JP7208533B2 - 無人飛翔体 - Google Patents

Description

本発明は、無人飛翔体に関する。

複数の回転翼の回転によって、送信機から送られる信号に沿った飛行を行う無人飛翔体（所謂、ドローン）は、各回転翼に対応するモータの回転数を決定するフライトコントローラ（ＦＣ）と、モータに電圧を印加するエレクトロニックスピードコントローラ（ＥＳＣ）を備えている（引用文献１参照）。複数のモータそれぞれに対応するエレクトロニックスピードコントローラは、フライトコントローラから出力される指令信号に応じた電圧をモータに印加してモータの回転数を調整する。
無人飛翔体には、回転翼が４つのタイプ、６つのタイプ、８つのタイプ等がある。回転翼が４つのタイプは、一般的に一つの回転翼が回転できなくなると飛行を継続できず、墜落する。これに対し、回転翼が６つのタイプや回転翼が８つのタイプは、一つの回転翼が回転できなくなっても飛行を継続できる。

特開２０１９－５５７７５号公報

無人飛翔体は、故障が生じたとしても墜落しないようにする冗長化が重要であるが、回転翼を増やそうとすると、モータ等の増加も必要となり、無人飛翔体全体の部品点数が多くなるという課題が招来する。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、回転翼を増やすことなく、冗長化が図られた無人飛翔体を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る無人飛翔体は、複数の回転翼及び該複数の回転翼をそれぞれ回転駆動させる複数のモータを有する無人飛翔体において、前記複数のモータの回転数を決定するフライトコントローラと、対応する前記モータに電圧を印加する電力出力部、及び、該電力出力部から該モータに印加される電圧の大きさを調整する制御部をそれぞれ具備し、前記対応するモータを、前記フライトコントローラによって決定された回転数でそれぞれ回転させる複数のエレクトロニックスピードコントローラとを備え、前記各エレクトロニックスピードコントローラは、複数の前記電力出力部を具備し、通常時は、前記複数の電力出力部それぞれからの電圧印加によって前記対応するモータを回転させ、一部の前記電力出力部から前記対応するモータに対して電圧印加ができない異常時には、残りの前記電力出力部から前記対応するモータに印加する電圧を前記通常時より大きくして該対応するモータを回転させる。

本発明に係る無人飛翔体は、各エレクトロニックスピードコントローラが、複数の電力出力部を具備し、通常時に、複数の電力出力部それぞれからの電圧印加によって対応するモータを回転させ、一部の電力出力部から対応するモータに対して正常に電圧印加ができない異常時には、残りの電力出力部からの電圧印加によって対応するモータを回転させるので、電力出力部の冗長化を図ることが可能である。エレクトロニックスピードコントローラにおいては、制御部に比べ電力出力部で故障（ショート等）が発生し易い傾向があるため、本発明による電力出力部の冗長化は有効である。

本発明の一実施の形態に係る無人飛翔体の説明図である。 エレクトロニックスピードコントローラとモータの接続を示す説明図である。 エレクトロニックスピードコントローラの電力出力部の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る無人飛翔体１０は、複数（ここでは、四つ）の回転翼１１、１２、１３、１４と、複数の回転翼１１、１２、１３、１４をそれぞれ回転駆動させる複数（ここでは、四つ）のモータ１５、１６、１７、１８と、複数のモータ１５、１６、１７、１８の回転数を決定するフライトコントローラ１９と、対応するモータ１５、１６、１７、１８にそれぞれ電圧を印加して回転させる複数のエレクトロニックスピードコントローラ２０、２１、２２、２３を備えている。以下、詳細に説明する。

無人飛翔体１０は、図１に示すように、一つのフライトコントローラ１９に一つの受信部２４が接続され、エレクトロニックスピードコントローラ２０、２１、２２、２３に一つのバッテリー２５が接続されている。
受信部２４は、図示しない送信機から発信される信号を受信可能で、送信機からの信号を受信すると、その信号をフライトコントローラ１９に送る。送信機は、無人飛翔体１０の飛行に関する入力操作が人によってなされる操作機であり、送信機でなされた入力操作に対応する信号を発信する。

フライトコントローラ１９は、図示しないセンサ（例えば、ジャイロセンサ、加速度センサ）の検出値と、受信機２４から送られた信号とを基にして、無人飛翔体１０が送信機でなされた入力操作に応じた飛行（例えば、上昇）を行うためのモータ１５、１６、１７、１８の回転数を算出し、この回転数を信号化し、指令信号として、エレクトロニックスピードコントローラ２０、２１、２２、２３に送る。
エレクトロニックスピードコントローラ２０、２１、２２、２３は、回転翼１１を回転駆動するモータ１５、回転翼１２を回転駆動するモータ１６、回転翼１３を回転駆動するモータ１７及び回転翼１４を回転駆動するモータ１８にそれぞれ接続され（対応し）ている。

エレクトロニックスピードコントローラ２０は、図２に示すように、バッテリー２５に接続された二つの電力出力部２６、２７と、フライトコントローラ１９及び電力出力部２６、２７に接続された一つの制御部２８を有している。
電力出力部２６、２７は、バッテリー２５から電圧を印加され、電圧を調整してモータ１５に印加する。電力出力部２６（電力出力部２７についても同じ）は、図３に示すように、制御部２８に接続されたスイッチ２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅと、過電流又は過電圧による回路のショートを防ぐセルフコントロールプロテクタ３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅを有している。この点、エレクトロニックスピードコントローラ２１、２２、２３それぞれの電力出力部についても同様である。

制御部２８は、フライトコントローラ１９から指令信号を受信し、その指令信号に応じた信号を電力出力部２６、２７に送って電力出力部２６、２７のスイッチの接続状態を切り替えて、電力出力部２６、２７それぞれからモータ１５に印加される電圧の大きさを調整し、フライトコントローラ１９によって決定された回転数でモータ１５を回転させる。
本実施の形態では、モータ１５（モータ１５のロータ）の角度位置検出がホール素子によるものとモータ端子電圧を基にしたもの（所謂、センサレス）とによって２重に行われ、フライトコントローラ１９はモータ１５の角度位置の検出結果を取得する。これはモータ１６、１７、１８の角度位置についても同様である。

モータ１５は、図２に示すように、円周上に等間隔で配置された六つのスロットにそれぞれコイル３１、３２、３３、３４、３５、３６が巻かれている。従って、コイル３１、３２、３３、３４、３５、３６も円周状に等間隔で順に配置されている。
電力出力部２６はコイル３４、３５、３６に接続され、電力出力部２７はコイル３１、３２、３３に接続されている。即ち、電力出力部２６、２７は異なるコイルに接続されている。

電力出力部２６、２７は、電力出力部２６、２７の双方からモータ１５に対し電圧を印加することで、無人飛翔体１０の通常の飛行を可能とするレベルの電圧をモータ１５に印加できる。
これに対し、何らかの異常によって、モータ１５に対する電圧の印加が電力出力部２６、２７のうちいずれか一方のみからになると、モータ１５に印加可能な電圧は、無人飛翔体１０が通常の飛行を継続できるレベルではなくなる。但し、電力出力部２６、２７のいずれかのみからモータ１５に電圧が印加されている状態でも、無人飛翔体１０を降下させて着陸させるのに必要とされる電圧はモータ１５に印加することができる。

エレクトロニックスピードコントローラ２１、２２、２３も、エレクトロニックスピードコントローラ２０と同様に、それぞれ二つの電力出力部及び一つの制御部を具備している。エレクトロニックスピードコントローラ２１の二つの電力出力部及び一つの制御部とバッテリー２５、フライトコントローラ１９及びモータ１６それぞれとの関係、エレクトロニックスピードコントローラ２２の二つの電力出力部及び一つの制御部とバッテリー２５、フライトコントローラ１９及びモータ１７それぞれとの関係、並びに、エレクトロニックスピードコントローラ２３の二つの電力出力部及び一つの制御部とバッテリー２５、フライトコントローラ１９及びモータ１８それぞれとの関係は、それぞれエレクトロニックスピードコントローラ２０の電力出力部２６、２７及び制御部２８とバッテリー２５、フライトコントローラ１９及びモータ１５との関係と同じである。

フライトコントローラ１９は、エレクトロニックスピードコントローラ２０の電力出力部２６、２７からモータへの電圧の印加が正常になされているか否か、エレクトロニックスピードコントローラ２１の二つの電力出力部からモータ１６への電圧の印加が正常になされているか否か、エレクトロニックスピードコントローラ２２の二つの電力出力部からモータ１７への電圧の印加が正常になされているか否か、エレクトロニックスピードコントローラ２３の二つの電力出力部からモータ１８への電圧の印加が正常になされているか否かを検出できる。

フライトコントローラ１９は、エレクトロニックスピードコントローラ２０、２１、２２、２３から対応するモータ１５、１６、１７、１８に対するそれぞれの電圧の印加が正常であることを検出している間、飛行中の無人飛行体１０が通常飛行を継続するモードで各種の制御（モータ１５、１６、１７、１８の回転数の決定等）を行う。

一方、フライトコントローラ１９は、エレクトロニックスピードコントローラ２０、２１、２２、２３から対応するモータ１５、１６、１７、１８に対するそれぞれの電圧の印加が二つの電力出力部から正常に行われていないこと（エレクトロニックスピードコントローラ２０のモータ１５に対する電圧の印加が電力出力部２６、２７のいずれか一方のみから行われていること等）を検出すると、無人飛行体１０が着陸するように各種の制御を行う。

例えば、電力出力部２７からモータ１５への電圧の印加がなされなくなったのが検出されると、フライトコントローラ１９は、制御部２８の制御によって、電力出力部２６、２７の双方からモータ１５に電圧が印加されていた時に電力出力部２６からモータ１５に印加されていた電圧より、電力出力部２６からモータ１５に印加する電圧を大きくすると共に、エレクトロニックスピードコントローラ２１、２２、２３それぞれの二つの電力出力部からモータ１６、１７、１８にそれぞれ印加される電圧を調整して、無人飛行体１０を降下させる。

従って、エレクトロニックスピードコントローラ２０は、通常時に、電力出力部２６、２７それぞれからの電圧印加によってモータ１５を回転させ、電力出力部２７（一部の電力出力部）からモータ１５に対して正常に電圧印加ができない異常時には、電力出力部２６（残りの電力出力部）からの電圧印加によってモータ１５を回転させて、無人飛行体１０の墜落を防止する。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、回転翼及びモータはそれぞれ三つ又は五つ以上であってもよく、各エレクトロニックスピードコントローラは三つ以上の電力出力部を有していてもよい。
また、各エレクトロニックスピードコントローラが電力出力部と同数の制御部を具備し、一つの制御部で一つの電力出力部を制御するようにしてもよく、例えば、各エレクトロニックスピードコントローラが二つの電力出力部と、二つの電力出力部の状態をそれぞれ変化させる二つの制御部とを具備するようにすることができる。
そして、各エレクトロニックスピードコントローラの複数の電力出力部は対応するモータの同じコイルに接続されていてもよい。

１０：無人飛翔体、１１、１２、１３、１４：回転翼、１５、１６、１７、１８：モータ、１９：フライトコントローラ、２０、２１、２２、２３：エレクトロニックスピードコントローラ、２４：受信部、２５：バッテリー、２６、２７：電力出力部、２８：制御部、２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ：スイッチ、３１、３２、３３、３４、３５、３６：コイル、３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅ：セルフコントロールプロテクタ

Claims (6)

1. 複数の回転翼及び該複数の回転翼をそれぞれ回転駆動させる複数のモータを有する無人飛翔体において、
   前記複数のモータの回転数を決定するフライトコントローラと、
   対応する前記モータに電圧を印加する電力出力部、及び、該電力出力部から該モータに印加される電圧の大きさを調整する制御部をそれぞれ具備し、前記対応するモータを、前記フライトコントローラによって決定された回転数でそれぞれ回転させる複数のエレクトロニックスピードコントローラとを備え、
   前記各エレクトロニックスピードコントローラは、複数の前記電力出力部を具備し、通常時は、前記複数の電力出力部それぞれからの電圧印加によって前記対応するモータを回転させ、一部の前記電力出力部から前記対応するモータに対して電圧印加ができない異常時には、残りの前記電力出力部から前記対応するモータに印加する電圧を前記通常時より大きくして該対応するモータを回転させることを特徴とする無人飛翔体。
2. 請求項１記載の無人飛翔体において、前記各エレクトロニックスピードコントローラは、二つの前記電力出力部と、該二つの電力出力部から出力される電圧の大きさを調整する一つの前記制御部とを具備することを特徴とする無人飛翔体。
3. 請求項２記載の無人飛翔体において、前記各エレクトロニックスピードコントローラの二つの前記電力出力部は、前記対応するモータの異なるコイルに接続されていることを特徴とする無人飛翔体。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の無人飛翔体において、前記フライトコントローラは、前記異常時に、該無人飛翔体を着陸させる制御を行うことを特徴とする無人飛翔体。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の無人飛翔体において、前記電力出力部は、回路のショートを防ぐセルフコントロールプロテクタを有することを特徴とする無人飛翔体。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の無人飛翔体において、前記回転翼及び前記モータを四つずつ備えることを特徴とする無人飛翔体。

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