(57)【要約】【課題】無人航空機に特別な装置を設けなくてもＧＰＳ信号によらず安定した飛行状態を維持できる無人航空機の制御システムを提供する。【解決手段】無人航空機１と、位置検出装置２０と、を備えた無人航空機の制御システム１０であって、位置検出装置２０が、無人航空機１のフレームボディ５に取り付けられた再帰反射部材２１と、再帰反射部材２１に対して電磁波を照射し再帰反射部材２１で反射した反射波を受信して反射波に基づいて再帰反射部材２１の位置を特定する位置特定部２５と、位置特定部２５が特定した無人航空機１の位置に関する位置情報を無人航空機１に送信する送信部２２と、を備えており、無人航空機１は、位置検出装置２５の送信部２２から送信される位置情報を受信する受信部９と、受信部９が受信した位置情報に基づいて飛行を制御する制御部６と、再帰反射部材２１の姿勢を制御するジンバル機構を有する姿勢制御部８と、を備えている。【選択図】図１
2019119221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空機と、該無人航空機と通信可能であって該無人航空機の位置を検出する位置検出装置と、を備えた無人航空機の制御システムであって、
前記位置検出装置が、
前記無人航空機の機体に取り付けられた再帰反射部材と、
該再帰反射部材に対して電磁波を照射し該再帰反射部材で反射した反射波を受信して該反射波に基づいて前記再帰反射部材の位置を特定する位置特定部と、
該位置特定部が特定した前記無人航空機の位置に関する位置情報を前記無人航空機に送信する送信部と、を備えており、
前記無人航空機は、
前記位置検出装置の送信部から送信される前記位置情報を受信する受信部と、
該受信部が受信した位置情報に基づいて飛行を制御する制御部と、
前記再帰反射部材の姿勢を制御するジンバル機構を有する姿勢制御部と、を備えている
ことを特徴とする無人航空機の制御システム。
【請求項２】
前記位置特定部は、
前記再帰反射部材に対して光波を照射するトータルステーションである
ことを特徴とする請求項１記載の無人航空機の制御システム。
【請求項３】
前記無人航空機が、
複数の回転翼を有するマルチロータヘリコプターである
ことを特徴とする請求項１または２記載の無人航空機の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人航空機の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、無人航空機として、複数のプロペラを有するマルチロータヘリコプター（以下、本明細書ではマルチコプターという）が利便性の高さから様々な分野で利用されている。例えば、空撮や測量、物品等の搬送などに使用されている。
【０００３】
空撮や測量においてマルチコプターを飛行させる場合、操縦者が目視で操作する方法と、ＧＰＳ信号を受信して自動航行する場合がある。
【０００４】
近年、マルチコプターの性能向上によってマルチコプターの飛行範囲は広がり、飛行高度も高くなっている。このため、操縦者が目視できる範囲外までマルチコプターが飛行してしまう状況が生じている。すると、前者の場合、マルチコプターを視認できなくなった操縦者は適切な操作を行えなくなるので、機体をロストしまうことも生じている。
【０００５】
後者の場合には、予め飛行経路をマルチコプターに記憶させておけば、ＧＰＳ信号に基づいて飛行経路に沿ってマルチコプターを飛行させることができる。したがって、マルチコプターを使用する人が目視できる範囲外であっても、安定してマルチコプターを飛行させることができる。
【０００６】
しかし、ＧＰＳ信号に基づいてマルチコプターを飛行させる場合、当然であるが、ＧＰＳ信号を確実に受信できなければならない。しかし、周囲の環境や電波状況によってはＧＰＳ信号を適切に受信できない場合がある。すると、マルチコプターは飛行状態を維持できなくなり、ロストしたり墜落したりしてしまう可能性がある。
【０００７】
一方、ＧＰＳ信号が受信できない場所でも無人航空機の位置を推定できる技術が開発されている（特許文献１）。特許文献１には、３Ｄレーザレーダと比べて軽量で、且つ消費電力が少ない２次元レーザレーダを搭載し、無人航空機が飛行している地表から２次元測定データを取得する機能を有する無人航空機が開示されている。そして、予め準備してある学習済みニューラルネットワークに２次元測定データを入力することにより、２次元測定データと３次元地形図とのパターンマッチングを行ったことと同様の結果を迅速に得ることによって、無人航空機の位置の推定を行うことができる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１７−１５９７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかるに、特許文献１では、学習済みニューラルネットワークを予め準備しなければならない。しかも、消費電力が少ないとはいえ２次元レーザレーダを搭載しなければならないので、無人航空機の構造が複雑化する。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑み、無人航空機に特別な装置を設けなくてもＧＰＳ信号によらず安定した飛行状態を維持できる無人航空機の制御システム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】
【００１１】
（無人航空機の制御システム）
第１発明の無人航空機の制御システムは、無人航空機と、該無人航空機と通信可能であって該無人航空機の位置を検出する位置検出装置と、を備えた無人航空機の制御システムであって、前記位置検出装置が、前記無人航空機の機体に取り付けられた再帰反射部材と、該再帰反射部材に対して電磁波を照射し該再帰反射部材で反射した反射波を受信して該反射波に基づいて前記再帰反射部材の位置を特定する位置特定部と、該位置特定部が特定した前記無人航空機の位置に関する位置情報を前記無人航空機に送信する送信部と、を備えており、前記無人航空機は、前記位置検出装置の送信部から送信される前記位置情報を受信する受信部と、該受信部が受信した位置情報に基づいて飛行を制御する制御部と、前記再帰反射部材の姿勢を制御するジンバル機構を有する姿勢制御部と、を備えていることを特徴とする。
第２発明の無人航空機の制御システムは、第１発明において、前記位置特定部置は、前記再帰反射部材に対して光波を照射するトータルステーションであることを特徴とする。
第３発明の無人航空機の制御システムは、第１または第２発明において、前記無人航空機が、複数の回転翼を有するマルチロータヘリコプターであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
（無人航空機の制御システム）
第１〜第３発明によれば、無人航空機の再帰反射部材からの反射波によって位置検出装置が再帰反射部材の位置を特定できるので、特定された位置信号に基づいて制御部が飛行を制御すれば、無人飛行機を安定して飛行させることができる。しかも、反射波が受信できる範囲であれば無人飛行機の位置特定が可能であるので、周囲環境に起因する無人飛行機の位置検出ミス等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の無人航空機の制御システム１０の使用状態の概略説明図である。
【図２】本実施形態の無人航空機の制御システム１０の概略ブロック図である。
【図３】本実施形態の無人航空機の制御システム１０に採用可能な無人航空機１の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の無人航空機の制御システムは、マルチロータヘリコプター（マルチコプター）やティルトロータ機などの無人航空機の飛行を制御するシステムである。
【００１５】
本発明の無人航空機の制御システムが採用される無人航空機はとく限定されない。例えば、複数の回転翼を有するマルチコプター型ドローンや固定翼型ドローン等を挙げることができる。
【００１６】
＜本実施形態の無人航空機の制御システム１０＞
まず、本実施形態の無人航空機の制御システム１０（以下単に本実施形態の制御システム１０という場合がある）は、無人航空機１と、位置検出装置２０と、を備えている。
【００１７】
＜位置検出装置２０＞
図１および図２に示すように、位置検出装置２０は、再帰反射部材２１と、送信部２２と、位置特定部２５と、姿勢調整部３０と、を備えている。
【００１８】
再帰反射部材２１は、無人航空機１に姿勢制御部８を介して取り付けられたものである。この再帰反射部材２１は、位置特定部２５の電磁波照射器２６から照射される電磁波を位置特定部２５に向かって反射するものである。例えば、プリズム等の光等の電磁波を再帰反射する機能を有する部材を再帰反射部材２１として使用することができる。この再帰反射部材２１は、例えば、図３に示すように無人航空機１の下部に姿勢制御部８を介して取り付けられるが、再帰反射部材２１を無人航空機１に取り付ける位置はとくに限定されない。
【００１９】
位置特定部２５は、無人航空機１に取り付けられている再帰反射部材２１の位置を特定する機能を有するものである。具体的には、位置特定部２５は、電磁波（以下送信波ｓという）を照射する電磁波照射器２６を備えており、この電磁波照射器２６から照射した送信波ｓが再帰反射部材２１で反射した反射波ｒを受信する受信器２７を備えている。この受信器２７は位置特定部２５の演算部２８に接続されている。この演算部２８は電磁波照射器２６にも接続されている。そして、演算部２８は、この電磁波照射器２６から照射された送信波ｓの信号に関する送信波情報と、受信器２７が受信した反射波ｒの信号に関する受信波情報と、位置特定部２５の基準位置情報と、に基づいて、再帰反射部材２１の位置を特定する機能を有している。しかも、演算部２８は、特定した再帰反射部材２１の位置に関する位置情報を作成する機能も有している。なお、この位置情報には、再帰反射部材２１の位置に関する情報（以下、飛行体位置情報という場合がある）に加えて、位置特定部２５の基準位置情報が含まれていてもよい。
【００２０】
なお、上述した各情報に含まれる情報はとくに限定されないが、各情報には以下の情報が含まれることが望ましい。まず、送信波情報には、送信波ｓを照射した照射角（水平に対する照射角）やその周波数、送信波ｓの強度等が含まれていることが望ましい。また、受信波情報には、受信した反射波ｒの周波数や反射波ｒの強度等が含まれていることが望ましい。さらに、位置特定部２５の基準位置情報には、位置特定部２５が受信するＧＰＳ信号に基づく位置特定部２５の位置情報等に基づく位置特定部２５の位置情報等が含まれていることが望ましい。なお、位置特定部２５の位置情報はＧＰＳ信号によって自動的に決定されてもよいが、位置検出装置２０を設置した際に作業者が入力してもよいし、他の位置情報を取得する機器から位置情報を入力してもよい。
【００２１】
演算部２８は送信部２２に接続されている。送信部２２は、演算部２８から供給される信号を外部に発信する機能を有している。具体的には、演算部２８が作成した再帰反射部材２１の位置に関する位置情報を外部に発信する機能を送信部２２は有している。例えば、光波や電波等の電磁波に位置情報を重畳等させて外部に発信する機能を送信部２２は有している。
【００２２】
そして、位置検出装置２０は、その姿勢を制御する姿勢調整部３０を備えている。この姿勢調整部３０は、受信器２７が受信した反射波ｒに基づいて位置検出装置２０の姿勢を制御するものである。例えば、受信する反射波ｒの強度が最も強くなる方向を受信器２７が向くように、位置検出装置２０の姿勢を制御するものである。
【００２３】
なお、この姿勢調整部３０は、後述する制御部６が記憶している無人航空機１の飛行経路を記憶していてもよい。この場合、演算部２８が算出した位置情報と飛行経路とを比較して、位置検出装置２０の姿勢を制御することができるので、再帰反射部材２１に対する送信波ｓの照射や受信器２７による反射波ｒの受信を精度よく行うことができる。
【００２４】
なお、位置検出装置２０の位置検出器２５は、上述した機能を有するものであればとくに限定されないが、例えば、公知のトータルステーションを採用することができる。とくに自動追尾機能を有するトータルステーションは、位置検出器２５と姿勢調整部３０の両方の機能を有しているので、姿勢調整部３０を別途設ける必要がない点で望ましい。
【００２５】
＜無人航空機１＞
図３に示すように、無人航空機１は、フレームボディ５に固定された揚力源２によって飛行することができるものである。図３では、無人航空機１は回転翼２ａを備えた４つの揚力源２を備えており、この４つの揚力源２によって飛行することができるようになっている。なお、無人航空機１が備える揚力源２の数は、４つに限られず、３つでもよいし、５つ以上でもよい。
【００２６】
無人航空機１のフレームボディ５には、４つの揚力源２の作動を制御する制御部６や、電源ユニット等が設けられている。また、フレームボディ５には、位置検出装置２０の送信部２２が発信する信号、つまり、位置検出装置２０の演算部２８が作成した再帰反射部材２１の位置に関する位置情報を含む信号を受信する機能を有する受信部９が設けられている。この受信部９は、受信した位置情報を含む信号（または信号に重畳等している位置情報のみ）を制御部６に供給する機能を有している。なお、制御部６は、受信部９から供給される信号に基づいて、４つの揚力源２や後述する姿勢制御部８の作動を制御するが、詳細は後述する。
【００２７】
このフレームボディ５の下部には一対の脚部５ｃ，５ｃが設けられている。無人航空機１は、この一対の脚部５ｃ，５ｃによって地面などに載置することができるようになっている。つまり、無人航空機１は、一対の脚部５ｃ，５ｃを地面に設置させた状態で離陸することができ、この一対の脚部５ｃ，５ｃから地面に接触するように着陸することができる。
【００２８】
図３に示すように、フレームボディ５の下部には、姿勢制御部８を介して、位置検出装置２０の再帰反射部材２１が設けられている。姿勢制御部８は、再帰反射部材２１が所定の方向を向くようにその姿勢を制御するものである。この姿勢制御部８には、例えば、三軸ブラシレスジンバルや二軸サーボジンバル等を採用することができる。
【００２９】
また、制御部６は、内蔵する記憶部に記憶されたルートを自動飛行するように４つの揚力源２の作動を制御する機能（自動飛行機能）を有している。具体的には、制御部６には、受信した位置情報に基づいて無人航空機１の現在の位置を把握し、把握した現在の位置に基づいて所定の飛行経路に沿って移動するように４つの揚力源２の作動を制御する。
【００３０】
なお、制御部６は、前述した自動飛行機能に加えて、操作者が操作するコントローラからの信号を受けて４つの揚力源２の作動を制御するマニュアル飛行機能も有していてもよい。
【００３１】
しかも、制御部６は、姿勢制御部８と電気的に接続されており、姿勢制御部８の作動を制御する機能も有している。つまり、制御部６は、姿勢制御部８の駆動部（モータ等）の作動（主軸の回転速度や回転角度等）を制御して、再帰反射部材２１の反射面が向く方向を調整している。具体的には、制御部６は、受信した位置情報に含まれる情報、つまり、飛行体位置情報と位置特定部２５の基準位置情報とに基づいて、再帰反射部材２１の反射面が所定の方向を向くように姿勢制御部８の駆動部の作動を制御する機能を有している。例えば、制御部６は、再帰反射部材２１の反射面が位置検出装置２０の電磁波照射器２６から照射される送信波ｓの進行方向と直交するように、姿勢制御部８は再帰反射部材２１の姿勢を調整している。
【００３２】
本実施形態の無人航空機の制御システム１０では、上記のごとき構造を有しているので、位置検出装置２０の電磁波照射器２６から再帰反射部材２１に送信波ｓを照射でき、その反射波ｒを受信器２７で受信できる状況であれば、無人飛行機１の位置特定できる。すると、ＧＰＳ信号が適切に受信できない場所であっても無人飛行機１の位置検出ミス等を防止することができる。つまり、周囲環境に起因する無人飛行機１の位置検出ミス等を防止することができるので、無人航空機１を安定して飛行させることができる。
【００３３】
なお、無人航空機１の制御部６は、ＧＰＳ信号に基づいて飛行する機能を有していてもよい。つまり、制御部６は、ＧＰＳ信号を受信してＧＰＳ信号に基づいて自己の位置を算出し、算出した自己の位置に基づいて内蔵する記憶部に記憶されたルートを自動飛行するように４つの揚力源２の作動を制御する機能を有していてもよい。この場合、制御部６は、ＧＰＳ信号に基づいて算出された自己の位置（算出位置）のみに基づいて飛行を制御してもよいし、上述した位置検出装置２０から送信される位置情報と算出位置とを比較して飛行を制御してもよい。そして、制御部６は、ＧＰＳ信号が受信できなくなった場合に、位置検出装置２０から送信される位置情報のみで飛行を制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の無人航空機の制御システムは、上空からの撮影や計測等の作業を実施する無人航空機のロストや落下等を防止する器具に適している。
【符号の説明】
【００３５】
１          無人航空機
２          揚力源
２ａ        回転翼
５          フレームボディ
５ｃ        脚部
６          制御部
８          姿勢制御部
９          受信部
２０          位置検出装置
２１          再帰反射部材
２２          送信部
２５          位置特定部２５
２６          電磁波照射器
２７          受信器
２８          演算部
３０          姿勢調整部
ｓ          送信波
ｒ          反射波
【図１】
2019119221.tif 000003
【図２】
2019119221.tif 000004
【図３】
2019119221.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月4日(2019.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（無人航空機の制御システム）
第１発明の無人航空機の制御システムは、無人航空機と、該無人航空機と通信可能であって該無人航空機の位置を検出する位置検出装置と、を備えた無人航空機の制御システムであって、前記位置検出装置が、前記無人航空機の機体に取り付けられる再帰反射部材と、該再帰反射部材に対して電磁波を照射し該再帰反射部材で反射した反射波を受信して該反射波に基づいて前記再帰反射部材の位置を特定する位置特定部と、該位置特定部が特定した前記無人航空機の位置に関する位置情報を前記無人航空機に送信する送信部と、を備えており、前記無人航空機は、前記位置検出装置の送信部から送信される前記位置情報を受信する受信部と、該受信部が受信した位置情報に基づいて飛行を制御する制御部と、前記再帰反射部材が取り付けられ、該再帰反射部材の姿勢を制御するジンバル機構を有する姿勢制御部と、を備えていることを特徴とする。
第２発明の無人航空機の制御システムは、第１発明において、前記位置特定部置は、前記再帰反射部材に対して光波を照射するトータルステーションであることを特徴とする。
第３発明の無人航空機の制御システムは、第１または第２発明において、前記無人航空機が、複数の回転翼を有するマルチロータヘリコプターであることを特徴とする。
【手続補正２】
【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】
無人航空機と、該無人航空機と通信可能であって該無人航空機の位置を検出する位置検出装置と、を備えた無人航空機の制御システムであって、
前記位置検出装置が、
前記無人航空機の機体に取り付けられる再帰反射部材と、
該再帰反射部材に対して電磁波を照射し該再帰反射部材で反射した反射波を受信して該反射波に基づいて前記再帰反射部材の位置を特定する位置特定部と、
該位置特定部が特定した前記無人航空機の位置に関する位置情報を前記無人航空機に送信する送信部と、を備えており、
前記無人航空機は、
前記位置検出装置の送信部から送信される前記位置情報を受信する受信部と、
該受信部が受信した位置情報に基づいて飛行を制御する制御部と、
前記再帰反射部材が取り付けられ、該再帰反射部材の姿勢を制御するジンバル機構を有する姿勢制御部と、を備えている
ことを特徴とする無人航空機の制御システム。
【請求項２】
前記位置特定部は、
前記再帰反射部材に対して光波を照射するトータルステーションである
ことを特徴とする請求項１記載の無人航空機の制御システム。
【請求項３】
前記無人航空機が、
複数の回転翼を有するマルチロータヘリコプターである
ことを特徴とする請求項１または２記載の無人航空機の制御システム。