JP2019085040A - 飛行装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行姿勢にかかわらず正確な飛行高度を検出でき、斜面や複雑な段差に沿った飛行が可能な飛行装置を提供する。【解決手段】飛行装置１０は、姿勢検出部２３、距離測定部２５、距離補正部２６および飛行制御部２４を備える。姿勢検出部２３は、機体１１の飛行姿勢を検出する。距離測定部２５は、予め設定された設定範囲内において、複数の地点における機体１１から周囲の物体４０までの距離を仮対物距離として検出する。距離補正部２６は、仮対物距離を、姿勢検出部２３で検出した機体１１の姿勢に基づいて補正して、物体４０までの正確な補正対物距離を算出する。飛行制御部２４は、姿勢検出部２３で検出した飛行姿勢、および距離補正部２６で算出した補正対物距離に基づいてスラスタ１３を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、飛行装置に関する。

近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。このような飛行装置は、予め飛行経路や飛行高度が設定された飛行プログラムに沿って自立的に飛行することができる。飛行装置は、例えば加速度センサや気圧センサなどの内的なセンサを用いて飛行姿勢や飛行高度などの飛行条件を検出している。飛行装置は、検出した飛行条件に基づいて、スラスタの推進力を制御することにより、自立的な飛行を達成している。

しかしながら、内的なセンサである気圧センサは、風や気圧などの外的な環境の影響を受けやすい。また、内的なセンサである加速度センサは、高度を検出するにあたり、加速度を２段階で積分する必要がある。そのため、内的なセンサを用いても、正確な飛行高度の検出が困難であるという問題がある。そして、内的なセンサの場合、単なる飛行高度が検出できても、飛行装置の周辺の詳細な地形や障害物の形状を把握することは困難であり、斜面や複雑な段差に沿った移動が困難である。さらに、これらのセンサで検出される飛行高度は、飛行装置の飛行姿勢が考慮されていない。

特許第６０５４７９６号明細書

そこで、本発明の目的は、飛行姿勢にかかわらず正確な飛行高度を検出でき、斜面や複雑な段差に沿った飛行が可能な飛行装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、距離測定部において機体から周囲の物体までの距離を仮対物距離として検出する。距離補正部は、この距離測定部で検出した仮対物距離を、姿勢検出部で検出した機体の姿勢に基づいて補正する。これにより、距離補正部は、物体までの正確な距離である補正対物距離を算出する。飛行制御部は、姿勢検出部で検出した機体の飛行姿勢と、この補正対物距離とを用いて、スラスタを制御する。その結果、飛行制御部は、機体から物体までの仮対物距離ではなく、姿勢によって補正した補正対物距離に基づいて機体の自立的な飛行を制御する。したがって、飛行姿勢にかかわらず正確な飛行高度を検出することができ、斜面や複雑な段差に沿って飛行することができる。

第１実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図 第１実施形態による飛行装置の概略的な外観を示す模式図 図２の矢印III方向から見た模式図 第１実施形態による飛行装置の姿勢の変化を示す模式図 第１実施形態による飛行装置において姿勢の変化が対物距離に与える影響を説明するための模式図 第１実施形態による飛行装置における仮対物距離から補正対物距離の算出、ならびに平均距離、最大距離および最小距離の設定の処理を示すブロック図 第１実施形態による飛行装置において設定範囲、検出範囲、平均距離、最大距離および最小距離の定義を示す模式図 第１実施形態による飛行装置において平均距離による制御を用いる例を示す模式図 第１実施形態による飛行装置において最大距離による制御を用いる例を示す模式図 第１実施形態による飛行装置において最小距離による制御を用いる例を示す模式図 第２実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図 第２実施形態による飛行装置における処理を説明するための模式図 第２実施形態による飛行装置における処理で対象とする距離を経時的に変更する例を説明するための概略図 第３実施形態による飛行装置における処理の流れを示す概略図 第３実施形態による飛行装置における処理を説明するための模式図 第４実施形態による飛行装置の構成を示すブロック図 その他の実施形態による飛行装置を示す模式図

以下、飛行装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図２および図３に示す飛行装置１０は、機体１１、腕部１２およびスラスタ１３を有している。機体１１は、飛行装置１０の重心またはその近傍に設けられている。腕部１２は、機体１１から放射状に延びている。スラスタ１３は、この腕部１２の先端に設けられている。なお、飛行装置１０は、機体１１から腕部１２が放射状に延びる構成に限らず、円環状の機体１１の周方向へ複数のスラスタ１３を設ける構成など、任意の構成とすることができる。腕部１２やスラスタ１３の数は、２つ以上であれば任意に設定することができる。

スラスタ１３は、いずれもモータ１４、プロペラ１５およびサーボモータ１６を有している。モータ１４は、プロペラ１５を駆動する駆動源である。モータ１４は、例えば機体１１に収容されているバッテリ１７などを電源として作動する。プロペラ１５は、モータ１４によって回転駆動される。サーボモータ１６は、図示しないピッチ変更機構部を通してプロペラ１５のピッチを変更する。プロペラ１５は、サーボモータ１６によってピッチが変更されることにより、回転を維持したまま推進力の大きさおよび方向が変更される。スラスタ１３は、モータ１４でプロペラ１５が回転駆動されるとともに、サーボモータ１６でプロペラ１５のピッチが変更されることにより推進力を発生する。飛行装置１０は、スラスタ１３で発生する推進力によって飛行する。

飛行装置１０は、制御ユニット２０を備えている。制御ユニット２０は、機体１１に収容されている。制御ユニット２０は、図１に示すように制御演算部２１を備えており、記憶部２２に接続している。また、制御ユニット２０は、姿勢検出部２３、飛行制御部２４、距離測定部２５および距離補正部２６を備えている。制御演算部２１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御演算部２１は、バッテリ１７、ならびに各スラスタ１３のモータ１４およびサーボモータ１６に接続している。制御演算部２１は、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、姿勢検出部２３、飛行制御部２４、距離測定部２５および距離補正部２６をソフトウェア的に実現している。なお、これら姿勢検出部２３、飛行制御部２４、距離測定部２５および距離補正部２６は、ハードウェア的に実現してもよく、ハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現してもよい。記憶部２２は、制御演算部２１と接続しており、例えば不揮発性のメモリなどを有している。記憶部２２は、制御演算部２１のＲＯＭおよびＲＡＭと共用してもよい。記憶部２２は、予め設定された飛行計画をデータとして記憶している。飛行計画は、飛行装置１０が飛行する飛行ルートや飛行高度などが含まれている。

姿勢検出部２３は、機体１１の飛行姿勢を検出する。具体的には、姿勢検出部２３は、加速度センサ３１、角速度センサ３２、地磁気センサ３３、ＧＰＳセンサ３４および高度センサ３５に接続している。加速度センサ３１は、機体１１のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３次元の３つの軸方向において機体１１に加わる加速度を検出する。角速度センサ３２は、３次元の３つの軸方向において機体１１に加わる角速度を検出する。地磁気センサ３３は、３次元の３つの軸方向における地磁気を検出する。ＧＰＳセンサ３４は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からＧＰＳ信号を受信する。高度センサ３５は、気圧を検出する。

姿勢検出部２３は、加速度センサ３１で検出した加速度、角速度センサ３２で検出した角速度、および地磁気センサ３３で検出した地磁気から機体１１の飛行姿勢や飛行速度などを検出する。また、姿勢検出部２３は、ＧＰＳセンサ３４で検出したＧＰＳ信号から機体１１の飛行位置を検出する。姿勢検出部２３は、加速度センサ３１、角速度センサ３２および地磁気センサ３３の出力値と、ＧＰＳセンサ３４の出力値とを用いて機体１１の飛行位置および飛行速度を特定する。また、姿勢検出部２３は、加速度センサ３１、角速度センサ３２および地磁気センサ３３の出力値などから、機体１１の姿勢、つまりヨー軸、ロール軸およびピッチ軸を中心とした機体１１の回転角度もあわせて特定する。さらに、姿勢検出部２３は、高度センサ３５で検出した気圧に基づいて海抜高度を検出する。このように、姿勢検出部２３は、機体１１の飛行姿勢を検出するだけでなく、飛行速度、飛行位置および飛行高度を飛行状態として検出する。

距離測定部２５は、ＬＩＤＡＲ（Light Detection And Ranging）３６に接続している。距離測定部２５は、ＬＩＤＡＲ３６に加え、カメラ３７に接続してもよい。ＬＩＤＡＲ３６は、図２および図４に示すように機体１１の外側に設けられ、機体１１の周囲における物体４０までの距離を検出する。なお、ＬＩＤＡＲ３６は、図２に示すように機体１１の上方に設ける例に限らず、機体１１の側方もしくは下方、または腕部１２やスラスタ１３など、任意の位置に設けることができる。

ＬＩＤＡＲ３６は、レーザ光を照射する図示しない照射部と、機体１１の周囲の物体４０で反射したレーザ光を受光する図示しない受光部とを有している。ＬＩＤＡＲ３６は、図示しない照射部から照射した光を図示しない受光部で受光することにより、光の照射から受光までの時間に基づいて周囲の物体４０までの距離を検出する。ＬＩＤＡＲ３６は、予め設定された設定範囲Ａにおいて複数の地点における物体４０までの距離を検出する。この場合、ＬＩＤＡＲ３６は、多点測距型または走査測距型のいずれであってもよい。多点測距型のＬＩＤＡＲ３６は、設定範囲Ａにおいて物体４０までの距離を複数の地点で同時に検出する。走査測距型のＬＩＤＡＲ３６は、設定範囲Ａにおいて物体４０までの距離を所定期間内に一点ずつ検出する。なお、距離測定部２５は、ＬＩＤＡＲ３６に限らず、カメラ３７や図示しないソナーに接続してもよい。距離測定部２５にカメラ３７を接続する場合、カメラ３７で撮影した画像を用いて周囲の物体４０までの距離が検出される。また、距離測定部２５にソナーを接続する場合、ソナーから発した音波の反射を用いて周囲の物体４０までの距離が検出される。これらのように、距離測定部２５は、光学的な距離の測定に限らず、例えば画像解析あるいは音響的な手法によって機体１１の周囲の物体４０までの距離を測定することができる。距離測定部２５は、検出した物体４０までの距離を仮対物距離Ｄｔとして制御演算部２１へ出力する。

距離補正部２６は、距離測定部２５で検出した仮対物距離Ｄｔを補正して、物体４０までの正確な距離である補正対物距離Ｄを算出する。機体１１は、飛行中において、様々な飛行姿勢となる。すなわち、飛行中の機体１１は、必ずしも図４の実線で示すような水平な姿勢を維持しているわけではなく、図４の破線で示すようにヨー軸、ロール軸またはピッチ軸のいずれか１つまたは２つ以上の軸に対して複合的に回転した姿勢となっている。ＬＩＤＡＲ３６などの物体４０までの距離を測定する機器は、一般に機体１１に固定されているため、機体１１とともに姿勢が変化する。そのため、距離測定部２５で検出した物体４０までの距離は、機体１１の飛行姿勢の影響を受ける。つまり、ＬＩＤＡＲ３６で検出される距離は、機体１１の傾きによって微小な誤差を含む。そこで、距離補正部２６は、距離測定部２５で検出した距離を仮対物距離Ｄｔとして、これを姿勢検出部２３で検出した機体１１の飛行姿勢に基づいて補正する。これにより、距離補正部２６は、機体１１の飛行姿勢を考慮した物体４０までの正確な距離を、補正対物距離Ｄとして算出する。

飛行制御部２４は、機体１１の飛行状態を自動制御モードによって制御する。なお、飛行制御部２４は、操作者が操作する図示しない入力装置を用いて機体１１の飛行状態を制御する手動制御モードを設定してもよい。自動制御モードは、操作者の操作によらず機体１１を自立的に飛行させる飛行モードである。自動制御モードのとき、飛行制御部２４は、記憶部２２に記憶されている飛行計画に沿って、機体１１の飛行を自動的に制御する。すなわち、飛行制御部２４は、この自動制御モードのとき、姿勢検出部２３で検出した機体１１の飛行状態、および距離測定部２５で検出した物体４０までの仮対物距離Ｄｔを補正した補正対物距離Ｄに基づいて、スラスタ１３の推進力を制御する。これにより、飛行制御部２４は、操作者の操作によらず、機体１１を飛行計画に沿って自動的に飛行させる。

次に、距離補正部２６の処理について詳細に説明する。
距離測定部２５は、図５に示すように機体１１から物体４０までの距離を仮対物距離Ｄｔとして検出する。距離測定部２５は、検出した仮対物距離Ｄｔを距離補正部２６へ制御演算部２１を通して出力する。また、姿勢検出部２３は、機体１１の飛行姿勢を検出する。姿勢検出部２３は、検出した飛行姿勢を姿勢情報Ｉａとして制御演算部２１を通して距離補正部２６へ出力する。上述のように、距離測定部２５は、設定範囲Ａにおいて機体１１から物体４０までの距離を仮対物距離Ｄｔとして検出する。この距離測定部２５が測定した仮対物距離Ｄｔは、機体１１の傾きなどの飛行姿勢が考慮されていない。そのため、機体１１の姿勢によって、機体１１から物体４０までの距離である仮対物距離Ｄｔは、機体１１から物体４０までの実際の距離である補正対物距離Ｄとの間に差が生じる。

距離補正部２６は、図６に示すように距離測定部２５から取得した仮対物距離Ｄｔおよび姿勢検出部２３から取得した姿勢情報Ｉａを用いて、仮対物距離Ｄｔを補正した補正対物距離Ｄを算出する。このとき、距離補正部２６は、設定範囲Ａにおいて複数の地点で検出した仮対物距離Ｄｔを姿勢情報Ｉａで補正して、それら複数の地点における補正対物距離Ｄを算出する。

また、距離補正部２６は、図７に示すように平面方向の設定範囲Ａを設定するだけでなく、距離を検出する方向へ検出範囲Ｂを設定してもよい。すなわち、距離補正部２６は、機体１１に近い検出最小距離ｄｎと機体１１から遠い検出最大距離ｄｆとの間に検出範囲Ｂを設定してもよい。距離補正部２６は、この検出範囲Ｂにおいて、補正対物距離Ｄを算出する。機体１１の周辺に物体４０が存在しない場合、補正対物距離Ｄが無限大となることがある。このように、過大な補正対物距離Ｄは、機体１１の制御に不要である。また、機体１１は、物体４０との間に予め設定された所定の距離を維持して飛行する。そのため、原則として、機体１１と物体４０との距離である補正対物距離Ｄが所定の距離以下となることはない。そこで、検出範囲Ｂを設定することにより、無用な補正対物距離Ｄは、算出の対象から除外される。検出最小距離ｄｎおよび検出最大距離ｄｆは、機体１１の飛行条件などに応じて任意に設定することができる。この場合、検出最小距離ｄｎは、機体１１と物体４０との間に確保される所定の距離に相当する。

距離補正部２６は、上述のように補正対物距離Ｄを算出するとともに、図６に示すように平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３をそれぞれ設定する。すなわち、距離補正部２６は、設定範囲Ａの複数の地点における補正対物距離Ｄを用いて、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３を設定する。平均距離Ｄ１は、設定範囲Ａの複数の地点における補正対物距離Ｄの平均値である。最大距離Ｄ２は、設定範囲Ａの複数の地点における補正対物距離Ｄのうち、補正対物距離Ｄが最大となる距離である。また、最小距離Ｄ３は、設定範囲Ａの複数の地点における補正対物距離Ｄのうち、補正対物距離Ｄが最小となる距離である。このように、距離補正部２６は、設定範囲Ａで検出した複数の地点における補正対物距離Ｄから、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３を設定する。そして、距離補正部２６は、設定した平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３を飛行制御部２４へ出力する。飛行制御部２４は、距離補正部２６から取得した平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３に基づいてスラスタ１３を制御し、スラスタ１３が発生する推進力および機体１１の飛行を制御する。

飛行制御部２４は、上記のように設定した平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３のうち制御に最適な設定値を適宜選択しつつスラスタ１３を制御する。この場合、飛行制御部２４は、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のいずれかのみを用いてスラスタ１３を制御するとは限らない。すなわち、飛行制御部２４は、予め設定された飛行計画に基づいて、飛行の制御に適した距離を、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のいずれかから逐次選択する。以下、平均距離Ｄ１を用いる制御、最大距離Ｄ２を用いる制御、および最小距離Ｄ３を用いる制御を説明する。

（平均距離Ｄ１による制御）
図８に示すように物体４０の一例である建物や橋梁などの構造物４１は、機体１１と正対する面が平坦であるとは限らない。すなわち、構造物４１は、それ自身の形状や、照明をはじめとする各種機器などの付帯物４２が取り付けられ、複雑な形状を有している場合がある。このような複雑な形状を有する構造物４１に沿って機体１１が飛行する場合、飛行制御部２４は平均距離Ｄ１を用いて機体１１の飛行を制御する。

平均距離Ｄ１を用いない場合、機体１１は、構造物４１の複雑な形状に反応して高度を変化することになる。すなわち、飛行制御部２４が付帯物４２を含む構造物４１までの距離に対応して単純な制御を行なう場合、構造物４１に沿って飛行する機体１１は構造物４１の複雑な形状に対応して飛行高度が細かく変化する粗い飛行となる。

これに対し、本実施形態のように飛行制御部２４が平均距離Ｄ１を基準に機体１１を制御することにより、機体１１は付帯物４２を含む構造物４１の複雑な形状に反応することなく飛行する。そのため、機体１１の細かな高度の変化を招くことがなく、なめらかで安定した飛行が維持される。

（最大距離Ｄ２による制御）
図９に示すように物体４０の一例である建物や橋梁などの構造物４１は、機体１１と正対する面が平坦であるとは限らない。すなわち、構造物４１は、局所的な突起部４３を有している場合がある。このような突起部４３を有する構造物４１に沿って機体１１が飛行する場合、飛行制御部２４は最大距離Ｄ２を用いて機体１１の飛行を制御する。

最大距離Ｄ２を用いない場合、機体１１は構造物４１の突起部４３に反応して高度を変化する。すなわち、飛行制御部２４が構造物４１までの距離に対応して単純な制御を行なう場合、構造物４１に沿って飛行する機体１１は突起部４３に対応する位置で大きく高度を変化させることになる。

これに対し、本実施形態のように飛行制御部２４が最大距離Ｄ２を基準に機体１１を制御することにより、機体１１は構造物４１の局所的な突起部４３に反応することなく飛行する。そのため、機体１１の大きな高度の変化を招くことがなく、安定した飛行が維持される。

（最小距離Ｄ３による制御）
図１０に示すように物体４０の一例である建物や橋梁などの構造物４１は、機体１１と正対する面が平坦であるとは限らない。すなわち、構造物４１は、壁部４４などの端部において不連続となり、最大距離Ｄ２と最小距離Ｄ３とに大きな隔たりが生じる場合がある。このような構造物４１に沿って機体１１が飛行する場合、飛行制御部２４は最小距離Ｄ３を用いて機体１１の飛行を制御する。

最小距離Ｄ３を用いない場合、構造物４１に接近しすぎる場合がある。すなわち、飛行制御部２４が構造物４１までの距離に対応して単純な制御を行なう場合、構造物４１に沿って飛行する機体１１は場所によって構造物４１に接近しすぎることになる。
これに対し、本実施形態のように飛行制御部が最小距離Ｄ３を基準に機体１１を制御することにより、機体１１は、最小距離Ｄ３を維持し、構造物４１に接近しすぎることなく飛行する。そのため、機体１１と構造物４１との干渉が回避され、安定した飛行が維持される。

また、飛行制御部２４は、最小距離Ｄ３が予め設定された接近値Ｎよりも小さくなると、最小距離Ｄ３を用いて機体１１を制御する構成としてもよい。これにより、機体１１と物体４０とは、接近値Ｎを下限として、さらなる接近が回避される。

（検出最大距離ｄｆ）
ところで、検出最大距離ｄｆは、固定値に限らず、変動値としてもよい。すなわち、飛行制御部２４は、設定された複数の補正対物距離Ｄのうち最小距離Ｄ３から距離が設定距離ｄｔ以上となる過大距離を、補正対物距離Ｄから除外する。この場合、検出最大距離ｄｆは、最小距離Ｄ３からの距離が設定距離ｄｔとなる位置に相当する。設定距離ｄｔは、機体１１やＬＩＤＡＲ３６の性能などに応じて任意に設定することができる。これにより、設定範囲Ａに物体４０が存在しない場合や、物体４０が存在しても機体１１からの距離が大きいとき、この過大な距離は制御の基礎とするデータの対象から除外される。

以上説明した第１実施形態では、距離測定部２５は、機体１１から周囲の物体４０までの距離を仮対物距離Ｄｔとして検出する。距離補正部２６は、この距離測定部２５で検出した仮対物距離Ｄｔを、姿勢検出部２３で検出した機体１１の姿勢、つまり姿勢情報Ｉａに基づいて補正する。これにより、距離補正部２６は、物体４０までの正確な距離である補正対物距離Ｄを算出する。飛行制御部２４は、姿勢検出部２３で検出した機体１１の飛行姿勢と、この補正対物距離Ｄとを用いて、スラスタ１３を制御する。その結果、飛行制御部２４は、機体１１から物体４０までの仮対物距離Ｄｔではなく、姿勢によって補正した補正対物距離Ｄに基づいて機体１１の自立的な飛行を制御する。したがって、飛行姿勢にかかわらず正確な飛行高度を検出することができ、斜面や複雑な段差に沿って飛行することができる。

また、第１実施形態では、距離補正部２６は、算出した補正対物距離Ｄから、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３を設定する。そして、飛行制御部２４は、設定した平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３のうち１つ以上を用いて機体１１の飛行を制御する。これにより、飛行制御部２４は、対象となる構造物４１の形状、または付帯物４２や突起部４３などの影響を受けることなく、機体１１と物体４０との間の距離を確保する。したがって、飛行高度の細かな変化や大きな変化を招くことなく機体１１の飛行を制御するこができ、安定した飛行を維持することができる。

第１実施形態では、飛行制御部２４は、最小距離Ｄ３が接近値Ｎよりも小さくなると、最小距離Ｄ３に基づいてスラスタ１３を制御する。これにより、機体１１は、接近値Ｎより接近することがない。したがって、機体１１と物体４０との過剰な接近が回避され、機体１１の安全かつ安定した飛行を維持することができる。

第１実施形態では、機体１１からの距離が過大となる補正対物距離Ｄを除外している。機体１１から過剰に遠い位置にある物体４０は、飛行の制御に不要なだけでなく、物体４０を追尾する機体１１の飛行の妨げとなるおそれがある。すなわち、機体１１から遠い物体４０も含めた距離を用いると、本来追尾すべきである機体１１に近い物体４０を見失うおそれがある。そこで、機体１１からの距離が過大となる補正対物距離Ｄは機体１１の制御から除外される。したがって、機体１１は物体４０に追従しつつ安定した飛行することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による飛行装置の制御について説明する。
第２実施形態の飛行装置１０の物理的な構成は、第１実施形態と共通である。第２実施形態の飛行装置１０は、制御の詳細が第１実施形態と異なる。
図１１に基づいて第２実施形態による飛行制御部２４の制御の流れを説明する。
飛行制御部２４は、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３で機体１１の飛行を制御しているとき、以下の処理を実行する。飛行制御部２４は、例えば数ミリ秒ごとのように定期的に物体４０までの補正対物距離Ｄを算出する（Ｓ１０１）。そして、飛行制御部２４は、算出した補正対物距離Ｄから、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３を設定する（Ｓ１０２）。これら補正対物距離Ｄの算出、ならびに平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３の設定は、第１実施形態と共通である。飛行制御部２４は、Ｓ１０２において設定した平均距離Ｄ１と最大距離Ｄ２との差を、差分Ｘ１として算出する（Ｓ１０３）。差分Ｘ１は、例えば平均距離Ｄ１と最大距離Ｄ２との差の絶対値として算出される。同様に、飛行制御部２４は、Ｓ１０２において設定した平均距離Ｄ１と最小距離Ｄ３との差を、差分Ｘ２として算出する（Ｓ１０４）。差分Ｘ２は、例えば平均距離Ｄ１と最小距離Ｄ３との差の絶対値として算出される。

飛行制御部２４は、Ｓ１０３で算出した差分Ｘ１が設定値Ａ１より大きいか否かを判断する（Ｓ１０５）。設定値Ａ１は、機体１１の性能、飛行計画の条件、あるいは物体４０の形状などに応じて予め任意の値として設定されている。飛行制御部２４は、Ｓ１０５において差分Ｘ１が設定値Ａ１以下であると判断したとき（Ｓ１０５：Ｎｏ）、Ｓ１０４で算出した差分Ｘ２が設定値Ａ２より大きいか否かを判断する（Ｓ１０６）。設定値Ａ２は、設定値Ａ１と同様に、機体１１の性能、飛行計画の条件、あるいは物体４０の形状などに応じて予め任意の値として設定されている。この場合、設定値Ａ１と設定値Ａ２とは、同一の値であってもよく、異なる値としてもよい。

飛行制御部２４は、Ｓ１０６において差分Ｘ２が設定値Ａ２以下であると判断したとき（Ｓ１０６：Ｎｏ）、Ｓ１０２で算出した平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のいずれかを用いて機体１１の制御を行なう（Ｓ１０７）。すなわち、Ｓ１０６において差分Ｘ２が設定値Ａ２以下であると判断されたとき、差分Ｘ１は設定値Ａ１以下であって、差分Ｘ２は設定値Ａ２以下である。つまり、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３は、いずれも平均距離Ｄ１と大きな乖離が生じていない。このように最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３と平均距離Ｄ１との間に大きな乖離が生じていないとき、飛行制御部２４はＳ１０２で算出した平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のいずれかを用いて、飛行計画に沿った機体１１の制御を行なう。

これに対し、飛行制御部２４は、Ｓ１０５において差分Ｘ１が設定値Ａ１より大きいと判断したとき（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、またはＳ１０６において差分Ｘ２が設定値Ａ２より大きいと判断したとき（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、Ｓ１０２で設定した平均距離Ｄ１を用いて機体１１の制御を行なう（Ｓ１０８）。すなわち、Ｓ１０５において差分Ｘ１が設定値Ａ１より大きいと判断されたとき、またはＳ１０６において差分Ｘ２が設定値Ａ２より大きいと判断されたとき、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３は、平均距離Ｄ１との間に乖離が生じている。

例えば図１２に示すように構造物４１の境界などのように物体４０に大きな段差４５が生じているとき、機体１１の移動にともなって、機体１１から遠い測定点、または機体１１に近い測定点が徐々に減少する。このような場合、機体１１を最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３を用いて制御すると、この段差４５において大きな高度の変化を招くことになる。そこで、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３と平均距離Ｄ１との乖離が大きくなると、飛行制御部２４は平均距離Ｄ１を用いて機体１１を制御する。これにより、構造物４１の段差４５に到達する前に、機体１１は徐々に高度を変化させ、段差４５における大きな高度の変化が回避される。

飛行制御部２４は、Ｓ１０８において平均距離Ｄ１に切り替えて制御する場合、設定時間Ｔの間に経時的に切り替えてもよい。すなわち、飛行制御部２４は、最大距離Ｄ２に基づいて機体１１を制御している状態から平均距離Ｄ１に基づいて機体１１を制御する状態へ切り替えるとき、図１３に示すように設定時間Ｔの間に機体１１と物体４０との間に確保すべき距離を徐々に変化させる。同様に、飛行制御部２４は、最小距離Ｄ３に基づく機体１１の制御から平均距離Ｄ１に基づく機体１１の制御へ切り替えるときも、設定時間Ｔの間に確保すべき距離を徐々に変化させる。

第２実施形態では、平均距離Ｄ１と最大距離Ｄ２との差分Ｘ１が設定値Ａ１より大きくなったとき、または平均距離Ｄ１と最小距離Ｄ３との差分Ｘ２が設定値Ａ２より大きくなったとき、飛行制御部２４は平均距離Ｄ１を用いて機体１１の飛行を制御する。そのため、構造物４１の境界などのように物体４０に大きな段差４５が生じているとき、機体１１は段差４５に到達する前に少しずつ高度が変化する。したがって、機体１１の大きな高度の変化が回避され、安定した飛行を維持することができる。

また、第２実施形態では、飛行制御部２４は、機体１１の制御を最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３から平均距離Ｄ１に切り替えるとき、設定時間Ｔの間に経時的に徐々に切り替える。これにより、機体１１は、制御に用いる対象となる物体４０までの距離が最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３から平均距離Ｄ１へ変化するとき、急激な変化つまり飛行高度の急激な変化がより低減される。したがって、機体１１の大きな高度の変化がより回避され、安定した飛行を維持することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態による飛行装置の制御について説明する。
第３実施形態の飛行装置１０の物理的な構成は、第１実施形態と共通である。第３実施形態の飛行装置１０は、制御の詳細が第１実施形態と異なる。
図１４に基づいて第３実施形態による飛行制御部２４の制御の流れを説明する。
飛行制御部２４は、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３で機体１１の飛行を制御しているとき、以下の処理を実行する。飛行制御部２４は、例えば数ミリ秒ごとのように定期的に物体４０までの補正対物距離Ｄを算出する（Ｓ２０１）。そして、飛行制御部２４は、算出した補正対物距離Ｄから、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３を設定する（Ｓ２０２）。これら補正対物距離Ｄの算出、ならびに平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３の設定は、第１実施形態と共通である。飛行制御部２４は、設定した最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３に基づいて機体１１を制御する（Ｓ２０３）。

飛行制御部２４は、Ｓ２０３で設定した最大距離Ｄ２を用いて機体１１を制御しているとき、この最大距離Ｄ２を検出した検出地点Ｐ１が設定範囲Ａの外縁にあるか否かを判断する（Ｓ２０４）。飛行制御部２４は、設定範囲Ａに設定された複数の地点において機体１１から物体４０までの距離を検出している。そこで、飛行制御部２４は、Ｓ２０３で設定した最大距離Ｄ２について、この最大距離Ｄ２を検出した検出地点Ｐ１が設定範囲Ａの外縁にあるか否かを判断する。

図１５に示すように機体１１が構造物４１の平坦な面に沿って飛行しているとき、複数の地点について算出される補正対物距離Ｄは、ほぼ同一となる。すなわち、機体１１が構造物４１の平坦な面に沿って飛行しているとき、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２および最小距離Ｄ３は、いずれもほぼ同一の値となる。これに対して、第２実施形態で説明した図１２に示すように構造物４１の段差４５や構造物４１が途切れる境界部分に機体１１が到達すると、複数の地点のうちいずれかの地点では補正対物距離Ｄが算出できない。つまり、補正対物距離Ｄは、設定範囲Ａに含まれる複数の地点のうち外縁に位置する地点で算出される。逆に言えば、設定範囲Ａに含まれる複数の地点のうち、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３が算出される地点が設定範囲Ａの外縁にあるとき、機体１１は構造物４１の境界部分にあることを意味している。そこで、飛行制御部２４は、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３となった検出地点Ｐ１が設定範囲Ａの外縁にあるか否かを判断する。

飛行制御部２４は、検出地点Ｐ１が設定範囲Ａの外縁にあると判断すると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、Ｓ２０２で設定した平均距離Ｄ１を用いて機体１１の制御を行なう（Ｓ２０５）。すなわち、検出地点Ｐ１が設定範囲Ａの外縁にあると判断されたとき、機体１１は構造物４１の境界部分を飛行している。この場合、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３を用いて機体１１の飛行を制御すると、機体１１が境界部分を通過した直後に、機体１１から構造物４１までの大きな距離の変化が生じる。そのため、機体１１の飛行高度は、大きく変化することになる。これに対し、本実施形態のように、平均距離Ｄ１を用いて機体１１の飛行を制御することにより、機体１１が境界部分を通過する際に、機体１１と構造物４１との間の距離は徐々に変化する平均距離Ｄ１によって制御される。その結果、機体１１が境界部分を通過した直後に、機体１１の飛行高度が大きく変化することはない。

一方、飛行制御部２４は、検出地点Ｐ１が設定範囲Ａの外縁にないと判断すると（Ｓ２０４：Ｎｏ）、Ｓ２０１へリターンし、Ｓ２０２で設定した最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３を用いて機体１１の制御を行なう。すなわち、飛行制御部２４は、機体１１から構造物４１までの最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３を維持した飛行を継続する。

第３実施形態では、飛行制御部２４は、飛行に用いる最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３を検出する検出地点Ｐ１が設定範囲Ａの外縁にあるか否かを判断する。そして、飛行制御部２４は、検出地点Ｐ１が設定範囲Ａの外縁にあると判断したとき、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３を用いた機体１１の制御を、平均距離Ｄ１を用いた機体１１の制御に変更する。これにより、段差４５など構造物４１に不連続な境界部があるとき、機体１１と構造物４１との間の距離、すなわち機体１１の飛行高度は、構造物４１の段差４５などの境界部に到達する前に少しずつ変化する。したがって、機体１１の大きな高度の変化が回避され、安定した飛行を維持することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態による飛行装置の制御について説明する。
図１６に示すように第４実施形態による飛行装置１０は、切替部５０を備えている。切替部５０は、飛行制御部２４で用いる物体４０までの距離として、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２、または最小距離Ｄ３のいずれにするかを切り替える。
上記の第１実施形態から第３実施形態の場合、飛行制御部２４は、記憶部２２に記憶されている飛行計画にしたがって機体１１の飛行を制御する。このように機体１１の飛行を飛行制御部２４で自動的に制御する場合、飛行制御部２４は予め設定されている飛行計画に基づいて、設定された平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のいずれを用いるかを決定する。すなわち、飛行制御部２４は、設定された平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のうち、機体１１の制御の対象となる物体４０までの距離としていずれを採用するかを、飛行計画に応じて自動的に切り替えている。

一方、第４実施形態では、切替部５０を備えている。切替部５０は、飛行制御部２４が機体１１の制御に用いる距離を、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のいずれかに強制的に変更する。すなわち、飛行制御部２４が飛行計画に沿って平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のいずれかを用いて機体１１を制御しているとき、切替部５０を操作することにより、飛行制御部２４が採用する距離は他の値に変更される。

例えば緊急時や厳しい気象現象下などのように飛行計画に沿った飛行が好ましくないとき、切替部５０を操作することにより、飛行制御部２４は切替部５０による選択に応じた距離を採用して機体１１を制御する。これにより、機体１１の安全性や安定性が向上する。切替部５０は、例えば機体１１や図示しない遠隔操作装置に設けられた機械的なスイッチで構成される。他にも、切替部５０は、ソフトウェア的な制御など、飛行制御部２４が採用する距離を変更可能であれば任意の構成とすることできる。

第４実施形態では、切替部５０を備えている。これにより、予め設定された飛行計画にかかわらず、飛行制御部２４による機体１１の制御に用いられる距離は、平均距離Ｄ１、最大距離Ｄ２または最小距離Ｄ３のうち任意のものに切り替えられる。したがって、機体１１の安全性や安定性をより高めることができる。

（その他の実施形態）
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
以上説明した複数の実施形態では、機体１１は、上方にある物体４０との距離を維持する場合について説明した。しかし、飛行制御部２４は、図１７に示すように機体１１の側方にある物体４０との距離を維持する場合についても上記の実施形態と同様に制御してもよい。また、当然ながら、飛行制御部２４は、機体１１の下方にある物体４０または地面との距離を維持する場合についても上記と同様に制御してもよい。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１０は飛行装置、１１は機体、１３はスラスタ、２３は姿勢検出部、２４は飛行制御部、２５は距離測定部、２６は距離補正部、４０は物体、５０は切替部を示す。

Claims (8)

1. 推進力を発生するスラスタ（１３）を有する機体（１１）と、
   前記機体（１１）の飛行姿勢を検出する姿勢検出部（２３）と、
   予め設定された設定範囲内において、複数の地点における前記機体（１１）から周囲の物体（４０）までの距離を仮対物距離として検出する距離測定部（２５）と、
   前記距離測定部（２５）で検出した前記仮対物距離を、前記姿勢検出部（２３）で検出した前記機体（１１）の姿勢に基づいて補正して、前記物体（４０）までの距離である補正対物距離を算出する距離補正部（２６）と、
   前記姿勢検出部（２３）で検出した飛行姿勢、および前記距離補正部（２６）で算出した前記補正対物距離に基づいて前記スラスタ（１３）を制御する飛行制御部（２４）と、
   を備える飛行装置。
2. 前記距離補正部（２６）は、前記機体（１１）から前記物体（４０）までの複数の地点で前記補正対物距離を算出するとともに、前記補正対物距離が最大となる最大距離、前記補正対物距離が最小となる最小距離、および複数の地点における前記補正対物距離の平均値である平均距離を設定し、
   前記飛行制御部（２４）は、前記最大距離点、前記最小距離点または前記平均距離のいずれか１つ以上を用いて前記スラスタ（１３）を制御する請求項１記載の飛行装置。
3. 前記飛行制御部（２４）は、前記最大距離と前記平均距離との差、または前記最小距離と前記平均値との差が予め設定した設定値より大きくなると、前記平均距離に基づいて前記スラスタ（１３）を制御する請求項２記載の飛行装置。
4. 前記飛行制御部（２４）は、設定した前記最大距離または前記最小距離が前記設定範囲の外縁にあるとき、前記平均距離に基づいて前記スラスタ（１３）を制御する請求項２記載の飛行装置。
5. 前記飛行制御部（２４）で用いる前記物体までの距離として、前記最大距離、前記最小距離または前記平均距離のいずれにするかを切り替える切替部（５０）をさらに備える請求項１から４のいずれか一項記載の飛行装置。
6. 前記飛行制御部（２４）は、前記最小距離が予め設定された接近値よりも小さくなると、前記最小距離に基づいて前記スラスタ（１３）を制御する請求項２から５のいずれか一項記載の飛行装置。
7. 前記飛行制御部（２４）は、前記スラスタ（１３）を制御する基準となる前記補正対物距離が、前記最大距離、前記最小距離および前記平均距離との間で相互に切り替わるとき、予め設定された設定時間の間に経時的に切り替える請求項２から６のいずれか一項記載の飛行装置。
8. 前記飛行制御部（２４）は、設定された前記補正対物距離のうち前記最小距離からの距離が予め設定された設定距離以上である過大距離を、前記補正対物距離から除外して前記スラスタ（１３）を制御する請求項２から７のいずれか一項記載の飛行装置。

Images