世界初、無人航空機搭載の衝突回避システムが有人機を探知 福島ロボットテストフィールドで性能試験を実施

世界初、無人航空機搭載の衝突回避システムが有人機を探知 福島ロボットテストフィールドで性能試験を実施

NEDOなどが福島県と南相馬市の協力で、12月10日〜14日、復興工業団地内「福島ロボットテストフィールド」(福島県南相馬市)で、中型の無人航空機に搭載した衝突回避システムの探知性能試験を世界で初めて実施した。


有人ヘリコプター衝突回避の模擬飛行試験でドローンが有人機を探知、回避飛行

 国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)、(株)SUBARU、日本無線(株)、日本アビオニクス(株)、三菱電機(株)、(株)自律制御システム研究所は、福島県と南相馬市の協力で、12月10日〜14日、復興工業団地内「福島ロボットテストフィールド」(福島県南相馬市)で、中型の無人航空機に搭載した衝突回避システムの探知性能試験を世界で初めて実施したと発表した。今回の試験は、2017年11月22日にNEDOと福島県が締結したロボット・ドローンの実証等に関する協力協定の取り組みの一環として行われたもの。
 今回の実験は、あらかじめ設計した経路に従って、中型の無人航空機がホバリングする有人ヘリコプターを避け、時速40km程度で飛行する、模擬的な衝突回避を行った。無人航空機には各種センサーや準天頂衛星システム対応受信機などを搭載し、飛行中に適切に有人ヘリコプターを探知できるか、飛行中の無人航空機を高精度に測位できるかなど、衝突回避システムの動作を確認することができた。
 また、小型の無人航空機については、現状、中型の無人航空機のように多くのセンサー機器類を搭載することができないため、全く同じ衝突回避システムをそのまま利用することができなかった。そこで、今回は超小型のセンサーや準天頂衛星システム対応受信機などを用いた模擬飛行試験を合わせて実施した。
 来年度は、この成果を踏まえ、向かい合って飛行する有人ヘリコプターに対して、自律的に衝突を回避する無人航空機の飛行試験を行う予定。
 今後、衝突回避システムを確立することで、災害対応や物流などの分野における無人航空機の実用化と、より小型の無人航空機への機能搭載を見据えた社会実装を推進するとしている。

図1 今回の模擬飛行のイメージ

協力した各社の役割分担

使用した無人航空機と搭載機器

実施した試験の内容と結果

(1)衝突回避センサーの動作確認と性能評価
<目的>
・衝突回避システムを構成する各種センサーについて、空中での動作確認と性能評価を行う。
・各種センサーが適切に機能し、大きさの異なる対象物を適切に探知できることを確認する。

<方法>
・各種センサーを搭載した中型の無人航空機をホバリングさせ、空中に静止させる。
・そこに、有人ヘリコプターや小型の無人航空機を、さまざまな距離、方位、速度で接近させる。

<結果>
・異なるサイズの対象物について、さまざまな距離、方位、速度で、全ての衝突回避センサーが設計通り機能したことが確認できた。
・今後、これらセンサーによって構成される衝突回避システムとして、接近する有人ヘリコプターや他の無人航空機との衝突を自動で判断するめどが得られた。

(2)準天頂衛星システム対応受信機を用いた高精度の測位評価
<目的>
・既存の測位技術を無人航空機に搭載した場合、3次元上で数メートル程度の測位精度でしか飛行中の無人航空機の位置を同定できなかったが、準天頂衛星システム対応受信機を搭載することで、3次元上で10cm程度の測位精度が期待できる。この精度を確認する。

<方法>
・ 中型の無人航空機および小型の無人航空機に準天頂衛星システム対応受信機を搭載し、飛行中の測位精度を確認する。

<結果>
・飛行中の中型の無人航空機について、3次元上で10cm程度の測位精度が確認できた。
・また、飛行中の小型の無人航空機について、3次元上で10cm程度の測位精度が確認できた。
・今後、高精度測位によって、衝突回避経路を正確に設定することが期待できる。
・また、自律飛行する無人航空機が、衝突回避行動をとった後で、当初設定されていた飛行経路に精度よく復帰することが期待できる。

(3)模擬飛行試験における衝突回避システムの性能評価
<目的>
・中型の無人航空機および小型の無人航空機が有人ヘリコプターの周りで衝突回避経路を飛行した場合に、衝突回避システムが設計通りに機能するのか評価する。

<方法1 中型の無人航空機>
・有人ヘリコプターをホバリングさせ、空中で静止させる。
・あらかじめ、有人ヘリコプターとの水平方向の最低安全離隔距離(150m)を確保し、衝突を回避するための中型の無人航空機の飛行経路を設定する。
・衝突回避システムを搭載した中型の無人航空機を、飛行経路に沿って自律飛行(時速40km程度)させる。飛行中の各種センサー、準天頂衛星システム対応受信機、衝突回避システムの動作を確認する。

<方法2 小型の無人航空機>
・有人ヘリコプターをホバリングさせ、空中で静止させる。
・あらかじめ、有人ヘリコプターとの垂直下方向の最低安全離隔距離(30m)を確保した上で、ダウンウォッシュ(吹き下ろし)※7の影響が少なく、落下せずに衝突回避できる小型の無人航空機の飛行経路を設定する。
・超小型光波センサーと準天頂衛星システム対応受信機を搭載した小型の無人航空機を、飛行経路に沿って自律飛行(時速40km程度)させる。飛行中の超小型光波センサー、準天頂衛星システム対応受信機の動作を確認する。

<結果>
(1)で確認した結果を踏まえ、衝突回避センサーなどの機器類が適切に動作し、飛行中の中型の無人航空機および小型の無人航空機から有人ヘリコプターを適切に探知できた。
(2)で確認した結果を踏まえ、準天頂衛星システム対応受信機のデータに基づき、衝突回避のための経路を飛行できた。

(4)今後の予定
 以上の(1)~(3)の結果を踏まえ、来年度は、互いに対面方向に飛行中の中型の無人航空機から、有人ヘリコプターを探知し、自律的に衝突を回避する飛行試験を行う予定。

図4 模擬飛行する中型の無人航空機の様子

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