JP2007230368A - 無人ヘリコプタの基地局構成 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザがオプションにより機体にペイロード機器を搭載した場合に、基地局の機体操縦装置のプログラム等を書き換えることなく、各種の任意のペイロード機器を基地局から操作可能な無人ヘリコプタの基地局構成を提供する。
【解決手段】 機体と通信するためのアンテナ４４，４５ａ，４６ａと、このアンテナに接続された通信機（通信機ボックス７６）と、この通信機に接続された機体操縦装置６６と、この機体操縦装置６６に接続された電源５８，６１とを備えた無人ヘリコプタの基地局構成において、機体に搭載されたペイロード機器を専用に操作するためのペイロード操作装置６７を前記機体操縦装置６６に接続可能とした。前記機体操縦装置６６およびペイロード操作装置６７は、それぞれパッケージ化された持ち運び可能な操縦ボックス７７，７８によって構成した。
【選択図】 図６

Description

本発明は、無人ヘリコプタの基地局構成に関する。

無人ヘリコプタの飛行制御システムが特許文献１に記載されている。このような無人ヘリコプタは、地上の基地局から送信される飛行指令データに基づいて、機体内の制御装置によりロータ等の飛行装置が駆動制御される。飛行指令データは、基地局側から機体を操縦するための機体操縦装置のパソコンへ入力され、基地局に設けられた通信機およびアンテナを介して機体に送信することにより、機体の操縦制御が行われる。

一方、無人ヘリコプタには、使用目的に応じて、例えば航空写真用のカメラ等の撮影装置がペイロード機器として搭載される（特許文献２参照）。このようなペイロード機器は、ヘリコプタの工場出荷時における標準仕様の機器とは別にユーザが必要に応じて選択するオプション機器である。その他にも、薬剤等の散布器、人が近づけない場所の各種調査や探査用の探査器、岩石等の資料採掘用その他の掘削器や採取器などがユーザのオプション機器として機体に搭載される。このようなペイロード機器は、機体の飛行操縦とともに飛行中に操作される。このペイロード機器操作は、機体の操縦とともに機体の飛行制御を行う機体操縦装置のパソコンからの入力指令により機体操縦装置を介して操作制御される。通常、このペイロード機器の操作用指令データやプログラムは、データやコマンドの通信言語体系が飛行制御用の機体操縦装置の通信言語体系と異なっている。

したがって従来は、ユーザの使用目的に応じてオプションにより搭載したペイロード機器ごとに、飛行前にペイロード機器に合せて飛行制御用の機体操縦装置の入力データやプログラムを書き直してから機体の操縦およびペイロード機器の操作を行っていた。

しかしながら、このようにペイロード機器ごとに機体操縦装置のパソコンに入力するデータや飛行制御プログラムを書き換えることはきわめて面倒であり、間違いが生じるおそれもある。

特開２００１−３０６１４３号公報 特開平１１−３１２０１５号公報

本発明は上記従来技術がもつ問題を解決するためになされたもので、ユーザがオプションにより機体にペイロード機器を搭載した場合に、基地局の機体操縦装置のプログラム等を書き換えることなく、各種の任意のペイロード機器を基地局から操作可能な無人ヘリコプタの基地局構成を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、機体と通信するためのアンテナと、このアンテナに接続された通信機と、この通信機に接続された機体操縦装置と、この機体操縦装置に接続された電源とを備えた無人ヘリコプタの基地局構成において、機体に搭載されたペイロード機器を専用に操作するためのペイロード操作装置を前記機体操縦装置に接続可能としたものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記機体操縦装置およびペイロード操作装置を、それぞれパッケージ化された持ち運び可能な操縦ボックスとしたものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記ペイロード操作装置の操縦ボックスを、前記機体操縦装置の操縦ボックスと同一の構成としたものである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ペイロード機器を、ユーザのオプションにより任意の機器を選択して搭載可能としたものである。

請求項１記載の発明によれば、ペイロード機器を操作するための別体で専用のペイロード操作装置を飛行制御用の機体操縦装置に接続して使用するため、機体操縦装置のプログラム等を書き直すことなく、機体操縦装置はそのままの状態として機体の飛行操縦を行うことができるとともに、これに接続したペイロード操作装置によりペイロード機器の操作を行うことができる。このため、オプションによるペイロード機器に応じて、その操作装置を標準仕様の機体操縦装置に接続するだけで、面倒なプログラムの書き換え等をすることなく飛行制御を行うことができ、使用性が大幅に向上する。

請求項２記載の発明によれば、機体操縦装置およびペイロード操作装置は、それぞれパッケージ化された持ち運び可能な操縦ボックスの形態として形成されているため、基地局内でのレイアウトや配置換え等が容易にでき、ペイロード機器に対応させて容易にその操作装置を持ち運んで機体操縦装置に接続し、機体の飛行制御およびペイロード操作を行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、ペイロード操作装置の操縦ボックスとして、前記機体操縦装置の操縦ボックスと同一のハードウェア構成の操縦ボックスを用いることができるため、新たな専用の操縦ボックスを準備する必要がなく、標準仕様の操縦ボックスが使用でき、通信機器やパソコンを組み込んだ標準操縦ボックスの汎用性が向上する。

請求項４記載の発明によれば、任意のペイロード機器に対応して簡単に操作装置を配備して飛行させることができるため、ペイロードオプションの選択範囲が広がり、無人ヘリコプタの適用範囲が拡大する。

図１〜図３は、本発明に係る無人ヘリコプタを示し、図１は側面図、図２は平面図、図３は正面図であり、ペイロード機器としてカメラ装置を搭載した航空写真撮影用の無人ヘリコプタの例を示す。

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を備えている。メインボディ２の上部にはメインロータ５を有し、テールボディ３の後部にはテールロータ６が備えられている。このメインロータ５およびテールロータ６は複数本のロータブレードにより構成されている。メインボディ２の前部にはラジエータ７が備えられており、その後には図示しないエンジン、吸気系、メインロータ軸、燃料タンクがこの順でメインボディ２内に収容されている。燃料タンクは、外部サブ燃料タンクを不要とするために大容量のものが機体の中央部付近に収容されている。機体４のほぼ中央部であってメインボディ２の左右下部には支持脚８を介してスキッド９が設けられている。このスキッド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６４に設けられたマフラー６５が配設されている。

メインボディ２の後部上側にはコントロールパネル１０が設けられており、下側には表示灯１１が設けられている。コントロールパネル１０には、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の表示は地上の基地局でも確認できる。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の前部下側には、赤外線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ている。カメラ装置１２は、カメラ雲台１３に対して、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、カメラは前側の窓１４を通して上空から地上の全方位を撮影することができる。

メインボディ２の左側には自律制御ボックス１５が搭載されている。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、および制御プログラムを組込んだ制御基板などが収容されている。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または地上の基地局からの指令によって選択し、運転状態に対応し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てき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も可能である。

メインボディ２の下側にはアンテナ支持枠１６が取付けられている。このアンテナ支持枠１６には傾斜したステー１７が取付けられている。このステー１７には、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）を地上基地局との間で送受信するための操縦データアンテナ１８が取付けられている。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）を地上基地局に送信するための画像データアンテナ１９が取付けられている。

テールボディ３の下側には地磁気等に基づく方位角センサ２０が設けられている。この方位角センサ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内には、さらにジャイロ装置からなる姿勢角センサ（不図示）が備えられている。

テールボディ３の上側には、メインＧＰＳアンテナ２１およびサブＧＰＳアンテナ２２が備えられている。テールボディ３の後端部には、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が設けられている。

図４は地上の基地局の構成を示すブロック図である。
無人ヘリコプタ１と交信する基地局４０には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナ４４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４５、および無人ヘリコプタ１から画像データを受信するための画像受信アンテナ４６が地上に設置されている。

基地局４０は、データ処理部４１と、監視操作部４２と、電源部４３により構成されている。

データ処理部４１は、ＧＰＳ受信機５２と、データ通信機５３と、画像通信機５４と、これらの通信機（ＧＰＳ受信機５２，データ通信機５３，画像通信機５４）に接続された通信基板５１とにより構成されている。

監視操作部４２には、無線操縦機による手動用コントローラ６０と、機体を飛行制御するための機体操縦装置６６と、ペイロード機器を操作するための専用のペイロード操作装置６７とを備えている。電源部４３は、バックアップ電源５８と発電機６１とを備えている。バックアップ電源５８は、飛行前のヘリコプタをチェックする時等、発電機６１が動作していないときに、機体４側に接続して１２Ｖの電圧を供給する。飛行中は、発電機６１から機体操縦装置６６に１００Ｖの電源を供給する。

図５は、機体操縦装置６６およびペイロード操作装置６７の構成図である。機体操縦装置６６およびペイロード操作装置６７は、ハードウェアは全く同じ構成であり、それぞれベースコントローラ５７ａ，５７ｂ、パソコン５５ａ，５５ｂを備え、パソコン５５ａ，５５ｂにはそれぞれモニタ５６ａ，５６ｂが接続されている。機体操縦装置６６のベースコントローラ５７ａには、機体の飛行制御用プログラムが組み込まれ、パソコン５５ａから入力された飛行指令データに基づいて機体の操縦制御を行う。モニタ５６ａは、機体側に送信する入力指令データや機体側から受信する飛行状況データなどを表示する。

ペイロード操作装置６７のベースコントローラ５７ｂにはペイロード操作用のプログラムが組み込まれ、パソコン５５ｂから入力された操作指令データに基づいてペイロード機器が操作される。モニタ５６ｂは、機体側に送信するペイロード操作指令データや機体側から受信するペイロードデータ（カメラの画像データなど）を表示する。

機体操縦装置６６とペイロード操作装置６７のベースコントローラ５７ａ，５７ｂだうしは相互に接続され双方向に通信可能である。高度なペイロードアプリケーションの操作が必要な場合は、パソコン５５ａ、５５ｂどうしもＬＡＮにより相互接続して情報を共有する。機体操縦装置６６のベースコントローラ５７ａは、通信基板５１に接続され、通信機（ＧＰＳ受信機５２、データ通信機５３、画像通信機５４）およびアンテナ（ＧＰＳアンテナ４４、データ通信アンテナ４５、画像通信アンテナ４６）を介して機体との間でデータ通信を行う。

図６は本発明の実施例に係る基地局構成を示す概念図である。
コードリール６９を介して発電機６１に接続されたバックアップ電源５８は、機体操縦装置６６に接続されている。電源は、この機体操縦装置６６を介してペイロード操作装置６７およびデータ処理部４１に供給される。

データ処理部４１は、その内部に通信基板５１および通信機５２，５３，５４（図４、図５参照）を収容した搬送可能な筺体形状の通信機ボックス７６として構成されている。通信基板５１や通信機（特にＧＰＳ受信機５２）の小型化により、通信機ボックス７６がコンパクトな形状になり搬送性が向上する。

この通信機ボックス７６に、前述のように、ＧＰＳアンテナ４４、データ通信アンテナ４５および画像受信アンテナ４６が接続されている。ＧＰＳアンテナ４４は、機体側のメインＧＰＳアンテナ２１およびサブＧＰＳアンテナ２２（図１、図２参照）に対して共通に使用される。

データ通信アンテナ４５および画像受信アンテナ４６としては、ユーザのヘリコプタ使用目的に応じて、専ら長距離飛行が多い場合には長距離アンテナ４５ａ，４６ａを接続し、専ら短中距離飛行が多い場合には短中距離アンテナ４５ｂ，４６ｂを接続し、専ら短距離飛行が多い場合には短距離アンテナ（不図示）を接続する。

これらのアンテナとしては、図７（ａ）に示すように、地上に固定される据え置き型アンテナ８０、あるいは同図（ｂ）に示すように、移動可能な持ち運び可能な三脚型アンテナ８１を基地局の敷地内に設置する。

機体操縦装置６６およびペイロード操作装置６７は、前述のように、ハードウェアが同一構成であり、それぞれパッケージ化された持ち運び可能な機体操縦ボックス７７およびペイロード操縦ボックス７８として構成されている。

各操縦ボックス７７，７８には、２本の操縦操作用ジョイスティック７９が備わている。さらに別の操作（例えばペイロード専用操作）のために１本または複数本のジョイスティックを備えてもよい。なお、ペイロード操作装置６７として、必ずしも機体操縦装置６６と同一構成の操縦ボックスを用いる必要はなく、例えばハンドルやジョイスティックあるいはダイヤルや押しボタンなどを１個あるいは複数個備えたペイロード専用の操作装置を機体操縦ボックス７７に接続してもよい。

ペイロード操作装置６７として機体操縦装置６６と同一構成の操縦ボックス７８を用いれば、ペイロード機器ごとに新たにそのペイロード機器専用の操縦ボックスを組み立てる必要がなくなり、機体操縦ボックスの汎用性が広がりペイロードの適用範囲が広がって各種ペイロードに対し容易に対応可能になり無人ヘリコプタの適用範囲が広がる。また、ペイロード機器が変わった場合に、そのペイロードに対応したソフトウェアをペイロード操縦ボックスに組み込むだけで他の構成部材は全く変更することなく無人ヘリコプタを制御できる。

本発明は、使用目的に応じたペイロード機器を搭載した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。 同じくヘリコプタの平面図。 同じくヘリコプタの正面図。 本発明に係る基地局構成を示すブロック図。 本発明に係る機体操縦装置およびペイロード操作装置のブロック図。 本発明の実施例に係る基地局構成を示す概念図。 本発明に係るアンテナ支持構造を示す概念図。

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：方位角センサ、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、４０：基地局、４１：データ処理部、４２：監視操作部、４３：電源部、４４：ＧＰＳアンテナ、４５：通信アンテナ、４６：画像受信アンテナ、５１：通信基板、５２：ＧＰＳ受信機、５３：データ通信機、５４：画像通信機、５５：パソコン、５６：モニタ、５７：ベースコントローラ、５８：バックアップ電源、６０：手動用コントローラ、６１：発電機、６４：排気管、６５：マフラ、６６：機体操縦装置、６７：ペイロード操作装置、６９：コードリール、７６：通信機ボックス、７７：機体操縦ボックス、７８：ペイロード操縦ボックス、７９：ジョイスティック、８０：据え置き型アンテナ、８１：三脚型アンテナ

Claims (4)

1. 機体と通信するためのアンテナと、このアンテナに接続された通信機と、この通信機に接続された機体操縦装置と、この機体操縦装置に接続された電源とを備えた無人ヘリコプタの基地局構成において、
   機体に搭載されたペイロード機器を専用に操作するためのペイロード操作装置を前記機体操縦装置に接続可能としたことを特徴とする無人ヘリコプタの基地局構成。
2. 前記機体操縦装置およびペイロード操作装置は、それぞれパッケージ化された持ち運び可能な操縦ボックスからなることを特徴とする請求項１記載の無人ヘリコプタの基地局構成。
3. 前記ペイロード操作装置の操縦ボックスは、前記機体操縦装置の操縦ボックスと同一の構成であることを特徴とする請求項２記載の無人ヘリコプタの基地局構成。
4. 前記ペイロード機器は、ユーザのオプションにより任意の機器を選択して搭載可能であることを特徴とする請求項１記載の無人ヘリコプタの基地局構成。

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