JP2018144731A

JP2018144731A - 飛行装置

Info

Publication number: JP2018144731A
Application number: JP2017043802A
Authority: JP
Inventors: 祥平藤井; Shohei Fujii; 覚吉川; Satoru Yoshikawa; 雅尊平井; Masataka Hirai
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-20

Abstract

【課題】異常の発見を自動化することにより、目視を必要とすることなく異常の早期発見が図られる飛行装置を提供する。【解決手段】飛行装置１０は、基体１１、複数のスラスタ１４〜１７、作動取得部および確認部を備える。スラスタ１４〜１７は、基体１１に設けられ、推進力を発生する。作動取得部は、基体１１が離陸しない推力でスラスタ１４〜１７を駆動して、スラスタ１４〜１７の各モータ２１の回転数と、各モータ２１に流れる電流や励起される電圧とを作動状態として取得する。確認部は、作動取得部で取得したスラスタ１４〜１７の作動状態に基づいて、スラスタ１４〜１７が正常に作動しているか否かを確認する。【選択図】図１

Description

本発明は、飛行装置に関する。

近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。このような飛行装置は、推進力を発生する駆動系に異常が生じると、飛行の継続が困難になる。そのため、駆動系の異常は早期に発見することが求められる。例えば、特許文献１では、飛行装置に設けられているカメラを用いて駆動系の異常を発見している。具体的には、特許文献１の場合、飛行装置の駆動系は、撮影用に飛行装置に設けられているカメラで撮影される。撮影された飛行装置の駆動系の画像は、飛行装置を操縦する操縦者が視認可能な表示装置に表示される。操縦者は、この表示装置に表示された画像から駆動系を視覚的に確認する。

しかしながら、特許文献１の場合、表示装置に表示された画像を確認するのは操縦者である。そのため、操縦者が表示された画像から駆動系の異常を視認できない場合、飛行装置の異常の発見が遅れるという問題がある。

特開２００２−２２９３２９８号公報

そこで、本発明の目的は、異常の発見を自動化することにより、目視を必要とすることなく異常の早期発見が図られる飛行装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、作動取得部は、基体が離陸しない程度の推力でスラスタを駆動し、スラスタの作動状態を取得する。確認部は、この取得したスラスタの作動状態に基づいて、スラスタが正常に作動しているか否かを確認する。このように、確認部は、スラスタの作動状態を取得することにより、スラスタに生じている異常の有無を自動的に発見する。したがって、目視を必要とすることなくスラスタの異常を早期に発見することができる。

第１実施形態による飛行装置をヨー軸方向の上方から見た模式図図１の矢印ＩＩ方向から見た模式図第１実施形態による飛行装置におけるピッチ変更機構部の一例を示す模式的な斜視図第１実施形態による飛行装置のプロペラを示す断面図第１実施形態による飛行装置のプロペラを示す断面図第１実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図モータの異常の有無によって供給される電流の相違を示す概略図第２実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図モータの異常の有無によって誘起される各相の相電圧の相違を示す概略図

以下、飛行装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１および図２に示すように第１実施形態による飛行装置１０は、基体１１を備えている。基体１１は、本体１２および腕部１３を有している。本体１２は、基体１１の重心位置に設けられている。腕部１３は、この本体１２から外側に突出している。第１実施形態の場合、基体１１は、本体１２の周方向へ等間隔に４本の腕部１３を有している。腕部１３の本数は、２本以上であれば、４本に限らず任意に設定することができる。

飛行装置１０は、スラスタ１４、スラスタ１５、スラスタ１６およびスラスタ１７を備えている。スラスタ１４〜１７は、いずれも腕部１３の本体１２と反対側の端部に設けられている。これらのスラスタ１４〜１７は、いずれもモータ２１、駆動軸部材２２、プロペラ２３およびピッチ変更機構部３０を有している。モータ２１は、プロペラ２３を駆動する回転力を発生する。駆動軸部材２２は、モータ２１の図示しない回転子と一体に接続されている。これにより、モータ２１の回転は、駆動軸部材２２を通してプロペラ２３に伝達される。スラスタ１４〜１７は、モータ２１の駆動力によってプロペラ２３が回転することにより推進力を発生する。

ピッチ変更機構部３０の一例を図３に基づいて説明する。なお、図３に示すピッチ変更機構部３０は、スラスタ１５に設けた一例であり、プロペラ２３のピッチを変更可能な構成であって、飛行装置１０のスラスタ１４〜１７に適用可能な構成であればこの例に限らない。ピッチ変更機構部３０は、サーボモータ３１、レバー部材３２、リンク部材３３および変更部材３４を有している。サーボモータ３１の回転は、レバー部材３２、リンク部材３３および変更部材３４を通してプロペラ２３に伝達される。このとき、サーボモータ３１の回転は、レバー部材３２、リンク部材３３および変更部材３４を経由することにより、駆動軸部材２２と垂直なプロペラ軸Ｐを中心とするプロペラ２３の回転に変換される。すなわち、サーボモータ３１が回転すると、駆動軸部材２２の先端に設けられたプロペラ２３は、プロペラ軸Ｐを中心に回転する。これにより、プロペラ２３は、図４に示す上昇時の推力を発生するピッチ角θ１と、図５に示す下降時の推力を発生するピッチ角θ２との間で変化する。このプロペラ２３のピッチ角θ１とピッチ角θ２との中間の位置は、プロペラ２３が回転しても推進力が発生しない中立位置となる。プロペラ２３のピッチがピッチ角θ２からピッチ角θ１へ向けて変化するとき、プロペラ２３のピッチは上昇方向の推進力が増加するプラス側へ変化する。一方、プロペラ２３のピッチがピッチ角θ１からピッチ角θ２へ向けて変化するとき、プロペラ２３のピッチは上昇方向の推進力が減少するマイナス側へ変化することになる。プロペラ２３のピッチの変化量は、サーボモータ３１の回転角度に対応する。

図２に示すように飛行装置１０は、制御ユニット４０を備えている。制御ユニット４０は、本体１２の内部に収容され、バッテリ４１と接続している。バッテリ４１は、制御ユニット４０とともに本体１２に収容されている。制御ユニット４０は、図６に示すように演算部４２を有している。演算部４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されており、飛行装置１０の全体を制御する。演算部４２は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、姿勢検出部４３、姿勢制御部４４、作動取得部４５、確認部４６および飛行制限部４７をソフトウェア的に実現している。なお、姿勢検出部４３、姿勢制御部４４、作動取得部４５、確認部４６および飛行制限部４７は、いずれもハードウェア的、またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現してもよい。

姿勢検出部４３は、加速度センサ５１、角速度センサ５２、地磁気センサ５３、高度センサ５４およびＧＰＳセンサ５５などと接続している。加速度センサ５１は、ロール軸に相当するｘ軸、ピッチ軸に相当するｙ軸、およびヨー軸に相当するｚ軸の三次元の各方向において基体１１に加わる加速度を検出し、姿勢検出部４３へ出力する。角速度センサ５２は、三次元の各方向において基体１１に加わる角速度を検出し、姿勢検出部４３へ出力する。地磁気センサ５３は、地磁気を検出し、姿勢検出部４３へ出力する。高度センサ５４は、基体１１の高度を検出し、姿勢検出部４３へ出力する。ＧＰＳセンサ５５は、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を受信し、姿勢検出部４３へ出力する。姿勢検出部４３は、これらの各センサから出力された信号に基づいて基体１１の姿勢、飛行位置、飛行方向、飛行速度および飛行高度などを検出する。

制御ユニット４０は、スラスタ１４〜１７のモータ２１およびサーボモータ３１と接続している。姿勢制御部４４は、スラスタ１４〜１７のモータ２１へ供給する電流や信号を制御するとともに、ピッチ変更機構部３０のサーボモータ３１を駆動する。これにより、姿勢制御部４４は、スラスタ１４〜１７から発生する推進力を制御する。また、姿勢制御部４４は、姿勢検出部４３で検出した基体１１の姿勢、飛行方向、飛行速度および飛行高度などに基づいてスラスタ１４〜１７から発生する推進力を制御することにより、基体１１の飛行を制御する。

作動取得部４５は、電流取得部５７および回転数取得部５６を有している。作動取得部４５は、基体１１が離陸しない程度の推力でスラスタ１４〜１７を駆動するとき、スラスタ１４〜１７の作動状態を取得する。具体的には、作動取得部４５は、回転数取得部５６においてスラスタ１４〜１７の各モータ２１の回転数を取得し、電流取得部５７においてスラスタ１４〜１７の各モータ２１へ供給される電流を取得する。

確認部４６は、作動取得部４５で取得したスラスタ１４〜１７の作動状態に基づいて、スラスタ１４〜１７が正常に作動しているか否かを確認する。具体的には、確認部４６は、回転数取得部５６で取得したモータ２１の回転数、および電流取得部５７で取得したモータ２１へ供給される電流の関係に基づいて、スラスタ１４〜１７の作動を確認する。より具体的には、確認部４６は、複数のスラスタ１４〜１７のすべてに対して、モータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチを同一に設定する同一設定信号を出力する。このとき、４つのスラスタ１４〜１７は、いずれもモータ２１の回転数とプロペラ２３のピッチとがすべて同一に設定される。そして、確認部４６は、同一設定信号を出力しているとき、すべてのスラスタ１４〜１７のモータ２１へ供給される電流を電流取得部５７から取得する。確認部４６は、４つのスラスタ１４〜１７のモータ２１から取得した電流を用いて、この電流のばらつきが設定値よりも大きいとき、４つのスラスタ１４〜１７のいずれかに異常があると判断する。設定値は、モータ２１に想定される個体差を考慮して任意に設定される。第１実施形態の場合、確認部４６は、４つのスラスタ１４〜１７を、スラスタ１４、スラスタ１５、スラスタ１６、スラスタ１７の順に１つずつ駆動する。すなわち、確認部４６は、４つのスラスタ１４〜１７を同時に駆動するのではなく、順に駆動することにより、各スラスタ１４〜１７のモータ２１へ供給される電流を取得する。

飛行制限部４７は、確認部４６において電流のばらつきが設定値よりも大きく、スラスタ１４〜１７の異常が判断されたとき、飛行装置１０の飛行を制限する。飛行制限部４７は、例えばスラスタ１４〜１７への通電を停止したり、プロペラ２３のピッチを中立に維持することにより、基体１１の離陸および飛行を制限する。

上述のように、同一設定信号を出力しているとき、４つのスラスタ１４〜１７はモータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチがすべて同一に設定される。但し、同一設定信号が出力されているとき、モータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチは、基体１１が離陸しない程度の推進力となるように設定されている。このように４つのスラスタ１４〜１７においてモータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチが同一に設定されているとき、各モータ２１に供給される電流もほぼ均一になる。しかし、４つのスラスタ１４〜１７のモータ２１のうちのいずれかに異常があるとき、同一設定信号で各モータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチを同一に設定しても、各モータ２１へ供給される電流にばらつきが生じる。

飛行装置１０は、重力に打ち勝って飛行するという条件からスラスタ１４〜１７のモータ２１に大きな負荷が加わる。モータ２１に加わる大きな負荷は、モータ２１の温度の上昇や配線の劣化を招くおそれがある。モータ２１の温度の上昇は、モータ２１に用いられている永久磁石が発生する磁力の低下を招く。モータ２１の磁力が低下すると、同一の回転数を維持するためには、モータ２１へ供給する電流を増加させる必要がある。さらに、モータ２１へ供給される電流が増加すると、モータ２１の配線やバッテリ４１などに与える影響も大きくなる。

例えば図７に示すように、異常が生じているモータ２１に供給される電流は、正常なモータ２１に供給される電流よりも大きくなる。また、モータ２１に機械的な異常がある場合も、回転数を維持するために電流が極端に増加したり減少したりする。そこで、確認部４６は、４つのスラスタ１４〜１７のモータ２１の相互間において、供給される電流のばらつきが設定値より大きいとき、４つのスラスタ１４〜１７のうちいずれかに異常があると判断する。

第１実施形態では、作動取得部４５は、基体１１が離陸しない程度の推力ですべてのスラスタ１４〜１７において、同一の回転数かつプロペラ２３を同一のピッチで駆動する。そして、作動取得部４５は、この同一の回転数かつ同一のプロペラ２３のピッチのとき、すべてのスラスタ１４〜１７のモータ２１から供給される電流をスラスタ１４〜１７の作動状態として取得する。確認部４６は、このモータ２１へ供給される電流に基づいて、すべてのスラスタ１４〜１７が正常に作動しているか否かを確認する。すなわち、モータ２１に供給される電流のばらつきがモータ２１の相互間で設定値よりも大きいとき、確認部４６はスラスタ１４〜１７のいずれかに異常が生じていると判断する。このように、確認部４６は、スラスタ１４〜１７の作動状態を取得することにより、スラスタ１４〜１７に生じている異常の有無を自動的に発見する。したがって、目視を必要とすることなくスラスタ１４〜１７の異常を早期に発見することができる。

また、第１実施形態では、確認部４６は、４つのスラスタ１４〜１７を同時に駆動することなく順に駆動しながらモータ２１へ供給される電流を取得する。これにより、４つのスラスタ１４〜１７は、隣り合う他のスラスタ１４〜１７の影響を受けない。モータ２１に供給される電流は、回転数によって影響を受ける。そのため、スラスタ１４〜１７のうち複数を同時に駆動すると、他のスラスタ１４〜１７が発生する風の影響によって検出の対象となるモータ２１の回転数に差が生じ、検出するモータ２１の電流に誤差が生じるおそれがある。この誤差は、スラスタ１４〜１７の異常の正確な検出の妨げになる。そこで、第１実施形態のように４つのスラスタ１４〜１７について順に駆動することにより、対象となるモータ２１において検出される電流の精度が向上する。したがって、スラスタ１４〜１７の異常を精度よく検出することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の飛行装置について説明する。
第２実施形態による飛行装置１０は、機械的な構成が第１実施形態と共通する。第２実施形態による飛行装置１０は、図８に示すように作動取得部４５として電圧取得部５８を有している。作動取得部４５は、回転数取得部５６においてモータ２１の回転数を取得し、電圧取得部５８においてモータ２１で誘起される相電圧を取得する。電圧取得部５８は、スラスタ１４〜１７の各モータ２１の各相、すなわちＵ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相、およびＷ−Ｕ相で誘起される電圧を取得する。確認部４６は、回転数取得部５６で取得したモータ２１の回転数、および電圧取得部５８で取得したモータ２１で誘起される相電圧の関係に基づいて、スラスタ１４〜１７の作動を確認する。具体的には、確認部４６は、複数のスラスタ１４〜１７のすべてに対して、モータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチを同一に設定する同一設定信号を出力する。このとき、４つのスラスタ１４〜１７は、いずれもモータ２１の回転数とプロペラ２３のピッチとがすべて同一に設定される。そして、確認部４６は、同一設定信号を出力した後にその出力を停止したとき、すべてのスラスタ１４〜１７の各モータ２１で誘起される相電圧を電圧取得部５８から取得する。確認部４６は、４つのスラスタ１４〜１７の各モータ２１から取得した相電圧を用いて、この相電圧のばらつきが設定値よりも大きいとき、４つのスラスタ１４〜１７のいずれかに異常があると判断する。設定値は、モータ２１に想定される個体差を考慮して任意に設定される。飛行制限部４７は、確認部４６において相電圧のばらつきが設定値よりも大きく、スラスタ１４〜１７の異常が判断されたとき、スラスタ１４〜１７の駆動を制限する。第２実施形態の場合も、第１実施形態と同様に４つのスラスタ１４〜１７は順に駆動される。

上述のように、同一設定信号を出力しているとき、４つのスラスタ１４〜１７はモータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチがすべて同一に設定される。このように４つのスラスタ１４〜１７においてモータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチが同一に設定されているとき、モータ２１を停止すると、各モータ２１で誘起されている相電圧もほぼ均一になる。しかし、４つのスラスタ１４〜１７のモータ２１のうちのいずれかに異常があるとき、同一設定信号で各モータ２１の回転数およびプロペラ２３のピッチを同一に設定した後にモータ２１を停止しても、各モータ２１で誘起される相電圧にばらつきが生じる。

例えば図９に示すように、異常が生じているモータ２１で誘起される相電圧は、正常なモータ２１で誘起される電圧よりも低下する。また、モータ２１に機械的な異常がある場合も、モータ２１の停止時における相電圧は極端に減少したり増加したりする。そこで、確認部４６は、モータ２１の相互間において、誘起される相電圧のばらつきが設定値よりも大きいとき、４つのスラスタ１４〜１７のうちいずれかに異常があると判断する。

第２実施形態では、作動取得部４５は、基体１１が離陸しない程度の推力ですべてのスラスタ１４〜１７を同一の回転数かつ同一のプロペラ２３のピッチで駆動する。そして、作動取得部４５は、この同一の回転数かつ同一のプロペラ２３のピッチでスラスタ１４〜１７を駆動した後にモータ２１を停止したとき、スラスタ１４〜１７のモータ２１で誘起される相電圧をスラスタ１４〜１７の作動状態として取得する。確認部４６は、このモータ２１で誘起される電圧に基づいて、すべてのスラスタ１４〜１７が正常に作動しているか否かを確認する。すなわち、モータ２１で誘起される相電圧のばらつきがモータ２１の相互間で設定値よりも大きいとき、確認部４６はスラスタ１４〜１７のいずれかに異常が生じていると判断する。このように、確認部４６は、スラスタ１４〜１７の作動状態を取得することにより、スラスタ１４〜１７に生じている異常の有無を自動的に発見する。したがって、目視を必要とすることなくスラスタ１４〜１７の異常を早期に発見することができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１０は飛行装置、１１は基体、１４、１５、１６、１７はスラスタ、２１はモータ、２３はプロペラ、３０はピッチ変更機構部、４５は作動取得部、４６は確認部、５６は回転数取得部、５７は電流取得部、５８は電圧取得部を示す。

Claims

基体（１１）と、
前記基体（１１）に設けられ、推進力を発生する複数のスラスタ（１４〜１７）と、
前記基体（１１）が離陸しない推力で前記スラスタ（１４〜１７）を駆動して、前記スラスタ（１４〜１７）の作動状態を取得する作動取得部（４５）と、
前記作動取得部（４５）で取得した前記スラスタ（１４〜１７）の作動状態に基づいて、前記スラスタ（１４〜１７）が正常に作動しているか否かを確認する確認部（４６）と、
を備える飛行装置。
前記スラスタ（１４〜１７）は、プロペラ（２３）を回転駆動するモータ（２１）を有し、
前記作動取得部（４５）は、前記モータ（２１）の回転数を取得する回転数取得部（５６）、および前記モータ（２１）へ供給される電流を取得する電流取得部（５７）を有し、
前記確認部（４６）は、前記回転数取得部（５６）で取得した前記モータ（２１）の回転数と、前記電流取得部（５７）で取得した前記モータ（２１）へ供給される電流との関係から前記スラスタ（１４〜１７）の作動を確認する請求項１記載の飛行装置。
前記スラスタ（１４〜１７）は、前記プロペラ（２３）のピッチを変更するピッチ変更機構部（３０）を有し、
前記確認部（４６）は、複数の前記スラスタ（１４〜１７）のすべてに対して、前記モータ（２１）の回転数および前記プロペラ（２３）のピッチを同一に設定する同一設定信号を出力したとき、複数の前記スラスタ（１４〜１７）における前記モータ（２１）のそれぞれについて前記電流取得部（５７）で取得された電流のばらつきが予め設定された設定値より大きいとき、複数の前記スラスタ（１４〜１７）のいずれかに異常があると判定する請求項２記載の飛行装置。
前記スラスタ（１４〜１７）は、プロペラ（２３）を回転駆動するモータ（２１）を有し、
前記作動取得部（４５）は、前記モータ（２１）の回転数を取得する回転数取得部（５６）、および前記モータ（２１）で誘起される相電圧を取得する電圧取得部（５８）を有し、
前記確認部（４６）は、前記回転数取得部（５６）で取得した前記モータ（２１）の回転数と、前記電圧取得部（５８）で取得した前記モータ（２１）で誘起される電圧との関係から前記スラスタ（１４〜１７）の作動を確認する請求項１記載の飛行装置。
前記スラスタ（１４〜１７）は、前記プロペラ（２３）のピッチを変更するピッチ変更機構部（３０）を有し、
前記確認部（４６）は、複数の前記スラスタ（１４〜１７）のすべてに対して、前記モータ（２１）の回転数および前記プロペラ（２３）のピッチを同一に設定する同一設定信号を出力した後に出力を停止したとき、複数の前記スラスタ（１４〜１７）における前記モータ（２１）のそれぞれについて前記電圧取得部（５８）で取得された相電圧のばらつきが予め設定された設定値より大きいとき、複数の前記スラスタ（１４〜１７）のいずれかに異常があると判定する請求項４記載の飛行装置。
前記確認部（４６）は、複数の前記スラスタ（１４〜１７）を１つずつ順に駆動して作動を確認する請求項１から５のいずれか一項記載の飛行装置。