WO2017086234A1 - 無人航空機 - Google Patents

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rotor
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collision
rotor blades
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和雄 市原
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株式会社プロドローン
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D17/00—Parachutes
    • B64D17/80—Parachutes in association with aircraft, e.g. for braking thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D25/00—Emergency apparatus or devices, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B64U30/26—Ducted or shrouded rotors

Definitions

  • the present invention relates to an unmanned aerial vehicle including a plurality of rotor blades, and more particularly, to a technique for preventing an accidental damage caused by the rotor blades of the unmanned aircraft.
  • multi-copter flight control technology there is a technology that avoids collision with obstacles by scanning obstacles around the aircraft with range sensors and automatically maintaining a certain distance from the obstacles.
  • a control technology is under development, and collision with an obstacle cannot be completely avoided.
  • the rotor blade of the multicopter is sharp, and if the multicopter collides with an obstacle, the rotor blade may damage it. After that, if the multicopter crashes while the rotor blade is driven, the rotor blade may damage the structure at the crash point, and if there is a passerby, the accidental damage may be serious. There is.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle capable of preventing the accident damage caused by a rotor after a crash when the aircraft collides with an obstacle during flight. It is in.
  • an unmanned aerial vehicle of the present invention is an unmanned aerial vehicle including a plurality of rotary wings and a control unit that controls flight by the plurality of rotary wings, and the control unit includes: An emergency stop means for detecting a collision with an obstacle and stopping the plurality of rotor blades is provided.
  • the emergency stop means detects it and stops the rotor blades, thereby preventing the accident damage caused by the rotor blades after a crash.
  • a crash of an unmanned aerial vehicle may cause the dropped aircraft to damage the structure of the crash site or injure a passerby. If the emergency stop means stops the rotor, the unmanned aircraft cannot escape the crash, but the emergency stop means automatically deploys the parachute in addition to stopping the rotor, reducing damage at the crash point of the aircraft It becomes possible to do.
  • the rotor guard part further protects each rotor blade from contact with an obstacle, and the emergency stop means monitors the external force applied to the rotor guard part, thereby It is good also as a structure which detects a collision.
  • the unmanned aerial vehicle's rotor blades are usually placed at the top of the airframe and project to the outermost side in the horizontal direction of the airframe. That is, when an unmanned aerial vehicle collides with an obstacle, in many cases, the rotor blade first comes into contact with the obstacle. Therefore, it is possible to detect the collision between the unmanned aircraft and the obstacle with high accuracy by monitoring the external force applied to the rotor guard portion that protects the rotor blades.
  • each of the rotor blades may be configured by a motor and a blade
  • the emergency stop unit may be configured to detect a collision between the own machine and an obstacle by monitoring current consumption of each motor.
  • the rotor blades of unmanned airplanes are usually placed at the top of the aircraft and project to the outermost side in the horizontal direction of the aircraft. That is, when an unmanned aerial vehicle collides with an obstacle, in many cases, the rotor blade first comes into contact with the obstacle.
  • the motor is characterized in that the amount of current increases or decreases depending on the load. When the rotor blade comes into contact with an obstacle, the amount of current of the motor changes suddenly and shows a value different from that during normal flight. By monitoring an abnormal change in current consumption of each motor and its continuation, it is possible to detect a collision between an unmanned aircraft and an obstacle.
  • the control unit has an acceleration sensor, and the control unit monitors the consistency between a flight instruction from a pilot or a program and the output value of the acceleration sensor, and detects these inconsistencies.
  • the emergency stop means may automatically stop the plurality of rotor blades.
  • the unmanned aerial vehicle according to the present invention it is possible to prevent the accident damage caused by the rotor blade after the crash when the aircraft collides with an obstacle during the flight.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a multicopter MC1 (unmanned aerial vehicle) according to the present embodiment.
  • the multicopter MC1 includes a flight controller FC1 (control unit), a plurality of rotors 150 (rotary blades), an ESC 153 (Electric Speed Controller) arranged for each rotor 150, a rotor guard 300 (rotor guard unit) having an impact sensor 310, A parachute injection device (parachute injection mechanism), a wireless transmitter / receiver 170 that performs wireless communication with a pilot's control terminal 600, and a battery 180 that is a power supply source are provided in a casing 190.
  • FC1 flight controller
  • FC1 control unit
  • a plurality of rotors 150 rotary blades
  • an ESC 153 Electrical Speed Controller
  • a rotor guard 300 rotor guard unit having an impact sensor 310
  • a parachute injection device parachute injection mechanism
  • a wireless transmitter / receiver 170 that performs wireless
  • Each rotor 150 includes a motor 151 which is a DC motor and a blade 152 attached to the output shaft thereof.
  • the ESC 153 is connected to the motor 151 of the rotor 150, and is a device that rotates the motor 151 at a speed instructed by the flight controller FC1.
  • the rotor guard 300 in the present embodiment is a frame that covers the outside of the tip of the blade 152 of each rotor 150 in an arc shape or in an annular shape along the rotation trajectory of the blade 152.
  • the rotor guard 300 is a protective member that prevents the blade 152 from coming into direct contact with an obstacle or the like, and may have a function of securing a flow path of air that is sucked and discharged by each rotor 150.
  • the flight controller FC1 includes a control unit CU1 that is a microcontroller.
  • the control unit CU1 includes a CPU 111 that is a central processing unit, a memory ST1 that is a storage device such as a ROM and a RAM, and a PWM controller 113 that controls the rotation speed and rotation speed of each motor 151 via the ESC 153.
  • the flight controller FC1 further includes a flight control sensor group 130 and a GPS receiver 140 (hereinafter also referred to as “sensors”), which are connected to the control unit CU1.
  • the flight control sensor group 130 of the multicopter MC1 in the present embodiment includes an acceleration sensor, an angular velocity sensor, an atmospheric pressure sensor (altitude sensor), and a geomagnetic sensor (orientation sensor).
  • the control unit CU1 uses these sensors and the like to position its own aircraft (hereinafter also referred to as “current position”) including the latitude and longitude of the aircraft, the altitude, and the azimuth angle of the nose, in addition to the tilt and rotation of the aircraft. Can be obtained.
  • the memory ST1 of the control unit CU1 stores a flight control program 112, which is a program in which a flight control algorithm for controlling the attitude and basic flight operation of the multicopter MC1 during flight is stored.
  • the flight control program 112 adjusts the rotation speed and rotation speed of each rotor 150 based on the current position acquired from the sensor or the like according to the instructions of the pilot (control terminal 600), and corrects the attitude and position disturbance of the aircraft. While flying the multicopter MC1.
  • the multicopter MC1 may be manually operated by the operator using the operation terminal 600, or parameters such as latitude / longitude, altitude, and flight route are registered in advance in the flight control program 112, and then the destination is reached. You may fly autonomously (hereinafter, such autonomous flight is referred to as “autopilot”).
  • the multicopter MC1 in the present embodiment uses a sensor or the like as its current position acquisition means, but the current position acquisition means of the present invention is not limited to these.
  • beacons corresponding to Bluetooth (registered trademark) Low Energy proximity profiles are arranged in a large-scale facility at predetermined intervals, and map information for partitioning the space shape in the facility is registered in the memory ST1 in advance.
  • the current position of the multicopter MC1 in the facility may be specified by measuring the relative distance to the beacon.
  • the multicopter MC1 in the present embodiment assumes that the flight altitude is obtained by a barometric sensor, but other than the barometric sensor, for example, measurement using various methods such as infrared rays, ultrasonic waves, or lasers is used.
  • the altitude is acquired by pointing the distance sensor toward the ground surface.
  • the geographical feature is detected by scanning the surroundings of the aircraft with such a distance measuring sensor (or the geographical features are detected by image recognition from the video around the aircraft taken by the camera)
  • the rough current position of the aircraft may be estimated by checking the registered geographical feature information on the flight route.
  • the memory ST1 of the control unit CU1 further includes an emergency stop which is a program for automatically stopping all the rotors 150 and developing the parachute from the parachute injection device 400 when a collision between the aircraft and the obstacle is detected.
  • a program ES1 (emergency stop means) is stored.
  • the multicopter MC1 is provided with a rotor guard 300 (rotor guard part) that protects the rotor 150 from contact with an obstacle.
  • the rotor guard 300 is subjected to a sudden external force applied to the rotor guard 300.
  • An impact sensor 310 to detect is arranged.
  • the impact sensor 310 is connected to the control unit CU1, and its output is monitored by the emergency stop program ES1.
  • a pressure sensor can be used as the impact sensor 310.
  • Such a pressure sensor may be a sensor that can electrically detect the deflection of the rotor guard 300 due to a collision with an obstacle.
  • the acceleration sensor of the flight control sensor group 130 can be applied without providing a separate pressure sensor as the impact sensor 310.
  • the acceleration sensor of the flight control sensor group 130 constantly detects a change in position such as the inclination of the multicopter MC1, and can detect a collision relatively easily from the change pattern.
  • the rotor guards 300 are provided in the respective rotors 150, so that the rotor 150 does not damage the peripheral parts at least in the portions covered with the rotor guards 300.
  • the rotor blades of unmanned airplanes are usually arranged at the top of the airframe and project to the outermost side in the horizontal direction of the airframe.
  • the casing 190 of the multicopter MC1 has a structure that follows this (not shown). Therefore, when the multicopter MC1 in flight collides with an obstacle, it is assumed that the rotor guard 300 first contacts the obstacle.
  • the multicopter MC1 of the present embodiment can detect a collision between the multicopter MC1 and an obstacle with high accuracy by providing an impact sensor 310 on the rotor guard 300 and monitoring its output with the emergency stop program ES1. It is said that.
  • the method for stopping the rotor 150 is not particularly limited. In addition to electronically stopping the rotor 150 by a normal control method, for example, by operating the parachute injection device 400 with a power supply line that supplies power from the battery 180 to the ESC 153. It is good also as a structure cut
  • a crash of an unmanned aerial vehicle may cause the dropped aircraft to damage the structure of the crash site or injure a passerby.
  • the multicopter MC1 in the present embodiment is configured to stop the rotation of the rotor 150 by the emergency stop program ES1 and to automatically deploy the parachute, thereby reducing damage at the crash point of the aircraft. It is said that.
  • the multicopter MC1 includes the parachute injection device 400, the parachute injection device 400 is not an essential component.
  • the multicopter MC1 in the present embodiment operates the emergency stop program ES1 even during manual operation by the operator (control terminal 600), but the emergency stop program ES1 is executed only when autonomous flight is performed by an autopilot. It may be configured to operate.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of a multicopter MC2 (unmanned aerial vehicle) according to the second embodiment.
  • components having the same functions as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the previous embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • the configuration in which the basic function is common to the previous embodiment only the end of the reference numeral of the previous embodiment is changed, and the description of the basic function is omitted.
  • the rotor guard 300 (and the impact sensor 310) is removed from the multicopter MC1 according to the previous embodiment, and a current sensor 500 is newly disposed between each ESC 153 and the motor 151. It has been configured.
  • the current sensor 500 is a sensor that measures the amount of current sent from the ESC 153 to the motor 151 and outputs it as a signal.
  • the unmanned aerial vehicle's rotor blades are usually placed at the top of the airframe and project to the outermost side in the horizontal direction of the airframe.
  • the casing 190 of the multicopter MC2 is also structured to follow this (not shown). Therefore, when the multicopter MC1 in flight collides with an obstacle, it is assumed that the rotor 150 first contacts the obstacle.
  • the motor is characterized in that the amount of current increases or decreases depending on the load.
  • the current sensor 500 is provided between each ESC 153 and the motor 151, and the output is monitored by the emergency stop program ES2. It is possible to detect a collision between the multicopter MC2 and an obstacle.
  • the amount of current supplied to the motor 151 is monitored to indirectly detect a collision between the multicopter MC2 and an obstacle.
  • Other methods for indirectly detecting a collision with an obstacle include, for example, a flight instruction from the control terminal 600 and the flight control program 112, and an output value of an acceleration sensor included in the flight control sensor group 130.
  • a method of monitoring the consistency of the program with the emergency stop program ES2 is conceivable.

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Abstract

飛行中に機体が障害物と衝突したときに、墜落後の回転翼による事故被害の拡大を防止することができる無人航空機を提供する。　複数の回転翼と、該複数の回転翼による飛行を制御する制御部と、を備える無人航空機であって、前記制御部は、自機と障害物との衝突を検知して前記複数の回転翼を自動的に停止させる緊急停止手段を有することを特徴とする無人航空機により解決する。また、かかる無人航空機はパラシュートの射出機構をさらに備え、前記緊急停止手段は、自機と障害物との衝突を検知したときに、前記複数の回転翼を停止させるとともに前記パラシュートを展開することが好ましい。

Description

無人航空機
　本発明は複数の回転翼を備える無人航空機に関し、さらに詳しくは、無人航空機の回転翼による事故被害の拡大を防止する技術に関する。
　従来、産業用無人ヘリコプターに代表される小型の無人航空機（ＵＡＶ）は、機体が高価で入手困難なうえ、安定して飛行させるためには操縦に熟練が必要とされるものであった。しかし近年、加速度センサや角速度センサなどの機体部品の高性能化および低価格化が進み、また、機体の制御操作の多くが自動化されたことによりその操作性も飛躍的に向上した。こうした背景から現在、特に小型のマルチコプターについては、趣味目的だけでなく、広範な分野における種々のミッションへの応用が試行されている。
特開２０１４－１４９６２２号公報
　マルチコプターの飛行制御技術の一例として、測距センサなどにより機体の周囲にある障害物をスキャンし、自動的に障害物と一定の距離を保つことにより、障害物との衝突を回避する技術が知られている。しかし、このような制御技術は発展途上にあり、障害物との衝突を完全に回避しうるものではない。
　また、マルチコプターの回転翼は鋭利であり、マルチコプターが障害物に衝突した場合、回転翼がこれを損傷させることがある。その後、回転翼が駆動したままマルチコプターが墜落した場合、墜落地点にある構造物を回転翼が損傷させるおそれがあるとともに、万が一通行人がある場合にはその事故被害が甚大なものになるおそれがある。
　上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、飛行中に機体が障害物と衝突したときに、墜落後の回転翼による事故被害の拡大を防止することができる無人航空機を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、複数の回転翼と、該複数の回転翼による飛行を制御する制御部と、を備える無人航空機であって、前記制御部は、自機と障害物との衝突を検知して前記複数の回転翼を停止させる緊急停止手段を有することを特徴とする。
　飛行中に機体が障害物と衝突したときに、緊急停止手段がそれを検知して回転翼を停止させることにより、墜落後の回転翼による事故被害の拡大を未然に防止することができる。
　また、パラシュートの射出機構をさらに備え、前記緊急停止手段は、自機と障害物との衝突を検知したときに、前記複数の回転翼を停止させるとともに前記パラシュートを展開することが好ましい。
　無人航空機の墜落は、落下した機体が墜落地点の構造部を損傷させたり、通行人を負傷させたりするおそれがある。緊急停止手段が回転翼を停止すると無人航空機は墜落を免れないが、緊急停止手段が回転翼の停止に加えて自動的にパラシュートを展開する構成とすることにより、機体の墜落地点における被害を軽減することが可能となる。
　また、前記各回転翼を障害物との接触から保護するローターガード部をさらに備え、前記緊急停止手段は、前記ローターガード部に加えられた外力を監視することにより、自機と障害物との衝突を検知する構成としてもよい。
　各回転翼にローターガード部が設けられることにより、少なくともローターガード部で覆われた部分については回転翼が周辺物を損傷することを防止することができる。無人飛行機の回転翼は通常、機体の上部に配置され、機体の水平方向における最も外側まで張り出している。つまり、無人航空機が障害物と衝突するときには、多くの場合、最初に回転翼が障害物に接触することとなる。そのため、回転翼を保護するローターガード部に対する外力を監視することにより、無人航空機と障害物との衝突を高い精度で検知することが可能となる。
　また、前記各回転翼はモータおよびブレードにより構成され、前記緊急停止手段は、前記各モータの消費電流を監視することにより、自機と障害物との衝突を検知する構成としてもよい。
　無人飛行機の回転翼は通常、機体の上部に配置され、機体の水平方向における最も外側まで張り出している。つまり、無人航空機が障害物と衝突するときには、多くの場合、最初に回転翼が障害物に接触することとなる。また、モータはその負荷に応じて電流量が増減するという特徴がある。回転翼が障害物に接触すると、モータの電流量は突発的に変化し、通常飛行時とは異なる値を示すことになる。各モータの消費電流の異常な変化およびその継続を監視することにより、無人航空機と障害物との衝突を検知することができる。
　また、前記制御部は加速度センサを有しており、前記制御部は、操縦者またはプログラムからの飛行指示と、前記加速度センサの出力値との整合性を監視し、これらの不整合を検知したときに、前記緊急停止手段により前記複数の回転翼を自動的に停止させる構成としてもよい。
　無人航空機に与えられた飛行指示と機体の実際の動作とが整合していない場合、機体が何らかの外乱または内部要因により制御不能に陥っていることが疑われる。無人航空機に対する飛行指示と加速度センサの出力値とを比較してこのような状態を検知し、回転翼を自動的に停止させることにより、回転翼による事故被害の拡大をより確実に防止することができる。
　以上のように、本発明にかかる無人航空機によれば、飛行中に機体が障害物と衝突したときに、墜落後の回転翼による事故被害の拡大を防止することが可能となる。
第１実施形態にかかるマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。 第２実施形態にかかるマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。
　以下、本発明にかかる無人航空機の実施形態について図面を用いて説明する。
＜第１実施形態＞
［構成概要］
　図１は本実施形態にかかるマルチコプターＭＣ１（無人航空機）の機能構成を示すブロック図である。マルチコプターＭＣ１は、フライトコントローラＦＣ１（制御部）、複数のローター１５０（回転翼）、ローター１５０ごとに配置されたＥＳＣ１５３（Electric Speed Controller）、衝撃センサ３１０を有するローターガード３００（ローターガード部）、パラシュート射出装置（パラシュートの射出機構）、操縦者の操縦端末６００と無線通信を行う無線送受信器１７０、および電力供給源であるバッテリー１８０が筐体１９０に配設されることにより構成されている。
　各ローター１５０は、ＤＣモータであるモータ１５１、および、その出力軸に取り付けられたブレード１５２により構成されている。ＥＳＣ１５３はローター１５０のモータ１５１に接続されており、フライトコントローラＦＣ１から指示された速度でモータ１５１を回転させる装置である。
　本実施形態におけるローターガード３００は、各ローター１５０のブレード１５２先端部の外側を、ブレード１５２の回転軌跡に沿って円弧状または環状に覆う枠体である。ローターガード３００は、ブレード１５２が障害物等に直接接触することを防止する保護部材であり、各ローター１５０が吸入および排出する空気の流路を確保する機能を持つこともある。
　フライトコントローラＦＣ１は、マイクロコントローラである制御装置ＣＵ１を備えている。制御装置ＣＵ１は、中央処理装置であるＣＰＵ１１１、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置であるメモリＳＴ１、および、ＥＳＣ１５３を介して各モータ１５１の回転数および回転速度を制御するＰＷＭコントローラ１１３を備えている。
　フライトコントローラＦＣ１はさらに、飛行制御センサ群１３０およびＧＰＳ受信器１４０（以下、「センサ等」ともいう。）を備えており、これらは制御装置ＣＵ１に接続されている。本実施形態におけるマルチコプターＭＣ１の飛行制御センサ群１３０には、加速度センサ、角速度センサ、気圧センサ（高度センサ）、地磁気センサ（方位センサ）が含まれている。制御装置ＣＵ１は、これらセンサ等により、機体の傾きや回転のほか、飛行中の緯度経度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報（以下、「現在位置」ともいう。）を取得可能とされている。
　制御装置ＣＵ１のメモリＳＴ１には、マルチコプターＭＣ１の飛行時における姿勢や基本的な飛行動作を制御する飛行制御アルゴリズムが実装されたプログラムである飛行制御プログラム１１２が記憶されている。飛行制御プログラム１１２は、操縦者（操縦端末６００）の指示に従い、センサ等から取得した現在位置を基に各ローター１５０の回転数および回転速度を調節し、機体の姿勢や位置の乱れを補正しながらマルチコプターＭＣ１を飛行させる。マルチコプターＭＣ１の操縦は、操縦者が操縦端末６００を用いて手動で行ってもよく、または、緯度経度、高度、飛行ルートなどのパラメータを飛行制御プログラム１１２に予め登録しておき、目的地へ自律的に飛行させてもよい（以下、このような自律飛行のことを「オートパイロット」という。）。
　尚、本実施形態におけるマルチコプターＭＣ１は、その現在位置取得手段としてセンサ等を用いているが、本発明の現在位置取得手段はこれらには限定されない。例えばBluetooth（登録商標） Low Energyの近接プロファイルに対応したビーコンを大規模な施設内に所定間隔で配置するとともに、施設内の空間形状を区画するマップ情報を予めメモリＳＴ１に登録しておき、これらビーコンとの相対的な距離を計測することで、施設内におけるマルチコプターＭＣ１の現在位置を特定しても良い。また、本実施形態におけるマルチコプターＭＣ１は、その飛行高度を気圧センサにより取得することを想定しているが、気圧センサ以外にも、例えば赤外線、超音波、またはレーザーなど種々の方式を用いた測距センサを地表に向けることで高度を取得することも可能である。さらには、このような測距センサで自機の周囲をスキャンすることで地理的特徴を検出し（または、カメラにより撮影した自機周囲の映像から画像認識により地理的特徴を検出し）、予め登録しておいた飛行ルート上の地理的特徴の情報に照合して、自機の大まかな現在位置を推定してもよい。
［衝突検知機構］
　制御装置ＣＵ１のメモリＳＴ１にはさらに、自機と障害物との衝突を検知したときに、全てのローター１５０を自動的に停止させるとともに、パラシュート射出装置４００からパラシュートを展開するプログラムである緊急停止プログラムＥＳ１（緊急停止手段）が記憶されている。
　また、マルチコプターＭＣ１はローター１５０を障害物との接触から保護するローターガード３００（ローターガード部）を備えており、ローターガード３００には、ローターガード３００に突発的な外力が加えられたことを検出する衝撃センサ３１０が配置されている。衝撃センサ３１０は制御装置ＣＵ１に接続されており、緊急停止プログラムＥＳ１によりその出力が監視されている。衝撃センサ３１０としては、例えば圧力センサを用いることができる。かかる圧力センサは、障害物との衝突によるローターガード３００のたわみを電気的に検出可能なセンサであるとよい。また、衝撃センサ３１０として別途圧力センサを備えることなく、飛行制御センサ群１３０の加速度センサを応用することもできる。飛行制御センサ群１３０の加速度センサは、マルチコプターＭＣ１の傾きなど位置の変化を常時検出しており、その変化パターンから比較的容易に衝突を検知することができる。
　本実施形態のマルチコプターＭＣ１は、各ローター１５０にローターガード３００が設けられていることにより、少なくともローターガード３００で覆われた部分については、ローター１５０が周辺物を損傷することがない。無人飛行機の回転翼は、通常、機体の上部に配置され、機体の水平方向における最も外側まで張り出している。マルチコプターＭＣ１の筐体１９０もこれに倣う構造とされている（不図示）。そのため、飛行中のマルチコプターＭＣ１が障害物と衝突するときには、最初にローターガード３００が障害物に接触することが想定される。本実施形態のマルチコプターＭＣ１は、ローターガード３００に衝撃センサ３１０を設け、その出力を緊急停止プログラムＥＳ１で監視することにより、マルチコプターＭＣ１と障害物との衝突を高い精度で検知することが可能とされている。
［緊急停止動作］
　マルチコプターＭＣ１の手動操縦時、またはオートパイロットによる自律飛行時に、マルチコプターＭＣ１が障害物に衝突すると、ローターガード３００に配置された衝撃センサ３１０は衝突の発生を示す信号を出力する。マルチコプターＭＣ１の緊急停止プログラムＥＳ１はかかる出力を検知すると、ただちにすべてのローター１５０の回転を強制的に停止するとともに、パラシュート射出装置４００からパラシュートを展開する。
　ローター１５０を停止させる方法は特に限定されず、ローター１５０を通常の制御方法により電子的に停止させるほか、例えばバッテリー１８０からＥＳＣ１５３へ電力を供給する給電線を、パラシュート射出装置４００を作動させることで機械的に切断する構成としてもよい。
　無人航空機の墜落は、落下した機体が墜落地点の構造部を損傷させたり、通行人を負傷させたりするおそれがある。本実施形態におけるマルチコプターＭＣ１は、緊急停止プログラムＥＳ１によりローター１５０の回転を停止するとともに、自動的にパラシュートを展開する構成とされていることにより、機体の墜落地点における被害を低減することが可能とされている。マルチコプターＭＣ１はパラシュート射出装置４００を備えていることが望ましいが、パラシュート射出装置４００は必須の構成ではない。また、本実施形態におけるマルチコプターＭＣ１は、操縦者（操縦端末６００）による手動操縦時においても緊急停止プログラムＥＳ１を動作させているが、オートパイロットによる自律飛行を行う場合にのみ緊急停止プログラムＥＳ１を動作させる構成としてもよい。
＜第２実施形態＞
　以下に、本発明にかかる無人航空機の第２実施形態について図面を用いて説明する。図２は第２実施形態にかかるマルチコプターＭＣ２（無人航空機）の機能構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一の機能を有する構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。また、先の実施形態と基本的な機能が共通する構成については、先の実施形態の符号の末尾のみを変更し、その基本的な機能についての説明を省略する。
［構成概要］
　本実施形態にかかるマルチコプターＭＣ２の構成は、先の実施形態にかかるマルチコプターＭＣ１からローターガード３００（および衝撃センサ３１０）を取り除き、各ＥＳＣ１５３とモータ１５１との間に新たに電流センサ５００を配置した構成とされている。電流センサ５００は、これらＥＳＣ１５３からモータ１５１へ送られる電流量を測定し、それを信号として出力するセンサである。フライトコントローラＦＣ２が備える制御装置ＣＵ２のメモリＳＴ２には、飛行制御プログラム１１２のほか、自機と障害物との衝突を検知したときに、全てのローター１５０を自動的に停止させるとともに、パラシュート射出装置４００からパラシュートを展開するプログラムである緊急停止プログラムＥＳ２（緊急停止手段）が記憶されている。電流センサ５００は制御装置ＣＵ２に接続されており、緊急停止プログラムＥＳ２によりその出力が監視されている。
［衝突検知機構］
　無人飛行機の回転翼は通常、機体の上部に配置され、機体の水平方向における最も外側まで張り出している。マルチコプターＭＣ２の筐体１９０もこれに倣う構造とされている（不図示）。そのため、飛行中のマルチコプターＭＣ１が障害物と衝突するときには、最初にローター１５０が障害物に接触することが想定される。また、モータはその負荷に応じて電流量が増減するという特徴がある。本実施形態のマルチコプターＭＣ２は、各ＥＳＣ１５３とモータ１５１との間に電流センサ５００を設け、その出力を緊急停止プログラムＥＳ２で監視することにより、モータ１５１への電流量の通常とは異なる増減からマルチコプターＭＣ２と障害物との衝突を検知することが可能とされている。
［緊急停止動作］
　マルチコプターＭＣ２の手動操縦時、またはオートパイロットによる自律飛行時に、マルチコプターＭＣ２のローター１５０が障害物に衝突すると、そのモータ１５１への電流量が突発的に変化し、通常とは異なる値が継続する。マルチコプターＭＣ２の緊急停止プログラムＥＳ２は電流量の異常な変化、および、または、異常値の継続を検知すると、すべてのローター１５０の回転を強制的に停止するとともに、パラシュート射出装置４００からパラシュートを展開する。
［変形例］
　本実施形態ではモータ１５１に供給される電流量を監視することでマルチコプターＭＣ２と障害物との衝突を間接的に検知している。障害物との衝突を間接的に検知する方法としては、この他にも、例えば、操縦端末６００や飛行制御プログラム１１２からの飛行指示と、飛行制御センサ群１３０に含まれる加速度センサの出力値との整合性を緊急停止プログラムＥＳ２で監視する方法が考えられる。
　マルチコプターＭＣ２に与えられた飛行指示と機体の実際の動作とが整合していない場合、機体が何らかの外乱または内部要因により制御不能に陥っていることが疑われる。マルチコプターＭＣ２に対する飛行指示と上記加速度センサの出力値（つまり機体の実際の移動方向）とを比較してこのような事態を検知し、ローター１５０の回転を強制的に停止させることにより、ローター１５０による事故被害の拡大をより確実に防止することができる。また、この方法によれば、マルチコプターＭＣ２が障害物に衝突した場合のみならず、例えば下降方向へのスロットル操作が行われていないにもかかわらず機体が降下を続けているような状況における事故被害も抑制可能である。なお、マルチコプターＭＣ２への飛行指示と実際の動作との整合・不整合を判断する方法としては、例えば、正常飛行時において生じるこれらの相違量を取得し、これに適宜余裕値を加算した値や、さらにその不整合な動作の継続時間を判断条件として加えたものなどを基準とし、この基準を超えたときに不整合が生じていると判断すればよい。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

 

Claims (5)

  1. 　複数の回転翼と、該複数の回転翼による飛行を制御する制御部と、を備える無人航空機であって、
    　前記制御部は、自機と障害物との衝突を検知して前記複数の回転翼を自動的に停止させる緊急停止手段を有することを特徴とする無人航空機。
  2. 　パラシュートの射出機構をさらに備え、
    　前記緊急停止手段は、自機と障害物との衝突を検知したときに、前記複数の回転翼を自動的に停止させるとともに前記パラシュートを展開することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機。
  3. 　前記各回転翼を障害物との接触から保護するローターガード部をさらに備え、
    　前記緊急停止手段は、前記ローターガード部に加えられた外力を監視することにより、自機と障害物との衝突を検知することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無人航空機。
  4. 　前記各回転翼はモータおよびブレードにより構成され、
    　前記緊急停止手段は、前記各モータの消費電流を監視することにより、自機と障害物との衝突を検知することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無人航空機。
  5. 　前記制御部は加速度センサを有しており、
    　前記制御部は、操縦者またはプログラムからの飛行指示と、前記加速度センサの出力値との整合性を監視し、これらの不整合を検知したときに、前記緊急停止手段により前記複数の回転翼を自動的に停止させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無人航空機。
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