(57)【要約】      （修正有）【課題】船倉などの鉄板で囲まれた環境下でも安定して飛行することができるマルチコプター等の壁面トレース型飛行制御システムを提供する。【解決手段】マルチコプター１を、壁面から一定距離を保持するように、壁面に沿って飛行させるマルチコプター１を対象とする壁面トレース型飛行制御システムである。マルチコプター１は、局所域で壁面までの距離を測定するレーザービームセンサ３Ａと、広域で壁面までの距離を検知する超音波センサ３Ｂと、レーザービームセンサ３Ａと超音波センサ３Ｂとからの信号を受け、マルチコプター１が壁面に衝突しないようにマルチコプター１の飛行を制御するコントローラ１１とを備える。コントローラ１１は、レーザービームセンサ３Ａからの信号に基づき前記壁面からの一定距離を維持する一方、超音波センサ３Ｂからの信号に基づき前記壁面に近づき、衝突するのを回避する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行手段を有するマルチコプターを壁面から一定距離を保持し、壁面に沿って飛行させる、マルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システムであって、
前記マルチコプターは、
局所域で前記壁面までの距離を測定するレーザービームセンサと、
広域で前記壁面までの距離を測定する超音波センサと、
前記レーザービームセンサ及び超音波センサからの信号を受けて、前記飛行手段を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記レーザービームセンサからの信号を受けて、前記壁面までの距離が第１の設定距離以上であるか否かを判定する第１判定手段と、
前記超音波センサからの信号を受けて、前記壁面までの距離が前記第１の設定距離より小さい第２の設定距離以下であるか否かを判定する第２判定手段と、
前記第１及び第２判定手段よりの信号を受けて、前記壁面までの距離が前記第１の設定距離以上である場合は前記マルチコプターが壁面に近づく方向に移動させ、前記壁面までの距離が前記第２の設置距離以下である場合は前記マルチコプターが前記壁面から離れる方向に移動させるように、前記飛行手段を制御する飛行制御手段と、を備えることを特徴とする、マルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項２】
前記飛行制御手段は、
前記マルチコプターを前記壁面に近づく方向に、あるいは、前記壁面から離れる方向に移動させる場合、前記マルチコプターを一定距離ずつ移動させる、
請求項１記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項３】
前記第２判定手段或いは操作者が、
測定している前記壁面の隣の壁面に近づいたことも判定するものであり、
前記飛行制御手段は、
前記第２判定手段が前記隣の壁面に近づいたことを判定した場合あるいは操作者が判定した場合、前記レーザービームセンサと前記超音波センサとが前記隣の壁面までの距離を測定するように、前記飛行手段を制御して、前記マルチコプターを旋回させるものである、
請求項１又は２記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項４】
前記第２判定手段は、
測定している前記壁面の隣の壁面に近づいたことも判定するものであり、
前記マルチコプターは、
前記レーザービームセンサと前記超音波センサとが２つ１組で複数組が搭載され、
前記飛行制御手段は、
前記第２判定手段が前記隣の壁面に近づいたことを判定した場合には、前記複数組のうち、前記隣の壁面に対向している組の前記レーザービームセンサと前記超音波センサとによる制御に切り替えるものである、
請求項１又は２に記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項５】
前記壁面は、船倉の壁面であり、
前記マルチコプターは、前記壁面を撮像し、撮像した前記壁面の画像を送信する送信部を有する撮像手段が搭載され、
さらに、前記撮像手段の送信部からの信号を受信する受信部と、前記受信部に連係され前記撮像手段によって撮像した壁面の画像を表示する表示手段とを有する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項６】
前記第２判定手段は、測定している前記壁面の上下の壁面までの距離を判定するものであり、
前記飛行制御手段は、前記第２判定手段からの信号に基づき、前記上の壁面或いは下の壁面から一定距離となるように前記飛行手段を制御するものである、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチコプターを壁面に衝突させることなく、前記壁面に沿って飛行させる、マルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチコプター（ドローン）は個人の利用のみならず多くのビジネスに利用されている。一般に、既存のマルチコプターは、その飛行制御の容易さを実現するため、地磁気センサによる姿勢制御と、ＧＰＳによる位置確認とを行っている。
【０００３】
ところで、船舶業界において、船倉の不具合箇所を確認する船倉点検作業は、船倉の壁面（鉄板）に沿ってやぐらを組み立て、その船倉内での仮設足場及び高所作業車上を点検する人が移動しながら、不具合のある箇所を直接に目視で確認し、その後に不具合箇所の修理を行うという方法が主流となっている。このような人手による点検作業では、船倉内での仮設足場及び高所作業車を組んで行う必要があるので、不具合のある箇所を確認するまでに多くの時間を要するし、点検作業は船倉内での仮設足場及び高所作業車上を移動しながら行うので、リスクが伴う。
【０００４】
そこで、このような不具合箇所の確認を、検査者が直接目視で行うのではなく、マルチコプターに搭載した撮像カメラにより取得した画像で行うようにすれば、時間やリスクを大幅に削減できることに着想し、マルチコプターに搭載した撮像カメラを用いて船倉の壁面を撮像し、その後、撮像画像による目視検査を行うことが試みられている。
【０００５】
また、マルチコプターに、飛行制御に必要な各種センサを設けることは知られている（例えば、特許文献１参照）。つまり、現在位置情報を取得する位置決めセンサとして、ＧＰＳ，ＩＭＵ（Inertial measurement Unit 慣性測定ユニット）及び高度計の少なくとも一種を含み、高度センサとして、気圧高度計、赤外線測距センサ、超音波測距センサ、視覚測距センサ、レーザー測距センサ、及びレーダー測距センサの少なくとも一種を含む。
【０００６】
また、壁面の情報を取得する壁面識別センサとして、壁面距離センサ、壁面累型センサ、及び禁止標識識別センサの少なくとも１種を含み、壁面との距離を測定する壁面距離センサとして、超音波測距センサ、視覚測距センサ、レーザー測距センサ、赤外線測距センサ及びレーダー測距センサの少なくとも一種を含み、壁面の類型を識別する壁面類型センサとして、超音波センサ、レーザービームセンサ、及び視覚センサの少なくとも１種を含む、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１７−５２９９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のマルチコプターを用いて船倉の不具合箇所を確認する作業を行おうとしても、安定して飛行することは困難である。つまり、船倉などの鉄板で囲まれた環境下では、地磁気センサ（姿勢制御）やＧＰＳ（現在位置把握）を利用する従来のマルチコプターでは安定した飛行を行うことが困難である。
【０００９】
本発明は、レーザービームセンサと超音波センサとを組み合わせて用いることで、船倉などの鉄板による壁面で囲まれた環境下でも安定して飛行することができるマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システ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】
【００１０】
本発明に係る一の態様のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システムは、飛行手段を有するマルチコプターを壁面から一定距離を保持し、壁面に沿って飛行させるマルチコプターの飛行制御システムであって、前記マルチコプターは、局所域で前記壁面までの距離を測定するレーザービームセンサと、広域で前記壁面までの距離を測定する超音波センサと、前記レーザービームセンサ及び超音波センサからの信号を受けて、前記飛行手段を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記レーザービームセンサからの信号を受けて、前記壁面までの距離が第１の設定距離以上であるか否かを判定する第１判定手段と、前記超音波センサからの信号を受けて、前記壁面までの距離が前記第１の設定距離より小さい第２の設定距離以下であるか否かを判定する第２判定手段と、前記第１及び第２判定手段よりの信号を受けて、前記壁面までの距離が前記第１の設定距離以上である場合は前記マルチコプターが壁面に近づく方向に移動させ、前記壁面までの距離が前記第２の設置距離以下である場合は前記マルチコプターが前記壁面から離れる方向に移動させるように、前記飛行手段を制御する飛行制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、レーザービームセンサと超音波センサとを組み合わせて用いることで、船倉などの鉄板で囲まれた環境下でも、周囲の壁面と衝突することなく、安定して飛行することができる。
【００１２】
ここで、レーザービームセンサは、壁面や対地距離を局所的に計測可能である。このレーザービームセンサを壁面までの距離検知センサとして用いることで、マルチコプターが壁面から一定の距離を維持して飛行するよう制御することが可能となる。また、超音波センサは検知距離は短いが広域検知が可能であり、入り組んだ壁面から一定の距離を計測し、マルチコプターの壁面への衝突防止を担う。この２つを使うことで、地磁気による姿勢制御を行わなくても、安定飛行が可能となる。
【００１３】
また、このマルチコプターの飛行制御システムは、前記飛行制御手段が、前記マルチコプターを前記壁面に近づく方向に、あるいは、前記壁面から離れる方向に移動させる場合、前記マルチコプターを一定距離ずつ移動させることが望ましい。
【００１４】
このようにすれば、マルチコプターを一定距離ずつ、例えば小刻みに移動させることで、移動のための飛行が安定する。
【００１５】
また、このマルチコプターの飛行制御システムは、前記第２判定手段或いは操作者が、測定している前記壁面の隣の壁面に近づいたことも判定するものであり、前記飛行制御手段が、前記第２判定手段が前記隣の壁面に近づいたことを判定した場合或いは操作者が判定した場合、前記レーザービームセンサと前記超音波センサとが前記隣の壁面までの距離を測定するように、前記飛行手段を制御して、前記マルチコプターを旋回させるものである。
【００１６】
このようにすれば、現在測定している壁面から隣の壁面への切り替えがスムーズに行われる。
【００１７】
また、このマルチコプターの飛行制御システムは、前記第２判定手段が、測定している前記壁面の隣の壁面に近づいたことも判定するものであり、前記マルチコプターが、前記レーザービームセンサと前記超音波センサとが２つ１組で複数組が搭載され、前記飛行制御手段が、前記第２判定手段が前記隣の壁面に近づいたことを判定した場合には、前記複数組のうち、前記隣の壁面に対向している組の前記レーザービームセンサと前記超音波センサとによる制御に切り替えるものである。
【００１８】
このようにすれば、レーザービームセンサと超音波センサとの切り替えがスムーズに行われ、壁面への衝突が回避される。
【００１９】
また、このマルチコプターの飛行制御システムは、前記壁面が船倉の壁面であり、前記マルチコプターが、前記壁面を撮像し、撮像した前記壁面の画像を送信する送信部を有する撮像手段が搭載され、さらに、前記撮像手段の送信部からの信号を受信する受信部と、前記受信部に連係され前記撮像手段によって撮像した壁面の画像を表示する表示手段とを有する。
【００２０】
このようにすれば、マルチコプターに搭載される撮像手段によって撮像された画像を、表示手段を通じて見ることで、船倉内での仮設足場を組んだり高所作業車を利用したりすることなく、船倉の壁面の点検を目視により行うことができる。
【００２１】
また、このマルチコプターの飛行制御システムは、前記第２判定手段は、測定している前記壁面の上下の壁面までの距離を判定するものであり、前記飛行制御手段は、前記第２判定手段からの信号に基づき、前記上の壁面或いは下の壁面から一定距離となるように前記飛行手段を制御するものである。
【００２２】
このようにすれば、上の壁面或いは下の壁面から一定距離を維持するように飛行制御することで、マルチコプターを、壁面との衝突を気にすることなく、壁面に沿って飛行させることができる。よって、闇中でも、壁面に沿ってある程度の自立飛行ができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、レーザービームセンサと超音波センサとを組み合わせて用いることで、船倉などの鉄板による壁面で囲まれた環境下でも、周囲の壁面と衝突することなく、マルチコプターを安定して飛行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システムの全体構成を示す説明図である。
【図２】壁面までの距離、下面までの距離を測定する原理を示す説明図である。
【図３】制御系のブロック図である。
【図４】制御の流れを示すフローチャート図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれマルチコプターの動きの説明図である。
【図６】１つの壁面から隣の壁面に、壁面までの距離を測定するセンサの切り替えの説明図である。
【図７】自動旋回の場合における制御の流れを示すフローチャート図である。
【図８】マニュアル旋回の場合における制御の流れを示すフローチャート図である。
【図９】複数の測距ユニットを有する場合における、壁面までの距離を測定するセンサの切り替えの説明図である。
【図１０】センサユニット切り替えの制御の流れを示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
図１は、本発明に係るマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システムの全体構成を示す説明図である。
【００２６】
図１に示すように、マルチコプター１は、ブロック状の本体１Ａから四方にアーム部１Ｂが延び、これらアーム１Ｂ部の先端に、飛行するためにプロペラ１Ｃａを回転させる駆動部１Ｃ（飛行手段）が設けられている。また、着陸したときに、着地するための脚部１Ｄも備える。
【００２７】
本体１Ａの下側には、センサユニット２が設けられ、センサユニット２は、局所域で壁面Ｓまでの距離を測定するレーザービームセンサ３Ａ及びレーザービームセンサ３Ａと検知方向が同一で広域で壁面Ｓまでの距離を測定する超音波センサ３Ｂを備える壁面トレースセンサユニット３、対地距離を測定する気圧センサ４とを備える。本体１Ａの上側には、壁面Ｓの性状を撮像するためのオートフォーカス式の撮像カメラ５も設けられている。
【００２８】
マルチコプター１（本体１Ａ）は、レーザービームセンサ３Ａ及び超音波センサ３Ｂからの信号に基づき、壁面に沿って飛行する壁面トレース飛行を行うために、対壁面方向の制御を行うコントローラ１１も備えている。
【００２９】
そして、図２に示すように、壁面トレースセンサユニット３は、レーザービームセンサ３Ａにて局所域で壁面までの距離(測定範囲：２ｍ〜４０ｍ）を検知するとともに、超音波センサ３Ｂにて広域で壁面までの距離(測定範囲：近距離５０ｃｍ程度）を検知するようになっている。これにより、超音波センサ３Ｂからの信号に基づき壁面Ｆに凹部Ｆａがないかどうかを検知することができるので、凹部Ｆａがあることによってマルチコプター１が壁面Ｆに接近しすぎるおそれがあると判断して、壁面Ｆとの衝突を事前に回避することができる。
【００３０】
対壁面方向以外の飛行は、送信部６Ａを備える操縦器６の手動操作にて実施される。操縦器６には、上下方向の移動（飛行）のための操作レバー６Ａと、左右方向の移動のための操作レバー６Ｂとを有し、これらレバー６Ａ，６Ｂの操作により、送信部６Ｃを通じて、マルチコプター１の受信器７に信号を送り、コントローラ１１を通じてマルチコプター１の上下方向及び左右方向についての飛行制御を行うようになっている。
【００３１】
マルチコプター１に搭載されるコントローラ１１は、図３に示すように、レーザービームセンサ３Ａからの信号を受け、対向する壁面Ｆ（検査対象となっている壁面）までの距離が第１設定距離Ｌ１（例えば２．５ｍ）以上であるか否かを判定する第１判定手段１１Ａと、超音波センサ３Ｂからの信号を受け壁面Ｆまでの距離が前記第１設定距離Ｌ１より小さい第２設定距離Ｌ２（例えば５０ｃｍ）以下であるか否かを判定する第２判定手段１１Ｂとを備える。
【００３２】
さらに、コントローラ１１は、第１及び第２判定手段１１Ａ，１１Ｂよりの信号を受け、第１判定手段１１Ａによって壁面Ｆまでの距離が第１設定距離Ｌ１以上であると判定された場合にはマルチコプター１が壁面Ｆに近づく方向に、また、第２判定手段１１Ｂによって壁面Ｆまでの距離が第２設置距離Ｌ２以下であると判定された場合にはマルチコプター１が壁面Ｆから離れる方向に、マルチコプター１が移動するように４つの駆動部１Ｃ（飛行手段）を駆動制御する飛行制御手段１１Ｃを備える。なお、飛行制御手段１１Ｃは、回転速度制御回路１２を介して各駆動部１Ｃのプロペラ１Ｃａの回転速度や回転方向を制御する。
【００３３】
第１判定手段１１Ａによって、マルチコプター１が壁面から第１設定距離Ｌ１以上離れていると判定される場合には、飛行制御手段１１Ｃは、例えば、第１設定距離Ｌ１と現在の壁面までの距離との差分を線形補間して、壁面までの距離が徐々に２．５ｍに近づくようにマルチコプター１を、壁面Ｆに近づく方向に小刻みに移動（飛行）させ、壁面までの距離が第１設定距離Ｌ１以下になるように制御する。つまり、マルチコプター１が、第１設定距離Ｌ１以上壁面から離れないように監視する。
【００３４】
ここで、第１設定距離Ｌ１は、撮像カメラ５の撮像距離に対応する距離で、撮像できるようにするためにマルチコプター１が壁面から離れないように監視する。レーザ−ビームセンサ３Ａは、測定距離は最大で４０ｍで、センチ単位での計測が可能である。
【００３５】
一方、第２判定手段１１Ｂは、壁面までの距離が第２設定距離Ｌ２以下になるまで接近していると判定される場合には、飛行制御手段１１Ｃは、壁面までの距離が第２設定距離Ｌ２以上になるように制御する。これにより、壁面との衝突が回避される。超音波センサ４は、広域で壁面Ｆの凹部Ｆａを検知することができるので、凹部Ｆａの存在でマルチコプター１が壁面Ｆに接近して、壁面Ｆに衝突するのを防止することができる。測定距離は最大で５０ｃｍで、センチ単位での計測可能である。
【００３６】
また、対地距離を測定する気圧センサ４を備えるので、図２に示すように、目標高さを維持して飛行する気圧モードで飛行することで、マルチコプター１が目標高さを維持するように安定飛行させながら、壁面トレース飛行を実現することができる。
【００３７】
また、撮像カメラ５によって撮像された壁面Ｆの画像は、送信部５ａを通じて、表示手段１３の受信器１４に送信され、表示手段１３の表示部にリアルタイムで表示される。この表示される壁面Ｆの画像を観察することで、壁面Ｆの性状を検査することができる。
【００３８】
対象となる壁面Ｆがある前方（Ｘ軸方向）には、レーザービームセンサ３Ａからの信号に基づき壁面Ｆからの第１設定距離Ｌ１を維持するように、離れないように、壁面トレースセンサユニット３のセンサ３Ａ，３Ｂからの信号に基づき、４つの駆動部１Ｃが駆動制御される（自動制御）。
【００３９】
そして、壁面Ｆに凹部Ｆａがあると、レーザービームセンサ３Ａからの信号に基づく制御であれば、レーザービームセンサ３Ａは局所域での測定であるので、マルチコプター１が壁面Ｆに近づき、衝突するおそれがある。超音波センサ３Ｂは広域での測定であるので、壁面Ｆの凹部Ｆａを検知する。
【００４０】
壁面Ｆの凹部Ｆａまでの距離が第２設定距離Ｌ２以下となる場合には、レーザービームセンサ３Ａからの信号に基づく制御ではなく、超音波センサ３Ｂからの信号に基づく制御に移行し、それ以上マルチコプター１が壁面Ｆに近づかないように、壁面Ｆまでの距離が第２設定距離Ｌ２を超えるように駆動部１Ｃを自動制御する。つまり、レーザービームセンサ３Ａだけでなく、超音波センサ３Ｂを利用することで、壁面との衝突が回避される。
【００４１】
続いて、図４及び図５に基づいて、マルチコプター１の壁面トレース飛行制御について説明する。
【００４２】
図４に示すように、スタートすると、まず、壁面トレースセンサユニット３の超音波センサ３Ｂの信号から壁面Ｆまでの距離Ｃ２が取得される（ステップＳ１）。
【００４３】
それから、その壁面Ｆまでの距離Ｃ１が、第２設定距離Ｌ２（例えば５０ｃｍ）以下であるか否かが、第２判定手段１１Ｂにおいて判定される（ステップＳ２）。
【００４４】
第２設定距離Ｌ２以下である場合には、衝突の可能性があるので、それを回避するために、壁面までの距離が第２設定距離Ｌ２を超えるまで、壁面から離れる方向に小刻み移動するように飛行制御手段１１Ｃから駆動部１Ｃに駆動信号を送る（ステップＳ３）。
【００４５】
一方、第２設定距離Ｌ２以下でない場合には、衝突のおそれがないので、そのままステップＳ１に戻り、ステップＳ１，Ｓ２の処理が繰り返される。つまり、図５（ａ）に示すように、マルチコプター１と壁面Ｆとの距離が、第２設定距離Ｌ２以下のＡ１（例えば３０ｃｍ）になると、衝突するおそれがあるので、マルチコプター１は壁面Ｆから離れる方向に小刻みに移動するように制御され、その制御が、マルチコプター１と壁面Ｆとの距離が第２設定距離Ｌ２を超えるまで継続される。
【００４６】
ステップＳ３の処理で第２設定距離Ｌ２を超えると、続いて、レーザービームセンサ３Ａの信号から壁面Ｆまでの距離Ｃ１が取得される（ステップＳ４）。
【００４７】
それから、その壁面Ｆまでの距離Ｃ１が、第１設定距離Ｌ１（例えば２．５ｍ）以上であるか否かが第１判定手段１１Ａにおいて判定される（ステップＳ５）。
【００４８】
第１設定距離Ｌ１以上である場合には、第１設定距離Ｌ１以下とするために、第１設定距離Ｌ１と現在の壁面Ｆまでの距離Ｌとの差分を線形補間し、小刻みに移動するように、飛行制御手段１１Ｃから駆動部１Ｃに駆動信号を送り（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。
【００４９】
つまり、図５（ｂ）に示すように、マルチコプター１と壁面Ｆとの距離Ａ１が、例えば４ｍになると、第１設定距離Ｌ１よりも離れているので、マルチコプター１は壁面Ｆに近づく方向に移動するように制御され、その制御が、マルチコプター１と壁面Ｆとの距離が第１設定距離Ｌ１となるまで継続される。
【００５０】
一方、第１設定距離Ｌ１以上でない場合には、そのままステップＳ４に戻り、第１設定距離Ｌ１となるまでこれらの処理が繰り返される。
【００５１】
このようにして、壁面との衝突を回避しつつ、壁面までの距離が、第１設定距離Ｌ１が維持されるように壁面に沿って飛行するように飛行制御される。
【００５２】
また、上方の面に対しては超音波センサ３Ｂからの信号に基づき、衝突防止が図られ、下方の面に対しては気圧センサ４からの信号に基づき、対地距離が所定距離となるように制御される。下方の面に対してはマルチコプター１の上下方向の移動履歴（飛行経歴）からも制御は可能である。
【００５３】
また、超音波センサ３Ｂは、広域で前記壁面までの距離を測定するので、超音波センサ３Ｂからの信号に基づき、第２判定手段１１Ｂによって、測定している壁面Ｆ１に直交する方向に広がる隣の壁面Ｆ２（壁面トレース飛行を妨げる障害物）に接近したことも検知される。もちろん、隣の壁面Ｆ２（壁面トレース飛行を妨げる障害物）に接近したことを、操作者も視覚にて検知できるので、それを利用してもよいのはもちろんである。
【００５４】
そして、それが検知された場合には、例えば図６に示すように、壁面トレースセンサユニット３（センサ３Ａ，３Ｂ）による距離検知方向Ｕ（斜線が施された矢印で示す）を、隣の壁面Ｆ２に垂直になるようにするため、駆動部１Ｃを制御して、マルチコプター１を、（図６においては、右方向に）旋回させ、測定対象となる壁面が隣の壁面Ｆ２とされる。
【００５５】
また、上方の壁面に接近したことが検知された場合には、壁面トレースセンサユニット３により距離検知方向Ｕを上方の壁面に垂直になるようにするため、駆動部１Ｃを制御して、マルチコプター１を上方向に旋回させる。下方の壁面（床面）の場合も同様である。
その場合には、例えば図７に示すように、スタートすると、まず、壁面トレースセンサユニット３のレーザービームセンサ３Ａと超音波センサ３Ｂのどちらかが壁面を検知している状態となる（ステップＳ１１）。それから、超音波センサ３Ｂが左端或いは右端の障害物（壁面）を検知したか否かを判定し（ステップＳ１２）は、検知しなければ、ステップＳ１１に戻る一方、検知すれば、検知した方向にマルチコプター１の正面を９０°旋回させるトリム情報をマルチコプター１の飛行制御手段１１Ｃ（コントローラ１１）に与える（ステップＳ１３）。ここで、障害物との距離Ｌは、５０ｃｍ未満である（Ｌ＜５０ｃｍ）。
それから、マルチコプターは、障害物となる壁面の方向に自動で９０°旋回し（ステップＳ１４）、レーザービームセンサ３Ａと超音波センサ３Ｂは新たな壁面を検知したか否かを判定し（ステップＳ１５）、検知していれば、そのまま終了する一方、検知しなければ、ステップＳ１４に戻り、そのまま旋回を継続する。
また、隣の壁面（壁面トレース飛行を妨げる障害物）に接近したことは、操作者が判定するようにしてもよい。その場合には、図８に示すように、自動旋回によらず、マニュアル旋回となるので、操作者が目視で別の壁面を確認し（ステップＳ１６）、操作者が操縦器６にてトリム操作により、マルチコプター１を旋回させて（ステップＳ１７）、終了する。
【００５６】
前記実施の形態では、壁面トレースセンサユニット３（センサ３Ａ，３Ｂ）が１つで、一方向についてのみ壁面Ｆまでの距離を測定可能であるが、複数個設け、それぞれが特定の方向（左右前後方向や左右前後上下方向）について測距可能であるようにすることもできる。例えば図９に示すように、４つの壁面トレースセンサユニット３（センサ３Ａ，３Ｂ）が、それぞれ、互いに直交する４つの距離検知方向Ｕ１〜Ｕ４（左右前後方向）について測距可能になるマルチコプター１’とすることも可能である。
【００５７】
この場合、周囲の４壁面Ｆ１〜Ｆ４に対し４つの壁面トレースセンサユニットによる距離検知方向Ｕ１〜Ｕ４がそれぞれ対応し、壁面Ｆ１に対して壁面までの距離を測定しているときに隣の壁面Ｆ２に接近したことが検知されると、その壁面Ｆ２に対して距離検知方向Ｕ２が直交している壁面トレースセンサユニットを利用する飛行に即時切替え、その壁面Ｆ２を測定の対象とし、撮像カメラ５が回転して、撮像カメラ５の撮像方向が変更され、撮影が継続して行われることになる。なお、図９において、起動することになる壁面トレースセンサユニット３の距離検知方向Ｕ１〜Ｕ４は、斜線を施した矢印で示している。
その場合の制御は、例えば図１０に示すように、スタートすると、まず、現在の壁面トレースセンサユニット３のレーザービームセンサ３Ａと超音波センサ３Ｂのどちらかが壁面を検知している状態となる（ステップＳ２１）。
それから、他の方向に向けた壁面トレースセンサユニット３のレーザービームセンサＡと超音波センサ３Ｂのどちらかが壁面を検知したか否かが判定される（ステップＳ２２）。検知すれば、現在の壁面トレースセンサユニット３のレーザービームセンサ３Ａと超音波センサ３Ｂのセンサ情報の使用を停止する（ステップＳ２３）一方、検知しなければ、ステップＳ２１，Ｓ２２の処理を繰り返す。
それから、新たに検知した他の方向の壁面トレースセンサユニット３の、最初に検知した情報を新たに壁面トレース情報として、飛行制御手段１１Ｃ（コントローラ１１）に与える（ステップＳ２４）。
また、前記実施の形態では、気圧センサ４を利用して対地距離が一定になるように飛行制御しているが、第２判定手段１１Ｂが、測定している壁面の上下の壁面までの距離を判定するようにし、コントローラ１１の飛行制御手段１１Ｃが、第２判定手段１１Ｂからの信号に基づき、上の壁面或いは下の壁面から一定距離となるように駆動部１Ｃ（飛行手段）を制御するようにすることも可能である。これにより、マルチコプター１を、壁面との衝突を気にすることなく、壁面に沿って飛行させることができ、闇中でも、壁面に沿ってある程度の自立飛行ができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  マルチコプター
１Ａ  本体
１Ｂ  アーム部
１Ｃ  駆動部
１Ｃａ  プロペラ
１Ｄ  脚部
２  センサユニット
３  壁面トレースセンサユニット
３Ａ  レーザービームセンサ
３Ｂ  超音波センサ
４  気圧センサ
５  撮像カメラ
５ａ  送信部
６  操縦器
６Ａ，６Ｂ  操作レバー
６Ｃ  送信部
７  受信器
１１  コントローラ
１１Ａ  第１判定手段
１１Ｂ  第２判定手段
１１Ｃ  飛行制御手段
１２  回転速度制御回路
１３  ディスプレイ
１４  受信器
Ｆ，Ｆ１〜Ｆ４  壁面
Ｆａ  凹部
Ｕ，Ｕ１〜Ｕ４  距離検知方向
【図１】
2020013465.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月23日(2019.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船倉などの鉄板による壁面で囲まれた環境下で、飛行手段を有するマルチコプターを壁面から一定距離を保持し、前記壁面に沿って飛行させる、マルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システムであって、
前記マルチコプターは、
局所域で前記壁面までの距離を測定するレーザービームセンサと、
広域で前記壁面までの距離を測定する超音波センサと、
前記レーザービームセンサ及び超音波センサからの信号を受けて、前記飛行手段を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記レーザービームセンサからの信号を受けて、前記壁面までの距離が第１の設定距離以上であるか否かを判定する第１判定手段と、
前記超音波センサからの信号を受けて、前記壁面までの距離が前記第１の設定距離より小さい第２の設定距離以下であるか否かを判定する第２判定手段と、
前記第１及び第２判定手段よりの信号を受けて、前記壁面までの距離が前記第１の設定距離以上である場合は前記マルチコプターが壁面に近づく方向に移動させ、前記壁面までの距離が前記第２の設定距離以下である場合は前記マルチコプターが前記壁面から離れる方向に移動させるように、前記飛行手段を制御する飛行制御手段と、
を備えることを特徴とする、マルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項２】
前記飛行制御手段は、
前記マルチコプターを前記壁面に近づく方向に、あるいは、前記壁面から離れる方向に移動させる場合、前記マルチコプターを一定距離ずつ移動させる、
請求項１記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項３】
前記第２判定手段或いは操作者が、
測定している前記壁面の隣の壁面に近づいたことも判定するものであり、
前記飛行制御手段は、
前記第２判定手段が前記隣の壁面に近づいたことを判定した場合あるいは操作者が判定した場合、前記レーザービームセンサと前記超音波センサとが前記隣の壁面までの距離を測定するように、前記飛行手段を制御して、前記マルチコプターを旋回させるものである、
請求項１又は２記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項４】
前記第２判定手段は、
測定している前記壁面の隣の壁面に近づいたことも判定するものであり、
前記マルチコプターは、
前記レーザービームセンサと前記超音波センサとが２つ１組で複数組が搭載され、
前記飛行制御手段は、
前記第２判定手段が前記隣の壁面に近づいたことを判定した場合には、前記複数組のうち、前記隣の壁面に対向している組の前記レーザービームセンサと前記超音波センサとによる制御に切り替えるものである、
請求項１又は２に記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項５】
前記マルチコプターは、前記壁面を撮像し、撮像した前記壁面の画像を送信する送信部を有する撮像手段が搭載され、
さらに、前記撮像手段の送信部からの信号を受信する受信部と、前記受信部に連係され前記撮像手段によって撮像した壁面の画像を表示する表示手段とを有する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【請求項６】
前記第２判定手段は、測定している前記壁面の上下の壁面までの距離を判定するものであり、
前記飛行制御手段は、前記第２判定手段からの信号に基づき、前記上の壁面或いは下の壁面から一定距離となるように前記飛行手段を制御するものである、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る一の態様のマルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システムは、船倉などの鉄板による壁面で囲まれた環境下で、飛行手段を有するマルチコプターを壁面から一定距離を保持し、前記壁面に沿って飛行させる、マルチコプターを対象とする壁面トレース型飛行制御システムであって、前記マルチコプターは、局所域で前記壁面までの距離を測定するレーザービームセンサと、広域で前記壁面までの距離を測定する超音波センサと、前記レーザービームセンサ及び超音波センサからの信号を受けて、前記飛行手段を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記レーザービームセンサからの信号を受けて、前記壁面までの距離が第１の設定距離以上であるか否かを判定する第１判定手段と、前記超音波センサからの信号を受けて、前記壁面までの距離が前記第１の設定距離より小さい第２の設定距離以下であるか否かを判定する第２判定手段と、前記第１及び第２判定手段よりの信号を受けて、前記壁面までの距離が前記第１の設定距離以上である場合は前記マルチコプターが壁面に近づく方向に移動させ、前記壁面までの距離が前記第２の設定距離以下である場合は前記マルチコプターが前記壁面から離れる方向に移動させるように、前記飛行手段を制御する飛行制御手段と、を備えることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
このようにすれば、レーザービームセンサと超音波センサとを組み合わせて用いることで、地磁気センサ（姿勢制御）やＧＰＳ（現在位置把握）を利用する従来のマルチコプターでは自律的に安定した姿勢制御ができず飛行を行うことが困難である船倉などの鉄板による壁面で囲まれた環境下（地磁気の利用ができない）でも、周囲の壁面と衝突することなく、安定して飛行することができる。