特開 2023-172736 移動体、制御方法、およびプログラム

(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】P2023172736

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】移動体、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G08G 5/00 20060101AFI20231129BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20231129BHJP

   B64C 27/04 20060101ALI20231129BHJP

   B64C 13/18 20060101ALI20231129BHJP

   G05D 1/02 20200101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

G08G5/00 A

B64C39/02

B64C27/04

B64C13/18 Z

G05D1/02 L

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022084750

(22)【出願日】2022-05-24

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-09-19

(71)【出願人】

【識別番号】519265251

【氏名又は名称】株式会社ジャパン・インフラ・ウェイマーク

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100145481

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 昌邦

(74)【代理人】

【識別番号】100181722

【弁理士】

【氏名又は名称】春田 洋孝

(72)【発明者】

【氏名】大久保 英徹

(72)【発明者】

【氏名】黒岩 賢司

(72)【発明者】

【氏名】アハマヂネジャド ファルザド

【テーマコード（参考）】

5H181

5H301

【Ｆターム（参考）】

5H181AA26

5H181BB04

5H181CC03

5H181CC12

5H301AA06

5H301AA10

5H301BB20

5H301CC04

5H301CC07

5H301CC08

5H301CC10

5H301DD01

5H301DD06

5H301DD07

5H301DD15

5H301GG07

5H301GG08

5H301GG09

5H301HH01

5H301HH02

(57)【要約】

【課題】１つの２次元ＬｉＤＡＲで対象物に沿った移動を可能とする技術を提供すること。
【解決手段】移動体であって、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＡＲと、前記２次元ＬｉＤＡＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報と、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する検出部と、を備えた。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体であって、
レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＥＲと、
前記２次元ＬｉＤＥＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、
前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報と、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する検出部と、
を備えた移動体。

【請求項2】

前記非反射位置情報および前記反射位置情報は対象物の位置を角度で示す情報であり、
前記検出部は、前記非反射位置情報が示す第１角度から第１基準角度を減算した値と、前記反射位置情報が示す第２角度から第２基準角度を減算した値と、を加算した値の符号にもとづいて前記移動体の移動方向を検出する請求項１に記載の移動体。

【請求項3】

レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＥＲと、前記２次元ＬｉＤＥＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、を備えた移動体の制御方法であって、
前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得し、
前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得し、
前記反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する制御方法。

【請求項4】

レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＥＲと、前記２次元ＬｉＤＥＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、を備えた移動体のコンピュータに、
前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得するステップ、
前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得するステップ、
前記反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出するステップ、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体、制御方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

送電線等の空中架線の劣化箇所を目視確認することは、検査対象である架線が長距離にわたり、また高所にあるため容易ではない。その解決策として、架線につり下がりながら走行する装置にカメラを搭載し、その映像データを地上局や移動局で受信して確認する方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

また、最近では自律飛行可能な無人飛行体を用いた巡視が提案されている。例えば、無人ヘリコプターに自動飛行装置、監視カメラ、離隔検出カメラ、およびテレメータ手段を搭載し、地上局との間でデータの送受信をして、送電線の状態を監視する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

【0004】

さらに、自律飛行可能な無人飛行体による点検においては、カメラやソナーを利用して障害物に接触しないようにする機能が搭載されている（例えば、特許文献３参照）。また無人飛行体の航路設定も工夫が必要であり、実航路を設定する、向かう鉄塔の順序を指定する等の手法がとられている（例えば、特許文献４、５参照）。

【0005】

さらに、無人飛行体の自律飛行による架線点検を可能とするために、支持部材（枠）を用いた飛行体が提案されている（例えば、特許文献６参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０－２４８１３０号公報

【特許文献2】特開平４－４９８０３号公報

【特許文献3】特開２００５－２６５６９９号公報

【特許文献4】特開２０１７－１３１０１９号公報

【特許文献5】特開２０１９－２０９８６１号公報

【特許文献6】特開２０２１－１１５９１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献６に開示された技術では、架線上に存在する障害物（例えば電線に引っかかった凧等）が枠よりも大きい場合には対応できない。また、カメラや３次元ＬｉＤＡＲを利用して架線に沿った飛行を行う方法が考えられるが、移動体には一般的に搭載重量の制限があり、複雑な構造の機器や複数の機器を搭載するのは燃費の面からも困難である。

【0008】

さらに３次元ＬｉＤＡＲは高価であり、かつ複数投光器を搭載していることから重量が大きい。２次元ＬｉＤＡＲを利用すれば距離検知は可能であるが、架線に沿った航行を行わせるためには相対角度検知の必要もあるため、従来技術では２次元ＬｉＤＡＲを２台以上搭載する必要があり、重量的に問題となる。

【0009】

このように、より軽量でコストをかけずに架線などの対象物から一定の距離を保ちつつ対象物に沿った移動を移動体に行わせることは困難であった。

【0010】

上記事情に鑑み、本発明は、１つの２次元ＬｉＤＡＲで対象物に沿った移動を可能とする技術を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様は、移動体であって、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＥＲと、前記２次元ＬｉＤＥＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報と、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する検出部と、を備えた。

【0012】

本発明の一態様は、上記の移動体であって、前記非反射位置情報および前記反射位置情報は対象物の位置を角度で示す情報であり、前記検出部は、前記非反射位置情報が示す第１角度から第１基準角度を減算した値と、前記反射位置情報が示す第２角度から第２基準角度を減算した値と、を加算した値の符号にもとづいて前記移動体の移動方向を検出する。

【0013】

本発明の一態様は、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＥＲと、前記２次元ＬｉＤＥＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、を備えた移動体の制御方法であって、前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得し、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得し、前記反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する制御方法。

【0014】

本発明の一態様は、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＥＲと、前記２次元ＬｉＤＥＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、を備えた移動体のコンピュータに、前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得するステップ、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得するステップ、前記反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出するステップ、を実行させるためのプログラム。

【発明の効果】

【0015】

本発明により、１つの２次元ＬｉＤＡＲで対象物に沿った移動を可能とする技術を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態の移動体の斜視図。

【図2】ドローンを上方向から見た図。

【図3】ドローンを前方向から見た図。

【図4】ドローンを右方向から見た図。

【図5】２つの走査平面を示す図。

【図6】２つの走査平面を示す図。

【図7】２つの走査平面を示す図。

【図8】ドローンの機能構成を表す機能ブロック図。

【図9】検出方法を説明するための図。

【図10】検出例を示す図。

【図11】検出例を示す図。

【図12A】Ａ面における架線の検出位置を示す図。

【図12B】Ｂ面における架線の検出位置を示す図。

【図13】検出位置を基本座標に示した図。

【図14A】ドローンを上方向から見た場合のＡ面、Ｂ面を示す図。

【図14B】ドローンを上方向から見た場合のＡ面、Ｂ面を示す図。

【図14C】ドローンを上方向から見た場合のＡ面、Ｂ面を示す図。

【図14D】ドローンを上方向から見た場合のＡ面、Ｂ面を示す図。

【図15】制御部の処理の流れを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、実施形態の移動体の斜視図である。以下の説明では、移動体の一例としてドローン１００が用いられる。

【0018】

ドローン１００は、１つの２次元ＬｉＤＥＲ２００、反射部２１０、および４つのブレード１５２を備える。なお、図１に示されるブレード１５２は回転中の状態を示している。ドローン１００は、ブレード１５２を回転させるモータの回線数を制御することで、ドローン１００を推進させたり、上下移動、左右移動（ロール）、前後移動（ピッチ）、回転（ヨー）させることができる。

【0019】

２次元ＬｉＤＥＲ２００は、ドローン１００の進行方向に向けて設けられる。２次元ＬｉＤＥＲ２００は、レーザ光を照射することで、基準方向（本実施形態では移動方向）に対して交差する平面を走査する。そして、２次元ＬｉＤＥＲ２００は、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する。具体的に、２次元ＬｉＤＥＲ２００は、対象物の距離と、対象物を検出した時の角度を出力する。本実施形態では、対象物の位置を示す位置情報として角度を用いる。

【0020】

なお、２次元ＬｉＤＥＲ２００の解像度にもよるが、１つの対象物であっても、対象物には大きさがあるので、複数の角度で対象物が検出されることが一般的である。例えば、３０度方向に対象物が１つある場合、２９度から３１度といった範囲内の角度が複数検出される。この場合、連続して検出された角度のうちから定まる１つの角度を出力するものとする。例えば、２次元ＬｉＤＥＲ２００は、連続して検出された角度の平均値が対象物の角度として出力する。なお、２次元ＬｉＤＥＲ２００は複数の角度を出力し、ドローン１００のファームウェアにおいて、出力された複数の角度から１つの角度を導出してもよい。

【0021】

反射部２１０は、２次元ＬｉＤＥＲ２００から照射されたレーザ光を反射する。反射方向は、ドローン１００の上方向である。よって、２次元ＬｉＤＥＲ２００は、反射されないレーザ光（「非反射レーザ光」ともいう）と、反射されたレーザ光（「反射レーザ光」ともいう）による２つの走査平面で対象物を検出する。２つの走査平面の詳細については後述する。また、本実施形態では２次元ＬｉＤＥＲ２００は上記のようにレーザ光を照射するが、レーザ光に代えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）による光を照射してもよい。

【0022】

以下の説明において、Ｚ軸の正方向を上方向又は単に上と称し、Ｚ軸の負方向を下方向又は単に下と称し、Ｘ軸の正方向を右方向又は単に右と称し、Ｘ軸の負方向を左方向又は単に左と称し、Ｙ軸の正方向を後方向又は単に後ろと称し、Ｙ軸の負方向を前方向又は単に前と称することがある。例えば、図１において、移動方向は前方向となる。

【0023】

図２は、ドローン１００を上方向から見た図であり、図３は、ドローン１００を前方向から見た図であり、図４は、ドローン１００を右方向から見た図である。

【0024】

次に、２つの走査平面について説明する。上述したようにＬｉＤＡＲ２００は、基準方向に対して交差する平面を走査するが、図５、６、７に示されるように、反射部２１０によってレーザ光が反射される。図５、図６、図７は、２つの走査平面を示す図である。非反射レーザ光により走査される走査平面をＡ面と表現する。反射レーザ光により走査される走査平面をＢ面と表現する。

【0025】

図５は、Ａ面とＢ面を斜め右の前方向から見た図である。図６は、Ａ面とＢ面を右方向から見た図である。図７は、Ａ面とＢ面を前方向から見た図である。

【0026】

図５、図６、図７に示されるように、Ａ面はドローン１００の真上方向に広がる平面であり、Ｂ面はドローン１００の斜め前方向に広がる平面である。したがって、移動方向に移動している場合に先に対象物が検出される面はＢ面である。

【0027】

次に、ドローン１００の機能構成について説明する。図８は、ドローン１００の機能構成を表す機能ブロック図である。ドローン１００は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、ドローン制御プログラムを実行することによって通信部１１０、２次元ＬｉＤＥＲ２００、ロータ１５０、カメラ１７０、および制御部１２０を備える装置として機能する。なお、通信部１１０、および制御部１２０の各機能の全てまたは一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。ドローン制御プログラムは、上述したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。ドローン制御プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。カメラ１７０は、例えば全天球カメラであり、ドローン１００の前後左右上下方向を撮影可能である。

【0028】

通信部１１０は、ネットワークインタフェースである。通信部１１０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）通信部１１１、およびリモコン通信部１１２で構成される。ＧＰＳ通信部１１１は、ＧＰＳ等の人工衛星から受信された電波を受信する。受信された電波により、ドローン１００の位置が測定される。リモコン通信部１１２は、ドローン１００を操縦するリモコンと通信する。これらの他に、無線ＬＡＮにより通信や、５Ｇ（５th Generation）やＬＴＥ（Long Term Evolution）などによる通信を行うための機能を設けてもよい。

【0029】

ロータ１５０は、姿勢制御部１２２の制御に応じて、ドローン１００を空中自在に飛行させるための揚力を発生させる動力部である。本実施形態では、ロータ１５０を４基備えているが、ドローン１００が備えるロータ３５０の数は、ドローン１００に要求される飛行性能等に応じて、３基、４基、６基、８基等の複数であってよい。

【0030】

ロータ１５０は、モータ１５１、およびブレード１５２を備える。モータ１５１は、例えばＤＣブラシレスモータである。モータ３５１の回転軸にはブレード３５２が取り付けられている。モータ３５１は、制御部１２０の制御に応じてブレード３５２を回転させる。ブレード３５２は回転することによりドローン１００に揚力を発生させる。ロータ３５０の駆動によってドローン１００を移動させる方法については公知であるため詳細な説明を省略する。

【0031】

図８における制御部１２０はドローン１００の各部の動作を制御する。制御部１２０は、例えばＣＰＵ等のプロセッサ、およびＲＡＭを備えた装置により実行される。制御部１２０は、ドローン制御プログラムを実行することによって、検出部１２１、および姿勢制御部１２２として機能する。

【0032】

検出部１２１は、ドローン１００が対象物（本実施形態では架線）に対して平行に移動しているか否か、左に傾いて移動しているか否か、または右に傾いて移動しているか否かを検出する。なお、本実施形態において、ドローン１００は、ロール方向およびピッチ方向のいずれにも傾いていない（０度）ものとする。

【0033】

姿勢制御部１２２は、モータ１５１の回転数を制御することで、上述したような、ドローン１００の推進、上下移動、左右移動、前後移動、回転などを行い、ドローン１００を制御する。特に本実施形態では検出部１２１によってドローン１００が対象物に対して左右に傾いている場合には、対象物に対して平行に移動するようにドローン１００を制御する。

【0034】

次に、検出部１２１による検出方法について説明する。図９は、検出方法を説明するための図である。図９は、ＬｉＤＡＲ２００の走査範囲をドローン１００の前方向から見た図である。本実施形態におけるＬｉＤＡＲ２００の走査範囲は、前方向からみて円形状となる範囲のうち、右側の９０度分の扇型部分を除いた範囲としている。なお、レーザ光は徐々に減衰するため、走査範囲は明確な円を示すわけではないが、本実施形態では便宜的に範囲を円は用いて示している。

【0035】

ＬｉＤＡＲ２００は、対象物が位置する角度として、右斜め下を０度として、時計回りに増加していき、右斜め上の２７０度までの角度を検出し、出力する。図９の矢印は、角度が増加する方向を示している。以下の説明において、図９に示される座標を基本座標と表現する。

【0036】

基本座標におけるＡ度は、ドローン１００の真上方向の角度を示す。Ａ度は、右下の０度から数えた場合に２２５度となる。Ｂ度方向のレーザ光は反射されることから、Ｂ度方向も結果的にドローン１００の上方向となるが、角度で表すとＢ度は０度から数えた場合に４５度となる。Ａ度は、第１基準角度の一例である。Ｂ度は、第２基準角度の一例である。

【0037】

図９に示される走査範囲のうち、Ａ面は、領域ＣＤＥに対応し、Ｂ面は領域ＦＧＨＪに対応する。なお、Ｂ面における線分ＦＪは反射部２１０の反射面に対応する。そして、図５などで示したように、実際に走査される平面としては、弧ＧＨの方が、線分ＦＪよりも上の位置になる。

【0038】

次に、上記方法で架線がどのように検出されるかを、例を用いて説明する。図１０、図１１は、ドローン１００が架線に平行して移動しており、かつ架線がドローン１００の右上に存在する場合の検出例を示す図である。

【0039】

図１０は、検出例において、ドローン１００と架線をドローン１００の右方向から見た図である。図１１は、検出例において、ドローン１００を前方向から見た図である。図１２Ａは、Ａ面における架線の検出位置を示す図である。図１２Ｂは、Ｂ面における架線の検出位置を示す図である。なお、図１２Ｂの矢印に示されるように、Ｂ面は反射されるので、角度が増加する方向がＡ面とは逆の方向になる。

【0040】

図１３は、検出位置を基本座標に示した図である。Ａ面における検出位置の角度をａ度とする。Ｂ面における検出位置の角度をｂ度とする。そして、Ｍ＝ａ－Ａ＋ｂ－Ｂとする。また、α＝ａ－Ａとし、β＝ｂ－Ｂとする。よってＭ＝α＋βである。ａ度は、第１角度の一例である。ｂ度は、第２角度の一例である。したがって、αは、第１角度から第１基準角度を減算した値である。βは、第２角度から第２基準角度を減算した値である。よって、Ｍは、第１角度から第１基準角度を減算した値αと、第２角度から第２基準角度を減算した値βと、を加算した値である。

【0041】

図１３には、丸で囲んだプラスとマイナスが示されているが、これはαとβの符号を示す。具体的に、αは、Ａ面において検出位置が線分Ｌより基本座標において右側に位置する場合にプラスとなり、検出位置が線分Ｌより基本座標において左側に位置する場合にマイナスとなる。したがって、Ａ面における線分Ｌの右側をプラスとし、左側をマイナスとしている。

【0042】

同様に、βは、Ｂ面において検出位置が線分Ｌより基本座標において右側に位置する場合にマイナスとなり、検出位置が線分Ｌより基本座標において左側に位置する場合にプラスとなる。したがって、Ｂ面における線分Ｌの右側をマイナスとし、左側をプラスとしている。

【0043】

なお、基本座標は、ドローン１００を前方向から見た図であるため、基本座標において右側に位置することは、ドローン１００を後ろから観測する人にとっては、検出位置は左側に存在する。同様に、基本座標において左側に位置することは、ドローン１００を後ろから観測した人にとっては、検出位置は右側に存在する。

【0044】

上述したαとβの符号に関する性質を踏まえ、Ｍの符号について説明する。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄは、ドローン１００を上方向から見た場合のＡ面、Ｂ面を示す図である。また、矢印はドローン１００の中心線と移動方向を示す。図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄにおけるドローン１００の移動方向は概ね図における上方向である。Ｗ１～Ｗ８は架線を示す。

【0045】

また、丸で囲まれたプラスとマイナスは、架線を検出した場合のαとβ符号を示す。図１４Ａに示されるように、Ｂ面の右側で架線を検出した場合には、βはプラスとなり、左側で架線を検出した場合には、βはマイナスとなる。Ａ面の右側で架線を検出した場合には、αはプラスとなり、左側で架線を検出した場合には、αはマイナスとなる。また、Ａ面における検出位置と中心線の距離をｄ１としたとき、この関数ｄ１は、αの絶対値が増加するにつれて増加する単調増加関数である。Ｂ面における検出位置と中心線の距離をｄ２としたとき、この関数ｄ２は、βの絶対値が増加するにつれて増加する単調増加関数である。よって、ｄ１、ｄ２の逆関数も単調増加関数である。したがって、検出位置が中心線から遠くなるほど、αの絶対値とβの絶対値は大きくなる。

【0046】

以上を踏まえ、Ｍ（＝α＋β）の符号について説明する。Ｍは、ドローン１００が架線と平行に移動している場合には０となり、架線に対して左に傾いている場合にはプラスとなり、架線に対して右に傾いている場合にはマイナスとなる。これらについて図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄを用いて説明する。

【0047】

まずドローン１００が架線と平行に移動している場合について、図１４Ｂを用いて説明する。図１４Ｂにおいて、Ｂ面において架線Ｗ１が検出された場合、βはマイナスとなり、Ａ面において架線Ｗ１が検出された場合、αはプラスとなる。また、Ｂ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離と、Ａ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離は等しい。したがって、αとβの絶対値は等しい。よってα＋β＝０となる。

【0048】

図１４Ｂにおいて、Ｂ面において架線Ｗ２が検出された場合、βはプラスとなり、Ａ面において架線Ｗ２が検出された場合、αはマイナスとなる。また、Ｂ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離と、Ａ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離は等しい。したがって、αとβの絶対値は等しい。よってα＋β＝０となる。このように、ドローン１００が架線と平行に移動している場合には、Ｍ＝０となる。

【0049】

次に、ドローン１００が架線に対して左に傾いている場合について、図１４Ｃを用いて説明する。図１４Ｃにおいて、Ｂ面において架線Ｗ３が検出された場合、βはマイナスとなり、Ａ面において架線Ｗ３が検出された場合、αはプラスとなる。また、Ｂ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離は、Ａ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離より小さい。したがって、αの絶対値はβの絶対値より大きい。よってα＋β＞０となる。

【0050】

図１４Ｃにおいて、Ｂ面において架線Ｗ４が検出された場合、βはプラスとなり、Ａ面において架線Ｗ３が検出された場合、αはプラスとなる。よってα＋β＞０となる。

【0051】

図１４Ｃにおいて、Ｂ面において架線Ｗ５が検出された場合、βはプラスとなり、Ａ面において架線Ｗ３が検出された場合、αはマイナスとなる。また、Ｂ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離は、Ａ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離より大きい。したがって、αの絶対値はβの絶対値より小さい。よってα＋β＞０となる。

【0052】

このようにドローン１００が架線に対して左に傾いている場合には、Ｍ＞０となる。

【0053】

次に、ドローン１００が架線に対して右に傾いている場合について、図１４Ｄを用いて説明する。図１４Ｄにおいて、Ｂ面において架線Ｗ６が検出された場合、βはマイナスとなり、Ａ面において架線Ｗ６が検出された場合、αはプラスとなる。また、Ｂ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離は、Ａ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離より大きい。したがって、αの絶対値はβの絶対値より小さい。よってα＋β＜０となる。

【0054】

図１４Ｄにおいて、Ｂ面において架線Ｗ７が検出された場合、βはマイナスとなり、Ａ面において架線Ｗ７が検出された場合、αはマイナスとなる。よってα＋β＜０となる。

【0055】

図１４Ｄにおいて、Ｂ面において架線Ｗ８が検出された場合、βはプラスとなり、Ａ面において架線Ｗ３が検出された場合、αはマイナスとなる。また、Ｂ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離は、Ａ面における架線Ｗ１の検出位置と中心線との距離より小さい。したがって、αの絶対値はβの絶対値より大きい。よってα＋β＜０となる。

【0056】

このようにドローン１００が架線に対して右に傾いている場合には、Ｍ＜０となる。

【0057】

以上説明したように、Ｍの符号により、ドローン１００が架線と平行か否か、左に傾いているか否か、また右に傾いているか否かを検出できる。よって、検出部１２１は、Ｍの符号によって対象物に対して左右に傾いているか否かを検出する。

【0058】

次に、制御部１２０の処理をフローチャートを用いて説明する。図１５は、制御部１２０の処理の流れを示すフローチャートである。図１５において、検出部１２１は、ａ度を取得し（ステップＳ１０１）、続いてｂ度を取得する（ステップＳ１０２）。検出部１１２は、ａ度からＡ度を減算してαを導出する（ステップＳ１０３）。検出部１１２は、ｂ度からＢ度を減算してβを導出する（ステップＳ１０４）。検出部１１２は、Ｍを導出する（ステップＳ１０５）。

【0059】

検出部１１２は、Ｍが０か否かを判定する（ステップＳ１０６）。Ｍが０の場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、ドローン１００は架線と平行に移動しているため、制御部１２０は姿勢制御を行うことなく処理を終了する。Ｍが０ではない場合には（ステップＳ１０６：ＮＯ）、ドローン１００は架線と平行に移動していないため、検出部１１２は、Ｍ＞０か否かを判定する（ステップＳ１０７）。

【0060】

Ｍ＞０の場合には（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ドローン１００は架線に対して左に傾いているので、検出部１１２は、ドローン１００の移動方向を左として検出する。そのため、検出部１２１は、姿勢制御部１２２に対し、右にヨーイングするように指示して（ステップＳ１０８）、処理を終了する。Ｍ＞０ではない場合には（ステップＳ１０７：ＮＯ）、Ｍ＜０であることから、ドローン１００は架線に対して右に傾いているので、検出部１１２は、ドローン１００の移動方向を右として検出する。そのため、検出部１２１は、姿勢制御部１２２に対し、左にヨーイングするように指示して（ステップＳ１０９）、処理を終了する。

【0061】

このようにすることで、対象物である架線と平行に移動可能となることから、１台の２次元ＬｉＤＡＲで対象物に沿った移動を可能とする技術を提供することができる。なお、上述したステップＳ１０１は、反射部によって反射されたレーザ光によって、２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得するステップの一例である。ステップＳ１０２は、反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＥＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得するステップの一例である。ステップＳ１０３－１０５は、反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出するステップの一例である。

【0062】

なお、上記ステップＳ１０６では、Ｍ＝０か否かを判定しているが、Ｍがほぼ０か否かを判定してもよい。すなわち、適切な正の定数ｃを用いて｜Ｍ｜＜ｃであるか否かを判定してもよい。これは、ａ度などの検出された角度自体に誤差があることから、Ｍ＝０だとしても実際には若干傾いていると考えるのが妥当であるためである。｜Ｍ｜＜ｃであるか否かを判定することにより、Ｍ＝０か否かを判定する場合と比較して、ステップＳ１０７に分岐する回数が大幅に減ることから、姿勢制御部１２２も含めて処理負荷を軽減することができる。なお、定数ｃは、実験などにより得られた知見から予め定めておくか、ドローン１００の運用者によって設定可能としてもよい。

【0063】

上述した実施形態では、２次元ＬｉＤＥＲ２００が検出する角度を用いて説明したが、例えば距離を一定に保つように制御することで、平行かつ一定の距離で対象物に沿った移動を可能とする技術を提供することができる。

【0064】

移動体として、本実施形態ではドローンを例に説明したが、対象物に沿って移動する移動体であれば本実施形態を適用できる。例えば、ガードレールや白線に沿って移動する車両などにも適用することができる。

【0065】

上述した実施形態では、架線の検出範囲から外れる走査範囲の一部を鏡を利用して斜め前に反射させることにより架線との位置および架線との相対角度を知ることができるようにした。検出対象が架線であるため広範囲の走査は必要ではなく、走査範囲の略半分を鏡を利用した反射により前方の走査に割り当てることにより１台の２次元ＬｉＤＥＲで距離検知と相対角度検知の両方が可能となった。

【0066】

さらに、１台の２次元ＬｉＤＥＲで足りるため、ドローン１００の軽量化を図ることができるので、ドローン１００の燃費を向上することができる。

【0067】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0068】

１００…ドローン、１１０…通信部、１２０…制御部、１２１…検出部、１２２…姿勢制御部、２００…２次元ＬｉＤＥＲ、２１０…反射部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2023-06-13

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体であって、
レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＡＲと、
前記２次元ＬｉＤＡＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、
前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報と、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する検出部と、
を備えた移動体。

【請求項2】

前記非反射位置情報および前記反射位置情報は対象物の位置を角度で示す情報であり、 前記検出部は、前記非反射位置情報が示す第１角度から第１基準角度を減算した値と、前記反射位置情報が示す第２角度から第２基準角度を減算した値と、を加算した値の符号にもとづいて前記移動体の移動方向を検出する請求項１に記載の移動体。

【請求項3】

レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＡＲと、前記２次元ＬｉＤＡＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、を備えた移動体の制御方法であって、
前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得し、
前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得し、
前記反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する制御方法。

【請求項4】

レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＡＲと、前記２次元ＬｉＤＡＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、を備えた移動体のコンピュータに、
前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得するステップ、
前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得するステップ、
前記反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出するステップ、
を実行させるためのプログラム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

本発明の一態様は、移動体であって、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＡＲと、前記２次元ＬｉＤＡＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報と、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する検出部と、を備えた。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

本発明の一態様は、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＡＲと、前記２次元ＬｉＤＡＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、を備えた移動体の制御方法であって、前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得し、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得し、前記反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出する制御方法。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0014】

本発明の一態様は、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する２次元ＬｉＤＡＲと、前記２次元ＬｉＤＡＲが照射するレーザ光を反射する反射部と、を備えた移動体のコンピュータに、前記反射部によって反射されたレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得するステップ、前記反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得するステップ、前記反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出するステップ、を実行させるためのプログラム。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0018】

ドローン１００は、１つの２次元ＬｉＤＡＲ２００、反射部２１０、および４つのブレード１５２を備える。なお、図１に示されるブレード１５２は回転中の状態を示している。ドローン１００は、ブレード１５２を回転させるモータの回線数を制御することで、ドローン１００を推進させたり、上下移動、左右移動（ロール）、前後移動（ピッチ）、回転（ヨー）させることができる。

【手続補正6】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0019】

２次元ＬｉＤＡＲ２００は、ドローン１００の進行方向に向けて設けられる。２次元ＬｉＤＡＲ２００は、レーザ光を照射することで、基準方向（本実施形態では移動方向）に対して交差する平面を走査する。そして、２次元ＬｉＤＡＲ２００は、レーザ光を照射することで対象物を検出し、検出した対象物の位置を示す位置情報を出力する。具体的に、２次元ＬｉＤＡＲ２００は、対象物の距離と、対象物を検出した時の角度を出力する。本実施形態では、対象物の位置を示す位置情報として角度を用いる。

【手続補正7】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0020】

なお、２次元ＬｉＤＡＲ２００の解像度にもよるが、１つの対象物であっても、対象物には大きさがあるので、複数の角度で対象物が検出されることが一般的である。例えば、３０度方向に対象物が１つある場合、２９度から３１度といった範囲内の角度が複数検出される。この場合、連続して検出された角度のうちから定まる１つの角度を出力するものとする。例えば、２次元ＬｉＤＡＲ２００は、連続して検出された角度の平均値が対象物の角度として出力する。なお、２次元ＬｉＤＡＲ２００は複数の角度を出力し、ドローン１００のファームウェアにおいて、出力された複数の角度から１つの角度を導出してもよい。

【手続補正8】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0021】

反射部２１０は、２次元ＬｉＤＡＲ２００から照射されたレーザ光を反射する。反射方向は、ドローン１００の上方向である。よって、２次元ＬｉＤＡＲ２００は、反射されないレーザ光（「非反射レーザ光」ともいう）と、反射されたレーザ光（「反射レーザ光」ともいう）による２つの走査平面で対象物を検出する。２つの走査平面の詳細については後述する。また、本実施形態では２次元ＬｉＤＡＲ２００は上記のようにレーザ光を照射するが、レーザ光に代えて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）による光を照射してもよい。

【手続補正9】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0027】

次に、ドローン１００の機能構成について説明する。図８は、ドローン１００の機能構成を表す機能ブロック図である。ドローン１００は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、ドローン制御プログラムを実行することによって通信部１１０、２次元ＬｉＤＡＲ２００、ロータ１５０、カメラ１７０、および制御部１２０を備える装置として機能する。なお、通信部１１０、および制御部１２０の各機能の全てまたは一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。ドローン制御プログラムは、上述したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。ドローン制御プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。カメラ１７０は、例えば全天球カメラであり、ドローン１００の前後左右上下方向を撮影可能である。

【手続補正10】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0061】

このようにすることで、対象物である架線と平行に移動可能となることから、１台の２次元ＬｉＤＡＲで対象物に沿った移動を可能とする技術を提供することができる。なお、上述したステップＳ１０１は、反射部によって反射されたレーザ光によって、２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す反射位置情報を取得するステップの一例である。ステップＳ１０２は、反射部によって反射されないレーザ光によって、前記２次元ＬｉＤＡＲによって検出された対象物の位置を示す非反射位置情報を取得するステップの一例である。ステップＳ１０３－１０５は、反射位置情報と前記非反射位置情報とにもとづいて前記移動体の移動方向を検出するステップの一例である。

【手続補正11】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0063】

上述した実施形態では、２次元ＬｉＤＡＲ２００が検出する角度を用いて説明したが、例えば距離を一定に保つように制御することで、平行かつ一定の距離で対象物に沿った移動を可能とする技術を提供することができる。

【手続補正12】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0065】

上述した実施形態では、架線の検出範囲から外れる走査範囲の一部を鏡を利用して斜め前に反射させることにより架線との位置および架線との相対角度を知ることができるようにした。検出対象が架線であるため広範囲の走査は必要ではなく、走査範囲の略半分を鏡を利用した反射により前方の走査に割り当てることにより１台の２次元ＬｉＤＡＲで距離検知と相対角度検知の両方が可能となった。

【手続補正13】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0066】

さらに、１台の２次元ＬｉＤＡＲで足りるため、ドローン１００の軽量化を図ることができるので、ドローン１００の燃費を向上することができる。

【手続補正14】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0068】

１００…ドローン、１１０…通信部、１２０…制御部、１２１…検出部、１２２…姿勢制御部、２００…２次元ＬｉＤＡＲ、２１０…反射部

【手続補正16】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図8】