JP2021000941A - マルチコプターの着陸システム - Google Patents

Abstract

【課題】より安全に着陸させることができるマルチコプターの着陸システムを提供することを課題とする。【解決手段】遠隔操作又は自動操縦されるマルチコプター２と、運搬可能な着陸ポート装置５を有する。着陸ポート装置５は、マルチコプター２が着地可能な着陸スペース３０を有する。マルチコプター２の高度を低下させて着陸させる自動着陸手段と、マルチコプター２を着陸ポート装置５に誘導する誘導手段を備えている。誘導手段によって任意の位置に置かれた着陸ポート装置５にマルチコプター２を誘導し、自動着陸手段によって着陸ポート装置５の着陸スペース３０にマルチコプター２を自動着陸させることが可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に「ドローン」と称されるマルチコプターに関するものである。

複数のプロペラを有し、垂直離着陸するマルチコプターが知られている。マルチコプターは、当初、玩具として販売されたが、次第に高機能化し、航空写真の撮影や、物資の運搬等の業務用にも使用されつつある。

特開２０１８−１２９７１３号公報

マルチコプターは、一般に、無線によって遠隔操縦される。マルチコプターの操縦には熟練を要する。特に、着陸には熟練を要する。操縦に不慣れな者が操作すると、着陸に失敗し、プロペラや機体本体を破損する場合がある。
また業務用のマルチコプターは、プロペラの径が大きく、且つモータも強力であるから、プロペラが人に当たると怪我をすることとなり、人が容易に近づくことができない。そのため、操縦者の安全を確保するために、操縦者からある程度離れた位置にマルチコプターを着陸させる必要がある。
操縦者から離れた場所へのマルチコプターの誘導も初心者には難しい。
また操縦者の熟練度にかかわらず、着陸地点の周辺環境、例えば悪天候や障害物の存在によって、着陸時におけるより高い安全性を確保する必要もある。

本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、より安全に着陸させることができるマルチコプターの着陸システムを提供することを課題とする。

上記した課題を解決するための態様は、遠隔操作又は自動操縦されるマルチコプターと、運搬可能な着陸ポート装置を有し、着陸ポート装置は、マルチコプターが着地可能な着陸スペースを有し、マルチコプターの高度を低下させて着陸させる自動着陸手段と、マルチコプターを着陸ポート装置に誘導する誘導手段を備え、任意の位置に置かれた着陸ポート装置に、前記誘導手段によってマルチコプターを誘導し、前記自動着陸手段によって着陸ポート装置の着陸スペースにマルチコプターを自動着陸させることが可能であることを特徴とするマルチコプターの着陸システムである。

自動着陸手段及び誘導手段は、マルチコプター側が具備していてもよく、着陸ポート装置側が具備していてもよい。また両者が協働して自動着陸手段及び誘導手段として機能してもよい。さらには操縦装置等の他の機器が自動着陸手段や誘導手段を備えていてもよい。
本態様のマルチコプターの着陸システムは、マルチコプターと、着陸ポート装置を有している。着陸ポート装置は、人力あるいは車両等に搭載して持ち運びすることができる。本態様の着陸システムでは、マルチコプターを着陸させたい場所に着陸ポート装置を運んで地面等に置く。
本態様の着陸システムは、誘導手段を備えている。また本態様の着陸システムは、自動着陸手段を備えている。
例えばマルチコプターは誘導手段に誘導されて着陸ポート装置の上空に飛来し、自動着陸機能によってゆっくりと降下し、着陸スペースに軟着陸する。

前記マルチコプター及び着陸ポート装置は、位置情報取得手段を有することが望ましい。

例えばＧ．Ｐ．Ｓ（Global Positioning System 全地球衛星測位システム）を搭載していることが望ましい。

前記マルチコプターを着陸ポート装置から離陸させることが可能であることが望ましい。

本態様によると、着陸ポート装置からマルチコプターを離着陸させることができる。

同様の課題を解決するためのもう一つの態様は、マルチコプターと、マルチコプターを無線操縦する操縦装置と、操縦装置とは別個に運搬可能な着陸目標装置を有し、マルチコプターの高度を低下させて着陸させる自動着陸手段と、マルチコプターを着陸目標装置に誘導する誘導手段を備え、前記誘導手段によって任意の位置に置かれた着陸目標装置の位置又はその近傍にマルチコプターを誘導し、前記自動着陸手段によって着陸目標装置の位置又はその近傍に前記マルチコプターを自動着陸させることが可能であることを特徴とするマルチコプターの着陸システムである。

本態様のマルチコプターの着陸システムは、マルチコプターと、操縦装置と、着陸目標装置を有している。着陸目標装置は、人力あるいは車両等に搭載して持ち運びすることができる。本態様の着陸システムでは、マルチコプターを着陸させたい場所に着陸目標装置を運んで地面等に置く。
本態様の着陸システムは、誘導手段を備えている。また本態様の着陸システムは、自動着陸機能を備えている。
そのためマルチコプターは誘導手段に誘導されて着陸ポート装置の上空に飛来し、自動着陸機能によってゆっくりと降下し、着陸目標装置の近傍に軟着地する。

本発明のマルチコプターの着陸システムによると、マルチコプターをより安全に着陸させることができる。

本発明の実施形態のマルチコプターの着陸システムの構想図である。 本発明の実施形態のマルチコプターの着陸システムで採用するマルチコプターと着陸ポート装置（着陸目標装置）の制御装置ブロック図である。 マルチコプターの動作を説明する説明図である。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
本実施形態のマルチコプターの着陸システム１（以下 単に着陸システム１と称する場合がある）は、図１の様に、マルチコプター２と、操縦装置３と、着陸ポート装置（着陸目標装置）５によって構成されている。
マルチコプター２は、４枚プロペラ７のドローンであり、無線によって遠隔操作される。マルチコプター２は、公知のそれと同様に、プロペラ７を回転することによって中空に浮き上がり、各プロペラ７の回転数を相違させることによって水平方向に移動する。また各プロペラ７の回転数を相違させることにより、機体を回転させることや、機体の向きを変えつつ斜め上に進むといった多彩な動きをさせることもできる。

マルチコプター２には、電池、モータ及び制御装置１０が搭載されている。
制御装置１０は、図２の様にＧ．Ｐ．Ｓ１１、対操縦装置通信手段１２、対着陸ポート通信手段１３、着陸制御手段（自動着陸手段）１５、自動飛行手段１６及びモータ制御手段１７を有している。
即ちマルチコプター２には、Ｇ．Ｐ．Ｓ１１が搭載されており、位置情報取得手段を備えている。マルチコプター２は、全地球衛星測位システムにより、現在の位置座標を認識することができる。
対操縦装置通信手段１２は、操縦装置３から発せられる操作信号を受信するものであり、対操縦装置通信手段１２で受信される操作信号に基づいてモータ制御手段１７が制御される。即ち操縦装置３から発せられる操作信号を対操縦装置通信手段１２で受信し、モータ制御手段１７によって各プロペラ７のモータが駆動され、マルチコプター２が昇降及び横行する。

対着陸ポート通信手段１３は、着陸ポート装置５との間で相互通信する手段である。
着陸制御手段（自動着陸手段）１５は、マルチコプター２の位置と姿勢を保ちつつ、プロペラ７の回転速度を低下させ、マルチコプター２をゆっくりと降下させる制御を行うものである。
またマルチコプター２には、自動飛行手段１６が備えられている。自動飛行手段１６は、現在の位置から指定された位置に自動的に飛行させる制御を行うものである。

マルチコプター２には、他に、スピードコントローラ、フライトコントローラ、ジャイロ、加速度計、コンパス、高度計、視覚センサー等が搭載されている。

着陸ポート装置５は、図１の様に板状であり、中央に着陸スペース３０がある。着陸スペース３０の面積は、マルチコプター２が占める平面と同等またはそれよりも大きく、表面は平滑である。また着陸ポート装置５は、ある程度の剛性があり、置かれた地面に凹凸があっても、表面は平滑さを保つ。
着陸ポート装置５には、離陸スイッチ３１と着陸スイッチ３２が設けられている。
着陸ポート装置５は、持ち運び自在であり、人力、あるいは車両に搭載して移動させることができる。

着陸ポート装置５にも制御装置２０が搭載されている。
着陸ポート装置５の制御装置２０は、図２の様にＧ．Ｐ．Ｓ２１、対操縦装置通信手段２２、対マルチコプター通信手段２３及び補正手段２５を有している。
本実施形態では、着陸ポート装置５にもＧ．Ｐ．Ｓ２１が搭載されており、位置情報取得手段を備えている。
対操縦装置通信手段２２は、操縦装置３から発せられる操作信号を受信するものである。
対マルチコプター通信手段２３は、マルチコプター２との間で相互通信する手段である。
補正手段２５は、マルチコプター２の位置を補正する補正信号を作成するプログラム及び回路である。

操縦装置３は、公知のプロポーショナルコントローラであり、左スティック４０と右スィテック４１を有している。操縦装置３の左スティック４０と右スティック４１の機能は、メーカによって相違し、モード１からモード４の種類がある。本実施形態の操縦装置３は、モード２を採用するものである。
本実施形態の操縦装置３では、左スティック４０は、マルチコプター２を昇降させる操作棒であり、操作量に応じてマルチコプター２のプロペラ７の回転数が増減する。
右スティック４１は、マルチコプター２の進行方向を変えるための操作棒である。
また操縦装置３には、離陸スイッチ４２と、着陸スイッチ４３が設けられている。

本実施形態の着陸システム１は、着陸ポート装置５からマルチコプター２を離陸させ、さらに飛行中のマルチコプター２を誘導して着陸ポート装置５に自動着陸させることができる。
本実施形態では、マルチコプター２のＧ．Ｐ．Ｓ１１によってマルチコプター２の現在の位置を検知し、着陸ポート装置５のＧ．Ｐ．Ｓ２１が検知する位置に向かってマルチコプター２を自動飛行させる。さらに補正手段２５によってコースを微調整しつつ、着陸制御手段（自動着陸手段）１５によってマルチコプター２を降下し、着陸ポート装置５に着陸させる。
本実施形態では、マルチコプター２のＧ．Ｐ．Ｓ１１、着陸ポート装置５のＧ．Ｐ．Ｓ２１、自動飛行手段１６及び補正手段２５によってマルチコプター２を着陸ポート装置５に誘導する誘導手段が構成されている。

次に本実施形態の着陸システム１の動作を具体的に説明する。
着陸システム１を利用する際には、マルチコプター２と、操縦装置３及び着陸ポート装置５のペアリングを行い、相互通信が可能であって、且つ他の機器との混信を防ぐ処置が行われる。
そしてマルチコプター２を、着陸ポート装置５の着陸スペース３０に置く。
その後、着陸ポート装置５又は操縦装置３の離陸スイッチ３１、４２を操作する。

その結果、マルチコプター２、操縦装置３及び着陸ポート装置５間の相互通信により、マルチコプター２のモータが起動し、プロペラ７が回転してマルチコプター２が中空に浮き上がる。
マルチコプター２は、フライトコントローラや高度計の機能によって、一定の高さの位置でホバリングする。
その後は、操縦装置３の左スティック４０と右スティック４１を操作することにより、マルチコプター２を飛行させる。或いは自動飛行手段１６によって自動操縦し、目的の場所に向かって飛行させる。

マルチコプター２を帰還させる際には、着陸ポート装置５又は操縦装置３の着陸スイッチ３２、４３を操作する。
なお着陸ポート装置５は持ち運び自在であるから、マルチコプター２を離陸させた後に、着陸ポート装置５を動かし、位置を変えてもよい。

着陸スイッチ３２、４３が操作されると、着陸ポート装置５から、着陸ポート装置５の位置に関する情報が、マルチコプター２に送信される。マルチコプター２では、自動飛行手段１６が機能し、図３（ａ）から図３（ｂ）の様に、着陸ポート装置５の上空に向かってマルチコプター２が自動飛行する。また補正手段２５によってマルチコプター２の位置が微修正される。図３（ｂ）の様に、マルチコプター２が着陸ポート装置５の上空に到達すると、着陸ポート装置５の真上の位置でホバリングする。
そしてその後、着陸制御手段（自動着陸手段）１５が機能し、マルチコプター２はゆっくりと降下し、着陸スペース３０に軟着陸する。
マルチコプター２が降下する際にも、補正手段２５によってマルチコプター２の位置が修正されるので、マルチコプター２は着陸スペース３０から外れることなく着地する。

上記した実施形態では、着陸ポート装置５の補正手段２５から補正信号が出力され、マルチコプター２の位置が調節されるが、マルチコプター２側に補正手段２５があってもよい。例えば、マルチコプター２が搭載するカメラによって、着陸ポート装置５や描かれたマークを認識し、マークの位置に着陸できる様にマルチコプター２の位置を修正してもよい。

本実施形態で採用する着陸ポート装置５は、前記した様にある程度の剛性があるので、地面に凹凸があっても着陸スペース３０は平滑性を保つ。例えば岩場の様なごつごつした場所に着陸ポート装置５を置いても着陸スペース３０は平面を保つ。
逆に雪上の様な柔らかい場所に着陸ポート装置５を置いても着陸スペース３０は平面を保つ。そのため本実施形態の着陸システム１を採用すると、通常では着陸不能な場所であってもマルチコプター２を着陸させることができる。
また着陸ポート装置５にフロートを付けて水面に浮かせることにより、水上にマルチコプター２を着陸させることもできる。
着陸ポート装置５を携行し易い様に折り畳み式としてもよい。また着陸ポート装置５は組み立て式であってもよい。

特殊な用途として、遭難救助に着陸システム１を役立たせることもできる。例えば、山岳遭難の救助に向かう際に、着陸ポート装置５を携行する。マルチコプター２は、ふもとの基地に待機させる。
遭難者を発見すると、その場所に着陸ポート装置５を置く。また無線通信等によって、必要な薬剤や物資を基地に知らせ、マルチコプター２に搭載する。そして基地からマルチコプター２を発進して着陸ポート装置５に着陸させ、必要な物資を届ける。
山小屋や、尾根筋の遭難し易い場所に、着陸ポート装置５を置いておき、必要に応じて、持ち出してもよい。

同様に海難救助や、水難救助にも着陸システム１を適用可能である。例えば、漁船や客船等に着陸ポート装置５を搭載する。より望ましくは、救命ボートに備品の一つに着陸ポート装置５を含める。
救助に向かう航空機や船舶に着陸ポート装置５を搭載し、海上に投下してもよい。
海水浴場の複数の位置、例えば岩、防波堤、防波機器等に着陸ポート装置５を配備してもよい。

以上説明した実施形態では、着陸スペース３０を有する着陸ポート装置５にマルチコプター２を誘導して着陸させるが、着陸スペースを有さず、単に着陸目標装置として使用してもよい。

本実施形態のマルチコプターの着陸システム１によると、初心者でもマルチコプター２を安全に着陸させることができる。
また本実施形態のマルチコプターの着陸システムを活用すると、悪天候下における着陸や、周囲に障害物が多い場所にマルチコプター２を着陸させることも可能となる。
例えば着陸地点が強風下であったり、周囲に立木、電柱、ビル等の障害物がある様な場合、あるいは着陸地点が船上等であって移動中である様な場合であっても、危険性を低めて安全に着陸させることができる。

１ マルチコプターの着陸システム
２ マルチコプター
３ 操縦装置
５ 着陸ポート装置（着陸目標装置）
１０ 制御装置
１１，１２ Ｇ．Ｐ．Ｓ
１５ 着陸制御手段（自動着陸手段）
３０ 着陸スペース

Claims (4)

1. 遠隔操作又は自動操縦されるマルチコプターと、運搬可能な着陸ポート装置を有し、
   着陸ポート装置は、マルチコプターが着地可能な着陸スペースを有し、
   マルチコプターの高度を低下させて着陸させる自動着陸手段と、マルチコプターを着陸ポート装置に誘導する誘導手段を備え、
   任意の位置に置かれた着陸ポート装置に、前記誘導手段によってマルチコプターを誘導し、前記自動着陸手段によって着陸ポート装置の着陸スペースにマルチコプターを自動着陸させることが可能であることを特徴とするマルチコプターの着陸システム。
2. 前記マルチコプター及び着陸ポート装置は、位置情報取得手段を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチコプターの着陸システム。
3. 前記マルチコプターを着陸ポート装置から離陸させることが可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチコプターの着陸システム。
4. マルチコプターと、マルチコプターを無線操縦する操縦装置と、操縦装置とは別個に運搬可能な着陸目標装置を有し、
   マルチコプターの高度を低下させて着陸させる自動着陸手段と、マルチコプターを着陸目標装置に誘導する誘導手段を備え、
   任意の位置に置かれた着陸目標装置の位置又はその近傍に、前記誘導手段によってマルチコプターを誘導し、前記自動着陸手段によって着陸目標装置の位置又はその近傍に前記マルチコプターを自動着陸させることが可能であることを特徴とするマルチコプターの着陸システム。

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