JP2018050419A - 故障検知装置及び無人飛行機 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動部が故障してもモータの回転を継続させることができる故障検知装置及びこの故障検知装置を備える無人飛行機を提供する。
【解決手段】故障検知装置２０は、フライトコントローラ１２からの制御信号に基づいてモータ２を駆動する主ＥＳＣ２１と、フライトコントローラ１２からの制御信号に基づいてモータ２を駆動する副ＥＳＣ２２との間で、フライトコントローラ１２からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部２３と、主ＥＳＣ２１の異常を検知可能に構成された検知部２５１と、検知部が主ＥＳＣ２１の異常を検知したときに第一切替部２３に第一切替信号を送信する指示部とを備え、第一切替部２３は、指示部から第一切替信号を受信したとき、制御信号の入力先を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２に切り替えることにより、副ＥＳＣ２２によりモータ２を駆動させる。
【選択図】図２

Description

本開示は、故障検知装置及び無人飛行機に関する。

近年、ドローン等の無人飛行機が実用化されつつある。このような無人飛行機にあっては、故障や事故等による墜落の可能性が考えられる。無人飛行機の墜落の際に無人飛行機の落下の速度を抑制するための技術として、特許文献１は、パラシュートを備える無人飛行機を開示する。

米国特許第６４７１１６０号明細書

ところで、無人飛行機の中には、プロペラと、プロペラを回転させるモータと、モータの回転速度を制御しつつモータを駆動する駆動部と、を備えるものがある。仮にこのような無人飛行機の飛行中に駆動部が故障した場合、当該駆動部によって制御されるモータが停止し、モータに取り付けられたプロペラが停止することが考えられる。プロペラが停止すれば、無人飛行機はバランスを崩し、墜落につながる。特許文献１に開示されるようなパラシュートを備える無人飛行機であれば墜落時の無人飛行機の落下速度を抑制することは可能であるが、飛行の継続はできない。

そこで、本開示は、駆動部が故障してもモータの回転を継続させることができる故障検知装置及びこの故障検知装置を備える無人飛行機を説明する。

［１］本開示の一つの観点に係る故障検知装置は、制御部からの制御信号に基づいてモータを駆動する主駆動部と、制御部からの制御信号に基づいてモータを駆動する副駆動部との間で、制御部からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部と、主駆動部の異常を検知可能に構成された検知部と、検知部が主駆動部の異常を検知したときに第一切替部に第一切替信号を送信する指示部とを備える。第一切替部は、指示部から第一切替信号を受信したとき、制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替えることにより、副駆動部によりモータを駆動させる。

本開示の一つの観点に係る故障検知装置では、検知部が主駆動部の異常を検知すると、指示部は、第一切替部に第一切替信号を送信する。第一切替部は、指示部から第一切替信号を受信すると、制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替える。これにより、切り替えの時点まではモータを駆動していなかった副駆動部によって、モータが駆動される。したがって、故障によってモータを駆動できなくなった主駆動部のバックアップとして、副駆動部が機能する。その結果、主駆動部が故障しても副駆動部によってモータの回転を継続させることができる。

［２］上記第１項に記載の故障検知装置は、主駆動部及び副駆動部の間でモータへの駆動信号の出力元を選択的に切り替え可能に構成された第二切替部をさらに備え、指示部は、検知部が主駆動部の異常を検知したときに第二切替部に第二切替信号を送信し、第二切替部は、指示部から第二切替信号を受信したとき、モータへの駆動信号の出力元を主駆動部から副駆動部へと切り替えてもよい。この場合、主駆動部に異常が発生したときに、第一切替部が制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替えるとともに、第二切替部がモータへの駆動信号の出力元を主駆動部から副駆動部へと切り替える。これにより、主駆動部に異常が発生した場合に、主駆動部により駆動されていたモータを副駆動部によって継続して回転させることができる。

［３］上記第２項に記載の故障検知装置において、検知部は、モータを駆動するために主駆動部からモータに対して出力される駆動信号であるパルス信号に基づいて主駆動部の異常を検知してもよい。この場合、検知部は、例えば、主駆動部が正常に動作している場合の主駆動部からのパルス信号の特徴を基準として、そのような特徴と異なるパルス信号を検知したときに主駆動部に異常が発生していると検知することができる。これにより、主駆動部の異常をより高精度に検知することができる。

［４］本開示の他の観点に係る故障検知装置は、制御部からの制御信号に基づいて第１のモータを駆動する主駆動部と、制御部からの制御信号に基づいて第２のモータを駆動する副駆動部との間で、制御部からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部と、主駆動部の異常を検知可能に構成された検知部と、検知部が主駆動部の異常を検知したときに第一切替部に第一切替信号を送信する指示部とを備える。第一切替部は、指示部から第一切替信号を受信したとき、制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替えることにより、第２のモータを副駆動部によって駆動させる。この故障検知装置では、検知部が主駆動部の異常を検知した場合に、第一切替部が制御部からの制御信号の入力を主駆動部から副駆動部に切り替えることにより、主駆動部により駆動されていた第１のモータに代えて、第２のモータを副駆動部により駆動することができる。したがって、主駆動部とモータとの間の接続、及び副駆動部とモータとの間の接続の切り替えを行う必要がなく、主駆動部と副駆動部との切り替え処理がより容易となる。

［５］上記第４項に記載の故障検知装置において、検知部は、第１のモータを駆動するために主駆動部から第１のモータに対して出力されるパルス信号に基づいて主駆動部の異常を検知してもよい。この場合、検知部は、例えば、主駆動部が正常に動作している場合の主駆動部からのパルス信号の特徴を基準として、そのような特徴と異なるパルス信号を検知したときに主駆動部に異常が発生していると検知することができる。これにより、主駆動部の異常をより高精度に検知することができる。

［６］上記第１項〜第５項のいずれか一項に記載の故障検知装置において、第一切替部が制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替える前の状態において、副駆動部を動作状態に保つための疑似信号を出力する疑似信号出力部をさらに備えていてもよい。この場合、主駆動部に異常が発生した場合に第一切替部が制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替える時点で、副駆動部を動作状態に保つ疑似信号が副駆動部に入力されているため、副駆動部はモータを停止させることなく、円滑に駆動することが可能となる。

［７］本開示の他の観点に係る無人飛行機は、モータと、モータにより駆動されるプロペラと、モータの動作を制御する制御信号を生成する制御部と、制御部からの制御信号に基づいて、モータを駆動可能に構成された主駆動部と、制御部からの制御信号に基づいて、モータを駆動可能に構成された副駆動部と、故障検知装置とを備える。故障検知装置は、主駆動部と副駆動部との間で制御部からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部と、主駆動部の異常を検知可能に構成された検知部と、検知部が主駆動部の異常を検知したときに第一切替部に第一切替信号を送信する指示部とを有する。第一切替部は、指示部から第一切替信号を受信したとき、制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替えることにより、副駆動部によりモータを駆動させる。この場合、上述したように故障検知装置によりモータの回転を継続させることができるため、当該モータにより駆動されるプロペラの回転を継続させることができる。したがって、プロペラの回転の停止による無人飛行機の墜落を防止することができる。

［８］上記第７項に記載の無人飛行機において、主駆動部は、パルス幅変調方式により変調されたパルス信号をモータに出力することでモータを駆動可能に構成されており、検知部は、主駆動部により出力されるパルス信号に基づいて主駆動部の異常を検知してもよい。この場合、検知部は、例えば、主駆動部が正常に動作している場合の主駆動部からのパルス信号の特徴を基準として、そのような特徴と異なるパルス信号を検知したときに主駆動部に異常が発生していると検知することができる。これにより、主駆動部の異常をより高精度に検知することができる。

［９］上記第８項に記載の無人飛行機において、故障検知装置は、主駆動部及び副駆動部の間でモータへのパルス信号の出力元を選択的に切り替え可能に構成された第二切替部をさらに有し、指示部は、検知部が主駆動部の異常を検知したときに第二切替部に第二切替信号を送信し、第二切替部は、指示部から第二切替信号を受信したとき、モータへのパルス信号の出力元を主駆動部から副駆動部へと切り替えてもよい。この場合、主駆動部に異常が発生したときに、第一切替部が制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替えるとともに、第二切替部がモータへの駆動信号の出力元を主駆動部から副駆動部へと切り替える。これにより、主駆動部に異常が発生した場合に、主駆動部により駆動されていたモータの回転を副駆動部によって継続させることができる。また、主駆動部と副駆動部のそれぞれに対応する別個のモータを用意する必要がなく、モータの個数を抑制することができ、無人飛行機を小型化及び軽量化することができる。

［１０］上記第９項に記載の無人飛行機において、モータは三相モータであり、第二切替部は、三相モータに供給される三相のパルス信号のうち任意の二相について、当該二相のパルス信号の入力先を互いに入れ替えることが可能に構成されていてもよい。この場合、三相のパルス信号のうちの二相のパルス信号の入力先の入れ替えによりモータの回転の向きを容易に変更できるため、第二切替部による主駆動部と副駆動部との切り替えの際に、副駆動部によりモータを駆動するときの回転の向きを、主駆動部によりモータを駆動していたときの回転の向きに容易に合わせることができる。

［１１］上記第１０項に記載の無人飛行機において、故障検知装置は、主駆動部により駆動されるモータの回転方向を記憶する記憶部を有し、指示部は、検知部が主駆動部の異常を検知したときに記憶部に記憶された回転方向と同じ方向でモータを回転させる指示信号を第二切替部に送信してもよい。この場合、第二切替部による主駆動部と副駆動部との切り替えの前後において、記憶部に記憶されている情報に基づいて、副駆動部により駆動されるモータの回転方向が、主駆動部により駆動されていたモータの回転方向に直ちに自動的に一致する。そのため、主駆動部が故障しても、モータを停止させることなく、副駆動部によりモータの回転を円滑に継続させることができる。

［１２］本開示の他の観点に係る無人飛行機は、第１及び第２のモータと、第１のモータにより駆動される第１のプロペラと、第２のモータにより駆動される第２のプロペラと、第１及び第２のモータの動作を制御する制御信号を生成する制御部と、制御部からの制御信号に基づいて第１のモータを駆動可能に構成された主駆動部と、制御部からの制御信号に基づいて第２のモータを駆動可能に構成された副駆動部と、故障検知装置とを備える。故障検知装置は、主駆動部と副駆動部との間で制御部からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部と、主駆動部の異常を検知可能に構成された検知部と、検知部が主駆動部の異常を検知したときに第一切替部に第一切替信号を送信する指示部とを有する。第一切替部は、指示部から第一切替信号を受信したとき、制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替えることにより、副駆動部により第２のモータを駆動させる。この無人飛行機では、検知部が主駆動部の異常を検知した場合に、第一切替部が制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替えることにより、主駆動部により駆動されていた一つのモータに代えて、他のモータを副駆動部により駆動することができる。したがって、主駆動部とモータとの間の接続、及び副駆動部とモータとの間の接続の切り替えを行う必要がなく、主駆動部と副駆動部との切り替え処理がより容易となる。

［１３］上記第１２項に記載の無人飛行機において、主駆動部は、パルス幅変調方式により変調されたパルス信号を第１のモータに出力することで第１のモータを駆動可能に構成されており、検知部は、パルス信号に基づいて主駆動部の異常を検知してもよい。この場合、検知部は、主駆動部が正常に動作している場合の主駆動部からのパルス信号の特徴を基準として、そのような特徴と異なるパルス信号を検知したときに主駆動部に異常が発生していると検知することができる。これにより、主駆動部の異常をより高精度に検知することができる。

［１４］上記第７項〜第１３項のいずれか一項に記載の無人飛行機において、故障検知装置は、第一切替部が制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替える前の状態において、副駆動部を動作状態に保つための疑似信号を出力する疑似信号出力部をさらに有していてもよい。この場合、主駆動部に異常が発生した場合に第一切替部が制御部からの制御信号の入力先を主駆動部から副駆動部に切り替える時点で、副駆動部を動作させる疑似信号が副駆動部に入力されているため、副駆動部はモータを停止させることなく、円滑にモータを駆動することが可能となる。

本開示に係る故障検知装置及び無人飛行機によれば、駆動部が故障してもモータの回転を継続させることが可能となる。

図１は、無人飛行機の一例を示す斜視図である。 図２は、無人飛行機の一例を示す機能ブロック図である。 図３は、スイッチコントローラを示す機能ブロック図である。 図４は、スイッチコントローラのハードウェア構成を示す図である。 図５は、第一切替部を示す回路図である。 図６は、第二切替部を示す回路図である。 図７は、第二切替部におけるスイッチユニットの詳細な構成を示す回路図である。 図８は、無人飛行機の他の例を示す機能ブロック図である。

以下に説明される本開示に係る実施形態は本発明を説明するための例示であるので、本発明は以下の内容に限定されるべきではない。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
［構成］
第１実施形態に係る無人飛行機１は、人間を搭乗させず、外部からの制御信号に基づいて、又は自律的に飛行する飛行機である。無人飛行機１は、例えば複数のプロペラを備えるマルチコプターである。

図１及び図２に示されるように、無人飛行機１は、複数のモータ２と、複数のプロペラ３と、本体部４と、降着装置５と、受信機１１と、フライトコントローラ１２（制御部）と、故障検知装置２０と、主ＥＳＣ（Electronic Speed Controller）２１（主駆動部）と、副ＥＳＣ２２（副駆動部）と、を備える。

モータ２は、例えば三相モータである。三相モータとしては、例えばブラシレスＤＣモータ、三相同期モータ、三相誘導モータ等が挙げられる。本実施形態では、モータ２の個数は４個であり、プロペラの個数も４個である。ただし、モータ２の個数及びプロペラ３の個数はそれぞれ、１個以上あればよく、例えば６個又は８個であってもよい。

プロペラ３は、回転により揚力を発生させる。プロペラ３は、モータ２により駆動される。無人飛行機１では、モータ２と、当該モータ２により駆動されるプロペラ３とが１対１に対応するように設けられる。プロペラ３の回転方向は、プロペラ３が無人飛行機１を回転させるモーメントが互いに打ち消し合うように予め定められている。例えば、隣り合う２個のプロペラ３の回転方向が互いに逆の方向であってもよい。

本体部４は、モータ２及びプロペラ３を支持するとともに、後述の受信機１１、故障検知装置２０等の各種の部品を収容する。本体部４は、中央部６と、４本の腕部７と、を有する。腕部７は、中央部６から放射状に伸びる。腕部７の一端側は、中央部６と連結されている。腕部７の他端側には、１個のモータ２と、当該モータ２により駆動される１個のプロペラ３と、が取り付けられている。

降着装置５は、図１に示されるように、本体部４の中央部６の下側に設けられている。降着装置５の形状は、特に限定されるものではなく、無人飛行機１の着陸時において無人飛行機１を地上で安定な姿勢に保持することができれば、どのような形状でもよい。一例として、降着装置５は、本体部４の中央部を挟んで略対称に設けられ、略水平方向に伸びる一対のスキッド（着陸用脚）５ａと、スキッド（着陸用脚）５ａと本体部とを接続する接続部材５ｂと、を含んで構成されていてもよい。

受信機１１は、図２に示されるように、地上等にいる操縦者によって操作される送信機９から、操縦者による操作に応じた操作信号を受信する。送信機９と受信機１１との間の信号の送受信は、例えばディジタルプロポーショナル方式による。受信機１１は、受信した当該操作信号をフライトコントローラ１２に送信する。

フライトコントローラ１２は、無人飛行機１の姿勢制御又は高度維持のために、各種信号に基づいて各モータ２の回転速度を決定する機能を有する。そのため、フライトコントローラ１２は、不図示の加速度センサ、角速度センサ、ＧＰＳ受信機等を含んでいる。各種信号としては、例えば、受信機１１から受信した操作信号、加速度センサによって得られた無人飛行機１の加速度信号、角速度センサによって得られた無人飛行機１の角速度信号、ＧＰＳ受信機によって得られた無人飛行機１の位置信号等が挙げられる。フライトコントローラ１２は、決定された当該回転速度に応じた回転速度信号（制御信号）を各主ＥＳＣ２１又は副ＥＳＣ２２に送信する。

操縦者が送信機を用いて無人飛行機１を上昇させる操作を行った場合には、フライトコントローラ１２は、上昇操作に対応する操作信号を受信機１１から受信する。フライトコントローラ１２は、無人飛行機１を上昇させるため、各モータ２の回転速度が操作前よりも速くなるように、当該操作信号に基づいて当該回転速度を決定する。フライトコントローラ１２は、決定された当該回転速度に応じた回転速度信号を各主ＥＳＣ２１又は副ＥＳＣ２２に送信する。

また、フライトコントローラ１２に含まれる加速度センサは、無人飛行機１の姿勢（無人飛行機１が傾いている程度）を検出する。フライトコントローラ１２は、加速度センサからの信号に基づいて、４個のプロペラ３のうち高度が低くなった側のプロペラ３の速度を、４個のプロペラ３のうち高度が高くなった側のプロペラ３と比べて高速に回転させて無人飛行機１の傾斜を解消させるように、対応するモータ２の回転速度を決定する。そして、フライトコントローラ１２は、決定された回転速度に応じた回転速度信号を各主ＥＳＣ２１又は副ＥＳＣ２２に送信する。

本実施形態では、無人飛行機１は、４個の主ＥＳＣ２１と１個の副ＥＳＣ２２と、を有する。即ち、主ＥＳＣ２１の個数は、モータ２の個数と等しい。正常動作時において、１個の主ＥＳＣ２１は、１個のモータ２を駆動する。副ＥＳＣ２２は、主ＥＳＣ２１に異常が発生した場合に、当該主ＥＳＣ２１に代わって、１個のモータ２を駆動するための予備のＥＳＣである。

主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２は、フライトコントローラ１２からの回転速度信号に基づいて、４個のモータ２のうちいずれか一つを駆動可能に構成されている。具体的には、主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２は、フライトコントローラ１２から第一切替部２３を介して受信した回転速度信号に基づいて、駆動信号を生成する。主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２は、生成された駆動信号を対応するモータ２に出力することにより、当該モータ２を駆動する。主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２によって生成される駆動信号は、例えばモータ２を回転させる電力となり、本実施形態においては互いに１２０°ずつ位相の異なる、三相のパルス信号である。本願において、図の視認性向上のために、三相のパルス信号をモータ２に供給するための３本の配線を便宜的に１本の太線によって図示している場合がある。

主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２によるモータ２の駆動は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ：PulseWidth Modulation）方式により行われる。例えば、フライトコントローラ１２がモータ２を高速で回転させる場合には、主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２は、パルス幅の広い（言い換えれば、オンとなる時間が長い）パルスの形で駆動信号をモータ２に供給する。

故障検知装置２０は、図２に示されるように、第一切替部２３と、第二切替部２４と、スイッチコントローラ２５と、疑似信号出力部３１とを有する。スイッチコントローラ２５は、図３に示されるように、検知部２５１と、指示部２５２と、記憶部２５３とを有する。

検知部２５１は、主ＥＳＣ２１の異常を検知可能に構成されている。本実施形態では、検知部２５１は、主ＥＳＣ２１の異常を検知したとき、異常を検知したことを示す検知信号を指示部２５２に送信する。主ＥＳＣ２１の異常としては、例えば主ＥＳＣ２１に含まれるスイッチング素子の故障により、主ＥＳＣ２１から出力されるパルス信号の電圧が異常な値になること等が挙げられる。

検知部２５１による主ＥＳＣ２１の異常の検知は、例えば、主ＥＳＣ２１から出力されるパルス信号の特徴に基づいて行われる。当該パルス信号の特徴としては、例えば、パルス信号がオンである時間長、パルス信号の間隔、パルス信号がオンのときの電圧の大きさなどが挙げられる。即ち、検知部２５１は、検出したパルス信号の特徴が、主ＥＳＣ２１が正常に動作している場合に期待されるパルス信号の特徴と著しく異なる場合に、当該主ＥＳＣ２１に異常が発生していると判定する。

記憶部２５３は、モータ２の回転方向を記憶する。記憶部２５３は、４個のモータ２のそれぞれについて、予め定められた回転方向を記憶していてもよい。

指示部２５２は、検知部２５１から検知信号を受信したときに、第一切替部２３に第一切替信号を送信すると共に、第二切替部２４に第二切替信号を送信する。指示部２５２は、検知部２５１から検知信号を受信したときに、記憶部２５３に記憶された回転方向と同じ方向でモータ２を回転させる指示信号を第二切替部２４に送信する。

スイッチコントローラ２５のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。スイッチコントローラ２５は、ハードウェア上の構成として、例えば図４に示す回路２５ａを有する。回路２５ａは、電気回路要素（circuitry）で構成されていてもよい。回路２５ａは、具体的には、プロセッサ２５ｂと、メモリ２５ｃと、ストレージ２５ｄと、入出力ポート２５ｅとを有する。プロセッサ２５ｂは、メモリ２５ｃ及びストレージ２５ｄの少なくとも一方と協働してプログラムを実行し、入出力ポート２５ｅを介した信号の入出力を実行することで、上述した各機能モジュールを構成する。例えば、プロセッサ２５ｂ及びメモリ２５ｃは、検知部２５１及び指示部２５２として機能し、ストレージ２５ｄは、記憶部２５３として機能する。なお、メモリ２５ｃ及びストレージ２５ｄの一方を省略してもよい。入出力ポート２５ｅは、スイッチコントローラ２５と、主ＥＳＣ２１、副ＥＳＣ２２、第一切替部２３及び第二切替部２４との間で、信号の入出力を行う。

第一切替部２３は、指示部２５２から送信される第一切替信号を受信したとき、当該第一切替信号に基づいて、フライトコントローラ１２からの制御信号の入力先を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２に切り替えることにより、モータ２の駆動主体を副ＥＳＣ２２に替える。第一切替部２３は、指示部２５２から第一切替信号を受信していない場合には、フライトコントローラ１２からの制御信号をそのまま主ＥＳＣ２１へ出力する。

第一切替部２３は、例えば図５に示すように、フライトコントローラ１２の４個の出力端子と、４個の主ＥＳＣ２１及び１個の副ＥＳＣ２２の５個の入力端子との間の接続を切り替えるスイッチ２６を、４行５列のマトリクス状に配置することにより構成してもよい。なお、第一切替部２３は、フライトコントローラ１２の出力端子と主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２の入力端子の間の接続を切り替えることに加えて、または当該接続を切り替えることに代えて、バッテリーから主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２への電源供給用の配線の接続を切り替えてもよい。

各スイッチ２６は、指示部２５２から送信される第一切替信号に基づき、フライトコントローラ１２の出力端子と、当該出力端子から出力される制御信号が入力されるべき主ＥＳＣ２１又は副ＥＳＣ２２の入力端子との間を導通させるとともに、フライトコントローラ１２の当該出力端子と他の主ＥＳＣ２１又は副ＥＳＣ２２の入力端子との間を遮断する。スイッチ２６は、例えばリレーであってもよい。

第二切替部２４は、主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２の間で４個のモータ２のうち一つのモータ２への駆動信号の出力元を選択的に切り替え可能に構成されている。第二切替部２４は、モータ２に供給される三相のパルス信号のうち任意の二相を入れ替えることが可能に構成されていてもよい。モータ２に供給される三相のパルス信号のうち任意の二相について、当該二相のパルス信号の入力先が互いに入れ替えられると、モータ２の回転方向が逆向きとなる。例えば、三相電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちＶ相とＷ相とを入れ替えると、当初はＵ相→Ｖ相→Ｗ相の順に回転していたモータ２がＵ相→Ｗ相→Ｖ相の順に逆向きに回転する。任意の二相のパルス信号の入力先の入れ替えは、例えば後述する入替部２９を有するスイッチユニット２７を用いて行うことができる。ここで、隣り合うモータ２の回転方向が互いに反対方向となるように、各モータ２に三相のパルス信号を供給してもよい。この場合、隣り合うプロペラ３の回転による反作用（本体部４をプロペラ３の回転方向と反対方向に回転させようとする力）が互いに打ち消されるので、無人飛行機１がより安定して飛行可能となる。なお、モータ２へのパルス信号（駆動信号）の出力元が主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２へと切り替えられた際に、モータ２の回転方向が所定の回転方向になるように、副ＥＳＣ２２から当該モータ２へ供給される三相のパルス信号のうち任意の二相が入れ替えられてもよい。

第二切替部２４は、例えば図６に示すように、主ＥＳＣ２１及び副ＥＳＣ２２の５個の出力端子と、４個のモータ２の入力端子との間の接続を切り替えるスイッチユニット２７を４行５列のマトリクス状に配置することにより構成することができる。

スイッチユニット２７は、例えば図７に示すように、主ＥＳＣ２１（又は副ＥＳＣ２２）から出力された三相のパルス信号をモータ２に供給又は遮断する３極単投型のスイッチ２８と、主ＥＳＣ２１から出力された三相のパルス信号のうち二相のパルス信号の入力先を入れ替えるようにＸ字状に接続された入替部２９と、を縦続接続することにより構成してもよい。

入替部２９は、２個の入力端子２９ａ，２９ｂと、２個の出力端子２９ｃ，２９ｄと、を有する。入替部２９は、外部（例えば指示部２５２）からの指示信号に応じて、入力端子２９ａと出力端子２９ｃとの間及び入力端子２９ｂと出力端子２９ｄとの間を導通させるか、入力端子２９ａと出力端子２９ｄとの間及び入力端子２９ｂと出力端子２９ｃとの間を導通させるか、のいずれかの状態で動作する。なお、スイッチユニット２７は、入替部２９を有していなくてもよい。

疑似信号出力部３１は、第一切替部２３がフライトコントローラ１２からの回転速度信号の入力を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２に切り替える前の状態において、副ＥＳＣ２２を動作させる疑似信号を出力する。疑似信号は、例えばフライトコントローラ１２から主ＥＳＣ２１に出力される回転速度信号と同様の信号であってもよい。また、疑似信号は、フライトコントローラ１２から制御信号が入力された時点で即座にモータ２を駆動することが可能なように、副ＥＳＣ２２をスタンバイ状態にさせる信号であってもよい。

［動作］
上述した構成を備える無人飛行機１は、次のように動作する。まず、受信機１１が送信機９から操作信号（例えば浮上信号）を受信すると、受信機１１はフライトコントローラ１２に当該操作信号を送信する。受信機１１からの操作信号を受信したフライトコントローラ１２は、当該操作信号に基づいて４つの回転速度信号を生成し、各回転速度信号を第一切替部２３に出力する。第一切替部２３は、フライトコントローラ１２から出力された４つの回転速度信号のうちの１つが対応する主ＥＳＣ２１に入力されるように、スイッチ２６を接続又は切断する。同時に、第二切替部２４は、４個の主ＥＳＣ２１から出力された駆動信号のうちの１つが対応するモータ２に入力されるように、スイッチユニット２７を接続又は切断する。これにより４個のモータ２が回転し、４個のプロペラ３が回転する。このとき、副ＥＳＣ２２には、第一切替部２３からの制御信号は入力されない。また、副ＥＳＣ２２の出力は第二切替部２４により遮断され、モータ２へは出力されない。

次に、主ＥＳＣ２１の一つに異常が発生すると、検知部２５１は、主ＥＳＣ２１の異常を検知し、異常を検知したことを示す検知信号を指示部２５２に送信する。指示部２５２は、フライトコントローラ１２と当該主ＥＳＣ２１との接続を遮断するとともにフライトコントローラ１２と副ＥＳＣ２２との間を接続するように、第一切替部２３に第一切替信号を送信する。同時に、指示部２５２は、当該主ＥＳＣ２１からモータ２へ出力されていたパルス信号を遮断するとともに副ＥＳＣ２２から出力されるパルス信号を当該モータ２へ出力するように、第二切替部２４に第二切替信号を送信する。これにより、当該主ＥＳＣ２１により駆動されていたモータ２は、副ＥＳＣ２２により駆動され、回転を継続する。これに伴い、当該モータ２により駆動されるプロペラ３も回転を継続する。このとき、上述したようにモータ２及びプロペラ３の回転方向も適宜切り替えられる。

モータ２及びプロペラ３の回転方向の切り替えは、例えば次のようにして行われる。検知部２５１が主ＥＳＣ２１の異常を検知すると、検知部２５１は、当該異常がどの主ＥＳＣ２１において発生したのかを特定する。次に、指示部２５２は、異常が発生した主ＥＳＣ２１によって駆動されていたモータ２がどの方向で回転していたのかを、記憶部２５３から読み出す。そして、指示部２５２は、読み出した回転方向と同じ方向にモータ２を回転させる指示信号を第二切替部２４に出力する。第二切替部２４は、当該指示信号に基づいて、入替部２９の入力端子２９ａ、入力端子２９ｂ、出力端子２９ｃ及び出力端子２９ｄの間の導通状態を適宜変化させる。即ち、指示部２５２が第二切替部２４に出力する指示信号は、第二切替部２４からモータ２に供給される三相のパルス信号のうち任意の二相について、当該二相のパルス信号の入力先を互いに入れ替えることを示す信号である。

［作用・効果］
本実施形態では、検知部２５１が主ＥＳＣ２１の異常を検知すると、指示部２５２は、第一切替部２３に第一切替信号を送信する。第一切替部２３は、指示部２５２から出力された第一切替信号を受信すると、フライトコントローラ１２からの回転速度信号の入力先を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２に切り替える。これにより、切り替えの時点まではモータ２を駆動していなかった副ＥＳＣ２２によって、異常が検出された主ＥＳＣ２１で駆動されていたモータ２が駆動される。したがって、故障によってモータを駆動できなくなった主ＥＳＣ２１のバックアップとして、副ＥＳＣ２２が機能する。その結果、主ＥＳＣ２１が故障しても副ＥＳＣ２２によってモータ２の回転を継続させることができる。したがって、プロペラ３の回転の停止による無人飛行機１の墜落を防止することができる。

本実施形態では、主ＥＳＣ２１は、パルス幅変調方式により変調されたパルス信号を出力して、複数のモータ２のうちいずれか一つを駆動可能に構成されており、検知部２５１は、主ＥＳＣ２１により出力されるパルス信号に基づいて主ＥＳＣ２１の異常を検知している。そのため、検知部２５１は、主ＥＳＣ２１が正常に動作している場合の主ＥＳＣ２１からのパルス信号の特徴を基準として、そのような特徴と異なるパルス信号を検知したときに主ＥＳＣ２１に異常が発生していると検知することができる。これにより、主ＥＳＣ２１の異常を精度よく検知することができる。

本実施形態では、主ＥＳＣ２１に異常が発生したときに、第一切替部２３が回転速度信号の入力先を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２に切り替えるとともに、第二切替部２４が一つのモータ２へのパルス信号の出力元を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２へと切り替える。これにより、主ＥＳＣ２１に異常が発生した場合に、主ＥＳＣ２１により駆動されていたモータ２を副ＥＳＣ２２によって継続して回転させることができる。また、主ＥＳＣ２１と副ＥＳＣ２２のそれぞれに対応する別個のモータ２を用意する必要がなく、モータ２の個数を抑制することができ、無人飛行機１を小型化及び軽量化することができる。

本実施形態では、モータ２が三相モータであり、第二切替部２４は、三相モータに供給される三相のパルス信号のうち任意の二相のパルス信号の入力先を入れ替えることが可能に構成されている。そのため、三相のパルス信号のうちの二相のパルス信号の入力先の入れ替えによりモータ２の回転の向きを容易に変更できるため、第二切替部２４による主ＥＳＣ２１と副ＥＳＣ２２との切り替えの際に、副ＥＳＣ２２によりモータ２を駆動するときの回転の向きを、主ＥＳＣ２１によりモータ２を駆動していたときの回転の向きに容易に合わせることができる。

本実施形態では、第一切替部２３がフライトコントローラ１２からの回転速度信号の入力先を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２に切り替える前の状態において、疑似信号出力部３１が、副ＥＳＣ２２を動作状態に保つための（ホットスタンバイを実現させるための）疑似信号を出力する。そのため、主ＥＳＣ２１が正常に動作している場合には、副ＥＳＣ２２は、疑似信号出力部３１からの疑似信号に基づいて、あたかも主ＥＳＣ２１と同期して稼働した状態にある。従って、主ＥＳＣ２１に異常が発生した場合に第一切替部２３がフライトコントローラ１２からの回転速度信号の入力先を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２に切り替えた時点で、副ＥＳＣ２２は、モータ２の作動を直ちに開始することができる。その結果、副ＥＳＣ２２はモータ２を停止させることなく、円滑に駆動することが可能となる。

本実施形態では、第二切替部２４による主ＥＳＣ２１と副ＥＳＣ２２との切り替えの前後において、記憶部２５３に記憶されている情報に基づいて、副ＥＳＣ２２により駆動されるモータ２の回転方向が、主ＥＳＣ２１により駆動されていたモータ２の回転方向に直ちに自動的に一致する。そのため、主ＥＳＣ２１が故障しても、モータ２を停止させることなく、副ＥＳＣ２２によりモータ２の回転を円滑に継続させることができる。

［第２実施形態］
次に、図８を参照して、第２実施形態に係る無人飛行機１Ａについて、第１実施形態に係る無人飛行機１との相違点を中心に説明する。第２実施形態に係る無人飛行機１Ａは、第二切替部２４を備えていない点と、４個の主ＥＳＣ２１、４個の副ＥＳＣ２２、４個のモータ２（第１のモータ）、４個のモータ２Ａ（第２のモータ）、４個のプロペラ３（第１のプロペラ）及び４個のプロペラ３Ａ（第２のプロペラ）を備える点とで、第１実施形態に係る無人飛行機１と相違する。

４個のプロペラ３及び４個のプロペラ３Ａとは、一つずつ対になっている。そのため、一つのプロペラ３と一つのプロペラ３Ａとのプロペラ対が４組存在している。各プロペラ対は、例えば、プロペラ３，３Ａの回転軸が共通化されており、当該回転軸に沿った方向（例えば上下方向）にプロペラ３，３Ａが重なるように構成されている。一例として、一つのプロペラ３と一つのプロペラ３Ａとは、図１に示した本体部４において、４本の腕部７のそれぞれの先端側に一対ずつ配置される。

一つのプロペラ３は、１個の主ＥＳＣ２１により駆動される。一つのプロペラ３Ａは、１個の副ＥＳＣ２２により駆動される。即ち、一つのプロペラ３を駆動する主ＥＳＣ２１と、一つのプロペラ３Ａを駆動する副ＥＳＣ２２とが、一対の組をなす。当該組においては、通常時は主ＥＳＣ２１が動作し、主ＥＳＣ２１の異常が検知された場合に、当該主ＥＳＣ２１と組をなす副ＥＳＣ２２が動作する。このようにして、主ＥＳＣ２１は、一つのモータ２を駆動可能に構成されており、副ＥＳＣ２２は、一つのモータ２Ａを駆動可能に構成されている。

第２実施形態では、主ＥＳＣ２１とモータ２との間、及び副ＥＳＣ２２とモータ２Ａとの間は、第二切替部２４を介することなく直結されている。

上述した構成を備える無人飛行機１Ａは、次のように動作する。まず、受信機１１が送信機９から操作信号（例えば浮上信号）を受信すると、受信機１１はフライトコントローラ１２に当該操作信号を送信する。受信機１１からの操作信号を受信したフライトコントローラ１２は、当該操作信号に基づいて４つの回転速度信号を生成し、各回転速度信号を第一切替部２３に出力する。第一切替部２３は、フライトコントローラ１２から出力された４つの回転速度信号のうちの１つが対応する主ＥＳＣ２１に入力されるように、スイッチ２６を接続又は切断する。これにより４個のモータ２が回転し、４個のプロペラ３が回転する。このとき、副ＥＳＣ２２には、第一切替部２３からの回転速度信号は入力されない。また、副ＥＳＣ２２に接続されたモータ２Ａは回転しない。

次に、主ＥＳＣ２１の一つに異常が発生すると、スイッチコントローラ２５内の検知部２５１（図３参照）は、主ＥＳＣ２１の異常を検知する。そして、スイッチコントローラ２５内の指示部２５２（図３参照）は、フライトコントローラ１２から当該主ＥＳＣ２１への接続を遮断するとともに、当該主ＥＳＣ２１と組をなす１個の副ＥＳＣ２２とフライトコントローラ１２との間を接続するように、第一切替部２３に第一切替信号を送信する。これにより、当該主ＥＳＣ２１により駆動されていたモータ２に代えて、当該モータ２と対をなすモータ２Ａが副ＥＳＣ２２により駆動されて回転する。これに伴い、回転を始めたモータ２Ａにより駆動されるプロペラ３Ａが回転する。

故障検知装置２０Ａにおいて、１個の主ＥＳＣ２１は、複数のモータ２のうち一つのモータ２を駆動可能に構成されており、１個の副ＥＳＣ２２は、複数のモータ２のうち一つのモータ２とは異なる他の一つのモータ２Ａを駆動可能に構成されている。そのため、検知部２５１が主ＥＳＣ２１の異常を検知した場合に、第一切替部２３がフライトコントローラ１２からの回転速度信号の入力先を主ＥＳＣ２１から副ＥＳＣ２２に切り替えることにより、主ＥＳＣ２１により駆動されていた一つのモータ２に代えて、他の一つのモータ２Ａを副ＥＳＣ２２により駆動することができる。したがって、主ＥＳＣ２１とモータ２との間の接続、及び副ＥＳＣ２２とモータ２Ａとの間の接続の切り替えを行う必要がなく、主ＥＳＣ２１と副ＥＳＣ２２との切り替え処理がより容易となる。

［他の実施形態］
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、検知部２５１は、主ＥＳＣ２１から出力されるパルス信号に代えて、モータ２の発生するトルク、モータ２の回転数、フライトコントローラ１２に含まれる加速度センサの出力（即ち本体部４の傾き）等の種々の信号に基づいて、主ＥＳＣ２１の異常を検知することができる。

無人飛行機１は、１個のプロペラのみを備える、シングルローター型のヘリコプターであってもよい。モータ２は、直流モータであってもよい。疑似信号出力部３１に代えて、フライトコントローラ１２が疑似信号を出力して副ＥＳＣ２２に入力してもよい。

モータ２には、モータ２の回転方向を検出する検出装置（例えば、エンコーダ等）が取り付けられていてもよい。この場合、記憶部２５３は、当該検出装置によって検出された回転方向を常時又は所定間隔で記憶してもよい。指示部２５２は、検知部２５１から検知信号を受信したときに、記憶部２５３に記憶されている直近の回転方向を記憶部２５３から読み出して、読み出した回転方向と同じ方向にモータ２を回転させる指示信号を第二切替部２４に出力してもよい。

スイッチコントローラ２５は、記憶部２５３を有していなくてもよい。

１…無人飛行機、２…モータ（第１のモータ）、２Ａ…モータ（第２のモータ）、３…プロペラ（第１のプロペラ）、３Ａ…プロペラ（第２のプロペラ）、１２…フライトコントローラ（制御部）、２０，２０Ａ…故障検知装置、２１…主ＥＳＣ（主駆動部）、２２…副ＥＳＣ（副駆動部）、２３…第一切替部、２４…第二切替部、２５１…検知部、２５２…指示部、２５３…記憶部、３１…疑似信号出力部。

Claims (14)

1. 制御部からの制御信号に基づいてモータを駆動する主駆動部と、前記制御部からの制御信号に基づいて前記モータを駆動する副駆動部との間で、前記制御部からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部と、
   前記主駆動部の異常を検知可能に構成された検知部と、
   前記検知部が前記主駆動部の異常を検知したときに前記第一切替部に第一切替信号を送信する指示部とを備え、
   前記第一切替部は、前記指示部から第一切替信号を受信したとき、前記制御部からの制御信号の入力先を前記主駆動部から前記副駆動部に切り替えることにより、前記副駆動部により前記モータを駆動させる、故障検知装置。
2. 前記主駆動部及び前記副駆動部の間で前記モータへの駆動信号の出力元を選択的に切り替え可能に構成された第二切替部をさらに備え、
   前記指示部は、前記検知部が前記主駆動部の異常を検知したときに前記第二切替部に第二切替信号を送信し、
   前記第二切替部は、前記指示部から第二切替信号を受信したとき、前記モータへの前記駆動信号の出力元を前記主駆動部から前記副駆動部へと切り替える、請求項１に記載の故障検知装置。
3. 前記検知部は、前記モータを駆動するために前記主駆動部から前記モータに対して出力される前記駆動信号であるパルス信号に基づいて前記主駆動部の異常を検知する、請求項２に記載の故障検知装置。
4. 制御部からの制御信号に基づいて第１のモータを駆動する主駆動部と、前記制御部からの制御信号に基づいて第２のモータを駆動する副駆動部との間で、前記制御部からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部と、
   前記主駆動部の異常を検知可能に構成された検知部と、
   前記検知部が前記主駆動部の異常を検知したときに前記第一切替部に第一切替信号を送信する指示部とを備え、
   前記第一切替部は、前記指示部から第一切替信号を受信したとき、前記制御部からの制御信号の入力先を前記主駆動部から前記副駆動部に切り替えることにより、前記第２のモータを前記副駆動部によって駆動させる、故障検知装置。
5. 前記検知部は、前記第１のモータを駆動するために前記主駆動部から前記第１のモータに対して出力されるパルス信号に基づいて前記主駆動部の異常を検知する、請求項４に記載の故障検知装置。
6. 前記第一切替部が前記制御部からの制御信号の入力先を前記主駆動部から前記副駆動部に切り替える前の状態において、前記副駆動部を動作状態に保つための疑似信号を出力する疑似信号出力部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の故障検知装置。
7. モータと、
   前記モータにより駆動されるプロペラと、
   前記モータの動作を制御する制御信号を生成する制御部と、
   前記制御部からの制御信号に基づいて前記モータを駆動可能に構成された主駆動部と、
   前記制御部からの制御信号に基づいて前記モータを駆動可能に構成された副駆動部と、
   故障検知装置とを備え、
   前記故障検知装置は、
   前記主駆動部と前記副駆動部との間で前記制御部からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部と、
   前記主駆動部の異常を検知可能に構成された検知部と、
   前記検知部が前記主駆動部の異常を検知したときに前記第一切替部に第一切替信号を送信する指示部とを有し、
   前記第一切替部は、前記指示部から第一切替信号を受信したとき、前記制御部からの制御信号の入力先を前記主駆動部から前記副駆動部に切り替えることにより、前記副駆動部により前記モータを駆動させる、無人飛行機。
8. 前記主駆動部は、パルス幅変調方式により変調されたパルス信号を前記モータに出力することで前記モータを駆動可能に構成されており、
   前記検知部は、前記パルス信号に基づいて前記主駆動部の異常を検知する、請求項７に記載の無人飛行機。
9. 前記故障検知装置は、前記主駆動部及び前記副駆動部の間で前記モータへのパルス信号の出力元を選択的に切り替え可能に構成された第二切替部をさらに有し、
   前記指示部は、前記検知部が前記主駆動部の異常を検知したときに前記第二切替部に第二切替信号を送信し、
   前記第二切替部は、前記指示部から第二切替信号を受信したとき、前記モータへの前記パルス信号の出力元を前記主駆動部から前記副駆動部へと切り替える、請求項８に記載の無人飛行機。
10. 前記モータは三相モータであり、
    前記第二切替部は、三相モータに供給される三相のパルス信号のうち任意の二相について、当該二相のパルス信号の入力先を互いに入れ替えることが可能に構成されている、請求項９に記載の無人飛行機。
11. 前記故障検知装置は、前記主駆動部により駆動されるモータの回転方向を記憶する記憶部を有し、
    前記指示部は、前記検知部が前記主駆動部の異常を検知したときに、前記記憶部に記憶された回転方向と同じ方向で前記モータを回転させる指示信号を前記第二切替部に送信する請求項１０に記載の無人飛行機。
12. 第１及び第２のモータと、
    前記第１のモータにより駆動される第１のプロペラと、
    前記第２のモータにより駆動される第２のプロペラと、
    前記第１及び第２のモータの動作を制御する制御信号を生成する制御部と、
    前記制御部からの制御信号に基づいて前記第１のモータを駆動可能に構成された主駆動部と、
    前記制御部からの制御信号に基づいて前記第２のモータを駆動可能に構成された副駆動部と、
    故障検知装置とを備え、
    前記故障検知装置は、
    前記主駆動部と前記副駆動部との間で前記制御部からの制御信号の入力先を選択的に切り替え可能に構成された第一切替部と、
    前記主駆動部の異常を検知可能に構成された検知部と、
    前記検知部が前記主駆動部の異常を検知したときに前記第一切替部に第一切替信号を送信する指示部とを有し、
    前記第一切替部は、前記指示部から第一切替信号を受信したとき、前記制御部からの制御信号の入力先を前記主駆動部から前記副駆動部に切り替えることにより、前記副駆動部により前記第２のモータを駆動させる、無人飛行機。
13. 前記主駆動部は、パルス幅変調方式により変調されたパルス信号を前記第１のモータに出力することで前記第１のモータを駆動可能に構成されており、
    前記検知部は、前記パルス信号に基づいて前記主駆動部の異常を検知する、請求項１２に記載の無人飛行機。
14. 前記故障検知装置は、前記第一切替部が前記制御部からの制御信号の入力先を前記主駆動部から前記副駆動部に切り替える前の状態において、前記副駆動部を動作状態に保つための疑似信号を出力する疑似信号出力部をさらに有する、請求項７〜１３のいずれか一項に記載の無人飛行機。

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