(57)【要約】      （修正有）【課題】予めマーカーを配置することなく、また航法衛星からの測位用電波を使用することなく、迅速に移動方向の制御ができる無人移動体を提供する。【解決手段】自律移動可能な無人移動体１は、無人移動体が移動して到達する位置である目標位置を含む外部を撮影し、画像を取得する画像取得手段と、画像中の複数の特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、画像中の目標位置を複数の特徴点の位置との相対関係において規定する相対位置規定手段と、予定の経路において目標位置へ向かって移動する際、複数の特徴点の画像中における位置の変化を予測変化として算出する予測手段と、目標位置に向かって移動する間において、画像中の複数の特徴点の位置の実際の変化である実変化が、予測変化と同一か否かを判断する変化判断手段と、実変化が前記予測変化と同一ではないと判断した場合に、変化を打ち消すように無人移動体の移動方向を変更する移動方向変更手段と、を有する。【選択図】図１
2020113134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律移動可能な無人移動体であって、
前記無人移動体が移動して到達する位置である目標位置の方向を撮影し、画像を取得する画像取得手段と、
前記画像中において、複数の特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、
前記画像中における前記目標位置の方向を複数の前記特徴点の位置との相対関係において規定する相対位置規定手段と、
前記無人移動体が予定の経路において前記目標位置へ向かって移動する条件において、複数の前記特徴点の前記画像中における位置の変化を予測変化として算出する予測手段と、
前記無人移動体が前記目標位置に向かって移動する間において、前記画像中における複数の前記特徴点の位置の実際の変化である実変化が、前記予測変化と相違するか否かを判断する変化判断手段と、
前記変化判断手段によって、前記実変化と前記予測変化に相違があると判断した場合に、前記相違を打ち消すように前記無人移動体の移動方向を変更する移動方向変更手段と、
を有する、無人移動体。
【請求項２】
前記特徴点抽出手段によって抽出した複数の前記特徴点のうち、複数の前記特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す前記特徴点を排除する排除手段を有する、
請求項１に記載の無人移動体。
【請求項３】
前記無人移動体の移動経路が直線である場合には、前記無人移動体は、前記目標位置の方向を前記画像の中心位置に設定し、
前記予測手段は、前記複数の特徴点で構成される形状の変化が相似形を維持する態様の変化として前記予測変化を算出する、請求項１または請求項２に記載の無人移動体。
【請求項４】
前記無人移動体は、地上を走行する無人車両であって、
前記変化判断手段は、前記実変化と前記予測変化との相違が、鉛直方向における相違のみである場合には、前記実変化と前記予測変化は相違しないと判断する、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無人移動体。
【請求項５】
前記無人移動体は、無人飛行体であって、
前記移動方向変更手段は、前記無人飛行体の水平方向及び鉛直方向における移動方向を変更するように構成されている、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無人移動体。
【請求項６】
自律移動可能な無人移動体が、
前記無人移動体が移動して到達する位置である目標位置の方向を撮影し、画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像中において、複数の特徴点を抽出する特徴点抽出ステップと、
前記特徴点抽出ステップにおいて抽出した複数の前記特徴点のうち、複数の前記特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す前記特徴点を排除する排除ステップと、
前記画像中における前記目標位置の方向を複数の前記特徴点の位置との相対関係において規定する相対位置規定ステップと、
前記無人移動体が予定の経路において前記目標位置へ向かって移動する条件において、複数の前記特徴点の前記画像中における位置の変化を予測変化として算出する予測ステップと、
前記無人移動体が前記目標位置に向かって移動する間において、前記画像中における複数の前記特徴点の位置の実際の変化である実変化が、前記予測変化と相違するか否かを判断する変化判断ステップと、
前記変化判断ステップにおいて、前記実変化が前記予測変化との間に相違があると判断した場合に、前記相違を打ち消すように前記無人移動体の移動方向を変更する移動方向変更ステップと、
を実施する無人移動体の制御方法。
【請求項７】
自律移動可能な無人移動体を制御するコンピュータを、
前記無人移動体が移動して到達する位置である目標位置の方向を撮影し、画像を取得する画像取得手段、
前記画像中において、複数の特徴点を抽出する特徴点抽出手段、
前記特徴点抽出手段によって抽出した複数の前記特徴点のうち、複数の前記特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す前記特徴点を排除する排除手段、
前記画像中における前記目標位置の方向を複数の前記特徴点の位置との相対関係において規定する相対位置規定手段、
前記無人移動体が予定の経路において前記目標位置へ向かって移動する条件において、複数の前記特徴点の前記画像中における位置の変化を予測変化として算出する予測手段、
前記無人移動体が前記目標位置に向かって移動する間において、前記画像中における複数の前記特徴点の位置の実際の変化である実変化が、前記予測変化と同一であるか否かを判断する変化判断手段、及び、
前記変化判断手段によって、前記実変化が前記予測変化との間に相違があると判断した場合に、前記相違を打ち消すように前記無人移動体の移動方向を変更する移動方向変更手段、
として機能させるための無人移動プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無人移動体、無人移動体の制御方法及び無人移動プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、予め経路の近傍に配置したマーカーを検出しつつ、自動的に無人車両を走行させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０４６３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の技術においては、無人車両が走行する経路の近傍にマーカーを配置する必要がある。このため、マーカーを準備しなければならず、マーカーの配置にも時間を要する。また、状況によっては、マーカーを配置することが困難、または、不可能である。ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星などの航法衛星からの測位用電波を使用する測位と、電子コンパスや加速度センサーを併用しつつ走行することも可能であるが、測位用電波を使用する測位には相応の時間を要するから、迅速に進行方向を修正することは困難である。
【０００５】
本発明はかかる問題の解決を試みたものであり、予めマーカーを配置することなく、また、航法衛星からの測位用電波を使用することなく、迅速に移動方向を制御することができる無人移動体、無人移動体の制御方法及び無人移動プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の発明は、自律移動可能な無人移動体であって、前記無人移動体が移動して到達する位置である目標位置の方向を撮影し、画像を取得する画像取得手段と、前記画像中において、複数の特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、前記画像中における前記目標位置の方向を複数の前記特徴点の位置との相対関係において規定する相対位置規定手段と、前記無人移動体が予定の経路において前記目標位置へ向かって移動する条件において、複数の前記特徴点の前記画像中における位置の変化を予測変化として算出する予測手段と、前記無人移動体が前記目標位置に向かって移動する間において、前記画像中における複数の前記特徴点の位置の実際の変化である実変化が、前記予測変化と相違するか否かを判断する変化判断手段と、前記変化判断手段によって、前記実変化と前記予測変化に相違があると判断した場合に、前記相違を打ち消すように前記無人移動体の移動方向を変更する移動方向変更手段と、を有する、無人移動体である。
【０００７】
第一の発明の構成によれば、無人移動体は、目標位置の方向を複数の特徴点との相対関係において規定し、予定の経路において目標位置へ向かって移動する条件において、複数の特徴点の位置の変化を予測変化として算出し、実際の移動中における複数の特徴点の変化と同一であるか否かを判断し、相違する場合には、その相違を打ち消すように移動方向を変更することができる。すなわち、複数の特徴点をマーカーとして移動方向を変更することができる。例えば、特徴点が１つだけの場合、無人移動体の方向が変わっても、画像中の位置の変化は生じない場合、あるいは、著しく小さい場合がある。これに対して、特徴点を２つ、あるいは、３つなど、複数使用する場合には、無人移動体の移動方向が変われば必ず少なくとも一つの特徴点の位置が変化する。また、複数の特徴点の画像中の位置の変化は、一つの特徴点の変化よりも、画像中の画素の変化量が大きいから、その検出が容易である。さらに、特徴点が１つだけの場合、何らかの自然現象または人為的な現象によって、その特徴点が画像中に映らなくなる場合もある。すなわち、複数の特徴点を使用することによって、変化判断手段による判断の信頼性が向上する。また、画像処理に要する時間は、測位処理に要する時間よりも、格段に短いから、迅速に移動方向を制御することができる。これにより、予めマーカーを配置することなく、また、航法衛星からの測位用電波を使用することなく、移動方向を制御することができる。
【０００８】
第二の発明は、第一の発明の構成において  前記特徴点抽出手段によって抽出した複数の前記特徴点のうち、複数の前記特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す前記特徴点を排除する排除手段を有する、無人移動体である。
【０００９】
特徴点をマーカーとして使用するときに、走行中の車両や歩行中の人などの移動中の物（以下、「移動物」という。）についての特徴点を排除し、樹木などの自然物や建物などの構造物（以下、「不動物」という。）についての特徴点を利用するのが望ましい。ところで、画像を取得しようとする範囲には、移動物よりも不動物の方が多いのが一般的である。画像の大部分は不動物で占められるから、画像中の複数の特徴点の動きの全体的な傾向は不動物についての特徴点によって形成される。そして、無人移動体の移動態様に応じた不動物についての特徴点の動きは、全体的な傾向と一致する。例えば、無人移動体が停止しているときには、全体的な動きの傾向は速度ゼロのベクトルを示し、不動物についての各特徴点の動きも速度ゼロのベクトルを示す。これに対して、移動物についての各特徴点の動きは、速度ゼロのベクトルではないから、全体的な傾向とは異なる。このことは、無人移動体が前方に移動しているときにおいても同様であり、例えば、進行方向に対して右側の不動物についての特徴点はより右側に動く全体的な傾向を示し、左側の不動物についての特徴点はより左側に動く全体的な傾向を示すが、移動物についての特徴点の動きは、全体的な傾向とは異なる。この点、第二の発明の構成によれば、排除手段によって、全体的な傾向とは異なる動きを示す特徴点を排除することができるから、不動物についての特徴点のみを利用することができる。
【００１０】
第三の発明は、第一の発明または第二の発明の構成において、前記無人移動体の移動経路が直線である場合には、前記無人移動体は、前記目標位置の方向を前記画像の中心位置に設定し、前記予測手段は、前記複数の特徴点で構成される形状の変化が相似形を維持する態様の変化として前記予測変化を算出する、無人移動体である。
【００１１】
第三の発明の構成によれば、無人移動体の移動経路が直線である場合には、目標位置の方向を画像の中心位置に設定し、予測手段によって、複数の特徴点で構成される形状が相似形を維持しつつ拡大する予測変化を算出する。そして、例えば、実際の画像中においてその相似形が左右にずれる場合には、想定外の位置の変化であるから、無人飛行体は、その変化を打ち消すように移動方向を変更する。
【００１２】
第四の発明は、第一の発明乃至第三の発明のいずれかの構成において、前記無人移動体は、地上を走行する無人車両であって、前記変化判断手段は、前記実変化と前記予測変化との相違が、鉛直方向における相違のみである場合には、前記実変化と前記予測変化は相違しないと判断する、無人移動体である。
【００１３】
第四の発明の構成によれば、凹凸のある地上を走行する無人車両は、鉛直方向において進行方向が変更したとしても、水平方向の進行方向を維持することができる。
【００１４】
第五の発明は、第一の発明乃至第三の発明のいずれかの構成において、前記無人移動体は、無人飛行体であって、前記移動方向変更手段は、前記無人飛行体の水平方向及び鉛直方向における移動方向を変更するように構成されている、無人移動体である。
【００１５】
第五の発明の構成によれば、無人移動体は、画像中の複数の特徴点の位置の変化によって、水平方向及び鉛直方向における移動方向を変更することができる。
【００１６】
第六の発明は、自律移動可能な無人移動体が、前記無人移動体が移動して到達する位置である目標位置の方向を撮影し、画像を取得する画像取得ステップと、前記画像中において、複数の特徴点を抽出する特徴点抽出ステップと、前記特徴点抽出ステップにおいて抽出した複数の前記特徴点のうち、複数の前記特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す前記特徴点を排除する排除ステップと、前記画像中における前記目標位置の方向を複数の前記特徴点の位置との相対関係において規定する相対位置規定ステップと、前記無人移動体が予定の経路において前記目標位置へ向かって移動する条件において、複数の前記特徴点の前記画像中における位置の変化を予測変化として算出する予測ステップと、前記無人移動体が前記目標位置に向かって移動する間において、前記画像中における複数の前記特徴点の位置の実際の変化である実変化が、前記予測変化と相違するか否かを判断する変化判断ステップと、前記変化判断ステップにおいて、前記実変化が前記予測変化との間に相違があると判断した場合に、前記相違を打ち消すように前記無人移動体の移動方向を変更する移動方向変更ステップと、を実施する無人移動体の制御方法である。
【００１７】
第七の発明は、自律移動可能な無人移動体を制御するコンピュータを、前記無人移動体が移動して到達する位置である目標位置の方向を撮影し、画像を取得する画像取得手段、前記画像中において、複数の特徴点を抽出する特徴点抽出手段、前記特徴点抽出手段によって抽出した複数の前記特徴点のうち、複数の前記特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す前記特徴点を排除する排除手段、前記画像中における前記目標位置の方向を複数の前記特徴点の位置との相対関係において規定する相対位置規定手段、前記無人移動体が予定の経路において前記目標位置へ向かって移動する条件において、複数の前記特徴点の前記画像中における位置の変化を予測変化として算出する予測手段、前記無人移動体が前記目標位置に向かって移動する間において、前記画像中における複数の前記特徴点の位置の実際の変化である実変化が、前記予測変化と同一であるか否かを判断する変化判断手段、及び、前記変化判断手段によって、前記実変化が前記予測変化との間に相違があると判断した場合に、前記相違を打ち消すように前記無人移動体の移動方向を変更する移動方向変更手段、として機能させるための無人移動プログラムである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、予めマーカーを配置することなく、また、航法衛星からの測位用電波を使用することなく、迅速に移動方向を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る無人移動体の作用を示す概略図である。
【図２】無人移動体を示す概略図である。
【図３】無人移動体の機能構成を示す概略図である。
【図４】特徴点等を示す概念図である。
【図５】特徴点等を示す概念図である。
【図６】無人移動体の移動に伴う画像中の特徴点の位置の変化を示す概念図である。
【図７】無人移動体の移動に伴う画像中の特徴点の位置の変化を示す概念図である。
【図８】特徴点が一つの場合の問題点を説明するための図である。
【図９】特徴点が複数の場合の利点を説明するための明図である。
【図１０】無人移動体の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第二の実施形態に係る無人移動体の移動に伴う画像中の特徴点の位置の変化を示す概念図である。
【図１２】本発明の第三の実施形態に係る無人飛行体の作用を示す概略図である。
【図１３】無人飛行体を示す概略図である。
【図１４】無人飛行体の機能構成を示す概略図である。
【図１５】無人飛行体の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。以下の説明においては、同様の構成には同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略する。なお、当業者が適宜実施できる構成については説明を省略し、本発明の基本的な構成についてのみ説明する。
【００２１】
＜第一の実施形態＞
図１に示す無人車両１（以下、「無人機１」という。）は、所定の経路を自律移動可能な無人移動体の一例である。無人機１は、地上を走行する無人車両の一例でもある。無人機１は、無人機１を制御する制御装置（「プロポ」とも呼ばれれる）からの無線信号による指示で動作を実施するようになっている。
【００２２】
無人機１の任務は、サッカー競技場１００（以下、「競技場１００」という。）において、自動的に直線のラインを引くことであるとする。具体的には、サッカーフィールドの外郭を示すラインとして、位置Ｐ１とＰ２を結ぶ直線、位置Ｐ２とＰ３を結ぶ直線、位置Ｐ３とＰ４を結ぶ直線、及び、位置Ｐ４とＰ１を結ぶ直線を引く。位置Ｐ１等は、サッカーフィールドの角である。位置Ｐ１乃至Ｐ４の座標（緯度、経度及び高度）は既知であるとする。
【００２３】
競技場１００の外部には、建物１０２Ａ乃至１０２Ｃ、高架式の高速道路１０４、樹木１０６Ａ乃至１０６Ｃなど、様々な構造物や自然物が存在する。そして、これらの構造物や自然物を撮影し、画像を取得すると、その画像中において、多数の特徴点を抽出することができる。ここで、特徴点とは、物体の点や角など、周囲と比べて特徴的な点であり、画像において、明るさが変わっているなどのため、他の部分と区別し易い部分である。特徴点は、画像を撮影後に周知のアルゴリズムによって特定（抽出）される。このアルゴリズムは、例えば、ＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｖａｒｉａｎｔ  Ｆｅａｔｕｒｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）と呼ばれるものであり、画像中の各画素に対して回転・スケール・照明環境の変化の中に不変な特徴量を見出す技術である。
【００２４】
例えば、樹木１０６Ｃ及び１０６Ｂの輪郭における位置ＳＰ１、ＳＰ２及びＳＰ３や、高速道路１０４の側部ＳＰ４、建物１０２Ｃの角部Ｓ５が特徴点の一例であるとする。無人機１は、複数の特徴点を、移動方向の制御に使用する。
【００２５】
図２に示すように、無人機１は、車両本体１０を有する。車両本体１０には、タイヤ１２Ａ乃至１２Ｄが配置されている。車両本体１０にはモーターが配置されており、後輪のタイヤ１２Ｃ及び１２Ｄがモーターの回転によって回転することによって、無人機１は走行可能になっている。無人機１の進行方向は、前輪のタイヤ１２Ａ及び１２Ｂが回動することによって変更可能になっている。
【００２６】
車両本体１０には、無人機１の各部を制御するコンピュータ、自律走行装置、無線通信装置、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を利用した測位装置、慣性センサー、気圧センサー等が格納された筐体１４が配置されている。また、車両本体１０には、無人機１の各部に電力を供給するためのバッテリー１６、カメラ１８、及び、無線通信用のアンテナ２０、及び、航法衛星からの測位用電波を受信するためのアンテナ２２が配置されている。カメラ１８の光軸の方向は変更可能であるが、無人機１の走行中においては、無人機１が直進する場合の進行方向に固定されている。すなわち、無人機１の進行方向とカメラ１８の光軸の方向は一致する。
【００２７】
車両本体１０において、前輪のタイヤ１２Ａ及び１２Ｂが位置する側である前方には、ラインを引くための粉末を吐出するための吐出装置２４が配置されている。
【００２８】
図３は、無人機１の機能構成を示す図である。無人機１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５０、記憶部５２、無線通信部５４、衛星測位部５６、慣性センサー部５８、駆動制御部６０、画像処理部６２、及び、電源部６４を有する。
【００２９】
無人機１は、無線通信部５４によって、外部と通信可能になっている。無人機１は、無線通信部５４によって、ユーザーが操作する制御装置（プロポ）７０から、発進等の指示を受信する。
【００３０】
無人機１は、衛星測位部５６によって、無人機１自体の位置を測定することができる。衛星測位部５６は、基本的に、４つ以上の航法衛星からの測位用電波を受信して無人機１の位置を計測する。衛星測位部５６は、現在位置を測位する測位手段の一例である。慣性センサー部５８は、例えば、加速度センサー及びジャイロセンサーによって、無人機１の動きを検知する。無人機１自体の位置情報は、無人機１の移動経路の決定及び自律移動のために使用するほか、カメラ１８によって撮影した画像データと座標（位置）とを紐づけするために使用する。
【００３１】
駆動制御部６０によって、無人機１は後輪のタイヤ１２Ｃ及び１２Ｄに接続されたモーターの回転や、前輪のタイヤ１２Ａ及び１２Ｃの回動を制御し、走行速度や走行方向を制御するようになっている。
【００３２】
画像処理部６２によって、無人機１はカメラ１８（図２参照）を作動させて外部の画像を取得し、取得した撮影データを処理する。
【００３３】
電源部６４は、例えば、交換可能な可充電電池であり、無人機１の各部に電力を供給するようになっている。
【００３４】
記憶部５２には、出発点から目標位置まで自律移動するための移動計画を示すデータ等の自律移動に必要な各種データ及びプログラムのほか、以下のプログラムが格納されている。
【００３５】
記憶部１０２には、画像撮影プログラム、特徴点抽出プログラム、排除プログラム、相対位置規定プログラム、予測プログラム、変化判断プログラム、及び、移動方向変更プログラムが格納されている。ＣＰＵ５０と画像撮影プログラムは、画像取得手段の一例である。ＣＰＵ５０と特徴点抽出プログラムは、特徴点抽出手段の一例である。ＣＰＵ５０と排除プログラムは、排除手段の一例である。ＣＰＵ５０と相対位置規定プログラムは、相対位置規定手段の一例である。ＣＰＵ５０と予測プログラムは、予測手段の一例である。ＣＰＵ５０と変化判断プログラムは、変化判断手段の一例である。ＣＰＵ５０と移動方向変更プログラムは、移動方向変更手段の一例である。
【００３６】
無人機１は、画像撮影プログラムによって、無人機１が移動して到達する位置である目標位置の方向を撮影し、画像を取得する。上述のように、カメラ１８の光軸の方向は直進方向に固定する。例えば、図４（ａ）に示すように、無人機１は、走行を開始する前に、位置Ｐ１において、目標位置である位置Ｐ２の方向を撮影し、画像を取得する。その画像には、特徴点ＳＰ１乃至ＳＰ５が含まれているとする。無人機１は、継続的に画像を撮影し、目標位置Ｐ２の方向を複数回撮影し、撮影タイミングが異なる複数の画像を取得する。
【００３７】
無人機１は、特徴点抽出プログラムによって、カメラ１８で取得した画像（以下、「カメラ画像」という。）中の複数の特徴点を抽出する。図４（ｂ）は、取得した画像Ｄ１を示す概念図である。無人機１は、画像Ｄ１中の特徴点ＳＰ１乃至ＳＰ５を抽出する。目標位置である位置Ｐ２も特徴点となる可能性はあるが、特徴点とならない場合もある。抽出する特徴点の数は、多いほどよく、望ましくは、３０以上である。
【００３８】
無人機１は、上述のように、複数の特徴点を、移動方向の制御のマーカーとして使用する。カメラ１８で継続的に撮影した複数の画像に示される特徴点の動きが、無人機１の動きによるものではなくて、特徴点自体が移動することによる動きである場合には、移動方向の制御のマーカーとして使用することは困難である。例えば、歩行中の人間や走行中の自動車の特徴点は、移動方向の制御のマーカーとして使用することは困難である。移動方向の制御のマーカーとしては、静止している物体の特徴点が望ましい。この点、無人機１は、排除プログラムによって、特徴点抽出プログラムによって抽出した複数の特徴点のうち、複数の特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す特徴点を排除する。すなわち、無人機１は、複数の特徴点に基づいて、複数の特徴点の動きの全体的な傾向を判断し、全体的な傾向とは異なる動きを示す特徴点を排除する。これにより、高速道路１０４を走行中の車両などの移動物についての特徴点を排除し、建物１０２Ａ乃至１０２Ｃ、高架式の高速道路１０４、樹木１０６Ａ乃至１０６Ｃなどの不動物についての特徴点のみを利用することができる。画像を取得しようとする範囲には、移動物よりも不動物の方が多いのが一般的である。画像の大部分は不動物で占められるから、画像中の複数の特徴点の動きの全体的な傾向は不動物についての特徴点によって形成される。そして、無人機１の移動態様に応じた不動物についての特徴点の動きは、全体的な傾向と一致する。例えば、無人機１が停止しているときには、全体的な動きの傾向は速度ゼロのベクトルを示し、不動物についての各特徴点の動きも速度ゼロのベクトルを示す。これに対して、移動物についての各特徴点の動きは、速度ゼロのベクトルではないから、全体的な傾向とは異なる。このことは、無人機１が前方に移動しているときにおいても同様であり、例えば、進行方向に対して右側の不動物についての特徴点はより右側に動く全体的な傾向を示し、左側の不動物についての特徴点はより左側に動く全体的な傾向を示すが、移動物についての特徴点の動きは、全体的な傾向とは異なる。無人機１は、全体的な傾向と一致しない特徴点を排除する。特徴点抽出プログラムによって、複数の特徴点を抽出しているから、排除プログラムによって一部の特徴点を排除しても、マーカーとして使用することができる複数の特徴点は残存する。
【００３９】
無人機１は、相対位置規定プログラムによって、画像中における目標位置の方向を複数の特徴点の位置との相対関係において規定する。例えば、画像Ｄ１において、特徴点ＳＰ１乃至ＳＰ５との相対関係において、目標位置Ｐ２の方向を規定する。位置Ｐ１から目標位置Ｐ２への移動経路は直線である場合には、無人機１は、目標位置Ｐ２が画像Ｄ１の中心になるように、姿勢及び方向を調整する。
【００４０】
無人機１は、位置Ｐ１から位置Ｐ２に至った後は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、位置Ｐ２において、次の目標位置である位置Ｐ３について、上記と同様に、画像を取得し、画像中の複数の特徴点を抽出し、それらの複数の特徴点との相対関係において目標位置Ｐ３を規定する。位置Ｐ３に至った後は、次の目標位置である位置Ｐ４について同様の処理を実施し、位置Ｐ４に至った後は、次の目標位置である位置Ｐ１について同様の処理を実施する。
【００４１】
無人機１は、走行開始前においてのみならず、走行中（移動中）においても、上述の画像撮影プログラムによって画像を取得する。そして、特徴点抽出プログラムによって、その画像中の複数の特徴点を抽出するように構成されている。さらに、排除プログラムによって、全体的な傾向と一致しない特徴点を排除する。
【００４２】
無人機１は、予測プログラムによって、無人機１が予定の経路において目標位置へ向かって移動する条件において、複数の特徴点の位置の変化を予測変化として算出する。無人機１の予定の経路が直線である場合には、複数の特徴点の位置の変化として、複数の特徴点で構成される形状が相似形を維持しつつ拡大する変化を予測変化として算出する。予測変化は、例えば、図４（ｂ）に示す、特徴点ＳＰ１乃至ＳＰ５で構成される多角形が相似形を維持しつつ変化する変化態様である。
【００４３】
図６及び図７を参照して、予測プログラムについて、具体的に説明する。図６及び図７においては、説明の便宜のため、特徴点は、特徴点ＳＰ２及びＳＰ４の２つのみを使用するが、実際には、さらに多数の特徴点を使用するのが望ましい。
【００４４】
図６に示すように、現在位置Ｐ１と目標位置Ｐ２の途中の位置を位置ＰＭ２、ＰＭ４及びＰＭ６とする。無人機１が、位置Ｐ１と位置Ｐ２とを結ぶ直線上を移動して位置Ｐ２に向かうとすれば、無人機１が位置Ｐ２に接近するに連れて、特徴点ＳＰ２とＳＰ４を結ぶ線分はその中心位置は維持しつつ、両側へ向かって長くなるはずであるから、無人機１は、複数の特徴点の位置の変化として、そのような変化を予測変化として算出する。
【００４５】
例えば、位置Ｐ１において取得する画像を画像Ｄ１０、位置ＰＭ２において取得する画像を画像Ｄ１２、位置ＰＭ４において取得する画像を画像Ｄ１４、位置ＰＭ６において取得する画像を画像Ｄ１６とすれば、予測変化は、無人機１が位置Ｐ２へ近づくに連れて、特徴点ＳＰ２とＳＰ４を結ぶ線分がその中心位置は維持しつつ、次第に両側へ向かって長くなる変化である。
【００４６】
無人機１は、変化判断プログラムによって、無人機１が目標位置に向かって移動する間において、画像中における複数の特徴点の位置の実際の変化である実変化が、予測変化と相違するか否かを判断する。無人機１は、実変化と予測変化との相違が、鉛直方向における相違のみである場合には、実変化と予測変化に相違はないと判断する。これにより、無人機１が凹凸のある地上を走行する場合において、カメラ１８の光軸が鉛直方向にずれて、実変化と予測変化との間に鉛直方向における相違が生じても、無人機１は、目標位置に向かって移動することができる。
【００４７】
無人機１が、例えば、図６に示す位置ＰＭ２において、前方の画像を取得したときに、画像中の特徴点ＳＰ２とＳＰ４を結ぶ線分が、位置Ｐ１における線分と比べて、その中心を維持しつつ、両側へ向かって長くなっているのであれば、上述の予測プログラムによって予測した通りである。このため、無人機１は、実変化が予測変化との間に相違はないと判断する。この場合、無人機１は、位置Ｐ１と位置Ｐ２とを結ぶ直線状を移動して位置Ｐ２に向かっていることになる。
【００４８】
これに対して、図７に示すように、位置ＰＭ３において、無人機１の方向が矢印Ｒ１方向に変わり、特徴点ＳＰ４側に向いた場合には、位置ＰＭ３において取得した画像Ｄ１３中の特徴点ＳＰ２とＳＰ４を結ぶ線分の中心位置が維持されておらず、右方へ動いているから、上述の予測プログラムによって予測した変化とは異なる。このため、無人機１は、実変化が予測変化との間に相違があると判断する。また、位置ＰＭ５において、無人機１の方向が矢印Ｒ２方向に変わり、特徴点ＳＰ２側に向いた場合には、位置ＰＭ５において取得した画像Ｄ１５中の特徴点ＳＰ２とＳＰ４を結ぶ線分の中心位置が維持されておらず、左方へ動いているから、上述の予測プログラムによって予測した変化とは異なる。このため、無人機１は、実変化が予測変化と相違すると判断する。
【００４９】
無人機１は、上述の変化判断プログラムによって、実変化が予測変化との間に相違があると判断した場合に、移動方向変更プログラムによって、その相違を打ち消すように無人機１の移動方向を変更するように構成されている。
【００５０】
例えば、図７の位置ＰＭ３においては、無人機１の移動方向が矢印Ｒ１方向に変化し、その結果、実変化と予測変化に相違が生じたから、矢印Ｒ１方向への変化を打ち消すために、矢印Ｒ１とは反対方向である矢印Ｒ２方向に移動方向を変更する。同様に、図７の位置ＰＭ５においては、無人機１の移動方向が矢印Ｒ２方向に変化し、その結果、実変化と予測変化に相違が生じたから、矢印Ｒ２方向への変化を打ち消すために、矢印Ｒ２とは反対方向である矢印Ｒ１方向に移動方向を変更する。
【００５１】
ここで、複数の特徴点を使用する技術的意義について説明する。例えば、特徴点が１つだけの場合、無人機１の方向が変わっても、画像中の位置の変化は生じない場合、あるいは、著しく小さい場合がある。図８（ａ）に示すように、特徴点ＳＰａがあって、カメラ１８で取得した画像Ｄｘ１における当初の位置は位置Ｄａ１であるとする。無人機１の方向の変わり方によっては、図８（ｂ）に示すように、無人機１の方向が変わっても、画像Ｄｘ２における特徴点ＳＰａの位置は位置Ｄａ１が維持される。
【００５２】
これに対して、特徴点を２つ、あるいは、３つなど、複数使用する場合には、無人機１の移動方向が変われば必ず少なくとも一つの特徴点の位置が変化する。図９（ａ）に示すように、特徴点ＳＰａ及びＳＰｂがあって、カメラ１８で取得した画像Ｄｘ１における当初の位置は、それぞれ、位置Ｄａ１及びＤｂ１であるとする。無人機１の方向の変わり方によっては、図９（ｂ）に示すように、無人機１の方向が変わると、画像Ｄｘ２における特徴点ＳＰａの位置は位置Ｄａ１を維持する場合があっても、徴点ＳＰｂの位置は位置Ｄｂ１を維持せず、位置Ｄｂ２に変化する。また、複数の特徴点を使用する場合には、一つの特徴点を使用する場合よりも、実変化と予測変化において相違が生じる場合に、相違の量（相違する画素の数）が多いから、相違の検出が容易である。すなわち、複数の特徴点を使用することによって、無人機１の方向変化の判断の信頼性が向上する。
【００５３】
また、特徴点が１つだけの場合、何らかの自然現象または人為的な現象によって、その特徴点が画像中に映らなくなる場合もある。このため、複数の特徴点を使用することによって、やはり、無人機１の方向変化の判断の信頼性が向上する。また、複数の特徴点によって、特徴点の動きの全体的な傾向を判断し、移動物についての特徴点を排除することができ、しかも、マーカーとして使用することができる複数の特徴点が残存する。
【００５４】
さらに、無人機１の移動中において、外部の画像取得から実変化と予測変化の同一性の判断までの処理（以下、「判断処理」という。）に要する時間は、航法衛星からの測位用電波を利用する測位に要する時間よりも格段に短いから、迅速に移動方向を制御することができる。例えば、測位用電波を利用する測位に要する時間が１０分の１秒（ｓ）であるとすれば、判断処理に要する時間は、１０００分の１秒乃至１００分の１秒である。
【００５５】
以下、無人機１の動作を、図１０のフローチャートを参照して説明する。なお、無人機１は、予定の経路を直線経路として、現在位置Ｐ１から目標位置Ｐ２に向かうものとする。無人機１は、動作を開始すると、走行を開始する前に、現在位置Ｐ１において、目標位置Ｐ２が画像の中心に位置するように方向（姿勢）を調整する（図１０のステップＳＴ１）。続いて、無人機１は、目標位置Ｐ２の方向の画像を取得し（ステップＳＴ２）、位置Ｐ２の方向の周囲における複数の特徴点を抽出する（ステップＳＴ３）。無人機１は、ステップＳＴ２において、複数の画像を取得し、ステップＳＴ３において、複数の特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す特徴点を排除する。ステップＳＴ３は、特徴点抽出ステップの一例であり、排除ステップの一例でもある。続いて、無人機１は、予定経路の移動中に取得する画像中の複数の特徴点の位置の変化を予測する（ステップＳＴ４）。
【００５６】
続いて、無人機１は、目標位置Ｐ２に向かって走行を開始し、外部の画像を取得する（ステップＳＴ５）。無人機１は、走行中において、画像中の複数の特徴点の位置の変化（実変化）が、予測変化と相違するか否かを判断し（ステップＳＴ６）、相違しないのであれば、現在位置が目標位置Ｐ２であるか否かを判断し（ステップＳＴ７）、目標位置Ｐ２であれば、停止する。現在位置が目標位置Ｐ２であるか否かは、衛星測位部５６（図３参照）による測位によって、現在位置の座標と目標位置Ｐ２の座標が一致するか否かによって判断する。
【００５７】
ステップＳＴ６において、無人機１が、実変化が予測変化と相違すると判断した場合には、その相違を打ち消すように移動方向を変更する（ステップＳＴ８）。
【００５８】
なお、本実施形態とは異なり、吐出装置２４の吐出方向を変更可能に構成し、無人機１の姿勢の制御と吐出方向の制御の双方を使用するようにしてもよい。例えば、実変化と予測変化が相違する場合に、無人機１がその相違を打ち消すように吐出方向を変更しつつ、無人機１の姿勢も修正するように構成してもよい。これにより、予定したラインとより近いラインを引くことができる。
【００５９】
＜第二の実施形態＞
次に、図１１を参照して、第二の実施形態について説明する。なお、第一の実施形態と共通する事項については説明を省略し、第一の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６０】
第二の実施形態の無人機１の構成は、第一の実施形態と同様であるが、第二の実施形態においては、無人機１の予定の経路が曲線である。
【００６１】
図１１に示すように、無人機１は、現在位置Ｐ１から目標位置Ｐ５まで、曲線状の経路で移動するものとする。無人機１は、現在位置Ｐ１から目標位置Ｐ５へ至るまでの間、目標位置Ｐ５の方向がカメラ１８で取得する画像に投影されるように、予定の移動経路に応じて、カメラ１８の光軸の方向等の条件を設定する。このため、無人機は、例えば、例えば、地図データにおいて、現在位置Ｐ１と目標位置Ｐ５とを結ぶ曲線経路を規定し、その幅が幅Ｗ１であるとすると、幅Ｗ１の中心位置に画像の中心が位置するように、カメラ１８の上記条件を設定する。図１１の例では、出発位置Ｐ１においては、目標位置Ｐ５は画像Ｄ１０の右端近傍に位置するようにする。そうすると、目標位置Ｐ５の近傍においては、画像Ｄ１３の中心部に位置するようになる。
【００６２】
無人機１が、現在位置Ｐ１から位置Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３と進行するにつれて、曲線状の経路における無人機１の方向及びカメラ１８の光軸の方向は、方向Ｖ１０、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３というように変化する。無人機１が、右へ曲がる曲線経路を進行するとすれば、無人機１が予定の経路を進行するにつれて、特徴点ＳＰ１及びＳＰ２は、次第に左方へ移動するはずである。
【００６３】
無人機１は、予測プログラムによって、曲線経路の移動中における画像中の特徴点ＳＰ１及びＳＰ２の位置の上述の変化を予測する。例えば、地図データにおいて、現在位置Ｐ１と目標位置Ｐ５とを結ぶ曲線経路を規定し、その曲線経路における接線方向を算出することによって、現在位置Ｐ１における画像Ｄ１０中の特徴点ＳＰ１及びＳＰ２について、曲線経路における各位置で取得した画像における変化、すなわち、予測変化を算出することができる。この計算は、周知の技術を利用して実施可能であるから、詳細な説明は省略する。
【００６４】
無人機１は、変化判断プログラムによって、無人機１が目標位置に向かって移動する間において、実変化が予測変化と相違するか否かを判断し、相違する場合には、移動方向変更プログラムによって、その相違を打ち消すように無人機１の移動方向を変更する。
【００６５】
＜第三の実施形態＞
次に、図１２乃至図１５参照して、第三の実施形態について説明する。なお、第一の実施形態及び第二の実施形態と共通する事項については説明を省略し、第一の実施形態及び第二の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６６】
図１２に示すように、第三の実施形態の無人機２００は、無人飛行体である。無人機２００は、畑１２０の上空において、位置Ｐ１０１乃至位置Ｐ１０７を矢印に示すように結ぶように飛行し、肥料を散布することが任務であるとする。位置Ｐ１０１乃至Ｐ１０７は、畑１２０の上空における位置である。
【００６７】
例えば、無人機２００は、出発位置Ｐ１０１において、次の目標位置Ｐ１０２の方向の画像を取得し、複数の特徴点ＳＰ１０１、ＳＰ１０２、ＳＰ１０３及びＳＰ１０４を抽出する。特徴点ＳＰ１０１等は、目標位置Ｐ１０２方向の上空に対して、水平方向及び鉛直方向にばらつきがあるものとする。
【００６８】
無人機２００が、一定の高度で直線経路で位置ＳＰ１０１の上空から位置ＳＰ１０２の上空へ向かって飛行するとすれば、水平方向にばらついている特徴点の画像中の実変化が予測変化と相違する場合には、その相違を打ち消すように水平方向における移動方向を変更する。上下方向にばらついている特徴点の画像中の実変化が予測変化と相違する場合には、その相違を打ち消すように鉛直方向における移動方向を変更する。
【００６９】
図１３に示すように、無人機２００は、筐体２０２を有する。筐体２０２には、無人機２００の各部を制御するコンピュータ、自律飛行装置、無線通信装置、ＧＰＳなどの航法衛星システムからの測位用電波を利用する測位装置、バッテリー等が配置されている。自律飛行装置には、慣性センサー、気圧センサーが配置されている。また、筐体２０２には、固定装置２１２を介して、カメラ２１４が配置されている。
【００７０】
固定装置２１２は、カメラ２１４による撮影画像のぶれを最小化し、かつ、カメラ２１４の光軸を任意の方向に制御することができる３軸の固定装置（いわゆる、ジンバル）である。ただし、無人機２００の本実施形態においては、カメラ２１４の光軸の方向は、進行方向に固定されている。
【００７１】
筐体２０２には、丸棒状のアーム２０４が接続されている。各アーム２０４にはモーター２０６が接続されており、各モーター２０６にはプロペラ２０８が接続されている。各モーター２０６は、直流モーター（ブラシレスＤＣモーター）である。各モーター２０６は、筐体２０２内の自律飛行装置によってそれぞれ独立して制御され、無人機２００を上下水平方向の移動や空中での停止（ホバリング）及び姿勢制御を自在に行うことができるようになっている。
【００７２】
アーム２０４には保護枠２１０が接続され、プロペラ２０８が外部の物体に直接接触することを防止している。アーム２０４及び保護枠２１０は、例えば、炭素繊維強化プラスチックで形成されており、強度を保ちつつ、軽量に構成されている。
【００７３】
図１４は、無人機２００の機能構成を示す図である。無人機２００は、ＣＰＵ２５０、記憶部２５２、無線通信部２５４、衛星測位部２５６、慣性センサー部２５８、駆動制御部２６０、画像処理部２６２、及び、電源部２６４を有する。
【００７４】
無人機２００は、無線通信部２５４によって、外部と通信可能になっている。無人機２００は、無線通信部２５４によって、ユーザーが操作する制御装置（プロポ）２７０から、発進等の指示を受信する。
【００７５】
無人機２００は、衛星測位部２５６によって、無人機２００自体の位置を測定することができる。衛星測位部２５６は、基本的に、４つ以上の航法衛星からの測位用電波を受信して無人機２００の位置を計測する。衛星測位部２５６は、現在位置を測位する測位手段の一例である。慣性センサー部２５８は、例えば、加速度センサー及びジャイロセンサーによって、無人機２００の動きを検知する。無人機２００自体の位置情報は、無人機２００の移動経路の決定及び自律移動のために使用するほか、カメラ２１４によって撮影した画像データと座標（位置）とを紐づけするために使用する。
【００７６】
駆動制御部２６０によって、無人機２００はモーター２０６の回転を制御し、飛行速度や飛行方向を制御するようになっている。
【００７７】
画像処理部２６２によって、無人機２００はカメラ２１４を作動させて外部の画像を取得し、取得した撮影データを処理する。
【００７８】
電源部２６４は、例えば、交換可能な可充電電池であり、無人機２００の各部に電力を供給するようになっている。
【００７９】
記憶部２５２には、出発点から目標位置まで自律移動するための移動計画を示すデータ等の自律移動に必要な各種データ及びプログラムのほか、上述の実施形態１及び２と同様に、画像撮影プログラム、特徴点抽出プログラム、排除プログラム、相対位置規定プログラム、予測プログラム、変化判断プログラム、及び、移動方向変更プログラムが格納されている。
【００８０】
無人機２００においては、水平方向のみならず、鉛直方向においても、進行方向を制御する。すなわち、無人機２００は、変化判断手段によって、実変化と予測変化が、水平方向のみならず、鉛直方向においても相違がない場合に、相違がないと判断する。
【００８１】
以下、無人機２００の動作を、図１５のフローチャートを参照して説明する。なお、無人機２００は、現在位置Ｐ１０１から直線経路によって目標位置Ｐ１０２に向かうものとする。
【００８２】
無人機２００は動作を開始すると、現在位置Ｐ１０１に至り、目標位置Ｐ１０２をカメラ２１４による画像に含むように姿勢を調整し（図１５のステップＳＴ１０１）、目標位置１０２の方向の画像を取得し（ステップＳＴ１０２）、複数の特徴点を抽出する（ステップＳＴ１０３）。無人機２００は、ステップＳＴ１０２において、複数の画像を取得し、ステップＳＴ１０３において、複数の特徴点の動きの全体的な傾向と異なる動きを示す特徴点を排除する。続いて、無人機２００は、予定経路の移動中で取得する画像中の複数の特徴点の位置の変化を予測して、予測変化を算出する（ステップＳＴ１０４）。
【００８３】
続いて、無人機２００は、目標位置Ｐ１０２へに向かって飛行を開始する（ステップＳＴ１０５）。無人機２００は、飛行中において、画像中の複数の特徴点の位置の実変化が、予測変化と相違するかを判断し（ステップＳＴ１０６）、相違しないのであれば、現在位置が目標位置Ｐ１０２であるか否かを判断し、目標位置Ｐ１０２であれば、次の目標位置Ｐ１０３へ向かうための準備を行う。現在位置が目標位置Ｐ１０２であるか否かは、衛星測位部２５６による測位によって、現在位置の座標と目標位置Ｐ１０２の座標が一致するか否かによって判断する。
【００８４】
ステップＳＴ１０６において、無人機２００が、実変化が予測変化と相違すると判断した場合には、その変化を打ち消すように移動方向を変更する（ステップＳＴ１０８）。
【００８５】
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８６】
１  無人機
１０  車両本体
１２Ａ〜１２Ｄ  タイヤ
１４  筐体
１６  バッテリー
１８  カメラ
２０  アンテナ
２２  アンテナ
２４  吐出装置
２００  無人機
２０２  筐体
２０４  アーム
２０６  モーター
２０８  プロペラ
２１０  保護枠
２１２  固定装置
２１４  カメラ
【図１】
2020113134.tif 000003
【図２】
2020113134.tif 000004
【図３】
2020113134.tif 000005
【図４】
2020113134.tif 000006
【図５】
2020113134.tif 000007
【図６】
2020113134.tif 000008
【図７】
2020113134.tif 000009
【図８】
2020113134.tif 000010
【図９】
2020113134.tif 000011
【図１０】
2020113134.tif 000012
【図１１】
2020113134.tif 000013
【図１２】
2020113134.tif 000014
【図１３】
2020113134.tif 000015
【図１４】
2020113134.tif 000016
【図１５】
2020113134.tif 000017