(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ手段を駆動制御することにより飛行姿勢制御を行う制御手段を備えたドローンであって、
前記ドローンには、他のドローンに一端が接続されることにより、前記ドローンから前記他のドローンへと吊り渡された状態となる所定の長さの有線ケーブルの他端が接続されており、
前記ドローンは、前記ドローンが現実に飛行する３次元の飛行空間において予め規定される各座標軸と、前記他端が接続された前記有線ケーブルとのなす角を検出する角度検出手段を有し、
前記制御手段は、
前記ドローンから前記他のドローンまでの既設の距離および既設の方角に基づいて予め算出される外力であって、前記ドローンおよび前記他のドローンの飛行姿勢が安定した場合に前記有線ケーブルの吊り渡しにより前記ドローンに対して生じ得る理論上の外力Ｆfixedと、
前記角度検出手段により検出された前記なす角に基づいて算出される、前記有線ケーブルの吊り渡しにより前記ドローンに対して生じる現実の外力ｃ（ｔ）と
の誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により制御量ｕ（ｔ）を算出し、
算出された前記制御量ｕ（ｔ）に基づいて、前記モータ手段を駆動制御すること
を特徴とするドローン。
【請求項２】
前記理論上の外力Ｆfixedの算出に関して、
前記ドローンから既設の距離ｄだけ離れたｘ軸方向の位置に他のドローンが位置するものとし、前記ドローンの質量をＭ、前記有線ケーブルの質量をｍ、重力加速度をｇ、前記有線ケーブルの長さをｌとして、前記ドローンにおけるｘ軸と前記有線ケーブルとのなす角をθ１とすると、
ｃｏｓθ１は、
【数１】
0006602614.tif 000070
ｓｉｎθ１は、
【数２】
0006602614.tif 000071
により算出され
前記理論上の外力Ｆfixedは、ｘ軸方向の理論上の外力Ｆ１ｘと、前記ｘ軸に垂直なｚ軸方向の理論上の外力Ｆ１ｚとにより算出されて、
前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆ１ｘは、
【数３】
0006602614.tif 000072
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆ１ｚは、
【数４】
0006602614.tif 000073
により算出されること
を特徴とする請求項１に記載のドローン。
【請求項３】
地上に配置される電力供給手段より延設される給電ケーブルが前記ドローンに接続されて、前記電力供給手段より供給される電力により前記モータ手段の駆動動作が行われると共に、
前記給電ケーブルを介して供給された電力は、前記有線ケーブルを介して前記他のドローンに供給されること
を特徴とする請求項１に記載のドローン。
【請求項４】
前記理論上の外力Ｆfixedの算出に関して、
前記ドローンから既設の距離ｄだけ離れたｘ軸方向の位置に他のドローンが位置するものとし、前記ドローンの高さをｈ、前記ドローンの質量をＭ、前記有線ケーブルの質量をｍ、前記給電ケーブルの質量をｍ２、重力加速度をｇ、前記有線ケーブルの長さをｌ、前記給電ケーブルの長さをＬとして、前記ドローンにおいてｘ軸と前記有線ケーブルとのなす角をθ２とすると、
ｃｏｓθ２は、
【数５】
0006602614.tif 000074
ｓｉｎθ２は、
【数６】
0006602614.tif 000075
により算出され
前記ｘ軸に垂直なｚ軸と前記給電ケーブルとのなす角をθ３とすると、
ｃｏｓθ３は、
【数７】
0006602614.tif 000076
ｓｉｎθ３は、
【数８】
0006602614.tif 000077
により算出され、
前記理論上の外力Ｆfixedは、前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆ２ｘ（θ２,θ３）と、前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆ２ｚ（θ３）とにより算出されて、
前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆ２ｘ（θ２,θ３）は、
【数９】
0006602614.tif 000078
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆ２ｚ（θ３）は、
【数１０】
0006602614.tif 000079
により算出されること
を特徴とする請求項３に記載のドローン。
【請求項５】
前記理論上の外力Ｆfixedの算出に関して、
前記ドローンをドローンｉとし、前記他のドローンが｜Ｎ（ｉ）｜台存在してドローンｊ（但しｊ∈Ｎ（ｉ））で示されるものとして、前記ドローンｉの質量をＭｉ、前記ドローンｉから前記ドローンｊへ接続される有線ケーブルの質量をｍｉ，ｊ、重力加速度をｇとし、３次元の座標空間において前記ドローンｉに接続された有線ケーブルとｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角をθｘｉ,ｊ, θｙｉ,ｊ, θｚｉ,ｊとすると、
ドローンｉに課される前記理論上の外力Ｆfixedは、ｘ軸方向の理論上の外力Ｆｉｘ,totalと、ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉｙ,totalと、ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉｚ,totalとにより算出されて、
前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆｉｘ,totalは、
【数１１】
0006602614.tif 000080
前記ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉｙ,totalは、
【数１２】
0006602614.tif 000081
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉｚ,totalは、
【数１３】
0006602614.tif 000082
により算出されること
を特徴とする請求項１に記載のドローン。
【請求項６】
前記現実の外力ｃ（ｔ）の算出に関して、
前記ドローンをドローンｉとし、前記他のドローンが｜Ｎ（ｉ）｜台存在してドローンｊ（但しｊ∈Ｎ（ｉ））で示されるものとし、前記ドローンｉの質量をＭｉ、前記ドローンｉから前記ドローンｊへ接続される有線ケーブルの質量をｍｉ，ｊ、重力加速度をｇとし、前記角度検出手段により検出される、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と前記ドローンｉに接続された前記有線ケーブルとのなす角をφｘｉ,ｊ, φｙｉ,ｊ, φｚｉ,ｊとすると、
ドローンｉに対して生じる前記現実の外力ｃ（ｔ）は、ｘ軸方向の現実の外力Ｆｉ２x,totalと、ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉ２ｙ,totalと、ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉ２ｚ,totalとにより算出され、
前記ｘ軸方向の現実の外力Ｆｉ２ｘ,totalは、
【数１４】
0006602614.tif 000083
前記ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉ２ｙ,totalは、
【数１５】
0006602614.tif 000084
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉ２ｚ,totalは、
【数１６】
0006602614.tif 000085
により算出されること
を特徴とする請求項１又は請求項５に記載のドローン。
【請求項７】
モータ手段を駆動制御することにより飛行姿勢制御を行う制御手段を備えたドローンであって、
複数の前記ドローンによってドローン群が構成され、
該ドローン群を構成する前記ドローンのそれぞれには、運搬対象物に一端が接続された所定の長さの有線ケーブルの他端が接続されており、
前記ドローンは、前記ドローンが現実に飛行する３次元の飛行空間において予め規定される各座標軸と、前記他端が接続された前記有線ケーブルとのなす角を検出する角度検出手段を有し、
前記制御手段は、
前記運搬対象物までの既設の距離および既設の方角に基づいて予め算出される外力であって、前記ドローン群の飛行姿勢が安定した場合に前記運搬対象物の接続により前記ドローンに対して生じ得る理論上の外力Ｆfixedと、
前記角度検出手段により検出された前記なす角に基づいて算出される、前記運搬対象物の接続により前記ドローンに対して生じる現実の外力ｃ（ｔ）と
の誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により制御量ｕ（ｔ）を算出し、
算出された前記制御量ｕ（ｔ）に基づいて、前記モータ手段を駆動制御すること
を特徴とするドローン。
【請求項８】
前記理論上の外力Ｆfixedの算出に関して、
前記運搬対象物に前記有線ケーブルを介して接続される前記ドローンの数をｋとし、前記ドローンの質量をＭ、前記運搬対象の質量をＭ２、前記有線ケーブルの質量をｍ、重力加速度をｇとして、３次元の座標空間において前記ドローンに接続された前記有線ケーブルとｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角をθｘ, θｙ, θｚとすると、
前記ドローンに対して生じる前記理論上の外力Ｆfixedは、ｘ軸方向の理論上の外力Ｆｘ（θｘ）と、ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｙ（θｙ）と、ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｚ（θｚ）とにより算出されて、
前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆｘ（θｘ）は、
【数１７】
0006602614.tif 000086
前記ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｙ（θｙ）は、
【数１８】
0006602614.tif 000087
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｚ（θｚ）は、
【数１９】
0006602614.tif 000088
により算出されること
を特徴とする請求項７に記載のドローン。
【請求項９】
前記現実の外力ｃ（ｔ）の算出に関して、
前記運搬対象物に前記有線ケーブルを介して接続される前記ドローンの数をｋとし、前記ドローンの質量をＭ、前記運搬対象の質量をＭ２、前記有線ケーブルの質量をｍ、重力加速度をｇとして、前記角度検出手段により検出される、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角をφｘ, φｙ, φｚとすると、
前記ドローンに対して生じる前記現実の外力ｃ（ｔ）は、ｘ軸方向の現実の外力Ｆｘ（φｘ）と、ｙ軸方向の現実の外力Ｆｙ（φｙ）と、ｚ軸方向の現実の外力Ｆｚ（φｚ）とにより算出されて、
前記ｘ軸方向の現実の外力Ｆｘ（φｘ）は、
【数２０】
0006602614.tif 000089
前記ｙ軸方向の現実の外力Ｆｙ（φｙ）は、
【数２１】
0006602614.tif 000090
前記ｚ軸方向の現実の外力Ｆｚ（φｚ）は、
【数２２】
0006602614.tif 000091
により算出されること
を特徴とする請求項７又は請求項８に記載のドローン。
【請求項１０】
前記既設の距離および前記既設の方角により決定される編隊パターンが、前記既設の距離および前記既設の方角を予め複数パターン設定することにより複数用意されると共に、前記理論上の外力Ｆfixedが、前記編隊パターンに応じて複数算出され、
前記制御手段は、前記編隊パターンの変更に伴って前記理論上の外力Ｆfixedを変更することにより、変更された前記理論上の外力Ｆfixedと前記現実の外力ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により新たに制御量ｕ（ｔ）を算出し、
算出された前記制御量ｕ（ｔ）に基づいて、前記モータ手段を駆動制御すること
を特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のドローン。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された複数のドローンと、
前記複数のドローンの隣接するドローン同士を接続して、前記複数のドローンをネットワーク状に接続する前記有線ケーブルと、
前記複数のドローンの少なくとも１つのドローンに一端が接続される給電ケーブルと、
前記給電ケーブルの他端側に接続され、地上に配置される電力供給手段と
を有し、
前記電力供給手段から前記給電ケーブルおよび前記有線ケーブルを通じて、前記複数のドローンを駆動するための電力が前記電力供給手段により供給されること
を特徴とするドローン群。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドローンおよびドローン群に関し、より詳細には、他のドローンに対して有線ケーブルが吊り渡されたドローンにおいて、安定した飛行制御を行うことが可能なドローンおよびドローン群に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無線技術等を用いた遠隔操作によって、上空を移動したりあるいは所定の位置および高度で飛行姿勢を維持したり（この維持状態をホバリングと称する）する無人の飛翔体が知られている。このような無人の飛翔体は、一般的にドローンと呼ばれている。一般的なドローンには、プロペラを回転駆動させるためのモータが複数設けられており、遠隔操作に応じてプロペラの回転数を制御することによって、ドローンを上下・左右・前後に移動させたり、その場で方向転換をさせたりすることが可能になっている。
【０００３】
また、一般的なドローンには、自動姿勢制御機能が設けられている。例えば、ドローンには、３軸ジャイロセンサと３軸加速度センサが設けられており、３軸ジャイロセンサおよび３軸加速度センサで、ドローンの姿勢変化が検出された場合に、各モータを制御することによりプロペラの回転数を変更させて、飛行姿勢が安定する制御が行われる（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。
【０００４】
一般的なドローンは、飛行姿勢の安定制御を行いながら単体で飛行することによって、上空からの映像を撮影したり、又は、軽量物の運搬を行ったりすることに利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０１０４９９号公報
【特許文献２】特表２０１５−５１４２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的なドローンは、バッテリ電源や電池による電源等を搭載しており、バッテリ電源等を駆動源としてモータを駆動させることにより、飛行を行っている。しかしながら、バッテリ電源等に蓄電される電池容量には限界があるため、電池容量によって飛行時間が制限されてしまうという問題があった。例えば、飛行時間の短いもので１０分程度、長いものであっても数十分程度であって、長時間の飛行を実現することが容易ではなかった。
【０００７】
このため、近年では、ドローンの駆動源となる電力を給電ケーブルによって（有線で）地上から供給する方法が提案されている（例えば、「飛行ドローン有線給電テスト Test Flight by Wired Power」［平成２７年８月１日検索］、インターネット＜https://www.youtube.com/watch?v=crXytGhV27c＞）。このような、有線による電力供給によって、長時間の飛行を実現することが可能になる。しかしながら、ドローンにおいてホバリング状態を維持するために、有線ケーブルによる影響を考慮した飛行姿勢の安定性を確保する必要が生じるため、飛行制御が難しくなるという問題があった。
【０００８】
また、近年では、荷物の運搬等にドローンを利用しようとする要望が高まっている。しかしながら、ドローン単体で持ち上げることが可能な荷重（ペイロードと呼ばれる）は、数百グラムから数キログラムまでに限られてしまう。数十キログラムの荷物を運搬する場合には、ドローンにおいて十分なペイロードを確保する必要が生じるため、ドローンの機体自体の大型化（例えば、数メートルの外寸）が必要になると共に、有線等による十分な電力供給が必要になるため、実現が容易ではないという問題があった。
【０００９】
また、ドローンを用いて上空からの撮影を行う場合、単体のドローンだけで撮影を行うと、飛行ルートが線的であることから、一度の飛行で撮影可能な範囲が限定されてしまうという問題があった。このため、複数回に分けてドローンを飛行させることにより、より広い範囲の撮影を行うことも可能であるが、上述したように、バッテリ電源等を駆動源として用いる場合には、飛行時間が限られてしまうため、複数回の撮影が容易ではないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされるものであり、複数のドローンにより構成されるドローン群に対して、給電ケーブルを用いて複数のドローンに電力の供給を行うことが可能なドローン群を提供することを課題とする。
【００１１】
また、他のドローンと有線ケーブルで接続されたドローンにおいて、有線ケーブル等による影響（外力）を考慮したドローンの安定飛行制御を実現すると共に、ドローンと他のドローンとの距離や方角を維持することにより複数のドローンが協同した飛行を実現すること可能なドローンを提供することを課題とする。
【００１２】
また、複数のドローンで協働して荷物等の運搬対象物を運ぶ場合に、各ドローンにおいて、運搬対象物による影響（外力）を考慮した安定飛行制御を実現すると共に、ドローンと運搬対象物との距離や方角を維持することにより複数のドローンが協同した飛行を実現すること可能なドローンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係るドローンは、モータ手段を駆動制御することにより飛行姿勢制御を行う制御手段を備えたドローンであって、前記ドローンが現実に飛行する３次元の飛行空間において予め規定される各座標軸と、前記ドローンから他のドローンへと吊り渡された有線ケーブルとのなす角を検出する角度検出手段を有し、前記制御手段は、前記ドローンから前記他のドローンまでの既設の距離および既設の方角に基づいて予め算出された、前記ドローンの飛行姿勢が安定した場合に前記有線ケーブルの吊り渡しにより前記ドローンに対して生じ得る理論上の外力Ｆfixedと、前記角度検出手段により検出された前記なす角に基づいて算出される、前記有線ケーブルの吊り渡しにより前記ドローンに対して生じる現実の外力ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により制御量ｕ（ｔ）を算出し、算出された前記制御量ｕ（ｔ）に基づいて、前記モータ手段を駆動制御することを特徴とする。
【００１４】
また、上述したドローンの前記理論上の外力Ｆfixedの算出に関して、前記ドローンから既設の距離ｄだけ離れたｘ軸方向の位置に他のドローンが位置するものとし、前記ドローンの質量をＭ、前記有線ケーブルの質量をｍ、重力加速度をｇ、前記有線ケーブルの長さをｌとして、前記ドローンにおけるｘ軸と前記有線ケーブルとのなす角をθ１とすると、ｃｏｓθ１は、
【数１】
0006602614.tif 000002
ｓｉｎθ１は、
【数２】
0006602614.tif 000003
により算出され、
前記理論上の外力Ｆfixedは、ｘ軸方向の理論上の外力Ｆ１ｘと、前記ｘ軸に垂直なｚ軸方向の理論上の外力Ｆ１ｚとにより算出されて、
前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆ１ｘは、
【数３】
0006602614.tif 000004
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆ１ｚは、
【数４】
0006602614.tif 000005
により算出されるものであってもよい。
【００１５】
また、上述したドローンは、地上に配置される電力供給手段より延設される給電ケーブルが前記ドローンに接続されて、前記電力供給手段より供給される電力により前記モータ手段の駆動動作が行われると共に、前記給電ケーブルを介して供給された電力は、前記有線ケーブルを介して前記他のドローンに供給されるものであってもよい。
【００１６】
さらに、上述したドローンの前記理論上の外力Ｆfixedの算出に関して、前記ドローンから既設の距離ｄだけ離れたｘ軸方向の位置に他のドローンが位置するものとし、前記ドローンの高さをｈ、前記ドローンの質量をＭ、前記有線ケーブルの質量をｍ、前記給電ケーブルの質量をｍ２、重力加速度をｇ、前記有線ケーブルの長さをｌ、前記給電ケーブルの長さをＬとして、前記ドローンにおいてｘ軸と前記有線ケーブルとのなす角をθ２とすると、
ｃｏｓθ２は、
【数５】
0006602614.tif 000006
ｓｉｎθ２は、
【数６】
0006602614.tif 000007
により算出され、
前記ｘ軸に垂直なｚ軸と前記給電ケーブルとのなす角をθ３とすると、
ｃｏｓθ３は、
【数７】
0006602614.tif 000008
ｓｉｎθ３は、
【数８】
0006602614.tif 000009
により算出され、
前記理論上の外力Ｆfixedは、前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆ２ｘ（θ２,θ３）と、前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆ２ｚ（θ３）とにより算出されて、
前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆ２ｘ（θ２,θ３）は、
【数９】
0006602614.tif 000010
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆ２ｚ（θ３）は、
【数１０】
0006602614.tif 000011
により算出されるものであってもよい。
【００１７】
また、上述したドローンの前記理論上の外力Ｆfixedの算出に関して、前記ドローンをドローンｉとし、前記他のドローンが｜Ｎ（ｉ）｜台存在してドローンｊ（但しｊ∈Ｎ（ｉ））で示されるものとして、前記ドローンｉの質量をＭｉ、前記ドローンｉから前記ドローンｊへ接続される有線ケーブルの質量をｍｉ，ｊ、重力加速度をｇとし、３次元の座標空間において前記ドローンｉに接続された有線ケーブルとｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角をθｘｉ,ｊ, θｙｉ,ｊ, θｚｉ,ｊとすると、ドローンｉに課される前記理論上の外力Ｆfixedは、ｘ軸方向の理論上の外力Ｆｉｘ,totalと、ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉｙ,totalと、ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉｚ,totalとにより算出されて、
前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆｉｘ,totalは、
【数１１】
0006602614.tif 000012
前記ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉｙ,totalは、
【数１２】
0006602614.tif 000013
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉｚ,totalは、
【数１３】
0006602614.tif 000014
により算出されるものであってもよい。
【００１８】
さらに、上述したドローンの前記現実の外力ｃ（ｔ）の算出に関して、前記ドローンをドローンｉとし、前記他のドローンが｜Ｎ（ｉ）｜台存在してドローンｊ（但しｊ∈Ｎ（ｉ））で示されるものとし、前記ドローンｉの質量をＭｉ、前記ドローンｉから前記ドローンｊへ接続される有線ケーブルの質量をｍｉ，ｊ、重力加速度をｇとし、前記角度検出手段により検出される、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と前記ドローンｉに接続された前記有線ケーブルとのなす角をφｘｉ,ｊ, φｙｉ,ｊ, φｚｉ,ｊとすると、ドローンｉに対して生じる前記現実の外力ｃ（ｔ）は、ｘ軸方向の現実の外力Ｆｉ２x,totalと、ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉ２ｙ,totalと、ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉ２ｚ,totalとにより算出され、
前記ｘ軸方向の現実の外力Ｆｉ２ｘ,totalは、
【数１４】
0006602614.tif 000015
前記ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉ２ｙ,totalは、
【数１５】
0006602614.tif 000016
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉ２ｚ,totalは、
【数１６】
0006602614.tif 000017
により算出されるものであってもよい。
【００１９】
さらに、本発明に係るドローンは、モータ手段を駆動制御することにより飛行姿勢制御を行う制御手段を備えたドローンあって、複数の前記ドローンによってドローン群が構成され、該ドローン群を構成する前記ドローンのそれぞれには、運搬対象物に一端が接続された有線ケーブルの他端が接続されており、前記ドローンは、前記ドローンが現実に飛行する３次元の飛行空間において予め規定される各座標軸と、他端が接続された前記有線ケーブルとのなす角を検出する角度検出手段を有し、前記制御手段は、前記運搬対象物までの既設の距離および既設の方角に基づいて予め算出された、前記ドローンの飛行姿勢が安定した場合に前記運搬対象物の接続により前記ドローンに対して生じ得る理論上の外力Ｆfixedと、前記角度検出手段により検出された前記なす角に基づいて算出される、前記運搬対象物の接続により前記ドローンに対して生じる現実の外力ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により制御量ｕ（ｔ）を算出し、算出された前記制御量ｕ（ｔ）に基づいて、前記モータ手段を駆動制御することを特徴とする。
【００２０】
また、上述したドローンの前記理論上の外力Ｆfixedの算出に関して、前記運搬対象物に前記有線ケーブルを介して接続される前記ドローンの数をｋとし、前記ドローンの質量をＭ、前記運搬対象の質量をＭ２、前記有線ケーブルの質量をｍ、重力加速度をｇとして、３次元の座標空間において前記ドローンに接続された前記有線ケーブルとｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角をθｘ, θｙ, θｚとすると、前記ドローンに対して生じる前記理論上の外力Ｆfixedは、ｘ軸方向の理論上の外力Ｆｘ（θｘ）と、ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｙ（θｙ）と、ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｚ（θｚ）とにより算出されて、
前記ｘ軸方向の理論上の外力Ｆｘ（θｘ）は、
【数１７】
0006602614.tif 000018
前記ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｙ（θｙ）は、
【数１８】
0006602614.tif 000019
前記ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｚ（θｚ）は、
【数１９】
0006602614.tif 000020
により算出されるものであってもよい。
【００２１】
さらに、上述したドローンの前記現実の外力ｃ（ｔ）の算出に関して、前記運搬対象物に前記有線ケーブルを介して接続される前記ドローンの数をｋとし、前記ドローンの質量をＭ、前記運搬対象の質量をＭ２、前記有線ケーブルの質量をｍ、重力加速度をｇとして、前記角度検出手段により検出される、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角をφｘ, φｙ, φｚとすると、前記ドローンに対して生じる前記現実の外力ｃ（ｔ）は、ｘ軸方向の現実の外力Ｆｘ（φｘ）と、ｙ軸方向の現実の外力Ｆｙ（φｙ）と、ｚ軸方向の現実の外力Ｆｚ（φｚ）とにより算出されて、
前記ｘ軸方向の現実の外力Ｆｘ（φｘ）は、
【数２０】
0006602614.tif 000021
前記ｙ軸方向の現実の外力Ｆｙ（φｙ）は、
【数２１】
0006602614.tif 000022
前記ｚ軸方向の現実の外力Ｆｚ（φｚ）は、
【数２２】
0006602614.tif 000023
により算出されるものであってもよい。
【００２２】
また、上述したドローンは、前記既設の距離および前記既設の方角により決定される編隊パターンが、前記既設の距離および前記既設の方角を予め複数パターン設定することにより複数用意されると共に、前記理論上の外力Ｆfixedが、前記編隊パターンに応じて複数算出され、前記制御手段は、前記編隊パターンの変更に伴って前記理論上の外力Ｆfixedを変更することにより、変更された前記理論上の外力Ｆfixedと前記現実の外力ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により新たに制御量ｕ（ｔ）を算出し、算出された前記制御量ｕ（ｔ）に基づいて、前記モータ手段を駆動制御するものであってもよい。
【００２３】
また、本発明に係るドローン群は、モータ手段を駆動制御することにより飛行姿勢制御を行うことが可能な複数のドローンと、前記複数のドローンの隣接するドローン同士を接続して、前記複数のドローンをネットワーク状に接続する有線ケーブルと、前記複数のドローンの少なくとも１つのドローンに一端が接続される給電ケーブルと、前記給電ケーブルの他端側に接続され、地上に配置される電力供給手段とを有し、前記電力供給手段から前記給電ケーブルおよび前記有線ケーブルを通じて、前記複数のドローンを駆動するための電力が前記電力供給手段により供給されることを特徴とする。
【００２４】
さらに、上述したドローン群は、上述したドローンを複数台用いることにより構成されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るドローンでは、制御手段が、他のドローンに対する既設の距離および既設の方角に基づいて予め算出された、前記ドローンの飛行姿勢が安定した場合にドローンに対して生じ得る外力Ｆfixedと、３次元の飛行空間の各座標軸と有線ケーブルとのなす角を、角度検出手段を用いて検出することにより算出される、ドローンに対して生じる現実の外力ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により制御量ｕ（ｔ）を算出し、算出された制御量ｕ（ｔ）に基づいてモータ手段を駆動制御することを特徴とする。このようにしてモータ手段の駆動制御を行うことにより、他のドローンとの現実の距離および現実の方角を、既設の距離および既設の方角に修正・維持することが可能になる。このため、ドローンと他のドローンとにより構成されるドローン群の飛行形態を維持・修正した状態で、全体として協同した飛行制御を行うことが可能になる。
【００２６】
また、他のドローンの位置（座標）や、他のドローンの有線ケーブルと飛行空間の各座標軸とのなす角等を全く考慮することなく、制御手段が設けられたドローンに関する、３次元の飛行空間の各座標軸と有線ケーブルとのなす角を現実に検出するだけで、ドローン群全体として協同した飛行制御を行うことができる。このため、各ドローンの具体的な位置（座標）をＧＰＳ（Global Positioning System:全地球測位システム）で測定したり、測定された各ドローンの位置（座標）をそれぞれのドローンに対して配信等したりすることなく、ドローン群における安定した飛行制御を行うことが可能になる。
【００２７】
さらに、本発明に係るドローンでは、電力供給手段より供給される電力によりドローンのモータ手段を駆動することができる。また、給電ケーブルを介して供給された電力を、有線ケーブルを介して他のドローンに供給することができる。このため、バッテリ電源等を用いてモータ手段を駆動させる場合のように、バッテリ電源の容量を心配することなく、継続的な長時間の飛行制御を実現することが可能になる。
【００２８】
また、本発明に係るドローンでは、既設の距離および既設の方角により決定される編隊パターンが、既設の距離および既設の方角を予め複数パターン設定することにより複数用意されると共に、理論上の外力Ｆfixedが、編隊パターンに応じて複数算出される。制御手段は、編隊パターンの変更に伴って理論上の外力Ｆfixedを変更することにより、変更された理論上の外力Ｆfixedと現実の外力ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により新たに制御量ｕ（ｔ）を算出し、算出された制御量ｕ（ｔ）に基づいてモータ手段を駆動制御する。このため、編隊パターンを変更することによって、ドローン間の現実の距離および現実の方角を変更することができ、ドローン群全体の編隊形状を、広くしたり狭くしたりして容易に変更することが可能になる。
【００２９】
さらに、本発明に係るドローン群は、複数のドローン同士を有線ケーブルでネットワーク状に接続すると共に、給電ケーブルを介して、少なくとも１つのドローンから地上に配置される電力供給手段まで給電ケーブルが接続されている。そして、本発明は、電力供給手段から給電ケーブルおよび有線ケーブルを通じて、複数のドローンを駆動するための電力が供給される。
【００３０】
このように、複数のドローン同士を有線ケーブルで接続すると共に給電ケーブルを介して電力の供給を行うことにより、バッテリ電源の容量等を心配することなく、ドローン群全体として継続的な長時間の飛行を実現することが可能になる。
【００３１】
また、ドローン群を構成する各ドローンの間隔をあけて飛行を行うことにより、ドローン群全体として面的な広がりを持った状態で移動等することが可能になる。このため、ドローン群全体で撮影された動画や写真の映像を、より広い範囲の映像として検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態に係る複数のドローンからなるドロネットを斜め上方より示した斜視図である。
【図２】実施の形態に係るドローンを斜め下方より示した斜視図である。
【図３】実施の形態に係るドローンの概略構成を示したブロック図である。
【図４】左右方向に有線ケーブルが吊り渡された２つのドローンＡおよびドローンＢに生じる理論上の外力を説明するための模式図である。
【図５】図４に示したドローンＢに対して地上の電力供給機から伸びる給電ケーブルが取り付けられる場合に生じる理論上の外力を説明するための模式図である。
【図６】図４に示したドローンＢの右側に距離ｄの間隔を保ってドローンＣが位置することにより、ドローンＡ、ドローンＢおよびドローンＣがｘ軸上に一列に配置された場合に生じる理論上の外力を説明するための模式図である。
【図７】ｘ軸とｙ軸との水平面からなる直交クロスライン上に３つのドローンＡ〜Ｃが配置される場合に生じる理論上の外力を説明するための模式図である。
【図８】実施の形態に係るドロネットを構成する２つのドローンｉおよびドローンｊを有線ケーブルで接続させた場合の力学モデルを示した模式図である。
【図９】実施の形態に係るドローンを実際に飛行制御する場合に生じ得る力の力学モデルを示した模式図である。
【図１０】実施の形態に係るカメラを用いて、有線ケーブルのなす角Φ（ｔ）＝（φｘ（ｔ），φｙ（ｔ），φｚ（ｔ））を測定する処理を説明するための模式図である。
【図１１】図９に示した力学モデルに対して、ドローンを移動させるために、移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）を加えた場合の力学モデルを示した模式図である。
【図１２】編隊パターンを変更することにより、ドロネットを構成するドローンの接続状態を変更させる一例を（ａ）（ｂ）を用いて示した図である。
【図１３】（ａ）は、７台のドローンが有線ケーブルで接続されるドロネットにおいて、真ん中のドローンｉが飛行を停止した場合を示した模式図であり、（ｂ）は、ドローンｉが飛行可能な場合に生じる理論上の外力を説明するための模式図である。
【図１４】ドローンｉが飛行を停止した場合に、ドローンｊに生じる理論上の外力を説明するための模式図である。
【図１５】（ａ）は、７台のドローンが有線ケーブルで接続されるドロネットの構成を模式的に示した図であり、（ｂ）は、１本の有線ケーブルが落下した状態を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係るドローンについて一例を示し、図面を用いて詳細に説明を行う。図１は、本実施の形態に係る複数のドローンを斜め上方より示した斜視図であり、図２は、単体のドローンを斜め下方より示した斜視図である。
【００３４】
図１に示すように、各ドローン１０は、有線ケーブル１２を介して他のドローン１０と接続された状態になっている。具体的には、有線ケーブル１２の一端が一のドローン１０に接続され、他端が他のドローン１０に接続されることにより、有線ケーブル１２が、ネットワーク状に、ドローン１０間で吊り下げられた状態になっている。ドローン１０から有線ケーブル１２を介して接続される他のドローンの台数は、必ずしも１台だけに限定されるものではなく、複数の他のドローンに接続されるものであってもよい。
【００３５】
本実施の形態では、図１に示すように、有線ケーブル１２によって接続されたドローン群（複数のドローン）を、ドロネット１と称する。本実施の形態に係るドローン１０では、それぞれのドローン１０が他のドローン１０との距離を一定に保つようにして飛行することにより、ドロネット１として協同した飛行（編隊飛行）を行うことが可能になっている。
【００３６】
ドロネット１を構成するドローン１０のうち、１台のドローン１０には、地上に設けられる電力供給機（電力供給手段）１４から延設される給電ケーブル１３の一端が接続されており、この給電ケーブル１３を介して電力の供給を受けること（給電）が可能になっている。また、ドロネット１を構成する他のドローン１０に対しても、ドローン１０間に吊り渡されている有線ケーブル１２を介して、電力供給機１４からの電力を供給することが可能となっている。
【００３７】
ドローン１０は、図２に示すように、中心に位置する本体部１５と、本体部１５から均等に４方向へと延設された４本のアーム部１６ａ〜１６ｄとにより概略構成されている。また、各アーム部１６ａ〜１６ｄの先端には、プロペラ１８ａ〜１８ｄが回転可能に設けられている。プロペラ１８ａ〜１８ｄは、アーム部１６ａ〜１６ｄの先端部に設けられるモータ（モータ手段）２０ａ〜２０ｄによって回転される構造になっている。また、ドローン１０の底部１５ａには、カメラ２８が設けられており、カメラ２８により、底部１５ａに取り付けられる有線ケーブル１２の端部周辺を撮影することが可能になっている。
【００３８】
図３は、ドローン１０の概略構成を示したブロック図である。ドローン１０は、４つのモータ２０ａ〜２０ｄと、磁気センサ２２と、３軸ジャイロセンサ２４と、３軸加速度センサ２６と、カメラ（角度検出手段）２８と、記憶部３０と、通信部３２と、制御部（制御手段、角度検出手段）３４とを有している。モータ２０ａ〜２０ｄは、上述したように、アーム部１６ａ〜１６ｄの先端部に設けられている。モータ２０ａ〜２０ｄの出力軸は、上方向に突設されており、この出力軸の先端にプロペラ１８ａ〜１８ｄが取り付けられている。
【００３９】
磁気センサ２２は、方位を検出するため役割を有している。各ドローン１０には、ドローン１０が飛行する３次元の飛行空間において、予め前後・左右・上下方向が決められている。上下方向は、３軸加速度センサ２６により重力方向の加速度検出を行うことによって検出することが可能であるが、前後方向および左右方向は、基準となる方位に基づいて決定される。このため、磁気センサ２２によって方位を検出することによって、ドローンの前後・左右方向の判断を行うことが可能になる。例えば、磁気センサ２２で検出された南北方位を基準として前後方向を決定し、東西方位を基準として左右方向を決定することが可能である。このようにして前後・左右・上下方向を決定することによって、ドローン１０がどの方向を向いているのかを判断することが可能となる。磁気センサ２２により検出された方位情報は、制御部３４に出力される。
【００４０】
３軸加速度センサ２６は、ドローンが飛行する３次元の飛行区間における３軸（直交する３軸）を基準として、それぞれの軸方向に対する加速度を測定する役割を有している。直交する３軸として、前後軸と、左右軸と、上下軸とが基準として用いられる。このうち、上下軸は、３軸加速度センサ２６で重力方向の加速度検出を行うことによって決定される。一方で、前後軸は、上述したように、磁気センサ２２により測定された方位（例えば南北方位）を基準として決定されており、左右軸は、磁気センサ２２により測定された方位（例えば東西方位）を基準として決定される。また、前後軸に対して水平な直交する軸を左右軸として規定することも可能である。３軸加速度センサ２６により検出されたそれぞれの軸方向に対する加速度は、制御部３４に出力される。
【００４１】
３軸ジャイロセンサ２４は、３次元の飛行空間における３軸を基準とし、それぞれの軸に基づく回転状態（角速度）を測定する役割を有している。３軸ジャイロセンサ２４は、３軸加速度センサ２６で検出することができない回転の動きを検出することが可能になっている。３軸ジャイロセンサ２４で検出する角速度の基本となる３軸は、３軸加速度センサ２６において基準とされる３軸と同様に、前後軸（ロール軸）と、左右軸（ピッチ軸）と、上下軸（ヨー軸）を基準としている。３軸ジャイロセンサ２４は、それぞれの軸における１秒あたりの角度（ｄｐｓ：degree per second）を、ロール角、ピッチ角、ヨー角として検出し、制御部３４に出力する。
【００４２】
カメラ２８は、ドローン１０に接続される有線ケーブル１２の端部周辺を撮影することにより、有線ケーブル１２の傾斜角度を検出する役割を有している。有線ケーブル１２の一端は、図１および図２に示すように、本体部１５の底部１５ａに取り付けられている。また、有線ケーブル１２の端部近傍には、予めマーカー（目印）３６が設けられている。カメラ２８は、有線ケーブル１２の端部周辺を撮影可能に設けられており、カメラ２８で有線ケーブル１２の端部周辺を撮影することにより、マーカー３６が常に映像に含まれるようにして撮影を行うことが可能になっている。撮影された画像データは、記憶部３０の画像バッファ領域に出力される。
【００４３】
記憶部３０には、制御部３４における飛行制御プログラムや、制御部３４の処理に用いられる様々なデータ（例えば、カメラ画像から３次元の飛行空間におけるマーカー位置（マーカー座標）を検出するためのマーカー位置変換テーブル等）が記憶される。また、記憶部３０には、カメラ２８により撮影された画像を記憶するための画像バッファ領域が確保されている。記憶部３０には、軽量化や消費電力の低減を考慮してフラッシュメモリ（不揮発性メモリ）が用いられる。但し、軽量化されたハードディスクドライブやソリッドステートドライブ（solid state drive, SSD）等を用いることも可能である。
【００４４】
通信部３２は、図示を省略したコントローラより受信される制御信号を受信する役割を有している。ドローン１０とコントローラとは、無線通信を用いてデータ（制御信号等）の送受信を行うことが可能になっている。ユーザによってコントローラの操作が行われると、コントローラからドローン１０に対して制御信号が出力される。通信部３２では、コントローラより制御信号を受信して制御部３４に出力する。通信部３２とコントローラとの無線通信の通信方式は、特定の通信方式に限定されるものではなく、一般的に用いられる通信方式を用いることが可能である。例えば、Wi-Fi（Wireless Fidelity）規格による通信方式や、特定省電力無線規格による通信方式や、携帯電話網を利用した通信方式等の様々な通信方式を利用することが可能である。
【００４５】
制御部３４は、４つあるモータ２０ａ〜２０ａの回転数をそれぞれ制御することにより、ドローン１０の飛行制御を行う役割を有している。具体的に、制御部３４は、ドローン１０が飛行を開始した後に、通信部３２で制御信号を受信していない状況で、ホバリングを維持するための飛行制御を行う。また、制御部３４は、通信部３２で制御信号を受信した場合に、制御信号に基づいてドローン１０を移動させるための飛行制御を行う。
【００４６】
ここで、ホバリングとは、ドローン１０の飛行開始後に、ドローン１０の飛行姿勢（前後左右方向における位置および高度（高さ））を維持する飛行状況を意味している。例えば、風の影響等によって、ドローン１０が傾きそうになったり、流されそうになったりした場合であっても、ドローン１０が風により傾いたり流されたりしないように、制御部３４がモータ２０ａ〜２０ｄの回転数を制御して風による外力を打ち消す方向に一定の力（推力）を発生させて、ドローン１０の飛行状態を水平かつ一定の高度に保つことが可能になる。
【００４７】
より詳細に、ドローン１０でホバリングが行われる飛行制御を説明すると、３軸ジャイロセンサ２４が、前後軸、左右軸および上下軸に基づくドローンの回転状態（角速度）を測定し、制御部３４が、回転状態の検出に応じて４つのモータ２０ａ〜２０ｄの回転数制御を行うことにより、ドローン１０の状態変化を修正する方向へと飛行姿勢を修正して、ドローン１０を水平状態に維持させる制御を行う。
【００４８】
また、３軸加速度センサ２６が、前後方向、左右方向および上下方向に基づくドローン１０の加速度を測定し、制御部３４が、加速度の検出に応じて４つのモータ２０ａ〜２０ｄの回転数制御を行うことにより、ドローン１０の移動を修正する方向へとモータ２０ａ〜２０ｄによる推力を発生させて、ドローン１０が流されない（移動しない）ように飛行状態を維持させる制御を行う。
【００４９】
また、制御部３４は、カメラ２８により撮影された画像に基づいて、ドローン１０の底部１５ａに取り付けられた有線ケーブル１２の傾斜角度および延設方向（より詳細には、左右軸をｘ軸とし、前後軸をｙ軸とし、上下軸をｚ軸として、各軸と有線ケーブルとのなす角（φｘ，φｙ，φｚ））を検出する役割を有している。カメラ２８により撮影された映像は記憶部３０の画像バッファ領域に記憶される。有線ケーブル１２にはマーカー３６が付けられており、有線ケーブル１２がどの方向に移動してもマーカー３６を映像に撮影可能な位置にカメラ２８が取り付けられている（カメラ２８の撮影範囲に常にマーカー３６が入るように取り付け位置および撮影範囲・撮影画角が決定されている）。制御部３４は、撮影された映像からマーカー３６位置（撮影画像における横座標と縦座標）を検出する。また、記憶部３０には、撮影画像のマーカー３６位置から有線ケーブル１２の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を検出するためのマーカー位置変換テーブルが予め記憶されている。制御部３４は、マーカー位置変換テーブルを用いて、マーカー３６の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を検出することにより、有線ケーブル１２の傾斜角度および延設方向を算出する。このようにして検出された有線ケーブル１２の傾斜角度および延設方向に基づいて、有線ケーブル１２および有線ケーブル１２の他端が取り付けられる他のドローンとの影響等を考慮した飛行制御を行う。
【００５０】
次に、ドローン１０間に有線ケーブル１２が吊り渡された場合における各ドローン１０の飛行制御に用いられる理論上の外力について説明する。実施の形態に係るドローン１０では、一のドローン１０に対してどこに他のドローン１０が位置するか（一のドローン１０から他のドローン１０までの距離および方角）を予め設定した「編隊モード」が用意されている。この編隊モードによって、他のドローン１０との距離や方角が、ドローン１０毎に既設の距離および既設の方角として予め決められている。さらに、有線ケーブル１２の長さと他のドローン１０との既設の距離とにより、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と有線ケーブル１２とのなす角（θｘ，θｙ，θｚ）が予め算出される。また、なす角（θｘ，θｙ，θｚ）と、有線ケーブル１２の質量ｍと、ドローン１０の質量Ｍ等とに基づいて、ドローン１０に生じる理論上の外力が予め計算される。制御部３４は、モータ２０ａ〜２０ｄを駆動制御して理論上の外力を打ち消す方向に力（推力）を発生させることによって、ドローン１０の安定飛行を実現すると共に、他のドローン１０との現実の距離および現実の方角を、既設の距離および既設の方角に維持（あるいは修正）する制御を行う。
【００５１】
なお、編隊モードは、他のドローン１０との既設の距離や既設の方角に基づいて、複数設定することが可能となっている。このため、コントローラを介して各ドローン１０の制御部３４に、編隊モードを変更する旨の制御信号を出力することによって、ドロネット１全体の飛行形態（各ドローン１０の飛行位置等）を容易に変更することが可能になっている。
【００５２】
図４は、紙面の左右方向に有線ケーブル１２が吊り渡された２つのドローンＡおよびドローンＢに対して生じる理論上の外力を説明するための模式図である。図４における２つのドローンＡおよびドローンＢの間隔は、予め既設の距離に設定されている。図４を用いた説明では、３次元の座標空間におけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を基準として、各ドローン１０に生じる理論上の外力（負荷）の説明を行う。なお、図４では、説明の便宜上、地上に設置される電力供給機１４に繋がる給電ケーブル１３は示されていない。電力供給機１４に繋がる給電ケーブル１３を考慮した説明に関しては、後述する。
【００５３】
図４において、ドローンＡとドローンＢとの既設の距離はｄ［ｃｍ］に設定されている。また、有線ケーブル１２の長さは、ｌ［ｃｍ］とする。さらに、ドローンＡおよびドローンＢの質量をＭとして、有線ケーブル１２の質量をｍとする。また、重力加速度をｇで示すものとする。ドローンＡからドローンＢへと延びる左右方向の水平軸をｘ軸とし、上下方向の軸をｚ軸とする。
【００５４】
有線ケーブル１２は、図１に示すように、通常一定のたわみを有する曲線形状で、２つのドローン間に吊り渡されることになるが、本実施の形態では、有線ケーブル１２の曲線形状を、２つの直線で近似する。そして、ｘ軸と有線ケーブル１２のそれぞれの端部とのなす角を、図４に示すように、θ１およびθ２とする。このθ１およびθ２の角度（角度θ）は、既設の距離ｄと有線ケーブル１２の長さｌとが決まれば、次の計算式により近似的に求めることが可能である。
【数２３】
0006602614.tif 000024
【数２４】
0006602614.tif 000025
また、有線ケーブル１２の中心位置には、有線ケーブル１２の重力ｍｇが掛かると考えることができるので、ドローンＡにおける有線ケーブル１２の張力Fｘ１は、
【数２５】
0006602614.tif 000026
で示すことができる。
ドローンＢにおける有線ケーブル１２の張力Fｘ２は、
【数２６】
0006602614.tif 000027
で示すことができる。
【００５５】
このため、ドローンＡのｘ軸方向の理論上の外力は、上述したFｘ１で示すことができ、ドローンＢのｘ軸方向の理論上の外力は、上述したFｘ２で示すことができる。
【００５６】
また、ドローンＡのｚ軸方向の理論上の外力Fｚ１は、
【数２７】
0006602614.tif 000028
で表すことができる。また、ドローンＢのｚ軸方向の理論上の外力Fｚ２は、
【数２８】
0006602614.tif 000029
で表すことができる。
【００５７】
各ドローン１０は、モータ２０ａ〜２０ｄを駆動制御することにより、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の３方向の外力に対向する力（推力）を発生することができる。しかしながら、図４に示すようにｙ軸方向（前後方向）を考慮しない場合に、ドロネット１を安定飛行させるためには、ｘ軸方向とｚ軸方向との２つの方向について、外力の逆方向の力（推力）を発生・維持させる必要が生じる。
【００５８】
図５は、図４に示したドローンＢに対して、地上の電力供給機１４から伸びる給電ケーブル１３が取り付けられる場合を示した模式図である。図５のドローンＡに関しては、図４で説明した場合と同様に、ｘ軸方向の理論上の外力Fｘ１（θ１）として、
【数２９】
0006602614.tif 000030
が算出され、ｚ軸方向の理論上の外力Fｚ１として、
【数３０】
0006602614.tif 000031
が算出される。
【００５９】
一方で、ドローンＢにおいては、電力供給機１４に接続される給電ケーブル１３の影響が生じることになる。給電ケーブル１３の質量をｍ２とし、給電ケーブル１３がｚ軸となす角をθ３とし、電力供給機１４からドローンＢまでの給電ケーブル１３のたるみ等が生じないものとする。また、電力供給機１４からドローンＢまでの高さを距離ｈとして、給電ケーブル１３の長さをＬとする。
【００６０】
このような条件の元で、給電ケーブル１３のみによって、ドローンＢに生じる理論上の外力は、図５に示すように、ｘ軸方向の理論上の外力として、ｓｉｎθ３ｃｏｓθ３・ｍ２ｇで算出することができ、ｚ軸方向の理論上の外力として、ｃｏｓθ３ｃｏｓθ３・ｍ２ｇで算出することができる。
【００６１】
従って、ドローンＢに対して有線ケーブル１２（質量ｍ）と給電ケーブル１３（質量ｍ２）との両方のケーブルにより生じる理論上の外力は、
ｘ軸方向の理論上の外力Fｘ２（θ２，θ３）として、
【数３１】
0006602614.tif 000032
が算出される。また、ｚ軸方向の理論上の外力Fｚ２（θ３）として、
【数３２】
0006602614.tif 000033
が算出される。
【００６２】
図６は、図４に示したドローンＢの紙面右側（ドローンＢを中心としてドローンＡの反対側）に、ドローンＢから既設の距離ｄの間隔を保ってドローンＣが位置し、ドローンＡ、ドローンＢおよびドローンＣがｘ軸上に一列に配置された状態を示した模式図である。図６では、ドローンＡとドローンＢとの間に有線ケーブル１２が吊り渡されており、また、ドローンＢとドローンＣとの間にも有線ケーブル１２が吊り渡されている。
【００６３】
各ドローンＡ，Ｂ，Ｃの質量をＭ，有線ケーブルの質量をｍ、重力加速度をｇ、有線ケーブル１２の長さをｌ、それぞれの有線ケーブル１２におけるｘ軸とのなす角を、図６に示すようにθ１〜θ４とすると、ドローンＡのｚ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｚ１は、
【数３３】
0006602614.tif 000034
ドローンＡのｘ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｘ１（θ１）は、
【数３４】
0006602614.tif 000035
ドローンＢのｚ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｚ２は、
【数３５】
0006602614.tif 000036
ドローンＢのｘ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｘ２（θ２,θ３）は、
【数３６】
0006602614.tif 000037
但し、θ２＝−θ３ならば、Ｆｘ２（θ２,θ３）＝０
ドローンＣのｚ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｚ３は、
【数３７】
0006602614.tif 000038
ドローンＣのｘ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｘ３（θ４）は、
【数３８】
0006602614.tif 000039
になる。
【００６４】
図７は、ｘ軸とｙ軸との水平面上に３台のドローンＡ〜Ｃが位置する場合であって、ドローンＢがｘ軸とｙ軸との交点に位置し、ドローンＡがｙ軸上であって、ドローンＢから既設の距離ｄだけ離れた場所に位置し、ドローンＣがｘ軸上であって、ドローンＢから既設の距離ｄだけ離れた場所に位置する場合を示している。いわゆる、直交クロスライン上の３つのドローンＡ〜Ｃに生じる理論上の外力を示している。図６と同様に、各ドローンの質量をＭ、各有線ケーブル１２の質量をｍ、重力加速度をｇ、既設の距離をｄおよび各有線ケーブル１２の長さをｌに設定し、図７に示すようにｘ軸およびｙ軸と有線ケーブル１２とのなす角をθ１〜θ４に設定すると、
ドローンＡのｚ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｚ１は、
【数３９】
0006602614.tif 000040
ドローンＡのｘ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｘ１は、
【数４０】
0006602614.tif 000041
ドローンＡのｙ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｙ１（θ１）は、
【数４１】
0006602614.tif 000042
ドローンＢのｚ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｚ２は、
【数４２】
0006602614.tif 000043
ドローンＢのｘ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｘ２（θ３）は、
【数４３】
0006602614.tif 000044
ドローンＢのｙ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｙ２（θ２）は、
【数４４】
0006602614.tif 000045
ドローンＣのｚ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｚ３は、
【数４５】
0006602614.tif 000046
ドローンＣのｘ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｘ３（θ４）は、
【数４６】
0006602614.tif 000047
ドローンＣのｙ軸方向に生じる理論上の外力Ｆｙ３は
【数４７】
0006602614.tif 000048
になる。
【００６５】
図４〜図７に示したドローン１０は、複数のドローン１０が有線ケーブル１２を介して接続される場合を例示したものである。ドロネット１を構成するドローン１０の構成台数は特に限定されるものではなく、任意である。また、有線ケーブル１２によるドローン１０間の接続関係も特に限定されるものではなく、任意である。このため、図１に示すように、複数のドローン１０が接続されることにより構成されるドロネット１のうち、任意の２台のドローン１０に着目して、それぞれのドローン１０に生じる外力について説明する。なお、有線ケーブル１２によってネットワークのように複数のドローン１０が接続されるドロネット１において、ドロネット１を構成するそれぞれのドローン１０は、ドロネット１のネットワークにおけるトポロジーと解釈することができる。
【００６６】
図８は、ドロネット１を構成する任意の２つのドローンｉおよびドローンｊを有線ケーブル１２で接続させた状態を示した模式図である。図８では、ドローンｉがｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の原点に位置するものとし、また、ドローンｊもｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の原点に位置するものとする。なお、ドローンｉおよびドローンｊにおけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、それぞれの延設方向が同じ方向ではあるが、ドローンｉにおけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と、ドローンｊにおけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とは、別個独立の座標軸（異なる３次元の座標空間）とする。このように異なる座標軸として、それぞれのドローン１０を考えても、現実にドローン１０の飛行制御を行う場合において、他のドローン１０の位置（座標位置）等を直接的な制御判断の対象としないため、問題が生じることはない。具体的には、ドロネット１において、ドローン１０において飛行制御を行う場合には、カメラ２８により検出される有線ケーブル１２と各軸とのなす角しか現実に検出しないため、他のドローン１０の直接的な位置（座標）や方角等は飛行制御に利用されない。
【００６７】
図８に示すように、ドローンｉのｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に対する有線ケーブル１２のなす角を、θｘｉ，ｊ，θｙｉ，ｊ，θｚｉ，ｊとし、ドローンｊのｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に対する有線ケーブル１２のなす角を、θｘｊ，ｉ，θｙｊ，ｉ，θｚｊ，ｉとする。この角度は、ドローン１０間における有線ケーブル１２の長さｌと既設の距離ｄとに基づいて算出することができる。
【００６８】
ドローンｉとドローンｊとが有線ケーブル１２で接続されることにより働くｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の理論上の外力をＦｉ，ｊ＝（Ｆｘｉ，ｊ，Ｆｙｉ，ｊ，Ｆｚｉ，ｊ，）とすると、
【数４８】
0006602614.tif 000049
となる。ドロネット１を構成するドローン１０の集合をＮ（ｉ）とする。｜Ｎ（ｉ）｜は、集合Ｎ（ｉ）のメンバの総数（ドローン１０の総数）である。ドローンｉに生じるが外力は、有線ケーブル１２が接続される本数ｊ（ｊ∈Ｎ（ｉ））だけ加算されることになる。このため、ドローンｉに対して生じるｘ軸方向の理論上の外力Ｆｉx,totalは、
【数４９】
0006602614.tif 000050
ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｉy,totalは、
【数５０】
0006602614.tif 000051
ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｉz,totalは、
【数５１】
0006602614.tif 000052
となる。
全体的な理論上の外力Ｆｉtotalは、
Ｆｉtotal＝（Ｆｉx,total，Ｆｉy,total，Ｆｉz,total）となる。
【００６９】
上述したＦｉtotalには、ドロネット１から電力供給機１４へと伸びる給電ケーブル１３の外力を、説明の便宜上考慮していない。
【００７０】
ここで、ドローンｉの飛行姿勢が安定した場合（安定状態にある場合）に、ドローンｉに対する安定状態を定めた外力をＦｉfixedと定義する。
Ｆｉfixed＝（Ｆｉx,fixed，Ｆｉy, fixed，Ｆｉz, fixed）
ドローンｉの理論上の外力Ｆｉtotalによって、有線ケーブルが接続されたドローンｉの飛行姿勢が安定した場合、ドローンｉに対する安定状態を定めた外力Ｆｉfixedは、ドローンｉの理論上の外力Ｆｉtotalに該当することになる。このため、
Ｆｉfixed＝Ｆｉtotal
＝（Ｆｉx,total，Ｆｉy,total，Ｆｉz,total）
と表すことができる。
従って、飛行状態のドローンｉに対して、−Ｆｉfixedの推力を発生させて、Ｆｉfixedとつり合わせることにより、ドローンｉを安定飛行させることが可能になる。しかしながら、現実にドローンｉにおいて発生される推力は、Ｆｉfixedとつり合わないため、ドローンｉを安定状態で飛行させることが難しい。このため、ドローンｉを安定状態に至らせるための制御が必要となる。次に、この制御方法について説明する。
【００７１】
図９は、実際に飛行制御する場合に生じ得るドローン１０の力を示した力学モデルの模式図である。他のドローン１０との間隔として実際に距離ｄを保った場合（図９において、距離ｄを維持した場合の有線ケーブル１２を有線ケーブル（安定状態）と示している）には、ドローン１０に対して全体的な外力Ｆfixed（この外力は理論上の外力Ｆfixedに該当する）が生じることになる。ドローン１０を安定状態にするためには、−Ｆfixedの力をドローン１０で発生させる必要があるが、ドローン１０において測定される力（推力）は、−Ｆfixedと等しくならない。
【００７２】
ドローン１０において測定される力（推力）をＤ（ｔ）とすると、Ｄ（ｔ）は、−Ｆfixedと等しくならないので、その差分である誤差を求める。誤差をｅ（ｔ）とすると、
ｅ（ｔ）＝−Ｄ（ｔ）−Ｆfixed
で求めることができる。
【００７３】
従って、ドローンの飛行状態が安定するように制御を行うためには、誤差ｅ（ｔ）を考慮した力（制御量）を算出する必要が生ずる。実施の形態に係るドロネット１では、誤差ｅ（ｔ）を考慮した力（制御量）の計算にＰＩＤ制御を用いる。ＰＩＤ制御は、フィードバックを用いた制御方法であり、誤差を、誤差の比例、積分、微分で評価する最も典型的な制御方法である。ＰＩＤ制御により求められる制御量をｕ（ｔ）とすると、ｕ（ｔ）は下記のＰＩＤ制御の式を用いて算出することができる。
【数５２】
0006602614.tif 000053
ここで、Κｐ，Κｉ，Κｄは事前に定められるパラメータを意味している。算出された制御量ｕ（ｔ）は、図９に示すように、安定状態の有線ケーブルに対して生じる外力Ｆfixed（理論上の外力Ｆfixed）と、ドローン１０に生じる現実の外力ｃ（ｔ）との差で示される。
【００７４】
また、ドローン１０に発生される力（現実の外力）ｃ（ｔ）は、カメラ２８により撮影された映像に基づいて求められる、有線ケーブル１２の角度および方角によって算出することができる。ｃ（ｔ）は、
ｃ（ｔ）＝（ｃｘ（ｔ），ｃｙ（ｔ），ｃｚ（ｔ））
で示され、このｃ（ｔ）は、３次元の飛行空間におけるｘ軸，ｙ軸およびｚ軸と有線ケーブル１２との実際のなす角Φ（ｔ）＝（φｘ（ｔ），φｙ（ｔ），φｚ（ｔ））の測定値に基づいて決定される。
【００７５】
具体的に、有線ケーブル１２によりドローンｊとドローンｉとが接続される状態において、ドローンｉの有線ケーブル１２とｘ軸との現実のなす角φｘi,jにより測定されるｘ軸方向の現実の外力Ｆｉ２x,totalは、
【数５３】
0006602614.tif 000054
現実のなす角φｙi,jにより測定されるｙ軸方向の現実の力Ｆｉ２y,totalは、
【数５４】
0006602614.tif 000055
現実のなす角φｚi,jにより測定されるｚ軸方向の現実の力Ｆｉ２z,totalは
【数５５】
0006602614.tif 000056
となり、ドローンｉについて測定される全体的な力Ｆｉ２，ｊは、
【数５６】
0006602614.tif 000057
となる。従って、ドローンｉに発生される力（現実の外力）ｃ（ｔ）は、
ｃ（ｔ）＝Ｆｉ２，ｊ＝（Ｆｉ２x,total，Ｆｉ２y,total，Ｆｉ２z,total）となる。
【００７６】
このようにして、有線ケーブル１２と各軸とのなす角の変化に基づいて測定される力ｃ（ｔ）は、ドローンｉにおいて測定される力（推力）の負の値−Ｄ（ｔ）に等しく
ｃ（ｔ）＝−Ｄ（ｔ）
となるため、
ｅ（ｔ）＝−Ｄ（ｔ）−Ｆfixed
＝ｃ（ｔ）−Ｆfixedとなる。
【００７７】
また、図９で示すように、Ｄ（ｔ）は、ドローン１０が安定飛行状態になると、
Ｄ（ｔ＋１）＝Ｄ（ｔ）＋ｕ（ｔ）
＝−Ｆfixed
の関係式が成立する。このＤ（ｔ＋１）＝Ｄ（ｔ）＋ｕ（ｔ）が、ドローン１０の反発力として発生されると、ドローン１０が−Ｆfixedとつり合って安定状態になる。
【００７８】
図１０は、カメラ２８を用いて有線ケーブル１２のなす角Φ＝（φｘ，φｙ，φｚ）を測定する処理を説明するための模式図である。既に説明したように、カメラ２８はドローン１０の本体部１５の底部１５ａに設けられている。カメラ２８は、本体部１５の底部に一端が取り付けられる有線ケーブル１２のマーカー３６を撮影する役割を有しており、マーカー３６の移動範囲を考慮して、カメラ２８の撮影範囲が決定されている。図１０では、有線ケーブル１２の可動範囲を円錐形状で示し、マーカー３６の移動範囲を円錐の底部とした上で、カメラ２８の撮影範囲を決定している。但し、カメラ２８に魚眼レンズ等を用いることによって、有線ケーブル１２の可動範囲に拘わらず、ドローン１０の底部１５ａから下半分の範囲を撮影する構成にすることも可能である。
【００７９】
カメラ２８で撮影された映像には、有線ケーブル１２のマーカー３６が必ず撮影されるようになっており、有線ケーブル１２の移動状態に応じてマーカー３６の撮影位置が変化する。このため、マーカー３６の撮影位置（撮影画像の横座標と縦座標）に基づいて、図１０に示すマーカーの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を一対一対応で求めることが可能である。このような一対一に変換するマーカー位置変換テーブルは、予め記憶部３０に記憶されており、制御部３４が撮影された映像に基づいてマーカー位置を検出し、マーカー位置変換テーブルを用いて３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を検出する。さらに、この３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を検出することができれば、この３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、マーカー３６から原点までの直前（つまり、実質的な有線ケーブル１２）と、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角（φｘ，φｙ，φｚ）を算出することが可能になる。
【００８０】
一方で、予め編隊モードに応じて他のドローン１０との既設の距離ｄが決定されているため、既設の距離ｄと有線ケーブル１２の長さｌとに基づいて、有線ケーブル１２とｘ軸、ｙ軸およびｚ軸との理論上のなす角（θx，θｙ，θｚ，）を算出することができる。この算出された理論上のなす角に基づいて、理論上の外力Ｆfixedが算出される。しかしながら、上述したように、実際にカメラ画像を用いて、ドローン１０に生ずる現実の外力をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角（φｘ，φｙ，φｚ）で判断すると、予め算出される理論上のなす角（θx，θｙ，θｚ，）と、カメラ画像に基づく現実のなす角（φｘ，φｙ，φｚ）とは一致せず、このなす角の差によって、ドローンの飛行姿勢の安定制御が実現されていないと判断することができる。
【００８１】
このため、予め算出される理論上のなす角（θx，θｙ，θｚ，）によって求められる外力Ｆfixedと、カメラ画像に基づいて検出された現実のなす角（φｘ，φｙ，φｚ）に基づいて求められる力（現実の外力）ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）を用いて、ＰＩＤ制御により制御量ｕ（ｔ）を求めて、ドローン１０の飛行制御を行うことにより、各ドローン１０の飛行姿勢を安定させることが可能となる。
【００８２】
特に、ドロネット１を構成するそれぞれのドローン１０には、他のドローン１０との既設の距離および既設の方向に基づいて有線ケーブル１２等により生ずる理論上の外力Ｆfixedが予め算出されるが、カメラ画像により求められた現実のなす角（φｘ，φｙ，φｚ）に基づいて求められる力（現実の外力）ｃ（ｔ）と、理論上の外力Ｆfixedとを比較すると、誤差ｅ（ｔ）が発生する。従って、誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により制御量ｕ（ｔ）を算出し、算出されたｕ（ｔ）に基づいて、制御部３４がモータ２０ａ〜２０ｄを駆動制御することにより他のドローン１０との現実の距離および現実の方角を、既設の距離および既設の方角に修正あるいは維持することができ、ドロネット１として調和のとれた飛行（予め設定される編隊パターンに沿った飛行）を実現すること可能になる。
【００８３】
このようにして、時間ｔ毎に、上述したＤ（ｔ＋１）＝Ｄ（ｔ）＋ｕ（ｔ）に基づいて、制御部３４がモータ２０ａ〜２０ｄの駆動制御を行うことにより、ドロネット１全体として、予め設定された編隊状態を維持したまま、一体として飛行制御を行うことが可能となる。
【００８４】
また、ドロネット１を全体として移動させる場合には、必ずしも各ドローン１０に対して制御命令を出力させて全てのドローン１０を主体的に移動させる必要はない。
【００８５】
ドロネット１を構成するドローン１０のうち、少なくとも１台のドローン１０（ドロネット１を構成するドローン１０の数が多い場合には数台でもよい）に対して、一定方向へと移動させる旨の制御信号をコントローラから出力することにより、制御信号を受信したドローン１０だけが、移動を開始しようとする。ドローン１０の移動により、他のドローン１０との距離ｄが一時的に長くなったり、短くなったりするが、距離ｄの変化によって、カメラ画像により検出される有線ケーブル１２の現実のなす角が変化するため、この変化量に基づいて誤差を解消するように（全体としてドロネット１が安定するように）、各ドローン１０の飛行制御が自動的に行われることになる。このため、少なくとも１台のドローン１０に対してのみ移動制御を行っただけで、結果的に、ドロネット１を構成する全てのドローン１０が同様に移動を開始することになり、ドロネット１全体として編隊状態を維持しようとしつつ、移動することが可能になる。
【００８６】
図１１は、図９に示した力学モデルの模式図に対して、ドローン１０を移動させるために、移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）を加えた場合の力学モデルを示した模式図である。図１１に示すように、ドローン１０に対して生ずる力Ｄ（ｔ＋１）は、ドローン１０において測定される力Ｄ（ｔ）と、ＰＩＤ制御により求められる制御量ｕ（ｔ）に加えて、移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）が加算された力となる。図９で説明したように、ドローン１０において測定される力Ｄ（ｔ）と、ＰＩＤ制御により求められる制御量ｕ（ｔ）とを加えた力が、理論上の外力Ｆfixedを打ち消し合うことにより、ドローン１０が一定の位置に留まりつつ飛行姿勢を安定状態に維持することができる。この安定姿勢で飛行制御が行われている場合に、一部のドローン１０に対して移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）が加えられると、一時的にドロネット１全体のバランス（編隊状態）が不安定な状態になってしまう。
【００８７】
移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）が加えられたドローン１０は、自ら移動を行うことができる。一方で、移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）が直接加えられていないドローン１０では、有線ケーブル１２を介して間接的に移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）が加えられることになる。このように間接的に移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）が加えられたドローン１０は、自身の安定性を保つために反発力を発生し、移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）が直接に加えられたドローン１０に追従することになる。
【００８８】
例えば、ドローンＡにドロネット１の左方向へと移動するための力Ｍ（ｔ）が加わると、一時的に有線ケーブル１２で接続されたドローンＢの距離ｄが広がり、この広がりによって有線ケーブル１２におけるなす角θが変化し、結果的にドローンＢが左へ移動する力が発生し、その後に、その変動を吸収する制御が働くことになる。この結果、ドロネット１全体が、ドローンＡの移動に伴って強制力が働いている間、非安定状態のまま移動することになり、強制力が働かなくなった段階で、再度、全体が安定状態に移行することになる。
【００８９】
このように、ドロネット１を全体として移動させる場合には、ドロネット１を構成する全てのドローン１０に対して移動方向に向かう力Ｍ（ｔ）を直接的に加えなくても、一部のドローン１０だけに、力Ｍ（ｔ）を加えることによって、結果的にドロネット１全体を移動させることが可能になる。
【００９０】
次に、ドローン１０における編隊姿勢の変更処理について説明する。編隊パターンは、他のドローン１０との既設の距離および既設の方角に基づいて設定されるため、設定される既設の距離および既設の方角を予め複数設定しておくことにより、編隊パターンを複数種類用意することが可能である。記憶部３０には、複数種類の編隊パターンを記憶することが可能であるため、コントローラよりドロネット１の全てのドローン１０に対して編隊パターンを変更する制御信号を送信することにより、ドロネット１においてドローン１０間の距離や方向を変更することが可能となる。
【００９１】
具体的には、編隊パターンに設定される他のドローン１０との既設の距離および既設の方角に基づいて、ドローン１０毎に、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に対する理論上の外力Ｆfixedが予め算出されて記憶部３０に記憶されている。各ドローン１０の制御部３４では、算出された理論上の外力Ｆfixedを打ち消すようにモータ２０ａ〜２０ｄの回転制御を行って、各ドローン１０において飛行姿勢の安定制御を行う。
【００９２】
図１２（ａ）（ｂ）は、編隊パターンを変更することにより、ドロネット１の接続状態を変更させる一例を示した図である。図１２（ａ）に示すように、ドロネット１を構成するドローン１０のうち、破線ｓの範囲内の７台のドローン１０を近接して配置すると共に、有線ケーブル１２による接続状態を蛇腹状にジグザグに接続させて、ドロネット１をコンパクトな編隊状態とする。この状態において、コントローラを介して各ドローン１０に編隊パターンを変更する旨の制御信号を出力することにより、図１２（ｂ）に示すように、破線ｓで囲まれた７台のドローン１０間の接続状態を、有線ケーブル１２を直線状に伸ばすことにより、ドローン１０間の距離を長くする編隊状態に変更する。このように編隊パターンを変更することによって、ドロネット１における編隊形状を細長い状態に変更することが可能となる。ドロネット１における編隊形状を細長く変更することにより、電力供給機１４による全てのドローン１０への給電状態を維持しながら、ドロネット１の飛行形態を広げることが可能になる。このため、ドロネット１における端部のドローン１０を電力供給機１４から遠く離れた位置まで移動させることが可能となり、ドローン１０の飛行範囲を広くすることができると共に、電力供給機１４からの給電により継続的な飛行を行うことが可能になる。
【００９３】
また、ドロネット１において、いずれかのドローン１０に故障等が発生して十分な飛行能力を維持することができなくなった場合であっても、有線ケーブル１２を介して接続される他のドローン１０が飛行能力を失ったドローン１０を引き上げるようにして飛行制御を行うことにより、ドロネット１全体としての飛行を継続させることが可能である。
【００９４】
例えば、図１３（ａ）に示すように７台のドローン１０が有線ケーブル１２で接続されるドロネット１において、真ん中のドローンｉ（黒丸で表示）が飛行を停止した場合には、有線ケーブル１２によりドローンｉに接続された４台のドローン１０で、ドローンｉを引き上げるようにして飛行制御することにより、ドローンｉを運ぶことが可能である。
【００９５】
ドローンｉが飛行可能な場合、図１３（ｂ）に示すように、有線ケーブル１２によりドローンｊに接続されたドローンｉに生ずるｚ軸方向の外力Ｆｚｉ，ｊは、有線ケーブル１２の質量をｍ、ドローンｉの質量をＭ２とすると
Ｆｚｉ，ｊ＝Ｍ２ｇ＋ｍｇ／２
になる。しかしながら、ドローンｉが飛行できない場合、ドローンｉに有線ケーブル１２を介して接続された他のドローン１０が、ｚ軸方向の外力Ｆｚｉ，ｊを、手分けして支える必要が生ずる。このため、図１４に示すように、ドローンｊに生じるｚ軸方向の理論上の外力Ｆｚｊ，ｉ（θzｊ，ｉ）は、ドローンｉの質量をＭ２とすると、
【数５７】
0006602614.tif 000058
で計算される。ここで、ｋはドローンｉと有線ケーブル１２を介して接続される他のドローン１０の台数を意味する。
【００９６】
同様に、ドローンｊに生じるｘ軸方向の理論上の外力Ｆｘｊ，ｉ（θｘｊ，ｉ）は、
【数５８】
0006602614.tif 000059
ドローンｊに生じるｙ軸方向の理論上の外力Ｆｙｊ，ｉ（θｙｊ，ｉ）は、
【数５９】
0006602614.tif 000060
で計算することができる。
【００９７】
このように、ドローンｉが飛行能力を失う場合を予め想定して、各ドローン１０に生じる理論上の外力を計算し、ドローンｉが飛行能力を失った場合の編隊モードを設定しておく。そして、ドローンｉが飛行能力を失った場合に、編隊モードを変更することによって、簡単にドローンｉを引き上げつつドロネット１全体で飛行を継続する状態に、各ドローン１０の飛行制御を変更させることができる。
【００９８】
また、このように、ドローンｉが飛行能力を失った場合に、ドローンｊに生じる力（現実の外力）ｃ（ｔ）は、カメラ２８により撮影された映像に基づいて検出される有線ケーブル１２とｘ軸，ｙ軸およびｚ軸との実際のなす角（φｘ，φｙ，φｚ）の測定値に基づいて算出される。
【００９９】
具体的に、現実に測定される有線ケーブル１２とｘ軸とのなす角をφｘｊ，ｉとし、現実に測定されるｙ軸とのなす角をφｙｊ，ｉとし、現実に測定されるｚ軸とのなす角をφｚｊ，ｉとすると、
ドローンｊに生じるｘ軸方向の現実の外力Ｆｘｊ，ｉ（φｘｊ，ｉ）は、
【数６０】
0006602614.tif 000061
ドローンｊに生じるｙ軸方向の現実の外力Ｆｙｊ，ｉ（φｙｊ，ｉ）は、
【数６１】
0006602614.tif 000062
ドローンｊに生じるｚ軸方向の現実の外力Ｆｚｊ，ｉ（φｚｊ，ｉ）は、
【数６２】
0006602614.tif 000063
により計算することが可能になる。
【０１００】
また、同様の考え方によって、複数のドローン１０に対して有線ケーブル１２によって接続された運搬対象物（荷物等）を協働して運搬することも可能になる。この場合に、運搬対象物の質量をＭ２とすると、有線ケーブル１２を介して接続される他のドローン１０に生じる理論上の外力は、上述したｘ軸方向の理論上の外力Ｆｘｊ，ｉ（θｘｊ，ｉ）と、ｙ軸方向の理論上の外力Ｆｙｊ，ｉ（θｙｊ，ｉ）と、ｚ軸方向の理論上の外力Ｆｚｊ，ｉ（θzｊ，ｉ）とで計算することが可能になる。また、有線ケーブル１２を介して接続される他のドローン１０に生じる現実の外力は、上述したｘ軸方向の現実の外力Ｆｘｊ，ｉ（φｘｊ，ｉ）と、ｙ軸方向の現実の外力Ｆｙｊ，ｉ（φｙｊ，ｉ）と、ｚ軸方向の現実の外力Ｆｚｊ，ｉ（φzｊ，ｉ）とで計算することが可能である。
【０１０１】
さらに、図１５に示すように、有線ケーブル１２の１つが落下等した場合に関しても、予め有線ケーブル１２が落下等した場合を想定して編隊モードを設定しておくことにより、迅速にドロネット１全体としての安定状態を維持することが可能である。
【０１０２】
例えば、Ｎ（ｉ）台のドローン１０からなるドロネット１のうち、ドローンｉにｊ台（ｊ∈Ｎ（ｉ））のドローンが、有線ケーブル１２を介して接続されている場合、ドローンｉのｘ軸方向に対する理論上の外力Ｆｉｘ,totalは、
【数６３】
0006602614.tif 000064
ｙ軸方向に対する理論上の外力Ｆｉｙ,totalは、
【数６４】
0006602614.tif 000065
ｚ軸方向に対する理論上の外力Ｆｉｚ,totalは、
【数６５】
0006602614.tif 000066
となり、全体的な外力Ｆｉtotalは、
Ｆｉtotal＝（Ｆｉx,total，Ｆｉy,total，Ｆｉz,total）となる。
【０１０３】
一方で、ドローンｉに接続される有線ケーブル１２が落下等して、ドローンｉと接続されなくなったドローン１０の数をＢ（ｉ）とすると、
ドローンｉのｘ軸方向に対する理論上の外力Ｆｉｘ,totalは、
【数６６】
0006602614.tif 000067
ｙ軸方向に対する理論上の外力Ｆｉｙ,totalは、
【数６７】
0006602614.tif 000068
ｚ軸方向に対する理論上の外力Ｆｉｚ,totalは、
【数６８】
0006602614.tif 000069
に変化することになる。
【０１０４】
このため、ドローンｉに対して有線ケーブル１２を介して接続される他のドローン１０の台数が、Ｂ（ｉ）だけ減少した場合（接続されるドローン１０の台数が最大でＮ（ｉ）−Ｂ（ｉ）になった場合）には、減少した状態の理論上の外力を考慮した編隊パターンを予め設定し、有線ケーブル１２の落下等に応じて編隊パターンの変更を行うことにより、ドロネット１の状態変化に対応した制御を行うことが可能になる。
【０１０５】
以上、説明したように、実施の形態に係るドロネット１は、有線ケーブル１２によって接続された複数のドローン１０により構成されると共に、少なくとも一のドローン１０が電力供給機１４から延びる有線ケーブル１２と接続されて各ドローン１０に対して電力供給を行うことが可能になっている。このため、バッテリ電源等を用いて電力供給を行う場合のようにバッテリ電源の容量を心配することなく、飛行を継続することが可能になる。
【０１０６】
また、各ドローン１０の記憶部３０には、予め設定される各ドローン１０間の既設の距離や既設の方角に基づいて、各ドローン１０を有線ケーブル１２で接続することにより生じ得る理論上の外力が、編隊パターンに応じて計算されて記憶されている。各ドローン１０の制御部３４では、３軸ジャイロセンサ２４や３軸加速度センサ２６により検出されたドローン１０の飛行姿勢変化に対する飛行制御とは別に、選択された編隊パターンに対応する理論上の外力がドローン１０に生じるものとして、飛行制御を行う。このように、３軸ジャイロセンサ２４や３軸加速度センサ２６で検出された飛行姿勢変化に対する飛行制御とは別に、編隊パターンに対応する理論上の外力が生じるものとして、飛行制御を行うことよって、ドローン１０単体での安定飛行を実現するだけでなく、ドロネット１全体として、編隊パターンに応じた各ドローン１０の編隊形状を保ちつつ、飛行を行うことが可能になる。
【０１０７】
さらに、本実施の形態に係るドローン１０では、各ドローン１０において、カメラ２８で撮影されたマーカー３６の位置を検出することにより、有線ケーブル１２の角度（ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角）を検出して現実の外力ｃ（ｔ）を算出し、理論上の外力Ｆfixedと現実の外力ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）に基づいて、ＰＩＤ制御により制御量ｕ（ｔ）を算出し、モータ２０ａ〜２０ｄを制御部３４で駆動制御することにより、飛行姿勢の安定制御を行う。このように、理論上の外力Ｆfixedと現実の外力ｃ（ｔ）との誤差ｅ（ｔ）に基づいて、飛行姿勢の安定制御を行うことにより、他のドローン１０との現実の距離および現実の方角を、既設の距離および既設の方角に修正・維持することが可能になる。
【０１０８】
また、ドローン１０における有線ケーブル１２の角度（ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角）を実際に検出することにより、ドローン１０の飛行姿勢の制御修正を行うことができると共に、ドロネット１全体として協同した飛行を行うことが可能になる。このため、ドロネット１を構成する各ドローン１０の具体的な位置（座標）を、ＧＰＳ（Global Positioning System:全地球測位システム）で測定したり、測定された位置（座標）をそれぞれのドローン１０に対して配信等したりすることなく、ドロネット１全体の飛行形態を修正・維持することが可能である。
【０１０９】
現在、市場に数多く出荷されているドローンでは、３軸ジャイロセンサや３軸加速度センサで検出された飛行姿勢変化に基づいて飛行制御を行う制御部が設けられている。このため、新たに有線ケーブルの角度（ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角）を算出する手段を設けることにより、本実施の形態で説明したような、有線ケーブルの接続により生ずる外力を考慮した飛行制御を、一般的なドローンで容易に実現することが可能になる。
【０１１０】
また、編隊パターンを変更することによって、図１２（ａ）（ｂ）に示したように、ドローン１０間の距離および方角を変更することができ、ドロネット１全体の編隊形状を広くしたり狭くしたりすることが可能になる。従って、例えば、ドロネット１により地上映像を撮影等する場合に、複数台のドローン１０で一度に撮影を行うことができるので、広い範囲の撮影を一度の飛行で実現することが可能になる。特に、ドロネット１の編隊形状を広くすることにより、電力供給機１４から比較的離れた場所までドローン１０を飛ばすことができるので、電力消費量を考慮することなく、長時間の撮影を広範囲で行うことが可能になる。
【０１１１】
以上、本発明に係るドローンおよびドローン群について、図面を用いて説明したが、本発明に係るドローンおよびドローン群は、実施の形態で説明した構成には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても実施の形態に示した構成と同様の効果を奏することが可能である。
【０１１２】
例えば、実施の形態に係るドローン１０では、有線ケーブル１２の角度（ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とのなす角）を検出するために、カメラ２８で有線ケーブル１２のマーカー３６を撮影し、撮影画像に基づいて角度検出を行う構成を説明した。しかしながら、有線ケーブル１２の角度を検出する方法は、カメラ２８で撮影された画像を解析する方法だけには限定されない。例えば、ジョイスティック構造を備えた連結部材をドローン１０の底部１５ａに設けて、スティック先端に有線ケーブル１２の端部を取り付けることにより、有線ケーブル１２の角度および方向を連結部材の変動量に基づいて検出する構成にすることも可能である。このようなジョイスティック構造を、角度検出手段として用いることにより、画像解析等を行うことなく、物理的な変化量の検出によって、有線ケーブル１２の角度および方向を検出することができるため、コスト低減と構造の簡素化を図ることが可能になる。
【０１１３】
また、ドロネット１を構成するドローン１０の台数およびドローン１０間に吊り渡される有線ケーブル１２の本数等は、図１等に示した例には限定されない。ドロネット１を構成するドローン１０の台数は、何台であってもよく、さらに、どのような接続パターンで有線ケーブル１２をドローン１０間に吊り渡すものであってもよい。
【０１１４】
さらに、本実施の形態に係るドローン１０では、図２に示したように、４本のアーム部１６ａ〜１６ｄが本体部１５より４方向に延設され、各アーム部１６ａ〜１６ｄの先端にモータ２０ａ〜２０ｄおよびプロペラ１８ａ〜１８ｄが設けられる構成を一例として示した。しかしながら、本発明に係るドローンは、このような構成からなるものには限定されない。例えば、１組のプロペラおよびモータだけが設けられたドローンであって、プロペラから吹き出される風の排出方向を調整する方向調整用の操舵翼を設けることにより、姿勢制御を行うことが可能な構造のものであってもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１     …ドロネット（ドローン群）
１０   …ドローン
１２   …有線ケーブル
１３   …給電ケーブル
１４   …電力供給機（電力供給手段）
１５   …（ドローンの）本体部
１５ａ  …（ドローンの本体部の）底部
１６ａ〜１６ｄ  …（ドローンの）アーム部
１８ａ〜１８ｄ  …プロペラ
２０ａ〜２０ｄ  …モータ（モータ手段）
２２   …磁気センサ
２４   …３軸ジャイロセンサ
２６   …３軸加速度センサ
２８   …カメラ（角度検出手段）
３０   …記憶部
３２   …通信部
３４   …制御部（制御手段、角度検出手段）
３６   …マーカー
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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