ドローンに搭載される安全機能やセンサー類を解説！安全な飛行を支える秘密とは？

ドローンには、飛行中の事故を防止するために、さまざまな安全機能が備わっています。

安全機能がなければ、空中で動作が止まって墜落したり、物や人に衝突する事故が発生したりするリスクが生じてしまいます。

ドローンを操縦する上で、機体にどのような安全機能が搭載されているのか、どのような仕組みで成り立っているのかを知っておく必要があるでしょう。

今回はドローンに搭載される安全機能やセンサー類を解説します。

またドローンの国家資格（無人航空機操縦士試験）でも実技試験や学科試験にて登場する機能や言葉も紹介しますので、試験に挑戦する方は是非ご覧ください。

ドローンに搭載されている安全機能

ドローンに搭載されている安全機能は主に以下の7点です。

・障害物回避

・自動帰還

・高温度警告

・バッテリー残量警告

・フェールセーフ機能

・ジオフェンス

・パラシュート

それぞれの機能がどのようなものなのか、何のリスクを防止しているのかを理解していきましょう。

障害物回避

障害物回避は、ドローンに取り付けられたセンサーによって空間を認識して、障害物を感知することで、衝突を未然に防ぐ機能です。

飛行中に障害物の存在を感知すると、移動をストップしてその場でホバリングをしたり、操縦者に警告音で知らせたりします。

ホビー用ドローンでも人や物との衝突によるリスクがあるので重要な機能でもありますし、点検用ドローンなど、狭い場所や構造物に接近する必要があるドローンにおいても重要な機能です。

しかし使用されるセンサの種類によっては障害物があるのにも関わらず反応しないこともありますので、注意は必要です。特に細い電線や木の枝、ネットなどは反応しないことが多いので飛行空域に障害物が無いか確認してから飛行するようにしましょう。

自動帰還

自動帰還は、GPS機能を用いることで、ドローンが自動的に離陸したポイントに帰還する機能です。

ドローンを見失ったときや、バッテリーの残量が少ないときなど、墜落や想定しない場所への着陸を防止するための安全機能として使われています。

ただし、ドローンの性能によっては、自動帰還機能が作動することで、離陸地点に戻る途中で障害物に衝突する可能性があるので注意してください。

また自動帰還中もバッテリーが少なくとその場で着陸するので、気は抜かないようにしましょう。

高温度警告

高温度警告は、機体の温度が上昇した際に操縦者に知らせる機能です。

ドローンを飛行させると、内部の機器が発熱したり、日光に晒されて機体が熱くなったりします。

機体の温度が上昇すると、熱暴走によって動作が不安定になり、墜落するリスクがあるため、そうなる前に操縦者に知らせて安全に着陸させられます。

またバッテリーは高温に弱く、バッテリーの劣化や最悪の場合発火の恐れがあるため高温には注意しましょう。

バッテリー残量警告

バッテリー残量警告は、飛行中にバッテリー残量が少なくなった際に、操縦者に警告音で伝える機能です。

飛行中のバッテリー切れは、墜落や事故のリスクにため、バッテリーが少なくなる前に着陸させなければなりません。

操縦に夢中になって飛行時間の管理ができていないとリスクを招くため、バッテリー残量警告はリスク回避のためにも重要です。

また警告が出る前からも残量を確認し余裕を持って着陸できるようにしましょう。

フェールセーフ機能

フェールセーフ機能とは、飛行中にドローンに異常が発生した場合に、自動的に危険を回避する動作を行う機能です。

例えば、電波が途切れたり、バッテリー残量が低下して、操縦不能になった場合に、自動帰還機能が作動するなどが挙げられます。

基本的にフェールセーフ機能が作動する前に自分で対処するのが重要ですが、この機能があればもしもの時もトラブルを防止できます。

ジオフェンス

ジオフェンスは、飛行前に設定されたエリアの外にドローンが飛び出さないように制限を加える機能です。

飛行エリアの外周に見えないフェンスを設置するイメージで成り立っており、エリア外にドローンが飛び出して人や物に衝突するリスクを防ぎます。

業務などで立入管理措置を講じた上でドローンを飛ばす場合、ドローンを範囲外に出さないためにもジオフェンスは重要です。

パラシュート

パラシュートは、ドローンの動作がストップして墜落する際に、地面との衝突による機体へのダメージを軽減するための機能です。

動作の停止を察知したタイミングでパラシュートが開き、落下速度を抑えることで機体の破損を防止したり、人や物にブツかることでの被害を抑えたりできます。

パラシュートを搭載したドローンはそれほど多くありませんが、配送で使われるドローンなど、目視外かつ有人上空で飛行するドローンには今後必須になると考えられます。

 

ドローンに搭載されているセンサー類

ドローンに搭載されているセンサー類は、主に以下の9点です。

・フライトコントローラー

・IMU

・ジャイロセンサー

・加速度センサー

・気圧センサー

・超音波センサー

・磁気方位センサー（コンパス）

・ビジョンセンサー

・GPS

では、1つずつ詳しくみていきましょう。

フライトコントローラー

フライトコントローラーは、ドローンに搭載されたさまざまなセンサーが検知した情報の処理を行って、機体の制御を行う部分です。

ドローンに搭載された脳みそのようなパーツでもあり、機体自身が姿勢を制御したり、衝突や墜落を回避したりなどの動作を行います。

IMU

IMUは、慣性計測装置のことで、機体に搭載された加速度センサーやジャイロセンサーを指します。

機体の動きを検知するセンサー類の総称のことで、機体の姿勢制御を行う役割を担います。

ジャイロセンサー

ジャイロセンサーは、機体の角度の変化量を検知するセンサーです。

飛行中に機体が傾いた際に、その角度を計算することで、機体を安定させるための作動を正確に行います。

安定したホバリングや飛行には必須のセンサーでもあります。

加速度センサー

加速度センサーは、機体の速度の変化量を検知するセンサーです。

機体の移動を正確に検知できるため、安定したホバリングによって、その場に止まった状態をキープできます。

ジャイロセンサーで角度、加速度センサーで速度の変化を検知することで、必要な調整を適宜行うのがドローンの安全な飛行を支えています。

気圧センサー

気圧センサーは、気圧の変化を検知することで、機体の高度を測定するセンサーです。

ドローンが上空何mを飛行しているのかを知るために、気圧の情報を用いて高度を明らかにします。

法律によって規制されている飛行高度や、飛行計画で決めた高度の上限を守りながら飛行させるために、重要なセンサーと言えるでしょう。

超音波センサー

超音波センサーは、超音波の跳ね返りを利用して、高度のコントロールを行います。

高度を測定する機能は、気圧センサーがありますが、地上付近での飛行では気圧の変化が小さく、高度の測定が上手くできないケースがあります。

超音波センサーがあれば、地上付近での高度測定もできるため、気圧センサーと組み合わせることで、高精度な高度維持ができます。

磁気方位センサー（コンパス）

磁気方位センサーは、いわゆるコンパスのことで、機体がどの方角に向いているのかを検知します。

目視外を飛行するドローンがどの方向を向いているかを検知することで、正しい方向に飛行させることができます。

ビジョンセンサー

ビジョンセンサーは、物の形状や位置を視覚のように検知するセンサーです。

機体の周囲にある物を検知することで、障害物回避が可能になりますし、地面との距離を掴むことで安全な飛行を維持できます。

ただしビジョンセンサーはカメラを使っていることもあり、夜間など暗い場所では使えなくなってしまいます。明るい内に障害物など確認しておきましょう。

GPS

GPSは「Global Navigation Satellite System」の略で、機体の位置情報を検出する機能です。

ドローンがどこにいるのかを測位することで、自律飛行や定位置でのホバリングが可能になります。

さらに、自動帰還などの安全機能やにも繋がっています。

 

ドローンに安全機能がないとどうなる？

ドローンに安全機能がないとどうなるのかを解説します。

安全装置がないと起きるトラブルは主に以下の4点です。

・建物や人工物に衝突しやすくなる

・操縦不能になった際に機体が風に流される

・飛行中にバッテリーが切れて墜落する

・想定した範囲外にドローンが出てしまう

安全機能の重要性を理解していきましょう。

建物や人工物に衝突しやすくなる

障害物回避機能がないと、飛行中に建物や人工物に接近しても検知されず、そのまま衝突する可能性があります。

操縦者に警告音で知らせたり、機体が自動的に制御を行ったりして、衝突を避けているため、これらの機能がなければ安全な飛行は不可能になるでしょう。

操縦不能になった際に機体が風に流される

バッテリー切れや電波が途切れて操縦不能になると、そのままドローンが風に流されて墜落や衝突などの事故を起こしてしまいます。

飛行中の操縦不能については、自動帰還機能による対応もできますし、墜落が懸念される場合にはパラシュートを搭載するという対策も有効です。

飛行中にバッテリーが切れて墜落する

バッテリーの残量を知らせる機能がなければ、飛行に夢中になっている間に、バッテリー切れで墜落する可能性が高いです。

ドローンにはバッテリーの残量が少なくなった際に警告する機能もありますし、バッテリーが少なくなった際に自動で帰還する機能もあります。

想定した範囲外にドローンが出てしまう

ドローンが事前に想定した飛行範囲や飛行高度の外に出てしまい、人や物に衝突したり、機体を見失ったりする可能性があります。

ジオフェンス機能が搭載されているドローンであれば、事前に設定した範囲外にドローンが出ないようにしながら飛ばせます。

 

ドローンはどのような仕組みで飛んでいる？

ドローンに搭載されている安全機能の仕組みを解説します。

どのような仕組みで成り立っているのか気になる方は、参考にしてみてください。

姿勢制御の仕組み

姿勢制御は、プロペラの回転とセンサーによって行います。

プロペラの回転を調整することで、ホバリングや移動を行いながら、ジャイロセンサーや加速度センサーで検知した機体の動きに応じて、機体の位置や角度を調整します。

障害物回避の仕組み

ドローンに搭載された超音波センサーやビジョンセンサーを用いて、建物や人を検知して、衝突しないように機体の位置を調整します。

障害物回避機能をチェックする際には、ドローンのスペック表から上下左右前後のどの方向に障害物回避センサーが搭載されているかをチェックしてください。

自動帰還の仕組み

自動帰還機能は、GPS機能によって成り立っており、離陸した地点をGPSで認識することで、自動的に離陸ポイントまで帰還できます。

作動時の仕組みとしては、バッテリー残量の低下を検知した時や、送信機との通信が途絶えた時、操縦者のボタン操作などで、自動帰還がスタートします。

まとめ

ドローンに搭載されている安全機能やセンサー類を解説しました。

さまざまな安全機能が搭載されていることで、いかにドローンが安全に飛行できるかがわかりましたね。

国家資格の実技試験でも安全機能をOFFにしたATTIモードで飛行する項目がありますが、とても難しくセンサー類の有り難さが感じられると思います。

また今日紹介したこと以外にも活用事例や法律などもっと詳しくドローンについて知りたい方は是非ドローンスクール千葉幕張で毎日開催している無料体験会にご参加ください！

ドローンについての疑問を解消できるだけじゃなく実際にドローンを操縦することもできます。（センサー無しのドローン）

無料体験会のお申し込みはこちらから(^^)/