WO2017203793A1 - 無人飛行体 - Google Patents

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WO2017203793A1
WO2017203793A1 PCT/JP2017/009067 JP2017009067W WO2017203793A1 WO 2017203793 A1 WO2017203793 A1 WO 2017203793A1 JP 2017009067 W JP2017009067 W JP 2017009067W WO 2017203793 A1 WO2017203793 A1 WO 2017203793A1
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WO
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motor
detection unit
parameter
detected
rotor
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PCT/JP2017/009067
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French (fr)
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祐吾 春田
裕貴 鳥居
隼之 林
大 神田
大祐 松村
正典 吉原
慧紀 米原
Original Assignee
ヤマハ発動機株式会社
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Publication date
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    • B64U10/13—Flying platforms
    • B64U10/14—Flying platforms with four distinct rotor axes, e.g. quadcopters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D25/00—Emergency apparatus or devices, not otherwise provided for
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    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to an unmanned air vehicle that flies unattended.
  • unmanned aerial vehicles such as unmanned helicopters are sometimes used to take photographs in areas where it is difficult for humans to enter or to spray agricultural chemicals on farmland.
  • an abnormality may occur in a power system including a rotor (propeller) and a motor. Therefore, it is required to quickly detect an abnormality in the power system of the unmanned air vehicle.
  • Patent Document 1 describes a vertical take-off and landing vehicle equipped with eight rotor units. Each rotor unit is provided with a rotation detection sensor to detect the number of rotations of each rotor. When the difference between the rotational speed based on the rotational speed command signal sent to each rotor unit and the detected rotational speed is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the rotor unit has failed.
  • Patent Document 2 describes an unmanned flying object having four rotary wings.
  • a current detection device that acquires the driving current of the motor of the rotor blade is provided for each rotor blade.
  • a display indicating the abnormality is performed.
  • the abnormal condition includes an abnormal current value that may occur when a part of the rotor motor is lost, or an average of load currents that are abnormally increased or decreased.
  • JP 2014-227155 A Japanese Patent No. 5857326
  • An object of the present invention is to provide an unmanned aerial vehicle capable of detecting an abnormality caused by a wider range of factors.
  • An unmanned air vehicle includes a flying main body, a plurality of motors provided in the flying main body, a plurality of motors provided corresponding to the plurality of motors, and driven by outputs of the corresponding motors.
  • a rotor an output detection unit that detects information related to the output of each motor as output information, a first parameter detection unit that detects a first parameter that changes depending on the output information of each motor, and each motor
  • An acquisition unit that acquires relationship information indicating a relationship between the output information and the first parameter, relationship information acquired by the acquisition unit, output information detected by the output detection unit, and detection by the first parameter detection unit
  • a determination unit that determines whether each motor or the rotor corresponding to each motor is abnormal based on the first parameter.
  • the flight main body is provided with a plurality of motors and a plurality of rotors corresponding to the plurality of motors, respectively.
  • Each rotor is driven by the output of a motor corresponding to each rotor.
  • Output information of each motor is detected by the output detection unit, and a first parameter of each motor is detected by the first parameter detection unit.
  • the correspondence between the output information of the motor and the first parameter of the motor changes.
  • the acquisition unit acquires the relationship information indicating the relationship between the output information of each motor and the first parameter. Further, based on the acquired relationship information, the output information of each motor, and the first parameter, the determination unit determines whether or not the motor or the rotor corresponding to the motor is abnormal. According to this configuration, it is possible to detect each motor generated due to a wider range of factors or the abnormality of the rotor corresponding to each motor.
  • the output information may include at least one of the rotational speed and torque of each motor.
  • output information can be easily detected. Further, using any one of the rotation speed and torque of each motor detected as output information and the first parameter, it is possible to easily detect the abnormality of each motor or the rotor corresponding to each motor.
  • the first parameter may include at least one of a current flowing through each motor, a voltage of each motor, and a temperature of each motor.
  • the first parameter can be easily detected.
  • the voltages of each motor, the temperatures of each motor, and the output information can do.
  • the relationship information includes an allowable range of the first parameter during normal operation of each motor and the rotor corresponding to each motor, and the determination unit is configured to detect the first parameter detected by the first parameter detection unit. May be determined that the motors and the rotors corresponding to the motors are not abnormal when the values are within an allowable range corresponding to the output information detected by the output detection unit.
  • each motor and the rotor corresponding to each motor are not abnormal. Moreover, it is suppressed that each motor in normal operation or the rotor corresponding to each motor is determined to be abnormal.
  • the determination unit has a state in which the state in which the first parameter detected by the first parameter detection unit is outside the allowable range corresponding to the output information detected by the output detection unit is equal to or longer than a predetermined first time. When it continues, you may determine with each motor or the rotor corresponding to each motor being abnormal.
  • the motor or the rotor corresponding to each motor is abnormal, the first parameter will be outside the allowable range for a certain period of time. According to said structure, abnormality of the rotor corresponding to each motor or each motor can be detected accurately.
  • the determination unit is within a predetermined second time that the state in which the first parameter detected by the first parameter detection unit is outside the allowable range corresponding to the output information detected by the output detection unit May occur, it may be determined that each motor or the rotor corresponding to each motor is abnormal.
  • the motor or the rotor corresponding to each motor is abnormal, the first parameter frequently falls outside the allowable range within a certain time. According to said structure, abnormality of the rotor corresponding to each motor or each motor can be detected accurately.
  • the allowable range includes a first range that is set based on a variation in the first parameter caused by an individual difference of each motor or an individual difference of a rotor corresponding to each motor.
  • first parameter detected by the parameter detector is within an allowable range including the first range corresponding to the output information detected by the output detector, each motor and the rotor corresponding to each motor are abnormal. It may be determined that it is not.
  • the relationship between the output information and the first parameter may be slightly different for each pair of motor and rotor due to individual differences.
  • an allowable range is set based on the individual difference of a rotor or a motor. Thereby, it is further suppressed that each motor during normal operation or the rotor corresponding to each motor is determined to be abnormal.
  • the allowable range includes a second range set based on a change in environmental factors, and the determination unit detects the first parameter detected by the first parameter detection unit by the output detection unit. When it is within the allowable range including the second range corresponding to the output information, it may be determined that each motor and the rotor corresponding to each motor are not abnormal.
  • the relationship between the output information and the first parameter may vary depending on the use environment of the unmanned air vehicle. According to said structure, an allowable range is set based on the fluctuation
  • the unmanned aerial vehicle further includes a second parameter detection unit that detects a second parameter related to an operating environment of the unmanned aircraft, and the second range is detected by the second parameter detection unit. It may vary based on the second parameter.
  • the allowable range varies based on the second parameter detected by the second parameter detection unit. Therefore, the abnormality of each motor or the rotor corresponding to each motor is determined based on an allowable range more suitable for the use environment of the unmanned air vehicle. Thereby, it is further suppressed that each motor during normal operation or the rotor corresponding to each motor is determined to be abnormal.
  • the second parameter may include at least one of temperature, barometric pressure, unmanned air vehicle speed, unmanned air vehicle acceleration, and unmanned air vehicle angular velocity.
  • the second parameter can be easily detected.
  • the allowable range can be appropriately changed by using any one of the detected temperature, atmospheric pressure, unmanned air vehicle speed, unmanned air vehicle acceleration, and unmanned air vehicle angular velocity as the second parameter.
  • the allowable range includes a third range that is set based on a transient response of each motor or a rotor corresponding to each motor, and the determination unit includes the first parameter detected by the first parameter detection unit. May be determined that the motors and the rotors corresponding to the motors are not abnormal when the values are within an allowable range including the third range corresponding to the output information detected by the output detection unit.
  • the relationship between the output information and the first parameter may be different during the transient response of each motor or the rotor corresponding to each motor.
  • permissible_range at the time of the transient response of the rotor corresponding to each motor or each motor is set. Thereby, it is further suppressed that each motor during normal operation or the rotor corresponding to each motor is determined to be abnormal.
  • the unmanned air vehicle further includes a rotation control unit that controls the rotation speed of each motor so that the plurality of motors rotate at a target speed, and the output detection unit detects the rotation speed of each motor as output information.
  • the third range may change based on a rotational speed difference between the target speed of each motor by the rotation control unit and the rotational speed of the motor detected by the output detection unit.
  • the allowable range fluctuates based on the rotational speed difference between the target speed of each motor and the detected rotational speed. Therefore, at the time of the transient response of each motor or the rotor corresponding to each motor, abnormality of the rotor corresponding to each motor or each motor is determined based on a more suitable allowable range. Thereby, it is further suppressed that each motor during normal operation or the rotor corresponding to each motor is determined to be abnormal.
  • the allowable range may include the third range when the rotational speed difference is equal to or greater than a predetermined first threshold value. According to this configuration, when the rotational speed difference in each motor is less than the first threshold value, the allowable range does not include the third range set based on the transient response. Thereby, abnormality of each motor or the rotor corresponding to each motor can be detected with high accuracy.
  • the third range is such that when the target speed of each motor by the rotation control unit is lower than the rotation speed of the motor detected by the output detection unit, the lower limit of the third range is greater as the rotation speed difference is larger. You may change so that it may become small. According to this configuration, during normal operation, even when the first parameter greatly decreases when the rotation speed of each motor is decreased, it is possible to prevent each motor or the rotor corresponding to each motor from being determined to be abnormal. Is done.
  • the third range is such that when the target speed of each motor by the rotation control unit is higher than the rotation speed of the motor detected by the output detection unit, the upper limit of the third range increases as the rotation speed difference increases. You may change so that it may become large. According to this configuration, during normal operation, even when the first parameter greatly increases when the rotation speed of each motor increases, it is possible to suppress the determination that each motor or the rotor corresponding to each motor is abnormal. Is done.
  • the determination unit is such that the target speed of each motor by the rotation control unit is lower than the rotation speed of the motor detected by the output detection unit, and the rotation speed difference is greater than or equal to a predetermined second threshold value. In such a case, determination of abnormality of each motor and the rotor corresponding to each motor may be suspended.
  • the first parameter may be outside the allowable range when the rotational speed difference is greater than or equal to the second threshold value. According to said structure, even in such a case, determination of abnormality of each motor and the rotor corresponding to each motor is withheld. Thereby, it is suppressed that each motor in normal operation or the rotor corresponding to each motor is determined to be abnormal.
  • the determination unit is configured such that the target speed of each motor by the rotation control unit is higher than the rotation speed of the motor detected by the output detection unit, and the rotation speed difference is equal to or greater than a predetermined third threshold value.
  • the rotation speed detected by the output detection unit is equal to or higher than a predetermined fourth threshold value, determination of abnormality of each motor and the rotor corresponding to each motor may be suspended.
  • the determination unit does not determine abnormality of each motor and the rotor corresponding to each motor. May be.
  • the first parameter may fall outside the allowable range. According to said structure, even in such a case, determination of abnormality of each motor and the rotor corresponding to each motor is not performed. Thereby, it is suppressed that each motor in normal operation or the rotor corresponding to each motor is determined to be abnormal.
  • the determination unit determines whether each motor or the rotor corresponding to each motor is abnormal based on the first parameter detected a plurality of times by the first parameter detection unit within a predetermined third time. It may be determined whether or not.
  • the first parameter may momentarily fall outside the allowable range. According to the above configuration, since the first parameter detected a plurality of times within a predetermined time is used for determination of abnormality, it is determined that each motor in normal operation or the rotor corresponding to each motor is abnormal. It is suppressed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a flying object according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of one flight unit.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control device.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotational speed of the motor and the current flowing through the motor.
  • FIG. 5 is a diagram showing a first example of an allowable range at the time of steady response of the motor and the corresponding rotor.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a second example of an allowable range during steady response of the motor and the corresponding rotor.
  • FIG. 7 is a diagram showing a third example of the allowable range at the time of steady response of the motor and the corresponding rotor.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a flying object according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of one flight unit.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a first example of an allowable range during a transient response of deceleration of the motor or the corresponding rotor.
  • FIG. 9 is a diagram showing a second example of an allowable range during a transient response of acceleration of the motor or the corresponding rotor.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining non-execution of the abnormality determination based on the actual rotation speed of the motor.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of determination processing by the main control unit.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of determination processing by the main control unit.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the flying vehicle control apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of determination processing by the main control unit according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the flying object according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a flying object according to a first embodiment of the present invention.
  • the flying object 100 includes a main body 10, a plurality of flight units 20, and a control device (flight controller) 30.
  • the main body 10 includes a disk-shaped casing 11, a plurality of arms 12, and legs (skids) 13.
  • a plurality of (four in this example) arm portions 12 are provided on the housing portion 11 so as to protrude from the side surface of the housing portion 11 at approximately 90 ° intervals.
  • a circular holding portion 12 a is provided at the tip of each arm portion 12.
  • the leg portion 13 is attached to the bottom surface of the housing portion 11.
  • the plurality of flight units 20 are provided so as to correspond to the plurality of arm units 12, respectively.
  • the control device 30 is accommodated in the internal space of the housing unit 11.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of one flight unit 20.
  • the flying unit 20 includes a motor 21, a rotor 22, an output detection unit 23, a characteristic value detection unit 24, and a motor control unit 25.
  • the motor 21 is attached to the holding part 12a (FIG. 1) of the corresponding arm part 12 in a state where the rotation shaft faces upward.
  • the rotor 22 is attached to the rotating shaft of the motor 21 and is driven by the motor 21.
  • the output detection unit 23, the characteristic value detection unit 24, and the motor control unit 25 are accommodated in the arm unit 12 or the holding unit 12a in FIG.
  • the output detection unit 23 detects information related to the output of the motor 21 as output information.
  • the characteristic value detector 24 detects a characteristic value that changes depending on the output information of the motor.
  • the output information of the motor 21 is the rotational speed of the motor 21 (rotor 22), and the characteristic value of the motor 21 is a current flowing through the motor 21.
  • the motor control unit 25 acquires the rotation speed detected by the output detection unit 23 and the current detected by the characteristic value detection unit 24, and supplies the current to the control device 30 of FIG. Further, the motor control unit 25 controls the motor 21 such that the motor 21 (rotor 22) rotates at the target speed given by the control device 30.
  • the control device 30 is connected to the motor control units 25 of the plurality of flight units 20 by CAN (ControllerCAArea Network) communication, for example.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the control device 30. As shown in FIG. 3, the control device 30 includes a main control unit 31, a storage unit 32, a target speed setting unit 33, a relationship information acquisition unit 34, and a determination unit 35.
  • the main control unit 31 includes, for example, a central processing unit (CPU).
  • the storage unit 32 includes, for example, a volatile memory or a hard disk.
  • the storage unit 32 stores a computer program. Further, the main control unit 31 executes the computer program stored in the storage unit 32, thereby realizing the functions of the target speed setting unit 33, the relationship information acquisition unit 34, and the determination unit 35.
  • the target speed setting unit 33 sets target speeds of the plurality of motors 21 in FIG. Further, the target speed setting unit 33 gives the set target speed to the determination unit 35 and the motor control unit 25 of FIG. Furthermore, when the determination unit 35 determines that any one of the motors 21 or the rotor 22 corresponding thereto is abnormal, the target speed setting unit 33 appropriately updates the target speeds of the other motors 21. Thereby, various operations for avoiding unstable flight of the flying object 100 can be performed.
  • the operation for avoiding unstable flight of the flying object 100 includes maintaining the attitude of the flying object 100 stably, landing the flying object 100 in a safe place, or the like.
  • the absolute value of the difference between the target speed and the actual rotational speed is called the rotational speed difference.
  • the result of subtracting the actual rotational speed from the target speed is called a relative speed difference.
  • the relative speed difference is expressed as a positive value.
  • the relative speed difference is expressed as a negative value.
  • the determination unit 35 determines whether each motor 21 or the corresponding rotor 22 is abnormal based on the acquired relationship information, the rotation speed and current, and the calculated rotation speed difference (or relative speed difference).
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotation speed of the motor 21 and the current flowing through the motor 21.
  • the horizontal axis in FIG. 4 indicates the rotational speed of any one of the motors 21, and the vertical axis in FIG. 4 indicates the current flowing through the motor 21.
  • FIGS. 5 to 10 described later.
  • a thick curve L0 in FIG. 4 the relationship between the rotational speed of the motor 21 and the current flowing through the motor 21 in a specific environment (hereinafter referred to as the basic characteristics of the motor 21) is known.
  • the determination unit 35 in FIG. 3 corresponds to a predetermined rotational speed of the motor 21 during normal operation based on the relationship information indicating the basic characteristics of the motor 21 acquired by the relationship information acquisition unit 34 in FIG. It is possible to specify the current flowing through However, an abnormality due to some factors may occur in the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto. In such a case, the correspondence between the rotational speed of the motor 21 and the current flowing through the motor 21 changes.
  • the abnormality of the motor 21 includes burnout, step-out, disconnection, short circuit or demagnetization of the motor 21. Further, the abnormality of the motor 21 includes the deterioration of the bearing, the increase in sliding resistance due to grease breakage or rust, etc., or the inclusion of foreign matter in the gap.
  • the abnormality of the rotor 22 includes a temporary change in the rotational speed of the rotor 22 due to foreign matter colliding with or adhering to the rotor 22.
  • the abnormality of the rotor 22 includes a change in the characteristics of the rotor 22 due to deformation, contamination, loss or dropout of the rotor 22, or a change in the characteristics of the rotor 22 due to a change in rigidity due to internal damage of the rotor 22.
  • an abnormality may occur in the motor 21 or the rotor 22 due to a characteristic change accompanying the aging deterioration of the constituent members of the motor 21 or the rotor 22. Further, an abnormality may occur in the motor 21 or the rotor 22 due to misalignment due to deformation or breakage of the flying object 100.
  • the allowable range of the current flowing through the motor 21 during normal operation is Provided in relationship information.
  • the allowable range at the time of steady response and transient response of the motor 21 and the rotor 22 will be described.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of a permissible range during steady response of the motor 21 and the rotor 22 corresponding thereto.
  • the lower limit and the upper limit of the current based on the current variation caused by the individual difference between the motor 21 and the corresponding rotor 22 are the rotational speed of the motor 21.
  • a thin curve L1 corresponding to the lower limit of the current is shown below the thick curve L0
  • a thin curve L2 corresponding to the upper limit of the current is shown above the thick curve L0.
  • the range between the current on the curve L1 and the current on the curve L2 at each rotational speed of the motor 21 is the allowable range D1.
  • 3 determines when the current detected by the characteristic value detector 24 of FIG. 2 is within the allowable range D1 corresponding to the actual rotational speed detected by the output detector 23 of FIG. And it determines with the rotor 22 corresponding to it not being abnormal.
  • the relationship between the rotational speed of the motor 21 and the current flowing through the motor 21 may be slightly different for each set of the motor 21 and the rotor 22 due to individual differences. Even in such a case, by setting the allowable range D1 in each relational information, erroneous determination that the motor 21 or the rotor 22 corresponding to the normal operation is abnormal is suppressed.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a second example of the allowable range during the steady response of the motor 21 and the rotor 22 corresponding thereto.
  • the lower and upper limits of the current based on the fluctuation of the environmental factors of the motor 21 and the rotor 22 corresponding thereto are related information for each rotational speed of the motor 21.
  • the change in environmental factors includes a change in weather conditions such as temperature, atmospheric pressure, or humidity, or a change in the remaining battery level of the flying object 100.
  • a thin curve L3 corresponding to the lower limit of the current is shown below the thick curve L0
  • a thin curve L4 corresponding to the upper limit of the current is shown above the thick curve L0.
  • the range between the current on the curve L3 and the current on the curve L4 at each rotational speed of the motor 21 is the allowable range D2.
  • the determination unit 35 determines that the motor 21 and the rotor 22 corresponding thereto are abnormal. Judge that there is no.
  • the relationship between the rotational speed of the motor 21 and the current flowing through the motor 21 may vary depending on the operating environment of the flying object 100. Even in such a case, by setting the allowable range D2 in each relation information, erroneous determination that the motor 21 or the rotor 22 corresponding to the normal operation is abnormal is suppressed.
  • FIG. 7 is a diagram showing a third example of the allowable range during the steady response of the motor 21 and the rotor 22 corresponding thereto.
  • the lower limit and the upper limit of the current based on the current variation in the example of FIG. 5 and the environmental factor fluctuation in the example of FIG. It is set in the related information for each rotation speed.
  • a thin curve L5 corresponding to the lower limit of the current is shown below the thick curve L0
  • a thin curve L6 corresponding to the upper limit of the current is shown above the thick curve L0.
  • the range between the current on the curve L5 and the current on the curve L6 at each rotation speed of the motor 21 is the allowable range D12.
  • the determination unit 35 determines that the motor 21 and the rotor 22 corresponding thereto are abnormal when the current detected by the characteristic value detection unit 24 is within the allowable range D12 corresponding to the actual rotational speed detected by the output detection unit 23. Judge that there is no. Even when there are individual differences in the basic characteristics of the motor 21 and the basic characteristics fluctuate due to fluctuations in environmental factors, the motor 21 in normal operation or the rotor 22 corresponding thereto may be erroneously determined to be abnormal. It is suppressed.
  • FIG. 8 is a diagram showing a first example of an allowable range during a transient response of deceleration of the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto.
  • the transient response of deceleration of the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto after the target speed is decreased, the actual rotational speed of the motor 21 is decreased so as to approach the target speed, and the rotor 22 is decelerated.
  • the relative speed difference is a negative value.
  • the lower limit of the current determined by the relative speed difference is set in the relationship information for each rotation speed of the motor 21.
  • a curve L7 corresponding to the lower limit of the current during the transient response of deceleration is shown below the allowable range Ds during the steady response.
  • the allowable range Ds at the time of steady response is an allowable range of current set at the time of steady response. Therefore, in the example of FIG. 4, since the allowable range is not set, the allowable range Ds corresponds to the curve L0. On the other hand, in the examples of FIGS. 5, 6, and 7, the allowable range Ds is the allowable ranges D1, D2, and D12, respectively. The same applies to FIGS. 9 and 10 described later.
  • a curve L7 when the rotational speed difference (absolute value of the relative speed difference) is small is indicated by a solid line
  • a curve L7 when the rotational speed difference is large is indicated by a dotted line.
  • a range between the lower limit current of the allowable range Ds at each rotation speed of the motor 21 and the current on the curve L7 is a further allowable range D31.
  • the allowable range D31 changes depending on the rotational speed difference. Specifically, the allowable range D31 changes so that the lower limit becomes smaller as the rotational speed difference increases.
  • the range between the upper limit current of the allowable range Ds at each rotational speed of the motor 21 and the current on the curve L7 is the total allowable range Dt1 during the transient response of the motor 21 to decelerate.
  • the determination unit 35 dynamically changes the allowable range D31 based on the rotation speed difference, and the current detected by the characteristic value detection unit 24 in FIG. 2 corresponds to the actual rotation speed detected by the output detection unit 23.
  • FIG. 9 is a diagram showing a second example of the allowable range during the transient response of acceleration of the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto.
  • the transient response of acceleration of the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto after the target speed is increased, the actual rotational speed of the motor 21 is increased so as to approach the target speed, and the rotor 22 is accelerated.
  • the relative speed difference is a positive value.
  • the upper limit of the current determined by the relative speed difference is set in the relationship information for each rotation speed of the motor 21.
  • a curve L8 corresponding to the upper limit of the current at the acceleration transient response is shown above the allowable range Ds at the steady response.
  • the curve L8 when the rotational speed difference is small is indicated by a solid line
  • the curve L8 when the rotational speed difference is large is indicated by a dotted line.
  • a range between the upper limit current of the allowable range Ds at each rotational speed of the motor 21 and the current on the curve L8 is a further allowable range D32.
  • the allowable range D32 changes depending on the rotational speed difference. Specifically, the upper limit changes as the rotational speed difference increases.
  • the range between the lower limit current of the allowable range Ds at each rotation speed of the motor 21 and the current on the curve L8 is the total allowable range Dt2 at the time of the transient response of the motor 21 acceleration.
  • the determination unit 35 dynamically changes the allowable range D32 based on the rotational speed difference, and the allowable range Dt2 corresponding to the actual rotational speed at which the current detected by the characteristic value detection unit 24 is detected by the output detection unit 23. If it is within the range, it is determined that the motor 21 and the corresponding rotor are not abnormal. Thereby, even when the current flowing through the motor 21 during a transient response during a normal operation greatly increases, erroneous determination that the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto is abnormal is suppressed.
  • the current flowing through the motor 21 may be significantly reduced if the rotational speed difference exceeds a certain value even during normal operation. Therefore, when the relative speed difference is negative, a negative threshold speed difference G1 is preset. When the relative speed difference is equal to or smaller than the threshold speed difference G1, the determination unit 35 does not determine abnormality of the motor 21 and the rotor 22 corresponding thereto. This suppresses erroneous determination that the motor 21 or the rotor 22 corresponding to the motor 21 in normal operation is abnormal.
  • a positive threshold speed difference G2 is preset.
  • a threshold speed R1 is set in advance for the actual rotational speed of the motor 21.
  • the determination unit 35 may not determine abnormality of the motor 21 and the corresponding rotor 22 for a predetermined time t0 during the transient response of the motor 21 or the rotor 22. In this case, it is possible to suppress erroneous determination that the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto in normal operation is abnormal during a transient response.
  • the abnormality determination may not be executed.
  • the determination unit 35 determines that the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto is abnormal when a state where the current flowing through the motor 21 is outside the allowable range continues for a predetermined time t1 or more. Thereby, abnormality of the motor 21 or the rotor 22 corresponding to it can be detected accurately.
  • the determination unit 35 is abnormal in the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto. Is determined. Thereby, abnormality of the motor 21 or the rotor 22 corresponding to it can be detected accurately.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the non-execution of the abnormality determination based on the actual rotation speed of the motor 21.
  • the determination unit 35 does not determine abnormality of the motor 21 and the rotor 22 corresponding thereto.
  • the threshold speed R0 is lower than the rotation speed during hovering. This suppresses erroneous determination that the motor 21 or the rotor 22 corresponding to the motor 21 in normal operation is abnormal.
  • the determination unit 35 may determine whether or not the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto is abnormal based on the current detected a plurality of times within a predetermined time t3.
  • the determination unit 35 determines that the motor 21 or the rotor 22 is abnormal when a representative value such as an average value or a standard deviation value of the current detected a plurality of times within the time t3 is outside the allowable range. May be.
  • the determination unit 35 may determine that the motor 21 or the rotor 22 is abnormal when the current continuously falls outside the allowable range within the time t3. Thus, erroneous determination that the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto operating normally is abnormal is suppressed.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the determination process performed by the main control unit 31.
  • the determination process is performed when the main control unit 31 causes the target speed setting unit 33, the relationship information acquisition unit 34, and the determination unit 35 to execute the computer program stored in the storage unit 32.
  • the determination process will be described with reference to the allowable ranges of FIGS. 5 to 10 and the flowcharts of FIGS.
  • the determination unit 35 determines whether or not the actual rotation speed of the motor 21 is equal to or higher than the threshold speed R0 (step S11). When the actual rotation speed of the motor 21 is lower than the threshold speed R0, the determination unit 35 does not determine abnormality, but does not perform the abnormality determination until the actual rotation speed of the motor 21 becomes equal to or higher than the threshold speed R0. Repeat the process.
  • step S11 when the actual rotational speed of the motor 21 is equal to or greater than the threshold speed R0, the determination unit 35 determines whether the relative speed difference of the motor 21 is equal to or less than the threshold speed difference G1. (Step S12). When the relative speed difference is equal to or less than the negative threshold speed difference G1, the determination unit 35 returns to the process of step S11 without performing the abnormality determination. The determination unit 35 repeats the processes of steps S11 and S12 until the relative speed difference becomes larger than the negative threshold speed difference G1.
  • step S12 when the relative speed difference is larger than the negative threshold speed difference G1, the determination unit 35 determines that the relative speed difference of the motor 21 is greater than or equal to the positive threshold speed difference G2 and the actual rotation of the motor 21. It is determined whether or not the speed is greater than or equal to a threshold speed R1 (step S13). If the relative speed difference is greater than or equal to the positive threshold speed difference G2 and the actual rotational speed is greater than or equal to the threshold speed R1, the determination unit 35 returns to the process of step S11 without determining abnormality. . The determination unit 35 repeats the processes of steps S11 to S13 until the relative speed difference becomes smaller than the positive threshold speed difference G2 or the actual rotational speed becomes lower than the threshold speed R1.
  • step S13 when the relative speed difference is smaller than the positive threshold speed difference G2 or the actual rotational speed is lower than the threshold speed R1, the determination unit 35 determines that the current flowing through the motor 21 is at the steady response time. It is determined whether it is within the allowable range Ds (step S14). When the current is within the allowable range Ds, the determination unit 35 determines that the motor 21 and the corresponding rotor are not abnormal, and returns to the process of step S11. The determination unit 35 repeats the processes of steps S11 to S14 until the current is outside the allowable range Ds.
  • step S14 when the current is outside the allowable range Ds, the determination unit 35 determines that the rotational speed difference of the motor 21 (the absolute value of the difference between the target speed and the actual rotational speed) is less than the threshold speed difference G0. It is determined whether or not there is (step S15). If the rotational speed difference is less than the threshold speed difference G0, the determination unit 35 proceeds to the process of step S18.
  • step S17 when the current is outside the allowable range Dt1 or outside the allowable range Dt2, the determination unit 35 suspends the determination of abnormality (step S18). At this time, the main control unit 31 measures an elapsed time from the start of the suspension of the abnormality determination by operating a timer (not shown). Thereafter, the determination unit 35 determines whether or not the suspension of abnormality determination continues for a time t1 or more (step S19). If the suspension of abnormality determination continues for time t1 or longer, the determination unit 35 proceeds to the process of step S21.
  • step S19 when the suspension of abnormality determination has not continued for more than time t1, the determination unit 35 determines whether or not suspension of abnormality determination has occurred a predetermined number of times within time t2 (step S19). S20). If the abnormality determination is not suspended more than a predetermined number of times within the time t2, the determination unit 35 returns to the process of step S11 while retaining the abnormality determination. The determination unit 35 performs the processes of steps S11 to S19 or the processes of steps S11 to S20 until the suspension of the abnormality determination continues for a time t1 or more, or the suspension of the abnormality determination occurs a predetermined number of times within the time t2. repeat.
  • step S19 when the abnormality determination is suspended for the time t1 or more, or when abnormality determination is suspended for a predetermined number of times within the time t2 in step S20, the determination unit 35 determines whether the motor 21 or the rotor corresponding thereto. 22 is determined to be abnormal (step S21). Thereby, the determination unit 35 ends the determination process, and the main control unit 31 performs various controls for avoiding unstable flight of the flying object 100.
  • steps S11 to S13 may be executed first.
  • the processes of steps S15 to S20 are omitted. If the abnormality determination is not suspended during the transient response, the processes in steps S18 to S20 are omitted.
  • the main body 10 is provided with a plurality of motors 21 and a plurality of rotors 22 corresponding to them.
  • the actual rotation speed of each motor 21 is detected by the output detection unit 23, and the current flowing through each motor 21 is detected by the characteristic value detection unit 24.
  • the relationship information acquisition unit 34 acquires relationship information indicating the relationship between the rotation speed of each motor 21 and the current.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of the control device 30 of the flying object 100 according to the second embodiment.
  • control device 30 further includes a calibration information acquisition unit 36.
  • the function of the calibration information acquisition unit 36 is realized by the main control unit 31 executing the computer program stored in the storage unit 32.
  • the calibration information acquisition unit 36 acquires the rotation speed of each motor 21 as calibration information in the calibration information acquisition mode, and provides it to the relationship information acquisition unit 34.
  • the relationship information acquisition unit 34 calibrates the basic characteristics of each motor 21 in the relationship information based on the acquired calibration information. In this case, current variations caused by individual differences of the motor 21 or the rotor 22 corresponding to the motor 21 can be excluded from the relationship information. Moreover, the influence of the fluctuation
  • the allowable range D1 in FIG. 5 and the allowable range D12 in FIG. 7 are not used as the allowable range Ds during the steady response.
  • the allowable range D2 in FIG. 6 may be provided as the allowable range Ds.
  • the flying object 100 is provided with a calibration switch (not shown).
  • the calibration switch When the calibration switch is in the ON state, the determination process is performed using the relationship information based on the calibrated basic characteristics.
  • the calibration switch when the calibration switch is in the OFF state, the determination process is performed using the relationship information based on the basic characteristics in the initial state.
  • the basic characteristics in the initial state are basic characteristics at the time of factory shipment of the flying object 100 or each flying unit 20, for example.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of determination processing by the main control unit 31 according to the second embodiment.
  • the determination unit 35 determines whether or not the calibration switch is in an on state (step S1). If the calibration switch is not in the on state, the determination unit 35 proceeds to the process of step S11 in FIG. Thereby, the determination process similar to 1st Embodiment is continued using the relationship information of an initial state.
  • step S1 when the calibration switch is on, the determination unit 35 updates the relationship information to the relationship information based on the basic characteristics after calibration (step S2). Thereafter, the determination unit 35 determines whether or not the updated relationship information deviates from the relationship information in the initial state by a certain amount (step S3). If the updated relationship information deviates from the initial relationship information, the determination unit 35 determines that the assembly of the flight unit 20 is abnormal (step S4), and the determination unit 35 ends the determination process.
  • step S3 when the updated relationship information is not deviated from the initial relationship information, the determination unit 35 proceeds to the process of step S11 in FIG. Thereby, the determination process similar to 1st Embodiment is continued using the relationship information after an update.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of the flying object 100 according to the third embodiment.
  • the flying object 100 according to the present embodiment is further provided with an environmental value detection unit 40 that detects an environmental value related to the use environment.
  • the environmental value includes at least one of air temperature, atmospheric pressure, speed of the flying object 100, acceleration of the flying object 100, and angular velocity of the flying object 100.
  • the environmental value detection unit 40 is accommodated in the internal space of the casing unit 11 (FIG. 1) of the main body unit 10 and gives the detected environmental value to the related information acquisition unit 34.
  • the storage unit 32 stores a relational expression for calculating relational information having a different allowable range D2 (FIG. 6) for each environmental value or a table for acquiring the relational information.
  • the relationship information acquisition unit 34 acquires relationship information corresponding to the acquired environment value based on a relational expression or table stored in the storage unit 32.
  • the allowable range D2 can be appropriately varied based on the environmental value detected by the environmental value detection unit 40. Therefore, the abnormality of the motor 21 or the rotor 22 corresponding to the motor 21 is determined based on the allowable range D2 that is more suitable for the environment in which the flying object 100 is used. This further suppresses erroneous determination that the motor 21 or the rotor 22 corresponding thereto operating normally is abnormal.
  • the calibration information acquisition unit 36 (FIG. 13) similar to that of the second embodiment may be provided in the control device 30. In this case, erroneous determination that the motor 21 in normal operation or the rotor 22 corresponding thereto is abnormal is further suppressed.
  • the output detection unit 23 detects the actual rotational speed of the motor 21 as output information related to the output of the motor 21, but the present invention is not limited to this. .
  • the output detection unit 23 may detect other output information related to the output of the motor 21.
  • the output detection unit 23 may detect the torque of the motor 21 as output information, or may detect both the actual rotation speed and the torque of the motor 21 as output information.
  • the characteristic value detector 24 detects the current flowing through the motor 21 as a characteristic value that changes depending on the output information of the motor 21, but the present invention is not limited to this.
  • the characteristic value detector 24 may detect other characteristic values that change depending on the output information of the motor 21.
  • the characteristic value detection unit 24 may detect the voltage of the motor 21 or the temperature of the motor 21 as a characteristic value, or characterize two or more of the current flowing through the motor 21, the voltage of the motor 21, and the temperature of the motor 21. It may be detected as a value.
  • the main body 10 is an example of a flying main body
  • the motor 21 is an example of a motor
  • the rotor 22 is an example of a rotor
  • the output detection unit 23 is an example of an output detection unit.
  • the characteristic value detection unit 24 and the environment value detection unit 40 are examples of first and second parameter detection units, respectively
  • the relationship information acquisition unit 34 is an example of an acquisition unit
  • the determination unit 35 is an example of a determination unit. .
  • the flying object 100 is an example of an unmanned flying object
  • the allowable ranges D1, D2, D12, D31, D32, Ds, Dt1, and Dt2 are exemplary allowable ranges
  • the allowable ranges D1 and D2 are the first and second allowable ranges, respectively. It is an example of a range.
  • the allowable ranges D31 and D32 are examples of the third range
  • the motor control unit 25 is an example of the rotation control unit
  • the threshold speed differences G0, G1, and G2 are the first, second, and third values, respectively. It is an example of a threshold value.
  • the threshold speeds R0 and R1 are examples of fifth and fourth threshold values, respectively
  • the times t1, t2, and t3 are examples of first, second, and third times, respectively.
  • the present invention can be effectively used for various aircraft that fly unattended.

Landscapes

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Abstract

本体部に複数のモータおよびそれらにそれぞれ対応する複数のロータが設けられる。各ロータは、対応するモータの出力により駆動される。各モータの回転速度が出力検出部により検出され、各モータに流れる電流が特性値検出部により検出される。各モータの回転速度と電流との関係を示す関係情報が関係情報取得部により取得される。取得された関係情報ならびに検出された各モータの回転速度および電流に基づいて、各モータまたはそれに対応するロータが異常であるか否かが判定部により判定される。

Description

無人飛行体
　本発明は、無人で飛行する無人飛行体に関する。
　近年、人間の立ち入り困難な地域での写真撮影または農地への農薬の散布を行うために、無人ヘリコプタ等の無人飛行体が用いられることがある。このような無人飛行体において、ロータ（プロペラ）およびモータを含む動力系に異常が発生する場合がある。そのため、無人飛行体の動力系の異常を迅速に検出することが求められる。
　特許文献１には、８個のロータユニットを備えた垂直離着陸飛行体が記載されている。各ロータユニットには回転検出センサが設けられ、各ロータの回転数が検出される。各ロータユニットに送られる回転数指令信号による回転数と検出された回転数との差が所定値以上である場合には、当該ロータユニットが故障していると判定される。
　特許文献２には、４個の回転翼を有する無人飛翔体が記載されている。また、回転翼のモータの駆動電流を取得する電流検知デバイスが各回転翼に対応して設けられる。取得された駆動電流のデータが予め定めた異常条件に合致した場合、異常を示す表示が行われる。異常条件には、回転翼モータの一部が欠損する場合に起こり得る異常電流値、または異常に増減した負荷電流の平均が含まれる。
特開２０１４－２２７１５５号公報 特許５８５７３２６号公報
　しかしながら、ロータおよびモータを含む動力系には、種々の要因により異常が発生し得る。特許文献１，２に記載された回転数の差および駆動電流を監視する方式では、限られた要因による動力系の異常を検出することができるが、種々の要因により発生する動力系の異常を検出することができない。
　本発明の目的は、より広範な要因により発生する異常を検出することが可能な無人飛行体を提供することである。
　（１）本発明の一局面に従う無人飛行体は、飛行本体と、飛行本体に設けられる複数のモータと、複数のモータにそれぞれ対応して設けられ、対応するモータの出力により駆動される複数のロータと、各モータの出力に関連する情報を出力情報として検出する出力検出部と、各モータの出力情報に依存して変化する第１のパラメータを検出する第１のパラメータ検出部と、各モータの出力情報と第１のパラメータとの関係を示す関係情報を取得する取得部と、取得部により取得された関係情報、出力検出部により検出された出力情報および第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータに基づいて、各モータまたは各モータに対応するロータが異常であるか否かを判定する判定部とを備える。
　この無人飛行体においては、飛行本体に複数のモータおよび複数のモータにそれぞれ対応する複数のロータが設けられる。各ロータは、各ロータに対応するモータの出力により駆動される。各モータの出力情報が出力検出部により検出され、各モータの第１のパラメータが第１のパラメータ検出部により検出される。ここで、各モータまたは各モータに対応するロータに何らかの要因による異常が発生する場合には、当該モータの出力情報と当該モータの第１のパラメータとの対応関係が変化する。
　そこで、各モータの出力情報と第１のパラメータとの関係を示す関係情報が取得部により取得される。また、取得された関係情報ならびに各モータの出力情報および第１のパラメータに基づいて、当該モータまたは当該モータに対応するロータが異常であるか否かが判定部により判定される。この構成によれば、より広範な要因により発生する各モータまたは各モータに対応するロータの異常を検出することができる。
　（２）出力情報は、各モータの回転速度およびトルクの少なくとも一方を含んでもよい。この場合、出力情報を容易に検出することができる。また、出力情報として検出された各モータの回転速度およびトルクのいずれかと第１のパラメータとを用いて、各モータまたは各モータに対応するロータの異常を容易に検出することができる。
　（３）第１のパラメータは、各モータに流れる電流、各モータの電圧および各モータの温度の少なくとも１つを含んでもよい。この場合、第１のパラメータを容易に検出することができる。また、第１のパラメータとして検出された各モータに流れる電流、各モータの電圧および各モータの温度のいずれかと出力情報とを用いて、各モータまたは各モータに対応するロータの異常を容易に検出することができる。
　（４）関係情報は、各モータおよび各モータに対応するロータの正常動作時における第１のパラメータの許容範囲を有し、判定部は、第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが出力検出部により検出された出力情報に対応する許容範囲内にある場合に、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないと判定してもよい。
　この場合、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないことを容易に判定することができる。また、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることが抑制される。
　（５）判定部は、第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが出力検出部により検出された出力情報に対応する許容範囲外にある状態が予め定められた第１の時間以上継続した場合には、各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定してもよい。
　各モータまたは各モータに対応するロータが異常である場合には、一定時間以上第１のパラメータが許容範囲外になる。上記の構成によれば、各モータまたは各モータに対応するロータの異常を精度よく検出することができる。
　（６）判定部は、第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが出力検出部により検出された出力情報に対応する許容範囲外にある状態が予め定められた第２の時間以内に所定の回数以上発生した場合には、各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定してもよい。
　各モータまたは各モータに対応するロータが異常である場合には、一定時間以内に第１のパラメータが頻繁に許容範囲外になる。上記の構成によれば、各モータまたは各モータに対応するロータの異常を精度よく検出することができる。
　（７）許容範囲は、各モータの個体差または各モータに対応するロータの個体差に起因する第１のパラメータのばらつきに基づいて設定される第１の範囲を含み、判定部は、第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが出力検出部により検出された出力情報に対応する第１の範囲を含む許容範囲内にある場合に、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないと判定してもよい。
　出力情報と第１のパラメータとの関係は、個体差によりモータとロータとの組ごとにわずかに異なることがある。上記の構成によれば、ロータまたはモータの個体差に基づいて許容範囲が設定される。これにより、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることがより抑制される。
　（８）許容範囲は、環境因子の変動に基づいて設定される第２の範囲を含み、判定部は、第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが出力検出部により検出された出力情報に対応する第２の範囲を含む許容範囲内にある場合に、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないと判定してもよい。
　出力情報と第１のパラメータとの関係は、無人飛行体の使用環境により異なることがある。上記の構成によれば、環境因子の変動に基づいて許容範囲が設定される。これにより、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることがより抑制される。
　（９）無人飛行体は、無人飛行体の使用環境に関連する第２のパラメータを検出する第２のパラメータ検出部をさらに備え、第２の範囲は、第２のパラメータ検出部により検出された第２のパラメータに基づいて変化してもよい。
　この場合、第２のパラメータ検出部により検出される第２のパラメータに基づいて許容範囲が変動する。そのため、無人飛行体の使用環境により適した許容範囲に基づいて各モータまたは各モータに対応するロータの異常が判定される。これにより、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることがさらに抑制される。
　（１０）第２のパラメータは、気温、気圧、無人飛行体の速度、無人飛行体の加速度および無人飛行体の角速度の少なくとも１つを含んでもよい。この場合、第２のパラメータを容易に検出することができる。また、第２のパラメータとして検出された気温、気圧、無人飛行体の速度、無人飛行体の加速度および無人飛行体の角速度のいずれかを用いて、許容範囲を適切に変化させることができる。
　（１１）許容範囲は、各モータまたは各モータに対応するロータの過渡応答に基づいて設定される第３の範囲を含み、判定部は、第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが出力検出部により検出された出力情報に対応する第３の範囲を含む許容範囲内にある場合に、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないと判定してもよい。
　出力情報と第１のパラメータとの関係は、各モータまたは各モータに対応するロータの過渡応答時に異なることがある。上記の構成によれば、各モータまたは各モータに対応するロータの過渡応答時の許容範囲が設定される。これにより、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることがより抑制される。
　（１２）無人飛行体は、複数のモータが目標速度で回転するように各モータの回転速度を制御する回転制御部をさらに備え、出力検出部は、出力情報として各モータの回転速度を検出し、第３の範囲は、回転制御部による各モータの目標速度と出力検出部により検出された当該モータの回転速度との回転速度差に基づいて変化してもよい。
　この場合、各モータの目標速度と検出された回転速度との回転速度差に基づいて許容範囲が変動する。そのため、各モータまたは各モータに対応するロータの過渡応答時に、より適した許容範囲に基づいて各モータまたは各モータに対応するロータの異常が判定される。これにより、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることがさらに抑制される。
　（１３）許容範囲は、回転速度差が予め定められた第１のしきい値以上である場合に、第３の範囲を含んでもよい。この構成によれば、各モータにおける回転速度差が第１のしきい値未満の場合には、許容範囲は過渡応答に基づいて設定される第３の範囲を含まない。これにより、各モータまたは各モータに対応するロータの異常を精度よく検出することができる。
　（１４）第３の範囲は、回転制御部による各モータの目標速度が出力検出部により検出された当該モータの回転速度より低い場合には、回転速度差が大きいほど第３の範囲の下限が小さくなるように変化してもよい。この構成によれば、正常動作中において、各モータの回転速度の減少時に第１のパラメータが大きく減少する場合でも、各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることが抑制される。
　（１５）第３の範囲は、回転制御部による各モータの目標速度が出力検出部により検出された当該モータの回転速度より高い場合には、回転速度差が大きいほど第３の範囲の上限が大きくなるように変化してもよい。この構成によれば、正常動作中において、各モータの回転速度の増加時に第１のパラメータが大きく増加する場合でも、各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることが抑制される。
　（１６）判定部は、回転制御部による各モータの目標速度が出力検出部により検出された当該モータの回転速度より低く、かつ回転速度差が予め定められた第２のしきい値以上である場合には、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定を保留してもよい。
　正常動作中であっても、回転速度差が第２のしきい値以上であるときには第１のパラメータが許容範囲外になることがある。上記の構成によれば、このような場合であっても、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定が保留される。これにより、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることが抑制される。
　（１７）判定部は、回転制御部による各モータの目標速度が出力検出部により検出された当該モータの回転速度より高く、回転速度差が予め定められた第３のしきい値以上でありかつ出力検出部により検出された回転速度が予め定められた第４のしきい値以上である場合には、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定を保留してもよい。
　正常動作中であっても、回転速度差が第３のしきい値以上でありかつ回転速度が第４のしきい値以上であるときには第１のパラメータが許容範囲外になることがある。上記の構成によれば、このような場合であっても、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定が保留される。これにより、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることが抑制される。
　（１８）判定部は、出力検出部により検出された回転速度が予め定められた第５のしきい値よりも低い場合には、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定を行わなくてもよい。
　正常動作中であっても、回転速度が予め定められた第５のしきい値よりも低い場合には、第１のパラメータが許容範囲外になることがある。上記の構成によれば、このような場合であっても、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定が行われない。これにより、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることが抑制される。
　（１９）判定部は、予め定められた第３の時間以内に第１のパラメータ検出部により複数回検出された第１のパラメータに基づいて各モータまたは各モータに対応するロータが異常であるか否かを判定してもよい。
　正常動作中であっても、第１のパラメータが瞬間的に許容範囲外になることがある。上記の構成によれば、一定時間以内に複数回検出された第１のパラメータが異常の判定に用いられるので、正常動作中の各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定されることが抑制される。
　本発明によれば、より広範な要因により発生する無人飛行体の異常を検出することができる。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る飛行体を示す斜視図である。 図２は１つの飛行ユニットの構成を示すブロック図である。 図３は制御装置の構成を示すブロック図である。 図４はモータの回転速度とモータに流れる電流との関係を示す図である。 図５はモータおよびそれに対応するロータの定常応答時における許容範囲の第１の例を示す図である。 図６はモータおよびそれに対応するロータの定常応答時における許容範囲の第２の例を示す図である。 図７はモータおよびそれに対応するロータの定常応答時における許容範囲の第３の例を示す図である。 図８はモータまたはそれに対応するロータの減速の過渡応答時における許容範囲の第１の例を示す図である。 図９はモータまたはそれに対応するロータの加速の過渡応答時における許容範囲の第２の例を示す図である。 図１０はモータの実回転速度に基づく異常の判定の不実行を説明するための図である。 図１１は主制御部による判定処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は主制御部による判定処理の一例を示すフローチャートである。 図１３は第２の実施の形態における飛行体の制御装置の構成を示すブロック図である。 図１４は第２の実施の形態における主制御部による判定処理の一例を示すフローチャートである。 図１５は第３の実施の形態に係る飛行体の構成を示すブロック図である。
　［１］第１の実施の形態
　（１）無人飛行体
　以下、本発明の第１の実施の形態に係る無人飛行体（以下、単に飛行体と呼ぶ。）について図面を用いて説明する。本実施の形態においては、飛行体は、複数のロータ（プロペラ）を有するマルチコプタである。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る飛行体を示す斜視図である。図１に示すように、飛行体１００は、本体部１０、複数の飛行ユニット２０および制御装置（フライトコントローラ）３０を含む。
　本体部１０は、円盤形状の筐体部１１、複数のアーム部１２および脚部（スキッド）１３を含む。複数（本例では４個）のアーム部１２は、略９０°間隔で筐体部１１の側面から突出するように筐体部１１に設けられる。各アーム部１２の先端には、円形の保持部１２ａが設けられる。脚部１３は、筐体部１１の底面に取り付けられる。複数の飛行ユニット２０は、複数のアーム部１２にそれぞれ対応するように設けられる。制御装置３０は、筐体部１１の内部空間に収容される。
　図２は、１つの飛行ユニット２０の構成を示すブロック図である。飛行ユニット２０は、モータ２１、ロータ２２、出力検出部２３、特性値検出部２４およびモータ制御部２５を含む。モータ２１は、回転軸が上方を向く状態で、対応するアーム部１２の保持部１２ａ（図１）に取り付けられる。ロータ２２は、モータ２１の回転軸に取り付けられ、モータ２１により駆動される。
　出力検出部２３、特性値検出部２４およびモータ制御部２５は、図１のアーム部１２または保持部１２ａ内に収容される。出力検出部２３は、モータ２１の出力に関連する情報を出力情報として検出する。特性値検出部２４は、モータの出力情報に依存して変化する特性値を検出する。本実施の形態においては、モータ２１の出力情報はモータ２１（ロータ２２）の回転速度であり、モータ２１の特性値はモータ２１に流れる電流である。
　モータ制御部２５は、出力検出部２３により検出された回転速度および特性値検出部２４により検出された電流を取得し、図１の制御装置３０に与える。また、モータ制御部２５は、制御装置３０により与えられた目標速度でモータ２１（ロータ２２）が回転するようにモータ２１を制御する。
　制御装置３０は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）通信により複数の飛行ユニット２０のモータ制御部２５に接続される。図３は、制御装置３０の構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御装置３０は、主制御部３１、記憶部３２、目標速度設定部３３、関係情報取得部３４および判定部３５を含む。
　主制御部３１は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）を含む。記憶部３２は、例えば揮発性メモリまたはハードディスクを含む。記憶部３２には、コンピュータプログラムが記憶される。また、主制御部３１が記憶部３２に記憶されるコンピュータプログラムを実行することにより、目標速度設定部３３、関係情報取得部３４および判定部３５の機能が実現される。
　目標速度設定部３３は、図２の複数のモータ２１の目標速度を設定する。また、目標速度設定部３３は、設定した目標速度を判定部３５および図２のモータ制御部２５に与える。さらに、目標速度設定部３３は、判定部３５によりいずれかのモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると判定されたときは、他のモータ２１の目標速度を適切に更新する。これにより、飛行体１００の不安定な飛行を回避するための種々の動作を行うことができる。飛行体１００の不安定な飛行を回避するための動作は、飛行体１００の姿勢を安定に維持すること、または飛行体１００を安全な場所に着陸させること等を含む。
　関係情報取得部３４は、各モータ２１の回転速度とモータ２１に流れる電流との関係を示す関係情報を取得し、取得した関係情報を判定部３５に与える。関係情報は、各モータ２１およびそれに対応するロータ２２の正常動作時（以下、単に正常動作時と呼ぶ。）におけるモータ２１に流れる電流の許容範囲を有してもよい。また、関係情報および許容範囲は、記憶部３２に記憶された関係式に基づいて取得されてもよいし、記憶部３２に記憶されたテーブルに基づいて取得されてもよい。関係情報および許容範囲の詳細については後述する。
　判定部３５は、図２の出力検出部２３により検出された回転速度（以下、実回転速度と呼ぶ。）および図２の特性値検出部２４により検出された電流を取得する。また、判定部３５は、目標速度設定部３３により設定された各モータ２１の目標速度と出力検出部２３により検出された実回転速度との差を算出する。
　以下、目標速度と実回転速度との差の絶対値を回転速度差と呼ぶ。また、目標速度から実回転速度を減算した結果を相対速度差と呼ぶ。目標速度が実回転速度より高い場合には相対速度差は正の値で表され、目標速度が実回転速度より低い場合には相対速度差は負の値で表される。判定部３５は、取得した関係情報、回転速度および電流ならびに算出した回転速度差（または相対速度差）に基づいて、各モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であるか否かを判定する。
　（２）関係情報
　図４は、モータ２１の回転速度とモータ２１に流れる電流との関係を示す図である。図４の横軸はいずれかのモータ２１の回転速度を示し、図４の縦軸は当該モータ２１に流れる電流を示す。後述する図５～図１０においても同様である。図４に太い曲線Ｌ０で示すように、特定の環境におけるモータ２１の回転速度とモータ２１に流れる電流との関係（以下、モータ２１の基本特性と呼ぶ。）は既知である。
　図３の判定部３５は、図３の関係情報取得部３４により取得されたモータ２１の基本特性を示す関係情報に基づいて、正常動作時におけるモータ２１の所定の回転速度に対応してモータ２１に流れる電流を特定可能である。しかしながら、モータ２１またはそれに対応するロータ２２に何らかの要因による異常が発生することがある。このような場合には、当該モータ２１の回転速度と当該モータ２１に流れる電流との対応関係が変化する。
　ここで、モータ２１の異常は、モータ２１の焼損、脱調、断線、短絡または減磁等を含む。また、モータ２１の異常は、ベアリングの劣化、グリス切れもしくは錆等による摺動抵抗の増大またはギャップへの異物の混入を含む。ロータ２２の異常は、異物がロータ２２に衝突または付着すること等によるロータ２２の回転速度の一時的な変動を含む。また、ロータ２２の異常は、ロータ２２の変形、汚染、欠損もしくは脱落によるロータ２２の特性の変化、またはロータ２２の内部破損に起因する剛性変化によるロータ２２の特性の変化を含む。
　さらに、モータ２１またはロータ２２の構成部材の経年劣化に伴う特性変化により、モータ２１またはロータ２２に異常が発生することがある。また、飛行体１００の変形または破損等によるアライメントのずれにより、モータ２１またはロータ２２に異常が発生することがある。
　そこで、図３の判定部３５は、図２の特性値検出部２４により検出された電流が図２の出力検出部２３により検出された実回転速度に対応する電流と略一致する場合に、各モータ２１およびそれに対応するロータ２２が異常ではないと判定する。これにより、上記の広範な要因による異常がモータ２１またはそれに対応するロータ２２に発生していないことを検出することができる。
　また、本実施の形態においては、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることを抑制するために、正常動作時におけるモータ２１に流れる電流の許容範囲が関係情報に設けられる。以下、モータ２１およびロータ２２の定常応答時および過渡応答時における許容範囲について説明する。
　（３）定常応答時における許容範囲
　図５は、モータ２１およびそれに対応するロータ２２の定常応答時における許容範囲の第１の例を示す図である。定常応答時における許容範囲の第１の例では、図５に示すように、モータ２１およびそれに対応するロータ２２の個体差に起因する電流のばらつきに基づく電流の下限および上限がモータ２１の回転速度ごとに関係情報に設定される。図５においては、電流の下限に対応する細い曲線Ｌ１が太い曲線Ｌ０の下方に示され、電流の上限に対応する細い曲線Ｌ２が太い曲線Ｌ０の上方に示される。
　モータ２１の各回転速度における曲線Ｌ１上の電流と曲線Ｌ２上の電流との間の範囲が許容範囲Ｄ１となる。図３の判定部３５は、図２の特性値検出部２４により検出された電流が図２の出力検出部２３により検出された実回転速度に対応する許容範囲Ｄ１内にある場合に、モータ２１およびそれに対応するロータ２２が異常ではないと判定する。
　モータ２１の回転速度とモータ２１に流れる電流との関係は、個体差によりモータ２１とロータ２２との組ごとにわずかに異なることがある。このような場合であっても、各関係情報に許容範囲Ｄ１が設定されることにより、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　図６は、モータ２１およびそれに対応するロータ２２の定常応答時における許容範囲の第２の例を示す図である。定常応答時における許容範囲の第２の例では、図６に示すように、モータ２１およびそれに対応するロータ２２の環境因子の変動に基づく電流の下限および上限がモータ２１の回転速度ごとに関係情報に設定される。ここで、環境因子の変動とは、気温、気圧もしくは湿度等の気象条件の変化または飛行体１００のバッテリ残量の変化を含む。図６においては、電流の下限に対応する細い曲線Ｌ３が太い曲線Ｌ０の下方に示され、電流の上限に対応する細い曲線Ｌ４が太い曲線Ｌ０の上方に示される。
　モータ２１の各回転速度における曲線Ｌ３上の電流と曲線Ｌ４上の電流との間の範囲が許容範囲Ｄ２となる。判定部３５は、特性値検出部２４により検出された電流が出力検出部２３により検出された実回転速度に対応する許容範囲Ｄ２内にある場合に、モータ２１およびそれに対応するロータ２２が異常ではないと判定する。
　モータ２１の回転速度とモータ２１に流れる電流との関係は、飛行体１００の使用環境により異なることがある。このような場合であっても、各関係情報に許容範囲Ｄ２が設定されることにより、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　図７は、モータ２１およびそれに対応するロータ２２の定常応答時における許容範囲の第３の例を示す図である。定常応答時における許容範囲の第３の例では、図７に示すように、図５の例における電流のばらつきと図６の例における環境因子の変動とに基づく電流の下限および上限がモータ２１の回転速度ごとに関係情報に設定される。図７においては、電流の下限に対応する細い曲線Ｌ５が太い曲線Ｌ０の下方に示され、電流の上限に対応する細い曲線Ｌ６が太い曲線Ｌ０の上方に示される。
　モータ２１の各回転速度における曲線Ｌ５上の電流と曲線Ｌ６上の電流との間の範囲が許容範囲Ｄ１２となる。判定部３５は、特性値検出部２４により検出された電流が出力検出部２３により検出された実回転速度に対応する許容範囲Ｄ１２内にある場合に、モータ２１およびそれに対応するロータ２２が異常ではないと判定する。モータ２１の基本特性に個体差がありかつ環境因子の変動により基本特性が変動する場合であっても、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　（４）過渡応答時における許容範囲
　モータ２１の回転速度とモータ２１に流れる電流との関係は、モータ２１またはそれに対応するロータ２２の減速または加速等の過渡応答時に定常応答時とは異なることがある。そこで、本実施の形態においては、モータ２１またはそれに対応するロータ２２の過渡応答時における電流のさらなる許容範囲が関係情報に設定される。
　ここで、過渡応答時における許容範囲は、回転速度差に基づいて変化する。そのため、過渡応答時に、より適した許容範囲に基づいてモータ２１またはそれに対応するロータ２２の異常が判定される。これにより、過渡応答時に、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることがより抑制される。
　図８は、モータ２１またはそれに対応するロータ２２の減速の過渡応答時における許容範囲の第１の例を示す図である。モータ２１またはそれに対応するロータ２２の減速の過渡応答時では、目標速度が減少した後、モータ２１の実回転速度が目標速度に近づくように減少し、ロータ２２が減速する。この場合、相対速度差は負の値となる。この例では、相対速度差により定まる電流の下限がモータ２１の回転速度ごとに関係情報に設定される。図８においては、減速の過渡応答時の電流の下限に対応する曲線Ｌ７が定常応答時における許容範囲Ｄｓの下方に示される。
　ここで、定常応答時における許容範囲Ｄｓは、定常応答時に設定される電流の許容範囲である。したがって、図４の例では、許容範囲は設定されないので、許容範囲Ｄｓは曲線Ｌ０に相当する。一方、図５、図６および図７の例では、許容範囲Ｄｓはそれぞれ許容範囲Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１２である。後述する図９および図１０においても同様である。
　図８には、回転速度差（相対速度差の絶対値）が小さいときの曲線Ｌ７が実線で示され、回転速度差が大きいときの曲線Ｌ７が点線で示される。モータ２１の各回転速度における許容範囲Ｄｓの下限の電流と曲線Ｌ７上の電流との間の範囲がさらなる許容範囲Ｄ３１となる。このようにして、許容範囲Ｄ３１は回転速度差により変化する。具体的には、許容範囲Ｄ３１は、回転速度差が大きいほどその下限が小さくなるように変化する。
　図８の例では、モータ２１の各回転速度における許容範囲Ｄｓの上限の電流と曲線Ｌ７上の電流との間の範囲がモータ２１の減速の過渡応答時における総合的な許容範囲Ｄｔ１となる。判定部３５は、回転速度差に基づいて許容範囲Ｄ３１を動的に変化させつつ、図２の特性値検出部２４により検出された電流が出力検出部２３により検出された実回転速度に対応する許容範囲Ｄｔ１内にある場合に、モータ２１およびそれに対応するロータが異常ではないと判定する。これにより、正常動作中において減速の過渡応答時にモータ２１に流れる電流が大きく減少する場合でも、モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　図９は、モータ２１またはそれに対応するロータ２２の加速の過渡応答時における許容範囲の第２の例を示す図である。モータ２１またはそれに対応するロータ２２の加速の過渡応答時では、目標速度が増加した後、モータ２１の実回転速度が目標速度に近づくように増加し、ロータ２２が加速する。この場合、相対速度差は正の値となる。この例では、相対速度差により定まる電流の上限がモータ２１の回転速度ごとに関係情報に設定される。図９においては、加速の過渡応答時の電流の上限に対応する曲線Ｌ８が定常応答時における許容範囲Ｄｓの上方に示される。
　図９には、回転速度差が小さいときの曲線Ｌ８が実線で示され、回転速度差が大きいときの曲線Ｌ８が点線で示される。モータ２１の各回転速度における許容範囲Ｄｓの上限の電流と曲線Ｌ８上の電流との間の範囲がさらなる許容範囲Ｄ３２となる。このようにして、許容範囲Ｄ３２は回転速度差により変化する。具体的には、回転速度差が大きいほどその上限が大きくなるように変化する。
　図９の例では、モータ２１の各回転速度における許容範囲Ｄｓの下限の電流と曲線Ｌ８上の電流との間の範囲がモータ２１の加速の過渡応答時における総合的な許容範囲Ｄｔ２となる。判定部３５は、回転速度差に基づいて許容範囲Ｄ３２を動的に変化させつつ、特性値検出部２４により検出された電流が出力検出部２３により検出された実回転速度に対応する許容範囲Ｄｔ２内にある場合に、モータ２１およびそれに対応するロータが異常ではないと判定する。これにより、正常動作中において過渡応答時にモータ２１に流れる電流が大きく増加する場合でも、モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　（５）異常の判定の不実行
　回転速度差（目標速度と実回転速度との差の絶対値）が予め設定されたしきい値速度差Ｇ０未満である場合には、過渡応答時であっても、モータ２１およびそれに対応するロータ２２の挙動は定常応答時におけるモータ２１およびそれに対応するロータ２２の挙動と略等しい。そこで、本実施の形態においては、許容範囲Ｄ３１，Ｄ３２は、回転速度差がしきい値速度差Ｇ０以上である場合に設定され、回転速度差がしきい値速度差Ｇ０未満の場合には設定されない。これにより、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２の異常を精度よく検出することができる。
　減速の過渡応答時に、正常動作中であっても、回転速度差が一定の値を超えるとモータ２１に流れる電流が著しく減少する場合がある。そこで、相対速度差が負であるとき、負のしきい値速度差Ｇ１が予め設定される。判定部３５は、相対速度差がしきい値速度差Ｇ１以下である場合には、モータ２１およびそれに対応するロータ２２の異常の判定を行わない。これにより、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　同様に、加速の過渡応答時に、正常動作中であっても、回転速度差が一定の値を超えかつ回転速度が一定の値を超えるとモータ２１に流れる電流が著しく増加する場合がある。そこで、相対速度差が正であるとき、正のしきい値速度差Ｇ２が予め設定される。また、モータ２１の実回転速度について、しきい値速度Ｒ１が予め設定される。判定部３５は、相対速度差がしきい値速度差Ｇ２以上でありかつ実回転速度がしきい値速度Ｒ１以上である場合には、モータ２１およびそれに対応するロータ２２の異常の判定を行わない。これにより、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　また、判定部３５は、モータ２１またはロータ２２の過渡応答時には、予め定められた時間ｔ０だけモータ２１およびそれに対応するロータ２２の異常の判定を行わなくてもよい。この場合、過渡応答時において正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　以上のように、モータ２１またはロータ２２の過渡応答時には、異常の判定が実行されないことがある。
　一方で、モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常である場合には、一定時間以上モータ２１に流れる電流が許容範囲外になる。そこで、判定部３５は、モータ２１に流れる電流が許容範囲外である状態が予め定められた時間ｔ１以上継続した場合には、モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると判定する。これにより、モータ２１またはそれに対応するロータ２２の異常を精度よく検出することができる。
　また、モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常である場合には、モータ２１に流れる電流が頻繁に許容範囲外になる。そこで、判定部３５は、モータ２１に流れる電流が許容範囲外である状態が予め定められた時間ｔ２以内に所定の回数以上発生した場合には、モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると判定する。これにより、モータ２１またはそれに対応するロータ２２の異常を精度よく検出することができる。
　さらに、判定部３５は、モータ２１の実回転速度に基づいて異常の判定を不実行とする。図１０は、モータ２１の実回転速度に基づく異常の判定の不実行を説明するための図である。正常動作中であっても、実回転速度がホバリング時の回転速度よりも低い場合には、モータ２１に流れる電流が許容範囲外になることがある。そこで、判定部３５は、図１０に示すように、実回転速度がしきい値速度Ｒ０よりも低い場合には、当該モータ２１およびそれに対応するロータ２２の異常の判定を行わない。しきい値速度Ｒ０は、ホバリング時の回転速度よりも低い。これにより、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　また、正常動作中であっても、モータ２１に流れる電流が瞬間的に許容範囲外になることがある。そこで、判定部３５は、予め定められた時間ｔ３以内に複数回検出された電流に基づいてモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であるか否かを判定してもよい。
　例えば、判定部３５は、時間ｔ３以内に複数回検出された電流の平均値または標準偏差値等の代表値が許容範囲外になった場合に、モータ２１またはロータ２２が異常であると判定してもよい。あるいは、判定部３５は、時間ｔ３以内に連続して電流が許容範囲外になった場合に、モータ２１またはロータ２２が異常であると判定してもよい。これらにより、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることが抑制される。
　（６）判定処理
　図１１は、主制御部３１による判定処理の一例を示すフローチャートである。判定処理は、主制御部３１が記憶部３２に記憶されたコンピュータプログラムを目標速度設定部３３、関係情報取得部３４および判定部３５に実行させることにより行われる。以下、図５～図１０の許容範囲ならびに図１１および図１２のフローチャートにしたがって判定処理を説明する。
　判定部３５は、モータ２１の実回転速度がしきい値速度Ｒ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。モータ２１の実回転速度がしきい値速度Ｒ０よりも低い場合には、判定部３５は、異常の判定を行わずに、モータ２１の実回転速度がしきい値速度Ｒ０以上になるまでステップＳ１１の処理を繰り返す。
　ステップＳ１１において、モータ２１の実回転速度がしきい値速度Ｒ０以上である場合には、判定部３５は、モータ２１の相対速度差がしきい値速度差Ｇ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。相対速度差が負のしきい値速度差Ｇ１以下である場合には、判定部３５は、異常の判定を行わずに、ステップＳ１１の処理に戻る。判定部３５は、相対速度差が負のしきい値速度差Ｇ１より大きくなるまでステップＳ１１，Ｓ１２の処理を繰り返す。
　ステップＳ１２において、相対速度差が負のしきい値速度差Ｇ１より大きい場合には、判定部３５は、モータ２１の相対速度差が正のしきい値速度差Ｇ２以上でかつモータ２１の実回転速度がしきい値速度Ｒ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。相対速度差が正のしきい値速度差Ｇ２以上でかつ実回転速度がしきい値速度Ｒ１以上である場合には、判定部３５は、異常の判定を行わずに、ステップＳ１１の処理に戻る。判定部３５は、相対速度差が正のしきい値速度差Ｇ２より小さくなるかまたは実回転速度がしきい値速度Ｒ１より低くなるまでステップＳ１１～Ｓ１３の処理を繰り返す。
　ステップＳ１３において、相対速度差が正のしきい値速度差Ｇ２より小さいかまたは実回転速度がしきい値速度Ｒ１より低い場合には、判定部３５は、モータ２１に流れる電流が定常応答時における許容範囲Ｄｓ内にあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。電流が許容範囲Ｄｓ内にある場合には、判定部３５は、モータ２１およびそれに対応するロータが異常ではないと判定し、ステップＳ１１の処理に戻る。判定部３５は、電流が許容範囲Ｄｓ外になるまでステップＳ１１～Ｓ１４の処理を繰り返す。
　ステップＳ１４において、電流が許容範囲Ｄｓ外にある場合には、判定部３５は、モータ２１の回転速度差（目標速度と実回転速度との差の絶対値）がしきい値速度差Ｇ０未満であるかを判定する（ステップＳ１５）。回転速度差がしきい値速度差Ｇ０未満である場合には、判定部３５はステップＳ１８の処理に進む。
　ステップＳ１５において、回転速度差がしきい値速度差Ｇ０以上である場合には、判定部３５は、モータ２１の相対速度差に基づいて過渡応答時における許容範囲Ｄｔ１，Ｄｔ２を取得する（ステップＳ１６）。次に、判定部３５は、モータ２１に流れる電流が過渡応答時における許容範囲Ｄｔ１内または許容範囲Ｄｔ２内にあるか否かを判定する（ステップＳ１７）。電流が許容範囲Ｄｔ１内または許容範囲Ｄｔ２内にある場合には、判定部３５は、モータ２１およびそれに対応するロータ２２が異常ではないと判定し、ステップＳ１１の処理に戻る。判定部３５は、回転速度差がしきい値速度差Ｇ０未満になるか、電流が許容範囲Ｄｔ１外または許容範囲Ｄｔ２外になるまでステップＳ１１～Ｓ１５の処理またはステップＳ１１～Ｓ１７の処理を繰り返す。
　ステップＳ１７において、電流が許容範囲Ｄｔ１外または許容範囲Ｄｔ２外にある場合には、判定部３５は、異常の判定を保留する（ステップＳ１８）。このとき、主制御部３１は、図示しないタイマを作動させることにより、異常の判定の保留の開始からの経過時間を計測する。その後、判定部３５は、異常の判定の保留が時間ｔ１以上継続したか否かを判定する（ステップＳ１９）。異常の判定の保留が時間ｔ１以上継続した場合には、判定部３５はステップＳ２１の処理に進む。
　ステップＳ１９において、異常の判定の保留が時間ｔ１以上継続していない場合には、判定部３５は、異常の判定の保留が時間ｔ２以内に所定の回数以上発生したか否かを判定する（ステップＳ２０）。異常の判定の保留が時間ｔ２以内に所定の回数以上発生していない場合には、判定部３５は、異常の判定を保留したままステップＳ１１の処理に戻る。判定部３５は、異常の判定の保留が時間ｔ１以上継続するか、または異常の判定の保留が時間ｔ２以内に所定の回数以上発生するまでステップＳ１１～Ｓ１９の処理またはステップＳ１１～Ｓ２０の処理を繰り返す。
　ステップＳ１９において異常の判定の保留が時間ｔ１以上継続した場合、またはステップＳ２０において異常の判定の保留が時間ｔ２以内に所定の回数以上発生した場合、判定部３５は、モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると判定する（ステップＳ２１）。これにより、判定部３５は判定処理を終了し、主制御部３１は飛行体１００の不安定な飛行を回避するための種々の制御を行う。
　上記の判定処理においては、一部の処理が他の順序で実行されてもよい。例えば、ステップＳ１１～Ｓ１３の処理はいずれが先に実行されてもよい。また、過渡応答時における許容範囲Ｄｔ１，Ｄｔ２が関係情報に設けられない場合には、ステップＳ１５～Ｓ２０の処理は省略される。過渡応答時に異常の判定の保留が行われない場合には、ステップＳ１８～Ｓ２０の処理は省略される。
　（７）効果
　本実施の形態に係る飛行体１００においては、複数のモータ２１およびそれらにそれぞれ対応する複数のロータ２２が本体部１０に設けられる。各モータ２１の実回転速度が出力検出部２３により検出され、各モータ２１に流れる電流が特性値検出部２４により検出される。各モータ２１の回転速度と電流との関係を示す関係情報が関係情報取得部３４により取得される。
　取得された関係情報ならびに各モータ２１の実回転速度および電流に基づいて、当該モータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であるか否かが判定部３５により判定される。これにより、より広範な要因により発生する各モータ２１またはそれに対応するロータ２２の異常を検出することができる。
　［２］第２の実施の形態
　第２の実施の形態に係る飛行体１００について、第１の実施の形態に係る飛行体１００と異なる点を説明する。本実施の形態に係る飛行体１００には、本体部１０が離陸しない程度に各モータ２１を回転させることを使用者に促す校正情報取得モードが設けられる。
　図１３は、第２の実施の形態に係る飛行体１００の制御装置３０の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、本実施の形態においては、制御装置３０は校正情報取得部３６をさらに含む。主制御部３１が記憶部３２に記憶されるコンピュータプログラムを実行することにより、校正情報取得部３６の機能が実現される。校正情報取得部３６は、校正情報取得モードにおいて各モータ２１の回転速度を校正情報として取得し、関係情報取得部３４に与える。
　関係情報取得部３４は、取得した校正情報に基づいて、関係情報における各モータ２１の基本特性を校正する。この場合、モータ２１またはそれに対応するロータ２２の個体差に起因する電流のばらつきを関係情報から排除することができる。また、関係情報における環境因子の変動による電流の変動の影響を低減することができる。
　この構成によれば、モータ２１またはそれに対応するロータ２２の個体差に起因する電流のばらつきに基づく電流の下限および上限がモータ２１の回転速度ごとに関係情報に設定される必要がない。そのため、本実施の形態においては、定常応答時における許容範囲Ｄｓとして、図５の許容範囲Ｄ１および図７の許容範囲Ｄ１２は用いられない。本実施の形態においては、許容範囲Ｄｓとして図６の許容範囲Ｄ２が設けられればよい。
　本実施の形態においては、飛行体１００に図示しない校正スイッチが設けられる。校正スイッチがオン状態である場合には、校正された基本特性に基づく関係情報を用いて判定処理が行われる。一方、校正スイッチがオフ状態である場合には、初期状態の基本特性に基づく関係情報を用いて判定処理が行われる。初期状態の基本特性とは、例えば飛行体１００または各飛行ユニット２０の工場出荷時における基本特性である。
　図１４は、第２の実施の形態における主制御部３１による判定処理の一例を示すフローチャートである。図１４に示すように、本実施の形態における判定処理では、判定部３５は校正スイッチがオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。校正スイッチがオン状態でない場合、判定部３５は図１１のステップＳ１１の処理に進む。これにより、初期状態の関係情報を用いて、第１の実施の形態と同様の判定処理が続行される。
　ステップＳ１において、校正スイッチがオン状態である場合、判定部３５は関係情報を校正後の基本特性に基づく関係情報に更新する（ステップＳ２）。その後、判定部３５は、更新後の関係情報が初期状態の関係情報から一定以上乖離しているか否かを判定する（ステップＳ３）。更新後の関係情報が初期状態の関係情報から乖離している場合、判定部３５は飛行ユニット２０の組み立てが異常であると判定し（ステップＳ４）、判定部３５は判定処理を終了する。
　ステップＳ３において、更新後の関係情報が初期状態の関係情報から乖離していない場合、判定部３５は図１１のステップＳ１１の処理に進む。これにより、更新後の関係情報を用いて、第１の実施の形態と同様の判定処理が続行される。
　［３］第３の実施の形態
　第３の実施の形態に係る飛行体１００について、第１の実施の形態に係る飛行体１００と異なる点を説明する。図１５は、第３の実施の形態に係る飛行体１００の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、本実施の形態に係る飛行体１００には、使用環境に関連する環境値を検出する環境値検出部４０がさらに設けられる。環境値は、気温、気圧、飛行体１００の速度、飛行体１００の加速度および飛行体１００の角速度の少なくとも１つを含む。
　環境値検出部４０は、本体部１０の筐体部１１（図１）の内部空間に収容され、検出した環境値を関係情報取得部３４に与える。ここで、記憶部３２には、環境値ごとに許容範囲Ｄ２（図６）が異なる関係情報を算出するための関係式または当該関係情報を取得するためのテーブルが記憶されている。関係情報取得部３４は、取得した環境値に対応する関係情報を記憶部３２に記憶された関係式またはテーブルに基づいて取得する。
　この構成によれば、環境値検出部４０により検出される環境値に基づいて許容範囲Ｄ２を適切に変動させることができる。そのため、飛行体１００の使用環境により適した許容範囲Ｄ２に基づいてモータ２１またはそれに対応するロータ２２の異常が判定される。これにより、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることがより抑制される。
　本実施の形態において、第２の実施の形態と同様の校正情報取得部３６（図１３）が制御装置３０に設けられてもよい。この場合、正常動作中のモータ２１またはそれに対応するロータ２２が異常であると誤判定されることがさらに抑制される。
　［４］他の実施の形態
　（１）上記実施の形態において、出力検出部２３はモータ２１の出力に関連する出力情報としてモータ２１の実回転速度を検出するが、本発明はこれに限定されない。出力検出部２３は、モータ２１の出力に関連する他の出力情報を検出してもよい。例えば、出力検出部２３は、モータ２１のトルクを出力情報として検出してもよいし、モータ２１の実回転速度およびトルクの両方を出力情報として検出してもよい。
　（２）上記実施の形態において、特性値検出部２４はモータ２１の出力情報に依存して変化する特性値としてモータ２１に流れる電流を検出するが、本発明はこれに限定されない。特性値検出部２４は、モータ２１の出力情報に依存して変化する他の特性値を検出してもよい。例えば、特性値検出部２４は、モータ２１の電圧またはモータ２１の温度を特性値として検出してもよいし、モータ２１に流れる電流、モータ２１の電圧およびモータ２１の温度の２つ以上を特性値として検出してもよい。
　［５］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
　以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
　上記実施の形態では、本体部１０が飛行本体の例であり、モータ２１がモータの例であり、ロータ２２がロータの例であり、出力検出部２３が出力検出部の例である。特性値検出部２４および環境値検出部４０がそれぞれ第１および第２のパラメータ検出部の例であり、関係情報取得部３４が取得部の例であり、判定部３５が判定部の例である。
　飛行体１００が無人飛行体の例であり、許容範囲Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１２，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄｓ，Ｄｔ１，Ｄｔ２が許容範囲の例であり、許容範囲Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ第１および第２の範囲の例である。許容範囲Ｄ３１，Ｄ３２が第３の範囲の例であり、モータ制御部２５が回転制御部の例であり、しきい値速度差Ｇ０，Ｇ１，Ｇ２がそれぞれ第１、第２および第３のしきい値の例である。しきい値速度Ｒ０，Ｒ１がそれぞれ第５および第４のしきい値の例であり、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３がそれぞれ第１、第２および第３の時間の例である。
　請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
　本発明は、無人で飛行する種々の飛行体に有効に利用することができる。

Claims (19)

  1. 飛行本体と、
    　前記飛行本体に設けられる複数のモータと、
    　前記複数のモータにそれぞれ対応して設けられ、対応するモータの出力により駆動される複数のロータと、
    　各モータの出力に関連する情報を出力情報として検出する出力検出部と、
    　各モータの出力情報に依存して変化する第１のパラメータを検出する第１のパラメータ検出部と、
    　各モータの出力情報と第１のパラメータとの関係を示す関係情報を取得する取得部と、
    　前記取得部により取得された関係情報、前記出力検出部により検出された出力情報および前記第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータに基づいて、各モータまたは各モータに対応するロータが異常であるか否かを判定する判定部とを備える、無人飛行体。
  2. 前記出力情報は、各モータの回転速度およびトルクの少なくとも一方を含む、請求項１記載の無人飛行体。
  3. 前記第１のパラメータは、各モータに流れる電流、各モータの電圧および各モータの温度の少なくとも１つを含む、請求項１または２記載の無人飛行体。
  4. 前記関係情報は、各モータおよび各モータに対応するロータの正常動作時における第１のパラメータの許容範囲を有し、
    　前記判定部は、前記第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが前記出力検出部により検出された出力情報に対応する許容範囲内にある場合に、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないと判定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  5. 前記判定部は、前記第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが前記出力検出部により検出された出力情報に対応する前記許容範囲外にある状態が予め定められた第１の時間以上継続した場合には、各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定する、請求項４記載の無人飛行体。
  6. 前記判定部は、前記第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが前記出力検出部により検出された出力情報に対応する前記許容範囲外にある状態が予め定められた第２の時間以内に所定の回数以上発生した場合には、各モータまたは各モータに対応するロータが異常であると判定する、請求項４または５記載の無人飛行体。
  7. 前記許容範囲は、各モータの個体差または各モータに対応するロータの個体差に起因する第１のパラメータのばらつきに基づいて設定される第１の範囲を含み、
    　前記判定部は、前記第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが前記出力検出部により検出された出力情報に対応する前記第１の範囲を含む前記許容範囲内にある場合に、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないと判定する、請求項４～６のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  8. 前記許容範囲は、環境因子の変動に基づいて設定される第２の範囲を含み、
    　前記判定部は、前記第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが前記出力検出部により検出された出力情報に対応する前記第２の範囲を含む前記許容範囲内にある場合に、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないと判定する、請求項４～７のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  9. 前記無人飛行体の使用環境に関連する第２のパラメータを検出する第２のパラメータ検出部をさらに備え、
    　前記第２の範囲は、前記第２のパラメータ検出部により検出された第２のパラメータに基づいて変化する、請求項８記載の無人飛行体。
  10. 前記第２のパラメータは、気温、気圧、前記無人飛行体の速度、前記無人飛行体の加速度および前記無人飛行体の角速度の少なくとも１つを含む、請求項９記載の無人飛行体。
  11. 前記許容範囲は、各モータまたは各モータに対応するロータの過渡応答に基づいて設定される第３の範囲を含み、
    　前記判定部は、前記第１のパラメータ検出部により検出された第１のパラメータが前記出力検出部により検出された出力情報に対応する前記第３の範囲を含む前記許容範囲内にある場合に、各モータおよび各モータに対応するロータが異常ではないと判定する、請求項４～１０のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  12. 前記複数のモータが目標速度で回転するように各モータの回転速度を制御する回転制御部をさらに備え、
    　前記出力検出部は、前記出力情報として各モータの回転速度を検出し、
    　前記第３の範囲は、前記回転制御部による各モータの目標速度と前記出力検出部により検出された当該モータの回転速度との回転速度差に基づいて変化する、請求項１１記載の無人飛行体。
  13. 前記許容範囲は、前記回転速度差が予め定められた第１のしきい値以上である場合に、前記第３の範囲を含む、請求項１２記載の無人飛行体。
  14. 前記第３の範囲は、前記回転制御部による各モータの目標速度が前記出力検出部により検出された当該モータの回転速度より低い場合には、前記回転速度差が大きいほど前記第３の範囲の下限が小さくなるように変化する、請求項１２または１３記載の無人飛行体。
  15. 前記第３の範囲は、前記回転制御部による各モータの目標速度が前記出力検出部により検出された当該モータの回転速度より高い場合には、前記回転速度差が大きいほど前記第３の範囲の上限が大きくなるように変化する、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  16. 前記判定部は、前記回転制御部による各モータの目標速度が前記出力検出部により検出された当該モータの回転速度より低く、かつ前記回転速度差が予め定められた第２のしきい値以上である場合には、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定を保留する、請求項１２～１５のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  17. 前記判定部は、前記回転制御部による各モータの目標速度が前記出力検出部により検出された当該モータの回転速度より高く、前記回転速度差が予め定められた第３のしきい値以上でありかつ前記出力検出部により検出された回転速度が予め定められた第４のしきい値以上である場合には、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定を保留する、請求項１２～１６のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  18. 前記判定部は、前記出力検出部により検出された回転速度が予め定められた第５のしきい値よりも低い場合には、各モータおよび各モータに対応するロータの異常の判定を行わない、請求項１２～１７のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  19. 前記判定部は、予め定められた第３の時間以内に前記第１のパラメータ検出部により複数回検出された第１のパラメータに基づいて各モータまたは各モータに対応するロータが異常であるか否かを判定する、請求項１～１８のいずれか一項に記載の無人飛行体。
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