JP2002222014A

JP2002222014A - 飛行装置

Info

Publication number: JP2002222014A
Application number: JP2001016975A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Sakai; 宏明堺; Takaya Sugaya; 貴也菅ヶ谷; Masashi Mori; 正志森; Kunio Nakaoka; 邦夫中岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】飛行装置は、単に障害物を回避す
る制御を行うだけでは、屋内で使用する場合などで回避
行動が繰り返されるという問題があった。【解決手段】回避動作においてプロペラの回転
を一定時間にすることで必要最小限の回避行動とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、飛行装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ロボットなどの自律運動を制御する方法
としては、特開平８−２０２４４５号公報に記載された
ものがある。ここでは、ロボットに取り付けられた各種
センサで障害物を検知し、これらの情報に基づきアクチ
ュエータを操作して障害物を回避することで、ロボット
を目標点まで誘導することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、飛行装置を制
御する場合、特に屋内のように天井や床や壁によって閉
ざされた狭い空間では、単に障害物を検知した場合に回
避させるように制御をするだけでは、回避行動により新
たな障害物に接近し回避行動を繰り返すという悪循環に
陥る点が問題であった。

【０００４】この発明は上述のような問題点を解決する
ためになされたものであり、回避行動が最小となるよう
に飛行装置を制御することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】進行方向に位置する物体
までの前方距離を計測する前方距離認識手段と、下方に
位置する物体までの下方距離を計測する下方距離認識手
段と、前方距離又は下方距離の少なくとも一つが予め定
められたしきい値以下であるか否かを判定し、しきい値
以下であれば所定時間物体を回避する回避行動を指令す
るデータ処理手段と、指令により推力を発生する推進手
段とを有する。

【０００６】また、外部の音を収録する収録手段を備
え、データ処理手段は、収録した音が予め登録された単
語であるか否かを判定し登録された単語と判定された場
合に所定の動作を行うように指令する。

【０００７】さらに、外部の映像を取り込むことができ
る映像入力手段を備え、データ処理手段は、映像入力手
段から取り込んだ画像より目標物を認識し目標物の中心
と画像の中心とが一致するように方向転換するように指
令する。

【０００８】またさらに、現在位置と、現在位置での進
行方向と、飛行開始位置と、飛行開始位置での進行方向
とを記憶する手段を備え、データ処理手段は、現在位置
を座標原点として飛行開始位置での進行方向を座標軸と
した現在位置での進行方向とのなす角αと、飛行開始位
置を座標原点として飛行開始位置での進行方向を座標軸
とした現在位置とのなす角βを算出し、角αと角βとか
ら飛行開始位置に向かうように方向転換するための角度
を算出する。

【０００９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は実施の形態
１における飛行装置を示す概略図、図２は飛行装置の機
能構成を示すブロック図、図３は飛行装置の制御方法を
示すフローチャートである。

【００１０】図１の飛行装置は、ヘリウムガスを封入し
た気球である気球部１と、各種センサ、制御機器やバッ
テリ等を装備する本体部２と、装置を水平移動、垂直移
動させるための推進部３とを有する。なお、この飛行装
置は、主として気球部１により得られる浮力を利用し
て、一定の高度を保ちながら飛行するものであるので、
気球部１は装置全体の重量を上回る浮力が得られるよう
に設定されている。また、この状態では飛行装置が上昇
していく一方であるため、常時、下方に向かう推力を発
生させる必要から、推進部３を駆動しない状態で所定の
範囲内の高度を維持するように飛行装置に重りがついて
いる。

【００１１】さらに、飛行装置の本体部２は、外部に装
置前方に存在する障害物との距離を計測する前方距離認
識手段４と、装置下方に存在する障害物との距離を計測
する下方距離認識手段５とを有し、内部に図２のブロッ
ク図に示すような前方距離認識手段４と下方距離認識手
段５とからの情報を処理するデータ処理手段６とを有す
る。

【００１２】また、データ処理手段６は、前方距離認識
手段４と下方距離認識手段５とから信号を受け取り現在
の位置を認識する位置認識手段７と、位置認識手段７か
らデータを受け取り必要最小限の距離だけ装置を移動さ
せるのに必要な推力を得るように推進部３へ指令を送る
飛行制御手段８とを有する。

【００１３】さらに、推進部３は、データ処理手段６に
よって回転速度、回転方向、駆動時間が決定される第一
プロペラ９と、第二プロペラ１０と、第三プロペラ１１
とを有している。第一プロペラ９は飛行装置の下部に取
り付けられ上昇または下降時の推力を得るためのもので
あり、第二のプロペラ１０と第三のプロペラ１１とは飛
行装置の水平方向に互いに平行に設置され、前進または
後退時の推力を得るとともに互いの回転方向を変更する
ことで進行方向の変更を可能としている。

【００１４】この飛行装置の推進はプロペラの回転によ
って行われるが、予めプロペラの回転速度や回転時間に
よって飛行装置がどの程度の距離進むか求められてい
る。また、一つのプロペラだけ回転させ方向転換する場
合に、プロペラの回転速度や回転時間によって飛行装置
の角度がどの程度変わるかについても求められている。
これらプロペラの回転速度と回転時間との距離や角度と
の関係は予め飛行制御手段８に入力されている。

【００１５】次に、この飛行装置の各部の働きと飛行制
御について図２のブロック図と図３のフローチャートを
使って説明する。

【００１６】飛行装置の本体部２の前方距離認識手段４
と下方距離認識手段５によって計測された障害物との距
離計測結果信号をデータ処理手段６の位置認識手段７へ
送信する。位置認識手段７では、始めに受信した信号の
うち下方距離認識手段６からの信号について予め設定さ
れたしきい値以下であるか否かを判定し（ステップ（以
下、「Ｓ」）１）、しきい値以下であれば、前方距離認
識手段５からの信号についても予め設定されたしきい値
以下であるか否かを判定し（Ｓ２）、しきい値以下であ
れば飛行制御手段８で３基のプロペラを所定時間駆動さ
せる指令を発生させる（Ｓ３）。なおＳ３では、具体的
には、第一プロペラ９は装置を上昇させる向きに回転さ
せ、第二プロペラ１０は正転させ、第三プロペラ１１は
反転させる制御を行う。

【００１７】また、Ｓ１で下方障害物に接近していない
と判定された場合は前方障害物に接近しているか否かの
判定を行い（Ｓ４）、接近していれば飛行制御手段８で
２基のプロペラを所定の時間駆動させる指令を発生させ
る（Ｓ５）。なおＳ５では、具体的には、第二プロペラ
１０は正転させ、第三プロペラ１１は反転させる制御を
行う。

【００１８】Ｓ２で前方障害物に接近していないと判定
された場合は飛行制御手段８で第一プロペラを予め定め
た時間駆動させる指令を発生させる（Ｓ６）。これによ
り飛行装置は上昇する。なお、Ｓ４で前方障害物に接近
していないと判定された場合は、処理を終了する

【００１９】前方障害物回避行動として、ここでは第二
プロペラ１０を正転、第三プロペラ１１を逆転するとし
ているが、これらの回転方向の関係を逆転させれば回避
方向も逆になる。また、片方のプロペラのみ駆動するこ
とで前方障害物を回避させることも可能である。また、
ここでは下方及び両プロペラの制御を同時に行っている
が、一つ一つの制御を順次行う方法も可能である。

【００２０】このような飛行装置は通常状態において推
進部３は停止しているため空間を漂っている。しかし、
気流により高度が下がったり、封じ切りの気球部分から
徐々にヘリウムガスが抜け浮力が低下し飛行装置の高度
が下がってきた場合に、下方距離認識手段５により地上
に衝突する前に下方プロペラ９により衝突を回避するこ
とが可能である。また、室内の気流などにより壁に接近
した場合、前方距離認識手段４によって壁からの距離を
計測し、衝突を回避することが可能である。

【００２１】本実施の形態では、前方距離認識手段４が
一つだけ設置している場合について記しているが、複数
の距離認識手段を本体部２の周囲方向に設けて、それぞ
れを距離認識手段Ａ、Ｂ、・・・Ｎとし、周囲方向をま
んべんなく計測する構成でもよい。

【００２２】実施の形態２．図４は実施の形態２におけ
る飛行装置の概略図、図５は実施の形態２における飛行
装置の機能構成を示すブロック図、図６は実施の形態２
における飛行装置の制御方法を示すフローチャートであ
る。なお、この実施の形態２における飛行装置は実施の
形態１における飛行装置に音声によるインタラクション
機能を付加したものであるので、図中の番号についての
説明で既に実施の形態１で説明済みのものについては説
明を省略する。

【００２３】図４中、飛行装置の本体部２は、外部に周
囲の音を取り込むための収録手段としてマイク１２と、
本体部２内で合成された音声を発するためのスピーカ１
３とを有し、内部に図５のブロック図に示すようなマイ
ク１２からの信号を受け飛行制御部８や音声合成手段１
５へ指令を送る音声認識手段１４と、音声認識手段１４
からの指令に基き音声を合成しスピーカ１３から発声す
る音声合成手段１５とを有する。

【００２４】このような構成の飛行装置の制御につい
て、図６のフローチャートをもとに説明する。まず、マ
イク１２から音声が入力された時点で動作を開始する。
データ処理手段６の音声認識手段１４はマイク１２で集
められた音が音声コマンドであるか否かを判定する（Ｓ
１１）。音声コマンドでない場合は、判定はＮＯとなり
何の処理も行われない。しかし、判定がＹＥＳである場
合、つまり音声コマンドと認識した場合は、さらに予め
インプットされた音声により返答すべきコマンドと同一
であるか否かを判定する（Ｓ１２）。音声により返答す
べきコマンドであると判定した場合は、ＹＥＳとなり、
次に動作によって返答すべきコマンドであるか否かを判
定する（Ｓ１３）。これにより、動作でも返答すべきコ
マンドであると判定された場合は、音声認識手段１４か
ら音声合成手段１５へ返答用の音声の合成を指令し、ス
ピーカ１３によって発声するとともに、音声認識手段１
４から飛行制御手段８へ返答用の動作をするように指令
を送る（Ｓ１４）。

【００２５】また、Ｓ１３でＮＯと判定された場合は音
声認識手段１４から音声合成手段１５へ返答用の音声の
合成を指令する（Ｓ１５）。さらに、Ｓ１２でＮＯと判
定された場合は動作によって返答すべきコマンドである
か否かを判定する（Ｓ１６）。ここで動作により返答す
べきコマンドでないと判定された場合、制御は終了す
る。一方、動作によって返答すべきコマンドと判定され
た場合は音声認識手段１４から飛行制御手段８へ返答用
の動作をするように指令を送る（Ｓ１７）。

【００２６】例えば、日本語の「おはよう」という単語
を、音声コマンドとして認識するように設定し、さら
に、このコマンドは音声での返答と動作での返答とを行
うものであると設定しておけば、「おはよう」という声
をマイク１２で集音すれば、音声認識手段１４は音声で
返答すべきコマンドであるとの指令を音声合成手段１５
に送信する。音声合成手段１５では予め設定された
「お」、「は」、「よ」、「う」という語から「おはよ
う」という音声を合成して、スピーカ１３から発声す
る。また、動作で返答すべきコマンドであるとの指令も
飛行制御手段８に送信され、飛行制御手段８では所定の
駆動指令を推進部３に与える。

【００２７】このようにすることで、音声によって飛行
装置を動作させることが可能となる。

【００２８】実施の形態３．図７は実施の形態３におけ
る飛行装置の概略図、図８は実施の形態３における飛行
装置の機能構成を示すブロック図、図９は実施の形態３
における飛行装置の制御方法を示すフローチャート、図
１０は実施の形態３における他の飛行装置の機能構成を
示すブロック図である。なお、この実施の形態３におけ
る飛行装置は実施の形態１における飛行装置に目標物を
認識する機能を付加したものであるので、図中の番号に
ついての説明で既に実施の形態１で説明済みのものにつ
いては説明を省略する。

【００２９】図７中、飛行装置の本体部２は、外部に周
囲の画像を取り込むためのカメラ１６を有し、内部に図
８のブロック図に示すように、飛行装置の水平方向の回
転角度を認識するための回転角度認識手段１７と目標物
を認識するための目標物認識手段１８とを有する。

【００３０】このような構成の飛行装置の制御につい
て、図９のフローチャートをもとに説明する。始めに目
標物を認識する制御を行うように指令を受けた時点で回
転角度認識手段１７内の角度の累積値をリセットする
（Ｓ２１）。次に、カメラ１６にて画像を取り込む（Ｓ
２２）。取り込んだ画像に目標物が含まれるかを目標物
認識手段１８で判定し（Ｓ２３）、目標物が写っている
と認識されれば再度角度の累積値をリセットする（Ｓ２
４）。次に、この取り込んだ画像における目標物の中心
位置と画像の中心位置間の距離を計算する（Ｓ２５）。
この中心間の距離が所定の距離以内であるかを判定し
（Ｓ２６）、所定の距離以内であれば処理を終了する。
この時、予め画面の中心に対し目標物の中心が右側に存
在する方向を正とし、目標物の中心が左側に存在する方
向を負とする。

【００３１】一方、Ｓ２３で目標物が存在しないと判定
された場合は、所定の角度Ａだけ装置を回転させ（Ｓ２
７）、この回転角度Ａの累積値が３６０度に達するか否
かを判定し（Ｓ２８）、３６０度に達していなければ、
再度Ｓ２２に戻り画像の取り込みを行う。一方、３６０
度に達していれば、飛行装置の周囲には目標物がないと
見なして、処理を終了する。

【００３２】また、Ｓ２６で所定の距離内ではないと判
定され、かつ、目標物の中心が正方向に存在する場合は
所定の角度Ｂだけ飛行装置を回転させ（Ｓ２９）、再
度、Ｓ２２に戻り画像の取り込みを行い、目標物の中心
と画面中心間の距離を計算する。これにより所定の距離
内に納まるまで処理が繰り返される。この時、目標物の
中心が画面の中心に対し負方向に存在する場合は所定の
角度Ｂだけ反対方向に回転する。

【００３３】このようにすることで、目標物を検知し
て、その方向に装置の向きを変更することが可能であ
る。

【００３４】また、本実施の形態の発明と実施の形態２
で示した音声によるインタラクション機能とを組み合わ
せることで、目標物（この場合、人間）に対して向き合
うように方向を変え、人間の発する音声に反応して動作
することが可能となる。図１０はこのような飛行装置の
機能構成を示すブロック図である。この機能構成は図５
と図８を組み合わせたものであり、処理としては、まず
始めに図９のフローチャートの処理を行うことで目標物
である人間に対して装置の向きを変え、つづいて図６の
フローチャートの処理を行うことで人間の発する音声に
対する返答をする。

【００３５】実施の形態４．図１１は実施の形態４にお
ける飛行装置の機能構成を示すブロック図、図１２は実
施の形態４における飛行装置の制御方法を示すフローチ
ャートである。なお、この実施の形態４における飛行装
置は実施の形態１における飛行装置に自動帰還機能を付
加したものであるので、図中の番号についての説明で既
に実施の形態１、実施の形態２あるいは実施の形態３で
説明済みのものについては説明を省略する。

【００３６】この発明では飛行装置の本体部２の内部に
図１１のブロック図に示すように、飛行装置の水平方向
の回転角度を認識するための回転角度認識手段１８と飛
行装置の水平方向の移動位置を認識するための移動位置
認識手段１９とを有する。

【００３７】このような構成の飛行装置の制御につい
て、図１２のフローチャートをもとに説明する。始め
に、飛行装置が飛行を開始する位置で移動位置をリセッ
トし（Ｓ３１）、回転角度をリセットする（Ｓ３２）。
これにより、基準となる位置と基準となる方向が決定さ
れる。なお、移動位置認識手段１９は水平方向の２軸で
の位置を算出するため、この基準となる方向をそのうち
の１軸とする。その後、飛行装置は飛行し、その間、回
転角度認識手段１７により常に基準方向に対する回転角
が記憶され、移動位置認識手段１９により常に基準位置
に対する現在位置が記憶される（Ｓ３３）。このような
状態で飛行装置が帰還命令を受けると（Ｓ３４）、基準
方向に対して飛行装置が向いている角度αを回転角度認
識手段１８から読み取る（Ｓ３５）。続いて、現在位置
認識手段１９から開始位置を頂点として基準となる方向
に対する回転角βを算出する（Ｓ３６）。これらαとβ
から飛行装置が前進すれば開始位置に一直線で向かう方
向に飛行装置を回転させる（Ｓ３７）。この角度は１８
０−α−β（度）で求められる。この回転が終了する
と、推進部３に対して、現在位置から開始点までの距離
だけ前進する指令が与えられる（Ｓ３８）。

【００３８】このようにすることで、開始位置に戻って
くるように飛行装置を制御することが可能である。

【００３９】実施の形態１から実施の形態４において、
飛行装置のデータ処理部３の一部又は全てを飛行装置と
分離して、飛行装置を遠隔制御する構成も可能である。

【００４０】

【発明の効果】進行方向に位置する物体までの前方距離
を計測する前方距離認識手段と、下方に位置する物体ま
での下方距離を計測する下方距離認識手段と、前方距離
又は下方距離の少なくとも一つが予め定められたしきい
値以下であるか否かを判定し、しきい値以下であれば所
定時間物体を回避する回避行動を指令するデータ処理手
段と、指令により推力を発生する推進手段とを有するの
で、飛行装置を一定範囲の高度に保つことができ、障害
物を最小限の行動で回避できる。

【００４１】また、外部の音を収録する収録手段を備
え、データ処理手段は、収録した音が予め登録された単
語であるか否かを判定し登録された単語と判定された場
合に所定の動作を行うように指令するので、音声により
飛行装置を動作させることが可能となる。

【００４２】さらに、外部の映像を取り込むことができ
る映像入力手段を備え、データ処理手段は、映像入力手
段から取り込んだ画像より目標物を認識し目標物の中心
と画像の中心とが一致するように方向転換するように指
令するので、予め設定した目標物に向かって飛行させる
ことが可能となる。

【００４３】またさらに、現在位置と、現在位置での進
行方向と、飛行開始位置と、飛行開始位置での進行方向
とを記憶する手段を備え、データ処理手段は、現在位置
を座標原点として飛行開始位置での進行方向を座標軸と
した現在位置での進行方向とのなす角αと、飛行開始位
置を座標原点として飛行開始位置での進行方向を座標軸
とした現在位置とのなす角βを算出し、角αと角βとか
ら飛行開始位置に向かうように方向転換するための角度
を算出するので、飛行開始位置に戻ってくる制御が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１における飛行装置の
概略図である。

【図２】この発明の実施の形態１における機能のブロ
ック図である。

【図３】この発明の実施の形態１における制御のフロ
ーチャートである。

【図４】この発明の実施の形態２における飛行装置の
概略図である。

【図５】この発明の実施の形態２における機能のブロ
ック図である。

【図６】この発明の実施の形態２における制御のフロ
ーチャートである。

【図７】この発明の実施の形態３における飛行装置の
概略図である。

【図８】この発明の実施の形態３における機能のブロ
ック図である。

【図９】この発明の実施の形態３における制御のフロ
ーチャートである。

【図１０】この発明の実施の形態３における機能のブ
ロック図である。

【図１１】この発明の実施の形態４における機能のブ
ロック図である。

【図１２】この発明の実施の形態４における制御のフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１気球部、２本体部、３推進部、４前方
距離認識手段、５下方距離認識手段、６データ処
理手段、７位置認識手段、８飛行制御手段、
９第一のプロペラ、１０第二のプロペラ、１１
第三のプロペラ、１２マイク、１３スピー
カ、１４音声認識手段、１５音声合成手段、
１６カメラ、１７目標物認識手段、１８回転
角度認識手段、１９移動位置認識手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｃ (72)発明者森正志東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者中岡邦夫東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 2C150 AA14 CA09 DA17 DA18 DE02 DK02 EB01 EB02 ED09 ED10 ED11 ED42 ED52 EF03 EF05 EF11 EF13 EF16 EF29 EF36 EF41 EG03 5C022 AA01 AB63 AB68 AC42 AC69 AC71 AC72 AC77 5H301 AA06 CC07 DD07 DD18 GG03 GG07 GG16 LL01 LL06 LL11 LL14 LL16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】進行方向に位置する物体までの前方距離を
計測する前方距離認識手段と、下方に位置する物体まで
の下方距離を計測する下方距離認識手段と、前記前方距
離又は前記下方距離の少なくとも一つが予め定められた
しきい値以下であるか否かを判定し、しきい値以下であ
れば所定時間前記物体を回避する回避行動を指令するデ
ータ処理手段と、前記指令により推力を発生する推進手
段とを有することを特徴とする飛行装置。
【請求項２】外部の音を収録する収録手段を備え、デー
タ処理手段は、収録した音が予め登録された単語である
か否かを判定し登録された単語と判定された場合に所定
の動作を行うように指令することを特徴とする請求項１
記載の飛行装置。
【請求項３】外部の映像を取り込むことができる映像入
力手段を備え、データ処理手段は、前記映像入力手段か
ら取り込んだ画像より目標物を認識し前記目標物の中心
と前記画像の中心とが一致するように方向転換するよう
に指令することを特徴とする請求項１記載の飛行装置。
【請求項４】現在位置と、前記現在位置での進行方向
と、飛行開始位置と、前記飛行開始位置での進行方向と
を記憶する手段を備え、データ処理手段は、前記現在位
置を座標原点として前記飛行開始位置での進行方向を座
標軸とした前記現在位置での進行方向とのなす角αと、
前記飛行開始位置を座標原点として前記飛行開始位置で
の進行方向を座標軸とした前記現在位置とのなす角βを
算出し、前記角αと前記角βとから前記飛行開始位置に
向かうように方向転換するための角度を算出することを
特徴とする請求項１記載の飛行装置。