(57)【要約】      （修正有）【課題】屋内においても無人航空機が自機の位置と向きを把握できると共に、屋内の美観を損なわない無人航空機の室内飛行制御システムを提供する。【解決手段】屋内の床又は天井に設けられたガイド表示２であって、水平方向の座標を示す座標表示２０及び水平方向における飛行ラインを示すライン表示２１を含み、可視光線照明下で透明であり紫外線の照射により発光して認識可能となる蛍光料で形成されているガイド表示２と、無人航空機１と、を有する。無人航空機１は、ガイド表示２を読み取るための下向きのカメラ１４と、カメラ１４の撮像領域に対して紫外線を照射するランプ１５と、飛行ルートデータを記憶する記憶部と、高度センサと、座標表示２０及びライン表示２１に基づき特定した自機の水平方向の座標、自機の向きおよび高度センサにより特定した自機の高度と、飛行ルートデータとに基づき飛行制御する制御部と、を有する。【選択図】図１
2020170286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋内の床又は天井に設けられたガイド表示であって、水平方向の座標を示す座標表示及び水平方向における飛行ラインを示すライン表示を含み、可視光線照明下で透明であり紫外線の照射により発光して認識可能となる蛍光料で形成されているガイド表示と、
無人航空機と、を有し、
前記無人航空機は、
前記ガイド表示を読み取るための上向き又は下向きのカメラと、
前記カメラの撮像領域に対して紫外線を照射するランプと、
前記屋内の三次元空間における飛行ルートを示す飛行ルートデータを記憶する記憶部と、
自機の高度を検出する高度センサと、
前記カメラが撮像した前記座標表示に基づき特定した自機の水平方向の座標と、前記カメラが撮像した前記ライン表示に基づき特定した自機の向きと、前記高度センサにより特定した自機の高度と、前記飛行ルートデータとに基づき飛行制御する制御部と、
を有する、無人航空機の室内飛行制御システム。
【請求項２】
前記無人航空機は、
屋内の飛行可能空間を示す飛行可能空間データと、
与えられた目標座標まで自機の現在位置から飛行するための飛行ルートデータを、前記飛行可能空間データを用いて生成するルート生成部と、
を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記無人航空機の前記ルート生成部が生成した前記飛行ルートデータを受信し、受信した前記飛行ルートデータを検証し、飛行の検証結果を前記無人航空機へ送信する飛行ルート検証部を有し、
前記無人航空機は、前記飛行ルート検証部が承認した飛行ルートデータに基づき飛行制御を行うように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記無人航空機以外に設けられ、前記飛行ルートデータを生成する飛行ルート生成部を有し、
前記無人航空機は、前記飛行ルート生成部から前記飛行ルートデータを受信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ガイド表示は、水平方向における飛行ラインを示すライン表示を含み、
前記無人航空機は、前記ライン表示が示す飛行ラインに沿って飛行するように構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記無人航空機は、
前記座標表示が所定のタイミングで読み取れない場合には、前記ライン表示が示す飛行ラインに沿って飛行し、次の座標表示を検出するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
屋内の床又は天井に設けられたガイド表示であって、水平方向の座標を示す座標表示及び水平方向における飛行ラインを示すライン表示を含み、通常可視光線下で透明であり紫外線の照射により発光して認識可能となる蛍光料で形成されているガイド表示、を読み取るための上向き又は下向きのカメラと、
前記カメラの撮像領域に対して紫外線を照射するランプと、
前記屋内の飛行ルートを三次元座標で示す飛行ルートデータを記憶する記憶部と、
自機の高度を検出する高度センサと、
前記カメラが撮像した前記座標表示に基づき特定した自機の水平方向の座標と、前記カメラが撮像した前記ライン表示に基づき特定した自機の向きと、前記高度センサにより特定した自機の高度と、前記飛行ルートデータとに基づき飛行制御する制御部と、
を備える、無人航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、店舗や倉庫などの屋内を飛行する無人航空機、及び無人航空機の室内飛行制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ドローンと呼ばれる無人航空機（ＵＡＶ；Unmanned Aerial Vehicle）が知られている。無人航空機は、一般的に、ＧＰＳ信号を受信することによって自機の位置を特定し、地磁気センサにより機体の向きを特定することが知られている。無人航空機は、ＧＰＳ信号を受信可能な屋外を飛行することが前提として設計されている。
【０００３】
店舗や倉庫などの屋内において棚に置かれている商品などの物品の確認又は管理を自動化することが望まれる。この要望に対応するために、無人航空機を室内で飛行させ、棚に置かれている商品などの物品をカメラで撮像し、物品の確認又は管理を実施することが考えられる。しかし、ＧＰＳ信号は屋内では受信できないことに加え、棚を含む周囲の鉄製品が周囲に存在することで地磁気センサの信頼性が損なわれるので、無人航空機が自機の位置と向きを把握する手段が必要である。
【０００４】
特許文献１には、ＧＰＳ信号を受信しにくい場所において、床に設けられている指示表示装置が表示する画像をカメラで読み取り、位置情報を取得することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１２４６６６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、店舗や倉庫などにおいて、無人航空機だけに必要となる表示を床に配置することは、美観が損なわれてしまい、特に店舗では採用することができない。
【０００７】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、ＧＰＳ信号を受信できない屋内においても無人航空機が自機の位置と向きを把握できると共に、屋内の美観を損なわない無人航空機の室内飛行制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の無人航空機の室内飛行制御システムは、
屋内の床又は天井に設けられたガイド表示であって、水平方向の座標を示す座標表示及び水平方向における飛行ラインを示すライン表示を含み、可視光線照明下で透明であり紫外線の照射により発光して認識可能となる蛍光料で形成されているガイド表示と、
無人航空機と、を有し、
前記無人航空機は、
前記ガイド表示を読み取るための上向き又は下向きのカメラと、
前記カメラの撮像領域に対して紫外線を照射するランプと、
前記屋内の三次元空間における飛行ルートを示す飛行ルートデータを記憶する記憶部と、
自機の高度を検出する高度センサと、
前記カメラが撮像した前記座標表示に基づき特定した自機の水平方向の座標と、前記カメラが撮像した前記ライン表示に基づき特定した自機の向きと、前記高度センサにより特定した自機の高度と、前記飛行ルートデータとに基づき飛行制御する制御部と、
を有する。
【０００９】
この構成によれば、屋内の床又は天井に設けられた水平面上の座標を示す座標表示をカメラで読み取るので、自機の水平座標を検知可能となり、機体の向きをライン表示を読み取ることによって検知するので、飛行可能となる。それでいて、座標表示を含むガイド表示は、蛍光料で形成されているので、紫外線の照射により発光、発色し、照射をやめると発光が止まるので、通常の環境では見えず、屋内の美観を損なうことがなく、店舗などの物品管理システムへの適用に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の無人航空機及びガイド表示を示す側面図及び平面図
【図２】屋内の飛行可能空間におけるガイド表示の配置の一例を示す斜視図
【図３】本実施形態の無人航空機及びシステムを示すブロック図
【図４】変形例に係る無人航空機及びシステムを示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態のシステムについて、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に示すように、無人航空機の室内飛行制御システムは、１つ以上の無人航空機１と、室内の床又は天井に設けられたガイド表示２と、を有する。本実施形態では、ガイド表示２は屋内の床Ｆ０に設けられているが、天井に設けられていてもよい。ガイド表示２は、可視光線照明下で透明であり紫外線の照射により発光してカメラが認識可能になる蛍光料で形成されている。ガイド表示２は、屋内における無人航空機１が飛行可能な三次元空間において水平方向の座標（図中ではｘ座標とｙ座標）を示す座標表示２０を含む。座標表示２０としては、ＱＲコード（登録商標）などの二次元コードが挙げられる。ガイド表示２には、図１に示すように、水平方向における飛行ラインを示すライン表示２１が含まれる。ライン表示２１により無人航空機１が機体の向きを判断し姿勢を制御する。図２は、ガイド表示２の配置の一例である。屋内に複数の棚Ｆ１が配置されており、棚Ｆ１の間の通路の床にガイド表示２が設けられ、飛行経路を表している。ライン表示２１は、飛行経路に沿って配置されており、座標表示２０は、飛行経路の分岐点に配置されている。勿論、座標表示２０は、飛行経路における分岐点の間（非分岐部）に配置されていてもよい。
【００１３】
図３は、無人航空機１の構成を示すブロック図である。無人航空機１は、基本構成として、モータ１１ａ及びプロペラ１１ｂを有するスラスタ１１（図１参照）と、各種センサ１２（加速度センサ１２ａ、ジャイロセンサ１２ｂ、高度センサ１２ｃ）と、各種センサ１２の検出結果に基づきスラスタ１１を制御するフライトコントローラ１０を有する制御部１３と、を有する。これらは基本構成で公知であるため、詳細な説明を省略する。加速度センサ１２ａは、機体に働く前後、左右、上下方向の加速度を検出する。加速度センサ１２ａは、重力加速度を検出して姿勢制御に用いるほか、機体の移動速度を検出する。高度センサ１２ｃは、機体の高度を検出するセンサである。一般的には、高度センサ１２ｃとして気圧センサが知られているが、床と近い位置での飛行が多い屋内で用いるため、超音波センサが好ましい。
【００１４】
本実施形態において、無人航空機１は、図１及び図３に示すように、床に設けられたガイド表示２を光学的に読み取るための下向きカメラ１４を有するが、これに限定されない。ガイド表示２が天井に設けられている場合にはカメラ１４を上向きとすればよい。また、無人航空機１は、カメラ１４の撮像領域に対して紫外線を照射するランプ１５を有する。ランプ１５は、常時点灯させてもよいが、飛行時のみ点灯するように構成してもよい。
【００１５】
図３に示すように、制御部１３は、屋内の三次元空間における飛行ルートを示す飛行ルートデータＤ１を記憶する記憶部１６を有する。飛行ルートデータＤ１は、無人航空機１を実際に飛行させるためのルートに関するデータであり、三次元の相対座標または絶対座標で表現されている。制御部１３は、カメラ１４の撮影結果に基づいてガイド表示２における座標表示２０を認識し、撮影時における水平位置を特定する水平位置特定部１３ａを有する。座標表示２０は、ｘｙ座標値が符号化された表示である。ランプ１５によって発光が励起された座標表示２０をカメラ１４が撮像し、水平位置特定部１３ａは、座標表示２０が含まれる画像からｘｙ座標値に復号処理することにより、自機の水平位置（ｘｙ座標）を特定する。さらに、制御部１３は、ガイド表示２におけるライン表示２１を認識し、撮影時における自機の向き（少なくとも飛行ラインに対する相対的な向き）を特定する方位特定部１３ｄを有する。方位特定部１３ｄが特定する向きは、少なくとも水平方向における飛行ラインに対する相対的な向きであれば足り、絶対的方位を特定することまでは要求されない。さらに、制御部１３は、フライトコントローラ１０に飛行を指示する飛行指示部１３ｂを有する。飛行指示部１３ｂは、自機の現在位置と自機の向き（飛行ラインに対する向き）と飛行ルートデータＤ１とに基づきフライトコントローラ１０に飛行を指示する。フライトコントローラ１０は、飛行指示部１３ｂの指示に沿うように、スラスタ１１を制御する。自機の現在位置は、水平位置特定部１３ａが特定した自機の水平方向の座標および高度センサ１２ｃにより特定された自機の高度で表現される。
【００１６】
具体的な飛行制御の一例として、無人航空機１は、カメラ１４に映るライン表示２１が撮像画像における所定領域に映るように、すなわち、ライン表示２１が示す飛行ラインに沿って飛行するように構成されている。これにより、精度のよい飛行が可能となる。
【００１７】
また、座標表示２０を読み取ることができる位置以外では、自機の現在位置を把握できないため、座標表示２０を読み取ることができるまで、すなわち、座標表示２０から座標表示２０まで飛行することが好ましい。この場合、無人航空機１は、座標表示２０が所定のタイミングで読み取れない場合には、ライン表示２１が示す飛行ラインに沿って飛行し、次の座標表示２０を検出するように構成されていることが好ましい。この構成であれば、座標表示２０が読み取れない場合であっても、他の座標表示２０を読み取ることで自機の位置を調整可能となる。
【００１８】
無人航空機１は、カメラ１４から得られる画像に存在するライン表示２１を、機体の基準方向に対して水平もしくは垂直に保つよう制御することで、安定した方向姿勢を保つことが可能となる。
【００１９】
図３に示すように、無人航空機１は、外部と通信するための無線通信部１７を有し、無線通信部１７を介して外部からの指示を受信可能に構成されている。例えば、外部から飛行ルートの目標座標を受信可能に構成されている。本実施形態の無人航空機１は、屋内の飛行可能な空間を示す飛行可能空間データＤ２を記憶部１６に記憶している。また、外部から新たな目的地の目標座標が与えられた場合には、与えられた目標座標まで自機の現在位置から飛行するための飛行ルートデータを、飛行可能空間データＤ２を用いて生成するルート生成部１３ｃを有する。この構成によれば、目標座標を与えるだけで、無人航空機１が飛行ルートデータＤ１を生成するので、飛行可能となる。
【００２０】
また、無人航空機１は、無線通信部１７を介して飛行ルート検証部３０を有する外部のサーバと通信可能に構成されている。無人航空機１は、ルート生成部１３ｃが生成した飛行ルートデータＤ１を飛行ルート検証部３０へ送信する。飛行ルート検証部３０は、受信した飛行ルートデータＤ１を検証し、飛行の検証結果を無人航空機１へ送信する。飛行ルート検証部３０による検証は、複数の無人航空機１から得られた飛行ルートが衝突しないかという衝突回避の検証などが挙げられる。無人航空機１は、飛行ルート検証部３０が承認した飛行ルートデータＤ１に基づき飛行制御するように構成されている。飛行ルート検証部３０が承認しない場合には飛行できない。
【００２１】
図１〜３に示す実施形態では、飛行ルートデータＤ１は、無人航空機１が生成するが、これに限定されない。例えば、図４に示すように、無人航空機１は、飛行可能空間データＤ２及びルート生成部１３ｃを有さず、外部のサーバに飛行ルート生成部３１が設けられ、無人航空機１は、飛行ルート生成部３１から飛行ルートデータＤ１を受信するように構成されていてもよい。
【００２２】
本実施形態では図示しないが、無人航空機１は、側方を向く第２カメラを有し、第２カメラで物品を撮影して物品を管理するための情報を収集する。
【００２３】
以上のように、図１〜４に示す実施形態の無人航空機１の室内飛行制御システムは、
屋内の床又は天井に設けられたガイド表示２であって、水平方向の座標を示す座標表示２０及び水平方向における飛行ラインを示すライン表示２１を含み、可視光線照明下で透明であり紫外線の照射により発光して認識可能となる蛍光料で形成されているガイド表示２と、
無人航空機１と、を有する。
無人航空機１は、
ガイド表示２を読み取るための上向き又は下向きのカメラ１４と、
カメラ１４の撮像領域に対して紫外線を照射するランプ１５と、
屋内の三次元空間における飛行ルートを示す飛行ルートデータＤ１を記憶する記憶部１６と、
自機の高度を検出する高度センサ１２ｃと、
カメラ１４が撮像した座標表示２０に基づき特定した自機の水平方向の座標（ｘｙ座標）と、カメラ１４が撮像したライン表示２１に基づき特定した自機の向きと、高度センサ１２ｃにより特定した自機の高度（ｚ座標）と、飛行ルートデータＤ１とに基づき飛行制御する制御部１３と、
を有する。
【００２４】
この構成によれば、屋内の床又は天井に設けられた水平面上の座標を示す座標表示２０をカメラ１４で読み取り、自機の水平座標を検知可能となり、機体の向きをライン表示２１を読み取ることによって検知するので、飛行可能となる。それでいて、座標表示２０を含むガイド表示２は、蛍光料で形成されているので、紫外線の照射により発光、発色し、照射をやめると発光が止まるので、通常の環境では見えず、屋内の美観を損なうことがなく、店舗などの物品管理システムへの適用に有利である。
【００２５】
図１〜３に示す実施形態のように、無人航空機１は、屋内の飛行可能空間を示す飛行可能空間データＤ２と、与えられた目標座標まで自機の現在位置から飛行するための飛行ルートデータＤ１を、飛行可能空間データＤ２を用いて生成するルート生成部１３ｃと、を有することが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、目標座標を与えるだけで、無人航空機１が飛行可能となる。
【００２７】
図３に示す実施形態のように、無人航空機１のルート生成部１３ｃが生成した飛行ルートデータＤ１を受信し、受信した飛行ルートデータＤ１を検証し、飛行の検証結果を無人航空機１へ送信する飛行ルート検証部３０をシステムが有し、無人航空機１は、飛行ルート検証部３０が承認した飛行ルートデータＤ１に基づき飛行制御を行うように構成されていることが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、複数の無人航空機１を用いたとしても衝突を回避して、飛行運用が可能となる。
【００２９】
図４に示す実施形態のように、無人航空機１以外に設けられ、飛行ルートデータＤ１を生成する飛行ルート生成部３１をシステムが有し、無人航空機１は、飛行ルート生成部３１から飛行ルートデータＤ１を受信するように構成されていることが好ましい。
【００３０】
この構成によれば、無人航空機１のリソースを簡素化することが可能となる。
【００３１】
図１〜４に示す実施形態のように、ガイド表示２は、水平方向における飛行ラインを示すライン表示２１を含み、無人航空機１は、ライン表示２１が示す飛行ラインに沿って飛行するように構成されていることが好ましい。
【００３２】
この構成によれば、ライン表示２１がガイドになるので、的確な飛行が可能となる。
【００３３】
図１〜４に示す実施形態のように、無人航空機１は、座標表示２０が所定のタイミングで読み取れない場合には、ライン表示２１が示す飛行ラインに沿って飛行し、次の座標表示２０を検出するように構成されていることが好ましい。
【００３４】
この構成によれば、座標表示２０が読み取れない場合であっても、他の座標表示２０を読み取ることで自機の位置を調整可能となる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３６】
例えば、図１〜４に示す実施形態では、高度センサ１２ｃを設けているが、側方を向く第２カメラを設け、棚Ｆ１に高度位置表示を設け、第２カメラで物品を撮影すると共に、高度位置表示を撮影して高度情報を取得するように構成してもよい。
【００３７】
本実施形態では、無人航空機１の飛行制御に適用しているが、例えば水中ドローンなどの他の移動体に適用することも可能である。
【００３８】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１      無人航空機
１２ｃ  高度センサ
１３    制御部
１３ｃ  ルート生成部
１４    カメラ
１５    ランプ
１６    記憶部
２      ガイド表示
２０    座標表示
２１    ライン表示
３０    飛行ルート検証部
３１    飛行ルート生成部
Ｄ１    飛行ルートデータ
Ｄ２    飛行可能空間データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020170286.tif 000006