(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、飛行体を自律飛行させる場合の、離陸、着陸、充電を確実、安全に行える自動離着陸充電装置を提供する。【解決手段】自動離着陸充電装置は、飛行体位置周知目印１３が取り付けられた飛行体１を、離着陸盤２に取り付けられた撮像装置３で認識し、飛行体の位置情報を得る。飛行体の位置情報と離着陸盤との誤差を比較し、飛行体が離着陸盤の真上になるよう制御装置４より飛行体の位置補正を行う。これらを飛行体が着陸するまで繰り返し行うことで、着陸精度を上げることが出来る。また、離着陸盤はバッテリーの給電装置を有し、飛行体が離着陸盤に着陸し、充電端子７、８が接続されているとき給電をする自動離着陸充電システムである。【選択図】図１
2020108981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離着陸盤と充電装置と飛行体とを有する自動離着陸充電システムであり、
前記飛行体は航行手段と、飛行体位置周知目印を有し、
前記離着陸盤表面上に上方を撮像する様設けられた、撮像装置と、前記撮像装置で取得した画像を処理し、前記飛行体の前記航行手段を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記撮像装置で取得した前記飛行体の飛行体位置周知目印に基づき、該離着陸盤と前記飛行体との位置関係を演算し、
前記制御装置は、前記撮像装置で撮像した飛行体位置周知目印を画像処理により前記飛行体位置周知目印の基準位置を求め、前記離着陸盤の基準位置との関係を求め、
さらに前記制御装置が認識した飛行体位置周知目印画像の大きさと、前記飛行体位置周知目印の既知値から、前記飛行体の高度を測定し、
該飛行体位置周知目印の基準位置と前記着陸盤の基準位置との関係及び測定した高度に基づき前記飛行体の離着陸を誘導し、
前記充電装置が前記飛行体のバッテリーの給電装置を有し、該給電装置は前記飛行体が前記離着陸盤に着陸した状態で給電をする様にしたことを特徴とする自動離着陸充電システム。
【請求項２】
前記飛行体が飛行体位置周知目印を有し、前記制御装置が飛行体位置周知目印画像を認識するための認識パターンを有し、前記制御装置は前記撮像装置で撮像した画像から前記認識パターンに基づき飛行体位置周知目印画像を認識し、画像上で飛行体位置周知目印画像の中心が画像中心となる様に前記飛行体を誘導する請求項１の自動離着陸充電システム。
【請求項３】
前記飛行体にＧＰＳ装置が設けられ、前記離着陸盤は既知の位置に設けられ、前記制御装置は、前記ＧＰＳ装置が取得する飛行体の位置と前記既知の位置に基づき飛行体の位置と離着陸盤との位置関係を求め飛行の制御を行い、離着陸を制御する様にした請求項１の自動離着陸充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は飛行体が、自動で離着陸でき、充電できる様にした自動離着陸充電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、小型飛行機、小型ヘリコプタ等の飛行体の性能の向上、遠隔操作技術の向上、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ／全球測位衛星システム）の民生品利用の普及により、飛行体を所定の位置（発着甲板）からリモートコントロールにより、あるいは飛行体に内蔵されたプログラムにより自動で離陸させ、予定の範囲を飛行させ、飛行の完了後、発着甲板の設置位置に帰還させ、更に自動で発着甲板に着陸させる仕組みを備えたものがある（特許文献１参照）。【０００３】  飛行体を自動で離陸、飛行、着陸させる場合に、制御が難しいのは、離陸、着陸であり、特に所定の位置に飛行体を着陸させる制御が難しい。従って、飛行体を自律飛行させるために、簡便な制御で安全、確実に自動離着陸させる技術の確立が求められる。【０００４】  なお、特許文献１には所定の位置に小型飛行体を着陸させるための着陸支援システムと、画像認識に基づき目標地点に飛行体を着陸させるための航法装置が示され、特許文献２には複数の撮像装置を用いて垂直離着陸の誘導を行う自動着陸誘導方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６９０５３９号公報
【特許文献２】特開平５−２４５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  特許文献１の構成によると、飛行体に撮像装置と、撮像した画像を処理する制御部を設けていることにより、飛行体重量の増加に伴いバッテリー消費量が増加し、滞空時間が比較的に短くなると考えられる。一方、本発明によれば、飛行体側に飛行体位置周知目印を設け、離着陸盤側に撮像装置と撮像した画像を処理する制御部を設けることで、上記問題を解決している。【０００７】  特許文献２の構成によると、速度計と画像センサが向いている方向以外からの、飛行体の進入に対応することが出来ないと考えられる。一方、本発明によれば、飛行体の進入方向に対する依存性はなく上記制限は生じない。【０００８】  本発明は、飛行体を自律飛行させる場合の、離陸、着陸、充電を確実、安全に行える自動離着陸充電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明は、離着陸盤と充電装置と飛行体とを有する自動離着陸充電システムであり、前記離着陸盤は、上方を撮像する撮像装置と、前記撮像装置で取得した画像を処理し、飛行体の航行手段を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記撮像装置で取得した前記飛行体の飛行体位置周知目印の像に基づき、該離着陸盤と前記飛行体との位置関係を演算し、演算結果に基づき前記飛行体の離着陸を制御する様にした自動離着陸充電システムに係るものである。【００１０】  前記充電装置が前記飛行体のバッテリーに対する給電装置を有し、該給電装置は前記飛行体が前記離着陸盤に着陸した状態で給電する自動離着陸充電システムに係るものである。【００１１】  前記飛行体が航行手段と、飛行体位置周知目印を有し、前記制御装置は、前記撮像装置で撮像した飛行体位置周知目印を画像処理により該飛行体位置周知目印の基準位置を求め、該飛行体位置周知目印の基準位置と離着陸盤の基準位置との関係に基づき飛行体の離着陸を誘導する自動離着陸充電システムに係るものである。【００１２】  前記飛行体が飛行体位置周知目印を有し、前記制御装置が飛行体位置周知目印を認識するための認識パターンを有し、前記制御装置は前記撮像装置で撮像した画像から前記認識パターンに基づき飛行体位置周知目印を認識し、画像上で飛行体位置周知目印画像の中心が画像の中心となる様に前記飛行体を誘導する自動離着陸充電システムに係るものである。【００１３】  認識した前記飛行体位置周知目印の大きさにより、前記飛行体の高度を測定する自動離着陸充電システムに係るものである。【００１４】  前記飛行体にＧＰＳ装置が設けられ、前記離着陸盤は既知の位置に設けられ、前記制御装置は、前記ＧＰＳ装置が取得する飛行体の位置と前記既知の位置に基づき飛行体の位置と離着陸盤との位置関係を求め飛行の制御を行う自動離着陸充電システムに係るものである。【００１５】  前記飛行体にＧＰＳ装置が設けられ、前記離着陸盤は既知の位置に設けられ、前記制御装置は、前記ＧＰＳ装置が取得する飛行体の位置と前記既知の位置に基づき飛行体の位置と離着陸盤との位置関係を求め飛行の制御を行い、前記制御装置は、前記撮像装置で撮像した飛行体位置周知目印を画像処理により該飛行体位置周知目印の基準位置を求め、該飛行体位置周知目印の基準位置と飛行体の基準位置との関係に基づき飛行体の着陸を制御する自動離着陸充電システムに係るものである。
【発明の効果】
【００１６】  本発明によれば、飛行体と離着陸盤と充電装置を有する自動離着陸システムであり、前記飛行体は、航行手段と、飛行体位置周知目印とを有し、前記離着陸盤は、上方を撮像する撮像装置と、前記撮像装置で取得した画像を処理し、前記航行手段を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記撮像装置で取得した前記飛行体位置周知目印の像に基づき、該離着陸盤と前記飛行体との位置関係を演算し、演算結果に基づき前記飛行体の離着陸を制御するため、着陸を自動で行うための特別な検出装置等を必要とせず、確実に飛行体を離着陸盤に導き着陸させることが可能で、簡便で安価な自動離着陸充電システムを提供することができる。【００１７】  前記充電装置が前記飛行体のバッテリーに対する給電装置を有し、該給電装置は前記飛行体が前記離着陸盤に着陸し、充電端子が接続された状態で給電するため、自律飛行を繰り返し行うことができる。【００１８】  前記飛行体に設けられた前記充電端子には、バッテリー充電電力受電端子と、バッテリーセル電圧監視出力端子があり、一方、前記離着陸盤には、バッテリー充電電力供給端子と、バッテリーセル電圧監視入力端子があるので、それらを接続することで充電を行うことができる。【００１９】  前記飛行体が飛行体位置周知目印を有し、前記制御装置は、前記撮像装置で撮像した飛行体位置周知目印を画像処理により該飛行体位置周知目印の基準位置を求め、該飛行体位置周知目印の基準位置と離着陸盤の基準位置との関係に基づき飛行体の離着陸を誘導するため、着陸の誘導を高精度に行うことができる。【００２０】  前記飛行体にＧＰＳ装置が設けられ、前記離着陸盤は既知の位置に設けられ、前記制御装置は、前記ＧＰＳ装置が取得する飛行体の位置と前記既知の位置に基づき飛行体の位置と離着陸盤との位置関係を求め飛行の制御を行うため、簡単な構成で飛行体の自律飛行が実現できる。【００２１】  前記飛行体にＧＰＳ装置が設けられ、前記離着陸盤は既知の位置に設けられ、前記制御装置は、前記ＧＰＳ装置が取得する飛行体の位置と前記既知の位置に基づき飛行体の位置と離着陸盤との位置関係を求め飛行の制御を行い、前記制御装置は、前記撮像装置で撮像した飛行体位置周知目印を画像処理により該飛行体位置周知目印の基準位置を求め、該飛行体位置周知目印の基準位置と離着陸盤の基準位置との関係に基づき飛行体の着陸を制御するため、柔軟な自律飛行と、高精度な着陸の誘導を行うことができる。【００２２】  前記飛行体位置周知目印は、発光手段を有するので、霧などにより視程が悪化するなど、前記飛行体の認識が困難な場合、あるいは夜間でも確実に着陸の誘導を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の概略を示す説明図である。
【図２】本発明の概略を示す説明図である。
【図３】本発明の概略を示す構成図である。
【図４】該実施例に使用される飛行体位置周知目印の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】  以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００２５】  まず、図１〜２により本発明に係る自動離着陸充電システムの概略を説明する。一般に、ドローン等の回転翼機が着陸する際には、先ず定点への進入を図り、定点の上空に達してからホバリングを行った後、垂直に降下して着陸する。さらに、一般的に、飛行体のバッテリーを充電する際には、給電装置とバッテリーが接触、あるいは、非接触することにより充電を行う。本実施例は、このような手順に則った着陸を自動的に誘導し、充電を行う方法である。【００２６】  図１に、本実施例による自動着陸誘導方法で用いられる装置の概略構成を示す。１は飛行体、２は離着陸盤、３は撮像装置、４は制御装置、５は冷却ファン、７は充電端子、８は充電端子、９〜１２はプロペラ、１３は飛行体位置周知目印、１４はＧＰＳセンサである。【００２７】  飛行体位置周知目印とは、飛行体にＬＥＤを設けてもよいし、飛行体にＱＲコードを設けてもよいし、飛行体に模様を設けてもよいし、飛行体に目印になるものを設けてもよいし、飛行体を目印となるような形状にしてもよい。【００２８】  ドローンはプロペラの回転数を変えることにより向きを変えることと、前後左右上下の方向に移動することができる。ドローンとは、図１の飛行体１を指す。例えば図１において、プロペラ９とプロペラ１０の回転数を下げれば、それらのプロペラがある側に傾くので、その後傾きを所定の値に維持して、回転数を上げれば傾いた方向に進む。【００２９】  次に、このような装置を用いて着陸を誘導する手順について述べる。【００３０】  先ずドローンは、図１における飛行体１のようにＧＰＳセンサ１４の位置情報を利用して離着陸盤２まで誘導され、ゆっくり飛行体１を降下させる。【００３１】  ドローンが撮像装置３で捉えられる位置にくると、ドローンの飛行体１の画像が捉えられる。【００３２】  撮像装置３から出力された画像信号は、制御装置４により画像処理される。図５に、画面内に捉えられた飛行体１、飛行体位置周知目印１３と撮像装置画面中心３１との位置関係を示す。撮像画像３２より、飛行体位置周知目印１３が抽出され、それらの位置の重心位置を求めることにより、飛行体の中心３０の位置を求めることができる。次に撮像画像画面中心３１に対する垂直方向の偏差ΔＬｖ１と、水平方向の偏差ΔＬｈ１とが測定される。この実施例のように、誘導すべき飛行体がドローンの場合は、垂直方向の偏差ΔＬｖ１はエレベーターに対するフィードバック量に相当し、水平方向の偏差ΔＬｈ１は、エルノンに対するフィードバック量に相当する。【００３３】  ドローンが撮像装置３の中心に位置するよう制御される。ドローンが着陸するまで制御と降下を繰り返す。画面内に捉えられた飛行体１と画面中心との位置関係は平面的な距離であり、ドローンと撮像装置３との位置関係が離れているほど、制御量は大きくなる。ここで、制御量が適切になるように制御するには、例えば、画面内に捉えられた飛行体位置周知目印１３の２点間の距離から予め用意したテーブルを参照し、ドローンと離着陸盤２の位置関係を求める方法がある。【００３４】  着陸盤とドローンの距離があらかじめ設定した距離を下回ったとき、ドローンが着陸したと離着陸盤２の制御装置４が判断し、制御装置４を��陸状態に遷移する。【００３５】  着陸状態にもとづき離着陸盤２の制御装置４が、冷却ファン５を起動し、一定時間ドローンのバッテリー１５を冷却する。【００３６】  着陸状態にもとづき離着陸盤２の制御装置４が、離着陸盤２の充電端子７の電圧を測定することで、充電端子８が充電端子７に接続されているか識別する。すなわち、電圧がかかっていれば接続されていると判断できる。【００３７】  着陸状態にもとづき離着陸盤２の制御装置４が、離着陸盤２のバッテリーセル電圧監視入力端子２１の電圧を測定することで、バッテリーセル電圧監視出力端子２０がバッテリーセル電圧監視入力端子２１に接続されているか識別する。すなわち、電圧がかかっていれば接続されていると判断できる。【００３８】  充電端子７と充電端子８、および、バッテリーセル電圧監視入力端子２１とバッテリーセル電圧監視出力端子２０が接続されているとき、離着陸盤２の給電装置６より、ドローンのバッテリー１５へ給電を行う。【００３９】  給電装置６より、満充電を示す信号が制御装置４に送られた時、充電回路を切断する。【００４０】  離着陸盤２の制御装置４が待機状態に遷移し、待機状態を維持する。待機状態においては、ドローンはいつでも離陸できる状態である。【００４１】  ドローンの離陸は、人の介在による離陸操作があってもよいし、タイマー等による一定時間経過後の自動離陸であってもよいし、センサ等をトリガーとする自動離陸でもあってもよい。
【符号の説明】１  飛行体
２  離着陸盤
３  撮像装置
４  制御装置
５  冷却ファン
６  給電装置
７、８  充電端子
９〜１２  プロペラ
１３  飛行体位置周知目印
１４  ＧＰＳセンサ
１５  バッテリー
１６、２０  アンテナ
１７  送信機
１８  フライトコントローラ
１９  受信機
２０  バッテリーセル電圧監視出力端子
２１  バッテリーセル電圧監視入力端子
３０  飛行体の中心
３１  撮像画像画面中心
３２  撮像画像
【図１】
2020108981.tif 000003
【図２】
2020108981.tif 000004
【図３】
2020108981.tif 000005
【図４】
2020108981.tif 000006
【図５】
2020108981.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月18日(2019.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
【図１】本発明の概略を示す説明図である。
【図２】本発明の概略を示す説明図である。
【図３】本発明の概略を示す構成図である。
【図４】該実施例に使用される飛行体位置周知目印の一例を示す図である。
【図５】該実施例に使用される飛行体位置を求める一例を示す図である。