JP2017124666A - 飛行誘導システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳなどの航法信号が受信しにくい場所でも、システムの複雑化および処理の煩雑化を招くことなく、機体ユニットが自らの位置を把握する飛行誘導システムを提供する。
【解決手段】機体ユニット１１に設けられている情報取得部３２は、機体ユニット１１から分離され、地上や床上に設けられている指示表示装置１２に表示された画像１９に含まれる情報を読み取る。機体ユニット１１は、指示表示装置１２の位置、および読み取られた指示表示装置１２が表示する情報から自らの飛行位置を認識および特定する。機体ユニット１１は、認識した飛行位置に基づいて、飛行を継続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛行誘導システムに関する。

近年、ドローンと称される無人の飛行装置の普及が進んでいる。ドローンを用いることにより、例えばこれまで人の侵入が困難であった構造物や自然環境の検査や調査が可能となっている。このような無人の飛行装置は、ＧＰＳ信号を受信することなどによって誘導される。ところが、例えばトンネルや構造物の内部、あるいは橋桁の下方などＧＰＳ信号が到達しにくい場所を飛行する場合、誘導が不十分になるという問題がある。そこで、従来、飛行装置に標識となるマーカを取り付け、このマーカを視覚的に追跡することにより、飛行装置の位置などを把握することが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の場合、地上に複数のカメラを設け、このカメラで飛行装置に取り付けられたマーカが撮影される。そして、撮影されたマーカの画像に基づいて、飛行装置の位置や姿勢などが算出される。

しかしながら、特許文献１の場合、地上に複数のカメラを必要とするとともに、これらのカメラで撮影した画像を処理するための処理装置を必要とする。そのため、誘導システム全体の規模が大型化し、迅速かつ簡便な処理は困難であるという問題がある。

特開２００６−５１８６４号公報

そこで、本発明の目的は、ＧＰＳなどの航法信号が受信しにくい場所でも、システムの複雑化および処理の煩雑化を招くことなく、機体ユニットが自らの位置を把握する飛行誘導システムを提供することにある。

請求項１記載の発明では、機体ユニットには情報取得手段が設けられている。情報取得手段は、機体ユニットと分離して設けられている指示表示手段から光学的に情報を取得する。すなわち、機体ユニットに設けられた情報取得手段は、この機体ユニットから分離されて地上や床上に設けられている指示表示手段に表示された情報を読み取る。機体ユニットに設けられている位置認識手段は、指示表示手段の位置、および読み取られた指示表示手段の情報から、機体ユニットの飛行位置を認識する。機体ユニットに設けられている飛行制御手段は、この位置認識手段で認識した飛行位置に基づいて、機体ユニットの飛行を制御する。このように、機体ユニットは、指示表示手段に表示された情報から、自ら位置を認識して飛行を制御する。すなわち、機体ユニットは、地上または床上において情報を表示する指示表示手段から情報を読み取ることにより、自らの位置を認識する。そして、機体ユニットは、指示表示手段に表示された情報の読み取りという簡単な処理によって、自身の位置の認識し、認識した位置に基づいて飛行を継続する。したがって、ＧＰＳなどの航法信号が受信しにくい場所でも、システムの複雑化および処理の煩雑化を招くことなく、機体ユニットが自らの位置を把握することができる。

一実施形態による飛行誘導システムを示す模式図 一実施形態による飛行誘導システムを示す模式図 一実施形態による飛行誘導システムにおける機体ユニットを示すブロック図 一実施形態の変形例による飛行誘導システムを示す模式図 一実施形態の変形例による飛行誘導システムを示す模式図 一実施形態の変形例による飛行誘導システムを示す模式図

以下、飛行誘導システムの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２に示すように飛行誘導システム１０は、機体ユニット１１および指示表示装置１２を備えている。機体ユニット１１は、本体１３および腕部１４を備えている。本体１３は、機体ユニット１１の重心位置に設けられている。腕部１４は、この本体１３から外側へ突出している。本実施形態の場合、機体ユニット１１は、本体１３の周方向へ等間隔に４本の腕部１４を備えている。腕部１４の本数は、２本以上であれば、４本に限らず任意に設定することができる。

機体ユニット１１は、スラスタ１５を備えている。スラスタ１５は、腕部１４の本体１３と反対側の端部に設けられている。このスラスタ１５は、いずれもプロペラ１６と、このプロペラ１６を回転駆動するモータ１７とを有している。スラスタ１５は、モータ１７の駆動力によってプロペラ１６が回転することにより推進力を発生する。

指示表示装置１２は、機体ユニット１１と分離した別体である。指示表示装置１２は、地上や構造物の床上など、飛行する機体ユニット１１から視認可能な位置に設けられている。一実施形態の場合、指示表示装置１２は、地面１８に設けられている。指示表示装置１２は、情報を表示するマーカである。すなわち、指示表示装置１２は、機体ユニット１１に指示する情報を図１に示すような画像１９として表示している。情報を提供する画像１９としては、例えば二次元コードなどを用いることができる。この場合、指示表示装置１２は、板状の表示板２１に二次元コードなどの画像１９が印刷されている。一実施形態の場合、指示表示装置１２は、地上や床上などに置かれており、必要に応じて任意の場所に運搬可能である。なお、指示表示装置１２が表示する画像１９は、二次元コードなどに限らない。指示表示装置１２は、例えば機体ユニット１１の飛行方向を示す矢印など任意の図形を表示する構成としてもよい。

機体ユニット１１は、制御ユニット３０を備えている。制御ユニット３０は、本体１３に収容されている。図３に示すように制御ユニット３０は、演算部３１を有している。演算部３１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御ユニット３０は、演算部３１のＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、情報取得部３２、位置認識部３３および飛行制御部３４をソフトウェア的に実現している。なお、これら情報取得部３２、位置認識部３３および飛行制御部３４は、ソフトウェア的に限らず、ハードウェア的またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現してもよい。

情報取得部３２は、指示表示装置１２に表示された情報を光学的に取得する。具体的には、情報取得部３２は、カメラ３５および処理部３６で構成されている。処理部３６は、ソフトウェア的、ハードウェア的またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されている。カメラ３５は、例えばデジタルのビデオカメラまたはスチルカメラであり、地上や床上に設けられている指示表示装置１２に表示された情報を撮影する。例えば指示表示装置１２が画像１９として二次元コードを表示している場合、カメラ３５はこの二次元コードの画像１９を撮影する。カメラ３５で撮影された画像１９の電子データは、処理部３６において処理される。これにより、情報取得部３２は、指示表示装置１２の画像１９に含まれる情報を取得する。

位置認識部３３は、情報取得部３２で取得された画像１９の情報を用いて、設置位置情報および飛行位置を取得する。具体的には、指示表示装置１２が表示する画像１９は、その情報として、指示表示装置１２が設置されている場所を示す設置位置情報を含んでいる。位置認識部３３は、この画像１９に含まれる設置位置情報から、指示表示装置１２が設置されている場所を取得する。この場合、設置位置情報は、緯度や経度などを示す絶対的な位置情報に限らず、予め機体ユニット１１の飛行開始点などを基準位置として設定し、この基準位置からの相対的な位置情報であってもよい。ここで、基準位置は、予め演算部３１のＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部に記憶してもよく、指示表示装置１２が表示する画像１９から取得してもよい。このように、位置認識部３３は、情報取得部３２で指示表示装置１２から取得した情報に基づいて、指示表示装置１２が設置されている位置を取得する。これとともに、位置認識部３３は、機体ユニット１１の飛行位置を取得する。位置認識部３３は、設置位置情報として絶対的な位置情報を取得した場合、この取得した位置情報から機体ユニット１１の飛行位置を特定する。また、位置認識部３３は、設置位置情報として相対的な位置情報を取得した場合、指示表示装置１２から取得した位置情報と基準位置の絶対的な位置情報とを用いて、機体ユニット１１の飛行位置を特定する。

飛行制御部３４は、機体ユニット１１の飛行姿勢や飛行高度を取得して、機体ユニット１１の各スラスタ１５の出力を制御する。これにより、飛行制御部３４は、機体ユニット１１を予め設定された飛行ルートにしたがって飛行させる。具体的には、飛行制御部３４は、加速度センサ４１、角速度センサ４２、地磁気センサ４３および高度センサ４４などと接続している。飛行制御部３４は、これら加速度センサ４１および角速度センサ４２から機体ユニット１１の飛行姿勢を取得する。また、飛行制御部３４は、地磁気センサ４３から機体ユニット１１の飛行方向を取得し、高度センサ４４から機体ユニット１１の飛行高度を取得する。飛行制御部３４は、位置認識部３３で取得した機体ユニット１１の飛行位置と、これら各種のセンサから取得した飛行姿勢および飛行高度などとを用いて、スラスタ１５の出力を制御する。これにより、飛行制御部３４は、位置認識部３３で指示表示装置１２から取得した情報、およびこの取得した情報に基づいて特定した機体ユニット１１の飛行位置に基づいて、飛行姿勢および飛行高度を制御しながら、予め設定された飛行ルートにしたがって機体ユニット１１の飛行を実行する。

以上のように、一実施形態では、機体ユニット１１に設けられている情報取得部３２は、機体ユニット１１と分離して設けられている指示表示装置１２が表示する情報を光学的に取得する。すなわち、情報取得部３２は、機体ユニット１１から分離されて地上や床上に設けられている指示表示装置１２に表示された画像１９に含まれる情報を読み取る。機体ユニット１１に設けられている位置認識部３３は、指示表示装置１２の位置、および読み取られた指示表示装置１２が表示する情報から、機体ユニット１１の飛行位置を認識する。機体ユニット１１に設けられている飛行制御部３４は、この位置認識部３３で認識した飛行位置に基づいて、機体ユニット１１の飛行を制御する。このように、機体ユニット１１は、指示表示装置１２に表示された画像１９に含まれる情報から、自らの位置を認識および特定して飛行を継続する。これにより、機体ユニット１１は、指示表示装置１２に表示された画像１９に含まれる情報を情報取得部３２で読み取るという簡単な処理によって、自身の位置の認識および特定し、認識および特定した位置に基づいて飛行を継続する。したがって、ＧＰＳなどの航法信号が受信しにくい場所でも、システムの複雑化および処理の煩雑化を招くことなく、機体ユニット１１が自らの位置を把握して飛行を継続することができる。

また、一実施形態では、機体ユニット１１は、指示表示装置１２が表示する情報を光学的に取得する手段としてカメラ３５を有している。このカメラ３５は、対象物の検査や調査を行なうための機器として機体ユニット１１に本来的に設けられているものを用いてもよい。これにより、機体ユニット１１は、新たな機器を搭載することなく、指示表示装置１２が表示する画像１９の情報を取得することができる。したがって、機体ユニット１１の構造の複雑化や重量を招くことなく、機体ユニット１１の自立的な飛行を達成することができる。

（実施形態の変形例）
上述の一実施形態では、指示表示装置１２として、板状の表示板２１に二次元バーコードなどの画像１９を表示する例について説明した。しかし、指示表示装置１２は、図４に示すように例えばタブレット端末などのように光学的なディスプレイ５１を有する機器に情報を提供する画像１９を表示する構成としてもよい。ディスプレイ５１としては、例えば液晶や有機ＥＬなどの画像１９を表示するものが用いられる。このようにディスプレイ５１を用いることにより、指示表示装置１２から機体ユニット１１へ提供する情報は、必要に応じて変更することができる。また、ディスプレイ５１を用いることにより、指示表示装置１２が表示する画像１９は照明される。そのため、例えば構造物の内部などのように暗部で用いる場合でも、機体ユニット１１は指示表示装置１２に表示された画像１９に含まれる情報を確実に読み取ることができる。

上述の一実施形態では、指示表示装置１２は、例えば飛行の基準となる位置などに１つ設ける例について説明した。しかし、指示表示装置１２は、図５に示すように２つ以上用いてもよい。すなわち、機体ユニット１１は、２つ以上の複数の指示表示装置１２に表示された情報を取得しながら、これらの指示表示装置１２に表示された情報を断続的に取得しつつ飛行を継続してもよい。例えば、飛行ルートを変更する場所や分岐点などのように飛行ルートにおける要所に指示表示装置１２を設け、機体ユニット１１はこれらの要所で指示表示装置１２から情報を取得する。これにより、複雑な飛行ルートを設定する場合でも、機体ユニット１１は、複数の指示表示装置１２から適切な指示を受け取る。したがって、複雑な飛行ルートでも機体ユニット１１は飛行ルートを逸脱することなく飛行を継続することができる。

上述の一実施形態では、指示表示装置１２は、地上または床上に固定された例について説明した。しかし、指示表示装置１２は、地上や床上に沿って移動する構成としてもよい。例えば図６に示すように指示表示装置１２は車両５２などの移動機器に設けてもよい。これにより、指示表示装置１２を備える車両５２が移動すると、機体ユニット１１はこの指示表示装置１２に案内されながら飛行する。この場合も、機体ユニット１１は、車両５２に搭載された指示表示装置１２が表示する情報を光学的に取得しながら飛行を継続する。

また、機体ユニット１１の進入を禁止する場所に、指示表示装置１２を設置してもよい。このとき、指示表示装置１２は、進入を禁止することを示す画像を表示する。これにより、機体ユニット１１の飛行制御部３４は、情報取得部３２において指示表示装置１２に表示された進入禁止を意味する画像を取得すると、この指示表示装置１２よりも先方への飛行を停止する。そのため、指示表示装置１２を用いて不適切な場所への機体ユニット１１の進入を制限することができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図面中、１０は飛行誘導システム、１１は機体ユニット、１２は指示表示装置、１５はスラスタ、３２は情報取得部（情報取得手段）、３３は位置認識部（位置認識手段）、３４は飛行制御部（飛行制御手段）、３５はカメラを示す。

Claims (2)

1. 推進力を発生する複数のスラスタ（１５）を有する機体ユニット（１１）と、
   前記機体ユニット（１１）と分離して地上または床上に設けられている指示表示手段（１２）と、
   前記機体ユニット（１１）に設けられ、飛行中に前記指示表示手段（１２）に表示された情報を光学的に取得する情報取得手段（３２）と、
   前記機体ユニット（１１）に設けられ、前記情報取得手段（３２）で取得した情報から、前記指示表示手段（１２）が設けられている設置位置、および前記設置位置から前記機体ユニット（１１）の飛行位置を認識する位置認識手段（３３）と、
   前記機体ユニット（１１）に設けられ、前記位置認識手段（３３）で認識した飛行位置に基づいて、前記機体ユニット（１１）の自立的な飛行を制御する飛行制御手段（３４）と、
   を備える飛行誘導システム。
2. 前記情報取得手段（３２）は、前記指示表示手段（１２）に表示された画像（１９）を取得するカメラ（３５）を有する請求項１記載の飛行誘導システム。

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