(57)【要約】  失踪した無人航空機の効率的な捜索および回収を可能とする紛失防止装置、およびこれを備える無人航空機、並びに無人航空機の紛失防止システムを提供することにある。  無人航空機に搭載される紛失防止装置であって、広域無線通信手段と、前記無人航空機の現在位置を特定するための情報である位置情報を取得する位置情報取得手段と、前記無人航空機の着地を検知する着地検知手段と、前記無人航空機が地上にあるときに、前記広域無線通信手段により前記位置情報を所定の宛先に送信する位置情報送信手段と、を備えることを特徴とする紛失防止装置により解決する。
2017026354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空機に搭載される紛失防止装置であって、
広域無線通信手段と、
前記無人航空機の現在位置を特定するための情報である位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記無人航空機の着地を検知する着地検知手段と、
前記無人航空機が地上にあるときに、前記広域無線通信手段により前記位置情報を所定の宛先に送信する位置情報送信手段と、を備えることを特徴とする紛失防止装置。
【請求項２】
蓄電池をさらに備え、
前記蓄電池は、前記無人航空機の電力源から充電可能であることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項３】
前記広域無線通信手段は、移動体通信網への接続手段であることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項４】
近距離無線通信手段をさらに備え、
前記位置情報送信手段は、前記近距離無線通信手段により前記位置情報を発信可能であることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項５】
前記位置情報取得手段はＧＰＳ受信器を有しており、
前記位置情報には、前記ＧＰＳ受信器により取得された情報であるＧＰＳ情報が含まれることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項６】
前記無人航空機の通常飛行時における前記ＧＰＳ情報を記録する記憶手段と、
前記無人航空機の着地点において前記ＧＰＳ受信器が利用不能であるときに、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報を用いて、前記無人航空機の現在位置を推定する現在位置推定手段と、をさらに備え、
前記位置情報送信手段が送信する前記位置情報には、前記推定された現在位置が含まれることを特徴とする請求項５に記載の紛失防止装置。
【請求項７】
前記広域無線通信手段は、移動体通信網への接続手段であり、
前記位置情報取得手段はＧＰＳ受信器を有しており、
前記位置情報取得手段はさらに、前記移動体通信網の基地局からの信号強度に基づいて推定された前記無人航空機の現在位置である基地局情報を取得可能であり、
前記位置情報には、前記ＧＰＳ受信器により取得された情報であるＧＰＳ情報と、前記基地局情報とが含まれることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項８】
前記無人航空機近傍の捜索者に対して、前記無人航空機の存在位置を視覚的または聴覚的に訴える顕在化手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項９】
前記無人航空機の墜落を検知する墜落検知手段と、
前記無人航空機の着地時における衝撃を緩和する緩衝機構と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の紛失防止装置を備えることを特徴とする無人航空機。
【請求項１１】
複数の回転翼を備える回転翼機であることを特徴とする請求項１０に記載の無人航空機。
【請求項１２】
前記無人航空機と地表との距離を測る測距手段をさらに備え、
前記紛失防止装置は、前記無人航空機が３ｍ以下の所定の距離まで地表に接近したときに前記回転翼を停止させる回転翼停止手段をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の無人航空機。
【請求項１３】
請求項５に記載の紛失防止装置と、該紛失防止装置から前記位置情報を受信する管理局と、を備える紛失防止システムであって、
前記紛失防止装置は、前記無人航空機の通常飛行時における前記ＧＰＳ情報を記録する記憶手段を有しており、
前記位置情報送信手段は、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報を前記位置情報として送信し、
前記管理局は、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報である前記位置情報に基づいて前記無人航空機の現在位置を推定する現在位置推定手段を有していることを特徴とする紛失防止システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛去した無人航空機の紛失を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用無人ヘリコプターに代表される小型の無人航空機は、機体が高価で入手困難なうえ、安定して飛行させるためには操作に熟練が必要とされるものであった。しかし近年、無人航空機の姿勢制御や自律飛行に用いられるセンサ類およびソフトウェアの改良が大きく進み、これにより無人航空機の操作性が著しく向上するとともに、高性能な機体を安価に入手できるようになった。特に小型のマルチコプターについては、ヘリコプターに比べてそのロータ構造が簡易であり、設計およびメンテナンスが容易であることから、趣味目的だけでなく、広範な分野における種々のミッションへの応用が試行されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７００２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無人航空機が誤操作などにより操縦端末の電波圏外に飛去したときや、オートパイロット機能により有視界外を自律飛行していた無人航空機がセンサ類の故障などで失踪したときには、その機体を人手により捜索して回収する必要がある。この捜索および回収作業は負担が大きく、また常に成功するとも限らない。さらに、無人航空機が高価な機材を搭載していたり、秘匿性の高いデータを保有していたりする場合には、その紛失による損害が甚大なものとなるおそれがある。【０００５】
上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、失踪した無人航空機の効率的な捜索および回収を可能とする紛失防止装置、およびこれを備える無人航空機、並びに無人航空機の紛失防止システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、無人航空機に搭載される本発明の紛失防止装置は、広域無線通信手段と、前記無人航空機の現在位置を特定するための情報である位置情報を取得する位置情報取得手段と、前記無人航空機の着地を検知する着地検知手段と、前記無人航空機が地上にあるときに、前記広域無線通信手段により前記位置情報を所定の宛先に送信する位置情報送信手段と、を備えることを特徴とする。【０００７】
制御不能となり失踪した無人航空機は、その動力源である燃料や電力の枯渇により墜落、または自動着陸する。無人航空機の着地後に、紛失防止装置が広域無線通信手段を使ってその現在位置を捜索者に知らせることにより、失踪した無人航空機の捜索範囲を絞り込むことができ、機体を容易に回収することが可能となる。【０００８】
また、本発明の紛失防止装置は、蓄電池をさらに備え、前記蓄電池は、前記無人航空機の電力源から充電可能であることが好ましい。【０００９】
無人航空機の電力源とは別に、紛失防止装置が専用の電力源を備えていることにより、無人航空機の電力源が枯渇した後であっても、紛失防止装置は動作を継続することができる。さらに、紛失防止装置が、無人航空機の電力源により充電可能な蓄電池を備えていることにより、例えば無人航空機の飛行中にも紛失防止装置を動作させるときであっても、無人航空機の失踪時における紛失防止装置の電力を確保することができる。または、例えば失踪した無人航空機がその電力源の枯渇前に自動着陸するよう構成されている場合には、紛失防止装置の蓄電池の電力に加えて、無人航空機の電力源の電力も利用することができ、紛失防止装置をより長時間動作させることが可能となる。【００１０】
また、前記広域無線通信手段は、移動体通信網への接続手段であることが好ましい。【００１１】
無人航空機の着地後に、地上において、例えば、３Ｇ／ＨＳＰＡ（High Speed Packet Access）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、またはモバイルＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）などの移動体通信網を利用することにより、紛失防止装置は、無人航空機が飛去した距離にかかわらず、低コストかつ簡易な構成で、位置情報を送信することが可能となる。【００１２】
また、本発明の紛失防止装置は、近距離無線通信手段をさらに備え、前記位置情報送信手段は、前記近距離無線通信手段により前記位置情報を発信可能であることが好ましい。【００１３】
無人航空機の着地点の地理的状況によっては、広域無線通信手段による通信が利用できない場合がある。このときに、無線ＬＡＮやBluetooth（登録商標）などの近距離無線通信手段を用いて位置情報を発信することにより、無人航空機から数十メートル程度の距離にいる捜索者に、機体の位置を知らせることができる。なお、広域無線通信手段と近距離無線通信手段とを併用することも可能である。この場合、例えば、広域無線通信手段により位置情報を送信し、近距離無線通信手段の信号強度により捜索者と無人航空機との距離を計測可能とすることなどが考えられる。【００１４】
また、前記位置情報取得手段はＧＰＳ受信器を有しており、前記位置情報には、前記ＧＰＳ受信器により取得された情報であるＧＰＳ情報が含まれることが好ましい。【００１５】
ＧＰＳ情報には、一般に、経緯度値と時刻情報が含まれている。紛失防止装置から送信される位置情報にこれらＧＰＳ情報が含まれていることにより、無人航空機の現在位置を直接的に特定することが可能となる。【００１６】
また、本発明の紛失防止装置は、前記無人航空機の通常飛行時における前記ＧＰＳ情報を記録する記憶手段と、前記無人航空機の着地点において前記ＧＰＳ受信器が利用不能であるときに、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報を用いて、前記無人航空機の現在位置を推定する現在位置推定手段と、をさらに備え、前記位置情報送信手段が送信する前記位置情報には、前記推定された現在位置である推定位置情報が含まれることが好ましい。【００１７】
無人航空機の着地点においてＧＰＳ受信器が利用できないときに、その着地点に至るまでのＧＰＳ情報から無人航空機の現在位置を推定することにより、捜索範囲をある程度絞り込むことができる。【００１８】
また、前記広域無線通信手段は、移動体通信網への接続手段であり、前記位置情報取得手段はＧＰＳ受信器を有しており、前記位置情報取得手段はさらに、前記移動体通信網の基地局からの信号強度に基づいて推定された前記無人航空機の現在位置である基地局情報を取得可能であり、前記位置情報には、前記ＧＰＳ受信器により取得された情報であるＧＰＳ情報と、前記基地局情報とが含まれることが好ましい。【００１９】
ＧＰＳ情報と基地局情報とを重ねることにより、無人航空機の現在位置をより精度よく特定することが可能となる。【００２０】
また、本発明の紛失防止装置は、前記無人航空機近傍の捜索者に対して、前記無人航空機の存在位置を視覚的または聴覚的に訴える顕在化手段をさらに備えることが好ましい。【００２１】
ＧＰＳ受信器の経緯度値や、移動体通信網の基地局による三角測量では、誤差を完全になくすことは困難である。紛失防止装置が例えばブザーや回転灯などを備え、近傍の捜索者にその位置を知らせることにより、効率的に無人航空機近傍を発見することができる。【００２２】
また、本発明の紛失防止装置は、前記無人航空機の墜落を検知する墜落検知手段と、前記無人航空機の着地時における衝撃を緩和する緩衝機構と、をさらに備えることが好ましい。【００２３】
紛失防止装置が無人航空機の墜落を検知可能であり、また、例えばパラシュートやエアバッグなどの緩衝機構を作動可能であることにより、無人航空機の機体や、無人航空機に搭載された機材、および紛失防止装置自体の損傷を抑えることができる。【００２４】
また、上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、本発明の紛失防止装置を備えることを特徴とする。このとき、本発明の無人航空機は、複数の回転翼を備える回転翼機であることが好ましい。【００２５】
また、本発明の無人航空機は、前記無人航空機と地表との距離を測る測距手段をさらに備え、前記紛失防止装置は、前記無人航空機が３ｍ以下の所定の距離まで地表に接近したときに前記回転翼を停止させる回転翼停止手段をさらに備えることが好ましい。【００２６】
回転翼機である無人航空機を着陸させる際には、その着陸時における降下速度は可能な限り落とすべきである。一方、無人航空機の回転翼は鋭利であり、例えば機体の着陸地点に構造物などがある場合、回転翼がこれを著しく損傷させるおそれがある。また、着陸地点に歩行者があるケースも想定し、その被害を最小限に抑える対策を講じておく必要がある。無人航空機を着陸させる際に、人間の身長程度の高度までは可能な限り降下速度を落とし、その後回転翼を停止して機体を落下させることにより、これらの両立を図ることが可能となる。【００２７】
また、上記課題を解決するため、本発明の紛失防止システムは、本発明の紛失防止装置と、該紛失防止装置から前記位置情報を受信する管理局と、を備え、前記紛失防止装置は、前記無人航空機の通常飛行時における前記ＧＰＳ情報を記録する記憶手段を有しており、前記位置情報送信手段は、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報を前記位置情報として送信し、前記管理局は、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報である前記位置情報に基づいて前記無人航空機の現在位置を推定する現在位置推定手段を有していることを特徴とする。【００２８】
例えば無人航空機の着地点においてＧＰＳ受信器が利用できないときに、その着地点に至るまでのＧＰＳ情報から無人航空機の現在位置を推定することにより、捜索範囲をある程度絞り込むことができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明にかかる紛失防止装置、およびこれを備える無人航空機、並びに無人航空機の紛失防止システムによれば、失踪した無人航空機の効率的な捜索および回収が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態にかかるマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。
【図２】紛失防止装置による着地判断の他の例を示すフロー図である。
【図３】第２実施形態にかかるマルチコプターの機能構成を示すブロック図である。
【図４】位置解析プログラムによるＧＰＳ情報の解析手順を示すフロー図である。
【図５】第３実施形態にかかるマルチコプターの概略構成を示すブロック図である。
【図６】第４実施形態にかかる紛失防止システムの機能構成を示すブロック図である。
【図７】マルチコプターの現在位置を示すモニター画面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。第１実施形態は、本発明の紛失防止装置を備えた無人航空機の例である。
【００３２】
（構成概要）
図１は本実施形態にかかるマルチコプター１０１（無人航空機）の機能構成を示すブロック図である。マルチコプター１０１は、フライトコントローラＦＣ、複数のローターＲ（回転翼）、ローターＲごとに備えられたＥＳＣ１３１（Electric Speed Controller）、これらに電力を供給するバッテリー１９０、および紛失防止装置２０１により構成されている。
【００３３】
各ローターＲは、モータ１３２と、その出力軸に連結されたブレード１３３とにより構成されている。ＥＳＣ１３１は、ローターＲのモータ１３２に接続されており、フライトコントローラＦＣから指示された速度でモータ１３２を回転させる。マルチコプター１０１のローター数は特に限定されず、求められる飛行安定性や許容されるコスト等に応じて、ローターＲが２基のヘリコプターから、ローターＲが８基のオクタコプター、さらには８基よりも多くのローターを備えるものまで適宜変更可能である。
【００３４】
フライトコントローラＦＣは、マイクロコントローラである制御装置１１０を備えている。制御装置１１０は、中央処理装置であるＣＰＵ１１１、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置であるメモリ１１２、および、ＥＳＣ１３１を介して各モータ１３２の回転数を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ１１３を有している。
【００３５】
フライトコントローラＦＣはさらに、飛行制御センサ群１２１およびＧＰＳ受信器１２２（以下、これらを総称して「センサ等」ともいう。）を備えており、これらは制御装置１１０に接続されている。本実施形態におけるマルチコプター１０１の飛行制御センサ群１２１には、３軸加速度センサ、３軸角速度センサ、気圧センサ（高度センサ）、地磁気センサ（方位センサ）などが含まれている。制御装置１１０は、これらセンサ等により、機体の傾きや回転のほか、飛行中の緯度経度、高度、および機首の方位角を含む自機の位置情報を取得可能とされている。
【００３６】
制御装置１１０のメモリ１１２には、マルチコプター１０１の飛行時における姿勢や基本的な飛行動作を制御するアルゴリズムが実装されたプログラムである飛行制御プログラムＦＣＰが記憶されている。飛行制御プログラムＦＣＰは、オペレータ（送信器１５１）からの指示に従い、センサ等から取得した情報を基に、個々のローターＲの回転数を調節し、機体の姿勢や位置の乱れを補正しながらマルチコプター１０１を飛行させる。
【００３７】
マルチコプター１０１の操縦は、オペレータが送信器１５１から行うほか、例えば、飛行経路や速度、高度などのパラメータを飛行計画ＦＰとして予め登録しておき、目的地に向けて自律的に飛行させることも可能である（以下、このような自律飛行のことを「オートパイロット」という。）。
【００３８】
また、本実施形態の飛行制御プログラムＦＣＰは、バッテリー１９０の残量が所定の閾値以下まで低下したときには、自動的にマルチコプター１０１を不時着させるよう構成されている。
【００３９】
このように、本実施形態におけるマルチコプター１０１は高度な飛行制御機能を備えている。ただし、本発明における無人航空機はマルチコプター１０１の形態には限定されず、紛失防止装置２０１を備えていることを条件として、例えばセンサ等から一部のセンサが省略された機体や、オートパイロット機能を備えず手動操縦のみにより飛行可能な機体、自動着陸機能を備えない機体を用いることもできる。さらに、本発明における無人航空機は回転翼機にも限定されず、紛失防止装置２０１を備える固定翼機であってもよい。
【００４０】
（紛失防止装置）
紛失防止装置２０１は、マルチコプター１０１が送信器１５１の電波圏外に飛去したときや、マルチコプター１０１がオートパイロット機能により有視界外を飛行中に失踪したときに、その機体の捜索および回収を補助する装置である。
【００４１】
本実施形態の紛失防止装置２０１は、マイクロコントローラである制御装置２１０を備えている。制御装置２１０は、中央処理装置であるＣＰＵ２１１、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置であるメモリ２１２を有している。紛失防止装置２０１はさらに、ＩＭＵ２２１、ＧＰＳ受信器２２５、３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１、および無線ＬＡＮモジュール２３２を有しており、これらは制御装置２１０に接続されている。また、紛失防止装置２０１は専用の電力源であるバッテリー２９０を備えている
【００４２】
ＩＭＵ２２１は一般的な慣性計測装置であり、主に３軸加速度センサと３軸角速度センサにより構成されている。紛失防止装置２０１のメモリ２１２には、ＩＭＵ２２１の出力値を監視して、マルチコプター１０１が飛行状態にあるか着陸状態にあるかを判別するプログラムである状態監視プログラムＳＭＰが登録されている。これらＩＭＵ２２１および状態監視プログラムＳＭＰは、紛失防止装置２０１の着地検知手段を構成している。
【００４３】
ＧＰＳ受信器２２５は、紛失防止装置２０１の位置情報取得手段であり、正確には航法衛星システム（ＮＳＳ）の受信器である。ＧＰＳ受信器２２５は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）または地域航法衛星システム（ＲＮＳＳ）から現在の経緯度値および時刻情報を取得する。以下、このような経緯度値および時刻情報を「ＧＰＳ情報Ｐｇ」という。また、このＧＰＳ情報Ｐｇなどの、マルチコプター１０１（紛失防止装置２０１）の現在位置を特定するための情報を総称して「位置情報Ｐ」という。本実施形態の紛失防止装置２０１は、位置情報ＰにＧＰＳ情報Ｐｇが含まれていることにより、マルチコプター１０１の現在位置を直接的に特定することが可能とされている。
【００４４】
本実施形態の紛失防止装置２０１は、マルチコプター１０１のセンサ等とは別に、専用のＩＭＵ２２１およびＧＰＳ受信器２２５を備えている。そのため、マルチコプター１０１のセンサ等が故障した場合でも、単独で機体の着地を検知し、位置情報Ｐを通知することができる。ただし、専用のＩＭＵ２２１やＧＰＳ受信器２２５を備えることは必須の構成ではなく、マルチコプター１０１のセンサ等から必要な情報を得る構成とすることもできる。さらには、専用のＩＭＵ２２１およびＧＰＳ受信器２２５を備え、マルチコプター１０１のセンサ等の出力値も併用して、紛失防止装置２０１の独立性を確保しつつ、マルチコプター１０１の状態をより正確に把握可能な構成とすることも考えられる。
【００４５】
３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１は、広域無線通信網のうち、３Ｇ／ＨＳＰＡ（High Speed Packet Access）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの移動体通信網に接続可能な広域無線通信手段である。なお、３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１は、モバイルＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）に接続可能なＷｉＭＡＸモジュールで代用することもできる。
【００４６】
紛失防止装置２０１のメモリ２１２には、所定の宛先に電子メールを送信するプログラムであるメールプログラムＭＰが登録されている。メールプログラムＭＰは、移動体通信網を介して位置情報Ｐを送信する位置情報送信手段である。状態監視プログラムＳＭＰは、マルチコプター１０１の着地を検知したときに、３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１の機能を有効化し、メールプログラムＭＰにより位置情報Ｐを所定の宛先に送信する。なお、３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１は、マルチコプター１０１の飛行中は電波を発しないよう無効化されている。なお、位置情報Ｐの送信に使用されるプロトコルは本実施形態で用いられるようなＳＭＴＰには限られず、ＨＴＴＰなど他の一般的なプロトコルでもよく、または、位置情報Ｐの送受信用に独自に設けたプロトコルであってもよい。また、メールプログラムＭＰは、最新の位置情報Ｐを周期的に送信してもよく、着地時に一回のみ送信してもよい。
【００４７】
さらに、本実施形態の３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１は、ＧＰＳ受信器２２５とともに、位置情報取得手段としても機能する。３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１は、地上においてその機能が有効化されると、周辺の基地局の信号強度から、三角測量によりマルチコプター１０１の現在位置を推定する。以下、このような現在位置情報を「基地局情報Ｐｂ」という。本実施形態の位置情報Ｐには、上述のＧＰＳ情報Ｐｇ、および基地局情報Ｐｂが含まれている。これらの情報を適宜組み合わせることにより、マルチコプター１０１の現在位置をより正確に特定することができる。なお、本発明の位置情報Ｐは、マルチコプター１０１の捜索範囲の絞り込みに資する情報であればよく、常にＧＰＳ情報Ｐｇや基地局情報Ｐｂが含まれている必要はない。
【００４８】
無線ＬＡＮモジュール２３２は、マルチコプター１０１の捜索者がその電波圏内に入った時に、捜索者が保持する図示しない受信機に対して位置情報Ｐを送信する近距離無線通信手段である。
【００４９】
マルチコプター１０１の着地点の地理的状況によっては、３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１による通信が利用できないおそれがある。本実施形態のマルチコプター１０１は、３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１による移動体通信網への接続が成功しないときには、無線ＬＡＮモジュール２３２により位置情報Ｐの発信を試みる。これにより、マルチコプター１０１から数十メートル程度の距離にいる捜索者に対して、収集できる限りの位置情報Ｐを送信することができる。
【００５０】
なお、３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１が移動体通信網に接続可能であるときも、無線ＬＡＮモジュール２３２を併用することにより、マルチコプター１０１の発見を容易にすることができる。この場合、例えば、３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１により位置情報Ｐをメール送信し、無線ＬＡＮモジュール２３２の信号強度に基づいて、捜索者とマルチコプター１０１との距離を捜索者の受信器に表示することなどが考えられる。なお、ここで無線ＬＡＮモジュール２３２から発信される信号も位置情報Ｐの一種である。
【００５１】
バッテリー２９０は、マルチコプター１０１が備えるバッテリー１９０とは別体の蓄電池である。バッテリー２９０には、マルチコプター１０１のバッテリー１９０が接続されており、バッテリー２９０は、バッテリー１９０から充電することができる。
【００５２】
マルチコプター１０１のバッテリー１９０とは別に、紛失防止装置２０１が専用のバッテリー２９０を備えていることにより、バッテリー１９０の故障時や、バッテリー１９０の電力が枯渇した後であっても、紛失防止装置２０１は独立して動作を継続することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態の紛失防止装置２０１では、状態監視プログラムＳＭＰが、ＩＭＵ２２１を使ってマルチコプター１０１の飛行状態を常時監視している。つまり、紛失防止装置２０１は、マルチコプター１０１の飛行中にも電力を消費している。本実施形態のバッテリー２９０は、マルチコプター１０１のバッテリー１９０から充電可能であることにより、マルチコプター１０１の飛行中に消費した電力をバッテリー１９０から適宜充電することができ、マルチコプター１０１の失踪時における紛失防止装置２０１の電力を最大量確保することが可能とされている。さらに、本実施形態のマルチコプター１０１は、そのバッテリー１９０が枯渇する前に自動着陸するよう構成されている。そのため、紛失防止装置２０１は、マルチコプター１０１の着陸後に、バッテリー２９０の電力に加えて、マルチコプター１０１のバッテリー１９０の残電力も利用することができる。これにより、紛失防止装置２０１をより長時間動作させることが可能とされている。一方、紛失防止装置２０１のバッテリー２９０の容量が単独でも十分であるときには、バッテリー２９０をマルチコプター１０１のバッテリー１９０から充電可能とする必要はない。
【００５４】
制御不能となり失踪した無人航空機は、その動力源である燃料や電力の枯渇により墜落、または自動着陸する。本実施形態のマルチコプター１０１は、機体の着地後に、紛失防止装置２０１が捜索者である所定の宛先に対してマルチコプター１０１の現在位置を通知する。これにより、失踪したマルチコプター１０１の捜索範囲が絞り込まれ、捜索者は、失踪した機体を容易に発見および回収することが可能とされている。また、紛失防止装置２０１が３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１を備え、移動体通信網を利用可能であることにより、紛失防止装置２０１は、マルチコプター１０１が飛去した距離にかかわらず、サービスエリア内であればどこからでも捜索者に位置情報Ｐを伝達することができる。なお、本実施形態の紛失防止装置２０１は、失踪による不時着時以外でも、着地時には所定の宛先に位置情報Ｐを送信する。そのため、位置情報Ｐの送信先には、その内容から正常および異常を判別可能な受信者を設定することが望ましい。
【００５５】
（着地判断方法の変形例）
図２は、本発明の紛失防止装置による着地判断の他の例を示すフロー図である。本実施形態の紛失防止装置２０１はＩＭＵ２２１の出力値のみに基づいてマルチコプター１０１の着地を判断している。ここで、例えば紛失防止装置２０１がＩＭＵ２２１のほかに、さらに、マルチコプター１０１と地表との距離を検知する距離センサ、マルチコプター１０１の気圧高度を検知する気圧センサ、各ローターＲへの電流量を検知する電流センサ、各ローターＲの回転数を検知する回転センサを備えているものとし、そして、これら各センサの出力値のうち、２つ以上のセンサがマルチコプター１０１の着地を示している場合に、マルチコプター１０１が地上にあるものと判断する。なお、これらセンサの一部のみを用いてもよい。こうすることにより、マルチコプター１０１の着地をより正確に判断することも可能である。
【００５６】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について図面を用いて説明する。第２実施形態は、本発明の紛失防止装置を備えた無人航空機の他の例である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一の機能を有する構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５７】
（構成概要）
図３は本実施形態にかかるマルチコプター１０２の機能構成を示すブロック図である。マルチコプター１０２の機体は、後述する紛失防止装置２０２の構成を除き、第１実施形態のマルチコプター１０１と同様である。そのため、マルチコプター１０２の基本的な構成についての説明は省略する。
【００５８】
（紛失防止装置）
本実施形態の紛失防止装置２０２は、第１実施形態の紛失防止装置２０１の構成に加え、位置解析プログラムＰＡＰ、および飛行ルート記憶域ＦＲＭを有している。
【００５９】
紛失防止装置２０２の状態監視プログラムＳＭＰは、マルチコプター１０２の飛行時および着陸時におけるＧＰＳ情報Ｐｇを、飛行ルート記憶域ＦＲＭに継続的に記録する。そして、位置解析プログラムＰＡＰは、飛行ルート記憶域ＦＲＭに記録されたＧＰＳ情報Ｐｇを解析し、より現在位置としての蓋然性が高い経緯度値またはその範囲を特定する現在位置推定手段である。本実施形態では、メールプログラムＭＰが送信する位置情報Ｐに含まれるＧＰＳ情報Ｐｇは、飛行ルート記憶域ＦＲＭから取得された複数のＧＰＳ情報Ｐｇと、位置解析プログラムＰＡＰにより特定された経緯度値またはその範囲が含まれている。
【００６０】
図４は、位置解析プログラムＰＡＰによるＧＰＳ情報Ｐｇの解析手順を示すフロー図である。
【００６１】
マルチコプター１０２の着地後、位置解析プログラムＰＡＰは、ＧＰＳ受信器２２５が有効に動作していることを確認する（Ｓ２１０）。より具体的には、位置解析プログラムＰＡＰは、ＧＰＳ受信器２２５からＧＰＳ情報Ｐｇが取得可能であり、また、その経緯度値および時刻情報が有効値であることを確認する。
【００６２】
ＧＰＳ受信器２２５の動作が有効であるときは（Ｓ２１０：Ｙ）、飛行ルート記憶域ＦＲＭの最新のＧＰＳ情報Ｐｇから過去のＧＰＳ情報Ｐｇにさかのぼって複数のＧＰＳ情報Ｐｇを取得し、これらＧＰＳ情報Ｐｇの経緯度値の誤差が数ｍの範囲内に収まることを確認する（Ｓ２２０）。
【００６３】
位置解析プログラムＰＡＰは、これらＧＰＳ情報Ｐｇの経緯度値の誤差が上記範囲内であるときには（Ｓ２２０：Ｙ）、最新のＧＰＳ情報Ｐｇの経緯度値をマルチコプター１０２の現在位置と特定する（Ｓ２２１）。一方、同経緯度値の誤差が上記範囲を超えているときには（Ｓ２２０：Ｎ）、取得した複数のＧＰＳ情報Ｐｇの経緯度値を平均した値をマルチコプター１０２の現在位置と特定する（Ｓ２２１）。
【００６４】
マルチコプター１０２の着地後、ＧＰＳ受信器２２５が有効に動作していないときには（Ｓ２１０：Ｎ）、位置解析プログラムＰＡＰは、飛行ルート記憶域ＦＲＭの最新のＧＰＳ情報Ｐｇから過去のＧＰＳ情報Ｐｇにさかのぼって複数のＧＰＳ情報Ｐｇを取得し、着地前のマルチコプター１０２の移動方向と移動速度を算出する（Ｓ２１１）。そして、その算出した移動方向の延長線上における、移動速度に応じた所定の範囲を現在位置と推定する（Ｓ２１２）。
【００６５】
位置解析プログラムＰＡＰによる上記処理の後、メールプログラムＭＰは、飛行ルート記憶域ＦＲＭから取得された複数のＧＰＳ情報Ｐｇと、位置解析プログラムＰＡＰにより特定された経緯度値またはその範囲、および、基地局情報Ｐｂを所定の宛先へ送信する。ここで、移動体通信網への接続が不安定であるときは、上記複数のＧＰＳ情報Ｐｇを省略し、位置解析プログラムＰＡＰにより特定された経緯度値またはその範囲および基地局情報Ｐｂのみを送信してもよい。
【００６６】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態について図面を用いて説明する。第３実施形態は、本発明の紛失防止装置を備えた無人航空機の他の例である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一の機能を有する構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６７】
（構成概要）
図５は本実施形態にかかるマルチコプター１０３の機能構成を示すブロック図である。マルチコプター１０３の機体は、後述する紛失防止装置２０３の構成を除き、第１実施形態のマルチコプター１０１と同様である。そのため、マルチコプター１０３の基本的な構成についての説明は省略する。
【００６８】
（紛失防止装置）
本実施形態の紛失防止装置２０３は、第１実施形態の紛失防止装置２０１の構成に加え、距離センサ２２２、ブザー２８０、並びに、パラシュート２６０およびパラシュート射出装置２６１を備えている。そして、紛失防止装置２０２の制御装置２１０は、マルチコプター１０３の制御装置１１０に接続されており、制御装置１１０による機体の制御処理に割り込み可能に構成されている。
【００６９】
距離センサ２２２は、マルチコプター１０３と地表との距離を検知する測距手段であり、例えば赤外線、超音波、またはレーザーなど種々の方式を用いた距離センサである。
【００７０】
本実施形態の状態監視プログラムＳＭＰは、マルチコプター１０３の回転翼停止手段を兼ねている。状態監視プログラムＳＭＰは、距離センサ２２２により、マルチコプター１０３の機体と地表との距離を監視する。そして、その距離が３ｍ以下になったときに、制御装置１１０へ割り込み処理を行い、マルチコプター１０３をその高度で一度ホバリングさせた後、ローターＲを強制的に停止し、機体を落下させる。
【００７１】
回転翼機であるマルチコプター１０３を着陸させる際には、その着陸時における降下速度は可能な限り落とすべきである。一方、マルチコプター１０３のローターＲは鋭利であり、例えばマルチコプター１０３の着陸地点に構造物などがある場合、ローターＲがこれを損傷させるおそれがある。また、着陸地点に歩行者があるケースも想定し、その被害を最小限に抑える対策を講じておく必要がある。本実施形態の紛失防止装置２０３は、人間の身長を超える程度の高度でマルチコプター１０３を一度ホバリングさせ、その後ローターＲを停止して機体を落下させる。これにより、失踪したマルチコプター１０３がバッテリー１９０残量の低下により不時着する場合でも、機体の保護と、着陸地点の被害抑制との両立を図ることが可能とされている。また、マルチコプター１０３の不時着時以外にはこのローター停止機能が作動しないよう、バッテリー１９０の残量が所定の閾値を超えているときには、制御装置１１０への割り込み処理を無効化しておくことが望ましい。なお、かかるローター停止機能は、紛失防止装置２０３ではなくマルチコプター１０３が備えていても良い。
【００７２】
ブザー２８０は、失踪したマルチコプター１０３の捜索者に対して、マルチコプター１０３の存在位置を聴覚的に訴える顕在化手段である。
【００７３】
ＧＰＳ情報Ｐｇや基地局情報Ｐｂと、マルチコプター１０３の実際の位置との誤差を完全になくすことは困難である。本実施形態の紛失防止装置２０３は、ブザー２８０から発せられるブザー音により、近傍の捜索者にその位置を知らせることができる。これにより捜索者は、効率的にマルチコプター１０３を発見することができる。ここで、ブザー２８０を鳴らすタイミングは任意であるが、例えば、無線ＬＡＮモジュール２３２や３Ｇ／ＬＴＥモジュール２３１経由で捜索者からの作動指示を受信したとき、または、マルチコプター１０３の着地を検知してから所定時間経過後に一定の間隔で断続的に鳴らすことなどが考えられる。なお、本発明の顕在化手段はブザー２８０には限られず、例えば回転灯など、捜索者に対してマルチコプター１０３の存在位置を視覚的に訴える手段であってもよい。
【００７４】
パラシュート２６０およびパラシュート射出装置２６１は、マルチコプター１０３の墜落時における衝撃を緩和する緩衝機構である。
【００７５】
本実施形態の紛失防止装置２０３は、状態監視プログラムＳＭＰがＩＭＵ２２１の出力値からマルチコプター１０３の墜落を検知したときに、自動的にパラシュート射出装置２６１を作動させ、パラシュート２６０を展開する。これにより、マルチコプター１０３の機体や、マルチコプター１０３に搭載された機材、および紛失防止装置２０３自体の損傷を抑えることが可能とされている。なお、本発明の緩衝機構はパラシュート２６０のみには限られず、例えばエアバッグなどをさらに備えてもよい。また、墜落に備えて、紛失防止装置２０３は堅牢なケース体を緩衝材で梱包した状態でマルチコプター１０３に搭載されていることが望ましい。さらに、紛失防止装置２０３の各構成は、防水対策が施されていることが望ましい。なお、パラシュート２６０、パラシュート射出装置２６１、およびパラシュート射出装置２６１の制御機能は、紛失防止装置２０３ではなく、マルチコプター１０３が備えていても良い。
【００７６】
＜第４実施形態＞
以下、本発明の第４実施形態について図面を用いて説明する。第４実施形態は、本発明の紛失防止システムの例である。なお、以下の説明では、先の実施形態と同一の機能を有する構成については、先の実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７７】
（全体概要）
本実施形態の紛失防止システムＳは、紛失防止装置２０４が搭載されたマルチコプター１０４、および、紛失防止装置２０４と無線通信可能な管理局３００により構成されている。
【００７８】
（マルチコプター）
マルチコプター１０４の機体は、後述する紛失防止装置２０４の構成を除き、第１実施形態のマルチコプター１０１と同様である。そのため、マルチコプター１０４の基本的な構成についての説明は省略する。
【００７９】
（紛失防止装置）
本実施形態の紛失防止装置２０４は、第２実施形態の紛失防止装置２０２から位置解析プログラムＰＡＰが省略された構成とされている。紛失防止装置２０４では、状態監視プログラムＳＭＰがマルチコプター１０４の着地を検知すると、メールプログラムＭＰは、飛行ルート記憶域ＦＲＭの最新のＧＰＳ情報Ｐｇから過去のＧＰＳ情報Ｐｇにさかのぼって複数のＧＰＳ情報Ｐｇを取得し、これらＧＰＳ情報Ｐｇを基地局情報Ｐｂとともに管理局３００に送信する。
【００８０】
（管理局）
本実施形態の管理局３００は、一般的なパソコンやタブレットＰＣなどの汎用的コンピュータである。管理局３００は、中央処理装置であるＣＰＵ３１１、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置であるメモリ３１２を備えている。管理局３００はさらに、移動体通信網を介して紛失防止装置２０４と通信可能な受信器３２０、並びに、位置情報Ｐを地図データ上にマッピングした状態でマルチコプター１０４の現在位置を表示する地図表示プログラムＰＤＰおよびモニター３３０を備えている。
【００８１】
管理局３００は、マルチコプター１０４から位置情報Ｐを受信すると、位置解析プログラムＰＡＰが、図４のフローに沿って、ＧＰＳ情報Ｐｇからマルチコプター１０４の現在位置を特定または推定する。そして、地図表示プログラムＰＤＰが、位置解析プログラムＰＡＰにより特定または推定されたマルチコプター１０４の現在位置と、基地局情報Ｐｂとを地図データ上にマッピングしてモニター３３０に表示する。
【００８２】
図７は、マルチコプター１０４の現在位置を示すモニター３３０画面の模式図である。図７の例では、説明の便宜上、細かな地物の表示は省略している。図７の例では、マルチコプター１０４は、その着地前にＧＰＳ受信器２２５が故障しており、位置解析プログラムＰＡＰは、図４のフローに基づき（Ｓ２１０：Ｎ）、マルチコプター１０４の現在位置の範囲を推定したものとする。
【００８３】
ここで、図７の三角形の記号は移動体通信網の基地局Ｂを示しており、破線の円は基地局情報Ｐｂを示している。黒点は、飛行ルート記憶域ＦＲＭから取得された直近の複数のＧＰＳ情報Ｐｇを示している。実線の矢印は、位置解析プログラムＰＡＰがＧＰＳ情報Ｐｇから算出したマルチコプター１０４の飛行経路ＦＲを示している。破線の矢印は、位置解析プログラムＰＡＰがＧＰＳ情報Ｐｇから算出したマルチコプター１０４の推定現在位置Ｐｅを示している。そして、実線の円は、マルチコプター１０４を捜索すべき範囲である捜索範囲Ａを示している。なお、捜索範囲Ａは実際にはモニター３３０に表示されておらず、捜索者が決定した範囲である。捜索者は、モニター３３０に表示された基地局情報Ｐｂ、推定現在位置Ｐｅ、飛行経路ＦＲ、およびその周辺の地物等の条件から、マルチコプター１０４の現在位置として蓋然性の高い範囲を検討し、捜索範囲Ａを決定する。
【００８４】
なお、本実施形態では、管理局３００が位置解析プログラムＰＡＰを備え、管理局３００側でＧＰＳ情報Ｐｇを解析しているが、当然、位置解析プログラムＰＡＰをマルチコプター１０４側で実行して、管理局３００はその結果をモニター３３０上に表示するだけの構成としてもよい。
【００８５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、本発明の広域無線通信手段は移動体通信網への接続手段には限られず、例えば衛星通信システムを用いたものでもよい。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月20日(2017.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空機に搭載される紛失防止装置であって、
広域無線通信手段と、
前記無人航空機の現在位置を特定するための情報である位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記無人航空機の着地を検知する着地検知手段と、
前記無人航空機が地上にあるときに、前記広域無線通信手段により前記位置情報を所定の宛先に送信する位置情報送信手段と、を備え、
前記広域無線通信手段は、移動体通信網への接続手段であることを特徴とする紛失防止装置。
【請求項２】
蓄電池をさらに備え、
前記蓄電池は、前記無人航空機の電力源から充電可能であることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項３】
近距離無線通信手段をさらに備え、
前記位置情報送信手段は、前記近距離無線通信手段により前記位置情報を発信可能であることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項４】
前記位置情報取得手段はＧＰＳ受信器を有しており、
前記位置情報には、前記ＧＰＳ受信器により取得された情報であるＧＰＳ情報が含まれることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項５】
無人航空機に搭載される紛失防止装置であって、
広域無線通信手段と、
前記無人航空機の現在位置を特定するための情報である位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記無人航空機の着地を検知する着地検知手段と、
前記無人航空機が地上にあるときに、前記広域無線通信手段により前記位置情報を所定の宛先に送信する位置情報送信手段と、を備え、
前記位置情報取得手段はＧＰＳ受信器を有しており、
前記無人航空機の通常飛行時における前記ＧＰＳ情報を記録する記憶手段と、
前記無人航空機の着地点において前記ＧＰＳ受信器が利用不能であるときに、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報を用いて、前記無人航空機の現在位置を推定する現在位置推定手段と、をさらに備え、
前記位置情報送信手段が送信する前記位置情報には、前記推定された現在位置が含まれることを特徴とする紛失防止装置。
【請求項６】
前記位置情報取得手段はＧＰＳ受信器を有しており、
前記位置情報取得手段はさらに、前記移動体通信網の基地局からの信号強度に基づいて推定された前記無人航空機の現在位置である基地局情報を取得可能であり、
前記位置情報には、前記ＧＰＳ受信器により取得された情報であるＧＰＳ情報と、前記基地局情報とが含まれることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項７】
前記無人航空機近傍の捜索者に対して、前記無人航空機の存在位置を視覚的または聴覚的に訴える顕在化手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項８】
前記無人航空機の墜落を検知する墜落検知手段と、
前記無人航空機の着地時における衝撃を緩和する緩衝機構と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の紛失防止装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の紛失防止装置を備えることを特徴とする無人航空機。
【請求項１０】
複数の回転翼を備える回転翼機であることを特徴とする請求項９に記載の無人航空機。
【請求項１１】
前記無人航空機と地表との距離を測る測距手段をさらに備え、
前記紛失防止装置は、前記無人航空機が３ｍ以下の所定の距離まで地表に接近したときに前記回転翼を停止させる回転翼停止手段をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の無人航空機。
【請求項１２】
請求項４に記載の紛失防止装置と、該紛失防止装置から前記位置情報を受信する管理局と、を備える紛失防止システムであって、
前記紛失防止装置は、前記無人航空機の通常飛行時における前記ＧＰＳ情報を記録する記憶手段を有しており、
前記位置情報送信手段は、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報を前記位置情報として送信し、
前記管理局は、前記記憶手段の前記ＧＰＳ情報である前記位置情報に基づいて前記無人航空機の現在位置を推定する現在位置推定手段を有していることを特徴とする紛失防止システム。
【国際調査報告】
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