背面可能マルチローターは自作できるか？

背面飛行が可能なマルチコプターの製品としてはＪＲのニンジャやstinglayそのバチ物のAssault Reaper 500など実際３Ｄ用のクアッドは存在しています。

その方式は２種類あって

１．可変ピッチ方式　（stinglayなど）

モーター一個でベルトやらトルクチューブで四つのローターと継ぎ駆動し、ヘリのテールユニットもどきのローターを四つつけた方式で、四つのローターの回転速度は皆同じで、それぞれのピッチをサーボでコントロールして操縦する。

利点は、ピッチ操作がヘリ並にできるので動きが軽快

欠点は、構造が複雑で調整が面倒、壊したら修理が大変

２．ローター反転方式　(JR）

従来のクアッドと構造は同じで、ローターが反転して背面飛行できる方式。

利点は、構造が簡単で修理が楽

欠点は、多分反応は可変ピッチに比べて鈍い？上下対称ローターが必要（ほとんどない）

と既製品を買うのであれば好みで好きな方を選べばいいのですが、自作するとなるといろいろ考える必要がありそうです。というか可変ピッチは自作は困難ですから、反転ローター方式に限られそうです。

しかし、いろいろ疑問がわいてきます。

まずローターが反転して背面状態の時にクアッドは自立安定する様にジャイロは働くか？です。

次にスティックを倒して背面状態に持っていく過程で、どこか途中でローターが反転するポイントがあるはずですが、反転したとたんにクアッドは今までの動きと反対に動き出さないか？

ということです。

まず自立安定の問題ですが、ヘリの場合はどうでしょう？

背面や正面で浮力を得るのはメインローターのピッチ角で正面ではプラス、背面ではマイナスにすることで機体を浮かすことができます。姿勢を制御するのはスワッシュの傾きで、コレクティブ・サイクリックそれぞれが受け持っている機能が違います。正面で自立安定するようにジャイロに制御されていたスワッシュは背面状態でも同じように安定方向に制御します。これはマイクロヘリを使って簡単に実験できます。モーター回さずにジャイロだけ働かせて手でゆっくりロールさせた時のスワッシュの動きでわかります。

しかし、この理屈で反転ロータークアッドを制御したらどうなるでしょうか？

まずローターが反転するしないは置いといて、クアッドの傾きとジャイロの制御の方向をヘリの場合になぞらえて書いてみるとこうなります。

赤の矢印方向に制御されて自立安定が保たれます。しかし、クアッドの場合は決定的に違うのが、ヘリの場合は浮かす仕組み（コレクティブ）と傾ける仕組み（サイクリック）が独立していますが、クアッドの場合は同じモーターを使うところです。

なので、正面の時の制御としては図の左のモーターのパワーを上げて姿勢を保とうとしていたものが、９０度を超えた時から制御の方向が逆になるので右側のモーターのパワーを上げる必要があります。ローターが反転することで自立安定性が保たれるということになります。

では、スティック入力がある場合はどうでしょう？

頭で考えると、たとえば右ロール方向に倒した場合は、水平からだんだん傾き始めますが、その時は左のモーターパワーが上がっているはずです。９０度を超えてスティックを倒し続けながらピッチを抜くとその時点でローターは反転しはじめますから、左のモーターパワーが強い状態でモーターが反転するのだから左ロールを始めるはずです。モーターが反転するたびにロール方向が変わり永久にその角度から抜け出せなくなるはずです。

結局、頭で考えていても良く解かりません。ネットで調べてみると、CC3Dのフォーラムでは背面はできない。APMも同じでした。しかし、NAZE（なぜ）には背面可能モードがあると書いてありました。

プログラムによって背面できたりできなかったりするみたいです。

NAZEを買ってみることにします。