(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗者（１８）が操作する操作部（２４、９９）と、前記搭乗者による前記操作部の操作に基づき空中での飛行を制御する制御部（８０ｆ）とを有する飛行体（１０）において、
前記飛行体の速度（ｖ）を取得する速度取得部（８０ａ）と、
少なくとも前記飛行体の重心移動量に基づいて前記飛行体のロール角（φ）を算出するロール角算出部（８０ｃ）と、
前記速度及び前記ロール角に基づいて前記飛行体の旋回半径（ｒ）を算出する旋回半径算出部（８０ｄ）と、
前記飛行体での前記搭乗者の移動に起因した前記重心移動量に対応する前記ロール角の絶対値（｜φ｜）が重心移動量閾値であるロール角閾値（φｔｈ）以上である場合に、前記速度及び前記旋回半径を用いて前記飛行体のヨーレート（ｙｒ、ｙｒｃ）を算出するヨーレート算出部（８０ｅ）と、
をさらに有し、
前記制御部は、前記ロール角及び前記ヨーレートに基づいて前記飛行体の飛行を制御する、飛行体。
【請求項２】
請求項１記載の飛行体において、
前記ヨーレート算出部は、前記飛行体がホバリング状態でない場合に、前記速度及び前記旋回半径を用いて前記ヨーレートの算出を行う、飛行体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の飛行体において、
前記操作部は、前記飛行体をヨー方向に操舵可能なステアリングであり、
前記ヨーレート算出部は、前記ステアリングの操作量を考慮して、前記ヨーレートの算出を行う、飛行体。
【請求項４】
請求項３記載の飛行体において、
前記ヨーレート算出部は、前記ステアリングの操作量の絶対値（｜ｓｔｒ｜）が第１操作量閾値（ｓｔｒｔｈ）以上である場合に、前記速度及び前記旋回半径を用いて算出した前記ヨーレートを、前記ステアリングの操作量に基づくヨーレート補正量（ｙｒａ）で補正する、飛行体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の飛行体において、
前記飛行体のピッチ角（θ）を取得するピッチ角取得部（８０ｂ）をさらに有し、
前記旋回半径算出部は、前記速度、前記ロール角及び前記ピッチ角を用いて前記旋回半径を算出する、飛行体。
【請求項６】
請求項１又は２記載の飛行体において、
前記操作部は、前記飛行体をヨー方向に操舵可能なステアリングであり、
前記ヨーレート算出部は、前記ロール角の絶対値がロール角閾値未満である場合に、前記ステアリングの操作量を考慮して、前記ヨーレートを設定する、飛行体。
【請求項７】
請求項１記載の飛行体において、
前記操作部は、前記飛行体をヨー方向に操舵可能なステアリングであり、
前記ヨーレート算出部は、前記飛行体がホバリング状態である場合に、前記ステアリングの操作量を考慮して、前記ヨーレートを設定し、
前記ロール角算出部は、前記重心移動量の絶対値が第２操作量閾値（ｓｔｒｔｈ）以上である場合に、前記重心移動量を用いて前記ロール角を設定する、飛行体。
【請求項８】
請求項７記載の飛行体において、
前記制御部は、前記飛行体がホバリング状態である場合に、前記ステアリングの操作量の絶対値が第１所定値（ｓｔｒｔｈ）以上であるときには、前記ステアリングの操作量に基づいて、現在の飛行位置で向きを変更するように前記飛行体の飛行を制御する、飛行体。
【請求項９】
請求項８記載の飛行体において、
前記制御部は、ロール方向への前記重心移動量の絶対値が第２所定値（φｔｈ）以上であるときには、前記飛行体を傾けながら、前記現在の飛行位置で向きを変更するように前記飛行体の飛行を制御する、飛行体。
【請求項１０】
搭乗者が操作する操作部と、前記搭乗者による前記操作部の操作に基づき空中での飛行を制御する制御部とを有する飛行体の制御方法において、
前記飛行体の速度を速度取得部で取得し、
少なくとも前記飛行体の重心移動量に基づいて前記飛行体のロール角をロール角算出部で算出し、
前記速度及び前記ロール角に基づいて前記飛行体の旋回半径を旋回半径算出部で算出し、
前記飛行体での前記搭乗者の移動に起因した前記重心移動量に対応する前記ロール角の絶対値が重心移動量閾値であるロール角閾値以上である場合に、前記速度及び前記旋回半径を用いて前記飛行体のヨーレートをヨーレート算出部で算出し、
前記ロール角及び前記ヨーレートに基づいて前記飛行体の飛行を前記制御部で制御する、飛行体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搭乗者による操作部の操作に基づいて空中を飛行可能な飛行体及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１１−１３１８６１号公報には、乗員がハンドルを前後左右に操作しつつ、相対的に体重移動することで、所望の方向に垂直離発着機を飛行させることが開示されている。例えば、ハンドルを手前に引き寄せることで機体を前進させ、一方で、ハンドルを右前方に押し出すことで、機体を左旋回させることができる。【０００３】
また、Hoversurf、Hoverbike HOVER ONE、［２０１８年５月１７日検索］、インターネット＜URL：https://www.hoversurf.com/scorpion-3＞には、搭乗位置の左右に設けられたジョイスティックを搭乗者が操作することで、飛行体のロール角、ピッチ角、ヨーレート及び高度等を調節することが開示されている。【０００４】
さらに、特許第６０１２２０５号公報、特許第６１１４８６２号公報、及び、特許第５９９７３３８号公報には、遠隔操作方式のマルチコプタが開示されている。
【発明の概要】
【０００５】
ところで、搭乗者が搭乗する飛行体については、二輪車や四輪車等の他の移動体と同じような操作感覚で飛行体の操作を行えることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、これらの文献の飛行体では、ロール角及びヨーレートの双方を指定しないと、旋回動作等を行うことができない。また、特許第６０１２２０５号公報、特許第６１１４８６２号公報、及び、特許第５９９７３３８号公報の飛行体は、遠隔操作の飛行体であるため、搭乗型の飛行体に適用することは困難である。
【０００７】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、他の移動体と同じような操作で飛行させることができる飛行体及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の態様は、搭乗者が操作する操作部と、前記搭乗者による前記操作部の操作に基づき空中での飛行を制御する制御部とを有する飛行体及びその制御方法に関する。
【０００９】
前記飛行体は、該飛行体の速度を取得する速度取得部と、少なくとも前記飛行体の重心移動量又は前記操作部の操作量に基づいて前記飛行体のロール角を算出するロール角算出部と、前記速度及び前記ロール角に基づいて前記飛行体の旋回半径を算出する旋回半径算出部と、前記速度及び前記旋回半径に基づいて前記飛行体のヨーレートを算出するヨーレート算出部とをさらに有する。
【００１０】
この場合、前記制御部は、前記ロール角及び前記ヨーレートに基づいて前記飛行体の飛行を制御する。
【００１１】
本発明によれば、搭乗者は、少なくとも操作部のみ操作する。従って、飛行体側では、操作部の操作量に基づきロール角及びヨーレートを自動的に設定し、設定したロール角及びヨーレートに基づいて飛行する。これにより、簡便な構成で、他の移動体と同じような操作で飛行体を飛行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る飛行体の斜視図である。
【図２】図１の飛行体の変形例の斜視図である。
【図３】図１及び図２の飛行体が旋回状態にあるときの説明図である。
【図４】図１及び図２の飛行体のブロック図である。
【図５】図１及び図２の飛行体の動作のフローチャートである。
【図６】図１及び図２の飛行体の他の動作のフローチャートである。
【図７】図１及び図２の飛行体の他の動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る飛行体及びその制御方法について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１４】
［１．本実施形態の構成］
本実施形態に係る飛行体１０は、図１に示すように、前後方向に長い長方体形状の本体フレーム１２を有するマルチコプタである。本体フレーム１２は、複数のパイプ材等の棒状部材を直方体状に組み合わせた骨格体１４と、骨格体１４の各面を塞ぐように該骨格体１４に取り付けられた８枚の外装パネル１６とを含み構成される。なお、骨格体１４の一部は、外装パネル１６から外部に露出している。
【００１５】
本体フレーム１２の上部には、搭乗者１８が着座する搭乗用の座席２０が設けられている。以下の説明では、座席２０に着座した搭乗者１８から見て、前後、左右及び上下の方向を説明する。また、以下の説明では、左右に配置された構成要素について、参照数字の後に、左を示す「Ｌ」、又は、右を示す「Ｒ」の文字を付けて説明する場合がある。
【００１６】
座席２０の前方には操縦装置２２が設けられている。操縦装置２２は、搭乗者１８が操舵可能な操向ハンドル（操作部、ステアリング）２４を有し、操向ハンドル２４の左右の両端部には、搭乗者１８が左右の手２５Ｌ、２５Ｒで把持するグリップハンドル２６Ｌ、２６Ｒが設けられている。
【００１７】
本体フレーム１２の左右両側には、座席２０に着座した搭乗者１８の足置き場であるステップ２８が取り付けられている。本体フレーム１２の操縦装置２２の前方には透明アクリル板等による風よけフード３０が取り付けられている。本体フレーム１２の下部における前後左右の四箇所には、脚片状のランディングギヤ３２が取り付けられている。
【００１８】
骨格体１４の前部には、パイプ材等の棒状部材による左右一対の前部支持アーム３４Ｌ、３４Ｒが取り付けられている。左側の前部支持アーム３４Ｌは、骨格体１４から前方左側に延びるアーム部材であって、骨格体１４の上部左隅から前方左側に延出する上側アーム３６Ｌと、骨格体１４の下部左隅から上側アーム３６Ｌと平行に前方左側に延出する下側アーム３８Ｌと、上側アーム３６Ｌの先端部と下側アーム３８Ｌの先端部とを連結する連結ロッド４０Ｌとを有する。
【００１９】
右側の前部支持アーム３４Ｒは、骨格体１４から前方右側に延びるアーム部材であって、骨格体１４の上部右隅から前方右側に延出する上側アーム３６Ｒと、骨格体１４の下部右隅から上側アーム３６Ｒと平行に前方右側に延出する下側アーム３８Ｒと、上側アーム３６Ｒの先端部と下側アーム３８Ｒの先端部とを連結する連結ロッド４０Ｒとを有する。
【００２０】
左右の上側アーム３６Ｌ、３６Ｒの中間部分には、マウント部材４２Ｌ、４２Ｒを介して、電動モータ４４Ｌ、４４Ｒが下向きに取り付けられている。下方に延びる各電動モータ４４Ｌ、４４Ｒの出力軸には、該出力軸を回転中心とする二翼の回転翼４６Ｌ、４６Ｒが水平に取り付けられている。
【００２１】
一方、左右の下側アーム３８Ｌ、３８Ｒの中間部分には、マウント部材４８Ｌ、４８Ｒを介して、電動モータ５０Ｌ、５０Ｒが上向きに取り付けられている。この場合、上方に延びる各電動モータ５０Ｌ、５０Ｒの出力軸には、該出力軸を回転中心とする二翼の回転翼５２Ｌ、５２Ｒが水平に取り付けられている。
【００２２】
本体フレーム１２の前部には、前部ガード部材５４が取り付けられている。前部ガード部材５４は、両端が本体フレーム１２に固定され、４つの回転翼４６Ｌ、４６Ｒ、５２Ｌ、５２Ｒを取り囲むように、左右方向に延びる長円形状を有する板状部材である。この場合、前部ガード部材５４の前方部分の左右両側には、連結ロッド４０Ｌ、４０Ｒが結合されている。
【００２３】
一方、骨格体１４の後部には、左右一対の後部支持アーム５６Ｌ、５６Ｒ、４つの回転翼５８Ｌ、５８Ｒ、６０Ｌ、６０Ｒ、及び、後部ガード部材６２が設けられている。左右一対の後部支持アーム５６Ｌ、５６Ｒ、４つの回転翼５８Ｌ、５８Ｒ、６０Ｌ、６０Ｒ、及び、後部ガード部材６２は、それぞれ、左右一対の前部支持アーム３４Ｌ、３４Ｒ、前方の４つの回転翼４６Ｌ、４６Ｒ、５２Ｌ、５２Ｒ、及び、前部ガード部材５４と同様の構成を備える。
【００２４】
すなわち、左側の後部支持アーム５６Ｌは、骨格体１４から後方左側に延びるパイプ材等の棒状部材によるアーム部材であって、骨格体１４の上部左隅から後方左側に延出する上側アーム６４Ｌと、骨格体１４の下部左隅から上側アーム６４Ｌと平行に後方左側に延出する下側アーム６６Ｌと、上側アーム６４Ｌの先端部と下側アーム６６Ｌの先端部とを連結する連結ロッド６８Ｌとを有する。
【００２５】
右側の後部支持アーム５６Ｒは、骨格体１４から後方右側に延びるパイプ材等の棒状部材によるアーム部材であって、骨格体１４の上部右隅から後方右側に延出する上側アーム６４Ｒと、骨格体１４の下部右隅から上側アーム６４Ｒと平行に後方右側に延出する下側アーム６６Ｒと、上側アーム６４Ｒの先端部と下側アーム６６Ｒの先端部とを連結する連結ロッド６８Ｒとを有する。
【００２６】
左右の上側アーム６４Ｌ、６４Ｒの中間部分には、マウント部材７０Ｌ、７０Ｒを介して、電動モータ７２Ｌ、７２Ｒが下向きに取り付けられている。下方に延びる各電動モータ７２Ｌ、７２Ｒの出力軸には、該出力軸を回転中心とする二翼の回転翼５８Ｌ、５８Ｒが水平に取り付けられている。一方、左右の下側アーム６６Ｌ、６６Ｒの中間部分には、マウント部材７４Ｌ、７４Ｒを介して、電動モータ７６Ｌ、７６Ｒが上向きに取り付けられている。上方に延びる各電動モータ７６Ｌ、７６Ｒの出力軸には、該出力軸を回転中心とする二翼の回転翼６０Ｌ、６０Ｒが水平に取り付けられている。
【００２７】
本体フレーム１２の後部には、後部ガード部材６２が取り付けられている。後部ガード部材６２は、両端が本体フレーム１２に固定され、４つの回転翼５８Ｌ、５８Ｒ、６０Ｌ、６０Ｒを取り囲むように、左右方向に延びる長円形状を有する板状部材である。この場合、後部ガード部材６２の後方部分の左右両側には、連結ロッド６８Ｌ、６８Ｒが結合されている。
【００２８】
そして、前方及び後方の各電動モータ４４Ｌ、４４Ｒ、５０Ｌ、５０Ｒ、７２Ｌ、７２Ｒ、７６Ｌ、７６Ｒは、出力軸に連結された回転翼４６Ｌ、４６Ｒ、５２Ｌ、５２Ｒ、５８Ｌ、５８Ｒ、６０Ｌ、６０Ｒを個別に回転駆動させる。具体的に、上下方向で互いに向かい合うように配置された２つの回転翼４６Ｌ、４６Ｒ、５２Ｌ、５２Ｒ、５８Ｌ、５８Ｒ、６０Ｌ、６０Ｒは、互いに相反する方向に回転駆動される。なお、左側の回転翼４６Ｌ、５２Ｌ、５８Ｌ、６０Ｌと右側の回転翼４６Ｒ、５２Ｒ、５８Ｒ、６０Ｒとは、本体フレーム１２の前後方向に延びる中心線に対して左右対称に配置されている。つまり、飛行体１０は、左右一対且つ左右対称配置の二重反転の回転翼４６Ｌ、４６Ｒ、５２Ｌ、５２Ｒ、５８Ｌ、５８Ｒ、６０Ｌ、６０Ｒを有する。
【００２９】
本体フレーム１２には、フライトコントローラ８０、ロードセル８２Ｌ、８２Ｒ、ジャイロセンサを含む慣性計測装置（ＩＭＵ）８４、下方距離センサ８６、各電動モータ４４Ｌ、４４Ｒ、５０Ｌ、５０Ｒ、７２Ｌ、７２Ｒ、７６Ｌ、７６Ｒを個別に制御する複数のＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）８８、バッテリ９０、及び、接続プラグ９２付きのバッテリ充電器９４が取り付けられている。なお、フライトコントローラ８０は、不図示のメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、後述する飛行体１０の各部に対する制御を行う。
【００３０】
本実施形態では、搭乗者１８が操向ハンドル２４又はグリップハンドル２６Ｒを操作した場合、フライトコントローラ８０が操向ハンドル２４又はグリップハンドル２６Ｒの操作量に応じて各電動モータ４４Ｌ、４４Ｒ、５０Ｌ、５０Ｒ、７２Ｌ、７２Ｒ、７６Ｌ、７６Ｒを制御することにより、飛行体１０の飛行を制御する。
【００３１】
具体的に、搭乗者１８が左右の手２５Ｌ、２５Ｒでグリップハンドル２６Ｌ、２６Ｒを把持した状態で、操向ハンドル２４を上下方向の軸回り（ヨー方向）に操舵すると、飛行体１０を操舵方向に旋回させることができる。つまり、搭乗者１８が操向ハンドル２４を操作することで、飛行体１０をヨー方向に制御することができる。また、例えば、搭乗者１８が手２５Ｒで右側のグリップハンドル２６Ｒを回動させると、飛行体１０を前方（前進方向）又は後方（後退方向）に飛行させることができる。
【００３２】
つまり、本実施形態に係る飛行体１０では、後退を除き、搭乗者１８と飛行体１０との親和性を高めるため、二輪車の操向ハンドル及びスロットルグリップと同様の操作が行えるように、操縦装置２２が構成されている。
【００３３】
操縦装置２２には、トルクセンサ又は回転角度センサで構成される操作量検出センサ９８が内蔵されている。操作量検出センサ９８は、搭乗者１８が操向ハンドル２４を上下方向の軸回りに操舵した際に、操向ハンドル２４の中立位置に対する操舵角を検出する。また、操作量検出センサ９８は、グリップハンドル２６Ｒの中立位置に対する回動角度を、搭乗者１８によるグリップハンドル２６Ｒの操作量（位置）として検出する。従って、フライトコントローラ８０は、操作量検出センサ９８が検出した操舵角又は操作量に基づいて、飛行体１０の飛行を制御可能である。
【００３４】
また、本実施形態に係る飛行体１０において、操縦装置２２は、図１に示す操向ハンドル２４に限定されることはなく、例えば、図２の構成に代替してもよい。
【００３５】
図２では、四輪車のステアリングを模したハンドル（操作部、ステアリング）９９で操縦装置２２が構成されている。この場合、搭乗者１８が左右の手２５Ｌ、２５Ｒでハンドル９９を把持した状態で、該ハンドル９９を前後方向の軸回りに回動させると、飛行体１０を傾けつつ旋回させることができる。つまり、搭乗者１８がハンドル９９を操作することで、飛行体１０をヨー方向及びロール方向に制御することができる。また、操縦装置２２には、四輪車のアクセルペダル及びブレーキペダルを模した不図示のアクセルペダル及びブレーキペダルも設けられている。この場合、搭乗者１８がアクセルペダルを踏み込むことで、その踏込量に応じて飛行体１０を前進方向又は後退方向に加速させることができる。また、搭乗者１８がブレーキペダルを踏み込むことで、飛行体１０を停止させることができる。なお、操作量検出センサ９８は、ハンドル９９の操舵角、アクセルペダルの踏込量、及び、ブレーキペダルの踏み込みの有無も検出可能である。
【００３６】
図３は、飛行体１０の飛行状態の一例として、該飛行体１０が旋回状態にある場合の説明図である。図３では、所定の高度において、旋回中心１１０から旋回半径ｒだけ離れた円軌道１１２上を、飛行体１０が水平方向に旋回している場合を図示している。ここでは、飛行体１０の速度をｖ、角速度をω、時間ｔに対する時間変化分をΔｔとする。なお、図３において、下記の（１）式のように、飛行体１０のヨーレートｙｒを角速度ωに一致させれば、飛行体１０の旋回中心１１０寄りの内側部分を旋回中心１１０に向けつつ、該飛行体１０を円軌道１１２上で旋回飛行させることができる。
ｙｒ＝ω＝ｖ／ｒ                                        （１）
【００３７】
この場合、飛行体１０に作用する遠心力と重力とスラスト力（推力）との釣り合いで旋回半径ｒが決定される。また、図示はしないが、ホバリング状態の場合、飛行体１０は、所定の高度で空中に停止している速度ｖが０の状態にある。
【００３８】
図４は、本実施形態に係る飛行体１０のブロック図である。なお、図４において、実線は信号線を、破線は電力線を各々示している。
【００３９】
フライトコントローラ８０は、不図示のメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、速度取得部８０ａ、ピッチ角取得部８０ｂ、ロール角算出部８０ｃ、旋回半径算出部８０ｄ、ヨーレート算出部８０ｅ及び制御部８０ｆの機能を実現する。フライトコントローラ８０内のこれらの構成要素の具体的な動作については後述する。
【００４０】
フライトコントローラ８０は、ロードセル８２Ｌ、８２Ｒ、ＩＭＵ８４、下方距離センサ８６及び操作量検出センサ９８からの各検出信号に基づいて、各電動モータ４４Ｌ、４４Ｒ、５０Ｌ、５０Ｒ、７２Ｌ、７２Ｒ、７６Ｌ、７６ＲのＥＳＣ８８に個別の指令信号を出力する。この場合、ロードセル８２Ｌ、８２Ｒは、座席２０（図１及び図２参照）の直下の左右両側に配設され、搭乗者１８を含む機体の体重移動量（飛行体１０の前後方向の軸回り（ロール方向）の回転量、重心移動量）を検出する。ＩＭＵ８４は、ジャイロセンサを含み構成され、３軸方向の角速度や加速度（機体の姿勢）を検出する。下方距離センサ８６は、飛行体１０の地表からの高度を検出する。操作量検出センサ９８は、前述のように、グリップハンドル２６Ｒの操作量や操向ハンドル２４の操舵角を検出する。
【００４１】
なお、フライトコントローラ８０は、後述のように、ＩＭＵ８４の検出結果に基づき、飛行体１０のピッチ角θ（左右方向の軸回りの回転角度）や速度ｖを算出可能である。そのため、本実施形態では、ＩＭＵ８４に代えて、又は、ＩＭＵ８４に加え、風速センサ、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ、Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）センサ、赤外線カメラ、ＲＧＢカメラ、ミリ波レーダ、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）等を飛行体１０に搭載し、これらの検出手段の検出結果に基づき、ピッチ角θや速度ｖを求めてもよい。以下の説明では、ＩＭＵ８４を飛行体１０に搭載した場合について説明する。
【００４２】
各ＥＳＣ８８が指令信号に基づき電動モータ４４Ｌ、４４Ｒ、５０Ｌ、５０Ｒ、７２Ｌ、７２Ｒ、７６Ｌ、７６Ｒを個別に駆動させることで、各回転翼４６Ｌ、４６Ｒ、５２Ｌ、５２Ｒ、５８Ｌ、５８Ｒ、６０Ｌ、６０Ｒは、個別の回転方向及び回転速度で回転駆動される。この結果、飛行体１０を所望の方向及び速度で飛行させることができる。
【００４３】
［２．本実施形態の動作］
以上のように構成される本実施形態に係る飛行体１０の動作（飛行体１０の制御方法）について、図５〜図７のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下の動作説明では、必要に応じて、図１〜図４も参照しながら説明する。図５〜図７のフローチャートの動作の主体は、フライトコントローラ８０である。
【００４４】
＜２．１  図５のフローチャートの動作＞
図５は、飛行体１０（図１〜図４参照）がホバリング状態でない場合、例えば、図３の旋回状態での飛行体１０の飛行制御のフローチャートである。
【００４５】
飛行体１０が空中を飛行している場合、ステップＳ１において、フライトコントローラ８０の速度取得部８０ａは、ＩＭＵ８４等の各種センサの検出結果に基づき、飛行体１０の速度ｖを算出する。また、ピッチ角取得部８０ｂは、操作量検出センサ９８が検出したグリップハンドル２６Ｒの操作量又はアクセルペダルの操作量等に基づき、飛行体１０のピッチ角θに対する搭乗者１８の指示量（以下、ピッチ操作量θＲともいう。）を算出する。
【００４６】
次に、制御部８０ｆは、速度ｖとピッチ操作量θＲとを用いて、飛行体１０の現在の飛行状態がホバリング状態かどうかを判定する。具体的には、速度ｖの絶対値｜ｖ｜が速度閾値ｖｔｈ以下（｜ｖ｜≦ｖｔｈ）、且つ、ピッチ操作量θＲの絶対値｜θＲ｜がピッチ操作量閾値θＲｔｈ以下（｜θＲ｜≦θＲｔｈ）であるかどうかを判定する。否定的な判定結果である場合（ステップＳ１：ＮＯ）、すなわち、｜ｖ｜＞ｖｔｈ、又は、｜θＲ｜＞θＲｔｈである場合、制御部８０ｆは、飛行体１０がホバリング以外の状態で飛行していると判断し、次のステップＳ２に進む。
【００４７】
ステップＳ２において、ロール角算出部８０ｃは、ＩＭＵ８４やロードセル８２Ｌ、８２Ｒ等の検出結果に基づいて、飛行体１０のロール角φを算出する。次に、制御部８０ｆは、ロール角φの絶対値｜φ｜がロール角閾値φｔｈ未満（｜φ｜＜φｔｈ）であるかどうかを判定する。なお、ロール角閾値φｔｈとは、φ＝０近傍の所定範囲（ロール方向の不感帯）の上限値又は下限値の絶対値であり、｜φ｜＜φｔｈであれば、飛行体１０のロール方向の傾きを無視することが可能である。ここで、｜φ｜≧φｔｈであれば（ステップＳ２：ＮＯ）、次のステップＳ３に進む。
【００４８】
ステップＳ３において、制御部８０ｆは、操作量検出センサ９８の検出結果に基づいて、搭乗者１８による操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作量ｓｔｒの絶対値｜ｓｔｒ｜がステアリング操作量閾値ｓｔｒｔｈ（第１操作量閾値）未満であるかどうかを判定する。なお、ステアリング操作量閾値ｓｔｒｔｈとは、操向ハンドル２４又はハンドル９９の中立位置を含む所定範囲（ステアリング操作の不感帯）の上限値又は下限値の絶対値をいう。ここで、｜ｓｔｒ｜≧ｓｔｒｔｈであれば（ステップＳ３：ＮＯ）、次のステップＳ４に進む。
【００４９】
ステップＳ４において、制御部８０ｆは、ステップＳ３での否定的な判定結果より、搭乗者１８が飛行体１０を旋回させる意思があると判断し、ヨーレート算出部８０ｅに対して、ヨーレート目標値ｙｒｃに対する補正量としてのヨーレート加算量ｙｒａ（ヨーレート補正量）を算出するよう指示する。ヨーレート算出部８０ｅは、操作量ｓｔｒに基づいて、ヨーレート加算量ｙｒａを算出する。なお、ヨーレート加算量ｙｒａを最初に算出する場合、ヨーレート目標値ｙｒｃは、任意の値（例えば、ｙｒｃ＝０）であってもよい。また、上記の（１）式のように、飛行体１０が旋回状態にある場合、ヨーレートｙｒは、角速度ωに一致することに留意する（ｙｒ＝ｙｒｃ＝ω）。
【００５０】
一方、ステップＳ３において肯定的な判定結果であった場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、次のステップＳ５に進む。ステップＳ５において、制御部８０ｆは、操作量ｓｔｒが不感帯にあるため、搭乗者１８が飛行体１０を旋回させる意思がないと判断し、ヨーレート算出部８０ｅに対して、ヨーレート加算量ｙｒａの算出を行わないよう指示する。これにより、ヨーレート算出部８０ｅは、ヨーレート加算量ｙｒａを０に設定する（ｙｒａ＝０）。
【００５１】
その後、制御部８０ｆは、ロール角算出部８０ｃ、旋回半径算出部８０ｄ及びヨーレート算出部８０ｅに対して、下記のステップＳ６〜Ｓ８の処理を行わせる。
【００５２】
ステップＳ６において、ロール角算出部８０ｃは、ステップＳ２で算出したロール角φに基づいて、ロール角目標値φｃを算出する。
【００５３】
ステップＳ７において、旋回半径算出部８０ｄは、ロール角算出部８０ｃが算出したロール角φ（ロール角目標値φｃ）、ピッチ角取得部８０ｂが取得したピッチ角θ、速度取得部８０ａが取得した速度ｖ等を用いて、下記の（２）式から、旋回半径ｒを算出する。なお、ｍは飛行体１０の質量、ｇは重力加速度、Ｆａｚは鉛直方向の空気抵抗値である。
ｒ＝｛（ｍ×ｖ２）／ｔａｎθ｝／｛（ｍ×ｇ＋Ｆａｚ）／ｃｏｓφ｝
（２）
【００５４】
さらに、ステップＳ８において、ヨーレート算出部８０ｅは、速度ｖ、旋回半径算出部８０ｄが算出した旋回半径ｒ、及び、ステップＳ４又はＳ５でヨーレート算出部８０ｅが算出（設定）したヨーレート加算量ｙｒａを用いて、下記の（３）式からヨーレート目標値ｙｒｃを算出する。
ｙｒｃ＝ｖ／ｒ＋ｙｒａ                                  （３）
【００５５】
その後、ステップＳ９において、制御部８０ｆは、ヨーレート算出部８０ｅが算出したヨーレート目標値ｙｒｃ等に基づいて指令信号を生成し、生成した指令信号を各ＥＳＣ８８に出力する。これにより、各ＥＳＣ８８は、各電動モータ４４Ｌ、４４Ｒ、５０Ｌ、５０Ｒ、７２Ｌ、７２Ｒ、７６Ｌ、７６Ｒを個別に制御する。この結果、フライトコントローラ８０は、飛行体１０に対して図３のような旋回動作を行わせることができる。
【００５６】
その後、フライトコントローラ８０は、ステップＳ１に戻る。すなわち、飛行体１０の飛行中、フライトコントローラ８０では、ステップＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返し行う。
【００５７】
＜２．２  図６のフローチャートの動作＞
図５のステップＳ２において、肯定的な判定結果であった場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、すなわち、ロール角φが不感帯であった場合、制御部８０ｆは、搭乗者１８が飛行体１０を傾ける意思がないと判断する。そして、フライトコントローラ８０内では、図６のフローチャートの処理が行われる。
【００５８】
図６のステップＳ１０において、制御部８０ｆ（図４参照）は、図５のステップＳ３と同様に、操作量ｓｔｒが不感帯にあるかどうかを判定する。｜ｓｔｒ｜＜ｓｔｒｔｈである場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、制御部８０ｆは、操作量ｓｔｒが不感帯にある、すなわち、搭乗者１８（図１及び図２参照）が飛行体１０を旋回させる意思がないと判断し、ロール角算出部８０ｃ及びヨーレート算出部８０ｅに次のステップＳ１１、Ｓ１２の処理をそれぞれ行わせる。
【００５９】
すなわち、ステップＳ１１において、ロール角算出部８０ｃは、ロール角目標値φｃを０に設定する（φｃ＝０）。ステップＳ１２において、ヨーレート算出部８０ｅは、ヨーレート目標値ｙｒｃを０に設定する（ｙｒｃ＝０）。
【００６０】
この結果、ステップＳ１３において、フライトコントローラ８０は、飛行体１０を前進方向又は後退方向に飛行させる。その後、フライトコントローラ８０は、図５のステップＳ１の処理に戻る。
【００６１】
一方、ステップＳ１０において、｜ｓｔｒ｜≧ｓｔｒｔｈである場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、制御部８０ｆは、搭乗者１８が飛行体１０を旋回させる意思があると判断し、ヨーレート算出部８０ｅに次のステップＳ１４、Ｓ１５の処理を行わせる。
【００６２】
すなわち、ステップＳ１４において、ヨーレート算出部８０ｅは、図５のステップＳ４と同様に、ヨーレート加算量ｙｒａを算出する。次のステップＳ１５において、ヨーレート算出部８０ｅは、操作量ｓｔｒに基づいて、ヨーレート目標値ｙｒｃを算出する。
【００６３】
この結果、ステップＳ１３において、フライトコントローラ８０は、飛行体１０を傾けることなく、搭乗者１８による操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作量ｓｔｒに基づいて、飛行体１０を前進方向又は後退方向に飛行させる。その後、フライトコントローラ８０は、図５のステップＳ１の処理に戻る。
【００６４】
＜２．３  図７のフローチャートの動作＞
図５のステップＳ１において、肯定的な判定結果であった場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、すなわち、飛行体１０がホバリング状態であった場合、フライトコントローラ８０内では、図７のフローチャートの処理が行われる。
【００６５】
図７のステップＳ１６において、制御部８０ｆ（図４参照）は、図５のステップＳ３及び図６のステップＳ１０と同様に、操作量ｓｔｒの絶対値｜ｓｔｒ｜がステアリング操作量閾値ｓｔｒｔｈ未満であるかどうかを判定する。｜ｓｔｒ｜＜ｓｔｒｔｈである場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、制御部８０ｆは、操作量ｓｔｒが不感帯にあり、搭乗者１８（図１及び図２参照）が飛行体１０を旋回させる意思がないと判断し、次のステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、ヨーレート算出部８０ｅは、ステップＳ１６での肯定的な判定結果を受けて、ヨーレート目標値ｙｒｃを０に設定する（ｙｒｃ＝０）。
【００６６】
一方、ステップＳ１６において、｜ｓｔｒ｜≧ｓｔｒｔｈである場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御部８０ｆは、搭乗者１８が飛行体１０を旋回させる意思があると判断し、次のステップＳ１８に進む。ステップＳ１８において、ヨーレート算出部８０ｅは、ステップＳ１６での否定的な判定結果を受けて、操作量ｓｔｒに基づきヨーレート目標値ｙｒｃを算出する。
【００６７】
ステップＳ１９において、制御部８０ｆは、図５のステップＳ２と同様に、ロール角φの絶対値｜φ｜がロール角閾値φｔｈ（第２操作量閾値）未満であるかどうかを判定する。｜φ｜＜φｔｈである場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、制御部８０ｆは、ロール角φが不感帯にあると判断し、次のステップＳ２０に進む。ステップＳ２０において、ロール角算出部８０ｃは、ステップＳ１９での肯定的な判定結果を受けて、ロール角目標値φｃを０に設定する（φｃ＝０）。
【００６８】
この結果、ステップＳ２１において、フライトコントローラ８０は、飛行体１０を傾けることなく、搭乗者１８による操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作量ｓｔｒに基づいて、現在の状態を維持しつつ停止するか、又は、現在の飛行位置で向きを変えながら停止する。その後、フライトコントローラ８０は、図５のステップＳ１に戻る。
【００６９】
一方、ステップＳ１９において、｜φ｜≧φｔｈである場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、次のステップＳ２２に進む。ステップＳ２２において、ロール角算出部８０ｃは、ステップＳ１９での否定的な判定結果を受けて、重心移動量等のロール方向への操作量に基づいて、ロール角目標値φｃを算出する。
【００７０】
この結果、ステップＳ２１において、フライトコントローラ８０は、飛行体１０を傾けつつ、搭乗者１８による操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作量ｓｔｒに基づいて、現在の状態を維持しつつ停止するか、又は、現在の飛行位置で向きを変えながら停止する。その後、フライトコントローラ８０は、図５のステップＳ１に戻る。
【００７１】
［３．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る飛行体１０及びその制御方法では、飛行体１０が、搭乗者１８が操作する操向ハンドル２４又はハンドル９９（操作部）と、搭乗者１８による操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作に基づき空中での飛行を制御する制御部８０ｆとを有する。
【００７２】
この場合、飛行体１０は、該飛行体１０の速度ｖを取得する速度取得部８０ａと、少なくとも、飛行体１０の重心移動量、あるいは、操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作量ｓｔｒに基づいて、飛行体１０のロール角φを算出するロール角算出部８０ｃと、速度ｖ及びロール角φに基づいて飛行体１０の旋回半径ｒを算出する旋回半径算出部８０ｄと、速度ｖ及び旋回半径ｒに基づいて、飛行体１０のヨーレートｙｒ（ヨーレート目標値ｙｒｃ）を算出するヨーレート算出部８０ｅとをさらに有する。
【００７３】
制御部８０ｆは、ロール角φ及びヨーレートｙｒに基づいて飛行体１０の飛行を制御する。
【００７４】
これにより、搭乗者１８は、少なくとも操向ハンドル２４又はハンドル９９のみ操作すればよいので、飛行体１０側では、操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作量ｓｔｒに基づきロール角φ及びヨーレートｙｒを自動的に設定し、設定したロール角φ及びヨーレートｙｒに基づいて飛行する。これにより、簡便な構成で、他の移動体と同じような操作で飛行体１０を飛行させることができる。
【００７５】
ここで、ヨーレート算出部８０ｅは、図５のフローチャートのように、飛行体１０がホバリング状態でない場合、速度ｖ及び旋回半径ｒを用いることで、ヨーレートｙｒの算出を容易に行うことができる。
【００７６】
また、ヨーレート算出部８０ｅは、ロール角φの絶対値｜φ｜がロール角閾値φｔｈ以上である場合に、速度ｖ及び旋回半径ｒを用いてヨーレートｙｒの算出を行う。これにより、搭乗者１８の操作に対応して飛行体１０を適切に旋回動作させることができる。
【００７７】
この場合、ロール角φは、飛行体１０での搭乗者１８の移動に起因した重心移動量に対応し、ヨーレート算出部８０ｅは、ロール角φの絶対値｜φ｜がロール角閾値φｔｈ（重心移動量閾値）以上である場合に、速度ｖ及び旋回半径ｒを用いてヨーレートｙｒの算出を行う。これにより、搭乗者１８の動作に応じて、飛行体１０を的確に旋回動作させることができる。
【００７８】
また、操向ハンドル２４又はハンドル９９は、飛行体１０をヨー方向に操舵可能なステアリングであり、ヨーレート算出部８０ｅは、操作量ｓｔｒを考慮して、ヨーレートｙｒの算出を行う。これにより、搭乗者１８の操作に応じて、飛行体１０を一層的確に旋回動作させることができる。
【００７９】
さらに、ヨーレート算出部８０ｅは、操作量ｓｔｒの絶対値｜ｓｔｒ｜がステアリング操作量閾値ｓｔｒｔｈ（第１操作量閾値）以上である場合に、速度ｖ及び旋回半径ｒを用いて算出したヨーレートｙｒを、操作量ｓｔｒに基づくヨーレート加算量ｙｒａ（ヨーレート補正量）で補正する。これにより、搭乗者１８の操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作に応じて、飛行体１０の飛行制御を適切に行うことができる。
【００８０】
また、飛行体１０は、飛行体１０のピッチ角θを取得するピッチ角取得部８０ｂをさらに有する。これにより、旋回半径算出部８０ｄは、速度ｖ、ロール角φ及びピッチ角θを用いて、旋回半径ｒを精度よく算出することができる。
【００８１】
さらに、図６のフローチャートのように、ヨーレート算出部８０ｅは、ロール角φの絶対値｜φ｜がロール角閾値φｔｈ未満である場合、操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作量ｓｔｒを考慮して、ヨーレートｙｒを設定する。これにより、搭乗者１８の操作に応じて、飛行体１０を適切に飛行させることができる。
【００８２】
さらにまた、図７のフローチャートのように、ヨーレート算出部８０ｅは、飛行体１０がホバリング状態である場合に、操向ハンドル２４又はハンドル９９の操作量ｓｔｒを考慮して、ヨーレートｙｒを設定し、ロール角算出部８０ｃは、重心移動量に対応するロール角φの絶対値｜φ｜がロール角閾値φｔｈ（第２操作量閾値）以上であるか、あるいは、操作量ｓｔｒの絶対値｜ｓｔｒ｜がステアリング操作量閾値ｓｔｒｔｈ（第２操作量閾値）以上である場合に、重心移動量又は操作量ｓｔｒを用いてロール角φを設定する。この場合でも、搭乗者１８の操作に応じた適切な飛行を飛行体１０に行わせることができる。
【００８３】
なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【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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