(57)【要約】  無人航空機（１）は、航空機（１）の空中での飛行を可能にする駆動ユニット（２）と、制御情報を無線遠隔制御システムから受信するように、または航空機（１）の飛行経路を制御するために、記憶された位置情報によって特徴付けられた空中における航空機（１）の位置をもたらすように設計された飛行制御ユニット（３）とを有する。飛行制御ユニット（３）との第１のインタフェース（７）と、地上群制御ユニット（１５）もしくは他の航空機（１）の群制御ユニット（６）との第２の無線インタフェース（８）とを有するモジュール式群制御ユニット（６）が提供され、群制御ユニット（６）は、無線遠隔制御システムに対応する制御情報を生成する信号生成手段、または前記制御情報を送信する送信手段を有し、少なくとも２台の航空機（１）の群飛行に関連する群制御情報を第１のインタフェース（７）を介して飛行制御ユニット（３）へ出力するように設計される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空機（１）であって、前記航空機（１）の空中における飛行を可能にする駆動ユニット（２）と、無線遠隔制御装置から制御情報を受信するか、または前記航空機（１）の飛行経路を制御するために、記憶された位置情報によって特徴付けられた空中における前記航空機（１）の位置を制御するように構成された飛行制御ユニット（３）とを有し、
前記飛行制御ユニット（３）との第１のインタフェース（７）と、飛行編隊地上管制ユニット（１５）もしくは他の航空機（１）の飛行編隊制御ユニット（６）に対する第２の無線インタフェース（８）とを有するモジュール式飛行編隊制御ユニット（６）が提供され、前記飛行編隊制御ユニット（６）が、前記無線遠隔制御装置に対応する制御情報を生成する信号生成手段もしくは送信する送信手段を有し、少なくとも２台の航空機（１）の編隊飛行に関連する飛行編隊制御情報を前記第１のインタフェース（７）を介して前記飛行制御ユニット（３）へ出力するように構成されることを特徴とする、無人航空機。
【請求項２】
前記第１のインタフェース（７）が、前記信号生成手段とのケーブルインタフェースによって形成され、前記ケーブルインタフェースを介して、前記飛行編隊制御ユニット（６）が、以下のプロトコルまたは概念、すなわち、超小型航空機通信プロトコル（Ｍｉｃｒｏ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＣＡＮバスプロトコル（ＣＡＮ  Ｂｕｓ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ接続、前記無線遠隔制御装置のエミュレーションのいずれか１つに従って、前記無線制御ユニットと通信することを特徴とする、請求項１に記載の航空機。
【請求項３】
前記第１のインタフェース（７）が、前記送信手段との第１の無線インタフェースとして構成されることを特徴とする、請求項１に記載の航空機。
【請求項４】
前記飛行編隊制御ユニット（６）が、前記航空機（１）が所定の飛行区域（１２）にあるかどうかを監視する位置決定手段（９）を有し、前記航空機（１）が前記所定の飛行区域（１２）から離れる危険性がある場合、前記飛行編隊制御ユニット（６）は、前記航空機（１）の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を前記飛行制御ユニット（３）へ出力するように構成され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航空機。
【請求項５】
前記飛行編隊制御ユニット（６）が、特別飛行命令もしくは帰還命令を前記第２の無線インタフェース（８）を介して前記飛行編隊地上管制ユニット（１５）から受信すると、所定の特別飛行経路（１４）に沿って、および／または所定の帰還着陸位置（１３）まで前記航空機（１）を制御するために、前記航空機（１）の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を前記飛行制御ユニット（３）へ出力するように構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項６】
前記飛行編隊制御ユニット（６）が、前記飛行編隊地上管制ユニット（１５）との間に十分な無線接続が存在しなかった期間を決定する時間測定手段を有し、前記飛行編隊制御ユニット（６）が、最大期間を超えると、それぞれ、所定の飛行区域（１２）内で、もしくは所定の立入禁止区域の上空を飛行することなく、所定の帰還着陸位置（１３）まで前記航空機（１）を制御するために、前記航空機（１）の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を前記飛行制御ユニット（３）へ出力するように構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項７】
ハウジングに設けられた前記モジュール式飛行編隊制御ユニット（６）には、ＬＥＤ光源（１７）、レーザ光源（１８）、光反射装置、花火発射装置、発煙手段、表示手段、スピーカ、マイクロフォン、具体的にはカメラなどの光学センサ、画像認識ユニット、距離センサ、温度センサ、湿度センサ、輸送ユニットの補助ユニットのうちの１つまたは複数が設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項８】
前記航空機（１）が、ドローン、具体的にはマルチコプタとして構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項９】
飛行編隊内の少なくとも２台の無人航空機（１）を制御するシステム（１０）であって、前記航空機（１）が、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモジュール式飛行編隊制御ユニット（６）と、任意には前記システム内に飛行編隊地上管制ユニット（１５）とを備え、前記飛行編隊地上管制ユニット（１５）が、前記航空機（１）の前記飛行編隊制御ユニット（６）の第２の無線インタフェース（８）およびその第１のインタフェース（７）を介して前記航空機（１）の飛行制御ユニット（３）と通信するように構成され、および／または前記モジュール式飛行編隊制御ユニット（６）が、前記第２の無線インタフェース（８）を介して互いに通信するように構成されることを特徴とする、システム。
【請求項１０】
異なる構造を有する少なくとも２台の航空機（１）が、それぞれモジュール式飛行編隊制御ユニット（６）を有し、編隊飛行のためのシステム（１０）に設けられることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
飛行編隊のシステム（１０）に提供された航空機（１）による前記飛行編隊において地上域で、前記飛行編隊地上管制ユニット（１５）および／または前記航空機（１）の前記飛行編隊制御ユニット（６）と通信する前記移動式飛行編隊制御ユニット（６）を含む、地上域移動のための少なくとも１台の車両、具体的には乗用車または水上域移動のための少なくとも１台の車両が提供されることを特徴とする、請求項９または１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記航空機（１）が、単一飛行用に製造された市販の航空機によって形成されることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
無人航空機（１）用の飛行編隊制御ユニット（６）であって、前記飛行編隊制御ユニット（６）がモジュール方式でハウジングに設けられ、請求項１〜８のいずれか一項に記載の特徴を有することを特徴とする、飛行編隊制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の空中における飛行を可能にする駆動ユニットと、無線遠隔制御装置から制御情報を受信するか、または航空機の飛行経路を制御するために、記憶された位置情報によって特徴付けられた空中における航空機の位置を制御するように構成された飛行制御ユニットとを有する無人航空機に関する。
【背景技術】
【０００２】
公的な行事および私的な行事で、または一般に、それぞれエンターテイメント産業における芸術もしくは情報の表現に関連して、空中にイラストを提供することを望まれることが多い。これは、例えば火工品を使用すること、飛行機でバナーもしくは展示品を牽引すること、光で噴水を照らすこと、動かない高層建物の正面にイラストを投影すること、または、航空ショーの際の有色煙によって実現されることができる。
【０００３】
空中にイラストを提供する上述の全ての例示的な可能性には、一般的な欠点および／または特定の欠点がある。これら欠点のいくつかを以下に例として挙げる。火工品の使用は、潜在的な危険性および環境に対する悪影響がある。航空ショーは実質的に潜在的な危険性があり、非常に高価であり、複雑で情報量の多いイラストを可能にするには飛行機の移動は根本的に速過ぎる。横断幕を牽引する場合の欠点はかなり類似している。横断幕のイラストもしくは情報はそれぞれ静的であり、２次元にすぎず、ほとんどの場合あまり見えない。光を使用して噴水を照らすことでは、高さ、３次元性および複雑さが制限される。これら解決策のいずれによっても、特定の最小サイズの、基本的に同じイラストを再現することができる、動的で双方向的で再利用可能なイラストを空中に作成することは不可能である。
【０００４】
近年、無人航空機の技術分野、具体的には「ドローン」または「マルチコプタ」の分野におけるＵＡＶの開発により、空中にこのようなイラストを提供するためにこのような航空機が使用されているという事実に至った。
【０００５】
２０１２年９月１日にオーストリアのリンツで開催された公開音楽行事「クランヴォルケ」では、空中の動的なイラストおよび視覚表現を示すために、４９台の「クワドロコプタ」が動的な飛行編隊に統合された。各クワドロコプタは、光拡散画面とこの画面内のＬＥＤ光源とを有していた。このようにして各クワドロコプタは、イラストの「ピクセル」、いわゆる「ＳＰＡＸＥＬ」を空中に形成した。
【０００６】
したがって、ＵＡＶを使用したこのような飛行編隊の提供は、空中にイラストを提供するための上述の可能性の欠点しか解決しないが、利用される技術および必要な専門知識に関してはかなり困難である。特に、動的な飛行編隊内での使用に関する特別な要件を満たすために、各ＵＡＶのハードウェアおよびソフトウェアを煩雑な方法で開発し、定期的に調整する必要がある。さらに、飛行編隊群の空軍管理に関して特定の専門知識と経験が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明は、上述の問題に対処し、かつ少なくともその問題に関連する欠点を軽減する無人航空機を提供するという課題に基づいている。さらに、この文脈では、時間消費やシステムコストなどの経済的基準だけでなく、編隊飛行を可能にする技術もまた改善されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この課題は、飛行制御ユニットとの第１のインタフェースと、飛行編隊地上管制ユニットもしくは他の航空機の飛行編隊制御ユニットとの第２の無線インタフェースとを有するモジュール式飛行編隊制御ユニットを提供することで解決され、飛行編隊制御ユニットは、無線遠隔制御装置に対応する制御情報を生成する信号生成手段もしくは送信する送信手段を有し、少なくとも２台の航空機の編隊飛行に関連する飛行編隊情報を第１のインタフェースを介して飛行制御ユニットへ出力するように構成される。
【０００９】
市販の構造型の無人航空機、具体的には市販のドローンに有利に取り付けられるかもしくは組み込まれてもよい本発明のモジュール式飛行編隊制御ユニットにより、とりわけ、市販の構造型の航空機による空中における描画のための動的な飛行編隊群を提供することが全く初めて可能になる。航空機は、飛行制御ユニットによって駆動ユニットを制御するための技術的機能を必要とするだけである。航空機の飛行および／または一群もしくは飛行編隊群の編隊飛行にそれぞれ必要かつ有利な任意の他の機能は、飛行編隊制御ユニットによって想定され、任意にはそれに対応して飛行制御ユニットに送信される。このようにして、例えば（市販の手動）無線遠隔制御装置の制御情報が送信されるかまたはシミュレーションされる。モジュール式飛行編隊制御ユニットのハードウェアおよびソフトウェアは、航空機とは別に製造され、開発され、および／または継続的に改善されてもよく、これは上述の問題および基準に関して別の大きな利点をもたらす。
【００１０】
第１のインタフェースは、無線遠隔制御装置に対応する制御情報を生成する信号生成手段とのケーブルインタフェースを介して有効に構成される。このようにして、飛行編隊制御ユニットと飛行制御ユニットとの間の非常に安全で遮断しにくい接続が可能になる。飛行編隊制御ユニットは、以下のプロトコルまたは概念、すなわち、超小型航空機通信プロトコル（Ｍｉｃｒｏ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＣＡＮバスプロトコル（ＣＡＮ  Ｂｕｓ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ接続、無線遠隔制御装置のエミュレーションのいずれか１つに従って、ケーブルインタフェースを介して無線制御ユニットと有効に通信する。
【００１１】
第１のインタフェースは、無線遠隔制御装置に対応する制御情報を送信する送信手段との第１の無線インタフェースとして有効に構成される。このようにして、例えば、飛行編隊制御ユニットの航空機へのかなり単純な組込みもしくは可能な限り単純な取り付けを実現してもよい。有利な実施形態では、飛行編隊制御ユニットは、航空機が所定の飛行区域にあるかどうかを監視する位置決定手段を有し、航空機が所定の飛行区域から離れる危険性がある場合、飛行編隊制御ユニットは、航空機の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を飛行制御ユニットへ出力するように構成される。このようにして、とりわけ、例えば任意の監視者もしくは無作為の通行人に対して安全であると定義された飛行安全区域から航空機が離れることを防ぐことにより、または航空機が最大通信範囲の限界を超えることを防ぐことにより、システムの安全性を向上させることができる。これに関して、特に有利な実施形態では、飛行編隊制御ユニットは、特別飛行命令もしくは帰還命令を第２の無線インタフェースを介して飛行編隊地上管制ユニットから受信すると、所定の特別飛行経路に沿って、もしくは所定の帰還着陸位置において航空機を制御するために、航空機の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を飛行制御ユニットへ出力するように構成されてもよい。
【００１２】
さらに有利な実施形態では、飛行編隊制御ユニットは、飛行編隊地上管制ユニットとの間に十分な無線接続が存在しなかった期間を決定する時間測定手段を有し、飛行編隊制御ユニットは、最大期間を超えると、それぞれ、所定の飛行区域内で、もしくは所定の立入禁止区域の上空を飛行することなく、所定の帰還着陸位置まで航空機を制御するために、航空機の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を飛行制御ユニットへ出力するように構成される。このようにして、不具合に対する保護を高めることができ、飛行編隊地上管制ユニットとの無線接続もしくは制御接続がそれぞれ最大期間よりも長く遮断された場合、航空機は所定の着陸場所まで自律的に飛行する。
【００１３】
有利な実施形態では、ハウジングに設けられたモジュール式飛行編隊制御ユニットには、ＬＥＤ光源、レーザ光源、光反射装置、花火発射装置、発煙手段、表示手段、スピーカ、マイクロフォン、具体的にはカメラなどの光学センサ、画像認識ユニット、距離センサ、温度センサ、湿度センサ、輸送ユニットの補助ユニットのうちの１つまたは複数が設けられている。このようにして航空機を、とりわけ、指定された用途に非常に簡単かつ可変的に調整してもよい。
【００１４】
航空機は、ドローン、具体的にはマルチコプタとして有効に構成されている。このようにして、とりわけ可用性、入手および調整のコスト、変動性などに関する利点が得られる。これに関して、同一のドローンもしくは同型のドローンを飛行編隊に使用するかどうか（均一な編隊）、または編隊群が複数の完全に異なるドローンもしくは異なる型のドローンで構成されるかどうか（不均一な編隊）は重要でない。
【００１５】
さらに、本発明は、飛行編隊内の少なくとも２台の無人航空機を制御するシステムを提供し、航空機は、本発明によるモジュール式飛行編隊制御ユニットと、任意にはシステム内に飛行編隊地上管制ユニットとを備え、飛行編隊地上管制ユニットは、航空機の飛行編隊制御ユニットの第２の無線インタフェースおよびその第１のインタフェースを介して航空機の飛行制御ユニットと通信するように構成され、および／またはモジュール式飛行編隊制御ユニットは、第２の無線インタフェースを介して互いに通信するように構成される。このようにして航空機は、とりわけ、飛行編隊地上管制ユニットの使用の有無に関わらず、動的な編隊飛行によって特に複雑で大きなイラストを描くことができる。
【００１６】
このようにして、それぞれモジュール式飛行編隊制御ユニットを有する異なる種類の構造を有する２台の航空機を、編隊飛行のためのシステムにおいて有利に提供してもよい。したがって、例えば空中の複数のイラストを増加させることができる。
【００１７】
特に有利には、飛行編隊のシステムに提供された航空機による編隊において地上域で、飛行編隊地上管制ユニットおよび／または航空機の飛行編隊制御ユニットと通信する移動式飛行編隊制御ユニットを有する、地上域移動のための少なくとも１台の車両、具体的には乗用車もしくはロボット、または水上域移動のための少なくとも１台の車両、具体的には船もしくは潜水艦、あるいは例えばツェッペリン型飛行船、固定翼航空機もしくは全翼機などのその他の種類の航空機がさらに提供されてもよい。このようにして、例えば航空機が空中で乗用車の地上域移動に追従してもよく、逆もまた同様であるので、複数のイラストをさらに増加させることができる。
【００１８】
航空機は、単一飛行用に製造された市販の航空機によって、具体的にはマルチコプタによって有効に形成される。このようにして、システムを費用効率よく入手し、任意には拡張し、編隊飛行のために特に簡単かつ技術的に確実に調整することができる。本発明によるモジュール式飛行編隊制御ユニットは、各航空機、陸上乗り物もしくは水上船に対応して組み込まれるかもしくは取り付けられる。特に有用なのは、本明細書において飛行編隊制御ユニットがモジュール方式でハウジングに設けられることである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態による無人航空機の概略斜視図である。
【図２】図１による複数の無人航空機を有するシステムの上面図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態による複数の無人航空機を有するシステムの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本発明による航空機および本発明によるシステムは、図面に示される例示的な実施形態によって非限定的な方法でより詳細に説明される。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態による無人航空機１を示している。その結果、航空機１は、単一飛行用、より一般的にはいわゆる「オクトコパー」用に製造された市販のドローンとして構成されてもよい。
【００２２】
これに関して、航空機１の駆動ユニット２は、例えば８つの電気モータによって駆動される８つのロータユニットで構成される。駆動ユニット２は、空中における航空機１の飛行を可能にする。
【００２３】
「オクトコパー」は、８つのロータユニットを有する「マルチコプタ」の変形例である。航空機１は、マルチコプタの別の変形例として、例えば４つのロータユニットを有する市販の「クワッドコプタ」などとして代替的に構成されてもよく、任意の数のロータユニットが基本的に可能である。しかし、無人航空機１は、空中において自身の位置を安定させることができる任意の航空機（例えばツェッペリン型飛行船、気球など）であってもよい。同様に、模型飛行機を飛行編隊で飛行させることも可能である。
【００２４】
したがって「空中」という用語は、それぞれ人工もしくは自然の空間もしくは建物の内部または外部の人工もしくは自然の地面の上の任意の可能な空間に関する。
【００２５】
航空機１は、航空機１の飛行経路を制御するために、空中における航空機１の駆動ユニット２、すなわちロータユニットを制御するように構成された飛行制御ユニット３をさらに有する。飛行制御ユニット３は、手動で操作される無線遠隔制御装置（図示せず）もしくは図２に示される飛行編隊地上管制ユニット１５のユーザから制御情報を受信する。したがって航空機１は、空中で飛行経路をとるために、さらなる技術的機能および／または「知能」を必要としない。
【００２６】
無線遠隔制御装置は、航空機１と一緒に販売されている市販の無線遠隔制御装置であってもよい。あるいは、市販のコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォンなどを使用してもよい。したがって、飛行制御ユニット３を使用して、空中の所定の位置へ所定の飛行速度で航空機１を制御することが可能である。この目的のために、駆動ユニット２のロータは飛行制御ユニット３によって適切に制御される。
【００２７】
さらに、本発明の航空機１は、天候の影響から保護されモジュール方式でハウジングに収容されたモジュール式飛行編隊制御ユニット６を有する。本発明によるモジュール式飛行編隊制御ユニット６は、単一飛行用に製造された市販の航空機１、具体的には市販のドローンに連結されてもよい。この目的のために、飛行編隊制御ユニット６は、図１に描かれた矢印に沿って航空機１に取り付けられるように構成され、さらに任意には航空機１から取り外されるように構成される。これは、例えば差込接続、接着剤接続もしくはねじ式接続などの、任意の種類の解除可能な取付具もしくは解除不可能な取付具によって実行されてもよい。あるいは、飛行編隊制御ユニット６は、例えばカバーを介して利用可能な航空機１の一体型ハウジングに挿入されてもよい。
【００２８】
モジュール式飛行編隊制御ユニット６は、飛行制御ユニット３との第１のインタフェース７ならびに第２の無線インタフェース８を有する。飛行編隊制御ユニット６は、例えばＧＰＳ受信機などの位置決定手段９をさらに有し、それによって現在の位置情報を識別してもよい。第１のインタフェース７は、図１に示す例示的な実施形態によるケーブルインタフェースによって形成される。位置情報は、飛行編隊制御ユニット６に記憶されるか、または飛行編隊制御ユニット６が図２に示す飛行編隊地上管制ユニット１５から受信する。位置情報は、飛行編隊制御ユニット６によって、任意には記憶ユニット４によって記録されてもよい。位置情報は、必要に応じてもしくは追加的に、飛行編隊制御ユニット６によって基本的に即時に計算されてもよい。
【００２９】
あるいは、この現在の位置情報は、第１のインタフェース７を介して、例えばＧＰＳ受信機などの飛行制御ユニット３に既に設置されている位置決定手段によって送信されてもよい。
【００３０】
代替的または追加的に、位置情報は記憶ユニット４に記憶されてもよく、ここで、飛行編隊制御ユニット６は、記憶ユニット４から位置情報を受信する。さらに、飛行編隊制御ユニット６は現在の位置情報を記憶ユニットに送信してもよく、その後、現在の位置情報は、例えばさらなる制御のためにもしくはバックアップとして記憶される。
【００３１】
市販の航空機１の飛行制御ユニット３は、航空機１と一緒に販売される無線遠隔制御装置の制御情報を受信する無線受信機を有し、この無線受信機は飛行制御ユニット３の回路基板に差込接続によって取り付けられる。この例示的な実施形態によれば、無線受信機は、飛行編隊制御ユニット６を連結するために抜去され、任意には取り外され、飛行編隊制御ユニット６は無線受信機の代わりに差込接続される。ここで、飛行編隊制御ユニット６は、無線遠隔制御装置、具体的には無線受信機に対応する制御情報を生成する信号生成手段を有し、それによって飛行編隊制御ユニット６は、制御情報が市販の無線遠隔制御装置の無線受信機によって提供されるかのような方法で航空機１の飛行制御ユニット３を制御する。このようにして、飛行編隊制御ユニット６は、ケーブルを介して第１のインタフェース７を経て飛行編隊情報を飛行制御ユニット３に出力してもよい。
【００３２】
飛行編隊制御ユニット６は、例えば現在位置と計画された目標位置、例えば対応する航空機１の記憶された位置情報との差異を識別し、飛行制御ユニット３が受信してもよい位置偏差を制御信号に変換し、これらの制御信号を第１のインタフェース７を介して飛行制御ユニット３に送信し、飛行制御ユニット３は、その後、それに応じてこれらの制御信号を駆動ユニット２に送信する。このようにして航空機１は、それぞれの飛行経路に沿って目標位置まで移動する。
【００３３】
したがって、例示的な実施形態では、飛行編隊制御ユニット６によって、特に飛行編隊群において、飛行編隊地上管制ユニット１５、飛行編隊制御ユニット６、飛行制御ユニット３の順の通信経路を介して空中の航空機１を制御することが可能である。それにより、航空機１の飛行経路は、それぞれ修正されるかもしくは「無効」にされてもよく、飛行編隊地上管制ユニット１５により飛行編隊情報を用いて任意の時点で飛行制御ユニット３に対して取り消されて上書きされる。同様に、優先順位の設定に応じて、飛行編隊制御ユニット６によって任意に送信される飛行経路は、立入禁止区域の上空を飛行されないようにするために、例えば任意の時点で、必要に応じてそれぞれ修正されるかまたは無効にされてもよい。このようにして、航空機１の飛行経路は、特に安全性および／または飛行編隊の知能が要求する場合に、飛行編隊地上管制ユニット１５および／または飛行編隊制御ユニット６によって基本的に即時に任意の時点で調整されてもよい。
【００３４】
衝突を防止するために、飛行編隊地上管制ユニット１５によって、もしくは飛行経路を記憶する前にあらかじめ衝突試験が実施されてもよく、または、飛行編隊制御ユニット６に設置されたセンサのフィードバックをさらに考慮して、飛行編隊制御ユニット６によって航空機１の飛行中に衝突対策が実施される。
【００３５】
あるいは、航空機１は飛行制御ユニット６をさらに有してもよく、飛行制御ユニット６は、航空機１の飛行経路を制御するために、記憶された位置情報によって特徴付けられた空中における航空機１の位置を制御するように構成される。次いで、位置情報は、飛行制御ユニット３の記憶ユニット４または別個の記憶ユニット４に記憶される。飛行制御ユニット３は位置情報を記憶ユニット４から受信し、さらに現在の位置情報を記憶ユニット４に送信してもよく、現在の位置情報はその後、例えば制御もしくはバックアップとして記憶される。航空機１が、記憶された位置情報によって特徴付けられた位置を制御するように構成される場合であっても、飛行経路は飛行において、飛行制御ユニット３が飛行編隊制御ユニット６から受信する対応位置情報によって従うことになる。これに関して制御情報は、地上局、具体的には飛行編隊地上管制ユニット１５によって、もしくは飛行編隊制御ユニット６によって直接提供される。制御情報はプロトコルを介して送信されるか、または（手動）無線遠隔制御装置の制御情報がシミュレーションされる。例えば（手動）無線遠隔制御装置によって「右方向」に移動した航空機１は、飛行編隊制御ユニット６が目標位置に到達したことを認識し、かつ飛行編隊制御６が「保持位置」に切り替わるまで、飛行編隊制御ユニット６によって右に移動され、飛行制御ユニット３は、飛行編隊制御ユニット６の仕様に従って駆動ユニット２を制御する。
【００３６】
位置情報は、例えば「全地球測位システム（ＧＰＳ）」に基づく空中の３次元座標、例えばＧＰＳ交換形式（ＧＰＳ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｆｏｒｍａｔ，ＧＰＸ）のデータである。ＧＰＸ形式のデータは地理データを含んでもよく、この地理データは、緯度、経度および高度からなる地理座標である。航空機１、具体的には飛行編隊制御ユニット６および／または飛行制御ユニット３は、ＧＰＳ受信機５をさらに有する。あるいは、データはまた、ガリレオ（Ｇａｌｉｌｅｏ）システム、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ）システム、ベイドゥ／コンパス（Ｂｅｉｄｏｕ／Ｃｏｍｐａｓｓ）システムもしくは任意の他の衛星ナビゲーションシステムおよび／または時間表示システム、または、建物の内部または外部の航空機１の位置決定（送信信号の送信による位置決定、光学式位置決定システムなど）のためのローカルもしくは建物でのナビゲーションシステムに基づいていてもよい。
【００３７】
航空機１の飛行経路は、位置の時系列に対応し、この時系列はＧＰＸ形式のデータとすることができる。時系列の範囲により、航空機１の飛行速度が決定される。有利には、具体的にはシステムの実行時間にさらに関する位置の時系列順が例えばユーザの対話によって変更されるか、または、１つまたは複数の航空機の新しい位置がユーザの対話から得られる。この文脈では、ユーザの対話がシステムに送信される方法は重要でない。
【００３８】
無線遠隔制御装置は、（中央）（地上）局と多くの移動局（１：ｎ）の間の通信用に特に設計された装置であってもよく、そのプロトコルは、飛行編隊もしくは編隊群におけるこのような通信用に調整される。例示的な実施形態では、無線遠隔制御装置は、飛行編隊地上管制ユニット１５と航空機１の飛行編隊制御ユニット６との間の通信を提供する。あるいは、各飛行編隊制御ユニット６は各飛行編隊制御ユニット６（ｎ：ｍ）と直接通信することもでき、この場合、プロトコルは以前のものとは異なる。帯域幅および周波数に関して無線経路が変わらなくてもよい実施形態が有利である。
【００３９】
あるいは、第１のインタフェース７は第１の無線インタフェースとして構成されてもよく、飛行編隊制御ユニットは、航空機１と一緒に販売される市販の無線遠隔制御装置に対応する制御情報を送信する送信手段を有する。この場合、飛行制御ユニットの無線受信機は飛行制御ユニットの回路基板の差込接続から抜去されず、むしろ飛行編隊制御ユニットの送信手段によって送信される飛行編隊制御情報の無線受信機として使用される。したがって飛行制御手段は、受信した制御情報がパイロットによって操作される無線遠隔制御装置によって送信されたかのように動作し、この制御情報は、実際にはすぐ近くに取り付けられた飛行編隊制御ユニット６から得られる。このようにして、良好で安全な無線接続が得られ、購入した無線遠隔制御装置を使用して航空機を飛行させる可能性を維持することができる。
【００４０】
本発明のさらなる例示的な実施形態によれば、第１のケーブルインタフェースは、例えば以下のプロトコル、すなわち超小型航空機通信プロトコル（Ｍｉｃｒｏ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）およびＣＡＮバスプロトコル（ＣＡＮ  Ｂｕｓ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）に従って通信する規格に従って定義されたインタフェースによって実現されてもよい。これは、市販の航空機１が飛行制御ユニットとのこのようなインタフェースを既に有している場合に特に合理的である。
【００４１】
航空機１は、空中において安定した略静止位置にある一方で、航空機の対称軸線１１は略垂直に向けられている。空中における対称軸線１１を中心とした、および／またはこの場合は略水平な回転軸線（図示せず）を中心とした航空機１の向きは、例えば駆動ユニット２によって実現される。対称軸線および回転軸線を中心としたあらゆる配向が可能である。
【００４２】
図２は、一例として、図１に示す第１の実施形態による複数の無人航空機１および飛行編隊地上管制ユニット１５からなるシステム１０を示している。
【００４３】
航空機１の飛行編隊制御ユニット６は、自身に含まれる第１のインタフェース７を介して、上述の説明に従って飛行制御ユニット３と通信するように構成される。飛行編隊地上管制ユニット１５は、飛行編隊地上管制通信ユニット１６および飛行編隊制御ユニット６の第２の無線インタフェース８を介して、飛行編隊制御ユニット６と通信するように構成される。したがって、航空機１は、飛行編隊において飛行編隊地上管制ユニット１５によって制御されて移動してもよい。これに関して有利には、例えば、他の全ての航空機１は編隊知能に基づいて、制御された航空機１に追従するので、例えば１００台以上の多数の航空機１を移動させるために１〜５台の航空機１のみを制御すれば十分な場合がある。このようにして、送信情報の必要な量を著しく低減することができる。
【００４４】
この文脈における「編隊知能」とは、編隊群飛行の特定の利点を意味しており、編隊群飛行とは、具体的には、最も近くに位置する個体の相互依存関係における、複数の個体の移動および／または個体間の距離の継続的な調整、この場合は個々の航空機１間の距離の継続的な調整による、飛行編隊内の複数の個体の集団移動、この場合は複数の航空機の集団移動のことである。この文脈における「編隊飛行」とは、飛行編隊地上管制ユニット１５および複数の飛行編隊制御ユニット６で構成されるシステムが、飛行編隊制御ユニット６を備えた航空機１を自動的に、かつ共通の空間（空中）で可能な限り衝突が発生しないように移動させる能力を意味する。
【００４５】
任意には、航空機１は、第２の無線インタフェース８を介してモジュール式飛行編隊制御ユニット６によって互いにさらに通信してもよく、飛行編隊制御ユニット６は、第１のインタフェース７を介して、航空機１の編隊飛行に関連する編隊制御情報をそれぞれの飛行制御ユニット３へ出力するように構成される。このようにして、例えば飛行編隊制御ユニット６に取り付けられた距離センサの助けにより、航空機１は、例えば上述の編隊飛行知能に基づいて移動することができる。
【００４６】
飛行区域１２および帰還着陸位置１３は、例えば空間座標、具体的には緯度、経度および高度情報におけるＧＰＳ座標によって定義され、飛行区域は、事実上略垂直に上方へ延び、かつ、上方への航空機１の最大飛行高度もしくは操作者の高度指定によって制限される。したがって、飛行編隊制御ユニット６の位置決定手段９により、航空機１が所定の飛行区域１２内にあるかどうかを監視してもよい。飛行編隊制御ユニット６は、航空機１が所定の飛行区域１２から離れる危険性がある場合、航空機１の変更された飛行経路を指定する飛行編隊制御情報を飛行制御ユニット３へ出力するように構成される。
【００４７】
このような状況は、上部に示す航空機１について図２に示されており、次のシーケンスが基本的に即時に実行される。飛行編隊制御ユニット６は、位置決定手段９と、航空機１の現在の飛行経路および／または記憶された飛行経路によって、航空機１が所定の飛行区域１２から離れる危険性があることを記録する。これは、例えば強い突風によって引き起こされる可能性があり、この突風は航空機１を所定の飛行区域１２から外れる方向に付勢する。飛行編隊制御ユニット６はこの情報を飛行編隊地上管制ユニット１５に送信し、飛行編隊地上管制ユニット１５は、それぞれ特別飛行命令もしくは帰還命令を飛行編隊制御ユニット６に送信する。この帰還命令を受信すると、このようにして航空機を所定の特別飛行経路１４に沿って所定の帰還着陸位置１３まで制御するために、飛行編隊制御ユニット６は航空機１の変更された飛行経路を飛行制御ユニット３に出力する。
【００４８】
任意には、飛行編隊制御ユニット６は、飛行編隊地上管制ユニット１５との間に十分な無線接続が存在しなかった期間を決定する追加の時間測定手段を有してもよく、飛行編隊制御ユニット６は、最大期間を超えると、所定の飛行区域１２内で、任意には所定の立入禁止区域の上空を飛行することなく、所定の帰還着陸位置１３まで航空機１を制御するために、航空機１の飛行経路を修正する。
【００４９】
航空機１はまた、第２の無線インタフェース８を介してモジュール式飛行編隊制御ユニット６によって互いに通信してもよく、各飛行編隊制御ユニット６は、飛行編隊地上管制ユニット１５などを必要とせずにそれぞれの飛行制御ユニット３を適切に制御する。さらに、飛行編隊制御ユニット６は、他の航空機１の飛行制御ユニット３へのアクセスを任意に有してもよい。図３は、さらなる実施形態によるこのような無人航空機１のシステムを示している。この文脈では、航空機１は、ハウジングに設けられたモジュール式飛行編隊制御ユニット６内に補助ユニットが設けられているという事実を除いて、第１の実施形態の航空機１と基本的に類似している。
【００５０】
図３の例では、これらの補助ユニットはＬＥＤ光源１７またはレーザ光源１８である。代替的および／または追加的に、光反射装置、花火発射装置、発煙手段、表示手段、スピーカ、マイクロフォン、具体的にはカメラなどの光学センサ、画像認識ユニット、距離センサ、温度センサ、湿度センサ、物品および荷物用の輸送ユニットなどが提供されてもよく、これらの補助ユニットの全ての組合せは、本発明によるモジュール式飛行編隊制御ユニット６の場合に考えられる。
【００５１】
システム１０の航空機１を、上述の説明による本発明の飛行編隊制御ユニット６によって飛行編隊内で移動させてもよい。航空機１、具体的にはＬＥＤ光源１７およびレーザ光源１８により、とりわけ航空機１の位置情報を含むイラスト情報によって、イラストを空中に生成してもよい。本明細書では、図３は、例えば１００台以上の航空機１など、基本的により多くの航空機１を有するシステムの切抜き図を代替的に示すことができる。このようにして、有利には飛行編隊制御ユニット６および飛行編隊において制御される多数の航空機１を使用して、例えば大規模で明確に見える視覚表現および投影図などのイラストを動的な３次元の複雑な図の形態で提供してもよく、この場合、動的で双方向的な、基本的に同じイラストを再現することができる。
【００５２】
任意には、航空機１を含む飛行編隊において、航空機１の飛行編隊制御ユニット６と地上域で通信する本発明のモジュール式飛行編隊制御ユニット６を有する少なくとも１台の乗用車（図示せず）をさらに提供してもよい。この文脈では、航空機１は、例えば乗用車が地上域で「描く」イラストを空中に基本的に即時に「複写」してもよい。あるいは、これに関して、少なくとも１台の自動車または少なくとも１台の水上船、具体的にはボートもしくは船が提供されてもよい。
【００５３】
本発明の航空機またはシステムは、例えば緊急の場合の救助システムおよび／または輸送システムとして、または自転車レースまたはマラソンなどのスポーツイベントの際の情報システムとして使用されてもよいことに言及されるべきである。この文脈では、例えば航空機の大規模な飛行編隊により、大量の援助物資を非常に迅速かつ正確に提供してもよい。特にこの文脈では、災害区域において、いくつかの選択された場所への並行供給を行ない、このようにして配給不足および深刻な地域集会を防ぐことができる。
【００５４】
無人航空機という用語は、本発明の範囲内で非常に広く解釈されるものであり、例えば熱気球、ツェッペリン型飛行船、模型飛行機もしくは模型ヘリコプタを含むこともできる。
【００５５】
この飛行編隊モジュールの別の可能な用途は、モジュールを装備した全ての航空機用の「トランスポンダおよびブラックボックスシステム」としての用途である。飛行編隊モジュールに組み込まれた記憶ユニットにより、飛行時間、飛行位置、到達速度などの情報を継続的に記録してもよい。耐候性ハウジングの有利な実施形態を例えば耐衝撃性ハウジングとして使用して、衝突事故で終了した状況のために、そのハウジングに記憶された情報を回収後に読み取ってもよく、その情報を（技術的または法的）分析にさらに利用することができる（ブラックボックス機能）。
【００５６】
さらに、飛行編隊制御モジュールと地上局との恒久的な接続により、上述の安全・保安対策を一時中断する必要なく、本発明による飛行編隊モジュールを備えた航空機が飛行中に２つの地上局間を移動することが可能になるように、いくつかの地上局を有利に接続する可能性が得られる。したがって、個々の飛行編隊モジュールに関する位置情報は、地上局の送信のままである（トランスポンダ機能）。
【００５７】
本発明による飛行編隊制御モジュールを備えた航空機が始動される全ての地上局は、あらゆる安全・保安対策を考慮して、航空機を除外される飛行経路に対する制御をそれぞれ維持、変更、または実施してもよい。これは、監視および制御の可能性に関する限り、航空分野におけるトランスポンダ機能に関する発明の拡張に対応している。
【００５８】
特に有利には、ネットワーク内の権限（例えば飛行制御権限）が、ネットワークに参加している地上局を介した個々の飛行編隊制御モジュールの制御について与えられている場合、それぞれが連結された飛行編隊制御モジュールを備えた地上局からなるネットワークが構成される。
【００５９】
このように、権限は、航空交通に関する特定の決定された規制および規定を発行する可能性について与えられるだけでなく、速やかに基本的に即時に措置（例えば、災害時のＵＡＶ操作のための飛行区域の閉鎖）を実施する可能性も存在しており、それによって全ての安全関連の要件（例えば、問題の各ＵＡＶの割り当てられた着陸位置への安全で自律的な着陸）が満たされる。
【００６０】
これは、単一のＵＡＶの操作における飛行編隊モジュールの有利な使用をさらにもたらし、具体的には、飛行編隊制御モジュールの記憶モジュールに記録された飛行情報から自動的に、個々のＵＡＶの専門的かつ業界関連の使用について法的に必要な報告書を作成する可能性に関して有利である。
【図１】
2020518498.tif 000003
【図２】
2020518498.tif 000004
【図３】
2020518498.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月26日(2019.2.26)
【手続補正１】
【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】
単一飛行用に製造された無人航空機（１）であって、前記航空機（１）の空中における飛行を可能にする駆動ユニット（２）と、無線遠隔制御装置から制御情報を受信するか、または前記航空機（１）の飛行経路を制御するために、記憶された位置情報によって特徴付けられた空中における前記航空機（１）の位置を制御するように構成された飛行制御ユニット（３）とを有し、
前記飛行制御ユニット（３）との第１のインタフェース（７）と、飛行編隊地上管制ユニット（１５）もしくは他の航空機（１）の飛行編隊制御ユニット（６）に対する第２の無線インタフェース（８）とを有する、ハウジング内でのみ設計されたモジュール式飛行編隊制御ユニット（６）が提供され、前記飛行編隊制御ユニット（６）が、前記無線遠隔制御装置に対応する制御情報を生成する信号生成手段もしくは送信する送信手段を有し、少なくとも２台の航空機（１）の編隊飛行に関連する飛行編隊制御情報を前記第１のインタフェース（７）を介して前記飛行制御ユニット（３）へ出力するように構成されることを特徴とする、無人航空機。
【請求項２】
前記第１のインタフェース（７）が、前記信号生成手段とのケーブルインタフェースによって形成され、前記ケーブルインタフェースを介して、前記飛行編隊制御ユニット（６）が、以下のプロトコルまたは概念、すなわち、超小型航空機通信プロトコル（Ｍｉｃｒｏ  Ａｉｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＣＡＮバスプロトコル（ＣＡＮ  Ｂｕｓ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、Ｉ２Ｃ、ＵＡＲＴ接続、前記無線遠隔制御装置のエミュレーションのいずれか１つに従って、前記無線制御ユニットと通信することを特徴とする、請求項１に記載の航空機。
【請求項３】
前記第１のインタフェース（７）が、前記送信手段との第１の無線インタフェースとして構成されることを特徴とする、請求項１に記載の航空機。
【請求項４】
前記飛行編隊制御ユニット（６）が、前記航空機（１）が所定の飛行区域（１２）にあるかどうかを監視する位置決定手段（９）を有し、前記航空機（１）が前記所定の飛行区域（１２）から離れる危険性がある場合、前記飛行編隊制御ユニット（６）は、前記航空機（１）の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を前記飛行制御ユニット（３）へ出力するように構成され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航空機。
【請求項５】
前記飛行編隊制御ユニット（６）が、特別飛行命令もしくは帰還命令を前記第２の無線インタフェース（８）を介して前記飛行編隊地上管制ユニット（１５）から受信すると、所定の特別飛行経路（１４）に沿って、および／または所定の帰還着陸位置（１３）まで前記航空機（１）を制御するために、前記航空機（１）の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を前記飛行制御ユニット（３）へ出力するように構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項６】
前記飛行編隊制御ユニット（６）が、前記飛行編隊地上管制ユニット（１５）との間に十分な無線接続が存在しなかった期間を決定する時間測定手段を有し、前記飛行編隊制御ユニット（６）が、最大期間を超えると、それぞれ、所定の飛行区域（１２）内で、もしくは所定の立入禁止区域の上空を飛行することなく、所定の帰還着陸位置（１３）まで前記航空機（１）を制御するために、前記航空機（１）の変更された飛行経路を指定するかもしくは計画された飛行経路を修正する飛行編隊制御情報を前記飛行制御ユニット（３）へ出力するように構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項７】
ハウジングに設けられた前記モジュール式飛行編隊制御ユニット（６）には、ＬＥＤ光源（１７）、レーザ光源（１８）、光反射装置、花火発射装置、発煙手段、表示手段、スピーカ、マイクロフォン、具体的にはカメラなどの光学センサ、画像認識ユニット、距離センサ、温度センサ、湿度センサ、輸送ユニットの補助ユニットのうちの１つまたは複数が設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項８】
前記航空機（１）が、ドローン、具体的にはマルチコプタとして構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の航空機。
【請求項９】
飛行編隊内の少なくとも２台の無人航空機（１）を制御するシステム（１０）であって、前記航空機（１）が、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモジュール式飛行編隊制御ユニット（６）と、任意には前記システム内に飛行編隊地上管制ユニット（１５）とを備え、前記飛行編隊地上管制ユニット（１５）が、前記航空機（１）の前記飛行編隊制御ユニット（６）の第２の無線インタフェース（８）およびその第１のインタフェース（７）を介して前記航空機（１）の飛行制御ユニット（３）と通信するように構成され、および／または前記モジュール式飛行編隊制御ユニット（６）が、前記第２の無線インタフェース（８）を介して互いに通信するように構成されることを特徴とする、システム。
【請求項１０】
異なる構造を有する少なくとも２台の航空機（１）が、それぞれモジュール式飛行編隊制御ユニット（６）を有し、編隊飛行のためのシステム（１０）に設けられることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
飛行編隊のシステム（１０）に提供された航空機（１）による前記飛行編隊において地上域で、前記飛行編隊地上管制ユニット（１５）および／または前記航空機（１）の前記飛行編隊制御ユニット（６）と通信する前記移動式飛行編隊制御ユニット（６）を含む、地上域移動のための少なくとも１台の車両、具体的には乗用車または水上域移動のための少なくとも１台の車両が提供されることを特徴とする、請求項９または１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記航空機（１）が、単一飛行用に製造された市販の航空機によって形成されることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
無人航空機（１）用の飛行編隊制御ユニット（６）であって、前記飛行編隊制御ユニット（６）がモジュール方式でハウジングに設けられ、請求項１〜８のいずれか一項に記載の特徴を有することを特徴とする、飛行編隊制御ユニット。
【国際調査報告】
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2020518498.tif 000008
2020518498.tif 000009
2020518498.tif 000010
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