JP2006193034A

JP2006193034A - 飛行操縦ロボット

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Publication number: JP2006193034A
Application number: JP2005006092A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Katayanagi; 亮二片柳
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP4334483B2

Abstract

【課題】航空機の操縦を自律的に実行可能であり、航空機の安全な飛行に寄与し得る飛行操縦ロボットの提供。
【解決手段】航空機１００の操縦を実行可能な飛行操縦ロボット１は、航空機１００の操縦用部材１０２や操縦用スイッチ類１０４をそれぞれ操作可能な左アーム２、右アーム４、左レッグ６、右レッグ８およびマニピュレータ１０と、航空機１００に設けられているセンサ群１１６とは独立に航空機１００の運動状態を検出するセンサ群１６と、センサ群１６の検出信号に基づいて左アーム２、右アーム４、左レッグ６、右レッグ８およびマニピュレータ１０を制御する制御コンピュータ１２とを備え、航空機１００の操縦席にセットされた状態でパイロットに代わって航空機１００の操縦を自律的に実行することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機の操縦を実行可能な飛行操縦ロボットに関する。

従来から、旅客機を始めとする各種航空機には、オート・パイロットと称される自動操縦装置が備えられている。この種の自動操縦装置は、一般に、離陸後着陸前の所定期間中にパイロットのスイッチ操作により作動され、その作動中、航空機の運動状態を把握した上で航空機の姿勢変化に応じてコンピュータを用いて操舵装置を操作すると共に、航法装置を用いて航空機を所望の方向に進行させる。また、近年では、このような自動操縦装置を更に総合指示計器、航法装置、計器着陸装置および自動推力調整装置（オート・スロットルシステム）等と結合させた自動飛行制御装置（オート・フライト・コントロール・システム）も知られている。

上述のような従来の自動操縦装置あるいは自動飛行制御装置は、航空機側に予め組み込まれており、パイロットの判断のもと作動・停止されるものである。すなわち、従来の自動操縦装置あるいは自動飛行制御装置は、基本的にパイロットが必ず航空機の操縦の少なくとも一部を担うことを前提として設計されたものとなっている。従って、各種センサ群や航法装置といった航空機側の要素に何らかの不具合が生じたり、何らかの理由によってパイロットが航空機を操縦し得なくなったりしたような場合には、自動操縦装置あるいは自動飛行制御装置を完全に機能させることは困難となる。このため、航空機の安全な飛行を確保するためには、何らかの要因によりパイロットが航空機を操縦し得なくなった場合や、航空機自体に不具合を生じてパイロットに航空機の運動状態が提供されなくなった場合であっても、何らかの手段により、航空機の操縦が実行できるようにする必要がある。

そこで、本発明は、航空機の操縦を自律的に実行可能であり、航空機の安全な飛行に寄与し得る飛行操縦ロボットの提供を目的とする。

本発明による飛行操縦ロボットは、航空機の操縦を実行可能な飛行操縦ロボットであって、航空機の操縦用部材や操縦用スイッチ類をそれぞれ操作可能な複数の操作手段と、航空機に設けられているセンサ群とは独立に航空機の運動状態を検出するセンサ群と、センサ群の検出信号に基づいて操作手段を制御する制御手段とを備え、航空機の操縦席にセットされた状態でパイロットに代わって航空機の操縦を自律的に実行可能であることを特徴とする。

この飛行操縦ロボットは、航空機側に予め組み込まれた一般的な自動操縦装置とは全く別個独立に作動するものである。すなわち、この飛行操縦ロボットは、航空機に設けられているセンサ群とは独立に航空機の運動状態を検出可能なセンサ群を備えており、それ自体で姿勢や速度といった航空機の運動状態を把握し得る。更に、この飛行操縦ロボットは、操舵輪、スロットルレバー、ペダルといった操縦用部材や操縦用スイッチ類等を操作し得る複数の操作手段と、センサ群の検出信号に基づいて操作手段を制御する制御手段とを備えている。従って、パイロットが何らかの要因により航空機を操縦し得なくなった場合や、航空機自体に不具合を生じてパイロットに航空機の運動状態が提供されなくなった場合等に、この飛行操縦ロボットを航空機の操縦席にセットすれば、パイロットの代わりに、飛行操縦ロボットに航空機の操縦を続行させることができる。この結果、この飛行操縦ロボットによれば、パイロットによる操縦が困難となったような場合であっても、航空機の安全な飛行を確保することが可能となる。

また、本発明の飛行操縦ロボットは、航空機がパイロットによって操縦されている際に、パイロットに対して操縦に関する情報を与える機能を有すると好ましい。

このような機能をもった飛行操縦ロボットを航空機の適所に搭載しておけば、飛行操縦ロボットが自らのセンサ群を利用して把握した航空機の運動状態等に関する情報をパイロットに与えることが可能となる。これにより、各種センサ群や航法装置といった航空機側の要素に何らかの不具合が生じたような場合であっても、パイロットに航空機の操縦に関する情報を助言的に与えることが可能となるので、航空機の安全な飛行を良好に確保することが可能となる。

更に、本発明による飛行操縦ロボットは、航空機から独立した通信手段を更に備えるとよく、制御手段は、当該通信手段を用いて地上側の管制システムと交信を行い、管制システムからの指示に従って航空機を操縦可能であると好ましい。

このように、地上側の管制システムにより飛行操縦ロボットを支援または遠隔制御し得るようにすることにより、パイロットによる操縦が困難となったような場合に、航空機の安全な飛行を良好に確保することが可能となる。

そして、本発明による飛行操縦ロボットは人型ロボットとして構成されると好ましい。

上述のように、本発明による飛行操縦ロボットは、それ自体が航空機の操縦を自律的に実行可能なものであり、航空機の安全な飛行に寄与し得る。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明による飛行操縦ロボットの制御ブロック図であり、図２は、本発明による飛行操縦ロボットを示す概略構成図である。図１からわかるように、飛行操縦ロボット１は、航空機１００に対して適用されるものである。まず、本実施形態の飛行操縦ロボット１の適用対象である航空機１００について図１を参照しながら説明すると、航空機１００は、操舵輪１０２ａ、スロットルレバー１０２ｂ、方向舵制御用のペダル１０２ｃ（何れも図２参照）といったパイロットによって操作される操縦用部材１０２と、例えば脚やフラップの出し入れを実行する場合等にパイロットによって操作される様々なスイッチを含む操縦用スイッチ類１０４と、主として地上側の管制システム２００と交信するための通信装置１０６とを含む。これらの操縦用部材１０２、操縦用スイッチ類１０４および通信装置１０６は、それぞれ飛行制御コンピュータ１１０に接続されている。

飛行制御コンピュータ１１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、入出力インタフェース等を含むものである。そして、この飛行制御コンピュータ１１０には、適宜図示されない制御ユニット等を介して、昇降舵や方向舵等を作動させるための操舵用アクチュエータ（油圧アクチュエータ）１１２や、レシプロエンジンやジェットエンジン等の推進装置１１４が接続されている。また、飛行制御コンピュータ１１０には、ピッチ、ロール、ヨーといった航空機の姿勢や、航空機の速度、加速度といった航空機の運動状態をそれぞれ検出する複数のセンサからなるセンサ群１１６も接続されている。

航空機１００の航行中、飛行制御コンピュータ１１０には、操縦用部材１０２や操縦用スイッチ類１０４を介してパイロットから操縦指令が与えられ、場合によっては地上側の管制システム２００からも指令信号が与えられる。そして、飛行制御コンピュータ１１０は、パイロット等からの操縦指令を受け取ると、センサ群１１６からの信号に基づいて、要求されている操舵量や推進力等を算出し、操舵用アクチュエータ１１２や推進装置１１４に指令信号を与える。これにより、航空機１００は、所望の運動状態に制御されることになる。

一方、本発明による飛行操縦ロボット１は、図２に示されるように、いわゆる人型ロボットとして構成されており、基本的に、図２に示されるように、航空機１００の操縦席に着座させられた状態で作動する。そして、飛行操縦ロボット１は、操作手段として、人間の左手に相当する左アーム２、人間の右手に相当する右アーム４、人間の左脚に相当する左レッグ６および人間の右脚に相当する右レッグ８、およびマニピュレータ１０を有している。

左アーム２は、左アーム用アクチュエータ２ａ（図１参照）により駆動され、右アーム４は、右アーム用アクチュエータ４ａ（図１参照）によって駆動される。同様に、左レッグ６には、左レッグ用アクチュエータ６ａ（図１参照）により駆動され、右レッグ８は、右レッグ用アクチュエータ８ａ（図１参照）により駆動される。更に、マニピュレータ１０も、駆動手段として図示されないアクチュエータを含む。これらの左アーム用アクチュエータ２ａ、右アーム用アクチュエータ４ａ、左レッグ用アクチュエータ６ａ、右レッグ用アクチュエータ８ａおよびマニピュレータ１０は、図１に示されるように、それぞれ制御コンピュータ１２に接続されており、この制御コンピュータ１２によって制御される。

制御コンピュータ１２も、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶装置、入出力インタフェース等を含むものである。そして、制御コンピュータ１２には、地上側の管制システム２００と交信可能な通信装置１４が接続されている。また、飛行操縦ロボット１は、上述の航空機１００のセンサ群１１６とは独立したセンサ群１６を有しており、センサ群１６も制御コンピュータ１２に接続されている。センサ群１６には、ピッチ、ロール、ヨーといった航空機の姿勢や、航空機の速度、加速度といった航空機の運動状態をそれぞれ検出する複数のセンサが含まれる。

また、制御コンピュータ１２のＲＯＭには、飛行操縦ロボット１の各種制御プログラムが格納されており、記憶装置には、航路データ、飛行目的地、代替飛行場といった各種データが格納されている。そして、制御コンピュータ１２は、制御プラグラムに従うと共にセンサ群１６からの信号あるいは地上側の管制システム２００からの指令信号に基づいて、アクチュエータ２ａ，４ａ，６ａ，８ａおよびマニピュレータ１０に指令信号を与える。更に、本実施形態の飛行操縦ロボット１では、制御コンピュータ１２のＲＯＭあるいは記憶装置には、航空機１００の故障診断に用いられる診断プログラムや、パイロットに操縦に関する情報を与える際に用いられるパイロット支援プログラム等が格納されている。

このように構成される飛行操縦ロボット１は、航空機１００や航空機１００に予め組み込まれた一般的なオート・パイロットといった自動操縦装置とは全く別個独立に作動するものである。すなわち、飛行操縦ロボット１は、航空機１００に設けられているセンサ群１１６とは独立に航空機１００の運動状態を検出可能なセンサ群１６を備えており、それ自体で姿勢や速度といった航空機１００の運動状態を把握し得る。そして、上述の左および右アーム２，４、左および右レッグ６，８およびマニピュレータ１０は、それぞれ操縦用部材１０２や操縦用スイッチ類１０４等を操作するように制御コンピュータ１２によって制御される。従って、何らかの要因によりパイロットが航空機１００を操縦し得なくなった場合や、航空機１００自体に不具合を生じてパイロットに航空機１００の運動状態が提供されなくなった場合等に、飛行操縦ロボット１を航空機１００の操縦席にセットすれば、パイロットの代わりに、飛行操縦ロボット１に航空機１００の操縦を続行させることができる。

次に、図３を参照しながら、上述の本発明による飛行操縦ロボット１の使用手順について説明する。

図３は、何らかの要因によりパイロットが航空機１００を操縦し得なくなった場合に、飛行操縦ロボット１に航空機１００を操縦させる手順を例示するフローチャートである。同図に示されるように、パイロットが航空機１００を操縦し得なくなったと判断された場合、残りの乗員の手によって飛行操縦ロボット１が操縦席にセットされる（Ｓ１０）。この場合、図２に示されるように、飛行操縦ロボット１は、例えば、左アーム２が操縦用部材１０２に含まれる操舵輪１０２ａを把持すると共に、右アーム４が操縦用部材１０２に含まれるスロットルレバー１０２ｂを把持する状態で操縦席に載置される。また、飛行操縦ロボット１の左レッグ６および右レッグ８は、図２に示されるように、操縦用部材１０２に含まれる方向舵制御用のペダル１０２ｃ上に載せられる。

飛行操縦ロボット１が操縦席にセットされると、飛行操縦ロボット１の電源スイッチがＯＮされ（電源が投入されていない場合）、飛行操縦ロボット１の制御コンピュータ１２は、それ自体が保有しているセンサ群１６からの信号に基づいて予め用意されている診断プログラムを用いて航空機１００の故障診断を実行する（Ｓ１２）。このように、飛行操縦ロボット１に対して、操縦席へのセット時に航空機１００の故障診断を実行させることにより、適切な操縦を実行する上で必要な航空機１００の作動状況に関する情報を飛行操縦ロボット１に与えることが可能となる。

Ｓ１２の故障診断を実行すると、飛行操縦ロボット１の制御コンピュータ１２は、予め用意されている制御プラグラムの中から、航空機１００の状態に応じた最適なプログラムを選択し、当該プログラムに従って、左アーム２、右アーム４、左レッグ６、右レッグ８およびマニピュレータ１０を制御することにより、航空機１００の自律的操縦を実行する（Ｓ１４）。この際、飛行操縦ロボット１の制御コンピュータ１２は、基本的に、自己が有するセンサ群１６からの検出信号に基づいて航空機１００の運動状態を取得し、各アクチュエータ２ａ，４ａ，６ａ，８ａおよびマニピュレータ１０に与えるべき指令信号を生成する。

ここで、航空機１００の操縦が飛行操縦ロボット１によって実行される場合にも、操舵輪１０２ａ、スロットルレバー１０２ｂおよびペダル１０２ｃの操作に加えて、操縦用スイッチ類１０４を操作することが必要となる。しかしながら、人間の手とは異なり、左アーム２および右アーム４に操舵輪１０２ａやスロットルレバー１０２ｂを一旦把持させた後、当該把持状態を解除させ、更に、再度操舵輪１０２ａ等を把持させることは容易ではなく、左アーム２および右アーム４に操縦用スイッチ類１０４を操作させることは容易ではない。このため、飛行操縦ロボット１には、左右のアーム２，４に加えて、専ら操縦用スイッチ類１０４の操作するためのマニピュレータ１０が設けられており、操縦用スイッチ類１０４は、マニピュレータ１０によって操作される。このように、飛行操縦ロボット１に専ら操縦用スイッチ類１０４の操作するマニピュレータ１０を設けることより、左アーム２および右アーム４の動作パターンを単純化すると共にそれぞれの作動範囲を小さくすることができるので、飛行操縦ロボット１の制御を単純化してその動作を確実なものとすることが可能となる。

Ｓ１４にて飛行操縦ロボット１による航空機１００の操縦を開始させると、制御コンピュータ１２は、航空機１００が地上側の管制システム２００の管制エリア内に位置しているか否か判定する（Ｓ１６）。航空機１００が地上側の管制システム２００の管制エリア内に位置していないと判断すると（Ｓ１６におけるＮｏ）、制御コンピュータ１２は、Ｓ１４における航空機１００の自律制御を続行する。

一方、Ｓ１６にて航空機１００が地上側の管制システム２００の管制エリア内に入ったと判断されると（Ｓ１６におけるＹｅｓ）、飛行操縦ロボットの制御コンピュータ１２は、通信装置１４を介した管制システム２００との交信を開始する。そして、制御コンピュータ１２は、自己が有する制御プログラムと管制システム２００からの指示とに従いながら、上述の左アーム２、右アーム４、左レッグ６、右レッグ８およびマニピュレータ１０を制御する（Ｓ１８）。つまり、本実施形態の飛行操縦ロボット１は、航空機１００が地上側の管制システム２００の管制エリア内に入ると、通信装置１４を用いて地上側の管制システム２００と交信を行い、管制システム２００による支援下で航空機１００を操縦する。このように、地上側の管制システム２００によって飛行操縦ロボット１を支援し得るようにすることにより、パイロットによる操縦が困難となったような場合に、航空機１００の安全な飛行を良好に確保することが可能となる。

なお、飛行操縦ロボット１は、航空機１００が地上側の管制システム２００の管制エリア内に入った時点から、管制システム２００によって完全に遠隔制御されるものであってもよい。また、航空機１００が地上側の管制システム２００の管制エリア内に入った後であっても、飛行操縦ロボット１に航空機１００の自律的操縦をそのまま継続させてよいことはいうまでもない。

Ｓ１８にて管制システム２００による飛行操縦ロボット１の支援が開始された後、航空機１００が着陸・停止したと判断されるまで（Ｓ２０におけるＮｏ）、飛行操縦ロボット１は、自己が有する制御プログラムと管制システム２００からの指示とに従いながら、航空機１００を操縦する（Ｓ１８）。そして、航空機１００が安全に着陸・停止すると、飛行操縦ロボット１による航空機１００の操縦が終了する（Ｓ２０におけるＹｅｓ）。

上述のように、飛行操縦ロボット１によれば、パイロットによる操縦が困難となったような場合であっても、航空機の安全な飛行を確保することが可能となる。そして、上述の飛行操縦ロボット１は、航空機１００とは全く別個独立のものであるため、既存の航空機に対して、機体側に何らかの改良を加えることなく適用され得る。更に、将来的には、飛行操縦ロボット１に副操縦士の役割を担わせることも可能であろう。そして、上述の飛行操縦ロボット１は、次のような態様のもとでも使用され得る。

すなわち、飛行操縦ロボット１は、航空機１００に設けられているセンサ群１１６とは独立に航空機１００の運動状態を検出可能なセンサ群１６を備えており、それ自体で姿勢や速度といった航空機１００の運動状態を把握し得る。従って、パイロットが航空機１００の操縦を主に担っている際に、飛行操縦ロボット１を例えば操縦席の一方といった適所にセットしておくことにより、飛行操縦ロボット１が自らのセンサ群１６を利用して把握した航空機１００の運動状態に関する情報をパイロットに対して助言的に与えることが可能となる。

かかる態様のもとでは、飛行操縦ロボット１の制御コンピュータ１２によって上述のパイロット支援プログラムが実行される。そして、この場合、飛行操縦ロボット１が取得した航空機１００の操縦に関する情報は、通信装置１４および１０６を介して航空機１００の飛行制御コンピュータ１１０に与えられ、飛行制御コンピュータ１１０は、飛行操縦ロボット１からの航空機１００の操縦に関する情報を音声や画像を介してパイロットに提示する。これにより、航空機１００のセンサ群１１６や航法装置といった航空機１００側の要素に何らかの不具合が生じたような場合であっても、バイロットに航空機１００の操縦に関する情報を与えることが可能となるので、航空機１００の安全な飛行を良好に確保することが可能となる。

本発明による飛行操縦ロボットの制御ブロック図である。本発明による飛行操縦ロボットを示す概略構成図である。本発明による飛行操縦ロボットの使用手順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１飛行操縦ロボット、２左アーム、２ａ左アーム用アクチュエータ、４右アーム、４ａ右アーム用アクチュエータ、６左レッグ、６ａ左レッグ用アクチュエータ、８右レッグ、８ａ右レッグ用アクチュエータ、１０マニピュレータ、１２制御コンピュータ、１４，１０６通信装置、１６，１１６センサ群、１００航空機、１０２操縦用部材、１０２ａ操舵輪、１０２ｂスロットルレバー、１０２ｃペダル、１０４操縦用スイッチ類、１０６通信装置、１１０飛行制御コンピュータ、１１２操舵用アクチュエータ、１１４推進装置、２００管制システム。

Claims

航空機の操縦を実行可能な飛行操縦ロボットであって、
前記航空機の操縦用部材や操縦用スイッチ類をそれぞれ操作可能な複数の操作手段と、
前記航空機に設けられているセンサ群とは独立に前記航空機の運動状態を検出するセンサ群と、
前記センサ群の検出信号に基づいて前記操作手段を制御する制御手段とを備え、前記航空機の操縦席にセットされた状態でパイロットに代わって前記航空機の操縦を自律的に実行可能であることを特徴とする飛行操縦ロボット。
前記航空機がパイロットによって操縦されている際に、前記パイロットに対して操縦に関する情報を与える機能を有していることを特徴とする請求項１に記載の飛行操縦ロボット。
前記航空機から独立した通信手段を更に備え、前記制御手段は、前記通信手段を介して地上側の管制システムと交信を行い、前記管制システムからの指示に従って前記航空機を操縦可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の飛行操縦ロボット。
人型ロボットとして構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の飛行操縦ロボット。