(57)【要約】【課題】簡単な手段により無人飛行体を陸上無人機上に降着、収容することができ、かつ無人飛行体の稼働時間を大幅に増大することができる無人機システムを提供する。【解決手段】陸上無人機１は、給電ケーブル１３が接続されているバッテリ８を備える。無人飛行体２０は、給電ケーブル１３を介してバッテリ８と接続され、給電ケーブル１３を介してバッテリ８からの電力供給を受ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電ケーブルが接続されているバッテリを備える地上無人機と、
前記給電ケーブルを介して前記バッテリと接続され、前記給電ケーブルを介して前記バッテリからの電力供給を受ける無人飛行体とを有する無人機システム。
【請求項２】
前記無人飛行体は、
前記給電ケーブルが接続された状態のままで飛行する請求項１に記載の無人機システム。
【請求項３】
前記地上無人機は、更に、
前記無人飛行体が浮上する際に、前記給電ケーブルを送り出す巻回装置を備える請求項１に記載の無人機システム。
【請求項４】
前記巻回装置は、
前記給電ケーブルの送り出しを制限して、前記無人飛行体の浮上高さを制御する請求項３に記載の無人機システム。
【請求項５】
前記地上無人機は、更に、
前記無人飛行体を積載するための積載台を備え、
前記巻回装置は、
前記給電ケーブルを巻き取って、空中の前記無人飛行体を前記積載台に引き降ろす請求項３に記載の無人機システム。
【請求項６】
前記巻回装置は、
前記無人飛行体が前記積載台に積載される際に前記給電ケーブルの巻き取り量を調整して前記給電ケーブルに張力を発生させるとともに、前記無人飛行体が前記積載台に積載されている間は、前記給電ケーブルに張力が発生している状態を維持する請求項５に記載の無人機システム。
【請求項７】
前記地上無人機は、
前記地上無人機を制御するコントローラと通信を行うとともに、前記無人飛行体と通信を行い、
前記無人飛行体は、
前記地上無人機と通信を行う請求項１に記載の無人機システム。
【請求項８】
前記地上無人機及び前記無人飛行体は、それぞれ
前記地上無人機及び前記無人飛行体を制御するコントローラと通信を行う請求項１に記載の無人機システム。
【請求項９】
バッテリを備え、前記バッテリが給電ケーブルを介して無人飛行体と接続している地上無人機。
【請求項１０】
地上無人機が備えるバッテリと給電ケーブルを介して接続され、前記給電ケーブルを介して前記バッテリからの電力供給を受ける無人飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オペレータによる遠隔制御、または自律制御により動作する無人機システムに関し、より詳細には、地上を移動する地上無人機及び空中を飛行する無人飛行体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地上無人機にカメラ等の映像取得手段や各種センサ類を搭載し、遠方の映像や情報を入手するシステムが実用に供され、例えば災害現場など人が近づき難い環境での状況把握や情報収集に活用されている。
地上無人機には陸上を走行する陸上無人機と、海洋、河川等の水上を航行する水上無人機とがあるが、以下では、地上無人機の例として陸上無人機を説明する。
【０００３】
かかる陸上無人機は、陸上を走行して移動する構成のため取扱いが容易であり、また電磁モータにより走行するものにおいては大容量バッテリ搭載による長時間稼働が可能であるなど、多くの利点を有する。
一方で、陸上無人機は、高い位置へのアクセスが困難であるという欠点を有する。
これに対し、無人飛行体にカメラ等の映像取得手段や各種センサ類を搭載し、遠方の情報を入手するシステムも実用化され、高所を含む場所の状況把握、情報収集に活用され始めている。
特に電磁モータによりロータを回転駆動して飛行するものは、取扱いの容易さから手軽に利用されている。
かかる無人飛行体は、高所へのアクセスが容易な反面、搭載可能なペイロードの制約から、飛行に要する電力を供給するバッテリの搭載重量に限りがあるため、飛行時間を要する遠方へのアクセスが困難であった。
このため、これらを解決する構成として、陸上無人機と無人飛行体とを連携した構成が提案されている。
例えば特許文献１には、陸上無人機に無人飛行体を搭載し、該陸上無人機により走行移動し、その後無人飛行体を陸上無人機から離間・浮上させて、高所アクセスを行う構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５１８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された従来の陸上無人機及び無人飛行体では、無人飛行体にマーカを付加し、このマーカまたは無人飛行体自体を、陸上無人機に搭載した撮像手段により撮像して無人飛行体の位置を算出し、これを基に無人飛行体を制御して陸上無人機への降着、収容を行う構成が示されている。
この構成によれば、従来ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）などの衛星測位システムによって行っていた無人飛行体の自己位置同定が不要となり、建屋内、トンネル内などの閉鎖空間であっても無人飛行体の陸上無人機への降着、収容が可能となる。
しかし、陸上無人機上の狭い収容部に無人飛行体を降着、収容するためには、無人飛行体の高精度な位置検出・制御が必要なため、制御の簡素化が困難でありコスト高となる課題があった。
【０００６】
また、無人飛行体の飛行に要する電力を供給するバッテリは無人飛行体自体に搭載しているので、無人飛行体の飛行時間は搭載可能なバッテリの電源容量に依存し、稼働時間の延長は困難であるという課題があった。
【０００７】
この発明は、従来の無人機システムにおける前述の課題を解決することを主な目的としており、地上無人機と無人飛行体の連携運用にあたり、簡単な手段により無人飛行体を陸上無人機上に降着、収容することができ、かつ無人飛行体の稼働時間を大幅に増大することができる無人機システムを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る無人機システムは、
給電ケーブルが接続されているバッテリを備える地上無人機と、
前記給電ケーブルを介して前記バッテリと接続され、前記給電ケーブルを介して前記バッテリからの電力供給を受ける無人飛行体とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、無人飛行体に電力を供給するバッテリは地上無人機に搭載し、給電ケーブルを介して無人飛行体に電力供給を行うので、バッテリの大容量化が容易となり、無人飛行体の稼働時間の増大が可能となる。
【００１０】
また、浮上した無人飛行体を地上無人機に降着、収容する場合には、給電ケーブルを巻き取ることで無人飛行体を引き降ろして降着させることができる。
このため、無人飛行体の自己位置同定や位置制御を行うことなく、確実、容易に無人飛行体を地上無人機に収容でき、低コストなシステムを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る無人機システムの構成例を示す要部側面図。
【図２】実施の形態１に係る無人機システムの構成例を示す要部正面図。
【図３】実施の形態１に係る無人機システムの構成例を示す要部平面図。
【図４】実施の形態１に係る陸上無人機の構成例を示す要部平面図。
【図５】実施の形態１に係る無人機システムとコントローラとオペレータとの関係を示すブロック図。
【図６】実施の形態１に係る無人飛行体の飛行動作を示す要部側面図。
【図７】実施の形態１に係る無人飛行体が陸上無人機のデッキ上に降着、収容する動作を示す要部側面図。
【図８】実施の形態１に係る無人飛行体が陸上無人機の略真上付近に浮上している状態を示すモデル図。
【図９】実施の形態１に係る無人飛行体が陸上無人機の斜め上空に浮上している状態を示すモデル図。
【図１０】実施の形態１に係る無人飛行体が陸上無人機の斜め上空で浮上している状態で、無人飛行体を給電ケーブルにより引き降ろす動作を示すモデル図。
【図１１】実施の形態２に係る無人機システムとコントローラとオペレータとの関係を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
以下、実施の形態１による無人機システムの構成について説明する。
図１は、実施の形態１による無人機システムの要部側面図である。
図２は、図１に示す無人機システムの要部正面図である。
図３は、図１に示す無人機システムの要部平面図である。
図４は、実施の形態１による陸上無人機の要部平面図である。
図５は、実施の形態１による無人機システムとコントローラとオペレータとの関係を示すブロック図である。
【００１３】
図において、陸上無人機１は、地上無人機の例であり、陸上を走行する。
陸上無人機１には、図示しない駆動源により駆動される車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが回動自在に配置されている。
陸上無人機１は、撮像手段３を備える。
撮像手段３は、カメラ４、照明手段５を具備し、図示しない機構により任意方向の撮像が可能な構成としている。
デッキ６は、後述する無人飛行体２０を積載するための積載台である。
デッキ６は、陸上無人機１の上面に、支柱７により配設され、無人飛行体２０を載置可能としている。
バッテリ８は、陸上無人機１の内部に搭載され、陸上無人機１ならびに無人飛行体２０に電力を供給する。
【００１４】
無人飛行体２０は、空中を飛行する。
無人飛行体２０は、フレーム２１の４隅に、電磁モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにより駆動されるロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが配設されてなる。
制御回路部２４は、フレーム２１の略中央部付近に配設される。
パンチルトカメラ２５は、フレーム２１の略中央部付近下部に配設されており、任意方向の撮像を可能としている。
制御回路部２４は、電磁モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの回転数を制御して無人飛行体２０の姿勢や位置、高度等を制御するとともに、パンチルトカメラ２５を制御し、任意方向の映像を撮像する。
脚部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、フレーム２１の４隅付近に配設される。
【００１５】
ケーブルドラム１０は、陸上無人機１に配設されたフレーム１１により回動可能に支持される。
モータ１２は、ケーブルドラム１０の支軸１０ｂに接続され、ケーブルドラム１０を回転駆動する。
ケーブルドラム１０とモータ１２が、巻回装置に相当する。
【００１６】
給電ケーブル１３は、ケーブルドラム１０に巻回され、その一旦は図示しないスリップリング等を介してバッテリ８に接続する。
また、給電ケーブル１３は、デッキ６の略中央に設けられたブシュ６ｂをとおり、無人飛行体２０に接続し、バッテリ８の電力を無人飛行体２０の電磁モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、制御回路部２４、パンチルトカメラ２５などに供給する。
なお、給電ケーブル１３は、無人飛行体２０近傍で補助ケーブル１３ｂと分岐し、給電ケーブル１３及び補助ケーブル１３ｂはフレーム２１下面に配設されたブラケット１４ａ、１４ｂに保持される。
なお、給電ケーブル１３から補助ケーブル１３ｂが分岐する分岐点１３ｃからブラケット１４ａに至る給電ケーブル１３と、該分岐点１３ｃからブラケット１４ｂに至る補助ケーブル１３ｂは、略同等の長さとすることが望ましい。
【００１７】
コントローラ３０は、オペレータ４０による操作入力を受け、陸上無人機１及び無人飛行体２０を遠隔操作する。
コントローラ３０と陸上無人機１とは無線あるいは有線により接続される。
コントローラ３０は、オペレータ４０により入力された陸上無人機１及び／又は無人飛行体２０の動作制御指令を陸上無人機１に送信する。
陸上無人機１と無人飛行体２０とは無線あるいは有線により接続され、陸上無人機１は、コントローラ３０から受信した無人飛行体２０の動作制御指令を無人飛行体２０に送信する。
【００１８】
また、無人飛行体２０に搭載したパンチルトカメラ２５により撮像した映像や、無人飛行体２０に搭載した図示しないセンサ類から得たデータを、陸上無人機１がコントローラ３０に送信する。
コントローラ３０は、陸上無人機１及び／又は無人飛行体２０に搭載したカメラ４、パンチルトカメラ２５により撮像した映像や、陸上無人機１及び／又は無人飛行体２０に搭載した図示しないセンサ類から得たデータを陸上無人機１から受信し、遠隔操作を行うオペレータ４０に提示する。
【００１９】
なお、陸上無人機１と無人飛行体２０との接続を有線で行う場合には、給電ケーブル１３と組み合わせた複合ケーブルとすることが望ましい。
【００２０】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
次に、以上のように構成された実施の形態１による無人機システムの動作について、図１乃至図７により説明する。
図６は、実施の形態１による無人機システムの無人飛行体の飛行動作を示す要部側面図、図７は、実施の形態１による無人機システムの無人飛行体の、陸上無人機のデッキ上に降着、収容する動作を示す要部側面図である。
【００２１】
最初に、無人機システムにより離れた場所の情報を入手する際の、陸上無人機１及び無人飛行体２０の水平方向への移送動作について説明する。
この場合には、無人飛行体２０は、陸上無人機１の上面に配設されたデッキ６上に載置される。
このとき、給電ケーブル１３を巻回したケーブルドラム１０をモータ１２によりケーブル巻回方向となる図示矢印Ａ方向に回動して給電ケーブル１３を図示矢印Ｂ方向に巻取り、給電ケーブル１３に張力を付与した状態とすることにより、デッキ６からの無人飛行体２０の落下を防止する。
無人機システムを遠隔操作するオペレータ４０により、陸上無人機１の走行指示がコントローラ３０に入力されると、陸上無人機１はコントローラ３０から送信される制御指令により制御され、図示しない駆動源により駆動される車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを回動して走行動作を行う。
このとき、陸上無人機１に搭載した撮像手段３のカメラ４により走行方向の映像を撮像し、撮影した画像データをコントローラ３０に送信して表示するので、オペレータ４０はコントローラ３０に表示される映像を見ながら遠隔操作を行うことができる。
同様に、陸上無人機１に搭載した図示しないセンサ類から得たデータもコントローラ３０に送信されるので、オペレータ４０はそれらのデータを基に陸上無人機１の遠隔操作を行うことができ、確実な操作を行うことが可能となる。
【００２２】
次に、高さ方向へのアクセス動作について説明する。
上述の操作により、無人飛行体２０を搭載した陸上無人機１を目的地近傍まで移送した後に、無人飛行体２０を陸上無人機１から離間、浮上させて飛行動作に移行し、高所へのアクセスを行う。
最初に、陸上無人機１の走行による無人飛行体２０のデッキ６からの落下防止を目的として給電ケーブル１３に付与していた張力を解除するために、モータ１２によるケーブルドラム１０の図示矢印Ａ方向への回動制御を終了する。
これにより、ケーブルドラム１０は、給電ケーブル１３の引き出し動作に応じて自由に回動可能となり、給電ケーブル１３の自由な引き出しが可能となる。
次に、オペレータ４０により、無人飛行体２０の飛行指示がコントローラ３０に入力されると、無人飛行体２０の制御回路部２４はコントローラ３０から陸上無人機１を介して送信される制御指令を受け、電磁モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを駆動し、それぞれに取付けられたロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを回転させる。
この際、それぞれ対角となる電磁モータ２２ａと２２ｄを図示矢印Ｃ方向、電磁モータ２２ｂと２２ｃを反対の図示矢印Ｄ方向に回転することにより、それぞれのロータ回転駆動によるトルク反力を互いに解消し、無人飛行体２０を安定して浮上、飛行させることが可能となる。
【００２３】
ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの回転により無人飛行体２０には図示矢印Ｅ方向への浮力が発生し、無人飛行体２０の質量を超える浮力が生じた場合に、無人飛行体２０のフレーム２１に配設された脚部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは陸上無人機１のデッキ６から離間し、図示矢印Ｅ方向に浮上する。
無人飛行体２０の飛行動作時には、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを駆動する電磁モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの回転数を適宜制御することにより、上昇／下降速度、飛行方向、旋回量、などがコントロールされる。
また、このとき無人飛行体２０に搭載したパンチルトカメラ２５により飛行方向または周囲の映像を撮像し、撮影した画像データを陸上無人機１を介してコントローラ３０に送信して表示するので、オペレータ４０はコントローラ３０に表示される映像を見ながら遠隔操作を行うことができる。
更に、陸上無人機１に搭載した撮像手段３のカメラ４により無人飛行体２０の映像を撮像し、撮影した画像データをコントローラ３０に送信して表示した場合には、オペレータ４０はさらに容易な遠隔操作を行うことが可能となる。
同様に、無人飛行体２０に搭載した図示しないセンサ類から得たデータも陸上無人機１を介してコントローラ３０に送信されるので、オペレータ４０はそれらのデータを基に無人飛行体２０の遠隔操作を行うことができ、確実な操作を行うことが可能となる。
【００２４】
上述した動作により、陸上無人機１と無人飛行体２０から構成される無人機システムは、離れた場所の高さ方向を含む位置の情報収集が可能となる。
即ち、ＧＰＳ等の衛星測位システムが適用できない建屋内やトンネル内などの閉鎖空間であっても、陸上無人機１の遠隔操作による遠方への移送ができ、さらに目的地付近での高さ方向へのアクセスは、陸上無人機１に搭載した無人飛行体２０により行うことができる。
映像やデータ等の情報の入手は、陸上無人機１に搭載した撮像手段３のカメラ４と照明手段５、及び／又は無人飛行体２０に搭載したパンチルトカメラ２５や、陸上無人機１及び／又は無人飛行体２０に搭載した図示しないセンサ類などにより行い、オペレータ４０が操作するコントローラ３０に送信することが可能である。
【００２５】
なお、上述の動作の説明においては、無人飛行体２０の浮上、飛行時に、最初にモータ１２によるケーブルドラム１０の図示矢印Ａ方向への回動制御を解除して給電ケーブル１３の繰出しを自由にしたのち、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの回転により浮力を発生させて無人飛行体２０を浮上、飛行させる例を示した。
これに代えて、モータ１２によるケーブルドラム１０の図示矢印Ａ方向への回動制御を継続して給電ケーブル１３の繰出しを制限したまま、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの回転により浮力を発生させ、無人飛行体２０の浮上高さを給電ケーブル１３の繰出し量により制御することも可能である。
この場合には、給電ケーブル１３の繰出し量を計測し、例えば閉鎖空間の天井高さ以下に繰出し量を制限することにより、無人飛行体２０の天井への衝突を容易に防止することが可能となり、無人飛行体２０の制御が一層容易となる。
【００２６】
次に、飛行中の無人飛行体２０を陸上無人機１のデッキに降着、収容する方法について説明する。
無人飛行体２０の飛行動作中は、無人飛行体２０にはロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの回転による図示矢印Ｅ方向への浮力が発生している。
無人飛行体２０の質量を超える浮力を発生させた状態で、モータ１２によりケーブルドラム１０を図示矢印Ａ方向に回動し、給電ケーブル１３を図示矢印Ｂ方向に巻取り、無人飛行体２０を図示矢印Ｂ方向に引き降ろす。
ケーブルドラム１０に巻取られる給電ケーブル１３は、陸上無人機１に配設されたデッキ６の略中央部に設けたブシュ６ｂをとおり、無人飛行体２０に接続しているので、該引き降ろし動作により、無人飛行体２０は特別な制御を行うことなく陸上無人機１方向に引き降ろされる。
無人飛行体２０の脚部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄがデッキ６に降着したのち、電磁モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの回転駆動を終了し、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを停止し、収容動作が完了する。
この後、引き続き、給電ケーブル１３を巻回したケーブルドラム１０をモータ１２により図示矢印Ａ方向に回動制御して給電ケーブル１３を図示矢印Ｂ方向に巻取り、給電ケーブル１３に張力を付与した状態とすることにより、デッキ６からの無人飛行体２０の落下を防止できる。
【００２７】
無人飛行体２０の陸上無人機１のデッキ６上への収容の後、オペレータ４０により、陸上無人機１の走行指示がコントローラ３０に入力されると、陸上無人機１はコントローラ３０から送信される制御指令により制御され、図示しない駆動源により駆動される車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを回動して走行動作を行い、遠隔地からの回収動作を行う。
このとき、オペレータ４０は、コントローラ３０に表示される、陸上無人機１に搭載した撮像手段３から送られてくる映像を見ながら操作を行うことにより、容易に操作が可能になる。
【００２８】
次に、無人飛行体２０が飛行している状態の、陸上無人機１に対する無人飛行体２０の位置と、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄによる無人飛行体２０に生じる浮力との関係について、図８乃至図１０により説明する。
図８は、無人飛行体２０が陸上無人機１の略真上付近に浮上している状態を示すモデル図、図９は、無人飛行体２０が陸上無人機１の斜め上空に浮上している状態を示すモデル図、図１０は、無人飛行体２０が陸上無人機１の斜め上空で浮上している状態で、無人飛行体２０を給電ケーブル１３により引き降ろす動作を示すモデル図である。
【００２９】
図８に示す如く、無人飛行体２０が陸上無人機１のほぼ真上に位置し、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの回転に偏りがなく、ほぼ真上方向となる図示矢印Ｅ方向に浮力を発生し、この浮力を無人飛行体２０の質量Ｗ以上とすることにより浮上、飛行している状態で、給電ケーブル１３を巻取り、張力が発生した状態で給電ケーブル１３の巻取りを停止した場合には、無人飛行体２０は特別な制御を行うことなく特定の位置でホバリングする。
この状態でさらに給電ケーブル１３を図示矢印Ｂ方向に巻取ると、無人飛行体２０は支障なく陸上無人機１のデッキ６に降着し、収容できる。
【００３０】
次に、図９に示す如く、無人飛行体２０が陸上無人機１の斜め上空に位置し、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの回転に偏りがなく、ほぼ真上方向となる図示矢印Ｅ方向に浮力を発生し、この浮力を無人飛行体２０の質量Ｗ以上とすることにより浮上、飛行している状態で、給電ケーブル１３を巻取り、張力が発生した状態で給電ケーブル１３の巻取りを停止した場合には、無人飛行体２０は略真上方向となる図示矢印Ｅ方向に浮上しようとする。
しかし、給電ケーブル１３の繰出しが制限されているので、無人飛行体２０は徐々に陸上無人機１の真上方向に移動し、給電ケーブル１３とブラケット１４ａとの結合点Ｐ１が図示Ｐ２位置まで移動する。
この場合は、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを駆動する電磁モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを特別に制御することなく、給電ケーブル１３の巻取り制御のみで無人飛行体２０を支障なく陸上無人機１のデッキ６に降着し、収容することが可能である。
【００３１】
さらに、図１０に示す如く、無人飛行体２０が陸上無人機１の斜め上空に位置し、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄの回転に偏りがなく、ほぼ真上方向となる図示矢印Ｅ方向に浮力を発生し、この浮力を無人飛行体２０の質量Ｗ以上とすることにより浮上、飛行している状態で、給電ケーブル１３の連続的な巻取り動作を行った場合には、無人飛行体２０は図示矢印Ｆ方向に引き降ろされる。
この結果、無人飛行体２０は鉛直方向に対し角度θの傾きを生じ、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄにより生じる力は図示矢印Ｅ’方向に変移する。
このとき、無人飛行体２０の浮上に係る鉛直方向への分力Ｅｙは、
Ｅ’ｃｏｓθ
となり、傾き角度θに比して減少する。
従ってこの場合には、鉛直方向への分力Ｅｙが無人飛行体２０の質量Ｗを上回るように、ロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄによる発生する力Ｅ’を制御する必要がある。
【００３２】
上述のとおり、実施の形態１による無人機システムは、ＧＰＳ等の衛星測位システムが適用できない建屋内やトンネル内などの閉鎖空間であっても、陸上無人機１の遠隔操作による遠方への移送ができ、目的地付近での高さ方向へのアクセスは、陸上無人機１に搭載した無人飛行体２０により行うことができるので、離れた場所の高さ方向を含む位置の情報収集が容易に可能となる。
また、無人飛行体２０への給電は、陸上無人機１に搭載したバッテリ８から、給電ケーブル１３を介して行うので、無人飛行体２０にバッテリを搭載する必要がなくなり、ペイロードの増大が可能となる。
即ち、無人飛行体２０に搭載可能な各種センサやカメラ等の選択の自由度が高まる利点が生まれる。
さらに、陸上無人機１は通常、無人飛行体２０に比してペイロードが大きいので、陸上無人機１に搭載するバッテリ８は大型化することが可能となる。
このため、従来技術に見られる無人飛行体にバッテリを搭載する構成に比較し、陸上無人機１に搭載したバッテリ８から無人飛行体２０に給電する本構成では、無人飛行体２０の稼働時間の拡大が可能となる。
【００３３】
また、実施の形態１による無人機システムは、浮上、飛行した無人飛行体２０を陸上無人機１のデッキ６に降着、収容する場合、無人飛行体２０のロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄによる浮力を発生させた状態で、給電ケーブル１３を巻取り制御してデッキ６上に降着するので、無人飛行体２０の自己位置同定や位置制御を行うことなく、確実、容易に陸上無人機１の狭小なデッキ６に収容でき、低コストなシステムを実現することが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施の形態１に示した無人機システムの陸上無人機１は、回動駆動される車輪により走行するものを示したが、例えばクローラ等の別の走行手段であってもよく、走行手段を限定するものではない。
【００３５】
また、上記実施の形態１に示した無人機システムの無人飛行体２０は、複数のロータを有するマルチロータヘリコプターであるものを示したが、例えば同軸の回転軸上に、それぞれ逆方向に駆動される反転ロータを有する飛行体等であってもよく、浮上飛行手段を限定するものではない。
【００３６】
また、上記実施の形態１に示した無人機システムの無人飛行体２０は、フレーム２１の略中央部付近下部にパンチルトカメラ２５を配設したものを示したが、これに限るものではなく、例えばフレーム２１の上面に配設した場合には、閉塞空間内の天井等上方の映像が取得しやすくなる。
なお、この場合には、無人飛行体の重心がロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄより下方となるように考慮して、飛行の安定性を確保することが望ましい。
【００３７】
また、上記実施の形態１に示した無人機システムでは、陸上無人機１と無人飛行体２０に給電するためのバッテリ８を同一として陸上無人機１に搭載したものを示したが、陸上無人機１に給電するバッテリと、無人飛行体２０に給電するバッテリを別箇として、それぞれ陸上無人機に搭載する構成にしてもよく、同様の効果を奏するとともに、それぞれの負荷特性に応じた最適なバッテリの選択、搭載が可能となる。
【００３８】
また、上記実施の形態１に示した無人機システムの陸上無人機１及び／又は無人飛行体２０は、オペレータ４０の遠隔操作により動作するものを示したが、陸上無人機１及び／又は無人飛行体２０が自律的に動作する方式であってよく、同様の効果を奏する。
この場合には、オペレータが操作するコントローラ３０は、陸上無人機１及び／又は無人飛行体２０が取得した映像をはじめとする各種データの表示、保存に使用されるが、機能を限定するものではない。
【００３９】
また、上記実施の形態１では、地上無人機の例として陸上無人機を説明したが、陸上無人機に代えて、海洋、河川等の水上を航行する水上無人機に無人飛行体を載置してもよい。
この場合においても、水上無人機のバッテリと無人飛行体とを給電ケーブルで接続する。
また、無人飛行体の離間・浮上及び無人飛行体の降着・収容の際の水上無人機の動作は、上述した陸上無人機の動作と同じである。
【００４０】
以上、本実施の形態では、給電ケーブルが接続されているバッテリを備える地上無人機と、給電ケーブルを介してバッテリと接続され、給電ケーブルを介してバッテリからの電力供給を受ける無人飛行体とを有する無人機システムを説明した。
【００４１】
また、無人飛行体は、給電ケーブルが接続された状態のままで飛行することを説明した。
【００４２】
また、地上無人機は、更に、無人飛行体が浮上する際に、給電ケーブルを送り出す巻回装置を備えることを説明した。
【００４３】
また、巻回装置は、給電ケーブルの送り出しを制限して、無人飛行体の浮上高さを制御することを説明した。
【００４４】
また、地上無人機は、更に、無人飛行体を積載するための積載台を備え、巻回装置は、給電ケーブルを巻き取って、空中の無人飛行体を積載台に引き降ろすことを説明した。
【００４５】
また、巻回装置は、無人飛行体が積載台に積載される際に給電ケーブルの巻き取り量を調整して給電ケーブルに張力を発生させるとともに、無人飛行体が積載台に積載されている間は、給電ケーブルに張力が発生している状態を維持することを説明した。
【００４６】
また、地上無人機は、地上無人機を制御するコントローラと通信を行うとともに、無人飛行体と通信を行い、無人飛行体は、地上無人機と通信を行うことを説明した。
【００４７】
実施の形態２．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
次に、実施の形態２による無人機システムの構成について説明する。
図１１は、実施の形態２による無人機システムのブロック図である。
図において、コントローラ３０は、オペレータ４０による操作入力を受け、陸上無人機１及び無人飛行体２０を遠隔操作する。
コントローラ３０と陸上無人機１とは無線あるいは有線により接続され、コントローラ３０は、陸上無人機１の動作制御指令を陸上無人機１に送信する。
また、コントローラ３０は、陸上無人機１に搭載したカメラ４により撮像した映像や、陸上無人機１に搭載した図示しないセンサ類から得たデータを、陸上無人機１から受信し、遠隔操作を行うオペレータ４０に提示する。
【００４８】
また、コントローラ３０と無人飛行体２０とは無線により接続され、コントローラ３０は、無人飛行体２０の動作制御指令を無人飛行体２０に送信する。
また、コントローラ３０は、無人飛行体２０に搭載したパンチルトカメラ２５により撮像した映像や、無人飛行体２０に搭載した図示しないセンサ類から得たデータを無人飛行体２０から受信し、遠隔操作を行うオペレータ４０に提示する。
なお、これ以外の構成に関しては、上記実施の形態１と同様のため省略する。
【００４９】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
次に、以上のように構成された実施の形態２による無人機システムの動作について説明する。
陸上無人機１を操作する場合には、オペレータ４０により、陸上無人機１の走行指示がコントローラ３０に入力されると、陸上無人機１はコントローラ３０から送信される制御指令により制御され、図示しない駆動源により駆動される車輪２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを回動して走行動作を行う。
このとき、陸上無人機１に搭載した撮像手段３のカメラ４により走行方向の映像を撮像し、撮影した画像データをコントローラ３０に送信して表示するので、オペレータ４０はコントローラ３０に表示される映像を見ながら遠隔操作を行うことができる。
同様に、陸上無人機１に搭載した図示しないセンサ類から得たデータもコントローラ３０に送信されるので、オペレータ４０はそれらのデータを基に陸上無人機１の遠隔操作を行うことができ、確実な操作を行うことが可能となる。
【００５０】
無人飛行体２０を操作する場合には、オペレータ４０により、無人飛行体２０の飛行指示がコントローラ３０に入力されると、無人飛行体２０の制御回路部２４はコントローラ３０から送信される制御指令を受け、電磁モータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを駆動し、それぞれに取付けられたロータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを回転させ、これらの回転数を適宜制御することにより、上昇／下降速度、飛行方向、旋回量、などをコントロールする。
このとき、無人飛行体２０に搭載したパンチルトカメラ２５により飛行方向または周囲の映像を撮像し、撮影した画像データをコントローラ３０に送信して表示するので、オペレータ４０はコントローラ３０に表示される映像を見ながら遠隔操作を行うことができる。
更に、陸上無人機１に搭載した撮像手段３のカメラ４により無人飛行体２０の映像を撮像し、撮影した画像データをコントローラ３０に送信して表示した場合には、オペレータ４０はさらに容易な遠隔操作を行うことが可能となる。
同様に、無人飛行体２０に搭載した図示しないセンサ類から得たデータもコントローラ３０に送信されるので、オペレータ４０はそれらのデータを基に無人飛行体２０の遠隔操作を行うことができ、確実な操作を行うことが可能となる。
【００５１】
上記以外の動作については、実施の形態１と同様のため説明を省略する。
実施の形態２による無人機システムは、実施の形態１に示した効果と同様の効果を奏することはもちろん、コントローラ３０と陸上無人機１との通信と、コントローラ３０と無人飛行体２０との通信の経路を、それぞれ別に構成したので、陸上無人機１と無人飛行体２０を同時に操作する際に、制御指令やデータを送受信する通信経路の通信量過多による伝送遅れ等を防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１  陸上無人機、２ａ  車輪、２ｂ  車輪、２ｃ  車輪、２ｄ  車輪、３  撮像手段、４  カメラ、５  照明手段、６  デッキ、６ｂ  ブシュ、７  支柱、８  バッテリ、１０  ケーブルドラム、１０ｂ  支軸、１１  フレーム、１２  モータ、１３  給電ケーブル、１３ｂ  補助ケーブル、１３ｃ  分岐点、１４ａ  ブラケット、１４ｂ  ブラケット、２０  無人飛行体、２１  フレーム、２２ａ  電磁モータ、２２ｂ  電磁モータ、２２ｃ  電磁モータ、２２ｄ  電磁モータ、２３ａ  ロータ、２３ｂ  ロータ、２３ｃ  ロータ、２３ｄ  ロータ、２４  制御回路部、２５  パンチルトカメラ、２６ａ  脚部、２６ｂ  脚部、２６ｃ  脚部、２６ｄ  脚部、３０  コントローラ、４０  オペレータ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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