(57)【要約】  互いに通信可能とされた飛行体（１）および地上局（４０）を備える。飛行体の機体およびペイロード装置を地上局から制御する。飛行体（１）は、機体状況、飛行状況、およびペイロード装置の状況に関するデータを地上局（４０）に送信する。地上局（４０）は、飛行体から送られた全てデータと操作パネルとを同時に表示可能な一つのモニタ画面（５６）を備えている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに通信可能とされた飛行体および地上局を備え、
前記飛行体の機体およびペイロード装置を地上局から制御する飛行制御システムであって、
前記飛行体は、機体状況、飛行状況、および前記ペイロード装置の状況に関するデータを前記地上局に送信し、
前記地上局は、飛行体から送られた全てデータと操作パネルとを同時に表示可能な一つのモニタ画面を備えていることを特徴とする飛行制御システム。
【請求項２】
モニタ画面は、飛行体から送られた全てのデータと操作パネルとのうち、所望な項目を選択して任意の配置および大きさで表示することを特徴とする請求項１に記載の飛行制御システム。
【請求項３】
飛行体から送られたデータのいずれかが正常な状態でないときに、視覚的または聴覚的に異常を知らせる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の飛行制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体の飛行制御システムに関し、特に、農薬等を散布したり、カメラ装置を搭載して上空から撮影を行う無人ヘリコプタと地上局との間で通信可能な飛行体の飛行制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無線操縦による無人ヘリコプタによって、上空から農薬を散布したり、航空写真やビデオを撮影することが行われている。従来のこの種の無人ヘリコプタとしては、例えば特開２００４−２６８７３７号公報に開示されているように、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用してオペレータの視界外でも飛行させることができる、いわゆる自律制御型の無人ヘリコプタがある。このような自律制御型の無人ヘリコプタは、例えば火山や災害現場等のように有人ヘリコプタが近づきにくい場所で使用されている。【０００３】
無人ヘリコプタは、その性質上、風の影響などにより機体の姿勢が乱れやすく、構造上、方向転換など飛行時の姿勢変化が大きい。無人ヘリコプタの姿勢は、主に、機体に搭載されている各種のサーボモータによりメインロータの軸線の傾斜角や、メインロータおよびテールロータのブレードの傾斜角を変化させることによって制御されている。また、この種の無人ヘリコプタにおいては、例えば強い横風を受けたりすると現在の飛行経路が目標の飛行経路から大きく外れてしまい、自律制御では飛行経路の修正に多大な時間がかかるような場合がある。【０００４】
このような機体状況、飛行状況を地上で把握するとともに適切な制御を行うために、ヘリコプタの機体と地上局との間で互いにデータを送受信するための通信手段が設けられている。上述した機体状況とは、機体の姿勢を制御するサーボモータの動作状況や、エンジンの動作状況や、機体の姿勢角やエンジンの回転数などを検出する各種のセンサの動作状況や、機体に搭載されているバッテリーの使用状況などのことをいう。また、飛行状況とは、無人ヘリコプタが飛行している方位、高度、位置などの飛行経路に関する現在の状況や、ＧＰＳ装置が正しく動作しているか否かを示すＧＰＳ装置の動作状況などをいう。そして、これらの機体状況や飛行状況などのデータが、機体から地上局へ送信され、地上局に設けたパソコンのモニタ画面に表示される。【０００５】
無人ヘリコプタがオペレータの視界外を飛行しているときには、上述した機体状況を示すデータや、飛行状況を示すデータを常に注視し、機体状況や飛行状況を把握する必要がある。更に、例えば撮影用の無人ヘリコプタの場合には、カメラ装置と地上局とでデータ通信が行われ、オペレータは、カメラ装置の状態をチェックするとともに、遠隔操作により、必要に応じて適切な制御を行う。【０００６】
このとき、機体の姿勢や速度などの機体状況を変化させるための操作は、地上局に設けられているジョイスティックや、パソコンのキーボード・マウスなどを使用して機体の各サーボモータを遠隔操作することにより行う。また、飛行経路や高度などの飛行状況を変えるための操作は、地上局に装備されているパソコンを使用し、目標とする数値を書き換えることによって行う。【０００７】
従来の無人ヘリコプタにカメラ装置を搭載する場合、このカメラ装置によって撮像された画像をオペレータが地上局で視認することができる。この場合、オペレータは、カメラ装置が正しく動作しているか否か、すなわちカメラ装置の動作状況も把握しておく必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
オペレータは、無人ヘリコプタの飛行中に機体の姿勢制御や、飛行経路の監視や、機体に搭載されている部品の異常・正常の監視を行ったり、カメラ等のペイロード装置の制御や動作状況の監視を行うために、多くのデータを表示する計器等を注視し続けなければならない。
このため、オペレータは、ヘリコプタを長時間飛行させる場合は著しく疲労することになる。これは、多くのデータを見ながら上述した機体状況や飛行状況およびペイロード装置の状態を把握しつつ適切な制御を行うことはきわめて煩雑な作業だからである。【０００９】
また、上述した制御や監視に熟練していなければ瞬時の判断が困難である。特に、データの種類によっては、異なる計器やモニタ画面にデータが表示されることがあり、このような場合、必要な情報を選択して状況を把握することはきわめて煩雑な作業となる。【００１０】
本発明は、上記従来技術を考慮してなされたものであり、飛行体の機体やペイロード装置から送信されたデータと、機体、ペイロード装置の制御を行う操作パネルとを容易に視認できる飛行制御システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、本発明に係る飛行制御システムは、互いに通信可能とされた飛行体および地上局を備え、前記飛行体の機体およびペイロード装置を地上局から制御する飛行制御システムであって、前記飛行体は、機体状況、飛行状況、および前記ペイロード装置の状況に関するデータを前記地上局に送信し、前記地上局は、飛行体から送られた全てデータと操作パネルとを同時に表示可能な一つのモニタ画面を備えているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る飛行制御システムによれば、飛行体の機体状況、飛行状況、ペイロード装置の状況に関する全ての情報を１つのモニタ画面上で確認することができる。このため、本発明によれば、オペレータは複数の計器等を見なくても、モニタ画面の内容だけをチェックすれば、飛行体に関する全ての情報を確認することができる。従って、飛行中の視線の移動が少なくて済み、疲労も少ない。【００１３】
請求項２記載の発明によれば、機体状況、飛行状況、およびペイロード装置の状況に応じてモニタ画面の表示内容を変更し、その時点で確認や操作をする必要のない項目を表示しないようにすることができる。この操作を行うことによって、オペレータが余計な情報を見る無駄を省くことができる。そして、この発明によれば、必要な情報および操作パネルだけが表示されるので、オペレータは、それらのチェックや操作に集中できる。また、不必要な情報を表示しないようにすることにより、限られたモニタ画面のスペースに必要な情報だけを視認しやすい大きさに表示させることができる。【００１４】
請求項３記載の発明によれば、異常が生じたときに、異常の段階に応じて例えば黄色や赤色で表示したり、警告音を発生させることができる。このため、オペレータは、常時全ての情報を詳細に注視しなくてもよく、異常が生じていないかどうかをチェックするだけでよい。したがって、オペレータは、飛行体を長時間にわたって飛行させるときでも疲労が少なく、かつ異常を見逃すことがない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係る無人ヘリコプタの側面図である。
【図２】図２は、図１のヘリコプタの上面図である。
【図３】図３は、図１のヘリコプタの正面図である。
【図４】図４は、本発明に係る無人ヘリコプタのブロック構成図である。
【図５】図５は、地上局のブロック構成図である。
【図６】図６は、地上局のモニタの表示例を示す正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る飛行制御システムの一実施の形態を図１ないし図６によって詳細に説明する。図１〜図３は、本発明に係る飛行体の例であるヘリコプタを示し、カメラ装置を搭載した航空写真撮影用の無人ヘリコプタを示す。図１は側面図、図２は上面図、図３は正面図である。【００１７】
ヘリコプタ１は、メインボディ２とテールボディ３とからなる機体４を備えている。メインボディ２の上部にはメインロータ５が備えらえており、テールボディ３の後部にはテールロータ６が備えられている。メインボディ２の前部にはラジエータ７が備えられており、その後方にエンジン、吸気系、メインロータ軸、燃料タンクの順にメインボディ２内に収容されている。燃料タンクは、外部サブ燃料タンクを不要とするために、大容量のものが機体中央付近に収容されている。機体４のほぼ中央部のメインボディ２の左右下部に支持脚８を介してスキッド９が備えられている。スキッド９の前端部上方の機体下部には、機体内のエンジン（不図示）に接続された排気管６０と、この排気管６０に接続されたマフラー６１が配設されている。【００１８】
メインボディ２の後部上側にはコントロールパネル１０が備えられており、下側には表示灯１１が備えられている。コントロールパネル１０は、飛行前のチェックポイントやセルフチェック結果等を表示する。コントロールパネル１０の表示は地上局でも確認できる。表示灯１１は、ＧＰＳ制御の状態や機体の異常警告等の表示を行う。【００１９】
メインボディ２の左側には自律制御ボックス１２が搭載されている。自律制御ボックス１２内には、自律制御に必要なＧＰＳ制御装置、地上と通信するデータ通信機や画像通信機、および制御プログラムを組み込んだ制御基板等が収容されている。自律制御では、後述する各種のデータに基づいて、予め定められた運転モードや制御プログラムを自動的に、あるいは地上局からの命令によって選択し、機体状況および飛行状況に応じた最適な操縦制御が行われる。各種のデータとは、機体状況を示す機体の姿勢や速度、エンジン回転数やスロットル開度などの機体データと、飛行状況を示す機体の位置や方位などの飛行データなどである。【００２０】
ヘリコプタ１は、このような自律制御により飛行することができる。また、ヘリコプタ１は、上述した自律制御によって飛行する他に、オペレータによるマニュアル操作によっても飛行させることができる。このマニュアル操作による飛行は、オペレータがヘリコプタ１の姿勢、速度、高度および方位などを目で確認しながら、機体から送信された各種データに基づいて、遠隔操作機またはリモートコントローラを操作することによって行なわれる。【００２１】
メインボディ２の前部下側には、赤外線カメラ等のカメラを収容したカメラ装置１６が、カメラ雲台１７を介して取り付けられている。カメラ装置１６は、カメラ雲台１７に対し、パン軸（垂直軸）廻りに回転するとともに、内部のカメラ２５（図４参照）がチルト軸（水平軸）廻りに回転可能となるように構成されている。この構成を採ることにより、このカメラ装置１６おいては上空から地上の全方位を撮影することができる。【００２２】
メインボディ２の下面側にはアンテナ支持枠１３が取り付けられている。このアンテナ支持枠１３には、傾斜したステー１４が取り付けられている。このステー１４には、前述の自律制御に必要な機体データや飛行データ等の操縦データ（デジタルデータ）を地上局との間で送受信するためにデータアンテナ１５が取り付けられている。ステー１４には、更に、カメラ装置１６によって撮影した画像データをアナログ式の画像通信によって地上局に送信するための画像データアンテナ１８が取り付けられている。この画像通信は、アナログ式の他にデジタル式を採用することができる。【００２３】
テールボディ３の下面側には、地磁気に基づく方位角センサ２０が備えられている。この方位角センサ２０により、東西南北の機体の指向する方位が検出される。メインボディ２内には、更に、ジャイロ装置からなる姿勢センサ２４（図４参照）が備えられている。【００２４】
テールボディ３の上面側には、メインＧＰＳアンテナ２１およびサブＧＰＳアンテナ２２が設けられている。テールボディ３の後端部には、リモートコントローラからの指令信号を受信するリモコン受信アンテナ２３が備えられている。【００２５】
図４は、本発明に係る無人ヘリコプタのブロック構成図である。【００２６】
カメラ雲台１７は、パン軸廻りに回転可能な回転台１７１と、チルト軸廻りに回転可能な支持枠１７２とからなり、各々にその傾きを検出するパンジャイロ２６Ａおよびチルトジャイロ２６Ｂが備えられている。さらに、カメラ装置１６は、パンジャイロ２６Ａおよびチルトジャイロ２６Ｂのデータから、ローパスフィルタ２７Ａ，２７Ｂを介して、振動による高周波成分が除去された低周波成分のみを受信するカメラ制御部２８を備えている。カメラ装置１６には、カメラ制御部２８の信号に基づいて回転台１７１および支持枠１７２を駆動するパンモータ２９Ａおよびチルトモータ２９Ｂが備えられている。【００２７】
これらカメラ制御部２８、パンジャイロ２６Ａ、チルトジャイロ２６Ｂ、パンモータ２９Ａ、およびチルトモータ２９Ｂによって、カメラ２５の姿勢補正部が構成されている。このカメラ装置１６においては、無人ヘリコプタ１のパン軸廻りおよびチルト軸廻りの傾きによる低周波成分を検出すると、傾いた方向と逆方向にモータを駆動して、低周波の動きをキャンセルし、画像を安定化させる。【００２８】
自律制御ボックス１２内には、前記姿勢補正部によって高周波および低周波成分が除去されたカメラ２５からの画像データを受信して文字のオーバーレイや、複数台のカメラを搭載した場合の画像切替を行う画像制御装置３０と、画像データを地上局に送る画像通信機３１と、自律制御に必要なデータを地上局との間で送受信するためのデータ通信機３２と、自律制御プログラムが格納されたマイコン等からなる制御基板３３と、メインＧＰＳアンテナ２１に接続されたメインＧＰＳ受信機３４と、サブＧＰＳアンテナ２２に接続されたサブＧＰＳ受信機３５とが収納されている。【００２９】
機体４には、自律制御ボックス１２内の画像通信機３１からアナログの画像データを地上局に送る画像データアンテナ１８が備えられている。また、機体４には、データ通信機３２と地上局との間でデジタルデータを送受信するためのデータアンテナ１５が備えられている。方位角センサ２０は自律制御ボックス１２内の制御基板３３に接続されている。機体４内には、ジャイロ装置等からなる姿勢センサ２４が備えられている。この姿勢センサ２４は、コントロールボックス３６に接続されている。コントロールボックス３６は、自律制御ボックス１２内の制御基板３３とデータ通信して、サーボモータ３７を駆動する。サーボモータ３７は、メインロータ５およびエンジンを制御して機体４の前後、左右、上下方向の移動を制御するとともに、テールロータ６を制御して機体４の回転を制御する。【００３０】
図５は、地上局のブロック構成図である。【００３１】
ヘリコプタ１と通信する地上局４０には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナ４４と、ヘリコプタ１とデータ通信を行うための通信アンテナ４５、およびヘリコプタ１から画像データを受信するための画像受信アンテナ４６とが設けられている。これらのアンテナ４４〜４６は地上に設置されている。【００３２】
地上局４０は、データ処理部４１と、監視操作部４２と、電源部４３とによって構成されている。【００３３】
データ処理部４１は、ＧＰＳ受信機５２と、データ通信機５３と、画像通信機５４と、これらの通信機５２，５３，５４に接続された通信基板５１とによって構成されている。【００３４】
監視操作部４２は、リモートコントローラによる手動用コントローラ６０と、カメラ装置の操作や機体４の飛行データの調整等を行うベースコントローラ５７と、バックアップ電源５８と、ベースコントローラ５７に接続されたパソコン５５と、パソコン５５用のモニタ画面５６と、ベースコントローラ５７に接続され画像データを表示する画像モニタ５９とによって構成されている。【００３５】
電源部４３は、発電機６１と、バッテリブースタ６２を介して発電機６１に接続されたバックアップバッテリ６３とによって構成されている。バックアップバッテリ６３は、飛行前のチェック時等、発電機６１が動作していないときに、機体４側に接続して１２Ｖの電力を供給するためのものである。また、電源部４３は、ヘリコプタ１の飛行中には、発電機６１からデータ処理部４１および監視操作部４２に、１００Ｖの電力を供給する。【００３６】
上記の構成によって、ヘリコプタ１の飛行に関する指令は、地上局４０のパソコン５５によりプログラムされ、データ処理部４１を介して地上局４０からヘリコプタ１へ送信される。ヘリコプタ１のデータアンテナ１５がその指令を受信すると、制御基板３３（図４）により機体４の姿勢や位置が制御され、ヘリコプタ１が自律制御される。【００３７】
地上局４０では、ヘリコプタ１の機体４に設けられた各センサから送信される機体状況や飛行状況等のデータを、リアルタイムでパソコン５５のモニタ画面５６に表示させる。オペレータは、この表示を見ることによりヘリコプタ１を監視する。飛行中のヘリコプタ１に対して、飛行状況の修正等を行う際には、パソコン５５または手動用コントローラ６０により遠隔操作によって行うことができる。【００３８】
図６は、本発明の実施例であり、地上局４０に設けられるパソコン５５のモニタ画面５６の表示例を示す。【００３９】
モニタ画面５６の左側には、上から順に、機体情報表示部７１、ペイロード装置情報表示部７２、機体４の操縦パネル表示部７３が表示される。【００４０】
機体情報表示部７１には、ヘリコプタ１の機体状況および飛行状況を示すデータや、サーボモータ３７、各種センサなどの部品の動作状態などがランプおよび後述する数値、文字によって表示される。
ランプ表示される項目は、機体４に搭載されているバッテリー（図示せず）の電圧や、燃料使用量、各種センサの出力状況、ＧＰＳ受信機３４，３５やその他の各種制御装置の動作状況等である。これらのランプ表示される項目は、例えば、完全に正常な場合は緑系統の色、正常に働くが一部情報が欠ける場合等は黄系統の色、故障やエラーが起こっている場合等は赤系統の色、などのように色分けして表示される。【００４１】
更に、上記表示色が赤色に変化したときには、監視操作部４２に装備されているスピーカ（図示せず）などから警告音を発生させる。
このように異常時に赤系統の色による表示を行う構成によって、本発明でいう視覚的に異常を知らせる手段が構成されている。また、異常時に警告音を発生させる構成によって、本発明でいう聴覚的に異常を知らせる手段が構成されている。【００４２】
前記数値表示される項目は、ＧＰＳの詳細情報（緯度、経度、高度等）や、エンジンの冷却水温度、バッテリ電圧等である。この場合にも、ランプ表示と同様に、数字または背景を状態により色分けして表示し、数値が所定範囲から外れたときに警告音を発するようにする。文字表示される項目は、ヘリコプタ１の機体４からの通信状況、飛行時間、ＧＰＳによるナビゲーションの状態、制御が許可されているか否か、および制御レベルの大きさ等である。【００４３】
オペレータは、全ての表示が正常を示す緑色であれば、特に機体情報表示部７１を注視する必要がない。また、オペレータは、上記表示が緑色以外の色に変化したり警告音が聞こえると、表示された状態から機体の状況を判断し、必要な対処を行う。【００４４】
ペイロード装置情報表示部７２には、ヘリコプタ１に例えばパンおよびチルト機能を有するカメラ装置を搭載して撮影を行う場合、カメラの制御やカメラ雲台のパンおよびチルト角度の操作等を行う操作パネルが表示される。また、この場合は、上記表示とともに、それらの動作モードを確認する情報が表示される。ペイロードが他の装置、例えば空中から農薬散布を行う散布装置である場合には、散布装置の制御を行う操作パネル等が表示される。【００４５】
操縦パネル表示部７３には、機体への目標速度を入力する操縦ダイアログや、機体の移動距離や角度を入力する相対移動ダイアログ、機体の制御パラメータを変更するパラメータダイアログ、飛行プログラムの送信や制御を行うプログラムフライトダイアログ等が表示される。これらは、例えばタスクボタン７３ａによりページ切替を行い、必要なダイアログをモニタ画面５６上に表示させて操作する。上記の機体情報表示部７１およびペイロード装置情報表示部７２においても、情報の内容毎にそれぞれのタスクボタンでページ切替可能とし、そのときに必要な情報を表示させる。【００４６】
モニタ画面５６の下方および右側には、機体４の現在の機体状況や飛行状況を知るための複数の計器からなる計器表示部７５が表示される。計器表示部７５には、コントロールボックス３６により制御されるエンジン回転数、ＧＰＳにより認識される水平速度および垂直速度、方位センサおよび姿勢センサから認識される機首方位や高度、および機体の姿勢角を示す水平儀等が表示される。これらは、図形等を用いて視覚的に表示され、特に注意を要する範囲を示す場合には、赤系統の色で表示される。また、特に注意を要する場合は、監視操作部４２に装備されているスピーカから警告音を発生させてもよい。【００４７】
モニタ画面５６の中央部には、ヘリコプタ１が飛行している地域の地図７４が表示される。地図７４には、飛行区域の地形図と、方位および縮尺が表示される。地形図の上には、ヘリコプタ１の飛行経路の軌跡が線８１で表示される。線８１の先端には、機体の現在位置および機首方向を表す機体マーク８２が示される。地図画面の一部には、カメラ２５で撮影した画像を表示する画像表示部７４ａを設けることもできる。この画像表示部７４ａには、画像として静止画または動画が表示される。【００４８】
地図７４には、カメラの視点８３が例えば「×」マークによって表示される。視点８３は、ヘリコプタ１の機体から地上局へ送信される機体の高度や方位、カメラ装置１６から送信されるパン角度およびチルト角度から算出される。更に、地図上には、カメラの画角に基づいて、カメラ２５に写る範囲が視界８４として表示される。視界８４はカメラに近い方が狭く、遠い方が広くなるため、地図上では台形になる。【００４９】
上記の各表示部は、パソコン５５のモニタ画面５６上にマルチタスク方式で表示され、パソコン５５に接続されたマウスの操作により、表示部毎に枠の大きさや配置を自在に変更可能である。また、各各表示部は、表示または非表示を切り替えることができ、その時点で不必要な情報は、一時的に表示しないようにすることができる。従って、各表示部の配置は図６の例に限らない。このとき、オペレータは、各表示部を自分が見やすい大きさおよび配置に表示させることができ、機体状況や飛行状況に応じて必要な情報を表示させることができる。このような表示設定は、パソコン５５上でプログラムを終了しても記憶される。なお、このような表示設定は、簡単な操作により初期設定に戻すこともできる。【００５０】
したがって、この実施の形態による飛行制御システムによれば、ヘリコプタ１の機体状況、飛行状況、ペイロード装置の状況に関する全ての情報を１つのモニタ画面５６上で確認することができる。このため、この飛行制御システムによれば、オペレータは複数の計器等を見なくても、モニタ画面５６の内容だけをチェックすれば、ヘリコプタ１に関する全ての情報を確認することができる。この結果、オペレータは飛行中の視線の移動が少なくて済み、オペレータを疲労させることが少なくなった。【００５１】
この実施の形態による飛行制御システムによれば、機体状況、飛行状況、およびペイロード装置の状況に応じてモニタ画面５６の表示内容を変更し、その時点で確認や操作をする必要のない項目を表示しないようにすることができる。この操作を行うことによって、オペレータが余計な情報を見る無駄を省くことができる。そして、この飛行制御システムによれば、必要な情報および操作パネル（上述した各種のダイアログ）だけが表示されるので、オペレータは、それらのチェックや操作に集中することができる。また、不必要な情報を表示しないようにすることにより、限られたモニタ画面５６のスペースに必要な情報だけを視認しやすい大きさに表示させることができる。【００５２】
この実施の形態による飛行制御システムによれば、異常が生じたときに、異常の段階に応じて黄色や赤色で表示したり、警告音を発生させることができる。このため、オペレータは、常時全ての情報を詳細に注視しなくてもよく、異常が生じていないかどうかをチェックするだけでよい。従って、オペレータは、長時間の飛行でも疲労が少なく、かつ異常を見逃すことがない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、カメラ装置等のペイロード装置の有無に関わらず、無人ヘリコプタや有人ヘリコプタ、その他航空機等の飛行体に適用できる。
【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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【国際調査報告】
2006098469.tif 000008
2006098469.tif 000009