JP2018144772A - 飛行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヨー軸の上方だけでなく、ヨー軸に垂直な水平方向のいずれの方向でも障害物およびその障害物までの距離を検出する飛行装置を提供する。【解決手段】飛行装置１０は、基体１１、スラスタ１２、姿勢検出部２３、制御部２０、および複数のソナーモジュール１３を備える。スラスタ１２は、基体１１に設けられ、推進力を発生する。姿勢検出部２３は、基体１１の姿勢を検出する。制御部２０は、姿勢検出部２３で検出した基体１１の姿勢に基づいて、スラスタ１２を制御する。ソナーモジュール１３は、平面視における基体１１の中心を基準として、円周上または半球面上に配置されている。ソナーモジュール１３は、超音波を照射する照射部４１および超音波を受信する受信部４２を有し、基体１１から障害物までの距離を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、飛行装置に関する。

近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。このような飛行装置は、一般に無線もしくは有線による遠隔操作を用いて操作者の目視によって操縦されたり、予め設定された飛行経路に沿って自立的に飛行したりする。飛行装置は、このように目視による場合、および自立的に飛行する場合のいずれも、障害物との干渉を招くおそれがある。目視の場合、操作者の視界の外部に障害物があると飛行装置と障害物とが干渉する。また、自立的に飛行する場合、飛行経路の設定時に存在しなかった障害物が飛行時に出現し、飛行装置と障害物との間に予期せぬ干渉が生じるおそれもある。

そこで、特許文献１では、障害物との距離の検出することが提案されている。具体的には、特許文献１は、機体の上端に設けられた発光部および受光部で障害物の有無を検出している。そして、特許文献１では、障害物が検出されると上昇速度を減じ、機体の上方の障害物との衝突を防止している。
しかしながら、特許文献１の場合、機体の上方に位置する障害物の検知のみにすぎない。すなわち、特許文献１の場合、機体の上昇方向において、障害物との衝突が回避されるにすぎない。仮にこの発光部および受光部を機体の側方に設けたとしても、障害物の存在の有無が検出されるにすぎず、障害物の正確な方向や距離を知ることは困難である。

特開２００９−２９７４４９号公報

そこで、本発明の目的は、ヨー軸の上方だけでなく、ヨー軸に垂直な水平方向のいずれの方向でも障害物およびその障害物までの距離を検出する飛行装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、ソナーモジュールを基体の中心を基準として円周上に複数設けている。また、請求項２記載の発明では、ソナーモジュールを基体の中心を基準として半球面上に複数設けている。ソナーモジュールは、超音波によって障害物までの距離を検出する。このソナーモジュールを円周上または半球面上に複数配置することにより、ヨー軸を中心とした周辺について基体から障害物までの距離が検出される。また、ソナーモジュールを円周上または半球面上に配置することにより、超音波の反射強度を用いて基体から障害物までの距離だけでなく方向も把握される。したがって、ヨー軸の上方だけでなく、ヨー軸に垂直な水平方向のいずれの方向でも障害物の存在、およびその障害物までの距離を検出することができる。

第１実施形態による飛行装置をヨー軸の上方から見た模式的な平面図 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図 第１実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図 第１実施形態による飛行装置における基体の本体をヨー軸の上方から見た模式的な平面図 第１実施形態による飛行装置の変形例において基体の本体をヨー軸の上方から見た模式的な平面図 第１実施形態による飛行装置のソナーモジュールの配置を説明するための模式的な断面図 第１実施形態による飛行装置のソナーモジュールにおいて照射ノードと受信ノードとの関係を示す概略図 第１実施形態による飛行装置のソナーモジュールにおいて照射ノードと樹脂ノードとの関係を示す概略図 第２実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図 第２実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図 第３実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図 第４実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図 第４実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図 第４実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図 第５実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図 第５実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図 第６実施形態による飛行装置をヨー軸の上方から見た模式的な平面図 その他の実施形態による飛行装置を示す模式的な側面図 その他の実施形態による飛行装置を示す模式的な側面図

以下、飛行装置の複数の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には、同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１および図２に示すように、第１実施形態の飛行装置１０は、基体１１、スラスタ１２およびソナーモジュール１３を備えている。基体１１は、本体１４および腕部１５を有している。本体１４は、基体１１の重心位置に設けられている。腕部１５は、この本体１４から外側に突出している。本実施形態の場合、基体１１は、本体１４の周方向へ等間隔に４本の腕部１５を有している。腕部１５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。

基体１１の腕部１５には、それぞれスラスタ１２が設けられている。スラスタ１２は、いずれも腕部１５の本体１４と反対側の端部に設けられている。これらのスラスタ１２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１２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。

飛行装置１０は、図２に示すように制御部２０およびバッテリ２１を備えている。制御部２０およびバッテリ２１は、いずれも本体１４に収容されている。図３に示すように制御部２０は、演算部２２を有している。演算部２２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。制御部２０は、演算部２２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、スラスタ１２およびソナーモジュール１３をはじめとする飛行装置１０の各部を制御する。

飛行装置１０は、姿勢検出部２３を備えている。姿勢検出部２３は、ＧＰＳセンサ２４、加速度センサ２５、角速度センサ２６、地磁気センサ２７および高度センサ２８などを有している。姿勢検出部２３は、ＧＰＳセンサ２４、加速度センサ２５、角速度センサ２６、地磁気センサ２７および高度センサ２８から基体１１の姿勢を検出する。ＧＰＳセンサ２４は、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を受信して、現在位置を検出する。加速度センサ２５は、ロール軸に相当するｘ軸、ピッチ軸に相当するｙ軸、およびヨー軸に相当するｚ軸の三次元の各方向において基体１１に加わる加速度を検出して姿勢検出部２３へ出力する。同様に、角速度センサ２６は、基体１１に加わる３次元の各方向における角速度を検出して姿勢検出部２３へ出力する。地磁気センサ２７は地磁気を検出して姿勢検出部２３へ出力し、高度センサ２８は基体１１の高度を検出して姿勢検出部２３へ出力する。姿勢検出部２３は、受信および検出した各種の信号に基づいて、基体１１の飛行方向、飛行高度および姿勢角などの各種の情報を検出する。

飛行装置１０は、別体となったプロポ３０からの入力された操作に基づいて飛行する。操作者は、プロポ３０を通して、飛行装置１０の飛行方向、飛行姿勢および飛行速度を入力する。入力された操作は、無線または有線の通信を経由して飛行装置１０へ送信される。飛行装置１０は、受信部３１を備えている。受信部３１は、プロポ３０から送信された操作の指示を受信し、制御部２０へ出力する。制御部２０は、受信部３１で受信した指示、および姿勢検出部２３で検出した基体１１の姿勢に基づいてスラスタ１２を制御する。

飛行装置１０は、ソナーモジュール１３を備えている。ソナーモジュール１３は、図１および図２に示すように基体１１の本体１４に、基体１１の中心を基準として半球面上に配置されている。基体１１の中心は、ヨー軸に一致する。第１実施形態の場合、飛行装置１０は、図４に示すように９つのソナーモジュール１３１〜１３９を備えている。これらのソナーモジュール１３１〜１３９のうち８つのソナーモジュール１３１〜１３８は、基体１１の中心、つまりヨー軸を基準とする円周上に等間隔に８つ配置される。これとともに、残る１つのソナーモジュール１３９は、基体１１の中心を基準とする半球面上となるように、基体１１のヨー軸方向の上方に配置されている。すなわち、ソナーモジュール１３９は、円周上に配置されている他のソナーモジュール１３１〜１３８よりもヨー軸方向で上方に設けられている。これにより、ソナーモジュール１３１〜１３９は、図２の二点鎖線で示すように超音波の照射面が半円球面に配置される。なお、ソナーモジュール１３は、図５に示すようにソナーモジュール１３９を省略することにより、基体１１の中心を基準とする円周上にのみ配置する構成としてもよい。また、ソナーモジュール１３の数は、図示した例に限らず、任意に設定することができる。

ソナーモジュール１３は、図３および図４に示すように照射部４１および受信部４２が一体にモジュール化されている。照射部４１は、超音波を照射する。受信部４２は、照射部４１から照射された超音波を受信する。ソナーモジュール１３は、照射部４１から照射された超音波を受信部４２で受信することにより、基体１１から基体１１の外部の障害物までの距離を検出する。各ソナーモジュール１３は、検出した障害物までの距離を制御部２０へ出力する。

第１実施形態の場合、円周上に配置される８つのソナーモジュール１３１〜１３８は、図６に示すように基体１１のヨー軸に垂直なロール軸およびピッチ軸によって形成されるｘ−ｙ平面に対して傾斜して設けられている。図６は、ソナーモジュール１３１〜１３８のうちソナーモジュール１３３およびソナーモジュール１３７を図示している。すなわち、第１実施形態の場合、８つのソナーモジュール１３１〜１３８は、図６の矢印Ｂに示すように基体１１の水平面よりもややヨー軸の上方へ向けて超音波を照射する。ソナーモジュール１３の照射部４１は、図６の矢印Ｂに一致する中心軸から±３０°〜４０°の範囲で円錐状に超音波を照射する。そこで、このようにソナーモジュール１３の角度を調整することにより、照射部４１から照射された超音波は、スラスタ１２のプロペラ１６との干渉が回避される。照射部４１から照射された超音波がスラスタ１２のプロペラ１６にあたると、プロペラ１６が障害物として誤検出され、障害物までの正確な距離の検出が困難になる。第１実施形態のように円周上に配置されるソナーモジュール１３をヨー軸に対して傾斜して設置することにより、プロペラ１６の誤検出が低減され、障害物までの正確な距離が検出される。一方、図４および図６に示すように基体１１の中心に配置されるソナーモジュール１３９は、照射される超音波の中心軸がヨー軸と一致している。すなわち、ソナーモジュール１３９の照射部４１は、ヨー軸の上方へ向けて超音波を照射する。

第１実施形態の場合、飛行装置１０は、上記の構成に加え、図３に示すように警告部５０を備えている。警告部５０は、制御部２０に接続しており、ソナーモジュール１３で検出された障害物までの距離が設定距離以下になると警告を発する。具体的には、制御部２０は、ソナーモジュール１３で検出した基体１１と障害物との間の距離が設定距離以下になると、警告部５０を作動させる。これにより、警告部５０は、プロポ３０の操作者に、五感を通して飛行装置１０と障害物との距離が設定距離以下となったことを報知する。警告部５０は、飛行装置１０またはプロポ３０において警告を発する。警告部５０は、例えば飛行装置１０やプロポ３０に設けられているランプなどを通して視覚的に警告したり、ブザーなどを通して聴覚的に警告したりする。また、警告部５０は、プロポ３０に設けられているバイブレータの振動などによって触覚的に操作者に警告してもよい。設定距離は、飛行装置１０の安全性を考慮して予め任意に設定されている。

次に、上記の構成による飛行装置１０の障害物の検出について説明する。
第１実施形態の場合、飛行装置１０は、図４に示すように半球面上に配置された９つのソナーモジュール１３１〜１３９を備えている。制御部２０は、半球面上に配置されている９つのソナーモジュール１３１〜１３９に対して、順に超音波の照射を指示する。制御部２０は、例えばソナーモジュール１３１から順に１つずつ超音波を照射する。制御部２０は、９つのソナーモジュール１３１〜１３９において一定の間隔でそれぞれ超音波を照射する。そして、９つのソナーモジュール１３１〜１３９で超音波を１回ずつ照射するまで期間は、１周期とする。制御部２０は、例えば数ミリ秒〜数秒の周期で９つのソナーモジュール１３１〜１３９から超音波を照射する。このように９つのソナーモジュール１３１〜１３９において一定の間隔でそれぞれ超音波を照射することにより、いずれかのソナーモジュールで照射した超音波と他のソナーモジュールで照射した超音波とが干渉することはない。

第１実施形態の場合、図７に示すように１つのソナーモジュール１３から照射された超音波は、隣り合う２つのソナーモジュール１３によっても受信される。例えば、ソナーモジュール１３１から照射された超音波は、ソナーモジュール１３１だけでなく、ソナーモジュール１３１の隣りに設けられているソナーモジュール１３２およびソナーモジュール１３８によっても受信される。この場合、ソナーモジュール１３１は、照射ソナーモジュールに相当する。このように、１つのソナーモジュール１３による１つの照射ノードに対して受信ノードを複数に設定することにより、障害物の方向を検出することができる。すなわち、制御部２０は、超音波を照射するソナーモジュール１３１からだけでなく、これと隣り合って配置されているソナーモジュール１３２およびソナーモジュール１３８からも超音波の受信強度を取得する。制御部２０は、この３つのソナーモジュール１３１、１３２、１３８で受信した超音波の受信強度を用いて障害物までの距離だけでなく方向を推定する。このように受信ノードを増すことにより、障害物の方向および距離の推定精度は向上する。なお、１つのソナーモジュール１３から照射した超音波は、３つのソナーモジュール１３に限らず、４つ以上のソナーモジュール１３で受信してもよい。例えばソナーモジュール１３を円周上または半球面上において密に配置する場合、１つのソナーモジュール１３から照射した超音波は４つ以上のソナーモジュール１３で受信することができる。

また、制御部２０は、円周上に配置されている８つのソナーモジュール１３１〜１３８のうち２つから超音波を同時に照射してもよい。図４に示すように例えば基体１１の中心を挟んで反対側に配置されているソナーモジュール１３１とソナーモジュール１３５とは、照射した超音波が互いに干渉することがない。そこで、制御部２０は、図８に示すように対称に配置されているソナーモジュール１３１とソナーモジュール１３５、ソナーモジュール１３２とソナーモジュール１３６、ソナーモジュール１３３とソナーモジュール１３７、ソナーモジュール１３４とソナーモジュール１３８とから同時に超音波を照射する構成としてもよい。これにより、制御部２０は、１回の超音波の照射周期で取得することができる情報が増加する。

以上説明した第１実施形態では、複数のソナーモジュール１３は、基体１１の中心を基準として円周上または半球面上に複数設けられている。このように円周上または半球面上に複数のソナーモジュール１３を設けることにより、基体１１の周囲において障害物までの距離だけでなく方向も容易に把握される。したがって、ヨー軸の上方だけでなく、ヨー軸に垂直な水平方向のいずれの方向でも障害物の存在、およびその障害物までの距離を検出することができる。

また、第１実施形態では、ソナーモジュール１３で検出された障害物までの距離が最小距離以下になると、制御部２０は警告部５０を通して警告する。これにより、飛行装置１０の操縦者は、視覚的に飛行装置１０を視認できない環境下でも、飛行装置１０が障害物と干渉する前に飛行装置１０の操作が可能となる。したがって、障害物との接触などを未然に回避することができ、安全性を高めることができる。

第１実施形態では、ソナーモジュール１３は基体１１に対して傾斜して設けられている。具体的には、円周上に配置されているソナーモジュール１３１〜１３８は、基体１１のヨー軸に対して垂直な平面から上方へ傾斜している。そのため、ソナーモジュール１３１〜１３８から照射された超音波は、スラスタ１２のプロペラ１６による反射が低減される。これにより、プロペラ１６の検出による障害物の誤検出は低減される。したがって、障害物の方向および距離を高い精度で検出することができる。

第１実施形態では、例えばソナーモジュール１３１から照射された超音波は、ソナーモジュール１３１だけでなく、隣り合うソナーモジュール１３２およびソナーモジュール１３８によっても受信される。これにより、制御部２０は、３つのソナーモジュール１３１、１３２、１３８で受信された超音波の反射強度を用いて障害物の方向および距離を推定する。したがって、障害物の方向および距離の推定精度を高めることができる。また、このとき干渉しない位置関係による複数のソナーモジュール１３から同時に超音波を照射してもよい。このように複数のソナーモジュール１３から同時に超音波を照射することにより、超音波の１周期の照射によって取得される情報量が増大する。したがって、障害物の方向および距離の推定精度をより高めることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による飛行装置を図９に示す。
第２実施形態の場合、飛行装置１０の構造的な構成は第１実施形態と共通している。第２実施形態では、制御部２０は、コンピュータプログラムを実行することにより、進行方向検出部６１および照射制御部６２をソフトウェア的に実現している。これら、進行方向検出部６１および照射制御部６２は、ソフトウェア的に限らず、ハードウェア的、またはハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現してもよい。

進行方向検出部６１は、基体１１の進行方向を検出する。具体的には、進行方向検出部６１は、例えば姿勢検出部２３のＧＰＳセンサ２４で検出した進行方向、加速度センサ２５で検出した加速度、角速度センサ２６で検出した角速度、および地磁気センサ２７で検出した地磁気などから基体１１の進行方向を検出する。このとき、進行方向検出部６１は、基体１１の進行方向だけでなく、その進行方向への飛行速度も検出する。

照射制御部６２は、ソナーモジュール１３からの超音波の照射を制御する。具体的には、照射制御部６２は、ソナーモジュール１３を「全方位センシングモード」または「固定方位センシングモード」のいずれかに切り替える。
（全方位センシングモード）
照射制御部６２は、基体１１が停止または静止していると考えられるとき、「全方位センシングモード」で超音波の照射を制御する。すなわち、照射制御部６２は、進行方向検出部６１で基体１１の停止または静止が検出されたとき、「全方位センシングモード」として複数のソナーモジュール１３において予め設定された設定順序に基づいて超音波を照射する。照射制御部６２は、「全方位センシングモード」のとき、例えば上述の第１実施形態で説明したようにソナーモジュール１３１からソナーモジュール１３８の順に超音波を照射する。このように、「全方位センシングモード」では、すべてのソナーモジュール１３で順に超音波を照射し、ヨー軸を中心とする基体１１の上方の全方位において障害物を検出する。設定順序は、一例であり、任意に変更することができる。

（固定方位センシングモード）
照射制御部６２は、基体１１が移動していることが考えられるとき、「固定方位センシングモード」で超音波の照射を制御する。すなわち、照射制御部６２は、進行方向検出部６１で基体１１の移動にともなう進行方向が検出されたとき、「固定方位センシングモード」として複数のソナーモジュール１３のうち基体１１の進行方向の前方に位置するソナーモジュール１３から超音波を照射する。つまり照射制御部６２は、基体１１の移動が検出されると「固定方位センシングモード」に移行し、複数のソナーモジュール１３のうち進行方向の前方に位置するソナーモジュール１３から超音波を照射する。例えば図１の矢印で示す飛行方向Ｆへ飛行しているとき、照射制御部６２は、この飛行方向Ｆの前方側に位置するソナーモジュール１３１から超音波を照射する。また、例えば飛行装置１０が単純に上昇つまりヨー軸方向の上方へ移動していることが検出されたとき、ソナーモジュール１３９から超音波を照射する。ここで、基体１１の移動とは、地面に対する移動を意味する。すなわち、基体１１の速度は、対地速度を意味する。
第２実施形態の場合でも、障害物で反射した超音波の強度は、超音波を照射したソナーモジュール１３だけでなくこれに隣り合う複数のソナーモジュール１３で受信される。

（センシングモードの切り替え制御）
次に、上記のセンシングモードを切り替える制御の例を図１０に基づいて説明する。
進行方向検出部６１は、飛行装置１０の電源がオンになっている間、基体１１の速度すなわち移動速度を検出する（Ｓ１０１）。進行方向検出部６１は、姿勢検出部２３の各種センサの出力値に基づいて基体１１の速度を検出する。進行方向検出部６１は、検出した基体１１の速度が「０」であるか否かを判断する（Ｓ１０２）。

進行方向検出部６１は、検出した基体１１の速度が「０」であると判断すると（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、プロポ３０への入力値が予め設定された入力上限値以下であるか否かを判断する（Ｓ１０３）。飛行装置１０は、プロポ３０によって遠隔操作されている。すなわち、飛行装置１０を遠隔操作するためには、プロポ３０に入力上限値より大きな入力が行なわれる。そこで、進行方向検出部６１は、プロポ３０への入力値が予め設定された入力上限値以下、つまり意図的な入力がされていないかどうかを確認する。入力上限値は、飛行装置１０やプロポ３０の特性に応じて設定されている。

照射制御部６２は、Ｓ１０３においてプロポ３０への入力値が入力上限値以下であると判断すると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、「全方位センシングモード」に設定する（Ｓ１０４）。すなわち、プロポ３０への入力値が入力上限値以下であるとき、基体１１は停止または静止していると考えられる。そこで、照射制御部６２は、基体１１の全方位において障害物を検出するために、センシングモードを「全方位センシングモード」に設定する。

一方、Ｓ１０２において基体１１の速度が「０」でないと判断されたとき（Ｓ１０２：Ｎｏ）、またはＳ１０３においてプロポ３０への入力値が入力上限値よりも大きいと判断されたとき（Ｓ１０３：Ｎｏ）、照射制御部６２は「固定方位センシングモード」に設定する。すなわち、Ｓ１０２において基体１１の速度が「０」でないと判断されたとき、基体１１は特定の方向へ向けて移動または上昇していると考えられる。また、Ｓ１０３において入力値が入力上限値より大きいと判断されたとき、基体１１はプロポからの指示にしたがって飛行していることが考えられる。そこで、照射制御部６２は、基体１１が移動する進行方向前方において優先的に障害物を検出するために「固定方位センシングモード」に設定する（Ｓ１０５）。照射制御部６２は、Ｓ１０５で「固定方位センシングモード」に設定すると、Ｓ１０１で検出した基体１１の速度、飛行方向および姿勢角に基づいて、複数のソナーモジュール１３のうちどのソナーモジュール１３から優先的に超音波を照射するかを設定する（Ｓ１０６）。

第２実施形態では、条件に応じて「全方位センシングモード」と「固定方位センシングモード」とを切り替えている。基体１１が停止または静止しているとき、障害物が存在する方向の推定は困難である。そこで、照射制御部６２は、基体１１が停止または静止しているとき、基体１１の全方位へ向けて超音波を照射する「全方位センシングモード」を実行する。一方、基体１１の特定の方向へ飛行しているとき、飛行装置１０はその飛行方向で障害物と干渉するおそれがある。そこで、照射制御部６２は、基体１１が移動しているときは飛行方向の前方へ向けて優先的に超音波を照射する「固定方位センシングモード」を実行する。このように、すべてのソナーモジュール１３のうち飛行方向の前方にあたる一部のソナーモジュール１３を優先的に使用することにより、特定のソナーモジュール１３による障害物の検出が繰り返され、障害物を検出する周期は短縮される。その結果、障害物の検出精度が向上する。したがって、飛行装置１０の飛行方向に応じて、より早期かつ確実な障害物の検出を行なうことができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第２実施形態の応用例である。第３実施形態では、飛行装置１０が飛行中に受ける風の影響を考慮している。
飛行装置１０は、建物などの設備の内部を飛行するとき、風や気流といった外乱の影響をほとんど受けない。一方、飛行装置１０が屋外を飛行するとき、風や気流などの外乱の影響を受けやすくなる。例えば飛行装置１０が風の影響を受けるとき、基体１１は風上から風下へ流されやすくなる。そこで、照射制御部６２は、風下側のソナーモジュール１３からの超音波の照射を優先する。具体的には、照射制御部６２は、進行方向検出部６１において基体１１の進行方向を取得するとともに、姿勢検出部２３で基体１１の姿勢角を取得する。そして、照射制御部６２は、取得した基体１１の進行方向と基体１１の姿勢角とがずれているか否かを判断する。照射制御部６２は、基体１１の進行方向と姿勢角とがずれているとき、進行方向検出部６１で検出された基体１１の進行方向へ基体１１が風で流されていると判断する。この判断を用いて、照射制御部６２は、基体１１の姿勢角を「０」としたときの風向き方向下流側、すなわち風下側を検出する。照射制御部６２は、複数のソナーモジュール１３のうち、風下側に設けられているソナーモジュール１３から超音波を照射する。これにより、基体１１が風下へ流されていく場合、進行方向の前方である風下に位置する障害物が優先して検出される。

以下、風の方向を推定する処理の一例を図１１に基づいて説明する。
（風の方向推定）
進行方向検出部６１は、基体１１の速度すなわち移動速度を検出する（Ｓ２０１）。進行方向検出部６１は、Ｓ２０１において検出した基体１１の速度から、基体１１の速度が「０」であるか否かを判断する（Ｓ２０２）。進行方向検出部６１は、基体１１の速度が「０」のとき（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、プロポ３０に入力される操作ベクトルを取得する（Ｓ２０３）。操作ベクトルは、プロポ３０へ入力される操作方向および操作量に対応する。進行方向検出部６１は、Ｓ２０３で取得したプロポ３０の操作ベクトルと、基体１１の速度ベクトルとが異なっているか否かを判断する（Ｓ２０４）。基体１１の速度ベクトルは、基体１１の飛行方向および飛行速度に対応する。

進行方向検出部６１は、プロポ３０の操作ベクトルと基体１１の速度ベクトルとが異なっているとき（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、基体１１の進行方向と風向きとが同一である、つまり基体１１の進行方向に沿った向きの風があると判断する（Ｓ２０５）。すなわち、Ｓ２０２において基体１１の速度が「０」と判断されたにもかかわらず、操作ベクトルと速度ベクトルとが異なっているとき、基体１１は風に対抗して飛行し、結果として対地速度が「０」となっていることになる。そこで、進行方向検出部６１は、この場合、基体１１の進行方向へ向けて風があると判断する。

進行方向検出部６１は、基体１１の速度が「０」でないとき（Ｓ２０２：Ｎｏ）、プロポ３０への入力操作がないか判断する（Ｓ２０６）。進行方向検出部６１は、Ｓ２０５においてプロポ３０への入力操作がないと判断したとき（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）、微風であると判断する（Ｓ２０６）。すなわち、Ｓ２０２において基体１１の速度が「０」でないと判断されているものの、Ｓ２０６においてプロポ３０への入力操作がないと判断された場合、基体１１は緩やかに移動していると考えられる。その結果、基体１１の周囲は微風であると判断される。

同様に、進行方向検出部６１は、Ｓ２０４において操作ベクトルと速度ベクトルとが異なっていないと判断したとき（Ｓ２０４：Ｎｏ）、風がないと判断する（Ｓ２０７）。すなわち、操作ベクトルと速度ベクトルとが同一であるとき、基体１１はプロポ３０に入力された操作量にしたがって操作者の意図通りに飛行していることになる。そのため、基体１１の飛行に影響する風はないと判断される。

進行方向検出部６１は、Ｓ２０６でプロポ３０への入力操作があると判断されたとき（Ｓ２０６：Ｎｏ）、プロポ３０への入力操作と逆方向へ風があると判断する（Ｓ２０７）。すなわち、Ｓ２０２において基体１１の速度が「０」でないと判断され、Ｓ２０７においてプロポ３０への入力操作があると判断された場合、基体１１は風に流されて飛行していると考えられる。その結果、プロポ３０の操作と逆方向へ風があると判断される。
以上の手順によって、風の方向が推定される。照射制御部６２は、上記の手順によって推定した風の方向を用いて、複数のソナーモジュール１３のうち風下側に位置するソナーモジュール１３から超音波を照射する。

第３実施形態では、障害物の検出に際して風の影響を考慮している。進行方向検出部６１は、基体１１の速度と例えばプロポ３０の操作量などの基体１１の姿勢角との関係から風向きを推定する。照射制御部６２は、進行方向検出部６１で推定された風向きに基づいて、複数のソナーモジュール１３のうち風下側のソナーモジュール１３から超音波を照射する。これにより、基体１１が風に流される場合でも、風下側の障害物が優先的に検出される。したがって、より早期に確実な障害物の検出を行なうことができる。

（第４実施形態）
第４実施形態は、第２実施形態の応用形態である。第４実施形態では、基体１１の飛行速度および障害物の有無に応じてセンシングモードが切り替えられる。
（基本動作）
図１２に基づいて、第４実施形態による飛行装置１０の基本動作について説明する。第４実施形態では、照射制御部６２は、基体１１の速度に基づいて初期的なセンシングモードを設定する。具体的には、進行方向検出部６１は、基体１１の速度を検出する（Ｓ３０１）。そして、進行方向検出部６１は、Ｓ３０１で検出した基体１１の速度に基づいて基体１１の速度が「０」であるか否かを判断する（Ｓ３０２）。照射制御部６２は、基体１１の速度が「０」のとき（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、「全方位センシングモード」に設定する（Ｓ３０３）。一方、照射制御部６２は、基体１１の速度が「０」でないとき（Ｓ３０２：Ｎｏ）、「固定方位センシングモード」に設定する（Ｓ３０４）。このように、照射制御部６２は、基体１１の速度に基づいて初期的なセンシングモードを設定する。この後、照射制御部６２は、各センシングモードにおいて、特定の条件においてセンシングモードを切り替える。

（全方位センシングモードの処理の流れ）
「全方位センシングモード」における処理の流れについて図１３に基づいて説明する。
照射制御部６２は、Ｓ３０３において「全方位センシングモード」に設定されると、ソナーモジュール１３を用いて全方位へ超音波を照射する処理を実行する（Ｓ４０１）。すなわち、照射制御部６２は、すべてのソナーモジュール１３から超音波を順に照射して、基体１１の全方位で障害物を検出する。照射制御部６２は、予め設定された設定範囲内に障害物があるか否かを判断する（Ｓ４０２）。すなわち、照射制御部６２は、すべてのソナーモジュール１３から基体１１の全方位において、設定範囲内に障害物があるか否かを判断する。設定範囲は、警告部５０による警告を行なうための範囲であり、例えば基体１１から数ｍなど基体１１の性能に応じて設定されている。なお、設定範囲は、固定値でもよく、基体１１の飛行速度などに応じて変化する変動値としてもよい。

制御部２０は、Ｓ４０２で設定範囲内に障害物が検出されると（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、警告部５０から警告を発する（Ｓ４０３）。すなわち、制御部２０は、警告部５０を作動させ、操作者に障害物の存在を報知する。そして、照射制御部６２は、センシングモードを「全方位センシングモード」から「固定方位センシングモード」に変更する（Ｓ４０４）。すなわち、照射制御部６２は、障害物が検出された方向を優先するために「固定方位センシングモード」に変更する。これにより、ソナーモジュール１３の超音波は、障害物が検出された方向へ優先的に照射される。そのため、障害物の検出精度が向上する。制御部２０は、Ｓ４０４において「固定センシングモード」に変更した後、図１２に示すＳ３０１にリターンし、Ｓ３０１以降の処理を繰り返す。また、制御部２０は、Ｓ４０２で設定範囲内に障害物が検出されないとき（Ｓ４０２：Ｎｏ）、Ｓ３０１へリターンしてＳ３０１以降の処理を繰り返す。

（固定方位センシングモードの処理の流れ）
「固定方位センシングモード」における処理の流れについて図１４に基づいて説明する。
照射制御部６２は、Ｓ３０４において「固定方位センシングモード」に設定されると、ソナーモジュール１３を用いて障害物の存在が推定される方向へ優先的に超音波を照射する処理を実行する（Ｓ５０１）。すなわち、照射制御部６２は、すべてのソナーモジュール１３のうち障害物の存在が推定される側に設けられているソナーモジュール１３から超音波を照射して、特定の方位で障害物を検出する。照射制御部６２は、予め設定された設定範囲内に障害物があるか否かを判断する（Ｓ５０２）。すなわち、照射制御部６２は、特定の方位において設定範囲内に障害物があるか否かを判断する。

制御部２０は、Ｓ５０２で設定範囲内に障害物が検出されると（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）、警告部５０から警告を発する（Ｓ５０３）。制御部２０は、Ｓ５０３において警告部５０から警告を発すると、Ｓ３０１へリターンし、Ｓ３０１以降の処理を繰り返す。一方、進行方向検出部６１は、Ｓ５０２で設定範囲内に障害物が検出されないとき（Ｓ５０２：Ｎｏ）、基体１１の速度を検出する（Ｓ５０４）。基体１１の速度は、Ｓ３０１で検出した基体１１の速度を用いてもよく、Ｓ５０４であらためて検出してもよい。そして、進行方向検出部６１は、基体１１の速度が「０」であるか否かを判断する（Ｓ５０５）。照射制御部６２は、基体１１の速度が「０」であると判断されると（Ｓ５０５：Ｙｅｓ）、センシングモードを「固定方位センシングモード」から「全方位センシングモード」へ変更する（Ｓ５０６）。すなわち、照射制御部６２は、基体１１の速度が「０」であることから、全方位における障害物の検出へ移行する。制御部２０は、Ｓ５０６においてセンシングモードを「全方位センシングモード」へ変更すると、Ｓ３０１へリターンし、Ｓ３０１以降の処理を繰り返す。また、制御部２０は、基体１１の速度が「０」でないと判断されると（Ｓ５０５：Ｎｏ）、Ｓ３０１へリターンし、Ｓ３０１以降の処理を繰り返す。
第４実施形態では、基体１１の速度および障害物の有無に応じてセンシングモードを変更している。これにより、センシングモードは、基体１１の飛行条件に応じて設定される。したがって、障害物の検出をより早く、より確実に実行することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態による飛行装置を図１５に示す。
第５実施形態は、第４実施形態の応用形態である。第５実施形態では、飛行装置１０は、記憶部６３を備えている。記憶部６３は、マップデータを記憶している。マップデータは、飛行装置１０が予定する飛行経路とともに、障害物の位置が記憶されている。
照射制御部６２は、基体１１の位置および速度と記憶部６３に記憶されたマップにおける障害物の位置に基づいて初期的なセンシングモードを設定する。具体的には、図１６に示すように進行方向検出部６１は、基体１１の速度を検出する（Ｓ６０１）。そして、進行方向検出部６１は、Ｓ６０１で検出した基体１１の速度に基づいて基体１１の速度が「０」であるか否かを判断する（Ｓ６０２）。照射制御部６２は、基体１１の速度が「０」のとき（Ｓ６０２：Ｙｅｓ）、マップデータに基づいて障害物がないことを確認する（Ｓ６０３）。すなわち、照射制御部６２は、記憶部６３に記憶されているマップデータに基づいて、このマップデータと最新の飛行位置とを照合する。そして、照射制御部６２は、最新の飛行位置の近辺に障害物があるか否かを判断する。照射制御部６２は、最新の飛行位置の近辺に障害物がないと判断すると（Ｓ６０３：Ｙｅｓ）、「全方位センシングモード」に設定する（Ｓ６０４）。一方、照射制御部６２は、基体１１の速度が「０」でないとき（Ｓ４０２：Ｎｏ）、および最新の飛行位置の近辺に障害物があると判断すると（Ｓ４０３：Ｎｏ）、「固定方位センシングモード」に設定する（Ｓ６０５）。このように、照射制御部６２は、基体１１の速度および飛行経路の障害物に基づいて初期的なセンシングモードを設定する。この後、照射制御部６２は、各センシングモードにおいて、第４実施形態と同様に特定の条件においてセンシングモードを切り替える。
「全方位センシングモード」の処理の流れ、および「固定方位センシングモード」の処理の流れは第４実施形態と共通するので説明を省略する。

第５実施形態では、基体１１の速度および飛行経路で予測される障害物の有無に応じて初期的なセンシングモードを変更している。これにより、センシングモードは、基体１１の飛行条件および最新の飛行位置に応じて設定される。したがって、障害物の検出をより早く、より確実に実行することができる。

（第６実施形態）
第６実施形態による飛行装置を図１７に示す。
第６実施形態による飛行装置１０は、スラスタ１２よりも外側に枠部材７０を備えている。枠部材７０は、基体１１に支持されている。第６実施形態の場合、枠部材７０は、基体１１の腕部１５から伸びる支持部７１に支持されている。ソナーモジュール１３は、一部または全部がこの枠部材７０に設けられている。第６実施形態の場合、９つのソナーモジュール１３のうち８つが枠部材７０に設けられ、残る１つが基体１１の本体１４に設けられている。８つのソナーモジュール１３１〜１３８は、基体１１の中心を基準とする円周上に配置されている。これらのソナーモジュール１３１〜１３８は、枠部材７０から外側に向けて超音波を照射する。また、残る１つのソナーモジュール１３９は、基体１１の本体１４に設けられている。このソナーモジュール１３９は、基体１１の上方すなわちヨー軸に沿って超音波を照射する。

飛行装置１０は、安全性を高めたり、強度を高めるために、枠部材７０を備える場合がある。このように枠部材７０を備える飛行装置１０の場合、ソナーモジュール１３は少なくとも一部を枠部材７０に設けることができる。基体１１よりも外側に位置する枠部材７０にソナーモジュール１３を設けることにより、ソナーモジュール１３とスラスタ１２との干渉が低減される。また、より外周側に位置する枠部材７０にソナーモジュール１３を設けることにより、障害物の検出がより早められる。したがって、障害物の確実かつ早期の検出を図ることができる。

（その他の実施形態）
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。
第１実施形態で説明したソナーモジュール１３の照射周期は、第２実施形態の照射制御部６２によって制御する構成としてもよい。また、複数の実施形態では、飛行装置１０をプロポ３０による遠隔操作によって操作する例を説明した。しかし、飛行装置１０は、外部からの操作を必要とすることなく、予め設定された飛行経路を自立的に飛行する構成としてもよい。この場合、制御部２０は、ソナーモジュール１３で検出した障害物に基づいてスラスタ１２を制御し、基体１１の飛行を自立的に制御する。

また、上述の第１実施形態〜第５実施形態では、基体１１の本体１４にソナーモジュール１３を配置する例を説明した。しかし、飛行装置１０は、図１８および図１９に示すように基体１１の本体１４にジンバル７２を備えていることがある。ジンバル７２は、例えば図１８に示すように撮影装置としてのカメラ、あるいは図１９に示すように運搬装置としての荷台で構成されている。このように、ジンバル７２を備える飛行装置１０の場合、ソナーモジュール１３は少なくとも１つをこのジンバル７２に設けてもよい。ソナーモジュール１３をジンバル７２に設けることにより、ソナーモジュール１３から照射された超音波とスラスタ１２のプロペラ１６との干渉はより低減される。したがって、障害物までの距離や方向を高い精度で検出することができる。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１０は飛行装置、１１は基体、１２はスラスタ、１３はソナーモジュール、２０は制御部、２３は姿勢検出部、４１は照射部、４２は受信部、５０は警告部、６１は進行方向検出部、６２は照射制御部、６３は記憶部、７２はジンバルを示す。

Claims (14)

1. 基体（１１）と、
   前記基体（１１）に設けられ、推進力を発生する複数のスラスタ（１２）と、
   前記基体（１１）の姿勢を検出する姿勢検出部（２３）と、
   前記姿勢検出部（２３）で検出した前記基体（１１）の姿勢に基づいて、前記スラスタ（１２）を制御する制御部（２０）と、
   平面視における前記基体（１１）の中心を基準とする円周上に配置され、超音波を照射する照射部（４１）および超音波を受信する受信部（４２）を有し、前記基体（１１）から前記基体（１１）の外部の障害物までの距離を検出する複数のソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）と、
   を備える飛行装置。
2. 基体（１１）と、
   前記基体（１１）に設けられ、推進力を発生する複数のスラスタ（１２）と、
   前記基体（１１）の姿勢を検出する姿勢検出部（２３）と、
   前記姿勢検出部（２３）で検出した前記基体（１１）の姿勢に基づいて、前記スラスタ（１２）を制御する制御部（２０）と、
   平面視における前記基体の中心を基準とする半球面上に配置され、超音波を照射する照射部（４１）および超音波を受信する受信部（４２）を有し、前記基体（１１）から前記基体（１１）の外部の障害物までの距離を検出する複数のソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）と、
   を備える飛行装置。
3. 前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）で検出した前記障害物までの距離が設定された最小距離以下になると警告を発する警告部（５０）をさらに備える請求項１または２記載の飛行装置。
4. 前記制御部（２０）は、前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）で検出した前記障害物までの距離に応じて、前記スラスタ（１２）を制御する請求項１から３のいずれか一項記載の飛行装置。
5. 前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）は、前記基体（１１）のヨー軸と垂直な平面に対して傾斜する方向へ超音波を照射する請求項１から４のいずれか一項記載の飛行装置。
6. 前記基体（１１）に設けられ、前記基体（１１）と別体の運搬物を搭載可能なジンバル（７２）をさらに備え、
   複数の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）は、少なくとも一つが前記ジンバル（７２）に設けられている請求項１から５のいずれか一項記載の飛行装置。
7. 複数の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）のうちいずれか一つの照射ソナーモジュールから照射された超音波は、二つ以上の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）で受信される請求項１から６のいずれか一項記載の飛行装置。
8. 前記照射ソナーモジュールから照射された超音波は、前記照射ソナーモジュールに加え、前記照射ソナーモジュールに隣り合う２つの前記ソナーモジュールで受信される請求項７記載の飛行装置。
9. 複数の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）は、１回の超音波の照射時期において、照射した超音波が互いに干渉しない位置で同時に照射される請求項７または８記載の飛行装置。
10. 前記基体（１１）の進行方向を検出する進行方向検出部（６１）と、
    前記進行方向検出部（６１）によって前記基体（１１）が停止していることが検出されたとき、複数の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）において予め設定された設定順序に基づいて順に超音波を照射するとともに、前記進行方向検出部（６１）によって前記基体（１１）の進行方向が検出されたとき、複数の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）のうち検出された前記基体（１１）の進行方向の前方に位置する前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）から超音波を照射する照射制御部（６２）と、
    をさらに備える請求項１から９のいずれか一項記載の飛行装置。
11. 前記照射制御部（６２）は、前記進行方向検出部（６１）で検出された前記基体（１１）の進行方向と前記姿勢検出部（２３）で検出した前記基体（１１）の姿勢角とがずれているとき、前記進行方向検出部（６１）で検出された前記基体（１１）の進行方向へ前記基体（１１）が風で流されていると判断し、前記基体（１１）の姿勢角を０としたときの風向き方向下流側の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）から超音波を照射する請求項１０記載の飛行装置。
12. 複数の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）は、前記障害物が検出された方向が優先して使用される請求項１から１１のいずれか一項記載の飛行装置。
13. 前記障害物を含む飛行経路を設定したマップデータを記憶する記憶部（６３）をさらに備え、
    複数の前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）は、前記記憶部（６３）に記憶された前記マップデータに基づいて、前記障害物が想定される方向が優先して使用される請求項１から１２のいずれか一項記載の飛行装置。
14. 前記ソナーモジュール（１３、１３１〜１３９）から照射する超音波の周波数は、一定周期で変更される請求項１から１３のいずれか一項記載の飛行装置。

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