JP7251414B2

JP7251414B2 - 制御装置および制御方法

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Publication number: JP7251414B2
Application number: JP2019159642A
Authority: JP
Inventors: 拓工藤; 芳朗羽田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: JP2021037818A

Description

本発明は、制御装置および制御方法に関する。

例えば、橋梁などのインフラストラクチャー（以下、インフラと呼ぶことがある）といった構造物の検査に、ドローンなどの飛行体を用いて撮影した構造物の外側表面の画像を利用する試みがなされている。また、こうした飛行体に対する給電方式の一例として、電源装置からケーブルで給電を行う方式がある。

これに関し、ケーブルを用いた給電に関連する技術が知られている（例えば、特許文献１から特許文献３）。

特開２０１４－１６９０３８号公報特開２０１７－０５２３８９号公報特開２０１６－１７９７４２号公報

しかしながら、例えば、給電などのために飛行体にケーブルを接続した場合、ケーブルに起因する外力によって、飛行体の姿勢が影響を受けてしまうことがある。その結果、検査対象の構造物の画像撮影効率が低下してしまうことがある。

１つの側面では、本発明は、飛行体にケーブルを接続した場合におけるケーブルが飛行体に与える影響を抑制することを目的とする。

本発明の一つの態様の制御装置は、処理部と、調節部と、を含む。処理部は、制御装置と飛行体とを接続するケーブルの長さと、飛行体とケーブルとの接続箇所におけるケーブルの傾きと、接続箇所において飛行体に対してケーブルから掛かる張力と、飛行体と制御装置との間の高度差とに基づいて、飛行体に対してケーブルから掛かる水平方向の外力が第１の閾値以下となる第１のケーブル長を求める。調節部は、第１のケーブル長に基づいて、ケーブルの長さを調節する指示を出力する。

ケーブルが飛行体に与える影響を抑制することができる。

実施形態に係る検査システムを例示する図である。実施形態に係る飛行体のブロック構成を例示する図である。実施形態に係る制御装置のブロック構成を例示する図である。実施形態に係る検査システムのケーブルの状態を例示する図である。実施形態に係るケーブルの張力Ｔの水平方向と垂直方向への分解を例示する図である。Ｌ_ｐ＜Ｌ_ｇである場合におけるケーブルの長さの調節速度の制御を例示する図である。Ｌ_ｐ＞Ｌ_ｇである場合におけるケーブルの長さの調節速度の制御を例示する図である。実施形態に係るケーブルの長さの制御処理の動作フローを例示する図である。第２の実施形態に係るケーブルの長さの制御処理の動作フローを例示する図である。例示的な飛行体の飛行姿勢に応じた撮影範囲を示す図である。実施形態に係る制御装置を実現するためのコンピュータのハードウェア構成を例示する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。なお、複数の図面において対応する要素には同一の符号を付す。

図１は、実施形態に係る検査システム１００を例示する図である。図１には、検査対象の構造体１５０が示されている。構造体１５０は、例えば、橋梁などであってよい。また、検査システム１００は、飛行体１０１と、制御装置１０２とを含む。

飛行体１０１は、例えば、ドローンなどの無人航空機であってよく、カメラなどの撮影装置１１１を含み、構造体１５０の検査対象の領域１５１を撮影する。飛行体１０１は、ケーブル１０３により制御装置１０２と接続されていてよい。

制御装置１０２は、ケーブル１０３の長さを調節する駆動部１２１を含み、ケーブル１０３の長さを制御する。また、一例では、制御装置１０２は、ケーブル１０３を介して飛行体１０１に電力を供給してよい。制御装置１０２は、高度を計測するための高度センサ１２２を備えていてよい。

また、ケーブル１０３と、飛行体１０１との接続箇所１０４には飛行体１０１に関する情報を計測する飛行体センサ１４０が取り付けられていてよい。飛行体センサ１４０は、例えば、傾きセンサ１４１と、張力センサ１４２と、高度センサ１４３とを含む。傾きセンサ１４１は、例えば、ケーブル１０３と飛行体１０１との接続箇所１０４において、ケーブル１０３の重力方向または水平方向に対する角度を計測するためのセンサであってよい。張力センサ１４２は、例えば、ケーブル１０３に掛かる張力を計測するセンサである。高度センサ１４３は、例えば、気圧計などの飛行体１０１の高度を計測するためのセンサである。高度センサ１４３で計測される高度は、例えば、飛行体１０１の高度として用いることができる。なお、別の例では、飛行体センサ１４０に含まれるこれらのセンサは、飛行体１０１に搭載されていてもよい。また、制御装置１０２は、検査対象の構造体１５０を撮影する際には、一例では、飛行体１０１よりも高い高度に配置されていてよい。

図２は、実施形態に係る飛行体１０１のブロック構成を例示する図である。飛行体１０１は、例えば、制御部２０１、記憶部２０２、通信部２０３、駆動制御部２０５、および駆動部２０６を含む。制御部２０１は、飛行体１０１の各部を制御する。記憶部２０２は、例えば、飛行体の制御に関するプログラムや情報を記憶していてよい。通信部２０３は、例えば、制御部２０１の指示に従って制御装置１０２、および飛行体１０１を操縦する信号を出力する操縦装置２５０と通信してよい。なお、通信部２０３と、制御装置１０２および操縦装置２５０との間の通信は、例えば、Wi-Fi（登録商標）などを用いた無線通信であってもよく、ケーブル１０３を介した有線接続であってもよい。駆動部２０６は、例えば、プロペラとプロペラを駆動するためのモータ、飛行体１０１の舵を制御する装置などの飛行体１０１の飛行を制御するための装置を含んでよい。制御部２０１は、例えば、操縦装置２５０から入力された指示に応じて駆動制御部２０５に指示を出力する。駆動制御部２０５は、制御部２０１からの指示に従って駆動部２０６を制御し、それによって、飛行体１０１は、操縦装置２５０から入力された指示に応じた飛行を行ってよい。また、飛行体１０１にはケーブル１０３が接続されていてよい。一例では、ケーブル１０３は、制御装置１０２からの電力を飛行体１０１に供給するために用いられてよい。

図３は、実施形態に係る制御装置１０２のブロック構成を例示する図である。制御装置１０２は、例えば、制御部３０１、記憶部３０２、通信部３０３、高度センサ１２２、長さセンサ３０５、駆動制御部３０６、駆動部１２１、および電源装置３０８を含む。制御部３０１は、制御装置１０２の各部を制御する。制御部３０１は、例えば処理部３１１、および調節部３１２などを含む。記憶部３０２は、例えば、後述するケーブル１０３の１ｍ当たりの重さｗ、重力加速度ｇ、閾値Ｔ_ｐおよび閾値Ｔ_ｇなどの情報を記憶していてよい。通信部３０３は、例えば、制御部３０１の指示に従って無線通信などを用いて飛行体センサ１４０と接続し、飛行体センサ１４０から計測値を収集してよい。なお、別の実施形態では、飛行体センサ１４０からの計測値は飛行体１０１に送信されてよく、制御部３０１は、飛行体センサ１４０の計測値を飛行体１０１から受信してもよい。高度センサ１２２は、例えば、気圧計などの制御装置１０２の設置された高度として利用可能な高度情報を計測するセンサである。駆動部１２１は、ケーブル１０３の繰出しや巻き取りを行う電動リールなどのモータを備える装置であってよい。駆動制御部３０６は、制御部３０１の指示に従って、例えば、モータの回転などの駆動部１２１の駆動を制御する。長さセンサ３０５は、例えば、飛行体１０１と制御装置１０２との間で駆動部１２１が繰出したり、巻き取ったりするケーブル１０３の長さを計測する。一例では、長さセンサ３０５は、ロータリーエンコーダー等の装置により駆動部の回転動作を計測し、それに基づいて飛行体１０１と制御装置１０２との間のケーブル１０３の長さを計算してよい。電源装置３０８は、例えば、制御装置１０２の各部に電力を供給する。また、一例では、電源装置３０８は、ケーブル１０３を介して飛行体１０１に電力を供給してよい。

そして、以下で述べる実施形態では、制御装置１０２の制御部３０１は、駆動部１２１によるケーブル１０３の繰出しと巻き取りを制御して、ケーブル１０３の長さを調節する。例えば、制御部３０１は、飛行体センサ１４０で計測された計測値と、制御装置１０２の高度センサ１２２および長さセンサ３０５の計測値とに基づいて、ケーブル１０３の長さを制御してよい。なお、飛行体センサ１４０で計測される計測値は、例えば、高度センサ１４３で計測される飛行体の高度を表す情報と、ケーブル１０３および飛行体１０１の接続箇所１０４におけるケーブル１０３の角度およびケーブル１０３に掛かる張力を含む。そして、実施形態では、制御部３０１は、ケーブル１０３の長さを調節することで、飛行体１０１に掛かるケーブル１０３による外力を抑え、飛行体１０１の飛行を安定させる。そのため、飛行体１０１は、撮影の際に機体を安定に保つことができ、検査対象の検査に利用する画像を効率的に撮影することが可能となる。なお、機体が安定であるとは、一例では、飛行中に機体を所定の誤差範囲内で水平に保つことであってよい。例えば、飛行体１０１に掛かる水平方向の外力を十分に小さくすることで、飛行体１０１の姿勢を水平に維持することが可能である。

以下、飛行体１０１に掛かる外力を抑制するためのケーブル１０３の長さの制御について説明する。

図４は、実施形態に係る検査システム１００のケーブル１０３の状態を例示する図である。図４では、ケーブル１０３が属する平面におけるケーブル１０３の形状を示すグラフが示されている。図４において、縦軸は重力方向であってよく、また、横軸は重力に垂直な水平方向であってよい。また、図４のグラフは、ケーブル１０３の最下点の位置を原点としている。グラフにおいて飛行体１０１の座標が（ｘ_１，ｙ_１）で示されている。また、ケーブル１０３の送り出し位置（即ち、制御装置１０２の位置）の座標が（ｘ_２，ｙ_２）で示されている。２点を結ぶ曲線は、重力で垂れ下がるケーブル１０３の形状を示している。そして、この様な２点間を結ぶ重力で垂れ下がるケーブル１０３などの紐状の物体の形状は下記の式１に示すカテナリー曲線で表現することができる。カテナリー曲線の式は、紐の張力と紐の重量のつり合いの関係から導出される。

式１において、ａ′は、カテナリー曲線の形状を決定する値であり、以下ではカテナリーパラメータと呼ぶことがある。ａ′は、以下の式２で導出される。

式２においてＴ：紐の張力、ｗ：紐の１ｍ当たりの重さ、ｇ：重力加速度、θ：紐がｘ軸に対してなす角を表す。また、飛行体１０１とケーブル１０３送り出し位置の高度差はＹとする。なお、Ｔ、ｗ、ｇ、θ、Ｙは予め取得することが可能な既知の値である。例えば、Ｔは、飛行体センサ１４０の張力センサ１４２から取得することができる。θは、飛行体センサ１４０の傾きセンサ１４１から取得することができる。高度差Ｙは、飛行体センサ１４０の高度センサ１４３で計測された高度と、制御装置１０２の高度センサ１２２で計測された高度との差分から取得することができる。ｗは、予め単位長当たりの紐の重力を計測しておくことで取得可能である。重力加速度：ｇも既知の値である。

そして、実施形態では制御装置１０２の制御部３０１は、例えば、カテナリー曲線の式を用いて、ケーブル１０３の長さと、ケーブル１０３が飛行体１０１に及ぼす張力との関係を導出する。更に、制御部３０１は、得られた関係に基づいて、飛行体１０１が安定して飛行することが可能と判断される所定値以下の張力となるようにケーブル１０３の長さを調節する。

なお、飛行体１０１の外力に対する安定性は、例えば、飛行体１０１の重量に依存している。そのため、飛行体１０１が安定して飛行することが可能と判断される許容可能な外力は、一実施形態においては、飛行体１０１の重量に基づいて決定されてよい。一例では、飛行体１０１に対する許容可能な外力は、飛行体１０１の重量の５％以下であってよく、また、飛行体１０１に対する許容可能な水平方向の外力は、飛行体１０１の重量の１％以下であってよい。

或いは、例えば、飛行体１０１の推力は、飛行体１０１の重量の２倍または３倍など飛行体１０１の重量に応じた値に設定されることが多く、また、飛行体１０１が外力を受けた場合に、外力に対して飛行体１０１が抵抗する力も推力に応じて決まる。そのため、別の実施形態では飛行体１０１に対する許容可能な外力は、飛行体１０１の推力に基づいて決定されてもよい。例えば、飛行体１０１に対する許容可能な水平方向の外力は、飛行体１０１の推力の１％以下であってよく、好ましくは、０．５％以下であってよい。例えば、飛行体１０１に対する許容可能な水平張力を０．５％以下とし、機体の推力を１４ｋｇｆとする。この場合、閾値となる０．５％における水平張力：Ｔ_ｐは、Ｔ_ｐ＝０．００５×（１４×９．８）＝０．６８６［Ｎ］と設定することができる。

また、例えば、飛行体１０１に対する許容可能な垂直方向の外力は、飛行体１０１の推力の５％以下であってよく、好ましくは、２．５％以下であってよい。例えば、飛行体１０１に対する許容可能な垂直張力を２．５％以下とし、機体の推力を１４ｋｇｆとする。この場合、閾値となる２．５％における垂直張力：Ｔ_ｇは、Ｔ_ｇ＝０．０２５×（１４×９．８）＝３．４３［Ｎ］と設定することができる。

続いて、設定した水平張力の閾値Ｔ_ｐを満たすケーブル１０３の長さの決定について、以下に述べる。上述のように、Ｔ：紐の張力、ｗ：紐の１ｍ当たりの重さ、ｇ：重力加速度、θ：紐がｘ軸に対してなす角は既知の値である。一方、図４において（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）は未知である。まず、（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）の導出について説明する。

（ｘ_１，ｙ_１）におけるカテナリー曲線の接線の傾きは、以下の式３で表すことができる。

また、カテナリー曲線の接線の傾きは式１の微分でも表すことができ、以下の式４の通りとなる。

よって、ｘ_１は以下の通り導出できる。

また、ｙ_１はカテナリー曲線の式１にｘ_１を当てはめることで求めることができ、以下となる。

以上により、制御部３０１は、（ｘ_１，ｙ_１）を導出することができる。

続いて、（ｘ_２，ｙ_２）の導出について説明する。まず、ｙ_１とｙ_２との高度差Ｙは、上述のように、飛行体センサ１４０の高度センサ１４３で計測された高度と、制御装置１０２の高度センサ１２２で計測された高度との差分から取得することができる。従って、ｙ_２は、ｙ_１との高度差Ｙとから、ｙ_２＝ｙ_１＋Ｙで求めることができる。

また、ｘ_２は、以下の式の変形により求めることができる。

以上により、制御部３０１は、（ｘ_１，ｙ_１）および（ｘ_２，ｙ_２）を導出することができる。

続いて、（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）を結ぶカテナリー曲線の長さの導出について述べる。ｙ＝ｆ（ｘ）で表される曲線の区間ａ～ｂにおける長さは、以下の式５で表すことができる。

式５を、計測時のカテナリー曲線に当てはめると、カテナリー曲線の区間ａ～ｂでのケーブル１０３の長さＬ’は以下のように表すことができる。

ここで積分区間を図４の原点から左側と右側に分割し、ｘ_１～０と０～ｘ_２とすると、Ｌ’は以下となる。

右辺の第一項はｘ_１が負の値をとるため正になるが、長さの値にマイナスをつけることは直感的に違和感を伴い得るため、下記のように絶対値をとって表すことができる。

ところで、ａ′は式２に示すように、張力Ｔと角度θに応じて定まるパラメータであるが、これは（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）が固定された場合、ケーブル１０３の長さによって変動する値である。よって任意の長さＬにおけるカテナリーパラメータをａとすると、上記の式６は以下の式７に書き換えることができる。

以上の式７により、カテナリーパラメータａとケーブル１０３の長さＬとの関係が得られる。

続いて、ケーブル１０３の張力Ｔとカテナリーパラメータａとの関係を考える。ケーブル１０３の張力は図５に示すように、飛行体１０１に対して斜めに働くため、水平方向の張力Ｔ_ｐと垂直方向の張力Ｔ_ｇとに力を分解することができる。

ここで、水平方向の張力Ｔ_ｐとカテナリーパラメータａとの関係は容易に導出できる。まず、ａの定義は式２に基づき以下の通りで表すことができる。

ここで、図５に示すように、張力Ｔとすると、水平張力Ｔ_ｐとの関係は、Ｔ×ｃｏｓ（θ）＝Ｔ_ｐで表すことができ、これを式８に代入すると、以下の式９が得られる。

次に、垂直方向の張力Ｔ_ｇは、図４に示すケーブル１０３の最下点から飛行体１０１までの部分の重さであると考えられる。この部分のケーブル１０３の長さは、上述のケーブル１０３の長さを示す式７の以下の項で表されている。

この長さに単位長当たりのケーブル１０３の重さを示すｗｇを掛け、Ｔ_ｇは以下の式１０で表すことができる。

この式はａ＝の形に変換することができないため、ニュートン法等の数値解析的手法によってＴ_ｇに対応するａを計算してよい。ここでは、その計算結果を便宜的にａ＝Ｆ（Ｔ_ｇ）と記す。

以上において、ａ＝Ｔ_ｐ／ｗｇおよびａ＝Ｆ（Ｔ_ｇ）の２つの式が得られる。ここで、ａ＝Ｔ_ｐ／ｗｇは水平張力Ｔ_ｐを働かせるようなケーブル１０３形状のカテナリーパラメータを示しており、この式におけるカテナリーパラメータを、以下ではａ_ｐとする。また、ａ＝Ｆ（Ｔ_ｇ）は垂直張力Ｔ_ｇを働かせるようなケーブル１０３形状のカテナリーパラメータを示しており、この式におけるカテナリーパラメータを、以下ではａ_ｇとする。

ここで、ａ_ｐの式は単純増加であり、ａ_ｇの式は単純減少である。また、ケーブル１０３の長さＬに対するカテナリーパラメータａの式である式７は単純減少である。これは、以下の２つの事柄を示す。
１．Ｔ_ｐが大きくなるほどにａ_ｐは大きくなり、Ｌは小さくなる。
２．Ｔ_ｇが大きくなるほどにａ_ｇは小さくなり、Ｌは大きくなる。

つまり、ケーブル１０３の長さが短いときには横に引っ張られる力がおおきくなり、ケーブル１０３の長さが長いときにはケーブル１０３自体の重量により垂直に引っ張られる力が大きくなる。

そして、実施形態では制御部３０１は、水平張力を所定の閾値以下に抑える制御を実行してよい。例えば、ある水平張力を与えるケーブル１０３の長さを、第１のケーブル長：Ｌ_ｐとすると、Ｌ_ｐは式７により以下の式１１で表すことができる。

なお、式１１においてａ_ｐは、閾値となる水平張力Ｔ_ｐが決まれば、上述の式９を用いて以下の式１２により求めることができる。

従って、水平張力を所定の閾値以下にするためには、制御部３０１は、ケーブル１０３の長さをＬ_ｐよりも長くするように駆動部１２１を制御すればよい。

また、実施形態では制御部３０１は、垂直張力を所定の閾値以下に抑える制御を実行してよい。例えば、ある垂直張力を与えるケーブル１０３の長さを、第２のケーブル長：Ｌ_ｇとすると、Ｌ_ｇは式７により以下の式１３で表すことができる。

なお、式１３においてａ_ｇは、閾値となる垂直張力Ｔ_ｇが決まれば、上述のａ_ｇ＝Ｆ（Ｔ_ｇ）を用いて求めることができる。

従って、垂直張力を所定の閾値以下にするためには、制御部３０１は、ケーブル１０３の長さをＬ_ｇより短くするように制御すればよい。

そして、実施形態では制御部３０１は、Ｌ_ｐおよびＬ_ｇの少なくとも一方の値を用いて、ケーブル１０３の長さの制御を行ってよい。

一例として、Ｌ_ｐ＜Ｌ_ｇである場合を考える。この場合は、制御部３０１は、制御装置１０２が備える長さセンサ３０５で現在のケーブル１０３の長さＬを測定する。そして、現在のケーブル１０３の長さＬがＬ_ｐからＬ_ｇの範囲に収まるように、ケーブル１０３の長さを制御する。

図６は、実施形態に係るＬ_ｐ＜Ｌ_ｇである場合におけるケーブル１０３の長さの調節速度の制御を例示する図である。なお、図６の例では、駆動部１２１は、電動リールであってよい。また、速度Ｖ_Ｌが正の場合、制御部３０１は、ケーブル１０３を伸ばすように駆動制御部３０６に指示を出力し、駆動制御部３０６は、ケーブル１０３を伸ばす方向に駆動部１２１を回転させるものとする。一方、速度Ｖ_Ｌが負の場合、制御部３０１は、ケーブル１０３を短くするように駆動制御部３０６に指示を出力し、駆動制御部３０６は、ケーブル１０３を短くする方向に駆動部１２１を回転させるものとする。回転速度Ｖ_Ｌは、例えば、Ｌ＜Ｌ_ｐの場合はα（Ｌ_ｐ－Ｌ）とし、Ｌ_ｐ＜Ｌ＜Ｌ_ｇの場合は０とし、Ｌ＞Ｌ_ｇの場合はα（Ｌ_ｇ－Ｌ）としてよい。ここで、αは比例定数であり、回転速度の変化の急峻さを調節するパラメータである。また、回転速度には上限および下限が設けられていてもよい。

以上で述べた制御によれば、制御装置１０２の駆動部１２１は、ケーブル１０３の長さがＬ_ｐより短い時にはケーブル１０３を伸ばし、Ｌ_ｇより長い時にはケーブル１０３を巻き取るように動作する。それによって、水平張力をＴ_ｐ以下に抑え、また、垂直張力をＴ_ｇ以下に抑えることができる。なお、別の実施形態では駆動部１２１の回転は、α（Ｌ_ｐ－Ｌ）およびα（Ｌ_ｇ－Ｌ）の代わりに、所定の速度で制御されてもよい。

続いて、Ｌ_ｐ＞Ｌ_ｇの場合を考える。この場合、制御部３０１は、水平張力と垂直張力を同時に閾値以下に制御しようとしても、水平張力を小さくするためにケーブル１０３の長さを長くすると、それが垂直張力を増大させてしまい垂直張力の上限に達してしまう。そのため、制御部３０１は、一例では、水平張力と垂直張力に優先順位をつけてケーブル１０３の長さを制御してもよい。例えば、飛行体１０１が移動する際の直進性に与える影響を抑えることを考えると、水平張力を閾値以下に抑えることが望ましい。そのため、水平張力を優先または選択し、垂直張力は閾値よりも増大することを許容することが考えられる。この場合、制御部３０１は、ケーブル１０３の長さＬを、例えばＬ_ｐに近づけるように、ケーブル１０３の繰出しと巻き取りの制御を実行してよい。

図７は、Ｌ_ｐ＞Ｌ_ｇである場合におけるケーブル１０３の長さの調節速度の制御を例示する図である。図７においても速度Ｖ_Ｌが正の場合、制御部３０１は、ケーブル１０３を伸ばすように駆動制御部３０６に指示を出力し、駆動制御部３０６は、ケーブル１０３を伸ばす方向に駆動部１２１を回転させるものとする。また、速度Ｖ_Ｌが負の場合、制御部３０１は、ケーブル１０３を短くするように駆動制御部３０６に指示を出力し、駆動制御部３０６は、ケーブル１０３を短くする方向に駆動部１２１を回転させるものとする。この場合、回転速度は、一例では、α（Ｌ_ｐ－Ｌ）で設定されてよい。αは比例定数であり、回転速度の変化の急峻さを調節するパラメータである。また、回転速度には上限と下限が設けられていてもよい。

具体的な制御としては、例えば、制御部３０１は、所定周期（５Ｈｚ～２０Ｈｚなど）でＬ_ｐを計算し、現在のケーブル１０３の長さがＬ_ｐに近づくようにケーブル１０３の繰出しと巻き取りを制御してよい。なお、別の実施形態では、制御部３０１は、Ｌ_ｇを優先または選択して制御をおこなってもよい。この場合、制御部３０１は、例えば、ケーブル１０３の長さＬをＬ_ｇに近づけるように、ケーブル１０３の繰出しと巻き取りの制御を実行してよい。

以上で述べたように、実施形態によれば、Ｌ_ｐに基づいてケーブル１０３の長さを制御することで、水平張力が閾値以下となるようにケーブル１０３の長さを調節することができる。そのため、飛行体１０１の飛行の安定性を高めることができる。その結果、飛行体１０１で検査対象の領域１５１の画像を効率よく撮影することが可能になる。

また、実施形態によれば、Ｌ_ｇに基づいてケーブル１０３の長さを制御することで、垂直張力が閾値以下となるようにケーブル１０３の長さを調節することができる。そのため、飛行体１０１は、例えば、少ない推力で飛行することが可能であり、飛行体１０１の飛行の安定性や運動性能を高めることができる。

以下、実施形態に係る制御装置１０２の制御部３０１が実行するケーブル１０３の長さの制御処理の動作フローを説明する。図８は、実施形態に係るケーブル１０３の長さの制御処理の動作フローを例示する図である。制御部３０１は、例えば、制御装置１０２とケーブル１０３で繋がれた飛行体１０１の稼働を開始すると、図８の動作フローを開始してよい。

ステップ８０１（以降、ステップを“Ｓ”と記載し、例えば、Ｓ８０１と表記する）において制御装置１０２の制御部３０１は、検査システム１００に含まれる各種のセンサから計測値を収集する。例えば、制御装置１０２の制御部３０１は、飛行体センサ１４０の傾きセンサ１４１および張力センサ１４２とから接続箇所１０４におけるケーブル１０３の角度と、接続箇所１０４でケーブル１０３に掛かる張力とを収集してよい。また、制御部３０１は、飛行体センサ１４０の高度センサ１４３と、制御装置１０２が備える高度センサ１２２とから、飛行体１０１と制御装置１０２とのそれぞれの高度を表す計測値を収集する。更に、制御部３０１は、長さセンサ３０５から飛行体１０１と制御装置１０２との間の現在のケーブル１０３の長さの情報を収集する。一例では、長さセンサ３０５は、制御部３０１が駆動制御部３０６に出力した指示や、ケーブル１０３の繰出しと巻き取りを行う駆動部１２１の基準となる位置からの回転の回数などに基づいて、現在のケーブル１０３の長さを見積もってよい。

Ｓ８０２において制御部３０１は、収集した計測値に基づいて、現在の制御装置１０２と飛行体１０１との位置関係を特定する。そして、制御部３０１は、特定した位置関係に基づいて飛行体１０１とケーブル１０３との接続箇所１０４に掛かる水平張力を所定の閾値以下に抑えるケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｐを求める。ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｐは、一例では、上述の式１１により計算されてよい。

Ｓ８０３において制御部３０１は、現在のケーブル１０３の長さＬが、閾値：Ｌ_ｐよりも長いか否かを判定する。現在のケーブル１０３の長さＬが、ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｐよりも長い場合（Ｓ８０３がＹｅｓ）、フローはＳ８０４に進む。Ｓ８０４で制御部３０１は、ケーブル１０３を巻き取るように駆動制御部３０６に指示を出力し、フローはＳ８０６に進む。

一方、現在のケーブル１０３の長さＬが、ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｐ未満である場合（Ｓ８０３がＮｏ）、フローはＳ８０５に進む。Ｓ８０５で制御部３０１は、ケーブル１０３を繰出すように駆動制御部３０６に指示を出力し、フローはＳ８０６に進む。

Ｓ８０６において制御部３０１は、飛行体１０１が稼働を停止したか否かを判定する。飛行体１０１が稼働を停止していない場合（Ｓ８０６がＮｏ）、フローはＳ８０１に戻り、処理を繰り返す。一方、飛行体１０１が停止している場合（Ｓ８０６がＹｅｓ）、本動作フローは終了する。

以上で述べたように、図８の動作フローによれば、Ｌ_ｐに近づくようにケーブル１０３の長さが制御される。そのため、飛行体１０１とケーブル１０３との接続箇所１０４における水平方向の張力を、所定の閾値以下に抑えることができる。それによって、飛行体１０１の飛行の姿勢（例えば、水平方向の姿勢）を安定させることが可能である。なお、この様に、飛行体の水平方向の姿勢を水平に維持することが可能な技術はこれまでになく、有用である。

また、図８では、Ｌ_ｐを用いてケーブル１０３の長さを制御する例を述べているが、実施形態はこれに限定されるものではなく、別の実施形態では、Ｌ_ｇを用いてケーブル１０３の長さを制御してもよい。以下の第２の実施形態では、図６を参照して上記したように、Ｌ_ｐおよびＬ_ｇの両方を用いてケーブル１０３の長さを制御する例を述べる。

図９は、第２の実施形態に係るケーブル１０３の長さの制御処理の動作フローを例示する図である。例えば、制御装置１０２とケーブル１０３で繋がれた飛行体１０１の稼働を開始すると、図９の動作フローを開始してよい。

Ｓ９０１において制御部３０１は、検査システム１００に含まれる各種のセンサから計測値を収集する。制御部３０１は、例えば、上述のＳ８０１で述べたように、飛行体１０１とケーブル１０３との接続箇所１０４におけるケーブル１０３の角度と張力、飛行体１０１および制御装置１０２の高度、並びに現在のケーブル１０３の長さの情報を収集してよい。

Ｓ９０２において制御部３０１は、収集した計測値に基づいて、現在の制御装置１０２と飛行体１０１との位置関係を特定する。そして、制御部３０１は、特定した位置関係に基づいて、飛行体１０１とケーブル１０３との接続箇所１０４に掛かる水平張力を所定の閾値以下に抑えるケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｐを求める。ケーブル１０３の長さ：Ｌ_ｐは、一例では、上述の式１１により計算されてよい。

Ｓ９０３において制御部３０１は、Ｓ９０２で特定した現在の制御装置１０２と飛行体１０１との位置関係に基づき、飛行体１０１とケーブル１０３との接続箇所に掛かる垂直張力を所定の閾値以下に抑えるケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｇを求める。ケーブル１０３の長さ：Ｌ_ｇは、一例では、上述の式１３により計算されてよい。

Ｓ９０４において制御部３０１は、現在のケーブル１０３の長さＬが、ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｐよりも短いか否かを判定する。現在のケーブル１０３の長さＬが、ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｐよりも短い場合（Ｓ９０４がＹｅｓ）、フローはＳ９０５に進む。Ｓ９０５で制御部３０１は、ケーブル１０３を繰出すように、駆動部１２１を制御し、フローはＳ９０８に進む。

一方、Ｓ９０４において現在のケーブル１０３の長さＬが、ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｐ以上である場合（Ｓ９０４がＮｏ）、フローはＳ９０６に進む。

Ｓ９０６において制御部３０１は、現在のケーブル１０３の長さＬが、ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｇよりも長いか否かを判定する。現在のケーブル１０３の長さＬが、ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｇよりも長い場合（Ｓ９０６がＹｅｓ）、フローはＳ９０７に進む。Ｓ９０７で制御部３０１は、ケーブル１０３を巻き取るように、駆動部１２１を制御し、フローはＳ９０８に進む。

一方、Ｓ９０６において現在のケーブル１０３の長さＬが、ケーブル１０３の長さの閾値：Ｌ_ｇ以下である場合（Ｓ９０６がＮｏ）、フローはＳ９０８に進む。

Ｓ９０８において制御部３０１は、飛行体１０１が稼働を停止したか否かを判定する。飛行体１０１の稼働が停止していない場合（Ｓ９０８がＮｏ）、フローはＳ９０１に戻り、処理を繰り返す。一方、飛行体１０１の稼働が停止している場合（Ｓ９０８がＹｅｓ）、本動作フローは終了する。

以上の図９の動作フローによれば、長さがＬ_ｐとＬ_ｇとの間に収まるように、ケーブル１０３の長さが制御される。そのため、飛行体１０１にケーブル１０３から掛かる水平張力と垂直張力とを抑えることができ、飛行体１０１の飛行を安定させることが可能である。

以上で述べたように、実施形態によれば、飛行体１０１の挙動に対するケーブル１０３の影響を抑えることができる。

例えば、上述の実施形態では、ケーブル１０３から受ける水平方向の外力を考慮してケーブル１０３の長さを制御するため、飛行体１０１の機体を所定の誤差範囲以下で水平に保つことができる。そのため、例えば、検査対象の画像を撮影する際などに、ユーザが望む画角で画像を撮影することが容易になる。また、例えば、撮影装置１１１の撮影範囲に対して大きなサイズを有する検査対象の構造体１５０を撮影する際に、撮影姿勢が一定の複数の画像を撮影することが可能になる。そのため、検査対象の検査に利用する画像の撮影効率を向上させることができる。

図１０は、例示的な飛行体１０１の飛行姿勢に応じた撮影範囲１００１を示す図である。図１０（ａ）では、撮影時の飛行体１０１の姿勢が一定ではなく、撮影範囲１００１の向きにばらつきがあり、撮影漏れしている箇所や、重複して撮影されている箇所が発生している。一方、図１０（ｂ）では、撮影時の飛行体１０１の姿勢が一定であるため、撮影範囲１００１の向きが均一で重複や撮影漏れを抑えて撮影を行うことができている。このように、飛行体１０１の姿勢を安定させることで、撮影効率を向上させることが可能である。

また、例えば、上述の実施形態によればＧＰＳ（Global Positioning System）等の測位技術を使わなくても、飛行体１０１がケーブル１０３から受ける外力が十分に小さくなるようにケーブル１０３の長さを制御することができる。例えば、飛行体１０１で検査対象の構造体１５０の画像を撮影する場合に、飛行体１０１が構造体１５０に近接することがある。例えば、このような状況では構造体１５０によって遮蔽されることでＧＰＳ等の測位技術が実用的に使用できない環境もある。しかしながら、実施形態によれば、ＧＰＳ等の測位技術が実用的に使用できない環境でも、ケーブル１０３の長さを適切に調節することができる。

以上において、実施形態を例示したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述の動作フローは例示であり、実施形態はこれに限定されるものではない。可能な場合には、動作フローは、処理の順番を変更して実行されてもよく、別に更なる処理を含んでもよく、または、一部の処理が省略されてもよい。例えば、図９のＳ９０３とＳ９０４の処理は順序を入れ替えて実行されてもよい。

また、上述の実施形態では、ＧＰＳ等の測位技術を使わずに、ケーブル１０３の長さを調節する例を述べているが実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、別の実施形態では制御部３０１は、ＧＰＳ等の測位技術を用いて、飛行体１０１および制御装置１０２の位置を測位し、得られた位置情報を図４のｘ_１およびｘ_２などの位置の特定に利用してもよい。

また、上述の実施形態においてケーブル１０３は、一例では、飛行体１０１に電力を供給する電力線として用いられてよい。ケーブルを介して飛行体１０１に給電を行うことで、例えば、飛行体１０１のバッテリの交換、運搬、および充電といった作業を行わなくてもよく、運用の効率化を図ることができる。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、飛行体１０１にケーブル１０３を接続することで、飛行体１０１の飛行がより安定したり、または、飛行体１０１の回収などが容易になったりすることがある。そのため、例えば、別の実施形態ではケーブル１０３は、電力線を含まなくてもよい。この場合、飛行体１０１はバッテリを含んでよい。また、別の例として、ケーブル１０３は、飛行体１０１の操縦のための指示、および飛行体センサ１４０の計測値などの情報を通信するための通信線を含んでもよい。そして、飛行体１０１と、制御装置１０２は、ケーブル１０３の通信線を介して情報を通信してもよい。また、更に別の実施形態では、ケーブル１０３は、その他の電線であってもよい。

また、一実施形態においては、飛行体１０１の撮影装置１１１で検査対象の構造体１５０の画像を安定して撮影するために、飛行体１０１に車輪を取り付けることが考えられる。例えば、飛行体１０１に同軸で同径の複数の車輪を取り付け、その車輪を壁に這わせて飛行体１０１を壁沿いに移動させることで、構造体１５０との距離を一定に保ちつつ画像を撮影することができる。また、車輪を壁に接触させているため、例えば、風などの外力が飛行体１０１の姿勢に与える影響を低減して画像を撮影することが可能になる。そのため、検査に有効な精細な画像の撮影が容易になる。しかしながら、この場合にも飛行体１０１の姿勢が水平ではなく傾いていると、傾いた角度で車輪が壁に接してしまう。その結果、車輪を回転させて壁沿いに飛行体１０１を移動させる際に、例えば、重力方向に対して斜めに飛行体１０１が移動してしまうことがある。しかしながら、上述の実施形態では、ケーブル１０３による水平方向の外力を抑えることができる。そのため、機体を水平に保つことができ、その結果、車輪を回転させて飛行体１０１を壁沿いに移動させる際に飛行体１０１を垂直方向に移動させたり、直進させたりすることが容易になる。

また、上述の実施形態では、Ｌ_ｐ＜Ｌ_ｇであるか、およびＬ_ｐ＞Ｌ_ｇであるかに応じて、処理を異ならせる例を述べているが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｌ_ｐとＬ_ｇの大小関係によらず、Ｌ_ｐとＬ_ｇの一方を用いてケーブルの長さを制御してもよい。

なお、上述の実施形態において、例えば、Ｓ８０２、Ｓ９０２、およびＳ９０３の処理で制御部３０１は、処理部３１１として動作する。また、例えば、Ｓ８０３～Ｓ８０５、およびＳ９０４～Ｓ９０７の処理で制御部３０１は、調節部３１２として動作する。

続いて、制御装置１０２のハードウェア構成について説明する。制御装置１０２は、例えば、パーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ、電子回路などの装置であってよい。

図１１は、実施形態に係る制御装置１０２を実現するためのコンピュータ１１００のハードウェア構成を例示する図である。図１１のハードウェア構成は、例えば、プロセッサ１１０１、メモリ１１０２、記憶装置１１０３、読取装置１１０４、通信インタフェース１１０６、入出力インタフェース１１０７、駆動制御装置１１２０、および駆動装置１１２１を備える。なお、プロセッサ１１０１、メモリ１１０２、記憶装置１１０３、読取装置１１０４、通信インタフェース１１０６、入出力インタフェース１１０７は、例えば、バス１１０８を介して互いに接続されている。

プロセッサ１１０１は、例えば、シングルプロセッサであっても、マルチプロセッサやマルチコアであってもよい。プロセッサ１１０１は、メモリ１１０２を利用して例えば上述の動作フローの手順を記述したプログラムを実行することにより、上述した各部の一部または全部の機能を提供する。例えば、プロセッサ１１０１は、記憶装置１１０３に格納されているプログラムを読み出して実行することで、処理部３１１、および調節部３１２として動作してよい。また、一実施形態においては、プロセッサ１１０１は、例えば、記憶装置１１０３に格納されているプログラムを読み出して実行することで、長さセンサ３０５として動作してよい。

メモリ１１０２は、例えば半導体メモリであり、ＲＡＭ領域およびＲＯＭ領域を含んでいてよい。記憶装置１１０３は、例えばハードディスク、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、または外部記憶装置である。なお、ＲＡＭは、Random Access Memoryの略称である。また、ＲＯＭは、Read Only Memoryの略称である。

読取装置１１０４は、プロセッサ１１０１の指示に従って着脱可能記憶媒体１１０５にアクセスする。着脱可能記憶媒体１１０５は、例えば、半導体デバイス（ＵＳＢメモリ等）、磁気的作用により情報が入出力される媒体（磁気ディスク等）、光学的作用により情報が入出力される媒体（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等）などにより実現される。なお、ＵＳＢは、Universal Serial Busの略称である。ＣＤは、Compact Discの略称である。ＤＶＤは、Digital Versatile Diskの略称である。

上述の記憶部３０２は、例えば、メモリ１１０２、記憶装置１１０３、および着脱可能記憶媒体１１０５などを含んでよい。例えば、記憶装置１１０３には、ケーブル１０３の１ｍ当たりの重さｗ、重力加速度ｇ、閾値Ｔ_ｐおよび閾値Ｔ_ｇなどの情報が格納されていてよい。

通信インタフェース１１０６は、プロセッサ１１０１の指示に従ってネットワークを介してデータを送受信する。通信インタフェース１１０６は、上述の通信部３０３の一例である。入出力インタフェース１１０７は、例えば、入力装置および出力装置との間のインタフェースであってよい。入力装置は、例えばユーザからの指示を受け付けるタッチパネルおよび入力キーなどのデバイスである。出力装置は、例えばディスプレーなどの表示装置、およびスピーカなどの音声装置である。

また、プロセッサ１１０１は、例えば、駆動制御装置１１２０と接続されていてよい。駆動制御装置１１２０は、例えば、電動リールなどの駆動装置１１２１と接続されていてよい。駆動制御装置１１２０は、例えば、プロセッサ１１０１からの指示に従って、駆動装置１１２１の駆動を制御するモータドライバなどの装置であってよい。なお、駆動制御装置１１２０は、上述の駆動制御部３０６の一例である。また、駆動装置１１２１は、上述の駆動部１２１の一例である。

なお、図１１を参照して述べたコンピュータ１１００のハードウェア構成は、例示であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述の機能部の一部または全部の機能がＦＰＧＡおよびＳｏＣなどの回路によるハードウェアとして実装されてもよい。なお、ＦＰＧＡは、Field Programmable Gate Arrayの略称である。ＳｏＣは、System-on-a-chipの略称である。

また、実施形態に係る各プログラムは、例えば、下記の形態で制御装置１０２に提供されてよい。
（１）記憶装置１１０３に予めインストールされている。
（２）着脱可能記憶媒体１１０５により提供される。
（３）プログラムサーバなどのサーバから提供される。

以上において、いくつかの実施形態が説明される。しかしながら、実施形態は上記の実施形態に限定されるものではなく、上述の実施形態の各種変形形態および代替形態を包含するものとして理解されるべきである。例えば、各種実施形態は、その趣旨および範囲を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できることが理解されよう。また、前述した実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の実施形態が実施され得ることが理解されよう。更には、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してまたは置換して、或いは実施形態に示される構成要素にいくつかの構成要素を追加して種々の実施形態が実施され得ることが当業者には理解されよう。

１００：検査システム
１０１：飛行体
１０２：制御装置
１０３：ケーブル
１０４：接続箇所
１１１：撮影装置
１２１：駆動部
１２２：高度センサ
１４０：飛行体センサ
１４１：傾きセンサ
１４２：張力センサ
１４３：高度センサ
１５０：構造体
１５１：領域
２０１：制御部
２０２：記憶部
２０３：通信部
２０５：駆動制御部
２０６：駆動部
２５０：操縦装置
３０１：制御部
３０２：記憶部
３０３：通信部
３０５：長さセンサ
３０６：駆動制御部
３０８：電源装置
３１１：処理部
３１２：調節部
１１００：コンピュータ
１１０１：プロセッサ
１１０２：メモリ
１１０３：記憶装置
１１０４：読取装置
１１０５：着脱可能記憶媒体
１１０６：通信インタフェース
１１０７：入出力インタフェース
１１０８：バス
１１２０：駆動制御装置
１１２１：駆動装置

Claims

制御装置と飛行体とを接続するケーブルの長さと、前記飛行体と前記ケーブルとの接続箇所における前記ケーブルの傾きと、前記接続箇所において前記飛行体に対して前記ケーブルから掛かる張力と、前記飛行体と前記制御装置との間の高度差とに基づいて、前記飛行体に対して前記ケーブルから掛かる水平方向の外力が第１の閾値以下となる第１のケーブル長を求める処理部と、
前記第１のケーブル長に基づいて、前記ケーブルの長さを調節する指示を出力する調節部と、
を含む、制御装置。
前記処理部は、更に、前記飛行体に対して前記ケーブルから掛かる垂直方向の外力が第２の閾値以下となる第２のケーブル長を求め、
前記調節部は、前記第１のケーブル長と、前記第２のケーブル長とに基づいて、前記ケーブルの長さを調節する指示を出力する、
請求項１に記載の制御装置。
制御装置と飛行体とを接続するケーブルの長さと、前記飛行体と前記ケーブルとの接続箇所における前記ケーブルの傾きと、前記接続箇所において前記飛行体に対して前記ケーブルから掛かる張力と、前記飛行体と前記制御装置との間の高度差とに基づいて、前記飛行体に対して前記ケーブルから掛かる水平方向の外力が第１の閾値以下となる第１のケーブル長を求め、
前記第１のケーブル長に基づいて、前記ケーブルの長さを調節する指示を出力する、
ことを含む、コンピュータが実行する制御方法。