CN111556842A - 提高安全性的农业用无人机 - Google Patents

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Abstract

提供安全性高的农业用药剂播撒无人机。通过加速度传感器与接触检测传感器的组合，来检测无人机与障碍物的接触。在检测到接触的情况下，采取悬停等的退避行动。同时，也可以进行向操纵终端的消息显示、警告音产生、警告灯点亮等。另外，作为螺旋桨防护件，采用使手指误入事故最小化、且在碰撞时也能够使对转子的干扰最小化的构造。

Description

提高安全性的农业用无人机
技术领域
本发明涉及飞行器(无人机)，尤其涉及提高了安全性的无人机及其控制方法以及控制程序。
背景技术
一般被称为无人机的小型直升机(多旋翼直升机)的应用正在推进。作为其重要的应用领域之一，可列举向农田(农场)进行农药或液肥等的药剂播撒(例如，专利文献1)。与欧美相比，在农田狭小的日本，适合使用无人机而不是有人的飞机或直升机的情况较多。
通过准天顶卫星系统或RTK-GPS(Real Time Kinematic-Global PositioningSystem)等技术，使无人机在飞行中能够以厘米单位准确地得知本机的绝对位置，由此，在日本，即使在典型的狭小复杂的地形的农田中，也使得人手进行的操纵为最小限度而能够自主地飞行，并高效且准确地进行药剂播撒。
另一方面，对于面向农业用的药剂播撒的自主飞行型无人机而言，存在很难说对安全性的考虑充分的情况。由于搭载有药剂的无人机的重量为几十公斤，因此在落到人身上等事故发生的情况下，可能会导致严重的结果。另外，通常，由于无人机的操作者不是专业人员，因此需要防止误操作的机制，但对此的考虑也不充分。迄今为止，虽然存在以人的操纵为前提的无人机的安全性技术(例如，专利文献2)，但不存在用于应对尤其是面向农业用的药剂播撒的自主飞行型无人机特有的安全性课题的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利公开公报日本特开2001-120151
专利文献2：专利公开公报日本特开2017-163265
发明内容
发明所要解决的课题
提供即使在自主飞行时也能够维持高安全性的无人机(飞行器)。
用于解决课题的技术方案
本发明提供一种无人机，具备加速度测定单元、接触检测单元和飞行控制单元，在所述加速度测定单元测定出的机体的加速度的绝对值超过给定值、且所述接触检测单元在第一给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，所述飞行控制单元使所述机体采取给定的退避行动，由此解决上述课题。
另外，本发明提供一种无人机，具备加速度测定单元、接触检测单元和飞行控制单元，即使所述加速度测定单元测定出的所述机体的加速度的绝对值不超过给定值，在所述接触检测单元在第二给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，所述飞行控制单元也使机体采取给定的退避行动，由此解决上述课题。所述接触检测单元可以是压力传感器或微动开关的任一个。另外，本发明提供段落0007或段落0008的前半部分中记载的无人机，该无人机还具备速度测定单元，所述加速度测定单元在给定的时间间隔内检测到给定的值以上的机体的加速度的上升或变动之后，在所述速度测定单元检测到所述机体的速度成为给定的值以下的情况下，视为所述机体与障碍物接触，由此解决上述课题。
另外，本发明提供所述给定的退避行动为悬停的段落0007或段落0008中记载的无人机，由此解决上述课题。另外，本发明提供所述给定的退避行动包括药剂播撒的停止、基于声音的警告和基于警告灯的警告中的一个以上的段落0007、段落0008或段落0009的前半部分中记载的无人机，由此解决上述课题。
另外，本发明提供段落0009中记载的无人机，即，在悬停后所述接触检测单元在第三给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，所述飞行控制单元使所述机体向行进方向的后方飞行，由此解决上述课题。
另外，本发明提供一种无人机，具备多个旋转翼、所述多个旋转翼的转速测定单元和飞行控制单元，在所述转速测定单元测定出的所述多个旋转翼中的至少一个旋转翼的转速比该电动机的目标转速低第一给定转速以上的情况下，所述飞行控制单元采取给定的退避行动，由此解决上述课题。
另外，本发明提供所述给定的退避行动是使全部的所述多个电动机的旋转停止的段落0011中记载的无人机，由此解决上述课题。
另外，本发明提供段落0011中记载的无人机，即，所述给定的退避行动是将所述目标转速设定为降低第二给定转速的量，在所述转速测定单元测定出的转速能够维持新的目标转速的情况下，使飞行继续，由此解决上述课题。
另外，本发明提供具备由第一部分、第二部分和第三部分构成的螺旋桨防护件的无人机，所述第一部分具有手指不能进入的间隙的格子构造，所述第二部分具有幼儿的头不能进入的间隙的格子构造，所述第三部分不具有格子构造，由此解决上述课题。
另外，本发明提供具备由多个放射状构件和周边部构成的螺旋桨防护件的无人机，所述多个放射状构件中的至少一个在螺旋桨侧具有切口部，由此解决上述课题。另外，本发明提供具备由多个放射状构件和周边部构成的螺旋桨防护件的无人机，所述多个放射状构件当中的位于旋转翼上方的放射状构件的与周边部连接的端部位于比与机体主体连接的端部低的位置，所述多个放射状构件当中的位于旋转翼下方的放射状构件的与周边部连接的端部位于比与机体主体连接的端部高的位置，由此解决上述课题。
另外，本发明提供一种无人机控制方法，包括：加速度测定步骤，测定机体的加速度；接触检测步骤，检测所述机体与障碍物的接触；以及退避行动步骤，在所述测定出的机体的加速度的绝对值超过给定值、且在第一给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，使所述机体采取给定的退避行动，由此解决上述课题。在所述接触检测步骤中，可以使用压力传感器或微动开关来检测接触。另外，本发明提供段落0015中记载的无人机控制方法，其中，还包括速度测定步骤，在所述加速度测定步骤中，在给定的时间间隔内检测到给定的值以上的机体的加速度的上升或变动之后，在所述速度测定步骤中检测到所述机体的速度成为给定的值以下的情况下，视为所述机体与障碍物接触，由此解决上述课题。
另外，本发明提供一种无人机控制方法，包括：加速度测定步骤，测定机体的加速度；接触检测步骤，检测所述机体与障碍物的接触；以及退避行动步骤，即使所述测定出的机体的加速度的绝对值不超过给定值，在第二给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，也使所述机体采取给定的退避行动，由此解决上述课题。
另外，本发明提供所述退避行动步骤中的所述给定的退避行动为悬停的段落0016或段落0017中记载的无人机控制方法，由此解决上述课题。另外，本发明提供所述退避行动步骤中的所述给定的退避行动包括药剂播撒的停止、基于声音的警告和基于警告灯的警告中的至少一个的段落0016、段落0017或段落0018前半部分中记载的无人机，由此解决上述课题。
另外，本发明提供段落0018的前半部分中记载的无人机控制方法，其中，在所述退避行动步骤中，在悬停开始后，在第三给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，使所述机体向行进方向后方飞行，由此解决上述课题。
另外，本发明提供一种无人机控制方法，包括：转速测定步骤，测定旋转翼的转速；以及退避行动步骤，在所述测定出的转速低于第一给定转速的情况下，使机体采取给定的退避行动，由此解决上述课题。
另外，本发明提供所述退避行动是使电动机的旋转停止的段落0020中记载的无人机控制方法，由此解决上述课题。
另外，本发明提供段落0020中记载的无人机控制方法，其中，在所述退避行动步骤中，在电动机能够维持比所述第一给定转速低的第二给定转速的情况下，使飞行继续，由此解决上述课题。
另外，本发明提供一种无人机控制程序，使计算机执行如下命令：加速度测定命令，测定机体的加速度；接触检测命令，检测所述机体与障碍物的接触；以及退避行动命令，在所述测定出的机体的加速度的绝对值超过给定值、且在第一给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，使所述机体采取给定的退避行动，由此解决上述课题。
另外，本发明提供一种无人机控制程序，使计算机执行如下命令：加速度测定命令，测定机体的加速度；接触检测命令，检测所述机体与障碍物的接触；以及退避行动命令，即使所述测定出的机体的加速度的绝对值不超过给定值，在第二给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，也使所述机体采取给定的退避行动，由此解决上述课题。在所述接触检测命令中，可以使用压力传感器或微动开关来检测接触。另外，本发明提供段落0023或段落0024的前半部分中记载的无人机控制程序，其中，还使计算机执行速度测定命令，在所述加速度测定命令的执行中，在给定的时间间隔内检测到给定的值以上的机体的加速度的上升或变动之后，在所述速度测定命令的执行中检测到所述机体的速度成为给定的值以下的情况下，视为所述机体与障碍物接触，由此解决上述课题。
另外，本发明提供所述给定的退避行动为悬停的段落0023或段落0024中记载的无人机控制程序，由此解决上述课题。另外，本发明提供所述给定的退避行动包括药剂播撒的停止、基于声音的警告和基于警告灯的警告中的一个以上的段落0023、段落0024或段落0025的前半部分中记载的无人机控制程序，由此解决上述课题。
另外，本发明提供所述退避行动步骤命令还包括在悬停开始后在第三给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下使所述机体向行进方向的后方飞行的命令的段落0024中记载的无人机控制程序，由此解决上述课题。
另外，本发明提供使计算机执行测定旋转翼的转速的转速测定命令和在所述测定出的转速低于第一给定转速的情况下使机体采取给定的退避行动的退避行动命令的无人机控制程序，由此解决上述课题。
另外，本发明提供所述退避行动使所述电动机的旋转停止的段落0027中记载的无人机控制程序，由此解决上述课题。
另外，本发明提供所述退避行动命令包括在电动机能够维持比所述第一给定转速低的第二给定转速的情况下使飞行继续的命令的权利要求段落0027中记载的无人机控制程序，由此解决上述课题。
此外，计算机程序能够通过经由互联网等网络的下载提供或记录在CD-ROM等的计算机可读取的各种记录介质中而提供。
发明效果
提供即使在自主飞行时也能够维持高安全性的无人机(飞行器)。
附图说明
图1是本发明所涉及的农业用无人机的实施例的俯视图。
图2是本发明所涉及的农业用无人机的实施例的主视图。
图3是本发明所涉及的农业用无人机的实施例的右侧视图。
图4是使用本发明所涉及的农业用无人机的实施例的药剂播撒系统的整体概念图的示例。
图5是表示本发明所涉及的农业用无人机的实施例的控制功能的示意图。
图6是表示本发明所涉及的无人机的实施例的接触检测时的处理的流程图。
图7是表示本发明所涉及的无人机的实施例的卷入检测时的处理的流程图。
图8是表示本发明所涉及的无人机的螺旋桨防护件的构造的示例的示意图。
图9是表示本发明所涉及的无人机的螺旋桨防护件的支承部的构造的第一实施例的示意图。
图10是表示本发明所涉及的无人机的螺旋桨防护件的支承部的构造的第二实施例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。附图均为例示。
图1中示出本发明所涉及的无人机(100)的实施例的俯视图，图2中示出其的(从行进方向侧观察)主视图，图3中示出其的右侧视图。此外，在本说明书中，无人机是指与动力单元(电力、原动机等)、操纵方式(是无线还是有线、以及是自主飞行型还是手动操纵型等)无关而具有多个旋转翼或飞行单元的所有飞行器。
旋转翼(101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b)(也被称为转子)是用于使无人机(100)飞行的单元，考虑到飞行的稳定性、机体尺寸以及电池消耗量的平衡，优选具备8台(2级构成的旋转翼为4套)。
电动机(102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、102-4a、102-4b)是使旋转翼(101-1a、101-1b、101-2a、101-2b、101-3a、101-3b、101-4a、101-4b)旋转的单元(典型地是电动机，但也可以是发动机等)，优选相对于一个旋转翼设置有1台。为了无人机的飞行的稳定性等，优选1套内的上下的旋转翼(例如，101-1a和101-1b)以及与它们对应的电动机(例如，102-1a和102-1b)的轴位于同一直线上且彼此向相反方向旋转。此外，一部分的旋转翼(101-3b)以及电动机(102-3b)虽然未图示，但其位置是不言自明的，如果有左侧视图，则处于示出的位置。如图2及图3所示，用于对为了使旋转翼(102)不与异物干扰而设置的螺旋桨防护件进行支承的放射状的构件优选不是水平而是塔架上的构造。这是为了在碰撞时促进该构件向旋转翼(102)外侧压曲，防止对旋转翼(102)产生干扰。
药剂喷嘴(103-1、103-2、103-3、103-4)是用于将药剂朝向下方播撒的单元，优选具备4台。此外，在本申请说明书中，所谓药剂，一般是指农药、除草剂、液肥、杀虫剂、种子以及水等在农场播撒的液体或粉体。
药剂罐(104)是用于保管待播撒的药剂的罐，从重量平衡的观点出发，优选设置在靠近无人机(100)的重心的位置且比重心低的位置。药剂软管(105-1、105-2、105-3、105-4)是将药剂罐(104)与各药剂喷嘴(103-1、103-2、103-3、103-4)连接的单元，由硬质的原材料构成，也可以兼具支承该药剂喷嘴的作用。泵(106)是用于将药剂从喷嘴喷出的单元。
图4中示出使用本发明所涉及的无人机(100)的药剂播撒用途的实施例的系统的整体概念图。本图为示意图，比例尺不准确。操纵器(401)是用于通过使用者(402)的操作将指令发送给无人机(100)并且显示从无人机(100)接收到的信息(例如，位置、药剂量、电池剩余量、相机影像等)的单元，可以通过运行计算机程序的一般的平板终端等便携信息设备实现。本发明所涉及的无人机(100)被控制为进行自主飞行，但优选在起飞、返回等基本操作时以及紧急时能够进行手动操作。除便携信息设备之外，也可以使用具有紧急停止专用的功能的紧急用操作器(未图示)(紧急用操作器优选为具备大型的紧急停止按钮等的专用设备，以便在紧急时能够迅速地采取应对)。操纵器(401)和无人机(100)优选进行基于Wi-Fi等的无线通信。
农场(403)是作为无人机(100)的药剂播撒的对象的农田、田地等。实际上，存在农场(403)的地形复杂，事先无法获得地形图的情况或者地形图与现场的状况有差异的情况。通常，农场(403)与房屋、医院、学校、其他作物农场、道路、铁道等相邻。另外，有时在农场(403)内也存在建筑物、电线等障碍物。
基站(404)是提供Wi-Fi通信的母机功能等的装置，作为RTK-GPS基站发挥功能，优选能够提供无人机(100)的准确的位置(也可以是Wi-Fi通信的母机功能与RTK-GPS基站是独立的装置)。营农云(405)是典型地在云服务上运营的计算机组和相关软件，优选与操纵器(401)通过移动电话线路等无线连接。营农云(405)可以进行用于分析无人机(100)拍摄到的农场(403)的图像，并掌握作物的生长状况，从而决定飞行路径的处理。另外，也可以将保存的农场(403)的地形信息等提供给无人机(100)。此外，也可以积累无人机(100)的飞行以及拍摄影像的历史记录，并进行各种分析处理。
通常，无人机(100)从位于农场(403)的外部的出发到达地点(406)起飞，并在农场(403)播撒药剂之后或者在需要补充药剂或充电等时返回到出发到达地点(406)。从出发到达地点(406)到目标的农场(403)的飞行路径(进入路径)可以由营农云(405)等事先保存，也可以由使用者(402)在起飞开始前输入。
图5中示出表示本发明所涉及的药剂播撒用无人机的实施例的控制功能的示意图。飞行控制器(501)是负责无人机整体的控制的构成要素，具体而言，可以是包括CPU、存储器、相关软件等的嵌入式计算机。飞行控制器(501)基于从操纵器(401)接收到的输入信息以及从后述的各种传感器得到的输入信息，通过ESC(Electronic Speed Control，电子速度控制)等控制单元，控制电动机(102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-b)的转速，由此控制无人机(100)的飞行。优选为电动机(102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-b)的实际的转速被向飞行控制器(501)反馈并能够监视是否进行了正常的旋转的构成。或者，也可以是在旋转翼(101)设置光学传感器等而旋转翼(101)的旋转被向飞行控制器(501)反馈的构成。
飞行控制器(501)使用的软件优选为为了功能扩展、变更、问题修正等而能够通过存储介质等或通过Wi-Fi通信、USB等通信单元进行改写。在该情况下，为了不进行基于不正当的软件的改写，优选进行基于加密、校验和、电子签名、病毒检测软件等的保护。另外，飞行控制器(501)在控制中使用的计算处理的一部分可以通过存在于操纵器(401)上或者营农云(405)上、其他场所的其他的计算机执行。飞行控制器(501)的重要性较高，因此其构成要素的一部分或者全部可以双重化。
电池(502)是向飞行控制器(501)以及无人机的其他构成要素供给电力的单元，优选为充电式。优选电池(502)经由包括保险丝或断路器等的电源组件与飞行控制器(501)连接。电池(502)优选为除了电力供给功能之外，还具有将其内部状态(蓄电量、累计使用时间等)向飞行控制器(501)传递的功能的智能电池。
优选飞行控制器(501)经由Wi-Fi子机功能(503)，进而经由基站(404)与操纵器(401)进行信息交换，从操纵器(401)接收必要的指令，并且将必要的信息向操纵器(401)发送。在该情况下，优选对通信实施加密，能够防止窃听、冒充、设备的盗用等不正当行为。优选基站(404)除了基于Wi-Fi的通信功能之外，还具备RTK-GPS基站的功能。通过将RTK基站的信号与来自GPS定位卫星的信号进行组合，由此通过GPS模块(504)，能够以数厘米程度的精度对无人机(100)的绝对位置进行测定。GPS模块(504)的重要性较高，因此优选进行双重化/多重化，另外，为了应对特定的GPS卫星的障碍，优选控制经冗余化的各个GPS模块(504)以使用其他的卫星。
加速度传感器(505)是测定无人机机体的加速度的单元(而且，是通过加速度的积分计算速度的单元)，优选为6轴传感器。可以代替加速度传感器(505)或者在此基础上使用6轴陀螺仪传感器、3轴角度传感器或这两者。地磁传感器(506)是通过地磁的测定来测量无人机机体的方向的单元。气压传感器(507)是测定气压的单元，也能够间接地测定无人机的高度。激光传感器(508)是利用激光的反射来测定无人机机体与地表的距离的单元，优选使用IR(红外线)激光。声纳(509)是利用超声波等的声波的反射来测定无人机机体与地表的距离的单元。这些传感器类可以根据无人机的成本目标、性能要件而进行取舍选择。另外，也可以追加用于测定机体的倾斜度的陀螺仪传感器(角速度传感器)、用于测定风力的风力传感器等。另外，这些传感器类优选进行双重化或多重化。在存在同一目的的多个传感器的情况下，飞行控制器(501)可以仅使用其中的一个，并在其发生了故障时，切换为替代的传感器来使用。或者，也可以同时使用多个传感器，在各自的测定结果不一致的情况下，视为发生了故障。
流量传感器(510)是用于测定药剂的流量的单元，优选设置于从药剂罐(104)到药剂喷嘴(103)的路径的多个场所。液体不足传感器(511)是检测药剂的量为给定的量以下的情况的传感器。多光谱相机(512)是拍摄农场(403)并取得用于图像分析的数据的单元。障碍物检测相机(513)是用于检测无人机障碍物的相机，由于图像特性和透镜的朝向与多光谱相机(512)不同，因此优选是与多光谱相机(512)不同的设备。开关(514)是用于供无人机(100)的使用者(402)进行各种设定的单元。障碍物接触传感器(515)是用于检测无人机(100)、特别是其转子、螺旋桨防护件部分与电线、建筑物、人体、树木、鸟或者其他的无人机等障碍物接触的传感器。盖传感器(516)是检测无人机(100)的操作面板或内部保养用的盖为开放状态的传感器。药剂注入口传感器(517)是检测药剂罐(104)的注入口为开放状态的传感器。这些传感器类可以根据无人机的成本目标、性能要件进行取舍选择，也可以进行双重化/多重化。另外，也可以在无人机(100)外部的基站(404)、操纵器(401)或者其他场所设置传感器，将读取的信息向无人机发送。例如，也可以在基站(404)设置风力传感器，将与风力/风向相关的信息经由Wi-Fi通信向无人机(100)发送。
飞行控制器(501)对泵(106)发送控制信号，并进行药剂喷出量的调整、药剂喷出的停止。优选为泵(106)的当前时间点的状况(例如，转速等)被反馈至飞行控制器(501)的构成。
LED是用于向无人机的操作者通知无人机的状态的显示单元。也可以代替LED或者在此基础上使用液晶显示器等显示单元。蜂鸣器(518)是用于通过声音信号通知无人机的状态(特别是错误状态)的输出单元。Wi-Fi子机功能(519)与操纵器(401)不同，例如是为了软件的传送等而与外部的计算机等进行通信的可选的构成要素。也可以代替Wi-Fi子机功能或者在此基础上，使用红外线通信、Bluetooth(注册商标)、ZigBee(注册商标)、NFC等其他的无线通信单元或者USB连接等的有线通信单元。扬声器(520)是通过已录音的人声、合成声音等通知无人机的状态(特别是错误状态)的输出单元。根据天气状态，有时难以看到飞行中的无人机(100)的视觉上的显示，因此在这样的情况下，基于声音的状况传递是有效的。警告灯(521)是通知无人机的状态(特别是错误状态)的闪光灯等的显示单元。这些输入输出单元可以根据无人机的成本目标、性能要件进行取舍选择，也可以进行双重化/多重化。
(接触检测传感器)
本发明所涉及的无人机优选具备障碍物接触传感器(515)(以下，也称为“接触检测传感器”)。接触检测传感器(515)是用于检测无人机相对于树木、电线、建筑物等的“接触”的传感器，与检测与鸟的“碰撞”、无人机彼此的“碰撞”的传感器的目的不同。这是因为在碰撞的情况下，不可避免地应对电动机的紧急停止等，但在接触的情况下，如以下所述，能够进行悬停、行进方向的反转等的退避行动。
优选接触检测传感器(515)设置于位于无人机(100)的再外周部的螺旋桨防护部。接触检测传感器(515)可以使用微动开关或压电元件等压力检测元件来实现。也可以在双重反转转子的上下的螺旋桨防护部的每一个上设置接触检测传感器(515)。也可以在螺旋桨防护件的周围具备各方向的多个接触检测传感器(515)，但也可以通过在螺旋桨防护件与机体主体连接的部分设置接触检测传感器(515)，来检查一个传感器向多个方向的接触。各方向的接触检测传感器(514)优选进行双重化或多重化。在该情况下，也可以如微动开关和压电元件这样，进行利用不同的方式的双重化/多重化。
也可以通过无人机所具备的加速度传感器(505)来检测接触。在该情况下，优选通过加速度的绝对值的大小来区别不能退避的碰撞和能够退避的接触。例如，可以判定为30G以上的绝对值的加速度发生时为碰撞，9G至30G的绝对值的加速度发生时为无人机相对于树木、电线、建筑物等的接触。
也可以将由加速度传感器(505)检测到接触、且由接触检测传感器(515)还检测到给定时间(例如3秒时间)以上的接触作为条件，判定为无人机(100)与障碍物接触，采取退避行动。由此，例如能够防止将暂时的强风误检测为与障碍物的接触等。即使加速度传感器(505)未检测到接触，也可以将由接触检测传感器(515)检测到更长的给定时间(例如，10秒时间)以上的接触作为条件，判定为无人机(100)与障碍物接触，采取退避行动。这是因为在无人机(100)缓慢地与电线等这样有弹力的障碍物接触的情况下，仅通过加速度传感器(505)，存在难以进行准确的接触检测的可能性，但在这样的情况下，也能够适当地检测接触。
作为代替的方法，也可以通过加速度传感器(505)在极短的时间(例如，500毫秒)的期间产生加速度的峰值或者给定值以上的变动，之后，在无人机(100)的速度几乎为零的情况下，判断为与电线等接触。此外，无人机(100)的飞行速度能够通过基于GPS的位置坐标的变化等进行测定。
(接触时退避行动)
在检测到接触的情况下，优选飞行控制器(501)控制电动机(102)，以使无人机进行悬停(在上空的停止)。同时，优选在操纵器(401)显示错误消息。优选在正在播撒药剂的情况下使无人机(100)停止药剂的播撒。这是因为若以悬停状态继续药剂播撒，则存在成为过剩播撒的危险性。另外，优选通过操纵器(401)的显示，向进行远程操纵的使用者请求接下来应采取的行动(电动机的紧急停止、向出发到达场所的返回、向手动操纵的切换等)的指示。在此基础上，为了在紧急着陆时向处于下方的人通知危险，可以通过蜂鸣器(518)等从无人机主体产生警告音。同样地，也可以使无人机所具备的警告灯(521)点亮或闪烁。
在尽管进入了悬停状态，但接触检测传感器的接触检测未被解除的情况下(例如，钩挂于有弹性的电线的情况)，优选飞行控制器(501)使无人机的机体向后方(与迄今为止行进的方向的反方向)飞行。在该情况下，优选在无人机无法移动的情况(GPS(504)测定出的机体位置不发生变化的情况等)或者接触检测传感器的接触状态依然未被解除的情况下，再次在操纵器(401)显示错误消息，并向操作员请求接下来应采取的行动(电动机的紧急停止、向出发到达场所的返回、向手动操纵的切换等)的指示。将上述接触检测时的处理的示例汇总于图6的流程图中。
(异物卷入检测)
优选本发明所涉及的无人机所具备的电动机(102)能够测定转速，并能够形成为飞行控制器(501)的输入。优选在检测到至少一个电动机(102)的转速相对于相对输入电压的正常时的目标转速(例如，5000rpm)低于给定的转速(例如，1000rpm)以上的情况下，飞行控制器(501)判断为报纸、线绳、植物、塑料袋等异物卷入旋转翼，使无人机采取给定的退避行动。也可以代替测定电动机(102)的转速，而通过光学传感器等直接测定旋转翼(101)的转速。
在此，异物卷入的判断处理可以是两个阶段。即，可以在检测到电动机的实际的转速相对于正常时的目标转速(例如，5000rpm)低于给定的转速(例如，1000rpm)以上的情况下，降低目标转速，再次确认电动机的转速是否能够维持新的目标转速(例如，3000rpm)。根据卷入的异物的特性，存在电动机能够一边维持转速(例如，3000rpm)一边飞行的可能性。例如，卷入了塑料袋的情况等属于该情况。在该情况下，优选使无人机(100)降级运转并迅速返回到出发到达地点(406)。在该情况下，与上述的与障碍物的接触的情况同样地，优选进行向操纵器(401)的消息显示、来自蜂鸣器(518)的警告音产生以及无人机主体的警告灯(521)的点亮或闪烁等。
另一方面，在降低目标转速后电动机的转速也依然未达到给定的转速的情况下，判断为是降级运转不优选的状况，飞行控制器(501)可以使全部的电动机停止，使无人机(100)紧急停止，并落到地面。例如，卷入了线绳状的物体的情况等属于该情况。在该情况下，为了避免无人机(100)的失控，优选使全部的电动机同时停止。此时，与上述的与障碍物的接触的情况同样地，优选进行向操纵器(401)的消息显示、来自蜂鸣器(518)的警告音产生以及无人机主体的警告灯(521)的点亮或闪烁等。
而且，也可以仅在重复检测到电动机的转速的下降而降低目标转速这样的过程两次以上，但即便如此也不能进行降级运转的情况下，才使无人机(100)紧急停止。
在卷入的检测中，为了避免误检测，也可以仅在电动机的转速下降持续给定的时间以上的情况下判断为发生了卷入。在该情况下，优选在通过高度传感器(例如，GPS(504))明确了无人机处于地上的情况下，不等待给定的时间而立即判断为发生了卷入，进行立即使电动机停止的控制。这是因为手指误入事故等的可能性较高。将上述的卷入检测时的处理的示例汇总于图7的流程图中。
(螺旋桨防护件)
图8中示出本发明所涉及的无人机的螺旋桨防护件部的实施例的构造的示意图。图8是示意图，比例尺未必是准确的。另外，为了空间上的方便，仅示出四分之一的圆。此外，图1、图2以及图3中没有反映图8的构造。为了防止手指误入事故，螺旋桨防护件优选设置有格子状的构件，优选分为外周部(801)、中央部(802)、内周部(803)这3个区域设计(作为机械构造是一体的，但按照每个区域为不同的设计)。这是因为在重量增加以及旋转翼对气流的空气阻力增加等方面，螺旋桨防护件在维持安全性的同时，应该以尽量少的构件构成。外周部(801)由于转子(螺旋桨)的线速度最快以及在搬运机体时用手拿持螺旋桨防护件的周边部的情况较多，尤其是由于手指误入事故的危险性高，因此优选形成具有手指间隙(例如，15毫米以下)的格子构造。另一方面，更接近转子的中心的中央部(802)的转子的线速度较低，但优选在落下时不套在幼儿的头部，因此优选形成具有大致15厘米的间隙的格子构造。只要能够遵守由个安全基准要求的转子的线速度的限制，内周部(803)也可以不具有格子构造的防护件。例如，在螺旋桨防护件整体的半径为36厘米的情况下，也可以是外周部(801)的宽度约为5厘米，中央部(802)的宽度约为10厘米，内周部(803)的宽度约为21厘米。
图9中示出将本发明所涉及的无人机的螺旋桨防护件与机体主体连接的支承部的第一实施例的截面以及上表面的示意图(图9-a)是剖视图，图9-b)是俯视图)。图9是示意图，比例尺不准确。另外，为了空间上的方便，仅示出四分之一的圆。而且，此外，在图1、图2、图3以及图8中没有反映图9的构造。优选螺旋桨防护件形成为在碰撞时发生压曲变形或断裂的情况下也不会进入转子的旋转空间的构造。螺旋桨防护件外周部(901)优选形成为从转子(902)的前端起设置有足够的间隙(例如，10厘米至15厘米)的位置的构造。另外，优选在螺旋桨防护件放射部(903)设置切口(904)，以使碰撞的情况下的压曲变形相对于旋转翼在外侧发生。也可以代替切口(904)或者在此基础上，通过仅强化内侧的肋等的构件的一体化、使放射部构件的半径为内侧更粗的构造等，促进对外侧的压曲。
图10中示出将本发明所涉及的无人机的螺旋桨防护件与机体主体连接的支承部的第二实施例的剖视图。此外，在图1、图2以及图3中没有反映图10的螺旋桨防护件构造。在本实施例中，连接螺旋桨防护件周边部(1001)和机体主体(1003)(典型地，是设置于与旋转翼(1004)的中心轴一致的位置的构件)的放射状的支承部(1002)不是水平的，而优选构成为塔架状。即，在水平放置无人机(100)观察的情况下，优选将位于旋转翼的上表面的支承部(1002)的端部设置于在中心部高、且在周边部低的位置，将位于旋转翼的下表面的支承部(1002)的端部设置于在中心部低、且在周边部高的位置。通过采用这样的构造，能够促进无人机发生碰撞的情况下的支承部(1002)的压曲变形相对于旋转翼(1004)在外侧发生，避免对旋转翼(1004)产生干扰。针对图10的构造的支承部(1002)，还可以设置图9所示的切口部或者上述那样的促进相对于外侧的压曲的机构。
至此，对以药剂播撒为目的的无人机的实施例进行了说明，但本发明还能广泛适用于不进行药剂播撒、而例如进行相机所执行的生长监视的农业用无人机以及一般的无人机。
(本发明的技术上的显著效果)
根据本发明，对于尤其是进行自主飞行的无人机中成为安全方面的课题的以下这样的危险情况，能够有效地应对。第一，在与鸟、树木、电线、建筑物等非预期的接触时能够采取适当的退避行动。第二，在将线绳、塑料袋、树木的枝等卷入旋转翼时，能够采取适当的退避行动。第三，能够防止手指误入旋转翼的事故。第四，在万一坠落或碰撞时，螺旋桨防护件与旋转翼不会干扰，因此能够避免二次损害或设备的过度损伤。

Claims (33)

1.一种无人机，具备加速度测定单元、接触检测单元和飞行控制单元，
在所述加速度测定单元测定出的机体的加速度的绝对值超过给定值、且所述接触检测单元在第一给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，所述飞行控制单元使所述机体采取给定的退避行动。
2.一种无人机，具备加速度测定单元、接触检测单元和飞行控制单元，
即使所述加速度测定单元测定出的所述机体的加速度的绝对值不超过给定值，在所述接触检测单元在第二给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，所述飞行控制单元也使机体采取给定的退避行动。
3.根据权利要求1或2所述的无人机，其中，
所述接触检测单元是压力传感器或微动开关的任一个。
4.根据权利要求1或2所述的无人机，其中，
所述无人机还具备速度测定单元，
所述加速度测定单元在给定的时间间隔内检测到给定的值以上的机体的加速度的上升或变动之后，
在所述速度测定单元检测到所述机体的速度成为给定的值以下的情况下，视为所述机体与障碍物接触。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的无人机，其中，
所述给定的退避行动为悬停。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的无人机，其中，
所述给定的退避行动包括药剂播撒的停止、基于声音的警告和基于警告灯的警告中的一个以上。
7.根据权利要求5所述的无人机，其中，
在悬停后，在所述接触检测单元在第三给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，所述飞行控制单元使所述机体向行进方向的后方飞行。
8.一种无人机，具备多个旋转翼、所述多个旋转翼的转速测定单元和飞行控制单元，
在所述转速测定单元测定出的所述多个旋转翼中的至少一个旋转翼的转速比该电动机的目标转速低第一给定转速以上的情况下，所述飞行控制单元采取给定的退避行动。
9.根据权利要求8所述的无人机，其中，
所述给定的退避行动是使多个所述电动机的旋转全部停止。
10.根据权利要求8所述的无人机，其中，
所述给定的退避行动是将所述目标转速设定为降低第二给定转速的量，
在所述转速测定单元测定出的转速能够维持新的目标转速的情况下，使飞行继续。
11.一种无人机，具备由第一部分、第二部分和第三部分构成的螺旋桨防护件，
所述第一部分具有手指不能进入的间隙的格子构造，
所述第二部分具有幼儿的头不能进入的间隙的格子构造，
所述第三部分不具有格子构造。
12.一种无人机，具备由多个放射状构件和周边部构成的螺旋桨防护件，
所述多个放射状构件中的至少一个在旋转翼侧具有切口部。
13.一种无人机，具备由多个放射状构件和周边部构成的螺旋桨防护件，
所述多个放射状构件当中的位于旋转翼上方的放射状构件的与周边部连接的端部位于比与机体主体连接的端部低的位置，所述多个放射状构件当中的位于旋转翼下方的放射状构件的与周边部连接的端部位于比与机体主体连接的端部高的位置。
14.一种无人机控制方法，包括：
加速度测定步骤，测定机体的加速度；
接触检测步骤，检测所述机体与障碍物的接触；以及
退避行动步骤，在测定出的所述机体的加速度的绝对值超过给定值、且在第一给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，使所述机体采取给定的退避行动。
15.一种无人机控制方法，包括：
加速度测定步骤，测定机体的加速度；
接触检测步骤，检测所述机体与障碍物的接触；以及
退避行动步骤，即使测定出的所述机体的加速度的绝对值不超过给定值，在第二给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，也使所述机体采取给定的退避行动。
16.根据权利要求14或15所述的无人机控制方法，其中，
所述接触检测步骤中，使用压力传感器或微动开关的任一个来检测接触。
17.根据权利要求14或15所述的无人机控制方法，其中，
所述无人机控制方法还包括速度测定步骤，
在所述加速度测定步骤中，在给定的时间间隔内检测到给定的值以上的机体的加速度的上升或变动之后，
在所述速度测定步骤中检测到所述机体的速度成为给定的值以下的情况下，视为所述机体与障碍物接触。
18.根据权利要求14～17中任一项所述的无人机控制方法，其中，
所述退避行动步骤中的所述给定的退避行动为悬停。
19.根据权利要求14～18中任一项所述的无人机控制方法，其中，
所述退避行动步骤中的所述给定的退避行动包括药剂播撒的停止、基于声音的警告和基于警告灯的警告中的一个以上。
20.根据权利要求18所述的无人机控制方法，其中，
在所述退避行动步骤中，在悬停开始后，在第三给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，使所述机体向行进方向的后方飞行。
21.一种无人机控制方法，包括：
转速测定步骤，测定旋转翼的转速；以及
退避行动步骤，在测定出的所述转速低于第一给定转速的情况下，使机体采取给定的退避行动。
22.根据权利要求21所述的无人机控制方法，其中，
所述退避行动是使电动机的旋转停止。
23.根据权利要求21所述的无人机控制方法，其中，
在所述退避行动步骤中，在旋转翼能够维持比所述第一给定转速低的第二给定转速的情况下，使飞行继续。
24.一种无人机控制程序，使计算机执行如下命令：
加速度测定命令，测定机体的加速度；
接触检测命令，检测所述机体与障碍物的接触；以及
退避行动命令，在测定出的所述机体的加速度的绝对值超过给定值、且在第一给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，使所述机体采取给定的退避行动。
25.一种无人机控制程序，使计算机执行如下命令：
加速度测定命令，测定机体的加速度；
接触检测命令，检测所述机体与障碍物的接触；以及
退避行动命令，即使测定出的所述机体的加速度的绝对不超过给定值，在第二给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下，也使所述机体采取给定的退避行动。
26.根据权利要求24或25所述的无人机控制程序，其中，
所述接触检测命令是使用压力传感器或微动开关来检测接触的命令。
27.根据权利要求24或25所述的无人机控制程序，其中，
所述无人机控制程序还使计算机执行速度测定命令，
在所述加速度测定命令的执行中，在给定的时间间隔内检测到给定的值以上的机体的加速度的上升或变动之后，
在所述速度测定命令的执行中检测到所述机体的速度成为给定的值以下的情况下，视为所述机体与障碍物接触。
28.根据权利要求24～27中任一项所述的无人机控制程序，其中，
所述给定的退避行动为悬停。
29.根据权利要求24～28中任一项所述的无人机控制程序，其中，
所述给定的退避行动包括药剂播撒的停止、基于声音的警告和基于警告灯的警告中的一个以上。
30.根据权利要求28所述的无人机控制程序，其中，
所述退避行动命令还包括如下命令，即，悬停开始后在第三给定时间以上检测到所述机体与障碍物的接触的情况下使所述机体向行进方向的后方飞行的命令。
31.一种无人机控制程序，使计算机执行如下命令：
转速测定命令，测定旋转翼的转速；以及
退避行动命令，在测定出的所述转速低于第一给定转速的情况下，使机体采取给定的退避行动。
32.根据权利要求31所述的无人机控制程序，其中，
所述退避行动是使电动机的旋转停止。
33.根据权利要求31所述的无人机控制程序，其中，
所述退避行动命令包括如下命令，即，在电动机能够维持比所述第一给定转速低的第二给定转速的情况下使飞行继续的命令。
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