JP2020104803A - 無人航空機、無人航空機の制御方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】無人航空機が有するパラシュートが、当該無人航空機に絡まる可能性を低減する仕組みを提供すること。【解決手段】パラシュートを有する無人航空機において、無人航空機の傾きを検知し、その検知結果が所定の値を示すことを条件に、パラシュートを開くように制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、無人航空機、無人航空機の制御方法、およびプログラムに関し、特に、無人航空機が有するパラシュートが、当該無人航空機に絡まる可能性を低減する仕組みに関する。

従来、人が搭乗していない航空機である無人航空機が存在する。無人航空機は、大型なものから小型なものまで様々であるが、特に近年では遠隔操縦可能な小型の無人航空機（通称：ドローン）が注目されている（以下、小型の無人航空機を単に無人航空機と称する。）。

無人航空機は、クワッドコプターやマルチコプターとも呼ばれ、複数の回転翼を備えており、この回転翼の回転数を増減させることで、無人航空機の前進・後退・旋回・ホバリング等を行う。

無人航空機は、無人で飛行することから、本体に異常が発生して制御不能となってしまった場合など、墜落や周りに危害を与える危険性があり、また、高価な無人航空機は回収して再度利用することから、できるだけ安全に落下させることが求められている。

特許文献１には、無人航空機に異常が発生したときにパラシュートを拡開させることが開示されている。

特開２０１６―８８１１０号公報

ところで、例えば、強風にあおられるなどして、無人航空機が上下逆さまにひっくり返ってしまう場合がある。無人航空機がひっくり返ってしまってからパラシュートを開くと、パラシュートが無人航空機の落下方向に開くことになるため、パラシュート上に無人航空機が落下し、パラシュートが無人航空機に絡まって、減速することなく落下する恐れがあった。特許文献１には、上述した課題に対する対策は開示されていないため、特許文献１に記載の技術を用いたとしても、依然として上述した課題が発生する恐れがあった。

本発明は、無人航空機が有するパラシュートが、当該無人航空機に絡まる可能性を低減する仕組みを提供することを目的とする。

本発明は、パラシュートを有する無人航空機であって、前記無人航空機の傾きを検知する検知手段と、前記検知手段による検知結果が所定の値を示すことを条件に、前記パラシュートを開くように制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、パラシュートを有する無人航空機の制御方法であって、前記無人航空機の傾きを検知する検知工程と、前記検知工程での検知結果が所定の値を示すことを条件に、前記パラシュートを開くように制御する制御工程とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、パラシュートを有する無人航空機で読み取り実行可能なプログラムであって、前記無人航空機を、前記無人航空機の傾きを検知する検知手段と、前記検知手段による検知結果が所定の値を示すことを条件に、前記パラシュートを開くように制御する制御手段として機能させることを特徴とする。

本発明によると、無人航空機が有するパラシュートが、当該無人航空機に絡まる可能性を低減することができる。

本実施形態における、無人航空システム（情報処理システム）のシステム構成を示す図。 本実施形態における、無人航空機１０１のハードウェア構成を示す図。 本実施形態における、無人航空機１０１がパラシュートを開くまでの流れの一例を示す図。 本実施形態における、無人航空機１０１がパラシュートを発射してから開くまでのパラシュートの動作の一例を示す図。 本実施形態における、無人航空機１０１を制御するフローチャートの一例を示す図。 条件テーブルの一例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載した構成の具体的な実施形態の１つである。

図１は、無人航空システム（情報処理システム）のシステム構成を示す図である。

本実施形態のシステムは、無人航空機１０１と、無人航空機１０１の飛行に関する、ユーザからの操作指示を受け付けて、その操作内容を無人航空機１０１に送信する送信機１０３とが、ネットワーク１０７を介して相互に通信可能に有線又は無線で接続されている。

ドローンや、無人飛行機、ＵＡＶとも呼ばれる無人航空機１０１は、送信機１０３からの指示に従って自動で飛行する無人の航空機である。送信機１０３からの指示に応じて、複数の回転翼を動作させて飛行する。

この回転翼の回転数を増減させることで、無人航空機の前進・後退・旋回・ホバリング等を行う。尚、図１に示す無人航空機１０１の回転翼は４枚であるが、これに限らない。３枚であっても、６枚であっても、８枚であってもよい。

また、無人航空機１０１は、無線で飛行するものと有線で飛行するものとがあるが、本発明では無線で飛行するものとする。

無人航空機１０１は、カメラを有し、カメラは、その撮影方向を可変させるため、カメラのレンズの向きを左右に動かすパン、上下に動かすチルト、そして、望遠にしたり広角にしたりするズームの機能を有し、遠隔地から操作（ＰＴＺ制御）できるようになっている。

送信機１０３は、無人航空機１０１の飛行を制御するためのプロポーショナルシステムである。

送信機１０３は、無人航空機１０１の飛行方向の指示をユーザ操作により受け付ける操作指示部１０４、操作指示部１０５を備えている。

また、送信機１０３は、スマートフォンやタブレットＰＣ（タブレット端末）などの情報処理装置１０６と相互に通信可能に接続されている。この情報処理装置１０６には、ディスプレイ１０２を備えており、無人航空機１０１のカメラで撮影された映像をディスプレイ１０２に表示することができる。

また、この情報処理装置１０６は、ＧＰＳ受信機を備えており、当該ＧＰＳ受信機によりＧＰＳ衛星からの信号を受信することで情報処理装置１０６の現在位置の情報（緯度、経度）を取得することができる。

図１では、送信機１０３と情報処理装置１０６とがそれぞれ別筐体として図示しているが、情報処理装置１０６の機能を送信機１０３に組み込み、送信機１０３と情報処理装置１０６とをあわせて送信機１０３又は情報処理装置１０６とすることができる。

また、無人航空機１０１も、ＧＰＳ受信機を備えており、当該ＧＰＳ受信機によりＧＰＳ衛星からの信号を受信することで無人航空機１０１の現在位置の情報（緯度、経度）を取得することができる。

ユーザは、操作指示部１０４、操作指示部１０５などの操作部を操作して、無人航空機１０１への飛行方向や、飛行速度の操作を行う。そして、送信機１０３は、操作部の操作を受け付けると、無人航空機１０１に、当該受け付けた操作内容の通りに飛行するように指示を送信して、無人航空機１０１は、当該指示を受信すると、当該指示の通りに飛行するようにプロペラ２１３を制御する。このように、送信機１０３は、操作部で操作された操作指示内容を無人航空機１０１に送信して、無人航空機１０１の飛行を操作する。

また、ユーザは、操作部を操作して、無人航空機１０１に搭載されたカメラのズームイン動作、ズームアウト動作、パン動作の操作を行う。送信機１０３は、操作部の操作を受け付けると、カメラに、当該受け付けた操作内容の通りに動作するように指示を送信して、カメラは、当該指示を受信すると、当該指示の通りに、動作するようにカメラ内のレンズ等の各部材を動作する部を動作する。このように、送信機１０３は、操作部で操作された操作指示内容をカメラに送信して、カメラのレンズのズーム動作、撮影方向のパン動作を操作する。

以上で図１の説明を終了する。

次に、図２を用いて、図１に示した無人航空機１０１のハードウェア構成について説明する。

図２は、無人航空機１０１のハードウェア構成を示す図である。尚、図２に示す無人航空機１０１のハードウェア構成は一例であり、用途や目的に応じて様々な構成例がある。

フライトコントローラ２００は無人航空機１０１の飛行制御を行うためのマイクロコントローラであり、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、周辺バスインタフェース２０４（以下、周辺バスＩ／Ｆ２０４という。）を備えている。

ＣＰＵ２０１は、システムバスに接続される各デバイスを統括的に制御する。また、ＲＯＭ２０２あるいは周辺バスＩ／Ｆ３０４に接続される外部メモリ２８０には、ＣＰＵ２０１の制御プログラムであるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）やオペレーティングシステムプログラムが記憶されている。

また外部メモリ２８０（記憶手段）には、無人航空機１０１の実行する機能を実現するために必要な各種プログラム等が記憶されている。ＲＡＭ２０３（記憶手段）は、ＣＰＵ２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。

ＣＰＵ２０１は、処理の実行に際して必要なプログラム等をＲＡＭ２０３にロードして、プログラムを実行することで各種動作を実現するものである。

周辺バスＩ／Ｆ２０４は、各種周辺デバイスと接続するためのインタフェースである。周辺バスＩ／Ｆ２０４には、ＰＭＵ２１０、ＳＩＭアダプタ２２０、無線ＬＡＮ用ＢＢユニット２３０、移動体通信用ＢＢユニット２４０、ＧＰＳユニット２５０、センサ２６０、ＧＣＵ２７０、外部メモリ２８０が接続されている。

ＰＭＵ２１０はパワーマネジメントユニットであり、無人航空機１０１が備えるバッテリからＥＳＣ２１１への電源供給を制御することができる。ＥＳＣ２１１は、エレクトロニックスピードコントローラであり、ＥＳＣ２１１に接続されるモータ２１２の回転数を制御することができる。ＥＳＣ２１１によってモータ２１２を回転させることで、モータ２１２に接続されるプロペラ２１３（回転翼）を回転させる。尚、ＥＳＣ２１１、モータ２１２、プロペラ２１３のセットは、プロペラ２１３の数に応じて複数備えられている。例えば、クアッドコプターであれば、プロペラ２１３の数は４枚であるので、このセットが４つ必要となる。

無線ＬＡＮ用ＢＢユニット２３０は、無線ＬＡＮを介して通信を行うためのベースバンドユニットである。無線ＬＡＮ用ＢＢユニット２３０は、送信したいデータや信号からベースバンド信号を生成して変復調回路へ送出することができる。更に、受信したベースバンド信号から元のデータや信号を得ることができる。

また、無線ＬＡＮ用ＲＦユニット２３１は、無線ＬＡＮを介して通信を行うためのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ユニットである。無線ＬＡＮ用ＲＦユニット２３１は、無線ＬＡＮ用ＢＢユニット２３０から送出されたベースバンド信号を無線ＬＡＮの周波数帯に変調してアンテナから送信することができる。更に、無線ＬＡＮの周波数帯の信号を受信すると、これをベースバンド信号に復調することができる。

移動体通信用ＢＢユニット２４０は、移動体通信網を介して通信を行うためのベースバンドユニットである。移動体通信用ＢＢユニット２４０は、送信したいデータや信号からベースバンド信号を生成して変復調回路へ送出することができる。更に、受信したベースバンド信号から元のデータや信号を得ることができる。

また、移動体通信用ＲＦユニット２４１は、移動体通信網を介して通信を行うためのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ユニットである。移動体通信用ＲＦユニット２４１は、移動体通信用ＢＢユニット２４０から送出されたベースバンド信号を移動体通信網の周波数帯に変調してアンテナから送信することができる。更に、移動体通信網の周波数帯の信号を受信すると、これをベースバンド信号に復調することができる。

ＧＰＳユニット２５０は、グローバルポジショニングシステムにより、無人航空機１０１の現在位置を取得することの可能な受信機である。ＧＰＳユニット２５０は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、現在位置を推定することができる。

センサ２６０は、無人航空機１０１の傾き、向き、速度や周りの環境を計測するためのセンサである。無人航空機１０１はセンサ２６０として、ジャイロセンサ、加速度センサ、気圧センサ、磁気センサ、超音波センサ等を備えている。これらのセンサから取得したデータに基づいて、ＣＰＵ２０１が無人航空機１０１の姿勢や移動を制御する。

ＧＣＵ２７０はジンバルコントロールユニットであり、カメラ２７１とジンバル２７２の動作を制御するためのユニットである。無人航空機１０１が飛行することにより機体に振動が発生したり、機体が不安定になったりするため、カメラ２７１で撮影した際にブレが発生しないよう、ジンバル２７２によって無人航空機１０１の振動を吸収し水平を維持する。また、ジンバル２７２によってカメラ２７１の遠隔操作を行うことも可能である。

本発明の無人航空機１０１が後述する各種処理を実行するために用いられる各種プログラム等は外部メモリ２８０に記録されており、必要に応じてＲＡＭ２０３にロードされることによりＣＰＵ２０１によって実行されるものである。さらに、本発明に係わるプログラムが用いる定義ファイルや各種情報テーブルは外部メモリ２８０に格納されている。

以上で、図２の説明を終了する。

次に、図３、図４を用いて、本発明の実施形態における、無人航空機１０１がパラシュートを開くまでの一連の動作について説明する。

図３は、本実施形態において、無人航空機１０１がパラシュートを開くまでの流れの一例を示す図である。無人航空機１０１は、当該無人航空機１０１が備えるセンサ２６０の検知結果を随時取得する。そして、３０１に示す通り、無人航空機１０１が、水平の状態から重力方向に所定の角度（本実施形態では、４５度）より傾くとすぐに、３０２に示す通りパラシュートを発射し、そして３０３に示す通り、パラシュートを開くことで減速しながら落下する。

３０２でパラシュートを発射してから３０３でパラシュートを開くまでの間におけるパラシュートの動作を図４に示す。

図４は、本実施形態において、無人航空機１０１がパラシュートを発射してから開くまでのパラシュートの動作の一例を示す図である。

まず、パラシュート起動信号によってインフレータ部４０４より発射弁４０５に、一気に高い圧力をかける。すると、収納ポーチ内の発射弁４０５内が高圧になり、発射弁４０５が高速で持ち上げられる。そして、ドローグシュート４０２の先端にとりつけられた発射ボール４０３が発射弁４０５の圧力により直進性をもって無人航空機１０１の機体外へ高速放出される。同様に、発射ボール４０３に引っ張られドローグシュート４０２が機体外に高速放出される。そして、同じく発射ボール４０３の慣性及び、ドローグシュート４０２の浮力と機体落下速度の差位により機体外へメインパラシュート４０１が引き出されて開く。

以上で、図３、４の説明を終了する。では、次に本発明の実施形態における無人航空機１０１を制御するフローチャートについて図５を用いて説明する。

図５は、本実施形態において、無人航空機１０１を制御するフローチャートの一例を示す図である。図５の各ステップに示す処理は、無人航空機１０１のＣＰＵ２０１により実行される処理である。

ステップＳ５０１において、無人航空機１０１は、送信機１０３から飛行開始指示を受け付けたかを判定する。無人航空機１０１は、飛行開始指示を受け付けたならばステップＳ５０２に処理を移行し、そうでなければ待機する。

ステップＳ５０２において、無人航空機１０１は、送信機１０３からの指示に従って飛行を開始する。

ステップＳ５０３において、無人航空機１０１は、当該無人航空機１０１の状態の情報を取得する。より具体的には、センサ２６０から取得した、少なくとも無人航空機１０１の傾きの情報を含む、無人航空機１０１の向き、速度や周りの環境（風速など）の情報等、無人航空機１０１が有するメインパラシュート４０１を開くか否かを判断するために用いられる情報を取得する。

ステップＳ５０４において、無人航空機１０１は、センサ２６０から取得した結果をもとに、当該無人航空機１０１が、水平の状態から重力方向に所定の角度より傾いたかを判定する。なお、本実施形態では、所定の角度を４５度とする。

所定の角度を何度とするかは、あらかじめ無人航空機１０１の外部メモリ２８０に記憶される、図６に示す条件テーブル６０１に基づいて決定される。

なお、他の実施形態として条件テーブル６０２を用いても良い。条件テーブル６０２では、無人航空機１０１が飛行しているときの風速（ステップＳ５０３で取得した風速）によって、パラシュートを開く条件となる所定の角度が異なる。

具体的には、一般的に強風といわれる平均風速１０ｍ／ｓ以上の場合、より無人航空機１０１がすぐに逆さまになる恐れがあるため、パラシュートを開く条件となる所定の角度をより小さくすることで、無人航空機がひっくり返ってしまってからパラシュートを開くことによるパラシュートが無人航空機の落下方向に開くリスクをより低減することが可能となる。

条件テーブル６０２を用いる場合、無人航空機１０１は、ステップＳ５０３で風速を取得した後、ステップＳ５０４の処理を実行する前に、パラシュートを開く条件となる所定の角度を決定する（決定手段）。

無人航空機１０１は、所定の角度より傾いているならばステップＳ５０６に処理を移行し、そうでなければ、ステップＳ５０５に処理を移行する。

ステップＳ５０５において、無人航空機１０１は、送信機１０３から飛行終了指示を受け付けたかを判定する。無人航空機１０１は、飛行終了指示を受け付けたならば本処理を終了し、そうでなければステップＳ５０３に処理を移行する。

ステップＳ５０６において、無人航空機１０１は、当該無人航空機１０１が４５度より傾いたタイミングですぐにメインパラシュート４０１を開く。

以上で、図５の説明を終了する。

以上、本発明によると、無人航空機が有するパラシュートが、当該無人航空機に絡まる可能性を低減することができる。

本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、１つの機器からなる装置に適用してもよい。

なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システム或いは装置に直接、或いは遠隔から供給するものを含む。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合も本発明に含まれる。

したがって、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどがある。また、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などもある。

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続する。そして、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、若しくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。

また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせる。そして、ダウンロードした鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。その他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。

なお、前述した実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０１ 無人航空機
１０３ 送信機
１０６ 情報処理装置

Claims (6)

1. パラシュートを有する無人航空機であって、
   前記無人航空機の傾きを検知する検知手段と、
   前記検知手段による検知結果が所定の値を示すことを条件に、前記パラシュートを開くように制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする無人航空機。
2. 前記所定の値を複数管理する管理手段と、
   風速を取得する取得手段と、
   前記管理手段により管理されている複数の前記所定の値のうち、いずれの値を用いるかを決定する決定手段と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の無人航空機。
3. 前記検知手段とはジャイロセンサであることを特徴とする請求項１、または２に記載の無人航空機。
4. 前記所定の値は、４５度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無人航空機。
5. パラシュートを有する無人航空機の制御方法であって、
   前記無人航空機の傾きを検知する検知工程と、
   前記検知工程での検知結果が所定の値を示すことを条件に、前記パラシュートを開くように制御する制御工程と
   を備えることを特徴とする無人航空機の制御方法。
6. パラシュートを有する無人航空機で読み取り実行可能なプログラムであって、
   前記無人航空機を、
   前記無人航空機の傾きを検知する検知手段と、
   前記検知手段による検知結果が所定の値を示すことを条件に、前記パラシュートを開くように制御する制御手段と
   して機能させることを特徴とするプログラム。

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