JP6269735B2 - 飛行装置、方法、及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、投擲者の手等から投擲されて無人で飛行を行う飛行装置に関する。
モータで駆動されるロータブレードによる駆動推進装置を例えば4基搭載した、いわゆる「ドローン」と総称される小型無人飛行装置にデジタルカメラを取り付け、この飛行装置及びデジタルカメラをタイマ撮影や無線などによってリモート操作をすることで、手の届かない、より高い位置からの撮影を行える飛行装置が普及し始めている(例えば、特許文献1、2参照)。
特許第5432277号 特開2013−129301号公報
しかし、従来の小型無人飛行装置においては、リモートコントロールで制御するか、予めスマートフォン等で撮影位置や飛行軌跡を設定する必要があり、操作が難しいという課題があった。
そこで、本発明は、投擲者が簡単に意図したように投擲を行うことができるようにすることを目的とする。
態様の一例では、空中を飛行するための駆動推進部を備えた飛行装置であって、投擲者により投擲が行われた時点以降、前記投擲が行われた時点の状態に基いて前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせるコントローラ部と、投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて軌道を算出する軌道算出部とを備え、前記コントローラ部は、前記投擲が行われた時点以降、前記軌道算出部が算出した軌道に従うように、前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる、ことを特徴とする飛行装置を提供するものである。
本発明によれば、投擲者が意図したように投擲を行うことが可能となる。
本実施形態による飛行装置のモータフレームの構造例を示す図ある。 本実施形態による飛行装置のシステム構成例を示す図である。 第1の実施形態の動作説明図である。 第1の実施形態による飛行装置の制御処理例を示すフローチャートである。 第2の実施形態の動作説明図である。 第2の実施形態による飛行装置の制御処理例を示すフローチャートである。 第2の実施形態による目的位置テーブルの生成処理の詳細例を示すフローチャートである。 第2の実施形態における目的位置の選択処理の詳細例を示すフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、投擲者により飛行装置の投擲が行われた時点の状態に基づいて、投擲が行われた時点以降、飛行装置の駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせることにより、飛行装置をコントロールできるようにするものである。この制御を実現するための第1の実施形態として、投擲者により飛行装置の投擲が行われた時点の軌道を算出し、投擲が行われた時点以降、算出した軌道に従うように、飛行装置の駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせることにより、飛行装置を投げ上げた後にどの方向にどれだけの飛距離で飛行させるかをコントロールできるようにするものである。また、第2の実施形態として、投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて目的地点を推定し、投擲が行われた時点以降、推定した目的地点へ向かうように、飛行装置の駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせることにより、飛行装置をどの地点まで飛行させるかをコントロールできるようにするものである。より具体的には、投擲により飛行装置が投擲者の身体(手)を離れた瞬間の速度が、加速度センサの出力に基づいて算出され、その速度値に基づいて、投擲時の初速と水平方向の角度と仰ぎ角とが算出される。この結果、投げ上げた瞬間に軌跡の放物線が決まって、その軌跡を描くようにロータブレードを回転させるモータが制御され自律的に飛んでゆく。これにより、投擲者が投げ上げたときの感覚で飛行装置が飛んでゆくように、コントロールすることが可能となる。すなわち、あの辺りに投げたいと思ったらこの位の力とこの位の角度で投げればよいという感覚を、イメージできるようになる。強く投げれば強く投げたなりの最高点まで達して、それ以降ホバリング状態になるように制御してカメラによる撮影等を行うことができる。
図1は、本発明の第1及び第2の実施形態に共通の飛行装置100の外観例を示す図ある。
メインフレーム101に4つの円形のモータフレーム102(支持部)が取り付けられている。モータフレーム102は、モータ104を支持できるようになっていて、モータ104のモータ軸にはロータブレード103が固定されている。4組のモータ104とロータブレード103は、駆動推進部を構成している。
メインフレーム101の内部の回路ボックス105には、モータ104を駆動するためのモータドライバや、コントローラ、センサ類等が収められている。メインフレーム101の下部には、撮像装置であるカメラ106が取り付けられている。
図2は、図1に示される構造を有する実施形態による飛行装置100の第1及び第2の実施形態に共通のシステム構成例を示す図である。コントローラ201には、カメラ106(図1参照)を含むカメラシステム202、例えば加速度センサ、ジャイロ、GPS(全地球測位システム)センサ、気圧センサなどから構成されるフライトセンサ203、タッチセンサ204(接触検知センサ部)、それぞれ#1から#4の各モータ104(図1参照)を駆動する#1から#4のモータドライバ205、バッテリ207の電圧をモニタしながら各モータドライバ205に電力を供給するパワーセンサ206が接続される。ここでタッチセンサ204は接触を検知できれば押しボタン等でもよい。なお、特には図示しないが、バッテリ207の電力は、201〜206の各制御ユニットにも供給される。コントローラ201は、フライトセンサ203から、飛行装置100の機体の姿勢に関する情報をリアルタイムで取得する。また、コントローラ201は、パワーセンサ206を介して、バッテリ207の電圧をモニタしながら、#1から#4の各モータドライバ205に、それぞれパルス幅変調に基づくデューティ比による電力指示信号を送信する。これにより、#1から#4のモータドライバ205はそれぞれ、#1から#4のモータ104の回転速度を制御する。また、コントローラ201は、カメラシステム202を制御して、カメラ106(図1)による撮影動作を制御する。
図2のコントローラ201、カメラシステム202、フライトセンサ203、モータドライバ205、パワーセンサ206、及びバッテリ207は、図1のメインフレーム101内の回路ボックス107に格納される。また、図1には明示していないが、タッチセンサ204は、図1のメインフレーム101及び/又はモータフレーム102に貼付され、投擲者の指等がメインフレーム101又はモータフレーム102にタッチしているときとタッチしていないときの電気的な物理量の差を検出する。
以上の構成を有する飛行装置100の動作につき、以下に説明する。図3は、第1の実施形態の動作説明図である。第1の実施形態においては、図2のコントローラ201が、投擲者により飛行装置100の投擲が行われた時点の軌道を算出する軌道算出部としてまず動作する。コントローラ201はまず、投擲が行われた時点の所定の絶対座標系における各座標軸(x軸、y軸、z軸)方向の速度Vx、Vy、Vz[m/s:メートル/秒]を算出する。ここで、コントローラ201は、投擲が行われた時点において図2のフライトセンサ203が出力する各座標軸方向の加速度値に基づき、上記各速度Vx、Vy、Vzを算出する。今、フライトセンサ203が出力する上記所定の絶対座標系におけるx軸、y軸、z軸方向の加速度をそれぞれ、ax、ay、az[m/s2 ]とすれば、コントローラ201は、これらの加速度値の何れかが所定の閾値を超えた投擲動作開始時の時点ts から、図2のタッチセンサ204の出力に基づいて投擲者の身体から飛行装置100が離れたことを検知したリリース時点tr まで、上記各加速度ax、ay、azをそれぞれ、下記数1式、数2式、及び数3式に示されるように積分演算することにより、投擲が行われた時点の各座標軸方向の速度Vx、Vy、Vzを算出する。
次に、コントローラ201は、これらの各座標軸方向の速度Vx、Vy、Vzに基づいて、図3(a)に示されるように、x軸、y軸、z軸の原点を起点とする飛行方向のベクトル301を算出する。具体的には、コントローラ201はまず、下記数4式に示される演算を実行することにより、このベクトル301の大きさである、投擲時の初速度Vini[m/s]を算出する。
更にコントローラ201は、図3(a)のx軸とy軸が地面に水平な軸、z軸が地面に垂直な軸とすれば、原点を起点とする飛行方向のベクトル301が、地面に対して水平な座標面方向すなわちx軸からy軸方向に回転する方向の水平角度αと、地面に対して垂直な座標面方向すなわちx軸からz軸方向に回転する方向の垂直角度βをそれぞれ、下記数5式及び数6式に対応する演算により算出する。
この結果、飛行装置100が初速度Vini[m/s]、水平角度α、垂直角度βで投擲されたときに描く理想的な軌跡は、図3(b)の302に示されるようになり、リリース時点tr 時点の位置を原点とする飛行高度H[m]と水平飛行距離L[m]は、それぞれ下記数7式及び数8式に示されるようになる。ただし、t[秒]は前述したリリース時点tr を起点とする経過時間、g[m/s2 ]は重力加速度、Kは投擲の補正係数である。力が弱い又は遠くに投げたい投擲者は、飛行装置100本体の特には図示しないスイッチを操作等することにより、このKの値を調整することができる。
コントローラ201は、リリース時点tr を起点とする経過時間tに従って、リリース時点tr 時点の位置を原点として、水平角度α方向に、数7式により演算される高度H[m]及び数8式により演算される水平距離L[m]を維持するように、図2の#1から#4の各モータドライバ205を制御する。
そして、コントローラ201は、高度H[m]の変化が正から負に転じる図3(b)の302の最高高度時点以降、ホバリング状態となるように図2の#1から#4の各モータドライバ205を制御し、また、カメラシステム202を制御して図1のカメラ106による撮影を開始する。
図4は、第1の実施形態による飛行装置100の制御処理例を示すフローチャートである。この処理は、図2のコントローラ201において、それが内蔵するCPU(中央演算処理装置)が、同じく内蔵する特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する処理として実現することができる。
コントローラ201はまず、タッチセンサ204の電圧変化を監視すること等により、飛行装置100がユーザの手から離れた(投げられた)か否かを監視する(ステップS401の判定がNOの繰返し)。
ステップS401の判定がYESになると、コントローラ201は、前述した数1式から数8式に従って飛行軌道を計算する(ステップS402)。
次に、コントローラ201は、フライトセンサ203の出力に基づいて、飛行できる姿勢になったと判定するまで、飛行可能なようにする姿勢制御の動作を繰り返し実行する(ステップS403→S404の判定がNO→S403の繰返し)。
ステップS404の判定がYESになると、コントローラ201は、前述した経過時間tに従って、水平角度α方向に、数7式により演算される高度H[m]及び数8式により演算される水平距離L[m]を維持するように、図2の#1から#4の各モータドライバ205を制御する(ステップS405)。
コントローラ201は、高度H[m]の変化が正から負に転じたか否かを判定することにより、或いは、フライトセンサ203が出力するx軸、y軸、及びz軸の3次元方向の各加速度値の変化を監視することにより、飛行装置100の機体が上昇状態から落下状態に転じたか否かを監視する(ステップS406)。コントローラ201は、ステップS406の判定がNOであるならば、ステップS405の処理に戻り、ステップS405の軌道維持の制御処理とそれに続くステップS406の落下状態の判定処理を繰り返し実行する。
ステップS406の判定がYESになると、コントローラ201は、#1から#4のモータドライバ205を制御して、飛行装置100の機体をホバリング状態に維持する(ステップS407)。
次に、コントローラ201は、撮影対象を探索する(ステップS408)。探索方法としては、既存の技術を採用することができる。例えばコントローラ201は、投げ上げを行ったユーザが保持する通信機器が飛行装置100に送信するGPSデータ(緯度、経度データ)及び気圧データ(高度データ)と、フライトセンサ203が出力する機体のGPSデータ及び気圧データとを比較することにより、機体とユーザとの位置関係を算出して、カメラシステム202を介してカメラ106をユーザの方向に向ける。又は、コントローラ201は、カメラシステム202を介してカメラ106により地表方向を撮影しながら、人物を検出し、その方向にカメラ106をロックする。更にあるいは、コントローラ201は、カメラシステム202を介してカメラ106を、地表方向のランダムな方向に向ける等である。
撮影対象が見つかると、コントローラ201は、カメラシステム202を介してカメラ106を制御して、撮影を実行する(ステップS409)。コントローラ201は、撮影された画像データを、コントローラ201内のメモリに記憶する。あるいは、コントローラ201は、画像データを、無線通信により投げ上げを行ったユーザの端末装置に送信する。
一定時間又は一定回数、あるいはユーザからの指示により撮影が終了すると、コントローラ201は、投げ上げを行ったユーザ(所有者)の位置を探索する(ステップS410)。この探索方法は、ステップS408の場合と同様に、既存の技術を採用できる。
所有者の位置が見つかると、コントローラ201は、GPSデータ等により所有者との距離が一定距離以下になったと判定するまで、#1から#4のモータドライバ205を制御することにより、所有者の方向への飛行を行う(ステップS411→S412の判定がNO→S411の繰返し)。
ステップS412の判定がYESになると、コントローラ201は、#1から#4のモータドライバ205を制御することにより、その場でのホバリング動作又は投擲者の手等への着陸動作を実行し、着陸動作時には#1から#4のモータを停止させて、制御動作を終了する(ステップS413)。
図5は、第2の実施形態の動作説明図である。第2の実施形態においては、図2のコントローラ201が、投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて目的地点を推定する推定部としてまず動作する。コントローラ201はまず、第1の実施形態の場合と同様にして、前述した数1式、数2式、及び数3式に対応する各演算に基づいて、投擲が行われた時点のx軸、y軸、z軸方向の速度Vx、Vy、Vz[m/s]を算出する。
次に、コントローラ201は、これらの各座標軸方向の速度Vx、Vy、Vzに基づいて、図5(a)に示されるように、x軸、y軸、z軸の原点を起点とする飛行方向のベクトル501を算出する。具体的には、コントローラ201はまず、第1の実施形態の場合と同様にして、前述した数5式及び数6式に対応する各演算に基づいて、原点を起点とする飛行方向のベクトル501が、x軸からy軸方向に回転する方向の水平角度αと、x軸からz軸方向に回転する方向の垂直角度βをそれぞれ算出する。
次に、コントローラ201は、下記数9式に示される演算を実行することにより、投擲時の地面に水平な面方向の初速度Vini[m/s]を算出する。
更に、コントローラ201は、hを適当な係数として、下記数10式に示される演算を実行することにより、投擲により予想される水平方向の距離(以下これを「予想投擲水平距離」と呼ぶ)d[m]を算出する。
この予想投擲水平距離dは、図5(a)に示されるように、原点を起点とする飛行方向のベクトル501を地面に水平なxy座標面に写像させた長さに対応する。
一方、コントローラ201は、例えばある地点(観光地等)の撮影スポット毎に、その撮影スポットの被写体を綺麗に撮ることができる撮影位置の緯度経度情報及び高度情報を、飛行装置100が飛行して到達すべき図5(b)に示される目的位置502の情報として保持している。コントローラ201は、投擲者の身体から飛行装置が離れたリリース時点において、図2のフライトセンサ203内のGPSセンサ及び気圧センサの出力に基づいて、リリース時点における緯度経度及び高度を図5(b)に示される初期位置503として算出する。次に、コントローラ201は、上述の複数の目的位置毎に、その目的位置502の緯度経度及び高度と初期位置503の緯度経度及び高度とから、初期位置503と目的位置502の水平角度θ、初期位置503と目的位置502の垂直角度φ、及び初期位置503から目的位置502までの水平移動距離Dとを算出する。そして、コントローラ201は、複数の目的位置毎に、その目的位置に対応して算出した水平角度θ、垂直角度φ、及び水平移動距離Dをパラメータとして有する目的位置情報を記憶した目的位置テーブルを生成する。
続いて、コントローラ201は、数5式、数6式、及び数9式と数10式に対応する各演算処理で算出した図5(a)に示される投擲時点の水平角度α、垂直角度β、及び予想投擲水平距離dを、上述の目的位置テーブルに記憶されている複数組の目的位置情報のそれぞれに対応する水平角度θ、垂直角度φ、及び水平移動距離Dと比較することにより、それらの複数組の目的位置情報の中から投擲自演の水平角度α、垂直角度β、及び予想投擲水平距離dに最も良く対応する目的位置情報を前記目的地点として選択する。
具体的には、コントローラ201は、πを円周率、目的位置テーブル内のi番目の目的位置情報に対応する水平角度、垂直角度、及び水平移動距離をそれぞれθi 、φi 、及びDi とし、a、b、及びcをそれぞれ水平角度、垂直角度、及び水平移動距離の重みづけ係数とし、Dmax を水平方向に飛ぶことができる最大距離としたときに、下記数11式と等価な演算処理により、水平角度α、垂直角度β、及び予想投擲水平距離dと、i番目の目的位置情報に対応する水平角度θi 、垂直角度φi 、及び水平移動距離Di との誤差Eを算出する。
コントローラ201は、目的位置テーブルに記憶されている複数組の目的位置情報のそれぞれに対して上記誤差Eを算出し、誤差Eが最も小さい目的位置情報を目的地点として選択する。そして、コントローラ201は、その選択した目的位置情報に対応する水平角度θ、垂直角度φ、及び水平距離Dに従うように、図2の#1から#4の各モータドライバ205を制御する。
このようにして、第2の実施形態では、被写体に対してだいたいこの位置の方向が良いと思う方向に飛行装置100を投擲することにより、予め定められている最適な目的位置が自動的に選択され、その目的位置まで飛行装置100を飛行させて撮影を行うことができる。これにより、初心者でも手軽に飛行装置100による撮影を行うことが可能となる。
このとき、投擲者により、飛行装置100を投擲できる力(能力)に差がある。そこで、第2の実施形態では例えば、予め投擲者に最大の力で投擲を試技させ、その試技投擲時の水平角度、垂直角度、及び初速度を、予め定められた最大力による投擲地点との相対関係をコントローラ201が計測することにより、前述した数10式における係数hや、数11式における水平角度、垂直角度、及び水平移動距離の重みづけ係数a、b、及びcを決定するようにしてよい。これは、投擲者により投擲が行われた時点の状態に対応する各モータドライバ204の推進力を推定する処理に相当し、投擲が行われた時点以降、この推定された推進力で各モータドライバ204が駆動推進されることになる。
図6は、第2の実施形態による飛行装置100の制御処理例を示すフローチャートである。この処理は、図4の第1の実施形態の場合と同様に、図2のコントローラ201において、それが内蔵するCPUが、同じく内蔵する特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する処理として実現することができる。図6のフローチャートにおいて、図4の場合と同じステップ番号が付された処理は、第1の実施形態に係る図4のフローチャートの場合と同じ処理である。
コントローラ201はまず、図4のステップS401の場合と同様に、タッチセンサ204の電圧変化を監視すること等により、飛行装置100がユーザの手から離れた(投げられた)か否かを監視する(図6のステップS401の判定がNOの繰返し)。
ステップS401の判定がYESになると、コントローラ201は、目的位置テーブル生成処理を実行する(図6のステップS601)。図7は、図6のステップS601の目的位置テーブル生成処理の詳細例を示すフローチャートである。ここで、コントローラ201は予め、複数の目的位置毎に、その目的位置の緯度経度及び高度の情報を保持している。これは前述したように、例えばある地点(観光地等)の撮影スポット毎に、その撮影スポットの被写体を綺麗に撮ることができる撮影位置の緯度経度及び高度の情報である。この上で、コントローラ201ははまず、図2のフライトセンサ203に含まれるGPSセンサ及び気圧センサの出力に基づいて、現時点(図6のステップS401で判定された手から離れたリリース時点)における緯度経度及び高度を、初期位置として取得する(図7のステップS701)。次に、コントローラ201は、複数の目的位置毎に、その目的位置の緯度経度及び高度と、ステップS701で取得した初期位置の緯度経度及び高度とから、図5(b)に示されるような、その目的位置502の初期位置503に対する相対的な水平角度θ、垂直角度φ、水平移動距離Dを算出する(図7のステップS702)。そして、コントローラ201は、複数の目的位置毎に、その目的位置に対応して算出した水平角度θ、垂直角度φ、及び水平移動距離Dをパラメータとして有する目的位置情報を記憶した目的位置テーブルを生成し、コントローラ201内の特には図示しないメモリに記憶させる。
図6の説明に戻り、コントローラ201は、ステップS601で生成した目的位置テーブルから、投擲時の状態に応じた目的位置を目的地として選択する処理を実行する(図6のステップS602)。図8は、ステップS602の詳細例を示すフローチャートである。図8において、コントローラ201はまず、前述した数1式、数2式、数3式、数5式、数6式、及び数9式と数10式に対応する各演算処理により、図5(a)に示される投擲時点の水平角度α、垂直角度β、及び予想投擲水平距離dを算出する(図8のステップS801)。次に、コントローラ201は、前述した数11式に対応する演算処理により、投擲時点の水平角度α、垂直角度β、及び予想投擲水平距離dを、ステップS601で算出した目的位置テーブルに記憶されている複数組の目的位置情報のそれぞれに対応する水平角度θi 、垂直角度φi 、及び水平移動距離Di との誤差Eを算出する(図8のステップS802)。そして、コントローラ201は、誤差Eが最小となる目的位置の情報を探索し、目的地点として選択する(図8のステップS803)。
図6の説明に戻り、ステップS602の処理の後、コントローラ201は、目的地と現在地との位置関係から、飛行経路を決定する(図6のステップS603)。具体的には、コントローラ201は、ステップS602で選択した目的位置情報に対応する水平角度θ、垂直角度φ、及び水平距離Dに従うように、図2の#1から#4の各モータドライバ205を制御することになる。
続いて、コントローラ201は、第1の実施形態に係る図4のフローチャートの場合と同様に、フライトセンサ203の出力に基づいて、飛行できる姿勢になったと判定するまで、飛行可能なようにする姿勢制御の動作を繰り返し実行する(図6のステップS403→S404の判定がNO→S403の繰返し)。
ステップS404の判定がYESになると、コントローラ201は、ステップS603で決定した飛行経路、すなわちステップS602で選択した目的位置情報に対応する水平角度θ、垂直角度φ、及び水平距離Dに従うように、図2の#1から#4の各モータドライバ205を制御する(図6のステップS604)。具体的には、コントローラ201は、前述した初期位置を記憶しておき、現在の飛行時点の初期位置に対する相対位置が、水平角度θ、垂直角度φを維持するように各モータドライバ204を制御する。
コントローラ201は、目的地に到達したか否かを判定する(図6のステップS605)。具体的には、コントローラ201は、現在の飛行時点の初期位置に対する水平距離が、水平距離Dになったか否かを判定する。
ステップS605の判定がYESになると、コントローラ201は、第1の実施形態に係る図4のステップS407からS413と同様の処理を実行する。
上述の第1及び第2の実施形態では、ホバリングをしながら撮影をするように制御を行ったが、ホバリングによりその場で静止しながら撮影しても、飛行しながら撮影してもよい。
飛行装置100は、撮影のタイミングを、LED(半導体発光ダイオード)や液晶等を用いて明示するようにしてもよい。
飛行装置100が撮影する静止画の枚数は任意である。
飛行装置100が撮影を行うのは、静止画に限らず、動画でもよい。その場合の動画の撮影時間も任意である。
飛行装置100は、例えば投擲者が保持する端末と通信を行い、撮影の映像を送り、映像を見ながら撮影できてもよい。
飛行装置100による撮影の撮影位置、撮影方向、撮影タイミングなどは、例えば投擲者が保持する端末等から無線操作できてもよい。
飛行装置100に持ち運び用のモータフレーム102の折り畳み機構を採用した場合には、投擲開始直後にモータフレーム102を飛行可能状態へ変形する処理が実行されてもよい。
上述の第1及び第2の実施形態では、情報収集装置の一例として、情報取得センサ部がカメラ106である飛行装置100の実施形態について説明を行ったが、本発明はこれに限られるものではなく、情報取得センサ部が例えば温度分布や大気成分の分布を収集するセンサによって構成される情報収集装置として実施されてもよい。
また、上述の第1及び第2の実施形態の説明では、駆動推進部がモータ104とロータブレード103を含む例について説明したが、空気圧やエンジン出力により推進される機構により駆動推進部が実現されてもよい。
以上の第1及び第2の実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
空中を飛行するための駆動推進部を備えた飛行装置であって、
投擲者により投擲が行われた時点以降、前記投擲が行われた時点の状態に基いて前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせるコントローラ部を備える、
ことを特徴とする飛行装置。
(付記2)
投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて軌道を算出する軌道算出部を更に備え、
前記コントローラ部は、前記投擲が行われた時点以降、前記軌道算出部が算出した軌道に従うように、前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる、
ことを特徴とする付記1に記載の飛行装置。
(付記3)
投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて目的地点を推定する推定部をさらに備え、
前記コントローラ部は、前記投擲が行われた時点以降、前記推定部が推定した目的地点へ向かうように、前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる、
ことを特徴とする付記1に記載の飛行装置。
(付記4)
前記軌道算出部又は前記推定部は、前記投擲が行われた時点の所定の絶対座標系における各座標軸方向の速度を算出し、当該各座標軸方向の速度に基づいて、初速度と、地面に対して水平な座標面方向及び垂直な座標面方向の前記投擲の水平角度及び垂直角度とを算出し、
前記コントローラ部は、前記投擲が行われた時点において、前記軌道算出部が算出した前記初速度、前記水平角度、及び前記垂直角度に従うように、前記駆動推進部を駆動推進させる、
付記2又は3の何れか記載の飛行装置。
(付記5)
飛行を制御するフライトセンサ部を更に備え、
前記軌道算出部又は前記推定部は、前記投擲が行われた時点において前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値に基づいて、前記投擲が行われた時点の前記各座標軸方向の速度を算出し、
前記コントローラ部は、前記フライトセンサ部の出力に基づいて前記駆動推進部の姿勢制御を行いながら当該駆動推進部を駆動推進させる、
付記4記載の飛行装置。
(付記6)
接触を検出する接触検知センサ部を更に備え、
前記軌道算出部は、前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値が所定の閾値を超えた時点から、前記接触検知センサ部の出力に基づいて前記投擲者の身体から前記飛行装置が離れたことを検知した時点まで、前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値をそれぞれ積分することにより、前記投擲が行われた時点の前記各座標軸方向の速度を算出する、
付記5記載の飛行装置。
(付記7)
前記座標系は互いに直交するx軸、y軸、z軸からなる3次元座標系であり、
前記軌道算出部又は前記推定部は、
前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値が所定の閾値を超えた時点をts 、前記投擲者の身体から前記飛行装置が離れたことを検知した時点をtr 、前記各座標軸方向の速度をVx 、Vy 、Vz とし、前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値をax 、ay 、az としたときに、下記数12式、数13式、及び数14式と等価な演算処理により、前記各座標軸方向の速度Vx 、Vy 、及びVz を算出する、
付記6記載の飛行装置。
(付記8)
前記座標系は互いに直交するx軸、y軸、z軸からなる3次元座標系であり、
前記軌道算出部又は前記推定部は、
前記水平角度をα、前記垂直角度をβとしたときに、下記数15式と等価な演算処理により前記水平角度αを算出し、
下記数16式と等価な演算処理により前記垂直角度βを算出する、
付記4乃至7の何れかに記載の飛行装置。
(付記9)
前記軌道算出部は、
前記各座標軸方向の速度をVx 、Vy 、Vz とし、前記初速度をVini としたときに、下記数17式と等価な演算処理により前記初速度Vini を算出し、
前記投擲者の身体から前記飛行装置が離れたリリース時点をtr 、前記リリース時点tr を起点とする経過時間をt、前記リリース時点tr における位置を原点とする飛行高度及び水平飛行距離をそれぞれH及びL、重力加速度をg、投擲の補正係数をKとしたときに、下記数18式と等価な演算処理により前記飛行高度Hを算出し、
下記数19式と等価な演算処理により前記水平飛行距離Lを算出し、
前記コントローラ部は、前記経過時間tに従って、前記数15式と等価な演算処理で算出される前記水平角度αの方向に、前記数18式と等価な演算処理により演算される前記高度H及び前記数19式と等価な演算処理により演算される前記水平距離Lを維持するように、前記駆動推進部を駆動推進させる、
付記8記載の飛行装置。
(付記10)
初期位置と目的位置の水平角度θ、前記初期位置と前記目的位置の垂直角度φ、及び前記初期位置から前記目的位置までの水平移動距離Dとで定まる目的位置情報を複数組記憶する目的位置テーブルを更に備え、
前記推定部は、
前記各座標軸方向の速度をVx 、Vy 、とし、前記初速度をVini としたときに、下記数20式と等価な演算処理により前記初速度Vini を算出し、
hを適当な係数として下記数21式と等価な演算処理により予想投擲水平距離dを算出し、
前記数15式と等価な演算処理で算出される前記水平角度α、前記数16式と等価な演算処理で算出される前記垂直角度β、及び前記数20式と等価な演算処理で算出される前記予想投擲水平距離dを、前記目的位置テーブルに記憶されている複数組の目的位置情報のそれぞれに対応する前記水平角度θ、前記垂直角度φ、及び前記水平移動距離Dと比較することにより、当該複数組の目的位置情報の中から前記水平角度α、前記垂直角度β、及び前記予想投擲水平距離dに最も良く対応する目的位置情報を前記目的地点として選択し、 当該選択した目的位置情報に対応する前記水平角度θ、前記垂直角度φ、及び前記水平距離Dに従うように、前記駆動推進部を駆動推進させる、
ことを特徴とする付記8記載の飛行装置。
(付記11)
前記推定部は、πを円周率、1つの前記目的位置情報に対応する前記水平角度、前記垂直角度、及び前記水平移動距離をそれぞれθi 、φi 、及びDi とし、a、b、及びcをそれぞれ前記水平角度、前記垂直角度、及び前記水平移動距離の重みづけ係数とし、Dmax を水平方向に飛ぶことができる最大距離としたときに、下記数22式と等価な演算処理により、前記水平角度α、前記垂直角度β、及び前記予想投擲水平距離dと、前記1組の目的位置情報に対応する前記水平角度θi 、前記垂直角度φi 、及び前記水平移動距離Di との誤差Eを前記目的位置テーブルに記憶されている複数組の目的位置情報のそれぞれに対して算出し、当該誤差Eが最も小さい目的位置情報を前記目的地点として選択する、
ことを特徴とする付記10記載の飛行装置。
(付記12)
前記推定部は、前記複数の目的位置毎に、当該目的位置の緯度経度及び高度の情報を保持し、
前記推定部は、前記投擲者の身体から前記飛行装置が離れたリリース時点において、GPSセンサ及び/又は気圧センサの出力に基づいて前記リリース時点における緯度経度及び高度を前記初期位置として取得し、前記複数の目的位置毎に、当該目的位置の緯度経度及び高度と前記初期位置の緯度経度及び高度とから、前記初期位置と前記目的位置の水平角度θ、前記初期位置と前記目的位置の垂直角度φ、及び前記初期位置から前記目的位置までの水平移動距離Dとを算出し、前記複数の目的位置毎に当該目的位置に対応して算出した前記水平角度θ、前記垂直角度φ、及び前記水平移動距離Dをパラメータとして有する目的位置情報を記憶した前記目的位置テーブルを生成する、
ことを特徴とする付記10又は11の何れか記載の飛行装置。
(付記13)
前記推定部は、前記投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて前記駆動推進部の推進力を推定し、
前記コントローラ部は、前記投擲が行われた時点以降、前記推定部が推定した推進力で、前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる、
ことを特徴とする付記3に記載の飛行装置。
(付記14)
デジタルカメラユニットを更に備え、
前記コントローラ部は、前記軌道の最高高度地点又は前記目的地点に達した時点以降、前記デジタルカメラユニットによる撮影を行う、
付記2乃至13の何れかに記載の飛行装置。
(付記15)
前記駆動推進部は、モータと当該モータによって回転駆動されるロータブレードとからなるユニットを複数ユニット備える、付記1乃至14の何れかに記載の飛行装置。
(付記16)
空中を飛行するための駆動推進部を備えた飛行装置の飛行方法であって、
投擲者により投擲が行われた時点以降、前記投擲が行われた時点の状態に基いて前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる、
ことを特徴とする飛行方法。
(付記17)
空中を飛行するための駆動推進部を備えた飛行装置を制御するコンピュータに、投擲者により投擲が行われた時点以降、前記投擲が行われた時点の状態に基いて前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせるステップを実行させるためのプログラム。
100 飛行装置
101 メインフレーム
102 モータフレーム
103 ロータブレード
104 モータ
105 回路ボックス
106 カメラ
201 コントローラ
202 カメラシステム
203 フライトセンサ
204 タッチセンサ
205 モータドライバ
206 パワーセンサ
207 バッテリ

Claims (10)

  1. 空中を飛行するための駆動推進部を備えた飛行装置であって、
    投擲者により投擲が行われた時点以降、前記投擲が行われた時点の状態に基いて前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせるコントローラ部と、
    投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて軌道を算出する軌道算出部とを備え、
    前記コントローラ部は、前記投擲が行われた時点以降、前記軌道算出部が算出した軌道に従うように、前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる、
    ことを特徴とする飛行装置。
  2. 前記軌道算出部は、前記投擲が行われた時点の所定の絶対座標系における各座標軸方向の速度を算出し、当該各座標軸方向の速度に基づいて、初速度と、地面に対して水平な座標面方向及び垂直な座標面方向の前記投擲の水平角度及び垂直角度とを算出し、
    前記コントローラ部は、前記投擲が行われた時点において、前記軌道算出部が算出した前記初速度、前記水平角度、及び前記垂直角度に従うように、前記駆動推進部を駆動推進させる、
    請求項1記載の飛行装置。
  3. 飛行を制御するフライトセンサ部を更に備え、
    前記軌道算出部は、前記投擲が行われた時点において前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値に基づいて、前記投擲が行われた時点の前記各座標軸方向の速度を算出し、
    前記コントローラ部は、前記フライトセンサ部の出力に基づいて前記駆動推進部の姿勢制御を行いながら当該駆動推進部を駆動推進させる、
    請求項2記載の飛行装置。
  4. 接触を検出する接触検知センサ部を更に備え、
    前記軌道算出部は、前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値が所定の閾値を超えた時点から、前記接触検知センサ部の出力に基づいて前記投擲者の身体から前記飛行装置が離れたことを検知した時点まで、前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値をそれぞれ積分することにより、前記投擲が行われた時点の前記各座標軸方向の速度を算出する、
    請求項3記載の飛行装置。
  5. 前記絶対座標系は互いに直交するx軸、y軸、z軸からなる3次元座標系であり、
    前記軌道算出部は、
    前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値が所定の閾値を超えた時点をts 、前記投擲者の身体から前記飛行装置が離れたことを検知した時点をtr 、前記各座標軸方向の速度をVx 、Vy 、Vz とし、前記フライトセンサ部が出力する前記各座標軸方向の加速度値をax 、ay 、az としたときに、下記数12式、数13式、及び数14式と等価な演算処理により、前記各座標軸方向の速度Vx 、Vy 、及びVz を算出する、
    請求項4記載の飛行装置。
  6. 前記絶対座標系は互いに直交するx軸、y軸、z軸からなる3次元座標系であり、
    前記軌道算出部は、
    前記各座標軸方向の速度をVx 、Vy 、Vz とし、前記水平角度をα、前記垂直角度をβとしたときに、下記数15式と等価な演算処理により前記水平角度αを算出し、
    下記数16式と等価な演算処理により前記垂直角度βを算出する、
    請求項2乃至5の何れかに記載の飛行装置。
  7. 前記軌道算出部は、
    前記各座標軸方向の速度をVx 、Vy 、Vz とし、前記初速度をVini としたときに、下記数17式と等価な演算処理により前記初速度Vini を算出し、
    前記垂直角度をβ、前記投擲者の身体から前記飛行装置が離れたことを検知した時点であるリリース時点をtr 、前記リリース時点tr を起点とする経過時間をt、前記リリース時点tr における位置を原点とする飛行高度及び水平飛行距離をそれぞれH及びL、重力加速度をg、投擲の補正係数をKとしたときに、下記数18式と等価な演算処理により前記飛行高度Hを算出し、
    下記数19式と等価な演算処理により前記水平飛行距離Lを算出し、
    前記コントローラ部は、前記経過時間tに従って、前記水平角度αとしたときの前記水平角度αの方向に、前記数18式と等価な演算処理により演算される前記飛行高度H及び前記数19式と等価な演算処理により演算される前記水平飛行距離Lを維持するように、前記駆動推進部を駆動推進させる、
    請求項4又は5の何れかに記載の飛行装置。
  8. デジタルカメラユニットを更に備え、
    前記コントローラ部は、前記軌道の最高度地点に達した時点以降、前記デジタルカメラユニットによる撮影を行う、
    請求項1記載の飛行装置。
  9. 空中を飛行するための駆動推進部を備えた飛行装置の飛行方法であって、
    コントローラ部が、
    投擲者により投擲が行われた時点以降、前記投擲が行われた時点の状態に基いて前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせ、
    投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて軌道を算出し、
    前記投擲が行われた時点以降、前記算出した軌道に従うように、前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる、
    ことを特徴とする飛行方法。
  10. 空中を飛行するための駆動推進部を備えた飛行装置を制御するコンピュータに、
    投擲者により投擲が行われた時点以降、前記投擲が行われた時点の状態に基いて前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる機能と、
    投擲者により投擲が行われた時点の状態に基いて軌道を算出する機能と、
    前記投擲が行われた時点以降、前記算出した軌道に従うように、前記駆動推進部を駆動推進させて飛行を行わせる機能と、
    を実行させるためのプログラム。
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