(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低速飛行体用の対気速度計測システムであって、
前記低速飛行体の飛行状態における水平方向の少なくとも２軸に対して対気速度を計測可能なフローセンサと、
略平面上に前記フローセンサを搭載するベースと、
前記ベースとの間に前記フローセンサを有すると共に前記ベースとの間に水平方向に空気が通過するように、前記ベースと所定間隔を空けて支柱で接続されるカバーと、
前記低速飛行体の飛行状態における鉛直方向の軸に対して対気速度を計測可能な１軸フローセンサと、
管軸方向が鉛直方向になるように前記低速飛行体に搭載され、内部に前記１軸フローセンサが配設される管状の筐体と、
を備えたことを特徴とする対気速度計測システム。
【請求項２】
前記フローセンサは、前記低速飛行体の飛行状態における水平方向の互いに直交した２軸に対して対気速度を計測可能な２軸フローセンサである
請求項１に記載の対気速度計測システム。
【請求項３】
前記２軸フローセンサは、少なくとも１つの熱源と、熱源の一軸方向両側に配置された１組の温度センサを、前記軸方向を直交させた状態で２組配置した熱式２軸フローセンサであることを特徴とする請求項２に記載の対気速度計測システム。
【請求項４】
前記１軸フローセンサは、熱源と、該熱源の前記低速飛行体の飛行状態における鉛直方向両側に配置された温度センサとを含んで構成される熱式１軸フローセンサであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の対気速度計測システム。
【請求項５】
前記低速飛行体の周囲温度を測定する温度センサ、前記低速飛行体の周囲の気圧を測定する気圧センサ、前記低速飛行体の周囲の地磁気を測定する地磁気センサのうち少なくとも一をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の対気速度計
測システム。
【請求項６】
前記低速飛行体は、複数の回転翼を備えるマルチコプターであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の対気速度計測システム。
【請求項７】
前記低速飛行体は、飛行体本体と、飛行状態における上下方向から見て該飛行体本体の周囲に配置された複数の回転翼とを備え、前記２軸フローセンサは、前記飛行体本体に設けられたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の対気速度計測システム。
【請求項８】
前記低速飛行体は、飛行体本体と、飛行状態における上下方向から見て該飛行体本体の周囲に配置された複数の回転翼とを備え、前記１軸フローセンサは、前記飛行体本体に対して回転翼の外側に配置されたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の対気速度計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対気速度計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対気速度と対地速度とに基づいて、局地風速場を求める技術が提案されている（例えば、特許文献１）。なお、特許文献１に係る技術は、ヘリコプターや航空機に適用することが記載されている。また、当該文献には、対気速度センサ（airspeed sensor）を
用いない場合の処理が記載されている。また、無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）の推定された対地速度に基づいて、ＵＡＶの加速度をモデル化すると共に、セン
サによって測定した実加速度との差の積分によって風速を推定する技術も提案されている（例えば、特許文献２）。当該文献には、推定された風速と対地速度との合計により対気速度を推定する旨の記載もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第９０３１７１９号明細書
【特許文献２】特開２０１１−２４６１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
比較的小型且つ低速の飛行体であるマルチコプター、マルチロータＵＡＶ、その他の小型無人航空機は、電池で駆動するものが一般的であり、連続して飛行できる時間は長いとはいえない。従来、飛行可能時間の推定には、例えば加速度が用いられているが、飛行可能時間は飛行速度や風速に影響されるため、飛行可能時間の精確な推定は困難であった。なお、例えばピトー管のような、航空機用の既存の対気速度計は、一方向の対気速度を測定するものであり、全方向に移動可能な飛行体には適用し難い。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、低速飛行体の対気速度を水平方向の全方位について計測可能な技術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】
【０００６】
本発明に係る対気速度計測システムは、低速飛行体用の対気速度計測システムであって、低速飛行体の飛行状態における水平方向の少なくとも２軸に対して対気速度を計測可能なフローセンサを備える。
【０００７】
このような対気速度計測システムによれば、低速飛行体の対気速度を水平方向について計測可能となる。
【０００８】
フローセンサは、低速飛行体の飛行状態における水平方向の互いに直交した２軸に対して対気速度を計測可能な２軸フローセンサであってもよい。具体的にはこのような構成により、水平方向の対気速度を効率的に計測できるようになる。
【０００９】
また、２軸フローセンサは、少なくとも１つの熱源と、熱源の所定軸方向両側に配置された温度センサを、所定軸方向を直交させた状態で２組配置した熱式２軸フローセンサであってもよい。特に熱式フローセンサは低速域の感度が良好であるため、低速飛行体の対気速度を計測するのに適した構成となる。
【００１０】
また、対気速度計測システムは、低速飛行体の飛行状態における垂直方向の軸に対して対気速度を計測可能な１軸フローセンサをさらに備えるようにしてもよい。このようにすれば、計測した垂直方向の対気速度に基づいて、急激な垂直降下や上昇気流を検知することができる。このような情報が検知できれば、低速飛行体のバランス制御等に有用である。
【００１１】
また、１軸フローセンサは、熱源と、該熱源の低速飛行体の飛行状態における垂直方向両側に配置された温度センサとを含んで構成される熱式１軸フローセンサであってもよい。具体的には、このような構成の熱式フローセンサを利用することができる。
【００１２】
また、低速飛行体の周囲温度を測定する温度センサ、低速飛行体の周囲の気圧を測定する気圧センサ、低速飛行体の周囲の地磁気を測定する地磁気センサのうち少なくとも一をさらに備えるようにしてもよい。これらのセンサの測定データをさらに用いることで、例えば、対気速度計測システムが計測する対気速度の精度を向上させたり、絶対的な風向きの方角を求めることができる。
【００１３】
また、低速飛行体は、飛行状態において垂直方向の回転軸を有する複数の回転翼を備えるマルチコプターであってもよい。対気速度計測システムは、このようなマルチコプターに好適に適用することができる。
【００１４】
また、低速飛行体は、飛行体本体と、飛行状態における上下方向から見て該飛行体本体の周囲に配置された複数の回転翼とを備え、２軸フローセンサは、飛行体本体に設けられるようにしてもよい。飛行体本体の周囲に複数の回転翼を備えるマルチコプターの場合、飛行体本体に２軸フローセンサを設けることで、測定値が受ける、回転翼が起こす気流の影響を抑制することができる。
【００１５】
また、低速飛行体は、飛行体本体と、飛行状態における上下方向から見て該飛行体本体の周囲に配置された複数の回転翼とを備え、１軸フローセンサは、飛行体本体に対して回転翼の外側に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、測定値が受ける、回転翼が起こす気流の影響を抑制しつつ垂直方向の対気速度を測定するのに好適な構成となる。
【００１６】
なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００１７】
低速飛行体の対気速度を水平方向の全方位について計測可能な技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】対気速度計測システムを備えるマルチコプターの一例を示す装置構成図である。
【図２】水平フローセンサの一例を示す斜視図である。
【図３】水平フローセンサの一例を示す平面図である。
【図４】水平フローセンサの一例を示す正面図である。
【図５】センサ素子の一例を示す斜視図である。
【図６】センサ素子の仕組みを説明するための断面図である。
【図７】垂直フローセンサの一例を示す縦断面図である。
【図８】垂直フローセンサの一例を示す横断面図である。
【図９】垂直フローセンサの変形例を示す横断面図である。
【図１０】センサの搭載位置を示すマルチコプターの模式的な平面図である。
【図１１】センサの搭載位置を示すマルチコプターの模式的な正面図である。
【図１２】センサの搭載位置の変形例を示すマルチコプターの模式的な正面図である。
【図１３】センサの搭載位置の変形例を示すマルチコプターの模式的な平面図である。
【図１４】センサの搭載位置の変形例を示すマルチコプターの模式的な平面図である。
【図１５】所定方向の風量とセンサの出力値との関係を示すグラフである。
【図１６】対気速度計測システムを備えるマルチコプターの変形例を示す装置構成図である。
【図１７】機体を傾けて飛行する場合における対気速度の補正を説明するための図である。
【図１８】センサ素子の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る対気速度計測システムについて、図面を用いて説明する。なお、以下に示す実施形態は、対気速度計測システムの一例であり、本発明に係る対気速度計測システムは、以下の構成には限定されない。
【００２０】
＜装置構成＞
図１は、本実施形態に係る対気速度計測システムを備えるマルチコプターの一例を示す装置構成図である。マルチコプター１は、比較的小型且つ低速の飛行体であり、図１の例では４つのローター（回転翼）を有する回転翼機である。マルチコプター１は、プロセッサ１１と、センサ群１２と、ＲＦ（Radio Frequency）通信部１３と、４組のモータドラ
イバＥＳＣ（Electronic Speed Controller）１４及びローター１５とを備える。また、
コントローラ２は、ユーザの操作に基づいて、マルチコプター１を移動させるための無線信号をＲＦ通信部１３へ送信する。
【００２１】
プロセッサ１１は、例えば汎用的な集積回路であり、センサ群１２が測定したセンシングデータや、ＲＦ通信部１３が受信したコントローラ２からの無線信号に基づいて、モータドライバＥＳＣ１４を制御する。すなわち、プロセッサ１１は当該プロセッサ１１が実行するプログラムと協働して、姿勢制御部１１１、移動制御部１１２等として機能する。なお、プロセッサ１１は、規模の小さいマイクロコントローラ等であってもよい。
【００２２】
センサ群１２は、水平フローセンサ１２１と、垂直フローセンサ１２２と、温度センサ１２３と、気圧センサ１２４と、地磁気センサ１２５とを含む。なお、図１では省略しているが、プロセッサ１１と各センサとは互いに接続されているものとする。水平フローセンサ１２１は流速センサであり、互いに直交する２軸に対して気体の流速を測定することができる。具体的には、例えばヒータ等である熱源の所定軸方向両側に温度センサを備え、熱の動きを利用して気体の質量流量に応じた流速を出力する。水平フローセンサ１２１は、Ｘ軸センサ１２１１及びＹ軸センサ１２１２を含む。Ｘ軸センサ１２１１及びＹ軸センサ１２１２は、それぞれ１軸フローセンサである。また、Ｘ軸センサ１２１１及びＹ軸センサ１２１２を含み、平面上の全方向について流速を測定可能としたセンサを、２軸フローセンサとも呼ぶ。
【００２３】
図２は、水平フローセンサ１２１の一例を示す斜視図である。図３は、水平フローセンサ１２１の一例を示す平面図である。図４は、水平フローセンサ１２１の一例を示す正面図である。水平フローセンサ１２１は、Ｘ軸センサ１２１１と、Ｙ軸センサ１２１２とを備える。Ｘ軸センサ１２１１及びＹ軸センサ１２１２は、ヒータ、サーモパイル等を含むセンサ素子を備える熱式のフローセンサである。Ｘ軸センサ１２１１及びＹ軸センサ１２１２は、ベース１２１３上に、互いに直交する向きで搭載されている。また、ベース１２
１３、並びにＸ軸センサ１２１１及びＹ軸センサ１２１２の上方には、所定間隔の隙間をあけてカバー１２１４が設けられている。ベース１２１３とカバー１２１４とは４つの支柱で接続されており、図４に破線の矢印で示すように、ベース１２１３とカバー１２１４との間には水平方向に空気が通過するようになっている。
【００２４】
図５は、Ｘ軸センサ及びＹ軸センサに用いられるセンサ素子の一例を示す斜視図である。また、図６は、センサ素子の仕組みを説明するための断面図である。センサ素子３は、ヒータ３１と、ヒータ３１を挟んで両側に設けられたサーモパイル３２と、さらに外側に設けられた周囲温度センサ３３とを備える。これらの上下には絶縁薄膜が形成され、シリコン基台上に設けられている。また、ヒータ３１及びサーモパイル３２の下方のシリコン基台には、キャビティ（空洞）が設けられている。ヒータ３１は、例えばポリシリコンで形成された抵抗体である。図６は、破線の楕円によって、ヒータ３１が発熱した場合の温度分布を模式的に示している。なお、破線が太いほど温度が高いものとする。空気の流れがない場合、図６の上段（１）に示すようにヒータ３１の両側の温度分布はほぼ均等になる。一方、例えば図６の下段（２）において破線の矢印で示す方向に空気が流れた場合、周囲の空気が移動するため、ヒータ３１の風上側よりも風下側の方が、温度は高くなる。センサ素子は、このようなヒータ熱の分布の偏りを利用して、流速を測定する。
【００２５】
出力電圧ΔＶは、例えば以下の式（１）で表すことができる。
【数１】
0006673667.tif 000002
なお、Ｔｈはヒータ３１の温度、Ｔａは周囲温度センサ３３が測定した温度、Ｖｆは流速の平均値、Ａ及びｂは所定の定数である。そして、図２から図４に示した水平フローセンサ１２１は、ベクトル合成により風速の大きさを求めることができるとともに、水平方向の風向きを示す偏角を求めることができる。すなわち、対気速度ｖは以下の式（２）で求めることができる。
【数２】
0006673667.tif 000003
なお、ｖｘはＸ軸フローセンサ１２１の出力値、ｘｙはＹ軸フローセンサの出力値である。また、例えばＸ軸と風向きとのなす角をθとすると、ｔａｎθを以下の式（３）で表すことができる。
【数３】
0006673667.tif 000004
したがって、水平フローセンサ１２１をマルチコプター１に水平に搭載することにより、マルチコプター１の水平方向の対気速度を測定することができる。なお、マルチコプター１が水平方向に移動する際、機体全体を傾けて飛行することもあるが、上述した水平フローセンサ１２１のベース１２１３とカバー１２１４との間を通過する気流に基づいて、水平方向の対気速度は概ね正確に測定できる。すなわち、飛行中において、水平フローセンサ１２１の２軸を含む面が水平から傾く場合があっても、本発明の範疇に含まれる。
【００２６】
また、垂直フローセンサ１２２も流速センサであり、所定方向の１軸に対して気体の流
速を測定することができる。測定の仕組みは、水平フローセンサ１２１と同様である。なお、垂直フローセンサ１２２の場合は、ベクトル合成を行うことなく対気速度の大きさを測定でき、出力値の大きさに基づいて１軸上の気流の向きも判断できる。
【００２７】
図７は、垂直フローセンサ１２２の一例を示す縦断面図である。図８は、垂直フローセンサ１２２の一例を示す横断面図である。垂直フローセンサ１２２は、管状の筐体１２２１内に１軸フローセンサ１２２２を配設して形成される。１軸フローセンサ１２２２は、上述のセンサ素子を含み、管内を流れる気流の速度を測定する。例えば、筐体１２２１は例えば直管であり、管軸方向とセンサ素子が流速を検知する１軸方向とが同一になっている。図８に示すように、垂直フローセンサ１２２の筐体１２２１は、例えば横断面が円形の管状である。なお、図９に示すように、垂直フローセンサ１２２の筐体１２２１は、横断面が矩形の管状であってもよいし、横断面はその他の形状であってもよい。また、筐体１２２１は、直管型でなく、主流路から分岐する副流路に設けたセンサを用いて流速・流量を補正するバイパス型や、流路を湾曲させた遠心分離室を設けて異物を分離するサイクロン型等、筐体内への異物の侵入を防ぐ構造になっていてもよい。このような垂直フローセンサ１２２を、管軸方向（すなわち測定方向）が鉛直方向になるようにマルチコプター１に搭載すれば、マルチコプターの垂直方向の対気速度を測定することができる。
【００２８】
また、温度センサ１２３は、熱電対や測温抵抗体等を利用したセンサであり、マルチコプター１の周囲の温度（気温）を測定する。気圧センサ１２４は、ピエゾ抵抗型等の圧力センサである。例えば、真空を基準とした圧力を測定する絶対圧センサであってもよい。地磁気センサ１２５は、ホール素子、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子等を用いた２軸又は３軸のいわゆる電子コンパスである。
【００２９】
また、ＲＦ通信部１３は、例えば所定周波数の電磁波を用いてコントローラ２と無線通信を行い、ユーザから指示を受ける。なお、センサ群１２の出力に基づいてコントローラ２へ警告等を送信するようにしてもよい。モータドライバＥＳＣ１４は、プロセッサ１１からの信号に応じてローター１５の回転速度を制御する。
【００３０】
なお、本発明における対気速度計測システムは、少なくとも水平フローセンサ１２１を備えるものとする。すなわち、センサ群１２は、図１に示したセンサの一部を備えていなくてもよい。例えば、水平フローセンサ１２１のみを備える構成であっても、低速飛行体の対気速度を水平方向について計測可能となる。
【００３１】
＜センサの搭載位置＞
図１０は、センサの搭載位置を示すマルチコプター１の模式的な平面図である。図１１は、センサの搭載位置を示すマルチコプター１の模式的な正面図である。また、図１０及び図１１は、水平フローセンサ１２１及び垂直フローセンサ１２２の搭載位置を例示している。例えば、水平フローセンサ１２１は、マルチコプター１の本体１６の中央上部に設けられる。水平フローセンサ１２１は、水平の全周方向の対気速度を計測するため、ローター１５が発生させる気流の影響を低減させるため、平面視において４つのローター１５のほぼ中央に設けられる。
【００３２】
また、垂直フローセンサ１２２は、４つのローター１５の周囲にそれぞれ設けられたローターバンパーの外側に、１つずつ設けられている。垂直フローセンサ１２２も、ローター１５が発生させる気流の影響を低減させるため、平面視においてローター１５の回転範囲と重ならない位置に設けられる。また、垂直フローセンサ１２２は、筐体１２２１内を気流が通過するよう、平面視においてマルチコプター１とも重ならない位置に設けられる。なお、図示したように垂直フローセンサ１２２を複数設ける場合、各々で計測された対気速度の平均値を求めることでノイズの影響を低減させることができる。
【００３３】
図１２は、センサの搭載位置の変形例を示すマルチコプター１の模式的な正面図である。図１２の例では、水平フローセンサ１２１は、マルチコプター１の本体１６の鉛直上方に、支持部１７を介して支持される。このようにすれば、マルチコプター１の本体１６の形状に沿って気流の流れができる場合であっても、水平フローセンサ１２１が、影響をできるだけ受けないようにすることができる。なお、水平フローセンサ１２１は、マルチコプター１の本体１６の鉛直下方に設けるようにしてもよい。また、水平フローセンサ１２１を複数備える構成としてもよい。
【００３４】
図１３及び図１４は、センサの搭載位置の変形例を示すマルチコプター１の模式的な平面図である。図１３及び図１４の例では、垂直フローセンサ１２２は、マルチコプター１の本体１６の周囲であって、４つのローター１４の内側に設けられる。変形例においても、垂直フローセンサ１２２は、平面視においてローター１５の回転範囲、及びマルチコプター１と重ならない位置に設けられる。なお、垂直フローセンサ１２２は、複数でなく１つ設ける構成であってもよい。
【００３５】
なお、図示していない温度センサ１２３、気圧センサ１２４、及び地磁気センサ１２５は、例えば飛行に支障のない任意の位置に搭載することができる。
【００３６】
＜制御処理及び効果＞
上述の通り、対気速度計測システムの水平フローセンサ１２１によれば、低速飛行体の対気速度を水平方向について計測可能となる。特に熱式フローセンサを用いることで、低速飛行体の対気速度を計測するのに適した構成となる。図１５は、横軸が所定方向の風量を表し、縦軸が対気速度を示すセンサの出力値を表すグラフである。また、実線は上述の熱式フローセンサの出力を示し、一点鎖線はピトー管の出力を示している。ピトー管は差圧に基づいて対気速度を計測するため低速域の感度が低下し、例えば１５ｍ／ｓ以下の対気速度の検知は困難である。一方、熱式フローセンサは低速域の感度が良好であり、低速飛行体の対気速度計測に好適である。対気速度の精確な計測ができれば、飛行可能時間の推定精度も向上する。よって、ユーザが操作するコントローラ２までの飛行ができるよう、推定される飛行可能時間に基づいて警告を出力したり目的地を変更する処理を行ってもよい。特に、マルチコプター１が自動で目的地までの移動制御を行うような場合にも、飛行可能時間の精度を向上させることで墜落を防止することができる。
【００３７】
また、垂直フローセンサ１２２を設けることにより垂直方向の対気速度を計測すれば、急激な垂直降下や上昇気流を検知することができる。例えば急激な垂直降下を行う場合、高度を下げるためにローターの回転数を落とすため、ハンチングを起こして機体のバランスを崩し易くなる。同様に、上昇気流を受けた場合も、ローターの回転数が下がったり、複数のローターが受ける気流の大きさに偏りが生じたりして機体のバランスを崩し易くなる。そこで、垂直方向の対気速度を計測することにより、プロセッサ１１の姿勢制御部１１１が姿勢を立て直すために水平方向へ移動するよう制御したり、例えばユーザが操作するコントローラ２に警告を出力することができるようになる。
【００３８】
また、垂直フローセンサ１２２を複数備える場合、垂直方向の対気速度ｖｚは以下の式（４）を用いて平均をとることにより求めることができる。各々が計測された対気速度の平均値を求めることでノイズの影響を低減させることができる。
【数４】
0006673667.tif 000005
なお、ｖｚｉは各垂直フローセンサ１２２の出力値、ｎは垂直フローセンサ１２２の搭載数である。
【００３９】
また、水平フローセンサ１２１の出力と、垂直フローセンサ１２２の出力とを用いて、３軸の対気速度ｖｘｙｚを計測してもよい。３軸の対気速度ｖｘｙｚは、以下の式（５）によって求めることができる。
【数５】
0006673667.tif 000006
ｖｘ＝ｖｘｙｚsinφcosθ
ｖｙ＝ｖｘｙｚsinφsinθ
ｖｚ＝ｖｘｙｚcosφ
φは、ベクトルｖｘｙｚとＺ軸とのなす角である。θは、ＸＹ平面上におけるベクトルｖｘｙｚの方向とＸ軸とのなす角である。
【００４０】
また、気圧センサは、例えば既存の絶対圧センサであり、マルチコプター１の高度を測定することができる。上述の水平フローセンサ１２１及び垂直フローセンサ１２２は、熱式のフローセンサであり、その感度は気体密度の影響を受ける。すなわち、熱移動に基づいて風速を測定するところ、例えば高度が高くなり空気が薄くなると、感度が低下する。そこで、気圧センサ１２４及び温度センサ１２３の測定値及び以下のような関数を用いて対気速度を補正するようにしてもよい。
ｖｃ＝ｆ（ｖｒ，ｐａ，Ｔ）
なお、ｖｃは、補正後の対気速度、ｖｒは補正前の対気速度、ｐａは気圧又は高度情報、Ｔは温度センサ１２３の測定値が示す温度である。
【００４１】
例えば、熱式フローセンサの温度拡散率Ｄは、以下の式（６）で求められ、出力感度は、気体の温度拡散率に左右される。
【数６】
0006673667.tif 000007
ここで、以下に示す理想気体の状態方程式（７）と分子量Ｍから、以下の式（８）のように気体密度と温度と気圧との関係式が得られる。
ＰＶ＝ｎＲＴ      ・・・（７）
なお、Ｐは気圧、Ｖは体積、ｎは物質量、Ｒは気体定数、Ｔは温度である。
【数７】
0006673667.tif 000008
式を変形すると、温度拡散率と、温度及び気圧との関係は以下の式（９）のように表すことができる。
【数８】
0006673667.tif 000009
よって、上述した補正後の対気速度Ｖｃは、例えば以下のような関数（１０）で表すことができる。
【数９】
0006673667.tif 000010
なお、Ｄは基準状態における温度拡散率、Ｄ’は現在の温度及び気圧に基づく温度拡散率である。
【００４２】
また、地磁気センサ１２５を用いることで、求めた対気速度について気流が流れる方角（すなわち、絶対的な方位）がわかる。上述の水平フローセンサ１２１が求める偏角は、センサの向きを基準とした相対的な方向を示す情報である。地磁気センサ１２５を用いてマルチコプター１の向きを示す方角情報が得られれば、気流の向きを示す方角情報を算出することができる。方角情報は、例えばマルチコプター１の自動的な移動制御を行う場合に有用である。
【００４３】
＜変形例＞
図１６は、対気速度計測システムを備えるマルチコプターの変形例を示す装置構成図である。なお、図１６のマルチコプター１は、図１の実施形態と対応する構成要素に同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。変形例に係るマルチコプター１は、プロセッサ１１とセンサ群１２との間にセンサハブコントローラ１８を備えている。センサハブコントローラ１８は、センサ群１２の制御を行う演算処理装置である。センサハブコントローラ１８をさらに設けることで、姿勢制御や移動制御を行うプロセッサ１１の処理負荷を低減させることができる。また、センサハブコントローラ１８は、各センサの出力に基づいて、マルチコプター１の制御情報をプロセッサ１１に出力するようにしてもよい。例えば図示したセンサの少なくとも一部とセンサハブコントローラ１８をモジュール化し、汎用的なセンサシステムを提供することもできる。
【００４４】
また、図２から図４に示した水平フローセンサ１２１は、１軸フローセンサを互いに直交する向きで２つ搭載する構成であるが、このような例には限定されない。例えば、１つの熱源を中心に直行する２軸それぞれにおいて熱源の両側に温度センサを備えるセンサ素子を１つ備える構成によっても、２軸フローセンサを実現することができる。
【００４５】
また、上述の例では、４つのローターを有するマルチコプターを示したが、他の低速飛
行体に適用してもよい。例えば、ローターの数は８つ等であってもよいし、１つのメインローターを備えるヘリコプターであってもよい。また、機体に対してローターの角度を傾けることができるティルトローター機や、ガス式の飛行船等に適用することもできる。
【００４６】
＜機体の傾斜に基づく対気速度の補正＞
図１７は、機体を傾けて飛行する場合における対気速度の補正を説明するための図である。本変形例では、例えば静電容量検出方式やピエゾ抵抗方式による３軸の加速度センサを備えるものとする。また、上述した実施形態に係る水平フローセンサ１２１の２軸と、３軸加速度センサのＸ軸及びＹ軸は一致しているものとする。そして、３軸の加速度に基づいて機体の傾斜角度θを算出し、θを用いて真の水平方向の移動速度ｖｘ’を求めることができる。
【００４７】
図１７は、Ｘ−Ｚ平面における３軸加速度センサの測定値の一例を表している。そして、３軸加速度センサは、Ｘ方向の測定値ａｘ（破線の矢印）、Ｙ方向の測定値ａｙ（図示せず）、Ｚ方向の測定値ａｚ（破線の矢印）を測定する。このとき、重力方向（真の鉛直方向）の加速度Ｇはわかっているため、傾斜角度ｃｏｓθは、以下の式（１１）で求められる。
【数１０】
0006673667.tif 000011
【００４８】
上述の通り、実施形態に係る水平フローセンサ１２１の２軸と、３軸加速度センサのＸ軸及びＹ軸は一致している。よって、水平フローセンサ１２１の測定値（図の例ではＸ軸センサ１２１１の測定値）ｖｘ（実線の矢印）と、真のＸ方向の測定値ｖｘ’（実線の矢印）との関係を、傾斜角度ｃｏｓθを用いてに表すと以下の式（１２）のようになる。
【数１１】
0006673667.tif 000012
よって、式を変形し以下の式（１３）によって真のＸ軸方向の加速度ｖｘ’が求められる。Ｙ軸方向についても同様である。
【数１２】
0006673667.tif 000013
【００４９】
＜フローセンサの変形例＞
例えば、水平フローセンサは、直交する２軸を測定するものには限定されない。図１８のセンサ素子は、ヒータを中心とした平面上であって、ヒータから等距離の円周上に、等間隔に６つのサーモパイル３２を備えている。すなわち、本変形例の水平フローセンサは、水平面上に１２０°間隔の３軸をとるといえる。このような構成であっても、温度が低い方向から温度が高い方向への気流の流れを測定できるため、対気速度を算出することができる。総括すると、少なくとも２軸に対して対気速度を計測可能なフローセンサを用いることで、対気速度を算出することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  マルチコプター
１１  プロセッサ
１１１  姿勢制御部
１１２  移動制御部
１２  センサ群
１２１  水平フローセンサ
１２１１  Ｘ軸センサ
１２１２  Ｙ軸センサ
１２２  垂直フローセンサ
１２２１  Ｚ軸センサ
１２３  温度センサ
１２４  気圧センサ
１２５  地磁気センサ
１３  ＲＦ通信部
１４  モータドライバＥＳＣ
１５  ローター
１６  本体
１７  支持部
１８  センサハブコントローラ
２  コントローラ
３  センサ素子
３１  ヒータ
３２  サーモパイル
３３  周囲温度センサ
【図１】
0006673667.tif 000014
【図２】
0006673667.tif 000015
【図３】
0006673667.tif 000016
【図４】
0006673667.tif 000017
【図５】
0006673667.tif 000018
【図６】
0006673667.tif 000019
【図７】
0006673667.tif 000020
【図８】
0006673667.tif 000021
【図９】
0006673667.tif 000022
【図１０】
0006673667.tif 000023
【図１１】
0006673667.tif 000024
【図１２】
0006673667.tif 000025
【図１３】
0006673667.tif 000026
【図１４】
0006673667.tif 000027
【図１５】
0006673667.tif 000028
【図１６】
0006673667.tif 000029
【図１７】
0006673667.tif 000030
【図１８】
0006673667.tif 000031