JP7340756B2 - 飛行体制御システムおよび飛行体制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、飛行体制御システムおよび飛行体制御方法に関する。

特許文献１には、無人飛行体の性能および機能等に与える影響を抑えつつ無人飛行体に非接触給電により電力を受電する技術が開示されている。具体的には、無人飛行体は、飛行制御装置が設けられる台座部と、台座部から周方向に所定長さで延出して推力発生装置が設けられる複数のアームと、飛行制御装置または推力発生装置に電力を供給するバッテリと、台座部の下方に積載物を搭載するための空間を確保しつつ、台座部の下方に延出して設けられる脚支柱とを備える。この無人飛行体の台座部よりも高い位置に、非接触給電によりバッテリに供給する電力を受電する受電コイルが設けられる。

国際公開第２０１８／０１１８７９号

本開示は、既定の初期位置からの飛行体の少なくとも離陸動作を円滑に実行し、飛行体を利用した被点検対象の状態を把握する点検業務の利便性を向上する飛行体制御システムおよび飛行体制御方法を提供することを目的とする。

本開示は、飛行体と前記飛行体の保持および保持解除が可能な設置台とを、相互に通信可能に備える飛行体制御システムであって、前記設置台は、前記飛行体を電磁的に保持可能な第１保持部と、前記飛行体を機械的に拘束可能な第２保持部と、を備え、前記飛行体は、離陸指示の受信に基づいて、保持解除指示を前記設置台に通知し、前記設置台は、前記保持解除指示の受信に基づいて、前記第２保持部による前記飛行体の保持を解除するとともに、解除完了通知を前記飛行体に通知し、前記飛行体は、既定の初期位置から離陸するための推力を制御し、前記推力が第１閾値以上となった場合に開始通知を前記設置台に通知し、前記設置台は、前記開始通知の受信に基づいて、前記第１保持部による前記飛行体を保持解除するとともに、前記保持解除の完了通知を前記飛行体に通知し、前記飛行体は、前記完了通知の受信に基づいて、前記第１閾値未満の第２閾値となるまで前記推力を制御して前記初期位置から離陸する、飛行体制御システムを提供する。

また、本開示は、飛行体と前記飛行体の保持および保持解除が可能な設置台とを、相互に通信可能に備える飛行体制御システムにより実行される飛行体制御方法であって、前記設置台は、前記飛行体を電磁的に保持可能な第１保持部と、前記飛行体を機械的に拘束可能な第２保持部と、を備え、離陸指示の受信に基づいて、保持解除指示を前記設置台に通知し、前記保持解除指示の受信に基づいて、前記第２保持部による前記飛行体の保持を解除するとともに、解除完了通知を前記飛行体に通知し、既定の初期位置から離陸するための推力を制御し、前記推力が第１閾値以上となった場合に開始通知を前記設置台に通知し、前記開始通知の受信に基づいて、前記第１保持部による前記飛行体を保持解除するとともに、前記保持解除の完了通知を前記飛行体に通知し、前記完了通知の受信に基づいて、前記第１閾値未満の第２閾値となるまで前記推力を制御して前記初期位置から離陸する、飛行体制御方法を提供する。

本開示によれば、既定の初期位置からの飛行体の少なくとも離陸動作を円滑に実行でき、飛行体を利用した被点検対象の状態を把握する点検業務の利便性を向上できる。

実施の形態１に係る飛行体制御システムの概要を示す図 飛行体の外形の一例を示す平面図 設置台の外形の一例を示す平面図 アーム部の開閉動作の一例を示す図 飛行体が設置台から離陸する状況を示す図 飛行体制御システムのシステム構成の一例を示すブロック図 飛行体の構成を示すブロック図 実施の形態１に係る飛行体制御システムによる離陸制御シーケンスの一例を示す図 実施の形態１に係る飛行体制御システムによる着陸制御シーケンスの一例を示す図

（本開示の実施の形態に至る経緯）
特許文献１では、無人飛行体は、充電時に充電ステーションの送電コイルからの電力を非接触給電により受電するために充電ステーション側に設けられたフックを介して吊り下げられた状態となっている。このため、特許文献１の技術は、例えば充電ステーションから無人飛行体が離陸動作（つまり充電ステーションから離反する飛行動作）および着陸動作（つまり充電ステーションに帰着する飛行動作）のうち少なくとも離陸動作を行うことは想定されていない。例えば、無人飛行体により空撮あるいは点検される被点検対象の状態を点検者が知りたい場合、特許文献１の技術では充電ステーションからの吊り下げ構造を解除することができず、点検者の利便性が向上しない。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る飛行体制御システムおよび飛行体制御方法を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

図１は、実施の形態１に係る飛行体制御システム５の概要を示す図である。飛行体制御システム５は、一例として、室内等の閉空間１００あるいはその内部にある対象（被点検対象）を点検するシステムであり、閉空間１００の内部に配置される。閉空間１００では、点検者ｈｍは、端末１０を所持する。また、閉空間１００の天井には、設置台５０が取り付けられる。飛行体３０は、設置台５０に停留可能である。図１では、点検者ｈｍは、端末１０を操作し、飛行体３０に設置台５０の取付位置からの離陸を指示する。飛行体３０は、端末１０からの指示に従い、設置台５０から離陸し、閉空間１００を自律飛行する（言い換えると、端末１０からの指示に従わなくても自律的に飛行可能である）。なお、飛行体制御システム５は、上述した閉空間１００を点検することに限定されず、閉空間以外の空間内も点検対象としてよい。例えば、飛行体制御システム５は、設置台５０を橋梁の下面側に設置し、この下面側から飛行体３０を離陸したり、この下面側に着陸したりしてよい。なお、この橋梁の下は不整地でもよいし、斜面が形成された地面であっても構わない。

図２は、飛行体３０の外形の一例を示す平面図である。飛行体３０は、飛行体３０の動作を制御可能な制御基板を内蔵する制御ボックス３１１と、４つのモータ３７２にそれぞれ軸支された４枚の回転翼３７１（つまりプロペラ）と、振動および衝撃を吸収するリング状のバンパー３１８と、飛行体３０から見て上方を撮像可能な上カメラ３４とを含む。４つのモータ３７２のそれぞれは、制御ボックス３１１の胴部から突出した４本の支持部材３７３に取り付けられる。飛行体３０は、４つのモータ３７２のそれぞれを駆動し、回転翼３７１の回転によって回転数等から飛行するための推力を推定しながら制御して得る。なお、本明細書では、飛行は、三次元的な移動を含み、上昇だけでなく、下降、ホバリング（宙に浮いた状態を維持すること）も総括的に含む概念を意味する。リング状のバンパー３１８の上面の４方向には、略等間隔あるいは等間隔に磁性体３１３が取り付けられている。磁性体３１３は、設置台５０に取り付けられた電磁ホルダ５５（図３参照）によって吸着可能である。磁性体３１３は、外部の磁力によって磁化される強磁性体（特に軟磁性体）である。

図３は、設置台５０の外形の一例を示す平面図である。設置台５０は、円環状のプレート５１１と、プレート５１１の周縁部の４方向にそれぞれ取り付けられた４つのアーム部５６と、プレート５１１を閉空間１００の天井から吊り下げる４本のロッド５１２と、プレート５１１の周面の４方向にそれぞれ取り付けられた電磁ホルダ５５とを有する。図３の平面図は、図１において点検者ｈｍのいる位置から真上に天井を見る方向における平面図である。電磁ホルダ５５は、例えば、電磁石を用いた電磁ホルダ（第１の電磁ホルダ）と、永久磁石および電磁石を用いた永電磁ホルダ（第２の電磁ホルダ）との２種類のうちいずれであっても構わない。電磁ホルダ５５が上述した第１の電磁ホルダである場合、通電時に磁力を発し、非通電時に磁力を発しない。また、電磁ホルダ５５が第２の電磁ホルダである場合、通電時に磁力を発せず、非通電時に磁力を発する。また、プレート５１１の内部には、設置台５０の動作を制御可能な制御基板（不図示）が設けられる。

図４は、アーム部５６の開閉動作の一例を示す図である。アーム部５６は、プレート５１１の周縁部に取り付けられたモータ５６４と、モータ５６４の回転軸に軸支され、この回転軸を中心に水平位置および垂直位置のそれぞれに回動自在な把持部材５６２とを有する。把持部材５６２は、略Ｌ字状あるいはＬ字状に屈曲した形状を有する。把持部材５６２の先端部には、爪部５６２ａが形成される。

アーム部５６は、飛行体３０が設置台５０から離陸する時、把持部材５６２を外側（言い換えると、飛行体３０を解放する側）に開く。また、アーム部５６は、飛行体３０が設置台５０に着陸した時、把持部材５６２を内側（言い換えると、飛行体３０を内包する側）に閉じる。このとき、爪部５６２ａは、設置台５０に固定された飛行体３０のバンパー３１８の下面に当接し、飛行体３０を拘束する。

図５は、飛行体３０が設置台５０から離陸する状況を示す図である。飛行体３０が設置台５０に固定されている状況では、飛行体３０の制御ボックス３１１が設置台５０の円環状のプレート５１１の開口部から天井方向に突出する。また、飛行体３０のバンパー３１８の上面に取り付けられた磁性体３１３は、設置台５０のプレート５１１の下面に取り付けられた電磁ホルダ５５に吸着される。また、アーム部５６の把持部材５６２は、飛行体３０のバンパー３１８の下に一部入り込み、閉じた状態にある。このとき、把持部材５６２の先端に形成された爪部５６２ａは、飛行体３０のバンパー３１８の下面に当接し、アーム部５６が飛行体３０を下側から支持する。

一方、飛行体３０が設置台５０から離陸する場合、アーム部５６の把持部材５６２は、飛行体３０のバンパー３１８の下から外側に出て、開いた状態になる。このとき、爪部５６２ａは、バンパー３１８の下面から離れ、飛行体３０を解放する。

図６は、飛行体制御システム５のシステム構成の一例を示すブロック図である。飛行体制御システム５は、端末１０と、飛行体３０と、設置台５０とを含む構成である。端末１０は、点検者ｈｍに所持され、飛行体３０の離陸の指示を含む点検者ｈｍの操作を受け付ける。端末１０は、プロセッサ１１と、操作部１３と、通信部１５と、メモリ１７と、表示部１８と、ストレージ１９とを備える。

プロセッサ１１は、メモリ１７に記憶されたプログラムを実行することで、入出力処理、演算処理、記憶処理等を含む各種機能を実現する。プロセッサ１１は、例えばＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等を用いて構成される。また、プロセッサ１１は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等で設計された専用の電子回路、あるいはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等で再構成可能に設計された電子回路で構成されてもよい。

プロセッサ１１は、通信部１５を介して、飛行体３０からのデータを取得する。プロセッサ１１は、操作部１３を介して入力されたデータを取得する。プロセッサ１１は、メモリ１７に保持されたデータを取得する。プロセッサ１１は、通信部１５を介して、飛行体３０に離陸の指示、および各種データ（例えば位置、速度、飛行経路の情報）を送信可能である。プロセッサ１１は、離陸完了、着陸通知等の表示情報を表示部１８に表示する。

操作部１３は、端末１０の点検者による操作を受け付ける。操作部１３は、ボタン、キー、マウス、キーボード、タッチパッド、タッチパネル、マイクロホン等の入力装置を含む。操作部１３は、入力装置を用いたタッチ操作、タップ操作、ドラック操作等を受付可能である。

通信部１５は、各種の無線通信方式に従って、飛行体３０および設置台５０のそれぞれとの間で無線通信を行う。無線通信方式には、例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、近距離無線通信等が挙げられる。また、通信部１５は、飛行体３０および設置台５０のそれぞれとの間で、通信線で接続される場合には有線通信を行ってもよい。

メモリ１７は、各種データ、情報、プログラム等を記憶する。メモリ１７は、プロセッサ１１のワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を含む。

表示部１８は、液晶表示デバイス、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）デバイス、その他の表示デバイス等で構成される。表示部１８は、プロセッサ１１から出力された各種のデータを表示する。

ストレージ１９は、各種データを蓄積・保持する。ストレージ１９は、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ等で構成される。ストレージ１９は、端末１０から取り外し可能に設けられてもよい。

設置台５０は、飛行体３０が停留するステーションである。設置台５０は、プロセッサ５１、メモリ５２、通信部５３、保持機構５４、充電装置５７、および発光装置５８を有する。

プロセッサ５１は、ＭＰＵ、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＧＰＵ等を用いて構成される。また、プロセッサ５１は、ＡＳＩＣ等で設計された専用の電子回路、あるいはＦＰＧＡ等で再構成可能に設計された電子回路で構成されてもよい。

メモリ５２は、各種データ、情報、プログラム等を記憶する。メモリ５２は、プロセッサ５１のワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ、およびＲＯＭを含む。

通信部５３は、各種の無線通信方式に従って、端末１０および飛行体３０のそれぞれとの間で無線通信を行う。無線通信方式には、例えば、無線ＬＡＮ、近距離無線通信等が挙げられる。また、通信部１５は、端末１０および飛行体３０のそれぞれとの間で通信線で接続される場合には有線通信を行ってもよい。また、通信部５３は、飛行体３０と端末１０との間で行われる通信を中継する。閉空間が電波を遮蔽し、閉空間の一部として、設置台５０が取り付けられた場合、端末１０を所持する点検者ｈｍが閉空間の外にいても、閉空間を飛行中である飛行体３０と端末１０は、設置台５０を経由して、通信可能である。

保持機構５４は、設置台５０に停留する飛行体３０を固定するための、電磁ホルダ５５（第１保持部の一例）およびアーム部５６（第２保持部の一例）を有する。なお、保持機構５４は、アーム部５６または、上述した電磁ホルダ５５の一方のみを有してもよい。

電磁ホルダ５５は、例えば上述した第２の電磁ホルダである場合、永久磁石および電磁石を備える構成である。電磁ホルダ５５は、電磁石が通電されていない状態で永久磁石による磁力を発し、飛行体３０の一部である磁性体を吸着可能である。一方、電磁ホルダ５５は、電磁石が通電されると、永久磁石による磁力を打ち消し、吸着していた磁性体を解放する。永久磁石には、例えばネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石等が用いられる。なお、電磁ホルダ５５は、上述した第１の電磁ホルダおよび第２の電磁ホルダ以外の構成として、通電により進退自在なロッドと永久磁石とを備える構成でもよい。電磁ホルダ５５は、非通電時に永久磁石により吸着された磁性体を、通電時にロッドが押圧して解放する。このような型の電磁ホルダを用いることで、非通電時に磁性体を磁石に吸着し、通電時に磁性体を磁石から解放することで、解放時に通電するだけで済み、省電力化が可能である。

なお、電磁ホルダ５５は、少なくとも１個が設けられる。実施の形態１では、電磁ホルダ５５は、例えば円環状のプレート５１１に４個が設けられる。４個の電磁ホルダ５５は、飛行体３０が停留している場合、飛行体３０のバンパー３１８に配置された４個の磁性体３１３とそれぞれ対向する。電磁ホルダ５５が複数個（ここでは４個）設けられる場合、飛行体３０が設置台５０に着陸する際に位置ずれを生じても、４個の電磁ホルダ５５のいずれかは飛行体３０を吸着できる可能性が高まる。特に、４個の電磁ホルダ５５を、対向する４個の磁性体３１３とそれぞれ周方向に少しずらして配置することで、位置ずれによる吸着ミスを減らすことができる。

アーム部５６は、電磁ホルダ５５が飛行体３０の磁性体３１３を吸着している状態で、飛行体３０を把持あるいは格納するように、飛行体３０を機械的に拘束する。実施の形態１では、アーム部５６は、モータ５６４と、モータ５６４の回転軸に軸支された、Ｌ字状の把持部材５６２とを有する。なお、把持部材は、複数の指部、および各指部の関節を駆動するモータを有した、開閉自在なハンドであってもよい。この場合、ハンドは、複数の指部を閉じた時に形成される内側の空間に飛行体３０を収容する。さらに、ハンドは、指の腹部に電磁石を有し、閉じた時に電磁石が通電され、飛行体３０の側面に取り付けられた磁性体を吸着し、飛行体３０をしっかり固定してもよい。

充電装置５７は、保持機構５４によって固定された飛行体３０の電源４２（図７参照）を充電する。充電は、接触型給電あるいは非接触（つまりワイヤレス）給電のいずれでもよい。ワイヤレス給電は、電磁結合方式、磁界共鳴方式、電磁誘導方式のいずれでも対応可能である。

発光装置５８は、飛行体３０が設置台５０に帰還する際の目印となる光を、設置台５０の下半球の方向に投射可能な光源を有する。光源は、レーザ光源、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｏｄｅ）、ＥＬ素子、蛍光灯、白色ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等が用いられてもよい。飛行体３０は、発光装置５８が発する光の情報（輝度、撮像画像に含まれる光の面積等）を基に、設置台５０への接近を検知してもよい。また、飛行体３０は、予め発光装置５８の位置を登録しておき、発光装置５８の位置と自機の位置との差分を基に、飛行ルート、飛行速度、飛行時間等を算出してもよい。

なお、設置台５０は、マイクを備え、飛行体３０が発するプロペラ音等の音を収音して飛行体３０の状態を解析し、この解析結果を端末１０に通知してもよい。マイクが収音する音は、プロペラ音の他、離陸時および着陸時に発生した音、トラブルがあった時に発生した音等を含む。これにより、点検者は、端末１０に通知された音の解析結果を基に、飛行体３０の状態を把握できる。

飛行体３０は、自律飛行可能な無人航空機（いわゆるドローン）であり、閉空間１００およびこの内部にある対象物を点検する。自律飛行の場合、飛行体は、離陸位置および着陸位置を含む飛行ルート、飛行時間等のデータを記憶しておく。つまり、飛行体３０は、端末１０との間で無線通信が可能な位置に存在する場合には、点検者ｈｍによる端末１０からの飛行指令に基づいて飛行することが可能である。一方で、飛行体３０は、端末１０との間で無線通信が不可な位置に存在する場合には、点検者ｈｍによる端末１０からの飛行指令ではなく、自律飛行に基づいて飛行することが可能である。この後者の場合、飛行体３０は、設置台５０との間で無線通信を行うことが可能である。

図７は、飛行体３０の構成を示すブロック図である。飛行体３０は、プロセッサ３１と、通信部３３と、メモリ３２と、ジンバル３６と、回転翼機構３７と、上カメラ３４と、下カメラ３５と、ＧＮＳＳ受信機３８と、慣性計測装置３９（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）と、磁気コンパス４０と、気圧高度計４１とを含む構成である。

プロセッサ３１は、例えばＣＰＵ、ＭＰＵまたはＤＳＰを用いて構成される。プロセッサ３１は、飛行体３０の各部の動作を統括して制御するための信号処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算処理及びデータの記憶処理を行う。

プロセッサ３１は、メモリ３２に格納されたプログラムに従って飛行体３０の自律飛行を制御する。プロセッサ３１は、自律飛行する際、メモリ３２に記憶された飛行ルート、飛行時間等のデータを参照する。なお、プロセッサ３１は、通信部３３を介して遠隔の送信機から受信した命令に従って、飛行体３０の飛行を制御してもよい。

プロセッサ３１は、上カメラ３４により撮像された複数の画像を解析することで、設置台５０の接近を検知する。プロセッサ３１は、下カメラ３５により撮像された複数の画像を解析することで、飛行体３０の周囲の環境を特定する。プロセッサ３１は、飛行体３０の周囲の環境に基づいて、例えば障害物を回避して飛行を制御する。なお、飛行体３０は、例えば赤外線を照射可能な距離センサ（図示略）を備えてもよく、距離センサの検出結果に基づいて設置台５０への接近を検知しても構わない。

プロセッサ３１は、例えばＧＮＳＳ受信機３８から現在の日時を示す日時情報を取得する。プロセッサ３１は、例えばＧＮＳＳ受信機３８から飛行体３０の位置を示す位置情報を取得する。プロセッサ３１は、磁気コンパス４０から飛行体３０の向きを示す向き情報を取得する。向き情報には、例えば飛行体３０の機首の向きに対応する方位が示される。

プロセッサ３１は、上カメラ３４が撮像すべき撮像範囲を撮像する時に飛行体３０が存在すべき位置を示す位置情報を例えばメモリ３２から取得する。プロセッサ３１は、下カメラ３５の撮像範囲を示す撮像情報を例えばメモリ３２から取得する。プロセッサ３１は、上カメラ３４および下カメラ３５により撮像された画像データを取得する。

また、プロセッサ３１は、ジンバル３６、回転翼機構３７、上カメラ３４および下カメラ３５のそれぞれを制御する。プロセッサ３１は、上カメラ３４の撮像方向または画角を変更することによって、上カメラ３４の撮像範囲を制御する。プロセッサ３１は、ジンバル３６の回転機構を制御することで、ジンバル３６に支持されている上カメラ３４の撮像範囲を制御する。

プロセッサ３１は、回転翼機構３７を制御することで、飛行体３０の飛行を制御する。飛行制御では、飛行体３０の緯度、経度、および高度を含む位置が変更される。プロセッサ３１は、上カメラ３４がズームレンズを備える場合、ズームレンズを駆動することで、上カメラ３４の画角を制御してもよい。また、プロセッサ３１は、上カメラ３４のデジタルズーム機能を利用して上カメラ３４の画角を制御してよい。

メモリ３２は、プロセッサ３１がジンバル３６、回転翼機構３７、上カメラ３４、下カメラ３５、ＧＮＳＳ受信機３８、慣性計測装置３９、磁気コンパス４０および気圧高度計４１のそれぞれを制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ３２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体でよい。メモリ３２は、飛行体３０の内部に設けられてよいし、飛行体３０から取り外し可能に設けられてもよい。

通信部３３は、端末１０および設置台５０のそれぞれとの間で無線通信を行う。無線通信方式には、例えば、無線ＬＡＮ、近距離無線通信等が挙げられる。

ジンバル３６は、少なくとも１つの軸を中心に上カメラ３４を回転可能に支持する。また、ジンバル３６は、ヨー軸、ピッチ軸およびロール軸を中心に上カメラ３４を回転可能に支持してもよい。ジンバル３６がヨー軸、ピッチ軸およびロール軸の少なくとも１つを中心に上カメラ３４を回転させることで、上カメラ３４は、撮像方向を変更可能である。

回転翼機構３７は、複数（こごでは、４枚）の回転翼３７１と、複数の回転翼を回転させる複数（ここでは、４個）のモータ３７２と有する。

上カメラ３４は、所望の撮像範囲の被写体を撮像して撮像画像のデータを生成する。上カメラ３４の撮像により得られた画像データは、上カメラ３４が有するメモリ、またはメモリ３２に格納される。

下カメラ３５は、飛行体３０の周囲を撮像して撮像画像のデータを生成する。下カメラ３５の画像データは、メモリ３２に格納される。

ＧＮＳＳ受信機３８は、複数の航法衛星であるＧＮＳＳ衛星から発信された時刻および各ＧＮＳＳ衛星の位置（例えば座標）を示す複数の信号を受信する。ＧＮＳＳ受信機３８は、受信された複数の信号に基づいて、ＧＮＳＳ受信機３８の位置（つまり、飛行体３０の位置）を算出する。ＧＮＳＳ受信機３８は、飛行体３０の位置情報をプロセッサ３１に出力する。

慣性計測装置３９は、飛行体３０の姿勢を検出し、検出結果をプロセッサ３１に出力する。慣性計測装置３９は、飛行体３０の姿勢として、飛行体３０の前後、左右および上下の３軸方向の加速度と、ピッチ軸、ロール軸およびヨー軸の３軸方向の角速度とを検出する。

磁気コンパス４０は、飛行体３０の機首の方位を検出し、検出結果をプロセッサ３１に出力する。気圧高度計は、飛行体３０が飛行する高度を検出し、検出結果をプロセッサ３１に出力する。

電源４２は、飛行体３０の各部に電源供給を行う。電源４２は、一次電池あるいは二次電池のいずれでもよい。二次電池として、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等が挙げられる。二次電池の場合、電源４２は、飛行体３０が設置台５０に停留している時等において、充電可能である。充電は、接触給電、非接触（ワイヤレス）給電のいずれで行われてもよい。

次に、実施の形態１に係る飛行体制御システム５の動作を示す。

図８は、実施の形態１に係る飛行体制御システム５による離陸制御シーケンスの一例を示す図である。飛行体３０が設置台５０にドッキング（連結）し、停留している状況を想定する。この離陸制御シーケンスは、一例である。

図８において、点検者ｈｍは、端末１０の操作部１３に対し、離陸を指示する操作を行う（Ｔ１）。端末１０は、離陸指示の操作を受け付けると、通信部１５を介して飛行体３０に離陸の指示を送信する（Ｔ２）。なお、端末１０は、設置台５０に離陸の指示を送信し、設置台５０が飛行体３０に離陸の指示を転送してもよい。また、端末１０は、設置台５０および飛行体３０の両方に離陸の指示を送信してもよい。

飛行体３０のプロセッサ３１は、通信部３３を介して離陸の指示を受信すると、回転翼機構３７を駆動する（Ｔ３）。回転翼機構３７が駆動されると、飛行体３０は、設置台５０にドッキングした状態で回転翼３７１の回転を開始し、徐々に回転速度を上げていく。プロセッサ３１は、通信部３３を介して設置台５０に保持解除を指示する（Ｔ４）。

設置台のプロセッサ５１は、通信部５３を介して保持解除の指示を受信すると、保持機構５４を駆動し、電磁ホルダ５５の磁力を保持したまま、アーム部５６の機械的拘束を解除する（Ｔ５）。

プロセッサ５１は、保持機構５４による機械的拘束が解除されると、通信部５３を介して飛行体３０に機械的拘束の解除完了を通知する（Ｔ６）。なお、プロセッサ５１は、端末１０に機械的拘束の解除完了を通知してもよい。

飛行体３０のプロセッサ３１は、通信部３３を介して、慣性計測装置３９による推力の計測を開始する（Ｔ７）。慣性計測装置３９による推力の計測は、離陸が終了するまで継続する。

プロセッサ３１は、回転翼機構３７による回転翼３７１の回転速度を上昇させながら、慣性計測装置３９により計測される推力が閾値Ｔｈ１以上になるまで待つ（Ｔ８）。閾値Ｔｈ１は、飛行体３０がホバリング状態にある場合の推力の値である。推力が閾値Ｔｈ１未満である場合、プロセッサ３１は、手順Ｔ８の処理を繰り返す。プロセッサ３１は、推力が閾値Ｔｈ１以上になると、磁力オフの指示（電磁力オフ指示の一例）を設置台５０に送信する（Ｔ９）。

設置台５０のプロセッサ５１は、通信部５３を介して磁力オフの指示を受信すると、電磁ホルダ５５（例えば第２の電磁ホルダ）を通電し、電磁ホルダ５５による磁力をオフにし、電磁ホルダ５５の電磁的拘束を解除する（Ｔ１０）。なお、電磁ホルダ５５が第１の電磁ホルダで構成される場合、設置台５０のプロセッサ５１は、磁力オフの指示を受信すると、電磁ホルダ５５を非通電し、電磁ホルダ５５による磁力をオフにし、電磁ホルダ５５の電磁的拘束を解除する（Ｔ１０）。また、プロセッサ５１は、通信部５３を介して飛行体３０に磁力の解除を通知する（Ｔ１１）。なお、プロセッサ５１は、通信部５３を介して端末１０に電磁ホルダ５５による磁力の解除を通知してもよい。

飛行体３０のプロセッサ３１は、通信部３３を介して電磁ホルダ５５による磁力の解除の通知を受信すると、飛行体３０の推力が閾値Ｔｈ２未満となるように、回転翼機構３７の駆動を制御する（Ｔ１２）。閾値Ｔｈ２は、飛行体３０を自重により緩やかに下降させる推力の値であり、ホバリング状態の閾値Ｔｈ１より小さな値である。

飛行体３０の推力が閾値Ｔｈ２未満となると、飛行体３０は、設置台５０から下降して離陸する（Ｔ１３）。飛行体３０の離陸は、慣性計測装置３９により計測される、飛行体３０の上下方向の加速度を基に判断される。なお、飛行体３０の離陸は、上カメラ３４による撮像画像を基に判断されてもよいし、飛行体３０が設置台５０との接触あるいは近接を検知するセンサを有する場合、この信号を基に判断されてもよい。また、飛行体３０のプロセッサ３１は、通信部３３を介して、飛行体３０の離陸を端末１０に通知してもよい。端末１０は、飛行体３０の離陸を表示部１８に表示する。これにより、点検者ｈｍは、飛行体３０の離陸を確認できる。

図９は、実施の形態１に係る飛行体制御システム５による着陸制御シーケンスの一例を示す図である。飛行体３０が飛行中あるいはホバリング中であり、飛行体３０が設置台５０の真下に到達した場合を想定する。この着陸制御シーケンスは、一例である。

図９において、飛行体３０のプロセッサ３１は、飛行体３０の推力が閾値Ｔｈ３になるように、回転翼機構３７の駆動を制御する（Ｔ２１）。閾値Ｔｈ３は、飛行体３０を設置台５０まで上昇させる推力の値であり、閾値Ｔｈ１より大きな値である。

プロセッサ３１は、上カメラ３４による撮像を開始する。プロセッサ３１は、上カメラ３４による撮像画像を解析し、飛行体３０が設置台５０に接近したことを検知する（Ｔ２２）。なお、飛行体３０の接近検知は、慣性計測装置３９により計測される、飛行体３０の上下方向の加速度を基に判断されてもよいし、飛行体３０が設置台５０との接触あるいは近接を検知するセンサを有する場合、この信号を基に判断されてもよい。

プロセッサ３１は、通信部３３を介して、設置台５０に飛行体３０の接近を通知する（Ｔ２３）。なお、プロセッサ３１は、設置台５０および端末１０の双方に飛行体３０の接近を通知してもよい。また、ここでは、飛行体３０が設置台５０への接近を検知して接近通知を行ったが、設置台５０が飛行体３０の接近を検知し、飛行体３０に通知してもよい。飛行体３０は、設置台５０から接近通知を受信すると、ステップＴ２４以降の動作を行ってもよい。

設置台５０のプロセッサ５１は、電磁ホルダ５５の非通電を確認し、また、アーム部５６の把持部材５６２が開状態にあることを確認する。なお、アーム部５６の把持部材５６２は、飛行体の飛行中、常に開状態にあってもよいし、設置台が飛行体の接近通知を受信する直前に開かれるように制御されてもよい。設置台５０のプロセッサ５１は、通信部５３を介して飛行体３０の接近通知（ステップＴ２３参照）を受信すると、電磁ホルダ５５の磁力をオン（つまり電磁ホルダ５５が磁力を発する状態）にする（Ｔ２５）。これにより、飛行体３０の機体が設置台５０の電磁ホルダ５５に吸着されるようになり、設置台５０とドッキング（連結）する。

飛行体３０のプロセッサ３１は、ステップＴ２５において設置台５０とドッキング（連結）された後、回転翼機構３７の駆動を制御し、推力を徐々に低下させる（Ｔ２４）。プロセッサ３１は、回転翼機構３７の駆動を停止し、推力を零にする。

プロセッサ５１は、アーム部５６の把持部材５６２を駆動して閉状態にする（Ｔ２６）。把持部材５６２は、その内側に形成される空間に飛行体３０を収容し、飛行体３０を機械的に拘束する。

なお、飛行体３０が電磁ホルダ５５の磁力によって吸着され、設置台５０にドッキングした後、プロセッサ３１は、回転翼機構３７の駆動をすぐさま停止させてもよい。

プロセッサ５１は、通信部５３を介して、端末１０に着陸を通知する（Ｔ２７）。なお、プロセッサ５１は、通信部５３を介して飛行体３０に着陸の通知を行い、飛行体３０のプロセッサ３１が端末１０に着陸の通知を端末１０に転送してもよい。また、プロセッサ５１は、飛行体３０および端末１０の双方に着陸を通知してもよい。端末１０は、飛行体３０の着陸が通知されると、着陸の通知を表示部１８に表示する。点検者は、端末１０を見ることで、飛行体３０の着陸を確認できる。

このように、飛行体制御システム５では、飛行体３０が閉空間の天井に取り付けられた設置台５０から離陸する時、設置台５０は、先にアーム部５６による飛行体３０の機械的拘束を解除する。飛行体３０が回転翼３７１を回転させて閾値Ｔｈ１以上の推力を得た後、設置台５０は、電磁ホルダ５５の磁力による飛行体３０の吸着を解除する。これにより、飛行体３０は、閾値Ｔｈ１以上の推力を得ることなく、解除されてしまう状況を回避できる。従って、飛行体３０は、設置台５０から円滑かつ安全に離陸できる。また、飛行体３０が設置台５０に着陸する時、設置台５０は、飛行体３０から接近通知を受信すると、電磁ホルダ５５の磁力による吸着で飛行体３０を拘束する。飛行体３０は、回転翼３７１の回転を徐々に低下させる。設置台５０は、アーム部５６の把持部材５６２で飛行体３０を把持または格納して飛行体３０を機械的に拘束する。従って、飛行体３０は、設置台５０に円滑かつ安全に着陸できる。

以上により、実施の形態１に係る飛行体制御システム５は、飛行体３０と、飛行体３０の保持および保持解除が可能な設置台５０とを相互に通信可能に備える。飛行体３０は、離陸指示の受信に基づいて、閉空間の天井に取り付けられた設置台５０の取付位置（既定の初期位置の一例）から離陸するための推力を制御する。飛行体３０は、推力が閾値Ｔｈ１（第１閾値の一例）以上となった場合（例えば、駆動し始めてから所定時間経過後）に開始通知（例えば飛行体３０の離陸の開始を指示する通知）を設置台５０に通知する。設置台５０は、開始通知の受信に基づいて、飛行体３０を保持解除するとともに、保持解除の完了通知を飛行体３０に通知する。飛行体３０は、完了通知の受信に基づいて、閾値Ｔｈ１未満の閾値Ｔｈ２（第２閾値の一例）となるまで推力を制御して設置台５０から離陸する。

これにより、飛行体制御システムは、設置台の取付位置からの飛行体の少なくとも離陸動作を円滑に実行できるので、飛行体を利用した被点検対象、例えば閉空間の状態を把握する点検者による点検業務の利便性を向上することができる。

また、飛行体３０は、閾値Ｔｈ２より大きい閾値Ｔｈ３（第３閾値の一例）となるまで推力を上昇するよう制御して設置台５０に接近する。飛行体３０は、接近通知を設置台５０に通知する。設置台５０は、接近通知の受信に基づいて、飛行体３０を保持する。設置台５０は、飛行体３０の着陸完了通知を飛行体３０に通知する。これにより、飛行体制御システムは、飛行体の設置台への着陸動作を円滑に実行できる。

また、飛行体３０は、離陸指示の受信に基づいて、保持解除指示を設置台５０に通知する。設置台５０は、飛行体３０を磁力により吸着する電磁ホルダ５５（電磁的に保持可能な第１保持部の一例）と、飛行体３０を把持または格納することで固定（ロック）するアーム部５６（飛行体を機械的に拘束可能な第２保持部の一例）とを備える。設置台５０は、保持解除指示の受信に基づいて、電磁ホルダ５５による飛行体３０の吸着を維持し、アーム部５６による飛行体３０のロックを解除する。これにより、飛行体制御システムは、電磁ホルダの磁力による吸着とアーム部のロックとを併用して飛行体を確実に保持できる。飛行体は、設置台に容易に停留できる。また、飛行体制御システムは、先にアーム部のロックを解除し、次に電磁ホルダの磁力による吸着を解除することで、飛行体を円滑かつ安全に設置台５０から離陸させることができる。

また、設置台５０は、飛行体３０の推力が第１閾値以上となった場合に飛行体３０から送られる電磁力オフ指示の受信に基づいて、電磁ホルダ５５による飛行体３０の吸着を解除する。これにより、飛行体制御システムは、飛行体がホバリング可能な（言い換えると、飛行可能な）状態になったことを確認して離陸させることができ、安全な飛行が確保される。つまり、飛行体が飛行不能な状態で離陸するような状況が回避される。

また、設置台５０は、接近通知の受信に基づいて、電磁ホルダ５５による飛行体３０の吸着、およびアーム部５６による飛行体３０のロックを開始する。これにより、飛行体制御システムは、飛行体が接近したことを確認し、アーム部によるロックと電磁ホルダの磁力による吸着とで飛行体を確実に保持できる。飛行体は、設置台に容易に停留できる。

また、飛行体３０は、点検者ｈｍの操作に応じて、点検者ｈｍにより所持される端末１０から送られた離陸指示を受信する。これにより、点検者は、任意の時に飛行体を離陸させることができる。

また、設置台５０は、着陸完了通知を、点検者ｈｍにより所持される端末１０に送信する。これにより、点検者は、飛行体が視野に含まれない場所にあっても、離陸を確認できる。

また、設置台５０は、室等の閉空間１００（略閉空間の一例）の天井に取り付けられる（配置される）。飛行体３０は、設置台５０から下降して離陸する。これにより、閉空間の天井を飛行体の発着場に有効活用できる。また、飛行体は、閉空間の下面が使用不可であっても停留できる。

また、設置台５０に保持される飛行体３０の面には、磁性体３１３が取り付けられる。電磁ホルダ５５は、飛行体３０を保持する面に取り付けられた、磁力の発生を通電により制御可能な電磁部品である。電磁ホルダ５５は、磁力を発生させて磁性体３１３を吸着し、飛行体３０を保持する。これにより、設置台は、飛行体の保持および保持解除を容易に行える。

以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態では、電磁ホルダで飛行体を吸着した状態で先にアーム部のロックを解除し、その後、電磁ホルダの吸着を解除して飛行体を離陸させたが、アーム部で飛行体をロックした状態で先に電磁ホルダを解除し、その後、アーム部のロックを解除して飛行体を離陸させてもよい。

また、上記実施形態では、設置台は、閉空間の天井に固定された状態で取り付けられたが、天井の面に沿って移動自在に取り付けられてもよい。この場合、飛行体の停留場所は、一箇所に留まらず、任意に変更可能である。

また、上記実施形態では、設置台は、閉空間の天井に取り付けられたが、閉空間の一部としてその境界面に配置されてもよい。設置台は、閉空間の内側に存在する飛行体と閉空間の外側に存在する端末との通信を中継する。これにより、閉空間が電波を遮蔽する空間であっても、端末と飛行体との通信が確保される。

本開示は、既定の初期位置からの飛行体の少なくとも離陸動作を円滑に実行し、飛行体を利用した被点検対象の状態を把握する点検業務の利便性を向上する飛行体制御システムおよび飛行体制御方法として有用である。

５ 飛行体制御システム
１０ 端末
１１、３１、５１ プロセッサ
１３ 操作部
１５、３３、５３ 通信部
１７、３２、５２ メモリ
１８ 表示部
１９ ストレージ
３０ 飛行体
３４ 上カメラ
３５ 下カメラ
３６ ジンバル
３７ 回転翼機構
３８ ＧＮＳＳ受信機
３９ 慣性計測装置
４０ 磁気コンパス
４１ 気圧高度計
４２ 電源
５０ 設置台
５４ 保持機構
５５ 電磁ホルダ
５６ アーム部
５７ 充電装置
５８ 発光装置

Claims (9)

1. 飛行体と前記飛行体の保持および保持解除が可能な設置台とを、相互に通信可能に備える飛行体制御システムであって、
   前記設置台は、
   前記飛行体を電磁的に保持可能な第１保持部と、前記飛行体を機械的に拘束可能な第２保持部と、を備え、
   前記飛行体は、
   離陸指示の受信に基づいて、保持解除指示を前記設置台に通知し、
   前記設置台は、
   前記保持解除指示の受信に基づいて、前記第２保持部による前記飛行体の保持を解除するとともに、解除完了通知を前記飛行体に通知し、
   前記飛行体は、
   既定の初期位置から離陸するための推力を制御し、前記推力が第１閾値以上となった場合に開始通知を前記設置台に通知し、
   前記設置台は、
   前記開始通知の受信に基づいて、前記第１保持部による前記飛行体を保持解除するとともに、前記保持解除の完了通知を前記飛行体に通知し、
   前記飛行体は、
   前記完了通知の受信に基づいて、前記第１閾値未満の第２閾値となるまで前記推力を制御して前記初期位置から離陸する、
   飛行体制御システム。
2. 前記飛行体は、
   前記第２閾値より大きい第３閾値となるまで前記推力を上昇するよう制御して前記初期位置に接近するとともに、接近通知を前記設置台に通知し、
   前記設置台は、
   前記接近通知の受信に基づいて、前記飛行体を保持するとともに、前記飛行体の着陸完了通知を前記飛行体に通知する、
   請求項１に記載の飛行体制御システム。
3. 前記設置台は、
   前記推力が前記第１閾値以上となった場合に前記飛行体からの電磁力オフ指示の受信に基づいて、前記第１保持部による前記飛行体の保持を解除する、
   請求項１に記載の飛行体制御システム。
4. 前記設置台は、
   前記飛行体を電磁的に保持可能な第１保持部と、前記飛行体を機械的に拘束可能な第２保持部とを備え、前記接近通知の受信に基づいて、前記第１保持部および前記第２保持部のそれぞれによる前記飛行体の保持を開始する、
   請求項２に記載の飛行体制御システム。
5. 前記飛行体は、
   点検者の操作に応じて、前記点検者により所持される端末から送られた前記離陸指示を受信する、
   請求項１に記載の飛行体制御システム。
6. 前記設置台は、
   前記着陸完了通知を、点検者により所持される端末に送信する、
   請求項２に記載の飛行体制御システム。
7. 前記設置台は、略閉空間の天井に配置され、
   前記飛行体は、前記設置台から下降して離陸する、
   請求項１に記載の飛行体制御システム。
8. 前記設置台に保持される前記飛行体の面には、磁性体が取り付けられ、
   前記第１保持部は、前記飛行体を保持する面に取り付けられた、磁力の発生を電磁的に制御可能な電磁部品であり、磁力を発生させて前記磁性体を吸着して前記飛行体を保持する、
   請求項１または４に記載の飛行体制御システム。
9. 飛行体と前記飛行体の保持および保持解除が可能な設置台とを、相互に通信可能に備える飛行体制御システムにより実行される飛行体制御方法であって、
   前記設置台は、
   前記飛行体を電磁的に保持可能な第１保持部と、前記飛行体を機械的に拘束可能な第２保持部と、を備え、
   離陸指示の受信に基づいて、保持解除指示を前記設置台に通知し、
   前記保持解除指示の受信に基づいて、前記第２保持部による前記飛行体の保持を解除するとともに、解除完了通知を前記飛行体に通知し、
   既定の初期位置から離陸するための推力を制御し、前記推力が第１閾値以上となった場合に開始通知を前記設置台に通知し、
   前記開始通知の受信に基づいて、前記第１保持部による前記飛行体を保持解除するとともに、前記保持解除の完了通知を前記飛行体に通知し、
   前記完了通知の受信に基づいて、前記第１閾値未満の第２閾値となるまで前記推力を制御して前記初期位置から離陸する、
   飛行体制御方法。

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