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(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】P2024135466
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】安全飛行判定装置、安全飛行判定方法、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G08G 5/00 20060101AFI20240927BHJP
B64U 20/40 20230101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G08G5/00 A
B64U20/40
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023046161
(22)【出願日】2023-03-23
(71)【出願人】
【識別番号】000141060
【氏名又は名称】株式会社関電工
(71)【出願人】
【識別番号】502303957
【氏名又は名称】岡崎 秀晃
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】磯貝 海斗
(72)【発明者】
【氏名】廣井 英幸
(72)【発明者】
【氏名】武本 純平
(72)【発明者】
【氏名】岡崎 秀晃
【テーマコード（参考）】
5H181
【Ｆターム（参考）】
5H181AA26
5H181BB04
5H181BB08
5H181FF22
5H181FF32
(57)【要約】
【課題】 マルチドローンシステムを安全に飛行させることにある。
【解決手段】 安全飛行判定装置は、あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得部と、外乱情報に基づいて飛行動作状態を変化させるごとに、マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出部と、ロータ回転数が、あらかじめ設定されたロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路においてマルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定部と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】 安全飛行判定装置は、あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得部と、外乱情報に基づいて飛行動作状態を変化させるごとに、マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出部と、ロータ回転数が、あらかじめ設定されたロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路においてマルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定部と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得部と、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出部と、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定部と、
を有する安全飛行判定装置。
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出部と、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定部と、
を有する安全飛行判定装置。
【請求項2】
前記算出部は、
前記マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報に基づいて、前記マルチドローンシステムに作用するモーメントを算出するためのモーメント行列と、前記マルチドローンシステムの並進と前記並進時の高度を維持するために必要な並進力を算出する並進力行列とを算出し、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態情報を、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報に変換し、
変換した前記外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を、変換処理により、飛行動作状態を表す、ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角を有するオイラー角、前記オイラー角の外乱ベクトル、ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値を有する飛行状態設定値ベクトル、前記飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトル、定数行列に変換して飛行動作状態変換情報を算出し、
前記モーメント行列と、前記並進力行列と、前記飛行動作状態変換情報とを、前記マルチドローンシステムに設けられた前記ロータそれぞれの前記ロータ回転数を算出するロータ回転数算出関数に入力し、前記ロータそれぞれのロータ回転数を算出する、
請求項１に記載の安全飛行判定装置。
前記マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報に基づいて、前記マルチドローンシステムに作用するモーメントを算出するためのモーメント行列と、前記マルチドローンシステムの並進と前記並進時の高度を維持するために必要な並進力を算出する並進力行列とを算出し、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態情報を、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報に変換し、
変換した前記外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を、変換処理により、飛行動作状態を表す、ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角を有するオイラー角、前記オイラー角の外乱ベクトル、ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値を有する飛行状態設定値ベクトル、前記飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトル、定数行列に変換して飛行動作状態変換情報を算出し、
前記モーメント行列と、前記並進力行列と、前記飛行動作状態変換情報とを、前記マルチドローンシステムに設けられた前記ロータそれぞれの前記ロータ回転数を算出するロータ回転数算出関数に入力し、前記ロータそれぞれのロータ回転数を算出する、
請求項１に記載の安全飛行判定装置。
【請求項3】
前記マルチドローンシステム情報は、前記マルチドローンシステムで用いるドローンの種類を識別するためのドローン識別情報と、前記マルチドローンシステムで用いるドローンの数量を表すドローン数量情報と、前記運搬物の種類を識別するための運搬物識別情報と、前記マルチドローンシステムで用いる前記運搬物の数量を表す運搬物数量情報と、前記マルチドローンシステムで用いる前記ドローンと前記運搬物との接続を表すマルチドローンシステム形状情報とが関連付けられた情報である、
請求項２に記載の安全飛行判定装置。
請求項２に記載の安全飛行判定装置。
【請求項4】
前記判定部は、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できると判定した場合、表示部に表示させるための、前記マルチドローンシステムが、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できることを表す判定結果情報を生成する、
請求項１に記載の安全飛行判定装置。
請求項１に記載の安全飛行判定装置。
【請求項5】
前記判定部は、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できないと判定した場合、前記表示部に表示させるための、前記マルチドローンシステムが、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できないことを表す判定結果情報を生成する、
請求項４に記載の安全飛行判定装置。
請求項４に記載の安全飛行判定装置。
【請求項6】
前記外乱情報は、風速、風向を表す情報である、
請求項１に記載の安全飛行判定装置。
請求項１に記載の安全飛行判定装置。
【請求項7】
情報処理装置が、
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得ステップと、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出ステップと、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定ステップと、
を実行する安全飛行判定方法。
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得ステップと、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出ステップと、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定ステップと、
を実行する安全飛行判定方法。
【請求項8】
前記算出ステップは、
前記マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報に基づいて、前記マルチドローンシステムに作用するモーメントを算出するためのモーメント行列と、前記マルチドローンシステムの並進と前記並進時の高度を維持するために必要な並進力を算出する並進力行列とを算出し、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態情報を、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報に変換し、
変換した前記外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を、変換処理により、飛行動作状態を表す、ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角を有するオイラー角、前記オイラー角の外乱ベクトル、ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値を有する飛行状態設定値ベクトル、前記飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトル、定数行列に変換して飛行動作状態変換情報を算出し、
前記モーメント行列と、前記並進力行列と、前記飛行動作状態変換情報とを、前記マルチドローンシステムに設けられた前記ロータそれぞれの前記ロータ回転数を算出するロータ回転数算出関数に入力し、前記ロータそれぞれのロータ回転数を算出する、
請求項７に記載の安全飛行判定方法。
前記マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報に基づいて、前記マルチドローンシステムに作用するモーメントを算出するためのモーメント行列と、前記マルチドローンシステムの並進と前記並進時の高度を維持するために必要な並進力を算出する並進力行列とを算出し、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態情報を、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報に変換し、
変換した前記外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を、変換処理により、飛行動作状態を表す、ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角を有するオイラー角、前記オイラー角の外乱ベクトル、ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値を有する飛行状態設定値ベクトル、前記飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトル、定数行列に変換して飛行動作状態変換情報を算出し、
前記モーメント行列と、前記並進力行列と、前記飛行動作状態変換情報とを、前記マルチドローンシステムに設けられた前記ロータそれぞれの前記ロータ回転数を算出するロータ回転数算出関数に入力し、前記ロータそれぞれのロータ回転数を算出する、
請求項７に記載の安全飛行判定方法。
【請求項9】
前記マルチドローンシステム情報は、前記マルチドローンシステムで用いるドローンの種類を識別するためのドローン識別情報と、前記マルチドローンシステムで用いるドローンの数量を表すドローン数量情報と、前記運搬物の種類を識別するための運搬物識別情報と、前記マルチドローンシステムで用いる前記運搬物の数量を表す運搬物数量情報と、前記マルチドローンシステムで用いる前記ドローンと前記運搬物との接続を表すマルチドローンシステム形状情報とが関連付けられた情報である、
請求項８に記載の安全飛行判定方法。
請求項８に記載の安全飛行判定方法。
【請求項10】
前記判定ステップは、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できると判定した場合、表示部に表示させるための、前記マルチドローンシステムが、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できることを表す判定結果情報を生成する、
請求項７に記載の安全飛行判定方法。
請求項７に記載の安全飛行判定方法。
【請求項11】
前記判定ステップは、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できないと判定した場合、前記表示部に表示させるための、前記マルチドローンシステムが、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できないことを表す判定結果情報を生成する、
請求項１０に記載の安全飛行判定方法。
請求項１０に記載の安全飛行判定方法。
【請求項12】
前記外乱情報は、風速、風向を表す情報である、
請求項７に記載の安全飛行判定方法。
請求項７に記載の安全飛行判定方法。
【請求項13】
コンピュータに、
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得ステップと、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出ステップと、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定ステップと、
を実行させる命令を含むプログラム。
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得ステップと、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出ステップと、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定ステップと、
を実行させる命令を含むプログラム。
【請求項14】
前記算出ステップは、
前記マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報に基づいて、前記マルチドローンシステムに作用するモーメントを算出するためのモーメント行列と、前記マルチドローンシステムの並進と前記並進時の高度を維持するために必要な並進力を算出する並進力行列とを算出し、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態情報を、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報に変換し、
変換した前記外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を、変換処理により、飛行動作状態を表す、ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角を有するオイラー角、前記オイラー角の外乱ベクトル、ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値を有する飛行状態設定値ベクトル、前記飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトル、定数行列に変換して飛行動作状態変換情報を算出し、
前記モーメント行列と、前記並進力行列と、前記飛行動作状態変換情報とを、前記マルチドローンシステムに設けられた前記ロータそれぞれの前記ロータ回転数を算出するロータ回転数算出関数に入力し、前記ロータそれぞれのロータ回転数を算出する、
請求項１３に記載のプログラム。
前記マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報に基づいて、前記マルチドローンシステムに作用するモーメントを算出するためのモーメント行列と、前記マルチドローンシステムの並進と前記並進時の高度を維持するために必要な並進力を算出する並進力行列とを算出し、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態情報を、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報に変換し、
変換した前記外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を、変換処理により、飛行動作状態を表す、ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角を有するオイラー角、前記オイラー角の外乱ベクトル、ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値を有する飛行状態設定値ベクトル、前記飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトル、定数行列に変換して飛行動作状態変換情報を算出し、
前記モーメント行列と、前記並進力行列と、前記飛行動作状態変換情報とを、前記マルチドローンシステムに設けられた前記ロータそれぞれの前記ロータ回転数を算出するロータ回転数算出関数に入力し、前記ロータそれぞれのロータ回転数を算出する、
請求項１３に記載のプログラム。
【請求項15】
前記マルチドローンシステム情報は、前記マルチドローンシステムで用いるドローンの種類を識別するためのドローン識別情報と、前記マルチドローンシステムで用いるドローンの数量を表すドローン数量情報と、前記運搬物の種類を識別するための運搬物識別情報と、前記マルチドローンシステムで用いる前記運搬物の数量を表す運搬物数量情報と、前記マルチドローンシステムで用いる前記ドローンと前記運搬物との接続を表すマルチドローンシステム形状情報とが関連付けられた情報である、
請求項１４に記載のプログラム。
請求項１４に記載のプログラム。
【請求項16】
前記判定ステップは、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できると判定した場合、表示部に表示させるための、前記マルチドローンシステムが、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できることを表す判定結果情報を生成する、
請求項１３に記載のプログラム。
請求項１３に記載のプログラム。
【請求項17】
前記判定ステップは、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できないと判定した場合、前記表示部に表示させるための、前記マルチドローンシステムが、前記外乱の影響を受けた部分飛行経路において、前記飛行動作状態で安全に飛行できないことを表す判定結果情報を生成する、
請求項１６に記載のプログラム。
請求項１６に記載のプログラム。
【請求項18】
前記外乱情報は、風速、風向を表す情報である、
請求項１３に記載のプログラム。
請求項１３に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、無人航空機の安全飛行を判定する安全飛行判定装置、安全飛行判定方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
運搬物を、複数の回転翼を有する無人航空機（以降ドローンと呼ぶ）と、運搬物（剛体）とを連結したマルチドローンシステムで運搬する技術が知られている。関連する技術して、非特許文献１、２には、マルチドローンシステムで運搬物を運搬する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Vijay Kumar’s lab at UPenn，“Microdrones That Cooperate to Transport Objects Could Be Future of Warehouse Automation”，［online］，2018年01月15日，IEEE Spectrum，［2022年10月04日検索］，インターネット＜URL：https://spectrum.ieee.org/microdrones-future-of-warehouse-automation＞
【0004】
【非特許文献2】Jonathan Rogers，“Control System Helps Several Drones Team Up to Deliver Heavy Packages”，［online］，2021年03月22日，Research News，［2022年10月04日検索］，インターネット＜URL：https://www.research.gatech.edu/control-system-helps-several-drones-team-deliver-heavy-packages＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、運搬物の寸法、重量などは常に同じではないので、非特許文献１、２のマルチドローンシステムを用いて運搬物を運搬する場合、利用者は、運搬物ごとに、マルチドローンシステムが対象の運搬物を安全に運搬できるかを確認しなければならない。
【0006】
逆に、運搬物が同じでも、異なるマルチドローンシステムを用いることもある。そのような場合にも、利用者は、マルチドローンシステムごとに、対象の運搬物を安全に運搬できるかを確認しなければならない。
【0007】
また、実際の運搬では、外乱の影響を受けるので、利用者は、外乱の影響を加味し、対象の運搬物を安全に運搬できるかを確認しなければならない。
【0008】
本開示の目的の一例は、マルチドローンシステムを安全に飛行させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するため、本開示の一側面における安全飛行判定装置は、
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得部と、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出部と、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定部と、
を有することを特徴とする。
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得部と、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出部と、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定部と、
を有することを特徴とする。
【0010】
また、上記目的を達成するため、本開示の一側面における安全飛行判定方法は、
情報処理装置が、
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得ステップと、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出ステップと、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定ステップと、
を実行することを特徴とする。
情報処理装置が、
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得ステップと、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出ステップと、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定ステップと、
を実行することを特徴とする。
【0011】
さらに、上記目的を達成するため、本開示の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得ステップと、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出ステップと、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定ステップと、
を実行させることを特徴とする。
コンピュータに、
あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定された前記マルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、前記マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する取得ステップと、
前記外乱情報に基づいて前記飛行動作状態を変化させるごとに、前記マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する算出ステップと、
前記ロータ回転数が、あらかじめ設定された前記ロータの最大回転数以下である場合、外乱の影響を受けた部分飛行経路において前記マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する判定ステップと、
を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
以上のように本開示によれば、マルチドローンシステムを安全に飛行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下で説明する図面において、同一の機能又は対応する機能を有する要素には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することもある。
【0015】
【0016】
［装置構成］
図１に示す安全飛行判定装置１０は、物体をマルチドローンで安全に運搬することにある。また、図１に示すように、安全飛行判定装置１０は、取得部１１と、算出部１２と、推定部１４、判定部１３とを有する。
図１に示す安全飛行判定装置１０は、物体をマルチドローンで安全に運搬することにある。また、図１に示すように、安全飛行判定装置１０は、取得部１１と、算出部１２と、推定部１４、判定部１３とを有する。
【0017】
取得部１１は、あらかじめ作成された複数のドローンと運搬物とで構成されたマルチドローンシステムの飛行経路を、複数の部分飛行経路を用いて表した部分飛行経路情報と、前記部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定されたマルチドローンシステムの飛行動作状態を表す飛行動作状態情報と、マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報と、を取得する。
【0018】
算出部１２は、外乱情報に基づいて飛行動作状態を変化させるごとに、マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する。
【0019】
判定部１３は、算出したロータそれぞれのロータ回転数が、あらかじめ設定されたロータの最大回転数以下である場合（揚力が十分である場合）、部分飛行経路において、マルチドローンシステムが安全に飛行できると判定する。
【0020】
実施形態においては、対象のマルチドローンシステムが、飛行計画通りに（利用者の作成した飛行経路を利用者が設定した飛行動作状態で）、安全に飛行できるか否かを判定できるので、利用者は、事前に、運搬物を安全に運搬できることを知ることができる。
【0021】
【0022】
安全飛行判定装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプログラマブルなデバイス、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はそれらのうちのいずれか一つ以上を搭載した回路、サーバコンピュータ、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置である。
【0023】
端末装置２０は、例えば、ＣＰＵ、又はＦＰＧＡなどのプログラマブルなデバイス、又はＧＰＵ、又はそれらのうちのいずれか一つ以上を搭載した回路、パーソナルコンピュータ、モバイル端末などの情報処理装置である。
【0024】
端末装置２０は、図２に示すように入力部２１と、表示部２２とを備えた装置でもよいし、端末装置２０に、入力部２１、又は表示部２２、又は両方が電気的に接続されていてもよい。さらに、端末装置２０には、スピーカなどの音声出力装置を電気的に接続してもよい。
【0025】
入力部２１は、例えば、タッチパネル、マウス、キーボードなどの装置である。表示部２２は、表示可能な形式に変換された、後述する表示情報を取得し、その表示情報に基づいて、生成した画像などを表示する。表示部２２は、例えば、液晶、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）を用いた装置などである。
【0026】
ネットワーク３０は、例えば、インターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）、専用回線、電話回線、企業内ネットワーク、移動体通信網、ブルートゥース（登録商標）、ＷｉＦｉ（Wireless Fidelity）などの通信回線を用いて構築された一般的な通信ネットワークである。
【0027】
安全飛行判定装置について詳細に説明する。
安全飛行判定装置１０は、取得部１１と、算出部１２と、推定部１４、判定部１３とを有する。
安全飛行判定装置１０は、取得部１１と、算出部１２と、推定部１４、判定部１３とを有する。
【0028】
●マルチドローンシステム情報の取得について
取得部１１は、まず、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が設定した、マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報を取得する。
取得部１１は、まず、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が設定した、マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報を取得する。
【0029】
マルチドローンシステム情報は、マルチドローンシステムで用いるドローンの種類を識別するためのドローン識別情報と、マルチドローンシステムで用いるドローンの数量を表すドローン数量情報と、運搬物の種類を識別するための運搬物識別情報と、マルチドローンシステムで用いる運搬物の数量を表す運搬物数量情報と、マルチドローンシステムで用いるドローンと運搬物との接続（マルチドローンシステムの形状）を表すマルチドローンシステム形状情報とが関連付けられた情報である。
【0030】
マルチドローンシステムの形状とは、例えば、線分の始点と終点、又は線分の始点と終点とその間の線上にドローンを配置する形状である。又は、正多角形の頂点上にドローンを配置する形状である。
【0031】
マルチドローンシステム情報は、例えば、利用者が、図２に示す構成決定用ユーザインタフェース（ＵＩ）２３を利用して、マルチドローンシステムで用いるドローンの種類と、ドローンの数量と、運搬物の種類と、運搬物の数量と、マルチドローンシステムの形状とを決定し、決定内容に基づいて生成される。
【0032】
構成決定用ＵＩ２３は、表示部２２に表示され、入力部２１を用いて、利用者が対象のマルチドローンシステムの構成を決定するためのユーザインタフェースである。構成決定用ＵＩ２３を用いて、例えば、図３のＡ、Ｂに示すようなマルチドローンシステム３００、３０１の構成を決定する
【0033】
図３は、マルチドローンシステムの構成の一例を説明するための図である。図３のＡに示すマルチドローンシステム３００は、二個のドローン３１ａ、３１ｂと、一個の運搬物３２ａと、を用いて構成されている。図３のＡのドローン３１ａ、３１ｂは、Ｘ（エックス）型・クワッドロータの、同じ種類（同じ製品）のドローンである。また、マルチドローンシステム３００は８個のロータ３３を有している。
【0034】
また、図３のＢに示すマルチドローンシステム３０１は、二個のドローン３１ｃ、３１ｄと、一個の運搬物３２ｂとから構成されている。また、図３のＢの同じ種類のドローン３１ｃ、３１ｄは、＋（プラス）型・クワッドロータの、同じ種類（同じ製品）ドローンを表している。また、マルチドローンシステム３０１は８個のロータ３３を有する。
【0035】
ただし、マルチドローンシステムの構成は上述した３００、３０１に限定されるものではない。すなわち、ドローンの種類、数量、運搬物の種類、数量、ドローンと運搬物の接続（形状）は、上述したマルチドローンシステム３００、３０１に限定されるものではない。さらに、マルチドローンシステムにおいて、異なる種類のドローンを用いてもよい。
【0036】
図４は、マルチドローンシステム情報のデータ構造の一例を説明するための図である。図４の例では、利用者が選択したドローンを識別するためのドローン識別情報（「Ｄ１」）と、利用者が選択したドローンの数量を表すドローン数量情報（「Ｄｎｕｍ」）と、利用者が選択した運搬物の運搬物識別情報（「ＰＬ１」）と、利用者が選択した運搬物の数量を表す運搬物数量情報（「ＰＬｎｕｍ」）と、利用者が選択したマルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム形状情報（「ＭＤＳｓ１」）とが関連付けられている。
【0037】
また、構成決定用ＵＩ２３を用いて生成されたマルチドローンシステム情報は、端末装置２０からネットワーク３０を介して安全飛行判定装置１０へ送信される。その後、取得部１１は、端末装置２０からネットワーク３０を介して送信されたマルチドローンシステム情報を取得する。
【0038】
また、表示部２２に、構成決定用ＵＩ２３を表示させるための表示情報は、端末装置２０で生成してもよいし、安全飛行判定装置１０で生成してもよい。
【0039】
●飛行計画情報の取得について
また、取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が作成した、マルチドローンシステムの飛行計画情報を取得する。
また、取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が作成した、マルチドローンシステムの飛行計画情報を取得する。
【0040】
飛行計画情報は、全飛行経路の構成を、全飛行経路を分割した複数の部分飛行経路を表す部分飛行経路情報と、部分飛行経路でのマルチドローンシステムの飛行動作を表す飛行動作状態情報とが関連付けられた情報である。
【0041】
飛行計画情報は、例えば、利用者が、図２に示す飛行計画作成用ユーザインタフェース（ＵＩ）２４を利用して、全飛行経路を構成する部分飛行経路、部分飛行経路ごとの飛行動作状態（上昇、下降、ホバリング、並進、回転（正方向ヨー、負方向ヨー、正方向ピッチ、負方向ピッチ、正方向ロール、負方向ロール、速度））を決定し、決定内容に基づいて生成される。
【0042】
飛行計画作成用ＵＩ２４は、表示部２２に表示され、入力部２１を用いて、利用者が対象のマルチドローンシステムの飛行計画を決定するためのユーザインタフェースである。飛行計画作成用ＵＩ２４を用いて、例えば、図５に示すような飛行経路を決定する。
【0043】
図５は、部分飛行経路と動作状態の一例を説明するための図である。図５には、マルチドローンシステムが、出発地点Ｐ０から地点Ｐ１まで上昇し、地点Ｐ１から地点Ｐ２まで並進し、地点Ｐ２において回転をし、回転した後地点Ｐ２から地点Ｐ３まで並進をし、地点Ｐ３から到着地点Ｐ４に下降する飛行経路が示されている。
【0044】
また、図５に示す飛行経路は、複数の部分経路を表す、部分飛行経路Ｐ０－Ｐ１、部分飛行経路Ｐ１－Ｐ２、部分飛行経路Ｐ２－Ｐ３、部分経路Ｐ３－Ｐ４から構成されている。部分飛行経路は、例えば、二つの地点（三次元座標）を用いて表される。例えば、始点と終点とを用いて表される。三次元座標は、例えば、緯度、経度、標高などを用いて表してもよい。
【0045】
図６は、飛行計画情報のデータ構造の一例を説明するための図である。図６の例は、図５に示した部分飛行経路を表す部分飛行経路情報６１と、飛行動作状態を表す飛行動作状態情報６２とが関連付けられている。図６の部分飛行経路情報６１は、始点（「Ｐ０」「Ｐ１」「Ｐ２」「Ｐ２」「Ｐ３」）と、終点（「Ｐ１」「Ｐ２」「Ｐ２」「Ｐ３」「Ｐ４」）とが関連付けられている。図６の飛行動作状態情報６２には、飛行動作として、「上昇」「並進」「回転」「並進」「下降」が示されている。ただし、飛行動作状態情報６２には速度を含めてもよい。
【0046】
また、飛行計画作成用ＵＩ２４を用いて生成されたマルチドローンシステム情報は、端末装置２０からネットワーク３０を介して安全飛行判定装置１０へ送信される。その後、取得部１１は、端末装置２０からネットワーク３０を介して送信されたマルチドローンシステム情報を取得する。
【0047】
また、表示部２２に、飛行計画作成用ＵＩ２４を表示させるための表示情報は、端末装置２０で生成してもよいし、安全飛行判定装置１０で生成してもよい。
【0048】
●外乱情報の取得について
取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が設定した、マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報を取得する。
取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が設定した、マルチドローンシステムの飛行に影響を与える外乱を表す外乱情報を取得する。
【0049】
外乱情報は、外乱の種類を識別するための外乱識別情報と、外乱の設定を表す外乱設定情報とが関連付けられた情報である。外乱設定情報は、例えば、外乱が風である場合、風速、風向を表す情報である。
【0050】
外乱情報は、例えば、利用者が、図２に示す外乱設定用ユーザインタフェース（ＵＩ）２５を利用して、外乱の種類と、外乱の設定値とを決定し、決定内容に基づいて生成される。
【0051】
外乱設定用ＵＩ２５は、表示部２２に表示され、入力部２１を用いて、利用者が対象の飛行経路に対して外乱を設定するためのユーザインタフェースである。外乱設定用ＵＩ２５を用いて、例えば、図７に示すような外乱情報を決定する。
【0052】
図７は、外乱情報のデータ構造の一例を説明するための図である。図７の例では、外乱識別情報（「Ｄｂ１」）と、外乱設定情報の風速を表す情報（「Ｗｄ１」）と、外乱設定情報の風向を表す情報（「Ｗｓ１」）とが関連付けられている。なお、部分飛行経路ごとに、外乱を設定してもよい。
【0053】
なお、外乱情報は、飛行予定日の、マルチドローンシステムを飛行させる地域の気象情報を、外部（例えば、天気予報を配信しているウェブサイトなど）から取得し、取得した気象情報に基づいて設定してもよい。
【0054】
また、外乱設定用ＵＩ２５を用いて生成された外乱情報は、端末装置２０からネットワーク３０を介して安全飛行判定装置１０へ送信される。その後、取得部１１は、端末装置２０からネットワーク３０を介して送信された外乱情報を取得する。
【0055】
また、表示部２２に、外乱設定用ＵＩ２５を表示させるための表示情報は、端末装置２０で生成してもよいし、安全飛行判定装置１０で生成してもよい。
【0056】
●バッテリ情報の取得について
取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が設定した、マルチドローンシステムに設けられているドローンそれぞれの、現在のバッテリ容量を表すバッテリ情報を取得する。
取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が設定した、マルチドローンシステムに設けられているドローンそれぞれの、現在のバッテリ容量を表すバッテリ情報を取得する。
【0057】
バッテリ情報は、マルチドローンシステムで用いるドローンそれぞれを識別するためのドローン識別情報と、現在のバッテリ容量を表すバッテリ容量情報とが関連付けられた情報である。
【0058】
バッテリ情報は、例えば、利用者が、図２に示すバッテリ容量設定用ユーザインタフェース（ＵＩ）２６を利用して、ドローンの識別子と、バッテリ容量とを決定し、決定内容に基づいて生成される。
【0059】
バッテリ容量設定用ＵＩ２６は、表示部２２に表示され、入力部２１を用いて、利用者がドローンそれぞれのバッテリ容量を設定するためのユーザインタフェースである。バッテリ容量設定用ＵＩ２６を用いて、例えば、図８に示すようなバッテリ情報を決定する。
【0060】
図８は、バッテリ情報のデータ構造の一例を説明するための図である。図８の例は、マルチドローンシステムが二つのドローンで構成されている場合の例で、ドローン識別情報（「Ｄｂｔ１」「Ｄｂｔ２」）と、バッテリ容量情報（「Ｂｔ１」「Ｂｔ２」）とが関連付けられている。なお、部分飛行経路ごとに、バッテリ容量を設定してもよい。
【0061】
また、バッテリ容量設定用ＵＩ２６を用いて生成された外乱情報は、端末装置２０からネットワーク３０を介して安全飛行判定装置１０へ送信される。その後、取得部１１は、端末装置２０からネットワーク３０を介して送信されたバッテリ情報を取得する。
【0062】
また、表示部２２に、バッテリ容量設定用ＵＩ２６を表示させるための表示情報は、端末装置２０で生成してもよいし、安全飛行判定装置１０で生成してもよい。
【0063】
●モーメント行列と並進力行列の算出について
算出部１２は、まず、取得したマルチドローンシステム情報に基づいて、対象のマルチドローンシステムのモーメントを算出するためのモーメント行列Ｓｒｏｔと、対象のマルチドローンシステムの並進力を算出するための並進力行列Ｓｔｒａとを算出する。
算出部１２は、まず、取得したマルチドローンシステム情報に基づいて、対象のマルチドローンシステムのモーメントを算出するためのモーメント行列Ｓｒｏｔと、対象のマルチドローンシステムの並進力を算出するための並進力行列Ｓｔｒａとを算出する。
【0064】
具体的には、モーメント行列Ｓｒｏｔと並進力行列Ｓｔｒａは、ドローンの幾何学的中心点と、ロータそれぞれの幾何学的中心点と、ドローンの幾何学的中心点からロータそれぞれの幾何学的中心点までの距離と、ドローンに設けられているロータそれぞれの垂直な力を算出する際に用いる係数（垂直力係数）と、ロータそれぞれによるモーメントを算出する際に用いる係数（モーメント係数）とを用いて求めることができる。
【0065】
例えば、マルチドローンシステム情報が、図３のＡ、Ｂに示したマルチドローンシステム３００、３０１に対応している場合、マルチドローンシステム３００、３０１は、図７のＡ、Ｂのように幾何学的に表すことができる。
【0066】
図９は、マルチドローンシステムを幾何学的に表した図である。図９の９００は、図３のマルチドローンシステム３００に対応する図である。また、図９の９０１は、図３のマルチドローンシステム３０１に対応する図である。
【0067】
図９のＡ、Ｂの例では、ドローン３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの幾何学的中心点はＰｃ１、Ｐｃ２となる。また、ロータ３３それぞれの幾何学的中心点はＰｒとなる。また、図９のＡの例では、ドローンの幾何学的中心点からロータそれぞれの幾何学的中心点までの距離Ｌ［ｍ］（メートル）は、ドローン３１ａ、３１ｂの幾何学的中心点Ｐｃ１、Ｐｃ２からロータ３３それぞれの幾何学的中心点Ｐｒまでの距離となる。また、図９のＢの例では、距離Ｌは、ドローン３１ｃ、３１ｄの幾何学的中心点Ｐｃ１、Ｐｃ２からロータ３３それぞれの幾何学的中心点Ｐｒまでの距離となる。
【0068】
また、図９のＡ、Ｂの例では、垂直な力をＦ１からＦ８（矢印）で表している。垂直な力Ｆ１からＦ８は、ロータ回転数ωＭｉ［ｒｐｍ］（回転毎分）と垂直力係数ＫＦｉ（＞０）とを乗算して算出される（Ｆｉ＝ＫＦｉ×ωＭｉ：ｉ＝１，２・・・８）。
【0069】
また、図９のＡ、Ｂの例では、モーメントをＭ１からＭ８（矢印）で表している。モーメントＭ１からＭ８は、ロータ回転数ωＭｉ［ｒｐｍ］とモーメント係数ＫＭｉ（＞０）とを乗算して算出される（Ｍｉ＝ＫＭｉ×ωＭｉ：ｉ＝１，２・・・８）。
【0070】
したがって、図９の例であれば、モーメント行列Ｓｒｏｔと並進力行列Ｓｔｒａは、数１、数２のように表すことができる。数１はマルチドローンシステム３００に対応し、数２はマルチドローンシステム３０１に対応する。
【0071】
【数1】
【0072】
【数2】
【0073】
なお、モーメント行列Ｓｒｏｔと並進力行列Ｓｔｒａは、図３、７の例に限定されるものではなく、利用者が決定したマルチドローンシステムの構成に応じてモーメント行列Ｓｒｏｔと並進力行列Ｓｔｒａは生成される。
【0074】
●外乱による飛行動作状態の変換について
算出部１２は、外乱情報に基づいて飛行動作状態情報を、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報に変換する。具体的には、算出部１２は、あらかじめ設定されたサンプリング間隔で、外乱情報に基づいて、取得した飛行動作状態情報に対して、外乱の影響を与える外乱影響付与処理し、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を算出する。
算出部１２は、外乱情報に基づいて飛行動作状態情報を、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報に変換する。具体的には、算出部１２は、あらかじめ設定されたサンプリング間隔で、外乱情報に基づいて、取得した飛行動作状態情報に対して、外乱の影響を与える外乱影響付与処理し、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を算出する。
【0075】
外乱影響付与処理は、外乱がマルチドローンシステムの姿勢と位置に影響を与えると仮定して、後述する数５に示すように状態変数に外乱影響の項を加える。
【0076】
●飛行動作状態の変換について
算出部１２は、取得した外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を用いて、変換処理により、外乱の影響を加味した飛行動作状態変換情報を算出する。外乱の影響を加味した飛行動作状態変換情報は、外乱の影響を受けた飛行動作状態を表す、オイラー角ｘ’（ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角）と、オイラー角の外乱ベクトルδｘと、飛行状態設定値ベクトルｂ’（ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値）と、飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトルδｂと、定数行列Ｑとを有する情報である。
算出部１２は、取得した外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を用いて、変換処理により、外乱の影響を加味した飛行動作状態変換情報を算出する。外乱の影響を加味した飛行動作状態変換情報は、外乱の影響を受けた飛行動作状態を表す、オイラー角ｘ’（ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角）と、オイラー角の外乱ベクトルδｘと、飛行状態設定値ベクトルｂ’（ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値）と、飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトルδｂと、定数行列Ｑとを有する情報である。
【0077】
変換処理は、利用者が入力した飛行計画の部分飛行経路と外乱の影響を受けた動作状態に基づいて、外乱の影響を加味し、その飛行計画を達成する飛行動作状態を決定する処理である。ただし、変換処理には三次元空間内の前後左右の位置の乱れを含めてもよい。
【0078】
なお、変換処理については参考文献１の４．マルチロータの飛行状態と飛行操作と、飛行の動作点を参照されたい。
（参照文献１）岡崎 秀晃, 磯貝 海斗, “飛行形ドローンのモータ故障問題”， 2020年07月，電子情報通信学会 基礎・境界ソサイエティ Fundamentals Review 14 巻 1号 pp. 44-59，［2022年10月04日検索］，インターネット＜URL：https://www.jstage.jst.go.jp/article/essfr/14/1/14_44/_article/-char/ja/＞
（参照文献１）岡崎 秀晃, 磯貝 海斗, “飛行形ドローンのモータ故障問題”， 2020年07月，電子情報通信学会 基礎・境界ソサイエティ Fundamentals Review 14 巻 1号 pp. 44-59，［2022年10月04日検索］，インターネット＜URL：https://www.jstage.jst.go.jp/article/essfr/14/1/14_44/_article/-char/ja/＞
【0079】
定数行列Ｑは、劣決定方程式であるロータ回転数算出関数に、後述する数５を満たすために用いる定数行列である。例えば、ロータ間に回転数が同じになるように拘束を与えるなどして定数行列Ｑを決定する方法がある。
【0080】
定数行列Ｑは、数３、数４のように表すことができる。数３は、例えば、マルチドローンシステム３００の定数行列Ｑを表している。数４は、例えば、マルチドローンシステム３０１の定数行列Ｑを表している。
【0081】
【数3】
【0082】
【数4】
【0083】
●ロータ回転数の算出について
算出部１２は、外乱の影響を受けた飛行動作状態変換情報（オイラー角ｘ’、オイラー角の外乱ベクトルδｘ、飛行状態設定値ベクトルｂ’、飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトルδｂ、定数行列Ｑ）それぞれを用いて、対象のマルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕを算出する。
算出部１２は、外乱の影響を受けた飛行動作状態変換情報（オイラー角ｘ’、オイラー角の外乱ベクトルδｘ、飛行状態設定値ベクトルｂ’、飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトルδｂ、定数行列Ｑ）それぞれを用いて、対象のマルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕを算出する。
【0084】
具体的には、算出部１２は、外乱の影響を受けた飛行動作状態変換情報ごとに、当該飛行動作状態変換情報と、モーメント行列Ｓｒｏｔ及び並進力行列Ｓｔｒａとを、ロータ回転数算出関数に入力し、対象のマルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕを算出する。ロータ回転数算出関数は、例えば、数５に示すような関数である。
【0085】
【数5】
【0086】
●バッテリ容量の推定について
推定部１４は、まず、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路ごとに、ドローンそれぞれについて、ロータそれぞれの回転数ωＭｉと、飛行時間とに基づいて、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路ごとの、ドローンそれぞれの消費電力を算出する。ドローンの消費電流は、例えば、数６のように表すことができる。
推定部１４は、まず、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路ごとに、ドローンそれぞれについて、ロータそれぞれの回転数ωＭｉと、飛行時間とに基づいて、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路ごとの、ドローンそれぞれの消費電力を算出する。ドローンの消費電流は、例えば、数６のように表すことができる。
【0087】
【数6】
【0088】
マルチドローンシステムを構成するドローンを基準にしてバッテリ容量の推定を行う必要があるため、ドローンの消費電流を数６によって求める。消費電力、最大飛行時間の推定については、一般的な方法で求められるため省略する。
【0089】
次に、推定部１４は、マルチドローンシステムが飛行する部分飛行経路の順に、部分飛行経路ごとの、ドローンごとに搭載されているバッテリについて、バッテリ容量が不足するか否かを推定する。その後、全ての部分飛行経路において、ドローンのバッテリ容量が不足しないと判定された場合、マルチドローンシステムは、外乱の影響を受けた飛行経路を、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できると推定する（十分なバッテリ容量があると推定する）。
【0090】
具体的には、まず、推定部１４は、最初の部分飛行経路におけるドローンごとのバッテリ容量と、最初の部分飛行経路のドローンごとの消費電力とを用いて、最初の部分飛行経路においてバッテリ容量が不足するか否かを推定する。また、推定部１４は、バッテリ容量から最初の部分飛行経路で消費した分の電力を差し引いて、次の部分飛行経路におけるバッテリ容量を算出する。
【0091】
続いて、推定部１４は、次の部分飛行経路（現在対象の部分飛行経路）におけるドローンごとのバッテリ容量と、次の部分飛行経路（現在対象の部分飛行経路）のドローンごとの消費電力とを用いて、現在対象の部分飛行経路においてバッテリ容量が不足するか否かを推定する。また、推定部１４は、バッテリ容量から現在対象の部分飛行経路で消費した分の電力を差し引いて、現在対象の次の部分飛行経路におけるバッテリ容量を算出する。
【0092】
このように、全ての部分飛行経路において、全てのドローンについて、消費電力がバッテリ容量以下であると推定された場合、マルチドローンシステムは、外乱の影響を受けた全ての部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できると判定する（十分なバッテリ容量があると判定する）。
【0093】
●安全飛行の判定について
判定部１３は、バッテリ容量が十分で、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、サンプリングごとに算出したロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕが、あらかじめ設定されたロータの最大回転数以下で、かつ最低回転数以上である場合、マルチドローンシステムは、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できると判定する（十分な揚力があると判定する）。最大回転数は、ドローンの仕様に基づいて設定する。また、最低回転数は、ドローンの仕様に基づいて設定する。
判定部１３は、バッテリ容量が十分で、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、サンプリングごとに算出したロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕが、あらかじめ設定されたロータの最大回転数以下で、かつ最低回転数以上である場合、マルチドローンシステムは、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できると判定する（十分な揚力があると判定する）。最大回転数は、ドローンの仕様に基づいて設定する。また、最低回転数は、ドローンの仕様に基づいて設定する。
【0094】
次に、判定部１３は、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できると判定した場合、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できることを表す判定結果情報を生成する。
【0095】
対して、判定部１３は、バッテリ容量が十分で、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、サンプリングごとに算出したロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕが、あらかじめ設定されたロータの最大回転数を超える場合、マルチドローンシステムは、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できないと判定する（揚力が不十分であると判定する）。なお、最低回転数未満である場合も、揚力が不十分であると判定する。
【0096】
次に、判定部１３は、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できないと判定した場合、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できないことを表す判定結果情報を生成する。
【0097】
次に、判定部１３は、判定結果情報を、ネットワーク３０を介して端末装置２０に送信する。その後、端末装置２０は、判定結果を受信し、判定結果通知用ユーザインタフェース（ＵＩ）２７を利用して判定結果を表示する。
【0098】
判定結果通知用ＵＩ２７は、表示部２２に表示され、対象のマルチドローンシステムが、利用者が作成した飛行計画通りに飛行可能か否かを示す判定結果と、飛行計画通りに飛行不可能と判定された場合に、マルチドローンシステムの構成を変更するように利用者に促すための通知とを利用者に提示するためのユーザインタフェースである。
【0099】
飛行計画通りに飛行可能と判定された場合、例えば、判定結果通知用ＵＩ２７は、飛行計画が実行可能であることを提示する。
【0100】
飛行計画通りに飛行不可能と判定された場合、利用者に、飛行計画を見直すことを提示する。例えば、判定結果通知用ＵＩ２７は、飛行状態を変更する通知、又は、運搬物を変更する通知を表示する。また、運搬物を変更する際に、運搬可能な運搬物を表示してもよい。
【0101】
また、バッテリ容量が十分でなかった場合、利用者に、充電をするように、促す提示をする。例えば、判定結果通知用ＵＩ２７は、充電が必要なドローンと、当該ドローンに充電をする通知を表示する。
【0102】
また、判定結果は、安全飛行判定装置１０からネットワーク３０を介して端末装置２０へ送信される。その後、端末装置２０は、ネットワーク３０を介して送信された判定結果を取得して、判定結果通知用ＵＩ２７に反映する。
【0103】
なお、表示部２２に、判定結果通知用ＵＩ２７を表示させるための表示情報は、端末装置２０で生成してもよいし、安全飛行判定装置１０で生成してもよい。
【0104】
［装置動作］
次に、実施形態における安全飛行判定装置の動作について図１０を用いて説明する。図１０は、安全飛行判定装置の動作の一例を説明するための図である。以下の説明においては、適宜図を参照する。また、実施形態では、安全飛行判定装置を動作させることによって、安全飛行判定方法が実施される。よって、実施形態における安全飛行判定方法の説明は、以下の安全飛行判定装置の動作説明に代える。
次に、実施形態における安全飛行判定装置の動作について図１０を用いて説明する。図１０は、安全飛行判定装置の動作の一例を説明するための図である。以下の説明においては、適宜図を参照する。また、実施形態では、安全飛行判定装置を動作させることによって、安全飛行判定方法が実施される。よって、実施形態における安全飛行判定方法の説明は、以下の安全飛行判定装置の動作説明に代える。
【0105】
図１０に示すように、まず、取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が設定した、マルチドローンシステムの構成を表すマルチドローンシステム情報を取得する（ステップＡ１）。次に、取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が作成した、マルチドローンシステムの飛行計画情報を取得する（ステップＡ２）。
【0106】
次に、取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、利用者が作成した、外乱情報を取得する（ステップＡ３）。取得部１１は、端末装置２０から、ネットワーク３０を介して、マルチドローンシステムに設けられているドローンそれぞれの、現在のバッテリ容量を表すバッテリ情報を取得する（ステップＡ４）。ただし、ステップＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の処理の順番は限定されるものではない。
【0107】
次に、算出部１２は、外乱の影響が与えられた部分飛行経路ごとに、あらかじめ設定したサンプリング間隔で、マルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出する（ステップＡ５）。
【0108】
具体的には、ステップＡ５において、まず、算出部１２は、取得したマルチドローンシステム情報を用いて、対象のマルチドローンシステムに対応するモーメント行列Ｓｒｏｔと並進力行列Ｓｔｒａとを算出する。
【0109】
また、ステップＡ５において、算出部１２は、あらかじめ設定されたサンプリング間隔で、外乱情報に基づいて、取得した飛行動作状態情報に対して外乱の影響を与える外乱影響付与処理し、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報を算出する。
【0110】
次に、ステップＡ５において、算出部１２は、あらかじめ設定されたサンプリング間隔ごとに算出した、外乱の影響を受けた飛行動作状態情報ごとに、変換処理により、飛行動作状態変換情報を算出する。すなわち、外乱の影響を受けたオイラー角ｘ’、オイラー角の外乱ベクトルδｘ、飛行状態設定値ベクトルｂ’、定数行列Ｑを算出する。
【0111】
変換処理は、飛行動作状態情報を、飛行動作状態変換情報（オイラー角ｘ’（ヨー回転の角、ピッチ回転の角、ロール回転の角）と、オイラー角の外乱ベクトルδｘ、飛行状態設定値ベクトルｂ’（ヨー回転の角加速度、ピッチ回転の角加速度、ロール回転の角加速度、高度方向の並進加速度と重力加速度とを加算した値）と、飛行状態設定値ベクトルの外乱ベクトルδｂと、定数行列Ｑとを有する情報）に変換する処理である。
【0112】
次に、ステップＡ５において、算出部１２は、オイラー角ｘと、ベクトルｂと、定数行列Ｑと、モーメント行列Ｓｒｏｔと、並進力行列Ｓｔｒａとを対象のマルチドローンシステムに設けられたロータそれぞれのロータ回転数を算出するロータ回転数算出関数に入力し、ロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕを算出する。
【0113】
次に、推定部１４は、マルチドローンシステムが飛行する部分飛行経路の順に、部分飛行経路ごとの、ドローンごとに搭載されているバッテリについて、バッテリ容量が不足するか否かを推定する（ステップＡ６）。
【0114】
次に、判定部１３は、バッテリ容量が十分で（ステップＡ７：Ｙｅｓ）、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、サンプリングごとに算出したロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕが、あらかじめ設定されたロータの最大回転数以下で、かつ最低回転数以上である場合（ステップＡ８：Ｙｅｓ）、マルチドローンシステムは、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できると判定する。
【0115】
その後、判定部１３は、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できることを表す判定結果情報を生成する（ステップＡ９）。
【0116】
対して、判定部１３は、バッテリ容量が十分で（ステップＡ７：Ｙｅｓ）、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、サンプリングごとに算出したロータそれぞれのロータ回転数ベクトルｕが、あらかじめ設定されたロータの最大回転数を超える場合（ステップＡ８：Ｎｏ）、マルチドローンシステムは、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できないと判定する。なお、最低回転数未満である場合も、揚力が不十分であると判定する。
【0117】
また、判定部１３は、バッテリ容量が十分でない場合（ステップＡ７：Ｎｏ）、ステップＡ９の処理に移行する。
【0118】
判定部１３は、対象とする外乱の影響を受けた部分飛行経路において、外乱の影響を受けた飛行動作状態で安全に飛行できないことを表す判定結果情報を生成する（ステップＡ１０）。
【0119】
次に、判定部１３は、判定結果情報を、ネットワーク３０を介して端末装置２０に送信する（ステップＡ１１）。その後、端末装置２０は、判定結果を受信し、判定結果通知用ＵＩ２７を利用して判定結果を表示する。
【0120】
なお、安全飛行判定装置１０は、上述したステップＡ１からＡ１０の処理を、マルチドローンシステム情報、飛行計画情報、外乱情報、バッテリ情報が変更されるたびに実行する。
【0121】
［実施形態の効果］
以上のように実施形態によれば、実施形態においては、対象のマルチドローンシステムが、飛行計画通りに（利用者の作成した飛行経路を利用者が設定した飛行動作状態で）、安全に飛行できるか否かを判定できるので、利用者は、事前に、運搬物を安全に運搬できることを知ることができる。
以上のように実施形態によれば、実施形態においては、対象のマルチドローンシステムが、飛行計画通りに（利用者の作成した飛行経路を利用者が設定した飛行動作状態で）、安全に飛行できるか否かを判定できるので、利用者は、事前に、運搬物を安全に運搬できることを知ることができる。
【0122】
［プログラム］
発明の実施形態におけるプログラムは、コンピュータに、図１０に示すステップＡ１からＡ７を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、実施形態における安全飛行判定装置と安全飛行判定方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、取得部１１、算出部１２、推定部１４、判定部１３として機能し、処理を行なう。
発明の実施形態におけるプログラムは、コンピュータに、図１０に示すステップＡ１からＡ７を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、実施形態における安全飛行判定装置と安全飛行判定方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、取得部１１、算出部１２、推定部１４、判定部１３として機能し、処理を行なう。
【0123】
また、実施形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されてもよい。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、取得部１１、算出部１２、推定部１４、判定部１３のいずれかとして機能してもよい。
【0124】
［物理構成］
ここで、実施形態におけるプログラムを実行することによって、安全飛行判定装置を実現するコンピュータについて図９を用いて説明する。図１１は、実施形態における安全飛行判定装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
ここで、実施形態におけるプログラムを実行することによって、安全飛行判定装置を実現するコンピュータについて図９を用いて説明する。図１１は、実施形態における安全飛行判定装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
【0125】
図１１に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ、又はＦＰＧＡを備えていてもよい。
【0126】
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、実施形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置である。また、実施形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、実施形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであってもよい。なお、記録媒体１２０は、不揮発性記録媒体である。
【0127】
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置があげられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。
【0128】
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
【0129】
また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）などの汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）などの磁気記録媒体、又はＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体があげられる。
【0130】
なお、実施形態における安全飛行判定装置は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。さらに、安全飛行判定装置は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。
【0131】
以上、実施形態を参照して発明を説明したが、発明は上述した実施形態に限定されるものではない。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。
【産業上の利用可能性】
【0132】
上述した記載によれば、マルチドローンシステムを安全に飛行させることにある。また、マルチドローンシステムの安全飛行が必要な分野において有用である。
【符号の説明】
【0133】
１０ 安全飛行判定装置
１１ 取得部
１２ 算出部
１３ 判定部
１４ 推定部
２０ 端末装置
２１ 入力部
２２ 表示部
２３ 構成決定用ユーザインタフェース
２４ 飛行計画作成用ユーザインタフェース
２５ 外乱設定用ユーザインタフェース
２６ バッテリ容量設定用ユーザインタフェース
２７ 判定結果通知用ユーザインタフェース
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス
１１ 取得部
１２ 算出部
１３ 判定部
１４ 推定部
２０ 端末装置
２１ 入力部
２２ 表示部
２３ 構成決定用ユーザインタフェース
２４ 飛行計画作成用ユーザインタフェース
２５ 外乱設定用ユーザインタフェース
２６ バッテリ容量設定用ユーザインタフェース
２７ 判定結果通知用ユーザインタフェース
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】