JP6811976B2 - Aircraft - Google Patents
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Description
本発明は、一般にドローンと称されているものに代表される飛行体に関する。 The present invention relates to an air vehicle represented by what is generally called a drone.
ドローンと呼ばれる複数のプロペラを有する飛行体、特に無人の飛行体の産業分野での応用が進んでいる。圃場への農薬や液肥などの薬剤散布などを行う農業用ドローンは応用分野の一つである。以下の説明において、「ドローン」とは飛行体のことである。 Aircraft with multiple propellers called drones, especially unmanned aerial vehicles, are being applied in the industrial field. Agricultural drones that spray pesticides and chemicals such as liquid fertilizers on fields are one of the fields of application. In the following description, a "drone" is an air vehicle.
産業用ドローンは、例えば農業用ドローンに見られるように、薬剤などの荷物を積載するため、荷物の荷重に耐えうる推力を発生することができるように比較的大径のプロペラを有する大型のドローンが用いられる。大径のプロペラを有するドローンは、プロペラの回転によって生じる機体の振動が大きい。農業用ドローンなどの機体には、定められたルートに従って飛行させるための自動運転制御、姿勢制御、速度制御、飛行高さ制御など様々な制御を行うために、様々なセンサーが装着されている。 Industrial drones, as seen in agricultural drones, for example, carry loads such as chemicals, so large drones with relatively large diameter propellers that can generate thrust that can withstand the load of the load. Is used. A drone with a large-diameter propeller has a large vibration of the airframe caused by the rotation of the propeller. Airframes such as agricultural drones are equipped with various sensors to perform various controls such as automatic driving control, attitude control, speed control, and flight height control for flying according to a defined route.
プロペラの回転によってドローンの機体が振動すると、センサーも機体とともに振動し、各センサーによるそれぞれの検出データの精度が低下し、前記様々な制御の精度が低下する。 When the drone's airframe vibrates due to the rotation of the propeller, the sensors also vibrate with the airframe, the accuracy of the respective detection data by each sensor decreases, and the accuracy of the various controls decreases.
センサーの一つとして、ドローン自身が自己の位置を検出するためのGPSセンサーがある。産業用ドローンでは、より高精度に位置を検出するために、例えばRTKアンテナおよびRTK−GPS(Real Time Kinematic - Global Positioning System)モジュールによるGPSセンサーが構成されることが多い。RTK−GPSは、分解能を高めるために波長の短い帯域の電波が用いられるため、機体とともにRTKアンテナが振動すると、位置検出精度の低下が著しい。 As one of the sensors, there is a GPS sensor for the drone itself to detect its own position. In industrial drones, for example, a GPS sensor using an RTK antenna and an RTK-GPS (Real Time Kinematic-Global Positioning System) module is often configured in order to detect a position with higher accuracy. Since the RTK-GPS uses radio waves in a short wavelength band in order to improve the resolution, if the RTK antenna vibrates together with the airframe, the position detection accuracy is significantly reduced.
ドローンの姿勢制御や飛行方向制御のために6軸ジャイロセンサーが用いられる。6軸ジャイロセンサーは、ドローンの加速度を互いに直交する3軸方向において測定し、さらに、加速度を積分することによって速度を計算するために用いられる。また、6軸ジャイロセンサーは、上記3軸を中心とした角速度の測定にも用いられる。機体とともに6軸ジャイロセンサーが振動すると、加速度の測定精度が低下し、姿勢制御や飛行方向制御の精度が低下する。 A 6-axis gyro sensor is used for attitude control and flight direction control of the drone. The 6-axis gyro sensor is used to measure the acceleration of a drone in three axes orthogonal to each other and to calculate the velocity by integrating the acceleration. The 6-axis gyro sensor is also used for measuring the angular velocity around the above 3 axes. When the 6-axis gyro sensor vibrates together with the aircraft, the accuracy of acceleration measurement decreases, and the accuracy of attitude control and flight direction control decreases.
産業用ドローンは、機体が振動しにくいように機体構造が工夫されているが、稼働回数を重ねるにしたがって機体にがたつきが発生するようになり、これに伴って各種制御の精度が低下する。 The structure of industrial drones has been devised so that the aircraft does not vibrate easily, but as the number of operations increases, the aircraft becomes rattling, and the accuracy of various controls deteriorates accordingly. ..
無人飛行体の異常を検知して飛行体を着陸させるようにした発明が特許文献1に記載されている。特許文献1記載の発明は、複数のローターを駆動する複数のモーターの回転速度および各モーターに流れる電流を検出し、前記回転速度と電流の関係から、各モーターまたはそれに対応するモーターが異常であるか否かを判定するものである。 Patent Document 1 describes an invention in which an abnormality of an unmanned aerial vehicle is detected and the aircraft is landed. The invention described in Patent Document 1 detects the rotation speeds of a plurality of motors for driving a plurality of rotors and the current flowing through each motor, and from the relationship between the rotation speed and the current, each motor or the corresponding motor is abnormal. It determines whether or not.
特許文献1記載の発明は、複数のプロペラを駆動する各モーターの異常および各プロペラの異常を検出するものであり、飛行体の機体の振動を検出するものではない。したがって、特許文献1記載の発明は、機体の振動を原因とする各種センサーの検出精度の低下、各種制御精度の低下に関しては何ら考慮されていない。 The invention described in Patent Document 1 detects an abnormality of each motor for driving a plurality of propellers and an abnormality of each propeller, and does not detect vibration of an airframe of an airframe. Therefore, the invention described in Patent Document 1 does not consider any decrease in detection accuracy and various control accuracy of various sensors due to vibration of the airframe.
本発明は、機体構造部品の緩みやがたつきを検出し、緩みやがたつきを検出した場合は退避行動を行い、各種制御精度の低下により生ずる不具合を事前に回避することができる飛行体を得ることを目的とする。 The present invention detects looseness and rattling of airframe structural parts, and when looseness and rattling are detected, it performs an evacuation action, and can avoid problems caused by various deteriorations in control accuracy in advance. The purpose is to obtain.
本発明は、
機体と、前記機体に搭載されていて複数のプロペラを個別に回転駆動する複数のプロペラ駆動モーターと、を有し、前記機体は、前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アームが結合されてなるフレームを有する飛行体であって、
前記フレームを含む前記機体の構造部品の緩みやがたつきを検出する弛緩センサーが機体に取り付けられ、
前記弛緩センサーが異常信号を出力したとき、退避行動を行うことを最も主要な特徴とする。The present invention
It has an airframe and a plurality of propeller drive motors mounted on the airframe to individually rotate and drive a plurality of propellers, and the airframe is coupled with a plurality of support arms for supporting the plurality of propeller drive motors. An airframe with a frame
A relaxation sensor that detects looseness and rattling of structural parts of the airframe including the frame is attached to the airframe.
The most important feature is to perform an evacuation action when the relaxation sensor outputs an abnormal signal.
本発明によれば、弛緩センサーが、フレームを含む機体構造部品の緩みやがたつきを検出すると異常信号を出力するので、異常信号の出力によって適切な対策をとることができ、弛緩センサーの検出精度の低下による各種制御精度の低下を回避することができる。 According to the present invention, when the relaxation sensor detects looseness or rattling of the airframe structural parts including the frame, an abnormal signal is output. Therefore, appropriate measures can be taken by outputting the abnormal signal, and the relaxation sensor can be detected. It is possible to avoid a decrease in various control accuracy due to a decrease in accuracy.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る飛行体(以下「ドローン」という)の実施形態について説明する。図はすべて例示であって、本発明に係る飛行体の構成が実施例の構成に限定されるものではない。本明細書において、ドローンとは、動力方式や操縦方式を問わず、複数の回転翼または飛行手段を有する飛行体全般を指すこととする。動力方式としては、電力によるもの、内燃機関などの原動機によるものなどがある。操縦方式としては、無線または有線によるもの、および、自律飛行型あるいは手動操縦型などがある。 Hereinafter, embodiments of an air vehicle (hereinafter referred to as “drone”) according to the present invention will be described with reference to the drawings. The figures are all examples, and the configuration of the flying object according to the present invention is not limited to the configuration of the embodiment. In the present specification, the term "drone" refers to an overall vehicle having a plurality of rotor blades or flight means regardless of the power system or the flight system. As the power system, there are those using electric power and those using a prime mover such as an internal combustion engine. The maneuvering method includes wireless or wired, and autonomous flight type or manual maneuvering type.
[ドローン全体の構成]
図1乃至図5において、ドローンは、4か所の上下にローターとも呼ばれるプロペラ101−1a、101−1b、101−2a、101−2b、101−3a、101−3b、101−4a、101−4bを有する。これらのプロペラは、ドローンを飛行させるための手段であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、2段構成のプロペラが4組、合計8機備えられている。4組のプロペラの回転中心は平面視において長方形の角に位置している。プロペラ101−2a、101−4a側がドローンの進行方向前側になっている。[Overall drone configuration]
In FIGS. 1 to 5, the drone has four propellers 101-1a, 101-1b, 101-2a, 101-2b, 101-3a, 101-3b, 101-4a, 101-, which are also called rotors above and below. Has 4b. These propellers are a means for flying a drone, and are equipped with four sets of two-stage propellers, for a total of eight, in consideration of the balance between flight stability, aircraft size, and battery consumption. .. The centers of rotation of the four sets of propellers are located at the corners of the rectangle in plan view. The propellers 101-2a and 101-4a are on the front side in the direction of travel of the drone.
上記各プロペラは、プロペラ駆動モーター(以下単に「モーター」という場合もある)102−1a、102−1b、102−2a、102−2b、102−3a、102−3b、102−4a、102−4bによって個別に回転駆動される。1組の上下のプロペラ、例えば101−1aと101−1bは、ドローンの飛行の安定性等のために軸が同一直線上にあり、かつ、モーター102−1aと102−1bにより、互いに反対方向に回転駆動される。各組の上下のプロペラは互いに反対方向に回転駆動されることによりともに下降流を発生させ、ドローンを上昇させる向きの推力を発生させる。他の組の上下のプロペラも同様に構成され、同様に推力を発生させる。 Each of the above propellers is a propeller drive motor (hereinafter, may be simply referred to as a "motor") 102-1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 102-4a, 102-4b. It is driven to rotate individually. A set of upper and lower propellers, for example, 101-1a and 101-1b, have axes on the same straight line for the sake of drone flight stability, etc., and are in opposite directions by motors 102-1a and 102-1b. It is driven to rotate. The upper and lower propellers of each set are rotationally driven in opposite directions to generate a downward flow, and generate thrust in the direction of raising the drone. The upper and lower propellers of the other sets are similarly configured to generate thrust in the same way.
図示の実施形態は農業用のドローンであり、薬剤を下方に向けて散布するための4つの薬剤ノズル103−1、103−2、103−3、103−4が備えられている。本明細書において、薬剤とは、農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種および水など、圃場に散布される液体または粉体を一般的に指す。 The illustrated embodiment is an agricultural drone, which is provided with four drug nozzles 103-1, 103-2, 103-3, 103-4 for spraying the drug downward. As used herein, a drug generally refers to a liquid or powder that is applied to a field, such as pesticides, herbicides, liquid fertilizers, pesticides, seeds and water.
ドローンは、散布する薬剤を収容するための薬剤タンク104を有している。薬剤タンク104は、重量バランスの観点からドローンの重心に近い位置でかつ重心より低い位置に設けられている。薬剤タンク104の下側にはポンプ106が取り付けられ、ポンプ106は薬剤ホース105につながっている。薬剤ホース105は、ドローンの進行方向前側下部に、ドローンのほぼ幅方向全体にまたがって直線状に伸びている。薬剤ホース105にはその長さ方向に一定間隔で4個の薬剤ノズル103−1、103−2、103−3、103−4が配置されている。ポンプ106が作動することにより、薬剤タンク104内の薬剤が各薬剤ノズルから吐出され、圃場に散布される。
The drone has a
[フレームの構成]
次に、図6乃至図9も併せて参照しながら、実施形態に係るドローンのフレーム構成および胴体50の構成を詳細に説明する。本明細書において、「胴体」とは、ドローンの動作を制御する制御部品や駆動電源となるバッテリーやセンサー類などを搭載する部分で、ヘリコプターや飛行機の胴体に相当する。胴体やフレーム、プロペラ、プロペラ駆動モーターを含むドローン全体を「機体」という。ドローンのフレームは、互いに一体に結合され、かつ、前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アームで構成されている。複数の支持アームで構成されるフレームは、上下に所定の間隔をおいて一体に結合された一対のフレームからなる。[Frame configuration]
Next, the structure of the drone frame and the structure of the
上側のフレームを構成する前記複数の支持アームは、両端部においてそれぞれプロペラ駆動モーターを支持する一つの第1支持アーム10と、第1支持アーム10から延びた二つの第2支持アーム11,12とを有してなる。第2支持アーム11,12は、第1支持アーム10の長さ方向の途中から斜めに対称形に、かつ、先端部が互いに広がる方向に伸びている。
The plurality of support arms constituting the upper frame include one
第2支持アーム11,12は、長さ方向の途中において補強梁13によって結合されている。補強梁13は第1支持アーム10と平行になっていて、第1支持アーム10と第2支持アーム11,12と補強梁13とで、平面視で台形状に形成され、いわゆるトラス構造に近い構造になっている。フレームは、トラス構造に近い構造になっていることにより、比較的簡単な構成でありながら、機械的強度を高めることができる。第1支持アーム10、第2支持アーム11,12および補強梁13は、同一平面内に位置するように、適宜の結合部材を介して結合されている。
The
第1支持アーム10の両端部においてそれぞれモーター102−2a、102−4aが支持されている。モーター102−2a、102−4aの回転出力軸にはそれぞれプロペラ101−2a、101−4aが取り付けられていて、各プロペラが上記各モーターによって個別に回転駆動される。第2支持アーム11,12の各先端部で上記モーターとは別のモーター102−1a、102−3aが支持されている。モーター102−1a、103−3aの回転出力軸にはそれぞれプロペラ101−1a、101−3aが取り付けられていて、各プロペラが上記各モーターによって個別に回転駆動される。
Motors 102-2a and 102-4a are supported at both ends of the
下側のフレームも上側のフレームとほぼ同様の構造になっている。下側のフレームは、両端部においてそれぞれプロペラ駆動モーターを支持する一つの第1支持アーム20と、第1支持アーム20から延びた二つの第2支持アーム21,22とを有してなる。第2支持アーム21,22は、第1支持アーム20の長さ方向の途中から斜めに対称形に、かつ、先端部が互いに広がる方向に伸びている。第1支持アーム20および第2支持アーム21,22は同一平面内に位置するように、適宜の結合部材を介して結合されている。
The lower frame has almost the same structure as the upper frame. The lower frame includes one
上下のフレームは、互いに平行をなすように適宜数の柱の介在の下に結合されている。上下に対をなす第2支持アーム11,21および別の対をなす第2支持アーム12,22は、長さ方向の中間部でそれぞれ柱30,30によって結合されている。また、上下一対の第1支持アーム10,20は、上側の第2支持アーム11,21との結合部付近と、下側の第2支持アーム12,22との結合部付近において、それぞれ柱31,31によって結合されている。上記各支持アームと各柱は、適宜の結合部材を介在させることによって結合されている。
The upper and lower frames are joined under the interposition of an appropriate number of columns so as to be parallel to each other. The upper and lower pairs of the
一対の柱30,30は、上下方向下寄りの位置において補強梁23によって結合されている。補強梁23は、第1支持アーム20と第2支持アーム21,22からなる下側のフレームの補強梁でもあり、上下のフレーム全体の補強梁としても機能する。補強梁13は第1支持アーム10と平行になっていて、第1支持アーム10と第2支持アーム11,12と補強梁13とで、平面視で台形状に形成され、いわゆるトラス構造に近い構造になっている。
The pair of
上下のフレームを構成する前記第1支持アーム10,20、第2支持アーム11,12,21,22、補強梁13,23、上下のフレームを結合する柱30,31は、パイプ状の部材である。また、フレームを構成する上記の部材、少なくとも第1支持アーム、第2支持アームおよび補強梁の素材は、熱伝導素材、例えばアルミニウム合金または炭素繊維複合材からなる。炭素繊維複合材としては、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、炭素繊維強化炭素複合材料などがある。フレームを構成する部材の素材がアルミニウム合金または炭素繊維複合材などからなり、かつ、パイプ状の部材であることによって、フレームに必要な強度を持たせながらフレームの軽量化を図ることができる。また、後で詳細に説明するように、放熱効果を高めることができる。
The
[プロペラガード]
上下一対の第2支持アーム11,21の先端部で支持されているプロペラ101−1a、101−1bは、プロペラガード41によって囲まれ、プロペラガード41内で回転する。プロペラガード41は、上下一対の円環状の枠と、これらの枠を一定の間隔をおいて平行に結合する柱状の介在部材と、上下の枠の中心位置にあるハブと、上下それぞれの枠とハブとを結合する複数のスポークと、を有してなる。上下のハブは、その中心をプロペラ101−1a、101−1bの回転中心に一致させて第2支持アーム11,21の先端部に結合されている。[Propeller guard]
The propellers 101-1a and 101-1b supported by the tips of the pair of upper and lower
上下一対の第1支持アーム10,20の正面から見て右側の端部で支持されているプロペラ101−2a、101−2bは、プロペラガード42によって囲まれ、プロペラガード42内で回転する。
The propellers 101-2a and 101-2b supported by the right end of the pair of upper and lower
上下一対の第2支持アーム12,22の先端部で支持されているプロペラ101−3a、101−3bは、プロペラガード43によって囲まれ、プロペラガード43内で回転する。
The propellers 101-3a and 101-3b supported by the tip ends of the pair of upper and lower
上下一対の第1支持アーム10,20の正面から見て左側の端部で支持されているプロペラ101−4a、101−4bは、プロペラガード44によって囲まれ、プロペラガード44内で回転する。
The propellers 101-4a and 101-4b supported by the left end of the pair of upper and lower
各プロペラガード42,43,44は、プロペラガード41と同様に構成されている。すなわち、各プロペラガード42,43,44は、上下一対の円環状の枠と、これらの枠を平行に結合する複数の柱状の介在部材と、上下の枠の中心位置にあるハブと、上下それぞれの枠とハブとを結合する複数のスポークと、を有してなる。プロペラガード42は、その上下のハブが第1支持アーム10,20の正面から見て右側の端部に結合されている。プロペラガード43は、その上下のハブが第2支持アーム12,22の先端部に結合されている。プロペラガード44は、その上下のハブが第1支持アーム10,20の正面から見て左側の端部に結合されている。
Each of the propeller guards 42, 43, 44 is configured in the same manner as the
ドローンの右後ろに位置するプロペラ101−1a、101−1bと、右前に位置するプロペラ101−2a、101−2bとの間隔は狭く、これらのプロペラガード41,42を構成する円環状の枠が接触している。ドローンの左後ろに位置するプロペラ101−3a、101−3bと、左前に位置するプロペラ101−4a、101−4bとの間隔も狭く、これらのプロペラガード43,44を構成する円環状の枠が接触している。
The distance between the propellers 101-1a and 101-1b located on the right rear side of the drone and the propellers 101-2a and 101-2b located on the right front side is narrow, and the annular frame constituting these
各プロペラガード41,42,43,44を構成する前記枠、ハブおよびスポークの素材は熱伝導素材であることが望ましい。少なくともプロペラガード41,42,43,44の上下の面に格子状に配置されているスポークは熱伝導素材からなっていることが望ましい。 It is desirable that the materials of the frames, hubs and spokes constituting the propeller guards 41, 42, 43 and 44 are heat conductive materials. It is desirable that at least the spokes arranged in a grid pattern on the upper and lower surfaces of the propeller guards 41, 42, 43, 44 are made of a heat conductive material.
ドローンの前後に位置するプロペラ相互の間隔に対して左右に位置するプロペラ相互の間隔は広くなっている。すなわち、ドローンの左右に位置するプロペラ101−4a、101−4bとプロペラ101−2a、101−2bとの間隔およびプロペラ101−3a、101−3bとプロペラ101−1a、101−1bとの間隔は広くなっている。これらのプロペラガード44と42および43,41は互いに離間している。 The distance between the propellers located on the left and right is wider than the distance between the propellers located before and after the drone. That is, the distance between the propellers 101-4a and 101-4b located on the left and right sides of the drone and the propellers 101-2a and 101-2b and the distance between the propellers 101-3a and 101-3b and the propellers 101-1a and 101-1b are It's getting wider. These propeller guards 44 and 42 and 43, 41 are separated from each other.
[胴体]
平面視において、4組の各プロペラ101−1a、101−1bと、101−2a、101−2bと、101−3a、101−3bおよび101−4a、101−4bの回転中心を結ぶ線は横長の長方形になっている。前後に並ぶ左側のプロペラガード43,44と、前後に並ぶ右側のプロペラガード41,42との間には空間があり、この空間に、電源バッテリー、制御回路、モーター駆動回路などの内蔵部品を支持する胴体50が配置されている。[body]
In a plan view, the lines connecting the rotation centers of the four sets of propellers 101-1a, 101-1b, 101-2a, 101-2b, 101-3a, 101-3b, 101-4a, and 101-4b are horizontally long. It is a rectangle. There is a space between the front and rear
胴体50は、扁平な皿状の底板51と、底板51の上に被せられたカバー52を有してなる。底板51およびカバー52は、アルミニウム合金または炭素繊維複合材などの熱伝導体からなる。底板51とカバー52で囲まれた内部空間が、電源バッテリー、モーター駆動回路、制御回路などの内蔵部品を組み込む部品搭載部になっている。胴体50は、前後方向に長く、進行方向前端の平面形状は半円形である。
The
胴体50は、左右の前記プロペラおよび左右のプロペラガード41,42と43,44との間に生じている空間に、かつ、上下の補強梁13,23の間に配置されている。胴体50を構成する底板51は、その底面が、下側の補強梁23に結合部材を介して結合されている。上記結合部材は熱伝導性の良好な素材からなる板状の部材で、補強梁23をほぼ半周にわたって抱え込むとともに、両側縁部が底板51の底面に面接触した状態で締結されている。
The
胴体50を構成するカバー52は上側の補強梁13に結合部材59を介して結合されている。結合部材59も熱伝導性の良好な素材からなる板状の部材で、補強梁13をほぼ半周にわたって巻き込むとともに、両側縁部がカバー52の上面に面接触した状態で締結されている。
The
図9は、胴体50内の部品搭載部における部品配置の概要を示す。胴体50内の後ろ側(図9において斜め右下側)の約半分の空間56は、上下の補強梁13,23に近く、冷却効果の高い空間になっている。この空間56は上下に層状に区分されていて、上層部分にはバッテリー装着空間153が設けられている。バッテリー装着空間153には、二次バッテリーすなわち充電可能なバッテリー55を2個平行に並べて配置できるように、バッテリー受け部材152と、2個のバッテリー締め具154を備えている。
FIG. 9 shows an outline of component arrangement in the component mounting portion in the
飛行体の運用時は、バッテリー装着空間153に2個のバッテリー55が装填される。一方のバッテリーがメインのバッテリーであって通常の稼働時に使用され、他方のバッテリーは予備のバッテリーである。メインのバッテリーの使用中に、メインのバッテリーの蓄電容量が少なくなった場合、あるいはメインのバッテリーに不具合が生じた場合は、予備のバッテリーに切り替える飛行を継続させるとともに、後で説明する退避行動をとらせる。このように、2個のバッテリー55を装着することにより、電源系統にいわゆる冗長性を持たせ、電源のトラブルが発生した場合に適切な処理を行って、致命的なトラブルに発展することを回避することができる。
During operation of the aircraft, two
図9は1個のバッテリー55のみが装填されている状態を示す。バッテリー55も発熱部品の一つであり、冷却効果の高い上記空間56にバッテリー55を装填して、バッテリー55の温度上昇を抑制するように工夫されている。バッテリー55自体が機械的強度および剛性の高い部品であり、バッテリー55をバッテリー締め具154によって強固に締め付けて装填することにより、胴体50の強度および剛性を高めることができる。バッテリー55、バッテリー装着空間153、バッテリー受け部材152およびバッテリー締め具154は、それぞれフレームの強度を確保する部材としても貢献している。
FIG. 9 shows a state in which only one
前記カバー52の後ろ側の約半分は、バッテリー装着空間153にバッテリー55を着脱することができるように、開閉可能な蓋になっている。上側のフレームの補強梁13は、上記蓋の開閉を可能にするために、下側のフレームの補強梁23よりも前側に位置をずらして設けられている。
About half of the rear side of the
前記空間56には、バッテリー装着空間153の下側の層に、発熱部品の実装基板が前記底板51に面接触させて配置されている。前記実装基板には、前記モーターの回転速度制御部品(ESC:Electronic Speed Control)や、降圧分電機が実装される。降圧分電機は、バッテリー55から供給される直流電源を、前記モーターの駆動電圧や制御回路の駆動電圧に適した電圧に降圧して分配する。上記ESCや降圧分電機は高熱を発する。
In the
胴体50の底板51には、前記空間56よりも前側において適宜数の回路基板58が配置されている。これらの回路基板58には、フライトコントローラーなどの制御回路、各種センサー類からの信号の処理回路、通信回路などが実装されている。
An appropriate number of
バッテリー装着空間153を構成する前記バッテリー受け部材152の裏面すなわち下面側には、ドローンの加速度を測定し、さらに、加速度の積分により速度を計算する手段である6軸ジャイロセンサーが配置されている。6軸ジャイロセンサーは、互いに直交する3つの軸方向における加速度をそれぞれ検出する加速度センサーと、上記3つの軸を中心とする回転、例えばピッチング、ローリングおよびヨーイングの角速度をそれぞれ検出する角速度センサーを有している。
A 6-axis gyro sensor, which is a means for measuring the acceleration of the drone and calculating the speed by integrating the acceleration, is arranged on the back surface, that is, the lower surface side of the
バッテリー装着空間153に2個のバッテリー55を装填した状態でのドローンの重心位置は、平面方向すなわちドローンを上方から見て2個のバッテリー55の間にあり、かつ、重量の重いバッテリー55を装填することによって上下方向においては比較的下の位置にある。一方、4組のモーターの回転制御によるドローンの姿勢制御の回転中心Pは、平面方向から見て、図2に示すように対角位置にあるモーターの中心を結ぶ線の交差位置、上下方向では、図3に示すように上下のモーターの離間距離の中央位置にある。
The position of the center of gravity of the drone with the two
4組のモーターの回転により生じる揚力の水平線すなわち姿勢制御の回転中心Pを含む水平線は、ドローンの重心位置よりも上側にある。換言すれば、固定重量物であるバッテリー55を配置することによって、ドローンの重心が上記回転中心Pよりも下に位置する構成になっている。
The horizontal line of lift generated by the rotation of the four sets of motors, that is, the horizontal line including the rotation center P of attitude control, is above the position of the center of gravity of the drone. In other words, by arranging the
ドローンの重心位置と揚力発生の水平線の位置関係を上記のように設定することにより、ドローンの姿勢の安定性と、姿勢制御に必要なエネルギーの省力化を図ることができる。 By setting the positional relationship between the position of the center of gravity of the drone and the horizontal line of lift generation as described above, it is possible to stabilize the attitude of the drone and save the energy required for attitude control.
胴体50の下方には、胴体50の下面との間に空間70をおいて薬剤タンク104が配置されている。薬剤タンク104は散布する薬剤を収容するものであり、薬剤は圃場の上を飛行しながら散布されるものであるから、薬剤タンク104は変動重量物である。変動重量物である薬剤タンク104は、ドローンの重心位置よりもさらに下方に配置されていて、重量の変動がドローンの姿勢制御に与える影響が少なくなるように考慮されている。
Below the
[GPSセンサー]
前記上側のフレームを構成する二つの第2支持アーム11,12には、GPSセンサー60,60が上向きに取り付けられている。GPSセンサー60,60は、例えばRTKアンテナおよびRTK−GPS(Real Time Kinematic - Global Positioning System)モジュールにより構成されている。GPSセンサー60,60は、ドローンの絶対位置を計測し、計測した位置が例えばプログラム通りの位置であるかどうかを判定し、位置がずれていれば正しい位置になるように前記各駆動モーターの回転を制御する。[GPS sensor]
GPSセンサー60,60が振動すると、ドローンの絶対位置計測精度が低下し、位置制御の制度も低下する。そこで図示の実施例では、GPSセンサー60,60が、振動源である前記各駆動モーターの振動の影響を受けないように、前記各駆動モーターから最大限離れた位置である前記第2支持アーム11,12の長さ方向のほぼ中央部に設置されている。
When the
上記GPSセンサー60,60の設置位置は、平面方向から見てそれぞれ前後のプロペラガード41,42の間と、プロペラガード43,44の間にある。また、GPSセンサー60,60上下のフレームを結合する柱30,30の近傍にあって、第2支持アーム11,12が振動しにくい位置にある。よって、GPSセンサー60,60は前記各駆動モーターの振動の影響を受けにくく、ドローンの位置を高い精度で計測することができる。
The
[フレームの冷却効果]
以上説明した飛行体およびそのフレームの構成によれば、以下のような冷却効果を得ることができる。[Frame cooling effect]
According to the configuration of the flying object and its frame described above, the following cooling effects can be obtained.
胴体50には、モーターの回転制御部品や分電機といった発熱部品を含む内蔵部品が実装されている。胴体50を構成する底板51、カバー52は熱伝導素材からなり、前記発熱部品から発せられる熱は胴体50に伝達されて放散される。したがって、胴体50は、発熱部品で生じた熱を放散する主要な部分になっている。
Built-in parts including a rotation control part of a motor and a heat generating part such as a distribution electric machine are mounted on the
さらに、胴体50の底板51は熱伝導素材からなる下側のフレームの補強梁23に結合され、補強梁23はさらに第2支持アーム21,22に結合されている。胴体50のカバー52も、熱伝導素材からなる上側のフレームの補強梁13に結合され、補強梁13は第2支持アーム11,12に結合されている。このように、内蔵部品で生じる熱が、胴体50からフレームに伝達されやすい構造になっていて、胴体50による熱放散が不足しているとしても、フレームが熱放散を補う構造になっている。
Further, the
胴体50は、その左右に位置している前後一対のプロペラによって囲まれている。各プロペラが回転駆動されると、胴体50の左右両側面に沿って空気の下降流が生じる。空気の下降流は、胴体50の左右両側面と前後のプロペラガードで画される平面方向から見たほぼ三角形状の空間を比較的高速で流れる。本実施例は、4か所のプロペラがそれぞれ上下2段構成になっており、一段構成のプロペラよりも、下降流が集中的にかつ強い下降流が生じることがわかっている。
The
以上説明したように、本実施例において二段構成のプロペラによって集中的に、かつ、高速度で生じる下降流の流路に、胴体50の両側面およびフレームの一部が位置している。より具体的には、胴体50の両側面に沿って下降流が流れ、第1支持アーム10,20の両端部、第2支持アーム11,12,21,22のほぼ全体、補強梁13,23の両端部が下降流の流路を横切っている。そのため、胴体50自体および胴体50からフレームに伝達される熱が効果的に放散され、内蔵部品の温度上昇が抑制される。
As described above, in the present embodiment, both side surfaces of the
[ドローンの使用例]
図10に本願発明に係るドローン100の薬剤散布用途の実施例を使用したシステムの全体概念図を模式的に示す。操縦器401は、使用者402の操作によりドローン100に指令を送信し、また、ドローン100から受信した情報、例えば、位置、薬剤量、バッテリー残量、カメラ映像等の情報を表示することができる。操縦器401は、コンピューター・プログラムを稼働する一般的なタブレット端末等の携帯情報機器によって実現されてよい。[Example of using drone]
FIG. 10 schematically shows an overall conceptual diagram of a system using an embodiment of the
本実施例に係るドローン100は、自律飛行を行なうように制御されるものであるが、離陸や帰還などの基本操作時、および、緊急時にはマニュアル操作が行なえるようになっていることが望ましい。携帯情報機器に加えて、緊急停止専用の機能を有する非常用操作機を使用してもよい。非常用操作機は緊急時に迅速に対応が取れるように、大型の緊急停止ボタン等を備えた専用機器であることが望ましい。操縦器401とドローン100はWi−Fi等による無線通信を行なうことが望ましい。
The
圃場403は、ドローン100による薬剤散布の対象となる田圃や畑等である。実際には、圃場403の地形は複雑であり、事前に地形図が入手できない場合、あるいは、地形図と現場の状況が食い違っている場合がある。通常、圃場403は家屋、病院、学校、他作物圃場、道路、鉄道等と隣接している。また、圃場403内に、建築物や電線等の障害物が存在する場合もある。
The
基地局404は、Wi−Fi通信の親機機能等を提供する装置であり、RTK−GPS基地局としても機能し、ドローン100の正確な位置を提供できるようにすることが望ましい。Wi−Fi通信の親機機能とRTK−GPS基地局が独立した装置であってもよい。営農クラウド405は、典型的にはクラウドサービス上で運営されているコンピューター群と関連ソフトウェアであり、操縦器401と携帯電話回線等で無線接続されていることが望ましい。
The
営農クラウド405は、ドローン100が撮影した圃場403の画像を分析し、作物の生育状況を把握して、飛行ルートを決定するための処理を行なってよい。営農クラウド405は、保存していた圃場403の地形情報等をドローン100に提供することができ、加えて、ドローン100の飛行および撮影映像の履歴を蓄積し、様々な分析処理を行なってもよい。
The
通常、ドローン100は圃場403の外部にある発着地点406から離陸し、圃場403に薬剤を散布した後に、あるいは、薬剤補充や充電等が必要になった時に発着地点406に帰還する。発着地点406から目的の圃場403に至るまでの飛行経路(侵入経路ともいえる)は、営農クラウド405等で事前に保存されていてもよいし、使用者402が離陸開始前に入力してもよい。
Normally, the
[ドローンの制御系統]
図11は、本願発明に係る薬剤散布用ドローンの実施例の制御機能を表したブロック図である。フライトコントローラー501は、ドローン全体の制御を司る構成要素であり、具体的にはCPU、メモリー、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピューターであってよい。フライトコントローラー501は、操縦器401から受信した入力情報、および、後述の各種センサーから得た入力情報に基づき、ESC(Electronic Speed Control)等の制御手段を介して、モーター102−1a、102−1b、102−2a、102−2b、102−3a、102−3b、102−4a、102―4bの回転数を制御して、ドローン100の飛行を制御する。[Drone control system]
FIG. 11 is a block diagram showing a control function of an embodiment of the drug spraying drone according to the present invention. The
上記各モーターの実際の回転数はフライトコントローラー501にフィードバックされ、正常な回転が行なわれているかを監視できる構成になっている。プロペラに光学センサー等を設けてプロペラの回転数がフライトコントローラー501にフィードバックされる構成でもよい。
The actual rotation speed of each of the above motors is fed back to the
フライトコントローラー501が使用するソフトウェアは、機能拡張・変更、問題修正等のために記憶媒体等を通じて、または、Wi−Fi通信やUSB等の通信手段を通じて書き換え可能になっていることが望ましい。不正なソフトウェアによる書き換えが行なわれないように、暗号化、チェックサム、電子署名、ウィルスチェックソフト等による保護を行なうことが望ましい。
It is desirable that the software used by the
また、フライトコントローラー501が制御に使用する計算処理の一部が、操縦器401上、または、営農クラウド405上や他の場所に存在する別のコンピューターによって実行されてもよい。フライトコントローラー501はドローンの中核をなす重要度の高い部分であり、その構成要素の一部または全部が二重化されていることが望ましい。
In addition, a part of the calculation process used by the
バッテリー55は、フライトコントローラー501およびドローンのその他の構成要素に電力を供給する手段であり、充電式であることが望ましい。バッテリー55はヒューズ、または、サーキットブレーカー等を含む電源ユニットを介してフライトコントローラー501に接続されている。バッテリー55は電力供給機能に加えて、その内部状態すなわち蓄電量、積算使用時間等をフライトコントローラー501に伝達する機能を有するスマートバッテリーであることが望ましい。
The
フライトコントローラー501は、Wi−Fi子機機能503を介して、さらに、基地局404を介して操縦器401とやり取りを行ない、必要な指令を操縦器401から受信し、必要な情報を操縦器401に送信することができる。通信には暗号化を施し、傍受、成り済まし、機器の乗っ取り等の不正行為を防止できるようにしておくとよい。
The
基地局404は、Wi−Fiによる通信機能に加えて、RTK−GPS基地局の機能も備えていることが望ましい。RTK基地局の信号とGPS測位衛星からの信号を組み合わせることで、GPSモジュール504により、ドローン100の絶対位置を数センチメートル程度の精度で測定可能となる。GPSモジュール504は重要性が高いため、二重化・多重化しておくことが望ましい。また、特定のGPS衛星の障害に対応するため、冗長化されたそれぞれのGPSモジュール504は別の衛星を使用するよう制御することが望ましい。
It is desirable that the
6軸ジャイロセンサー505は、ドローン機体の互いに直交する3軸方向における加速度を測定する手段、加速度の積分により速度を計算する手段、さらに、上記3軸を中心として回転の角速度を検出する手段である。地磁気センサー506は、地磁気の測定によりドローン機体の方向を測定する手段である。気圧センサー507は、気圧を測定する手段であり、間接的にドローンの高度も測定することもできる。レーザーセンサー508は、レーザー光の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段であり、赤外線(IR)レーザーを使用することが望ましい。ソナー509は、超音波等の音波の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段である。
The 6-
これらのセンサー類は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよい。また、機体の傾きを測定するためのジャイロセンサー(角速度センサー)、風力を測定するための風力センサーなどが追加されていてもよい。また、これらのセンサー類は、二重化または多重化されていることが望ましい。同一目的の複数のセンサーが存在する場合には、フライトコントローラー501はそのうちの一つのみを使用し、それが障害を起こした際には、代替のセンサーに切り替えて使用するようにしてもよい。あるいは、複数のセンサーを同時に使用し、それぞれの測定結果が一致しない場合には障害が発生したと見なすようにしてもよい。
These sensors may be selected according to the cost target and performance requirements of the drone. In addition, a gyro sensor (angular velocity sensor) for measuring the inclination of the aircraft, a wind power sensor for measuring wind power, and the like may be added. Further, it is desirable that these sensors are duplicated or multiplexed. If there are multiple sensors for the same purpose, the
流量センサー510は薬剤の流量を測定するための手段であり、薬剤タンク104から薬剤ノズル103に至る経路の複数の場所に設けられていることが望ましい。液切れセンサー511は薬剤の量が所定の量以下になったことを検知するセンサーである。マルチスペクトルカメラ512は圃場403を撮影し、画像分析のためのデータを取得する手段である。障害物検知カメラ513はドローン障害物を検知するためのカメラであり、画像特性とレンズの向きがマルチスペクトルカメラ512とは異なるため、マルチスペクトルカメラ512とは別に装着されている。
The
スイッチ514はドローン100の使用者402が様々な設定を行なうための手段である。障害物接触センサー515はドローン100、特に、そのローターやプロペラガード部分が電線、建築物、人体、立木、鳥、または他のドローン等の障害物に接触したことを検知するためのセンサーである。カバーセンサー516は、ドローン100の操作パネルや内部保守用のカバーが開放状態であることを検知するセンサーである。薬剤注入口センサー517は薬剤タンク104の注入口が開放状態であることを検知するセンサーである。
The
これらのセンサー類はドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。また、外部の基地局404、操縦器401、またはその他の場所にセンサーを設けて、読み取った情報をドローンに送信してもよい。例えば、基地局404に風力センサーを設け、風力・風向に関する情報をWi−Fi通信経由でドローン100に送信するようにしてもよい。
These sensors may be selected according to the cost target and performance requirements of the drone, and may be duplicated or multiplexed. Alternatively, sensors may be provided at an
フライトコントローラー501はポンプ106に対して制御信号を送信し、薬剤吐出量の調整や薬剤吐出の停止を行なう。ポンプ106の現時点の状況、例えば、回転数等は、フライトコントローラー501にフィードバックされる構成となっていることが望ましい。
The
LED107は、ドローンの操作者に対して、ドローンの状態を知らせるための表示手段である。LEDに替えて、または、それに加えて液晶ディスプレイ等の表示手段を使用してもよい。ブザー518は、音声信号によりドローンの状態、特にエラー状態を知らせるための出力手段である。Wi−Fi子機機能519は操縦器401とは別に、例えば、ソフトウェアの転送などのために外部のコンピューター等と通信するためのオプショナルな構成要素である。
The
Wi−Fi子機機能に替えて、または、それに加えて、赤外線通信、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、NFC等の他の無線通信手段、または、USB接続などの有線通信手段を使用してもよい。スピーカー520は、録音した人声や合成音声等により、ドローンの状態、特にエラー状態を知らせる出力手段である。天候状態によっては飛行中のドローン100の視覚的表示が見にくいことがあるため、そのような場合には音声による状況伝達が有効である。警告灯521はドローンの状態、特にエラー状態を知らせるストロボライト等の表示手段である。これらの入出力手段は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。
In place of or in addition to the Wi-Fi slave function, other wireless communication means such as infrared communication, Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), NFC, or wired communication means such as USB connection. You may use it. The
[弛緩センサー]
次に、本発明の特徴的な構成部分について説明する。図11に示すように、前述の各種センサーに加えて、弛緩センサー530が設けられていて、弛緩センサー530の検出信号がフライトコントローラー501に入力されるように構成されている。弛緩センサー530は、前記第1支持アーム10,20、第2支持アーム11,12,21,22を有してなるフレームを主体とする機体の構造部品の緩みやがたつきを検出するセンサーである。また、後述する通り、弛緩センサー530は、ドローン機体の基板の収容空間内部に配置されていてもよい。[Relaxation sensor]
Next, a characteristic component of the present invention will be described. As shown in FIG. 11, in addition to the various sensors described above, a
弛緩センサー530として、例えば、マイクロホンを利用することができる。機体の構造部品に緩みやがたつきなどがない正常な状態と、緩みやがたつきなどが生じている場合とでは、プロペラが回転駆動されているときに発せられる音乃至は騒音に違いが生じる。正常時と異常時の音乃至は騒音の違いは、主として周波数の違いであったり、異常時のみに生じる異音であったりする。そこで、ドローンの騒音を検出するマイクロホンをドローンに装着しておき、マイクロホンで電気音響変換された検出信号を処理して異常を検出する。
As the
マイクロホンの出力信号を周波数帯域ごとにフィルタ処理し、特定の周波数帯域に異常がみられる場合は、機体に緩みやがたつきが生じているものと判断することができる。あるいは正常時の検出信号と対比し、正常時には表れない異常な信号が検出された場合も、機体に緩みやがたつきが生じているものと判断することができる。マイクロホンの出力信号による機体の緩みやがたつきの判断手法は、これらの手法に限らず、他の手法を用いてもよい。 The output signal of the microphone is filtered for each frequency band, and if an abnormality is found in a specific frequency band, it can be determined that the aircraft is loose or rattling. Alternatively, when an abnormal signal that does not appear in the normal state is detected in comparison with the detection signal in the normal state, it can be determined that the aircraft is loose or rattling. The method for determining looseness or rattling of the airframe based on the output signal of the microphone is not limited to these methods, and other methods may be used.
特に、マイクロホンを利用した弛緩センサー530は、後述する加速度センサー、6軸ジャイロセンサー505、角速度センサー等のドローンの飛行制御に用いられるセンサー(以下、便宜的に「既存センサー」ともいう。)を兼用して弛緩センサーを構成する場合と比較して、高いサンプリング周波数を有する。
In particular, the
既存センサーのサンプリング周波数は、ドローン機体の制御周期に依存しており、例えば100Hz程度である。これに対し、ドローンの経年劣化により増加する振動が有する周波数の帯域は1kHzから2kHzの高周波数帯域である。この周波数帯域の振動は、例えばシリコンワッシャ等のゲルワッシャ、もしくはフレーム間又は基板を固定するブッシュが緩んでくることにより生じる。また、この周波数帯域の振動は、基板上の素子に影響を及ぼす振動であり、不良なはんだ付けを破断する等、故障につながるおそれの大きい振動である。 The sampling frequency of the existing sensor depends on the control cycle of the drone aircraft, and is, for example, about 100 Hz. On the other hand, the frequency band of the vibration that increases due to the aged deterioration of the drone is a high frequency band of 1 kHz to 2 kHz. Vibration in this frequency band is caused by loosening of gel washers such as silicon washers, or bushes between frames or for fixing a substrate. Further, the vibration in this frequency band is a vibration that affects the elements on the substrate, and is a vibration that is likely to lead to a failure such as breaking a defective solder.
センサーは、ナイキスト周波数より十分低い、サンプリング周波数の3分の1程度の周波数までを検出可能範囲として使用することが一般的である。したがって、上述の周波数帯域の振動を既存センサーによって検出することは困難である。また、既存センサーのサンプリング周波数を高いものとすると、ドローン機体の制御周期を変更することになり、他の構成への影響が大きい。したがって、既存センサーよりも高いサンプリング周波数で駆動するマイクロホンを別途備えることにより、ドローン機体の制御周期とは独立して高周波数帯域の振動を計測することができる。 The sensor generally uses a frequency that is sufficiently lower than the Nyquist frequency, about one-third of the sampling frequency, as a detectable range. Therefore, it is difficult to detect the vibration in the above frequency band by the existing sensor. Further, if the sampling frequency of the existing sensor is set to be high, the control cycle of the drone aircraft will be changed, which will have a great influence on other configurations. Therefore, by separately providing a microphone that is driven at a sampling frequency higher than that of the existing sensor, it is possible to measure the vibration in the high frequency band independently of the control cycle of the drone aircraft.
マイクロホンのサンプリング周波数は、少なくとも1kHzから2kHzの周波数を十分計測できる周波数、例えば6kHz以上であればよく、可聴領域を収音可能なマイクロホンであってよい。 The sampling frequency of the microphone may be a frequency capable of sufficiently measuring a frequency of at least 1 kHz to 2 kHz, for example, 6 kHz or more, and may be a microphone capable of collecting sound in the audible region.
なお、弛緩センサー530は、互いに異なる周波数帯域の振動を検知する複数のセンサーが組み合わされて構成されていてもよい。
The
マイクロホンは、ドローン機体内部、特に基板の収容空間の内部に配置されている。また、マイクロホンは、既存センサーのデータが記録される記録領域とは別の記録媒体に接続され、マイクロホンによる収音データは当該記録媒体に記憶される。マイクロホンが基板の収容空間の内部に配置されている構成によれば、マイクロホンが機体外部に露出されている構成に比べて、マイクロホンが埃や水により汚れるのを防ぐことができる。また、機体外部からの音からマイクロホンを隔離し、ドローン機体外部で生じるノイズの収音を防ぐことができる。 The microphone is located inside the drone body, especially inside the accommodation space of the substrate. Further, the microphone is connected to a recording medium different from the recording area in which the data of the existing sensor is recorded, and the sound collection data by the microphone is stored in the recording medium. According to the configuration in which the microphone is arranged inside the accommodation space of the substrate, it is possible to prevent the microphone from being contaminated by dust or water as compared with the configuration in which the microphone is exposed to the outside of the machine body. In addition, the microphone can be isolated from the sound from the outside of the drone, and the noise collected outside the drone can be prevented from being collected.
ドローンの機体に弛緩がみられる場合、ドローンに装着されている加速度センサーの出力信号に異常が生じる。そこで、弛緩センサー530として、加速度センサーを用いてもよい。加速度センサーは、機体の弛緩検出専用のものとして装着してもよいし、前記6軸ジャイロセンサー505を弛緩センサー530として兼用させてもよい。6軸ジャイロセンサー505を弛緩センサー530として兼用させる場合、6軸ジャイロセンサー505の加速度センサーはもちろん、角速度センサーも弛緩センサー530として兼用させることができる。
If the drone's body is loose, the output signal of the accelerometer attached to the drone will be abnormal. Therefore, an acceleration sensor may be used as the
弛緩センサー530の装着位置は任意であるが、機体の緩みやがたつきなどを効果的に検出することができる位置であることが望ましい。既に説明した実施例に係るドローンの機体は、第1、第2の支持アームを有するフレームが上下に対をなし、上下のフレームが柱によって結合されている。上下に対をなすフレームはそれぞれ補強梁を有することにより台形状の立体空間を構成している。この台形状の立体空間の内側に弛緩センサー530が配置されている。より具体的には、上記台形状の立体空間には胴体50が配置されており、この胴体50内に弛緩センサー530が配置されている。
The mounting position of the
6軸ジャイロセンサー505が弛緩センサー530を兼用する場合、既に説明したように、胴体50内に6軸ジャイロセンサー505が配置される。胴体50内には、前記バッテリー55、バッテリー受け部材152、バッテリー締め具154などの振動抑制部品を含む部品を搭載する部品搭載部が配置されている。部品搭載部は上下方向に層をなしており、前記振動抑制部品が装着されている層の下の層に前記6軸センサーが配置されている。したがって、6軸ジャイロセンサー505が前記弛緩センサーを兼ねている場合、この弛緩センサーは、胴体50内に、かつ、振動抑制部品の装着部の下側に配置されている。
When the 6-
[退避行動]
前記フレームを有してなるドローンの機体の構造部品に緩みやがたつきが生じると、機体が異音を発生する。異音は、正常な状態とは異なる周波数帯の音であったり、突発的に、あるいは不規則的に発生する音であったりする。この異音を、前記マイクロホンや加速度センサーなどからなる弛緩センサー530(図11参照)が検出し、異常信号を出力する。フライトコントローラー501は、弛緩センサー530から異常検出信号が入力されると、前記ESCを介して前記各プロペラ駆動モーター102−1a〜102−4bの回転を制御してドローンに退避行動を行わせる。[Evacuation behavior]
When the structural parts of the drone body having the frame are loosened or rattled, the body makes an abnormal noise. The abnormal sound may be a sound in a frequency band different from the normal state, or may be a sound generated suddenly or irregularly. This abnormal noise is detected by a relaxation sensor 530 (see FIG. 11) composed of the microphone, an acceleration sensor, and the like, and an abnormal signal is output. When an abnormality detection signal is input from the
退避行動は緊急帰還、緊急着陸または緊急停止のいずれかであり、フライトコントローラー501は異音の程度すなわち弛緩センサー530の異常検出信号強度に応じて上記いずれかの退避行動を行わせる。異音が比較的軽微であれば緊急帰還、異音が中程度であれば緊急着陸、異音の強度が高い場合は緊急停止させる。緊急帰還とは、例えば離陸した元の位置に戻って着陸することである。緊急着陸とはその場で着陸させることである。緊急停止とは、すべてのプロペラ駆動モーターを停止させ、その場で墜落させることである。ドローンが制御不能になるよりも、墜落させる方が安全であるからである。
The evacuation action is either emergency return, emergency landing, or emergency stop, and the
退避行動の一つとして、一旦ホバリングを行わせ、ホバリング中に弛緩センサー530による異常検出信号が消滅した場合は通常の稼働状態に復帰させるようにしてもよい。ホバリング中も弛緩センサー530から異常検出信号が出力される場合は、異常検出信号強度に応じて、緊急帰還、緊急着陸または緊急停止のいずれかを行わせる。
As one of the evacuation actions, hovering may be performed once, and if the abnormality detection signal by the
退避行動をとらせる場合、フライトコントローラー501は、ポンプ106を停止させて薬剤の散布を停止させる。また、フライトコントローラー501は、LED107や警告灯521を作動させて、緊急事態を視覚的に表示し、ブザー518やスピーカー520を作動させて、緊急事態を音響的に表示してもよい。
When taking the evacuation action, the
以上説明したように、本発明に係る飛行体の実施例によれば、機体構造部品の緩みやがたつきが生じると、これを弛緩センサーが検出して異常信号を出力する。異常信号の出力によりドローンは退避行動をとるため、機体構造部品の緩みやがたつきを原因とする各種制御精度の低下により生ずる不具合を事前に回避することができる。前記不具合とは、予定されている飛行経路からの離脱、飛行高度のばらつき、姿勢制御や速度制御のばらつきなどがあり、場合によっては障害物への衝突などもあるが、本実施例によれば、かかる不具合を回避することができる。 As described above, according to the embodiment of the airframe according to the present invention, when looseness or rattling of the airframe structural parts occurs, the relaxation sensor detects this and outputs an abnormal signal. Since the drone takes an evacuation action by the output of the abnormal signal, it is possible to avoid in advance the trouble caused by the deterioration of various control accuracy caused by the loosening and rattling of the airframe structural parts. The above-mentioned defects include departure from the planned flight path, variation in flight altitude, variation in attitude control and speed control, and in some cases, collision with an obstacle, but according to this embodiment. , Such a problem can be avoided.
以上、本説明の実施例として、農業用薬剤散布ドローンを例に挙げて説明したが、本発明の技術的思想はこれに限られるものではなく、ドローン全般に適用可能である。 As described above, as an example of this description, an agricultural chemical spraying drone has been described as an example, but the technical idea of the present invention is not limited to this, and can be applied to all drones.
10 第1支持アーム
11 第2支持アーム
12 第2支持アーム
13 補強梁
20 第1支持アーム
21 第2支持アーム
22 第2支持アーム
23 補強梁
50 胴体
51 底板
60 GPSセンサー
153 バッテリー装着空間
530 弛緩センサー
10
Claims (10)
前記機体に取り付けられ、前記フレームを含む前記機体の構造部品の緩み又はがたつきを検出した場合に異常信号を出力する弛緩センサーを備え、
飛行中に前記弛緩センサーが前記異常信号を出力した場合にホバリングを行わせ、当該ホバリング中に前記弛緩センサーが前記異常信号を出力しない場合に、稼働状態に復帰させ、
前記ホバリング中に前記弛緩センサーが前記異常信号を出力する場合に、離陸地点へ戻って着陸する帰還動作、その場で着陸する着陸動作、前記複数のプロペラ駆動モーターを停止する緊急停止動作のいずれかの動作を実施し、
前記弛緩センサーとして角速度センサーを有し、前記ホバリング中に前記角速度センサーにより所定周波数帯域の振動を検出した場合に、前記異常信号を出力する、飛行体。
It has an airframe and a plurality of propeller drive motors mounted on the airframe to individually rotate and drive a plurality of propellers, and the airframe is an airframe having a frame for supporting the plurality of propeller drive motors. hand,
It is equipped with a relaxation sensor that is attached to the airframe and outputs an abnormal signal when it detects looseness or rattling of structural parts of the airframe including the frame.
When the relaxation sensor outputs the abnormal signal during flight, hovering is performed, and when the relaxation sensor does not output the abnormal signal during the hovering, the operation state is restored.
When the relaxation sensor outputs the abnormal signal during hovering, any one of a return operation of returning to the takeoff point and landing, a landing operation of landing on the spot, and an emergency stop operation of stopping the plurality of propeller drive motors. Perform the operation of
A flying object having an angular velocity sensor as the relaxation sensor and outputting the abnormal signal when vibration in a predetermined frequency band is detected by the angular velocity sensor during the hovering .
The flying object according to claim 1, wherein the relaxation sensor is a microphone, and outputs the abnormal signal when the microphone detects an abnormal noise.
The flying object according to claim 2 , wherein the abnormal noise is a sound in a frequency band different from the sound in the frequency band generated in a normal state.
前記フレームを含む前記機体の構造部品の緩みやがたつきを検出する弛緩センサーが前記機体に取り付けられ、
前記弛緩センサーが異常信号を出力する場合に、退避行動を行い、
前記フレームは、一つの第1支持アームと、前記第1支持アームの長さ方向の途中から斜めに対称形に伸びる二つの第2支持アームとを有してなり、前記第1支持アームの両端部および前記第2支持アームの先端部でそれぞれ前記プロペラ駆動モーターを支持している飛行体。
It has an airframe and a plurality of propeller drive motors mounted on the airframe to individually rotate and drive a plurality of propellers, and the airframe is an airframe having a frame for supporting the plurality of propeller drive motors. hand,
A relaxation sensor for detecting looseness or rattling of structural parts of the airframe including the frame is attached to the airframe.
When the relaxation sensor outputs an abnormal signal, an evacuation action is performed.
The frame includes one first support arm and two second support arms that extend diagonally symmetrically from the middle of the length direction of the first support arm, and both ends of the first support arm. An air vehicle that supports the propeller drive motor at a portion and a tip portion of the second support arm, respectively.
The flying object according to claim 4, wherein the two second support arms extend from the first support arm in a direction in which their respective tip portions expand.
The flying object according to claim 5 , wherein the frame has a reinforcing beam that connects the two second support arms at an intermediate position in the length direction.
The frame having the first support arm, the second support arm, and the reinforcing beam is arranged vertically, and the upper and lower frames are connected by columns, and the first support arm, the second support arm, and the like. The flying object according to claim 6 , wherein a trapezoidal three-dimensional space is formed by the reinforcing beams, and the relaxation sensor is arranged in the three-dimensional space.
The aircraft according to any one of claims 4 to 7 , wherein the evacuation action is either an emergency return, an emergency landing, or an emergency stop.
The propellers are arranged at a total of four locations in front, back, left and right in a plan view, and the distance between the left and right propellers is wider than the distance between the front and rear propellers. The air vehicle according to any one of claims 1 to 8 , wherein the aircraft is arranged.
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