JP6169671B2

JP6169671B2 - 無人航空機、無人航空機制御方法、及び無人航空機制御プログラム

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Publication number: JP6169671B2
Application number: JP2015231121A
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Inventors: 俊二菅谷
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Description

本発明は、無人航空機の衝突時に衝撃を和らげることのできる、無人航空機、無人航空機制御方法、及び無人航空機制御プログラムに関する。

近年、ドローンと呼ばれる無人航空機が普及し、空からの撮影や荷物の配送など、産業分野に活用されている。ドローンとは無人航空機の総称として使われているが、主な特徴としては、複数の回転翼を持つマルチコプタータイプのものが多く機体の向きや高度を操作できること、無線やＷｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の通信方法で制御可能なこと等があげられる。

しかし、ドローンの普及に伴い、バッテリー切れや操縦不能が原因の落下事故の事例も増加しており、落下時の安全性の向上が求められる。

これに対し、ドローンにパラシュートを搭載するための製品が考案されている（非特許文献１）。

DJI Dropsafe / Drop speed reduction system［平成２７年１１月１４日検索］、インターネット＜URL：http://www.dji.com/ja/product/dropsafe＞

しかしながら、非特許文献１の製品は、あくまでもパラシュートによりドローンの落下速度を減速させるもので、落下衝撃によるドローン本体の損傷や、落下地点の人や物に対する損傷を防御できるものではない。

また、非特許文献１の製品では、パラシュートが展開できるのは地上から6メートル以上であり、高度が低く地上に近い場合には、パラシュートによる十分な減速効果が得られない。

本発明では、これらの課題に鑑み、無人航空機の衝突時に衝撃を和らげることのできる、無人航空機、無人航空機制御方法、及び無人航空機制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。

第１の特徴に係る発明は、回転翼を備える無人航空機であって、
衝突時に当該機体の衝撃を和らげる緩衝手段と、
前記無人航空機のバッテリー残量を計測するバッテリー残量計測手段と、
前記無人航空機の飛行中に前記バッテリー残量が閾値を下回った場合に、前記無人航空機の移動速度を計測する移動速度計測手段と、
前記無人航空機の移動速度が閾値以上である場合に、前記緩衝手段を発動する発動手段と、を備え、
前記バッテリー残量計測手段は、前記無人航空機の移動速度が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機のバッテリー残量を計測することを特徴とする無人航空機。

第１の特徴に係る発明によれば、回転翼を備える無人航空機は、衝突時に当該機体の衝撃を和らげる緩衝手段と、前記無人航空機のバッテリー残量を計測するバッテリー残量計測手段と、
前記無人航空機の飛行中に前記バッテリー残量が閾値を下回った場合に、前記無人航空機の移動速度を計測する移動速度計測手段と、前記無人航空機の移動速度が閾値以上である場合に、前記緩衝手段を発動する発動手段と、を備え、前記バッテリー残量計測手段は、前記無人航空機の移動速度が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機のバッテリー残量を計測する。

第１の特徴に係る発明は、無人航空機のカテゴリであるが、無人航空機制御方法、及び無人航空機制御プログラムであっても同様の作用、効果を奏する。

第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明である無人航空機であって、
前記無人航空機と物体との距離を計測する距離計測手段と、
前記移動速度計測手段は、前記無人航空機の飛行中に前記物体との距離が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機の移動速度を計測することを特徴とする無人航空機を提供する。

第２の特徴に係る発明によれば、第１の特徴に係る発明である無人航空機は、前記無人航空機と物体との距離を計測する距離計測手段と、
前記移動速度計測手段は、前記無人航空機の飛行中に前記物体との距離が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機の移動速度を計測する。

第３の特徴に係る発明は、第２の特徴に係る発明である無人航空機であって、
前記距離計測手段は、前記無人航空機の回転翼による周波数ノイズを除去して前記無人航空機と前記物体との距離を計測することを特徴とする無人航空機を提供する。

第３の特徴に係る発明によれば、第２の特徴に係る発明である無人航空機は、前記距離計測手段は、前記無人航空機の回転翼による周波数ノイズを除去して前記無人航空機と前記物体との距離を計測する。

第４の特徴に係る発明は、第１の特徴から第３の特徴のいずれかに係る発明である無人航空機であって、
前記発動手段は、前記無人航空機が操作者の着陸指示によって着陸する場合には、前記緩衝手段を発動しないことを特徴とする無人航空機を提供する。

第４の特徴に係る発明によれば、第１の特徴から第３の特徴のいずれかに係る発明である無人航空機は、前記発動手段は、前記無人航空機が操作者の着陸指示によって着陸する場合には、前記緩衝手段を発動しない。

第５の特徴に係る発明は、第１の特徴から第４の特徴のいずれかに係る発明である無人航空機であって、
前記緩衝手段の形状が、前記無人航空機を包み込む形状であることを特徴とする無人航空機を提供する。

第５の特徴に係る発明によれば、第１の特徴から第４の特徴のいずれかに係る発明である無人航空機は、前記緩衝手段の形状が、前記無人航空機を包み込む形状である。

第６の特徴に係る発明は、回転翼を備える無人航空機を制御する方法であって、
衝突時に当該機体の衝撃を和らげる緩衝ステップと、
前記無人航空機のバッテリー残量を計測するバッテリー残量計測ステップと、
前記無人航空機の飛行中に前記バッテリー残量が閾値を下回った場合に、前記無人航空機の移動速度を計測する移動速度計測ステップと、
前記無人航空機の移動速度が閾値以上である場合に、前記緩衝ステップを発動する発動ステップと、を備え、
前記バッテリー残量計測ステップにおいて、前記無人航空機の移動速度が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機のバッテリー残量を計測することを特徴とする無人航空機制御方法を提供する。

第７の特徴に係る発明は、回転翼を備える無人航空機に、
衝突時に当該機体の衝撃を和らげる緩衝ステップ、
前記無人航空機のバッテリー残量を計測するバッテリー残量計測ステップ、
前記無人航空機の飛行中に前記バッテリー残量が閾値を下回った場合に、前記無人航空機の移動速度を計測する移動速度計測ステップ、
前記無人航空機の移動速度が閾値以上である場合に、前記緩衝ステップを発動する発動ステップ、を実行させ、
前記バッテリー残量計測ステップにおいて、前記無人航空機の移動速度が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機のバッテリー残量を計測することを特徴とする無人航空機制御プログラムを提供する。

本発明によれば、無人航空機の衝突時に衝撃を和らげることのできる、無人航空機、無人航空機制御方法、及び無人航空機制御プログラムを提供することが可能となる。

図１は、本発明の好適な実施形態である無人航空機１００の概要図である。図２は、バッテリー残量計測を行う場合の無人航空機１００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。図３は、バッテリー残量計測を行う場合に無人航空機１００で行う緩衝手段発動処理のフローチャート図である。図４は、距離計測を行う場合の無人航空機１００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。図５は、距離計測を行う場合に無人航空機１００で行う緩衝手段発動処理のフローチャート図である。図６は、バッテリー残量計測と距離計測を行う場合の無人航空機１００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。図７は、バッテリー残量計測と距離計測を行う場合に無人航空機１００で行う緩衝手段発動処理のフローチャート図である。図８は、移動速度計測を行う場合の無人航空機１００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。図９は、移動速度計測を行う場合に無人航空機１００で行う緩衝手段発動処理のフローチャート図である。図１０は、無人航空機１００とコントローラ２００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。図１１は、無人航空機１００とコントローラ２００の緩衝手段発動処理のフローチャート図である。図１２は、無人航空機１００への距離センサ取り付け位置の一例である。図１３は、緩衝手段発動後の無人航空機１００を上から見た場合の一例である。図１４は、緩衝手段発動後の無人航空機１００を横から見た場合の一例である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

［無人航空機１００］
図１は、本発明の好適な実施形態である無人航空機１００の概要図である。この図１に基づいて、本発明の概要を説明する。

無人航空機１００は、無人での飛行が可能な航空機であり、図２に示すように回転翼１０、駆動部１１０、制御部１２０、記憶部１３０から構成される。駆動部１１０には緩衝モジュール１１１を備え、制御部１２０には、発動モジュール１２１とバッテリー残量計測モジュール１２２を備える。

緩衝モジュール１１１として、具体的にはエアバックシステムが考えられる。無人航空機は落下時に、錐揉み状態であることが多いため、機体がどのような角度で衝突しても緩衝できるように、全体を包み込む形状であることが望ましい。そのため、エアバックシステムの発動後に、円環を組み合わせた球体に近い状態になり、無人航空機全体を保護するものとする。

図１の上部左は無人航空機１００を横から見た図、上部右は無人航空機１００を上から見た図である。ここでは、４つの回転翼１０を備える無人航空機１００を例とする。

図１の下部左は、無人航空機１００が緩衝手段なしで落下した場合の例である。この場合、落下の衝撃により、無人航空機１００自体の損傷や、落下地点の人や物に対する損傷が大きいものと考えられる。

図１の下部右は、無人航空機１００が緩衝手段ありで落下した場合の例である。ここでは、緩衝モジュール１１１として、エアバックシステムを備える。この場合、緩衝モジュール１１１により落下の衝撃が緩和され、無人航空機１００自体の損傷や、落下地点の人や物に対する損傷が抑えられる。

図１３は、緩衝手段発動後の無人航空機１００を上から見た場合の一例である。図１３の例では無人航空機１００の回転翼が４つであるため、その間に円環２つを組み合わせたエアバック３０を配置している。回転翼が６つである場合には、その間に配置できるよう、円環を３つ組み合わせても良い。ここで、エアバック３０は、無人航空機１００の飛行可能な高度と重量を考慮して、十分な緩衝性能を持つものとする。また、無人航空機１００の衝突角度によらず、回転翼を含めて無人航空機全体を保護できる大きさ及び形状とする。また、無人航空機１００に、外付けでカメラを搭載可能である場合には、カメラの重量や取り付け位置を考慮した、エアバックの性能及び形状とすることが望ましい。

図１４は、緩衝手段発動後の無人航空機１００を横から見た場合の一例である。無人航空機１００より手前の円環部分を点線で図示している。発動モジュール１２１により、緩衝モジュール１１１であるエアバックシステムが発動される場合、無人航空機１００のインフレータ（ガス発生装置）４０に点火指示を出し、燃焼による化学反応でガスを発生させる。ガスを供給するための内部が空洞のシャフト５０とエアバック３０は、通常時は無人航空機１００内に格納されており、インフレータ４０からのガスの発生により、無人航空機１００の外部に展開され、図１４に図示した状態となるものする。ここでは、シャフト５０を使用する例を記載したが、無人航空機１００とエアバック３０の構造により、シャフト５０が無くても、適切にエアバック３０が展開して無人航空機１００を保護できる場合には、シャフト５０は省略可能であるものとする。

エアバックの形状について、円環という表現を用いたが、ここでの円環とは、必ずしも浮き輪のような閉じた輪の形状である必要はなく、無人航空機１００への収納及び展開が行いやすいように、アルファベットのＣの形状のように、一部が切れていてもよい。

［各機能の説明］
図２は、無人航空機１００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。

無人航空機１００は、無人での飛行が可能な航空機であり、回転翼１０、駆動部１１０、制御部１２０、記憶部１３０から構成される。駆動部１１０には緩衝モジュール１１１を備え、制御部１２０には、発動モジュール１２１とバッテリー残量計測モジュール１２２を備える。

回転翼１０は、複数であってよく無人航空機１００を飛行させるために十分な浮力を生むものとする。

駆動部１１０には、緩衝モジュール１１１を備える。緩衝モジュール１１１としては、エアバックシステムが考えられる。エアバックシステムは、無人航空機１００のインフレータ４０に点火し、燃焼による化学反応でガスを発生させシャフト５０とエアバック３０を展開する。

制御部１２０として、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等を備える。制御部１２０には、発動モジュール１２１とバッテリー残量計測モジュール１２２を備える。発動モジュール１２１は、緩衝モジュール１１１に対して発動指示を行う。バッテリー残量計測モジュール１２２は、無人航空機１００の飛行中に、バッテリー残量を計測し、ある閾値を下回ったかどうか確認する。

記憶部１３０として、ハードディスクや半導体メモリによる、データのストレージ部を備える。記憶部１３０には、前記バッテリー残量の閾値等、必要な情報等を保持できるものとする。

［バッテリー残量計測による緩衝手段発動処理］
図３は、バッテリー残量計測を行う場合に無人航空機１００で行う緩衝手段発動処理のフローチャート図である。上述した装置の各部とモジュールが行う処理について、本処理にて併せて説明する。

はじめに、制御部１２０からの指示により、回転翼１０を回転させて、無人航空機１００を離陸させる（ステップＳ１０１）。

離陸後、バッテリー残量計測モジュール１２２により、無人航空機１００のバッテリー残量計測を開始する（ステップＳ１０２）。

ここで、バッテリーの残量が閾値を下回っている場合には、バッテリー不足により落下の恐れがあると判断し、制御部１２０の発動モジュール１２１により、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１を発動する（ステップＳ１０５）。緩衝モジュール１１１としては、エアバックシステムが考えられる。エアバックシステムの形態は、図１３、図１４の説明として、前述した通りである。

バッテリーの残量が閾値以上である場合には、着陸指示があるかどうか確認を行う（ステップＳ１０３）。

着陸指示がある場合には着陸を行い（ステップＳ１０４）、着陸指示が無い場合には、ステップＳ１０２のバッテリー残量計測に戻る。

本フローでは、ステップＳ１０３で着陸指示を確認し、ステップＳ１０４ですぐに着陸できる場合の例を示したが、無人航空機１００が上空にある等の理由で着陸までに時間がかかる場合には、実際に着陸するまで、ステップＳ１０２のバッテリー残量計測を続けてもよい。

バッテリー残量計測を行う間隔は、無人航空機１００の性能に合わせたものでよく、適切な待ち時間を間にいれて良いものとする。

また、バッテリー残量の閾値は、ユーザの指示により、変更可能であるものとする。

［距離計測による緩衝手段発動処理］
図４は、距離計測を行う場合の無人航空機１００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。また、図５は、距離計測を行う場合に無人航空機１００で行う緩衝手段発動処理のフローチャート図である。図２及び図３との差分を中心に、以下に説明する。

図４に示す通り、制御部１２０には、発動モジュール１２１と距離計測モジュール１２３を備える。発動モジュール１２１は、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１に対して発動指示を行う。距離計測モジュール１２３は、無人航空機１００の飛行中に、物体との距離を計測し、ある閾値を下回ったかどうか確認する。

記憶部１３０として、ハードディスクや半導体メモリによる、データのストレージ部を備える。記憶部１３０には、前記物体との距離の閾値等、必要な情報等を保持できるものとする。

図１２は、無人航空機１００への距離センサ２０の取り付け位置の一例である。衝突対象の物体との距離を検知するために、６方向（前後、左右、上下）に距離センサ２０を取り付けた場合を図示している。各距離センサ２０の取り付け位置が、無人航空機１００の回転翼や足部分より内側である場合には、物体との衝突位置までの距離を設定する際に、センサの取り付け位置を加味するものとする。また、ここでは６方向に距離センサ２０を取り付けた例を示したが、距離センサ２０の性能や無人航空機１００の形状等の条件により、必要に応じて距離センサの個数と取り付け位置を設定してよいものとする。

はじめに、制御部１２０からの指示により、回転翼１０を回転させて、無人航空機１００を離陸させる（ステップＳ２０１）。

離陸後、距離計測モジュール１２３により、無人航空機１００と物体との距離計測を開始する（ステップＳ２０２）。

無人航空機１００と物体との距離計測を行う場合に、回転翼１０の発生する周波数ノイズが、距離センサ２０に影響を与える場合が懸念される。そのような場合には、回転翼１０の回転速度にあわせて、適切に周波数ノイズを除去して、物体との距離計測を行うものとする。周波数ノイズの除去方法は特に問わず、一般的な手法を使用してよい。

ここで、物体との距離が閾値を下回っている場合には、無人航空機が物体に接触する、あるいは地表に落下する直前であると判断し、制御部１２０の発動モジュール１２１により、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１を発動する（ステップＳ２０５）。緩衝モジュール１１１としては、エアバックシステムが考えられる。エアバックシステムの形態は、図１３、図１４の説明として、前述した通りである。

物体との距離が閾値以上である場合には、着陸指示があるかどうか確認を行う（ステップＳ２０３）。

着陸指示がある場合には着陸を行い（ステップＳ２０４）、着陸指示が無い場合には、ステップＳ２０２の距離計測に戻る。

本フローに示す通り、着陸指示によって着陸を行う場合には、地表との距離が、物体との距離の閾値を下回っても、緩衝モジュール１１１は発動しない。

物体との距離計測を行う間隔は、無人航空機１００の性能に合わせたものでよく、適切な待ち時間を間にいれて良いものとする。

また、物体との距離の閾値は、ユーザの指示により、変更可能であるものとする。

［バッテリー残量計測と距離計測による緩衝手段発動処理］
図６は、バッテリー残量計測と距離計測を行う場合の無人航空機１００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。図７は、バッテリー残量計測と距離計測を行う場合に無人航空機１００で行う緩衝手段発動処理のフローチャート図である。図２〜図５との差分を中心に、以下に説明する。

図６に示す通り、制御部１２０には、発動モジュール１２１とバッテリー計測モジュール１２２と距離計測モジュール１２３を備える。発動モジュール１２１は、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１に対して発動指示を行う。バッテリー残量計測モジュール１２２は、無人航空機１００の飛行中に、バッテリー残量を計測し、ある閾値を下回ったかどうか確認する。距離計測モジュール１２３は、無人航空機１００の飛行中に、物体との距離を計測し、ある閾値を下回ったかどうか確認する。

記憶部１３０として、ハードディスクや半導体メモリによる、データのストレージ部を備える。記憶部１３０には、前記バッテリー残量の閾値、前記物体との距離の閾値等、必要な情報等を保持できるものとする。

はじめに、制御部１２０からの指示により、回転翼１０を回転させて、無人航空機１００を離陸させる（ステップＳ３０１）。

離陸後、バッテリー残量計測モジュール１２２により、無人航空機１００のバッテリー残量計測を開始する（ステップＳ３０２）。

ここで、バッテリーの残量が閾値を下回っている場合には、バッテリー不足により落下の恐れがあると判断し、制御部１２０の発動モジュール１２１により、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１を発動する（ステップＳ３０６）。

バッテリーの残量が閾値以上である場合には、距離計測モジュール１２３により、無人航空機１００と物体との距離計測を行う（ステップＳ３０３）。

ここで、物体との距離が閾値を下回っている場合には、無人航空機が物体に接触する、あるいは地表に落下する直前であると判断し、制御部１２０の発動モジュール１２１により、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１を発動する（ステップＳ３０６）。

物体との距離が閾値以上である場合には、着陸指示があるかどうか確認を行う（ステップＳ３０４）。

着陸指示がある場合には着陸を行い（ステップＳ３０５）、着陸指示が無い場合には、ステップＳ３０２のバッテリー残量計測に戻る。

本フローでは、ステップＳ３０４で着陸指示を確認し、ステップＳ３０５ですぐに着陸できる場合の例を示したが、無人航空機１００が上空にある等の理由で着陸までに時間がかかる場合には、実際に着陸するまで、ステップＳ３０２のバッテリー残量計測を続けてもよい。ただし、着陸指示によって着陸を行う場合には、地表との距離が、物体との距離の閾値を下回っても、緩衝モジュール１１１は発動しない。

バッテリー残量計測を行う間隔、及び、物体との距離計測を行う間隔、は、無人航空機１００の性能に合わせたものでよく、適切な待ち時間を間にいれて良いものとする。

また、バッテリー残量の閾値、及び、物体との距離の閾値、は、ユーザの指示により、変更可能であるものとする。

［移動速度計測を行う場合の緩衝手段発動処理］
図８は、図６の例に加えて、さらに移動速度計測を行う場合の無人航空機１００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。図９は、図７の例に加えて、さらに移動速度計測を行う場合に無人航空機１００で行う緩衝手段発動処理のフローチャート図である。図６、図７との差分を中心に、以下に説明する。

図８に示す通り、制御部１２０には、発動モジュール１２１、バッテリー計測モジュール１２２、距離計測モジュール１２３、移動速度計測モジュール１２４を備える。発動モジュール１２１は、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１に対して発動指示を行う。バッテリー残量計測モジュール１２２は、無人航空機１００の飛行中に、バッテリー残量を計測し、ある閾値を下回ったかどうか確認する。距離計測モジュール１２３は、無人航空機１００の飛行中に、物体との距離を計測し、ある閾値を下回ったかどうか確認する。移動速度計測モジュール１２４は、無人航空機１００の飛行中に、移動速度を計測し、ある閾値を下回ったかどうか確認する。移動速度計測モジュール１２４としては、速度センサや加速度センサが例として考えられる。

記憶部１３０として、ハードディスクや半導体メモリによる、データのストレージ部を備える。記憶部１３０には、前記バッテリー残量の閾値、前記物体との距離の閾値、前記移動速度の閾値等、必要な情報等を保持できるものとする。

はじめに、制御部１２０からの指示により、回転翼１０を回転させて、無人航空機１００を離陸させる（ステップＳ４０１）。

離陸後、バッテリー残量計測モジュール１２２により、無人航空機１００のバッテリー残量計測を開始する（ステップＳ４０２）。

ここで、バッテリーの残量が閾値を下回っている場合には、バッテリー不足により落下の恐れがあると判断し、移動速度計測モジュール１２４により、無人航空機１００の移動速度を計測する（ステップＳ４０６）。

無人航空機１００の移動速度が閾値以上である場合には、無人航空機１００が落下する、または速い速度で物体と衝突すると判断し、制御部１２０の発動モジュール１２１により、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１を発動する（ステップＳ４０７）。

無人航空機１００の移動速度が閾値を下回っている場合には、ステップＳ４０２に戻り、処理を継続する。

バッテリーの残量が閾値以上である場合には、距離計測モジュール１２３により、無人航空機１００と物体との距離計測を行う（ステップＳ４０３）。

ここで、物体との距離が閾値を下回っている場合には、無人航空機が物体に接触する、あるいは地表に落下する直前であると判断し、移動速度計測モジュール１２４により、無人航空機１００の移動速度を計測する（ステップＳ４０６）。

物体との距離が閾値以上である場合には、着陸指示があるかどうか確認を行う（ステップＳ４０４）。

着陸指示がある場合には着陸を行い（ステップＳ４０５）、着陸指示が無い場合には、ステップＳ４０２のバッテリー残量計測に戻る。

本フローでは、ステップＳ４０４で着陸指示を確認し、ステップＳ４０５ですぐに着陸できる場合の例を示したが、無人航空機１００が上空にある等の理由で着陸までに時間がかかる場合には、実際に着陸するまで、ステップＳ４０２のバッテリー残量計測を続けてもよい。ただし、着陸指示によって着陸を行う場合には、地表との距離が、物体との距離の閾値を下回っても、緩衝モジュール１１１は発動しない。

また、バッテリー残量の閾値、物体との距離の閾値、及び、移動速度の閾値は、ユーザの指示により、変更可能であるものとする。

［無人航空機１００とコントローラ２００］
無人航空機１００は、コントローラ２００により、操縦を行ってもよい。無人航空機１００とコントローラ２００の間の通信は、主に無線通信で行われる。無線通信には、日本では主に、Ｗｉ−ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈと同じ２．４ＧＨｚ帯やラジコン用の７３ＭＨｚ帯などの周波数帯が使用されているが、本発明においては、無人航空機１００とコントローラ２００の間での通信が実現可能であればよく、特に周波数帯による制限を受けるものではない。

図１０は、無人航空機１００とコントローラ２００の機能ブロックと各機能の関係を示す図である。ここでは、無人航空機１００にバッテリー計測手段、距離計測手段、速度計測手段のすべてを備える例を示しているが、これらのいずれかを備える場合にも、無人航空機１００とコントローラ２００の関係は成り立つものとする。図１１は、無人航空機１００とコントローラ２００の緩衝手段発動処理のフローチャート図である。以下では、前述した例との差分を中心に説明する。

無人航空機１００は、無人での飛行が可能な航空機であり、回転翼１０、駆動部１１０、制御部１２０、記憶部１３０、通信部１４０から構成される。また、コントローラ２００は、入出力部２１０、制御部２２０、記憶部２３０、通信部２４０を備える。

制御部１２０として、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える。制御部１２０には、発動モジュール１２１、バッテリー残量計測モジュール１２２、距離計測モジュール１２３、速度計測モジュール１２４を備える。発動モジュール１２１は、緩衝モジュール１１１に対して発動指示を行う。

記憶部１３０として、ハードディスクや半導体メモリによる、データのストレージ部を備える。記憶部１３０には、各種の閾値等、必要な情報等を保持できるものとする。

通信部１４０により、無線通信でコントローラ２００との通信を行う。コントローラ２００から、離陸指示信号や着陸指示信号を受信する。また、その他の飛行に必要な指示信号を受信する。さらに、必要に応じてコントローラ２００との間でデータを送受信する。

コントローラ２００は、無人航空機１００の専用送信機（プロポ）や送信機として使用可能なスマートフォンやタブレットＰＣ、または無線通信機能を備えたＰＣ等の一般的な情報家電であってよく、図示している専用送信機にスマートフォンを装着した形態はその一例にすぎない。

入出力部２１０には、離陸や着陸等の操縦のために必要な入力を行う入力部を備える。また、無人航空機１００の状態を出力する出力部も備えてよい。

制御部２２０として、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える。

記憶部２３０として、ハードディスクや半導体メモリによる、データのストレージ部を備える。コントローラ側の記憶部２３０にも、各種の閾値等、必要な情報等を保持してもよい。

通信部２４０により、無線通信で無人航空機１００との通信を行う。無人航空機１００に、離陸指示信号や、着陸指示信号を送信する。また、必要に応じて無人航空機１００との間でデータを送受信する。

はじめに、コントローラ２００は、入出力部２１０に対する入力を受け、制御部２２０からの指示により、通信部２４０を介して、離陸信号を無人航空機１００に対して送信する（ステップＳ５０１）。

無人航空機１００は、通信部１４０を介して、離陸信号を受信する（ステップＳ５１１）。

離陸信号の受信を受けて、制御部１２０からの指示により、回転翼１０を回転させて、無人航空機１００を離陸させる（ステップＳ５１２）。

離陸後、バッテリー残量計測モジュール１２２により、無人航空機１００のバッテリー残量計測を開始する（ステップＳ５１３）。

ここで、バッテリーの残量が閾値を下回っている場合には、バッテリー不足により落下の恐れがあると判断し、移動速度計測モジュール１２４により、無人航空機１００の移動速度を計測する（ステップＳ５１８）。

無人航空機１００の移動速度が閾値以上である場合には、無人航空機１００が落下する、または速い速度で物体と衝突すると判断し、制御部１２０の発動モジュール１２１により、駆動部１１０の緩衝モジュール１１１を発動する（ステップＳ５１９）。

無人航空機１００の移動速度が閾値を下回っている場合には、ステップＳ５１３に戻り、処理を継続する。

バッテリーの残量が閾値以上である場合には、距離計測モジュール１２３により、無人航空機１００と物体との距離計測を行う（ステップＳ５１４）。

ここで、物体との距離が閾値を下回っている場合には、無人航空機が物体に接触する、あるいは地表に落下する直前であると判断し、移動速度計測モジュール１２４により、無人航空機１００の移動速度を計測する（ステップＳ５１８）。

物体との距離が閾値以上である場合には、着陸指示があるかどうか確認を行う（ステップＳ５１５）。

ここで、コントローラ２００から、入出力部２１０に対する入力により制御部２２０からの指示で通信部２４０を介して、着陸信号が無人航空機１００に対して送信されたとする（ステップＳ５０２）。

無人航空機１００はコントローラ２００からの着陸信号を受信した場合（ステップＳ５１６）、着陸を行い（ステップＳ５１７）、着陸信号を受信していない場合には、ステップＳ５１３のバッテリー残量計測に戻る。

本フローでは、ステップＳ５１６で無人航空機１００が着陸信号を受信し、ステップＳ５１７ですぐに着陸できる場合の例を示したが、無人航空機１００が上空にある等の理由で着陸までに時間がかかる場合には、実際に着陸するまで、ステップＳ５１３のバッテリー残量計測を続けてもよい。ただし、着陸指示によって着陸を行う場合には、地表との距離が、物体との距離の閾値を下回っても、緩衝モジュール１１１は発動しない。

また、バッテリー残量の閾値、物体との距離の閾値、及び、移動速度の閾値は、ユーザの指示により、変更可能であるものとする。この場合、ユーザの指示方法として、コントローラ２００の入出力部２１０を介して、各閾値を無人航空機２００に送信してもよい。

前記機能図やフローチャートでは、バッテリー残量が閾値を下回る場合と、物体との距離が閾値を下回る場合に緩衝手段を発動する例を記載したが、無人航空機１００の落下を検知するための方法として、更に加速度センサを搭載して、回転翼１０による移動ではありえない急激な加速度を検知した場合に、緩衝手段を発動してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０回転翼、１００無人航空機、２００コントローラ

Claims

回転翼を備える無人航空機であって、
衝突時に当該機体の衝撃を和らげる緩衝手段と、
前記無人航空機のバッテリー残量を計測するバッテリー残量計測手段と、
前記無人航空機の飛行中に前記バッテリー残量が閾値を下回った場合に、前記無人航空機の移動速度を計測する移動速度計測手段と、
前記無人航空機の移動速度が閾値以上である場合に、前記緩衝手段を発動する発動手段と、を備え、
前記バッテリー残量計測手段は、前記無人航空機の移動速度が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機のバッテリー残量を計測することを特徴とする無人航空機。
前記無人航空機と物体との距離を計測する距離計測手段と、
前記移動速度計測手段は、前記無人航空機の飛行中に前記物体との距離が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機の移動速度を計測することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機。
前記距離計測手段は、前記無人航空機の回転翼による周波数ノイズを除去して前記無人航空機と前記物体との距離を計測することを特徴とする請求項２に記載の無人航空機。
前記発動手段は、前記無人航空機が操作者の着陸指示によって着陸する場合には、前記緩衝手段を発動しないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無人航空機。
前記緩衝手段の形状が、前記無人航空機を包み込む形状であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無人航空機。
回転翼を備える無人航空機を制御する方法であって、
衝突時に当該機体の衝撃を和らげる緩衝ステップと、
前記無人航空機のバッテリー残量を計測するバッテリー残量計測ステップと、
前記無人航空機の飛行中に前記バッテリー残量が閾値を下回った場合に、前記無人航空機の移動速度を計測する移動速度計測ステップと、
前記無人航空機の移動速度が閾値以上である場合に、前記緩衝ステップを発動する発動ステップと、を備え、
前記バッテリー残量計測ステップにおいて、前記無人航空機の移動速度が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機のバッテリー残量を計測することを特徴とする無人航空機制御方法。
衝突時に当該機体の衝撃を和らげる緩衝ステップ、
前記無人航空機のバッテリー残量を計測するバッテリー残量計測ステップ、
前記無人航空機の飛行中に前記バッテリー残量が閾値を下回った場合に、前記無人航空機の移動速度を計測する移動速度計測ステップ、
前記無人航空機の移動速度が閾値以上である場合に、前記緩衝ステップを発動する発動ステップ、を実行させ、
前記バッテリー残量計測ステップにおいて、前記無人航空機の移動速度が閾値を下回っている場合に、前記無人航空機のバッテリー残量を計測することを特徴とする無人航空機制御プログラム。