JP6359052B2 - 係留気球 - Google Patents

Description

本発明は、係留気球に関する。

災害等で基地局の動作が停止した場合に、基地局の機能を代替する中継局を搭載した気球を係留することにより、動作を停止した基地局がカバーしていたエリアの通信障害を解消することが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

特開２０１６−００２９７３号公報 特開２０１６−００７８９９号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載される係留気球は、係留索を巻取装置から巻き出して気球を上昇させる間に係留索が絡む等の不具合が係留装置に発生した場合に、巻取装置を適切に制御することは容易ではない。

本発明は、このような課題を解決するものであり、係留索を巻取装置から巻き出して気球を上昇させる間に不具合が係留装置に発生した場合に巻取装置を適切に制御することができる係留気球を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明に係る係留気球は、気球と、一端が気球の表面に接続された係留索と、係留索を巻き出し又は巻き取る巻取装置と、巻取装置から巻き出された係留索の長さを検出し、検出した係留索の長さを示す係留索長信号を出力する係留索長センサと、巻取装置が係留索を巻き出している間に、係留索の長さが減少したと判定されたときに、係留索の巻き出しの停止を示す巻出停止信号を巻取装置に出力する巻出停止指示部とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る係留気球は、係留索を巻き出す速度である巻出要求速度で係留索を巻き出すことを示す巻出指示信号を巻取装置に出力する巻出開始指示部と、係留索長信号に対応する係留索の長さから巻取装置が係留索を巻き出すときの実巻出速度を演算する巻出速度演算部と、を更に有し、巻出停止指示部は、巻出要求速度と実巻出速度とが一致しないと判定されたときに、巻出停止信号を巻取装置に出力することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球は、巻出指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻出時間に達したときに、係留索長信号に対応する係留索の長さが巻取装置に巻出指示信号を出力したときから変化してないと判定したときに、巻出故障信号を出力する巻出故障判定部を更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球は、係留索を巻き取る速度である巻取要求速度で係留索を巻き取ることを示す巻取指示信号を巻取装置に出力する巻取開始指示部と、係留索長信号に対応する係留索の長さから巻取装置が係留索を巻き取るときの実巻取速度を演算する巻取速度演算部と、巻取要求速度と実巻取速度とが一致しないと判定されたときに、係留索の巻き取りの停止を示す巻取停止信号を巻取装置に出力する巻出停止指示部とを更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球は、巻取装置に巻取指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻取時間に達したときに、係留索長信号に対応する係留索の長さが巻取装置に巻出指示信号を出力したときから変化してないと判定されたときに、巻取故障信号を出力する巻取故障判定部を更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、係留索に掛かる張力を検出して、係留索に所定のしきい値張力以上の張力が掛かるか否かを示す張力信号を出力する張力センサを更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、巻出停止指示部は、係留索の巻き出し中に張力がしきい値張力未満であることを示す張力信号を受信したときに、係留索の巻き取りの停止を示す巻取停止信号を巻取装置に出力することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、係留索の巻き取り中に張力がしきい値張力未満であることを示す張力信号を受信したときに、巻取停止信号を巻取装置に出力する巻取停止指示部を更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、巻取開始指示部は、張力信号の受信に応じて巻取停止信号が出力されてから所定の待機期間が経過した後に、巻取指示信号を巻取装置に出力することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球は、係留索の張力がしきい値張力よりも大きい過負荷張力以上であると判定されたときに、巻取要求速度よりも遅い低巻取速度で係留索を巻き取ることを示す巻取減速指示信号を巻取装置に出力する減速指示部を更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、気球を係留中に係留索の張力がしきい値張力未満であると判定されたときに、気球の浮力が低下したことを示す浮力低下警報信号を出力する浮力低下警報出力部を更に有することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、気球を係留中に係留索長信号に対応する係留索の長さが増加したと判定したときに、気球の高度を修正する指示を示す高度修正指示信号を出力する高度修正指示部を更に有することが好ましい。

本発明によれば、係留索を巻取装置から巻き出して気球を上昇させる間に不具合が係留装置に発生した場合に巻取装置を適切に制御することが可能になった。

実施形態に係る係留気球の斜視図である。 図１に示す巻取装置及び制御装置の電気的な接続関係を示す図である。 図２に示す係留索長センサ及び張力センサを示す図であり、（ａ）は気球が着陸台に着陸して収納された状態を示し、（ｂ）は気球を上昇させるために係留索を巻き出している状態を示し、（ｃ）は気球を下降させるために係留索を巻き取っている状態を示す。 気球を係留するために係留索を巻き出す係留索巻出処理のフローチャートである。 気球の係留中の気球係留処理のフローチャートである。 気球を収納するために係留索を巻き取る係留索巻取処理のフローチャートである。 （ａ）はドラムに巻き回された係留索に喰い込みジャムが発生した状態を示し、（ｂ）は巻取装置から巻き出された係留索が巻取装置の周囲に滞留した状態を示す。 図１に示す係留気球における気球の状態、発生事象、係留索長センサの動作、張力センサの状態及び制御装置の制御動作を示す図である。

以下の図面を参照して、本発明に係る係留気球について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。

（実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
図１は、実施形態に係る係留気球の斜視図である。

係留気球１は、気球１０と、係留索２０と、着陸装置３０と、巻取装置４０と、制御装置５０とを有する。

気球１０は、本体部１１と、ペイロード用ドーム１２と、スクープ１３とを有する。本体部１１は、合成繊維等の堅固、軽量且つ風を通さない材料で形成される外袋と、外袋に内包され、ヘリウムガスが充填されるヘリウム収容袋とを有し、ヘリウム収容袋にヘリウムガスが充填されると扁平球状の形状を有する。ペイロード用ドーム１２は、有底の円筒状の部材であり、底部が本体部１１に接するように配置される。ペイロード用ドーム１２の凹部には、中継局等が配置される。中継局は、不図示の中継用アンテナ及び対移動局用アンテナを有し、通信可能なエリア内に位置する携帯端末との間の通信網を形成する。スクープ１３は、姿勢安定膜とも称され、一方の面から他方の面に空気を透過するように編み込まれたポリエステルにより形成される可撓性の面を有する膜材であり、本体部１１の外袋に接合される。

係留索２０は、主係留索２１と、第１副係留索２２と、第２副係留索２３と、第３副係留索２４と、結節部２５を有する。一例では、係留索２０の全長は１００ｍ程度である。主係留索２１の一端は、第１副係留索２２、第２副係留索２３及び第３副係留索２４と結節部２５を介して接合され、第１副係留索２２、第２副係留索２３及び第３副係留索２４の他端は気球１０の本体部１１の表面に接合される。

着陸装置３０は、着陸台３１と、固定部材３２と、四面ローラ３３と、第１ローラ３４と、第２ローラ３５とを有する。着陸台３１は、気球１０の収容時に気球１０を支持する内径４ｍ程度のリング状の受け部と受け部を支持する脚部とを形成するエアチューブである。気球１０は、収納位置に収納されるときに、着陸台３１に着陸する。着陸台３１の重量は３０ｋｇ程度である。固定部材３２は、一端が着陸台３１の脚部に接続され、他端が地表等の固定面に接続され、着陸台３１を固定面に固定する。

四面ローラ３３は、内側に索通過口が形成され、気球１０の上昇に伴って係留索２０が巻取装置４０から巻き出されるとき、及び気球１０の下降に伴って係留索２０が巻取装置４０に巻き取られるときに、索通過口を通る係留索２０を摺動自在に案内する。

第１ローラ３４及び第２ローラ３５は、回転可能な円柱状の案内部を有し、気球１０の上昇に伴って係留索２０が巻取装置４０から巻き出されるとき、及び気球１０の下降に伴って係留索２０が巻取装置４０に巻き取られるときに、案内部が回転する。第１ローラ３４及び第２ローラ３５は、四面ローラ３３と巻取装置４０との間に配置され、係留索２０を所望の方向に案内する。

図２は、巻取装置４０及び制御装置５０の電気的な接続関係を示す図である。図２において、一点鎖線は電気信号を通信可能なケーブルを示す。

巻取装置４０は、筐体４１と、巻取モータ４２と、ブレーキ４３と、減速機４４と、ドラム４５とを有する。巻取装置４０の内部には、係留索長センサ４６と、張力センサ４７と、過電流センサ４８とが配置される。筐体４１は、鋼材で形成された直方体形状の枠状部材であり、巻取モータ４２、減速機４４、ドラム４５、係留索長センサ４６、張力センサ４７及び過電流センサ４８のそれぞれを所定の位置に固定する。

巻取モータ４２は、電気信号を通信可能なケーブル４９を介して制御装置５０に接続され、制御装置５０から送信される回転速度モータ制御信号に応じて第１方向又は第１方向と反対の第２方向に回転する。モータ制御信号は、巻取モータ４２が回転する方向及び巻取モータ４２が回転する速度である要求速度を示す信号である。ブレーキ４３は、ケーブル４９を介して制御装置５０に接続され、ロック信号を受信したときに巻取モータ４２の回転を強制的に停止し、解除信号を受信したときに巻取モータ４２を回転可能とする。減速機４４は、巻取モータ４２とドラム４５との間に配置され、巻取モータ４２の回転を減速しながらドラム４５に伝達する。ドラム４５は、巻取モータ４２が第１方向に回転することに応じて巻出方向に回転して係留索２０を巻き出し、巻取モータ４２が第２方向に回転することに応じて巻取方向に回転して係留索２０を巻き取る。

図３は係留索長センサ４６及び張力センサ４７を示す図である。図３（ａ）は気球１０が着陸台３１に着陸して収納された状態を示し、図３（ｂ）は気球１０を上昇させるために係留索２０を巻き出している状態を示し、図３（ｃ）は気球１０を下降させるために係留索２０を巻き取っている状態を示す。

係留索長センサ４６は、回転部４６１と、回転検出部４６２と、不図示のエンコーダとを有する。回転部４６１は、支持軸４６３に回転可能に支持され、係留索２０の巻き出し及び巻き取りに応じて回転する。回転検出部４６２は、一端が支持軸に固定された支持腕４６４に支持され、回転部４６１の回転量を検出すると共に回転方向を検出する。回転検出部４６２は、回転部４６１の回転量に応じた係留索２０の長さを示す係留索長信号、及び回転部４６１の回転方向に応じて巻出方向又は巻取方向の何れかに回転するかを示す回転方向信号を制御装置５０に出力する。

張力センサ４７は、固定部４７１と、可動部４７２と、弾性部材４７３とを有する。固定部４７１は、筐体４７４に固定される。可動部４７２は、一端が弾性部材４７３に接合され且つ他端が回転部４６１を介して係留索２０に接触する支持軸４６３に支持される。可動部４７２は、図３（ａ）に示す気球１０が収納された状態では、係留索２０に張力が掛からずに弾性部材４７３が収縮しないため、固定部４７１と離隔した位置に配置される。一方、図３（ｂ）に示す係留索２０の巻出状態、及び図３（ｃ）に示す係留索２０の巻取状態では、可動部４７２は、係留索２０に所定のしきい値張力以上の張力が掛かることで弾性部材４７３が収縮するため、固定部４７１と接触した位置に配置される。固定部４７１は、図３（ｂ）に示す係留索２０の巻出状態、及び図３（ｃ）に示す係留索２０の巻取状態において、可動部４７２と接触したときに、係留索２０の張力が所定のしきい値張力以上であることを示す張力信号を出力する。一方、固定部４７１は、可動部４７２と接触していないときに、係留索２０の張力が所定のしきい値張力未満であることを示す張力信号を出力する。

過電流センサ４８は、係留索２０の巻き出し及び巻き取りのときに巻取モータ４２に流れる電流の電流値が、所定の過電流しきい値以上になったときに、巻取モータ４２に過電流が流れたことを示す過電流信号を制御装置５０に出力する。

制御装置５０は、通信部５１と、記憶部５２と、入力部５３と、出力部５４と、処理部６０とを有する。制御装置５０は、巻取装置４０を制御して、係留索２０を巻き出して気球１０を所定の高度で係留する共に、係留索２０を巻き取って気球１０を着陸台３１上の収納位置に収納する。

通信部５１は、ケーブル４９を介して巻取モータ４２、ブレーキ４３、係留索長センサ４６、張力センサ４７及び過電流センサ４８に接続される。通信部５１は、イーサネット（登録商標）等の通信方式に従った有線通信を行うためのインターフェース回路を有し、巻取モータ４２、ブレーキ４３、係留索長センサ４６、張力センサ４７及び過電流センサ４８との間で有線通信を行う。通信部５１は、係留索長センサ４６から入力された係留索長信号及び回転方向信号、張力センサ４７から入力された張力信号、並びに過電流センサ４８から入力された過電流信号を処理部６０に供給する。また、通信部５１は、処理部６０から取得したモータ制御信号を巻取モータ４２に出力すると共に、処理部６０から取得したロック信号及び解除信号をブレーキ４３に出力する。

記憶部５２は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置及び光ディスク装置の内の少なくとも一つを有する。記憶部５２は、処理部６０による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部５２は、ドライバプログラムとして、通信部５１を制御する通信デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、記憶部５２は、気球１０を所定の高度に係留する係留処理を実行する気球係留プログラムを記憶する。さらに、記憶部５２は、所定の高度に係留されていた気球１０を収納する収納処理を実行する気球収納プログラムを記憶する。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部５２にインストールされてもよい。

入力部５３は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。オペレータは、入力部５３を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部５３は、オペレータにより操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、オペレータの指示として、処理部６０に供給される。

出力部５４は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。出力部５４は、処理部６０から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。

処理部６０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。処理部６０は、制御装置５０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えばＣＰＵである。処理部６０は、制御装置５０の各種処理が記憶部５２に記憶されているプログラム等に基づいて適切な手順で実行されるように、通信部５１等の動作を制御する。処理部６０は、記憶部５２に記憶されているオペレーティングシステムプログラムやドライバプログラム、アプリケーションプログラム等のプログラムに基づいて処理を実行する。また、処理部６０は、アプリケーションプログラム等の複数のプログラムを並列に実行することができる。

処理部６０は、指示取得部６１と、巻出開始指示部６２と、巻出故障判定部６３と、係留索喰込監視部６４と、巻出速度演算部６５と、巻出速度判定部６６と、巻出張力判定部６７と、巻出停止指示部６８と、待機時間計時部６９とを有する。また、処理部６０は、浮力低下検知部７１と、浮力低下警報出力部７２と、高度修正指示部７３とを有する。さらに、処理部６０は、巻取開始指示部８１と、巻取故障判定部８２と、巻取速度演算部８３と、巻取速度判定部８４と、巻取張力判定部８５と、減速指示部８６と、巻取停止指示部８７とを有する。処理部６０が有するこれらの各部は、処理部６０が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、処理部６０が有するこれらの各部は、独立した集積回路、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして制御装置５０に実装されてもよい。

図４は気球１０を係留するために係留索２０を巻き出す係留索巻出処理のフローチャートであり、図５は気球１０の係留中の気球係留処理のフローチャートであり、図６は気球１０を収納するために係留索２０を巻き取る係留索巻取処理のフローチャートである。図４に示す係留索巻出処理、図５に示す気球係留処理及び図６に示す係留索巻取処理は一連の処理として実行される。

（気球１０を係留するために係留索２０を巻き出す係留索巻出処理）
まず、指示取得部６１は、気球１０を所定の高度に係留するためのオペレータによる操作に応じて入力部５３から入力される気球係留指示信号を取得したか否かを判定する（Ｓ１０１）。気球係留指示信号を取得したと判定される（Ｓ１０１−ＹＥＳ）と、巻出開始指示部６２は、気球１０を上昇させるために、巻取モータ４２を所定の速度で第１方向に回転させることを示す制御信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１０２）。ドラム４５は、巻取モータ４２が第１方向に回転することに応じて巻出方向に回転して係留索２０を巻出要求速度で巻き出す。

次いで、巻出故障判定部６３は、巻出開始指示部６２が巻出指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻出時間に達したときに、巻出指示信号を出力したときから気球１０と巻取装置４０との間の係留索の長さが変化したか否かを判定する（Ｓ１０３）。具体的には、巻出故障判定部６３は、巻出開始指示部６２が巻出指示信号を出力してから経過した時間が所定のしきい値巻出時間に達するまでに、係留索２０の長さが変化したことを示す係留索長信号が係留索長センサ４６から入力されたか否かを判定する。巻出故障判定部６３は、巻出開始指示部６２が巻出指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻出時間に達するまでに係留索長信号が入力されたときに、係留索の長さが変化したと判定する。一方、巻出故障判定部６３は、巻出開始指示部６２が巻出指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻出時間に達するまでに係留索長信号が入力されなかったときに、係留索の長さが変化していないと判定する。

巻出故障判定部６３は、係留索の長さが変化していないと判定する（Ｓ１０３−ＮＯ）と、係留索２０の巻き出しが開始しないことを示す巻出故障信号を出力部５４に出力する（Ｓ１０４）。出力部５４は、巻出故障信号が入力されると、係留索２０の巻き出しが開始しないことを示す画像を表示する。例えば、係留索２０に引掛り等がある場合、巻取装置４０が巻取モータ４２を回転させても係留索２０の巻き出しは開始しない。

係留索の長さが変化したと判定される（Ｓ１０３−ＹＥＳ）と、係留索喰込監視部６４は、係留索２０の巻出長が減少したか否かを判定する（Ｓ１０５）。例えば、図７（ａ）に示すようにドラム４５に巻き回された係留索２０に喰い込みジャム等がある場合、ドラムが係留索２０を巻き出す巻出方向に回転した場合でも、係留索２０が巻き取られることがある。図７（ａ）において、無張力領域７０１は、係留索２０に張力が掛っていない状態で巻き取られたために互いの間隔が粗な状態で巻き取られた係留索２０を含む領域を示す。また、係留索７０２は、無張力領域７０１に位置することで、喰い込みジャムの原因となった係留索を示す。係留索７０２は、互いの間隔が粗な状態で巻き取られた無張力領域７０１に配置され、且つ巻き出し時に係留索２０に掛かる張力により無張力領域７０１に位置する他の係留索の間に喰い込むことにより巻き出されずにドラム４５の内部に固定される。係留索７０２がドラム４５の内部に固定されるため、ドラム４５は巻出方向に回転するにもかかわらず、係留索２０は、係留索７０２を基点としてドラム４５に巻き取られる。ドラム４５は巻出方向に回転するにもかかわらず、係留索２０がドラム４５に巻き取られると、係留索長センサ４６は係留索２０の巻出長が減少することを検出する。

係留索２０の巻出長が減少していないと判定される（Ｓ１０５−ＮＯ）と、巻出速度演算部６５は、係留索長信号に対応する係留索の長さから巻取装置４０が係留索２０を巻き出すときの実巻出速度を演算する（Ｓ１０６）。次いで、巻出速度判定部６６は、Ｓ１０２で巻取装置４０に出力された制御信号に対応する巻出要求速度と、Ｓ１０６で演算された実巻出速度とが一致するか否かを判定する（Ｓ１０７）。例えば、係留索長センサ４６の不図示のエンコーダが故障した場合、巻出要求速度と実巻出速度とが一致しないことがある。

巻出要求速度と実巻出速度とが一致すると判定される（Ｓ１０７−ＹＥＳ）と、巻出張力判定部６７は、係留索２０を巻き出すときの張力が所定のしきい値張力以上であるか否かを判定する（Ｓ１０８）。具体的には、巻出張力判定部６７は、係留索２０の張力が所定のしきい値張力以上であることを示す張力信号が張力センサ４７から入力されているときに、係留索２０の張力がしきい値張力以上であると判定する（Ｓ１０８−ＹＥＳ）。一方、巻出張力判定部６７は、係留索２０の張力が所定のしきい値張力未満であることを示す張力信号が張力センサ４７から入力されたときに、係留索２０の張力がしきい値張力未満であると判定する（Ｓ１０８−ＮＯ）。例えば、係留索２０を巻き出す間に気球１０の周囲に下降気流が生じたとき、又は気球１０に収容されたヘリウムが漏出したときに、気球１０の浮力が減少して係留索２０を巻き出すときの張力が低下する。気球１０の浮力が減少して係留索２０を巻き出すときの張力が低下すると、図７（ｂ）に示すように巻取装置４０から巻き出された係留索２０が巻取装置４０の周囲に滞留してジャムの原因になる。

係留索２０の張力がしきい値張力以上であると判定される（Ｓ１０８−ＹＥＳ）と、巻出停止指示部６８は、係留索長信号に対応する係留索の長さが、気球１０が係留される高度に対応する係留長と一致したか否かを判定する（Ｓ１０９）。すなわち、係留索長信号に対応する係留索の長さが、気球１０が係留される高度に対応する係留長と一致するとき、気球１０は所望の高度に係留される。係留索長信号に対応する係留索の長さが所定の係留長と一致していないと判定される（Ｓ１０９−ＮＯ）と、処理はＳ１０５に戻る。以降、巻出長の減少（Ｓ１０５−ＹＥＳ）、巻出速度の不一致（Ｓ１０７−ＮＯ）、張力がしきい値張力以下（Ｓ１０８−ＮＯ）、又は係留索の長さの一致（Ｓ１０９−ＹＥＳ）が判定されるまでＳ１０５〜Ｓ１０９の処理が繰り返される。

係留索喰込監視部６４は、巻出長が減少したと判定される（Ｓ１０５−ＹＥＳ）と、係留索２０の喰い込みジャムがドラム４５で発生したことを示す係留索喰込警報信号を出力部５４に出力する（Ｓ１１０）。出力部５４は、係留索喰込警報信号が入力されると、係留索２０の喰い込みジャムがドラム４５で発生したことを示す画像を表示する。次いで、巻出停止指示部６８は、係留索２０の巻き出しを停止する指示を示す巻出停止指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１１１）。巻取モータ４２は、巻出停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き出しを停止し、処理は終了する。

巻出速度判定部６６は、巻出要求速度と実巻出速度とが一致しないと判定する（Ｓ１０７−ＮＯ）と、エンコーダ等の係留索長センサ４６の構成要素が故障したことを示す係留索長センサ故障信号を出力部５４に出力する（Ｓ１１２）。出力部５４は、係留索長センサ故障信号が入力されると、係留索長センサの４６の構成要素が故障したことを示す画像を表示する。次いで、巻出停止指示部６８は、係留索２０の巻き出しを停止する指示を示す巻出停止指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１１１）。巻取モータ４２は、巻出停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き出しを停止し、係留索巻出処理は終了する。

巻取張力がしきい値未満であると判定される（Ｓ１０８−ＮＯ）と、巻出停止指示部６８は、係留索２０の巻き出しを停止する指示を示す巻出停止指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１１３）。巻取モータ４２は、巻出停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き出しを停止する。次いで、待機時間計時部６９は、Ｓ１１３の処理で巻出停止信号が出力されてから所定の待機期間が経過することを計時する（Ｓ１１４）。Ｓ１１３の処理で巻出停止信号が出力されてから所定の待機期間が経過した後に、処理はＳ１０２に戻って、巻出開始指示部６２は、巻出指示信号を巻取装置４０に出力する（Ｓ１０２）。

巻き出した係留索の長さが気球１０を係留する高度に相当する係留長と一致すると判定される（Ｓ１０９−ＹＥＳ）と、巻出停止指示部６８は、係留索２０の巻き出しを停止する指示を示す巻出停止指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１１２）。また、巻出停止指示部６８は、ロック信号をブレーキ４３に出力する。巻取モータ４２は、巻出停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き出しを停止し、ロック信号が入力されるとブレーキ４３は巻取モータ４２の回転を停止する。ブレーキ４３が巻取モータ４２の回転を停止することで、気球１０は係留長に対応する高度に係留され、係留索２０を巻き出す係留索巻出処理は終了する。

（気球１０の係留中の気球係留処理）
次いで、浮力低下検知部７１は、気球１０を係留中に係留索２０の張力がしきい値張力以上であるか否かを判定する（Ｓ１１６）。具体的には、浮力低下検知部７１は、係留索２０の張力が所定のしきい値張力以上であることを示す張力信号が張力センサ４７から入力されているときに、係留索２０の張力がしきい値張力以上であると判定する（Ｓ１１６−ＹＥＳ）。一方、浮力低下検知部７１は、係留索２０の張力が所定のしきい値張力未満であることを示す張力信号が張力センサ４７から入力されたときに、係留索２０の張力がしきい値張力未満であると判定される（Ｓ１１６−ＮＯ）。浮力低下警報出力部７２は、張力信号が張力センサ４７から入力されて係留索２０の張力がしきい値張力未満であると判定される（Ｓ１１６−ＮＯ）毎に、気球１０の浮力が低下したことを示す浮力低下警報信号を出力部５４に出力する（Ｓ１１７）。出力部５４は、浮力低下警報信号が入力されると、気球１０の浮力が低下したことを示す画像を表示する。

次いで、高度修正指示部７３は、気球１０と巻取装置４０との間の係留索２０の長さが、気球１０を係留する高度に相当する係留長から増加したか否かを判定する（Ｓ１１８）例えば、ブレーキ４３が故障しているときに、係留中の気球１０の高度が上昇する。具体的には、高度修正指示部７３は、気球１０の係留中に、係留索長センサ４６から係留索長信号及び巻出方向に回転したことを示す回転方向信号が入力されたか否かを判定する。高度修正指示部７３は、係留索長センサ４６から係留索長信号及び巻出方向に回転したことを示す回転方向信号が入力されたと判定したときに、係留索２０の長さが気球１０を係留する高度に相当する係留長から増加したと判定する（Ｓ１１８−ＹＥＳ）。また、係留索長信号及び巻出方向に回転したことを示す回転方向信号が入力さていないと判定したときに、係留索２０の長さが気球１０を係留する高度に相当する係留長から増加していないと判定する（Ｓ１１８−ＮＯ）。高度修正指示部７３は、係留索２０の長さが気球１０を係留する高度に相当する係留長から増加したと判定する（Ｓ１１８−ＹＥＳ）と、気球１０の高度を修正する指示を示す高度修正指示信号を出力部５４に出力する（Ｓ１１９）。出力部５４は、高度修正指示信号が入力されると、気球１０の高度を修正する指示を示す画像を表示する。

次いで、指示取得部６１は、気球１０を収納するためのオペレータによる操作に応じて入力部５３から入力される気球収納指示信号を取得したか否かを判定する（Ｓ１２０）。気球収納指示信号を取得していないと判定される（Ｓ１２０−ＮＯ）と、処理はＳ１１６に戻る。以降、気球収納指示信号を取得したと判定される（Ｓ１２０−ＹＥＳ）まで、気球１０は係留され続けて、Ｓ１１６〜Ｓ１２０の処理が繰り返される。

（気球１０を収納するために係留索２０を巻き取る係留索巻取処理）
気球収納指示信号を取得したと判定される（Ｓ１２０−ＹＥＳ）と、巻取開始指示部８１は、気球１０を下降させるために巻取モータ４２を所定の速度で第２方向に回転させることを示す制御信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１２１）。また、巻出停止指示部６８は、解除信号をブレーキ４３に出力する。ブレーキ４３は解除信号が入力されると、巻取モータ４２を回転可能とする。ドラム４５は、巻取モータ４２が第２方向に回転することに応じて巻出方向に回転して係留索２０を巻取要求速度で巻き取る。

次いで、巻取故障判定部８２は、巻取開始指示部８１が巻取指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻取時間に達したときに、巻取指示信号を出力したときから気球１０と巻取装置４０との間の係留索の長さが変化したか否かを判定する（Ｓ１２２）。具体的には、巻取故障判定部８２は、巻取開始指示部８１が巻取指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻出時間に達するまでに、係留索２０の長さが変化したことを示す係留索長信号が係留索長センサ４６から入力されたか否かを判定する。巻取故障判定部８２は、巻取開始指示部８１が巻取指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻取時間に達するまでに係留索長信号が入力されたときに、係留索の長さが変化したと判定する（Ｓ１２２−ＹＥＳ）。一方、巻取故障判定部８２は、巻取開始指示部８１が巻取指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻取時間に達するまでに係留索長信号が入力されなかったときに、係留索の長さが変化していないと判定する（Ｓ１２２−ＮＯ）。

巻取故障判定部８２は、係留索の長さが変化していないと判定する（Ｓ１２２−ＮＯ）と、係留索２０の巻き取りが開始しないことを示す巻取故障信号を出力部５４に出力する（Ｓ１２３）。出力部５４は、巻取故障信号が入力されると、係留索２０の巻き取りが開始しないことを示す画像を表示する。係留索２０に引掛り等がある場合、巻取装置４０が巻取モータ４２を回転させても係留索２０の巻き取りは開始しない。

係留索の長さが変化したと判定される（Ｓ１２２−ＹＥＳ）と、巻取速度演算部８３は、係留索長信号に対応する係留索の長さから巻取装置４０が係留索２０を巻き取るときの実巻取速度を演算する（Ｓ１２４）。次いで、巻取速度判定部８４は、Ｓ１２１で巻取装置４０に出力された制御信号に対応する巻取要求速度と、Ｓ１２４で演算された実巻取速度とが一致するか否かを判定する（Ｓ１２５）。

巻取要求速度と実巻取速度とが一致すると判定される（Ｓ１２５−ＹＥＳ）と、巻取張力判定部８５は、係留索２０を巻き取るときの張力が所定のしきい値張力以上であるか否かを判定する（Ｓ１２６）。具体的には、巻取張力判定部８５は、係留索２０の張力が所定のしきい値張力以上であることを示す張力信号が張力センサ４７から入力されているときに、係留索２０の張力がしきい値張力以上であると判定する（Ｓ１２６−ＹＥＳ）。一方、巻取張力判定部８５は、係留索２０の張力が所定のしきい値張力未満であることを示す張力信号が張力センサ４７から入力されたときに、係留索２０の張力がしきい値張力未満であると判定する（Ｓ１２６−ＮＯ）。例えば、係留索２０を巻き取る間に気球１０の周囲に下降気流が生じたとき、降雪により気球１０に着雪したとき、降雨により気球１０が大量の水分を含んだとき等に、気球の浮力が低下して係留索２０を巻き取るときの張力が低下する。係留索２０を巻き取るときの張力が低下すると、ドラム４５が巻き取った係留索２０を順序良く配列することができなくなり、ドラム４５の内部で係留索２０の喰い込みジャムが発生するおそれがある。

係留索２０の張力がしきい値張力以上であると判定される（Ｓ１２６−ＹＥＳ）と、減速指示部８６は、係留索２０の張力がしきい値張力よりも大きい過負荷張力以上であるか否かを判定する（Ｓ１２７）。具体的には、減速指示部８６は、巻取モータ４２に過電流が流れたことを示す過電流信号が過電流センサ４８から入力されているときに、係留索２０の張力が過過負荷張力以上であると判定する（Ｓ１２７−ＹＥＳ）。一方、減速指示部８６は、過電流信号が過電流センサ４８から入力されていないときに、係留索２０の張力が過負荷張力未満であると判定する（Ｓ１２７−ＮＯ）。例えば、係留索２０を巻き取る間に気球１０が強風を受けるとき、係留索に掛かる張力が大きくなることがある。係留索に掛かる張力が大きくなると、ドラム４５を回転する巻取モータ４２に過電流が流れて焼損するおそれがある。

係留索２０の張力が過負荷張力未満であると判定される（Ｓ１２７−ＮＯ）と、巻取停止指示部８７は、係留索長信号に対応する係留索の長さが、気球１０が収納されたときの長さである収納長と一致したか否かを判定する（Ｓ１２８）。係留索長信号に対応する係留索の長さが所定の収納長と一致していないと判定される（Ｓ１２８−ＮＯ）と、処理はＳ１２４に戻る。以降、巻取速度の不一致（Ｓ１２５−ＮＯ）、張力がしきい値未満（Ｓ１２６−ＮＯ）又は過負荷張力以上（Ｓ１２７−ＹＥＳ）、若しくは係留索の長さの一致（Ｓ１２８−ＹＥＳ）が判定されるまでＳ１２４〜Ｓ１２８の処理が繰り返される。

巻取速度判定部８４は、巻取要求速度と実巻取速度とが一致しないと判定する（Ｓ１２５−ＮＯ）と、エンコーダ等の係留索長センサ４６の構成要素が故障したことを示す係留索長センサ故障信号を出力部５４に出力する（Ｓ１２９）。出力部５４は、係留索長センサ故障信号が入力されると、係留索長センサの４６の構成要素が故障したことを示す画像を表示する。次いで、巻取停止指示部８７は、係留索２０の巻き取りを停止する指示を示す巻取停止指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１３０）。巻取モータ４２は、巻取停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き取りを停止し、係留索巻出処理は終了する。

巻出張力がしきい値未満であると判定される（Ｓ１２６−ＮＯ）と、巻取停止指示部８７は、係留索２０の巻き取りを停止する指示を示す巻取停止指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１３１）。巻取モータ４２は、巻取停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き取りを停止する。次いで、待機時間計時部６９は、Ｓ１３１の処理で巻取停止信号が出力されてから所定の待機期間が経過することを計時する（Ｓ１３２）。Ｓ１３１の処理で巻取停止信号が出力されてから所定の待機期間が経過した後に、処理はＳ１２１に戻って、巻取開始指示部８１は、巻取指示信号を巻取装置４０に出力する（Ｓ１２１）。

張力が過負荷張力以上であると判定される（Ｓ１２７−ＹＥＳ）と、減速指示部８６は、巻取要求速度よりも遅い低巻取速度で係留索２０を巻き取ることを示す巻取減速指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１３３）。巻取モータ４２は、巻取減速指示信号が入力されると、係留索２０の巻取速度を巻取要求速度から低巻取速度に変更する。次いで、減速指示部８６は、Ｓ１３３の処理で巻取減速指示信号が出力されてから所定の減速継続期間が経過することを計時する（Ｓ１３４）。減速指示部８６は、Ｓ１３０の処理で巻取減速指示信号が出力されてから所定の減速継続期間が経過した後に、係留索２０の巻取速度を低巻取速度から巻取要求速度に加速することを示す巻取加速指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１３５）。巻取モータ４２は、巻取加速指示信号が入力されると、係留索２０の巻取速度を低巻取速度から巻取要求速度に変更する。そして、処理はＳ１２４に戻る。

巻き出した係留索の長さが気球１０を係留する高度に相当する収納長と一致すると判定される（Ｓ１２８−ＹＥＳ）と、巻取停止指示部８７は、係留索２０の巻き取りを停止する指示を示す巻取停止指示信号を巻取装置４０の巻取モータ４２に出力する（Ｓ１３６）。巻取モータ４２は、巻取停止指示信号が入力されると、係留索２０の巻き取りを停止し、係留索２０を巻き取る係留索巻取処理は終了する。

（実施形態に係る係留気球の作用効果）
図８は、係留気球１における気球１０の状態、発生事象、係留索長センサ４６の動作、張力センサ４７の状態、及び制御装置５０の制御動作を示す図である。

係留気球１は、気球１０の上昇を開始するときに、ドラム４５における係留索２０の引掛り等により係留索２０が巻き出されずに所定のしきい値巻出時間以内に係留索長センサ４６が係留索２０の巻き出しを検出できないときに、巻出故障信号を出力する。係留気球１は、気球１０の上昇を開始するときに係留索２０が巻き出されない場合に巻出故障信号を出力するので、ドラム４５における係留索２０の引掛り等の故障が早期に発見可能である。

また、係留気球１は、気球１０を上昇する間に、ドラム４５における係留索２０の喰い込みジャム等によりドラム４５が巻出方向に回転するにもかかわらず、係留索２０がドラム４５に巻き取られるときに、係留索喰込警報を出力すると共に巻出動作を停止する。不図示のオペレータは、係留気球１が係留索２０の巻出動作を停止した後に、喰い込みジャム等の故障の原因を解消して、気球１０を上昇するために係留索２０の巻き出し動作を再開する。係留気球１は、ドラム４５が巻出方向に回転するにもかかわらず、係留索２０がドラム４５に巻き取られるときに巻出動作を停止するので、ドラム４５に巻き回された係留索２０の巻回配置が錯綜することなく、喰い込みジャム等の故障の原因を解消できる。

また、係留気球１は、気球１０を上昇する間に、設定した巻出速度と実際の巻出速度が相違したときに、係留索長センサ４６の故障を示す警報を出力する共に巻出動作を停止する。係留気球１は、設定した巻出速度と実際の巻出速度が相違したときに巻出動作を停止するので、係留索長センサ４６の故障の早期発見が可能になると共に、所望の高度と異なる高度に気球１０が係留されることを防止できる。

また、係留気球１は、気球１０を上昇する間に、気球１０の周囲に下降気流が生じる等により係留索２０に掛かる張力が所定のしきい値張力未満になったときに、係留索２０の巻出動作を一時的に停止する。係留気球１は、係留索２０に掛かる張力がしきい値張力未満になったときに係留索２０の巻出動作を一時的に停止するので、小さな張力で巻取装置４０から巻き出された係留索２０が巻取装置４０の周囲に滞留してジャムの原因になることを防止できる。

また、係留気球１は、気球１０の係留中に、気球１０の浮力が低下する毎に警報信号を出力するので、気球１０が係留中に気球１０の浮力が低下したことを不図示のオペレータが認識することができる。

また、係留気球１は、気球１０の係留中に、気球１０の高度が変化したことに応じて警報信号を出力するので、ブレーキ４３の故障を早期に発見できると共に、係留中の気球１０の高度を修正することができる。

また、係留気球１は、気球１０の下降を開始するときに、ドラム４５における係留索２０の引掛り等により係留索２０が巻き取られずに所定のしきい値巻出時間以内に係留索長センサ４６が係留索２０の巻き取りを検出できないときに、巻出故障信号を出力する。係留気球１は、気球１０の下降を開始するときに係留索２０が巻き取られない場合に巻取故障信号を出力するので、ドラム４５における係留索２０の引掛り等の故障が早期に発見可能である。

また、係留気球１は、気球１０を下降する間に、設定した巻取速度と実際の巻取速度が相違したときに、係留索長センサ４６の故障を示す警報を出力する共に巻取動作を停止する。係留気球１は、設定した巻取速度と実際の巻取速度が相違したときに巻取動作を停止するので、係留索長センサ４６の故障の早期発見が可能になると共に、気球１０を収納したときの係留索２０の長さが所望の長さと相違することを防止できる。

また、係留気球１は、気球１０を下降する間に、気球１０の周囲に下降気流が生じる等により係留索２０に掛かる張力が所定のしきい値張力未満になったときに、係留索２０の巻取動作を一時的に停止する。係留気球１は、係留索２０に掛かる張力がしきい値張力以上のときに巻取動作をするので、ドラム４５が巻き取った係留索２０を順序良く配列することが可能となり、不規則は配列に起因する喰い込みジャムの発生を防止できる。

また、係留気球１は、気球１０を下降する間に、気球１０が強風を受ける等により係留索２０に掛かる張力が過負荷しきい値以上になったときに、巻取速度を遅くするので、ドラム４５を回転する巻取モータ４２に過電流が流れて焼損することを防止できる。

１ 係留気球
１０ 気球
２０ 係留索
３０ 着陸装置
４０ 巻取装置
４２ 巻取モータ
４３ ブレーキ
４５ ドラム
４６ 係留索長センサ
４７ 張力センサ
４８ 過電流センサ
５０ 制御装置

Claims (13)

1. 気球と、
   一端が前記気球の表面に接続された係留索と、
   前記係留索を巻き出し又は巻き取る巻取装置と、
   前記巻取装置から巻き出された前記係留索の長さを検出し、検出した前記係留索の長さを示す係留索長信号を出力する係留索長センサと、
   前記巻取装置が前記係留索を巻き出している間に、前記係留索の長さが減少したと判定されたときに、前記係留索の巻き出しの停止を示す巻出停止信号を前記巻取装置に出力する巻出停止指示部と、
   前記係留索を巻き出す速度である巻出要求速度で前記係留索を巻き出すことを示す巻出指示信号を前記巻取装置に出力する巻出開始指示部と、
   前記係留索長信号に対応する前記係留索の長さから前記巻取装置が前記係留索を巻き出すときの実巻出速度を演算する巻出速度演算部と、を有し、
   前記巻出停止指示部は、前記巻出要求速度と前記実巻出速度とが一致しないと判定されたときに、前記巻出停止信号を前記巻取装置に出力する、ことを特徴とする係留気球。
2. 気球と、
   一端が前記気球の表面に接続された係留索と、
   前記係留索を巻き出し又は巻き取る巻取装置と、
   前記巻取装置から巻き出された前記係留索の長さを検出し、検出した前記係留索の長さを示す係留索長信号を出力する係留索長センサと、
   前記巻取装置が前記係留索を巻き出している間に、前記係留索の長さが減少したと判定されたときに、前記係留索の巻き出しの停止を示す巻出停止信号を前記巻取装置に出力する巻出停止指示部と、
   前記気球を係留中に前記係留索長信号に対応する前記係留索の長さが増加したと判定したときに、前記気球の高度を修正する指示を示す高度修正指示信号を出力する高度修正指示部と、
   を有することを特徴とする係留気球。
3. 前記係留索を巻き出す速度である巻出要求速度で前記係留索を巻き出すことを示す巻出指示信号を前記巻取装置に出力する巻出開始指示部と、
   前記係留索長信号に対応する前記係留索の長さから前記巻取装置が前記係留索を巻き出すときの実巻出速度を演算する巻出速度演算部と、を更に有し、
   前記巻出停止指示部は、前記巻出要求速度と前記実巻出速度とが一致しないと判定されたときに、前記巻出停止信号を前記巻取装置に出力する、請求項２に記載の係留気球。
4. 前記巻出指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻出時間に達したときに、前記係留索長信号に対応する前記係留索の長さが前記巻取装置に前記巻出指示信号を出力したときから変化してないと判定したときに、巻出故障信号を出力する巻出故障判定部を更に有する、請求項１又は３に記載の係留気球。
5. 前記係留索を巻き取る速度である巻取要求速度で前記係留索を巻き取ることを示す巻取指示信号を前記巻取装置に出力する巻取開始指示部と、
   前記係留索長信号に対応する前記係留索の長さから前記巻取装置が前記係留索を巻き取るときの実巻取速度を演算する巻取速度演算部と、
   前記巻取要求速度と前記実巻取速度とが一致しないと判定されたときに、前記係留索の巻き取りの停止を示す巻取停止信号を前記巻取装置に出力する巻取停止指示部と、を更に有する、請求項３又は４に記載の係留気球。
6. 前記巻取装置に前記巻取指示信号を出力してからの経過時間が所定のしきい値巻取時間に達したときに、前記係留索長信号に対応する前記係留索の長さが前記巻取装置に前記巻出指示信号を出力したときから変化してないと判定されたときに、巻取故障信号を出力する巻取故障判定部を更に有する、請求項５に記載の係留気球。
7. 前記係留索に掛かる張力を検出して、前記係留索に所定のしきい値張力以上の張力が掛かるか否かを示す張力信号を出力する張力センサを更に有する、請求項５又は６に記載の係留気球。
8. 前記巻出停止指示部は、前記係留索の巻き出し中に前記張力が前記しきい値張力未満であることを示す張力信号を受信したときに、前記係留索の巻き出しの停止を示す巻出停止信号を前記巻取装置に出力する、請求項７に記載の係留気球。
9. 前記巻出開始指示部は、前記張力信号の受信に応じて前記巻出停止信号が出力されてから所定の待機期間が経過した後に、前記巻出指示信号を前記巻取装置に出力する、請求項８に記載の係留気球。
10. 前記係留索の巻き取り中に前記張力が前記しきい値張力未満であることを示す前記張力信号を受信したときに、前記巻取停止信号を前記巻取装置に出力する巻取停止指示部を更に有する、請求項７〜９の何れか一項に記載の係留気球。
11. 前記巻取開始指示部は、前記張力信号の受信に応じて前記巻取停止信号が出力されてから所定の待機期間が経過した後に、前記巻取指示信号を前記巻取装置に出力する、請求項１０に記載の係留気球。
12. 前記係留索の張力が前記しきい値張力よりも大きい過負荷張力以上であると判定されたときに、前記巻取要求速度よりも遅い低巻取速度で前記係留索を巻き取ることを示す巻取減速指示信号を前記巻取装置に出力する減速指示部を更に有する、請求項５〜１１の何れか一項に記載の係留気球。
13. 前記気球を係留中に前記係留索の張力が前記しきい値張力未満であると判定されたときに、前記気球の浮力が低下したことを示す浮力低下警報信号を出力する浮力低下警報出力部を更に有する、請求項７〜１２の何れか一項に記載の係留気球。

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