(57)【要約】【課題】デジタルカメラユニット等の情報取得装置が撮影等の情報取得を行う場合に、情報取得装置を所定の位置に定置させる技術に関し、操作者が情報取得装置を搭載した本体装置を意図した空中に定置させることができるようにする。【解決手段】空中定置装置は、それがユーザから離れたことが検知されると、その離れた位置でホバリング状態になる（Ｓ６０１）。空中定置装置は、ホバリング状態で、例えば撮影が行われるように情報取得装置であるデジタルカメラユニットを制御する。例えば、空中定置装置は上下左右一定範囲で姿勢を変更させながら、デジタルカメラユニットが搭載する認識部で顔認識が行われるように制御する（Ｓ６０１〜Ｓ６０４）。また例えば、空中定置装置はデジタルカメラユニットが撮影する顔の集団がレンズの画角に入るように、レンズズームによる画角制御を行い、又はホバリングしながら被写体から一定距離遠ざかる（Ｓ６０５〜Ｓ６０８）。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報取得装置を搭載可能であって操作者が保持可能な本体部と飛行推進部とを備える空中定置装置であって、
前記本体部に搭載され、前記本体部が保持状態から非保持状態に変化し前記操作者から離れたことを検出する検出部と、
前記本体部に搭載され、前記検出部が前記本体部が前記操作者から離れたことを検出すると、該離れた位置付近に前記本体部が空中で定置するように前記飛行推進部を制御すると共に、前記定置の状態で情報を取得するように前記情報取得装置を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする空中定置装置。
【請求項２】
飛行を制御するフライトセンサ部を更に備え、
前記制御部は、前記検出部が前記本体部が前記操作者から離れたことを検出した時点において前記フライトセンサ部が検出する位置を記憶し、前記検出の時点以後逐次、前記フライトセンサ部が検出する現在の位置と前記記憶した位置との偏差を打ち消すフィードバック制御の操作量を算出し、当該算出した操作量に対応する推進力を前記飛行推進部に指示する、請求項１に記載の空中定置装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記フライトセンサ部から重力方向の加速度のみが検出された場合に、前記記憶した位置付近に前記本体部が前記空中で定置したと判定し、前記定置の状態で情報を取得するように前記情報取得装置を制御する、請求項２に記載の空中定置装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記本体部が前記空中に定置したと判定した後に、前記フライトセンサ部から前記重力方向以外の加速度が検出された場合に、前記本体部が前記空中で定置する状態を継続するように、前記重力方向以外の加速度を打ち消すフィードバック制御の操作量を算出し、当該操作量に対応する推進力を前記飛行推進部に指示する、請求項３に記載の空中定置装置。
【請求項５】
前記情報取得装置は画像を撮影するデジタルカメラユニットであり、
前記制御部は、前記本体部が前記空中に定置したことを検出すると、前記デジタルカメラユニットをセルフタイマ撮影モードで起動する、請求項１乃至４の何れかに記載の空中定置装置。
【請求項６】
前記デジタルカメラユニットは、撮影した画像内で一人以上の人を認識する認識部を更に備え、
前記制御部は、前記認識部が前記人を認識するように、前記飛行推進部の推力又は前記デジタルカメラユニットのレンズのズーム倍率を制御する、請求項５に記載の空中定置装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記人の集団が前記デジタルカメラユニットのレンズの画角内に入って前記認識部が前記人の集団を認識するように、前記飛行推進部の推力又は前記デジタルカメラユニットのレンズのズーム倍率を制御する、請求項６に記載の空中定置装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記定置の状態で前記検出部が人の接触を検知すると、前記飛行推進部の動作を停止させる、請求項１乃至７の何れかに記載の空中定置装置。
【請求項９】
情報取得装置を搭載可能であって操作者が保持可能な本体部と飛行推進部とを備える空中定置装置の制御方法であって、
前記本体部が保持状態から非保持状態に変化し前記操作者から離れたことを検出すると、その離れた位置付近に前記本体部が空中で定置するように前記飛行推進部を制御すると共に、前記定置の状態で情報を取得するように前記情報取得装置を制御する、
ことを特徴とする空中定置装置の制御方法。
【請求項１０】
情報取得装置を搭載可能であって操作者が保持可能な本体部と飛行推進部とを備える空中定置装置を制御するコンピュータに、
前記本体部が保持状態から非保持状態に変化し前記操作者から離れたことを検出すると、その離れた位置付近に前記本体部が空中で定置するように前記飛行推進部を制御すると共に、前記定置の状態で情報を取得するように前記情報取得装置を稼働させるステップを実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラユニット等の情報取得装置が撮影等の情報取得を行う場合に、情報取得装置を所定の位置に定置させる定置装置、その制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラや温度計、気圧計等の情報取得装置を特定の位置に固定する際、地面や壁面などが必要であり固定する場所に制限があった。三脚は、情報取得装置を地面に立てて固定する最も知られた定置装置であるが、定置の自由度が少ない。
【０００３】
一方、モータで駆動されるロータブレードによる駆動推進装置を搭載した、いわゆる「ドローン」又は「マルチコプター」と総称される小型無人飛行装置（以下「ドローン」と呼ぶ）にデジタルカメラを取り付け、この飛行装置及びデジタルカメラをセルフタイマ撮影や無線などによってリモート操作をすることで、手の届かない、より高い位置からの撮影を行える飛行装置が普及し始めている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４３２２７７号
【特許文献２】特開２０１３−１２９３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ドローン等の従来の飛行装置を用いればユーザが意図した位置から撮影することは可能である。しかし、ドローンは、リモートコントロールで制御するか、予めスマートフォン等で撮影位置や飛行軌跡を設定する必要がある。このため、ドローンは、操作の習熟には一定の時間・練習が必要であり、ドローンを意図した位置に定置させることは難しい。
【０００６】
そこで、本発明は、操作者が情報取得装置を搭載した本体装置を意図した空中に定置させることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
態様の一例は、情報取得装置と操作者が保持可能な本体部と飛行推進部とを備える空中定置装置であって、本体部に搭載され、本体部が保持状態から非保持状態に変化し操作者から離れたことを検出する検出部と、本体部に搭載され、検出部が本体部が操作者から離れたことを検出すると、離れた位置付近に本体部が空中で定置するように飛行推進部を制御すると共に、定置の状態で情報を取得するように情報取得装置を稼働させる制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作者が情報取得装置を搭載した本体装置を意図した空中に定置させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態による空中定置装置の構造例を示す横断面図である。
【図２】本実施形態による空中定置装置の構造例を示す上面図である。
【図３】本実施形態による空中定置装置のシステムの例を示すブロック図である。
【図４】コントローラがロータモータドライバ及びベーンモータドライバを制御する場合の基本的な制御機構を示すブロック図である。
【図５】コントローラの第１の制御処理例を示すフローチャートである。
【図６】撮影対象探索処理の詳細処理例を示すフローチャートである。
【図７】コントローラの第２の制御処理例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】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、ユーザ（操作者）が、デジタルカメラユニット等の情報取得装置とユーザが保持可能な本体部と飛行推進部とを備える空中定置装置を例えば手で支えながら、空中で定置させたい位置で手を離す。この結果、本体部がユーザによる保持状態から非保持状態に変化しユーザから離れたことが本体部に搭載される検出部によって検出されると、本体部に搭載されている制御部が、本体部がユーザから離れた位置付近に本体部が空中で定置するように飛行推進部を制御すると共に、その定置の状態で情報を取得するように情報取得装置を制御する。情報取得装置は例えば、画像を撮影するデジタルカメラユニットであり、制御部は、上記定置の状態で、デジタルカメラユニットをセルフタイマ撮影モードで起動する。更に例えば、デジタルカメラユニットは、撮影した画像内で一人以上の人を認識する認識部を備える。そして、制御部は、認識部が人の例えば顔を認識するように、飛行推進部の推力又はデジタルカメラユニットのレンズのズーム倍率を制御する。また、制御部は、人の集団がデジタルカメラユニットのレンズの画角内に入って認識部が人の集団の例えば各顔を認識するように、飛行推進部の推力又はデジタルカメラユニットのレンズのズーム倍率を制御する。このように本実施形態では、ユーザが、任意の空中で保持していた本体部を離すことにより、空中定置装置を単に空中で定置させるだけでなく、例えばデジタルカメラユニットが撮影を行えるように、飛行推進部又は情報取得装置であるデジタルカメラユニットを制御することが可能となる。これにより、保持していた本体部を離した任意の空中位置で、搭載された情報取得装置による情報取得を可能とする、定置の自由度の高い空中定置装置が実現される。
【００１１】
図１及び図２はそれぞれ、本実施形態による空中定置装置１００の構造例を示す横断面図及び上面図である。図２（ａ）は図１の破線枠Ａの部分を空中定置装置１００の上方から下方を見た場合の上面図、図２（ｂ）は図１の破線枠Ｂの部分を空中定置装置１００の上方から下方を見た場合の上面図である。なお、破線枠Ａ及びＢは、説明のために付加した線である。
【００１２】
本体部である筒状のフレーム１０１は、上方（空側）と下方（地面側）にそれぞれ開口部を有する。上方の開口部内には、図１及び図２（ａ）に示されるように、バッテリ１０４と、バッテリ１０４により駆動されるロータモータ１０２と、ロータモータ１０２の回転軸が接続されロータモータ１０２によって回転させられるロータ１０３が設置される。ロータモータ１０２及びロータ１０３は、飛行推進部の一部である。
【００１３】
フレーム１０１の内部には、ステータ１０７の中央部から降ろされたロッド１０８と、図２（ｂ）に示されるように、フレーム１０１の４カ所に設置された＃１から＃４のベーンモータ１０６の各回転軸とで支持される＃１から＃４のベーン１０５が設置される。各ベーン１０５は、それぞれに接続されたベーンモータ１０６の回転軸の回転によってそれぞれの羽の角度が制御されることにより、ロータ１０３から送風されてきて各ベーン１０５間の４カ所の間隙を流れる空気の各流入量を制御する流入弁の役割を有する。＃１から＃４のベーン１０５とベーンモータ１０６の組は、飛行推進部の一部である。
【００１４】
図１に示されるように、ステータ１０７の中央から降ろされたロッドの最下部（ベーン１０５の下側）には、フライトセンサ１０９（フライトセンサ部）が設置される。フライトセンサ１０９は例えば、ジャイロセンサ（角速度センサ）、加速度センサ、地磁気センサ（方位センサ）、ＧＰＳ（全地球測位システム）センサ、気圧センサ、超音波センサ、レーザドップラセンサ、等を含む。
【００１５】
フレーム１０１の外側表面には、情報取得装置の一部であるデジタルカメラユニット１１０と、制御部である回路ボックス１１１が設置される。デジタルカメラユニット１１０は、画像を撮像する。回路ボックス１１１には、図１又は図２のロータモータ１０２、＃１から＃４のベーンモータ１０６、フライトセンサ１０９、デジタルカメラユニット１１０、及びバッテリ１０４を制御するための回路群が格納される。
【００１６】
図３は、図１の回路ボックス１１１内の回路とそれらの回路に接続される周辺装置からなるシステムの例を示すブロック図である。回路ボックス１１１内には、コントローラ３０１、ロータモータドライバ３０２、＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３、及びパワーセンサ３０４が格納される。
【００１７】
ロータモータドライバ３０２は、コントローラ３０１からの指示に基づいて図１のロータモータ１０２を駆動する。＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３はそれぞれ、コントローラ３０１からの指示に基づいて、図１又は図２（ｂ）の＃１から＃４のベーンモータ１０６を駆動する。
【００１８】
パワーセンサ３０４は、バッテリ１０４の電圧をモニタしながら、ロータモータドライバ３０２及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３に電力を供給する。なお、特には図示しないが、バッテリ１０４の電力の一部は、コントローラ３０１のほか、図１のフライトセンサ１０９及びデジタルカメラユニット１１０にも供給される。
【００１９】
コントローラ３０１は、フライトセンサ１０９から、空中定置装置１００の機体の位置及び姿勢に関する情報をリアルタイムで取得する。また、コントローラ３０１は、パワーセンサ３０６を介して、バッテリ１０４の電圧をモニタしながら、ロータモータドライバ３０２及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３にそれぞれ、パルス幅変調に基づくデューティ比による電力指示信号を送信する。これにより、ロータモータドライバ３０２はロータモータ１０２の回転速度を制御し、＃１から＃４のロータモータドライバ３０２はそれぞれ＃１から＃４のロータモータ１０２の回転角度を制御する。また、コントローラ３０１は、デジタルカメラユニット１１０（図１）による撮影動作を制御する。
【００２０】
次に、本実施形態において、コントローラ３０１がロータモータドライバ３０２及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３を制御する場合の、基本的な制御原理について説明する。本実施形態では、下記（１）式で示されるＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と呼ばれるフィードバック制御が用いられる。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
上記（１）式において、ｅ（ｔ）は、時刻ｔにおいて、後述するコントローラ３０１の制御処理で算出される目標値からフライトセンサ１０９より得られる現在の制御量を減算して得られる偏差である。また、ｕ（ｔ）は、時刻ｔにおいて、ロータモータドライバ３０２又は＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３に対して与えられるべき操作量である。
【００２３】
上記（１）式で示されるＰＩＤ制御は、上記偏差に関する比例動作、積分動作、及び微分動作を組み合わせたフィードバック制御方法である。即ち、（１）式の右辺第１項で、操作量を制御量と目標値の偏差ｅ（ｔ）の一次関数として操作量ｕ（ｔ）を制御する比例制御（Ｐ制御：Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が実行される。この第１項で乗算される係数Ｋp は比例ゲイン（Ｐゲイン）と呼ばれる。このＰ制御により、操作量ｕ（ｔ）が目標値と現在の制御量との偏差ｅ（ｔ）に比例した大きさで徐々に調節されることになり、操作量ｕ（ｔ）を目標値にきめ細かく近づけることが可能となる。
【００２４】
また、（１）式の右辺第２項で、上記偏差ｅ（ｔ）の時間積分に比例して操作量ｕ（ｔ）を制御する積分制御（Ｉ制御：Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が実行される。この第２項で乗算される係数Ｋi は、積分ゲイン（Ｉゲイン）と呼ばれる。上記Ｐ制御のみだと、現在の制御量が目標値に近づくと操作量ｕ（ｔ）が小さくなりすぎ、それ以上細かくは制御できない状態が発生し、目標値に極めて近い現在の制御量の状態で安定した状態になってしまう。この僅かな誤差は「残留偏差」と呼ばれる。そこで、Ｐ制御に上記Ｉ制御を加えたＰＩ制御により、残留偏差を時間的に累積し、或る大きさになった所で操作量ｕ（ｔ）を増加させて残留偏差を無くすように動作させることが可能となる。
【００２５】
更に、（１）式の右辺第３項で、上記偏差ｅ（ｔ）の微分に比例して操作量ｕ（ｔ）を制御する微分制御（Ｄ制御：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が実行される。この第３項で乗算される係数Ｋd は、微分ゲイン（Ｄゲイン）と呼ばれる。上記ＰＩ制御により現在の制御量を目標値に近づける制御が実現される。しかし、この制御には一定の時間（時定数）が必要となり、この時定数が大きいと外乱があった時の応答性能が悪くなり、すぐには元の目標値には戻せないという状態が発生する。そこで、ＰＩ制御に上記Ｄ制御を加えたＰＩＤ制御により、偏差ｅ（ｔ）に関して前回偏差との差、即ち微分値が大きい時には操作量を多くすることにより、急激に起きる外乱に対して機敏に反応するようなフィードバック制御が可能となる。
【００２６】
このように、操作量ｕ（ｔ）を偏差ｅ（ｔ）に関する比例項、積分項、及び微分項からなる３項の和として制御するＰＩＤ制御によって、ロータモータドライバ３０２及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３において、それぞれの制御量を目標値に滑らかに到達させることができ、精度が高く、かつ応答性能の良い制御が可能となる。
【００２７】
コントローラ３０１は、上述のＰＩＤ制御を、例えばプログラム制御により実現する。この場合、コントローラ３０１は、一定時間間隔の離散時刻毎に、フライトセンサ１０９から得られる制御量の離散値から算出される偏差を用いて、下記（２）式及び（３）式に従って、今回の離散時刻における操作量を算出する。そして、コントローラ３０１は、このＰＩＤ制御をベースとするフィードバック制御処理により算出された各操作量を、ロータモータドライバ３０２及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３に与えて、ロータモータ１０２及び＃１から＃４のベーンモータ１０６を駆動させる。
【００２８】
【数２】
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【００２９】
上記（２）式において、ｕ（ｎ）は今回の離散時刻ｎにおいて算出されるべき操作量、ｕ（ｎ−１）は前回の離散時刻ｎ−１において算出されている操作量、Δｕ（ｎ）は今回の離散時刻ｎにおいて算出されるべき操作量差分値である。また、この操作量差分値Δｕ（ｎ）を算出する演算を示す上記（３）式において、ｅ（ｎ）は目標値から今回の離散時刻ｎにおける制御量を減算して得られる今回の離散時刻ｎにおける偏差、ｅ（ｎ−１）は目標値から前回の離散時刻ｎ−１における制御量を減算して得られている前回の離散時刻ｎ−１における偏差、ｅ（ｎ−２）は目標値から前々回の離散時刻ｎ−２において得られている制御量を減算して得られる前々回の離散時刻ｎ−２における偏差である。
【００３０】
上記（３）式において、右辺第１項の比例制御の演算は、目標値から今回の離散時刻ｎにおける制御量を減算して得られる今回の離散時刻ｎにおける偏差ｅ（ｎ）から前回の離散時刻ｎ−１において算出されている偏差ｅ（ｎ−１）を減算して得られる結果にＰゲインＫp を乗算するという簡単な演算で算出できる。また、右辺第２項の積分制御の演算は、今回の離散時刻ｎにおける偏差ｅ（ｎ）にＩゲインＫi を乗算するという簡単な演算で算出できる。更に、右辺第３項の微分制御の演算は、今回の離散時刻ｎにおいて算出される偏差ｅ（ｎ）から前回の離散時刻ｎ−１において算出されている偏差ｅ（ｎ−１）を減算した結果から、前記の離散時刻ｎ−１において算出されている偏差ｅ（ｎ−１）から前々回の離散時刻ｎ−２において算出されている偏差ｅ（ｎ−２）を減算した結果を減算した結果にＤゲインＫd を乗算するという簡単な演算で算出できる。このようにして、コントローラ３０１は、目標値から今回の離散時刻ｎにおいてフライトセンサ１０９から得られる制御量を減算して得られる偏差ｅ（ｎ）と、前回及び前々回の各離散時刻ｎ−１及びｎ−２でそれぞれ算出されている偏差ｅ（ｎ−１）及びｅ（ｎ−２）と、予め算出されているＰゲインＫp 、ＩゲインＫi 、及びＤゲインＫd とを用いて、ＰＩＤ制御の離散時間演算を高速に実行することが可能となる。
【００３１】
図４は、コントローラ３０１がロータモータドライバ３０２及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３を制御する場合の、上述のＰＩＤ制御を用いた基本的な制御機構を示すブロック図である。
【００３２】
コントローラ３０１が後述する制御処理のアルゴリズム４０１において、空中定置装置１００の位置を変更する要求が発生した場合には、まず、アルゴリズム４０１に、フライトセンサ１０９中の例えばＧＰＳセンサ及び気圧センサから、現在の位置を示す現在位置４１１が入力される。現在位置４１１は、ＧＰＳセンサから得られる緯度データ、経度データ、及び気圧センサから得られる高度データとからなる。アルゴリズム４０１においては、変更要求後の位置と上記現在位置４１１とから、目標軌道４１０が決定される。目標軌道４１０は例えば、上記現在位置４１１から、ユーザが空中定置装置１００を手から離した位置までの飛行軌道である。又は、目標軌道４１０は例えば、空中定置装置１００が空中の一定位置に定置（以下この状態を「ホバリング」と呼ぶ）した状態で、撮影対象を探索するために地面に対して垂直な軸（ヨー軸）を中心に一定角度ずつ回転するときの回転元の位置から回転先の位置までの回転軌道である。更に、目標軌道４１０は例えば、空中定置装置１００のデジタルカメラユニット１１０が人の集団を認識したときに、認識された人の集団がデジタルカメラユニット１１０のレンズの画角内に入るように空中定置装置１００が被写体から一定距離遠ざかるときの元のホバリング位置から移動後のホバリング位置までの飛行軌道である。次に、アルゴリズム４０１は、目標軌道４１０に対応する目標位置４１２と目標高さ４１３を出力する。目標位置４１２は、緯度データ及び経度データとからなる。
【００３３】
アルゴリズム４０１から出力される目標位置４１２は、差分演算部４０５に入力する。差分演算部４０５には、また、現在位置４１１が入力する。この現在位置４１１は例えば、フライトセンサ１０９中のＧＰＳセンサから出力される緯度データと経度データ、又はフライトセンサ１０９中のジャイロセンサ（角速度センサ）の出力を累算しその累算結果をフライトセンサ１０９中の加速度センサの出力で補正したデータである。差分演算部４０５は、コントローラ３０１が制御プログラム中で目標位置４１２と現在位置４１１の差分を演算する処理を実行することにより実現される機能である。差分演算部４０５は、前述した離散時刻ｎ毎に、目標位置４１２と現在位置４１１との差分を演算することにより、位置偏差４１６を算出する。この離散時刻ｎ毎に算出される位置偏差４１６は、前述した（３）式における離散時刻ｎにおける偏差ｅ（ｎ）として、ＰＩＤ制御部４０２に入力する。ＰＩＤ制御部４０２は、コントローラ３０１が制御プログラム中で前述した（３）式及び（２）式のＰＩＤ制御演算を実行することにより実現される機能である。ＰＩＤ制御部４０２は、前述したように、離散時刻ｎにおいて差分演算部４０５で算出される位置偏差４１６である偏差ｅ（ｎ）と、前回及び前々回の各離散時刻ｎ−１及びｎ−２でそれぞれ算出されている位置偏差４１６である偏差ｅ（ｎ−１）及びｅ（ｎ−２）と、予め算出されているＰゲインＫp 、ＩゲインＫi 、及びＤゲインＫd と、前回の離散時刻ｎ−１において算出されている操作量ｕ（ｎ−１）とを用いて、前述した（３）式及び（２）式で示される演算を実行することで、今回の離散時刻ｎにおける操作量ｕ（ｎ）を算出する。コントローラ３０１は、ＰＩＤ制御部４０２で算出された操作量ｕ（ｎ）を算出し、更に、その操作量ｕ（ｎ）に対応する目標姿勢４１７を出力する。
【００３４】
上記出力される目標姿勢４１７は、差分演算部４０６に入力する。差分演算部４０６には、また、現在姿勢４１８が入力する。この現在姿勢４１８は例えば、フライトセンサ１０９中のジャイロセンサ（角速度センサ）の出力データである。差分演算部４０６は、コントローラ３０１が制御プログラム中で目標姿勢４１７と現在姿勢４１８の差分を演算する処理を実行することにより実現される機能である。差分演算部４０６は、前述した離散時刻ｎ毎に、目標姿勢４１７と現在姿勢４１８の差分を減算することにより、姿勢偏差４１９を算出する。この離散時刻ｎ毎に算出される姿勢偏差４１９は、前述した（３）式における離散時刻ｎにおける偏差ｅ（ｎ）として、ＰＩＤ制御部４０３に入力する。ＰＩＤ制御部４０３は、ＰＩＤ制御部４０２と同様の、コントローラ３０１が制御プログラム中で前述した（３）式及び（２）式のＰＩＤ制御演算を実行することにより実現される機能である。ＰＩＤ制御部４０３は、前述したように、離散時刻ｎにおいて差分演算部４０６で算出される姿勢偏差４１９である偏差ｅ（ｎ）と、前回及び前々回の各離散時刻ｎ−１及びｎ−２でそれぞれ算出されている姿勢偏差４１９である偏差ｅ（ｎ−１）及びｅ（ｎ−２）と、予め算出されているＰゲインＫp 、ＩゲインＫi 、及びＤゲインＫd と、前回の離散時刻ｎ−１において算出されている操作量ｕ（ｎ−１）とを用いて、前述した（３）式及び（２）式で示される演算を実行することで、今回の離散時刻ｎにおける操作量ｕ（ｎ）を算出する。コントローラ３０１は、ＰＩＤ制御部４０３で算出された操作量ｕ（ｎ）を、位置・姿勢操作量４２５として操作量変換部４２３に出力する。
【００３５】
操作量変換部４２３は、上記位置・姿勢操作量４２５に基づいて、＃１から＃４のベーンモータ１０６（図１、図２（ｂ）参照）を駆動するための＃１から＃４のベーンモータ回転角４２１を生成し、それぞれ＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３（図３参照）に出力する。
【００３６】
アルゴリズム４０１から出力される目標高さ４１３は、差分演算部４０７に入力する。差分演算部４０７には、また、現在高さ４１５が入力する。この現在高さ４１５は例えば、フライトセンサ１０９中の気圧センサ、超音波センサ、又はレーザドップラセンサの出力データである。差分演算部４０７は、コントローラ３０１が制御プログラム中で目標高さ４１３から現在高さ４１５を減算する処理を実行することにより実現される機能である。差分演算部４０７は、前述した離散時刻ｎ毎に、目標高さ４１３から現在高さ４１５を減算することにより、高さ偏差４２０を算出する。この離散時刻ｎ毎に算出される高さ偏差４２０は、前述した（３）式における離散時刻ｎにおける偏差ｅ（ｎ）として、ＰＩＤ制御部４０４に入力する。ＰＩＤ制御部４０４は、ＰＩＤ制御部４０２等と同様の、コントローラ３０１が制御プログラム中で前述した（３）式及び（２）式のＰＩＤ制御演算を実行することにより実現される機能である。ＰＩＤ制御部４０４は、前述のように、離散時刻ｎにおいて差分演算部４０７で算出される高さ偏差４２０である偏差ｅ（ｎ）と、前回及び前々回の各離散時刻ｎ−１及びｎ−２でそれぞれ算出されている高さ偏差４２０である偏差ｅ（ｎ−１）及びｅ（ｎ−２）と、予め算出されているＰゲインＫp 、ＩゲインＫi 、及びＤゲインＫd と、前回の離散時刻ｎ−１において算出されている操作量ｕ（ｎ−１）とを用いて、前述した（３）式及び（２）式で示される演算を実行することで、今回の離散時刻ｎにおける操作量ｕ（ｎ）を算出する。コントローラ３０１は、ＰＩＤ制御部４０４で算出された操作量ｕ（ｎ）を、高さ操作量４２６として操作量変換部４２４に出力する。操作量変換部４２４は、ＰＩＤ制御部４０４から入力する高さ操作量４２６に基づき、ロータモータ１０２（図１参照）を駆動するためのロータモータ回転数４２２を生成し、ロータモータドライバ３０２（図３参照）に出力する。
【００３７】
アルゴリズム４０１において更に目標軌道４１０の変更が必要ならば、上述と同様のＰＩＤ制御をベースとするフィードバック制御処理が繰り返し実行される。
【００３８】
図５は、図３のコントローラ３０１の第１の制御処理例を示すフローチャートである。この処理は、コントローラ３０１が内蔵するＣＰＵが、同じく内蔵する特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する処理として実現することができる。
【００３９】
コントローラ３０１はまず、空中定置装置１００のフレーム１０１がユーザの例えば手から離れた（投げられた）か否かを監視する（図５のステップＳ５０１の判定がＮＯの繰返し）。この処理は、検出部としての機能を備え、この判定動作は、例えば以下のような方法により検知することができる。
・フライトセンサ１０９中の加速度センサが検知する重力加速度の急激な低下
・フライトセンサ１０９中の下向きに取り付けられた超音波センサもしくはレーザドップラセンサにより算出される地面までの距離の急激な減少
・フレーム１０１に貼付されたタッチセンサやボタンスイッチ等からユーザの手が離れる動作
【００４０】
ステップＳ５０１の判定がＹＥＳになると、コントローラ３０１は、フレーム１０１が手等から離れたときの位置を内部のメモリに記憶する（図５のステップＳ５０２）。コントローラ３０１は例えば、フライトセンサ１０９中のＧＰＳセンサが検出する緯度データ及び経度データと、フライトセンサ１０９中の気圧センサが検出する高度データとを、上記位置の情報として記憶する。
【００４１】
続いて、コントローラ３０１は、フライトセンサ１０９の出力に基づいて、飛行できる姿勢になったと判定するまで、飛行可能なようにする姿勢制御の動作を繰り返し実行する（図５のステップＳ５０３→Ｓ５０４の判定がＮＯ→Ｓ５０３の繰返し）。コントローラ３０１は、１つの飛行可能な姿勢の位置を目標位置４１２に設定して、図４で説明したフィードバック制御処理を実行する。なお、この段階では、コントローラ３０１は、姿勢制御のみを実行するため、ロータモータ１０２は駆動させない。
【００４２】
ステップＳ５０４の判定がＹＥＳになると、コントローラ３０１は、図４の目標高さ４１３の出力を開始することにより、ＰＩＤ制御部４０４からロータモータドライバ３０２にロータモータ回転数４２２が出力されるようにして、ロータモータ１０２の駆動を開始させる（ステップＳ５０５）。
【００４３】
次に、コントローラ３０１は、ステップＳ５０２で記憶した位置を目標位置４１２及び目標高さ４１３に設定して、図４のフィードバック制御処理を実行する（ステップＳ５０６）。
【００４４】
コントローラ３０１は、ステップＳ５０７における図４のフィードバック制御処理の結果、フライトセンサ１０９中のＧＰＳセンサ及び気圧センサから出力される現在位置４１１及び現在高さ４１５が目標位置４１２及び目標高さ４１３にそれぞれ一定の誤差範囲内で到達したか否かを判定する（ステップＳ５０７）。
【００４５】
コントローラ３０１は、ステップＳ５０７の判定がＮＯならば、ステップＳ５０６に戻って、図４のフィードバック制御処理を続行する。上記ステップＳ５０６とＳ５０７の処理の繰返しの結果、図４で説明したＰＩＤ制御に基づくフィードバック制御処理として、順次更新される現在位置４１１及び現在高さ４１５が、フレーム１０１が手等から離れたときの位置である目標位置４１２及び目標高さ４１３に近づくような制御が実施されることにより、ユーザの手から離れた位置付近で空中定置装置１００がホバリングするように、飛行推進部であるロータモータドライバ３０２及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３が制御されることになる。ここで、図４の現在位置４１１としては、フライトセンサ１０９中の加速度センサの３軸方向の加速度の値も加味してよい。従って、例えば空中定置装置１００に風等の外乱の影響により重力方向以外の方向の加速度が加わって空中定置装置１００がユーザの手から離れた位置からずれようとしたときには、空中定置装置１００がホバリングを継続できるように、ＰＩＤ制御部４０２は飛行推進部であるロータモータドライバ３０２及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３に対してその加速度を打ち消すための推進力を発揮させるような制御を行うことができる。最終的にホバリング状態に達したか否かは、空中定置装置１００が地面に対して水平な方向に移動しなくなり、例えばフライトセンサ１０９中の加速度センサの３軸方向の加速度の値のうち重力方向の加速度の値のみが検出されるようになったタイミングとして判定することができる。
【００４６】
コントローラ３０１は、ステップＳ５０７の判定がＹＥＳになると、撮影対象探索処理を実行する（ステップＳ５０８）。この処理の詳細については、図６のフローチャートを用いて後述する。
【００４７】
コントローラ３０１は、ステップＳ５０８の撮影対象探索処理により、撮影対象が見つかると、デジタルカメラユニット１１０にシャッタ信号を送って、例えばセルフタイマー撮影モードにより、信号を送ってから１０秒程度の後に、被写体を撮影させる（ステップＳ５０９）。
【００４８】
指定された撮影が終了した後、コントローラ３０１は、ユーザがホバリング中の空中定置装置１００を回収したか否かを監視する（ステップＳ５１０の判定の繰返し）。この監視処理は、コントローラ３０１が、例えばフライトセンサ１０９中の加速度センサの重力方向の加速度値がほぼゼロになったか否かを判定する処理である。
【００４９】
ステップＳ５１０の判定がＹＥＳになると、コントローラ３０１は、ロータモータドライバ３０２によるロータモータ１０２の駆動及び＃１から＃４のベーンモータドライバ３０３による＃１から＃４のベーンモータ１０６の駆動を停止する（ステップＳ５１１）。その後、コントローラ３０１は、図５のフローチャートで例示される全ての制御処理を終了する。
【００５０】
図６は、図５のステップＳ５０８の撮影対象探索処理の詳細例を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、コントローラ３０１は、図５のステップＳ５０７で到達した位置を目標位置４１２及び目標高さ４１３として設定し、その後に順次更新される現在位置４１１及び現在高さ４１５に対して、図４のフィードバック制御処理を実行することにより、空中定置装置１００を上記位置でホバリングさせる（ステップＳ６０１）。
【００５２】
次に、コントローラ３０１は、デジタルカメラユニット１１０に対して、顔認識処理を実行させる（ステップＳ６０２）。これにより、デジタルカメラユニット１１０は、撮影した画像内で一人以上の人を認識する認識部として動作する。
【００５３】
続いて、コントローラ３０１は、デジタルカメラユニット１１０が人の顔を見つけたか否かを判定する（ステップＳ６０３）。
【００５４】
コントローラ３０１は、ステップＳ６０３の判定がＮＯならば、上下左右一定範囲で姿勢を変更しながら、それぞれの姿勢の位置を目標位置４１２に設定して、図４で説明したフィードバック制御処理を実行する（ステップＳ６０４）。なお、コントローラ３０１は、姿勢制御のみを実行するため、目標高さ４１３は出力せず、ロータモータ１０２は駆動させない。
【００５５】
コントローラ３０１は、ステップＳ６０４の実行の結果、空中定置装置１００が各姿勢の位置になると、再びホバリング状態になり（ステップＳ６０４→Ｓ６０１）、デジタルカメラユニット１１０に対して顔認識処理を実行させ（ステップＳ６０２）、デジタルカメラユニット１１０が人の顔を見つけたか否かを判定する（ステップＳ６０３）を実行する。
【００５６】
ステップＳ６０１→Ｓ６０２→Ｓ６０３→Ｓ６０４→Ｓ６０１の繰返し処理の結果、人の顔が見つかってステップＳ６０３の判定がＹＥＳになると、コントローラ３０１は、ステップＳ６０２でデジタルカメラユニット１１０が見つけた顔は集団（２つ以上）であるか否かを判定する（ステップＳ６０５）。
【００５７】
顔が集団ではない（ステップＳ６０５の判定がＮＯである）場合には、コントローラ３０１は、図６のフローチャートで示される図５のステップＳ５０８の撮影対象探索処理を終了し、図５のステップＳ５０９で、デジタルカメラユニット１１０に対して、図６のステップＳ６０２で見つかった一人の顔を中心とする撮影を実行させる。
【００５８】
顔が集団（ステップＳ６０５の判定がＹＥＳ）の場合には、コントローラ３０１は、ステップＳ６０２で見つかった顔の集団がレンズの画角に入るように、デジタルカメラユニット１１０のレンズをズームさせる画角制御を実行する（ステップＳ６０６）。
【００５９】
次に、コントローラ３０１は、デジタルカメラユニット１１０が捉えている顔の集団がデジタルカメラユニット１１０のレンズの画角からはみ出しているか否かを判定する（ステップＳ６０７）。
【００６０】
ステップＳ６０７の判定がＹＥＳならば、コントローラ３０１は、被写体から一定距離遠ざかった位置を目標位置４１２及び目標高さ４１３として、その後に順次更新される現在位置４１１および現在高さ４１５に対して、図４で説明したフィードバック制御処理を実行する（ステップＳ６０８）。
【００６１】
コントローラ３０１は、ステップＳ６０８の実行の結果、空中定置装置１００が一定距離遠ざかった位置に到達すると、その位置を新たな目標位置４１２及び目標高さ４１３として、その後に順次更新される現在位置４１１および現在高さ４１５に対して、図４のフィードバック制御処理を実行することにより、空中定置装置１００をその位置でホバリングさせる（ステップＳ６０９）。
【００６２】
コントローラ３０１は、ホバリング状態で再び、デジタルカメラユニット１１０が捉えている顔の集団がデジタルカメラユニット１１０のレンズの画角からはみ出しているか否かを判定する（ステップＳ６０９→Ｓ６０７）。
【００６３】
ステップＳ６０７→Ｓ６０８→Ｓ６０９→Ｓ６０７の繰返し処理の結果、ステップＳ６０７の判定がＮＯになると、コントローラ３０１は、図６のフローチャートで示される図５のステップＳ５０８の撮影対象探索処理を終了し、図５のステップＳ５０９で、デジタルカメラユニット１１０に対して、図６のステップＳ６０２で見つかった顔の集団に対する撮影を実行させる。
【００６４】
以上説明したコントローラ３０１による第１の制御処理により、空中定置装置１００はユーザが手を離した位置でホバリングしながら撮影を行うことができる。このため、「好きな位置(空間)に置く」という直感的な動作によって、三脚に類するデバイスをユーザの意図通りに定位させることが可能となる。また、空中定置装置１００は、被写体の顔の一人又は集団を自動的に探しながら、自身の向きや被写体からの距離、及びデジタルカメラユニットのレンズのズーム等を自動的に調整しながら、撮影を行うことができる。このため、ユーザは、自由度の高い位置にデジタルカメラユニットを定置させて撮影を行うことが可能となる。
【００６５】
図７は、図３のコントローラ３０１の第２の制御処理例を示すフローチャートである。この処理は、図５の第１の制御処理例の場合と同様に、コントローラ３０１が内蔵するＣＰＵが、同じく内蔵する特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する処理として実現することができる。図７の第２の制御処理例が図５の第１の制御処理例と異なる点は、ステップＳ７０１とＳ７０２の処理である。
【００６６】
コントローラ３０１はまず、ユーザが特には図示しないスイッチ等を操作することにより予備動作開始トリガがＯＮ（オン）になるまで待機する（ステップＳ７０１）。
【００６７】
予備動作開始トリガがＯＮ(ステップＳ７０１の判定がＹＥＳ)になると、コントローラ３０１は、予備動作を開始する（ステップＳ７０２）。ここでは、コントローラ３０１は、フライトセンサ１０９中の加速度センサの値を監視しながら、ロータモータ１０２がロータ１０３を回転させることによる推力が重力加速度よりも少し小さくなるように、ロータモータドライバ３０２を介してロータモータ１０２を駆動させる。
【００６８】
ステップＳ７０２以降のコントローラ３０１によるステップＳ５０１からＳ５１２までの一連の制御処理は、図５の第１の制御処理例におけるステップＳ５０１からＳ５１２までの一連の制御処理と同様である。
【００６９】
以上の第２の制御処理例により、空中定置装置１００の飛行の予備動作として、ユーザの手から離れない程度の回転数でロータモータ１０２の駆動を開始し、その後、フレーム１０１がユーザの手から離れたことを検知したときにロータモータ１０２の回転数をホバリングに必要な回転数に上げることで、手から離れてからホバリングするまでの落下距離および空中で定位するまでの時間を短縮することが可能となる。
【００７０】
以上説明した実施形態は、情報取得装置がデジタルカメラユニットである場合の例について説明したが、情報取得装置はそのほか、例えば温度分布や大気成分の分布を収集するセンサによって構成される測定装置をはじめとする、各種センサ装置類であってもよい。
【００７１】
上述の実施形態では、情報取得装置であるデジタルカメラユニット１１０は、空中定置装置１００に固定的に設置されているが、このような情報取得装置は、脱着可能な形式で空中定置装置に搭載されてもよい。この場合、情報取得装置と空中定置装置の接続部に重量を検知するためのセンサを設置し、取り付けられた機器の重量によってロータモータの駆動時の回転数等を調整してもよい。
【００７２】
上述の実施形態は、ロータモータ１０２を１つ搭載し、ベーンモータ１０６を＃１から＃４の４個搭載した、いわゆるダクテッドファン型の装置であるが、このほか、ロータモータ１０２を複数（４個又は６個等）搭載したマルチコプター型の装置であってもよい。或いは、空気圧やエンジン出力により推進される機構により飛行推進部が実現されてもよい。
【００７３】
上述の実施形態において、空中定置装置１００に搭載されるデジタルカメラユニット１１０は、撮影のタイミングをＬＥＤ（半導体発光ダイオード）や液晶等を用いて明示するようにしてもよい。
【００７４】
空中定置装置１００がデジタルカメラユニット１１０によって撮影する画像は、静止画に限らず、動画でもよい。その場合の動画の撮影時間も任意である。
【００７５】
空中定置装置１００が一度のホバリングで撮影する静止画や動画の枚数は任意である。
【００７６】
空中定置装置１００は、例えばユーザが保持する端末と通信を行い、撮影の映像を送り、映像を見ながら制御を行って撮影できてもよい。
【００７７】
空中定置装置１００による撮影の撮影位置、撮影方向、撮影タイミングなどは、例えばユーザが保持する端末等から無線操作できてもよい。
【００７８】
以上の実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
情報取得装置を搭載可能であって操作者が保持可能な本体部と飛行推進部とを備える空中定置装置であって、
前記本体部に搭載され、前記本体部が前記操作者から離れたことを検出する検出部と、
前記本体部に搭載され、前記検出部が前記本体部が前記操作者から離れたことを検出すると、該離れた位置付近に前記本体部が空中で定置するように前記飛行推進部を制御すると共に、前記定置の状態で情報を取得するように前記情報取得装置を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする空中定置装置。
（付記２）
飛行を制御するフライトセンサ部を更に備え、
前記制御部は、前記検出部が前記本体部が前記操作者から離れたことを検出した時点において前記フライトセンサ部が検出する位置を記憶し、前記検出の時点以後逐次、前記フライトセンサ部が検出する現在の位置と前記記憶した位置との偏差を打ち消すフィードバック制御の操作量を算出し、当該算出した操作量に対応する推進力を前記飛行推進部に指示する、付記１に記載の空中定置装置。
（付記３）
前記制御部は、前記フライトセンサ部から重力方向の加速度のみが検出された場合に、前記記憶した位置付近に前記本体部が前記空中で定置したと判定し、前記定置の状態で情報を取得するように前記情報取得装置を制御する、付記２に記載の空中定置装置。
（付記４）
前記制御部は、前記本体部が前記空中に定置したと判定した後に、前記フライトセンサ部から前記重力方向以外の加速度が検出された場合に、前記本体部が前記空中で定置する状態を継続するように、前記重力方向以外の加速度を打ち消すフィードバック制御の操作量を算出し、当該操作量に対応する推進力を前記飛行推進部に指示する、付記３に記載の空中定置装置。
（付記５）
前記情報取得装置は画像を撮影するデジタルカメラユニットであり、
前記制御部は、前記検出部が前記本体部が前記操作者から離れたことを検出すると、前記デジタルカメラユニットをセルフタイマ撮影モードで起動する、付記１乃至４の何れかに記載の空中定置装置。
（付記６）
前記デジタルカメラユニットは、撮影した画像内で一人以上の人を認識する認識部を更に備え、
前記制御部は、前記認識部が前記人を認識するように、前記飛行推進部の推力又は前記デジタルカメラユニットのレンズのズーム倍率を制御する、付記５に記載の空中定置装置。
（付記７）
前記制御部は、前記人の集団が前記デジタルカメラユニットのレンズの画角内に入って前記認識部が前記人の集団を認識するように、前記飛行推進部の推力又は前記デジタルカメラユニットのレンズのズーム倍率を制御する、付記６に記載の空中定置装置。
（付記８）
前記制御部は、前記定置の状態で前記検出部が人の接触を検知すると、前記飛行推進部の動作を停止させる、付記１乃至７の何れかに記載の空中定置装置。
（付記９）
情報取得装置を搭載可能であって操作者が保持可能な本体部と飛行推進部とを備える空中定置装置の制御方法であって、
前記本体部が前記操作者から離れたことを検出すると、前記離れた位置付近に前記本体部が空中で定置するように前記飛行推進部を制御すると共に、前記定置の状態で情報を取得するように前記情報取得装置を制御する、
ことを特徴とする空中定置装置の制御方法。
（付記１０）
情報取得装置を搭載可能であって操作者が保持可能な本体部と飛行推進部とを備える空中定置装置を制御するコンピュータに、
前記本体部が前記操作者から離れたことを検出すると、前記離れた位置付近に前記本体部が空中で定置するように前記飛行推進部を制御すると共に、前記定置の状態で情報を取得するように前記情報取得装置を稼働させるステップを実行させるためのプログラム。
【符号の説明】
【００７９】
１００  空中定置装置
１０１  フレーム
１０２  ロータモータ
１０３  ロータ
１０４  バッテリ
１０５  ベーン
１０６  ベーンモータ
１０７  ステータ
１０８  ロッド
１０９  フライトセンサ
１１０  デジタルカメラユニット
１１１  回路ボックス
３０１  コントローラ
３０２  ロータモータドライバ
３０３  ベーンモータドライバ
３０４  パワーセンサ
４０１  アルゴリズム
４０２、４０３、４０４  ＰＩＤ制御部
４０５、４０６、４０７  差分演算部
４１０  目標軌道
４１１  現在位置
４１２  目標位置
４１３  目標高さ
４１５  現在高さ
４１６  位置偏差
４１７  目標姿勢
４１８  現在姿勢
４１９  姿勢偏差
４２０  高さ偏差
４２１  ベーンモータ回転角
４２２  ロータモータ回転数
４２３、４２４  操作量変換部
４２５  位置・姿勢操作量
４２６  高さ操作量
【図１】
2019114007.tif 000005
【図２】
2019114007.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019114007.tif 000009
【図６】
2019114007.tif 000010
【図７】
2019114007.tif 000011