JP2018165130A - 飛翔機制御システム、飛翔機制御方法、及び、飛翔機の使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】飛翔機の飛翔中における姿勢を安定させる。【解決手段】本実施形態に係る飛翔機制御システム１０は、飛翔機１１と、ケーブル１２と、計測装置１３とを備える。飛翔機１１は、回転翼３２と、回転翼３２を回転させるモータ３４と、モータ３４を制御する制御器３６とを有する。ケーブル１２は、飛翔機１１から延びる。計測装置１３は、ケーブル１２の長さ方向に間隔を有してケーブル１２に設けられた複数の計測部２２を有する。計測装置１３は、複数の計測部２２の各々の位置における高度と風速に関する情報を取得する。制御器３６は、計測装置１３によって取得された情報に基づいてモータ３４を制御する。【選択図】図１

Description

本願の開示する技術は、飛翔機制御システム、飛翔機制御方法、及び、飛翔機の使用方法に関する。

近年、無人で飛翔しながら、カメラで写真を撮影したり、映像を録画したりするなどの作業を行う飛翔機が利用され始めている（例えば、特許文献１参照）。一般に、このような飛翔機は、飛翔中に風の影響を受けやすいとされている。したがって、風がある状況下でも、飛翔機の飛翔中における姿勢を安定させることが望まれる。

なお、地上と上空では、風の向きや強さが異なる。地上から上空までの複数の高度毎の風速を測定する技術としては、次のものが例示される（例えば、特許文献１、２参照）。すなわち、例示に係る技術は、気球を上空に浮かべると共に、気球からケーブルを垂らし、そのケーブルに所定間隔で配置した複数の風速計で地上から上空までの複数の高度毎の風速を測定するものである。

特開２０１５−１１７００３号公報 特開平９−５４１０８号公報 特開平１１−９４８６８号公報

本願の開示する技術は、一つの側面として、飛翔機の飛翔中における姿勢を安定させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本願の開示する技術の一観点によれば、飛翔機と、ケーブルと、計測装置と、制御器とを備える飛翔機制御システムが提供される。飛翔機は、回転翼と、回転翼を回転させるモータとを有する。ケーブルは、飛翔機から延びる。計測装置は、ケーブルの長さ方向に間隔を有してケーブルに設けられた複数の計測部を有する。計測装置は、複数の計測部の各々の位置における高度と風速に関する情報を取得する。制御器は、計測装置によって取得された情報に基づいてモータを制御する。

本願の開示する技術によれば、飛翔機の飛翔中における姿勢を安定させることができる。

本実施形態に係る飛翔機制御システムの概略を示す側面図である。 図１に示される飛翔機制御システムのブロック図である。 図１に示される飛翔機制御システムの情報の流れを示す図である。 図１に示される飛翔機制御システムに使用される飛翔機の一例を示す斜視図である。 図１に示される複数の計測部の各々に使用される高度センサの具体例１を示す側面図である。 図１に示される複数の計測部の各々に使用される高度センサの具体例２を示す側面図である。 図１に示される複数の計測部の各々に使用される風速センサの具体例１を示す側面図である。 図１に示される複数の計測部の各々に使用される風速センサの具体例２を示す側面図である。 図１に示される複数の計測部の各々に使用される風速センサの具体例３を示す側面図である。 図１に示される計測装置のその他の例を示す側面図である。 図１に示される計算機の推定の具体例１を示す側面図である。 図１に示される計算機の推定の具体例２を示す側面図である。 図１に示される計算機の推定の具体例３を示す側面図である。 図１に示される計算機の推定の具体例４を示す側面図である。 図１に示される制御器の制御の具体例１を示す側面図である。 図１に示される制御器の制御の具体例２を示す側面図である。 図１に示される制御器の制御の具体例３を示す側面図である。 図１に示される制御器の制御の具体例４を示す側面図である。 図１に示される制御器の制御の具体例５を示す側面図である。 図１に示される制御器の制御の具体例６を示す側面図である。 図１に示される飛翔機制御システムのその他の例１を示す側面図である。 図１に示される飛翔機制御システムのその他の例２を示す側面図である。 図１に示される飛翔機制御システムのその他の例３を示す側面図である。 図１に示される飛翔機制御システムのその他の例４を示すブロック図である。 図１に示される飛翔機制御システムのその他の例５を示すブロック図である。

［飛翔機制御システムの概略］
はじめに、本願の開示する技術の一実施形態に係る飛翔機制御システムの概略について説明する。

図１は、本実施形態に係る飛翔機制御システム１０の概略を示す側面図であり、図２は、図１に示される飛翔機制御システム１０のブロック図である。図１、図２に示されるように、本実施形態に係る飛翔機制御システム１０は、飛翔機１１と、ケーブル１２と、計測装置１３と、計算機１４とを備える。

飛翔機１１は、一例として、マルチコプタである。この飛翔機１１は、複数の回転翼３２と、複数のモータ３４と、制御器３６とを備える。複数のモータ３４の回転軸には、回転翼３２がそれぞれ固定されている。複数のモータ３４が作動すると、複数の回転翼３２がそれぞれ回転し、複数の回転翼３２が回転すると、飛翔機１１が飛翔する。制御器３６は、モータ３４を制御する。飛翔機１１は、図示しないリモートコントローラから送信された信号、又は、制御器３６に予め記憶されたプログラムに基づいて飛翔する。

この飛翔機１１は、例えば、構造物の撮影や検査等の作業を行うのに使用される。図１に示される例では、飛翔機１１が、構造物の一例である橋１００の撮影や検査等の作業のために使用されている。飛翔機１１には、橋１００の撮影や検査等の作業のために、例えばカメラ等のセンサやその他の作業用の部材が搭載される。

ケーブル１２は、飛翔機１１から延びている。ケーブル１２の一端は、飛翔機１１に接続され、ケーブル１２の他端は、橋１００の上に置かれた計算機１４や図示しないバッテリ等に接続されている。飛翔機１１には、ケーブル１２を通じて図示しないバッテリから電源が供給される。また、飛翔機１１と計算機１４との間では、ケーブル１２を通じて情報や信号が送受信される。なお、飛翔機１１は、バッテリを搭載し、このバッテリから電源供給を受けても良い。

計測装置１３は、複数の計測部２２を有する。複数の計測部２２は、ケーブル１２の長さ方向に間隔を有してケーブル１２に設けられている。複数の計測部２２は、例えば、ケーブル１２の長さ方向に等間隔に配置される。図２に示されるように、各計測部２２は、高度センサＳａと、風速センサＳｗとを有する。各高度センサＳａは、この高度センサＳａが設けられた計測部２２の位置における高度に応じた信号を出力し、各風速センサＳｗは、この風速センサＳｗが設けられた計測部２２の位置における風速に応じた信号を出力する。

計測装置１３には、出力部２３が設けられており、各高度センサＳａ及び各風速センサＳｗから出力された信号は、出力部２３で結合される。出力部２３において各高度センサＳａ及び各風速センサＳｗから出力された信号が結合されることで、計測装置１３では、複数の計測部２２の各々の位置における高度と風速に関する情報が取得される。

計算機１４は、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、計測装置１３によって取得された高度と風速に関する情報を演算する。

制御器３６は、例えば、演算装置や記憶装置等を有するコンピュータである。この制御器３６は、計測装置１３によって取得され、計算機１４で演算された情報に基づいて複数のモータ３４を制御する。

図３は、図１に示される飛翔機制御システム１０の情報の流れを示す図である。図３に示されるように、計測装置１３では、ステップＳ１〜ステップＳ３の処理が実行される。ステップＳ１は、計算機１４から出力信号の要求があった場合に実行される。このステップＳ１では、上述の各計測部２２の高度センサＳａ及び風速センサＳｗから高度及び風速に応じた信号がそれぞれ出力される。続いて、ステップＳ２では、各計測部２２の高度センサＳａ及び風速センサＳｗから出力された信号が上述の出力部２３にて結合され、複数の計測部２２の各々の位置における高度と風速に関する情報が取得される。そして、ステップＳ３では、複数の計測部２２の各々の位置における高度と風速に関する情報が出力される。

計算機１４では、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理が実行される。ステップＳ１１では、推定処理が開始され、ステップＳ１２では、計測装置１３への出力信号の要求が実行される。また、ステップＳ１３では、計測装置１３から出力された情報が取得され、ステップＳ１４では、ステップＳ１３にて取得された情報に基づいて、複数の計測部２２のうち少なくともいずれかの計測部２２の位置における高度と風速が推定される。そして、ステップＳ１５では、ステップＳ１４にて推定された情報が送信される。このステップＳ１２〜ステップＳ１５は、計算機１４の処理の終了指令があるまで繰り返し実行される。

制御器３６では、ステップＳ２１〜ステップＳ２４の処理が実行される。ステップＳ２１では、上述の複数のモータ３４を制御する処理が開始され、ステップＳ２２では、計算機１４から出力された推定情報が受信される。また、ステップＳ２３では、ステップＳ２２にて受信された推定情報に基づいて制御パラメータである複数のモータ３４の回転数が修正される。そして、ステップＳ２４では、ステップＳ２３にて修正された回転数になるように、複数のモータ３４に対する制御が実行される。このステップＳ２２〜ステップＳ２４は、制御器３６の処理の終了指令があるまで繰り返し実行される。

このように、本実施形態では、複数の計測部２２の各々の位置における高度と風速に関する情報が計測装置１３によって取得され、この計測装置１３によって取得された情報に基づいて複数のモータ３４が制御器３６によって制御される。したがって、例えば、図１に示されるように、飛翔機１１の移動先の高度において風Ｗがある場合や、風Ｗの強さや向きが変わる場合でも、複数のモータ３４が適切に制御されることにより、飛翔機１１の飛翔中における姿勢を安定させることができる。

なお、本実施形態に係る飛翔機制御システム１０には、以下の具体例及びその他の例を適用することができる。以下の具体例及びその他の例のうち、組み合わせ可能な例は、適宜、組み合わされて実施可能である。以下に、飛翔機制御システム１０の各構成要素の具体例と、飛翔機制御システム１０のその他の例を順に説明する。

［飛翔機の具体例］
次に、飛翔機の具体例について説明する。

図４は、図１に示される飛翔機制御システム１０に使用される飛翔機１１の一例を示す斜視図である。図４に示されるように、飛翔機１１は、飛翔機本体３８と、一対の車輪４０と、保護部材４２とを備える。図４の矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＬＨは、飛翔機１１の前側、上側、左側をそれぞれ示している。

飛翔機本体３８は、本体部４４と、一対のサスペンション機構４６と、複数の推進部４８とを有する。本体部４４は、飛翔機本体３８の横幅方向及び前後方向の中央部に配置されている。本体部４４には、上述の制御器３６が設けられている。

複数の推進部４８には、一例として、同一のものが使用されている。本例では、一例として、４個の推進部４８が用いられている。この４個の推進部４８は、本体部４４の横幅方向両側かつ前後方向両側の計４箇所に均等に配置されており、本体部４４に対して固定されている。

本例では、一例として、推進部４８の数が４個であるが、推進部４８の数は、任意に設定可能である。各推進部４８は、上述の回転翼３２及びモータ３４を有する。回転翼３２及びモータ３４は、飛翔機本体３８の高さ方向を軸方向として配置されている。複数のモータ３４の回転数、すなわち、複数の回転翼３２の回転数は、個別に制御される。この飛翔機１１では、複数の回転翼３２に回転数差を生じさせることで、飛翔機１１を任意の方向に飛翔させることができるようになっている。

飛翔機本体３８は、カメラ５０及びセンサ５２を有する。カメラ５０及びセンサ５２は、本体部４４の上方に配置されており、本体部４４に対して固定されている。カメラ５０は、飛翔機本体３８の正面を向いて配置されており、対象物を撮像する。センサ５２には、対象物から各種データを取得可能な任意のものが使用される。

なお、カメラ５０及びセンサ５２のどちらか一方が本体部４４に搭載されていても良い。また、カメラ５０及びセンサ５２の数は、任意に選択可能であり、それぞれ複数でも良い。また、本体部４４には、カメラ５０及びセンサ５２以外の電子機器が搭載されても良い。

一対の車輪４０は、一対の車軸５４にそれぞれ回転可能に固定されている。一対の車軸５４は、飛翔機本体３８の横幅方向両端部に設けられており、回転翼３２の軸方向と直交する方向、すなわち、本例では飛翔機本体３８の横幅方向に延びている。一対の車輪４０は、一対の車軸５４にそれぞれ支持されることにより、飛翔機本体３８の横幅方向周りに回転可能になっている。

一対の車輪４０は、一対のサスペンション機構４６を介して本体部４４に支持されている。この一対の車輪４０は、一対のサスペンション機構４６の作動を伴って飛翔機本体３８の高さ方向に変位可能となっている。

保護部材４２は、一対の第一パイプ部５６と、第二パイプ部５７とを有する枠状を成している。一対の第一パイプ部５６は、一対の車軸５４と直交する方向に延びており、第二パイプ部５７は、飛翔機本体３８の横幅方向に延びている。一対の第一パイプ部５６の一端は、一対の車軸５４にそれぞれ回転可能に固定されており、第二パイプ部５７は、一対の第一パイプ部５６の他端同士を連結している。第二パイプ部５７の長さ方向中央部には、一対の第一パイプ部５６の軸方向と同じ方向に延びるパイプ状のガイド部５８が設けられている。

ケーブル１２は、保護部材４２のうちの一方の第一パイプ部５６、第二パイプ部５７、及び、ガイド部５８に挿入されている。ケーブル１２の一端側は、一方の第一パイプ部５６から導出され、制御器３６等に接続されている。ケーブル１２の他端側は、ガイド部５８から導出され、上述の計算機１４等（図１参照）に接続される。

以上詳述したように、本例の飛翔機１１は、一対の車輪４０を有している。したがって、この一対の車輪４０を構造物に接触させると共に、この一対の車輪４０の回転を伴いながら飛翔機１１を構造物に沿って移動させることができる。これにより、飛翔機１１が移動しながら構造物に対して作業を行う際に、飛翔機１１を構造物に沿って安定して移動させることができるので、作業の効率や正確性を向上させることができる。

なお、図４に示される飛翔機１１は、一例であり、図１、図２に示される飛翔機制御システム１０には、その他の構造の飛翔機１１が使用されても良い。

［計測装置に使用する高度センサの具体例］
次に、計測装置に使用する高度センサの具体例について説明する。

（具体例１）
図５は、図１に示される複数の計測部２２の各々に使用される高度センサの具体例１を示す側面図である。図５に示されるように、本例では、複数の計測部２２の各々の高度センサとして、気圧センサ６０が使用されている。また、飛翔機１１にも、各計測部２２の気圧センサ６０と同様の気圧センサ６０が搭載されている。各気圧センサ６０は、各計測部２２が位置する高度の気圧に応じた信号を出力する。

本例において、計算機１４は、飛翔機１１に搭載されている気圧センサ６０の検出値を基準値とする。そして、計算機１４は、ケーブル１２に配置されている各計測部２２の気圧センサ６０の検出値と基準値との差（気圧差）に変換係数を掛け合わせて、飛翔機１１に対する各計測部２２の相対高度を推定する。

図５には、一例として、一の計測部２２の気圧センサ６０の検出値Ｐ_ｎと基準値Ｐ_０との差に変換係数Ａを掛け合わせて、飛翔機１１に対する一の計測部２２の相対高度ｈ_ｎが推定される様子が示されている。

本例のように、高度センサとして気圧センサ６０が使用されていると、簡単な構成で高度を精度良く検出することができる。

なお、飛翔機１１に搭載されている気圧センサ６０は、地上に設置され、計算機１４は、その地上に設置された気圧センサ６０の検出値を基準値としても良い。そして、計算機１４は、ケーブル１２に配置されている各計測部２２の気圧センサ６０の検出値と基準値との差に変換係数を掛け合わせて、地上に対する各計測部２２の絶対高度を推定しても良い。

（具体例２）
図６は、図１に示される複数の計測部２２の各々に使用される高度センサの具体例２を示す側面図である。図６に示されるように、本例では、複数の計測部２２の各々の高度センサとして、加速度センサ６２（傾斜角度センサ）が使用されている。また、ケーブル１２と飛翔機１１との接続部には、加速度センサ６２を含む計測部２２が設けられている。各加速度センサ６２は、ケーブル１２と同軸に配置されている。各計測部２２が位置する部位においてケーブル１２が水平方向に対して傾斜すると、このケーブル１２の傾斜角度に応じた信号が各加速度センサ６２から出力される。

本例において、計算機１４は、一の計測部２２の加速度センサ６２による検出値θ_ｎと、この一の計測部２２に対して飛翔機１１側の一つ隣に位置する他の計測部２２の加速度センサ６２による検出値θ_ｎ−１との和θ_ｎ−１＋θ_ｎを算出する。また、計算機１４は、その算出した和θ_ｎ−１＋θ_ｎと、予め設定された一の計測部２２と他の計測部２２との間隔ｌ_ｎ（ケーブル１２の長さ方向に沿った間隔）から、他の計測部２２に対する一の計測部２２の高さの変化量ｈ_ｎを算出する。そして、計算機１４は、飛翔機１１とケーブル１２との接続部を基準点とし、この基準点から各計測部２２までの高さの変化量を積算することにより、基準点に対する各計測部２２の相対高度を推定する。

図６には、一例として、ケーブル１２と飛翔機１１との接続部を基準点として、この基準点の次から数えて六番目の計測部２２について飛翔機１１に対する相対高度ｈ_６が推定される様子が示されている。

本例のように、高度センサとして加速度センサ６２が使用されていると、高度をより精度良く検出することができる。

［計測装置に使用する風速センサの具体例］
次に、計測装置に使用する風速センサの具体例について説明する。

（具体例１）
図７は、図１に示される複数の計測部２２の各々に使用される風速センサの具体例１を示す側面図である。図７に示されるように、本例では、各計測部２２の風速センサとして、風速計７０が使用されている。風速計７０は、プロペラ７１と、測定部７２とを有する。この風速計７０において、プロペラ７１の回転数は、風速（風Ｗの強さ）に比例し、測定部７２は、プロペラ７１の回転数に応じた信号を出力する。

この風速計７０は、取付部材７３を介してケーブル１２に固定されている。取付部材７３は、ケーブル１２の軸線周りの方向Ｒ１に回転可能にケーブル１２に固定されており、風速計７０は、ケーブル１２の軸線とねじりの位置にある軸線周りの方向Ｒ２に回転可能に取付部材７３に固定されている。風速計７０が方向Ｒ１、Ｒ２に回転することにより、プロペラ７１が風Ｗの吹いてくる方向を向くようになっている。本例において、計算機１４は、各風速計７０から出力された信号に基づいて各計測部２２の位置における風速を推定する。

本例のように、風速センサとして風速計７０が使用されていると、簡単な構成で風速を精度良く検出することができる。

（具体例２）
図８は、図１に示される複数の計測部２２の各々に使用される風速センサの具体例２を示す側面図である。図８に示されるように、本例では、各計測部２２の風速センサとして、第一気圧センサ７４及び第二気圧センサ７５が使用されている。第一気圧センサ７４は、ケース７６に収容されることで、風Ｗの影響を受けにくくなっている。第二気圧センサ７５は、ケース７６の外に配置されており、風Ｗの影響を受けるようになっている。

第一気圧センサ７４は、計測部２２が位置する高度での気圧（大気圧）に応じた信号を出力し、第二気圧センサ７５は、計測部２２が位置する高度での気圧（大気圧）と風速（風Ｗの強さ）に応じた信号を出力する。本例において、計算機１４は、第一気圧センサ７４の検出値と第二気圧センサ７５の検出値との差に変換係数を掛け合わせて、各計測部２２の位置における風速を推定する。

本例のように、風速センサとして第一気圧センサ７４及び第二気圧センサ７５が使用されていると、風速をより精度良く検出することができる。

（具体例３）
図９は、図１に示される複数の計測部２２の各々に使用される風速センサの具体例３を示す側面図である。本例では、各計測部２２の風速センサとして、複数の屈曲センサ７８が使用されている。複数の屈曲センサ７８は、ケーブル１２の長さ方向に並んで配置されている。ケーブル１２の撓み量は、風速（風Ｗの強さ）に応じて変化し、複数の屈曲センサ７８は、ケーブル１２の撓み量に応じた信号を出力する。本例において、計算機１４は、複数の屈曲センサ７８の検出値と、両側の屈曲センサ７８の検出値に重み係数を掛けた値との平均値に変換係数を掛け合わせて、各計測部２２の位置における風速を推定する。

本例のように、風速センサとして屈曲センサ７８が使用されていると、風速センサを小型化することができる。これにより、複数の風速センサを含むケーブル１２全体の軽量化を図ることができると共に、ケーブル１２の柔軟性を確保できるので、ケーブル１２が上述の飛翔機１１の飛翔に及ぼす影響を少なくすることができる。

［計測装置のその他の例］
次に、計測装置のその他の例について説明する。

図１０は、図１に示される計測装置１３のその他の例を示す側面図である。上述の計測装置１３では、複数の計測部２２の各々に高度センサ及び風速センサが使用されているが、図１０に示される例では、複数の計測部２２の各々に計測用マーカ８２が使用されている。また、計測装置１３は、カメラ８３を有する。カメラ８３は、全ての計測用マーカ８２が画角に収まるように、例えば地上に設置される。

本例において、カメラ８３で取得された画像情報８４は、計算機１４に送信される。計算機１４は、カメラ８３で撮影された画像中の計測用マーカ８２を繋いだ直線形状と、予め記憶された直線形状と高度及び風速との関係から、各計測部２２の位置における高度や風速を推定する。

本例のように、計測装置１３に複数の計測用マーカ８２とカメラ８３が使用されていると、風速をより精度良く検出することができる。また、複数の計測用マーカ８２を含むケーブル１２全体の軽量化を図ることができると共に、ケーブル１２の柔軟性を確保できるので、ケーブル１２が飛翔機１１の飛翔に及ぼす影響を少なくすることができる。

［計算機の推定の具体例］
次に、計算機の推定の具体例について説明する。

以下の計算機の推定の具体例は、図３に示されるステップＳ１４に適用される。

（具体例１）
図１１は、図１に示される計算機１４の推定の具体例１を示す側面図である。図１１に示されるように、本例の計算機１４は、計測装置１３によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、複数の計測部２２の高さ方向における風速分布を推定する機能を有する。図１１には、一例として、高度が高くなるほど風速が高くなる風速分布が示されている。制御器３６は、計算機１４によって推定された風速分布に基づいて後述する如くモータ３４を種々制御する機能を有する。

本例のように、計算機１４が複数の計測部２２の高さ方向における風速分布を推定すると、この推定された風速分布に対応してモータ３４を制御できるので、飛翔機１１の飛翔中における姿勢をより安定させることができる。

（具体例２）
図１２は、図１に示される計算機１４の推定の具体例２を示す側面図である。図１２に示されるように、本例の計算機１４は、計測装置１３によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、複数の計測部２２のうち少なくともいずれかの計測部２２の位置における風速を推定する機能を有する。

例えば、計算機１４は、飛翔機１１の進行方向に関する情報に基づいて、制御器３６の次の制御タイミングでの飛翔機１１の高度を計算する。続いて、計算機１４は、計測装置１３によって取得された各計測部２２の高度に関する情報と、計算した高度から、その計算した高度付近に位置する計測部２２を特定し、この計測部２２に対応する風速に関する情報を抽出する。そして、計算機１４は、抽出した風速に関する情報から、制御器３６の次の制御タイミングでの飛翔機１１の高度付近の風速を推定する。

図１２には、一例として、上昇する飛翔機１１の移動先の高度付近の一の計測部２２の位置における風速が推定されている。なお、計算機１４は、全ての計測部２２の位置における風速を推定しても良く、また、複数の計測部２２のうちいずれか複数の計測部２２の位置における風速を推定しても良い。制御器３６は、計算機１４によって推定された計測部２２の位置における風速に基づいて後述する如くモータ３４を種々制御する機能を有する。

本例のように、複数の計測部２２のうち少なくともいずれかの計測部２２の位置における風速を推定すると、この推定された風速に対応してモータ３４を制御できるので、飛翔機１１の飛翔中における姿勢をより安定させることができる。

また、複数の計測部２２のうちのいずれかの計測部２２の位置における風速を推定する場合には、全ての計測部２２の位置における風速を推定する場合に比して、計算機１４の負荷を軽減することができる。

（具体例３）
図１３は、図１に示される計算機１４の推定の具体例３を示す側面図である。図１３に示されるように、本例の計算機１４は、計測装置１３によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、複数の計測部２２の高さ方向の風向き、すなわち、風が上向きであるか、下向きであるかを推定する機能を有する。

具体的には、先ず、計算機１４は、いずれか一対の計測部２２を特定し、このいずれか一対の計測部２２の高度の高低を判別する。続いて、計算機１４は、一方の計測部２２の位置における風速の波形と、他方の計測部２２の位置における風速の波形とを比較し、両波形の位相差から複数の計測部２２の高さ方向の風向きを推定する。なお、計算機１４は、三つ以上の計測部２２の位置における風速の波形から複数の計測部２２の高さ方向の風向きを推定しても良い。

図１３には、一例として、特定された一対の計測部２２の位置における風速の波形から、下向きの風Ｗが推定されている。また、計算機１４は、複数の計測部２２の高さ方向の風向きと併せて、その風Ｗの強さである風速を推定する機能を有する。制御器３６は、計算機１４によって推定された風向きと風速に基づいて後述する如くモータ３４を種々制御する機能を有する。

本例のように、複数の計測部２２の高さ方向の風向きと風速を推定すると、この推定された風向きと風速に対応してモータ３４を制御できるので、飛翔機１１の飛翔中における姿勢をより安定させることができる。

（具体例４）
図１４は、図１に示される計算機１４の推定の具体例４を示す側面図である。図１４に示されるように、本例の計算機１４は、計測装置１３によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、複数の計測部２２のうち少なくともいずれかの計測部２２の位置における風向きを推定する機能を有する。

例えば、計算機１４は、飛翔機１１の進行方向に関する情報に基づいて、制御器３６の次の制御タイミングでの飛翔機１１の高度を計算する。続いて、計算機１４は、計測装置１３によって取得された各計測部２２の高度に関する情報と、計算した高度から、その計算した高度付近に位置する一対の計測部２２を特定する。

また、上述の図１３に示される例と同様に、計算機１４は、この特定した一対の計測部２２の高度の高低を判別する。そして、計算機１４は、一方の計測部２２の位置における風速の波形と、他方の計測部２２の位置における風速の波形とを比較し、両波形の位相差から、制御器３６の次の制御タイミングでの飛翔機１１の高度付近の風向きを推定する。

図１４には、一例として、上昇する飛翔機１１の移動先の高度付近の一の計測部２２の位置における風Ｗの向きが下向きであると推定されている。なお、計算機１４は、全ての計測部２２の位置における風向きを推定しても良く、複数の計測部２２のうちいずれか複数の計測部２２の位置における風向きを推定しても良い。また、計算機１４は、いずれかの計測部２２の位置における風向きと併せて、その風Ｗの強さである風速を推定する機能を有する。制御器３６は、計算機１４によって推定された計測部２２の位置における風向きと風速に基づいて後述する如くモータ３４を種々制御する機能を有する。

本例のように、複数の計測部２２のうち少なくともいずれかの計測部２２の位置における風向きと風速を推定すると、この推定された風向きと風速に対応してモータ３４を制御できるので、飛翔機１１の飛翔中における姿勢をより安定させることができる。

なお、上述の具体例１〜４で説明した計算機１４の複数の機能は、適宜組み合わされて実施されても良い。

［制御器の制御の具体例］
次に、制御器の制御の具体例について説明する。

以下の制御器の制御の具体例は、図３に示されるステップＳ２３、Ｓ２４に適用される。

（具体例１）
図１５は、図１に示される制御器３６の制御の具体例１を示す側面図である。図１５に示されるように、本例の制御器３６は、計算機１４の推定結果に基づいてモータ３４を制御して飛翔機１１の発生推力を調節する機能を有する。図１５には、一例として、構造物の一例である橋１００に設けられた橋脚に近づく方向の発生推力Ｆｔが調節されている。

なお、制御器３６によって調節される発生推力Ｆｔの方向は、その他でも良い。また、制御器３６は、飛翔機１１が飛翔しているときに、飛翔機１１に当たる風の強弱や向きに応じて飛翔機１１の発生推力Ｆｔを調節しても良い。さらに、制御器３６は、飛翔機１１が飛翔しているときに、飛翔機１１の姿勢を調節するように発生推力Ｆｔを調節しても良い。

本例のように、風の強さや向き等に応じて飛翔機１１の発生推力Ｆｔを調節すると、飛翔機１１の飛翔中における姿勢をより安定させることができる。

（具体例２）
図１６は、図１に示される制御器３６の制御の具体例２を示す側面図である。図１６に示されるように、本例の制御器３６は、飛翔機１１が構造物に接触しているときに、計算機１４の推定結果に基づいてモータ３４を制御して飛翔機１１の構造物への押付力を調節する機能を有する。

図１６には、一例として、構造物の一例である橋１００に設けられた橋脚への押付力Ｆｐが調節されている。例えば、制御器３６は、飛翔機１１が橋脚に接触しているときに、計算機１４によって推定された風速と閾値とを比較し、推定された風速が閾値以上である場合には、押付力Ｆｐを強くし、推定された風速が閾値未満である場合には、押付力Ｆｐを弱くする。なお、制御器３６は、計算機１４によって推定された風向きに応じて押付力Ｆｐを調節しても良い。

本例のように、飛翔機１１が構造物に接触しているときに、風の強さや向き等に応じて飛翔機１１の構造物への押付力Ｆｐを調節すると、風の強さや向きに対応して、飛翔機１１を構造物に接触した状態に維持することができる。

（具体例３）
図１７は、図１に示される制御器３６の制御の具体例３を示す側面図である。図１７に示されるように、本例の制御器３６は、飛翔機１１が構造物に接触しているときに、計算機１４の推定結果に基づいてモータ３４を制御して飛翔機１１の構造物に沿った移動速度を調節する機能を有する。

図１７には、一例として、構造物の一例である橋１００に設けられた橋脚に沿った上方への移動速度Ｖｍが調節されている。例えば、制御器３６は、飛翔機１１が橋脚に沿って上昇するときに、計算機１４によって推定された風速と閾値とを比較し、推定された風速が閾値以上である場合には、移動速度Ｖｍを低くし、推定された風速が閾値未満である場合には、移動速度Ｖｍを高くする。なお、制御器３６は、計算機１４によって推定された風向きに応じて移動速度Ｖｍを調節しても良い。

本例のように、飛翔機１１が構造物に接触しているときに、風の強さや向き等に応じて飛翔機１１の構造物への移動速度Ｖｍを調節すると、風の強さや向きに対応して、飛翔機１１を構造物に接触した状態に維持することができる。

（具体例４）
図１８は、図１に示される制御器３６の制御の具体例４を示す側面図である。図１８に示されるように、本例の制御器３６は、飛翔機１１が飛翔しているときに、計算機１４の推定結果に基づいてモータ３４を制御して飛翔機１１の飛翔速度を調節する機能を有する。

図１８には、一例として、上方への飛翔速度Ｖｆが調節されている。例えば、制御器３６は、飛翔機１１が上昇するときに、計算機１４によって推定された風速と閾値とを比較し、推定された風速が閾値以上である場合には、飛翔速度Ｖｆを低くし、推定された風速が閾値未満である場合には、飛翔速度Ｖｆを高くする。なお、制御器３６は、計算機１４によって推定された風向きに応じて飛翔速度Ｖｆを調節しても良い。

本例のように、風の強さや向き等に応じて飛翔機１１の飛翔速度Ｖｆを調節すると、風の強さや向きに対応して、飛翔機１１を安定した姿勢で飛翔させることができる。

（具体例５）
図１９は、図１に示される制御器３６の制御の具体例５を示す側面図である。図１９に示されるように、本例の制御器３６は、飛翔機１１が飛翔しているときに、計算機１４の推定結果に基づいてモータ３４を制御して飛翔機１１の姿勢を調節する機能を有する。図１９には、一例として、飛翔機１１が水平を維持するように飛翔機１１のロール方向Ｒの姿勢が調節されている。なお、制御器３６は、飛翔機１１のロール方向以外の方向の姿勢を調節しても良い。

本例のように、風の強さや向き等に応じて飛翔機１１の姿勢を調節すると、風の強さや向きに対応して、飛翔機１１を安定した姿勢で飛翔させることができる。

（具体例６）
図２０は、図１に示される制御器３６の制御の具体例６を示す側面図である。図２０に示されるように、本例の制御器３６は、計算機１４の推定結果に基づいて特定の条件であるか否かを判別し、特定の条件である場合には、モータ３４を制御して飛翔機１１を静止させる機能を有する。図２０には、一例として、風が強まるか又は風向きが変わった等の特定条件に該当することにより、飛翔機１１が橋１００に接触する手前で静止する様子が示されている。

本例のように、制御器３６が飛翔機１１を静止させる機能を有すると、風の強さや向きに対応して、飛翔機１１を適切に飛翔させることができる。

なお、上述の具体例１〜６で説明した制御器３６の複数の機能は、適宜組み合わされて実施されても良い。また、この制御器３６の複数の機能は、上述の計算機１４の複数の機能と適宜組み合わされて実施されても良い。

［飛翔機制御システムのその他の例］
次に、飛翔機制御システムのその他の例について説明する。

（その他の例１）
図２１は、図１に示される飛翔機制御システム１０のその他の例１を示す側面図である。図２１に示されるように、本例では、飛翔機１１とケーブル１２との接続部に荷重センサ８６が設けられている。荷重センサ８６は、ケーブル１２によって飛翔機１１に作用する荷重を検出する。

制御器３６は、荷重センサ８６の検出結果に基づいてモータ３４を制御する機能を有する。ケーブル１２によって飛翔機１１に作用する荷重は、ケーブル１２の撓み量に比例する。例えば、制御器３６は、ケーブル１２によって飛翔機１１に作用する荷重、ひいては、ケーブル１２の撓み量が一定になるように飛翔機１１の位置を調節する。

図２１に示される例において、状態（Ａ）では、ケーブル１２の撓み量が多く、状態（Ｂ）では、ケーブル１２の撓み量が少なくなっており、状態（Ｃ）では、ケーブル１２の撓み量が適切に調節されている。

本例のように、ケーブル１２の撓み量が一定になるように飛翔機１１の位置が調節されると、ケーブル１２に設けられた複数の計測部２２を計測に適した位置に配置することができる。これにより、計測装置１３の計測精度を向上させることができる。

（その他の例２）
図２２は、図１に示される飛翔機制御システム１０のその他の例２を示す側面図である。上述の例では、ケーブル１２が飛翔機１１と計算機１４とを接続しているが（図１参照）、ケーブル１２は、飛翔機１１と構造物とを接続しても良い。図２２に示される例では、一例として、ケーブル１２は、構造物の一例である橋１００に接続されている。なお、この場合、飛翔機１１は、バッテリを搭載し、このバッテリから電源供給を受けても良い。

（その他の例３）
図２３は、図１に示される飛翔機制御システム１０のその他の例３を示す側面図である。上述の例では、計算機１４が橋１００の上に載置され、飛翔機１１が計算機１４よりも低く飛翔することにより、ケーブル１２が橋１００の上から垂れ下がっている。しかしながら、図２３に示されるように、例えば、計算機１４が地上に載置され、飛翔機１１が計算機１４よりも高く飛翔することにより、ケーブル１２が地上から引き上げられても良い。

（その他の例４）
図２４は、図１に示される飛翔機制御システム１０のその他の例４を示すブロック図である。上述の例では、計算機１４が飛翔機１１とは別に設けられているが（図１、図２参照）、図２４に示されるように、計算機１４は、飛翔機１１に搭載されても良い。

（その他の例５）
図２５は、図１に示される飛翔機制御システム１０のその他の例５を示すブロック図である。上述の例では、計算機１４が飛翔機１１にケーブル１２を介して接続されているが（図１、図２参照）、図２５に示されるように、計算機１４は、飛翔機１１と無線やインターネット等の通信手段９０を介して接続されても良い。

［飛翔機制御方法及び飛翔機の使用方法］
次に、本実施形態に係る飛翔機制御方法及び飛翔機の使用方法について説明する。

以上の飛翔機制御システム１０を作動させることにより、本実施形態に係る飛翔機制御方法が実行される。また、この飛翔機制御方法を種々の作業に利用することにより、本実施形態に係る飛翔機の使用方法が実施される。本実施形態に係る飛翔機の使用方法としては、例えば、上述のように橋１００等の構造物に沿って飛翔機１１を移動させながら、撮影や検査等の作業を飛翔機１１に行わせることが挙げられる。

なお、本実施形態に係る飛翔機の使用方法において、飛翔機１１が移動する対象物は、橋１００以外に、例えば、建物、トンネル、屋根、梯子、電柱、煙突、大型旅客機、及び、その他の構造物の少なくともいずれかでも良い。

また、飛翔機の使用方法において飛翔機１１に行わせる作業は、撮影や検査以外に、例えば、観測、記録、点検、運搬、塗装、マーキング、及び、その他の作業の少なくともいずれかでも良い。

本実施形態に係る飛翔機の使用方法では、上述の飛翔機制御システム１０を用いるので、飛翔機１１が飛翔する高度において風の強さや向きが変化する場合でも、この風の強さや向きに応じて飛翔機１１の姿勢や速度等を適切に制御することができる。これにより、飛翔機１１を用いてより正確な作業を行うことができる。

以上、本願の開示する技術の一実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

なお、上述の本願の開示する技術の一実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
回転翼と、前記回転翼を回転させるモータとを有する飛翔機と、
前記飛翔機から延びるケーブルと、
前記ケーブルの長さ方向に間隔を有して前記ケーブルに設けられた複数の計測部を有し、前記複数の計測部の各々の位置における高度と風速に関する情報を取得する計測装置と、
前記計測装置によって取得された情報に基づいて前記モータを制御する制御器と、
を備える飛翔機制御システム。
（付記２）
前記複数の計測部の各々は、気圧センサを含む、
付記１に記載の飛翔機制御システム。
（付記３）
前記複数の計測部の各々は、加速度センサを含む、
付記１に記載の飛翔機制御システム。
（付記４）
前記複数の計測部の各々は、風速計を含む、
付記１〜付記３のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記５）
前記複数の計測部の各々は、ケースに収容された第一気圧センサと、前記ケースの外に配置された第二気圧センサとを含む、
付記１〜付記３のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記６）
前記複数の計測部の各々は、屈曲センサを含む、
付記１〜付記３のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記７）
前記複数の計測部の各々は、計測用マーカを含み、
前記計測装置は、複数の前記計測用マーカを撮影するカメラを有する、
付記１に記載の飛翔機制御システム。
（付記８）
前記計測装置によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、前記複数の計測部の高さ方向における風速分布を推定する機能を有する計算機をさらに備え、
前記制御器は、前記計算機によって推定された風速分布に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
付記１〜付記７のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記９）
前記計測装置によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、前記複数の計測部のうち少なくともいずれかの計測部の位置における風速を推定する機能を有する計算機をさらに備え、
前記制御器は、前記計算機によって推定された前記計測部の位置における風速に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
付記１〜付記８のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記１０）
前記計測装置によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、前記複数の計測部の高さ方向の風向きと風速を推定する機能を有する計算機をさらに備え、
前記制御器は、前記計算機によって推定された風向きと風速に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
付記１〜付記９のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記１１）
前記計測装置によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、前記複数の計測部のうち少なくともいずれかの計測部の位置における風向きと風速を推定する機能を有する計算機をさらに備え、
前記制御器は、前記計算機によって推定された前記計測部の位置における風向きと風速に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
付記１〜付記１０のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記１２）
前記制御器は、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の発生推力を調節する機能を有する、
付記１１に記載の飛翔機制御システム。
（付記１３）
前記制御器は、前記飛翔機が構造物に接触しているときに、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の前記構造物への押付力を調節する機能を有する、
付記１１又は付記１２に記載の飛翔機制御システム。
（付記１４）
前記制御器は、前記飛翔機が構造物に接触しているときに、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の前記構造物に沿った移動速度を調節する機能を有する、
付記１１〜付記１３のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記１５）
前記制御器は、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の飛翔速度を調節する機能を有する、
付記１１〜付記１４のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記１６）
前記制御器は、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の姿勢を調節する機能を有する、
付記１１〜付記１５のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記１７）
前記制御器は、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機を静止させる機能を有する、
付記１１〜付記１６のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記１８）
前記飛翔機と前記ケーブルとの接続部に設けられ、前記ケーブルによって前記飛翔機に作用する荷重を検出する荷重センサをさらに備え、
前記制御器は、前記荷重センサの検出結果に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
付記１１〜付記１７のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
（付記１９）
回転翼と、前記回転翼を回転させるモータとを有する飛翔機を飛翔させ、
前記飛翔機から延びるケーブルの長さ方向に間隔を有して前記ケーブルに設けられた複数の計測部を利用して、前記複数の計測部の各々の位置における高度と風速に関する情報を取得し、
前記取得された情報に基づいて前記モータを制御する、
ことを含む飛翔機制御方法。
（付記２０）
付記１〜付記１８のいずれか一項に記載の飛翔機制御システムを用い、橋、建物、トンネル、屋根、梯子、電柱、煙突、大型旅客機、及び、その他の構造物の少なくともいずれかに沿って前記飛翔機を移動させながら、撮影、検査、観測、記録、点検、運搬、塗装、マーキング、及び、その他の作業の少なくともいずれかを前記飛翔機に行わせることを含む、
飛翔機の使用方法。

１０ 飛翔機制御システム
１１ 飛翔機
１２ ケーブル
１３ 計測装置
１４ 計算機
２２ 計測部
３２ 回転翼
３４ モータ
３６ 制御器
６０ 気圧センサ
６２ 加速度センサ
７０ 風速計
７４ 第一気圧センサ
７５ 第二気圧センサ
７６ ケース
７８ 屈曲センサ
８２ 計測用マーカ
８３ カメラ
８６ 荷重センサ
１００ 橋

Claims (13)

1. 回転翼と、前記回転翼を回転させるモータとを有する飛翔機と、
   前記飛翔機から延びるケーブルと、
   前記ケーブルの長さ方向に間隔を有して前記ケーブルに設けられた複数の計測部を有し、前記複数の計測部の各々の位置における高度と風速に関する情報を取得する計測装置と、
   前記計測装置によって取得された情報に基づいて前記モータを制御する制御器と、
   を備える飛翔機制御システム。
2. 前記計測装置によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、前記複数の計測部の高さ方向における風速分布を推定する機能を有する計算機をさらに備え、
   前記制御器は、前記計算機によって推定された風速分布に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
   請求項１に記載の飛翔機制御システム。
3. 前記計測装置によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、前記複数の計測部のうち少なくともいずれかの計測部の位置における風速を推定する機能を有する計算機をさらに備え、
   前記制御器は、前記計算機によって推定された前記計測部の位置における風速に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
   請求項１又は請求項２に記載の飛翔機制御システム。
4. 前記計測装置によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、前記複数の計測部の高さ方向の風向きと風速を推定する機能を有する計算機をさらに備え、
   前記制御器は、前記計算機によって推定された風向きと風速に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
5. 前記計測装置によって取得された高度と風速に関する情報に基づいて、前記複数の計測部のうち少なくともいずれかの計測部の位置における風向きと風速を推定する機能を有する計算機をさらに備え、
   前記制御器は、前記計算機によって推定された前記計測部の位置における風向きと風速に基づいて前記モータを制御する機能を有する、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
6. 前記制御器は、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の発生推力を調節する機能を有する、
   請求項５に記載の飛翔機制御システム。
7. 前記制御器は、前記飛翔機が構造物に接触しているときに、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の前記構造物への押付力を調節する機能を有する、
   請求項５又は請求項６に記載の飛翔機制御システム。
8. 前記制御器は、前記飛翔機が構造物に接触しているときに、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の前記構造物に沿った移動速度を調節する機能を有する、
   請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
9. 前記制御器は、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の飛翔速度を調節する機能を有する、
   請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
10. 前記制御器は、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機の姿勢を調節する機能を有する、
    請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
11. 前記制御器は、前記計算機の推定結果に基づいて前記モータを制御して前記飛翔機を静止させる機能を有する、
    請求項５〜請求項１０のいずれか一項に記載の飛翔機制御システム。
12. 回転翼と、前記回転翼を回転させるモータとを有する飛翔機を飛翔させ、
    前記飛翔機から延びるケーブルの長さ方向に間隔を有して前記ケーブルに設けられた複数の計測部を利用して、前記複数の計測部の各々の位置における高度と風速に関する情報を取得し、
    前記取得された情報に基づいて前記モータを制御する、
    ことを含む飛翔機制御方法。
13. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の飛翔機制御システムを用い、橋、建物、トンネル、屋根、梯子、電柱、煙突、大型旅客機、及び、その他の構造物の少なくともいずれかに沿って前記飛翔機を移動させながら、撮影、検査、観測、記録、点検、運搬、塗装、マーキング、及び、その他の作業の少なくともいずれかを前記飛翔機に行わせることを含む、
    飛翔機の使用方法。