JP2017047736A - 無人回転翼機及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】異常事態が生じた場合に、それが墜落に発展してしまうことを防止することができる無人回転翼機及びプログラムを提供する。【解決手段】モータＭ１〜Ｍ８の各々は、回転することで揚力を発生させる回転翼と共に回転翼ユニットを構成する。ＣＰＵ１０８は、リモートコントローラ２００から受信する操縦信号が表す進行すべき方向への飛行が実現されるように、モータＭ１〜Ｍ８を制御する。また、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４が出力する信号に基づいて、異常事態としての、モータＭ１〜Ｍ８の故障を検出し、モータＭ１〜Ｍ８のいずれかの故障を検出した場合には、操縦信号によらずに、機体が着地するように少なくとも残りのモータを制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、無人回転翼機及びプログラムに関する。

近年、複数の回転翼を備える飛行体である無人回転翼機が、娯楽のみならず、例えば、農薬の散布や空撮等の目的で利用されている。

特開２０１４−２２７１５５号公報

（１）無人回転翼機が飛行している最中に、例えば、回転翼が故障したり、リモートコントローラからの電波が届かなくなったりするといった異常事態が生じることがある。異常事態が発生すると、無人回転翼機が予期しない方向へ飛んで行ったり、墜落したりする場合がある。

特許文献１は、回転翼に故障が生じた場合に、故障した回転翼を停止させ、かつその停止により不足する揚力を残りの回転翼で補う無人回転翼機を開示し、かかる無人回転翼機によれば、回転翼が故障しても、姿勢の安定を保って飛行を継続できると説明している。

しかし、回転翼が故障すると、健全な回転翼の個数は減り、揚力の不足を補う回転翼に負担がかかるため、無人回転翼機の信頼性が低下することは避けられない。信頼性が低下した状態で飛行を継続すると、例えば、次に残りの回転翼等に故障が生じた場合に、無人回転翼機が姿勢の安定を保てなくなる場合が生じうる。その場合、リモートコントローラを用いた操縦は殆ど不可能となるため、無人回転翼機が墜落する事態が生じかねない。

（２）無人回転翼機は、例えばホバリング状態から平面視において３６０°いずれの方向にも進行できるため、周囲の人にとってはその動きが予測し難い。このため、例えば、無人回転翼機が人と接触する事態が生じかねない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、異常事態が生じた場合に、それが墜落に発展してしまうことを防止することができる無人回転翼機及びプログラムを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、飛行中の動きが予測しやすい無人回転翼機及びこれを実現するためのプログラムを提供することを第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る無人回転翼機は、
各々揚力を発生させる複数の回転翼ユニットと、
異常事態を検出する異常検出手段と、
進行すべき方向へ機体が飛行するように、前記回転翼ユニットを制御し、かつ飛行中に前記異常検出手段によって異常事態が検出された場合には、機体が着地するように、前記回転翼ユニットを制御する制御手段と、
を備える。

前記異常検出手段が、前記各回転翼ユニットの故障を検出する故障検出手段を含み、
前記制御手段が、前記故障検出手段によっていずれかの前記回転翼ユニットの故障が検出された場合に、少なくとも残りの前記回転翼ユニットを制御することにより機体を着地させてもよい。

この場合、前記回転翼ユニットを４個以上の偶数個備え、それら回転翼ユニットは平面視において機体の重心を挟んで対向する対が複数対構成されるように配置され、
前記制御手段が、機体を着地させるに際し、前記故障検出手段によって故障が検出された前記回転翼ユニット及び該回転翼ユニットと対をなす前記回転翼ユニットを停止させてもよい。

外部から操縦操作又は現在位置を表す信号を受信する受信手段をさらに備え、
前記異常検出手段が、前記受信手段による前記信号の受信状態の悪化を前記異常事態として検出する受信状態悪化検出手段を含んでもよい。

前記異常検出手段が、前記無人回転翼機の動作に必要な電力の供給状態の異常、又は前記制御手段の制御動作の異常を、前記異常事態として検出する内部異常検出手段を含んでもよい。

前記異常検出手段が、機体のおかれた状況が飛行に適した状況から逸脱したことを前記異常事態として検出する状況異常検出手段を含んでもよい。

前記異常検出手段によって異常事態が検出された場合に、音及び／又は光による警報を発する報知手段をさらに備えてもよい。

上記第２の目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る無人回転翼機は、
各々揚力を発生させる複数の回転翼ユニットと、
進行すべき方向へ機体が飛行し、かつ飛行に際し、平面視において機体周縁の或る部分が前記進行すべき方向を向くように、前記回転翼ユニットを制御する制御手段と、
を備える。

機体の外部から視認可能な部分に、平面視において機体の重心からみた前記或る部分の向きを特定することができる標識が付されていてもよい。

上記第１の目的を達成するために、本発明の第３の観点に係るプログラムは、各々揚力を発生させる複数の回転翼ユニットを備える無人回転翼機を制御するコンピュータに、
異常事態を検出する異常検出機能と、
進行すべき方向へ機体が飛行するように、前記回転翼ユニットを制御し、かつ飛行中に前記異常検出機能によって異常事態が検出された場合には、機体が着地するように、前記回転翼ユニットを制御する制御機能と、
を実現させる。

上記第２の目的を達成するために、本発明の第４の観点に係るプログラムは、各々揚力を発生させる複数の回転翼ユニットを備える無人回転翼機を制御するコンピュータに、
進行すべき方向へ機体が飛行し、かつ飛行に際し、平面視において機体周縁の或る部分が前記進行すべき方向を向くように、前記回転翼ユニットを制御する制御機能、
を実現させる。

本発明の第１の観点に係る無人回転翼機及び第３の観点に係るプログラムによれば、異常事態が検出された場合に、無人回転翼機が着地するように回転翼ユニットが制御されるので、異常事態が墜落に発展してしまうことを防止することができる。

本発明の第２の観点に係る無人回転翼機及び第４の観点に係るプログラムによれば、平面視において機体の周縁の或る部分が進行すべき方向を向くように、回転翼ユニットが制御されるので、無人回転翼機の飛行中の動きが予測しやすくなる。

（Ａ）は本発明の一実施形態に係る無人回転翼機の平面図であり、（Ｂ）は同無人回転翼機の正面図である。 本発明の一実施形態に係る無人回転翼機の機能ブロック図である。 （Ａ）は比較例に係る無人回転翼機の飛行態様を示す概念図であり、（Ｂ）は本発明の一実施形態に係る無人回転翼機の飛行態様を示す概念図であり、（Ｃ）は本発明の他の実施形態に係る無人回転翼機の飛行態様を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る無人回転翼機の制御手順のフローチャートである。 図４に示す通常飛行制御の手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る無人回転翼機の機能ブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係る無人回転翼機について図面を参照しながら説明する。図中、同一又は相当する部分に同一符号を付す。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態に係る無人回転翼機１００は、回転することにより揚力を発生させる回転翼Ｐ１〜Ｐ８と、駆動機としてのモータＭ１〜Ｍ８とを備える。モータＭｉが、回転翼Ｐｉを回転させる（但し、ｉは１〜８の任意の自然数とする）。回転翼ＰｉとモータＭｉとを含んで回転翼ユニットＵｉが構成されている。

回転翼ユニットＵ１〜Ｕ８は、平面視において、無人回転翼機１００の重心Ｇを挟んで対向する対が４対構成されるように、配置されている。具体的には、回転翼ユニットＵ１とＵ５、回転翼ユニットＵ２とＵ６、回転翼ユニットＵ３とＵ７、回転翼ユニットＵ４とＵ８とが、それぞれ重心Ｇを挟んで対向する対をなしている。

以下の説明中、モータＭ１〜Ｍ８、回転翼Ｐ１〜Ｐ８、及び回転翼ユニットＵ１〜Ｕ８の各々を区別する必要がないときは、それぞれモータＭ、回転翼Ｐ、及び回転翼ユニットＵと表記する。

回転翼Ｐの回転の反作用で無人回転翼機１００の機体が回転することを防止するために、回転翼Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、及びＰ７は、回転翼Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、及びＰ８とは逆方向に回転することで揚力を発生させる。具体的には、回転翼Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、及びＰ７は時計まわりに回転し、回転翼Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、及びＰ８は反時計まわりに回転する。

無人回転翼機１００は、その重心Ｇの位置に配置された筐体１０１と、重心Ｇと同一の重心（面心）をもつ仮想正８角形の対角線に沿って配置されるように、筐体１０１から放射状に延在する８本のアームＡ１〜Ａ８とをさらに備える。

一端が筐体１０１に固定されたアームＡｉの他端は自由端であり、その自由端に回転翼ユニットＵｉが支持されている（但し、ｉは１〜８の任意の自然数とする）。

また、筐体１０１の外部から視認可能な表面には、矢印のマークよりなる標識Ｓｉｇｎ１が付されている。標識Ｓｉｇｎ１は、平面視において、重心Ｇからみた、機体の周縁の或る部分、具体的には、回転翼Ｐ１の方向を表している。

以下、平面視において重心Ｇからみた回転翼Ｐ１の方向を前方と定義する。前方が決まれば、平面視において、後方、左方、及び右方が決まることになる。

なお、筐体１０１の裏面にも同様に、裏面視において、重心Ｇからみた回転翼Ｐ１の方向、即ち前方を示す矢印状の標識が付されている。

また、回転翼Ｐ１そのものにも、他の回転翼Ｐ２〜Ｐ８の色彩とは異なる色彩よりなる標識Ｓｉｇｎ２が付されている。標識Ｓｉｇｎ２によっても、機体の前方を特定することができる。

図１（Ｂ）に示すように、筐体１０１の前方側の側面にも、筐体１０１の他の領域の色彩とは異なる色彩よりなる標識Ｓｉｇｎ３が付されている。標識Ｓｉｇｎ３によっても、機体の前方を特定することができる。

回転翼ユニットＵ１〜Ｕ８が上記仮想正８角形の頂点の位置に配置されているため、仮に標識Ｓｉｇｎ１〜Ｓｉｇｎ３が無いとした場合、方向を特定し難い。そこで、標識Ｓｉｇｎ１〜Ｓｉｇｎ３を付したことにより、無人回転翼機１００を観察する人が、標識Ｓｉｇｎ１〜Ｓｉｇｎ３の少なくともいずれかを視認することにより機体の前方を明確に特定することができる。

また、無人回転翼機１００は、筐体１０１の下面に、報知器１０２をさらに備える。報知器１０２は、赤色発光ダイオード及び警音器を含んで構成され、後述する各種異常事態が生じた際に、周囲、特に下方に向かって赤色光と警音とを発する。

図２に示すように、無人回転翼機１００は、上記報知器１０２に加え、受信部１０３、センサ群１０４、記憶部１０５、バッテリ残量計１０６、モータコントローラＣ１〜Ｃ８、及びＣＰＵ（Central Processing Unit）１０８が、バス１０９で接続された構成をさらに備える。

なお、少なくとも、受信部１０３、センサ群１０４、記憶部１０５、バッテリ残量計１０６、モータコントローラＣ１〜Ｃ８、ＣＰＵ１０８、及びバス１０９は、図１の筐体１０１の内部に収められている。また、図１の筐体１０１内には、モータＭ１〜Ｍ８の駆動やＣＰＵ１０８の動作等を含む無人回転翼機１００の動作に必要な電力を供給するバッテリ１０７も収められている。

受信部１０３は、リモートコントローラ２００から、前進、後退、左進、右進、上昇、下降等の操縦操作を表す操縦信号を無線（電波）によって受信する。また、受信部１０３は、操縦信号を担う電波の強度を検出する受信強度検出部１０３ａを含む。

センサ群１０４は、ジャイロセンサや加速度センサ等を含んで構成され、無人回転翼機１００の飛行中における機体の姿勢や変位等を表す姿勢変位検出信号を出力する。ここで変位とは、移動量を表す変位のみならず、ピッチング、ローイング、ヨーイングといった回転角に関する変位も含む。また、センサ群１０４は、飛行中の機体の高度を検出し、検出結果を表す高度信号を出力する高度センサも含む。また、センサ群１０４は、モータＭ１〜Ｍ８の各々の回転数を表す回転数検出信号も出力する。

モータコントローラＣ１〜Ｃ８は、モータＭ１〜Ｍ８の各々がＣＰＵ１０８によって指定された回転数で回転するように、モータＭ１〜Ｍ８を制御する。モータコントローラＣｉがモータＭｉを制御する（但し、ｉは１〜８の任意の自然数とする）。

記憶部１０５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）で構成され、ＣＰＵ１０８と共に、コンピュータを構成する。記憶部１０５は、制御・自己診断プログラム１０５ａを記憶する。制御・自己診断プログラム１０５ａは、記憶部１０５とＣＰＵ１０８とで構成されるコンピュータに、無人回転翼機１００の飛行を実現する制御機能と、飛行中に自己診断によって異常事態を検出する異常検出機能とを実現させる。

具体的には、ＣＰＵ１０８は、制御・自己診断プログラム１０５ａを実行することにより、主に以下の（ａ）〜（ｆ）の機能を果たす。

（ａ）第１に、ＣＰＵ１０８は、受信部１０３を通じてリモートコントローラ２００から受信する操縦信号に基づいて、その操縦信号が表す進行すべき方向（以下、単に進行すべき方向ということがある。）への飛行が実現されるように、モータコントローラＣ１〜Ｃ８を介してモータＭ１〜Ｍ８を制御する。以下、この制御を通常飛行制御と呼ぶ。

特に、通常飛行制御において、ＣＰＵ１０８は、進行すべき方向が左右方向成分をもつ場合、上述した前方が進行すべき方向を向くように、モータＭ１〜Ｍ８を制御する。以下、図３を参照し、具体例を挙げて説明する。

図３は、前方に進行中に、右方向に進行すべき旨の操縦信号を受信した場合の、無人回転翼機の飛行態様を平面視でみた概念図である。理解を容易にするため、筐体１０１と標識Ｓｉｇｎ１のみを示す。

図３（Ａ）は、比較例に係る無人回転翼機の飛行態様を示す。図示のように、機体の向きを変えずに、右方向に飛行すると、周囲の人にとってはその動きが予測できない。このため、例えば、無人回転翼機が人と接触する事態が生じかねない。

図３（Ｂ）は、本実施形態に係る無人回転翼機１００の飛行態様を示す。ＣＰＵ１０８は、図示のように、標識Ｓｉｇｎ１が表す機体の前方が、進行すべき方向を向くように、一旦機体を時計まわりに旋回させてから、機体を進行すべき方向に進行させる制御を行う。これにより、周囲の人は、機体が旋回した際に、機体が右方向に移動することを予測できる。このため、無人回転翼機１００が人と接触する事態を防止することができる。

なお、機体の旋回は、例えば、回転翼Ｐの回転の反作用を利用して実現することができる。図１（Ａ）を参照して述べたように、回転翼Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、及びＰ７は時計まわりに回転し、回転翼Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、及びＰ８は反時計まわりに回転する。そこで、ＣＰＵ１０８は、回転翼Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、及びＰ７の回転数が、回転翼Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、及びＰ８の回転数よりも低くなるように、モータＭ１〜Ｍ８を制御することで、機体を時計まわりに旋回させることができる。また、ＣＰＵ１０８は、回転翼Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、及びＰ７の回転数が、回転翼Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、及びＰ８の回転数よりも高くなるように、モータＭ１〜Ｍ８を制御することで、機体を反時計まわりに旋回させることができる。

また、機体の前方への移動は、図１（Ａ）で、重心Ｇを通り左右方向（アームＡ３及びＡ７が延在する方向）に延びる仮想軸まわりのモーメントの釣り合いを、回転翼Ｐ１の高さが回転翼Ｐ５よりも低くなるようにアンバランスさせることで実現できる。具体的には、ＣＰＵ１０８は、例えば、回転翼Ｐ８、Ｐ１、及びＰ２の回転数が、残りの回転翼Ｐ３〜Ｐ７の回転数よりも低くなるように、モータＭ１〜Ｍ８を制御することで、機体を前方へ飛行させることができる。

図３（Ｃ）は、他の実施形態に係る無人回転翼機の飛行態様を示す。ＣＰＵ１０８は、図示のように、機体を旋回させつつ前方に進行させることにより、常に前方が進行すべき方向（右方向）を向くように各モータＭを制御してもよい。

（ｂ）第２に、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４によって出力された上記姿勢変位検出信号及び上記回転数検出信号を用いて、異常事態としての、各回転翼ユニットＵの故障を検出する。ここで、回転翼ユニットＵの故障とは、モータＭの故障と、回転翼Ｐの故障とを含む。

具体的には、ＣＰＵ１０８は、特定のモータＭについて、センサ群１０４が出力した回転数検出信号が表す回転数と、自己がモータコントローラＣに与えた回転数の目標値とに、著しい偏差がある場合は、そのモータＭが故障していることを検知できる。

また、ＣＰＵ１０８は、上記回転数と目標値との偏差が小さいにも拘らず、姿勢変位検出信号が表す機体の姿勢又は変位の応答が、目標からかけ離れている場合、回転翼Ｐが回転しているにも拘らず、必要な揚力が生じていないことを表すため、回転翼Ｐの故障を検知できる。姿勢変位検出信号が表す姿勢又は変位によって、どの回転翼Ｐが故障しているかを特定することができる。このようにして、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４と共に、回転翼ユニットＵ１〜Ｕ８の各々の故障を検出する故障検出手段として機能する。

（ｃ）第３に、ＣＰＵ１０８は、バッテリ残量計１０６の検出結果に基づいて、バッテリ１０７の残量が閾値未満になったことを異常事態として検出すると共に、自己の制御動作の異常を異常事態として検出する内部異常検出手段として機能する。なお、ＣＰＵ１０８の制御動作の異常としては、例えば、ＣＰＵ１０８自身が上記通常飛行制御において誤動作する場合、ＣＰＵ１０８と各構成部材とを接続するバス１０９に欠線が生じた場合、それら各構成部材がＣＰＵ１０８の指示通りに動作しない場合等が挙げられる。

（ｄ）第４に、ＣＰＵ１０８は、機体のおかれた状況が飛行に適した状況から逸脱したことを異常事態として検出する状況異常検出手段として機能する。ここで、機体のおかれた状況とは、具体的には、機体にどれほどの速さの風があたっているか、機体の高度はどれほどか、機体がどのような姿勢をとっているか等を指す。風が強すぎる状況は、機体が風に流されて墜落する事態を招きやすいので、飛行に適した状況から逸脱している。機体の高度が高すぎる状況や、機体が極端に傾いている状況は、揚力が得られにくくなる事態等を招きやすいので、飛行に適した状況から逸脱している。そこで、ＣＰＵ１０８は、それら異常事態の発生を検出する。

なお、ＣＰＵ１０８は、リモートコントローラ２００からの操縦信号に従って発生させた推進力を表すベクトルと、センサ群１０４からの姿勢変位検出信号によって特定される機体の変位を表すベクトルとの比較によって、風の強さを検出できる。また、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４からの高度信号によって機体の高度を検出できる。また、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４からの姿勢変位検出信号によって機体の姿勢を検出できる。ＣＰＵ１０８は、それらの検出量が、対応する所与の閾値を超えるか否かによって、機体のおかれた状況が飛行に適した状況から逸脱したか否かを検出できる。

（ｅ）第５に、ＣＰＵ１０８は、受信強度検出部１０３ａの検出結果により、異常事態としての、リモートコントローラ２００からの操縦信号の受信状態の悪化を検出する。具体的には、ＣＰＵ１０８は、操縦信号を担う電波の強度が或る閾値未満となったことをもって、操縦信号の受信状態が悪化したこと、例えば電波障害の発生を検出できる。このようにして、ＣＰＵ１０８は、受信強度検出部１０３ａと共に、操縦信号の受信状態の悪化を検出する受信状態悪化検出手段として機能する。

（ｆ）第６に、ＣＰＵ１０８は、上記異常検出機能、具体的には、上記故障検出手段、上記内部異常検出手段、上記状況異常検出手段、及び上記受信状態悪化検出手段としての各機能によって異常事態を検出した場合には、リモートコントローラ２００からの操縦信号によらずに、機体が着地するように、回転翼ユニットＵを制御する。

図４を参照し、ＣＰＵ１０８が行う制御について具体的に説明する。なお、本制御は、無人回転翼機１００の電源が投入されることにより開始する。

ＣＰＵ１０８は、無人回転翼機１００の電源が投入されると、リモートコントローラ２００からの操縦信号に従って、モータＭを制御する上記通常飛行制御を行う（ステップＳ１１）。通常飛行制御の詳細については、図５を参照して後述する。

ＣＰＵ１０８は、無人回転翼機１００の電源のＯＦＦを検出すると（ステップＳ１２でＹＥＳ）、通常飛行制御を終了する。

ＣＰＵ１０８は、無人回転翼機１００の電源がＯＮの状態において（ステップＳ１２でＮＯ）、上記故障検出手段及び上記受信状態悪化検出手段としての機能により、異常事態の発生の有無を監視している（ステップＳ１３）。

なお、図４では、理解を容易にするために、ステップＳ１１〜Ｓ１３を順番に示したが、ＣＰＵ１０８は、ステップＳ１１の通常飛行制御を行いつつ、ステップＳ１２の電源ＯＮ／ＯＦＦの判定、及びステップＳ１３の異常事態の有無の判定を並行して常時に行える。

ＣＰＵ１０８は、異常事態の発生を検出した場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、まず、報知器１０２に、赤色光と警音とによる報知を行わせる（ステップＳ１４）。これにより、無人回転翼機１００の周囲、特に下方に居る人が、無人回転翼機１００がこれから着地することを認識できる。このため、人に無人回転翼機１００が接触してしまう事故を防止することができる。

ＣＰＵ１０８は、ステップＳ１３で検出した異常事態が、いずれかの回転翼ユニットＵの故障による場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、リモートコントローラ２００からの操縦信号によらずに、まず、故障が検出された回転翼ユニットＵ、及びその回転翼ユニットＵと対をなす回転翼ユニットＵのモータＭを停止させる（ステップＳ１６）。

ここで、対をなすとは、図１（Ａ）を参照して説明したように、重心Ｇを挟んで対向することを意味する。

具体的には、ＣＰＵ１０８は、ステップＳ１３で回転翼ユニットＵｋの故障が検出された場合は、モータＭｋ及びモータＭｍｏｄ（ｋ＋４，８）を停止させる（但し、ｋは１〜８の任意の自然数であり、ｍｏｄ（ｋ＋４，８）は、ｋ＋４＞８のとき、ｋ＋４を８で割った余りを表し、ｋ＋４≦８のとき、ｋ＋４を表す関数である）。

このように、故障した回転翼ユニットＵｋのモータＭｋのみならず、それと対をなすモータＭｍｏｄ（ｋ＋４，８）も停止させることは、モータＭｋとモータＭｍｏｄ（ｋ＋４，８）とが対向する方向に対して平面視で直交する軸まわりのモーメントの釣り合いを保つことに資する。即ち、モータＭｋと同時にモータＭｍｏｄ（ｋ＋４，８）を停止させることは、無人回転翼機１００の機体を水平に保つことに資する。このため、機体を安定して水平に保ちつつ着地させることが可能となる。

但し、単純にモータＭｋ及びＭｍｏｄ（ｋ＋４，８）を停止させるだけでは、機体を水平に保つことはできても、回転翼Ｐの回転の反作用が釣り合わないこととなり、機体が旋回することとなる。

そこで、ＣＰＵ１０８は、機体の旋回を防止するために、モータＭｍｏｄ（ｋ＋１，８）、Ｍｍｏｄ（ｋ＋３，８）、Ｍｍｏｄ（ｋ＋５，８）、及びＭｍｏｄ（ｋ＋７，８）の回転数を、モータＭｍｏｄ（ｋ＋２，８）及びＭｍｏｄ（ｋ＋６，８）の回転数よりも低下させることにより、回転翼Ｐｍｏｄ（ｋ＋２，８）及びＰｍｏｄ（ｋ＋６，８）の回転の反作用と、回転翼Ｐｍｏｄ（ｋ＋１，８）、Ｐｍｏｄ（ｋ＋３，８）、Ｐｍｏｄ（ｋ＋５，８）、及びＰｍｏｄ（ｋ＋７，８）の回転の反作用とをバランスさせつつ、機体を着地させる（ステップＳ１７）。

なお、ＣＰＵ１０８は、機体の揺動をもたらす外乱が存在する場合は、機体が水平に保たれかつ機体の旋回が防止されつつ、ゆるやかに降下し軟着地できるように、モータＭｋ及びＭｍｏｄ（ｋ＋４，８）以外の各モータＭの回転数を個別に制御することができる。

次に、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４からの姿勢変位検出信号によって機体の着地を検知すると、すべてのモータＭを停止させ、本制御を終了する（ステップＳ１８）。

一方、ＣＰＵ１０８は、ステップＳ１３で検出した異常事態が、バッテリ１０７の残量が閾値未満になったことによる場合、自己の制御動作の異常による場合、機体のおかれた状況が飛行に適した状況から逸脱したことによる場合、又はリモートコントローラ２００からの操縦信号の受信状態の悪化による場合（ステップＳ１５でＮＯ）、たとえその操縦信号が指示する操縦操作が判別できるとしても、その操縦信号によらずに、機体が着地するように回転翼ユニットＵを制御する（ステップＳ１９）。

なお、この場合は、回転翼ユニットＵが故障している訳ではないから、すべての回転翼ユニットを用いて、機体を着地させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、異常事態が生じた場合には、操縦信号によらずに、無人回転翼機１００が着地するようにモータＭが制御されるので、異常事態が墜落に発展してしまうことを防止することができる。

図５を参照し、以下、上記通常飛行制御（ステップＳ１１）について具体的に述べる。

まず、ＣＰＵ１０８は、受信部１０３を通じて、リモートコントローラ２００から進行すべき方向を表す操縦信号を受信する（ステップＳ２１）。

次に、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４からの上記姿勢変位検出信号を用いて、操縦信号が表す進行すべき方向と、機体の前方とのなす角度θを算出する（ステップＳ２２）。

次に、ＣＰＵ１０８は、機体が角度θだけ旋回するようにモータＭを制御することで、機体の前方を進行すべき方向と一致させる（ステップＳ２３）。具体的には、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４からの上記姿勢変位検出信号及び回転数検出信号を用いて、機体を角度θ旋回させるのに必要な各モータＭの回転数を算出し、算出した回転数を表す指令をモータコントローラＣに出力する。

次に、ＣＰＵ１０８は、上記姿勢変位検出信号によって機体が角度θだけ旋回したことを検知すると、機体が前方に飛行するように、モータＭを制御する（ステップＳ２４）。具体的には、ＣＰＵ１０８は、センサ群１０４からの上記姿勢変位検出信号及び回転数検出信号を用いて、機体を前方に飛行させるのに必要な各モータＭの回転数を算出し、算出した回転数を表す指令をモータコントローラＣに出力する。

以上により、例えば、図３（Ｂ）に示した飛行態様を実現することができる。なお、図５では、ステップＳ２３の旋回を行った後に、ステップＳ２４の飛行を行ったが、ＣＰＵ１０８は、ステップＳ２３の旋回と、ステップＳ２４の飛行とを同時並行して行うこともできる。即ち、ＣＰＵ１０８は、機体を旋回させつつ進行させることもできる。これにより、例えば、図３（Ｃ）に示した飛行態様を実現することもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、機体の前方が進行すべき方向を向くように各回転翼ユニットＵが制御されるので、飛行中の機体の動きが予測しやすくなる。

図６は、他の実施形態に係る無人回転翼機４００の機能ブロック図である。この無人回転翼機４００は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星３００からＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部４０１を備える。ＧＰＳ信号には、現在位置を表す情報が含まれる。また、ＧＰＳ受信部４０１は、ＧＰＳ信号を担う電波の強度を検出する受信強度検出部４０１ａを含む。

記憶部１０５には、無人回転翼機４００が飛行する航路の位置情報を表す航路データ４０２が予め記憶されている。ＣＰＵ４０３は、ＧＰＳ受信部４０１によって受信されたＧＰＳ信号を用いてリアルタイムに現在位置を求め、求めた現在位置と航路データ４０２とを照合することにより、進行すべき方向を求める。そして、ＣＰＵ１０８は、その進行すべき方向に機体が飛行するように、モータＭを制御する。このようにして、無人回転翼機４００は、リモートコントローラ２００で操縦信号を与えなくても、予め与えられた航路データ４０２が表す航路に沿って、自律して飛行することができる。

ＣＰＵ４０３は、受信強度検出部４０１ａの検出結果により、ＧＰＳ信号の受信状態の悪化を検出する受信状態悪化検出手段として機能することができる。ＣＰＵ４０３は、ＧＰＳ信号の受信状態の悪化を検出した場合、ＧＰＳ信号によらずに航行を中止し、機体が着地するように回転翼ユニットＵを制御する。これにより、無人回転翼機４００が予期しない方向へ飛んで行って墜落することを防止できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下の変形が可能である。

（１）無人回転翼機は、回転翼ユニットＵを２つのみ備えるものでもよい。一方の回転翼ユニットＵが故障した場合、その回転翼ユニットＵを停止させると共に、他方の回転翼ユニットＵを用いて、機体を着地させることができる。同様に、無人回転翼機が回転翼ユニットＵを３つのみ備える場合でも、１つの回転翼ユニットＵが故障した場合、その回転翼ユニットＵを停止させると共に、残りの回転翼ユニットＵを用いて、機体を着地させることができる。

但し、着地の際に、機体の姿勢の安定性を保ちやすいという観点からは、無人回転翼機は、回転翼ユニットＵを４個以上の偶数個備えることが好ましい。それら回転翼ユニットが、図１（Ａ）に示したように、平面視において無人回転翼機の重心を挟んで対向する対が複数対構成されるように配置されている場合、図４のステップＳ１６〜Ｓ１８に示す着地制御と同様の要領で、機体を水平に保ったまま着地させることができる。

（２）また、上記実施形態では、故障が検出された回転翼ユニットＵのモータＭを停止させたが、故障が検出された回転翼ユニットＵのモータＭは、必ずしも停止させなくてもよい。例えば、故障が検出された回転翼ユニットＵがまだ揚力を発生可能である場合は、その揚力も利用して機体の着地を行ってもよい。さらに、その揚力を増減させる制御が可能である場合、ＣＰＵ１０８は、機体を着地させるに際しその揚力の制御を行ってもよい。

（３）上記実施形態では、標識Ｓｉｇｎ１〜Ｓｉｇｎ３をマークや色彩で構成したが、標識Ｓｉｇｎ１〜Ｓｉｇｎ３は、例えば発光ダイオード等の発光手段を含んで構成してもよい。発光手段を用いて標識を構成すると、夜間等でも人が機体の進行方向を認識することができる。

（４）制御・自己診断プログラム１０５ａを、既存の無人回転翼機にインストールすることで、その既存の無人回転翼機を、上記各実施形態に係る無人回転翼機１００として機能させることもできる。制御・自己診断プログラム１０５ａのインストールは、例えば、既存の無人回転翼機が備える記憶部としてのＲＯＭの書き換えやＲＯＭの交換により実現することができる。

制御・自己診断プログラム１０５ａの配布方法は任意であり、例えば、インターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布することもできる。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に制御・自己診断プログラム１０５ａを格納しておき、通信ネットワークを通じてダウンロード等できるようにしてもよい。搬送波に制御・自己診断プログラム１０５ａを重畳し、通信ネットワークを介して配信することもできる。通信ネットワーク上の掲示板（BBS, Bulletin Board System）に制御・自己診断プログラム１０５ａを掲示し、ネットワークを介して配信してもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上記実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。即ち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

１００，４００…無人回転翼機、１０１…筐体、１０２…報知器、１０３…受信部、１０３ａ，４０１ａ…受信強度検出部、１０４…センサ群、１０５…記憶部、１０５ａ…制御・自己診断プログラム、１０６…バッテリ残量計、１０７…バッテリ、１０８，４０３…ＣＰＵ、１０９…バス、２００…リモートコントローラ、３００…ＧＰＳ衛星、４０１…ＧＰＳ受信部、４０２…航路データ、Ｐ１〜Ｐ８…回転翼、Ｍ１〜Ｍ８…モータ、Ｃ１〜Ｃ８…モータコントローラ、Ｕ１〜Ｕ８…回転翼ユニット、Ａ１〜Ａ８…アーム、Ｇ…重心、Ｓｉｇｎ１〜Ｓｉｇｎ３…標識。

Claims (11)

1. 各々揚力を発生させる複数の回転翼ユニットと、
   異常事態を検出する異常検出手段と、
   進行すべき方向へ機体が飛行するように、前記回転翼ユニットを制御し、かつ飛行中に前記異常検出手段によって異常事態が検出された場合には、機体が着地するように、前記回転翼ユニットを制御する制御手段と、
   を備える無人回転翼機。
2. 前記異常検出手段が、前記各回転翼ユニットの故障を検出する故障検出手段を含み、
   前記制御手段が、前記故障検出手段によっていずれかの前記回転翼ユニットの故障が検出された場合に、少なくとも残りの前記回転翼ユニットを制御することにより機体を着地させる請求項１に記載の無人回転翼機。
3. 前記回転翼ユニットを４個以上の偶数個備え、それら回転翼ユニットは平面視において機体の重心を挟んで対向する対が複数対構成されるように配置され、
   前記制御手段が、機体を着地させるに際し、前記故障検出手段によって故障が検出された前記回転翼ユニット及び該回転翼ユニットと対をなす前記回転翼ユニットを停止させる請求項２に記載の無人回転翼機。
4. 外部から操縦操作又は現在位置を表す信号を受信する受信手段をさらに備え、
   前記異常検出手段が、前記受信手段による前記信号の受信状態の悪化を前記異常事態として検出する受信状態悪化検出手段を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の無人回転翼機。
5. 前記異常検出手段が、前記無人回転翼機の動作に必要な電力の供給状態の異常、又は前記制御手段の制御動作の異常を、前記異常事態として検出する内部異常検出手段を含む請求項１から４のいずれか１項に記載の無人回転翼機。
6. 前記異常検出手段が、機体のおかれた状況が飛行に適した状況から逸脱したことを前記異常事態として検出する状況異常検出手段を含む請求項１から５のいずれか１項に記載の無人回転翼機。
7. 前記異常検出手段によって異常事態が検出された場合に、音及び／又は光による警報を発する報知手段をさらに備える請求項１から６のいずれか１項に記載の無人回転翼機。
8. 各々揚力を発生させる複数の回転翼ユニットと、
   進行すべき方向へ機体が飛行し、かつ飛行に際し、平面視において機体周縁の或る部分が前記進行すべき方向を向くように、前記回転翼ユニットを制御する制御手段と、
   を備える無人回転翼機。
9. 機体の外部から視認可能な部分に、平面視において機体の重心からみた前記或る部分の向きを特定することができる標識が付された請求項８に記載の無人回転翼機。
10. 各々揚力を発生させる複数の回転翼ユニットを備える無人回転翼機を制御するコンピュータに、
    異常事態を検出する異常検出機能と、
    進行すべき方向へ機体が飛行するように、前記回転翼ユニットを制御し、かつ飛行中に前記異常検出機能によって異常事態が検出された場合には、機体が着地するように、前記回転翼ユニットを制御する制御機能と、
    を実現させるプログラム。
11. 各々揚力を発生させる複数の回転翼ユニットを備える無人回転翼機を制御するコンピュータに、
    進行すべき方向へ機体が飛行し、かつ飛行に際し、平面視において機体周縁の或る部分が前記進行すべき方向を向くように、前記回転翼ユニットを制御する制御機能、
    を実現させるプログラム。