JP2006248378A - 無人ヘリコプタのアンテナ配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 自律飛行の操縦データ通信用のアンテナと機体からの撮影データを送信する画像データ通信用のアンテナ相互間の干渉及び機体に備わる部材による電波の遮蔽作用を軽減させた無人ヘリコプタのアンテナ配置構造の提供を目的とする。
【解決手段】 飛行操縦用デジタルデータを送受信するための操縦データアンテナ１８と、機体搭載カメラで撮影したアナログ画像データを地上局に送信するための画像データアンテナ１９とを備えた無人ヘリコプタのアンテナ配置構造において、前記操縦データアンテナ１８と画像データアンテナ１９は、機体４下部の左右スキッド９間に前後方向及び左右方向に位置をずらせて設けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無人ヘリコプタのアンテナ配置構造に関する。

無人ヘリコプタは、農薬等の薬剤を散布するため（例えば特許文献１）、あるいは航空写真撮影のため等に用いられる。この無人ヘリコプタは、リモコン操縦機で使用者が地上から機体を見ながら飛行状態に応じて遠隔操作できる。さらにこのような無人ヘリコプタにおいて、エンジンの運転状態等に応じて最適な飛行制御を自動的に行う自律飛行制御が実用化されている。このような自律飛行制御を行う場合、機体側から運転状態の検出データがデジタル信号で地上局に送られるとともに、地上局側から自律飛行に必要な指令信号がデジタル信号で機体側に送られる。このような自律飛行用の操縦データ通信用のアンテナが機体に備わる。

一方、写真撮影用カメラを搭載した無人ヘリコプタでは、撮影した画像のアナログデータを地上局に送信する。この画像データ通信のために画像データ用のアンテナが機体に備わる。

このような操縦データアンテナ及び画像データアンテナは、機体の姿勢にかかわらず地上との間で良好に送受信を行うために、機体下部のほぼ中央部に設けることが考えられる。この機体下部ほぼ中央部の左右両側には着陸時の機体支持用のスキッドが設けられている。

特開２００２−１６６８９３号公報

機体下部の中央部に設けられた操縦データアンテナ及び画像データアンテナはそれぞれ良好なデータ送受信を行うために、相互に干渉しないように設ける必要がある。また機体の脚部には導電体であるカーボンファイバーやアルミ製部品が使用され、これらが電波に対し遮蔽効果をもつため、上記２つの送受信用のアンテナは、これらの脚部部品からも距離を隔てる必要がある。アンテナ位置は、地上局に対する機体の方向がどちらに向いても良好な送受信状態を確保できる場所に配置することが好ましい。機体の脚部や機体前方のマフラーがアンテナと地上局を結ぶ線上にくると電波が弱くなることが判明した。また、このとき、アンテナの位置を低くすることにより、また、アナログ画像電波はアンテナ位置を後方に配置することによりデータ通信への影響を軽減できることが判明した。また、操縦データ通信アンテナは機体中央近くにおいてもアナログ画像電波ほどデータ通信に影響を与えないことが判明した。

本発明は、上記の点を考慮したものであり、自律飛行の操縦データ通信用のアンテナと機体からの撮影データを送信する画像データ通信用のアンテナ相互間の干渉及び機体に備わる部材による電波の遮蔽作用を軽減させた無人ヘリコプタのアンテナ配置構造の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、飛行操縦用デジタルデータを送受信するための操縦データアンテナと、機体搭載カメラで撮影したアナログ画像データを地上局に送信するための画像データアンテナとを備えた無人ヘリコプタのアンテナ配置構造において、前記操縦データアンテナと画像データアンテナは、機体下部の左右スキッド間に前後方向及び左右方向に位置をずらせて設けられたことを特徴とする無人ヘリコプタのアンテナ配置構造を提供する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記画像データアンテナ及び前記操縦データアンテナは、前記左右スキッド間の後端近くで機体から垂下し、下端がスキッドの下面より上方でほぼスキッドと同じ位置に設けられたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、機体下面に後方に向って下がるように傾斜したステーを設け、該ステーの中間部に前記操縦データアンテナを垂下して取付け、該ステーの後端部に前記画像データアンテナを垂下して取付けたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、機体下面にアンテナ支持枠を設け、該アンテナ支持枠にクッション材を介して前記傾斜ステーを取付けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、側面視で機体下部のほぼ中央部となる左右のスキッド間に、前後方向及び左右方向に位置をずらせて操縦データアンテナ及び画像データアンテナを設けることにより、機体が前後に傾いた場合にその下部中央部分のアンテナに対して機体自体が障害とならず良好な通信ができるとともに、操縦データアンテナ及び画像データアンテナの２つのアンテナ同士が前後左右にずれているため、アンテナ同士の干渉が軽減され良好な通信状態が保たれる。
また、機体下部の左右スキッド間にアンテナを配置することにより、機体の外周縁部分のスペースを有効に利用してコンパクトなレイアウトが得られるとともに、左右スキッドによりアンテナの保護を図ることができる。

請求項２の発明によれば、アンテナは左右スキッド間の後端近くに機体側から垂下して取付けられるため、通常スキッド前端部近傍の機体下部に配置される導電体製のマフラーから遠ざかり、マフラーによる電波障害が軽減される。また、アンテナ下端がスキッド下面より上方でほぼスキッドと同じ位置まで下げられるため、スキッドによりアンテナを保護しつつアンテナの通信機能を充分確保することができる。

請求項３の発明によれば、後方が下がるように傾斜したステーから垂下して、２つのアンテナを、操縦データアンテナが前側、画像データアンテナが後側になるように取付けることにより、一般に直線状アンテナで長さ寸法が長い操縦データアンテナと長さ寸法が短い画像データアンテナを、両アンテナの下端部を最大限スキッド下面の位置近くまで延ばした状態で、簡単な構成で前後にずらせて取付けることができる。

請求項４の発明によれば、アンテナを取付けたステーがクッション材を介して機体側に固定されるため、ステーに対するエンジン振動等の機体側の振動がクッション材で吸収され、アンテナが安定して保持され良好な通信状態が保たれる。

図１〜図３はそれぞれ、本発明に係る無人ヘリコプタの側面図、上面図及び正面図である。
無人ヘリコプタ１は、メインボディ２とテールボディ３からなる機体４を備える。メインボディ２の上部にメインロータ５が備わり、テールボディ３の後部にテールロータ６が備わる。メインボディ２の前部にラジエータ７が備わり、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が備わる。これらの支持脚８及びスキッド９は、導電体であるアルミニウム又はカーボンファイバーで形成されている。
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に備わるマフラー６１が配設される。

メインボディ２の後部上側にコントロールパネル１０が備わり、下側に表示灯１１が備わる。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。

メインボディ２の前部下側に、赤外線カメラ（あるいはＣＣＤカメラ）を収容したカメラ装置１２がカメラ雲台１３を介して取付けられる。カメラ装置１２は、カメラ雲台１３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（不図示）がチルト軸（水平軸）廻りに回転可能である。これにより、カメラが前側の窓１４を通して上空から地上の全方位を撮影できる。

メインボディ２の左側に自律制御ボックス１５が搭載される。自律制御ボックス１５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、及び制御プログラムを組込んだ制御基板などが収容される。自律制御は、機体の位置や速度などの飛行データ、機体の姿勢や方位などの機体データ、エンジン回転数やスロットル開度などの運転状態データ等に基づいて、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指令によって選択し、運転状態に応じて最適な操縦制御を行う。

この無人ヘリコプタ１は、このような自律制御で飛行できるとともに、飛行状態を目で確認しながら、この飛行状態や機体から送信された各種運転状態データに基づいて、リモコン操縦機によりマニュアル操作が可能である。

メインボディ２の下面側にアンテナ支持枠１６が取付けられる。このアンテナ支持枠１６に、傾斜したステー１７が取付けられる。このステー１７に、前述の自律制御に必要な運転状態データや飛行指令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の操縦データアンテナ１８が取付けられる。ステー１７にはさらに、前述のカメラ装置１２で撮影した画像データ（アナログデータ）を地上局に送信するための画像データアンテナ１９が取付けられる。

テールボディ３の下面側に地磁気等に基づく方位センサ２０が備わる。方位センサ２０により機体の向き（東西南北）が検出される。メインボディ２内にさらに、ジャイロ装置からなる姿勢センサ（不図示）が備わる。

テールボディ３の上面側にメインＧＰＳアンテナ２１及びサブＧＰＳアンテナ２２が備わる。テールボディ３の後端部に、リモコン操縦機からの指令信号を受信するリモコン受信アンテナ２３が備わる。

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。
カメラ装置１２は、カメラ雲台１３に搭載された赤外線カメラ（又はＣＣＤカメラ）２４を備える。

自律制御ボックス１５内には、カメラ２４からの映像データを受信する画像制御装置２５と、画像データを地上局に送る画像通信機２６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２７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２８と、メインＧＰＳアンテナ２１に接続されたメインＧＰＳ受信機２９と、サブＧＰＳアンテナ２２に接続されたサブＧＰＳ受信機３０が収納される。

機体４には、自律制御ボックス１５内の画像通信機２６及びデータ通信機２７からそれぞれ、アナログ画像データを地上局に送る画像データアンテナ１９及びデジタル操縦データを地上局との間で送受信する操縦データアンテナ１８が、前述のようにメインボディ２（図１）の下面側に備わる。方位センサ２０は、自律制御ボックス１５内の制御基板２８に接続される。機体４内には、ジャイロ装置等からなる姿勢センサ３１が備わり、コントロールボックス３２に接続される。コントロールボックス３２は、自律制御ボックス１５内の制御基板２８とデータ通信して５台のサーボモータ３３を駆動する。３台のサーボモータ３３がメインロータを制御してエンジンコントロール用のサーボモータとともに、機体の前後、左右、上下方向の移動を制御し、テールロータ制御用のサーボモータが機体の回転を制御する。

図５は、地上局のブロック構成図である。
無人ヘリコプタ１と通信する地上局５３には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナ３４と、無人ヘリコプタ１とデータ通信を行うための通信アンテナ３５と、無人ヘリコプタ１から画像データを受信するための画像受信アンテナ３６の３本のアンテナが地上に設置される。

地上局５３は、データ処理部３７と、監視操作部３８と、電源部３９とにより構成される。
データ処理部３７は、ＧＰＳ受信機４０と、データ通信機４１と、画像通信機４２と、これらの通信機４０，４１，４２に接続された通信基板４３とにより構成される。

監視操作部３８は、手動用コントローラ（リモコン操縦機）４４と、カメラ操作や機体の操縦調整などを行うベースコントローラ４５と、バックアップ電源４６と、ベースコントローラ４５に接続されたパソコン４７と、パソコン用のモニタ４８と、ベースコントローラ４５に接続され画像データを表示する画像モニタ４９とにより構成される。

電源部３９は、発電機５０と、バッテリブースタ５１を介して発電機５０に接続されたバックアップバッテリ５２とにより構成される。バックアップバッテリ５２は、飛行前のチェック時などの発電機５０が動作していないときに機体側に接続して１２Ｖの電圧を供給する。飛行中は、発電機５０からデータ処理部３７及び監視操作部３８に１００Ｖの電圧を供給する。

地上局５３の画像モニタ４９に写る画像データは、ＤＶレコーダ５５を介して、遠隔監視室５４に送信され、遠隔監視室５４内で見ることができる。

図６は本発明に係るアンテナ配置のアンテナ取付け部材を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）はアンテナを取付けた状態の側面図である。
矩形のアンテナ支持枠１６は、機体４（図１）の下面に取付けられる。このアンテナ支持枠１６の内側に、矩形のステー支持枠５６を介して上面視が略Ｖ字状のステー１７が固定保持される。ステー１７は、２つのステー部材１７ａ，１７ｂをＶ字状に結合したものである。ステー１７は、機体後方に向って下がるように傾斜する。ステー支持枠５６は、その４隅で例えばゲル封入式ダンパなどのクッション材５７を介してアンテナ支持枠１６に取付けられる。

Ｖ字を形成する一方のステー部材１７ａの途中にブラケット５８を介して直線状の操縦データアンテナ１８が下方に向けて垂下して取付けられる。ステー１７の後端部（ステー部材１７ａの後端部）にブラケット５９を介して画像データアンテナ１９が下方に向けて垂下して取付けられる。なお、これらのステー１７及びブラケット５８，５９は非導電体であるグラスファイバー製である。

図７（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ、図６（Ａ）のＸ−Ｘ断面矢視図及び後面図である。
図７（Ａ）に示すように、操縦データアンテナ１８と画像データアンテナ１９は、前後方向に位置がずれている。また、図７（Ｂ）の後面図に示すように、これらのアンテナ１８，１９は、左右方向にも位置がずれている。このように、操縦データアンテナ１８と画像データアンテナ１９とを前後及び左右方向に位置をずらせて配置することにより、アンテナ相互間の干渉が抑えられ、良好な通信状態が保たれる。

操縦データアンテナ１８と画像データアンテナ１９の下端部は、位置が揃っている。これらのアンテナ下端部の位置は、スキッド９（図１）の位置にほぼ合わせられ、スキッド９の下面から突出しない位置である。この場合、画像データアンテナ１９より長さが長い操縦データアンテナ１８を、前側に配置することにより、両アンテナ１８，１９の下端部を揃えて極力下方に配置した状態で、両アンテナ１８，１９を簡単な構成で同じステー１７に取付けることができる。

本発明は、農薬等の薬剤散布用あるいは測量等の地表面撮影用その他の無人ヘリコプタに適用できる。

本発明に係る無人ヘリコプタの側面図。 図１の無人ヘリコプタの上面図。 図１の無人ヘリコプタの正面図。 本発明に係る無人ヘリコプタのブロック構成図。 地上局のブロック構成図。 本発明に係るアンテナ配置構造の説明図。 本発明に係るアンテナ配置のアンテナ取付け状態の説明図。

符号の説明

１：無人ヘリコプタ、２：メインボディ、３：テールボディ、４：機体、５：メインロータ、６：テールロータ、７：ラジエータ、８：支持脚、９：スキッド、１０：コントロールパネル、１１：表示灯、１２：カメラ装置、１３：雲台、１４：窓、１５：自律制御ボックス、１６：アンテナ支持枠、１７：ステー、１８：操縦データアンテナ、１９：画像データアンテナ、２０：方位センサ、２１：メインＧＰＳアンテナ、２２：サブＧＰＳアンテナ、２３：リモコン受信アンテナ、２４：カメラ、２５：画像制御装置、２６：画像通信機、２７：データ通信機、２８：制御基板、２９：メインＧＰＳ受信機、３０：サブＧＰＳ受信機、３１：姿勢センサ、３２：コントロールボックス、３３：サーボモータ、３４：ＧＰＳアンテナ、３５：通信アンテナ、３６：画像受信アンテナ、３７：データ処理部、３８：監視操作部、３９：電源部、４０：ＧＰＳ受信機、４１：データ通信機、４２：画像通信機、４３：通信基板、４４：リモコン操縦機、４５：ベースコントローラ、４６：バックアップ電源、４７：パソコン、４８：モニタ、４９：画像モニタ、５０：発電機、５１：バッテリブースタ、５２：バックアップバッテリ、５３：地上局、５４：遠隔監視室、５５：ＤＶレコーダ、５６：ステー支持枠、５７：クッション材、５８，５９：ブラケット、６０：排気管、６１：マフラー。

Claims (4)

1. 飛行操縦用デジタルデータを送受信するための操縦データアンテナと、機体搭載カメラで撮影したアナログ画像データを地上局に送信するための画像データアンテナとを備えた無人ヘリコプタのアンテナ配置構造において、
   前記操縦データアンテナと画像データアンテナは、機体下部の左右スキッド間に前後方向及び左右方向に位置をずらせて設けられたことを特徴とする無人ヘリコプタのアンテナ配置構造。
2. 前記画像データアンテナ及び前記操縦データアンテナは、前記左右スキッド間の後端近くで機体から垂下し、下端がスキッドの下面より上方でほぼスキッドと同じ位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の無人ヘリコプタのアンテナ配置構造。
3. 機体下面に後方に向って下がるように傾斜したステーを設け、該ステーの中間部に前記操縦データアンテナを垂下して取付け、該ステーの後端部に前記画像データアンテナを垂下して取付けたことを特徴とする請求項２に記載の無人ヘリコプタのアンテナ配置構造。
4. 機体下面にアンテナ支持枠を設け、該アンテナ支持枠にクッション材を介して前記傾斜ステーを取付けたことを特徴とする請求項３に記載の無人ヘリコプタのアンテナ配置構造。
   

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