JP7465580B2 - ドローン及びドローンの制御方法 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、ドローンの通常使用状態とは異なる物体の積載を管理する仕組みを提供する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ドローンであって、本体と、複数の回転翼と、前記複数の回転翼を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記複数の回転翼の推力、又は前記複数の回転翼の推力の差分、又は前記ドローンの重心位置の少なくともいずれかを含む重心位置関連情報を取得し、取得された前記重心位置関連情報が、予め定められた所定条件を満たさない場合に、通知の出力又は飛行の停止の少なくともいずれかを行う。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ドローンは、農機の例である。本明細書において、ドローンとは、動力手段(電力、原動機等)、操縦方式(無線であるか有線であるか、および、自律飛行型であるか手動操縦型であるか等)を問わず、複数の回転翼を有する飛行体全般を指すこととする。
図2は、ドローンの正面図の例である。
図3は、ドローンの右側面図の例である。
図4は、ドローンの背面図の例である。
図5は、ドローンの斜視図の例である。
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、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピュータであってよい。フライトコントローラー501は、モバイル端末701から受信した入力情報、および、後述の各種センサ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、104-a、104-bの回転数を制御することで、ドローン100の飛行を制御する。モーター102-1a、102-1b、102-2a、102-2b、102-3a、102-3b、104-a、104-b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。あるいは、回転翼101に光学センサ等を設けて回転翼101の回転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。
ドローン管理システム700は、ドローン100、モバイル端末701、管理端末703及び基地局710を備え、それぞれがネットワークを介して管理サーバ702に接続されている。なお、ネットワークは有線、無線を問わず、それぞれの端末はネットワークを介して情報を送受信することができる。
ドローン100及びモバイル端末701は圃場720において基地局710を介して通信を行うことが可能であり、ドローン100が薬剤の散布フライトを行う。
管理端末703は、管理サーバ702を操作する端末であり、管理サーバ702の各種設定を行う。また、ドローン100やモバイル端末701を制御することも可能である。
補助記憶装置には、各種データベース(DB)が記憶されている。「データベース」とは、プロセッサまたは外部のコンピュータからの任意のデータ操作(例えば、抽出、追加、削除、上書きなど)に対応できるようにデータ集合を記憶する機能要素(記憶部)である。データベースの実装方法は限定されず、例えばデータベース管理システムでもよいし、表計算ソフトウェアでもよいし、XML、JSONなどのテキストファイルでもよい。
モバイル端末701を情報処理装置と呼ぶこともあるし、管理サーバ702を情報処理装置と呼ぶこともある。
モバイル端末701の画面表示モジュール1011は、モバイル端末701に記憶された地図情報1200及び圃場管理情報1300を取得し、圃場情報表示画面800を生成して、画面等の出力装置1005に出力する。
なお、画面表示モジュール1011は、管理サーバ702に記憶された地図情報1200や1200及び圃場管理情報1300をネットワーク経由で取得して、圃場情報表示画面800を生成する構成であってもよい。
圃場とは、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、圃場内に、建築物や電線等の侵入者が存在する場合もある。圃場は、薬剤散布の対象エリアの1つの例である。
散布情報表示領域820には、薬剤の散布に関連する情報が表示される。作付作物名814や散布時期などによって散布される薬剤は変わり、近い時期に散布すべき薬剤情報を薬剤管理情報1600から取得して表示する。
散布情報表示領域820には、管理サーバ702の散布関連情報管理モジュール1114が取得または算出した薬剤の散布に関連する情報、例えば圃場の散布フライトに必要な薬剤名、散布量、希釈量、エネルギー量などを表示する。
状態830には、選択された圃場802に対する現在の状態として、例えば、「測量済」、「飛行経路あり」などの情報が表示される。
最新飛行日時840には、最新の散布フライト日時の情報が表示される。
飛行ステータス表示欄850には、ドローンの散布飛行の現在のステータスが表示される。
圃場全体表示ボタン862が選択されると、画面表示モジュール1011は、選択された圃場が画面いっぱいになるように表示の縮尺を変更する。
現在地移動ボタン863が選択されると、画面表示モジュール1011は、モバイル端末701のGPSにより取得された現在地が画面の中心になるように表示を変更する。
スケジュール表示ボタン870が選択されると、画面表示モジュール1011は、当日の薬剤散布スケジュールを表示する。
ドローンバッテリー表示901にはドローンの現在のバッテリー残量が表示される。
ドローン位置902には、ドローン100の現在の位置情報が表示される。
散布フライト進捗情報912には、現在の散布フライトの進捗情報が表示される。例えば散布フライトの飛行ルートの進捗状況や、散布薬剤の残量、バッテリー残量等が表示される。
飛行ステータス表示欄921には、ドローン100の散布飛行の現在のステータスが表示される。
メッセージ表示欄922には、ドローン100との通信内容や飛行状態等を示すメッセージが表示される。
緊急停止ボタン925は、飛行しているドローン100を緊急停止等するボタンであり、その場でホバリングを行う一時停止の他、飛行開始地点に戻るオプションや、その場でモーターを緊急停止するオプション等も表示可能である。
ドローン操作画面900の例では、薬剤散布の対象となる圃場930が地図上に表示されており、圃場930上の散布フライトの飛行経路931が表示されている。ドローン100は、モバイル端末701または管理サーバ702に記憶された飛行経路管理情報1800に従い、指定された飛行座標を順に飛行する。
次の散布スケジュール表示ボタン940は、現在実行されている散布フライトの次の散布フライトのスケジュールを表示するためのボタンである。このボタンが押されると、スケジュール管理情報1900から取得された次の散布フライトに関する情報が表示される。
モバイル端末701は、例えばタブレットやスマートフォン、ヘッドマウントディスプレイ等の端末である。
主記憶装置1001には、画面表示モジュール1011、ドローン操作モジュール1012、スケジュール管理モジュール1013等のプログラムやアプリケーションが記憶されており、これらのプログラムやアプリケーションをプロセッサ1003が実行することでモバイル端末701の各機能要素が実現される。
画面表示モジュール1011は、圃場情報表示画面800や、ドローン操作画面900を表示パネルなどの出力装置1005に表示する。
スケジュール管理モジュール1013は、複数の圃場に連続して散布フライトを行う場合に、それぞれの散布フライトのスケジュールを管理する。
補助記憶装置1002は、地図情報1200、圃場管理情報1300、機器管理情報1400、ユーザ管理情報1500、薬剤管理情報1600、エネルギー管理情報1700、飛行経路管理情報1800、スケジュール管理情報1900等の各種情報を記憶する。
管理サーバ702は、例えばクラウド上に配置されたサーバで構成される。
主記憶装置1101には、画面出力モジュール1111、飛行管理モジュール1112、ユーザ・機器管理モジュール1113、散布関連情報管理モジュール1114、飛行経路管理モジュール1115、スケジュール管理モジュール1116が記憶されており、これらのプログラムやアプリケーションをプロセッサ1103が実行することで管理サーバ702の各機能要素が実現される。
画面出力モジュール1111は、圃場情報表示画面800や、ドローン操作画面900を表示するための情報を抽出・生成し、モバイル端末701に送信する。画面情報そのものを生成し、モバイル端末701等で表示することとしてもよい。
飛行管理モジュール1112は、圃場管理情報1300や飛行経路管理情報1800等の情報に基づいて、ドローン100の散布フライトを管理する。
散布関連情報管理モジュール1114は、散布フライトに必要な薬剤散布量や薬剤量、希釈量、希釈に要する水の量、バッテリー数などのエネルギー量を管理する。
飛行経路管理モジュール1115は、圃場管理情報1300に基づいて、ドローン100の散布フライトの飛行経路を算出する。
スケジュール管理モジュール1116は、複数の圃場や、複数日にまたがる散布フライトのスケジュールを生成し、管理する。生成された薬剤散布スケジュールは、スケジュール管理情報1900に記憶される。
なお、モバイル端末701と管理サーバ702で同じ情報が記憶されているが、これはそれぞれの情報が同期されてもよいし、単にどちらかの情報をコピーしても構わない。また一部または全ての情報を管理サーバ702上に記憶しておき、モバイル端末701からは必要に応じて管理サーバ702から情報をダウンロードする構成であっても構わない。
管理端末703は、例えばデスクトップPC、ノートPCやタブレット等の端末である。
主記憶装置1201には、ドローン設定モジュール1211や管理サーバ設定モジュール1212等のプログラムやアプリケーションが記憶されており、これらのプログラムやアプリケーションをプロセッサ1203が実行することで管理端末703の各機能要素が実現される。
ドローン設定モジュール1211は、ドローン100の散布フライト設定や初期設定などの各種操作や設定を行う。
管理サーバ設定モジュール1212は、管理サーバ702の初期設定などの各種設定を行う。
補助記憶装置1202は、ドローン設定情報1221や管理サーバ設定情報1222等の各種情報を記憶する。
圃場管理情報1300は、薬剤散布を行う対象である圃場に関する各種情報を記憶しており、圃場ID、圃場名、圃場位置、圃場周囲座標、圃場面積、作付作物等の情報を記憶する。圃場管理情報1300を単に圃場情報と呼ぶこともある。
圃場IDは、圃場を一意に特定する識別情報である。
圃場位置1311は、圃場の位置座標を示し、例えば圃場の中心の緯度・経度の情報を有する。
圃場周囲座標1312は、圃場の周囲の座標を示し、例えば4角形の圃場であれば角の4点の位置座標である。サンプル値のGC007は、位置座標が連続してカンマ区切りなどで記憶された情報へのリンクを示す。
圃場面積1313は、圃場IDに対応する圃場の総面積である。
作付作物1314は、圃場に作付けされている作物等を特定する情報を記憶する。
機器管理情報1400は、ドローン100を管理するための情報を記憶しており、機器ID、機器名、型番、仕様、ユーザ、エネルギー、飛行可能時間などの情報を記憶する。
機器IDは、ドローン100を一意に特定する識別情報である。
ユーザは、現在そのドローン100を使用しているユーザの情報であり、ユーザ管理情報1500のユーザIDを記憶する。
エネルギー1411は、ドローン100に搭載可能なエネルギーに関する情報であり、エネルギー管理情報1700のエネルギーIDを記憶する。
飛行可能時間1412は、ドローン100に搭載できるエネルギーによる飛行可能時間を示す。例えばバッテリー2個1セットで15分飛行可能であること等の情報が記憶されている。
ユーザ管理情報1500は、ドローン100を操作するユーザの情報を記憶しており、ユーザID、ユーザ表示ID、名前、メールアドレス、生年月日、性別等の情報を記憶する。
ユーザIDは、ユーザを一意に特定する識別情報である。
ユーザ表示IDは、モバイル端末701等に表示されるユーザの情報であり、例えば、ユーザが登録したニックネーム等である。
薬剤管理情報1600は、散布する薬剤の情報を記憶しており、薬剤ID、薬剤名、品番、仕様、希釈率、散布量等を記憶する。
薬剤IDは、薬剤を一意に特定する識別情報である。
薬剤名1602は、例えば農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種などの圃場に散布される液体、粉体又は微粒子の商品等の名前を示す。
希釈率1604は、薬剤を希釈する割合が記憶されており、例えば薬剤対水の割合や、希釈に用いる薬剤と水の量等が記憶される。
散布量1605は、希釈された希釈後薬剤(散布薬剤)の散布量を記憶する。例えば1haあたり10Lの散布薬剤を散布することが示されている。
エネルギー管理情報1700は、ドローン100のフライトに必要な例えばバッテリーなどのエネルギーに関する情報を記憶しており、エネルギーID、エネルギー名、型番、種類、仕様等の情報を記憶する。
エネルギーIDは、エネルギーを一意に特定する識別情報である。
種類は、エネルギーの種類を示し、例えば電池(バッテリー)やガソリン、ジェット燃料等が記憶される。
飛行経路管理情報1800は、ドローン100のフライトの経路を示す情報を記憶しており、経路ID、対象ID、経路座標、経路合計距離などを記憶する。
経路IDは、飛行経路を一意に特定する識別情報である。
対象IDは、飛行経路を算出した対象である圃場や、圃場と圃場の間の移動経路等を特定する情報である。例えばfarm003は対象が圃場でることを示し、route002は対象が圃場外の移動経路であることを示す。
経路座標1811は、フライトの経路座標を示す情報へのリンクであり、フライトの経路座標は、例えば連続する複数の位置座標の組み合わせで表現される。位置座標としては、緯度と経度の組み合わせや、緯度と経度と高度の組み合わせ等が考えられる。
経路合計距離1812は、フライトの開始からスケジュールまでの飛行経路全体を飛んだ場合の経路の合計距離を示す。
スケジュール管理情報1900は、複数の圃場を散布フライトする場合のスケジュールを規定する情報であり、スケジュールID、スケジュール名、日時、開始場所、スケジュール等の情報を記憶する。
スケジュール1901は、散布フライトを行う圃場や、圃場間の移動経路などを特定する情報を記憶する。例えばサンプル値の例だと、farm006、farm005で特定される圃場2つを飛行した後に、route001で示される移動経路を飛行した後、farm003で特定される圃場を飛行し、other001で指定されるその他のイベント(例えば昼食時間など)を経過した後、farm002で特定される圃場を飛行するスケジュールである。
スケジュールの規定方法は一例であって、その他のスケジュール管理方法であっても構わない。
例えば、観測用、ホビー用のドローンには、通常スマートフォンやカメラ等が積載されることが多いが、これら以外の物体が積載されることについて何ら管理が行われていない。また、薬剤散布用等のドローンでは、薬剤等の液体物を搭載して散布するが、液体物以外の物体が積載されることについて何ら管理が行われていない。
もしも、このようなドローンをテロ目的に悪用した場合、爆発物や毒薬等の危険物をドローンを用いて運搬するテロ行為が行われる可能性がある。
このような仕組みを提供することにより、想定外の物体が積載されることを防ぎ、常に通常使用状態での飛行を行うことが可能となり、不要なバッテリー等のエネルギーの消費を防ぎ、適切なドローンの飛行運用管理が可能となる。
また、本実施例記載の構成によれば、通常使用状態とは異なる不審な物体の積載及び運搬を防止し、テロ行為を抑止することが可能となる。
フライト判定処理フロー2600の例では、通常使用状態における重心位置関連情報と、飛行指示を受け付けた後に算出された重心位置関連情報とが異なる場合に、不審な物体が積載された可能性があると判断し、飛行を停止する。
ドローン100のフライトコントローラー501は、モバイル端末701や管理サーバ702、管理端末703からドローン100の飛行指示を受け付ける(ステップ2610)。
具体的には、フライトコントローラー501は、ドローン100を所定の短い期間ホバリング飛行させる。
ホバリング飛行中の各回転翼の推力の値を取得し合計を算出することで、ドローン100の現在の重量を算出する。
前後若しくは左右の回転翼の推力に違いがある場合には、何らかの物体が、通常使用状態の重心の垂線上とは異なる位置に存在することになり、フライトコントローラー501は、それぞれの推力の値に基づいて重心位置を算出することができる。
フライトコントローラー501は、傾斜飛行中の各回転翼の推力の値や、水平方向に対する傾きの大きさ(ピッチ角度またはロール角度)に基づいて、ドローン100の重心位置を算出する。
これらが一致する場合には(ステップ2640がYes)、通常使用状態の他に不特定の物体が積載されていないと判断し、飛行を継続する(ステップ2650)。
そこで、所定の閾値を設け、この範囲内であればこれらの重心位置関連情報が一致するものとして物体が非積載であると判定する。従って、一致とは、算出又は取得した重心位置関連情報と記憶されていた通常重心位置関連情報とが一致する場合と、所定の範囲内(例えば所定の短い距離以内)に存在する場合の両方を含む(これを「ほぼ一致する」と呼ぶこともある)。
さらに、この場合に不特定の物体が積載されているものとして異常状態を示すアラートや算出された重心位置関連情報等の通知を管理サーバ702又は管理端末703に送信(出力)する構成としてもよい。
なお、通常使用状態の通常重心位置を示す重心位置関連情報は、ドローン100の設計時点で予め求められており、記憶装置に記憶されている、又は、ドローン100を初期飛行させる場合に算出され、記憶装置に記憶される。
従って、例えば薬剤散布をするドローン100である場合には、薬剤管理情報1600等により管理されている薬剤タンク104に収容されている薬剤の情報及び、液量センサ等により取得された液量、飛行中のドローン100の飛行角度等の状況に基づいて、物体を非搭載であった場合の重心位置を算出して、これを通常重心位置関連情報として用いる。
また、液体物の散布を停止する場合には、フライトコントローラー501は例えば吐出ノズルを閉じることにより散布を停止する、または、吐出のためのポンプの駆動を停止する等により液体物の散布の停止を行うことができる。
図20は、物体積載有り又は無しの場合のホバリング飛行時の状態を示す左側側面図の例である。
図20の例はドローン100を左側から見た側面図であり、図の左方向がドローン100の前側になる。
Fig.20-Aは、物体を積載していない通常使用状態のドローン100のホバリング飛行を示す。Fig.20-Bは、物体M2を積載した状態のドローン100のホバリング飛行を示す。
ホバリングとは、ドローンが空中に停止し、前後左右に移動していない状態の飛行であり、具体的には、各回転翼で発生する推力が鉛直上向きとなっている、もしくは各回転翼で発生する推力の水平方向成分が互いに打ち消し合っている状態である。
また、ホバリングを行っているか否かは、ドローンに搭載された姿勢角センサにより検出することができる。例えば、姿勢角センサで検出した姿勢角がほぼ水平状態であれば、ホバリング飛行を行っていると判断できる。
例えば所定の装備を搭載したドローン100を通常使用状態として設定し、これを初期飛行させ、ホバリング飛行や傾斜飛行を行うことで、その通常使用状態での通常重心位置を算出し、この通常重心位置に関する通常重心位置関連情報を記憶部に記憶する構成としてもよい。
ここで記憶部に記憶された通常重心位置に関する通常重心位置関連情報が、フライトコントローラー501により読みだされ、都度算出される重心位置(又は複数の回転翼の推力、又は複数の回転翼の推力の情報とドローンの姿勢角の組合せ情報)を示す重心位置関連情報と比較されることとなる。
Fig.20-Aでは、通常使用状態(非積載時)においてドローン100の全自重が重心Gにかかっており、それを2分の1にした推力Fが前側の2組4枚の回転翼で発生され、同じ大きさの推力Rが後ろ側の2組4枚の回転翼で発生されている。
この重量を打ち消すために、推力F2と推力R2には、非積載時の推力Fと推力Rよりも大きい値が必要になる。
本図の例では、約1秒まで推力が徐々に上昇し、1秒を超えたあたりで離陸を行い、2秒を超えたあたりで一定の推力で安定してホバリング飛行が行われている。
図20で説明した通り、通常使用時の前側回転翼の推力F及び後ろ側回転翼の推力Rと比べ、物体積載時の前側回転翼の推力F2及び後ろ側回転翼の推力R2の方が大きい値となる。
物体M3はドローン100の中央Cよりも前方に積載されており、物体M3を積載した状態でのドローン100の重心G3も、中央Cより前方にずれている。本図の例では、説明の簡易化のために、物体M3はドローン100の左右方向についてはドローン100の中央に位置するが、前後方向については前側にずれた位置に積載されている。
この状態でホバリング飛行を行おうとすると、重心G3がドローン100の前側に片寄っているためにピッチ旋回する方向でモーメントが発生し、これを打ち消して釣り合うために、前側左右の回転翼の推力F3を大きくする必要がある。
従って、前側左右の推力F3は後ろ側左右の推力R3よりも大きくなる。
ここで、通常重心位置Gと、物体M3非積載時のドローンの自重と、前側左右の推力F3と、後ろ側左右の推力R3とが分かれば、物体M3積載時の重心G3をこれらの値から算出することができる。
なお、回転翼による推力は、回転翼を回転させるモーター等の推進器の出力や、推進器への供給電力に基づいて算出することが可能である。
また、前後方向若しくは左右方向の任意の場所にM3が位置している場合には、通常重心位置Gと、物体M3非積載時のドローンの自重と、全ての回転翼のそれぞれの推力と、から物体M3積載時の重心G3を算出することができる。
重心位置関連情報は、これらの算出された重心位置の座標情報であってもよいし、重心位置を算出するために参照される上述のような回転翼の推力等に関する情報であってもよい。
他には、通常重心位置Gが水平方向において前記ドローン100の中央C上に位置する場合に、算出された前記重心位置G3が、ドローン100の中央Cから例えば所定の長さdより離れている場合に、通常重心位置関連情報と算出された重心位置関連情報とが異なっていると判定してもよい。逆に、図22の例では、物体M3積載時の重心G3の垂線と、ドローン100の水平方向における垂線(中央C)との差異の長さdが所定の長さ以下の場合には、通常重心位置関連情報と算出された重心位置関連情報とが同一であるとみなしてよい(すなわちほぼ同一である)。
なお、本実施例の例では、通常使用状態において複数の回転翼の中心の垂線上に重心Gが位置し、ホバリング飛行時には全ての回転翼に均等に推力が発生する構成で説明を行うが、この構成に限られない。
図24の例はドローン100を左側から見た側面図であり、図の左方向がドローン100の進行方向、すなわちドローン100の前側になる。
Fig.24-Aは、物体を積載していない通常使用状態のドローン100の傾斜飛行を示す。Fig.24-Bは、物体M4を積載した状態のドローン100の傾斜飛行を示す。
ドローン100をピッチ旋回させ傾斜飛行をすることで、推力F4及び推力R4による前側方向への分力に基づいて前方に進行する。
ここで、さらに物体M4を通常重心位置G付近に積載した場合には、積載後の重心位置G4のように重心位置が下がり、かつ下向きの重力が増加するため、その回転モーメントを打ち消すために後ろ側回転翼の推力R5をさらに大きくする必要がある。
Fig.25-Aは、物体を積載していない通常使用状態のドローン100の傾斜飛行の推力の変化を示す。Fig.25-Bは、物体M4を積載した状態のドローン100の傾斜飛行の推力の変化を示す。
本グラフに示すように、物体M4積載時の前側回転翼の推力F5と後ろ側回転翼の推力R5との差は、通常飛行時の前側回転翼の推力F4と後ろ側回転翼の推力R4との差に比べて大きい値となる。
ここで算出された重心位置に関する重心位置関連情報と、通常重心位置関連情報とが異なっている場合には、不特定の物体が積載されているものとしてドローン100の飛行を停止する。
また、重心位置を算出することなく、この重心位置を算出するために参照される各回転翼の推力と姿勢角の組合せを重心位置関連情報とすることもできる。すなわち各回転翼の推力と姿勢角の組合せからなる重心位置関連情報と、記憶されている通常時各回転翼の推力と姿勢角の組合せである通常重心位置関連情報とを比較し、これらが異なっている場合にドローン100の飛行を停止することもできる。
また、図24や図25の例では物体M4はドローン100の左右から見て中央の位置で前方向にずれている(すなわち右側と左側の回転翼には同じ推力が発生する)例で説明したが、もちろん、物体M4はドローンのどの位置に積載されていてもよく、前後左右のそれぞれの回転翼の推力の値と、上述したその他の値とに基づいて、重心の位置を算出することが可能である。
本実施例で説明した構成によれば、ドローンの通常使用状態とは異なる物体の積載を管理する仕組みを提供することができ、例えば通常使用状態とは異なる不審な物体の積載及び運搬を防止し、テロ行為を抑止することが可能となる。
フライト判定処理フロー2700の例では、飛行指示を受け付けた後に取得された重心位置関連情報が所定の条件を満たさない場合に、不審な物体が積載された可能性があると判断し、飛行を停止する。
ドローン100のフライトコントローラー501は、モバイル端末701や管理サーバ702、管理端末703からドローン100の飛行指示を受け付ける(ステップ2710)。
フライトコントローラー501は、取得した重心位置関連情報が所定の条件を満たすかどうかを判定し、条件を満たす場合には(ステップ2730がYes)、通常使用状態の他に不特定の物体が積載されていないと判断し、飛行を継続する(ステップ2740)。
一方、条件を満たさない場合には(ステップ2730がNo)、異常状態を通知し、フライトを停止する(ステップ2750)。
所定の条件としては、例えば通常使用状態での重心位置関連情報がある。この重心位置関連情報には、例えば複数の回転翼の推力、又は前記複数の回転翼の推力の差分、又は前記ドローンの重心位置等が考えられる。
以下図28~図35により、重心位置関係情報と所定条件の色々な組み合わせの実施例について説明する。
ドローン100のフライトコントローラー501は、モバイル端末701や管理サーバ702、管理端末703からドローン100の飛行指示を受け付ける(ステップ2810)。
フライトコントローラー501は、ドローン100の姿勢維持制御を開始する(ステップ2820)。姿勢維持制御は、ドローン100の姿勢を維持しながら空中に停止しているホバリング飛行の他、上昇、下降のいずれかの動作を行う制御である。
なお、ドローン100がホバリング飛行を行っているか否かは、ドローン100の飛行速度と姿勢角度の検出情報に基づいて判定することができる。
フライトコントローラー501は、前記ドローンが姿勢を維持してホバリング飛行、上昇、下降のいずれかの動作をしている場合に、ドローン100の重心位置関連情報として各回転翼の推力を取得する(ステップ2830)。
条件を満たす場合には(ステップ2840がYes)、フライトコントローラー501は、各回転翼の推力が所定の範囲内かを判定する(ステップ2850)。
判定の結果、条件を満たさない場合には(ステップ2850がNo)、異常状態を通知し、フライトを停止する(ステップ2870)。
条件を満たす場合には(ステップ2850がYes)、通常使用状態の他に不特定の物体が積載されていないと判断し、飛行を継続する(ステップ2860)。
通常使用状態での複数の回転翼の推力としては例えば以下の条件が考えられる。
すなわち、例えば液体物を積載するタンクが無く、飛行時に重心位置の変化がほとんどない構成の場合。
1-1.通常使用時の重心が機体の中央にある構成
通常時の機体重心が機体中心(各回転翼の中間点)である場合には、各回転翼の発生する推力が一致する。しかし、実際には各回転翼の個体差等の誤差の影響があり、完全に一致した値とはならない。そのため、当該個体差の誤差等を考慮して、各回転翼の推力Tの推力差ΔTが以下に示す所定の範囲内に収まった場合には、所定条件を満たすと判断する。
許容ΔT=FL-FR=-5~5N
許容ΔT=FL-RL=-5~5N
許容ΔT=FR-RR=-5~5N
許容ΔT=RL-RR=-5~5N
を所定の条件とし、許容ΔTがこの値の範囲に入っている場合に条件を満たすと判断する。
なお、上記の所定範囲は、各推力の差分ではなく、各回転翼の推力の絶対値で定義してもよい。また、推力の単位は、N以外にもエネルギー量を表すWh、仕事率Duty、回転翼の回転数rpmであってもよい。
通常時の機体重心が機体中心(各回転翼の中間点)よりも前にずれている場合には、前後の回転翼の推力に差が発生する。そのため、当該個体差の誤差等を考慮して設定された、各回転翼の推力Tの推力差ΔTが以下に示す所定の範囲内に収まった場合には、所定条件を満たすと判断する。
許容ΔT=FL-FR=-5~5N
許容ΔT=FL-RL=-5~15N
許容ΔT=FR-RR=-5~15N
許容ΔT=RL-RR=-5~5N
例えば、ドローン100が液体散布用の薬剤タンク104を有する構成の場合、散布フライトによる液体物の散布によりドローン100全体の重量(mg)が減少していく。
図29は、重心が機体の中央にある場合のドローンの重量と推力の関係を示すグラフの例である。
重量(mg)が増加すると、ホバリング飛行に必要な各回転翼の推力Tも増加する。通常の散布作業時において、薬剤タンク104内の薬剤も含めた機体重心が機体中心(各プロペラの中間点)となる場合、薬剤タンク104内の薬剤の動揺等の影響を受けて重心がある範囲内で変化するが、ホバリング飛行時の各回転翼(FL、FR、RL、RR)の推力は点線で囲われた範囲内の値となる。
ここで、当該範囲から外れた推力を発生している回転翼がある場合には、所定条件を満たしていないと判断する。
図30は、重心が機体の前方にある場合のドローンの重量と推力の関係を示すグラフの例である。
通常の散布フライト時において、薬剤タンク104内の薬剤も含めた機体重心が機体中心(各回転翼の中間点)よりも前方となる場合、前方回転翼(FL、FR)の推力は、後方回転翼(RL、RR)の推力よりも大きくなる。また、タンク内の薬剤の動揺等の影響を受けて重心がある範囲内で変化するが、ホバリング飛行時の各回転翼(FL、FR、RL、RR)の推力は点線で囲われた範囲内の値となる。
ここで、当該範囲から外れた推力を発生している回転翼がある場合には、所定条件を満たしていないと判断する。
なお、図29と図30のいずれの場合でも、複数の回転翼のうち、発生推力が最小の回転翼の最小推力と発生推力が最大の回転翼の最大推力の差分が予め記憶されている値以上異なる場合に、取得された重心位置関連情報が所定条件を満たさないと判定することができる。また、推力が最大と最小の回転翼ではなく、任意の回転翼の推力の差が所定条件を逸脱する場合に、取得された前記重心位置関連情報が所定条件を満たさないと判定することもできる。
このフライト判定処理3100では、各回転翼が予め決められた固定値(固定比率)の推力を出力している推力(比)固定制御を行っている場合に、ドローン100の姿勢角の変化に基づいて、散布フライト可否判定を行う処理について説明する。
ドローン100のフライトコントローラー501は、モバイル端末701や管理サーバ702、管理端末703からドローン100の飛行指示を受け付ける(ステップ3110)。
フライトコントローラー501は、ドローン100の推力(比)固定制御を開始する(ステップ3120)。
フライトコントローラー501は、ドローン100の重心位置関連情報としてドローン100の姿勢角の情報を取得する(ステップ3130)。
条件を満たす場合には(ステップ3140がYes)、フライトコントローラー501は、姿勢維持制御を継続する(ステップ3150)。
つまり、例えば重心がドローン100の中央にある場合には、各回転翼に同一の推力を発生させる場合には、機体の姿勢角はゼロ度(水平を維持)するはずであるが、この姿勢角が水平ではなく閾値以上の角度に傾いていた場合に、フライトを停止する。
フライトコントローラー501は、各回転翼の推力を取得し(ステップ3160)、この各回転翼の推力が所定の範囲内であれば散布フライトを継続し(ステップ3180)、範囲外の場合には異常状態を通知し、フライトを停止する(ステップ3190)。なお、各回転翼の推力の合計値に基づいてステップ3170の条件を判定してもよい。
なお、以上説明した様々な実施形態において、回転翼の推力が所定条件を満たすかどうかを判定するのではなく、複数の回転翼の推力に基づいて重心位置を算出し、算出した重心位置が所定条件を満たすかどうかを判定してもよい。
ドローン100のフライトコントローラー501は、モバイル端末701や管理サーバ702、管理端末703からドローン100の飛行指示を受け付ける(ステップ3210)。
フライトコントローラー501は、重心位置関連情報として、ドローン100の脚にも設けられたセンサから各脚にかかる力の値を取得する(ステップ3220)。
フライトコントローラー501は、各脚にかかる力の合計値からなるドローン100の総重量を算出し、総重量が所定範囲内か(すなわち所定条件を満たすか)どうかを判定し、条件を満たさない場合には(ステップ3230がNo)、異常状態を通知し、フライトを停止する(ステップ3260)。
フライトコントローラー501は、各脚にかかる力が所定の範囲内である場合は、散布フライトを継続し(ステップ3450)、所定の範囲内でない場合には、フライトを停止する(ステップ3460)。
つまり、例えば重心がドローン100の中央にある場合には、各脚にかかる力はほぼ同一になるはずであり、全ての脚がほぼ同時に地面から離れるはずである。ここで一部の脚に荷重がかかっていて所定の範囲を満たさない場合には、その足の方向に何らかの物体が積載されていることが考えられるため、警告を出力しフライトを停止する。
図28のホバリング飛行中の複数の回転翼の推力によるフライト判定処理フロー2800と同様に、各回転翼の推力による判定を、等速移動飛行中にも行うことが可能である。
ドローン100のフライトコントローラー501は、重心位置関連情報として、ドローン100の各回転翼の推力を取得し(ステップ3320)、これが所定範囲内かどうかを判定し(ステップ3330)、条件を満たす場合にはフライトを継続し(ステップ3340)、条件を満たさない場合には、異常状態を通知してフライトを停止する(ステップ3350)。
図34の例では、フライトコントローラー501が取得した各回転翼の推力に基づいて、重心位置関連情報として重心位置を算出する(ステップ3430)。
フライトコントローラー501は、算出した重心位置が、予め記憶されている所定の範囲内かどうかを判定し(ステップ3440)、範囲内である場合にはフライトを継続し(ステップ3450)、範囲内でない場合には異常状態を通知してフライトを停止する(ステップ3460)。
所定の範囲とは、例えば通常使用状態の重心位置(通常重心位置)から予め定めてある長さ以内の範囲である。
図35の例ではドローン100が図の左側に向かって等速移動飛行している状態を示す。ドローン100の中心Oに対して、点Aにおける上向き(図において反時計回りの方向)のモーメント、点Bにおける下向き(図において時計回りの方向)のモーメントが釣り合っている状態である。ここでそれぞれのモーメントは、
Aにおける上向きのモーメント=(TR-TF)×l
Bにおける下向きのモーメント=L×mg=Dsinθ×mg
となる。なお、TRは前側の回転翼の推力、TFは後ろ側の回転翼の推力、θは姿勢角、Dは重心位置である。
(TR-TF)×l=Dsinθ×mg
従って
D=(TR-TF)×l/mg/sinθ
により重心位置Dを算出することが可能である。
なお、下記式により速度Vを姿勢角θに変換することが可能である。
TFsinθ+TRsinθ=kV2
なお、上述の実施例は少なくとも特許請求の範囲に記載の構成を開示している。
Claims (11)
- ドローンであって、
本体と、
複数の回転翼と、
前記複数の回転翼を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、
前記ドローンの姿勢を水平から所定の角度傾けた傾斜飛行をしている場合に、高さ方向において下側に位置する回転翼の推力と上側に位置する回転翼の推力とに基づいて、前記ドローンの重心位置を算出することにより、重心位置関連情報を取得し、
取得された前記重心位置関連情報が、予め定められた所定条件を満たさない場合に、通知の出力又は飛行の停止の少なくともいずれかを行う
ドローン。 - 前記複数の回転翼のうち、発生推力が最小の回転翼の最小推力と発生推力が最大の回転翼の最大推力との差分が所定の値以上異なる場合に、取得された前記重心位置関連情報が前記所定条件を満たさないと判定する
請求項1に記載のドローン。 - 前記複数の回転翼のうち、任意の回転翼の推力の差が所定の範囲を逸脱する場合に、取得された前記重心位置関連情報が前記所定条件を満たさないと判定する
請求項1に記載のドローン。 - さらに前記ドローンの姿勢角に基づいて、前記重心位置を算出する請求項1に記載のドローン。
- 前記下側に位置する回転翼の推力と上側に位置する回転翼の推力との差の値が、通常使用状態におけるそれぞれの差の値よりも大きい場合に、前記重心位置関連情報が前記所定条件を満たさないと判定する
請求項1又は4に記載のドローン。 - 前記下側に位置する回転翼は前記ドローンの進行方向に対して前側の回転翼であり、前記上側に位置する回転翼は前記ドローンの進行方向に対して後ろ側の回転翼である
請求項1又は4に記載のドローン。 - 前記複数の回転翼の推力は、前記複数の回転翼を回転させる推進器の出力、又は前記推進器への供給電力に基づいて算出される請求項1又は4に記載のドローン。
- 前記ドローンの通常使用状態における通常重心位置は、前記ドローンを初期飛行させる場合に算出され、前記ドローンの記憶部に記憶される請求項1又は4に記載のドローン。
- 前記ドローンの通常使用状態とは、前記ドローンが飛行するためにあらかじめ備え付けられた構成以外何も積載しない状態、又は当該状態に加えて前記ドローンに備えられた液体物タンクに液体物を積載した状態、のいずれかである
請求項1又は4に記載のドローン。 - ドローンの制御方法であって、
前記ドローンは、
本体と、
複数の回転翼と、
前記複数の回転翼を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、
前記ドローンの姿勢を水平から所定の角度傾けた傾斜飛行をしている場合に、高さ方向において下側に位置する回転翼の推力と上側に位置する回転翼の推力とに基づいて、前記ドローンの重心位置を算出することにより、重心位置関連情報を取得し、
取得された前記重心位置関連情報が、予め定められた所定条件を満たさない場合に、通知の出力又は飛行の停止の少なくともいずれかを行う
ドローンの制御方法。 - ドローンの制御プログラムであって、
前記ドローンは、
本体と、
複数の回転翼と、
前記複数の回転翼を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部に、
前記ドローンの姿勢を水平から所定の角度傾けた傾斜飛行をしている場合に、高さ方向において下側に位置する回転翼の推力と上側に位置する回転翼の推力とに基づいて、前記ドローンの重心位置を算出することにより、重心位置関連情報を取得するステップと、
取得された前記重心位置関連情報が、予め定められた所定条件を満たさない場合に、通知の出力又は飛行の停止の少なくともいずれかを行うステップと、
を実行させるための制御プログラム。
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