JP2017208678A - 小型無人飛行機の通信及び制御装置並びにこれらの方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[第2発明]フライトレコーダモジュール
[第3発明]安全制御
[第4発明]レーザトラック
[第5発明]汎用プラットフォーム(ソフト面)(ハード面)
[第6発明]着陸ポート
[第7発明]着陸近接技術
[第8発明]テザーコントロール、テザークリップ、テザーインターフェース
[第9発明]接触防止と個体認証
図1は、第1〜第9実施形態に関するドローンの通信及び制御装置並びにこれらの方法の全体的なイメージである。飛行するドローン2の上空にはGPS衛星1が宇宙空間に有り、GPSデータ(ドローンの位置データ)をドローン2に送信している。
以下に説明する第1〜第9実施形態は、このようなイメージのもとで実現されている。
(背景技術)
現在、日本国内では、ドローンにはスマートフォン(又はその通信機能)の搭載が法的に禁じられている。しかし、例えば米国ではこのような規定はない。
(課題:目的)
そこで、将来、日本国内でもこの禁止規定が緩和されることが見込まれている。法的規制が緩和された場合、ドローン2をスマートフォン等4で操作したいとするニーズは高いものと思われる。
図2は、第1実施形態に係るコンバータモジュール10の概要を説明するブロック図である。符号16は、ドローンに搭載された制御回路が搭載されたドローン基板16であり、符号15は、ドローンに搭載される通信手段15である。ドローン搭載通信手段15及びコンバータモジュール10は、ドローンに搭載されている。
スマートフォン等向け通信手段11は、相手のスマートフォン等4の通信仕様によって決定される。通信手段11は、例えば、Wi-Fi(無線LANを利用したインターネット接続)、Bluetooth(デジタル機器用の廉価な近距離無線用規格の1つ)、3Gハイスピード(第三世代向け携帯電話用通信手段)、4G LTE(LTEを使用した携帯電話向け通信手段)等を利用できる。
図1で説明した「サーバ経由ルート」による交信は、次の通りである。
(1)ドローン搭載の通信手段15からの飛行データ等の各種信号は、コンバータモジュール10のドローン向け通信手段15で受信し、制御手段12でスマートフォン等の通信仕様に変換処理し、スマートフォン等向け通信手段11から通信回線7及びサーバコンピュータ6を介して、スマートフォン等4に送信される。
(2)反対に、スマートフォン等4からの操縦等の命令信号は、サーバコンピュータ6及び通信回線7を介して、コンバータモジュール10のスマートフォン等向け通信手段11で受信し、制御手段12でドローン通信仕様に変換処理し、ドローン向け通信手段13からドローン搭載の通信手段15に送信される。
(3) ドローン搭載の通信手段15からの飛行データ等の各種信号は、スマートフォン等4に対して直接送信される。
(4) 反対に、スマートフォン等4からの操縦等の命令信号は、ドローン2に対して直接送信される。
コンバータモジュール10を用いることにより、スマートフォン等4から任意所望のドローン2と交信が可能となる。
更に、「サーバ経由ルート」を採った場合、スマートフォン等4から通信回線7及びサーバコンピュータ6を介して、ドローン2と交信することで、通信可能な距離的制限が無くなる。
更に、コンバータモジュール10は、任意所望のドローンの機体に対して、後付けで搭載できる特徴を有している。
以下説明する第2〜第8実施形態は、必要に応じて、第1実施形態に係るコンバータモジュールが組み込まれており、ドローン2とスマートフォン等4の間が交信可能であることを前提とする。
(背景技術)
一般の民間航空機では、航空機の様々な電子システムに送信された命令を記録するフライトレコーダ(FDR)の搭載が義務づけられている。FDRは、搭載した航空機の飛行データを常時記録している。航空機事故が起こった場合、FDRに記録された飛行データを分析することによって、多くの場合、事故の原因や要因を特定することができる。
ドローンにとっても飛行データを事後に分析可能とするため、飛行データを記録することは重要である。
(目的:課題)
第2実施形態では、飛行中のドローンの飛行データ(例えば、位置情報、移動情報、姿勢情報等)を常時記録するFDRモジュールを提供することを目的とする。
図4は、第2実施形態に係るFDRモジュール20の概略を説明するブロック図である。FDRモジュール20は、大別して、通信手段22と、制御手段24と、センサ手段28とを備えている。FDRモジュール20は、ドローン内部に配置された制御用回路が搭載されたドローン基板(図示せず。)の一部に搭載され、1又は複数個のモジュールで構成されている。
通信手段22は、任意の通信機から構成される。例えば、Wi-Fi、Bluetooth、3Gハイスピード、4G LTE等を利用できる。
図1及び図4を参照しながら、図5に従って、ドローン2の飛行データの記録について説明する。最初は、「直接ルート」の場合を説明する。
このFDRモジュール20をドローン2に搭載することにより、飛行中のドローン2の飛行データ(位置情報、移動情報、姿勢情報等)を常時記録することが出来る。ドローン2とスマートフォン等4との常時接続は必須でなく、FDRモジュール20に最低限電源供給がなされれば、常時、ドローンの飛行データの常時記録が可能となる。
(1)「直接ルート」では、ドローンの予期しない飛行(位置、姿勢等)をリアルタイムで検出できる。
(2)飛行データを、ドローンから送られる画像、エラー信号等と対応させることが出来る。
(3)ドローン開発段階で、FDRモジュール20から得られる飛行データは、ドローンの飛行制御及び/又は姿勢制御のプログラミングのデバッグ等に利用することができる。
(4)事後に飛行データを分析することにより、ドローンを制御するハードウェア及びソフトウェアの修正・改良に利用することが出来る。
(5)ドローンに事故が発生した場合、飛行データを分析することにより事故原因の究明、墜落場所の特定等が可能となる。
(6)FDRモジュール20から得られる飛行データは、ドローンの衝突防止技術の開発に利用することが出来る。
(8)サーバに記録された飛行データは、インターネット上にリンクを張って、ネット上で管理可能となる。
(1)FDRモジュール20により得られた飛行データに基づき、スマートフォン等4からドローンに送信する操縦命令は、目的地のGPS座標を与える絶対制御と、目的地と飛行データから得られた現在位置との差分を与える相対制御が出来る。図7Aは、絶対制御の場合のデータ構造の一例である。図7Bは、相対制御の場合のデータ構造の一例である。
(背景技術)
カメラ搭載のドローンは上空から撮影可能なため、個人のプライバシーを保護し、国家安全のための機密指定場所等の特定エリアを回避する機能は、重要な技術である。
(目的:課題)
そこで、第3実施形態は、簡易な手段で、特定エリアへの侵入防止又は特定エリアから外部へ飛行出来ない手段を備えたドローンを提供することを目的とする。
第1の方法は、図8Aに示すように、特定エリアを予め定めた色彩のテープ等で囲むことにより行われる。ドローン2は、搭載カメラ(図示せず。)を使ってテープ等より特定エリアを認識し、ドローンの現在の飛行位置(GPS情報)から特定エリアまでの相対座標を計算し、特定エリアに侵入しないように操縦制御される。墜落時も、この特定エリアを避けるように制御される。この操縦制御は、特定エリアを回避するように組まれたアプリケーションソフトにより実現される。反対に、ドローン2を特定エリアから外部へ飛行出来ないようにすることも出来る。なお、ドローンを室内等のGPS情報が弱い所で飛行させる場合、ドローン搭載のカメラにより高速で立体環境地図を作成して利用してもよい。
第1〜第3の方法は、単独又は複数個組み合わせて採用することが出来る。
第3実施形態によれば、ドローンを特定エリアへ進入禁止にすること、又は特定エリアから外部へ飛行禁止にすることが可能となる。
これを応用し、人物、道路、学校等のエリアを避けること、着陸や墜落時に人を避けて下りるようにすることが可能となる。これは、予め、図8Bに示すような地図データ又は搭載カメラにより高速で作成した立体地図を使い、この地図上に特定エリア情報を付与することで、回避する特定エリアを認識することで実現できる。
(背景技術)
現在、ドローンの操縦は、専用の送信機で操縦されている。
(目的:課題)
しかし、専用の送信機以外の機器で操縦が出来るといろいろな面で便利である。
(1)音による操縦
笛、スピーカーからの音声等の特定の周波数に対して、ドローン搭載のマイクが反応して、ドローンが移動し、離着陸する。即ち、笛、スピーカー等の音源が、専用送信機を用いずに、ドローンに命令を送る。特に、特定の音により、ドローンに緊急着陸命令を送信できれば有用である。
(a)例えば、レーザポインタのような光源(可視光線及び不可視光線を含む。)を、ドローン搭載カメラで捉え自動追尾することで、専用送信機を用いずに、ドローンを操縦する。この場合、ドローンがレーザポインタ光源を見失った場合、ドローンから点滅パターンの光線を発光し、又は予め定められた挙動(例えば、ドローンの旋回等)により、操縦者にレーザポインタ光源を見失った事態を連絡する。
ドローン搭載カメラの画像情報では、周囲の環境に赤色が多い場合(例えば、背景が夕日)には赤色可視光レーザは目立たない。一方、周囲の環境に緑色が多い場合(例えば、背景が森林)には緑色可視光レーザは目立たない。そこで、レーザとして、例えば、赤色可視光レーザと緑色可視光レーザを同時に並行光線として採用することにより、いずれかのレーザ光を容易に認識することが出来、追尾の信頼性が向上する。3種類以上のレーザ光を使用する場合、更に信頼性が向上する。また、他の種類の光線(例えば、赤外線)を利用してもよい。
図9に示すように、レーザ光の発光パターンを複数決めておくことにより、発光パターによって操縦情報(例えば、上昇命令や帰還命令)をドローンに送信してもよい。更に、レーザ光の色を複数決めておくことにより、発光パターによって操縦情報(例えば、上昇命令や帰還命令)をドローンに送信してもよい。更に、レーザ光の発光パターンとレーザ光の色との組み合わせにより、操縦情報をドローンに送信してもよい。
(背景技術)
従来、ドローンは、軍事目的、救援目的、商業目的等の専用機として開発されている。更に、ドローンは開発途上にあるため、仕様の更新(バージョンアップ)が頻繁に行われている。
(目的:課題)
しかし、経済的側面等から、1台のドローンが、用途の変更、複数の用途に対応可能にすることが望まれる。更に、ドローンが、常にバージョンアップされて、最新仕様であることも望まれる。
図10は、ドローンの機体の提供、ドローンの用途の変更等及びバージョンアップに容易に対応出来るプラットフォームの概要を説明するためのイメージである。
第5実施形態は、様々な用途に適用可能なドローンを提供することが出来る。例えば、物品を搬送する物流、救命具を渡す海難救助、サーモカメラを使って行方不明者を捜索する遭難捜索、赤外線カメラを使った農業調査等に適用可能なドローンを提供することが出来る。
更に、このプラットフォームの利点は、利用者登録に際し一定の審査を行い、必要により利用者情報を逐次求めて、利用者を管理することが出来る。
(背景技術)
ドローンの運用において離着陸は不可避である。特に、着陸は、安全性の確保、所定の位置への着陸等の要請があり、着陸ポートの重要性は大きい。
(目的:課題)
そこで、本実施形態は、安全性の確保、所定の位置への着陸等の要請を満たし、且つ着陸後には充電が可能な着陸ポートを提供することを目的とする。
着陸ポートアセンブリは、ドローンの脚部本数に対応して、複数個の着陸ポートの組み合わせから構成されている。図11Aは、各着陸ポートの断面形状を示す図である。ドローンの脚を収納する着陸ポートは、開口部側が拡がったラッパ形状となっている。このため、ドローン着陸時に多少の誤差があっても、開口部内に収まっていれば誤差が補正され、所定の位置に着陸することが出来る。図11Bは、着陸ポートの斜視図である。
(背景技術)
ドローンが着陸地点に向かって飛行する場合、大きな範囲ではGPS情報を利用する。しかし、現在のGPS情報は米軍から提供されているため、軍事上の要請より一定の誤差が含まれている。そこで、着陸地点の近くではGPS情報の精度が問題になる。
(目的:課題)
第7実施形態は、ドローンが、着陸地点の近くで精度良く機体の位置を決定できる着陸用信号発生装置を提供することを目的とする。
図12に示すように、着陸地点に、例えば、少なくとも3個の着陸用信号発生装置(図中、黒四角)を予め設置する。この着陸用信号発生装置は、GPS衛星の代わりに、GPS代替情報を発信する。ドローンは、着陸地点の近くでは、この着陸用信号発生装置からのGPS代替情報に基づき、着陸用信号発生装置からの機体の相対位置を精度良く決定することが出来、正確に着陸することが出来る。
(背景技術)
(1)ドローン、ロボット等を取り扱う上で、安全性、給電の必要性等から有線接続が多用されている。物流等でも搬送物を吊す場合に長く強靭な紐(テザー)を使用する場合が多い。
(2)また、ドローン、ロボット等により、紐をくくり付ける作業は、非常に難しく、紐をくくり付ける装置の先例はない。
(3)また、ドローンの制御は、一般に、事前にプログラムした操縦装置を使って、ドローンを操縦している。ドローン操縦者3が、ドローンを直感的に動かす方法はあまり提案されていない。
(1) 第8実施形態に係るテザーコントロールは、ドローン、ロボット等に有効な、新規なテザーコントロールを提供することを目的とする。
(2) 第8実施形態に係るテザークリップは、紐先に取り付ける新規な開閉可能なテザークリップを提供することを目的とする。
(3) 現在、ドローンが制御不能で飛んでいかないように、飛行範囲をカバーできる紐で繋いでおくことは行われている。また、ドローンへの給電を有線で行う方法も存在する。本発明者は、このような有線接続を、ドローンの飛行の制御に利用する技術を検討した。従って、第8実施形態に係るテザーインターフェースは、紐を使った新規なドローン操縦システムを提供することを目的とする。
(1)テザーコンロロール
ドローン、ロボット等の自由な動きを確保するため、有線では長さに余裕を持たせ、弛ませて使用している。テザーコントロールは、ドローン、ロボット等と制御装置との間を結ぶ有線部材の途中の2箇所を伸縮性部材(例えば、ゴム)で結んで、この2箇所の間に適当な張力を与えている。伸縮性部材の張力により、有線部材は所望の張力で引っ張られ、弛むことは無い。更に、有線部材が引っ張られたときは、伸縮性部材が伸張してこの引っ張り応力を吸収する。
図13は、テザークリップの断面図である。一方のクリップ片と他方のクリップ片は、バネ(図示せず。)で先端部が閉じる構造となっている。最初は、両方のクリップ片は、くさび型開放部材により強制的に開放された状態にある。把持対象物を両方のクリップ片の間に挟んだ後、くさび型開放部材を取り除くことで、両方のクリップ片はバネ力で閉じて対象物を固定している。紐先に、このテザークリップを取り付ける。このテザークリップを用いることで、容易に、建築物の横木、樹木の枝等に紐の一端を係止することが出来る。
テザーコントロールは、紐や給電線による有線接続を利用して、行われる。上記テザーコントロール技術により、ドローンと制御装置の間は、一定の張力で引っ張られた有線部材で接続されている。
ドローン操縦者3は、この有線部材を引っ張るときの、張力の立ち上がり、張力の強さ、方向等を変えることにより、ドローン2に対して操縦命令を送る。ドローン搭載の制御装置(図示せず。)は、予め読み込まれたアプリケーションソフトのテーブルに従って操縦命令を解析し、その結果に従って、飛行・移動する。
表1は、このアプリケーションソフトの一例である。
(1) 第8実施形態に係るテザーコントロールによれば、ドローン、ロボット等に有効な、新規なテザーコントロールを提供することが出来る。このテザーコントロール技術によれば、操縦者は、一定の張力を持った有線部材を使って、ドローン、ロボット等をコントロール下におくことが出来る。
上述のテザーコントロール、テザークリップ、及びテザーインターフェースの技術は、ドローン及びロボットの分野に限らず、物流の分野でも応用できる。
(背景技術)
現在、民間航空機の航路の追跡方法として、プライマリ・レーダー(1次レーダー)、セカンダリ・レーダー(2次レーダー)、ADS-B及びADS-Bの受信システムであるFR24等がある。1次レーダーは、地上レーダーが追跡するシステムである。2次レーダーは、地上レーダーの問いかけに対して航空機のトランスポンダが4桁の個体認識信号(ID)を返信し、航空機の識別を可能にするシステムである。ADS-Bは、航空機がGPSによる位置情報を地上及び他の周辺の航空機に通知するシステムである。FR24は、ADS-Bの電波をフライトレーダー24が設置された受信装置で受信してサーバに転送するシステムである。
(目的:課題)
ドローンに関しても、同様に、飛行中の航路の追跡システムを構築することは重要である。そこで、本実施形態は、ドローンの航路追跡システムを提供することを目的とする。
ドローンの航路追跡システムは、ドローンに適当な無線装置を搭載し、飛行の際に、個体認識信号を常時出力することにより構築されるシステムである。この無線装置は、例えば、Bluetooth(登録商標)等であってよい。
本実施形態によれば、ドローン2の航路追跡システムを提供することが出来る。このドローンの航路追跡システムは、次のような副次的効果をもたらす。
(2) ドローン操縦者3は、他のドローンの個体認識信号の位置座標又は電波強度により、他のドローンまので距離、他のドローンの予定移動情報等を知ることが出来る。
(3) ドローン操縦者3は、他のドローンの個体認識信号を受信したとき、その付加情報により、又は個体識別番号(ID)からサーバ6に記録された情報により、他のドローンの正当性、予定飛行航路等を確認することが出来る。必要に応じて、他のドローンの操縦者にオンラインで連絡を取ることが出来る。
(4) ドローン操縦者3は、他のドローンの予定飛行航路等に基づき、必要に応じて、自身のドローンに対して適切な回避行動を命令することが出来る。
(5) 飛行の際に、個体認識信号を常時発信するシステムを構築することにより、盗難に遭ったドローンの無効化、飛行した場合の回収が可能となる。
このドローンの飛行中の航路追跡システムは、人工知能を備えたロボットにも応用できる。動作中のロボット間の衝突は、危険を伴う。動作中のロボットから、同じような個体識別信号を常時発信することにより、ロボットの移動追跡システムを構築することが出来る。上記の副次的効果(1)〜(5)ももたらすことが出来る。
以上、本発明に係る本発明に係る小型無人飛行機の制御装置及び制御方法の実施形態について説明したが、これらは、本発明の範囲を限定するものではない。当業者が容易になし得る本実施形態に対する追加、削除,変更、改良等は、本発明の範囲に含まれる。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
Claims (2)
- ドローンとスマートフォン等との間の交信を可能にするコンバータモジュールにおいて、
スマートフォン等向け通信手段と、
CPU及びメモリを有する制御手段と、
ドローン向け通信手段とを備え、
前記制御手段は、所定のアプリケーションソフトによりカスタマイズされており、
前記スマートフォン等からの信号は、前記スマートフォン等向け通信手段で受信し、前記制御手段により前記ドローンの通信仕様に変換されて、前記ドローン向け通信手段から該ドローンへ送信され、
前記ドローンからの信号は、前記ドローン向け通信手段で受信し、前記制御手段により前記スマートフォン等の通信仕様に変換されて、前記スマートフォン等向け通信手段から該スマートフォン等へ送信される、コンバータモジュール。 - スマートフォン等で操作するドローンの飛行データを常時記録するフライトレコーダモジュールにおいて、
スマートフォン等向け通信手段と、
CPU及びメモリを有する制御手段と、
センサ手段とを備え、
前記スマートフォン等と前記ドローンの間の通信状態が良好なときは、前記センサ手段で感知したドローンの飛行データを前記制御手段の制御により、前記スマートフォン等向け通信手段から該スマートフォン等に向けて送信し、
前記スマートフォン等と前記ドローンの間の通信状態が不良なときは、前記センサ手段で感知したドローンの飛行データを前記制御手段の制御により、前記メモリに一旦記録し、通信状態が回復したときに該メモリに記録された該飛行データを前記スマートフォン等向け通信手段から該スマートフォン等に向けて送信する、フライトレコーダモジュール。
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