(57)【要約】【課題】予期せぬオペレータの切り替えが行われた際に、他のオペレータが気付くのに遅れた場合であっても、無人航空機を墜落あるいは障害物に衝突させることなく操縦する。【解決手段】無人航空機操縦システム（１００）は、機体（２）の飛行状態を検出して機体（２）を所定の飛行状態に維持させる自動操縦手段（２１）と、オペレータの操作によって機体（２）に操縦信号を送信する周波数がそれぞれ異なる複数の送信機（１）を有する無線操縦手段と、機体（２）を操縦する操縦信号を送信する送信機（１）が他の送信機（１）に切り替えられた場合に、自動操縦手段（２１）による操縦を選択する制御を行う制御手段（２１）と、を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体の飛行状態を検出して前記機体を所定の飛行状態に維持させる自動操縦手段と、
オペレータの操作によって前記機体に操縦信号を送信する周波数がそれぞれ異なる複数の送信機を有する無線操縦手段と、
前記機体を操縦する操縦信号を送信する送信機が他の送信機に切り替えられた場合に、前記自動操縦手段による操縦を選択する制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする無人航空機操縦システム。
【請求項２】
前記機体を操縦する操縦信号を送信する送信機が他の送信機に切り替えられた場合に、
前記自動操縦手段は、前記機体の高度を維持もしくは上昇させることを特徴とする請求項１に記載の無人航空機操縦システム。
【請求項３】
前記他の送信機から切り替え前の高度制御指令より大きな高度制御指令が入力されることにより、前記自動操縦手段による操縦の選択を解除する解除手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人航空機操縦システム。
【請求項４】
前記機体が垂直離着陸機もしくはヘリコプタであり、該機体を操縦する操縦信号を送信する前記送信機が前記他の送信機に切り替えられた場合に、
前記自動操縦手段は、該機体をホバリング飛行させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人航空機操縦システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定翼航空機、垂直離着陸航空機及びヘリコプタを含む無人航空機操縦システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無人航空機を操縦する際には、電波途絶時等の機体の安全性確保のために、複数のオペレータがそれぞれ送信周波数の異なる遠隔操縦用送信機を所持して無線操縦する方法が公知である。この場合、無人航空機の操縦者の切り替えは、遠隔操縦用送信機に設けられた切り替えスイッチの操作によって行われる。具体的には、２人のオペレータが無人航空機を操縦する場合、各オペレータが携帯している無線機で連絡を取り合い、操縦を承継するオペレータが切り替えスイッチを操作する。切り替えスイッチを操作することにより、機体が受信する操縦信号の周波数も切り替わるので、機体の飛行制御装置は、操縦するオペレータが切り替わったことを認識して、以後、切り替わった周波数による操縦信号に従って機体の飛行制御を行う。
【０００３】
しかし、一方のオペレータが無人航空機を操縦中に、他方のオペレータが誤って切り替えスイッチを押してしまい、しかもそのことをオペレータが気付かない場合には、無人航空機は、いずれのオペレータからも操縦されることがなくなるので、切り替え後の送信機の操縦レバーの位置によっては、思わぬ方向に飛行したり、高度が低下して墜落したりする。
【０００４】
そこで、機体に切り替えスイッチの操作によって発光する光源を設けることにより、予期せぬ切り替えが行われてもオペレータが切り替えを認識できるようにして、墜落を防止することができる操縦方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１０８９８４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような操縦方法は、比較的高い高度で、かつ回りに障害物のない広いエリアを飛行する無人航空機の操縦には適しているが、例えば、農薬を田畑に散布するような低空飛行する無人航空機においては、他のオペレータが気付くのに遅れた場合に、墜落したり、電線等の障害物に衝突したりしてしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、予期せぬオペレータの切り替えが行われた際に、他のオペレータが気付くのに遅れた場合であっても、無人航空機を墜落あるいは障害物に衝突させることなく操縦することができる無人航空機操縦システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、機体の飛行状態を検出して前記機体を所定の飛行状態に維持させる自動操縦手段と、オペレータの操作によって前記機体に操縦信号を送信する周波数がそれぞれ異なる複数の送信機を有する無線操縦手段と、前記機体を操縦する操縦信号を送信する送信機が他の送信機に切り替えられた場合に、前記自動操縦手段による操縦を選択する制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、送信機から機体に操縦信号が送信されないときには、機体は自動操縦手段によって所定の飛行状態が維持されるように操縦され、無線操縦手段の送信機から機体に操縦信号が送信されたときには、機体は受信した操縦信号によって操縦される。そして、無線操縦手段による機体の操縦中に、機体を操縦する送信機が他の送信機に切り替えられた場合、制御手段は自動操縦手段による操縦を選択する制御を行う。これにより、予期せぬ時に機体を操縦する送信機が切り替えられ、かつ、オペレータが切り替えたことに気付かない場合であっても、自動操縦手段が機体を操縦するので、機体を墜落させることなく操縦できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人航空機操縦システムにおいて、前記機体を操縦する操縦信号を送信する送信機が他の送信機に切り替えられた場合に、前記自動操縦手段は、前記機体の高度を維持もしくは上昇させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、機体を操縦する操縦信号を送信する送信機が他の送信機に切り替えられた場合には、自動操縦手段は、機体の高度を維持もしくは上昇させる。これにより、予期せぬ時に機体を操縦する送信機が切り替えられ、オペレータが切り替えたことに気付かない場合であっても、機体は自動的に安全な高度を保つことができる。よって、このような状況に陥ったとしても、機体を墜落させることなく操縦できる。また、機体の高度を上昇させる場合には、この機体の挙動から全てのオペレータが切り替えられたことを認識することができるので、墜落を防止するためのリカバリー操作を行うことができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の無人航空機操縦システムにおいて、前記他の送信機から切り替え前の高度制御指令より大きな高度制御指令が入力されることにより、前記自動操縦手段による操縦の選択を解除する解除手段を備えることを特徴とする。
ここで、高度制御指令とは、例えば、コレクティブピッチが挙げられる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、オペレータによって他の送信機から切り替え前の高度制御指令より大きな高度制御指令が入力されると、解除手段は、自動操縦手段による操縦の選択を解除する。これにより、オペレータが機体を操縦できる状態になってからも簡単な方法で操縦を再開させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無人航空機操縦システムにおいて、前記機体が垂直離着陸機もしくはヘリコプタであり、該機体を操縦する操縦信号を送信する前記送信機が前記他の送信機に切り替えられた場合に、前記自動操縦手段は、該機体をホバリング飛行させることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、垂直離着陸機もしくはヘリコプタを操縦する操縦信号を送信する送信機が他の送信機に切り替えられた場合には、自動操縦手段は、機体の前後左右方向の飛行を中断させ、ホバリング飛行させる。これにより、予期せぬ時に機体を操縦する送信機が切り替えられ、オペレータが切り替えたことに気付かない場合であっても、垂直離着陸機もしくはヘリコプタは自動的にその場にとどまる。よって、このような状況に陥ったとしても、垂直離着陸機もしくはヘリコプタを障害物等に衝突させることなく操縦することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る無人航空機操縦システムの実施の一形態について無人ヘリコプタの場合を詳細に説明する。なお、無人ヘリコプタ操縦システムによって操縦される無人ヘリコプタは、例えば、薬剤散布、種播き、航空写真の撮影等に用いられる。
図１に示すように、無人ヘリコプタ操縦システム１００には、オペレータの操作によって機体２に操縦信号を送信する複数の送信機（無線操縦手段）１が備えられている。複数の送信機１の周波数は全て異なり、それぞれの送信機１から送られてくる信号が判別できるようになっている。
送信機１には、図２に示すように、それぞれ一対の操縦レバー１ａ，１ｂが設けられ、この操縦レバー１ａ，１ｂを両手で操作することにより、機体２が操作されるようになっている。また操縦レバー１ａと操縦レバー１ｂの間に切り替えレバー１ｃが設けられていて、これがある向きに倒されると当該送信機１に操縦権が移ったことを知らせる切り替え信号が機体２に送信される。
【００１７】
機体２には、図１及び図３に示すように、地上からの操縦信号や予め記憶された操縦信号に基づいて機体２のロータ２８等を駆動制御して自律飛行させる飛行制御装置２１、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して機体２の位置、速度等を検出する機体側ＧＰＳ受信機２２、機体２の姿勢角や角速度を検出する慣性センサ２３、機体２の磁方位を検出する磁方位センサ２４、機体２の高度を検出する高度センサ２５、送信機１から送信された操縦信号を受信する操縦信号受信機２６、エンジン２７、ロータ２８等が備えられている。
【００１８】
飛行制御装置２１は、エンジン２７を駆動制御することによりロータ２８を回転させ、上向きの推力を発生させて機体の上昇・降下を実現させる。
飛行制御装置２１には、各種の演算処理等を行うＣＰＵ２１ａ、ＣＰＵ２１ａのワークエリア等として使用されるＲＡＭ２１ｂ、ＣＰＵ２１ａが各部を制御するのに必要なシステムプログラム等が記憶されたＲＯＭ２１ｃ等が設けられている。
ＣＰＵ２１ａは、ＲＯＭ２１ｃ内に格納されたプログラムを読み出してＲＡＭ２１ｂ内に展開し、当該プログラムに基づいて各部への指示やデータの送受信の制御を行う。
【００１９】
具体的に、ＣＰＵ２１ａは、機体２の飛行状態を検出して機体２を所定の飛行状態に維持させる自動操縦手段として機能する。自動操縦手段として、例えば、ＣＰＵ２１ａは、機体２を操縦する操縦信号を送信する送信機１が他の送信機１に切り替えられた場合に、高度を維持もしくは上昇させたり、あるいは高度を維持したままもしくは上昇して機体２をホバリング飛行させる。
また、ＣＰＵ２１ａは、機体２を操縦する操縦信号を送信する送信機１が他の送信機１に切り替えられた場合に、自動操縦手段による操縦を選択する制御を行う制御手段として機能する。
また、ＣＰＵ２１ａは、送信機１から切り替え前のコレクティブピッチ（高度制御指令）より大きなコレクティブピッチが入力されることにより、自動操縦手段による操縦の選択を解除する解除手段として機能する。
【００２０】
ＲＯＭ２１ｃには、ＣＰＵ２１ａが各種機能を実行するためのプログラムが格納されている。
具体的に、ＲＯＭ２１ｃは、機体２の飛行状態を検出して機体２を所定の飛行状態に維持させる機能を実現させる自動操縦プログラム２１ｐを有する。より詳細には、自動操縦プログラム２１ｐは、機体２を操縦する操縦信号を送信する送信機１が他の送信機１に切り替えられた場合に、高度を維持もしくは上昇させたり、高度を維持したままホバリング飛行したり、あるいは高度を上昇させてホバリング飛行する機能を実現させる。
また、ＲＯＭ２１ｃは、機体２を操縦する操縦信号を送信する送信機１が他の送信機１に切り替えられた場合に、自動操縦プログラム２１ｐによる操縦を選択する制御を行う機能を実現させる制御プログラム２１ｑを有する。
更に、ＲＯＭ２１ｃは、送信機１から切り替え前のコレクティブピッチより大きなコレクティブピッチが入力されることにより、自動操縦プログラム２１ｐによる操縦の選択を解除する機能を実現させる解除プログラム２１ｒを有する。
【００２１】
また、飛行制御装置２１には、図１に示すように、機体側ＧＰＳ受信機２２、慣性センサ２３、磁方位センサ２４及び操縦信号受信機２６が接続されている。飛行制御装置２１は、これら機体側ＧＰＳ受信機２２や慣性センサ２３や磁方位センサ２４や高度センサ２５によって検出された各種データに基づいて、ロータ２８のコレクティブピッチ舵角やサイクリックピッチ舵角を制御して、所定の飛行制御を実現させる。
なお、機体側ＧＰＳ受信機２２は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して位置情報を算出する。操縦信号受信機２６は、送信機１からの操縦信号を受信する。
【００２２】
また、送信機１から送信された所定の制御指令を、操縦信号受信機２６を介して飛行制御装置２１に伝送し、その操縦信号に基づいて飛行制御装置２１が所定の飛行制御を実現させることにより、機体２の遠隔操縦が可能となる。
【００２３】
次に、無人ヘリコプタ２の操縦方法について説明する。
図４に示すように、一方のオペレータによって機体２が操縦されているとき、機体２の飛行制御装置２１は、現在どの送信機１が機体２の操縦を行っているかを常時モニタリングして判断する。ここで、各送信機１は、発信する操縦信号の周波数が異なるように設定されており、飛行制御装置２１は、最も近い時に切り替え信号を受信した周波数の操縦信号を選択する。
他の送信機１への切り替えが行われ、その切り替え信号が機体２に送信されると、飛行制御装置２１のＣＰＵ２１ａは、今後は他の送信機１により操縦が行われることを認識するとともに制御プログラム２１ｑを実行することにより、機体２を自動操縦プログラム２１ｐによって操縦することを選択する。
次いで、ＣＰＵ２１ａが自動操縦プログラム２１ｐを実行することにより、前進飛行に必要な推力を発生させず、機体２の地上からの高度を維持もしくは上昇させる操縦制御、あるいはその後機体２をホバリング飛行させてその状態を維持する操縦制御を行う。
【００２４】
この間、地上の送信機１から送信されるコレクティブピッチ等の操縦信号は無視され、機体２のアクチュエータには、自動操縦プログラム２１ｐによって求められた操縦信号が出力される。
自動操縦プログラム２１ｐによる機体２の操縦を終了させて、他のオペレータが送信機１によって機体２を操縦したい場合には、他のオペレータが送信機１から切り替え前のコレクティブピッチより大きなコレクティブピッチを入力する。すると、飛行制御装置２１のＣＰＵ２１ａは、解除プログラム２１ｒを実行することにより、自動操縦プログラム２１ｐによる機体２の操縦を解除させる。これによって、他のオペレータは、機体２を送信機１によって操縦できるようになる。なお、解除後一定の時間を経過しないと操縦できないようにされていて、解除指令によりコレクティブピッチが変更されないようになされている。
【００２５】
本実施の形態における無人ヘリコプタ操縦システム１００によれば、送信機１から機体２に操縦信号が送信されないときには、ＣＰＵ２１ａが自動操縦プログラム２１ｐを実行することにより、機体２は所定の飛行状態が維持されるように操縦され、送信機１から機体２に操縦信号が送信されたときには、機体２は受信した操縦信号によって操縦される。
【００２６】
そして、送信機１による機体２の操縦中に、機体２を操縦する送信機１が他の送信機１に切り替えられた場合、ＣＰＵ２１ａが制御プログラム２１ｑを実行することにより、ＣＰＵ２１ａが自動操縦プログラム２１ｐによる操縦を選択する制御を行う。この場合の機体２への操縦信号は、機体２の高度を維持もしくは所定高度まで上昇させるもの、あるいは高度を維持したままもしくは前記所定高度でホバリング飛行させるものであるため、予期せぬ時に機体２を操縦する送信機１が切り替えられ、オペレータが切り替えたことに気付かない場合であっても、機体２は自動的に高度を維持もしくは上昇したり、ホバリング飛行する。
【００２７】
よって、このような状況に陥ったとしても、機体２は墜落することがなくなり、機体２を墜落させることなく操縦できる。また、機体２の高度を上昇させる場合には、その機体の挙動から全てのオペレータが切り替えられたことを認識することができるので、墜落を防止するためのリカバリー操作を行うことができる。
【００２８】
また、オペレータによって送信機１から切り替え前のコレクティブピッチより大きなコレクティブピッチが入力されると、ＣＰＵ２１ａが解除プログラム２１ｒを実行することにより、自動操縦プログラム２１ｐによる操縦の選択を解除する。これにより、オペレータが機体２を操縦できる状態になってからも簡単な方法で機体２の操縦を再開させることができる。
【００２９】
以上、実施の形態をヘリコプタにより説明したが、固定翼機の場合にはホバリング飛行の能力なく、またコレクティブピッチ制御は行われないが、自動操縦の解除は、例えば、切り替え前より大きいエレベータ舵角が指示されたときに行なうことにすればよい。また、回転翼を持たない垂直離着陸機についても、例えば、切り替え前より大きいエレベータ舵角が指示されたときに自動操縦による飛行を解除することにすればよい。なお、解除指令に高度制御指令を使用するのは、操作を間違えた場合において、その他の操作をすることよりも安全であるためであり、安全であるならば、その他の制御指令を使用できることはいうまでもない。
【００３０】
また、機体に警告灯を設け、送信機が切り替わる際に警告灯を一定時間点灯又は点滅させるように構成することで、オペレータへの注意喚起効果を高めることができる。また、機体にスピーカ等の音声発生源を設け、送信機が切り替わる際に音声発生源からアラームやメッセージを発声させるようにしてもよい。その他、発明の要旨を変更しない範囲において適宜置換、変更が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、無線操縦手段による機体の操縦中に、機体を操縦する送信機が他の送信機に切り替えられた場合、制御手段は自動操縦手段による操縦を選択する制御を行う。これにより、予期せぬ時に機体を操縦する送信機が切り替えられ、かつ、オペレータが切り替えたことに気付かない場合であっても、自動操縦手段が機体を操縦するので、機体を墜落させることなく操縦できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における無人ヘリコプタ操縦システムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における送信機の概略を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における無人ヘリコプタの概略を示すために一部を透視した側面図である。
【図４】本発明の実施の形態における無人ヘリコプタの操縦時の状況を示す説明図である。
【符号の説明】
１        送信機（無線操縦手段）
２        機体
２１      飛行制御装置
２１ａ    ＣＰＵ（自動操縦手段、制御手段、解除手段）
２１ｂ    ＲＡＭ（自動操縦手段、制御手段、解除手段）
２１ｃ    ＲＯＭ（自動操縦手段、制御手段、解除手段）
１００    無人ヘリコプタ操縦システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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