衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラム
【課題】ヘリコプタが障害物に近接した状態でも、ヘリコプタの障害物への衝突を回避する飛行を可能とする、ことを目的とする。
【解決手段】ヘリコプタ１０は、ＧＰＳ受信部３４によって、受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置を検知し、距離センサ１８によって、自機と周囲の障害物との距離を測定する。そして、ヘリコプタ１０は、詳細情報生成部４０によって、地図情報記憶装置５２に記憶されている地図情報から距離センサ１８で検知した自機の位置を含む自機周囲情報を読み出し、読み出した自機周囲情報と距離センサ１８による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成し、飛行制御部３２によって、自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う。
【解決手段】ヘリコプタ１０は、ＧＰＳ受信部３４によって、受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置を検知し、距離センサ１８によって、自機と周囲の障害物との距離を測定する。そして、ヘリコプタ１０は、詳細情報生成部４０によって、地図情報記憶装置５２に記憶されている地図情報から距離センサ１８で検知した自機の位置を含む自機周囲情報を読み出し、読み出した自機周囲情報と距離センサ１８による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成し、飛行制御部３２によって、自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘリコプタは、低高度の飛行を行う場合があるが、視界不良時に山岳等へ衝突する可能性が高くなる。
このような衝突を回避するために、特許文献１には、ヘリコプタの対地衝突防止装置として、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機および高度計によって自機高度及び自機位置を検出し、自機位置に基づいて周囲の地形情報を生成し、自機高度、自機位置及びこれらの時間変化並びに地形情報に基づいて、自機の対地衝突危険度を判定し、現在の自機高度および自機位置から定点ホバーに至るまでの飛行パスを生成して、地形情報及び対地衝突危険度に基づいて対地衝突を回避できる飛行パスを選定し、自動操縦装置が自機を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２７１４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ヘリコプタのパイロットは、例えば、遭難した要救助者の救出及び荷物の搬送等、視界が良好であるものの、障害物への接近を要する操縦を強いられる場合がある。このような場合、パイロットは、自機が障害物へ衝突しないように、自機と障害物との距離を把握しながらヘリコプタの操縦を行わなければならず、ヘリコプタの操縦が困難な場合がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ヘリコプタが障害物に近接した状態でも、ヘリコプタの障害物への衝突を回避する飛行を可能とする衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラム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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラムは以下の手段を採用する。
【０００７】
すなわち、本発明に係る衝突回避装置は、ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避装置であって、受信したＧＰＳ（Global Positioning System）信号に基づいて自機の位置を検知する検知手段と、自機と周囲の障害物との距離を測定する測定手段と、記憶手段に記憶されている地図情報から前記検知手段によって検知された自機の位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記測定手段による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する生成手段と、前記生成手段によって生成された前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う制御手段と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、検知手段によって、受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置が検知され、測定手段によって、ヘリコプタである自機と周囲の障害物との距離が測定される。
【０００９】
そして、生成手段によって、記憶手段に記憶されている地図情報から検知手段で検知された自機の位置を含む所定領域の情報が読み出される。
地図情報は、一般的に、等高線による土地の高低差、海、湖、及び河川等の水域が記されているものの、ヘリコプタの飛行の障害になる崖及び木等の障害物の大きさや範囲の詳細については記されていない。そのため、ヘリコプタが例えばホバリングにより空中に留まる場合等に、パイロットは、自機が障害物へ衝突しないように、自機と障害物との距離を把握しながらヘリコプタの操縦を行わなければならず、ヘリコプタの操縦が困難な場合がある。
【００１０】
そこで、生成手段が、上記読み出した情報と測定手段による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する。ヘリコプタの周囲の形状とは、すなわち崖等の地形や木々を含む障害物の形状である。
そして、制御手段によって、生成手段で生成された自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御が行われる。
【００１１】
従って、本発明は、ヘリコプタが障害物に近接した状態でも、ヘリコプタの障害物への衝突を回避する飛行を可能とする。
【００１２】
また、本発明の衝突回避装置は、前記制御手段が、操縦桿の操舵による自機の障害物の方向への移動を抑制する。
【００１３】
本発明によれば、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御として、操縦桿の操舵による自機の障害物の方向への移動の抑制が行われるので、より確実に障害物への衝突を回避することができる。
【００１４】
また、本発明の衝突回避装置は、前記制御手段が、前記自機の大きさとして、前記測定手段によって測定された前記距離を用い、該距離が予め定められた距離未満となった場合に、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う。
【００１５】
本発明によれば、測定手段によって自機と障害物との距離を測定しながら、飛行を行うことになるので、より確実に障害物への衝突を回避することができる。
【００１６】
また、本発明の衝突回避装置は、吊具を昇降させる巻き上げ手段と、前記吊具及び前記吊具を降下させる目標を、該吊具及び該目標の上方から撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された前記吊具の位置と前記目標の位置とが、所定範囲内となるように自機を制御する制御手段と、を備える。
【００１７】
本発明によれば、撮像手段によって、巻き上げ手段で昇降される吊具及び吊具を降下させる目標が上方から撮像され、制御手段によって、撮像された吊具の位置と目標の位置とが、所定範囲内となるように自機が制御されるので、より確実に吊具を目標へ降下させることができる。
【００１８】
また、本発明の衝突回避装置は、前記測定手段を、自機の正面、下面、上面、両側面、及び背面に備える。
【００１９】
本発明によれば、より正確に自機と障害物との距離を測定できる。
【００２０】
また、本発明の衝突回避装置は、前記測定手段を回転翼の先端に備える。
【００２１】
本発明によれば、回転翼はヘリコプタの移動方向に応じて上下動するため、回転翼の先端に測定手段が備えられることによって、回転翼が上下動した場合における回転翼から障害物までの距離が測定可能となり、より正確に自機と障害物との距離を測定できる。
【００２２】
一方、本発明に係るヘリコプタは、上記記載の衝突回避装置を備える。
【００２３】
さらに、本発明に係る衝突回避プログラムは、ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避プログラムであって、受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置を検知する第１工程と、自機と周囲の障害物との距離を測定する第２工程と、記憶手段に記憶されている地図情報から前記第１工程によって検知された自機の位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記第２工程による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する第３工程と、前記第３工程によって生成した前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う第４工程と、を含む。
【００２４】
また、本発明に係る衝突回避プログラムは、ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避プログラムであって、受信したＧＰＳ信号に基づいてヘリコプタの位置を検知し、該ヘリコプタと周囲の障害物との距離を測定し、予め定められた地図情報から前記検知したヘリコプタの位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記測定による測定結果とから生成された、ヘリコプタの周囲の形状を示す自機周囲詳細情報が予め記憶された記憶手段から、受信したＧＰＳ信号に基づいた自機の位置に応じた自機周囲詳細情報を読み出す第１工程と、前記第１工程によって読み出した前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う第２工程と、を含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ヘリコプタが障害物に近接した状態でも、ヘリコプタの障害物への衝突を回避する飛行を可能とする、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るヘリコプタの外観図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るヘリコプタが障害物の周囲をホバリングする場合の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る主制御装置の機能を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係るヘリコプタの撮像装置による撮像の状態を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るヘリコプタが目的地へ到着し、ホイストを降下させるまでの流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る障害物接近処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係るヘリコプタの接近可能距離及び移動可能距離を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係るホイスト降下処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係るヘリコプタ１０の外観図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は側面図である。
本実施形態に係るヘリコプタ１０は、フック１２（吊具）を目標へ昇降させるホイスト１４を備え、例えば、山岳等で遭難した要救助者の救助、荷物の昇降を行うヘリコプタである。
【００２９】
本実施形態では、目標を要救助者とし、ヘリコプタ１０を、要救助者を救助するためのヘリコプタとして説明する。このため、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、例えば、図２に示すようにホイスト１４を降下させて要救助者を救出する。しかし、要救助者は、崖や木等の障害物の近辺に位置している場合が多い。そのため、ヘリコプタ１０による要救助者の救助には、ヘリコプタ１０本体やホイスト１４が障害物に接触する危険性が伴う場合がある。特に、突風が吹いた場合は、ホイスト１４を降下させる等するために、ホバリングしているヘリコプタ１０は、挙動を乱しやすく、ヘリコプタ１０は、破線で示すように障害物に接触する危険性がより高まる。
【００３０】
そこで、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、図１に示すように、自機の正面、下面、上面、両側面、及び背面、並びにブレード（回転翼）１６の先端に、自機と周囲の障害物との距離を測定する距離センサ１８Ａ〜１８Ｋ（１１個）を備え、距離センサ１８Ａ〜１８Ｋによる測定結果に基づいて飛行が制御される。より具体的には、例えば、自機の正面の先端に距離センサ１８Ａが、自機の下面に距離センサ１８Ｂが、自機の上面としてメインロータ２０に距離センサ１８Ｃが、自機の両側面に距離センサ１８Ｄ，１８Ｅが、自機の背面としてテールロータ２２の中心に距離センサ１８Ｆが、テールロータ２２が備えられている部分の略真下に距離センサ１８Ｇが、メインロータ２０が有する各ブレード１６（本実施形態のブレード１６は４枚）の先端に距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋが備えられる。なお、ブレード１６はヘリコプタ１０の移動方向に応じて上下動するため、ブレード１６の先端に距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋが備えられることによって、ブレード１６が上下動した場合におけるブレード１６から障害物までの距離が測定可能となる。
【００３１】
距離センサ１８Ａ〜１８Ｋは、レーザ又はミリ波レーダを周囲に発信し、その反射波を検出する。そして、該検出した信号に基づいて、ヘリコプタ１０の周囲との距離が測定される。なお、以下の説明において、各距離センサ１８を区別する場合は、符号の末尾にＡ〜Ｋの何れかを付し、各距離センサ１８を区別しない場合は、Ａ〜Ｋを省略する。また、上記距離センサ１８の取り付け位置は、一例であり、上記取り付け位置に限られず、より多くの距離センサ１８がヘリコプタ１０に取り付けられてもよいし、より少ない距離センサ１８がヘリコプタ１０に取り付けられてもよい。
【００３２】
図３は、本実施形態に係る主制御装置３０の機能を示す機能ブロック図である。
ヘリコプタ１０は、主制御装置３０を備える。主制御装置３０は、飛行制御部３２、ＧＰＳ受信部３４、距離センサ信号受信部３６、自機情報生成部３８、詳細情報生成部４０、及び画像処理部４２を備える。
【００３３】
飛行制御部３２は、種々の情報が入力され、該情報に基づいてヘリコプタ１０の飛行に係る制御を司る。
【００３４】
ＧＰＳ受信部３４は、ＧＰＳアンテナ４４を介してＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号に基づいて、自機の位置を検知し、検知した自機の位置情報（緯度及び経度）を詳細情報生成部４０へ出力する。
【００３５】
距離センサ信号受信部３６は、各距離センサ１８からの信号に基づいて、自機と周囲の障害物との距離を測定し、該距離を障害物情報として詳細情報生成部４０へ出力する。
【００３６】
また、ヘリコプタ１０は、メインロータ２０が有するブレード１６の位相、すなわち各ブレード１６の位置（方位）を検知するブレード位置検出装置４６（ブレードトラッカともいう。）を備える。
ブレード位置検出装置４６は、検知した各ブレード１６が向いている方位を障害物情報として詳細情報生成部４０へ出力する。
ブレード１６は、メインロータ２０と共に回転しているため、ブレード１６に備えられた距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋによって障害物までの距離を測定しても、該障害物がどの方位に存在するかが距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋだけでは分からない。そのため、本実施形態にかかるヘリコプタ１０では、ブレード位置検出装置４６によって各ブレード１６の方位を検出することによって、距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋで測定した障害物の方位を明確にする。
【００３７】
自機情報生成部３８は、コンパス４８及び高度計５０からの信号が入力され、自機が向いている方位及び高度を自機情報として詳細情報生成部４０及び飛行制御部３２へ出力する。
【００３８】
詳細情報生成部４０は、地図情報（デジタルデータとされた地形情報）を記憶した地図情報記憶装置５２と自機周囲詳細情報生成部５４とを備える。
【００３９】
詳細情報生成部４０は、ＧＰＳ受信部３４から入力された位置情報に基づいて、自機の位置を含む所定領域の地図情報（以下、「自機周囲情報」という。）を読み出す。自機周囲情報の具体例は、自機の位置を中心とした数十ｍ四方の矩形領域又は円形領域の地図情報である。
本実施形態に係るヘリコプタ１０は、上記読み出した自機周囲情報を用いて飛行が制御される。しかし、自機周囲情報である地図情報は、一般的に、等高線による土地の高低差、海、湖、及び河川等の水域が記されているものの、ヘリコプタ１０の飛行の障害になる崖及び木等の障害物の大きさや範囲の詳細については記されていない。
【００４０】
そのため、ヘリコプタ１０が例えばホバリングにより空中に留まる場合等に、パイロットは、自機が障害物へ衝突しないように、自機と障害物との距離を把握しながらヘリコプタ１０の操縦を行わなければならず、ヘリコプタ１０の操縦が困難な場合がある。
そこで、詳細情報生成部４０が、上記読み出した自機周囲情報と距離センサ１８による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する。ヘリコプタ１０の周囲の形状とは、すなわち崖等の地形や木々を含む障害物の形状である。
【００４１】
より詳しくは、距離センサ１８Ａが、自機から自機の前方の障害物までの距離を測定し、距離センサ１８Ｂが、自機から自機の下方の障害物（地面）までの距離を測定し、距離センサ１８Ｃが自機から自機の上方の障害物までの距離を測定し、距離センサ１８Ｄ，１８Ｅが、自機から自機の両側方の障害物までの距離を測定し、距離センサ１８Ｆ，１８Ｇが自機から自機の後方の障害物までの距離を測定し、距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋが各ブレード１６の先端から障害物までの距離を測定する。そして、自機周囲詳細情報生成部５４は、自機の高度及び方位、各ブレード１６の方位、並びに読み出した自機周囲情報により示される地形情報を組み合わせ、自機周囲詳細情報として生成する。なお、生成した自機周囲詳細情報は、記憶装置５６に記憶される。
【００４２】
また、画像処理部４２は、図４に示すようにホイスト１４及び目標（要救助者）を上方から撮像するための撮像装置５８から出力された撮像信号が入力される。そして、画像処理部４２は、入力された撮像信号に基づいてホイスト１４の平面位置（Ｘ，Ｙ）と目標の平面位置（Ｘｐ，Ｙｐ）とを画像認識により算出する。なお、撮像装置５８は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサ等の固体撮像素子によって撮像を行う。
【００４３】
さらに、ヘリコプタ１０は、ホイスト昇降装置６０を備える。
ホイスト昇降装置６０は、飛行制御部３２から入力されるホイスト位置制御コマンドに基づいて、ホイスト１４を昇降させると共に、ホイスト１４の位置を示すホイスト位置情報を飛行制御部３２へ出力する。なお、ホイスト位置情報とは、具体的には、自機の下面からフック１２の先端までの距離（長さ）である。
【００４４】
そして、飛行制御部３２は、入力された各種情報及び操縦桿７０の操舵量に基づいて、各種情報処理を行うと共にヘリコプタ１０を操作するための操舵制御コマンドを生成し、該操舵制御コマンドをアクチュエータ７２へ出力する。アクチュエータ７２は、操舵制御コマンドに基づいて動作し、メインロータ２０及びテールロータ２２を駆動させる。
【００４５】
図５は、ヘリコプタ１０が目的地へ到着し、ホイスト１４を目標である要救助者へ降下させるまでの流れを示すフローチャートである。なお、ホイスト降下処理中にも障害物接近処理は実行されるため、ステップ１０６のホイスト降下処理が終了するまで、障害物接近処理は常に繰り返される。
【００４６】
要救助者が位置する領域近辺にヘリコプタ１０が到着すると、ステップ１００では、障害物接近処理を実行する。
【００４７】
次のステップ１０２では、目的地、すなわち要救助者の上空へヘリコプタ１０が到達したか否かをパイロットが判断し、パイロットが到着したと判断した場合は、ステップ１０４へ移行し、到着していないと判断した場合は、再びステップ１００へ戻り、障害物接近処理を行うか、要救助者の救助を中断する。
【００４８】
ステップ１０４では、要救助者の上空でホバリング（定点ホバー）により留まるように、パイロットがヘリコプタ１０を制御する。
【００４９】
次のステップ１０６では、ホイスト降下処理を実行する。そして、ヘリコプタ１０によって要救助者が救助されると、本フローは、終了することとなる。
【００５０】
図６は、障害物接近処理を行う場合に、主制御装置３０によって実行される障害物接近プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、障害物接近プログラムは主制御装置３０が備える例えば記憶装置５６の所定領域に予め記憶されている。
【００５１】
まず、ステップ２００は、詳細情報生成部４０の機能に相当する処理であり、ＧＰＳ信号から得られた自機の位置情報に基づいて、地図情報に含まれる自機周囲情報を読み出す。
【００５２】
次のステップ２０２は、距離センサ信号受信部３６の機能に相当する処理であり、距離センサ１８を用いて自機と周囲の障害物との距離を測定する。
【００５３】
次のステップ２０４は、詳細情報生成部４０の機能に相当する処理であり、読み出した自機周囲情報及び距離センサ１８の測定結果とから自機周囲詳細情報を算出する。
【００５４】
次のステップ２０６からステップ２１８は、飛行制御部３２の機能に相当する処理であり、ステップ２０６では、突風による機体の移動距離（以下、「機体移動距離」という。）を算出する。なお、機体移動距離は、例えば、ヘリコプタ１０の位置情報により示される位置（領域）において、過去に観測された風の最大風速に応じて求められる。具体的には、機体移動距離は、図７に示すようにヘリコプタ１０の機体中心を中心とした円を規定するための径（半径）であり、該径は機体の大きさ及び最大風速に応じたデータベースとして例えば記憶装置５６に予め記憶されている。
【００５５】
次のステップ２０８では、接近可能距離Ｍｎ（ｎは距離センサ１８を区別するための符号）を算出する。接近可能距離Ｍｎとは、図７に示すように、ヘリコプタ１０を中心とした機体移動距離よりも広い範囲である。そして、接近可能距離Ｍｎは、例えば、ステップ２０６で算出した機体移動距離に距離センサ１８の取り付け位置に応じた所定距離を加算することによって算出される。
【００５６】
次のステップ２１０では、距離センサ信号受信部３６の機能に相当する処理であり、距離センサ１８を用いて自機と周囲の障害物との距離Ｌｎ（ｎは距離センサ１８を区別するための符号）を測定する。なお、本ステップ２１０で行われる距離センサ１８による距離の測定は、ステップ２０２における距離の測定とは異なり、後述するようにヘリコプタ１０が障害物へ接近することを防止するための距離の測定である。
【００５７】
次のステップ２１２では、パイロットによる操縦桿７０の操舵方向を検知する。
【００５８】
次のステップ２１４では、ステップ２１２で検知した操舵方向における距離Ｌｎが接近可能距離Ｍｎ以下であるか否かを判定する接近可能判定を行い、肯定判定の場合は、ステップ２１６へ移行し、否定判定の場合は、ステップ２１８へ移行する。
【００５９】
ステップ２１６では、操縦桿７０による操舵方向へ向かうように自機を制御しても、障害物へ自機が衝突することはないため、操縦桿７０による操舵量に応じて操舵方向へ自機移動させる。
【００６０】
一方、ステップ２１８では、操縦桿７０による操舵方向へ向かうように自機を制御すると、障害物へ自機が衝突する可能性が生じるため、操縦桿７０の操舵による障害物の方向への移動を抑制する操舵抑制制御を行う。
本実施形態では操舵抑制制御として、操縦桿７０の反力を増加させる反力制御信号を飛行制御部３２から操縦桿７０へ出力し、パイロットが上記操舵方向へ操縦桿７０を操作しようとしても、操縦桿７０が該操舵方向へ傾くことを抑制する制御を行う。しかし、操舵抑制制御としては、これに限らず、例えば、操縦桿７０に対する上記操舵方向への操作量の感度を低下させる制御や、操縦桿７０に対する上記操舵方向への操作を受け付けない制御等、他の制御が行われてもよい。
【００６１】
そして、ヘリコプタ１０は、目的地へ到着するまで障害物接近処理を繰り返す。
【００６２】
図８は、ホイスト降下処理を行う場合に、主制御装置３０によって実行されるホイスト降下プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、ホイスト降下プログラムは主制御装置３０が備える例えば記憶装置５６の所定領域に予め記憶されている。
【００６３】
まず、ステップ３００は、自機情報生成部３８の機能に相当する処理であり、自機の高度を測定する。
【００６４】
次のステップ３０２からステップ３０６は、飛行制御部３２の機能に相当する処理であり、ステップ３０２では、自機周囲詳細情報を記憶装置５６から読み出す。なお、該自機周囲詳細情報は、障害物接近処理において作成された情報を用いる。
【００６５】
次のステップ３０４では、自機周囲詳細情報に基づいた標高と自機の高度から、自機からホイスト１４を降下させる距離（以下、「ホイスト降下距離Ｚｐ」という。）を算出する。
【００６６】
次のステップ３０６では、算出したホイスト降下距離を、ホイスト昇降装置６０へホイスト位置制御コマンドとして出力する。ホイスト昇降装置６０は、ホイスト位置制御コマンドに応じてホイスト１４を降下させる。
【００６７】
次のステップ３０８は、自機情報生成部３８及び飛行制御部３２の機能に相当する処理であり、撮像した画像からホイスト１４の平面位置（Ｘ，Ｙ）及び目標である要救助者の平面位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を画像認識により検出する（図４も参照）。また、本ステップ３０８は、ホイスト昇降装置６０から入力されるホイスト位置情報をホイスト１４の移動量（高さ方向の位置、Ｚ）として検出する。
【００６８】
次のステップ３１０では、ホイスト１４の平面位置（Ｘ，Ｙ）と目標の平面位置（Ｘｐ，Ｙｐ）とが略一致するように操舵制御（自動制御）を実行する。
【００６９】
次のステップ３１２では、ホイスト１４の平面位置Ｘと目標の平面位置Ｘｐとの差の絶対値が予め定められた差分ΔＸ（例えば、５０ｃｍ）未満となったか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ３１４へ移行し、否定判定の場合は、図５のステップ１００へ戻る。
【００７０】
ステップ３１４では、ホイスト１４の平面位置Ｙと目標の平面位置Ｙｐとの差の絶対値が予め定められた差分ΔＹ（例えば、５０ｃｍ）未満となったか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ３１６へ移行し、否定判定の場合は、図５のステップ１００へ戻る。
【００７１】
ステップ３１６では、ホイスト降下距離Ｚｐとホイスト１４の距離Ｚとが略一致するようにホイスト昇降装置６０を制御する。
【００７２】
次のステップ３１８では、ホイスト降下距離Ｚｐとホイスト１４の距離Ｚとの差の絶対値が予め定められた差分ΔＺ（例えば、１０ｃｍ）未満となったか否かを判定し、肯定判定の場合は、本プログラムを終了し、否定判定の場合は、図５のステップ１００へ戻る。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、ＧＰＳ受信部３４によって、受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置を検知し、距離センサ１８によって、自機と周囲の障害物との距離を測定する。そして、ヘリコプタ１０は、詳細情報生成部４０によって、地図情報記憶装置５２に記憶されている地図情報から距離センサ１８で検知した自機の位置を含む自機周囲情報を読み出し、読み出した自機周囲情報と距離センサ１８による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成し、飛行制御部３２によって、自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う。
従って、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、障害物に近接した状態でも障害物への衝突を回避する飛行を可能とする。
【００７４】
また、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御として、操縦桿７０の操舵による自機の障害物の方向への移動の抑制を行うので、より確実に障害物への衝突を回避することができる。
【００７５】
また、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、自機の大きさとして、距離センサ１８によって測定された距離を用い、該距離が接近可能距離未満となった場合に、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う。
本発明によれば、測定手段によって自機と障害物との距離を測定しながら、飛行を行うことになるので、より確実に障害物への衝突を回避することができる。
【００７６】
また、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、ホイスト昇降装置６０で昇降させるホイスト１４及びホイスト１４を降下させる目標を上方から撮像し、撮像したホイスト１４の位置と目標の位置とが、所定範囲内となるように自機を制御するので、より確実にフック１２（ホイスト１４）を目標へ降下させることができる。
【００７７】
また、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、距離センサ１８を、自機の正面、上面、下面、両側面、及び背面、並びにブレード１６の先端に備えるので、より正確に自機と障害物との距離を測定できる。
【００７８】
以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、距離センサ１８を用いて測定された自機と周囲の障害物との距離Ｌｎが接近可能距離Ｍｎ未満となった場合に操舵抑制制御を実行する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＧＰＳ信号によって検知された自機の位置と自機周囲詳細情報から検出された自機の周囲の障害物との距離が接近可能距離Ｍｎ未満となった場合に操舵抑制制御を実行する形態としてもよい。
【００８０】
また、ヘリコプタは、自機が以前に生成した自機周囲詳細情報又は他のヘリコプタ１０が生成した自機周囲詳細情報を予め記憶装置に記憶し、受信したＧＰＳ信号に基づいた自機の位置に応じた自機周囲詳細情報を読み出し、読み出した自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う形態とされてもよい。この形態の場合、記憶装置が自機周囲詳細情報を予め記憶しているので、ヘリコプタは、目標の位置に到着するたびに自機周囲詳細情報を生成する必要がない。
【００８１】
また、上記各実施の形態で説明した障害物接近プログラム及びホイスト降下プログラムの処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりすることができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８２】
１０ ヘリコプタ
１６ ブレード
１８ 距離センサ
３２ 飛行制御部
３４ ＧＰＳ受信部
４０ 詳細情報生成部
５２ 地図情報記憶装置
７０ 操縦桿
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘリコプタは、低高度の飛行を行う場合があるが、視界不良時に山岳等へ衝突する可能性が高くなる。
このような衝突を回避するために、特許文献１には、ヘリコプタの対地衝突防止装置として、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機および高度計によって自機高度及び自機位置を検出し、自機位置に基づいて周囲の地形情報を生成し、自機高度、自機位置及びこれらの時間変化並びに地形情報に基づいて、自機の対地衝突危険度を判定し、現在の自機高度および自機位置から定点ホバーに至るまでの飛行パスを生成して、地形情報及び対地衝突危険度に基づいて対地衝突を回避できる飛行パスを選定し、自動操縦装置が自機を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２７１４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ヘリコプタのパイロットは、例えば、遭難した要救助者の救出及び荷物の搬送等、視界が良好であるものの、障害物への接近を要する操縦を強いられる場合がある。このような場合、パイロットは、自機が障害物へ衝突しないように、自機と障害物との距離を把握しながらヘリコプタの操縦を行わなければならず、ヘリコプタの操縦が困難な場合がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ヘリコプタが障害物に近接した状態でも、ヘリコプタの障害物への衝突を回避する飛行を可能とする衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラム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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラムは以下の手段を採用する。
【０００７】
すなわち、本発明に係る衝突回避装置は、ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避装置であって、受信したＧＰＳ（Global Positioning System）信号に基づいて自機の位置を検知する検知手段と、自機と周囲の障害物との距離を測定する測定手段と、記憶手段に記憶されている地図情報から前記検知手段によって検知された自機の位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記測定手段による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する生成手段と、前記生成手段によって生成された前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う制御手段と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、検知手段によって、受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置が検知され、測定手段によって、ヘリコプタである自機と周囲の障害物との距離が測定される。
【０００９】
そして、生成手段によって、記憶手段に記憶されている地図情報から検知手段で検知された自機の位置を含む所定領域の情報が読み出される。
地図情報は、一般的に、等高線による土地の高低差、海、湖、及び河川等の水域が記されているものの、ヘリコプタの飛行の障害になる崖及び木等の障害物の大きさや範囲の詳細については記されていない。そのため、ヘリコプタが例えばホバリングにより空中に留まる場合等に、パイロットは、自機が障害物へ衝突しないように、自機と障害物との距離を把握しながらヘリコプタの操縦を行わなければならず、ヘリコプタの操縦が困難な場合がある。
【００１０】
そこで、生成手段が、上記読み出した情報と測定手段による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する。ヘリコプタの周囲の形状とは、すなわち崖等の地形や木々を含む障害物の形状である。
そして、制御手段によって、生成手段で生成された自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御が行われる。
【００１１】
従って、本発明は、ヘリコプタが障害物に近接した状態でも、ヘリコプタの障害物への衝突を回避する飛行を可能とする。
【００１２】
また、本発明の衝突回避装置は、前記制御手段が、操縦桿の操舵による自機の障害物の方向への移動を抑制する。
【００１３】
本発明によれば、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御として、操縦桿の操舵による自機の障害物の方向への移動の抑制が行われるので、より確実に障害物への衝突を回避することができる。
【００１４】
また、本発明の衝突回避装置は、前記制御手段が、前記自機の大きさとして、前記測定手段によって測定された前記距離を用い、該距離が予め定められた距離未満となった場合に、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う。
【００１５】
本発明によれば、測定手段によって自機と障害物との距離を測定しながら、飛行を行うことになるので、より確実に障害物への衝突を回避することができる。
【００１６】
また、本発明の衝突回避装置は、吊具を昇降させる巻き上げ手段と、前記吊具及び前記吊具を降下させる目標を、該吊具及び該目標の上方から撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された前記吊具の位置と前記目標の位置とが、所定範囲内となるように自機を制御する制御手段と、を備える。
【００１７】
本発明によれば、撮像手段によって、巻き上げ手段で昇降される吊具及び吊具を降下させる目標が上方から撮像され、制御手段によって、撮像された吊具の位置と目標の位置とが、所定範囲内となるように自機が制御されるので、より確実に吊具を目標へ降下させることができる。
【００１８】
また、本発明の衝突回避装置は、前記測定手段を、自機の正面、下面、上面、両側面、及び背面に備える。
【００１９】
本発明によれば、より正確に自機と障害物との距離を測定できる。
【００２０】
また、本発明の衝突回避装置は、前記測定手段を回転翼の先端に備える。
【００２１】
本発明によれば、回転翼はヘリコプタの移動方向に応じて上下動するため、回転翼の先端に測定手段が備えられることによって、回転翼が上下動した場合における回転翼から障害物までの距離が測定可能となり、より正確に自機と障害物との距離を測定できる。
【００２２】
一方、本発明に係るヘリコプタは、上記記載の衝突回避装置を備える。
【００２３】
さらに、本発明に係る衝突回避プログラムは、ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避プログラムであって、受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置を検知する第１工程と、自機と周囲の障害物との距離を測定する第２工程と、記憶手段に記憶されている地図情報から前記第１工程によって検知された自機の位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記第２工程による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する第３工程と、前記第３工程によって生成した前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う第４工程と、を含む。
【００２４】
また、本発明に係る衝突回避プログラムは、ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避プログラムであって、受信したＧＰＳ信号に基づいてヘリコプタの位置を検知し、該ヘリコプタと周囲の障害物との距離を測定し、予め定められた地図情報から前記検知したヘリコプタの位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記測定による測定結果とから生成された、ヘリコプタの周囲の形状を示す自機周囲詳細情報が予め記憶された記憶手段から、受信したＧＰＳ信号に基づいた自機の位置に応じた自機周囲詳細情報を読み出す第１工程と、前記第１工程によって読み出した前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う第２工程と、を含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ヘリコプタが障害物に近接した状態でも、ヘリコプタの障害物への衝突を回避する飛行を可能とする、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るヘリコプタの外観図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るヘリコプタが障害物の周囲をホバリングする場合の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る主制御装置の機能を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係るヘリコプタの撮像装置による撮像の状態を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るヘリコプタが目的地へ到着し、ホイストを降下させるまでの流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る障害物接近処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係るヘリコプタの接近可能距離及び移動可能距離を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係るホイスト降下処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る衝突回避装置、ヘリコプタ、及び衝突回避プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係るヘリコプタ１０の外観図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は側面図である。
本実施形態に係るヘリコプタ１０は、フック１２（吊具）を目標へ昇降させるホイスト１４を備え、例えば、山岳等で遭難した要救助者の救助、荷物の昇降を行うヘリコプタである。
【００２９】
本実施形態では、目標を要救助者とし、ヘリコプタ１０を、要救助者を救助するためのヘリコプタとして説明する。このため、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、例えば、図２に示すようにホイスト１４を降下させて要救助者を救出する。しかし、要救助者は、崖や木等の障害物の近辺に位置している場合が多い。そのため、ヘリコプタ１０による要救助者の救助には、ヘリコプタ１０本体やホイスト１４が障害物に接触する危険性が伴う場合がある。特に、突風が吹いた場合は、ホイスト１４を降下させる等するために、ホバリングしているヘリコプタ１０は、挙動を乱しやすく、ヘリコプタ１０は、破線で示すように障害物に接触する危険性がより高まる。
【００３０】
そこで、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、図１に示すように、自機の正面、下面、上面、両側面、及び背面、並びにブレード（回転翼）１６の先端に、自機と周囲の障害物との距離を測定する距離センサ１８Ａ〜１８Ｋ（１１個）を備え、距離センサ１８Ａ〜１８Ｋによる測定結果に基づいて飛行が制御される。より具体的には、例えば、自機の正面の先端に距離センサ１８Ａが、自機の下面に距離センサ１８Ｂが、自機の上面としてメインロータ２０に距離センサ１８Ｃが、自機の両側面に距離センサ１８Ｄ，１８Ｅが、自機の背面としてテールロータ２２の中心に距離センサ１８Ｆが、テールロータ２２が備えられている部分の略真下に距離センサ１８Ｇが、メインロータ２０が有する各ブレード１６（本実施形態のブレード１６は４枚）の先端に距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋが備えられる。なお、ブレード１６はヘリコプタ１０の移動方向に応じて上下動するため、ブレード１６の先端に距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋが備えられることによって、ブレード１６が上下動した場合におけるブレード１６から障害物までの距離が測定可能となる。
【００３１】
距離センサ１８Ａ〜１８Ｋは、レーザ又はミリ波レーダを周囲に発信し、その反射波を検出する。そして、該検出した信号に基づいて、ヘリコプタ１０の周囲との距離が測定される。なお、以下の説明において、各距離センサ１８を区別する場合は、符号の末尾にＡ〜Ｋの何れかを付し、各距離センサ１８を区別しない場合は、Ａ〜Ｋを省略する。また、上記距離センサ１８の取り付け位置は、一例であり、上記取り付け位置に限られず、より多くの距離センサ１８がヘリコプタ１０に取り付けられてもよいし、より少ない距離センサ１８がヘリコプタ１０に取り付けられてもよい。
【００３２】
図３は、本実施形態に係る主制御装置３０の機能を示す機能ブロック図である。
ヘリコプタ１０は、主制御装置３０を備える。主制御装置３０は、飛行制御部３２、ＧＰＳ受信部３４、距離センサ信号受信部３６、自機情報生成部３８、詳細情報生成部４０、及び画像処理部４２を備える。
【００３３】
飛行制御部３２は、種々の情報が入力され、該情報に基づいてヘリコプタ１０の飛行に係る制御を司る。
【００３４】
ＧＰＳ受信部３４は、ＧＰＳアンテナ４４を介してＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信し、受信したＧＰＳ信号に基づいて、自機の位置を検知し、検知した自機の位置情報（緯度及び経度）を詳細情報生成部４０へ出力する。
【００３５】
距離センサ信号受信部３６は、各距離センサ１８からの信号に基づいて、自機と周囲の障害物との距離を測定し、該距離を障害物情報として詳細情報生成部４０へ出力する。
【００３６】
また、ヘリコプタ１０は、メインロータ２０が有するブレード１６の位相、すなわち各ブレード１６の位置（方位）を検知するブレード位置検出装置４６（ブレードトラッカともいう。）を備える。
ブレード位置検出装置４６は、検知した各ブレード１６が向いている方位を障害物情報として詳細情報生成部４０へ出力する。
ブレード１６は、メインロータ２０と共に回転しているため、ブレード１６に備えられた距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋによって障害物までの距離を測定しても、該障害物がどの方位に存在するかが距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋだけでは分からない。そのため、本実施形態にかかるヘリコプタ１０では、ブレード位置検出装置４６によって各ブレード１６の方位を検出することによって、距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋで測定した障害物の方位を明確にする。
【００３７】
自機情報生成部３８は、コンパス４８及び高度計５０からの信号が入力され、自機が向いている方位及び高度を自機情報として詳細情報生成部４０及び飛行制御部３２へ出力する。
【００３８】
詳細情報生成部４０は、地図情報（デジタルデータとされた地形情報）を記憶した地図情報記憶装置５２と自機周囲詳細情報生成部５４とを備える。
【００３９】
詳細情報生成部４０は、ＧＰＳ受信部３４から入力された位置情報に基づいて、自機の位置を含む所定領域の地図情報（以下、「自機周囲情報」という。）を読み出す。自機周囲情報の具体例は、自機の位置を中心とした数十ｍ四方の矩形領域又は円形領域の地図情報である。
本実施形態に係るヘリコプタ１０は、上記読み出した自機周囲情報を用いて飛行が制御される。しかし、自機周囲情報である地図情報は、一般的に、等高線による土地の高低差、海、湖、及び河川等の水域が記されているものの、ヘリコプタ１０の飛行の障害になる崖及び木等の障害物の大きさや範囲の詳細については記されていない。
【００４０】
そのため、ヘリコプタ１０が例えばホバリングにより空中に留まる場合等に、パイロットは、自機が障害物へ衝突しないように、自機と障害物との距離を把握しながらヘリコプタ１０の操縦を行わなければならず、ヘリコプタ１０の操縦が困難な場合がある。
そこで、詳細情報生成部４０が、上記読み出した自機周囲情報と距離センサ１８による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する。ヘリコプタ１０の周囲の形状とは、すなわち崖等の地形や木々を含む障害物の形状である。
【００４１】
より詳しくは、距離センサ１８Ａが、自機から自機の前方の障害物までの距離を測定し、距離センサ１８Ｂが、自機から自機の下方の障害物（地面）までの距離を測定し、距離センサ１８Ｃが自機から自機の上方の障害物までの距離を測定し、距離センサ１８Ｄ，１８Ｅが、自機から自機の両側方の障害物までの距離を測定し、距離センサ１８Ｆ，１８Ｇが自機から自機の後方の障害物までの距離を測定し、距離センサ１８Ｈ〜１８Ｋが各ブレード１６の先端から障害物までの距離を測定する。そして、自機周囲詳細情報生成部５４は、自機の高度及び方位、各ブレード１６の方位、並びに読み出した自機周囲情報により示される地形情報を組み合わせ、自機周囲詳細情報として生成する。なお、生成した自機周囲詳細情報は、記憶装置５６に記憶される。
【００４２】
また、画像処理部４２は、図４に示すようにホイスト１４及び目標（要救助者）を上方から撮像するための撮像装置５８から出力された撮像信号が入力される。そして、画像処理部４２は、入力された撮像信号に基づいてホイスト１４の平面位置（Ｘ，Ｙ）と目標の平面位置（Ｘｐ，Ｙｐ）とを画像認識により算出する。なお、撮像装置５８は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサ等の固体撮像素子によって撮像を行う。
【００４３】
さらに、ヘリコプタ１０は、ホイスト昇降装置６０を備える。
ホイスト昇降装置６０は、飛行制御部３２から入力されるホイスト位置制御コマンドに基づいて、ホイスト１４を昇降させると共に、ホイスト１４の位置を示すホイスト位置情報を飛行制御部３２へ出力する。なお、ホイスト位置情報とは、具体的には、自機の下面からフック１２の先端までの距離（長さ）である。
【００４４】
そして、飛行制御部３２は、入力された各種情報及び操縦桿７０の操舵量に基づいて、各種情報処理を行うと共にヘリコプタ１０を操作するための操舵制御コマンドを生成し、該操舵制御コマンドをアクチュエータ７２へ出力する。アクチュエータ７２は、操舵制御コマンドに基づいて動作し、メインロータ２０及びテールロータ２２を駆動させる。
【００４５】
図５は、ヘリコプタ１０が目的地へ到着し、ホイスト１４を目標である要救助者へ降下させるまでの流れを示すフローチャートである。なお、ホイスト降下処理中にも障害物接近処理は実行されるため、ステップ１０６のホイスト降下処理が終了するまで、障害物接近処理は常に繰り返される。
【００４６】
要救助者が位置する領域近辺にヘリコプタ１０が到着すると、ステップ１００では、障害物接近処理を実行する。
【００４７】
次のステップ１０２では、目的地、すなわち要救助者の上空へヘリコプタ１０が到達したか否かをパイロットが判断し、パイロットが到着したと判断した場合は、ステップ１０４へ移行し、到着していないと判断した場合は、再びステップ１００へ戻り、障害物接近処理を行うか、要救助者の救助を中断する。
【００４８】
ステップ１０４では、要救助者の上空でホバリング（定点ホバー）により留まるように、パイロットがヘリコプタ１０を制御する。
【００４９】
次のステップ１０６では、ホイスト降下処理を実行する。そして、ヘリコプタ１０によって要救助者が救助されると、本フローは、終了することとなる。
【００５０】
図６は、障害物接近処理を行う場合に、主制御装置３０によって実行される障害物接近プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、障害物接近プログラムは主制御装置３０が備える例えば記憶装置５６の所定領域に予め記憶されている。
【００５１】
まず、ステップ２００は、詳細情報生成部４０の機能に相当する処理であり、ＧＰＳ信号から得られた自機の位置情報に基づいて、地図情報に含まれる自機周囲情報を読み出す。
【００５２】
次のステップ２０２は、距離センサ信号受信部３６の機能に相当する処理であり、距離センサ１８を用いて自機と周囲の障害物との距離を測定する。
【００５３】
次のステップ２０４は、詳細情報生成部４０の機能に相当する処理であり、読み出した自機周囲情報及び距離センサ１８の測定結果とから自機周囲詳細情報を算出する。
【００５４】
次のステップ２０６からステップ２１８は、飛行制御部３２の機能に相当する処理であり、ステップ２０６では、突風による機体の移動距離（以下、「機体移動距離」という。）を算出する。なお、機体移動距離は、例えば、ヘリコプタ１０の位置情報により示される位置（領域）において、過去に観測された風の最大風速に応じて求められる。具体的には、機体移動距離は、図７に示すようにヘリコプタ１０の機体中心を中心とした円を規定するための径（半径）であり、該径は機体の大きさ及び最大風速に応じたデータベースとして例えば記憶装置５６に予め記憶されている。
【００５５】
次のステップ２０８では、接近可能距離Ｍｎ（ｎは距離センサ１８を区別するための符号）を算出する。接近可能距離Ｍｎとは、図７に示すように、ヘリコプタ１０を中心とした機体移動距離よりも広い範囲である。そして、接近可能距離Ｍｎは、例えば、ステップ２０６で算出した機体移動距離に距離センサ１８の取り付け位置に応じた所定距離を加算することによって算出される。
【００５６】
次のステップ２１０では、距離センサ信号受信部３６の機能に相当する処理であり、距離センサ１８を用いて自機と周囲の障害物との距離Ｌｎ（ｎは距離センサ１８を区別するための符号）を測定する。なお、本ステップ２１０で行われる距離センサ１８による距離の測定は、ステップ２０２における距離の測定とは異なり、後述するようにヘリコプタ１０が障害物へ接近することを防止するための距離の測定である。
【００５７】
次のステップ２１２では、パイロットによる操縦桿７０の操舵方向を検知する。
【００５８】
次のステップ２１４では、ステップ２１２で検知した操舵方向における距離Ｌｎが接近可能距離Ｍｎ以下であるか否かを判定する接近可能判定を行い、肯定判定の場合は、ステップ２１６へ移行し、否定判定の場合は、ステップ２１８へ移行する。
【００５９】
ステップ２１６では、操縦桿７０による操舵方向へ向かうように自機を制御しても、障害物へ自機が衝突することはないため、操縦桿７０による操舵量に応じて操舵方向へ自機移動させる。
【００６０】
一方、ステップ２１８では、操縦桿７０による操舵方向へ向かうように自機を制御すると、障害物へ自機が衝突する可能性が生じるため、操縦桿７０の操舵による障害物の方向への移動を抑制する操舵抑制制御を行う。
本実施形態では操舵抑制制御として、操縦桿７０の反力を増加させる反力制御信号を飛行制御部３２から操縦桿７０へ出力し、パイロットが上記操舵方向へ操縦桿７０を操作しようとしても、操縦桿７０が該操舵方向へ傾くことを抑制する制御を行う。しかし、操舵抑制制御としては、これに限らず、例えば、操縦桿７０に対する上記操舵方向への操作量の感度を低下させる制御や、操縦桿７０に対する上記操舵方向への操作を受け付けない制御等、他の制御が行われてもよい。
【００６１】
そして、ヘリコプタ１０は、目的地へ到着するまで障害物接近処理を繰り返す。
【００６２】
図８は、ホイスト降下処理を行う場合に、主制御装置３０によって実行されるホイスト降下プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、ホイスト降下プログラムは主制御装置３０が備える例えば記憶装置５６の所定領域に予め記憶されている。
【００６３】
まず、ステップ３００は、自機情報生成部３８の機能に相当する処理であり、自機の高度を測定する。
【００６４】
次のステップ３０２からステップ３０６は、飛行制御部３２の機能に相当する処理であり、ステップ３０２では、自機周囲詳細情報を記憶装置５６から読み出す。なお、該自機周囲詳細情報は、障害物接近処理において作成された情報を用いる。
【００６５】
次のステップ３０４では、自機周囲詳細情報に基づいた標高と自機の高度から、自機からホイスト１４を降下させる距離（以下、「ホイスト降下距離Ｚｐ」という。）を算出する。
【００６６】
次のステップ３０６では、算出したホイスト降下距離を、ホイスト昇降装置６０へホイスト位置制御コマンドとして出力する。ホイスト昇降装置６０は、ホイスト位置制御コマンドに応じてホイスト１４を降下させる。
【００６７】
次のステップ３０８は、自機情報生成部３８及び飛行制御部３２の機能に相当する処理であり、撮像した画像からホイスト１４の平面位置（Ｘ，Ｙ）及び目標である要救助者の平面位置（Ｘｐ，Ｙｐ）を画像認識により検出する（図４も参照）。また、本ステップ３０８は、ホイスト昇降装置６０から入力されるホイスト位置情報をホイスト１４の移動量（高さ方向の位置、Ｚ）として検出する。
【００６８】
次のステップ３１０では、ホイスト１４の平面位置（Ｘ，Ｙ）と目標の平面位置（Ｘｐ，Ｙｐ）とが略一致するように操舵制御（自動制御）を実行する。
【００６９】
次のステップ３１２では、ホイスト１４の平面位置Ｘと目標の平面位置Ｘｐとの差の絶対値が予め定められた差分ΔＸ（例えば、５０ｃｍ）未満となったか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ３１４へ移行し、否定判定の場合は、図５のステップ１００へ戻る。
【００７０】
ステップ３１４では、ホイスト１４の平面位置Ｙと目標の平面位置Ｙｐとの差の絶対値が予め定められた差分ΔＹ（例えば、５０ｃｍ）未満となったか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ３１６へ移行し、否定判定の場合は、図５のステップ１００へ戻る。
【００７１】
ステップ３１６では、ホイスト降下距離Ｚｐとホイスト１４の距離Ｚとが略一致するようにホイスト昇降装置６０を制御する。
【００７２】
次のステップ３１８では、ホイスト降下距離Ｚｐとホイスト１４の距離Ｚとの差の絶対値が予め定められた差分ΔＺ（例えば、１０ｃｍ）未満となったか否かを判定し、肯定判定の場合は、本プログラムを終了し、否定判定の場合は、図５のステップ１００へ戻る。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、ＧＰＳ受信部３４によって、受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置を検知し、距離センサ１８によって、自機と周囲の障害物との距離を測定する。そして、ヘリコプタ１０は、詳細情報生成部４０によって、地図情報記憶装置５２に記憶されている地図情報から距離センサ１８で検知した自機の位置を含む自機周囲情報を読み出し、読み出した自機周囲情報と距離センサ１８による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成し、飛行制御部３２によって、自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う。
従って、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、障害物に近接した状態でも障害物への衝突を回避する飛行を可能とする。
【００７４】
また、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御として、操縦桿７０の操舵による自機の障害物の方向への移動の抑制を行うので、より確実に障害物への衝突を回避することができる。
【００７５】
また、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、自機の大きさとして、距離センサ１８によって測定された距離を用い、該距離が接近可能距離未満となった場合に、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う。
本発明によれば、測定手段によって自機と障害物との距離を測定しながら、飛行を行うことになるので、より確実に障害物への衝突を回避することができる。
【００７６】
また、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、ホイスト昇降装置６０で昇降させるホイスト１４及びホイスト１４を降下させる目標を上方から撮像し、撮像したホイスト１４の位置と目標の位置とが、所定範囲内となるように自機を制御するので、より確実にフック１２（ホイスト１４）を目標へ降下させることができる。
【００７７】
また、本実施形態に係るヘリコプタ１０は、距離センサ１８を、自機の正面、上面、下面、両側面、及び背面、並びにブレード１６の先端に備えるので、より正確に自機と障害物との距離を測定できる。
【００７８】
以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７９】
例えば、上記実施形態では、距離センサ１８を用いて測定された自機と周囲の障害物との距離Ｌｎが接近可能距離Ｍｎ未満となった場合に操舵抑制制御を実行する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＧＰＳ信号によって検知された自機の位置と自機周囲詳細情報から検出された自機の周囲の障害物との距離が接近可能距離Ｍｎ未満となった場合に操舵抑制制御を実行する形態としてもよい。
【００８０】
また、ヘリコプタは、自機が以前に生成した自機周囲詳細情報又は他のヘリコプタ１０が生成した自機周囲詳細情報を予め記憶装置に記憶し、受信したＧＰＳ信号に基づいた自機の位置に応じた自機周囲詳細情報を読み出し、読み出した自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う形態とされてもよい。この形態の場合、記憶装置が自機周囲詳細情報を予め記憶しているので、ヘリコプタは、目標の位置に到着するたびに自機周囲詳細情報を生成する必要がない。
【００８１】
また、上記各実施の形態で説明した障害物接近プログラム及びホイスト降下プログラムの処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりすることができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８２】
１０ ヘリコプタ
１６ ブレード
１８ 距離センサ
３２ 飛行制御部
３４ ＧＰＳ受信部
４０ 詳細情報生成部
５２ 地図情報記憶装置
７０ 操縦桿
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避装置であって、
受信したＧＰＳ（Global Positioning System）信号に基づいて自機の位置を検知する検知手段と、
自機と周囲の障害物との距離を測定する測定手段と、
記憶手段に記憶されている地図情報から前記検知手段によって検知された自機の位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記測定手段による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う制御手段と、
を備えた衝突回避装置。
【請求項２】
前記制御手段は、操縦桿の操舵による自機の障害物の方向への移動を抑制する請求項１記載の衝突回避装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記自機の大きさとして、前記測定手段によって測定された前記距離を用い、該距離が予め定められた距離未満となった場合に、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う請求項１又は請求項２記載の衝突回避装置。
【請求項４】
吊具を昇降させる巻き上げ手段と、
前記吊具及び前記吊具を降下させる目標を、該吊具及び該目標の上方から撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記吊具の位置と前記目標の位置とが、所定範囲内となるように自機を制御する制御手段と、
を備えた請求項１から請求項３の何れか１項記載の衝突回避装置。
【請求項５】
前記測定手段は、自機の正面、上面、下面、両側面、及び背面に備えられる請求項１から請求項４の何れか１項記載の衝突回避装置。
【請求項６】
前記測定手段は、回転翼の先端に備えられる請求項１から請求項５の何れか１項記載の衝突回避装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項記載の衝突回避装置を備えたヘリコプタ。
【請求項８】
ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避プログラムであって、
受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置を検知する第１工程と、
自機と周囲の障害物との距離を測定する第２工程と、
記憶手段に記憶されている地図情報から前記第１工程によって検知された自機の位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記第２工程による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する第３工程と、
前記第３工程によって生成した前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う第４工程と、
を含む衝突回避プログラム。
【請求項９】
ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避プログラムであって、
受信したＧＰＳ信号に基づいてヘリコプタの位置を検知し、該ヘリコプタと周囲の障害物との距離を測定し、予め定められた地図情報から前記検知したヘリコプタの位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記測定による測定結果とから生成された、ヘリコプタの周囲の形状を示す自機周囲詳細情報が予め記憶された記憶手段から、受信したＧＰＳ信号に基づいた自機の位置に応じた自機周囲詳細情報を読み出す第１工程と、
前記第１工程によって読み出した前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う第２工程と、
を含む衝突回避プログラム。
【請求項１】
ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避装置であって、
受信したＧＰＳ（Global Positioning System）信号に基づいて自機の位置を検知する検知手段と、
自機と周囲の障害物との距離を測定する測定手段と、
記憶手段に記憶されている地図情報から前記検知手段によって検知された自機の位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記測定手段による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う制御手段と、
を備えた衝突回避装置。
【請求項２】
前記制御手段は、操縦桿の操舵による自機の障害物の方向への移動を抑制する請求項１記載の衝突回避装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記自機の大きさとして、前記測定手段によって測定された前記距離を用い、該距離が予め定められた距離未満となった場合に、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う請求項１又は請求項２記載の衝突回避装置。
【請求項４】
吊具を昇降させる巻き上げ手段と、
前記吊具及び前記吊具を降下させる目標を、該吊具及び該目標の上方から撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記吊具の位置と前記目標の位置とが、所定範囲内となるように自機を制御する制御手段と、
を備えた請求項１から請求項３の何れか１項記載の衝突回避装置。
【請求項５】
前記測定手段は、自機の正面、上面、下面、両側面、及び背面に備えられる請求項１から請求項４の何れか１項記載の衝突回避装置。
【請求項６】
前記測定手段は、回転翼の先端に備えられる請求項１から請求項５の何れか１項記載の衝突回避装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項記載の衝突回避装置を備えたヘリコプタ。
【請求項８】
ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避プログラムであって、
受信したＧＰＳ信号に基づいて自機の位置を検知する第１工程と、
自機と周囲の障害物との距離を測定する第２工程と、
記憶手段に記憶されている地図情報から前記第１工程によって検知された自機の位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記第２工程による測定結果とから、自機の周囲の形状を示す自機周囲詳細情報を生成する第３工程と、
前記第３工程によって生成した前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う第４工程と、
を含む衝突回避プログラム。
【請求項９】
ヘリコプタに搭載されるヘリコプタと障害物との衝突を回避するための衝突回避プログラムであって、
受信したＧＰＳ信号に基づいてヘリコプタの位置を検知し、該ヘリコプタと周囲の障害物との距離を測定し、予め定められた地図情報から前記検知したヘリコプタの位置を含む所定領域の情報を読み出し、該読み出した情報と前記測定による測定結果とから生成された、ヘリコプタの周囲の形状を示す自機周囲詳細情報が予め記憶された記憶手段から、受信したＧＰＳ信号に基づいた自機の位置に応じた自機周囲詳細情報を読み出す第１工程と、
前記第１工程によって読み出した前記自機周囲詳細情報と自機の大きさとに基づいて、自機が障害物へ衝突することを抑制するための制御を行う第２工程と、
を含む衝突回避プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０１１７６（Ｐ２０１２−２０１１７６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６４０８（Ｐ２０１１−６６４０８）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]