特開 2022-134725 自律飛行体及び飛行制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022134725

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】自律飛行体及び飛行制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/10 20060101AFI20220908BHJP

   B64C 13/18 20060101ALI20220908BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20220908BHJP

   B64C 27/04 20060101ALI20220908BHJP

   B64D 47/08 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

G05D1/10

B64C13/18 Z

B64C39/02

B64C27/04

B64D47/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021034076

(22)【出願日】2021-03-04

(71)【出願人】

【識別番号】000102728

【氏名又は名称】株式会社エヌ・ティ・ティ・データ

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100166442

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 洋雅

(74)【代理人】

【識別番号】100174067

【弁理士】

【氏名又は名称】湯浅 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】青山 美次

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 一徳

(72)【発明者】

【氏名】三井 弘宜

(72)【発明者】

【氏名】本間 暁

【テーマコード（参考）】

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H301AA06

5H301AA10

5H301BB10

5H301CC04

5H301CC07

5H301CC10

5H301GG08

5H301GG09

5H301GG16

5H301LL01

5H301LL14

(57)【要約】

【課題】障害物の存在する環境下において自律飛行体による自律飛行を可能とする。
【解決手段】ドローン１は、飛行方向に対してなす角度が右９０度又は左９０度となる第１方向に存在する障害物からドローン１までの距離である第１距離を測定し、第１方向から飛行方向に向けて０度より大きく９０度より小さい角度をなす第２方向に存在する障害物からドローン１までの距離である第２距離を測定する測域制御部と、第１距離と第２距離とに基づいてドローン１の新たな飛行方向を決定する飛行指令部と、飛行指令部により決定された新たな飛行方向に基づいてドローン１の飛行を制御する飛行制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自律飛行体であって、
前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度又は左９０度となる第１方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第１距離を測定し、前記第１方向から前記飛行方向に向けて０度より大きく９０度より小さい角度をなす第２方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第２距離を測定する測距手段と、
前記第１距離と前記第２距離とに基づいて前記自律飛行体の新たな飛行方向を決定する飛行方向決定手段と、
前記飛行方向決定手段により決定された前記新たな飛行方向に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御する飛行制御手段と、
を備える自律飛行体。

【請求項2】

前記飛行方向決定手段は、前記第１距離が第１設定距離以下かつ前記第２距離が第２設定距離以下であるとき、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が左９０度であるときには前記自律飛行体が右方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定し、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度であるときには前記自律飛行体が左方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定する、
請求項１に記載の自律飛行体。

【請求項3】

前記飛行方向決定手段は、前記第１距離が第３設定距離以上かつ前記第２距離が第４設定距離以上であるとき、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が左９０度であるときには前記自律飛行体が左方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定し、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度であるときには前記自律飛行体が右方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定する、
請求項１又は２に記載の自律飛行体。

【請求項4】

前記自律飛行体の新たな飛行速度を決定する飛行速度決定手段をさらに備え、
前記飛行制御手段は、前記飛行速度決定手段により決定された前記新たな飛行速度に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御し、
前記飛行速度決定手段は、前記第１方向に存在する障害物を検知でき、かつ前記第２方向に存在する障害物を検知できなかったとき、前記第２方向に存在する障害物を検知できていたときよりも前記自律飛行体の飛行速度を下げるように新たな飛行速度を決定し、
前記飛行方向決定手段は、前記第１方向に存在する障害物を検知できず、かつ前記第２方向に存在する障害物を検知できなかったとき、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が左９０度であるときには前記自律飛行体が左方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定し、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度であるときには前記自律飛行体が右方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の自律飛行体。

【請求項5】

前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が障害物の存在しない飛行可能空間であるか否かを判定する飛行可能判定手段をさらに備え、
前記飛行方向決定手段は、前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が前記飛行可能空間でないと前記飛行可能判定手段が判断したとき、前記自律飛行体が旋回するように前記新たな飛行方向を決定する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の自律飛行体。

【請求項6】

前記測距手段はさらに、前記第１方向と真逆の方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第３距離を測定し、
前記飛行方向決定手段は、前記第１距離と前記第３距離とに基づいて前記新たな飛行方向を決定する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の自律飛行体。

【請求項7】

自律飛行体であって、
前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が障害物の存在しない飛行可能空間であるか否かを判定する飛行可能判定手段と、
前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が前記飛行可能空間でないと前記飛行可能判定手段が判断したとき、前記自律飛行体が旋回するように前記自律飛行体の新たな飛行方向を決定する飛行方向決定手段と、
前記飛行方向決定手段により決定された前記新たな飛行方向に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御する飛行制御手段と、
を備える自律飛行体。

【請求項8】

自律飛行体の飛行を制御する飛行制御方法であって、
前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度又は左９０度となる第１方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第１距離を測定し、
前記第１方向から前記飛行方向に向けて０度より大きく９０度より小さい角度をなす第２方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第２距離を測定し、
前記第１距離と前記第２距離とに基づいて前記自律飛行体の新たな飛行方向を決定し、
決定された前記新たな飛行方向に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御する、
飛行制御方法。

【請求項9】

自律飛行体の飛行を制御する飛行制御方法であって、
前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が障害物の存在しない飛行可能空間であるか否かを判定し、
前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が前記飛行可能空間でないとき、前記自律飛行体が旋回するように前記自律飛行体の新たな飛行方向を決定し、
決定された前記新たな飛行方向に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御する、
飛行制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、自律飛行体及び飛行制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自律飛行を行うドローン等の自律飛行体は、測域センサ、電子コンパス、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球航法衛星システム）受信器などの各種センサが検出した情報に基づく飛行制御をすることにより、自律飛行を実現している。特に、電子コンパスが地磁気を検出して自律飛行体自身の機首方向を特定し、ＧＮＳＳ受信機が測位衛星からの電波信号を受信して自律飛行体自身の地球上における位置を特定することにより、精度の高い自律飛行が実現される。

【0003】

例えば特許文献１には、電子コンパスとＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）受信器と備え、自律飛行が可能なマルチコプターが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６６６１１３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の自律飛行体は、地下トンネルなど、測位衛星からの電波を正常に受信できない環境下、電子コンパスが正常に地磁気を検出できない環境下において、正常に自律飛行ができないという問題がある。

【0006】

例えば、送電線を収容する地下トンネルに撮像装置を搭載した自律飛行体を送り込んで、人員を輸送することなく送電線の状態を確認したい、といった要求がある。しかし、地下トンネルでは測位衛星からの電波を受信できない可能性が高く、かつ、送電線から生じる磁気により電子コンパスも正常に地磁気を検出できない可能性が高い。そのため、このような地下トンネルにおいては、上記の自律飛行体は正常に自律飛行できない可能性が高い。

【0007】

このため、送電線を収容する地下トンネルのような環境下での自律飛行を実現するには、測位衛星、地磁気に頼らずに自律飛行を行う技術が必要となる。一方、地下トンネルのような環境下では、壁面等の障害物が存在するため、障害物への衝突を回避するための技術も必要となる。したがって、障害物への衝突を回避するための技術が必要とされている。

【0008】

本開示の目的は、上記の事情に鑑み、障害物の存在する環境下において自律飛行を可能とする自律飛行体等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するため、本開示の第１の観点に係る自律飛行体は、
自律飛行体であって、
前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度又は左９０度となる第１方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第１距離を測定し、前記第１方向から前記飛行方向に向けて０度より大きく９０度より小さい角度をなす第２方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第２距離を測定する測距手段と、
前記第１距離と前記第２距離とに基づいて前記自律飛行体の新たな飛行方向を決定する飛行方向決定手段と、
前記飛行方向決定手段により決定された前記新たな飛行方向に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御する飛行制御手段と、
を備える。

【0010】

前記飛行方向決定手段は、前記第１距離が第１設定距離以下かつ前記第２距離が第２設定距離以下であるとき、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が左９０度であるときには前記自律飛行体が右方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定し、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度であるときには前記自律飛行体が左方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定する、
ものであってもよい。

【0011】

前記飛行方向決定手段は、前記第１距離が第３設定距離以上かつ前記第２距離が第４設定距離以上であるとき、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が左９０度であるときには前記自律飛行体が左方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定し、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度であるときには前記自律飛行体が右方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定する、
ものであってもよい。

【0012】

前記自律飛行体の新たな飛行速度を決定する飛行速度決定手段をさらに備え、
前記飛行制御手段は、前記飛行速度決定手段により決定された前記新たな飛行速度に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御し、
前記飛行速度決定手段は、前記第１方向に存在する障害物を検知でき、かつ前記第２方向に存在する障害物を検知できなかったとき、前記第２方向に存在する障害物を検知できていたときよりも前記自律飛行体の飛行速度を下げるように新たな飛行速度を決定し、
前記飛行方向決定手段は、前記第１方向に存在する障害物を検知できず、かつ前記第２方向に存在する障害物を検知できなかったとき、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が左９０度であるときには前記自律飛行体が左方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定し、前記第１方向が前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度であるときには前記自律飛行体が右方向に旋回するように前記新たな飛行方向を決定する、
ものであってもよい。

【0013】

前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が障害物の存在しない飛行可能空間であるか否かを判定する飛行可能判定手段をさらに備え、
前記飛行方向決定手段は、前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が前記飛行可能空間でないと前記飛行可能判定手段が判断したとき、前記自律飛行体が旋回するように前記新たな飛行方向を決定する、
ものであってもよい。

【0014】

前記測距手段はさらに、前記第１方向と真逆の方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第３距離を測定し、
前記飛行方向決定手段は、前記第１距離と前記第３距離とに基づいて前記新たな飛行方向を決定する、
ものであってもよい。

【0015】

上記の目的を達成するため、本開示の第２の観点に係る自律飛行体は、
自律飛行体であって、
前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が障害物の存在しない飛行可能空間であるか否かを判定する飛行可能判定手段と、
前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が前記飛行可能空間でないと前記飛行可能判定手段が判断したとき、前記自律飛行体が旋回するように前記自律飛行体の新たな飛行方向を決定する飛行方向決定手段と、
前記飛行方向決定手段により決定された前記新たな飛行方向に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御する飛行制御手段と、
を備える。

【0016】

上記の目的を達成するため、本開示の第３の観点に係る飛行制御方法は、
自律飛行体の飛行を制御する飛行制御方法であって、
前記自律飛行体の飛行方向に対してなす角度が右９０度又は左９０度となる第１方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第１距離を測定し、
前記第１方向から前記飛行方向に向けて０度より大きく９０度より小さい角度をなす第２方向に存在する障害物から前記自律飛行体までの距離である第２距離を測定し、
前記第１距離と前記第２距離とに基づいて前記自律飛行体の新たな飛行方向を決定し、
決定された前記新たな飛行方向に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御する。

【0017】

上記の目的を達成するため、本開示の第４の観点に係る飛行制御方法は、
自律飛行体の飛行を制御する飛行制御方法であって、
前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が障害物の存在しない飛行可能空間であるか否かを判定し、
前記自律飛行体から前方に向けた所定の空間が前記飛行可能空間でないとき、前記自律飛行体が旋回するように前記自律飛行体の新たな飛行方向を決定し、
決定された前記新たな飛行方向に基づいて前記自律飛行体の飛行を制御する。

【発明の効果】

【0018】

本開示によれば、障害物の存在する環境下において自律飛行体による自律飛行が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本開示の実施の形態に係るドローンの構成を示す図

【図2】本開示の実施の形態に係るドローンにおける飛行ルートの一例を示す図

【図3】本開示の実施の形態に係るコンパニオンコンピュータの機能的構成を示す図

【図4】本開示の実施の形態に係るドローンにおける第１方向、第２方向及び飛行方向の関係の一例を示す図

【図5】本開示の実施の形態に係るドローンにおける飛行可能空間の一例を示す図

【図6】本開示の実施の形態に係るドローンにおける、障害物までの距離と飛行制御との組み合わせのパターンを示す図

【図7】図６におけるパターン（１）及びパターン（２）の図例を示す図

【図8】図６におけるパターン（５）及びパターン（６）の図例を示す図

【図9】本開示の実施の形態に係るフライトコントローラの機能的構成を示す図

【図10】本開示の実施の形態に係るドローンによる飛行制御の動作の一例を示すフローチャート

【図11】本開示の実施の形態に係るドローンが備えるコンパニオンコンピュータによる新たな飛行方向及び飛行速度の決定の動作の一例を示すフローチャート

【図12】図６における、本開示の実施の形態に係るドローンが備えるフライトコントローラによる飛行制御の動作の一例を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら、本開示に係る自律飛行体をドローンに適用した実施の形態を説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。

【0021】

（実施の形態）
図１を参照しながら、実施の形態に係るドローン１を説明する。ドローン１は、コンパニオンコンピュータ２とフライトコントローラ３と測域センサ４と駆動部７とを備える。コンパニオンコンピュータ２は、測域センサ４及びフライトコントローラ３に通信可能に接続されている。フライトコントローラ３は、コンパニオンコンピュータ２及び駆動部７に通信可能に接続されている。ドローン１は、本開示に係る自律飛行体の一例である。

【0022】

なお、ドローン１は、上記のほか、ジャイロセンサ、加速度センサ、気圧センサなどの各種センサを備えてもよい。

【0023】

ドローン１は、送電線を収容する地下トンネルのような、壁面が存在し、かつ測位衛星からの電波を正常に受信できず電子コンパスが正常に地磁気を検出できない環境下において自律飛行が可能な自律飛行体である。詳細は後述するが、ドローン１は、地下トンネル内の壁面を検出し、検出した壁面と、擬似的な磁束密度及び擬似的な測位情報とに基づいて自律飛行を行う。送電線を収容する地下トンネルでは、測位衛星から正常に電波を受信することも、地磁気を正常に検出することもできないことが想定されるので、ドローン１は、衛星測位及び地磁気検出に依らずに自律飛行を行う。

【0024】

また、ドローン１のユーザは、ドローン１にカメラを搭載することにより、ドローン１の飛行経路の近傍に存在する壁面を撮像することができる。例えばドローン１が、壁面に送電線が張られた地下トンネル内を飛行する場合、ドローン１に搭載されたカメラが壁面を撮像することができる。そして、ドローン１のユーザは、当該カメラにより撮像された壁面の撮像画像を確認することにより、壁面に張られた送電線を点検することができる。

【0025】

ドローン１は、例えば図２の破線矢印に示すように、ドローン１の飛行方向から左９０度となる方向についてドローン１から壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるように飛行する。どのようにしてこのような移動が実現されるかについては後述する。ドローン１の飛行中はドローン１から壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるため、例えば上記のようにドローン１にカメラを搭載して壁面Ｗを撮像するときに、安定して壁面Ｗを撮像することができる。ドローン１は、例えば壁面Ｗから２メートル程度の距離を保って飛行する。なお、図２では、ドローン１の飛行方向から左９０度となる方向についてドローン１から壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるようにドローン１が飛行しているが、ドローン１の飛行方向から右９０度となる方向についてドローン１から壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるようにドローン１が飛行してもよい。なお、以下では、ドローン１は離陸時、着陸時を除き地平面に平行な平面上を移動するものとして説明する。また、以下では「ドローン１の飛行方向から左９０度となる方向」を単に「左方向」ということがある。また、以下では、ドローン１を壁面Ｗから２メートル程度の距離を保って飛行させることが主目的であるものとして説明する。

【0026】

再び図１を参照する。コンパニオンコンピュータ２は、例えばドローン１に内蔵可能な一般的なマイクロコントローラである。コンパニオンコンピュータ２は、バスＢ２を介して互いに接続された、プロセッサ２０１と、メモリ２０２と、インタフェース２０３と、二次記憶装置２０４と、を備える。

【0027】

プロセッサ２０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）である。プロセッサ２０１が、二次記憶装置２０４に記憶された動作プログラムをメモリ２０２に読み込んで実行することにより、後述する各機能部の機能が実現される。

【0028】

メモリ２０２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される主記憶装置である。メモリ２０２は、プロセッサ２０１が二次記憶装置２０４から読み込んだ動作プログラムを記憶する。また、メモリ２０２は、プロセッサ２０１が動作プログラムを実行する際のワークメモリとして機能する。

【0029】

インタフェース２０３は、例えばＧＰＩＯ（General-purpose input/output）、シリアルポート、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート、ネットワークインタフェースなどのＩ／Ｏ（input/output）インタフェースである。インタフェース２０３に測域センサ４及びフライトコントローラ３が接続されることにより、コンパニオンコンピュータ２は測域センサ４及びフライトコントローラ３に通信可能に接続される。

【0030】

二次記憶装置２０４は、例えばフラッシュメモリである。二次記憶装置２０４は、プロセッサ２０１が実行する動作プログラムを記憶する。

【0031】

フライトコントローラ３は、例えばマイクロコントローラにより構成されるフライトコントローラである。フライトコントローラ３として、例えば市販のフライトコントローラを採用することができる。フライトコントローラ３は、コンパニオンコンピュータ２と同様に、バスＢ３を介して互いに接続された、プロセッサ３０１と、メモリ３０２と、インタフェース３０３と、二次記憶装置３０４と、を備える。また、二次記憶装置３０４は、フライトコントローラ３の動作プログラムとして、ドライバプログラムＰ３１と飛行プログラムＰ３２とを備える。

【0032】

プロセッサ３０１は、例えばＣＰＵである。プロセッサ３０１が、二次記憶装置３０４に記憶されたドライバプログラムＰ３１及び飛行プログラムＰ３２をメモリ３０２に読み込んで実行することにより、後述する各機能部の機能が実現される。

【0033】

メモリ３０２は、例えば、ＲＡＭにより構成される主記憶装置である。メモリ３０２は、プロセッサ３０１が二次記憶装置３０４から読み込んだ動作プログラムを記憶する。また、メモリ３０２は、プロセッサ３０１がドライバプログラムＰ３１及び飛行プログラムＰ３２を実行する際のワークメモリとして機能する。

【0034】

インタフェース３０３は、例えばＧＰＩＯ、シリアルポート、ＵＳＢポート、ネットワークインタフェースなどのＩ／Ｏインタフェースである。インタフェース３０３にコンパニオンコンピュータ２及び駆動部７が接続されることにより、フライトコントローラ３はコンパニオンコンピュータ２及び駆動部７に通信可能に接続される。

【0035】

二次記憶装置３０４は、例えばフラッシュメモリである。前述のとおり、二次記憶装置３０４は、プロセッサ３０１が実行する動作プログラムとしてドライバプログラムＰ３１及び飛行プログラムＰ３２を記憶する。ドローン１の製造者は、ドライバプログラムＰ３１を作成して二次記憶装置２０４に保存することができる。つまり、ドローン１の製造者は、自身がドライバプログラムＰ３１を作成して保存することにより、後述する各機能部のうち一部の機能部の機能を実現できる。詳細は後述するが、コンパニオンコンピュータ２の各機能と、ドローン１の製造者が作成したドライバプログラムＰ３１とにより、地下トンネルにおいてドローン１の自律飛行を実現できる。

【0036】

測域センサ４は、ドローン１の周囲の障害物を検出し、検出した障害物の相対位置（ドローン１の現在位置を基準とした距離及び方向）を示す情報をコンパニオンコンピュータ２に出力する。測域センサ４は、例えば水平方向の周囲３６０度にある障害物を検知可能なＬｉＤＡＲ（Light Detection and RangingもしくはLaser Imaging Detection and Ranging）である。

【0037】

駆動部７は、フライトコントローラ３による制御に基づいて揚力を発生させ、ドローン１を飛行させる。駆動部７は、例えばＥＳＣ（Electric Speed Controller）とモータとプロペラとを備える。例えば、ドローン１が４つのプロペラを備えるマルチコプターであるとき、駆動部７はＥＳＣとモータとプロペラとの組を４組備える。

【0038】

次に、図３を参照しながら、コンパニオンコンピュータ２のプロセッサ２０１が動作プログラムを実行したときにおける、コンパニオンコンピュータ２の機能的構成を説明する。コンパニオンコンピュータ２は、機能的構成として、地図作成部２１と推定部２２と機首方向出力部２３と擬似測位部２４と測域制御部２６と飛行指令部２５とを備える。

【0039】

地図作成部２１は、測域センサ４が検出した障害物の相対位置に基づいて環境地図を作成する。地図作成部２１は、後述の推定部２２とともに、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）を行う。地図作成部２１は、例えば、初めに環境地図を作成する際には、任意の方向を暫定的に「北」と定めて環境地図を作成する。

【0040】

推定部２２は、地図作成部２１が作成した環境地図に基づいて、環境地図上におけるドローン１の位置、飛行方向及び機首方向を推定する。環境地図上におけるドローン１の位置は、例えば飛行開始時におけるドローン１の位置を原点としたときの相対座標にて表現される。環境地図上における飛行方向及び機首方向は、例えば環境地図上における位置の変化に基づいて推定される。

【0041】

機首方向出力部２３は、推定部２２が推定した環境地図上における機首方向を示す機首方向情報を、フライトコントローラ３に出力する。機首方向情報は、後述するフライトコントローラ３の擬似コンパス部３１により処理されるため、図３では機首方向出力部２３から擬似コンパス部３１に出力されるように図示している。

【0042】

擬似測位部２４は、推定部２２が推定した環境地図上におけるドローン１の位置を擬似的な緯度と経度と高度とにより表した擬似測位情報を求め、求めた擬似測位情報をフライトコントローラ３に出力する。フライトコントローラ３は、緯度、経度及び高度にて表された測位情報に基づいてドローン１の飛行制御を行うので、擬似測位部２４はそれに合わせて、擬似的な測位情報を出力する。つまり、擬似測位部２４は、擬似的な衛星測位モジュールとして機能する。擬似測位情報は、後述するフライトコントローラ３の出力部３３により処理されるため、図３では擬似測位部２４から出力部３３に出力されるように図示している。

【0043】

測域制御部２６は、測域センサ４を制御して、ドローン１の飛行方向に対して左９０度となる方向に存在する障害物からドローン１までの距離である第１距離を測定する。測域制御部２６は、測域センサ４を制御して、第１方向から飛行方向に向けて０度より大きく９０度より小さい角度をなす第２方向に存在する障害物からドローン１までの距離である第２距離を測定する。ここでいう飛行方向とは、推定部２２にて推定されたドローン１の飛行方向である。また、測域制御部２６は、測域センサ４を制御して、ドローン１から前方に向けた所定の空間が障害物の存在しない飛行可能空間であるか否かを判定する。測域制御部２６は、本開示に係る測距手段及び飛行可能判定手段の一例である。

【0044】

以下、第１方向、第２方向、第１距離、第２距離及び飛行可能空間について説明する。まず、図４を参照しながら、第１方向、第２方向、第１距離及び第２距離について説明する。なお、図４は、図２のように、ドローン１の飛行方向から左９０度となる方向についてドローン１から壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるようにドローン１が飛行する場合の図である。ドローン１の飛行方向から右９０度となる方向についてドローン１から壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるようにドローン１が飛行する場合は、図４を左右反転させたものとなる。

【0045】

図４に示すように、第１方向は、ドローン１の飛行方向から左９０度となる方向である。ドローン１を基準として第１方向に存在する障害物からドローン１までの距離が第１距離となる。第２方向は、第１方向からドローン１の飛行方向に向けて６０度の角度をなす方向である。第２方向は、ドローン１の飛行方向から左３０度となる方向と言い換えることもできる。ドローン１を基準として第２方向に存在する障害物からドローン１までの距離が第２距離となる。なお、第２方向は、第１方向からドローン１の飛行方向に向けてなす角度が０度より大きく９０度より小さいような方向であれば必ずしも６０度でなくてもよい。

【0046】

次に、図５を参照しながら、飛行可能空間について説明する。図５に示す破線の正方形で示された領域が飛行可能空間である。飛行可能空間は、飛行方向を基準として、ドローン１の前方にある所定の空間であって障害物の存在しない空間をいう。図５に示す例では、上記の「所定の空間」は、ドローン１の位置を基準として左右１メートル、前方２メートルの範囲に存在する空間である。この空間内に障害物が存在しないとき、当該空間は飛行可能空間となる。この「所定の空間」は、ドローンの飛行速度、旋回速度等に基づいて適宜定められる。

【0047】

再び図３を参照する。飛行指令部２５は、測域制御部２６により測定された第１距離及び第２距離に基づいて、ドローン１の新たな飛行方向を決定する。また、飛行指令部２５は、後述する特定の条件を満たしたとき、新たな飛行速度を決定する。また、飛行指令部２５は、測域制御部２６により所定の空間が飛行可能空間でないと判定されたとき、ドローン１が旋回するようにドローン１の新たな飛行方向を決定する。飛行指令部２５は、決定した飛行方向及び飛行速度に基づいて、ドローン１が飛行移動すべき位置を決定し、決定した位置への飛行をフライトコントローラ３に指令する。飛行指令部２５は、本開示に係る飛行方向決定手段及び飛行速度決定手段の一例である。以下詳細に説明する。

【0048】

まず、図６、図７及び図８を参照しながら、第１距離及び第２距離に基づいてドローン１の新たな飛行方向を決定することについて説明する。なお、第１方向と第２方向のなす角は、図４で示すように６０度であるものとする。

【0049】

飛行指令部２５は、図６に示すような、第１距離と第２距離との組み合わせのパターンごとに飛行制御を行う。ここでいう飛行制御とは、新たな飛行方向の決定と新たな飛行速度の決定の双方を含むことを意図する。パターン（５）及び（６）の「障害物を検知できず」とは、第１方向、第２方向において測域センサ４の検知範囲内に障害物が存在せず障害物を検知できない場合をいう。なお、詳細は後述するが、測域制御部２６によりドローン１の前方の所定の空間が飛行可能空間でないと判定されたときには、図６のパターンに基づく飛行制御は行われない。

【0050】

まず、図６のパターン（１）－（４）からわかるとおり、第１距離については２メートルを閾値とし、第２距離については４メートルを閾値としている。第１距離についての閾値が２メートルとなっているのは、ドローン１と壁面Ｗとの距離を２メートル程度に保ってドローン１を飛行させることが主目的だからである。第２距離についての閾値が４メートルとなっているのは、上述のとおり第１方向と第２方向のなす角が６０度であることから、第１距離が２メートルかつ第２距離が４メートルのときに、第１方向に存在する障害物から第２方向に存在する障害物へのベクトルの向きが飛行方向と一致するからである。この２メートルの閾値は、本開示に係る第１設定距離及び第３設定距離の一例であり、４メートルの閾値は、本開示に係る第２設定距離及び第４設定距離の一例である。

【0051】

例えば第１距離が２メートル程度であるとき、第２距離が４メートル以下であるときにはそのままドローン１が直進すると壁面Ｗに衝突する可能性が高く、第２距離が４メートル以上であるときにはそのままドローン１が直進すると壁面Ｗから離れすぎてしまう可能性が高い。以下、図７に示す例を参照して説明する。

【0052】

まず、図７に示すパターン（１）の場合を説明する。これは、図６のパターン（１）に該当する一例を図にて示したものである。図７のパターン（１）の図例に示すとおり、現在の飛行方向のままドローン１が直進すると、ドローン１は壁面Ｗに衝突してしまう。そのため、ドローン１は右方向に旋回をする必要がある。パターン（２）の場合は、現在の飛行方向のままドローン１が直進すると、ドローン１と壁面Ｗとの距離が２メートルより大きくなってしまう。そのため、ドローン１は左方向に旋回する必要がある。

【0053】

図６に示すパターン（３）は、ドローン１の左側については壁面Ｗから十分に離れているものの、直進を続けると壁面Ｗに衝突する可能性が高いパターンであるため、パターン（１）と同様に右方向に旋回することが一例として挙げられる。ただし、パターン（３）の場合、左方向に通路が広がっている可能性もある。そのため、地図作成部２１により作成された環境地図に基づいて飛行制御をすることも考えられる。

【0054】

パターン（４）については、第１距離が短い点を除いて概ねパターン（２）と同様であるため、現在の飛行方向のままドローン１が直進してもドローン１が壁面Ｗと衝突する可能性は低く、また、そのまま直進するとそのうち第１距離が２メートル以上となる可能性も高い。したがって、パターン（４）については現状維持となる飛行制御をすればよい。

【0055】

パターン（５）の例として、図８に示すように、例えばドローン１の左側には壁面Ｗが存在するものの、ドローン１の前方には壁面Ｗが存在しない場合が考えられる。この場合、ドローン１の前方には広い空間が存在する可能性が高く、このまま直進を続けるとドローン１の左側についても急に障害物を検知できなくなる可能性が高い。ドローン１の左側について障害物を検知できない状態のままある程度の距離を飛行してしまうと、適切な飛行制御ができなく可能性がある。そのため、パターン（５）の場合には、一時的に飛行速度を低下させることが好ましい。この場合、飛行速度を低下させた状態で他のパターンに該当したときには、飛行速度を元に戻す。

【0056】

パターン（６）は、図８に示すように、パターン（５）の状態でドローン１が直進を続けた場合に該当することが考えられる。ドローン１は、左方向について壁面Ｗからドローン１までの距離が２メートル程度となるように飛行を続けていたことから、左方向に旋回することにより再び左方向について壁面Ｗを検知できる可能性が高い。そのため、パターン（６）の場合は左方向に旋回することが好ましい。

【0057】

図６に示すパターンのほか、例えば第１距離が２メートル程度かつ第２距離が４メートル程度であればそのまま直進してもほぼ壁面Ｗに沿って飛行することとなるから、この場合には現状維持としてもよい。また、第１方向については障害物が検知できず第２方向については障害物が検知できる場合も一応考えられるが、上記のとおりドローン１は、左方向について壁面Ｗからドローン１までの距離が２メートル程度となるように飛行をするため、このような状態となる可能性は低い。この状態となった場合も、パターン（６）と同様に左方向に旋回することにより再び左方向について壁面Ｗを検知できる可能性が高い。

【0058】

次に、測域制御部２６によりドローン１の前方の所定の空間が飛行可能空間でないと判定された場合について説明する。この場合、図６に示すパターンに従った飛行制御をしようとしても、所定の空間内に存在する障害物により支障が生じる可能性が高い。この場合、例えばドローン１の前方の所定の空間が飛行可能空間となるまで右方向に旋回することが考えられる。ドローン１は、左方向について壁面Ｗからドローン１までの距離が２メートル程度となるように飛行をしてきているため、左方向に旋回しても前方の所定の空間が飛行可能空間となる可能性は低いからである。なお、ドローン１が現在飛行している地点までは飛行可能空間を通過して到達していることから、飛行してきた経路を逆走する飛行ルート上においては、ドローン１の前方の所定の空間は必ず飛行可能空間となる。したがって、ドローン１の前方の所定の空間が飛行可能空間でないときに右方向の旋回を続けると、そのうち必ずドローン１の前方の所定の空間が飛行可能空間となる。したがって、上記の飛行可能空間に関する動作により、ドローン１は飛行開始地点まで戻ることができる。

【0059】

次に、図９を参照しながら、フライトコントローラ３のプロセッサ３０１がドライバプログラムＰ３１及び飛行プログラムＰ３２を実行したときにおける、フライトコントローラ３の機能的構成を説明する。フライトコントローラ３は、機能的構成として、擬似コンパス部３１と出力部３３と飛行制御部３４とを備える。これらの機能部のうち、擬似コンパス部３１及び出力部３３の機能は、プロセッサ３０１がドライバプログラムＰ３１を実行することにより実現され、飛行制御部３４の機能は、プロセッサ３０１が飛行プログラムＰ３２を実行することにより実現される。

【0060】

擬似コンパス部３１は、コンパニオンコンピュータ２の機首方向出力部２３が出力した、環境地図上におけるドローン１の機首方向を示す機首方向情報に基づいて擬似的な磁束密度である擬似磁束密度を求める。具体的には、擬似コンパス部３１は、現実において機首方向情報が示す方向にドローン１の機首が向いていると仮定したときの、ドローン１を通過する磁気を示す磁束密度を擬似磁束密度として求める。例えば、機首方向情報が示す方向が「北」であるとき、ドローン１の機首が現実に「北」を向いているときにドローン１を通過する磁気の磁束密度を、擬似磁束密度として求める。つまり、擬似コンパス部３１は、環境地図上における機首方向に基づいて磁気を検出する擬似的な電子コンパスモジュールとして機能する。擬似コンパス部３１は、本開示に係る擬似コンパス手段の一例である。

【0061】

出力部３３は、擬似コンパス部３１が求めた擬似磁束密度と擬似測位部２４が求めた測位情報とを飛行制御部３４に出力する。上述のとおり、擬似コンパス部３１及び出力部３３の機能は、フライトコントローラ３のプロセッサ３０１がドライバプログラムＰ３１を実行することにより実現される。プロセッサ３０１がドライバプログラムＰ３１を実行することにより、最終的には出力部３３の機能によって擬似磁束密度と擬似測位情報とが飛行制御部３４に出力される。そのため、飛行制御部３４からは、あたかも仮想的な電子コンパスモジュール及び仮想的な衛星測位モジュールから、磁束密度及び測位情報が出力されているように見える。

【0062】

飛行制御部３４は、出力部３３から出力された、擬似磁束密度及び擬似測位情報と、コンパニオンコンピュータ２の飛行指令部２５からの飛行指令とに基づいて駆動部７を制御して、ドローン１の飛行を制御する。上述のとおり、飛行指令部２５からの飛行指令は、新たな飛行方向として決定された飛行方向及び新たな飛行速度として決定された飛行速度に基づくものであるため、飛行制御部３４は、新たな飛行方向及び新たな飛行速度に基づいてドローン１の飛行を制御するものである。飛行制御部３４自身は、擬似磁束密度及び擬似測位情報と、現実の磁束密度及び測位情報とを区別することもなく、単に出力部３３から出力された磁束密度及び測位情報に基づいて駆動部７を制御する。飛行制御部３４は、本開示に係る飛行制御手段の一例である。

【0063】

上述のとおり、飛行制御部３４の機能は、フライトコントローラ３のプロセッサ３０１が飛行プログラムＰ３２を実行することにより実現される。飛行プログラムＰ３２は、例えばフライトコントローラ３の製造者により作成されたプログラムである。飛行プログラムＰ３２は、地磁気と地球上における位置とが正常に検出されることを前提として作成されているので、飛行制御の際に何らかのドライバプログラムから磁束密度及び測位情報が出力されることを必須としている。したがって、飛行プログラムＰ３２（により機能する飛行制御部３４）は、擬似磁束密度及び擬似測位情報と、現実の磁束密度及び測位情報とを区別することがない。

【0064】

したがって、ドローン１のユーザは、フライトコントローラ３として市販のフライトコントローラを採用する場合において、フライトコントローラ３のハードウェア構成を変更することも、飛行プログラムＰ３２を変更することもなく、ドライバプログラムＰ３１を作成することにより、フライトコントローラ３の各機能を実現できる。

【0065】

次に、図１０を参照しながら、ドローン１による飛行制御の動作の一例を説明する。

【0066】

ドローン１の測域センサ４は、ドローン１の周囲の障害物を検出し、検出した障害物の相対位置を示す情報をコンパニオンコンピュータ２に出力する（ステップＳ１）。

【0067】

ドローン１のコンパニオンコンピュータ２の地図作成部２１は、ステップＳ１にて検出した障害物の相対位置に基づいて環境地図を作成する（ステップＳ２）。

【0068】

コンパニオンコンピュータ２の推定部２２は、ステップＳ２にて作成した環境地図上におけるドローン１の位置と飛行方向と機首方向とを推定する（ステップＳ３）。

【0069】

コンパニオンコンピュータ２の機首方向出力部２３は、ステップＳ３にて推定された機首方向を示す機首方向情報をフライトコントローラ３に出力する（ステップＳ４）。

【0070】

コンパニオンコンピュータ２の擬似測位部２４は、ステップＳ３にて推定された位置を擬似的な緯度、経度及び高度によりに表した擬似測位情報を求めてフライトコントローラ３に出力する（ステップＳ５）。

【0071】

コンパニオンコンピュータ２の測域制御部２６及び飛行指令部２５は、図１１に示す動作を実行して新たな飛行方向及び飛行速度の決定を行う（ステップＳ６）。以下、図１１に示す動作を説明する。

【0072】

測域制御部２６は、ドローン１の前方の所定の領域が飛行可能空間であるか否か判定する（ステップＳ６１）。

【0073】

ドローン１の前方の所定の領域が飛行可能空間であるとき（ステップＳ６１：Ｙｅｓ）、測域制御部２６は、第１方向に存在する障害物までの距離である第１距離を測定し（ステップＳ６２）、第２方向に存在する障害物までの距離である第２距離を測定する（ステップＳ６３）。

【0074】

飛行指令部２５は、ステップＳ６２にて測定された第１距離と、ステップＳ６３にて測定された第２距離とに基づいて、ドローン１の新たな飛行方向及び飛行速度を決定する（ステップＳ６４）。上記のとおり、新たな飛行方向及び飛行速度は、例えば図６に示すパターンにしたがって決定される。そしてコンパニオンコンピュータ２は、新たな飛行方向及び飛行速度の決定の動作を終了し、図１０のステップＳ７からの動作を実行する。

【0075】

ドローン１の前方の所定の領域が飛行可能空間でないとき（ステップＳ６１：Ｎｏ）、飛行指令部２５は、ドローン１が右方向に旋回するようにドローン１の新たな飛行方向を決定する（ステップＳ６５）。そしてコンパニオンコンピュータ２は、新たな飛行方向及び飛行速度の決定の動作を終了し、図１０のステップＳ７からの動作を実行する。

【0076】

再び図１０を参照する。飛行指令部２５は、ステップＳ６にて決定された新たな飛行方向及び飛行速度に基づいて、ドローン１が飛行移動すべき位置を決定し、決定した位置への飛行をフライトコントローラ３に指令する（ステップＳ７）。

【0077】

ドローン１のフライトコントローラ３は、図１２に示す動作を実行してドローン１の飛行制御を行う（ステップＳ８）。そしてドローン１は、ステップＳ１からの動作を繰り返す。以下、図１２に示す動作を説明する。

【0078】

フライトコントローラ３の擬似コンパス部３１は、図１０のステップＳ４にて出力された機首方向情報に基づいて、擬似的な磁束密度である擬似磁束密度を求める（ステップＳ８１）。

【0079】

出力部３３は、ステップＳ８１にて求められた擬似磁束密度と、図１０のステップＳ５にて求められた擬似測位情報とを飛行制御部３４に出力する（ステップＳ８２）。

【0080】

フライトコントローラ３の飛行制御部３４は、ステップＳ８２にて出力部３３から出力された擬似磁束密度及び擬似測位情報と、図１０のステップＳ７での飛行指令部２５からの飛行指令とに基づいて駆動部７を制御する（ステップＳ８３）。飛行制御部３４が駆動部７を制御することにより、飛行指令部２５による飛行指令に従ってドローン１は飛行移動する。そしてドローン１は、図１０のステップＳ１からの動作を繰り返す。

【0081】

以上、実施の形態に係るドローン１を説明した。ドローン１は、第１方向に存在する障害物からドローン１までの距離である第１距離と、第２方向に存在する障害物からドローン１までの距離である第２距離とに基づいて、新たな飛行方向及び飛行速度を決定する。また、ドローン１は、ドローン１の前方の所定の空間が飛行可能空間でないときには、ドローン１が旋回するように新たな飛行方向を決定する。そのため、ドローン１によれば、障害物の存在する環境下において自律飛行体による自律飛行が可能となる。

【0082】

特に、ドローン１は、第１距離と第２距離とに基づいて、図６に示すパターンにしたがって新たな飛行方向及び新たな飛行速度を決定するので、図２に示すような、ドローン１から第１方向における壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるような飛行をすることができる。

【0083】

（変形例）
実施の形態において、ドローン１は、ドローン１から第１方向における壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるような飛行をした。しかし、以下に説明するように、常にこのような飛行をする必要はない。

【0084】

例えば、ドローン１が地下トンネル内を１往復するような飛行を考える。また、飛行の際、往路では壁面Ｗをカメラにて撮像し、復路では撮像をしない場合を考える。この場合、往路においては壁面Ｗを撮像することから、安定した撮像のためにドローン１から第１方向における壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるような飛行が好ましいが、復路においては壁面Ｗの撮像が行われないので、必ずしもこのような飛行をする必要はない。例えば、復路においては、第１方向に存在する障害物からドローン１までの距離である第１距離を測定するのみでなく、第１方向と真逆の方向に存在する障害物からドローン１までの距離である第３距離を測定し、ドローン１の位置がこれらの障害物の中間の位置となるように新たな飛行方向が決定されるものであってもよい。障害物が壁面Ｗであるとき、ドローン１が左右の壁面Ｗの中間に位置するように新たな飛行方向が決定されることとなる。

【0085】

ドローン１から第１方向における壁面Ｗまでの距離が概ね一定となるような飛行においては、ドローン１はある程度壁面に近づく飛行をするため、例えば駆動部に多少の不具合が生じたときに壁面Ｗに衝突する、あるいはドローン１の一部が壁面Ｗをこすってしまう、といったトラブルが考えられる。そのため、復路において上記のように新たな飛行方向を決定することにより、少なくとも復路においては上記のトラブルを軽減できる。ドローン１は電池で動作することが通常であるため、復路では往路よりも電力不足に陥る可能性が高く、駆動部に不具合が生じる可能性も復路のほうが往路よりも高くなる。そのため、復路において上記のように新たな飛行方向を決定することは有益である。

【0086】

実施の形態において、ドローン１は、前方の所定の空間が飛行可能空間か否かを判定し、前方の所定の空間が飛行可能空間であるときには、第１距離と第２距離とに基づいて新たな飛行方向を決定した。しかし、ドローン１は、前方の所定の空間が飛行可能空間であるときに、単に直進を続けるものであってもよい。この場合、図２に示すような飛行は困難となるが、前方の所定の空間が飛行可能空間であるか否かの判定は行われることから、障害物への衝突を回避することは可能となる。つまり、この場合においても、ドローン１によれば、障害物の存在する環境下において自律飛行体による自律飛行が可能となる。

【符号の説明】

【0087】

１ ドローン、２ コンパニオンコンピュータ、３ フライトコントローラ、４ 測域センサ、７ 駆動部、２１ 地図作成部、２２ 推定部、２３ 機首方向出力部、２４ 擬似測位部、２５ 飛行指令部、２６ 測域制御部、３１ 擬似コンパス部、３３ 出力部、３４ 飛行制御部、２０１ プロセッサ、２０２ メモリ、２０３ インタフェース、２０４ 二次記憶装置、３０１ プロセッサ、３０２ メモリ、３０３ インタフェース、３０４ 二次記憶装置、Ｂ２，Ｂ３ バス、Ｐ３１ ドライバプログラム、Ｐ３２ 飛行プログラム、Ｗ 壁面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】