JP2007106268A - Antenna for unmanned helicopter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無人ヘリコプタのアンテナに関する。 The present invention relates to an antenna for an unmanned helicopter.
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等のために用いられる。この無人ヘリコプタは、無線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。 The unmanned helicopter is used for spraying chemicals such as agricultural chemicals (for example, Patent Document 1) or for aerial photography. This unmanned helicopter can be remotely operated according to the flight state while a user looks at the aircraft from the ground with a radio pilot. Furthermore, in such an unmanned helicopter, autonomous flight control that automatically performs optimum flight control according to the operating state of the engine and the like has been put into practical use. When such autonomous flight control is performed, detection data of the driving state is sent from the aircraft side to the ground station as a digital signal, and a command signal necessary for autonomous flight is sent from the ground station side to the aircraft side as a digital signal. The airframe is equipped with an antenna for controlling flight data for autonomous flight.
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。 On the other hand, an unmanned helicopter equipped with a photography camera transmits analog data of a photographed image to the ground station. An image data antenna is provided in the aircraft for this image data communication.
さらに機体には、地上局からの無線指令を受信するための無線操縦用受信アンテナやGPSアンテナが備わる。 Further, the aircraft is equipped with a radio control receiving antenna and a GPS antenna for receiving a radio command from the ground station.
また、機体内部又は機体側面の制御ボックス内には、デジタル操縦データやアナログ画像データ等を送受信するための通信機が収納される。 In addition, a communication device for transmitting and receiving digital control data, analog image data, and the like is housed in the control box inside the aircraft or in the side of the aircraft.
機体下部ほぼ中央部の左右両側には離着陸時に機体を支持するスキッドが設けられる。 Skids that support the aircraft during takeoff and landing are provided on both the left and right sides of the center of the aircraft.
アンテナは、GPSアンテナ以外は地上との通信のために、通常機体下部に設けられる。機体下部のほぼ中央左右にはスキッドが備わるため、機体の向きや姿勢によってアンテナと地上局との間にスキッドが位置した場合、あるいは電波の伝搬状態によって、電波が乱れたり強度が低下して安定した通信状態が保てなくなる場合がある。 Antennas other than the GPS antenna are usually provided at the lower part of the aircraft for communication with the ground. Skids are provided on the left and right sides of the lower part of the aircraft, so if the skid is positioned between the antenna and the ground station depending on the orientation and attitude of the aircraft, or the radio wave is distorted and the strength is reduced, it is stable and stable. May not be able to maintain the communication status.
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、常に安定した通信状態が得られる無人ヘリコプタのアンテナの提供を目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above prior art, and an object of the present invention is to provide an unmanned helicopter antenna capable of always obtaining a stable communication state.
請求項1の発明は、機体に搭載された通信機にアンテナ切換器を介して複数本のアンテナを接続し、通信状態に応じてアンテナを切換えることを特徴とする無人ヘリコプタのアンテナを提供する。
The invention of
請求項2の発明は、請求項1の発明において、機体下部に備わるスキッドの前後に前記アンテナを設けたことを特徴とする。
The invention of
請求項3の発明は、請求項1の発明において、機体側面より外側の左右に前記アンテナを設けたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the antenna is provided on the left and right sides outside the body side surface.
請求項4の発明は、請求項1の発明において、機体下部に備わる左右のスキッドの支持脚に前記アンテナを一体的に設けたことを特徴とする。
The invention of claim 4 is characterized in that, in the invention of
請求項1の発明によれば、1台の通信機に対し複数のアンテナを接続し、すなわち同じ周波数帯の電波に対するアンテナを複数個備え、通信状態に応じてアンテナを切換えて使用するため、常に良好な通信状態でデータの送受信が可能になる。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of antennas are connected to one communication device, that is, a plurality of antennas for radio waves in the same frequency band are used, and the antennas are switched according to the communication state. Data can be transmitted and received in a good communication state.
請求項2の発明によれば、スキッドの前後にそれぞれアンテナを配置するため、一方のアンテナがスキッドにより電磁的に遮蔽されても、他方のアンテナに切換えて良好な通信状態を維持できる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、機体側面より外側の左右それぞれにアンテナを配置するため、一方のアンテナが機体により電磁的に遮蔽されても、他方のアンテナに切換えて良好な通信状態を維持できる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、スキッドの支持脚にアンテナ線やアンテナフィルムを貼り付ける等によりアンテナとスキッド支持脚を一体構造とすることにより、機体下部の構成が簡素化してスペースに余裕ができ他の機器類の搭載が可能になる。またアンテナ自体が補強される。 According to the invention of claim 4, the antenna and the skid support leg are integrated with each other by attaching the antenna wire or the antenna film to the support leg of the skid. Other devices can be installed. In addition, the antenna itself is reinforced.
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。
1 to 3 are a side view, a top view, and a front view, respectively, of an unmanned helicopter according to the present invention.
The
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。
A muffler 61 provided in an
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。
A
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。
A
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送信機、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。
An
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、無線操縦機によりマニュアル操作が可能である。
The
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。
An
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。
An
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、無線操縦機からの指令信号を受信する無線操縦用受信アンテナ23が備わる。
A
機体4の前端部下面に、第2の操縦データアンテナ71及び第2の画像データアンテナ72が備わる。2本の操縦データアンテナ18,71及び2本の画像データアンテナ19,72は、それぞれ後述のように、アンテナ切換器を介してデータ通信機及び画像通信機に接続される。
A second
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。
FIG. 4 is a block diagram of an unmanned helicopter according to the present invention.
The
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送信機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。
In the
機体4には、自律制御ボックス15内の画像送信機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。
The airframe 4 includes an
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。
FIG. 5 is a block diagram of the ground station.
The ground station 53 that communicates with the
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。 The ground station 53 includes a data processing unit 37, a monitoring operation unit 38, and a power supply unit 39.
データ処理部37は、GPS受信機40と、データ通信機41と、画像受信機42と、これらの受信機40,通信機41,受信機42に接続された通信基板43とにより構成される。
The data processing unit 37 includes a
監視操作部38は、手動用コントローラ(無線操縦機)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。
The monitoring operation unit 38 includes a manual controller (wireless control unit) 44, a
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。
The power supply unit 39 includes a
前述のように、機体下部に支持脚8を介してスキッド9が備わる。このスキッド9の前後に同じ通信機に接続される2本の操縦データアンテナ18及び第2操縦データアンテナ71がそれぞれ備わり、さらに別の通信機に接続される2本の画像データアンテナ19,72がそれぞれ備わる。
As described above, the skid 9 is provided on the lower part of the machine body via the
図6は、本発明に係るアンテナのブロック図である。この例は、機体側で受信電波の感度を判定してアンテナを切換える例を示す。後述の図7も同様である。
同じ周波数帯の2本の操縦データアンテナ18及び第2操縦データアンテナ71が機体下部に備わる。2本のアンテナ18,71は、アンテナ切換器74を介してデータ通信機27に接続される。データ通信機27は、アンテナ切換器74で選択された2本のアンテナ18,71のうち一方のアンテナを介して地上局と通信する。データ通信機27は制御基板28に接続される(図4参照)。データ通信機27には感度検出部75が接続され、通信データの強度やノイズ、ゴーストなどの通信状態からアンテナの感度を検出する。この感度検出部75は、感度判定部73に接続され、検出したアンテナ感度が所定の感度より低下しているか否かを判定する。所定の感度より低下していたらアンテナ切換器74を動作させてアンテナを切換える。
FIG. 6 is a block diagram of an antenna according to the present invention. This example shows an example of switching the antenna by determining the sensitivity of the received radio wave on the airframe side. The same applies to FIG. 7 described later.
Two
図7は、本発明に係る別のアンテナのブロック図である。
アンテナ切換器74を介して受信した通信データの感度を直接感度検出部75で検出する。感度検出部75は、感度判定部73に接続され、検出したアンテナ感度が所定の感度より低下しているか否かを判定する。所定の感度より低下していたらアンテナ切換器74を動作させてアンテナを切換える。
FIG. 7 is a block diagram of another antenna according to the present invention.
The sensitivity of the communication data received via the
図8は、本発明に係る別のアンテナのブロック図である。この例は、機体からの送信データを地上局で受信し、地上局で受信電波の感度を判定してこれに応じて機体のアンテナを切換える例を示す。 FIG. 8 is a block diagram of another antenna according to the present invention. This example shows an example in which transmission data from the airframe is received by the ground station, the sensitivity of the received radio wave is determined by the ground station, and the antenna of the airframe is switched accordingly.
(A)に示すように、機体側にカメラ24が搭載される。カメラ24は、前述のように(図4参照)、画像制御装置25を介して画像送信機26に接続される。画像送信機26にはアンテナ切換器74を介して画像データアンテナ19及び第2画像データアンテナ72が接続される。画像送信機26は、アンテナ切換器74で選択された2本のアンテナ19,72のうち一方のアンテナを介して地上局に画像データを送信する。
As shown to (A), the
地上局では、(B)に示すように、画像受信アンテナ36を介して機体側からの画像データを画像受信機42で受信し、通信基板43に送る(図5参照)。画像通信機42には感度検出部75が接続され、受信した画像データの強度やノイズ、ゴーストなどの受信状態から機体側のアンテナの感度を検出する。感度検出部75は、感度判定部73に接続され、検出したアンテナ感度が所定の感度より低下しているか否かを判定する。感度判定部73の判定結果のデータは、データ通信機41から通信アンテナ35を介して機体側の制御基板28に送信される。制御基板28は、判定結果のデータが所定の感度より低下しているデータであればアンテナ切換器74を動作させてアンテナを切換える。
In the ground station, as shown in (B), the image data from the machine body side is received by the
図9は、アンテナの別の配置例を示す。
この例は、機体下部のスキッド9の後方の機体下面に直接操縦データアンテナ18及び画像データアンテナ19を取付け、機体前端部下面に、図1の例と同様に、第2操縦データアンテナ71及び第2画像データアンテナ72を取付けた構成である。その他の構成及び作用効果は前述の実施例と同様である。
FIG. 9 shows another arrangement example of the antenna.
In this example, the
図10は、アンテナのさらに別の配置例を示す。
この例は、機体左右の側面より外側に突出した位置に、この例では右側に操縦データアンテナ18及び画像データアンテナ19を下向きに垂下して取付け、左側に第2操縦データアンテナ71及び第2画像データアンテナ72を下向きに垂下して取付けた構成である。その他の構成及び作用効果は前述の実施例と同様である。
FIG. 10 shows still another arrangement example of the antenna.
In this example, the
図11及び図12はそれぞれ、本発明に係るさらに別のアンテナの側面図及び平面図である。
この例は、スキッド9の支持脚8と一体化したアンテナを示す。機体下部の左右に、スキッド9が、前後の支持脚8の下端部に支持されて備わる。この例では前後の支持脚8の右側の側面にそれぞれ操縦データアンテナ18及び画像データアンテナ19が一体形成される。すなわち、これらのアンテナ18,19は、フィルム状あるいはワイヤ状であり、支持脚8の表面に貼り付けられ、あるいはパターニングその他の方法で支持脚8に一体的に固定される。左側の前後の支持脚8の表面にそれぞれ第2画像データアンテナ72及び第2操縦データアンテナ71が同様に一体形成される。このように、アンテナ18,19,71,72を支持脚8と一体形成することにより、機体下部の構成が簡素化してスペースに余裕ができ他の機器類の搭載が可能になる。またアンテナ自体が補強される。その他の構成及び作用効果は、前述の実施例と同様である。
11 and 12 are a side view and a plan view, respectively, of still another antenna according to the present invention.
This example shows an antenna integrated with the
なお、上記実施例では、操縦データアンテナ18及び画像データアンテナ19についてそれぞれ2本設けた構成としたが、メイン及びサブのGPSアンテナ21,22や無線操縦用受信アンテナ23についてもそれぞれ同様に2本設けてもよい。
In the above embodiment, two
本発明は、無人ヘリコプタだけでなく、翼を有する無人飛行機に対しても適用可能である。 The present invention is applicable not only to unmanned helicopters but also to unmanned airplanes having wings.
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:無線操縦用受信アンテナ、24:カメラ、25:画像制御装置、26:画像送信機、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:画像受信機、43:通信基板、44:無線操縦機、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、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、71:第2操縦データアンテナ、72:第2画像データアンテナ、73:感度判定部、74:アンテナ切換器、75:感度検出部
1: Unmanned helicopter, 2: Main body, 3: Tail body, 4: Airframe, 5: Main rotor, 6: Tail rotor, 7: Radiator, 8: Support leg, 9: Skid, 10: Control panel, 11: Display Light: 12: Camera device, 13: Head, 14: Window, 15: Autonomous control box, 16: Antenna support frame, 17: Stay, 18: Steering data antenna, 19: Image data antenna, 20: Direction sensor, 21 : Main GPS antenna, 22: Sub GPS antenna, 23: Receiving antenna for radio control, 24: Camera, 25: Image control device, 26: Image transmitter, 27: Data communication device, 28: Control board, 29: Main GPS Receiver: 30: Sub GPS receiver, 31: Attitude sensor, 32: Control box, 33: Servo motor, 34: GPS antenna, 3 : Communication antenna 36: Image reception antenna 37: Data processing unit 38: Monitoring operation unit 39: Power supply unit 40: GPS receiver 41: Data communication unit 42: Image receiver 43: Communication board 44: wireless controller, 45: base controller, 46: backup power supply, 47: personal computer, 48: monitor, 49: image monitor, 50: generator, 51: battery booster, 52: backup battery, 53: ground station, 56 : Stay support frame, 57: cushion material, 58, 59: bracket, 60: exhaust pipe, 61: muffler, 71: second steering data antenna, 72: second image data antenna, 73: sensitivity determination unit, 74: antenna Switcher, 75: Sensitivity detector
Claims (4)
The unmanned helicopter antenna according to claim 1, wherein the antenna is integrally provided on support legs of left and right skids provided in a lower part of the fuselage.
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-
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