JP2807467B2

JP2807467B2 - ヘリコプタの高度制御装置

Info

Publication number: JP2807467B2
Application number: JP63152616A
Authority: JP
Inventors: 恭司椋本; 誠杉本; 彰佐藤
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JPH01317896A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ラジオコントロール等によって遠隔操縦さ
れる、例えば農薬散布用の無人ヘリコプタの高度制御装
置に関し、特に操縦者による高度把握が不正確の場合に
も飛行高度を精度よく制御できるようにした装置に関す
る。

〔従来の技術〕

例えば農地，山林等に薬剤を散布する場合、遠隔操縦
式の無人ヘリコプタを使用することが考えられる。この
場合、操縦者が発信器を操作することによって上記ヘリ
コプタを散布領域に沿って飛行させることとなるが、こ
の薬剤散布においては、薬剤が散布領域の周辺に流出し
たり、逆に散布されない部分が残ったりしないようにす
る必要がある。そのためには上記ヘリコプタの飛行領域
及びその飛行高度の制御精度を高める必要がある。特
に、飛行高度が高か過ぎる場合は、風速，風向き等によ
って薬剤が周辺に流されてしまうおそれがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上記無人ヘリコプタを使用した薬剤散布で
は、一般に飛行領域が広くなるので、ヘリコプタは操縦
者からはるか離れた位置を飛行することとなる。そのた
めヘリコプタを目視しながらその飛行位置を制御する方
法では、その飛行高度の把握が困難となり、高度制御が
不正確になり易い。

本発明は、上記薬剤散布の状況に鑑みてなされたもの
で、高度の制御精度を大幅に向上できる無人ヘリコプタ
の高度制御装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、地上の発信器からの高度指示信号を機体に
搭載された受信器で受信し、該受信した高度指示信号に
応じて機体の高度を制御するように構成されたヘリコプ
タの高度制御装置において、機体の高度を検出する高度
検出手段と、検出高度が基準高度未満のときは上記受信
した高度指示信号をそのまま目標高度信号として出力
し、検出高度が基準高度以上のときは上記受信した高度
指示信号から予め設定された補正値を差し引いた補正信
号を目標高度信号として出力する目標高度出力手段と、
エンジンから垂直上方に延びる出力軸に取り付けられた
メインロータのピッチ角を上記目標高度信号に応じたピ
ッチ角に制御することにより高度を制御するピッチ角制
御手段とを備えたことを特徴としている。

ここで、本発明における高度検出手段には、各種の構
造のものが考えられ、例えば、機体からフロートを所定
長さ（基準高度に対応する）のロープで吊り下げ、該フ
ロートにこれの接地による傾斜状態に応じてオン・オフ
するスイッチを取り付けてなる接地式高度検出装置、気
圧によって高度を検出したり、超音波，光，電波等を地
表面に照射し、これの反射によって高度を検出したりす
る非接触式高度検出装置の両方が採用できる。

〔作用〕

本発明に係る高度制御装置によれば、検出高度が基準
高度未満の場合は、操縦者からの高度指示信号がそのま
ま目標高度信号となり、該目標高度信号に応じてメイン
ロータのピッチ角が制御され、もって該目標高度に制御
される。

一方、検出高度が基準高度以上になると、操縦者の高
度指示信号から予め設定された補正値を差し引いた補正
信号が目標高度信号となり、この補正された目標高度信
号に応じたピッチ角に制御される。

例えば、基準高度により低所を飛行中に、仮に操縦者
が基準高度より高い高度を指示した場合には、当初はこ
の指示された高度を目標に高度制御が行われ、検出高度
が基準高度を越えた時点で、操縦者からの高度指示信号
から予め設定された補正値を差し引いた補正信号が目標
高度信号となる。

従ってヘリコプタが遠方を飛行していることから操縦
者がヘリコプタの高度を正確に把握できない場合にも、
ヘリコプタの飛行高度が基準高度より過度に高くなるこ
とはなく、その結果ヘリコプタを薬剤散布に使用した場
合は、薬剤が風等によって周囲に流されにくくなるの
で、散布領域をより精度良く制御できる。

また、高度検出手段として、接地式のものを採用した
場合は、構造が簡単であり、かつ高度の検出精度を向上
できる。例えば、非接触式の場合、超音波などは草，芝
等に吸収され易く、また光の場合は水底から反射するこ
とから使用態様によっては精度低下が懸念されるが、接
触式の場合はこのような懸念がない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第５図は本発明の一実施例による無人ヘ
リコプタの高度制御装置を説明するための図であり、本
実施例は接地式高度検出手段を採用した例である。

図において、１は農薬散布用遠隔操縦式無人ヘリコプ
タであり、このヘリコプタ１の機体２の前部下方には、
該ヘリコプタ１を支持するための脚部３が取り付けられ
ており、該機体２の前部内方に搭載れさたエンジンから
垂直上方に延びる出力軸にはメインロータ４が取り付け
られている。また機体２の後端部には上記メインロータ
４による反転トルクを打ち消すためのテールロータ５が
配設されており、該ロータ５は伝動ベルトによって上記
エンジンで駆動される。なお、６は前進時の安定性を確
保するための尾翼である。

また、上記機体２の前端部には、前方に延びる支持ブ
ラケット2aが固定されている。このブラケット2aの前端
には、基準高度に相当する長さのロープ８によって発泡
スチロール製で棒状のフロート９が吊り下げられてお
り、このフロート９には水銀スイッチ10が取り付けられ
ている。これにより、フロート９が接地すると何れかの
方向に倒れ、水銀スイッチ10がオンする接地式高度検出
装置７が構成されている。

ところで上記フロート９は、接地状態では上記ロープ
８で引きずられることとなるが、このとき農薬散布対象
の作物に引っ掛かることのないように、特にフロート９
とロープ８との接続部の形状に工夫する必要があり、例
えば第３図（ａ）に示すように、１本のロープ８をフロ
ート９の中心一箇所に接続するよりも、第３図（ｂ）に
示すように、複数のロープ8aに分岐させ、これをフロー
ト９の周縁に接続するのが好ましい。

また上記水銀スイッチ10は、導電線13で機体２に搭載
された高度制御装置14に接続されている。この制御装置
14には受信器15が接続され、該制御装置14の出力はアン
プ16に接続されており、該アンプ16によってサーボ機構
17が駆動される。このようにしてこのヘリコプタ１は地
上の発信器からの高度，前後，左右位置等を示す指示信
号を機体に搭載された受信器15で受信し、該信号に基づ
く制御装置14からの駆動信号をアンプ16を介してサーボ
機構17に出力し、該機構17がロータ４のピッチ角等を制
御し、これにより遠隔操縦するようになっている。

上記制御装置14は、第４図に示すように、CPU14aに受
信器15を介して指示信号P₁（パルス幅t₀）が入力される
と、該CPU14aから駆動信号P₂がアンプ16に出力されるよ
うに構成されている。また、上記水銀スイッチ10に電源
Vccとアース間に接続されており、該電源Vccとの接続点
はトランジスタ14bのベースに接続されている。またこ
のトランジスタ14bの電源Vccとの接続点は上記CPU14aに
接続されており、ハイ，ローの補正信号P₀として入力さ
れている。

このようにして、CPU14aは、水銀スイッチ10がオン
し、補正信号P₀がハイである低高度飛行時は、上記受信
器15からのパルス幅t₀の高度指示信号P₁をそのままのパ
ルス幅で目標高度信号としてアンプ16に出力し、補正信
号P₀がローである高高度飛行時には、上記パルス幅t₀を
t_wに補正したものを目標高度信号として出力するように
なっている。

即ち、CPU14aは、検出高度が基準高度末端のときは上
記受信した高度指示信号をそのまま目標高度信号として
出力し、検出高度が基準高度以上のときは上記受信した
高度指示信号から予め設定された補正値を差し引いた補
正信号を目標高度信号として出力する目標高度出力手段
として機能する。

また、上記CPU14aは、上記目標高度信号をアンプ16を
介してサーボ機構17に出力することにより、メインロー
タのピッチ角を上記目標高度信号に応じたピッチ角に制
御するピッチ角制御手段として機能する。

次に本実施例の作用効果を説明する。

本実施例のヘリコプタ１では、操縦者による発信器か
らの高度指示信号P₁及び前後，左右位置指示信号が受信
器15で受信され、前後，左右位置信号はCPU14aを介して
そのままアンプ16に供給され、これによりサーボ機構17
がロータ４の前傾角等を変化させ、ヘリコプタの前後位
置，左右位置が制御される。

一方、高度指示信号P₁は、アンプ16に、高度が低い場
合はそのまま、基準高さ以上のときはt_wに補正して入力
される。

まず、補正信号P₀の動作について説明する。

高度が低い場合は、第２図に示すように、フロート９
が接地して倒れ、これにより水銀スイッチ10がオンす
る。すると第４図において、トランジスタ14bはベース
電圧が低下してオフし、補正信号P₀がハイとなる。一
方、高度がロープ８の長さで決まる基準高度より高くな
ると、フロート９が起立し、水銀スイッチ10がオフす
る。するとトランジスタ14bがオンし、補正信号P₀がロ
ーとなる。

次にCPU14aの動作を第５図のフローチャートに沿って
説明する。

動作がスタートすると、高度指示信号P₁のパルスが入
力されたか判断し、P₁のパルス幅t₀を計測する（ステッ
プS1,S2）。次に、補正信号P₀のハイ，ローを判定し、
ハイの場合は、基準高度より低いとして、出力指示信号
（目標高度信号）P₂を入力パルス幅t₀と同じ幅でアンプ
16に出力し（ステップS5）、その結果操縦者の指示どお
りの高度に制御されることとなる。一方、ローの場合
は、基準高度より高いと判断して、パルス幅t₀の高度指
示信号P₁をパルス幅t_w＝t₀−t_xの高度指示信号（目標高
度信号）P₂に補正してアンプ16に出力する（ステップS
4）。

ここでt_xとは高度指示信号P₁を補正する値である。こ
のt_xの設定は以下の条件を満足できるようにする。即ち
通常飛行時は操縦者からの指示信号を補正するのに十
分な値であること。危険回避等の異常時に高度を上げ
る場合の操縦者からの指示信号がt_xによる補正を受けて
も高度を上げることができるような値であること。

このように本実施例では、検出高度が基準高度より低
い場合は、操縦者の指示信号どおりに高度を制御すると
ともに、基準高度より高い場合は、操縦者の指示信号を
低高度側に補正するようにしたので、常に基準高度以下
で、又は基準高度より過度に高くはない高度で安定して
飛行させることができ、遠方にヘリコプタ１が位置し、
目視による高度把握が困難な場合にも高度制御の精度を
向上させることができる。

また、本実施例では、高度検出手段として、フロート
９が接地した場合の傾斜状態で検出スイッチがオン，オ
フする接地式高度検出装置７を採用したので、構造が非
常に簡単であり、かつ確実な高度検出が可能である。

ところで上記フロートの接地時の傾斜状態で高度を判
定する方式の場合、フロート９の転倒方向によって水銀
スイッチ10が誤動作する懸念があることから、水銀スイ
ッチ10は、第６図に示すように、フロート９の周囲に複
数個取り付けるのが望ましい。

一方、第６図の構造の場合、第６図（ｂ）に示すよう
にフロートが倒れた状態で引きずられた場合のように、
矢印Ｇ方向の加速度を受けると、水銀が移動して誤作動
する懸念がある。

第７図は上記懸念を解消できるようにした高度検出装
置であり、図において、11は一対の発泡スチロール板11
a,11bを開閉可能に接続してなるフロートである。この
両発泡スチロール板11a,11b間には、該フロート11が倒
れて両板の間隔が狭くなったときオフするリミットスイ
ッチ12が配設されており、また、それぞれの先端部には
一対の水銀スイッチ10a,10bが下側に検出部が位置する
ように配設されている。

この高度検出装置では、基準高度以上になると、第７
図（ａ），（ｂ）に示すように、全てのスイッチ12,10
a,10bがオンし、高高度と判断される。また、接地して
倒れると、同図（ｄ）に示すように、リミットスイッチ
12及びスイッチ10aがオフし、低高度と判断される。

そして倒れた状態で引きずられた場合は、同図（ｄ）
において、スイッチ10a,10bはオンするもののリミット
スイッチ12がオフするので低高度と判断され、誤動作す
ることはない。また、急ブレーキが作用した状態では、
同図（ｃ）に示すように、リミットスイッチ12はオンす
るもののスイッチ10a,10bがオフするのでこの場合も誤
動作することはない。

なお、上記実施例では、接地式高度検出手段として、
フロートの傾斜で高度を判断するようにしたが、本発明
の高度検出手段には各種の変形例が考えられ、例えば、
第８図，第９図に示すものでも良い。

第８図は、球状のエアバック18の上側に重錐19を取り
付けるとともに、温度補償機能付き圧力センサ20を取り
付けてなる検出装置７をロープ８の下端に接続した例で
ある。この検出装置７の場合、高度が低下して接地する
とエアバック18が重錐19で圧縮され、内部の圧力が高く
なるので、圧力センサ20の出力が変化し、これによって
高度に検出できる。

第９図は、棒状のエアバック21に多数の板21a及び温
度補償機能付き圧力センサ20を取り付けた例であり、こ
の場合も、接地すると内部の圧力が変化するので、この
圧力変化で高度を検出できる。

ところで、上述のロープ８でフロート９又はエアバッ
ク18,21を懸吊する方法では、第10図（ａ）に示すよう
に、作物24にロープ８が引っ掛かった場合は低高度であ
りながら接地しないので、誤動作する懸念がある。同図
（ｂ），（ｃ）はこのような問題を解消できるようにし
た例であり、ロープ８の途中に金属製のリング22と接触
片23とからなる接触スイッチが設けられている。この例
では、ロープ８が作物24に引っ掛かって該ロープ８が大
きく傾斜すると、上記接触スイッチが作動し、これによ
って高度低下を検出できる。

なお、上記実施例では、高度検出手段として接地式の
例について説明したが、本発明の高度検出手段は、これ
以外にも各種のものが採用でき、例えば気圧センサを設
け、地上の気圧と上空の気圧とから高度を演算するも
の、超音波，光，電波を地表面に照射し、ここからの反
射波を受けて高度を検出するものが採用できる。

また、上記実施例では無人ヘリコプタについて説明し
たが、本発明は有人ヘリコプタにも勿論適応できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係るヘリコプタの高度制御装置
によれば、検出高度が基準高度未満のときは操縦者から
の高度指示信号をそのまま目標高度信号とし、検出高度
が基準高度以上のときは高度指示信号から予め設定され
た補正値を差し引いた補正信号を目標高度信号とし、メ
インロータのピッチ角を該目標高度信号に応じたピッチ
角を制御するようにしたので、ヘリコプタが遠方に位置
していることから目視による高度把握が困難な場合で
も、ヘリコプタが基準高度より過度に上昇するのを防止
でき、それだけ高度制御精度を向上できる効果があり、
また低高度側に補正する場合でもエンジンに無理な負荷
が作用せず燃料消費量を減少できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例による無人ヘリ
コプタの高度制御装置を説明するための図であり、第１
図はその全体構成を示す側面図、第２図（ａ），（ｂ）
はその接地状態を示す側面図、第３図（ａ），（ｂ）は
そのフロートを示す斜視図、第４図はその制御装置のブ
ロック図、第５図はそのフローチャート図、第６図
（ａ），（ｂ）はそのフロートの変形例を示す側面図、
第７図（ａ）はフロートの他の変形例を示す斜視図、第
７図（ｂ），（ｃ），（ｄ）はその動作を示す側面図、
第８図（ａ），（ｂ）及び第９図（ａ），（ｂ）はフロ
ートのさらに他の変形例を示す側面図、第10図（ａ）な
いし（ｃ）は高度検出手段の変形例を示す側面図であ
る。図において、１はヘリコプタ、２は機体、７は高度検出
手段、14は制御装置（補正手段）、８はロープ、９はフ
ロート、10は水銀スイッチ、15は受信器である。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−164298（ＪＰ，Ａ) 特公昭39−25328（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B64C 27/57 B64C 13/20 B64C 39/02 B64C 19/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地上の発信器からの高度指示信号を機体に
搭載された受信器で受信し、該受信した高度指示信号に
応じて機体の高度を制御するように構成されたヘリコプ
タの高度制御装置において、機体の高度を検出する高度
検出手段と、検出高度が基準高度未満のときは上記受信
した高度指示信号をそのまま目標高度信号として出力
し、検出高度が基準高度以上のときは上記受信した高度
指示信号から予め設定された補正値を差し引いた補正信
号を目標高度信号として出力する目標高度出力手段と、
エンジンから垂直上方に延びる出力軸に取り付けられた
メインロータのピッチ角を上記目標高度信号に応じたピ
ッチ角に制御することにより高度を制御するピッチ角制
御手段とを備えたことを特徴とするヘリコプタの高度制
御装置。
【請求項２】上記高度検出手段が、機体から上記基準高
度に相当する長さのロープによってフロートを吊り下
げ、該フロートの接地，非接地の何れか一方でオンし、
他方でオフするスイッチを該フロートに取り付けて構成
された接地式高度検出装置であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のヘリコプタの高度制御装置。