JP2019023010A - ドローン飛行体の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ドローン等の飛行制御において、飛行制御端末から所定の距離以上離れたり、山の陰においても末端飛行体の操縦・観測を可能としたドローン飛行体の制御システムを提供する。【解決手段】観測・輸送を行う末端飛行体１１０とその飛行を無線通信により操縦・制御する飛行制御端末１２０と、末端飛行体１１０と飛行制御端末１２０の距離又はその間の障害物により末端飛行体１１０への飛行制御端末１２０からの操縦・制御無線通信信号を中継するため、末端飛行体１１０と飛行制御端末１２０の間に存在し無線通信中継器１３１を備えた中継体１３０を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、飛行制御信号・観測データを中継飛行体を中継することで、飛行制御端末と遠方の末端飛行体の間で、飛行制御と観測データの送付を行わせるドローン飛行体の制御システムに関するものである。

図６は、従来の飛行体の飛行困難な状況の一例を示す図である。
飛行制御端末６１０と末端飛行体６３０間には山６２０、操縦の電波が届かないことと、操縦者６１１から末端飛行体６３０が見えないので、実際には、末端飛行体６３０は、山６２０の向こう側へは行けなかった。
これ以外に、ドローンのような飛行体は、飛行制御端末から末端飛行体が所定の距離以上離れても操縦制御信号が受信できないため、遠方においても飛行が出来なくなる。このような状況を改善する文献は見あたらない。
従来、飛行体を中継した記述が見られるものとして、特許文献１と特許文献２が見いだせ、各々、図５の５−Ａと５−Ｂに示されるものである。
特許文献１は、航空機相互間で娯楽等のコンテンツを無線転送するシステムと方法であり、上記の課題に対応したものでは無い。
特許文献２は、飛行船センサ装置と動作制御装置を持つ飛行体とセンタ管理装置の間で双方向通信して、所望の場所での情報を取得するものであるが、これは、飛行船（末端飛行体に当たる）とセンタ管理装置（飛行制御端末に当たる）の関係が言われているだけで、上記の課題や、中継飛行体への言及をした記述は見当たらない。

特開２０１３―５８２６１ 特開２０１４−９１３３５

本発明の課題は、ドローン等の飛行制御において、飛行制御端末から所定の距離以上離れたり、山の陰においても末端飛行体の操縦・観測を可能としたドローン飛行体の制御システムを提供する。

本発明にかかるドローン飛行体の制御システムは、飛行制御端末と末端飛行体の間に中継飛行体をおいて、飛行制御情報と末端飛行体からの観測情報の中継をさせるものである。
以下、請求項に沿って記述する。

請求項１記載の発明は、ドローン飛行体の制御システムであって、
各々無線送受信手段を備えた末端飛行体と中継体と飛行制御端末を備え、前記末端飛行体と前記中継体と前記飛行制御端末の内、少なくとも前記末端飛行体と前記中継体は、画像取得のためのカメラと地球上位置データを取得するためのＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）を備え、
前記飛行制御端末は、前記末端飛行体の飛行を無線通信により操縦・制御するものであり、前記中継体は、少なくとも１つ使用され、前記末端飛行体と前記飛行制御端末の間に存在し、前記操縦・制御の信号を前記末端飛行体に中継することで、前記飛行制御端末からの前記末端飛行体の距離の拡大、又は、前記飛行制御端末と前記末端飛行体との間に障害物がある場合の前記末端飛行体の操縦・制御を可能としたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のドローン飛行体の制御システムにおいて、
前記中継体は、飛行体であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載のドローン飛行体の制御システムにおいて、前記飛行制御端末は、表示手段を備え、前記表示手段は、地図と前記地図上に前記ＧＰＳで取得した地球上位置を表示した画像と前記カメラが取得した画像の少なくともいずれか１つを表示して、前記操縦・制御を容易化したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のドローン飛行体の制御システムにおいて、
前記地図上に前記ＧＰＳで取得した前記地球上位置を表示したことに加えて、地上からの高さに関係する表示をしたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３又は請求項４記載のドローン飛行体の制御システムにおいて、
前記地図上に前記ＧＰＳで取得した前記地球上位置を表示位置を基準に前記操縦・制御の前記無線通信の電波が届く有効範囲に関係する表示を行ったことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載のドローン飛行体の制御システムにおいて、
前記末端飛行体と前記中継体が、各々、前記電波が届く前記有効範囲からでないように計算し、前記飛行制御端末での操縦・制御をおこなわせ、又は警告を出すことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のドローン飛行体の制御システムにおいて、
前記末端飛行体と前記中継体は、距離センサーを備え、前記カメラが取得した前記画像に写った対象物との実距離を求め、前記対象物との衝突を回避するようにしたことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項３から請求項７のいずれか１つに記載のドローン飛行体の制御システムにおいて、
前記表示手段の前記地図上に表示された前記末端飛行体と前記中継体の位置を前記画面上で移動させることで、移動先を指定でき、前記操縦・制御を可能とすることを特徴とする。

以上の様に構成されているので、本発明によるドローン飛行体の制御システムでは、飛行制御端末から所定距離以上離れたり、山の陰にある末端飛行体に操縦信号が届くようになり、その結果、操縦飛行と観測が可能となり、更に、飛行制御端末の操縦者から見え難い末端飛行体の情報が、飛行制御端末のモニタ上で確認できることにより、安定な操縦とより広範囲の観測が可能となった。

本発明にかかるドローン飛行体の制御システムの一実施態様を示す図である。 本発明にかかるドローン飛行体の制御システムの別の一実施態様を示す図である。 本発明にかかるドローン飛行体の制御システムの動作の一実施態様を示す図である。 本発明にかかるドローン飛行体の制御システムの画像モニタ画面の一例を示す図である。 従来の飛行体の例を示す図である。 従来の飛行体の飛行困難な状況の一例を示す図である。

図１は、本発明にかかるドローン飛行体の制御システムの一実施態様を示す図である。
本発明にかかるドローン飛行体の制御システムは、観測・輸送を行う末端飛行体１１０とその飛行を無線通信により操縦・制御する飛行制御端末１２０と、末端飛行体１１０と飛行制御端末１２０の距離又はその間の障害物により末端飛行体１１０への飛行制御端末１２０からの操縦・制御無線通信信号を中継するため、末端飛行体１１０と飛行制御端末１２０の間に存在し無線通信中継器１３１を備えた中継体１３０を有する。当然のことながら、中継体１３０との間で送受信を行うため、末端飛行体１１０と飛行制御端末１２０の各々は、無線送受信器を有する。
中継体１３０と末端飛行体１１０とは、画像取のためのカメラ（カメラの向きや撮影に必要な事項は、飛行制御端末１２０から制御可能）を含む各種センサーを備える。又、物の輸送を行う設備を備えてもよい。特に、操縦制御においては、カメラ画像の映像と地図上にマークされた位置と高さを参照して行うことができるように、末端飛行体１１０、飛行制御端末１２０、中継体１３０ともＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）を搭載して、地球座標位置を求め、飛行制御端末１２０のモニタ上に表示することが好都合である。
飛行制御端末１２０からは、中継体１３０に向けて、中継体１３０の飛行制御信号と、中継体１３０を経由して末端飛行体１１０の飛行を制御する飛行制御信号が送られる。末端飛行体１１０からは、中継体１３０を経由して飛行制御端末１２０へＧＰＳ位置情報やカメラ画像情報が送られる。勿論、中継体１３０のＧＰＳ位置情報やカメラ画像情報も飛行制御端末１２０へ送られて、操縦・制御に使用される。
各種センサーを備える場合には、取得した温度や風速・風向きなどを中継して送付できる。
以上のように、飛行制御端末１２０から今まで可能出なかった遠隔地や山間の裏側など障害物のある場所での末端飛行体１１０の活動が中継体１３０の存在により可能となる。
尚、中継体１３０は、形態として飛行体でも、中継電波塔などの固定物のいずれも可能である。

図２は、本発明にかかるドローン飛行体の制御システムの別の一実施態様を示す図である。
図１と比べて、この例では、中継体１３０が２台ある場合である。さらに複数台をつなげば、末端飛行体１１０の行動範囲は飛躍的拡大できる。

図３は、本発明にかかるドローン飛行体の制御システムの動作の一実施態様を示す図である。図２の中継体１３０が２台、図でＦ０、Ｆ１使った場合を示す。
末端飛行体１１０、図でＦtは、Ｆ０、Ｆ１経由して操縦・制御され、業務終了後は、上側に示す⇒で示す経路で戻っていく。その場合、Ｆ１からＦ２へと中継電波を受ける範囲も替わっていく。Ｆtが戻ったあとは、同様に、Ｆ１もＦ０に中継されながら戻り、最後にＦ０が戻っていく。

図４は、本発明にかかるドローン飛行体の制御システムの画像モニタ画面の一例を示す図である。
モニタ画面の左半分には、飛行制御端末１２０と末端飛行体１１０と２台の中継体１３０の地図上の配置がしめされ、ここでは、便宜のため、各位置から上に棒の長さにより地上からの距離を示している。末端飛行体１１０と２台の中継体１３０の高さを上下すると、この棒の長さが変化する。地面に近くなると長さが短くなる。ＧＰＳにより地球状座標（緯度、経度、標高）が分かり、その位置での地図上の地面の標高も分かっているので、地面からの高さも求めることができて表示できる。
右半分には、末端飛行体１１０と２台の中継体１３０のカメラが取った周辺の画像が表示され、見ることができるので、樹木や建造物などとの距離感も得ることができるので、操縦・制御が効果的に行える。尚、飛行制御端末１２０と末端飛行体１１０と２台の中継体１３０の各々を中心に描いた円は、各々から操縦用の電波が届く範囲を示していて、円の範囲外は電波が届かない目安を得ることができ操縦に寄与できる。勿論、円を電波が届く範囲と設定する場合にどれほどの余裕を持って設定するかは任意に可能である。
又、電波が届く範囲を目安に、各飛行体で電波が届く範囲から出ないように計算し操縦制御側に戻すことも可能である。こうすることで、人が操縦する場合でも、電波が届く範囲に位置することを確保でき極めて安全な中継飛行が可能となる。又、電波が届く範囲は、色分けして見やすくしたり、図示のように円の境界に注意領域を設けて２重円にすることもできる。又、センサーとして超音波センサーやレーザーセンサ等の距離センサーを備えて、カメラ画像に写った対象物との距離を求め、所定の距離以上に近づかないことも可能となり衝突回避も図られる。尚、表示手段の地図上に表示された末端飛行体と中継体の位置を画面上で移動させることで、移動先を指定でき、操縦・制御を可能とすることもでき好都合である。又、飛行制御端末１２０と末端飛行体１１０と中継体１３０の最終位置を予め設定することで、プログラムによる自動走行も可能である。又、末端飛行体１１０と飛行制御端末１２０が複数ある場合は、この組み合わせを決める認識キーで分けることもできる。互いの認識キーが一致した操縦・制御信号と観測情報の授受のみ行うことになる。

以上のように本発明にドローン飛行体の制御システムは、所定距離以上離れたり、山の陰にある場合など、操縦・制御される飛行体の行動範囲を飛躍的に拡大するので、産業上利用して極めて好都合である。

１１０ 末端飛行体
１２０ 飛行制御端末
１３０ 中継体
１３１ 無線通信中継器

Claims (8)

1. 各々無線送受信手段を備えた末端飛行体と中継体と飛行制御端末を備え、前記末端飛行体と前記中継体と前記飛行制御端末の内、少なくとも前記末端飛行体と前記中継体は、画像取得のためのカメラと地球上位置データを取得するためのＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）を備え、
   前記飛行制御端末は、前記末端飛行体の飛行を無線通信により操縦・制御するものであり、前記中継体は、少なくとも１つ使用され、前記末端飛行体と前記飛行制御端末の間に存在し、前記操縦・制御の信号を前記末端飛行体に中継することで、前記飛行制御端末からの前記末端飛行体の距離の拡大、又は、前記飛行制御端末と前記末端飛行体との間に障害物がある場合の前記末端飛行体の操縦・制御を可能としたことを特徴とするドローン飛行体の制御システム。
2. 前記中継体は、飛行体であることを特徴とする請求項１記載のドローン飛行体の制御システム。
3. 前記飛行制御端末は、表示手段を備え、前記表示手段は、地図と前記地図上に前記ＧＰＳで取得した地球上位置を表示した画像と前記カメラが取得した画像の少なくともいずれか１つを表示して、前記操縦・制御を容易化したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のドローン飛行体の制御システム。
4. 前記地図上に前記ＧＰＳで取得した前記地球上位置を表示したことに加えて、地上からの高さに関係する表示をしたことを特徴とする請求項３記載のドローン飛行体の制御システム。
5. 前記地図上に前記ＧＰＳで取得した前記地球上位置を表示位置を基準に前記操縦・制御の前記無線通信の電波が届く有効範囲に関係する表示を行ったことを特徴とする請求項３又は請求項４記載のドローン飛行体の制御システム。
6. 前記末端飛行体と前記中継体が、各々、前記電波が届く前記有効範囲からでないように計算し、前記飛行制御端末での操縦・制御をおこなわせ、又は警告を出すことを特徴とする請求項５記載のドローン飛行体の制御システム。
7. 前記末端飛行体と前記中継体は、距離センサーを備え、前記カメラが取得した前記画像に写った対象物との実距離を求め、前記対象物との衝突を回避するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のドローン飛行体の制御システム。
8. 前記表示手段の前記地図上に表示された前記末端飛行体と前記中継体の位置を前記画面上で移動させることで、移動先を指定でき、前記操縦・制御を可能とすることを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１つに記載のドローン飛行体の制御システム。

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