JPH02114098A - 飛行体の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば薬剤散布に用いられる遠隔操縦式の小型
無人ヘリコプタなどの飛行体の制御方法および制御装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、遠隔操縦式の小型無人ヘリコプタは、散布装置を
搭載して薬剤散布したり、あるいはカメラを搭載して危
険な場所を調査探索するなど、様々な用途に使用される
ようになってきた。

この種のヘリコプタとしては、例えば特公昭５６−６９
２０号公報に開示されたものがある。これはヘリコプタ
に係留ロープを連結し、この係留ロープの基端を地上に
固定したウィンチに連結したものであり、係留ロープを
ウィンチドラムから送り出したり、巻き取ったりするこ
とによってヘリコプタの飛行を制御するように構成され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような制御方法によってヘリコプタを薬剤
散布のように比較的広い領域内を飛行させるように制御
すると、ウィンチドラムから送り出す係留ロープが長く
なってしまい、この長い係留ロープを同時に移動させな
ければならないために、ヘリコプタにかかる負荷が大き
くなるだけなく、ヘリコプタの飛行速度および応答性が
悪くなり必ずしも効率のよい作業が行えなくなるという
不具合が起きる。本発明はこのような事情に鑑みなされ
たもので、広い領域内を効率よく飛行させることができ
る飛行体の制御方法および制御装置を提供するものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る制御方法は、飛行体を係留索を介して地表
上の移動体に連結し、飛行体を所定の飛行領域内を幅方
向に繰り返し往復するように飛行させると共に、飛行体
の飛行に応じて移動体を飛行領域の長さ方向に移動させ
るものである。

また、制御装置は、先端側が飛行体に連結された係留索
と、この係留索の基端側か連結され地表上を飛行体が飛
行する所定の飛行領域の長さ方向に移動する移動体と、
係留索を介して飛行体が飛行領域の幅方向の縁部に位置
しているのを検出する飛行体検出手段とを備えたもので
ある。ここで、地表とは地面および水面を含み、移動体
とは地面上を移動する車両および水面上を移動する船舶
を含むものである。

〔作用〕

本発明の制御方法および制御装置においては、飛行体が
飛行領域を幅方向に往復飛行すると共に、移動体の移動
により飛行体の幅方向の飛行位置が飛行領域の長さ方向
に移動するようになるので、係留索を長くすることなく
飛行領域が広くなる。

また、制御装置においては、飛行体の往復位置が検出手
段によって検出されるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明する。第
１図は本発明に係る飛行体の制御方法を説明するために
本発明に係る飛行体の制御装置の概略を示す平面図、第
２図は飛行体による薬剤散布作業を説明するための図、
第３図は飛行体の制御装置の要部を示す図、第４図は制
御装置のブロック図である。第１図〜第３図において符
号１で示すものは畦道２で矩形に仕切られた水田３の薬
剤散布に使用される飛行体としての小型無人ヘリコプタ
であり、機体４の内部には遠隔操縦するための装置が搭
載されていると共に機体４の下部には左右一対の降着そ
り５が設けられている。６は機体４の前部に収容された
エンジンで回転駆動される主回転翼、７は機体４の後部
に配され前記主回転翼６の駆動反力を打ち消す補助回転
翼である。

８は水田３の薬剤散布を行う飛行領域であり、四点ＡＢ
ＣＤを結んだ幅がｌで長さがＬの平面視長方形を呈して
いる。９は前記降着そり５に取付けられた散布装置であ
り、機体４の長さ方向に延在し、下面に複数個の散布用
噴射口が開口されている。１０は作業者によって操作さ
れる遠隔操縦装置の発信器である。

前記機体４の後部には、補助回転翼７の後方に延びる支
持ブラケット１１が突設されており、この支持ブラケッ
ト１１の後端に係留索としてのワイヤ１２の先端側が連
結されている。このワイヤ１２の基端側は地上のワイヤ
駆動装置１３に連結されている。このワイヤ駆動装置１
３はワイヤ１２が巻回されたリールＩ４と、ワイヤ１２
をこのリール１４から送り出したリリール１４に巻き取
ったりするために、リール１４を正転・逆転方向に回転
駆動するモータ１５と、前記ワイヤ１２のヘリコプタ１
までの長さを検出するワイヤ長さ検出器としてエンコー
ダ１６と、これらを搭載する基板１７などから概ね構成
されている。エンコーダ１６はワイヤ１２の送り出した
長さを表示する表示器を有しており、ワイヤ１２の送り
出し方向が一定の場合においてヘリコプタ１が飛行領域
８の幅方向の縁部に位置しているのを検出する飛行体検
出手段を構成している。なお、１８は前記ワイヤ１２を
ガイドする門型ガイド、１９はワイヤ１２が挿通される
リングガイドであり、ワイヤ１２を左右に回動させると
きに回動中心となるものである。２１はワイヤ１２の水
平角度を検出するポテンショメータであり、リングガイ
ド１９からヘリコプタ１方向に延びる基準線ＣＬ（飛行
領域８の中心線）とワイヤ１２とのなす水平ワイヤ角度
θｈｏを検出するように構成されている。すなわち、ポ
テンショメータ２１はヘリコプタ１が前記リングガイド
１９を中心として円弧状に飛行する場合において、ヘリ
コプタ１が飛行領域８の幅方向の縁部に位置するのを検
出する飛行体検出手段を構成している。２２は基板１７
上に設けられ前記エンコーダ１６やポテンショメータ２
１などから出力される信号に応じてヘリコプタ１を制御
する制御装置本体である。

２５は移動体として自動車である。この自動車２５はヘ
リコプタ１を収納する周囲を覆われた荷台を有し、この
荷台に前記ワイヤ駆動装置１３が出し入れ自在に搭載さ
れており、畦道２上を飛行領域８の長さ方向に移動する
。なお、この自動車２５には第４図に示すように、自動
車２５の移動量を検出する移動体検出手段を構成するエ
ンコダ２６が設けられている。このエンコーダ２６は車
輪２７に圧接された回転体２８に連結されている。

前記制御装置本体２２は、ワイヤ用のエンコーダ１６か
ら出力されたリール回転数を計数することによって送り
出されたワイヤ１２の長さを演算するカウンタ３１と、
ポテンショメータ２１からの電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／
Ｄ変換器３２と、飛行領域８の幅ｌを入力することによ
って設定する領域幅設定スイッチ３３と、飛行領域８の
長さＬを入力することによって設定する領域長設定スイ
ッチ３４と、ＣＰＵ３５などから構成されている。

このＣＰＵ３５は、前記検出ワイヤ長さＲＯと、設定さ
れた幅ｌからヘリコプタ１を飛行領域８内を幅方向に繰
り返して往復させる信号を出力する。

すなわち、第１図に示すように、長さが一定に保持され
たワイヤ１２を、リングガイド１９を支点として円弧状
に回動させることによって、ヘリコプタ１を飛行領域８
の幅方向に飛行させる場合は、検出水平ワイヤ角度θｈ
ｏによってヘリコプタ１が飛行領域８の幅方向の縁部に
位置しているのを検出し、ランプ４４を点灯したり、あ
るいは図示しないブザーを鳴らして作業者に知らせる。

詳述すれば、検出ワイヤ長さＲＯと、飛行領域８の幅ｌ
に基づいて、許容水平飛行角度θｈを演算し、前記検出
水平ワイヤ角度θｈＯとこの許容水平飛行角度θｈとが
等しくなったときにランプ４４を点灯する。これと同時
に散布信号３６を発信器３７に出力する。散布信号３６
に応じた指示信号が発信器３７からヘリコプタ１上の受
信器３８に送信され、これにより散布装置９が１θｈ１
〉１θｈ司のときにのみ作動するように制御される。

４１は自動車２５の車輪２７の回転角度を検出するエン
コーダ２６の信号が入力される自動車制御用ＣＰＵであ
り、液晶ドライバ４２を介して液晶表示器４３を制御す
ると共に、自動車２５の移動距離データをＣＰＵ３５に
出力する。液晶表示器４３は自動車２５の移動距離が設
定された一定距離（ヘリコプタ１による散布幅）になっ
たこと、あるいは自動車２５の走行距離が飛行領域８の
長さしと等しくなったことを作業者に知らせる。

このようなヘリコプタ１の制御方法について説明すると
、先ずヘリコプタ１を３点まで飛行させ、飛行領域８の
幅！および長さしを入力する。次にヘリコプタ１を作業
者の遠隔操縦によって前方に若干推進力を常時発生させ
た状態で右方向に飛行させる。ヘリコプタｌがＡＣ線上
よりも内側に位置すると散布装置９が作動し、散布作業
が行われる。ヘリコプタ１が散布作業を行いながら飛行
しＢＤ綿線上達すると散布装置９が停止し、ランプ４４
が点灯するので、この位置でヘリコプタ１をホバリング
させ自動車２５を前進させる。液晶表示器４３で一定距
離前進したのを確認して自動車を停止させた後に、今度
はヘリコプタ１を左方向へ飛行させる。ヘリコプタ１が
飛行してＢＤ綿線上りも内側になると散布装置９が作動
し、ＡＣ線上に達すると散布装置９が停止しランプ４４
が点灯するので、その位置でヘリコプタ１をホバリング
させる。そして、この位置で自動車２５を一定距離前進
させた後に、再びヘリコプタ１を右方向に飛行させる。

このような操作を繰り返し行い、自動車２５の走行距離
が飛行領域８の長さしに達したときに作業を終了させ、
ヘリコプタ１を所望な位置に着陸させる。

第５図はヘリコプタ１の幅方向への飛行を自動化した場
合の制御装置のブロック図で、エルロン信号５１をヘリ
コプタ１の受信器５３に発信する発信器５２が備えられ
ている。また、ヘリコプタ１側には飛行姿勢を検出する
姿勢センサ、飛行高度を検出する高度センサ、これらの
情報に基づいて演算を行うＣＰＵなどが備えられている
。そして、手動による遠隔操縦信号が、飛行開始時およ
び終了時または異常時の危険回避の際に自動制御に割り
込めるように構成されている。この場合は第６図に示す
フローチャートのように制御することができる。

すなわち、先ず自動車２５を飛行領域８内の畦道２上に
停止させ、手動でヘリコプタ１を８点まで飛行させ着陸
させると共に、飛行領域８の幅ｌおよび長さしを入力す
る。この状態で制御をスタートさせ、ステップ１０１で
ヘリコプタ１をＳ点上でホバリングさせる。ステップ１
０２ではＣＰＵ３５が検出ワイヤ長さＲｏ、および幅ｌ
に基づいて許容水平飛行角度±θｈを演算する。

次いで、ステップ１０３でＣＰＵ３５が散布装置９を作
動させた後に、ステップ１０４ではヘリコプタ１を右方
向に移動させるエルロン信号５１を出力する。このとき
、ステップ１０５において許容水平飛行角度θｈと検出
水平ワイヤ角度θｈ。

とを比較し、θｈｏ≦−θｈとなったとき、すなわち、
ヘリコプタ１が飛行領域８の幅方向の側部に位置したと
きに散布装置９を停止し、ヘリコプタ１をその位置でホ
バリングさせる（ステップ１０６および１０７）。

この状態で、ステップ１０８に示すように作業者が自動
車２５を予め定められた一定距ｙａ（ヘリコプタ１によ
る散布幅分）だけ前進させる。このとき、ステップ１０
９で自動車２５の前進した距離と予め定められた距離と
を比較し、一定距離前進したことを液晶表示器４３で確
認して自動車２５を停止する。さらにステップ１１０で
は自動車２５の走行積算距離と飛行領域８の長さしとが
比較され、走行距離≧Ｌのときは作業を終了する。

なお、ヘリコプタ１は手動で所望な位置に着陸させる。

走行距離くＬのときは、ＣＰＵ３５が次のステップ１１
１でヘリコプタ１を左方向に移動させるエルロン信号５
１を出力する。このとき、ステップ１１２において許容
水平飛行角度θｈと検出水平ワイヤ角度θｈｏとを比較
し、θｈｏ≧−θｈとなったとき、散布装置９を作動さ
せる（ステップ１１３）。そして、この状態でヘリコプ
タ１を左方向へ散布しながら移動させ、θｈｏ≧＋θｈ
となったときに散布装置９を停止し、その位置でホバリ
ングさせる（ステップ１１４〜ステツプ１１６）。

その後、ステップ１１７で自動車２５を一定距離前進さ
せる。このとき、ステップ１１８で自動車２５の前進し
た距離と一定距離とを比較し、一定距離前進したことを
確認して自動車２５を停止する。次のステップ１１９で
は自動車２５の走行距離と飛行領域８の長さＬとが比較
され、走行距離≧Ｌのときは作業を終了する。

走行距離〈Ｌのときは、ＣＰＵ３５が次のステップ１２
０でヘリコプタ１を再び右方向に移動させるエルロン信
号５１を出力する。このとき、ステップ１２１において
許容水平飛行角度θｈと検出水平ワイヤ角度θｈｏとを
比較し、θｈｏ≦十θｈとなったとき、散布装置９を作
動させる（ステップ１２２）。ヘリコプタ１が散布しな
がら右方向に飛行するようになると、フローチャー訃の
流れは再びステップ１０５へと戻され、走行距離≧Ｌに
なったときに、飛行領域８の薬剤散布が終了したとして
作業を終了する。なお、ヘリコプタ１の飛行高度は遠隔
操縦によって人為的に制御する。

したがって、ヘリコプタ１を飛行領域８の幅方向に移動
させると共に、幅方向の飛行位置をワイヤ１２を長くす
ることなく飛行領域８の長さ方向に移動させることがで
きる。そのため、長くて広い飛行領域８を散布する場合
であっても、ワイヤ１２をそれほど長くすることなく、
全域の薬剤散布を行うことができる。その結果、飛行領
域８の面積に比較して相対的にワイヤ１２を短くするこ
とができ、ヘリコプタ１が張るワイヤ１２の重量も小さ
くすることができるから、ワイヤ１２によってヘリコプ
タｌにかかる負荷を小さくすることができる。また、制
御装置によってヘリコプタ１の往復位置および自動車２
５の移動量を検出するようにしているので、ヘリコ１ブ
タ１の操縦が容易になると共に、制御精度を良くするこ
とができる。

第７図は本発明にかかる制御方法の第２の実施例を説明
するために飛行体の制御装置の概略を示す平面図であり
、第１図に示すものと同一あるいは同等な部材には同一
符号を付しその説明は省略する。この実施例は、ワイヤ
１２の長さを変えヘリコプタ１を前後方向に移動させる
ことによって、ヘリコプタ１が飛行領域８内を幅方向に
繰り返して往復するように制御するものである。すなわ
ち、制御装置本体２２は、ヘリコプタ１は前方へ若干推
進力を常時発生させた状態で飛行させると共に、検出ワ
イヤ長さＲＯによってヘリコプタ１が飛行領域８の幅方
向の縁部に位置しているのを検出し図示しないブザー等
で作業者に知らせる。また、ヘリコプタ１がＢＤ綿線上
位置するとワイヤ１２を一定の速度で送り出すようにモ
ータ１５を駆動し、ヘリコプタ１がＡＣ線上に位置する
とワイヤ１２を一定の速度で巻き取るようにモータ１５
を駆動する。さらに、ポテンショメータ２１を介してワ
イヤ１２と基準線ＣＬとワイヤ１２とのなす水平ワイヤ
角度θｈＯを検出し、この検出水平ワイヤ角度θｈｏを
０°に保持する。検出水平ワイヤ角度θｈｏの制御は、
第４図に示す制御装置を用いた場合はランプ４４の点灯
によって手動で行うことができ、また第５図に示すよう
な制御装置を用いヘリコプタ１側に姿勢センサ、高度セ
ンサおよびこれらの情報に基づいて演算を行うＣＰｔＪ
を備えれば自動で行うこともできる。自動制御の場合は
、検出水平ワイヤ角度θｈｏに基づいてこれを０°に保
持するためのエルロン信号５１を演算し、このエルロン
信号５１を発信器５２に出力する。発信器５２からはエ
ルロン信号５１に応じた指示信号がヘリコプタ１上の受
信器５３へ送信され、これによりヘリコプタ１の飛行位
置が制御される。なお、この実施例においては、散布装
置９はヘリコプタ１の幅方向に延びるように配設されて
いる。

次にこのようなヘリコプタｌの制御方法を、ヘリコプタ
１の飛行を自動制御した場合について説明する。第８図
はこの場合の制御方法を説明するためのフローチャート
である。先ず自動車２５を飛行領域８の幅方向の縁部で
あるＤ点付近に停止させ、ヘリコプタ１をＤ点上に載置
する。この状態で制御をスタートさせ、ステップ２０１
でヘリコプタ１をＤ点上でホバリングさせる。このとき
、ステップ２０２で飛行領域８の幅！および長さしを人
力する。

次いで、ステップ２０３でＣＰＵ３５が散布装置９を作
動させた後に、ステップ２０４でモータ１５を駆動し、
ワイヤ１２を一定の速度で送り出しヘリコプタ１を前方
へ移動させる。そして、ワイヤ１２の送り出された検出
ワイヤ長さＲｏがｌになったとき、散布装置９およびワ
イヤ１２の送り出しを停止し、ブザーを鳴らすと共にヘ
リコプタ１をＡＣ線上でホバリングさせる（ステップ２
０５〜２０７）。

この状態で、ステップ２０８に示すように作業者が自動
車２５を一定距離前進させる。この前進をステップ２０
９で比較し、予め定められた一定距離前進したことを液
晶表示器４３で確認して自動車２５を停止する。さらに
ステップ２１０では自動車２５の走行距離と飛行領域８
の長さしとが比較され、走行距離≧Ｌのときは作業を終
了する。

走行距離くＬのときは、ＣＰＵ３５が次のステップ２１
１でモータ１５をワイヤ１２を一定の速度で巻き取るよ
うに制御する。このとき、ステップ２１２において検出
ワイヤ長さＲＯと幅ｌとを比較し、Ｒｏ≦ｌのときに散
布装置９を作動させる（ステップ２１３）。そして、こ
の状態でヘリコプタ１を後方へ散布しながら移動させ、
Ｒｏ＝０となったときに、散布装置９およびワイヤ１２
の巻き取りを停止し、ブザーを鳴らすと共にヘリコプタ
１をＢＤ綿線上ホバリングさせる（ステップ２１４〜２
１６）。

その後、ステップ２１７で作業者が自動車２５を一定距
離前進させ、この前進をステ、ノブ２１Ｂで確認し自動
車２５を停止する。さらにステップ２１９では自動車２
５の走行距離と飛行領域８の長さしとが比較され、走行
距離≧Ｌのときは作業を終了する。走行距離くＬのとき
は、フローチャートの流れは再びステップ２０３へと戻
され、走行距離≧Ｌになったときに、飛行領域８の薬剤
散布が終了したとして作業を終了する。なお、ヘリコプ
タ１の飛行高度は遠隔操縦によって人為的に制御するの
は、第１の実施例と同様である。

したがって、この実施例においても、ヘリコプタ１を飛
行領域８の幅方向への往復移動と、自動車２５を飛行領
域８の長さ方向への移動を繰り返し行うことによって、
ヘリコプタｌを飛行領域８の全域わたって飛行させるこ
とができる。その結果、ワイヤ１２を飛行領域８０幅ｉ
分だけ延ばすようにすればよいから、ワイヤ１２をそれ
ほど長くすることなく、広い範囲の飛行領域８を散布す
ることができる。

なお、上記実施例においては、ヘリコプタを薬剤散布に
利用した例について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、写真撮影等種々の作業に利用すること
ができる。また、移動体の距離を検出する手段としては
上述した車輪に圧接した回転体を介してエンコーダを回
転させる構造のほか、車軸上に回転円板を設け、この回
転円板とエンコーダに設けた歯車とを噛合させるように
してもよい。また、検出器としては光を利用するホトイ
ンタラプタおよび反射型ホトインタラプタや磁気を利用
する磁気センサなどを利用することができる。すなわち
、ホトインタラプタを利用する場合は、これを車軸と一
体的に回転しスリットを有する回転円板を跨ぐように取
付ければよく、反射型ホトインタラプタを利用する場合
は、これを反射部を有する回転円板に対向するように取
付ければよい。磁気センサを利用する場合は、回転円板
に着磁部を設けたり、回転円板の外周部に凹凸を設け、
これら着磁部や凹凸を検出できるように磁気センサを取
付ければよい。

また、前記自動車に代わり例えば敷設レール上を移動す
る移動体としその操作系をヘリコプタ１の移動に連動さ
せるようにすれば、ヘリコプタ１の操作を完全自動化す
ることもできる。自動車の制御は間欠的に移動させるほ
か、一定速度で連続的に移動させることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の制御方法によれば、飛行体
を係留索を介して地表上の移動体に連結し、飛行体を所
定の飛行領域内を幅方向に繰り返し往復するように飛行
させると共に、飛行体の飛行に応じて移動体を飛行領域
の長さ方向に移動させるから、また本発明の制御装置に
よれば、先端側が飛行体に連結された係留索と、この係
留索の基端側か連結され地表上を飛行体が飛行する所定
の飛行領域の長さ方向に移動する移動体と、この移動体
の移動量を検出する移動体検出手段と、係留索を介して
飛行体が飛行領域の幅方向の縁部に位置しているのを検
出する飛行体検出手段とを備えたから、飛行体を飛行領
域の幅方向に移動させ、その幅方向の飛行位置を係留索
を長くすることなく飛行領域の長さ方向に移動させるこ
とができる。

したがって、長くて広い飛行領域を飛行する場合であっ
ても、係留索をそれほど長くすることなく、飛行領域全
域において作業を行うことができる。その結果、飛行体
にかかる係留索の重量を飛行領域の大きさに比較して相
対的に軽くすることができるので、飛行体にかかる負担
を軽減し、飛行体の応答性を良くして効率の良い作業を
行うことができる。

しかも本発明の制御装置によれば、飛行体の往復位置を
検出することができるから、飛行体や移動体の操縦を容
易にすることができるだけでなく、飛行体の制御精度を
作業者が目視によって行う場合に比較して向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る飛行体の制御方法を説明するため
に本発明に係る飛行体の制御装置の概略を示す平面図、
第２図は飛行体による薬剤散布作業を説明するための図
、第３図は飛行体の制御装置の要部を示す図、第４図お
よび第５図は制御装置のブロック図、第６図は本発明に
係る制御方法の第１の実施例を説明するためのフローチ
ャート、第７図は制御方法の第２の実施例を説明するた
めの制御装置の概略平面図、第８図は制御方法の第２の
実施例を説明するためのフローチャートである。 １・・・・ヘリコプタ、８・・・・飛行領域、１２・・
・・ワイヤ、１４・・・・リール、１５・・・・モータ
、１６・・・・エンコーダ、２１・・・・ポテンショメ
ータ、２２・・・・制御装置本体、２５・・・・自動車
、２６・・・・エンコーダ、２７・・・・車輪。 特許出願人　ヤマハ発動機株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）飛行体を係留索を介して地表上の移動体に連結し
   、飛行体を係留索が張られる方向に推進力を発生させた
   状態で所定の飛行領域内を幅方向に繰り返し往復するよ
   うに飛行させると共に、飛行体の飛行に応じて前記移動
   体を飛行領域の長さ方向に移動させる飛行体の制御方法
   。
2. （２）先端側が遠隔操縦機能を有する飛行体に連結され
   この飛行体の飛行を規制する係留索と、この係留索の基
   端側が連結され地表上を前記飛行体が飛行する所定の飛
   行領域の長さ方向に移動する移動体と、前記係留索を介
   して飛行体が飛行領域の幅方向の縁部に位置しているの
   を検出する飛行体検出手段とを備えてなる飛行体の制御
   装置。