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1. WO2020012996 - 無人航空機および駆動方法、並びにプログラム

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明 細 書

発明の名称 無人航空機および駆動方法、並びにプログラム

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007  

課題を解決するための手段

0008   0009   0010   0011   0012   0013  

発明の効果

0014   0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157   0158   0159   0160   0161   0162   0163   0164   0165   0166   0167   0168   0169   0170   0171   0172   0173   0174   0175   0176   0177   0178   0179   0180   0181   0182   0183   0184   0185   0186   0187   0188   0189   0190   0191   0192   0193   0194   0195   0196   0197   0198   0199   0200   0201   0202   0203   0204   0205   0206   0207   0208   0209   0210   0211   0212   0213   0214   0215   0216   0217   0218   0219   0220   0221   0222   0223   0224   0225   0226   0227   0228   0229   0230   0231   0232   0233   0234   0235   0236   0237   0238   0239   0240   0241   0242  

符号の説明

0243  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 無人航空機および駆動方法、並びにプログラム

技術分野

[0001]
 本技術は、無人航空機および駆動方法、並びにプログラムに関し、特に、簡単に機体のバランスをとることができるようにした無人航空機および駆動方法、並びにプログラムに関する。

背景技術

[0002]
 近年、荷物の運搬やカメラでの撮影に無人航空機が利用されている。
[0003]
 このような無人航空機は複数のプロペラを回転させることにより飛行し、飛行時にはそれらの複数の各プロペラの回転数を調整することで所望の方向へと飛行する。
[0004]
 ところで、機体の重心位置を調整する技術として、ヘリコプタの胴体部に対して、メインロータおよびテイルロータが設けられた可動部を移動させることで、ヘリコプタの重心位置を常にメインロータシャフトの軸線上に位置させるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この技術を用いれば、ヘリコプタの機体のバランス調整を行うことができる。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開平7-17491号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 しかしながら、プロペラを駆動させるモータ等の可動部分と、機体、つまり胴体部分とが一体となっている無人航空機では、上述した特許文献1に記載の技術により重心位置を調整して機体のバランスをとることはできなかった。
[0007]
 本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、簡単に機体のバランスをとることができるようにするものである。

課題を解決するための手段

[0008]
 本技術の第1の側面の無人航空機は、複数のプロペラを回転させる複数のモータと、重心位置調整部材を移動させる可動部と、前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する制御部とを備える。
[0009]
 本技術の第1の側面の駆動方法またはプログラムは、複数のプロペラを回転させる複数のモータと、重心位置調整部材を移動させる可動部とを有する無人航空機が、前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する。
[0010]
 本技術の第1の側面においては、複数のプロペラを回転させる複数のモータと、重心位置調整部材を移動させる可動部とを有する無人航空機において、前記可動部による前記重心位置調整部材の移動が制御される。
[0011]
 本技術の第2の側面の無人航空機は、複数の調整部材を移動させる可動部と、発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動を制御する制御部とを備える。
[0012]
 本技術の第2の側面の駆動方法またはプログラムは、複数の調整部材を移動させる可動部を有する無人航空機が、発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動を制御する。
[0013]
 本技術の第2の側面においては、複数の調整部材を移動させる可動部を有する無人航空機において、発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きが調整されるとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動が制御される。

発明の効果

[0014]
 本技術の第1の側面および第2の側面によれば、簡単に機体のバランスをとることができる。
[0015]
 なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載された何れかの効果であってもよい。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 重心位置の調整について説明する図である。
[図2] 重心位置の調整について説明する図である。
[図3] バッテリ可動部の構成例を示す図である。
[図4] 無人航空機の機能的な構成例を示す図である。
[図5] 初回離陸時における飛行制御処理を説明するフローチャートである。
[図6] 強風対策について説明する図である。
[図7] 無人航空機の機能的な構成例を示す図である。
[図8] 強風対策制御処理を説明するフローチャートである。
[図9] コンピュータの構成例を示す図である。

発明を実施するための形態

[0017]
 以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。
[0018]
〈第1の実施の形態〉
〈本技術について〉
 本技術は複数のプロペラを有する無人航空機において、プロペラを回転させるモータの回転数に基づいてプロペラやモータ等の可動部分と、無人航空機の機体との位置関係を維持したまま重心位置調整部材を移動させることで、無人航空機の重心位置を調整することができるようにするものである。これにより、簡単に機体のバランスをとることができる。
[0019]
 なお、重心位置調整部材は、無人航空機に搭載されたバッテリや、重心位置調整用の重り、無人航空機に積載されたペイロード(積載物)など、どのようなものであってもよいが、以下では重心位置調整部材がバッテリである場合について説明する。
[0020]
 例えば無人航空機にジンバルカメラや各種のセンサ、積載物といったペイロードを搭載すると、それらのペイロードの重量および搭載位置によって無人航空機の重心位置が変化する。また、無人航空機は、機体重量の多くをバッテリが占めているという特徴を有している。
[0021]
 そこで本技術では、そのような特徴を活かしてバッテリを無人航空機の機体に対して移動させることで機体の重心位置の最適化を行うようにした。
[0022]
 それでは、以下、本技術についてより詳細に説明する。
[0023]
 一般的に、無人航空機は自身に搭載されるペイロードの重量に合わせて、プロペラ部のモータによって機体制御を実施している。
[0024]
 具体的には、例えば無人航空機の外観の構成は図1に示すようになっている。なお、図1は、無人航空機11を正面から見た図を示している。
[0025]
 この例では無人航空機11には、無人航空機11を駆動(飛行)させる駆動部であるプロペラ21aおよびプロペラ21bと、それらのプロペラ21aおよびプロペラ21bを回転させる回転駆動部であるモータ22aおよびモータ22bが設けられている。
[0026]
 特に、ここではプロペラ21aおよびプロペラ21bは、例えば2次元平面上に並ぶように配置されており、またモータ22aおよびモータ22bは自身の回転数、すなわちプロペラ21aおよびプロペラ21bの回転数を検出する回転数検出機能を有している。
[0027]
 なお、以下、プロペラ21aおよびプロペラ21bを特に区別する必要のない場合、単にプロペラ21とも称し、モータ22aおよびモータ22bを特に区別する必要のない場合、単にモータ22とも称することとする。また、以下では、モータ22aの回転数を特に回転数raとも記し、モータ22bの回転数を特に回転数rbとも記すこととする。
[0028]
 無人航空機11には、周囲の被写体を撮影する撮影部として機能するジンバルカメラ23や、無人航空機11の各部に電力を供給するバッテリ24が設けられている。
[0029]
 さらに、ここではバッテリ24が無人航空機11の重心位置を調整するための重心位置調整部材であるため、無人航空機11にはバッテリ24を移動させるためのバッテリ可動部25が設けられている。
[0030]
 例えば図1の例のように無人航空機11に対してバッテリ24は略中央に位置し、ジンバルカメラ23が図中、左側に位置している場合、無人航空機11の重心位置は、中央よりも図中、左側、すなわちプロペラ21a側に偏った状態となる。これは、無人航空機11の中心より図中、右側にあるバッテリ24およびバッテリ可動部25の重量と比較して、無人航空機11の中心より図中、左側にあるジンバルカメラ23の重量の方が重いためである。
[0031]
 このような場合、無人航空機11は図中、左側、つまりプロペラ21a側に傾くことから、無人航空機11は機体のバランスを保つために回転数rbよりも回転数raが多くなるように回転数raを増加させる。これにより、無人航空機11が地面に対して水平な状態となり、バランスが保たれることになる。
[0032]
 逆に無人航空機11が図中、右側、つまりプロペラ21b側に傾く場合には、無人航空機11は回転数rbを増加させて、回転数rbが回転数raよりも多くなるように制御され、機体のバランスが保たれるようにされる。
[0033]
 ここで、図1に示す例のように無人航空機11のプロペラ21a側にジンバルカメラ23が配置されており、機体の重心位置がプロペラ21a側に偏っている場合、無人航空機11の飛行中には継続的に回転数ra>回転数rbの状態となっている。
[0034]
 このように常に回転数rbよりも回転数raが多い状態が続くと、モータ22bと比較してモータ22aの劣化が進む状況となってしまう。
[0035]
 無人航空機11の重心位置に偏りが生じると各モータ22の劣化度合いにも偏りが生じてしまうため、できるだけ各モータ22の回転数が等しくなるように、無人航空機11の重心位置を機体の中央(中心)の位置とすることができるとよい。
[0036]
 そこで本技術では、無人航空機11の機体のバランスをとるために、モータ22による制御を行う前に、まずはジンバルカメラ23等のペイロードの重量と配置位置に合わせてバッテリ24を移動させることにより機体の重心位置を調整するようにした。
[0037]
 具体的には、図1の例ではジンバルカメラ23の搭載によって無人航空機11の機体の重心はプロペラ21a側に偏っているため、バッテリ可動部25はバッテリ24をプロペラ21b側に移動させることで重心位置を調整する。
[0038]
 特に、ここではバッテリ可動部25はバッテリ24を図中、左右方向に移動させることができるようになっており、バッテリ24をプロペラ21b側に移動させることで機体の重心位置が無人航空機11の中心位置となるように調整を行う。
[0039]
 なお、以下では無人航空機11の中心から見てプロペラ21a側の方向を特にA側とも称し、無人航空機11の中心から見てプロペラ21b側の方向を特にB側とも称することとする。また、以下では無人航空機11の機体の中心位置を、特に機体中心位置とも称することとする。
[0040]
 このようにバッテリ可動部25は、無人航空機11の機体と、プロペラ21およびモータ22との位置関係を維持したまま(変化させずに)、独立してバッテリ24を機体に対してA側やB側へと移動させることができる。
[0041]
 しかし、バッテリ可動部25によるバッテリ24の移動にも限界があり、ある程度A側やB側にバッテリ24を移動させると、物理的な制約によって、それ以上はA側やB側へとバッテリ24を移動させることができなくなってしまうこともある。
[0042]
 例えば、バッテリ24が移動可能な範囲における最もA側の位置をA側端と称し、バッテリ24が移動可能な範囲における最もB側の位置をB側端と称することとする。
[0043]
 この場合、バッテリ24の位置をA側端よりもさらにA側に移動させることはできないし、同様にバッテリ24の位置をB側端よりもさらにB側に移動させることもできない。
[0044]
 ジンバルカメラ23等のペイロードの重量と配置位置によっては、バッテリ24をA側端またはB側端まで移動させても無人航空機11の重心位置が機体中心位置とはならないこともある。このように、これ以上はバッテリ24の移動による重心位置の調整ができない状態となった場合にのみ、無人航空機11はその状態から各モータ22の回転数を調整し、機体のバランスが保たれるようにする。
[0045]
 例えば無人航空機11の離陸後、無人航空機11が水平(バランス)を保っている状態で、無人航空機11は回転数raと回転数rbを評価する。
[0046]
 このとき、例えば回転数raと回転数rbの差分(ra-rb)が所定の正の値の閾値|t|以上であれば、バッテリ24がB側(B方向)へと所定の単位変化量分だけ移動される。
[0047]
 すると無人航空機11では、バッテリ24が移動されたことから機体のバランスが保たれるように各モータ22の回転数が制御されるので、その後、再度、回転数raと回転数rbが評価され、差分(ra-rb)が閾値|t|未満となるまでバッテリ24の移動と回転数の評価とが繰り返し行われる。
[0048]
 同様に、無人航空機11の離陸後における回転数の評価の結果、差分(ra-rb)が所定の負の値の閾値-|t|以下であれば、バッテリ24がA側(A方向)へと所定の単位変化量分だけ移動される。
[0049]
 そして、バッテリ24の移動に応じて各モータ22の回転数が制御されるので、その後、再度、回転数raと回転数rbが評価され、差分(ra-rb)が閾値-|t|より大きくなるまでバッテリ24の移動と回転数の評価とが繰り返し行われる。
[0050]
 以上のことから無人航空機11では、差分(ra-rb)が閾値|t|と閾値-|t|とから定まる所定の範囲内の値でない場合、バッテリ24の移動による機体の重心位置の調整が行われることになる。なお、ここでいう所定の範囲とは閾値-|t|よりも大きく、閾値|t|よりも小さいという値の範囲である。
[0051]
 このように無人航空機11は、各モータ22の回転数を比較して、その比較結果に応じた方向にバッテリ24を移動させる。これにより、無人航空機11に搭載されたジンバルカメラ23などのペイロードの重量と配置位置に応じて適切な方向に適切な距離だけバッテリ24を移動させ、無人航空機11の重心位置を調整することができる。
[0052]
 なお、ここでは無人航空機11に設けられたモータ22が2つである場合を例として説明したが、モータ22が3以上である場合でも同様の処理により重心位置の調整を行うことができる。例えばモータ22が偶数個ある場合には、2つのモータ22を1つのペアとし、それらのペアごとに上述した回転数の評価を行い、その評価結果に応じてバッテリ24を移動させればよい。
[0053]
 具体的には、例えば図2に示すように、無人航空機11に4つのプロペラと、それらのプロペラを駆動させる4つのモータとが設けられているとする。なお、図2において図1における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。また、図2では各モータの図示は省略されている。
[0054]
 この例では、無人航空機11には図1に示したプロペラ21aとプロペラ21bに加えて、さらにプロペラ21a’とプロペラ21b’が設けられている。
[0055]
 ここでは、図中、上側においてプロペラ21aとプロペラ21bが図中、横方向に並べられて配置されており、それらのプロペラ21aとプロペラ21bの図中、下側にはプロペラ21a’とプロペラ21b’が図中、横方向に並べられて配置されている。
[0056]
 また、プロペラ21aとプロペラ21a’が図中、縦方向に並べられて配置されており、プロペラ21bとプロペラ21b’が図中、縦方向に並べられて配置されている。特に、無人航空機11ではプロペラ21a、プロペラ21b、プロペラ21a’、およびプロペラ21b’が2次元平面上に並ぶように配置されている。
[0057]
 さらに、この例では無人航空機11にはプロペラ21a’およびプロペラ21b’のそれぞれを回転させる回転駆動部である、図示せぬモータ22a’およびモータ22b’が設けられている。
[0058]
 なお、以下、プロペラ21a、プロペラ21b、プロペラ21a’、およびプロペラ21b’を特に区別する必要のない場合、単にプロペラ21とも称することとする。また、以下、モータ22a、モータ22b、モータ22a’、およびモータ22b’を特に区別する必要のない場合、単にモータ22とも称することとする。
[0059]
 さらに、以下ではモータ22a’およびモータ22b’の回転数を、それぞれ回転数ra’および回転数rb’と記すこととする。
[0060]
 図2の例では、4つのモータ22(プロペラ21)が2つのペアに分けられる。
[0061]
 具体的には、例えば図2に示す例においてはバッテリ24が図中、左右方向に直線的に移動可能とされている。図2では直線L11は、バッテリ24が移動可能な方向であるバッテリ可動線(バッテリ可動方向)を表している。
[0062]
 いま、機体中心位置を通り、バッテリ可動線に対して直交する直線L12を分割線とすると、この分割線によりモータ22、つまりプロペラ21がA群とB群に分けられる。
[0063]
 ここでは、分割線に対して図中、左側に位置するモータ22aとモータ22a’がA群に属すとされ、分割線に対して図中、右側に位置するモータ22bとモータ22b’がB群に属すとされる。
[0064]
 そして、A群に属すモータ22と、そのモータ22について分割線に対して対称な位置にあるB群のモータ22とが1つのペアとされる。
[0065]
 したがって、ここではモータ22aとモータ22bが1つのペアとされ、モータ22a’とモータ22b’が他の1つのペアとされることになる。
[0066]
 そして、モータ22aとモータ22bのペアについては、上述した例と同様に差分(ra-rb)と、閾値|t|や閾値-|t|とが比較される。
[0067]
 また、モータ22a’とモータ22b’のペアについても同様に差分(ra’-rb’)と、閾値|t|や閾値-|t|とが比較される。
[0068]
 そして、差分(ra-rb)および差分(ra’-rb’)が閾値-|t|よりも大きく、かつ閾値|t|未満となるまでバッテリ24がバッテリ可動線に沿って移動され、バッテリ24の移動と回転数の評価とが繰り返し行われる。
[0069]
 なお、図1ではバッテリ24がA側やB側に移動されると説明したが、図2の例ではバッテリ可動線と平行な方向にバッテリ24が移動される。特にバッテリ可動線と平行な方向のうちの図中、左側の方向がA側に相当し、バッテリ可動線と平行な方向のうちの図中、右側の方向がB側に相当する。
[0070]
 また、ここではバッテリ24が直線上を移動する例について説明したが、各モータ22の回転数の評価に基づいてバッテリ24を2次元平面上の任意の位置に移動させるようにしてもよい。
[0071]
 さらに、図2では4つのプロペラ21に対して1つのバッテリ24が設けられる例について説明したが、プロペラ21のペアごとに1つのバッテリが重心位置調整部材として設けられてもよい。具体的には、例えば図2の例では差分(ra-rb’)と閾値との比較結果に応じて1つのバッテリがプロペラ21aとプロペラ21b’とを結ぶ直線上を移動するようにし、差分(ra’-rb)と閾値との比較結果に応じて他の1つのバッテリがプロペラ21a’とプロペラ21bとを結ぶ直線上を移動するようにすればよい。
[0072]
〈バッテリ可動部の構成について〉
 次にバッテリ可動部25の具体的な構成例について説明する。
[0073]
 バッテリ可動部25は、例えば図3に示すように構成することができる。
[0074]
 図3に示す例では、バッテリ可動部25は直線形状のベースレール51と、そのベースレール51に設けられたバッテリホルダ52、ギアボックス53、プーリー54、プーリー55、およびベルト56を有している。
[0075]
 すなわち、ベースレール51の一方の端にはギアボックス53とプーリー54が配置されており、ベースレール51の他方の端にはプーリー55が設けられている。そして、回転軸となる2つのプーリー54およびプーリー55の部分に1つのベルト56が設けられており、そのベルト56に対して、バッテリ24を保持するバッテリホルダ52が固定されている。
[0076]
 また、ギアボックス53内部には、図中、右側に示すようにモータ61、変速ギア62、および変速ギア63が設けられている。
[0077]
 バッテリ24の移動時には、バッテリ可動部25はモータ61を回転させる。モータ61の回転軸が回転すると、その回転軸に固定された変速ギア62と、変速ギア62と噛み合うように配置された変速ギア63が回転し、これにより変速ギア63と噛み合うプーリー54が回転する。
[0078]
 すると、プーリー54の回転に応じてベルト56が回るとともにプーリー55も回転し、その結果、ベルト56に固定されているバッテリホルダ52と、そのバッテリホルダ52に保持されているバッテリ24がベースレール51に沿って直線的に移動する。
[0079]
 なお、ここではバッテリ可動部25がモータ61を回転させることで機械的にバッテリ24を移動させる例について説明したが、バッテリ可動部25によりバッテリ24を移動させる機構は図3の例に限らず、どのようなものであってもよい。例えば超電導電磁石を利用して、磁力によりバッテリ24を移動させるようにしてもよいし、アクチュエータ等を利用してバッテリ24を移動させるようにしてもよい。
[0080]
 その他、例えば先端にプロペラ21およびモータ22が固定されたローターアームをある程度の重量を有するものとし、そのローターアームを重心位置調整部材としてもよい。そのような場合、無人航空機11はロータアームを伸縮させることで重心位置を調整する。また、ローターアームに重心位置調整部材とするバッテリなどを固定し、ロータアームを伸縮させることで重心位置を調整するようにしてもよい。
[0081]
〈無人航空機の機能的な構成例〉
 続いて、無人航空機11の機能的な構成例について説明する。
[0082]
 ここでは、図1に示した2つのプロペラ21を有する無人航空機11の構成について説明する。そのような無人航空機11の機能的な構成は、例えば図4に示すようになる。なお、図4において図1における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
[0083]
 図4に示す無人航空機11は、プロペラ21a、プロペラ21b、モータ22a、モータ22b、駆動制御部91a、駆動制御部91b、位置計測部92、飛行計画制御部93、重量計測部94、ジンバルカメラ23、傾き検出部95、記録部96、バッテリ可動部25、バッテリ24、および制御部97を有している。
[0084]
 駆動制御部91aおよび駆動制御部91bは、制御部97の指示に従ってモータ22aおよびモータ22bの駆動を制御する。
[0085]
 また、モータ22aは駆動時の自身の回転数raを制御部97に供給し、同様にモータ22bも駆動時の自身の回転数rbを制御部97に供給する。なお、モータ22の回転数は、駆動制御部91により検知するようにしてもよいし、制御部97等においてモータ22の駆動に関する内部変数などから検知するようにしてもよい。
[0086]
 さらに、ここでは説明を簡単にするため、無人航空機11に2つのプロペラ21が設けられている例について説明している。しかし、図2に示したように無人航空機11に4つのプロペラ21が設けられているようにしてもよい。
[0087]
 そのような場合、無人航空機11にはプロペラ21a’、プロペラ21b’、モータ22a’、モータ22b’と、モータ22a’およびモータ22b’のそれぞれの駆動を制御する駆動制御部91a’および駆動制御部91b’とが設けられる。
[0088]
 なお、以下、駆動制御部91a、駆動制御部91b、駆動制御部91a’、および駆動制御部91b’を特に区別する必要のない場合、単に駆動制御部91とも称することとする。
[0089]
 位置計測部92は、例えばGPS(Global Positioning System)などからなり、実空間上における無人航空機11の位置を計測し、その計測結果を飛行計画制御部93に供給する。
[0090]
 飛行計画制御部93は、適宜、制御部97と情報の授受を行いながら、制御部97から供給された情報と、位置計測部92から供給された位置の計測結果とに基づいて無人航空機11の飛行計画を示す飛行計画情報を生成し、制御部97に供給する。ここで飛行計画情報は、無人航空機11がどのようなルートをどのような速度で飛行するかといった飛行計画を示す情報である。
[0091]
 重量計測部94は、無人航空機11に搭載されたジンバルカメラ23など、無人航空機11に対して積載されたペイロードの重量を計測し、その計測結果として得られた重量情報を制御部97に供給する。なお、以下では、ペイロードとしてジンバルカメラ23が積載される例について説明するが、無人航空機11に積載されるペイロードはジンバルカメラ23に限らず、他のどのようなものであってもよいし、2以上のペイロードが積載されるようにしてもよい。
[0092]
 重量情報は、もともとの無人航空機11の重量に対してペイロード(ジンバルカメラ23)を積載することにより増加した無人航空機11の重量の増加量を示す情報である。すなわち、重量情報は、無人航空機11の所定の基準となる重量に対する重量の増加量を示す情報である。
[0093]
 傾き検出部95は、例えばジャイロセンサやカメラなどからなり、無人航空機11の機体の水平状態からの傾き、つまり地面に対する機体の傾きを検出し、その検出結果を制御部97に供給する。
[0094]
 例えば傾き検出部95がジャイロセンサからなる場合には、そのジャイロセンサの出力により示される傾き角度等が機体の傾きの検出結果として出力される。また、例えば傾き検出部95がカメラからなる場合には、カメラにより撮影された画像から地面に対する機体の傾き角度が画像認識等により検出される。
[0095]
 記録部96は、例えば不揮発性のメモリなどからなり、制御部97から供給された各種の情報を記録したり、記録している情報を制御部97に供給したりする。
[0096]
 例えば記録部96には、無人航空機11が機体の重心位置を調整するときに用いられる重心調整情報が必要に応じて記録される。
[0097]
 例えば重心調整情報には重量情報、バッテリ位置情報、および回転数差分情報が含まれている。換言すれば、記録部96には重量情報、バッテリ位置情報、および回転数差分情報が対応付けられて記録されている。なお、ここでは重心調整情報に回転数差分情報が含まれていると説明したが、重心調整情報に回転数差分情報が含まれていないようにしてもよい。
[0098]
 ここで、バッテリ位置情報は、同じ重心調整情報に含まれている重量情報により示される重量が計測されたときの飛行時に、無人航空機11のバランスがとれている状態におけるバッテリ24の位置を示す情報である。すなわち、バッテリ位置情報は、バッテリ24の移動による重心位置の調整後におけるバッテリ24の位置を示す情報である。具体的には、バッテリ位置情報は、バッテリ24の移動方向と移動量を示す情報などとすることができる。
[0099]
 また、回転数差分情報は、同じ重心調整情報に含まれている重量情報により示される重量が計測されたときの飛行時に、同じ重心調整情報に含まれているバッテリ位置情報により示される位置にバッテリ24があって無人航空機11のバランスがとれている状態における回転数raと回転数rbの差分(ra-rb)を示す情報である。
[0100]
 したがって、例えば重量計測部94により所定の重量が計測された場合、その重量を示す重量情報を含む重心調整情報が既に記録部96に記録されていれば、無人航空機11では簡単に機体のバランスをとることができる。すなわち、その重心調整情報に含まれるバッテリ位置情報と回転数差分情報とを読み出し、バッテリ位置情報により示される位置にバッテリ24を移動させ、差分(ra-rb)が回転数差分情報により示される差分となるように各モータ22の回転数を制御すれば、機体のバランスがとれるはずである。
[0101]
 無人航空機11では、飛行時に重量計測を行った結果、計測により得られた重量情報を含む重心調整情報が記録部96に記録されていない場合には、その重量情報を含む重心調整情報が新たに生成され、記録部96に記録される。
[0102]
 また、飛行時に重量計測を行った結果、計測により得られた重量情報を含む重心調整情報が記録部96に記録されていたが、その重心調整情報を用いても機体のバランスがとれなかった場合には、新たに重心調整情報が生成されて記録部96における重心調整情報が更新される。
[0103]
 制御部97は、無人航空機11全体の動作を制御する。例えば制御部97は、飛行計画制御部93から供給された飛行計画情報や、モータ22から供給された回転数などに基づいて駆動制御部91やバッテリ可動部25を制御し、無人航空機11の飛行を制御したり、機体のバランスをとったりする。
[0104]
〈初回離陸時における飛行制御処理の説明〉
 ところで、無人航空機11は起動後に初めて離陸する場合などには、重量計測を行い、必要に応じて重心調整情報を生成する処理である初回離陸時における飛行制御処理を実行する。以下、図5のフローチャートを参照して、図4に示した無人航空機11により行われる初回離陸時における飛行制御処理について説明する。
[0105]
 無人航空機11の離陸時には、駆動制御部91は制御部97の指示に応じてモータ22の駆動を制御する。モータ22は駆動制御部91の制御に従って回転することで、自身の回転軸に接続されたプロペラ21を回転させ、無人航空機11を垂直に離陸させる。
[0106]
 無人航空機11が離陸すると、ステップS11において重量計測部94は、重量計測を行い、その結果得られた重量情報を制御部97に供給する。
[0107]
 ステップS12において制御部97は、重量計測部94から供給された重量情報と同じ重量を示す重量情報を含む重心調整情報が記録部96に記録されているか否かを判定する。換言すれば、計測により得られた重量に対応するバッテリ位置情報が記録部96に記録されているか否かが判定される。
[0108]
 ステップS12において重心調整情報が記録されていないと判定された場合、ステップS13の処理は行われず、その後、処理はステップS14へと進む。
[0109]
 これに対して、ステップS12において重心調整情報が記録されていると判定された場合、制御部97は、重量計測部94から供給された重量情報と同じ重量を示す重量情報を含む重心調整情報を記録部96から読み出して、その後、処理はステップS13へと進む。
[0110]
 ステップS13においてバッテリ可動部25はバッテリ24を移動させる。
[0111]
 すなわち、制御部97は、記録部96から読み出した重心調整情報に含まれているバッテリ位置情報により示される位置にバッテリ24が移動するように、バッテリ可動部25に対してバッテリ24の移動を指示する。すると、バッテリ可動部25は制御部97の指示に応じてバッテリ24を移動させる。
[0112]
 同時に、制御部97は、重心調整情報と、モータ22から供給された回転数とに基づいて、モータ22の回転数の差分(ra-rb)が重心調整情報に含まれている回転数差分情報により示される差分となるように、駆動制御部91にモータ22の駆動制御を指示する。
[0113]
 すると駆動制御部91は、制御部97の指示に応じて、モータ22の回転数が指示された差分(ra-rb)に応じた適切な回転数となるようにモータ22の回転駆動を制御する。
[0114]
 このように重心調整情報に基づいてバッテリ24の位置やモータ22の回転数を調整すれば、基本的には無人航空機11の機体はバランスがとれた状態となるはずである。
[0115]
 ステップS13の処理が行われると、その後、処理はステップS14へと進む。
[0116]
 ステップS13の処理が行われたか、またはステップS12において重心調整情報が記録されていないと判定されると、ステップS14の処理が行われる。
[0117]
 ステップS14において制御部97は、傾き検出部95から供給された機体の傾きの検出結果に基づいて、無人航空機11の機体が水平となるように、つまりバランスがとれた状態となるようにモータ22の回転を制御する。すなわち、制御部97は、駆動制御部91に対してモータ22の回転駆動の制御を指示する。
[0118]
 すると、各駆動制御部91は、制御部97の指示に応じてモータ22の回転数を適切に増減するようにモータ22の回転駆動を制御する。これにより、無人航空機11の機体はバランスがとれた状態となる。
[0119]
 ステップS15において制御部97は、モータ22から供給された回転数に基づいて、回転数raと回転数rbの差分(ra-rb)が閾値|t|以上であるか否か、すなわちra-rb≧|t|であるか否かを判定する。
[0120]
 ステップS15においてra-rb≧|t|であると判定された場合、つまり無人航空機11の機体の重心がA側に傾いている場合、ステップS16において制御部97はバッテリ24をB側に移動可能であるか否かを判定する。
[0121]
 例えばステップS16では、現時点におけるバッテリ24の位置がB側端の位置でない場合、B側に移動可能であると判定される。
[0122]
 ステップS16においてB側に移動可能でないと判定された場合、機体の重心が機体中心位置とはなっていないが既にバッテリ24はB側端の位置にあり、これ以上B側にバッテリ24を移動させることはできないので、その後、処理はステップS21へと進む。
[0123]
 この場合、差分(ra-rb)が大きく各モータ22の回転数に偏りがあるが、これ以上はバッテリ24の位置調整により回転数の偏りを少なくすることはできない状態となっている。
[0124]
 これに対して、ステップS16においてB側に移動可能であると判定された場合、制御部97はバッテリ可動部25にバッテリ24のB側への移動を指示し、その後、処理はステップS17へと進む。すなわち、制御部97は、バッテリ可動部25によるバッテリ24のB側への移動を制御する。
[0125]
 ステップS17においてバッテリ可動部25は、制御部97の指示に応じて、プロペラ21やモータ22と機体との位置関係を維持したままバッテリ24を所定の単位変化量分(距離)だけB側に移動させる。
[0126]
 バッテリ24がB側に移動されると、その後、処理はステップS14へと戻り、上述した処理が繰り返し行われる。
[0127]
 特にこの場合、バッテリ24がB側へと移動されたことにより、機体の重心位置は機体中心位置へとより近い位置に調整されたが機体のバランスはくずれるので、ステップS14では機体が水平となるようにモータ22の回転数が調整される。
[0128]
 また、ステップS15においてra-rb≧|t|でないと判定された場合、すなわち差分(ra-rb)が閾値|t|未満である場合、処理はステップS18へと進む。
[0129]
 ステップS18において制御部97は、モータ22から供給された回転数に基づいて、回転数raと回転数rbの差分(ra-rb)が閾値-|t|以下であるか否か、すなわちra-rb≦-|t|であるか否かを判定する。
[0130]
 ステップS18においてra-rb≦-|t|であると判定された場合、つまり無人航空機11の機体の重心がB側に傾いている場合、ステップS19において制御部97はバッテリ24をA側に移動可能であるか否かを判定する。
[0131]
 例えばステップS19では、現時点におけるバッテリ24の位置がA側端の位置でない場合、A側に移動可能であると判定される。
[0132]
 ステップS19においてA側に移動可能でないと判定された場合、機体の重心が機体中心位置とはなっていないが既にバッテリ24はA側端の位置にあり、これ以上A側にバッテリ24を移動させることはできないので、その後、処理はステップS21へと進む。
[0133]
 これに対して、ステップS19においてA側に移動可能であると判定された場合、制御部97はバッテリ可動部25にバッテリ24のA側への移動を指示し、その後、処理はステップS20へと進む。すなわち、制御部97は、バッテリ可動部25によるバッテリ24のA側への移動を制御する。
[0134]
 ステップS20においてバッテリ可動部25は、制御部97の指示に応じて、プロペラ21やモータ22と機体との位置関係を維持したままバッテリ24を所定の単位変化量分(距離)だけA側に移動させる。
[0135]
 バッテリ24がA側に移動されると、その後、処理はステップS14に戻り、上述した処理が繰り返し行われる。
[0136]
 特にこの場合、バッテリ24がA側へと移動されたことにより、機体の重心位置は機体中心位置へとより近い位置に調整されたが機体のバランスはくずれるので、ステップS14では機体が水平となるようにモータ22の回転数が調整される。
[0137]
 一方、ステップS18においてra-rb≦-|t|でないと判定された場合、その後、処理はステップS21へと進む。
[0138]
 この場合、差分(ra-rb)は閾値-|t|よりも大きく、かつ閾値|t|未満となっている。すなわち、機体のバランスがとれており、差分(ra-rb)が十分に小さく各モータ22の回転数に偏りがない状態となっている。この状態では、機体の重心位置は機体中心位置となっている。
[0139]
 ステップS16においてB側に移動可能でないと判定されたか、ステップS18においてra-rb≦-|t|でないと判定されたか、またはステップS19においてA側に移動可能でないと判定されると、ステップS21の処理が行われる。
[0140]
 ステップS21において制御部97は、重心調整情報を生成する。
[0141]
 具体的には、制御部97はステップS11で得られた重量情報と、現時点におけるバッテリ24の位置、つまり移動後のバッテリ24の位置を示すバッテリ位置情報と、現時点におけるモータ22の回転数の差分(ra-rb)を示す回転数差分情報とを含む重心調整情報を生成する。
[0142]
 ステップS22において制御部97は、ステップS21で生成した重心調整情報を記録部96に供給して記録させ、初回離陸時における飛行制御処理は終了する。
[0143]
 なお、ステップS22では、ステップS21で生成されたものと同じ重心調整情報が既に記録部96に記録されている場合には、重心調整情報の記録は行われない。また、ステップS21で生成されたものと異なるが、重量情報は同じである重心調整情報が記録部96に記録されている場合には、その重心調整情報がステップS21で生成された重心調整情報に書き換えられて、重心調整情報が更新される。
[0144]
 以上のようにして無人航空機11は、モータ22の回転数の差分(ra-rb)に基づいてバッテリ24を移動させ、これにより機体の重心位置を調整する。このように重心位置を調整することで、簡単に機体のバランスをとることができる。
[0145]
 しかも、無人航空機11に搭載するジンバルカメラ23などのペイロードの重量が変化しても、バッテリ24を移動させるだけで簡単に機体の重心位置を調整することが可能である。また、機体の重心位置が可能な限り機体中心位置に近い位置、つまり各モータ22の回転数の差が最も小さくなる位置に固定されるため、各モータ22の劣化のばらつきを最小化することができる。
[0146]
 なお、ステップS15やステップS18で差分(ra-rb)と比較される閾値|t|や閾値-|t|は、予め定められた値とされてもよいし、ステップS11で得られた重量情報に基づいて制御部97により決定されてもよい。
[0147]
 また、ステップS11で得られた重量情報に基づいて、ステップS17やステップS20でのバッテリ24の移動量、つまり所定の単位変化量が定められてもよいし、重量情報に対して定まる距離だけ所定の方向にバッテリ24を移動させてからステップS14以降の処理が行われるようにしてもよい。
[0148]
〈第2の実施の形態〉
〈強風対策について〉
 ところで、無人航空機11の飛行中に強風があると、無人航空機11があおられてしまうことがある。そこで、強風が予測される場合には、無人航空機11が重心位置調整部材を移動させて慣性モーメントを大きくすることで、無人航空機11があおられて傾いてしまうことを抑制するようにしてもよい。
[0149]
 具体的には、例えば図6の左側に示すように無人航空機11に4つのプロペラ21が設けられているものとする。なお、図6において図1または図2における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
[0150]
 図6に示す例では、無人航空機11には、直線L11により示されるバッテリ可動線に沿って移動可能なバッテリ121aとバッテリ121bが設けられている。
[0151]
 ここでは、バッテリ121aは機体中心位置から図中、左方向の任意の位置へと移動可能であり、バッテリ121bは機体中心位置から図中、右方向の任意の位置へと移動可能である。
[0152]
 すなわち、これらのバッテリ121aおよびバッテリ121bのそれぞれは、機体の重心位置を変化させずに慣性モーメントが大きくなるように、互い異なり、かつ機体中心位置から遠ざかる2つの方向のそれぞれに移動可能となっている。また、バッテリ121aおよびバッテリ121bは、プロペラ21やモータ22と機体の位置関係を変化させずに移動可能となっている。
[0153]
 以下では、機体中心位置からバッテリ121aの位置までの距離を距離dとも記し、機体中心位置からバッテリ121bの位置までの距離を距離d’とも記すこととする。また、以下、バッテリ121aおよびバッテリ121bを特に区別する必要のない場合、単にバッテリ121とも称することとする。
[0154]
 これらの2つのバッテリ121は、上述した重心位置調整部材であると同時に慣性モーメントの調整用の調整部材としても機能するが、慣性モーメントの調整用の調整部材と、重心位置調整部材は異なるものであってもよい。
[0155]
 例えば無人航空機11に向かって強風が吹くと予測される場合、その強風が吹く方向に対して直交する、機体中心位置を通り地面に平行な直線が機体の傾きに対する回転軸と考えられる。図6の例では、図中、右側に示すように矢印A11に示す方向から強風がくるものとすると、その矢印A11に対して直交する直線L21が回転軸となる。
[0156]
 そこで、無人航空機11ではその回転軸に対する機体の慣性モーメントを大きくすることにより、強風により機体が傾きにくくすることができる。
[0157]
 例えば説明を簡単にするため、無人航空機11の重心位置が常に機体中心位置にあるものとする。このとき、強風がない通常の状態(以下、通常状態とも称する)では、機体のバランスをとるために2つのバッテリ121が距離d=d’=d1となる位置にあるとする。ここで、距離d=d’=d1となる位置は、例えば機体中心位置に最も近い位置であり、以下ではそのようなバッテリ121の位置を通常位置と称することとする。
[0158]
 なお、無人航空機11の重心位置が機体中心位置にない場合には、バッテリ121aおよびバッテリ121bの何れか一方を通常位置から、機体中心位置とは遠ざかる方向に移動させることで重心位置が機体中心位置となるようにすればよい。
[0159]
 バッテリ121が通常位置にある状態で、例えば矢印A11に示す方向から強風がくると予測されたとする。
[0160]
 この場合、無人航空機11は図中、右側に示すように矢印A11に示す強風の方向と、バッテリ可動線の方向とが平行となるように機体の向きを調整し、その後、距離d=d’=d2(但し、d2>d1)となるようにバッテリ121を移動させる。
[0161]
 すなわち、無人航空機11は距離d=d’が大きくなるようにバッテリ121の位置を、通常位置から、機体中心位置とは遠ざかる方向に移動させる。
[0162]
 なお、以下、距離d=d’=d2となるバッテリ121の位置を強風対策位置と称することとする。
[0163]
 このように強風方向とバッテリ可動線とが平行になるように機体の向きを変え、バッテリ121の位置を通常位置から強風対策位置へと移動させることにより、直線L21に示される機体の回転軸に対する慣性モーメントがより大きくなる。これにより、強風により無人航空機11の機体が回転してしまうことを抑制し、簡単に機体のバランスをとることができる。
[0164]
 また、バッテリ121を強風対策位置等へと移動させる機構は、例えば図3を参照して説明した機構の他、他のどのような機構であってもよい。
[0165]
 例えば半径(直径)を自在に変化させることができる円形状の伸縮パイプにいくつかのバッテリ121を固定し、その伸縮パイプを伸び縮みさせて半径を調整することで、慣性モーメントの大きさを調整するようにしてもよい。
[0166]
 この場合、例えば伸縮パイプが最も縮んでいる状態が、バッテリ121が通常位置にある状態とされ、逆に伸縮パイプが最も伸びている状態が、バッテリ121が強風対策位置にある状態とされる。
[0167]
〈無人航空機の機能的な構成例〉
 以上のような強風対策が行われる場合、無人航空機11の機能的な構成は、例えば図7に示すようになる。
[0168]
 なお、図7において図4または図6における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。また、図7に示す無人航空機11においても図4における場合と同様にプロペラ21a’、プロペラ21b’、モータ22a’、モータ22b’、駆動制御部91a’、および駆動制御部91b’が設けられていないが、それらのブロックが設けられるようにしても勿論よい。
[0169]
 図7に示す無人航空機11は、プロペラ21a、プロペラ21b、モータ22a、モータ22b、駆動制御部91a、駆動制御部91b、位置計測部92、飛行計画制御部93、重量計測部94、ジンバルカメラ23、傾き検出部95、記録部96、バッテリ可動部25、バッテリ121a、バッテリ121b、強風情報取得部151、および制御部97を有している。
[0170]
 図7に示す無人航空機11の構成は、バッテリ24に代えてバッテリ121を設けるとともに、新たに強風情報取得部151が設けられた点で図4に示した無人航空機11の構成と異なり、その他の点では図4に示した無人航空機11の構成と同じとなっている。
[0171]
 図7に示す無人航空機11では、バッテリ121aおよびバッテリ121bが無人航空機11の各部に電力を供給し、これらのバッテリ121が慣性モーメントの調整用の調整部材としても重心位置調整部材としても機能するようになっている。
[0172]
 また、バッテリ可動部25は、バッテリ121aおよびバッテリ121bを独立して、つまり個別に移動させることができる機構を有しており、制御部97の指示に従ってバッテリ121を移動させる。
[0173]
 強風情報取得部151は、気象予測情報として、空間上の所定位置における所定時刻での風向き(風の向き)と強さ(風力)の予測を示す強風予測情報を取得し、制御部97に供給する。強風情報取得部151は通信部161、センサ部162、および予測部163を有している。
[0174]
 ここで、強風予測情報には風力ベクトル情報、予測位置情報、および予測時刻情報が含まれている。
[0175]
 風力ベクトル情報は予測される風の強さ(風力)と、その風向きとを示す情報であり、例えばxyz直交座標系におけるx方向の風力を示す要素xと、y方向の風力を示す要素y、およびz方向の風力を示す要素zからなるベクトル情報などとされる。
[0176]
 予測位置情報は、風力ベクトル情報により示される風力と向きの風が発生すると予測される位置(以下、予測位置とも称する)を示す情報である。予測位置情報により示される予測位置は、例えば緯度、経度、および高度により表現される。
[0177]
 予測時刻情報は、予測位置情報により示される予測位置において、風力ベクトル情報により示される風力と向きの風が発生すると予測される時刻(以下、予測時刻とも称する)を示す情報である。
[0178]
 したがって、風力ベクトル情報は、予測位置において予測時刻に観測されると予測される、つまり発生すると予測される風の向きと風力を示す情報である。
[0179]
 強風情報取得部151の通信部161は、このような風力ベクトル情報、予測位置情報、および予測時刻情報が含まれる強風予測情報を外部のサーバ等から取得する。
[0180]
 すなわち、例えば通信部161は、制御部97を介して飛行計画制御部93から、または直接、飛行計画制御部93から、位置計測部92で得られた無人航空機11の位置の計測結果を取得し、その計測結果を無線または有線の通信網を介してサーバに送信する。
[0181]
 ここで、無人航空機11の位置を示す情報も、予測位置情報と同様に緯度、経度、および高度により表現される情報であるとする。
[0182]
 このように位置計測部92での計測結果として得られた無人航空機11の位置を示す情報がサーバに送信されると、サーバは無人航空機11の位置を示す情報の送信に応じて、その情報により示される位置を予測位置とする強風予測情報を送信してくる。
[0183]
 通信部161は、サーバから送信されてきた強風予測情報を受信することで、無人航空機11の位置における各時刻での風向きおよび風力を示す強風予測情報を取得することができる。通信部161はこのようにして外部のサーバから取得した強風予測情報を制御部97へと供給する。
[0184]
 また、強風情報取得部151にはセンサ部162および予測部163が設けられているため、強風情報取得部151において予測を行い、強風予測情報を生成することもできる。
[0185]
 例えばセンサ部162は、風力センサやジャイロセンサからなり、予測部163はセンサ部162の出力に基づいて直近のいくつかの予測時刻における風向きおよび風力を予測して強風予測情報を生成する。
[0186]
 具体的な例として、例えばセンサ部162としての風力センサを用いる場合について説明する。この場合、例えば無人航空機11の互いに異なる複数の位置に、互いに異なる方向に向けて風力センサが取り付けられており、それらの風力センサによって、各方向から無人航空機11へと向かって吹いてくる風の風力が測定される。
[0187]
 したがって、各風力センサの出力から、所定の時刻における風向きと風の強さ(風力)を示す風力情報が得られる。各時刻の風力情報からなるデータは、空間上の無人航空機11の位置における風の観測結果を示す時系列データとなる。
[0188]
 また、この場合、予測部163は予め学習により得られた予測器を有している。この予測器は風力情報の時間方向の変動パターンに基づいて、未来の時刻の風向きと風力を予測する予測器である。すなわち、この予測器は、いくつかの異なる時刻における風力情報、つまり風力情報の時系列データを入力とし、未来のいくつかの時刻における風力ベクトル情報を出力する。
[0189]
 したがって、予測部163は、センサ部162の出力から得られた風力情報の時系列データを予測器に入力して演算処理を行う。そして、予測部163は、予測器での演算処理の結果として得られた各時刻の風力ベクトル情報と、飛行計画制御部93から取得した無人航空機11の位置の計測結果とに基づいて、風力ベクトル情報、予測位置情報、および予測時刻情報が含まれる強風予測情報を生成し、制御部97に供給する。
[0190]
 さらに、例えばセンサ部162としてのジャイロセンサ等により、無人航空機11の各時刻における加速度とあおられた方向、つまり傾いた方向(傾き)とを検出することにより強風予測情報を生成するようにしてもよい。
[0191]
 そのような場合、予測部163は予め学習により得られた予測器を有している。この予測器は無人航空機11の加速度と傾いた方向の時間方向の変動パターンに基づいて、未来の時刻の風向きと風力を予測する予測器である。すなわち、この予測器は、いくつかの異なる時刻における無人航空機11の加速度と傾いた方向を入力とし、未来のいくつかの時刻における風力ベクトル情報を出力する。
[0192]
 したがって、予測部163は、センサ部162から供給された無人航空機11の加速度と傾いた方向の時系列データを予測器に入力して演算処理を行う。そして、予測部163は、予測器での演算処理の結果として得られた各時刻の風力ベクトル情報と、飛行計画制御部93から取得した無人航空機11の位置の計測結果とに基づいて、風力ベクトル情報、予測位置情報、および予測時刻情報が含まれる強風予測情報を生成し、制御部97に供給する。
[0193]
 その他、例えば予測部163が有する予測器は、風力情報の時系列データ、および無人航空機11の加速度と傾いた方向の時系列データを入力として、いくつかの時刻における風力ベクトル情報を出力するものであってもよい。
[0194]
 制御部97は、強風情報取得部151から強風予測情報の供給を受けることで、その強風予測情報に基づいて、未来の時刻において強風が発生するかや、強風がおさまる(風が弱まる)かなどを把握することができ、上述した強風対策を行うことができる。
[0195]
〈強風対策制御処理の説明〉
 次に、図7に示した無人航空機11の動作について説明する。
[0196]
 無人航空機11は、例えば図5を参照して説明した初回離陸時における飛行制御処理と同様の処理を行うことで機体の重心位置の調整を行う。このとき、無人航空機11は、モータ22の回転数の差分に基づいて、機体の重心位置が機体中心位置となるようにバッテリ121aとバッテリ121bの何れか一方を移動させる。
[0197]
 また、無人航空機11が離陸すると、無人航空機11は機体の重心位置の調整とともに、必要に応じて強風対策を行う強風対策制御処理も実行する。以下、図8のフローチャートを参照して、無人航空機11により行われる強風対策制御処理について説明する。
[0198]
 ステップS51において強風情報取得部151は、強風予測情報を取得する。
[0199]
 具体的には、通信部161は、飛行計画制御部93から取得した、位置計測部92での無人航空機11の位置の計測結果をサーバに送信し、それに応じてサーバから送信されてきた強風予測情報を受信する。通信部161は、このようにして受信した強風予測情報を制御部97へと供給する。
[0200]
 なお、上述したように強風予測情報を取得するのではなく、強風情報取得部151で強風予測情報を生成するようにしてもよい。そのような場合、例えば予測部163は、センサ部162の出力に基づいて予測器により演算処理を行うことで風力ベクトル情報を求め、得られた風力ベクトル情報と、位置計測部92での計測結果とに基づいて強風予測情報を生成する。
[0201]
 ステップS52において制御部97は、強風情報取得部151、すなわち通信部161から供給された強風予測情報に基づいて、強風対策を行うか否かを判定する。
[0202]
 例えば未来方向の所定期間の各時刻における強風予測情報が得られるので、それらの強風予測情報から未来方向の所定期間において強風が発生する、つまり強風が観測されると予測される場合には強風対策を行うと判定される。
[0203]
 具体的な例として、未来方向の所定期間における各時刻の強風予測情報に含まれる風力ベクトル情報のなかに、1つでも風力が所定の閾値以上となる風力ベクトル情報がある場合には、ステップS52において強風対策を行うと判定される。
[0204]
 ステップS52において強風対策を行うと判定された場合、処理はステップS53へと進む。
[0205]
 ステップS53において制御部97は、バッテリ121の可動方向、つまり上述したバッテリ可動線が、強風時の風力ベクトル情報により示される風向きと平行な方向を向くように機体の向きを調整する。
[0206]
 ここで、強風時の風力ベクトル情報により示される風向きとは、例えば風力が所定の閾値以上となる風力ベクトル情報のうち、予測時刻が現時刻に最も近い時刻の風力ベクトル情報により示される風向きとされる。
[0207]
 その他、例えば風力が所定の閾値以上となる1または複数の風力ベクトル情報のそれぞれにより示される風向きの平均値が、強風時の風力ベクトル情報により示される風向きとされるようにしてもよい。
[0208]
 例えば制御部97は、バッテリ可動線が風向きと平行な方向となるように、駆動制御部91に対してモータ22の回転駆動の制御を指示する。
[0209]
 すると、各駆動制御部91は、制御部97の指示に応じてモータ22の回転数を適切に増減するようにモータ22の回転駆動を制御する。これにより、バッテリ可動線が風向きと平行な方向となるように無人航空機11の機体の向きが変化する。
[0210]
 なお、ステップS53では、無人航空機11の機体の向きの調整に合わせてジンバルカメラ23の向きも調整するようにしてもよい。そのような場合、例えば制御部97は、機体の回転方向と逆の方向に、機体の回転角度と同じ角度だけジンバルカメラ23が回転するようにジンバルカメラ23の回転機構を制御する。これにより、例えばジンバルカメラ23により周囲を撮影している場合でも、その撮影に影響が生じないようにすることができる。
[0211]
 ステップS54において制御部97は、バッテリ可動部25に対してバッテリ121の移動を指示し、バッテリ121を強風対策位置に移動させる。すなわち、制御部97は、バッテリ可動部25によるバッテリ121の移動を制御する。
[0212]
 バッテリ可動部25は制御部97の指示に従ってバッテリ121を通常位置等の任意の位置から強風対策位置へと移動させる。
[0213]
 なお、バッテリ121が既に強風対策位置にある場合には、ステップS54の処理は行われず、バッテリ121の位置が強風対策位置にある状態が維持される。
[0214]
 さらに、より詳細には例えば機体の重心位置の調整により距離d≠d’となっている、つまり距離dと距離d’が等しくない状態となっていることもある。
[0215]
 そのような場合にはバッテリ可動部25は、機体中心位置に対するバッテリ121aとバッテリ121bの相対的な位置関係を維持したまま、より機体中心位置から遠い位置にある方のバッテリ121が移動可能な範囲で最も機体中心位置から遠い位置となるように、バッテリ121aおよびバッテリ121bを移動させる。
[0216]
 換言すれば、機体中心位置に対するバッテリ121aとバッテリ121bの相対的な位置関係を維持したまま、機体中心位置からより遠い方にあるバッテリ121が強風対策位置に位置するように各バッテリ121が移動される。これにより、機体の重心位置が機体中心位置となっている状態のまま、機体の慣性モーメントを最大限に大きくすることができる。
[0217]
 このようにしてバッテリ121が強風対策位置へと移動されると、その後、処理はステップS56に進む。
[0218]
 一方、ステップS52において強風対策を行わないと判定された場合、すなわち未来方向の所定期間において強風が発生しない見込みであり、強風対策が不要である場合、処理はステップS55へと進む。
[0219]
 ステップS55において制御部97は、バッテリ可動部25に対してバッテリ121の移動を指示し、バッテリ121を通常位置に移動させる。バッテリ可動部25は制御部97の指示に従ってバッテリ121を通常位置へと移動させる。
[0220]
 なお、バッテリ121が既に通常位置にある場合には、ステップS55の処理は行われず、バッテリ121の位置が通常位置にある状態が維持される。
[0221]
 さらに、より詳細には例えば機体の重心位置の調整により距離d≠d’となっている、つまり距離dと距離d’が等しくない状態となっていることもある。
[0222]
 そのような場合にはバッテリ可動部25は、機体中心位置に対するバッテリ121aとバッテリ121bの相対的な位置関係を維持したまま、より機体中心位置から近い位置にある方のバッテリ121が通常位置となるように、バッテリ121aおよびバッテリ121bを移動させる。これにより、機体の重心位置が機体中心位置となっている状態のまま、強風対策を終了することができる。
[0223]
 このようにしてバッテリ121が通常位置へと移動されると、その後、処理はステップS56に進む。
[0224]
 ステップS54またはステップS55の処理が行われると、ステップS56において制御部97は行っている処理を終了するか否かを判定する。例えばステップS56では、無人航空機11の飛行が終了した場合に処理を終了すると判定される。
[0225]
 ステップS56においてまだ処理を終了しないと判定された場合、処理はステップS51に戻り、上述した処理が繰り返し行われる。
[0226]
 これに対して、ステップS56において終了すると判定された場合、無人航空機11の各部は行っている処理を停止し、強風対策制御処理は終了する。
[0227]
 以上のようにして無人航空機11は強風予測情報を取得し、その強風予測情報に応じて機体の向きを変えたり、バッテリ121を移動させて慣性モーメントを大きくしたりする。このようにすることで、強風時においても機体の総重量を変えることなく機体が傾いてしまうことを簡単に抑制することができる。すなわち、簡単に機体のバランスをとることができる。
[0228]
〈コンピュータの構成例〉
 ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータなどが含まれる。
[0229]
 図9は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
[0230]
 コンピュータにおいて、CPU(Central Processing Unit)501,ROM(Read Only Memory)502,RAM(Random Access Memory)503は、バス504により相互に接続されている。
[0231]
 バス504には、さらに、入出力インターフェース505が接続されている。入出力インターフェース505には、入力部506、出力部507、記録部508、通信部509、及びドライブ510が接続されている。
[0232]
 入力部506は、スイッチ、ボタン、マイクロホン、撮像素子などよりなる。出力部507は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記録部508は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部509は、ネットワークインターフェースなどよりなる。ドライブ510は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体511を駆動する。
[0233]
 以上のように構成されるコンピュータでは、CPU501が、例えば、記録部508に記録されているプログラムを、入出力インターフェース505及びバス504を介して、RAM503にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
[0234]
 コンピュータ(CPU501)が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブル記録媒体511に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
[0235]
 コンピュータでは、プログラムは、リムーバブル記録媒体511をドライブ510に装着することにより、入出力インターフェース505を介して、記録部508にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部509で受信し、記録部508にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM502や記録部508に、あらかじめインストールしておくことができる。
[0236]
 なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
[0237]
 また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
[0238]
 例えば、本技術は、1つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
[0239]
 また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
[0240]
 さらに、1つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その1つのステップに含まれる複数の処理は、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
[0241]
 さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
[0242]
(1)
 複数のプロペラを回転させる複数のモータと、
 重心位置調整部材を移動させる可動部と、
 前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する制御部と
 を備える無人航空機。
(2)
 前記可動部は、前記複数の前記プロペラと前記無人航空機の機体との位置関係を維持したまま前記重心位置調整部材を移動させる
 (1)に記載の無人航空機。
(3)
 前記制御部は、所定の前記モータの回転数と他の前記モータの回転数との差分に基づいて、前記重心位置調整部材の移動を制御し、
 前記可動部は前記差分が所定範囲内の値でない場合、前記重心位置調整部材を移動させる
 (1)または(2)に記載の無人航空機。
(4)
 前記無人航空機の重量の増加量に基づいて前記所定範囲が決定される
 (3)に記載の無人航空機。
(5)
 移動後の前記重心位置調整部材の位置を示す位置情報を記録する記録部をさらに備える
 (1)乃至(4)の何れか一項に記載の無人航空機。
(6)
 前記可動部は、前記記録部に前記位置情報が記録されている場合、前記位置情報により示される位置に前記重心位置調整部材を移動させる
 (5)に記載の無人航空機。
(7)
 前記無人航空機の重量の増加量を計測する重量計測部をさらに備え、
 前記記録部は、前記増加量を示す重量情報と、その前記重量情報に対応する前記位置情報とを対応付けて記録し、
 前記可動部は、前記重量計測部により計測された前記増加量を示す前記重量情報に対応付けられた前記位置情報が前記記録部に記録されている場合、その前記位置情報により示される位置に前記重心位置調整部材を移動させる
 (5)に記載の無人航空機。
(8)
 前記重心位置調整部材はバッテリである
 (1)乃至(7)の何れか一項に記載の無人航空機。
(9)
 前記重心位置調整部材はペイロードである
 (1)乃至(7)の何れか一項に記載の無人航空機。
(10)
 複数の前記重心位置調整部材が設けられている
 (1)乃至(9)の何れか一項に記載の無人航空機。
(11)
 前記制御部は、発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、前記無人航空機の機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記重心位置調整部材が移動されるように、前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する
 (10)に記載の無人航空機。
(12)
 複数のプロペラを回転させる複数のモータと、
 重心位置調整部材を移動させる可動部と
 を有する無人航空機が、
 前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する
 駆動方法。
(13)
 複数のプロペラを回転させる複数のモータと、
 重心位置調整部材を移動させる可動部と
 を有する無人航空機を制御するコンピュータに、
 前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する
 ステップを含む処理を実行させるプログラム。
(14)
 複数の調整部材を移動させる可動部と、
 発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動を制御する制御部と
 を備える無人航空機。
(15)
 前記制御部は、前記予測情報により示される風力が所定の閾値以上である場合、前記機体の向きを調整するとともに前記調整部材の移動を制御する
 (14)に記載の無人航空機。
(16)
 前記制御部は、前記予測情報により示される前記風の向きと前記調整部材の可動方向とが平行となるように前記機体の向きを調整する
 (14)または(15)に記載の無人航空機。
(17)
 前記予測情報を取得する取得部をさらに備える
 (14)乃至(16)の何れか一項に記載の無人航空機。
(18)
 前記取得部は、前記無人航空機の位置を示す位置情報を送信し、前記位置情報により示される位置に対応する前記予測情報を受信する
 (17)に記載の無人航空機。
(19)
 前記無人航空機のある位置における風の観測結果の時系列データ、および前記無人航空機の傾きと加速度の時系列データの少なくとも何れか一方に基づいて前記予測情報を生成する予測部をさらに備える
 (14)乃至(16)の何れか一項に記載の無人航空機。
(20)
 前記制御部は、前記機体の向きの調整に応じてカメラの向きを調整する
 (14)乃至(19)の何れか一項に記載の無人航空機。
(21)
 前記可動部は、前記機体の重心位置を変化させずに前記複数の前記調整部材を移動させる
 (14)乃至(20)の何れか一項に記載の無人航空機。
(22)
 複数の調整部材を移動させる可動部を有する無人航空機が、
 発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動を制御する
 駆動方法。
(23)
 複数の調整部材を移動させる可動部を有する無人航空機を制御するコンピュータに、
 発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動を制御する
 ステップを含む処理を実行させるプログラム。

符号の説明

[0243]
 11 無人航空機, 21a,21b,21 プロペラ, 22a,22b,22 モータ, 24 バッテリ, 25 バッテリ可動部, 94 重量計測部, 95 傾き検出部, 96 記録部, 97 制御部, 151 強風情報取得部, 161 通信部, 162 センサ部, 163 予測部

請求の範囲

[請求項1]
 複数のプロペラを回転させる複数のモータと、
 重心位置調整部材を移動させる可動部と、
 前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する制御部と
 を備える無人航空機。
[請求項2]
 前記可動部は、前記複数の前記プロペラと前記無人航空機の機体との位置関係を維持したまま前記重心位置調整部材を移動させる
 請求項1に記載の無人航空機。
[請求項3]
 前記制御部は、所定の前記モータの回転数と他の前記モータの回転数との差分に基づいて、前記重心位置調整部材の移動を制御し、
 前記可動部は前記差分が所定範囲内の値でない場合、前記重心位置調整部材を移動させる
 請求項1に記載の無人航空機。
[請求項4]
 前記無人航空機の重量の増加量に基づいて前記所定範囲が決定される
 請求項3に記載の無人航空機。
[請求項5]
 移動後の前記重心位置調整部材の位置を示す位置情報を記録する記録部をさらに備える
 請求項1に記載の無人航空機。
[請求項6]
 前記可動部は、前記記録部に前記位置情報が記録されている場合、前記位置情報により示される位置に前記重心位置調整部材を移動させる
 請求項5に記載の無人航空機。
[請求項7]
 前記無人航空機の重量の増加量を計測する重量計測部をさらに備え、
 前記記録部は、前記増加量を示す重量情報と、その前記重量情報に対応する前記位置情報とを対応付けて記録し、
 前記可動部は、前記重量計測部により計測された前記増加量を示す前記重量情報に対応付けられた前記位置情報が前記記録部に記録されている場合、その前記位置情報により示される位置に前記重心位置調整部材を移動させる
 請求項5に記載の無人航空機。
[請求項8]
 前記重心位置調整部材はバッテリである
 請求項1に記載の無人航空機。
[請求項9]
 前記重心位置調整部材はペイロードである
 請求項1に記載の無人航空機。
[請求項10]
 複数の前記重心位置調整部材が設けられている
 請求項1に記載の無人航空機。
[請求項11]
 前記制御部は、発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、前記無人航空機の機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記重心位置調整部材が移動されるように、前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する
 請求項10に記載の無人航空機。
[請求項12]
 複数のプロペラを回転させる複数のモータと、
 重心位置調整部材を移動させる可動部と
 を有する無人航空機が、
 前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する
 駆動方法。
[請求項13]
 複数のプロペラを回転させる複数のモータと、
 重心位置調整部材を移動させる可動部と
 を有する無人航空機を制御するコンピュータに、
 前記可動部による前記重心位置調整部材の移動を制御する
 ステップを含む処理を実行させるプログラム。
[請求項14]
 複数の調整部材を移動させる可動部と、
 発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動を制御する制御部と
 を備える無人航空機。
[請求項15]
 前記制御部は、前記予測情報により示される風力が所定の閾値以上である場合、前記機体の向きを調整するとともに前記調整部材の移動を制御する
 請求項14に記載の無人航空機。
[請求項16]
 前記制御部は、前記予測情報により示される前記風の向きと前記調整部材の可動方向とが平行となるように前記機体の向きを調整する
 請求項14に記載の無人航空機。
[請求項17]
 前記予測情報を取得する取得部をさらに備える
 請求項14に記載の無人航空機。
[請求項18]
 前記取得部は、前記無人航空機の位置を示す位置情報を送信し、前記位置情報により示される位置に対応する前記予測情報を受信する
 請求項17に記載の無人航空機。
[請求項19]
 前記無人航空機のある位置における風の観測結果の時系列データ、および前記無人航空機の傾きと加速度の時系列データの少なくとも何れか一方に基づいて前記予測情報を生成する予測部をさらに備える
 請求項14に記載の無人航空機。
[請求項20]
 前記制御部は、前記機体の向きの調整に応じてカメラの向きを調整する
 請求項14に記載の無人航空機。
[請求項21]
 前記可動部は、前記機体の重心位置を変化させずに前記複数の前記調整部材を移動させる
 請求項14に記載の無人航空機。
[請求項22]
 複数の調整部材を移動させる可動部を有する無人航空機が、
 発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動を制御する
 駆動方法。
[請求項23]
 複数の調整部材を移動させる可動部を有する無人航空機を制御するコンピュータに、
 発生する風の向きと風力を示す予測情報に基づいて、機体の向きを調整するとともに、互いに異なり、かつ前記機体の中心位置から遠ざかる複数の方向に前記複数の前記調整部材が移動されるように、前記可動部による前記調整部材の移動を制御する
 ステップを含む処理を実行させるプログラム。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]