(57)【要約】本発明の飛行船システムは、飛行船（１１０）と、基地局１２０と、少なくとも３つの測定点とを有する。基地局（１２０）からの指令を受けた飛行船（１１０）が超音波を発信すると、測定点ユニット（Ｓ１〜Ｓ３）にて超音波を受信することにより、これら３つの測定点までの距離を測定し、基地局（１２０）内に内蔵されたＭＰＵが飛行船（１１０）の位置を算出する。この位置に応じて基地局（１２０）は飛行船（１１０）に対して航行指令を送信し、飛行船（１１０）の航路を制御する。これにより、オペレータの操船を不要にすることができるとともに、飛行船の搭載重量及び消費電力の低減が可能な飛行船システムを提供することができる。
2003004352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、
前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、
前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、
前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成されていることを特徴とする飛行船システム。
【請求項２】
前記位置測定手段は、前記飛行船と複数の測定点との間の位置関係を測定することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項３】
前記位置測定手段は、前記飛行船と前記測定点との間の距離を測定する距離測定手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の飛行船システム。
【請求項４】
３箇所以上に前記測定点が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の飛行船システム。
【請求項５】
前記位置測定手段は、前記飛行船と３箇所の前記測定点との距離を前記距離測定手段により測定することにより、前記飛行船の位置を特定することを特徴とする請求項４に記載の飛行船システム。
【請求項６】
前記距離測定手段は、前記飛行船又は前記測定点に配置された、波動を発生する波動生成器と、前記測定点又は前記飛行船に配置された、前記波動生成器から放出された波動を検出する波動検出器とを備え、
前記波動生成器で前記波動が発生してから前記波動検出器に到達するまでの時間に基づいて前記飛行船と前記測定点との間の距離を算出するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の飛行船システム。
【請求項７】
複数の前記測定点間の位置関係を特定する測定位置関係特定手段を有することを特徴とする請求項２に記載の飛行船システム。
【請求項８】
前記測定位置関係特定手段は、複数の前記測定点間の相互距離を測定することを特徴とする請求項７に記載の飛行船システム。
【請求項９】
前記測定位置関係特定手段は、３つの前記測定点のうち少なくとも２つの測定点に配置された波動生成器と、前記波動生成器から放出された波動を検出する波動検出器とを備え、前記波動生成器から放出された波動が他の前記測定点に配置された前記波動検出器に到達するまでの時間に基づいて前記相互距離を算出するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の飛行船システム。
【請求項１０】
前記測定点が追加された場合に、既存の前記測定点に対する追加された前記測定点の位置関係を特定する追加測定位置特定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項１１】
前記追加測定点位置特定手段は、複数の既存の前記測定点と追加された前記測定点との間の距離を測定することを特徴とする請求項１０に記載の飛行船システム。
【請求項１２】
前記位置測定手段による前記飛行船の位置が測定不能となったときに、前記飛行船を逆行させ、或いは、下降させる航路変更手段を有することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項１３】
前記位置測定手段による前記飛行船の位置測定が可能な位置測定可能領域を逸脱する前に前記飛行船の航路を修正する航路修正手段を有することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項１４】
前記飛行船は、前記飛行船の進路上の障害物を検出する障害検出手段を備え、
前記障害検出手段により前記障害物が検出されたときに、前記飛行船の航路を変更し、前記障害物を回避するように前記航行手段を制御する障害回避手段を有することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項１５】
前記障害回避手段は前記飛行船に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の飛行船システム。
【請求項１６】
前記障害回避手段は前記基地局に設けられ、
前記障害検出手段は、前記障害検出手段により前記障害物が検出されたときに、前記基地局へ障害検出信号を送信し、
前記障害回避手段は、前記障害検出信号に応じて、前記指令形成手段に、前記飛行船の航路を変更し、前記障害物を回避するための前記航行指令を形成させることを特徴とする請求項１４に記載の飛行船システム。
【請求項１７】
前記飛行船に電力を供給する充電基地を有することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項１８】
前記飛行船は電力不足時に帰還要請信号を前記基地局に送信するように構成され、前記制御手段は前記帰還要請信号を受けると帰還指令を形成して前記飛行船へ送信し、前記飛行船が前記航行手段により前記充電基地に帰還するように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の飛行船システム。
【請求項１９】
前記飛行船に浮揚気体を補充する気体補充基地を有することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項２０】
前記飛行船は浮揚気体の不足時に帰還要請信号を前記基地局に送信するように構成され、前記制御手段は前記帰還要請信号を受けると帰還指令を形成して前記飛行船へ送信し、前記飛行船が前記航行手段により前記気体補充基地に帰還するように構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の飛行船システム。
【請求項２１】
前記飛行船は、気体を放出することにより重量を低減することの可能な積載荷重調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項２２】
前記積載荷重調整手段は、前記飛行船の浮揚気体の経時的喪失を少なくとも部分的に補償するように前記気体を放出することを特徴とする請求項２１に記載の飛行船システム。
【請求項２３】
前記積載荷重調整手段は、圧縮された気体を格納する格納容器と、該格納容器から前記気体を制御して放出することの可能な制御弁とを有することを特徴とする請求項２１に記載の飛行船システム。
【請求項２４】
前記積載荷重調整手段は、液体を格納する格納容器と、該格納容器内の前記液体を制御して蒸発させる制御弁とを有することを特徴とする請求項２１に記載の飛行船システム。
【請求項２５】
前記積載荷重調整手段は、固体を格納する格納容器と、該格納容器内の前記固体を制御して昇華させる制御弁とを有することを特徴とする請求項２１に記載の飛行船システム。
【請求項２６】
前記飛行船は、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された前記空気を格納する格納容器と、前記格納容器から前記空気を制御して放出する制御弁とを有することを特徴とする請求項１に記載の飛行船システム。
【請求項２７】
前記圧縮機及び前記制御弁は、前記飛行船の浮揚力の変動を少なくとも部分的に補償するように動作することを特徴とする請求項２６に記載の飛行船システム。
【請求項２８】
前記飛行船は、放出される前記空気により推進され若しくは姿勢変更を行うことを特徴とする請求項２６に記載の飛行船システム。
【請求項２９】
前記飛行船は、既定の航行プログラムに従って航行するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２８のいずれか１項に記載の飛行船システム。
【請求項３０】
１又は複数の前記測定点に前記基地局と通信するための通信手段を設け、前記飛行船と前記基地局との間の通信を、１又は複数の前記測定点に設けられた前記通信手段を介して行うことを特徴とする請求項２に記載の飛行船システム。
【請求項３１】
与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、
前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、
前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、
前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、
前記飛行船を既定の案内経路に従って移動させる手段が含まれることを特徴とする案内システム。
【請求項３２】
与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、
前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、
前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、
前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、
前記飛行船には監視手段が搭載され、
前記飛行船を既定の監視経路に沿って移動させる手段が設けられることを特徴とする監視システム。
【請求項３３】
与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、
前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、
前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、
前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、
前記飛行船には監視手段が搭載され、
前記飛行船を所定の監視対象に対して追尾させる手段が設けられることを特徴とする監視システム。
【請求項３４】
前記監視手段による監視状況を通報する通報手段を有することを特徴とする請求項３２又は請求項３３に記載の監視システム。
【請求項３５】
与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、
前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、
前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、
前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、
前記飛行船には発音手段若しくは表示手段を搭載し、
前記飛行船を既定の宣伝経路に沿って移動させる手段が設けられることを特徴とする宣伝システム。
【請求項３６】
与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、
前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、
前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、
前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、
前記飛行船には検出手段及び出力手段を搭載し、
前記検出手段にて検出可能な対象の移動或いは動作に応じて前記出力手段を動作させる手段が設けられることを特徴とするロボット玩具システム。
【請求項３７】
前記位置測定手段は、前記飛行船と複数の測定点との間の位置関係を測定することを特徴とする請求項３１乃至請求項３６のいずれか１項に記載の飛行船システム。
【請求項３８】
１又は複数の前記測定点に前記基地局と通信するための通信手段を設け、前記飛行船と前記基地局との間の通信を、１又は複数の前記測定点に設けられた前記通信手段を介して行うことを特徴とする請求項３７に記載の飛行船システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は飛行船システムに係り、特に、飛行船と基地局との間の航行制御技術に関する。
背景技術
従来から、浮揚気体を用いて浮揚力を発生させ、適宜の航行手段を設けて航行する飛行船が知られている。飛行船としては人間が搭乗可能な大型の飛行船と無人飛行船とがあるが、特に、無人飛行船の場合には、地上に移動無線局を用意し、この移動無線局に待機するオペレータの操作によって飛行船を操船するように構成された飛行船システムが知られている。この場合、オペレータは飛行船の航行指令を無線で飛行船に送り、飛行船に設けられた航行手段を動作させてその進路を制御するように構成されている。
一方、特開平６−２４７３９３号公報には、コンピュータに予め入力された航法プログラムに基づいて飛行船を制御するように構成された飛行船システムが記載されている。この飛行船システムは、飛行船にＣＰＵ等を含む制御装置を搭載し、この制御装置は、上記航法プログラムに従って飛行船の航路を制御するとともに、飛行船の上下、前後、左右に装着されたセンサによって障害物が検出された場合には、当該障害物に対する回避動作を行うように構成されている。
しかしながら、上記従来のオペレータによる操船を前提とした飛行船システムにおいては、オペレータが常時飛行船を操縦する必要があるため、操船技術の優れたオペレータでないと事故が発生する危険性があり、また、長時間の航行には不向きであるという問題点がある。
一方、上記公報に記載された方法では、オペレータが不要であるとともに長時間の航行も可能であるが、飛行船自体に複雑な制御装置と多くのセンサ類とが搭載されているので、搭載重量や消費電力が多いために、十分な浮揚力を得るには飛行船を大きくする必要がある。したがって、特に小形の飛行船を制御するシステムとしては用いることができないという問題点がある。
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、オペレータの操船を不要にすることができるとともに、飛行船の搭載重量及び消費電力の低減が可能な飛行船システムを提供することにある。
発明の開示
上記課題を解決するために本発明の飛行船システムは、与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成されていることを特徴とする。
この発明によれば、飛行船は基地局からの指令によって制御されるので、飛行船自体に複雑な制御系を設ける必要が低減され、その結果、飛行船の軽量化や低消費電力化を図ることが可能になる。
本発明において、前記位置測定手段は、前記飛行船と複数の測定点との間の位置関係を測定することが好ましい。飛行船と複数の測定点との間の位置関係を測定することにより飛行船の位置を容易かつ正確に測定することができる。
ここで、前記位置測定手段は、前記飛行船と前記測定点との間の距離を測定する距離測定手段を含むことが好ましい。複数の測定点と飛行船との距離を測定する距離測定手段を含むことにより、簡易な測定手段により迅速かつ容易に飛行船の位置を特定できる。特に、３箇所以上に前記測定点が設けられていることにより、飛行船と３箇所の測定点との間で距離を測定することが可能になるため、飛行船の空間座標（３次元位置座標）を少なくとも測定点の位置を基準とする座標系により完全に特定することができる。
本発明において、前記位置測定手段は、前記飛行船と３箇所の前記測定点との距離を前記距離測定手段により測定することにより、前記飛行船の位置を特定することが好ましい。これによって、飛行船と３箇所の測定点との間の距離を距離測定手段により測定するだけで飛行船の位置が特定されるため、きわめて簡易に飛行船の位置測定を実施できる。
また、前記距離測定手段は、前記飛行船又は前記測定点に配置された、波動を発生する波動生成器と、前記測定点又は前記飛行船に配置された、前記波動生成器から放出された波動を検出する波動検出器とを備え、前記波動生成器で前記波動が発生してから前記波動検出器に到達するまでの時間に基づいて前記飛行船と前記測定点との間の距離を算出するように構成されていることが好ましい。ここで、波動としては、超音波などの音波や光などの電磁波が挙げられる。また、波動検出器を測定点に設ける場合には、波動検出器の相互位置が自由に変更可能に構成されていてもよく、或いは、波動検出器が予め既定の位置関係となるように配置されていてもよい。この発明のより具体的な態様としては、波動生成器が飛行船に配置され、波動検出器が測定点に配置されている場合と、波動生成器が測定点に配置され、波動検出器が飛行船に配置されている場合とが含まれる。
さらに、複数の前記測定点間の位置関係を特定する測定位置関係特定手段を有することが好ましい。測定位置関係特定手段を設けることによって、複数の測定点を任意の場所に設置しても、複数の測定点相互の位置関係を特定することにより、測定点を基準とした飛行船の位置測定を行うことが可能になる。
ここで、上記の測定位置関係特定手段は、複数の前記測定点の相互距離を測定することが好ましい。これによって、複数の測定点の相対的な位置座標、すなわち測定点の位置を基準とした座標系における位置座標、を完全に特定することができる。
この場合に、前記測定位置関係特定手段は、３つの前記測定点のうち少なくとも２つの測定点に波動生成器と、前記波動生成器から放出された波動を検出する波動検出器とを備え、前記波動生成器から放出された波動が他の前記測定点に配置された前記波動検出器に到達するまでの時間に基づいて前記相互距離を算出するように構成されていることが好ましい。
本発明において、前記測定点が追加された場合に、既存の前記測定点に対する追加された前記測定点の位置関係を特定する追加測定位置特定手段を有することが好ましい。これによって、新たな測定点を必要に応じて追加し、この新たな測定点の既存の測定点に対する位置関係を特定することにより、当該新たな測定点を用いても飛行船の位置を測定することが可能になる。このように測定点の数を増やすことにより、飛行船の位置を測定するための測定点との距離を短縮することが可能になるため、飛行船の位置を測定するための波動生成等に必要なエネルギーを低減することが可能になり、エネルギーを節約することができるとともに、飛行船の位置測定可能領域を広げることが可能になる。また、必要に応じて測定点の数を増やすことによって、飛行船の使用目的、システムの機能、使用場所などに対して容易に対応することができるため、製造コストを最小限に保ちながら種々の状況に対応可能なシステムを構築することが可能になる。
この場合に、前記追加測定点位置特定手段は、複数の既存の前記測定点と追加された前記測定点との間の距離を測定することが好ましい。追加測定位置特定手段が複数の既存の測定点と追加された測定点との距離を測定することによって、追加された新たな測定点の位置を簡単に特定できる。ここで、追加された新たな測定点の３次元位置座標を完全に特定するには、測定点が任意の位置に配置されている場合には、３つの既存の測定点と新たな測定点の距離を求める必要があり、測定点が全て同一平面上に配置されている場合には、２つの既存の測定点と新たな測定点との距離を測定する必要がある。
本発明において、前記位置測定手段による前記飛行船の位置が測定不能となったときに、前記飛行船を逆行させ、或いは、下降させる航路変更手段を有することが好ましい。この航路変更手段によって、飛行船に対する位置制御の精度が低下することを防止できる。特に、飛行船を逆行させることによって飛行船を位置測定可能領域内に保持し続けることが可能になる。
また、前記位置測定手段による前記飛行船の位置測定が可能な位置測定可能領域を逸脱する前に前記飛行船の航路を修正する航路修正手段を有することが好ましい。この航路修正手段によれば、飛行船の航路を修正することにより飛行船を位置測定可能領域に留まるように制御することができる。
また、前記飛行船は、その進路上の障害物を検出する障害検出手段を備え、前記障害検出手段により前記障害物が検出されたときに、前記飛行船の航路を変更し、前記障害物を回避するように前記航行手段を制御する障害回避手段を有することが好ましい。
ここで、上記の障害回避手段は飛行船に設けられている場合がある。この場合には、飛行船自身で障害を回避することができるため、障害を検出した旨の情報を基地局に送信し、それに応じた指令を受け取るといった交信を行わなくてもよく、迅速に障害を回避することができる。
一方、前記障害回避手段は前記基地局に設けられ、前記障害検出手段は、前記障害検出手段により前記障害物が検出されたときに、前記基地局へ障害検出信号を送信し、前記障害回避手段は、前記障害検出信号に応じて、前記指令形成手段に、前記飛行船の航路を変更し、前記障害物を回避するための前記航行指令を形成させることが好ましい。これによれば、飛行船に障害回避手段を設ける必要がないので、飛行船の重量を低減することができ、飛行船の小型化を図ることができる。
また、前記飛行船に電力を供給する充電基地を有することが好ましい。
ここで、前記飛行船は電力不足時に帰還要請信号を前記基地局に送信するように構成され、前記制御手段は前記帰還要請信号を受けると帰還指令を形成して前記飛行船へ送信し、前記飛行船が前記航行手段により前記充電基地に帰還するように構成されていることが望ましい。
さらに、前記飛行船に浮揚気体を補充する気体補充基地を有することが好ましい。
ここで、前記飛行船は浮揚気体の不足時に帰還要請信号を前記基地局に送信するように構成され、前記制御手段は前記帰還要請信号を受けると帰還指令を形成して前記飛行船へ送信し、前記飛行船が前記航行手段により前記気体補充基地に帰還するように構成されていることが望ましい。
なお、上記充電基地と気体補充基地とは同一の基地であることが好ましく、さらに、これらの基地は上記基地局と一体に構成されていることが望ましい。
本発明において、前記飛行船は、気体を放出することにより積載荷重を低減することの可能な積載荷重調整手段を有することが好ましい。この積載荷重調整手段によれば、気体を放出することにより積載荷重を低減できるため、液体や固体を放出する場合に較べて、周囲を汚染したり、人に液体や固体を当てたりするといった不具合がなくなるので、周囲に影響を与え難い点で種々の場面で採用しやすい構成とすることができる。なお、上記の放出される気体の反動を推進力として用いることにより、移動したり姿勢変更を行ったりできるように構成してもよい。
ここで、前記積載荷重調整手段は、前記飛行船の浮揚気体の経時的喪失を少なくとも部分的に補償するように前記気体を放出することが好ましい。これによって飛行船の浮揚気体の経時的喪失による高度の低下を低減することができるので、滞空時間を長くすることができる。気体としては、空気、酸素、窒素、その他の不活性ガスなどであることが人体に無害である点で好ましい。
また、前記積載荷重調整手段は、圧縮された気体を格納する格納容器と、該格納容器から前記気体を制御して放出することの可能な制御弁とを有することが好ましい。これによれば、制御弁により格納容器からの気体の放出量を制御することができるため、状況に合わせて積載荷重を調整することができる。特に、制御弁としては、開閉動作によって気体の放出量を制御することのできるものであってもよいが、気体の放出時の流量を制御することができるように構成されたものであることが望ましい。
さらに、前記積載荷重調整手段は、液体を格納する格納容器と、該格納容器内の前記液体を制御して蒸発させる制御弁とを有することが好ましい。これによれば、積載荷重の調整を行うために液体を用いることにより、気体を圧縮して保持する場合に較べてコンパクトに収容することができるため、積載荷重の調整量を大きく確保することができ、飛行船を長期間滞空させることが可能になる。ここで、制御弁としては、開閉動作をするものを用いることができるが、開口面積を制御することのできる構造を有することが望ましい。ここで、上記液体としては、容易に蒸発する液体であることが好ましく、また、蒸発しても人体に対して実質的に無害であることが望ましい。例えば、上記液体として水やアルコール等が挙げられる。
また、前記積載荷重調整手段は、固体を格納する格納容器と、該格納容器内の前記固体を制御して昇華させる制御弁とを有することが好ましい。これによれば、積載荷重の調整を行うために固体を用いることにより、気体を圧縮して保持する場合に較べてコンパクトに収容することができるため、積載荷重の調整量を大きく確保することができ、飛行船を長期間滞空させることが可能になる。ここで、制御弁としては、開閉動作をするものを用いることができるが、開口面積を制御することのできる構造を有することが望ましい。ここで、上記固体としては、容易に昇華する固体であることが好ましく、また、昇華しても人体に対して実質的に無害であることが望ましい。例えば、ナフタレン、パラジクロールベンゼン、薄荷、樟脳等が挙げられる。
本発明において、前記飛行船は、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された前記空気を格納する格納容器と、前記格納容器から前記空気を制御して放出する制御弁とを有することが好ましい。この構成によれば、圧縮機によって空気を圧縮して格納容器に導入することによって積載荷重を増加せしめることが可能になり、制御弁を通して格納容器から空気を放出することによって積載荷重を低下せしめることができるので、飛行船の積載荷重を自由に増減することが可能になる。ここで、制御弁としては、圧縮機とは別体のものを用いてもよいが、圧縮機の構成部分を制御弁として兼用する場合も包含される。この場合の例としては、格納容器から空気を放出するときに圧縮機を逆転させて空気を放出させる場合が挙げられる。
ここで、前記圧縮機及び前記制御弁は、前記飛行船の浮揚力の変動を少なくとも部分的に補償するように動作することが好ましい。この場合には、飛行船の浮揚力の変動に応じて圧縮機及び制御弁を制御することにより、飛行船の積載荷重を調整することが可能になる。これによって、飛行船を一定の高度範囲内に滞空させることや飛行船に上昇や下降を行わせることが可能になる。
また、記飛行船は、放出される前記空気により推進され若しくは姿勢変更を行うことが好ましい。放出される空気の反動を推進力として用いることにより、移動や姿勢変更を行うことができる。
上記各手段においては、前記飛行船は、既定の航行プログラムに従って航行するように構成されていることが好ましい。ここで言う航行プログラムに従った航行とは、一定の航行パターンで航行する場合のみを意味するものではなく、予め決められた論理的手順に従って飛行船が航行する場合を広く包含するものである。例えば、各種のコンピュータプログラムに従って飛行船が航行する場合が含まれる。
また、１又は複数の前記測定点に前記基地局と通信するための通信手段を設け、前記飛行船と前記基地局との間の通信を、１又は複数の前記測定点に設けられた前記通信手段を介して行うことが好ましい。測定点を中継点として飛行船と基地局との通信を行うことにより、飛行船が基地局から離れても、或いは、飛行船と基地局との間に通信を阻害する障害物が存在しても、通信を行うことが可能になるので、システムの対応性や柔軟性を高めることができる。
次に、本発明の案内システムは、与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、前記飛行船を既定の案内経路に従って移動させる手段が含まれることを特徴とする。
また、本発明の監視システムは、与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、前記飛行船には監視手段が搭載され、前記飛行船を既定の監視経路に沿って移動させる手段が設けられることを特徴とする。
さらに、本発明の別の監視システムは、与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、前記飛行船には監視手段が搭載され、前記飛行船を所定の監視対象に対して追尾させる手段が設けられることを特徴とする。
ここで、前記監視手段による監視状況を通報する通報手段を有することが好ましい。通報手段としては、画像による通報を行う画像表示手段、音声による通報を行う音声出力手段などが挙げられる。
また、本発明の宣伝システムは、与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、前記飛行船には発音手段若しくは表示手段を搭載し、前記飛行船を既定の宣伝経路に沿って移動させる手段が設けられることを特徴とする。
さらに、本発明のロボット玩具システムは、与えられた指令に応じて動作する航行手段及び通信手段を備えた飛行船と、前記飛行船と通信可能な通信手段及び制御手段を備えた基地局とを有し、前記飛行船の位置を測定する位置測定手段が設けられ、前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記飛行船の位置に応じて前記飛行船の航路を制御するための航行指令を含む前記指令を形成する指令形成手段を備え、前記指令を前記通信手段により前記飛行船に対して送信するように構成され、前記飛行船には検出手段及び出力手段を搭載し、前記検出手段にて検出可能な対象の移動或いは動作に応じて前記出力手段を動作させる手段が設けられることを特徴とする。
上記の案内システム、監視システム、宣伝システム、玩具システム等においても、前記位置測定手段は、前記飛行船と複数の測定点との間の位置関係を測定することが好ましい。また、１又は複数の前記測定点に前記基地局と通信するための通信手段を設け、前記飛行船と前記基地局との間の通信を、１又は複数の前記測定点に設けられた前記通信手段を介して行うことが望ましい。
発明を実施するための好ましい形態
次に、添付図面を参照して本発明に係る飛行船システムの実施形態について詳細に説明する。
［飛行船システム１００］
図１は、本実施形態の飛行船システム１００の外観を示す概略構成図である。この飛行船システム１００は、飛行船１１０と、基地局１２０とを有する。本実施形態は、後述するように、室内に基地局１２０を設置すると、飛行船１１０を部屋内に浮遊させた状態で自動航行させることが可能な、インテリアや人工ペットなどとして用いることのできる小形の飛行船システムを構成した例を示すものである。
飛行船１１０には、ヘリウム等の浮揚気体を充填した船本体（風船）１１１と、船本体１１１の下部位置等に取り付けられた制御管理部１１２と、制御管理部１１２の左右両側に取り付けられた航行ファン１１３，１１４と、制御管理部１１２及び航行ファン１１３，１１４を保護するとともに着陸時に飛行船１１０を支持する一対のガードバー１１５と、本体部１１１の前部に配置された障害検知センサ１１６とを備えている。障害検知センサ１１６は、例えば、発光素子と受光素子とを有する光センサや超音波発生器と超音波検出器とを備えた超音波センサなどで構成できる。上記航行ファン１１３，１１４は例えば円筒体の内部に静電モータ等の小形モータによって回転駆動されるファンを配置したものである。この場合、円筒体の方向を変更可能にしたり、片側のファンだけを回転させたり、２つのファンの回転速度に差をつけたり、２つのファンの回転方向を逆転させたりすることなどによって進行方向を変えることができる。ただし，進行方向を変える手段としては、船本体１１１に姿勢変更可能に取り付けられた翼部材を用いることもできる。
制御管理部１１２には、図２に示すように、基地局１２０との間で無線通信を行うための通信機Ｔ／Ｒと、航行手段である航行ファン１１３，１１４を駆動する駆動回路（図示せず）と、これらの通信機や駆動回路を制御する制御回路（図示せず）と、船本体１１１内に連通したガス供給路の開閉を行う弁構造や上記各回路に電力を供給する蓄電部（いずれも図示せず）などが内蔵されている。
基地局１２０は、図１に示すように、基地本体１２１と、この基地本体１２１上に設けられた基地台１２２とを備えている。基地本体１２１内には後述する制御回路を設けた回路基板、充電系やガス供給系とともに、測定点ユニットＳ１が収容されている。また、基地台１２２の上面には、後述するように、飛行船１１０と接続される充電部１２２ａ及び給気口１２２ｂが設けられている。さらに、基地本体１２１にはアンテナ１２３が突出形成されている。基地本体１２１からは配線１２４，１２５が引き出され、これらの配線１２４，１２５はセンサ容器１２６，１２７に接続されている。センサ容器１２６，１２７内には測定点ユニットＳ２，Ｓ３が収容されている。
基地局１２０の基地本体１２１内には、図８に示すように、ＣＰＵ（中央処理ユニット）、バス、メモリ、各種インターフェイス等を含むＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１２０Ａと、このＭＰＵ１２０Ａに接続された通信機１２０Ｂ（Ｔ／Ｒ）と、ＭＰＵ１２０Ａに接続された給電制御部１２８ａと、ＭＰＵ１２０Ａに接続された給気弁などを含む給気制御部１２９ａとが内蔵されている。ＭＰＵ１２０Ａは、入出力回路を介して上記測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３に接続されている。また、通信機１２０Ｂは上記アンテナ１２３に接続されている。
図９に示すように、基地局１２０の基地本体１２１内には、上記回路系の他に蓄電器１２８とガスボンベ１２９とが収容されている。蓄電器１２８は上記給気制御部１２８ａを経て基地台１２２の充電部１２２ａに接続されている。また、ガスボンベ１２９は上記給気制御部１２９ａを介して上記給気口１２２ｂに連結されている。
図２に示すように、上記飛行船１１０の制御管理部１１２には超音波を発生する波発生器ＳＯが内蔵され、この波発生器ＳＯから放出された超音波は、上記測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３内にそれぞれ設けられた波検出器ＳＤによってそれぞれ検出されるようになっている。これらの測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３によって得られた検出信号は基地本体１２１内に送られ、これに基づいて飛行船１１０の位置が算出される。
図３に示すように、測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３は相互に異なる測定点に配置され、これら３つの測定点ユニットの相互距離Ｌ１２、Ｌ２３、Ｌ１３が知られていれば、飛行船の位置Ｏから各測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３までの距離ＬＯ１，ＬＯ２，ＬＯ３を測定することによって、上記３つの測定点を含む平面を基準として飛行船１１０の相対位置（３次元位置座標）を決定することができる。そして、測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３が固定されていれば、飛行船１１０がＯ地点からＯ’地点に移動すると、上記距離ＬＯ１，ＬＯ２，ＬＯ３も変化するので、上記平面を基準とした飛行船１１０の移動方向及び移動距離を知ることができる。
図４は、上記のように基地局１２０において飛行船１１０の位置を検出する船位置測定プロセスを示すタイミングチャートである。また、図１２はこの船位置測定プロセスにおけるＭＰＵ１２０Ａの処理手順を示す概略フローチャートである。最初に、Ｂ地点の基地局１２０内のＭＰＵ１２０Ａで形成された波生成指令ｂ１が通信機１２０Ｂにより無線でＯ地点の飛行船１１０に送信される。すると、飛行船１１０の制御回路は指令受信時から既定の時間ｔｏ経過後に波発生器ＳＯから超音波を発生する。この超音波は上記の各測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３にて検出され、その波検出信号ｃ１，ｃ２，ｃ３は基地局１２０へと送られる。基地局１２０では、ＭＰＵ１２０Ａにおいて、上記検出信号ｃ１，ｃ２，ｃ３を受けた時点を表す時間情報に基づいて、超音波が飛行船１１０から各測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３まで伝播するのに要した時間ｔｏ１，ｔｏ２，ｔｏ３（無線による通信時間はほとんど無視できる。）を求め、これらの時間と上記超音波の伝播速度とから図３に示す距離ＬＯ１，ＬＯ２，ＬＯ３を算出する。これらの距離は一旦ＭＰＵ１２０Ａ内のメモリに保存され、これらの距離から飛行船１１０の相対的座標（上記３つの測定点を含む平面を基準とした位置座標）が算出される。これらの距離データや座標データは、その後に測定される距離データや座標データと比較され、飛行船の移動方向や移動速度が求められる。
ところで、図１に示すように、本実施形態においては、測定点ユニットＳ１を内蔵する基地局１２０の基地本体１２１と、これに対して配線１２４，１２５を介して接続された、測定点ユニットＳ２，Ｓ３を収容するセンサ容器１２６，１２７とは、適宜の位置関係になるように例えば部屋の床面上に載置されたり、壁面に掛けられたりする。したがって、この飛行船システムを稼動させる前に、予め上記基地局１２０と、センサ容器１２６，１２７とを所定場所に固定し、上記の相互距離を測定して、３つの測定点の位置を検出しておく必要がある。
図５は、上記のように飛行船１１０の位置を測定する前に行われるべき、測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３間の相互距離Ｌ１２，Ｌ２３，Ｌ１３を求める測定位置検出プロセスを説明するための説明図である。また、図１１は、上記測定位置検出プロセスにおけるＭＰＵ１２０Ａの処理手順を示す概略フローチャートである。
図５に示すように、各測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、その内部に超音波を受信可能な波検出器ＳＤと、超音波を発生する波発生器ＳＴとをそれぞれ備えている。なお、波発生器ＳＴは上記３つのセンサのうち２つ（図示例では測定点ユニットＳ１、Ｓ２）だけに設けられていてもよい。
本実施形態では、最初に、図１１に示すように、ＭＰＵ１２０Ａからの波生成指令が測定点ユニットＳ１へ送られ、図５に示すように測定点ユニットＳ１内の波発生器ＳＴにて超音波を発信させる。そして、この超音波が測定点ユニットＳ２，Ｓ３内のそれぞれの波検出器ＳＤにて検出されると、その波検出信号を受けたＭＰＵ１２０Ａは、上記超音波の発信時から受信時までの時間に基づいて、相互距離Ｌ１２，Ｌ１３を求める。
次に、上記と同様に、ＭＰＵ１２０Ａからの波生成指令が測定点ユニットＳ２へ送られ、図５に示すように測定点ユニットＳ２内の波発生器ＳＴにて超音波を発信させる。そして、この超音波が測定点ユニットＳ１，Ｓ３内のそれぞれの波検出器ＳＤにて検出されると、上記と同様にＭＰＵ１２０Ａは相互距離Ｌ２３，Ｌ２１を求める。このようにして、３つの測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３間の各相互距離Ｌ１２，Ｌ２３，Ｌ１３を求めることができる。
なお、上記において相互距離Ｌ１２の算出とＬ２１の算出とは測定点ユニットＳ１とＳ２との相互距離を重複して求めていることとなるので、いずれか一方のみを演算してもよいが、例えば、図１１に示すように、双方の演算が完了した時点でＬ１２とＬ２１との整合性を確認し、これが一致しない場合には、測定中にセンサが移動したものと判断して、上述の相互距離の測定プロセスをやり直すようにしてもよい。
図１０は、飛行船システム１００を動作させるためのＭＰＵ１２０Ａの処理手順を示す概略フローチャートである。まず、基地局１２０に設けられた図示しないスタートボタン等を手動で操作することなどによって、ＭＰＵ１２０Ａ内のメモリ内などに格納された動作プログラムが起動され、実行される。この動作プログラムでは、最初に、上記の図５及び図１１を参照して説明した測定位置検出プロセス（測定点ユニット間の相互距離の算出）が行われる。なお、この測定位置検出プロセスは図示のように航行開始時にのみ行うようにしてもよいが、定期的に行うように構成してもよい。後者の場合、飛行船１１０の航行中に測定点が移動した場合には、その移動量を求め、移動後の船位置測定プロセスにおいて飛行船の位置情報の修正を行うように構成することもできる。
次に、上記の図２、図３、図４及び図１２を参照して説明した船位置測定プロセスが行われる。そして、この船位置測定プロセスにて得られた飛行船１１０の位置に応じて、予め定められた航行プログラムに従った位置へと飛行船１１０を移動させるための航行指令が作成され、これが飛行船１１０へと送信される。
その後、ＭＰＵ１２０Ａは、飛行船１１０から異常信号や帰還要請信号が送られてきているか否かを確認し、異常信号を受信していれば異常ルーチンを実行し、また、帰還要請信号を受信していれば帰還ルーチンを実行する。
ここで、異常ルーチンとは、何らかの原因で飛行船１１０の制御回路や駆動回路、航行ファン１１３，１１４などの航行手段等が故障し、或いは、浮揚力が失われるなどの理由で航行指令どおりに飛行船１１０が動作しない場合に、制御管理部１１２の電力供給を強制的に遮断するなどの処理を行う。
また、この異常ルーチンにおいて、航行指令通りには飛行船１１０が動作しないものの、或る程度の航行が可能な場合には、後述する帰還ルーチンと同様に、飛行船１１０を強制的に基地局１２０の基地台上に帰還させるように構成してもよい。
さらに、この異常ルーチンでは、飛行船１１０に設けられた障害検知センサ１１６にて飛行船１１０の前方（すなわち進路方向）に障害物が検知されたとき、一時的に進路を予定の航路から外すように制御する航行指令をＭＰＵ１２０Ａが形成し、飛行船１１０が障害物を回避するように構成されている。障害物が検知されなくなると、ＭＰＵ１２０Ａは元の航路上に飛行船１１０を戻すように航行指令を送信し、飛行船１１０は最初の予定通りの航路を辿って進んでいく。
なお、本実施形態では上記のように障害物の回避動作も基地局からの指令に従って行うように構成されているため、飛行船１１０の制御回路等をより簡素に構成することが可能となっている。ただし、障害検知センサ１１６で障害物が検知された場合には、飛行船１１０自身の判断で自動的に回避動作を行うように構成しても構わない。この場合には、障害物が検知されなくなるまで進路を一時的に変更するように航行し、障害物が検知されなくなると、基地局からの航行指令に従った航行状態に復帰するように構成すればよい。
また、帰還ルーチンとは、飛行船１１０からの帰還要請信号を受信した場合に、ＭＰＵ１２０Ａが図１３に示す概略フローチャートに従って動作し、飛行船１１０を基地局１２０の基地台１２２上に帰還させるものである。この帰還ルーチンにおいては、図１３に示すように、上記と同様の船位置測定プロセスによって測定された飛行船１１０の現在位置に応じて、帰還指令を飛行船１１０に対して送信し、飛行船１１０を基地台１２２上に誘導する。飛行船１１０が基地台１２２上に到着すると、基地台１２２に内蔵されたセンサから帰還完了信号が出力され、ＭＰＵ１２０Ａはこの帰還完了信号を受けて、充電制御部１２８ａを制御して充電部１２２ａを介して飛行船１１０の制御管理部１１２に対する充電作業を開始する。また、給気制御部１２９ａを制御して同様に飛行船１１０に対する給気作業を開始する。これらの充電作用及び給気作業は、図１３に示すように並行して行ってもよく、或いは、順次行うようにしてもよい。飛行船１１０の制御管理部１１２から給電完了信号が送信されると、ＭＰＵ１２０Ａは充電制御部１２８ａに制御信号を送り、充電作業を終了させる。同様に、制御管理部１１２から給気完了信号が送信されると、ＭＰＵ１２０Ａは給気制御部１２９ａに制御信号を送り、給気作業を終了させる。
上記の給電作業及び給気作業が完了すると、ＭＰＵ１２０Ａは図１０に示す動作プログラムに基づいて再び飛行船１１０を離陸させ、所定の航行プログラムに従って航行させる。
以上説明したような航行状態においては、上記測定点を構成する測定点ユニットＳ１〜Ｓ３に加えて、新たな測定点ユニットが追加されたとき、測定点追加信号が発生する。この測定点追加信号が発生すると、追加測定位置検出が行われる。この追加測定位置検出は、新たな測定点ユニットの位置を特定するための処理である。より具体的には、新たに追加された測定点ユニットについて他の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３との相対的な位置関係を決定する。この位置関係は、例えば、測定点ユニットＳ１〜Ｓ３と新たな測定点ユニットとの距離をそれぞれ求めることによって決定することができる。なお、この追加測定位置検出のより詳細な説明は後述する別の飛行船システムにおいて行う。この測定点追加信号が発生しなければ、そのまま航行状態が継続し、この航行状態は、図１０に示すように、ストップボタンなどの終了操作がなされるまで継続する。
以上説明したように、本実施形態では、飛行船１１０は航行プログラムに従って自動的に航行し、途中で電力不足や浮揚気体（ヘリウムなど）の不足が生じた場合には自動的に基地台１２２上に帰還し、充電及びガス補給も自動的に行い、その後、再び航行を継続するようになっている。
本実施形態では、基地局１２０の指令（上記波生成指令、航行指令、帰還指令など）に基づいて飛行船１１０が自動的に制御されるので、飛行船１１０には高性能で消費電力の大きいＭＰＵなどの複雑な制御回路を設ける必要がなくなり、また、センサ類としては、進路上の障害物を検知する障害検知センサ１１６だけを備えているので、制御管理部１１２の重量や消費電力を従来よりも格段に小さくすることができる。
上記のような構成は、本実施形態のように室内でも航行可能な小形の飛行船ではきわめて重要なものである。その理由は、浮揚気体を入れた風船が例えば球形の場合は直径と浮揚力との間には３次関数の正の相関があり、風船の直径が小さくなると浮揚力は急減に減少するからである。例えば、風船の直径が３０ｃｍの球体で浮揚気体にヘリウムを使用した場合は浮揚力に対応する重量は１５ｇ程度であるが、風船重量などを勘案すると、浮揚させることの可能な最大積載荷重は８ｇ程度であり、従来構成で浮上することは非常に困難である。ところが、室内等で用いるには、風船の直径は３０〜５０ｃｍ程度、大きくても１ｍ程度でなければ扱い難くなる。
また、上記実施形態においては、基地局１２０と２つの測定点ユニットＳ２，Ｓ３を収容するセンサ容器１２６，１２７とが別体に構成され、配線１２４，１２５によって接続されているが、このような構成に限定されるものではない。
例えば、図６に示す基地局２２０においては、測定点ユニットＳ１を内蔵した基地本体２２１、基地台２２２及びアンテナ２２３を有する点は上記実施形態と同様であるが、測定点ユニットＳ２、Ｓ３は基地本体２２１に対して折畳式の連結アーム２２４，２２５によって連結されている。これらの連結アーム２２４，２２５は図示矢印に示すように２箇所で折りたたむことにより、基地本体の側面上にコンパクトに収納できるように構成されている。
また、図７に示す基地局３２０においては、基地本体３２１、基地台３２２及びアンテナ３２３を備えているが、測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３の全てが基地本体３２１内に収容されている。
なお、上記以外の構成例としては、３つの測定点ユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３の全てが基地本体の外側に配置されているもの、また、基地本体と各測定点ユニットとの間のやり取りを無線等のワイヤレス通信手段で行うようにしたものなどが挙げられる。
［飛行船システム４００］
また、図１４に示す飛行船システム４００を構成することも可能である。この飛行船システム４００においては、基本的に上記実施形態の飛行船システム１００と同様に、船本体４１１及び制御管理部４１２を備えた飛行船４１０と、基地本体４２１及びアンテナ４２３を備えた基地局４２０と、測定点を構成する複数の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３を有する。ただし、この飛行船システム４００では、測定点を構成する測定点ユニットＳ１〜Ｓ３において超音波を発生する波発生器ＳＯが内蔵され、制御管理部４１２内に超音波を検出する波検出器ＳＤが内蔵されている。なお、この飛行性システム４００において、上記の測定点位置検出を行うために、上記実施形態と同様に３つの測定点ユニットＳ１〜Ｓ３に波検出器をそれぞれ内蔵させることが好ましい。
この飛行船システム４００においては、測定点ユニットＳ１〜Ｓ３に内蔵された波発生器ＳＯから超音波が放出され、この超音波を飛行船４１０に搭載された波検出器ＳＤにより検出することによって、各測定点ユニットＳ１〜Ｓ３と飛行船４１０との距離を測定することができる。例えば、測定点ユニットＳ１の波発生器ＳＯからの超音波の放出、制御管理部４１２の波検出器ＳＤによる超音波の検出、測定点ユニットＳ２の波発生器ＳＯからの超音波の放出、制御管理部４１２の波検出器ＳＤによる超音波の検出、測定点ユニットＳ３の波発生器ＳＯからの超音波の放出、制御管理部４１２の波検出器ＳＤによる超音波の検出というように、複数の測定点ユニットの波発生器ＳＯから順次超音波を発生させてそれぞれの超音波を制御管理部４１２の波検出器ＳＤにより逐次検出する。
上記のようにして各測定点ユニットＳ１〜Ｓ３からの超音波を波検出器ＳＤにて検出すると、その度に制御管理部４１２の通信機Ｔ／Ｒは、基地局４２０に信号を送信する。基地局４２０では上記信号をアンテナ４２３にて受信し、基地本体４２１に内蔵された通信機Ｔ／Ｒ（上記通信機１２０Ｂと対応するもの。）にて復調する。基地本体４２１は、各測定点ユニットＳ１〜Ｓ３の波発生器ＳＯから超音波を発生させるための制御信号を送った時点から、制御管理部４１２の通信機Ｔ／Ｒからの信号を基地本体４２１の通信機Ｔ／Ｒにて受信した時点までの時間に応じて、測定点ユニットＳ１〜Ｓ３と飛行船４１０との距離ＬＯ１〜ＬＯ３を求める。これらの距離ＬＯ１〜ＬＯ３は、測定点ユニットＳ１〜Ｓ３の波発生器ＳＯから超音波を放出してから飛行船４１０の制御管理部４１２内の波検出器ＳＤにて超音波を検出するまでの時間に対応するものである。
［飛行船システム５００］
次に、飛行船システム５００について図１５乃至図２３を参照して説明する。この飛行船システム５００は、基本的に上記飛行船システム１００或いは飛行船システム４００とほとんど同様のハード構成を備えているので、飛行船システム１００又は４００と同様の構成要素には同じ名称を用いる。また、この飛行船システム５００の説明は、測定点ユニットＳ１〜Ｓ３に新たな測定点ユニットを追加した場合の詳細な動作を開示するために行うものである。
まず、この飛行船システム５００において、測定点ユニットＳ１〜Ｓ３によって飛行船５１０を制御することのできる位置測定可能領域（図示斜線部）Ｑは、図１５に示すように、飛行船５１０と、測定点ユニットＳ１〜Ｓ３との距離をそれぞれ測定可能な３つの範囲Ｐ１〜Ｐ３が相互に重なる領域である。これは、飛行船５１０が測定点ユニットＳ１〜Ｓ３のうちの一つでも相互距離が測定不能になると、飛行船５１０の位置が特定できなくなるからである。
次に、図１６に示すように、飛行船システム５００に新たな測定点ユニットＳ４を追加する。このとき、測定点ユニットＳ４は、他の測定点ユニットと同様に基地局５２０の基地本体５２１に接続される。この新たな測定点ユニットＳ４の他の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３に対する相対的な位置が特定されると、この飛行船システム５００は、この測定点ユニットＳ４を用いても、飛行船５００の位置を測定することができるようになる。
図１７には、新たな測定点ユニットＳ４をも用いた場合における飛行船５１０を制御可能な位置測定可能領域（図示斜線部）Ｑを示す。ここで、測定点ユニットＳ４と飛行船５１０との間の距離を測定可能な範囲をＰ４とする。すると、上記位置測定可能領域Ｑは、図１７に斜線部で示すように、範囲Ｐ１〜Ｐ４のうちのいずれか３つの範囲が重なる領域となるため、図１５に示す位置測定可能領域よりも拡大された領域となる。
次に、図１６乃至図２０を参照して、新たな測定点ユニットＳ４が追加された場合の追加測定位置検出の処理プロセスについて説明する。図１６に示すように、新たな測定点ユニットＳ４が基地本体５２１に接続された場合には、測定点追加信号が発生し、この測定点追加信号に応じて、図２０に示す追加測定位置検出が実施される。
この追加測定位置検出においては、まず、測定点ユニットＳ１に波生成指令が送られ、測定点ユニットＳ１内の波発生器から超音波が放出される。そして、この超音波を測定点ユニットＳ４内の波検出器にて検出できた場合には、測定点ユニットＳ１とＳ４の距離Ｌ１４を算出する。測定点ユニットＳ４内の波検出器にて検出できなかった場合には、距離Ｌ１４の算出を行わずに次に進む。次に、波生成指令が測定点ユニットＳ２に送られ、測定点ユニットＳ２内の波発生器から超音波が放出される。そして、この超音波を測定点ユニットＳ４内の波検出器にて検出できた場合には、測定点ユニットＳ２とＳ４の距離Ｌ２４を算出する。測定点ユニットＳ４内の波検出器にて検出できなかった場合には、距離Ｌ２４の算出を行わずに次に進む。さらに、波生成指令が測定点ユニットＳ３に送られ、測定点ユニットＳ３内の波発生器から超音波が放出される。そして、この超音波を測定点ユニットＳ４内の波検出器にて検出できた場合には、測定点ユニットＳ３とＳ４の距離Ｌ３４を算出する。測定点ユニットＳ４内の波検出器にて検出できなかった場合には、距離Ｌ３４の算出を行わずに次に進む。
上記の処理を行った後に、上記距離Ｌ１４，Ｌ２４，Ｌ３４の３つの距離が算出された場合には、これらの距離Ｌ１４，Ｌ２４，Ｌ３４を保存して処理を終了する。このように、新たな測定点ユニットＳ４と既存の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３との間の３つの距離が全て測定されるのは、図１７に示すように、新たな測定点ユニットＳ４の範囲Ｐ４内に既存の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３のいずれもが配置されている場合である。
ところで、新たな測定点ユニットＳ４と既存の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３との間の距離が必ず測定できるとは限らない。例えば、図１８に示す場合には、測定点ユニットＳ４に対して距離測定可能なのは測定点ユニットＳ２とＳ３だけであり、測定点ユニットＳ１は、測定点ユニットＳ４の範囲Ｐ４の外側に配置されているために相互距離を測定することができない。したがって、この図１８に示す場合には、上記処理において上記３つの距離のうち２つだけが算出されることとなる。この場合には、新たな測定点ユニットＳ４が既存の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３が配置される平面上に配置されていると仮定すれば、測定点ユニットＳ４の位置を特定することができるが、このような仮定がなりたたなければ測定点ユニットＳ４の位置を特定することはできない。
したがって、この場合には、図２０に示すように、新たな測定点ユニットＳ４に対して圏外にある測定点が発見されたので、この後、どのような処理を望むかを尋ねる旨を実質的に示す表示Ａがなされる。例えば、新たな測定点ユニットＳ４を移動させるか、或いは、新たな測定点ユニットＳ４が既存の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３と同一平面上にあるかを尋ねる。このとき、新たな測定点ユニットＳ４を移動させることを選択し、測定点ユニットＳ４を移動させた後に操作Ｓが行われた場合には、再び上記処理を繰り返し実行し、上記距離を求める。
一方、測定点ユニットＳ４が既存の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３と同一平面上に存在し（例えば、全ての測定点ユニットＳ１〜Ｓ４が床面上に配置されているなど）、これに対応する操作Ｔが行われた場合には、全ての測定点ユニットＳ１〜Ｓ４が同一平面上にある旨を示すフラグを立てるとともに、算出できた２つの距離だけを保存して終了する。この場合には、測定点ユニットＳ１〜Ｓ４が同一平面上に配置されていることから、２つの距離が判明していれば、測定点ユニットＳ４の位置を特定することができる。
さらに、新たな測定点ユニットＳ４が追加された際の状況としては、図１９に示すように、測定点ユニットＳ４との間で距離を測定可能な既存の測定点ユニットＳ３が一つだけである場合があり、また、図示しないが、測定点ユニットＳ４との間にて距離を測定可能な既存の測定点ユニットが存在しない場合も考えられる。いずれの場合にも新たな測定点ユニットＳ４の位置を特定することはできないので、これらの場合には、追加された測定点ユニットＳ４の移動を要請する表示Ｂが提示される。この表示Ｂに応じて測定点ユニットＳ４の移動が行われた後に所定の操作Ｓが行われた場合には、再び上記と同様の距離の測定処理が実行される。
以上のようにして、この飛行船システム５００においては、既存の測定点ユニットＳ１〜Ｓ３に対して追加の測定点ユニットＳ４を追加し、この測定点ユニットＳ４の位置を特定することにより、測定点ユニットＳ１〜Ｓ４を用いて飛行船５１０の位置を測定することが可能になる。したがって、飛行船５１０の位置測定可能領域Ｑを拡大することができる。新たな測定点ユニットは上記と同様にして順次複数追加していくことが可能となるので、例えば、図２１に示すように、多数の測定点ユニットによって広範囲において飛行船５１０を制御することが可能になる。
上記のように３を越える数の測定点ユニットを用いて飛行船５１０の位置を特定する場合には、最短の距離にある３つの測定点ユニットを選択して用いることができる。例えば、上記飛行船システム１００と同様に飛行船５１０から超音波が放出され、測定点ユニットにおいて超音波が検出される場合には、超音波の検出タイミングの早い順に３つの測定点ユニットの検出タイミングのみを用いて飛行船５１０の位置を測定する。このようにすると、図２１に示すように壁Ｗや支柱Ｂ等の表面にて反射された超音波Ｒの検出による飛行船５１０の位置座標の誤りを防止することもできる。また、前回の位置測定により得られた飛行船５１０の位置座標に対して最も近い３つの測定点ユニットを選択し、これらの測定点ユニットから順次超音波を発生させて飛行船５１０の位置測定を行うことも可能である。
一方、飛行船システム４００と同様に測定点ユニットから超音波が順次放出され、飛行船５１０にて超音波が検出される場合には、前回測定した飛行船５１０の位置座標に基づいて飛行船５１０に対して最も接近した位置に配置された３つの測定点ユニットを選び出し、これらの測定点ユニットのみから超音波を放出させるようにすることによって、飛行船５１０の位置を正確に特定することができる。
上記いずれの場合でも、測定点ユニットと飛行船とを結ぶ直線上に障害物（例えば図２１に示す支柱Ｂなど）が存在する場合には、その測定点ユニットが飛行船５１０に近い位置に配置されていても選択対象から除外するようにすればよい。また、壁Ｗや支柱Ｂ等の表面で反射された超音波による障害については、最先に検出された超音波の検出タイミングのみを計算に用いることによって防止することができる。
この飛行船システム５００においては、飛行船５１０の位置測定可能領域Ｑ内において飛行船５１０の位置を測定することができ、その位置に応じて飛行船５１０を制御することが可能になるが、飛行船５１０が上記位置測定可能領域Ｑから逸脱してしまったり、障害物等が現れることによって飛行船５１０の位置が測定できなくなったりした場合には、飛行船５１０を正確に制御することができなくなってしまう。
そこで、飛行船システム５００では、飛行船５１０の位置が測定できなくなった時点で、飛行船５１０を自動的に逆行させることができるように構成される。すなわち、飛行船５１０の航行とともに飛行船５１０の位置測定が常時行われるが、飛行船５１０の位置測定ができなくなった時点で、それまで進んでいた方向の反対方向に飛行船５１０を戻すように制御する。この場合、飛行船５１０から超音波が放出され、測定点ユニットＳ１〜Ｓ３で超音波が検出されるように構成されている場合には、飛行船５１０の位置測定ができなくなった時点で、基地局５２０の制御により、或いは、基地局５２０から飛行船５１０に対して位置測定可能領域Ｑから外れた旨の信号を送ることによって開始される飛行船５１０の制御管理部５１２の制御により、飛行船５１０が逆行させられる。
また、測定点ユニットから超音波が放出され、飛行船５１０にて超音波が検出されるように構成されている場合には、飛行船５１０で超音波が検出できなくなった時点で自ら逆行するようにしてもよい。もちろん、この場合であっても、飛行船５１０から基地局５２０への検出した旨を知らせる通信内容に応じて基地局５２０により飛行船５１０が逆行するように制御してもよい。
上記のように、位置測定可能領域Ｑから飛行船５１０が外れた場合には、飛行船５１０は逆行するため、飛行船５１０は再び位置測定可能領域Ｑの内部に戻ることになる。なお、上記のように飛行船５１０が位置測定可能領域Ｑを逸脱したり、飛行船５１０の位置測定が不可能になったりしたときに、飛行船５１０を降下させるように構成しておいてもよい。
飛行船システム５００においては、上記のように位置測定可能領域Ｑから外れた場合に初めて航路を変更するのではなく、飛行船５１０が位置測定可能領域Ｑ内に留まるように制御してもよい。例えば、図２３に示すように、予め仮想的に位置測定可能領域Ｑを設定しておき、位置測定によって得られた飛行船５１０の位置座標が、設定された位置測定可能領域Ｑの空間座標範囲から外れそうになると、事前に飛行船５１０の進路を修正して、飛行船５１０が位置測定可能領域Ｑから逸脱しないようにする。
［飛行船６１０］
次に、図２４を参照して、上記各飛行船システムに適用可能な飛行船の構成例としての飛行船６１０について説明する。この飛行船６１０は、浮揚気体を収容した船本体６１１に制御管理部６１２が接続されている点で上記各実施形態の飛行船と同様である。この飛行船６１０には、気体を圧縮して格納することのできる格納容器６１３と、この格納容器６１３に空気を圧縮して格納することのできるコンプレッサ６１４とが設けられている。
コンプレッサ６１４は、制御管理部６１２の制御の下で、通常動作時に外気を圧縮して格納容器６１３に導入するとともに、逆転動作時に格納容器６１３から圧縮された空気を外部に放出することができるように構成されている。格納容器６１３は剛体である必要はないが、その内圧が増大しても或る一定以上の容積にはならないように構成されていることが好ましい。
この飛行船６１０においては、コンプレッサ６１４を通常動作させて格納容器６１３に外気を圧縮した状態で導入することによって飛行船６１０の重量（積載荷重）を増大することができ、また、コンプレッサ６１４を逆転動作させて格納容器６１３から圧縮された空気を放出することによって飛行船６１０の重量（積載荷重）を減少させることができる。したがって、コンプレッサ６１４の稼動によって飛行船６１０を上下に移動させることが可能になる。
なお、この飛行船６１０には、図示を省略してあるが、上記実施形態と同様の航行ファンなどの航行手段が設けられる。また、この航行手段の代りに、コンプレッサ６１４を逆転動作させて格納容器６１３から圧縮された空気を放出することにより、放出された空気の反動で移動したり、姿勢変更を行ったりすることも可能である。
［飛行船７１０］
図２５には飛行船７１０の概略構成を示す。この飛行船７１０は、上記と同様の船本体７１１、制御管理部７１２、格納容器７１３、コンプレッサ７１４を備えている。この構成例においては、格納容器７１３に制御弁７１５が接続されている。この制御弁７１５は、格納容器７１５から圧縮された空気を外部に放出したり格納容器７１５からの空気の流出を停止させたりすることができる。そして、この制御弁７１５を用いることにより、制御管理部７１２によって外部へ放出する空気の量を制御できるように構成されている。
なお、この飛行船７１０には、図示を省略してあるが、上記実施形態と同様の航行ファンなどの航行手段が設けられる。また、この航行手段の代りに、制御弁７１５を通して格納容器７１３から圧縮された空気を放出することにより、放出された空気の反動で移動したり、姿勢変更を行ったりすることも可能である。この場合、制御弁７１５を空気放出時の流出速度や流出方向を制御できるように構成することが好ましい。
［飛行船８１０］
図２６には飛行船８１０の概略構成を示す。この飛行船８１０には、上記飛行船７１０と同様の船本体８１１、制御管理部８１２、格納容器８１３、コンプレッサ８１４、制御弁８１５が設けられている。飛行船８１０にはさらに、上記制御弁８１５に接続されたタービン８１６と、このタービン８１６の出力軸に連結された航行ファン８１７とを備えている。この航行ファン８１７は船本体８１１等に取り付けられた支持部８１８によって回転自在に軸支されている。
この飛行船８１０においては、制御弁８１５を介して格納容器８１３に蓄えられた圧縮空気を放出すると、タービン８１６が回転して航行ファン８１７を回転駆動するため、飛行船８１０を推進することができる。ここで、航行ファン８１７をタービン８１６に対して自在継手８１９を介して連結するとともに、支持部８１８によって航行ファン８１７の方向を変更させることができるように構成することによって、航行ファン８１７の方向の変更によって飛行船８１０の進行方向を変えることが可能になる。
［飛行船の浮揚力の制御方法］
次に、上記各飛行船６１０，７１０，８１０の浮揚力の制御方法について説明する。図２７には、飛行船のペイロード（最大積載質量）或いは浮揚力と、経過時間との関係を示す。このグラフに示すように、飛行船のペイロードは時間の経過とともに変動するが、この変動成分としては、時間の経過とともにペイロードが漸減していく経時変化成分と、周囲の環境の変化に伴って変化する環境変化成分とが存在する。経時変化成分は、浮揚気体の経時的喪失に起因して生ずるものであり、図２７に示す実験においては１０００ｈに１〜２ｇ程度である。一方、環境変化成分は、周囲の温度、湿度、気圧等の変化によって変動するものである。
飛行船の浮揚力を制御する方法としては、図２７に点線で示すペイロードの経時的変化（自然減少）を補償するように、格納容器内の圧縮空気を徐々に放出していくことが考えられる。このとき、上記制御弁による空気の放出量を上記ペイロードの自然減少に対応させた量とすることによって、飛行船の高度を、環境変化によって多少上下に移動することはあっても、ほぼ一定の範囲内に保つことが可能である。この場合、放出される気体としては空気以外のものであっても構わない。例えば、窒素ガス等の各種気体を圧縮して充填した格納容器を飛行船に搭載し、この格納容器から気体を徐々に放出させるように構成してもよい。
また、飛行船の浮揚力の変化に応じて、積極的に飛行船の重量を制御するようにしてもよい。図２８は、このような制御方法の手順を示す概略フローチャートである。上記実施形態と同様にして飛行船の位置測定が行われると、飛行船の高度を知ることができるため、位置測定の度に測定データから飛行船の高度を取得し、所定の目標値に対する高度の偏差量を演算する。そして、この偏差量が一定の設定値よりも大きくなれば、上記コンプレッサや制御弁等を用いて飛行船の積載荷重を制御し、高度を修正し、偏差量が設定値よりも小さければそのままとする。なお、飛行船の積載荷重の制御に当たっては、偏差量の微分値や積分値を考慮に入れてもよい。この高度制御の上記目標値は、飛行船の位置制御の目標値に応じて変化する。このような高度制御は航行中常時行われ、停船時には停止される。
上記各飛行船によれば、船本体（風船）に対して全く独立した手段によって飛行船の積載荷重を制御するように構成されているため、２重構造の風船などのような複雑な構造を必要とせず、製造コストを低減することができる。
図２９及び図３０は、図２７に示すペイロードの自然減少を補償するための、上記各飛行船に搭載される装置を示すものである。この装置は、格納容器９１３と、モータ９１４、プーリ９１５及び伝達歯車９１６等を含む駆動機構とを備えている。格納容器９１３には、収容物Ｃを収容する内容器部材９１３Ａと、この内容器部材９１３Ａの外側に回転自在に取り付けられた蓋部材９１３Ｂとを備えている。内容器部材９１３Ａの上部には開口部９１３ａが設けられ、この開口部９１３ａは蓋部材９１３Ｂを上記駆動機構を用いて回転させることによって開閉することができるように構成されている。より具体的には、蓋部材９１３Ｂに設けられた開口部９１３ｂが上記内容器９１３Ａの開口部９１３ａに重なると格納容器９１３が開口した状態となり、その重なり状態によって開口面積を増減させることができる。また、開口部９１３ａと開口部９１３ｂとが全く重ならない状態では格納容器９１３が閉鎖された状態となる。
格納容器９１３内に収容される内容物Ｃは液体又は固体で構成される。液体としては容易に蒸発し得るもの、例えば、水やアルコール等を用いることができる。また、固体としては容易に昇華し得るもの、例えば、ナフタレン、パラジクロールベンゼン、薄荷、樟脳等を用いることができる。そして、これらの内容物Ｃの蒸発量或いは昇華量は、上記のようにして格納容器９１３の開口面積を調整することによって制御することができる。
上記装置は、飛行船に搭載することによってペイロードの自然変化（すなわち経時変化）を補償するように構成することができる。この場合、上記駆動機構を制御することによって格納容器９１３の開口面積を調整し、積載荷重の低下率を制御することも可能である。また、上記の駆動機構を用いることなく、手動で格納容器９１３の開口面積を調整するように構成してもよい。
上記のように開口面積を調整可能に構成した格納容器９１３は、図２４乃至図２６に示す各飛行船にも搭載できる。この場合には、上記コンプレッサの負担を低減することができるため、コンプレッサの小型化や軽量化が可能になる。
［各種システムを構成するための構成例］
図３１は、上記飛行船システムを各種のシステムとして構成する場合の基本的な構成態様を示す概略構成斜視図である。この構成例では、上記飛行船システム１００と同様の飛行船１１０と、基地局１２０とを有するが、さらに、基地局１２０に接続されたコンピュータ装置１３０を備えている。この場合、上述した技術を用いて、飛行船を航行させる範囲に多数の測定点ユニットＳ１〜Ｓ９を分散配置させておくことによって、個々の距離測定時の超音波出力を低減させることができるとともに、超音波の混信を防止することができる。
図３２は、基地局１２０と、各測定ユニットＳ１〜Ｓ９との間において、無線通信によりデータのやり取りが行われる構成例を示すものである。この場合でも、上述のような有線通信によるデータのやり取りと全く同様に処理が行われる。すなわち、飛行船１１０と基地局１２０との間で通信が行われるとともに、飛行船１１０と測定点ユニットＳ１〜Ｓ９のうちの３つの測定点ユニットとの間において距離の測定が実施される。
ただし、この構成例においては、上述の構成に加えて、飛行船１１０と基地局１２０との間の通信を、１又は複数の測定点ユニットを経由して（すなわち測定点ユニットを中継点として）行う機能が付加されている。例えば、飛行船１１０が基地局１２０から離れすぎたことにより、或いは、飛行船１１０と基地局１２０との間に障害物が存在することにより、飛行船１１０と基地局１２０との間で直接の通信ができなくなった場合に、図示一点鎖線で示すように、飛行船１１０と基地局１２０との間に配置された測定点ユニットの一つ又は二つ以上（図示例では測定点ユニットＳ４及びＳ６）を経由して通信を行うように構成されている。これによって、基地局１２０に対して飛行船１１０を遠方まで航行させることが可能になるとともに、障害物の有無に拘わらず航行が可能になるために種々の環境下で用いることが可能になる。また、電波環境が悪い場所でも飛行船１１０に対する制御を安定させることができる。このような１又は複数の測定点ユニットを中継点とする飛行船１１０と基地局１２０との間の通信の経路は、通信可能な経路を探索する処理を設けることにより状況に応じて決定することができる。例えば、データの送受信を行う正規の通信前に予めテスト通信を行うことによって、試行錯誤を繰り返して通信可能な経路を探し出すことができる。
なお、上記のように測定点ユニットを中継点とする飛行船１１０と基地局１２０との間の通信は、無線か有線か、電波か音波か、赤外線か電波かを問わず、また、その他通信プロトコル如何に拘わらず、任意の方式によって行うことができる。例えば、飛行船１１０と測定点ユニットとの間の通信を無線通信により行い、測定点ユニットと基地局１２０との間の通信を有線通信によって行ってもよい。
また、システム構成としては、基地局１２０を複数個設置することも可能であり、また、基地局１２０が単数か複数かに拘わらず、飛行船１１０を複数個制御することも可能である。特に、上記コンピュータ装置１３０を設けることによって複数の基地局１２０や複数の飛行船１１０を有機的関連性をもって制御し、システム全体を統合することが可能になる。
（案内システム）  このコンピュータ装置１３０は、飛行船１１０を制御する基地局１２０の機能を補完する機能を有する。例えば、コンピュータ１３０を操作することによって、飛行船１１０の進む航路を複数の航路パターンの中から選択できるように構成できる。これによって、利用者に行き先を尋ねて、その行き先に応じた操作をコンピュータ１３０に入力することにより、飛行船１１０を案内係として用いることのできる案内システムを構成することが可能になる。
この案内システムにおいては、例えば、図３３に示すように、コンピュータ装置１３０において、適宜の入力手段（キーボード、操作スイッチ、カメラその他の各種センサなど）からの入力に応じて目的地が選択される。また、この目的地に対して複数の経路が想定される場合には、これらの複数の経路から或る一つの経路が選択される。
次に、利用可能な飛行船１１０が存在するか否かの確認、案内を開始することをユーザに視覚情報（例えばコンピュータ装置１３０に接続されたモニタなどの画面表示や飛行船１１０に搭載されたＬＥＤ等の点滅など）により、或いは、音声（飛行船に搭載されたスピーカ等からの音声案内など）により知らせるなどの準備処理を行う。
次に、飛行船１１０を移動させてユーザの案内を開始し、目的地へ移動する。このとき、上記準備処理と同様にユーザに案内途中である旨を知らせることが好ましい。そして、飛行船１１０が目的地に到着したか否かを、上述の方法で測定された飛行船１１０の位置座標と目的地の位置座標（予め記憶されている。）とを比較して確認し、目的地に到着していない場合には飛行船１１０の移動を継続し、目的地に到着した場合には、飛行船１１０を目的地において静止させる（到着処理）。また、ユーザに目的地に到着したことを知らせるために目的地の周り或いは近傍で旋回動作等の特殊な動作を行うようにしてもよい。さらに、光（画像）や音（声）により目的地に到着したことをユーザに知らせるようにしてもよい。
その後、飛行船１１０を基地局１２０へ帰還させるために、所定の経路で飛行船１１０を航行させる帰還処理を実行する。
このような案内システムは、展示会場、ホテル、テーマパーク、会議場などにおいて有効に用いることができる。このような案内システムを構成する場合には、その案内経路１１０Ｒに沿って測定点ユニットＳ１〜Ｓ９を配列させることになる。また、選択することのできる複数の案内経路が存在する場合には、全ての案内経路に沿って測定点ユニットを配列させる必要がある。
（監視システム）  また、飛行船１１０にカメラやマイク等を搭載し、所定の監視経路１１０Ｒを巡回させることによって、飛行船を用いた監視システムを構成することも可能である。この監視システムにおいては、上記コンピュータ装置１３０によってカメラやマイクで検出した画像や音の情報を記録しておくことが可能である。また、上記画像や音に基づいて警報或いは通報を行うための監視プログラムを上記コンピュータ装置１３０等に組み込んでおくこともできる。この監視プログラムとしては、飛行船１１０を所定の監視経路に沿って航行させる航路パターンが含まれる。また、幼児や児童等の動く対象を監視するシステムとして用いる場合には、警報や通報機能（例えば一定範囲の外に監視対象が移動したときに警報や通報を行う機能）や監視対象を追尾する機能を設けることも可能である。
図３４には、上記の監視システムの処理手順の概略構成を示す。この監視システムでは、一定の航路を巡回、運行するという基本的動作が常時行われ、この巡回、運行時において、飛行船１１０に搭載されたカメラ等の視覚情報入力手段やマイク等の音声情報入力手段が常時、或いは、定期的にこれらの情報を基地局１２０或いはコンピュータ装置１３０に通信によって送信しているものとする。ここで、送信データ量の削減や送信に伴う消費電力の削減のために、間欠的にデータの収集や送信を行うようにすることが好ましい。
また、この監視システムでは、上記視覚情報入力手段や音声情報入力手段によって異常が検出された場合には、割込処理を行うように構成されている。例えば、視覚情報入力手段による視覚情報の異常としては、画像中に動きのある物が発見された場合、一定以上の光度や輝度を有する物が発見された場合などが挙げられる。また、予め想定され記憶されている画像データとの間に相違がある場合などであってもよい。また、音声情報入力手段による音声情報の異常としては、一定以上の音量を有する音、ガラスの割れるような特定パターンの音、予め想定され記憶されているパターン以外の音などが挙げられる。これらの異常の解析はコンピュータ装置１３０によって実行されることが好ましい。
上記の巡回、運行状態において、上記のような異常が発見された場合には、異常の態様別に予め設定された割込信号（トリガー）が発生するように構成される。そして、この割込信号が発生した場合には、最初に割り込みの内容を解析する。この割り込み解析は、割込信号の種類に応じて割り込み処理を選択する。ここで、割込信号だけでは異常態様の種類が決定できない場合には、さらにどのような異常事態が発生したのかを、例えば、上記視覚情報入力手段により検出された視覚情報や音声情報入力手段により検出された音声情報に基づいて解析してもよい。
次に、上記割り込み解析によって決定された割り込み処理を実行する。この割り込み処理には、モニタの画面上に異常事態が発生したことを表示したり、ネットワークを通じてユーザに警報を発したり、警報音を発生させたりといった報知処理が含まれる。また、飛行船１１０からのデータ送信が間欠的に行われている場合には連続送信に切り換える。飛行船１１０から送信されたデータにフラグを関連付けて、長期保存データとするなどの処理も行われる。ここで、通常の飛行船１１０から送信されたデータ（フラグ無）は、一定時間の経過後に自動的に消去されるように構成されている。
さらに、上記割り込み処理においては、異常が発見された時点で飛行船１１０の静止・旋回などといった予め設定された動作が行われるように制御する。ここで、画像中に動く物が発見された場合や異常音が発生した場合には、その動く物や異常音の発生場所に向けて飛行船１１０を移動させ、その物や場所の近傍を巡回させる、その物や場所にセンサ類を向けて静止するなどといった動作が行われるように制御してもよい。さらに、動く対象物が発見された場合には、その動きに応じて飛行船１１０が対象物を追尾するように制御してもよい。対象物の追尾は高度な処理（画像処理や音声処理）を必要とするので、コンピュータ装置１３０において処理を実行することが好ましい。
その後、ユーザがコンピュータ装置１３０を適宜操作することにより、或いは、一定時間が経過することにより、上記割り込み状態は解除され、解除処理として、飛行船１１０に対する上記割り込み処理の制御状態を解除し、飛行船１１０を通常の巡回・運行状態に復帰させる。以後、外部からの終了操作がなされたり、巡回、運行プログラムが終了したりする時点まで、飛行船１１０は巡回・運行状態を維持する。
さらに、上述の図３３に示す案内システムやず３４に示す監視システムは、上記の目的地や案内経路の代りに宣伝経路を設定し、或いは、上記の監視手段であるカメラやマイクロフォン等のセンサ類の代りに表示体やスピーカ等の出力装置を飛行船１１０に搭載することによって、宣伝媒体の一種として用いることもできる。この場合にも、コンピュータ装置１３０に搭載される動作プログラムとして、所定の宣伝経路１１０Ｒに沿って飛行船を航行させる機能や、人の多い場所に自動的に向かったり滞在したりする機能などを付加することが可能である。
（玩具システム）  上記の飛行船システムは、人に対して反応を示すロボット玩具として飛行船を用いる玩具システムとして構成することも可能である。例えば、マイクで拾った音声を解析して音声認識を行うことにより、人の命令その他の言葉に応じて移動する機能や人の言葉に対して返答を行う機能を付加することができる。また、カメラで撮影した画像を解析して画像認識を行うことにより、人の動きに反応して移動したり音声をだしたりする機能を付加することもできる。
図３５は、玩具システムの構成例の処理手順の概略構成を示す。この玩具システムは、飛行船１１０に声をかけると、飛行船１１０がユーザに近づき、ユーザと会話を行ったり、ユーザを追いかけたりユーザから逃げたりするものである。また、ユーザのうち、予め登録された者と、登録されていない者とを区別し、それぞれに応じた反応を示すように構成されている。
まず、飛行船１１０は、後述する割り込み処理から復帰する際に用いる現在の状況、飛行船１１０の位置情報等を記憶するなどの初期処理を実行する。次に、待機動作として、所定の航路に沿った巡回や旋回動作を行うなどの運行状態、或いは、静止状態に移行する。この状態で、飛行船１１０に搭載されたカメラやマイク等によってユーザが発見されると、当該ユーザが登録者であるか否かを画像認識や音声認識によって判定する。例えば、ユーザの顔を画像認識によって照合したり、ユーザの声の声紋を照合したりする。ここで、予め設定された言葉（例えば飛行船１１０の名前）をユーザが発したときにユーザを認識し、その言葉の内容によってユーザが登録者であるか否かを判定するようにしてもよい。
次に、ユーザが登録者である場合には処理▲１▼を実行し、登録者でない場合には処理▲２▼を実行する。処理▲１▼としては、例えば、以前に教え込まれた登録者の名前、登録者に対する特有の挨拶などを出力することができ、登録者によって決定された特有の行動をとるように制御される。一方、処理▲２▼としては、例えば、ユーザに対する一般的な呼びかけ、一般的な挨拶などを出力することができ、予め設定された一般的な行動をとるように制御される。また、飛行船１１０の対応動作として、登録者でなくても使用できる一般機能に加えて、登録者権限により使用できる特殊機能を設けるようにしてもよい。特殊機能は、登録者の種別に応じた複数段階の機能を有するように構成してもよい。例えば、一般機能としては、挨拶のやり取り、時刻を尋ねられたらこれに応えるなどの簡単な機能が挙げられる。また、特殊機能としては、飛行船１１０に対して音声で指示することによって電話をかけることができる機能（コンピュータ装置１３０及びこれが接続されたネットワークを介して外部と通信する機能）、飛行船１１０に音声で指示することによって各種機器の遠隔操作を可能にする機能などが挙げられる。
その後、ユーザから解除操作（例えば飛行船１１０に設けたスイッチに対する操作など）を受けたり、予め解除に対応する言葉（例えば「終わり」など）を検出したりした場合、或いは、一定時間が経過した場合や所定時間音声による指示がない場合などにおいては、解除処理を行い、初期処理で記憶したデータに基づいて待機動作としての運行・静止状態に戻る。以上のような動作は、外部からの終了操作がなされたり、動作プログラムが終了したりする時点まで継続する。
なお、上記の案内システム、監視システム、宣伝システム、玩具システムなどの各種システムを構成した場合に、画像認識や音声認識等の高度で複雑な処理はコンピュータ１３０において行い、飛行船１１０や基地局１２０はコンピュータ装置１３０に接続された端末機として用いられるように構成することが好ましい。これによって、特に飛行船１１０の消費電力を低減し、重量の軽減を図ることができる。ただし、本発明においては、上記の各種処理の全体或いはその一部は、コンピュータ装置１３０ではなく、飛行船１１０や基地局１２０のいずれにおいて実行されるように構成されても構わない。
以上説明した上記実施形態は本発明の構成を何ら限定するものではなく、上記実施形態に記載されているか記載されていないかに拘わらず、以下のような構成を採ることも可能である。
飛行船には、上記の障害検知センサ以外に、光や画像を感じる目に相当する撮像装置、声や音を聞き取るマイク等の録音装置、匂いを感じる嗅覚センサ、などの各種センサを搭載することもできる。これらのセンサを搭載することによって、例えば飛行船１１０に光、音、匂い等を与えることによって所定の動作を行わせることが可能になる。
さらに、飛行船には、上記航行ファン以外の種々の航行手段、例えば、プロペラ、イオンエンジン、ガスボンベ、ポンプなどを用いることができる。ここで、進路を制御可能に構成するには、上記航行ファン等の航行手段の作用方向を変えるために航行手段自体の方向を変える駆動機構や気流の方向を変える気流制御板などを設けたりすることができる。また、上下方向に移動する場合には、上記の気体の圧縮・放出手段や蒸発・昇華などを利用する方法の他に、バラスト、小形のガスボンベなどを用いることができる。
また、上記の障害物に対する回避動作は、障害物に接触してから動作するように、衝撃や加速度を検知したときに開始されるように構成してもよい。
さらに、上記飛行船には、光、音などを生ずる発光素子、スピーカなどを搭載してもよい。例えば、特定部位や航行位置に応じた場所を照明したり、人が接近すると点灯したり挨拶をしたりするように構成することもできる。
そして、上記飛行船に別のセンサを取り付け、リモコンなどの遠隔操作手段によって指令を与え、飛行船の航行を操作するように構成してもよい。この場合、飛行船が受けた操作信号を一旦基地局に転送し、基地局から飛行船に改めて航行指令等の各種指令を送るように構成してもよい。
産業上の利用分野
以上、説明したように本発明によれば、飛行船の軽量化や低消費電力化を図ることができるので、例えば、飛行船を小型化して室内で航行させることも可能になる。したがって、実用的な各種のシステムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る飛行船システムの実施形態の全体構成を示す概略斜視図である。
図２は、同実施形態の飛行船の位置測定方法を示す説明図である。
図３は、同実施形態の飛行船の位置測定方法の原理を示す説明図である。
図４は、同実施形態の飛行船の位置測定プロセスのタイミングチャートである。
図５は、同実施形態の測定位置検出プロセスを示す説明図である。
図６は、異なる基地局の構造を示す斜視図である。
図７は、さらに異なる基地局の構造を示す斜視図である。
図８は、基地局の概略構成を示す構成ブロック図である。
図９は、基地局の概略の内部構造を示す概略構成図である。
図１０は、基地局の動作プログラムの処理手順を示す概略フローチャートである。
図１１は、測定位置検出プロセスの手順を示す概略フローチャートである。
図１２は、船位置測定プロセスの手順を示す概略フローチャートである。
図１３は、帰還ルーチンの手順を示す概略フローチャートである。
図１４は、別の飛行船システムの構成を模式的に示す概略斜視図である。
図１５は、飛行船システムにおける飛行船の位置測定可能領域を示す説明図である。
図１６は、飛行船システムに新たな測定点ユニットを追加した状態を模式的に示す概略斜視図である。
図１７は、新たな測定点ユニットを追加したときの飛行船の位置測定可能領域を示す説明図である。
図１８は、新たな測定点ユニットを追加したときの別の飛行船の位置測定可能領域を示す説明図である。
図１９は、新たな測定点ユニットを追加したときの更に別の飛行船の位置測定可能領域を示す説明図である。
図２０は、新たな測定点ユニットを追加したときに行う追加測定位置検出の手順の概略を示す概略フローチャートである。
図２１は、飛行船システムを壁や支柱のある空間に適用させた場合の状況を模式的に示す説明図である。
図２２は、飛行船システムの位置測定可能領域の外側に飛行船が移動したときの動作を模式的に示す説明図である。
図２３は、飛行船システムの位置測定可能領域の外縁に飛行船が接近したときの動作を模式的に示す説明図である。
図２４は、別の飛行船の構成例を模式的に示す概略構成図である。
図２５は、さらに別の飛行船の構成例を模式的に示す概略構成図である。
図２６は、さらに異なる飛行船の構成例を模式的に示す概略構成図である。
図２７は、飛行船のペイロードと時間との関係を示すグラフである。
図２８は、飛行船の高度制御の方法を示す概略フローチャートである。
図２９は、飛行船に搭載される格納容器を備えた装置の構成を模式的に示す縦断面図である。
図３０は、図２９に示す装置の平面図である。
図３１は、飛行船システムを種々のシステムとして構成する場合に好適な構成を示す概略斜視図である。
図３２は、飛行船システムの他の構成例を示す概略斜視図である。
図３３は、案内システムの処理手順の概略構成を示す概略フローチャートである。
図３４は、監視システムの処理手順の概略構成を示す概略フローチャートである。
図３５は、玩具システムの処理手順の概略構成を示す概略フローチャートである。
【図１】
2003004352.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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