JPWO2017006421A1 - 回転翼機着陸装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る配送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態では、荷物を搭載可能な回転翼機(以下、ドローンという)を例に挙げて説明する。ドローン1は、回転翼、回転翼を回転させるモータ、これらを制御する制御装置、これらに電力を供給するバッテリー、遠隔制御用の無線通信を行う通信部、測位手段としてのGPS(Global Positioning System)システム、及び自身の姿勢を把握するための水平器や各種センサ(いずれも図示略)などを備えているが、撮像機能を備える必要はない。なお、GPSシステムは、ドローン1が目的地まで自律的に飛行するために必要な位置取得手段であるが、GPSシステムに代えて、例えば地上に配置された複数の基地局からのビーコン信号を基に自身の位置を把握して飛行するものであってもよい。
上記の実施形態を次のように変形してもよい。
[変形例1]非降雪地域における着陸装置
実施形態で説明した着陸装置21は大規模な降雪にも耐えうる機構であったが、非降雪地域では図8に示すような構成の着陸装置を用いてもよい。着陸部240は、ユーザ宅20の最上階から煙突状に鉛直上方に突出した筒体250に収容されており、筒体250の上端には開閉機構260が設けられている。ドローン1の着陸時以外の期間は開閉機構260が閉じており、ドローン1の着陸時のみ開閉機構260が開くので、軽度の降雪なら着陸装置の連続運用が可能である。筒体250に換気扉や換気扇を備えておいてもよい。 図8において、ドローン1の着陸時には、開閉機構260が閉状態(図中点線)から開状態(図中実線)となる。ドローン1は荷物を懸垂した状態で着陸部240に着陸する。ドローン1から荷物が切り離されると、着陸部240は昇降機構によってユーザUの居住スペースまで下降する。この昇降機構は、ドローン1から再び荷物を受け取る高さまで上昇することが可能である。
着陸装置21の筒体230に換気装置や排煙装置を設置し、住宅が通常備える換気システムや火災発生時の排煙システムと併用するようにしてもよい。これにより住宅の製造コストを抑えることができる。例えば着陸装置21の排煙システムが宅内の火災報知器と連動して、火災発生時に排煙を行う。さらに、火災発生と同時に、通報・災害観測用のドローンをその火災発生場所に派遣するようにしてもよい。着陸装置21は、居住スペースよりも高い位置に設置されるので、居住スペースに設置される場合よりも高い排煙効果が期待できる。
各着陸装置21に、例えば風速、風向、温度、湿度、降雨、視界、気圧等の気象データを観測する気象観測装置を設置してもよい。宅内制御装置22は、これらの気象観測装置によって取得された気象データを管理システム30に送信する。管理システム30は、気象庁などが保持する通常の気象観測システムに加え、これら宅内制御装置22から送信されてきた気象データを気象DB33に蓄積することで、例えば局地的に発生している低気圧なども識別することが期待できる。さらに、管理システム30は、ドローン1の墜落原因を、例えば機体起因、気象条件起因、物理障害起因、システム起因等に区別して記憶した障害データベースを参照し、ドローン1の飛行可否判断を行ってもよい。
実施形態では、荷物の配送サービスに着陸装置21を用いていたが、周囲を飛行しているドローンの緊急着陸先として着陸装置21を提供してもよい。ドローン1が緊急着陸する場合、例えば郊外では河川や林、或いは大きな工場の屋根など、比較的安全な待避場所が見つけられるが、都市部ではそのような場所の確保が困難である。道路などに降りる場合は電線や歩行者が障害になり、また、ビルの屋上では避雷針や人間の出入りを考慮する必要がある。そこで、ドローン1はバッテリーの電圧低下やモータの異常などを検出して、メンテナンス可能な着陸設備までたどり着けないと判断された場合には、通信部から無線で緊急信号を出す。その緊急信号を受信した着陸装置21のうち、他のドローンの到着予定がない着陸装置21は、受け入れ可能信号を発信する。ドローン1がその受け入れ可能信号を受信して応答すると、着陸装置21は実施形態と同様にしてそのドローン1を遠隔制御し、着陸部210へと着陸させる。
地震等の災害直後は、被害状況の確認を主な任務とする産業ドローンの利用が想定される。このような災害時に支援物資が必要と思われる場所(例えば役所や学校などの公共施設)に、実施形態における着陸部210に相当する着陸装置を、災害用のポータブル着陸装置として届けておいてもよい。これにより、ドローンによる支援物資の輸送が可能になる。この着陸部210は、バッテリー、カメラ、赤外線カメラ、距離測定部、GPS、通信部を搭載している。この通信部はリピーター機能を有しており、通信範囲内にある他の着陸部210の通信部を通信可能である。このため、通信機能が失われた大規模災害時においても、各々の着陸部210がリピーターとなり、支援物資を搭載したドローンの中継基地として機能したり、或いは、情報を伝送する。
なお、着陸装置21は、基本的に戸建て住宅などを対象としていたが、これに限らず、公共施設や仮設のイベント会場でも利用することが可能である。
例えば太陽嵐の発生により、全てのドローン1が一斉に墜落する可能性がある。このような場合にはドローン1に設けられたパラシュートが開いて軟着陸するようになっているが、さらに、地上に居る人間に対して上空から降下してくるドローン1があることを伝えるようにしてもよい。具体的には、パラシュートに笛を取り付けておき、ドローン1が落下するときの空気抵抗によりその笛から音が出るようにしてもよい。
実施形態で説明したドローン1は撮像機能を搭載しないので、日常的に飛んでいてもプライバシーを侵害することはない。一方、現実には、撮像機能(カメラ)を搭載したドローンも一定数飛行していることから、着陸装置21にこの種のカメラ搭載ドローンが近づいた場合には、ユーザに対して警報を出すようにしてもよい。以下の表はドローンの分類の一例である。
総合管制 :総合管制システムからの離陸・航路・回避などの指示により飛行する機能の有無(◎:必ず有る、○:有ることが多い、×:無し、以下同様)
カメラ :カメラ搭載の有無
荷物運搬 :荷物運搬機能の有無
手動操縦 :ユーザの意思により航路を変更する機能の有無
自動飛行 :ユーザの意思を反映した航路を自律航法で飛行する機能の有無
近接計測 :電線や樹木の位置をリアルタイムで取得して、自動で接触を回避する機能の有無
緊急着陸:非常時に着陸装置を着陸場所として利用する機能の有無
近接警報:着陸装置に近づいてきているときに警報が出される対象となるドローンかどうか(◎:必ず警報が出されるドローン、○:警報が出されることが多いドローン、×:警報が出されないドローン)
分類2の空撮ドローンとは、例えば写真・動画の撮影を目的としたドローンであり、一般に、飛行前に航路計画が申請される。この航路計画は、事前にシミュレータにて確認可能である。空撮ドローンであっても、撮影禁止エリアにおいては撮影できないか、もしくは、モザイクなどの画像処理が入る。
分類3の配送ドローンとは、空輸を目的としたドローンであり、短距離且つ軽量な荷物の空輸を受け持つ。極端に重い荷物は産業ドローンの適用範囲となる。ユーザが設定できるのは、出発地・目的地・積載重量・着時刻などである。配送ドローンには、カメラは搭載されず、これにより、プライバシー侵害の可能性を排除する。目的地となる着陸装置付近までは、GPSやビーコンにより自動航行し、着陸装置直上付近にて、着陸装置と通信を行い、管制を着陸装置に任せる。荷物の受け渡し後に一定高度に入った段階で、着陸装置の管制は解除される。
分類4のホビードローン とは、ホビー用途や簡易的な空撮を目的としたドローンである。GPSシステムは搭載されるものの、自動航行は認められない。ユーザの意思とコントロール電波途絶による自動ゴーホームが認められる。FPV(First Person View) 、つまり空撮中の画像を地上のモニターによってリアルタイムで確認することはできるが、その見通し距離は100m程度に制限される。専用の周波数を割り当てることにより、着陸装置からホビードローンの存在を察知することが可能である。
管理システム30は、ドローン1のバッテリーに関する様々な属性情報を倉庫内制御装置12等から取得して記憶するようにしてもよい。具体的には、倉庫内制御装置12に接続された充電器が、通信ネットワーク40を介して、バッテリーの識別情報であるバッテリーID、バッテリーの充電量、現在の電圧、予想される充電完了時刻を管理システム30に送る。管理システム30は、バッテリーID、飛行中のドローン1のバッテリーの電圧変化、バッテリーの充電の状況を記憶しており、これらを基に個々のバッテリーの劣化の状況を判断する。
ホビードローン以外は、ブラックボックスの搭載が義務となる。暴走・墜落時の事後的な原因の究明と、犯罪行為の抑止のためである。ブラックボックスには、以下の情報が一定時間記録される。
ドローンの位置データ(緯度・経度・高度。事故後に飛行再現が可能なレベル)
ドローンに搭載されたカメラの画像データ(直上、直下を含む360°)
ドローンにおけるバッテリー搭載履歴
ドローンに搭載されたバッテリーの電圧変化
ドローン飛行中のモータ回転数変化
配送ドローンにはカメラを搭載しないことが原則であるが、ブラックボックス用のカメラについてはこの原則の例外として、搭載するようにしてもよい。このカメラの画像は、事故発生以外は外部に出されることはない。
ブラックボックス搭載カメラは飛行前に以下の手順でイニシャルチェックがなされる。
1 管理システム30からの飛行許可が下りる。
2 ドローンが荷物を搭載して離陸装置にセットされる。
3 離陸前の最終確認が(ドローンと離陸装置との通信チェック)がなされる。
4 離陸装置側の表示画面にランダム英数字(例:A8u6IV684s)が表示される。
5 ブラックボックスのカメラが上記表示画面を撮像し、ランダム英数字を離陸装置に文字データとして送信する。
6 離陸装置側で両者のランダム英数字が一致した場合は、ドローンへ離陸許可が出される。
配送ドローンは、現場の人員により犯罪に用いられる可能性がある。例えば荷物を途中で盗むとか、別のカメラを搭載して配送先を盗撮するとか、爆弾を取りつけてテロに用いるなどである。このような犯罪の抑止力と犯人逮捕の為に、ブラックボックスにカメラが取りつけられている。離陸直前にこのカメラが正常動作している確認を取るべく、上記のイニシャルチェックが行われる。
離陸までの手順は以下のとおりである。荷物50を離陸装置の荷受け部分に入れる。離陸装置では、荷物の外箱のバーコードから外寸サイズを取得する。計測された実測重量から、必要最低限のドローン規格を選定する。傾きテストにて、飛行時の荷物傾きが発生するかを推測する。荷物内に危険物(爆発物・噴霧器)などが無いかを確認する。飲食物などの専用配送の場合は、傾きテストを省略する。その代わりに、専用の箱を考案し、上空での不用意な荷物の偏りを防ぐ。
配送ドローンは、以下の航路を飛行する。
公道、河川直上:上空権の関係から、ドローンは公道と河川直上を自動車と同じ法則(左側通行と優先道路の関係)で飛行する。交差点では、飛行高度を航路図に示された値に維持して衝突を回避する。優先道路に合流する際は、管理システム30側と連携して、近接するドローンを確認しつつ、ドローン搭載のセンサにより衝突なく合流する。
指定された航路:第三者の私有地の直上でも、航路は飛行可能とする。主に、道路直上では非合理な場合に事前に設定する。地権者の許可などを取り航路として設定する。
配送先の私有地:第三者の私有地の直上でも、航路は飛行可能とする。
ドローンに正確な航路を示すためと安全運航の為に一定距離間にビーコンを搭載する基地局が設置される。基地局は、着陸装置・信号・街灯・携帯基地局・送電線などが設置場所となる。基地局に搭載される機能は、以下のとおりである。
位置情報(緯度・経度・海抜高・設置高・地盤高)の記憶部
風速計、気圧計、降雨計、視界計
ドローンとの通信部
カメラ
ドローン1は、基地局を介して管理システム30と接続される。カメラは周囲を飛行しているドローンを撮像し、飛行許可の出ていないドローンを常時監視する。
システムにて管理されていない非合法ドローンにて発生する低空からのテロを防ぐようにしてもよい。ホビードローン以外は、システムにて位置と飛行目的は管理されているし、ホビードローンの場合も、ドローンが無線に用いる周波数帯をシステムで把握することにより大凡の数と位置を把握できる。
各所に設置されるビーコンは、各種ドローンの稼働状況を観察している。このビーコン網に、特定の条件(速度・高度・移動範囲・ID)を満たすドローンが出現した場合は、管理システム30に警告を発する。管理システム30は、想定できるテロの規模により、以下のような防御方針をシステムに指示する。
警告:警告の段階においては、ドローンによるテロが発生する可能性があることを示し、建物内に入り窓を締め切るように指示する。警告は固定の着陸装置以外の携帯端末にも行えることから、旅先でテロに発生などという事にも対応可能である。
飛行規制:特定エリアのドローンの新規の飛行を禁止する。必要な場合は、緊急着陸により最寄りの着陸装置に着陸する。飛行規制により確保したドローンは、テロ対策機として一時的に借り受ける事を可能とする。
観測強化:着陸装置のカメラを稼働させ、直上を撮影した画像を管理システム30に送る。ドローン1に搭載されているブラックボックスも解放する。これにより、配送ドローンからの画像も管理システム30に送ることが可能になり、視認情報を用いたブロック・迎撃が可能になる。
ブロック: 河川など、ドローンが墜落しても害が無い場所に各種ドローンを配備し、テロドローンの進行方向にドローンを浮遊させて飛行の邪魔(ブロック)をする。テロドローンに対して少数では、このブロック網を突破される可能性が高いことから、重要なブロックには多数のドローンを配備する。テロ側が飽和攻撃を用いても、稼働している配送ドローンは大量となることから、大きな防御効果が期待できる。
迎撃: 重要エリアには、テロドローンを迎撃することを目的したドローンを配備する。事前に設定されている迎撃許可エリアにて、テロ機に近づいて電磁ノイズを発振し、テロドローンをその場で墜落させる。自機はパラシュートを展開して墜落する。
Claims (10)
- 回転翼機が着陸する着陸部と、
前記着陸部に対する回転翼機の位置を認識する位置認識部と、
前記位置認識部による認識結果に基づいて、撮像機能を有しない回転翼機が前記着陸部に着陸するよう、当該回転翼機を遠隔制御する遠隔制御部と
を備えることを特徴とする回転翼機着陸装置。 - 前記着陸部を含む開閉機構を備え、
前記開閉機構が閉じたときに内側となる部分に前記着陸部が形成されており、前記開閉機構が開いたときには、上方空間が開放された位置において前記着陸部が水平な姿勢となる
ことを特徴とする請求項1記載の回転翼機着陸装置。 - 開閉機構を備え、
前記開閉機構が閉じたときには前記着陸部を内部空間に収容し、前記開閉機構が開いたときには、前記着陸部の上方空間を開放する
ことを特徴とする請求項1記載の回転翼機着陸装置。 - 前記着陸部の周囲から鉛直上方に延びる第1の姿勢と、前記着陸部の周囲からさらに外側上方に向かって延びる第2の姿勢とを取ることが可能な可動部材を備え、
前記開閉機構が閉じているときには、前記可動部材は前記第1の姿勢を取り、
前記開閉機構が開いて回転翼機が前記着陸部に着陸するときには、前記可動部材は前記第2の姿勢を取る
ことを特徴とする請求項2又は3記載の回転翼機着陸装置。 - 前記可動部材は、前記着陸部に着陸した回転翼機から切り離された荷物に接触した状態で、当該荷物を当該着陸部の中心に近い位置へと移動させる方向に移動可能である
ことを特徴とする請求項4記載の回転翼機着陸装置。 - 前記位置認識部は、前記着陸部の複数の位置に設けられた撮像部を有し、当該撮像部による撮像結果に基づいて前記着陸部に対する回転翼機の位置を認識する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転翼機着陸装置。 - 前記着陸部から回転翼機までの距離を計測する距離測定部を備え、
前記遠隔制御部は、前記距離測定部による計測結果に基づき、回転翼機の下降速度を制御する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転翼機着陸装置。 - 前記遠隔制御部は、
前記着陸部に近づいた回転翼機から当該回転翼機の識別情報を取得し、
取得した識別情報が、前記着陸部に着陸する許可を予め得ている回転翼機の識別情報と一致した場合には、回転翼機が前記着陸部に着陸するよう当該回転翼機を遠隔制御し、一致しない場合には遠隔制御を行わない
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転翼機着陸装置。 - 前記着陸部に着陸した回転翼機から受け取った荷物を搭載して人間の居住スペースまで下降し、再び荷物を受け取る位置まで上昇することが可能な昇降機構を備える
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の回転翼機着陸装置。 - 人間の居住スペースよりも高い位置に設けられている
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の回転翼機着陸装置。
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