特許 7405247 着陸施設、飛行体システム、及び着陸制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】着陸施設、飛行体システム、及び着陸制御方法

(51)【国際特許分類】

   B64F 1/00 20060101AFI20231219BHJP

   B64U 70/90 20230101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

B64F1/00 Z

B64U70/90

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022514955

(86)(22)【出願日】2020-04-16

(86)【国際出願番号】 JP2020016754

(87)【国際公開番号】W WO2021210136

(87)【国際公開日】2021-10-21

【審査請求日】2022-09-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】水本 尚志

(72)【発明者】

【氏名】山下 敏明

【審査官】志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０６５６４６１０（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００５０７４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－００６２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１１２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００９０５１２（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｆ １／００

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｄ ４５／００

Ｂ６４Ｕ ７０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自律飛行可能な飛行体が着陸する着陸施設であって、
前記飛行体が着陸する着陸台と、
前記着陸台を上下に駆動させる着陸台駆動機構と、
地上側から前記飛行体の高度を検出するセンサと、
前記高度を示す位置情報に基づいて、前記着陸台駆動機構を制御する制御部と、
前記着陸台の高さを示す着陸台情報を前記飛行体に送信する通信部と、を備え、
前記着陸台は、前記飛行体の回転翼で発生する風を下方に通す構造を有しており、
前記着陸台情報に基づいて、前記飛行体が地面から所定の高さで停止するホバリングを行い、
前記飛行体のホバリング中に、前記着陸台駆動機構が前記着陸台を上昇させることで、前記飛行体を着陸させる着陸施設。

【請求項2】

前記着陸台を囲むように設けられたフェンスを備え、
前記センサがフェンスに取り付けられている請求項１に記載の着陸施設。

【請求項3】

着陸中の前記飛行体の画像を撮像するカメラが設けられており、
前記飛行体に設けられた表示部が、前記カメラで撮像された画像を表示する請求項１、又は２に記載の着陸施設。

【請求項4】

自律飛行可能な飛行体と、
前記飛行体が着陸する着陸台と、
前記着陸台を上下に駆動させる着陸台駆動機構と、
地上側から前記飛行体の高度を示す位置情報を検出するセンサと、
前記センサの位置情報に基づいて、前記着陸台駆動機構を制御する制御部と、
前記着陸台の高さを示す着陸台情報を前記飛行体に送信する送信部と、を備え、
前記着陸台は、前記飛行体の回転翼で発生する風を下方に通す構造を有しており、
前記着陸台情報に基づいて、前記飛行体が地面から所定の高さで停止するホバリングを行い、
前記飛行体のホバリング中に、前記着陸台駆動機構が前記着陸台を上昇させることで、前記飛行体を着陸させる飛行体システム。

【請求項5】

前記着陸台を囲むように設けられたフェンスを備え、
前記センサがフェンスに取り付けられている請求項４に記載の飛行体システム。

【請求項6】

着陸中の前記飛行体の画像を撮像するカメラが設けられており、
前記飛行体が、前記カメラで撮像された画像を表示する表示部を備えている請求項４、又は５に記載の飛行体システム。

【請求項7】

自律飛行可能な飛行体を着陸させる着陸制御方法であって、
地上側に設けられたセンサによって前記飛行体の高度を検出するステップと、
着陸台を、前記高度を示す位置情報に基づいて上昇させるステップと、
前記着陸台の高さを示す着陸台情報を前記飛行体に送信する通信部と、を備え、
前記着陸台は、前記飛行体の回転翼で発生する風を下方に通す構造を有しており、
前記着陸台情報に基づいて、前記飛行体が地面から所定の高さで停止するホバリングを行い、
前記飛行体のホバリング中に、前記着陸台を上昇させることで、前記飛行体を着陸させる着陸制御方法。

【請求項8】

前記着陸台を囲むように設けられたフェンスを備え、
前記センサがフェンスに取り付けられている請求項７に記載の着陸制御方法。

【請求項9】

着陸中の前記飛行体の画像を撮像するカメラが設けられており、
前記飛行体に設けられた表示部が、前記カメラで撮像された画像を表示する請求項７、又は８に記載の着陸制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、着陸施設、飛行体システム、及び着陸制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ヘリコプターの着陸施設が開示されている。着陸装置は、伸縮装置と、結合装置と、高さ確認用のセンサとを備えている。伸縮装置はヘリコプターが伸縮装置の上に接してホバリングしたとき、その先端に取付けられている結合装置を作動させてヘリコプターの機体と結合する。高さ確認用のセンサは、各伸縮装置先端に装着され互いの高さを確認する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６―１４４３９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

無人航空機等の飛行体を適切に着陸させる方法が望まれる。

【0005】

本開示の目的は、このような課題を解決するためになされたものであり、適切に飛行体を着陸制御することができる着陸施設、飛行体システム、及び着陸制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示にかかる着陸施設は、自律飛行可能な飛行体が着陸する着陸施設であって、前記飛行体が着陸する着陸台と、前記着陸台を上下に駆動させる着陸台駆動機構と、地上側から前記飛行体の高度を検出するセンサと、前記高度を示す位置情報に基づいて、前記着陸台駆動機構を制御する制御部と、前記着陸台の高さを示す着陸台情報を前記飛行体に送信する通信部と、を備えている。

【0007】

本開示にかかる飛行体システムは、自律飛行可能な飛行体と、前記飛行体が着陸する着陸台と、前記着陸台を上下に駆動させる着陸台駆動機構と、地上側から前記飛行体の高度を示す位置情報を検出するセンサと、前記センサの位置情報に基づいて、前記着陸台駆動機構を制御する制御部と、前記着陸台の高さを示す着陸台情報を前記飛行体に送信する送信部と、を備えている。

【0008】

本開示にかかる着陸制御方法は、自律飛行可能な飛行体を着陸させる着陸制御方法であって、地上側に設けられたセンサによって前記飛行体の高度を検出するステップと、着陸台を、前記高度を示す位置情報に基づいて上昇させるステップと、前記着陸台の高さを示す着陸台情報を前記飛行体に送信する通信部と、を備えている。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、適切に飛行体を着陸制御することができる着陸施設、飛行体システム、及び着陸制御方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１にかかる飛行体システム１を示す模式図である。

【図2】飛行体システム１の制御ブロック図である。

【図3】その他の実施の形態にかかる飛行体システムを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施の形態１．
本実施の形態１にかかる着陸施設、及び飛行体システムについて、図１を用い説明する。図１は、飛行体システム１を模式的に示す図である。なお、図１では、説明の簡略化のため、ＸＹＺ３次元直交座標系を示している。Ｚは高度（高さ）を示し、ＸＹ平面は水平面を示す。したがって、Ｚ座標は高度に対応し、ＸＹ座標が水平位置に対応する。

【0012】

飛行体システム１は、飛行体１００と、着陸施設２００を備えている。着陸施設２００は、フェンス２０１、センサ２０２、通信部２１３、着陸台２３０、着陸台駆動機構２３１を備えている。

【0013】

飛行体１００は、回転翼１０１を有する回転翼機である。回転翼１０１が回転駆動することで揚力、及び推力が発生する。なお、図１では、飛行体１００が４枚の回転翼１０１を有しているが、回転翼数は特に限定されるものではない。

【0014】

飛行体１００は、自律飛行可能である。飛行体１００は、ドローン、無人飛行機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）、空飛ぶ車（クルマ）などである。飛行体１００は垂直離着陸機（Vertical Take-Off and Landing Aircraft, Ｖｔｏｌ機）であってもよい。飛行体１００はティルトロータ機であってもよい。飛行体１００はヘリコプターであってもよい。飛行体１００は、荷物などを搭載する無人機であってもよく、搭乗者が搭乗する有人機であってもよい。

【0015】

フェンス２０１は着陸場所２０３を規定する。フェンス２０１は、着陸場所２０３を囲むように設置されている。つまり、フェンス２０１の内側が着陸場所２０３となる。フェンス２０１を防音フェンスであり、離着陸時の騒音を軽減する防音機能を有している。フェンス２０１は、透明なポリカーボネイトなどで形成されている。フェンス２０１の上方は開放している。

【0016】

フェンス２０１の一部には、回転翼１０１の回転で発生する風を逃がすための構造等を有していてもよい。例えば、フェンス２０１の一部がメッシュ構造となっていてもよい。あるいは、フェンス２０１の一部に開口部など設けられていてもよい。

【0017】

フェンス２０１は、高さ１０ｍ程度となっている。図１では、フェンス２０１が着陸場所２０３を囲むように、円形状（円筒状）に形成されているが、フェンス２０１の形状は特に限定されるものではない。例えば、上面視におけるフェンス２０１の形状は、Ｘ方向に数十ｍ、Ｙ方向に数十ｍ程度の矩形となっていてもよい。

【0018】

センサ２０２には、フェンス２０１が取り付けられている。センサ２０２は、例えば、レーザ、カメラ、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）、レーザセンサ、距離センサ等である。センサ２０２は、フェンス２０１内に配置されている。センサ２０２は、飛行中の飛行体１００の高度及び水平位置を検出するために、フェンス２０１に設けられている。センサ２０２は、フェンス２０１内を飛行中の飛行体１００の位置を検出する。つまり、着陸中において、センサ２０２は、飛行体１００の位置をトラッキングしている。

【0019】

また、図１では、フェンス２０１には、１つのセンサ２０２が配置されているが、複数のセンサ２０２が配置されていてもよい。複数のセンサは、フェンス２０１内の異なる位置に設置されていてもよい。さらに、異なるタイプのセンサを組み合わせて、飛行体１００の位置を推定してもよい。複数のセンサを用いることで、位置の検出精度を向上することができる。

【0020】

着陸場所２０３には、着陸台２３０が設けられている。着陸台２３０は、着陸台駆動機構２３１により昇降する昇降台である。着陸台２３０の上面は、水平な平面となっている。着陸台２３０は、着陸場所２０３を構成している。つまり、着陸台２３０の上面が着陸場所２０３となる。飛行体１００は着陸台２３０の上に着陸する。

【0021】

着陸台２３０はフェンス２０１に囲まれている。着陸台２３０には、飛行体１００の回転翼１０１で発生する風を下方に通す構造を有している。例えば、着陸台２３０の少なくとも一部はメッシュ構造を有している。あるいは、着陸台２３０の一部に開口部が設けられていてもよい。

【0022】

着陸台駆動機構２３１は、モータなどのアクチュエータを有しており、着陸台２３０を上下（Ｚ方向）に移動させる。

【0023】

通信部２１３は、センサ２０２で検出された飛行体１００の高度及び水平位置を含む位置情報を飛行体１００に送信する。さらに、通信部２１３は、着陸台２３０の高さを示す着陸台情報を飛行体１００に送信する。例えば、通信部２１３は、着陸台駆動機構２３１の駆動量から着陸台２３０の高さを求めて、飛行体１００に送信する。

【0024】

飛行体１００は、着陸場所２０３内の着陸台２３０に着陸する。例えば、飛行体１００は、着陸場所２０３の真上まで移動した後、徐々に高度を下げていく。飛行体１００は着陸場所２０３を示す位置座標を記憶している。したがって、飛行体１００は、離陸場所から着陸場所２０３を示すＸＹ座標に向けて自律飛行する。もちろん、離陸場所と着陸場所は同じであってもよい。

【0025】

図２は、飛行体システム１の制御ブロック図を示す。飛行体１００は、飛行制御部１１１、駆動機構１１２、機体側通信部１１３、機体側センサ１１４、表示部１１５、バッテリ１１６を備えている。

【0026】

飛行制御部１１１は、各構成要素を制御する。例えば、駆動機構１１２は、回転翼１０１及びそのモータを備えており、飛行するための揚力や推力を発生させる。飛行制御部１１１は、駆動機構１１２を制御するための駆動信号を出力する。図１に示す例では、駆動機構１１２が４つの回転翼１０１が独立に駆動するように、飛行制御部１１１が駆動機構１１２を制御する。飛行制御部１１１は、着陸場所２０３の座標をメモリなどに格納している。飛行制御部１１１は、飛行体１００が着陸場所２０３の上空まで自律飛行するように、駆動機構１１２を制御する。飛行制御部１１１は、後述する位置情報及び着陸台情報に基づいて、駆動機構１１２を制御する。

【0027】

機体側通信部１１３は、地上側、つまり、着陸施設２００と無線通信を行う。機体側通信部１１３は、例えば、５Ｇ、４Ｇ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）等の通信規格に沿った処理を行う。機体側通信部１１３は、無線信号を地上側に送信する。機体側通信部１１３は、地上側から無線信号を受信する。これにより、飛行体１００と着陸施設２００との間でデータや情報の送受信が可能となる。

【0028】

機体側センサ１１４は、飛行体１００の飛行状態に関する情報を検出する。機体側センサ１１４は、例えば、機体の姿勢を検出するジャイロセンサなどを有している。さらに、機体の位置を検出する位置センサを有していてもよい。位置センサとしては、例えば、ＧＰＳ等の衛星測位センサなどを用いることができる。飛行制御部１１１は、機体側センサ１１４の検出に基づいて、駆動機構１１２を制御する。これにより、飛行体１００が着陸位置２０４の上空まで自律飛行することができる。また、機体側センサ１１４は、飛行体１００の周辺を撮像するカメラを含んでいてもよい。機体側センサ１１４は、一つに限られるものでなく、複数のセンサを含んでいてもよい。

【0029】

表示部１１５は、搭乗者やユーザに対して、飛行中のカメラ画像を表示する。なお、カメラは、機体側に搭載されていてもよく、地上側に設けられていてもよい。カメラは、機体側センサ１１４に含まれていてもよく、地上側のセンサ２０２に含まれていてもよい。機体側のカメラが飛行体１００の周辺の画像を撮像する。例えば、着陸時において飛行体１００は上空から、着陸施設２００の画像を撮像する。

【0030】

あるいは、地上側のカメラが着陸中の飛行体１００の画像を撮像する。つまり、地上側のカメラが飛行体１００の降下の状況を撮像する。そして、降下の状況を搭乗者や操縦者に対して、表示部１１５は表示する。表示部１１５は、ＡＲ（Augmented Reality）により降下の状況を出力させることも可能である。なお、無人機の場合、表示部１１５は省略可能である。バッテリ１１６は各機器に電力を供給する。

【0031】

着陸施設２００は、飛行体１００が着陸する場所である。また、着陸施設２００は飛行体１００が離陸する場所でもよい。例えば、飛行体１００は着陸施設２００に着陸した後、着陸施設２００から離陸する。着陸施設２００は、センサ２０２、制御部２１１、通信部２１３を備えている。センサ２０２は、上記の通り、飛行中の飛行体１００の位置を検出する。センサ２０２は、着陸場所２０３内及び着陸場所２０３の上空がセンシング範囲となっている。したがって、センサ２０２は、着陸中の飛行体１００の水平位置及び高度を検出する。

【0032】

制御部２１１は、センサ２０２の検出結果に基づいて、着陸台駆動機構２３１を制御する。例えば、制御部２１１からの制御信号に基づいて、着陸台駆動機構２３１が着陸台２３０を昇降させる。着陸時には、着陸台駆動機構２３１が飛行体１００の高度まで上昇することで、飛行体１００が着陸台２３０上に着陸する。

【0033】

通信部２１３は、飛行体１００の高度を示す位置情報を飛行体１００に送信する。さらに、通信部２１３は、着陸台２３０の高さを示す着陸台情報を飛行体１００に送信する。制御部２１１と通信部２１３は一体的に形成された回路であってもよい。通信部２１３は、フェンス２０１内に設置されていてもよい。

【0034】

本実施の形態にかかる着陸制御方法では、地上側に設けられたセンサ２０２によって飛行体１００の高度を検出する。飛行体１００の回転翼で発生する風を下方に通す構造を有する着陸台２３０を、着陸台駆動機構２３１が高度を示す位置情報に基づいて上昇させる。通信部２１３が着陸台２３０の高さを示す着陸台情報を飛行体１００に送信する。

【0035】

着陸制御の具体的な一例について説明する。センサ２０２は、飛行体１００の高度を検出する。通信部２１３は、センサ２０２で検出された高度を示す位置情報を飛行体１００に送信する。飛行制御部１１１は、高度を示す位置情報に基づいて、駆動機構１１２を制御する。飛行制御部１１１は、飛行体１００が所定の高度まで下降したら、ホバリングする。これにより、飛行体１００が所定の高度で停止する。ホバリング高度は、地面から３～４ｍ程度とすることができる。ホバリング中に、着陸台駆動機構２３１が、着陸台２３０を上昇させていく。つまり、ホバリング中の飛行体１００の高度まで、着陸台２３０が上昇する。これにより、飛行体１００が着陸台２３０の上に着陸する。

【0036】

通信部２１３は、着陸台２３０の高さを示す着陸台情報を飛行体１００に送信している。つまり、通信部２１３により着陸台情報により、着陸台２３０の接近情報を飛行体１００が受信する。飛行体１００は、着陸台情報に基づいてホバリングする。着陸台２３０の高さが飛行体１００の高度に到達したら、飛行制御部１１１が駆動機構１１２を停止させる。これにより、回転翼１０１の回転が停止する。飛行体１００が有人機の場合、搭乗者が着陸台２３０の上に降りる。さらに、着陸台駆動機構２３１が着陸台２３０を地面の高さまで下降させる。

【0037】

このように、地面から高い位置で、飛行体１００が着陸台２３０に着陸している。これにより、循環流の影響を低減することができる。よって、適切に飛行体１００を着陸場所２０３に着陸させることができる。飛行体１００が所定の高さでホバリングする制御を行うだけでよいため、飛行体１００の燃料消費を抑制することができる。さらに、離陸時において、地面からの騒音を低減することができる。通信部２１３は、着陸台２３０の高さを示す着陸台情報を飛行体１００に送信している。例えば、飛行体１００は、着陸台２３０からの高さに応じて、ホバリング制御を行うことができる。飛行体１００をより適切に着陸させることができる。

【0038】

このようにすることで、自律飛行可能な飛行体１００を適切に着陸することができる。具体的には、フェンス２０１に設けられたセンサ２０２が着陸中の飛行体１００の位置情報を検出している。よって、衛星測位システムを用いて位置情報を検出する場合よりも高精度に位置を検出することができる。例えば、衛星測位システムでは位置の測定誤差が大きい。さらに、着陸場所２０３を囲むようにフェンス２０１がある場合、衛星信号を受信できないおそれがある。また、ビーコンでは水平位置及び高度を高い精度で検出することが困難である。さらに、センシング範囲も限定される。

【0039】

本実施の形態では、フェンス２０１内にセンサ２０２が設けられているため、着陸施設内に着陸中の飛行体の水平位置及び高度を精度よく検出することができる。さらに、着陸場所２０３を囲むようにフェンス２０１が設けられているため、離陸時の騒音を低減することができる。また、安全性を高めることができる。効率よく着陸できるため、燃料消費を抑制することができる。

【0040】

また、離陸時には、着陸台駆動機構２３１が着陸台２３０を所定の高さまで上昇させる。着陸台２３０が所定の高さまで上昇したら、飛行体１００が離陸する。これにより、飛行体１００を所定の高さから離陸させることができる。さらに、離陸時において、地面からの騒音を低減することができる。さらに、着陸時と同様に、離陸時においても騒音を低減することができる。なお、飛行体１００を離着陸させる高さとしては、地表から３～４ｍ程度とすることができる。

【0041】

なお、上記の説明では、着陸台駆動機構２３１は着陸台２３０を上下方向だけでなく、水平方向に移動させてもよい。例えば、飛行体１００の水平位置を示す位置情報に基づいて、制御部２１１が、着陸台駆動機構２３１を制御する。これにより、着陸台２３０の所定の位置に飛行体１００を着陸させることができる。

【0042】

その他の実施の形態．
その他の実施の形態にかかる着陸施設２００について、図３を用い説明する。図３は、着陸施設２００を示すブロック図である。着陸施設２００は、自律飛行可能な飛行体が着陸する着陸施設である。着陸施設２００は、着陸台２３０と、着陸台駆動機構２３１と、と、センサ２０２と、制御部２１１と、通信部２１３とを備えている。着陸台２３０は、前記飛行体が着陸する。着陸台駆動機構２３１は、着陸台２３０を上下に駆動させる。センサ２０２は、地上側から飛行体の高度を検出する。制御部２１１は、高度を示す位置情報に基づいて、着陸台駆動機構２３１を制御する。通信部２１３は、着陸台２３０の高さを示す着陸台情報を飛行体に送信する。これにより、飛行体１００を適切に着陸させることができる。

【0043】

なお、飛行制御部１１１、及び制御部２１１の少なくとも一部の制御は、プロセッサがコンピュータプログラムを実行することにより、実現されていてもよい。上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

【0044】

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【符号の説明】

【0045】

１００ 飛行体
１０１ 回転翼
１１１ 飛行制御部
１１２ 駆動機構
１１３ 機体側通信部
１１４ 機体側センサ
１１５ 表示部
１１６ バッテリ
２００ 着陸施設
２０１ フェンス
２０２ センサ
２０３ 着陸場所
２１１ 制御部
２１３ 通信部
２３０ 着陸台
２３１ 着陸台駆動機構

【図1】

【図2】

【図3】