特許 7421396 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(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 1/46 20240101AFI20240117BHJP

【ＦＩ】

G05D1/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020056972

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021157494

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-10-27

(73)【特許権者】

【識別番号】523286071

【氏名又は名称】株式会社ＮＴＴデータ

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(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

【審査官】西井 香織

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９７４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０６００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３００９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７７６４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｄ １／１０

(57)【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を制御するフライトコントローラと、
磁気を検出し、検出した前記磁気の磁束密度である第１の磁束密度を求める電子コンパスモジュールと、
測位衛星が発する電波信号を受信し、前記自律飛行体の地球上における位置を緯度と経度と高度とにより表した第１の測位情報を前記電波信号に基づいて求める衛星測位モジュールと、
前記自律飛行体の周囲の障害物を検出する測域センサと、
前記測域センサによる検出結果に基づいて環境地図を作成する地図作成手段と、
前記環境地図上における前記自律飛行体の機首方向と位置とを推定する推定手段と、
前記推定手段が推定した前記位置を擬似的な緯度と経度と高度とにより表した第２の測位情報を求める擬似測位手段と、
前記推定手段が推定した前記機首方向に基づいて擬似的な磁束密度である第２の磁束密度を求める擬似コンパス手段と、
を備え、
前記フライトコントローラは、
前記自律飛行体の飛行を制御する飛行制御手段と、
前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があるか否かを判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段が前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのいずれにも異常がないと判定したとき、前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とを前記飛行制御手段に出力し、前記異常判定手段が前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があると判定したとき、前記第２の磁束密度と前記第２の測位情報とを前記飛行制御手段に出力する出力手段と、
を備え、
前記飛行制御手段は、前記出力手段が出力した前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とに基づいて、又は前記出力手段が出力した前記第２の磁束密度と前記第２の測位情報とに基づいて、前記自律飛行体の飛行を制御する、
自律飛行体。

【請求項2】

前記擬似コンパス手段は、予め定められた期間内に複数回推定された前記機首方向に基づいて平滑化された擬似的な磁束密度を前記第２の磁束密度として求める、
請求項１に記載の自律飛行体。

【請求項3】

前記異常判定手段は、前記第１の磁束密度が、前記電子コンパスモジュールが正常に地磁気を検出できなかったときのものであるとき、前記第１の磁束密度に異常があると判定し、前記第１の測位情報が、前記衛星測位モジュールが測位衛星からの電波を正常に受信できなかったときのものであるとき、前記第１の測位情報に異常があると判定する、
請求項１又は２に記載の自律飛行体。

【請求項4】

自律飛行体の飛行制御方法であって、
磁気を検出し、検出した前記磁気の磁束密度である第１の磁束密度を求め、
測位衛星が発する電波信号を受信し、前記自律飛行体の地球上における位置を緯度と経度と高度とにより表した第１の測位情報を前記電波信号に基づいて求め、
前記自律飛行体の周囲の障害物を検出して環境地図を作成し、
前記環境地図上における前記自律飛行体の機首方向と位置とを推定し、
推定した前記位置を擬似的な緯度と経度と高度とにより表した第２の測位情報を求め、
推定した前記機首方向に基づいて擬似的な磁束密度である第２の磁束密度を求め、
前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があるか否かを判定し、
前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのいずれにも異常がないと判定したとき、前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とに基づいて前記自律飛行体の飛行を制御し、
前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があると判定したとき、前記第２の磁束密度と前記第２の測位情報と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）受信機などの各種センサが検出した情報に基づいてプロペラを制御することにより、自律飛行を実現している。特に、電子コンパスが検出した地磁気に基づい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受信した電波信号に基づいて自律飛行体自身の位置を検出することにより、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】

【文献】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、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正常に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。

【0007】

本開示の目的は、上記の事情に鑑み、測位衛星からの電波を正常に受信できない環境下、地磁気を正常に検出できない環境下において自律飛行を可能とする自立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】

【0008】

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を制御するフライトコントローラと、
磁気を検出し、検出した前記磁気の磁束密度である第１の磁束密度を求める電子コンパスモジュールと、
測位衛星が発する電波信号を受信し、前記自律飛行体の地球上における位置を緯度と経度と高度とにより表した第１の測位情報を前記電波信号に基づいて求める衛星測位モジュールと、
前記自律飛行体の周囲の障害物を検出する測域センサと、
前記測域センサによる検出結果に基づいて環境地図を作成する地図作成手段と、
前記環境地図上における前記自律飛行体の機首方向と位置とを推定する推定手段と、
前記推定手段が推定した前記位置を擬似的な緯度と経度と高度とにより表した第２の測位情報を求める擬似測位手段と、
前記推定手段が推定した前記機首方向に基づいて擬似的な磁束密度である第２の磁束密度を求める擬似コンパス手段と、
を備え、
前記フライトコントローラは、
前記自律飛行体の飛行を制御する飛行制御手段と、
前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があるか否かを判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段が前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのいずれにも異常がないと判定したとき、前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とを前記飛行制御手段に出力し、前記異常判定手段が前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があると判定したとき、前記第２の磁束密度と前記第２の測位情報とを前記飛行制御手段に出力する出力手段と、
を備え、
前記飛行制御手段は、前記出力手段が出力した前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とに基づいて、又は前記出力手段が出力した前記第２の磁束密度と前記第２の測位情報とに基づいて、前記自律飛行体の飛行を制御する。

【0009】

前記擬似コンパス手段は、予め定められた期間内に複数回推定された前記機首方向に基づいて平滑化された擬似的な磁束密度を前記第２の磁束密度として求める、
ようにしてもよい。

【0010】

前記異常判定手段は、前記第１の磁束密度が、前記電子コンパスモジュールが正常に地磁気を検出できなかったときのものであるとき、前記第１の磁束密度に異常があると判定し、前記第１の測位情報が、前記衛星測位モジュールが測位衛星からの電波を正常に受信できなかったときのものであるとき、前記第１の測位情報に異常があると判定する、
ようにしてもよい。

【0011】

上記の目的を達成するため、本開示の第２の観点に係る飛行制御方法は、
自律飛行体の飛行制御方法であって、
磁気を検出し、検出した前記磁気の磁束密度である第１の磁束密度を求め、
測位衛星が発する電波信号を受信し、前記自律飛行体の地球上における位置を緯度と経度と高度とにより表した第１の測位情報を前記電波信号に基づいて求め、
前記自律飛行体の周囲の障害物を検出して環境地図を作成し、
前記環境地図上における前記自律飛行体の機首方向と位置とを推定し、
推定した前記位置を擬似的な緯度と経度と高度とにより表した第２の測位情報を求め、
推定した前記機首方向に基づいて擬似的な磁束密度である第２の磁束密度を求め、
前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があるか否かを判定し、
前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのいずれにも異常がないと判定したとき、前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とに基づいて前記自律飛行体の飛行を制御し、
前記第１の磁束密度と前記第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があると判定したとき、前記第２の磁束密度と前記第２の測位情報と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】

【0012】

本開示によれば、測位衛星からの電波を正常に受信できない環境下、地磁気を正常に検出できない環境下において自律飛行が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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飛行計画データの一例を示す図

【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フライトコントローラの機能的構成を示す図

【図5】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6】図５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

【図7】本開示の実施の形態の変形例１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

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

（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。後述するように、ドローン１は、地下トンネル内、電力施設内など、測位衛星からの電波を正常に受信できない環境下、地磁気を正常に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、測位衛星からの電波を正常に受信できない環境下、地磁気を正常に検出できない環境下においては、擬似的な磁束密度及び擬似的な測位情報に基づいて自律飛行を行う。

【0016】

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と電子コンパスモジュール５と衛星測位モジュール６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、電子コンパスモジュール５、衛星測位モジュール６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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。また、二次記憶装置２０４は、後述の飛行計画データも記憶する。例えば、ドローン１のユーザが予めパーソナルコンピュータ上で飛行計画データを作成し、インタフェース２０３に当該パーソナルコンピュータを接続して飛行計画データをコンパニオンコンピュータ２に転送することにより、飛行計画データが二次記憶装置２０４に保存される。

【0023】

図２に示す例を参照しながら、飛行計画データについて説明する。飛行計画データは、例えばドローン１のユーザが、地図上にて始点と１以上の経由点と終点とを指定して飛行ルートを設定することにより作成される。図２に示す例は、地下トンネルを示す地図上において、始点と１つの経由点と終点とを指定することにより、ドローン１が地下トンネル内をどのような飛行ルートにて飛行すべきかを指定する例である。図２に示す例では、始点、経由点及び終点は、緯度、経度及び高度の組により示されている。フライトコントローラ３は、飛行制御において緯度、経度及び高度にて表された情報を利用するため、飛行計画データにおける各点も緯度、経度及び高度にて表現されている。

【0024】

再び図１を参照する。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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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、電子コンパスモジュール５、衛星測位モジュール６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、電子コンパスモジュール５、衛星測位モジュール６及び駆動部７に通信可能に接続される。

【0028】

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、測位衛星からの電波を受信できない環境下、地磁気を正常に検出できない環境下においてドローン１の自律飛行を実現できる。

【0029】

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。測域センサ４は、本開示に係る測域センサの一例である。

【0030】

電子コンパスモジュール５は、電子コンパスモジュール５自身を通過する磁気を検出し、検出した磁気を示す第１の磁束密度を求め、求めた第１の磁束密度をフライトコントローラ３に出力する。電子コンパスモジュール５は、例えばホール素子を備え、当該ホール素子により磁気を検出する電子コンパスモジュールである。電子コンパスモジュール５は、本開示に係る電子コンパスモジュールの一例である。

【0031】

衛星測位モジュール６は、測位衛星からの電波信号を受信し、受信した電波信号に基づいてドローン１の地球上における位置を緯度・経度・高度にて表した第１の測位情報を求め、求めた第１の測位情報をフライトコントローラ３に出力する。ただし、衛星測位モジュール６は、測位衛星からの電波信号を正常に受信できない場合は、測位できなかった旨の情報を第１の測位情報としてフライトコントローラ３に出力する。衛星測位モジュール６は、例えばＧＰＳ衛星からの電波信号を受信して測位するＧＰＳ受信器である。衛星測位モジュール６は、本開示に係る衛星測位モジュールの一例である。

【0032】

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。

【0033】

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と飛行指令部２５とを備える。

【0034】

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。地図作成部２１は、作成した環境地図と、飛行計画データが示す地図とを対比して、暫定的に「北」と定めた方向を適宜修正する。地図作成部２１は、本開示に係る地図作成手段の一例である。

【0035】

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。推定部２２は、前述の地図作成部２１とともにＳＬＡＭを行う。推定部２２は、本開示に係る推定手段の一例である。

【0036】

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。

【0037】

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第２の測位情報を求め、求めた第２の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、擬似的な測位情報として第２の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。第２の測位情報は、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。擬似測位部２４は、本開示に係る擬似測位手段の一例である。

【0038】

上述したように、二次記憶装置２０４に保存された飛行計画データにおいては、始点、経由点及び終点の各点が緯度、経度及び高度にて表されている。また、上述したように、環境地図上においては、例えば飛行開始時におけるドローン１の位置が原点となっている。したがって、飛行計画データにおける始点の緯度及び経度と、環境地図上における原点とが対応する。そのため、擬似測位部２４は、環境地図上におけるドローン１の位置を、緯度及び経度にて擬似的に表すことができる。ただし、擬似的に表した緯度及び経度は、現実の緯度及び経度と多少のズレが生じていてもよい。後述する飛行指令部２５が、当該ズレも考慮してフライトコントローラ３に飛行指令をするからである。なお、高度については、擬似測位部２４は、例えば飛行計画データにおける各点の高度により表してもよいし、図示しない気圧センサが検出した気圧に基づいて高度を求めてもよい。

【0039】

飛行指令部２５は、推定部２２が推定した環境地図上におけるドローン１の位置と、飛行計画データが示す飛行ルートと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によるフライトコントローラ３への指令は、後述するフライトコントローラ３の飛行制御部３４により処理されるため、図３では飛行指令部２５から飛行制御部３４に出力されるように図示している。

【0040】

次に、図４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と異常判定部３２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、異常判定部３２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。

【0041】

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第２の磁束密度を求める。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第２の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電子コンパスモジュール５が検出することが想定される磁気の磁束密度を、第２の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。

【0042】

異常判定部３２は、電子コンパスモジュール５が出力する第１の磁束密度と、衛星測位モジュール６が出力する第１の測位情報と、の少なくとも１つに異常があるか否かを判定する。異常判定部３２は、例えば、第１の磁束密度の向きが常時大きく変動するとき、第１の磁束密度の大きさが地磁気によるものよりも遙かに大きいときなどの場合に、第１の磁束密度に異常があると判定する。異常判定部３２は、例えば、第１の測位情報が示す緯度、経度及び高度が、飛行計画データが示す飛行ルートから大きくずれているとき、第１の測位情報が上述した測位できなかった旨を示す情報であるときなどの場合に、第１の測位情報に異常があると判定する。つまり、第１の磁束密度が、電子コンパスモジュール５が正常に地磁気を検出できなかったときのものであるとき、異常判定部３２は、第１の磁束密度に異常があると判定し、第１の測位情報が、衛星測位モジュール６が測位衛星からの電波を正常に受信できなかったときのものであるとき、異常判定部３２は、第１の測位情報に異常があると判定する。異常判定部３２は、本開示に係る異常判定手段の一例である。

【0043】

出力部３３は、異常判定部３２が第１の磁束密度と第１の測位情報とのいずれにも異常がないと判定したとき、第１の磁束密度と第２の測位情報とを飛行制御部３４に出力する。出力部３３は、異常判定部３２が第１の磁束密度と第１の測位情報とのうち少なくとも１つに異常があると判定したとき、第２の磁束密度と第２の測位情報とを飛行制御部３４に出力する。つまり、出力部３３は、電子コンパスモジュール５及び衛星測位モジュール６が共に正常に機能しているとき、現実の磁束密度及び測位情報である第１の磁束密度及び第１の測位情報を飛行制御部３４に出力し、電子コンパスモジュール５及び衛星測位モジュール６の少なくとも１つが正常に機能していないとき、擬似的な磁束密度及び測位情報である第２の磁束密度及び第２の測位情報を飛行制御部３４に出力する。出力部３３は、本開示に係る出力手段の一例である。

【0044】

上述のとおり、擬似コンパス部３１、異常判定部３２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の機能によって第１の磁束密度又は第２の磁束密度と、第１の測位情報又は第２の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１つの仮想的な電子コンパスモジュール及び１つの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。

【0045】

飛行制御部３４は、出力部３３から出力された、第１の磁束密度又は第２の磁束密度と、第１の測位情報又は第２の測位情報と、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。飛行制御部３４自身は、第１の磁束密度と第２の磁束密度とを区別することも、第１の測位情報と第２の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。

【0046】

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、第１の磁束密度と第２の磁束密度とを区別することも、第１の測位情報と第２の測位情報とを区別することもない。

【0047】

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。

【0048】

次に、図５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。図５に示す動作の開始時においては、すでに飛行計画データが二次記憶装置２０４に保存されており、かつ飛行が開始されているものとする。

【0049】

ドローン１の電子コンパスモジュール５は、磁気を検出して第１の磁束密度を求めてフライトコントローラ３に出力する（ステップＳ１）。

【0050】

ドローン１の衛星測位モジュール６は、測位衛星が発する電波信号を受信し、受信した電波信号に基づいて、ドローン１の地球上における位置を緯度、経度及び高度により表した第１の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Ｓ２）。

【0051】

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Ｓ３）。

【0052】

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Ｓ３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Ｓ４）。

【0053】

コンパニオンコンピュータ２の推定部２２は、ステップＳ４にて作成した環境地図上におけるドローン１の機首方向と位置とを推定する（ステップＳ５）。

【0054】

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Ｓ５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Ｓ６）。

【0055】

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Ｓ５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第２の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Ｓ７）。

【0056】

コンパニオンコンピュータ２の飛行指令部２５は、ステップＳ５にて推定された環境地図上におけるドローン１の位置と、飛行計画データが示す飛行ルートと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Ｓ８）。

【0057】

ドローン１のフライトコントローラ３は、図６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Ｓ９）。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６に示す動作を説明する。

【0058】

フライトコントローラ３の擬似コンパス部３１は、図５のステップＳ６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第２の磁束密度を求める（ステップＳ９１）。

【0059】

フライトコントローラ３の異常判定部３２は、図５のステップＳ１にて出力された第１の磁束密度と、ステップＳ２にて出力された第１の測位情報との少なくとも１つに異常があるか否かを判定する（ステップＳ９２）。

【0060】

第１の磁束密度と第１の測位情報との少なくとも１つに異常があると判定されたとき（ステップＳ９２：Ｙｅｓ）、フライトコントローラ３の出力部３３は、ステップＳ９１にて求められた第２の磁束密度と、図５のステップＳ７にて出力された第２の測位情報とを、飛行制御部３４に出力する（ステップＳ９３）。そしてステップＳ９５からの動作を実行する。

【0061】

第１の磁束密度と第１の測位情報とのいずれも異常がないと判定されたとき（ステップＳ９２：Ｎｏ）、出力部３３は、第１の磁束密度と第１の測位情報とを飛行制御部３４に出力する（ステップＳ９４）。そしてステップＳ９５からの動作を実行する。

【0062】

フライトコントローラ３の飛行制御部３４は、ステップＳ９３又はステップＳ９４にて出力部３３から出力された磁束密度及び測位情報と、図５のステップＳ８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Ｓ９５）。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５のステップＳ１からの動作を繰り返す。

【0063】

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よれば、測位衛星からの電波を正常に受信できない環境下、地磁気を正常に検出できない環境下においては、擬似的な磁束密度である第２の磁束密度と、擬似的な測位情報である第２の測位情報とに基づいてドローン１の飛行制御が行われる。したがって、ドローン１よれば、測位衛星からの電波を正常に受信できない環境下、地磁気を正常に検出できない環境下において自律飛行が可能となる。

【0064】

また、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、ドローン１のユーザは、フライトコントローラ３のハードウェア構成及び飛行プログラムＰ３２を変更することなく、ドライバプログラムＰ３１を作成することにより、ドローン１を構成することができる。また、コンパニオンコンピュータ２の各機能についても、一般的なマイクロコントローラが動作プログラムを実行することにより実現される。したがって、ドローン１によれば、測位衛星からの電波を正常に受信できない環境下、地磁気を正常に検出できない環境下における自律飛行を低コストに実現できる。

【0065】

（変形例１）
実施の形態では、フライトコントローラ３が擬似コンパス部３１を備えるものとしたが、コンパニオンコンピュータ２が擬似コンパス部３１と同様の機能部を備え、フライトコントローラ３は擬似コンパス部３１を備えないものであってもよい。

【0066】

例えば、図７に示すように、コンパニオンコンピュータ２が擬似コンパス部２９を備え、フライトコントローラ３は擬似コンパス部３１を備えないものであってもよい。擬似コンパス部２９は、推定部２２が推定した環境地図上における機首方向に基づいて、実施の形態の擬似コンパス部３１と同様にして第２の磁束密度を求め、求めた第２の磁束密度をフライトコントローラ３に出力する。第２の磁束密度は、出力部３３により処理されるため、図７では擬似コンパス部２９から出力部３３に出力されるように図示している。

【0067】

（変形例２）
ドローン１のフライトコントローラ３は、飛行時には常に駆動部７を制御している。そのため、ドローン１の位置は短期間に上下左右への若干の変化を繰り返すものとなる（例えば、１秒間に３０回、１００回など）。したがって、推定部２２により推定される機首方向も、短期間に変化を繰り返すものとなる。

【0068】

短期間に変化を繰り返す機首方向に基づいて第２の磁束密度を求め、第２の磁束密度に基づいて飛行制御を行うこととなると、ドローン１の位置の変化がさらに激しくなることが想定される。したがって、擬似コンパス部３１は、予め定められた期間内（例えば１００ミリ秒）における機首方向の平均に基づいて、平滑化された擬似的な磁束密度を第２の磁束密度として求めてもよい。

【符号の説明】

【0069】

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、５ 電子コンパスモジュール、６ 衛星測位モジュール、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、２９ 擬似コンパス部、３１ 擬似コンパス部、３２ 異常判定部、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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】