(57)【要約】【課題】無人航空機において、加速度等の情報に基づいて所定のデータ処理アルゴリズムに従い飛行動作判別を行うことで、従来よりも簡便かつ簡素な構成で実現できる落下判定に関する技術を提供すること。【解決手段】マルチコプタ１０に搭載される落下判定装置１００は、加速度Ｚ(ｇ)を測定する加速度センサ１０１と、プロセッサ１０２と、加速度Ｚ(ｇ)がゼロ近傍の所定範囲になったとき、落下開始トリガーを記憶するメモリ１０３と、地表とマルチコプタ１０との距離を測定する距離センサ１０４と、距離センサ１０４により測定された前記距離と所定の閾値とを比較するコンパレータ１０６と、メモリ１０３に落下開始トリガーが記憶され、かつ、前記距離が前記所定の閾値以下となったとき、マルチコプタ１０が落下の状態にあると判定する判定回路１０７とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサにより検出される加速度に基づいて落下を判定する落下判定装置を搭載する無人航空機であって、
前記落下判定装置が、
当該無人飛行機の加速度を測定する加速度センサと、
前記加速度センサにより測定される当該無人飛行機の加速度を監視するプロセッサと、
前記プロセッサにより前記加速度がゼロ近傍の所定範囲になったと判断されたとき、落下開始トリガーを記憶するメモリと、
地表と当該無人飛行機との距離を測定する距離センサと、
前記距離センサにより測定された前記距離と所定の閾値とを比較するコンパレータと、
前記メモリに前記落下開始トリガーが記憶され、かつ、前記距離が前記所定の閾値以下となったとき、当該無人航空機が落下の状態であると判定する判定回路と
を備える、無人航空機。
【請求項２】
墜落時の衝撃から当該無人航空機を保護するよう構成された安全装置であって、前記判定回路が落下の状態を判定したときに作動する安全装置を更に備える、請求項１に記載の無人航空機。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記メモリが前記落下開始トリガーを記憶した後、所定時間が経過したと判断したとき、当該無人航空機が落下の状態にあると判定する、請求項１に記載の無人航空機。
【請求項４】
墜落時の衝撃から当該無人航空機を保護するよう構成された安全装置であって、前記判定回路又は前記プロセッサの何れかが先に落下の状態を判定したときに作動する安全装置を更に備える、請求項３に記載の無人航空機。
【請求項５】
無人航空機に搭載され該無人飛行機の加速度に基づいて落下を判定する落下判定装置であって、
前記無人飛行機の加速度を測定する加速度センサと、
前記加速度センサにより測定される前記無人飛行機の加速度を監視するプロセッサと、
前記プロセッサが、前記加速度がゼロ近傍の所定範囲になったと判断したとき、落下開始トリガーを記憶するメモリと、
地表と前記無人飛行機との距離を測定する距離センサと、
前記距離センサにより測定された前記距離と所定の閾値とを比較するコンパレータと、
前記メモリに前記落下開始トリガーが記憶され、かつ、前記距離が前記所定の閾値以下となったとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定する判定回路と
を備える落下判定装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記メモリが前記落下開始トリガーを記憶した後、所定時間が経過する前に前記加速度が前記所定範囲外になったと判断したとき、前記メモリをリセットする、請求項５に記載の落下判定装置。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記メモリが前記落下開始トリガーを記憶した後、所定時間が経過したと判断したとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定する、請求項５又は６に記載の落下判定装置。
【請求項８】
システムの起動時に前記プロセッサとの連携動作を確保するための連携回路を更に備える、請求項５〜７の何れか１項に記載の落下判定装置。
【請求項９】
加速度センサにより測定される加速度に基づいて無人航空機の落下を判定する落下判定方法であって、
前記加速度センサにより前記無人飛行機の加速度を測定するステップと、
前記加速度センサにより測定される前記無人飛行機の加速度を監視するステップと、
前記加速度がゼロ近傍の所定範囲になったと判断されたとき、落下開始トリガーを生成するステップと、
距離センサにより地表と前記無人飛行機との距離を測定するステップと、
前記距離センサにより測定された前記距離と所定の閾値とを比較するステップと、
前記落下開始トリガーが生成され、かつ、前記距離が前記所定の閾値以下となったとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定するステップと
を含む落下判定方法。
【請求項１０】
前記落下開始トリガーが生成された後、所定時間が経過したとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定するステップを更に含む、請求項９に記載の落下判定方法。
【請求項１１】
前記無人航空機の移動とともに仮想の落下原点を連続にて作り出すステップと、
前記落下開始トリガーが生成された直前に前記加速度が１Ｇ（Ｇは重力加速度）よりも小さくなった時点を、落下原点とみなすステップと、
前記落下開始トリガーが生成された後、前記落下原点から所定時間が経過したとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定するステップを更に含む、請求項９に記載の落下判定方法。
【請求項１２】
前記無人航空機が落下の状態にあると判定されたときに、墜落時の衝撃から前記無人航空機を保護するよう構成された安全装置を作動させるステップを更に含む、請求項９〜１１の何れか１項に記載の落下判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人航空機、無人飛行機の落下を判定するための落下判定装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無人航空機（ＵＡＶ；Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）の小型、軽量化を踏まえ、独立駆動式の簡便かつ簡素な落下判定装置が求められている。従来の落下判定装置は、加速度センサが測定する加速度が閾値以下（Ｌｏｗ−Ｇ、本明細書では「０Ｇ」という。）となり、かつ、機体が下方に移動している場合に落下と判定する（例えば特許文献１、非特許文献１参照）。従来の落下判定に関する技術は、ｘ、ｙ、ｚ軸における加速度ベクトルの総和（Ｓ−ｆａｃｔｏｒ）に基づくものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９８１３６号公報
【非特許文献１】Michelle Clifford著, Detecting Freefall with Low-G Accelerometers, Freescale Semiconductor Application Note AN3151, 2006年11月1日, p.2-3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マルチコプタ（いわゆるドローン）などの機動性の高いＵＡＶにおいては、加速度（Ｓ−ｆａｃｔｏｒ）が０Ｇとなったことのみで、墜落につながる落下と判定することはできない。なぜならば、０Ｇの時点では機体の移動方向の判断ができず、更には制御された通常の飛行動作（上昇、下降、振動等）においても０Ｇとなる場合があるからである。そのため、Ｓ−ｆａｃｔｏｒに基づく０Ｇ検出を、マルチコプタの落下判定にそのまま利用することはできない。従来の落下判定では、０Ｇ検出時にマルチコプタの動作を正確に判別するために、ｘ、ｙ、ｚ軸方向の加速度及び角速度の他、気圧センサ（高度換算）等の多くのパラメータが参照される。しかし、複数のセンサ又は複合センサにより測定される上昇、下降、移動、高度等に関する情報が、落下判断に必要でなくなれば、それだけ落下判定装置におけるハードウエアの簡略化が図れるはずである。
【０００５】
本発明は、無人航空機において、加速度等の情報に基づいて所定のデータ処理アルゴリズムに従い飛行動作判別を行うことで、従来よりも簡便かつ簡素な構成で実現できる落下判定に関する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、加速度センサにより検出される加速度に基づいて落下を判定する落下判定装置を搭載する無人航空機であって、前記落下判定装置が、当該無人飛行機の加速度を測定する加速度センサと、前記加速度センサにより測定される当該無人飛行機の加速度を監視するプロセッサと、前記プロセッサにより前記加速度がゼロ近傍の所定範囲になったと判断されたとき、落下開始トリガーを記憶するメモリと、地表と当該無人飛行機との距離を測定する距離センサと、前記距離センサにより測定された前記距離と所定の閾値とを比較するコンパレータと、前記メモリに前記落下開始トリガーが記憶され、かつ、前記距離が前記所定の閾値以下となったとき、当該無人航空機が落下の状態であると判定する判定回路とを備える、無人航空機である。
【０００７】
また、無人航空機は、墜落時の衝撃から当該無人航空機を保護するよう構成された安全装置であって、前記判定回路が落下の状態を判定したときに作動する安全装置を更に備えることが好ましい。
【０００８】
また、無人航空機において、前記プロセッサは、前記メモリが前記落下開始トリガーを記憶した後、所定時間が経過したと判断したとき、当該無人航空機が落下の状態にあると判定することが好ましい。
【０００９】
また、無人航空機は、墜落時の衝撃から当該無人航空機を保護するよう構成された安全装置であって、前記判定回路又は前記プロセッサの何れかが先に落下の状態を判定したときに作動する安全装置を更に備えるものでもよい。
【００１０】
また、本発明は、無人航空機に搭載され該無人飛行機の加速度に基づいて落下を判定する落下判定装置であって、前記無人飛行機の加速度を測定する加速度センサと、前記加速度センサにより測定される前記無人飛行機の加速度を監視するプロセッサと、前記プロセッサが、前記加速度がゼロ近傍の所定範囲になったと判断したとき、落下開始トリガーを記憶するメモリと、地表と前記無人飛行機との距離を測定する距離センサと、前記距離センサにより測定された前記距離と所定の閾値とを比較するコンパレータと、前記メモリに前記落下開始トリガーが記憶され、かつ、前記距離が前記所定の閾値以下となったとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定する判定回路とを備える落下判定装置である。
【００１１】
落下判定装置において、前記プロセッサは、前記メモリが前記落下開始トリガーを記憶した後、所定時間が経過する前に前記加速度が前記所定範囲外になったと判断したとき、前記メモリをリセットすることが好ましい。
【００１２】
また、落下判定装置において、前記プロセッサは、前記メモリが前記落下開始トリガーを記憶した後、所定時間が経過したと判断したとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定することが好ましい。
【００１３】
また、落下判定装置は、システムの起動時に前記プロセッサとの連携動作を確保するための連携回路を更に備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、加速度センサにより測定される加速度に基づいて無人航空機の落下を判定する落下判定方法であって、前記加速度センサにより前記無人飛行機の加速度を測定するステップと、前記加速度センサにより測定される前記無人飛行機の加速度を監視するステップと、前記加速度がゼロ近傍の所定範囲になったと判断されたとき、落下開始トリガーを生成するステップと、距離センサにより地表と前記無人飛行機との距離を測定するステップと、前記距離センサにより測定された前記距離と所定の閾値とを比較するステップと、前記落下開始トリガーが生成され、かつ、前記距離が前記所定の閾値以下となったとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定するステップとを含む落下判定方法である。
【００１５】
落下判定方法は、前記落下開始トリガーが生成された後、所定時間が経過したとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定するステップを更に含むことが好ましい。
【００１６】
また、落下判定方法は、前記無人航空機の移動とともに仮想の落下原点を連続にて作り出すステップと、前記落下開始トリガーが生成された直前に前記加速度が１Ｇ（Ｇは重力加速度）よりも小さくなった時点を、落下原点とみなすステップと、前記落下開始トリガーが生成された後、前記落下原点から所定時間が経過したとき、前記無人航空機が落下の状態にあると判定するステップを更に含むことが好ましい。
【００１７】
また、落下判定方法は、前記無人航空機が落下の状態にあると判定されたときに、墜落時の衝撃から前記無人航空機を保護するよう構成された安全装置を作動させるステップを更に含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、加速度センサにより測定される加速度のみに基づいて無人航空機の落下を短時間で正確に判定することができる。この技術により、無人航空機の制御系とは独立した駆動形式の、簡便かつ簡素な構成の落下判定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】無人航空機の一例であるマルチコプタの外観斜視図である。
【図２】安全装置の一例であるエアバック装置の断面図である。
【図３】落下判定装置の機能構成を例示するブロック図である。
【図４】マルチコプタの落下における処理判断を説明するための図である。
【図５】一実施形態による、落下を判別するための処理アルゴリズムを説明するためのフローチャートである。
【図６】他の実施形態による、落下を判別するための処理アルゴリズムを説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の一実施例による落下開始トリガーを得るための回路図である。
【図８】図７における各データ信号のタイミングチャートである。
【図９】本発明の一実施例による落下の最終判定をするための回路図である。
【図１０】図９における各データ信号のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る落下判定装置は、無人航空機に搭載され、該無人飛行機の加速度に基づいて落下を判定するように構成された装置である。ここでは、無人航空機としてマルチコプタ１０を例に説明する。また、本明細書において「落下」とは、無人航空機が制御不能状態になったときの自由落下を意味し、制御された通常の飛行である「下降」とは区別される。また、無人航空機の加速度のうち、特にｚ軸方向（鉛直方向）における加速度をＺ(ｇ)と表記する。以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
先ず、無人航空機の一例であるマルチコプタ１０の基本的な構成を説明する。図１はマルチコプタ１０の外観斜視図である。マルチコプタ１０は、本体１１と、上昇用の４つのロータユニット１２Ａ〜１２Ｄとを備えている。それぞれのロータユニット１２Ａ〜１２Ｄは、例えばサーボモータである回転モータ１３と、回転モータ１３の回転シャフトに固定された回転翼１４とを備えている。そして、各回転モータ１３が本体１１から延びるアーム１５の先端部に連結され、これにより、本体１１の右前方、左前方、右後方及び左後方にロータユニット１２Ａ〜１２Ｄが配置されている。
【００２２】
ここで、隣接するロータユニット１２Ａ、１２Ｂの回転翼１４、１４は、互いに逆方向に回転して揚力得る。同じく隣接するロータユニット１２Ｃ、１２Ｄの回転翼１４、１４も、互いに逆方向に回転して揚力を得る。本体１１の重心に対し対称の位置関係にある例えばロータユニット１２Ａ、１２Ｄの回転翼１４、１４は、同じ方向に回転して揚力を得る。
【００２３】
本実施形態では、例えばロータユニット１２Ａ、１２Ｄの回転翼１４、１４が時計回り方向（ＣＷ：ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）に回転し、ロータユニット１２Ｂ、１２Ｃの回転翼１４、１４が反時計回り方向（ＣＣＷ：ｃｏｕｎｔｅｒｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）に回転するように駆動される。なお、ここでの説明では、時計回り方向（ＣＷ）への回転を正転とし、反時計回り方向（ＣＣＷ）への回転を逆転としている。また、本実施形態では、４つのロータユニット（回転翼）を備えるマルチコプタを例に説明するが、例えば回転翼が６つ以上あるマルチコプタを本発明に適用してもよい。
【００２４】
マルチコプタ１０の本体１１内には制御ユニット１６が設けられている。マルチコプタ１０においては、この制御ユニット１６による回転翼１４の回転数制御により、上昇、下降は勿論のこと、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸のそれぞれの軸周りでの姿勢が補正される。
【００２５】
上述したように、ロータユニット１２Ａ、１２Ｄの回転翼１４が正転し、ロータユニット１２Ｂ、１２Ｃの回転翼１４が逆転するように駆動される。このように、隣り合う回転翼１４同士が逆方向に回転することで、回転モーメントによる作用、反作用が打ち消され、マルチコプタ１０の姿勢を安定させることができる。また、全ての回転翼１４が同時に回転することで、ジャイロ効果により、上昇姿勢なども安定する。
【００２６】
マルチコプタ１０が上昇制御を行う場合、ロータユニット１２Ａ〜１２Ｄの全ての回転翼１４の回転数が予め決められた値（例えばプログラムの指令値）となるように制御される。このとき、本体１１には回転翼１４による揚力が発生し、その揚力が機体の重力を超えると、マルチコプタ１０が上昇する。揚力と機体の重力とをバランスさせることで、ホバリング制御を行うことができる。
【００２７】
次に、マルチコプタ１０を前進させる場合には、後方側のロータユニット１２Ｃ、１２Ｄの回転数が、前方側のロータユニット１２Ａ、１２Ｂの回転数より高くなるように制御される。これにより、機体が前方に傾き、マルチコプタ１０を前進させることができる。
【００２８】
また、マルチコプタ１０の向きを変える場合、ロータユニット１２Ａ〜１２Ｄの回転翼１４の回転数が変えられる。例えば、正転するロータユニット１２Ａ、１２Ｄの回転数が、逆転するロータユニット１２Ｃ、１２Ｂの回転数より高くなるように制御すると、機体の向きを右に旋回させることができる。
【００２９】
次に、墜落時の衝撃からマルチコプタ１０を保護するよう構成された安全装置を説明する。図２には、安全装置の一例であるエアバック装置２０の略断面図が示される。エアバック装置２０は、ケース２１の中に折りたたまれて収納されたエアバッグ２２と、エアバッグ２２を展開させるためのインフレータ２３とを備えている。インフレータ２３は、燃焼室内に充填されるプロペラント（ガス発生剤）２５と、プロペラント２５を着火させるための点火装置２６とを備えて構成される。
【００３０】
点火装置２６に作動トリガー（展開信号）が入力されると、点火装置２６が作動し、プロペラント２５が着火する。燃焼室内では、プロペラント２５が爆発的に燃焼し、高圧ガスが発生する。高圧ガスは、フィルタ２７でスラグが取り除かれ、ガス噴出孔２８から勢いよくエアバック２２に放出される。これにより膨張したエアバッグ２２が、ドアカバー２９を押し開けて、外部に展開される。
【００３１】
マルチコプタ１０の安全装置の他の例として、パラシュート装置（図示せず）を設けてもよいし、パラシュート装置とエアバック装置とを併用してもよい。
【００３２】
次に、マルチコプタ１０に搭載される落下判定装置１００を説明する。ここで、図３は、落下判定装置１００の機能構成を示すブロック図である。落下判定装置１００は、加速度センサ１０１と、例えばＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）であるプロセッサ１０２と、メモリ１０３と、距離センサ１０４と、ロジック回路１０５とを備えて構成される。
【００３３】
加速度センサ１０１は、マルチコプタ１０の少なくともｚ軸方向（鉛直方向）の加速度Ｚ(ｇ)を測定できるものであれば、機械式（圧電式、静電容量式）、光学式（光干渉式）の何れの方式のセンサも採用することができる。また、マルチコプタ１０の自律飛行制御に用いられるＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）により、マルチコプタ１０の加速度Ｚ(ｇ)を測定してもよい。
【００３４】
本実施形態の落下判定装置１００においては、マルチコプタ１０が制御された通常の飛行中にも関わらず、誤って落下と判定されないようにするために、上昇、下降、移動、一定範囲の振動等を伴う通常飛行動作を除外するフィルタリング処理が行われる。本実施形態では、プロセッサ１０２が、加速度センサ１０１の出力である加速度Ｚ(ｇ)のみに基づき、次に例示するデータ処理アルゴリズムに従って、フィルタリング処理を行う。
【００３５】
マルチコプタ１０が上昇するときには、一般に加速度Ｚ(ｇ)は、重力加速度Ｇ（１Ｇ＝９．８ｍ／ｓ２）よりも大きくなるであろう。一方、マルチコプタ１０が下降するときには、加速度Ｚ(ｇ)は１Ｇよりも小さくなるが、ゼロ又はマイナスとなるときもある。ただし、マルチコプタ１０が上昇又は下降する過程において一定の速度又は静止に近づくと、測定される加速度Ｚ(ｇ)は１Ｇの値に近づく。すなわち、加速度Ｚ(ｇ)が一時的にゼロ（０Ｇ）となった場合でも、その状態が継続しなければ、制御された通常の飛行であると判別できる。
【００３６】
他方、線形的な落下の場合には、加速度Ｚ(ｇ)は１Ｇから０Ｇに単純に変化する。また、回転的な落下の場合には、１Ｇから０Ｇへの変化の過程で振動を伴うことが観測されている。そこで、プロセッサ１０２は、図５のフローチャートに示される処理アルゴリズムに従い、落下に関する判定処理を行うことができる。
【００３７】
本実施形態の処理アルゴリズムでは、先ず、プロセッサ１０２は、加速度センサ１０１により測定される加速度Ｚ(ｇ)を監視する（ステップＳ１１）。プロセッサ１０２は、加速度Ｚ(ｇ)がゼロ近傍の所定範囲になったと判断したとき（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、落下開始トリガーをメモリ１０３に記憶しセットする（ステップＳ１３）。しかし、プロセッサ１０２は、メモリ１０３が落下開始トリガーを記憶してから所定時間Ｔ１が経過する前に、加速度Ｚ(ｇ)が前記所定範囲外に戻ったと判断したとき（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、マルチコプタ１０が落下ではなく通常の飛行の状態にあると判定する。その場合、プロセッサ１０２は、メモリ１０３をリセットし、落下開始トリガーをクリアする（ステップＳ１６）。
【００３８】
プロセッサ１０２は、メモリ１０３が落下開始トリガーを記憶した後、所定時間Ｔ１が経過したと判断したとき（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、マルチコプタ１０が落下の状態にあると判定し、安全装置作動トリガーを出力する（ステップＳ１７）。安全装置（エアバック装置２０及び／又はパラシュート装置）が作動することで、墜落の衝撃からマルチコプタ１０を保護することができる。
【００３９】
なお、一般に物体の自由落下は、基本的には静止状態から始まる。つまり、落下開始トリガーが生成された直前の静止点がわかれば、それを落下原点とみなすことができる。そのため、プロセッサ１０２における処理アルゴリズムにより、機体の移動とともに仮想の落下原点を連続にて作り出し、落下判断に入る前提条件として、次のようにして真の原点を確立してもよい。落下原点を作るための方法、数式は多様であると思われるが、落下開始トリガーが発生した直前に加速度Ｚ(ｇ)が１Ｇよりも小さくなった時点（加速度センサ１０１の定常ノイズを考慮すると、そのノイズ範囲から抜け出た時点）を、落下原点とみなすことができる。この態様の処理アルゴリズムによれば、事実上の落下の判断時間を短縮することができる。
【００４０】
図６に、この実施形態の処理アルゴリズムのフローチャートを示す。先ず、プロセッサ１０２は、加速度センサ１０１により測定される加速度Ｚ(ｇ)を監視する（ステップＳ２１）。プロセッサ１０２は、加速度Ｚ(ｇ)が１Ｇ近傍の所定範囲である場合（ステップＳ２２；ＹＥＳ）、仮想の落下原点を更新する（ステップＳ２３）。また、加速度Ｚ(ｇ)が、ゼロ近傍の所定範囲になったと判断したとき（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、直近に更新した原点を落下原点とみなす（ステップＳ２５）。そして、落下開始トリガーをメモリ１０３に記憶しセットする（ステップＳ２６）。しかし、プロセッサ１０２は、落下原点から所定時間Ｔ２が経過する前に加速度Ｚ(ｇ)が前記所定範囲外になったと判断したとき（ステップＳ２８；ＹＥＳ）、メモリ１０３をリセットし、落下開始トリガーをクリアする（ステップＳ２９）。
【００４１】
プロセッサ１０２は、落下原点から所定時間Ｔ２が経過したと判断したとき（ステップＳ２７；ＹＥＳ）、マルチコプタ１０が落下の状態にあると判定し、安全装置作動トリガーを出力する（ステップＳ３０）。これにより、安全装置（エアバック装置２０及び／又はパラシュート装置）が作動して、墜落の衝撃からマルチコプタ１０を保護することができる。
【００４２】
図３に戻り、落下判定装置１００に備えられる距離センサ１０４は、地表とマルチコプタ１０との距離である対地表距離を測定するセンサである。ただし、ここでいう「対地表距離」は、ビルなどの構造物の上空をマルチコプタ１０が飛行する場合、飛行高さではなく該構造物の屋上とマルチコプタ１０との距離となる。距離センサ１０４としては、例えば、高度計（気圧センサ、ＧＰＳセンサ）、超音波距離センサ、レーザ距離センサなどを採用することができる。しかし、高度計では、上述した構造物に対する距離が測定できないため、超音波距離センサ又はレーザ距離センサなどを、高度計とともに併用することが好ましい。
【００４３】
ロジック回路１０５は、最終的にマルチコプタ１０の落下を判定するための回路であり、より具体的にはコンパレータ１０６と、判定回路１０７とを備える。コンパレータ１０６は、距離センサ１０４により測定された対地表距離に対応する出力値Ｄｍと、安全装置作動の限界高度ｈに対応する所定の閾値Ｄｔｈとを比較する。判定回路１０７は、メモリ１０３とコンパレータ１０６の出力の論理和を演算するアンド回路からなる。すなわち、判定回路１０７は、メモリ１０３に落下開始トリガーが記憶され、かつ、対地表距離の出力値Ｄｍが前記所定の閾値Ｄｔｈ以下となったとき、マルチコプタ１０が落下の状態にあると判定する。所定の閾値Ｄｔｈは、安全装置の作動が開始してから有効となるまでの間にマルチコプタ１０が落下する距離が考慮される。
【００４４】
そして、判定回路１０７は、マルチコプタ１０が落下の状態にあると判定すると、安全装置作動トリガーをメモリ１０８に記憶する。上述したように、安全装置作動トリガーが出力されると、マルチコプタ１０の安全装置（エアバック装置２０等）が作動する。
【００４５】
このように、本実施形態による落下判定装置１００は、判定回路１０７又はプロセッサ１０２の何れかが先に落下の状態を判定したときに、安全装置が作動するように構成される。特に、落下開始トリガーを前提条件に落下が判断されるので、通常の離陸、着陸、又は低空飛行時に誤って「落下」と判定される不具合を防ぐことができる。
【実施例】
【００４６】
図７は、本発明の一実施例による落下開始トリガーを得るための回路図である。また、図８には、各データ信号のタイミングチャートが示される。本実施例では、落下開始トリガーを記憶するメモリ１０３が、フリップフロップにより構成される。また、システムの起動時に、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１０２とフリップフロップ１０３との連携動作を確保するための連携回路１１０が備えられている。
【００４７】
連携回路１１０は、システムの起動時に出力される最初のクロックパルスＣＫにより、マスターのフリップフロップ１１１がセットされる（データ信号Ｄ１１が「Ｈ」）。フリップフロップ１１１の出力Ｄ１１は、システムの初期化情報としてＭＰＵ１０２に入力される。そして２つのアンド回路１１２、１１３の遅延を経て、フリップフロップ１０３が動作可能となる（データ信号Ｄ１３が「Ｈ」）。このようなプロセスにより、システムの初期化処理時における誤作動やＭＰＵ１０２との処理の競合を避けることができる。
【００４８】
ＭＰＵ１０２が、上述の処理アルゴリズムにより落下開始（例えば加速度Ｚ(ｇ)がゼロ近傍所定範囲内）を判断すると、落下開始トリガーを出力する（データ信号Ｄ１４が「Ｈ」）。これにより、フリップフロップ１０３に落下開始トリガーがセットされる（データ信号Ｄ１６が「Ｈ」）。
【００４９】
また、ＭＰＵ１０２は、落下開始を判断した後、所定時間Ｔ１又はＴ２が経過する前に、通常飛行（加速度Ｚ(ｇ)がゼロ近傍所定範囲外）を判断すると、リセット信号を出力する（データ信号Ｄ１７が「Ｈ」）。これにより、フリップフロップ１０３のリセット入力がポジティブ（データ信号Ｄ１３が「Ｌ」）となり、落下開始トリガーがクリアされる。
【００５０】
次に、図９は、落下の最終判定をするための回路図である。図１０には、各データ信号のタイミングチャートが示される。本実施例では、安全装置作動トリガーを記憶するメモリ１０８が、フリップフロップにより構成される。
【００５１】
連携回路１２０は、上述と同様に、システムの起動時に出力される最初のクロックパルスＣＫにより、マスターのフリップフロップ１２１がセットされる（データ信号Ｄ２１が「Ｈ」）。フリップフロップ１２１の出力Ｄ２１は、２つのアンド回路１２２、１２３の遅延を経て、フリップフロップ１０８を動作可能にする（データ信号Ｄ２２が「Ｈ」）。また、初期化データ信号Ｄ２１は、アンド回路１２４にも入力され、これに同期して判定回路１０７（アンド回路１２４）が動作可能となる。これにより、システムの初期化処理時における、判定回路１０７等の誤作動やＭＰＵ１０２（図７参照）との処理の競合を避けることができる。
【００５２】
上述の処理アルゴリズムにより落下開始トリガーが生成されると、図７に示した回路によりフリップフロップ１０３のデータ信号Ｄ１６が「Ｈ」となる。更に、距離センサ１０４の出力Ｄｍが、上述の安全装置作動の限界高度に対応する所定の閾値Ｄｔｈ以下になると、コンパレータ１０６の出力がシュミットインバータ回路１２７を経て、アンド回路１２４に「Ｈ」のデータ信号Ｄ２４が入力される。
【００５３】
このような構成の判定回路１０７（アンド回路１２４）により、落下開始トリガーが生成され、かつ、対地表距離が所定の閾値以下となったとき、マルチコプタ１０が落下の状態にあると判定される。マルチコプタ１０が落下と判定されると、データ信号Ｄ２５が「Ｌ」アクティブとなり、フリップフロップ１０８から安全装置作動トリガーが出力される（データ信号Ｄ２６が「Ｈ」）。
【符号の説明】
【００５４】
１０  マルチコプタ
１２Ａ〜１２Ｄ  ロータユニット
１３  回転モータ
１４  回転翼
２０  エアバック装置
２２  エアバック
２３  インフレータ
２５  プロペラント（ガス発生剤）
２６  点火装置
２８  ガス噴出孔
１００  落下判定装置
１０１  加速度センサ
１０２  プロセッサ、ＭＰＵ
１０３  フリップフロップ（落下開始トリガー記憶用メモリ）
１０４  距離センサ
１０５  ロジック回路
１０６  コンパレータ
１０７  判定回路、アンド回路
１０８  フリップフロップ（安全装置作動トリガー記憶用メモリ）
１１０  連携回路
１１１  フリップフロップ
１１２〜１１５  アンド回路
１２０  連携回路
１２１  フリップフロップ
１２２〜１２４  アンド回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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