JP2021056778A - 飛行体の誘導方法、誘導装置、及び誘導システム - Google Patents

Abstract

【課題】飛行体の誘導のための新たな技術を提供する。【解決手段】複数の支柱２０と、当該支柱を架線するケーブル３０とを利用する、飛行体１の誘導方法である。誘導装置は、ルートリクエストを受け取るステップ、支柱の位置に対応する支柱ノード情報を読み出すステップ、ルートリクエスト及び支柱ノード情報に基づいて少なくとも始点支柱ノードと終点支柱ノードとを特定してルートを生成するステップ、生成したルートを飛行体に送信するステップと、を実行する。飛行体は、ルートに従って飛行するステップと、をを実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、飛行体の誘導方法に関する。

特許文献１には、小型飛行体の目的地への精度良い着陸を行う技術が開示されている。同文献に開示されている小型飛行システムは、小型飛行体を誘導して着陸させるための着陸誘導ポート装置を有している。着陸誘導ポート装置は、自己の識別子に対応するポートＩＤを重畳した電波を着陸のための誘導電波として送信するものである。

特開２０１７-３７３６９号公報

特許文献１に記載の技術は、システムが複雑である。

そこで、本発明は、飛行体の誘導のための新たな技術を提供することを一つの目的とする。

本発明によれば、
複数の支柱と、当該支柱を架線するケーブルとを利用する、飛行体の誘導方法であって、
誘導装置が：ルートリクエストを受け取るステップ；前記支柱の位置に対応する支柱ノード情報を読み出すステップ；前記ルートリクエスト及び前記支柱ノード情報に基づいて少なくとも始点支柱ノードと終点支柱ノードとを特定してルートを生成するステップ；生成した前記ルートを飛行体に送信するステップと、
前記飛行体が、前記ルートに従って飛行するステップと、を含む
飛行体の誘導方法が得られる。

本発明によれば、飛行体の誘導のための新たな技術を提供することができる。

本発明の実施の形態による誘導システムの概略図とイメージ図である。 図１の無人移動体のハードウェア構成を示すブロック図である。 図１の管理サーバのハードウェア構成を示すブロック図である。 図１の誘導システムに使用されるデータの内容を模式的に示すイメージ図である。 図１の誘導システムによるルート生成のイメージ図である。 図１の誘導システムによる管理サーバの処理の流れである。 図１の誘導システムによる管理サーバ、無人飛行体、ユーザ端末の間の処理の流れを示す図である。 図１の誘導システムを配送システムに適用した例を示すイメージ図である。 管理サーバと複数の無人航空機とによって構成されるクライアントサーバモデルと、複数の無人航空機のみによって構成されるピア・トゥ・ピアモデルのイメージを表した図である。 図１の誘導システムによる飛行体の飛行時の様子を示す図である。 飛行体と電線との距離を測定する原理を示す概念図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体の誘導方法、誘導装置、及び誘導システムは、以下のような構成を備える。
［項目１］
複数の支柱と、当該支柱を架線するケーブルとを利用する、飛行体の誘導方法であって、
誘導装置が：ルートリクエストを受け取るステップ；前記支柱の位置に対応する支柱ノード情報を読み出すステップ；前記ルートリクエスト及び前記支柱ノード情報に基づいて少なくとも始点支柱ノードと終点支柱ノードとを特定してルートを生成するステップ；生成した前記ルートを飛行体に送信するステップと、
前記飛行体が、前記ルートに従って飛行するステップと、を含む
飛行体の誘導方法。
［項目２］
請求項１に記載の飛行体の誘導方法であって、
前記飛行体は、前記ケーブルに沿って飛行する、
飛行体の誘導方法。
［項目３］
請求項２に記載の飛行体の誘導方法であって、
前記飛行体は、前記ケーブルから所定距離を維持しながら飛行する、
飛行体の誘導方法。
［項目４］
請求項３に記載の飛行体の誘導方法であって、
前記飛行体は、前記ケーブルの少なくとも電界又は磁界が所定の条件であることを検出し、前記ケーブルとの距離を測定する、
飛行体の誘導方法。
［項目５］
請求項４に記載の飛行体の誘導方法で会って、
前記飛行体は、少なくとも前記ケーブル内を流れる電圧又は電流の値に関する情報を受信するとともに、当該情報に基づいて前記測定の結果を補正する、
飛行体の誘導方法。
［項目６］
請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の飛行体の誘導方法であって、
前記支柱ノード情報は、実空間の支柱の位置に関するＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標を含んでおり、
生成される前記ルートは、少なくとも前記Ｚ座標よりも高い位置に生成される、
飛行体の誘導方法。
［項目７］
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の飛行体の誘導方法であって、
複数の前記飛行体はネットワークを介して互いに通信可能であり、
前記飛行体の夫々は、前記飛行体の位置又は生成された前記ルートを考慮して自己の前記ルートを生成する、
飛行体の誘導方法。
［項目８］
複数の支柱と、当該支柱を架線するケーブルとを利用する、飛行体の誘導装置であって、
ルートリクエストを受け取る手段と、
前記支柱の位置に対応する支柱ノード情報を読み出す手段と、
前記ルートリクエスト及び前記支柱ノード情報に基づいて少なくとも始点支柱ノードと終点支柱ノードとを特定してルートを生成す手段と、
生成した前記ルートを飛行体に送信する手段と、を含む
飛行体の誘導装置。
［項目９］
複数の支柱と、当該支柱を架線するケーブルとを利用する、飛行体の誘導方法であって、
誘導装置が：
ルートリクエストを受け取るステップ；前記支柱の位置に対応する支柱ノード情報を読み出し；
前記ルートリクエスト及び前記支柱ノード情報に基づいて少なくとも始点支柱ノードと終点支柱ノードとを特定してルートを生成し；
生成した前記ルートを飛行体に送信し；
前記飛行体が、前記ルートに従って飛行する、
飛行体の誘導システム。

＜実施の形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態による飛行体の誘導方法、誘導装置、及び誘導システムについて、図面を参照しながら説明する。

＜概要＞
本発明の実施の形態による飛行体の誘導システは、例えば無人飛行体（後述する）を所定の飛行ルートに従って飛行させるものであり、宅配用途、警備・巡回用途、農業用途、測量用途、調査用途、災害支援用途などあらかじめ飛行ルートを設定し得る用途であれば、どのようなものにも適用可能である。以下においては、主に宅配用途に適用される誘導システムを説明する。

図１（ａ）に示されるように、本実施の形態による誘導システムは、無人飛行体１が電柱２０及び当該電柱間に設けられた電線３０の上を飛行ルートとして飛行するものである。図２（ｂ）に示されるように、飛行ルートは、電柱ａ乃至電柱ｊをノードとする仮想ネットワークとして表現することができ、ルート生成にあたっては、始点となる電柱（始点ノード）、終点となる電柱（終点ノード）、始点ノードと終点ノードとを経由する電柱（経由ノード）とそれらの間に設けられる電線が考慮される（詳しくは後述する）

＜構成＞
本実施の形態による飛行体の誘導システムは、図９（ａ）に示されるように、複数の無人飛行体１と、当該無人飛行体１とネットワークを介して接続される管理サーバ２とを含む所謂クライアントサーバモデルである。

＜ハードウェア構成＞

本実施の形態における無人飛行体１は、ドローン（Ｄｒｏｎｅ）、マルチコプター（Ｍｕｌｔｉ Ｃｏｐｔｅｒ）、無人飛行体（Ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ）、ＲＰＡＳ（ｒｅｍｏｔｅ ｐｉｌｏｔｅｄ ａｉｒｃｒａｆｔ ｓｙｓｔｅｍｓ）、又はＵＡＳ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等と称呼されることがある。

以下の説明においては、無人飛行体と呼ぶ。無人飛行体は、電池、複数のモータ、位置検出部、制御部、ドライバ、記憶装置、無線通信装置、電圧センサ、及び電流センサ等を備えている。これらの構成要素は、所定形状のフレームに搭載されている。無人飛行体に搭載される情報処理装置のハードウェア構成については後述する。なお、これらの飛行のための基本構造については、既知の技術を適宜採用可能である。
図２乃至図４を夫々参照して、無人飛行体１及び管理サーバ２０のハードウェア構成について説明する。

＜無人飛行体１＞
図２に示されるように、無人飛行体１は、サーバ１と通信を介して情報処理を実行することにより、情報伝達システムの一部を構成する。

無人飛行体１は、情報処理装置として、少なくとも、プロセッサ１０、メモリ１１、ストレージ１２、送受信部１３、出力部１４、測位部１６、検知部１７等を備え、これらはバス１５を通じて相互に電気的に接続される。当該情報処理装置は、例えばマイクロコンピューター、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成されていてもよく、或いはクラウド・コンピューティングによって論理的に実現されてもよい。

プロセッサ１０は、情報処理装置の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御、及びアプリケーションの実行に必要な処理等を行う演算装置である。例えばプロセッサ１０はＣＰＵ及び／又はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等であり、ストレージ１２に格納されメモリ１１に展開されたプログラム等を実行することによって、必要な各情報処理を実施する。

メモリ１１は、ＲＡＭなどの揮発性記憶装置で構成される主記憶と、フラッシュメモリやＨＤＤ等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶と、を含む。メモリ１１はプロセッサ１０のワークエリア等として使用され、また、情報処理装置の起動時に実行されるＢＩＯＳ、及び各種設定情報等が格納される。ストレージ１２には、アプリケーション・プログラム等が格納される。

送受信部１３は、情報処理装置をネットワーク４に接続し、ＬＰＥＡネットワークを介して管理サーバ１と通信を行う。なお、送受信部１３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）の近距離通信インタフェースを備えていてもよい。

入出力部１４は、スイッチ類等の情報入力機器、及びディスプレイ等の出力機器である。無人飛行体１は自律飛行を行うものであるが、外部から遠隔で手動又は自動で操作されることとしてもよい。本実施の形態による無人飛行体１は、入力機能としてカメラを備えており、静止画・動画の空撮が可能である。また、収集すべき情報に応じて、赤外線サーモカメラ、Ｘ線カメラ、高感度カメラ、暗視カメラ等種々のカメラを備えることとしてもよい。

バス１５は、上記各要素に共通に接続され、例えば、アドレス信号、データ信号及び各種制御信号を伝達する。

測位部１６は、無人飛行体１の位置と高度を少なくとも検出する。本実施の形態による測位部２６は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）検出器であって、無人飛行体１の現在位置の緯度、経度、及び高度を検出する。

検知部１７は、無人飛行体１の外部環境を音声、画像、赤外線等種々のセンサによってセンシングするためのものであり、自立飛行の補助機能を司る。

本実施の形態による無人飛行体１は、情報処理装置の他に、当該無人飛行体１の移動・飛行のための、電源、回転翼に接続されたモータ、情報処理装置とモータとを中継するドライバを少なくとも更に有している。

情報処理装置は、複数のモータを制御して監視ドローンの飛行制御（上昇、下降、水平移動などの制御）や、無人飛行体１に搭載されているジャイロ（図示せず）を使用して複数のモータを制御することによって姿勢制御をも行う。

ドライバは、情報処理装置からの制御信号に従ってモータを駆動する。例えば、モータは直流モータであり、ドライバは制御信号により指定された電圧をモータに印加する可変電圧電源回路である。なお、無人飛行体１００は図示しない他の要素を有していてもよい。

＜管理サーバ２＞
図２に示されるように、管理サーバ２は、情報伝達システムを通じてサービスを提供するための情報処理装置であり、例えばワークステーションやパーソナルコンピュータのような汎用コンピュータとしてもよいし、或いはクラウド・コンピューティングによって論理的に実現されてもよい。

図２に示されるように、サーバ２は、プロセッサ２０、メモリ２１、ストレージ２２、送受信部２３、及び入出力部２４等を備え、これらはバス２５を通じて相互に電気的に接続される。

プロセッサ２０は、サーバ２全体の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御、及びアプリケーションの実行に必要な情報処理等を行う演算装置である。例えばプロセッサ２０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、ストレージ２２に格納されメモリ２１に展開されたプログラム等を実行して各情報処理を実施する。

メモリ２１は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶と、フラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶と、を含む。メモリ２１は、プロセッサ２０のワークエリア等として使用され、また、サーバ２の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ ／ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、及び各種設定情報等を格納する。

ストレージ２２は、アプリケーション・プログラム、及び各無人飛行体１の認証プログラム等の各種プログラムを格納する。各処理に用いられるデータを格納したデータベース（後述するロケーションデータ、ルートデータ等）がストレージ２２に構築されていてもよい。

＜データ＞
本実施の形態による管理サーバ２は、各電柱の位置に関する支柱ノード情報ＤＢを有している。支柱ノード情報ＤＢは、図４に示されるように、各電柱に固有に付与されるノード識別子と位置座標とを少なくとも含んでいる。本実施の形態による位置座標は、緯度、経度及び当該電柱の高さという３つの要素を少なくとも含んでいる。

＜処理の流れ＞
図５を参照して、本実施の形態によるルート生成の方法を説明する。本実施の形態による誘導システムは、ＥＣ等を利用してユーザが購入した商品の配送に関するトランザクション（以下「配送トランザクション」と呼ぶ）を担当する。配送トランザクション自体は、例えば、あらかじめ登録されていたユーザの住所情報に基づいて生成される。

管理サーバ２が配送トランザクションを開始すると、荷物の出荷元に最も近い電柱（始点ノード）と、配送先（ユーザの住所等）に最も近い電柱を特定する。図示される例では、始点ノードは電柱ａであり、終点ノードは電柱ｊである。管理サーバ２は、電柱ａと電柱ｊを結ぶ最短経路を計算する。この際、他の無人飛行体１の位置やルートを考慮し、衝突回避が可能なルートを生成する。

なお、衝突回避は無人飛行体１同士に行わせることとしてもよい。例えば、一方の無人飛行体の高さと他方の無人飛行体の高さとを変更して、衝突を回避することとしてもよい。

図５に戻り、本実施の形態によるルートは、電柱ａ→電柱b→電柱ｄ→電柱ｆ→電柱ｈ→電柱ｊの順に進むものである。なお、上述した衝突回避を行うために一部ルートを迂回することとしてもよい。電線から垂直方向（高さ方向）において所定の距離だけ離れた領域を飛行する。

図６を参照して、管理サーバ２の処理フローを説明する。本実施の形態において、配送トランザクション（ルートリクエスト）が発生すると（ステップＳ６０１）、支柱ノード情報の読込みが行われる（ステップＳ６０３）。管理サーバ２は、配送トランザクション及び支柱ノード情報に基づいて、始点ノードと経由ノードと終点ノードとを特定してルートを生成する（ステップＳ６０５）。生成したルート情報を無人飛行体１に送信し、当該無人飛行体１の飛行による配送が開始される（ステップＳ６０７）。

図７を参照して、本実施の形態による誘導システムを用いた配送処理の流れを説明する。図示されるように、配送処理は、管理サーバ２と、無人飛行体１と、ユーザ端末とによって実行される。

管理サーバ２は、配送トランザクションが発生すると（ＳＱ７０１）、ノードＤＢから支柱ノード情報を読み込み（ＳＱ７０３）、ルートを生成する（ＳＱ７０５）。管理サーバ２は、生成したルート情報を無人飛行体に送信する（ＳＱ７０７）。無人飛行体は受信したルート情報に基づいて飛行を開始する（ＳＱ７０９）。

無人飛行体が目的地に到着すると、管理サーバ２に対して、目的地到着通知が通知される（ＳＱ７１１）。管理サーバ２は、ユーザ端末に対して到着通知を通知する（ＳＱ７１３）。ユーザは、到着した荷物の宛先を確認したら各任地の通知を管理サーバ２に対して送信する（ＳＱ７１５）。管理サーバ２は、当該荷物に関するユーザからの確認通知を受信すると、無人飛行体１に積載されている荷物をアンロックする（ＳＱ７１７）。アンロックされた荷物はユーザによって受け取ることが可能になる。管理サーバ２は、必要に応じて、当該配送が完了した段階で、配送トランザクションのステータスを更新する（ＳＱ７１９）。

以上の処理によれば、図８に示されるように無人飛行体１は、荷物の保管場所１００（例えば倉庫等）から、荷物Ｐを積載して生成したルートに従って、電柱２０及び電線３０の上を飛行し、ユーザの自宅２００まで荷物Ｐを配送してユーザに届けることが可能となる。

上述した実施の形態は、図９（ａ）に示されるように、当該無人飛行体１とネットワークを介して接続される管理サーバ２とを含む所謂クライアントサーバモデルを利用するものであった。しかしながら、図９（ｂ）に示されるように、複数の無人飛行体１同士によって構成されるピア・トゥ・ピア（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ）方式としてもよい。

以上説明した実施の形態は配送用途のものであったが、例えば警備等の巡回用途に適用することとしてもよい。この場合、管理サーバ２は、ユーザにより指定された巡回ルート及び支柱ノード情報基づいて、巡回ルートを生成すればよい。また、巡回が完了した際には、巡回が完了した内をユーザに送信して当該ユーザから承認を受けてから、巡回のトランザクションを終了することとしてもよい。

＜電線との距離測定＞
本実施の形態においては、飛行体１は、電線３０に沿って飛行する。この際、図１０に示されるように、電線３０から所定の範囲Ｌ内を飛行する。これにより、飛行体１は、電線３０から所定距離を維持しつつ電線３０に沿って飛行する。

なお、図（ａ）に示されるように、同じ高さの電線３０、３０’が２本ある場合には、当該２本の電線３０双方から所定範囲Ｌ、Ｌ’の領域のいずれかに入っていればよい。

また、図１０（ａ）及び（ｂ）に示されるように、飛行体１は、電柱２０と衝突することを防止するために、電線３０の上側の領域（図１０（ａ））又は、横の領域（図１０（ｂ））のいずれかを飛行することが好ましい。かかる電線３０との位置関係の検出は、超音波センサや、高さ情報を含む位置情報、ビジョンセンサなどを組み合わせてもよい。

このように、電線３０と飛行体１との距離を維持する方法として、例えば、図１１に示されるように、電線３０に発生する電界や磁界の情報を飛行体１によって検出することにより行ってもよい。

公共インフラとしての電線の場合、送電時の電圧は一定であることから、電流の大きさにかかわらず、電界の強度に基づいて距離を算出することが可能である。（図１１（ａ））。一方、送電時の電流の大きさは電力需給量によって異なる場合があるため、予め送電電流量がわかっている場合には磁界の強度に基づいて距離を算出することが可能である（図１１（ｂ））。

なお、予め飛行ルートに含まれる送電線の電流量、電圧量の情報を得ておき、距離計測の結果を適宜補正することによって、より正確な距離を測定することとしてもよい。

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。

１ 無人飛行体
２ 管理サーバ
２０ 電柱
３０ 電線

Claims (9)

1. 複数の支柱と、当該支柱を架線するケーブルとを利用する、飛行体の誘導方法であって、
   誘導装置が：ルートリクエストを受け取るステップ；前記支柱の位置に対応する支柱ノード情報を読み出すステップ；前記ルートリクエスト及び前記支柱ノード情報に基づいて少なくとも始点支柱ノードと終点支柱ノードとを特定してルートを生成するステップ；生成した前記ルートを飛行体に送信するステップと、
   前記飛行体が、前記ルートに従って飛行するステップと、を含む
   飛行体の誘導方法。
2. 請求項１に記載の飛行体の誘導方法であって、
   前記飛行体は、前記ケーブルに沿って飛行する、
   飛行体の誘導方法。
3. 請求項２に記載の飛行体の誘導方法であって、
   前記飛行体は、前記ケーブルから所定距離を維持しながら飛行する、
   飛行体の誘導方法。
4. 請求項３に記載の飛行体の誘導方法であって、
   前記飛行体は、前記ケーブルの少なくとも電界又は磁界が所定の条件であることを検出し、前記ケーブルとの距離を測定する、
   飛行体の誘導方法。
5. 請求項４に記載の飛行体の誘導方法で会って、
   前記飛行体は、少なくとも前記ケーブル内を流れる電圧又は電流の値に関する情報を受信するとともに、当該情報に基づいて前記測定の結果を補正する、
   飛行体の誘導方法。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の飛行体の誘導方法であって、
   前記支柱ノード情報は、実空間の支柱の位置に関するＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標を含んでおり、
   生成される前記ルートは、少なくとも前記Ｚ座標よりも高い位置に生成される、
   飛行体の誘導方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の飛行体の誘導方法であって、
   複数の前記飛行体はネットワークを介して互いに通信可能であり、
   前記飛行体の夫々は、前記飛行体の位置又は生成された前記ルートを考慮して自己の前記ルートを生成する、
   飛行体の誘導方法。
8. 複数の支柱と、当該支柱を架線するケーブルとを利用する、飛行体の誘導装置であって、
   ルートリクエストを受け取る手段と、
   前記支柱の位置に対応する支柱ノード情報を読み出す手段と、
   前記ルートリクエスト及び前記支柱ノード情報に基づいて少なくとも始点支柱ノードと終点支柱ノードとを特定してルートを生成す手段と、
   生成した前記ルートを飛行体に送信する手段と、を含む
   飛行体の誘導装置。
9. 複数の支柱と、当該支柱を架線するケーブルとを利用する、飛行体の誘導方法であって、
   誘導装置が：
   ルートリクエストを受け取るステップ；前記支柱の位置に対応する支柱ノード情報を読み出し；
   前記ルートリクエスト及び前記支柱ノード情報に基づいて少なくとも始点支柱ノードと終点支柱ノードとを特定してルートを生成し；
   生成した前記ルートを飛行体に送信し；
   前記飛行体が、前記ルートに従って飛行する、
   飛行体の誘導システム。
   
   

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