JP2006082774A - 無人飛行体及び無人飛行体制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無人飛行体に通信環境の悪化などの不具合が発生したときに、無人飛行体の自律制御によって無人飛行体を自動的に帰還させることができる無人飛行体等を提供する。
【解決手段】 飛行制御を行うための飛行制御系を備える管制センタの制御に基づいて上空を飛行するための飛行制御系を備える無人飛行体であって、あらかじめ定められた飛行状態情報を収集するための情報収集手段と、前記情報収集手段により収集された前記飛行状態情報に基づいて飛行状態を検査する飛行状態検査手段と、前記飛行状態検査手段の検査結果に応じて帰還するか否かを判定する帰還判定手段と、前記帰還判定手段の判定により帰還することに決定された場合に、帰還ルートを決定する帰還ルート決定手段と、前記管制センタからの制御によらず、前記帰還ルート決定手段によって決定された帰還ルートに従って帰還するための飛行制御を行う帰還飛行制御手段とを具備する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、家やビル等を空中から撮影するなどのために用いられる無人ヘリコプタなどの無人飛行体及び無人飛行体の運航制御を行う無人飛行体制御方法に関するものである。

従来から、無人ヘリコプタなどの無人飛行体の運航制御を行う各種の無人飛行体制御システムが提案されている。

具体的には、例えば、架空送電線（以下、「送電線」という。）やダム湖の取水口などの保守及び監視を行うために、ＧＰＳを利用して地形の影響を受けることなく無視界操縦によりラジコンヘリコプタの運航制御を行うようにしたもの（特許文献１参照）などがある。
特開２００３−１２７９９４号公報

ところで、無人ヘリコプタは、管制センタから無線通信による指令を受け、その指令に従って空中を飛行する。このため、通信環境の悪化などによって無人ヘリコプタが管制センタからの指令を適切に受けられない状態となると、管制センタによる無人ヘリコプタの運航制御を行うことができなくなり、無人ヘリコプタが地面や障害物などに衝突し、その衝突による衝撃で破損したり大破したりしてしまうおそれがあるという問題があった。

また、上記のような地面や障害物などに衝突したことによる破損等が起きてしまうと、無人ヘリコプタを正常状態に回復させるための修理に長期間を要してしまうことになるとともに、修理費用によるコスト負担が増大してしまうという問題があった。

本発明の目的は、管制センタによる無人飛行体の運航制御を行うことができない状態となった場合であっても、無人飛行体に損傷を負わせることなく回収することができる無人飛行体及び無人飛行体制御方法を提供することにある。

本発明の無人飛行体は、飛行制御を行うための飛行制御系（６０）を備える管制センタ（５０）の制御に基づいて上空を飛行するための飛行制御系（２０）を備える無人飛行体（１０）であって、あらかじめ定められた飛行状態情報を収集するための情報収集手段（２１及び４０）と、前記情報収集手段（２１及び４０）により収集された前記飛行状態情報に基づいて飛行状態を検査する飛行状態検査手段（２１）と、前記飛行状態検査手段（２１）の検査結果に応じて帰還するか否かを判定する帰還判定手段（２１）と、前記帰還判定手段（２１）の判定により帰還することに決定された場合に、帰還ルートを決定する帰還ルート決定手段（２１）と、前記管制センタ（５０）からの制御によらず、前記帰還ルート決定手段（２１）によって決定された帰還ルートに従って帰還するための飛行制御を行う帰還飛行制御手段（２１）を具備する。

前記情報収集手段（２１及び４０）が、前記無人飛行体（１０）に搭載されているエンジンの回転数を前記飛行状態情報として検知するエンジン回転数センサ（４１）、前記無人飛行体（１０）の燃料の残量を前記飛行状態情報として検知する燃料残量センサ（４２）、前記無人飛行体（１０）に搭載されている電源装置からの供給電圧を前記飛行状態情報として検知する供給電圧センサ（４３）、前記無人飛行体（１０）の位置を前記飛行状態情報として検知する位置センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）の高度を前記飛行状態情報として検知する高度センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）の速度を前記飛行状態情報として検知する速度センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）と前記管制センタ（５０）との間の通信状態を前記飛行状態情報として検知する電波強度センサ（４６）のうち、少なくとも１つを含む構成とされていてもよい。

前記飛行状態検査手段（２１）が、前記情報収集手段（２１）により収集された前記飛行状態情報が、あらかじめ定められた安全基準を満たしているか否かを判定し、前記帰還判定手段（２１）は、前記飛行状態検査手段（２１）が安全基準を満たしていないと判定したときに、安全基準を満たしていない飛行状態情報の種類に応じて、帰還するか否かを判定することを特徴とする構成とされていてもよい。

前記帰還判定手段（２１）が、前記飛行状態検査手段（２１）によって前記管制センタ（５０）との間の通信状態を示す飛行状態情報が安全基準を満たしていないと判定されたことに応じて、帰還することに決定することを特徴とする構成とされていてもよい。

帰還ルート決定手段（２１）が、往路であれば来た経路を逆に辿るルートを帰還ルートとすることに決定し、復路であればそのままの経路を帰還ルートとすることに決定することを特徴とする構成とされていてもよい。

帰還ルート決定手段（２１）が、帰還先までの平面移動経路を導出したあと、当該平面移動経路上の安全高度を導出し、導出した平面移動経路と安全高度とによって定まる立体的な経路を帰還ルートとすることに決定することを特徴とする構成とされていてもよい。

本発明の無人飛行体制御方法は、管制センタ（５０）の飛行制御に基づいて上空を飛行する無人飛行体（１０）を制御する無人飛行体制御方法であって、無人飛行体（１０）に搭載された状態情報収集手段（２１及び４０）を用いてあらかじめ定められた飛行状態情報を収集し（ステップＳ１０１〜Ｓ１０６）、前記状態情報収集手段（２１及び４０）によって収集された前記飛行状態情報に基づいて飛行状態を検査し（ステップＳ１０７）、該検査結果に応じて帰還するか否かを判定し（ステップＳ１０８，Ｓ１０９）、帰還することに決定された場合に、帰還ルートを決定し（ステップＳ１０１〜Ｓ１１１）、前記管制センタ（５０）からの制御によらず、決定された帰還ルートに従って帰還するための飛行制御を行うことを特徴とする。

前記状態情報収集手段（４０）が、前記無人飛行体（１０）に搭載されているエンジンの回転数を前記飛行状態情報として検知するエンジン回転数センサ（４１）、前記無人飛行体（１０）の燃料の残量を前記飛行状態情報として検知する燃料残量センサ（４２）、前記無人飛行体（１０）に搭載されている電源装置からの供給電圧を前記飛行状態情報として検知する供給電圧センサ（４３）、前記無人飛行体（１０）の位置を前記飛行状態情報として検知する位置センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）の高度を前記飛行状態情報として検知する高度センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）の速度を前記飛行状態情報として検知する速度センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）と前記管制センタ（５０）との間の通信状態を前記飛行状態情報として検知する電波強度センサ（４６）のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする構成とされていてもよい。

前記状態情報収集手段（２１及び４０）によって収集された収集された前記飛行状態情報が、あらかじめ定められた安全基準を満たしているか否かを判定する（ステップＳ１０７）ことで、飛行状態を検査し、安全基準を満たしていないと判定したときに、安全基準を満たしていない飛行状態情報の種類に応じて、帰還するか否かを判定する（ステップＳ１０９）ように構成されていてもよい。

前記管制センタ（５０）との間の通信状態を示す飛行状態情報が安全基準を満たしていないと判定されたことに応じて、帰還することに決定するように構成されていてもよい。

往路であれば来た経路を逆に辿るルートを帰還ルートとすることに決定し、復路であればそのままの経路を帰還ルートとすることに決定するように構成されていてもよい。

帰還先までの平面移動経路を導出したあと、当該平面移動経路上の安全高度を導出し、導出した平面移動経路と安全高度とによって定まる立体的な経路を帰還ルートとすることに決定する（ステップＳ１１１ａ〜Ｓ１１１ｃ）ように構成されていてもよい。

本発明の無人飛行体及び無人飛行体制御方法は、以下に示すような効果を奏する。
（１）管制センタによる無人飛行体の運航制御を行うことができない状態となった場合であっても、損傷を負わせることなく無人飛行体を回収することができる。
（２）管制センタによる無人飛行体の運航制御を行うことができない状態となった場合であっても、安全に無人飛行体を帰還させることができ、無人飛行体が破損や大破してしまうことを防止することができ、システムの稼働率を向上させることができるとともに、修理コストが増大してしまうことを防止することができる。

管制センタによる無人飛行体の運航制御を行うことができない状態となった場合であっても損傷を負わせることなく無人飛行体を回収するという目的を、あらかじめ定められた飛行状態情報を収集し、収集した飛行状態情報に基づいて安定した飛行が継続できないと判定した場合に発着場に帰還することに決定し、帰還ルートを決定して帰還するようにしたことにより実現した。

以下、本発明の無人飛行体及び該無人飛行体を制御する無人飛行体制御方法の実施例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１による無人飛行体を制御する無人飛行体制御システムの概略全体構成を示す図である。
本実施例による無人飛行体制御システム１は、図１に示すように、無人飛行体としてのラジオコントロールヘリコプタ１０（以下、「ラジコンヘリ１０」と称する。）と、ラジコンヘリ１０の飛行などを制御及び管理するとともにラジコンヘリ１０からの飛行状態情報を取得するホストコンピュータ５３を備える管制センタ５０とから構成される。

「飛行状態情報」は、具体的には後述するが、ラジコンヘリ１０の飛行状態を管理センタ５０側で把握するために収集される情報であって、ラジコンヘリ１０が安定飛行しているか否かを判定するために利用される情報を意味する。

図２は、ラジコンヘリの構成例を示す側面図である。
ラジコンヘリ１０は、図２に示すように、管制センタ５０との無線通信により各種情報を送受する通信アンテナ１１と、ラジコンヘリ１０の位置を検出するためにＧＰＳ（Global Positioning System）人工衛星１００（図１参照）からの信号を受信するＧＰＳアンテナ１２と、周囲監視カメラ１３と、情報収集用カメラ１４と、距離センサ１５と、方向操作装置１６と、観測センサ１７と、パラシュート装置（安全装置）１８と、制御ボックス１９とを備える。

周囲監視カメラ１３には、例えば、周囲の状況を監視するために前方及び左右側方の３方向を撮影する３式のカメラが用いられる。

情報収集用カメラ１４は、例えば、家、ビル、鉄塔などの所望の対象を撮影するためのカメラである。

距離センサ１５は、所望の撮影対象との距離を測定するためのセンサである。方向操作装置１６は、情報収集用カメラ１４及び距離センサ１５を収納する収納ケース１６ａを水平方向及び垂直方向の２軸で回転させて情報収集用カメラ１４及び距離センサ１５を向ける方向を操作する装置である。

観測センサ１７は、収納ケース１６ａの下部に固設され、ラジコンヘリ１０の周囲における環境測定を行うためのセンサである。例えば、観測センサ１７として、有毒ガスなどの濃度を検知する濃度センサなどが用いられる。なお、図２では図示されていないが、ラジコンヘリ１０には、距離センサ１５や観測センサ１７の他、飛行状態情報の収集のために用いられる各種のセンサが搭載されている（図４参照）。

パラシュート装置（安全装置）１８は、緊急時に起動してパラシュートを拡開させることによりラジコンヘリ１０本体の降下速度を緩和するための装置である。

制御ボックス１９は、ラジコンヘリ１０本体とともに通信アンテナ１１，ＧＰＳアンテナ１２，監視用カメラ１３，情報収集用カメラ１４，方向操作装置１６，距離センサ１５・観測センサ１７等の各種センサ、及びパラシュート装置１８を統括制御するコンピュータ２１（図３参照）などが収納された筐体である。

図３は、ラジコンヘリ１０が備える飛行制御系２０の構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、ラジコンヘリ１０は、飛行制御系２０として、コンピュータ２１と、コンピュータ２１に接続されたＧＰＳ部２６，距離センサ１５，制御用センサ２７，赤外センサ２８及びスイッチ機構２４（以下、「ＳＷ／Ｍｉｘｅｒ部２４」と称する。）と、ＳＷ／Ｍｉｘｅｒ部２４に接続されたモデム２３及びサーボ制御部２５と、モデム２３に接続されたデータ送受信機２２と、周囲監視カメラ１３と、周囲監視カメラ１３に接続された画像送信機２９とを備えている。

ラジコンヘリ１０は、飛行制御系２０による制御に従って、自律飛行しつつ所望の位置まで自動飛行することができる。

なお、ＳＷ／Ｍｉｘｅｒ部２４は、管制センタ５０からデータ送受信機２２及びモデム２３を介して送信されてくる制御情報に応じてラジコンヘリ１０本体の自動飛行，半自動飛行または手動飛行と飛行制御の切替を行うためのものである。

また、サーボ制御部２５は、ＳＷ／Ｍｉｘｅｒ部２４の切替に応じたデータ送受信機２２及びモデム２３を介する管制センタ５０からの制御信号またはコンピュータ２１からの制御信号に基づいてラジコンヘリ１０の本体各部１０’を機能させるサーボモータの駆動を制御する。

ここで、飛行制御系２０の制御によって実現される自律飛行について説明する。
本例では、ラジコンヘリ１０は、あらかじめ管制センタ５０で導出された軌道にもとづく移動点データ（基幹移動点データ、普通移動点データ、補間移動点データ）を含む自律飛行用のデータを、例えば飛行前に地上にて管制センタ５０から受信することなどによって取得し、自己が備える記憶媒体に保持しておくものとする。

ラジコンヘリ１０が備えるコンピュータ２１が、自律飛行用のデータに従ってサーボモータの駆動制御を行うことで、ラジコンヘリ１０の自律飛行が行われる。

なお、「基幹移動点」は、例えば目的地（例えば建物の画像を撮影する目的であるときは、その建物の周辺位置）など、管制センタ５０からの指令に応じた作業を実行するティーチングポイントを意味する。ラジコンヘリ１０は、基幹基準点に到達すると、一旦ホバリング状態となり、管制センタ５０からの指令を待つ状態となる。

「普通移動点」は、通常のティーチングポイントを意味する。ラジコンヘリ１０は、普通移動点に到達すると、次に設定されている移動点までの移動を開始する。

「補間移動点」は、管制センタ５０にて計算によって求められた仮想の移動点を意味する。ラジコンヘリ１０は、補間移動点に到達すると、次に設定されている移動点までの移動を開始する。

移動点への移動が完了したか否かは、例えば、ＧＰＳ人工衛星１００からの信号にもとづいて算出された現在位置や現在高度が、移動点が示す位置や高度と一致しているか否かによって判断される。

ラジコンヘリ１０が備えるコンピュータ２１は、移動点への移動を開始する際に、移動先を示す移動点データと現在位置とにもとづいて、機首を向ける方向を算出（例えば基準方向（例えば北方向）から目標の方向への回転角度を計算）し、算出結果に応じてサーボモータの駆動制御などを実行する。このような処理を、基幹移動点に到達するまで繰り返し実行することで、あらかじめ定められたで軌道に沿った自律飛行が行われる。

図４は、ラジコンヘリが備える情報収集系の構成例を示すブロック図である。
図４に示すように、ラジコンヘリ１０は、情報収集系３０として、情報収集用カメラ１４と、情報収集用カメラ１４で撮影した画像を録画するためのＶＴＲ（Video Tape Recorder）３１と、観測センサ１７と、高圧縮・並行処理部３２と、画像送信機２９と、サーボ制御部３６と、飛行状態情報収集部４０と、コンピュータ２１と、モデム２３と、フライトレコーダ４７と、コンピュータ２１との間に接続された記憶装置４８とを備えている。

高圧縮・並行処理部３２は、ＶＴＲ３１への録画・録音と並行して情報収集用カメラ１４からの撮影画像などを符号化及び圧縮化する機能を有する。

画像送信機２９は、高圧縮・並行処理部３２で圧縮された撮影画像及び観測センサ１７による測定データを管制センタ５０に送信する機能を有する。

サーボ制御部３６は、データ送受信機２２を介して管制センター５０から受信した制御信号などに基づいて、方向操作装置１６を動作させるサーボモータの駆動を制御する機能を有する。

なお、情報収集用カメラ１４は、通常の撮影カメラに限らず、所望の画像を撮影する場合には高倍率，広角または魚眼レンズなどの特殊なレンズを取り付けた可視カメラでもよく、温度差などの熱解析を行いたい場合やコロナ放電などを観察したい場合には赤外線カメラや紫外線カメラでもよい。

また、画像送信機２９は、観測センサ１７による測定データを送信する際には、高圧縮・並行処理部３２からの撮影画像に重畳してまたは時分割して両者を同時に送信することができるようになっている。

飛行状態情報収集部４０は、飛行状態情報を収集するための複数のセンサによって構成される。なお、飛行状態情報収集部４０に含まれる各センサは、収集対象のデータが得られる機器であれば、スイッチ、計測器、測定器などであってもよい。

本例では、飛行状態情報収集部４０は、エンジン回転数センサ４１と、燃料残量センサ４２と、電圧センサ４３と、位置・高度・速度センサ４４と、ＧＰＳ捕獲数センサ４５と、電波強度センサ４６とを含む。

エンジン回転数センサ４１は、ラジコンヘリ１０に搭載されているエンジンの回転数を検知するためのセンサである。燃料残量センサ４２は、ラジコンヘリ１０の燃料（例えばガソリンを含む混合燃料）の残量を検知するセンサである。

電圧センサ４３は、ラジコンヘリ１０に搭載されている電源装置から、ラジコンヘリ１０の各部に供給されている電圧を検知するためのセンサである。

位置・高度・速度センサ４４は、ラジコンヘリ１０の現在位置、高度、及び速度を検知するためのセンサである。すなわち、位置・高度・速度センサ４４は、ラジコンヘリ１０の現在位置を検知する位置センサと、現在高度を検知する高度センサと、速度を検知する速度センサとによって構成される。

ＧＰＳ捕獲数センサ４５は、正常に受信できているＧＰＳ信号の数（有効なＧＰＳ人工衛星１００の数）を検知するためのセンサである。

電波強度センサ４６は、ラジコンヘリ１０と管制センタ５０との間のデータ通信を正常に行うことができる電波状態であるか否かを検査するため、例えば電界強度などを検知するためのセンサである。

フライトレコーダ４７は、例えばコンパクトフラッシュ（登録商標）などの電力供給が途絶えても記憶内容を保持可能な記憶媒体によって構成される。フライトレコーダ４７には、ラジコンヘリ１０の各種状態が記憶される。具体的には、フライトレコーダ４７には、例えば、飛行した軌跡を示すデータ、飛行状態情報、制御実行データ（コンピュータ２１による制御内容）、サーボ出力データ（サーボ制御部２５,３６による制御内容）、ＧＰＳ信号の受信データなどが記憶保持される。フライトレコーダ４７は、例えば１０時間分程度のデータを記憶可能な容量を備えている。

記憶装置８１には、収集した飛行状態情報や、後述する安全基準データなどの各種のデータが格納される。

図５は、管制センタが備える飛行制御・情報収集系の構成例を示すブロック図である。
図５に示すように、管制センタ５０は、飛行制御・情報収集系６０として、ホストコンピュータ５３と、ホストコンピュータ５３に接続された操作パネル６５と、ホストコンピュータ５３に接続された情報モニタ５４と、ホストコンピュータ５３及び情報モニタ５４に接続されたナビゲーションシステム６３（目的地設定手段、障害物設定手段及び経路決定手段を構成する。）と、通信アンテナ５１（図１参照）を介してラジコンヘリ１０との間で各種情報を送受するデータ送受信機６１と、データ送受信機６１とホストコンピュータ５３との間に接続されたモデム６２と、画像受信機６４と、安全監視モニタ５５と、画像受信機６４及びホストコンピュータ５３に接続された収集映像モニタ５６と、ホストコンピュータ５３との間に接続された記憶装置８１とを備えている。

画像受信機６４は、ラジコンヘリ１０から同時に送られてくる周囲監視カメラ１３の監視映像情報及び情報収集用カメラ１４の映像情報をパラボラアンテナ５２（図１参照）を介して受信して復号化・伸長化させる機能を有する。

安全監視モニタ５５は、画像受信機６４から入力される周囲監視カメラ１３の監視映像を表示する表示装置である。

なお、収集映像モニタ５６は、情報収集用カメラ１４の情報収集映像や観測センサ１７の測定データをホストコンピュータ５３に受け渡して、ホストコンピュータ５３からその映像などを分析した結果の注目箇所などの分析映像が返送されてきたときには情報収集映像と重畳させて表示する。

モデム６２は、ホストコンピュータ５３が処理する各種情報をデータ送受信機６１とのやり取り可能にＡ／Ｄ変換またはＤ／Ａ変換する。記憶装置８１には、ラジコンヘリ１０から取得した各種の情報などの様々なデータが格納される。

次に、本例の無人飛行体制御システム１の動作について図面を参照して説明する。
図６は、飛行状態情報収集・解析処理の例を示すフローチャートである。
飛行状態情報収集・解析処理は、ラジコンヘリ１０が備えるコンピュータ２１によって実行される。すなわち、コンピュータ２１は、飛行状態情報収集処理を実行する飛行状態情報収集手段と、飛行状態情報解析処理（飛行状態検査処理）を実行する飛行状態情報解析手段（飛行状態検査手段）とを含む。なお、飛行状態情報を収集するための各センサを含んで飛行状態情報収集手段が構成されるとしてもよい。図７は、収集された飛行状態情報の例を示す説明図である。ここでは、飛行状態情報収集部４０を構成する各センサによって、図７に示すような飛行状態情報が検知されたものとして説明する。

飛行状態情報収集・解析処理において、コンピュータ２１は、エンジン回転数センサ４１から、ラジコンヘリ１０に搭載されているエンジンの回転数を示すエンジン回転数データを取得する（ステップＳ１０１）。ここでは、エンジン回転数データとして「２０００［回転／分］」が取得されたものとする。

また、コンピュータ２１は、ラジコンヘリ１０の燃料の残量を示す燃料残量データを燃料残量センサ４２から取得し（ステップＳ１０２）、ラジコンヘリ１０に搭載されている電源装置の供給電圧を示す供給電圧データを電圧センサ４３から取得する（ステップＳ１０３）。ここでは、燃料残量データとして「２０［ｌ］」が取得され、供給電圧データとして「１００［Ｖ］」が検出されたものとする。

また、コンピュータ２１は、ラジコンヘリ１０の現在位置を示す位置データ、現在の高度を示す高度データ、及び現在の速度を示す速度データを、位置・高度・速度センサ４４から取得する（ステップＳ１０４）。ここでは、位置データとしてＧＰＳ信号から算出される緯度・経度の値が取得され、高度データとしてＧＰＳ信号から算出される値「２５［ｍ］」が取得され、速度データとして「３０［ｋｍ／ｈ］」が取得されたものとする。

さらに、コンピュータ２１は、正常に受信できているＧＰＳ信号の数を示すＧＰＳ捕獲数データをＧＰＳ捕獲数センサ４５から取得し（ステップＳ１０５）、管制センタ５０との通信環境状態を示す電波強度データを電波強度センサ４６から取得する（ステップＳ１０６）。ここでは、ＧＰＳ捕獲数データとして「５個」が取得され、電波強度データとして「電界強度：○△［Ｖ／ｍ］」が取得されたものとする。

飛行状態情報を収集すると、コンピュータ２１は、収集した飛行状態情報と、あらかじめ定められた安全基準データとを比較する処理を行う（ステップＳ１０７）。

「安全基準データ」は、ラジコンヘリ１０の安全な飛行を継続することができると認められる各飛行状態情報の値の範囲を示すデータを意味し、あらかじめ定められ、事前に記憶装置４８に格納されている。

図８は、安全基準データの例を示す説明図である。
なお、図８には、非常時対応処理選択テーブルも示されている。図８に示すように、安全基準データには、各飛行状態情報それぞれについて、安全基準を満たす範囲を示す値が設定されている。なお、図８に示す値は一例であって、他の値とされていてもよい。また、安全基準データが示す安全基準は、安全基準を満たす範囲を示す値でなく、安全基準を満たす範囲を示す記号（例えば、飛行状態情報が示す値の範囲を複数レベルに分割し、分割したレベルのうちどのレベルが安全レベルであるかを示すようにした場合、その安全レベルを示す記号）等によって表すようにしてもよい。さらに、安全基準データが示す安全基準が、通常値と比較した割合（例えば、燃料について満タン状態（通常値）の１／４以上、エンジン回転数について通常状態（３５００回転／分）の４割減から４割増までの範囲）によって表すようにしてもよい。

なお、図８に示すように、各安全基準データには、各安全基準データが示す安全基準を満たさなかったときに選択される「非常時対応処理」が対応付けされている。飛行状態情報と非常時対応処理とが対応付けされたテーブルを、非常時対応処理選択テーブルと呼ぶ。「非常時対応処理」には、この例では、「落下」、「帰還」、「待機後帰還」の３種類があり、いずれの「非常時対応処理」が選択されるかは、飛行状態情報に応じてあらかじめ定められている。

コンピュータ２１は、収集した飛行状態情報と安全基準データとの比較の結果、すべての飛行状態情報が安全基準を満たしているか否か判定する（ステップＳ１０８）。

すべての飛行状態情報が安全基準を満たしていれば、コンピュータ２１は、飛行状態情報収集・解析処理を終了する。すなわち、ラジコンヘリ１０の飛行制御を継続する。

何れかの飛行状態情報が安全基準を満たしていなければ、コンピュータ２１は、安全基準を具備しない飛行状態情報の種類に応じて、非常時対応処理を決定する（ステップＳ１０９）。この例では、非常時対応処理選択テーブル（図８参照）に従って、飛行状態情報の種類に応じて非常時対応処理が選択される。

具体的には、コンピュータ２１は、安全基準を満たしていない飛行状態情報が「エンジン回転数データ」であれば非常時対応処理として「落下」を選択し、安全基準を満たしていない飛行状態情報が「燃料残量データ」であれば非常時対応処理として「帰還」を選択し、安全基準を満たしていない飛行状態情報が「供給電圧データ」であれば非常時対応処理として「待機後帰還」を選択し、安全基準を満たしていない飛行状態情報が「位置データ、高度データ、速度データ」の何れかであれば非常時対応処理として「帰還」を選択し、安全基準を満たしていない飛行状態情報が「ＧＰＳ捕獲数データ」であれば非常時対応処理として「帰還」を選択し、安全基準を満たしていない飛行状態情報が「電波強度データ」であれば非常時対応処理として「待機後帰還」を選択する。

なお、安全基準を満たしていない飛行状態情報が複数あった場合には、コンピュータ２１は、安全基準を満たしていない各飛行状態情報に対応する非常時対応処理のうち、優先順位の高い処理を選択する。なお、この例では、優先順位は、「落下」、「帰還」、「待機後帰還」の順番であるものとする。

非常時対応処理として「帰還」を選択した場合には（ステップＳ１１０）、コンピュータ２１は、帰還ルートを決定し（ステップＳ１１１）、現在設定されている軌道（例えば自動飛行のために設定されている軌道）を、決定した帰還ルートを飛行するための帰還軌道に切り替える（ステップＳ１１２）。その後、コンピュータ２１による飛行制御によって、設定された帰還軌道に沿ってラジコンヘリ１０を飛行させ、ラジコンヘリ１０の発着場に帰還させる。

非常時対応処理として「待機後帰還」を選択した場合には（ステップＳ１１０）、コンピュータ２１は、あらかじめ定められた所定期間、ラジコンヘリ１０をその場でホバリングさせ、所定期間が経過したときに飛行状態情報収集処理を再度実行し、安全基準を満たしていない状態が維持されていればステップＳ１１１に移行し、安全基準を満たす状態に回復していればステップＳ１１１に移行することなく飛行状態情報収集・解析処理を終了する（ステップＳ１１３）。

非常時対応処理として「落下」を選択した場合には（ステップＳ１１０）、コンピュータ２１は、その場に落下（この場合、パラシュート装置１８を用いて落下させ、機体の劣化・損傷、周囲への影響を最小限にする。）させるための制御を実行する（ステップＳ１１３）。なお、その場周辺に着陸させるようにしてもよい。

なお、飛行状態情報収集・解析処理は、例えば定期的（例えば１秒ごと、１分ごと）に実行されるものとする。ただし、飛行状態情報収集部４０を構成する各センサによって、情報を収集するタイミングを異ならせるようにしてもよい。

次に、帰還ルート決定処理（ステップＳ１１１）の例について説明する。
図９は、帰還ルート選択テーブルを示す説明図である。
この例では、コンピュータ２１は、図９に示す帰還ルート選択テーブルに従って、帰還ルートを決定する。

具体的には、コンピュータ２１は、帰還することに決定した際に（ステップＳ１１０）、ラジコンヘリ１０が目的地へ向けて進行中（往路）であるのか、目的地での作業を終えて発着場へ向けて帰還中（復路）であるのかを確認し、往路であればこれまで進んだルートを逆に辿る帰還ルートとすることに決定し、復路であればそのまま帰還飛行を継続する帰還ルートとすることに決定する。なお、これまで進んだルートを逆に辿る帰還ルートとする帰還軌道を生成する場合、そのまま帰還飛行を継続する帰還ルートとする帰還軌道を生成する場合のいずれにおいても、基幹移動点とされていた移動点を全て通常移動点に変更して帰還軌道が生成される。

次に、帰還ルート決定処理（ステップＳ１１１）の他の例について説明する。
図１０は、帰還ルート決定処理の他の例を示すフローチャートである。図１１は、この例における帰還ルートの決定手順を説明するための説明図である。
ここでは、図１１（Ａ）に示す状態であったときにラジコンヘリ１０に不具合が発生し、帰還することに決定された（ステップＳ１１０）ものとする。

この例では、コンピュータ２１は、先ず、現在地から発着場までの平面移動経路を導出する。平面移動経路とは、高度が考慮されていない平面的な移動経路を意味する（ステップＳ１１１ａ）。ここでは、図１１（Ｂ）に示すように、現在地（例えば経度及び緯度によって特定し、高度は考慮しない）と、発着場の位置（例えば経度及び緯度によって特定し、高度は考慮しない）とを最短で結ぶ平面移動経路を導出したものとする。

次に、コンピュータ２１は、平面移動経路上の各位置について、安全高度を導出する（ステップＳ１１１ｂ）。安全高度とは、樹木や鉄塔などの障害物がある場合にはその障害物の最高点よりも所定距離（例えば５ｍ）上方の高度、障害物がない場合には地表面から所定距離情報の高度を意味し、例えばあらかじめ記憶装置４８に記憶された安全高度データにもとづいて導出される。安全高度データは、飛行予定エリアを含む周辺エリアの各地点における安全高度が設定されたデータであり、あらかじめ作成されて記憶装置４８に格納される。ここでは、図１１（Ｃ）に示すように、ステップＳ１１１ａにて導出した平面移動経路における各地点について、現在地（例えば経度、緯度及び高度によって特定される）から発着場の位置（例えば経度、緯度及び高度によって特定される）までの安全高度を導出する。

そして、コンピュータ２１は、ステップＳ１１１ａにて導出した平面移動経路と、ステップＳ１１１ｂにて導出した安全高度とを合わせた立体的な経路を、帰還ルートとすることに決定する（ステップＳ１１１ｃ）。すなわち、ステップＳ１１１ａにて導出した平面移動経路が示す平面座標と、ステップＳ１１１ｂにて導出した安全高度が示す高度座標とを合わせた三次元座標によって特定されるルートが、帰還ルートとして決定される。そして、コンピュータ２１によって、決定された帰還ルートに従って飛行させるための帰還軌道が生成される。

以上により、無人飛行体に通信環境の悪化などの不具合が発生したときに、無人飛行体の自律制御によって無人飛行体を自動的に帰還させることができ、管制センタ５０による無人飛行体の運航制御を行うことができない状態となった場合であっても、損傷を負わせることなく無人飛行体を回収することができる。

すなわち、ラジコンヘリ１０に、自己の安定飛行に影響を及ぼす可能性のある不具合が発生しているか否かを検査する自己診断機能（飛行状態解析手段）を搭載し、その解析結果に応じて帰還などの対応を自動的にとる構成としたので、管制センタ５０による無人飛行体の運航制御を行うことができない状態となった場合であっても、損傷を負わせることなく無人飛行体を回収することができる。

また、以上により、管制センタ５０による無人飛行体の運航制御を行うことができない状態となった場合であっても、安全に無人飛行体を帰還させることができ、無人飛行体が破損や大破してしまうことを防止することができ、システムの稼働率を向上させることができるとともに、修理コストが増大してしまうことを防止することができる。

以上の説明では、安全基準を満たさない飛行状態情報の種類に応じて非常時対応処理を選択する構成としていたが、安全基準を満たさない程度、あるいは種類と程度の双方に応じて非常時対応処理を決定するようにしてもよい。具体的には、例えば、燃料残量が２リットル以上あれば「帰還」に決定し、２リットル未満である場合や２リットル以上ではあるが燃料の減り方が極端に早い場合（過去に受信した飛行状態情報と今回受信した飛行状態情報とを比較することによって判断できる。）には「落下」に決定するようにすればよい。

また、飛行状態情報収集部４０に含まれる各センサは一例であり、ラジコンヘリ１０の安定飛行に影響を及ぼす可能性のある不具合を発見できるものであればどのようなものが含まれていてもよく、例えば、ラジコンヘリ１０の傾きを検知する姿勢センサ、ラジコンヘリ１０周辺の風力を検知する風力センサ、ラジコンヘリ１０内の温度やラジコンヘリ１０周辺の温度を検知する温度センサ、ラジコンヘリ１０の振動状態を検知する振動センサなどの、他のセンサを含む構成としてもよい。

また、管制センタ５０よりラジコンヘリ１０を自動飛行させる構成としていたが、管制センタ５０の飛行制御・情報収集系６０を用いてラジコンヘリ１０を半自動飛行または手動飛行させてもよい。

さらに、無人飛行体としてラジコンヘリ１０（無人ヘリコプタ）を用いたが、無人気球，無人飛行船及び無人飛行機などを用いてもよい。

以上説明したように、本発明の無人飛行体及び無人飛行体制御方法は、無人飛行体に通信環境の悪化などの不具合が発生したときに、無人飛行体の自律制御によって無人飛行体を自動的に帰還させるために利用することができる。

本発明の実施例１による無人飛行体を含む無人飛行体制御システムの概略全体構成を示す図である。 図１に示したラジコンヘリの構成を示す図である。 図１に示したラジコンヘリの飛行制御系の構成を示す図である。 図１に示したラジコンヘリの情報収集系の構成を示す図である。 図１に示した管制センタの飛行制御・情報収集系の構成を示す図である。 図４に示したコンピュータが実行する飛行状態情報収集・解析処理の例を示すフローチャートである。 飛行状態情報収集処理によって取得された飛行状態情報の例を示す説明図である。 安全基準データと非常時対応処理選択テーブルとの例を示す説明図である。 帰還ルート選択テーブルの例を示す説明図である。 図４に示したコンピュータが実行する帰還ルート決定処理の他の例を示すフローチャートである。 帰還ルートの決定手順を説明するための説明図である。

符号の説明

１０ ラジコンヘリ
２０ 飛行制御系
２１ コンピュータ
３０ 情報収集系
４０ 飛行状態情報収集部
４７ フライトレコーダ
５０ 管制センタ
５３ ホストコンピュータ
６０ 飛行制御・情報収集系

Claims (12)

1. 飛行制御を行うための飛行制御系（６０）を備える管制センタ（５０）の制御に基づいて上空を飛行するための飛行制御系（２０）を備える無人飛行体（１０）であって、
   あらかじめ定められた飛行状態情報を収集するための情報収集手段（２１及び４０）と、
   前記情報収集手段（２１及び４０）により収集された前記飛行状態情報に基づいて飛行状態を検査する飛行状態検査手段（２１）と、
   前記飛行状態検査手段（２１）の検査結果に応じて帰還するか否かを判定する帰還判定手段（２１）と、
   前記帰還判定手段（２１）の判定により帰還することに決定された場合に、帰還ルートを決定する帰還ルート決定手段（２１）と、
   前記管制センタ（５０）からの制御によらず、前記帰還ルート決定手段（２１）によって決定された帰還ルートに従って帰還するための飛行制御を行う帰還飛行制御手段（２１）と、
   を具備することを特徴とする無人飛行体。
2. 前記情報収集手段（２１及び４０）は、前記無人飛行体（１０）に搭載されているエンジンの回転数を前記飛行状態情報として検知するエンジン回転数センサ（４１）、前記無人飛行体（１０）の燃料の残量を前記飛行状態情報として検知する燃料残量センサ（４２）、前記無人飛行体（１０）に搭載されている電源装置からの供給電圧を前記飛行状態情報として検知する供給電圧センサ（４３）、前記無人飛行体（１０）の位置を前記飛行状態情報として検知する位置センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）の高度を前記飛行状態情報として検知する高度センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）の速度を前記飛行状態情報として検知する速度センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）と前記管制センタ（５０）との間の通信状態を前記飛行状態情報として検知する電波強度センサ（４６）のうち、少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１の無人飛行体。
3. 前記飛行状態検査手段（２１）は、前記情報収集手段（２１）により収集された前記飛行状態情報が、あらかじめ定められた安全基準を満たしているか否かを判定し、
   前記帰還判定手段（２１）は、前記飛行状態検査手段（２１）が安全基準を満たしていないと判定したときに、安全基準を満たしていない飛行状態情報の種類に応じて、帰還するか否かを判定することを特徴とする、請求項１または請求項２記載の無人飛行体。
4. 前記帰還判定手段（２１）は、前記飛行状態検査手段（２１）によって前記管制センタ（５０）との間の通信状態を示す飛行状態情報が安全基準を満たしていないと判定されたことに応じて、帰還することに決定する、ことを特徴とする請求項３の無人飛行体。
5. 帰還ルート決定手段（２１）は、往路であれば来た経路を逆に辿るルートを帰還ルートとすることに決定し、復路であればそのままの経路を帰還ルートとすることに決定する、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかの無人飛行体。
6. 帰還ルート決定手段（２１）は、帰還先までの平面移動経路を導出したあと、当該平面移動経路上の安全高度を導出し、導出した平面移動経路と安全高度とによって定まる立体的な経路を帰還ルートとすることに決定する、ことを特徴とする請求項１乃至４いずれかの無人飛行体。
7. 管制センタ（５０）の飛行制御に基づいて上空を飛行する無人飛行体（１０）を制御する無人飛行体制御方法であって、
   無人飛行体（１０）に搭載された状態情報収集手段（２１及び４０）を用いてあらかじめ定められた飛行状態情報を収集し、
   前記状態情報収集手段（２１及び４０）によって収集された前記飛行状態情報に基づいて飛行状態を検査し、
   該検査結果に応じて帰還するか否かを判定し、
   帰還することに決定された場合に、帰還ルートを決定し、
   前記管制センタ（５０）からの制御によらず、決定された帰還ルートに従って帰還するための飛行制御を行う、ことを特徴とする無人飛行体制御方法。
8. 前記状態情報収集手段（４０）が、前記無人飛行体（１０）に搭載されているエンジンの回転数を前記飛行状態情報として検知するエンジン回転数センサ（４１）、前記無人飛行体（１０）の燃料の残量を前記飛行状態情報として検知する燃料残量センサ（４２）、前記無人飛行体（１０）に搭載されている電源装置からの供給電圧を前記飛行状態情報として検知する供給電圧センサ（４３）、前記無人飛行体（１０）の位置を前記飛行状態情報として検知する位置センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）の高度を前記飛行状態情報として検知する高度センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）の速度を前記飛行状態情報として検知する速度センサ（４４）、前記無人飛行体（１０）と前記管制センタ（５０）との間の通信状態を前記飛行状態情報として検知する電波強度センサ（４６）のうち、少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項７の無人飛行体制御方法。
9. 前記状態情報収集手段（２１及び４０）によって収集された収集された前記飛行状態情報が、あらかじめ定められた安全基準を満たしているか否かを判定することで、飛行状態を検査し、
   安全基準を満たしていないと判定したときに、安全基準を満たしていない飛行状態情報の種類に応じて、帰還するか否かを判定する、ことを特徴とする請求項７又は８の無人飛行体制御方法。
10. 前記管制センタ（５０）との間の通信状態を示す飛行状態情報が安全基準を満たしていないと判定されたことに応じて、帰還することに決定する、ことを特徴とする請求項９の無人飛行体制御方法。
11. 往路であれば来た経路を逆に辿るルートを帰還ルートとすることに決定し、復路であればそのままの経路を帰還ルートとすることに決定する、ことを特徴とする請求項７乃至１０いずれかの無人飛行体制御方法。
12. 帰還先までの平面移動経路を導出したあと、当該平面移動経路上の安全高度を導出し、導出した平面移動経路と安全高度とによって定まる立体的な経路を帰還ルートとすることに決定する、ことを特徴とする請求項７乃至１０いずれかの無人飛行体制御方法。
    
    

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