WO2006104158A1

WO2006104158A1 - 無人ヘリコプタ

Info

Publication number: WO2006104158A1
Application number: PCT/JP2006/306327
Authority: WO
Inventors: Katsu Nakamura
Original assignee: Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2006-10-05
Also published as: CN101151188A; US20090069957A1; JPWO2006104158A1; KR20070112413A

Abstract

　機体（４）の位置を検出するＧＰＳ装置（ＧＰＳ受信機３７～３９、ＧＰＳアンテナ２３～２５）を備える。地上と通信するデータ通信機（３５）および制御プログラムを組み込んだ制御基板（３６）とを含む自律制御部（自律制御ボックス１７）を備える。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、機体の位置や方位などの飛行データに基づいて飛行する無人ヘリコプタである。前記自律制御部は、複数の異なる種別のＧＰＳ装置を備えている。

Description

明細書

無人へリコプタ

技術分野

[0001] 本発明は、自律制御によるプログラムフライトを行なう無人へリコプタに関し、特に無人へリコプタの位置を検出する GPSセンサの使用方法及び搭載方法に関する。背景技術

[0002] 従来、へリコプタにムービーカメラやスチールカメラを搭載して、上空からの様子を撮影することが行われている。特に近年ではラジコン等により地上力もの遠隔操作や、予めプログラムされた経路を飛行 (プログラムフライト)する無人へリコプタ（例えば特開 2002— 166893号公報）にこれらカメラを搭載して、有人へリコプタが近づけない場所の航空写真撮影などが行われて、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!ヽ、自律制御では飛行経路の修正に多大な時間が力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ノ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、るか否かを示す GPS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は、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] 自律制御によるプログラムフライトを行なう上でもっとも重要なセンサの一つとして G PS力挙げられる。これは、無人へリコプタが設定された経路に沿って正確に飛行するためには、自機の現在位置を正確に検出することが重要だ力もである。

[0006] GPS(Global Positioning System)は、近年のカーナビゲーシヨンの普及により身近なものとなってきている。この GPSとは、地球の周回軌道（上空約 2万 km)を回る 24個の GPS衛星 (6軌道に 4個ずつ配置されて、る)力も発信される情報を利用して、利用者の現在地 (緯度、経度、高度）、速度、時刻を得るためのものである。

[0007] この GPSで使用される電波は高周波（1. 5GHz)であるため、ほとんど光に近い性質がある。このため、無人へリコプタに装備されている GPSアンテナ力も衛星までの空間に金属、建物、山、機器類、人間、鳥などがあると、位置精度が悪ィ匕したり、又は電波が受信できないことがある。また、 GPS衛星は米国国防総省が運営しているため、有事の時には利用が制限されることがある。

[0008] GPSを使用して位置を検出する測位システムとしては、図 9に示すように、 2つの種類がある。第 1の測位システムは、 GPS衛星力もの信号のみを利用した単独測位 10 0によるシングル GPS 101である。第 2の測位システムは、陸上で GPS衛星を受信し、その情報を無線で送る基点局と、車、船舶、航空機など移動体とによって行われる相対測位 110である。この移動体は、 GPS衛星力もの信号を受信するとともに、前記基点局からの無線データを受信し、演算によって測位精度を向上させる構成が採られている。

[0009] この相対測位の方法としては、さらに、安価で比較的精度が高ぐかつ、基点局から遠く離れていても使用可能なディファレンシャル GPS (Differential GPS、以下 DGPS と記す） 111と、より高精度なリアルタイムキネマテック GPS (Real Time Kinematic GP S、以下 RTK— GPSと記す） 112とがある。

[0010] シングル GPS101は、 1つの GPS受信機とアンテナとによって構成されている。

GPS受信機は、衛星からの電波 (搬送波）に載せられたコードの伝搬時間を測定して、位置を算出するものであり、安価でかつ構造が単純なものである。また、この GP S受信機は、制御を実施するために高速で演算を行うことができるというメリットがある。しかし、この GPS受信機の測位精度は、衛星力の電波の受信精度に依存するために、 15m〜 100m程度の誤差を含んでいる。

[0011] DGPS111は、陸上の位置が正確に計られている地点に設置した基点局と、自動車、船舶、航空機など移動体に設置した移動局とから構成されている。基点局は、衛星からの電波 (搬送波）に乗せられたコードの伝搬時間を測定して、それ自体の位置を演算する。これとともに、基点局は、既値の位置データと演算によって求めた位置データとを比較して、 GPS信号のエラー率等の補正データを求める。

[0012] そして、基点局は、この補正データを無線電波に乗せて移動局に送信する。この無線電波としては、一般的なカーナビ等では FM放送波が用いられるが、様々な電波の周波数及び形式がある。移動局は、衛星力受信した信号によって単独で測ったデータを前記補正データを用いて補正演算し、現在の位置を求める。この DGPS11 1によれば、比較的安価かつ単純な構成でシングル GPSよりも高、精度で移動体の位置を検出することができる。

[0013] RTK— GPS112は、前述のシングル GPS101や DGPS111のように搬送波に載せられたコードの伝搬時間の測定によるものではなぐ電波 (搬送波）の位相を測定することにより cmレベルの高い精度で測ることを可能とした技術である。

[0014] RTK— GPS112は、 DGPS111の構成にさらに基準局を設けたものである。基準局は、基点局力のデータを受信すると同時に衛星からの電波 (搬送波）を連続的に観測して搬送波位相積算値を計測し、移動局に位相データを送信する。移動局では、衛星力の電波 (搬送波）を連続的に観測して位相データを算出するとともに、基準局から送信されたデータを基にして二重位相差を求める。移動局は、このように二重移送差を求めることにより、三次元的に分布する一波長ごとの格子点群の中から、誤差要因を除去したうえで正しい移動局の位置を特定する。

[0015] これとともに、移動局は、衛星までの絶対距離を検出するために、波長（19cm)ごとに初期化 (整数値バイアスの確定)を行なう。初期化には常に 5個以上の衛星を受信することが必要で、一瞬たりとも信号を逃すと、再度初期化をする必要がある。また、一度初期化が終了すれば、得られた位置精度は、常に 4個以上の GPS衛星を受信している限り維持され、一部の衛星の電波が瞬時的にも遮られて不連続になった場合は、再度初期化をし直すことにより再び維持されるようになる。なお、基点局からのデータは、時々受信できな、程度であれば問題はな！/、。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0016] しかしながら、 GPSを用いた測位システム（以下、単に GPS装置という）は、 GPS衛星からの電波を受信しながら行うものであるため、常に動作を保障できるものではなく、遮蔽物による衛星電波の遮断等、環境や状況によって動作できない場合がある。特に前記 RTK— GPSなどの高い精度を有する GPS装置では、常に 4〜5個以上の GPS衛星と基準局とからの位相データを受信する必要があり、電波を受信可能な GPS衛星の数が足りなくなったり、基準局力のデータが受信できなくなると動作しなくなってしまうという問題があった。

[0017] 無人へリコプタはこのように地上局からの送信データの受信状態が悪くなると、自動的に地上局 (もしくは予め決められた安全な着陸地点等）に向力つて自動的に帰還するように自動帰還プログラムが搭載されて、る。しかし、このように自動帰還プログラムを装備した無人へリコプタにおいては、 GPS衛星力もの電波を受信できない場合に問題が発生する。すなわち、測位システムとして RTK— GPSを装備しているだけでは、自律制御を行ううえで必要になる現在の位置を検出することができなくなつてしま、、自動帰還プログラムが機能しなくなってしまうからである。

[0018] 本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、自律制御によるプログラムフライトを行う上で最も重要なセンサの一つである GPSの使用上の不確定な部分を補うことを目的とする。すなわち、本発明は、電波を受信可能な GPS衛星の数が足りなかつたりデータ通信が途絶えた場合でも、無人へリコプタの現在の位置を検出でき自律制御によるプログラムフライトを可能とした無人へリコプタを提供することを目的とする課題を解決するための手段

[0019] この目的を達成するために、本発明に係る無人へリコプタは、機体の位置を検出する GPS装置と、地上と通信するデータ通信機および制御プログラムが組み込まれた制御基板とを含む自律制御部を備え、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、機体の位置や方位などの飛行データに基づ、て飛行する無人へリコプタであって、前記自律制御部に、複数の異なる種別の GPS装置を装備したものである。

発明の効果

[0020] 本発明によれば、自律制御部は、複数の異なる種別の GPS装置を備えており、現在使用している GPS装置の他に常に別の GPS装置を待機させておくことができる。電波を受信可能な GPS衛星の数が足りな力つたりデータ通信が途絶えたことにより、現在使用中のメインの GPS装置が使用不可能となった場合、異なる種別の GPS装置を用いることによって、機体の現在の位置を検出でき、自律制御によるプログラムフライトを継続して行うことができる。

[0021] 請求項 2記載の発明に係る無人へリコプタの自律制御部は、複数の異なる種別の GPS装置として、位置を検出する手法の異なる GPS装置を備え、請求項 3記載の発明に係る無人へリコプタの自律制御部は、複数の異なる種別の GPS装置として製造元の異なる GPS装置を備えている。このため、この無人へリコプタにおいては、主として使用する GPS装置が使用不可能となるような異常発生状態で、異なる種別の GPS 装置を用いて現在の位置を検出する。この異なる種別の GPS装置は、主として使用する GPS装置とは異なる種別であるため、同じ異常が発生することはほとんどない。したがって、この発明に係る無人へリコプタによれば、上述した異常発生時に異なる種別の GPS装置により機体の現在の位置を検出することができ、自律制御によるプログラムフライトを行なうことができる。

[0022] 種別が異なる GPS装置の例として、例えば位置を検出する方法、、わゆる測位制御方法が異なる GPS装置としては、受信する GPS衛星の必要個数が異なるものや、基準局等からのデータ等が必要なものと必要でな、もの等がある。また測位制御方法が同じであっても、製造元が異なればその内部ソフトウェアや各センサの受信感度等が異なる。このように種別が異なることにより、それぞれの状況に応じて使用可否が異なるため、主として使用する GPS装置では現在位置を検出できなヽ場合でも他の GPS装置によって現在の位置を検出することができる。

[0023] さらに、請求項 4記載の発明によれば、自律制御部は、複数の GPS装置の機能および精度に応じて各々優先度を設定し、複数の GPS装置を優先度の高い順に受信状況等によって切換えて用いる。このため、この発明によれば、主に使用する GPS装置として高い機能を有するものとし、一方、他の GPS装置は測位可能範囲が広いものとすることにより、 V、かなる状況にぉ、ても確実に現在位置を検出できるようにすることができる。

[0024] 請求項 5記載の発明によれば、メインボディに備えられて、るメインロータのメインシャフトやローター支持部等の金属部力も離間する位置に、優先度が高い GPS装置の GPSアンテナを配置することができる。このため、この発明によれば、優先度の高い GPS装置の GPSアンテナが受信する衛星からの電波がメインシャフトやローター支持部等によって遮断されるのを防ぐことができる。

[0025] 請求項 6記載の発明によれば、テールボディの上面側に複数配置された GPSアンテナは、各々の間隔を GPS電波の一波長と二波長との間の長さに設定してあるため、隣接する GPSアンテナどうしによって反射した反射波の影響を低減することができる。

図面の簡単な説明

[0026] [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の無人へリコプタの上面図である。

[図 3]図 3は、図 1の無人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、本発明に係る GPSアンテナの配置説明図である。

[図 7]図 7は、 GPSの優先順位を示す表図である。

[図 8]図 8は、 GPSの切換制御を示すフローチャートである。

[図 9]図 9は、 GPSの種類を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 本発明が適用されるへリコプタについて、以下、図面とともに詳細に説明する。図 1 〜3はそれぞれ、本発明に係る無人へリコプタの側面図、上面図および正面図である。

無人へリコプタ 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。 [0028] メインボディ 2の上部には、エンジン (不図示）からの回転力を受けて回転するメインシャフト 5が設けられている。このメインシャフト 5には、メインロータ 6がローター支持部 7を介して接続されている。テールボディ 3の後部にはテールロータ 8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 9が設けられている。機体 4のほぼ中央部であってメインボディ 2の左右下部には、支持脚 10を介してスキッド 11が備えられている。

[0029] メインボディ 2の後部上側にはコントロールパネル 12が備えられ、下側には表示灯

13が備えられている。コントロールパネル 12は、飛行前のチェックポイントやセルフチェック結果等を表示する。コントロールパネル 12の表示は後述する地上局でも確認できる。表示灯 13は、 GPS制御の状態（たとえば現在使用している GPS装置の種類)や機体 4の異常警告等の表示を行なう。

[0030] メインボディ 2の前部下側には、赤外線カメラ (もしくは CCDカメラ）を収容したカメラ装置 14がカメラ雲台 15を介して取付けられて、る。カメラ雲台 15に取付けられたカメラ 27 (図 4参照）は、パン軸 (垂直軸)廻りに回転するとともに、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、このカメラ装置 14 においては、カメラ 27によって前側の窓 16を通して上空力も地上の全方位を撮影することがでさる。

[0031] メインボディ 2の左側には自律制御ボックス 17が搭載されている。自律制御ボックス

17内には、自律制御に必要な GPS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などが収容されている。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。ここでいう各種のデータとは、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。

[0032] この無人へリコプタ 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っ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って行なわれる。

[0033] メインボディ 2の下面側にはアンテナ支持枠 18が取付けられている。このアンテナ支持枠 18には、傾斜したステー 19が取付けられている。このステー 19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操縦データアンテナ 20が取付けられている。ステー 19にはさらに、前述のカメラ装置 14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 21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。

[0034] テールボディ 3の下面側には地磁気等に基づく方位角センサ 22が備えられている。この方位角センサ 22により機体の指向する方位 (東西南北）が検出される。メインボディ 2内にはさらに、ジャイロ装置力なる姿勢角センサ 40 (図 4参照）が備えられている。

[0035] テールボディ 3の上面側には、メイン GPSアンテナ 23およびサブ GPSアンテナ 24 が備えられている。なお、この実施形態では GPSアンテナを 2つ設けた例を示している力後述するようにこれに限らず、 3つ、 4つと複数設けるようにしてもよい（例えば、図中仮想線で示す予備 GPSアンテナ 25)。

テールボディ 3の後端部には、リモートコントローラ力もの指令信号を受信するリモコン受信アンテナ 26が備えられて、る。

[0036] 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。

カメラ装置 14は、カメラ雲台 15に搭載された赤外線カメラ (又は CCDカメラ） 27を備えている。カメラ雲台 15は、水平面内で回転可能な、すなわち、垂直軸 (パン軸）廻りに回転可能なパン雲台 15Aと、垂直面内で回転可能な、すなわち、水平軸 (チルト軸)廻りに回転可能なチルト雲台 15Bとから構成されてヽる。このカメラ雲台 15には、各々にその傾きを検出するパンジャイロ 28Aおよびチルトジャイロ 28Bが備えられている。さらに、カメラ装置 14は、これらパンジャイロ 28Aおよびチルトジャイロ 28B のデータからローパスフィルタ 29A, 29Bを介して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 30を備えている。カメラ装置 14には、カメラ制御部 30の信号に基づ!/、てパン雲台 15Aおよびチルト雲台 15Bを駆動するパンモータ 31 およびチルトモータ 32が備えられて、る。

[0037] これらカメラ制御部 30と、パンジャイロ 28Aと、チルトジャイロ 28Bと、パンモータ 31 およびチルトモータ 32とによってカメラ 27の姿勢補正部が構成されて、る。このカメラ装置 14においては、無人へリコプタ 1のョ一方向（パン軸廻り）およびピッチング方向（チルト軸廻り）の揺れ (傾き）を検出すると傾いた方向と逆方向にモータを駆動して傾き (振動）をキャンセルする。

[0038] 自律制御ボックス 17内には、前記姿勢補正部によって振動の低周波成分が除去されたカメラ 27からの画像データを受信して高周波成分を除去する画像制御装置 33 と、画像データを地上局に送る画像通信機 34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 35と、自律制御プログラムが格納されたマイコン等カゝらなる制御基板 36と、メイン GPSアンテナ 23に接続されたメイン GPS受信機 37と、サブ GPSアンテナ 24に接続されたサブ GPS受信機 38とが収納されている

[0039] 上述した予備 GPSアンテナ 25が設定される場合は、前記同様に予備 GPS受信機 39が自律制御ボックス 17内に収納される。この実施の形態においては、メイン GPS 受信機 37とメイン GPSアンテナ 23とによってメイン GPS装置が構成され、サブ GPS 受信機 38とサブ GPSアンテナ 24とによってサブ GPS装置が構成されて!、る。また、予備 GPS受信機 39と予備 GPSアンテナ 25とを装備する場合は、これらによって予備 GPS装置が構成される。

[0040] 機体 4におけるメインボディ 2 (図 1)の下面側には、自律制御ボックス 17内の画像通信機 34からアナログ画像データを地上局に送る画像データアンテナ 21と、データ通信機 35と地上局との間でデジタル操縦データを送受信する操縦データアンテナ 2 0とが前述のように備えられて、る。方位角センサ 22は自律ボックス 17内の制御基板 36に接続されている。機体 4内には、ジャイロ装置等力も成る姿勢角センサ 40が備えられている。この姿勢角センサ 40は、コントロールボックス 41に接続されている。コントロールボックス 41は、自律制御ボックス 17内の制御基板 36とデータ通信して 5台のサーボモータ 42を駆動する。 3台のサーボモータ 42がメインロータ 5を制御してェンジンコントロール用のサーボモータ 42とともに、機体 4の前後、左右、上下方向の移動を制御し、テールロータ制御用のサーボモータ 42が機体 4の回転を制御する。

[0041] 図 5は、地上局のブロック構成図である。

無人へリコプタ 1と通信する地上局 (基準局) 43には、 GPS衛星力もの信号を受信する GPSアンテナ 44と、無人へリコプタ 1とデータ通信を行なうための通信アンテナ 4 5と、無人へリコプタ 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、る。これらの 3本のアンテナは地上に設置されて!、る。

[0042] 地上局（基準局) 43は、データ処理部 47と、監視操作部 48と、電源部 49とによつて構成されている。

データ処理部 47は、 GPS受信機 50と、データ通信機 51と、画像通信機 52と、これらの通信機 50, 51, 52に接続された通信基板 53とによって構成されている。

[0043] 監視操作部 48は、手動用コントローラ（リモートコントローラ） 54と、カメラ装置 14の操作や機体 4の操縦調整等を行なうベースコントローラ 55と、ノックアップ電源 56と、ベースコントローラ 55に接続されたパソコン 57と、パソコン用のモニタ 58と、ベースコントローラ 55に接続され画像データを表示する画像モニタ 59とによって構成されている。

[0044] 電源部 49は、発電機 60と、ノッテリブースタ 61を介して発電機 60に接続されたバックアップバッテリ 62とによって構成されている。ノックアップバッテリ 62は、飛行前のチェック時などの発電機 60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。また、電源部 60は、ヘリコプタ 1の飛行中には、発電機 60からデータ処理部 47および監視操作部 48に 100Vの電力を供給する。

[0045] 地上局（基準局） 43の画像モニタ 59に写る画像データは、 DVレコーダ 64を介して遠隔監視室 63に送信される。遠隔監視室 63には、画像データを受信して変調する変調機 65と、変調した画像データを複数のモニタ（図中では 3台のモニタ) 66に分割して表示する分割機 67 (図中では 3分割機)とを備えている。すなわち、遠隔監視室 63では、地上局 43が受信した画像を 3台のモニタ 66によって見ることができる。

[0046] 図 6は、 GPSアンテナの配置の説明図であり、テールボディ 3の後部を拡大したものである。同図に示すように、メイン GPSアンテナ 23とサブ GPSアンテナ 24 (及び予備 GPSアンテナ 25)は、テールボディ 3の上面側においてテールボディ 3の前後方向に並びかつ互、に前後方向に離間するように位置付けられて、る。これらのアンテナ 23〜25を取付ける位置は、後述する優先度に基づ!/、て設定されて!、る。

[0047] すなわち、 GPS受信機 37〜39のうち優先度が最も高い GPS受信機 37に接続されているメイン GPSアンテナ 23が最も機体後側に位置付けられ、その次に優先度が高い GPS受信機 38に接続されているサブ GPSアンテナ 24がメイン GPSアンテナ 23の前方に位置付けられている。

[0048] GPS受信機 37〜39のうち最も優先度が低くなる GPS受信機 39に接続された GP Sアンテナ 25は、最も機体前側に位置付けられて、る。

言い換えれば、優先度が相対的に高い GPS装置の GPSアンテナは、優先度の相対的に低、GPS装置の GPSアンテナより機体後側に位置付けられて、る。この実施の形態においては、図 6に示すように、優先度の高い順に機体 4の後方力メイン GP Sアンテナ 23、サブ GPSアンテナ 24 (及び予備 GPSアンテナ 25)の順に配置されている。

[0049] このように GPS装置の優先順位に対応するように GPSアンテナの位置を決めた理由は、テールボディ 3の可及的後側に配設した方がメインシャフト 5およびロータ支持部 7等の金属部品との間隔が長くなるからである。すなわち、テールボディ 3の後端近傍に GPSアンテナが位置することにより、 GPS衛星からの電波が上述した金属部品によって遮断され難くなる力もである。この結果、 GPSアンテナにおいて、 GPS衛星力の電波を受信することができる範囲が広くなり、この電波を良好に受信できるようになる。具体的には、図 1中に線 LI, L2, L3によって示すように、テールボディ 3の後方に位置するほど遮蔽角度 0 1, Θ 2, Θ 3が小さくなり、 GPS衛星を捕捉できる範囲が広くなつている。

[0050] 上述した GPS装置の優先順位は、図 7の表に示すように、 GPS装置の性能'機能レベル、 GPS装置の構造'構成， GPSアンテナの搭載条件 (衛星捕捉範囲）に対応して決定されている。例えば、前述の RTK—GPSと、 DGPSと、シングル GPSとを比較した場合、 RTK— GPS, DGPS,シングル GPSという順序で優先順位が設定されている。すなわち、 RTK— GPSの優先順位を最も高くし、その次に DGPSの優先順位を高くし、シングル GPSの優先順位を最も低くする。

[0051] また、各々のアンテナの間隔 K (図 6参照）は、各 GPSアンテナによる反射波の影響を抑制するために、 GPS電波の一波長と二波長との間の長さに設定している。具体的には、 GPS電波の一波長は約 20cm (正確にはえ = 19cm)であるため、間隔 Kは、一波長 20cmと二波長 40cmの間となる約 30cmに設定される。

[0052] 以上のような構成により、本実施の形態による無人へリコプタが構成されている。この無人へリコプタでは、優先度の高、順にメイン GPS装置として地上局 43を基準局とした RTK— GPSを搭載するとともに、サブ GPS装置としてシングル GPSを搭載し、 GPS衛星力の電波の受信状況等によって切換える。

[0053] なお、前述のように、さらに予備 GPSアンテナ 25および予備の GPS受信機 36からなる予備 GPS装置を備えてもよい。この場合、予備 GPS装置をシングル GPSとして、サブ GPS装置を DGPSにする力、もしくはそれぞれ製造元の異なる GPS装置を装備する。このように製造元の異なる GPS装置を用いる理由は、測位を行うためのソフトゥエアが製造元毎に異なり、測位精度が僅かに異なる場合があるからである。

[0054] また、上述したソフトウェアのプログラムに誤り（以下、これを単にバグと、う）があつたことが原因でメイン GPS装置が故障した場合、サブまたは予備の GPS装置として製造元が同じ GPS装置を使っていると、この GPS装置のソフトウェアも同様なバグを有している可能性があり、この GPS装置もメイン GPS装置と同様に故障するおそれがある。しかし、製造元の異なる GPS装置をサブ GPS装置や予備 GPS装置として使用することにより、これらの GPS装置を使用して確実に測位を行うことができるようになる。

[0055] 図 8は、 GPS装置の切換制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示す動作は、無人へリコプタ 1の飛行中は所定時間ごとに繰り返し行われる。各ステツプの動作は以下の通りである。

[0056] ステップ S1：無人へリコプタ 1が飛行を開始すると、優先順位が 1位の GPS装置が使用可能であるか否かが判別される。優先順位が 1位の GPS装置が使用可能である場合はステップ S2に進み、使用不可能である場合はステップ S3に進む。すなわち、この実施形態では RTK— GPSが適用可能か否力、すなわち、地上局（基準局) 43 力のデータ受信が良好力否かと、および 4個以上 (初期状態では 5個以上)の GPS 衛星からの電波を連続して受信可能力否力とが判別される。

[0057] ステップ S2：優先順位が 1位の GPS装置を自律制御にお、て現在の位置を検出するためのセンサーとして使用し、現在使用している GPS装置を判別する動作を終了する。

[0058] ステップ S3：次に、優先順位が 2位の GPS装置が使用可能である力否かが判別される。優先順位が 2位の GPS装置が使用可能である場合はステップ S4に進み、使用不可能である場合はステップ S (2N—1)に進む。この実施の形態では、シングル GPSが使用可能か否力、すなわち、複数個（例えば 3個以上）の GPS衛星からの電波を受信可能か否を判別する。また、例えば優先順位が 2位の GPS装置として DGP Sを使用している場合は、基地局 (基準局)からの補正データの受信が良好力否かおよび複数個（例えば 3個以上)の GPS衛星力もの電波を受信可能か否を判別する。

[0059] ステップ S4：優先順位が 2位の GPS装置を自

、て現在の位置を検出するためのセンサーとして使用し、現在使用している GPS装置を判別する動作を終了する。

このようにして繰り返し優先順位の高、方力低、方に向けて順番に判別が行われる。そして、優先度の最も低い N位まで上述した判別を行なう。

[0060] ステップ S (2N- 1)：優先順位が N位の GPS装置が使用可能であるか否かが判別される。優先順位が N位の GPS装置が使用可能である場合はステップ S (2N)に進み、使用不可能である場合はステップ S (2N+ 1)に進む。

ステップ S (2N)：優先順位が N位の GPS装置を自律制御において現在の位置を検出するためのセンサーとして使用し、現在使用している GPS装置を判別する動作を終了する。

ステップ S (2N+ 1)：全ての GPS装置が使用不可であるとして、使用している GPS 装置を判別する動作を終了する。

[0061] この場合、すなわち全ての GPS装置が使用不可である場合、所定時間毎に行われる使用 GPSの判別（現在使用している GPS装置を判別する動作）によって、使用可能な GPS装置が見つ力るまで、過去のデータとして保存されて!、る相対位置や方位角センサを使用して自律制御によるフライトを行なう。

[0062] 以上の実施形態によれば、自律制御部（制御基板 36)は、 RTK— GPSとシングル GPSとの二つの異なる種別の GPS装置を備えて、る。この実施の形態による無人へリコプタ 1においては、電波を受信可能な GPS衛星の数が足りなかったり、地上局 43 力ものデータ通信が途絶えたことにより、メイン GPS装置 (GPS受信機 37と GPSアンテナ 23)による RTK—GPSが使用不可能となった場合、サブ GPS装置 (GPS受信機 38と GPSアンテナ 24)によるシングル GPSを代わりに使用する。

[0063] サブ GPS装置（GPS受信機 38と GPSアンテナ 24)は、メイン GPS装置（GPS受信機 37と GPSアンテナ 23)とは測位システムの種別が異なるため、メイン GPS装置が使用不可能となる状況であっても、サブ GPS装置がメイン GPS装置と同様に使用不可能になることはない。

したがって、この無人へリコプタ 1によれば、電波を受信可能な GPS衛星の数が足りなかったり、地上局 43からのデータ通信が途絶えたりしても、常に機体 4の現在の位置を検出でき、自律制御によるプログラムフライトを行うことができる。

[0064] さらに、前記制御基板 36は、 RTK— GPSをメイン GPS装置とするとともに、シングル GPSをサブ GPS装置として使用し、 GPS装置の機能および精度に応じて優先度を設定し、優先度の高い順に受信状況等によって GPS装置を切換えて使用する構成が採られている。すなわち、この実施の形態による無人へリコプタ 1においては、通常の飛行時はメイン GPS装置（GPS受信機 37と GPSアンテナ 23)による RTK—GP Sによって高い精度で現在位置を検出し、正確な自律制御によるプログラムフライトを行えるようにしている。一方、サブ GPS装置（GPS受信機 38と GPSアンテナ 24)には、構造が簡単で堅牢かつ単純なシングル GPSを用いることで、確実に現在位置を検出できるようにしている。

[0065] また、この実施の形態による無人へリコプタ 1おいては、 GPSアンテナ 23, 24, 25 力 SGPS装置の優先度の高い順にテールボディ 3の上面側において後方力並べられている。このため、優先度の高い GPSアンテナ 23は、メインロータ 6のメインシャフト 5やローター支持部 7等の金属部力も後方に離間した位置に位置するようになる。したがって、この実施の形態による無人へリコプタ 1によれば、優先度の高い GPS 装置の GPSアンテナ 23は、メインシャフト 5やローター支持部 7等によって遮られることなく GPS衛星からの電波を受信することができる。

[0066] さらに、この実施の形態による無人へリコプタ 1においては、複数の GPSアンテナ 2 3, 24, 25は、各々の間隔が GPS電波の一波長（約 20cm)と二波長（約 40cm)との間の長さ（約 30cm)に設定してある。このため、この無人へリコプタ 1によれば、前記 GPSアンテナ 23, 24, 25が他の隣接する GPSアンテナ 23, 24, 25によって反射した反射波によって受ける影響を低減することができる。

産業上の利用可能性

[0067] 本発明を適用したヘリコプタは、航空写真撮影用の無人へリコプタに適用できるほ力農薬散布用の無人へリコプタ等、予め設定された経路に沿って自律制御によるプログラムフライトを行なう小型の無人へリコプタに利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 機体の位置を検出する GPS装置と、地上と通信するデータ通信機および制御プログラムを組み込んだ制御基板とを含む自律制御部を備え、

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、機体の位置や方位などの飛行データに基づいて飛行する無人へリコプタであって、前記自律制御部は、複数の異なる種別の GPS装置を備えてレ、ることを特徴とする無人へリコプタ。

[2] 異なる種別の GPS装置は、位置を検出する手法が異なる GPS装置である請求項 1 に記載の無人へリコプタ。

[3] 異なる種別の GPS装置は、製造元の異なる GPS装置である請求項 1に記載の無人へリコプタ。

[4] 自律制御部は、複数の GPS装置の機能および精度に応じて GPS装置の優先度を設定し、 GPS装置を優先度の高い順に用いることを特徴とする請求項 1に記載の無人へリコプタ。

[5] メインボディとテールボディからなる機体を備え、

複数の GPS装置はそれぞれ GPSアンテナを備え、

これらの GPSアンテナは、テールボディの上面側に機体の前後方向に並べて配置され、 .

優先度が相対的に高い GPS装置の GPSアンテナが優先度の相対的に低い GPS 装置の GPSアンテナより機体後側に位置付けられてレ、ることを特徴とする請求項 4に記載の無人へリコプタ。

[6] GPSアンテナどうしの間隔は、 GPS電波の一波長と二波長との間の長さに設定されてレ、ることを特徴とする請求項 5に記載の無人へリコプタ。

| された) S弒 (編 U91)