JP2020117129A - 飛行体の操縦システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数人が同時に操縦する複数大量のドローンが同時に浮上したときなど、同じ競技を行う各自のドローンが地上でのドローン操縦者に認識されることが難しく、もって動く方向がわからず、お互いに混乱してしまい、その結果、複数大量のドローン同士が接触し、あるいは衝突し、ひいてはドローンが落下し、地面に激突して損壊することのないドローンなど飛行体の操縦システムを提供する。【解決手段】本発明は、飛行体に搭載された受信器と、該受信器と送受信を行う送信器と、前記飛行体に搭載された制御装置とを有し、前記制御装置には、前記受信器が受信した信号を受けて制御を行う演算制御部と、飛行体の運航パターンが格納された記憶部とを備え、前記演算制御部は、飛行体に搭載された照明部と音声部と運航動作部にアクセスして各々照明制御、音声制御、運航制御を行うことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、いわゆるドローンなど飛行体を地上などから操縦を行う操縦システムに関するものである。

近年、いわゆるドローンなどの飛行体の普及は目覚ましい。しかしながら、反面テレビや新聞などではドローンなど飛行体の飛行時の不具合や事故が発生したことが頻繁に報道されるに至っている。
そのため、ドローンの安全飛行、安全操縦を目的に国土交通省などの国や自治体がドローンの安全飛行に関しての規制を検討するに至っている。そして、現在では、ドローンの操縦操作についていわゆる民間免許制度を施行するまでに至った。

ところで、近年、前述したように、ドローンの普及は目覚ましく、ドローン飛行に関する競技大会が大規模大会として開催されたり、またドローンの飛行運転や操縦使用に関する講習会等が開催されたりと、めまぐるしい発展を遂げている。しかしながらドローンの運航方法などの詳細な安全規制などには、いまだ厳密な規制が設けられていないのが現状である。

ドローンなどの飛行体は、将来にわたって多大な社会貢献を確実にもたらしてくれるといえるが、ただそれを最大限に生かすためには、一人ひとりの正しいドローンの操縦法を厳守することが必要なのである。
そこで基礎的な操縦法はもとより、どんなことをしたら、操縦失敗のリスクが高いかということを事前にしっかり考え、そのリスクを回避できるマインドやスキルを養っていくことが大事なのである。

前述したように、近年では、特に、ドローンの急激な普及に伴い、ドローンの飛行操縦に関する競技会が頻繁に行われている。しかしながら、ドローンの飛行競技が行われている最中に、複数人が同時に操縦する複数大量のドローンが同時に浮上したときなどは、同じ競技を行う各自のドローンが果たしてどちらに進むのか、上昇するのか下降するのか、右旋回するのか、左旋回するのかなどがお互いに理解できず、その結果、お互いに混乱してしまう事態が生じ、その場合に、複数大量のドローン同士が接触してしまい、あるいは衝突してしまい、ひいてはドローンが落下し、地面に激突して損壊してしまう事故が起きるとの課題が生じていたのである。

特開２０１８-１９７７３５号公報

かくして、本発明は、上記の課題に対処すべく創案されたものであって、特に、ドローンの飛行操縦に関する競技大会などにおいて、ドローンの飛行競技が行われている最中に、複数人が同時に操縦する複数大量のドローンが同時に浮上したときなど、同じ競技を行う各自のドローンが地上でのドローン操縦者に認識されることが難しく、もって動く方向がわからず、どちらに進むのか、上昇するのか下降するのか、右旋回するのか、左旋回するのかなどがお互いに理解できないために、お互いに混乱してしまい、その結果、複数大量のドローン同士が接触し、あるいは衝突し、ひいてはドローンが落下し、地面に激突して損壊することのないドローンなど飛行体の操縦システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、
飛行体に搭載された受信器と、該受信器と送受信を行う送信器と、前記飛行体に搭載された制御装置とを有し、
前記制御装置には、前記受信器が受信した信号を受けて制御を行う演算制御部と、飛行体の運航パターンが格納された記憶部とを備え、
前記演算制御部は、飛行体に搭載された照明部と音声部と運航動作部にアクセスして各々照明制御、音声制御、運航制御を行い、該制御は前記記憶部に格納されている運航パターンが読み出され、該運航パターンが実行される、
ことを特徴とし、
または、
前記照明制御は、飛行体に取り付けられた色代わり可能な照明具を、あらかじめ決められた運航パターンに沿った色に点灯あるいは点滅させる、
ことを特徴とし、
または、
前記運航制御は、飛行体の所定箇所に電波発信部が複数取り付けられ、該電波発信部からは信号が発信され、発信された信号は、接近する他の飛行体が前記信号を受信可能とされ、受信したドローンは、該信号を発信した他のドローンの運航箇所が確認でき、前記信号の受信に基づき、あらかじめ決められた運航パターンの運航が行われる、
ことを特徴とするものである。

本発明によれば、ドローンの飛行操縦に関する競技会などいて、ドローンの飛行競技が行われている最中に、複数人が同時に操縦する複数大量のドローンが同時に浮上したときなど、同じ競技を行う各自のドローンが動く方向がわからず、どちらに進むのか、上昇するのか下降するのか、右旋回するのか、左旋回するのかなどがお互いに理解できまいために、お互いに混乱してしまい、その結果、複数大量のドローン同士が接触し、あるいは衝突し、ひいてはドローンが落下し、地面に激突して損壊することのないとの優れた効果を奏する。

以下本発明を図に基づいて説明する。
まず、ドローン１の操縦に関する基本的な構成と操縦方法の概略を説明する。
ドローン１には、受信器２が組み込まれた制御装置３、あるいは撮影用カメラなどの各種装備品が搭載されている。

前記受信器２は例えば地上にいる操縦者が所有する送信器４と送信可能とされており、送信器４からの送信信号、すなわち各操縦のための送信信号は受信器２によって受信され、該受信信号はドローン１に搭載された制御装置３の演算制御部６などに送られ、演算制御部６によって、ドローン１の駆動モータ、プロペラなどが駆動され、ドローン１は飛行操縦されるものとなる。

前記送信器４とは、ドローン１を操作するコントローラーとも呼ばれ、地上においてこのコントローラによってドローン１の受信器２と通信が行われドローン１が飛行操縦されるのである。そして、送信器４は、舵５と送信部１７と制御部１８などを有して構成される。

前記送信器４によるドローン１を操作する基本的な操縦制御は、例えば、４種類の舵５のとり方があり、それぞれ以下のように設定されている。
送信器４において操縦操作する舵５は通常２個設けられている。

そして、例えば、一方側の舵５を前後に動かすことにより、ドローン１を飛行させるプロペラなどを稼働させ、ドローン１を前に進めたり、後に後退させるたりする。
また前記一方側の舵５を左右に動かすことによりドローン１を左右方向に飛行させることもできる。さらに、他方側の舵５を上下に動かすことにより、ドローン１を上昇させ、また下降させることができる。また、前記他方側の舵５を回転させることにより、ドローン１を旋回させることができるよう構成されている。。

以上のように舵５の操作によって送信器４から発信された信号をドローン１の送信器４に送信し、ドローン１のプロペラ、駆動モータなどを操作し、ドローン１の飛行状態を制御しているのである。
すなわち、ドローン１に搭載されている制御装置３における演算制御部６で運航動作部８を起動し、前記運航動作部８によってドローン１のプロペラの回転出力制御などがなされドローン１の飛行制御がなされる。
なお、送信器４および受信器２における制御チャンネル数を増やせば、さらにドローン１の動きを制御する操作を増やすことができる。

例えば、他人が操縦するドローン１の操縦者に、こちらのドローン１の飛行状態を周知させる制御も行える。この制御は、ドローン１の機体外面、たとえば下面に照明具を取り付けて照明部９を構成し、該照明部９の動作、すなわち照明具を点灯、点滅させる制御を演算制御部６で行うが如きである。これにより、自らが操縦するドローン１の飛行状態、どちらに進むのか、あるいは上昇するのか下降するのかなどをほかのドローン操縦者に周知できることができるものとなる。

該照明部９は、省電力のためにＬＥＤ照明を使用して形成することが望ましい。該照明部９を常時点火状態とし、あるいは常時点滅状態にしておくと、多くの電力を消耗するから省電力のＬＥＤ照明の使用が望ましい。

上記のように照明部９を常時点火状態とし、あるいは常時点滅状態にしておき、自分が操縦しているドローン１の上下左右の方向を地上にいるほかのドローン操縦者に周知できるものとしてある。

ここで、照明部９には、１つの照明具で各種類の色に変わる照明具を使用することが好ましい。例としてはイルネーションＬＥＤなどが挙げられる。
また、色についてのドローン１の動作状態を決定しておくことが重要である。例えば、青色は前進、赤色は停止、黄色はバック進行、緑は左進行、ピンクは右進行とするがごときである。この決定事項をすべてのドローン１の操縦者に周知徹底しておく。
すると、地上のドローン操縦者は上空を飛行する自分のドローンを含む各ドローン１について点灯している照明部９の色を認識して各ドローン１が進む方向を認識できるものとなる。

さらに、前記照明部９の設置位置の近傍にスピーカーを設置し、前進を示す発生音、停止を示す発生音、バック進行を示す発生音、左進行を示す発生音、右進行を示す発生音を流すことも考えられる。これは、これも演算制御部６によってスピーカー装置などで構成された発生音出力部１０を制御することによって行える。
この場合、スピーカーからは音ではなく、言葉を発したシステムでもかまわない。すなわち、「前進します」あるいは「バックします」などの言葉をスピーカーから流してもかまわない。

さらに、例えば、ドローン１から外部を撮影できる撮影カメラ７を搭載し、しかも該撮影カメラ７を動かして、撮影位置を変更する制御を行うこともできる。

次にドローン１の基本的な起動方法につき説明する。
まず、起動前にドローン１及び送信器４の双方とも電源がＯＦＦであることを確認しておく。
さらに、安全のために、送信器４において、ドローン１を上昇、下降する制御を行う舵５を下げておき、あらかじめ、ドローン１を下降させる状態にしておく。これによりたとえドローン１および送信器４の両方とも電源がＯＮになっていたとしてもドローン１が上昇することはない。そして、ドローン１が水平になるように地上に設置する。

その状態で、送信器４、次にドローン１の順に電源をＯＮにする。なお、ドローン１の電源をＯＮにすれば受信器２や制御装置３の電源もＯＮ状態になる。
ドローン１は電源がＯＮになった時点で、そのときのドローン１の設置状態が機体の水平位置であると認識してしまう。よって、当初、ドローン１を斜めの位置に設置してしまうとホバリングがうまくいかなくなってしまう。また、電源ＯＮの順番を決定してあるのは、日常に飛び交っている電波がドローン１に干渉し、誤作動を起こす（ノー・コントロール状態、いわゆるノーコン）のを防止するためである。そのため、送信器４、次にドローン１の順に電源をＯＮにしている。
そして、電源を切る場合は、ドローン１を最初に、送信器４を次に、との順番でＯＦＦにする。

ここで、ドローン１は機体の電源をＯＮにしたタイミングで、機体の水平状態を記憶する。従って、もし傾いた状態で電源をＯＮにした場合には、空中での制御が傾いてしまう。

よって、水平検知の失敗により、飛行がおかしくなっていないかチェックする必要がある。従って、その場合は、一旦、電源をＯＦＦにして、ドローンを水平な場所に置き、再度電源をＯＮにする。これにより水平検知が正常に行われているのか否か確認できる。

ところで、近年、ドローン１の飛行に関する競技会などが盛んに開催されるものとなった。この競技会などにおいては、複数のドローン１は同時に、一斉に浮上することとなる。そして同じ競技（例えば旋回飛行など）をするときに、自分所有のドローン１以外の複数のドローン１が、いかなる方向へ進み、いかなる旋回などの動きをするのか、お互いに認識することができない。

そのため、複数のドローン１同士が接触あるいは衝突してしまうことが多々生じていた。よって上下方面あるいは前後方向あるいは左右方向などいずれの方向に移動するのかが他のドローン操縦者に認識できるシステムの導入が強く要請されていたのである。

そこで、本件発明者は、ドローン１の飛行行動を認識し、それを伝達して複数のドローンの動きを制御するシステムについても発明した。
ドローン１を操縦する際、ドローン１の運航状況をドローンに取り付けた照明部９からの光で地上から確認できることについてはすでに述べた。

さらに、本発明では、各ドローン１より例えば演算制御部６によって選択された制御信号（例としてトランシーバーなどにも用いられている２．４Ghz微弱型電波）を電波発信部１３から発信し、この信号を接近する各ドローン１が電波受信部１５により受信し、認識することにより、双方のドローン１が相手側のドローン１の運航状況を確認できる様に構成しているのである。

これによりドローン１の上昇や着陸行為あるいは運航状態の際、地上からそのドローン１の上昇や着陸行為あるいはその運航状態を目視で前記照明部９からの光を確認し、そのドローン１の上昇や着陸行為あるいは運航状態が確認できるのみならず、上昇方向に、着陸方向にあるいはそれ以外の運航状況にあるドローン１からそれら運航中の信号（電波）を発信し、接近する他のドローン１がその信号（電波）を受信することで、ドローン１運航中のニアミスなどを防ぐことができるものとしているのである。

すなわち、各ドローン１には、制御装置３に連携する電波発信部１３を有しており、該電波発信部１３からは、例えば２．４Ghz微弱型電波が外部に向かって発信される。
ここで、前述したように、２．４Ghz微弱型電波は、一般的なトランシーバーなどにも用いられており、０．１ｗ程度の出力で十分稼働する。すなわち、この電波を使用すれば、ドローン１の飛行時間、バッテリー消費時間も最小限に抑えることもできる。

ここで、本発明は、上空運航中のドローン１から電波発信部１３によって発信された微弱電波を発信しながら、飛行することで、お互いの進行方向回避も瞬時出来る電波発信回避システムなのである。

例えば、互いに対向する進行方向から２つのドローン１が接近して来た場合、互いに左方向あるいは右方向に進路変更をする回避行動制御が行える。すなわち、お互いのドローン１がそれぞれ接近してきたとき、相手側のドローン１から発信された電波をお互いにそれぞれの電波受信部１５で受信し、前記電波を受信したときはお互いに左方向あるいは右方向へよける回避動作を行うのである。

図に基づいて説明する。各ドローン１には、該ドローン１の機体の四隅に、すなわち前後左右の箇所に４つの電波発信部１３及び電波受信部１５が取り付けられている。なお、四隅のみに４つの電波発信部１３を設けることに限定されない。また、電波発信部１３と電波受信部１５と一体に構成されたものでもかまわない。

そして、前記電波発信部１３からは常時例えば前述したような電波が発信されている。そこで、対向するドローン１に設けられた４つの電波発信部１３のうちいずれの箇所から発信された電波が、接近する他のドローン１の電波受信部１５で受信される。すると、受信された電波は演算制御部６に送出され、演算制御部６ではプロペラなどの方向制御部１４を作動するものとなる。そして、方向制御部１４によって即座に進行方向を左側にあるいは右側に変更する運航が図られる。

また、別の行動制御につき説明する。上空運航中ドローン１が所定の高度及び所定のエリアを運航しているとき、このドローン１に上昇して接近する他のドローン１があったとする。その場合、２つのドローン１は、お互いから発信された電波を受信する。すると、前記上空運航中のドローン１が立ち去るまで、上昇中のドローン１はホバーリングして高度を保つ制御がなされるのである。そして、上空運航中のドローン１が過ぎ去ってから、上昇中のドローン１は予定高度に上昇する制御がなされる。この制御は、ドローン１に設置されている複数の電波発信部１３及び電波受信部１５のうち、いずれの箇所に設置された電波発信部１３が発信し、その信号をいずれの箇所に設置した電波受信部１５で受信したかによって判断される。

すなわち、すなわち、前記上空運航中ドローン１の下側に設置してある電波発信部１３からの信号を、上昇中のドローン１の上側に設置された電波受信部１５が受信したときに制御されるものとなる。

さらに、次の別行動制御についても説明する。
左右いずれかの方向から接近して来たドローン１の機体は、飛行経過時間の長い方が、上昇するとの制御プロトコルとする。そして、飛行経過時間の少ない方が、下降するとの回避行動パターンをあらかじめ前記の制御プロトコルとして決定しておき、さらに決定された前記などの回避行動パターンをプログラム化して記憶部１６に格納しておく。

そして、他人のドローン１が左右いずれかの方向から接近して来たとき、受信部で相手側の電波を受信し、その信号によって演算制御部６は記憶部１６に格納されている前記制御プロトコルに基づいて各ドローン１の運航制御を行うのである。
すなわち、例えば、飛行経過時間の長い方が上昇し、飛行経過時間の短い方が、下降するとの回避行動をとるのである。

この制御は、ドローン１の側面側にのみ設置された電波発信部１３からの信号を他のドローン１の側面側に設置された電波受信部１５が受信したときに行われる。このように制御プロトコルをあらかじめ作成し、記憶部１６に格納しておく。

しかして、現在、ドローン１などの小型飛行体に装備されている障害物回避システムは、主に赤外線を使用しているものであり、大きな物体以外は回避できないできないとの課題がある。また、回避行動は、本発明のように各種の回避行動が採用できるものではなく、一定の距離をおき停止することのみである。

本発明のように、回避行動のパターンを決定して制御プロトコルを確定すると共に、回避方法として前記の微弱電波を使用して規格を統一させれば、将来運航が多くなる自動運転での上空衝突事故を防ぎ、物流でも、安全運航の力になると考えられる。

本発明の概略構成説明図である。 本発明の動作説明図（１）である。 本発明の動作説明図（２）である。

１ ドローン
２ 受信器
３ 制御装置
４ 送信器
５ 舵
６ 演算制御部
７ 撮影カメラ
８ 運航動作部
９ 照明部
１０ 発生音出力部
１３ 電波発信部
１４ 方向制御部
１５ 電波発信部
１６ 記憶部
１７ 送信部
１８ 制御部

Claims (3)

1. 飛行体に搭載された受信器と、該受信器と送受信を行う送信器と、前記飛行体に搭載された制御装置とを有し、
   前記制御装置には、前記受信器が受信した信号を受けて制御を行う演算制御部と、飛行体の運航パターンが格納された記憶部とを備え、
   前記演算制御部は、飛行体に搭載された照明部と音声部と運航動作部にアクセスして各々照明制御、音声制御、運航制御を行い、該制御は前記記憶部に格納されている運航パターンが読み出され、該運航パターンが実行される、
   ことを特徴とする飛行体の操縦システム。
   
2. 前記照明制御は、飛行体に取り付けられた色代わり可能な照明具を、あらかじめ決められた運航パターンに沿った色に点灯あるいは点滅させる、
   ことを特徴とする請求項１記載の飛行体の操縦システム。
   
3. 前記運航制御は、飛行体の所定箇所に電波発信部が複数取り付けられ、該電波発信部からは信号が発信され、発信された信号は、接近する他の飛行体が前記信号を受信可能とされ、受信したドローンは、該信号を発信した他のドローンの運航箇所が確認でき、前記信号の受信に基づき、あらかじめ決められた運航パターンの運航が行われる、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の飛行体の操縦システム。

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