(57)【要約】【課題】利用者（操作者）の負担が軽くなるような無人航空機のナビゲーションを行うことが可能な自律移動制御システム等を提供すること。【解決手段】走行装置が無人航空機を撮像し、撮像された無人航空機から、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定し、無人航空機の位置情報又は方位情報を制御信号として、無人航空機に送信する。無人航空機は、受信された制御信号に基づいて、無人航空機の自律移動制御を行うことができる。【選択図】図４
2018005914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行装置と、無線通信可能な無人航空機とを含み、当該無人航空機は移動する場合に自律移動制御を行う自律移動制御システムであって、
前記走行装置は、
前記無人航空機を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された無人航空機から、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定する決定手段と、
前記無人航空機の位置情報又は方位情報を制御信号として、前記無人航空機に送信する送信手段と、
を備え、
前記無人航空機は、
前記制御信号を前記走行装置から受信する受信手段と、
前記受信された制御信号に基づいて、無人航空機の自律移動制御を行う移動制御手段と、
を備えることを特徴とする自律移動制御システム。
【請求項２】
前記位置情報は、前記走行装置からの前記無人航空機のオフセット位置、前記無人航空機の経度及び緯度情報、前記無人航空機のロール、ピッチ、ヨーのうち、１又は複数の情報であることを特徴とする請求項１に記載の自律移動制御システム。
【請求項３】
前記決定手段は、前記無人航空機上の少なくとも１つの視覚的マーカに基づいて、前記無人航空機の位置情報又は方位情報を決定することを特徴とする請求項１に記載の自律移動制御システム。
【請求項４】
前記決定手段は、視覚的マーカのサイズ、スケール又は歪みのうちの少なくとも１つに基づいて、前記無人航空機の位置情報又は方位情報を決定することを特徴とする請求項３に記載の自律移動制御システム。
【請求項５】
前記決定手段は、前記位置情報及び前記方位情報のうちの少なくとも１つの信頼水準を決定することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の自律移動制御システム
【請求項６】
前記信頼水準に基づいて降着するために前記無人航空機に前記制御情報を提供する請求項５に記載の自律移動制御システム。
【請求項７】
前記自律移動制御システムには、更に他の走行装置が含まれており、
前記走行装置は、前記無人航空機に制御コマンドを提供するために制御を、前記走行装置から、前記他の走行装置に渡すことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の自律移動制御システム。
【請求項８】
移動する場合に自律移動制御を行う無人航空機と通信可能な走行装置であって、
前記無人航空機を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された無人航空機から、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定する決定手段と、
前記無人航空機が自律移動制御に利用される位置情報又は方位情報を含む制御信号を前記無人航空機に送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする走行装置。
【請求項９】
走行装置と接続可能であり、移動する場合に自律移動制御を行う無人航空機において、
前記走行装置によって撮像された前記無人航空機から、当該無人航空機の位置情報又は方位情報が決定され、当該位置情報又は方位情報を制御信号として受信する受信手段と、
前記受信された制御信号に基づいて、無人航空機の自律移動制御を行う移動制御手段と、
を備えることを特徴とする無人航空機。
【請求項１０】
走行装置と、無線通信可能な無人航空機とを含み、当該無人航空機は移動する場合に自律移動制御を行う自律移動制御方法であって、
前記走行装置は、
前記無人航空機を撮像する撮像ステップと、
前記撮像手段により撮像された無人航空機から、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定する決定ステップと、
前記無人航空機の位置情報又は方位情報を制御信号として、前記無人航空機に送信する送信ステップと、
を有し、
前記無人航空機は、
前記制御信号を前記走行装置から受信する受信ステップと、
前記受信された制御信号に基づいて、無人航空機の自律移動制御を行う移動制御ステップと、
を備えることを特徴とする自律移動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動制御システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
広大な地理的地域をモニタするために、一般にイメージングデバイスと呼ばれる、ビデオ・イメージングデバイス及び／又はカメラ・イメージングデバイスが高いプラットフォームに搭載されることがある。プラットフォームは、例えば、塔、電柱、橋、または他の固定構造物であってもよい。
【０００３】
固定構造物は、地理的地域の広い視野を提供するのに役立つ一方で、モニタされる地理的地域が制限される傾向がある。他のタイプのプラットフォームは、それらのすべてが移動しやすい、操縦される飛行機、無人航空機（ＵＡＶ：unmanned aerial vehicle）および飛行船を含んでもよい。
【０００４】
例えば、専門的な操縦者がいなくても、長時間安定した飛行が可能な無人飛行体を提供する方法として、特許文献１が開示されている。具体的には、地上に置いた１台のカメラで遠隔操縦無人飛行体の下部に固定された３点以上の基準点を撮影し、該３点の基準点の画像に基づき、遠隔操縦無人飛行体の空中における位置及び姿勢を特定する。そして、地上に電源部を置き、該電源部と有線で前記遠隔操縦無人飛行体を接続する。これにより、専門の操縦者を必要とすることなく、遠隔操縦無人飛行体を簡単に操縦することができる。また、長時間の飛行が可能となるとともに、誤操縦による制御不能状態に陥る可能性も減らすことができる発明が開示されている。
【０００５】
移動可能なプラットフォームは、モニタされてもよい、より広い地理的地域を提供するのに役立つ。移動可能なプラットフォームは、車両、ボート、制御室中のオペレータのような有人もしくは無人地上制御プラットフォームによって、または別の方法で制御されてもよい。モニタリングの結果として、静止画像及び／又はビデオ画像がイメージングデバイスによってセンシングされてもよい。特に、静止画像及び／又はビデオ画像のために、地上制御プラットフォームとイメージングデバイスとの間で受信機および送信機を用いて連続した一連の画像が地上制御プラットフォームに提供されてもよい。画像は、任意の適切な波長、例えば、赤外スペクトル、可視スペクトル、紫外スペクトル、及び／又はその他で取り込まれてもよい。
【０００６】
イメージングデバイスによって取り込まれる画像は、イメージングデバイスの視野内のシーンであってもよい。イメージングデバイスによって取り込まれる視野を広げるために、イメージングデバイスが異なる視野の画像を取り込むようにその方位を移動させてもよい。例えば、無人航空機に搭載されたイメージングデバイスが無人航空機のチルト及び／又はパンを調整することによって異なる視野に向けられてもよい。
【０００７】
遠隔ロケーションにいるオペレータは、地上制御プラットフォーム内の無線遠隔制御システムの使用によってイメージングデバイス及び／又はプラットフォームを操作してもよい。他のケースでは、地上制御プラットフォームが無線遠隔制御システムの使用によってイメージングデバイス及び／又はプラットフォームを操作してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１４／２０３５９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、固定構造物にカメラを設置し、無人航空機をナビゲートする場合、無人航空機が飛行可能なエリアが限定されてしまうという問題があった。また、飛行可能なエリアを広げる場合には、地上の制御プラットフォームが利用されるが、その場合オペレータが常に監視する必要があり、負担が大きかった。
【００１０】
また、遠隔操作をオペレータが行う場合でも、各種センサを無人航空機に搭載すると装置全体が重くなってしまう。これにより、無人航空機の操縦性に制約がかかり、それゆえに、適切な画像コンテンツを得るための無人航空機の有効性を制限する傾向があった。
【００１１】
上述した課題に鑑み、本発明は、利用者（操作者）の負担が軽くなるような無人航空機のナビゲーションを行うことが可能な自律移動制御システム等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明の自律移動制御システムは、
走行装置と、無線通信可能な無人航空機とを含み、当該無人航空機は移動する場合に自律移動制御を行う自律移動制御システムであって、
前記走行装置は、
前記無人航空機を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された無人航空機から、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定する決定手段と、
前記無人航空機の位置情報又は方位情報を制御信号として、前記無人航空機に送信する送信手段と、
を備え、
前記無人航空機は、
前記制御信号を前記走行装置から受信する受信手段と、
前記受信された制御信号に基づいて、無人航空機の自律移動制御を行う移動制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の走行装置は、
移動する場合に自律移動制御を行う無人航空機と通信可能な走行装置であって、
前記無人航空機を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された無人航空機から、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定する決定手段と、
前記無人航空機が自律移動制御に利用される位置情報又は方位情報を含む制御信号を前記無人航空機に送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の無人航空機は、
走行装置と接続可能であり、移動する場合に自律移動制御を行う無人航空機において、
前記走行装置によって撮像された前記無人航空機から、当該無人航空機の位置情報又は方位情報が決定され、当該位置情報又は方位情報を制御信号として受信する受信手段と、
前記受信された制御信号に基づいて、無人航空機の自律移動制御を行う移動制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の自律移動制御方法は、走行装置と、無線通信可能な無人航空機とを含み、当該無人航空機は移動する場合に自律移動制御を行う自律移動制御方法であって、
前記走行装置は、
前記無人航空機を撮像する撮像ステップと、
前記撮像手段により撮像された無人航空機から、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定する決定ステップと、
前記無人航空機の位置情報又は方位情報を制御信号として、前記無人航空機に送信する送信ステップと、
を有し、
前記無人航空機は、
前記制御信号を前記走行装置から受信する受信ステップと、
前記受信された制御信号に基づいて、無人航空機の自律移動制御を行う移動制御ステップと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の自律移動装置によれば、走行装置が無人航空機を撮像し、撮像された無人航空機から、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定し、無人航空機の位置情報又は方位情報を制御信号として、無人航空機に送信する。無人航空機は、受信された制御信号に基づいて、無人航空機の自律移動制御を行うことができる。これにより、必要に応じて走行装置が無人航空機の制御信号を処理することができ、無人航空機にセンサを備えていなくても、自律走行を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態における無人航空機の外観を説明するための図である。
【図２】本実施形態における無人航空機の機体本体のブロック図である。
【図３】本実施形態における無人航空機のためのフライト制御システムを示す。
【図４】本実施形態における走行装置および無人航空機を示す。
【図５】本実施形態における走行装置の機能構成を説明する図である。
【図６】別の実施形態における複数の走行装置および１つの無人航空機を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための一実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、無人航空機１００の外観を示した一例である。無人航空機（ＵＡＶ）１００を含んだプラットフォームは、各々が共通要素を有する多くの異なる構造を含んでもよく、搭乗した人間であるオペレータ（パイロット）を乗せていない。しばしば、無人航空機１００は、警備、監視、および航空撮影のような、退屈で、汚れる、危険なミッションに利用されている。典型的に、無人航空機１００は、人間であるオペレータを乗せず、一方では空気力を用いて航空機１００に揚力を与える動力付き航空機である。例えば、無人航空機１００は、１つ以上の回転羽根及び／又は１つ以上の翼を含んでもよい。
【００２０】
本実施形態の無人航空機は、無線通信可能であり、当該無人航空機は移動する場合に自律移動制御を行うことが可能である。また、基地局装置から遠隔操作を行っても良い。自律移動制御を行うために、基地局装置と制御信号を通信してもよい。基地局装置としては、走行装置に基地局装置の機能が搭載されても良いし、可搬型の装置であってもよい。基地局装置の機能が搭載される走行装置としては、自律走行装置であっても良いし、操縦可能な走行装置であってもよし。また、決められたルート、例えば、軌道上を移動する走行装置であってもよい。
【００２１】
つづいて、図２を参照して無人航空機の構成について説明する。無人航空機１００は、他のコンポーネントをその上で支持するための機体本体２００を含んでもよい。機体本体２００は、無人航空機１００が飛べるようにローテータ及び／又は翼を備えている。
【００２２】
機体本体２００の機能構成として、無人航空機１００を制御するために、１つ以上のコンピューティングデバイスをメモリと共にもつプロセッサとして制御部２１０を備えている。
【００２３】
さらに、機体本体２００は、１つ以上のセンサ（センサ群）から構成されるセンサ部２２０を有している。センサ部２２０に含まれるセンサとしては、例えば、画像取得センサ２２２、ロールセンサ２２４、ピッチセンサ２２６、ヨーセンサ（揺れセンサ）２２８、水平位置センサ２３０、横位置センサ２３２、緯度センサ２３４、経度センサ２３６、全地球測位（ＧＰＳ）センサ２３８、高さセンサ２４０、速さセンサ２４２、速度センサ２４４、湿度センサ２４６、加速度センサ２４８、温度センサ２５０、ジャイロスコープセンサ２５２、コンパスセンサ２５４、距離センサ２５６（例えば、レーダ、ソナー、ライダ）、気圧計センサ２５８等を有している。これらのセンサは１つ以上有しており、複数組み合わされてもよい。
【００２４】
センサ部２２０は、制御部２１０に各センサから取得した取得信号を提供し、制御部２１０から制御信号を受信する。また、センサ部２２０は、異なるセンサの間で取得信号を送受信してもよい。
【００２５】
また、機体本体２００は、１又は複数のアクチュエータ２６０を有している。アクチュエータ２６０は、制御部２１０、センサ部２２０のうちの１つ以上及び／又は他のアクチュエータのうちの１つ以上から各種信号を受信する。
【００２６】
アクチュエータ２６０は、モータ、エンジン、プロペラ、サーボモータ、武器、ペイロード・アクチュエータ、照明、スピーカ、補助翼、方向舵、フラップなどに制御（駆動力）を提供する。このように、機体本体２００の異なるデバイスが制御されることとなる。
【００２７】
通信部２７０は、地上制御プラットフォームからの無線による制御信号を受信したり、地上制御プラットフォームへの各種信号を無線により提供したりするために用いられる機能部である。
【００２８】
また、機体本体２００のすべての構成部へ電力を提供するためにエネルギー供給部２８０が設けられている。なお、機体本体２００のセンサ部２２０は、機体本体２００に重量を加えることになる。それによって、操縦性を低下させることになったり、デバイスの複雑さを増すとともに、センサ及び／又はアクチュエータのうちの１つ以上が機能しない結果として故障の尤度を高めることになったりする傾向がある。
【００２９】
つづいて、図３を参照して、無人航空機のフライト制御について説明する。なお、無人航空機の位置に影響を及ぼすための制御のような、システムの状態を変化させるための開ループ及び／又はセンサを用い、動的なシステムの状態を測定し、無人航空機の位置に影響を及ぼすフィードバックを伴う閉ループを含む、制御を行う。
【００３０】
また、無人航空機の制御ソフトウェアは、制御部２１０と結合されたメモリ内に主として保持された、ファームウェア・ソフトウェア、ミドルウェア・ソフトウェア、オペレーティングシステム・ソフトウェア及び／又は制御ソフトウェアとして提供されてもよい。
【００３１】
センサ部２２０からのデータに基づいて、所望のフライト制御部３１０を容易にして変更をもたらすために、アルゴリズム制御部３００が用いられてもよい。フライト制御部３１０は、例えば、特定のフライト経路、軌道発生および軌道規制を制御することができる。
【００３２】
これらの制御のために、高度及び位置の制御を行う位置制御部３２０と、垂直及び水平方向の速さの制御を行う速度制御部３３０と、ピッチ、ロール及びヨーの制御を行う姿勢制御部３４０を有している。なお、これらの制御部は必要に応じて構成を選択することが可能である。
【００３３】
ここで、ファームウェアならびにセンサ及び／又はアクチュエータに依存して、無人航空機は、異なる量の自律性（例えば、無人航空機がどのように動作すべきかのアルゴリズム）を有することができる。
【００３４】
（１）制御部２１０がその動作・操作に対する制御するための完全な自律性を有する。
（２）制御部２１０が、例えば管理者から取り消されない限り完全な自律性を有する。
（３）制御部２１０がその動作・操作を行うことを自ら管理者に提案したり、アドバイスしたりすることで、権限を与えられていれば、提案したアクションを実行する。
（４）制御部２１０が、その動作制御を行うという提案、アドバイスを行うことを管理者にたいして要請する。ここで、管理者が提案等が必要と指示した場合には、制御部２１０は提案を行う。
（５）管理者から提案、アドバイスが必要と要請がされて、制御部２１０は提案等を行う。
（６）制御部２１０は、自律性を何も有さない。
【００３５】
このように、無人航空機は、複数の自律性を切り替えることにより、自律飛行を行うことができる。
【００３６】
続いて、図４を参照して、動作について説明する。いくつかの環境では、航空無人機（ＵＡＶ）は、監視および他の活動にしばしば係わる地上機能を行うのに適した無人の地上で走行する車両と連携して運用される。例えば、一例として、無人で走行する走行装置を利用する場合について説明する。走行装置としては、自律走行車両のような装置であっても良いし、遠隔操作される走行車両のような装置であってもよい。また、移動する装置であればよいため、必ずしも車両には限定されない。
【００３７】
現場のすべての部分へのアクセスは、自然の障害物（平らでない地形、ウォータハザード、樹木など）によって制限されることがある。走行装置がアクセスしてもよいロケーションにおいてさえ、走行装置上のセンサの位置もしくはデータ収集を妨げる外部物体に起因して、走行装置がデータを収集するのに限られた能力を有することがある。データを収集する走行装置の能力を高めるために、一般に地上車又は走行装置と呼ばれる、無人地上制御プラットフォームが無人航空機へ通信を提供し、それから通信を受信する。航空無人機が走行装置に対するアクセサリとして機能してもよい。
【００３８】
このような仕方で、無人航空機が追加の機能性、例えば、地上車には観察することが困難な地域への視界の拡張を提供することによって走行装置のケイパビリティ（能力・可能性）を拡張する。前述のように、無人航空機は、従来から、位置情報（例えば、ｘ、ｙ、または緯度、経度）を提供する複数のセンサと方位情報（例えば、ロール、ピッチ、ヨー）を提供する１つ以上のセンサとに依存する。これらの特定のセンサは、プロセッサが無人航空機の姿勢を決定し、結果としてその姿勢推定をリアルタイムで提供することを可能にして、無人航空機のナビゲーションを容易にする。しかしながら、無人航空機上のこれらのセンサは、プロセッサに係わる計算複雑度、および経費に加えて、かなりの重量を追加することとなる。
【００３９】
図４に示されるように、自律の無人航空機に自律ナビゲーション能力を提供するために走行装置１０００によって提供されたセンサが利用されることである。より具体的には、走行装置１０００がそのセンサを用いて無人航空機に係わる位置情報及び／又は移動に基づく情報を収集してもよく、かかるセンサは、図４では走行装置とともに設けられたカメラ１１００によって構成される。
【００４０】
無人航空機に関わる位置情報としては、走行装置との相対的な位置・距離としてのオフセット位置や、無人航空機の緯度及び経度情報、無人航空機のロール、ピッチ、ヨー等の情報である。これらの情報を１又は複数組み合わせて位置情報とされる。
【００４１】
走行装置は、そのセンサからのデータを処理して無人航空機に係わる移動に基づく情報と共に無人航空機に係わる姿勢推定を決定する。姿勢推定及び／又は動き推定に基づいて、走行装置は、動き制御データを無線で無人航空機に提供することができる。動き制御データは、例えば、補助翼情報（例えば、ロール）、昇降舵情報（例えば、ピッチ）、方向舵情報（例えば、ヨー）およびスロットル情報（例えば、速さ）を含んでもよい。
【００４２】
走行装置及び無人航空機は、例えば、双方向性の、無線通信プロトコルを介して、互いに通信可能に接続可能となっている。任意のウェイポイントにおいて、無人航空機（単数又は複数）が発進し、走行装置の近傍の所望のロケーションまで飛んで様々なタスクを行うように、無人航空機に命令するように走行装置がプログラムされるか、または指示されてもよい。視覚的又は他のタイプのデータをストリーミング及び／又は収集するためのカメラ及び／又は他のイメージングデバイスが無人航空機に装備されてもよい。無人航空機のアクションは、無線通信リンクを用いて無人航空機へコマンドを発し、それからコマンドを受信する走行装置によって制御される。
【００４３】
これにより、例えば、無人航空機は、ヨーセンサ、ピッチセンサ、ロールセンサ及び／又はスロットルセンサを含まなくてもよい。同様に、無人航空機は、他の前述のセンサのうちの１つ以上をさらに含まなくてもよい。いくつかのケースでは、走行装置がオペレータによって遠隔的に制御されてもよい。
【００４４】
走行装置が無人航空機の姿勢をより容易に推定できるように補助するために、無人航空機は、例えば、走行装置に対して、位置（ｘ、ｙ、ｚ）及び方位（ロール、ピッチ、ヨー）を決定するために用いられる１つ以上の視覚的マーカを含んでもよい。視覚的マーカのサイズ、スケール、相対的な位置及び／又は歪みが、無人航空機の位置及び／又は方位を決定することに利用される。これらのうち、少なくとも１つに基づいて、無人航空機の位置情報又は方位情報を決定することができる。
【００４５】
また、走行装置がそのミッションを開始する前に、そのミッションを行うために走行装置がナビゲートする必要がある地上ルートが最初に設定されてもよい。加えて、そのルートにおける様々なポイントでは、走行装置が停止して様々な追加のアクションを行うか、またはまだ動いている間にアクションを行う必要があり、これらは、一般にウェイポイント・アクションと呼ばれている。１つのかかるウェイポイント・アクションは、走行装置の内部又は上に置かれた無人航空機を伴ってもよい。ウェイポイント・アクションは、無人航空機が走行装置の周りの所望の高さおよびロケーションへ飛び上がることを伴ってもよい。
【００４６】
無人航空機は、例えば、走行装置のアクセスポイントを介してライブビデオをストリーミングしてもよいし、ビデオコンテンツをその内部メモリ上へ記録してもよいし、別の方法で画像コンテンツを得ることができる観察用イメージングデバイスを用いてもよい。
【００４７】
また、無人航空機のアクションが、一般にウェイポイント・アクションと呼ばれる、ウェイポイントで行われるアクションの一部であってもよい。ウェイポイントの終わりには、無人航空機が走行装置の降着面上に降りることになり、その時点で地上車がそのミッションを再開してその次のウェイポイントへ行くことになる。
【００４８】
上述したように、かかる位置および移動に基づく情報を決定するのに適したセンサが無人航空機には装備されなくてもよい。無人航空機の姿勢推定、ロケーション推定、方位推定は、走行装置上に置かれ、かかる情報を決定するために飛んでいる航空機の方へ上を向いたイメージングデバイスによって決定されることとしてもよい。
【００４９】
無人航空機は、走行装置上のイメージングシステムの視野内で無線航空機を検出するのを助ける、１つ以上の視覚的マーカを有してもよい。走行装置上のイメージングシステムの最大および制限視野が予め決定され、ウェイポイント・アクションの一部としてユーザによってリクエストされた、監視および観察用に無人航空機の所望の姿勢を指定するための「マップ」として用いられる。より具体的には、走行装置上のイメージングシステムが無人航空機上の視覚的マーカを追跡して、その位置（ｘ、ｙ、ｚ）および方位（ロール、ピッチ、ウェイ）を走行装置に対して決定してもよい。
【００５０】
さらに、無人航空機上のマーカは、検出されたときにそれらのサイズ、スケール、および歪みを変化させて、ロケーションおよび方位推定に係わるデータを提供するであろう。ウェイポイント・アクションの実行中には、システムが無人航空機へスロットル、補助翼、方向舵及び／又は上昇（例えば、スロットル）コマンドを送信することによって所望の姿勢を維持または選択しようとする。無人航空機は、かかるコマンドを受信して、それらを然るべきアクチュエータに適用する。
【００５１】
前述のように、無人航空機は、好ましくは、走行装置からのコマンドに基づいて走行装置から発進し、その上に降着する。無人航空機の位置および方位は、走行装置により無線接続を介してリアルタイムで命令される。このように、無人航空機の高さ、ロケーションおよび方位を維持するため、ならびにスロットル、方向舵、補助翼およびエレベータ制御を用いた自律ナビゲーションのためのアルゴリズムが走行装置によって提供される。
【００５２】
姿勢推定のような、推定の確からしい精度を決定することが好ましい。精度は、環境条件など１つ以上の要因に依存することがある。走行装置は、収集される追跡データならびに現在の動作条件に基づいて自らが決定する各姿勢推定に信頼水準を割り当ててもよい。
【００５３】
特に、信頼水準に到達するためのデータを提供する追加のセンサが走行装置に装備されてもよい。２つのかかるセンサは、風センサ及び／又は輝度センサであってもよい。例えば、風および暗い照明条件の存在は、正確な姿勢推定を提供する走行装置の能力を低下させかねない。ある一定の条件下で、走行装置は、無人航空機が飛ぶことが安全ではないと信頼水準に基づいて判断してもよい。
【００５４】
走行装置は、無人航空機から作り出した各姿勢推定を用いて信頼水準値を発生させてもよい。通常の環境下では、走行装置は、フライト・コマンドを無人航空機へ発する前にこの信頼性尺度の水準をチェックしている。アクティブ・フライト・ナビゲーション中に、信頼性が十分な時間にわたってある一定の閾値を下回れば、走行装置は、緊急降着を単独で開始するか、そうでない場合には飛ばないか、または別の方法で安全位置を達成するように無人航空機に対してコマンドを発してもよい。このような仕方で、走行装置が航空機を伴うウェイポイント・アクションを実行または完了することを控えてもよい。
【００５５】
安全性、信頼性および性能向上のための追加の低コスト・センサが無人航空機に装備されてもよい。１つのかかる実施形態では、そのおよその高度を測定する下の方を向いたソナーが無人航空機に装備されてもよい。これは、走行装置上のカメラによる視覚ベースの検出の障害の際に、高さを維持するために用いられることになる安全センサとなるであろう。無人航空機の方位（ロール、ピッチ、ヨー）を提供する慣性測定ユニットが無人航空機に装備されてもよい。これらおよび他のタイプのセンサは、イメージング検出システムの故障または無線地上車との通信リンクの喪失の際に、無人航空機が安全に降着することを許容する安全装置を提供してもよい。これは、さらに、信頼水準を高めてナビゲーション精度を向上させるために、走行装置上の姿勢推定システムと併せて用いられてもよい。
【００５６】
ここで、走行装置１０００の機能構成について、図５を参照して説明する。走行装置１０００は、制御部１１００と、撮像部１２００と、位置情報受信部１３００と、通信部１４００と、記憶部１５００と、推定部１６００とを備えて構成されている。
【００５７】
制御部１１００は、走行装置１０００の全体を制御するための機能部である。制御部１１００は、記憶部１５００に記憶されている各種プログラムを読み出して実行することにより各種機能を実現しており、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成されている。
【００５８】
撮像部１２００は、走行装置の上方を中心に撮影が出来るように設けられた撮像装置である。例えばＣＣＤを利用したデジタルカメラ等により構成されている。通常は、上方の広範囲が撮影可能な全天球型カメラを有するが、複数のカメラを設けてもよい。おもに、無人航空機１００に設けられた視覚的マーカを撮影し、認識することが可能である。
【００５９】
位置情報受信部１３００は、走行装置１０００の位置を受信・取得する為の機能部である。例えば、全球測位衛星システム（GNSS(Global Navigation Satellite System）である、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、準天頂衛星（ＱＺＳＳ）等が利用可能である。また、携帯基地局（無線基地局）や、記憶された位置情報を利用してもよい。
【００６０】
通信部１４００は、無人航空機１００と通信を行うための機能部である。例えば、無線システムや、ＬＴＥ等の通信回線を利用しても良い。
【００６１】
記憶部１５００は、走行装置１０００の動作に必要な各種プログラムや、各種データが記憶されている機能部である。記憶部１５００は、例えば、半導体メモリや、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等により構成されている。
【００６２】
推定部１６００は、無人航空機１００の制御に利用される信号を推定するための機能部である。例えば、撮影された視覚的マーカや、位置情報、走行装置１０００の走行情報（例えば、速度や、加速度等）を利用して、無人航空機１００の位置、方位、方角、速度、姿勢、高度といった情報を推定することができる。推定部１６００で推定された項目については、走行装置１０００に通信部１４００から送信される。したがって、この場合、無人航空機１００にセンサを設ける必要がなくなる。
【００６３】
具体的な動作としては、走行装置１０００は、撮像部１２００により、無人航空機１００に設けられた視覚的マーカを認識する。そして、認識された視覚的マーカの大きさ、向き、角度、歪み等から、推定部１６００により、必要な情報が推定される。そして、推定された情報は、制御情報として無人航空機１００に送信される。
【００６４】
図６を参照すると、別の実施形態は、通信可能に一緒に接続された複数の走行装置の使用を伴ってもよい。１つの走行装置１０００によって配備かつ制御された無人航空機１００が、オペレーションの途絶を生じることなく、近傍の別の走行装置２０００へハンドオフされてもよい。このシナリオでは、第１の走行装置１０００が、それが制御している無人航空機の参照ＧＰＳ座標を、第２の走行装置２０００に通知する。
【００６５】
走行装置２０００は指定されたロケーションへ自律的にドライブし、そのイメージングシステムを用いて無人航空機のロケーションを特定しようと試みる。走行装置２０００が無人航空機を一旦検出してそれを追跡し始めると、走行装置１０００に通知し、次には走行装置１０００が無人航空機にハンドオフを知らせて、制御を走行装置２０００に渡す。
【００６６】
代わりに、無人航空機にナビゲーション・センサが装備されていれば、報告されたロケーションへ走行装置２０００が走行する間、専らその位置を維持するように走行装置１０００が無人航空機に指示してもよい。走行装置２０００は、次に、追跡を一旦開始すると無人航空機とのコンタクトを確立する。
【００６７】
すなわち、走行装置は複数連携して動作してもよい。これにより、複数の走行装置（自律走行装置）が、異なるルートを走行している場合、無人航空機１００は異なる走行装置にハンドオーバして、より広範囲な領域を自律移動することが可能となる。
【００６８】
具体的には、走行装置１０００は、走行装置２０００に位置情報（例えば、ＧＰＳを利用して算出された位置（緯度・経度）情報）を走行装置２０００に通知する。走行装置２０００は、走行装置１０００の位置情報に基づいて進む。また、走行装置２０００は、走行装置１０００を検出することで、無人航空機の操縦を行う。
【００６９】
さらに別の実施形態では、無人航空機が非移動基地から配備かつ制御されてもよく、すなわち、走行装置が必要とされなくてもよい。この実施形態では、無人航空機を追跡するために固定カメラおよび無線通信を用いた１つ以上の移動可能かまたは静止した基地がセットアップされてもよい。
【００７０】
地上基地は、収集されたデータを１つ以上のノンコロケート処理エンティティ（例えば、管理サーバ）へ中継し、無人航空機のナビゲーションのためにコマンドを処理エンティティ（管理サーバ）から受信して、かかるコマンドを無人航空機へ中継してもよい。いくつかの実施形態において、自律無人航空機をセンシングするためのセンサは、静止した車または静止したプラットフォームに基づいてもよい。センサが垂直ポールのような静止したプラットフォームに取り付けられる場合には、センサが好ましくは上向きの方位に向けられる。
【００７１】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
【００７２】
また、上述した実施形態は、説明の都合上、それぞれ別に説明している部分があるが、技術的に可能な範囲で組み合わせて実行してもよいことは勿論である。例えば、第５実施形態の操作を、他の実施形態と組み合わせて実行してもよい。
【００７３】
このように、本明細書に記載した各実施形態は、矛盾の無い範囲で組み合わせて実行することができる。
【００７４】
また、実施形態において各装置で動作するプログラムは、上述した実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的に一時記憶装置（例えば、ＲＡＭ）に蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤ、ＳＳＤの記憶装置に格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。
【００７５】
また、市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれるのは勿論である。
【符号の説明】
【００７６】
１００  無人航空機
２００  機体本体
２１０  制御部
２２０  センサ部
２２２  画像取得センサ
２２４  ロールセンサ
２２６  ピッチセンサ
２２８  ヨーセンサ
２３０  水平位置センサ
２３２  横位置センサ
２３４  緯度センサ
２３６  経度センサ
２３８  全地球測位センサ
２４０  高さセンサ
２４２  速さセンサ
２４４  速度センサ
２４６  湿度センサ
２４８  加速度センサ
２５０  温度センサ
２５２  ジャイロスコープセンサ
２５４  コンパスセンサ
２５６  距離センサ
２５８  気圧計センサ
２６０  アクチュエータ
２７０  通信部
２８０  エネルギー供給部
３００  アルゴリズム制御部
３１０  フライト制御部
３２０  位置制御部
３３０  速度制御部
３４０  姿勢制御部
１０００  走行装置
１１００  制御部
１２００  撮像部
１３００  位置情報受信部
１４００  通信部
１５００  記憶部
１６００  推定部
１１００  カメラ
２０００  走行装置
【図１】
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【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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