特許 6774667 無人飛行体、その制御システムおよび制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6774667

(24)【登録日】2020年10月7日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】無人飛行体、その制御システムおよび制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   B64D 45/00 20060101AFI20201019BHJP

   B64D 27/24 20060101ALI20201019BHJP

   B64C 27/08 20060101ALI20201019BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   B64D45/00 Z

   B64D45/00 A

   B64D27/24

   B64C27/08

   B64C39/02

【請求項の数】18

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-510855(P2020-510855)

(86)(22)【出願日】2019年3月26日

(86)【国際出願番号】JP2019012685

(87)【国際公開番号】WO2019189076

(87)【国際公開日】20191003

【審査請求日】2020年2月19日

(31)【優先権主張番号】特願2018-59641(P2018-59641)

(32)【優先日】2018年3月27日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515019537

【氏名又は名称】株式会社ナイルワークス

(74)【代理人】

【識別番号】100103872

【弁理士】

【氏名又は名称】粕川 敏夫

(74)【代理人】

【識別番号】100139778

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100088856

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 佳之夫

(74)【代理人】

【識別番号】100149456

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 喜幹

(74)【代理人】

【識別番号】100194238

【弁理士】

【氏名又は名称】狩生 咲

(72)【発明者】

【氏名】和氣 千大

(72)【発明者】

【氏名】柳下 洋

(72)【発明者】

【氏名】西東 敦規

【審査官】 諸星 圭祐

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／００２２３１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０９８２８０９５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００５−１７８５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１７０５６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／１５４４２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 韓国登録特許第１０−１４９６８９２（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｍ ７／００

Ｂ６４Ｃ ２７／０８

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｄ １／１６

Ｂ６４Ｄ ２７／２４

Ｂ６４Ｄ ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体であって、
前記フライトコントローラーは、
センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出部と、
前記衝突・墜落検出部からの検出信号を記憶するメモリーと、
を有し、
前記メモリーに衝突又は墜落のデータが記憶されている場合には前記無人飛行体の起動または飛行を禁止する、
無人飛行体。

【請求項2】

前記無人飛行体に搭載されたバッテリーからの電源供給を遮断することにより前記無人飛行体の起動を禁止する、
請求項１記載の無人飛行体。

【請求項3】

前記無人飛行体が起動された際に、前記メモリーの記録データを読み出す、
請求項１又は２記載の無人飛行体。

【請求項4】

複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体であって、
前記フライトコントローラーは、
センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出部と、
前記衝突・墜落検出部からの検出信号を記憶するメモリーと、
を有し、
前記無人飛行体は、前記無人飛行体を診断する診断部を有し、
前記診断部により前記無人飛行体が正常に動作するものと判断された場合、前記無人飛行体の起動または飛行が許可される、
無人飛行体。

【請求項5】

前記診断部により前記無人飛行体が正常に動作するものと判断された場合、前記無人飛行体の起動または飛行が許可されると共に、前記メモリーに記録された衝突又は墜落のデータがクリアされる、請求項４記載の無人飛行体。

【請求項6】

前記衝突・墜落検出部からの検出信号によって電源供給を遮断する電源遮断司令部を更に備える、
請求項１乃至５のいずれかに記載の無人飛行体。

【請求項7】

複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体を制御する制御システムであって、
前記制御システムは、
センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出部と、
前記衝突・墜落検出部からの検出信号を記憶するメモリーと、
を有し、
前記メモリーに衝突又は墜落のデータが記憶されている場合には前記無人飛行体の起動又は飛行を禁止する、
制御システム。

【請求項8】

前記無人飛行体に搭載された電源からの電力供給を遮断することにより前記無人飛行体の起動を禁止する、請求項７記載の制御システム。

【請求項9】

前記無人飛行体が起動された際に、前記メモリーの記録データを読み出す、請求項７又は８記載の制御システム。

【請求項10】

複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体を制御する制御システムであって、
前記制御システムは、
センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出部と、
前記衝突・墜落検出部からの検出信号を記憶するメモリーと、
前記無人飛行体を診断する診断部と、
を有し、
前記診断部により前記無人飛行体が正常に動作するものと判断された場合、前記無人飛行体の起動又は飛行を許可する機能を有する、
制御システム。

【請求項11】

前記診断部により前記無人飛行体が正常に動作するものと判断された場合、前記無人飛行体の起動又は飛行を許可すると共に、前記メモリーに記録された衝突又は墜落のデータをクリアする、請求項１０記載の制御システム。

【請求項12】

前記衝突・墜落検出部からの検出信号によって電源供給を遮断する電源遮断司令部を更に備える、
請求項７乃至１１のいずれかに記載の制御システム。

【請求項13】

複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体の制御プログラムであって、
前記複数のモーターを個別に制御するモーター制御機能と、
センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出機能と、
前記衝突・墜落検出機能によって得られる検出信号をメモリーに記憶する機能と、
前記メモリーに衝突又は墜落のデータが記憶されている場合には前記無人飛行体の起動又は飛行を禁止する機能を実現させる、
無人飛行体の制御プログラム。

【請求項14】

前記無人飛行体に搭載された電源からの電力供給を遮断することにより前記無人飛行体の起動を禁止する、請求項１３記載の無人飛行体の制御プログラム。

【請求項15】

前記無人飛行体が起動された際に、前記メモリーの記録データを読み出す、請求項１３又は１４記載の無人飛行体の制御プログラム。

【請求項16】

複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体の制御プログラムであって、
前記複数のモーターを個別に制御するモーター制御機能と、
センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出機能と、
前記衝突・墜落検出機能によって得られる検出信号をメモリーに記憶する機能と、
前記無人飛行体を診断する機能により前記無人飛行体が正常に動作するものと判断された場合、前記無人飛行体の起動又は飛行を許可する機能を実現させる、
無人飛行体の制御プログラム。

【請求項17】

前記無人飛行体を診断する機能により前記無人飛行体が正常に動作するものと判断された場合、前記無人飛行体の起動又は飛行を許可すると共に、前記メモリーに記録された衝突又は墜落のデータをクリアする機能を実現させる、請求項１６記載の無人飛行体の制御プログラム。

【請求項18】

前記衝突・墜落検出機能による検出信号によって電源供給を遮断する電源遮断機能を更に実現させる、
請求項１３乃至１７のいずれかに記載の無人飛行体の制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、安全性を高めた無人飛行体、その制御システム及び制御プログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般にドローンと呼ばれる小型ヘリコプターあるいはマルチコプターなどの無人飛行体の利用が進んでいる。以下、無人飛行体のことを「ドローン」称する。ドローンの重要な利用分野の一つとして、農地すなわち圃場への農薬や液肥などの薬剤散布がある（例えば、特許文献１参照）。欧米と比較して農地が狭い日本においては、有人の飛行機やヘリコプターによる薬剤散布よりも、ドローンによる薬剤散布が適しているケースが多い。

【0003】

準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）やＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematic - Global Positioning System）などの技術を利用することにより、ドローンが飛行中に自機の絶対位置をセンチメートル単位で正確に知ることができる。したがって、日本において典型的な、狭くて複雑な地形の農地においても、自律的な飛行によって人手による操縦の負担を低減し、効率的かつ正確な薬剤散布が可能になっている。

【0004】

その一方、例えば農業用の薬剤散布などに用いられる自律飛行型ドローンにおいては、安全性に対する考慮が必要である。薬剤を搭載したドローンの重量は数１０キログラムになるため、人の上に落下するなどの事故が起きた場合に重大な結果を招きかねない。また、ドローンの操作者はドローンに関する専門家ではないため、非専門家であっても安全性が確保されるフールプルーフの仕組みが必要である。今までに、人間による操縦を前提としたドローンの安全性技術は存在していたが（たとえば、特許文献２参照）、特に農業用の薬剤散布向けの自律飛行型ドローンに特有の安全性課題に対応するための技術は存在していなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−１２０１５１号公報

【特許文献2】特開２０１７−１６３２６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、無人飛行体が物体に衝突しあるいは墜落すると再稼働できないようにして、再稼働による制御不能、墜落などによる損害の発生を未然に防止することができる無人飛行体、その制御システム及び制御プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る無人飛行体は、
複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体であって、
前記フライトコントローラーは、センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出部と、
前記衝突・墜落検出部からの検出信号によって電源供給を遮断する電源遮断司令部と、
を有することを主要な特徴とする。

【0008】

本発明に係る無人飛行体の制御システムは、
複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体の制御システムであって、
前記フライトコントローラーは、センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出部と、
前記衝突・墜落検出部からの検出信号によって電源供給を遮断する電源遮断司令部と、
を有することを特徴とする。

【0009】

本発明に係る無人飛行体の制御プログラムは、
複数の回転体と、これら複数の回転体を個別に回転駆動する複数のモーターと、前記複数のモーターを個別に制御するフライトコントローラーと、を有してなる無人飛行体の制御プログラムであって、
前記複数のモーターを個別に制御するモーター制御機能と、
センサーからの信号によって衝突または墜落を検出する衝突・墜落検出機能と、
前記衝突・墜落検出機能によって得られる検出信号によって電源供給を遮断する電源遮断機能と、
を、前記フライトコントローラーのコンピューターに実現させることを特徴とする。
なお、コンピュータープログラムは、インターネット等のネットワークを介したダウンロードによって提供したり、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピューターが読取可能な各種の記録媒体に記録して提供したりすることができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る無人飛行体、その制御システムおよび制御プログラムによれば、衝突や墜落の履歴のある無人飛行体は、事故を起こす確率が高くなるため、電源の供給を遮断し、稼働できないようにして、事故の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る無人飛行体としてのドローンの外観の例を示す平面図である。

【図2】上記ドローンの正面図である。

【図3】上記ドローンの右側面図である。

【図4】上記ドローンを農業用途として薬剤散布に使用する例を示す概念図である。

【図5】上記ドローンの電気的な制御系統全体の例を示すブロック図である。

【図6】上記制御系統のうち本発明に特徴的な制御系統部分の例をより具体的に示すブロック図である。

【図7】本発明の第１実施例の動作を示すフローチャートである。

【図8】本発明の第２実施例の衝突・墜落検出時の動作を示すフローチャートである。

【図9】上記第２実施例の起動時の動作を示すフローチャートである。

【図10】本発明の第３実施例の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る無人飛行体すなわちドローンと、その制御システムおよび制御プログラムの実施例を、図面を参照しながら説明する。図示の実施例は、農業用途を想定したドローンの例であるが、ドローンの用途はこれに限られるものではない。

【実施例】

【0013】

［無人飛行体（ドローン）の概要］
本願明細書において、ドローンとは、複数の回転翼または飛行手段を有する無人飛行体全般を指すこととする。動力手段が電動モーターであるか、内燃機関等の原動機であるかを問わない。操縦方式が無線であるか有線であるか、自律飛行型であるか手動操縦型であるか等を問わない。

【0014】

図１乃至図３において、ドローン１００を飛行させるための手段として、ローターあるいはプロペラとも呼ばれる８機の回転翼１０１−１ａ、１０１−１ｂ、１０１−２ａ、１０１−２ｂ、１０１−３ａ、１０１−３ｂ、１０１−４ａ、１０１−４ｂを有する。飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、２段構成の回転翼が４セット、合計８機の回転翼が備えられている。

【0015】

上記各回転翼を個別に回転駆動する手段として８個のモーター１０２−１ａ、１０２−１ｂ、１０２−２ａ、１０２−２ｂ、１０２−３ａ、１０２−３ｂ、１０２−４ａ、１０２−４ｂが設けられている。回転翼の駆動手段は、典型的には電動モーターであるが、ガソリンエンジンなどの発動機類であってもよい。１セット内の上下の回転翼、および、それらに対応するモーターは、ドローンの飛行の安定性等のために軸が同一直線上にある。１セットの上下の回転翼は互いに反対方向に回転駆動され、共に上方に向かう推力が発生する。なお、一部の回転翼１０１−３ｂおよびモーター１０２−３ｂは図示されていないが、その位置は自明であり、左側面図があれば示される位置にある。

【0016】

薬剤ノズル１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４は、薬剤を下方に向けて散布するための手段である。なお、薬剤とは、農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種、および、水など、圃場に散布される液体または粉体を指す。

【0017】

薬剤タンク１０４は散布される薬剤を保管するためのタンクであり、重量バランスの観点からドローン１００の重心に近い位置でかつ重心より低い位置に設けられている。薬剤ホース１０５は、薬剤タンク１０４と各薬剤ノズル１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４とを接続する手段である。薬剤ホース１０５は硬質の素材からなり、上記各薬剤ノズルを支持する役割を兼ねていてもよい。ポンプ１０６は、薬剤をノズルから放出させるための手段である。

【0018】

図４に本願発明に係るドローン１００の薬剤散布用途の実施例を使用したシステムの全体概念図を示す。本図は模式図であって、縮尺は正確ではない。操縦器４０１は、使用者４０２の操作によりドローン１００に指令を送信し、また、ドローン１００から受信した例えば、位置、薬剤量、電池残量、カメラ映像等の情報を表示するための手段を有する。操縦器４０１は、コンピューター・プログラムを稼働する一般的なタブレット端末等の携帯情報機器によって実現することができる。

【0019】

本願発明に係るドローン１００は自律飛行を行なうよう制御されることが望ましいが、離陸や帰還などの基本操作、および、緊急時にはマニュアル操作が行なえるようになっていることが望ましい。携帯情報機器に加えて、緊急停止専用の機能を有する非常用操作機を使用してもよい。非常用操作機は緊急時に迅速に対応できるように大型の緊急停止ボタン等を備えた専用機器であることが望ましい。操縦器４０１とドローン１００はＷｉ-Ｆｉ等による無線通信を行なうことができる。

【0020】

圃場４０３は、ドローン１００による薬剤散布の対象となる田圃や畑等である。実際には、圃場４０３の地形は複雑であり、事前に地形図が入手できない場合、あるいは、地形図と現場の状況が食い違っている場合がある。通常、圃場４０３は家屋、病院、学校、他作物圃場、道路、鉄道等と隣接している。また、圃場４０３内に、建築物や電線等の障害物が存在する場合もある。通常、ドローン１００は圃場４０３の外部にある発着地点から離陸し、圃場４０３に薬剤を散布した後に、あるいは、薬剤補充や充電等が必要になった時に発着地点に帰還する。

【0021】

基地局４０４は、Ｗｉ-Ｆｉ通信の親機機能等を提供する装置であり、ＲＴＫ−ＧＰＳ基地局としても機能し、ドローン１００の正確な位置を提供することができる。Ｗｉ−Ｆｉ通信の親機機能とＲＴＫ−ＧＰＳ基地局が独立した装置であってもよい。営農クラウド４０５は、典型的にはクラウドサービス上で運営されているコンピューター群であり、操縦器４０１と携帯電話回線等で無線接続されていることが望ましい。営農クラウド４０５は、ドローン１００が撮影した圃場４０３の画像を分析し、作物の生育状況を把握して、飛行ルートを決定するための処理を行う。また、保存していた圃場４０３の地形情報等をドローン１００に提供してもよい。加えて、ドローン１００の飛行および撮影映像の履歴を蓄積し、様々な分析処理を行なってもよい。

【0022】

図５に、薬剤散布用ドローンの制御系統の例を示す。フライトコントローラー５０１は、ドローン全体の制御を司る構成要素であり、具体的にはＣＰＵ、メモリー、関連ソフトウェア等を含む組み込み型コンピューターを備えている。フライトコントローラー５０１は、操縦器４０１から受信した入力情報、および、後述の各種センサーから得た入力情報に基づき、ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の制御手段を介して、前記８機のモーター１０２−１ａ、１０２−１ｂ、１０２−２ａ、１０２−２ｂ、１０２−３ａ、１０２−３ｂ、１０４−ａ、１０４−ｂの回転数を個別に制御して、ドローン１００の飛行を制御する。上記各モーターの実際の回転数はフライトコントローラー５０１にフィードバックされ、正常な回転が行なわれているかを監視できる構成になっている。

【0023】

フライトコントローラー５０１が使用するソフトウェアは、機能拡張・変更、問題修正等のために記憶媒体等を通じて、または、Ｗｉ−ＦｉやＵＳＢ等の通信手段を通じて書き換え可能になっていることが望ましい。この場合において、不正なソフトウェアによる書き換えが行なわれないように、暗号化、チェックサム、電子署名、ウィルスチェックソフト等による保護を行なうことが望ましい。また、フライトコントローラー５０１が制御に使用する計算処理の一部が、操縦器４０１上、または、営農クラウド４０５上や他の場所に存在する別のコンピューターによって実行されてもよい。フライトコントローラー５０１は重要性が高いため、その構成要素の一部または全部が二重化されていてもよい。

【0024】

バッテリー５０２は、フライトコントローラー５０１、および、ドローンのその他の構成要素に電力を供給する手段であり、充電式であることが望ましい。バッテリー５０２はヒューズ、または、サーキットブレーカー等を含む電源ユニットを介してフライトコントローラー５０１に接続されていることが望ましい。バッテリー５０２は電力供給に加えて、その内部状態（蓄電量、積算使用時間等）をフライトコントローラー５０１に伝達する機能を有するスマートバッテリーであることが望ましい。

【0025】

バッテリー５０２からの電力供給系統は、前記モーターにその駆動電力を供給する動力系の電力供給系統と、フライトコントローラー５０１などの制御系への電力供給系統に分かれている。こうすることによって、後で説明する動力系への電源供給遮断と制御系への電源供給遮断に時間差を与えることができる。

【0026】

フライトコントローラー５０１は、Ｗｉ−Ｆｉ子機機能５０３を介して、さらに、基地局４０４を介して操縦器４０１と信号を送受信する機能を有する。すなわち、フライトコントローラー５０１は、必要な指令を操縦器４０１から受信すると共に、必要な情報を操縦器４０１に送信する機能を有する。この通信には、暗号化を施し、傍受、成り済まし、機器の乗っ取り等の不正行為を防止できるようにしておくことが望ましい。基地局４０４は、Ｗｉ−Ｆｉによる通信機能に加えて、ＲＴＫ−ＧＰＳ基地局の機能も備えていることが望ましい。ＲＴＫ基地局の信号とＧＰＳ測位衛星からの信号を組み合わせることで、ＧＰＳモジュール５０４により、ドローン１００の絶対位置を数センチメートル程度の精度で測定可能である。

【0027】

６軸ジャイロセンサー５０５は、ドローン機体の互いに直交する３軸方向の加速度を測定し、上記３軸を中心とした回転方向すなわちローリング方向、ピッチング方向およびヨーイング方向の角速度を測定するものである。６軸ジャイロセンサー５０５によって検出される加速度または角速度の積分により速度を計算することができる。地磁気センサー５０６は、地磁気の測定によりドローン機体の方向を測定する手段である。気圧センサー５０７は、気圧を測定する手段であり、間接的にドローンの高度も測定することもできる。赤外線レーザーセンサー５０８は、赤外線レーザーの反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段である。ソナー５０９は、超音波の反射を利用してドローン機体と地表との距離を測定する手段である。

【0028】

これらのセンサー類は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよい。また、機体の傾きを測定するジャイロセンサー（角速度センサー）、風力を測定するための風力センサーなどが追加されていてもよい。これらのセンサー類は、二重化または多重化されていることが望ましい。同一目的の複数のセンサーが存在する場合には、フライトコントローラー５０１は複数のセンサーのうちの一つのみを使用し、それが障害を起こした際には、代替のセンサーに切り替えて使用するようにしてもよい。あるいは、複数のセンサーを同時に使用し、それぞれの測定結果が一致しない場合には障害が発生したと見なすようにしてもよい。

【0029】

流量センサー５１０は薬剤の流量を測定するための手段であり、薬剤タンク１０４から薬剤ノズル１０３に至る経路の複数の場所に設けられていることが望ましい。液切れセンサー５１１は薬剤の量が所定の量以下になったことを検知するセンサーである。マルチスペクトルカメラ５１２は圃場４０３を撮影し、画像分析のためのデータを取得する手段である。障害物検知カメラ５１３はドローンに対する障害物を検知するためのカメラであり、画像特性とレンズの向きがマルチスペクトルカメラ５１２とは異なる。

【0030】

障害物接触センサー５１４はドローン１００、特に、そのローターやプロペラガード部分が電線、建築物、人体、立木、鳥、または、他のドローン等の障害物に接触したことを検知するためのセンサーである。カバーセンサー５１５は、ドローン１００の操作パネルや内部保守用のカバーが開放状態であることを検知するセンサーである。薬剤注入口センサー５１６は薬剤タンク１０４の注入口が開放状態であることを検知するセンサーである。これらのセンサー類はドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。

【0031】

フライトコントローラー５０１はポンプ１０６に対して制御信号を送信し、薬剤吐出量の調整や薬剤吐出の停止を行なう。ポンプ１０６の現時点の状況、例えば、回転数等は、フライトコントローラー５０１にフィードバックされる構成であることが望ましい。

【0032】

ＬＥＤ１０７は、ドローンの操作者に対して、ドローンの状態を知らせるための表示手段である。ＬＥＤに替えて、または、それに加えて液晶ディスプレイ等の表示手段を使用してもよい。ブザー５１８は、音声信号によりドローンの状態（特にエラー状態）を知らせるための出力手段である。

【0033】

Ｗｉ−Ｆｉ子機５１９は、操縦器４０１とは別に、例えば、ソフトウェアの転送などのために外部のコンピューター等と通信するためのオプショナルな構成要素である。Ｗｉ−Ｆｉ子機５１９に替えて、または、それに加えて、赤外線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ等の他の無線通信手段、または、ＵＳＢ接続などの有線通信手段を使用してもよい。

【0034】

スピーカー５２０は、録音した人声や合成音声等により、ドローンの状態、特にエラー状態を知らせる出力手段である。天候状態によっては飛行中のドローンの視覚的表示が見にくい場合があり、その場合には音声による状況伝達が有効である。警告灯５２１はドローンの状態、特にエラー状態を知らせるストロボライト等の表示手段である。これらの入出力手段は、ドローンのコスト目標や性能要件に応じて取捨選択してよく、二重化・多重化してもよい。

【0035】

［本発明の特徴的な制御系統の例］
以下、本発明の特徴的な制御系統の例について、図６を参照しながら説明する。図６において、フライトコントローラー５０１は、衝突・墜落検出部５５１、メモリー５５２、薬液供給制御部５５３、モーター制御部５５４、電源遮断司令部５５６を有している。これらの構成部分は、フライトコントローラー５０１の主体をなすコンピューターが実現する機能をブロックごとに表している。図６では、８機のモーターを、群をなすモーター１０２として表している。

【0036】

フライトコントローラー５０１は、バッテリー５０２からの電源供給ラインをオン・オフするスイッチ５５７を有している。スイッチ５５７は電源遮断司令部５５６からの指令によってオン・オフし、スイッチ５５７がオフになると電源供給が遮断され、モーター１０２を起動することができなくなる。

【0037】

衝突・墜落検出部５５１は、ドローンに装着されたセンサーからの信号によってドローンが物体や人などの障害物に衝突し、または墜落したことを検出する。この実施例では、上記センサーとして、６軸ジャイロセンサ５０５と障害物接触センサー５１４が用いられている。６軸ジャイロセンサ５０５は、既に説明したように構成されていて、ドローンの姿勢を制御するために搭載されている。

【0038】

６軸ジャイロセンサを構成する加速度センサーや角速度センサーは、ドローンの飛行中に障害物に衝突し、あるいは小鳥や木の葉などの異物が引っ掛かると、異常な加速度を検出する。例えば、バードストライクと称する飛翔中の小鳥に衝突した場合は比較的小さな加速度が加わる。これに対して強固な構造物などに衝突した場合は、例えば最大２０Ｇといった大きな加速度が加わる。そこで、加速度センサーや角速度センサーによる検出の閾値を大小２段階に設定しておけば、比較的軽度の衝突か、または重度の衝突かを検出することができる。いずれにせよ、６軸ジャイロセンサは、通常の飛行ではありえない加速度や角速度が加わるとこれに応じた信号を出力するので、ドローンの衝突または墜落検出部として利用することができる。６軸ジャイロセンサを構成するセンサーのうち少なくとも一つのセンサーからの信号を、６軸ジャイロセンサ５０５の検出信号として利用することができる。

【0039】

障害物接触センサー５１４は、ドローンが備えているプロペラガードに連動するセンサーで構成することができる。プロペラガードは、プロペラが障害物に接触するのを防止するとともに、プロペラが人体などに接触して人体などに損傷を与えることを防止するために設けられている。このプロペラガードに異常な衝撃力が加わった場合に、この衝撃力によって動作するセンサーを設けると、このセンサーを障害物接触センサー５１４として利用することができる。

【0040】

メモリー５５２は、衝突・墜落検出部５５１がドローンの衝突または墜落を検出したとき、その検出信号を記憶することにより、ドローンの履歴を残す。メモリー５５２の記憶データは、薬液供給制御部５５３、モーター制御部５５４、電源遮断司令部５５６に入力される。

【0041】

薬液供給制御部５５３は、薬液を散布するときにポンプ１０６を稼働させるものである。薬液供給制御部５５３は、ドローンの衝突または墜落によって衝突・墜落検出部５５１から出力される検出信号により、またはメモリー５５２に記憶されている検出信号によってポンプ１０６を停止させ、薬液の散布を停止させる機能を有する。

【0042】

モーター制御部５５４は、図５に示す８機のモーターを、それぞれＥＳＣを介して個々に制御し、ドローンの上昇下降、前進後退、左右への移動、さらには速度を制御する。モーター制御部５５４には、衝突・墜落検出部５５１から前記検出信号が入力され、またはメモリーから前記検出信号が入力される。モーター制御部５５４は、前記検出信号が入力されると、群をなすモーター１０２への給電を停止してすべてのモーター１０２を停止させ、前記回転体を停止させる。

【0043】

電源遮断司令部５５６にも、衝突・墜落検出部５５１から前記検出信号が入力され、また、メモリー５５２が前記検出信号を記憶しているとメモリー５５２からも検出信号が入力される。電源遮断司令部５５６は、前記検出信号が入力されると、スイッチ５５７をオフに切り替え、バッテリー５０２からの電力供給を遮断する。

【0044】

図６に示す診断機６０は、ドローンの各部の動作を診断するもので、ドローンとは別の場所、例えば整備場などに設置されている。診断機６０によるドローンの診断結果はメモリー５５２に入力されるようになっている。ドローンに衝突や墜落などの履歴があるとメモリー５５２に記憶されて上述のとおり電力供給が遮断され、ドローンを起動することができない。あるいは、ドローンを起動できたとしても飛行させることはできない。ドローンをメンテナンスし、センサー類や制御系などのダメージを受けた部分が正常に動作するように復旧すると、診断機６０はメモリー５５２に向けてクリア信号を出力する。

【0045】

メモリー５５２はクリア信号が入力されることにより、衝突・墜落検出部５５１から入力されて記憶していた前記検出信号を消去し、衝突や墜落に関する履歴を消去する。したがって、ドローンの各構成部分がすべて正常に動作するように復旧すると、メモリー５５２の履歴がクリアされ、起動不可能の状態すなわちインターロックの状態が解消され、ドローンは再び飛行可能になる。

【0046】

メモリー５５２は、不揮発性メモリーであってもよい。この構成によれば、電源遮断司令部５５６により電源が遮断された場合であっても、衝突または墜落の記憶を保持することができるので、衝突または墜落の履歴を有するドローンに電源が投入されたり、飛行を許可してしまうことがない。すなわち、衝突や墜落により不具合を有する可能性のあるドローンの飛行を行わせず、確実にメンテナンスを実施することで、安全を担保することができる。

【0047】

以上、本発明に係る無人飛行体の実施例の全体の構成を説明した。次に、いくつかの実施例について特徴部分を図７以下のフローチャートを参照しながら説明する。各フローチャートにおいて、符号Ｓ１，Ｓ２，・・・は動作ステップを示す。本発明は、無人飛行体すなわちドローンの発明でもあり、ドローンの制御システムおよびドローンの制御プログラムとしても捉えることができる。

【0048】

［実施例１］
図７において、ドローンの稼働状態では、６軸ジャイロセンサ５０５（図６参照）および障害物接触センサー５１４の検出信号を衝突・墜落検出部５５１が常時監視する（Ｓ１）。６軸ジャイロセンサ５０５および障害物接触センサー５１４は、ドローンの衝突または墜落を検出するセンサーである。衝突・墜落検出部５５１が衝突または墜落を検出すると、この検出信号がモーター制御部５５４に入力される。モーター制御部５５４はすべてのモーター１０２を停止させるように指令信号を出力し、すべての回転体を停止させる（Ｓ２）。ドローンはその場に降下または墜落する。その後電源遮断司令部５５６から電源遮断指令を出し、スイッチ５５７をオフにして前記動力計の電源の供給を遮断する（Ｓ３）。

【0049】

ドローンが障害物などに衝突し、あるいは墜落すると、機体にダメージを与え、そのまま再び稼働させると、制御不能あるいは墜落のどの確率が高くなり、人や物などに大きな損害を与える可能性がある。上記第１の実施例によれば、ドローンが衝突しまたは墜落することを検出すると、まず回転体を停止させ、ドローンをその場で降下させ、あるいは墜落させる。回転体が回転しているまま降下または墜落すると、周囲の人や物に大きな損傷を与える可能性がある。そこで、まず回転体の回転を停止させ、人や物の損傷をなくすかできるだけ小さな損傷にと留める。このあと電源を遮断する。電源の遮断が先になると、各部の制御動作が一斉に不能になり、ドローンの挙動が予測不能になるので、電源を遮断する前に回転体を停止させる。

【0050】

［実施例２］
第２の実施例を図８、図９に示す。この実施例が第１の実施例と異なる点は、前記メモリー５５２に衝突・墜落の履歴を記憶させる点である。図８に示すように、障害物接触センサー５１４の検出信号を衝突・墜落検出部５５１が衝突または墜落を常時監視する（Ｓ１１）。衝突または墜落を検出すると、この検出信号をメモリー５５２に記憶させる（Ｓ１２）。次に、衝突・墜落検出部５５１の検出信号により、またはメモリー５５２から上記検出信号を読み出すことにより、モーター制御部５５４からすべてのモーター１０２を停止させるように指令信号を出力する。これによってすべての回転体を停止させ（Ｓ１３）、次に電源を遮断する（Ｓ１４）。

【0051】

衝突・墜落検出部５５１が衝突または墜落を検出すると、メモリー５５２で検出信号を記憶し、その後モーター１０２の停止、電源の遮断、という順に処理される。これによってメモリー５５２への記憶が確実に行われる。

【0052】

図９は、第２実施例における起動時の動作を示す。ドローンを起動するために電源スイッチをオンする（Ｓ２１）。電源スイッチは、図６に示すバッテリー５０２から電源供給を可能にするスイッチであって、図６に示すスイッチ５５７とは別の前記制御系への電源供給スイッチである。上記電源スイッチのオンによってメモリー５５２の記憶データを読み出す（Ｓ２２）。

【0053】

メモリー５５２の読み出し信号から、衝突・墜落の履歴の有無を判断し（Ｓ２３）、衝突・墜落の履歴があれば起動を禁止する（Ｓ２４）。起動の禁止は電源遮断司令部５５６がスイッチ５５７をオフにすることによって行われる。衝突・墜落の履歴がなければ、電源遮断司令部５５６がスイッチ５５７をオンにすることによってドローンを起動する（Ｓ２５）。

【0054】

第２の実施例によれば、ドローンが衝突し、あるいは墜落したりすると、その履歴がメモリーに記憶され、ドローンにインターロックがかかり、再起動することができなくなる。このようにして、事故発生確率の高いドローンの起動を規制することにより、安全性の高いドローン、その制御システムおよび制御プログラムを提供することができる。

【0055】

［実施例３］
第３の実施例を図１０に示す。第３の実施例は、図６に示す診断機６０とドローンとを連携し、ドローンが正常に動作し得るものか否かを診断し、正常に動作し得るものと判断した場合は、いわゆるインターロックを解除するものである。診断機６０とドローンは、ドローンを診断機の所定位置にセットすることにより、あるいは、ドローンのフライトコントローラー５０１と診断機６０とをケーブルで接続することによって連携することができる。

【0056】

診断機６０は６軸ジャイロセンサ５０５を構成する加速度センサーが正常に動作するか否かを診断し（Ｓ３１）、正常と判断すれば、６軸ジャイロセンサ５０５の検出信号に関するメモリー５５２の記憶データをクリアし（Ｓ３２）、ステップＳ３３に進む。上記ステップＳ３１において６軸ジャイロセンサ５０５を構成する加速度センサーの動作が異常であると判断した場合は、６軸ジャイロセンサ５０５に関するメモリー５５２の記憶データを維持する（Ｓ３５）。

【0057】

ステップＳ３３では、プロペラガードが正常か否かを判断する。プロペラガードは、前述のように障害物接触センサー５１４を兼ねている。ステップＳ３３は、障害物接触センサー５１４と衝突・墜落検出部５５１が正常に動作するか否かの判断ステップである。プロペラガードが正常であれば、プロペラガードの検出信号に関するメモリー５５２の記憶データをクリアする（Ｓ３４）。ステップＳ３３においてプロペラガードの動作が異常であると判断した場合はプロペラガードに関するメモリー５５２の記憶データを維持する（Ｓ３５）。

【0058】

上記実施例によれば、障害物接触センサー５１４を構成するプロペラガードや６軸ジャイロセンサ５０５の動作を診断し、これらがすべて正常であると診断されると、メモリー５５２がクリアされる。メモリー５５２がクリアされると、この場合のメモリー５５２のクリアは、衝突や墜落の履歴が消去されることであり、電源遮断司令部５５６がスイッチ５５７をオンさせ、電源供給を復活させる。このようにしてインターロックが解除され、ドローンは再稼働可能になる。

【0059】

診断機６０による診断は、衝突や墜落の履歴があるドローンを修理して再使用するときに、修理が完全に行われたかどうかを確認するために行うことができる。また、衝突や墜落の履歴のないドローンであっても、新規に購入したドローンであっても、診断機６０によって、動作が正常に行われるか否かの診断を行うことができる。

【0060】

診断機６０は、ドローンのサービス部門またはメンテナンス部門に配置されていて、これらの部門で診断した結果、ドローンの動作がすべて正常であると診断されて初めてインターロックが解除されドローンの再使用が可能になる。

【0061】

［実施例４］
第４の実施例は、農業用ドローンのように、薬液の散布を行うことができるドローンにおいて、衝突または墜落した場合の安全性確保を図った例である。動作フローは、図７に示すフローにおいて、ステップＳ２を「薬剤散布停止」に置き換えることによって実現できる。「薬剤散布停止」は、図６に示す薬液供給制御部５５３によってポンプ１０６を停止させることによって行うことができる。

【0062】

第４の実施例によれば、薬液供給制御部５５３は、ドローンの衝突あるいは墜落が検出されると、電源遮断司令部５５６によって電源供給を遮断する前に、薬液の散布を停止させ、薬液の散乱を防止することができる。

【0063】

ドローンの衝突あるいは墜落が検出されて薬液の散布を停止させるタイミングは、前記回転体を停止させるタイミングと同じであってもよい。したがって、図７に示す動作フローのステップＳ２は「回転体停止および薬液散布停止」としてもよい。

【0064】

［産業上の利用可能性］
本発明は、ドローンと称する無人飛行体に関する発明であるが、本発明の技術思想は、陸上、水上および水中における移動体にも適用可能である。

【符号の説明】

【0065】

６０ 診断機
１０２ モーター
５０１ フライトコントローラー
５０２ バッテリー
５０５ ６軸ジャイロセンサ
５１４ 障害物接触センサー
５５１ 衝突・墜落検出部
５５２ メモリー
５５３ 薬液供給制御部
５５４ モーター制御部
５５６ 電源遮断司令部
５５７ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】