JP2008068711A - 無人ヘリコプタの飛行支援方法および飛行支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な飛行を実現することができる無人ヘリコプタの飛行支援方法および飛行支援装置を提供する。
【解決手段】携帯端末装置２の表示画面上には、地図データとともに環境データが表示される。これにより、無人ヘリコプタ１の飛行領域に存在する障害物や散布材の散布禁止領域などに対するオペレータの注意を喚起することできるので、オペレータが無人ヘリコプタ１を飛行させたり無人ヘリコプタ１により散布材を散布したりする際に、効率のよい飛行プランを立てることが可能となり、結果として、無人ヘリコプタ１の効率的な飛行を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薬剤等を散布する無人ヘリコプタの飛行を支援する方法および装置に関するものである。

従来より、薬剤や肥料等の散布材の散布のために無人ヘリコプタが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。この場合、オペレータは、機体の飛行状態を目視や共同作業者の合図で確認しながら、地上からのリモコン操作により無人ヘリコプタを薬剤散布の対象となる領域内で移動させることにより、その領域に薬剤を散布する。飛行中、無人ヘリコプタの飛行軌跡等の飛行データと薬剤の散布区間および散布量等の散布データは、無人ヘリコプタに設けられたデータコレクタによりメモリに記録される。飛行後、このメモリに記録されたデータをパソコンに取り込んで、薬剤が散布された領域をパソコン画面上に地図と重ね合わせて表示することにより、薬剤が散布された領域を確認することができるので、重複散布を避けたり、未散布領域をなくしたりすることができる。

特開２００４−３２２８３６号公報

しかしながら、従来では、無人ヘリコプタの飛行軌跡や薬剤が散布された領域についてはパソコン画面の地図上に事後表示できるものの、例えば電柱や電線等の無人ヘリコプタが飛行する際の障害物、散布材を散布できない領域、車等の交通量が多い領域など、無人ヘリコプタの飛行や散布材の散布に影響を及ぼす情報については事前に地図上に表示することができなかった。このため、従来では、無人ヘリコプタの飛行毎に現場で飛行領域の様子を目視で確認したり、無人ヘリコプタの飛行領域に監視員を配置したりしており、事前に散布材を散布するのに効率のよい飛行プランを立てることができず、結果として、散布作業を効率的に行うことが困難であった。

そこで、本願発明は、効率的な飛行を実現することができる無人ヘリコプタの飛行支援方法および飛行支援装置を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る無人ヘリコプタの飛行支援方法は、無人ヘリコプタの飛行および無人ヘリコプタによる散布材の散布のうち少なくとも一方に影響を及ぼす環境情報を事前に端末装置に記憶させるステップと、情報に基づいて無人ヘリコプタの飛行で注意すべき特定の箇所を端末装置の表示画面の無人ヘリコプタの飛行領域の地図上に表示させるステップとを有することを特徴とする。

上記無人ヘリコプタの飛行支援方法において、環境情報を無人ヘリコプタの機体に設けられたメモリに記録させるステップと、環境情報に基づいて、無人ヘリコプタに飛行を制限させるステップをさらに有するようにしてもよい。

また、本発明に係る飛行支援装置は、無人ヘリコプタの飛行および無人ヘリコプタによる散布材の散布のうち少なくとも一方に影響を及ぼす環境情報を事前に記憶させる記憶手段と、環境情報に基づいて前記無人ヘリコプタの飛行で注意すべき特定の箇所を表示画面の無人ヘリコプタの飛行領域の地図上に表示させる表示手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、事前に記憶された無人ヘリコプタの飛行や散布材の散布に影響を及ぼす環境情報に基づいて無人ヘリコプタの飛行で注意すべき特定の箇所を端末装置の表示画面の地図上に表示させることにより、従来のような無人ヘリコプタの飛行毎に現場で飛行領域の様子を目視で確認したり、無人ヘリコプタの飛行領域に監視員を配置したりせずに例えば当日の飛行前または前日に画面上で事前に効率のよい無人ヘリコプタの飛行プランを立てることが可能となるので、結果として無人ヘリコプタの効率的な飛行を実現することができる。

また、本発明によれば、上記情報に基づいて無人ヘリコプタの飛行を制限させることにより、無人ヘリコプタに不具合が生じるのを防ぐことができるので、結果として、無人ヘリコプタを効率的に飛行させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［無人ヘリコプタの飛行支援システムの構成］
図１に示すように、本実施の形態に係る無人ヘリコプタの飛行支援システムは、無人ヘリコプタ１と、端末装置２とから構成される。この端末装置２は、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)などの情報携帯端末機、この情報携帯端末機と同等の機能を備えた機体操縦送信機、モバイルＰＣ等から構成される。

（無人ヘリコプタの構成）
無人ヘリコプタ１は、非自立型、すなわちオペレータの操作入力に基づく機体操縦送信機（以下、「リモコン」という）からの信号したがってエンジンのスロットル弁を開閉させたりメインロータやテールロータの状態を変える各種のサーボモータを動作させたりすることにより飛行するヘリコプタからなり、上記操作入力に基づいて薬剤や肥料等を散布するものである。このような無人ヘリコプタ１は、図２に示すように、無人ヘリコプタ１の全体の動作を制御するコントローラ１１として、ＣＰＵ１２の制御プログラムにより制御される飛行制御装置１３およびＧＰＳ制御装置１４を備える。コントローラ１１には受信機１５、散布制御装置１６、サーボ駆動装置１７、回転センサ１８、姿勢センサ１９、方位センサ２０、ＧＰＳ(Grobal Positioning System)センサ２１、データコレクタ２２および環境データメモリ２７が接続されている。なお、上記制御プログラムは、ＣＰＵ１２の内蔵メモリや図示しないメモリ装置に記録されるようにしてもよい。

ＣＰＵ１２は、無人ヘリコプタ１の全体の動作を実現するために、無人ヘリコプタ１の各動作の制御プログラムにしたがって各種演算を行う。この演算結果により、無人ヘリコプタ１の各構成要素の動作が制御される。

飛行制御装置１３は、回転センサ１８および姿勢センサ１９から入力される情報、ＧＰＳ制御装置１４による演算結果および受信機１５からの情報等に基づき、ＣＰＵ１２の制御プログラムにしたがって、無人ヘリコプタ１の飛行状態を検出するとともに無人ヘリコプタ１を安定飛行させるための各サーボモータの制御量を演算する。

ＧＰＳ制御装置１４は、方位センサ２０やＧＰＳセンサ２１から入力される情報等に基づき、ＣＰＵ１２の制御プログラムにしたがって、無人ヘリコプタ１の座標等の位置、速度、加速度、高度、機首の向きなど無人ヘリコプタ１の飛行に関する情報を検出する。この検出した情報は、ＣＰＵ１２に入力される。

受信機１５は、受信アンテナ２３により受信された上記リモコン３からの各種指令信号をＣＰＵ１２に入力する。この入力された信号に基づいて、ＣＰＵ１２は、無人ヘリコプタ１の動作を制御するための演算を行う。なお、受信機１５は、リモコン３からの飛行指令信号以外に、後述する端末装置２からの環境情報も取得する。この情報は、受信アンテナ２３のみならず、例えばケーブル等を介して取得するようにしてもよい。受信機１５により取得された環境情報は、コントローラ１１を介して環境データメモリ２７に記憶される。なお、環境データは、データコレクタ２２のメモリ２５に記録させてもよい。この場合には、環境データメモリ２７は不要となる。

散布制御装置１６は、コントローラ１１からの指示に基づいて、散布装置２６から薬剤等の散布材の散布を制御する。

サーボ駆動装置１７は、コントローラ１１からの指示に基づいて、無人ヘリコプタ１に設けられた複数のサーボモータの駆動を制御する。これにより、無人ヘリコプタ１の機体の前後左右方向および上下方向の移動や回転方向およびスロットル駆動が実現される。

回転センサ１８は、無人ヘリコプタ１のエンジンの回転数を検出する。この検出した値は、コントローラ１１に入力される。

姿勢センサ１９は、ジャイロにより無人ヘリコプタ１の機体の姿勢を検出する。この検出した値は、コントローラ１１に入力される。

方位センサ２０は、無人ヘリコプタ１の機体の方位を検出する。この検出した値は、コントローラ１１に入力される。

ＧＰＳセンサ２１は、ＧＰＳアンテナ２４により受信されたＧＰＳ衛星からの信号に基づいて、無人ヘリコプタ１の機体の座標（緯度および経度）等に関する情報を検出する。この検出した情報は、コントローラ１１に入力される。

データコレクタ２２は、飛行中（散布中）の無人ヘリコプタ１の飛行に関する情報（以下、「飛行データ」と呼ぶ）や無人ヘリコプタ１による薬剤等の散布に関する情報（以下、「散布データ」と呼ぶ）を収集し、これらを半導体メモリなどからなるメモリ２５に記録する。ここで、飛行データとは、無人ヘリコプタ１の飛行中にコントローラ１１を介して取得したデータのことであり、飛行経路、飛行高度、ＧＰＳ制御状態、無人ヘリコプタ１のサーボモータやアクチュエータの制御量、各センサにより検出された値などからなる。また、散布データとは、無人ヘリコプタ１による薬剤等の散布の結果としての散布領域、散布量、散布制御装置１６の制御量などからなる。なお、メモリ２５は、データコレクタ２２から着脱可能とするようにしてもよい。

（入力装置の構成）
端末装置２は、ＰＤＡやタブレットＰＣなどの液晶スクリーンにペン入力可能でパソコンとデータ共有されるいわゆる情報携帯端末機やモバイルＰＣタイプのものが考えられる。無人ヘリコプタ１の飛行領域に存在する電柱や電線などの障害物、散布材を散布してはいけない領域、交通量が多い領域など、無人ヘリコプタ１の飛行や散布材の散布を行うに際してオペレータが注意すべきデータ（以下、「環境データ」と呼ぶ）を取得する。このような端末装置２は、図３に示すように、Ｉ／Ｆ部３１と、入力部３２と、表示部３３と、位置検出部３４と、記憶部３５と、演算部３６とを有する。

Ｉ／Ｆ部３１は、無人ヘリコプタ１と直接またはリモコンを経由して各種情報の送受信を行う機能部である。

入力部３２は、環境データの入力など、入力装置を介してユーザの操作入力を検出する機能部である。

表示部３３は、演算部３６の演算結果等を表示装置に表示させる機能部である。

位置検出部３４は、端末装置２に設けられたＧＰＳアンテナおよびＧＰＳセンサから取得したＧＰＳ信号に基づいて、端末装置２の現在位置を検出する機能部である。

記憶部３５は、端末装置２の動作を実現するためのプログラム、無人ヘリコプタ１の飛行領域を含む地図データ、Ｉ／Ｆ部３１や入力部３２を介して検出されたデータを記録する機能部である。

演算部３６は、記憶部３５に記憶させたプログラムにしたがって端末装置２の動作を実現するための各種演算を行う機能部である。このような演算部３６は、入力部３２により検出された環境データを記憶部３５に登録する登録部３６ａと、この登録部３６ａにより登録された環境データを地図データとともに表示装置に表示させる反映部３６ｂとを備える。

このような端末装置２は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等の演算装置と、メモリ、ＨＤＤ(Hard Disc Drive)等の記憶装置と、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、タッチパネル、ジョイスティック、スライディングパッド等の外部から情報の入力を検出する入力装置と、インターネット、ＬＡＮ(Local Area Network)、ＷＡＮ(Wide Area Network)、電話回線、無線通信等の通信回線や半導体メモリ等の記録媒体を介して各種情報の送受信を行うＩ/Ｆ装置と、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)、有機ＥＬ(Electoroluminescence)またはＦＥＤ(Field Emission Display)等の表示装置を備えたコンピュータと、このコンピュータにインストールされたプログラムとから構成される。すなわちハードウェア装置とソフトウェアとが協働することによって、上記のハードウェア資源がプログラムによって制御され、上述したＩ／Ｆ部３１、入力部３２、表示部３３、位置検出部３４、記憶部３５、演算部３６が実現される。なお、上記プログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供されるようにしてもよい。なお、端末装置２としては、リモコン（機体操縦送信機）３自体を上述したＰＤＡ機能を内蔵させたものとしてもよい。

［無人ヘリコプタの飛行支援システムの動作］
次に、本実施の形態に係る無人ヘリコプタの飛行支援システムの動作について説明する。

（環境データの入力）
本実施の形態に係る無人ヘリコプタの飛行支援システムでは、まず、無人ヘリコプタ１を飛行させたり薬剤や肥料等の散布剤を散布させたりする前に、例えば当日早め、望ましくは前日に現地を下見し、端末装置２に環境データを入力する。

環境データは、無人ヘリコプタ１を飛行させる前に、ユーザにより入力される。その方法について、図４を参照して説明する。

まず、ユーザは、端末装置２の表示画面に無人ヘリコプタ１を飛行させる領域の地図データを表示させるよう、入力装置を操作する。この操作入力を入力部３２が検出すると、演算部３６の登録部３６ａは、記憶部３５から対応する地図データを取得し、表示部３３により端末装置２の表示画面にその地図データを表示させる。例えば、ユーザの現在位置が、無人ヘリコプタ１を飛行させる飛行領域に存在している場合、端末装置２は、位置検出部３４により端末装置２の現在地の座標を取得し、この座標近傍の地図データを表示させる。また、ユーザが入力装置により住所を入力したことを入力部３２が検出した場合、登録部３６ａは、その住所近傍の地図データを表示させるようにしてもよい。すると、例えば、図４の符号ａで示す端末装置２の表示画面には、符号ｂで示すような地図データが表示画面が表示される。

地図データが表示されると、ユーザは、入力装置を操作することにより、表示画面に表示された地図データ上に環境データを入力する。これは、タッチパネルやポインティングデバイスにより、電柱や電線に相当する箇所や散布を禁止する範囲を特定することにより行われる。また、図４の符号ｃのダイアログボックスの中から、対応する環境データのアイコンを、地図データ上の所定の箇所にドラッグすることにより、入力するようにしてもよい。

このような操作入力を入力部３２が検出すると、登録部３６ａは、入力された環境データの種類や入力された位置の座標を記憶部３５に記録させる。例えば、図５に示すように、環境データが入力された順に識別番号が付与されたレコードが生成され、このレコードの項目毎に設けられたフィールドにはその項目に対応するデータが格納される。図５の場合、項目としては、環境データの種類を表す「種類」、表示画面上での表示態様を指定する「表示パターン」、緯度および経度など対応する環境データの位置を特定する「座標」が挙げられる。

ここで、「座標」には、入力装置により特定された表示画面上の位置、すなわち、この位置が特定されたときに表示画面上に表示されていた地図データ上の対応する位置の座標が登録される。このとき、電柱など位置を１点で特定することができる環境データの場合、その点の座標が記録される。電線など線状の平面形状を有する環境データの場合、始点、終点、変曲点等の座標が記録される。散布領域や散布禁止領域など所定の領域を表す平面形状を有する環境データの場合、対角の座標、辺の座標、頂点の座標等が記録される。

環境データが登録されると、反映部３６ｂは、登録された環境データを地図データとともに表示画面上に表示させる。具体的には、反映部３６ｂは、各環境データの「座標」の項目のデータで地図データ上の位置に、「表示パターン」の項目のデータで指定されるアイコンまたはイメージを表示させる。これにより、表示画面には、例えば図４に示すように、地図データ上にアイコンやイメージで示される環境データ（符号ｄ〜ｈ）が表示される。

このとき、ユーザが入力装置を操作して表示画面上にカーソル（符号ｉ）を移動させ、何れかの環境データを選択したこと（図４の場合は符号ｈ）を入力部５２が検出すると、反映部３６ｂは、その環境データの種類（符号ｊ）を表示画面上に表示させるようにしてもよい。これは、環境データの「種類」の項目のデータを表示させることにより実現することができる。これにより、ユーザは、カーソルを移動させるだけで選択した環境データを確認することができる。

このように、本実施の形態によれば、端末装置２の表示画面上に地図データのみならず環境データも表示することにより、無人ヘリコプタ１の飛行領域に存在する障害物や散布材の散布禁止領域などに対するオペレータの注意を喚起することできるので、オペレータが無人ヘリコプタ１を飛行させたり無人ヘリコプタ１により散布材を散布したりする際に、無人ヘリコプタの飛行毎に現場で飛行領域の様子を目視で確認したり、無人ヘリコプタの飛行領域に監視員を配置したりせずに画面上で事前に、例えば前日などに効率のよい飛行プランを立てることが可能となり、結果として、無人ヘリコプタ１の効率的な飛行を実現することができる。

端末装置２に入力され登録された環境データは、端末装置２から直接またはリモコン３を経由して無線や有線を介して受信機１５から無人ヘリコプタ１に入力される。これにより、環境データは、無人ヘリコプタ１の環境データメモリ２７に記録される。また、上述したように、データコレクタ２７のメモリ２５に記録するようにしてもよい。

（無人ヘリコプタの飛行）
散布を実行する場合、オペレータは、リモコン３を操縦することにより、無人ヘリコプタ１を駆動し、所定の領域を飛行させたり、所定の領域に対して薬剤等を散布させたりする。

例えば前日など飛行に先立って、オペレータは、予め端末装置２の表示画面に無人ヘリコプタ１を飛行させる領域の地図データおよび環境データを表示させ、この環境データを確認する。これにより、ユーザは、無人ヘリコプタ１の飛行領域に存在する障害物や散布材の散布禁止領域などを把握することできるので、効率のよい飛行プランを立てることができる。

また、無人ヘリコプタ１のコントローラ１１は、環境データメモリ２７に記録された環境データに基づいて、無人ヘリコプタ１が障害物や散布材の散布禁止領域などに近づくと、無人ヘリコプタ１の飛行を制限するようにしてもよい。例えば、コントローラ１１は、ＧＰＳ制御装置１４により検出された無人ヘリコプタ１の位置と、環境データメモリ２７に記憶された環境データに基づく障害物や散布禁止領域の位置（座標）とを常時または所定の時間間隔で比較し、無人ヘリコプタ１と障害物や散布禁止領域との距離が例えば１０ｍなど所定の範囲内になると、サーボ駆動装置１７により無人ヘリコプタ１の速度を低下させたり着陸させたりする。これにより、無人ヘリコプタ１が障害物や散布禁止領域に近づくのを防ぐことができるので、無人ヘリコプタ１が不具合が生じたり、散布禁止領域に散布材を散布したりするのを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、地図データ上に環境データを表示させることにより、無人ヘリコプタ１の効率のよい飛行プランを立てることが可能となるので、燃料消費量を抑えたり不具合が生じるのを防いだりすることができ、結果として、無人ヘリコプタ１の飛行を効率的に行うことができる。また、環境データに基づいて無人ヘリコプタ１の飛行を制限することにより、無人ヘリコプタ１が不具合が生じたり、散布禁止領域に散布材を散布したりするのを防ぐことができる。

なお、本実施の形態において、無人ヘリコプタ１の飛行後、データコレクタ２２により収集された飛行データや散布データを端末装置２に入力するようにしてもよい。この場合、端末装置２は、メモリ２５等を介してＩ／Ｆ部３１により飛行データや散布データを取得し、これらを記憶部３５により記憶装置に記録する。反映部３６ｂは、飛行データや散布データに基づいて、無人ヘリコプタ１の飛行軌跡や無人ヘリコプタ１により散布された散布材の範囲を表示装置に表示させる。これにより、ユーザは、無人ヘリコプタ１の飛行軌跡や散布材が散布された領域を容易に把握することができ、これを次回の無人ヘリコプタ１の飛行の際に飛行プランに反映させることが可能となるので、結果として、無人ヘリコプタ１の飛行をより効率的に行うことができる。また、環境データについても、次回の無人ヘリコプタ１の飛行の際の飛行プランに反映させることが可能できるので、無人ヘリコプタ１の飛行をより効率的に行うことができる。

本発明は、無人ヘリコプタなどの遠隔操作が可能な装置に適用することができる。

本発明の無人ヘリコプタの飛行支援システムの構成を示す図である。 無人ヘリコプタの構成を示すブロック図である。 入力装置の構成を示すブロック図である。 地図データおよび環境データが表示された入力装置の表示画面を模式的に示す図である。 環境データのデータ構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１…無人ヘリコプタ、２…携帯端末装置、１１…コントローラ、１２…ＣＰＵ、１３…飛行制御装置、１４…ＧＰＳ制御装置、１５…受信機、１６…散布制御装置、１７…サーボ駆動装置、１８…回転センサ、１９…姿勢センサ、２０…方位センサ、２１…ＧＰＳセンサ、２２…データコレクタ、２３…受信アンテナ、２４…ＧＰＳアンテナ、２５…メモリ、２６…散布装置、２７…環境データメモリ、３１…Ｉ／Ｆ部、３２…入力部、３３…表示部、３４…位置検出部、３５…記憶部、３６…演算部、３６ａ…登録部、３６ｂ…反映部。

Claims (3)

1. 無人ヘリコプタの飛行および前記無人ヘリコプタによる散布材の散布のうち少なくとも一方に影響を及ぼす環境情報を事前に端末装置に記憶させるステップと、
   前記情報に基づいて前記無人ヘリコプタの飛行で注意すべき特定の箇所を前記端末装置の表示画面の前記無人ヘリコプタの飛行領域の地図上に表示させるステップと
   を有することを特徴とする無人ヘリコプタの飛行支援方法。
2. 請求項１記載の無人ヘリコプタの飛行支援方法において、
   前記環境情報を前記無人ヘリコプタの機体に設けられたメモリに記録させるステップと、
   前記環境情報に基づいて、前記無人ヘリコプタに飛行を制限させるステップ
   をさらに有することを特徴とする無人ヘリコプタの飛行支援方法。
3. 無人ヘリコプタの飛行および前記無人ヘリコプタによる散布材の散布のうち少なくとも一方に影響を及ぼす環境情報を事前に記憶させる記憶手段と、
   前記環境情報に基づいて前記無人ヘリコプタの飛行で注意すべき特定の箇所を表示画面の前記無人ヘリコプタの飛行領域の地図上に表示させる表示手段と
   を備えたことを特徴とする無人ヘリコプタの飛行支援装置。
   

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