JP5887641B1

JP5887641B1 - 無人飛行体

Info

Publication number: JP5887641B1
Application number: JP2015097776A
Authority: JP
Inventors: 青木　修; 修青木
Original assignee: オービタルワークス株式会社
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: JP2016210360A

Abstract

【課題】搭載電池の電力不足に起因する墜落による損傷の可能性が比較的小さい無人飛行体を得る。【解決手段】無人飛行体は、電池１１の電力でモーター１２を駆動してローターを回転させ、当該無人飛行体を浮上、飛行させる。制御部１４は、（ａ）飛行中において電池１１の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれかが所定の閾値未満になったときに危険回避制御を行う。この危険回避制御は、当該無人飛行体の上昇禁止制御または当該無人飛行体の自律降下制御を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、無人飛行体に関するものである。

近年、ドローンと呼ばれる無人飛行体が普及しつつある。ドローンは、搭載される電池の電力で複数のローターを回転させて飛行する（例えば特許文献１，２参照）。

米国特許出願公開第2014/0254896号明細書特開２０１５−３７９３７号公報

しかしながら、ドローンのような無人飛行体は、搭載される電池の電力が消費され不足すると墜落することになり、人に対して危険であるとともに、無人飛行体が損傷してしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、搭載電池の電力不足に起因する墜落による損傷の可能性が比較的小さい無人飛行体を得ることを目的とする。

本発明に係る無人飛行体は、電池と、電池から供給される電力で動作し複数のローターを回転させて当該無人飛行体を浮上および飛行させる複数のモーターと、当該無人飛行体の高度を少なくとも検出する位置検出部と、複数のモーターを制御して当該無人飛行体の飛行制御を行う制御部と、当該無人飛行体の高度を少なくとも検出する位置検出部とを備える。そして、制御部は、飛行中において電池の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれかが所定の閾値未満になったときに危険回避制御を行う。この危険回避制御は、当該無人飛行体の上昇禁止制御または当該無人飛行体の自律降下制御を含む。そして、上昇禁止制御は、緯度方向および経度方向の移動のための制御は許可しつつ、位置検出部により検出される高度が増加しないようにモーターの動作を制限する制御であり、自律降下制御は、位置検出部により検出される高度を監視して、所定値以下の降下速度で自律的に降下していくようにするモーターの制御である。

本発明によれば、搭載電池の電力不足に起因する墜落による損傷の可能性が比較的小さい無人飛行体を得ることができる。

図１は本発明の実施の形態に係る無人飛行体の電気的な構成を示すブロック図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る無人飛行体の電気的な構成を示すブロック図である。図１に示す無人飛行体は、ここでは、ドローンであるが、同様の機能を有する他の形態としてもよい。この無人飛行体には、例えば特許文献２に記載されているようなカメラシステムを搭載してもよい。また、この無人飛行体は、例えば特許文献１に記載のように物品の運搬を行うことができるようにしてもよい。

図１に示す無人飛行体は、電池１１、複数のモーター１２、位置検出部１３、制御部１４、ドライバー回路１５、記憶装置１６、無線通信装置１７、電圧センサー２１、および電流センサー２２を備える。これらの構成要素は、所定形状の本体構造体（フレームなど）に搭載されている。所定形状の本体構造体（フレームなど）については、既知のドローンと同様なものを採用すればよい。

電池１１は、１次電池または２次電池であり、無人飛行体内の各構成要素に電力を供給する。電池１１は、当該無人飛行体に固定されていてもよいし、着脱可能としてもよい。モーター１２は、電池１１から供給される電力で動作し複数のローターを回転させて当該無人飛行体を浮上および飛行させる。

位置検出部１３は、当該無人飛行体の高度を少なくとも検出する。ここでは、位置検出部１３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）検出器であって、位置検出部１３、つまり当該無人飛行体の現在位置の緯度、経度、および高度を検出する。

制御部１４は、複数のモーター１２を制御して当該無人飛行体の飛行制御（上昇、下降、水平移動などの制御）を行う。また、制御部１４は、当該無人飛行体に搭載されている図示せぬジャイロを使用して、複数のモーター１２を制御して姿勢制御を行う。制御部１４は、マイクロコンピューター、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などで構成される。ドライバー回路１５は、制御部１４からの制御信号に従ってモーター１２を駆動する。例えば、モーター１２は、直流モーターであって、ドライバー回路１５は、制御部１４からの制御信号により指定された電圧をモーター１２に印加する可変電圧電源回路である。

記憶装置１６は、制御部１４のマイクロコンピューターで実行される制御プログラムを格納しているとともに、飛行ルートデータを格納される。つまり、この制御プログラムがこのマイクロコンピューターを制御部１４として機能させる。この記憶装置１６は、フラッシュメモリーなどの書換可能な不揮発性の記憶装置で構成される。

なお、飛行ルートデータは、着陸地点の位置情報（緯度および経度）、経路上の位置情報（緯度および経度）、飛行高度情報などを含む。制御部１４は、位置検出部１３により検出される現在位置が、飛行ルートデータにより示される経路上になるように飛行方向および飛行高度を決定し、現在位置並びに決定した飛行方向および飛行高度に応じてモーター１２を制御する。

制御プログラムおよび飛行ルートデータは、図示せぬ無線または有線のインターフェイス回路を介して外部の端末装置からインストールされ、記憶装置１６に格納される。なお、このインターフェイス回路の代わりに無線通信装置１７を使用してもよい。また、制御プログラムは、制御プログラムを記録した可搬性のある記録媒体によって配布されてもよいし、インターネット上のサーバーから配布されるようにしてもよい。また、飛行ルートデータは、端末装置上の所定のソフトウェアで作成され、その端末装置からインストールされるようにしてもよい。

無線通信装置１７は、図示せぬリモートコントローラーとの間で無線通信を行い、リモートコントローラーから遠隔制御信号を受信する。

電圧センサー２１は、電池１１の出力電圧を検出する。電流センサー２２は、電池１１の出力電流を検出する。

制御部１４は、（ａ）飛行中において電池１１の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれかが低下して所定の閾値未満になったときに危険回避制御を行い、（ｂ）その所定の閾値を、少なくとも位置検出部１３により検出された高度に応じて調節する。

この実施の形態では、この所定の閾値は位置検出部１３により検出された高度に応じて調節され、位置検出部１３により検出された緯度および経度に応じて調節されない。

なお、出力電力は、出力電圧および出力電流の積として計算される。

この危険回避制御は、当該無人飛行体の上昇禁止制御または当該無人飛行体の自律降下制御を含む。上昇禁止制御は、位置検出部１３により検出される高度が増加しないように、モーター１２の動作を制限する制御である。自律降下制御は、位置検出部１３により検出される高度を監視して、所定値（例えば２０ｍ／分）以下の降下速度で自律的に降下していくようにするモーター１２の制御である。

飛行ルートデータに基づく自律飛行中の場合、上昇禁止制御では、高度の増加のための制御は禁止されるが、緯度方向および経度方向の移動のための制御は許可される。遠隔制御信号に基づく遠隔制御飛行中の場合、上昇禁止制御では、遠隔制御信号に基づく高度の増加のための制御は禁止されるが、緯度方向および経度方向の移動のための制御は許可される。

危険回避制御が自律降下制御である場合には、上述の閾値は、現在の高度から所定の降下速度以下で着陸するために必要な電力が確保されるように設定される。なお、現在の高度から所定の降下速度以下で着陸するために必要な電力は、実験などにより予め求められる。危険回避制御が上昇禁止制御である場合には、上述の閾値は、危険回避制御が自律降下制御である場合の閾値より所定の割合で高く設定される。

したがって、高度が高いほど、上述の閾値は高くなるように調整される。つまり、高度が第１の値であるときの閾値は、高度が第１の値より低い第２の値であるときの閾値以上に設定される。

制御部１４は、無線通信装置１７により受信される遠隔制御信号、または記憶装置１６内に格納されている飛行ルートデータに従って当該無人飛行体の飛行制御を行い、電池１１の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれかが所定の閾値未満になった場合、遠隔制御信号または飛行ルートデータに拘わらず、上述の危険回避制御を行う。

次に、上記無人飛行体の動作について説明する。

制御部１４は、遠隔制御信号または図示せぬ操作部に対するユーザー操作に従って、モーター１２を制御して当該無人飛行体を離陸させる。その後、制御部１４は、遠隔制御信号または飛行ルートデータに従って、モーター１２を制御して当該無人飛行体を飛行させる。

飛行中、制御部１４は、（ａ）位置検出部１３により検出された現在の高度を定期的に繰り返し特定し、特定した高度に基づいて閾値を調整するとともに、（ｂ）電池１１の出力電圧、出力電流、または出力電力を監視し、監視している出力電圧、出力電流、または出力電力の値が閾値未満であるか否かを定期的に繰り返し特定する。なお、例えば、位置検出部１３により検出された現在の高度に基づいて、飛行中であるか否かを判定してもよいし、モーター１２への印加電圧などに基づいて、飛行中であるか否かを判定してもよい。

監視している出力電圧、出力電流、または出力電力の値が閾値未満であると判定しなかった場合、制御部１４は、遠隔制御信号または飛行ルートデータに従って、飛行を継続する。一方、監視している出力電圧、出力電流、または出力電力の値が閾値未満であると判定した場合、制御部１４は、所定の危険回避制御を実行する。

以上のように、上記実施の形態に係る無人飛行体は、電池１１の電力でモーター１２を駆動してローターを回転させ、当該無人飛行体を浮上、飛行させる。そして、制御部１４は、飛行中において電池１１の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれかが所定の閾値未満になったときに危険回避制御を行う。この危険回避制御は、当該無人飛行体の上昇禁止制御または当該無人飛行体の自律降下制御を含む。さらに、制御部１４は、その所定の閾値を、少なくとも位置検出部により検出された高度に応じて調節する。

これにより、搭載電池１１の電力不足に起因して高高度からの墜落の可能性を低くすることができ、そのような墜落に起因する墜落による損傷の可能性が比較的小さくなる。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施の形態において、制御部１４は、（ａ）飛行中において電池１１の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれか１つの指標が所定の第１閾値未満になったときに第１危険回避制御を行い、その指標が所定の第２閾値未満になったときに第２危険回避制御を行い、（ｂ）第１閾値および第２閾値を、上述のようにして高度に応じて調節するようにしてもよい。その場合、第２閾値は、第１閾値より低く、第１危険回避制御は、上述の上昇禁止制御であり、第２危険回避制御は、上述の自律降下制御である。

また、上記実施の形態において、電池１１が２次電池である場合、電池１１の充電回数に応じて閾値を調整するようにしてもよい。その場合、電池１１の充電回数が多くなるほど上述の閾値が高くなるように調整される。つまり、その場合、充電回数が多くなると、電池１１が劣化し、出力電力が減少するため、早めに危険回避制御が実行されるようにする。なお、電池１１が２次電池である場合、当該無人飛行体に充電回路を搭載し充電時に外部電源（ＡＣアダプターなど）が充電回路に接続されるようにしてもよいし、当該無人飛行体に充電回路を搭載せず、充電時に充電回路を含む外部電源を電池１１に接続するようにしてもよい。制御部１４は、電圧センサー２１および電流センサー２２を必要に応じて使用して、充電動作を検知し、充電回数をカウントし、現時点までの充電回数を示す充電回数データを記憶装置２６に格納してもよい。

また、上記実施の形態において、制御部１４は、位置検出部１３により検出される離陸時の当該無人飛行体の緯度、経度、および高度並びに現時点の当該無人飛行体の緯度、経度、および高度に基づいて現時点から離陸位置から現時点の位置までの距離を特定し、上述の閾値を、特定した距離に応じて調節するようにしてもよい。

また、上記実施の形態において、位置検出部１３において得られる高度として、ＧＰＳ高度の代わりに、測定地点のジオイド面からの高さ（ジオイド高）でＧＰＳ高度を補正して得られる標高値を使用してもよい。これにより、位置検出部１３における高度誤差が低減される。

本発明は、例えば自律飛行型ドローンまたは遠隔操作型ドローンに適用可能である。

１１電池
１２モーター
１３位置検出部
１４制御部

Claims

無人飛行体において、
電池と、
前記電池から供給される電力で動作し複数のローターを回転させて当該無人飛行体を浮上および飛行させる複数のモーターと、
前記複数のモーターを制御して当該無人飛行体の飛行制御を行う制御部と、
当該無人飛行体の高度を少なくとも検出する位置検出部とを備え、
前記制御部は、飛行中において前記電池の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれかが所定の閾値未満になったときに危険回避制御を行い、
前記危険回避制御は、当該無人飛行体の上昇禁止制御または当該無人飛行体の自律降下制御を含み、
前記上昇禁止制御は、緯度方向および経度方向の移動のための制御は許可しつつ、前記位置検出部により検出される高度が増加しないように前記モーターの動作を制限する制御であり、
前記自律降下制御は、前記位置検出部により検出される高度を監視して、所定値以下の降下速度で自律的に降下していくようにする前記モーターの制御であること、
を特徴とする無人飛行体。
前記制御部は、前記所定の閾値を、少なくとも前記位置検出部により検出された前記高度に応じて調節することを特徴とする請求項１記載の無人飛行体。
前記高度が第１の値であるときの前記所定の閾値は、前記高度が前記第１の値より低い第２の値であるときの前記所定の閾値以上に設定されることを特徴とする請求項２記載の無人飛行体。
前記電池は、２次電池であり、
前記制御部は、前記電池の充電回数に応じて前記所定の閾値を調整すること、
を特徴とする請求項１記載の無人飛行体。
前記制御部は、前記位置検出部により検出される離陸時の当該無人飛行体の緯度、経度、および高度並びに現時点の当該無人飛行体の緯度、経度、および高度に基づいて現時点から離陸位置から現時点の位置までの距離を特定し、前記所定の閾値を、特定した距離に応じて調節することを特徴とする請求項１記載の無人飛行体。
前記制御部は、（ａ）飛行中において前記電池の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれか１つの指標が所定の第１閾値未満になったときに第１危険回避制御を行い、前記指標が所定の第２閾値未満になったときに第２危険回避制御を行い、（ｂ）前記第１閾値および前記第２閾値を、少なくとも前記位置検出部により検出された前記高度に応じて調節し、
前記第２閾値は、前記第１閾値より低く、
前記第１危険回避制御は、前記上昇禁止制御であり、
前記第２危険回避制御は、前記自律降下制御であること、
を特徴とする請求項１記載の無人飛行体。
無人飛行体の制御プログラムにおいて、
前記無人飛行体内のコンピューターを、前記無人飛行体に搭載されている複数のモーターを制御して前記無人飛行体の飛行制御を行う制御部として機能させ、
前記複数のモーターは、前記無人飛行体に搭載されている電池から供給される電力で動作し複数のローターを回転させて前記無人飛行体を浮上および飛行させ、
前記制御部は、飛行中において前記電池の出力電圧、出力電流、および出力電力のいずれかが所定の閾値未満になったときに危険回避制御を行い、
前記危険回避制御は、当該無人飛行体の上昇禁止制御または当該無人飛行体の自律降下制御を含み、
前記上昇禁止制御は、緯度方向および経度方向の移動のための制御は許可しつつ、前記無人飛行体の高度を少なくとも検出する前記無人飛行体内の位置検出部により検出される高度が増加しないように前記モーターの動作を制限する制御であり、
前記自律降下制御は、前記位置検出部により検出される高度を監視して、所定値以下の効果速度で自律的に降下していくようにする前記モーターの制御であること、
を特徴とする無人飛行体の制御プログラム。