(57)【要約】【課題】ウインチ操作における操作者の負担を軽減して、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、ウインチ作業ミスを防止できる飛行体ウインチ制御装置及び飛行体を提供する。【解決手段】本発明の飛行体ウインチ制御装置は、電動モータを制御する制御部を有し、制御部は、牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する複数の制御モードを有し、繰り出し量検出部により検出される牽引部材の繰り出し量と高度検出部により検出される飛行体の高度との間の差が所定の閾値に達する（ステップＳ３）と、制御モードを変更する（ステップＳ４）。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
牽引部材を巻回可能な回転体と、正逆回転駆動することによって前記回転体を正逆回転させて前記回転体に対する前記牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出しを行なう電動モータとを有して飛行体に装着されるウインチを制御するための飛行体ウインチ制御装置であって、
前記電動モータを制御する制御部と、
前記牽引部材の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部と、
前記飛行体の高度を検出する高度検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する複数の制御モードを有し、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値に達すると制御モードを変更することを特徴とする飛行体ウインチ制御装置。
【請求項２】
前記制御モードは、前記電動モータを介して前記回転体を第１の速度で回転させる高速モードと、前記電動モータを介して前記回転体を第１の速度よりも遅い第２の回転速度で回転させる低速モードとを有し、
前記制御部は、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値を下回ると、前記高速モードから前記低速モードに変更することを特徴とする請求項１に記載の飛行体ウインチ制御装置。
【請求項３】
前記制御モードは、前記電動モータを所定のタイミングで自動駆動させる自動駆動モードと、前記飛行体を操作するための操作部からの操作信号に基づいて前記電動モータを駆動させる手動駆動モードとを有し、
前記制御部は、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値を下回ると、前記自動駆動モードから前記手動駆動モードに変更することを特徴とする請求項１に記載の飛行体ウインチ制御装置。
【請求項４】
前記牽引部材の張力を検出するための張力検出部を更に備え、
前記制御モードは、前記張力検出部により検出される前記牽引部材の張力を監視しない張力非監視モードと、前記張力検出部により検出される前記牽引部材の張力を監視する張力監視モードとを有し、
前記制御部は、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値を下回ると、前記張力非監視モードから前記張力監視モードに変更す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飛行体ウインチ制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記張力監視モードにおいて、前記張力検出部により検出される前記牽引部材の張力が所定の閾値未満になったときに前記電動モータの駆動を停止させることを特徴とする請求項４に記載の飛行体ウインチ制御装置。
【請求項６】
前記繰り出し量検出部により検出される検出データと前記高度検出部により検出される検出データとを少なくとも含むウインチデータを送信する送信部を更に有し、前記送信部は、所定のタイミングで、前記飛行体を操作するための操作部へ前記ウインチデータを送信す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飛行体ウインチ制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記ウインチによる前記牽引部材の繰り出し動作時にのみ制御モードを変更する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飛行体ウインチ制御装置。
【請求項８】
牽引部材を巻回可能な回転体と、正逆回転駆動することによって前記回転体を正逆回転させて前記回転体に対する前記牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出しを行なう電動モータとを有するウインチと、
前記電動モータを制御する制御部と、
前記牽引部材の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部と、
前記飛行体の高度を検出する高度検出部と、
を備え、
前記制御部は、牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する複数の制御モードを有し、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値に達すると制御モードを変更することを特徴とする飛行体。
【請求項９】
前記制御モードは、前記電動モータを介して前記回転体を第１の速度で回転させる高速モードと、前記電動モータを介して前記回転体を第１の速度よりも遅い第２の回転速度で回転させる低速モードとを有し、
前記制御部は、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値を下回ると、前記高速モードから前記低速モードに変更することを特徴とする請求項８に記載の飛行体。
【請求項１０】
前記制御モードは、前記電動モータを所定のタイミングで自動駆動させる自動駆動モードと、前記飛行体を操作するための操作部からの操作信号に基づいて前記電動モータを駆動させる手動駆動モードとを有し、
前記制御部は、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値を下回ると、前記自動駆動モードから前記手動駆動モードに変更することを特徴とする請求項８に記載の飛行体。
【請求項１１】
前記牽引部材の張力を検出するための張力検出部を更に備え、
前記制御モードは、前記張力検出部により検出される前記牽引部材の張力を監視しない張力非監視モードと、前記張力検出部により検出される前記牽引部材の張力を監視する張力監視モードとを有し、
前記制御部は、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値を下回ると、前記張力非監視モードから前記張力監視モードに変更することを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の飛行体。
【請求項１２】
前記制御部は、前記張力監視モードにおいて、前記張力検出部により検出される前記牽引部材の張力が所定の閾値未満になったときに前記電動モータの駆動を停止させることを特徴とする請求項１１に記載の飛行体。
【請求項１３】
前記繰り出し量検出部により検出される検出データと前記高度検出部により検出される検出データとを少なくとも含むウインチデータを送信する送信部を更に有し、前記送信部は、所定のタイミングで、前記飛行体を操作するための操作部へ前記ウインチデータを送信することを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の飛行体。
【請求項１４】
前記制御部は、前記ウインチによる前記牽引部材の繰り出し動作時にのみ制御モードを変更することを特徴とする請求項８から１３のいずれか一項に記載の飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体に装着されるとともに電動により牽引部材を巻き上げて（巻き取って）及び／又は繰り降ろして（繰り出して）対象物を昇降させる電動巻き上げ装置（飛行体ウインチ）のための制御装置及び飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータの駆動力を利用して寝具、梱包類、仮設足場、建造物、漁労具等の対象物を所定位置まで巻き上げたり、降ろしたりする電動巻き上げ装置（以下、単にウインチという）は従来から一般的に知られている。
【０００３】
このようなウインチは、一般に、電動モータの正回転によって牽引部材を回転体（例えば、ドラムやスプール）に巻き取るとともに、電動モータの逆回転によって牽引部材を回転体から繰り出すようになっており、例えば重機や各種建造物に装着され（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）、或いは、最近では、例えば特許文献３に開示されるように無人飛行体（ドローン）に装着されて、荷物の搬送のみならず、例えば危険地帯への物資の運搬や調査等に活用されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１０６０７号
【特許文献２】特開２０１７−８８３５８号
【特許文献３】特開２０１７−８７８９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなウインチをドローンなどの飛行体に装着する場合、特に、飛行体を遠隔操作し、操作場所から離れた遠隔地でウインチにより牽引部材を巻き上げて（巻き取って）及び／又は繰り降ろして（繰り出して）、牽引部材に結合される対象物を飛行体と地上との間で昇降させる場合、飛行体及びウインチを操作する操作者は、飛行体から地上までの距離（飛行体の高度）を把握していなければならないことは勿論のこと、飛行体に対してウインチにより昇降される対象物の位置をも把握していなければ、対象物の正確な昇降作業を行なうことができない。
【０００６】
しかしながら、前述した特許文献３で代表されるようなウインチ付きの飛行体によって対象物の昇降作業を行なう場合には、一般に、飛行体に対してウインチにより昇降される対象物の位置、すなわち、飛行体、対象物、及び、地上の間のそれぞれの距離（距離関係）を操作者が正確に把握することが難しく、そのため、操作者は、遠くから目視で、或いは、飛行体に装着された遠近感を把握し難いカメラ等を用いて、対象物の昇降操作を感覚的に行なうしかない。
【０００７】
したがって、操作者は、対象物の昇降操作（牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出し操作）を慎重に行なわざるを得ず、そのため、操作者に過度の負担がかかり、対象物の昇降作業にかなりの時間を要してしまう。また、このようにウインチ動作に多くの時間をとられてしまうと、電力の消耗も大きく、飛行体の飛行時間にも影響が及ぶ。すなわち、ホバリング時間が長くなることにより、その後の飛行時間が制限されてしまう。
【０００８】
また、そのような慎重な操作にもかかわらず、ウインチ作業ミスが生じた場合、例えば誤って牽引部材を過度に繰り出してしまった場合（対象物が地上に達した後も牽引部材を繰り出し続けた場合）には、牽引部材が障害物（例えば木々や電柱等）に絡む（引掛かる）といった事態も生じ得る。そのような場合には、その後の対象物の昇降に支障を来すばかりか、そのような絡み（引掛かり）によって飛行体が立ち往生してしまって、その後の飛行体の帰還が不可能になる（或いは、電力供給が尽きてドローンが墜落する）といった状況に陥る可能性もある。
【０００９】
本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、ウインチ操作における操作者の負担を軽減して、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、ウインチ作業ミスを防止できる飛行体ウインチ制御装置及び飛行体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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、牽引部材を巻回可能な回転体と、正逆回転駆動することによって前記回転体を正逆回転させて前記回転体に対する前記牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出しを行なう電動モータとを有して飛行体に装着されるウインチを制御するための飛行体ウインチ制御装置であって、前記電動モータを制御する制御部と、前記牽引部材の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部と、前記飛行体の高度を検出する高度検出部とを備え、前記制御部は、牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する複数の制御モードを有し、前記繰り出し量検出部により検出される前記牽引部材の繰り出し量と前記高度検出部により検出される前記飛行体の高度との間の差が所定の閾値に達すると制御モードを変更することを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、繰り出し量検出部により検出される牽引部材の繰り出し量と高度検出部により検出される飛行体の高度との間の差、すなわち、牽引部材に結合される対象物と地上との間の距離に関連付けられるパラメータに基づいて、牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する制御モードが制御部によって自動的に切り換えられるため、対象物と地上との間の距離に応じた牽引部材の適切な動作を制御モードの変更により管理することができ、したがって、ウインチ操作における操作者の負担を軽減して、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、ウインチ作業ミスも防止できる。これにより、電力を節約でき、飛行体の飛行時間が大きく制限される事態を回避できるとともに、飛行体を遠隔操作し、操作場所から離れた遠隔地でウインチにより牽引部材を巻き上げて（巻き取って）及び／又は繰り降ろして（繰り出して）、牽引部材に結合される対象物を飛行体と地上との間で昇降させる場合であっても、対象物の正確な昇降作業を行なうことができる。したがって、例えば誤って牽引部材を過度に繰り出してしまって（対象物が地上に達した後も牽引部材を繰り出し続け）、牽引部材が障害物（例えば木々や電柱等）に絡む（引掛かる）などして、対象物の降下に支障を来すといった事態を生じさせないで済み、また、牽引部材が障害物に絡む（引掛かるり）ことによって飛行体が立ち往生してしまって、その後の飛行体の帰還が不可能になる（或いは、電力供給が尽きて飛行体が墜落する）といった状況に陥る可能性も排除できる。
【００１２】
なお、上記構成において、牽引部材の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部は、原理的には、回転体の回転を読み取る方式のもの、回転体に巻回される牽引部材の半径を読み取る方式のもの、或いは、繰り出し量検出用のプーリを設けてこのプーリの回転を読み取る方式のものなど、様々な検出方式を採用できる。また、飛行体の高度を検出するための高度検出部は、超音波や電磁波等を飛行体側から地上へ向けて放出してその波の反射までの時間によって高度を測定する方式のもの、三角測量法を用いる方式のもの、或いは、ＧＰＳ信号や気圧等を利用する高度計と測定した経度緯度から高度地図を用いて算出した標高データとの間の差を利用する方式のものなど、様々な検出方式を採用できる。
【００１３】
また、上記構成において、飛行体としては、例えばドローンを挙げることができるが、これに限定されず、操作者によって手動操作可能又は自動操作可能なあらゆる飛行体を想定し得る。
【００１４】
また、上記構成において、制御部により制御モードを変更する形態としては、様々なものが考えられる。例えば、制御モードとして、電動モータを介して回転体を第１の速度で回転させる高速モードと、電動モータを介して回転体を第１の速度よりも遅い第２の回転速度で回転させる低速モードとが設定される場合、制御部は、繰り出し量検出部により検出される牽引部材の繰り出し量と高度検出部により検出される飛行体の高度との間の差が所定の閾値（例えば１０ｍ）を下回ると、高速モードから低速モードに変更してもよい。これにより、対象物と障害物との干渉が想定され難い高度が高い移動範囲では、高速で対象物を移動させて、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、障害物との干渉や地上との激しい衝突などが懸念される高度が低い移動範囲では、自動的に速度を落として対象物を慎重に移動させて、ウインチ操作における操作者の負担を軽減し、ウインチ作業ミスを防止できる。
【００１５】
或いは、制御モードとして、例えば、電動モータを所定のタイミングで自動駆動させる自動駆動モードと、飛行体を操作するための操作部からの操作信号に基づいて電動モータを駆動させる手動駆動モードとが設定される場合、制御部は、繰り出し量検出部により検出される牽引部材の繰り出し量と高度検出部により検出される飛行体の高度との間の差が所定の閾値（例えば１０ｍ）を下回ると、自動駆動モードから手動駆動モードに変更してもよい。これにより、対象物と障害物との干渉が想定され難い高度が高い移動範囲では、自動で対象物を移動させて、ウインチ操作における操作者の負担を軽減でき、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、障害物との干渉や地上との激しい衝突などが懸念される高度が低い移動範囲では、手動による操作に切り換えて、操作者による状況に応じた慎重な操作及び柔軟な処理対応を実現できる。なお、自動駆動モードを開始させる所定のタイミングとしては、例えば、飛行体を操作するための操作部から牽引部材の繰り出し動作を開始させる操作信号が入力された時点を挙げることができる。
【００１６】
また、上記構成では、飛行体ウインチ制御装置が牽引部材の張力を検出するための張力検出部を更に備えてもよく、その場合、制御モードとして、張力検出部により検出される牽引部材の張力を監視しない張力非監視モードと、張力検出部により検出される牽引部材の張力を監視する張力監視モードとが設定され、制御部は、繰り出し量検出部により検出される牽引部材の繰り出し量と高度検出部により検出される飛行体の高度との間の差が所定の閾値を下回ると、張力非監視モードから張力監視モードに変更してもよい。これによれば、張力監視モードにおいて、張力検出部により検出される牽引部材の張力が所定の閾値未満になった時点を対象物の接地と判断して制御部が電動モータの駆動を停止させるようにすることで、対象物の地上への到達を自動認識して牽引部材の繰り出しを自動的に停止させることができ、したがって、地上に対する対象物の激しい衝突を回避できることは勿論のこと、例えば誤って牽引部材を過度に繰り出してしまって、牽引部材が障害物に絡むといった事態も回避できる。
【００１７】
また、上記構成では、飛行体ウインチ制御装置が繰り出し量検出部により検出される検出データと高度検出部により検出される検出データとを少なくとも含むウインチデータを送信する送信部を更に有してもよく、その場合、送信部は、所定のタイミングで、飛行体を操作するための操作部の受信部へウインチデータを送信してもよい。このようにすると、例えば操作部の出力部でウインチデータを出力させることができ、それにより、飛行体を操作する操作者は、牽引部材の繰り出し量と飛行体の高度とを含むウインチデータの全てを出力部を通じて把握でき、対象物の正確な昇降作業を行なうことができる。なお、送信部がウインチデータを送信する所定のタイミングとしては、例えば、飛行体を操作するための操作部から牽引部材の繰り出し動作及び／又は巻き上げ動作を開始させる操作信号が入力された時点を挙げることができる。
【００１８】
なお、前記送信部と前記受信部との送受信は、例えば専用の無線チャンネルを用いて行われてもよく、そのデータの送受信形態は公知の様々な形態が考えられる。また、ウインチデータが出力される操作部の出力部は、例えば、飛行体を操作するための操作部に設けられる液晶モニタであってもよいが、これに限定されず、また、出力部で出力されるウインチデータの出力表示形態は、グラフや文字であってもよく、或いは、アニメーションであっても構わない。
【００１９】
また、上記構成において、ウインチデータとしては、繰り出し量検出部により検出される検出データ（牽引部材の繰り出し量）及び高度検出部により検出される検出データ（飛行体の高度）以外に、牽引部材の張力、牽引スピード、電源電圧、電池残量、モーター駆動電流、モーター温度、制御基板温度を挙げることができる。
【００２０】
また、本発明は、上記構成の特徴を有する飛行体も提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ウインチ操作における操作者の負担を軽減して、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、ウインチ作業ミスを防止できる飛行体ウインチ制御装置及び飛行体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る飛行体に搭載されるウインチの一例を示す概略的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る飛行体ウインチ制御装置を含む制御システムの概略的なブロック図である。
【図３】図２の制御システム（飛行体ウインチ制御装置）の作用を説明するための概略的な説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る飛行体の一例としてのドローンの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る飛行体ウインチ制御装置の包括的な制御態様を示す簡略的なフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る飛行体ウインチ制御装置の具体的な第１の制御態様を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態に係る飛行体ウインチ制御装置の具体的な第２の制御態様を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係る飛行体ウインチ制御装置の具体的な第３の制御態様を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態に係る飛行体ウインチ制御装置の具体的な第４の制御態様を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る飛行体ウインチ制御装置及び飛行体の一実施形態について具体的に説明する。
図２に示されるように、本実施形態に係る飛行体ウインチ制御装置１５は、飛行体としての例えばドローン５００に搭載され、ドローン５００に装着される電動巻き上げ装置としての飛行体ウインチ（以下、単にウインチという）１の動作を制御する。
【００２４】
ドローン５００は、例えば、図４に示されるように、中央の本体部１００から放射状に延びる４つのフレーム部（筐体）２００を有しており、各フレーム部２００の先端には駆動部３００が装着される。この場合、本体部１００は、例えばバッテリ、制御部、通信部（信号送受信部）、センサ、カメラ等（全て図示せず）を備える。また、駆動部３００は、駆動モータが収容されるモータハウジング５１と、駆動モータにより回転駆動されるプロペラ３０とを有する。
【００２５】
ドローン５００に搭載される、例えばドローン５００の本体部１００の底部に装着されるウインチ１は、図１及び図２に示されるように、電動モータ２と、電動モータ２の正逆回転駆動によって正逆回転されて巻き上げ対象物８０（図３参照）を牽引するための牽引部材２２を巻き取る及び／又は繰り出す筒状の回転体４とを有する。この場合、回転体４は、ハウジング６に収容保持されるとともに、軸受（図示せず）を介してハウジング６に回転可能に支持され、また、電動モータ２は、例えばモータハウジングに収容された状態で筒状の回転体４の内側に回転不能に支持固定されてもよく、好ましくはハウジング６に取り外し可能に装着される電源Ｐによって給電される（又は、ドローン５００を作動させるための電源から給電されてもよい）。なお、回転体４に巻回される牽引部材２２としては、ワイヤ、チェーン、ロープ等を挙げることができる。
【００２６】
また、電動モータ２及び回転体４は、動力伝達機構（動力伝達経路）１０によって互いに動力伝達可能に連結されている。この場合、動力伝達機構１０は、電動モータ２の回転を回転体４側に伝達するが回転体４の回転を電動モータ２側に伝達しない双方向クラッチを有してもよく、また、電動モータ２からの動力を減速して回転体４に伝える減速機構を備えてもよい。
【００２７】
なお、本実施形態に係るウインチ１には、回転体４に対して牽引部材２２を平行に巻回するためのレベルワインド装置４０が設けられる。このレベルワインド装置４０は、電動モータ２が回転駆動されると、それに連動して、回転体４から繰り出される牽引部材２２を挿通する案内体４２が左右に往復移動するよう構成されており、牽引部材２２の巻き取り動作に伴って、回転体４に対して牽引部材２２を均等に巻回する機能を有する。
【００２８】
また、本実施形態に係る飛行体ウインチ制御装置１５は、その主要な構成要素として、図２に示されるように、回転体４による牽引部材２２の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部２０と、ドローン５００の高度を検出するための高度検出部２１と、牽引部材の張力を検出するための張力検出部２３と、繰り出し量検出部２０により検出される検出データと高度検出部２１により検出される検出データとを少なくとも含むウインチデータを送信する送信部を伴う第１の送受信部１９と、第１の送受信部１９が操作部２９側から受けるコマンド（操作信号）に応じて電動モータ２の駆動を制御するとともに繰り出し量検出部２０及び高度検出部２１からの検出データの送信を制御する制御部１８とを有する。制御部１８は、牽引部材２２の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する複数の制御モードを有する。また、ドローン５００及びウインチ１を操作するための操作部２９は、第１の送受信部１９からウインチデータを受信する受信部を伴う第２の送受信部２８と、第２の送受信部２８で受けられるウインチデータをドローン５００の操作者６０（図３参照）に対して出力する出力部２７とを備える。なお、本実施形態において、飛行体ウインチ制御装置１５及び操作部２９は、ドローン５００及びウインチ１を制御するための制御システムＳを構成する。
【００２９】
回転体４による牽引部材２２の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部２０としては、例えば、回転体４の回転を読み取る方式のもの、具体的には、回転体４と同期して回転する磁石等の被検出部を、ホール素子等の検出手段によって回転を読み取る方式のものが挙げられる。スリットによって被検出部を構成し、フォトセンサを検出手段としても、同様の効果が実現できる。或いは、繰り出し量検出部２０としては、回転体４に巻回される牽引部材２２の半径を読み取る方式のもの、具体的には、接触式のプローブを回転体４に巻きつけられた牽引部材２２に接触させ、その変位を測定するものや、超音波やレーザー等の入射波を牽引部材２２に当て、その反射波が反射するまでの時間や反射位置を読み取る方式のものも挙げられる。更には繰り出し量検出部２０として、繰り出し量検出用のプーリを設けてこのプーリの回転を読み取る方式のものも考えられる。すなわち、繰り出し量検出部２０としては様々な検出方式を採用できる。
【００３０】
また、ドローン５００の高度を検出するための高度検出部２１は、例えば図３に示されるように超音波や電磁波等をドローン５００側から地上へ向けて放出してその波の反射までの時間によって高度を測定する方式のもの、又は、三角測量法を用いる方式のもの、或いは、ＧＰＳ信号や気圧等を利用する高度計と測定した経度緯度から高度地図を用いて算出した標高データとの間の差を利用する方式のものなど、様々な検出方式を採用できる。
【００３１】
また、張力検出部２３としては、例えば、張力を受ける部材のひずみを電気抵抗の変化に変換するひずみゲージを利用したものが挙げられる。その他、張力を受ける部材にかかる圧力を電圧に変換することによって検出する圧電素子を利用したものや、線形ばねと張力との釣り合いの位置を位置センサによって検出する方式、強磁性材料に張力を働かせた際に発生する磁歪効果による透磁率変化を検出する磁歪式センサを利用したもの等が考えられる。
【００３２】
また、第１の送受信部１９と第２の送受信部２８との間のデータの送受信は、例えば専用の無線チャンネルを用いて行われてもよいが、これに限定されない。また、出力部２７は、例えば、ドローン５００を操作するための操作部２９に設けられる液晶モニタであってもよいが、これに限定されず、また、出力部２７で出力されるウインチデータは、例えば図３に示されるように操作部２９の液晶モニタ２７ａに文字や数字のみによって表示されてもよいが、グラフ表示されもよく、或いは、アニメーション（牽引部材２２に吊るされ対象物８０の地上に対する動きを動画で示す）によって表示されてもよい。また、ウインチデータを音声データによって読み上げてもよい。
【００３３】
次に、図３及び図５を参照しながら、上記構成の飛行体ウインチ制御装置１５によるウインチ制御の一態様について簡単に説明する。
ここでは、ドローン５００の例えば本体部１００にウインチ１が装着された状態で、図３に示されるように操作者６０が操作する操作部２９の操作信号（コマンド）によりドローン５００が飛行して目的場所（図では、例えば木などの障害物１５０が多数存在する山岳地）に到達した状況を想定する。操作者６０が、この目的場所で対象物８０を地上に降ろすために或いは対象物８０を地上から引き上げるために操作部２９から第２の送受信部２８を介して操作信号をドローン５００側に送信すると、操作信号は、第１の送受信部１９を通じて制御部１８に入力される。制御部１８は、この操作信号（コマンド）を受けると（図５のステップＳ１がＹＥＳのとき）、電動モータ２を駆動させて、回転体４を回転させ、牽引部材２２を繰り出す又は巻き取る（図５のステップＳ２）。この間、制御部１８には、牽引部材２２の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部２０からの検出データとドローン５００の高度を検出するための高度検出部２１からの検出データとが常時入力され、また、制御部１８は、入力されるこれらの検出データを含むウインチデータを第１の送受信部１９を介して操作部２９側へ送信する。これに応じて、操作部２９側では、第２の送受信部２８を介してウインチデータが受けられ、このウインチデータが操作部２９の出力部２７から出力される。具体的には、例えば図３に示されるように操作部２９の液晶モニタ２７ａに文字や数字のみによってウインチデータが表示される（後述する図６〜図９の制御態様においても同様）。
【００３４】
そして、このようにして牽引部材２２が繰り出され続け又は巻き取られ続けて、繰り出し量検出部２０により検出される牽引部材２２の繰り出し量と高度検出部２１により検出されるドローン５００の高度との間の差が所定の閾値（例えば１０ｍ）に達する（閾値を下回る又は上回る）と（図５のステップＳ３がＹＥＳのとき）、制御部１８は、その設定されていた制御モード（牽引部材２２の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する制御モード）を他の制御モード（牽引部材２２の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する制御モード）に変更する（図５のステップＳ４）。
【００３５】
以上のように、本実施形態の飛行体ウインチ制御装置１５によれば、繰り出し量検出部２０により検出される牽引部材２２の繰り出し量と高度検出部２１により検出されるドローン５００の高度との間の差、すなわち、牽引部材２２に結合される対象物８０と地上との間の距離に関連付けられるパラメータに基づいて、牽引部材２２の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する制御モードが制御部１８によって自動的に切り換えられるため、対象物８０と地上との間の距離に応じた牽引部材２２の適切な動作を制御モードの変更により管理することができ、したがって、ウインチ操作における操作者６０の負担を軽減して、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、ウインチ作業ミスも防止できる。これにより、電力を節約でき、ドローン５００の飛行時間が大きく制限される事態を回避できるとともに、ドローン５００を遠隔操作し、操作場所から離れた遠隔地でウインチ１により牽引部材２２を巻き上げて（巻き取って）及び／又は繰り降ろして（繰り出して）、牽引部材２２に結合される対象物８０をドローン５００と地上との間で昇降させる場合であっても、対象物８０の正確な昇降作業を行なうことができる。したがって、例えば誤って牽引部材２２を過度に繰り出してしまって（対象物８０が地上に達した後も牽引部材２２を繰り出し続け）、牽引部材２２が障害物（例えば木々や電柱等）１５０に絡む（引掛かる）、或いは、牽引部材２２が弛んだまま回転を続けることで、牽引部材２２がウインチ１内等で絡むなどして、対象物８０の降下に支障を来すといった事態を生じさせないで済み、また、牽引部材２２が障害物１５０に絡む（引掛かる）ことによってドローン５００が立ち往生してしまって、その後のドローン５００の帰還が不可能になる（或いは、電力供給が尽きてドローン５００が墜落する）といった状況に陥る可能性も排除できる。
【００３６】
また、本実施形態では、飛行体ウインチ制御装置１５が繰り出し量検出部２０により検出される検出データと高度検出部２１により検出される検出データとを少なくとも含むウインチデータを送信する第１の送受信部１９を有し、この第１の送受信部１９によってドローン５００を操作するための操作部２９の第２の送受信部２８へウインチデータが送信されて、操作部２９の出力部２７でウインチデータが出力されるようになっているため、ドローン５００を操作する操作者６０は、牽引部材２２の繰り出し量とドローン５００の高度とを含むウインチデータの全てを出力２７部を通じて把握でき、対象物８０の正確な昇降作業を行なうことができる。
【００３７】
図６には、制御部１８による他の制御モード変更形態、すなわち、飛行体ウインチ制御装置１５の具体的な第１の制御態様が示される。この制御態様において、制御部１８は、制御モードとして、電動モータ２を介して回転体４を第１の速度で回転させる高速モードと、電動モータ２を介して回転体４を第１の速度よりも遅い第２の回転速度で回転させる低速モードとを有する。
【００３８】
具体的には、この制御態様では、操作者６０が、図３に示されるような目的場所で例えば対象物８０を地上に降ろすために操作部２９から第２の送受信部２８を介して操作信号をドローン５００側に送信すると、操作信号は、第１の送受信部１９を通じて制御部１８に入力される。制御部１８は、この操作信号（コマンド）を受けると（図６のステップＳ１１がＹＥＳのとき）、制御モードを高速モードに設定し、電動モータ２を高速で駆動させて、回転体４を第１の速度で回転させ、牽引部材２２を高速で繰り出す（図６のステップＳ１２）。この間、制御部１８には、牽引部材２２の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部２０からの検出データとドローン５００の高度を検出するための高度検出部２１からの検出データとが常時入力される。
【００３９】
そして、このようにして牽引部材２２が繰り出され続けて、繰り出し量検出部２０により検出される牽引部材２２の繰り出し量と高度検出部２１により検出されるドローン５００の高度との間の差が所定の閾値（例えば１０ｍ）を下回ると（図６のステップＳ１３がＹＥＳのとき）、制御部１８は、制御モードを高速モードから低速モードに変更する（図６のステップＳ１４）。
【００４０】
このように、図６の制御形態によれば、対象物８０と障害物１５０との干渉が想定され難い高度が高い移動範囲では、高速で対象物８０を移動させて、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、障害物１５０との干渉や地上との激しい衝突などが懸念される高度が低い移動範囲では、自動的に速度を落として対象物８０を慎重に移動させて、ウインチ操作における操作者６０の負担を軽減し、ウインチ作業ミスを防止できる。
【００４１】
図７には、飛行体ウインチ制御装置１５の具体的な第２の制御態様が示される。この制御態様において、制御部１８は、制御モードとして、電動モータ２を所定のタイミングで自動駆動させる自動駆動モードと、ドローン５００を操作するための操作部２９からの操作信号に基づいて電動モータ２を駆動させる手動駆動モードとを有する。
【００４２】
具体的には、この制御態様では、操作者６０が、図３に示されるような目的場所で例えば対象物８０を地上に降ろすために操作部２９から第２の送受信部２８を介して操作信号をドローン５００側に送信すると、操作信号は、第１の送受信部１９を通じて制御部１８に入力される。制御部１８は、この操作信号（コマンド）を受けると（図７のステップＳ２１がＹＥＳのとき）、制御モードを自動駆動モードに設定し、電動モータ２を駆動させて、回転体４を回転させ、牽引部材２２をプログラムされた所定の速度及び／又は所定の態様で繰り出す（図７のステップＳ２２）。この間、制御部１８には、牽引部材２２の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部２０からの検出データとドローン５００の高度を検出するための高度検出部２１からの検出データとが常時入力される。
【００４３】
そして、このようにして牽引部材２２が繰り出され続けて、繰り出し量検出部２０により検出される牽引部材２２の繰り出し量と高度検出部２１により検出されるドローン５００の高度との間の差が所定の閾値（例えば１０ｍ）を下回ると（図７のステップＳ２３がＹＥＳのとき）、制御部１８は、制御モードを自動駆動モードから手動駆動モードに変更し、例えば電動モータ２を一時的に停止させる（図７のステップＳ２４）。その後、制御部１８は、対象物８０を地上に降ろすための更なる操作信号（コマンド）を操作部２９側から受けると（図７のステップＳ２５がＹＥＳのとき）、電動モータ２の駆動を再開して、回転体４を回転させ、牽引部材２２を操作部２９側からの操作信号に応じて繰り出す（図７のステップＳ２６）。
【００４４】
このように、図７の制御形態によれば、対象物８０と障害物１５０との干渉が想定され難い高度が高い移動範囲では、自動で対象物８０を移動させて、ウインチ操作における操作者の負担を軽減でき、ウインチ作業の効率化及びウインチ作業時間の短縮化を図ることができるとともに、障害物１５０との干渉や地上との激しい衝突などが懸念される高度が低い移動範囲では、手動による操作に切り換えて、操作者６０による状況に応じた慎重な操作及び柔軟な処理対応を実現できる。
【００４５】
図８には、飛行体ウインチ制御装置１５の具体的な第３の制御態様が示される。この制御態様において、制御部１８は、制御モードとして、電動モータ２を介して回転体４を第１の速度で回転させる高速モードと、電動モータ２を介して回転体４を第１の速度よりも遅い第２の回転速度で回転させる低速モードとを有するとともに、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力を監視しない張力非監視モードと、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力を監視する張力監視モードとを有する
【００４６】
具体的には、この制御態様では、操作者６０が、図３に示されるような目的場所で例えば対象物８０を地上に降ろすために操作部２９から第２の送受信部２８を介して操作信号をドローン５００側に送信すると、操作信号は、第１の送受信部１９を通じて制御部１８に入力される。制御部１８は、この操作信号（コマンド）を受けると（図８のステップＳ３１がＹＥＳのとき）、制御モードを張力非監視モード及び高速モードに設定し、電動モータ２を高速で駆動させて、回転体４を第１の速度で回転させ、牽引部材２２を高速で繰り出す（図８のステップＳ３２）。この間、制御部１８には、牽引部材２２の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部２０からの検出データとドローン５００の高度を検出するための高度検出部２１からの検出データとが常時入力される。
【００４７】
そして、このようにして牽引部材２２が繰り出され続けて、繰り出し量検出部２０により検出される牽引部材２２の繰り出し量と高度検出部２１により検出されるドローン５００の高度との間の差が所定の閾値（例えば１０ｍ）を下回ると（図８のステップＳ３３がＹＥＳのとき）、制御部１８は、制御モードを高速モードから低速モードに変更するとともに、張力非監視モードを張力監視モードに切り換える（図８のステップＳ３４）。これ以降、制御部１８には、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力が常時入力される。そして、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力が所定の閾値未満になると（図８のステップＳ３５がＹＥＳのとき）、制御部１８は、対象物８０が地面に到達したと判断し、電動モータの駆動を停止させる（図８のステップＳ３６）。
【００４８】
このように、図８の制御形態によれば、図６の制御形態と同様の作用効果が得られるとともに、張力監視モードにおいて、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力が所定の閾値未満になった時点を対象物８０の接地と判断して制御部１８が電動モータ２の駆動を停止させるため、対象物８０の地上への到達を自動認識して牽引部材２２の繰り出しを自動的に停止させることができ、したがって、地上に対する対象物８０の激しい衝突を回避できることは勿論のこと、例えば誤って牽引部材２２を過度に繰り出してしまって、牽引部材２２が障害物１５０に絡むといった事態も回避できる。
【００４９】
図９には、飛行体ウインチ制御装置１５の具体的な第４の制御態様が示される。この制御態様において、制御部１８は、制御モードとして、電動モータ２を所定のタイミングで自動駆動させる自動駆動モードと、ドローン５００を操作するための操作部２９からの操作信号に基づいて電動モータ２を駆動させる手動駆動モードとを有するとともに、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力を監視しない張力非監視モードと、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力を監視する張力監視モードとを有する。
【００５０】
具体的には、この制御態様では、操作者６０が、図３に示されるような目的場所で例えば対象物８０を地上に降ろすために操作部２９から第２の送受信部２８を介して操作信号をドローン５００側に送信すると、操作信号は、第１の送受信部１９を通じて制御部１８に入力される。制御部１８は、この操作信号（コマンド）を受けると（図９のステップＳ４１がＹＥＳのとき）、制御モードを張力非監視モード及び自動駆動モードに設定し、電動モータ２を駆動させて、回転体４を回転させ、牽引部材２２をプログラムされた所定の速度及び／又は所定の態様で繰り出す（図９のステップＳ４２）。この間、制御部１８には、牽引部材２２の繰り出し量を検出する繰り出し量検出部２０からの検出データとドローン５００の高度を検出するための高度検出部２１からの検出データとが常時入力される。
【００５１】
そして、このようにして牽引部材２２が繰り出され続けて、繰り出し量検出部２０により検出される牽引部材２２の繰り出し量と高度検出部２１により検出されるドローン５００の高度との間の差が所定の閾値（例えば１０ｍ）を下回ると（図９のステップＳ４３がＹＥＳのとき）、制御部１８は、制御モードを自動駆動モードから手動駆動モードに変更し、例えば電動モータ２を一時的に停止させるとともに、張力非監視モードを張力監視モードに切り換える（図９のステップＳ４４）。これ以降、制御部１８には、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力が常時入力される。その後、制御部１８は、対象物８０を地上に降ろすための更なる操作信号（コマンド）を操作部２９側から受けると（図９のステップＳ４５がＹＥＳのとき）、電動モータ２の駆動を再開して、回転体４を回転させ、牽引部材２２を操作部２９側からの操作信号に応じて繰り出す（図９のステップＳ４６）。そして、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力が所定の閾値未満になると（図９のステップＳ４７がＹＥＳのとき）、制御部１８は、対象物８０が地面に到達したと判断し、電動モータの駆動を停止させる（図９のステップＳ４８）。
【００５２】
このように、図９の制御形態によれば、図７の制御形態と同様の作用効果が得られるとともに、張力監視モードにおいて、張力検出部２３により検出される牽引部材２２の張力が所定の閾値未満になった時点を対象物８０の接地と判断して制御部１８が電動モータ２の駆動を停止させるため、対象物８０の地上への到達を自動認識して牽引部材２２の繰り出しを自動的に停止させることができ、したがって、地上に対する対象物８０の激しい衝突を回避できることは勿論のこと、例えば誤って牽引部材２２を過度に繰り出してしまって、牽引部材２２が障害物１５０に絡むといった事態も回避できる。
【００５３】
なお、牽引部材２２が障害物１５０に絡む等の危険性は、周囲の地形変化や障害物の状況、想定される測定高度の最大誤差等によって変化する。したがって、前述の制御方式を変更する閾値は、状況に合わせて操作者６０が設定できるようにしておいてもよい。また、牽引部材２２が障害物１５０に絡む等の危険性は、巻き取り時よりも繰り出し時のほうが可能性が高い。例えば周囲に樹木のような背の高い障害物がない状況など、地表以外に絡む原因が少ないような状況では、制御モードの変更を巻き取り時に行なう必要性は少なくなるため、繰り出し時のみに行なってもよい。
【００５４】
以上、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明は、前述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。例えば、前述した実施形態では、飛行体としてホバリング飛行が可能なドローンが示されているが、飛行体はこれに限定されず、操作者によって手動操作可能又は自動操作可能なあらゆる飛行体を想定し得る。また、前述した実施形態では、幾つかの制御モードの変更形態が示されているが、本発明は、これらの制御モード及び変更形態に限定されず、繰り出し量検出部により検出される牽引部材の繰り出し量と高度検出部により検出される飛行体の高度との間の差が所定の閾値に達するときに牽引部材の巻き取り及び／又は繰り出し動作の制御に関与する複数の制御モード間で切り換え（変更）が行なわれる全ての制御態様が本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１  ウインチ
２  電動モータ
４  回転体
１５  飛行体ウインチ制御装置
１８  制御部
１９  第１の送受信部（送信部）
２０  繰り出し量検出部
２１  高度検出部
２２  牽引部材
２３  張力検出部
２９  操作部
６０  操作者
５００  ドローン（飛行体）
【図１】
2019142605.tif 000003
【図２】
2019142605.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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