WO2006098469A1 - 飛行制御システム - Google Patents

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WO2006098469A1
WO2006098469A1 PCT/JP2006/305513 JP2006305513W WO2006098469A1 WO 2006098469 A1 WO2006098469 A1 WO 2006098469A1 JP 2006305513 W JP2006305513 W JP 2006305513W WO 2006098469 A1 WO2006098469 A1 WO 2006098469A1
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flight
aircraft
ground station
data
Prior art date
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PCT/JP2006/305513
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Inventor
Hideki Shibata
Original Assignee
Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a flight control system for a flying object, and in particular, a flight capable of communicating between an unmanned helicopter that disperses pesticides and the like, or has a camera device to take a picture from above, and a ground station.
  • the present invention relates to a body flight control system. Background art
  • the unmanned helicopter due to its nature, has a large attitude change during flight, such as a disturbed attitude of the fuselage due to the influence of wind, etc., or a quick structural change.
  • the attitude of the unmanned helicopter is mainly controlled by changing the inclination angle of the main rotor axis and the inclination angle of the blades of the main rotor and tail rotor by various servo motors mounted on the aircraft.
  • this type of unmanned helicopter for example, if a strong crosswind is applied, the current flight path deviates significantly from the target flight path, and in autonomous control, it takes a lot of time to correct the flight path. There is a case.
  • a communication means for transmitting and receiving data between the helicopter aircraft and the ground station is provided.
  • the aircraft status mentioned above refers to the operating status of the servo motor that controls the attitude of the aircraft, the operating status of the engine, the operating status of various sensors that detect the attitude angle of the aircraft and the engine speed, etc. This refers to the usage status of the used battery.
  • the flight status refers to the direction, altitude, position, etc. This refers to the current status of the flight path and the operating status of the GPS device, which indicates whether the GPS device is operating correctly. Then, data such as the aircraft status and flight status are transmitted from the aircraft to the ground station and displayed on the monitor screen of the personal computer provided in the ground station.
  • operations for changing the aircraft status such as the attitude and speed of the aircraft are performed by remotely controlling each servo motor of the aircraft using a joystick provided on the ground station or a keyboard and mouse of a personal computer. This is done by operating.
  • operations to change flight conditions such as flight path and altitude are performed by rewriting the target numerical values using a personal computer equipped on the ground station.
  • the operator can control the attitude of the aircraft during flight of the unmanned helicopter, monitor the flight path, monitor the abnormalities of the parts mounted on the aircraft, and control the payload devices such as cameras. In order to monitor the operation status, it is necessary to keep an eye on instruments that display a lot of data.
  • the present invention has been made in consideration of the above-described conventional technology, and easily transmits data transmitted from the airframe and payload device and an operation panel for controlling the aircraft and payload device.
  • the purpose is to provide a flight control system that can be used.
  • a flight control system includes a flying body and a ground station that are communicable with each other, and controls the flying body and the payload device from the ground station.
  • the air vehicle transmits data related to airframe status, flight status, and status of the payload device to the ground station, and the ground station transmits all data sent from the air vehicle and an operation panel. It has one monitor screen that can be displayed at the same time.
  • the flight control system of the present invention it is possible to confirm all information related to the aircraft status, flight status, and payload status on a single monitor screen. For this reason, according to the present invention, the operator can confirm all information related to the flying object by checking only the contents of the monitor screen without looking at a plurality of instruments. Therefore, the movement of the line of sight during flight is small, and fatigue is also small.
  • the display content of the monitor screen is changed according to the aircraft status, flight status, and payload device status, and items that do not need to be confirmed or operated at that time are displayed. You can avoid it. By performing this operation, the operator can avoid wasting unnecessary information. According to the present invention, only necessary information and the operation panel are displayed, so that the operator can concentrate on the check and operation. Also, by not displaying unnecessary information, only the information necessary for the limited monitor screen space can be displayed in a visible size.
  • FIG. 1 is a side view of an unmanned helicopter according to the present invention.
  • FIG. 2 is a top view of the helicopter of FIG.
  • FIG. 3 is a front view of the helicopter in FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram of an unmanned helicopter according to the present invention.
  • FIG. 5 is a block configuration diagram of a ground station.
  • FIG. 6 is a front view showing a display example of the monitor of the ground station.
  • FIGS. 1 to 6 show a helicopter as an example of a flying object according to the present invention, and show an unmanned helicopter for aerial photography equipped with a camera device.
  • Figure 1 is a side view
  • Figure 2 is a top view
  • Figure 3 is a front view.
  • the helicopter 1 includes an airframe 4 including a main body 2 and a tail body 3.
  • a main rotor 5 is provided at the top of the main body 2, and a tail rotor 6 is provided at the rear of the tail body 3.
  • a radiator 7 is provided at the front part of the main body 2, and the engine, the intake system, the main rotor shaft, and the fuel tank are accommodated in the main body 2 in that order in the rear.
  • a large amount of fuel tank is housed near the center of the fuselage in order to eliminate the need for an external sub fuel tank.
  • a skid 9 is provided via support legs 8 at the left and right lower parts of the main body 2 at approximately the center of the airframe 4.
  • An exhaust pipe 60 connected to an engine (not shown) in the airframe and a muffler 61 connected to the exhaust pipe 60 are disposed below the airframe above the front end of the skid 9.
  • a control panel 10 is provided on the rear upper side of the main body 2, and an indicator lamp 11 is provided on the lower side.
  • the control panel 10 displays the check points before flight and the self check results.
  • the display on the control panel 10 can also be confirmed on the ground station.
  • the indicator lamp 11 displays the status of GPS control, an aircraft abnormality warning, and the like.
  • An autonomous control box 12 is mounted on the left side of the main body 2. In the autonomous control box 12, a GPS control device necessary for autonomous control, a data communication device and an image communication device communicating with the ground, a control board incorporating a control program, and the like are accommodated.
  • a predetermined operation mode and control program are selected automatically or based on commands from the ground station based on various data described below, and optimal maneuvers according to the aircraft status and flight status are selected. Control is performed.
  • the various types of data include aircraft data such as the attitude and speed of the aircraft indicating the aircraft status, engine speed and throttle opening, and flight data such as the location and orientation of the aircraft indicating the flight status.
  • the helicopter 1 can fly by such autonomous control. Further, the helicopter 1 can be made to fly not only by the above-described autonomous control but also by a manual operation by an operator. In this manual operation flight, the operator operates the remote controller or remote controller based on various data transmitted from the aircraft while visually checking the attitude, speed, altitude and direction of the helicopter 1. It is done by.
  • a camera device 16 accommodating a camera such as an infrared camera is attached to the lower side of the front portion of the main body 2 via a camera pan head 17.
  • the camera device 16 is configured to rotate about the pan axis (vertical axis) with respect to the camera head 17 and the internal camera 25 (see FIG. 4) can rotate about the tilt axis (horizontal axis).
  • the power camera device 16 can shoot all directions on the ground from the sky.
  • An antenna support frame 13 is attached to the lower surface side of the main body 2.
  • An inclined stay 14 is attached to the antenna support frame 13.
  • the stay 14 is provided with a data antenna 15 for transmitting and receiving control data (digital data) such as airframe data and flight data necessary for the autonomous control described above to and from the ground station.
  • the stay 14 is further provided with an image data antenna 18 for transmitting image data photographed by the camera device 16 to the ground station by analog image communication. This image communication can adopt a digital system in addition to an analog system.
  • an azimuth angle sensor 20 based on geomagnetism is provided on the lower surface side of the tail body 3.
  • This azimuth sensor 20 detects the azimuth direction of the east, west, north, and south aircraft.
  • Mainbo In the di 2 a posture sensor 24 (see FIG. 4) comprising a gyro device is further provided.
  • a main GPS antenna 21 and a sub GPS antenna 22 are provided on the upper surface side of the tail body 3.
  • the rear end of the tail body 3 is provided with a remote control receiving antenna 23 for receiving a command signal from the remote controller.
  • FIG. 4 is a block diagram of an unmanned helicopter according to the present invention.
  • the camera head 17 is composed of a turntable 171 rotatable around a pan axis and a support frame 172 rotatable around a tilt axis.
  • a pan gyro 26A and a tilt gyro 26B for detecting the inclination of each of them are provided. Is provided.
  • the camera device 16 includes a camera control unit 28 that receives only low-frequency components from which high-frequency components due to vibration have been removed from the data of the pan gyro 26A and the tilt gyro 26B via low-pass filters 27A and 27B. Yes.
  • the force camera device 16 includes a pan motor 29A and a tilt motor 29B that drive the turntable 171 and the support frame 172 based on signals from the camera control unit 28.
  • the camera control unit 28, pan gyro 26A, tilt gyro 26B, pan motor 29A, and tilt motor 29B constitute an attitude correction unit for the camera 25.
  • this camera device 16 detects a low-frequency component due to the tilt of the unmanned helicopter 1 around the pan axis and the tilt axis, the motor is driven in the opposite direction to the tilted direction to cancel the low-frequency movement, Stabilize the image.
  • the autonomous control box 12 receives image data from the camera 25 from which high-frequency and low-frequency components have been removed by the attitude correction unit, and is an image when a character overlay or a plurality of cameras are mounted.
  • a control board 33 composed of a microcomputer and the like, a main GPS receiver 34 connected to the main GPS antenna 21, and a sub GPS receiver 35 connected to the sub GPS antenna 22 are housed.
  • the airframe 4 is provided with an image data antenna 18 that sends analog image data from the image communication device 31 in the autonomous control box 12 to the ground station. Aircraft 4 also has a data antenna 15 for transmitting and receiving digital data between the data transmitter 32 and the ground station. Is provided.
  • the azimuth sensor 20 is connected to the control board 33 in the autonomous control box 12.
  • an attitude sensor 24 composed of a gyro device or the like is provided. This attitude sensor 24 is connected to the control box 36.
  • the control box 36 communicates data with the control board 33 in the autonomous control box 12 and drives the servo motor 37.
  • the servo motor 37 controls the main rotor 5 and the engine to control the forward / backward, left / right, and vertical movements of the body 4, and controls the tail rotor 6 to control the rotation of the body 4.
  • FIG. 5 is a block configuration diagram of the ground station.
  • the ground station 40 that communicates with the helicopter 1 receives image data from the GPS antenna 44 that receives signals from GPS satellites, the communication antenna 45 that performs data communication with the helicopter 1, and the helicopter 1.
  • An image receiving antenna 46 is provided. These antennas 44 to 46 are installed on the ground.
  • the ground station 40 includes a data processing unit 41, a monitoring operation unit 42, and a power supply unit 43.
  • the data processing unit 41 includes a GPS receiver 52, a data communication device 53, an image communication device 54, and a communication board 51 connected to these communication devices 52, 53, 54. .
  • the monitoring operation unit 42 is connected to the manual controller 60 by a remote controller, the base controller 57 for operating the camera device and adjusting the flight data of the airframe 4, the backup power source 58, and the base controller 57.
  • the power supply unit 43 includes a generator 61 and a backup battery 63 connected to the generator 61 via a battery booster 62.
  • the backup battery 63 is connected to the fuselage 4 side to supply 12V power when the generator 61 is not operating, such as during a pre-flight check. Further, the power supply unit 43 supplies 100 V of power from the generator 61 to the data processing unit 41 and the monitoring operation unit 42 during the flight of the helicopter 1.
  • a command related to the flight of the helicopter 1 is programmed by the personal computer 55 of the ground station 40, and is transmitted from the ground station 40 to the helicopter 1 via the data processing unit 41. It is.
  • the data antenna 15 of the helicopter 1 receives the command, the attitude and position of the fuselage 4 are controlled by the control board 33 (FIG. 4), and the helicopter 1 is autonomously controlled.
  • data such as aircraft status and flight status transmitted from each sensor provided in the aircraft 4 of the helicopter 1 is displayed on the monitor screen 56 of the personal computer 55 in real time.
  • the operator monitors helicopter 1 by looking at this display.
  • the flight status of the helicopter 1 in flight is corrected, it can be remotely controlled by the personal computer 55 or the manual controller 60.
  • FIG. 6 is an embodiment of the present invention and shows a display example of the monitor screen 56 of the personal computer 55 provided in the ground station 40.
  • an aircraft information display 71 On the left side of the monitor screen 56, an aircraft information display 71, a payload device information display 72, and an operation panel display 73 of the aircraft 4 are displayed in order from the top.
  • the airframe information display section 71 data indicating the airframe status and flight status of the helicopter 1, operating states of components such as the servo motor 37 and various sensors, and the like are displayed with lamps and numerical values and characters described later.
  • the items displayed on the lamp are the voltage of the battery (not shown) mounted on the fuselage 4, the amount of fuel used, the output status of various sensors, the operating status of the GPS receivers 34, 35 and other various control devices. Etc.
  • the items displayed on these lamps are, for example, the color of the green system when it is completely normal, the color of the yellow system when it works normally, but the part information is missing, etc. Are displayed in different colors, such as red color.
  • the structure for performing the display with the red color at the time of abnormality constitutes means for visually informing the abnormality in the present invention.
  • the present invention is configured to generate a warning sound when there is an abnormality, and a means for notifying the abnormality audibly in the present invention.
  • the items displayed numerically are detailed GPS information (latitude, longitude, altitude, etc.), engine coolant temperature, annotation voltage, and the like. In this case as well, as with the lamp display, numbers or backgrounds are displayed in different colors according to the status, and a warning sound is emitted when the value is out of the specified range.
  • the items displayed in text are the communication status from aircraft 4 of helicopter 1, It includes the travel time, the GPS navigation status, whether control is permitted, and the level of control.
  • the payload device information display unit 72 controls the camera, pans and tilts the camera head, and the like.
  • the operation panel is displayed. In this case, information for confirming the operation mode is displayed together with the above display.
  • the payload is another device, for example, a spraying device for spraying agricultural chemicals from the air, an operation panel for controlling the spraying device is displayed.
  • the control panel display unit 73 includes a control dialog for inputting the target speed to the aircraft, a relative movement dialog for inputting the distance and angle of the aircraft, a parameter dialog for changing the control parameters of the aircraft, and a flight program.
  • the program flight dialog, etc. for transmission and control is displayed. These are operated by, for example, switching pages using the task button 73a and displaying necessary dialogs on the monitor screen 56.
  • the page can be switched by each task button for each information content, and necessary information is displayed at that time.
  • an instrument display unit 75 including a plurality of instruments for knowing the current aircraft status and flight status of the aircraft 4 is displayed.
  • the instrument display 75 includes the engine speed controlled by the control box 36, the horizontal and vertical speed recognized by the GPS, the heading and altitude recognized from the direction sensor and attitude sensor, and the attitude of the aircraft.
  • a horizon indicating a corner is displayed. These are displayed visually using graphics, etc., and are displayed in a red color when showing areas that require special attention.
  • a warning sound may be generated from the speaker provided in the monitoring operation unit 42.
  • a map 74 of an area where the helicopter 1 is flying is displayed.
  • the map 74 displays the topographic map of the flight area, and the direction and scale.
  • Topographic map Above, the trajectory of the flight path of helicopter 1 is displayed as line 81.
  • an airframe mark 82 indicating the current position and nose direction of the airframe is shown.
  • a part of the map screen can be provided with an image display unit 74a for displaying an image taken by the camera 25.
  • the image display unit 74a displays a still image or a moving image as an image.
  • the camera viewpoint 83 is displayed by, for example, an "X" mark.
  • the viewpoint 83 is calculated from the altitude and direction of the aircraft transmitted from the helicopter 1 aircraft to the ground station, and the pan angle and tilt angle transmitted from the camera device 16.
  • the range shown in the camera 25 is displayed as the field of view 84 based on the angle of view of the camera.
  • the field of view 84 is trapezoidal on the map because it is closer to the camera and narrower and wider.
  • Each of the above display units is displayed in a multitasking manner on the monitor screen 56 of the personal computer 55, and the size and arrangement of the frame can be freely changed for each display unit by operating a mouse connected to the personal computer 55. It is.
  • Each display unit can be switched between display and non-display, and information unnecessary at that time can be temporarily not displayed. Therefore, the arrangement of each display unit is not limited to the example of FIG.
  • the operator can display each display unit in a size and arrangement that is easy to see, and can display necessary information according to the aircraft status and flight status.
  • Such display settings are stored even if the program is terminated on the PC 55. Such display settings can be restored to the initial settings by a simple operation.
  • the flight control system of this embodiment it is possible to confirm all information related to the aircraft status, flight status, and payload device status of helicopter 1 on one monitor screen 56. Therefore, according to this flight control system, the operator can check all the information related to the helicopter 1 by checking only the contents of the monitor screen 56 without looking at a plurality of instruments. As a result, the operator can move the line of sight during the flight, and the operator is less tired.
  • the flight control system of this embodiment it is necessary to change the display content of the monitor screen 56 according to the aircraft status, flight status, and payload conditions, and to confirm and operate at that time. You can make sure that you don't display items. By performing this operation, it is possible to save the operator from seeing unnecessary information. And this flight According to the control system, only necessary information and the operation panel (the above-mentioned various dialogs) are displayed, so that the operator can concentrate on checking and operating them. Further, by preventing unnecessary information from being displayed, only the information necessary for the limited space on the monitor screen 56 can be displayed in a visible size.
  • an abnormality when an abnormality occurs, it can be displayed in yellow or red or a warning sound can be generated according to the stage of the abnormality. For this reason, the operator does not have to keep a close watch on all the information at all times, but only checks whether there are any abnormalities. Therefore, the operator has little fatigue even during a long flight and does not miss an abnormality.
  • the present invention can be applied to an unmanned helicopter, a manned helicopter, and other aircraft such as an aircraft, regardless of the presence or absence of a payload device such as a camera device.

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Abstract

　互いに通信可能とされた飛行体（１）および地上局（４０）を備える。飛行体の機体およびペイロード装置を地上局から制御する。飛行体（１）は、機体状況、飛行状況、およびペイロード装置の状況に関するデータを地上局（４０）に送信する。地上局（４０）は、飛行体から送られた全てデータと操作パネルとを同時に表示可能な一つのモニタ画面（５６）を備えている。

Description

明 細 書
飛行制御システム
技術分野
[0001] 本発明は、飛行体の飛行制御システムに関し、特に、農薬等を散布したり、カメラ装 置を搭載して上空から撮影を行う無人へリコプタと地上局との間で通信可能な飛行 体の飛行制御システムに関するものである。 背景技術
[0002] 従来より、無線操縦による無人へリコプタによって、上空力 農薬を散布したり、航 空写真やビデオを撮影することが行われている。従来のこの種の無人へリコプタとし ては、例えば特開 2004— 268737号公報に開示されているように、 GPS (Global Po sitioning System)を利用してオペレータの視界外でも飛行させることができる、いわゆ る自律制御型の無人へリコプタがある。このような自律制御型の無人へリコプタは、例 えば火山や災害現場等のように有人へリコプタが近づきにくい場所で使用されている
[0003] 無人へリコプタは、その性質上、風の影響などにより機体の姿勢が乱れやすぐ構 造上、方向転換など飛行時の姿勢変化が大きい。無人へリコプタの姿勢は、主に、 機体に搭載されている各種のサーボモータによりメインロータの軸線の傾斜角や、メ インロータおよびテールロータのブレードの傾斜角を変化させることによって制御され ている。また、この種の無人へリコプタにおいては、例えば強い横風を受けたりすると 現在の飛行経路が目標の飛行経路から大きく外れてしまい、 自律制御では飛行経 路の修正に多大な時間力 Sかかるような場合がある。
[0004] このような機体状況、飛行状況を地上で把握するとともに適切な制御を行うために、 へリコプタの機体と地上局との間で互いにデータを送受信するための通信手段が設 けられている。上述した機体状況とは、機体の姿勢を制御するサーボモータの動作 状況や、エンジンの動作状況や、機体の姿勢角やエンジンの回転数などを検出する 各種のセンサの動作状況や、機体に搭載されているバッテリーの使用状況などのこと をいう。また、飛行状況とは、無人へリコプタが飛行している方位、高度、位置などの 飛行経路に関する現在の状況や、 GPS装置が正しく動作しているか否力を示す GP S装置の動作状況などをいう。そして、これらの機体状況や飛行状況などのデータが 、機体から地上局へ送信され、地上局に設けたパソコンのモニタ画面に表示される。
[0005] 無人へリコプタがオペレータの視界外を飛行しているときには、上述した機体状況 を示すデータや、飛行状況を示すデータを常に注視し、機体状況や飛行状況を把 握する必要がある。更に、例えば撮影用の無人へリコプタの場合には、カメラ装置と 地上局とでデータ通信が行われ、オペレータは、カメラ装置の状態をチェックするとと もに、遠隔操作により、必要に応じて適切な制御を行う。
[0006] このとき、機体の姿勢や速度などの機体状況を変化させるための操作は、地上局に 設けられているジョイスティックや、パソコンのキーボード 'マウスなどを使用して機体 の各サーボモータを遠隔操作することにより行う。また、飛行経路や高度などの飛行 状況を変えるための操作は、地上局に装備されているパソコンを使用し、 目標とする 数値を書き換えることによって行う。
[0007] 従来の無人へリコプタにカメラ装置を搭載する場合、このカメラ装置によって撮像さ れた画像をオペレータが地上局で視認することができる。この場合、オペレータは、 カメラ装置が正しく動作しているか否か、すなわちカメラ装置の動作状況も把握して おく必要がある。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] オペレータは、無人へリコプタの飛行中に機体の姿勢制御や、飛行経路の監視や 、機体に搭載されている部品の異常 '正常の監視を行ったり、カメラ等のペイロード装 置の制御や動作状況の監視を行うために、多くのデータを表示する計器等を注視し 続けなければならない。
このため、オペレータは、へリコプタを長時間飛行させる場合は著しく疲労すること になる。これは、多くのデータを見ながら上述した機体状況や飛行状況およびペイ口 ード装置の状態を把握しつつ適切な制御を行うことはきわめて煩雑な作業だからで ある。
[0009] また、上述した制御や監視に熟練していなければ瞬時の判断が困難である。特に、 データの種類によっては、異なる計器やモニタ画面にデータが表示されることがあり 、このような場合、必要な情報を選択して状況を把握することはきわめて煩雑な作業 となる。
[0010] 本発明は、上記従来技術を考慮してなされたものであり、飛行体の機体やペイロー ド装置から送信されたデータと、機体、ペイロード装置の制御を行う操作パネルとを 容易に視認できる飛行制御システムの提供を目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] この目的を達成するために、本発明に係る飛行制御システムは、互いに通信可能と された飛行体および地上局を備え、前記飛行体の機体およびペイロード装置を地上 局から制御する飛行制御システムであって、前記飛行体は、機体状況、飛行状況、 および前記ペイロード装置の状況に関するデータを前記地上局に送信し、前記地上 局は、飛行体から送られた全てデータと操作パネルとを同時に表示可能な一つのモ ニタ画面を備えてレ、るものである。
発明の効果
[0012] 本発明に係る飛行制御システムによれば、飛行体の機体状況、飛行状況、ペイ口 ード装置の状況に関する全ての情報を 1つのモニタ画面上で確認することができる。 このため、本発明によれば、オペレータは複数の計器等を見なくても、モニタ画面の 内容だけをチェックすれば、飛行体に関する全ての情報を確認することができる。従 つて、飛行中の視線の移動が少なくて済み、疲労も少ない。
[0013] 請求項 2記載の発明によれば、機体状況、飛行状況、およびペイロード装置の状況 に応じてモニタ画面の表示内容を変更し、その時点で確認や操作をする必要のない 項目を表示しないようにすることができる。この操作を行うことによって、オペレータが 余計な情報を見る無駄を省くことができる。そして、この発明によれば、必要な情報お よび操作パネルだけが表示されるので、オペレータは、それらのチェックや操作に集 中できる。また、不必要な情報を表示しないようにすることにより、限られたモニタ画面 のスペースに必要な情報だけを視認しゃすい大きさに表示させることができる。
[0014] 請求項 3記載の発明によれば、異常が生じたときに、異常の段階に応じて例えば黄 色や赤色で表示したり、警告音を発生させることができる。このため、オペレータは、 常時全ての情報を詳細に注視しなくてもよぐ異常が生じていないかどうかをチェック するだけでよい。したがって、オペレータは、飛行体を長時間にわたって飛行させると きでも疲労が少なぐかつ異常を見逃すことがない。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]図 1は、本発明に係る無人へリコプタの側面図である。
[図 2]図 2は、図 1のへリコプタの上面図である。
[図 3]図 3は、図 1のへリコプタの正面図である。
[図 4]図 4は、本発明に係る無人へリコプタのブロック構成図である。
[図 5]図 5は、地上局のブロック構成図である。
[図 6]図 6は、地上局のモニタの表示例を示す正面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、本発明に係る飛行制御システムの一実施の形態を図 1ないし図 6によって詳 細に説明する。図 1〜図 3は、本発明に係る飛行体の例であるへリコプタを示し、カメ ラ装置を搭載した航空写真撮影用の無人へリコプタを示す。図 1は側面図、図 2は上 面図、図 3は正面図である。
[0017] ヘリコプタ 1は、メインボディ 2とテールボディ 3とからなる機体 4を備えている。メイン ボディ 2の上部にはメインロータ 5が備えらえており、テールボディ 3の後部にはテー ルロータ 6が備えられている。メインボディ 2の前部にはラジェータ 7が備えられており 、その後方にエンジン、吸気系、メインロータ軸、燃料タンクの順にメインボディ 2内に 収容されている。燃料タンクは、外部サブ燃料タンクを不要とするために、大容量のも のが機体中央付近に収容されている。機体 4のほぼ中央部のメインボディ 2の左右下 部に支持脚 8を介してスキッド 9が備えられている。スキッド 9の前端部上方の機体下 部には、機体内のエンジン (不図示）に接続された排気管 60と、この排気管 60に接 続されたマフラー 61が配設されている。
[0018] メインボディ 2の後部上側にはコントロールパネル 10が備えられており、下側には表 示灯 11が備えられている。コントロールパネル 10は、飛行前のチェックポイントゃセ ルフチェック結果等を表示する。コントロールパネル 10の表示は地上局でも確認でき る。表示灯 11は、 GPS制御の状態や機体の異常警告等の表示を行う。 [0019] メインボディ 2の左側には自律制御ボックス 12が搭載されている。 自律制御ボックス 12内には、自律制御に必要な GPS制御装置、地上と通信するデータ通信機や画像 通信機、および制御プログラムを組み込んだ制御基板等が収容されている。 自律制 御では、後述する各種のデータに基づいて、予め定められた運転モードや制御プロ グラムを自動的に、あるいは地上局からの命令によって選択し、機体状況および飛行 状況に応じた最適な操縦制御が行われる。各種のデータとは、機体状況を示す機体 の姿勢や速度、エンジン回転数やスロットル開度などの機体データと、飛行状況を示 す機体の位置や方位などの飛行データなどである。
[0020] ヘリコプタ 1は、このような自律制御により飛行することができる。また、ヘリコプタ 1は 、上述した自律制御によって飛行する他に、オペレータによるマニュアル操作によつ ても飛行させることができる。このマニュアル操作による飛行は、オペレータがへリコ プタ 1の姿勢、速度、高度および方位などを目で確認しながら、機体から送信された 各種データに基づいて、遠隔操作機またはリモートコントローラを操作することによつ て行なわれる。
[0021] メインボディ 2の前部下側には、赤外線カメラ等のカメラを収容したカメラ装置 16が 、カメラ雲台 17を介して取り付けられている。カメラ装置 16は、カメラ雲台 17に対し、 パン軸（垂直軸）廻りに回転するとともに、内部のカメラ 25 (図 4参照）がチルト軸 (水 平軸）廻りに回転可能となるように構成されている。この構成を採ることにより、この力 メラ装置 16おいては上空から地上の全方位を撮影することができる。
[0022] メインボディ 2の下面側にはアンテナ支持枠 13が取り付けられている。このアンテナ 支持枠 13には、傾斜したステー 14が取り付けられている。このステー 14には、前述 の自律制御に必要な機体データや飛行データ等の操縦データ（デジタルデータ）を 地上局との間で送受信するためにデータアンテナ 15が取り付けられている。ステー 1 4には、更に、カメラ装置 16によって撮影した画像データをアナログ式の画像通信に よって地上局に送信するための画像データアンテナ 18が取り付けられている。この 画像通信は、アナログ式の他にデジタル式を採用することができる。
[0023] テールボディ 3の下面側には、地磁気に基づく方位角センサ 20が備えられている。
この方位角センサ 20により、東西南北の機体の指向する方位が検出される。メインボ ディ 2内には、更に、ジャイロ装置からなる姿勢センサ 24 (図 4参照）が備えられてい る。
[0024] テールボディ 3の上面側には、メイン GPSアンテナ 21およびサブ GPSアンテナ 22 が設けられている。テールボディ 3の後端部には、リモートコントローラからの指令信 号を受信するリモコン受信アンテナ 23が備えられてレ、る。
[0025] 図 4は、本発明に係る無人へリコプタのブロック構成図である。
[0026] カメラ雲台 17は、パン軸廻りに回転可能な回転台 171と、チルト軸廻りに回転可能 な支持枠 172とからなり、各々にその傾きを検出するパンジャイロ 26Aおよびチルト ジャイロ 26Bが備えられている。さらに、カメラ装置 16は、パンジャイロ 26Aおよびチ ルトジャイロ 26Bのデータから、ローパスフィルタ 27A, 27Bを介して、振動による高 周波成分が除去された低周波成分のみを受信するカメラ制御部 28を備えている。力 メラ装置 16には、カメラ制御部 28の信号に基づいて回転台 171および支持枠 172を 駆動するパンモータ 29Aおよびチルトモータ 29Bが備えられている。
[0027] これらカメラ制御部 28、パンジャイロ 26A、チルトジャイロ 26B、パンモータ 29A、お よびチルトモータ 29Bによって、カメラ 25の姿勢補正部が構成されている。このカメラ 装置 16においては、無人へリコプタ 1のパン軸廻りおよびチルト軸廻りの傾きによる 低周波成分を検出すると、傾いた方向と逆方向にモータを駆動して、低周波の動き をキャンセルし、画像を安定化させる。
[0028] 自律制御ボックス 12内には、前記姿勢補正部によって高周波および低周波成分が 除去されたカメラ 25からの画像データを受信して文字のオーバーレイや、複数台の カメラを搭載した場合の画像切替を行う画像制御装置 30と、画像データを地上局に 送る画像通信機 31と、 自律制御に必要なデータを地上局との間で送受信するため のデータ通信機 32と、自律制御プログラムが格納されたマイコン等からなる制御基板 33と、メイン GPSアンテナ 21に接続されたメイン GPS受信機 34と、サブ GPSアンテ ナ 22に接続されたサブ GPS受信機 35とが収納されている。
[0029] 機体 4には、自律制御ボックス 12内の画像通信機 31からアナログの画像データを 地上局に送る画像データアンテナ 18が備えられている。また、機体 4には、データ通 信機 32と地上局との間でデジタルデータを送受信するためのデータアンテナ 15が 備えられている。方位角センサ 20は自律制御ボックス 12内の制御基板 33に接続さ れている。機体 4内には、ジャイロ装置等からなる姿勢センサ 24が備えられている。こ の姿勢センサ 24は、コントロールボックス 36に接続されている。コントロールボックス 3 6は、 自律制御ボックス 12内の制御基板 33とデータ通信して、サーボモータ 37を駆 動する。サーボモータ 37は、メインロータ 5およびエンジンを制御して機体 4の前後、 左右、上下方向の移動を制御するとともに、テールロータ 6を制御して機体 4の回転 を制御する。
[0030] 図 5は、地上局のブロック構成図である。
[0031] ヘリコプタ 1と通信する地上局 40には、 GPS衛星からの信号を受信する GPSアン テナ 44と、ヘリコプタ 1とデータ通信を行うための通信アンテナ 45、およびへリコプタ 1から画像データを受信するための画像受信アンテナ 46とが設けられている。これら のアンテナ 44〜46は地上に設置されている。
[0032] 地上局 40は、データ処理部 41と、監視操作部 42と、電源部 43とによって構成され ている。
[0033] データ処理部 41は、 GPS受信機 52と、データ通信機 53と、画像通信機 54と、これ らの通信機 52, 53, 54に接続された通信基板 51とによって構成されている。
[0034] 監視操作部 42は、リモートコントローラによる手動用コントローラ 60と、カメラ装置の 操作や機体 4の飛行データの調整等を行うベースコントローラ 57と、バックアップ電 源 58と、ベースコントローラ 57に接続されたパソコン 55と、パソコン 55用のモニタ画 面 56と、ベースコントローラ 57に接続され画像データを表示する画像モニタ 59とによ つて構成されている。
[0035] 電源部 43は、発電機 61と、バッテリブースタ 62を介して発電機 61に接続されたバ ックアップバッテリ 63とによって構成されている。バックアップバッテリ 63は、飛行前の チェック時等、発電機 61が動作していないときに、機体 4側に接続して 12Vの電力を 供給するためのものである。また、電源部 43は、ヘリコプタ 1の飛行中には、発電機 6 1からデータ処理部 41および監視操作部 42に、 100Vの電力を供給する。
[0036] 上記の構成によって、ヘリコプタ 1の飛行に関する指令は、地上局 40のパソコン 55 によりプログラムされ、データ処理部 41を介して地上局 40からへリコプタ 1へ送信さ れる。ヘリコプタ 1のデータアンテナ 15がその指令を受信すると、制御基板 33 (図 4) により機体 4の姿勢や位置が制御され、ヘリコプタ 1が自律制御される。
[0037] 地上局 40では、ヘリコプタ 1の機体 4に設けられた各センサから送信される機体状 況ゃ飛行状況等のデータを、リアルタイムでパソコン 55のモニタ画面 56に表示させ る。オペレータは、この表示を見ることによりへリコプタ 1を監視する。飛行中のへリコ プタ 1に対して、飛行状況の修正等を行う際には、パソコン 55または手動用コント口 ーラ 60により遠隔操作によって行うことができる。
[0038] 図 6は、本発明の実施例であり、地上局 40に設けられるパソコン 55のモニタ画面 5 6の表示例を示す。
[0039] モニタ画面 56の左側には、上から順に、機体情報表示部 71、ペイロード装置情報 表示部 72、機体 4の操縦パネル表示部 73が表示される。
[0040] 機体情報表示部 71には、ヘリコプタ 1の機体状況および飛行状況を示すデータや 、サーボモータ 37、各種センサなどの部品の動作状態などがランプおよび後述する 数値、文字によって表示される。
ランプ表示される項目は、機体 4に搭載されているバッテリー（図示せず）の電圧や 、燃料使用量、各種センサの出力状況、 GPS受信機 34， 35やその他の各種制御装 置の動作状況等である。これらのランプ表示される項目は、例えば、完全に正常な場 合は緑系統の色、正常に働くがー部情報が欠ける場合等は黄系統の色、故障ゃェ ラーが起こっている場合等は赤系統の色、などのように色分けして表示される。
[0041] 更に、上記表示色が赤色に変化したときには、監視操作部 42に装備されているス ピー力（図示せず）などから警告音を発生させる。
このように異常時に赤系統の色による表示を行う構成によって、本発明でレ、う視覚 的に異常を知らせる手段が構成されている。また、異常時に警告音を発生させる構 成によって、本発明でレ、う聴覚的に異常を知らせる手段が構成されている。
[0042] 前記数値表示される項目は、 GPSの詳細情報 (緯度、経度、高度等）や、エンジン の冷却水温度、ノ ノテリ電圧等である。この場合にも、ランプ表示と同様に、数字また は背景を状態により色分けして表示し、数値が所定範囲から外れたときに警告音を 発するようにする。文字表示される項目は、ヘリコプタ 1の機体 4からの通信状況、飛 行時間、 GPSによるナビゲーシヨンの状態、制御が許可されているか否力、および制 御レベルの大きさ等である。
[0043] オペレータは、全ての表示が正常を示す緑色であれば、特に機体情報表示部 71 を注視する必要がなレ、。また、オペレータは、上記表示が緑色以外の色に変化したり 警告音が聞こえると、表示された状態から機体の状況を判断し、必要な対処を行う。
[0044] ペイロード装置情報表示部 72には、ヘリコプタ 1に例えばパンおよびチルト機能を 有するカメラ装置を搭載して撮影を行う場合、カメラの制御やカメラ雲台のパンおよび チルト角度の操作等を行う操作パネルが表示される。また、この場合は、上記表示と ともに、それらの動作モードを確認する情報が表示される。ペイロードが他の装置、例 えば空中から農薬散布を行う散布装置である場合には、散布装置の制御を行う操作 パネル等が表示される。
[0045] 操縦パネル表示部 73には、機体への目標速度を入力する操縦ダイアログや、機体 の移動距離や角度を入力する相対移動ダイアログ、機体の制御パラメータを変更す るパラメータダイアログ、飛行プログラムの送信や制御を行うプログラムフライトダイァ ログ等が表示される。これらは、例えばタスクボタン 73aによりページ切替を行レ、、必 要なダイアログをモニタ画面 56上に表示させて操作する。上記の機体情報表示部 7 1およびペイロード装置情報表示部 72においても、情報の内容毎にそれぞれのタス クボタンでページ切替可能とし、そのときに必要な情報を表示させる。
[0046] モニタ画面 56の下方および右側には、機体 4の現在の機体状況や飛行状況を知 るための複数の計器からなる計器表示部 75が表示される。計器表示部 75には、コン トロールボックス 36により制御されるエンジン回転数、 GPSにより認識される水平速 度および垂直速度、方位センサおよび姿勢センサから認識される機首方位や高度、 および機体の姿勢角を示す水平儀等が表示される。これらは、図形等を用いて視覚 的に表示され、特に注意を要する範囲を示す場合には、赤系統の色で表示される。 また、特に注意を要する場合は、監視操作部 42に装備されているスピーカから警告 音を発生させてもよい。
[0047] モニタ画面 56の中央部には、ヘリコプタ 1が飛行している地域の地図 74が表示さ れる。地図 74には、飛行区域の地形図と、方位および縮尺が表示される。地形図の 上には、ヘリコプタ 1の飛行経路の軌跡が線 81で表示される。線 81の先端には、機 体の現在位置および機首方向を表す機体マーク 82が示される。地図画面の一部に は、カメラ 25で撮影した画像を表示する画像表示部 74aを設けることもできる。この画 像表示部 74aには、画像として静止画または動画が表示される。
[0048] 地図 74には、カメラの視点 83が例えば「X」マークによって表示される。視点 83は 、ヘリコプタ 1の機体から地上局へ送信される機体の高度や方位、カメラ装置 16から 送信されるパン角度およびチルト角度から算出される。更に、地図上には、カメラの 画角に基づいて、カメラ 25に写る範囲が視界 84として表示される。視界 84はカメラ に近い方が狭ぐ遠い方が広くなるため、地図上では台形になる。
[0049] 上記の各表示部は、パソコン 55のモニタ画面 56上にマルチタスク方式で表示され 、パソコン 55に接続されたマウスの操作により、表示部毎に枠の大きさや配置を自在 に変更可能である。また、各各表示部は、表示または非表示を切り替えることができ、 その時点で不必要な情報は、一時的に表示しないようにすることができる。従って、 各表示部の配置は図 6の例に限らなレ、。このとき、オペレータは、各表示部を自分が 見やすい大きさおよび配置に表示させることができ、機体状況や飛行状況に応じて 必要な情報を表示させることができる。このような表示設定は、パソコン 55上でプログ ラムを終了しても記憶される。なお、このような表示設定は、簡単な操作により初期設 定に戻すこともできる。
[0050] したがって、この実施の形態による飛行制御システムによれば、ヘリコプタ 1の機体 状況、飛行状況、ペイロード装置の状況に関する全ての情報を 1つのモニタ画面 56 上で確認することができる。このため、この飛行制御システムによれば、オペレータは 複数の計器等を見なくても、モニタ画面 56の内容だけをチェックすれば、ヘリコプタ 1 に関する全ての情報を確認することができる。この結果、オペレータは飛行中の視線 の移動が少なくて済み、オペレータを疲労させることが少なくなつた。
[0051] この実施の形態による飛行制御システムによれば、機体状況、飛行状況、およびぺ ィロード装置の状況に応じてモニタ画面 56の表示内容を変更し、その時点で確認や 操作をする必要のなレ、項目を表示しなレ、ようにすることができる。この操作を行うこと によって、オペレータが余計な情報を見る無駄を省くことができる。そして、この飛行 制御システムによれば、必要な情報および操作パネル (上述した各種のダイアログ） だけが表示されるので、オペレータは、それらのチェックや操作に集中することができ る。また、不必要な情報を表示しないようにすることにより、限られたモニタ画面 56の スペースに必要な情報だけを視認しゃすい大きさに表示させることができる。
[0052] この実施の形態による飛行制御システムによれば、異常が生じたときに、異常の段 階に応じて黄色や赤色で表示したり、警告音を発生させることができる。このため、ォ ペレータは、常時全ての情報を詳細に注視しなくてもよぐ異常が生じていないかどう 力、をチェックするだけでよレ、。従って、オペレータは、長時間の飛行でも疲労が少なく 、かつ異常を見逃すことがない。
産業上の利用可能性
[0053] 本発明は、カメラ装置等のペイロード装置の有無に関わらず、無人へリコプタゃ有 人へリコプタ、その他航空機等の飛行体に適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 互いに通信可能とされた飛行体および地上局を備え、
前記飛行体の機体およびペイロード装置を地上局から制御する飛行制御システム であって、
前記飛行体は、機体状況、飛行状況、および前記ペイロード装置の状況に関する データを前記地上局に送信し、
前記地上局は、飛行体から送られた全てデータと操作パネルとを同時に表示可能 な一つのモニタ画面を備えていることを特徴とする飛行制御システム。
[2] モニタ画面は、飛行体から送られた全てのデータと操作パネルとのうち、所望な項 目を選択して任意の配置および大きさで表示することを特徴とする請求項 1に記載の 飛行制御システム。
[3] 飛行体から送られたデータのいずれかが正常な状態でないときに、視覚的または 聴覚的に異常を知らせる手段を有することを特徴とする請求項 1に記載の飛行制御 システム。
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