JP7360683B2 - 作業計画生成システム - Google Patents

Description

本発明は、作業計画生成システムに関し、特に、複数の飛行体を利用した屋内・屋外を含む所定の領域に対する作業計画を生成する技術に関する。

近年、複数のプロペラを有する無人飛行体（所謂ドローン等）が各種の分野で使われている。このような飛行体によって、所定の領域の点検、測量、監視、撮影等を自動化する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術によれば、１台の飛行体によって所定の領域を網羅的に撮影等することが可能である。

特開２０１６－１１１４１４号公報

しかしながら、特許文献１に倣って１台の飛行体にて点検等の作業を行おうとした場合、例えば、バッテリ容量の都合から、作業途中であっても充電のために一時中断したりすることがしばしば起こる。

一方、複数台による飛行体にて同時に点検を行う（即ち、点検作業を分散する）という考え方も提案されているが、実際に、点検業者などの作業員による目視と経験等から必要な飛行体の台数や飛行ルートを決定するにとどまっており、飛行体の数が想定していたよりも少なすぎたことにより充電のための一時中断が発生してしまったり、飛行体の数が想定より多すぎたことにより不必要なコストがかかってしまったりすることが起きている。

そこで、本発明は、作業対象に対して、複数の飛行体を利用した効率的な作業を行うことができる技術を提供することを目的とする。

本発明によれば、
複数の飛行体を利用した作業計画を生成する作業計画生成システムであって、
過去に行われた作業実績を学習して学習モデルを生成する学習部と、
作業対象を読み込むと共に、前記学習モデルを利用して前記作業計画を生成する生成部と、
を含む、作業計画生成システムが得られる。

本発明によれば、作業対象に対して、複数の飛行体を利用した効率的な作業を行うことができる。

本実施形態に係る飛行体１による飛行状態を説明する図である。 本実施形態に係る生成装置と飛行体の支持関係を示す図である。 本実施形態に係るブロック構成図を示す図である。 本実施形態に係る飛行ルート生成プロセスをブロック化した図である。 本実施形態に係るデータテーブルの例である。 本実施形態に係る飛行体のブロック図である。 本実施形態に係る飛行ルート生成プロセスをブロック化した図である。 本実施の形態によるルート生成の処理フローを示す図である。 本実施の形態による飛行状態を示す図である。 本実施の形態による飛行状態を示す図である。 本実施の形態による飛行状態を示す図である。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態による飛行体は、以下のような構成を備える。

［項目１］
複数の飛行体を利用した作業計画を生成する作業計画生成システムであって、
過去に行われた作業実績を学習して学習モデルを生成する学習部と、
作業対象を読み込むと共に、前記学習モデルを利用して前記作業計画を生成する生成部と、
を含む、作業計画生成システム。
［項目２］
項目１に記載の作業計画生成システムであって、
前記生成部は、
読み込んだ前記作業対象を複数のセグメントに区分けするステップと、
区分けしたセグメントの夫々に割り当てるべき飛行体のスペックを決定するステップと、
前記セグメントの夫々における前記飛行体の飛行ルートを決定するステップと、
を実行する、
作業計画生成システム。
［項目３］
項目２に記載の作業計画システムであって、
前記飛行ルートを決定するステップは、離陸点と、当該始点から各セグメントの夫々への飛行ルートと、着陸点とを設定するステップを含んでいる、
作業計画生成システム。
［項目４］
項目１乃至項目３のいずれかに記載の作業計画生成システムであって、
前記作業対象は、屋内又は屋外における所定の領域である、
作業計画生成システム。
［項目５］
項目１乃至項目４のいずれかに記載の作業計画生成システムであって、
前記作業計画又は作業実績における作業は、点検、監視、測量又は撮影を含む、
作業計画生成システム。
［項目６］
項目１乃至項目５のいずれかに記載の作業計画生成システムであって、
前記飛行体は、回転翼機である、
作業計画生成システム。
［項目７］
項目１乃至項目６のいずれかに記載の作業計画生成システムであって、
前記作業実績は、少なくとも、過去の作業対象の情報、作業に用いた飛行体の情報及び作業結果を含んでいる、
作業計画生成システム。
［項目８］
項目１に記載の作業計画生成システムであって、
作業対象となる地図情報を読み込むステップと、
前記地図情報を、１台の前記飛行体によって夫々連続飛行可能な複数のセグメントに区分けするステップと、
前記セグメントの夫々における飛行ルートを生成するステップと、
使用されるすべての前記飛行体における共通の離着陸点を設定するステップと、
を実行する、
作業計画生成システム。

以下、本発明の実施形態に係る作業計画生成システム（以下「システム」と呼ぶ）について図面を参照しながら説明する。

図１に示されるように、本発明による実施の形態によるシステムは、対象となる作業領域Ｓ０を複数の飛行体Ｆ１～Ｆ４によって点検等、作業を行うものである。左京領域Ｓ０は、複数のセグメントＳ１～Ｓ４に区分けされ、各セグメントを１台の飛行体が作業する。

＜ハードウェア構成＞
図２に示されるように、本システムは、主に、作業計画を生成する生成装置と、実際に作業を行う複数の飛行体とを備えている。なお、以下に示す構成は一例であり、これ以外の構成を有していてもよい。また同等の機能を有する他の手段を適宜採用することも可能である。また、複数の機能が単一のデバイス等により構成されていてもよいし、複数のデバイス等によって単一の機能が構成されていてもよい。

＜生成装置 ハードウェア構成＞
生成装置は、過去の作業情報に基づいて学習された学習モデルを利用して、これから作業を行う作業対象に関する作業計画を生成するものである。

図３は、生成装置のブロック構成の例を示す図である。なお、図示される構成は一例であり、これら以外の機能が付加されていてもよい。

生成装置は、例えばワークステーションやパーソナルコンピュータのような汎用コンピュータとしてもよいし、或いはクラウド・コンピューティングによって論理的に実現されてもよい。

生成装置は、少なくとも、プロセッサ１０、メモリ１１、ストレージ１２、送受信部１３、入出力部１４等を備え、これらはバス１５を通じて相互に電気的に接続される。

プロセッサ１０は、生成装置全体の動作を制御し、各要素間におけるデータの送受信の制御、及びアプリケーションの実行に必要な情報処理等を行う演算装置である。例えばプロセッサ１０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、ストレージ１２に格納されメモリ１１に展開されたプログラム等を実行して各情報処理を実施する。

メモリ１１は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶と、フラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶と、を含む。メモリ１１は、プロセッサ１０のワークエリア等として使用され、また、生成装置の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ ／ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、及び各種設定情報等を格納する。

ストレージ１２は、アプリケーション・プログラム等の各種プログラムを格納する。各処理に用いられるデータを格納したデータベースがストレージ２２に構築されていてもよい。

送受信部１３は、生成装置をネットワークに接続する。なお、送受信部１３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）の近距離通信インタフェースを備えていてもよい。送受信部は、企業端末より依頼を受けて、生成されたミッション情報をユーザ端末に送信する。

入出力部１４は、キーボード・マウス類等の情報入力機器、及びディスプレイ等の出力機器である。

バス１５は、上記各要素に共通に接続され、例えば、アドレス信号、データ信号及び各種制御信号を伝達する。

＜生成装置 機能構成＞
図４は、生成装置の機能ブロックを示す図である。なお、以下の機能ブロックは、各処理を概念的に示したものであり、必ずしも、各機能とその名称に限定されるわけではない。

地図情報は、作業対象となる領域の、少なくとも形状又は面積等が含まれる情報である。これらは、例えば、地図データ、地形図データ、屋内図面、フロアマップ等、領域の形状や構造、当該領域に含まれる情報であって、飛行ルートを生成する上で参照される情報である。当該地図情報には、離着陸可能な領域（平面、構造体がない等）と、離着陸不能（又は適していない）な領域（河川、地面に構造物が設置されている等）とに関する情報も含まれており、これらの情報は、後述する離着陸点の設定に用いられる。

学習データは、過去に行われた作業に関するデータであり、図５に示されるように、少なくとも、過去の作業対象の情報、作業に用いた飛行体の情報及び作業結果を含んでいる。例えば、過去に行われた土地、建物内等の領域について、どのようなスペックの飛行体が何台用いられ、飛行履歴、作業時間、充電のための中断その他の作業の結果に関する情報が関連付けられている。これらの学習データは、学習モデル生成のために予め調整、規格化等されていてもよい。

取得部は、地図情報を取得する。地図情報は、少なくとも形状又は面積等が抽出できる情報であれば、データ形式は問わない。例えば、一般的な地図サービスと連携することとしてもよい。

比較部は、取得した地図情報と、学習データとを比較・分析する。分析の方法は、回帰分析（ベイズ線形回帰、サポートベクター回帰、ランダムフォレスト等）種々の方法が採用できる。比較部は、所定の分析モデルを構築する。

生成部は、分析モデルに基づいて、地図情報に含まれる作業対象領域のセグメント化、飛行ルートの生成を行う。

出力部は、生成された情報を飛行体が解釈可能な信号として出力する。

＜飛行体の構造＞
図６に示されるように、飛行体は、次のような構造を有している。本実施の形態における飛行体は、自動、手動又はこれらの組み合わせによって制御可能である。

フライトコントローラ１１は、プログラマブルプロセッサ（たとえば、中央演算処理装置（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。

フライトコントローラ１１は、メモリ１２を有しており、当該メモリ１２にアクセス可能である。メモリ１２は、１つ以上のステップを行うためにフライトコントローラ１１が実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。

メモリ１２は、たとえば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類１３から取得したデータは、メモリ１２に直接に伝達されかつ記憶されてもよい。たとえば、カメラ等１３で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。カメラ１３は飛行体にジンバル１４を介して設置される。

フライトコントローラ１１は、飛行体１の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。たとえば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θｘ、θｙ及びθｚ）を有する飛行体１の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために、ＥＳＣ１５を経由して飛行体１の推進機構（モータ１６等）を制御する。モータ１６によりプロペラ１７が回転することで飛行体１の揚力を生じさせる。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。

フライトコントローラ１１は、１つ以上の外部のデバイス（たとえば、送受信機（プロポ）、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部１８と通信可能である。送受信機１８は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。

送受信部１８は、たとえば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。

送受信部１８は、センサ類１９で取得したデータ、フライトコントローラ１１が生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。

本実施の形態によるセンサ類１９は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（たとえば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（たとえば、カメラ）を含み得る。

＜処理の流れ＞
図７を参照して、本システムの処理の流れを説明する。

図示されるように、システムは、地図データを読み込むと（ステップＳ４２１）、当該地図データを学習モデルに基づいて分析がなされる（ステップＳ４２３）。この際、例えば、作業の目的（例えば、点検、測量、監視、撮影等）の情報を読み込むことにより、複数の学習モデルの中から、適切なデータに基づいた学習モデルを特定することとしてもよい。

その後、当該地図データに含まれる点検対象領域を複数のセグメントに分解する（ステップＳ４２５）。本実施の形態においては、１セグメント当たりの飛行体の数は１つであるが、用途に応じて複数台としてもよい。

当該作業に必要な飛行体のスペックが決定されると（ステップＳ４２７）、セグメント内の飛行ルートが生成される（ステップＳ４２９）。

飛行ルートは、当該セグメント内を網羅的かつ効率的に飛行可能なルートが生成される（例えば、図１に示されるジグザグルート参照）。

そして、全ての飛行体が離着陸するためのホームポジションが設定される（ステップＳ４３１）。

本実施の形態においては、各飛行体は、１の離着陸地点から各セグメントに飛行し、作業が完了すると、当該離着離着陸地点に戻ってくる。

＜飛行体による作業＞
図８乃至図１０を参照して、本システムによって生成された飛行ルートに基づく作業の様子を説明する。

図８に示されるように、飛行体Ｆ１～Ｆ４は、設定されたホームポジションＨにセットされる。ホームポジションは、作業対象の領域又はその近傍から離着陸可能な地点が選定され設定される。

続いて、図９に記されるように、各飛行体は予め割り当てられたセグメントに移動する。移動は最短経路で行われる。

飛行体がセグメントに移動完了すると、同時に、又はセグメントに到着した順に、図１０に示されるように、各セグメントにおける作業が開始される。作業が完了すると、飛行体は図８に示されるホームポジションＨに戻ってくる。

図１１に示されるように、上述した飛行ルートやセグメントの区分は、コンピュータの画面上にて可視化することとしてもよい。また、生成されたルートは手動により編集が可能度ある。事後的に編集できるようにすることによって、より効率的な飛行ルートを生成することができる。

１ 飛行体
２ 構造物２
４ レーザ光
５ レーザ発光装置
６ レーザ光
７ レーザ発光装置
１１ フライトコントローラ
２０ 受光器

Claims (8)

1. 飛行体を利用した作業計画を生成する作業計画生成システムであって、
   作業対象を読み込むと共に、過去に行われた作業実績を学習して生成された学習モデルを利用して前記作業計画を生成する生成部を含み、
   前記生成部は、
   読み込んだ前記作業対象を複数のセグメントに区分けするステップと、
   区分けしたセグメントの夫々に割り当てるべき飛行体のスペックを決定するステップと、を実行する作業計画生成システム。
2. 請求項１に記載の作業計画生成システムであって、
   前記生成部は、
   前記セグメントの夫々における前記飛行体の飛行ルートを決定するステップ、
   を実行する、
   作業計画生成システム。
3. 請求項２に記載の作業計画システムであって、
   前記飛行ルートを決定するステップは、離陸点と、当該離陸点から各セグメントの夫々への飛行ルートと、着陸点とを設定するステップを含んでいる、
   作業計画生成システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の作業計画生成システムであって、
   前記作業対象は、屋内又は屋外における所定の領域である、
   作業計画生成システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の作業計画生成システムであって、
   前記作業計画又は作業実績における作業は、点検、監視、測量又は撮影を含む、
   作業計画生成システム。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の作業計画生成システムであって、
   前記飛行体は、回転翼機である、
   作業計画生成システム。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の作業計画生成システムであって、
   前記作業実績は、少なくとも、過去の作業対象の情報、作業に用いた飛行体の情報及び作業結果を含んでいる、
   作業計画生成システム。
8. 請求項１に記載の作業計画生成システムであって、
   作業対象となる地図情報を読み込むステップと、
   前記地図情報を、１台の前記飛行体によって夫々連続飛行可能な複数のセグメントに区分けするステップと、
   前記セグメントの夫々における飛行ルートを生成するステップと、
   使用されるすべての前記飛行体における共通の離着陸点を設定するステップと、
   を実行する、
   作業計画生成システム。