JP7031733B2 - 遠隔制御装置、遠隔制御システム、遠隔制御方法、および遠隔制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信ネットワークを介して遠隔地から姿勢制御装置の更新および姿勢制御を行う、移動体、遠隔制御装置、遠隔制御システム、遠隔制御方法、および遠隔制御プログラムに関する。

近年、ドローンと呼ばれる無人航空機（Unmanned Aerial Vehicle； UAV）が急速に普及している。無人航空機は、災害対策、測量、農業、インフラ点検、又は物流などの様々な分野で実用化されている。

無人航空機は、ジャイロセンサ、加速度センサ、ＧＰＳ（Global Positioning System）、および姿勢制御装置などを備えることで、自機の姿勢を制御しながら自律的に飛行する。

特許文献１には、ドローンが予め設定された飛行ルートに従って、自律的に上昇・下降・水平移動のための姿勢制御を行う手法が開示されている。

特許文献２には、各無人航空機間の相対的な位置関係を調整する制御コマンドを自律的に生成し実行することで、複数の無人航空機の間で所定の位置関係（編隊）が形成される無人航空機が開示されている。このような無人航空機は、無線通信により自機以外の各機の位置情報および速度情報を取得し、これらの位置情報および速度情報に基づいて各機の間で所定の位置関係が保たれるように自律的に姿勢制御を行う。

特許文献３には、撮影機能を備えた無人航空機（監視機）が制御対象の無人航空機（操作対象機）を撮影し、操作者が、撮影された操作対象機の飛行映像を見ながら、操作対象機を遠隔操縦する手法が開示されている。監視機は、自律的に操作対象機の近傍をホバリングする随伴飛行機能と、撮影した映像を無線通信ネットワーク経由で操作者が持つ端末に配信する機能とを備える。操作対象機は、自律的に自機の姿勢を制御しながら、操作者の指示（飛行方向や飛行高度）に従って移動する。

非特許文献１には、パイプ椅子の背もたれ上部の左右にそれぞれ１台ずつ、座面の前側の両端付近にそれぞれ１台ずつが取付け部を介して取り付けられた計４台の無人航空機が開示されている。これら４台の無人航空機は、パイプ椅子の座面の下に設けられた姿勢制御装置により、各機が自律的に連携して姿勢を制御することで、パイプ椅子を本体フレームとする１台の無人航空機としてパイプ椅子を搬送することができる。

特許第５９９９５３７号公報 特開２００４－０２５９７１号公報 特許第６１００８６８号公報 国際公開第２０１７／００６４２１号 特開２０１６－１７４３６０号公報

株式会社プロドローン、商品名「ANYDRONE」、［online］、［２０１７年６月５日検索］、インターネット＜URL：https://www.prodrone.jp/concept/pd-any＞

例えば、物を搬送するために無人航空機を利用する場合、無人航空機は、サイズ、形状および重量の異なる様々な搬送物を搬送する必要がある。そうすると、様々な搬送物に応じて、無人航空機は、本体サイズ、搭載するプロペラ（ローターとも呼ぶ）数、バッテリー容量および使用する機体の数など、自機の構成を変更する必要がある。自機の構成が変更されると、無人航空機は、安定して飛行できるよう、自機の構成の変更に応じた姿勢制御装置の更新作業が必要となる。

しかし、特許文献１～３および非特許文献１に開示された無人航空機は、姿勢制御を自律して行うために姿勢制御装置が搭載されているため、当該無人航空機が設置されている場所で、姿勢制御装置の更新作業が必要となる。さらに、無人航空機の姿勢制御装置の更新作業は、専門知識を有する人材が行う必要がある。そのため、姿勢制御装置の更新作業を行うには、無人航空機の設置場所にそのような人材を常時確保する必要がある。

これらに対処するために、無人航空機の構成を変更しないように、複数種類の無人航空機を予め配備し、様々な種類の搬送物に応じて無人航空機を使い分ける方法が考えられる。しかし、このような方法では、無人航空機による搬送コストの増大を招くおそれがある。

そこで、本発明は、インターネット等を含む通信ネットワークを介した長距離通信により、遠隔地にある無人航空機の構成を柔軟に変更することができる、移動体、遠隔制御装置、遠隔制御システム、遠隔制御方法、および遠隔制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の遠隔制御装置は、少なくとも１つの移動体から送信されるセンサ情報を通信ネットワークを介して受信する受信部と、入力される前記少なくとも１つの移動体を要素とする集合体の構成に関する構成情報に基づいて設定される前記集合体の姿勢制御に関する姿勢制御情報と受信した前記センサ情報とに基づいて、前記移動体を操作する制御操作量を算出し、前記制御操作量を含む制御信号を生成する制御部と、前記移動体に生成した前記制御信号を送信する送信部とを備える
本発明の移動体は、センサ情報を取得するセンサ部と、前記センサ情報を送信し、制御信号を受信する、無線通信可能な通信部と、受信した前記制御信号に基づいて駆動部を制御する駆動制御部とを備える。

本発明の遠隔制御システムは、遠隔制御装置と、通信ネットワークを介して前記遠隔制御装置と通信する移動体とを備える。

本発明の遠隔制御方法は、少なくとも１つの移動体から送信されるセンサ情報を通信ネットワークを介して受信し、入力される前記少なくとも１つの移動体を要素とする集合体の構成に関する構成情報に基づいて設定される前記集合体の姿勢制御に関する姿勢制御情報と受信した前記センサ情報とに基づいて、前記移動体を操作する制御操作量を算出して、前記制御操作量を含む制御信号を生成し、前記移動体に生成した前記制御信号を送信する。

本発明の遠隔制御プログラムは、コンピュータに、少なくとも１つの移動体から送信されるセンサ情報を通信ネットワークを介して受信する処理と、入力される前記少なくとも１つの移動体を要素とする集合体の構成に関する構成情報に基づいて設定される前記集合体の姿勢制御に関する姿勢制御情報と受信した前記センサ情報とに基づいて、前記移動体を操作する制御操作量を算出し、前記制御操作量を含む制御信号を生成する処理と、前記移動体に生成した前記制御信号を送信する処理とを実行させる。

本発明によれば、無人航空機の構成を柔軟に変更できるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態における遠隔制御システム１の概略を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における遠隔制御システム１の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における移動体４０の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における制御対象装置５０の構成例を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態における移動体４０の姿勢制御プログラムの更新動作を模式的に示したフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における移動体４０の姿勢制御動作を模式的に示したフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における移動体４０の動作を模式的に示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における遠隔制御システム２の構成例を示すブロック図である 本発明の第２の実施形態に係る移動体６０のセンサ情報の送信を模式的に示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る移動体６０の制御操作量を含む制御信号の受信を模式的に示したフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の遠隔制御システム３の構成例を示すブロック図である。 本発明の各実施形態における各装置の各構成要素の機能単位を実現する情報処理装置の構成例を示すブロック図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら本発明の理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。下記の実施形態は、あくまで例示であり、本発明を限定するものではない。
（１）第１の実施形態
［遠隔制御システムの構成］
第１の実施形態の遠隔制御システム１について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る遠隔制御システム１の概略を示すブロック図である。

図１に示すように、遠隔制御システム１は、遠隔制御装置３０と、移動体４０と、無線基地局装置１１と接続する通信ネットワーク１０と、を有する。遠隔制御システム１は、遠隔制御装置３０から通信ネットワーク１０を介して、無線基地局装置１１と無線通信可能な移動体４０を遠隔で姿勢制御するためのシステムである。なお、図１において、移動体４０および無線基地局装置１１は１つしか記載されていないが、これらの個数は限定される必要はない。例えば、遠隔制御システム１には移動体４０や無線基地局装置１１が複数存在してもよい。
［通信ネットワークの構成］
通信ネットワーク１０は、遠隔制御装置３０と移動体４０とを無線通信可能に接続する。通信ネットワーク１０は、有線リンク１０１を介して遠隔制御装置３０と通信可能に接続されている。通信ネットワーク１０は、通信ネットワーク１０における他の要素（図示せず）と有線リンク１０２を介して通信可能に接続された無線基地局装置１１を有する。

無線基地局装置１１は、無線通信機能を有する無線端末に対して無線通信サービスを提供する装置である。無線基地局装置１１は、無線リンク１０３を介して移動体４０と無線通信可能に接続されている。なお、通信ネットワーク１０において、無線基地局装置１１と移動体４０とを無線接続している無線リンク１０３以外のリンクは、全部又は一部が無線リンクでも有線リンクでもよい。
［遠隔制御装置の構成］
遠隔制御装置３０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、遠隔制御システム１の構成例を示すブロック図である。遠隔制御装置３０は、通信ネットワーク１０を介して、移動体４０の姿勢制御を遠隔で行う装置である。そのため、遠隔制御装置３０は、移動体４０から離れた遠隔地に設置されてもよい。本発明において、姿勢制御は、移動体や後述する制御対象物である集合体（無人航空機ともいう）の飛行中の動作を意味し、例えば上下移動やホバリングを含むこととする。

遠隔制御装置３０は、通信部３１と、制御部３２と、記憶部３３と、を有する。制御部３２は、通信部３１および記憶部３３の制御、移動体４０の姿勢制御などの処理を行う。

通信部３１は、移動体４０に設けられた各種センサから取得されるセンサ情報の受信、および後述するモータ部４３のモータ制御に係る制御信号などの送信を行う。

記憶部３３は、プログラム、ソフトウェア、データおよびファイル等の読み込みおよび書き込みを行う。記憶部３３には、少なくとも１つ移動体４０を含む集合体（後述する制御対象物５０に相当）の構成に関する情報（以下、集合体の構成に関する情報を構成情報という）、当該構成情報に基づいて、集合体を単体として制御できるように各移動体４０の姿勢制御に関する情報（以下、移動体の姿勢制御に関する情報を姿勢制御パラメータという）が設定された集合体の姿勢制御に関する情報（以下、集合体の姿勢制御に関する情報を姿勢制御情報という）および姿勢制御プログラムなどが記憶される。

集合体の姿勢制御情報および各移動体４０の姿勢制御パラメータの設定は、取得された集合体の構成情報に基づいて、遠隔制御装置３０の設置場所に配置された専門知識を有する人材により設定されるようにしてもよい。

制御部３２は、情報取得部３２ａと、姿勢制御処理部３２ｂと、制御信号出力部３２ｃとを有する。

情報取得部３２ａは、通信部３１から移動体４０のセンサ情報と、記憶部３３から集合体の姿勢制御情報を取得する。情報取得部３２ａは、取得したこれらの情報を、姿勢制御処理部３２ｂに送る。なお、センサ情報は、移動体４０の姿勢を示す姿勢情報、ＧＰＳ位置情報、モータ部４３のモータの回転情報、およびバッテリー部４５のバッテリー情報を含む。

ここで、姿勢情報は、移動体４０のロール軸、ピッチ軸およびヨー軸の各軸における角速度、角加速度および傾斜角の少なくとも１つと、移動体４０の加速度および向きとを含む。ＧＰＳ位置情報は、例えば、移動体４０の現在地および高度の少なくとも１つを含む。モータの回転情報は、例えば、モータの回転速度、トルク、および負荷の少なくとも１つを含む。バッテリー情報は、例えば、バッテリー残量およびバッテリー電圧の少なくとも１つを含む。

姿勢制御処理部３２ｂは、取得したＧＰＳ位置情報から移動体４０の現在地を判断し、姿勢情報から現状の移動体４０の姿勢を判断するように構成される。姿勢制御処理部３２ｂは、取得したモータの回転情報から、モータの回転速度、トルクおよび負荷などを判断し、バッテリー情報から、バッテリー残量およびバッテリー電圧などを判断するように構成される。

姿勢制御処理部３２ｂは、情報取得部３２ａが移動体４０から取得したセンサ情報と、集合体の姿勢制御情報に含まれる各移動体４０の姿勢制御パラメータとを用いて、集合体の姿勢制御を行うために、各移動体４０を操作するための制御操作量を算出する。具体的には、姿勢制御処理部３２ｂは、移動体４０の所望の姿勢情報（制御目標値）と、前回算出した制御操作量（本実施形態ではモータの回転速度）を適用した結果である、現状の移動体４０の姿勢情報とを比較する。次いで、制御目標値と現状の移動体４０の姿勢情報との偏差が小さくなるように、姿勢制御処理部３２ｂは、制御操作量を算出する。なお、本実施形態では、制御操作量は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御などの周知のフィードバック制御方法を用いて算出されるが、このようなフィードバック制御方法に限らず、他の制御方法を用いて算出されてもよい。

制御信号出力部３２ｃは、姿勢制御処理部３２ｂが算出した制御操作量を含む制御信号を生成して、通信部３１に出力する。

通信部３１は、出力された制御操作量を含む制御信号を通信ネットワーク１０を介して、移動体４０に送信する。
［移動体の構成］
移動体４０の構成について、図３を参照して説明する。図３は、移動体４０の構成例を示すブロック図である。移動体４０は、通信ネットワーク１０を介して、遠隔制御装置３０から姿勢制御される。

移動体４０は、通信部４１と、モータ制御部４２と、モータ部４３と、センサ部４４と、バッテリー部４５と、を有する。

通信部４１は、無線基地局装置１１と無線通信可能に接続する。通信部４１は、遠隔制御装置３０との間で、後述するセンサ部４４が取得するセンサ情報の送信、および姿勢制御処理部３２ｂが算出した制御操作量を含む制御信号の受信を行う。

通信部４１は、通信モジュールを備える。通信モジュールとして、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）の通信モジュールを用いてもよく、また５Ｇ（第５世代移動通信システム）、ＬＴＥ（Long Term Evolution；ロング・ターム・エボリューション）、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）等の携帯電話網を利用する通信モジュールを用いてもよい。

モータ制御部４２は、マイクロコンピュータ、およびＥＳＣ（Electronic Speed Controller）を備える。モータ制御部４２は、マイクロコンピュータにより、モータ部４３の制御を行うように構成されている。また、モータ制御部４２は、マイクロコンピュータが通信部４１、センサ部４４、バッテリー部４５および記憶部４６の制御も行うように構成されていてもよい。

モータ制御部４２は、通信部４１から入力された制御操作量を含む制御信号をＥＳＣで処理する。モータ制御部４２は、処理された制御操作量を含む制御信号に基づいて、モータ部４３のモータの回転速度を制御操作量が示す回転速度となるように制御する。

モータ部４３は、モータおよびプロペラを備える。モータは、制御操作量を含む制御信号に基づく電気信号をモータ制御部４２のＥＳＣから入力されることで、回転速度が制御される。これにより、モータ部４３は、制御操作量が示す回転速度にモータの回転速度を変更する。そして、モータの回転速度が変更されたことにより、移動体４０の推力が変更され、移動体４０の姿勢が制御される。

センサ部４４は、ジャイロセンサ、加速度センサ、磁気センサ、ＧＰＳ、モータの回転数モニタ、およびバッテリーセンサを備える。センサ部４４は、その他のセンサとして、気圧センサ、超音波センサ、赤外線センサ、およびモータのトルクセンサなどを備えてもよい。

本実施形態では、センサ部４４は、ジャイロセンサ、加速度センサ、磁気センサ、ＧＰＳにより、現状の移動体４０の姿勢を示す姿勢情報を取得する。また、センサ部４４は、モータの回転数モニタにより、モータの回転速度を示すモータの回転情報を取得する。センサ部４４は、バッテリーセンサにより、モータの駆動および制御機器に必要なバッテリーの電圧および残量を示すバッテリー情報を取得する。

センサ部４４では、各センサから取得した、姿勢情報、モータの回転情報、ＧＰＳ位置情報およびバッテリー情報がセンサ情報として通信部４１に送られる。

バッテリー部４５は、移動体４０の動作に必要な電力を供給する。

本発明の実施形態では、図３に示すような、モータおよびプロペラをそれぞれ１つ有する移動体４０を複数用いて説明するが、それに限らず、モータおよびプロペラの数は使用用途に合わせて自由に変更することができる。また、本発明の実施形態では、任意の数の移動体４０および搬送対象物５１を用いて、任意の数のプロペラを備える制御対象装置５０（集合体）を構成し、当該制御対象装置５０全体を一体として制御する。

図４は、本実施形態に係る制御対象装置５０の構成例を示したイメージ図である。制御対象装置５０は、自機の構成情報（移動体４０の数およびそれぞれの位置（相対位置）、搬送対象物５１のサイズや重量など）に応じて、自機の姿勢制御に関する姿勢制御情報が設定され、当該姿勢制御情報に基づいて各移動体４０の姿勢制御パラメータが適宜更新される。それにより、遠隔制御装置３０は、各移動体４０を互いに連携させて姿勢制御することができ、制御対象装置５０を単体のように制御できる。

図４に示すように、制御対象装置５０を構成する各移動体４０は、取付部４７を用いて搬送対象物５１に自身を取り付けることができるように構成されてもよい。取付部４７は、例えば、搬送対象物５１に引っ掛けてロックするロック機構、搬送対象物の一部を挟み込む挟込み機構、搬送対象物５１に接続してネジ止めするネジ止め機構、および搬送対象物５１に接着する接着機構などで構成される。
［遠隔制御装置の動作］
第１の実施形態に係る遠隔制御システム１における遠隔制御装置３０の動作について図面を用いて説明する。図５は、遠隔制御装置３０において、任意の数の移動体４０を含む制御対象装置５０の姿勢制御情報の更新動作を模式的に示したフローチャートである。

遠隔制御装置３０は、集合体である制御対象装置５０の構成情報を取得し、記憶部３３に記憶する。（ステップＳ１１）。この構成情報は、移動体４０の数およびそれぞれの位置（相対位置）、搬送対象物５１のサイズおよび重量などを含む。なお、制御対象装置５０の構成情報は、通信ネットワーク１０を介して遠隔制御装置３０と接続された端末機器などの入力デバイスから入力されるようにしてもよく、又は図示しない遠隔制御装置３０の入力部から入力されるようにしてもよい。

そして、入力された制御対象装置５０の構成情報に基づいて、複数の移動体４０を含む制御対象装置５０を単体の移動体として制御できるように、各移動体４０の姿勢制御パラメータが設定された制御対象装置５０の姿勢制御情報が設定され、記憶部３３に記憶される（ステップＳ１２）。この姿勢制御パラメータは、制御対象装置５０をロール軸、ピッチ軸およびヨー軸の各軸において時計回り、又は反時計回りに回転させる場合の制御操作量に関する、各移動体４０のモータの回転速度の増減に係る係数を含む。

制御対象装置５０の姿勢制御情報における各移動体４０の姿勢制御パラメータの設定は、例えば、図４に示す制御対象装置５０のように、各移動体４０の取付位置が予め設けてあるような場合において、取付ける移動体４０の数と取付位置とに応じた姿勢制御パラメータのセットを予め作成しておき、そのセットの中から、遠隔制御装置３０が取得した制御対象装置５０の構成情報に合致する各移動体４０の姿勢制御パラメータを選択するようにしてもよい。さらに、このような場合、搬送対象物５１がサイズおよび重量が決まったものであれば、搬送対象物５１を考慮した姿勢制御パラメータのセットを予め作成しておいてもよい。

上述したような各移動体４０の姿勢制御パラメータの設定では、形状が複雑な搬送対象物５１に取付部４７を介して移動体４０を直接取り付ける場合、隣接する移動体４０の相対位置を赤外線センサなどを用いて測定して遠隔制御装置３０に送信し、記憶部３３に記憶するようにしてもよい。

図６は、制御対象装置５０を構成する移動体４０の姿勢制御動作を模式的に示したフローチャートである。

遠隔制御装置３０の情報取得部３２ａは、各移動体４０のセンサ情報および姿勢制御パラメータをそれぞれ取得する（ステップＳ１０１）。情報取得部３２ａは、センサ情報として、各移動体４０の姿勢を示す姿勢情報、ＧＰＳ位置情報、モータ部４３の回転情報、およびバッテリー部４５のバッテリー情報を取得する。

遠隔制御装置３０の姿勢制御処理部３２ｂは、取得したセンサ情報に含まれる姿勢情報から、各移動体４０の現状の姿勢を判断する（ステップＳ１０２）。

姿勢制御処理部３２ｂは、各移動体４０の所望の姿勢である制御目標値と、取得したセンサ情報に含まれる現状の姿勢情報とをそれぞれ比較する（ステップＳ１０３）。所望の姿勢である制御目標値は、例えば、複数のプロペラおよび複数のモータを有する単体のドローンのように、各移動体４０から構成される制御対象装置５０を単体として姿勢制御できるように設定される。

このような各移動体４０の制御目標値は、制御対象装置５０の所望の動作に応じて、姿勢制御プログラムにより決定される。例えば、制御対象装置５０において、制御目標値は、所定の位置でホバリングするために必要な各移動体４０の姿勢情報の値や、特定の方向に移動する場合に必要となる各移動体４０の姿勢情報の値を意味する。本実施形態では、ホバリングや特定方向への移動など予め制御対象装置５０の動作が決まっている場合、すなわち制御目標値が決定されているとして説明する。

姿勢制御処理部３２ｂは、ステップＳ１０３における比較結果である、所望の姿勢である制御目標値と現状の姿勢情報との偏差が０に近づくように、各移動体４０の姿勢制御パラメータを用いて、各移動体４０の姿勢を制御するための制御操作量をそれぞれ算出する（ステップＳ１０４）。

なお、このような各移動体４０の姿勢制御を行うための制御目標値および制御操作量は、オープンソースで開発されているDronecode（ドローンコード）、Cleanflight、Baseflight、OpenPilotなどの既知の姿勢制御プログラム（又は飛行制御プログラム）を用いて、算出されるようにしてもよい。

なお、本発明の実施形態では、制御操作量をモータ部４３のモータの回転速度とするが、これに限らず、制御操作量がモータの回転速度以外でもよく、また制御操作量として複数の値を含んでもよい。具体的には、モータの回転速度に加えて、例えば、モータのトルクの値を含むような複数の値を有する制御操作量としてもよい。

制御信号出力部３２ｃは、各移動体４０に応じた制御操作量を含む制御信号を生成して通信部３１に出力する。通信部３１は、生成された制御信号を通信ネットワーク１０を介して各移動体４０に送信する（ステップＳ１０５）。制御信号出力部３２ｃは、所定の周期で、又は各移動体４０からセンサ情報を取得した際に、通信部３１に各移動体４０に対する制御操作量を含むモータの制御信号を出力してもよい。

遠隔制御装置３０の制御部３２は、ステップＳ１０１～ステップＳ１０５の処理を繰り返す。

また、姿勢制御処理部３２ｂは、制御対象装置５０の姿勢として、各移動体４０の姿勢情報の値の平均値、又は中央値を用いて算出するように構成されてもよい。また、姿勢制御処理部３２ｂは、制御対象装置５０の姿勢として、各移動体４０の姿勢情報の値の中で最大値と最小値、又は他の値と大きく異なる異常値を除外して、各移動体４０の姿勢情報の値の平均値、又は中央値を用いて算出するように構成されてもよい。

姿勢制御処理部３２ｂは、ステップＳ１０２において各移動体４０の現状の姿勢を判断する際に、各移動体４０の現状の姿勢が許容範囲内であるか否かを判断し、判断結果が許容範囲から外れる場合にエラー処理を行ってもよい。姿勢の許容範囲とは、現状の移動体４０の姿勢が取り得る範囲を表したものである。姿勢の許容範囲は、例えば、移動体４０のロール軸、ピッチ軸およびヨー軸の各軸における傾斜角について最大値を設定することで実現できる。また、姿勢の許容範囲は、規定値として定められたものを使用しても、姿勢制御装置の更新時に、使用用途や、天候、搬送対象物などを考慮して設定してもよい。

姿勢制御処理部３２ｂは、エラー処理として、各移動体４０の姿勢制御パラメータの再設定を行うことができる。なお、各移動体４０の姿勢制御パラメータの再設定は、例えば、制御対象装置５０の構成においてプロペラ数が異なる（４、６および８個など）場合の各移動体４０の姿勢制御パラメータのセットを予め記憶部３３に記憶させておき、状況に応じて自動的に切替えるなどの方法が挙げられる。なお、このようなエラーの発生の原因としては、例えば、移動体４０の環境の変化（風速などの変化）、搬送物の重心のズレ（荷物の偏りや荷崩れなど）、およびモータの不調や停止などが挙げられる。

姿勢制御処理部３２ｂは、使用用途などによっては、各移動体４０の現状の姿勢の代わりに現在位置を用いて、現在位置が許容範囲内であるか否かを判断してもよい。この場合も、姿勢制御処理部３２ｂは、エラー処理として、各移動体４０の姿勢制御パラメータの再設定を行ってもよい。

第１の実施形態に係る遠隔制御システム１における移動体４０の動作について図面を用いて説明する。図７は、第１の実施形態に係る遠隔制御システム１における移動体４０の動作を模式的に示したフローチャートである。
［移動体の動作］
移動体４０の通信部４１は、遠隔制御装置３０から通信ネットワーク１０を介して、制御操作量を含む制御信号を受信する（ステップＳ２０１）。モータ制御部４２は、通信部４１が受信した制御操作量を含む制御信号をＥＳＣに入力して、ＥＳＣによりモータ部４３のモータの駆動を制御する（ステップＳ２０２）。モータは、遠隔制御装置３０から受信した制御操作量の回転速度で駆動する（ステップＳ２０３）。

センサ部４４は、測定された移動体４０のセンサ情報を取得する（ステップＳ２０４）。なお、移動体４０の動作状態を示すセンサ情報の取得は、ステップＳ２０１の後に限らず、ステップＳ２０１の前、又はステップＳ２０１と同時に行ってもよい。また、センサ情報の取得は、所定の周期で、又はモータ制御部４２の指示に応じて行ってもよい。

通信部４１は、取得したセンサ情報を遠隔制御装置３０に送信する（ステップＳ２０５）。

本実施形態に係る遠隔制御装置３０は、制御対象装置５０の構成情報と、当該構成情報に基づいて、制御対象装置５０を単体として制御できるように各移動体４０の姿勢制御パラメータが設定された、制御対象装置５０の姿勢制御情報を有するため、遠隔制御装置３０において制御対象装置５０を構成する各移動体４０の姿勢制御パラメータの更新および姿勢制御を行うことができる。そのため、図４に示すように、例えば搬送対象物５１が比較的に小型軽量である場合には、移動体４０を４機使用する制御対象装置５０として、搬送対象物５１が比較的に大型重量である場合には、移動体４０を８機使用する制御対象装置５０として、遠隔地にある遠隔制御装置３０から制御対象装置５０の構成に応じた各移動体４０の姿勢制御パラメータの更新を行うことができる。このような構成により、遠隔制御システム１は、移動体４０が設置してある場所に専門知識を有する人材を常駐させなくても、搬送対象物５１のサイズや重量、形状に応じて制御対象装置５０の構成、即ち移動体４０の数および取付位置などを柔軟に変更することができる。

本実施形態によれば、移動体４０が飛行中に、環境の変化や不測の事態が発生した場合でも、移動体４０の姿勢制御プログラムや姿勢制御パラメータ等の姿勢制御装置が遠隔制御装置３０に存在するため、環境の変化や不測の事態に応じた姿勢制御装置の再設定を遠隔制御装置３０で行うことができる。

このような構成によれば、移動体４０を要素する集合体である制御対象装置５０の構成を柔軟に変更でき、専門知識を有する人材確保に要するコストおよび時間を削減することができる。

本実施形態によれば、任意の数の移動体４０を用いて制御対象装置５０を構成することで、搬送対象物５１のサイズ、形状および重量などに応じて、制御対象装置５０を構成する、移動体４０の数および取付位置を変更することができる。そのため、予め種類の異なる移動体を配備しておく必要がなく、同型の移動体４０を複数配備することで、搬送対象物５１に応じた柔軟な構成を実現でき、搬送コストを低減することができる。
（２）第２の実施形態
第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図８は、本発明の第２の実施形態における遠隔制御システム２の構成例を示すブロック図である。

第１の実施形態では、各移動体４０がセンサ情報をそれぞれ遠隔制御装置３０にセンサ情報を送信するように構成されている。それに対して、第２の実施形態では、移動体６０が記憶部６６を有し、制御対象装置７０を構成する任意の数の移動体６０の中から、１つを第一の移動体６１とし、残りを第二の移動体６２に設定する。

そして、第二の移動体６２はそれぞれ自機のセンサ情報を第一の移動体６１に送信し、第一の移動体６１は、受信した第二の移動体６２のセンサ情報を記憶部６６に記憶し、受信した全てのセンサ情報を遠隔制御装置３０に送信する。

第一の移動体６１は、遠隔制御装置３０から送信される第二の移動体６２のそれぞれに対する制御操作量を含む制御信号を受信し記憶部６６に記憶し、その後第二の移動体６２のそれぞれに対して制御操作量を含む制御信号を送信する。すなわち、第２の実施形態の遠隔制御装置３０は、第一の移動体６１とのみ無線通信を行う。

その他の構成は、図１～４に示す第１の実施形態における構成と同様なため、対応する構成要素には図１～４と同じ符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態に係る遠隔制御装置３０の動作についても、第一の移動体６１とのみ無線通信を行うこと以外の動作は、第１の実施形態における動作と同様なため、説明を省略する。

図９は、第２の実施形態に係る移動体６０のセンサ情報の送信を模式的に示したフローチャートである。なお、第一の移動体６１および第二の移動体６２を移動体６０と総称することがある。

移動体６０は、センサ部４４から自機のセンサ情報を取得する（ステップＳ３０１）。第二の移動体６２は、取得した自機のセンサ情報を第一の移動体６１に送信する（ステップＳ３０２）。

第一の移動体６１は、第二の移動体６２のそれぞれから送信されたセンサ情報を受信し、自機のセンサ情報と共に記憶部６６に格納する（ステップＳ３０３）。そして、第一の移動体６１は、自機および第二の移動体６２全てのセンサ情報を遠隔制御装置３０に送信する（ステップＳ３０４）。

第二の移動体６２からのセンサ情報の取得は、所定の周期、又は遠隔制御装置３０から指示を受けた第一の移動体６１が、第二の移動体６２のそれぞれに後述するブロードキャスト通信や近距離無線通信などを用いた指示に応じて行ってもよい。

図１０は、第２の実施形態に係る移動体６０の制御操作量を含む制御信号の受信を模式的に示したフローチャートである。

第一の移動体６１は、遠隔制御装置３０が算出した各移動体６０の制御操作量を含む制御信号を受信して記憶部６６に格納する（ステップＳ４０１）。そして、第一の移動体６１は、受信した制御操作量を含む制御信号を、通信部４１を介して、第二の移動体６２にそれぞれ中継する（ステップＳ４０２）。なお、第一の移動体６１の通信部４１は、ブロードキャスト通信により、受信した制御目標値を含む制御信号を第二の移動体６２にそれぞれ中継してもよい。また、第一の移動体６１の通信部４１は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の近距離無線通信を用いてもよい。

第一の移動体６１のモータ制御部４２は、遠隔制御装置３０から受信した制御信号に含まれる自機宛ての制御操作量に基づき、モータ部４３のモータの回転速度を制御する（ステップＳ４０３）。

第二の移動体６２のモータ制御部４２は、第一の移動体６１から中継された制御信号に含まれる自機宛ての制御操作量に基づき、モータ部４３のモータの回転速度を制御する（ステップＳ４０４）。

第２の実施形態によれば、第二の移動体６２はそれぞれ自機のセンサ情報を第一の移動体６１に送信し、第一の移動体６１は、受信した第二の移動体６２のセンサ情報を記憶部６６に記憶し、受信した全てのセンサ情報を遠隔制御装置３０に送信するように構成されている。第一の移動体６１は、遠隔制御装置３０から送信される第二の移動体６２のそれぞれに対する制御操作量を含む制御信号を受信し記憶部６６に記憶し、その後第二の移動体６２のそれぞれに対して制御操作量を含む制御信号を送信するように構成されている。そのため、第２の実施形態に係る遠隔制御装置３０は、第一の移動体６１とのみ無線通信を行うように構成されている。これにより、遠隔制御装置３０と移動体６０との間のセンサ情報および制御信号の送受信の回数を抑制できる。したがって、遠隔制御する移動体６０の数が増加しても、通信ネットワーク１０の負荷を下げることができるので、遠隔制御装置３０と移動体６０との間のセンサ情報および制御信号の送受信に係る通信品質（通信遅延時間、パケットロス率など）の劣化を抑制できる。よって、遠隔制御装置３０から移動体６０に対する遠隔制御の応答性および安定性を改善することができる。

上述した第２の実施形態では、複数の移動体６０のうち、１つを第一の移動体６１とし、残りを第二の移動体６２として、遠隔制御装置３０との通信を第一の移動体６１を介して行う場合を説明した。しかしながら、第２の実施形態における第一の移動体６１は、１つでなく複数でもよい。例えば、第２の実施形態において、複数の移動体６０のうち、３つを第一の移動体６１とし、残りを第二の移動体６２とする。

遠隔制御装置３０は、各第一の移動体６１から全ての第二の移動体６２のセンサ情報を受信し、２つ以上の第一の移動体６１に対して、全ての第二の移動体６２の制御操作量を含む制御信号をまとめて送信し、その後、当該制御信号を受信した第一の移動体６１は、各第二の移動体６２に各々の制御操作量を送信するようにしてもよい。このように構成することで、遠隔制御装置３０と移動体６０との間で、送受信される情報の冗長性が確保されるため、遠隔での移動体６０の姿勢制御の信頼性を向上させることができる。ここで、第一の移動体６１の数は、信頼性を向上させるという観点から、遠隔制御装置３０と移動体６０との通信状態に応じて選択してもよい。具体的には、遠隔制御装置３０と移動体６０との通信状態の悪さに応じて、第一の移動体６１の数を増やすようにしてもよい。

また、例えば、第２の実施形態において、複数の移動体６０のうち、３つを第一の移動体６１とし、残りを第二の移動体６２とする。さらに、各第二の移動体６２は、３つの第一の移動体６１のいずれかに属しているとする。遠隔制御装置３０は、各第二の移動体６２がどの第一の移動体６１に属しているかについて予め情報を有しているとする。

遠隔制御装置３０は、各第一の移動体６１から、各々に属する第二の移動体６２のセンサ情報を受信し、各第一の移動体６１に対して、各々に属する第二の移動体６２の制御操作量を含む制御信号をまとめて送信し、その後、各第一の移動体６１は、自機に属する各第二の移動体６２に各々の制御操作量を送信するようにしてもよい。このように構成することで、遠隔制御装置３０と移動体６０との間の通信時間および第一の移動体６１と第二の移動体６２との間の通信時間を短縮することができるため、遠隔での移動体６０の姿勢制御を素早く行うことができる。ここで、第一の移動体６１の数は、通信時間を短縮させるという観点から、遠隔制御装置３０と移動体６０との通信に割り当てられる周波数帯域に応じて選択してもよい。具体的には、遠隔制御装置３０と移動体６０との通信に割り当てられる周波数帯域の空き状態に応じて、第一の移動体６１の数を増やすようにしてもよい。
（３）第３の実施形態
第３の実施形態の遠隔制御システム３について、図面を参照して説明する。図１１は、第３の実施形態の遠隔制御システム３の構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、第３の実施形態の遠隔制御システム３は、遠隔制御装置８０と、移動体９０とを含む。

遠隔制御装置８０は、少なくとも１つの移動体９０から送信されるセンサ情報を受信する受信部８１と、入力される前記少なくとも１つの移動体９０を要素とする集合体の構成に関する構成情報に基づいて設定される前記集合体の姿勢制御情報と、受信したセンサ情報とに基づいて、移動体９０を操作する制御操作量を算出し、制御操作量を含む制御信号を生成する制御部８３と、移動体９０に生成した制御信号を送信する送信部８２とを備える。

移動体９０は、センサ情報を取得するセンサ部９１と、センサ情報を送信し、制御信号を受信する、無線通信可能な通信部９２と、受信した制御信号に基づいて駆動部を制御する駆動制御部９３とを備える。

本実施形態によれば、入力される少なくとも１つの移動体９０を要素とする集合体の構成に関する構成情報に基づいて設定される集合体の姿勢制御情報と、移動体９０を操作する制御操作量を算出し、制御操作量を含む制御信号を生成する制御部８３とを遠隔制御装置８０に具備することで、遠隔制御装置８０において移動体９０の姿勢制御パラメータの更新および姿勢制御を行うことができる。これにより、移動体９０の姿勢制御パラメータを更新するための専門知識を有する人材を現場に確保する必要性がなくなる。したがって、本実施形態に係る遠隔制御システム３は、移動体９０の配置場所それぞれに専門知識を有する人材を配置することなく、集合体の構成に伴う移動体９０の姿勢制御パラメータの更新を遠隔制御装置８０で行うことができる。よって、本実施形態に係る遠隔制御システム３は、移動体９０を要素とする集合体（無人航空機）の構成を柔軟に変更できる。

本発明の各実施形態において、姿勢制御装置は、姿勢制御プログラムおよび当該プログラムが動作時に使用する姿勢制御パラメータを含むものであるが、これに限らず、回路などを含むものであってもよい。

本発明の各実施形態において、各装置（システム）の各構成要素は、機能単位のブロックを示している。各装置（システム）の各構成要素の一部又は全部は、例えば図１２に示すような情報処理装置５００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現される。情報処理装置５００は、一例として、以下のような構成を含む。

・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５０２
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５０３
・ＲＡＭ５０３にロードされるプログラム５０４
・プログラム５０４を格納する記憶装置５０５
・記録媒体５０６の読み書きを行うドライブ装置５０７
・通信ネットワーク５０９と接続する通信インターフェース５０８
・データの入出力を行う入出力インターフェース５１０
・各構成要素を接続するバス５１１

各実施形態における各装置の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム５０４をＣＰＵ５０１が取得して実行することで実現される。各装置の各構成要素の機能を実現するプログラム５０４は、例えば、予め記憶装置５０５やＲＡＭ５０３に格納されており、必要に応じてＣＰＵ５０１が読み出す。なお、プログラム５０４は、通信ネットワーク５０９を介してＣＰＵ５０１に供給されてもよいし、予め記録媒体５０６に格納されており、ドライブ装置５０７が当該プログラムを読み出してＣＰＵ５０１に供給してもよい。

各装置の実現方法には、様々な変形例がある。例えば、各装置は、構成要素毎にそれぞれ別個の情報処理装置５００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。また、各装置が備える複数の構成要素が、一つの情報処理装置５００とプログラムとの任意の組み合わせにより実現されてもよい。

また、各装置の各構成要素の一部又は全部は、プロセッサ等を含む汎用又は専用の回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）や、これらの組み合わせによって実現される。これらは、単一のチップによって構成されてもよいし、バスを介して接続される複数のチップによって構成されてもよい。各装置の各構成要素の一部又は全部は、上述した回路等とプログラムとの組み合わせによって実現されてもよい。

各装置の各構成要素の一部又は全部が複数の情報処理装置や回路等により実現される場合には、複数の情報処理装置や回路等は、集中配置されてもよいし、分散配置されてもよい。例えば、情報処理装置や回路等は、クライアントアンドサーバシステム、クラウドコンピューティングシステム等、各々が通信ネットワークを介して接続される形態として実現されてもよい。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１８年３月２３日に出願された日本出願特願２０１８－０５５８２７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１、２、３ 遠隔制御システム
１０ 通信ネットワーク
１１ 無線基地局装置
３０、８０ 遠隔制御装置
３１、４１、９２ 通信部
３２、８３ 制御部
３２ａ 情報取得部
３２ｂ 姿勢制御処理部
３２ｃ 制御信号出力部
３３、６６ 記憶部
４０、６０、９０ 移動体
４２ モータ制御部
４３ モータ部
４４、９１ センサ部
４５ バッテリー部
４７ 取付部
５０ 制御対象装置
５１、５２ 搬送対象物
６１ 第一の移動体
６２ 第二の移動体
８１ 受信部
８２ 送信部
９３ 駆動制御部
１０１、１０２ 有線リンク
１０３ 無線リンク

Claims (8)

1. 少なくとも１つの移動体から送信されるセンサ情報を通信ネットワークを介して受信する受信手段と、
   入力される前記少なくとも１つの移動体を要素とする集合体の構成に関する情報である構成情報に基づいて設定される情報であって、前記集合体の姿勢制御に関する情報である姿勢制御情報と、前記センサ情報とに基づいて、前記移動体を操作する制御操作量を算出し、前記制御操作量を含む制御信号を生成する制御手段と、
   前記移動体に生成した前記制御信号を送信する送信手段とを備え、
   前記制御手段は、前記移動体の姿勢または現在位置が許容範囲から外れる場合に、前記構成情報を変更し、前記姿勢制御情報を再設定する、
   遠隔制御装置。
2. 前記制御手段は、前記集合体を単体として制御可能な、複数の前記移動体各々の前記制御操作量を算出する
   請求項１に記載の遠隔制御装置。
3. 前記送信手段は、前記複数の移動体のうち一部に対して、前記複数の移動体の制御信号をまとめて送信する
   請求項２に記載の遠隔制御装置。
4. 前記制御手段によって書き込まれた前記集合体の姿勢制御に関する姿勢制御情報が記憶された記憶手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記受信手段から前記センサ情報と、前記記憶手段から前記集合体の姿勢制御に関する姿勢制御情報とを取得する情報取得手段と、
   取得した前記センサ情報と、前記集合体の姿勢制御に関する姿勢制御情報とを用いて、前記移動体各々を操作する制御操作量を算出する姿勢制御処理手段と、
   前記制御操作量を含む制御信号を生成して前記送信手段に出力する制御信号出力手段と
   を備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の遠隔制御装置。
5. 前記センサ情報は、ロール軸、ピッチ軸およびヨー軸の各軸における角速度、角加速度および傾斜角のうち少なくともいずれか１つを有する姿勢情報を含み、ＧＰＳ位置情報、モータの回転情報、およびバッテリー情報を含む
   請求項１から４のいずれか１項に記載の遠隔制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の遠隔制御装置と、
   通信ネットワークを介して前記遠隔制御装置と通信する移動体とを備える
   遠隔制御システム。
7. 少なくとも１つの移動体から送信されるセンサ情報を通信ネットワークを介して受信し、
   入力される前記少なくとも１つの移動体を要素とする集合体の構成に関する情報である構成情報に基づいて設定される情報であって、前記集合体の姿勢制御に関する情報である姿勢制御情報と、前記センサ情報とに基づいて、前記移動体を操作する制御操作量を算出して、前記制御操作量を含む制御信号を生成し、
   前記移動体に生成した前記制御信号を送信し、
   前記移動体の姿勢または現在位置が許容範囲から外れる場合に、前記構成情報を変更し、前記姿勢制御情報を再設定する、
   遠隔制御方法。
8. コンピュータに、
   少なくとも１つの移動体から送信されるセンサ情報を通信ネットワークを介して受信する処理と、
   入力される前記少なくとも１つの移動体を要素とする集合体の構成に関する情報である構成情報に基づいて設定される情報であって、前記集合体の姿勢制御に関する情報である姿勢制御情報と、前記センサ情報とに基づいて、前記移動体を操作する制御操作量を算出し、前記制御操作量を含む制御信号を生成する処理と、
   前記移動体に生成した前記制御信号を送信する処理と
   前記移動体の姿勢または現在位置が許容範囲から外れる場合に、前記構成情報を変更し、前記姿勢制御情報を再設定する処理と
   を実行させるための遠隔制御プログラム。

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