JP2017013653A - 飛行体搭載車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】飛行体と、該飛行体を収容する収容装置と、上記飛行体と収容装置とを繋ぐケーブルと、車両演算装置とを備え、上記飛行体が、遠隔操縦及び/又は自律により飛行して周囲環境情報を取得するものであり、上記収容装置が、上記ケーブルにテンションをかけるケーブル巻取装置を備えるものであり、上記ケーブルが給電及び通信ケーブルであり、上記周囲環境情報を利用して走行する。
【選択図】図1
Description
また、空港や航空基地等の広大な場所をテロ等から防護するため、監視を行う車両として、カメラ等の監視用センサを搭載した無人車両を用いることがある。
すなわち、無人車両が走行するためには、車両が回避すべき障害物を認識し、障害物の手前で停止したり、障害物を迂回したり(以下、これらを合せて障害物回避ということがある)して走行する必要があり、車両の周囲環境がどのようになっているかの情報を取得して、障害物の存在及びその位置を正確に認識することが重要である。
しかし、災害の被災地等においては、既存の地図に掲載されている環境情報と、実際の環境とが異なることがある。
また、戦場等の防衛用途においては、一般の地図には掲載されていない未整備の路面を走行する場合や、敵からの攻撃等により既存の道路が破壊されている場合があり、事前に作成された地図から得られる環境情報と、走行するときの環境とが異なる場合が多く、特に、戦闘が行われている状況下においては、移動する障害物等も存在し、周囲の環境が刻々と変化する。
同様に、土木作業を行う車両の場合においても行った土木作業によって周囲の環境が動的に変化する。
したがって、事前に作成された地図に基づくことでは、障害物を回避して走行することはできない。
(2)上記飛行体を複数備え、該複数の飛行体それぞれに飛行エリアが設定され、それぞれの飛行エリアが互いに異なるものであることを特徴とする上記第(1)項に記載の車両。
(3)上記収容装置が、ケーブル切断機能を有するものであることを特徴とする上記第(1)項又は上記第(2)項に記載の車両。
(4)さらに無線通信装置を備え、上記周囲環境情報を指揮装置に送信し、指揮装置からの遠隔操縦及び/又は指令に基づいて走行するものであることを特徴とする上記第(1)項〜第(3)項のいずれか1項に記載の車両。
(5)上記飛行体が無線通信装置を備えるものであることを特徴とする上記第(1)項〜上記第(4)項のいずれか1つの項に記載の車両。
本発明の車両は、図1に示すように、飛行体と、該飛行体を収容する収容装置と、上記飛行体と収容装置とを繋ぐ給電・通信ケーブルと、車両演算装置とを備え、必要に応じて、ドライブバイワイヤ装置、無線通信装置等を備える。
上記飛行体は、遠隔操縦及び/又は自律により飛行して周囲環境情報を取得するものであり、図2に示すように、周囲環境情報取得センサ、飛行センサ、飛行体演算装置、飛行装置、飛行体電源装置を備え、必要に応じて無線通信装置、GPS受信器等を備える。
また、自律とは、ロボットの状況、及び周囲環境等の情報に基づいて、何をすべきかを、ロボットに搭載された演算装置が判断して飛行又は走行することをいうが、指揮装置からの遠隔操縦が介在してもよい。
本発明においては、飛行体への電力供給が有線で行われるため、飛行体がバッテリを搭載する必要がなく機体を軽量化できると共に、高出力のモータ等を利用できるため、上記巻取力がかかっても飛行に影響を及ぼすことはない。
なお、周囲環境情報の取得は、飛行中に限るものではなく、図3に示すように、収容装置に収容された状態でも行うことができる。
すべての飛行体が同じセンサを搭載することで、短時間で広い範囲をセンシングすることが可能となり、また、異なる種類のセンサを搭載することで、飛行体の重量を軽くすることができ、機動的な飛行が可能となる。
処理能力の観点から、一般的には後述する車両に搭載された車両演算装置が、取得した周囲環境情報を用いて環境地図を作成するが、飛行体演算装置が十分な処理能力を有する場合は、これを飛行体演算装置が行っても良い。
なお、車両から送られる電力が交流である場合は、通常AC/DCコンバータが必要となる。
これらの通信は、車両が林間や谷間のような場所にいるときばかりではなく、市街地におけるビル間など、やはり電波が通じにくい場所にいるときにおいても同様に有効である。
これらの通信を確立するためには、一般には飛行体の代わりにバルーンのようなものに無線通信装置を搭載し、上空に上げることが考えられる。しかし無線通信におけるアンテナは、長い通信距離を実現するものほど垂直方向の指向性が狭くなる傾向がある(指向性が高くなる)ため、アンテナの向きの制御が重要となる。
したがって、姿勢制御が可能である飛行体は、アンテナの姿勢を一定に保つことが容易であるため、特に上空に風が有るときにおいては、バルーンよりも高い品質の通信を確立することができる。
また、飛行体の役割を変えることで、一機の飛行体に搭載するセンサが少なくなり、飛行体が小型化され機動的に飛行することが可能となる。
したがって、早期に障害物を発見し、迂回した経路を計画することが可能となり、障害物を回避するための停止や切返しの回数が減少するため、車両の平均走行速度が増し、結果として車両の走行や作業の効率を向上させることができる。
上記収容装置は、飛行体が飛行していないときに車両上に飛行体を安定に保持するものであり、車両の屋根や荷台等に設置される。
万が一、ケーブルが障害物に絡まり、車両の走行が阻害される場合は、ケーブルの接続を解除してケーブルごと飛行体を廃棄する。
具体的には、ケーブルのテンションがあらかじめ設定した値以上の状態が一定時間継続した場合、ケーブルが絡まったと自動的に判断し、巻取装置に装着したカッタによりケーブルを切断する、又は、上記ケーブルのテンション情報を指揮装置に送信し、遠隔操縦者の指令によって巻取装置に装着されたカッタで、ケーブルを切断する。
上記ケーブルは車両と飛行体を繋ぎ、車両と飛行体との通信及び車両から飛行体への給電を行うものである。飛行体と車両とをケーブルで繋ぐことで、無線通信が途切れ易い林間等の障害物が多い場所でも通信を確立することができ、無線通信に比して大容量かつ安定した通信が可能となる。さらに、ケーブルを介して給電するため飛行時間の制限がなく継続して飛行して情報収集することが可能となる。
加えて、飛行体にバッテリ、燃料等の重量物の搭載が不要となるため、飛行体を小型、軽量化することが可能であり、飛行体を高機動で運用することとができる。
車両に搭載される車両演算装置は、環境情報処理機能、自己位置標定機能、経路計画機能、車両制御機能、及び、飛行***置・姿勢検出機能を有する。
例えば、n台の飛行体を車両に搭載して運用する場合、車両を中心として周囲を360°/nに分割した異なる飛行エリアを設定し、それぞれの飛行体に飛行エリアを割り当て、該飛行エリアから出ないように制御する方法が挙げられる。さらに、隣り合う飛行エリアの境界に緩衝区域を設け、該緩衝区域に飛行体が入らないように制御することで、飛行体同士の衝突防止、及びケーブルの絡まりを確実に防止できる。
なお、飛行エリアの設定は、等分分割でなくてもよく、例えば、車両の前方に多くの飛行体を飛行させてもよい。
上記ドライブバイワイヤ装置は、これに電気信号を与えることによりアクセル、ブレーキ、ステアリングを所定量動作させ、シフトを所定位置に設定する機能を有するものである。そのような機能を有さない車両に対しては、アクセル、ブレーキ、ステアリング、シフト等にアクチュエータを取り付けて実現することがある。
無線通信装置は、指揮装置や、他の有人車両及び/又は無人車両、飛行体等との通信を行うものであり、通信機とアンテナとを有する。上記無線通信装置は、車両及び/又は飛行体に設けられる。
無線通信装置が飛行体に備えられることで、林間、谷間、ビル間等の電波が届きにくいところでも、飛行体を上空に飛行させることで通信が可能となる。
上記車両は、基本的な走行の機能を有するものであればよく、エンジン車、電動車又はこれらを合わせたハイブリッド車であってもよく、また、装輪タイプ、装軌(無限軌道)タイプ、又は、これらを合わせたハイブリッドタイプなどを挙げることができる。
本発明の車両は、遠隔操作及び/又は自律により走行することが可能であるが、人が乗車して有人で走行することもできる。
次に車両の動作について説明する。
車両に搭載された演算装置(車両演算装置)は、指揮装置からの指令又は予め設定された指令に従い、収容装置に収容している飛行体を飛行させる。そして、エンジン又は車両に搭載する発電機等で発電した電力を、ケーブルを介して飛行体に給電する。
飛行体はケーブルから給電を受けながら上記車両演算装置からの指令に従って、または自律により、車両の周囲を飛行して周囲環境情報を取得し、飛行体の状態(ハウスキーピング情報)と合わせてケーブルを介して車両演算装置に送信する。
車両が停止している場合は、複数の飛行体を同時に運用しても、上記のように異なる飛行エリアを設定することで、飛行体同士の衝突やケーブルの絡みを回避することができる。
そして、ケーブルが絡まる虞があるときは、上記車両演算装置は、飛行体に帰還指令を送信し、及び/又は収容装置の巻取装置にケーブル巻き取り指令を送信して、飛行体を帰還させる。
しかし、ケーブルが絡まって飛行体を帰還させることができず、車両の走行を妨げる状態となったと判断したときは、上記車両演算装置は、自動で巻取装置にケーブル切断指令を送信し、又は、ケーブルが絡まったことを指揮装置に送信して、指揮装置からの指令を待って、巻取装置にケーブル切断指令を送信する。
ケーブル切断指令を受けた巻取装置がケーブルを切断することで車両の走行が確保される。
Claims (5)
- 飛行体と、該飛行体を収容する収容装置と、上記飛行体と収容装置とを繋ぐケーブルと、車両演算装置とを備え、
上記飛行体が、遠隔操縦及び/又は自律により飛行するものであり、
上記収容装置が、ケーブル巻取装置を備えるものであり、
上記ケーブルが給電及び通信ケーブルであり、
上記飛行体で周囲環境情報を取得して走行するものであることを特徴とする車両。 - 上記飛行体を複数備え、該複数の飛行体それぞれに飛行エリアが設定され、それぞれの飛行エリアが互いに異なるものであることを特徴とする請求項1に記載の車両。
- 上記収容装置が、ケーブル切断機能を有するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両。
- さらに無線通信装置を備え、上記周囲環境情報を指揮装置に送信し、指揮装置からの遠隔操縦及び/又は指令に基づいて走行するものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両。
- 上記飛行体が無線通信装置を備えるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の車両。
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