JP2004175209A

JP2004175209A - 無人航空機

Info

Publication number: JP2004175209A
Application number: JP2002343539A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nagayama; 敬志永山
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】接近する移動体（例えば他の航空機）との衝突を自動的に回避することができる無人航空機を提供する。
【解決手段】所定の飛行経路に沿った自動飛行を行う無人航空機１において、自機に対する他機Ａの接近情報を取得し、この接近情報に基づいて所定の回避指令を出力するＴＣＡＳ１０と、ＴＣＡＳ１０によって回避指令が出力された場合に所定の衝突回避動作を行わせるように操作部３ａ、４ａ、５ａを制御する制御手段（フライトコンピュータ２０のＣＰＵ）と、を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無人航空機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、所定の飛行制御プログラムに基づいて自動飛行を行う無人飛行機、無人ヘリコプタ、無人飛行船等の無人航空機（ＵＡＶ：ＵｎｍａｎｎｅｄＡｉｒＶｅｈｉｃｌｅ）が実用化されている。
【０００３】
かかる無人航空機の飛行領域は従来制限されていたが、近年の自律飛行技術の進歩に伴って、一部の無人航空機が地形の観測や火山の噴火災害地の調査等で使用されており、その飛行領域や用途が拡大されつつある。そして、近い将来さらに自律飛行技術が進歩して、複数の無人航空機が同一領域（例えば所定の観測地上空や災害地上空）を飛行するようになった状況を想定して、これら無人航空機同士の衝突を回避するための技術を早期に開発する必要がある。
【０００４】
ところで、近年においては、無人飛行船に、超音波センサを用いて障害物を検知する検知装置と、障害物が存在する場合に所定の衝突回避動作を行わせる制御装置と、から構成された障害物自動回避装置を搭載することによって、高層ビル等の地上建造物を自動的に回避する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２４７３９３号公報（第１頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の障害物自動回避装置は、地上建造物のような「非移動体」を回避することを想定したものであるため、移動先を予測できない「移動体」が接近した場合には有効に機能しないおそれがある。また、この障害物自動回避装置は、きわめて低速で飛行する「無人飛行船」に搭載されることを想定したものであり、比較的高速で飛行する他の無人航空機（無人飛行機や無人ヘリコプタ）に搭載された場合には有効に機能しないおそれがある。
【０００７】
従って、この障害物自動回避装置を用いても、複数の無人航空機が同一領域を飛行するような状況下においては無人航空機同士の衝突を回避することができない可能性があった。
【０００８】
本発明の課題は、接近する移動体（例えば他の航空機）との衝突を自動的に回避することができる無人航空機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定の飛行経路に沿った自動飛行を行う無人航空機において、自機に対する他機の接近情報を取得し、この接近情報に基づいて所定の回避指令を出力するＴＣＡＳと、前記ＴＣＡＳによって前記回避指令が出力された場合に、所定の衝突回避動作を行わせるように所定の操作部を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、ＴＣＡＳが、自機に対する他機の接近情報を取得し、この接近情報に基づいて所定の回避指令の出力を行う。そして、ＴＣＡＳによる回避指令の出力に応じて、制御手段が操作部を制御して所定の衝突回避動作を行わせる。従って、接近する移動体（例えば他の航空機）との衝突を自動的に回避することができる。このため、例えば、複数の無人航空機が同一領域を飛行するような状況下で使用された場合においても、他の無人航空機との衝突を回避することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無人航空機において、前記制御手段は、前記ＴＣＡＳによる前記回避指令の出力が解除された場合に、前記飛行経路への復帰動作を行わせるように前記操作部を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ＴＣＡＳによる回避指令の出力が解除された場合に、制御手段が所定の操作部を制御して、所定の飛行経路への復帰動作を行わせる。従って、衝突回避動作終了後に自動的に所定の飛行経路に復帰させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、本発明に係る無人航空機の例として、所定の飛行制御プログラムに基づいて自動飛行する無人飛行機（無人固定翼航空機）を挙げて説明することとする。
【００１４】
まず、図１を用いて、本実施の形態に係る無人飛行機１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る無人飛行機１の構成を説明するための説明図である。
【００１５】
無人飛行機１は、胴体２、主翼３、水平尾翼４、垂直尾翼５、推進装置６、ＴＣＡＳ（ＴｒａｆｆｉｃＡｌｅｒｔａｎｄＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅＳｙｓｔｅｍ）１０、フライトコンピュータ２０等を備えて構成されており、主翼３には補助翼３ａが、水平尾翼４には昇降舵４ａが、垂直尾翼５には方向舵５ａが、各々設けられている。無人飛行機１は、フライトコンピュータ２０によって推進装置６を駆動制御するとともに補助翼３ａ、昇降舵４ａ及び方向舵５ａを各々駆動制御して、所定の自動飛行を行うものである。補助翼３ａ、昇降舵４ａ及び方向舵５ａは、本発明における操作部である。
【００１６】
ＴＣＡＳ１０は、アンテナ部１１、プロセッサ部１２、等を備えて構成される衝突防止装置である。ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２は、自機１の周囲に存在する他機（例えば、図１に示したヘリコプタＡ）に質問電波を発射し、その応答電波をアンテナ部１１によって受信させ、その応答電波を元に他機の方位、距離、高度を算出することによって、自機１に対する他機の接近情報を取得する。そして、自機１に衝突する可能性がある他機（以下、「接近機」という）が検知された場合に、接近警報及び回避方向情報を出力する。プロセッサ部１２によって出力された接近警報及び回避方向情報は、所定の伝送線３０を介して、フライトコンピュータ２０のＣＰＵ（後述）に伝送される。
【００１７】
なお、本実施の形態に係る無人飛行機１には乗員が搭乗しないため、通常のＴＣＡＳに備えられるディスプレイやスピーカを省いている。
【００１８】
フライトコンピュータ２０は、無人飛行機１を統合制御するものであり、メモリやＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を備えている。メモリには、所定の飛行経路に係るデータや、この飛行経路に沿った自動飛行を行わせるための飛行制御プログラムが記録されている。ＣＰＵには、操作部（補助翼３ａ、昇降舵４ａ及び方向舵５ａ）を駆動するためのアクチュエータ４０及び推進装置６が電気的に接続されている。ＣＰＵがメモリ内の飛行制御プログラムを起動させることにより、アクチュエータ４０を介して操作部が駆動制御されるとともに推進装置６が駆動制御され、所定の飛行経路に沿った自動飛行が実現される。
【００１９】
フライトコンピュータ２０のＣＰＵには、所定の伝送線３０を介して、ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２によって出力された接近警報及び回避方向情報が伝送される。ＣＰＵは、かかる接近警報及び回避方向情報に基づいて衝突回避軌道を算出し、この衝突回避軌道に基づいてアクチュエータ４０を介して操作部を駆動制御するとともに推進装置６を駆動制御して、衝突回避動作を行わせる（図１参照）。ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２からフライトコンピュータ２０のＣＰＵに伝送される接近警報及び回避方向情報は、本発明における回避指令であり、フライトコンピュータ２０のＣＰＵは、本発明における制御手段である。
【００２０】
また、フライトコンピュータ２０のＣＰＵは、ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２からの接近警報及び回避方向情報の出力が解除された場合に、所定の飛行経路に無人飛行機１を復帰させるための動作（復帰動作：図３参照）を行わせるようにアクチュエータ４０を介して操作部を駆動制御するとともに推進装置６を駆動制御する。
【００２１】
次に、図２及び図３を用いて、本実施の形態に係る無人飛行機１の衝突回避動作について説明する。図２は、無人飛行機１の衝突回避動作を説明するためのフローチャートであり、図３は、無人飛行機１の衝突回避動作及び復帰動作の軌道を説明するための説明図である。
【００２２】
まず、無人飛行機１が飛行制御プログラムに基づいて所定の飛行経路に沿った自動飛行を行っている状態において、ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２は、無人飛行機１の周囲に存在する他機にアンテナ部１１から質問電波を発射し、その応答電波をアンテナ部１１によって受信する。そして、プロセッサ部１２は、その応答電波を元に無人飛行機１に対する他機の接近情報を取得して、接近機を検知する。
【００２３】
ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２は、接近機を検知（接近機検知工程：Ｓ１）した場合に、接近機の接近情報に応じて無人飛行機１の回避方向を算出する（回避方向算出工程：Ｓ２）。そして、算出した回避方向に係るデータ（回避方向情報）を接近警報とともに出力する（回避指令出力工程：Ｓ３）。これら接近警報及び回避方向情報（回避指令）は、伝送線３０を介してフライトコンピュータ２０のＣＰＵに伝送される。
【００２４】
フライトコンピュータ２０のＣＰＵは、ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２から回避指令が伝送されたか否かを判定する（指令出力判定工程：Ｓ４）。回避指令が伝送されたと判定した場合には、回避方向情報に基づいて衝突回避軌道を算出し（回避軌道算出工程：Ｓ５）、この衝突回避軌道に基づいて回避操舵指令を出力し（回避操舵指令出力工程：Ｓ６）、アクチュエータ４０を介して操作部（補助翼３ａ、昇降舵４ａ及び方向舵５ａ）を駆動制御するとともに推進装置６を駆動制御して、衝突回避動作を開始させる。
【００２５】
一方、フライトコンピュータ２０のＣＰＵは、ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２から回避指令が伝送されないと判定した場合には、回避指令が伝送されるまで通常の自動飛行を続行させる。
【００２６】
回避操舵指令出力工程Ｓ６を経た後、フライトコンピュータ２０のＣＰＵは、ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２からの回避指令の出力が解除されているかを判定する（指令解除判定工程：Ｓ７）。回避指令の出力が解除されたと判定した場合には、衝突回避動作を終了させて、無人飛行機１を所定の飛行経路に復帰させるための復帰軌道を算出し（復帰軌道算出工程：Ｓ８）、この復帰軌道に基づいて復帰操舵指令を出力し（復帰操舵指令出力工程：Ｓ９）、アクチュエータ４０を介して操作部（補助翼３ａ、昇降舵４ａ及び方向舵５ａ）を駆動制御するとともに推進装置６を駆動制御して、復帰動作を開始させる。
【００２７】
一方、フライトコンピュータ２０のＣＰＵは、ＴＣＡＳ１０のプロセッサ部１２からの回避指令の出力が解除されていないと判定した場合には、回避指令の出力が解除されるまで前記した衝突回避動作を続行させる。
【００２８】
復帰操舵指令出力工程Ｓ９を経た後、フライトコンピュータ２０のＣＰＵは、無人飛行機１が所定の飛行経路に復帰したか否かを判定し（復帰判定工程：Ｓ１０）、所定の飛行経路に復帰したと判定した場合には、復帰動作を終了させて、通常の飛行制御プログラムに基づいた自動飛行に戻る。一方、復帰判定工程Ｓ１０において無人飛行機１が所定の飛行経路に復帰していないと判定した場合には、復帰するまで前記した復帰動作を続行させる。
【００２９】
図３は、衝突回避軌道及び復帰軌道の例を示した図である。図３（ａ）に示した衝突回避軌道は、所定の飛行経路から右方向に約１８０°旋回するような略円弧軌道である。また、図３（ａ）に示した復帰軌道は、回避指令が解除され衝突回避動作を終了した点から、回避指令が出力されて衝突回避動作を開始した点に向かって右方向に約１８０°旋回するような略円弧軌道である。
【００３０】
一方、図３（ｂ）に示した衝突回避軌道は、所定の飛行経路から右方向に約９０°旋回するような略円弧軌道である。また、図３（ｂ）に示した復帰軌道は、回避指令が解除され衝突回避動作を終了した点から、所定の飛行経路上の前方の所定点（ウェイポイント）へ向かう略Ｓ字軌道である。
【００３１】
本実施の形態に係る無人飛行機１においては、ＴＣＡＳ１０によって、自機１に対する他機の接近情報を取得し、この接近情報に基づいて回避指令（接近警報及び回避方向情報）の出力を行うことができる。そして、ＴＣＡＳ１０による回避指令の出力に応じて、フライトコンピュータ２０のＣＰＵ（制御手段）が操作部（補助翼３ａ、昇降舵４ａ及び方向舵５ａ）を制御するとともに推進装置６を駆動制御して衝突回避動作を行わせる。従って、接近する他機との衝突を自動的に回避することができる。このため、複数の無人航空機が同一領域を飛行するような状況下で使用された場合においても、他の無人航空機との衝突を回避することができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係る無人飛行機１においては、ＴＣＡＳ１０による回避指令の出力が解除された場合に、フライトコンピュータ２０のＣＰＵ（制御手段）が操作部（補助翼３ａ、昇降舵４ａ及び方向舵５ａ）を制御するとともに推進装置６を駆動制御して、所定の飛行経路への復帰動作を行わせる。従って、衝突回避動作終了後に自動的に所定の飛行経路に復帰させることができる。
【００３３】
なお、以上説明した実施の形態においては、無人航空機として無人飛行機（無人固定翼航空機）を例示したが、無人ヘリコプタ（無人回転翼航空機）や無人飛行船においても同様の構成を採用することができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係る無人飛行機１の構成を、有人の航空機に適用することもできる。すなわち、有人の航空機に、ＴＣＡＳ及びフライトコンピュータを搭載し、ＴＣＡＳとフライトコンピュータのＣＰＵとを伝送線で接続し、ＴＣＡＳから出力される回避指令（接近警報及び回避方向情報）に基づいてＣＰＵが自動的に回避動作を行うように構成することもできる。かかる構成により、パイロットの回避操縦を待たずに自動的に回避動作を行うことができ、パイロットの操縦ミスを補うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ＴＣＡＳが、自機に対する他機の接近情報に基づいて所定の回避指令の出力を行い、この回避指令の出力に応じて制御手段が操作部を制御して衝突回避動作を行わせるので、接近する移動体との衝突を自動的に回避することができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、ＴＣＡＳからの回避指令の出力が解除された場合に、制御手段が所定の操作部を制御して、所定の飛行経路への復帰動作を行わせるので、衝突回避動作終了後に自動的に所定の飛行経路に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る無人飛行機の構成を説明するための説明図である。
【図２】図１に示した無人飛行機の衝突回避動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示した無人飛行機の衝突回避軌道及び復帰軌道を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１無人飛行機
３ａ補助翼（操作部）
４ａ昇降舵（操作部）
５ａ方向舵（操作部）
１０ＴＣＡＳ
２０フライトコンピュータ
Ａヘリコプタ（他機）

Claims

所定の飛行経路に沿った自動飛行を行う無人航空機において、
自機に対する他機の接近情報を取得し、この接近情報に基づいて所定の回避指令を出力するＴＣＡＳと、
前記ＴＣＡＳによって前記回避指令が出力された場合に、所定の衝突回避動作を行わせるように所定の操作部を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする無人航空機。
前記制御手段は、
前記ＴＣＡＳによる前記回避指令の出力が解除された場合に、前記飛行経路への復帰動作を行わせるように前記操作部を制御することを特徴とする請求項１に記載の無人航空機。