JP7331234B2

JP7331234B2 - 航空機、制御方法、及び制御装置

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Publication number: JP7331234B2
Application number: JP2022192536A
Authority: JP
Inventors: 敏明田爪
Original assignee: Rakuten Group Inc
Current assignee: Rakuten Group Inc
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-08-22
Anticipated expiration: 2040-08-26
Also published as: JP2023021175A

Description

本発明は、航空機に搭載された貨物を航空機から離脱させるための制御を行う方法等の技術分野に関する。

従来、無人で飛行可能な航空機により貨物を運搬するため、貨物を把持する把持器や、貨物が先端に接続された支持ワイヤを備える航空機が知られている。例えば、特許文献１に開示された飛行体は、基地局からの指令に基づいて把持器が開閉駆動して、荷役を行うように構成されている。また、特許文献２に開示された無人航空機は、支持ワイヤに支持された貨物を上空から地上に向かって下降させる際に貨物の着地を検知するように構成されている。

特開2018-47866号公報国際公開第2017/078118号国際公開第2017/053386号国際公開第2017/053392号

ところで、上述したような航空機が運搬先で人手を介さず自動的に貨物を離脱させる場合（つまり、離脱制御が行われる場合）において、当該貨物が航空機のどこかの部分に引っかかるなどの理由から、当該貨物が適切に離脱しないことがある。このことは、航空機にとって望ましくない。

そこで、貨物の離脱成否状況に応じて適切な対応を図ることが可能な航空機、制御方法、及び制御装置を提供する。

請求項１に記載の発明は、貨物を接続するための接続部であって前記貨物を接続または解放するための機構を含む接続部を備える航空機を含むシステムにより実行される制御方法であって、前記接続部により接続された貨物を前記航空機から離脱させるための離脱制御であって前記接続部の前記機構に解放動作させる離脱制御を行う第１制御ステップと、前記機構の解放動作を検知するための解放動作検知処理を行う解放動作検知ステップと、前記解放動作検知処理により前記機構の解放動作が検知された後に、前記接続部にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う負荷検知ステップと、前記力学的負荷の検知が行われた後における前記航空機の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御を行う第２制御ステップと、を含むことを特徴とする。これにより、前記接続部の機構に異常が生じているのか、または、当該機構は正常に動作したにも関わらず貨物が解放されていないのかについて異常の切り分けを行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制御方法において、前記機構は、アクチュエータを含み、前記解放動作は、前記アクチュエータの駆動により行われることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の制御方法において、前記機構は、電磁石を含み、前記解放動作は、前記電磁石への通電停止により行われることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の制御方法において、前記接続部は、前記貨物が接続されるワイヤと、前記ワイヤの送り出しまたは巻き取りを行うリールとを含み、前記制御方法は、前記航空機が飛行している状態で、前記力学的負荷に基づいて、前記貨物の離脱の成否判定を行う第１判定ステップと、前記第１判定ステップにより前記貨物の離脱が失敗したと判定された場合、前記ワイヤの巻き取り量に基づいて、前記航空機が安全に着陸可能であるか否かを判定する第２判定ステップと、記第２判定ステップにより前記航空機が安全に着陸可能であると判定された場合、前記第２制御ステップにおいては、前記航空機を着陸させる制御を行うことを特徴とする。これにより、航空機が安全に着陸可能であるか否かの判定精度を高めることができる。

請求項５に記載の発明は、貨物を接続するための接続部であって前記貨物を接続または解放するための機構を含む接続部を備える航空機であって、前記接続部により接続された貨物を前記航空機から離脱させるための離脱制御であって前記接続部の前記機構に解放動作させる離脱制御を行う第１制御部と、前記機構の解放動作を検知するための解放動作検知処理を行う解放動作検知部と、前記解放動作検知処理により前記機構の解放動作が検知された後に、前記接続部にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う負荷検知部と、前記力学的負荷の検知が行われた後における前記航空機の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御を行う第２制御部と、を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、貨物を接続するための接続部であって前記貨物を接続または解放するための機構を含む接続部を備える航空機を制御する制御装置であって、前記接続部により接続された貨物を前記航空機から離脱させるための離脱制御であって前記接続部の前記機構に解放動作させる離脱制御を行う第１制御部と、前記機構の解放動作を検知するための解放動作検知処理を行う解放動作検知部と、前記解放動作検知処理により前記機構の解放動作が検知された後に、前記接続部にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う負荷検知部と、前記力学的負荷の検知が行われた後における前記航空機の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御を行う第２制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、貨物の離脱成否状況に応じて航空機に適切な対応をとらせることができる。

貨物運搬システムＳの概要構成例を示す図である。 UAV１の概要構成例を示す図である。支持部１１７を備えるUAV１の外観の一例を示す図である。接続部１１８を備えるUAV１の外観の一例を示す図である。制御部１６における機能ブロック例を示す図である。 UAV１が着陸している状態で離脱制御が行われる様子を示す図である。 UAV１がホバリングしている状態で離脱制御が行われる様子を示す図である。実施例１におけるUAV１の制御部１６の処理の一例を示すフローチャートである。実施例２におけるUAV１の制御部１６の処理の一例を示すフローチャートである。実施例３におけるUAV１の制御部１６の処理の一例を示すフローチャートである。実施例４におけるUAV１の制御部１６の処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、貨物を運搬する貨物運搬システムに対して本発明を適用した場合の実施形態である。

［１．貨物運搬システムＳの構成及び動作概要］
先ず、図１を参照して、本実施形態に係る貨物運搬システムＳの構成及び動作概要について説明する。図１は、貨物運搬システムＳの概要構成例を示す図である。図１に示すように、貨物運搬システムＳは、大気中（空中）を飛行する無人航空機（以下、「UAV（Unmanned Aerial Vehicle）」と称する）１、及び運航管理システム（以下、「UTMS（UAV Traffic Management System）」と称する）２を含んで構成される。UAV１、及びUTMS２は、通信ネットワークＮＷを介して互いに通信可能になっている。通信ネットワークＮＷは、例えば、インターネット、移動体通信ネットワーク及びその無線基地局等から構成される。なお、図１の例では、１つのUAV１を示すが実際には複数存在してよい。

UAV１は、貨物の運搬（例えば、配送）のために、地上からオペレータによる遠隔操縦に従って飛行、または自律的に飛行することが可能になっている。UAV１は、ドローン、またはマルチコプタとも呼ばれる。貨物の例として、商品、宅配物、避難物資、救援物資等が挙げられるが、UAV１が運搬できる貨物であればどのような物品であってもよい。UAV１は、貨物の運搬先（移動予定地の一例）において貨物を離脱（換言すると、切り離し）する。なお、UAV１は、GCS（Ground Control Station）により管理され、地上からオペレータにより遠隔操作可能になっている。GCSは、例えば、アプリケーションとして通信ネットワークＮＷに接続可能な操縦端末に搭載される。この場合、オペレータは、例えば、操縦端末を操作する人、または操縦端末が備えるコントローラである。或いは、GCSは、サーバ等によりシステム化されてもよい。この場合、オペレータは、例えば、システム管理者、またはサーバが備えるコントローラである。

UTMS２は、制御サーバＣＳを含む１以上のサーバ等を備えて構成される。UTMS２は、UAV１の運航を管理する。UAV１の運航管理には、UAV１の運航計画の管理、UAV１の飛行状況の管理、及びUAV１の制御が含まれる。UAV１の運航計画とは、UAV１の出発地点（飛行開始地点）から貨物の運搬先（経由地点、または目的地点）までの飛行経路（予定経路）等を含む飛行計画である。飛行経路は、例えば、その経路上の緯度及び経度で表され、飛行高度を含んでもよい。UAV１の飛行状況の管理は、UAV１の航空機情報に基づいて行われる。UAV１の航空機情報には、少なくともUAV１の位置情報が含まれる。UAV１の位置情報は、UAV１の現在位置を示す。UAV１の現在位置とは、飛行中のUAV１の飛行位置である。UAV１の航空機情報には、UAV１の速度情報等が含まれてもよい。速度情報は、UAV１の飛行速度を示す。

［２．UAV１の構成及び機能概要］
次に、図２等を参照してUAV１の構成及び機能概要について説明する。図２は、UAV１の概要構成例を示す図である。図２に示すように、UAV１は、貨物搭載部１１、駆動部１２、測位部１３、撮像部１４、無線通信部１５、及び制御部１６等を備える。制御部１６は、制御装置の一例である。図示しないが、UAV１は、水平回転翼であるロータ（プロペラ）、各種センサ、及びUAV１の各部へ電力を供給するバッテリ等を備える。各種センサには、３軸加速度センサ、及び地磁気センサ等が含まれる。また、各種センサには、重量センサ、トルクセンサ、光学センサ、及び超音波センサのうち少なくとも何れかのセンサが含まれてもよい。各種センサにより検知された検知データは、制御部１６へ出力される。なお、UAV１は、音声を出力するためのスピーカを備えてもよい。

貨物搭載部１１は、１または複数の貨物を搭載するものであり、搭載された貨物を支持するための支持部１１７と該貨物を接続するための接続部１１８との少なくとも何れか一方を含む。図３は、支持部１１７を備えるUAV１の外観の一例を示す図である。支持部１１７は、図３に示すように、貨物Ｃを収納するための収納体１１７ａと、貨物Ｃを支持または解放するための駆動機構１１７ｂとを含む。収納体１１７ａは、複数の貨物Ｃを収納可能に構成されてもよい。駆動機構１１７ｂは、制御部１６から出力される制御信号（電気信号）を機械的動作に変換するアクチュエータを含む。アクチュエータは、例えばモータ等を含んで構成される。また、収納体１１７ａは、貨物Ｃを受ける貨物受け１１７ａ１を含む。貨物受け１１７ａ１は、駆動機構１１７ｂにより矢印方向に回転駆動する（つまり、貨物受け１１７ａ１が閉状態から開状態に移行する）。このような回転駆動（換言すると、解放動作）により、支持部１１７から貨物Ｃが解放（この例では、落下）される。かかる解放動作は、駆動機構１１７ｂにおけるアクチュエータの駆動により行われる。

なお、図３の例では、収納体１１７ａにより貨物Ｃの側面が覆われていないため、収納体１１７ａの外側から貨物Ｃが視認可能になっている。しかし、収納体１１７ａは、貨物Ｃの側面を覆うように箱状に構成されてもよい。つまり、収納体１１７ａは、収納箱として構成されてもよい。この場合、収納体１１７ａの外側から貨物Ｃが視認不能となる。また、支持部１１７は、貨物Ｃを支持するために、貨物受け１１７ａ１に代えて、貨物Ｃ（または、貨物Ｃに取り付けられたリング）を把持可能なキャッチャー（または、アーム）を含んでもよい。この場合の解放動作も、駆動機構１１７ｂにおけるアクチュエータの駆動により行われる。或いは、支持部１１７は、貨物Ｃを支持するために、駆動機構１１７ｂ及び貨物受け１１７ａ１に代えて、貨物Ｃに取り付けられた磁石を磁力により引き寄せ可能な電磁石を有する駆動機構を含んでもよい。この場合の解放動作は、当該電磁石への通電停止により行われる。

図４は、接続部１１８を備えるUAV１の外観の一例を示す図である。接続部１１８は、図４に示すように、貨物Ｃに取り付けられたリングＲを引っ掛けるフック１１８ａと、フック１１８ａを介して貨物Ｃが接続されるワイヤ１１８ｂと、ワイヤ１１８ｂの送り出しまたは巻き取りを行うリール（ウインチ）１１８ｃとを含む。リール１１８ｃは、モータを含み、制御部１６により駆動制御される。フック１１８ａは、複数の貨物Ｃに取り付けられたリングＲを引っ掛けるものであってもよい。また、フック１１８ａは、貨物Ｃを自動的に接続または解放するための駆動機構を含んでもよい。当該駆動機構の動作（つまり、フック１１８ａの開閉動作）は、当該駆動機構におけるアクチュエータの駆動により行われる。なお、接続部１１８は、貨物Ｃを接続するために、フック１１８ａに代えて、貨物Ｃ自体（または、貨物Ｃに取り付けられたリングＲ）を把持可能なキャッチャー（または、アーム）を含んでもよい。或いは、接続部１１８は、貨物Ｃを接続するために、フック１１８ａに代えて、貨物Ｃに取り付けられた磁石を磁力により引き寄せ可能な電磁石を有する駆動機構を含んでもよい。この場合の解放動作は、当該電磁石への通電停止により行われる。

駆動部１２は、モータ及び回転軸等を備える。駆動部１２は、制御部１６から出力された制御信号に従って駆動するモータ及び回転軸等により複数のロータを回転させる。測位部１３は、電波受信機、及び高度センサ（例えば、気圧センサやTOFセンサ）等を備える。測位部１３は、例えば、GNSS（Global Navigation Satellite System）の衛星から発信された電波を電波受信機により受信し、当該電波に基づいてUAV１の水平方向の現在位置（緯度及び経度）を検出する。UAV１の現在位置は、飛行中のUAV１の飛行位置である。なお、UAV１の水平方向の現在位置は、撮像部１４により撮像された画像データや上記無線基地局から発信された電波に基づいて補正されてもよい。

さらに、測位部１３は、高度センサによりUAV１の垂直方向の現在位置（高度）を検出してもよい。測位部１３により検出された現在位置を示す位置情報は、制御部１６へ出力される。撮像部１４は、カメラ（RGBカメラまたは赤外線カメラ）を備える。撮像部１４は、カメラの画角に収まる範囲内の実空間を連続的に撮像する。撮像部１４により撮像された画像データは、制御部１６へ出力される。無線通信部１５は、通信ネットワークＮＷを介して行われる通信の制御を担う。

制御部１６は、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び不揮発性メモリ等を備える。図５は、制御部１６における機能ブロック例を示す図である。制御部１６は、例えばＲＯＭまたは不揮発性メモリに記憶されたプログラムに従って、図５に示すように、離脱制御部１６ａ、負荷検知処理部１６ｂ、離脱成否判定部１６ｃ、及び機体制御部１６ｄ等として機能する。ここで、離脱制御部１６ａは、第１制御部の一例である。機体制御部１６ｄは、第２制御部の一例である。なお、不揮発性メモリには、UAV１を識別する機体ＩＤ、及び制御サーバＣＳへアクセスするためのアドレス情報が記憶されている。制御部１６は、UAV１の機体ＩＤ及び航空機情報を、一定間隔または不定間隔で無線通信部１５を介して制御サーバＣＳへ送信する。

離脱制御部１６ａは、UAV１が飛行している状態、またはUAV１が着陸している状態において、支持部１１７により支持された貨物Ｃ、または接続部１１８により接続された貨物ＣをUAV１から離脱させるための離脱制御を行う。ここで、UAV１が飛行している状態とは、UAV１が空中を移動（つまり、水平方向、垂直方向、または斜め方向に移動）している状態、またはUAV１がホバリングしている（つまり、UAV１が空中で静止している）状態である。ただし、UAV１がホバリングしている状態は、UAV１が空中で完全に静止した状態に限定されず、UAV１が多少の移動が発生してもよい（つまり、UAV１が着陸せず空中に浮いていればよい）。

UAV１から貨物Ｃを離脱させるため離脱制御は、離脱制御部１６ａが支持部１１７または接続部１１８へ制御信号を出力することにより行われる。かかる離脱制御には、例えば、支持部１１７または接続部１１８の駆動機構に解放動作させる制御が含まれる。ここで、支持部１１７の駆動機構に解放動作させる制御は、UAV１が着陸している状態で行われることが望ましいが、UAV１が飛行している状態で行われてもよい。図６は、UAV１が着陸している状態で離脱制御が行われる様子を示す図である。図６の例では、運搬先の地面に設置されたポート（離着陸施設）Ｐに着陸しているUAV１から貨物Ｃが地面方向に解放される。ただし、貨物の種類（例えば、落下させても壊れない物）によっては、運搬先の地面に設置されたポートＰの上空にホバリングしているUAV１から貨物Ｃが地面方向に投下されてもよい。なお、上述した電磁石を有する駆動機構が支持部１１７に含まれる場合、上記離脱制御は、UAV１が着陸している状態で当該電磁石への通電を停止させる制御（つまり、当該電磁石を有する駆動機構に解放動作させる制御）である。

一方、接続部１１８の駆動機構に解放動作させる制御は、UAV１がホバリングしている状態で行われる。図７は、UAV１がホバリングしている状態で離脱制御が行われる様子を示す図である。図７の例では、運搬先の地面に設置されたポートＰの上空にホバリングしているUAV１からワイヤ１１８ｂの送り出しが行われることによって貨物Ｃが地面方向に降下されている。なお、接続部１１８の駆動機構に解放動作させる制御は、UAV１が着陸状態で行われてもよい。また、図７の例において、貨物Ｃがフック１１８ａから手動で外される場合、上記離脱制御は、接続部１１８のリール１１８ｃにワイヤ１１８ｂを送り出させる（つまり、貨物Ｃを降下させる）制御ということもできる。また、上述した電磁石を有する駆動機構が接続部１１８に含まれる場合、上記離脱制御は、例えば貨物ＣがポートＰに着地している状態で当該電磁石への通電を停止させる制御である。

負荷検知処理部１６ｂは、上記離脱制御が行われた後に、支持部１１７または接続部１１８にかかる力学的負荷（換言すると、支持部１１７または接続部１１８に作用する力学的負荷）を検知するための負荷検知処理を行う。例えば、負荷検知処理部１６ｂは、UAV１が備える重量センサにより検知された重量データに基づいて、上記負荷検知処理を行うことにより、支持部１１７または接続部１１８にかかる力学的負荷をより簡単に検知することができる。この場合、力学的負荷は、重量で表される。重量センサは、UAV１において貨物Ｃの重量を検知可能な位置に取り付けられる。なお、上記負荷検知処理は、UAV１が空中を移動している状態と、UAV１がホバリングしている状態との何れの状態でも実行可能であるが、UAV１がホバリングしている状態で行われた方が上記重量データをより正確に検知することができる。

図３の例では、重量センサＷＳ１が収納体１１７ａの上部に取り付けられている。この場合、負荷検知処理部１６ｂは、重量センサＷＳ１により検知された、支持部１１７（収納体１１７ａ）の重量を示す重量データに基づいて、支持部１１７にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う。これにより、支持部１１７にかかる力学的負荷の検知精度を高めることができる。例えば、貨物Ｃが支持部１１７から解放されている場合、収納体１１７ａの重量には貨物Ｃの重量は含まれていないので、検知された重量は小さくなる（つまり、力学的負荷が軽い）。一方、貨物Ｃが支持部１１７から解放されていない場合、収納体１１７ａの重量には貨物Ｃの重量が含まれているので、検知された重量は大きくなる。貨物Ｃが支持部１１７から解放されていない場合には、例えば、貨物Ｃが収納体１１７ａ内に引っかかっていることで支持部１１７から完全に解放されていない場合も含まれる。

なお、重量センサＷＳ１は、貨物受け１１７ａ１が閉状態で貨物Ｃの重量だけを検知できるように貨物受け１１７ａ１に取り付けられてもよい。この場合、貨物受け１１７ａ１が開状態になると、貨物Ｃの重量が検知されなくなる（つまり、貨物Ｃからの圧力がなくなる）ので、貨物Ｃが解放されたものと推定される。ただし、この場合、貨物Ｃが収納体１１７ａ内に引っかかっていると、貨物Ｃが解放されていないにも関わらず、貨物Ｃの重量が検知されなくなる（つまり、貨物Ｃが解放されたものと誤推定される）。そのため、図３に示すように、重量センサＷＳ１が収納体１１７ａの上部に取り付けられている方が、支持部１１７の全体にかかる力学的負荷の検知精度を高めることができる。

一方、図４の例では、重量センサＷＳ２がリール１１８ｃの上部に取り付けられている。この場合、負荷検知処理部１６ｂは、重量センサＷＳ２により検知された、接続部１１８の重量を示す重量データに基づいて、接続部１１８にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う。これにより、接続部１１８にかかる力学的負荷の検知精度を高めることができる。例えば、貨物Ｃが接続部１１８から解放されている場合、接続部１１８の重量には貨物Ｃの重量は含まれていないので、検知された重量は小さくなる。一方、貨物Ｃが接続部１１８から解放されていない場合、接続部１１８の重量には貨物Ｃの重量が含まれているので、検知された重量は大きくなる。貨物Ｃが接続部１１８から解放されていない場合には、例えば、貨物Ｃがワイヤ１１８ｂやフック１１８ａに引っかかっていることで接続部１１８から完全に解放されていない場合も含まれる。

また、重量センサが用いられることなく、上記力学的負荷が検知されてもよい。例えば、負荷検知処理部１６ｂは、UAV１がホバリングしている状態で、ロータのモータの回転数を検知し、検知された回転数に基づいて、上記負荷検知処理を行ってもよい。この場合、力学的負荷は、単位時間あたりの回転数で表される。例えば、貨物Ｃが支持部１１７または接続部１１８から解放されている場合、支持部１１７または接続部１１８は軽くなるので、検知された回転数は小さくなる。一方、貨物Ｃが支持部１１７または接続部１１８から解放されていない場合、支持部１１７または接続部１１８は重くなるので、検知された回転数は大きくなる。

別の例として、負荷検知処理部１６ｂは、所定の回転数となるようにロータのモータを制御した状態で、高度センサにより検知された飛行高度（高度差）と時間とからUAV１の上昇速度を算出してもよい。そして、負荷検知処理部１６ｂは、当該算出された上昇速度に基づいて、支持部１１７または接続部１１８にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行ってもよい。この場合、支持部１１７または接続部１１８にかかる力学的負荷は、上昇速度で表される。例えば、貨物Ｃが支持部１１７または接続部１１８から解放されている場合、支持部１１７または接続部１１８は軽くなるので、算出された上昇速度は速くなる。一方、貨物Ｃが支持部１１７または接続部１１８から解放されていない場合、支持部１１７または接続部１１８は重くなるので、算出された上昇速度は遅くなる。

或いは、UAV１が接続部１１８を備える場合、負荷検知処理部１６ｂは、トルクセンサによりリール１１８ｃのモータのトルクを計測してもよい。そして、負荷検知処理部１６ｂは、当該計測されたトルクに基づいて、接続部１１８にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行ってもよい。この場合、接続部１１８にかかる力学的負荷は、トルクで表される。例えば、貨物Ｃが接続部１１８から解放されている場合、接続部１１８は軽くなるので、測定されたトルクは小さくなる。一方、貨物Ｃが接続部１１８から解放されていない場合、接続部１１８は重くなるので、測定されたトルクは大きくなる。或いは、負荷検知処理部１６ｂは、ワイヤ１１８ｂの張力を計測し、当該計測された張力に基づいて、接続部１１８にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行ってもよい。

離脱成否判定部１６ｃは、負荷検知処理部１６ｂにより検知された力学的負荷に基づいて、貨物Ｃの離脱の成否判定を行う。これにより、貨物Ｃの離脱成否判定の結果（つまり、離脱成否状況）に応じてUAV１に適切な対応をとらせることができる。例えば、UAV１が飛行している状態、またはUAV１が着陸している状態で、力学的負荷が閾値より大きいか否かが判定される。ここで、力学的負荷が重量で表される場合、上記閾値は、例えば、UAV１がホバリングしている状態で貨物Ｃが搭載されていない場合の支持部１１７または接続部１１８の重量（既知）＋マージンに予め設定される。或いは、力学的負荷が回転数で表される場合、上記閾値は、UAV１がホバリングしている状態で貨物Ｃが搭載されていない場合のモータの回転数（換言すると、貨物Ｃが搭載されていない場合にUAV１のホバリング状態が維持されるモータの回転数）＋マージンに予め設定される。

そして、当該力学的負荷が閾値より大きくない（閾値未満の）場合、貨物Ｃの離脱が成功したと判定される。一方、当該力学的負荷が閾値より大きい場合、貨物Ｃの離脱が失敗したと判定される。或いは、力学的負荷が上昇速度で表される場合、上記閾値は、貨物Ｃが搭載されていない場合の上昇速度（平均値）に予め設定される。この場合、当該力学的負荷が閾値より大きくない場合（つまり、上昇速度が遅い）、貨物Ｃの離脱が失敗したと判定される。一方、当該力学的負荷が閾値より大きい場合、貨物Ｃの離脱が成功したと判定される。

ところで、貨物Ｃの離脱の成否は、カメラにより撮像された画像データを用いても判定可能であるが、外側から貨物Ｃが視認不能な収納体（収納箱）が支持部１１７に備えられる場合、カメラにより撮像された画像データを用いて、貨物Ｃの離脱の成否を判定することは困難である。また、カメラの取り付け位置によって貨物Ｃを捉えられない死角がある場合、カメラにより撮像された画像データを用いて、貨物Ｃの離脱の成否を判定することは困難である（この課題は、特に、貨物Ｃが複数積載される場合に顕著となる）。これに対し、負荷検知処理部１６ｂにより検知された力学的負荷を用いることで、これらの課題を解決し、貨物Ｃの離脱の成否判定を正確に行うことができる。

機体制御部１６ｄは、測位部１３から取得された位置情報、撮像部１４から取得された画像データ、各種センサから取得された検出データ、及び飛行計画を示す飛行計画情報を用いて、UAV１の機体制御を行う。当該機体制御では、例えば、ロータのモータの回転数の制御、UAV１の位置、姿勢及び進行方向の制御が行われる。また、UAV１の機体制御には、UAV１の離陸制御、UAV１の移動制御、UAV１のホバリング制御、及びUAV１の着陸制御等が含まれる。ここで、UAV１の離陸制御には、状況によってはUAV１を離陸させない制御も含まれる。なお、飛行計画情報は、例えばGCSまたはUTMS２から取得される。飛行計画情報には、貨物Ｃの運搬先の位置情報が含まれる。機体制御部１６ｄは、貨物Ｃの運搬先の位置情報に従ってUAV１を当該運搬先へ遠隔操縦または自律的に飛行（移動）させることができる。UAV１の自律的な飛行は、UAV１に備えられる制御部１６が移動制御を行うことによる自律飛行に限定されるものではなく、UAV１の自律的な飛行には、例えば貨物運搬システムＳ全体として移動制御を行うことによる自律飛行も含まれる。

さらに、機体制御部１６ｄは、負荷検知処理部１６ｂによる力学的負荷の検知が行われた後におけるUAV１の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御を行う。例えば、UAV１が着陸している状態で上記負荷検知処理が行われた場合、機体制御部１６ｄは、当該力学的負荷の大きさによって、UAV１を離陸させるか、またはUAV１の離陸を制限する。例えば、機体制御部１６ｄは、力学的負荷の数値範囲を予め設定する。そして、機体制御部１６ｄは、上記負荷検知処理により検知された力学的負荷が、設定された数値範囲内に入る場合に、UAV１を離陸させる（或いは、この場合、UAV１の離陸を制限してもよい）。

また、UAV１が着陸している状態で貨物Ｃの離脱の成否判定が行われた場合、機体制御部１６ｄは、上記負荷検知処理が行われた後におけるUAV１の移動に関して、上記成否判定の結果に応じて異なる制御を行う。例えば、貨物Ｃの離脱が成功したと判定された場合、機体制御部１６ｄは、UAV１を離陸させる制御（UAV１の離陸制御）を行う。これにより、UAV１を安全に離陸させることができる。一方、貨物Ｃの離脱が失敗したと判定された場合、機体制御部１６ｄは、UAV１の離陸を制限する制御（例えば、ロータのモータを停止する制御）を行う。これにより、UAV１の安全を担保することができる。

また、UAV１が飛行している状態で上記負荷検知処理が行われた場合、機体制御部１６ｄは、当該力学的負荷の大きさによって、UAV１を次の移動予定地（例えば、次の運搬先、または帰還先）へ向かわせるか、UAV１を空中でホバリングさせるか、または、UAV１を着陸させる。例えば、機体制御部１６ｄは、力学的負荷の数値範囲を複数段階で予め設定（例えば、互いに異なる第１～第３数値範囲を設定）する。そして、機体制御部１６ｄは、上記負荷検知処理により検知された力学的負荷が、第１数値範囲内に入る場合にUAV１を次の移動予定地へ向かわせ、第２数値範囲内に入る場合にUAV１を空中でホバリングさせ、第３数値範囲内に入る場合にUAV１を着陸させる。

また、UAV１が飛行している状態で貨物Ｃの離脱の成否判定が行われた場合、機体制御部１６ｄは、上記負荷検知処理が行われた後におけるUAV１の移動に関して、上記成否判定の結果に応じて異なる制御を行う。例えば、貨物Ｃの離脱が成功したと判定された場合、機体制御部１６ｄは、UAV１を次の移動予定地へ向かわせる制御（UAV１の移動制御）を行う。これにより、UAV１を次の移動予定地へ安全に向かわせることができる。一方、貨物Ｃの離脱が失敗したと判定された場合、機体制御部１６ｄは、UAV１を空中でホバリングさせる制御（UAV１のホバリング制御）を行うか、またはUAV１を着陸させる制御（UAV１の着陸制御）を行う。UAV１をホバリングさせることにより、UAV１の安全を担保することができる。また、UAV１を着陸させることにより、UAV１が不安定の状態で移動することを防止することができる。

なお、貨物Ｃの離脱が失敗したと判定された場合、機体制御部１６ｄは、UAV１が安全に着陸可能であるか否かを判定するとよい。そして、機体制御部１６ｄは、UAV１が安全に着陸可能であると判定した場合に、UAV１を着陸させる。これにより、UAV１をより安全に離陸させることができる。UAV１が安全に着陸可能であるか否かは、例えば、カメラ等の光学センサにより検知された検知データに基づいて行われるとよい。これにより、UAV１が安全に着陸可能であるか否かの判定精度を高めることができる。なお、光学センサにより検知された検知データは、画像データであってもよい。

図３及び図４の例では、光センサＯＳがUAV１の脚部１０１に取り付けられている。この場合、機体制御部１６ｄは、光センサＯＳにより検知された検知データを解析することで貨物Ｃが脚部１０１の下端より下に突出していないと判断できる場合、UAV１が安全に着陸可能であると判定する。或いは、UAV１が安全に着陸可能であるか否かは、ワイヤ１１８ｂの巻き取り量に基づいて行われてもよい。これにより、UAV１が安全に着陸可能であるか否かの判定精度を高めることができる。この場合、機体制御部１６ｄは、巻き取り量から貨物Ｃが脚部１０１の下端より下に突出していないと判断できる場合、UAV１が安全に着陸可能であると判定する。一方、機体制御部１６ｄは、UAV１が安全に着陸可能でないと判定した場合に、UAV１のホバリングを維持させる。

［３．UAV１の動作］
次に、UAV１の動作について、実施例１～実施例４に分けて説明する。なお、以下に説明する動作は、出発地点または経由地点においてUAV１に貨物Ｃが搭載され、当該UAV１が離陸した後の動作である。

（実施例１）
先ず、図８を参照して、UAV１の動作の実施例１について説明する。図８は、実施例１におけるUAV１の制御部１６の処理の一例を示すフローチャートである。実施例１は、支持部１１７を備えるUAV１が飛行している状態で離脱制御が行われる場合の実施例である。図８において、貨物Ｃの運搬先に向けてUAV１の移動制御が開始（ステップＳ１）された後、制御部１６は、UAV１が貨物Ｃの運搬先に到着したか否かを判定する（ステップＳ２）。

そして、制御部１６は、貨物Ｃの運搬先に到着したと判定した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、UAV１が移動している状態で貨物ＣをUAV１から離脱させるための離脱制御を行う（ステップＳ３）。これにより、特に異常がなければ、例えば運搬先に設置されたポートＰ上に貨物Ｃが投下される。なお、上記離脱制御は、UAV１がホバリングしている状態で行われてもよい。

次いで、制御部１６は、UAV１のホバリング制御を行う（ステップＳ４）。これによりUAV１がホバリングしている状態において、制御部１６は、支持部１１７にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う（ステップＳ５）。例えば、上述したように検知された重量データまたはモータの回転数等に基づいて負荷検知処理部１６ｂにより負荷検知処理が行われる。

次いで、制御部１６は、UAV１がホバリングしている状態で、ステップＳ５で検知された力学的負荷に基づいて、離脱成否判定部１６ｃにより、貨物Ｃの離脱の成否判定を行う（ステップＳ６）。

そして、制御部１６は、ステップＳ５で検知された力学的負荷が閾値以下である場合、貨物Ｃの離脱が成功したと判定し（ステップＳ６：成功）、次の移動予定地（例えば、次の運搬先、または帰還先）へ向けてUAV１の移動制御を行う（ステップＳ７）。

一方、制御部１６は、ステップＳ５で検知された力学的負荷が閾値より大きい場合（つまり、異常な負荷が支持部１１７にかかっている場合）、貨物Ｃの離脱が失敗したと判定し（ステップＳ６：失敗）、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、制御部１６は、離脱異常通知処理を行う。かかる離脱異常通知処理では、離脱異常を示す音声がスピーカから出力される。また、離脱異常通知処理では、貨物Ｃの運搬先に設置されたポートＰのスタッフが所持する携帯端末のメールアドレス宛に離脱異常を示すメールが送信されてもよい。これにより、ポートＰのスタッフに離脱異常を迅速に伝えることができる。

例えば、貨物Ｃが支持部１１７のどこかの部分に引っかかっている場合、離脱異常が通知されたスタッフが適切に対応することができる。なお、UAV１が異常復旧までポートＰを占有する可能性があるため、離脱異常通知処理では、UAV１の機体ＩＤ及び航空機情報と共に、離脱異常を示すメッセージが制御サーバＣＳへ送信されてもよい。これにより、制御サーバＣＳは、他のUAV１が当該ポートＰを利用しないように制御することができる。

次いで、制御部１６は、例えば光学センサＯＳにより検知された検知データに基づいて、UAV１が安全に着陸可能であるか否かを判定する（ステップＳ９）。例えば、貨物Ｃが脚部１０１の下端より下に突出していないと判断できる場合、UAV１が安全に着陸可能であると判定される。また、UAV１の脚部１０１が貨物Ｃの垂直方向の長さに比べて十分に長い場合、貨物Ｃが支持部１１７のどこかの部分に引っかかっていたとしても、UAV１が安全に着陸可能であると判定することができる。

そして、制御部１６は、UAV１が安全に着陸可能であると判定した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、UAV１の着陸制御を行う（ステップＳ１０）。これにより、UAV１がポートＰに着陸することで、ポートＰのスタッフが貨物Ｃの引っかかりを解消して当該貨物Ｃを回収することができる。

一方、制御部１６は、UAV１が安全に着陸可能でないと判定した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、ホバリングを維持させる制御を行う（ステップＳ１１）。その後、制御部１６は、UAV１を出発地点または経由地点に帰還させる。

（実施例２）
次に、図９を参照して、UAV１の動作の実施例２について説明する。図９は、実施例２におけるUAV１の制御部１６の処理の一例を示すフローチャートである。実施例２は、支持部１１７を備えるUAV１が着陸している状態で離脱制御が行われる場合の実施例である。なお、図９におけるステップＳ２１及びＳ２２の処理は、図８におけるステップＳ１及びＳ２の処理と同様である。

制御部１６は、貨物Ｃの運搬先に到着したと判定した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、UAV１の着陸制御を行う（ステップＳ２３）。これにより、UAV１がポートＰに着陸した後、制御部１６は、貨物ＣをUAV１から離脱させるための離脱制御を行う（ステップＳ２４）。これにより、特に異常がなければ、例えば運搬先に設置されたポートＰ上に貨物Ｃが解放される。

次いで、制御部１６は、UAV１の離陸制御を行う（ステップＳ２５）。次いで、制御部１６は、UAV１が所定高度に達したと判断した場合、UAV１のホバリング制御を行う（ステップＳ２６）。次いで、制御部１６は、UAV１がホバリングしている状態において、支持部１１７にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う（ステップＳ２７）。なお、図９におけるステップＳ２８～Ｓ３３の処理は、図８におけるステップＳ６～Ｓ１１の処理と同様である。

（実施例３）
次に、図１０を参照して、UAV１の動作の実施例３について説明する。図１０は、実施例３におけるUAV１の制御部１６の処理の一例を示すフローチャートである。実施例３は、支持部１１７を備えるUAV１が着陸している状態で離脱制御が行われる場合の実施例である。なお、図１０におけるステップＳ４１～Ｓ４４の処理は、図９におけるステップＳ２１～Ｓ２４の処理と同様である。

次いで、制御部１６は、UAV１が着陸している状態において、支持部１１７にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う（ステップＳ４５）。次いで、制御部１６は、UAV１が着陸している状態で、ステップＳ４５で検知された力学的負荷に基づいて、貨物Ｃの離脱の成否判定を行う（ステップＳ４６）。

そして、制御部１６は、ステップＳ４５で検知された力学的負荷が閾値以下である場合、貨物Ｃの離脱が成功したと判定し（ステップＳ４６：成功）、UAV１の離陸制御を行う（ステップＳ４７）。次いで、制御部１６は、次の移動予定地（例えば、次の運搬先、または帰還先）へ向けてUAV１の移動制御を行う（ステップＳ４８）。

一方、制御部１６は、ステップＳ４５で検知された力学的負荷が閾値より大きい場合、貨物Ｃの離脱が失敗したと判定し（ステップＳ４６：失敗）、上述したように離脱異常通知処理を行う（ステップＳ４９）。次いで、制御部１６は、UAV１の離陸を制限する（ステップＳ５０）。これにより、UAV１はポートＰに着陸したままとなり、当該ポートＰのスタッフが貨物Ｃの引っかかりを解消して当該貨物Ｃを回収することができる。

（実施例４）
次に、図１１を参照して、UAV１の動作の実施例４について説明する。図１１は、実施例４におけるUAV１の制御部１６の処理の一例を示すフローチャートである。実施例４は、接続部１１８を備えるUAV１が飛行している状態で離脱制御が行われる場合の実施例である。なお、図１１におけるステップＳ６１及びＳ６２の処理は、図８におけるステップＳ１及びＳ２の処理と同様である。

そして、制御部１６は、貨物Ｃの運搬先に到着したと判定した場合（ステップＳ６２：ＹＥＳ）、所定高度においてUAV１のホバリング制御を行う（ステップＳ６３）。これによりUAV１がホバリングしている状態において、制御部１６は、ワイヤ１１８ｂの送り出し制御を行う（ステップＳ６４）。これにより、例えばフック１１８ａを介してワイヤ１１８ｂに接続された貨物Ｃが降下される。

次いで、制御部１６は、例えば貨物ＣがポートＰに到達した場合（例えばワイヤ１１８ｂの送り出し量に基づいて判断）に、当該貨物ＣをUAV１から離脱させるための離脱制御を行う（ステップＳ６５）。例えば、フック１１８ａの駆動機構の解放動作が行われる。これにより、特に異常がなければ、例えばフック１１８ａから貨物Ｃが解放される。

次いで、制御部１６は、ワイヤ１１８ｂの巻き取り制御を行う（ステップＳ６６）。次いで、制御部１６は、UAV１がホバリングしている状態で、接続部１１８にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う（ステップＳ６７）。ここで、制御部１６は、ステップＳ６６で巻き取り制御を行う前に、UAV１の高度を上昇（例えば、数ｍだけ上昇）させた上で負荷検知処理を行ってもよい。なお、図１１におけるステップＳ６８～Ｓ７０の処理は、図８におけるステップＳ６～Ｓ８の処理と同様である。

次いで、制御部１６は、例えばワイヤ１１８ｂの巻き取り量に基づいてUAV１が安全に着陸可能であるか否かを判定する（ステップＳ７１）。ワイヤ１１８ｂの巻き取り量から貨物Ｃが脚部１０１の下端より下に突出していないと判断できる場合、UAV１が安全に着陸可能であると判定される。

そして、制御部１６は、UAV１が安全に着陸可能であると判定した場合（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、UAV１の着陸制御を行う（ステップＳ７２）。一方、制御部１６は、UAV１が安全に着陸可能でないと判定した場合（ステップＳ７１：ＮＯ）、ホバリングを維持させる制御を行う（ステップＳ７３）。

なお、上記実施例１～４においては、検知された力学的負荷に基づいて貨物Ｃの離脱の成否判定が行われるように構成したが、制御部１６は貨物Ｃの離脱の成否判定を行うことなく、当該力学的負荷に応じてUAV１の制御（例えば、図８に示すステップＳ７以降に示す制御）を行ってもよい。

以上説明したように、上記実施形態によれば、UAV１の支持部１１７により支持または接続部１１８により接続された貨物をUAV１から離脱させるための離脱制御が行われ、その後に、支持部１１７または接続部１１８にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理が行われ、当該力学的負荷の検知が行われた後におけるUAV１の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御が行われる。かかる負荷検知処理により検知された力学的負荷には貨物の離脱成否状況が反映されるので、貨物の離脱成否状況に応じてUAV１に適切な対応をとらせることができる。

（応用例）
上記実施形態において、UAV１の制御部１６は、上記負荷検知処理を行う前に、支持部１１７または接続部１１８の駆動機構の解放動作を検知するための解放動作検知処理を行ってもよい。すなわち、制御部１６は、当該駆動機構の解放動作が検知された後に上記負荷検知処理を行う。例えば、支持部１１７または接続部１１８の駆動機構にアクチュエータが含まれる場合、当該駆動機構の解放動作は、当該アクチュエータにおけるモータの状態（回転位置や負荷等）を検出することにより検知可能である。一方、当該駆動機構に電磁石が含まれる場合、当該駆動機構の解放動作は、当該電磁石が通電されているか否かを検出したり、または、当該電磁石により発生している磁力を検出したりすることにより検知可能である。或いは、当該駆動機構の解放動作は、例えば、離脱制御部１６ａから支持部１１７または接続部１１８へ制御信号が出力されたことを条件として検知されてもよい。このような応用例によれば、解放動作検知処理が別途実行されることにより、支持部１１７または接続部１１８の駆動機構に異常が生じている（例えばアクチュエータまたは電磁石に不具合がある等）のか、または、当該駆動機構は正常に動作したにも関わらず貨物が解放されていない（例えば、引っかかっている）のかについて異常の切り分けを行うことが可能となる。

なお、上記実施形態は本発明の一実施形態であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態から種々構成等に変更を加えてもよく、その場合も本発明の技術的範囲に含まれる。上記実施形態においては、UAV
１の制御部１６が、離脱制御を行う第１制御部、力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う負荷検知部、及び力学的負荷に応じて異なる制御を行う第２制御部等として機能する場合を例にとって説明したが、制御サーバＣＳが制御装置として、第１制御部、負荷検知部、及び第２制御部等を備えてもよい。この場合、制御サーバＣＳが、UAV１から必要な情報を適宜取得しつつ、UAV１の支持部１１７により支持または接続部１１８により接続された貨物をUAV１から離脱させるための離脱制御を行い、その後に、支持部１１７または接続部１１８にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行い、当該力学的負荷の検知が行われた後におけるUAV１の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御を行う。この場合、離脱制御は、制御サーバＣＳからUAV１（またはGCS）へ離脱制御指令を送信することで行われる。また、力学的負荷に応じて異なる制御は、制御サーバＣＳからUAV１（またはGCS）へ力学的負荷に応じた制御指令を送信することで行われる。また、この場合、制御サーバＣＳは、検知された力学的負荷に基づいて、貨物の離脱の成否判定を行い、負荷検知処理が行われた後におけるUAV１の移動に関して、当該成否判定の結果に応じて異なる制御を行ってもよい。また、上記実施形態においては、本発明をUAV１に対して適用した場合を例にとって説明したが、本発明は航空機内に操縦者（パイロット）が存在しなくても飛行することができる有人航空機に対しても適用可能である。

１ UAV
２ UTMS
１１貨物搭載部
１２駆動部
１３測位部
１４撮像部
１５無線通信部
１６制御部
１６ａ離脱制御部
１６ｂ負荷検知処理部
１６ｃ離脱成否判定部
１６ｄ機体制御部
ＣＳ制御サーバ
Ｓ貨物運搬システム

Claims

貨物を接続するための接続部であって前記貨物を接続または解放するための機構を含む接続部を備える航空機を含むシステムにより実行される制御方法であって、
前記接続部により接続された貨物を前記航空機から離脱させるための離脱制御であって前記接続部の前記機構に解放動作させる離脱制御を行う第１制御ステップと、
前記機構の解放動作を検知するための解放動作検知処理を行う解放動作検知ステップと、
前記解放動作検知処理により前記機構の解放動作が検知された後に、前記接続部にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う負荷検知ステップと、
前記力学的負荷の検知が行われた後における前記航空機の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御を行う第２制御ステップと、
を含むことを特徴とする制御方法。
前記機構は、アクチュエータを含み、
前記解放動作は、前記アクチュエータの駆動により行われることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
前記機構は、電磁石を含み、
前記解放動作は、前記電磁石への通電停止により行われることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
前記接続部は、前記貨物が接続されるワイヤと、前記ワイヤの送り出しまたは巻き取りを行うリールとを含み、
前記制御方法は、
前記航空機が飛行している状態で、前記力学的負荷に基づいて、前記貨物の離脱の成否判定を行う第１判定ステップと、
前記第１判定ステップにより前記貨物の離脱が失敗したと判定された場合、前記ワイヤの巻き取り量に基づいて、前記航空機が安全に着陸可能であるか否かを判定する第２判定ステップと、
前記第２判定ステップにより前記航空機が安全に着陸可能であると判定された場合、前記第２制御ステップにおいては、前記航空機を着陸させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
貨物を接続するための接続部であって前記貨物を接続または解放するための機構を含む接続部を備える航空機であって、
前記接続部により接続された貨物を前記航空機から離脱させるための離脱制御であって前記接続部の前記機構に解放動作させる離脱制御を行う第１制御部と、
前記機構の解放動作を検知するための解放動作検知処理を行う解放動作検知部と、
前記解放動作検知処理により前記機構の解放動作が検知された後に、前記接続部にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う負荷検知部と、
前記力学的負荷の検知が行われた後における前記航空機の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御を行う第２制御部と、
を備えることを特徴とする航空機。
貨物を接続するための接続部であって前記貨物を接続または解放するための機構を含む接続部を備える航空機を制御する制御装置であって、
前記接続部により接続された貨物を前記航空機から離脱させるための離脱制御であって前記接続部の前記機構に解放動作させる離脱制御を行う第１制御部と、
前記機構の解放動作を検知するための解放動作検知処理を行う解放動作検知部と、
前記解放動作検知処理により前記機構の解放動作が検知された後に、前記接続部にかかる力学的負荷を検知するための負荷検知処理を行う負荷検知部と、
前記力学的負荷の検知が行われた後における前記航空機の移動に関して、当該力学的負荷に応じて異なる制御を行う第２制御部と、
を備えることを特徴とする制御装置。