JP2019057185A - 飛行装置、飛行方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】飛行中又はホバリング中に急激な環境変化があったときでも飛行装置の高度を適切に制御することができる技術を提供する。【解決手段】飛行装置１００は、空中を飛行する推進手段と、自装置と基準面との距離を取得する距離センサと、距離センサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する制御手段と、基準面の変化に起因する環境変化があるか否かを判定する判定手段と、判定手段により環境変化があると判定された場合に、制御手段の制御を変更する制御変更手段と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、空中を飛行する飛行装置の高度を制御する技術に関する。

従来、ドローンと呼ばれる小型で無人飛行が可能な飛行装置が知られており、ドローンの高度（自装置と基準面との距離）を超音波センサで取得してドローンの高度を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−２１７７８５号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている技術では、飛行中又はホバリング中に急激な環境変化があったとき、具体的には、例えば、図９（ａ）に示すように、崖の上を高度ａで飛行中に海上へ移動したときや、図９（ｂ）に示すように、床の上を高度ｂで飛行中にテーブルの上方に移動したとき、図９（ｃ）に示すように、床の上を高度ｃでホバリング中に飛行装置の真下に手が挿し入れられたときは、本当に高度が変わった場合と区別がつかず、図９（ａ）の場合であれば海面に対する高度（高度ａ）、図９（ｂ）の場合であればテーブルに対する高度（高度ｂ）、図９（ｃ）の場合であれば手に対する高度（高度ｃ）へと移動し、急激に絶対高度を変えてしまうという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、飛行中又はホバリング中に急激な環境変化があったときでも飛行装置の高度を適切に制御することができる技術を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る飛行装置の一様態は、
空中を飛行する推進手段と、
自装置と基準面との距離を取得する距離センサと、
前記自装置の絶対高度を取得する高度センサと、
環境変化があるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により判定された判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて前記自装置の高度を制御する制御手段と、
を備える、
ことを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、本発明に係る飛行方法の一様態は、
距離センサと、高度センサと、を備えて空中を飛行する飛行装置の飛行方法であって、
環境変化があるか否かを判定する工程と、
前記環境変化があるか否かの判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する工程と、
含む、
ことを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、本発明に係るプログラムの一様態は、
距離センサと、高度センサと、を備えて空中を飛行する飛行装置のコンピュータを、
環境変化があるか否かを判定する判定手段、
前記判定手段により判定された判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する制御手段、
として機能させる、
ことを特徴とする。

本発明によれば、飛行中又はホバリング中に急激な環境変化があったときでも飛行装置の高度を適切に制御することが可能となる。

本発明を適用した一実施形態の飛行装置の外観を示す図であり、図１（ａ）はモータフレームを閉じた状態の飛行装置の外観を示す図、図１（ｂ）はモータフレームを開いた状態の飛行装置の外観を示す図である。 飛行装置のシステム構成の一例を示す図である。 高度制御処理の一例を示すフローチャートである。 キャリブレーション処理の一例を示すフローチャートである。 高度計測処理の一例を示すフローチャートである。 目的高度への移動制御処理の一例を示すフローチャートである。 目的高度変更処理の一例を示すフローチャートである。 本発明を適用した一実施形態の飛行装置の高度制御を説明する模式図である。 従来の飛行装置の高度制御を説明する模式図である。

以下に、本発明について、図面を用いて具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。

図１は、本発明を適用した一実施形態の飛行装置１００の外観を示す図である。具体的には、図１（ａ）は、モータフレーム１０２を閉じた状態の飛行装置１００の外観を示す図であり、図１（ｂ）は、モータフレーム１０２を開いた状態の飛行装置１００の外観を示す図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、飛行装置１００は、メインフレーム１０１と、４つのモータフレーム１０２と、を備えて構成されている。

モータフレーム１０２は、それぞれヒンジ１０３を介してメインフレーム１０１に取り付けられている。また、モータフレーム１０２は、モータ１０５を支持できるように構成されており、モータ１０５のモータ軸にはロータブレード１０４が固定されている。また、モータフレーム１０２の外周部にはフィンガーガード１０２ａが設けられている。４組のモータ１０５と４組のロータブレード１０４と４組のモータドライバ４０４（後述）は、推進手段を構成している。

メインフレーム１０１の中心部には、カメラ（撮像手段）１０６が取り付けられている。カメラ１０６は、飛行装置１００の重力方向の画像を撮像可能となっている。また、メインフレーム１０１の内部には、図２で後述する各種制御機器が収められている。

ヒンジ１０３は、図１（ａ）に示すように、飛行装置１００の投げ上げに適した「閉じた状態」と、図１（ｂ）に示すように、飛行装置１００の飛行に適した「開いた状態」と、に各モータフレーム１０２を変形できるように、０度〜９０度の角度範囲で回動自在になっている。

図２は、飛行装置１００のシステム構成の一例を示す図である。
図２に示すように、コントローラ（判定手段、制御手段）４０１には、カメラ１０６（図１参照）を含むカメラシステム４０２や、例えば、飛行装置１００と基準面との距離（高度）を取得するための超音波センサ（距離センサ）４０３ａ、飛行装置１００の絶対高度（海抜）を取得するための気圧センサ（高度センサ）４０３ｂ、加速度センサ４０３ｃ等から構成されるフライトセンサ４０３、それぞれ＃１から＃４の各モータ１０５（図１参照）を駆動する＃１から＃４のモータドライバ４０４、バッテリ４０６の電圧をモニタしながら各モータドライバ４０４に電力を供給するパワーセンサ４０５が接続される。なお、特には図示しないが、バッテリ４０６の電力は、４０１〜４０５の各制御ユニットにも供給される。コントローラ４０１は、フライトセンサ４０３から、飛行装置１００の高度に関する情報をリアルタイムで取得する。また、コントローラ４０１は、パワーセンサ４０５を介して、バッテリ４０６の電圧をモニタしながら、＃１から＃４の各モータドライバ４０４に、それぞれパルス幅変調に基づくデューティ比による電力指示信号を送信する。これにより、＃１から＃４のモータドライバ４０４はそれぞれ、＃１から＃４のモータ１０５の回転速度を制御する。また、コントローラ４０１は、カメラシステム４０２を制御して、カメラ１０６（図１参照）による撮像動作を制御する。

次に、飛行装置１００の飛行開始までの動作について説明する。
飛行装置１００は、各モータフレーム１０２を、投げ上げに適した「閉じた状態」（図１（ａ）参照）と、飛行に適した「開いた状態」（図１（ｂ）参照）と、の２つの形状に保持することが可能である。そして、ユーザは、「閉じた状態」で、飛行装置１００をボールのように空中に投げ上げることができ、その後、図２に示すコントローラ４０１の制御により、落下状態に移るときに飛行装置１００が「開いた状態」に変化し、予め定められている目的高度（例えば、地面（基準面）から２ｍの高さ位置（基準面から第１の距離だけ離れた高度））を飛行する飛行状態になってカメラ１０６による撮像を行うことができるようになっている。すなわち、コントローラ４０１は、地面（基準面）から２ｍの高さ位置（基準面から第１の距離だけ離れた高度）で自装置が飛行するように４組のモータ１０５と４組のロータブレード１０４と４組のモータドライバ４０４とを制御している。

次に、図３を参照して、飛行装置１００による飛行が開始された際に実行される高度制御処理について説明する。図３は、高度制御処理の一例を示すフローチャートである。高度制御処理は、前記のように飛行装置１００が空中に投げ上げられた後、落下状態に移ったこと、すなわち飛行が開始されたことをトリガとして、コントローラ４０１のＣＰＵ（図示省略）が、コントローラ４０１のＲＯＭ（図示省略）から読み出して適宜コントローラ４０１のＲＡＭ（図示省略）に展開したプログラムとの協働で実行される処理となっている。

図３に示すように、コントローラ４０１は、まず、飛行装置１００の高度が予め定められている目的高度となるようにキャリブレーション処理を行う（ステップＳ１０１）。なお、キャリブレーション処理の詳細については後述する。

次いで、コントローラ４０１は、超音波センサ４０３ａを用いた高度計測処理を行う（ステップＳ１０２）。なお、高度計測処理の詳細については後述する。
次いで、コントローラ４０１は、気圧センサ４０３ｂを用いて現在の海抜（絶対高度）を計測する（ステップＳ１０３）。

次いで、コントローラ４０１は、ステップＳ１０２で計測された高度が急激に変化したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。具体的には、コントローラ４０１は、ステップＳ１０２で計測された高度の変化率が所定の変化率以上である場合、高度が急激に変化したと判定し、ステップＳ１０２で計測された高度の変化率が所定の変化率未満である場合、高度が急激に変化していないと判定する。
ステップＳ１０４において、高度が急激に変化していないと判定された場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、コントローラ４０１は、処理をステップＳ１０７に移す。
一方、ステップＳ１０４において、高度が急激に変化したと判定された場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、コントローラ４０１は、加速度センサ４０３ｃにより垂直方向の加速度を検知したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。具体的には、コントローラ４０１は、加速度センサ４０３ｃにより出力される重力方向の加速度の値が所定の値以上である場合、垂直方向の加速度を検知したと判定し、加速度センサ４０３ｃにより出力される重力方向の加速度の値が所定の値未満である場合、垂直方向の加速度を検知していないと判定する。

ステップＳ１０５において、垂直方向の加速度を検知していないと判定された場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、コントローラ４０１は、環境変化があると判定し、目的高度を変更する目的高度変更処理を行い（ステップＳ１０６）、処理をステップＳ１０７に移す。なお、目的高度変更処理の詳細については後述する。
一方、ステップＳ１０５において、垂直方向の加速度を検知したと判定された場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、コントローラ４０１は、目的高度への移動制御処理を行う（ステップＳ１０７）。なお、目的高度への移動制御処理の詳細については後述する。

次いで、コントローラ４０１は、飛行を完了したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。
ステップＳ１０８において、飛行を完了したと判定された場合（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）、コントローラ４０１は、高度制御処理を終了する。
一方、ステップＳ１０８において、飛行を完了していないと判定された場合（ステップＳ１０８；ＮＯ）、コントローラ４０１は、処理をステップＳ１０２に戻し、以降の処理を繰り返し行う。

次に、図４を参照して、キャリブレーション処理について説明する。図４は、キャリブレーション処理の一例を示すフローチャートである。

図４に示すように、コントローラ４０１は、まず、超音波センサ４０３ａを用いた高度計測処理を行う（ステップＳ１０２）。そして、コントローラ４０１は、ステップＳ１１１で計測された高度が予め定められている目的高度と異なるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。

ステップＳ１１２において、目的高度と異なると判定された場合（ステップＳ１１２；ＹＥＳ）、コントローラ４０１は、目的高度への移動制御処理を行い（ステップＳ１１３）、処理をステップＳ１１１に戻す。
一方、ステップＳ１１２において、目的高度と異ならない、すなわち目的高度に到達したと判定された場合（ステップＳ１１２；ＮＯ）、コントローラ４０１は、気圧センサ４０３ｂの出力値が安定するまで待機する（ステップＳ１１４）。

次いで、コントローラ４０１は、気圧センサ４０３ｂを用いて現在の海抜（絶対高度）を計測する（ステップＳ１１５）。
次いで、コントローラ４０１は、目的高度と、ステップＳ１１５で計測された海抜と、を関連付けてコントローラ４０１のＲＡＭ（記憶手段）（図示省略）に登録し（ステップＳ１１６）、キャリブレーション処理を終了する。

次に、図５を参照して、高度計測処理について説明する。図５は、高度計測処理の一例を示すフローチャートである。

図５に示すように、コントローラ４０１は、まず、超音波センサ４０３ａにより重力方向に超音波を送信させる（ステップＳ１２１）。そして、コントローラ４０１は、超音波センサ４０３ａにより超音波の反射波を受信させる（ステップＳ１２２）。

次いで、コントローラ４０１は、超音波を送信してから超音波の反射波を受信するまでの時間を計測する（ステップＳ１２３）。そして、コントローラ４０１は、ステップＳ１２３で計測された時間と音速との関係から高度を算出し（ステップＳ１２４）、高度計測処理を終了する。

次に、図６を参照して、目的高度への移動制御処理について説明する。図６は、目的高度への移動制御処理の一例を示すフローチャートである。

図６に示すように、コントローラ４０１は、まず、現在の高度が目的高度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１３１）。
ステップＳ１３１において、現在の高度が目的高度よりも高いと判定された場合（ステップＳ１３１；ＹＥＳ）、コントローラ４０１は、各モータドライバ４０４（推進手段）を制御して、飛行装置１００の機体を下降させ（ステップＳ１３２）、目的高度への移動制御処理を終了する。
一方、現在の高度が目的高度よりも高くないと判定された場合（ステップＳ１３１；ＮＯ）、コントローラ４０１は、現在の高度が目的高度より低いか否かを判定する（ステップＳ１３３）。

ステップＳ１３３において、現在の高度が目的高度よりも低いと判定された場合（ステップＳ１３３；ＹＥＳ）、コントローラ４０１は、各モータドライバ４０４（推進手段）を制御して、飛行装置１００の機体を上昇させ（ステップＳ１３４）、目的高度への移動制御処理を終了する。
一方、現在の高度が目的高度よりも低くないと判定された場合（ステップＳ１３３；ＮＯ）、コントローラ４０１は、目的高度への移動制御処理を終了する。

次に、図７を参照して、目的高度変更処理について説明する。図７は、目的高度変更処理の一例を示すフローチャートである。

図７に示すように、コントローラ４０１は、まず、キャリブレーション処理（図４参照）にて登録された目的高度と海抜との関連付けデータをＲＡＭから取得する（ステップＳ１４１）。

次いで、コントローラ４０１は、気圧センサ４０３ｂの出力値が安定するまで待機する（ステップＳ１４２）。
次いで、コントローラ４０１は、気圧センサ４０３ｂを用いて現在の海抜（絶対高度）を計測する（ステップＳ１４３）。

次いで、コントローラ４０１は、現在の高度と海抜を基準にして、ステップＳ１４１で取得された関連付けデータから新しい目的高度を算出する（ステップＳ１４４）。具体的には、コントローラ４０１は、所定の計算式（［新しい目的高度］＝［現在の高度］＋［過去（直近）の目的高度に達したときの海抜］−「現在の海抜」）に該当する各数値を当てはめて新しい目的高度を算出する。

例えば、図８（ａ）に示すように、崖の上において目的高度２ｍ、海抜１００ｍの位置を飛行中に、飛行装置１００が海上へ移動した際、このとき（現在）の飛行装置１００の高度が１００ｍ、海抜が１００ｍである場合、コントローラ４０１は、現在の高度（１００ｍ）、過去の目的高度に達したときの海抜（１００ｍ）、現在の海抜（１００ｍ）を所定の計算式に当てはめ、新しい目的高度（１００ｍ）を算出する。また、図８（ｂ）に示すように、床の上において目的高度２ｍ、海抜１０ｍの位置を飛行中に、飛行装置１００がテーブルの上方に移動した際、このとき（現在）の飛行装置１００の高度が０．５ｍ、海抜が１０ｍである場合、コントローラ４０１は、現在の高度（０．５ｍ）、過去の目的高度に達したときの海抜（１０ｍ）、現在の海抜（１０ｍ）を所定の計算式に当てはめ、新しい目的高度（０．５ｍ）を算出する。また、図８（ｃ）に示すように、床の上において目的高度２ｍ、海抜１０ｍの位置をホバリング中に、飛行装置１００の真下に手が挿し入れられた際、このとき（現在）の飛行装置１００の高度が０．５ｍ、海抜が１０ｍである場合、コントローラ４０１は、現在の高度（０．５ｍ）、過去の目的高度に達したときの海抜（１０ｍ）、現在の海抜（１０ｍ）を所定の計算式に当てはめ、新しい目的高度（０．５ｍ）を算出する。そして、コントローラ４０１は、算出された新しい目的高度を再設定する（ステップＳ１４５）。すなわち、環境変化（基準面の変化）があると判定された場合に、コントローラ４０１は、環境変化（基準面の変化）に応じて過去の目的高度（第１の距離）を新しい目的高度（第２の距離）に変更して、新しい目的高度で自装置が飛行するように４組のモータ１０５と４組のロータブレード１０４と４組のモータドライバ４０４とを制御している。

次いで、コントローラ４０１は、新しい目的高度と、ステップＳ１４３で計測された海抜と、を関連付けてコントローラ４０１のＲＡＭ（図示省略）に登録し（ステップＳ１４６）、目的高度変更処理を終了する。

以上のように、本実施形態の飛行装置１００にあっては、空中を飛行する推進手段としてのモータ１０５、ロータブレード１０４及びモータドライバ４０４と、自装置と基準面との距離（高度）を取得する超音波センサ４０３ａと、自装置の絶対高度（海抜）を取得する気圧センサ４０３ｂと、を備え、コントローラ４０１によって、環境変化があるか否かを判定し、判定結果に応じて、超音波センサ４０３ａと気圧センサ４０３ｂとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて自装置の高度を制御したこととなる。

このため、本実施形態の飛行装置１００によれば、環境変化の有無に応じて、時々の状態に適したセンサを用いて自装置の高度を制御することができるので、飛行中又はホバリング中に急激な環境変化があったときでも飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、超音波センサ４０３ａによって、自装置と基準面との距離（高度）を取得するとともに、気圧センサ４０３ｂによって、自装置の絶対高度（海抜）を取得したこととなる。このため、リアルタイム性が高いが環境変化に影響されやすい超音波センサ４０３ａと、リアルタイム性が低いが環境変化に影響されにくい気圧センサ４０３ｂと、をハイブリッドで使用することで、環境変化により超音波センサ４０３ａの出力値が乱れた場合でも、気圧センサ４０３ｂの出力値によって補正することができる。これにより、環境変化があった場合でも、リアルタイム性をできる限り損ねず飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、重力方向の加速度を検出する加速度センサ４０３ｃを更に備え、コントローラ４０１は、超音波センサ４０３ａと加速度センサ４０３ｃとを利用して、環境変化があるか否かを判定するので、実際に環境変化が生じたのか自装置の絶対高度が変化しただけなのかを判別することができる。これにより、自装置の絶対高度が変化しただけにもかかわらず環境変化があると誤判定してしまうケースを排除することができるので、環境変化があるか否かの判定を適切に行うことができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、超音波センサ４０３ａにより取得された距離（高度）の変化率が所定の変化率以上であり、且つ、加速度センサ４０３ｃにより取得された重力方向の加速度が所定の値未満である場合に、コントローラ４０１は、自装置の絶対高度が変わっておらず、環境変化があると判定し、超音波センサ４０３ａにより取得された距離と気圧センサ４０３ｂにより取得された気圧とに基づいて自装置の高度を制御したこととなる。このための、リアルタイム性が高いが環境変化に影響されやすい超音波センサ４０３ａと、リアルタイム性が低いが環境変化に影響されにくい気圧センサ４０３ｂと、をハイブリッドで使用することで、環境変化による超音波センサ４０３ａの出力値の乱れを気圧センサ４０３ｂの出力値によって補正することができる。これにより、環境変化があった場合でも、リアルタイム性をできる限り損ねず飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、超音波センサ４０３ａにより取得された距離（高度）の変化率が所定の変化率未満であり、且つ、加速度センサ４０３ｃにより取得された重力方向の加速度が所定の値未満である場合に、コントローラ４０１は、自装置の絶対高度が変わっておらず、環境変化もないと判定し、超音波センサ４０３ａにより取得された距離に基づいて自装置の高度を制御したこととなる。このため、リアルタイム性を損ねず飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、超音波センサ４０３ａにより取得された距離（高度）の変化率が所定の変化率以上であり、且つ、加速度センサ４０３ｃにより取得された重力方向の加速度が所定の値以上である場合に、コントローラ４０１は、自装置の絶対高度が変わっており、環境変化もあると判定し、超音波センサ４０３ａにより取得された距離と気圧センサ４０３ｂにより取得された気圧とに基づいて自装置の高度を制御したこととなる。このための、リアルタイム性が高いが環境変化に影響されやすい超音波センサ４０３ａと、リアルタイム性が低いが環境変化に影響されにくい気圧センサ４０３ｂと、をハイブリッドで使用することで、環境変化による超音波センサ４０３ａの出力値の乱れを気圧センサ４０３ｂの出力値によって補正することができる。これにより、自装置の絶対高度が変わっており、環境変化があった場合でも、リアルタイム性をできる限り損ねず飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、超音波センサ４０３ａにより取得された距離（高度）の変化率が所定の変化率未満であり、且つ、加速度センサ４０３ｃにより取得された重力方向の加速度が所定の値以上である場合に、コントローラ４０１は、自装置の絶対高度が変わっており、環境変化がないと判定し、超音波センサ４０３ａにより取得された距離に基づいて自装置の高度を制御したこととなる。このため、リアルタイム性を損ねず飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、空中を飛行する際の目的高度と、目的高度に達したときに気圧センサ４０３ｂに基づき取得された絶対高度と、を関連付けて記憶するＲＡＭを更に備え、環境変化があると判定された場合、コントローラ４０１は、ＲＡＭに記憶されている目的高度及び絶対高度、並びに、超音波センサ４０３ａにより取得された現在の距離（高度）及び気圧センサ４０３ｂにより取得された現在の気圧に基づいて自装置の新しい目的高度を再設定したこととなる。このため、環境変化があった場合でも、ＲＡＭに記憶されている目的高度に達したときの絶対高度を基準として、自装置の新しい目的高度を再設定することができるので、飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、コントローラ４０１は、地面（基準面）から例えば２ｍの高さ位置（第１の距離だけ離れた高度）で自装置が飛行するように４組のモータ１０５と４組のロータブレード１０４と４組のモータドライバ４０４とを制御するので、安定した高度での自律飛行が可能となる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、環境変化（基準面の変化）があると判定された場合に、コントローラ４０１は、環境変化（基準面の変化）に応じて過去の目的高度（第１の距離）を新しい目的高度（第２の距離）に変更して、新しい目的高度で自装置が飛行するように４組のモータ１０５と４組のロータブレード１０４と４組のモータドライバ４０４とを制御するので、環境変化があった場合でも、安定した高度での自律飛行が可能となる。

なお、本発明は、実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は設計の変更を行っても良い。
例えば、コントローラ４０１は、自装置が飛行するように４組のモータ１０５と４組のロータブレード１０４と４組のモータドライバ４０４とを制御するとしているが、４組に限定されない。即ち、コントローラ４０１は、少なくとも１組のモータ１０５と少なくとも１組のロータブレード１０４と少なくとも１組のモータドライバ４０４とを制御しても良い。
また、例えば、前記実施形態にあっては、超音波センサ４０３ａにより取得された距離（高度）の変化率が所定の変化率未満であり、且つ、加速度センサ４０３ｃにより取得された重力方向の加速度が所定の値未満である場合に、コントローラ４０１は、自装置の絶対高度が変わっておらず、環境変化もないと判定し、超音波センサ４０３ａにより取得された距離に基づいて自装置の高度を制御するようにしたが、気圧センサ４０３ｂにより取得された気圧に基づいて自装置の高度を制御するようにしても良い。

また、前記実施形態では、飛行装置１００は、気圧センサ４０３ｂを使用して自装置の絶対高度（海抜）を取得するようにしているが、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサを備え、ＧＰＳセンサの出力値に基づいて自装置の絶対高度を取得するようにしても良い。

また、前記実施形態では、飛行装置１００は、超音波センサ４０３ａを使用して自装置と基準面との距離（高度）を取得するようにしているが、例えば、レーザー距離計を備え、レーザー距離計の出力値に基づいて自装置と基準面との距離（高度）を取得するようにしても良い。

また、前記実施形態では、飛行装置１００は、超音波センサ４０３ａと加速度センサ４０３ｃとを利用して、環境変化があるか否かを判定するようにしているが、例えば、カメラ１０６により撮像された自装置の重力方向の画像に基づいて、環境変化があるか否かを判定するようにしても良い。

また、前記実施形態では、高度制御処理（図３参照）において、高度が急激に変化したと判定され（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、且つ、垂直方向の加速度変化を検知していないと判定された場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、すなわち、環境変化があると判定された場合、コントローラ４０１は、目的高度変更処理（ステップＳ１０６）を実行するようにしたが、環境変化がある状況と無い状況とが所定時間の間に繰り返されるような場合（例えば、飛行装置１００が崖沿いを蛇行するような場合（図８（ａ）参照）等）、つまり、高度が急激に変化したと判定され、且つ、垂直方向の加速度変化を検知していないと判定される状況と、高度が急激に変化していないと判定される状況と、が所定時間の間に繰り返される場合は、コントローラ４０１は、目的高度変更処理（ステップＳ１０６）を実行しないようにしても良い。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲と均等の範囲とを含む。
以下に、本出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、本出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜付記１＞
空中を飛行する推進手段と、
自装置と基準面との距離を取得する距離センサと、
前記自装置の絶対高度を取得する高度センサと、
環境変化があるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により判定された判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて前記自装置の高度を制御する制御手段と、
を備える、
ことを特徴とする飛行装置。
＜付記２＞
前記距離センサは、超音波センサであり、
前記高度センサは、気圧センサである、
ことを特徴とする付記１に記載の飛行装置。
＜付記３＞
重力方向の加速度を検出する加速度センサを更に備え、
前記判定手段は、前記超音波センサと前記加速度センサとを利用して、前記環境変化があるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記２に記載の飛行装置。
＜付記４＞
前記超音波センサにより取得された距離の変化率が所定の変化率以上であり、且つ、前記加速度センサにより取得された前記重力方向の前記加速度が所定の値未満である場合に、
前記判定手段は、前記自装置の前記絶対高度が変わっておらず、前記環境変化があると判定し、
前記制御手段は、前記超音波センサにより取得された距離と前記気圧センサにより取得された気圧とに基づいて前記自装置の高度を制御する、
ことを特徴とする付記３に記載の飛行装置。
＜付記５＞
前記超音波センサにより取得された距離の変化率が所定の変化率未満であり、且つ、前記加速度センサにより取得された前記重力方向の前記加速度が所定の値未満である場合に、
前記判定手段は、前記自装置の前記絶対高度が変わっておらず、前記環境変化もないと判定し、
前記制御手段は、前記超音波センサにより取得された距離、又は、前記気圧センサにより取得された気圧に基づいて前記自装置の高度を制御する、
ことを特徴とする付記３又は４に記載の飛行装置。
＜付記６＞
前記超音波センサにより取得された距離の変化率が所定の変化率以上であり、且つ、前記加速度センサにより取得された前記重力方向の前記加速度が所定の値以上である場合に、
前記判定手段は、前記自装置の前記絶対高度が変わっており、前記環境変化もあると判定し、
前記制御手段は、前記超音波センサにより取得された距離と前記気圧センサにより取得された気圧とに基づいて前記自装置の高度を制御する、
ことを特徴とする付記３乃至５のいずれか１つに記載の飛行装置。
＜付記７＞
前記超音波センサにより取得された距離の変化率が所定の変化率未満であり、且つ、前記加速度センサにより取得された前記重力方向の前記加速度が所定の値以上である場合に、
前記判定手段は、前記自装置の前記絶対高度が変わっており、前記環境変化がないと判定し、
前記制御手段は、前記超音波センサにより取得された距離に基づいて前記自装置の高度を制御する、
ことを特徴とする付記３乃至６のいずれか１つに記載の飛行装置。
＜付記８＞
前記推進手段により空中を飛行する際の目的高度と、前記目的高度に達したときに前記気圧センサに基づき取得された前記絶対高度と、を関連付けて記憶する記憶手段を更に備え、
前記判定手段により前記環境変化があると判定された場合、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記目的高度及び前記絶対高度、並びに、前記超音波センサにより取得された現在の距離及び前記気圧センサにより取得された現在の気圧に基づいて前記自装置の新しい目的高度を再設定する、
ことを特徴とする付記２乃至７のいずれか１つに記載の飛行装置。
＜付記９＞
前記自装置の重力方向の画像を撮像する撮像手段を更に備え、
前記判定手段は、前記撮像手段により撮像された前記自装置の前記重力方向の画像に基づいて、前記環境変化があるか否かを判定する、
ことを特徴とする付記１乃至８のいずれか１つに記載の飛行装置。
＜付記１０＞
前記環境変化は、前記基準面の変化である、
ことを特徴とする付記１乃至９のいずれか１つに記載の飛行装置。
＜付記１１＞
前記制御手段は、前記基準面から第１の距離だけ離れた高度で前記自装置が飛行するように前記推進手段を制御する、
ことを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１つに記載の飛行装置。
＜付記１２＞
前記判定手段により、前記基準面の変化があると判定された場合に、
前記制御手段は、前記基準面の変化に応じて前記第１の距離を第２の距離に変更して、前記基準面から前記第２の距離だけ離れた高度で前記自装置が飛行するように前記推進手段を制御する、
ことを特徴とする付記１１に記載の飛行装置。
＜付記１３＞
距離センサと、高度センサと、を備えて空中を飛行する飛行装置の飛行方法であって、
環境変化があるか否かを判定する工程と、
前記環境変化があるか否かの判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する工程と、
含む、
ことを特徴とする飛行方法。
＜付記１４＞
距離センサと、高度センサと、を備えて空中を飛行する飛行装置のコンピュータを、
環境変化があるか否かを判定する判定手段、
前記判定手段により判定された判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する制御手段、
として機能させる、
ことを特徴とするプログラム。

１００ 飛行装置
１０１ メインフレーム
１０２ モータフレーム
１０２ａ フィンガーガード
１０３ ヒンジ
１０４ ロータブレード
１０５ モータ
１０６ カメラ
４０１ コントローラ
４０２ カメラシステム
４０３ フライトセンサ
４０３ａ 超音波センサ
４０３ｂ 気圧センサ
４０３ｃ 加速度センサ
４０４ モータドライバ
４０５ パワーセンサ
４０６ バッテリ

前記目的を達成するため、本発明に係る飛行装置の一様態は、
空中を飛行する推進手段と、
自装置と基準面との距離を取得する距離センサと、
前記距離センサの出力値に基づいて前記自装置の高度を制御する制御手段と、
前記基準面の変化に起因する環境変化があるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記環境変化があると判定された場合に、前記制御手段の制御を変更する制御変更手段と、
を備える、
ことを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、本発明に係る飛行方法の一様態は、
距離センサを備えて空中を飛行する飛行装置の飛行方法であって、
前記距離センサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する工程と、
基準面の変化に起因する環境変化があるか否かを判定する工程と、
前記環境変化があると判定された場合に、前記自装置の高度を制御する工程の制御を変更する工程と、
を含む、
ことを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、本発明に係るプログラムの一様態は、
距離センサを備えて空中を飛行する飛行装置のコンピュータを、
前記距離センサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する制御手段、
基準面の変化に起因する環境変化があるか否かを判定する判定手段、
前記判定手段により前記環境変化があると判定された場合に、前記制御手段の制御を変更する制御変更手段、
として機能させる、
ことを特徴とする。

図２は、飛行装置１００のシステム構成の一例を示す図である。
図２に示すように、コントローラ（判定手段、制御手段）４０１には、カメラ１０６（図１参照）を含むカメラシステム４０２や、例えば、飛行装置１００と基準面との距離（高度）を取得するための超音波センサ（距離センサ）４０３ａ、飛行装置１００の絶対高度（海抜）を取得するための気圧センサ（高度センサ）４０３ｂ、加速度センサ４０３ｃ等から構成されるフライトセンサ４０３、それぞれ＃１から＃４までの各モータ１０５（図１参照）を駆動する＃１から＃４までのモータドライバ４０４、バッテリ４０６の電圧をモニタしながら各モータドライバ４０４に電力を供給するパワーセンサ４０５が接続される。なお、特には図示しないが、バッテリ４０６の電力は、４０１〜４０５の各制御ユニットにも供給される。コントローラ４０１は、フライトセンサ４０３から、飛行装置１００の高度に関する情報をリアルタイムで取得する。また、コントローラ４０１は、パワーセンサ４０５を介して、バッテリ４０６の電圧をモニタしながら、＃１から＃４までの各モータドライバ４０４に、それぞれパルス幅変調に基づくデューティ比による電力指示信号を送信する。これにより、＃１から＃４までのモータドライバ４０４はそれぞれ、＃１から＃４までのモータ１０５の回転速度を制御する。また、コントローラ４０１は、カメラシステム４０２を制御して、カメラ１０６（図１参照）による撮像動作を制御する。

図６に示すように、コントローラ４０１は、まず、現在の高度が目的高度よりも高いか否かを判定する（ステップＳ１３１）。
ステップＳ１３１において、現在の高度が目的高度よりも高いと判定された場合（ステップＳ１３１；ＹＥＳ）、コントローラ４０１は、各モータドライバ４０４（推進手段）を制御して、飛行装置１００の機体を下降させ（ステップＳ１３２）、目的高度への移動制御処理を終了する。
一方、現在の高度が目的高度よりも高くないと判定された場合（ステップＳ１３１；ＮＯ）、コントローラ４０１は、現在の高度が目的高度よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１３３）。

次いで、コントローラ４０１は、現在の高度と海抜とを基準にして、ステップＳ１４１で取得された関連付けデータから新しい目的高度を算出する（ステップＳ１４４）。具体的には、コントローラ４０１は、所定の計算式（［新しい目的高度］＝［現在の高度］＋［過去（直近）の目的高度に達したときの海抜］−「現在の海抜」）に該当する各数値を当てはめて新しい目的高度を算出する。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、超音波センサ４０３ａにより取得された距離（高度）の変化率が所定の変化率以上であり、且つ、加速度センサ４０３ｃにより取得された重力方向の加速度が所定の値未満である場合に、コントローラ４０１は、自装置の絶対高度が変わっておらず、環境変化があると判定し、超音波センサ４０３ａにより取得された距離と気圧センサ４０３ｂにより取得された気圧とに基づいて自装置の高度を制御したこととなる。このため、リアルタイム性が高いが環境変化に影響されやすい超音波センサ４０３ａと、リアルタイム性が低いが環境変化に影響されにくい気圧センサ４０３ｂと、をハイブリッドで使用することで、環境変化による超音波センサ４０３ａの出力値の乱れを気圧センサ４０３ｂの出力値によって補正することができる。これにより、環境変化があった場合でも、リアルタイム性をできる限り損ねず飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

また、本実施形態の飛行装置１００にあっては、超音波センサ４０３ａにより取得された距離（高度）の変化率が所定の変化率以上であり、且つ、加速度センサ４０３ｃにより取得された重力方向の加速度が所定の値以上である場合に、コントローラ４０１は、自装置の絶対高度が変わっており、環境変化もあると判定し、超音波センサ４０３ａにより取得された距離と気圧センサ４０３ｂにより取得された気圧とに基づいて自装置の高度を制御したこととなる。このため、リアルタイム性が高いが環境変化に影響されやすい超音波センサ４０３ａと、リアルタイム性が低いが環境変化に影響されにくい気圧センサ４０３ｂと、をハイブリッドで使用することで、環境変化による超音波センサ４０３ａの出力値の乱れを気圧センサ４０３ｂの出力値によって補正することができる。これにより、自装置の絶対高度が変わっており、環境変化があった場合でも、リアルタイム性をできる限り損ねず飛行装置１００の高度を適切に制御することができる。

Claims (14)

1. 空中を飛行する推進手段と、
   自装置と基準面との距離を取得する距離センサと、
   前記自装置の絶対高度を取得する高度センサと、
   環境変化があるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により判定された判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて前記自装置の高度を制御する制御手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする飛行装置。
2. 前記距離センサは、超音波センサであり、
   前記高度センサは、気圧センサである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
3. 重力方向の加速度を検出する加速度センサを更に備え、
   前記判定手段は、前記超音波センサと前記加速度センサとを利用して、前記環境変化があるか否かを判定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の飛行装置。
4. 前記超音波センサにより取得された距離の変化率が所定の変化率以上であり、且つ、前記加速度センサにより取得された前記重力方向の前記加速度が所定の値未満である場合に、
   前記判定手段は、前記自装置の前記絶対高度が変わっておらず、前記環境変化があると判定し、
   前記制御手段は、前記超音波センサにより取得された距離と前記気圧センサにより取得された気圧とに基づいて前記自装置の高度を制御する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の飛行装置。
5. 前記超音波センサにより取得された距離の変化率が所定の変化率未満であり、且つ、前記加速度センサにより取得された前記重力方向の前記加速度が所定の値未満である場合に、
   前記判定手段は、前記自装置の前記絶対高度が変わっておらず、前記環境変化もないと判定し、
   前記制御手段は、前記超音波センサにより取得された距離、又は、前記気圧センサにより取得された気圧に基づいて前記自装置の高度を制御する、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の飛行装置。
6. 前記超音波センサにより取得された距離の変化率が所定の変化率以上であり、且つ、前記加速度センサにより取得された前記重力方向の前記加速度が所定の値以上である場合に、
   前記判定手段は、前記自装置の前記絶対高度が変わっており、前記環境変化もあると判定し、
   前記制御手段は、前記超音波センサにより取得された距離と前記気圧センサにより取得された気圧とに基づいて前記自装置の高度を制御する、
   ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の飛行装置。
7. 前記超音波センサにより取得された距離の変化率が所定の変化率未満であり、且つ、前記加速度センサにより取得された前記重力方向の前記加速度が所定の値以上である場合に、
   前記判定手段は、前記自装置の前記絶対高度が変わっており、前記環境変化がないと判定し、
   前記制御手段は、前記超音波センサにより取得された距離に基づいて前記自装置の高度を制御する、
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の飛行装置。
8. 前記推進手段により空中を飛行する際の目的高度と、前記目的高度に達したときに前記気圧センサに基づき取得された前記絶対高度と、を関連付けて記憶する記憶手段を更に備え、
   前記判定手段により前記環境変化があると判定された場合、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記目的高度及び前記絶対高度、並びに、前記超音波センサにより取得された現在の距離及び前記気圧センサにより取得された現在の気圧に基づいて前記自装置の新しい目的高度を再設定する、
   ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の飛行装置。
9. 前記自装置の重力方向の画像を撮像する撮像手段を更に備え、
   前記判定手段は、前記撮像手段により撮像された前記自装置の前記重力方向の画像に基づいて、前記環境変化があるか否かを判定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の飛行装置。
10. 前記環境変化は、前記基準面の変化である、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の飛行装置。
11. 前記制御手段は、前記基準面から第１の距離だけ離れた高度で前記自装置が飛行するように前記推進手段を制御する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の飛行装置。
12. 前記判定手段により、前記基準面の変化があると判定された場合に、
    前記制御手段は、前記基準面の変化に応じて前記第１の距離を第２の距離に変更して、前記基準面から前記第２の距離だけ離れた高度で前記自装置が飛行するように前記推進手段を制御する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の飛行装置。
13. 距離センサと、高度センサと、を備えて空中を飛行する飛行装置の飛行方法であって、
    環境変化があるか否かを判定する工程と、
    前記環境変化があるか否かの判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する工程と、
    含む、
    ことを特徴とする飛行方法。
14. 距離センサと、高度センサと、を備えて空中を飛行する飛行装置のコンピュータを、
    環境変化があるか否かを判定する判定手段、
    前記判定手段により判定された判定結果に応じて、前記距離センサと前記高度センサとのうちの少なくともいずれか一方のセンサの出力値に基づいて自装置の高度を制御する制御手段、
    として機能させる、
    ことを特徴とするプログラム。

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