飞行器的降落方法、飞行器、信息处理装置、程序

技术领域

本发明涉及一种飞行器的降落方法、飞行器、信息处理装置、程序。

背景技术

近年，面向使用无人机(Drone)或无人飞机(UAV：Unmanned Aerial Vehicle)等飞行器(以下，统称为“飞行器”)的服务的实用化的研究或验证实验得以发展。在快递、查寻、监视等领域的产业利用中，正在研究利用即使不依靠人的操纵也能够飞行或起降的能够自主飞行的飞行器。

所述飞行器为了提高服务的质量或运转率，希望延长续航距离或提高飞行时间。在此之前用于拍摄等的飞行器如图18所示那样，需要方向性少的特性，以便易于将行进方向变更为各种方向且使响应速度变快。但是，快递等产业的飞行器以向一定方向的移动(例如，前进)作为主要的移动方向，而不是像用于拍摄的飞行器那样向各种方向进行移动。在这些产业中，需要优化向特定方向进行的移动，提高飞行效率。鉴于这样的情况，在专利文献1中，公开一种减轻旋转翼的负荷的飞行器。(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国特许申请公开第2020/0001995号

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中，通过使主体部成为具有相互对置的顶端部和后端部，具有铺设于顶端部与后端部之间的上面部和底面部，具有两个侧面部的形状，从而减少飞行器在前进时的阻力。另外，开发出一种机身，其目的在于，通过使主体部的基准平面的法线与旋转翼的旋转轴之间的角度为5至30度之间，当本发明的旋转翼飞机前进时形成正迎角，利用主体部产生的升力来减轻旋转翼的负荷，提高飞行时间。

通过这样的方法，能够延长飞行器的飞行距离。另一方面，由于飞行器是容易产生升力的结构，有时降落动作会花费时间，或者难以降落。这是由于在进行降落动作时，如果悬停姿势的飞行器受到来自机头方向的风，则产生升力，作用使飞行器升起的力。

用于快递等产业的飞行器不仅需要飞行的效率，而且还需要提高运转率。为了提高运转率，有效的是提高飞行速度，同时缩短起降所需的时间。如果用于提高飞行效率的飞行器形状在降落动作时使飞行器产生升力，增加降落动作花费的时间，则有可能不易兼顾提高运转率。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够提高具有方向性的飞行器的降落性能的飞行器的降落方法。

用于解决课题的手段

根据本发明，能够提供一种飞行器的降落方法等，其特征在于，在飞行器的降落方法中，所述飞行器是对应来自机身的机头方向的风而产生升力的结构，根据与降落地点相关的风速数据和风向数据，对所述机身的机头方向进行控制，开始所述机身的下降。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够提高具有方向性的飞行器的降落性能的飞行器的降落方法等。

附图的简单说明

图1是从侧面观察本发明的降落方法使用的飞行器的巡航时的状态的示意图。

图2是图1的飞行器的俯视图。

图3是图1的飞行器在悬停时的侧视图。

图4是图4的飞行器的俯视图。

图5是图4的飞行器的功能框图。

图6是图1的飞行器在降落时使机头朝向上风方向时的侧视图。

图7是图1的飞行器在降落时使机头朝向下风方向时的侧视图。

图8是图1的飞行器在降落时使机头朝向上风方向时的侧视图。

图9是图1的飞行器在降落时使机头朝向下风方向时的侧视图。

图10是在本发明的降落方法中使用的另一飞行器在巡航时的侧视图。

图11是图10的飞行器在悬停时的图。

图12是图10的飞行器的俯视图。

图13是在本发明的降落方法中使用的另一飞行器在巡航时的侧视图。

图14是图13的飞行器在悬停时的图。

图15是表示飞行器在飞行环境中的风向的示意图。

图16是在本发明的降落方法中使用的另一飞行器的俯视图。

图17是在本发明的降落方法中使用的另一飞行器的俯视图。

图18是方向性少的飞行器的俯视图。

符号说明

10：主体部；11：翼部；20：飞行部；30：搭载物；31：转动部；100：飞行器；110a～110e：螺旋桨；111a～111e：马达。

具体实施方式

对本发明的实施方式的内容列举说明。本发明的实施方式的飞行器的降落方法等具有以下这样的结构。

[项目1]

一种飞行器的降落方法，其特征在于，

所述飞行器是对应来自机身的机头方向的风而产生升力的结构，

根据与降落地点相关的风速数据和风向数据，对所述机身的机头方向进行控制，开始所述机身的下降。

[项目2]

根据项目1所述的飞行器的降落方法，其特征在于，

所述升力由所述机身的主体形状产生。

[项目3]

根据项目1所述的飞行器的降落方法，其特征在于，

所述升力由所述机身具有的翼部产生。

[项目4]

根据项目1至3中的任一项所述的飞行器的降落方法，其特征在于，

所述机身的机头方向的控制是当前的横摆方向的旋转。

[项目5]

根据项目1至3中的任一项所述的飞行器的降落方法，其特征在于，

所述机身的机头方向的控制是回转。

[项目6]

根据项目1至5中的任一项所述的飞行器的降落方法，其特征在于，

所述机身的机头方向的控制在所述风速数据显示的风速为不产生所述升力的第一风速范围的情况下，使所述机身的机头方向为上风侧。

[项目7]

根据项目1至6中的任一项所述的飞行器的降落方法，其特征在于，

所述机身的机头方向的控制在所述风速数据显示的风速为产生所述升力的第二风速范围的情况下，使所述机身的机头方向为下风侧。

[项目8]

根据项目7所述的飞行器的降落方法，其特征在于，

所述机身的机头方向的控制在风速比所述第二风速范围进一步强的第三风速范围的情况下，使所述机身的机头方向为上风侧。

[项目9]

根据项目7所述的飞行器的降落方法，其特征在于，

所述机身的机头方向的控制在风速比所述第二风速范围进一步强的第三风速范围的情况下，变更降落预定地点。

[项目10]

一种飞行器，其特征在于，

所述飞行器是对应来自机身的机头方向的风而产生升力的结构，

根据与降落地点相关的风速数据和风向数据，对所述机身的机头方向进行控制，开始所述机身的下降。

[项目11]

一种信息处理装置，其执行飞行器的降落方法，其特征在于，

所述飞行器是对应来自机身的机头方向的风而产生升力的结构，

在所述飞行器的降落方法中，

根据与降落地点相关的风速数据和风向数据，对所述机身的机头方向进行控制，开始所述机身的下降。

[项目12]

一种程序，其使计算机执行飞行器的降落方法，其特征在于，

所述飞行器是对应来自机身的机头方向的风而产生升力的结构，

执行根据与降落地点相关的风速数据和风向数据，对所述机身的机头方向进行控制，开始所述机身的下降的步骤。

<本发明的实施方式的细节>

以下，一边参照附图一边说明本发明的实施方式的飞行器的降落方法。

<第一实施方式的细节>

如图1-图4所例示的那样，本发明的实施方式的自主飞行器为了进行飞行而至少具有包含螺旋桨110或马达111等要素的飞行部20，搭载有用于使这些动作的能量(例如，二次电池或燃料电池、化石燃料等)。用于快递、查寻、监视等的飞行器从缩小起降时的使用面积等的观点出发，优选为能够垂直起降且无需跑道等大面积的被称为VTOL或多旋翼的、具有多个螺旋桨和马达的飞行器。

此外，图示的飞行器100为了易于说明本发明的构造而简化描绘，例如，控制部等详细结构并未图示。

飞行器100将图中的箭头D的方向(-Y方向)作为前进方向(详细在后面说明)。

此外，在以下的说明中，有时按照以下的定义区分使用用语。前后方向：+Y方向和-Y方向、上下方向(或铅垂方向)：+Z方向和-Z方向、左右方向(或水平方向)：+X方向和-X方向、行进方向(前方)：-Y方向、后退方向(后方)：+Y方向、上升方向(上方)：+Z方向、下降方向(下方)：-Z方向。

螺旋桨110接收来自马达111的输出而旋转。通过螺旋桨110旋转，产生用于使飞行器100从出发地起飞、移动并降落至目的地的推进力。此外，螺旋桨110能够向右方向旋转、停止及向左方向旋转。

本发明的飞行器具有的螺旋桨110具有一个以上的叶片。可以为任意的叶片(转子)的数量(例如，一个、两个、三个、四个或者更多的叶片)。另外，叶片的形状可以为平面形状、弯曲形状、扭曲形状、锥形或者这些的组合等任意的形状。此外，叶片的形状可以变化(例如，伸缩、折叠、折弯等)。叶片可以对称(具有相同的上部及下部表面)或者不对称(具有不同形状的上部及下部表面)。叶片能够形成为适当的几何学形状，以便送风机、机翼、或叶片在空中移动时生成动态空气力(例如，升力、推力)。叶片的几何学形状能够适宜选择，以便优化叶片的动态空气特性，如使升力和推力增加、减小阻力等。

另外，本发明的飞行器100具有的螺旋桨可以考虑固定螺距、可变螺距或者固定螺距与可变螺距的混合等，但不限于此。

马达111产生螺旋桨110的旋转，例如，驱动单元能够包含电动机或发动机等。叶片能够由马达驱动，且绕马达的旋转轴(例如，马达的长轴)旋转。

叶片能够均向同一方向旋转，也能够独立地旋转。叶片中的几个向一方向旋转，其他叶片向另一方向旋转。叶片可以全部以同一转速旋转，也可以分别以不同转速旋转。转速可以根据移动体的尺寸(例如，大小、重量)或控制状态(速度、移动方向等)通过自动或手动来确定。

飞行器100通过飞行控制器或遥控器等，根据风速和风向来确定各马达的转速或飞行角度。由此，飞行器能够进行上升/下降、加速/减速或转向等移动。

飞行器100能够根据预先或飞行过程中设定的路线或规则进行自主飞行、或者使用遥控器进行操纵飞行。

上述飞行器100具有图5例示的功能块。此外，图5的功能块是最低限度的参考结构。飞行控制器是所谓的处理单元。处理单元可以具有可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU))等一个以上的处理器。处理单元具有未图示的存储器，能够访问该存储器。存储器存储处理单元可执行的逻辑、代码和/或程序命令，以便进行一个以上的步骤。存储器例如可以包含SD卡或随机存取存储器(RAM)等可分离的介质或者外部的存储装置。从摄像头或传感器类取得的数据可以直接传输且存储于存储器。例如，由摄像头等拍摄到的静态图像/动态图像数据被记录于内置存储器或者外部存储器。

处理单元包含以控制旋转翼飞行器的状态的方式构成的控制模块。例如，控制模块控制旋转翼飞行器的推进机构(马达等)，以便调整具有六自由度(平移运动x、y和z、以及旋转运动θ

处理单元能够与收发信部通信，该收发信部以发送和/或接收来自一个以上的外部的设备(例如，终端、显示装置或其他的远程控制器)的数据的方式构成。收发器可以使用有线通信或者无线通信等任意的适当通信手段。例如，收发信部可以利用局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外线、无线、WiFi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等中的一个以上。收发信部可以发送和/或接收由传感器类所取得的数据、处理单元所生成的处理结果、规定的控制数据、来自终端或者远程控制器的用户命令等中的一个以上。

本实施方式的传感器类可以包含惯性传感器(加速度传感器、陀螺仪传感器)、GPS传感器、近程式传感器(例如，雷达)或者视觉/图像传感器(例如，摄像头)。

如图1和图3所例示的那样，本发明的实施方式中的飞行器100具有的螺旋桨110例如在无风下进行升降/悬停等时，旋转面朝向上方或者下方。即，螺旋桨110的旋转轴沿大致垂直方向延伸。在行进时，与升降/悬停时相比，旋转面朝向行进方向前倾。旋转面前倾的螺旋桨110通过马达111的旋转而产生朝向上方的升力和朝向行进方向的推力，由此飞行器100前进。

飞行器100具有能够内置搭载的处理单元、电池、搭载物30等的主体部10。主体部10与飞行部20固定连接，主体部10的姿势随着飞行部20的姿势变化而变化。在飞行器100的移动过程中，通过优化期待长时间维持的巡航时的飞行器100的姿势下的主体部10的形状，使速度提高，从而高效地缩短飞行时间。

如图10-图12所例示的那样，搭载于飞行器100的搭载物30可以以与飞行部20独立地位移的方式连接。通过能够独立位移，能够与飞行部20的姿势无关地使搭载物30的姿势为规定的角度(例如，水平)。

优选主体部10具有外壳，该外壳具有能够承受飞行或起降的强度。例如，塑料、FRP等由于具有刚性或防水性，因此优选作为外壳的原材料。这些原材料可以与飞行部20所含的机架21(含臂)为相同的原材料，也可以为不同的原材料。

另外，飞行部20具有的马达支座、机架21以及主体部10可以由连接各个零部件而构成，也可以利用单体壳构造或一体成型，以成为一体的方式成型(例如，将马达支座和机架21一体成型、将马达支座、机架21和主体部10共同一体成型等)。通过使零部件呈一体，能够使各零部件的接缝平滑，因此能够期待如翼身融合或升力体等飞行器具有的阻力的减轻或油耗的提高。

飞行器100具有以使飞行器100在巡航时的姿势下阻力少的形状(例如，流线形等具有相互对置的顶端部和后端部，而且具有连接顶端部与后端部之间而铺设的面部件的形状)的方式构成的主体部10或者翼部11中的至少一方。例如，图16所例示的飞行器是与主体部10单独地具有翼部11的结构，图17所例示的飞行器是整个机身由翼部11构成的全翼机。在图16和图17所示的飞行器中，至少翼部11以飞行器100在巡航时的姿势下成为阻力少的形状的方式设置。由此，减少飞行器在巡航时从机头方向受到的相对风的影响，提高飞行器的油耗。此时，如专利文献1所示，优选在利用主体部10或者翼部11产生的升力的用途中成为产生正升力的形状，相反在不使用主体部10或者翼部11产生的升力的用途中成为不产生升力或者产生负升力的形状。

为了不降低飞行器的可靠性，优选不使用倾斜机翼或倾斜转子等机构，在使用的情况下优选使倾斜角度(可动范围)窄。

如图1-图4所例示的那样，在不使用倾斜机构的结构中，为了使飞行器巡航时的阻力比悬停时降低，以使巡航时正迎角小，悬停时负迎角大的方式设置主体部10或者翼部11。可以推测出当飞行器的角度从悬停姿势到巡航姿势时，如果从机头方向受到风，则对飞行器作用正升力。

本发明所涉及的飞行器100是能够自动地进行至少飞行和起降的一部分而不依赖目视的人的操纵的自主飞行器。通过使用GNSS或各种传感器得到的数据，取得飞行器的位置及周边环境的数据，由飞行器具有的处理单元或者机外设备来确定航线、速度、障碍物的躲避等行动。

飞行器100利用的目的地或航线等坐标数据可以在起飞前预先提供，也可以在飞行过程中使用通信提供。在仅指定目的地而未提供去往目的地的航线的情况、或者提供了航线但可变更的情况下，飞行器自身可以根据由通信或者传感器取得的障碍物或气象等数据来确定航线。

在主体部10具有方向性的飞行器100中，进一步优选飞行器100的机头方向朝向上风。对于作用于飞行器100的风(环境风和因前进产生的风的合力)，能够高效地降低阻力。

当飞行器100到达目的地上空附近时，进入降落步骤。此时，飞行器以不被主体部10产生的升力影响下降的方式，在朝向规定的方向的状态进行下降，从而能够顺利地降落。

进行本发明的降落方法的飞行器100在开始降落动作前，通过从飞行器100搭载的传感器或者外部取得的数据或根据数据库进行的计算等，取得或者推测刮向本机的风向数据或者风速数据中的至少一方。根据风向数据或者风速数据的值，处理单元进行飞行器的机头方向的变更的必要/不必要、变更朝向的判断以及确定。另外，用于确定是否进行机头方向的变更以及向哪个方向进行变更的作为基准的阈值根据飞行器的结构或特性(例如，可设想降落风速或设想巡航速度等)预先确定。例如，在重视降落性能而设计的机身和重视巡航性能而设定的机身中，能够使机头以正对风的状态顺序地降落的风速的容许范围显著不同。

机头方向的变更具有进行飞行器100的回转或者当前横摆方向的旋转的方法。例如，通过将机头方向设为下风，使飞行器100不易产生升力，而且为了抗衡风而后倾，使其采用负迎角，从而变得容易下降。

机头方向的变更开始可以在到达目的地正上方后进行，也可以在起飞地点至到达目的地之间进行。尤其，在根据地形或季风等预测特定的日期时间的风速或风向的环境中，能够预先确定规定的方向，以机头朝向该方向的状态使飞行器接近目的地的方式设定路线。此时，可以根据实际的观测数据进行进一步修正，也可以不进行修正。

在应用高度高的飞行器(例如，巡航高度距离地面50米以上的飞行器)中，可以在从该应用高度下降到规定的高度的过程中不进行机头方向的控制，在飞行器的高度降低至规定的高度(例如，距离地面10米等地面附近)后开始机头方向的控制。这是由于到规定的高度为止的下降为了提高稳定性，通常是尤其会伴随前进或回转等的下降，在该情况下，在未进行垂直下降的期间，机头方向的控制的必要性低，因此可以不进行机头方向的控制。另一方面，在规定的高度以下(例如，地面附近)，为了避免接触障碍物而大致垂直地进行下降，因此为了稳定地进行下降，需要进行机头方向的控制。因此，优选机头方向的控制在开始大致垂直下降时(例如开始前)执行，在如上所述那样伴随前进或回转等朝向水平方向的移动而开始飞行器的下降的情况下，优选在飞行器的下降切换为大致垂直下降时执行。

根据图15所例示的示意图来说明阈值和实际的风速数据的飞行器100的动作例。在以下的说明中，设定从方向0(12)刮风。另外，在用数字表示一定的范围的情况下，以顺时针方向显示，例如，“方向1-方向4”包含方向1、2、3、4。

在相对于飞行器100无风或者弱风的情况下，无论飞行器100的机头朝向方向0-方向12的哪个方向，飞行器100的降落均为相同条件，因此成为不进行机头方向的变更的控制。接着，在规定的风速的范围内，成为将飞行器100的机头方向变更为方向6的控制。最后，在风速超过规定的范围的情况下，根据超过速度和飞行器100的特性来变更控制方法(例如，将飞行器100的机头方向变更为方向0-方向12中的任一方等)。

在风为无风或者微弱等第一风速范围内，是悬停的主体部10或者翼部11不产生因受到风而使飞行器100上升的升力的风速范围内的值的情况下，不进行机头方向的变更动作。在由主体部10或者翼部11产生的升力为不会使飞行器100上升的量的情况下，不对飞行器100的降落造成显著影响。因此，飞行器100不进行机头方向的变更而使各旋转翼的输出降低，迅速地进行垂直下降。

另一方面，在风为超过第一风速范围的第二风速范围内的情况下，如图7所例示的那样，将机头方向变更为下风侧。然后，飞行器100伴随使设置于机头方向的旋转翼的输出比机尾方向的旋转翼的输出大的后退控制进行下降。此时，后退分量与风相互抵消，也有时外观上呈大致垂直地下降。

作为阻力少的形状的例子，具有图13-14所示那样的对象翼形状。已知该形状在迎角为0时升力系数为0。因此，例如具有以巡航时不产生升力的方式构成的主体部10或者翼部11的飞行器在刮风的速度为巡航速度以下的环境中进行悬停或垂直升降的情况下，如图6所例示的那样，主体部10或者翼部11成为正迎角，产生正升力。

当对进行下降的飞行器100作用正升力时，下降被阻碍，导致降落花费的时间增加，除此以外，还能够设想到成为无法降落的情况的状态。通过将机头方向变更为下风方向，易于使主体部10或者翼部11的姿势成为负迎角。因此，变得对飞行器不作用正升力或者作用负升力，从而不易导致降落花费的时间增加，除此以外，还能够期待更有效地提高速度。

在风为超过第二风速范围的第三风速范围的风速的情况下，可以变更机头方向的控制方法，进入到设想强风时的过程。

作为更具体的例子，如图9所例示的那样，在对于超过第二风速范围的阈值的风速(即，第三风速范围的风速)，将机头设为下风侧，使机尾与其正对的情况下，主体部10或者翼部11的姿势成为更强的负迎角。在该情况下，相对于风的投影面积大幅度增加，伴随于此阻力也大幅度增加。当飞行器100被风刮向下风方向时，飞行器100为了抗衡更强的风而进入到使机头侧的旋转翼的输出变大，使负迎角进一步变强，阻力增加这一恶性循环。因此，有时不易降落到目的地。

另外，由于俯视观察时Y方向上的旋转翼间隔变窄，因此与旋转翼间隔较宽时相比容易破坏平衡。

风为超过第二风速范围的第三风速范围内的风速时的飞行器100的行为有时根据所述的飞行器100的结构或特性而不同。另外，根据目的地周边的环境而允许飞行器100的移动的方向也不同，因此，强风时过程的结构能够设想以下这样的各种动作。

例如，在查寻目的的飞行实施中，具有当允许降落在降落预定地点以外的另一降落地点时，将降落预定地点变更并尝试降落在另一地点的方法。

另外，可以通过使飞行器100的机头或机尾不正对上风而是将飞行器100的侧面或倾斜方向朝向上风来进行防止产生升力和增加阻力等控制。若根据图15所例示的示意图进行说明，则相对于从方向0(12)刮风，使机头朝向方向1-方向5、方向7-方向11等。由此，能够成为图8所示的状态(使机头正对风向的状态)与图9所示的状态(使机尾正对风向的状态)的中间状态，在第三风速范围内，可以以使产生升力优先于增加阻力的方式使机头朝向方向4、5、7、8等，或者以使增加阻力(尤其参照下段)优先于产生升力的方式使机头朝向方向1、2、10、11等。

另外，如图8所例示的那样，在相对于第三风速范围内的风速，将机头设为上风侧(例如正对)，将机尾设为下风侧的情况下，与将机头设为下风侧，将机尾设为上风侧(例如正对)的情况相比，使旋转翼的旋转面以等量倾斜的情况下的相对于风的投影面积(即，将上风侧定义为正面时从正面侧观察的面积)的增加变小。因此，能够抑制阻力的增加，不易使飞行器100刮向下风方向。如上所述，通过将机头设为上风侧而产生正升力，虽然降落变得困难，但能够避免被刮向XY方向而与周围的构造物等接触。

<第二实施方式的细节>

在本发明的第二实施方式的细节中，由于与第一实施方式重复的构成要素进行相同的动作，因此省略再次的说明。

在不具有与降落动作的确定有关的风速范围的阈值的飞行器100进行降落动作的情况下，难以预先调整进入方向等进行下降。在这样的情况下，到达目的地后，向当前横摆方向旋转，根据马达的转速、飞行器的位置信息、传感器信息(例如，振动传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器等)等状态信息，例如将所取得的状态信息与设定了基准值的基准状态信息进行比较，并根据其结果，在成为升力与阻力的平衡良好的状态的地方(例如，低于该基准值的地方、规定时间内的状态信息的变化小的地方等)进行下降，从而能够提高降落性能。

根据图15所例示的示意图来说明动作例。在从方向0(12)刮风时，设定飞行器的机头方向朝向方向2。能够理解当飞行器开始向当前横摆方向(例如，顺时针方向)旋转时，在随着机头方向从方向3变化为方向4，即使马达转速相同，也会表现出飞行器的高度下降，或者飞行器的倾斜变少的倾向的情况下，优选该飞行器以机头相比朝向方向3而更朝向方向4的方式进行降落动作。另外，如果确认到进一步继续旋转，最容易下降的方向为方向6，若变为方向7以后高度不易再次下降，则优选飞行器以方向6作为机头方向进行下降。

根据该降落方法，无需预先计算出机身的特性或周围环境的影响值，能够根据从飞行器所具有的各种传感器(例如，陀螺仪传感器、高度传感器，GPS接收器等)取得的信息，求出作用于飞行器的升力或阻力的状态，得到适于降落动作的机头方向的信息。

具有方向性的飞行器能够期待用作配送、监视、查寻等业务中的产业用的旋转翼飞行器。另外，本发明的旋转翼飞行器能够用于多旋翼/无人机等飞行器相关产业，而且，本发明也可以用于安全领域、农业、研究、灾害应对、基础设施检查等各种产业。

上述的实施方式只是为了易于理解本发明而进行的例示，而不是用于限定解释本发明。本发明在不脱离其主旨的范围内，能够变更、改良，并且应认为本发明包含其等同物。