータ２５の駆動がオンになる。よって、ＣＷに回転する主プロペラ３１による揚力は、同一の回転方向であるＣＷに回転する補助プロペラ３５により回復される。
【００７９】
図１１のフローチャートに示す一連の処理は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれに関して並列に処理されてもよく、例えば、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４の順に繰り返し実行されてもよい。また、初期設定として、主プロペラ３１〜３４を使用する例を説明したが、回転されるプロペラは補助プロペラ３５〜３８であっても構わない。即ち、初期状態において、制御信号の出力先は第２ＥＳＣ６５〜６８であってもよく、補助プロペラ３５〜３８を使用する象限と主プロペラ３１〜３４を使用する象限とが混在してもよい。
【００８０】
図１１に示した一連の垂直離着陸可能飛行体の制御方法は、図１１と等価なアルゴリズムのプログラムにより、図４に示したＦＣ５の制御回路５６を制御して実行出来る。このプログラムは、本発明の制御回路５６を構成するコンピュータシステムのプログラム記憶装置（図示省略）に記憶させればよい。また、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を情報処理装置のプログラム記憶装置に読み込ませることにより、本発明の一連の垂直離着陸可能飛行体の制御方法を実行することができる。ここで、「コンピュータ読取り可能な記録媒体」とは、例えばコンピュータの外部メモリ装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのプログラムを記録することができるような媒体などを意味する。
【００８１】
具体的には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＭＯディスク、カセットテープ、オープンリールテープなどが「コンピュータ読取り可能な記録媒体」に含まれる。例えば、情報処理装置の本体は、フレキシブルディスク装置（フレキシブルディスクドライブ）および光ディスク装置（光ディスクドライブ）を内蔵若しくは外部接続するように構成できる。フレキシブルディスクドライブに対してはフレキシブルディスクを、また光ディスクドライブに対してはＣＤ−ＲＯＭをその挿入口から挿入し、所定の読み出し操作を行うことにより、これらの記録媒体に格納されたプログラムを制御回路５６Ｃを構成するプログラム記憶装置にインストールすることができる。また、所定のドライブ装置を接続することの他、インターネット等の情報処理ネットワークを介して、このプログラムをプログラム記憶装置に格納することが可能である。
【００８２】
第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体によれば、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、一方のプロペラを回転させることにより飛行し、揚力が不足する場合において、それまで回転させていなかった他方のプロペラを回転させる。第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体では、各象限において、重畳する２層のプロペラの一方のプロペラを選択的に回転させるので、効率的に揚力を発生することができ、複数のモータを駆動することによる消費電力を節減することができる。
【００８３】
−第１変形例−
第１実施形態の第１変形例に係る垂直離着陸可能飛行体は、図１２の右側に示すように、機体主部１０Ａと、中央部において機体主部１０Ａを支持するフレーム（１１Ａ，１２Ａ，……，１８Ａ，）と、フレーム（１１Ａ〜１８Ａ）に配置された８つのプロペラ３１〜３８とを備えるオクトコプターである点で上述の第１実施形態と同様である。但し、フレーム（１１Ａ〜１８Ａ）は、平面パターンにおいて機体主部１０Ａの内部に定義された象限中心から放射状に延伸する８本のビーム部１１Ａ，１２Ａ，……，１８Ａを有し、ビーム部１１Ａ〜１８Ａの各先端部においてプロペラ３１〜３８が配置される点で第１実施形態と異なる。第１変形例において説明しない構成、作用及び効果は、上述の第１実施形態と同様であり、重複するため省略する。
【００８４】
プロペラ３１〜３８は、例えば平面パターン上、象限中心を中心とする正八角形の各頂点に回転軸が一致するように配置される。具体的には、第１象限Ｑ１に配置された主プロペラ３１及び補助プロペラ３５と、第３象限Ｑ３に配置された主プロペラ３３及び補助プロペラ３７は、ＣＷの回転方向をそれぞれ有する。第２象限Ｑ２に配置された主プロペラ３２及び補助プロペラ３６と、第４象限Ｑ４に配置された主プロペラ３４及び補助プロペラ３８は、ＣＣＷの回転方向をそれぞれ有する。
【００８５】
プロペラ３１〜３８は、それぞれビーム部１１Ａ〜１８Ａの先端部における上側に取り付けられてもよく、下側に取り付けられてもよい。或いは、ビーム部１１Ａ〜１８Ａの上側に取り付けられたプロペラと下側に取り付けられたプロペラが混在してもよい。プロペラ３１〜３８は、平面パターンにおいて互いに回転面が重畳しないように配置される。平面パターンにおいて象限中心は、フレーム（１１Ａ〜１８Ａ）の重心に定義され得る。
【００８６】
このため、図１３に示すように、第１実施形態の第１変形例に係る垂直離着陸可能飛行体の平面パターン上の寸法Ｌ２は、第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の寸法Ｌ１と比べて最大２倍程度、面積において最大４倍程度大きくなってしまう可能性がある。平面パターン上、各プロペラ３１〜３８が重畳しないように配置されるため、各プロペラ３１〜３８による揚力が効率良く作用する一方、フレームの本数が倍の８本であることと、フレームの長さが長いことからフレーム部材の重量が増加する側面もある。反対に第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、プロペラが重畳することにより、機体を小型化し、重量を低減することができる。
【００８７】
放射状のフレームを有する一般的なオクトコプターは、図１２の左側に示されるように、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、ＣＷ及びＣＣＷの２つのプロペラが配置され、また、隣接するプロペラの回転方向は互いに反対方向である。このため、放射状のフレームを有する一般的なオクトコプターは、図８を用いて説明した同軸２重反転式のオクトコプターのフロー解析が適用可能であり、上述のような問題点を有する。
【００８８】
これに対して、第１実施形態の第１変形例に係る垂直離着陸可能飛行体は、第１実施形態と同様に、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、主プロペラ３１〜３４と、主プロペラと同一方向の補助プロペラ３５〜３８が配置されるため、プロペラの故障に対する冗長性が向上され、墜落の可能性を低減することができる。
【００８９】
−第２変形例−
第１実施形態の第２変形例に係る垂直離着陸可能飛行体は、図１４の右側に示すように、平面パターンにおいて概略としてＨ字型のフレーム（１１Ｂ，１２Ｂ）を備える点で上述の第１実施形態及び第１実施形態の第１変形例と異なる。第２変形例において説明しない構成、作用及び効果は、上述の第１実施形態及び第１変形例と同様であり、重複するため省略する。
【００９０】
フレーム（１１Ｂ，１２Ｂ）は、第１象限Ｑ１から第４象限Ｑ４に延伸する第１ビーム部１１Ｂと、第１ビーム部１１Ｂに対して平行に第２象限Ｑ２から第３象限Ｑ３に延伸する第２ビーム部１２Ｂとを有する。機体主部１０Ｂは、第１ビーム部１１Ｂ及び第２ビーム部１２Ｂの間においてフレーム（１１Ｂ，１２Ｂ）に支持される。主プロペラ３１、補助プロペラ３５、補助プロペラ３８及び主プロペラ３４は、第１ビーム部１１Ｂの長手方向に並んで配置される。主プロペラ３２、補助プロペラ３６、補助プロペラ３７及び主プロペラ３３は、第２ビーム部１２Ｂの長手方向に並んで配置される。プロペラ３１〜３８は、平面パターンにおいて互いに回転面が重畳しないように配置される。
【００９１】
Ｈ字型のフレームを有する一般的なオクトコプターは、図１４の左側に示されるように、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、ＣＷ及びＣＣＷの２つプロペラが配置され、隣接するプロペラの回転方向は互いに反対方向である。これに対して、第１実施形態の第１変形例に係る垂直離着陸可能飛行体は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、主プロペラ３１〜３４と、主プロペラと同一方向の補助プロペラ３５〜３８が配置されるため、プロペラの故障に対する冗長性が向上され、墜落の可能性を低減することができる。
【００９２】
−第３変形例−
第１実施形態の第３変形例に係る垂直離着陸可能飛行体は、図１５の右側に示すように、平面パターンにおいて概略としてＶ字型のフレーム（１１Ｃ，１２Ｃ）を備える点で上述の第１実施形態の第１及び第２変形例と異なる。第３変形例において説明しない構成、作用及び効果は、上述の第１実施形態の第１及び第２変形例と同様であり、重複するため省略する。
【００９３】
フレーム（１１Ｃ，１２Ｃ）は、第１象限Ｑ１から第４象限Ｑ４に延伸する直線状の第１ビーム部１１Ｃと、第２象限Ｑ２から第３象限Ｑ３に延伸する直線状の第２ビーム部１２Ｃとを有する。第１ビーム部１１Ｃ及び第２ビーム部１２Ｃは、前方から後方に向かうに連れて互いに近づくように配置される。機体主部１０Ｃは、第１ビーム部１１Ｃ及び第２ビーム部１２Ｃの間においてフレーム（１１Ｃ，１２Ｃ）に支持される。主プロペラ３１、補助プロペラ３５、補助プロペラ３８及び主プロペラ３４は、第１ビーム部１１Ｃの長手方向に並んで配置される。主プロペラ３２、補助プロペラ３６、補助プロペラ３７及び主プロペラ３３は、第２ビーム部１２Ｃの長手方向に並んで配置される。プロペラ３１〜３８は、平面パターンにおいて互いに回転面が重畳しないように配置される。
【００９４】
Ｖ字型のフレームを有する一般的なオクトコプターは、図１５の左側に示されるように、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、ＣＷ及びＣＣＷの２つプロペラが配置され、隣接するプロペラの回転方向は互いに反対方向である。これに対して、第１実施形態の第１変形例に係る垂直離着陸可能飛行体は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、主プロペラ３１〜３４と、主プロペラと同一方向の補助プロペラ３５〜３８が配置されるため、プロペラの故障に対する冗長性が向上され、墜落の可能性を低減することができる。
【００９５】
（第２実施形態）
第１実施形態において、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて２つのプロペラが配置される例を説明したが、全ての象限に２つのプロペラが配置される必要はない。即ち、本発明の第２実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、図１６に示すように、第１象限Ｑ１に配置された主プロペラ３１、第２象限Ｑ２に配置された主プロペラ３２、第３象限Ｑ３に配置された主プロペラ３３及び補助プロペラ３５、第４象限Ｑ４に配置された主プロペラ３４及び補助プロペラ３６の合計６つのプロペラ３１〜３６を備えるヘキサコプターである。第２実施形態において説明しない構成、作用及び効果は第１実施形態と同様であるため省略する。
【００９６】
第２実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のフレーム（１１Ｄ，１２Ｄ，……，１６Ｄ）は、６つのプロペラ３１〜３６のそれぞれに対応する６本のビーム部１１Ｄ，１２Ｄ，……，１６Ｄを有する。フレーム（１１Ｄ〜１６Ｄ）は、中央部において機体主部１０Ｄを支持する。平面パターンにおいて、機体主部１０Ｄの内部に象限中心Ｇが定義される。ビーム部１１Ｄ〜１６Ｄは、象限中心Ｇ側から外側方向に放射状に延伸する。ビーム部１１Ｄ〜１６Ｄの各先端部には、６つのプロペラ３１〜３６のそれぞれを回転させるモータ２１〜２６が取り付けられている。プロペラ３１〜３６は、それぞれビーム部１１Ｄ〜１６Ｄの先端部における上側に取り付けられてもよく、下側に取り付けられてもよい。或いは、ビーム部１１Ｄ〜１６Ｄの上側に取り付けられたプロペラと下側に取り付けられたプロペラが混在してもよい。
【００９７】
第１象限Ｑ１に配置された主プロペラ３１はＣＷの回転方向を有する。第２象限Ｑ２に配置された主プロペラ３２はＣＣＷの回転方向を有する。第３象限Ｑ３に配置された主プロペラ３３及び補助プロペラ３５はＣＷの回転方向を有する。第４象限Ｑ４に配置された主プロペラ３４及び補助プロペラ３６はＣＣＷの回転方向を有する。このように、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて同一の回転方向を有するプロペラが配置されるため、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて一方のプロペラが故障した場合であっても、他方のプロペラにより揚力を回復することができる。
【００９８】
−比較例−
以下、図１７に示すモデルを参照して、一般的なヘキサコプターの１つのプロペラが故障したモードにおける各飛行動作について説明する。図１７の状態（ａ）〜（ｇ）は、図５及び図７の状態（ａ）〜（ｇ）に対応する。
【００９９】
一般的なヘキサコプターのプロペラは、正六角形の頂点に一致するように配置され、各プロペラの回転方向が隣接するプロペラと反対方向となるように、周方向において互い違いに配置される。このように、一般的なヘキサコプターは、平面パターンにおいて機体の中心の周りに３等分した各領域において、ＣＷ及びＣＣＷの各プロペラを等間隔に配置することにより各飛行動作を実現するように構成される。以下では、１つのＣＣＷのプロペラが故障したモードを例として説明する。
【０１００】
状態（ａ）において、故障した左方のプロペラと対向する右方のプロペラの揚力が０に調整され、残り４つのプロペラの揚力が均一に調整されることにより、ロール軸、ピッチ軸及びヨー軸周りに関してバランスした状態で機体が安定することができる。前後方向においてＣＷ及びＣＣＷのプロペラの数がバランスしているため、前後それぞれにおいてＣＷ及びＣＣＷの揚力が互いに等しい状態で、前後の揚力の比を調整することにより、前進の状態（ｂ）及び後進の状態（ｅ）が実現される。
【０１０１】
状態（ｃ）において、右方のＣＷのプロペラの揚力が０．６、左前方及び左後方のＣＷのプロペラの揚力が１．２、右前方及び右後方のＣＣＷのプロペラの揚力が１．５である。このとき、機体は、ピッチ軸及びヨー軸周りに関してバランスし、左方向にローリングすることにより左移動する。
【０１０２】
状態（ｄ）は、右移動であるが、左方のプロペラが故障しているため右方のＣＷのプロペラの揚力が０となる。右方向にローリングするために、左前方及び左後方のＣＷのプロペラの揚力を１．８、右前方及び右後方のＣＣＷのプロペラの揚力を２．２とすると、機体はＣＷへのヨーイングを停止させることができず、結果として墜落してしまう。
【０１０３】
状態（ｆ）において、右方のＣＷのプロペラの揚力が０．６、左前方及び左後方のＣＷのプロペラの揚力が１．５、右前方及び右後方のＣＣＷのプロペラの揚力が１．２である。このとき、機体は、ロール軸及びピッチ軸周りに関してバランスし、ＣＣＷにヨーイングすることにより左旋回する。
【０１０４】
状態（ｇ）は、ＣＷにヨーイングする右旋回であるが、左方のＣＣＷのプロペラが故障しているため、ロール軸及びピッチ軸周りに関してバランスした状態でＣＣＷをＣＷより大きくすることができない。よって、ＣＷへのヨーイングは不可能である。
【０１０５】
以上から、一般的なヘキサコプターでは、１つのプロペラが故障すると、対向するプロペラの揚力が０となる動作が多く、対向するプロペラの方向に移動しようとすると墜落してしまう。また、ヨーイングも一方向に限られる。右方のプロペラも推力を失った場合、図９を用いて説明した不適切なプロペラ配置と同様のプロペラ配置となり、更に墜落の可能性は高くなってしまう。
【０１０６】
これに対して、第２実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体では、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、隣接する象限と回転方向が反対方向の主プロペラ３１〜３４が配置され、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、主プロペラ３３，３４と同一回転方向の補助プロペラ３５，３６が配置される。このため、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のプロペラの故障に対する冗長性が向上され、墜落の可能性を低減することができる。
【０１０７】
図１６に示す例では、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、プロペラ３３〜３６は平面パターン上、互いに回転面が重畳しないように配置されるが、互いに重畳するように配置されてもよい。例えば、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４におけるプロペラは、図１８に示すように、同心且つ同一回転方向のプロペラであってもよい。
【０１０８】
更に、同一回転方向の複数のプロペラが配置される象限は、互いに隣接する第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４に限るものでもなく、図１９に示すように、互いに対向する第１象限Ｑ１及び第３象限Ｑ３であってもよい。また、回転面が重畳するプロペラが配置される象限と、重畳しないプロペラが配置される象限とが混在してもよい。
【０１０９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、図２０に示すように、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、主プロペラ（第１プロペラ）３１〜３４及び補助プロペラ（第２プロペラ）３５〜３８と回転方向の等しい第３プロペラ３０１〜３０４を更に備える点で第１実施形態と異なる。即ち、第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、主プロペラ３１〜３４、補助プロペラ３５〜３８及び第３プロペラ３０１〜３０４の合計１２のプロペラ３１〜３８，３０１〜３０４を備えるドデカコプターである。第３実施形態において説明しない構成、作用及び効果は第１及び第２実施形態と同様であり、重複するため省略する。
【０１１０】
第３プロペラ３０１〜３０４は、例えば、下層に位置する主プロペラ３１〜３４と、上層に位置する補助プロペラ３５〜３８とのそれぞれの間に、フレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）に設けられた回転軸によって配置される。第３プロペラ３０１〜３０４のそれぞれは、例えば、平面パターンにおいて、主プロペラ３１〜３４及び補助プロペラ３５〜３８のそれぞれにその回転面の一部が重畳するように配置される。
【０１１１】
例えば第２象限Ｑ２について図２１に示すように、第３プロペラ３０２のブレードは、第３プロペラ３０２がフレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の上方から見てＣＣＷに回転するときにフレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の上向きの揚力を発生するように、ピッチ角が調整されている。第４象限Ｑ４の第３プロペラ３０４のブレードは、第３プロペラ３０４がＣＣＷに回転するときにフレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の上向きの揚力を発生するように、ピッチ角が調整されている。一方、第１象限Ｑ１の第３プロペラ３０１と、第３象限Ｑ３の第３プロペラ３０３の各ブレードは、第３プロペラ３０１，３０３のそれぞれがＣＷに回転するときにフレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の上向きの揚力を発生するように、ピッチ角が調整されている。
【０１１２】
第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、第３プロペラ３０１〜３０４のそれぞれを回転させる第３モータ２０１〜２０４を更に備える。図２０に示すように、第３モータ２０１及び第３プロペラ３０１は、例えばビーム部１２Ｅの上側に取り付けられる。同様に、第１象限Ｑ１の第３モータ２０１及び第３プロペラ３０１は、ビーム部１１Ｅの上側に取り付けられ、第３象限Ｑ３の第３モータ２０３及び第３プロペラ３０３は、ビーム部１３Ｅの上側に取り付けられる。第４象限Ｑ４の第３モータ２０４及び第３プロペラ３０４は、ビーム部１４Ｅの上側に取り付けられる。
【０１１３】
第３プロペラ３０１〜３０４は、フレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の安定のために可能な限りビーム部１１Ｅ〜１４Ｅの先端側に位置することが好ましい。第３プロペラ３０１〜３０４は、各ブレードが主プロペラ３１〜３４及び第１モータ２１〜２４に干渉しないように配置される。また、第３プロペラ３０１〜３０４のそれぞれは、ビーム部１１Ｅ〜１４Ｅの下側に取り付けられてもよい。
【０１１４】
図２２に示すように、第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体が備えるＦＣ５Ａは、１２のモータ２１〜２８，２０１〜２０４のそれぞれが独立して駆動可能なように、ＥＳＣ６１〜６８，６０１〜６０４のそれぞれに対する制御信号を生成可能である。このため、ＦＣ５Ａと、ＥＳＣ６１〜６８，６０１〜６０４のそれぞれとの間は互いに独立した配線により接続されている。
【０１１５】
ＦＣ５Ａは、４象限のそれぞれにおける３つのＥＳＣに対して同一の制御信号を出力する第１モードと、４象限のそれぞれにおいて、３つのＥＳＣの少なくとも何れかに対して制御信号を出力する第２モードとを有することができる。
【０１１６】
例えば、ＦＣ５Ａは第２モードにおいて、初期設定として、主プロペラ３１〜３４選択的に使用して飛行するように、制御信号の出力先として、第１ＥＳＣ６１〜６４を設定する。ＦＣ５Ｂは、指令部４からの指令信号に応じてフレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）が目標状態を達成するように第１ＥＳＣ６１〜６４のそれぞれに制御信号を出力し、主プロペラ３１〜３４の各揚力を制御する。
【０１１７】
次いで、ＦＣ５Ａは、図１１のフローチャートのステップＳ１１と同様に、目標状態とセンサ部５１により検出された飛行状態との差分から、揚力が不足する象限があるか否かを判定する。揚力が不足する場合、ＦＣ５Ａは、揚力が不足する象限に関して制御信号の出力先を、例えば第２ＥＳＣ６５〜６８に変更することにより、制御信号の出力ラインを切り替える。これにより、揚力が不足する象限において、第１モータ２１〜２４の駆動がオフにされ、第２モータ２５〜２８の駆動がオンになり、揚力は補助プロペラ３５〜３８により回復される。
【０１１８】
第２ＥＳＣ６５〜６８を制御信号の出力先とする象限において揚力の不足が検知された場合、ＦＣ５Ａは、揚力が不足する象限に関して、制御信号の出力先を第３ＥＳＣ６０１〜６０４に変更すればよい。これにより、揚力が不足する象限において、第２モータ２５〜２８の駆動がオフにされ、第３モータ２０１〜２０４の駆動がオンになり、揚力は第３プロペラ３０１〜３０４により回復される。
【０１１９】
第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体によれば、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、１つのプロペラを回転させることにより飛行し、揚力が不足する場合において、それまで回転させていなかった他のプロペラを回転させる。また、第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体では、各象限において、重畳する２層のプロペラの何れか一方のプロペラを選択的に回転させるので、効率的に揚力を発生することができ、複数のモータを駆動することによる消費電力を節減することができる。
【０１２０】
なお、第１モードの制御方法を実現するには、図２３に示すように、ＥＳＣ６１〜６８，６０１〜６０４は、各象限のそれぞれにおいて同一の制御信号が入力されるようにＦＣ５に接続されてもよい。したがって、第２モードが不要であれば、第３実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のＦＣ５は、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４用の４系統の制御信号を生成すればよいため、４つのプロペラを有するクアッドコプター用の汎用のＦＣを使用可能である。
【０１２１】
また、初期設定として、主プロペラ（第１プロペラ）３１〜３４を使用する例を説明したが、回転されるプロペラは補助プロペラ（第２プロペラ）３５〜３８であっても第３プロペラ３０１〜３０４であっても構わない。更に、初期設定として、主プロペラ３１〜３４を使用する象限と補助プロペラ３５〜３８を使用する象限と、３０１〜３０４を使用する象限とが混在してもよい。
【０１２２】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、図２４に示すように、使用するＥＳＣ６１〜６８，６０１〜６０４、モータ２１〜２８，２０１〜２０４を切り替えるための構成を有することにより冗長性が向上されている点で第３実施形態と異なる。第４実施形態において、ＦＣ５Ｂと、ＥＳＣ６１〜６８，６０１〜６０４のそれぞれとの間は互いに独立した配線により接続されている。第４実施形態において説明しない構成、作用及び効果は第３実施形態と同様であるため省略する。
【０１２３】
第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、第１モータ２１〜２４のそれぞれに入力される第１電流（駆動信号）を検出する第１電流センサA1a〜A4aと、第１モータ２１〜２４のそれぞれの第１電流が流れる配線を開閉する第１スイッチSW1a〜SW4aと、第２モータ２５〜２８のそれぞれに入力される第２電流（駆動信号）を検出する第２電流センサA1b〜A4bと、第２モータ２５〜２８のそれぞれの第２電流が流れる配線を開閉する第２スイッチSW1b〜SW4bとを備える。
【０１２４】
第１電流センサA1a〜A4a及び第２電流センサA1b〜A4bのそれぞれは、クランプセンサやシャント抵抗を用いた電流検出等により電流を検出すればよい。第１モータ２１〜２４及び第２モータ２５〜２８のそれぞれがブラシ付きモータであれば、１つのモータに２本の入力配線が接続され、ブラシレスモータであれば１つのモータに３本の入力配線が接続される。第１電流センサA1a〜A4a及び第２電流センサA1b〜A4bのそれぞれは、第１モータ２１〜２４及び第２モータ２５〜２８の種類に応じて、２連又は３連の電流計である。
【０１２５】
第１スイッチSW1a及び第２スイッチSW1bと、第１ＥＳＣ６１及び第２ＥＳＣ６５との間には、ＥＳＣスイッチSW1vが接続されている。ＥＳＣスイッチSW1vは、第１モータ２１及び第２モータ２５側に駆動信号を出力する第１ＥＳＣ６１又は第２ＥＳＣ６５を切り替えるスイッチである。第１スイッチSW1a及び第２スイッチSW1bは、ＥＳＣスイッチSW1vのポジションにより選択された第１ＥＳＣ６１又は第２ＥＳＣ６５から、互いに同一の駆動信号が入力される。
【０１２６】
第１スイッチSW2a及び第２スイッチSW2bと、第１ＥＳＣ６２及び第２ＥＳＣ６６との間には、ＥＳＣスイッチSW2vが接続されている。ＥＳＣスイッチSW2vは、第１モータ２２及び第２モータ２６側に駆動信号を出力する第１ＥＳＣ６２又は第２ＥＳＣ６６を切り替えるスイッチである。第１スイッチSW2a及び第２スイッチSW2bは、ＥＳＣスイッチSW2vのポジションにより選択された第１ＥＳＣ６２又は第２ＥＳＣ６６から、互いに同一の駆動信号が入力される。
【０１２７】
第１スイッチSW3a及び第２スイッチSW3bと、第１ＥＳＣ６３及び第２ＥＳＣ６７との間には、ＥＳＣスイッチSW3vが接続されている。ＥＳＣスイッチSW3vは、第１モータ２３及び第２モータ２７側に駆動信号を出力する第１ＥＳＣ６３又は第２ＥＳＣ６７を切り替えるスイッチである。第１スイッチSW3a及び第２スイッチSW3bは、ＥＳＣスイッチSW3vのポジションにより選択された第１ＥＳＣ６３又は第２ＥＳＣ６７から、互いに同一の駆動信号が入力される。
【０１２８】
第１スイッチSW4a及び第２スイッチSW4bと、第１ＥＳＣ６４及び第２ＥＳＣ６８との間には、ＥＳＣスイッチSW4vが接続されている。ＥＳＣスイッチSW4vは、第１モータ２４及び第２モータ２８側に駆動信号を出力する第１ＥＳＣ６４又は第２ＥＳＣ６８を切り替えるスイッチである。第１スイッチSW4a及び第２スイッチSW4bは、ＥＳＣスイッチSW4vのポジションにより選択された第１ＥＳＣ６４又は第２ＥＳＣ６８から、互いに同一の駆動信号が入力される。
【０１２９】
更に、第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、主プロペラ３１〜３４のそれぞれの回転状態を検出する第１回転センサP1a〜P4aと、補助プロペラ３５〜３８のそれぞれの回転状態を検出する第２回転センサP1b〜P4bとを備える。第１回転センサP1a〜P4a及び第２回転センサP1b〜P4bのそれぞれは、例えば、主プロペラ３１〜３４及び補助プロペラ３５〜３８の各ブレードの回転状態を光学的に読み取る光センサである。
【０１３０】
ＦＣ５Ｂの制御回路５６Ｂは、図２５に示すように、飛行制御部５６１及びライン制御部５６２に加えて、故障判定部５６３を機能的又は物理的なハードウェア資源として備える。ライン制御部５６２は、第１スイッチSW1a〜SW4a、第２スイッチSW1b〜SW4b及びＥＳＣスイッチSW1v〜SW4vを制御することにより、プロペラ３１〜３８，３０１〜３０４の制御信号のラインを切り替える。故障判定部５６３は、第１電流センサA1a〜A4a及び第２電流センサA1b〜A4bにより検出された電流に基づいて、ＥＳＣ６１〜６８又はモータ２１〜２８の故障を判定する論理回路である。また、故障判定部５６３は、第１回転センサP1a〜P4a及び第２回転センサP1b〜P4bにより検出された回転状態と、第１電流センサA1a〜A4a及び第２電流センサA1b〜A4bにより検出された電流とに基づいて、プロペラ３１〜３８の故障を判定する。
【０１３１】
−第１モードの制御方法−
以下、図２６のフローチャートを参照して、第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第１モードにおける制御方法の一例を説明する。以下の説明では、第１象限Ｑ１を主として例示的に説明するが、他の第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４に関しても同様の処理であるため説明を省略する。
【０１３２】
先ず、初期設定として、ライン制御部５６２は、例えば、全てのＥＳＣスイッチSW1v〜SW4vを第１ＥＳＣ６１〜６４側に切り替える。第１スイッチSW1a〜SW4a及び第２スイッチSW1b〜SW4bをオン（閉状態）にすることにより、第１モータ２１〜２４及び第２モータ２５〜２８がオンにされる。そして、第１ＥＳＣ６１及び第３ＥＳＣ６０１、第１ＥＳＣ６２及び第３ＥＳＣ６０２、第１ＥＳＣ６３及び第３ＥＳＣ６０３、並びに第１ＥＳＣ６４及び第３ＥＳＣ６０４の４系統の制御信号を生成する。これにより、全てのプロペラ３１〜３８，３０１〜３０４が回転される。
【０１３３】
ステップＳ２１において、飛行制御部５６１は、第２実施形態において説明した図１１のフローチャートのステップＳ１１と同様に、フレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の目標状態とセンサ部５１により検出された飛行状態との差分から、第１象限Ｑ１の揚力が不足しているか否かを判定する。揚力が不足すると判定される場合、ステップＳ２２に処理を進め、揚力が不足していないと判定される場合、ステップＳ２１の処理を繰り返す。
【０１３４】
ステップＳ２２において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流及び第２電流センサA1bにより検出された第２電流のそれぞれに基づいて、第１ＥＳＣ６１が故障しているか否かを判定する。具体的には、故障判定部５６３は、第１モータ２１に入力される第１電流及び第２モータ２５に入力される第２電流が共に適正に検出されない場合、第１ＥＳＣ６１が故障していると判定する。適正な電流か否かの判定は、検出された電流と予め決定された波形との比較により行われる。第１ＥＳＣ６１が故障していると判定する場合、ステップＳ２３に処理を進め、故障していないと判定する場合、ステップＳ２４に処理を進める。
【０１３５】
ステップＳ２３において、ライン制御部５６２は、第２ＥＳＣ６５から第１モータ２１及び第２モータ２５に同一の制御信号が入力されるように、ＥＳＣスイッチSW1vを第２ＥＳＣ６５側に切り替える。
【０１３６】
ステップＳ２４において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流及び第２電流センサA1bにより検出された第２電流と、第１回転センサP1a及び第２回転センサP1bのそれぞれにより検出された回転状態とに基づいて、主プロペラ３１及び補助プロペラ３５のそれぞれが故障しているか否かを判定する。具体的には、故障判定部５６３は、第１電流が適正に検出されているにも関わらず主プロペラ３１の回転が検出されていない場合、第１ＥＳＣ６１又は第２ＥＳＣ６５と、第１モータ２１とは故障していないため、主プロペラ３１の原因により主プロペラ３１が故障していると判定する。同様に、故障判定部５６３は、第２電流が適正に検出されているにも関わらず補助プロペラ３５の回転が検出されていない場合、第１ＥＳＣ６１又は第２ＥＳＣ６５と、第２モータ２５とは故障していないため、補助プロペラ３５の原因により補助プロペラ３５が故障していると判定する。主プロペラ３１又は補助プロペラ３５が故障していると判定する場合、ステップＳ２５に処理を進め、故障していないと判定する場合、ステップＳ２６に処理を進める。
【０１３７】
ステップＳ２５において、ライン制御部５６２は、ステップＳ２４で故障していると判定された主プロペラ３１側の第１スイッチSW1a又は補助プロペラ３５側の第２スイッチSW1bをオフ（開状態）に切り替える。これにより第１モータ２１及び第２モータ２５のうち、プロペラが故障している側への電力供給が停止される。
【０１３８】
ステップＳ２６において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流及び第２電流センサA1bにより検出された第２電流に基づいて、第１モータ２１及び第２モータ２５のそれぞれが故障しているか否かを判定する。具体的には、故障判定部５６３は、第１電流が適正に検出されず、第２電流が適正に検出される場合、第１モータ２１が故障していると判定する。或いは、故障判定部５６３は、第１電流が適正に検出されているにも関わらず、第２電流が適正に検出されない場合、第２モータ２５が故障していると判定する。第１モータ２１又は第２モータ２５が故障していると判定する場合、ステップＳ２７に処理を進め、故障していないと判定する場合、処理を終了する。
【０１３９】
ステップＳ２７において、ライン制御部５６２は、ステップＳ２６で故障していると判定された第１モータ２１側の第１スイッチSW1a又は第２モータ２５側の第２スイッチSW1bを開状態に切り替え、処理を終了する。これにより故障していると判定された第１モータ２１又は第２モータ２５への電力供給が停止される。
【０１４０】
図２６に示した一連の垂直離着陸可能飛行体の制御方法は、図２６と等価なアルゴリズムのプログラムにより、図２５に示した制御回路５６Ｂを制御して実行出来る。このプログラムは、本発明の制御回路５６Ｂを構成するコンピュータシステムのプログラム記憶装置（図示省略）に記憶させればよい。また、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を情報処理装置のプログラム記憶装置に読み込ませることにより、本発明の一連の垂直離着陸可能飛行体の制御方法を実行することができる。
【０１４１】
以上のように、第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第１モードにおける制御方法によれば、モータ２１〜２８に流れる電流及びプロペラ３１〜３８の回転状態を検知することにより、使用するＥＳＣを切り替えたり、使用しないモータへの電力供給を遮断したりすることができる。これにより、垂直離着陸可能飛行体の信頼性が向上するとともに、故障時に消費電力が過大となる可能性を低減することができる。
【０１４２】
−第２モードの制御方法−
以下、図２７のフローチャートを参照して、第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第２モードにおける制御方法の一例を説明する。以下の説明では、第１象限Ｑ１に関して例示的に説明するが、他の第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４に関しても同様の処理であるため説明を省略する。
【０１４３】
先ず、初期設定として、ライン制御部５６２は例えば、最下層の主プロペラ３１〜３４を選択的に使用して飛行するように、全てのＥＳＣスイッチSW1v〜SW4vを第１ＥＳＣ６１〜６４側に切り替え、第１スイッチSW1a〜SW4aをオン、第２スイッチSW1b〜SW4bをオフに切り替える。そして、ライン制御部５６２は、第１ＥＳＣ６１〜６４のそれぞれに制御信号を出力する。これにより、主プロペラ３１〜３４が選択的に回転する。
【０１４４】
ステップＳ３０１において、飛行制御部５６１は、図１１のフローチャートのステップＳ１１と同様に、フレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の目標状態とセンサ部５１により検出された飛行状態との差分から、第１象限Ｑ１の揚力が不足しているか否かを判定する。飛行制御部５６１により、揚力が不足すると判定される場合、ステップＳ３０２に処理を進め、揚力の不足がないと判定される場合、ステップＳ３０１の処理を繰り返す。
【０１４５】
ステップＳ３０２において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流が適正か否かを判定する。第電流が適正である場合、ステップＳ３０３に処理を進め、適正でない場合、ステップＳ３０４に処理を進める。
【０１４６】
ステップＳ３０３において、ライン制御部５６２は、第２スイッチSW1bをオンにし、第１ＥＳＣ６１と第２モータ２５との間を接続し、ステップＳ３０６に処理を進める。
【０１４７】
ステップＳ３０４において、故障判定部５６３は、第１回転センサP1aにより検出された回転状態に基づいて、主プロペラ３１が故障しているか否かを判定する。故障判定部５６３は、主プロペラ３１の回転状態が適正である場合、主プロペラ３１は問題ないため、処理を終了し、適正でない場合、主プロペラ３１の原因により主プロペラ３１が故障していると判定し、ステップＳ３０５に処理を進める。
【０１４８】
ステップＳ３０５において、ライン制御部５６２は、主プロペラ３１が故障しているため、第２スイッチSW1bをオン、第１スイッチSW1aをオフに切り替え、第１ＥＳＣ６１と第２モータ２５との間を接続する。
【０１４９】
ステップＳ３０６において、故障判定部５６３は、第２電流センサA1bにより検出された第２電流と第２回転センサP1bにより検出された補助プロペラ３５の回転状態とに基づいて、補助プロペラ３５に問題ないか否かを判定する。故障判定部５６３は、第２電流及び補助プロペラ３５の回転状態が共に適正である場合、補助プロペラ３５は問題ないと判定し、ステップＳ３０７に処理を進める。第２電流及び補助プロペラ３５の回転状態の少なくとも何れかが適正でない場合、補助プロペラ３５が故障していると判定し、ステップＳ３０８に処理を進める。
【０１５０】
ステップＳ３０７において、ライン制御部５６２は、第１ＥＳＣ６１に問題がなく第１モータ２１に故障があったため、第１スイッチSW1aをオフに切り替え、第１ＥＳＣ６１と第１モータ２１との間を切断し、処理を終了する。
【０１５１】
ステップＳ３０８において、ライン制御部５６２は、ＥＳＣスイッチSW1vを第２ＥＳＣ６５側に切り替え、制御信号の出力先を第１ＥＳＣ６１から第２ＥＳＣ６５に変更する。
【０１５２】
ステップＳ３０９において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流が適正か否かを判定する。故障判定部５６３は、第１電流が適正である場合、第２ＥＳＣ６５は問題ないと判定し、ステップＳ３１０に処理を進める。故障判定部５６３は、第１電流が適正でない場合、第１モータ２１が故障していると判定し、ステップＳ３１１に処理を進める。
【０１５３】
ステップＳ３１０において、故障判定部５６３は、第１回転センサP1aにより検出された主プロペラ３１の回転状態が適正か否かを判定する。故障判定部５６３は、主プロペラ３１の回転状態が適正である場合、処理を終了し、主プロペラ３１の回転状態が適正でない場合、主プロペラ３１の原因により主プロペラ３１が故障していると判定し、ステップＳ３１１に処理を進める。
【０１５４】
ステップＳ３１１において、ライン制御部５６２は、第１スイッチSW1aをオフに切り替え、第２ＥＳＣ６５と第１モータ２１との間を切断する。
【０１５５】
ステップＳ３１２において、故障判定部５６３は、第２電流センサA1bにより検出された第２電流が適正か否かを判定する。故障判定部５６３は、第２電流が適正である場合、ステップＳ３１３に処理を進め、適正でない場合、第２ＥＳＣ６５が故障していると判定し、ステップＳ３１４に処理を進める。
【０１５６】
ステップＳ３１３において、故障判定部５６３は、第２回転センサP1bにより検出された補助プロペラ３５の回転状態が適正か否かを判定する。故障判定部５６３は、補助プロペラ３５の回転状態が適正である場合、処理を終了し、補助プロペラ３５の回転状態が適正でない場合、補助プロペラ３５が故障していると判定し、ステップＳ３１４に処理を進める。
【０１５７】
ステップＳ３１４において、ライン制御部５６２は、制御信号の出力先を第２ＥＳＣ６５から第３ＥＳＣ６０１に変更する。これにより、第３プロペラ３０１が回転され、処理を終了する。
【０１５８】
図２７に示した一連の垂直離着陸可能飛行体の制御方法は、図２７と等価なアルゴリズムのプログラムにより、図２５に示した制御回路５６Ｂを制御して実行出来る。このプログラムは、本発明の制御回路５６Ｂを構成するコンピュータシステムのプログラム記憶装置（図示省略）に記憶させればよい。また、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を情報処理装置のプログラム記憶装置に読み込ませることにより、本発明の一連の垂直離着陸可能飛行体の制御方法を実行することができる。
【０１５９】
以上のように、第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第２モードにおける制御方法によれば、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、１つのプロペラを回転させることにより飛行する。そして、揚力が不足する場合において、それまで回転させていなかった他のプロペラを回転させることにより効率的に揚力を発生することができ、複数のモータを駆動することによる消費電力を節減することができる。
【０１６０】
更に、第４実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体では、第１モータ２１〜２４及び第２モータ２５〜２８に流れる電流を検出する第１電流センサA1a〜A4a及び第２電流センサA1b〜A4bを備えることにより、飛行制御部５６１は、第１電流及び第２電流に応じて、第１モータ２１〜２４及び第２モータ２５〜２８の間で同期することが可能となる。これにより、第１ＥＳＣ６１〜６４及び第２ＥＳＣ６５〜６８の間で互いに切り替えることが可能となる。
【０１６１】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、図２８に示すように、第１モータ２１及び第２モータ２５、第１モータ２２及び第２モータ２６、第１モータ２３及び第２モータ２７、並びに第１モータ２４及び第２モータ２８のそれぞれに共有される回転シャフトSH1,SH2,SH3,SH4と、回転シャフトSH1〜SH4の回転を主プロペラ３１〜３４のそれぞれに伝達する第１クラッチC1a〜C4aと、回転シャフトSH1〜SH4の回転を補助プロペラ３５〜３８のそれぞれに伝達する第２クラッチC1b〜C4bとを備える点で第３及び第４実施形態と異なる。第５実施形態において説明しない構成、作用及び効果は第３及び第４実施形態と同様であるため省略する。
【０１６２】
例えば第２象限Ｑ２について図２９に示すように、第１モータ２２及び第２モータ２６は、図２９において図示されない回転シャフトを共有するように配置される。即ち、ビーム部１２Ｅの先端部において、回転シャフトは、下側に配置された第１モータ２２から上側に配置された第２モータ２６にかけてビーム部１２Ｅを貫通して配置される。
【０１６３】
なお、図２９に示す例においてビーム部１２Ｅの中央側に配置される第３モータ２０２についても、第１モータ２２及び第２モータ２６と共に回転シャフトを共有し、図示しない第３クラッチにより第３プロペラ３０２に対する回転の伝達の切り替えを行うようにしてもよい。即ち、主プロペラ３２、補助プロペラ３６及び第３プロペラ３０２は、同心となるように配置されてもよい。
【０１６４】
主プロペラ３２は、第１クラッチC2aにより回転シャフトの回転を伝達されることにより回転する。補助プロペラ３６は、第２クラッチC2bにより回転シャフトの回転を伝達されることにより回転する。よって、第１モータ２２及び第２モータ２６の何れかが駆動されるとき、第１クラッチC2a及び第２クラッチC2bの制御に応じて、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６の少なくとも何れかを回転させることができる。
【０１６５】
ＦＣ５Ｃの制御回路５６Ｃは、図３０に示すように、飛行制御部５６１、ライン制御部５６２及び故障判定部５６３に加えて、クラッチ制御部５６４を機能的又は物理的なハードウェア資源として備える。クラッチ制御部５６４は、第１クラッチC1a〜C4a及び第２クラッチC1b〜C4bのそれぞれを制御することにより、回転シャフトSH1〜SH4と主プロペラ３１〜３４及び補助プロペラ３５〜３８との間の接続及び切断を行い、主プロペラ３１〜３４及び補助プロペラ３５〜３８を選択的に回転させる論理回路である。
【０１６６】
−第１モードの制御方法−
以下、図３１のフローチャートを参照して、第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第１モードにおける制御方法の一例を説明する。以下の説明では、第１象限Ｑ１を主として例示的に説明するが、他の第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４に関しても同様の処理であるため説明を省略する。
【０１６７】
先ず、初期設定として、ライン制御部５６２は、例えば、全てのＥＳＣスイッチSW1v〜SW4vを第１ＥＳＣ６１〜６４側に切り替える。第１スイッチSW1a〜SW4aをオン、第２スイッチSW1b〜SW4bをオフにすることにより、第１モータ２１〜２４が選択的にオンにされる。また、クラッチ制御部５６４は、第１クラッチC1a〜C4a及び第２クラッチC1b〜C4bを全て接続状態にする。そして、飛行制御部５６１は、第１ＥＳＣ６１及び第３ＥＳＣ６０１、第１ＥＳＣ６２及び第３ＥＳＣ６０２、第１ＥＳＣ６３及び第３ＥＳＣ６０３、並びに第１ＥＳＣ６４及び第３ＥＳＣ６０４の４系統の制御信号を生成する。これにより、全てのプロペラ３１〜３８，３０１〜３０４が回転される。
【０１６８】
ステップＳ４０１において、飛行制御部５６１は、図１１のフローチャートのステップＳ１１と同様に、フレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の目標状態とセンサ部５１により検出された飛行状態との差分から、第１象限Ｑ１の揚力が不足しているか否かを判定する。揚力が不足すると判定される場合、ステップＳ４０２に処理を進め、揚力が不足していないと判定される場合、ステップＳ４０１の処理を繰り返す。
【０１６９】
ステップＳ４０２において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流と、第１回転センサP1aにより検出された主プロペラ３１の回転状態及び第２回転センサP1bにより検出された補助プロペラ３５の回転状態とに基づいて、主プロペラ３１及び補助プロペラ３５のそれぞれが故障しているか否かを判定する。具体的には、故障判定部５６３は、第１電流及び主プロペラ３１の回転が適正に検出されているにも関わらず、補助プロペラ３５の回転が検出されていない場合、第２クラッチC1b又は補助プロペラ３５の原因により、補助プロペラ３５が故障していると判定する。同様に、故障判定部５６３は、第１電流及び補助プロペラ３５の回転が適正に検出されているにも関わらず、主プロペラ３１の回転が検出されていない場合、第１クラッチC1a又は主プロペラ３１の原因により、主プロペラ３１が故障していると判定する。主プロペラ３１又は補助プロペラ３５が故障していると判定する場合、ステップＳ４０３に処理を進め、故障していないと判定する場合、ステップＳ４０４に処理を進める。
【０１７０】
ステップＳ４０３において、クラッチ制御部５６４は、ステップＳ４０２で故障していると判定された主プロペラ３１側の第１クラッチC1a又は補助プロペラ３５側の第２クラッチC1bをオフ（切断状態）に切り替える。
【０１７１】
ステップＳ４０４において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流が適正か否かを判定する。第１電流が適正でない場合、ステップＳ４０５に処理を進め、適正と判定する場合、ステップＳ４０６に処理を進める。
【０１７２】
ステップＳ４０５において、ライン制御部５６２は、第１スイッチSW1aをオフに切り替え、第２スイッチSW1bをオンに切り替える。これにより第１ＥＳＣ６１と第２モータ２５との間が接続され、使用するモータが第２モータ２５に切り替えられる。
【０１７３】
ステップＳ４０６において、故障判定部５６３は、第２電流センサA1bにより検出された第２電流と、第１回転センサP1aにより検出された主プロペラ３１の回転状態及び第２回転センサP1bにより検出された補助プロペラ３５の回転状態とに基づいて、主プロペラ３１及び補助プロペラ３５のそれぞれが故障しているか否かを判定する。故障判定部５６３は、第２電流及び主プロペラ３１の回転が適正に検出されているにも関わらず、補助プロペラ３５の回転が検出されていない場合、第２クラッチC1b又は補助プロペラ３５の原因により、補助プロペラ３５が故障していると判定する。同様に、故障判定部５６３は、第２電流及び補助プロペラ３５の回転が適正に検出されているにも関わらず、主プロペラ３１の回転が検出されていない場合、第２クラッチC1b又は補助プロペラ３５の原因により、補助プロペラ３５が故障していると判定する。主プロペラ３１又は補助プロペラ３５が故障していると判定する場合、ステップＳ４０７に処理を進め、故障していないと判定する場合、ステップＳ４０８に処理を進める。
【０１７４】
ステップＳ４０７において、クラッチ制御部５６４は、ステップＳ４０６で故障していると判定された主プロペラ３１側の第１クラッチC1a又は補助プロペラ３５側の第２クラッチC1bをオフに切り替える。
【０１７５】
ステップＳ４０８において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流及び第２電流センサA1bにより検出された第２電流が適正か否かを判定する。即ち、故障判定部５６３は、ステップＳ４０４で第１電流が適正でないと判定した後、ステップＳ４０８で第２電流も適正でないと判定する場合、第１ＥＳＣ６１が故障していると判定し、ステップＳ４０９に処理を進める。第２電流が適正である場合、ステップＳ４１０に処理を進める。
【０１７６】
ステップＳ４０９において、ライン制御部５６２は、ＥＳＣスイッチSW1vを第２ＥＳＣ６５側に切り替え、制御信号の出力先を第１ＥＳＣ６１から第２ＥＳＣ６５に変更する。
【０１７７】
ステップＳ４１０において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流及び第２電流センサA1bにより検出された第２電流が適正か否かを判定する。即ち、故障判定部５６３は、ステップＳ４０４で第１電流が適正でないと判定し、ステップＳ４０９で第２ＥＳＣ６５に切り替えた後、以前第２電流を適正でないと判定する場合、第１ＥＳＣ６１及び第２ＥＳＣ６５が共に故障していると判定し、ステップＳ４１１に処理を進める。第２電流が適正である場合、処理を終了する。
【０１７８】
ステップＳ４１１において、ライン制御部５６２は、第１スイッチSW1a及び第２スイッチSW1bを共にオフにし、第２ＥＳＣ６５への制御信号の出力を停止する。よって、第３プロペラ６０１によって第１象限Ｑ１の揚力が回復される。
【０１７９】
以上のように、第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第１モードにおける制御方法によれば、モータ２１〜２８に流れる電流及びプロペラ３１〜３８の回転状態を検知することにより、使用するＥＳＣを切り替えたり、使用しないモータへの電力供給を遮断したりすることができる。これにより、垂直離着陸可能飛行体の信頼性が向上するとともに、故障時に消費電力が過大となる可能性を低減することができる。
【０１８０】
図３１に示した一連の垂直離着陸可能飛行体の制御方法は、図３１と等価なアルゴリズムのプログラムにより、図３０に示した制御回路５６Ｃを制御して実行出来る。このプログラムは、本発明の制御回路５６Ｃを構成するコンピュータシステムのプログラム記憶装置（図示省略）に記憶させればよい。また、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を情報処理装置のプログラム記憶装置に読み込ませることにより、本発明の一連の垂直離着陸可能飛行体の制御方法を実行することができる。
【０１８１】
−第２モードの制御方法−
以下、図３２のフローチャートを参照して、第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第２モードにおける制御方法の一例を説明する。以下の説明では、第１象限Ｑ１に関して例示的に説明するが、他の第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４に関しても同様の処理であるため説明を省略する。
【０１８２】
先ず、初期設定として、ライン制御部５６２は例えば、最下層の主プロペラ３１〜３４を選択的に使用して飛行するように、全てのＥＳＣスイッチSW1v〜SW4vを第１ＥＳＣ６１〜６４側に切り替え、第１スイッチSW1a〜SW4aをオン、第２スイッチSW1b〜SW4bをオフに切り替える。また、第１クラッチC1a〜C4aをオフ、第２クラッチC1b〜C4bをオンに切り替える。そして、ライン制御部５６２は、第１ＥＳＣ６１〜６４のそれぞれに制御信号を出力する。これにより、主プロペラ３１〜３４が選択的に回転する。
【０１８３】
ステップＳ５０１において、飛行制御部５６１は、図１１のフローチャートのステップＳ１１と同様に、フレーム（１１Ｅ〜１４Ｅ）の目標状態とセンサ部５１により検出された飛行状態との差分から、第１象限Ｑ１の揚力が不足しているか否かを判定する。揚力が不足すると判定される場合、ステップＳ５０２に処理を進め、揚力が不足していないと判定される場合、ステップＳ５０１の処理を繰り返す。
【０１８４】
ステップＳ５０２において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流が適正か否かを判定する。第１電流が適正である場合、ステップＳ５０９に処理を進め、適正でない場合、ステップＳ５０３に処理を進める。
【０１８５】
ステップＳ５０３において、ライン制御部５６２は、第２スイッチSW1bをオンにし、第１ＥＳＣ６１と第１モータ２１及び第２モータ２５との間を接続する。
【０１８６】
ステップＳ５０４において、故障判定部５６３は、第２電流センサA1bにより検出された第２電流が適正か否かを判定する。第２電流が適正である場合、第１ＥＳＣ６１は故障しておらず、第１モータ２１が故障していると判定し、ステップＳ５０５に処理を進める。故障判定部５６３は、第２電流が適正でない場合、第１ＥＳＣ６１が故障していると判定し、ステップＳ５０６に処理を進める。
【０１８７】
ステップＳ５０５において、ライン制御部５６２は、第１スイッチSW1aをオフ、第２スイッチSW1bをオンに切り替え、第１ＥＳＣ６１と第２モータ２５との間を接続する。これにより、ライン制御部５６２は、使用するモータを第１モータ２１から第２モータ２５に切り替え、ステップＳ５０９に処理を進める。
【０１８８】
ステップＳ５０６において、ライン制御部５６２は、ＥＳＣスイッチSW1vを第２ＥＳＣ６５側に切り替え、使用するＥＳＣを第１ＥＳＣ６１から第２ＥＳＣ６５に変更する。
【０１８９】
ステップＳ５０７において、故障判定部５６３は、第１電流センサA1aにより検出された第１電流が適正か否かを判定する。故障判定部５６３は、第１電流が適正である場合、ステップＳ５０９に処理を進め、適正でない場合、ステップＳ５０８に処理を進める。
【０１９０】
ステップＳ５０８において、故障判定部５６３は、第２電流センサA1bにより検出された第２電流が適正か否かを判定する。故障判定部５６３は、第２電流が適正である場合、ステップＳ５０９に処理を進め、適正でない場合、主プロペラ３１及び補助プロペラ３５が共に故障していると判定し、ステップＳ５１２に処理を進める。
【０１９１】
ステップＳ５０９において、故障判定部５６３は、第２回転センサP1bにより検出される補助プロペラ３５の回転状態が適正か否かを判定する。故障判定部５６３は、補助プロペラ３５の回転状態が適正である場合、補助プロペラ３５は問題ないとして、処理を終了する。故障判定部５６３は、補助プロペラ３５の回転状態が適正でない場合、補助プロペラ３５が故障していると判定し、ステップＳ５１０に処理を進める。
【０１９２】
ステップＳ５１０において、クラッチ制御部５６４は、ステップＳ５０９で故障していると判定された補助プロペラ３５側の第２クラッチC1bをオフにし、主プロペラ３１側の第１クラッチC1aをオンに切り替える。
【０１９３】
ステップＳ５１１において、故障判定部５６３は、第１回転センサP1aにより検出される主プロペラ３１の回転状態が適正か否かを判定する。故障判定部５６３は、主プロペラ３１の回転状態が適正である場合、主プロペラ３１は問題ないとして、処理を終了する。故障判定部５６３は、主プロペラ３１の回転状態が適正でない場合、主プロペラ３１が故障していると判定し、ステップＳ５１２に処理を進める。
【０１９４】
ステップＳ５１２において、ライン制御部５６２は、第１ＥＳＣ６１及び第２ＥＳＣ６５に対する制御信号の出力を停止し、制御信号の出力先を第３ＥＳＣ６０１に設定する。これにより、第３プロペラ６０１が回転され、処理を終了する。
【０１９５】
以上のように、第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の第２モードにおける制御方法によれば、第１象限Ｑ１、第２象限Ｑ２、第３象限Ｑ３及び第４象限Ｑ４のそれぞれにおいて、１つのプロペラを回転させることにより飛行する。そして、揚力が不足する場合において、それまで回転させていなかった他のプロペラを回転させることにより効率的に揚力を発生することができ、複数のモータを駆動することによる消費電力を節減することができる。
【０１９６】
図３２に示した一連の垂直離着陸可能飛行体の第２モードにおける制御方法は、図３２と等価なアルゴリズムのプログラムにより、図３０に示した制御回路５６Ｃを制御して実行出来る。このプログラムも、本発明の制御回路５６Ｃを構成するコンピュータシステムのプログラム記憶装置（図示省略）に記憶させればよい。また、このプログラムを、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を情報処理装置のプログラム記憶装置に読み込ませることにより、第２モードにおける制御方法を実行することができる。
【０１９７】
更に、第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、をそれぞれ共有する第１モータ２１〜２４及び第２モータ２５〜２８に共有される回転シャフトと、回転シャフトに設けられた第１クラッチC1a〜C4a及び第２クラッチC1b〜C4bとを備えるため、故障したプロペラ３１〜３８の回転を容易に停止させることができる。２枚ブレードをもつプロペラにおいて１つのブレードが破損すると回転が滑らかでなくなる。３枚以上のブレードをもつプロペラにおいても１つ以上のブレードが破損すると回転が滑らかでなくなる。第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、このような回転異常による非円滑な回転を避けるのに貢献する。
【０１９８】
−変形例−
図２９に示す例では、ビーム部１２Ｅを上下方向に挟み込むように配置された第１モータ２２及び第２モータ２６を説明したが、図３３に示すように、第１モータ２２及び第２モータ２６の代わりに、２系統のコイルを有するモータ７を採用してもよい。
【０１９９】
モータ７は、円筒状の固定子７１と、固定子７１の内側に配置され、回転シャフトSH2を回転軸として回転する回転子７２と、固定子７１の内面に設けられた３つのコア部７３ｕ，７３ｖ，７３ｗとを備える。更に、３つコア部７３ｕ，７３ｖ，７３ｗのそれぞれには、第１モータ２２の系統に相当する第１コイル７４ｕ，７４ｖ，７４ｗと、第２モータ２６の系統に相当する第２コイル７５ｕ，７５ｖ，７５ｗとが巻回されている。
【０２００】
第１コイル７４ｕ，７４ｖ，７４ｗのそれぞれの一方の端子ｎ２は、第１モータ２２の中性点に相当する。第１コイル７４ｕ，７４ｖ，７４ｗのそれぞれの他方の端子ｕ２，ｖ２，ｗ２は、それぞれｕ，ｖ，ｗ端子に相当する。第２コイル７５ｕ，７５ｖ，７５ｗのそれぞれの一方の端子ｎ６は、第２モータ２６の中性点に相当する。第２コイル７５ｕ，７５ｖ，７５ｗのそれぞれの他方の端子ｕ６，ｖ６，ｗ６は、それぞれｕ，ｖ，ｗ端子に相当する。
【０２０１】
第１モータ２１及び第２モータ２５、第１モータ２３及び第２モータ２７、並びに第１モータ２４及び第２モータ２８のそれぞれについても同様に、それぞれ２系統を有するモータ７と同様の構成を採用してもよい。
【０２０２】
（第６実施形態）
第１実施形態、第３実施形態、及び第５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体の説明において、上下２重の同軸２重同回転プロペラ配置を用いている。同軸２重同回転プロペラ配置では、プロペラ故障が発生しても、安定した飛行ができる。また、プロペラ回転面が重なり合うので、機体サイズを最小にでき、機体重量を最小にできる。例えば第１象限において、図３４に示すように、同軸２重同回転プロペラ配置では、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６のブレードのそれぞれの回転面は互いに重なり合う。即ち、回転軸左側の区域１及び右側の区域２で、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６のブレードはともにＣＷに回転している。そのため、空気抵抗などの作用でエネルギー効率が低下することが知られている。
【０２０３】
一方、図３５に示すように、同軸２重反転プロペラ配置では、区域１及び区域２において、主プロペラ３２のブレードがＣＷに回転し、補助プロペラ３６のブレードはＣＣＷに回転するため、エネルギー効率の低下はない。しかし、第１実施形態の比較例で述べたように、プロペラ故障が発生すると容易に不安定な状態に陥る。また、図３６に示すように、同回転の主プロペラ３２及び補助プロペラ３６を分離して互いの回転面が重ならないようにした単独プロペラ配置では、エネルギー効率は最大となる。しかし、単独プロペラ配置では、機体サイズが大きくなり機体重量が増加してしまう。
【０２０４】
第６実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体では、図３７に示すように、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６が、プロペラ回転面に垂直な断面において互いの回転面がスペーサ７０を挟んで垂直方向に離間し、かつ回転面の略半径の長さで互いに重なり合い、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６のブレードの位置が特定のタイミングで重なる態様が発生するように配置（以下において、「デンスプロペラ」配置と称す。）される。デンスプロペラ配置では、図３７に定義した区域１及び区域３では、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６の回転面は重ならないが、図３７に定義した区域２では主プロペラ３２及び補助プロペラ３６の回転面が重なる。第６実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体において説明しない構成、作用及び効果は第１〜５実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体と同様であるため省略する。
【０２０５】
第６実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体のデンスプロペラ配置では、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６はともにＣＣＷの回転方向であるが、区域２では、主プロペラ３２の左側のブレードの接線速度方向と、補助プロペラ３６の右側のブレードの接線速度方向が互いに逆方向になる場合について説明する。したがって、回転面が重なる区域２において、上層の補助プロペラ３６の回転円の接線速度方向が紙面の奥に向かい、下層の主プロペラ３２の回転円の接線速度方向が紙面の手前に向かうように風を切ることになる。このように、デンスプロペラ配置では、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６の回転面が重なり合う区域２において、互いのブレードの回転円の接線速度方向が逆方向になるため、区域１、２、３のすべてにおいてエネルギー効率が低下しない。エネルギー効率が低下しないことは実験により確認済みである。また、区域２での回転面の重なりがあるため、機体サイズを減少させることができ、機体を軽量化でき、飛行時間を伸ばすことが可能となる。
【０２０６】
デンスプロペラ配置で、図３８に示すように、主プロペラ３２及び補助プロペラ３６の回転方向をそれぞれＣＷ及びＣＣＷと逆方向にすると、ブレードが重なり合う区域２において主プロペラ３２の回転円の接線速度方向と補助プロペラ３６の回転円の接線速度方向が同じになる。したがって、この場合は、エネルギー効率が低下する。エネルギー効率が低下することは実験により確認済みである。
【０２０７】
デンスプロペラを、図３３に示した２系統のコイルを有するモータ７を用いて駆動してもよい。例えば、図３９に示すように、モータ７はビーム部１２の下側に設置される。モータ７は、回転軸の上方の主プロペラ３２に第１クラッチＣ２ａで接続される。主プロペラ３２と補助プロペラ３６は、ベルトあるいはシャフトギアなどの伝達部材２９と第２クラッチＣ２ｂとで連結される。第２クラッチＣ２ｂと伝達部材２９の間には、互いの回転面を上下方向に離間するスペーサ７０が設けられる。このように、ひとつのモータ７で主プロペラ３２及び補助プロペラ３６を駆動することができる。
【０２０８】
上述のように、同軸２重反転プロペラ配置では、エネルギー効率は低下しない。しかし、第１実施形態の比較例において説明したように、同軸２重反転プロペラ配置ではプロペラ故障により容易に不安定な状態に陥る。図８に示した比較例において、デンスプロペラを適用することもできる。例えば、図４０に示すように、ビーム部１２の上側にＣＣＷの回転方向を有する主プロペラ（第１プロペラ）３２及び補助プロペラ（第２プロペラ）３６を配置し、ビーム部１２の下側にＣＷの回転方向を有する第３プロペラ３３２及び第４プロペラ３３６を配置する。第３プロペラ３３２及び第４プロペラ３３６は、それぞれモータ３２２、３２６で駆動される。第３プロペラ３３２は、第４プロペラ３３６よりビーム部１２側に配置される。
【０２０９】
図４０に示すように、区域１において、第２及び第４プロペラ３６、３３６が逆回転となり、第１及び第３プロペラ３２、３３２が逆回転となる。また、区域２において、上側の第１プロペラ３２の接線速度方向と第２プロペラ３６の接線速度方向は逆方向になり、下側の第３プロペラ３３２の接線速度方向と第４プロペラ３３６の接線速度方向も逆方向になる。更に、第１及び第３プロペラ３２、３３２も逆回転となる。したがって、区域１、２、３のすべてにおいてブレードの回転方向が互いに逆方向になるため、エネルギー効率を低下させず、かつ、不安定に陥りやすい比較例の弱点を補うことが可能となる。なお、図４１に示すように、第４プロペラ３３２を、ビーム部１２側に配置すると、区域２において、第１プロペラ３２と第４プロペラ３３６が同回転となる。したがって、図４０に示した配置が望ましい。図３５の同軸２重反転構造により、不安定に陥りやすい既存方式である Octo Coax X 方式に対して、図４０に示したデンスプロペラ構造を適用すると、プロペラ故障が発生してもバックアップとなる同回転のプロペラが上下に存在するので不安定になりにくく、耐故障性を向上させることができる。
【０２１０】
また、３個あるいは４個のプロペラによるデンスプロペラ配置も可能である。例えば、図４２に示すように、ＣＣＷの回転方向を有する第１〜第３プロペラ３２、３６、３３２を直線状に配置し、中央の補助プロペラ（第２プロペラ）３６にスペーサ７０を設けて、補助プロペラ３６の回転面を第１及び第３プロペラ３２、３３２の回転面より高いレベルとする。する。両側の主プロペラ（第１プロペラ）３２及び第３プロペラ３３２の回転面が、中央の補助プロペラ（第２プロペラ）３６の回転面に重なるように配置する。回転面が重なる区域では、互いの接線速度方向が逆方向となる。なお、第１〜第３プロペラ３２、３６、３３２を三角形の各頂点に配置してもよい。この場合、３個のプロペラの回転面のレベルがそれぞれ異なり、３個の回転面が重なる部分が生じるが、この部分においてもエネルギー効率の低下は見られない。
【０２１１】
また、図４３に示すように、ＣＣＷの回転方向を有する第１〜第４プロペラ３２、３６、３３２、３３６を直線状に配置する。第１及び第３プロペラ３２、３３２の回転面より、第２及び第４プロペラ３６、３３６の回転面を高いレベルとする。第２プロペラ３６の回転面が第１及び第３プロペラ３２、３３２の回転面と重なる区域、及び第４プロペラ３３６の回転面が第３プロペラ３３２の回転面と重なる区域で、互いの接線速度方向が逆方向となる。なお、第１〜第４プロペラを３２、３６、３３２、３３６を四角形の各頂点に配置してもよい。
【０２１２】
―実施例―
図４４は、図１に示した第１実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体にデンスプロペラを適用した実施例である。図４４に示すように、第１〜第４象限Ｑ１〜Ｑ４において、Ｘ字状に延伸するビーム部１１〜１４の先端部の上側にデンスプロペラが配置される。主プロペラ３１及び補助プロペラ３５が、ビーム部１１の先端において、ビーム部１１の延伸方向に対して直交するように配置される。主プロペラ３２及び補助プロペラ３６が、ビーム部１２の先端において、ビーム部１２の延伸方向に対して直交するように配置される。主プロペラ３３及び補助プロペラ３７が、ビーム部１３の先端において、ビーム部１３の延伸方向に対して直交するように配置される。主プロペラ３４及び補助プロペラ３６が、ビーム部１４の先端において、ビーム部１４の延伸方向に対して直交するように配置される。このように、第６実施形態の実施例に係る垂直離着陸可能飛行体では、各象限Ｑ１〜Ｑ４において、デンスプロペラが配置される。したがって、プロペラの故障に対する冗長性が向上され、墜落の可能性を低減することができる上に、エネルギー効率を低下させないことが可能となる。また、デンスプロペラ配置を用いているので、既存のオクトコプターに比べ、機体サイズを小さくすることができる。
【０２１３】
なお、図４４では、２個のプロペラをＸ字状に延伸するビームに直交する方向に配置しているが、配置するプロペラの数、及び配置形状は限定されない。例えば、図４５に示すように、２個のプロペラをＸ字状のビーム部１１〜１４の延伸方向に配置してもよい。この機体は、長いビームを用いることにより、簡単に実現できる。
【０２１４】
図４６は、プロペラをＨ字状に配置した機体である。図４６に示すように、第１及び第４象限Ｑ１、Ｑ４のプロペラ３１、３５、３８、３４が直線状に配置され、第２及び第３象限Ｑ２、Ｑ３のプロペラ３２、３６、３７、３３が直線状に配置される。なお、ビーム部１１の先端からビーム部１４の先端に延伸するビーム上にプロペラ３１、３５、３８、３４を配置し、且つビーム部１２の先端からビーム部１３の先端に延伸するビームを設けて、プロペラ３２、３６、３７、３３を配置してもよい。
【０２１５】
図４７は、プロペラをＶ字状に配置した機体である。図４７に示すように、第１及び第４象限Ｑ１、Ｑ４において直線状に配置されプロペラ３１、３５、３８、３４と、第２及び第３象限Ｑ２、Ｑ３において直線状に配置されプロペラ３２、３６、３７、３３とでＶ字を構成する。なお、ビーム部１１の先端からビーム部１４の先端に延伸するビーム上にプロペラ３１、３５、３８、３４を配置し、且つビーム部１２の先端からビーム部１３の先端に延伸するビームを設けて、プロペラ３２、３６、３７、３３を配置してもよい。
【０２１６】
図４８は、図４４に示したデンスプロペラ配置に、更に第３プロペラ３３１、３３２、３３３、３３４をＸ字状に延伸するビーム部１１〜１４の上で機体主部１０側に配置するドデカコプター機体である。図４８に示すように、第１〜第４象限Ｑ１〜Ｑ４においてビームの先端に３個のプロペラが三角形の頂点に配置されている。上述のように、３個の回転面が重なる部分が存在しているが、この部分においてもエネルギー効率の低下は見られない。なお、図４２に示したように、３個のプロペラを、Ｘ字状のビーム上に直線状に配置してもよい。
【０２１７】
図４９では、図４４に示したデンスプロペラ配置に、図４８とは逆に第３プロペラ３３１〜３３４をＸ字状に延伸するビーム部１１〜１４の上で機体主部１０の反対側に配置するドデカコプター機体である。図４９に示すように、隣接する象限のビーム先端を連結するバンパー１５を備える。プロペラによる推進力あるいは揚力は、ピッチが同じ場合、直径の４乗に比例し、回転数の３乗に比例する。第３プロペラ３３１〜３３４の直径を、第１及び第２プロペラ３１〜３８の直径の２倍に設定し、第３プロペラ３３１〜３３４のプロペラの回転数を、第１及び第２プロペラ３１〜３８の回転数の２分の１に設定する。第１〜第４象限Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれにおいて、第１及び第２プロペラの推進力の和は、第３プロペラの推進力と同じになる。
【０２１８】
また、第３プロペラ３３１〜３３４を折りたたみプロペラとし、通常は第１及び第２プロペラ３１〜３８で飛行し、第３プロペラ３３１〜３３４は折りたたんでおく。例えば、主プロペラ（第１プロペラ）３１及び補助プロペラ（第２プロペラ）３５が故障したときは、第３プロペラ３３１が代わりに動作する。主プロペラ（第１プロペラ）３２及び補助プロペラ（第２プロペラ）３６が故障したときは第３プロペラ３３２が代わりに動作する。主プロペラ（第１プロペラ）３３及び補助プロペラ（第２プロペラ）３７が故障したときは第３プロペラ３３３が代わりに動作する。主プロペラ（第１プロペラ）３４及び補助プロペラ（第２プロペラ）３８が故障したときは第３プロペラ３３４が代わりに動作する。なお、第３プロペラ３３１〜３３４を折りたたまずに、第１及び第２プロペラ３１〜３８と共に動作させるモードで飛行しても良い。第３プロペラ３３１〜３３４を折りたたんで飛行する場合は、全てのプロペラがバンパー１５の中に入り、プロペラを守ることができる。
【０２１９】
図４９に示したドデカコプター機体では、各象限において、第１及び補助プロペラの推進力の和と同じ推進力を有する第３プロペラを配置している。その代わりに、推進力が第１及び補助プロペラと同じ第３プロペラ及び第４プロペラを用いるヘキサデカコプター機体としてもよい。例えば、図５０に示すように、各象限Ｑ１〜Ｑ４において、第１〜第４プロペラ３１〜３８、３３１〜３３８をデンスプロペラ配置としてもよい。第３及び第４プロペラ３３１〜３３８は、延伸するビーム部１１〜１４の上で機体主部１０側に配置する。この場合、図４９のドデカコプターと同じ推進力が得られ、更に、ビームの長さを短くして機体サイズを小さくできる。
【０２２０】
第６実施形態の実施例で説明した垂直離着陸可能飛行体は、図３、図４、図１０、図２２〜図２５、図２８、図３０に示したＦＣ、あるいはクアッドコプター用の汎用ＦＣにより制御可能である。例えば、図５１に示すＦＣ５Ｄは、第４プロペラ３３５〜３３８を駆動する第４ＥＳＣ６０５〜６０８及び第４モータ３２５〜３２８も制御する点が、図２８に示した第５実施形態のＦＣ５Ｃと異なる。他の構成、作用及び効果は第５実施形態と同様であるため省略する。
【０２２１】
（第７実施形態）
第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、図５２に示すように、チルト機構として、機体主部１０にチルト部材Ｔ１、Ｔ２を備える。また、図５６に示すように、ＦＣ５Ｅの制御回路５６Ｅにはチルト制御部５６５を備える。チルト部材Ｔ１は、チルト制御部５６５の制御により、ビーム部１１をチルト軸として回転させ、ビーム部１１に連結された第１及び第２象限Ｑ１、Ｑ２の主プロペラ３１，３２及び補助プロペラ３５，３６を傾斜させる。チルト部材Ｔ２は、チルト制御部５６５の制御により、ビーム部１４をチルト軸として回転させ、ビーム部１４に連結された第３及び第４象限Ｑ３、Ｑ４の主プロペラ３３，３４及び補助プロペラ３７，３８を傾斜させる。第７実施形態において説明しない構成、作用及び効果は第１〜６実施形態と同様であるため省略する。
【０２２２】
図５３〜図５５は第１及び第４象限Ｑ１、Ｑ４側からの側面図である。図５３に示すように、チルト部材Ｔ１、Ｔ２の制御によりチルト軸をCCW方向に傾斜させて、前進状態とする。図５４に示すように、チルト軸を元の位置に戻してホバリング（空中静止）状態とする。図５５に示すように、チルト部材Ｔ１、Ｔ２の制御によりチルト軸をCW方向に傾斜させて、後進状態とする。図５３のように前進している機体を図５４のホバリング状態に戻すには、一旦、図５５の後進動作でブレーキをかけてから図５４のホバリング状態へ遷移する。図５５のように後進している機体を図５４のホバリング状態に戻すには、一旦、図５３の前進動作でブレーキをかけてから図５４のホバリング状態へ遷移する。前後のチルト軸の離間距離は、図５３〜５５に示すように、プロペラからの下降気流が被らないような距離とする。チルト構造を有するマルチコプターは、前後に移動するときに、前後の推力を変化させる必要がない。また、前進状態からホバリング状態への状態遷移、及び後進状態からホバリング状態への状態遷移が容易にできるので、効率が良い。
【０２２３】
チルト構造を有するマルチコプターの他の特徴は、前進状態、後進状態、前進状態からホバリング状態への状態遷移、及び後進状態からホバリング状態への状態遷移の各動作時に、機体を大きく前後に傾斜する必要がない。このことは、有人マルチコプターの乗り心地において、重要なメリットである。スワッシュ機構を持つヘリコプターの場合、コックピットを多少の前後傾斜はあるものの大きく前後傾斜することはない。チルト構造を有するマルチコプターでも、状態遷移の各動作時に前後傾斜がほとんどなしで動作できるので、同様の効果が得られる。
【０２２４】
図５２の垂直離着陸可能飛行体では、前後方向（前進又は後進方向）に直交する方向に延伸するチルト軸上に主プロペラ３１，３２及び補助プロペラ３５，３６、及び主プロペラ３３，３４及び補助プロペラ３７，３８を、それぞれ直線状に配置している。図５７に示すように、各デンスプロペラを前後方向に並行に配置してもよい。主プロペラ３１及び補助プロペラ３５、並びに主プロペラ３２及び補助プロペラ３６を、それぞれチルト軸の両端においてチルト軸に直交する方向に配置する。同様に、主プロペラ３３及び補助プロペラ３７、並びに主プロペラ３４及び補助プロペラ３８を、それぞれチルト軸の両端においてチルト軸に直交する方向に配置する。図５７に示したオクトコプターは、図５２に示したオクトコプターよりも機体サイズが大きくなってしまう。
【０２２５】
図５８は、単独プロペラ配置を用いた垂直離着陸可能飛行体にチルト構造を適用した例である。第１〜第４象限Ｑ１、Ｑ２において、主プロペラ３１、３２がビーム部１１の両端に配置され、補助プロペラ３５、３６がビーム部１１１の両端に配置される。同様に、第３及び第４象限Ｑ３、Ｑ４において、主プロペラ３３、３４がビーム部１４の両端に配置され、補助プロペラ３７、３８がビーム部１１４の両端に配置される。ビーム部１１、１４、１１１、１１４のそれぞれには、チルト部材Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４が設けられる。チルト部材Ｔ１〜Ｔ４のそれぞれは、図６２に示すように、チルト制御部５６５により制御される。
【０２２６】
図５９〜図６１は第１及び第４象限Ｑ１、Ｑ４側からの側面図である。図５９に示すように、チルト部材Ｔ１〜Ｔ４の制御によりチルト軸をCCW方向に傾斜させて、前進状態とする。図６０に示すように、チルト軸を元の位置に戻してホバリング状態とする。図６１に示すように、チルト部材Ｔ１〜Ｔ４の制御によりチルト軸をCW方向に傾斜させて、後進状態とする。図５９及び図６１に示すように、ビーム部１１とビーム部１１１の間隔、及びビーム部１４とビーム部１１４の間隔は、前進状態及び後進状態において、主プロペラ３１〜３４と補助プロペラ３５〜３８がデンスプロペラ配置となるように設定する。また、ビーム部１１１とビーム部１１４の間隔は、前進状態及び後進状態において、プロペラからの下降気流が被らないような距離とする。このように、図５８に示したオクトコプターでは、前進状態及び後進状態においてデンスプロペラ配置となり、エネルギー効率は低下しない。図５８に示したオクトコプターは、図５２及び図５７に示したオクトコプターよりも機体サイズが大きくなってしまう。したがって、図５２に示したオクトコプターが機体サイズを最小にできるので望ましい。
【０２２７】
（第８実施形態）
第１〜第７実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体で説明したように、本発明の設計指針は、４分割した象限において、基本的に隣接する象限に逆回転方向のプロペラを配置することにある。即ち、マルチコプターを上面から見たときの平面で、４分割した各象限に基本的に同回転方向の複数のプロペラを配置し、隣接する象限には逆回転方向のプロペラを配置するマルチコプターフレームの設計手法である。本発明の設計指針によるマルチコプターは次の４つの特徴をもつ：
（ａ）クアッドコプターの制御回路がそのまま使える。
（ｂ）１つの象限内の１つのプロペラが故障しても、同じ象限内の他のプロペラが故障したプロペラの推進力または揚力を補完する。
（ｃ）各象限内では、１つのプロペラが動いていれば安定した飛行ができる。
（ｄ）フライトコントローラの姿勢制御機能により、故障したプロペラ系統を検出する必要なく、安定した飛行を継続できる。
本発明の設計指針によれば、１つの象限内では、１つのプロペラが動いていれば十分なので、各象限内で１つのプロペラを回転させ、他のプロペラは故障時のバックアップ用プロペラとするモードで飛行させることができる。もちろん、１つの象限内のすべてのプロペラを回転させるモードで飛行させても良い。
【０２２８】
本発明の設計指針は、４象限に限定されず、任意の複数個の象限に分割した平面にも適用できる。例えば、マルチコプターの上面に規定される平面を、２象限、３象限、４象限、５象限、６象限、７象限、８象限、あるいは９象限など複数個の象限に分割して、隣接する象限に互いに逆回転方向のプロペラを配置すればよい。象限の個数が奇数個の場合は、１箇所だけ隣の象限と主プロペラの回転方向が同じ方向となる。第８実施形態では、本発明の設計指針を６象限、８象限、３象限、及び５象限に適用した場合について説明する。第８実施形態において説明しない構成、作用及び効果は第１〜第７実施形態と同様であるため省略する。
【０２２９】
図６３に示すように、第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体は、機体主部１０の周りに定義された第１〜第６象限Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６にデンスプロペラを配置したドデカコプター機体である。第１象限Ｒ１に、第１及び補助プロペラ４３１、５３１、及び第１及び補助プロペラ４３１、５３１を回転させる第１及び第２モータ４２１、５２１が配置される。同様に、第２〜６象限Ｒ２〜Ｒ６のそれぞれに、第１及び補助プロペラ４３２〜４３６、５３２〜５３６、並びに第１及び補助プロペラ４３２〜４３６、５３２〜５３６それぞれを回転させる第１及び第２モータ４２２〜４２６、５２２〜５２６が配置される。第１、第３及び第５象限Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５のプロペラの回転方向はＣＷである。第２、第４及び第６象限Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６のプロペラの回転方向はＣＣＷである。このように、隣接する象限のプロペラの回転方向が逆になっている。
【０２３０】
図６４は、図６３に示した２個のプロペラによるデンスプロペラ配置に代えて、３個のプロペラによるデンスプロペラ配置を用いたオクタデカコプター機体である。図６４に示すように、第１〜第６象限Ｒ１〜Ｒ６のそれぞれに、第１〜第３プロペラ４３１〜４３６、５３１〜５３６、６３１〜６３６、及び第１〜第３プロペラ４３１〜４３６、５３１〜５３６、６３１〜６３６それぞれを回転させる第１〜第３モータ４２１〜４２６、５２１〜５２６、６２１〜６２６が配置される。
【０２３１】
図６５は、第１〜第８象限Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８にデンスプロペラを配置したヘキサデカコプター機体である。図６５に示すように、第１〜第８象限Ｒ１〜Ｒ８のそれぞれに、主プロペラ４３１〜４３８及び補助プロペラ５３１〜５３８、並びに主プロペラ４３１〜４３８及び補助プロペラ５３１〜５３８それぞれを回転させる第１モータ４２１〜４２８及び第２モータ５２１〜５２８が配置される。機体主部１０には、第１、第３、第５及び第７象限Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７のプロペラの回転方向はＣＷである。第２、第４、第６及び第８象限Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８のプロペラの回転方向はＣＣＷである。このように、隣接する象限のプロペラの回転方向が逆になっている。
【０２３２】
図６６は、第１〜第３象限Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３にデンスプロペラを配置したヘキサコプター機体である。図６６に示すように、第１象限Ｒ１には、ビーム部１１上に回転方向がＣＷの主プロペラ４３１及び補助プロペラ５３１が配置される。第２象限Ｒ２には、ビーム部１２上に回転方向がＣＣＷの主プロペラ４３２及び補助プロペラ５３２が配置される。第３象限Ｒ３には、ビーム部１３上に回転方向がＣＷの主プロペラ４３３及び補助プロペラ５３３が配置される。ビーム部１１、１２が前進方向に関して対象になり、ビーム部１３が後進方向に延伸するように、ビーム部１１、１２、１３は象限中心ＧからＹ字状に配置される。機体主部１０には、ビーム部１３をチルト軸とするチルト部材Ｔ１が設けられる。図６６のヘキサコプターは、Ｙ型トライコプターの各プロペラをデンスプロペラで２重化したものなので、制御方法はY型トライコプターと同じである。Ｙ型トライコプターのヨー軸制御はＣＷとＣＣＷの比率ではなく、チルト部材Ｔ１により行うので、図６６のヘキサコプターのヨー軸制御もチルト部材Ｔ１で行われる。
【０２３３】
図６７は、第１〜第５象限Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５にデンスプロペラを配置したデカコプター機体である。図６７に示すように、第１〜第５象限Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４，Ｒ５には、それぞれビーム部１１、１２、１３、１４、１１５上に主プロペラ４３１〜４３５及び補助プロペラ５３１〜５３５が配置される。第１象限Ｒ１には、ビーム部１１上に回転方向がＣＷの主プロペラ４３１及び補助プロペラ５３１が配置される。第２象限Ｒ２には、ビーム部１２上に回転方向がＣＣＷの主プロペラ４３２及び補助プロペラ５３２が配置される。第３象限Ｒ３には、ビーム部１３上に回転方向がＣＷの主プロペラ４３３及び補助プロペラ５３３が配置される。第４象限Ｒ４には、ビーム部１４上に回転方向がＣＣＷの主プロペラ４３４及び補助プロペラ５３４が配置される。第５象限Ｒ５には、ビーム部１１５上に回転方向がＣＷの主プロペラ４３５及び補助プロペラ５３５が配置される。ビーム部１１、１２が前進方向に関して対象になり、ビーム部１３、１４が後進方向に関して対象になり、ビーム部１１５が後進方向に延伸するように、ビーム部１１、１２、１３、１４、１１５はそれぞれ象限中心Ｇから延伸する。図６７のデカコプターは、ペンタコプターの各プロペラをデンスプロペラで２重化したものなので、制御方法はペンタコプターと同じである。ペンタコプターでは、ＣＷのプロペラ個数とＣＣＷのプロペラ個数が異なるが、ヨー軸制御はＣＷとＣＣＷの比率で行うので問題ない。図６７のデカコプターのヨー軸制御もＣＷとＣＣＷの比率で行われる。
【０２３４】
図６８は、図６３に示したドデカコプター、及び図６４に示したオクタデカコプターを制御可能な制御系である。図６３のドデカコプター、及び図６４のオクタデカコプターの制御では、図６８のチルト制御部は使用しない。図６８に示すように、ＦＣ５Ｆは、ＥＳＣ１６１〜１６６、２６１〜２６６、３６１〜３６６をそれぞれ介して、第１〜第６象限Ｒ１〜Ｒ６に配置された第１〜第３プロペラ４３１〜４３６、５３１〜５３６、及び６３１〜６３６の回転を制御する。なお、６象限の設計指針によるマルチコプターのＦＣには、一般的なヘキサコプター制御のアルゴリズムを利用できる。
【０２３５】
図６９は、図６５に示したヘキサデカコプターを制御可能な制御系である。図６５のヘキサデカコプターの制御では、図６９のチルト制御部は使用しない。図６９に示すように、ＦＣ５Ｇは、ＥＳＣ１６１〜１６８、２６１〜２６８をそれぞれ介して、第１〜第８象限Ｒ１〜Ｒ８に配置された第１及び補助プロペラ４３１〜４３８、５３１〜５３８の回転を制御する。なお、８象限の設計指針によるマルチコプターのＦＣには、一般的なオクトコプター制御のアルゴリズムを利用できる。
【０２３６】
図６９は、図６６に示したヘキサコプターを制御可能な制御系でもある。図６９に示すように、ＦＣ５Ｇは、ＥＳＣ１６１〜１６３、２６１〜２６３をそれぞれ介して、第１〜第３象限Ｒ１〜Ｒ３に配置された第１及び補助プロペラ４３１〜４３３、５３１〜５３３の回転を制御する。また、ＦＣ５ＧはＦＣ５Ｅと同じ構造の図５６のチルト制御部５６５を備える。チルト部材Ｔ１は、チルト制御部５６５の制御により、ビーム部１３をチルト軸として回転させ、ビーム部１３に連結された第３象限Ｒ３の主プロペラ４３３及び補助プロペラ５３３を傾斜させる。図６６では、この傾斜によりヨー軸を制御している。なお、３象限の設計指針によるマルチコプターのＦＣには、一般的なトライコプター制御のアルゴリズムを利用できる。
【０２３７】
図６９は、図６７に示したデカコプターを制御可能な制御系でもある。図６７のデカコプターの制御では、図６９のチルト制御部は使用しない。図６９に示すように、ＦＣ５Ｇは、ＥＳＣ１６１〜１６５、２６１〜２６５をそれぞれ介して、第１〜第５象限Ｒ１〜Ｒ５に配置された第１及び補助プロペラ４３１〜４３５、５３１〜５３５の回転を制御する。なお、５象限の設計指針によるマルチコプターのＦＣには、一般的なペンタコプター制御のアルゴリズムを利用できる。
【０２３８】
（第９実施形態）
第６〜第８実施形態に係る垂直離着陸可能飛行体においては、デンスプロペラをマルチコプターに適用する場合について説明したが、デンスプロペラは他の飛行体や船舶のスクリューにも利用できる。例えば、図７０には、機体９１、主翼９２、及び尾翼（９３、９４）を備える一般的な飛行機にデンスプロペラを適用できる位置を示す。図７０に示すように、機体９１では、機首部Ｂｆ、尾翼９４の前方部Ｂｖ及び後方部Ｂｒなどに適用可能である。主翼９２では、前方先端部Ｍｆ、前方中間部Ｍｆｉ、後方先端部Ｍｒ、及び後方中間部Ｍｒｉなどに適用可能である。水平尾翼９３では、前方先端部Ｔｆ、前方中間部Ｔｆｉ、後方先端部Ｔｒ、及び後方中間部Ｔｒｉなどに適用可能である。なお、主翼及び水平尾翼においては、機体のバランスをとるために左右翼それぞれにデンスプロペラを設置することが望ましい。
【０２３９】
図７１には、機体９１、主翼９２、及び尾翼９４を備える三角翼飛行機にデンスプロペラを適用できる位置を示す。図７１に示すように、機体９１の機首Ｂｆ、尾翼９４の前方部Ｂｖ及び後方部Ｂｒ、並びに主翼９２の前方先端部Ｍｆ、前方中間部Ｍｆｉ、後方先端部Ｍｒ、後方中間部Ｍｒｉなどに適用可能である。
【０２４０】
図７２には、機体９１、主翼９２、尾翼９４、及び舵９５を備える垂直離着陸（ＶＴＯＬ）飛行機にデンスプロペラを適用できる位置を示す。図７２に示すように、ＶＴＯＬ飛行機は、水平飛行及び垂直離着陸に用いるデンスプロペラ１０１、１０２、１０４、１０５、１０６、１０７及びプロペラ１０３を有する。１０１から１０７すべてのプロペラはチルト構造８６を有している。プロペラ１０３は、機体９１後部の尾翼９４の間に取り付けられる。図７２では、尾翼９４が２つの場合を示しているが、一つの尾翼９４をプロペラ１０３の中心軸上部に配置してもよい。プロペラ１０３も１０４と同形のデンスプロペラにすることも可能である。プロペラ１０１、１０２及び１０３を揚力が得られる角度にチルト構造８６によりチルトさせれば、プロペラ１０１、１０２及びプロペラ１０３の３個のプロペラのみでもホバリング可能となる。プロペラ１０１、１０２及びプロペラ１０３の３個のプロペラでホバリングしているとき、プロペラ１０１、１０２のチルト構造８６により、ヨー軸の制御が可能である。例えば、プロペラ１０１を前傾させ、プロペラ１０２を後傾させれば機体をＣＷ方向にヨーイング可能で、プロペラ１０１を後傾させ、プロペラ１０２を前傾させれば機体をＣＣＷ方向にヨーイング可能となる。プロペラ１０１、１０２の代わりに、プロペラ１０４、１０５を使用することもできる。プロペラ１０３の代わりに、プロペラ１０６、１０７を使用することもできる。プロペラ１０１から１０７すべてを動作させる第１モードで飛行させることもできる。一部のプロペラを休ませるモードを第２モードと呼ぶ。水平飛行は、各プロペラを前に９０度傾くようにチルト構造８６によりチルトさせれば、前進方向に推進力が発生し、主翼９２の揚力により飛行できる。水平飛行時機体の姿勢制御は、エルロン、エレベーター、フラップとして機能する左右独立の舵９５により制御できる。
【０２４１】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明を上記の第１〜第９実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【０２４２】
例えば、第１〜第９実施形態に係る飛行体において、第１象限Ｑ１及びＲ１、第２象限Ｑ２及びＲ２、第３象限Ｑ３及びＲ３、第４象限Ｑ４及びＲ４、第５象限Ｒ５、第６象限Ｒ６、第７象限Ｒ７、及び第８象限Ｒ８のそれぞれにおける回転方向は、必ずしも同一でなくても構わない。各象限において多数派となるプロペラの回転方向は、それぞれ隣接する象限において多数派となる回転方向と反対方向であればよい。各プロペラのブレードの枚数は、適宜調整されてもよく、プロペラの径やピッチも適宜調整され得る。
【０２４３】
例えば、第１〜第９実施形態に係る飛行体において、第１象限Ｑ１及びＲ１、第２象限Ｑ２及びＲ２、第３象限Ｑ３及びＲ３、第４象限Ｑ４及びＲ４、第５象限Ｒ５、第６象限Ｒ６、第７象限Ｒ７、及び第８象限Ｒ８のそれぞれにおける回転方向は、図４０のデンスプロペラを１個以上含んでいる場合には、ＣＷ方向のプロペラ個数とＣＣＷ方向のプロペラ個数が同数またはほぼ同数となってもよい。この場合も各プロペラのブレードの枚数は、適宜調整されてもよく、プロペラの径やピッチも適宜調整され得る。
【０２４４】
また、第１〜第９実施形態に係る飛行体における第２モードにおいて、飛行に用いられないプロペラは、回転するプロペラが発生する揚力の効率を低下させないように、折りたたまれてもよい。更に、各象限において、プロペラの回転における位相も互いに重畳しないように設定されることができる。
【０２４５】
また、第１〜第９実施形態に係る飛行体は、揚力及び推進力として複数のプロペラ動力源を備える飛行体であるが、揚力及び推進力としてガスタービンエンジン、ジェットエンジン、ダクテッドファン等の他の動力源を備える飛行体であってもよい。
【０２４６】
その他、上記の各構成を相互に応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【０２４７】
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ  フライトコントローラ（コントローラ）
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  機体主部
１１〜１４，１１Ａ〜１８Ａ，１１Ｂ〜１２Ｂ，１１Ｄ〜１６Ｄ，１１Ｅ〜１４Ｅ  フレーム
２１〜２８，２０１〜２０４，４２１〜４２８，５２１〜５２８，６２１〜６２６  モータ
３１〜３８，３０１〜３０４，３３１〜３３８，４３１〜４３８，５３１〜５３８，６３１〜６３６  プロペラ
９１  機体
９２  主翼
９３  水平尾翼
９４  尾翼
９５  舵
５６１  飛行制御部
５６２  ライン制御部
Ｇ  象限中心
Ｑ１〜Ｑ４  第１〜第４象限
Ｒ１〜Ｒ８  第１〜第８象限
Ｔ１〜Ｔ４  チルト部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月25日(2018.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体主部と、
平面パターンにおいて前記機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの複数個の象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームと、
前記複数個の象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた第１回転軸によって配置された主プロペラと、
前記複数個の象限の中に選択された第１象限において、前記フレームに設けられた、前記第１回転軸とは異なる第２回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラと
を備え、前記第１象限に隣接する他の象限における前記主プロペラの回転方向は、反対方向であることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体。
【請求項２】
前記象限の数が４個であり、第３象限における前記主プロペラの回転方向は前記第１象限と同じ方向であり、第２及び第４象限における前記主プロペラの回転方向は前記第１象限とは反対方向であることを特徴とする請求項１に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項３】
前記第２象限又は前記第３象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項４】
前記第２〜第４象限のそれぞれにおいて、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項５】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラ及び前記補助プロペラの回転面に垂直な断面において、互いの回転面が垂直方向に離間し、かつ前記回転面の半径より小さい範囲で重なり合うように、前記主プロペラ及び前記補助プロペラが配置されることを特徴とする請求項４に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項６】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラの回転軸が同心であることを特徴とする、請求項４に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項７】
前記第１及び第２象限のそれぞれにおける前記主プロペラ及び前記補助プロペラを同時に傾斜させる第１チルト部材と、
前記第３及び第４象限のそれぞれにおける前記主プロペラ及び前記補助プロペラを同時に傾斜させる第２チルト部材と
を更に備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項８】
前記主プロペラは、前記補助プロペラに対して前記機体主部側に設けられることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項９】
前記主プロペラと前記補助プロペラの回転を、前記第１〜第４象限毎に独立に制御するコントローラを前記機体主部に備えることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラの回転を互いに独立に制御することを特徴とする請求項９に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記機体主部の姿勢に基づいて、前記第１〜第４象限のそれぞれにおける前記主プロペラと前記補助プロペラの回転の制御及び切り替えを行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１２】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラの駆動動力系と前記補助プロペラの駆動動力系が互いに独立していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１３】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラが、互いに重畳しない位相で回転することを特徴とする請求項４〜１２のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１４】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラの間に、前記主プロペラと回転方向の等しい第３プロペラを更に備えることを特徴とする請求項４〜１３のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１５】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させるステップと、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させるステップと
を含むことを特徴とする垂直離着陸可能飛行体の制御方法。
【請求項１６】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させる飛行制御部と、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させるライン制御部と
を備えることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体のコントローラ。
【請求項１７】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させる命令と、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させる命令と
を含む一連の命令による処理をコンピュータに実行させることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体の制御プログラムを格納した記録媒体。
【請求項１８】
機体と、
前記機体の中央部に固定され、前記機体の前進により揚力を発生させる主翼と、
第１回転軸によって配置され、前記機体の前進方向に推進力を発生させる主プロペラと、
前記第１回転軸とは異なる第２回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラと
を備え、前記主プロペラ及び前記補助プロペラの回転面に垂直な断面において、互いの回転面が垂直方向に離間し、かつ前記回転面の半径より小さい範囲で重なり合うように、前記主プロペラ及び前記補助プロペラが配置される飛行体。
【請求項１９】
前記主プロペラ及び前記補助プロペラが、前記機体の機首部、前記主翼の前記前進方向側、及び前記主翼の前記前進方向の反対側の中の少なくとも一つに配置されることを特徴とする請求項１８に記載の飛行体。
【請求項２０】
前記機体の後部に設けられた尾翼を更に備え、
前記主プロペラ及び前記補助プロペラが、前記尾翼の前記前進方向側、及び前記主翼の前記前進方向の反対側の中の少なくとも一つに配置されることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の飛行体。
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月6日(2018.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体主部と、
平面パターンにおいて前記機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの複数個の象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームと、
前記複数個の象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた第１回転軸によって配置された主プロペラと、
前記複数個の象限の中に選択された第１象限において、前記フレームに設けられた、前記第１回転軸とは独立して回転する第２回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラと
を備え、前記第１象限に隣接する他の象限における前記主プロペラの回転方向は、反対方向であることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体。
【請求項２】
前記象限の数が４個であり、第３象限における前記主プロペラの回転方向は前記第１象限と同じ方向であり、第２及び第４象限における前記主プロペラの回転方向は前記第１象限とは反対方向であることを特徴とする請求項１に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項３】
前記第２象限又は前記第３象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項４】
前記第２〜第４象限のそれぞれにおいて、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項５】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラ及び前記補助プロペラの回転面に垂直な断面において、互いの回転面が垂直方向に離間し、かつ前記互いの回転面のそれぞれが、前記互いの回転面のそれぞれの半径より小さい範囲で重なり合うように、前記主プロペラ及び前記補助プロペラが配置されることを特徴とする請求項４に記載の垂直離着陸可能飛行体。 
【請求項６】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラの前記第１回転軸と前記補助プロペラの第２回転軸とが同心であることを特徴とする、請求項４に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項７】
前記第１及び第２象限のそれぞれにおける前記主プロペラ及び前記補助プロペラを同時に傾斜させる第１チルト部材と、
前記第３及び第４象限のそれぞれにおける前記主プロペラ及び前記補助プロペラを同時に傾斜させる第２チルト部材と
を更に備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項８】
前記主プロペラは、前記補助プロペラに対して前記機体主部側に設けられることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項９】
前記主プロペラと前記補助プロペラの回転を、前記第１〜第４象限毎に独立に制御するコントローラを前記機体主部に備えることを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラの回転を互いに独立に制御することを特徴とする請求項９に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記機体主部の姿勢に基づいて、前記第１〜第４象限のそれぞれにおける前記主プロペラと前記補助プロペラの回転の制御及び切り替えを行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１２】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラの駆動動力系と前記補助プロペラの駆動動力系が互いに独立していることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１３】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラが、互いに重畳しない位相で回転することを特徴とする請求項４〜１２のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１４】
前記第１〜第４象限のそれぞれにおいて、前記主プロペラと前記補助プロペラの間に、前記主プロペラと回転方向の等しい第３プロペラを更に備えることを特徴とする請求項４〜１３のいずれか１項に記載の垂直離着陸可能飛行体。
【請求項１５】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させるステップと、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させるステップと
を含むことを特徴とする垂直離着陸可能飛行体の制御方法。
【請求項１６】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させる飛行制御部と、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させるライン制御部と
を備えることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体のコントローラ。
【請求項１７】
平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、該象限中心の周りの第１〜第４象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、前記機体主部を支持するフレームの前記第１〜第４象限のそれぞれに、前記フレームに設けられた回転軸によって配置された主プロペラを回転させる命令と、
前記第１象限における揚力が不足した場合、前記第１象限において、前記フレームに設けられた回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを回転させる命令と
を含む一連の命令による処理をコンピュータに実行させることを特徴とする垂直離着陸可能飛行体の制御プログラムを格納した記録媒体。
【請求項１８】
機体と、
前記機体の中央部に固定され、前記機体の前進により揚力を発生させる主翼と、
第１回転軸によって配置され、前記機体の前進方向に推進力を発生させる主プロペラと、
前記第１回転軸とは独立して回転する第２回転軸によって配置され、前記主プロペラと同一回転方向の補助プロペラと
を備え、前記主プロペラ及び前記補助プロペラの回転面に垂直な断面において、互いの回転面が垂直方向に離間し、かつ前記互いの回転面のそれぞれが、前記互いの回転面のそれぞれの半径より小さい範囲で重なり合うように、前記主プロペラ及び前記補助プロペラが配置される飛行体。
【請求項１９】
前記主プロペラ及び前記補助プロペラが、前記機体の機首部、前記主翼の前記前進方向側、及び前記主翼の前記前進方向の反対側の中の少なくとも一つに配置されることを特徴とする請求項１８に記載の飛行体。
【請求項２０】
前記機体の後部に設けられた尾翼を更に備え、
前記主プロペラ及び前記補助プロペラが、前記尾翼の前記前進方向側、及び前記主翼の前記前進方向の反対側の中の少なくとも一つに配置されることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の飛行体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の第１の態様は、機体主部と、平面パターンにおいて機体主部の内部に象限中心を定義し、その象限中心の周りの複数個の象限のそれぞれに独立した同一方向の揚力を発生するように、機体主部を支持するフレームと、複数個の象限のそれぞれに、フレームに設けられた第１回転軸によって配置された主プロペラと、複数個の象限の中に選択される第１象限において、フレームに設けられた、第１回転軸とは独立して回転する第２回転軸によって配置され、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラを備える垂直離着陸可能飛行体であることを要旨とする。第１の態様に係る垂直離着陸可能飛行体において、第１象限に隣接する他の象限における主プロペラの回転方向は、反対方向であることを特徴とする。象限の個数が奇数個の場合は、１箇所だけ隣の象限と主プロペラの回転方向が同じ方向となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の第２の態様は、機体と、機体の中央部に固定され、機体の前進により揚力を発生させる主翼と、第１回転軸によって配置され、機体の前進方向に推進力を発生させる主プロペラと、第１回転軸とは独立して回転する第２回転軸によって配置され、主プロペラと同一回転方向の補助プロペラとを備え、主プロペラ及び補助プロペラの回転面に垂直な断面において、互いの回転面が垂直方向に離間し、かつ互いの回転面のそれぞれが、互いの回転面のそれぞれの半径より小さい範囲で重なり合うように、主プロペラ及び補助プロペラが配置される飛行体であることを要旨とする。
【国際調査報告】
2018084261.tif 000075
2018084261.tif 000076
2018084261.tif 000077
2018084261.tif 000078